JPS5827791A - 可燃性ガスを製造する方法及び装置 - 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】 本発明は、特に流動床式ガス発生機をオＵ用したときの
、可燃性ガスを製造するための方法及び装置に関する。

我々は最近、微細に分割された不活性粒子材料の層が該
層材料中に水平に延びている一列の散布管により流動化
され、肢管には層に供給された燃焼燃料を流動化し且つ
支持するために空気（または空気と不活性ガスとの混合
物）が供給される、流動床式熱ガス発生機の提案を行な
った。

このような装置に供給された燃料の部分燃焼は、層内で
の発熱反応が白熱的にな９または特定の温度で平衡にな
ったときに一空燃比の減少が大きくなるに従って一頂点
に到達するカロリー値を有するガスを発生せしめる。よ
り高いカロリー値のガスの製造は、起こるべき吸熱反応
を必要とし、且つ該反応が持続されるべきならば層への
外部からの熱供給が行なわれることを必要とする。これ
とは別に我々が開示した流動床式装置においては、この
平衡点は、層に供給される空燃比のさらなる減少が層温
度の降下と燃焼の損失を生せしめるので、可燃性ガス製
造に対する実際の上限を意味する。

本発明の目的は、流動床を吸熱的に作用させるときに層
の外部に熱源を備えるという基本的要求を満たす場合に
認められた困難を緩和しまたは見服することである。

本発明の一つの観点から、微細に分割された不活性粒子
材料の層が流動化され且っ燃焼のためにそこに供給され
た燃料を有しており、該層が一つまたはそれ以上の可燃
性ガスを製造するために吸熱的に作用せしめられる第一
の区画と一つまたはそれ以上の熱を発生せしめるために
発熱的に作用せしめられる第二の区画とに分割されてい
て、第二の区画で発生した熱が異なる層区画の間の層材
料の移動により第一の区画に移され、異なる層区画から
生ずるガスが別々に維持されることを特徴とする、可燃
性ガスを製造する方法が提供される。

本発明の第二の観点から、微細に分割された不活性粒子
材料の層と該層を流動化し且つ該層に燃料を供給するだ
めの装置とを含んでいて、該層が一つまたはそれ以上の
可燃性ガスを製造するために吸熱的に作用し得る第一の
区画と一つまたはそれ以上の熱を発生せしめるために発
熱的に作用し得る第二の区画に分割されていて、第二の
区画で発生した熱を異なる層区画の間の層材料の移動に
より第一の区画に移されるようにし得るが異なる層区画
の間のガスの移動を阻止する装置が備えられており、さ
らに異なる層区画から生ずるガスを別々に維持する装置
が備えられていることを特徴とする、可燃性ガス製造装
置が提供される。

有利には一つの第一の層区画と一つの第二の層区画が備
えられる。

異なる層区画の上の空間は該層区画からのガス流の延長
を形成し、層が流動化されたときにその中に浸入して異
なる層区画の間の隔壁を形成するガス不透過性壁部（理
想的にはボイラーの一部を形成するダイヤフラム氷壁）
によシ厳密に分割されている。

このような異なる層区画の隔離そして異なる層区画の上
の空間の隔離は、吸熱的に作用するガス製造層区画で生
成されたガス４が層の他の部分から発する排気ガスから
分離されているという結果を有する。

本発明は、異なる層区画の間のガス移動を阻止するため
に異なる層区画の境界において層内に水蒸気が注入され
るようにしてもよい。

有利には、第一の層区画を流動化するだめの装置は第一
の散布管列を含んでいて、第二の層区画を流動化するた
めの装置は第二の散布管列を含んでおり、異なる層区画
の間のガスの移動を阻止するだめの層内の装置は第三の
散布管列を含んでいて、第一、第二及び第三の散布管列
の各々の散布管は層材料中にほぼ水平に延びているよう
に配設されており且つ第三の散布管列の散布管は第−及
び第二の層区画の境界を画成する位置に在る。

上記の説明から、各層区画で発生せしめられたガスは根
本的に異なることが認められよう。吸熱的に作用せしめ
られた可燃性ガスを製造する層区画は還元ガスを発生せ
しめ、発熱的に作用せしめられたまだは加熱する層区画
は僅かに過度の空気と共に燃焼して酸化している燃料ガ
スを放出する。

発熱的に作用せしめられた加熱層区画が化学量比、熱容
量及び（この層区画の温度から推論または演峠され得、
その弁が発熱的に作用する層区画で製造されたガスに関
して実負荷と制御システム内で相関する）層に出された
要求に対する応答を調整するだめの制御装置を含んでい
ることが提案されている。

（我々の他の特許出願における提案に従ってその中への
水蒸気及び燃焼空気の注入によりまたは再循環排煙の注
入により達成される）発熱的に作用せしめられた層区画
の必要な冷却を備える負担は、ここで提案されている本
発明の実施例においては、発熱的に作用せしめられだ層
区画から吸熱的に作用せしめられた可燃性ガスを製造す
る層区画へ熱を移すことにより少なくとも部分的に軽減
される。流動床の乱れは発熱的に作用せしめられた層区
画における燃料及び炭素の一部がガス製造層区画内に浸
透するようになし、そこで生じる水反応を支持するだめ
にそこで必要とされる必要な炭素のすべてまたは大部分
を供給する。

吸熱的に作用する可燃性ガスを製造、する層区画が流動
化を行なうために別々に水蒸気を供給され、該水蒸気が
この層区画で炭素と反応するためにも利用されることが
提案されている。酸素が添加されてもよく又されなくて
もよいこの水蒸気は、その層区画において炭素と反応し
て水素と実質的に窒素を含まない一酸化炭素及び二酸化
炭素の混合物とを生ずる。これは、実質的に窒素を含ま
ない可燃性ガスの混合物の製造を可能にし、かくして可
燃性ガス含有量（−酸化炭素、水素及びメタンの含有量
）を最適にすることを可能にする。窒素は不活性ガスで
あるので、他の如何なる方法によっても除去することは
難しく、ガス製造過程からの窒素の排除は、我々が本発
明を実施する装置によりなされることを発見した重大な
利点である。

さらに、本発明の実施例は、異なる層区画の間の空間（
と層区画自体）を分割する流動床の上の壁部と流動床自
体を包囲する壁部とがボイラーシステムの一部として備
えられるようになすことが提案されている。適当な過熱
器及びエコノマイザを使用するこのよ、うな装置におい
て、吸熱的にガスを製造する層区画内で水性ガス反応を
持続させるために必要とされるよシも多量の水蒸気が製
造されてもよい。過剰の水蒸気は蒸気タービンを駆動し
てガス製造装置と関連せしめられた送風機。

プンプンツサ、ポンプ等を駆動するために必要なエネル
ギーを生ぜしめるため或いは過剰電力を放棄するために
使用され得る。

通常のガス浄化、冷却及び転換装置が炭素酸化物を溶解
状態で保留するために本発明を実施する装置に結合され
得、他の最終生成ガスとしてほぼ純粋な水素を製造する
ための装置を備えていて高効率の総合エネルギープラン
トにおいて石炭ｊたけ他の可燃性材料から直接的に水素
を作る。

本発明の実施例が添付の図面に関して以下に説明される
。

第１図は本発明を実施する装置の原理を示しておシ、微
細に分割された不活性粒子材料の流動化された層１１を
画成するタンク１０を含んでいる。

層１１の一つの区画１２は、該層が流動化されていない
とき？層の表面（第１図−における鎖線１５）の下に延
びているカーテンウオール１４により層の残りの部分１
３から分離されている。区画１２及び１３は別々に流動
化される。

層１１の大部分１３は、加熱器及び混合器を含み得るシ
ステム１７から装置１６による空気または空気と再循環
排煙との混合物により流動化される。カーテンウオール
１４の真下に位置する装置１９例えば散布管は層内に水
蒸気を供給する。層１１め区画１２は装置１８により水
蒸気または水蒸気と酸素の混合物を供給される。

作用時に、層１１の上面は上昇して壁部１４の下縁を覆
い、層は装置２０により燃料例えば石炭を供給される。

区画１３は空気（窒素と酸素の混合物）と或いは再循環
排煙とを供給されて発熱的に作用してそこに供給された
燃料を不完全に燃焼させる。区画１３から発する不完全
燃焼した燃料はその上の空間２２内に入り、層から出る
生成物のほぼ完全な燃焼が煙道２４に入る前に完了され
得るように余分の空気が装置２３によシその空間内に供
給されてもよい。

隔離された吸熱的に作用する層区画１２は装置１８を介
して水蒸気または水蒸気及び酸素混合物を受容し、この
ガスまたはガス混合物は区画１２で燃料と反応して可燃
性ガスを生じ、これはその上の空間２５からダクト２６
を介して排出される。

層区画１２における吸熱反応は、層区画１３からそこに
移動する層材料と共に層区画１２内に持ち込まれる熱に
よりそして境界における対流熱伝導により持続される。

層区画１２の境Ｉｉ￥ｔｉ切る層材料の移動は、当然の
ことながら流動化された層材料の水平方向及び垂直方向
の循環運動により起こるが、異なる層区画の間に差圧を
生ぜしめることによりまたは（図示しない）ノ；ドルま
たはスクリューポンプを使用することによる如き適当な
方法で補助されてもよい。層区画１２の境界を横切る層
材料の移動は、この境界を横切るガスの移動がカーテン
ウオール１４の縁の真下の層の局部に在る散布管１９か
ら出る水蒸気と層内のすべてのガスの自然な垂直方向の
流れにより阻止されるので、ガスの移動を伴わない０ 第２図及び第３図は本発明を実施するガス製造装置の実
施例を示しており、発熱的に作用し得る熱発生区画５２
と吸熱的に作用し得る可燃性ガス製の区画５３とに分割
された流動床５１を画成する耐火性材料のまたはこれで
裏打ちされた壁部５０を含んでいる。層区画５２は図示
の如く送風機５４及びオイルヒーターまたは他の適当な
ヒーター５５から通風室５６及び散布管５７の列を介し
て空気を供給される。散布管５７の列は層の材料（砂ま
たは他の適当な不活性の高温で安定した粒子材料）巾に
ほぼ水平に延びていて、層区画５２を流動化しそこに供
給された燃料の燃焼を支持するようにそこに進んだガス
を層内に排出する。

層５１の上方の（即ち壁部５０の上方の）空間を包囲し
且つガスＷ造層区画５３の境界の上に延びていてこれを
画成する分割部材を形成するダイヤフラム壁部６０内に
開口５９を通して排出するフィーダ５８により、層の側
区画に石炭が供給される。壁部６０内の水は加熱されて
管６１を介して蒸気ドラム６２に運ばれる。層区画５２
で製造されたガスは、（壁部６０により囲まれた）その
上の空間６３に放出し、ボイラーの蒸発器６５゜蒸気過
熱器６６及びエコノマイザ６フ部分に通じる出口６４を
介してその空間から出る。層区画５２から生ずるガス及
び固体の実質的な完全燃焼を可能にするために空間６３
内に空気を注入する装置９０が備えられている。前記ボ
イラーの各部分は、図示の順番にまたは作動パラメータ
に適合するように特に選定された（ことによると一つま
たはそれ以上が省略された）他の順番に配設され得る。

結局、ガスは粗粉抑留装置６９を介して煙突６８に進む
。（必要であれば再循環ガス送風機により補助される）
吸出し送風機が、排煙を煙道６８から抽出して管７１を
介して通風室５６にそして層区画５２内に送ることを可
能ならしめるために符号７０で示されているように備え
られていてもよい。

散布管７２は、図示の如く層区画５３を画成する壁部６
０の下で層材料内に廷びており、層区画１２で生ずるガ
スの層区画１３で生ずるガスからの分離を可能にする層
材料内の垂直蒸気流を形成するために蒸気を供給される
。区画５３で発生したガスは、その上の空間７５に放出
し、蒸気過熱器７６及びことによるとエコノマイザ７７
を通過した後にガス転換装置７８に進み、そこで使用の
前に冷却、浄化及び精製せしめられる。

ダイヤフラム壁部６０が、ガス発生区画全体を包囲して
おり、（図示の如く）該壁部内の水への熱伝達を最大に
するために煙道６８及び装置７８に通じるガス通路の一
部を形成していてもよいことが注目されよう。

第３図は、特に分割ダイヤフラム壁部６ｏ及び水蒸気散
布管７２による層５１の二つの区画５２及び５３の分割
を示していヌ。

層区画５３は、（酸素製造装置８１がら酸素が添加され
てもよくまたされなくてもよい、ガスの混合が図示の如
く弁８３及び８４により制御される）管７９及び通風室
８５を介して、蒸気ドラム６２から水蒸気を供給される
散布管８ｏの列により流動化される。

再循環排煙は、始動時に即ちボイラー内で水蒸気が発生
せしめられる前に層１１の冷却を行なうために図示の如
くダクト７１を介して供給され得る。

層区画５２の作動は送風機５４及びヒーター５５を作動
することによりスタートされ、石炭または他の燃料が層
区画５２に供給される。区画５２が前以て決められた作
動温度例えば１ｏｏｏ’ｃ乃至１２００°Ｃの範囲の温
度に達して装置のボイラ一部が水蒸気の製造を始めると
すぐに、層区画５３の作動が始められ、これに関連せし
められた燃料供給装置５８の作動により燃料がそこに直
接に供給され得る。望ましくは層区画５３は、層区画５
２の温度より約１００°Ｃ低い温度で即ち層区画５２の
作動に対して選択された湿度に従って９００’０乃至１
１００°Ｃの範囲内で作動せしめられる。

空間７５内で製造されたガスの質は、層５１の温度、燃
料供給速度、供給される水蒸気の量及び温度、そして適
当な低温のまたは他の貯蔵源もしくは必要であれば装置
のボイラ一部で再生されたエネルギーにより駆動される
酸素装置からの酸素の添加を制御することによって制御
される。

提案された可燃性ガス製造装置は自動的に作動するよう
に構成され且つ熱的に自動再生する低圧の流動床ユニッ
トを有していることが、前記の説明から認められよう。

自動再生は、全燃焼流動床が制御可能な領域に配設され
ているが該流動床が各層区画の間の層材料の完全な移転
を可能にする連続した粒子塊として形成された可燃性ガ
ス製造層区画を含んでいる、可燃性ガス製造層区画によ
り達成される。

全流動床が各流動化ガスにより活性化されると、膨張し
た層は隔壁６０により画成された区画の間に密封をもた
らし、この壁部はガス製造装置内に含まれた廃熱ボイラ
システムの一部となる。

上述の如き水平の散布管システムによる流動化ガス分散
は、我々が特に有効であることを見出したものである。

可燃性ガス製の区画は上述の如く吸熱的に作用し、該ガ
ス製造層区画への熱流の移動循環を許すことは、層の周
りの部分からのそしてこの部分への冷たい粒子の移動に
より平衡を保たれる。層の大部分の発熱作用はガス製造
区画の吸熱作用と釣合う。

吸熱反応に対して要求されるより小さいガス体積のため
に発熱的に作用し得る層区画より一般に小さい可燃性ガ
ス製造層区画は、二つの層区画の間の境界領域がこれら
の間の熱伝達を高め促進することを最大にされるように
、発熱的−に作用せしめられる層区画により包囲される
ようにしたことが注目されよう。

上述のように、層区画の間の熱伝達は、流動化されたと
きのそれに関連する横向きの塊流を伴う層材料の自然運
動によりそして層材料の対流循環により引起こされる区
画の間の層材料の移動により行なわれる。

層内での一つの区画から他方の区画への層材料の塊移動
は、異なる層区画の間に差圧（例えば７５ｍｍ乃至１０
０ｍｍ水柱）を確立することにより高められ得、またパ
ドル、ジェットポンプ等の機緘的装置により補助されて
もよい。

本 塊流の速度及び異なる層区Ｉの間の温度差はこれらの間
の熱伝達の速度を決定し、吸熱的に作用する層区画での
反応を持続させて本発明を実施する装置の効果的な作動
を保証するために、異なる層区画の温度は、発熱的に作
用せしめられる層区画が吸熱的に作用せしめられる層区
画よりも高い温度で作動することを保証するように制御
されなければならない。

本発明の範囲からはずれることなく上止−め装置に対し
て種々の変形が行なわれ得ることが認められよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する流動床式ガス製造装置の概略
側面図、第２図は本発明によるガス製造装置の側面断面
図、第３図は第２図に示された装置の部分平面図である
。 １０・・・・　タンク、１１．５１・・・・層、１２，
１３゜５２．５３・・・・区画、１４°°°゛カーテン
ウオール、１６．１８，２０，２３．９０・・・・装置
、１７・・・・システム、１９　、５７　、７２　、８
０・・・・・散布管、２２　、２５　、６３　、７５・
・・・・空間、２４・・・・煙道、２６・・・・ダクト
、５０．６０・・・・壁部、５４．７０・・・・送風機
、５５・・・・ヒーター、５６．８５・・・・通風室、
５８・・・・フィーダ、５９・・・・開口、６１゜７１
．７９・・・・管、６２・・・・蒸気ドラム、６４・・
・・出口、６５・・・・蒸発器、６６、’７６・・・・
蒸気過熱器、６’ｌ、Ｔ’ｌ・・・・エコノマイザ、６
８・・・・煙突、６９・・・・粗粉抑留装置、７８・・
・・ガス転換装置、８１・・・・酸素製造装置、８３．
８４・・・・弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１微細に分割された不活性粒子材料の層が流動化さ
   れ且つ燃焼のだめにそこに供給された燃料を有している
   可燃性ガスを製造する方法において、層が一つまたはそ
   れ以上の可燃性ガスを製造するために吸熱的に作用せし
   められる第一の区画と一つまたはそれ以上の熱を発生せ
   しめるために発熱的に作用せしめられる第二の区画とに
   分割されていて、第二の区画で発生した熱が異なる層区
   画の間の層材料の移動によシ第一の区画に移され、異な
   る層区画から生ずるガスが別々に維持されることを特徴
   とする方法。 （２）層が一つの第一の層区画と一つの第二の層区画と
   に分割されていることを特徴とする特許請求の範囲（１
   ）に記載の方法。 （３）層内での異なる層区画の間のガスの移動が異なる
   層区画の境界に関連する位置で層材料内に水蒸気を送る
   ことにより阻止されていることを特徴とする特許請求の
   範囲（２）に記載の方法。 （４）水蒸気まだは酸素を添加した水蒸気が層の吸熱的
   に作用せしめられる区画を流動化し且つそこに供給され
   る燃料の燃焼を支持するために層の吸熱的に作用せしめ
   られる区画に供給されることを特徴とする特許請求の範
   囲（１）から（３）の何れかに記載の方法。 （５）層に供給される水蒸気が層から生じるガスの熱を
   利用することにより発生せしめられることを特徴とする
   特許請求の範囲（３）−１たけ（４）に記載の方法。 （６）空気または空気と再循環排煙の混合物が発熱的に
   作用せしめられる層区画に供給されることを特徴とする
   特許請求の範囲（１）から（５）の何れかに記載の方法
   。 （力　微細に分割された不活性粒子材料の層と、該層を
   流動化し且つ該層に燃料を供給するだめの装置と、該層
   を一つまたはそれ以上の可燃性ガスを製造するために吸
   熱的に作用し得る第一の区画と一つまたはそれ以上の熱
   を発生せしめるために発熱的に作用し得る第二の区画と
   に分割する装置と、第二の区画で発生した熱を異なる層
   区画の間の層材料の移動により第一の区画に移されるよ
   うにし得るが異なる層区画の間のガスの移動を阻止燃性
   ガスを製造する装置。 （８）層が一つの第一の層区画と一つの第二の層区画と
   に分割されていることを特徴とする特許請求の範囲（７
   ）に記載の装置。 （９）層区画から生ずるガスを別々に維持する装置が、
   層が流動化されたときに異なる層区画とその上の空間と
   の間に隔壁を形成するように層内に延びているガス不透
   過性壁部を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲
   （７）まだは（８）に記載の装置。 （１０）　　ガス不透過性壁部がボイラーの一部を構成
   するダイヤフラム氷壁であることを特徴とする特許請求
   の範囲（９）に記載の装置。 ０１）異なる層区画の間のガスの移動を阻止する装置が
   層区画の境界で層材料内に水蒸気を送るだめの装置を含
   んでいることを特徴とする特許請求の範囲（力から（１
   ０）の何れかに記載の装置。 （１２）第一の層区画を流動化するだめの装置が第一の
   散布管列を含んでいて、第二の層区画を流動化するだめ
   の装置が第二の散布管列を含んでいて、異なる層区画の
   間のガスの移動を阻止するための層内の装置が第三の散
   布管列を含んでいて、第一。 第二及び第三の散布管列の各々の散布管が層材料中にほ
   ぼ水平に延びているように配設されており且つ第三の散
   布管列の散布管が第−及び第二の層区画の境界を画成す
   る位置で層内に位置していることを特徴とする特許請求
   の範囲（７）から圓の何れかに記載の装置。 （１３）吸熱的に作用し得る層区画に水蒸気または酸素
   を添加した水蒸気を供給するだめの装置を含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲（力から（１渇の何れか
   に記載の装置。 （１４）　　水蒸気が異なる層′区画の上の空間を分割
   するダイヤフラム壁部によ多形成された本装置のボイラ
   一部で発生せしめられることを特徴とする特許請求の範
   囲ＯＪに記載の装置。 （１９発熱的に作用する層区画に空気または空気と再循
   環排煙の混合物を供給するための装置を含んでいること
   を特徴とする特許請求の範囲（力から０４）の何れかに
   記載の装置。