JP2001323285A - 石炭水素添加ガス化装置のインジェクタ装置とその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 石炭に高温水素を添加して炭化水素系ガスを
直接製造する水素添加ガス化装置に用いる改良されたイ
ンジェクタ装置を得る。 【解決手段】 圧力容器３の先端鏡板２の中央部に微粉
炭供給ノズル４が取り付けられ、微粉炭供給ノズル４を
中心とした同心円上には、複数個の水素・酸素バーナ５
０がバーナ噴口からの高温水素が微粉炭供給ノズル４か
らの微粉炭に衝突し得るようにして着脱可能に取り付け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭を高温加圧下
の水素でガス化してメタンなどの炭化水素系ガスを直接
製造するのに用いられる、石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置とその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】埋蔵量が豊富で価格も比較的安定してい
る石炭を原料とし、そこから高効率で環境面でも優れた
代替天然ガス（炭化水素系ガス）を製造する技術とし
て、石炭を高温加圧下の水素でガス化してメタンなどの
炭化水素系ガスを直接製造する技術が、石炭水素添加ガ
ス化技術として知られている。例えば、特開昭５２−１
４２７０３号公報には、図７に示すように、上方のプレ
ート１５６と底部のインジェクタプレート１６０と、そ
れらの中心部に支えられている濃密度の微粉炭を運ぶ中
央の微粉炭ノズル１５４とから構成されるインジェクタ
装置１５２が記載されている。

【０００３】このインジェクタ装置１５２では、前記プ
レート１５６の内面１５７とインジェクタプレート１６
０の内面１５８とにより環状の室１６２が区画され、該
環状の室１６２には、図８に示すように、予熱器１３９
内において加熱コイル１４３内を通過することにより１
５００−１８００゜Ｆの温度範囲に加熱された水素が導
管１６４から導入される。インジェクタプレート１６０
にはインジェクタの回りに等間隔に４個のオリフィス１
６６が開けられており、その各オリフィス１６６は前記
微粉炭ノズル１５４の中心線に関して約３０度の衝突角
をなす。前記各オリフィス１６６から噴出する高温水素
は、微粉炭ノズル１５４から噴出する微粉炭とインジェ
ク表面下流で衝突し、微粉炭と高温水素の混合が進行し
て、石炭のガス化が進行する。

【０００４】そのようなインジェクタ装置１５２を備え
る石炭水素添加ガス化装置は、全体としては図示しない
が、全体が圧力容器として形成される。運転に際して、
目標とする最終生成物（例えばメタンなど）に応じて、
炉内の最適運転温度が異なることから、オリフィス１６
６から反応室内に供給される高温水素の温度も、得よう
とする最終生成物に応じて異なってくる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】石炭水素添加ガス化装
置のインジェクタ装置として、上記のロケットエンジン
の分野で採用されているいわゆるフォー−オン−ワン形
式のインジェクタ装置は原理的には有効なものであると
しても、実際の運用を考慮した場合に、構造的な面から
あるいは運転条件の面から多くの改良すべき点を持つ。

【０００６】例えば、インジェクタプレート１６０に微
粉炭ノズル１５４と４個の高温水素の噴出オリフィス１
６６との双方が一体にアッセンブルされている構成であ
るために、水素噴出オリフィス１６６からの熱が微粉炭
ノズル１５４に伝わって微粉炭の熱による融着を引き起
こし、微粉炭ノズル１５４を閉塞する恐れがある。ま
た、全体としての耐熱性や耐久性も十分とはいえない。
そのために、長時間の運転を行う場合には、何らかの冷
却構造を組み付けることが必要となる。

【０００７】さらに、その構造上、前記のように微粉炭
ノズル１５４が閉塞した際や、装置に何らかの損傷が発
生したような場合に、インジェクタ装置全体を取り外し
て補修することが必要であり、大きな作業が必要とな
る。また、スケールアップする場合に、大きな重量増加
を伴う。また、運転に際して、目標とする最終生成物に
応じた炉内の最適運転温度が得られるように、反応室内
に供給される高温水素の温度を調整することも容易でな
い。

【０００８】本発明は、上記のような状況に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、構造的に安定かつ簡素な
ものとして実機として長時間の使用を可能とし、メンテ
ナンスも容易であり、かつスケールアップの際にも過度
の重量増加を伴うことのない改良された石炭水素添加ガ
ス化装置のインジェクタ装置を提供することにある。他
の目的は、運転時に、微粉炭あるいはチャーの団粒化
（凝集）が生じ難く、また、商用の高温の水素を定常的
に安定して微粉炭に衝突させることが可能であることか
ら、石炭をガス化して高い効率でメタンなどの炭化水素
を直接製造することのできる石炭水素添加ガス化装置の
インジェクタ装置を提供することにある。さらに他の目
的は、上記のようなインジェクタ装置を備えた石炭水素
添加ガス化装置の改良された運転方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による石炭水素添加ガス化装置のインジェク
タ装置は、基本的に、圧力容器の一方端中央部に当該圧
力容器の軸心線方向を噴出方向とする微粉炭供給ノズル
が取り付けられ、前記端部の前記微粉炭供給ノズルを中
心とした同心円上には、複数個の水素・酸素バーナが該
バーナー噴口からの高温水素が前記微粉炭供給ノズルか
らの微粉炭に衝突し得るようにして着脱可能に取り付け
られていることを特徴とする。

【００１０】上記構成のインジェクタ装置では、圧力容
器の例えば鏡板とされる一方端中央部に微粉炭供給ノズ
ルを取り付け、その周囲に複数個の水素・酸素バーナを
配置した構成であり、構造的にきわめて安定しており、
かつ、水素・酸素バーナの熱が微粉炭供給ノズルに伝熱
しがたいとこから、長時間の連続運転に十分に耐えるこ
とができる。また、高温水素は、該水素・酸素バーナを
燃焼させることによって直接得られるものであり、付加
的な加熱手段を必要としないことから全体の構成は簡素
化する。さらに、個々の水素・酸素バーナの燃焼条件を
適宜設定することにより、所定温度の高温水素を容易か
つ確実に、またコンスタントに得ることができる。

【００１１】さらに、水素・酸素バーナ及び必要な場合
には微粉炭供給ノズルは、圧力容器の先端に着脱自在に
取り付けられており、メンテナンスの際、個々の水素・
酸素バーナごとに、場合によっては微粉炭供給ノズルと
共に取り外しができ、機器のメンテナンス作業が容易化
する。また、異なった種類や粒径の微粉炭を用いて運転
する場合に、その条件に最適な温度及び流量の高温水素
を供給できるよう、適切な水素・酸素バーナに容易に交
換することもできる。水素・酸素バーナが不調をきたし
たような場合にも、不調をきたした水素・酸素バーナの
みを容易に交換することができる。さらに、個々に独立
した水素・酸素バーナから高温水素を供給するようにし
ているので、個々のバーナごとに正確な流量制御を行う
ことができ、流量異常なども個々のバーナごとに検知で
きるメリットがある。

【００１２】前記水素・酸素バーナの取り付け数や前記
微粉炭供給ノズルに対する各水素・酸素バーナの傾斜角
度は、本発明によるインジェクタ装置を備えた石炭水素
添加ガス化装置の運転環境に応じて、実験的に最適な数
あるいは値を決めればよいが、ロケットエンジンの分野
で採用されているフォー−オン−ワン形式のインジェク
タ装置の場合でのように、微粉炭供給ノズルを中心とし
て同心状に複数個（４個程度）することは、やはり好ま
しい態様である。

【００１３】本発明による石炭水素添加ガス化装置のイ
ンジェクタ装置に用いる水素・酸素バーナは、燃焼によ
り所望の高温水素が得られることを条件に任意である
が、好ましくは、バーナ先端面に位置する酸素噴出孔
と、該酸素噴出孔からの酸素の噴流軸線を中心とする同
心円状に形成された、好ましくは円環状の水素噴出孔と
を備えており、前記酸素噴出孔からの酸素噴流と水素噴
出孔からの水素噴流とは、バーナ先端面よりも前方にお
いて拡散混合して水素が部分燃焼し、それにより高温の
水素を得るように設計されている。

【００１４】上記水素・酸素バーナの好ましい態様で
は、水素に対する酸素の供給量を調整して部分燃焼後の
水素の温度を容易に変えることができるように、水素に
対する酸素の供給量を制御する手段が備えられる。前記
のように、石炭水素添加ガス化装置では、目標とする最
終生成物に応じて炉内の最適運転温度が相違するので、
それに対応して異なった温度の高温水素を水素・酸素バ
ーナからの石炭水素添加ガス化装置内に供給できること
が望まれるが、前記水素・酸素バーナを用いることによ
り、所要の温度の高温水素を容易に調整することがで
き、かつ、炉内に供給することができる。

【００１５】上記水素・酸素バーナにおいて、拡散混合
した混合気の着火は、別途備える加熱状態の金属や放電
火花着火手段などの外部着火手段による着火であっても
よく、高温水素の自己着火であってもよい。後者の場合
には、水素が酸素により自己着火可能となるような温度
領域に少なくとも水素を予熱するための予熱手段を備え
ることが望ましい。予熱手段は任意であるが電気炉や燃
焼炉などであってよく、該炉内を通過させることによっ
て水素を所要温度（例えば、７００℃程度）に昇温させ
る。なお、水素の自己着火温度は、水素と酸素の初期温
度やモル比、環境圧力などにより変化するので、当該石
炭水素添加ガス化装置の運転環境に応じて、適切な温度
となるように予熱する。

【００１６】前記酸素噴出孔からの酸素噴流と水素噴出
孔からの水素噴流との噴出態様は、バーナ先端面よりも
前方において酸素噴流と水素噴流とが拡散混合状態とな
り得ることを条件に任意であり、平行流であってもよ
く、水素噴流と酸素噴流とがバーナ先端面よりも前方に
おいて角度を持って衝突する交差噴流であってよい。前
者の場合には、バーナチップ部分の機械加工が容易化す
るメリットがある。

【００１７】一方、石炭水素添加ガス化装置において、
微粉炭流に高温酸素を衝突させることは微粉炭流を燃焼
させる恐れがあり避けなければならないが、そのために
は、供給される酸素はバーナ先端から噴出した後できる
だけ短い距離で消費完了することが望まれる。その意味
からは、水素噴流と酸素噴流とが所定の角度を持って衝
突し先混合するようにノズルチップの噴口を設計するこ
とは好ましい態様である。

【００１８】本発明者らの実験によれば、前記酸素噴出
孔からの酸素噴流と水素噴出孔からの水素噴流とが、バ
ーナ先端面よりも前方においてほぼ３０〜４５度の角度
で衝突するように、前記水素噴出孔の傾斜角度を設定す
ることが、最も好ましい態様であることが確認された。
酸素噴出流と水素噴出流との衝突角度が４５度よりも大
きな角度とすることは、バーナの加工性の面から、ま
た、燃焼位置がバーナ先端面に近づきすぎてバーナに熱
損傷を与え寿命を短縮化することから好ましくない。

【００１９】上記のようなインジェクタ装置を備えた石
炭水素添加ガス化装置を用いた高温水素の添加による石
炭のガス化において、高温水素の流量と微粉炭の質量流
量比がある一定の値であるときに、高い効率が得られと
いわれている。また、安定して運転を継続するために
は、微粉炭と水素との混合時に、微粉炭あるいは反応後
の物質であるチャーが団粒化しないことが条件であり、
団粒化を防止するには、混合直後に両者が均一に混じり
合うことが必要となる。そこで、本発明者らは、その条
件を満足する石炭水素添加ガス化装置の運転方法を見つ
けるべく、混合に影響を与えると予測されるファクタを
いろいろと変えて実験を行った。それにより、高温水素
及び微粉炭とその搬送ガスとの運動量比が混合の均一化
に与える影響が大きいことを知った。

【００２０】従って、本発明による石炭水素添加ガス化
装置の運転方法は、上記各水素・酸素バーナからの高温
水素の噴出流量と微粉炭供給ノズルからの微粉炭及び微
粉炭搬送ガスの噴出流量とを、その質量流量比が一定の
条件下で、運動量比が所要の値となるようにして運転す
ることを特徴とする。ここにおいて、最適な運動量比の
値は、実機の寸法などに応じて変化する値であり、実機
に応じて、計算によりあるいは実機の運転を通して、設
定される。

【００２１】また、石炭水素添加ガス化装置の運転にお
いて、生成しようとする最終生成物に応じて炉内の最適
運転温度が異なる。従って、本発明の好ましい態様で
は、炉内最適運転温度を得ることのできる所望温度の高
温水素が得られるように、水素・酸素バーナでの水素に
対する酸素の供給量を適宜制御して、所望温度の高温水
素を得るようにし、その高温水素を反応炉内に供給する
ようにして石炭水素添加ガス化装置の運転を行う。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による石炭水素添加
ガス化装置のインジェクタ装置及びそこに取り付ける水
素・酸素バーナの好ましい実施の形態を、その運転方法
と共に、実験により得られた知見をも含めて説明する。

【００２３】図１は本発明によるインジェクタ装置Ａの
要部を説明する断面図であり、図２は該インジェクタ装
置Ａを上から見た図である。ただし、図２では、図１に
おける後記する微粉炭供給ノズル４及び水素・酸素バー
ナ５０は取り外されている。図示されるように、インジ
ェクタ装置Ａは反応室Ｓの一部を区画する円筒状の筒体
１とその上端を閉塞するほぼ半円球状の鏡板２とを備
え、筒体１と鏡板２は、双方の対向する端部に形成され
るフランジ１ａ、２ａをネジ留めすることによって一体
化され、全体として圧力容器３を形成している。また、
鏡板２の下端部は円盤２ｂにより閉鎖されている。

【００２４】鏡板２の天井中央部には開口が形成され、
該開口には当該圧力容器３の中心軸心線Ｌ方向を噴出方
向とする微粉炭供給ノズル４が軸心線を同じくして取り
付けてある。該微粉炭供給ノズル４の先端は、前記鏡板
２の下端部に配置された円盤２ｂにまで達しており、そ
こで、前記反応室Ｓに連通している。鏡板２の前記開口
部にはフランジ６，６’との間にガスケット７を配置し
て微粉炭供給ノズル４を締め付け固定し、該開口部と微
粉炭供給ノズル４との間の気密性を確保している。

【００２５】鏡板２の前記微粉炭供給ノズル４の中心軸
を中心とした同心円上には、４個の開口１１が等しい間
隔で形成されており、各開口１１には円筒状のフランジ
１２が熔着などの手段により一体に定着されている。各
円筒フランジ１２は、その中心軸心線ＬＬが前記圧力容
器３の中心軸心線Ｌ（すなわち、前記微粉炭供給ノズル
４の中心軸心線）と所要の角度で交叉するように傾斜し
て設けてある。前記円筒フランジ１２の上端面１３はそ
の中心軸心線ＬＬに直交する平坦面となっている。この
角度は、図７に示したような従来のインジェクタ装置に
おける微粉炭供給と高温水素との衝突角をベースとして
いる。

【００２６】前記各円筒フランジ１２には、水素・酸素
バーナ５０が着脱可能な状態でそれぞれ取り付けられ
る。水素・酸素バーナ５０は、ノズル先端部６０と、該
ノズル先端部６０の背面側に固定された円筒体８０と、
該円筒体８０の後端を閉塞する閉塞板８１を備える。ノ
ズル先端部６０は、図３，図４に詳細に示すように、ノ
ズルチップ部６１と、その後端に熔着された次第に拡径
している基体部分７１とからなる。そして、前記円筒体
８０にはその軸心に直交する方向に取り付けフランジ８
２（図１）が気密状態で固着されており、該取り付けフ
ランジ８２が前記円筒フランジ１２の平坦先端面１３上
にねじ止めなどの手段により定着されることにより、水
素・酸素バーナ５０は、鏡板２に対して着脱可能な状態
で、かつ、微粉炭供給ノズル４の中心軸心線と３０〜４
５度程度の角度で交叉するように傾斜して取り付けられ
る。この例では、４本の水素・酸素バーナ５０が、その
ノズル先端部６０を前記微粉炭供給ノズル４を中心とし
た同心円上に位置するようにして、かつ、同じ傾斜角度
で取り付けてあり、各水素・酸素バーナ５０の噴口から
の高温水素は微粉炭供給ノズル４からの微粉炭に３０〜
４５度程度の角度をなして衝突するようにされている。

【００２７】前記鏡板２の内部空間には断熱材２ｃが充
填されており、水素・酸素バーナ５０の噴口からの熱が
微粉炭供給ノズル４に伝熱するのをさらに確実に防止し
て、微粉炭供給ノズル４の先端で微粉炭が熱融着するの
を阻止するとともに、水素・酸素バーナ５０内を流れる
高温水素が温度低下するのをも防止している。また、筒
体１の内周面にも断熱材１ｂが張り付けてあり、反応室
Ｓ内の温度を一定に維持している。

【００２８】ノズルチップ部６１には、中心軸心線ＬＬ
を貫通する酸素ガス噴出流路６２が穿設される。該酸素
ガス噴出流路６２は、酸素ガス噴出ノズル６３と該酸素
ガス噴出ノズル６３の上流側に連続するやや大径である
酸素ガス流路６４とを備える。さらに、前記酸素ガス流
路６４の周囲には円筒状の水素流路６５が形成されてお
り、該水素流路６５の先端底部には、前記酸素ガス噴出
ノズル６３の先端開口位置の僅か外側に開口部が位置し
うるような傾斜角度で複数本の第２の水素流路６６が穿
設されている。そして、該複数本の第２の水素流路６６
の先端は、コーン状の水素噴出ノズル６７にすべて連通
するようにされており、該コーン状の水素噴出ノズル６
７の先端は、前記酸素ガス噴出ノズル６３の先端開口部
を取り囲む円環状の噴出口６８となっている。この例に
おいて、酸素ガス噴出ノズル６３と水素噴出ノズル６７
との傾斜角βは３０〜４５度である。なお、前記コーン
状の水素噴出ノズル６７を省略して、第２の水素流路６
６をそのままノズル先端まで延長し、そこで噴出口とし
て開放するようになっていてもよい。さらに、図示しな
いが、酸素ガス噴出ノズル６３に対して水素噴出ノズル
６７（あるいは第２の水素流路６６）を平行に位置さ
せ、両ノズルからの噴出流が平行流となるように形成し
てもよい。

【００２９】基体部分７１には、前記水素流路６５に連
通する複数本の第１の貫通路７２と、前記酸素ガス流路
６２に連通する第２の貫通路７３とが穿設されており、
第１の貫通路７２の上流側開放端位置７４と第２の貫通
孔７３の上流側開放端位置７５とは、好ましくは中心軸
心線ＬＬを挟んで反対側に位置するようにされている。
そして、基体部分７１における前記第１の貫通孔７２の
上流側開放端位置７４及び第２の貫通孔７３の上流側開
放端位置７５には、それぞれの貫通孔の開放端を気密状
態で包囲するように第１の導管７６と第２の導管７７と
が熔着されている。また、第１の導管７６と第２の導管
７７は前記円筒体８０に沿って上流側に延出し、前記閉
塞板８１を密封状態で貫通して、外側に突き出ている。

【００３０】図１に示すように、前記第１の導管７６が
前記閉塞板８１を越えて外側に突出している部分は、途
中にベローズ８３を介在させた覆い管８４で覆われてお
り、第１の導管７６と覆い管８４の間には断熱材を挿入
して必要な場合に予熱されて送られてくる水素の冷却を
防いでいる。なお、熱による膨張収縮が小さい場合に
は、ベローズ８３は省略してもよい。前記第１の導管７
６は加圧された水素源（不図示）に接続され、第２の導
管７７は加圧された酸素源（不図示）に接続されてい
る。そして、酸素と必要な場合には図示しない予熱手段
により所要の温度（７００℃程度以上）に予熱された水
素とが、水素・酸素バーナ５０に送り込まれる。場合に
よっては、酸素が予熱されることもある。

【００３１】酸素と好ましくは７００℃程度以上に予熱
された水素とはノズルの先端から噴出し、ノズル前方で
衝接して拡散混合し、水素が酸素により自己着火して部
分燃焼する。その際に、所要に昇温した高温水素が得ら
れるように、また、供給する酸素は自己着火直後にすべ
てが消費されるように、図示しない流量調整手段により
水素に対する酸素の量が調整される。流量調整手段は流
量調整弁のようなものであってよい。それにより、水素
は容易に所要の温度に昇温する。なお、バーナの着火は
自己着火ではなく別途用意した加熱状態の金属や放電火
花着火手段などの外部着火手段により行うようにしても
よい。

【００３２】上記した石炭水素添加ガス化装置のインジ
ェクタ装置において、前記水素・酸素バーナ５０を燃焼
させながら、微粉炭供給ノズル４から微粉炭を噴出させ
る。それにより、バーナ噴口からの所要の温度に昇温し
た高温水素が微粉炭供給ノズル４からの微粉炭に衝突し
て、メタンなどの炭化水素系ガスを直接製造することが
できる。

【００３３】ところで、微粉炭に高温水素を添加してメ
タンなどの炭化水素系ガスを直接製造する場合に、安定
した運転を継続するためには、微粉炭と高温水素との混
合時に両者が均一に混じり合って、微粉炭に団粒化（凝
集）が生じないことが必要である。そこで、本発明者ら
は、テストモデルを使用して混合に影響を与えると予測
されるファクタをいろいろと変えて予備実験を行った。
その結果、他のファクタに比較して、高温水素と微粉炭
との運動量比（モーメンタム比）が、混合の均一化に有
意な影響を与えることを知った。以下にそれを説明す
る。

【００３４】図５及び図６は、テストモデルに使用した
実験装置の概略図であり、反応器１００は円筒体１Ａ
（直径ｄ）を備え、その一端が端板２Ａで閉鎖されてい
る。該端板２Ａの中心部には微粉炭供給ノズルに相当す
る第１のノズル４Ａが、円筒体１Ａの中心軸心線Ｌ１と
軸心線を同じくして取り付けてある。さらに、該第１の
ノズル４Ａを中心とした直径Ｄの同心円上には、水素・
酸素バーナの噴出ノズルに相当する４本の第２のノズル
４Ｂが等しい間隔で設けてあり、その中心軸心線ＬＬ１
は前記円筒体１Ａの中心軸心線Ｌ１（すなわち、前記第
１のノズル４Ａの中心軸心線）と所要の角度で交叉する
ように傾斜している。各ノズルには流量計５Ａ、流量調
整弁５Ｂが取り付けられ、各ノズルを通過する流体の流
量調整を可能としている。

【００３５】最初に、微粉炭と水素との混合をガスとガ
ス（空気と空気にトレーサを混入したもの）の混合に擬
態させてテストを行った。前記のように、高温水素の流
量と微粉炭の質量流量比が一定（０．２程度）であると
きに高い効率が得られことが知られているので、テスト
では、第２のノズル４Ｂからの水素ガス側空気流量ｑ２
と第１のノズル４Ａからの石炭側空気流量ｑ１との質量
流量比（ｑ２／ｑ１）をほぼ０．２とした。

【００３６】その条件下で、表１に示すように、パラメ
ータを変えたケース１〜ケース５についてテストした。
基準となるケース（ケース１）では、反応器直径ｄ＝
ｄ、第２のノズル４Ｂ間の距離Ｄ＝Ｄ、第２のノズル４
Ｂの焦点距離（ノズル先端から中心軸心線Ｌ１までの距
離）Ｄａ＝Ｄとし、さらに、石炭側空気と水素ガス側空
気との運動量比（モーメンタム比）Ｍｃ＝Ｍｃ、第１の
ノズル４Ａの直径ｔ１と第２のノズル４Ｂの直径ｔ２と
を設定した。

【００３７】ケース２では、反応器直径ｄを０．７ｄに
変更した。ケース３では、第２のノズル４Ｂ間の距離Ｄ
（すなわち、第２のノズル４Ｂの焦点距離Ｄａ）を１．
４Ｄ（１．４Ｄａ）に変更した。ケース４では、第２の
ノズル４Ｂの直径ｔ２を約０．７×ｔ２とすることによ
って、運動量比（モーメンタム比）Ｍｃを２．０Ｍｃに
変更した。ケース５では、第２のノズル４Ｂの直径ｔ２
を約１．４×ｔ２とすることによって、運動量比（モー
メンタム比）Ｍｃを０．５Ｍｃに変更した。

【００３８】

【表１】

【００３９】それぞれのケースについて、端板２Ａの下
面から下流側にＬ，２Ｌ，２．８Ｌの距離に、直径方向
に複数の試料採取部を持つ櫛形サンプリング管を挿入し
てトレーサの分布状態をベースに双方の空気の混合濃度
分布を測定した。その結果、基準ケースであるケース１
での混合濃度分布と比較して、反応器直径ｄを変更した
場合（ケース２）、及び、第２のノズル４Ｂ間の距離Ｄ
（第２のノズル４Ｂの焦点距離Ｄａ）を変更した場合
（ケース３）のいずれにおいても、その混合濃度分布態
様に有意な差異は認められなかった。しかし、運動量比
（モーメンタム比）Ｍｃを０．５Ｍｃに変更した場合
（ケース５）では、その混合濃度分布態様がケース１の
場合と大きく相違し、有意な差異が認められた。運動量
比（モーメンタム比）Ｍｃを２．０Ｍｃに変更した場合
（ケース４）も混合濃度分布態様はケース１の場合と有
意な差違を示したが、その差違の程度はケース５の場合
よりも格段に小さかった。以上のことから、図１及び図
２に示すような形態の石炭水素添加ガス化装置に用いる
インジェクタ装置において、混合性に対し最も影響を持
つのは運動量比（モーメンタム比）Ｍｃであることがわ
かる。

【００４０】次に、上記のテスト結果を踏まえて、第１
のノズル２Ａ側は実際の石炭噴流とし、第２のノズル４
Ｂ側は空気噴流として、同じようにテストを行い、か
つ、下流側で同じようにして石炭濃度分布を測定して、
ガス／ガス系試験との固体の影響による有意差の有無を
確認・評価した。その結果、固体の影響による有意差は
ほとんど観察されず、石炭噴流と空気噴流との運動量比
（モーメンタム比）の違いによる混合濃度分布のばらつ
き方も、ガス／ガス系の場合と定性的に同じ分布を示し
た。

【００４１】

【発明の効果】本発明による石炭水素添加ガス化装置の
インジェクタ装置は、水素・酸素バーナと微粉炭供給ノ
ズルとを個別に圧力容器の先端に取り付けるようにした
ので、水素・酸素バーナから微粉炭供給ノズルへの伝熱
性を低下させることができ、微粉炭供給ノズル先端で微
粉炭が熱融着するのを有効に阻止することができる。そ
れにより、石炭水素添加ガス化装置を安定した状態で長
時間の連続運転することが可能となり、装置の耐久性が
向上する。また、水素・酸素バーナを燃焼させることに
よって高温水素を直接得ることができるので、全体の構
成は簡素化する。さらに、個々の水素・酸素バーナの燃
焼条件を適宜設定することにより、所望の温度の高温水
素を容易かつ確実に、またコンスタントに得ることがで
きる。

【００４２】水素・酸素バーナ及び微粉炭供給ノズルは
圧力容器の先端に着脱可能に取り付けられているので、
メンテナンスの際、個々の水素・酸素バーナ及び微粉炭
供給ノズルを取り外すことができ、メンテナンス作業が
容易化する。また、異なった種類や粒径の微粉炭を用い
て運転する場合に、その条件に最適な温度及び流量の高
温水素が供給できるよう、適切な水素・酸素バーナに容
易に交換することもできる。

【００４３】水素・酸素バーナが不調をきたしたような
場合にも、不調をきたした水素・酸素バーナのみを容易
に交換することができる。また、個々に独立した水素・
酸素バーナから高温水素を供給するようにしているの
で、個々のバーナごとに正確な流量制御が可能であり、
流量異常の発生なども個々のバーナごとに検知すること
ができる。また、本発明による石炭水素添加ガス化装置
の運転方法により、高い効率での石炭のガス化が進行す
る。また、その最終生成物に応じた最適の運転状態を容
易に確立することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインジェクタ装置の要部を説明す
る断面図。

【図２】図１のインジェクタ装置を上から見た図。ただ
し、微粉炭供給ノズル及び水素・酸素バーナは取り外さ
れている。

【図３】水素・酸素バーナのノズル先端部を説明する断
面図。

【図４】水素・酸素バーナのノズル先端部を説明する断
面による斜視図。

【図５】テストモデルに使用した実験装置の概略図。

【図６】図５に示す実験装置の要部を説明する図。

【図７】従来のフォー−オン−ワン形式のインジェクタ
装置を説明する図。

【図８】図７に示すインジェクタ装置で使用される水素
加熱装置を説明する図。

【符号の説明】

Ａ…石炭水素添加ガス化装置のインジェクタ部分、Ｓ…
反応室、１…筒体、２…鏡板、３…圧力容器、４…微粉
炭供給ノズル、５０…水素・酸素バーナ、６０…ノズル
先端部、６１…ノズルチップ部、６２…酸素ガス噴出流
路、６３…酸素ガス噴出ノズル、６５…水素流路、６７
…水素噴出ノズル、６８…円環状の水素噴出口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力容器の一方端中央部に当該圧力容器
   の中心軸心線方向を噴出方向とする微粉炭供給ノズルが
   着脱可能に取り付けられ、前記端部の前記微粉炭供給ノ
   ズルを中心とした同心円上には、複数個の水素・酸素バ
   ーナが該バーナー噴口からの高温水素が前記微粉炭供給
   ノズルからの微粉炭に衝突し得るようにして着脱可能に
   取り付けられていることを特徴とする石炭水素添加ガス
   化装置のインジェクタ装置。
2. 【請求項２】 前記水素・酸素バーナは、バーナ先端面
   に位置する酸素噴出孔と、該酸素噴出孔からの酸素の噴
   流軸線を中心として同心円状に配置された水素噴出孔と
   を備えており、前記酸素噴出孔からの酸素噴流と該水素
   噴出孔からの水素噴流とは、バーナ先端面よりも前方に
   おいて拡散混合して水素が部分燃焼し、それにより、高
   温の水素を得るように設計されている水素・酸素バーナ
   であることを特徴とする請求項１記載の石炭水素添加ガ
   ス化装置のインジェクタ装置。
3. 【請求項３】 前記水素・酸素バーナは、前記混合領域
   における水素の部分燃焼により所要温度に昇温した高温
   水素が得られるように、水素に対する酸素の供給量を制
   御するようにされている水素・酸素バーナであることを
   特徴とする請求項２記載の石炭水素添加ガス化装置のイ
   ンジェクタ装置。
4. 【請求項４】 前記水素・酸素バーナは、前記拡散混合
   した混合気が水素の酸素による自己着火により燃焼する
   ようにされている水素・酸素バーナであることを特徴と
   する請求項２又は３記載の石炭水素添加ガス化装置のイ
   ンジェクタ装置。
5. 【請求項５】 前記水素・酸素バーナは、前記酸素噴出
   孔からの酸素噴流と前記水素噴出孔からの水素噴流と
   が、バーナ先端面よりも前方において、水素噴流が酸素
   噴流に対してほぼ３０〜４５度の角度で衝突するように
   されている水素・酸素バーナであることを特徴とする請
   求項２ないし４いずれか記載の石炭水素添加ガス化装置
   のインジェクタ装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５いずれか記載のインジ
   ェクタ装置を備えた石炭水素添加ガス化装置の運転方法
   であって、各水素・酸素バーナからの高温水素の噴出流
   量と微粉炭供給ノズルからの微粉炭及び微粉炭搬送ガス
   の噴出流量とを、その質量流量比が一定の条件下で、運
   動量比が所要の値となるようにして運転することを特徴
   とする石炭水素添加ガス化装置の運転方法。
7. 【請求項７】 請求項３に記載のインジェクタ装置を備
   えた石炭水素添加ガス化装置の運転方法であって、当該
   石炭水素添加ガス化装置で生成しようとする最終生成物
   に応じた炉内運転温度を得ることのできる所望温度の高
   温水素が得られるように、水素に対する酸素の供給量を
   適宜制御して水素・酸素バーナを運転することを特徴と
   する石炭水素添加ガス化装置の運転方法。