JPH07103436A

JPH07103436A - 部分酸化用のバーナ

Info

Publication number: JPH07103436A
Application number: JP25894293A
Authority: JP
Inventors: Albert Brent; アルバート・ブレント; Joseph Suteracchio Robert; ロバート・ジョセフ・ステラッチオ; Mitri S Najjar; ミトリ・サリム・ナジャー; Jerrold Samuel Kassman; ジェロルド・サミュエル・カッスマン
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】バーナチップの応力クラックを防止し、かつ
バーナの寿命を延長し、さらにバーナの面における灰の
堆積を防止したバーナを提供する。【構成】部分酸化方法及び新規なバーナは、２つ又は
３つの独立した供給流を自由流部分酸化ガス発生器に同
時に導入して、合成ガス及び燃料ガス、又は還元ガスを
製造するために設けられる。反応体供給流は、液体炭化
水素質燃料又は固体炭素質燃料のポンプ供給可能なスラ
リ、及び遊離酸素含有ガス、例えば空気又は酸素を含
む。バーナは、中央導管、及び下方流リング通路を有す
る間隔を置いた複数の同心的な同軸導管を有する。種々
の孔を相互接続した均一な組成、壁厚及び多孔度の平ら
なリング状円板又はカップ形の多孔質セラミック又は多
孔質金属冷却手段は、バーナの下流チップに取り付けら
れている。圧力を受けた制御された量の液体冷却剤が、
冷却手段の多孔質内面、多孔質コア及び多孔質外面を連
続して通り、蒸発させられる。バーナのチップは、それ
により冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス状炭化水素、液体
炭化水素質燃料又は液体キャリア内の固体炭素質燃料の
ポンプ供給可能なスラリの部分酸化によって、Ｈ₂ 及び
ＣＯを含むガス状混合物、例えば合成ガス、燃料ガス及
び還元ガスを製造する改善されたバーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】リングタイプのバーナは、部分酸化ガス
発生器内に供給流を導入するために使用されている。例
えば単一リングバーナは、米国特許第３５２８９３０号
明細書に示されており、かつ二重リングバーナは、米国
特許第３７５８０３７号及び同第３８４７５６４号明細
書に示されており、かつ三重リングバーナは、米国特許
第４４４３２３０号及び同第４５２５１７５号明細書に
示されている。蒸発ガスによる伝導熱伝達によるバーナ
表面の冷却は、米国特許第４７７５３１４号明細書に記
載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】バーナは、ここでは気
化器とも称する部分酸化ガス発生器に種々の供給流を同
時に導入するために使われる。バーナの外面に接触する
再循環ガスは、ほぼ１７００°Ｆ〜３５００°Ｆの範囲
の温度にある。バーナは、一般に液体冷却剤を通す冷却
通路によって、これら温度に耐えるように冷却される。
１つのタイプの通路は、バーナの外径の回りにその長さ
に沿って巻かれたコイルである。リング状の冷却空間は
バーナ面における追加的な冷却を行なう。合成ガス発生
器における熱腐食環境のため、バーナのチップにおいて
金属に熱応力クラックが発生する。灰もバーナの面に堆
積する。本発明はこれらを解決することを課題とするも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】改善された部分酸化方法
及び下降流バーナは、合成ガス、燃料ガス又は還元ガス
を製造する自由流部分酸化ガス発生器内に２つ又は３つ
の独立した反応体供給流を同時に導入するために提供さ
れる。独立した供給流は、３つの流れのバーナに対して
（１）、（２）及び（３）を含み、又は２つの流れのバ
ーナに対して（２）及び（３）を含み、その場合、
（１）は、所望の場合にはＨ₂Ｏのような温度調整剤と
混合した遊離酸素含有ガス又は炭化水素ガス又は所望の
場合にはＨ₂Ｏのような温度調整剤と混合したリサイク
ル製品ガスの一部を含むガス状物質の流れであり、
（２）は、所望の場合には温度調整剤と混合した液体炭
化水素質燃料の流れ又は液相中における固体炭素質燃料
のポンプ供給可能なスラリ流、例えば石炭−水であり、
かつ（３）は、所望の場合には温度調整ガス、例えば水
蒸気と混合した遊離酸素含有ガスの流れである。

【０００５】本発明は、特許請求の範囲第１項に記載し
たバーナを提供する。バーナの構成は、中央導管、及び
導管の回りに下降流リング通路を有する間隔の複数の同
心的同軸導管を有することができ、これら導管とリング
通路は、上流端部において閉じており、かつ下流端部に
おいて開いており、反応体供給流又は液体冷却剤を通す
ためそれぞれの導管の上流端部に接続された入り口手段
を備え、それぞれの通路の下流端部で終わる同心的同軸
ノズルを有する。バーナの下流端部に薄く平らなリング
状円板又は薄い壁を有するカップの形の多孔質セラミッ
ク又は多孔質金属のチップ冷却手段が取り付けられ、そ
の多孔質チップ冷却手段に流体連結された液体冷却剤供
給手段を有する。その多孔質チップ冷却手段は、種々の
孔相互接続を有する多孔質内面及び外面及び多孔質コア
を含む均一組成、壁厚及び多孔度の一体の剛体多孔質材
料からなり、その多孔質チップ冷却手段を通る液体冷却
剤の流量は制御可能である。またチップ冷却手段は、反
応領域へ反応体供給流を自由に通す中央孔を有する。圧
力を受けた液体冷却剤は多孔質冷却手段の孔を通り、か
つ蒸発し、それによりバーナのチップを冷却する。

【０００６】遊離酸素含有ガス及び液体炭化水素質燃料
又は固体炭素質燃料の水性スラリの霧化及び親密な混合
は、主として反応領域において行なわれる。しかし一実
施例において、中央及び／又は第二の導管のチップは、
バーナの面から上流に引っ込んでおり、いくらかの混合
が、外側導管出口オリフィスの前又はここで行なわれて
もよいようになっている。このような場合、所望の場合
には温度調整剤と混合した燃料と遊離酸素含有ガスとの
混合物の高いバルク速度は、バーナの出口にわたって維
持される。本発明によるバーナによって有利にも、遊離
酸素含有ガスの高速流は、燃料流との霧化及び混合に常
に利用できる。遊離酸素含有ガスの速度は、液体炭化水
素質燃料又は固体炭素質燃料のスラリを分散させるため
に最適な値に又はその近くに維持できる。さらに反応体
の流れパターンに関する軸線方向対称性が維持される。
バーナ表面における灰の堆積は、蒸発した水によって防
止される。バーナチップの応力クラックは防止され、か
つバーナの寿命は延長される。

【０００７】本発明のその他の実施例は、次の改善され
た部分酸化方法に関する。すなわち所望の場合には温度
調整剤を混合した液体キャリア中の固体炭素質燃料のポ
ンプ供給可能なスラリ又は液体炭化水素質燃料を含む供
給流又は所望の場合には温度調整剤と混合した遊離酸素
含有ガスの供給流の部分酸化によって、Ｈ₂ 、ＣＯ、Ｃ
Ｏ₂を含みかつＨ₂Ｏ、Ｎ₂、Ａ、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ及びＣＯ
Ｓのグループの中から少なくとも１つの物質を含むガ
ス混合物を製造するため、前記部分酸化が、自由流ガス
発生器の反応領域において、ほぼ９２７°Ｃ〜１９２７
°Ｃ（１７００°Ｆ〜３５００°Ｆ）の範囲の自生温
度、及びほぼ１〜３０４バール（１〜３００気圧）の範
囲の圧力で行なわれる連続プロセスにおいて、その改善
は次のステップを含む。すなわち（１）所望の場合には
温度調整剤と混合した液体キャリア中の固体炭素質燃料
のスラリ又は液体炭化水素質燃料を含む第一の反応体供
給流を、ほぼ環境温度〜２６０°Ｃ（５００°Ｆ）の範
囲の温度、及びほぼ０．３〜１５ｍ／ｓ（１〜５０フィ
ート／秒）の範囲の速度で、バーナの第一のリング通路
を通し、その場合、バーナは、バーナの中央長手軸線に
対して同軸的な中央長手軸線を有する中央の円筒形導
管、中央導管の下流端部に円形出口オリフィスを有する
直線の円筒形部分へ進展する遮断なく収縮する出口ノズ
ル、中央導管の上流端部に取り付けられこれを閉じる閉
鎖手段、中央導管の上流端部に連通してほぼ２０フィー
ト／秒〜音速の範囲の速度でガス状供給流を導入しかつ
所望の場合にはＨ₂Ｏ又は炭化水素ガスのような温度調
整剤と混合した遊離酸素含有ガス又は所望の場合にはＨ
₂Ｏのような温度調整剤と混合したリサイクル製品ガス
を含むガス状供給流を導入する入口手段、その長さに沿
って中央導管に対して同心的な第二の同軸導管、第二導
管の下流端部に円形出口オリフィスを有する直線の円筒
形部分に進展する収縮出口ノズル、中央導管と第二導管
の間に半径方向に間隔を空けかつその間に下流端部の近
くの正リング通路に進展する第一リング通路を形成する
手段、第二導管及び第一リング通路の上流端部に取り付
けられこれらを閉じる閉鎖手段、第二導管の上流閉鎖端
部を通りかつこれと気密シールを行なう中央導管、及び
第二導管の上流端部に連通して第一反応体供給流を導入
する入口手段、その長さに沿って第二導管に対して同心
的な外側同軸導管、第二導管と外側導管の間に半径方向
に間隔を空けかつ下流端部に向かって収縮する円錐台形
の部分に進展する第二リング通路を間に形成する手段、
第二リング通路と外側導管の上流端部に取り付けられこ
れらを閉じる閉鎖手段、外側導管の閉じた上流端部を通
りかつこれと気密シールを行なう第二導管、及び外側導
管の上流端部に連通し所望の場合には温度調整剤と混合
した遊離酸素含有ガスの供給流をほぼ６ｍ／ｓ（２０フ
ィート／秒）〜音速の範囲の速度で第二リング通路に導
入する入口手段、外部からそれぞれの入口手段に接続さ
れた独立の供給流導管、及び供給流導管を通る供給流の
流量を独立に制御するそれぞれの供給流導管内の流量制
御手段、外側導管の外面に取り付けられバーナの下流端
部がガス発生器の頂部の部分を下方へ通る間にガス発生
器の中央軸線に沿ってバーナの長手中央軸線を整列させ
るフランジ手段、バーナのチップに取り付けられた多孔
質セラミック又は多孔質金属からなるチップ冷却手段、
その冷却手段に連通された液体冷却剤供給及び取り出し
手段を有し、多孔質のチップ冷却手段は、種々の孔を相
互接続した多孔質内面及び外面及び多孔質コアを含む均
一な組成、壁厚及び多孔度の多孔質剛体材料からなり、
チップ冷却手段を通る液体冷却剤の流量は制御可能であ
り、かつ多孔質なチップ冷却手段が、反応領域内への供
給流の自由な流れのため中央孔を有し、気化器内の圧力
よりも高い２．４〜１４．８バール（２０〜２００ｐｓ
ｉｇ）のようなほぼ０．０７〜４２バール（１〜６００
ｐｓｉｇ）の範囲の圧力を受けた液体冷却剤の少なくと
も一部が、多孔質なチップ冷却手段の孔を通り、かつ蒸
発し、それによりバーナのチップを冷却し、中央及び第
二の導管のチップが、上流において外側導管出口オリフ
ィスから引っ込むことができ、又はバーナの長手軸線に
対して垂直な外側導管出口オリフィスと同じ面で終って
いてもよく、かつガス状コアを有する円筒形のスラリ流
が、バーナの前部を通り、かつ所望の場合には温度調整
剤と混合した遊離酸素含有ガスの高速流と衝突し、かつ
この衝突が、バーナのチップの前、ここにおいて又はそ
の下流において行なわれ、遊離酸素含有ガスと供給され
たスラリの霧化及び親密な混合が行なわれる。

【０００８】

【実施例】以下本発明を詳細に説明するため、図示した
実施例を参照する。本発明は、合成ガス、燃料ガス又は
還元ガスを製造するために、非触媒部分酸化プロセスに
使用する新規なバーナに関する。バーナは、液体炭化水
素質燃料又は液体キャリア中の固体炭素質燃料のポンプ
供給可能なスラリを含む反応体燃料流に使用すると有利
である。バーナによれば、温度調整剤と混合した又はし
ない遊離酸素含有ガスの反応体供給流は、反応体燃料流
に、及び所望の場合には温度調整剤に混合される。霧化
と混合は、通常の部分酸化ガス発生器の反応領域の下流
において行なわれる。

【０００９】熱い未処理ガス流は、非触媒耐火性ライニ
ングの自由流部分酸化ガス発生器の反応領域において、
ほぼ９２７°Ｃ〜１９２７°Ｃ（１７００°Ｆ〜３５０
０°Ｆ）の範囲の温度、及びほぼ５．１〜２５３バール
（５〜２５０気圧）、特にほぼ１０．１〜１０１バール
（１０〜１００気圧）のようなほぼ１〜３０４バール
（１〜３００気圧）の範囲の圧力で製造される。典型的
な部分酸化ガス発生器は米国特許第２８０９１０４号明
細書に記載されている。ガス発生器から流出する未処理
ガス流は、Ｈ₂ 及びＣＯを含んでいる。次の物質の１つ
又は複数も含まれている。すなわちＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、
Ｎ₂、Ａ、ＣＨ₄、Ｈ₂Ｓ及びＣＯＳ。燃料及び動作条件
に依存して、未処理ガスの流れに沿って付随物質、例え
ば粒状炭素すす、飛散灰又はスラッジが形成されること
がある。

【００１０】バーナは、気化器の軸線と同軸的な中央長
手軸線を有する中央円筒形導管、及び下流端部において
小さな直径の正円筒形部分に進展する収縮ノズルを有す
る。実施例に依存して１、２又は３つの円筒形導管が、
半径方向に間隔を置いて、かつその長手軸線に沿って中
央導管に対して同軸的かつ同心的になっている。遮断さ
れない収縮出口ノズルは、供給流を放出するいちばん外
側の導管の下流端部に配置されている。第二導管の内面
及び中心導管の内面及び外面は、それらの下流端部の近
くにおいて直線円筒部分へ進展している。通常のセパレ
ータが、互いに半径方向に導管を分離するため、及びそ
の間に実施例に依存して第一の又は第一及び第二の又は
第一ないし第五の遮断されないリング通路を形成するた
めに使用される。例えば整列ピン、フィン、心出し羽
根、スペーサ及びその他の通常の手段が、導管に互いに
対象に間隔を空けるため、及び供給流の自由な流れに対
する妨害を最小にし安定に整列してこれらを保持するた
めに使われる。

【００１１】第一リング通路の下流端部の近くに、収縮
した円錐台形のリング部分があり、この部分は正円筒リ
ング部分に進展している。第二及び外側リング放出通路
の下流端部の近くに、収縮円錐台リング部分がある。導
管とリング通路は、気密シールを有する通常の手段、例
えばフランジ、板又はねじキャップによって上流端部に
おいて閉じられている。３流バーナの有利な実施例にお
いてフランジを有する入口が、それぞれの導管の上流端
部に連通しており、次の供給流を導入するようになって
いる。すなわち（１）中央導管−所望の場合にはＨ₂Ｏ
のような温度調整剤と混合した遊離酸素含有ガス又は所
望の場合にはＨ₂Ｏのような温度調整剤と混合した炭化
水素ガス又はリサイクル製品ガスの一部を含むガス状物
質；（２）第二導管−所望の場合には温度調整剤、例え
ばＨ₂Ｏ、ＣＯ₂と混合した液体炭化水素質燃料又は固体
炭素質燃料の水性スラリ；及び（３）外側導管−所望の
場合にはＨ₂Ｏのような温度調整ガスと混合した遊離酸
素含有ガスの高速流。別の実施例において、２供給流バ
ーナは、（１）中央導管を通してＨ₂Ｏ又はＮ₂のような
温度調整ガス流と混合した又はしない遊離酸素含有ガ
ス、及び（２）外側リング通路を通って流れる所望の場
合には温度調整剤、例えば水蒸気と混合した液体炭化水
素質燃料及び／又は固体炭素質燃料の水性スラリを有す
る。下流端部の近くにおいて、第二及び外側リング通路
は、中央長手軸線に向かってほぼ２０°〜４０°のよう
なほぼ１５°〜６０°の範囲の収縮角で収縮している。

【００１２】図１に示した実施例については、中央の第
一及び／又は外側の導管に対する放出オリフィスの外径
は、互いに水平方向に連続的に大きくなっている。中
央、第一及び外側の導管に対する放出オリフィスは、バ
ーナのチップにおける同じ水平面内に配置してもよく、
又は外側導管に対するバーナのチップにおる（下流先
端）水平円形出口オリフィスから上流に引っ込んでいて
もよい。したがって中央及び第一の導管のチップは、外
側導管に対するチップに関して０水平引っ込みを有する
ことができ、又はこれらチップは、漸進的に又は非漸進
的に上流へ引っ込んでいてもよい。

【００１３】中央及び第一の導管が引っ込んだこの実施
例において、外側導管出口オリフィスに又はその直前に
配置された空間において、わずかな量の混合が行なわれ
てもよい。さらに所望の場合には温度調整剤と混合した
固体炭素質燃料のスラリと遊離酸素含有ガスとの混合物
の高いバルク速度は、バーナの出口オリフィスにわたっ
て維持される。

【００１４】このバーナの中央導管と外側リング通路を
通る（温度調整剤と混合した又はしない）ガス流の速度
は、ほぼ６ｍ／ｓ（２０フィート／秒）〜音速、好まし
くは４６〜２２９ｍ／ｓ（１５０〜７５０フィート／
秒）の範囲にある。第一リング通路を通る液体炭化水素
質燃料又は固体炭素質燃料の水性スラリの流速は、ほぼ
０．３〜１５ｍ／ｓ（１〜１５フィート／秒）、好まし
くは３〜７．６ｍ／ｓ（１０〜２５フィート／秒）の範
囲にある。それぞれのガス流の速度は、少なくとも１７
ｍ／ｓ（５６フィート／秒）液体スラリ流の速度より速
い。

【００１５】遊離酸素含有ガス全体は、実施例に依存し
て２つの流れに分割してもよく、又は１つの流れのまま
でもよい。したがって遊離酸素含有ガスの分離した２つ
の部分は、中央導管と外側リング通路を通ることができ
る。その代わりにすべての遊離酸素含有ガスが、中央導
管又は外側リング導管を通ることができる。すべての遊
離酸素含有ガスが中央導管と外側リング通路を通る実施
例において、バーナを通る遊離酸素含有ガスの合計流
は、導管と通路の間で次のように（容積％）分割でき
る。すなわち中央導管−ほぼ５〜６０％、例えばほぼ１
０〜２０％；及び外側リング通路−残り。それぞれの導
管又は通路を通る遊離酸素含有ガスの量の選定は、遊離
酸素含有ガス流れの１００％がバーナを通るように行な
われる。

【００１６】この改善されたバーナ構成によれば、バー
ナチップの熱応力クラックが防止され、かつバーナの寿
命が延長される。液体冷却剤の、例えば液体水又は液体
二酸化炭素の流れは、バーナの下流端部を冷却するため
に使用される。

【００１７】多孔質セラミック又は多孔質金属板又はカ
ップは、バーナチップの近くにおけるガス発生器内の熱
い敵対的な環境からバーナの下流端部を遮蔽し、かつ冷
却するために使われる。バーナは、Ｈ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、
Ｈ₂Ｏ、ＮＨ₃、ＨＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｓ、ＣＯＳ、とくに炭
素及び灰の混合物を含むことがある製品ガスの再循環流
への接触に耐えなければならない。気化器内の温度は、
ほぼ９２７°Ｃ〜１９２７°Ｃ（１７００°Ｆ〜３５０
０°Ｆ）の範囲になることがある。バーナチップの冷却
は、多孔質媒体を通過する液体冷却剤、例えば水の蒸発
によって行なわれる。加えてある種の二次的な利得が、
多孔質媒体の外面からあふれる水によって達成されるこ
とがある。この蒸気流は、バーナ面に灰が堆積する可能
性を低下させる。加えて例えばほぼ１４９°Ｃ〜４２７
°Ｃ（３００°Ｆ〜８００°Ｆ）、好ましくは２０４°
Ｃ（４００°Ｆ）のさらに均一な、かつさらに低い温度
レベルが、バーナチップにおいて達成することができ、
それにより熱疲労を減少する。

【００１８】バーナチップの外側を囲む気化器内の温度
が、ほぼ１２６０°Ｃ〜１４２７°Ｃ（２３００°Ｆ〜
２６００°Ｆ）、好ましくは１３７１°Ｃ（２５００°
Ｆ）の範囲にある間に、バーナチップにおける多孔質セ
ラミック又は多孔質金属の板又はカップをほぼ２０４°
Ｃ（４００°Ｆ）を含むほぼ１４９°Ｃ〜４２７°Ｃ
（３００°Ｆ〜８００°Ｆ）の範囲の温度に維持するた
め、多孔質表面積１平方センチあたりバーナチップにお
ける多孔質板又はカップの外面から蒸発するガロン毎分
で表す液体水の量は、使用した処理バーナの寸法、バー
ナチップの幾何学構造、及びバーナチップに対する熱負
荷に依存する。例えば市販寸法のバーナに関して、多孔
質表面の１平方センチあたり毎分少なくとも０．０３ｄ
ｍ３（０．０１ガロン）の水の蒸発速度が、７９１，２
９２ｋＪ／Ｈｒ（７５０，０００ＢＴＵ／Ｈｒ）の熱負
荷に適応する。しかしプロセスの熱効率は、気化器に入
る水が通常の水冷却及び外部熱交換によってシステムか
ら通常取り出される熱によって蒸発させられるので、わ
ずかに改善される。さらに多孔質媒体を通ってプロセス
に侵入する水は、バーナチップにおいてスラリの混合又
は濃縮を行なわず、かつそれ故に石炭スラリ−酸素混合
物の燃焼の効率化を行なわない。

【００１９】バーナチップを保護するリング状円板又は
カップ形部材を製造する多孔質セラミック材料は、親水
性であり、かつほぼ０．０１ミクロン〜１００ミクロ
ン、好ましくはほぼ０．１〜４０ミクロンの範囲の粒子
寸法、及びほぼ４６．１〜５４．８％、好ましくはほぼ
４８．５〜５２．３％の範囲の均一な多孔度を有する。
アルファアルミナは有利な多孔質セラミックであるが、
その他の多孔質セラミック状の有利な材料は、ガンマア
ルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、及びそれらの
混合物を含む。リング状円板又はカップ形部材を作る多
孔質金属材料は、ほぼ４６．１〜５４．８％、好ましく
はほぼ４８．５〜５２．３％に範囲の均一な多孔度を有
し、かつ多孔質ステンレス鋼、例えばタイプ３００シリ
ーズ、ニッケル合金、例えばインコネル、インコロイ、
及びコバルト合金、例えばハイネス１６８、ＵＭＣＯ５
０を含む。多孔質金属は、ほぼ０．０１〜１００ミクロ
ン、いわばほぼ０．１〜４０ミクロンの範囲の粒子寸法
を有する。バーナの多孔質板又はカップ形部材の壁厚
は、ほぼ０．３〜１．０ｃｍのようなほぼ０．１〜３ｃ
ｍの範囲にある。

【００２０】有利な実施例において液体冷却剤としての
液体水は、ほぼ１６°Ｃ〜４９°Ｃ（６０°Ｆ〜１２０
°Ｆ）の範囲の温度で多孔質セラミック又は多孔質金属
の板又はカップの内面に入りかつ接触する。ほとんどの
液体冷却剤は、ほぼ２４°Ｃ〜５７°Ｃ（７５°Ｆ〜１
３５°Ｆ）の範囲の温度で液体として、多孔質板又は多
孔質カップの内面に接触した後、バーナから出る。ほぼ
２．４〜１４．８バール（２０〜２００ｐｓｉｇ）を含
むほぼ０．０７〜４２バール（１〜６００ｐｓｉｇ）の
範囲の多孔質媒体にわたる液体冷却剤における正の圧力
差は、多孔質媒体を通る液体冷却剤のわずかな部分を押
し流す。多孔質媒体を通る冷却剤の量は液体冷却剤の出
口ラインにおける通常の圧力制御弁によって制御でき
る。多孔質媒体を通る水は、循環水系及びレベル制御さ
れた水タンクを使用して測定でき、その場合、新鮮な純
粋な性質の水が、多孔質媒体を通って水が系から出た結
果、低レベルに応答して自動的に加えることができる
（図１参照）。このようにして動作モードの種々の変化
に対してバーナチップにおいて適当な冷却制御が維持で
きる。多孔質セラミック又は多孔質金属チップ冷却手段
の寿命を最大にするため、フィルタを通しかつ脱つミネ
ラル化した液体水、又は浄化しかつ蒸留した水が有利な
液体冷却剤である。その他の実施例において液体冷却剤
は、液体二酸化炭素である。このような場合、追加的な
ＣＯが、部分酸化ガス発生器において製造される。

【００２１】バーナの動作中に、バーナの通路への供給
流の流れの始動、停止及び調整のため、流れ制御手段を
使用してもよい。実施例に依存して、バーナに入りかつ
同時にかつ現在種々の速度で通過する供給流は、バーナ
の下流のチップの直前で、ここで又はその下流でそれぞ
れ別のものと衝突しかつ混合するようにしてもよい。所
望の場合には温度調整剤と混合した遊離酸素含有ガスの
ガス流のような別の反応体と液体媒体中の固体炭素質燃
料の液体スラリのような１つの反応体の流れの高速度の
衝突は、細かい飛沫への液体スラリの分散を引き起こ
す。反応領域においては多相混合物が製造される。

【００２２】遊離酸素含有ガスの流れそれぞれに対する
流速は、バーナへのそれぞれの供給ラインにおける流れ
制御弁によって制御される。固体炭素質燃料のポンプ供
給可能なスラリに対する流速は、バーナへの供給ライン
に配置された速度制御されたポンプによって制御でき
る。バーナの上昇切り換え又は下降切り換えは、原子酸
素対炭素の比及びＨ₂Ｏ対燃料重量比を実質的に一定に
維持したまま、それぞれの流れに対する流速を変えるこ
とによって行なわれる。それぞれの遊離酸素含有ガス流
用のそれぞれの供給ラインにおける流れ制御弁を調節す
ることによって、上昇切り換え又は下降切り換え中であ
っても、常に高い圧力差及び高い速度が維持される。し
たがって図１に示した実施例において、バーナの前部分
から放出されるガス状コアを有する円筒形スラリ流は、
バーナのチップの前、ここにおいて又はその下流におい
て遊離酸素含有ガスの高速流に衝突する。スラリ流の十
分な霧化及びスラリと遊離酸素含有ガス流との親密な混
合は、それによって確実になる。

【００２３】バーナを通過する間の可燃材料の燃焼は、
炎伝搬速度より高い放出速度で、バーナのチップにおけ
る中央及びリング出口オリフィスにおいて反応体供給流
を放出することによって防止できる。炎の速度は、混合
物の組成、温度及び圧力のような要因に依存する。これ
らは、通常の方法で計算でき、かつ実験的に判定でき
る。

【００２４】このバーナアセンブリは、例えば米国特許
第３５４４２９１号明細書に記載されたような、コンパ
クトな包囲されていない自由流非触媒耐火性ライニング
を有する合成ガス発生器の頂部入口ポートを通って下方
へ挿入される。バーナは、ガス発生器の中央長手軸線に
沿って延びており、下流端部は、直接反応領域内に放出
を行なう。ガス発生器内に導入される反応体供給流と任
意の温度調整剤との相対比率は、燃料中の炭素の主要部
分を、例えばほぼ９８重量％又はそれ以上まで炭素酸化
物に変換するため、及び自生反応領域温度をほぼ９２７
°Ｃ〜１９２７°Ｃ（１７００°Ｆ〜３５００°Ｆ）の
範囲に、有利には１２６０°Ｃ〜１４２７°Ｃ（２３０
０°Ｆ〜２６００°Ｆ）の範囲に維持するため、注意深
く調整される。

【００２５】反応領域内における滞在時間は、ほぼ１〜
１０秒の範囲、かつ有利にはほぼ２〜８秒の範囲にあ
る。ガス発生器への実質的に純粋な酸素の供給によっ
て、ガス発生器からの流出ガスの組成は、乾燥ベースの
モル％で次のようにすることができる。すなわちＨ₂
１０〜６０；ＣＯ２０〜６０；ＣＯ₂ ５〜４０；Ｃ
Ｈ₄０．０１〜５；Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０〜５；Ｎ₂ ０〜
５；及びＡ０〜１．５。ガス発生器への空気供給によ
り、発生器流出ガスの組成は、乾燥ベースのモル％でほ
ぼ次のようにすることができる。すなわちＨ₂ ２〜３
０；ＣＯ５〜３５；ＣＯ₂ ５〜２５；ＣＨ₄ ０〜
２；Ｈ₂Ｓ＋ＣＯＳ０〜３；Ｎ₂ ４５〜８０；及びＡ
０．５〜１．５。変換されなかった粒状の炭素すす、
灰、スラッジ又はそれらの混合物が、流出ガス流に含ま
れている。

【００２６】ほぼ３０〜７５重量％、いわばほぼ５０〜
７０重量％の範囲の乾燥固体内容物を有する固体炭素質
燃料のポンプ供給可能なスラリは、第一リング放出通路
の入口通路を通過することができる。スラリの入口温度
は、ほぼ環境温度〜２６０°Ｃ（５００°Ｆ）の範囲に
あるが、５．１〜２５３バール（５〜２５０気圧）を含
むほぼ１〜３０４バール（１〜３００気圧）、好ましく
はほぼ２０．２〜１０１バール（２０〜１００気圧）の
範囲の所定の入口圧力において固体炭素質燃料のキャリ
アの蒸発温度より低いと有利である。

【００２７】固体炭素質燃料という言葉は、ここで適当
な固体炭素質供給品を表すために使用される場合、石
炭、石炭からなるコークス、石炭からなる炭、石炭液化
残留物、石油コークス、粒状炭素すす、及びオイルシェ
ールから出た固体、タール砂、及びピッチからなるグル
ープの種々の材料及びその混合物を含むものとする。無
煙炭、れきせい炭、亜れきせい炭、及び亜炭を含むあら
ゆるタイプの石炭が使用できる。粒状炭素すすは、本発
明の部分酸化プロセスの副産物として得られるもの、又
は化石燃料の燃焼によって得られるものでよい。固体炭
素質燃料という言葉は、定義により、廃品の小片、脱水
した衛生汚物、及びアスファルト、ゴム及び自動車ゴム
タイヤを含むゴム状材料のような半固体有機材料をも含
む。

【００２８】固体炭素質燃料は、粉砕され、１００％の
材料がＡＳＴＭＥ１１−７０ふるい公称基準１．４
０ｍｍ（代用番号、Ｎｏ．１４）を通過するような粒子
寸法にすると有利である。さらに一実施例において、少
なくとも８０％が、ＡＳＴＭＥ１１−７０ふるい公称
基準４２５ｍｍ（代用番号、Ｎｏ．４０）を通過する。
固体炭素質燃料粒子の湿気含有量は、２〜２０重量％の
ようなほぼ０〜４０重量％の範囲内にある。

【００２９】液体キャリアという言葉は、固体炭素質燃
料のポンプ供給可能なスラリを製造する懸濁媒体として
ここで使用する場合、液体水、液体炭化水素質材料及び
その混合物からなるグループの種々の材料を含むものと
する。しかし液体水は、固体炭素質燃料の粒子にとって
有利なキャリアである。一実施例において液体キャリア
は液体二酸化炭素である。このような場合、液体スラリ
は、４０〜７０重量％の固体炭素質燃料を含むことがで
き、かつ残りは液体ＣＯ₂である。ＣＯ₂−固体燃料スラ
リは、圧力に依存してほぼ−５５°Ｃ〜３８°Ｃ（−６
７°Ｆ〜１００°Ｆ）の範囲の温度でバーナに導入する
ことができる。遊離酸素含有ガスという言葉は、ここで
使用する場合、空気、酸素を濃厚化した空気、すなわち
２１モル％以上の酸素、及び実質的に純粋な酸素、すな
わち９５モル％以上の酸素（残りはＮ₂ 及び希ガスを含
む）を含むものとする。

【００３０】燃料流と同時に、遊離酸素含有ガスが、ほ
ぼ環境温度〜８１６°Ｃ（１５００°Ｆ）の範囲、かつ
有利には酸素を濃厚化した空気についてはほぼ環境温度
〜１４９°Ｃ（３００°Ｆ）の範囲、かつ空気について
はほぼ２６０°Ｃ〜８１６°Ｃ（５００°Ｆ〜８００°
Ｆ）の範囲の温度で、ガス発生器の反応領域に供給され
る。部分酸化反応領域の圧力は、５．１〜２５３バール
（５〜２５０気圧）のようなほぼ１〜３０４バール（１
〜３００気圧）、いわば２０．２〜１０１バール（２０
〜１００気圧）の範囲にある。固体炭素質燃料内におけ
る炭素原子あたりの、固体炭素質燃料内における遊離酸
素の原子プラス有機結合した酸素の原子（Ｏ／Ｃ原子
比）は、ほぼ０．５〜１．９５の範囲内にあることがで
きる。

【００３１】温度調整剤という言葉は、ここで使用した
場合、水、水蒸気、ＣＯ₂、Ｎ₂、及び製品ガス流の冷却
したリサイクル部分を含むものとする。温度調整剤は、
燃料流及び／又はオキシダント流と混合することができ
る。しかし、製品ガス流の冷却したリサイクル部分を使
用した場合、オキシダント流と混合することはできな
い。炭化水素ガスという言葉は、ここで使用する場合、
メタン、エタン、プロパン、ブタン及び天然ガスを含む
ものとする。

【００３２】一実施例において、供給流は、液体炭化水
素質材料のスラリ及び固体炭素質燃料を含み、液相のＨ
₂Ｏは、例えばエマルジョンとして、液体炭化水素質キ
ャリアと混合してもよい。Ｈ₂Ｏの一部は、すなわち存
在するＨ₂Ｏの合計量のほぼ０〜２５重量％は、遊離酸
素含有ガスと混合して蒸気として導入してもよい。Ｈ₂
Ｏ／燃料の重量比は、ほぼ０〜５、いわばほぼ０．１〜
３の範囲にあればよい。

【００３３】液体炭化水素質燃料という言葉は、ここで
使用する場合、液化石油ガス、石油蒸留物及び残留物、
ガソリン、ナフサ、ケロシン、原油、アスファルト、ガ
スオイル、残留オイル、タール砂オイル及びシェールオ
イル、石炭派生オイル、芳香族炭化水素（ベンゼン、ト
ルエン、キシレン分留物のような）、コールタール、流
体触媒分留操作のサイクルガスオイル、コークス化ガス
オイルのフルフラール抽出物、メタノール、エタノール
及びその他のアルコール及びオキソ又はオキシル合成物
質からの副産物酸素含有液体炭化水素、及びこれらの混
合物のような種々の材料を含むものとする。

【００３４】本発明を詳細に示す添付の略図を参照し
て、本発明をさらに完全に理解できるように説明する。
図は、本発明の実施例を示すものであるが、本発明を、
ここに示した特定の装置又は材料に限定しようとするも
のではない。

【００３５】図１によれば、有利な３流バーナアセンブ
リが示されている。この実施例は、ここにおいて図１の
実施例Ａと称する。３流バーナは、同時に３つの独立し
た供給流に適応する。バーナ１は、自由流部分酸化合成
ガス発生器（図示せず）の頂部にポートを下方に向かっ
て通る下流端部を有する。バーナ１の長手中央軸線は、
取り付けフランジ３によって合成ガス発生器の中央軸線
に沿って整列されていると有利である。バーナ１は、そ
れぞれ中央、第二及び外側の同心的な円筒形導管８、９
及び１０を有する。チップとなる多孔質金属同軸水冷カ
ップ１２は、バーナの下流の先端に配置されている。外
部冷却コイル１３は、バーナ１の下流部分を囲んでいて
もよい。バーナへの供給流のためのフランジを有する入
口パイプ２０−２２は、それぞれ中央導管８、及び同心
的な中空円筒導管９及び１０に接続さている。

【００３６】バーナは供給流の自由流のため遮断されて
いない２つのリング通路を有する。リング通路は、３つ
の導管を半径方向に離すことによって形成されている。
したがって第一リング通路２５は、中央導管８の外径と
第二導管９の内径との間に配置されている。中央導管と
第二導管の間の半径方向間隔は、壁スペーサ２６によっ
て維持される。外側リング通路２７は、第二導管９の外
径と外側導管１０の内径の間に配置されている。壁スペ
ーサ２８は、第二導管と第三導管の間の半径方向間隔を
維持している。

【００３７】それぞれの導管及びリング通路の上流端は
閉じられている。カバー板３５〜３７は、それぞれ中央
導管８、リング通路２５及び外側リング通路２７の上流
端をシールしている。導管の端部にカバー板を取り付け
るため、通常の手段、例えばフランジ付け、溶接、ねじ
止めが使用できる。漏れのないシールを構成するためガ
スケットが使用される。

【００３８】バーナの下流端において、中央導管８の外
径と第二導管９の内径は、例えばほぼ３０〜５０％徐々
に減少し、かつそれぞれ正円筒部分４０及び４１へ進展
している。正円筒部分４０と４１の間に、正リング通路
４２が配置されている。それぞれ第二導管９及び中央導
管８のチップ４４及び所望の場合には４３は、バーナの
面から上流へ徐々に引っ込んでいてもよく、図示するよ
うに発散する円錐台範囲４７を構成する。その代わりに
チップ４３及び４４は、バーナの下流面においてバーナ
の中央長手軸線に対して垂直な同じ水平面で終っていて
もよい。有利には冷却空間１２のいちばん前の部分は、
バーナの面４６において同じ垂直な面で終っている。

【００３９】バーナ１の下流端の近くに配置された点３
１において、外側導管１０は、分岐した２つの壁５０及
び５１に分かれている。分岐５０は、円錐台形であり、
かつバーナの下流面に向かって収縮している。分岐壁５
０の内面は、分離手段２８によって第二導管９の下流収
縮部分５２の外面から離されており、それにより外側リ
ング通路２７の下流放出部分５３を形成している。多孔
質カップ１２は、溶接、硬質ろう付け、ボルト止め、接
着、又はその他適当な手段によりバーナ１のチップに連
結されており、中空の漏れのないリング状の液体冷却剤
空間５４を設けるようにする。例えば点５５において多
孔質金属カップ１２の側壁の上端部は、外側導管１０の
分岐５１の端部に円周状に溶接され、又はその他の方法
で連結される。連結部５５は、液体冷却剤パイプ７０及
び７１への近接によって冷却され、かつ保護されてい
る。多孔質カップ１２の内側底面５９は、点５６におい
て分岐壁５０の端部に穴５７の周りで円周状に溶接され
ており、又はその他の方法でシールされている。

【００４０】図１の実施例Ｂ（図示せず）は、実施例Ａ
と実質的に同一であるが、連結部５６が、バーナ面４６
から上流に引っ込んでおり、連結部をバーナ面における
熱い渦巻きガスから保護するようにする点で相違してい
る。このような場合、チップを構成するカップ１２の多
孔質金属底壁は、中央孔５７において突然方向を変え、
かつ５８に配置された円周連結部に向かって上方へ進
む。それにより短い円錐台形の多孔質片部分が形成さ
れ、これは、バーナの面における中央孔５７の直径のほ
ぼ１／４〜１／２に等しい高さを有する。５８において
多孔質金属片部分の上流端部は、円錐台形の壁５０の下
流端部に円周状に溶接され、漏れのないシールを構成す
る。多孔質のカップ１２の底にある同軸孔５７の直径
は、バーナにおけるすべての供給流通路からのすべての
供給流の自由な放出を可能にする。

【００４１】供給流は、バーナ１の上流端部において、
フランジを有する入口パイプ２０〜２２に接続された独
立の供給ラインを介してバーナへ導入される。したがっ
て所望の場合にはＨ₂Ｏのような温度調整剤と混合した
遊離酸素含有ガス、又は炭化水素ガス又は所望の場合に
はＨ₂Ｏのような温度調整剤と混合したリサイクル製品
ガスの一部からなるガス状材料は、ライン６０、流れ制
御弁６１、ライン６２及び入口パイプ２０を通る。固体
炭素質燃料のポンプ供給可能な液相スラリ、例えば石炭
−水スラリは、ライン６３、流れ制御手段６４、ライン
６５及び入口パイプ２１を通る。所望の場合には温度調
整剤と混合した遊離酸素含有ガスの分離した流れは、ラ
イン６６、流れ制御弁６７、ライン６８及び入口パイプ
２２を通る。

【００４２】液体冷却剤、例えば水は、ライン７０によ
ってリング状液体冷却剤空間５４に供給される。液体冷
却剤は、圧力を受けて空間５４を通って流れ、液体冷却
剤の一部は、チップ１２の多孔質底壁及び側壁を通って
流出するようになっている。カップ１２の壁を通ってカ
ップ１２の外面へ流れる水は、カップ１２から熱を吸収
し、かつ蒸気に変換され、それによりバーナのチップを
冷却する。追加的な熱は、液体冷却剤が空間５４の中及
び外を通過するとき、伝導によって取り出される。液体
冷却剤は、ライン７１を通って冷却剤空間５４から出
て、かつバーナの外径を囲むコイルを通過する。別の実
施例において、液体冷却剤は、両方のライン７０及び７
１によって冷却剤空間５４に入る。

【００４３】実施例Ｃは、チップを構成するカップ１２
の代わりに、平らな多孔質セラミック又は多孔質金属リ
ング状円板を使用したことを除いて、図１の実施例Ａ又
はＢと実質的に同一である。このような場合、分岐壁５
１は、バーナの端部まで続いており、ここにおいて平ら
な多孔質セラミック円板に漏れのないシールを提供する
ため、ガスケットに溶接され、又はその他の方法で、例
えばボルト止めによって取り付けることができる。分岐
壁５０の端部は、平らな多孔質円板に同様に取り付ける
ことができる。分岐壁５０の端部は、多孔質金属チップ
冷却部材の中央孔５７の上面及び／又は内側エッジに、
又は５８における上方延長部の端部に溶接することがで
きる。

【００４４】ここでは図示しないが図１の実施例Ｄと称
する別の実施例において、バーナは、２つの供給流だけ
を導入するようになっている。例えば第二導管９、収縮
部分５２及び入り口２１は、図１に示したバーナから省
略される。所望の場合には温度調整剤、例えば水蒸気と
混合した遊離酸素含有ガスの流れは、入口ノズル２０又
は入口ノズル２２を通る。所望の場合には温度調整剤、
例えば水蒸気と混合した液体燃料、例えば液体炭化水素
質燃料、又は固体炭素質燃料の水性スラリは、残りの空
いた通路を通る。

【００４５】ここに述べたような本発明のその他の変更
又は変形は、その権利範囲から外れることなく行なうこ
とができ、かつそれ故に添付特許請求の範囲に記載され
たような限定だけが、本発明に加えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バーナの下流端部に取り付けられた多孔質金属
のカップ形キャップを示す３流バーナの有利な実施例の
上流端部から下流端部まで横断した長手断面図である。

【符号の説明】

１バーナ８導管９導管１０導管１２チップカップ１３冷却コイル２０入口パイプ２１入口パイプ２２入口パイプ２５リング通路２７リング通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバート・ジョセフ・ステラッチオアメリカ合衆国 77373 テキサス州・スプリング・マンタナドライブ・17915 (72)発明者ミトリ・サリム・ナジャーアメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州・ワッピンガーズフォールズ・レリーテラス・34 (72)発明者ジェロルド・サミュエル・カッスマンアメリカ合衆国 90803−2403 カリフォルニア州・ロングビーチ・イーストファーストストリートアパートメント 204・2121

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央導管、及び導管の回りに下降流リン
グ通路を有する間隔を有する複数の同心的同軸導管が設
けられており、これら導管とリング通路は、上流端部に
おいて閉じており、かつ下流端部において開いており、
反応体供給流又は液体冷却剤を通すためそれぞれの導管
の上流端部に接続された入り口手段、及びそれぞれの通
路の下流端部で終わる同心的同軸ノズルが設けられた、
液体炭化水素質燃料又は液体キャリア内の固体炭素質燃
料のポンプ供給可能なスラリを含んだ反応体燃料流の部
分酸化用のバーナにおいて、バーナの下流端部に取り付
けられた多孔質セラミック又は多孔質金属のチップ冷却
手段、及びその多孔質のチップ冷却手段に流体連結され
た液体冷却剤供給及び取り出し手段を備え、前記チップ
冷却手段が、孔が相互接続された多孔質内面及び外面及
び多孔質コアからなる均一な組成、壁厚及び多孔度の多
孔質材料からなり、そのチップ冷却手段を通る液体冷却
剤の流量は制御可能とされ、かつ前記チップ冷却手段が
反応領域へ前記反応体供給流を自由に通す中央孔を有
し、圧力を受けた液体冷却剤の少なくとも一部が、チッ
プ冷却手段の多孔質内面、多孔質コア及び多孔質外面を
通り、かつ蒸発し、それによりバーナのチップを冷却す
ることを特徴とする部分酸化用のバーナ。