JPH026428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉中の加熱管を加熱することにより該
管内のスラリーを加熱するスラリー加熱炉に関す
る。

固体と液体の二相からなるスラリーや固体と液
体と気相の三相からなるスラリーなどを加熱する
必要のあるプロセスが、近年増えてきいてる。こ
れらスラリーを炉中の加熱内に供給して該加熱管
のスラリーを加熱する加熱炉（本明細書において
は、これらスラリーを加熱する加熱炉をスラリー
加熱炉と称する。）として、特に石炭液化プロセ
スにおける固体と液体と気相の三相からなるスラ
リーの予熱工程に用いられるコールスラリー加熱
炉が知られている。

一般的な石炭液化プロセスは第１図に示す通り
で、水素ガスを主成分とし、軟質炭化水素ガスや
一酸化炭素等を含有する水素ガス又は水素ガス単
独（ここではこれらを単に水素ガスという）や芳
香族系化合物又は脂肪族系化合物を主体とする溶
剤を添加し、石炭を液化すると共に、硫黄文、窒
素文、灰分、などの不純物を取り除くのが主のプ
ロセスである。

かかるプロセスにおいて、コールスラリーは粉
砕した石炭に上記溶剤を混合し、さらに上記水素
ガスを添加して第１図の予熱工程において加熱さ
れるわけであり、この予熱工程で用いられるコー
ルスラリー加熱炉は石炭液化プロセスにおいて必
要不可欠のものであり、輻射熱伝達を主に利用し
た管式加熱炉が用いられているわけである。

このコールスラリー加熱炉は、熱発生源として
のバーナを備えた燃焼室と該燃焼室内に配設され
た１ 1/2^B〜6^B程度の加熱管を主要部として構成
され、火炎を輻射熱源または燃焼による高温ガス
を熱源として、該加熱管内を流通するスラリーを
加熱するものである。

上記石炭液化プロセスにおいては、スラリー加
熱炉に供給されてくるコールスラリーは、上述し
たように固体（石炭）、液体（溶剤）、気体（水素
ガス）の三相の流体である。

従つて、加熱管内におけるコールスラリー流速
が速すぎる場合には、流体中に含まれる固体（石
炭）と加熱管内壁との摩擦が大きく、該加熱管内
壁が削り取られるという事態が生じ、加熱管の寿
命が短くなる欠点が生じると共にコールスラリー
の流動圧力損失が増加してスラリー供給系側のポ
ンプの動力費が不当に大きくなり不経済となる欠
点が生じる。

又、コールスラリー流速が遅すぎる場合には、
前記固体（石炭）が管内において沈殿し易く、加
熱管に詰まりを生じる。又、コールスラリーの境
膜伝熱係数が低下し、該境界部における流体温度
が上昇して溶剤又は溶剤に石炭が溶解した液体の
コーキング（炭化）が発生し、加熱管の閉塞の原
因となると共に、加熱管表面温度が大幅に上昇し
て加熱管破損の原因となる。

このため、コールスラリー流速を比較的狭い範
囲（例えば加熱管の入口流速で1.2ｍ／ｓ〜2.0
ｍ／ｓ、出口流速で2.0ｍ／ｓ〜3.2ｍ／ｓ程度）
内に保持する必要があり、保持すべき流速は、固
体粒子の大きさ、溶剤の種類、粘土により大きく
変化するため、固体粒子の大きさ、溶剤の粘土の
測定を行い、石炭、溶剤の種類、量によりその設
定を行なうようにしている。

さらに、上記コールスラリーの場合に限らず、
化学分野では日常茶飯事に行われている有機炭化
水素等の液相と触媒等の固相とを加熱炉で加熱す
る場合においても、加熱管内におけるこれらスラ
リー流速が速すぎる場合には、流体中に含まれる
固体と加熱管内壁との摩擦が大きく、該加熱管内
壁が削り取られるという事態が生じ、加熱管の寿
命が短くなる欠点が生じると共に該スラリーの流
動圧力損失が増加してスラリー供給系側のポンプ
の動力費が不当に大きくなり不経済となる欠点が
生じる。

又、同様にこれらスラリー流速が遅すぎる場合
には、固体が管内において沈殿し易く、加熱管に
詰まりを生じる。又、該スラリーの境膜伝熱係数
が低下し、該境界部における流体温度が上昇して
上記有機炭化水素等の液体のコーキング（炭化）
が発生し、加熱管の閉塞の原因となると共に、加
熱管表面温度が大幅に上昇して加熱管破損の原因
となる。従つて、やはりこれらスラリーの流速を
比較的狭い範囲内に保持する必要があり、何れに
しても従来の加熱炉は、スラリーを加熱するに
は、融通性に乏しかつた。

そこで、本発明は、以上のような従来の問題点
を解決し、化学分野では日常茶飯事に行われてい
る上記有機炭化水素等の液相と触媒等の固相との
スラリーを加熱することを、さらには固体、液
体、気体からなる三相のスラリーをも加熱炉で加
熱することを可能としたスラリー加熱炉を提供す
ることを目的とするものである。

すなわち、本発明のスラリー加熱炉は、複数に
配設された加熱管の中からスラリーを供給する加
熱管（使用加熱管）を選択する選択装置を設け、
スラリー流量に応じてスラリーを供給する加熱管
（使用加熱管）を選択することにより、スラリー
流速を適正範囲に保持して上記従来の欠点を解消
し、しかもスラリーを供給する加熱管（使用加熱
管）の選択に伴いスラリー供給が停止することに
なる加熱管（停止加熱管）にスラリー成分中の液
体又は気体を送出する加熱管パージ装置を設けた
ことにより、スラリー供給が停止されることにな
る又は停止した該加熱管（停止加熱管）に残留す
るスラリーを効率よく一掃して、該残留スラリー
による悪影響を阻止しスラリー加熱炉を提供する
ものである。

なお、本明細書においては、本発明を説明する
上で便宜的に上記選択装置によつてスラリーを供
給するように選択された加熱管を使用加熱管と称
し、又このスラリーを供給する加熱管の選択に伴
いスラリー供給が停止されることになる又は停止
した加熱管を停止加熱管と称する。

以下、本発明の一実施例を第２図及び第４図に
基づいて説明する。

第２図において、１はコールスラリーの加熱炉
本体であり底部に取り付けたバーナ２によつて炉
内に並列に配設された加熱管３Ａ，３Ｂを加熱
し、該加熱管３Ａ，３Ｂ内を流通するコールスラ
リーを一定温度に加熱するようになつている。

４はバーナ２への燃料供給管で、パイロツトバ
ーナとメインバーナへの供給管４Ａ，４Ｂに分岐
し、これら供給管４Ａ，４Ｂには夫々流量制御弁
５Ａ，５Ｂが介装されている。１Ａは加熱炉本体
１の上部に開口する排気流出口、６は該排気流出
口１Ａ内に配設され排気流量を制御して加熱炉本
体１内に導入される空気量を制御するためのダン
パである。

上記加熱管３Ａ，３Ｂは加熱炉本体１内に入る
前に炉入口部でコールスラリー入口管路７から並
列に分岐され次いで加熱炉本体１内に配設され、
加熱炉本体１を出た炉出口部で合流して再び１つ
の管路となりコールスラリー出口管路１０に接続
される。

１１は水素ガス入口管路で、二叉に分岐した水
素ガス供給管１２，１３に接続され、この水素ガ
ス供給管１２，１３は夫々炉入口部の前記加熱管
３Ａ，３Ｂの上流側に接続される。

１４はコールスラリー入口管路７に介装された
開閉弁である。１５，１６は夫々加熱管３Ａ，３
Ｂの上記水素ガス供給管１２，１３接続点より上
流側に介装された流量制御弁、１７，１８は夫々
該流量制御弁１５，１６を作動さす警報付流量記
録調節装置で、流量制御弁１５，１６の上流側の
夫々加熱管３Ａ，３Ｂに介装されている。１９，
２０は夫々水素ガス供給管１２，１３に介装され
た流量制御弁、２１，２２は夫々該流量制御弁１
９，２０を作動さす流量記録調節装置で、該流量
制御弁１９，２０の上流側の夫々水素ガス供給管
１２，１３に介装されている。２３，２４及び２
５，２６は夫々加熱管３Ａ，３Ｂの上記水素ガス
供給管１２，１３接続点より加熱炉本体１入口側
に介装された入口部圧力計測装置及び入口部温度
計測装置、２７，２８及び２９，３０は加熱管３
Ａ，３Ｂの加熱炉本体１より出口側に介装された
出口部圧力計測装置及び出口部温度計測装置、３
１はコールスラリー出口管路１０に介装された警
報付温度記録調節計、３２は一方の加熱管３Ａの
出口部圧力計測装置２７直下流から分岐して他方
の加熱管３Ｂの入口部圧力計測装置２４と前記水
素ガス供給管１３接続点との間に至るコールスラ
リー流通管である。

尚、このコールスラリー流通管３２は加熱炉本
体１内を通るものではない。３３，３４及び３５
は使用加熱管の切り換え用弁で、弁３３は一方の
加熱管３Ａの前記コールスラリー流通管３２分岐
点の直下流側に、弁３４は他方の加熱管３Ｂのコ
ールスラリー流通管３２分岐点直上流側に、弁３
５は該コールスラリー流通管３２に、夫々介装さ
れている。３６は後述する使用停止加熱管に水素
ガスを強制的に送出するパージ用水素ガス供給回
路である。

ここで、前記一方の加熱管３Ａの出口側とコー
ルスラリー流通管３２とに夫々介装された使用加
熱管の切り換え用弁３３，３５は夫々第３図に示
すような手動締切り弁からなる。この手動締切り
弁は図に示す如くハンドル３７の回転操作によつ
て上・下動する弁体３８により開閉されるコール
スラリー入口ポート３９と出口ポート４０とを備
えると共に、これら出、入口ポート３９，４０に
連通する水素ガス入口ポート４１を備えた構造で
ある。

そして、前記使用加熱管の切り換え用弁３３及
び３５の水素ガス入口ポート４１には夫々前記パ
ージ用水素ガス供給回路３６における供給管３６
Ａ，３６Ｂ及び３６Ｃ，３６Ｄが連通接続され
る。

一方、加熱管３Ｂの入口側に介装された使用加
熱管の切り換え用弁３４は第３図に示した手動締
切り弁におけるコールスラリー入口ポート３９側
の水素ガス入口ポート４１が欠除した構造のもの
であり、コールスラリー出口ポート４０側の水素
ガス入口ポート４１には、前記パージ用水素ガス
供給回路３６における供給管３６ｅが連通接続さ
れる。

４２，４３，４４は夫々供給管３６Ａ，３６Ｂ
及び３６Ｃ，３６Ｄ及び３６ｅに介装された手動
弁、４５は流量記録計である。

第４図は、使用加熱管の切り換え用弁３３，３
４，３５における前記水素ガス入口ポート４１の
他の実施例で、図に示す如く水素ガス入口ポート
４１を前記コールスラリー入口ポート３９又は出
口ポート近傍の加熱管３Ａ若しくは３Ｂ又はコー
ルスラリー流通管３２に備えた構造で該水素ガス
入口ポート４１は弁体３８に向けて上方から取付
けられている。

以上、上記使用加熱管の切り換え用弁３４及び
パージ用水素ガス供給回路３６とによつて、本発
明に係る使用加熱管の選択装置と加熱管パージ装
置とが構成される。

次に上記２つの装置の作動について説明する。

まず、加熱管３Ａ，３Ｂを同時使用して運転す
る場合、コールスラリー入口管路７から導入され
る固体（石炭）と液体（溶剤）のスラリーは警報
付流量記録調節装置１７，１８及び流量制御弁１
５，１６を介して２つの加熱管３Ａ，３Ｂに等量
に分けられて供給される。

一方、該スラリーに添加される水素ガスとその
水素ガス入口管路１１から流量記録調節装置２
１，２２及び流量制御弁１９，２０を介して２つ
の水素ガス供給管１２，１３に等量に分けられ、
前記加熱管３Ａ，３Ｂに混入される。

このコールスラリーは入口部圧力計測装置２
３，２４及び入口部温度計測装置２５，２６を
夫々通過してから加熱炉本体１内に夫々送り込ま
れる。

コールスラリーは加熱炉本体１内においてバー
ナ２による輻射伝熱又は燃焼ガス熱により加熱さ
れ出口部温度計測装置２９，３０及び出口部圧力
計測装置２７，２８を通過して合流し、コールス
ラリー出口管路１０に送出される。尚、この時使
用加熱管の切り換え用弁３３，３４を開に、弁３
５を閉にしておく。

そして、加熱炉の負荷が減少し、上記２つの加
熱管運転では加熱管３Ａ，３Ｂ中のコールスラリ
ーの最低流速を確保できなくなつた時は１つの加
熱管による運転に減少切り換えを行う。この場
合、一つの加熱管による運転に減少切り換えを行
う基本的操作は、切り換え用弁３４を閉にすると
共に、パージ用水素ガス供給回路３６における供
給管３６ｅの弁４４を開とし、パージ用水素ガス
供給回路３６から供給される水素ガスを供給管３
６ｅの弁４４を通じて前記加熱管３Ｂの弁３４下
流側に吹き込み続け残留しているコールスラリー
を加熱管３Ｂから排除し続けさせる操作を行う。

これにより、使用加熱管を加熱管３Ａとし、停
止加熱管を加熱管３Ｂとすると共に、加熱管３Ｂ
のから炊きを防止するわけであるが、本実施例に
おいては、さらに別の加熱管３Ａ，３Ｂの使用加
熱管の選択を行うコールスラリー流通管３２及び
使用加熱管の切り換え用弁３３，３５が設けられ
ているので、次の操作を行う。

この場合には、使用加熱管の切り換え用弁３
３，３４を閉に、弁３５を開にしておき、流量制
御弁１６，２０を閉止する。コールスラリー入口
管路７及び水素ガス入口管路１１から供給される
すべてのスラリー及び水素ガスは一方の加熱管３
Ａのみを通つて加熱炉本体１内にて加熱される。
この加熱されたコールスラリーはコールスラリー
流通管３２を通り、他方の加熱管３Ｂを経てコー
ルスラリー出口管路１０に戻る。

以上のようにして加熱管３Ａ，３Ｂの使用加熱
管の選択を行うわけであるが、上述したような使
用加熱管の選択に伴いコールスラリーが流通する
管路にはポケツトになる部分が生じる。例えば、
上述した１つの加熱管使用による運転の場合、使
用加熱管の切り換え用弁３３，３４は完全に閉止
しているため、一方の加熱管３Ａにおける使用加
熱管の切り換え用弁３３上・下流側及び他方の加
熱管３Ｂにおける弁３４の下流側にコールスラリ
ーが流入して残留するため、この場合にはパージ
用水素ガス供給回路３６から供給される水素ガス
を供給管３６Ａ，３６Ｂの弁４２を通じて前記加
熱管３Ａの弁３３上・下流側に少量づつ吹き込み
つづけると共に、供給管３６ｅの弁４４を通じて
前述の如く前記加熱管３Ｂの弁３４下流側に吹き
込みつづけ流入又は残留しているコールスラリー
を加熱管３Ａ，３Ｂに流し込んで排除しつづけ
る。

又、２つの加熱管使用による運転の場合、使用
加熱管の切り換え用弁３５は完全に閉止している
ためコールスラリー流通管３２にコールスラリー
が流入して残留する。従つて、パージ用水素ガス
供給回路３６における供給管３６Ｃ，３６Ｄの弁
４３を通じてコールスラリー流通管３２の弁３５
上・下流側に少量づつ水素ガスを吹き込みつづけ
流通管３２に流入する又は残留しているコールス
ラリーを夫々２つの加熱管３Ａ，３Ｂに流し込ん
で排除しつづける。

尚、上記加熱管３Ｂの弁３４上流側において
は、そこに存在するコールスラリーは一度も加熱
されてないわけであるから固化の心配がなく、水
素ガスの吹き込みは特に必要ない。又、パージ用
の水素ガスは本来コールスラリーに混入されてい
るものであるから少量の水素ガスが各加熱管３
Ａ，３Ｂに流し込まれても何ら影響はない。

上述の実施例ではパージ用流体として水素ガス
が利用したが、石炭液化プラントにおいてコール
スラリーに混入されている溶剤を使用しても良
く、要するにスラリー成分中の液体又は気体をパ
ージ用流体として用いれば良い。

又、上述の実施例ではコールスラリー流通管３
２に使用加熱管の切り換え用弁３５を一つ介装し
たが、コールスラリー流通管３２の両端部即ちコ
ールスラリー流通管３２の加熱管３Ａ，３Ｂ接続
点近傍に夫々使用加熱管の切り換え用弁３５，３
５を設けてもよい。この場合、切り換え用弁３
５，３５間のコールスラリー流通管３２にドレン
弁を設け、１つの加熱管使用による運転後２つの
加熱管使用による運転に選択した際の該コールス
ラリー流通管３２中の残留コールスラリーをパー
ジ用流体で上記ドレン弁を介して排出するように
する。

又、上記実施例では使用加熱管の切り換え用弁
３３，３４，３５及び弁４２，４３，４４は手動
による例であるが、これに限定されることなく、
これらを自動弁とし使用加熱管の選択に伴い自動
的に作動させるようにしても良い。

さらに、本実施例では２つの加熱管３Ａ，３Ｂ
を並列に分岐したが、さらに切り換え用弁３３，
３４，３５及びコールスラリー流通管等を必要に
より個々に増し、加熱管３を三つ以上の複数列に
しても良いことは無論である。

以上の実施例によれば、加熱炉の負荷変動に応
じて加熱管３の使用加熱管を適宜選択して使用す
ることができるから、予め適正範囲に設定された
加熱管内におけるコールスラリー流速をほぼ保持
することができ、コールスラリー流速が速すぎた
場合に生じる加熱管破損、寿命低下及びスラリー
供給ポンプの動力費高騰等の欠点を解消できると
共にコールスラリー流速が遅すぎた場合に生じる
加熱管の詰まり、コーキングの発生及び加熱管の
破損等の欠点を解消できる。

又、本実施例によれば、使用加熱管の選択に伴
つてコールスラリー流通管３２或いは停止加熱管
に流入又は残留するコールスラリーを水素ガス等
の吹き込みによつて排除する加熱管パージ装置を
設けたから、一度加熱を受けた残留スラリーの固
化によるコールスラリー流通管の詰まりを防止す
ることができ、安全に使用加熱管の選択を行うこ
とができる。

更に、上記実施例では、一つの加熱管運転時に
一方の加熱管３Ａを流通させたコールスラリーを
コールスラリー流通管３２を介して他方の加熱管
３Ｂに導いて外部に送出するようにしているた
め、一つの加熱管運転時にコールスラリー入口管
路７からコールスラリー供給がない加熱管３Ｂの
から炊きを防止することができる利点もある。

なお、以上の実施例においては、固体と液体と
気体とからなる三相のコールスラリーについて述
べたが、これに限定されることなく固体と液体と
からなる二相のスラリー等に用いてもよいのは無
論である。

すなわち、上記固体、液体、気体からなるスラ
リーをも問題なく加熱できれば、他のスラリーは
当然問題なく加熱することができるのである。

換言すれば、本構成のスラリー加熱炉は、最も
難しいとされている固体、液体、気体からなる三
相のスラリーをも問題なく加熱できると言う高い
目標を設定し、完成度の高い加熱炉を現実に提供
することができるものである。

以上説明したように本発明によれば、加熱管の
使用加熱管選択装置を設けたことにより、加熱炉
の負荷変動に対応して使用加熱管の選択を行え、
これによつて固体と液体のスラリー又は固体と液
体と気体の三相のスラリーの加熱管内におけるス
ラリー流速を適正な範囲に保持することができ、
加熱管の損傷及び詰まりを防止することができ、
加熱管の寿命向上を図れると共に使用加熱管の選
択に伴いスラリー供給が停止することになる加熱
管に流入又は残留するスラリーの加熱管パージ装
置を設けたことにより、該停止加熱管に詰まりが
生じることなく安全に使用加熱管の選択が行え、
さらに停止加熱管へのスラリーの流通が全くない
場合でもパージ流体が停止加熱管を流れることに
より、停止加熱管のから炊きが防止される効果が
ある。

特に、本発明に係る加熱炉を石炭液化プラント
において、コールスラリーの予熱工程で用いられ
るコールスラリー加熱炉として使用すれば、気体
（水素ガス）、液体（溶剤）、固体（石炭）の三相
のコールスラリーの加熱に際して溶剤又は石炭が
溶剤に溶解した液体のコーキング等に対する耐久
性、寿命の問題等を技術的に解決できる多大な効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭液化プロセスを示すブロツク図、
第２図は本発明に係るスラリー加熱炉の一実施例
装置を示す構成図、第３図及び第４図は同上装置
における使用加熱管切り換え用弁の構造を示す半
断面図である。 １……加熱炉本体、３Ａ，３Ｂ……加熱管、３
４……切り換え弁（選択装置）、３６……パージ
用水素ガス供給管（加熱管パージ装置）、３６ｅ
……供給管、４１……入口ポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スラリー供給系から分岐され加熱炉本体内を
   通過して配設された複数の加熱管と、この複数の
   加熱管においてスラリーを供給する加熱管を選択
   し前記炉本体入口部に設けられた選択装置と、こ
   のスラリーを供給する加熱管の選択に伴ないスラ
   リー供給が停止することになる加熱管にスラリー
   成分中の液体又は気体を送出する加熱管パージ装
   置と、を設けたことを特徴とするスラリー加熱
   炉。 ２ 上記スラリーが固体、気体および液体の三相
   からなるスラリーである特許請求の範囲第１項記
   載のスラリー加熱炉。