JPS61275390A - 加圧リアクタと共に使用する方法と装置 - 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】 産業上傅肌旦分界 本発明は流体供給物を加圧リアクタに導入する方法に関
する。本発明は更にこの導入を可能にする装置に関する
。本発明の好適な用途は炭素質スラリの高圧部分酸化に
よって水素と一酸化炭素を含むガス製品２例えば合成ガ
ス、還元ガス、燃料ガスを製造する方法と装置に関する
。

従来生技止 炭素質スラリの加圧部分酸化に使用する方法と装置は周
知である。例えば米国特許４１１３４４５号。

４３５３７１２号、　４４４３２３０号がある。大部分
の場合に炭素質スラリと酸素含有ガスとをリアクタに導
入し炭素質スラリを酸素の存在の下で脱蔵させる温度約
２５００°Ｆ（１３７０℃）以上の温度とする。リアク
タを自動点火温度とするには、少なくとも２種の方法が
ある。第１の方法は簡単に予熱バーナを気密でなくリア
クタのバーナのポートに取付ける。この予熱バーナは燃
料ガス例えばメタンをリアクタに導入し、リアクタの耐
火材料を損傷しない割合でリアクタを約２０００〜２５
００°Ｆ（１０９０〜１３７０℃）に加熱する。一般に
、この加熱速度は４０〜８０″Ｆ／ｈｒ（４，４〜２７
℃／ｈｒ）　とする、この予熱段階でリアクタ圧力は大
気圧又は僅かに低い圧力とする。大気圧より低い圧力が
好適であり、予熱器とりアクタとの間の気密でない連結
部から空気が入り、この空気を燃料ガス燃焼用に使用で
きる。所要の予熱温度を得た後に、予熱バーナをリアク
タから取外しプロセスバーナを取付ける。この交換はで
きるだけ早く行い、交換間のりアクタの冷却を防ぐ。

リアクタ温度が使用範囲にあれば、炭素質スラリと酸素
含有ガスとを温度変調物質を使用し又は使用しないでプ
ロセスバーナを経て供給し、スラリの部分酸化を行う。

最初にスラリを供給する時は酸素含有ガスの供給量は反
応帯域で生成されるスラグの液化温度以上に急速になる
ように定める。

この急速加熱はりアクタの耐火材料に熱衝撃を与える。

しかしリアクタ温度が過度に低いときは予熱層を再び交
換する。この交換は処理時間の損失となり、工費が増す
ため望ましくない。

リアクタ温度を所望範囲に上げる第２の方法はプロセス
バーナのみを使用し１例えば米国特許４３５３７１２号
に記載される。この形式のプロセスバーナは炭素質スラ
リと酸素含有ガスと燃料ガス及び又は温度変調物質を選
択的に又は同時に供給する。プロセスバーナをリアクタ
予熱に使用する時は、バーナは酸素含有ガスと燃料ガス
とを完全燃焼を行う割合で供給する。リアクタ温度が所
望範囲となれば燃料ガスは炭素質スラリに完全に代える
か又はスラリと共に供給する。共供給モードを使用する
時は燃料ガス供給量を減少し部分酸化のみを生じさせる
。通常、共供給モードを使用するのは、最初に炭素質ス
ラリをリアクタに導入する場合、リアクタ温度を維持す
る場合であり、プロセス条件が平衡すれば炭素質スラリ
酸素含有ガス供給モードの作動となる。

プロセスバーナのみの作動方法は予熱バーナとプロセス
バーナとを使用する方法に比較して処理時間の損失と工
費の増加とは生じないが欠点もある。プロセスバーナの
みの作動の場合は、大気圧での完全酸化条件と、高圧で
の部分酸化条件９則ち予熱段階と炭素質スラリ部分酸化
段階でのフレーム安定性の維持の問題が困難であり作動
信頼性の低下を生ずる。

一部の合成ガス工業では予熱バーナとプロセスバーナと
の併用を提案し、プロセスバーナは炭素質スラリ、酸素
含有ガス、燃料ガス、及び又は温度変調物質の選択的同
時供給を行う。この組合せは予熱バーナとプロセスバー
ナの交換による処理時間の損失と工費の増加を生ずるが
、プロセスバーナの選択的同時供給の使用はりアクタ耐
火材料の熱衝撃を減少する。熱衝撃の減少のために、冷
却したりアクタ温度を所望温・度に加熱する時に燃料ガ
ス供給と同時に炭素質スラリを供給する。炭素質スラリ
の供給は最初は小量としりアクタの所望温度を保つため
の熱所要に応じて次第に増加し燃料ガスを減少する。最
初に炭素質スラリを少量供給することによって、スラリ
液を加熱蒸発させる量は少なくリアクタ温度低下は少な
い。更に。

最初に炭素質スラリを供給するため、燃料ガスの連続供
給はりアクタに熱を加える結果となる。燃料ガスは部分
酸化条件で燃焼し、ガス生成物の二酸化炭素等による汚
染は殆ど生じない。

Ｂ　（η′しよ゛と　る口　占 プロセスバーナは上述の手順に有効であるが。

リアクタに効率良く炭素質スラリと燃料ガスとを夫々酸
素含有ガスと組合せて、供給する必要がある。効率のた
めには、炭素質スラリか酸素含有ガス内に均等に分散し
高度に霧化された状態２例えば最大の小滴寸法を１００
０μとする。均等な分散と霧化とは正しい燃焼を確実に
し１反応帯域でのホットスポットを避ける。

本発明によってプロセスバーナを提供し、３種以上の流
体流を反応帯域に供給し、同時に酸素含有ガス内の炭素
質スラリの均等な分散、霧化を生じさせる。

エ　占　”°　るための 本発明によるプロセスバーナは合成ガス、燃料ガス、還
元ガスを反応帯域を有する容器内で炭素質スラリの部分
酸化によって製造し９反応帯域内の圧力範囲は１５〜３
５００ｐｓｉｇ（０，２〜２４ＭＰａ）　、好適には３
０〜３５００ｐｓｉｇ（０，３〜２４ＭＰａ）最適には
１５００〜２５００ｐｓｉｇ（１０，４〜１７．３ＭＰ
ａ）とし、温度範囲は１７００〜３５００°Ｆ　（９３
０〜１９３０℃）とする。バーナは容器に固着され、炭
素質スラリ、酸素含有ガス、所要に応じて温度変調物質
をバーナを経て反応帯域に供給する。バーナは更に燃料
ガス、メタン等、を反応帯域に供給する。バーナはこれ
ら凡ての流れを選択滴に、同時に処理する。

本発明の構成によって、プロセスバーナは炭素質スラリ
を高度に霧化した状態１則ち容積平均小滴寸法１００〜
６００μの範囲で反応帯域に送る。炭素質スラリは高度
に霧化され更に、スラリとガスが反応帯域に導入される
時に酸素含有ガス内に均等に分散される。この霧化と均
等な分散とのため反応帯域での均等な燃焼を行う。既知
のプロセスバーナは炭素質スラリの酸素含有ガス内の霧
化と均等な分散とを住ぜず、不均等燃焼、ホットスポッ
ト、炭素、二酸化炭素等の希望しない副産物等を生ずる
。本発明の重要な特長によって、均等な分散と霧化がノ
ズル内で生ずる。分散と霧化がノズル内でほぼ完了する
ため２反応帯域内で燃焼する前に炭素質スラリの霧化の
程度を正確に制御できる。既知のノズルは大部分の霧化
を反応帯域で行うため１反応帯域内での小滴寸法の制御
は不可能であり霧化規格では定義できない。更に反応帯
域内の霧化過程は時間的に炭素質スラリと酸素含有ガス
の燃焼で完了する。

本発明のプロセスバーナの他の特長は燃料ガスをプロセ
スバーナの外の反応帯域に供給する。燃料ガスを外部に
供給する利点は燃料ガスの炎がバーナ面から離れた位置
を保つ点にある。燃料ガスの炎がバーナに接する場合は
バーナの損傷を来すことがある。酸素含有ガスの酸素含
有量が高い時は燃料ガスをプロセスバーナ内に導入する
ことは最も望ましくなく高酸素雰囲気内での大部分の燃
料ガスの炎伝播速度は極めて大きい。このため炎がバー
ナ内に伝播しバーナに重大な損傷を来す危険が常に存在
する。

バーナを水素と一酸化炭素の製造に使用する時は本発明
の方法によって行う。

本発明による圧力約１５〜３５００ｐｓｉｇ（０，２〜
２４ＭＰａ）温度約１７００〜３５００°Ｆ　（９３０
〜１９３０℃）に維持された反応部を形成する容器内で
炭素質スラリ部分酸化によって水素と一酸化炭素を含む
ガスを製造する方法は。

（ａ）反応剤として炭素質スラリと酸素含有ガスとを反
応部内に導入し、炭素質スラリは反応剤が反応部に入る
前に酸素含有ガス内にほぼ均等に分散され霧化され。

（ｂ）反応部を上記温度に維持するに必要な量の燃料ガ
スを反応部内に導入し、（ａ）の反応剤が反応部に入っ
た後に燃料ガスを反応剤内に導入して燃料ガスと導入反
応剤とを混合させ。

（ｃ）反応部内の（ａ）の導入反応剤の部分酸化による
反応によって水素と一酸化炭素を含むガスを製造し。

（ｄ）　（ｂ）の導入燃料ガスを（ａ）の反応剤の導入
酸素含有ガスの一部に部分酸化による反応させる。

本発明の実施例によって、第１図に示す通り。

プロセスバーナは中央円筒形酸素含有ガス流と。

環状炭素質スラリ流と、切頭円錐形酸素含有ガス流とを
有する。これらの流れは同心であり半径方向に互いに離
れ、中央ガス流は環状炭素質スラリ流の内方にあり、環
状炭素質スラリ流は切頭円錐形酸素含有ガス流に１５〜
７５°の角度で交叉する。

酸素含有ガス流の速度は７５ｆ　ｔ／ｓｅｃ　（２３ｍ
／ｓ）から音速の範囲とし、最小速度的１ｆｔ／ｓｅｃ
（０，３ｍ／ｓ）のスラリ流より早い。酸素含有ガス内
に炭素質スラリをほぼ均等に分散させるには流れの配置
と速度の不同による。酸素含有ガスの切頭円錐流と中央
円筒流とは環状スラリ流を剪断しスラリ流の分散と初期
霧化とを行う。分散と初期霧化の次にスラリとガスの分
散物を加速帯域を通す。第１の実施例と同様に加速部は
切頭円錐面の頂部に接した下流の中空円筒導管である。

この実施例の中空円筒導管の断面積は環状炭素質スラリ
流、中央円筒及び切頭円錐酸素含有ガス流の組合せ断面
積より小さい。中空円筒導管の作動と寸法とは第１の実
施例の中空円筒導管と同様である。

このプロセスバーナは第１のプロセスバーナと同様に燃
料ガスを反応帯域に供給し反応帯域内で炭素質スラリ酸
素含有ガス分散物内に分散させる構成とする。この燃料
ガス分散はプロセスバーナの外部で生ずる。

本発明のこの実施例によるバーナは。

（ａ）一端に流体供給装置を有し他端に開口を有する中
空円筒中央導管。

（ｂ）中央導管の長手の少なくとも一部を囲む第１の環
状導管、第１の環状導管の一端に流体供給装置を他端に
開口を設け。

（ｃ）第１の環状導管の長手の少なくとも一部を同心で
囲む第２の環状導管、第２の環状導管の一端に流体供給
装置を他端に開口を設け。

（ｄ）断面積を第１の導管と第１の環状導管と第２の環
状導管との組合せ断面積より小とし他端にバーナの外面
の位置とした開口を有する中空円筒加速導管。

（ｅ）頂部に加速導管の一端を連結し底部に第２の環状
導管の他端外径を連結した切頭円錐面。

（ｆ）バーナの外面の位置のポートに流体連通した少な
くとも１個のガス導管。

を備える。

酸素含有ガス内の炭素質スラリのほぼ均等な分散を得る
ための９本発明の他の実施例によるプロセスバーナは第
２図に示し、酸素含有ガスの第１の速度の切頭円錐流を
有する。炭素質スラリ流は円筒形であり第２の速度とす
る。円筒流は切頭円錐酸素含有ガス流の内面で交叉する
。交叉角度は１５〜７５°の範囲とする；切頭円錐面流
の速度は約７５ｆｔ／ｓｅｃ（２３ｍ／ｓ）から音速の
範囲とし、炭素質スラリの好適な速度１〜５０ｆｔ／ｓ
ｅｃ（０，３〜１５ｍ／ｓ）より大きな速度とする。

円筒炭素質スラリ流と切頭円錐酸素含有ガス流とを交叉
させ１両流れ間の速度差によって１本発明のプロセスバ
ーナ内でほぼ均等な分散を行う。

切頭円錐流は円筒スラリ流を剪断し少なくとも一部を霧
化すると信じるがこれに限定するものではない。

所要の均等な分散が得られた後に、炭素質スラリはプロ
セスバーナ内で更に霧化する。この霧化は分散スラリと
ガスを通す加速部で行う。この帯域は切頭円錐の頂部に
接し下流中空円筒導管であり、断面積は円筒炭素質スラ
リ流と切頭円錐酸素含有ガス流の組合せ断面積より小さ
い。切頭円錐の頂部と加速導管の上流端との接合部の圧
力は加速部の下流端の圧力より大きい。この圧力差は好
適な例で１０〜１５００ｐｓｉ（０，２〜１０．４ＭＰ
ａ）とする。流体力学の法則と一定流量の仮定によって
１両流は円筒導管通過間に加速される。分散流内のガス
部はスラリ成分より早く加速されスラリ粒子をさらに剪
断してスラリを霧化する。円筒加速導管の長さと直径と
が少なくとも一部は霧化に影響する。

加速導管の長さと直径は、出入口間の圧力差、スラリの
粘性、スラリとガスの温度、温度変調物質の存在、スラ
リとガスの相対量等によって定められる。相関関数が多
いため、実験的に加速導管の長さと直径を定める必要が
ある。

この実施例によるバーナは。

（ａ）一端に流体供給装置を有し他端に開口を有する中
空円筒中央導管。

（ｂ）中央導管の長手の少なくとも一部を囲む第１の環
状導管、第１の環状導管の一端に流体供給装置を他端に
開口を設け。

（ｃ）断面積を第１の導管と第１の環状導管との組合せ
断面積より小とし他端にバーナの外面の位置とした開口
を有する中空円筒加速導管。

（ｄ）頂部に加速導管の一端を連結し底部に第１の環状
導管の他端外径を連結した切頭円錐面。

（ｅ）バーナの外面の位置のポートに流体連通した少な
くとも１個のガス導管を備える。

本発明のプロセスバーナは触媒を使用しない部分酸化過
程であり、耐火物内張容器内に原料ガス流を生じさせる
。プロセスバーナは容器のバーナポートに一時的に又は
永久的に取付ける。永久取付に場合は容器に別に予熱バ
ーナを取付ける。この場合は予熱バーナを作動して初期
反応帯域温度とした後に停止する。予熱バーナの停止後
に本発明プロセスバーナを作動させる。プロセスバーナ
の一時的取付の場合は予熱バーナを取付けて初期加熱を
行った後に予熱バーナに代えてプロセスバーナを取付け
る。

前述した通り、炭素質スラリの部分酸化による合成ガス
、燃料ガス、又は還元ガスの製造は通常は反応帯域で生
じ、温度範囲は約１７００〜３５００°Ｆ（９３０〜１
９３０℃）、圧力範囲は約１５〜３５００ｐｓｉｇ（０
，２〜２４ＭＰａ）とする。通常の部分酸化ガス発生容
器は米国特許２８０９１０４号に記載がある。生産され
たガス流は大部分の水素と一酸化炭素を含み、炭酸ガス
、水、窒素、アルゴン、メタン、硫化水素、硫化カルボ
ニルの１種以上を含む。生産ガス流は使用燃料と作動条
件によって、随伴物質１例えば粒状炭素煤、フラッシュ
、スラグ等を含む０部分酸化過程で生成され生産ガス流
に随伴しないスラグは容器底部に向い、連続的に導出す
る。

炭素質スラリとは固体炭素質燃料のスラリであって圧送
可能であり１通常の炭素含有量４０〜８０χであり１本
発明プロセスノズルの導管を通過可能の材料とする。こ
のスラリは液担体と固体炭素質燃料から成る。液担体は
水、液体炭化水素材料又は混合物とする。担体として使
用し得る液体炭化水素として、液化石油ガス、石油蒸留
物、ナフサ。

灯油１石油残渣、原油、アスファルト、ガス油。

残油、タール、サンドオイル、頁岩源９石炭液化油、コ
ールタール、流体触媒クランキングからのサイクルガス
油、コークス又はガス油のフフラル抽出物、メタノール
エタノール等のアルコール類。

オキソ及びオキシル合成からの副産物酸素含有液体炭化
水素及びその混合物、ベンゼン、トルエン、キシレン等
の芳香族炭化水素がある。二酸化炭素を液状に保つため
に、プロセスバーナ内に圧力に応じて−６７〜１００　
　°Ｆ　（−５５〜４０″Ｃ）の範囲で導入する。液体
二酸化炭素を使用する時は液スラリは４０〜７０χの固
体炭素質燃料を含むのが好適である。

固体炭素質燃料は通常は石炭９石炭からのコークス、石
炭からの炭１石炭液化残渣９石油コークス、頁岩から導
出した固体粒状煤、タールサンド又はピッチを使用する
。使用石炭の種類の制限は少なく、無煙炭、瀝青炭、亜
瀝青炭、亜炭を使用できる。他の固体炭素質燃料に例は
厨芥、脱水した汚物、半固体有機材料例えばアスファル
ト、ゴム、自動車タイヤ等のゴム状材料がある。本発明
のプロセスバーナに使用する炭素質スラリは上述した通
り圧送可能であり、プロセスバーナ導管を通過可能とす
る。このため、スラリの炭素質燃料成分は細分してほぼ
全部の材料がＡＳＴＭ　Ｅｌｌ−７０Ｃの篩規格１４０
１を通り、少なくとも８０χがＡＳＴＭ　Ｅｌｌ−７０
Ｃ篩規格４２５ｍｍを通る必要がある。篩通過測定は水
分含有量０〜４０重量２で行う。

本発明のプロセスバーナに使用する酸素含有ガスは空気
、酸素を２０モル以上とした酸素富化ガス又はほぼ純酸
素とする。

上述した通り９本発明プロセスバーナには温度変調物質
を使用できる。温度変調物質は通常炭素質スラリ流内及
び又は酸素含有ガス流内に混合する。この物質の例は水
、スチーム、炭酸ガス、窒素９部分酸化過程で生成した
ガスの再循環部分がある。

プロセスバーナから排出される燃料ガスにはメタン、エ
タン、プロパン、ブタン、合成ガス、水素、天然ガス等
のガスを含む。

本発明のプロセスバーナの高分散、霧化の特性はプロセ
スバーナの使用を満足に経済的に行う。

実施班 本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
。

第１．３図は本発明によるプロセスバーナ１０を示す。

プロセスバーナ１０の下流端に下方にポートを経て部分
酸化に使用する合成ガスリアクタを取付ける。プロセス
バーナ１０の位置をリアクタの上か横かはりアクタの形
状によって定める。プロセスバーナｌＯを永久的に取付
けるか一時的に取付けるかは永久的に取付けた予熱バー
ナと共に使用するか、又は予熱バーナに代えて使用する
かに応じて定め、上述した。プロセスバーナ１０の取付
けは環状フランジ４８を使用する。　プロセスバーナ１
０の中央に配置した管２２は上端を板２１によって閉鎖
し下端に縮小する切頭円錐壁２６を設ける。切頭円錐壁
２６の頂部に開口３５を形成して加速部３３に連通させ
る。加速部３３の下端に開口３０を形成する。図示の例
では加速部３３は正円筒形部分である。

板２１の開口を気密関係で通る炭素質スラリ供給路１４
を設ける。炭素質スラリ供給路１４の下端はディストリ
ビュータ１６の上端を閉鎖する環状板１７のポートに連
結する。ディストリビュータ１Ｇは縮小する切頭円錐下
壁１９を有する。切頭円錐壁１９の頂部は下方に延長す
る管２８に連結し環状スラリ導管２５を形成する。管２
８の内径はディストリビュータ１６の内径より著しく小
さい。ディストリビュータ１６を使用することによって
導管２５の底部開口からの炭素質スラリ流は環状部会体
にほぼ均等になる。

ディストリビュータ１６の内径と管２８の内径とを定め
るには、炭素質スラリが管２８の内壁と管２３の外壁と
の間の環状導管２５を通る時の圧力低下が、ディストリ
ビュータ１６内の環状水平断面での最高最低圧力の差よ
りも著しく大きいように定める。この圧力関係が維持で
きない時は環状導管２５からの環状流は不均等になり炭
素質スラリが切頭円錐形酸素含有ガス流に接触した時に
分散効率の低下を来す。

環状導管２５の内外直径の差はスラリ内の炭素質材料の
微細の程度に少なくとも一部は依存する。

環状導管２５の直径差は充分に大きくして使用スラリ内
の特定寸法の炭素質材料による閉塞を防ぐ。

環状導管２５の内外直径差は多くの例では０．１−１．
０ｉｎ（０，２−２，５ｃｍ）の範囲内とする。

ディストリビュータ１６と下方に延長する管２８の長手
軸線に同心とした管２３は全長に均等な直径である。管
２３は酸素含有ガスを通す導管２７を有し上下流端共に
開放とし下流開口は管２８の下流端とほぼ同一平面であ
る。

酸素含有ガスは供給管２４を経てプロセスバーナ１０に
供給される。酸素含有ガスの一部は管２３の開口端から
導管２７に入る。酸素含有ガスに他部は管２２の内壁と
管２８の外壁との間に形成される環状導管３１内に流れ
る。導管３１を流れるガスは切頭円錐面２６と切頭円錐
面２０の形成する切頭円錐通路を通るため加速される。

切頭円錐面２０．２６間の間隔は炭素質スラリ導管２５
から流出する炭素質スラリを有効に分散するに必要とす
る速度を酸素含有ガスが得るように定める。例えば、導
管２７を通る酸素含有ガスの計算速度が２００ｆ　ｔ／
ｓｅｃとし、環状導管２５を通る炭素質スラリの速度を
８ｆ　ｔ／ｓｅｃとし内外直径差を０．３ｉｎ（７，６
ｃｍ）とすれば、酸素含有ガスは切頭円錐導管を速度２
００ｆ　ｔ／ｓｅｃで流れる。一般的に、実施例で説明
する両切凹円錐面間の距離は約０．０５　０．９４ｉｎ
（０，１３−２，４ｃｍ）の範囲とした。この相対速度
の場合に、加速部３３の高さ？ｉｎ（１７ｃｍ）、直径
１．４ｉｎ（３，６ｃｍ）とした。

切頭円錐面２６は縮小して管２８の長手軸線に対して１
５〜７５°の角度とする。この角度が過大であれば酸素
含有ガスは大部分のエネルギを面との衝撃に消費し、過
少であれば剪断効果は最小になる。

管２２に同心に水ジャケット３２を設ける。水ジャケッ
ト３２は上端を環状板５８で閉鎖する。水ジャケットの
下端の環状板４２は内方に延長し環状水通路４３を有す
る。管２２の外壁と水ジャケット３２の内壁との間の環
状スペース３９内に３本の燃料ガス導管３６．４０．４
１を取付ける。燃料ガス導管３６，４０．４１は管３６
ａ、　４０ａ＋　４１ａによって形成する。管３６ａ、
４０ａ、４１ａは第１図に示す通りフランジ４２の開口
を通る。燃料ガスは供給管５２．５０から管４０ａ、３
６ａを経て供給される。管４１ａの供給管は図示しない
が他の管と同様な形式とする。

第１図に示す通り、燃料ガス導管４０，３６．４１は管
２８の長手軸線の延長部に向かって傾斜する。導管はこ
の軸線を中心に等角度等半径方向距離の配置とする。角
度と距離とは炭素質スラリと酸素含有ガスの分散物の開
口３０からの流れに均等に燃料ガスを向ける。燃料ガス
導管の角度は、バーナ面から充分に離れて燃料ガスを導
入するが、炭素質スラリ酸素含有ガス流内への急速な混
合則ち分散を妨害しない距離とする。一般に第１図に示
す角度ａ１．ａ２は３０〜７０°の範囲とする。

水ジャケット３２の外壁に同心で半径方向外方にバーナ
外殻４４を取付ける。バーナ外殻４４を半径方向外方と
して環状の水導管４５を形成する。第１図に示す通り、
水供給管５４からの水は水通路４３を通り環状水導管４
５を経て水排出管５６を出る。この水の流れによってプ
ロセスバーナ１０は所要の略一定の温度を保つ。

バーナ外殻４４の上端を環状フランジ６０によって気密
に閉鎖する。バーナ外殻４４の下端はバーナ面４６で終
わる。

作動に際して１反応部が予熱過程を終って温度約１５０
０〜２０００　’　Ｆ（８１０〜１３７０　’　Ｃ）に
予熱された後ニア’　ｔｆｆ　セスバーナ１０を接続す
る。プロセスバーナ１０から反応部に導入される供給流
の相対比例と最適温度変調器を調整して炭素質スラリと
燃料ガス内の炭素の大部分が製品ガスの所要の一酸化炭
素と水素成分に変換し、所要の反応部温度が維持される
ようにする。

プロセスバーナ１０を去った後の供給流のりアクタ内の
滞留時間は約１−１０秒である。

酸素含有ガスをプロセスバーナ１０に供給する温度は酸
素含有量によって定める。空気の場合は大気温度ないし
約１２００　’　Ｆ（６５０℃）とし、純粋の酸素の場
合は大気温度から約８００°Ｆ（４２７℃）とする。

酸素含有ガスの供給圧力は約３０〜３５００ｐｓｉｇ（
０４３〜２４ＭＰａ）とする。炭素質スラリの供給温度
は大気温度から液担体の飽和温度とし、圧力は約３０〜
３５００ｐｓｉｇ（０，３〜２．４ＭＰａ）　とする。

燃料ガスは反応部を所望の温度に保ち、好適な例でメタ
ンとし、供給温度は大気温度から約１２００　’　Ｆ（
６５０″Ｃ）とし１供給圧力は約３０〜３５００ｐｓｉ
ｇ（０，３〜２４ＭＰａ）とする。量的には、炭素質ス
ラリ、燃料ガス、酸素含有ガスは遊離酸素と炭素の重量
比が０．９−２．２７の範囲となるように供給する。

供給管１４を経て供給される炭素質スラリのディストリ
ビュータ１６内の流速は約０．１−５ｆｔ／ｓｅｃ（０
，３−２４ＭＰａ）が好適である。炭素質スラリ導管は
比較的小直径のため、炭素質スラリの速度は約１〜５０
ｆｔ／ｓｅｃ（０，３〜１５　ｍ／ｓ）の範囲とする。

酸素含有ガスは供給管２４を経て２本に分流し。

一方はガス導管２７を通り、他方は導管２９内で切頭円
錐流を形成する。酸素含有ガス流は種々の速度を有し、
導管２７内のガス速度は２００ｆ　ｔ／ｓｅｃ（６０ｍ
／ｓ）とし、切頭円錐導管２９内のガス速度は３００ｆ
　ｔ／ｓｅｅ（９０ｍ／ｓ）とする。前述した通り、環
状炭素質スラリ流は炭素質スラリ導管２５を経て管２８
．２３の下端の下で酸素含有ガスの切頭円錐流と交叉す
る。環状炭素質スラリ流が切頭円錐酸素含有ガス流によ
って剪断、されて炭素質スラリか酸素含有ガス内に均等
に分散する。

生成した分散物は加速部３３を通り酸素含有ガスを充分
な速度に加速して炭素質スラリを更に霧化し容積平均小
滴寸法を１００〜６００μの範囲内とする。

バーナーノズル１０を最初に作動させた時は燃料ガス供
給量は炭素質スラリ供給量より多い。炭素質スラリ量が
増加すれば燃料ガス供給量は減少する。燃料ガス供給か
ら炭素質スラリ供給への同時の遅い変換は燃料ガス供給
を完全に停止するまで継続する。反応部の故障が生じ、
炭素質スラリ量を減少する必要を生じた時は燃料ガス供
給を再開し反応部を所望の温度範囲に保つ。

第２．４図は本発明の他の実施例を示す。プロセスバー
ナ１１０は中央管１１２を有し、上端を板１１４で閉鎖
する。管１１２の上端に炭素質スラリ供給管１２２を取
付ける。管１１２の内部に炭素質スラリ導管１１３を形
成し下端に小直径部１１６を有する。下端部の直径を減
少することによって、炭素質スラリ供給は加速されて１
〜５０ｆ　ｔ／ｓｅｃ（０，３〜１５ｍ／ｓ）となる。

小直径部より上方の部分を大直径管１１２とし、管１１
２の閉塞は減少する。

管１２４は管１１２に同心であり、管１１２の外径より
大きな内径を有する。管１２４の上端を閉鎖する環状板
１２０は穴を有し第２図に示す通り、管１１２を取付け
る。酸素含有ガス供給管１４４は管　１２４の上部に取
付ける。管１２４の下端は縮小切頭円錐面１２６を形成
する。この面は管１１２の小内径１１６より下方に延長
する。切頭円錐面１２６は切頭円錐面１１８と共働して
酸素含有ガスを通す切頭円錐通路１２７を形成する。切
頭円錐面１１８，１２６の間隔は切頭円錐通路１２７を
通る酸素含有ガスの所望速度によって定める。１＆述の
流量については、ｉｉ４切頭円錐面の間隔は０．０５〜
０．９５ｉｎ（０，１３〜２．４ｃｍ）の範囲とする。

酸素含有ガスの切頭円錐通路１２７を通る速度は導管１
１３を出る炭素質スラリの剪断に影響する。この剪断は
酸素含有ガス内への炭素質スラリの均等な分散を生ずる
。

切頭円錐面は管１１２の軸線延長部に向けて縮小し、角
度範囲は１５〜７５°とする。角度が過大であれば酸素
含有ガスのエネルギの大部分は面との衝撃に消費され、
過少であれば剪断効果は最小となる。

切頭円錐面１２６の頂部は加速部１３０となる。第２．
４図に示す例では加速部は中空正円筒であり上端開口１
３１　と下端開口１３３とを有する。加速部１３０の寸
法は第１．３図の例と同様とし、同程度の流量の場合と
する。加速部にタングステンカーバイド等の耐摩耗ライ
ニングを設けるのが好適である。

管１２４の外壁に同心で半径方向外方に水ジャケソ目４
６を設ける。水ジャケット１４６は上端を環状板１４８
で閉鎖し、板の開口を管１２４を第２図に示す通りに通
す。坂１４８の他の３個の穴を形成し燃料ガス供給管１
３６，１３８等を通す。水ジャケット１４６の内壁と管
１２４の外壁との間に環状スペース１４５を形成する。

環状スペース１４５内に３本の燃料ガス管１４２．１４
３．１５２を通す。管は夫々燃料ガス導管１４２ａ、　
１４３ａ、　１５２ａを形成する。第２，４図に示す通
り、燃料ガス管１４２．１４３．１５２は等角度間隔１
等半径方向距離であり管１１２の延長軸線に向けて下方
に傾斜する。゛第２．４図の実施例の燃料ガス管の間隔
と傾斜とは第Ｌ３図の実施例と同様である。

環状スペース１４５は燃料ガス管を通すだけでなく冷却
水通路を形成し、水ジャケットの上端の冷却水供給管１
５０から供給する。水ジャケットの下端の環状板に第２
図に示す通り水道路１４７を形成する。燃料ガス管は取
付けの便宜のため環状フランジ１４０の開口を通す。

プロセスバーナ１１０に更に同心の外側バーナ外殻１５
８を設け、底面１５８を有する。外殻１５４は半径方向
外方とし内壁と管１４６の外壁との間に冷却水通路１５
１を形成する。水導管１５１は通路１４７を経て環状ス
ペース１４５に連通ずる。水供給管１５０からの水は環
状スペー、％１４５．通路１４７．導管１５１を経て上
方に流れ排出管１６０から出る。水導管１５１の上部は
環状フランジ１５６によって閉鎖する。

プロセスバーナ１１０はフランジ１６２によってガス発
生装置に取付け、プロセスバーナ１１０は反応部に直接
排出する。プロセスバーナ１１０の取付ケは一時的又は
永久的とし、予熱バーナと置き換えて使用するか、永久
取付の予熱バーナに組合せて使用するかによる。一時的
取付けの場合は予熱バーナによって反応部が所望の温度
範囲になった後に置き換える。予熱バーナが装置に永久
的取付の場合はプロセスバーナも永久的取付となる。

作動に際して５反応部が予熱過程を終了し、温度が約１
５００〜２５００°Ｆ（８１０〜１３７０℃）に達した
後にプロセスバーナ１１０を作動させる。プロセスバー
ナを出た供給流のりアクタ内の滞留時間は１〜１０秒で
ある。プロセスバーナ１１０に供給する酸素含有ガスの
温度範囲は常温から１２００°Ｆ　＜６５０　℃）とし
、炭素質スラリの供給温度は常温から担体液の飽和温度
の間とする。プロセスバーナ１１０に供給する燃料ガス
は常温から１２００°Ｆ（６５０℃）の温度範囲とする
。圧力に関しては、酸素含有ガスのバーナに供給する圧
力は３０〜３５００ｐｓ　ｉｇ　（０、３〜２４ＭＰａ
）とし、炭素質スラリの供給圧力は３０〜３５００ｐｓ
ｉｇ（０，３〜２４ＭＰａ）とする。燃料ガスの供給圧
力は３０〜３５００ｐｓｉｇ（０，３〜２４ＭＰａ）が
好適である。炭素質スラリ、燃料ガス、酸素含有ガスの
バーナへの供給量は、遊離酸素と炭素の重量比が０．９
〜２．２７の範囲内とする。

バーナーノズル１１０の作動当初は燃料ガス供給量は炭
素質スラリ供給量より多い。燃料ガスの減少に伴って炭
素質スラリ供給が増加し、燃料ガス供給が停止した時に
炭素質スラリ供給は最大となる。炭素質スラリ供給の一
部又は全部を停止する必要を生じた時は燃料ガス供給を
再開して反応部の温度を維持する。

供給管１１２の炭素質スラリ流速０．１〜５ｆｔ／ｓｅ
ｃ（０，０３〜１．５ｍ／ｓ）　とする。炭素質スラリ
が導管１１３を通る時に管１１２の小直径部１１６に達
する。

炭素質スラリ速度は１〜５０ｆｔ／ｓｅｃ（０，３〜１
５ｍ／ｓ）に増加する。炭素質スラリは管１１２を出て
切頭円錐導管１２７を通る酸素含有ガスの切頭円錐流に
合流する。この切頭円錐流の速度は７５ｆｔ／ｓｅｃ（
２３ｍ／ｓ）ないし音速とする。炭素質スラリの剪断に
よって酸素含有ガス内に均等に分散される。分散した混
合物は加速部１３０に入り、断面積は導管１１３．切頭
円錐導管１２７と同一とする。第１．３図の加速部と同
様に加速部１３０は下端開口１３３では上端開口１３１
より低圧である。この圧力差が酸素含有ガスを加速し９
分散混合物が加速部を通る時に分散炭素質スラリの霧化
を生ずる。１００〜６００μの範囲の霧化が得られる。

プロセスバーナに供給される燃料ガスは供給管１３６、
１３８と図示しない導管を通る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明プロセスバーナの断面図、第２図は本発
明の他の実施例によるプロセスバーナの断面図、第３図
は第１図の３−３線に沿う断面図。 第４図は第２図の４−４線に沿う断面図である。 ｔｏ、ｔｌｏ、、、プロセスバーナ。 １４．１６．２５，１２２，１１３．、炭素質スラリ管
２２．２４．２７．３１，１４４，１２４．、酸素含有
ガス管２６、１２６．　、切頭円錐面 ５０．５２．１３６．１３８．　、燃料ガス管。 ５４．５６，３２，３９，４５．１４６，１５０，１６
０．、冷却水通路。 ３３、１３０．　、加速部。 （ｐ）！−ｂ） 図面の浄！（内容に変更なし） ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、４ 引 ＦＩＧ。３ 手　　続　　補　　正　　書 昭和Ａｉ年６月２３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧力約１５〜３５００ｐｓｉｇ（０．２〜２４ＭＰ
   ａ）、温度約１７００〜３５００°Ｆ（９３０〜１９３
   ０℃）に維持された反応帯域を形成する容器内で炭素質
   スラリ部分酸化によって水素と一酸化炭素を含むガスを
   製造する方法において、 （ａ）炭素質スラリと酸素含有ガスは反応器に入る前に
   炭素質スラリは酸素含有ガス内に実質上均等に分散され
   、そして霧化され、その後その両者を反応器に導入し、 （ｂ）反応帯域を上記温度に維持するに必要な量の燃料
   ガスを反応帯域内に導入し、（ａ）の反応剤が反応帯域
   に入った後に燃料ガスを反応剤内に導入して燃料ガスと
   導入反応剤とを混合させ、 （ｃ）反応帯域の（ａ）の導入反応剤の部分酸化による
   反応によって水素と一酸化炭素を含むガスを製造し、 （ｄ）（ｂ）の導入燃料ガスを（ａ）の反応剤の導入酸
   素含有ガスの一部と部分酸化による反応させる、ことを
   特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、酸素
   含有ガス内に炭素質スラリをほぼ均等に分散させるには
   、酸素含有ガスの第１の速度の切頭円錐流と炭素質スラ
   リの第２の速度の同方向の円筒流とを生じさせ、炭素質
   スラリの円筒流を酸素含有ガスの切頭円錐流の内面に約
   １５〜７５°の角度で交叉させ、第１の速度は約７５ｆ
   ｔ／ｓｅｃ（２３ｍ／ｓ）から音速の範囲とし第２の速
   度は約１〜５０ｆｔ／ｓｅｃ（０．３〜１５ｍ／ｓ）の
   範囲とする。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、炭素
   質スラリと酸素含有ガスとのほぼ均等な分散を行うには
   、 （ｉ）第１の速度を有する酸素含有ガスの円筒流と、 （ｉｉ）第２の速度を有する炭素質スラリの環状流と、 （ｉｉｉ）第３の速度を有する酸素含有ガスの切頭円錐
   流とを生じさせ、 上記流れはほぼ同心で半径方向に離れ、円筒流は環状流
   の内方とし、環状流は切頭円錐流の内面に約１５〜７５
   °の角度で交叉し、第２速度の範囲は約１〜５０ｆｔ／
   ｓｅｃ（０．３〜１５ｍ／ｓ）とし、第３の速度の範囲
   は約７５ｆｔ／ｓｅｃ（２３ｍ／ｓ）から音速とする。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項
   に記載の方法において、炭素質スラリの霧化を行うには
   、ほぼ均等に分散した反応剤をほぼ均等に分散した反応
   剤を加速する帯域を通し、酸素含有ガス成分はほぼ均等
   な分散の炭素質スラリ成分より早い速度に加速される。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の方法において、帯域
   出入口間の圧力低下によって加速する。 ６、特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の方法にお
   いて、燃料ガスは少なくとも２本の流れとして反応帯域
   に導入する。 ７、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、圧力
   範囲を約１５００〜２５００ｐｓｉｇ（１０．４〜１７
   ．３ＭＰａ）とする。 ８、バーナに、 （ａ）一端に流体供給装置を有し他端に開口を有する中
   空円筒中央導管、 （ｂ）中央導管の長手の少なくとも一部を囲む第１の環
   状導管、第１の環状導管の一端に流体供給装置を他端に
   開口を設け、 （ｃ）第１の環状導管の長手の少なくとも一部を同心で
   囲む第２の環状導管、第２の環状導管の一端に流体供給
   装置を他端に開口を設け、 （ｄ）断面積を第１の導管と第１の環状導管と第２の環
   状導管との組合せ断面積より小とし他端にバーナの外面
   の位置とした開口を有する中空円筒加速導管、 （ｅ）頂部に加速導管の一端を連結し底部に第２の環状
   導管の他端外径を連結した切頭円錐面、（ｆ）バーナの
   外面の位置のポートに流体連通した少なくとも１個のガ
   ス導管、 を備えることを特徴とするバーナ。 ９、バーナに、 （ａ）一端に流体供給装置を有し他端に開口を有する中
   空円筒中央導管、 （ｂ）中央導管の長手の少なくとも一部を囲む第１の環
   状導管、第１の環状導管の一端に流体供給装置を他端に
   開口を設け、 （ｃ）断面積を第１の導管と第１の環状導管との組合せ
   断面積より小とし他端にバーナの外面の位置とした開口
   を有する中空円筒加速導管、 （ｄ）頂部に加速導管の一端を連結し底部に第１の環状
   導管の他端外径を連結した切頭円錐面、（ｅ）バーナの
   外面の位置のポートに流体連通した少なくとも１個のガ
   ス導管、 を備えることを特徴とするバーナ。 １０、特許請求の範囲第８項又は第９項に記載のバーナ
   において、バーナの外面の開口を囲んで等角度間隔に等
   半径方向距離の位置とした少なくとも２個のポートを設
   ける。 １１、特許請求の範囲第９項に記載のバーナにおいて、
   中央導管の他端は切頭円錐面の底の面と切頭円錐面の頂
   部の面との間とする。 １２、特許請求の範囲第８項に記載のバーナにおいて、
   第１の環状導管の他端は切頭円錐面の底の面と切頭円錐
   面の頂部の面との間とする。