JPS63252903A - 還元性ガス発生装置 - 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に採用される還元性ガスを製
造する還元性ガス発生装置に関し、特にガス発生炉の炉
壁の保護方法の改善に関する。

〔従来の技術〕

還元性ガスは、主成分が水素及び一酸化炭素で、その他
に二酸化炭素、スチーム等を含む混合ガスであり、これ
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装置には、従来、部分酸化法を利
用したものがあり、このガス発生装置では、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
せて発生する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／２ｏ、＋４　ｍｃｏ＋　ｎ／２Ｈ！
で表わされ、その他に下記に反応が起こる。

ＣｍＨｎ　　＋　　ｍＨｔｏ−＋　　ＩＩＧＯ＋（＠　
　＋　　ｎ／２）Ｈ諺 ＣＯ＋Ｈｇ０−Ｃｏｔ　＋）（。

従うて、この従来装置においては、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（、
また触媒を使用しないため、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形状の空
筒状のものでよぐ、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、上記燃焼の
ために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。

そこで従来、これらの問題を解決する方法として、炉体
を大きくしたり、ガス発生炉の外側を冷却したり、また
は上記燃料中にスチームを添加したりすることにより炉
内の燃焼温度を下げ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〕

しかしながら上記の方法では、炉壁の溶融及び長期間使
用による耐火物等の損傷の問題はある程度解決できたが
、次のような欠点が段っている。

■　ガス発生炉の炉体が大きくなる。

炉壁保護のため、炉壁に燃焼炎が直接光たらないよう炉
体径及び長手寸法を大きくしたことから、炉体が太き（
なり、設置スペース及び製造コスト増の問題が生じてい
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。

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、炉内温度が下がって炉壁保護は実現でき
たが、その反面、カーボンがさらに多量に発生している
。そのため、混合ガス中の有用成分である水素及び一酸
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。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、炉壁の溶融、ｌＩ傷を防止でき、かつカーボン
の発生量を低減できる還元性ガス発生装置を提供するこ
とを目的としている。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は、炭化水素系燃料をガス発生炉内で不完全燃焼
させて少なくとも水素及び一酸化炭素を含む還元性ガス
を発生させる装置において、上記ガス発生炉の燃焼用バ
ーナと炉壁内面との間に吹き込みノズルを環状に設け、
該ノズルに上記ガス発生炉からの混合ガスの一部を冷却
してなるリサイクルガスを供給するリサイクルガス供給
通路を接続したことを特徴としている。

〔作用〕

本発明に係る還元性ガス発生装置では、リサイクルガス
を吹込みノズルより燃焼炎と炉壁の内面との間に吹き込
むようにしたので、燃焼炎と炉壁の間に上記リサイクル
ガスによる冷却層が形成され、炉壁に炎が直接触れるこ
とはなくなり、又、輻射熱の影響も少な（なり、これに
より、炉壁の温度が下がり、炉壁の溶融等の間脛を解決
できる。

また、リサイクルガスによって冷却層を形成する構造で
あるから、炉壁の保護のために、炉体を大きくする必要
がなく、炉のコンパクトが計られる。

またスチームを添加する必要もないから、従来方法のよ
うな多量のカーボンの発生を抑制することができ、その
結果、混合ガス中の有用ガス成分の製造量を増大できる
とともに、カーボンの発生を抑制できた分だけガス組成
の成分鯛整が容易となり、かつ後工程でのカーボン除去
の負担が軽減される。

（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還元性
ガス発生装置を示し、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、還元性ガスの製造プロセスについて説明する。

第３図において、ｌはガス発生炉であり、これは、燃料
にスチーふを添加したフィードガスを炉内で燃焼させ、
主成分が水素と一酸化炭素である混合ガスを製造する。

２０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２０で熱交換され、冷却された
ガスの水分を除去するスクラバーであり、このガスの大
部分は、製品として後処理工程へ送られる。２２は排ガ
ス燃焼装置、２３はスクラバ２１からのリサイクルガス
を昇圧した後リサイクルガス供給管２４を介してガス発
生炉１に供給するコンプレッサである。

次に、上記ガス発生炉１の概略構造を示す第１図及び第
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ｌＯ
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ントバーナ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、該バ
ーナ本体１５ａは燃料にスチームを添加した混合燃料を
吹き込む内管１２と、これを囲むように配置され、助燃
剤である酸素を吹き込む外管１３とから構成されている
。

また、上記バーナタイル１４のバーナ本体１５ａの周囲
には、１２個の吹込みノズル１６が環状に形成されてお
り、該ノズル１６は上記リサイクルガスを燃焼炎と上記
胴部３の内面９との間に吹き込むためのもので、該内面
９の少し内方を臨んでいる。そしてこの吹き込みノズル
１６の外端に上記リサイクルガス供給管２４が接続され
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にスチームを添加した混合燃料は
、内管１２を通って炉内７に吹き出され、外管１３から
導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。

ＣａＨｎ　　＋　　ｍ／２０ｇ　　→　ｍｃＯ＋　　ｎ
／２ＨｇＣｍＨｎ　＋　ｍＨ＊Ｏ−ｓｃＯ＋（ｍ　＋ｎ
／２）Ｈ震 ＣＯ＋　Ｈｓｏ→Ｃｏｔ　＋１（。

この混合ガスは約１３００〜１６００℃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２０
において熱を奪われ、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、その大部
分は製品として後工程に導入される。一方、この混合ガ
スの一部はコンプレフサ２３で昇圧され、リサイクルガ
スとなる。そして、本実施例では、上記昇圧されたリサ
イクルガスが、供給通路２４を通ってガス発生炉ｌの吹
込みノズル１６に供給され、炉内７の燃焼炎と炉壁との
間に吹き込まれる。このリサイクルガスの吹き込みによ
り、燃焼炎と炉壁との間に冷却層が形成される。また、
このリサイクルガスはガス発生炉ｌ内を上昇しつつ燃焼
ガスと混合される。

この場合、上記燃焼炎は、上記冷却層にはばまれ直接炉
壁の内面９に触れることはな（なり、また、輻射熱の炉
壁への伝達量を減少させるため、炉壁温度を従来の場合
に比べて下げることができ、その結果、炉壁の溶損を防
止できる。

また、上記冷却層を形成したリサイクルガスは、炉上層
へ広がる途中で燃焼熱により熱せられろか、燃焼ガス中
の未燃カーボンとリサイクルガス中のＣＯ諺あるいはＨ
ｇＯが反応して、水素あるいは一酸化炭素を生成させる
吸熱反応を起こし、これにより燃焼ガスの温度を全体的
に下げることができ、その結果、この点からも炉壁温度
が低下し、炉壁の損傷を防止できる。

また、この場合、従来のような過剰のスチームを添加す
る必要はないからカーボンの発生量を抑制することがで
き、このため混合ガス中の有用成分である水素及び一酸
化炭素の発生量が増大する効果があるとともに、それだ
け発生ガスのガス組成の成分調整が容易であり、かつ後
工程におけるカーボン除去の負担を軽減できる。

第４図は本実施例におけるリサイクルガスによるガス発
生炉内の炉壁温度の低下効果を示すための炉壁温度分布
図である。

図中折れ線Ａ、Ｂはそれぞれ本実施例、リサイクルガス
吹き込みのない従来例の分布を示す、この図からも明ら
かなように、リサイクルガスの導入によって炉壁温度が
全体的に下降することがわかる。即ち、ガス発生炉の人
口付近で約３６℃、また最高温度付近で約１５℃低下し
ており、出口付近においても１５℃程度低下している。

また、第１表に本実施例及びリサイクルガス吹き込みの
ない従来例における発生ガスのガス組成を示す。

この表から、リサイクルガスを吹き込んだ場合、混合ガ
ス中の存用成分である水素及び一酸化炭素の発生量が増
大していることがわかる。

〔発明の効果〕

第１表 以上のように本発明に係る還元性ガス発生装置によれば
、混合ガスの一部を冷却してなるリサイクルガスを燃焼
炎と炉壁との間に吹き込むようにしたので、燃焼炎が炉
壁に直接接触するのを防止して炉壁を炎から保護できる
効果があり、かつ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、その結
果有用ガス成分の製造量を増大できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４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図であり、第１図はガス
発生炉の断面側面図である。第２図は第１図の■−■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、第４図はガス発生炉の内壁の温度分布を示す特性図
である。 図において、１はガス発生炉、９はガス発生炉の炉壁内
面、１５ａはバーナ本体、１６はリサイクルガス吹込み
ノズル、２４はリサイクルガス供給管である。 第１図 １５　１）す 第３図 第４図 炉官掲（もつ

Claims (1)

【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装置において、上記ガ
   ス発生炉の燃焼用バーナと炉壁の内面との間に吹き込み
   ノズルを環状に設け、該吹き込みノズルに上記混合ガス
   の一部を冷却してなるリサイクルガスを供給するリサイ
   クルガス供給通路を接続したことを特徴とする還元性ガ
   ス発生装置。