JPH0718540B2 - 少くとも２種類のガスを混合帯域内で接触させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法及びその方法を実施するための装置 - Google Patents

少くとも２種類のガスを混合帯域内で接触させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法及びその方法を実施するための装置

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JPH0718540B2
JPH0718540B2 JP61308075A JP30807586A JPH0718540B2 JP H0718540 B2 JPH0718540 B2 JP H0718540B2 JP 61308075 A JP61308075 A JP 61308075A JP 30807586 A JP30807586 A JP 30807586A JP H0718540 B2 JPH0718540 B2 JP H0718540B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高い温度下でガスを創生するための方法及び
装置に関し、特に、少くとも２種類のガスを混合帯域内
で接触させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法及び
その方法を実施するための装置関する。
本発明は、又、いろいろな生成物を生成するために、あ
るいは、例えば汚染された流出物を処理する場合のよう
に、固形物及び噴霧化可能な固形物（固体粒子）を帯同
した液体又はガスを処理するために高温下でガス中での
反応を伴う工程を実施するための装置に関する。
従来の技術 例えば高温ガス又は過熱蒸気の生成、スプレーされた炭
質材（炭素質物質）の水素化、石炭のガス化流出物の汚
染除去のための流出物の処理等のいろいろな目的のため
に少くとも１種類のガスを包含した媒体との高温下での
反応を利用する用途が増大してきていることは周知であ
る。
その場合の１つの問題点は、厳格な化学的要件と、主要
な技術上の制約との両方に対処することの難しさであ
る。実際、得られたガスは、急激に、かつ、均一に分配
された状態で1000℃以上の温度にまで昇温させなければ
ならないが、周知のように、800℃〜1000℃の温度範囲
は、ダイオキシン（塩素化物質）又はタール物質（石炭
のガス化工程で発生する）のような望ましくない生成物
の発生に有利であることから極めて危険な温度範囲であ
る。従って、その温度範囲より高い温度で操作するこ
と、及び、有害な結果を生じることなくその温度範囲を
無事にクリアすることが望ましい。
更に、技術的観点からみて、装置の素材として慣用の鋼
を用いることが可能な実際上の限度は、一般に約800℃
である。この条件が存在するために、高温ガス又は過熱
蒸気の生成のために、作動温度の高い流動層式反応装置
を用いることは実際上不可能であり、従って、連行層式
装置又は連行流れ式装置の使用に関心が向けられてい
る。この種の連行層式装置又は連行流れ式装置は、例え
ばフランス特許第2,419,969号及び第2,286,104号に記載
されている。
温度的に完全に均一帯域の創生を企図することはできな
いことは容易に理解できよう。なぜなら、そのような帯
域を創生するには装置の壁の温度を過度に高くしなけれ
ばならないからである。
この理由から、上記フランス特許第2,419,969号は、
「ロケットモータ技術」と称する技術を用いることを提
案している（特に同特許の公報第10及び11頁参照）。そ
の技術によれば、未反応のガス状物質（例えば水素）に
よって境界層と称される層が装置の壁のところに設定さ
れ、それによって「保護遮壁」が形成される。しかしな
がら、この技術は、反応を例えば化学理論量の近傍で行
う場合には用いることはできない。
本出願人は、フランス特許願第84 11002号において全
く異る着想に基く解決法を提案した。それによれば、複
数のガス流を含め分割した流れとした混合帯域内へ注入
し、それらの分割された流れから基本ガス混合物の反復
単位流れパターン（一連の順次に反復的に配列された流
れとして噴出される複数の基本ガス混合物の反復した流
れ）を形成し、それによって極めて迅速な、均一な混合
操作を達成し、高温下での安定した反応を可能にする。
このような迅速な均一混合の目的は、極めて高い温度下
での反応を可能にすることである。
この方法は、一般的に良好な結果をもたらすものであっ
たが、特に、燃焼維持媒体（酸素）の不足を伴う条件下
でのガス状炭化水素の燃焼を行う場合、装置の壁面に炭
素の堆積が生じることがある。
発明が解決しようとする課題 従って、本発明は、従来技術に随伴する上述の諸問題を
解決することを課題とするものであり、非常な高温下で
反応を実施することを可能にするために、非常に密度の
高い反応を達成すること、及び、組成的に均一であり、
熱慣性レベルが低く、非常な高温で短い火炎及び反応帯
域によるガスの接触混合及び反応を達成することを企図
する。
本発明の目的は、少くとも２種類のガスを混合帯域内で
接触させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法及びそ
の方法を実施するための装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明者は、装置の壁を十分に低い温度に維持すること
によって、燃焼又は反応の質を損うことなく、例えば炭
素の堆積を回避することができることを見出した。
本発明者は、更に研究を続けることによって、燃焼帯域
又は反応帯域の近傍に冷い壁又は冷却された壁が存在す
るのは有害であるという一般的な認識に反して、特定の
条件下においては低温壁の存在に随伴する欠点を回避
し、しかもなお、高温帯域の利点をも享受することが可
能であることを見出した。低温壁の存在は、火炎を細め
ること、不完全な反応及び、又は付随的反応、壁面への
異物の堆積、及び反応生成物に部分的な不均一を生じさ
せる熱損失等を起す原因となる。
本発明の構成の理解を容易にするために、添付図に付さ
れた各構成部分の参照番号を用いて本発明の概要を説明
する。
より特定的にいえば、本発明は、少くとも２種類のガス
を緊密に接触させて高温下で発熱反応を起させるための
混合帯域と反応帯域とを伴うガス接触混合及び反応方法
に関し、少くとも２種類のガスの別個の流れを混合帯域
内へ注入する。その際、各ガスの流れを予め分割するこ
とによってそれらの予め分割されたガス流からそれぞれ
基本単位ガスを形成し、それらの基本単位ガスを該混合
帯域内で混合させて２種類のガスを含む基本単位ガス混
合物（「ガス状混合物」とも称する）を形成し、該基本
単位ガス混合物を反応帯域内で発熱反応させる。
ここで、「混合帯域」とは、チャンバー２内の領域、特
に中心帯域５の周りの管状帯域18の意味し、「反応帯
域」とは、混合帯域に続くチャンバー２内の反応帯域
（燃焼帯域）及びその下流に続く反応帯域を意味する。
従って、管状帯域18は反応帯域を包含する。
本発明の特徴は、混合帯域18内に該混合帯域及び反応帯
域（例えば燃焼帯域）から物理的に分離された中心帯域
５を設け、該混合帯域18内の該中心帯域５の周りに少く
とも１つの基本単位ガス混合物（3,4）を生成すること
にある。
ここで、「基本単位ガス」とは、予め分割されたガス流
（各ガス供給口3,4,6,8から噴出されるガス流）から得
られるガスのことであり、各ガス流は、１つの基本単位
ガスを形成する。「基本単位ガス混合物」とは、例えば
ガス供給口３からの第１基本単位ガスと、ガス供給オリ
フィス4,6,8・・・・・の少くとも１つからの第２基本
単位ガスとの混合物のことである。
前記基本単位ガス混合物即ちガス状混合物を生成する前
記複数のガス流の内の少くとも１つの流れが、該基本混
合物全体を連行して移動させるように該基本混合物に連
行運動を付与するようにするのが有利である。
かくして、反応を開始する前に上記基本単位ガス混合物
を均質な集合体にする。基本単位ガス混合物のガス間の
反応は、最大限の反応速度に対応する化学理論量に近い
割合でガスとガスの間で行われるので、極めて速い。従
って、そのような均質な基本単位ガス混合物は、反応が
速いだけ短い時間内に創生しなければならない。
これらのガスは、装置の上流から所定の圧力で、従っ
て、特定の注入速度で供給することができるので、上記
基本単位ガスは、小規模で創生されれば、されるほどそ
れだけ速く創生される。
オリフィスから噴出するジェット（噴出ガス）の飛程
は、そのオリフィスの直径に比例し、ガスの流量とは独
立しているから、基本単位ガスを創生するための一列の
反復ガス供給口４、６、８・・・・は、小さい寸法のオ
リフィスを密な間隔で配置したオリフィスによって形成
するのが有利であろう。
実際の実施においては、各ガス流を、例えばそれぞれ対
をなす隣接したオリフィスのような一連の反復ガス供給
口4,6,8を形成することによって予め分割する。
幾何学的にみて反復配置される上記ガス供給口即ちオリ
フィス4,6,8は又、流体力学的観点からも反復的にし、
それによって流れの均一な分配を確保すべきである。ガ
スの流れを流体力学的に反復的にする操作（順次に配列
された一連のガス供給口から噴出されるガス流即ちジェ
ットの流体力学的特性を実質的に同一にすること）は、
反復ガス供給口即ちオリフィス4,6,8を通るガスの噴出
速度を、そのガスが空気である場合、常温、常圧の条件
下で当該各オリフィス4,6,8の上流側の分配速度Vdの少
くとも３倍、好ましくは６倍の値とすることによって達
成される。かくして、本発明によれば、気液混合物の場
合に遅延作用帯域の排出部にみられる混合状態と同様な
混合状態の均質な基本単位ガスの均質集合体が得られ
る。
本発明の方法においては、前記オリフィス3,4,6,8を通
しての複数の分割ガス流の少くも１つには、その他の分
割ガス流を連行する作用を生じるのに十分な流速の対称
的な渦流を付与するのが有利である。
上述した本発明の操作態様によれば、反復ガス供給口に
より基本単位ガスの極めて迅速な混合が達成され、反応
の脱落や反復を生じることなく適正に反応が開始され、
反応は最小限に縮小された総反応空間内で生じるので極
めて密度の高い反応が達成される。その結果、極めて短
く、高い強度の火炎（即ち反応帯域）が得られ、極めて
高い局部的温度が得られる。
本発明によれば、２つの作用、即ち、混合とそれに続く
反応が、極めて短い時間に相当する短い空間距離におい
て分離され、ガスは、いずれも均一な一連の順次処理操
作を受ける。
２つの作用（即ち混合とそれに続く反応）の分離は、上
述したように燃焼帯域即ち反応帯域から距離的に分離さ
れた中心帯域５を設定することによって達成される。２
つのガス流（オリフィス３から噴出される第１ガス流
と、オリフィス4,6,8から噴出される第２ガス流）は、
同心関係をなして供給するが、２つのガス流のうちの少
くとも１つのガス流の供給は、複数段（オリフィス4,6,
8・・・・）の形で行うことができる。
中心帯域５は、冷却することが好ましい。驚くべきこと
に、本発明の方法は、その方法の実施に伴う音のレベル
が低いので、家庭用に供することもできる。音が静かな
のは、中心帯域５の下流におけるガスの再循環が中心帯
域５の存在により防止されるからであると考えられる。
一実施例においては、１つのガス（第１ガス）を燃料と
し、他方のガス（第２ガス）を燃焼支持媒体（空気又は
酸素）とする。第１ガス即ち燃料は、１つのガス供給口
３を通して供給する。第２ガス即ち燃焼支持媒体（空気
又は酸素）は、例えば一連の順次の同軸管状配列ガス供
給口4,6,8によって複数段の形で（互いにずらせた部位
で）供給する。その供給態様は、第１段（ガス供給口
４）は、ガス供給口３を通して供給される燃料を完全燃
焼させるための化学理論量には足りない量の燃焼支持媒
体を供給し、第２段（ガス供給口６）は、化学理論量
の、又は化学理論量を越える量の燃焼支持媒体を供給す
るような態様とする。所望ならば、更に、希釈段（燃料
と燃焼支持媒体の基本単位ガス混合物を稀釈するための
ガスを供給するガス供給口）を設けることもできる。
中心帯域即ちコア帯域５は、その周りに管状帯域18を画
定する。この管状帯域18は、燃料ガス供給口３と多数段
の燃焼支持媒体供給口4,6,8を備えており、燃焼は、こ
の管状帯域18内で最初は燃料又は可燃物の量が過剰な状
態で行われる。
第１段即ち第１列のガス供給口４から供給される化学理
論量未満の燃焼支持媒体は、燃料ガス供給口３から供給
される燃料ガス又は可燃物と混合して、初期基本火炎を
創生するための均質な基本単位ガスを形成し、この帯域
では不活性物質の部分圧が最少限である（既燃焼ガスの
局部的循環がない）。これが、反応の高速化に寄与する
第１の要因である。
第２段のガス供給口６から供給される燃焼支持媒体（空
気）は、化学理論量に足る量であるから燃料ガス供給口
３から供給される燃料ガスと混合して局部的に最高限度
の温度、従って最高限度の反応速度を創生し、従って火
炎の逆流が生じる。この火炎の逆流速度は、燃料ガス供
給口３から供給される燃料ガスと第２段のガス供給口６
から供給される燃焼支持媒体の進路の周りに惹起される
局部的乱流によって更に増大される。これらの現象が相
俟って火炎の局部的安定性を高める。
第３段以降の供給口８（それらが設けられている場合）
は、全体の温度を低下させ、基本単位ガス混合物全体の
運動量を高める稀釈作用を行うためのものである。未反
応ガス及び既反応ガスは、第２段のガス供給口６の存在
する領域程温度が高くない装置の底部又は端部に向って
移動する傾向を有する。基本単位ガス混合物の運動量の
増大は、基本単位ガス混合物の循環運動を惹起し、その
循環運動によって、装置の冷却された底部又は端部上の
高温帯域（未反応ガス及び既反応ガスの進路）に対して
全体的な安定化作用を及ぼす。
従って、本発明の方法は、集約的気−気反応器の安定性
及び融通性を高めることを可能にする技術思想に基いて
いる。
その思想は、ヨーロッパ特許公開第128,792号に開示さ
れているような気化式霧化方法と称される方法に適用す
ることができる。
重質燃料（重油）を燃焼させる場合に随伴する大きな問
題は、「きれいな」燃焼、即ち、炭素質粒子の排出を伴
わない燃焼を可能にすることである。
上記ヨーロッパ特許公開第128,792号の方法は、 第１帯域内へ共通の軸線に対して対称をなすらせん経路
に沿ってガス状の燃焼支持媒体の流れを導入し、燃料ガ
スを導入して第１分散燃焼帯域を創生し、 得られた流れを狭められた通路を通して第２帯域内へ圧
送して該流れを軸方向の対称渦流形態とし、 処理すべき可燃物質を前記軸方向の対称渦流に対して下
流に位置する軸方向の帯域内へ導入し、前記第２帯域内
へ導入される第２のガス状燃料流によって第２の燃焼を
生じさせることから成り、前記第１帯域内へ導入される
燃焼支持媒体及び燃料ガスの量は、前記処理すべき可燃
物質が第２帯域へ導入されたとき該可燃物質を分散させ
るとともに気化させるのに十分な量とする。
この方法は、それを首尾よく実施するためには非常に高
温のガスを発生させることを前提としている。
本発明の方法は、気化式霧化と称される上記ヨーロッパ
特許公開第128,792号の方法の第１段階においてガス混
合物（基本単位ガス）を生成するのに有利に利用するこ
とができる。
本発明は、ガス状物質であれ、液体であれ、霧化可能な
固形物質であれ、それらの物質の高温での燃焼又は反応
を伴う全ての用途に適用されるが、特に、本発明の方法
は、炭素や亜炭などの霧化可能な固形物（固体粒子）の
気相又は液相の有機懸濁物の処理に用いることができ、
例えば公害防止のための焼却工程や、ガスの合成などの
化学工程に使用することができる。
付着物形成の原因となる望ましくない分解生成物を生じ
る炭化水素のような物質の場合は、混合帯域及び反応開
始帯域の壁は、実際上反応生成物の局部的分解を回避す
るのに十分に低い温度に維持することができる。
上記基本単位ガス混合物の流れの下流に別の管12（第３
〜５図参照）を通して被処理流出物の流れを導入する応
用例の場合、管12を通して導入される被処理流出物の流
れの軸線の周りに上記基本単位ガス混合物の流れを回転
させるように下流側に閉じ込め帯域（狭隘通路13）を設
け、それによって全体的な流れ連行作用が得られるよう
にすることができる。
作用 叙上のように、本発明によれば、少くとも２種類のガス
の別個の流れを前記混合帯域内へ噴出させるに当り、各
ガスの流れを予め分割することによってそれらの予め分
割されたガス流からそれぞれ基本単位ガスを形成し、そ
れらの基本単位ガスを該混合帯域内で混合させて前記２
種類のガスを含む基本単位ガス混合物を形成する。基本
単位ガスが混合されると、発熱反応（燃焼）等の反応を
生じる。従って、混合帯域は、火炎又は反応帯域を創生
する。本発明によれば、混合作用と反応作用とが、極め
て短い時間に相当する短い空間距離において分離され
る。換言すれば、混合作用が行われる場所と反応が起る
場所とが僅かな距離しか離れていない。即ち、混合が行
われた後直ぐに反応が起る。従って、総反応空間の容積
が最少限に縮小され、その結果として非常に高い密度の
反応が得られる。基本単位ガス混合物は、いずれも均質
な状態で順次に反応を生じ、反応が全体としてプラグの
ような態様（柱状）で進行する。
このような混合作用と反応作用との分離は、反応帯域か
ら物理的に分離された中心帯域５の存在によって達成さ
れる。火炎即ち反応は、剛性部材によって画定される中
心帯域５の周りの環状帯域18に生じる。火炎は、高い発
熱反応であるから、中心帯域５を冷却するのが有利であ
る。
更に、混合帯域及び反応帯域から分離された中心帯域５
の存在は、中心帯域５の下流におけるガスの再循環を防
止するので、ガスの混合及び反応に伴う音のレベルを低
くすることができる。従って、本発明の方法を実施する
ための装置は、家庭用にも供することができる。
本発明の方法は、反応速度を大幅に迅速化し、総反応空
間の容積を最少限に縮小することによって装置の小型化
を可能にし、平均反応温度及び反応の選択性に対する有
害な作用を伴うことなく装置の壁を冷却することによっ
て有効な熱防護を行い、壁に対する有害な作用を軽減す
る。
実施例の説明 本発明の装置は、ケイシング１と、ケイシング１内に開
口したガス供給手段とから成る。ガス供給手段は、上述
した基本単位ガス混合物（以下、単に「ガス混合物」又
は「ガス状混合物」とも称する）を生成するためのガス
を供給する一連のガス噴出口（ガス供給口又はガス注入
口又はオリフィスとも称する）3,4,6,8・・・・・から
成る。図示の実施例では、ガス噴出口3,4,6,8の各々
は、中心帯域即ちコア帯域５を画定する剛性のコア部材
の周りに環状に配列された複数のオリフィス即ち孔によ
って構成されている。従って、ガス噴出口3,4,6,8は、
それぞれ、ガス噴出口群（又はガス供給口群、ガス注入
口群又はオリフィス群）3,4,6,8とも称する。本発明に
よる装置は、３群以上のガス噴出口即ちオリフィスを備
えたものとすることができる。ただし、各ガス噴出口3,
4,6,8は、オリフィス群又は群孔によってではなく、ス
ロット（機能的には環状に配列された一群の孔と同じ）
によって構成することもできる。特に稀釈作用を行なう
段の供給口（例えば供給口８）は、スロットによって構
成することができる。
便宜上、ここではガス噴出口又はガス供給口3,4,6,8・
・・・から噴出するガスも同じ参照番号で示すものとす
る。
本発明の特徴は、チャンバー２内に剛性のコア部材（切
頭円錐形部材）（単に「剛性部材」とも称する）を配設
して中心帯域即ちコア帯域５を画定し、ガス供給口群3,
4・・・を該コア帯域５の周りに画定される環状帯域18
内に開口させることである。
第１のガス（例えば、燃料ガス）は、ガス供給口３を通
して環状帯域18内へチャンバー２に向けて供給する。ガ
ス供給口３からの第１のガスに混合させて基本単位ガス
混合物を生成するための第２のガスとして、ガス供給口
群4,6を通して少なくとも１種類のガス（例えば、燃焼
支持媒体即ち空気又は酸素）を供給する。第２のガスを
供給する最初のガス供給口群４を第１段のガス供給口と
称し、ガス供給口群6,8・・・・を順次第２段、第３段
・・・・のガス供給口と称する。
この第２のガスは、接線方向の入口９を通し、例えば環
状空間７を通して環状帯域18へ、そしてチャンバー２内
へ導入することが好ましい。この第２のガスは、供給口
群4,6,8のうちの少なくとも２群の供給口を通ってチャ
ンバー２内に入る。
一実施例においては、ガス供給口即ちオリフィスを通し
てのガスの供給量は、第１段のオリフィス４による第１
段の供給では、ガス供給口３からのガスとの反応におい
て化学量論的にみて不足した量となるように定められ
る。即ち、オリフィス３からのガスとオリフィス４から
のガスによって生成される基本単位ガス混合物において
は、オリフィス４を通して供給されるガスの量は、オリ
フィス３からのガスとの反応において化学量論的にみて
不足する量である。この不足量を補うための第２段階の
所要ガス補給は、オリフィス6,8等を通して行われる。
即ち、第１段階のオリフィス４を通して供給されるガス
に加えて、基本単位ガス混合物を化学量論的に十分な量
とするのに必要とされる量のガスは、第２段階以降のオ
リフィス6,8等を通して補給される。
コア帯域５は、第１図に矢印10,11によって示されるよ
うに該コア帯域を通して循環される冷却流体によって冷
却される。
所望ならば、チャンバー２内にダイアフラム15を設け、
チャンバー２内に狭隘通路を画定することができる。
第２図は、本発明の別の実施例を示す。この実施例で
は、図１の実施例とは異なり、環状空間７からガス供給
口4,6を通して少なくとも１種類のガスが求心噴射によ
ってではなく遠心噴射によって供給される。この形式の
操作は、汚染ガスのような固体粒子を帯同したガスを取
り扱うような用例に特に適している。固体粒子を帯同し
たガスを図２の装置を用いて処理する場合は、ガスがガ
ス供給口4,6を通して遠心噴射によって供給されるの
で、ガス中に含まれている固体粒子はガスとともに反応
帯域へ連行され、反応帯域で焼却されるからである。こ
の点、図１の実施例の場合は、固体粒子の一部分が環状
空間７の壁に付着し易い。
第３図及び第４図は、固形物を帯同した又は帯同しない
液体を、又は噴霧形態で供給される固体物を含む液体を
取扱うための実施例を示す。
第３図の実施例では、チャンバー２から噴出する第１ガ
ス３と第２ガス4,6,8との混合反応ガス流に対称的な旋
回渦流形態を付与するように、チャンバー２の出口にお
ける狭隘通路13の平面の近傍に開口した管12によって第
３の流体（軸方向）が供給される。この第３流体は、ガ
ス供給口３からのガス及びガス供給口4,6,8からのガス
とは異る第３の流体という意味ではなく、ガス供給口３
及びガス供給口4,6,8以外の第３の供給手段を通して供
給される流体のことをいう。従って、第３流体は、ガス
供給口３からのガス及びガス供給口4,6,8からのガスと
同じものである場合もあり、あるいは、異なるものであ
る場合もある。例えば、第３流体は、場合によっては固
形物を帯同したガス又は液体であってよく、反応したガ
ス（３＋４、即ちオリフィス３からのガスとオリフィス
４からのガス）から伝達される機械的及び熱的エネルギ
ーによって帯域14内において霧化される。チャンバー２
から噴出する反応ガス（３＋４）は、管12からの軸方向
流体が液体又は霧化可能な懸濁液である場合は、帯域14
への入口即ち狭隘通路13のところで該軸方向流体の運動
量の少くとも100倍、好ましくは1,000〜10,000倍のレベ
ルの運動量を受ける。それによって、管12からの軸方向
の流体は、チャンバー２から噴出するガス流（３＋４）
によって分散せしめられ、該ガス流によって連行され、
処理される。この態様については本出願人のフランス特
許第2,257,326号及び2,058,818号に詳述されている。
複数の種類の流体を同軸的に管12を通して帯域14へ導入
することもできる。
帯域14内では、気化式霧化操作と称される処理が行われ
る。この操作は、帯域14内に閉じ込められた。「対称的
旋回渦流形態」と称される流れ内において総体的に軸方
向の液状流体（管12からの流体）に及ぼされるガス状流
体（チャンバー２からのガス３＋４）の機械的及び熱的
作用の有機的な組合せ作用である。
第４図の実施例は、処理すべきガス、液体又は固形物を
導入する別の態様を示す。この実施例では、被処理物
は、剛性コア部材５内を貫通して延設された軸方向の管
12を通して供給される。
この管12を通しての軸方向の流れがガスである場合は、
管12の下流端は、その軸方向流れのジェット（噴流）を
予備分割するような構造を有するものとするのが有利で
ある。
本発明の方法及び装置は、多くの用途に使用することが
できるが、特に下記の分野に適用することができる。
1.汚染除去処理： 汚染された被処理流出物（管12を通して供給される流
体）は、ガス状であっても、液状であっても、固形であ
ってもよい。
被処理流出物がガスである場合は、そしてそのガスが同
時に主たる燃焼支持媒体（酸素）の機能を果すものであ
る場合は（例えば汚染された空気などの場合）、接線方
向に導入される流れの形で供給するのが有利である。
被処理流出物が液体又は霧化可能な固体粒子である場合
は、不活性ガス又は可燃ガスの場合と同様に軸方向に供
給する。液体又は霧化可能な固体粒子の場合は、オリフ
ィス３を使用することもできる。
本発明による方法の利点を説明する応用例としては、例
えば塩素化残留物の焼却がある。通常、塩素化残留物の
焼却には、化学量論的に相当に過剰な空気量でもって燃
焼を行うという基本的な要件が課せられている。従っ
て、その燃焼から生じる煙には過剰の空気が含まれる。
この要件は、塩素化残留物の焼却に随伴する問題に対す
る満足すべき解決法がないことを如実に物語っている。
実際、この要件は、酸素の分圧を増大させ、それによっ
て下記のような幾つかの問題点を惹起する。
（イ）第１に、燃焼温度が比較的低くなること、 （ロ）第２に、ダイオキシン（有機塩素化合物）等の汚
染不純物の生成を助長するような温度下でNOx（過剰の
酸素と共に多量の窒素が導入されることによって生じ
る）及びCl2等のガス状不純物が発生すること。
本発明は、事実上の標準処理法として認められている上
述した塩素化残留物の焼却法を打破することを可能にす
る。即ち、本発明によれば、ガス供給口３を通して供給
される燃料ガス（３）を最初に燃焼に必要な化学理論量
よりは少い酸素（第１段のガス供給口４を通しての酸
素）と混合させ、次いで、該燃料ガス（３）を第２段の
ガス供給口６を通して供給される化学理論量に近い量の
酸素（６）でガスの状態で燃焼させることによって、管
12からの塩素化残留物を従来技術において用いられてい
たより相当に低い酸素分圧で、高い温度で焼却すること
を可能にする。
更に、本発明によれば、管12を通して水蒸気を導入する
ことができ、その水蒸気は、熱エネルギーの供給源とし
ての役割と、反応平衡に影響を及ぼす手段としての役割
の二重の役割を果す。
従って、本発明は、熱エネルギーが過剰量の空気によっ
て供給され、そのために窒素を同時に導入することにな
り、NOxを発生するという従来技術の欠点を回避するこ
とができ、例えばディーコン法の反応平衡（4HCl＋O2
2Cl2＋2H2O）をHCl生成の方へ移行させる（従ってCl2を
減少させる）。
一般的にいえば、本発明の方法は、その工程中のいろい
ろな臨界点において温度を制御することにより工程の制
御を行うことを可能にする。これは、この方法を実施す
る上で大きな利点となる。
発明の効果 叙上のように、この応用例（塩素化残留物の処理）は、
本発明の、従来技術に対する改良及び利点を立証する。
即ち、技術的観点からみれば、本発明は、反応速度を大
幅に迅速化することによって装置を小型化し、性能を高
めることができる。エネルギーの観点からみれば、従来
技術の方法では、過剰空気による稀釈作用を、従って、
燃焼温度の低下を補償するために可燃物又は燃料の消費
量を多くする必要があるが、本発明の方法ではそのよう
な必要はない。汚染除去作用の質の点からみれば、本発
明の方法は、焼却温度を高めることにより完全な、迅速
な焼却を保証する。
2.化学工程一般： 以下の表は、本発明の適用可能な用途の一部を示す。化
学工程に関連する本発明の適用可能分野の１つは、ガス
化工程である。本発明の装置は、ガス化工程に用いられ
る連行床型と称される従来周知の装置の代りに、より有
利に用いることができる。
具体例 この具体例は、特に装置の小型化、反応密度の向上及び
高温の達成の面での本発明の方法のいろいろな利点を説
明するものである。
チャンバー２の容積を0.45とし、外径を150mmとし、
火炎を発生させるための長さを8cmとした。第４図に示
されるような非耐火性のステンレス鋼製装置（水冷され
る）において、8kg/時の流量で供給されるメタンの完全
燃焼を170kg/時の流量で供給される空気の存在下で行っ
た。チャンバー２内ではステンレス鋼の棒が溶融するの
が観察され、火炎温度が少くとも1550℃であることを示
した。メタンの圧送圧力を0.3気圧とし、空気の圧力を
0.25気圧とした場合、高速度で回転し、装置の底壁に衝
接する青い炎が観察された。この炎の長さは、ガスの流
量によってきまる。
冷却水の流量は、400g/時とし、17℃の温度で系内へ導
入された冷却水は25℃の温度で系外に流出し、3.7KW
（0.27kg/時の量のメタン、即ち3.35重量％のメタンに
相当する）の熱損失を示した。
チャンバー２内の燃焼ガスの平均速度は35m/秒であり、
狭隘通路（排出口）13のところでは200m/秒であった。
従って、全体の反応時間は、2/1000秒程度であり、それ
によってエネルギー密度は250MW/m3であると算出するこ
とができる。
装置の壁には何らの付着物、堆積物もみられなかった。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による装置の概略断面図である。 第２〜５図は、それぞれ本発明の別の実施例による装置
の概略断面図である。 1:ケーシング 2:チャンバー（混合帯域及び反応帯域） 3,4,6,8:ガス供給口（オリフィス） 5:中心帯域又はコア帯域 7:環状空間 10,11:冷却流体循環系 12:管 18:環状帯域（混合帯域及び反応帯域）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少くとも２種類のガスを混合帯域内で接触
    させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法であって、
    少くとも２種類のガスの別個の流れを前記混合帯域内へ
    噴出させ、その際各ガスの流れを予め分割することによ
    ってそれらの予め分割されたガス流からそれぞれ基本単
    位ガスを形成し、該分割された流れのうちの少くとも１
    つに、他の分割された流れを連行するのに十分な流速の
    対称的渦流運動を付与し、それらの基本単位ガスを該混
    合帯域内で混合させて前記２種類のガスを含む基本単位
    ガス混合物を形成し、該基本単位ガス混合物を反応帯域
    内で発熱反応させることから成り、該混合帯域内に該混
    合帯域及び前記反応帯域から分離された中心帯域を設
    け、該混合帯域18内の該中心帯域の周りに少くとも１つ
    の基本単位ガス混合物を生成することを特徴とする方
    法。
  2. 【請求項２】前記少くとも２種類のガスの１つを燃料と
    し、他の１つを燃焼支持媒体とし、該燃焼支持媒体を燃
    料供給部位からずらせた部位で供給し、第１段において
    完全燃焼のための化学理論量には足りない量の燃焼支持
    媒体を供給し、第２段において少くとも化学理論量の燃
    焼支持媒体を供給することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】燃焼支持媒体の供給部は少くとも１つの稀
    釈部を構成することを特徴とする特許請求の範囲第２項
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】汚染されたガス状流出物を処理するのに用
    いられる特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の
    方法。
  5. 【請求項５】塩素化残留物を処理するのに用いられる特
    許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】ガス化操作のために用いられる特許請求の
    範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】少くとも２種類のガスを接触させて発熱反
    応を起させる方法を実施するための装置において、 ケーシング（１）と、基本単位ガス混合物を反復して形
    成するように配置され、該ケーシング内に開口したガス
    供給口とから成り、該ケーシングによって画定されるチ
    ャンバー（２）の内部に剛性部材（５）を設け、該ガス
    供給口を該剛性部材によって画定される管状帯域内へ開
    口させたことを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】前記チャンバー（２）内へガスを噴出する
    ための少くとも２群のオリフィス（4,6）を備えている
    特許請求の範囲第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記チャンバー（２）内へ少くとも１群の
    ガス流を遠心噴射するように構成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第７項又は８項に記載の装置。
JP61308075A 1986-01-02 1986-12-25 少くとも２種類のガスを混合帯域内で接触させ、反応帯域内で発熱反応を起させる方法及びその方法を実施するための装置 Expired - Lifetime JPH0718540B2 (ja)

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