JP2003525115A - 吸熱反応工程およびその装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
吸熱反応の工程が発熱反応を実施する段階を含んでおり、この発熱反応において、吸熱反応に露呈される供給材料に伝わるように熱を発生するために燃料が燃焼されるのであり、この発熱反応ならびに吸熱反応からの廃棄熱は、吸熱反応と発熱反応の下流側にある単一熱回収帯域の中の少なくとも３本の流れに伝達されており、従ってこの装置は単一容器の中に含まれている。
Description
【０００１】
この発明は反応工程ならびにその装置における、もしくは関係する改良に関す
る。
る。
【０００２】
更に詳しくは、この発明はこの種の工程と装置に関する参照事項をもっており
、それによると吸熱ならびに発熱の両反応は同時に起こり、その結果前者すなわ
ち吸熱反応に必要な熱は後者すなわち発熱反応により供給される。
、それによると吸熱ならびに発熱の両反応は同時に起こり、その結果前者すなわ
ち吸熱反応に必要な熱は後者すなわち発熱反応により供給される。
【０００３】
例えば一般的に大型改質炉を活用する天然ガスまたは他の炭素系材料の蒸気改
質法を使用して合成ガスを生産することは公知であり、この大型改質炉は本質的
に大型箱であって、改質チューブの単列または多重列を含んでおり、これらのチ
ューブ列を介して吸熱反応物質が流れ、これらの流れには吸熱反応を促進する触
媒が含まれ、あるいは含まれていないかもしれない。
質法を使用して合成ガスを生産することは公知であり、この大型改質炉は本質的
に大型箱であって、改質チューブの単列または多重列を含んでおり、これらのチ
ューブ列を介して吸熱反応物質が流れ、これらの流れには吸熱反応を促進する触
媒が含まれ、あるいは含まれていないかもしれない。
【０００４】
燃焼は箱の中の大まかに言って雰囲気圧力下で発生し、チューブへの熱の移動
は主として燃焼ガスまたは改質炉の壁からの放射を経て生ずる。
は主として燃焼ガスまたは改質炉の壁からの放射を経て生ずる。
【０００５】
改質ガスと燃焼ガスからの廃棄熱は、一般的に分離式熱回収デバイスを介して
箱の外側に隣接して回収される。
箱の外側に隣接して回収される。
【０００６】
この従来技法の主要な欠点は改質炉の大きい重量と空間的容積に関係し、建造
ならびに構成部品に高い費用をもたらし、そしてこれらの技法を多くの場所で、
特に例えば禁忌な遠隔地及び沖合で使用させることになる。
ならびに構成部品に高い費用をもたらし、そしてこれらの技法を多くの場所で、
特に例えば禁忌な遠隔地及び沖合で使用させることになる。
【０００７】
従来の改質炉ならびにその関連装置のもつ質量の大きさに関連して、これら改
質炉の加熱ならびに冷却に長時間を要することになり、また関連するエネルギー
の消費コストも嵩むことになる。
質炉の加熱ならびに冷却に長時間を要することになり、また関連するエネルギー
の消費コストも嵩むことになる。
【０００８】
これら従来の大型改質炉に代わるよりこじんまりしたデバイスの設計に関して
今日まで幾つかの企画がなされてきたが、限られた成果しか得られていない。
今日まで幾つかの企画がなされてきたが、限られた成果しか得られていない。
【０００９】
一般的に、この種のよりこじんまりしたデバイスは機械的設計上実用性が限定
され、または熱効率が貧弱であり、あるいは大規模工業用としては不適切である
という問題を抱えている。
され、または熱効率が貧弱であり、あるいは大規模工業用としては不適切である
という問題を抱えている。
【００１０】
この種の試みの１つがＲｕｈｌらに付与された米国特許第５，５６７，３９８
号で開示されており、それによると吸熱性供給材料及び発熱性燃焼ガスに対して
逆流の流れの採用を本質的に教示している。この従来技術の提案の欠点は、吸熱
反応のピーク温度の位置の近くにあるバーナー尖端に対して熱束のピーク部分が
接近していることによる、所与の吸熱反応及び温度に対する高い金属壁温度にあ
る。バーナー火炎の変形、あるいは燃料または空気の分布不良は如何なる程度で
あってもチューブ壁温度を設計値以上となし、結果的にチューブの早期破損をも
たらし得る。
号で開示されており、それによると吸熱性供給材料及び発熱性燃焼ガスに対して
逆流の流れの採用を本質的に教示している。この従来技術の提案の欠点は、吸熱
反応のピーク温度の位置の近くにあるバーナー尖端に対して熱束のピーク部分が
接近していることによる、所与の吸熱反応及び温度に対する高い金属壁温度にあ
る。バーナー火炎の変形、あるいは燃料または空気の分布不良は如何なる程度で
あってもチューブ壁温度を設計値以上となし、結果的にチューブの早期破損をも
たらし得る。
【００１１】
Ｒｕｈｌらの提案の構成は、燃焼ガスのみによる吸熱反応送給流れの予熱を制
限し、その効果として、燃焼生成ガスに含まれる廃棄熱の最大限の活用が単一容
器中ではは達成できないことになる。結果は、この工程の全体的潜在効率が従来
技術の装置により実現できないということである。
限し、その効果として、燃焼生成ガスに含まれる廃棄熱の最大限の活用が単一容
器中ではは達成できないことになる。結果は、この工程の全体的潜在効率が従来
技術の装置により実現できないということである。
【００１２】
更に、Ｒｕｈｌらの提案の構成は、吸熱反応生成物のみによる発熱反応送給流
れの予熱をやはり制限し、その結果発熱反応送給物に過剰加熱を施すことなく、
この装置中の吸熱反応生成物に施し得る冷却の度合いを限定することになる。採
用した容器の全体的潜在効率に及ぼす負の効果とは全く別に、「金属汚染」腐食
に抵抗できなければならない下流側構成部品の選択に、やはり負の影響が及ぶ。
れの予熱をやはり制限し、その結果発熱反応送給物に過剰加熱を施すことなく、
この装置中の吸熱反応生成物に施し得る冷却の度合いを限定することになる。採
用した容器の全体的潜在効率に及ぼす負の効果とは全く別に、「金属汚染」腐食
に抵抗できなければならない下流側構成部品の選択に、やはり負の影響が及ぶ。
【００１３】
米国特許第５，５６５，００９号が開示している吸熱反応炉は、Ｒｕｈｌらの
教示内容に関する上述の概要に対して、特に逆流の流れ方式の影響に関連してや
はり同様な欠点を示している。
教示内容に関する上述の概要に対して、特に逆流の流れ方式の影響に関連してや
はり同様な欠点を示している。
【００１４】
工程の「効率」はいろんな方法で計測できるが、特に注目されるのは「正味燃
料効率」と、そして解放された熱に移送された全熱量の比率である。前者すなわ
ち「正味燃料効率」は工程もしくは装置の中で利用される（燃料ＬＣＶに基づく
）全燃料エネルギーのパーセント値で計測され、この値は大気中への燃焼ガス装
出温度が降下すると増大する。この値はまた燃料の品質の影響を受けるのであり
；燃料ＬＣＶが下がると所定の燃焼生成物の出口温度に対する正味燃料効率が下
がる筈である。
料効率」と、そして解放された熱に移送された全熱量の比率である。前者すなわ
ち「正味燃料効率」は工程もしくは装置の中で利用される（燃料ＬＣＶに基づく
）全燃料エネルギーのパーセント値で計測され、この値は大気中への燃焼ガス装
出温度が降下すると増大する。この値はまた燃料の品質の影響を受けるのであり
；燃料ＬＣＶが下がると所定の燃焼生成物の出口温度に対する正味燃料効率が下
がる筈である。
【００１５】
前述の比率は、燃料の燃焼によって解放される熱量の計測値と比較される工程
または装置の中で伝達される熱量の計測値であって、この値は燃料や燃焼空気及
び工程供給材料に対する全体的予熱が増すときに増大する。この値は前述の３本
の流れの所望の最高予熱温度または実用予熱温度であると考える如何なる温度に
よっても限定される。この比率は１００％を超えることができ、しかも工程また
は装置の中の付加的な流れを加熱することによって最大化される。
または装置の中で伝達される熱量の計測値であって、この値は燃料や燃焼空気及
び工程供給材料に対する全体的予熱が増すときに増大する。この値は前述の３本
の流れの所望の最高予熱温度または実用予熱温度であると考える如何なる温度に
よっても限定される。この比率は１００％を超えることができ、しかも工程また
は装置の中の付加的な流れを加熱することによって最大化される。
【００１６】
従ってこの発明の目的は、従来技術のもつ欠点を取除く改良した工程ならびに
装置を提供することである。
装置を提供することである。
【００１７】
この発明の更なる目的はよりこじんまりした、そしてより費用効果のある構成
を提供することであり、この構成は現存の工程及び装置により実証されるよりも
潜在能力的に大きい全体的正味燃料効率ならびに解放された熱に伝達される全熱
量の比率を生ずる構成である。
を提供することであり、この構成は現存の工程及び装置により実証されるよりも
潜在能力的に大きい全体的正味燃料効率ならびに解放された熱に伝達される全熱
量の比率を生ずる構成である。
【００１８】
この発明の第１の態様に従えば、吸熱反応を実施する工程は、発熱反応領域に
おいて発熱反応を開始する段階を有するのであり、この開始には予熱した燃焼支
援媒体の存在下で予熱燃料を燃焼させ、そして熱を発生して燃焼ガス流を生じ、
発熱反応領域に隣接する吸熱反応領域において供給材料の流れに吸熱反応を起こ
させ、熱を燃焼ガス流から供給材料の流れに実質的に対流的に伝達して工程ガス
流を生じ、燃焼ガス流と供給材料の流れとは同時流動の流れ関係となって燃焼ガ
ス流と工程ガス流とは同時流動して発熱反応帯域の下流側にある熱回収帯域に流
入するのであり、この熱回収帯域では工程ガス流からの熱が燃焼ガス流に対流的
に伝達され、そして同時に熱は、燃焼支援媒体及び工程供給材料、そして燃料と
の対流的熱交換関係において燃焼ガス流を通すことにより回収され、その結果工
程ガス及び燃焼ガスの両流れの温度を制御し、工程ガス流は熱回収帯域を経て直
接、そして継続的に送給され、また燃焼ガス流と工程ガス流はある適当な温度レ
ベルにおいて工程から装出され、その結果工程の全体的効率が最適化される。
おいて発熱反応を開始する段階を有するのであり、この開始には予熱した燃焼支
援媒体の存在下で予熱燃料を燃焼させ、そして熱を発生して燃焼ガス流を生じ、
発熱反応領域に隣接する吸熱反応領域において供給材料の流れに吸熱反応を起こ
させ、熱を燃焼ガス流から供給材料の流れに実質的に対流的に伝達して工程ガス
流を生じ、燃焼ガス流と供給材料の流れとは同時流動の流れ関係となって燃焼ガ
ス流と工程ガス流とは同時流動して発熱反応帯域の下流側にある熱回収帯域に流
入するのであり、この熱回収帯域では工程ガス流からの熱が燃焼ガス流に対流的
に伝達され、そして同時に熱は、燃焼支援媒体及び工程供給材料、そして燃料と
の対流的熱交換関係において燃焼ガス流を通すことにより回収され、その結果工
程ガス及び燃焼ガスの両流れの温度を制御し、工程ガス流は熱回収帯域を経て直
接、そして継続的に送給され、また燃焼ガス流と工程ガス流はある適当な温度レ
ベルにおいて工程から装出され、その結果工程の全体的効率が最適化される。
【００１９】
有利なことに、熱は工程ガス流及び燃焼ガス流から更に回収されるのであり、
熱伝達はある種の流体の流れ、例えば水を循環する供給材料飽和装置のような流
体の流れに対する少なくとも１個の他の流れ回路に対して伝達される。
熱伝達はある種の流体の流れ、例えば水を循環する供給材料飽和装置のような流
体の流れに対する少なくとも１個の他の流れ回路に対して伝達される。
【００２０】
この発明の工程においては、この明細書で定義されている予熱機構を使用する
ことにより、熱を工程の各種の流れに融通性をもって伝達できるお陰で、高度の
工程効率が得られる。このようにして、吸熱反応生成物、すなわち工程ガス流の
温度は概ね４００℃のレベルに維持可能であり、また発熱性燃焼ガス流の温度は
、１工程帯域において２５０℃以下のレベルに維持可能である。加熱される冷体
の温度ならびに更なる熱交換の経済性次第では、これらの温度の更なる降下は可
能である。
ことにより、熱を工程の各種の流れに融通性をもって伝達できるお陰で、高度の
工程効率が得られる。このようにして、吸熱反応生成物、すなわち工程ガス流の
温度は概ね４００℃のレベルに維持可能であり、また発熱性燃焼ガス流の温度は
、１工程帯域において２５０℃以下のレベルに維持可能である。加熱される冷体
の温度ならびに更なる熱交換の経済性次第では、これらの温度の更なる降下は可
能である。
【００２１】
有利なことに、熱回収帯域において加熱される流れの１本は工程供給材料用の
流れに備えた水を含んでおり、特に同業技術の熟練者にとって公知である有用な
方法は供給材料飽和装置に到る循環水の予熱である。その他の方法は水例えばボ
イラーからの流れの直接的な形成である。
流れに備えた水を含んでおり、特に同業技術の熟練者にとって公知である有用な
方法は供給材料飽和装置に到る循環水の予熱である。その他の方法は水例えばボ
イラーからの流れの直接的な形成である。
【００２２】
好都合なことに、受け入れる流れの熱回収帯域の中の流れは一般的に発熱反応
及び吸熱反応の両流れの方向を横断している。二者択一的に、熱回収帯域の中の
流れは一般的に発熱反応と吸熱反応の両流れの方向に対して同一方向または反対
方向をとる。
及び吸熱反応の両流れの方向を横断している。二者択一的に、熱回収帯域の中の
流れは一般的に発熱反応と吸熱反応の両流れの方向に対して同一方向または反対
方向をとる。
【００２３】
更に、流れ経路を延長することにより、含有するチューブの増加した表面領域
を通る熱伝達及び伝熱係数を強化するために、受入れる流れを曲折される熱回収
帯域の中に流入させることは最適化の手段として有益である。
を通る熱伝達及び伝熱係数を強化するために、受入れる流れを曲折される熱回収
帯域の中に流入させることは最適化の手段として有益である。
【００２４】
好都合なことには、発熱性及び吸熱性の流れは下方を向く方向に同時流動する
が、他の方向も採用可能である。
が、他の方向も採用可能である。
【００２５】
熱回収帯域の中での工程ガス流と燃焼ガス流間の熱伝達の最適化のために、こ
れらの流れの速度が強化され、結果的に伝熱係数を増大する。
れらの流れの速度が強化され、結果的に伝熱係数を増大する。
【００２６】
この発明の工程は供給材料の、事実上燃料ガス流の予熱を許すのであり、その
方法では、それぞれの流れの出口温度が予熱すなわち熱回収帯域の回りの適当な
バイパスにより制御されることにより、例えば米国特許第５，５６５，００９号
のような従来技術で必要であるような燃焼生成物の酸素含有量、すなわち過剰空
気を調節することを要せずに、吸熱反応に対する熱の入力の制御を可能にする。
従って、この発明の工程は伝熱性能の変動、例えば汚れなどにも係わらず最適効
率において、あるいはその近傍で操作可能である。
方法では、それぞれの流れの出口温度が予熱すなわち熱回収帯域の回りの適当な
バイパスにより制御されることにより、例えば米国特許第５，５６５，００９号
のような従来技術で必要であるような燃焼生成物の酸素含有量、すなわち過剰空
気を調節することを要せずに、吸熱反応に対する熱の入力の制御を可能にする。
従って、この発明の工程は伝熱性能の変動、例えば汚れなどにも係わらず最適効
率において、あるいはその近傍で操作可能である。
【００２７】
この工程はやはり燃焼帯域の中に、延長した、あるいは付加した燃料チューブ
を使用することにより段階的燃焼の提供を可能とし、その結果燃料ガスは段階的
に解放されてピーク燃焼温度を低減し、その結果吸熱反応チューブを通過するピ
ーク熱束ならびに燃焼生成物中の窒素酸化物の濃度を低減する。
を使用することにより段階的燃焼の提供を可能とし、その結果燃料ガスは段階的
に解放されてピーク燃焼温度を低減し、その結果吸熱反応チューブを通過するピ
ーク熱束ならびに燃焼生成物中の窒素酸化物の濃度を低減する。
【００２８】
更に、燃料ガスバーナーチューブは多孔質材料で構成可能であり、これにより
燃料はチューブからその長さに沿って連続的に解放される。燃焼触媒は、まだ下
方にあるピーク燃焼温度における操作を可能とするように、バーナーチューブの
外側に適用可能である。
燃料はチューブからその長さに沿って連続的に解放される。燃焼触媒は、まだ下
方にあるピーク燃焼温度における操作を可能とするように、バーナーチューブの
外側に適用可能である。
【００２９】
この工程は燃焼の予熱を許し、これに燃焼が続き、その後燃焼生成物の熱交換
により燃焼空気に戻るのであり、このことが迅速な、しかも無事故の起動及び休
止を可能とし、そして冷たい空気による吸熱反応チューブの迅速焼入れが生じな
いことを保証するのであって、この場合この種の迅速焼入れは従来の、また先行
技術の工程においては過剰応力負荷ならびに時期尚早な破損をもたらし得る。
により燃焼空気に戻るのであり、このことが迅速な、しかも無事故の起動及び休
止を可能とし、そして冷たい空気による吸熱反応チューブの迅速焼入れが生じな
いことを保証するのであって、この場合この種の迅速焼入れは従来の、また先行
技術の工程においては過剰応力負荷ならびに時期尚早な破損をもたらし得る。
【００３０】
工程の起動に当たり、補助熱源からの熱の一時的な初期流用に対する備えがや
はりなされるのであり、このような熱源は、燃焼支援媒体との関連においてこの
目的用に準備された適当なバーナーにより構成される。
はりなされるのであり、このような熱源は、燃焼支援媒体との関連においてこの
目的用に準備された適当なバーナーにより構成される。
【００３１】
約５５０℃以上の温度、すなわち燃料自動着火温度に対する空気の初期予熱の
ための装置を用意することにより、燃料ガスを、燃焼帯域への噴射と同時に着火
させ、その結果着火デバイスの必要がなくなる。
ための装置を用意することにより、燃料ガスを、燃焼帯域への噴射と同時に着火
させ、その結果着火デバイスの必要がなくなる。
【００３２】
前述した熱交換回路は、入力熱量の大部分が工程中で回収され、また再生され
るので、この工程の起動のためには必要最小限の熱の準備を要するのみであり、
従来の先行技術の工程の場合よりもかなり小さい起動エネルギー費用ですむ。
るので、この工程の起動のためには必要最小限の熱の準備を要するのみであり、
従来の先行技術の工程の場合よりもかなり小さい起動エネルギー費用ですむ。
【００３３】
この種の起動装置は、燃焼帯域の中の好適位置に用意される燃焼開始触媒を準
備することによりに更に最小化されるのであり、ここでこの種の触媒は必要とす
る空気の予熱温度を下げる。
備することによりに更に最小化されるのであり、ここでこの種の触媒は必要とす
る空気の予熱温度を下げる。
【００３４】
更に、エネルギー効率は、工程から大気中への熱損失を最小化するような方法
で冷えた燃焼支援媒体を流動させることにより得られる。
で冷えた燃焼支援媒体を流動させることにより得られる。
【００３５】
この発明はまた熱回収帯域の中、またはその下流側において工程ガスを別の工
程位相の中に通す段階を含む。例えば、この工程ガスは熱伝達帯域の中の吸熱反
応チューブの中に含まれる別の工程区分を通して送給され、この種の区分はガス
の水素含有量を増すために高温移送触媒を含んでおり、このような構成は、工程
の中で水とガスの移動反応からの発熱反応熱を回収することによって更に一層全
工程効率を改善する。
程位相の中に通す段階を含む。例えば、この工程ガスは熱伝達帯域の中の吸熱反
応チューブの中に含まれる別の工程区分を通して送給され、この種の区分はガス
の水素含有量を増すために高温移送触媒を含んでおり、このような構成は、工程
の中で水とガスの移動反応からの発熱反応熱を回収することによって更に一層全
工程効率を改善する。
【００３６】
その上、まだ別の段階にある燃焼ガス流は熱回収帯域の下流側で処理帯域に送
給され、この構成においてこのガスはＮＯＸ及びその他の汚染物質を取除くため
に浄化される。このような浄化作業には従来技術が用いられる。例えばＮＯＸの
低減及び微量の部分的燃焼生成物の除去には触媒による処理が採用される。
給され、この構成においてこのガスはＮＯＸ及びその他の汚染物質を取除くため
に浄化される。このような浄化作業には従来技術が用いられる。例えばＮＯＸの
低減及び微量の部分的燃焼生成物の除去には触媒による処理が採用される。
【００３７】
二者択一的に、燃焼ガス流は直接大気中に装出される。
【００３８】
この発明の第２の態様によれば、第１の態様の工程を実施する装置が提供され
ており、この構成においてこの装置は、発熱反応領域ならびに吸熱反応領域をハ
ウジング構成する束縛殻体と、殻体の一端と連結する燃料入口を有し、複数のバ
ーナーチューブと連通する発熱反応領域と、バーナーチューブと連結して流体連
通し、そして使用に際して燃焼ガス流を提供するように燃料の燃焼に対して予熱
した燃焼支援媒体を提供するのに適したプレナムチャンバーと、このプレナムチ
ャンバーを通過するバーナーチューブと、燃焼ガス流を搬送する火炎箱と、これ
らを含んでおり、吸熱反応領域は、使用に際して工程ガスを生ずるために熱を実
質的に対流的に燃焼ガス流から受入れるために火炎箱の中に配置された複数の反
応チューブに到達する供給材料の入口と、吸熱反応チューブが直接中を通る発熱
反応領域の下流側にある熱回収帯域と、使用に際して燃焼支援媒体及び燃焼ガス
流と吸熱工程ガス流の双方からの熱を使用する別の流体の流れを予熱するのに適
している熱回収帯域と、これらを含んでおり、この熱回収帯域は複数の熱交換モ
ジュールを含み、このモジュールにおいては、予熱される流体を含むチューブは
使用に際して燃焼ガス流だけと、燃焼ガス流出口と、そして工程ガス出口と流体
連結される。
ており、この構成においてこの装置は、発熱反応領域ならびに吸熱反応領域をハ
ウジング構成する束縛殻体と、殻体の一端と連結する燃料入口を有し、複数のバ
ーナーチューブと連通する発熱反応領域と、バーナーチューブと連結して流体連
通し、そして使用に際して燃焼ガス流を提供するように燃料の燃焼に対して予熱
した燃焼支援媒体を提供するのに適したプレナムチャンバーと、このプレナムチ
ャンバーを通過するバーナーチューブと、燃焼ガス流を搬送する火炎箱と、これ
らを含んでおり、吸熱反応領域は、使用に際して工程ガスを生ずるために熱を実
質的に対流的に燃焼ガス流から受入れるために火炎箱の中に配置された複数の反
応チューブに到達する供給材料の入口と、吸熱反応チューブが直接中を通る発熱
反応領域の下流側にある熱回収帯域と、使用に際して燃焼支援媒体及び燃焼ガス
流と吸熱工程ガス流の双方からの熱を使用する別の流体の流れを予熱するのに適
している熱回収帯域と、これらを含んでおり、この熱回収帯域は複数の熱交換モ
ジュールを含み、このモジュールにおいては、予熱される流体を含むチューブは
使用に際して燃焼ガス流だけと、燃焼ガス流出口と、そして工程ガス出口と流体
連結される。
【００３９】
熱回収帯域のモジュールは、直列に、並列に、もしくはこれらの混合状態に都
合良く構成され、熱回収及び工程効率を最大化し、そして費用を最小化する。こ
れらのモジュールは適当に間隔を採り、工程ガス及び燃焼ガスの各温度の所望の
変化のパターンに影響を与えるようにする。
合良く構成され、熱回収及び工程効率を最大化し、そして費用を最小化する。こ
れらのモジュールは適当に間隔を採り、工程ガス及び燃焼ガスの各温度の所望の
変化のパターンに影響を与えるようにする。
【００４０】
吸熱反応チューブは都合良くそれらの入口端末にチューブシートにより保持さ
れており、このチューブシートは殻体を横切ってその中に固定され、そして好ま
しくこれらチューブの先端は拘束されておらず、従って好ましくない応力の大き
さと、これが原因で生ずるチューブの変形の発生が回避される。
れており、このチューブシートは殻体を横切ってその中に固定され、そして好ま
しくこれらチューブの先端は拘束されておらず、従って好ましくない応力の大き
さと、これが原因で生ずるチューブの変形の発生が回避される。
【００４１】
平均的な普通の量の炭素酸化物を含有する合成ガスと接触している最も一般的
に使われている金属表面は、約８００℃以下４５０℃未満の温度範囲における侵
食及び炭化として公知の機構による腐食に露呈され、金属の錆が発生するように
なり、このことは同業技術の熟練者にとって公知である。装置の熱回収帯域の中
でべつに発生するかもしれないこの種の腐食を避けるには、吸熱反応チューブに
対して、例えば公知のコーティング技術であるアルミニウムの拡散被覆などの適
当なコーティングを適用すると良い。
に使われている金属表面は、約８００℃以下４５０℃未満の温度範囲における侵
食及び炭化として公知の機構による腐食に露呈され、金属の錆が発生するように
なり、このことは同業技術の熟練者にとって公知である。装置の熱回収帯域の中
でべつに発生するかもしれないこの種の腐食を避けるには、吸熱反応チューブに
対して、例えば公知のコーティング技術であるアルミニウムの拡散被覆などの適
当なコーティングを適用すると良い。
【００４２】
バーナーチューブはその迅速な整備が可能な殻体の中に横断するようにしかも
脱着自在に固定してある。バーナーチューブシートを取除くことにより、殻体の
燃料入口端末を経て引き出される吸熱反応チューブに対する検査ならびに整備ま
た触媒の装入及び装出が可能になる。
脱着自在に固定してある。バーナーチューブシートを取除くことにより、殻体の
燃料入口端末を経て引き出される吸熱反応チューブに対する検査ならびに整備ま
た触媒の装入及び装出が可能になる。
【００４３】
この工程の利益を最大化するために、圧力供給材料をできるだけ高い圧力で操
作するのが有利である。概して、最大実用圧力は機構的ならびに製作上の配慮に
より決定されるが、これらの配慮は往々にして実用上の最大チューブシート厚さ
により固定される限界値に落ち着く。供給材料プレナムチャンバーを形成するチ
ューブシート厚さを最小化するには、このチューブシートは、供給材料プレナム
チャンバーを介して燃焼支援媒体に対する導管の外側壁を形成し、その結果相互
連結された二重チューブシート構造を形成しているチューブに有利に固定されて
いる。その結果、単一チューブシート設計を採用する場合と比較して実質的に一
層薄いチューブシート厚さとなっており、低減コストと重量の有利性とは別に、
起動及び休止中の著しく低い特異な壁応力ならびに潜在的歪みを生ずる。相互連
結された二重チューブシート構造を採用すると、比較的大きい直径、例えば２０
００mmを超える直径のチューブシートをもつ装置における６０大気圧を超える圧
力における工程の実用操作が可能になり、例えば生産した合成ガスを、合成ガス
圧縮を必要とせずに、メタノール合成工程に直接送給することを可能とする。
作するのが有利である。概して、最大実用圧力は機構的ならびに製作上の配慮に
より決定されるが、これらの配慮は往々にして実用上の最大チューブシート厚さ
により固定される限界値に落ち着く。供給材料プレナムチャンバーを形成するチ
ューブシート厚さを最小化するには、このチューブシートは、供給材料プレナム
チャンバーを介して燃焼支援媒体に対する導管の外側壁を形成し、その結果相互
連結された二重チューブシート構造を形成しているチューブに有利に固定されて
いる。その結果、単一チューブシート設計を採用する場合と比較して実質的に一
層薄いチューブシート厚さとなっており、低減コストと重量の有利性とは別に、
起動及び休止中の著しく低い特異な壁応力ならびに潜在的歪みを生ずる。相互連
結された二重チューブシート構造を採用すると、比較的大きい直径、例えば２０
００mmを超える直径のチューブシートをもつ装置における６０大気圧を超える圧
力における工程の実用操作が可能になり、例えば生産した合成ガスを、合成ガス
圧縮を必要とせずに、メタノール合成工程に直接送給することを可能とする。
【００４４】
熱回収帯域を通る通路に対して適当な口が殻体内に設けてあり、また予熱され
た流れ、すなわち燃焼支援媒体と工程供給材料及び燃料の流体の流れに対する個
々の領域にこの帯域から外側配管が提供されている。
た流れ、すなわち燃焼支援媒体と工程供給材料及び燃料の流体の流れに対する個
々の領域にこの帯域から外側配管が提供されている。
【００４５】
二者択一的に、熱回収帯域は、例えば環状ジャケットのような内部導管と連通
可能であり、この導管は発熱反応帯域のバーナーに達することにより外部配管を
不要とし、しかも熱損失を最小化して一層大きな熱効率をもたらす。この構成の
更なる利点は、火炎箱の耐熱性絶縁層を支持するために金属製内部壁が提供され
ており、この金属壁は使用に際して上方のチューブシート及びこれに連結された
壁やチューブと同様に燃焼支援媒体の温度に置かれているということである。容
易に理解できるように、このことにより、チューブシートが実用上異なる温度に
ある従来技術に基づくデバイスに関する特異な応力がないデバイスをもたらす。
可能であり、この導管は発熱反応帯域のバーナーに達することにより外部配管を
不要とし、しかも熱損失を最小化して一層大きな熱効率をもたらす。この構成の
更なる利点は、火炎箱の耐熱性絶縁層を支持するために金属製内部壁が提供され
ており、この金属壁は使用に際して上方のチューブシート及びこれに連結された
壁やチューブと同様に燃焼支援媒体の温度に置かれているということである。容
易に理解できるように、このことにより、チューブシートが実用上異なる温度に
ある従来技術に基づくデバイスに関する特異な応力がないデバイスをもたらす。
【００４６】
この構成の更に別の利点は、実用上火炎箱の内部寸法が均一であり、底部の供
給材料チューブシート及びこれに連結された吸熱反応チューブの作動に順応して
おり、側方の膨張が実質的に常に同一の大きさであるということである。
給材料チューブシート及びこれに連結された吸熱反応チューブの作動に順応して
おり、側方の膨張が実質的に常に同一の大きさであるということである。
【００４７】
なおもう１つの代替構成では、予熱工程供給材料及び／または予熱燃料は個々
の分配プレナムチャンバーに達する内部導管と連通可能であり、その結果外部配
管の提供の必要性を取除く。
の分配プレナムチャンバーに達する内部導管と連通可能であり、その結果外部配
管の提供の必要性を取除く。
【００４８】
この後詳細に説明する好適な実施態様の機械的構成は次の通りである、すなわ
ち供給材料及び燃焼支援媒体プレナムチャンバーの上方と下方にある３つのチュ
ーブシートならびに壁とこれに連結されたチューブとは、適宜適当な表面絶縁を
提供することにより、全てが実質的に同一温度、すなわち燃焼支援媒体予熱温度
に保たれており、その結果供給材料プレナムチャンバーチューブシートの中の好
ましくない応力を最小化することを保証するだけでなく、如何なる場合でも燃焼
バーナーチューブは燃焼支援媒体が流通するチューブと一線上に揃っていること
を保証する。
ち供給材料及び燃焼支援媒体プレナムチャンバーの上方と下方にある３つのチュ
ーブシートならびに壁とこれに連結されたチューブとは、適宜適当な表面絶縁を
提供することにより、全てが実質的に同一温度、すなわち燃焼支援媒体予熱温度
に保たれており、その結果供給材料プレナムチャンバーチューブシートの中の好
ましくない応力を最小化することを保証するだけでなく、如何なる場合でも燃焼
バーナーチューブは燃焼支援媒体が流通するチューブと一線上に揃っていること
を保証する。
【００４９】
燃焼ガスから吸熱反応チューブへの熱の伝達は、燃焼ガスの局部的速度及び乱
流を増すように作用する規則的に間隔を採っている不活発な形状の提供によって
燃焼帯域の下流側端末において増大可能である。これら形状はそれらの外側表面
にピンを担持する。代替的に、不活発な形状、例えばボールのような形は、吸熱
反応チューブ間における無作為的やり方でこれらの空間を充填する。
流を増すように作用する規則的に間隔を採っている不活発な形状の提供によって
燃焼帯域の下流側端末において増大可能である。これら形状はそれらの外側表面
にピンを担持する。代替的に、不活発な形状、例えばボールのような形は、吸熱
反応チューブ間における無作為的やり方でこれらの空間を充填する。
【００５０】
熱回収帯域は熱交換チューブの傾斜面により有利に構成され、このチューブは
一方が他方に対して、曲折した経路が火炎箱内の燃焼ガス流に対して設定される
関係に方向性をもって配置され、その結果実用に際して他の場合に起こるよりも
大きい乱流をもたらすことによって熱伝達を強化する。チューブの傾斜面は水平
方向を採り、隣り合う傾斜面は一方が他方と直交し、実際に提供する基盤を通し
て燃焼ガス流が通過する。チューブは熱伝達特性を改変する外形となっている。
例えば、これらのチューブにはバリがあり、捩じれており、直径の変化するまた
は挿入物をもつ形状となっている。
一方が他方に対して、曲折した経路が火炎箱内の燃焼ガス流に対して設定される
関係に方向性をもって配置され、その結果実用に際して他の場合に起こるよりも
大きい乱流をもたらすことによって熱伝達を強化する。チューブの傾斜面は水平
方向を採り、隣り合う傾斜面は一方が他方と直交し、実際に提供する基盤を通し
て燃焼ガス流が通過する。チューブは熱伝達特性を改変する外形となっている。
例えば、これらのチューブにはバリがあり、捩じれており、直径の変化するまた
は挿入物をもつ形状となっている。
【００５１】
同様にして吸熱反応チューブは類似の外形をもっている。
【００５２】
熱回収チューブ及び吸熱反応チューブの直径は、燃焼ガスならびに工程ガスの
出口温度の設計条件により調節できるように変更可能である。
出口温度の設計条件により調節できるように変更可能である。
【００５３】
不活発形状は規則的もしくは無作為なやり方で熱回収チューブ間と、そして吸
熱性チューブの回りに置かれ、乱流と熱伝達が更に促進される。
熱性チューブの回りに置かれ、乱流と熱伝達が更に促進される。
【００５４】
熱回収チューブの大きさ、厚さ及び長さに依存して、チューブの振動を防止す
る支柱を用意することが提案される。これらの支柱は優先的にチューブとチュー
ブとを連結したものであり、前記チューブはこれらの支柱に同一方向に連結され
ている。有利なように、これらの支柱の設計は付加的な乱流ならびに燃焼生成物
の流れの混合とを促進する設計となっている。
る支柱を用意することが提案される。これらの支柱は優先的にチューブとチュー
ブとを連結したものであり、前記チューブはこれらの支柱に同一方向に連結され
ている。有利なように、これらの支柱の設計は付加的な乱流ならびに燃焼生成物
の流れの混合とを促進する設計となっている。
【００５５】
吸熱反応チューブとバーナーチューブとは規則的に配列される。
【００５６】
この種の配列が、燃料及び燃焼支援媒体の予熱方法との組合せにおいて、実質
的に等しいしかも幾何学的に同類の熱入力のために反応帯域中の個々のチューブ
に提供することにより、発熱性燃焼ガス流は、実質的に同一軸線方向の、しかも
円周方向のチューブ壁温度の形状を生ずるようなやり方で吸熱反応帯域に導入さ
れる。
的に等しいしかも幾何学的に同類の熱入力のために反応帯域中の個々のチューブ
に提供することにより、発熱性燃焼ガス流は、実質的に同一軸線方向の、しかも
円周方向のチューブ壁温度の形状を生ずるようなやり方で吸熱反応帯域に導入さ
れる。
【００５７】
個々のバーナーに対する平均温度燃料及び燃焼支援媒体の重要な提供は、個々
のバーナーへの分布に先んじて行う別々の大量混合により達成される。この目的
のためにやはり燃料ガスバーナーチューブに対する絶縁体の外部からの適用がな
され、その結果隣り合う予熱ずみ燃焼支援媒体の流れによる燃料ガスの差動加熱
が最小化されることを保証する。
のバーナーへの分布に先んじて行う別々の大量混合により達成される。この目的
のためにやはり燃料ガスバーナーチューブに対する絶縁体の外部からの適用がな
され、その結果隣り合う予熱ずみ燃焼支援媒体の流れによる燃料ガスの差動加熱
が最小化されることを保証する。
【００５８】
個々のバーナーに対して等しい流れを提供することは、個々のバーナーチュー
ブの入口における拘束オリフィスの配置により保証され、これらのバーナーチュ
ーブは充分な圧力降下を提供しており、あらゆる環境条件下で個々のバーナーに
対して実質的に等しい流れを保証している。同様に、個々のバーナーに対する燃
焼支援媒体の流れへの付加的圧力降下の提供は、個々のバーナーチューブに対す
る実質的に等しい流れを保証するために個々のバーナーチューブを取り囲む環体
において提供される。
ブの入口における拘束オリフィスの配置により保証され、これらのバーナーチュ
ーブは充分な圧力降下を提供しており、あらゆる環境条件下で個々のバーナーに
対して実質的に等しい流れを保証している。同様に、個々のバーナーに対する燃
焼支援媒体の流れへの付加的圧力降下の提供は、個々のバーナーチューブに対す
る実質的に等しい流れを保証するために個々のバーナーチューブを取り囲む環体
において提供される。
【００５９】
最終的熱回収帯域の下流側に提供されている燃焼ガス流のためのガス浄化相が
あり、この種の相はＮＯＸ及びその他の汚染物質、そして所望ならば実質的にあ
らゆる過剰酸素の除去の提案を含んでいる。ガス浄化相は殻体の中に組み込まれ
、更に熱回収デバイスを組み込んでいる。
あり、この種の相はＮＯＸ及びその他の汚染物質、そして所望ならば実質的にあ
らゆる過剰酸素の除去の提案を含んでいる。ガス浄化相は殻体の中に組み込まれ
、更に熱回収デバイスを組み込んでいる。
【００６０】
その上、別の相が、例えば水素含有量の強化用の高温または低温移動の反応装
置として工程ガス流のために含まれている。再度、この相は殻体の中に、更に好
ましくは熱回収帯域の中の適当な配置における吸熱反応チューブの中に含まれる
。
置として工程ガス流のために含まれている。再度、この相は殻体の中に、更に好
ましくは熱回収帯域の中の適当な配置における吸熱反応チューブの中に含まれる
。
【００６１】
少なくとも１個の起動バーナーが熱回収帯域の下流側に提供され、この熱回収
帯域においては燃焼支援媒体、すなわち空気が燃料バーナーからの燃焼生成物に
より予熱される。この例では、この装置のどの点における温度でも関連の局部的
操作温度を超えることはない。この点における空気を予熱する、例えば赤外線ヒ
ーターなどの代替的手段が利用される。
帯域においては燃焼支援媒体、すなわち空気が燃料バーナーからの燃焼生成物に
より予熱される。この例では、この装置のどの点における温度でも関連の局部的
操作温度を超えることはない。この点における空気を予熱する、例えば赤外線ヒ
ーターなどの代替的手段が利用される。
【００６２】
この装置から大気への熱損失量は、この装置の外側殻体の内側もしくは直接の
外側のどちらかにある火炎箱または熱回収モジュールの外側の冷たい燃焼支援媒
体を搬送する適当な導管の提供により最小化される。
外側のどちらかにある火炎箱または熱回収モジュールの外側の冷たい燃焼支援媒
体を搬送する適当な導管の提供により最小化される。
【００６３】
実施例によってのみこの発明に係る吸熱反応を実施する工程と従ってその装置
について、添付の図面を参照して以下に説明する。 先ず図１ないし４を参照すると、一般的に１で示す装置には、各端末がドーム
形をし、そして図示のように垂直方向をもった殻体２を含んでいる。
について、添付の図面を参照して以下に説明する。 先ず図１ないし４を参照すると、一般的に１で示す装置には、各端末がドーム
形をし、そして図示のように垂直方向をもった殻体２を含んでいる。
【００６４】
殻体の頂部ドーム４は、絶縁体３０１を具備し、絶縁材料８からなる孔開け加
工を施した基盤を伴った燃料プレナムチャンバー６を形成し、燃料入口１０がプ
レナムチャンバーの軸線方向に設けてある。ドーム４はシリンダー１２に載置さ
れ、第１チューブシート１４は基盤８とシリンダー１２の頂部の中間に位置し、
チューブシート１４とシリンダー１２とはボルト付きフランジ３０２で連結され
ている。膨張デバイス１６がチューブシート１４と外側殻体２の間に設けてある
。チューブシート１４は、孔開け加工した基盤８と見当合わせするように孔開け
加工を施すことにより順応し、そして基盤８から垂れ下がり、かつ第２チューブ
シート２２と第３チューブシート２４を通ってシリンダー１２の中に形成された
火炎箱領域２６を貫通して伸びるバーナーチューブ２０の上方端末１８を固定す
る。限定オリフィス３０３は、それぞれのバーナーチューブの上方端末１８に配
置され、絶縁層３０４がそれぞれのバーナーチューブ２０の外側の一部に設けて
ある。ドーム４は、清掃や交換のためにバーナーチューブ２０に接近可能なよう
に、チューブシート１４及びこれに連結されたバーナーチューブ２０と同様に脱
着自在である。
工を施した基盤を伴った燃料プレナムチャンバー６を形成し、燃料入口１０がプ
レナムチャンバーの軸線方向に設けてある。ドーム４はシリンダー１２に載置さ
れ、第１チューブシート１４は基盤８とシリンダー１２の頂部の中間に位置し、
チューブシート１４とシリンダー１２とはボルト付きフランジ３０２で連結され
ている。膨張デバイス１６がチューブシート１４と外側殻体２の間に設けてある
。チューブシート１４は、孔開け加工した基盤８と見当合わせするように孔開け
加工を施すことにより順応し、そして基盤８から垂れ下がり、かつ第２チューブ
シート２２と第３チューブシート２４を通ってシリンダー１２の中に形成された
火炎箱領域２６を貫通して伸びるバーナーチューブ２０の上方端末１８を固定す
る。限定オリフィス３０３は、それぞれのバーナーチューブの上方端末１８に配
置され、絶縁層３０４がそれぞれのバーナーチューブ２０の外側の一部に設けて
ある。ドーム４は、清掃や交換のためにバーナーチューブ２０に接近可能なよう
に、チューブシート１４及びこれに連結されたバーナーチューブ２０と同様に脱
着自在である。
【００６５】
第２チューブシート２２と第３チューブシート２４の間には、プレナムチャン
バー４０が形成され、この中には使用に際して工程供給原料が導入され、そして
前記プレナムチャンバー４０と殻体２の外壁３０を通って伸びる流入口３２が設
けてある。プレナムチャンバー４０の外壁３０は、使用に際して燃焼空気が通過
可能なシリンダー１２の壁と共に環帯３４を形成する。複数のチューブ３０５が
連結し、しかもチューブシート２２，２４に連結され、これらチューブシートを
介してバーナーチューブ２０が伸びており、これらのバーナーチューブ２０は、
使用に際して燃焼空気の環帯３８の通過を許すようにチューブ３０５の口径から
遊離している。絶縁体３０６の層はチューブシート２２、２４に対して内側に、
そしてプレナムチャンバー４０の外壁３０の内側に提供されている。
バー４０が形成され、この中には使用に際して工程供給原料が導入され、そして
前記プレナムチャンバー４０と殻体２の外壁３０を通って伸びる流入口３２が設
けてある。プレナムチャンバー４０の外壁３０は、使用に際して燃焼空気が通過
可能なシリンダー１２の壁と共に環帯３４を形成する。複数のチューブ３０５が
連結し、しかもチューブシート２２，２４に連結され、これらチューブシートを
介してバーナーチューブ２０が伸びており、これらのバーナーチューブ２０は、
使用に際して燃焼空気の環帯３８の通過を許すようにチューブ３０５の口径から
遊離している。絶縁体３０６の層はチューブシート２２、２４に対して内側に、
そしてプレナムチャンバー４０の外壁３０の内側に提供されている。
【００６６】
プレナムチャンバー４０は吸熱反応チューブ４２と流体連通され、そして個々
のチューブ４２の上方部分４３の中に保たれた触媒４１の装入と交換とを許すた
めに４４に接近用プラグを備えている。チューブ４２はチューブシート２４の中
に固定されているが、それらの下方端末において自由に集合的にしかも個別に動
ける。脱着自在なチューブ状挿入物３０７が絶縁目的でチューブ４２の入口に設
けてある。個々のチューブ４２の比較的下方の部分４５の中に、軸線方向に空間
的に配置された中子チューブ４６があり、このチューブは環帯を形成し、この環
帯を経て、使用中の処理ガスが流される。反応チューブ４２とバーナーチューブ
２０は規則的に配列される。
のチューブ４２の上方部分４３の中に保たれた触媒４１の装入と交換とを許すた
めに４４に接近用プラグを備えている。チューブ４２はチューブシート２４の中
に固定されているが、それらの下方端末において自由に集合的にしかも個別に動
ける。脱着自在なチューブ状挿入物３０７が絶縁目的でチューブ４２の入口に設
けてある。個々のチューブ４２の比較的下方の部分４５の中に、軸線方向に空間
的に配置された中子チューブ４６があり、このチューブは環帯を形成し、この環
帯を経て、使用中の処理ガスが流される。反応チューブ４２とバーナーチューブ
２０は規則的に配列される。
【００６７】
火炎箱領域２６は、外側が収容壁３０９となっている吸熱反応チューブ４２の
最外側を包囲する絶縁層３０８により側方に形成されており、ここで収容壁３０
９は、シリンダー１２と共に燃焼空気の通路としての環状通路６４を設定してい
る。
最外側を包囲する絶縁層３０８により側方に形成されており、ここで収容壁３０
９は、シリンダー１２と共に燃焼空気の通路としての環状通路６４を設定してい
る。
【００６８】
吸熱反応すなわち燃料の一次燃焼がその内部で実際に発生する火炎箱領域２６
の下流側にモジュール式熱回収帯域があり、この帯域は燃焼空気を予熱する第１
部分５０からなり、この部分５０は収容壁３０９を、それぞれが横断し、水平に
伸び、そしてそれぞれが基盤５６を形成するように互いに他に対して直交してい
る構成をもつ上方に隣接する傾斜面に設けた熱交換用チューブ構造５４から成っ
ている。チューブ５４への空気入口５８は図示のように殻体２の中に設けてあり
、外側殻体壁の内側に設けてある通路６０を経て環状通路６４を通るチューブ５
４から出る空気と連通している。環状通路６４を貫通して補助バーナー６５があ
り、このバーナー６５はこの明細書で説明するように起動時に使用される。火炎
箱領域２６のなかのチューブ５４の直上で、そしてバーナーチューブ２０の端末
の下流側に、以下に説明される目的のための流れ強化デバイス６６がある。
の下流側にモジュール式熱回収帯域があり、この帯域は燃焼空気を予熱する第１
部分５０からなり、この部分５０は収容壁３０９を、それぞれが横断し、水平に
伸び、そしてそれぞれが基盤５６を形成するように互いに他に対して直交してい
る構成をもつ上方に隣接する傾斜面に設けた熱交換用チューブ構造５４から成っ
ている。チューブ５４への空気入口５８は図示のように殻体２の中に設けてあり
、外側殻体壁の内側に設けてある通路６０を経て環状通路６４を通るチューブ５
４から出る空気と連通している。環状通路６４を貫通して補助バーナー６５があ
り、このバーナー６５はこの明細書で説明するように起動時に使用される。火炎
箱領域２６のなかのチューブ５４の直上で、そしてバーナーチューブ２０の端末
の下流側に、以下に説明される目的のための流れ強化デバイス６６がある。
【００６９】
第２熱回収部分７０が第１の前記熱回収部分５０の下流側に配置され、これら
の第１熱回収帯域の傾斜面と同様のやり方で配列された熱交換チューブ７２の傾
斜面から成り、そして入口７４と出口７６は分配ならびに集合マニホールド３１
０，３１１と流体連通して殻体壁の中に提供されており、これらは供給材料を予
熱する目的で工程供給材料の流れを含む意図をもつチューブに連結されており、
出口７６は適当なパイプ加工（図示してない）により、プレナムチャンバー４０
の入口３２に連結されている。
の第１熱回収帯域の傾斜面と同様のやり方で配列された熱交換チューブ７２の傾
斜面から成り、そして入口７４と出口７６は分配ならびに集合マニホールド３１
０，３１１と流体連通して殻体壁の中に提供されており、これらは供給材料を予
熱する目的で工程供給材料の流れを含む意図をもつチューブに連結されており、
出口７６は適当なパイプ加工（図示してない）により、プレナムチャンバー４０
の入口３２に連結されている。
【００７０】
モジュール化した第３熱回収部分８０は第２熱回収部分７０の下方に配置され
、そして再度この部分８０は同様な熱交換チューブ８２により構成され、予熱さ
れるべき流体の流れに対する入口８４と出口８６が設けられている。同類設計の
他の熱回収モジュール（図示してない）が第２と第３の熱回収部分７０，８０の
間に含まれている。
、そして再度この部分８０は同様な熱交換チューブ８２により構成され、予熱さ
れるべき流体の流れに対する入口８４と出口８６が設けられている。同類設計の
他の熱回収モジュール（図示してない）が第２と第３の熱回収部分７０，８０の
間に含まれている。
【００７１】
殻体２の下方端末は脱着自在なドーム型基盤９０により閉じられており、この
基盤９０は吸熱反応チューブ４２と見当合わせされる装出帯域９２を設定する。
排気燃焼ガスの出口９４は帯域９２と連結し、大気中かまたはガス浄化相（図示
してない）の何れかへの燃焼ガスの流出を許す。このガス浄化相は所望とあれば
帯域９２の中に含まれる。吸熱反応チューブ４２の下方端末９８は中子チューブ
４６を保持し、しかも浄化目的と、そして必要性が生じた場合に中子チューブ４
６の取除きをするための脱着自在なプラグ１００を有している。チューブ４２の
端末９８は小さい直径のチューブ１０１の仲介を経て少なくとも１個の集合ヘッ
ダー１０２に連結され、チューブ１０１は充分可撓性があり、チューブ４２に圧
縮応力を加えなくとも熱作動が可能である。
基盤９０は吸熱反応チューブ４２と見当合わせされる装出帯域９２を設定する。
排気燃焼ガスの出口９４は帯域９２と連結し、大気中かまたはガス浄化相（図示
してない）の何れかへの燃焼ガスの流出を許す。このガス浄化相は所望とあれば
帯域９２の中に含まれる。吸熱反応チューブ４２の下方端末９８は中子チューブ
４６を保持し、しかも浄化目的と、そして必要性が生じた場合に中子チューブ４
６の取除きをするための脱着自在なプラグ１００を有している。チューブ４２の
端末９８は小さい直径のチューブ１０１の仲介を経て少なくとも１個の集合ヘッ
ダー１０２に連結され、チューブ１０１は充分可撓性があり、チューブ４２に圧
縮応力を加えなくとも熱作動が可能である。
【００７２】
集合ヘッダー１０２から流出する工程ガスは使用のためまたは更なる処理のた
めに出口１０６を通過する。この後者の箇所において、工程ガスは高温または低
温の移動反応装置（図示してない）に送給される。集合ヘッダー１０２と出口１
０６はチューブ４２の全体的膨張に順応するために垂直方向に自由に動く。シー
ル３１２が設けてあり、出口１０６を取囲む大気中に燃焼生成物が流出するのを
防止する。
めに出口１０６を通過する。この後者の箇所において、工程ガスは高温または低
温の移動反応装置（図示してない）に送給される。集合ヘッダー１０２と出口１
０６はチューブ４２の全体的膨張に順応するために垂直方向に自由に動く。シー
ル３１２が設けてあり、出口１０６を取囲む大気中に燃焼生成物が流出するのを
防止する。
【００７３】
操作において、予熱ずみ燃料は適当に入口１０を経て燃料プレナムチャンバー
６の中に導入され、それ以後この燃料はバーナーチューブ２０に流入し、このバ
ーナーチューブの周囲では予熱ずみ燃焼空気が、バーナーチューブ２０と、そし
てプレナムチャンバー４０を通過する包囲チューブ３０５との間に設定される環
体３８の中を通る。立ち上がり時に起動に際して、空気は入口５８を通って流入
し通路６０を通って送給され、その後チューブ５４に流入するのであり、ここか
ら通路６４に流入する空気は補助バーナー６５を用いて予熱される。この空気は
超大気圧、例えば１０‐１５ｐｓｉｇの下にある。燃料の燃焼が火炎箱領域２６
の中で起こり、そしてバーナーチューブ２０と空気経路の幾何学的形状は、燃料
と空気の立ち上がり時の混合作用が最小化され、その結果燃焼を遅延させ、その
結果吸熱反応チューブ４２上の熱点の発生傾向を低減するような形状である。生
成された「乱流拡散火炎」は長く、薄い火炎という特徴を有する。
６の中に導入され、それ以後この燃料はバーナーチューブ２０に流入し、このバ
ーナーチューブの周囲では予熱ずみ燃焼空気が、バーナーチューブ２０と、そし
てプレナムチャンバー４０を通過する包囲チューブ３０５との間に設定される環
体３８の中を通る。立ち上がり時に起動に際して、空気は入口５８を通って流入
し通路６０を通って送給され、その後チューブ５４に流入するのであり、ここか
ら通路６４に流入する空気は補助バーナー６５を用いて予熱される。この空気は
超大気圧、例えば１０‐１５ｐｓｉｇの下にある。燃料の燃焼が火炎箱領域２６
の中で起こり、そしてバーナーチューブ２０と空気経路の幾何学的形状は、燃料
と空気の立ち上がり時の混合作用が最小化され、その結果燃焼を遅延させ、その
結果吸熱反応チューブ４２上の熱点の発生傾向を低減するような形状である。生
成された「乱流拡散火炎」は長く、薄い火炎という特徴を有する。
【００７４】
燃料の燃焼は発熱反応であり、従って熱は火炎箱領域２６の中に発生し、そし
て熱の伝達は吸熱反応チューブ４２に向けて実質的に対流的に起こり、このチュ
ーブ４２を経て工程供給材料、例えば天然ガス及び蒸気が流れる。個々のチュー
ブ４２の上方部分４３の中にある触媒４１は化学反応の誘因となり、この化学反
応はその特徴が吸熱性であり、火炎箱領域２６内の燃焼ガスから熱を吸収する。
燃焼ガスと工程ガスとは、発熱性生成物と吸熱性反応物との間の熱交換中に同時
流動する。
て熱の伝達は吸熱反応チューブ４２に向けて実質的に対流的に起こり、このチュ
ーブ４２を経て工程供給材料、例えば天然ガス及び蒸気が流れる。個々のチュー
ブ４２の上方部分４３の中にある触媒４１は化学反応の誘因となり、この化学反
応はその特徴が吸熱性であり、火炎箱領域２６内の燃焼ガスから熱を吸収する。
燃焼ガスと工程ガスとは、発熱性生成物と吸熱性反応物との間の熱交換中に同時
流動する。
【００７５】
燃焼ガスは火炎箱領域を通過し、そして流れ強化デバイス６６に遭遇するので
あり、このデバイス６６は燃焼ガスにとって利用可能な流れ領域を減らす作用を
し、その結果チューブ４２に対するガスの速度ならびに対応する伝熱係数を連続
的に増す。本質的には不活性形状をもつデバイス６６からの熱的放射を経てチュ
ーブ４２に到る増大した熱入力が、やはり存在する。
あり、このデバイス６６は燃焼ガスにとって利用可能な流れ領域を減らす作用を
し、その結果チューブ４２に対するガスの速度ならびに対応する伝熱係数を連続
的に増す。本質的には不活性形状をもつデバイス６６からの熱的放射を経てチュ
ーブ４２に到る増大した熱入力が、やはり存在する。
【００７６】
同時発生的に、工程ガスは下方に流れ、そして同様に中子チューブ４６に遭遇
するのであり、この中子チューブはチューブ４２中の流れ通路を拘束し、そのた
め流れ速度を増してこのチューブの壁を横切る熱の伝達を強化する。
するのであり、この中子チューブはチューブ４２中の流れ通路を拘束し、そのた
め流れ速度を増してこのチューブの壁を横切る熱の伝達を強化する。
【００７７】
工程ガスと燃焼ガスとは装置１を下方に通過し第１熱回収部分５０を通るので
あり、この場合、燃焼ガスは入口５８から通路６０、チューブ５４及び通路６４
を経てバーナーチューブ２０に流れる間に予熱される。上記に示したように、基
盤５６は扱う燃焼ガスに対して曲がりくねった経路を作りだし、従って熱伝達機
構の強化はチューブ４２ならびにチューブ５４の双方にとって効率を最適化し、
そして熱の伝達を最大化する結果となる。模造チューブ３１３は全ての熱回収モ
ジュールを通過していて、燃焼生成物のバイパスを阻止し、そして全てのチュー
ブ４２からの熱の平均的除去を保証するように設けてある。
あり、この場合、燃焼ガスは入口５８から通路６０、チューブ５４及び通路６４
を経てバーナーチューブ２０に流れる間に予熱される。上記に示したように、基
盤５６は扱う燃焼ガスに対して曲がりくねった経路を作りだし、従って熱伝達機
構の強化はチューブ４２ならびにチューブ５４の双方にとって効率を最適化し、
そして熱の伝達を最大化する結果となる。模造チューブ３１３は全ての熱回収モ
ジュールを通過していて、燃焼生成物のバイパスを阻止し、そして全てのチュー
ブ４２からの熱の平均的除去を保証するように設けてある。
【００７８】
部分５０内の熱伝達の主要手段は燃焼ガスからの対流ならびに吸熱反応チュー
ブ４２からの直接輻射を経てなされ、これらの対流も輻射も共に燃焼空気予熱チ
ューブ５４に対する。微量の熱が燃焼ガスからチューブ４２に伝達されるが、正
味の効果はチューブ４２からの熱損失の効果である。従って、工程ガスと発熱反
応生成物の流れの温度は部分５０を経て連続して下降し低減する。
ブ４２からの直接輻射を経てなされ、これらの対流も輻射も共に燃焼空気予熱チ
ューブ５４に対する。微量の熱が燃焼ガスからチューブ４２に伝達されるが、正
味の効果はチューブ４２からの熱損失の効果である。従って、工程ガスと発熱反
応生成物の流れの温度は部分５０を経て連続して下降し低減する。
【００７９】
燃焼ガスと工程ガスからの供給材料に対する熱の伝達によって、更なる熱が第
２熱回収部分７０の中に回収されるのであり、ここでこの供給材料は基板を形成
する傾斜面の形でチューブ７２を通って入口７４から出口７６に向けて通る。こ
の部分７０の中の伝熱機構は本質的に第１帯域５０に対する伝熱機構に等しく、
ただし輻射による全伝熱量の割合は著しく低減されること、そして一旦燃焼生成
物の温度が、熱的連通状態にある工程ガスの温度よりも下がると、熱の伝達はチ
ューブ４２から燃焼生成物の流れに到り、この逆は成り立たない、ということは
異なっている。予熱ずみ工程供給材料は次に出口７６からマニホールド３０の入
口３２に送給される。
２熱回収部分７０の中に回収されるのであり、ここでこの供給材料は基板を形成
する傾斜面の形でチューブ７２を通って入口７４から出口７６に向けて通る。こ
の部分７０の中の伝熱機構は本質的に第１帯域５０に対する伝熱機構に等しく、
ただし輻射による全伝熱量の割合は著しく低減されること、そして一旦燃焼生成
物の温度が、熱的連通状態にある工程ガスの温度よりも下がると、熱の伝達はチ
ューブ４２から燃焼生成物の流れに到り、この逆は成り立たない、ということは
異なっている。予熱ずみ工程供給材料は次に出口７６からマニホールド３０の入
口３２に送給される。
【００８０】
第３熱回収部分８０に対する関係において同様に、熱伝達のやり方は同じであ
り、そしてこの場合は、適当な流体、例えば供給材料飽和装置の循環水のような
流体が予熱可能である。
り、そしてこの場合は、適当な流体、例えば供給材料飽和装置の循環水のような
流体が予熱可能である。
【００８１】
他の予熱部分（図示してない）において、予熱されるべき他の流れの１つが含
んでいる燃料ガスは続けて装置１の入口１０に送給される。
んでいる燃料ガスは続けて装置１の入口１０に送給される。
【００８２】
ここで図５を参照すると、図示の工程及び熱の流れ線図では、これまでに説明
した工程が図解してあり、そして発熱性の、すなわち燃焼、反応帯域５００が見
られ、この帯域では、予熱ずみ燃料が燃焼されて熱を発生し、この熱は主として
対流により吸熱反応帯域５０１に送給される。予熱ずみ供給材料は帯域５０１に
送給され、反応が起こる。熱い反応生成物は、帯域５００からの燃焼ガス流の作
用と同様に熱回収帯域５０２の中に流入して反応生成物冷却作用が適用される。
工程ガスからの熱を受入れる燃焼ガスによって対流による熱伝達が生ずる。冷た
い流体の流れは、工程ガスチューブからの直接的輻射を経た比較的少量の熱と同
様に、燃焼ガスの流れから熱を対流によってのみ受入れる。冷たい流体の流れは
、燃焼ガスと、燃料と、そして吸熱反応帯域用の供給材料を含んでいる。その他
の冷たい流体の流れはやはり「流体の流れの加熱作用」とラベルを貼った部分に
おける帯域５０２中で予熱されるのであり、これらの流れに対する予熱の供給量
が多いほど工程の正味の燃料効率が大きくなる。
した工程が図解してあり、そして発熱性の、すなわち燃焼、反応帯域５００が見
られ、この帯域では、予熱ずみ燃料が燃焼されて熱を発生し、この熱は主として
対流により吸熱反応帯域５０１に送給される。予熱ずみ供給材料は帯域５０１に
送給され、反応が起こる。熱い反応生成物は、帯域５００からの燃焼ガス流の作
用と同様に熱回収帯域５０２の中に流入して反応生成物冷却作用が適用される。
工程ガスからの熱を受入れる燃焼ガスによって対流による熱伝達が生ずる。冷た
い流体の流れは、工程ガスチューブからの直接的輻射を経た比較的少量の熱と同
様に、燃焼ガスの流れから熱を対流によってのみ受入れる。冷たい流体の流れは
、燃焼ガスと、燃料と、そして吸熱反応帯域用の供給材料を含んでいる。その他
の冷たい流体の流れはやはり「流体の流れの加熱作用」とラベルを貼った部分に
おける帯域５０２中で予熱されるのであり、これらの流れに対する予熱の供給量
が多いほど工程の正味の燃料効率が大きくなる。
【００８３】
燃焼ガスの流れはこのように反応生成物を冷却し、そしてこの流れ自身が冷た
い流入流体の流れにより冷却される。従って同一の燃焼ガス流が、同一の工程ガ
ス流の、反応帯域５０１における加熱と、そして熱回収帯域５０２における冷却
の双方に利用される。
い流入流体の流れにより冷却される。従って同一の燃焼ガス流が、同一の工程ガ
ス流の、反応帯域５０１における加熱と、そして熱回収帯域５０２における冷却
の双方に利用される。
【００８４】
ここでパラメータ的条件を含んだ発明に関する工程の詳細説明を述べる特殊事
例が述べられる。
例が述べられる。
【００８５】
実施例によると、蒸気と天然ガスの混合物が図７の装置に送給されるのであり
、この装置は蒸気変形作用を経た水素の生成物に対する工程の一体構成部品を形
成する。
、この装置は蒸気変形作用を経た水素の生成物に対する工程の一体構成部品を形
成する。
【００８６】
説明した工程用の燃料は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ）ユニットのような水素分離システムからの再生した浄化ガスで支
配的に構成されている。
ｒｐｔｉｏｎ）ユニットのような水素分離システムからの再生した浄化ガスで支
配的に構成されている。
【００８７】
説明した装置の中の供給材料、燃料及び燃焼空気の予熱に付加して、水素生成
工程の中の他の流れの予熱が表１に示すような装置の中から回収される。
工程の中の他の流れの予熱が表１に示すような装置の中から回収される。
【００８８】
図７による装置は全体寸法が３４００mmの内径（ＩＤ）、１４，２００mm ｔ
ａｎ／ｔａｎの長さをもち、３４，０００Ｎｍ３／ｈｒの水素を含む流れを生ず
るようにに設計されており、適正で８０％の水素回収効率において、純水素生成
率、２７，２５０Ｎｍ３／ｈｒ（約２５ＭＭ ｓｃｆｄ）を生ずる。
ａｎ／ｔａｎの長さをもち、３４，０００Ｎｍ３／ｈｒの水素を含む流れを生ず
るようにに設計されており、適正で８０％の水素回収効率において、純水素生成
率、２７，２５０Ｎｍ３／ｈｒ（約２５ＭＭ ｓｃｆｄ）を生ずる。
【００８９】
供給と生産の条件及び流れは表１に示す通りである。装置の中の生成ガス組成
は、１９．７ｂａｒｇ及び９００℃で算出され、１６．７℃（３０°F ）の蒸気
／メタン反応に対して「平衡への接近」を仮定している。
は、１９．７ｂａｒｇ及び９００℃で算出され、１６．７℃（３０°F ）の蒸気
／メタン反応に対して「平衡への接近」を仮定している。
【００９０】
燃料の燃焼は化学量論的必要条件より上の１０％過剰空気を用いて実施される
。
。
【００９１】
装置を去ってゆく生産品再生ガスと燃焼生成ガスの流れの温度は、それぞれ３
６９℃と２１２℃と算出される。
６９℃と２１２℃と算出される。
【００９２】
実施例が示すのは、説明した工程及び装置により達成される高度の正味燃料効
率と伝熱率であり、これらはこれまでに達成された何れの比較可能な従来技術に
おけるものよりも優れている。ここでやはり考慮すべきことは、これらはまた公
知の従来技術による再生技術を用いて達成されるよりもかなり縮小した空間なら
びに重量で達成できるということである。
率と伝熱率であり、これらはこれまでに達成された何れの比較可能な従来技術に
おけるものよりも優れている。ここでやはり考慮すべきことは、これらはまた公
知の従来技術による再生技術を用いて達成されるよりもかなり縮小した空間なら
びに重量で達成できるということである。
【００９３】
表１
供給ガス 生成ガス
流量： （ｋｇ ｍｏｌ／ｈｒ） １７５０ ２４９３
圧力： （ｂａｒｇ） ２８．７ １８．７
温度： （℃） ３５２ ３６９
組成： （ｍｏｌ％）
Ｈ２Ｏ ７１．９４ ３１．６２
Ｈ２ ２．５２ ５０．４４
ＣＯ ‐ １０．９１
ＣＯ２ １．７０ ５．１８
ＣＨ４ ２３．７２ １．７６
Ｎ２ ０．１２ ０．０９
燃料
流量： （ｋｇ ｍｏｌ／ｈｒ） ６９９
圧力： （ｂａｒｇ） ３．５
温度： （℃） １０８
ＬＣＶ： （Ｗ．ｈｒ／ｋｇ） ２６６４
燃焼空気
流量： （ｋｇ ｍｏｌ／ｈｒ） １８３４
圧力： （ｂａｒｇ） １．１
温度： （℃） ９３装置の中の熱平衡：
（熱回収帯域のみ）
燃焼生成物から利用可能な熱： （ＭＷ）２０．９
再生ガスから利用可能な熱： （ＭＷ）１３．１
合計： ３４．０
予熱ずみ流れに対する熱負荷 （ＭＷ）
燃焼空気： ８．８
供給材料： ５．４
燃料： ３．１
予備再生供給量： ３．６
脱硫供給供給量： ０．５
飽和装置用水ヒーター： １２．６
合計 ３４．０
正味燃料効率＊： ８６％
伝熱率＝伝達した全熱量＊＊： １．５１
解放全熱量＊
＊ 燃料ＬＣＶに基づく
＊＊ 燃焼及び熱回収両帯域の合計
【００９４】
図８には、図７Ａの装置の変化態様が示してあり、この態様では供給材料と燃
料チューブを配置し、そして支持するために使うチューブシートのかわりに、パ
イプ構造のマニホールドが用いてあり、これによりチューブシートの必要性を除
いてあり、単一チューブシートまたは多重支持部材が工程チューブ用として使用
されている。その上、入口の燃焼空気配管は取除かれており、この実施態様にお
ける燃焼空気は外側環体を経て予熱用チューブに流れている。
料チューブを配置し、そして支持するために使うチューブシートのかわりに、パ
イプ構造のマニホールドが用いてあり、これによりチューブシートの必要性を除
いてあり、単一チューブシートまたは多重支持部材が工程チューブ用として使用
されている。その上、入口の燃焼空気配管は取除かれており、この実施態様にお
ける燃焼空気は外側環体を経て予熱用チューブに流れている。
【００９５】
プレナムチャンバーと多重チューブシートは、入口流れの分布用として適当な
パイプ構造のマニホールドと置き換えられ、従ってこの発明は同等な形態を包有
すると解釈されなければならないということが理解されよう。
パイプ構造のマニホールドと置き換えられ、従ってこの発明は同等な形態を包有
すると解釈されなければならないということが理解されよう。
【００９６】
前述の内容から容易に評価されるように、この発明の装置は、発熱反応と吸熱
反応との両方を含む一連の工程段階である１個の容器の中で実施する、こじんま
りしたしかも効果的で効率的な手段を提供するのであり、この構成において前者
すなわち発熱反応は後者すなわち吸熱反応に必要不可欠な熱を同時に流れる個々
の生成物の流れと共に提供する。熱回収帯域の直列的構成は燃焼空気に対する、
そして燃料と供給材料に対する予熱の利点を用いて、容器の上流側に発生する反
応からの熱の抽出を最適化する構成である。
反応との両方を含む一連の工程段階である１個の容器の中で実施する、こじんま
りしたしかも効果的で効率的な手段を提供するのであり、この構成において前者
すなわち発熱反応は後者すなわち吸熱反応に必要不可欠な熱を同時に流れる個々
の生成物の流れと共に提供する。熱回収帯域の直列的構成は燃焼空気に対する、
そして燃料と供給材料に対する予熱の利点を用いて、容器の上流側に発生する反
応からの熱の抽出を最適化する構成である。
【００９７】
単一容器の中の熱回収管理体制と連結する発熱反応と吸熱反応との両者のカプ
セル封入により、高度の正味燃料効率に併せ限定された空間と、そして容積必要
条件とがもたらす利点を更に提供する。
セル封入により、高度の正味燃料効率に併せ限定された空間と、そして容積必要
条件とがもたらす利点を更に提供する。
【００９８】
この発明は、この発明のもつ一般的な発明の範囲から逸脱することのない方法
で実施されることが同業技術の熟練者により評価されよう。従って、合成ガス、
例えばアンモニヤの生産に関しては、この発明は第２の再生触媒を下流側火炎箱
領域に提供することにより採用化可能であり、これにより第２再生触媒の上方の
空気による高圧における部分的燃焼のために燃料ガスのかわりにバーナーチュー
ブに再生ガスが送給される筈である。第２再生触媒を出る合成ガスは次に、図に
関連して説明してあるように熱回収に露呈される。
で実施されることが同業技術の熟練者により評価されよう。従って、合成ガス、
例えばアンモニヤの生産に関しては、この発明は第２の再生触媒を下流側火炎箱
領域に提供することにより採用化可能であり、これにより第２再生触媒の上方の
空気による高圧における部分的燃焼のために燃料ガスのかわりにバーナーチュー
ブに再生ガスが送給される筈である。第２再生触媒を出る合成ガスは次に、図に
関連して説明してあるように熱回収に露呈される。
【００９９】
熱回収チューブは容器を横切って、しかも水平に配置されているように説明さ
れてきたが、これらのチューブは、このチューブの中の予熱流体の流れが、燃焼
ガスと工程ガス流と一致するように構成されているということが理解さるべきで
ある。 工業的用途
れてきたが、これらのチューブは、このチューブの中の予熱流体の流れが、燃焼
ガスと工程ガス流と一致するように構成されているということが理解さるべきで
ある。 工業的用途
【０１００】
原理において、この発明は、燃料の燃焼を経て工程に適用するのに熱が必要と
される場合であれば何処にでも用途を見出す。最も一般的に言って、これは天然
ガスまたはその他の空気もしくは酸素を伴うガス性燃料の燃焼を経て発生する吸
熱反応であろう。
される場合であれば何処にでも用途を見出す。最も一般的に言って、これは天然
ガスまたはその他の空気もしくは酸素を伴うガス性燃料の燃焼を経て発生する吸
熱反応であろう。
【０１０１】
特に好適な実施例は、天然ガスの蒸気再生法による合成ガスの生産である。得
られた合成ガスからは、例えば水素、メタノール、アンモニヤ、合成燃料及びワ
ックス、そして合成ガス、特にその中でも酢酸とかアルデヒドなどから造られた
もっと複雑な構造の化学薬品といった多くの種類の下流側生産品が生産可能であ
る。
られた合成ガスからは、例えば水素、メタノール、アンモニヤ、合成燃料及びワ
ックス、そして合成ガス、特にその中でも酢酸とかアルデヒドなどから造られた
もっと複雑な構造の化学薬品といった多くの種類の下流側生産品が生産可能であ
る。
【０１０２】
この発明を用いる合成ガスの生産がやはり見出す用途は、例えば直接還元製鉄
（ＤＲＩ）のような冶金の分野で使用する還元性ガスの用途である。
（ＤＲＩ）のような冶金の分野で使用する還元性ガスの用途である。
【０１０３】
この発明の実用的に好適な用途に関する別の実施例は、各種の有機質供給材料
の脱水素処理を含む工程に存在する。このようにしてこの発明によりエタンから
エチレンが生産可能であり、同様にプロパンからプロピレンが、またブタンから
ブチレンなどが生産可能である。これらの生産物はオレフィンに限定するもので
はなく、しかも多くの種類の循環的もしくはその他の複雑な有機質化合物が生産
可能である。
の脱水素処理を含む工程に存在する。このようにしてこの発明によりエタンから
エチレンが生産可能であり、同様にプロパンからプロピレンが、またブタンから
ブチレンなどが生産可能である。これらの生産物はオレフィンに限定するもので
はなく、しかも多くの種類の循環的もしくはその他の複雑な有機質化合物が生産
可能である。
【０１０４】
この発明はまた単純に点火ヒーターとして使用して、単一流れまたは多重流れ
を適当な燃料の燃焼によって加熱することができる。１つの実施例は蒸気発生ボ
イラーである。
を適当な燃料の燃焼によって加熱することができる。１つの実施例は蒸気発生ボ
イラーである。
【０１０５】
用途は、その他の工程装置類、例えばガスタービンなどとの連係において見出
すことができ、この場合ガスタービンから排出されるガスはこの発明における燃
焼支援媒体として利用できるのであり、結果的に組合せ工程に対して極めて高度
な熱効率を得る。
すことができ、この場合ガスタービンから排出されるガスはこの発明における燃
焼支援媒体として利用できるのであり、結果的に組合せ工程に対して極めて高度
な熱効率を得る。
【０１０６】
この発明の主要な適用分野は水素ならびに合成ガス派生物の生産に存在すると
期待される。
期待される。
【０１０７】
この発明は、蒸気再生装置のような従来のデバイスと比較した場合に、高度な
効率ならびにモジュール設計と同様に、空間と重量、従ってコストの著しく低減
された装置を提供するので、この発明の主要な用途の１つは、精錬所及び工程プ
ラントにおける従来のデバイスに採って替わるものとなろう。
効率ならびにモジュール設計と同様に、空間と重量、従ってコストの著しく低減
された装置を提供するので、この発明の主要な用途の１つは、精錬所及び工程プ
ラントにおける従来のデバイスに採って替わるものとなろう。
【０１０８】
低減された空間と重量をもつことがこの発明を、工業規模の工程プラントの、
例えば沖合における建設のような、遠隔地か、または補給が困難な場所か、何れ
かの場所にもってくるのに特に有効ならしめる。特に、この発明を採用すると、
今日まで従来技法を駆使する装置のもつ寸法と重量が巨大なために実施できなか
った、例えば水素、メタノールなどの前述の生産物の製造用の生産設備を抱える
沖合固定式プラットフォーム、はしけ、もしくは船舶などの建造が可能となる。
これらの設備からの生産物は市場その他に船積みまたはパイプ輸送で直送される
のであり、そのため、そうしないと不経済なガス抽出作業となる筈の少量かつ限
界収益的な天然ガスの事業分野の開拓を容易化する。
例えば沖合における建設のような、遠隔地か、または補給が困難な場所か、何れ
かの場所にもってくるのに特に有効ならしめる。特に、この発明を採用すると、
今日まで従来技法を駆使する装置のもつ寸法と重量が巨大なために実施できなか
った、例えば水素、メタノールなどの前述の生産物の製造用の生産設備を抱える
沖合固定式プラットフォーム、はしけ、もしくは船舶などの建造が可能となる。
これらの設備からの生産物は市場その他に船積みまたはパイプ輸送で直送される
のであり、そのため、そうしないと不経済なガス抽出作業となる筈の少量かつ限
界収益的な天然ガスの事業分野の開拓を容易化する。
【０１０９】
更に、この発明の装置は、上記に指示しＣＯ２及び水の回収を容易化する圧力
よりも高い燃焼圧力において操作可能である。実際の圧力はＣＯ２の除去の経済
性に依存するが、５ないし２０ｂａｒｇの圧力範囲内にあるように考慮する。特
殊な用途は例えば沖合などの遠隔地の場合であって、このような場所においてガ
スはオイルまたは天然ガス貯蔵装置から抽出され、また更に圧縮した後に現場に
再噴射された水素やその他の生産物、及び燃焼生成物、特に窒素や二酸化炭素か
ら抽出される。この方法において、水素製造中には正味のＣＯ２の生産量はなく
、全ての過剰炭素は生じた時点で戻される。
よりも高い燃焼圧力において操作可能である。実際の圧力はＣＯ２の除去の経済
性に依存するが、５ないし２０ｂａｒｇの圧力範囲内にあるように考慮する。特
殊な用途は例えば沖合などの遠隔地の場合であって、このような場所においてガ
スはオイルまたは天然ガス貯蔵装置から抽出され、また更に圧縮した後に現場に
再噴射された水素やその他の生産物、及び燃焼生成物、特に窒素や二酸化炭素か
ら抽出される。この方法において、水素製造中には正味のＣＯ２の生産量はなく
、全ての過剰炭素は生じた時点で戻される。
【０１１０】
ＣＯ２放射に関する環境の観点から、この発明は大気中へのＣＯ2 の解放とい
う必然的問題を別にして、天然ガスの水素とエネルギー値の回収と利用に使用す
る。
う必然的問題を別にして、天然ガスの水素とエネルギー値の回収と利用に使用す
る。
【０１１１】
二者択一的に、ＣＯ２は、ＣＯ２の単独再噴射に先立って燃焼生成物から抽出
可能である。従って、回収されたメタンの全てのモル（グラム分子）に対して、
ＣＯ２の１モルは再噴射される。従ってただ１つの重要なプラント放射物は消費
した空気から由来する窒素の筈である。
可能である。従って、回収されたメタンの全てのモル（グラム分子）に対して、
ＣＯ２の１モルは再噴射される。従ってただ１つの重要なプラント放射物は消費
した空気から由来する窒素の筈である。
【０１１２】
この発明は関係する高圧の観点から、ＣＯ２の回収に係わっている。更に、容
器中の燃焼空気の圧力が増すことは何ら問題視されず、しかも燃焼生成物を圧縮
する作業よりも効率はよくまた低コストである。
器中の燃焼空気の圧力が増すことは何ら問題視されず、しかも燃焼生成物を圧縮
する作業よりも効率はよくまた低コストである。
【０１１３】
この発明はこのようにして、用途の範囲の広大性のために汎用性が大きい。
【図１Ａ】
この装置の頂部を通る垂直断面図である。
【図１Ｂ】
この装置の中央部分を通る垂直断面図である。
【図１Ｃ】
この装置の底部を通る垂直断面図である。
【図２】
図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【図３】
図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】
図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。
【図５】
工程と熱の流れの線図である。
【図６】
流れの温度外形と燃焼帯域からの距離との関係の線図である。
【図７Ａ】
装置の上方部分を通り部分的に垂直断面を示す寸法調和図である。
【図７Ｂ】
装置の下方部分を通り部分的に垂直断面を示す寸法調和図である。
【図８】
図７Ａに示す装置の変化態様を示す図である。
１ 装置
２ 圧力殻体
４ 頂部ドーム
６ 燃料プレナムチャンバー
８ 絶縁材料
１０ 燃料入口
１２ シリンダー
１４ 第１チューブシート
１６ 膨張デバイス
１８ 上方端末
２０ バーナーチューブ
２２ 第２チューブシート
２４ 第３チューブシート
２６ 火炎箱領域
３０ 外側壁
３２ 入口
３４ 環体
４０ プレナムチャンバー
４２ 吸熱反応チューブ
４４ 接近プラグ
４５ 下方部分
５０ 第１部分
５４ 熱交換チューブ
５６ 基盤
５８ 空気入口
６０ 通路
６４ 環状通路
６５ 補助バーナー
６６ 流れ強化デバイス
７０ 第２熱回収部分
７２ 熱交換チューブ
７４ 入口
７６ 出口
８０ モジュール化した第３熱回収部分
８２ 熱交換チューブ
８４ 入口
８６ 出口
１０１ チューブ
１０２ 集合ヘッダー
１０６ 出口
３０２ ボルト止めフランジ
３０３ 拘束オリフィス
３０５ チューブ
３０６ 絶縁層
３１２ シール
３１３ 模造チューブ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ
，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，
ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ
Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ
，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，
ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ
Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ
，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，
ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Ｆターム(参考） 4G070 AA01 AB07 BB02 CA25 CB02
CB17 CB25 CC01 DA23
4G075 AA03 AA45 BA05 BD14 CA45
CA54 DA02 EA06 EB21 EC01
EC07 EE31 FC15
Claims (46)
- 【請求項１】 吸熱反応を実施する工程であって、この工程は発熱反応領域
において、予熱した燃焼支援媒体の存在下で予熱燃料を燃焼させて熱を生じて燃
焼ガスの流れを生成することにより発熱反応を開始する工程段階を含んでおり、
ここで発熱反応領域に隣接する吸熱反応領域において供給材料の流れに対して吸
熱反応を起こさせ、また熱を燃焼ガス流から供給材料流に実質的に対流的に移送
することによって工程ガス流を発生し、そして燃焼ガス流と供給材料流とは共流
動関係にあって、燃焼ガス流と工程ガス流とを共流動させて発熱反応帯域の下流
側にある熱回収帯域の中に流し、ここでこの発熱反応帯域では工程ガス流からの
熱は対流状態で燃焼ガス流に移送され、そして燃焼支援媒体、工程供給材料及び
燃料と共に、対流性熱交換関係において燃焼ガス流を通すことにより、熱は同時
に回収され、その結果工程ガスならびに燃焼ガス流の温度を制御するのであり、
工程ガス流は直接しかも同時に熱回収帯域を経て供給され、そして燃焼ガス流と
工程ガス流はある適正温度において工程から装出され、その結果この工程の全効
率が最適化される、かかる構成をもつことを特徴とする吸熱反応の実施工程。 - 【請求項２】 更に、流体の流れが工程ガスと燃焼ガスの流れによる熱交換
中に通過することにより、更に工程ガスと燃焼ガスの流れの温度を制御すること
を特徴とする請求項１に記載の工程。 - 【請求項３】 更なる１本の流体の流れは、吸熱反応で使われる流れを生成
する水であることを特徴とする請求項２に記載の工程。 - 【請求項４】 この工程は単一容器中で実施されることを特徴とする請求項
１または２または３に記載の工程。 - 【請求項５】 予熱した燃焼支援媒体が、容器の中の１本の経路中を流れる
ことにより、この経路が接触するようになる容器の内側表面はこの媒体により実
質的に平準な温度に維持されることを特徴とする先行の請求項の何れかに記載の
工程。 - 【請求項６】 熱回収帯域において予熱した後に、燃料と燃焼支援媒体と、
そして供給材料とはそれぞれの帯域にばら荷状態で供給されることを特徴とする
先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項７】 燃焼ガスの流れ及び工程ガスの流れの出口の摂氏温度の合計
は、吸熱工程のガスの流れのピーク摂氏温度を超えることはないことを特徴とす
る先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項８】 吸熱工程ガスの流れの出口温度は４５０℃未満であることを
特徴とする請求項７に記載の工程。 - 【請求項９】 燃焼生成物の出口温度は３００℃未満であることを特徴とす
る請求項８に記載の工程。 - 【請求項１０】 燃焼支援媒体と燃料は自動着火を支援するのに充分な温度
にまで別々に予熱されることを特徴とする先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項１１】 熱受入れ流の熱回収帯域内における流れが発熱反応ならび
に吸熱反応の両流れの方向を実質的に横断することを特徴とする先行の請求項の
何れかに記載の工程。 - 【請求項１２】 燃焼ガスと工程ガスの両流れの速度が加速されることによ
り伝熱係数が増すことを特徴とする先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項１３】 燃焼ガス流の速度が発熱反応帯域の下流側端末において増
加されることにより燃焼ガス流の工程ガス流に対する伝熱係数が増すことを特徴
とする請求項１２に記載の工程。 - 【請求項１４】 燃焼ガス流の速度と曲折が増加されることにより熱回収帯
域に関する伝熱係数を増すことを特徴とする請求項１２に記載の工程。 - 【請求項１５】 吸熱反応触媒が吸熱反応帯域に採用されることを特徴とす
る先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項１６】 供給材料の流れ、そして燃料及びその他の流体の流れの温
度が調整可能であり、その結果燃料と燃焼支援媒体の両方の流れの比率を変える
ことなく吸熱反応帯域中のピーク温度を制御することを特徴とする先行の請求項
の何れかに記載の工程。 - 【請求項１７】 燃焼ガス流は熱回収帯域の下流側で、ガスが清浄化される
処理帯域に供給されることを特徴とする先行の請求項の何れかに記載の工程。 - 【請求項１８】 第１の態様の工程を実施する装置であって、この装置は、
発熱反応領域と吸熱反応領域をハウジング構成する束縛殻体と、この殻体の一端
に連結して複数のバーナーチューブと流体連通している燃料プレナムチャンバー
を備えた発熱反応領域と、バーナーチューブと連結して流体連通しており、そし
て使用に際して、燃焼ガス流を提供するために燃料の燃焼用の予熱した燃焼支援
媒体を提供するのに適したプレナムチャンバーと、このプレナムチャンバーを通
るバーナーチューブと、燃焼ガス流を搬送する火炎箱と、工程ガスを生ずるため
に使用に際して燃焼ガス流から実質的に対流状態で熱を受け入れるように火炎箱
の中にある複数の反応チューブに到る供給材料プレナムチャンバーを含む吸熱反
応領域と、発熱反応領域の下流側にある帯域であって、この帯域を通って吸熱反
応チューブが直接通っている構成をもち、しかも燃焼ガス流と吸熱工程ガス流の
双方からの熱を用いて燃焼支援媒体を予熱し、そして更に流体の流れを予熱する
のに適している熱回収帯域と、これらが包有されており、この熱回収帯域は、使
用に際して燃焼ガス流のみ、燃焼ガス流出口、そして工程ガス出口と連通する流
体の流れの中にある複数の熱交換モジュールを含む、かかる構成であることを特
徴とする第１の態様の工程を実施する装置。 - 【請求項１９】 吸熱反応チューブとバーナーチューブとは規則的配列に構
成されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。 - 【請求項２０】 バーナーチューブの個数はそれぞれの吸熱反応チューブの
周囲に規則的配列に構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２１】 熱回収帯域のそれぞれの熱交換モジュールは殻体の中に含
まれていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。 - 【請求項２２】 この、もしくは個々の熱交換モジュールは、熱回収帯域の
中の燃焼ガス流に対して互いに他に対して曲がった経路が設定される状態に方向
づけられ、配置される熱交換チューブの配列で構成されることを特徴とする先行
の請求項１８ないし２１の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項２３】 熱交換チューブの連続配列間の距離は０cmないし１０cmの
範囲内にあることを特徴とする請求項２２に記載の装置。 - 【請求項２４】 熱交換チューブの連続配列間の距離は０cmないし０．６２
５cmの範囲内にあることを特徴とする請求項２３に記載の装置。 - 【請求項２５】 熱交換チューブは締め付けられていることを特徴とする請
求項２２に記載の装置。 - 【請求項２６】 チューブは隣り合うチューブ間の間隙に取付けられるスペ
ーサー手段を設けて締め付けられることを特徴とする請求項２５に記載の装置。 - 【請求項２７】 スペーサー手段は支柱またはピンの形態をもつことを特徴
とする請求項２６に記載の装置。 - 【請求項２８】 チューブの配列は吸熱反応チューブに対して実質的に直角
方向をもち、隣り合う列は互いに他に対して直交しており、燃焼ガス流が通過す
べき基盤を提供していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。 - 【請求項２９】 個々の熱回収モジュールは自己内包されていることを特徴
とする先行の請求項１８ないし２８の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項３０】 熱回収モジュールは殻体内で同一もしくは異なるレベルに
配置されていることを特徴とする請求項２９に記載の装置。 - 【請求項３１】 熱回収モジュールは熱の移動の必要条件に従って遊離して
成ることを特徴とする先行の請求項１８ないし３０の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項３２】 燃料プレナムチャンバーは供給材料プレナムチャンバーの
上流側にあることを特徴とする先行の請求項１８ないし３１の内の何れかに記載
の装置。 - 【請求項３３】 バーナーチューブは殻体を通って伸びる、殻体から着脱可
能なチューブシートの中に保持されることを特徴とする先行の請求項１８ないし
３２の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項３４】 吸熱反応チューブは殻体を通って伸びる別のチューブシー
トの中に保持されることを特徴とする先行の請求項１８ないし３３の内の何れか
に記載の装置。 - 【請求項３５】 バーナーチューブの延長部分が貫通して火炎箱の中に受け
入れられるようにチューブシートが貫通されていることを特徴とする請求項３４
に記載の装置。 - 【請求項３６】 バーナーチューブは、間隙を伴って前記別のチューブシー
トを通って伸びていることを特徴とする請求項３５に記載の装置。 - 【請求項３７】 基盤チューブシートは別のチューブシートに対して間隙を
設けた状態で提供されており、その結果工程供給材料用のマニホールドを設定し
、このマニホールドは吸熱反応チューブと連通し、基盤チューブシートと別のチ
ューブシートとはバーナーチューブが通っているチューブ構成手段によって連結
されている、かかる構成であることを特徴とする請求項３６に記載の装置。 - 【請求項３８】 燃料プレナムチャンバーは供給材料プレナムチャンバーの
下流側にあることを特徴とする先行の請求項１８ないし３１の内の何れかに記載
の装置。 - 【請求項３９】 バーナーチューブは殻体を横切って伸びるチューブシート
の中に保持されることを特徴とする請求項３８に記載の装置。 - 【請求項４０】 吸熱反応チューブはバーナーチューブの収まっている前記
チューブシートの上流側にある別のチューブシートの中に保たれ、吸熱反応チュ
ーブはバーナーチューブのチューブシートを通って伸びており、そして吸熱性供
給材料の入口は前記別のチューブシートの上流側にある吸熱性チューブと連通し
て成る、かかる構成であることを特徴とする請求項３８に記載の装置。 - 【請求項４１】 予熱された燃焼支援媒体は、火炎箱を包囲して伸びるジャ
ケットの手段を用いて熱回収帯域から搬送されることを特徴とする先行の請求項
１８ないし４０の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項４２】 予熱された燃焼支援媒体は、ジャケットの壁と接触し、そ
してチューブシートと接触して流されることを特徴とする請求項４１に記載の装
置。 - 【請求項４３】 チューブシートは絶縁性をもっていることを特徴とする請
求項３２ないし４０の内の何れかに記載の装置。 - 【請求項４４】 少なくとも１個の燃焼支援媒体入口が設けてあり、そして
前記入口もしくは個々の前記入口がジャケットの周囲に設けてある１本もしくは
それ以上の本数の燃焼支援媒体導管に連結されている、かかる構成であることを
特徴とする請求項４１に記載の装置。 - 【請求項４５】 バーナーチューブの上流側にあるジャケットと連結して起
動バーナーが提供されていることを特徴とする請求項４４に記載の装置。 - 【請求項４６】 燃料及び／または燃焼支援ガスプレナムチャンバーが、パ
イプ構成のマニホールドにより置換されることを特徴とする請求項１８に記載の
装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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