JPS58137493A - 湿式酸化反応器用酸素注入ノズル - 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】 本発明は、可焼物乞液体水中で酸化するのに便（５） う湿式酸化反応器に、高濃度で酸素を含む流体乞導入す
るための装置に関する。

純酸素又は２５係馨越える酸素濃度を使っての湿式酸化
系では、湿式酸化反応器への酸素の安全導入が最も重要
である。酸素導入パイプの設計は、酸素分圧が反応器内
の他部位の一分圧に比べて該パイプ内で最高なので重要
である。酸素と一緒の水（以後１′パージ水１１と呼ぶ
）の導入が、酸素ライン内の連続的正常流？常時維持す
るために提案されている。従って湿式酸化反応器から酸
素ラインへの逆流が防止される。パージラインの第２の
重要な機能は、酸素ラインの内側ないし端での可燃物の
酸化により発生てることのある高温スポットのためのヒ
ートシンクの提供である。

酸素とパージ水との流れは普通、湿式酸化反応器の壁か
ら放出地点に延伸しているパイプ７通じて反応器の底部
から導入されて反応器内での良好なガス分散ケ容易に′
１−る。湿式酸化反応器が垂直バブルカラムである時に
は該反応器内の酸素放出地点は反応器の中心線近（が好
ましい。酸素注入（す ノズルの端を囲む気−液混合物の温度は最大反応器温度
に近いことが多い。

本湿式ｉｆ化反応装置の運転温度はプロセスの個々の目
的に左右されるが１４９〜６４ろ℃（３００〜６５０下
）である。高温、例えば３２７°Ｃで運転すると、反応
器壁から放出地点迄の反応器内の酸素パイプが充分に加
熱されて酸素−・ぐ−ジ水流の温度が有意に上昇する。

その温度が充分に高いとパージ水の幾分かないし全てが
蒸発することかある。

酸素又は酸素に爪む空包、の流れへのパージ水の添加速
度はプロセスに左右されるが酸素１　ｋｇ当り００１〜
１０ｋｉ９である。パージ水は高圧即ち２１〜２４５ｋ
ｇ／ｉ　（３００〜３５００　ｐｓｉｇ）で酸素と面接
接触１−るので、該水はパイプ表面で酸化したりスケー
ルを形成てる汚染物ヶ含んではならない。パージ水とし
ては飲用できろ、脱イオン（−だ又は蒸留した水が適当
である。但し、脱イオン又は蒸留水の使用はコストを相
当上げる。高速）（−ジ水の使用は、湿式酸イヒ燃料の
希釈によりエネル（７） ギーが失われるので、ボイラーで燃焼される燃料への水
の添加と同様に一般的には望ましくない。

コスト的に有好な系とするには最低速度での飲用水の使
用が最も望ましい。

高温即ち３２７°Ｃ１０，１ｋｇ（水）／ｋｌ酸素）と
いう低パージ水速度で運転される湿式酸化装置では、反
応器内容物からパージ水と酸素又は酸素に冨む空気との
流れへの伝熱は、反応器中に放出される前の該流れの温
度を有意に上昇させるのに充分なことがある。この昇温
のため、 ａ）酸素ノズルパイプ内の正常な液体水流が該パイプ内
のページ水のほぼ完全な蒸発［、Ｊ：り失われ； ｂ）該パイプ内で塩がスケール形成し、沈着して、結果
として詰まら丁； ことがある。

反応器圧ケ上げて蒸発ケ減ら丁にはより高価で壁の厚い
反応器が必要であるが多くの場合は装置目的から除外さ
れる１、 本発明により、上記問題点がなく、純酸素又は（８） 酸素に富む空気ケ湿式酸化反応器へ安全導入するために
飲用水ケパージ水として低流速で便用てろことに可能に
する、湿式酸化装置用酸素導入ノズルが提供される。

本発明は、パージ水と純酸素又は酸素に富む空気との混
合物を反応器［注入するための、湿式酸化反応器内の酸
素注入ノズルである。本発明では反応器内容物から、酸
素ノズルパイプ内乞流れろ酸素−パージ水への伝熱が実
質上最少であり、パージ水は実質上液体水として反応器
内に放出される。本発明は熱絶縁バリヤで囲まれたノズ
ルパイプである。本発明は酸素又は、酸素含量が２５Ｖ
％壇上の酸素に富む空気ケ使う湿式酸化装置に適用でき
ろ。以後、用語１＋酸素＋１は２５係Ｊｕｌ上の酸素２
含む空気−酸素混合物（純酸素を含む）にさす、熱絶縁
バリヤは酸素ノズルパイプから環状に隔てられ、伝熱抵
抗材が充填された中間環形空間を形成している第２のパ
イプである。木製＋ｔ［より、パージ水が酸素と共に実
質上液体状態で反応器に入り、酸素ラインへの可燃物の
逆流、沈殿塩によ（９） る酸素ラインの詰まりが防止される。

酸素注入ノズルは湿式酸化反応器のｊ氏ｌ′よいしその
近くに位置して最適使用速度、使用度で酸素ケ給送する
。

反応器内容物と酸素輸送パイプとの間の伝熱バリヤは、
該パイプの外側から環状に離れて、伝熱抵抗材が満たさ
れた環形空間７作り出しているジャケットで提供される
。ｅ素ノズルパイプと第２（外側）パイプとはパイプ間
の虚聞距離が０．２５〜７６ｍとなる様装置されている
。

本発明は、添付図面の第１〜８図に例示された好適態様
乞参照てることにより最良に記述される。

本発明の範囲は示された特定態様に限定されることはな
く、又、本発明の範囲には、示された態様の、当業者に
容易に明らかな別態様、修正、均等態様が含まれる。

第１図には湿式酸化反応器１の底の１部が酸素注入ノズ
ルと共に断面として示されている。このノズルは、純酸
素又は酸素に富む空気とパージ水との混合物を酸素ノズ
ルパイプ２７通り反応器内（１０） 部８に導（。反応器内部８には可燃物の水性の溶液ない
しスラリーが反応ガス、水蒸気と共に充填されている。

第１図にはフランジ型連接部６に通って反応器内に入る
様にパイプ２が示されているが、良（知られた封止連接
手段のいづれも利用できる。

酸素ノズルパイプ２から環状に隔てられた第２のより太
いパイプ４は環形空間５内に熱絶縁バリヤ７作り出して
いる。

酸素パイプ２と、ジャケットとして働く第２パイプ４と
はパイプ２の放出端で封止連結されている。ジャケット
の他端は反応器壁１か板乙に封止連結し、或はパイプ２
に連結できる。

従って、環形空間５乞完全封止して反応器内容物或は反
応器の外側の空間との互換を防止できる。

環形空間５には気体、気−液混合物、ケイ酸カルシウム
等の固体（各々熱絶縁体として働（）ン充填し、或は排
気できる。

しかし、反応器内容物からの液体ｗｆＲ形空間５に自由
流入させて満たし、伝熱抵抗材として働か（１１） せることか好ましい。水は当然、熱容量が犬である。こ
の任意態様では１個以上の連接開口９を環形空間５のみ
の上部に設けて液？自由に互換させ、一方、中間環形空
間５内に酸素が蓄積するのン防市している。かかる蓄積
のために空間５内で発熱酸化が生じて、望ましくない結
果になることがある。

所望ならばパイプ４と反応器壁１又は板６との連接部を
粗に溶接して、反応器内部８と環形空間５との間の液互
換のための空間を残丁こともできる。

環形空間５が反応器内部に開いている時にはパイプ４内
の降圧はほとんどないし全（ない。従って薄壁バイプケ
経済的手段として使用できる。

第１図では、注入ノズルは下向きに放出する９０°傾斜
パイプを有する。別法としてこの傾斜パイプは上向きと
できる。この場合、反応器内部と環形空間との間の・開
口はノズルの放出端７に位置するのが好ましい。パイプ
２とパイプ４はこの放出端で連接しないのが好ましい。

（１２） 第１図に示された装置の別の改良では、環形空間５内の
伝熱抵抗材の自由対流に対するバリヤを環形空間内に組
み入れる。かかるバリヤはガラスウールかミネラルウー
ルかじゃま板からなり、酸素−パージ水混合物への伝熱
速度７下げる。使用バリヤは湿式酸化条件で非反応性で
なげればならない。

第２図には、酸素注入ノズルが湿式酸反応器の底１０に
断面的に示されている。パージ水と純酸素又は酸素に富
む空気との混合物は反応器内で本質的に垂ｉｆに放出さ
れる。この態様には放出端１６ケ有する酸素ノズルパイ
プ１ろ、第２パイプ、その上端で反応器内部１９に開い
ている中間環形空間１５が含まれる。環形空間１５には
湿式酸化プロセス液が充填される。所望なら、ガラスウ
ール、ミネラルウール、じゃま板等の対流へのバリヤを
加わえることができる。

第６図に示される如（、酸素パイプ１３と第２パイプ１
４とは先端で２個ｐＪ上のスペーサーで連接して酸素パ
イプ１３周囲に均一環形空間ン維持（１３） できる。

第２図の態様はボルト穴１７ケ有Ｔるフランジ１１．１
２で反応器の底［＊り付けられている。

別の、側面酸素注入ノズルは第４図の断面図に例示され
ている。酸素ノズルパイプ２ｏと第２パイプ２１は放出
端２６で封止連接され両パイプは反応器壁２６７貫通し
ている。環形空間２２は反応器内部から封止されている
。

このノズルの１形態では、圧縮流体（好ましくは空気、
窒素、ＣＯ２等の気体）を入口２４又は２５から環形空
間２２に注入する。圧力を維持して第２パイプ２１内の
降圧を最小にできる。

別態様では気体か液体である流体な環形空間ケ通過させ
、入口２４．２５から注入、放出させる。

従って、典型的には窒素、ＣＯ２、空気、水のいづれか
である伝熱抵抗流体により酸素パイプ２ｏがら熱が除か
れる。流速を変えて特に望ましいパージ水温度を得られ
る。環形空間２２は２個μノ上のスペーサーで長手方向
に偶数の流域に分けられていることが好ましく、これら
流域はノズルの放出（１４） 端２ろの開口２８で連接されて、反応器外部から入口２
４ン辿って導入される流体Ｙ　ｆＲ形ピと間２２の全長
欠通過して熱を除き、流域から出１７１２５　’Ｙ通っ
て反応器外部に放出される。

第５図は第４図のＡ　−Ａ　Ｋそって切断した場合のノ
ズルの断面図であり、スペーサー２７で２つの流域に分
けられた環形空間ン示す。

場合によっては、外部から反応器自体の内部へ伝熱抵抗
材ン導入することか望ましいことがある。

この方法ン達成１−る１手段は第６図に示してあり、そ
こでは伝熱抵抗流体ケ人口ろ６から中間室形空間６１へ
注入し、ノズルパイプ２９の放出端叶くから反応器６４
の内部へ放出している。この流体はノズルパイプ乞安全
温度に冷却てろ気体か液体のいづれでよい。

第７図の態様は装置が反応器６５の側壁ではなく底に位
置している点用外は第６図の態様に非常に似ている。流
体はパイプ３７とパイプろ８との間の環形空間６９に入
口４０から注入され、酸素パイプろ７の放出端近くの反
応器内部６６に流入（１５） てる。

第８図の態様では反応器４１の外側からの空気の自然対
流２便い酸素パイプ４２ケ絶縁、冷却する。第２パイプ
４３で作り出される環形空間４４を反応器内部に対］−
で閉じ、反応器外側の大気からの自由空気流に対して４
６で開いている。従って酸素パイプ４２は反応器内容物
から放出端４５迄絶縁されている。

本発明は１４９〜６４６℃の温度、２１〜２４６に９　
ｆ　／７　　の圧力で、運転されろ湿式酸化装置で実施
される。反応器内への放出地点でのパージ水温度は１２
１℃未満、好ましくは６６℃未満になる。

プロセス効率と経済性から最小パージ水で湿式酸化装置
を運転することが望ましい。本発明ではパージ水の割合
乞。酸素注入ノズルケ通って導入される酸素１　ｋｌｉ
’当り０．０１〜１０ｋｇに下げることができる。最小
安全パージ水割合は反応器運転温度と酸素ノズルパイプ
の圧力との関数である。

本発明の構成の典型的材料はステンレススチール、）−
１’ａｓｔｅｌｌｏｙ　（登録商標）合金、様々なＮ１
合（１６） 金である。

実施例１ 純酸素を使う湿式酸化装置２次条件で運転した。

反応器底温度　　　６１６℃ 反応器圧　　１６０ｋｇｆム 酸素供給速度　　　１９６ｋｇ／時 パージ水供給速度　　　　　５５．８ｋｇ／時パージ水
供給割合　　　　　　０．２８５　ｋ＆７に９　（酸素
）（外径：２６６７σ。

内径：２．２４５ｃｍ　） ６、Ｏｃａ長。

全伝熱効率Ｙ　１４６０ｋｇ　−ｃａｌ　／時／ｍ’／
’Ｃト仮定すると、反応器中への酸素−パージ水流の放
出温度は約１５９℃である。約９．５　’ｉの接水が酸
素パイプ中で蒸発する。

同一の酸素導入パイプ馨第１図の装置、即ち、１５イン
チ亘径径規格屑１０のパイプ（外径：（１７） ４．８２６鑞、内径：４．２７２ＣＭ）でかこまれ、環
形空間が水とミネラルウールで充填され環内の水の自由
対流を少（している装置と併用する。全伝熱効率は計算
によると６１．５ｋｇｃａｌ　／時／ｍ・／’（、Ｉｃ
下がり、酸素−純水流はわずか３７．５℃で反応器内に
放出され、水の蒸発は実質上なかった。

実施例２ 実施例１の湿式酸化装置ンパージ水割合ン酸素１　ｋｇ
当り０．１　ｋ＆　（即ち１９．５５１（Ｆｊ／時）に
下げた点ｖＪ外は同一条件で運転した。

１４６０ｋｇ　ｃａｌ／時／ｍ”／℃の全伝熱速度で、
本発明を利用しない酸素−パージ水流の放出温度は約１
８４℃であり、パージ水の％以上が酸素パイプ中で蒸発
した。

第１図の装置ン実施例１１Ｃ示す如く使い酸素−パージ
水流の放出温度乞計算したら４６４℃であり、接水のわ
ずか０．４ｑｂが蒸発していた。

熱絶縁バリヤがないと飲用■１能なパージ水流から塩が
沈殿して酸素パイプ内にスケールが生じ、結果として詰
まりが生ずる。この問題は本発明の（１８） 実施により避けられる。

更に、前者の場合の過剰蒸発により酸素パイプは非圧縮
性液体水ではなくほとんど圧縮性の気体と水蒸気で満た
された。このため反応器圧力の突然の変動により酸素パ
イプからの急速放出が起き、ついで反応器液がパイプ中
に逆流した。この逆流は、酸素パイプ内での高蒸発速度
の防止によりほとんどな（なった。

即ち、本発明の実施により、これら実施例でのパージ水
速度は５５．８ｋｇ／時から１９．５５ｉ（ｇ／時に安
全に下げろことができた。

【図面の簡単な説明】

第１南は本発明の１態様の断面図である。 第２図は本発明の別の態様の断面図である。 第６図は第２図に示された態様の断面図である。 第４図は本発明の史に別の態様の断面図である。 第５図は第４１凶のＡ、　−ＡＶｃそって切断した場合
の断面図である。 第６．７．８図は本発明の更に別の６つの態様の断面図
である。 （１９） ２．１３，２０．２９，３７．４２・・・・・・酸素ノ
ズルパイプ４．１４，２１．３０，３８．４３・・・・
・・第２（外側）パイプ５、１５．２２，３１．３９．
４４・・・・・環形空間特許出願人　　スターリング・
ドラッグ・インコーホレーテッド（２す ＦＩＧ、　ｌ ↑ ＦＩＧ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１項 湿式酸化反応器に純酸素又は酸素に富む空気とパージ水
   との混合物乞導入するための酸素注入ノズルにおいて、 酸！ノズルパイプ；このパイプから環状に隔てられて該
   パイプ２囲み、伝熱抵抗材が満たされた中間環形空間ン
   形成している第２パイプ；からなるノズル。 第２項 該中間環形空間が反応器内部にその上部のみで逐次開か
   れている特許請求の範囲第１項記載のノズル。 第６項 該中間環形空間内に伝熱抵抗材の自由対帽ヒ制限する１
   個以上のバリャン有する特許請求の範囲第２項記載のノ
   ズル。 （１） 第４項 該バリヤがグラスウール又はミネラルウールからなる特
   許請求の範囲第３項記載のノズル。 第５項 該バリヤがじゃま板からなる特許請求の範囲第６項記載
   のノズル。 第６項 該伝熱抵抗材が固体の熱絶縁体である特許請求の範囲第
   １項記載のノズル。 第７項 固体の該熱絶縁体がケイ酸カルシウムである特許請求の
   範囲第６項記載のノズル。 第８項 該注入ノズルが湿式酸化反応器の側壁上に装着され、パ
   ージ水と酸素又は酸素に富む空気との混合物乞反応器内
   で下向き又は上向きに向けるためのパイプエルボ２有す
   る特許請求の範囲第１項記載のノズル。 第９項 該ノズルが湿式酸化反応器の底部上に装着さく２） れてパージ水と酸素又は酸素に富む空気との混合物ケ反
   応器内で本質的に垂直上向きに放出させる特許請求の範
   囲第１項記載のノズル。 第１０項 ８亥ノズルパイプと該第２パイヲ゛と’４ｆ　ｉｉ亥ノ
   ズルパイプの放出端で隔てている２個」２ノ上のスペー
   サー’Ｙ’Ｎてる特許請求の範囲第１〜９ｆ１１のいづ
   れかの項に記載のノズル。 第１１項 該伝熱抵抗月が湿式酸（１ｊプロセス液からなる特許請
   求の範囲第１〜６項のいづれかの項に記載のノズル。 第１２項 該ノズルパイプと該第２パイプとの該虚聞距離が０．２
   ５４〜７．６２　ｃｍ　（０，１〜６インチ）である特
   許請求の範囲第１〜１１項のいづれかの：ｌ：ｌ′ｉに
   記１侃のノズル。 第１６項 該中間環形空間が反応器内部から封止されている特許請
   求の範囲第１項記載のノズル。 （３） 第１４項 該中間環形空間か該空間内での空気の自然対流に開放さ
   れており、該空気が伝熱抵抗利ン含む特許請求の範囲第
   １６項記載のノズル。 第１５項 該中間環形空間が２個ｐｔ上のスペーサーで長手方向に
   偶数個の流域に分割されており、流体が該反応器の外側
   から該流域に導入され、該流域から放出される特許請求
   の範囲第１３項記載のノズル。 第１６項 該流体が窒素、二酸化炭素又は空気である特許請求の範
   囲第１５項記載のノズル。 第１７項 該流体が水である特許請求の範囲第１５項記載のノズル
   。 第１８項 該中間環形空間が、反応器の外部の１点から該反応器内
   へ、該ノズルパイプの放出端近くの１点から注入される
   流体の流れに対して開放されて（４） いる特許請求の範囲第１項記載のノズル。 第１９項 該ノズルパイプから放出される該パージ水の温度が１２
   １℃（２５［１’Ｆ）未満である特許請求の範囲第１〜
   １８項のいづれかの項に記載のノズル。 第２０項 該湿式酸化反応器が１４９〜６４３℃（６００〜６５０
   °Ｆ〕の温度、２１〜２４５ｋｇ／ｆｆ１（３００〜３
   ５００　ｐｓｉｇ）の圧力で運転され、パージ水の割合
   が、酸素注入ノズルケ通じて導入される酸素の１ボンド
   （０，４５ｋｇ）当たり０．［］１〜１０ポンド（０，
   ００４５〜４．５　ｋｇ）である特許請求の範囲第１項
   記載のノズル。 第２１項 純酸素又は少（とも２５ｑｂの酸素ン含む酸素に富む空
   気が使用される特許請求の範囲第１項記載のノズル。