JPS60141602A - 炭化水素燃料から合成ガスを製造する方法 - 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】 料を、酸素捷たは酸素含有ガスからなる酸化剤の存在下
に部分燃焼させることによって合成ガス（すなわちシン
セシスガス）を製造する方法に関するものである。

炭化水素燃料を、化学量論的量より少ない量の酸素また
は酸素含有ガス（たとえば空気）の存在下に制御条件下
に反応させることによって、該炭化水素燃料を合成ガス
に変換させることができる。

合成ガスは、水素と一酸化炭素との混合物を主成分とし
て含有するガスである。上記の製造方法によって製造さ
れた合成ガスは、化学製品の製造原料、還元剤およびき
れいな燃料として使用できる。

合成ガスの製造方法、いわゆる゛′ガス化方法″の第一
番目の条件は、ガス化操作実施中に原料炭化水素を酸化
剤と緊密かつ均質に混合しなければならないことである
。この混合か不充分であると原料の一部は充分にガス化
せず、一方、別の一部は完全に酸化変換されて低価値の
生成物（すなわち二酸化炭素および水蒸気）が生ずるの
で、所望生成物である合成ガスの品質がかなり悪くなる
。

この混合条件をみたすために、供給原料である炭化水素
燃料流を微細化し、しかして微細化の程度は、燃料流の
中に酸化剤が導入されるとすぐに、炭化水素燃料と酸化
剤とからなる実質的に均質な混合物が充分生成できる程
度のものであるべきである。

炭化水素燃料からなる反応体と、酸化剤である反応体と
の接触が不充分である場合には、この方法に使用された
反応装置が破損することがあり得る。これらの反応体が
相互に緊密に接触しなかった場合には、反応器内の反応
実施区域において酸化剤および燃料の少なくとも一部が
それぞれ別々の径路を通って流動するであろう。反応器
の中は、主として、そこで既に生成した熱い一酸化炭素
および水素で充たされているから、酸化剤が燃料とでは
なく前記のガスと速やかに反応するようになる。前記の
酸化剤が遊離酸素誉有ガスまたは純粋な酸素からなるも
のである場合には、前記の反応（すなわち酸化剤と水素
および一酸化炭素との反応）か発熱反応の形で起り、そ
の結果として、二酸化炭素と水蒸気とからなる非常に熱
い燃焼生成物が生ずるであろう。これらの燃焼生成物も
まだ独自の経路を流動し、その結果として、反応器内の
比較内冷い燃料流は酸化剤と不充分にしか接触しないよ
うになる。このような現象が起ると、その結果として反
応器内に局部的なホットスポットが生じ、反応器内の耐
火材の内張や゛バーナーの破損の原因となることがある
。比較的重質の炭化水素燃料を用いて操作を行う場合に
は、反応装置の破損の程度が一層大きくなるであろう。

なぜならば、この重質燃料が遊離酸素の存在下にガス化
してこれらが相互に反応したときに比較的多量の反応熱
が生ずるからである。

反応体の充分な混合をバーナー自体の中で行うことも可
能であろう。しかしながら、この混合方式では、特に高
圧力゛ス化反応の場合にバーナーの構造や操作方法が重
要な臨界条件となる。なぜならば、混合が行われるとき
から燃料／酸素混合物が反応帯域に入るときまでの時間
は、該混合物の燃焼反応の誘導期の時間よりも常に短か
い時間でなければならないからである。さらに、フラッ
シュパック（逆火）を避けるために、バーナー内での該
混合物の流動速度は、火炎伝播速度より高くすべきであ
る。しかしながら、ガス化圧を上昇させると燃焼反応の
誘導期が短かくなり、かつ火炎伝播速度が増大する。燃
料供給量を比較的少なくしてバーナーを操作した場合に
は、換言すれば、バーナー内での燃料／酸素混合物の流
動速度を比較的低くした場合には、バーナー自体の中で
容易に燃焼反応の誘導期に到達し、および／またはフラ
ッシュパ，りの条件がととのってし捷い、その結果とし
てバーナーが過熱され、ひどく損傷することがある。

上記の如き早期燃焼およびフラッシュパックの危険は、
燃料および酸化剤の混合をバーナーの外側の反応帯域内
で行うことによって防止できる。

既述の如く燃料を効果的にガス化するだめに、これらの
必須反応体を確実に適切に混合する目的で、この場合に
は特別な手段を講じなければならない。

バーナーの外側の反応帯域内で燃料と酸化剤とを混合す
ることに伴う欠点は、既に生成されて反応帯域に存在す
る合成ガスが酸素とが早期に接触して高温炎が生ずるた
めに、反応帯域に面するバーナーの前面部が過熱する危
険があることである。

燃料と酸化剤との緊密な混合を促進するために、燃料か
らなる中央部の芯流（ｃｅｎｔｒａｌ　ｃｏｒｅ　ｆｌ
ｏｗ）の中に酸化剤を高速ジェット流の形で注入するこ
とが既に提案されている。この高速ジェット流は燃料流
のパ破壊”のために有効であるが、このためにバーナー
の前面に沿った場所に高温反応ガスが吸込まれ、バーナ
ーの前部が悪影響を受けることがある。

本発明の目的は、燃料供給量を多くしてガス化反応が実
施でき、しかも生成物の品質低下や使用装置の破損のお
それがほとんどないという長所を有する、液状またはス
ラリー状の炭化水素燃料から合成ガスを製造する新規方
法を提供することである。

本発明方法は、ハウジングの中に低速酸化剤流のだめの
中央吐出溝を有し、この中央吐出溝は高速酸化剤流のだ
めの第一環状吐出溝によって包囲されており、前記の第
一環状排出溝は炭化水素燃料流のだめの第二環状排出溝
によって包囲されており、前記の第二環状排出溝は前記
の第−環状抽出溝の方に向いて傾斜した出口部を有する
／またはそれ以上のバーナーを使用することを包含する
ものである。

すなわち本発明は、酸素または酸素含有ガスからなる酸
化剤の存在下に液状またはスラリー状の炭化水素燃料を
部分燃焼させることによって合成ガスを製造するために
、低速の炭化水素燃料流、高速の酸化剤流および低速の
酸化剤流を、／またはそれ以上のバーナーの第二環状吐
出溝、第一環状吐出溝および中央吐出溝をそれぞれ経由
して反応帯域内に導入して、前記の炭化水素燃料流と前
記酸化剤とを反応させることを特徴とする合成ガスの製
造方法に関するものである。

本発明方決では、バーナーの第二環状吐出溝から吐出さ
れた低速の炭化水素燃料流が、第一環状吐出溝から吐出
された高速の酸化剤流によって“′破壊”され、該酸化
剤の周囲に遮へい体（シールド）を実際に形成し、これ
によって、既に生成した合成ガスと該酸化剤との早期接
触を防止する。

本発明においては、第二環状吐出溝の出口部は第一環状
吐出溝の方に向かって傾斜しており、燃料を反応帯域内
に低速で供給しくその速度は好ましくは約！；−／３；
ｍ／秒）、第一環状吐出溝から酸化剤を実質的に高速で
供給して、燃料と酸化剤との間に高いスリップ速度（５
ｌｉｐ　ｖｅｌｏｃｊｔｙ　）を生せしめるように操作
が行われるので、この炭化水素燃料流が効果的にパ破壊
”でき、すなわち、この燃料が効果的に前記酸化剤と混
合できるのである。

第一環状吐出溝から吐出される高速の酸化剤流の速度は
、約タ０−タＯｍ７分であることが好ましい。

燃料と酸化剤の混合を具合よく行うために、燃料吐出溝
である第二環状吐出溝の出口部の傾斜角（第一環状吐出
溝に対する傾斜角）を約２Ｏ−４ｔＯ度にするのが好ま
しい。

重質炭化水素燃料を使用する場合には、この燃料流が高
速の酸化剤流によって確実に″破壊″されるようにする
ために、第一環状吐出溝から吐出される前記酸化剤に前
記燃料流を接触させる前に該燃料を微細化しておくのが
好ましいしこの微細化をパ予備微細化”　（ｐｒｅ−ａ
ｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　）と称する〕。燃料の予備微細
化は、燃料に水蒸気または二酸化炭素の如き微細化用流
体を添加することによって実施するのが好ましい。

本発明に従ってバーナーが使用されるときには、第一環
状吐出溝から出だ酸化剤流によって側部が包囲される空
間が、中央吐出溝から出た低速の酸化剤流によって満た
され、これによってウェーク（ｗａｋｅ　）すなわち後
流の発生が防止できる。ウェークハ、バーナ−１）前色
くべ箇ル幻１戸小脳…Ｌ也７ものである。中央吐出溝か
ら低速で吐出される酸化剤流を中央酸化剤流と称するが
、その速度は約／θ−３θｍ／分程度の低速であること
が好ましい。

第一および第二環状吐出溝からそれぞれ吐出される燃料
流および酸化剤流は、その側部を低速モデレータ−ガス
で包囲することができる。このモデレータ−ガスは水蒸
気または二酸化炭素を含有してなるものであることが好
ましい。このモデレータ−ガス流は２つの効果を有し、
その７つは、燃料／酸化剤混合物の点火後に生じた火炎
がバーナーの前部に近づくのを防ぐことであり、もう７
つの効果は、バーナーの前面にかける熱の量を減少させ
ることである。

ガス化反応のときに多量の反応熱を発生する重質炭化水
素を原料としてこの合成ガスの製造方法を実施する場合
には、前記の遮へい作用を有する。

モデレータ−ガス流を使用するのが特に好ましいが、こ
のことは容易に理解されるであろう。モデレータ−ガス
流の速度は約１０−’ｌ−０ｍ／分であることが好まし
い。モデレータ−ガス流の吐出速度を下げるために、バ
ーナーの前部の方に向かって拡開した形をもつモガレー
ター吐出溝をバーナーに設けるのが好ましい。中央吐出
溝および第一環状吐出溝には、中央吐出溝と実質的に同
軸的に配列された共通の酸化剤供給溝を経て酸化剤が供
給できる。あるいはこの２つの吐出溝に、！つの酸化剤
供給溝からそれぞれ別々に酸化剤を供給することか可能
である。第一番目の具体例の場合には、中央吐出溝から
吐出される酸化剤流ど、第一環状吐出溝から吐出される
酸化剤流とに速度差をつけなければならないが、この問
題は次の方法によって解決でき、すなわち、バーナーの
前部の方に向かって漸移的に拡開した形に中央吐出溝を
形成することによって、前記の速度差をつけることがで
きる。燃料供給条件および燃料供給量を種々変えてバー
ナーを使用しなければならない場合には、第二番目の具
体例（この具体例は、各々の酸化剤吐出溝をそれぞれ別
々の酸化剤供給溝に接続させることからなるものである
）の方が第一番目の具体例より一般に好ましいと思われ
る。！つの酸化剤供給溝を設けることによって、低速の
酸化剤流と高速の酸化剤流とがそれぞれ別々に独立的に
制御できる。

バーナーの過熱の危険を防止するために、中央吐出溝、
ならびに第一および第二環状吐出溝をバーナーの前面部
から引込んだ位置に設けるのが好ましい。バーナーの内
側を上記の如き構造とすることによって、この内側の熱
の量が反応帯域内の熱の量よシもかなυ少なくなる。こ
の引込みの程度は、約１０ｃｍを超え力いことが好まし
い。

次に、本発明の若干の具体例について、添付図面参照下
に詳細に説明する。

第１図は本発明方法に使用されるバーナーの第一具体例
の一部の縦断面図である。このバーナー／は、液状また
はスラリー状の炭化水素燃料のガス化のために使用され
るものである。バーナー／は筒形の中空壁部材！を有し
、しかして壁部材２は、バーナーの前面部３を構成する
幅広の末端部を有する。バーナーの前面部３は、バーナ
ーの縦軸に対して実質的に直角の方向に形成される。中
空壁部材！の内側に同心状の壁部夕を設けることによっ
て、中空壁部材ノの内側を通路乙と通路７とに分ける。

これらの通路は、冷却用流体すなわち冷却液の供給およ
び排出のためにそれぞれ使用されるものであって、これ
らの通路は、冷却液用導管（図示せず）と接続される。

中空壁部拐ノは、燃料および酸、化剤のだめの複数の吐
出溝の横側を包囲し、しかしてこれらの吐出溝は実質的
に同軸的に配列される。これらの吐出溝の各々について
述べれば、中央吐出溝ｇは酸化剤の低速吐出のだめに使
用され、第一環状吐出溝りは酸化剤の高速吐出のだめに
使用され、第二環状吐出溝１０は燃料の低速吐出のだめ
に使用されるものである。

第二環状吐出溝１０と壁部材−の内面との間に環状空間
を設けるが、これはモデレータ−ガスの通路として使用
される溝である。第１図に示されているように、燃料吐
出溝１０の出口部は約３０度の傾斜角〔高速の酸化剤流
のだめの吐出溝りに対する傾向角〕で前方に傾斜してい
るが、その目的は、吐出溝１０から吐出される燃料流θ
″破壊′″を促進することである。第一環状吐出溝？お
よび中央吐出溝どの両者は、実質的に同心的に配列され
た酸化剤供給溝、／　／と連通［７ておシ、流体の流通
が可能である。バーナーの操作時に、中央吐出溝ｇから
の酸化剤流の吐市速度を低めるために、該溝ｇの断面が
下流側に向かって漸移的に拡開した形にする。流れの乱
流化を最小限顛抑制するために、前記の溝ｇの断面の拡
開け、漸移的拡開であることが好ましい。この中央吐出
溝ｇの断面拡開の度合１ｒＪ：、該溝ｇからの酸化剤流
と第一環状吐出溝りからの酸化剤流との速度差の所望値
に応じて適宜決定できる。燃料吐出溝１０からの燃料流
を充分稀薄にして高速酸化剤流によって容易に゛破壊“
されるようにするために、燃料吐出溝１０のスリット幅
は比較的小さくシ、約Ｊ’ｍ＋ｎ程度にするのがよい。

第二環状吐出溝１０と中空壁部材！との間の環状空間／
２の末端部／３は、モアレ−ターガスを低速で吐出させ
るために、下流側に向かって拡開した形に作るのがよい
。

第１図に示されているように、バーナーの内側に過度の
熱が当たるのを防ぐために、バーナーの内側の３本の吐
出溝ｇ、？および１０の末端部をバーナーの前面部３か
ら少し引込んだ位置に存在させるのがよい。これらの内
部吐出溝を冷却するために、第一環状吐出溝りと第二環
状吐出溝１０との間の溝７．２に冷却用媒質すなわち冷
却液を通すのが好ましい。さらに、第一環状吐出溝７を
通る酸化剤、および環状空間／！を通るモデレータ−ガ
スもまだバーナー内部の冷却のだめに重要な役割を果す
ものであることが理解されるべきである。

第２図はバーナーの好ましい第二具体例を示した図面で
ある。第１図および第２図の両者において、同じ部材は
同じ参照番号で示されている。第２図記載の具体例では
、酸化剤供給手段は中央酸化剤吐出溝−２０および環状
酸化剤吐出溝、２／である。上記の溝２０および溝、２
／は第７図記載の具体例の場合と異なって、互いに流体
流通が可能な連通路を備えていない。上記の中央溝！０
および環状溝）／はそれぞれ別々の酸化剤供給源と接続
されており、酸化剤の低速吐出および高速吐出がそれぞ
れ別々に行われるようになっており、したがって、これ
らの溝の各々への酸化剤供給操作は互いに独立的に制御
でき、かつ変改できる。この２本の酸化剤吐出溝の間に
は、別個のモデレータ−ガス吐出溝や冷却用媒質供給溝
は存在しないので、この第２具体例に係るバーナーは第
１具体例に係るものよりも構造が一層簡単である。しか
しながら第！具体例に係るバーナーは、ガス化反応のと
きに反応熱を中程度にしか発生しない炭化水素燃料のガ
ス化操作のときのみに使用すべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法に使用されるバーナーの第一番目
の具体例の縦断面図である。 第２図は、本発明方法に使用されるバーナーの第二番目
の具体例の縦断面図である。 ／　バーナー；λ・・・中空壁部材；３・・・前面部；
≠・・縦軸；ｊ・・・同心的な壁部；乙および７・・・
冷却用流体の通路−ｇ・・・中央吐出溝；？・・第一環
状吐出溝；１０・第二環状吐出溝；／／・・・酸化剤供
給溝；／２・・・環状空間；／３・・・拡開末端部：、
２０・・中央酸化剤吐出溝；、２／・・・環状酸化剤吐
出溝。 代理人の氏名　川原１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　液状またはスラリー状の炭化水素燃料を、酸素ま
   たは酸素含有ガスからなる酸化剤の存在下に部分燃焼さ
   せることによって合成ガスを製造するために、低速の炭
   化水素燃料流、高速の酸化剤流および低速の酸化剤流を
   、／またはそれ以上のバーナーの第二環状吐出溝、第一
   環状吐出溝および中央吐出溝をそれぞれ経由して反応帯
   域内に導入して、この炭化水素燃料と酸化剤とを反応さ
   せる。 ことを特徴とする合成ガスの製造方法。 （２）炭化水素燃料流を反応帯域内に導入する前に、こ
   の燃料流を霧化用媒質と混合することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の合成ガスの製造方法。 （３）炭化水素燃料流を反応帯域内に約ｊ−／！；ｍ／
   秒の速度で導入することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の合成ガスの製造方法。 （４）高速の酸化剤流と低速の酸化剤流との流量比が約
   ３０　：　７０でおることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項−第３項のいずれか一項に記載の合成ガスの製造
   方法。 （５）高速の酸化剤流をバーナーから約ｊＯ＝Ｆ　Ｏｍ
   ７秒の速度で吐出させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項−第グ項のいずれか一項に記載の合成ガスの製
   造方法。 （６）低速の酸化剤流をバーナーから約１０＝３０ｍ／
   秒の速度で吐出させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項−第５項のいずれか一項に記載の合成ガスの製造
   方法。 （７）　低速のモデレータ−ガス流を酸化剤流と燃料流
   の周囲に存在させることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項−第４項のいずれか一項に記載の合成ガスの製造方
   法。 （８）モデレータ−ガスが、水蒸気、二酸化炭素または
   窒素からなる冷反応器ガスまたはその混合物から構成さ
   れたものであることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   に記載の合成ガスの製造方法。 （９）　モチ゛レーターガス流がバーナーから出た直後
   の速度が、約７０−／Ｉ−０ｍ７秒であることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項または第ｇ項に記載の合成ガ
   スの製造方法。