JPH0594236U - 小型改質炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バーナ数が少なくて燃焼管理及び維持管理が容
易であるとともに、炉の大きさがコンパクトで、しかも
高温の改質ガスのマニホールドの構造が簡単でその維持
管理が容易である小型改質炉を提供することを目的とす
る。 【構成】炭化水素を原料にして改質管内に充填された触
媒の存在下で水蒸気改質反応により合成ガスを製造する
改質炉に於いて、下降流の改質管列を直交する２本の直
線上に点対称的に４管群として配設し、４個のダウンフ
ァイヤ式バーナを炉の天井部で且つ改質管列の等分角線
と前記改質管群の中間点を通る垂直線との交点付近にそ
れぞれ１個づつ配設し、改質管の出口をコネクタを介し
て改質炉の直下で改質管列の等分角線上に水平に設けら
れる一本の直管状のマニホールドに接続したことを特徴
とする小型改質炉。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は炭化水素を原料にして合成ガスを製造する水蒸気改質装置に使用する小 型改質炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】

炭化水素例えば天然ガス，ＬＰＧ及びナフサ等を原料にして７００〜８５０℃の 高温下，触媒の存在下でいわゆる水蒸気改質反応により改質し水素，一酸化炭素 ，炭酸ガス，メタン等の混合ガスを生成し、次いで精製工程により精製し目的の 合成ガスを得るガスの製造装置は種々実施されている。特に重油脱硫用の水素ガ ス製造装置，都市ガス製造装置，アンモニア製造用の合成ガス製造装置等の大容 量装置は数多く建設され、従ってそれに用いられている大型改質炉の技術も完成 されていると言える。

【０００３】 これに対して、炭化水素を原料にして水蒸気改質法により例えば小容量の水素ガ スを製造する装置等に用いる小型改質炉については、未だ満足すべき構造のもの が提案されていないのが実状である。小容量の水素ガス製造装置は各種有機化合 物の水素添加用，半導体製造用，金属酸化物の還元等多方面に利用されつつある のでより小容量に適した小型改質炉の開発が望まれている。

【０００４】 水蒸気改質炉は一般に次の特性を有している。すなわち反応管（以下改質管とい う）内の反応条件は苛酷であり、温度としては７００〜８５０℃の高温域でしか も圧力も５〜３０気圧と高圧である。このため改質管の管肉厚は厚くなるがさら に水蒸気改質反応は強い吸熱反応であるためヒートフラックスも大きく、これに 起因する改質管壁内での温度勾配も相当大きく、この結果として改質管の管表面 温度も高くなる。この高温，高圧に耐える材質としては高級クロム−ニッケル鋼 が使用されるが高価であるため、設計温度を支配する管表面温度をできるだけ下 げて管肉厚が薄くなる様、加熱するバーナの配置等の面で考慮が必要である。

【０００５】 改質炉の設計上の特徴として、改質管の径は製造上の理由（遠心鋳造）から４〜 ５インチに固定して、装置容量には改質管の本数及び長さを増減して対応してい る。従って本考案で対象とする小型改質炉とは、改質管の本数が１０本前後のも のを意味するものとする。

【０００６】 さらに小型改質炉にとって重要なことは、改質管を加熱するバーナ数が少なくて その燃焼管理及び維持管理が容易なこと、さらには反応後の高温の混合ガスが流 れる管寄せ部であるマニホールドの構造が簡単でその維持管理が容易なことであ る。

【０００７】 従来の提案されている改質炉の中で、小型改質炉に利用可能な構造のものとして は、米国特許第2660519 号公報及び米国誌Chemical Engineering Progress,1956 年3 月号で開示された米国のChemical Construction 社が開発した改質炉がある 。この改質炉は、円筒形の炉本体の中に改質管列を十字形に配設しているため、 炉本体はコンパクトに成っているが、バーナ数が非常に多いという問題を有して いる。例えば、上記米国特許公報の実施例では改質管20本に対し、バーナ数も20 個と同数である。これはこの炉では、改質管内の反応ガスの流れが下降流に対し 、バーナは炉床に設置される上向き炊き、即ちアップファイヤ式であり、両者は 伝熱的に向流関係になっており、改質管を出る反応ガスの温度は、バーナの燃焼 量により強く影響されるため、小容量のバーナを数多く設置して燃焼量の微細制 御が必要なためである。またこの改質炉では、高温の改質ガスの管寄せであるマ ニホールドが４本に分割され、しかも炉頂の高所に設置されるため、その維持管 理が容易でないという問題がある。

【０００８】 また別の改良された改質炉としては、特公昭45-3647 号で開示されたものがある 。この炉は、円筒形の炉体に改質管列を放射状に配設し、この管列の間にバーナ を放射状に配設している。この炉では、炉の中央部に改質ガス用の環状の出口マ ニホールドと円筒の炉筒を設置しているため、中央部には改質管を配設すること ができず、それだけ炉体が大きくなるという問題がある。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、以上の従来技術の問題点を背景にしてなされたものであって、バーナ 数が少なくて、燃焼管理及び維持管理が容易であるとともに、炉の大きさがコン パクトで、しかも高温の改質ガスのマニホールドの構造が簡単でその維持管理が 容易である小型改質炉を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の要旨とするところは、炭化水素を原料にして改質管内に充填された触媒 の存在下で水蒸気改質反応により合成ガスを製造する改質炉に於いて、下降流の 改質管列を直交する２本の直線上に点対称的に４管群として配設し、４個のダウ ンファイヤ式バーナを炉の天井部で且つ改質管列の等分角線と前記改質管群の中 間点を通る垂直線との交点付近にそれぞれ１個づつ配設し、改質管の出口をコネ クタを介して改質炉の直下で改質管列の等分角線上に水平に設けられる一本の直 管状のマニホールドに接続したことを特徴とする小型改質炉である。

【００１１】

【作用】

すなわち、改質管の管内流れを下降流として、改質管列を直交する十字線上に点 対称的に４管群として配設することにより、炉本体をコンパクト化するとともに 、バーナの形式をダウンファイヤ式として、炉の天井部で前記改質管列の等分角 線と改質管群の中間点を通る垂直線との交点付近に配設することにより各改質管 列を両側から加熱するようにし管表面温度の円周にそっての分布の偏りを少なく している。ダウンファイヤ式バーナを改質炉の炉頂に設置することにより、改質 管内の温度が低くて入熱量が最も必要な上部位置に輻射能の大きいフレームを対 応させて多く入熱し、管内の温度が高くなって所要入熱量が少ない下部位置に温 度が低い燃焼ガスを対応させることにより、即ち管内側の反応進行にともなう必 要入熱量の分布変化に燃焼ガス側の輻射能及び温度分布を理想的に一致させてい ると言える。この理想的な伝熱機構により、前記位置に４個という非常に少ない バーナを配設しても問題なく運転できるのである。管列は十字状の４群からなる が反応を終えた高温の改質ガスを集合するマニホールドは高級耐熱材からなるた め、製作費が安価な直管状の１本の構造とし、しかも維持管理が容易なように地 上設置とし、このために改質管出口とマニホールドを接続するコネクタの構造に は特殊の工夫が施されている。

【００１２】

【実施例】

以下本考案の実施例について図面に基づいて説明する。図１は本考案を適用した ダウンファイヤ式小型改質炉の全体概略図、図２は図１のＡ−Ａ視の平面断面図 、図３は図１のＢ−Ｂ視の平面断面図、図４は図３のＣ−Ｃ視のコネクタの外形 図である。図に於いて１は改質管であり下部で炉本体６の炉床部に支持される。 １２本の改質管１は図示されるように２本の直交線上に炉中心に対して点対称的 に同じピッチで配設される。２はダウンファイヤ式の４個のバーナであり炉頂に 設置されるが、前記改質管列の２本の直交線の交角の２等分角線と改質管群の中 間点を通る垂直線との交点付近に配設される。４は改質炉本体の直下で改質管列 の２本の直交線の等分角線上に地上に水平に設置される直管状のマニホールドで ある。３は改質管１の底部出口と前記マニホールド４を接続するコネクタであり 、この部分は８００℃前後の高温になるためマニホールド４とコネクタ３自身の 熱膨張対策としてＵ字ループ状の小径管からなっている。このため改質ガス流れ による圧損失が大きく、この圧損失が改質管の間で異なった場合には改質管負荷 の不均一の原因になるのでコネクタ３の上下水平部の合わせた長さＬａ＋Ｌｂ（ 図４）が同じになるよう寸度を決定している。

【００１３】 以上の構成からなる本実施例の作用を説明すると、原料の炭化水素とスチームは 図示はされない予熱器で４００℃前後に予熱された後に触媒の充填された各改質 管１の頂部入口に図示はされない入口ヘッダーを介してフィードされる。水蒸気 改質反応に必要な反応熱はダウンファイヤ式バーナ２の燃焼熱によって供給され るが、ダウンファイヤ式であるため各改質管１と各バーナ２の輻射伝熱関係はほ ぼ等しくなり、さらに改質管列の両側より加熱されるので改質管表面温度の円周 にそっての分布に偏りが少なく改質管の経済的な設計が可能である。改質反応を 終えて８００℃前後になった水素，一酸化炭素等の混合ガスは改質管１の底部よ りコネクタ３を経てマニホールド４に集合するが各コネクタのＵ字型ループの上 下水平部の合計長さ（Ｌａ＋Ｌｂ）は全て等しいので各コネクタの圧損失も同じ になり改質ガスの各改質管の流量は均一になる。マニホールド４を出る高温の改 質ガスは次いで廃熱ボイラ５に入り熱回収され温度が下がった後、後段の精製工 程に移行する。

【００１４】

【考案の効果】

本考案によれば、従来の小型改質炉には無い次のような顕著な効果が得られるの で本考案は産業上極めて有益である。 イ) 改質管列をダウンファイヤ式バーナで両側より加熱するので、改質管の設計 温度を支配する管表面温度分布の改質管間のばらつき及び管円周に沿っての分布 に偏りが少なく、このため高級耐熱材料よりなる改質管の経済的な設計ができる 。 ロ）改質管列を十字状にしているため炉本体がコンパクトになり炉本体の設備費 が節減できる。 ハ）バーナが少ないので、その燃焼管理及び維持管理が容易であり、運転の省力 化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を適用した小型改質炉の全体概略図

【図２】図１のＡ−Ａ視の平面断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ視の平面断面図

【図４】図３のＣ−Ｃ視のコネクタの外形図

【符号の説明】

１─改質管、２─バーナ、３─コネクタ、４─マニホー
ルド、５─廃熱ボイラ、６─炉本体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】炭化水素を原料にして改質管内に充填され
   た触媒の存在下で水蒸気改質反応により合成ガスを製造
   する改質炉に於いて、下降流の改質管列を直交する２本
   の直線上に点対称的に４管群として配設し、４個のダウ
   ンファイヤ式バーナを炉の天井部で且つ改質管列の等分
   角線と前記改質管群の中間点を通る垂直線との交点付近
   にそれぞれ１個づつ配設し、改質管の出口をコネクタを
   介して改質炉の直下で改質管列の等分角線上に水平に設
   けられる一本の直管状のマニホールドに接続したことを
   特徴とする小型改質炉。