JPH0225615A - 有孔ブロック体から成る合成ガス生成用バーナー - 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】 本発明は化学反応器用のバーナー　とくに合成ガス製造
反応塔用のバーナーに関し、これを用いて反応工程内に
、数種の流体を送入することができる。

本発明によるバーナーは、とくに火焔による炭化水素の
部分酸化工程に用いられる他、合成ガスの製造にも利用
できる。この種の工程にはすでにテキサコ、シェル社の
利用例がある。ここで言う合成ガスとは、Ｎ２、ＣＯｌ
その他、Ｎ２、ＣＯ□、水蒸気等を指している。

この目的に用いる反応装置は、バーナーおよび燃焼室か
ら成り、またこの反応器にガスの急冷（クコンチ）装置
を一体化取りつけることもある。さらに燃焼後反応器中
にライニング、触媒等を挿入することもできる。

本発明によるバーナーには、ガス状、液状または懸濁固
形状の主燃料を導入したり、また、空気、酸素、または
富化空気のごとき助燃料を導入できる。なお助燃料さら
に一般的には主燃料に対し、任意の割合で水蒸気を添加
してもよく、導入ガスを適宜予熱することができ、予熱
により反応器の効率を増すことも行われる。

参考として、天然ガス、空気および水蒸気を用いた場合
の最適収率は、０２／Ｃの比率０．６０〜０．６５（加
圧条件下）のもとで得られる。５００°Ｃ以上の予熱条
件では、０．０５〜３のＮ２０／Ｃ比率のもとではほと
んど影響されることはなく、１近くの値で最適値が得ら
れる。また水蒸気は煤の発生を抑える。

なお０２／Ｃが０．６以下および０．６５以上（たとえ
ば１まで）のごとき特殊利用もある。

最近のプロセスでは８０バール（８１，Ｅｉｋｇ／ａｍ
２）までの圧力操作実績がある。

燃焼は通常断熱条件で行われ、その熱反応は、ＣｘＨｙ
＋ｘ／２０２−→ｘｃＯ＋ｙ／２　Ｎ２であられすべき
であるが、この場合常時、変動性のＣＯ２およびＮ２０
の生成を伴い、このため局部的には、断熱平衡温度を超
過することもある。

したがって純酸素を用いる場合、局部的には温度１５０
０　’Ｃ以上の反応も見受けられる。

提供のバーナーは通常筒状またはさらに複雑な形状を示
すがもっとも単純な形態は、同心の２チユーブ状である
。この場合のチューブの寸は、火焔の前縁厚さより、は
るかに大きな値（数１０ｍｍ）を示す。ここで熱平衡を
得るには（１秒程度以上の）相当長い滞留時間を是非保
つ必要がある。この場合、反応装置は燃焼ガスの再循環
を伴う、きわめて不均質域を構成する。

チューブを多数用いれば均一性を高める理であるが、工
業採算上からはこれにも限度がある。

さらにセラミックチューブの採用も実施の上では、なお
微妙な問題を仔している。

金属製チューブも、熱ガスの再循環核の衝撃を受け、冷
却を行わぬ場合は、その耐用性に影響する。

本発明は、以上の欠点を避けるための仔孔バーナーを提
供するものである。

バーナーは、導入対象流体の性状に応じ、深さを異にす
る孔を設け、単一部材または、複数ブロックを並置させ
るか、積み重ねた形状とする。

このブロックは金属製、セラミック製またはその他耐火
材料何れであっても差し支えない。

なお、本発明によれば容易に多数の孔を取りつけること
ができるが、一方ではこれに相当するチューブの使用が
問題となる。

本発明によれば、大型のバーナーの使用も可能である。

また本発明により、バーナー先端で２種以上の流体を簡
単に、反応域に向は輸送できる。

合成ガスの場合でも補助制御が容易である他、これを他
の目的、たとえば、２タイプオリフイスを用いて、発動
機燃料およびロケット燃料を送り出し、焔の形状、性状
、または組成をさらに好適制御するのに利用できる。

この結果、本発明は第三タイプのオリフィスを使い第三
生成物を搬送し、この第三生成物は焔内で反応さすこと
ができる。

本発明によれば、バーナーの熱気密性を容易に保持でき
る。

なお、本発明によるバーナーは、複数のブロックが用い
られるが、セラミック製のこのブロックの高温耐用性が
高い場合は、それだけ加工しやすい。

同じくこのバーナーであれば、流体の直接予熱に利用で
きる。

また本発明によるバーナーは、金属製の場合冷却操作が
容易である。

なお、本発明によるバーナーは、酸素およびメタンを出
発原料とする合成ガスの製造に理想的であり、かつ、１
９８７年１２月１８日申請の欧州特許、第８７．４０２
．９２９．１の明細吉中記載の製造方法および装置に対
しても、を利に適用できる。

以上から、本発明は合成ガス製造反応塔用のバーナーに
関するものであり、少なくとも二種の流体の中一方は主
燃料、他方は助燃料としてこれを別々に反応工程域中に
搬送することができる。このバーナーの特徴は、ブロッ
ク構成であり、この中に深さのことなる孔を設け、この
孔の端部の一方側を反応塔内に、他方側を採用孔が送り
出す流体に応じ、ある場合は主燃料供給装置へ、ある場
合は助燃料供給装置中に開放する点にある。

なお少なくとも、孔集成体の一つは同一流体の供給手段
として役立ち、採用する供給装置内に同−深さをもって
穿孔してよく、 供給装置の一つは、ブロック体の一面により一部制約さ
れた容積を保有することができ、また供給装置の一つに
管路網を取りつけ、これをブロック体を横断して、同一
流体輸送用の少なくとも幾組かの孔と相互に連結し、管
路網には流通路を設け、これをブロック体中央部のほぼ
隣接個所に相互連結させ、ブロック体には複数のブロッ
クを積重ねることができ、 少なくともこれらブロックの一つが、流体の少なくとも
輸送用孔の供給手段として役立つ溝またはスロットを設
けることができ、 ブロック体は冷却剤、または寒剤の循環回路を構成する
ことができ、 少なくとも数組の孔は、穿孔により得ることができると
ともに、 バーナーは、セラミック材料製とすることのできる利点
を存している。

次に添付の図面により、さらに詳細に説明する。

第１図中（１）は、ブロック組立体中のバーナーを表す
。

このバーナー中には収納部（２）を設け、これに異種の
ガス通路孔を備えたブロック（３）ｔ［納する。

図中、ブロックは第一流体輸送用の孔（４）と、第二流
体輸送用の孔（５）とを有し、この孔によりガスは反応
領域（１０）に導かれる。

図中の収納部（２）の下部には円錐形部分（６）を設け
、ブロック（３）とチェンバ（７）とを仕切り、このチ
ェンバは第一流体の孔（４）の供給装置後をなしている
。第一流体は管路（ｆｆ）によりチェンバ（７）に導か
れる。

このチェンバ（７）は、円錐形以外の形状であっても差
し支えない。

第１図の場合、ブロック（３）はスラスト軸受（９）上
に保持され、このスラストは図中、常時円錐チェンバ（
７）の上部周縁域により構成されている。

第一流体の輸送用孔（４）は、ブロック（３）を貫通し
て、円錐チェンバ（７）と反応域（１０）間に流体を送
ることができる。

第二流体送液用の孔（５）は、反応域（１０）から中間
レベル（１１）に伸長している。

第１図中では、この孔（５）は中間レベル（１１）と実
質上全く同一レベルで停止している。

この孔（５）は相互に管路つまり横方向孔（１２）と連
絡する。

図で分かるごとく、この横孔（１２）は、第一流体の輸
送用孔（４）を横断していない。

図中の横孔（１２）はチェンバ（１３）と連絡し、この
チェンバは収納部（２）が都合よく円筒形の場合とくに
リング状として差し支えない。

このチェンバ（Ｉ３）には、管路（１４）により、第二
流体を導入する。

第一流体の供給回路と第二流体の供給回路の防水性は、
収納部（２）中へのブロック（３）の正確な組立または
気密ジヨイントの使用、または溶接によってでも得られ
る。

第２図は、第三流体の輸送用孔（１５）を保持する点で
前実施例とことなる態様を示す。

孔（１５）は、チェンバ（！３）と同一タイプのチェン
バ（１７）により構成されるが、（１３）チェンバとは
レベルがことなる。

この孔（１５）は、中間チェンバ（１３）のレベル（Ｉ
ｆ）とことなる中間レベル（１６）で終わっている。

チェンバ（１７）は、管路または横孔（１８）を介し穴
（１５）と連絡する。

図から分かるごとく、第一　第二、第三流体の回路は交
叉することなく、何れも反応域（１０）中に通じている
。

（１９）は、第三流体用のチェンバ（１７）の供給管路
をあられす。

すでに述べたごとく、各回路間の防水性は収納部（２）
内のブロック（３）の正しい組立て方、あるいはジヨイ
ントの採用、または溶接によってでも保証される。

（２０）はブロック（３）の支持用フランジを示す。

第３図は、冷却回路を設けた点で、第１図で示す態様と
はちがっている。

第１．２．３図中のすべての部分は、同一の番号を用い
て表示している。

管路すなわち孔（２１）は、横孔流路であるが反応域（
１０）とは連絡していない。

この管路は冷却剤つまり寒剤の循環経路として役立って
いる。

この循環経路によれば、ブロックを冷却するか、または
再熱が可能である。

この配管（２１）には、配管（２２）からの冷却剤が供
給され、孔（２１）を循環する冷却剤の放出管路は（２
３）で示す。

冷却剤用孔は供給チェンバにより充填され、別チェンバ
により排出される。この両チェンバは、ブロック（３）
内の冷却剤が有効に行われる点で明らかにちがいが見ら
れる。

冷却剤回路は、他の流体循環回路とは明らかに連絡され
ていない。

ブロック（３）は、一体単式ブロック構成としたり、ま
たは複数のブロック積み重ね方式とすることができる。

単一ブロックによるブロック体（３）の構成の場合、異
種流体の輸送用孔および横孔または横方向管路は穿孔操
作で得られる。

第５図は、二組のブロック（２４）と（２５）を積み重
ねたブロック体（３）の態様を示し、第４図は第５図の
一部上面図を示し、第４図のＡ−Ａ面の一部切断図が第
５図である。

孔（２Ｂ）は、第一流体を反応域に送り込む管路を、ま
た、孔（２７）は第二流体を同一反応域に輸送する管路
を示す。

ブロック（２４）すなわち上１部ブロックは、そのほぼ
全長にわたる孔（２７）と、その長さの一部に限定され
る孔（２６）を有するに反し、ブロック（２５）すなわ
ち下部ブロックは、孔（２６）の一部長のみを有してい
る。

第４．５図の実施態様のごとく、ブロック（２４）と（
２５）の組立体の孔（２６）は全長にわたって備わるの
がわかる。同時にブロック（２４）と（２５）の組立体
は当然上部ブロック（２４）に含む孔（２Ｂ）の部分お
よび下部ブロック（２５）に含む同−孔の部分に対応す
るごとく取りつけるべきである。

溝またはスロット（２８）は、下部ブロック（２５）内
の支承面（２９）とのレベルで上部ブロック（２４）内
に設ける。

第４．５図の場合、この溝は相互に直交し第二流体移送
用異種孔（２７）間で連絡できる。

なお、溝の形状およびその配列は、供給チェンバから第
二流体のそれぞれことなる輸送用孔への供給ができるよ
うになった時点で第４．５図であられされる形態とこと
なることが理解される。

溝（２８）を設け、第一流体が孔（２６）に侵入しない
ようにする。結局孔（２６）は支承面（２９）により取
巻くように配處する。

たとえ溝部と下部ブロック上、または一部、ニブロック
上にとりつけても、本発明範囲を逸脱しないことは明ら
かである。

第６．７図は別種実施態様を示す。

ここで（３０）は第一流体の輸送用孔を、（３’ｌ）は
第二流体の輸送用孔を示す。

この（３０）、（３１）孔を備えたブロック（３２）で
は、二組のブロック（３３）と（３４）から成り、その
中の（３４）は第６図のごと＜、（３３）の上部に取り
つける。

第７図は上方ブロック（３４）の一部の下面図を、また
、第８図は下方ブロック（３３）の上面図の一部を示す
。

上方ブロックには突起（３５）または植込ブロックを設
け、このもので第一流体の輸送用孔をその長さの一部に
わたって囲繞する。

上方ブロック（３４）を下方ブロック（３３）上に据え
る場合、自由域（３６）は、突起（３５）の間にあって
、第二流体の輸送孔（３１）の供給網を規定している。

（３４）、（３３）両ブロックの積み重ねは、上方ブロ
ック（３４）中に設けた第一流体の輸送孔の長さの部分
が、下方ブロック（３３）上にある同−孔の長さの部分
に対応するごとく行う。

第一流体の輸送孔長さの部分を整合させるには、下方ブ
ロック（３３）上に座ぐり部（３７）を設け、この中に
突起（３５）の一部分のみを貫入させ、第二流体の輸送
孔（３１）に十分な同種流体が循環し得るごとき空間部
を設ける。

自由域（３６）で仕切った供給網の取付けは、第１図の
実施例と同要領で、場合により環状チェンバを利用して
行う。

第１Ｏおよび第１２図に、ことなる取入口（３８）、（
３９）、（４０）を介し、流体を別々に輸送し、かつ、
ブロック体（４４）を構成する（４１）、（４２）、（
４３）の三ブロック構成のバーナーの実施態様例を示す
。

第１θ図および１〜３図の共通部分の呼称番号は同一と
し、したがってこの場合（６）は円錐形（７）を（９）
はブロック（４４）の支承軸受を、（２０）は支持用フ
ランジをそれぞれあられす。

取入口（３８）、（３９）、（４０）により受は入れの
流体をそれぞれ第一　第二、第三流体とする。

第９図は第１Ｏ図バーナーの上面図を示し、第１Ｏ図自
身は第９図のＢＢ線に沿う断面図をあられす。

第１１図は上方ブロック（４３）の下面図を、また第１
２図は中間ブロック（４３）の下面図を示す。

（４５）、（４６）、（４７）はそれぞれ第一　第二、
第三流体の輸送用孔をあられす。

上方ブロック（４３）には、第三流体輸送用孔（４７）
と、チェンバ（４９）からのこの孔（４７）の受は入れ
用溝（４８）を設ける。第１１図で示す溝（４８）の形
状からすれば、チェンバ（４９）は溝をすべて受入れる
形態とすべきであり、このためにはチェンバ（４９）を
リング状とすればよい。

別の態様として、上部ブロック（４３）の下面には肩を
設け、この中に取入口チェンバ（４９）を抜き、中間ブ
ロックの上面の部分と、収納部（２）とによりリング状
チェンバを仕切る。

上方ブロック（４３）には長さ方向の（４Ｇａ）部分上
に第二流体の供給孔（４６）を設ける。他の長さ部分（
４Ｇｂ）は、中間ブロック（４２）上に据える。

孔（４６）には、第１２図に示すごとく中間ブロック（
４２）の下面上に溝（５０）をとりつける。この溝は、
第二流体の取入口（３９）からの（４６）孔周の供給網
を形成する。

第１２図上には、中間ブロック（４２）の中心部（５１
）に集中する溝（５０）が見られる。

この結果供給チェンバは場合により縮小できる。

第一流体の輸送孔（４５）はブロック（４４）を貫通し
、それぞれ上方ブロック、中間ブロック、下方ブロック
」二で４５　ａ　Ｘ　４５　ｂ　Ｎ　４５　ｅの長さ部
分を保ってチェンバ（７）内に抜かれている。

組立時には勿論、孔（４５）、（４６）に正確に流体が
供給されるごとく、ブロック（４１）、（４２）、（４
３）を整合とりつけする。

第１３図は第１Ｏ図に対応する一実施例であるが、ブロ
ック体（５４）の構成に単一ブロック（５３）のみを使
用している。このブロックでは第三流体の孔を構成する
穿孔（５５）を備え、これに供給する半径方向の穿孔が
交叉組み合わされている。

この半径方向の穿孔は、第三流体の取入口（４０）に接
続したスロー）　（５７）中に穿孔されている。

第二流体導入孔（５８）は軸方向の穿孔によりとりつけ
、これを交叉状とりつけの孔（５８）への供給管路を形
成する半径方向穿孔（５９）内に開口とりつけする。

半径方向穿孔（５９）は相互に、場合により中央部（６
０）中に開口するか、または第二流体の取入口（３９）
と連結するスロート（６１）により連絡される。

穿孔（５６）を同時に集束形態とし、相互にブロックの
中心部に連結できるのは勿論である。

第１０図の溝（４８）についても同様である。

結局、第１３図で示すブロック体（４４）の固有ブロッ
クでは、穿孔（６２）を設け、これがブロックを貫通し
、第一流体の供給孔の役を果している。

第１０図および１３図で示す実施態様では、ブロックは
円筒形状を示し、供給用孔を通常相互に位置ずらしした
半径方向半袖上にとりつけ、流体導入用孔の相互連結に
より反応域（１Ｇ）に開口される前に流体の混入を避け
るようにする。

流体の供給回路網が相互に連絡しない状態のもとで、輸
送用孔の配設を随時変更させても、本発明の範囲を逸脱
しないことは勿論である。

これは輸送用孔の供給管路の適宜図面をもとに構成でき
、この図面は、ブロック体を複数の小ブロックの積重ね
構成とする場合は容易に作図可能である。

第１４図は、本発明による装置の略実施方式の一例を示
す。

バーナーは、収納部（６３）およびカラー（６５）を備
えたブロック（６４）の二部材から成り、このカラーは
収納部（６３）の上縁上に保持される。

なお、収納部（６３）には座ぐり操作で形成した支承ス
ラスト（６７）を取りつける。

収納部（６３）の上縁部（６６）に対し、座ぐりを行う
深さは、この同一ブロックのカラー（６５）の下面（６
９）と、ブロックの下面（６８）とを隔てる高さとほぼ
釣合うようにさせ、接触面には、継手（７０）と（７１
）とを挿入とりつけする。

ブロック（６３）には、前記の上方レベルに構成した第
二の座ぐり部（７２）を設け、第二流体の管路（ハ）に
より、オリフィス（７５）を介し、導入を行う環状チェ
ンバ（７３）を構成させる。

ブロック（６４）には、チェンバ（７３）と穿孔（７７
）とを連絡する半径方向の穿孔（７６）を設け、穿孔（
７７）は、自身はぼ軸方向位置を占め、これが第二流体
の供給輸送用孔を形成する。

ブロック（６４）には、さらに軸方向穿孔（７８）を設
け、これにより第一流体の供給孔を構成させ、第一流体
は、ブロック（６４）下部に設けたチェンバ（７９）か
ら送入される。

このバーナーはとくにｎｎ単に組立て実施できる。

第１４図に基づき、耐熱鋼を材質としたバーナーを用い
て実験を行った結果は良好で、煤の発生率も、従来のチ
ューブ式バーナーの同一操作条件による結果と比較し、
Ｉ／１０とすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、反応域に玉流体を分離送入するバーナーの概
略構成を、 第２図は、玉流体と送入する構成を、 第３図は、反応域に玉流体を、かつ、冷却剤回路を同時
に設けたバーナーの概略構成を、第４．５図は、少なく
とも二組のブロックと溝部とから成るバーナーを、 第６．７．８図は、植込ブロック組立による少なくとも
二組のブロック構成のバーナーを、第９．１０．１１１
１２図は、三異種流体を反応域に送入する三組ブロック
構成のバーナーを、第１３図は、玉流体を反応域に輸送
可能の単ブロック構成のバーナーを、 第１４図は、比較的単純な構成で使用する単一ブロック
式バーナーをそれぞれ示す。 １（バーナー） ２、Ｇ３（収納部） ３、ｌ１ｉ４（ブロック） ４、　５．　１５．　２ｆｉ、　　２７．　３０．　３
Ｌ　　４４．　４５．　４［ｉ、　　４７゜５４．５８
（孔） ６（円錐形部分） ７、　１３．　　＋７．　４９．７９　（チェンバ）８
、　１４．２３（管路） ９（スラスト軸受） １０（反応域） １１．１６（中間レベル） １２．１８（横孔） １９（導入管） ２０．２１（フランジ） ２２（配管） ２４、　２５．　３２．　３３．　３４．　４１．　４
２．　４３゜り） ２８、　４８．　Ｓｏ　（溝またはスロット）２９（支
承面） ３５（突起） ３６（自由域） ３７（座ぐり部） ３８、３９．４０　（取入口） ５１、ＧＯ（中央部） ５２（供給チェンバ） ５５、７Ｇ、　７７、７８　（穿孔） ５Ｇ、　５９．　６２　（半径方向穿孔）５７（スロー
ト） ６５（カラー） ６６（上縁部） ６７（支承スラスト） ５３（ブロッ Ｇ８．Ｇ９（下面） ７０．７１（継手） ７２（座ぐり部） ７３（環状チェンバ） ７４（配管） ７５（オリフィス） 特許出願人　アンスティテユ　フランセデュ　ベトロー
ル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方側を主燃料、他方側を助燃料とする少なくと
   も二種流体を、別々に反応域に送入でき、かつ、ブロッ
   ク構成体から成りこの内部には、深さの異なる孔を設け
   、この孔の一端は反応塔中に開口し、他端は該当孔によ
   り搬送される流体に応じて、主燃料供給装置もしくは助
   燃料供給装置に開口することを特徴とする。合成ガス製
   造反応塔用のバーナー。
2. （２）孔集合装置の少なくとも一つを同一流体の供給用
   に用い、目的の供給装置中同一深さまで穿孔することを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のバーナー。
3. （３）上記供給装置の一つが、上記ブロック体の一面に
   より、その容積を部分的に制限することを特徴とする、
   特許請求の範囲前項の何れかに記載のバーナー。
4. （４）上記供給装置の一つが、前記ブロックを横断して
   、少なくとも同一流体側に輸送する数組の孔に隣接した
   管路網を有することを特徴とする、特許請求の範囲前項
   の何れかに記載のバーナー。
5. （５）上記管路網の一つが、相互に前記ブロック体の中
   心部にほぼ近接した通路を設けることを特徴とする、特
   許請求の範囲第４項記載のバーナー。
6. （６）上記ブロック体が数組のブロックの積み重ねから
   構成されることを特徴とする、特許請求の範囲前項の何
   れかに記載のバーナー。
7. （７）上記ブロックの少なくとも一組が、上記流体輸送
   用孔の少なくとも幾組かの供給溝またはスロット群を備
   えることを特徴とする、特許請求の範囲第６項記載のバ
   ーナー。
8. （８）上記ブロックの一組が、冷却剤すなわち寒剤の循
   環回路を有することを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項〜７項の何れかに記載のバーナー。
9. （９）上記孔の少なくとも数組が穿孔により得られるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１〜８項何れかに記
   載のバーナー。
10. （１０）セラミック材料または耐火材料により構成され
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜９項、何れ
    かに記載のバーナー。