JPS6111133A - 吸熱反応装置 - Google Patents
吸熱反応装置Info
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- JPS6111133A JPS6111133A JP59130008A JP13000884A JPS6111133A JP S6111133 A JPS6111133 A JP S6111133A JP 59130008 A JP59130008 A JP 59130008A JP 13000884 A JP13000884 A JP 13000884A JP S6111133 A JPS6111133 A JP S6111133A
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- reaction
- tube
- reaction tube
- gas
- chamber
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/067—Heating or cooling the reactor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は吸熱反応装置に係り、特に複数本の二重管再生
型の反応管を備えた吸熱反応装置の改良に関するもので
ある。
型の反応管を備えた吸熱反応装置の改良に関するもので
ある。
［発明の技術的背景とその問題点］
既知のように二重管再生型の反応管は、一端が閉塞され
ている反応管外管と、両端ともに開かれている反応管内
管とから構成されており、反応管外管と反応管内管とに
よって囲まれてなる円環状断面の管路は反応室を構成し
ており、かつこの反応室には必要に応じて触媒が充填さ
れている。原料ガスは、反応管外管の開口部より導入さ
れて反応室を通過した後、反応管外管の閉塞部に至り反
応管内管の一端側へ導かれる。反応管内管の内側は再生
室となっており、反応生成ガスは再生室を通って反応管
内管の他端側より排出される。一方、吸熱反応のために
必要な反応熱および原料ガスを望ましい反応温度まで上
昇させるために必要な顕熱は、主として反応管外管を外
側から燃焼ガスあるいはその他の高温ガスにより加熱す
ることによって反応室に供給されるが、一部は反応生成
ガスが上記再生室を通って排出される際、反応管内管を
加熱することによっても反応室に供給される。
ている反応管外管と、両端ともに開かれている反応管内
管とから構成されており、反応管外管と反応管内管とに
よって囲まれてなる円環状断面の管路は反応室を構成し
ており、かつこの反応室には必要に応じて触媒が充填さ
れている。原料ガスは、反応管外管の開口部より導入さ
れて反応室を通過した後、反応管外管の閉塞部に至り反
応管内管の一端側へ導かれる。反応管内管の内側は再生
室となっており、反応生成ガスは再生室を通って反応管
内管の他端側より排出される。一方、吸熱反応のために
必要な反応熱および原料ガスを望ましい反応温度まで上
昇させるために必要な顕熱は、主として反応管外管を外
側から燃焼ガスあるいはその他の高温ガスにより加熱す
ることによって反応室に供給されるが、一部は反応生成
ガスが上記再生室を通って排出される際、反応管内管を
加熱することによっても反応室に供給される。
ところで、上述した二重管再生型の反応管はガスの出入
口が反応管の一端側のみにあるため、他端側すなわち反
応管外管の閉塞部を全く固定する必要がなく、従って反
応管の熱膨張に対する対応が容易であること、また前述
のごとく反応生成ガスの有する顕熱の一部が再生室にお
いて回収されるため、装置の熱効率が向上すると共に、
反応生成ガスの排出温度が下がることにより、生成ガス
の後処理設備が安価になるという優れた特徴を有してい
る。このため、特に高温で吸熱反応を行なう必要のある
スチームリフォーミング装置等に好適に使用され得るも
のである。
口が反応管の一端側のみにあるため、他端側すなわち反
応管外管の閉塞部を全く固定する必要がなく、従って反
応管の熱膨張に対する対応が容易であること、また前述
のごとく反応生成ガスの有する顕熱の一部が再生室にお
いて回収されるため、装置の熱効率が向上すると共に、
反応生成ガスの排出温度が下がることにより、生成ガス
の後処理設備が安価になるという優れた特徴を有してい
る。このため、特に高温で吸熱反応を行なう必要のある
スチームリフォーミング装置等に好適に使用され得るも
のである。
さて、上述したような多数本の二重管再生型の反応管を
稠密に配列し、燃焼ガス等の高温ガスを反応管外管の外
側の高温ガス通路に反応室のガスと向流方向に流すと共
に、上記高温ガス通路内に反応管外管への伝熱を促進す
るための伝熱充填材を充填する構成のものは既に知られ
ている。そして、かかる構成を有する反応装置は、全体
をコンパクトに設計できること、および高温ガスのもつ
顕熱を比較的低温度部分まで反応のために利用すること
ができるために熱効率が高いといったような優れた特徴
を有する。しかしながら、スチームリフォーミング反応
のように反応温度を高温（７５０〜８５０℃）にまで高
める必要がある場合には、従来の方法では十分に上記の
ような特徴を生かすことができないことが明かとなって
いる。
稠密に配列し、燃焼ガス等の高温ガスを反応管外管の外
側の高温ガス通路に反応室のガスと向流方向に流すと共
に、上記高温ガス通路内に反応管外管への伝熱を促進す
るための伝熱充填材を充填する構成のものは既に知られ
ている。そして、かかる構成を有する反応装置は、全体
をコンパクトに設計できること、および高温ガスのもつ
顕熱を比較的低温度部分まで反応のために利用すること
ができるために熱効率が高いといったような優れた特徴
を有する。しかしながら、スチームリフォーミング反応
のように反応温度を高温（７５０〜８５０℃）にまで高
める必要がある場合には、従来の方法では十分に上記の
ような特徴を生かすことができないことが明かとなって
いる。
すなわち、伝熱充填材料を含む高温ガス通路がら反応管
外管への伝熱速度は、高温ガス通路を流れるガスの流速
が速い程大きくなる。したがって、装置をコンパクトに
しあるいは熱効率を高めるためには、反応管をなるべく
稠密に配置して高温ガス通路の断面積を小さくすること
によって、高温ガスの流速を上げることが望ましい。し
かしながら、高温ガスの流速を上げることに対してはい
くつかの制約が存在する。その一つは、流速を上げるこ
とによって高温ガス側の圧力損失が増大するであり、他
の一つは伝熱速度が上がることによって反応管外管の温
度が上昇し、特に反応管の閉塞部分付近において、材料
の使用限界を越えてしまうことである。このため、コン
パクトさにおいてもあるいは熱効率の点においても、十
分に上記のような特徴を生かすことができないという問
題がある。
外管への伝熱速度は、高温ガス通路を流れるガスの流速
が速い程大きくなる。したがって、装置をコンパクトに
しあるいは熱効率を高めるためには、反応管をなるべく
稠密に配置して高温ガス通路の断面積を小さくすること
によって、高温ガスの流速を上げることが望ましい。し
かしながら、高温ガスの流速を上げることに対してはい
くつかの制約が存在する。その一つは、流速を上げるこ
とによって高温ガス側の圧力損失が増大するであり、他
の一つは伝熱速度が上がることによって反応管外管の温
度が上昇し、特に反応管の閉塞部分付近において、材料
の使用限界を越えてしまうことである。このため、コン
パクトさにおいてもあるいは熱効率の点においても、十
分に上記のような特徴を生かすことができないという問
題がある。
［発明の目的コ
本発明は上記のような問題を解消するために成されたも
ので、その目的はスチームリフォーミング反応のように
高温を必要とする吸熱反応の場合においても、反応管先
端部の過熱を防止しつつ装置のコンパクト化を図り高い
熱効率で吸熱反応を行なうことが可能な吸熱反応装置を
提供することにある。
ので、その目的はスチームリフォーミング反応のように
高温を必要とする吸熱反応の場合においても、反応管先
端部の過熱を防止しつつ装置のコンパクト化を図り高い
熱効率で吸熱反応を行なうことが可能な吸熱反応装置を
提供することにある。
［発明の概要］
上記目的を達成するために本発明では、反応器容器と、
この反応器容器の内部に配置され、かつ反応管外管と反
応管内管とを有すると共にこれら反応管外管と反応管内
管とにより包囲して反応室が形成されてなる複数本の反
応管とを備え、上記反応管外管と反応器容器とにより包
囲されてなる高温ガス通路に上記反応管外管の一端部よ
り高温のガスを通して上記反応室を加熱して他端部より
外部へ、排出させ、かつ原料ガスを上記反応管外管の他
端部より流入させ反応室を通して生成ガスとしさらにそ
の一端部より上記反応管内管の内側を通して他端部より
流出させる如く構成された吸熱反応装置において、上記
反応管外管と反応器容器とにより包囲されてなる高温ガ
ス通路に充填伝熱材を充填し、かつ上記反応管外管の先
端部に近い部分の径を他の部分よりも細く、特に反応管
全長の５パーセント以上の長さにわたって他の部分より
も細くするように構成したことを特徴とする吸熱反応装
置。
この反応器容器の内部に配置され、かつ反応管外管と反
応管内管とを有すると共にこれら反応管外管と反応管内
管とにより包囲して反応室が形成されてなる複数本の反
応管とを備え、上記反応管外管と反応器容器とにより包
囲されてなる高温ガス通路に上記反応管外管の一端部よ
り高温のガスを通して上記反応室を加熱して他端部より
外部へ、排出させ、かつ原料ガスを上記反応管外管の他
端部より流入させ反応室を通して生成ガスとしさらにそ
の一端部より上記反応管内管の内側を通して他端部より
流出させる如く構成された吸熱反応装置において、上記
反応管外管と反応器容器とにより包囲されてなる高温ガ
ス通路に充填伝熱材を充填し、かつ上記反応管外管の先
端部に近い部分の径を他の部分よりも細く、特に反応管
全長の５パーセント以上の長さにわたって他の部分より
も細くするように構成したことを特徴とする吸熱反応装
置。
［発明の実施例コ
以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。図は、本発明による吸熱反応装置の部分構成例を断
面図にて示したものである。図において、反応器容器１
の内部には、反応管外管２と反応管内管３とからなる二
重管再生型の反熱管が稠密に配列されている。
る。図は、本発明による吸熱反応装置の部分構成例を断
面図にて示したものである。図において、反応器容器１
の内部には、反応管外管２と反応管内管３とからなる二
重管再生型の反熱管が稠密に配列されている。
上記反応管外管２と反応管内管３とによって囲まれてな
る円環状断面の通路は反応室４を構成しており、ここに
は吸熱反応を促進する触媒５が充填されている。また、
上記反応管外管２の先端部２ａ （図示下端部〉は閉
塞されており、反応室４を出た反応後の生成ガスは、こ
こから反応管内管３の内部に形成された再生室６へ導く
ように構成されている。さらに、上記反応管外管２の上
端部は原料ガスマニホルド７に連通すべく開口されてお
り、原料ガスは原料ガス入口ノズル８から導入された後
、上記原料ガスマニホルド７を経て反応室４に流入する
ようになっている。一方、この反応室４は反応管外管２
を介して高温ガスによって加熱されるとともに、反応管
内管３を介して再生室６を通過する生成ガスにより加熱
され、これらの熱と触媒５の作用により、反応室６に流
入した原料ガスは加熱されると共に吸熱反応を起こすよ
うになっている。また、この反応によって生成した生成
ガスは反応室４の下端部より再生室６に流入し、この再
生室６を通って再生室６上端部より生成ガスマニホルド
９へと排出されるが、この際に生成ガスの持つ顕熱の一
部が反応管内管３を介して反応室４側へと回収されるよ
うになっている。
る円環状断面の通路は反応室４を構成しており、ここに
は吸熱反応を促進する触媒５が充填されている。また、
上記反応管外管２の先端部２ａ （図示下端部〉は閉
塞されており、反応室４を出た反応後の生成ガスは、こ
こから反応管内管３の内部に形成された再生室６へ導く
ように構成されている。さらに、上記反応管外管２の上
端部は原料ガスマニホルド７に連通すべく開口されてお
り、原料ガスは原料ガス入口ノズル８から導入された後
、上記原料ガスマニホルド７を経て反応室４に流入する
ようになっている。一方、この反応室４は反応管外管２
を介して高温ガスによって加熱されるとともに、反応管
内管３を介して再生室６を通過する生成ガスにより加熱
され、これらの熱と触媒５の作用により、反応室６に流
入した原料ガスは加熱されると共に吸熱反応を起こすよ
うになっている。また、この反応によって生成した生成
ガスは反応室４の下端部より再生室６に流入し、この再
生室６を通って再生室６上端部より生成ガスマニホルド
９へと排出されるが、この際に生成ガスの持つ顕熱の一
部が反応管内管３を介して反応室４側へと回収されるよ
うになっている。
さらに、上記反応管外管２の先端部に近い反応管先端部
２ａは、反応管全長５パーセント以上の長さにわたって
他の部分に比較して円錐状に先端に近づく程細くしてお
り、結果的に内側の反応室４もこの部分においては先端
に近づく程その流路面積が狭くなるようにしている。
２ａは、反応管全長５パーセント以上の長さにわたって
他の部分に比較して円錐状に先端に近づく程細くしてお
り、結果的に内側の反応室４もこの部分においては先端
に近づく程その流路面積が狭くなるようにしている。
一方、燃焼ガス、工業用ガス等の高温ガスは高温ガス入
口ノズル１０より導入し、高温ガス室１１を経て上記各
反応管外管２の周囲に形成された高温ガス通路１２へ分
配されるようになっている。また、これら高温ガス室１
１および高温ガス通路１２は、充填伝熱材料１３よって
実質的に充填されている。そしてこの充填伝熱材料１３
としては、アルミナボールの如き耐熱性の粒子が好適に
使用し得る。さらに、上記高温ガスは高温ガス通路１２
を通して高温ガス出口ノズル１４より排出されるが、こ
の高温ガス通路１２において反応管外管２を加熱するこ
とによってその顕熱を反応ｖ４内の原料ガスに与えるよ
うになっている。ここで高温ガス通路１２は、反応管先
端部分２ａが他の部分に比べて先端に近づく程細くなっ
ていることから、その入口部分（図示下方部）において
他の部分よりも流路面積が広くなっている。なお、１５
は生成ガス出口ノズルである。
口ノズル１０より導入し、高温ガス室１１を経て上記各
反応管外管２の周囲に形成された高温ガス通路１２へ分
配されるようになっている。また、これら高温ガス室１
１および高温ガス通路１２は、充填伝熱材料１３よって
実質的に充填されている。そしてこの充填伝熱材料１３
としては、アルミナボールの如き耐熱性の粒子が好適に
使用し得る。さらに、上記高温ガスは高温ガス通路１２
を通して高温ガス出口ノズル１４より排出されるが、こ
の高温ガス通路１２において反応管外管２を加熱するこ
とによってその顕熱を反応ｖ４内の原料ガスに与えるよ
うになっている。ここで高温ガス通路１２は、反応管先
端部分２ａが他の部分に比べて先端に近づく程細くなっ
ていることから、その入口部分（図示下方部）において
他の部分よりも流路面積が広くなっている。なお、１５
は生成ガス出口ノズルである。
かかる構成の吸熱反応装置においては、稠密に配列され
た二重管再生型の反応管を複数本備え、反応管外管２と
反応器容器１によって囲まれて成る高温ガス通路１２を
実質的に充填伝熱材１３によって充填し、かつ上記反応
管外管２の先端部２ａに近い部分を反応管全長の５パー
セント以上の長さにわたって他の部分より細くなるよう
にしている。これにより、反応管外管２の先端部２ａに
近い部分すなわち反応管の高温部分においては、高温ガ
ス通路１２の流路断面積が他の部分に比べて広くなるこ
とから、反応管の高温部分における高温ガスの流速が減
少することにより、この部分における高温ガスから反応
管外管２への伝熱速度を低下させると共に、高温ガス側
の圧力損失を低下させることができる。また、反応管の
高温部分において反応室４の流路面積が他の部分より狭
くなることから、高温部分における反応ガスの流速が上
昇されることにより、反応ガスと反応管外管２との間の
伝熱速度を高めることができる。そして、これらの高温
ガス側における伝熱速度の低下と、反応ガス側における
伝熱速度の上昇はいずれも、反応管外管２の温度を低下
させて過熱を防止できるという効果を得るものである。
た二重管再生型の反応管を複数本備え、反応管外管２と
反応器容器１によって囲まれて成る高温ガス通路１２を
実質的に充填伝熱材１３によって充填し、かつ上記反応
管外管２の先端部２ａに近い部分を反応管全長の５パー
セント以上の長さにわたって他の部分より細くなるよう
にしている。これにより、反応管外管２の先端部２ａに
近い部分すなわち反応管の高温部分においては、高温ガ
ス通路１２の流路断面積が他の部分に比べて広くなるこ
とから、反応管の高温部分における高温ガスの流速が減
少することにより、この部分における高温ガスから反応
管外管２への伝熱速度を低下させると共に、高温ガス側
の圧力損失を低下させることができる。また、反応管の
高温部分において反応室４の流路面積が他の部分より狭
くなることから、高温部分における反応ガスの流速が上
昇されることにより、反応ガスと反応管外管２との間の
伝熱速度を高めることができる。そして、これらの高温
ガス側における伝熱速度の低下と、反応ガス側における
伝熱速度の上昇はいずれも、反応管外管２の温度を低下
させて過熱を防止できるという効果を得るものである。
従って、本実施例では従来の方法に比べて、より一層稠
密に反応管を配列することが可能となり、また反応管全
体としての平均伝熱速度を上昇させることが可能となり
、よりコンパクトで極めて熱効率の高い吸熱反応装置を
得ることが可能となる。
密に反応管を配列することが可能となり、また反応管全
体としての平均伝熱速度を上昇させることが可能となり
、よりコンパクトで極めて熱効率の高い吸熱反応装置を
得ることが可能となる。
尚、上記実施例においては反応管外管２の先端部２ａ付
近を円錐状としたが、この部分の形状は必ずしも円錐状
である必要はなく、例えばこの部分に直径の小さな直管
を用いて段付き管とするようにしてもよい。また、上記
実施例では反応管を加熱する熱源として高温ガスを外部
より導入しているが、これに代えて燃料ガスと燃焼用空
気とを導入して反応器容器の内部で燃焼させ、その燃焼
ガスを高温ガスとして用いるようにすることも可能であ
る。そしてこの場合、図の高温ガス室１１の部分燃焼室
として用いることができる。さらに、この燃焼室の部分
に酸化反応を促進する触媒を充填して触媒燃焼を行なわ
せる構成とすることもできる。その他、図の反応器容器
１の上下位同を逆にする等、本発明の要旨を変更しない
範囲で種々に変形して実施することが可能であることは
言うまでもない。
近を円錐状としたが、この部分の形状は必ずしも円錐状
である必要はなく、例えばこの部分に直径の小さな直管
を用いて段付き管とするようにしてもよい。また、上記
実施例では反応管を加熱する熱源として高温ガスを外部
より導入しているが、これに代えて燃料ガスと燃焼用空
気とを導入して反応器容器の内部で燃焼させ、その燃焼
ガスを高温ガスとして用いるようにすることも可能であ
る。そしてこの場合、図の高温ガス室１１の部分燃焼室
として用いることができる。さらに、この燃焼室の部分
に酸化反応を促進する触媒を充填して触媒燃焼を行なわ
せる構成とすることもできる。その他、図の反応器容器
１の上下位同を逆にする等、本発明の要旨を変更しない
範囲で種々に変形して実施することが可能であることは
言うまでもない。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、スチームリフオー
ミング反応のように高温を必要とする吸熱反応の場合に
おいても、反応管先端部の過熱を防止しつつ装置のコン
パクト化を図り高い熱効率で吸熱反応を行なうことが可
能な吸熱反応装置が ′提供できる。
ミング反応のように高温を必要とする吸熱反応の場合に
おいても、反応管先端部の過熱を防止しつつ装置のコン
パクト化を図り高い熱効率で吸熱反応を行なうことが可
能な吸熱反応装置が ′提供できる。
図は本発明の一実施例を示す部分断面構成図である。
１・・・反応器容器、２・・・反応管外管、２ａ・・・
反応管先端部、３・・・反応管内管、４・・・反応室、
５・・・触媒、６・・・再生室、７・・・原料ガスマニ
ホルド、８・・・原料ガス入口ノズル、９・・・生成ガ
スマニホルド、１０・・・高温ガス入口ノズル、１１・
・・高温ガス室、１２・・・高温ガス通路、１３・・・
充填伝熱材、１４・・・高温ガス出口ノズル、１５・・
・生成ガス出口ノズル。
反応管先端部、３・・・反応管内管、４・・・反応室、
５・・・触媒、６・・・再生室、７・・・原料ガスマニ
ホルド、８・・・原料ガス入口ノズル、９・・・生成ガ
スマニホルド、１０・・・高温ガス入口ノズル、１１・
・・高温ガス室、１２・・・高温ガス通路、１３・・・
充填伝熱材、１４・・・高温ガス出口ノズル、１５・・
・生成ガス出口ノズル。
Claims (3)
- （１）反応器容器と、この反応器容器の内部に配置され
、かつ反応管外管と反応管内管とを有すると共にこれら
反応管外管と反応管内管とにより包囲して反応室が形成
されてなる複数本の反応管とを備え、前記反応管外管と
反応器容器とにより包囲されてなる高温ガス通路に前記
反応管外管の一端部より高温のガスを通して前記反応室
を加熱して他端部より外部へ排出させ、かつ原料ガスを
前記反応管外管の他端部より流入させ反応室を通して生
成ガスとしさらにその一端部より前記反応管内管の内側
を通して他端部より流出させる如く構成された吸熱反応
装置において、前記反応管外管と反応器容器とにより包
囲されてなる高温ガス通路に充填伝熱材を充填し、かつ
前記反応管外管の先端部に近い部分の径を他の部分より
も細くするように構成したことを特徴とする吸熱反応装
置。 - （２）反応管外管の先端部に近い部分の径を反応管全長
の５パーセント以上の長さにわたって他の部分よりも細
くするように構成したことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載の吸熱反応装置。 - （３）反応管外管の先端部に近い部分の径を、その先端
部にかけて連続的にまたは段階的に細くするように構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
吸熱反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130008A JPS6111133A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 吸熱反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130008A JPS6111133A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 吸熱反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6111133A true JPS6111133A (ja) | 1986-01-18 |
Family
ID=15023863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130008A Pending JPS6111133A (ja) | 1984-06-26 | 1984-06-26 | 吸熱反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6111133A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001087477A1 (de) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Basf Aktiengesellschaft | Längsstromreaktor mit einem kontaktrohrbündel |
-
1984
- 1984-06-26 JP JP59130008A patent/JPS6111133A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001087477A1 (de) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Basf Aktiengesellschaft | Längsstromreaktor mit einem kontaktrohrbündel |
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