JPS63251495A - 還元性ガスの成分調整方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、アンモニア製造用ガス、燃料電池用
ガス、石炭ガスの模擬ガスとして採用される還元性ガス
を製造する方法に関し、特に該ガス中の水素及び一酸化
炭素の成分比の調整方法の改善に関する。

〔従来の技術〕

上記還元性ガスは、主成分が水素及び一酸化炭素で、他
に炭酸ガス、スチーム等を含む混合ガスであり、このガ
スは、炭化水素系流体、例えば天然ガス、製油所からの
オフガス、ナフサ等の軽質炭化水素、ベンゼン等の芳香
族炭化水素、あるいはアスファルトのような重質油等を
原料としている。

上記還元性ガスの発生方法には、従来、部分酸化法を利
用したものがあり、この方法では、原料の分解に必要な
反応熱は、酸素により上記原料の一部を燃焼させて発生
した燃焼熱を利用しており、これにより原料をガス化し
ている。そしてこの部分酸化反応は、発熱反応であり、
主反応は、ＣｍＨｎ＋ｍ／２０ｚ　→ｍｃＯ＋ｎ／２Ｈ
ｚで表わされ、その他に下記反応が起こる。

ＣｍＨｎ＋ｍＨ，Ｏ→ｍｃＯ＋（ｍ十ｎ／２）ＣＯ＋　
Ｈ２０→ＣＯ２＋）（。

従って、この従来方法においては、反応温度を保つため
にリフオーマのように外部から熱を加える必要もなく、
また、触媒を使用していないため、原料中の不純物につ
いて制約が少なく、原料を広範囲にわたり選択できる。

さらに、反応炉は耐火レンガで内張すしただけの円筒状
の空筒状のものでよくガス発生炉の構造を極めて簡単な
ものにできる。

しかし、この場合、ガス発生炉内の温度は、上記燃料の
燃焼のため１３００〜１６００℃の高温となっており、
炉壁の溶融や長期間使用による耐火物等の損傷の問題が
発生し易い。

また、上記アンモニア製造用ガス、燃料電池用ガスある
いは、模擬ガス等においては、各用途に適した水素ガス
と一酸化炭素ガスとの成分比からなるガスを効率的に製
造できることが必要であり、さらに近年、化学原料ガス
として一酸化炭素ガスの需要が高まっており、該一酸化
炭素ガスの比率の高いＣＯグリッチスを効率的に製造す
る方法が要請されている。

そこで、従来、これらの問題を解決する方法として、炉
体を大きくして炉壁温度を下げる方法、上記燃料中にス
チームを添加することにより、炉内の燃焼温度を下げる
とともに、燃焼ガス中の成分をコントロールする方法が
採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来方法では、炉壁の溶融及び長期
間使用による耐火物の損傷の問題はある程度解決できた
が、次のような欠点が残っている。

■　燃焼ガス中の有用成分である一酸化炭素の比率の高
いＣＯグリッチスを製造する場合には不適である。

即ち、上記燃料中にスチームを添加する従来方法は、水
素ガスの比率の高いＨ２リッチガスの製造には適してい
るが、ＣＯグリッチスを製造する方法としては後述のよ
うにカーボン発生量が多いことから限界があり、充分な
成分比の調整ができない場合が生じる。

■　カーボンが多量に発生する。

通常カーボンは、燃料に対して数重量％程度発生するが
、上記従来方法では、燃料に過剰量のスチームを添加し
ていることから、炉内の燃焼温度は下降させることがで
きるが、反面、カーボンがさらに多量に発生する危険が
あり、成分調整におけるコントロールが非常に困難とい
う欠点がある。

その結果、このカーボンが増大した分だけ燃焼ガス中の
有用成分である一酸化炭素の製造量が減少する。また、
従来から燃料の有効利用と環境対策のため、後工程でカ
ーボンを除去するようにしているが、このカーボンの増
大に伴い、除去工程の負担が増大する問題もある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、炉内温度を低下させながら燃焼効率を向上させてカー
ボンの発生量を低減でき、燃焼ガス中のＣＯ酸成分増大
させてＣＯグリッチスを容易、確実に製造できる燃焼ガ
ス成分調整方法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、炭化水素系燃料を不完全燃焼させることによ
り、少なくとも水素及び一酸化炭素を含む混合ガスを製
造する還元性ガス発生方法において、上記燃料中に炭酸
ガスとスチームを添加することによって水素ガスと一酸
化炭素ガスとの成分比率を調整するようにしたことを特
徴としている。

ここで、本発明方法において、上記燃料中に添加するス
チームと炭酸ガスとの比率及び量には、要求される製品
ガスの性質、使用する原料の種類と量に応じた最適な比
率、量があり、これは予め実験等によって求めておく必
要がある。また燃料への添加用炭酸ガスは、該ガス発生
炉からの燃焼ガスから分離精製するのがコスト上有利で
ある。

〔作用〕

本発明に係る還元性ガスの成分調整方法では、炭酸ガス
とスチームを上記燃料中に添加するようにしたので、カ
ーボン発生量を抑制でき、かつ燃焼ガス中の一酸化炭素
ガスの成分比率を増大できる。即ち、従来方法のような
スチームのみの添加の場合はカーボンの発生量が増大す
るおそれがあるが、本発明はスチームを減少させ、その
分だけ炭酸ガスを添加したので、燃・焼温度を仁王させ
ながら燃焼効率を向上でき、燃料中のカーボンがスチー
ムを過剰に添加した場合に比べてより完全にＣＯ又はＣ
Ｏ□に変換され、これによりカーボンの発生量を抑制で
きるとともに、燃焼ガス中の有用成分である一酸化炭素
ガスの成生量を増やすことができ、ＣＯリッチガスの製
造が可能となった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第３図は、本発明の一実施例による燃焼ガ
スの発生装置を示し、本実施例は、ベンゼンを原料とす
る石炭ガスの模擬ガス発生装置に応用した例である。

まず、上記模擬ガスの製造プロセスを示す。第３図にお
いて、１は主成分が水素と一酸化炭素である混合ガスを
製造するガス発生炉、２ｏはこの混合ガスの排熱を利用
するための排熱ボイラ、２１は上記排熱ボイラで熱交換
されて冷却された混合ガスの水分を除去するスクラバー
である。２２は除湿用ドラム、２３はダストを除去する
集塵器、２４はダストが除去された上記混合ガスを昇圧
後、次工程へ供給するコンプレッサ、２６は昇圧された
混合ガスから炭酸ガスを分離し、これを製品として後処
理工程へ送るＣ　Ｏ２アブソーバであり、これはＭＥＡ
等のアミン化合物を使用している。

２７は上記分離された炭酸ガスを精製するストリッパで
ある。

次に、上記ガス発生炉ｌの概略構造を示す第１及び第２
図において、該ガス発生炉１は胴部３の上、下端部にそ
れぞれ、ガス排出部２．燃料流入部４をフランジ接続し
て構成されている。

上記ガス排出部２は不定形耐火物２ａで内張すされた大
略円盤状のもので、その中心部にはガス排出流路５が設
けられており、該流路５が上記排熱ボイラ２０に接続さ
れている。また上記胴部３は、耐火レンガ等の断熱材６
で内張すされた円筒状のものであり、その外壁の下部に
は図示しない支持架台上に載置される炉体サポート１０
が形成されている。また、この胴部３の下端部には後述
の燃焼バーナに点火するためのパイロットバーナ１１が
取り付けられている。なお、８は温度測定用熱電対を取
り付けるためのフランジである。

また、上記燃料流入部４は不定形耐火物４ａで内張すさ
れた大略環状のもので、その中心には、バーナ１５が配
設されている。このバーナ１５は耐火物製のバーナタイ
ル１４の中心にバーナ本体１５ａを挿入してなり、この
バーナ本体１５ａは、燃料を炉内７に吹き込む内管１２
と、これを囲むように配置され、助燃剤である酸素を炉
内７に吹き込む外管１３とから構成されている。

そして上記内管１２には燃料となるベンゼンを供給する
燃料供給管２９が接続されており、該供給配管２９には
上記ＣＯ２ストリッパからのＣＯ２供給管２８が接続さ
れている。さらに該ＣＯ□供給管２８の途中にはスチー
ム供給管３０が接続されており、これにより原料にＣＯ
２及びスチームを添加した混合燃料を炉内７に吹き込む
よう構成されている。

次に本実施例による、混合ガス製造工程を説明する。

ベンゼンからなる燃料は、内管１２を通って炉内７に吹
き出されながら、外管１３から挿入された助燃剤の酸素
と混合されてその一部が燃焼する。

そしてこの混合された燃料は、燃焼ガスから与えられた
熱により酸化反応が促進され、主成分が水素と一酸化炭
素である混合ガスを生成する。

この反応は、以下の通りである。

ＣｍＨｎ＋ｍ／２０ｚ　→ｍｃＯ＋ｎ／２Ｈ２ＣｍＨｎ
＋ｍＨｇＯ−ｅｍｃＯ＋　（ｍ＋ｎ／２）ＣＯ＋　Ｈ，
Ｏ→ＣＯ，＋）（２ この混合ガスは約１３００〜１６００°Ｃとかなりの高
温であり、ガス排出流路５から排出され、排熱ボイラ２
０において熱が奪われ、スクラバー２１で水分が除去さ
れる。そしてこの水分が除去された混合ガスは、集塵機
２３でダストが除去され、コンプレッサ２４で昇圧さた
後、ＣＯ２アブソーバ２６へ送られる。このＣＯ□アブ
ソーバ２６において混合ガスは炭酸ガスが分離され、製
品として後工程に供給される。そして上記の分離された
炭酸ガスは、ＣＯ２ストリッパ２７に供給され、ここで
さらに精製される。

そして本実施例では、上記のＣＯ２ストリッパ２７で精
製された炭酸ガスはＣＯ□供給管２８を介して、スチー
ム供給管３０からのスチームとともに燃料供給管２９内
の燃料中に添加される。従来のスチームのみを添加する
方法では、燃焼温度を低減するため過剰のスチームを添
加することとなり、その結果燃焼温度を低下できたが、
カーボンの発生量が増大する問題があった。これに対し
て本実施例では燃料中にスチームのみでなく炭酸ガスを
添加するようにしたので、この炭酸ガスの添加量に相当
する分だけスチームの添加量が少なくて済み、そのため
従来のような過剰のスチームを添加することなく炉内の
燃焼温度を低下でき、かつ燃焼効率を向上でき、原料中
のカーボンがより完全にＣｏ２及びＣＯに変換され、そ
の結果カーボンの発生を抑制することができる。またこ
のカーボン発生量の低減に応じて後工程におけるカーボ
ン除去の負担を軽減できる。

また、本実施例では、上記カーボンの発生量を抑制でき
た分だけ、原料から一酸化炭素への酸化反応が促進され
、燃焼ガス中の有用成分である一酸化炭素ガスの発生量
を増やすことができ、ＣＯグリッチスを製造できる。ま
た、この場合、上記炭酸ガスの添加量、スチームとの添
加割合を調整することにより燃焼ガス中の水素ガスと一
酸化炭素ガスとの成分比を容易に調整できる。

さらにまた、本実施例では、上記添加用炭酸ガスとして
、本プロセスにて発生する炭酸ガスを分離精製したもの
をリサイクルさせるようにしたので、別個の炭酸ガス供
給装置は不要であり、コスト上昇を抑制できる。

第１表は本実施例（Ｃ〜Ｅ）及び炭酸ガス吹込のない従
来例（Ａ、Ｂ）における発生ガスの組成を示す。

同表からも明らかなように、炭酸ガスを燃料中に添加し
た本実施例の場合、燃焼温度は、スチームを過剰に添加
した従来方法に比べれば高くなっているものの、従来の
何も添加しない場合の燃焼Ｑｕａｌｉｔｙ　”：　（Ｃ
Ｏ＋Ｈ２）／（ＣＯ２＋Ｈ２０）、　ＰＣＲ”：　（Ｃ
０２＋Ｈ２０）／（ＣＯ＋Ｈ２＋ＣＯ２＋Ｈ２０）温度
（約１６００℃）に比べて１５００℃程度と大きく低下
している。

また本実施例では、炭酸ガスを添加したことから、従来
のＣＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎが９５．５〜９７．７％であ
るのに対し、９８．２〜９９．１％であり、原料（ベン
ゼン）がより完全にＣＯ及びＣＯｚに変換され、カーボ
ンの発生量が低減している。さらにまた、上記カーボン
発生量の低減に伴って、一酸化炭素の発生量が増大し、
Ｈ２／“Ｃｏ比は従来方法で０．５〜０．６であるのに
対し０．３３〜０．３６と小さくなっており、即ちＣＯ
リッチになっていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る還元性ガスの成分調整方法に
よれば、燃料中に炭酸ガスとスチームとを添加するよう
にしたので、過剰のスチームを添加する必要がない分だ
けカーボンの発生量を抑制することができ、一酸化炭素
ガスの成分比率の高いＣＯす・７チガスを製造できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例による還元性ガ
ス発生装置を説明するための回であり、第１図はガス発
生炉の断面側面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図、
第３図は上記実施例のガス製造プロセスを示す図である
。 図において、１はガス発生炉である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人　　　　弁理士　下車　努 第１図 １５１５へ 第２図 ρ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス発生炉内で炭化水素系燃料を不完全燃焼させ
   ることによって少なくとも水素及び一酸化炭素を含む混
   合ガスを製造する還元性ガス発生方法において、上記水
   素と一酸化炭素の成分比率を調整する方法であって、上
   記燃料中に炭酸ガスとスチームとを添加し、上記ガス発
   生炉内に供給することを特徴とする還元性ガスの成分調
   整方法。
2. （２）上記炭酸ガスが、上記混合ガス中から分離精製さ
   れ、リサイクルされたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の還元性ガスの成分調整方法。