JPH04500407A - 接触燃焼器への天然ガス供給方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 接触燃焼器への天然ガス供給方法および装置本発明は、いおう化合物を添加剤と して含む天然ガスを接触燃焼器に供給する方法および装置に関する。

特定の天然ガスは実質的に無臭であるので、法律はこれに添加剤を含ませて嗅覚 により検知可能とすることを義務づけている。この添加剤は一般にいおう化合物 たとえばテＩ・ラヒドロチオフェン（ＴＨＴ）である。古典的な火炎燃焼器では 、いおう化合物が加熱されて分解し、分解されたいおうが酸化される。接触燃焼 器では、燃焼温度が古典的燃焼器より逍かに低く、３５０〜７００℃であるので 、触媒の比較的低温な領域においては、いおうの酸化が不完全となることがあり 、この領域において触媒がいおうによって被毒して活性を失うことが認められＣ いる。こうして被毒領域が拡って、触媒は急速に使用不能となる。これが、Ｔ　 ＨＴのような臭気賦与化合物を添加した天然ガスの分配系で使用する接触燃焼器 に、いおうによる被毒という重要な問題をおこす理由である。

接触燃焼器が他の型の燃焼器より有利であるとして多く利用されている理由は、 加熱によって大気汚染の重要な原因となるＣＯおよびＮＯｘのような有毒ガスを 発生しないためである。接触燃焼は燃焼生成ガス中に有害ガスを含まないので、 このガスを局所的な加熱に直接使用することができる。これは環境保護の観点か ら有利であり、がつエネルギー経済的に重要である。

特開昭６１−２９５４０８は、金属触媒に対するいおうの有害な作用を減少させ て、燃焼触媒の寿命を延長させることをすでに開示する。この方法は第１の触媒 として、セラミックファイバからなる多孔質集合体の担体に酸化触媒と脱硫触媒 との混合物を担持させ、さらに第２の燃焼触媒として、酸化触媒のみを担持させ た触媒を使用する。この方法は２つの触媒を必要とするので、装置のコストを著 しく高める欠点がある。

特開昭６０−５４９０３は、同様にいおう化合物からなる臭気賦与剤を、脱硫触 媒と改質触媒とによって除去する方法に関する。

ドイツ公開特許出願２７２０８６６は、排気ガスから有害物質を除去する触媒に 関し、排気ガスを油浴に吸込んで燃焼温度より低い温度に予熱し、その上方に網 に担持された触媒がある。

触媒が発熱して放射によって網を加熱し、排気ガスは網を通ってさらに１０〜２ ０℃加熱され、その結果触媒に達するときは燃焼温度となる。これによって、い おう化合物による触媒の被毒を避けるという驚くべき結果を達成する。

明らかに、この課題はすでに解決すべく着手されているが、すでに提案された解 決手段は、２つの触媒を作用させるので装置のコストを著しく高めるか、または 燃焼ガスを脱硫する課題に適合していない。

本発明の目的は、簡単な方法で、低コストで、しかも効果的に、この課題を解決 することである。

これを達成するために、本発明は、いおう化合物を含む天然ガスを接触燃焼器に 供給する請求項１に記載の方法、およびこの方法を実施する請求項４に記載の装 置を提案する。

この方法およびこれを実施する装置は、長期にわたる試験において、燃焼器で使 用した触媒にいかなる被毒も認められなかったという効果を実証したので、この 提案の解決手段による利益は大きい。この方法の実施に必要な装置は、簡単であ って製造コストが安く、しかも可動部分を有しないので、保守および調節を必要 とせず、また稼動させるために特別な出費を伴なわない。燃焼系の天然ガスに加 える酸化すべきいおうの量は１０〜１５ｐＰｍ程度であるので、使用する空気は 極めて少量であり、燃焼の諸特性を実質的に変化させない。その結果、ガスと空 気との混合物の加熱に必要なエネルギーの消費が少ないので、加熱は燃焼器自身 によって行われる。実際触媒物質の外面の温度がどうであろうと、触媒物質の内 部の温度はいおうを含む分子の熱化学的分解温度より高くて、実質的にほぼ安定 していることを示す。

それにも拘らず、この方法を実施するには、多くの問題があり、この方法を実施 する装置には実現から遠い問題が残っている。実際に、比重が空気より小さく、 かつ供給圧力および流速が極めて小さい天然ガスに、できるだけ少量の空気を同 伴させる必要がある。天然ガス分配系中の圧力は一般に２、３　ｋｔ’ａであり 、流路の直径にもとづいて、１０．０００より低いレイノルド数で、インジェク タを作動させて天然ガスと空気の流れを混合する必要がある。また同一の装置を 変更せずに作動させて、流量を１〜３の範囲で変えるには、それだけ複雑さが増 大する。実際、流路の断面をどのように変更するにも、制御系を必要とし、装置 のコストを許容できない割合で増加させ、かつ信頼性を減少させる。

添付図面は、本発明の方法を実施する装置の実施態様を模式的に例示する。

図１は、この装置の模式的断面図である。

図２は、インジェクタの急に広がった部分の圧力の利得をレイノルド数の関数と して示すグラフである。

図３は、図１の装置内の圧力を示すグラフである。

図４は、電磁弁の系における全ヘッド損失を示すグラフである。

本発明の方法を実施する装置は、加圧ガス供給源Ｇからガスを流す流路Ｃ１が貫 通しているピストンＰを有する電磁弁ＥＶで流量を制御する。この電磁弁は本発 明の一部をなすものではないので、ここでは説明を省略する。電磁弁の出口は流 路ＢＧに連通し、この流路の出口は円錐部分Ｃに開口し、この円錐部分Ｃは流路 ＢＧの開口とともに環形開口ＢＡを開き、この環形開口ＢＡは外気に連通して、 ガス流に空気を注入する第２の流路として作用する。円錐部分Ｃは、断面Ｓ。

を有する円筒部分に続き、次にＢｏｒｄａ−Ｃａｒｎｏｔといわれる断面Ｓ２が 急に広がる部分ＢＣに続き、これは熱交換器ＥＣに開口する。熱交換器は可燃ガ スを酸化する触媒物質ＭＣを含浸させた基材を付けている。断面Ｓ２を有する部 分ＢＣの長さと、断面Ｓ２の直径との比は８〜１２の範囲とする必要がある。

本発明の方法は、流路ＢＧの下流で、部分ＢＣの断面が急に広がるので減圧とな り、これによって少量の空気を吸入する。このとき次に説明Ｊるように、断面が 急に広がるので、流速が比較的小さい場合にも強い乱流となって、可燃ガスと空 気を均一に混合するこ占ができる。この混合ガスを熱交換器に導入−Ｊ−ると、 最低でも温度５３０℃に加熱され、テトラヒｒｌＪノラ９・＜ｒ　ｉｔ　ｒ　’ ）の分子が分解されていふうを遊離し、これが混合ガス中に存在する空気の酸素 と接触して酸化される。

、−のようｆこして”Ｊ燃性混合ガスは接触燃焼器で可燃ガスを酸化する新たな 空気と接触すると、いおうはＳＯ２となり、これは触媒を被毒しない。

さきに留意したように、この方法の実施は解決すべきかなりテ゛リケー　トな問 題を提起する。ｌ伴する流体の密度は、同伴される流体の密度より小さく、ガス 流体の動粘度は液体の動粘度より高く、また天然ガスは供給圧力が低いのでガス の流速が小さい、これらはレイノルド数がｉｏ、　ｏｏｏより小さいことを意味 （−１通常の操作条件とは全く相違する。

この理由によって、本発明者は古典的な円錐形ディフューザをＨａｒｄａ−Ｃａ ｒｎｏＬ　＋と呼ばれる急に広がる部分に置換えた。実際、レイノルド数が燃焼 器に必要とされる名目値の３０％に減少する・−とを、８慮ずれば、円錐形ディ フューザ゛は、このレイノルド数、および流量、流速では、流れの安定性を保証 する○とができない。これに対して、急に広がる形のディフューザは、効率が悪 いとし７ても、低いレイノルド数で良好に動作するこ吉が知られており、図２の グラフが示すようにレイノルド数的３．０００から出発して、Ｓ、／Ｓ２の断面 の比が０．５〜０．６と急に広がると、最大圧力の利得Δｐ／ｑが約０．５とな る。ここでｑは流路の頭部における動圧力である、そして流路の頚部における流 れの条件に基づいてレイノルド数２．０００で動作するこ吉ができる。これらの 指標はＭｏＩＩＩｅｎｔｏ　ｏｆ　ＨｅａｄＬｏｓｓ　ｏｒ　Ｉｄｅｌｃｉｋ（ Ｅｙｒｏｌｌｅｓ）から引用した。

ディフューザ゛は、触媒物質を含浸させた基材と接触している熱交換器ＥＣは開 ［１する。ここでは基材は白金を含浸させた耐火性ファイバ材料である。熱交換 器は、断面が単純で適当な長さの管の形をしているか、または共軸な内管と外管 とからなり、流体はこれらの管の間の環形空間を流れ、次に内管の内を反対方向 に流れる。この管の断面は、天然ガスの供給圧を考慮して、ヘッド損失が許容可 能なように選ぶ必要がある。

図３のグラフは、Ｘ軸に対応する大気圧に対して、装置の多様な場所における圧 力の値を模式的に示す。Ｐ、は電磁弁ＥＶの入［」における圧力に対応する。Δ Ｐ　ＥＶは電磁弁を通ったときのヘッド損失である。Ｐ、ｌはインジェクタの入 口における圧力に対応し、Ｐ、はインジェクタの頚部における支配的な圧力であ って、大気を吸入する作用をする。Ｐ、は熱交換器の入口にふける圧力であり、 出口における圧力は実質的に大気圧に等しい。

処理装置のディメンションの例として、圧力２．３　ｋＰａの天然ガスを、５ｋ ｗの接触燃焼器を有する加熱装置に名目流量０、５０ｍ’／　ｈで供給する。こ の例では、電磁弁ＥＶのピストンＰを貫通ずる流路Ｃ１は直径：３ｍｍ、主要な 流路ＢＧは直径１、５　ｍｍであり、ディフューザの狭い直径は１．６ｍｍ、急 に広がった部分の直径は２．２　＋ｎ＋ｎである。向流熱交換器の流体の通る直 径は約３〜５ｍｍで、長さは３４ＣＩ１１である。

次の表は、ガスの流量Ｑを多様に変えたときの圧力Ｐ。ｍ、Ｐ＋およびｐ２の値 を示す。

Ｑ、　Ｐａ　Ｐ＋　ＰＩ　Ｐ２ １／ｈ　Ｐａ　Ｐａ　Ｐａ　Ｐａ （測定値）（計算値） ２００　３８０−１．３０　−１０８約０１：３６　２５０−５０　−２０約０ 明かなように、圧力Ｐ、は計算値および測定値とも、ここで考慮するすべての流 量に対して大気圧より低い。これについては、供給系の圧力の特定な変動と同様 に、入手可能な測定装置にもＬづく特定な不正確さにも留意する必要がある。

触媒の温度は７００℃程度であるので、熱交換器ＥＣの出口におけるガス混合物 の温度は５５０℃程度と計算される。この実験は、上記構成を有する加熱装置に 、ＴＨＴ　１５ｐｐｍ程度を含む天然ガスを供給して行った。４．５００時間作 動させた後、触媒の被毒は全く認められなかった。これに対して第２の流路の空 気導入１ｍｌを塞ぐ古、直ちに触媒のいおうによる被毒が開始することが認めら れた。しかし、空気を再び導入すると、この被毒が消失することも認められた。

この実験により、可燃ガスを単に予熱するだけでは不十分であり、空気を導入す ることが不可欠であることが判明した。

この装置の場合に、吸入する空気の割合が、存在するＴＨＴの量を考慮したきき の空気対いおうの化学量論比よりはるかに大きいこきは確かである。このことは 燃焼器の効率に測定可能な減少をもたらすものではなくて、この解決手段の価値 を確実にするものである。

上記装置は、特性の異なる接触燃焼装置のすべての型に適用できることが明かで ある。圧力２．３　ｋＰａで供給され名目流量１．０ｍ”／ｈを必要とする１０ ｋｗの加熱装置に対して、導入量を制御する電磁弁系におけるヘッド損失につい て、図４の対数目盛グラフは、同一の条件で動作するために、電磁弁および供給 装置の熱交換器の直径は、５ｋｗの装置に対して約１，５倍とする必要があり、 電磁弁のピストンＰを貫通ずる流路Ｃ１は直径を４，５胴、熱交換器は直径を９ −とする。この熱交換器の相対的に重要な直径を考慮すると、さきに述べたよう に、共軸の２つの管における向流の流れによる解決手段を採用して、効率を増大 させることが常に可能である。

この例において、ガスの供給を制御することは、電子的制御回路と組合せた電磁 弁によって実現することができる。しかし、さきに述べたように電磁弁は本発明 の範囲ではないので、他のいかなる制御系で電磁弁を置換えることもできる。

特表千４−５００４０７　（４） 国際調査報告 国際調査報告 ＣＩ４９０００＋５２ Ｓ＾　３７７４２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．いおう化合物を添加剤の形で含む天然ガスを接触燃焼器に供給する方法であ って、 この化合物中に存在するいおうを酸化するのに少なくとも十分な割合の空気で、 天然ガスと空気との混合物を予め調製し、 この混合物を、いおう化合物の分解温度まで加熱して、遊離されたいおうを、混 合物中に存在する酸素によって酸化させ、 このガス混合物を接触燃焼器に供給することを特徴とする方法。
2. ２．前記混合物を少なくとも５３０℃の温度に加熱する、請求項１に記載の方法 。
3. ３．燃焼器の触媒物質を有する熱交換器の流路に、前記混合物を通して加熱する 、請求項１に記載の方法。
4. ４．請求項１に記載の方法を実施する装置であって、加圧された天然ガス供給源 に連通する主要な流路と、この主要な流路に開口し、かつ外気に連通する第２の 流路と、これらの流路の下流にあるディフユーザと、このディフユーザの次にあ って出口が燃焼器の供給流路に連通する熱交換器とを有することを特徴とする装 置。
5. ５．熱交換器が共軸の２つの管からなり、これらの管の間に環形断面を有する流 路を形成し、大きな直径の管が一端を閉じ、小さな直径の管がこの閉じた端から 隔設されていて、向流に流すことができる、請求項４に記載の装置。
6. ６．ディフユーザが急に広がるＢｏｒｄａ−Ｃａｒｎｏｔ形を有し、レイノルド 数２，０００程度から作動することができる、請求項４に記載の装置。