(57)【要約】  炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造するための方法及び反応器。複数の同軸バーナー流路を有し、少なくとも１つの流路は非気体状炭化水素供給材料の流れを供給し、少なくとも１つの他の流路は気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給し、少なくとも１つの更なる流路は非炭化水素モデレーターガスを供給するバーナーを用いる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
・非気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・酸化剤ガスを供給する少なくとも１つの流路；
・別個にモデレーターガスを供給する少なくとも１つの流路；
を含む、複数の同軸流路を有するバーナーを用いて、炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造する方法であって、
非気体状炭化水素供給材料を供給する流路は、２つの隣接する流路の間に配置されており、２つの隣接する流路は、モデレーターガスの流れ又は気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給する、上記方法。
【請求項２】
非気体状炭化水素供給材料を供給する流路が、２つの隣接する流路の間に配置されており、２つの隣接する流路は、それぞれ、モデレーターガスの流れ及び気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気体状炭化水素供給材料が、少なくとも一部は、中央の流路を通して供給される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
気体状炭化水素供給材料が、少なくとも一部は、外側の流路を通して供給される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
気体状炭化水素供給材料が、１つの流路のみを通して供給される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
気体状炭化水素供給材料を供給する流れの少なくとも１つが、水蒸気及び炭化水素ガスの混合物である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
気体状炭化水素供給材料が３０〜７０重量％、例えば４５〜５５重量％の範囲の炭化水素ガス含量を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
気体状炭化水素供給材料が天然ガスである、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
モデレーターガスが水蒸気である、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
非気体状炭化水素供給材料が油を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
・気体状炭化水素供給材料を供給する第１の内部中央流路；
・酸化剤ガスを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・水蒸気の流れを供給する第５の流路；
・酸化剤ガスを供給する第６の流路；及び
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第７の流路；
を含む同軸流路を有するバーナーを用いる、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
・酸化剤ガスの第１の流れを供給する第１の内部中央流路；
・第１の流れの流速よりも速い流速を有する酸化剤ガスの第２の流れを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第５の流路；
を含む同軸流路を有するバーナーを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造するための反応器であって、
該反応器が複数の同軸バーナー流路を有するバーナーを含み、バーナーが、
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する第１の内部中央流路；
・酸化剤ガスを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・水蒸気の流れを供給する第５の流路；
・酸化剤ガスを供給する第６の流路；及び
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する外側の第７の流路；
を含む、上記反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の同軸バーナー流路を有するバーナーを用いて、炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造するための方法及び反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成ガスは一酸化炭素及び水素ガスを含む気体であり、通常は燃料ガスとしてか、又はメタノール、アンモニア、種々の他の化学物質、或いは気体状又は液体状炭化水素を合成するための供給材料として用いられる。
【０００３】
ＥＰ０３４３７３５Ａ２においては、５つの同軸流路を有するマルチオリフィスバーナーを用いて、液体又は固体燃料の部分燃焼によって合成ガスを製造する方法が開示されている。炭化水素ガスは、中央の流路及び外側の環状流路を通して供給する。この公知のプロセスの欠点は、特に燃料が大きな割合の揮発性炭化水素を有する液体である場合に、燃料を酸化剤ガスから分離する流路の先端において炎がおさまる可能性があることである。これにより流路の熱劣化が引き起こされる可能性がある。
【０００４】
ＵＳ７，５６９，１５６においては、水蒸気供給流路によって油流路が酸化剤ガス流路から分離されているマルチオリフィスバーナーを用いる、別の合成ガス製造プロセスが開示されている。
【０００５】
多くの用途に関して、Ｈ２：ＣＯの特定の比の合成ガスを生成させることが重要である。他の用途に関しては、高いＨ２含量を有する合成ガスを生成させることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州出願公開第０３４３７３５号
【特許文献２】米国特許第７，５６９，１５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、安定で制御可能なプロセス条件下において、制御可能なＨ２含量を用いて合成ガスを製造するための方法及び反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、
・非気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・酸化剤ガスを供給する少なくとも１つの流路；
・モデレーターガスを供給する少なくとも１つの流路；
を含む複数の同軸流路を有するバーナーを用いて、炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造する方法によって達成することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
モデレーターガスは、例えば、水蒸気、二酸化炭素、又はこれらの混合物を含む非炭化水素ガスである。
【００１０】
油の流れを供給する流路は、例えば、モデレーターガスの流れを供給する２つの隣接する流路の間、又は気体状炭化水素を含む流れを供給する２つの隣接する流路の間、或いはそれぞれモデレーターガスの流れ及び気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給する２つの隣接する流路の間に配置することができる。これによって、導管先端の熱劣化が回避され、これにより反応器温度の変動がより少なくなることが見出された。
【００１１】
気体状炭化水素供給材料は、例えば単一の流路、例えば中央の流路又は外側の流路を通してか、或いは１つより多い流路を通して供給することができる。或いは、気体状炭化水素供給材料は、所望の場合には本流路の任意の他のものを通して供給することができる。特定の態様においては、気体状炭化水素供給材料は、同軸マルチオリフィスバーナー、例えば７つの同軸流路を有するバーナーの外側の環状流路及び中央の流路を通して供給することができる。
【００１２】
気体状炭化水素供給材料は、例えば、純粋な炭化水素ガスを含んでいてよく、或いはモデレーターガス及び炭化水素ガス並びに場合によっては他の気体の混合物であってよい。炭化水素ガスを含む流れは、例えば、３０〜７０重量％、例えば４５〜５５重量％の範囲の炭化水素ガス含量を有していてよい。内容物の残りは、例えば水蒸気及び場合によっては更なる気体を含む可能性がある。気体状炭化水素供給材料を含む１つより多い流れを用いる場合には、これらは同じ組成又は異なる組成を有していてよい。
【００１３】
気体状炭化水素供給材料は、例えば主としてメタンを含む天然ガスを含んでいてよい。メタン含量は、例えば約８０〜１００重量％であってよい。エタン、プロパン、ブタン、及びイソブタンも存在していてよい。
【００１４】
酸化剤ガスは酸素を含む任意の気体であってよい。好適な例は、空気、及び例えば９５体積％以上の酸素含量を有する精製酸素ガスである。場合によっては、酸化剤は、水蒸気のようなモデレーターガスと予め混合することができる。モデレーターガスの含量は、例えば約１０重量％〜約３０重量％の間であってよい。
【００１５】
非気体状炭化水素供給材料は固体又は液体であってよい。合成ガスを固体燃料で製造する場合には、気体中又は油若しくは水のような液体中に分散させた粉炭のような粒子状炭化水素材料を使用することができる。好適な液体燃料としては、例えば、天然ガソリン、灯油、軽油、ナフサ、ディーゼル燃料、原油、並びに、原油、タールサンド、シェールオイル、又は石炭抽出物に対して蒸留又は抽出のような分離法を適用した後に残留する残留生成物を挙げることができる。酸素のような他の原子を含む炭化水素も、かかる原子の含量が自燃性に対する障害を回避するのに十分に低いならば用いることができる。例えば、バーナーに供給される時点での炭化水素供給材料の温度において測定して１〜３０００ｃＳｔの間、又は１〜１０００ｃＳｔの間の動粘度を有する重質原油残留物が特に好適である。
【００１６】
具体的な精製においては、
・酸化剤ガスの流れを供給する第１の内部の中央の流路；
・水蒸気を含む流れを供給する隣接する環状の第２の流路；
・油を含む流れを供給する第３の流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第４の流路；
を含む同軸流路を備えたバーナーを用いることができる。    
【００１７】
更なる具体的な精製においては、
・酸化剤ガスの第１の流れを供給する第１の内部の中央の流路；
・第１の流れの流速よりも高い流速を有する酸化剤ガスの第２の流れを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第５の流路；
を含む同軸流路を備えたバーナーを用いることができる。
【００１８】
第１の流れの流速は、例えば、第２の流れの流速の約１０〜５０％、例えば２０〜４０％であってよい。場合によっては、中央の流路内の酸化剤ガスの流れは、炭化水素ガスを含む流れによって置き換えることができる。
【００１９】
更なる精製においては、
・酸化剤ガスを供給する第１の内部の中央の流路；
・水蒸気の流れを供給する第２の流路；
・油を含む流れを供給する第３の流路；
・水蒸気の流れを供給する第４の流路；
・酸化剤ガスを供給する第５の流路；及び
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する外側の第６の流路；
を含む６つの同軸流路を備えたバーナーを用いることができる。
【００２０】
更に他の精製においては、
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する第１の内部の中央の流路；
・酸化剤ガスを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・水蒸気の流れを供給する第５の流路；
・酸化剤ガスを供給する第６の流路；及び
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する外側の第７の流路；
を含む７つの同軸流路を備えたバーナーを用いることができる。
【００２１】
場合によっては、第１の流路内の気体状炭化水素供給材料は酸化剤ガスの流れによって置き換えることができ、或いは第７の流路内の気体状炭化水素供給材料は水蒸気の流れによって置き換えることができる。
【００２２】
当業者であれば、本発明の範囲内の他の組み合わせを想到することができるであろう。
【００２３】
中央の流路を通る水蒸気と天然ガスの混合物のような気体状炭化水素供給材料を含む１つ又は複数の流れは、例えば、５〜８５ｍ／秒、より特には約２５〜約６５ｍ／秒の媒体流速を有していてよい。
【００２４】
酸化剤ガスを含む１つ又は複数の流れは、例えば、約５０〜約１５０ｍ／秒、より特には約８０〜約１２０ｍ／秒の媒体流速を有していてよい。
【００２５】
水蒸気のようなモデレーターガスを含む１つ又は複数の流れは、例えば、５〜８５ｍ／秒、より特には約２５〜約６５ｍ／秒の媒体流速を有していてよい。
【００２６】
油のような非気体状炭化水素供給材料は、例えば、約１５ｍ／秒以下、より特には約７〜約１２ｍ／秒の媒体流速を有していてよい。
【００２７】
種々の流れの速度は、同軸流路の容量によって流れを適切に調整することによって変化させることができる。
【００２８】
特定の態様においては、本方法は、約０．１〜１２ＭＰａ、例えば約０．５〜６ＭＰａの間の圧力で行うことができる。反応器内の温度は、通常は約１０００℃〜約１８００℃の範囲である。
【００２９】
本発明方法によって、約０．７５（例えば、液体に対する炭化水素ガスの質量流量比が非常に低いか０である場合）乃至約１．２５（例えば、液体に対する炭化水素ガスの質量流量比が非常に高く、例えば１である場合）の間の任意のＨ２／ＣＯ比を達成することが可能になる。
【００３０】
本方法は、複数の同軸バーナー流路を有し、少なくとも１つの流路は非気体状炭化水素供給材料の供給口に動作可能に接続されており、少なくとも１つの他の流路は気体状炭化水素供給材料の供給口に動作可能に接続されており、少なくとも１つの流路はモデレーターガスの供給口に動作可能に接続されているバーナーを含む反応器を用いて実施することができる。
【００３１】
特定の態様においては、本方法は、７つの同軸流路：
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する第１の内部の中央の流路；
・酸化剤ガスを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・水蒸気の流れを供給する第５の流路；
・酸化剤ガスを供給する第６の流路；
・気体状炭化水素供給材料の流れを供給する外側の第７の流路；
を含むバーナーを含む反応器を用いて実施することができる。
【００３２】
場合によっては、第１の流路内の気体状炭化水素供給材料は酸化剤ガスの流れによって置き換えることができ、或いは第７の流路内の気体状炭化水素供給材料は水蒸気の流れによって置き換えることができる。
【００３３】
バーナーには、バーナーの排気口における複数のスリット、及び水のような冷却流体のための内部流路を有する中空壁部材を含ませることができる。場合によっては、これらの流路はバーナーの排気口に集中させることができる。バーナーには、バーナーの運転中或いは加熱／停止状態中の熱負荷に耐えるためにバーナー壁の外側表面に接近して隣接している手段の上に適用されているか又はそれによって懸下されているセラミック又は耐火性ライニングを更に与えることができる。流路には、所望の場合には引っ込んでいるか又は突出している１つ又は複数の出口を与えることができる。
【００３４】
反応器には、その下端に一酸化炭素及び水素の混合物のための出口を有する垂直に配向された円筒形の容器のような容器を更に含ませることができる。バーナーは、例えば反応容器の上端に配置することができる。
【００３５】
場合によっては、反応器には所望の場合には１つより多いバーナーを与えることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月14日(2013.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・非気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する少なくとも１つの流路；
・酸化剤ガスを供給する少なくとも１つの流路；
・別個にモデレーターガスを供給する少なくとも１つの流路；
を含む、複数の同軸流路を有するバーナーを用いて、炭化水素供給材料の部分燃焼によって合成ガスを製造する方法であって、
非気体状炭化水素供給材料を供給する流路は、２つの隣接する流路の間に配置されており、
２つの隣接する流路の両方が、モデレーターガスの流れ又は気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給するか、または
２つの隣接する流路の各々が、それぞれ、モデレーターガスの流れ及び気体状炭化水素供給材料を含む流れを供給する、上記方法。
【請求項２】
気体状炭化水素供給材料が、少なくとも一部は、中央の流路を通して供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
気体状炭化水素供給材料が、少なくとも一部は、外側の流路を通して供給される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
気体状炭化水素供給材料が、１つの流路のみを通して供給される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
気体状炭化水素供給材料を供給する流れの少なくとも１つが、水蒸気及び炭化水素ガスの混合物である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
気体状炭化水素供給材料が３０〜７０重量％、例えば４５〜５５重量％の範囲の炭化水素ガス含量を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
気体状炭化水素供給材料が天然ガスである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
モデレーターガスが水蒸気である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
非気体状炭化水素供給材料が油を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
・気体状炭化水素供給材料を供給する第１の内部中央流路；
・酸化剤ガスを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・水蒸気の流れを供給する第５の流路；
・酸化剤ガスを供給する第６の流路；及び
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第７の流路；
を含む同軸流路を有するバーナーを用いる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
・酸化剤ガスの第１の流れを供給する第１の内部中央流路；
・第１の流れの流速よりも速い流速を有する酸化剤ガスの第２の流れを供給する隣接する環状の第２の流路；
・水蒸気の流れを供給する第３の流路；
・油を含む流れを供給する第４の流路；
・気体状炭化水素供給材料を供給する外側の第５の流路；
を含む同軸流路を有するバーナーを用いる、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2015504033.tif 000002
2015504033.tif 000003
2015504033.tif 000004
2015504033.tif 000005