JPS63182201A - 火炎を介して作用させる合成ガス製造方法および装置 - Google Patents

火炎を介して作用させる合成ガス製造方法および装置

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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】 この発明は火炎により作用する合成ガス製造方法および
装置に関するものである。
天然ガスと同様に酸欠環境における炭化水素の燃焼は一
酸化炭素(Co)、水素(H2)とならんで二酸化炭素
(Co2)および水(H2O)の生成ももたらす。
例えば1モルのメタン(CH,)を0.7モルの酸素と
燃焼させれば、54.9%モルの水素(H2)、31.
6%の一酸化炭素(CO)、1.7%モルの二酸化炭素
(CO3)および11.7%モルの水(H2O)が断熱
平衡で得られる。
しかし燃焼プロセスそのものにより、中間炭水化物の存
在する中でより少ないCOおよびH2が生成されるが、
一方より多いCo2およびH,Oが生成される。この現
象を最小限とするテストを行なった。COおよびH2へ
の変換は反応器の隔壁が断熱性であればそれだけよい(
反応装置の形態は放射ロスを許容するものであってはな
らない)。
0/C比が1.4モル1モル付近では大きな問題がない
が、これ以下の比率ならばガスの予熱を必要とする。メ
タンより重い炭水化物があれば煤煙が発生してO/C比
の低下を抑制する場合がある。
本発明は特にデリケートな機能条件で、例えば小さいO
/C比で、またはメタン以外の炭水化物がある中で操作
する場合に、または反応器に酸素の代りに空気を供給す
る場合に反応器の出口に煤煙の発生を抑制し得る方法お
よび装置を提案する。
発明に係る装置は助燃物が不足する環境中で気体燃料の
燃焼により合成ガスの生成または製造を可能にする。
この装置は燃料および助燃物の一部を反応器に導入する
第1手段および反応器に助燃物の第2部分を導入する第
2手段を備え、この第2手段は少くとも1つの多孔質隔
壁を備える。この多孔質壁は反応器の少くとも1部を限
る。
多孔質壁は反応器の反応ゾーンをはメ画することができ
る。
多孔質壁はは糧円筒形態をなす。円筒はその一端に燃料
および助燃物の一部を導入する第1手段を備え、その他
端は閉じられる。
円筒は流出物が出る管路を備える。
第1導入手段からくるガスが上記反応器内で偏向隔壁が
あるため少くとも方向変換を受ける場合、この偏向隔壁
の少くとも一部を多孔質として助燃物の一部の導入に役
立て\もよい。
発明に係る装置は少くとも2部分から成る反応器を備え
てもよく、その第1部分は一端に第1導入手段とはメ相
対して位置する出口穴を有し、反応器の第2部分はガス
の通過スペースを残して上記端部を取囲む。この場合、
偏向隔壁は第1部分の出口穴に相対して位置する第2部
分の隔壁部に対応する。
反応器の第2部分は第1部分のは炉全体を一括または包
括することもできる。
多孔質隔壁は気密容器に囲まれ反応器を限らない面をも
つこともでき、この囲壁自体が助燃物の供給手段を備え
る。
多孔質隔壁は断熱特性のすぐれた材料で作ってもよく、
さらに/またはジルコンのような触媒特性を有する材料
を備えてもよい。
第1導入手段に多数のチューブを備え、上記燃料および
助燃物の一部を反応器内まで別々に送ってもよい。
上述の反応ゾーンはそれぞれ一体成形の多孔質要素、ま
たはマルチブロック、すなわち積上げ可能な多数の従属
要素を備える多孔質要素で製してもよい。
積上げた従属要素は流路および/またはみぞおよび/ま
たは棒を備えてもよい。
この発明は助燃ガス不足下での燃料燃焼により合成ガス
を製造する方法にも関わる。
この方法では第1導入手段により燃料および助燃物の一
部を反応器に導入し、上記反応器を分画する多孔質隔壁
を介して助燃ガスの別の一部を導入する。
この方法の変形として、多孔質隔壁に反応触媒を導入し
てもよい。
この方法の別の変形として、第1導入手段により導入さ
れる助燃物は性質および/または組成が第2導入手段に
より導入されるものと異なってもよい。しかし特に同じ
でもよい。
実施方式として、反応器は2重ケーシング(耐火材料ま
たはセラミック材料から成る)を備え、これにより助燃
物0□の一部、酸素を強化したまたは無強化の空気、ま
たは手順の途中で介入可能な別のすべての気体(水蒸気
)が導入される。
本発明を利用する特定の方式として、バーナにより炭化
水素および酸素を別々に導入し、また多孔質隔壁により
酸素と水蒸気の混合気を導入する。
従来技術は燃焼科学技術1985年、vol 42+ 
ppl[i5〜183に記載のM、KItanoおよび
Y、0tsukaの論文「層状拡散炎からの煤煙放出に
対する伸長流の抑制効果」、およびアメリカ特許Nα4
,818,451により説明できる。
この発明は特にcoおよびH2の製造に好適である。
発明は添付図に示す非限定的な実施例に即した説明によ
りその利点が一層鮮明に理解される。
第1図に示す反応器1は多数のチューブ3を有するバー
ナ2を備える。若干のチューブは酸素を含む助燃ガスを
導入し、他のチューブは燃料を導入する。
別のタイプのバーナを使用しても本発明の枠を逸脱する
ものではない。
第1図の場合、チューブ3は酸素を導入する役割をもち
、メタンなど変換すべきガスを導入するチューブで間に
は自由スペース4を設ける。
ガスは燃料ガスについては管路5により、また助燃ガス
の一部については管路6によりバーナ2に運ぶ。
バーナ2の上には多孔質の円筒ケーシング7がかぶさり
、ケーシングはその上部に廃棄物が出る管路8を備える
第1図の例では、その下端部にバーナを伴う多孔質ケー
シング7が反応ゾーン9を画する。
多孔質ケーシング7自体は気密容器10内に閉じ込めら
れ、この囲壁を廃棄物の流出管路8およびバーナにメタ
ン(CH)および酸素(02)を供給する管路5.6が
貫通する。
更にこの容器には酸素などの助燃ガスが管路11により
供給される。
発明に従って容器IOと多孔質ケーシング7との間に自
由スペースまたは分離ゾーン1Gを設ける。 管路11
からの酸素はこのスペース16に入り、多孔質隔壁に接
触して隔壁に酸素を供給する。酸素は反応ゾーンθ内に
貫入して反応に関与し、メタンを完全にGo、H2,C
O,およびH20に転化する。
もちろんバーナ2の管路6により反応ゾーンθ内に導入
する酸素の量はメタンの完全転化には不足し、多孔質隔
壁7により貫入する酸素が完全転化には必要である。
多孔質隔壁7は反応ゾーン9の各点に供給する可変気孔
率をもつことができ、これは反応ゾーン9の相異なる箇
所に導入される流量を変化させるためである。例えば気
孔率は反応器1の軸21に沿い変えられる。
気孔率のこの変化は気孔率の異なるスラブまたはレンガ
13. 14. 15のようにモジュール要素の組合せ
により得られる。
は糧バーナ2のレベルで多孔質隔壁は気密壁またはバー
ナ2の本体そのものにより延長でき同様にこの方法を補
完するため水蒸気または他のガスを反応ゾーン9内に導
入してもよい。
これはバーナの管路6により、または自由スペース16
の供給管路11により行なえる。
容器の内壁は抗輻射性保護または熱遮蔽の膜17で被っ
ても有利である。
この装置には多数の利点がある。多孔質壁を貫くガスは
温度が上がり、またこの壁も冷やす。
しかし合成ガス製造においてあまり冷い隔壁は禁物であ
る。転化効率の低下(反応の凍結)をきたし、炭素の蓄
積を招く恐れがあるからである。発明に係る装置の場合
、拡散する酸素は、より低温の時、隔壁を転化の際にガ
スから保護し得る限定的反応膜を形成する。
この装置は酸素の一部をバーナ2から離れて導入できる
。バーナ2の出口での燃焼はそこでは酸素が完全転化に
は量的に不足なので更にはるかに盛んである。
同様にバーナ2のレベルでの燃焼はより低温で行われる
ので、これがバーナをも保護する。
転化を完全にするため酸素は多孔質壁7により漸次に導
入される。
発明に係る装置は高い安全条件下で機能する。
事実、反応器の破壊はすべて容器10があるため中間隔
壁である多孔質壁の腐食から始まる。
更に機能に際してバーナからでるジェット温度は、転化
生成物がすべてバーナにより導入される場合に得られる
温度より低い。
また最も望ましい隔壁部分での拡散速度をこの部分の多
孔率に対して熱交換により高めることができる。
発明に係る装置はバーナに供給するため極めて高温度に
予熱した酸素を導入する必要がない。
第2図は別の実施態様を示し、反応器は2つの部分を備
える。
第1部分18は長形要素19の内側により限られ、耐火
材料で作れる。
バーナ2は長形要素19の下端部20に位置し、要素の
他端部21には反応器の第2部分23に供給する開口部
22がある。この第2部分23は長形要素19の上端部
21を包む。
第2部分は長形要素19の外壁24、耐外材料から成る
円筒ケーシング25、および長形要素19の上端部21
を覆うように円筒ケーシング25の上に位置すドームま
たは円錐冠2Bにより限られる。
ドーム2Bは第1部分の排気出口22の穴または開口に
相対して位置する。
この穴自体は反応器の軸でもあるバーナの軸27上にあ
る。
穴22から出る排気はドーム2Bにより180°偏向し
、長形要素19の外壁に沿って第2部分23内に進み管
路28から出る。
この様式では、偏向壁であるドーム26は多孔質材料、
場合により耐火材料から成り、バーナの管路29により
導入される部分とは異なる別の助燃ガス部分を導入する
反応器を限らないドーム26の面30はチェンバ32を
限る気密容器31に取囲まれる。
このチェンバ32には酸素などの助燃物が管路33から
供給される。酸素はドームの多孔質壁2Bを貫通して拡
散し、反応器の第2部分23に酸素を供給する。
第2図において気密容器31は反応器全体を包括し、酸
素導入管路33、排気流出管路28およびバーナ2の収
納部を備える外部ケーシング34の一部をなす。
バーナ2はマルチチューブまたはその他のタイプで、従
って天然ガスなどの燃料を導入する多数のチューブを備
える。燃料は管路3Bによりバーナ2に達する。
酸素などの助燃剤はバーナのチューブ35間の自由スペ
ース37により第1反応器に導入される。
この場合、第1反応器からくる煤煙はドーム型の多孔質
壁上に集まる。煤煙は集り合って大きくなり、またその
ためにこの隔壁上での捕集が一層容易となる。
反応器に接する多孔質ドーム26はそれを貫通する酸素
を加温し、これがドームの内面に集まった煤煙の完全酸
化を可能にする。また例えばジルコンを含む多孔性材料
の触媒作用も考えられる。
同様に発明に係る装置は合成ガスの製造時に反応で煤煙
が生じる場合に特に注目に値する。
多孔質壁上についた煤媒煙は孔を通って出る助燃剤によ
り再び燃やされる。しかし図1に示す反応器の形態は煤
煙がつき難い。第2図の形態は更に有効で、煤煙は穴2
2により壁30をた\くが、煤煙の一部は結局送り出さ
れる恐れがある。
上述する態様の多孔質壁は煤煙が付き易く、従って多孔
質壁を貫通する助燃剤による酸化でその除去も容易であ
る。
これらの実施態様の場合は表面/容積比が高まる。
第3図に示す実施態様の場合、多孔質要素41は合成ガ
スが通過する多数の1次穴38、および多孔質要素41
を貫通すべき助燃剤を導入する多数の2次式39を備え
る。1次および2次穴は管空、より正確にはチューブ型
をなす。バーナ40は既述のタイプでもよい。2次流路
39には多孔質要素41を納めたケーシング44を取囲
む別のケーシング43に限られる供給室42から追加の
助燃剤が供給される。この隔壁44は2次流路39の供
給穴45を備える。
第3図では供給室42への助燃剤供給は示さない。第4
図は第3図に示す反応器のAA線による断面を示す。図
で明らかなように1次および2次流路は交差せず、また
2次流路39に供給する助燃剤は多孔質材料41のゾー
ン46(第4図)内で「移動」した後、1次流路38に
達する。
1次流路の壁に付着する煤煙は2次流路からくる助燃剤
により酸化する。
多孔質要素41は一体成形でも多ブロツク成形でもよい
ので、工業的製造が容易である。
第5図および第6図は多数ブロックの積重ねによる多孔
質要素の例を示す。
第6図は第5図に示す多孔質要素41のBB線による断
面に対応する。多孔質要素は多数の多孔質従属要素47
.48の積重ねにより製し、各要素はこれら従属要素の
積重ね後に1次流路を形成する通路43を備える。
2次流路は場合によりさね51とかみ合う矩形みぞ50
により形成する。
接合面52はそのままとするか、または隙間を埋めるた
め膜(非多孔性または多孔性)で覆ってもよい。
この膜は第7図で詳細を示すように耐火モルタルでもよ
い。
従属要素47.48の多孔性が十分ならば、この膜は無
用である。接合面からくるガスは細孔内に拡散するガス
に比較して少ないからである。
1次流路および/または2次流路の形態は、煤煙をより
よく捕捉するため、および/または追加助燃ガスをより
よく分離するため、および/または交換表面を拡大する
ため変えられる。
同様に流路にじゃま板54を備えてもよい。
第8図および第9図はそのような実施態様を示したもの
で、径が異なりかつ偏心した穴B1または通路をなす蜂
の果状の多孔質従属要素55〜66の積重ねを有する。
矢印62はガスの動きを示す。
第9図は第8図に示すCC線による断面に対応する。
追加の助燃剤の導入には図3に示す方式をとれる。
2次助燃剤の流量が小さい点を考慮して、2次穴の断面
は1次穴の断面より小さい。
2次流路63が第10図で示すように相互に交差しても
本発明の枠を逸脱するまものではない。
使用する助燃剤は酸素、空気および/または蒸気の形態
で水を含むことができ、これは上述の各種の実施態様に
妥当し、また燃料はメタン(CH4)またはその他の炭
水化物でもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はは(円筒形の多孔質隔壁をもつ反応器の一部破
砕斜視図、 第2図は別の反応器の断面図、 第3図は多孔質材料から成る多数の反応ゾーンを有する
反応器の断面図、 第4ないし10図は各種反応ゾーン部分断面図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)助燃物が不足する雰囲気中での燃料の燃焼による
    合成ガスの製造装置で、上記助燃物は気体をなし、上記
    装置が反応器に燃料および助燃物の一部を導入する第1
    手段を備え、更に反応器(1)内に助燃物の第2部分を
    導入する第2手段を備え、この第2手段が最低1つの多
    孔質壁(7、30)を有するのを特徴とする製造装置。
  2. (2)上記多孔質壁が反応器の最低一部を画するのを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の製造装置。
  3. (3)上記多孔質壁(7)が上記反応器の最低1つの反
    応ゾーン(9)を画するのを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の製造装置。
  4. (4)上記多孔質隔壁(7)が多数の反応ゾーン(9)
    を画するのを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の製
    造装置。
  5. (5)上記多孔質隔壁(7)がほゞシリンダ状をなし、
    このシリンダはその一端に燃料および助燃物の一部を導
    入する第1手段(2)を備えて他端は閉じ、上記シリン
    ダが廃棄物の出る管路(8)を備えることを特徴とする
    特許請求の範囲第3項記載の製造装置。
  6. (6)第1導入手段(2)からのガスが偏向壁の存在に
    より上記反応器内で少くとも方向変換され、上記偏向壁
    の最低一部が多孔質(30)をなして助燃物の一部を導
    入することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の製
    造装置。
  7. (7)最低2つの部分を有する反応器を備え、第1部分
    (18)がその一端に上記第1導入手段(2)にほゞ相
    対して位置する排気穴(22)を有し、反応器の第2部
    分(23)がガスの通過スペースを空けて上記端部を取
    囲み、上記偏向壁が反応器第1部分の上記排気穴(22
    )に相対する第2部分の隔壁部に対応することを特徴と
    する特許請求の範囲第6項記載の製造装置。
  8. (8)反応器の第2部分が上記第1部分のほゞ全体を包
    むことを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の製造装
    置。
  9. (9)上記多孔質隔壁が反応器と画さぬ面を有し、この
    面が気密容器(31)により取り囲まれ、この容器自体
    が助燃物の供給手段(27、33)を備えることを特徴
    とする。特許請求の範囲第1項ないし第8項のいずれか
    に記載する製造装置。
  10. (10)上記多孔質隔壁がすぐれた断熱特性を有する材
    料から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第9項のいずれかに記載の製造装置。
  11. (11)上記多孔質隔壁がジルコンのような触媒特性を
    有する材料を備えることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第10項のいずれかに記載する製造装置。
  12. (12)上記第1導入手段が多数のチューブ(3、35
    )を備え、上記手段が上記燃料および上記の助燃物の一
    部を別々に反応器(9、18)に送ることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第11項のいずれかに記載
    の製造装置。
  13. (13)上記反応ゾーンが一体の多孔質要素から成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の製造装置。
  14. (14)上記反応ゾーンが多数の部分要素を備える多孔
    質要素から成ることを特徴とする特許請求の範囲第4項
    記載の製造装置。
  15. (15)上記部分要素が相互に積重なることを特徴とす
    る特許請求の範囲第14項記載の製造装置。
  16. (16)上記部分要素がみぞ、流路および/または舌部
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第15項記載
    の製造装置。
  17. (17)量的に不足するガス状助燃剤の中で燃料の燃焼
    による合成ガスの製造方法で、燃料および助燃剤の一部
    を第1導入手段により反応器に導入するものにおいて、
    上記反応器を画する多孔質隔壁を介して助燃ガスの別の
    一部を導入する点を特徴とする方法。
  18. (18)反応触媒を多孔質隔壁に導入することを特徴と
    する特許請求の範囲第17項記載の方法。
  19. (19)第1導入手段により導入される助燃ガスが第2
    導入手段により導入される助燃ガスと同じ性格および組
    成であることを特徴とする特許請求の範囲第17項また
    は第18項のいずれかに記載する方法。
  20. (20)第2導入手段により導入される助燃ガスが酸素
    および水蒸気を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
    17項または第18項のいずれかに記載する方法。
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