JPH10502903A - マルチオリフィス（同心円）バーナーを用いてガス状炭化水素含有燃料を部分酸化することにより合成ガスを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 触媒を用いないガス生成装置の反応帯域にて、酸化剤である酸素含有ガスとガス状炭化水素含有燃料を反応させることにより合成ガスを製造する方法であって、マルチオリフィス（同心円）バーナーを介して該燃料と該酸化剤を反応帯域に注入することからなり、該バーナーは、バーナーの長手軸と同軸のｎ個の隔絶された通路またはチャンネルを同心円状に配置したものであって、ｎは２以上の整数（２，３，４，５・・・）であり、該バーナーの長手軸から数えて（ｎ−１）番目の通路はｎ番目の通路よりも内側にあり、該ガス状炭化水素含有燃料と任意に調整ガスを１個以上の通路（但し、少なくともｎ番目の（外側の）通路）に通して少なくとも１個の通路を残し、該酸化剤と任意に調整ガスを残りの通路の１個以上（但し、少なくとも（ｎ−１）番目の通路）に通す上記方法。隣接する２個の通路のうち、一方の通路に酸化剤を通し、もう一方の通路にガス状炭化水素含有燃料を通す場合、該酸化剤は該炭化水素含有燃料よりも高速を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチオリフィス（同心円）バーナーを用いてガス状炭化水素含有燃料を 部分酸化することにより合成ガスを製造する方法 本発明は、マルチオリフィス（同心円）バーナーを用いてガス状炭化水素含有 燃料を部分酸化することにより合成ガスを製造する方法に関する。 特に、本発明は、酸化剤である酸素含有ガスとガス状炭化水素含有燃料をマル チオリフィス（同心円）バーナーを介してガス化帯域に供給し、適切な条件下に て自熱的に合成ガスを含むガス流を製造する、ガス状炭化水素含有燃料を部分酸 化する方法に関するものである。該マルチオリフィスバーナーは、該バーナーの 長手軸と同軸のｎ個の通路またはチャンネルを同心円状に配置したものであり、 ｎは２以上の整数である。 酸化剤である酸素含有ガスは、通常、空気または（純粋な）酸素または水蒸気 あるいはこれらを混合したものである。ガス化帯域の温度を調製するため、調整 ガス（例えば、水蒸気、水または二酸化炭素あるいはこれらを組み合わせたもの ）を該帯域に供給することも可能である。 酸化剤及び調整剤を適用する条件は当業者に公知である。 合成ガスは一酸化炭素と水素を含むガスであり、例えば、clean medium-calor ific value燃料ガスあるいはメタノール、アンモニアまたは炭化水素の合成用原 料として用いらる。後者の合成では、ガス状炭化水素とガソリン、中質留出物、 潤滑油及びワックス等の液状炭化水素が生成する。 本明細書及び本請求の範囲では、「ガス状炭化水素含有燃料」という語を「ガ ス化装置の供給圧力及び温度にてガス状態である炭化水素含有燃料」の意味で用 いる。 既存の方法によれば、ガス状炭化水素（特に石油ガスまたは天然ガス）等のガ ス状燃料を、１０００℃〜１８００℃の範囲の温度かつ０．１MPa（絶対）〜６M Pa（絶対）の圧力範囲にて、酸素含有ガスを用いて反応容器内で部分的に酸化さ せ、合成ガスを製造する。 合成ガスは原油精製等で製造されることが多い。というのは、製造した合成ガ スを、中質留出物、アンモニア、水素、メタノールの製造用原料として、あるい は（例えば、精製炉の加熱用あるいはより効率的には電気や熱を発生させるため のガスタービンの燃焼用の）燃料ガスとして直接利用することが可能だからであ る。 同心円（マルチオリフィス）ガスバーナーでは、予備点火や火炎のフラッシュ バックにてバーナーの寿命が制限されることが判明している。こういった現象の ため、バーナー内部の温度が高くなり過ぎ、深刻な損傷をバーナーに与えてしま うのである。さらに、ガスバーナー先端部の腐食に係わる問題もある。 本発明の目的は、ガス化帯域にて酸素含有ガス（酸化剤）、燃料、及び任意に 調整ガスをバーナーから出たところで良好かつ迅速に混合または接触させ、腐食 、予備点火または火炎のフラッシュバックによるバーナーの損傷を抑えることが 可能なガス状炭化水素含有燃料の部分酸化方法を提供することである。 本発明は、酸化剤である酸素含有ガスとガス状炭化水素含有燃料を特定の速度 にて特定の通路を介してガス化帯域に供給することにより、上記バーナーの損傷 問題を解決するものである。 従って、本発明は、実質的に触媒を用いないガス生成装置の反応帯域にて、酸 化剤である酸素含有ガスとガス状炭化水素含有燃料を反応させることにより合成 ガスを製造する方法を提供するものであり、マルチオリフィス（同心円）バーナ ーを介して該燃料と該酸化剤を反応帯域に注入することからなる。該バーナーは 、バーナーの長手軸と同軸のｎ個の隔絶された通路またはチャンネルを同心円状 に配置したものであって、ｎは２以上の整数（２，３，４，５・・・）であり、 該バーナーの長手軸から数えて（ｎ−１）番目の通路はｎ番目の通路よりも内側 にあり、該ガス状炭化水素含有燃料（任意に調整ガスを伴う）を１個以上の通路 （但し、少なくともｎ番目の通路）に通して少なくとも１個の通路を残し、該酸 化剤（任意に調整ガスを伴う）を残りの通路の１個以上（但し、少なくとも（ｎ −１）番目の通路）に通すものである。隣接する２個の通路のうち、一方の通路 に酸化剤を通し、もう一方の通路にガス状炭化水素含有燃料を通す場合、該酸化 剤は該炭化水素含有燃料よりも高速を有する。 この方法では、酸素含有ガス（酸化剤）とガス状炭化水素含有燃料とを伴出さ せた後にガス化帯域にて部分酸化を行い、酸素含有ガス（酸化剤）と炭化水素含 有ガスの間を分離する所定の厚さを有する内壁を形成するバーナー内部のブレー ドを酸素含有ガス（酸化剤）と炭化水素含有ガスで（特に対流冷却により）冷却 し、ブレードの先端部を出た直後の火炎温度を下げているのである。 ブレードの先端部を出たところには、ガス状燃料と酸化剤である酸素含有ガス の両方が含まれる再循環領域が少なくとも存在する。 炭化水素含有ガスの速度が最も速い場合には、「エントレインメント」により バーナーの内側先端部は酸素に富んだ状態となり、高い火炎温度、高い先端温度 及び深刻なバーナー材料の損失をもたらす。 酸化剤である酸素含有ガスの速度が最も速い場合には、再循環領域は主に酸素 に乏しい状態となり、火炎温度は低くなる。従って、深刻なバーナーの損傷は起 こらず、バーナーの寿命は長くなる。 有利には、ｎは３以上であり、ガス状炭化水素含有燃料の少なくとも一部（例 えば２０％）を上記ｎ番目の通路に通し、ガス状炭化水素含有燃料の残部を残り の通路の１個以上に通す。酸化剤である酸素含有ガスの速度は、有利には２０〜 １５０m/sである。 隣接する２個の通路のうち、一方の通路に酸化剤を通し、もう一方の通路には ガス状炭化水素含有燃料を通す場合、ガス状炭化水素含有燃料の速度は有利には 酸化剤である酸素含有ガスの速度の０．２〜０．８倍である。 本発明の有利な態様では、上記各チャンネルのガス化帯域への出口にて各速度 を測定あるいは計算する。速度の測定または計算は、当業者であれば任意の適切 な方法で行うことができるため、ここでは詳述しない。 本発明の他の有利な態様では、調整ガスは水蒸気及び／または水及び／または 二酸化炭素であり、酸化剤は少なくとも純度９０％の酸素を含む。本発明のさら に別の有利な態様では、０．１〜１２MPa（絶対）の圧力にてガス化を行う。 酸素含有ガス（酸化剤）、燃料及び調整ガスをガス化帯域へ供給するためのチ ャンネルを同心円状に配置したマルチオリフィスバーナー自体は公知であるため （例えば欧州特許出願公開明細書第０，５４５，２８１号及びドイツ特許出願公 開明細書第２，９３５，７５４号参照）、その機械構造はここでは詳述しない。 通常、このようなバーナーは、バーナー出口に多数のスリットを有し、内部冷 却液体（例えば、水）を通す通路を設けた中空壁を備えている。通路はバーナー 出口にて収束していてもよいし、していなくてもよい。内部冷却液体を通す通路 を設ける代わりに、適切なセラミックまたは耐火性ライニングをバーナーに備え ることもでき、また、バーナーの操作時あるいは運転／停止時の熱負荷を回避す るための手段をバーナー（前方）壁の外側表面に隣接して設けてもよい。 燃料通路は、ガス状炭化水素含有燃料専用であり、他の燃料は通さない。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に記載する。 下表に実施例を示す。この表中の略語は以下の通りである。 原料１：主に以下の組成を有する天然ガス。 ＣＨ₄ ：９４．４体積％ Ｃ₂Ｈ₆ ： ３．０体積％ Ｃ₃Ｈ₈ ： ０．５体積％ Ｃ₄Ｈ₁₀ ： ０．２体積％ Ｃ₅Ｈ₁₂ ⁺ ： ０．２体積％ ＣＯ₂ ： ０．２体積％ Ｎ₂ ： １．５体積％ 上記原料のバーナーへの供給温度は、１５０〜２５０℃である。 原料２：主に以下の組成を有する天然ガス。 ＣＨ₄ ：８１．８体積％ Ｃ₂Ｈ₆ ： ２．７体積％ Ｃ₃Ｈ₈ ： ０．４体積％ Ｃ₄Ｈ₁₀ ： ０．１体積％ Ｃ₅Ｈ₁₂ ⁺ ： ０．１体積％ ＣＯ₂ ： ０．９体積％ Ｎ₂ ：１４．０体積％ 調整ガスとしてＣＯ₂を上記天然ガス中へ、調整ガスＣＯ₂／天然ガスの質量比が ０．６〜０．８となるよう供給する。上記原料のバーナーへの供給温度は、２ ８０〜３２０℃である。 酸化剤１：温度が２３０〜２５０℃である純度９９．５％の酸素。 酸化剤２：純度９９．５％の酸素と２０〜３０質量％の調整ガスとの混合物。 前記混合物の温度は２５０〜２７０℃であり、調整ガスは温度２８０〜３００℃ の水蒸気である。 実施例を９例行った。各実施例における燃料と酸化剤の配分を下表に示す。主 な合成ガスの組成も併せて記載する。表中のｎは上述してきたように通路の数で あり、通路１は第一通路、即ち中央通路である。 当業者には明らかなように、スリット幅はバーナーの容量に依存するものであ り、目的に適っていればどのような幅でも可能である。 有利には、第一（即ち、中央）通路の直径は７０mmまでであり、それ以外の同 心円通路のスリット幅は１〜２０mmである。 当業者であれば、上記記載より本発明の様々な態様が明らかであると思料する 。このような様々な態様は請求の範囲の範囲内に含まれるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ヴエンテインク，ヘンドリク，マルチヌス オランダ国エヌエル−1031 シー・エム アムステルダム、バトホイスウエヒ ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に触媒を用いないガス生成装置の反応帯域にて、酸化剤である酸素 含有ガスとガス状炭化水素含有燃料を反応させることにより合成ガスを製造する 方法であって、マルチオリフィス（同心円）バーナーを介して該燃料と該酸化剤 を反応帯域に注入することからなり、該バーナーは、バーナーの長手軸と同軸の ｎ個の隔絶された通路またはチャンネルを同心円状に配置したものであって、ｎ は２以上の整数（２，３，４，５・・・）であり、該バーナーの長手軸から数え て（ｎ−１）番目の通路はｎ番目の通路よりも内側にあり、該ガス状炭化水素含 有燃料（任意に調整ガスを伴う）を１個以上の通路（但し、少なくともｎ番目の 通路）に通して少なくとも１個の通路を残し、該酸化剤（任意に調整ガスを伴う ）を残りの通路の１個以上（但し、少なくとも（ｎ−１）番目の通路）に通し、 隣接する２個の通路のうち、一方の通路に酸化剤を通し、もう一方の通路にガス 状炭化水素含有燃料を通す場合、該酸化剤が該炭化水素含有燃料よりも高速を有 する上記方法。 ２．隣接する２個の通路のうち、一方の通路に酸化剤を通し、もう一方の通路 にはガス状炭化水素含有燃料を通す場合、ガス状炭化水素含有燃料の速度が酸素 含有ガス（酸化剤）の速度の０．２〜０．８倍である請求の範囲１記載の方法。 ３．ｎが３以上であり、ガス状炭化水素含有燃料の少なくとも一部（例えば２ ０％）を上記ｎ番目の通路に通し、ガス状炭化水素含有燃料の残部を残りの通路 の１個以上に通す請求の範囲１または２記載の方法。 ４．酸化剤の速度が２０〜１５０m/sである請求の範囲１〜３のいずれか一項 に記載の方法。 ５．０．１〜１２MPa（絶対）の圧力にて行う請求の範囲１〜４のいずれか一 項に記載の方法。 ６．燃料が天然ガスである請求の範囲１〜５のいずれか一項に記載の方法。 ７．酸化剤が少なくとも純度９０％の酸素を含む請求の範囲１〜６のいずれか 一項に記載の方法。 ８．上記各同心円通路またはチャンネルのガス化帯域への出口にて各速度を測 定または計算する請求の範囲１〜７のいずれか一項に記載の方法。 ９．調整ガスが水蒸気、二酸化炭素または水あるいはこれらを組み合わせたも のである請求の範囲１〜８のいずれか一項に記載の方法。 １０．調整ガスを（ｎ＋１）番目の通路に通す請求の範囲１〜９のいずれか一 項に記載の方法。 １１．燃料通路が、ガス状炭化水素含有燃料専用であり、他の燃料は通さない 請求の範囲１〜１０のいずれか一項に記載の方法。 １２．請求の範囲１〜１１のいずれか一項に記載の方法にて得られた合成ガス 。