JPS6250390A - 組成を可変にした可燃性ガスの変成処理方法 - Google Patents

組成を可変にした可燃性ガスの変成処理方法

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JPS6250390A
JPS6250390A JP19047085A JP19047085A JPS6250390A JP S6250390 A JPS6250390 A JP S6250390A JP 19047085 A JP19047085 A JP 19047085A JP 19047085 A JP19047085 A JP 19047085A JP S6250390 A JPS6250390 A JP S6250390A
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JP
Japan
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gas
composition
calorific value
hydrocarbon fuel
fuel
Prior art date
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JP19047085A
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English (en)
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Tatsuhiro Imai
今井 達裕
Yasuo Hirose
広瀬 靖夫
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Nippon Furnace Co Ltd
Original Assignee
Nippon Furnace Co Ltd
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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】 ■1発明の目的 (産業上の利用分野) 本発明は、水性ガスあるいは合成ガスと一般に呼ばれて
いる一酸化炭素(Co)と水素(H2)を主成分とする
可燃性ガスの製造方法及び装置に関する。更に詳細に説
明すると、本発明は、気体ないし液体の原料炭化水素か
ら部分燃焼によって可燃性ガス(本明細出においては水
性ガス及び合成ガスを含む)を製造する際にその組成を
可変にする変成処理方法及び装置に関する。
(従来の技術) 近年、田家的事゛業として石炭転換利用技術の開発即ち
石炭のガス化ないし液化技術の開発が提唱され、各国で
推し進められている。そして、この開発の一環として、
石炭ガス化によって生成されたガス(以下石炭ガス化ガ
ス若しくは生成ガスと言う)、待に2000kcal/
 Nm 3未満の低カロリーガスを燃料とする低カロリ
ーガス用タービン。
やバーナ等の並行開発が要求されている。
この種の低カロリーガス用ター(ンヤバーナ等の開発に
際しては、石炭のガス化技術が開発段階に必る現状にお
いては燃焼器の性能・効率・安定性等を評価するための
模擬ガスが工業的規模で大量に必要となる。しかも、こ
の模擬ガスは、原料炭の組成成分が不均質であったり種
類が異なったりすると生成ガスの発熱量や組成もまちま
ちとなることから、これに合わせて多種用意する必要が
ある。
そこで、本発明者らは、この模擬ガスを、炭化水素系原
料からアンモニアやメタノールなどの合成原料ガスを連
続的につくる従来の部分燃焼法(化学大辞典7第918
頁:昭和56年10月15日共立出版株式会社発行)を
利用して、炭化水素系燃料そのものを原料として所定発
熱量の可燃性ガスを工業的規模で大量かつ安価に連続生
産することを考えた。
この部分燃焼法は、原料炭化水素の一部を酸素又は空気
で燃焼させ、その発生熱によって残存炭化水素を変成し
、合成原料ガスを連続的につくるもので、所定発熱量の
可燃性ガスを得るには好適な製造法でおる。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、この従来の部分燃焼法は原料燃料と空気
不足量を決定すれば、得られる可燃性ガスの発熱量及び
その組成が一義的に定まってしまうものである。このた
め、当該部分燃焼法によって@擬ガスを製造する場合、
所望とする発熱量が得られたとしてもその組成が使用を
予定している生成ガスのものと全く異なる場合もある。
模擬燃料ガスとしては、発熱量が指定通りであることが
最も重要なことではあるが、その組成を全く無視できる
というものではなく、特に水素の存在は燃焼器の性能に
大きく影響を与えることから、実際のガスに近似したも
のとしなければ模擬ガスとしての意義が薄れる。もっと
も、原料燃料を変えることにより模擬ガスの組成を若干
変化させることもできるが、この場合、組成を自由に変
化させ得るという程のものではなく実用上十分なものと
は言えない。
斯様に従来の部分燃焼法に因るガス変成処理によると、
上述の模擬ガスの製造に限らず、他の可燃性ガスの製造
の場合にもその用途に応じて組成等を最適なものに変化
させることができない不便がある。
そこで、本発明は、通常の燃料と不活性なガスから安全
に任意組成の可燃性ガスを連続的に工業的規模で大量に
製造できる変成処理方法を提供することを目的とする。
更に具体的には、本発明は発熱量と組成を自由に変化さ
せ得る可゛燃性カス・燃料ガスの変成処理方法を提供す
ることを目的とする。
II 、発明の溝成 (問題点を解決するための手段) 斯かる目的を達成するため、本発明の可燃性カスの変成
処理方法は、気体又は液体の炭化水素系燃料に所定量の
CO2を混入して部分燃焼させ、CO2の分解によって
一酸化炭素を増但し、成分ガス中のh12に対するCO
量を相対的に増減して組成を可変にしている。
また、本発明の可燃性ガスの変、酸処理方法は、気体又
は液体の炭化水素系燃料に所定量のNH3を混入して部
分燃焼させ、NH3の分解によって水素を増呈し、成分
ガス中のCOに対するH2 mを相対的に増減して組成
を可変にしている。
更に、本発明の可燃性ガスの変成処理方法は、気体又は
液体の炭化水素系燃料に所定量の002およびNH3を
混入して部分燃焼させ、CO2の分解によって一酸化炭
素をまたNH3の分解によつて水素を夫々増量し、成分
ガス中のcomaよびN2@を相対的に増減して組成を
可変にしている。
(実施例) まず、本発明を実施する具体的装置例を図面に基づいて
詳細に説明する。
第1図に本発明の可燃性ガスの変成処理方法を実施する
装置例をブロック図で示す。該図において、1はガス変
成炉、2は燃焼器、3は熱交換器でおり、排出される生
成ガスの熱を利用して予熱された燃焼用空気を燃焼器2
に供給し、メタンあるいはベンゼン等の炭化水素系燃料
の一部を燃焼させてその燃焼熱によって残存炭化水素系
燃料を変成させるようにしている。CO2および/また
はNH3は燃焼用空気と共にあるいは単独で燃焼器2へ
供給され、高温火炎下において分解されるように設けら
れている。
ここで、ガス変成炉1は、炭化水素系の気体又は液体の
燃料を空気又は酸化剤等を供給しつつ空気不足のもとて
部分燃焼させ、原料ガスを所定力口り一並びに組成のガ
スに変成させるものである。
尚、該ガス変成炉1には水蒸気又は水が注入可能に設け
られ、これらを以て生成ガスの急冷あるいは一部変成作
用を行なわせることも可能である。
以上のように構成された変成処理装置を用いて本発明の
可燃性ガスの変成処理方法を以下に詳細に説明する。
ガス変成炉1においては、炭化水素系の原料燃料例えば
メタン等が空気不足状態で部分燃焼され、所定発熱量の
低カロリーガスに変成される。通常、部分燃焼によるガ
ス変成は、原料燃料と空気不足量が定まると第4図およ
び第3図に示すようにその発熱量と組成(主にN2/C
o比)が同時に定まる。例えば、メタンとベンゼンを原
料燃料とする場合を例にとると、第4図に示すように空
気比と生成ガスの発熱量とが一定の関係にあることが明
らかでおる。また、その組成はメタンを例にとると、第
2図おるいは第3図に示すように1つのライン上に存在
し、空気比即ち発熱量との間に一定の関係があることが
明らかでおる。
このため、たとえばメタンガスを変成して生成された可
燃性ガスの発熱量と組成は第2図に符号10で示される
実線上において変化することとなる。したがって、指定
発熱量に基づいて空気比が定められると、生成可燃性ガ
スの組成(特にN2、Co)は一義的に定まる。例えば
、メタンガスを原料として発熱量1000kcal/N
m3の低カロリーガスを生成するときには、1500に
で)−1221,5vol  %、Co 13 vo1
%、1500kcal/Nm 3のときには、同じく1
500にで N2 34 vo1%、Co 18 vo1%、となる
しかし、このガス変成炉1へCO2を所定量投入しつつ
部分燃焼させると、メタンの燃焼反応下における高温状
態でCO2は2COと02に分離され、更に02は炭化
水素系燃料の燃焼に消費される。したがって、燃焼反応
は、 CHJ+χCO2+2・λ・02+ 2・λ・胆」・N2      → 20.9 a’  −CO+b’ CO2+C’  ・N2+2・
λ・工・N2 20.9 ・・・(2)の化学平衡に達する。尚、該式において、
χはメタンに対する002のモル比である。
ここで、空気比はCO2の分解によって得られる02分
を考慮して決定しなければならず、第5図に示すように
CO2の投入量χの変化に伴ない逐次変化する。
上述の反応はメタンおよび熱交換器3において排出生成
ガスの熱を利用して比較的高温に予熱された燃焼用空気
とを混合してバーナ2へ送り込み燃焼させることにより
維持される。燃焼帯の温度は通常、1000℃以上、好
ましくは1200’C程度に制御され、例えば第2図〜
第7図に示される燃焼例については1500にで行なわ
れている。
また、CO2は火炎中に直接噴射されたり、あらかじめ
燃料ガスの中に混合されて供給される。
このCO2の投入量を変化させることにより、発熱量と
組成はおる範囲において任意の値を得ることができる。
即ち、第2図に示すように、投入〇02Muχを変動さ
せることにより、メタンから組成の異なる同一発熱量の
低カロリーガスを生成しようとする場合、ハツチングで
示される領域でかつ同一発熱量を示すライン11上のあ
る点での組成をとることが可能である。これはCO2の
熱分解によって、COと残存炭化水素の燃焼に8質な酸
素02が得られ、また仮にCO2が出現しても、高温下
では一酸化炭素にガス変成することから、CO2を適宜
投入しかつその投入量に合せて空気比を調整すれば、同
一燃料から生成される同−発熱量のガスであっても組成
の異なるものが生成できるからでおる。例えば、メタン
から発熱量1000kcal/Nm 3のもノヲ生成−
1場合、N221.5%、COI:3%の組成のものか
ら823%、C030、5% の組成のものまで第2図
に示されるハツ、チングの領域内で自由に得られる。も
つとも、下方の曲線12上は非燃焼状態でめるので、実
際にはそれよりもやや斜め上方の領域内で反応は起こる
更に、生成ガスの発熱量と空気比との関係を示した第5
図からも明らかなように、同−原料燃料を一定空気比の
下で部分燃焼させる場合でも、CO2の投入量を変える
ことによって、発熱量を自由に変化させ得ることが理解
できる。しかも、この組成の可変性はI京料燃焼を変更
することにより更に幅広いものとできる。
また、NH3をガス変成炉1へ供給し炭化水素系燃料の
部分燃焼と共に熱分解させ、N2成分を増加させること
により組成を変更するようにしても良い。NH3は火炎
に曝されて、 2NH3→N2 +3H2 と分解され、N2分を増加し相対的に00分を減少させ
る。このため、生成ガスは第7図に示すように、混入N
H3の量に応じて同一発熱量でおってもその組成を自在
に変化させ得る。たとえば、発熱量1000 Kcal
/Nm 3のものを例にあげると、N2 21.5%、
C013%のものからN234%。
Co  3%程度のものまで得られる。また、第6図に
示すように、NH3の投入はを変えることにより、同一
空気比の場合には発熱量が、反面同一発熱量の場合には
空気比が異なることはCO2の場合と同様で必る。
史にCO2とNH3とを同時に投入することにより、第
3図に示すように同一発熱量における組成の選択の幅が
広がることとなる。
斯様に本発明の可燃性ガス変成方法によると、原料材料
を適宜選定しかつCO2および/またはN1−13の投
入量を制御することにより、部分燃焼とは別個に冑られ
るCOおよび/またはN2を制御して相対的にN2およ
び/またはCOを低減させ、任意の発熱量並びに組成の
ガス特に低カロリーガスを製造し得る。この低カロリー
ガスは、例えば石油転換利用技術の一環として開発され
た燃焼機器等の模擬ガスとしての使用に好適である。
また、このガス変成方法は、模擬ガス製造ばかりではな
く、用途に応じた最適な組成のガスに変成して原料ガス
ないし燃料ガスを製造する場合にも好適である。例えば
、燃料ガスから燃焼器の性能に大きな影響を与える水素
を抑えて一酸化炭素だけを必要量増量させるようなこと
もめるいはその逆も可能である。
用1発明の効果 以上の説明より明らかなように、本発明の可燃性ガスの
変成処理方法は、気体又は液体の炭化水素系燃料にCO
2を混入して部分燃焼させるので、投入CO2の熱分解
で直接CO量を増加させ、相対的にN2を減少させて変
成ガス中の組成を変化させ得る。
また、本発明の可燃性ガスの変成処理方法は、気体又は
液体の炭化水素系燃料に所定量のNH3を混入して部分
燃焼させるので、NH3の分解によって水素を増呈し、
成分ガス中のCO2に対するN2量を相対的に増減して
組成を変化させ得る。
更に、本発明の可燃性ガスの変成処理方法は、気体又は
液体の炭化水素系燃料に所定量のCO2およびNH3を
混入して部分燃焼させるので、CO2の分解によって一
酸化炭素を、またNH3の分解によって水素を夫々増量
し、成分ガス中のCo量およびH2Flを微妙に変化さ
せて広範囲において組成を可変にできる。
即ち、従来の部分燃焼法では原料燃料と空気不足量が決
められると一律に定まっていた発生熱量と組成を共に自
由に変化させ得ることができ、同一原料から同一発熱量
の可燃性ガスを得る場合にも自由にその組成を変化させ
得る。依って、本発明によると、実際の石炭ガス化ガス
に近い発熱量と組成の模擬燃料ガスを工業的規模で大量
に容易かつ安価に連続製造できる。しかも、このガス変
成は、通常の燃料と不活性なガスから安全に製造できる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施装置例を原理的に示すブロック
図、第2図は本発明方法によって得られる可燃性ガスの
発熱量と組成の関係をメタンとCo2を原料とした場合
について示すグラフ、第3図は同じく本発明方法によっ
て得られる可燃性ガスの空気比と発熱量等の関係を各種
炭化水素系燃料を原料とした場合について示すグラフで
ある。 第4図はメタンとベンゼンを原料燃料とする生成ガスの
発熱量と空気比の関係を示すグラフ、第5図はCHd+
χCO2混合燃料にあける空気比と発熱量の関係を示す
グラフ、第6図はCo Ha +χNH3混合燃料にお
ける空気比と発熱量の関係を示すグラフ、第7図はCH
4とNH3を原料として生成される可燃性ガスの発熱量
と組成の関係を示すグラフである。 1・・・ガス変成炉、2・・・燃焼器。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)気体又は液体の炭化水素系燃料にCO_2を混入
    して部分燃焼させることを特徴とする可燃性ガスの変成
    処理方法。
  2. (2)前記炭化水素系燃料はメタンであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の可燃性ガスの変成処
    理方法。
  3. (3)前記炭化水素系燃料はベンゼンであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の可燃性ガスの変成
    処理方法。
  4. (4)気体又は液体の炭化水素系燃料にNH_3を混入
    して部分燃焼させることを特徴とする可燃性ガスの変成
    処理方法。
  5. (5)前記炭化水素系燃料はメタンであることを特徴と
    する特許請求の範囲第4項に記載の可燃性ガスの変成処
    理方法。
  6. (6)前記炭化水素系燃料はベンゼンであることを特徴
    とする特許請求の範囲第4項に記載の可燃性ガスの変成
    処理方法。
  7. (7)気体又は液体の炭化水素系燃料にCO_2および
    NH_3を混入して部分燃焼させることを特徴とする可
    燃性ガスの変成処理方法。
  8. (8)前記炭化水素系燃料はメタンであることを特徴と
    する特許請求の範囲第7項に記載の可燃性ガスの変成処
    理方法。
  9. (9)前記炭化水素系燃料はベンゼンであることを特徴
    とする特許請求の範囲第7項に記載の可燃性ガスの変成
    処理方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS498633A (ja) * 1972-05-30 1974-01-25
JPS5212675A (en) * 1975-07-21 1977-01-31 Sumitomo Chem Eng Kk Process of preventing clogging of evaporators using supersonic waves
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JPS60137803A (ja) * 1983-12-26 1985-07-22 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 合成ガスの製造法

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