JP2004525328A - 加熱炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明の方法は、加熱炉燃料として水素リッチガスを使用する加熱炉（１）の運転に関する。加熱炉（１）は、それに供給される燃料を燃焼させるための多数のバーナー（１７）を有する。この方法は、多数のバーナーのうちの少なくとも１個のバーナーに火を点けるための点火手段を提供することを含む。引火性混合物を形成できる量の、酸素含有ガスおよび炭化水素ガスを含む可燃性ガスを、多数のバーナー（１７）のそれぞれに供給する。１個の所定のバーナーに火を点け、次いでこの火を、多数のバーナー（１７）のうちの、少なくとも１個の所定のバーナーから他のバーナーに伝播させる。次いで、多数のバーナー（１７）のそれぞれで水素火炎が定着するまで、炭化水素ガスの少なくとも大部分が水素リッチガスに置き換わるように、可燃性ガスの組成を一定時間にわたって変化させる。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、燃料として水素リッチガス使用する加熱炉、具体的にはマルチバーナー加熱炉の運転方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
水素を広い範囲の割合で空気と混合すると、その着火と同時に激しく爆発することがある。さらに、水素はあらゆるガスのうちで、最大の層流燃焼速度を有する。したがって、アセチレン炎の火炎速度が大部分の炭化水素燃料の火炎速度の約３．５倍であるのに対して、水素炎の火炎速度は大部分の炭化水素燃料の火炎速度の約６倍の速さである。
【０００３】
ある種の化学操作、特に天然ガスまたは他の炭化水素原料の水蒸気改質など吸熱反応を伴う操作では、反応混合物、例えば、炭化水素原料と蒸気の混合物を、適切な加熱炉中に配置されていて、多数のバーナーによって加熱される多管式反応器の反応管に通すことが好都合である。化学プラントの操作で使用される水蒸気改質加熱炉および他の加熱炉内のバーナーには、軽油、天然ガスなど適当などんな燃料も供給できる。異なる燃料を燃焼する場合は、複数の種類のバーナーを加熱炉中に設置することができる。可燃性排ガスの利用可能な供給源を加熱炉用の燃料として使用することは、しばしば好都合でかつ経済的である。
【０００４】
水蒸気改質加熱炉中の反応管は、一般に呼び径が５インチ（１２．７０ｃｍ）である。反応管は一般に、その軸をほぼ垂直に配置し、輻射加熱および対流加熱によって加熱されるように、互いに間隔を広くあけて取り付ける。火炎が上方へほぼ垂直に拡がるように、バーナーを加熱炉の底部近傍に配置することができ、同時に、反応混合物を、触媒を詰めた水蒸気改質管中を下向きに供給することができる。より一般的な他の配置では、加熱炉は頂部燃焼式である。この場合、バーナーを加熱炉の頂部近くに取り付けて、触媒を充填し垂直に設置した改質管の長手方向に沿って、火炎が加熱炉内に下方向へ噴き出すようにする。
【０００５】
加熱炉を有する他の種類の化学プラントには、エチレン用水蒸気分解装置および接触改質装置が含まれる。そうした形のプラントでの加熱炉は、一般に頂部燃焼式または側部燃焼式である。一般に、精製用原油加熱器や真空装置加熱器などの加熱用の燃焼加熱器も多数のバーナーを有する。これらは、広範囲のどのような液体燃料およびガス状燃料も、しばしば異なる燃料に対して複数の種類のバーナーを使用して、燃焼させることができる。
【０００６】
そうしたすべての加熱炉では、バーナーを一般に互いに十分広く間隔をおいて配置し、個別の口火または多くの場合引っ込み式である点火器で１個ずつバーナーに火を点けるのが常法である。それは通常、バーナー同士が離れ過ぎると、確実な火炎の伝播が起こらないためである。燃切りを防止するために、バーナーおよび口火バーナーを、耐火性内張り中に引っ込めることができる。このような方法で点火を実施し、バーナーの保守を可能にするために、通常締切弁を設ける。このことは、共通ヘッダから離れた単一の供給管もしくはパイプによって多数の燃焼ポイントをもたらす、バーナーアレイからなるバーナーにも適用される。いずれの場合も、バーナーは個別に点火するのが常法である。
【０００７】
状況によっては、排ガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）として水素リッチガスを利用できる。しかし、水素リッチガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）を多数のバーナーを有する加熱炉用の燃料として使用する場合、大容量の適当に混合された水素と空気がバーナーの上部に形成される可能性があり、これは水素リッチガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）が着火と同時に爆発する重大な危険性をもたらすことになる。このような爆発は、加熱炉室へのセラミック内張りあるいは加熱炉中の反応管または他の構成要素に損傷を与え、またプラントの作業者に危険をもたらす可能性がある。
【０００８】
加熱炉用の燃料として水素含有流れ（ｓｔｒｅａｍ）を使うことは知られている。例えば、従来型の改質装置加熱炉用の燃料としてメタノールプラントのパージガスを利用することが知られている。しかし、メタノールプラントのスタートアップ時のパージガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）は、水素が少なく、プラントがフル稼働になって初めて水素リッチパージガスが利用可能となり、その時までには加熱炉中のバーナーはすでに点火されてしまっている。したがって、燃料としての低水素成分ガスから、燃料としての水素リッチパージガスへのどんな切り替えも、バーナーがすでに点火された後に初めて、行われることになる。
【０００９】
いわゆる小型改質装置が国際特許公開第９４／２９０１３号に記載されている。これは、密に詰めた反応管アレイを有し、この反応管は、一般に、通常の水蒸気改質装置中の反応管より直径がかなり小さい。したがって、小型改質装置中の反応管は、従来型の改質装置の反応管で一般的である呼び径５インチ（１２．７０ｃｍ）と対比して、一般に、例えば、呼び径が１．５インチ（３．８１ｃｍ）である。さらに、反応管は、小型改質装置中では、従来型の水蒸気改質装置中より、互いにより近接して配置されており、それに対応してバーナーも反応管マトリックス内で互いに近接して配置されている。
【００１０】
小型改質装置内では、従来型の改質装置の加熱炉中よりバーナーが互いに非常に近くにあるので、一般に、各バーナー燃料噴流用の個別の制御弁を収容する十分な余地がない。したがって、この場合、バーナー燃料噴流は共通マニホールドから供給しなければならない。さらに、スペースが限られているため、多数の点火器もしくは口火を設けることは全く実際的ではなく、また従来型の改質装置の加熱炉と比べて、口火燃料噴流の燃切りの危険性が増大することになる。他の可能性は自動点火であるが、その場合、どのようにすれば安全にこれを実現できるか不明確である。他の可能性は、アレイ中の外側バーナーに点火し、次いで火炎の伝播によって、他のバーナーに点火することである。小型改質装置中のバーナーは十分近接して位置しており、条件が適切であれば順次火炎の伝播が起こるが、爆発の危険およびすべてのバーナーで確実に点火しない危険を避けるためには、特に関係する燃料が水素または水素リッチガスである場合、適正な、速度範囲、燃料組成物および空燃比を用いることが重要である。
【００１１】
本発明は、密に配置したバーナーアレイを含む、小型改質装置などの加熱炉のバーナーを、安全で信頼性の高い仕方で点火する方法を提供することを目的とする。さらに、アレイ状に配置されているが個別には制御できず、特に個別の制御弁を備えていない、多数のバーナーを有する加熱炉を運転する方法を提供することを目的とする。さらに、多数のバーナーを有する加熱炉内で、各バーナーで個別の点火装置を使用することなく、点火を開始する方法を提供することを目的とする。本発明はまた、燃料として水素リッチガスを用いる多数のバーナーを有する加熱炉の、特に加熱炉のスタートアップ中の、安全な運転を可能にする方法を提供することを目的とする。さらに、潜在的に危険な爆発の危険性を実質的に未然に防いで、燃料として水素リッチガスを用いるマルチバーナー加熱炉を運転する方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、水素リッチ排ガスストリームの発熱量を安全に利用する方法を提供することである。
【００１２】
（発明の開示）
本発明によれば、供給された燃料を燃焼させるための多数のバーナーを有し、加熱炉燃料として水素リッチガスを使用する加熱炉の運転方法が提供される。この方法は、
（ａ）多数のバーナーから選択される少なくとも１個の所定のバーナーに火を点けるための点火手段を提供すること、
（ｂ）多数のバーナーのそれぞれに、酸素含有ガス、および引火性混合物を形成できる量の炭化水素ガスを含む可燃性ガスを供給すること、
（ｃ）少なくとも１個の所定のバーナーに点火すること、
（ｄ）多数のバーナーのうちの少なくとも１個の所定のバーナーから、火炎を他のバーナーに伝播させること、および
（ｅ）多数のバーナーのそれぞれで水素火炎が少なくとも大部分定着するまで、炭化水素ガスの少なくとも大部分が水素リッチガスで置き換わるように、可燃性ガスの組成を一定時間にわたって変化させること
を含む。
【００１３】
したがって、本発明の方法では、酸素含有ガスに加えて、最初に炭化水素ガスを、引火性混合物を形成するのに十分な量で使用することがわかるであろう。酸素含有ガスおよび可燃性ガスを、加熱炉の多数のバーナーのそれぞれに別々に供給し、次いで、多数のバーナーから選択した少なくとも１個の所定のバーナーに火を点けた後、アレイを介して、生じた拡散火炎を残りの各バーナーに伝播させる。適切な火炎が加熱炉の多数のバーナーのそれぞれに定着した後、炭化水素ガスが水素リッチガスに置き換わるように、可燃性ガスの組成を徐々に調節し、一方で、火炎が多数のバーナーのそれぞれで維持されるように、空気および可燃性ガスの流速を調節し、こうして、水素リッチガスを直接点火する場合に特有の問題を回避する。次いで、水素リッチガスを使って多数のバーナーのそれぞれに火炎が定着した後に、水素リッチガスの流速をフル稼働流速まで増加させることができる。
【００１４】
本発明の方法は、加熱炉の燃料として水素リッチガスを使用する加熱炉の運転に関する。加熱炉は、供給される燃料を燃焼するための多数のバーナーを有している。この方法は、多数のバーナーから選択した少なくとも１個の所定のバーナーに火を点ける点火手段を提供することを含む。酸素含有ガス、および炭化水素ガスを含む可燃性ガスを、引火性混合物を形成できるに十分な量で、多数のバーナーのそれぞれに供給する。少なくとも１個の所定のバーナーで火炎を点火し、その少なくとも１個の所定のバーナーから、多数のバーナーのうちの他のバーナーへ伝播させる。次いで、多数のバーナーのそれぞれで水素火炎が少なくとも大部分定着するまで、少なくとも炭化水素ガスの大部分が水素リッチガスで置き換わるように、可燃性ガスの組成をある時間にわたって変化させる。
【００１５】
本発明の方法では、多数のバーナーのすべてのバーナーを、可燃性ガスを供給するためのマニホールドに連結することができる。
【００１６】
（発明を実施するための最良の形態）
可燃性ガスが加熱炉を燃焼するために使用する燃料であった場合、ステップ（ａ）〜（ｅ）の間、可燃性ガスでの潜在的なフル稼働流速と比べて、低い可燃性ガス容量流速を使用することが好ましい。同様に、ステップ（ａ）〜（ｅ）の間、水素リッチガスを用いた加熱炉のフル稼働の間に支配的である流速と比べて低い水素リッチガス流速を使用することが好ましい。ステップ（ａ）〜（ｅ）の間、酸素含有ガスの流速も、それに応じて低くすることができる。したがって、ステップ（ｅ）の間、水素リッチガスの流速を、加熱炉の設計者が想定するフル稼働速度より大幅に低く、一般には、そのフル稼働流速の約２５％未満、さらにフル稼働流速の約１０％以下、例えば約５％までも少なくすることができる。しかし、多数のバーナーのそれぞれで、水素火炎が、または少なくともその大部分が定着した後に、水素リッチガスおよび酸素含有ガスの供給速度を、フル稼働流速まで増大させることができる。したがって、ステップ（ｅ）の間の水素リッチガスの流速を、続く加熱炉運転の間での水素リッチガスの流速に比べて低くすることができる。したがって、ステップ（ｅ）の間の水素リッチガスの流速を、水素リッチガスの加熱炉の設計目標であるフル稼働流速の約２５％未満にすることができる。
【００１７】
多くの場合、ステップ（ｃ）では、多数のバーナーのうちの所定の単一バーナーに点火すれば十分なはずである。しかし、ステップ（ｃ）では、多数のバーナーのうちの２個以上の所定のバーナーに点火するのが、より便利または好都合である。
【００１８】
特定のまたは各所定のバーナー、例えば、アレイの外側部のバーナーに点火された火炎が、少なくとも１個の所定のバーナーからアレイの他のバーナーへ伝播できるように、多数のバーナーを加熱炉中でアレイ状に配置することが好ましい。
【００１９】
好ましい方法では、使用の際多数のバーナーから火炎が下方向へ拡がるように、多数のバーナーを加熱炉の頂部に取り付ける。そうした加熱炉は、例えば、加熱炉が、ある装入量の水蒸気改質触媒をそれぞれ有しかつその軸がほぼ垂直方向に延びて配置される複数の改質管を有する水蒸気改質加熱炉であって、一方多数のバーナーを、多数のバーナーから下方に延びる火炎によって改質管を水蒸気改質温度に加熱するために加熱炉頂部にアレイ状に配置し、かつ、蒸気と改質すべき炭化水素原料の混合物を含む反応混合物を、加熱した改質管を介して水蒸気改質条件下に上方向に通す、水蒸気改質加熱炉であってよい。本発明の方法はこうした配置において、水素含有ガスを直接点火する試みがなされた場合、空気の下降流が水素の自然浮力に打ち勝つための下方への十分な空気速度をもたらすのには不十分で、その結果、爆発的または制御不能な形で着火する恐れのある引火性区域内で大きな水素エンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）をもたらすという問題を解決する。メタンまたは天然ガスなどの他のガス状炭化水素燃料を、本発明の方法による下方向燃焼によって加熱炉中で点火するのに使用する場合、その密度をより高く、引火限界をより狭く、かつ燃焼速度をより遅くすると、点火時に爆発が起こる危険性が最小限に抑えられる。
【００２０】
別法では、多数のバーナーからの火炎が、加熱炉の運転時に上方向に延びるように、多数のバーナーを加熱炉の底部に取り付けることができる。
【００２１】
多数のバーナーのうちの所定の１つのバーナーに火を点けるための点火手段は、知られている種類のどんな点火手段でもよい。それには、例えば、作動と同時に火花を発生する圧電装置が含まれよう。別法では、点火手段は、電熱点火エレメントを含むことができる。それは、多数のバーナーに可燃性ガスの供給を開始する前に、口火がそこに定着できる口火用噴流を含むことができる。それは知られている種類の伸縮自在の（引っ込み可能な）点火装置でもよい。
【００２２】
炭化水素ガスは、メタンまたは天然ガスが好ましい。しかし、望むならば、天然ガスもしくはメタンに代えてまたは天然ガスもしくはメタンと混合して、エタン、プロパン、ブタンまたはそれらの２種以上の混合物などの他の炭化水素ガスを使用することができる。炭化水素ガスは、空気または他の酸素含有ガスと混合して得られる混合物が可燃性を保っている限り、窒素やアルゴンなどの不活性ガスと混合することができる。
【００２３】
特に好ましい方法では、運転する加熱炉は、メタノール合成プラント、フィッシャートロプシュプロセスプラント、またはオレフィン原料のヒドロホルミル化用オキソプラントなど、関連する合成プラントで用いる合成ガスを製造するために使用される水蒸気改質加熱炉である。さらに、水素リッチガスは、これらの合成プラントからの未反応排ガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）を含むことができる。
【００２４】
酸素含有ガスは、酸素、高酸素濃度空気または空気でよいが、空気が好ましい。この場合、酸素含有ガスが空気である限り、所定のバーナーに供給される可燃性ガスは天然ガスでよい。一般に、約４容量％の天然ガスと９６容量％の空気との混合物を多数のバーナーのそれぞれに供給するのに十分な量の可燃性ガスおよび空気を、多数のバーナーに供給する。多数のバーナーのそれぞれに火炎が定着した後、多数のバーナーに供給する天然ガス量を、増分的（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｌｙ）または連続的に徐々に増加させて、約８容量％の天然ガスと９２容量％の空気の混合物を多数のバーナーのそれぞれに供給することができる。
【００２５】
ステップ（ｅ）での好ましい方法では、可燃性ガスが実質的に水素リッチガスの組成になるまで、可燃性ガスの組成を変化させる。この場合、ステップ（ｅ）は、約１秒〜約１５分間、好ましくは約２秒〜約５分間、より好ましくは約５秒〜約１分間にわたって実施することができる。
【００２６】
本発明の方法のステップ（ｅ）では、炭化水素ガスの少なくとも大部分（すなわち、少なくとも約５０％）が、水素リッチガスで置き換わるまで、可燃性ガスの組成を変化させる。通常は、ステップ（ｂ）の可燃性ガス中の炭化水素ガスの少なくとも約８０％、よりしばしば実質的に１００％を、ステップ（ｅ）の水素リッチガスで置き換えることが好ましいことになる。
【００２７】
少なくとも１個のバーナーから、またはバーナーのアレイからの火炎が下方向へ拡がるように、バーナーを加熱炉の頂部に取り付けることが好ましい。
【００２８】
本発明の方法によって水蒸気改質加熱炉を運転することにより、水素火炎を加熱炉中で安全に定着させることができる。
【００２９】
水素リッチガスは、高純度水素、あるいは水素と、不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど）またはメタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素ガスなど１種または複数の他のガスとの可燃性混合物でよい。少なくとも約５０容量％の水素、より好ましくは少なくとも約８０容量％の水素、最大約９９容量％またはそれ以上の水素を含むことが好ましい。加熱炉が、メタノール製造やフィッシャートロプシュプロセスまたはオキソプロセスでの使用を目的として、メタンまたは天然ガスの水蒸気改質によって合成ガスを生成させるために使用する水蒸気改質加熱炉である場合、以下に説明するように生成する合成ガスは過剰の水素を含有しており、その場合水素リッチガスは、続く１つまたは複数の合成工程の後に残った未反応ガスでもよい。
【００３０】
水蒸気改質管中で起こる主反応は、
【数式１】

である。その結果、生成する合成ガスは、メタノール合成で求められる２：１強のＨ_２：ＣＯモル比より高い、約３：１のＨ_２：ＣＯのモル比を含む。一般に合成ガス混合物の少量成分として存在する、一酸化炭素からおよび二酸化炭素からメタノールを合成する際に関与する反応は、
【数式２】

である。いずれにしろ、メタンまたは天然ガスの水蒸気改質によって製造される合成ガスからのメタノール合成は、水素濃度の高い排ガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）をもたらし、これは本発明の方法で使用するのに適している。この排ガスは、必要であれば、加熱炉中で燃料として使用する前にガスの水素含有量を増加させるために、圧力変動吸着法などの適切な精製工程にかけることができ、酸化炭素類（ｃａｒｂｏｎ ｏｘｉｄｅｓ）の濃度の高い残留ガスは、メタノール合成区域の反応管内部へ再循環させる。
【００３１】
一般に、可燃性ガスおよび／または酸素含有ガス、例えば空気を、加熱炉に供給する前に予熱することが好ましい。そうした予熱は、加熱炉からの煙道ガスなどの好都合な熱源との熱交換による、通常の方法で実施することができる。こうすると、加熱炉のバーナーからの燃焼熱は最高の効率まで利用される。そのような予熱ステップでは、可燃性ガスおよび／または酸素含有ガスを、約３００〜約８００℃の範囲の温度に加熱することができる。
【００３２】
本発明による好ましい方法では、予熱した可燃性ガスを、酸素含有ガスとは独立に、マニホールド経由で対応するバーナーにフィードする各供給管に供給する。これらの個別供給管は供給制御弁を有していない。改質されたガスとの熱交換によって酸素含有ガスを予熱し、この高温の酸素含有ガスを用いて、可燃性ガスを供給する各供給管の外部を加熱し、その結果、可燃性ガスを予熱する。
【００３３】
水素リッチの燃料を燃焼している加熱炉を停止する必要がある場合、酸素含有ガスの流れを維持したままで、水素リッチガス流流れ（ｓｔｒｅａｍ）を等容積量の窒素などの不活性ガスの流れに切り替えることができる。不活性ガスが水素リッチガスに置き換わるに従って、火炎は一定期間にわたって消えることになる。不活性ガスを十分な時間流した後では、バーナーアセンブリ中での爆発の危険性が除かれ、したがって逆火の可能性が回避されることになる。火炎が消えると水蒸気改質反応は停止し、反応管を出る改質ガスは冷却される。空気入口マニホールドを介して空気の流れを維持することによって、加熱炉の冷却を助けることができる。
【００３４】
次に、本発明を明確に理解し容易に実行することができるように、本発明による好ましい方法を、添付の図を参照して、例としてのみ記述する。
【００３５】
図を参照すると、長さ１４２ｍｍ×幅１１５ｍｍ×高さ１６２５ｍｍの第２のボックスを取り付けた、内側寸法が長さ４７０ｍｍ×幅１１５ｍｍ×高さ１６２５ｍｍの断熱された直方体のボックスを備える実験用バーナーリグ１が示されている。２つのボックスの間には壁が無いので、２つは合わせて全体として、片寄った（ｏｆｆｓｅｔ）Ｔ字型断面のボックスを形成する。リグの壁は軟鋼板２、３、４、５、６、７、８、および９で形成される。リグは上端１０が開放されているが、軟鋼底板１１によって形成される、閉じた下端部を有する。底板１１の上方には、リグ１内で空気コレクタボックス１３の頂部および燃焼空間の床部を形成する、やはり軟鋼製の横板１２がある。板１２には、燃焼用の空気を空気コレクタボックス１３から燃焼室１５内へ吸い込むことができる、３ｍｍ径の孔１４が貫通している。リグ上のジョイントはすべてシールされている。
【００３６】
燃焼室１５内には、７０ｍｍの正方形ピッチで等間隔に配置された１８個の外径４５ｍｍのアルミニウム管１６のアレイが取り付けられている。したがって管１６は、小型改質装置の加熱炉中の、改質管の外側形状をかたどる（ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）ように配置される。管１６の間にかつ正方形ピッチの中心に、全部で８個の外径１９ｍｍで長さ１５０ｍｍのバーナー管１７が置かれる。６個のバーナー１７は直線状に、２個は壁６、７および８によって形成される側面分岐部中に配置される。各バーナー管１７がアルミナ球上に約１００ｍｍ張り出すように、アルミナ球（図示せず）を５０ｍｍの深さまで加えて、管１６とバーナー管１７の間の隙間を詰める。バーナー管１７にそれぞれ、高さ２５ｍｍの燃料マニホールドボックス１８から、２ｍｍ径の各単一の穴１９を介して供給される。各バーナー管は４個のそれに空気を供給するための孔１４で囲まれている。このバーナー管１７および空気供給孔１４の配置は、アルミナ球による分散効果と相まって、改質管を含む開放加熱炉室へ強制的に空気を供給するのと同じような、バーナー管１７への空気の効果的な分配をもたらす。
【００３７】
火炎および火炎の伝播が観測できるようにするために、ガラス窓２０を、リグ１の長手側壁３の中に設置する。窓２０の底部はバーナー管１７の上端２１と同じ高さにする。壁２および４さらに壁７のそれぞれの壁に、１８ｍｍ径の穴２２を、穴２２の底がバーナー管１７の上端２１と同じ高さになるように設ける。この穴２２は、酸素―プロパン火炎を挿入するために使用することができ、隣接するバーナー管１７からの燃料に点火するための口火として働き、また追加の覗く機能をも提供している。観察者が熱や煙（ｆｕｍｅｓ）に曝されることなく、リグ１中を見下ろして都合よく観察できるように、鏡（図示せず）が、ある角度でリグ１の開放上端１０上に配置してある。
【００３８】
（実施例）
本発明を以下の実施例でさらに例示する。これらの実施例では、ガス流速はすべて０°Ｃ、７６０ｍｍＨｇ（１０１．３３ ｋＰａ）で測定してｌ／時で表してある。
【００３９】
実施例１
燃料として実質的に純粋な水素ガスが燃料供給ボックス１８を介して供給され、かつ空気が空気コレクタボックス１３を介して供給されるように、リグ１を配置した。流速は適切なロータメータ（図示せず）を用いて測定できた。一連の実験を、それぞれ、数秒間だけで実施した。採用した手順は、孔１４を介した空気供給ボックス１３から燃焼室１５への空気流を安定させ、次いで、孔１９を介した燃料供給ボックス１８からバーナー管１７への燃料流を安定させるものであった。酸素−プロパン口火をまず点火穴２２のうちの１つの中に挿入して、後で水素がマニホールド１８から供給されたときに、隣接するバーナー１７に火を点けることができるようにした。点火しなかった時は、燃料流を停止して空気流を新たな値に変更し、次いで燃料を再供給し再度点火を試みた。場合によっては、酸素−プロパン口火で点火されたバーナーの隣のバーナー１７も点火され、すべてのバーナーに火炎が伝播することもしばしば起こった。点火試行ごとにビデオ撮影による記録を行った。点火が起こった場合には、窒素を燃焼室１５に加え、火炎を消し燃料供給を停止した。窒素の添加をしないと、逆火がしばしば観測された。次いで、燃料供給を新たな値で再度安定化させ、上記したように新たな流速で点火を試みた。燃料流速度毎に、いくつかの異なる空気流速を試みた。実験から、点火および伝播は、約２００％〜約４００％の過剰空気流速の範囲で、１６００〜５０００ｌ／時の水素流範囲で起こりうることが確認された。言い換えると、約１０容量％〜約１５容量％の水素を含む空気混合物を使うと点火が可能であった。しかし、燃料として水素を用いた点火および火炎の伝播は、一般に、激しくかつ不安定（ｅｒｒａｔｉｃ）であることが観察された。各バーナー管１７の上方の火炎から各バーナーに点火されると、識別可能な（ｄｉｓｔｉｎｃｔ）「ポップ（ｐｏｐ）」が認められた。燃料流速度がより高いほど、エネルギーの放出がより大きく、特に低い過剰空気流速度で、激しすぎると判断されることが確認された。低い燃料流速度では、バーナー管１７の上方の火炎は、形成されないか、弱すぎて満足できる伝播をもたらさなかった。これは過剰空気流速度がより高いときでも同様であった。これらの満足できない低い燃料流速度のうちのいくつかでの、計算された燃料／空気混合物は、報告されている空気中での水素の引火下限（ｌｏｗｅｒ ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ ｌｉｍｉｔ）の４．０％に近いものであることが判った。
【００４０】
実施例２
燃料として天然ガスを使用したこと以外は、実施例１の手順を繰り返した。点火および火炎の伝播は、過剰空気流が約８０％〜約１００％の範囲で、天然ガス流速が１４５０ｌ／時〜２９００ｌ／時の範囲で起こりうることが確認された。天然ガスでの点火および伝播は、激しくなくかつ不安定（ｅｒｒａｔｉｃ）でないことが観察された。
【００４１】
実施例３
各バーナーで安定した火炎が定着するように、空気流３５０００ｌ／時および天然ガス流１７００ｌ／時で、実施例２の手順を繰り返した。次いで、天然ガス流を４８００ｌ／時の流速の水素に置き換えて、約５〜約６０秒間にわたって、一連の試験を実施した。激しいまたは不安定 （ｅｒｒａｔｉｃ） な変化は火炎に認められず、燃料間の移行の際またはその後で、爆発は起こらなかった。
【００４２】
実施例４
アルミナ球の落下を防ぐために金網を取り付けてリグ１を逆さにした。実施例１の手順を繰り返す。火炎が下方向に燃えること以外は、同様の結果である。
【００４３】
実施例５
逆さにしたリグ１を用いて、実施例２の手順を繰り返す。火炎が下方向に燃えること以外は、同様の結果である。
【００４４】
実施例６
引き続き逆さにしたリグ１を用いて、実施例３の手順を繰り返す。火炎は下方向に燃えて、同様の結果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
国際特許公開第９４／２９０１３号に開示されたタイプの小型改質装置の加熱炉の、バーナーアレイおよび管アレイの部分をシミュレートするための実験用リグの上面図である。
【図２】
図１の実験用リグの縦断面図である。

Claims (14)

1. 供給された燃料を燃焼させるための多数のバーナーを有し、加熱炉燃料として水素リッチガスを使用する加熱炉の運転方法であって、
   （ａ）多数のバーナーから選択される少なくとも１個の所定のバーナーに火を点けるための点火手段を提供すること、
   （ｂ）多数のバーナーのそれぞれに、酸素含有ガス、および引火性混合物を形成できる量の炭化水素ガスを含む可燃性ガスを供給すること、
   （ｃ）少なくとも１個の所定のバーナーに点火すること、
   （ｄ）多数のバーナーのうちの少なくとも１個の所定のバーナーから、火炎を他のバーナーに伝播させること、および
   （ｅ）多数のバーナーのそれぞれで水素火炎が少なくとも大部分定着するまで、炭化水素ガスの少なくとも大部分が水素リッチガスで置き換わるように、可燃性ガスの組成を一定時間にわたって変化させること
   を含む方法。
2. 少なくとも１個の所定のバーナーに点火された火炎がアレイの他のそれぞれのバーナーに伝播できるように、多数のバーナーを、加熱炉中にアレイ状に配置する請求項１に記載の方法。
3. 加熱炉の運転時に多数のバーナーからの火炎が下方へ延びるように、多数のバーナーを、加熱炉の頂部に取り付ける請求項１または２に記載の方法。
4. 加熱炉の運転時に多数のバーナーからの火炎が上方へ延びるように、多数のバーナーを、加熱炉の底部に取り付ける請求項１または２に記載の方法。
5. 加熱炉が、ある装入量の水蒸気改質触媒をそれぞれ有しかつその軸がほぼ垂直方向に延びて配置される複数の改質管を有する水蒸気改質加熱炉であって、多数のバーナーから下方に延びる火炎によって改質管を水蒸気改質温度に加熱するために、多数のバーナーを加熱炉頂部にアレイ状に配置し、蒸気と改質すべき炭化水素原料の混合物を含む反応混合物を、加熱した改質管を介して、水蒸気改質条件下に上方向に通す水蒸気改質加熱炉である請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 炭化水素ガスがメタンまたは天然ガスを含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 加熱炉が、下流側の合成プラント用の合成ガスを製造するために使用する水蒸気改質加熱炉であって、水素リッチガスが下流側の合成プラントからの未反応排ガス流れ（ｓｔｒｅａｍ）を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 下流側の合成プラントが、メタノール合成プラント、フィッシャートロプシュプラントおよびオキソプラントから選択される請求項７に記載の方法。
9. ステップ（ｂ）において、所定のバーナーに供給する可燃性ガスが天然ガスであり、酸素含有ガスが空気であり、約４容量％の天然ガスと約９６容量％の空気との混合物を多数のバーナーのそれぞれに供給するのに十分な量の可燃性ガスおよび空気を、多数のバーナーに供給する請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 多数のバーナーのそれぞれに火炎が定着した後、多数のバーナーに供給する天然ガス量を、増分的（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｌｙ）または連続的に増加させて、約８容量％の天然ガスと約９２容量％の空気の混合物をもたらす請求項９に記載の方法。
11. ステップ（ｅ）において、可燃性ガスの組成を、可燃性ガスが実質的に水素リッチガスの組成になるまで変化させる請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ステップ（ｅ）を約５秒〜約１分の期間にわたって実施する請求項１１に記載の方法。
13. ステップ（ｅ）の際の水素リッチガスの流速を、後続の加熱炉運転中の水素リッチガスの流速と比べて、減少させる請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. ステップ（ｅ）の際の水素リッチガス容積流速が、水素リッチガスの加熱炉設計目標であるフル稼働流速の約２５％未満である請求項１３に記載の方法。