JP2000506435A

JP2000506435A - 吸熱反応を実施する方法及びこの方法を実施するための反応器

Info

Publication number: JP2000506435A
Application number: JP09526409A
Authority: JP
Inventors: ジャコッベ，フランチェスコ; ヴィランテ，ラッファエーレ; ロイアコノ，オリンピア
Original assignee: マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト; ケイ・ティー・アイ・グループ・ベスローテン・フェンノートシャップ
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2000-05-30
Also published as: WO1997026985A3; DE59700438D1; ITRM960018A0; WO1997026985A2; EP0876201A2; DE19780039D2; EP0876201B1; AU1922897A; IT1283877B1; ITRM960018A1

Abstract

(57)【要約】本発明は吸熱反応例えば触媒反応を実施する方法及び反応器に関する。反応器は１つ又は複数の垂直触媒管からなり、前記触媒管は、リング状横断面と、処理する生成物のための上部入口と、処理する生成物を下方から上方へ流出する同軸円筒形導管とを有するそれぞれ１つの触媒層を有する。触媒管は同様に同軸の円筒形熱的ジャケットチューブにより包囲され、熱的ジャケットチューブは部分的に、耐火材から成る輻射室の内部に設けられ、輻射室で外部断熱式バーナの排出管からの燃焼ガスが熱的ジャケットチューブの外壁に接触して沿って上方から下方へ流れ、このようにして外部導管を介して輻射室の中に到達し、次いで輻射室から流出して上方から熱的ジャケットチューブの内部に流入し、燃焼ガスは管の外壁に沿って接触して流れ、その際に並流で熱を触媒管の中の反応生成物とも、新たに輻射室の中に流入した高温燃焼ガスとも交換する。

Description

【発明の詳細な説明】吸熱反応を実施する方法及びこの方法を実施するための反応器本発明は、請求項１の前段に記載の吸熱反応を実施する方法及び請求項１０の前段に記載のこの方法を実施する反応器に関する。高温において発生するこの反応は、反応領域の始端における高められた熱受取りと、指数的に減少する熱必要量とを特徴とする。通常は反応熱の約５７％が触媒層の第１の２５％の中に取入れられ、これに対して約２３％が触媒層の第２の２５％の中に取入れられ、残りの２０％が触媒層の第２の半部の中に取入れられる。触媒反応の経過のための理想的条件は、一定の温度での熱交換にあることが同様に公知である。これにより、予定値にできるだけ近づけこれにより反応器の最適な効率を達成するために、所望の作業条件を維持して、反応速度と反応速度により惹起される温度効果とが補償することが可能である。現在、高温での吸熱反応のための反応器は実質的に２つ公知である。第１の構造タイプでは、バーナの中に発生された炎又は高温煤煙ガスが直接的に触媒管に作用し、第２の構造タイプでは溶融塩の流れを使用することを介して又は別の類似の方法を介して熱交換が行われる。しかし双方の解決法は充分に満足するものではなく、複数の欠点を有する。直接的な炎による加熱においては高い動作温度に到達することが、局所的な過熱の危険無しには可能でなく、このような局所的な過熱により高温の点が発生し、これにより反応媒体のクラッキングが発生し、炭素が形成され、触媒が不活性化される。溶融塩との吸熱反応は、大きいコストの外に、制御するのが困難である欠点を有する、何故ならば許容されない速度低下の危険と、液状質量流の中断の危険とが恒久的に残るからである。ＷＯ９５／１１７４５から公知の吸熱反応のための触媒反応器は、非断熱式バーナを備える輻射室を有し、輻射室の中に上方から、１つの共通の平面の中に配置されている１つ又は複数の触媒管が、少なくともその長さの一部分が入り込んでいる。その触媒管はそれぞれ間隔を置いて同軸熱的ジャケットチューブにより包囲され、これによりバーナの炎は触媒管の壁に直接的には接触しないようになっている。燃焼において発生した高温煤煙ガスは下方からそれぞれ、触媒管とこれに所属の熱的ジャケットチューブとの間に形成されているリング間隙の中に流入し、触媒管の外面に接触して沿って流れ、その際に、触媒反応のための触媒管を介して案内されるプロセスガス流に熱を放出し、熱放出の後に熱的ジャケットチューブの上端から吸出される。リング間隙を貫流する間に、熱を放出する煤煙ガスはしかし同時に熱を、バーナの中で新たに発生された煤煙ガスから、良好な熱伝導率の壁を介して受取る。煤煙ガス流の双方の部分区間は互いに対して反対の方向に流れる。個々の触媒管の内部にはそれぞれ１つの同軸に配置されている上昇管が設けられ、上昇管を介して、反応により形成された生成物（及び場合に応じてプロセスガスの反応しなかった残りも）下方から上方へ触媒管から流出して吸出されることが可能である。触媒充填剤はそれぞれの触媒管の壁と同軸上昇管の壁との間のリング間隙の中に装入されている。上昇管は熱伝導性壁を有するので発生生成物流の吸出しの際に上昇管の壁を介して高温生成物流からも熱が、反対の方向に流れて通過するプロセスガスに放出されることが可能である。更にヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ０３６９５５６Ｂ号公報から公知の吸熱触媒反応のための反応器においても触媒管は輻射室の中に上方から突出している。反応を加熱するために、輻射室の外部に配置されている燃焼装置が設けられ、燃焼ガスの高温燃焼ガスは輻射室の下部の中に導入される。局所的な過熱を回避するために触媒管の下端に、下方へ開いている熱的ジャケットチューブが設けられ、熱的ジャケットチューブの作用は大略ＷＯ９５／１１７４５に記載の反応器の作用に対応する。この場合にも、熱をプロセスガス流に放出する高温煤煙ガスはプロセスガスに対して反対の方向に流れる。最後にヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ０１９５６８８Ａ２号公報から公知の水蒸気改質のための反応器は多数の同軸の互いに入れ子式に組込まている円筒形分離壁を有し、分離壁は複数のリング室を互いから分離し、リング室はプロセスガス流又は生成物流により又は高温煤煙ガスにより熱交換のために貫流される。高温煤煙ガスは、反応器長手軸線の領域内すなわち中央に配置されているバーナの領域内で発生され、まず初めに熱的ジャケットチューブを貫流して案内され、次いで第１の分離壁プロセスガスのための触媒充填反応室を煤煙ガス流から分離する第１の分離壁と熱交換接触する。この場合に煤煙ガスはまず初めにプロセスガス流に対して反対の方向に流れ、方向変換の後に次いで、新たに供給されたプロセスガスに対して反対の方向に流れる。これらの公知の反応器においては触媒管の局所的過熱が大幅に回避されていることは確かである。しかし冒頭に記載の熱的効果の面で改善され最適に効率的な反応器を得るために、まだ改善への希望がプロセスガスへの熱伝達の面で存在する。本発明の課題は前述の欠点を克服し、高温において吸熱反応例えば触媒反応等を実施することを可能にする方法及びこの方法を実施する高性能反応器を提示することにあり、この場合、反応を加熱するために溶融塩等を従来の技術のように使用することは行われず、反応器管の局所的過熱も除去される。吸熱反応は、最適な予定値に大幅に相応するほぼ等温の条件の下で行われることが可能である。この場合に行われる熱交換は、その都度の吸熱反応の熱必要量に対応する。冒頭に記載の方法においてこの課題は請求項１の特徴部分に記載の特徴により解決され、請求項２〜９の特徴部分に記載の特徴により有利な実施の形態が形成される。この方法を実施するための１つの本発明の反応器は、請求項１０に記載の特徴を有する。請求項１１〜２４に記載の特徴によりこの反応器の有利な実施の形態が形成される。本発明に関する以下の説明は大筋において触媒吸熱反応を基礎にしているが、しかし本発明はこれに制限されない。本発明は、プロセスガス流すなわち反応物の加熱が反応室の中で間接的に行われる吸熱反応例えば触媒反応等を基礎にしている。プロセスガス流は反応室の一端から導入され、この反応室の全長を貫流する。反応室の壁の外面は高温煤煙ガスの流れにより接触され、これにより煤煙ガスは反応室の壁を介して熱をプロセスガス流に放出する。同時に、プロセスガス流に熱交換接触している煤煙ガスは熱を、新たに供給された高温煤煙ガスから受取る。なお高温煤煙ガスは燃焼により発生される。熱を放出する煤煙ガスと、新たに供給された煤煙ガスとの間のこの熱交換は間接的に行われる。プロセスガス流と煤煙ガスとの間の熱交換は実際の上で反応室の全長にわたり延在する。本発明の重要な特徴は、一方の高温煤煙ガスとプロセスガス流との間の熱交換過程と、他方の新たに供給された高温煤煙ガスと、プロセスガス流に熱交換接触している煤煙ガスとの間の熱交換過程の両熱交換過程が、それぞれ並流（同方向流）で行われることにある。公知の方法において、加熱のために使用される煤煙ガスの流路の個々の部分区間の間の間接的な熱交換が設けられている場合にはこの熱交換は常に向流原理（反対方向流）に従って行われている。この措置により考慮されている点は、反応器管における高温個所による危険を恐れることなく、反応室の開始部で必要な大きい熱必要量が最適に供給されることにある。吸熱反応の完全な終了又はほぼ完全な終了の後のプロセスガス流すなわち形成された高温生成物流を向流で、新たに供給されたプロセスガス流に間接的な熱交換接触させ、これにより、反応により発生された生成物の中の得られた熱も、反応室への熱供給のために使用することが推奨される。多くの場合に推奨されることは、新たに供給された高温煤煙ガスと、既にプロセスガス流と熱交換接触している煤煙ガスとの間の熱交換を、反応室のプロセスガス供給領域内の上流部分のみに制限する、すなわち反応室の残りの領域では熱交換接触している煤煙ガスの事後加熱を行わないことである。煤煙ガス流のこの事後加熱を反応室の全長の４０〜８５例えば６０〜８０％に制限することが推奨される。加熱媒体として使用される煤煙ガスを発生する燃焼は有利には、行われる熱交換動作の領域から場所的に離れている領域内で行われるべきである。すなわちこれは有利にはヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ０１９５６８８Ａ２号公報に記載の反応器におけるように反応室の直接的近傍では行われない。これにより得られる利点は、新たに供給された煤煙ガス流の中の温度の均一化の面にあり、これによりプロセスの熱的制御が容易になる。好適には断熱式燃焼で煤煙ガスをできるかぎり僅かしか周囲圧力より高くない（すなわち可成２バールより低い）圧力において発生させる。プロセスガス流との熱交換の後に大幅に冷却された煤煙ガスをほぼ周囲圧力において熱交換ゾーンから吸出し、本方法から除去することが好適であることが分かった。冷却された煤煙ガスはしかし大量の残留熱を含むので本発明の１つの有利な実施の形態ではこの残留熱は、本方法から煤煙ガスを除去する前に対流ゾーンの中での間接的な熱交換により使用プロセスガス流又は場合に応じて別の媒体流を予熱するために利用する。更に、有利であると分かった点は、吸込まれた煤煙ガスの部分量を（好適には対流ゾーンの中での熱結合解除の後に）分岐し、燃焼装置の中に戻すことである。これにより得られる利点は、冷却された排気ガスを導出する際に有害物質放出を最小化することにあるだけでなく、煤煙ガス温度を最適な領域内に保持するために、非常に簡単かつ高信頼性の煤煙ガス温度制御を可能にすることにもある。本発明の方法を実施する反応器は少なくとも１つの垂直反応器管を有し、反応器管の上端はプロセスガス供給管に接続され、更に１つの生成物排出管を有し、生成物排出管は、全面的又は部分的に所望生成物に反応により変換されたプロセスガス流を排出するために用いられる。生成物排出管のそれぞれの配置は反応器管の全長がプロセスガスにより貫流されることが可能であるように実現される。すべての反応器管はそれぞれほぼその全長にわたり第１のリング間隙を除いて間隔を置いて、良好な熱伝導率の材料（例えば耐スケール性で耐高温性の鋼）から成る同軸に配置されている熱的ジャケットチューブにより包囲されている。更に反応器は公知のように耐火材性輻射室を有し、輻射室は１つ又は複数の熱的ジャケットチューブを、それぞれ熱的ジャケットチューブの中に閉込められている反応器管の少なくとも部分長にわたり外部から、包囲している。輻射室の上端には、高温煤煙ガスを導入する高温ガス供給管が設けられている。煤煙ガス排出管を介して、冷却された煤煙ガスが輻射室から排出されることが可能である。本発明の反応器の重要な特徴は、１つ又は複数の個々の導管から形成されている煤煙ガス排出管が下端で輻射室から導出されていることと、個々の熱的ジャケットチューブの上端がそれぞれ煤煙ガス排出管の導管のうちの少なくとも１つの導管に接続されていることと、熱的ジャケットチューブの下端が、冷却された煤煙ガスを排出するための接続部を有することである。吸熱反応により発生された生成物の熱をプロセスガス流を加熱するために利用することが可能なように有利にはそれぞれの反応器管は内部に上昇管を有し、上昇管は反応器管と上昇管との間の第２のリング間隙を除いてそれぞれ同軸に反応器管のほぼ全長にわたり延在する。この場合に反応器管は厳密に１つの方向に貫流されるのではなく、反応器の下端が底部により密に閉鎖されている。上昇管はこの底部の上方で底部から僅かに間隔を置いて開放状態で終端し、反応器管の上端の近傍で反応器管から導出されて生成物排出管に連通する。触媒吸熱反応の場合には触媒充填剤は第２のリング間隙の領域内すなわち上昇管と反応器管の壁との間に配置されている。生成物ガス流に熱交換接触している煤煙ガスの前述の事後加熱が反応器の部分長のみで行われる場合に推奨されることは、反応器管が下方へ向かって輻射室から出て突出するようにすることである。反応器管のこの突出部分は好適には、反応器管長の１５〜６０％の長さを有する。通常は推奨されることは、複数の互いに平行な反応器管を設けることであり、反応器管はそれぞれ熱的ジャケットチューブにより前述のように包囲されている。好適には反応器管の長手軸線は１つの共通の平面の中に位置し、それぞれの熱的ジャケットチューブには、この平面に対して鏡対称に配置されており煤煙ガス排出管を形成するそれぞれ一対の導管が連通する。これらの導管の直径は、すべてのジャケットチューブの中でできるだけ均一な煤煙ガス流を達成するために、集中されたすなわちとりわけ煤煙ガス排出管の中で顕著な圧力損失を調整設定するように定められていなければならない、何故ならばこれにより短絡流が回避されることが可能となるからである。好適には、加熱のために必要な高温煤煙ガスを生成するのに必要な燃焼装置が輻射室の外部に配置され、煤煙ガス排出管を介して反応器の高温ガス排出管に接続されている。有利には断熱式燃焼装置が設けられている。高温ガス供給管の形状の面で好適であることが分かった点は、高温ガス供給管を垂直チャネル有利には輻射室の耐火性壁の構成部分として形成されている垂直チャネルの形で実施し、高温煤煙ガスを均一に配分するために垂直チャネルを一連のノズルを介して輻射室の内部に案内することである。煤煙ガス排出管の導管は好適には輻射室の外部で走行し、なおしかしこれらの導管は例えば輻射室の壁の中に配置されることも可能である。熱的ジャケットチューブの長さと、熱的ジャケットチューブの輻射室の中に位置する部分の長さとの互いへの好適な適合調整は、反応器管の壁を介して伝達される熱流がプロセスガス流の反応領域内のほぼ一定の温度を保証するように実現される。有利には熱的ジャケットチューブの排出管は、冷却された煤煙ガスを吸出すために換気装置に接続され、換気装置の出口は、煙突に連通する排気ガス排出管と排気ガス戻し管とに分岐し、この排気ガス戻し管を介して排気ガスの一部分が燃焼装置に戻されることが可能である。最適なエネルギー利用のために推奨されることは、冷却された煤煙ガスを熱的ジャケットチューブへ排出する排出管と排気ガス排出管との間に、対流ゾーンとして形成されている熱交換器を設け、熱交換器は、使用されるプロセスガス流又は別の媒体流を予熱するために用いられる。使用される燃焼装置への燃焼空気の供給のために好適には送風機が設けられる。反応器が触媒反応のために形成される場合に推奨されることは、触媒充填剤を反応器管の中に装入したり取出しすことを容易化するために、個々の反応器管の上端を、取外し可能な蓋により閉鎖可能なフランジを設けることである。本発明により以下の利点が得られる。 − 実用上の等温条件において熱流が反応の進行と一致する。 − バーナの炎が反応器管と接触する問題、及び反応器管の壁に高温点が形成される問題が回避される。 − 燃焼ガスを部分的に戻すことにより断熱式バーナにおける窒素酸化物の形成を減少する。 − 輻射室のみにしか耐火材を使用しない。 − 並流における熱交換により生成物の排出の際に反応器管の温度を正確に制御することが可能である。 − 反応温度に比して僅かに高い温度を有する煤煙ガスを対流ゾーンに導くことにより熱的効率が高められる。以下において本発明が、本発明の１つの有利な実施の形態を例として示す図面を用いて詳細に説明される。図１は本発明の触媒管を軸線に沿って切断して概略的に示す断面図、図２は本発明の反応器を概略的に示す断面図、図３は本発明の反応器の燃焼システムを概略的に示す概略図である。図１には、垂直に位置し触媒管として形成されている円筒形反応器管１が示され、反応器管１はその上端の領域内に、処理するプロセスガス供給のためのプロセスガス供給管２を設けられ、更にこれに対向して配置されて、生成物の排出のための上昇管２７の外側端部部品（生成物排出管３）が設けられている。上昇管２７は同軸に反応器管１の内部で反応器管１の底部５の近傍領域内まで延在する。反応器管１には、蓋４を有するフランジが設けられ、蓋４は取外し可能に反応器１の上端に固定されている。図１から分かるように上昇管２７と反応器管１の内壁との間にリング間隙６が設けられ、リング間隙６は触媒の取付けに用いられている。触媒は、取外し可能蓋４の上方に簡単に取付けられ、及び取外されることが可能である。従って触媒充填剤の横断面はリング状に形成されている。図２において反応器管１は前述のプロセスガス供給管２及び生成物排出管３の高さまで同軸円筒形熱的ジャケットチューブ７の内部に包囲されて収容されている。この熱的ジャケットチューブ７は上部において上部壁により終端されているが、これに対して下部は、冷却された煤煙ガスの排出のために、熱的ジャケットチューブ７の下部底部の中に加工されている導管１１を介して外方へ開いている。熱的ジャケットチューブ７はその長さの一部は、容器の形の耐火材から形成されている輻射室８により包囲されて収容されている。輻射室８の上部の中に輻射室８の壁の一体的一部として配分チャネルとして形成され多数のノズル１３を介して輻射室８の内部へ開いている高温ガス供給管１２を介して、高温煤煙ガスは均一に配分されて輻射室８の中に導入されることが可能である。輻射室８の下部から出て、煤煙ガス排出管９の図面平面に垂直に位置する対称平面１４に対して対称に配置されている導管が走行し、輻射室８の外部を上方へ向かって延在し、最終的に輻射室８の上部領域内で熱的ジャケットチューブ７の中に連通する。通常は本発明の反応器は複数の互いに平行に配置されている熱的ジャケットチューブ７を有し、熱的ジャケットチューブ７の長手軸線はそれぞれ対称平面１４の中に位置する。１つ又は複数の熱的ジャケットチューブ７は、それぞれ包囲されて収容されている反応器管１と一緒に反応器管１の全長の一部にわたり下方へ向かって輻射室１４から出て突出している。反応器管１は同軸に熱的ジャケットチューブ７の中に配置され、これにより熱的ジャケットチューブ７の中にそれぞれ１つのリング間隙１０が形成され、リング間隙１０を貫流して、煤煙ガス排出管９の導管を貫流して導入された煤煙ガスが下方へ向かって流れて排出管１１に到達することが可能である。図３は輻射室２７の外部の断熱式燃焼装置１５を示す。燃焼装置１５は側面に燃料のための燃料導管１６と、送風機１８から到来する燃焼空気のための燃焼空気供給管１７とを有し、更に、高温燃焼ガスを高温ガス供給管１２に更に導く煤煙ガス垂直導管２１を有し、導管２１はガスを輻射室８の中に導入する。図３の概略図には対流ゾーン２０も示され、対称ゾーン２０の中で、前述の排出管１１に接続されている導管２３から流入する煤煙ガスの熱が例えばプロセスガスを予熱するために利用される。対流ゾーン２０に続いて、冷却された燃焼ガスが導管２４を介して吸込み装置２２（ベンチレータ）まで導かれる。吸込み装置２２の下流に、吸込まれた冷却煤煙ガスの部分流が排気ガス戻し管１９を介して燃焼装置１４へ戻されることが可能であり、これに対して残りの排気ガス流は排気ガス排出管２４と、これに接続されている煙突２６とを介して大気中へ放出されることが可能である。本発明の反応器は次のように機能する。プロセスガス（例えばエチルベンゼン蒸気）がプロセスガス供給管２を介して流入し、反応器管１のリング間隙６の中に導かれ、リング間隙６の中に配置されている触媒を上方から下方へ貫流する。触媒生成物例えばスチレンは上昇管２７を貫流して上方へ導かれ、生成物排出管３から流出する。図３の概念図から分かるように、燃焼装置１５から到来する高温煤煙ガスは煤煙ガス排出管２１を介して図２の高温ガス供給管１２まで導かれ、供給管１２から煤煙ガスはノズル１３を介して均一に輻射室８の内部に分散される。輻射室８の内部で煤煙ガスは上方から下方へ導かれ、煤煙ガス排出管９の導管の中に流入し、上方から熱的ジャケットチューブ７の内部に流入し、次いで再び下方へ向かって熱的ジャケットチューブ７と反応器管１との間のリング間隙１０の中に流入し、次いで煤煙ガスは排出管１１の導管を介して流出し、排出管１１の導管を介して煤煙ガスは最終的に前述のように対流ゾーン２０へ導かれる。本発明により採用される解決法では、個々の熱的ジャケットチューブ７とその対応の触媒管１との間のリング間隙１０の中に流入する煤煙ガスは触媒管１の壁を介して熱を並流で、触媒管１の中に含まれているプロセスガスと交換する。双方の流れは上方から下方へ導かれれる。同時に、熱的ジャケットチューブ７の内部で流れるこれらの煤煙ガスは熱を再び並流の中に取入れる、すなわち、輻射室８の中に存在し熱的ジャケットチューブ７の外壁に接触する新たに供給された煤煙ガス流から熱を取入れる。当業者には明白なように外部燃焼装置１５の使用と前述の排気ガス戻し案内とにより触媒反応の熱交換は簡単に、断熱式燃焼装置１５に戻される煤煙ガスの量を変化することにより調整されることが可能である。同時に煤煙ガス排出管９の導管の直径は内部で的確な圧力損失、すなわちすべての熱的ジャケットチューブ７の中に燃焼装置１５から到来の煤煙ガスの均一な流れを保証するような的確な圧力損失が発生するように定められる。更に、熱的ジャケットチューブ７が煤煙ガスにより均一に充填されることを保証することは、有利には断熱式の燃焼装置１５の中での燃焼における圧力が実際の上で大気圧に相応し、これにより輻射室８の内部の圧力が大気圧より僅かに低く、これに対して吸込み装置２２により負圧が熱的ジャケットチューブ７の内部で発生されることにより達成される。熱的ジャケットチューブ７の中の圧力は輻射室８の中の圧力に比して低い。前述の説明を基礎にして熱的ジャケットチューブ７の最も重要な機能が、熱的ジャケットチューブ７を介して、プロセスガスに反応領域の開始時に伝達され熱の量が高められ、上方から下方へ向かって減少し従って触媒反応の熱必要量に相応する熱流が発生することにあることが分かる。この利点は前述の特性と、熱的ジャケットチューブ７の直径の適切な選択と、熱的ジャケットチューブ７の輻射室８の中に導入された部分の長さと熱的ジャケットチューブ７の反応管１の壁にわたる全長との比の適切な選択との組合せにより、触媒の温度が反応領域の全展開の間にほぼ一定のままでであることを可能にする熱流がプロセスガスに伝達されることが可能であることにある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ヴィランテ，ラッファエーレイタリア国、イ―00139 ローマ、ヴィア・フェルディナンド・エンメ・ポッジョリル５ (72)発明者ロイアコノ，オリンピアイタリア国、イ―00143 ローマ、ヴィア・オスカル・シニアリア 40

Claims

【特許請求の範囲】１．反応室の中のプロセスガス流を間接的に加熱する吸熱反応の実行方法であって、前記プロセスガス流が反応室の一端から導入され前記反応室の全長にわたり貫流し、前記反応室の壁の外面のまわりを高温煤煙ガスが流れ、前記高温煤煙ガスは前記反応室の壁を介して熱を前記プロセスガス流に引渡し、既に前記プロセスガス流に熱交換接触している煤煙ガスは前記プロセスガス流への熱引渡しの間に熱受取りのために、燃焼により発生し新たに供給された高温煤煙ガスに間接的に熱交換接触される吸熱反応の実行方法において、前記高温煤煙ガスとプロセスガス流との間の熱交換が並流で行われることと、新たに供給された高温煤煙ガスと、前記プロセスガス流と熱交換接触している煤煙ガスとの間の熱交換が並流で行われることを特徴とする吸熱反応の実行方法。２．プロセスガス流が吸熱反応の完全な又はほぼ完全な終了の後に高温プロセスガス流として向流で、新たに供給されたプロセスガス流に間接的に熱交換接触されることを特徴とする請求項１に記載の吸熱反応の実行方法。３．新たに供給された高温煤煙ガスと、既にプロセスガス流と熱交換している煤煙ガスとの間の熱交換が、反応室のプロセスガス供給の領域内の上流部分のみで行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸熱反応の実行方法。４．新たに供給された煤煙ガスと、プロセスガス流に既に熱交換接触している煤煙ガスとの間の間接的な熱交換が反応室の全長の約４０〜８５％例えば６０〜８０％の部分で行われることを特徴とする請求項３に記載の吸熱反応の実行方法。５．煤煙ガス発生のための燃焼が場所的に、行われている熱交換過程の領域から離れて行われることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１つの請求項に記載の吸熱反応の実行方法。６．煤煙ガス発生のための燃焼が吸熱反応として例えば雰囲気圧力に対して僅かに高い圧力における燃焼として行われることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１つの請求項に記載の吸熱反応の実行方法。７．プロセスガス流との熱交換の後に冷却された煤煙ガスがほぼ雰囲気圧力において吸込まれ、本方法の装置から排出されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１つの請求項に記載の吸熱反応の実行方法。８．冷却された煤煙ガスの残留熱が前記煤煙ガスの排出の前に、プロセスガス流及びその他の媒体流を予熱するために利用されることを特徴とする請求項７に記載の吸熱反応の実行方法。９．吸込まれた煤煙ガスの部分流が燃焼装置の中に戻されることを特徴とする請求項７又は８に記載の吸熱反応の実行方法。１０．請求項１に記載の方法を実施する反応器であって、少なくとも１つの垂直反応器管（１）を具備し、前記反応器管（１）の上端はプロセスガス供給管（２）に接続され、前記反応器管（１）は生成物排出管（３）を有し、前記生成物排出管（３）の配置は、前記反応器管（１）の全長がプロセスガスにより貫流されるように実現され、前記反応器管（１）は、第１ののリング間隙（１０）を除く前記反応器管（１）のほぼ全長にわたり間隔を置いて、同軸に配置されている良好な熱伝導率の材料から成る熱的ジャケットチューブ（７）により包囲され、更に、前記熱的ジャケットチューブ（７）を前記反応器管（１）の部分長にわたり外部から包囲する耐火材から成る輻射室（８）を具備し、前記輻射室（８）に、高温煤煙ガスを前記輻射室（８）の中に前記輻射室（８）の上端から導入するための高温ガス供給管（１２）とが、前記輻射室（８）から出発する煤煙ガス排出管（９）が設けられている反応器において、前記煤煙ガス排出管（９）が１つ又は複数の導管から形成され、それぞれの前記導管の下端は前記輻射室（８）から導出されていることと、前記熱的ジャケットチューブ（７）の上端が前記煤煙ガス排出管（９）の導管のうちの少なくとも１つの導管に接続されていることと、前記熱的ジャケットチューブ（７）の下端は、冷却された煤煙ガスの排出管（１）への接続部を有することを特徴とする反応器。１１．少なくとも１つの反応器管（１）が内部に上昇管（２７）を有し、前記上昇管（２７）は第２のリング間隙（６）を除いて前記反応器管（１）と前記上昇管（１５）との間に同軸に前記反応器管（１）のほぼ全長にわたり延在し、底部を密に閉鎖されている下端を有する前記反応器管（１）の近傍において前記底部から間隔を置いて開いて終端し、前記反応器管（１）の上端の近傍において前記反応器管（１）から出て案内され、これにより生成物排出管（３）が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の反応器。１２．少なくとも１つの反応器管（１）が触媒管として形成され、触媒充填剤が第２のリング間隔（６）の領域内に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の反応器。１３．熱的ジャケットチューブ（７）の反応器管（１）が例えば前記反応器管（１）の全長の１５％〜６０％にわたり下方へ向かって輻射室（８）から吐出していることを特徴とする請求項１０から請求項１２のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。１４．輻射室（８）の外部に配置されている燃焼装置（１５）が設けられ、前記燃焼装置（１５）は煤煙ガス排出管（２１）を有し、前記煤煙ガス排出管（２１）は高温ガス供給管（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１０から請求項１３のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。１５．高温ガス供給管（１２）が配分チャネルとして形成され、前記配分チャネルは一連のノズル（１３）を介して高温煤煙ガスの均一な配分のために輻射室（８）の内部に接続されてることを特徴とする請求項１４に記載の反応器。１６．配分チャネルが輻射室（６）の耐火性壁の構成部分であることを特徴とする請求項１５に記載の反応器。１７．複数の互いに平行に互いから間隔を置いて配置されている反応器管（１）が設けられ、前記反応器管（１）はそれぞれ熱的ジャケットチューブ（７）により包囲されていることを特徴とする請求項１０から請求項１６のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。１８．反応器管（１）の長手軸線が１つの共通の平面（１４）の中に位置し、前記平面に対して鏡対称に配置されている煤煙ガス排出管（９）のそれぞれ１つの対の導管がそれぞれの熱的ジャケットチューブ（９）に連通し、前記煤煙ガス排出管（９）の前記導管の直径は、すべての前記熱的ジャケットチューブ（７）の中での均一な煤煙ガス流を達成するように、圧力損失に調整設定されて定めらていることを特徴とする請求項１７に記載の反応器。１９．煤煙ガス排出管（９）の導管が輻射室（８）の外部に延在することを特徴とする請求項１０から請求項１８のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。２０．熱的ジャケットチューブ（７）の直径と前記熱的ジャケットチューブ（７）の輻射室（８）の中に位置する部分長との互いに対する適合調整が、反応器管（１）の壁を通して伝達される熱流がプロセスガス流の反応領域内でのほぼ一定の温度を保証することを特徴とする請求項１３から請求項１９のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。２１．熱的ジャケットチューブ（７）の排出管（１１）が、冷却された煤煙ガスを吸込むために換気装置（２２）に接続され、前記換気装置（２２）の出口は、煙突（２６）へ連通する排気ガス排出管（２５）と排気ガス戻し管（１９）とに分岐し、前記排気ガス戻し管（１９）を介して排気ガス部分量が燃焼装置（１５）に戻されることが可能であることを特徴とする請求項１４から請求項２０のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。２２．排出管（１１）と排気ガス排出管（２５）との間に熱交換器が、プロセスガス流又は別の媒体流を予熱するために挿入接続されていることを特徴とする請求項２１に記載の反応器。２３．燃焼装置（１５）が、燃焼空気を吹込むための送風機（１８）を有することを特徴とする請求項１４から請求項２２のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。２４．触媒管として形成されている反応器管（１）の上端が、取外し可能な蓋（４）により閉鎖可能であり触媒充填剤の装入及び取出しに用いられる触媒充填剤を有することを特徴とする請求項１２から請求項２３のうちのいずれか１つの請求項に記載の反応器。