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JP3484536B2 - Combustion unit for producing carbon monoxide and hydrogen - Google Patents
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JP3484536B2 - Combustion unit for producing carbon monoxide and hydrogen - Google Patents

Combustion unit for producing carbon monoxide and hydrogen

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JP3484536B2
JP3484536B2 JP2000028689A JP2000028689A JP3484536B2 JP 3484536 B2 JP3484536 B2 JP 3484536B2 JP 2000028689 A JP2000028689 A JP 2000028689A JP 2000028689 A JP2000028689 A JP 2000028689A JP 3484536 B2 JP3484536 B2 JP 3484536B2
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carbon monoxide
combustion
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新一 三宅
公夫 飯野
伸吾 村上
陽太郎 大野
契一 奥山
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Taiyo Nippon Sanso Corp
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Nippon Sanso Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素、水素
生成用燃焼装置に関し、詳しくは、有機物合成用の原料
として用いられる一酸化炭素及び水素を効率よく生成す
ることができる燃焼装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustion device for producing carbon monoxide and hydrogen, and more particularly to a combustion device capable of efficiently producing carbon monoxide and hydrogen used as raw materials for synthesizing organic substances.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】各種有
機物の合成用原料となる一酸化炭素や水素を生成する方
法として、炭素質あるいは炭化水素質燃料を、酸素比が
1.0未満の酸素で燃焼させることにより、一酸化炭素
や水素を含む燃焼ガスを得る方法が知られている。
2. Description of the Related Art As a method for producing carbon monoxide or hydrogen as a raw material for synthesizing various organic substances, carbonaceous or hydrocarbonaceous fuel is prepared by using oxygen having an oxygen ratio of less than 1.0. A method is known in which a combustion gas containing carbon monoxide and hydrogen is obtained by combusting with.

【0003】しかし、通常のバーナーを使用して酸素比
が1.0未満の状態で燃料を燃焼させると、燃料の熱分
解により、メタン(CH)やアセチレン(C
等の低級炭化水素やすす(炭素)といった不純物も多量
に生成されるため、目的とする一酸化炭素や水素の収率
が低下してしまう。
However, when a normal burner is used to burn a fuel with an oxygen ratio of less than 1.0, thermal decomposition of the fuel causes methane (CH 4 ) and acetylene (C 2 H 2 ) to be burned.
Since impurities such as lower hydrocarbons and soot (carbon) are also produced in large amounts, the yield of the target carbon monoxide and hydrogen is reduced.

【0004】このため、例えば、特開平3−19120
1号公報に記載の方法では、燃料としてのブタンと酸化
剤(酸素あるいは酸素含有ガス)と水蒸気とを特定の割
合にしてバーナーから噴出させ、水蒸気を含む状態で燃
焼させることにより、すすの生成を抑制するようにして
いる。
Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 19120/1993
In the method described in Japanese Patent Publication No. 1, butane as a fuel, an oxidizer (oxygen or oxygen-containing gas) and water vapor are ejected from a burner at a specific ratio and burned in a state containing water vapor to generate soot. Is trying to suppress.

【0005】しかし、このように水蒸気を添加する方法
では、すすの発生を抑制することは可能であるが、多量
の水蒸気を添加するため、熱平衡計算から予測される理
論上の一酸化炭素及び水素の収率が低下してしまうとい
う問題がある。
However, although the method of adding steam as described above can suppress the generation of soot, since a large amount of steam is added, the theoretical carbon monoxide and hydrogen predicted from the thermal equilibrium calculation are added. However, there is a problem in that the yield of is reduced.

【0006】また、一般的な水蒸気添加による方法で
は、水蒸気を燃料に添加混合したり、燃料ノズルと酸化
剤ノズルとの間のノズルから水蒸気を噴出させたりして
いるため、水蒸気が燃料と酸素との接触を妨げ、燃料が
酸素と接触しないまま高温領域に至り、熱分解して低級
炭化水素が発生し易くなるという問題がある。
In addition, in the general method of adding steam, the steam is added to and mixed with the fuel, and the steam is ejected from the nozzle between the fuel nozzle and the oxidizer nozzle. There is a problem in that the fuel will reach a high temperature region without contacting oxygen and will be thermally decomposed to generate lower hydrocarbons.

【0007】例えば、一酸化炭素に対する水素の発生比
率を0.6、即ちH/CO=0.6程度にする場合
は、調整剤として二酸化炭素を添加するようにしてい
る。このとき、すすの発生を防ぐためには、二酸化炭素
の添加量に比例して水蒸気を添加しなければならない
が、水蒸気添加量の増加に伴って燃焼温度(反応温度)
が低下してしまうので、すす発生の抑制には限度があ
り、所望のH/CO比を得ることが困難になってしま
う。さらに、低級炭化水素の発生量も、二酸化炭素の添
加量に比例して増加してしまう。
For example, when the generation ratio of hydrogen to carbon monoxide is set to 0.6, that is, H 2 /CO=0.6, carbon dioxide is added as a regulator. At this time, in order to prevent the generation of soot, it is necessary to add steam in proportion to the amount of carbon dioxide added, but as the amount of steam added increases, the combustion temperature (reaction temperature)
Therefore, there is a limit to the suppression of soot generation, and it becomes difficult to obtain a desired H 2 / CO ratio. Further, the amount of lower hydrocarbons generated also increases in proportion to the amount of carbon dioxide added.

【0008】そこで本発明は、低級炭化水素やすすの発
生を抑制しながら効率よく一酸化炭素及び水素を生成す
ることができる一酸化炭素、水素生成用燃焼装置を提供
することを目的としている。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus for producing carbon monoxide and hydrogen, which can efficiently produce carbon monoxide and hydrogen while suppressing generation of lower hydrocarbons and soot.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置は、燃料
に対する酸素比を1.0未満として燃焼させることによ
り、一酸化炭素、水素を生成する燃焼装置であって、
燃焼装置は、円筒状燃焼室と、該円筒状燃焼室の一端
ら同軸状に挿入されるバーナーとを備え、該バーナーの
先端に前記燃焼室の中心軸を軸線として噴出方向が拡が
った円錐台状のノズル部を設け、該ノズル部に、燃焼室
中心軸方向に調整剤を噴出する調整剤ノズルと、該調整
剤ノズルの外周から燃焼室中心軸と平行な方向に燃料を
噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外周から燃焼室
中心軸線上に焦点を持つように酸化剤を噴出する酸化剤
ノズルとを設け、該酸化剤ノズルを前記燃料ノズルより
も燃焼室中心軸方向前方に位置させ、前記酸化剤の噴出
速度を前記燃料の噴出速度以上とし、かつ、該燃料の噴
出速度を前記調整剤の噴出速度以上としたことを特徴と
している。
In order to achieve the above object, a combustion apparatus for producing carbon monoxide and hydrogen according to the present invention burns carbon monoxide and hydrogen by burning with an oxygen ratio to a fuel of less than 1.0. a combustion apparatus for generating, said
Combustion apparatus includes a cylindrical combustion chamber, or one end of the cylindrical combustion chamber
And a burner that is inserted coaxially from the burner.
At the tip, the injection direction spreads with the central axis of the combustion chamber as the axis.
A truncated cone-shaped nozzle portion is provided, and a regulator agent nozzle for ejecting a regulator agent in the direction of the central axis of the combustion chamber, and a fuel from the outer periphery of the regulator agent nozzle in the direction parallel to the central axis of the combustion chamber are provided in the nozzle portion. A fuel nozzle that ejects and an oxidant nozzle that ejects the oxidant from the outer periphery of the fuel nozzle so as to have a focal point on the center axis of the combustion chamber are provided .
Is also located forward of the central axis of the combustion chamber, and the oxidizer is ejected.
The speed is equal to or higher than the jet speed of the fuel, and the jet of the fuel is
The ejection speed is set to be equal to or higher than the ejection speed of the adjusting agent .

【0010】さらに、前記燃料の噴出速度に対する酸化
剤の噴出速度を1.0〜1.4に設定したこと、また、
前記燃焼室の中心軸方向の長さは、該燃焼室の径の1.
2〜1.6倍に設定すること、さらにまた、前記ノズル
部は、前記燃焼室の一端面を形成すること、また、前記
燃料ノズルから前記焦点までの距離は、前記燃焼室の内
径と同じであること、さらに、前記焦点に対する酸化剤
の噴出方向は、燃焼室中心軸線に対して45度であるこ
とを特徴としている。
Further, the jetting rate of the oxidant with respect to the jetting rate of the fuel is 1.0 to 1. Set to 4, again
The length of the combustion chamber in the central axis direction is 1.
2 to 1.6 times, the nozzle portion forms one end surface of the combustion chamber, and the distance from the fuel nozzle to the focal point is the same as the inner diameter of the combustion chamber. it is, furthermore, injection direction of the oxidizing agent to the focal point is characterized in that is 45 degrees with respect to the combustion chamber central axis.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一酸化炭素、水
素生成用燃焼装置の一形態例を示す断面図である。この
一酸化炭素、水素生成用の燃焼装置10は、耐火物等に
より形成された円筒状の燃焼室11の一端からバーナー
12を同軸状に挿入し、該バーナー12の先端に燃焼室
11の中心軸13を軸線として噴出方向が拡がった円錐
台状のノズル部14を設けたものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a carbon monoxide / hydrogen generating combustion apparatus according to the present invention. In this combustion device 10 for producing carbon monoxide and hydrogen, a burner 12 is coaxially inserted from one end of a cylindrical combustion chamber 11 formed of a refractory material, and the center of the combustion chamber 11 is provided at the tip of the burner 12. A truncated cone-shaped nozzle portion 14 is provided in which the ejection direction is expanded with the shaft 13 as an axis.

【0012】上記ノズル部14は、燃焼室11の一端面
を形成するものであって、このノズル部14には、調整
剤を噴出する調整剤ノズル15と、燃料を噴出する燃料
ノズル16と、酸化剤を噴出する酸化剤ノズル17とが
設けられている。
The nozzle portion 14 forms one end surface of the combustion chamber 11. The nozzle portion 14 has an adjusting agent nozzle 15 for ejecting an adjusting agent and a fuel nozzle 16 for ejecting fuel. An oxidant nozzle 17 for ejecting the oxidant is provided.

【0013】なお、バーナー外周には、バーナー12を
高温の環境から保護するための水冷ジャケット18が設
けられており、この水冷ジャケット18の内周側に、調
整剤や燃料、酸化剤の通路15a,16a,17aが形
成されている。
A water cooling jacket 18 for protecting the burner 12 from a high temperature environment is provided on the outer periphery of the burner, and an inner peripheral side of the water cooling jacket 18 is provided with a passage 15a for the adjusting agent, fuel, and oxidizer. , 16a, 17a are formed.

【0014】調整剤ノズル15は、ノズル部14の中心
に設けられており、前述のH/CO比を制御するため
の調整剤、例えば二酸化炭素や水蒸気を中心軸13方向
に向けて噴出するように形成されている。
The adjusting agent nozzle 15 is provided at the center of the nozzle portion 14, and ejects an adjusting agent for controlling the above-mentioned H 2 / CO ratio, such as carbon dioxide or water vapor, toward the central axis 13. Is formed.

【0015】調整剤ノズル15の外周に設けられた燃料
ノズル16は、中心軸13を中心とした円周上に円環状
に設けられており、燃料を中心軸13と平行な方向に向
けて噴出するように形成されている。
The fuel nozzle 16 provided on the outer periphery of the adjusting agent nozzle 15 is provided in an annular shape on the circumference centered on the central axis 13, and ejects fuel in a direction parallel to the central axis 13. Is formed.

【0016】また、酸化剤ノズル17は、燃料ノズル1
6の外周を包囲するように設けられるものであって、燃
料ノズル16に対して同心円上に、すなわち、中心軸1
3を中心とし、燃料ノズル16より大径の円周上に円環
状に設けられている。この酸化剤ノズル14は、酸化剤
を中心軸13上に焦点19を持つように内側に向けて噴
出するように形成されている。
The oxidant nozzle 17 is the fuel nozzle 1
6 is provided so as to surround the outer periphery of the fuel cell 6 and is concentric with the fuel nozzle 16, that is, the central axis 1
It is provided in an annular shape centering on 3 and having a diameter larger than that of the fuel nozzle 16. The oxidant nozzle 14 is formed so as to eject the oxidant inward so as to have a focal point 19 on the central axis 13.

【0017】このように形成した燃焼装置10におい
て、燃料ノズル16から噴出した燃料は、酸化剤ノズル
17から噴出した酸化剤、例えば酸素と反応して燃焼
し、この燃焼による発熱によって燃焼室11内に高温の
領域が形成される。このとき、燃料と酸素との界面で
は、局所的に完全燃焼が発生して二酸化炭素や水蒸気が
生成されるとともに、燃料に対する酸素比が1.0未満
に設定されていることから、余剰な燃料から多量のすす
が生成したり、未燃焼の燃料の熱分解によって低級炭化
水素が生成したりする。
In the combustion device 10 thus formed, the fuel ejected from the fuel nozzle 16 reacts with the oxidant ejected from the oxidant nozzle 17, for example, oxygen, and burns. A high temperature area is formed in the area. At this time, at the interface between the fuel and oxygen, complete combustion is locally generated to generate carbon dioxide and water vapor, and the oxygen ratio with respect to the fuel is set to less than 1.0. A large amount of soot is generated from this, and lower hydrocarbons are generated by the thermal decomposition of unburned fuel.

【0018】生成したすすは、酸素あるいは完全燃焼で
生成した二酸化炭素や水蒸気あるいは調整剤として添加
された二酸化炭素や水蒸気と高温状態で接触することに
よってこれらと反応し、炭素原子2個と1分子の酸素と
が反応すれば2分子の一酸化炭素が生成し、炭素原子1
個と1分子の二酸化炭素とが反応すれば2分子の一酸化
炭素が生成し、炭素原子1個と1分子の水蒸気とが反応
すれば一酸化炭素と水素とが1分子ずつ生成する。同様
に、低級炭化水素も、酸素や二酸化炭素、水蒸気と高温
状態で接触して反応することにより、一酸化炭素や水素
を生成する。
The soot produced reacts with oxygen or carbon dioxide or water vapor produced by complete combustion or carbon dioxide or water vapor added as a modifier at a high temperature to react with them, and two carbon atoms and one molecule. Reacting with the oxygen in the carbon dioxide produces two molecules of carbon monoxide,
When one reacts with one molecule of carbon dioxide, two molecules of carbon monoxide are produced, and when one carbon atom reacts with one molecule of water vapor, one molecule of carbon monoxide and one molecule of hydrogen are produced. Similarly, lower hydrocarbons also generate carbon monoxide and hydrogen by contacting and reacting with oxygen, carbon dioxide, and water vapor at high temperature.

【0019】そして、燃料ノズル16と酸化剤ノズル1
7とを前述のように配置することにより、酸化剤ノズル
17から噴出した酸素で燃料ノズル16から噴出した燃
料を包み込む遮蔽層を形成することができる。この遮蔽
層は、調整剤や燃料が酸素と接触することなく単体で燃
焼室11内の高温領域に飛び出し、熱分解してすす等を
発生することを抑制する。すなわち、この遮蔽層は、燃
料と酸素との界面で生成したすすを、そのままバーナー
前方に飛び出させることなく、燃料と酸素との界面での
局所的な完全燃焼によって生成した二酸化炭素や水蒸気
と共に燃焼領域に閉じ込め、これらを燃焼領域で混合し
て反応させ、前述のように一酸化炭素や水素を生成させ
るように作用する。
The fuel nozzle 16 and the oxidant nozzle 1
By disposing 7 and 7 as described above, it is possible to form a shielding layer that wraps the fuel ejected from the fuel nozzle 16 by the oxygen ejected from the oxidant nozzle 17. The shielding layer suppresses the regulator and the fuel from jumping out to the high temperature region in the combustion chamber 11 by themselves without thermal contact with oxygen and thermally decomposing to generate soot. In other words, this shielding layer burns the soot generated at the interface between the fuel and oxygen, together with carbon dioxide and water vapor generated by the local complete combustion at the interface between the fuel and oxygen, without directly ejecting the soot. It is confined in the region, and these are mixed and reacted in the combustion region to act to generate carbon monoxide and hydrogen as described above.

【0020】さらに、上記遮蔽層を突き抜けてすす等が
飛び出しても、分散することなく高温の燃焼室11内に
保持されるので、該燃焼室11内の高温雰囲気下で酸素
や二酸化炭素、水蒸気と反応して一酸化炭素や水素を生
成することになる。
Further, even if soot or the like is blown out through the shielding layer, the soot is retained in the high temperature combustion chamber 11 without being dispersed, so that oxygen, carbon dioxide and water vapor are kept in the high temperature atmosphere in the combustion chamber 11. Reacts with to produce carbon monoxide and hydrogen.

【0021】したがって、この燃焼装置10での燃焼に
よって得られる生成ガスは、すすや低級炭化水素をほと
んど含まず、一酸化炭素や水素を多量に含むものとな
る。
Therefore, the product gas obtained by the combustion in the combustion device 10 contains almost no soot or lower hydrocarbons but a large amount of carbon monoxide or hydrogen.

【0022】上述のような一酸化炭素、水素の生成形態
は、燃焼室11の径や長さ、ノズル部14の形状、燃料
の種類、酸化剤の酸素濃度、要求されるH/CO比、
不純物であるすす等の許容量等に応じて実験等によって
最適な状態を選択することによって形成されるものであ
るが、一般的には、酸化剤ノズル17から噴出する酸化
剤の噴出速度を、燃料ノズル16から噴出する燃料の噴
出速度よりも高速にすることにより、前記遮蔽層を効果
的に作り出すことができる。この燃料の噴出速度に対す
る酸化剤の噴出速度の比(速度比)は、条件によって異
なり、通常は、燃料の噴出速度に対する酸化剤の噴出速
度が0.8以上であればすす等の発生を抑えることがで
きるが、燃料の噴出速度に対する酸化剤の噴出速度を
1.0〜1.4程度にすることが好ましい。但し、速度
比を高くし過ぎると、フリーO(未反応の酸素)が発
生したり、正常な燃焼状態が得られなくなったりするこ
とがある。さらに、調整剤の噴出速度が速くなると、噴
出した調整剤が前記遮蔽層を突き抜け易くなるので、燃
料の噴出速度より遅くすることが好ましい。
The forms of generation of carbon monoxide and hydrogen as described above include the diameter and length of the combustion chamber 11, the shape of the nozzle portion 14, the type of fuel, the oxygen concentration of the oxidant, and the required H 2 / CO ratio. ,
It is formed by selecting an optimal state through experiments or the like according to the permissible amount of soot or the like as an impurity, but generally, the ejection speed of the oxidant ejected from the oxidant nozzle 17 is The shielding layer can be effectively created by making the ejection speed of the fuel ejected from the fuel nozzle 16 faster. The ratio of the jetting speed of the oxidant to the jetting speed of the fuel (velocity ratio) varies depending on the conditions, and normally, if the jetting speed of the oxidant to the jetting speed of the fuel is 0.8 or more, the generation of soot is suppressed. However, it is preferable that the jetting rate of the oxidant with respect to the jetting rate of the fuel is about 1.0 to 1.4. However, if the speed ratio is set too high, free O 2 (unreacted oxygen) may be generated or a normal combustion state may not be obtained. Further, when the ejecting speed of the adjusting agent becomes faster, the ejected adjusting agent easily penetrates through the shielding layer, so it is preferable to make it slower than the ejecting speed of the fuel.

【0023】また、燃料ノズル16を酸化剤ノズル17
の近傍に配置することにより、酸化剤ノズル17から噴
出する酸素の噴流中に効率よく燃料を吸引することがで
き、燃焼反応を促進させることができる。さらに、燃料
ノズル16及び酸化剤ノズル17は、図1に示すような
小通孔で形成する場合は、できるだけ間隔を狭めて円形
に近くなるように配置することが好ましい。また、径の
異なる管体とスペーサーとを組合わせてノズル16,1
7を連続したスリットからなるリング状に形成すること
により、燃料と酸素とを均等に接触させることができる
ので、より効果的な燃焼反応を得ることができる。
Further, the fuel nozzle 16 is replaced with the oxidant nozzle 17
By arranging in the vicinity of, the fuel can be efficiently sucked into the jet of oxygen jetted from the oxidant nozzle 17, and the combustion reaction can be promoted. Further, when the fuel nozzle 16 and the oxidizer nozzle 17 are formed with small through holes as shown in FIG. 1, it is preferable that the fuel nozzle 16 and the oxidant nozzle 17 are arranged so as to be as close to a circle as possible with a space as narrow as possible. In addition, the nozzles 16 and 1 can be formed by combining pipes and spacers having different diameters.
By forming 7 into a ring shape consisting of continuous slits, the fuel and oxygen can be brought into contact with each other uniformly, so that a more effective combustion reaction can be obtained.

【0024】さらに、燃料ノズル16と酸化剤ノズル1
7との軸線方向の位置は、燃料ノズル16が酸化剤ノズ
ル17より前方に突出していると、燃料ノズル16から
噴出した燃料が酸化剤の遮蔽層を突き抜け易くなるの
で、酸化剤ノズル17を前方に位置させておくべきであ
る。したがって、必然的に図1に示すようなノズル形状
になるが、円錐台における広がり角度は任意であり、平
面に近くなっていてもよい。
Further, the fuel nozzle 16 and the oxidant nozzle 1
When the fuel nozzle 16 projects forward from the oxidant nozzle 17, the fuel ejected from the fuel nozzle 16 easily penetrates through the oxidant shielding layer. Should be located at. Therefore, although the nozzle shape is inevitably shown in FIG. 1, the divergence angle in the truncated cone is arbitrary and may be close to a plane.

【0025】燃焼室11の長さは、各ノズルからの噴出
速度、火炎長等に応じて設定すればよく、燃焼室11の
出口部で所望のガス組成が得られるようにすればよい。
ただし、燃焼室11を短くしすぎると、燃焼室11の作
用が十分に得られず、低級炭化水素の発生量が増加する
ことがあるので、燃焼室11の径と同等以上の長さに設
定することが好ましく、長くするほど効果的である。し
かし、燃焼室11を長くしすぎると、火炎による耐火物
の損耗量が多くなって不経済となるので、通常は、燃焼
室11の径の1.2〜1.6倍程度にしておくことが好
ましい。
The length of the combustion chamber 11 may be set according to the ejection speed from each nozzle, the flame length, etc., so that the desired gas composition can be obtained at the outlet of the combustion chamber 11.
However, if the combustion chamber 11 is made too short, the action of the combustion chamber 11 may not be sufficiently obtained, and the amount of lower hydrocarbons generated may increase. Therefore, set the length equal to or larger than the diameter of the combustion chamber 11. Is preferable, and the longer the length, the more effective. However, if the combustion chamber 11 is made too long, the amount of wear of the refractory material due to the flame increases, which is uneconomical. Therefore, it is usually 1.2 to 1.6 times the diameter of the combustion chamber 11. Is preferred.

【0026】また、燃料と酸化剤との量は、燃料の種類
によって異なり、燃料中の炭素を一酸化炭素に変換でき
る酸素量以上で、燃料に対する酸素比が1.0未満であ
れば、上述の燃焼反応により、すす等の不純物の発生を
抑制しながら一酸化炭素や水素を生成することはでき
る。しかし、一般に、酸素比が低い程、一酸化炭素や水
素の生成量は増加するが、火炎の温度が下がり、反応が
実現し難くなる。したがって、例えば燃料がプロパン
(C)の場合は、酸素比を0.3〜0.6の範
囲、好ましくは0.45程度に設定することにより、反
応を起こすのに十分な火炎の温度が得られ、一酸化炭素
や水素の発生効率を向上させ、一酸化炭素及び水素を高
収率で得ることができる。
Further, the amounts of the fuel and the oxidizer differ depending on the type of the fuel, and if the amount of oxygen in the fuel is not less than the amount of oxygen capable of converting carbon into carbon monoxide and the oxygen ratio to the fuel is less than 1.0, It is possible to generate carbon monoxide and hydrogen while suppressing the generation of impurities such as soot by the combustion reaction. However, in general, the lower the oxygen ratio, the more the production amount of carbon monoxide and hydrogen increases, but the temperature of the flame decreases, and the reaction becomes difficult to realize. Therefore, for example, when the fuel is propane (C 3 H 8 ), by setting the oxygen ratio in the range of 0.3 to 0.6, preferably about 0.45, it is possible to obtain a flame that is sufficient to cause a reaction. The temperature can be obtained, the generation efficiency of carbon monoxide and hydrogen can be improved, and carbon monoxide and hydrogen can be obtained in high yield.

【0027】酸化剤ノズル17における前記焦点19の
位置(ノズルからの距離)も各種条件によって異なる
が、燃焼室11の内径と同程度の距離、中心軸13に対
する角度は45度程度が適切であり、焦点19が遠過ぎ
る燃焼反応が緩慢になり、焦点19が近過ぎると、酸化
剤の噴流同士が激しく衝突する状態になるため、ガス流
れに乱れが発生して燃焼が不均一となることがあり、燃
焼反応に悪影響を及ぼすことがある。また、燃料の噴出
方向は、実質的にバーナー中心軸と平行であればよく、
僅かに外方に向いていたり、内方に向いていたりしても
よい。
The position of the focal point 19 (distance from the nozzle) in the oxidant nozzle 17 also varies depending on various conditions, but it is appropriate that the distance is about the same as the inner diameter of the combustion chamber 11 and the angle with respect to the central axis 13 is about 45 degrees. , The focal point 19 is too far away, the combustion reaction becomes slow, and when the focal point 19 is too close, jets of the oxidizer collide violently with each other, so that turbulence occurs in the gas flow and combustion becomes non-uniform. Yes, it may adversely affect the combustion reaction. Further, the direction of fuel injection may be substantially parallel to the burner central axis,
It may be slightly outward or inward.

【0028】燃料は、LPG,LNG,ブタンのような
気体燃料が好適であるが、灯油,重油,軽油等の液体燃
料、微粉炭のような固体燃料、あるいはこれらの混合物
を使用することができる。また、酸化剤としては、高温
領域を効率よく形成できる点から酸素ガスを用いること
が最適であるが、酸素濃度80%程度の酸素富化ガスを
用いてもよく、条件によっては空気を用いることも可能
である。
The fuel is preferably a gaseous fuel such as LPG, LNG or butane, but a liquid fuel such as kerosene, heavy oil or light oil, a solid fuel such as pulverized coal, or a mixture thereof can be used. . Further, as the oxidant, it is optimal to use oxygen gas from the viewpoint that a high temperature region can be efficiently formed, but oxygen-enriched gas having an oxygen concentration of about 80% may be used, and air may be used depending on conditions. Is also possible.

【0029】また、H/CO比を調節するために必要
に応じて添加される調整剤を、中心の調整剤ノズル15
から低速で噴出させることにより、燃料と酸化剤との接
触を妨げることがなく、かつ、燃焼によって生じたガス
やすす等と効果的に接触させることができる。
In addition, an adjusting agent added as necessary to adjust the H 2 / CO ratio is added to the central adjusting agent nozzle 15
By injecting the fuel at a low speed, the contact between the fuel and the oxidant can be prevented and the gas or soot generated by the combustion can be effectively contacted.

【0030】そして、このようにすすや低級炭化水素の
発生を抑制して高収率で一酸化炭素、水素を得ることが
できるので、生成されるH/CO比を熱平衡計算から
容易に予測することが可能となる。また、すすの発生を
抑制するために大量の水蒸気を加える必要がなくなるの
で、燃焼のための炉の小型化が図れ、加えて、低級炭化
水素量が少ないことから、触媒等でこれらを除去するこ
となく昇圧等の処理が可能となる。したがって、装置全
体のイニシャルコストを大幅に低減することができる。
Since the generation of soot and lower hydrocarbons can be suppressed and carbon monoxide and hydrogen can be obtained in a high yield in this manner, the H 2 / CO ratio to be produced can be easily predicted from the thermal equilibrium calculation. It becomes possible to do. Further, since it is not necessary to add a large amount of steam to suppress the generation of soot, the furnace for combustion can be downsized, and in addition, since the amount of lower hydrocarbons is small, these are removed by a catalyst or the like. Without this, processing such as boosting is possible. Therefore, the initial cost of the entire device can be significantly reduced.

【0031】[0031]

【実施例】実施例1,2 図1に示す構造の一酸化炭素、水素生成用の燃焼装置を
使用した。この燃焼装置は、燃焼室内径が70mm、ノ
ズル端から出口部までの距離が100mmであり、ノズ
ルの開き角度は約60度である。調整剤ノズルの径は2
3mmであり、燃料ノズルは、中心軸を中心とした直径
34mmの円周上に等間隔に8個を設置した。酸化剤ノ
ズルは、噴出方向を中心軸に対して45度の角度に設定
し、中心軸を中心とした直径53.4mmの円周上に等
間隔に24個を設置した。
EXAMPLES Examples 1 and 2 A combustion apparatus for producing carbon monoxide and hydrogen having the structure shown in FIG. 1 was used. In this combustion device, the diameter of the combustion chamber is 70 mm, the distance from the nozzle end to the outlet is 100 mm, and the opening angle of the nozzle is about 60 degrees. Adjuster nozzle diameter is 2
The number of fuel nozzles was 3 mm, and eight fuel nozzles were installed at equal intervals on a circumference having a diameter of 34 mm around the central axis. The jetting direction was set at an angle of 45 degrees with respect to the central axis, and 24 oxidant nozzles were installed at equal intervals on a circumference having a diameter of 53.4 mm centered on the central axis.

【0032】この燃焼装置10を、図2に示すようにし
て実験炉21に設置し、対向面に接続したフレアスタッ
ク22に排出される燃焼生成ガスをサンプリングプロー
ブ23によりサンプリングした。
The combustion apparatus 10 was installed in the experimental furnace 21 as shown in FIG. 2, and the combustion product gas discharged to the flare stack 22 connected to the facing surface was sampled by the sampling probe 23.

【0033】燃料としてはLPGを使用して10m
hで供給し、酸化剤としては純度99.8%の酸素ガス
を実施例1では20.0m/hで、実施例2では2
2.5m/hで供給した。なお、調整剤は添加しなか
った。
Using LPG as fuel, 10 m 3 /
The oxygen gas having a purity of 99.8% is supplied as the oxidant at 20.0 m 3 / h in Example 1 and 2 in Example 2.
It was supplied at 2.5 m 3 / h. No regulator was added.

【0034】サンプリングしたガス中のすす濃度(投入
した燃料中に含まれるカーボンに対するサンプリングで
実測された未撚カーボン量を百分率で表わしたもの)、
酸素濃度、二酸化炭素濃度、メタン濃度、アセチレン濃
度をそれぞれ測定した結果、一酸化炭素及び水素の収率
(生成したガス量に対する一酸化炭素と水素との合計量
を百分率で表わしたもの)、H/CO比の測定値及び
理論値を表1に示す。
Soot concentration in the sampled gas (the amount of untwisted carbon measured by sampling with respect to the carbon contained in the injected fuel, expressed as a percentage),
As a result of measuring the oxygen concentration, carbon dioxide concentration, methane concentration, and acetylene concentration, respectively, the yields of carbon monoxide and hydrogen (the total amount of carbon monoxide and hydrogen with respect to the amount of gas produced, expressed as a percentage), H Table 1 shows the measured and theoretical values of the 2 / CO ratio.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】実施例3〜10 実施例1と同じ装置を使用し、燃料のLPGの供給量を
10m/h、酸化剤の酸素ガスの供給量を22.5m
/hとし、表2に示す流量で調整剤としての水蒸気又
は二酸化炭素を添加した。
Examples 3 to 10 Using the same apparatus as in Example 1, the supply amount of LPG as fuel was 10 m 3 / h and the supply amount of oxygen gas as an oxidant was 22.5 m.
3 / h, and steam or carbon dioxide as a regulator was added at the flow rates shown in Table 2.

【0037】生成ガス中のすす濃度、メタン濃度、アセ
チレン濃度、一酸化炭素及び水素の収率、H/CO比
の測定値及び理論値を表2に示す。
Table 2 shows the soot concentration, methane concentration, acetylene concentration, yields of carbon monoxide and hydrogen, measured values and theoretical values of H 2 / CO ratio in the produced gas.

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の一酸化炭
素、水素生成用燃焼装置によれば、すすや低級炭化水素
の発生を抑えながら効率よく一酸化炭素や水素を生成す
ることができる。
As described above, according to the combustion apparatus for producing carbon monoxide and hydrogen of the present invention, it is possible to efficiently produce carbon monoxide and hydrogen while suppressing the generation of soot and lower hydrocarbons. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の燃焼装置の一形態例を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of one embodiment of a combustion apparatus of the present invention.

【図2】 実施例で使用した実験炉の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the experimental furnace used in the examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃焼装置、11…燃焼室、12…バーナー、13
…中心軸、14…ノズル部、15…調整剤ノズル、16
…燃料ノズル、17…酸化剤ノズル、18…水冷ジャケ
ット、19…焦点、21…実験炉、22…フレアスタッ
ク、23…サンプリングプローブ
10 ... Combustion device, 11 ... Combustion chamber, 12 ... Burner, 13
... central axis, 14 ... nozzle part, 15 ... adjusting agent nozzle, 16
... Fuel nozzle, 17 ... Oxidizer nozzle, 18 ... Water cooling jacket, 19 ... Focus, 21 ... Experimental furnace, 22 ... Flare stack, 23 ... Sampling probe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 新一 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素 株式会社内 (72)発明者 飯野 公夫 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素 株式会社内 (72)発明者 村上 伸吾 東京都港区西新橋1−16−7 日本酸素 株式会社内 (72)発明者 大野 陽太郎 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 奥山 契一 東京都千代田区丸の内1丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−239101(JP,A) 特開 平2−25615(JP,A) 特開 平3−191201(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 3/36 F23C 11/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinichi Miyake 1-16-7 Nishishinbashi, Minato-ku, Tokyo Nihon Oxygen Co., Ltd. (72) Inventor Kimio Iino 1-16-7 Nishishinbashi, Minato-ku, Tokyo Japan Oxygen Co., Ltd. (72) Inventor Shingo Murakami 1-16-7 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Nihon Oxygen Co., Ltd. (72) Inventor Yotarou Ono 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan KK (72) Inventor, Keiichi Okuyama, 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo, Nippon Kokan Co., Ltd. (56) References JP-A-2-239101 (JP, A) JP-A-2-25615 (JP, A) ) JP-A-3-191201 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C01B 3/36 F23C 11/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃料に対する酸素比を1.0未満として
燃焼させることにより、一酸化炭素、水素を生成する燃
焼装置であって、該燃焼装置は、円筒状燃焼室と、該円
筒状燃焼室の一端から同軸状に挿入されるバーナーとを
備え、該バーナーの先端に前記燃焼室の中心軸を軸線と
して噴出方向が拡がった円錐台状のノズル部を設け、該
ノズル部に、燃焼室中心軸方向に調整剤を噴出する調整
剤ノズルと、該調整剤ノズルの外周から燃焼室中心軸と
平行な方向に燃料を噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズ
ルの外周から燃焼室中心軸線上に焦点を持つように酸化
剤を噴出する酸化剤ノズルとを設け、該酸化剤ノズルを
前記燃料ノズルよりも燃焼室中心軸方向前方に位置さ
せ、前記酸化剤の噴出速度を前記燃料の噴出速度以上と
し、かつ、該燃料の噴出速度を前記調整剤の噴出速度以
上としたことを特徴とする一酸化炭素、水素生成用燃焼
装置。
1. A combustion device for producing carbon monoxide and hydrogen by burning with an oxygen to fuel ratio of less than 1.0, the combustion device comprising a cylindrical combustion chamber and the cylindrical combustion chamber. A burner that is inserted coaxially from one end of the burner, and a truncated cone-shaped nozzle portion whose ejection direction is expanded with the central axis of the combustion chamber as an axis is provided at the tip of the burner, and the combustion chamber center is provided in the nozzle portion. A regulator nozzle that ejects a regulator in the axial direction, a fuel nozzle that ejects fuel from the outer periphery of the regulator nozzle in a direction parallel to the combustion chamber central axis, and a focus from the outer periphery of the fuel nozzle on the center axis of the combustion chamber. And an oxidant nozzle for ejecting an oxidant so that the oxidant nozzle is located forward of the fuel nozzle in the direction of the central axis of the combustion chamber, and the ejection speed of the oxidant is equal to or higher than the ejection speed of the fuel. And the injection of the fuel A combustor for producing carbon monoxide and hydrogen, characterized in that the ejection speed is equal to or higher than the ejection speed of the adjusting agent.
【請求項2】 前記燃料の噴出速度に対する酸化剤の噴
出速度を1.0〜1.4に設定したことを特徴とする請
求項1記載の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置。
2. The jetting rate of the oxidant with respect to the jetting rate of the fuel is 1.0 to 1. 4. The combustion apparatus for carbon monoxide and hydrogen generation according to claim 1, wherein the combustion apparatus is set to 4 .
【請求項3】 前記燃焼室の中心軸方向の長さは、該燃
焼室の径の1.2〜1.6倍に設定することを特徴とす
る請求項1又は2記載の一酸化炭素、水素生成用燃焼装
置。
3. The carbon monoxide according to claim 1, wherein the length of the combustion chamber in the central axis direction is set to 1.2 to 1.6 times the diameter of the combustion chamber. Combustion device for hydrogen generation.
【請求項4】 前記ノズル部は、前記燃焼室の一端面を
形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1
項に記載の一酸化炭素、水素生成用燃焼装置。
4. The nozzle section forms one end surface of the combustion chamber, according to any one of claims 1 to 3.
A combustion device for producing carbon monoxide and hydrogen according to the above item.
【請求項5】 前記燃料ノズルから前記焦点までの距離
は、前記燃焼室の内径と同じであることを特徴とする請
求項1乃至4のいずれか1項に記載の一酸化炭素、水素
生成用燃焼装置。
5. The carbon monoxide and hydrogen generating device according to claim 1, wherein a distance from the fuel nozzle to the focal point is the same as an inner diameter of the combustion chamber. Combustion device.
【請求項6】 前記焦点に対する酸化剤の噴出方向は、
燃焼室中心軸線に対して45度であることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の一酸化炭素、水
素生成用燃焼装置。
6. The jetting direction of the oxidant with respect to the focus is
The combustion apparatus for producing carbon monoxide and hydrogen according to any one of claims 1 to 4, wherein the combustion chamber central axis is 45 degrees .
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