(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器（９）内に配置された管状の気密壁（３）を有するガス化装置（２）を備える、ガス化反応装置（１）であって、１つまたは複数の圧力反応装置（２０、２１）を備えており、前記１つまたは複数の圧力反応装置（２０、２１）は、前記気密壁の開口（２３、４９）から外向きに延びる、冷却部（２４、５０）を有するスリーブ（２２、４８）を備え、
突き棒（４２）が、前記スリーブ（２２）内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、前記ガス化装置の気密壁の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である、ガス化反応装置（１）。
【請求項２】
前記突き棒（４２）は、アクチュエータ（３８）の作動範囲内にある、請求項１に記載のガス化反応装置。
【請求項３】
ガス化反応装置での使用に適した均圧装置（２０）を備える圧力反応装置であって、冷却部（２４）を有するスリーブ（２２）と、前記スリーブ内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、ガス化装置の気密壁（３）の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である突き棒（４２）とを備える圧力反応装置。
【請求項４】
ガス化反応装置での使用に適した圧力測定装置（２１）を備える圧力反応装置であって、冷却部（５０）を有するスリーブ（４８）と、圧力センサ（６１）と、前記スリーブの内部空間から前記圧力センサへと通じる圧力路（５６）とを備え、
突き棒（４２）が、前記スリーブ（２２）内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、前記ガス化装置の気密壁の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である圧力反応装置。
【請求項５】
気密壁（３）を備えるガス化装置（２）を有する圧力反応装置を用いる方法であって、熱流路が、前記気密壁の開口（２３、４９）から外向きに延びる、冷却部（２４、５０）を備えるスリーブ（２２、４８）によって形成され用いられ、
突き棒（４２）が、前記スリーブ（２２）内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、前記ガス化装置の気密壁の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下端が水性スラグ捕集槽内で開口し、かつ、圧力容器内に配置される管状の気密壁においてガス化装置を備えるガス化反応装置に関する。また、本発明は、このようなガス化反応装置とともに、均圧装置または圧力測定装置などの圧力反応装置を用いる方法にも関する。さらに、本発明は、このようなガス化反応装置用の均圧装置および圧力測定装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガス化反応装置は、粉炭、油、バイオマス、ガス、または、他の種類の炭素原料などの炭素原料の部分燃焼によって、合成ガスを生成するために用いることができる。この生成の間、スラグが、ガス化装置の気密壁の内部に、連続的に堆積される。スラグの堆積物は、ガス化装置の壁からスラグ捕集槽へと落下する。
【０００３】
ガス化反応装置の中には、それの下端に、水性スラグ捕集槽を介して合成ガスを排出するための排出口だけを有するものもある。ガス化装置における圧力上昇のため、スラグおよび飛散灰の粒子を含む新たに生成された合成ガスは、下方に流れてスラグ捕集槽を通ってガス化装置の壁の下縁の周囲へと達し、ガス化装置の壁と圧力容器の壁との間の環状の空間で再び集められる。このようにして、スラグ捕集槽にある水は、合成ガスを洗浄および冷却する。
【０００４】
ガス化装置の壁から落下するスラグの塊の量や大きさは、ガス化装置の排出口が、スラグの塊によるガス化装置の出口の有効な開口の減少または閉塞によって、連続的に覆われてしまうような程度となる可能性がある。これは、ガス化装置において過度に圧力を上昇させてしまい、実質的に損傷を引き起こす可能性がある。
【０００５】
ガス化装置における温度は、約１６００℃の高さとなる可能性がある。このような高温高圧や、循環する飛散灰およびスラグの粒子のために、圧力制御は、下流にある圧力制御機器を用いることでしか行うことができない。これまで、ガス化装置自体の内部の圧力上昇を監視または制御すること、あるいは、ガス化装置の壁を挟んだ両側の空間同士の間の圧力差を小さくすることはできなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ガス化装置内部の過度な圧力を直に監視および／または均圧することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、圧力容器内に配置された、管状の気密壁を具備するガス化装置と、気密壁にある開口から外向きに延びる、冷却部を備えるスリーブを具備する１つまたは複数の圧力反応装置とを備えるガス化反応装置によって達成される。
【０００８】
本発明の反応装置によれば、冷却されたスリーブは、熱流路を形成し、ガス化装置内と同じ圧力であるが温度の実質的に低い領域を作り出せる。これにより、圧力を測定または均圧化するための手段を提供することができる。
【０００９】
ガス化装置内では、ガス化装置の壁を高温から保護するために、壁は通常冷却される。そのために、気密壁は、例えば、その全体または一部が、互いに連結された平行な管状の冷却剤路から構築されてもよい。この場合、これらの管状路は、１つまたは複数の開口の周囲でバイパスされてもよい。あるいは、管状路がフィンによって互いに連結されている場合、開口は、フィンが局所的に途切れることで作り出すことができる。
【００１０】
スリーブは、均圧装置において利用することができ、それは、冷却されたスリーブ内において、スリーブを閉鎖する第１の位置と、スリーブが少なくとも部分的に開いて、ガス化装置の気密壁の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である突き棒（ram）を準備することによって成される。例えば、このような突き棒は、油圧アクチュエータといったアクチュエータによって、作動させることができる。このようなアクチュエータは、例えば、付着物やスケールを除去するために用いられるラッパー（rapper）装置の一般的な構成を有してよい。突き棒は、例えば、突き棒頭部を備えることができ、その突き棒頭部は、ガス化装置の壁における開口へと向けられ、スリーブ内で摺動可能な緊密な嵌合を作り出す直径を有している。突き棒は、突き棒頭部に連結された本体部を有しており、その本体部は、突き棒頭部よりも小さな直径を有している。スリーブは、少なくとも突き棒が第２の位置にあるときに開いている出口を備える。突き棒頭部は、突き棒が第１の位置にあるときにはスリーブ内にある一方で、突き棒が第２の位置にあるときには、スリーブからガス化装置内へと突出する。任意で、突き棒の他端には、スリーブ内で摺動可能な緊密な嵌合を作り出す第２の突き棒頭部が設けられてもよい。任意で、管状の壁における開口は、突き棒が第１の位置にあるときに、セラミックの板でシールされる。ガス化装置において過度な圧力の場合には、アクチュエータが作動され、突き棒を第２の位置に向かって移動させ、第１の突き棒頭部をガス化装置の壁にある開口から押し出す。セラミックの板がある場合には、それは押しのけられる。ここで、ガスは、ガス化装置から、ガス化装置の管状の壁にある開口、および、突き棒の本体部とスリーブの内側面との間の空間を通って、スリーブのガス出口へと自由に流れることができる。これにより、ガス化装置の内部と、ガス化装置と圧力容器との間の空間との間の圧力差がなくなることになる。
【００１１】
圧力上昇を監視するために、冷却されたスリーブは、圧力測定装置と接続されて用いられてもよく、それは、例えば、一つまたは複数の開口のうちの少なくとも１つのスリーブによって囲まれた空間と、圧力センサとの間を接続することで行われる。圧力センサは、例えば、圧力路がスリーブを圧力センサへと接続している場合には、圧力容器の外部に配置されてもよい。任意で、このような圧力路には、圧力センサと、圧力容器の外部との間に弁が設けられてもよい。
【００１２】
第２の圧力センサが、圧力容器の壁とガス化装置の気密壁との間の環状の空間における圧力を測定するために、用いられてもよい。これにより、差圧を決定することができる。
任意で、スリーブには、開口の周囲のスリーブの端部を包囲する耐熱性ライニングが設けられてもよい。この場合、開口のうちの１つをバイパスする、管状路の１つまたは複数の部分が、スリーブ部分の周囲で耐熱性ライニングに埋設されてもよい。
【００１３】
スリーブによって囲まれた空間を清潔で開放された状態に保つことができるように、スリーブは、例えば、スリーブによって包囲された開口へと向けられた１つまたは複数のノズルを用いて、パージガス供給源に接続されてもよい。パージガスは、窒素、蒸気、または清浄な製品ガスなどの、任意の不活性ガスであってもよい。
【００１４】
本明細書で用いられる圧力反応装置は、均圧装置、圧力測定装置、または差圧測定装置、あるいは、１つまたは複数の（差）圧測定装置と、１つまたは複数の均圧装置または他の任意の種類の圧力反応装置との組み合わせのことを言う場合もある。
【００１５】
ここで、本発明の例示の実施形態が、添付の図面を参照することで説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるガス化反応装置の実施形態の長手方向の概略的な断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、閉じた位置における、本発明による均圧装置の実施形態の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、開いた位置における、図２Ａの均圧装置の図である。
【図３】本発明による圧力測定装置の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明によるガス化反応装置１の例示の実施形態の概略的な断面図である。ガス化反応装置１は、管状の気密壁３においてガス化装置２を備え、気密壁３は、閉じられた上端４と、同軸上に配置された円筒状の導管７の内部へと開放している開口下端６に向かって下方に細くなる円錐状の下方部５とを備える。導管７は、水で満たされたスラグ捕集槽８の中へと開放している。
【００１８】
ガス化装置２は、閉塞された円筒状の圧力容器９内で同軸上に配置される。燃焼器１０は、外側から圧力容器９の壁および管状壁３を通ってガス化装置２の内部へと延びており、粉炭または別の種類の炭素原料を部分燃焼する。
【００１９】
管状壁３、ならびに、管状壁３の閉じられた上端４および円錐状の下方部５は、複数の平行な管状路１１から構築される。管状路１１は、冷却剤供給部１３に作動的に接続され、冷却剤排出部１２へと通じる。
【００２０】
運転中、ガス化装置の内容物は、１２００〜１６００℃の温度まで加熱される。この温度で、炭素原料は部分燃焼されて、スラグおよび飛散灰の含まれた合成ガスを生成する。ガス化装置２における圧力上昇のため、ガス化装置の内容物は、開口６および導管７を通って、スラグ捕集槽８の水の中へと下方に向かって流される。スラグ捕集槽８の水は、合成ガスをろ過して飛散灰およびスラグを除去する。ろ過された合成ガスは、導管７と圧力容器９との間の環状の空間１４に浮上し、そこでは、圧力が、ガス化装置２および導管７における圧力より実質的に低い。ここで、合成ガスは、排出路１５を通じて排出される。
【００２１】
ガス化装置２の気密壁３は、管状壁３の外部から延びる１つまたは複数の圧力反応装置２０、２１を備えている。圧力反応装置は、均圧装置２０および／または圧力測定装置２１を含んでいてもよい。１つまたは複数の均圧装置２０は、例えば、管状壁３の頂部の近くに配置されてもよく、その位置では、スラグに覆われる危険性が最も低い。圧力測定装置２１は、例えば、ガス化装置２の上端４に位置されてもよい。複数の測定装置２１、例えば、３個の圧力測定装置を用いることができる。圧力反応装置２０、２１は、それぞれ、図２および図３により詳細に示される。
【００２２】
図２Ａおよび図２Ｂは、ガス化装置２における過度な圧力を防ぐための、ならびに、ガス化装置２における圧力と、圧力容器の壁９と管状の壁組立体３との間の圧力とを均等にするための均圧装置を形成する圧力反応装置２０を、断面で示す。均圧装置２０は、管状壁３から外向きに延びる中空円筒状の二重壁とされたスリーブ２２を備える。スリーブ２２は、管状壁組立体３における開口２３に接続される。スリーブ２２は、二重壁とされていて、その二重壁の間に環状で筒形の冷却剤流路２４を画定する。環状の冷却剤流路２４は、冷却剤供給部および冷却剤排出部（図示せず）にそれぞれ作動可能に接続された冷却剤入口２５および冷却剤出口２６を備える。冷却剤は、通常、水である。
【００２３】
開口２３では、スリーブ２２は、耐熱性の材料２９で満たされた金属製のケーシング２８を備える耐熱性の箱２７によって包囲される。耐熱性の材料２９には、開口２３の周囲で管状壁部３の管状路１１をバイパスするために、バイパス部３０が埋め込まれている。
【００２４】
開口２３と反対の端において、二重壁とされたスリーブ２２には、中央開口３３を備えた栓（cover）３２に接続されたフランジ３１が設けられる。
フランジバス（bus）３４は、圧力容器９の壁にある開口３５を包囲する。フランジバス３４は、中心開口３７を備えた栓３６に接続される。圧力容器９の外部にある油圧アクチュエータ３８は、圧力容器９の外部から、圧力容器９にある開口４０と、栓３６にある開口３７とを通って延びるピストン３９を備える。ピストン３９は、栓３２にある開口３３を通じてスリーブ２２内へと延びる突き棒４２の突き棒頭部４１に当接し、スリーブ２２へと向かう。
【００２５】
突き棒４２は、管状壁３にある開口２３の近くの位置まで延び、第２の突き棒頭部４３と、突き棒頭部４１、４３の間で延びる中間部４４とを備えている。中間部４４は、突き棒頭部４１、４３より小さい直径を有している。これは、中間部４２と、二重壁とされたスリーブ２２の内側面との間に、環状の空間４５を作り出す。突き棒頭部４１、４３は、ほとんど隙間のない状態で、中空のスリーブ２２内で摺動可能となっている。管状壁３にある開口２３は、第２の突き棒頭部４３およびスリーブ２２をガス化装置２内の熱から保護するセラミック製のシール板４６で、シールされる。第２の突き棒頭部４３は、セラミック製のシール板４６に当接する。第１の突き棒頭部４１は、ピストン３９に当接する。栓３２とフランジ３１との間の出口流路４７は、内側の空間４５を、管状壁３と圧力容器の壁９との間の空間に接続する。
【００２６】
図２Ａは、セラミック製の板４６が開口２３をシールし、第２の突き棒頭部４３が中空のスリーブ２２内にあるときの、閉じた位置における均圧装置２０を示す。過度な圧力がガス化装置２内において検出された場合、油圧アクチュエータ３８は作動されて、ピストン３９を突き棒４２に当てるように移動し、さらに、突き棒４２はセラミック製のシール板４６に当たる。セラミック製の板４６および第２の突き棒頭部４３は、管状壁３にある開口２３から押し出される。均圧装置２０のこの開口位置は、図２Ｂに示される。
【００２７】
加圧された反応ガスは、突き棒４２の中間部４４と中空のスリーブ２２の内側との間の空間４５を通って、出口４７へと向かって自由に流れることができ、その出口４７で、ガス化装置２の壁３と圧力容器９との間の環状の空間に入る。しばらく経過すると、ガス化装置２と圧力容器９の壁との間の環状の空間における圧力は、ガス化装置２の内部の圧力と均等になる。
【００２８】
図３は、圧力測定装置２１を示す。図２の実施形態と同様に、測定装置２１は、管状壁３から外向きに延びる中空円筒状のスリーブ４８を備える。スリーブ４８は、管状壁組立体３における開口４９に接続される。管状路１１は、フィン（図示せず）によって互いに連結されている。
【００２９】
管状壁３に接続された端において、スリーブ４８は、二重壁とされた円筒部５０を備え、その円筒部５０は、冷却剤入口５１と冷却剤出口５２とを備えた二重壁の間に環状で筒形の冷却剤流路を規定する。反対の端では、スリーブ４８は、二重壁部５０に対して整列する、単一の壁とされた円筒部５３を備える。単一の壁部５３の外側の端は、圧力路５６の通路のための開口５５を備えた蓋５４で閉鎖される。圧力路５６は、圧力容器９の壁にある開口５７へと通じる。開口５７に嵌まり込むバス５８は、圧力容器９から外向きに延びる。バス５８は、圧力センサ６１を支持する蓋６０とフランジ接続するための、フランジ端部５９を備えており、圧力センサ６１は、蓋６０にある閉鎖弁６２および開口６３を介して、圧力路５６の内容物と作動可能に接している。
【００３０】
管状壁３にある開口４９では、スリーブ４８は、耐熱性の材料６６で満たされた金属製のケーシング６５を備える耐熱性の箱６４によって包囲され、耐熱性の材料６６には、管状壁３の管状路１１のバイパス部６７が埋め込まれている。
【００３１】
単一の壁部５３において、スリーブ４８は、パージガスの供給源（図示せず）に接続するための入口６８を備える。スラグの堆積によって開口４９を塞いでしまうのを防止するために、パージガスは、スラグの堆積を吹き飛ばすように用いられてもよい。パージガスは、例えば、窒素であってもよい。
【００３２】
ガス化装置のガスは、開口４９を通ってスリーブ４８へと、また、圧力路５６を自由に流れる。ガスは、熱流路として作用する、スリーブ４８の二重壁とされた部分５０で冷却される。その結果、圧力センサの近くにあるガスは、ガス化装置２に含まれるガスと同じ圧力を有するが、より低い温度であり、これは、圧力センサ６１が適切に作動するに十分低い温度である。圧力センサ６１は、圧力容器９の外部において容易に近づくことができ、表示部が設けられてもよい。
【００３３】
任意で、管状壁３と圧力容器９の壁との間の環状の空間における圧力を測定するために、第２の圧力センサがシステムに一体化される。これにより、ガス化装置と、ガス化装置２と圧力容器９の壁との間の環状の空間との間の差圧が、決定される。
【００３４】
任意で、例えば、３つ以上といった、２つ以上の圧力測定装置２１が、異なる箇所でガス化装置における圧力を測定するために用いられてもよい。
尚、本発明は、特許請求の範囲に記載されるものの他、以下の態様を含む。
１．圧力容器（９）内に配置された管状の気密壁（３）を有するガス化装置（２）を備える、ガス化反応装置（１）であって、１つまたは複数の圧力反応装置（２０、２１）を備えており、前記１つまたは複数の圧力反応装置（２０、２１）は、前記気密壁の開口（２３、４９）から外向きに延びる、冷却部（２４、５０）を有するスリーブ（２２、４８）を備える、ガス化反応装置（１）。
２．前記スリーブの前記冷却部（２４、５０）に、環状の冷却剤流路を囲む二重壁が設けられている、上記１．に記載のガス化反応装置。
３．前記気密壁は、少なくとも部分的に、互いに連結された平行な管状路（１１）から形成されており、前記管状路は、１つまたは複数の前記開口（２３）のうちの少なくとも１つの周囲において、前記ガス化装置（２）の外側でバイパスされる、上記１．または２．に記載のガス化反応装置。
４．突き棒（４２）が、前記スリーブ（２２）内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、前記ガス化装置の気密壁の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である、上記１．から３．のいずれか一つに記載のガス化反応装置。
５．前記突き棒（４２）は、アクチュエータ（３８）の作動範囲内にある、上記４．に記載のガス化反応装置。
６．１つまたは複数の前記開口（４９）のうちの少なくとも１つにおける、前記スリーブ（４８）によって囲まれた空間が、圧力センサ（６１）に作動的に接続される、上記１．から５．のいずれか一つに記載のガス化反応装置。
７．前記圧力センサ（６１）は、前記圧力容器（９）の外部に配置され、圧力路（５６）が、前記スリーブを前記圧力センサに接続する、上記６．に記載のガス化反応装置。
８．第２の圧力センサが、前記圧力容器（９）と前記ガス化装置の気密壁（３）との間の圧力を測定して差圧を決定する、上記７．に記載のガス化反応装置。
９．前記ガス化装置の壁（３）は、少なくとも部分的に、フィンによって互いに気密状態に連結された平行な管状の冷却剤路（１１）から形成されており、１つまたは複数の前記開口のうちの少なくとも１つは、前記フィンのうちの１つまたは複数における、１つまたは複数の局所的な途切れ部によって形成される、上記１．から８．のいずれか一つに記載のガス化反応装置。
１０．耐熱性ライニング（２７、６２）が、前記開口の周囲で、前記スリーブの前記冷却部を取り囲む、上記１．から９．のいずれか一つに記載のガス化反応装置。
１１．前記開口のうちの一つをバイパスする前記管状路（１１）の１つまたは複数の部分が、前記スリーブ部分の周囲で前記耐熱性ライニング（２７、６４）に埋設される、上記１０．に記載のガス化反応装置。
１２．前記スリーブ（２２）は、パージガス入口（６５）を備える、上記１．から１１．のいずれか一つに記載のガス化反応装置。
１３．ガス化反応装置での使用に適した均圧装置（２０）を備える圧力反応装置であって、冷却部（２４）を有するスリーブ（２２）と、前記スリーブ内において、前記スリーブを閉鎖する第１の位置と、前記スリーブが少なくとも部分的に開いて、ガス化装置の気密壁（３）の一方側から他方側への通路を形成する第２の位置との間で摺動可能である突き棒（４２）とを備える圧力反応装置。
１４．ガス化反応装置での使用に適した圧力測定装置（２１）を備える圧力反応装置であって、冷却部（５０）を有するスリーブ（４８）と、圧力センサ（６１）と、前記スリーブの内部空間から前記圧力センサへと通じる圧力路（５６）とを備える圧力反応装置。
１５．気密壁（３）を備えるガス化装置（２）を有する圧力反応装置を用いる方法であって、熱流路が、前記気密壁の開口（２３、４９）から外向きに延びる、冷却部（２４、５０）を備えるスリーブ（２２、４８）によって形成され用いられる方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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