(57)【要約】熱交換器（１）内に過熱器（９）を配置してなる、熱ガス用熱交換器の冷却水から生成した水蒸気の加熱装置；該装置で行なう水蒸気の加熱方法；及び該水蒸気加熱方法を含む炭化水素質供給原料のガス化方法。
2004525336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水区画、冷却すべき熱ガスの入口、冷却されたガスの出口、加熱された水蒸気の出口、及び発生した水蒸気を維持するための収集空間を有する主熱交換容器を備えた、熱ガス用熱交換器の冷却水から生成する水蒸気の加熱装置であって、更に
前記冷却水区画に配置され、前記熱ガス入口に流動可能に接続した少なくとも１つの主蒸発器管、
前記発生水蒸気の維持用収集空間から該収集空間の水蒸気出口経由で発生水蒸気を取り出すための少なくとも１つの水蒸気管、
前記冷却水区画に配置され、前記発生水蒸気を主蒸発器管からの部分的に冷却されたガスによって更に加熱する少なくとも１つの管−シェル型副熱交換容器“過熱器モジュール”であって、過熱器モジュールの管側には主蒸発器管が流動可能に接続し、かつ過熱器のシェル側には、熱交換がほぼ並流で起こるように、発生水蒸気取り出し用水蒸気管が流動可能に接続した該過熱器モジュール、及び
前記冷却水区画に配置され、かつ一端が過熱器モジュールのガス出口に流動可能に接続し、その下流端が冷却ガス出口に接続した副蒸発器管、
を有する該加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置で行なわれる水蒸気の加熱方法。
【請求項３】
主及び副蒸発器管の表面積は、冷却ガス出口での温度が長期間、好ましくは３５０日より長い期間に亘って４５０℃未満に維持できるように選択される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱ガスが、液状又はガス状炭化水素質供給原料のガス化により製造した合成ガスである請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記合成ガスが、３６０℃を越える沸点を有する炭化水素質成分を少なくとも９０重量％含有する液状炭化水素質供給原料のガス化により製造される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱ガスが、煤を少なくとも０．０５重量％、好ましくは少なくとも０．１重量％、更に好ましくは少なくとも０．２重量％含有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記熱ガスが、硫黄を少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．２重量％、更に好ましくは少なくとも０．５重量％含有する請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記ガスが、１２００〜１５００℃、好ましくは１２５０〜１４００℃の範囲の温度から１５０〜４５０℃、好ましくは１７０〜３００℃の範囲の温度に冷却される請求項２〜７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水区画、冷却すべき熱ガスの入口、冷却されたガスの出口、加熱された水蒸気の出口、及び発生した水蒸気を維持するための収集空間を有する主熱交換容器を備えた、熱ガス用熱交換器の冷却水から生じた水蒸気の加熱装置に関する。この冷却水区画には、少なくとも１つの主蒸発器管が配置され、使用時は、主蒸発器管に熱ガスが流れる。この蒸発器管壁での冷却水と熱ガスとの熱交換により、冷却水は蒸発して水蒸気が生成する。この水蒸気は、発生した水蒸気を維持するための収集空間に向かって上方に流れる。この水蒸気は、冷却水区画内に配置された“過熱器モジュール”とも云われる管−シェル型副熱交換容器中で更に加熱される。このような過熱器モジュールでは、この発生水蒸気は、既に主蒸発管で部分的に温度低下したガスによって（ａｇａｉｎｓｔ）加熱される。
【背景技術】
【０００２】
このような装置はＥＰ−Ａ−２５７７１９に記載されている。この刊行物に開示された装置は、シェル−管型熱交換器である浸水式過熱器モジュールで構成されている。この過熱器モジュールでは、部分的に冷却されたガスはモジュールのシェル側に供給され、また水蒸気はモジュールの管側に供給される。この２つの流れは、同時（ｃｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ）操作方式の過熱器内で接触する。
【０００３】
出願人は、ＥＰ−Ａ−２５７７１９の装置を、例えばガス状又は液状炭化水素質供給原料のガス化で製造される合成ガスの場合のように、カーボン、灰分及び／又は硫黄のような汚染物を含むガスの冷却に使用すると、漏れが生じる恐れがあることを見い出した。ガス側での装置の汚染は、漏れの原因になると考えられる。装置は定期的に清掃しているが、漏れの問題は付きまとっている。特に合成ガスを液状炭化水素、特に重質油残留物のガス化により製造すると、汚染により、装置の熱交換能力は運転時間と共に徐々に低下する。その結果、熱交換器を出る処理ガスの温度は、運転時間と共に徐々に高くなる。この主熱交換装置を出る処理ガスの温度が特定の温度、通常４００〜４５０℃を越えると、主熱交換器の下流の処理ガスを送る管の温度は、非常に高くなって、管が損傷する恐れがある。このため、管の清掃のため装置を休業しなければならない。管の清掃が必要となった後の装置の運転時間は、“サイクルタイム”と云われている。
【特許文献１】
ＥＰ−Ａ−２５７７１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、サイクルタイムを最大化し、及び／又は漏れの問題を回避する、熱ガス冷却用熱交換器での水蒸気の加熱装置を提供することである。熱ガスは、特に装置の熱交換表面の汚染を引き起こす化合物を含有する熱処理ガスである。このような化合物は、特に煤及び任意に硫黄である。ここで煤とは、カーボン及び灰分のことを云う。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、冷却水区画、冷却すべき熱ガスの入口、冷却されたガスの出口、加熱された水蒸気の出口及び発生した水蒸気を維持するための収集空間を有する主熱交換容器を備えた、熱ガス用熱交換器の冷却水から生成する水蒸気の加熱装置であって、更に、
前記冷却水区画に配置され、前記熱ガス入口に流動可能に接続した少なくとも１つの主蒸発器管、
前記発生水蒸気の維持用収集空間から該収集空間の水蒸気出口経由で発生水蒸気を取り出すための少なくとも１つの水蒸気管、
前記冷却水区画に配置され、前記発生水蒸気を主蒸発器管からの部分的に冷却されたガスによって更に加熱する少なくとも１つの管−シェル型副熱交換容器“過熱器モジュール”であって、過熱器モジュールの管側には主蒸発器管が流動可能に接続し、かつ過熱器のシェル側には、熱交換がほぼ並流で起こるように、発生水蒸気取り出し用水蒸気管が流動可能に接続した該過熱器モジュール、及び
前記冷却水区画に配置され、かつ一端が過熱器モジュールのガス出口に流動可能に接続し、その下流端が冷却ガス出口に接続した副蒸発器管、
を有する該加熱装置によって達成される。
【０００６】
本発明装置は、漏れの問題を回避しながら、サイクルタイムを増大することが見い出された。サイクルタイムの増大は、主として副蒸発器管の存在により達成される。主及び副蒸発器管の熱交換面積は、運転開始時には副蒸発器管では殆ど熱交換が起こらないように設計するのが好適である。運転中、これら蒸発器管及び過熱器管の内側が汚染することにより、副蒸発器管内のガス温度は、徐々に上昇する。次いで副蒸発器管は、ガスの冷却に徐々に関与し始め、これにより冷却ガス出口での温度が上記臨界値に達した後の期間を延ばす。
【０００７】
熱ガスは、過熱器モジュールの管側を流れるので、更に装置の清掃は一層容易となる。そこで、清掃は、例えば蒸発器管及び該蒸発器管に流動可能に接続した過熱器の管にプラグを通すことにより実施できる。
【０００８】
過熱器モジュールでは水蒸気及びガスは、ほぼ並流で流れるので、過熱器モジュールの壁温度が高くなるのが回避される。操作を向流方式に選んだ場合に比べて、熱交換効率が低下するのが欠点である。しかし、本発明の装置を用いると、許容温度の過熱水蒸気が充分な量で製造できることが見い出された。
蒸発器管とは、１つ以上の平行した管を云う。装置の小型化には、蒸発器管はコイル化が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を添付図面に従って更に詳細に説明する。
図１は、本発明装置の概略図である。
図２は、好ましい過熱器モジュールを示す。
【００１０】
図１及び図２において、本発明装置は、冷却水入口２を有する主熱交換容器１を備える。入口２は、主熱交換容器１の内部まで開いている。主熱交換容器１は、更に冷却水用の区画５及び発生した水蒸気を維持するための収集空間３５を有する。収集空間３５は、発生した水蒸気を取り出すため、水蒸気管１８に流動可能に接続した出口３を備える。水蒸気管１８は、主熱交換容器１の内側又は外側に配置できる。収集空間３５から水蒸気を取り出すため、別の手段が存在してもよい。この場合、水蒸気は、更に加熱しないで、他のプロセス流を加熱するのに使用される。主熱交換容器１の内部に水蒸気管１８を配置する方法については、ＥＰ−Ａ−２５７７１９の図１ａに好適な実施態様が図示されている。水滴が出口３に入るのを防止するため、出口３と水蒸気収集空間３５との間に霧（ｍｉｓｔ）マット（図示せず）が存在することが好ましい。通常の操作中、冷却水は、冷却水供給導管４経由で主熱交換容器１に供給される。この場合、主熱交換容器１の冷却水区画５は、冷却水で満たされる。本装置は、熱ガス入口７及び出口８を有する主蒸発器管束６を備える。主蒸発器管束６は、冷却水区画５中に配列される。本装置は、更に過熱器モジュール９を備える。過熱器モジュールは、入口１２及び出口１３付きの副管束１１を有する容器１０を備える。上記入口１２は、主蒸発器管束６に連通している。過熱器モジュール９のシェル側は、水蒸気入口１５経由で水蒸気導管１８に流動可能に接続している。水蒸気は、過熱器モジュール９で加熱され、水蒸気出口１７経由で過熱水蒸気導管１９に放出される。入口１５、１２及び出口１７、１３は、好ましくは熱ガス及び水蒸気が、過熱器モジュール９、好ましくは長い過熱器モジュールをほぼ並流で流れるように配列される。図２は、好適な過熱器モジュールを更に詳細に図示したものである。
【００１１】
こうして本装置は、主熱交換容器１の水蒸気出口３から容器１０の水蒸気入口１５を経由し、過熱器９のシェル側１６を通って過熱水蒸気出口１７まで伸びる水蒸気流路を有する。出口１７からは、過熱水蒸気が導管１９経由で放出される。
過熱器モジュール９の出口１３からは、冷却されたガスが副蒸発器管２１に放出される。副蒸発器管２１は、更に冷却ガスの出口２７に流動可能に接続している。
【００１２】
通常の操作中、主熱交換容器１の下流のガス放出導管、即ち導管２７内のガスの温度は、主及び副蒸発器並びに過熱器管束の汚染により、熱ガスの所定スループットのため徐々に上昇する。副蒸発器管に入るガスの温度は、やがて上昇するので、結局、副蒸発器管は、徐々に熱ガスの冷却に寄与することになる。副蒸発器管に対し充分大きな熱交換面積を選択することにより、出口２７経由で本装置を出るガスの温度は、好適には４５０℃未満に保持できる。副蒸発器管の表面積は、好ましくは主蒸発器管の表面積の少なくとも５０％である。更に好ましくは副蒸発器管の表面積は、主蒸発器管の表面積の少なくとも７５％であり、最も好ましくは１００％を越える。
【００１３】
温度測定器２８は、導管２７内を流れるガスの温度を主熱交換容器１の直ぐ下流の点で測定できる。
本発明装置から放出された過熱水蒸気の温度は、水の添加により調節できる。これにより、過熱水蒸気の温度は低下すると同時に、水蒸気の製造量が増大する。図１は、水の添加方法の好ましい実施態様を示す。図１に示すように、導管１９経由で放出された過熱水蒸気の温度は、温度測定器３０により測定される。測定データは、制御ユニット（図示せず）に供給される。ここで制御ユニットは、急冷部３２で導管１９に添加した水の量をバルブ３１により制御している。
【００１４】
ガス放出導管２７中の冷却されたガスは、主熱交換容器１に入る前に、冷却水との熱交換により更に冷却される。したがって本発明装置は、冷却水によってガスを冷却するための補助熱交換器３３を備えることが好ましい。
【００１５】
図２は、水蒸気の入口３６及び加熱された水蒸気の出口３７、熱ガスの入口３８及び熱ガスの出口３９付きの好ましい過熱器モジュール９を示す。熱ガス入口３８は、コイル管４０に流動可能に接続している。コイル管４０は、管状外壁４２と管状内壁４３と底４４と屋根４５とで形成された環状空間内に配置されている。管状壁４２、４３は、コイル管４０の外側で、かつ環状空間４１内で螺旋形空間４６が形成されるように、コイル管４０に対面して配置されている。この螺旋形空間４６の一端は、水蒸気入口３６に流動可能に接続し、またその反対端は、水蒸気出口３７と流動可能に接続している。この配置構成により、水蒸気は、コイル管４０を流れる熱ガスと並流で螺旋空間４６を流れる。明確にするため、図２には、１つのコイル４０及び１つの螺旋空間４６だけ示した。環状空間４１には、２つ以上の並列したコイルや螺旋が配置できることは明らかであろう。
【００１６】
１つの主熱交換器容器１は、１つより多い、好適には１〜５個の過熱器モジュール９を備えてよい。図２に示すような過熱器モジュール９は、降水管（図示せず）と接続できる。降水管は、水を主熱交換容器１の下端に流すことができる。好適には、前記降水管の管状内壁４３は、下方に水を流すため、前記過熱器モジュール９に接続させる。
【００１７】
本発明装置は、熱ガス、好ましくは主として煤及び／又は硫黄で汚染された熱ガスの冷却用熱交換器において水蒸気を過熱する方法に使用するのが好適である。この方法は、煤及び硫黄を含有する合成ガスの冷却に特に好適で、このような合成ガスは、液状又はガス状炭化水素質供給原料、好ましくは重質油残留物、即ちビスブレーキング残留物、アスファルト、及び真空フラッシュ分解残留物のような沸点が３６０℃を越える成分を少なくとも９０重量％含有する液状炭化水素質供給原料、のガス化により製造される。重質油残留物から製造された合成ガスは通常、煤を０．１〜１．５重量％及び硫黄を０．１〜４重量％含有する。
【００１８】
煤や硫黄が存在するため、このような熱ガスを送る管に汚染が生じ、運転時間と共に汚染が増大し、熱交換器及び過熱器での熱交換に支障をきたす。
本発明方法において冷却すべき熱ガスは通常、１２００〜１５００℃、好ましくは１２５０〜１４００℃の範囲の温度を有し、好ましくは１５０〜４５０℃、更に好ましくは１７０〜３００℃の範囲の温度に冷却される。
【００１９】
本発明方法で製造された過熱水蒸気の少なくとも一部は、炭化水素質供給原料のガス化方法に有利に使用できる。このようなガス化方法は、当該技術分野で公知であり、炭化水素質供給原料、分子状酸素及び水蒸気がガス化器に供給され、合成ガスに転化される。したがって本発明は、更に
（ａ）炭化水素質供給原料、分子状酸素含有ガス及び水蒸気をガス化反応器に供給する工程、
（ｂ）該供給原料、分子状酸素含有ガス及び水蒸気をガス化して、ガス化反応器中に熱合成ガスを得る工程、
（ｃ）工程（ｂ）で得られた熱合成ガスを冷却し、これにより前記定義した装置で水蒸気を加熱する工程
を含む炭化水素質供給原料のガス化方法であって、工程（ａ）においてガス化反応器に供給される水蒸気の少なくとも一部は工程（ｃ）で得られる該方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の概略図である。
【図２】好ましい過熱器モジュールを示す。
【符号の説明】
【００２１】
１    主熱交換容器
２    冷却水入口
３    発生水蒸気取出用出口
４    冷却水供給管
５    冷却水区画
６    主蒸発器管束
７    熱ガス入口
８    熱ガス出口
９    過熱器モジュール又は管−シェル型副熱交換容器
１０  容器
１１  副管束
１２  副管束の入口
１３  副管束の出口
１５  水蒸気入口
１８  水蒸気管
１９  過熱水蒸気管
２１  副蒸発器管
２７  冷却されたガスの放出管又は出口
３０  温度測定器
３２  急冷部
３３  補助熱交換器
３５  発生水蒸気の維持空間
３６  水蒸気入口
３７  加熱水蒸気出口
３８  熱ガス入口
３９  熱ガス出口
４０  コイル管
４１  環状空間
４２  管状外壁
４３  管状内壁
４４  底
４５  屋根
４６  螺旋形空間
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004525336.tif 000018
2004525336.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525336.tif 000020
2004525336.tif 000021
【国際調査報告】
2004525336.tif 000022
2004525336.tif 000023