JP2003532535A - ハロゲン化物質のガス化反応器用供給ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超音速で酸素供給源ガスを供給する工程、及び酸素ガスがガス化反応器中に液体ハロゲン化物質を噴霧するように、排出酸素供給源ガスに対して半径方向で周囲にある少なくとも一つの排出口から液体ハロゲン化物質を排出する工程を含むガス化反応器にハロゲン化物質を供給する方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ガス化反応器用の供給ノズル、又特に、時にはバーナーと称される
、ハロゲン化物質、特にハロゲン化有機物及び塩素化有機物（ＲＣＩ's）のガス
化反応器用の供給ノズルに関する。

【０００２】 関連発明には、より低価値のハロゲン化物質から１種以上の有用な生成物を製
造する方法及び装置に係る先行特許出願、ＰＣＴ国際出願、ＰＣＴ／ＵＳ／９８
／２６２９８、１９９９年７月１日発行された国際公開第９９／３２９３７号パ
ンフレットが含まれる。この国際特許出願には、第１ガス化反応器及び第２離散
ソーク反応器（discrete "soak" reactor）中の部分酸化変成工程により、ハロ
ゲン化物質、特に種々の化学物質製造工程から製造されるような副生成物及び廃
棄物塩素化炭化水素から実質的に構成される供給物を一つ以上の「より高価の製
品」に転化するための方法及び装置が開示されている。

【０００３】 一般用語において、ハロゲン化物質用ガス化反応器は、好ましくは、一端に接
続する混合ノズルを有する耐火性並置円筒容器を含む。ハロゲン化物質、典型的
にはＲＣＩ'sの混合物又は詰め合わせ物と酸素及び最も好ましくは水蒸気（並び
に、場合により追加ガス燃料、水／ハロゲン化水素及びＣＯ₂）とは、供給ノズ
ルを通してガス化反応器に供給され、噴霧され、そして、ガス状部分酸化製品を
生成する。その条件の典型的な組合せには、（場合により、予備加熱され又予備
条件設定された）液体ハロゲン化炭化水素供給物フロー約１７０リットル／分（
４５ガロン／分）、温度約３０℃及び７バールゲージ圧（１００ｐｓｉｇ）が含
まれる。酸素は、温度１２０℃及び１４バールゲージ圧（２００ｐｓｉｇ）で、
時間当り約４５０ｋｇ（１０，０００ポンド）で供給され得る。水蒸気は、時間
当り約４５０ｋｇ（１０，０００ポンド）の酸素を供給されて、１０ゲージ圧（
１５０ｐｓｉｇ）で飽和される。反応器圧は、好ましくは１３００℃及び１５０
０℃の間の反応器温度において５バールゲージ圧（７５ｐｓｉｇ）で運転される
。

【０００４】 部分酸化（ガス化）反応器に供給する液体ハロゲン化供給物を適正に分散させ
ることは、ガス化方法を成功裏に運転するのに必須の工程である。時にはバーナ
ーと称される分散ノズルに関する運転上の目標には、一例として、ハロゲン化物
質をほぼ完全に反応させ、又、供給物が部分的に反応するのを最小化しつつ、広
範な供給物質について、反応器の安定運転を可能とするという困難な目標が含ま
れる。この過酷なガス化環境における反応器供給ノズルに課せられた全要件は、
実に困難な運転上の制約を示している。比較するに、本明細書において考察され
るものに比べてもより温和な環境を示す、又は提供する石炭ガス化の関連分野に
おいてさえ、ノズルデザインとその性能は、反応器の信頼性を制約する要素とな
ることが知られている。

【０００５】 例えば、石炭ガス化方法に対比すると、あるいは他の非ハロゲン化炭素系物質
のガス化とさえ対比しても、ＲＣＩガス化方法は、独特の問題を生ずる。一方で
、ハロゲン化物質、例えば塩化水素は、激しい腐蝕性を生ずる。第２に、液体Ｒ
ＣＩ'sのような液体のガス化反応器用の供給流は、多くの従来のガス化方法の供
給流と異なる特質を有する。そして、ハロゲン化物質ガス化反応器の最適運転に
は、ハロゲン化物質の多くの異なる供給流に対して、対策がなされなければなら
ない。ハロゲン化物質の多数の供給源からの複数の供給導管が必要となり、又、
供給が同時の行われる場合、複数の供給流がノズル内で相互に望ましくない反応
を起こさないように、導管を構成する必要がある。

【０００６】 従来技術の供給ノズルは、ガス化反応器の目的を果たすために、液体流の効率
的細分化を確実にする補助としてノズル内での内部混合を利用する傾向にある。
例えば内部混合ノズルは、燃料油噴霧用として公知であり、又その利用は、最高
の運転効率を得るものと信じられている。しかしながら、内部混合は、現状では
好ましいアプローチではない。ハロゲン化物質と酸素のノズル内での混合は、安
全と活性の問題を生ずる。ノズル内の内部混合は、運転休止後にノズル内部の汚
染を生じ、運転休止に伴って生ずるタールは、ノズル内部を被覆する恐れがある
。この汚染により、ノズル内の酸化が生じ得る。したがって、本発明の一目的は
、安全性及び反応活性の点において優れた、効率的な外部混合ノズルを得ること
である。これらの配慮事項は、複数口のデザインに伴い付加する複雑性、及び／
又は低噴霧効率、及び／又は酸素の高圧力低下に比べて、より優先される。しか
しながら、同時に、デザインの洗練された単純性は、混合ノズルにとってより高
いガス化信頼性を得るのに利点となることは知られている。そのようなデザイン
の単純性は、本明細書において利点とされるが、現実的な運転上の制約が伴う。

【０００７】 前記検討のとおり、供給ノズル又はバーナーは、ガス化反応器の必須かつ生命
線ともいえる要素である。バーナーからの排出ジェットは、ガス化装置における
混合の動力源であり、又、メインバーナーは、液体燃料をこの混合ジェット中に
噴霧させなければならない。典型的目標である噴霧性能は、液体容積の９９％が
５００ミクロン以下の径の小滴となる程度である。これにより、燃料の高速蒸発
を可能とするのに十分な液体表面を生成する。この噴霧において二つのメカニズ
ムが役割を果たす。好ましい態様において、液体は、環状に配列されたオリフィ
スから噴射され、中心の酸素排出部の回りに集中し、このオリフィスの間の圧力
降下により、個々の液体ジェットの粗い噴霧が始動される。このオリフィス、そ
して、それによる液体ジェットは、好ましくは、バーナー面の前面で、より具体
的には酸素排出軸に沿って、交差するように方向付けら、酸素排出ジェットと交
差する。このようにして、酸素排出ジェットは、微細噴霧の主エネルギー源を提
供する。酸素の静圧は、バーナーノズルを介して運動エネルギーに転換される。
このノズルは、好ましくは近音波、又はより好ましくは超音波ノズルであり、又
それ故、最適速度を得るのに貢献する。ガス及び液体の間の速度差は、液体ジェ
ットを微細かつ個々の微粒子にする噴霧エネルギーとなる。水蒸気のモデレータ
ー流（moderator stream）は、好ましい運転モードにおいてバーナーの上流で酸
素と混合され得る。ガス化器に入る酸素は、好ましくは１２０℃に予備加熱され
て、酸素がノズルを介して膨張するときの温度降下を相殺し、噴霧効率を向上す
る。

【０００８】 本発明の他の側面は、ノズルから出る酸素供給源ガスの膨張エネルギーを利用
して、衝突する液体供給流を外部で細分化して、微細に噴霧することである。ガ
ス膨張エネルギーをそのように有効に利用して、酸素供給源ガスと供給ノズル外
側の衝突液体流とを混合し、又そのノズルの外側で適切に前記液体を噴霧する。
このデザインは、内部ノズル構造により画定された、収束し次いで拡散するガス
通路を通る酸化ガスを膨張させることから得られる仕事量を利用して、液体燃料
にエネルギーを与え、噴霧し、反応室に噴射する。この酸素供給源ガスは、酸素
、水蒸気、及び／又は他のガスであってもよい。典型的には、このガスは、純粋
酸素である。収束し次いで拡開する酸素ガス通路用の好ましいデザインは、ガス
の出口速度を最大化する。本発明の一側面は、収束し次いで拡開する酸素ガス通
路を構成し、運転することにより、収束部端部で酸素供給源ガスの音速フローを
得ることである。その後、超音速フローは、その後の通路拡開部内で実現可能に
すべきである。（しかしながら、収束するだけのノズルは、任意に使用すること
ができ、特に、酸素供給源ガスが加速できないとき、圧力比によって、収束し次
いで拡開するノズルデザイン内で、超音速で運転できる。一般に、収束するだけ
のノズルデザインは、使用できるが、効率はより低いと考えられている。）

【０００９】 ３０００℃を超える火炎温度は、酸素供給源ガス及びハロゲン化物質供給物を
混合する際に達成できる。そのような温度は、ノズル先端部やや下流で実現でき
るが、後方に放射して、ノズルの下流部分を加熱し、ノズル寿命を短縮する。し
たがって、ノズル先端部又はノズル下流端部の冷却は、本デザインの他の側面で
ある。冷却は、ノズル本体の外部上の水蒸気薄層冷却（steam film cooling）、
及び／又はノズルそれ自体の本体部分内に冷却媒体（例えば、水）循環路を備え
ることを含む幾つかの手段で実施できる。水冷ジャケットは、水蒸気薄層冷却に
比べて複雑であるが、供給ノズル工業における代替及び確立したデザインを提供
し、又、本明細書において代替冷却装置として開示される。水蒸気薄層冷却ジャ
ケットは、より簡単な機械工作技術を利用して金属表面温度を制御できる利点を
提供できる。

【００１０】 本発明の他の側面として、効果的「不活性ガス」、例えば水蒸気又はＣＯ₂又
はＨＣl蒸気は、ノズル先端に「不活性ガス」カーテンを形成するように提供さ
れ、更に、ノズルの下流の加熱反応域からの逆放射を改善する。本発明は、加熱
反応環境から酸化ガス放出を分離するのに有効な不活性ガス環状ジェット用のデ
ザインを提供し、反応熱からノズル材料を保護するのに寄与する。酸素放出を一
部含む「不活性ガス」カーテンの提供は、ノズル構造を潜在的燃焼から遠ざける
のに貢献し、極大温度の位置をノズル下流表面から更に離れた位置に移行させる
結果となる。そのような保護は、ノズル先端材料中の潜在熱歪みを減少し、ノズ
ル寿命を延長する。したがって、バーナー表面近くでほぼ純粋の酸素中に熱反応
室生成物を誘導するのを避け、又、「モデレーター（moderator）」又はその一
部を生む極端な温度条件を避けるために、不活性ガスは、好ましくは、酸素／燃
料ジェットを取り囲む環状薄層としてガス化器に噴射される。この「不活性」層
は、加熱酸化域をバーナー表面から離すように移動させるのに貢献するので、熱
フラックスを低下させ、バーナー表面の温度を低下させる。ＣＯ₂及び水蒸気は
、赤外放射を吸収する性能故に効果的な好ましい不活性ガスである。

【００１１】 本発明のデザインの他の側面は、区画壁あるいはハロゲン化物質のために分離
した液導管を提供することであり、それにより、必要の場合又は所望の場合、反
応室へ分離した液供給流を分離してかつ同時に供給できる。

【００１２】 本発明は、ハロゲン化物質用ガス化反応器と組合わせて使用され又それと接合
させるように適合される供給ノズルを含む。このノズルは、好ましい一実施形態
において、酸素ガス供給源用の収束し次いで拡開する第１通路を提供する。この
第１通路は、ノズルの下流端において放出オリフィス中で終わる。第１通路は、
複数の小さな構成要素通路を含んでいてもよいが、好ましい実施形態においては
、単一通路である。

【００１３】 このノズルデザインは、ハロゲン化物質の液体供給流用の少なくとも一つの第
２通路を具備し、この第２通路は、ノズルの下流端において少なくとも一つの排
出口中で終わる。所定の場合、好ましい実施形態では、異なったハロゲン化物質
が同時に供給されて、反応するように、複数の第２通路を具備するようにされる
。これらのハロゲン化物質は、反応室以前では分離状態に保たれるのが好ましい
。

【００１４】 一つ以上の第２通路は、液体ハロゲン化物質供給源と流体連通関係にある。一
つ以上の第２通路の排出口は、好ましくは、第１通路排出オリフィスに対して半
径方向で周囲に位置するようにデザインされる。

【００１５】 場合により、第３の効果的「不活性ガス」通路を具備する。この不活性ガスは
、最も好ましくは、水蒸気であるか又は主成分が水蒸気である。不活性ガス用の
第３通路は、一つ以上の構成要素通路であってもよいが、好ましくは第２通路の
排出口に近接して排出するようにデザインされる。

【００１６】 不活性ガス、酸素供給源ガス及びハロゲン化物質用の通路は、適切な物質供給
源と流体連通関係に配置される。この供給システムは、適切な温度及び圧力調整
を提供する。

【００１７】 「不活性ガス」通路において利用される水蒸気は、好ましくは、ノズルの下流
端部用の薄層冷却を提供し、又、初期混合域中のガス化反応器の過剰加熱からノ
ズル先端表面を保護するのに寄与する「不活性ガス」カーテンを提供する。この
水蒸気は、更に反応物質として機能し、酸素と水素の供給源となる。パイロット
ノズル及び／又は始動ノズル通路は、ある実施形態に具備される。又、収束形態
のみのデザインとする選択肢も開示する。

【００１８】 本発明は、液体ハロゲン化物質をガス化反応器に供給する方法を含む。この方
法は、音速近く好ましくは超音速で酸素ガス供給源を、ガス化反応器に向って開
口する供給ノズルのオリフィスに供給することを含む。ハロゲン化物質は、酸素
供給源ガスが供給ノズル表面の少なくともやや下流において、ガス化反応器室中
にハロゲン化物質を送り込むようにエネルギーを与え、噴霧するように、排出さ
れる酸素供給源ガスに対して半径方向で周囲にある少なくとも一つの排出口から
排出される。この方法は、ノズル用の水冷及び／又は薄層冷却を提供し、又、酸
化反応の過剰熱からノズル表面を保護する助力となるように、ノズル排出端部近
くに「不活性ガス」カーテンを提供することを含む。始動方法は、更に、酸素ガ
ス速度がゆっくり増加する、酸素供給源ガスを有する小容量供給ガス通路を使用
することを備える。

【００１９】 下記のより好ましい実施形態の詳細な説明を下記図面と関連付けて考察するこ
とにより、本発明がよりよく理解され得る。

【００２０】 ハロゲン化物質用のガス化反応システムの好ましい実施形態であって、本発明
において運転するのに適したものをブロックフローダイアグラムの形式で、図７
及び８に説明する。本発明の基礎を明らかにするために先ず図７及び８を説明す
る。

【００２１】 図７のガス化反応方法ＧＰＲは、実質的にハロゲン化物質から構成される供給
物を一つ以上の有用な生成物に転化する。これらの生成物は、図７に示されてい
るように、有用なあるいは販売可能な酸生成物５０及び／又は生成合成ガス５４
の形態であり得る。（あるいは、この方法の部分酸化変成段階から得る反応生成
物は、同じハロゲン化水素、一酸化炭素及ぶ水素成分を含み、異なる有用な又は
販売可能な生成物の合成における供給物として採用できる。これは図７中に表示
されていない。）

【００２２】 図７に説明されるように、酸生成物５０及び／又は生成合成ガス５４の製造を
詳細に参照すると、この方法は、部分酸化変成反応器域又はガス化器２００（直
列の（図８中に示されている）又は並列の一つ以上の部分酸化変成反応器）を供
給する工程、供給物５６、酸素供給源５８及び任意にモデレーター流（図示せず
）及び要求に応じて任意に補完水素含有共供給物（図示せず）と共に、供給物中
の実質的に全てのハロゲン化物質を対応するハロゲン化水素へ転化可能とする還
元条件下で運転する工程を含む。

【００２３】 本方法は、図７中に好ましい実施形態として説明されている、反応器から主と
して一つ以上のハロゲン化水素、水、一酸化炭素及び水素を含み、本質的に非転
化のハロゲン化物質を含まない反応生成物流６０を回収する工程、及びその後の
、急冷及び微粒子除去段階３００、微粒子回収段階３５０、吸収段階４００、水
性酸洗浄段階４５０、及び合成ガス仕上げ段階７００中において有用生成物を分
離・回収する工程を含む。

【００２４】 図８は、ガス化段階２００をより詳細に説明しており、最適には、水蒸気流２
３５により運転される酸素予備過熱器Ｅ−１４０により加熱され、流れ２９１と
してメインバーナーＢＬ−２００に供給される、酸素流２９０を示す。水蒸気流
２９８も又、メインバーナーに供給され、同時に、好ましくは予備加熱器Ｅ−１
４０からＲＣＩ供給流１４４が、又燃料ガス流２９６及びリサイクル蒸気流５３
０が上流蒸留ユニットＴ−５１０から供給される。窒素流２９５により第１ガス
化器Ｒ−２００が窒素パージされるように構成されている。そのガス化ユニット
は、好ましい実施形態において第１ガス化器Ｒ−２００及び第２ガス化器Ｒ−２
１０として示される。

【００２５】 本発明の方法及び装置は、特にガス化器Ｒ−２００の供給ノズルＢＬ−２００
に関する。このノズルデザインは、種々のハロゲン化物質供給物の噴霧に有用で
あり、それらを反応工程においてより高価の生成物に転化する。異なったハロゲ
ン化物質、例えばクロロフルオロカーボン及び／又はヒドロクロロフルオロカー
ボンと塩素化炭化水素との混合物を含む供給物は、供給物が液体及び固体を共に
含むので、ノズルを介して使用されるよう企図される。好ましくは、このノズル
供給物は、実質的にあるいは全て液体で構成される。より好ましくは、この供給
物は、本質的に灰を含まない、非スラグ状（non-slagging）であり、５％未満の
灰分及び他の無機物質を含み、好ましくは１％以下の灰分及び他の無機物質を含
む。

【００２６】 ガス化反応器Ｒ−２００及びＲ−２１０は、好ましくは、酸素供給源（好まし
くは、酸素、空気、酸素豊富化空気及び二酸化炭素から選択される一つ以上の酸
素含有ガスの形態であってもよいが、より好ましくは本質的に酸素である。）及
び必要の場合、補完水素含有共供給物と共に還元条件下で、供給物中の塩素の全
含有分が実質的に部分酸化変成反応器域からの反応生成物中に塩化水素として現
出され得るように運転される。水蒸気は、温度モデレーター及び従来の変成手順
に沿った追加の酸素供給源として転化できるが、又、他の反応剤と同様に任意に
包含されるものとも考えられる。

【００２７】 このデザインのノズルの典型的なバーナー運転パラメーターは下記のとおりで
ある。 １．液体燃料圧力降下：１４０リットル／分（３７ｇｐｍ）で１０バール（１
５０ｐｓｉ） 圧力降下は、典型的液体オリフィスに関しては、フロー（flow）の平方に比例
する。この関係からの偏差（deviations）は、ノズル中の燃料の潜在的プラッギ
ング又はコーキング（高い差動圧:high differential pressure）、又はノズル
先端の変質（degradation）（低い差動圧:low differential pressure）を示す
。 ２．酸素圧力降下：超音速ノズルは、圧力降下に対照するものとして圧力比に
より定義される。圧力比は、絶対圧の比（P_U/P_R）である。酸素に対する通常の
運転比は、４５０ｋｇ／ｈｒ（10,000Ib/hr）において２．７５である。これは
、ガス化室絶対圧力（R_R）に対する上流絶対圧力（P_U)の比である。 ３．酸素温度：この酸素温度は、バーナーについて１２０℃に保たれるべきで
ある。バーナーを渡って高圧力比であるので、得られる酸素出口温度は、ほぼ２
５℃である。温度がより低いと、その結果、より低速度になり、噴霧がより効果
的でなくなり、バーナーからの蒸発がより長くなる。 ４．モデレーター圧力効果：圧力降下は、この低圧力降下ガスフローに関して
、フローの平方に有効に比例している。偏差は、モデレーターを含む環状室の変
質を示す。

【００２８】 前記のような過酷な環境中に前記のような供給流を配送することを含めて、上
記検討のごとき運転をするための供給ノズルは、明らかに必須ユニットである。
図１は、本発明の供給ノズルの好ましい実施形態の横断面を示す。ガス化反応器
壁部Ｒは、ノズルＮを囲むように示されている。下流ノズル端部ＤＳＥは、ガス
化反応器の内部域ＧＲ中に排出されるように配置される。出口（ports）ＤＰは
、通路ＨＭＰを介して給送されたハロゲン化物質供給物のための半径方向に配列
された排出口（discharge ports）を示す。酸素供給源ガスは、公知の手段であ
る酸素ガス供給源１０から通路ＯＰを介して、供給ノズルＮの排出端部ＤＳＥに
おいて排出オリフィスＤＯへ流出する。図１は、更に、不活性ガス供給源１２か
らノズルＮで画定される不活性ガス通路ＩＧＰに流れる効果的「不活性ガス」(e
ffectively "inert gas")、好ましくは水蒸気を説明する。不活性ガス通路ＩＧ
Ｐは、ノズルＮのジャケットＪ１で一部分形成されている。ジャケットＪ１は、
好ましくはその外壁に排気口Ｖを含むように説明されている。メタンのような補
完燃料ガスは、供給源１３からノズルＮ、及び一部分ジャケット１２によって画
定される燃料ガス通路ＦＧＰ中に流れるように説明されている。

【００２９】 一つ以上の排出口ＰＤＰを有する通路ＰＰは、酸素供給源ガス通路ＯＰの中央
部にあるパイロットノズルＰＮ中に画定される。パイロットノズル通路ＰＰ及び
ハロゲン化物質通路ＨＭＰは、共にハロゲン化物質の供給源１１に結合されるよ
うに示されている。供給源１１は、勿論、複数のハロゲン化物質供給源であって
もよいし、その供給源中のハロゲン化物質は、同じでも異なっていてもよい。こ
の補完燃料ガスは、又供給源１３から通路ＰＰに供給されるように或いは供給可
能に示されている。通路ＰＰは、基本的に、一つ以上の噴霧口ＰＤＰへハロゲン
化物質供給物を移送するために、より小さな横断面の通路を具備する。ノズルの
始動の間、ハロゲン化物質供給物及び酸素は、共に相対的に低い速度でノズルに
供給される。通路ＰＰは、全体により小さい容量又は横断面を備え、初期のより
低いフロー速度において供給物質をよりよく噴霧することを可能にする。

【００３０】 図２は、不活性ガス通路ＩＧＰを一部分画定するジャケットＪ１が、ノズルＮ
の下流端部ＤＳＥにおいて離れたところでくるみ込んでいない点で図１とは異な
る。ジャケットＪ１は、創出可能の「不活性ガス」カーテンを画定するのに寄与
する。

【００３１】 図３は、図１及び２とは異なり、以下にさらに完全に記載するが、通路ＰＰは
又、ノズル中央を通る代替又は補完液体ハロゲン化物質通路として寄与するが、
好ましい実施形態では、パイロット通路ＰＰを画定するパイロットノズルを一体
化する必要がないことを示す。

【００３２】 図４は、図１〜３とは異なり、図４中で通路ＨＭＰ１及び通路ＨＭＰ２として
示された、区画された又は個別のハロゲン化物質用通路を明確に示し、又具備し
ている。そのような企画された又は個別の通路は、ガス化反応器中のノズル排出
端部までハロゲン化物質を混合しないで、異なる種類のハロゲン化物質をガス化
するのに対して設置される。環状ハロゲン化物質通路は、代替として、区画して
、分離通路を形成することも可能である。

【００３３】 図５は、図４に示されたものとは関連するが異なる実施形態である。図４のデ
ザインにおいて、区画され又は個別の物質供給通路は、通路ＯＰの外に位置する
が、図５のデザインにおいて、個別の供給材料通路ＨＭＰ１及びＨＭＰ２は、通
路ＯＰ内に位置する。供給物質の熱安定性及び供給物通路の漏れの可能性を考慮
して、図４及び５の実施形態の間でデザインの選択がなされ得る。図４のデザイ
ンにおいて、個別の供給通路は、水蒸気により包囲されるが、図５においては、
その通路は酸素供給源ガスによって包囲される。

【００３４】 図６は、ノズルＮの壁部分が、ノズルＮ内に一体化された通路ＷＰを通って循
環される供給源１４からの水のような冷却媒体源を用いて冷却される代替の実施
形態を説明する。

【００３５】 本発明の供給ノズルの好ましい実施形態において、図１〜６に説明されるよう
に、酸素又は酸素−水蒸気混合物は、ノズルの排出端部において排出オリフィス
中で終端する、収束し次いで拡開する通路中を流れる。ノズルの収束し次いで拡
開する部分は、可能な範囲で、酸素含有ガスの超音速フローを排出部において達
成するようデザインされる。好ましい実施形態において、液体ＲＣＩのごときハ
ロゲン化物質は、一つ以上の通路を通じて移送され、酸素担持ガスの排出オリフ
ィスを取り囲む数多くの排出口から超音速ガス流中に排出される。この液体化Ｒ
ＣＩ用の排出口は、好ましくはそれ自体、いくらか半径方向で内方向に酸素ガス
排出流に向って方向付けられる。液体ＲＣＩ用の供給導管は、化学的相溶性がな
い異なるＲＣＩ流を別々に供給できるように、前述のとおり、分割され又は区画
されてもよい。

【００３６】 始動を目的として、ノズル下流端部の液体供給スプレーノズル排出口（ＰＤＰ
）で、遅い開始フロー速度において供給物を噴霧するために、図１、２、４及び
６に示されるような中央パイロットノズルを採用することが好ましい。そのよう
なデザインは、供給物及び酸素の遅い速度においてノズルを始動するための先導
として寄与し、又恐らく更に、新たな不混和性流を供給するための反応器による
、始動中断能力を提供するのに使用され得る。

【００３７】 分離予備加熱ノズル（図示せず）は、冷却状態から運転温度にガス化反応器を
加熱するため、又、ＲＣＩ休止の間の温度を維持するため及び加熱運転状態から
制御しつつ冷却を完了するために使用できる。ガス化器合成ガス通路に渡って耐
火物が大量にあるため、相当量の熱を、好ましくはＲＣＩ液を導入する前に、制
御しつつ導入しなければならない。過剰の加熱速度又は冷却速度は、温度勾配に
より誘導される熱ストレスにより耐火物を損傷させ得る。燃料が、液体ＲＣＩ's
であるのにのに対して、好ましくは燃料ガスである点は除いて、予備加熱バーナ
ーの機能は、第１ガス化器、及び主ノズル又はバーナーの運転に関して記載した
機能と非常に類似している。

【００３８】 始動のために、耐火物を加熱するために、小さな断続的先導をすることにより
、予備加熱バーナーを点火する。燃料ガス及び酸素は、その後、導入され、外部
で予備加熱バーナーにより混合される。低フロー速度の後、安定な火炎が確立し
、好ましくは、水蒸気モデレーターが、燃料ガスと共にほぼ１対１の質量比で導
入され得る。好ましくは、酸素対燃料は、始動の間、ほぼ１．７：１〜２．０：
１の質量比で制御される。これは、完全燃焼に対する化学量論量比の半分の僅か
に下である。フロー速度は、僅かに上昇され、所望のガス化器運転温度に至るま
で、ほぼ２５℃／時間の制御された耐火物加熱速度を維持する。

【００３９】 図１〜５に図示されているように、好ましい実施形態において、このノズルは
、ＲＣＩ及び酸素通路を囲んで、効果的「不活性ガス」、好ましくは水蒸気の形
態で、ＣＯ₂及び／又は水／ハロゲン化水素蒸気を供給する導管を具備する。又
任意に、不活性ガス導管を囲んで、反応工程用の余分の水素及び余分の燃料のた
めの任意の供給源として、メタン又は他の燃料ガスを供給する導管があってもよ
い。選択ガス燃料プロセス蒸気流は、水蒸気又はメタンに代えて、あるいはそれ
に追加して反応器に供給できる。そのようなプロセス蒸気流は、効果的不活性物
、ＲＣＩ's又は炭化水素を含む非酸化流であり得る。冷却排気口は、ノズルの表
面部分がその表面に薄い冷却ガス薄層を形成することにより冷却できるように、
不活性ガス通路において利用することができる。水蒸気薄層冷却法（Methods fo
r steam film cooling）は、ルフェーブル（Lefebvre）（Gas Turbine Combusti
on-1983）により示される。

【００４０】 ノズルの通路は、特に酸素供給源ガス用通路及びハロゲン化物質用通路は、所
望の排出端部速度を得るように、大きさ、予測される運転圧力、温度及びフロー
速度との組合せに基づいて構成される。酸素は、好ましい噴霧ガスである。水蒸
気は、代替又は付加的噴霧ガスを提供する。

【００４１】 通常の運転において、酸素及び／又は水蒸気及び／又は他の酸素供給源ガスの
ような酸素供給源ガスは、供給源１０から酸素供給源ガス通路ＯＰに供給される
。液体ハロゲン化物質は、ハロゲン化物質の供給源（単数又は複数）１１からハ
ロゲン化物質通路ＨＭＰ（又は通路ＨＭＰ１及びＨＭＰ２）に供給される。ハロ
ゲン化物質又は燃料ガスは、又任意に、代替又は追加の供給物のために、パイロ
ット通路ＰＰと流体連通関係に置くことができる。このノズルは、酸素供給源ガ
スが、結局、通路ＯＰを画定するノズル壁部分の収束部分ＣＶ端部で音速に達す
るようにデザインされている。ノズルの排出端部ＤＶ近傍に設けられたノズル壁
部分の拡散部ＤＶを通って、酸素供給源ガスは、膨張されて、好ましくは超音速
を達成する。超音速において、酸素ガスは、ハロゲン化物質通路ＨＭＰ（又は通
路ＨＭＰ１及びＨＭＰ２）中の排出口ＤＰから出る液体ハロゲン化物質を適正に
分散させ、噴霧する。更に、ＲＣＩ'sのごときハロゲン化物質とＯ₂のごとき酸
素供給源ガスとの混合は、ガス化反応器内に画定された帯域ＧＲ内で、ノズルの
直ぐ下流で生ずる。ジャケットＪ１は、効果的不活性ガス、例えば水蒸気がハロ
ゲン化物質通路を画定するノズル壁部分に沿って行くのを補助するように設計さ
れ、ハロゲン化物質の排出部近傍で、好ましくはハロゲン化物質の排出物を横切
るように、あるいはその中に、不活性ガスを排出するようにデザインされ、不活
性ガスカーテンを提供する。ハロゲン化物質の排出口ＤＰは、ハロゲン化物質を
部分的に半径方向でノズル軸の内方に排出するよう構成されるのが望ましい。

【００４２】 先ず、好ましくは、ノズルの始動の間、供給物質は、通路ＰＰへ供給され、パ
イロットノズルＰＮ中の排出口ＰＤＰを通ってパイロットノズル先端ＰＴから出
る。そのパイロットノズル及び排出口は、その温度が反応器２００中のプロセス
温度に達する前に、供給物が運転フロー速度に達す前に、又酸素供給源ガスがノ
ズル内で音速に達する前に、ガス化反応を開始するように配置され、構成されて
いる。パイロットノズルＰＮは、プロセス温度、圧力及び速度が所定域に達した
ときに、連続使用しても良いし、使用停止してもよい。

【００４３】 メタンなどの追加燃料ガスは、ジャケット１２によって画定される通路を通っ
てノズルＮの排出端ＤＳＥに供給できる。不活性ガスとして利用される水蒸気は
、ジャケットＪ１の排気口Ｖを通って排気され、ノズルＮの壁面部分及び下流端
部分の薄層冷却を提供するのに寄与する。

【００４４】 図９は、収束部のみのノズルを説明する。このデザインは、収束し次いで拡開
するデザインに比べてより非効率であると考えられるが、酸素が超音速に達しな
い場合に適切である。拡散部がない点は除いて、収束部のみのノズルデザインは
、本質的部分に関しては、図１〜６のノズルのように構成され、運転される。

【００４５】 供給ノズルの構成材料の選択に関しては、所与の環境下における適正な構造材
料に係る標準的文献及び参考資料を参照できる。「Use of a Hastelloy B or C
material」が好ましいと考える。

【００４６】 本発明に関する以上の開示及び記述は、図説及び説明用であって、サイズ、形
状、材料並びに図説された装置の詳細における様々な改変は、本発明の精神から
逸脱しない範囲でなされ得る。本発明に関して、単一要素を叙述することは、そ
の要素が一つ以上ある場合をカバーし、二つの要素を叙述することは、その要素
が二つ以上ある場合をカバーするという旧来の想定に基づく用語法を利用してい
いることを主張する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、酸素供給源ガス用の収束し次いで拡開する通路を示す説明用断面図で
あり、中心パイロットノズル及びハロゲン化物質用の環状配列された環状排出口
が示され、又、不活性ガス冷却又は水蒸気冷却用通路が説明され、供給流供給源
及びノズル排出端部が示されている。

【図２】 図２は、図１と類似のものであるが、不活性ガス冷却流用のジャケット下流端
部の形態が異なる。

【図３】 図３は、中心パイロットノズルがない、図２のノズルを示す。

【図４】 図４は、図２と類似のものであるが、ハロゲン化物質用の個別の供給パイプを
有する。

【図５】 図５は、図４に対する代替の実施形態であり、区画された或いは個別のハロゲ
ン化物質用パイプを有する。

【図６】 図６は、冷却媒体回路を有するノズルを説明する。

【図７】 図７は、ガス反応工程及びガス化反応器をより詳細に説明する。

【図８】 図８は、ガス反応工程及びガス化反応器をより詳細に説明する。

【図９】 図９は、収束形態のみのノズルを説明し、そのノズルは、図１〜６の形態のい
ずれのものにも適用できる。

【手続補正書】

【提出日】平成１５年３月４日（２００３．３．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２６

【補正方法】変更

【補正の内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 サリナス，レオポルド ザ サード アメリカ合衆国，テキサス 77566，レイ ク ジャクソン，シルバー レース コー ト 55 Ｆターム(参考） 4F033 QA07 QB02X QB03X QB12X QB14X QB15X QD02 QD21 QD24 QE01 QE09 QG34 QG38 4G075 AA03 AA37 BA01 BA05 BA06 BD13 BD22 CA02 CA45 CA63 CA66 EC03

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給ノズルが、 収束し、次いで拡開する第１通路であり、ガス化反応器中に酸素含有ガスを排
   出するためのノズルの下流端に位置する排出オリフィス中に終端し、又酸素含有
   ガス供給源と流体連通関係にある第１通路、及び ノズルの下流端の少なくとも一つの排出口中に終端する少なくとも一つの第２
   通路、ここで、少なくとも一つの第２通路は、ハロゲン化物質の液体供給源と流
   体連通関係にあり、第２通路の排出口は、第１通路の排出オリフィスに対して半
   径方向で周辺に位置する第２通路、 を具備する、供給ノズルとガス化反応器の組合せ。
2. 【請求項２】 ノズルが、第２通路の排出口付近に排出口を有する少なくと
   も一つの第３通路を具備し、ここで、少なくとも一つの第３通路は、効果的な不
   活性ガス供給源と流体連通関係にある、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 不活性ガスが、水蒸気、ＣＯ₂又は窒素を含む、請求項２に
   記載の装置。
4. 【請求項４】 ノズル構造が、少なくとも一つの循環通路を画定し、この少
   なく一つの循環通路は、冷却媒体供給源と流体連通関係にある、請求項１に記載
   の装置。
5. 【請求項５】 少なくとも一つの第２通路と少なくとも一つの第３通路を画
   定するノズル構造が、少なくとも一部でそれら通路が壁を共有する構成を具備す
   る、請求項２に記載の装置。
6. 【請求項６】 ノズル構造が、少なくとも一つの第３通路の外壁に通気孔を
   具備する、請求項３に記載の装置。
7. 【請求項７】 ノズル構造が、ノズルの下流端に排出口を有する第４通路を
   画定し、その第４通路はガス燃料供給源と流体連通関係にある、請求項１に記載
   の装置。
8. 【請求項８】 ノズル構造が、少なくとも一つの循環通路と少なくとも一つ
   の第２通路が、少なくとも一部で壁を共有する構成を具備する、請求項４に記載
   の装置。
9. 【請求項９】 少なくとも一つの第３通路の排出口が、少なくとも一つの第
   ２の通路の排出口と組み合わされて、第３通路が第２通路の排出口を横切って指
   向されるように構成され、又配列されている、請求項２に記載の装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも２つの第２通路を含み、その少なくとも２つの
    第２通路が各々、ハロゲン化物質の別々の液体供給源と流体連通関係にある、請
    求項１に記載の装置。
11. 【請求項１１】 少なくとも一つの第２通路の排出口が、第１通路の排出オ
    リフィスに対して半径方向で周囲に配置された環状口を含む、請求項１に記載の
    ノズル。
12. 【請求項１２】 少なくとも一つの第２通路が、個々の第一通路排出オリフ
    ィスの周囲に環状に配置された複数の排出口を含む、請求項１に記載のノズル。
13. 【請求項１３】 少なくとも一つの第２通路の排出口が、少なくとも部分的
    に半径方向の内側に液体排出物を指向させるように構成される、請求項１に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 ノズル構造は、第１通路内に位置したパイロットノズル要
    素を更に具備し、そのパイロットノズル要素は、ノズル下流端の排出口中に終端
    し、又、ガス燃料の供給源と流体連通関係にある、請求項１に記載のノズル。
15. 【請求項１５】 ガス化反応器にハロゲン化物質を供給する方法であって、 ガス化反応器に排出する供給ノズルの排出オリフィスに、音速近く又は超音速
    で酸素供給源ガスを供給する工程、及び 酸素供給源ガスが、供給ノズルの少なくとも僅か外側にあるガス化反応器中の
    ハロゲン化物質中に膨張・噴霧するように、排出酸素供給源ガスに対して半径方
    向で周囲にある少なくとも一つの排出口から液体ハロゲン化物質を排出する工程
    、 を含む方法。
16. 【請求項１６】 効果的不活性ガスをハロゲン化物質の排出に隣接して排出
    することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 効果的不活性ガスを排出することが、蒸気を排出すること
    を含む、請求項に１６記載の方法。
18. 【請求項１８】 ノズル通路内循環される冷媒により、少なくとも供給ノズ
    ルの排出端を冷却することを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 【請求項１９】 ハロゲン化物質通路を画定する壁の少なくとも一部の上に
    効果的不活性ガスを通過させること及びその壁上に不活性ガス薄層を形成するこ
    とを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 【請求項２０】 不活性ガス通路を少なくとも一部画定する外壁から効果的
    不活性ガスを排気することを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 【請求項２１】 ノズルの下流端で、補完燃料ガスをガス化反応器中に排出
    することを含む、請求項１５に記載の方法。
22. 【請求項２２】 ノズルの下流端で、ハロゲン化物質の排出流を横切って、
    効果的不活性ガスを排出する、請求項１６に記載の方法。
23. 【請求項２３】 ノズルの排出端で、少なくとも２つのハロゲン化物質を別
    々に排出することを含む、請求項１５に記載の方法。
24. 【請求項２４】 ハロゲン化物質用のガス化反応器の始動方法であって、 ガス化反応器中に排出する供給ノズルの排出オリフィスで酸素供給源ガスを供
    給する工程、 ノズル下流端で、排出酸素供給源ガス内に燃料ガス流を排出する工程、及び 酸素供給源ガス速度をノズル内で音速に上げる工程、 を含む方法。
25. 【請求項２５】 排出酸素供給源ガスに対して半径方向で周囲にある少なく
    とも一つの排出口から液体ハロゲン化物質を順次排出することを含む、請求項２
    ４に記載の方法。
26. 【請求項２６】 ハロゲン化物質用ガス化反応器に組合わせられ、適合され
    て、接合されたノズルを含む供給ノズルであって、 ノズルの下流端に配置された排出オリフィス中で終端し、ガス化反応器中に排
    出する構成となっている収束第１通路、 酸素ガス源と流体連通関係にある第１通路、 ノズルの下流端で、少なくとも一つの排出口内で終端する少なくとも１つの第
    ２通路、 ハロゲン化物質の液体供給源の流体連通関係にあり、第１通路の排出オリフィ
    スに対して半径方向で周囲に配置された排出口を有する、少なくとも１つの第２
    通路、及び 第２通路の排出口に隣接する排出口を有する少なくとも一つの第３通路であっ
    て、効果的不活性ガスの供給源と流体連通関係にある少なくとも一つの第３通路
    、 を具備するノズル。
27. 【請求項２７】 ノズル構造が、ノズル下流端に排出口を有する燃料ガス通
    路を画定し、その燃料ガス通路は、燃料ガス供給源と流体連通関係にある、請求
    項２６に記載の装置。