JP2005330169A - 変成炉及び変成炉の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで，炉内を好適に加熱することができる変成炉及び変成炉の加熱方法を提供する。
【解決手段】炉体１０の内部に配置されたレトルト１２で変成ガスを生成する変成炉２において，炉体１０の内側面とレトルト１２の外側面との間に筒状の隙間Ｓが形成され，炉体１０の内部に熱風を噴射するバーナ１３Ａと，炉体１０の内部から熱風を排気する排気口６０を備え，前記バーナ１３Ａから熱風が噴射される方向と，前記排気口６０から熱風が排気される方向は，レトルト１２を中心として同じ回転方向ＣＣＷに向かうこととした。
【選択図】 図８

Description

本発明は，変成ガスを発生させる変成炉及び変成炉の加熱方法に関するものであり，特には，鋼のガス浸炭処理に用いる変成ガスを発生させる変成炉及び変成炉の加熱方法に関するものである。

変成炉とは，炭化水素ガスと酸化性ガスとを炉内に導入し，加熱しながら，触媒等を介してそれらのガスの反応を促進させ，一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とを含む変成ガス（エンドサーミックガス）を生成する炉であり，ガス浸炭炉等に供給する浸炭性雰囲気ガスの生成炉として専ら使用される。ガス浸炭炉とは，鋼の浸炭処理を行う炉であり，雰囲気ガスとして供給された変成ガスに含まれる炭素が鋼の表面に浸透し，鋼の浸炭処理が施されるようになっている。

一般に，変成ガスを生成する装置は，ニッケル（Ｎｉ）触媒等が充填された筒状のレトルトと，レトルトを加熱するヒータ等の加熱手段を備えている（例えば，特許文献１，２，３参照。）。従来提案されている変成炉としては，都市ガス，空気及び二酸化炭素を混合させた原料ガスをレトルトの上部から供給し，レトルトの中央部を貫通する導出管から変成ガスを導出させるものがある（例えば，特許文献１参照）。また，バーナによってブタンガスと酸素との混合ガスを燃焼させて二酸化炭素と水蒸気を発生させ，ブタンガスを追加して混合させた後，レトルトに通過させ，変成ガスを生成する構成が提案されている（例えば，特許文献２参照）。さらに，浸炭を行う処理炉の炉床に備え，処理炉の熱を利用して触媒を加熱する装置が提案されている（例えば，特許文献３参照）。

特開２００２−３５６７６３号公報 特開２００３−１４７５０５号公報 特開２００３−２４６６０４号公報

また，変成炉内での原料ガスの反応は，急激な吸熱を伴うが，触媒の温度が所定の温度より低下すると，変成ガスの組成が不安定になる。そのため，加熱手段によって触媒の温度を調節する必要がある。

しかしながら，従来の変成炉にあっては，加熱に要するコストが高い問題があった。特に電気ヒータによる加熱では，多くの電力を必要とし，また，温度調節が遅いため触媒の温度変化への対応が遅れ，変成ガスの組成が不安定になる問題があった。また，浸炭処理の効率を向上させるため，ＣＯ濃度が高い変成ガスの利用が要求されているが，変成ガスの生成に要するコストが高くなるので，浸炭処理全体の経済性を向上させることが難しかった。即ち，ＣＯ濃度を向上させるべく原料ガス中の炭酸ガスの濃度を増加させて反応させると，反応に伴う吸熱熱量が多くなるので，加熱手段による供給熱量を増加させる必要があり，加熱に要するコストの増大を招く。そのため，加熱に要するコストを低減することが要求されていた。

また，従来の変成炉にあっては，触媒の温度分布のばらつきが大きい問題があった。原料ガスが触媒に導入された直後は，未反応のガスが多く反応が活発で，吸熱熱量が多いため，触媒の温度が部分的に低下し，変成ガスの組成が不安定になるおそれがある。そのため，反応が活発な場所を集中的に加熱する加熱手段を追加して設け，触媒の部分的な温度低下を防止することが考えられるが，装置が複雑化する問題があった。あるいは，加熱手段の温度を上昇させ，触媒全体の温度を上昇させることで，触媒の部分的な温度低下を抑制することが考えられるが，高温により装置の劣化が促進される懸念があった。

本発明の目的は，低コストで，炉内を好適に加熱することができる変成炉及び変成炉の加熱方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明によれば，炉体の内部に配置されたレトルトで変成ガスを生成する変成炉であって，炉体の内側面とレトルトの外側面との間に筒状の隙間が形成され，炉体の内部に熱風を噴射するバーナと，炉体の内部から熱風を排気する排気口を備え，前記バーナから熱風が噴射される方向と，前記排気口から熱風が排気される方向は，レトルトを中心として同じ回転方向に向かうことを特徴とする，変成炉が提供される。かかる変成炉によれば，加熱に要するコストを，電気を利用して発熱させるヒータによって加熱する場合よりも，安価にすることができる。

この変成炉にあっては，前記炉体及びレトルトは円筒状に形成され，かつ，前記炉体の内径がレトルトの外径より大きいことにより，前記隙間が円筒状に形成されることが好ましい。前記バーナは，レトルトの外側面に沿った方向に熱風を噴射することが好ましい。また，前記熱風は，レトルトの外側面に沿って螺旋状に流れる構成とすることが好ましい。さらに，前記バーナと前記排気口をレトルトの中心軸方向において互いに離隔した位置に備えることが好ましい。

前記バーナはリジェネバーナであることが好ましい。この場合，リジェネバーナの蓄熱を利用した省エネルギ効果により，加熱に要するコストをさらに安価にすることができる。前記排気口は，リジェネバーナに備えた排気口であることが好ましい。

さらに，本発明によれば，変成炉の炉体の内部に備えたレトルトを加熱する方法であって，レトルトの外側面に沿って螺旋状に流れるように熱風を供給することを特徴とする，変成炉の加熱方法が提供される。

この変成炉の加熱方法にあっては，前記熱風をレトルトの一端側から噴射し，レトルトの他端側において排出する方法と，前記熱風を前記レトルトの他端側から噴射し，前記レトルトの一端側において排出する方法とを交互に行うことが好ましい。これにより，触媒の温度分布のばらつきを少なくすることができる。

本発明によれば，加熱に要するコストを低減することができる。触媒の温度分布のばらつきを少なくして，変成ガスの生成を好適に行うことができる。ＣＯ濃度が高い変成ガスを，低コストで安定して生成することが可能になり，浸炭処理における浸炭効率の向上を図ることができる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１に示すように，変成ガス生成システム１は，本発明にかかる変成炉２を備えている。さらに，変成炉２に炭化水素系のガスと空気とを混合した原料ガスを供給する原料ガス供給路３と，変成炉２において生成された変成ガスを変成炉２から導出する変成ガス導出路５を備えている。

図２に示すように，変成炉２は，密閉構造の炉体１０を備えている。炉体１０の内側には，触媒１１を内部に備えたレトルト１２が設置されている。炉体１０の内側面とレトルト１２の外側面との間には，筒状の隙間Ｓが形成されている。炉体１０の側壁１０ａには，触媒１１を加熱するための熱風を噴射する２個のリジェネバーナ（蓄熱バーナ）１３Ａ，１３Ｂが備えられている。リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂは，炉体１０の上下にそれぞれ配置されている。

炉体１０の側壁１０ａは，レトルト１２の側壁１２ａの外径より大きな内径を有する略円筒状に形成されている。即ち，図３に示すように，炉体１０の内側面が断面略円形状になるように形成されている。また，側壁１０ａの中心軸が略鉛直方向に向かうように配置されている。図２に示すように，炉体１０の底部１０ｂには，レトルト１２の下端を支持する支持部材１５が設けられている。炉体１０の天井部１０ｃの中央部には，レトルト１２の上部が挿入される略円形のレトルト挿入穴１６が形成されている。なお，図示はしないが，炉体１０は内壁と外壁からなる二重構造となっている。炉体１０の内壁は，炉外との断熱機能を有する。炉体１０の外壁は，炉体１０の強度等を保持する機能を有する。炉体１０の容積は，レトルト１２の大きさに応じて設定される。

レトルト１２は，略円筒状に形成された側壁１２ａと，略半球面状に形成された底部１２ｂからなる容器である。即ち，図３に示すように，レトルト１２の外周面は断面略円形状になっている。また，レトルト１２は，レトルト１２の中心軸が炉体１０の内部空間の中心軸に重なるように，炉体１０の中心部に略鉛直方向に向けて配置されている。また，底部１２ｂを支持する支持部材１５も，炉体１０の中心部に配置されている。レトルト１２の側壁１２ａと炉体１０の側壁１０ａとの間に形成された隙間Ｓは，略円筒状に形成されている。即ち，側壁１２ａの外周面と側壁１０ａの内周面との間の半径方向における距離は，ほぼ一定になっている。このように，レトルト１２を炉体１０の中心に配置すると，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂによって供給される熱風が，レトルト１２を中心として螺旋状に流れやすくなり，レトルト１２の周囲全体に熱風が供給される。そのため，レトルト１２内の触媒１１を効率良く加熱できる。特に，炉体１０を円筒状とし，レトルト１２と炉体１０との間の隙間Ｓを円筒状とすることにより，隙間Ｓに沿って熱風が螺旋状に円滑に流れやすくなり，隙間Ｓの周方向において熱風の流れがほぼ均等に形成される。また，炉体１０を介して炉外に放熱される熱量も，隙間Ｓの周方向においてほぼ均等になる。従って，隙間Ｓの周方向において熱の拡散状態が均等になり，周方向において温度分布にばらつきが生じることを抑制して，レトルト１２内の触媒１１を好適に加熱できる。

図２に示すように，レトルト１２の上部は，レトルト挿入穴１６に挿入されている。レトルト１２の上端部には，レトルト１２を保持しレトルト挿入穴１６を閉塞するための略円板状の蓋部材２１が設けられている。蓋部材２１は，レトルト挿入穴１６の上方においてレトルト挿入穴１６の周囲を覆うように配置されている。蓋部材２１の下面と炉体１０の上面との間には，環状に形成されたパッキン２２が備えられている。パッキン２２は，レトルト１２の自重のため蓋部材２１によって押さえられ，蓋部材２１の下面と炉体１０の上面とに密着させられる。これにより，炉体１０の内部の雰囲気がレトルト挿入穴１６を介して炉外に漏れることを防止している。さらに，パッキン２２の外側において蓋部材２１と炉体１０の上面を複数のボルト２３によって締結することで，蓋部材２１を炉体１０の上面に確実に固定するようになっている。

触媒１１は，例えばニッケル（Ｎｉ）等の触媒層からなり，レトルト１２の側壁１２ａの内側に形成されている。図２に示すように，触媒１１は，レトルト１２内の下端部に備えられた支持板２６と，レトルト１２内の上端部に備えられたレトルトプラグ２７との間に充填されている。レトルトプラグ２７の上方は，蓋部材２１によって覆われている。また，支持板２６の中央部，触媒１１の中央部，及び，レトルトプラグ２７の中央部，蓋部材２１の中央部を上下に貫通するように，略円管状に形成された変成ガス導出管３０が配設されている。変成ガス導出管３０は，図１に示した変成ガス導出路５に接続されている。

支持板２６は，略円板形状に形成されており，変成ガス導出管３０の下端部の外周面とレトルト１２の内周面との間を塞ぐように配置されている。支持板２６には，上下に貫通する小孔３２が複数形成されている。

レトルトプラグ２７は，例えばアルミナセラミックス等で形成されており，触媒１１の上方を塞ぐように設けられている。レトルトプラグ２７には，上下に貫通する細管３５が複数形成されている。このレトルトプラグ２７は，原料ガス供給路３から供給された原料ガスを，流速を速くして触媒１１に導入させる機能を有する。即ち，原料ガス供給路３の下流端が，蓋部材２１を貫通するように設けられており，原料ガスが細管３５に導入され，触媒１１に導出されるようになっている。

原料ガス供給路３から供給された原料ガスは，レトルトプラグ２７の細管３５を通過して触媒１１に上方から導入される。そして，触媒１１中を下降する間に，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂから供給される熱風により加熱されながら反応して，一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ_２）とを含む変成ガスになる。触媒１１で生成された変成ガスは，支持板２６の小孔３２を通過して支持板２６の下方に流入し，変成ガス導出管３０によって支持板２６の下方から導出され，レトルト１２から変成ガス導出路５に導出されるようになっている。

図２に示すように，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂは，レトルト１２の中心軸方向である略鉛直方向において上下に離隔した位置に備えられている。リジェネバーナ１３Ａは，炉体１０の側壁１０ａの上部に配置され，レトルト１２の上端部側から隙間Ｓに熱風を噴射するように設けられており，リジェネバーナ１３Ｂは，炉体１０の側壁１０ａの下部に配置され，レトルト１２の底部１２ｂ側から隙間Ｓに熱風を噴射するように設けられている。各リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂは，熱風の噴射と熱風の排気を切り換えて行うことができる構成になっており，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂのいずれか一方が熱風の噴射を行うとき，他方は熱風の排気を行うようになっている。リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂの熱風の噴射と熱風の排気の切り換えは，図３に示す四方切換弁４０の操作によって行うことができる。

各リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂは，熱風を排気するとき，排気の熱を内部に蓄熱できるようになっている。また，熱風を噴射するとき，蓄熱を利用して熱風を生成することができる。従って，熱風を発生させるために燃焼させるガスの消費量を低減することができ，省コストを図ることができる。また，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂを用いると，電気ヒータによって触媒１１の温度を調節する場合よりも，熱量の供給量を短時間で大きく変化させることができるので，触媒１１の温度を迅速に調節することができる。リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂの各先端部には，熱風の噴射と排気を行う噴射・排気口６０が備えられている。

図４に示すように，リジェネバーナ１３Ａの噴射・排気口６０は，上方からみたときにレトルト１２を中心として反時計方向の回転方向ＣＣＷに沿った方向に熱風を噴射するように向けられている。また，図５に示すように，リジェネバーナ１３Ａの噴射・排気口６０は，上方からみたときにレトルト１２を中心として時計方向の回転方向ＣＷに沿った方向に熱風を排気するように向けられている。一方，リジェネバーナ１３Ｂの噴射・排気口６０は，図５に示すように，回転方向ＣＷに沿った方向に熱風を噴射するように向けられている。また，図４に示すように，リジェネバーナ１３Ｂの噴射・排気口６０は，回転方向ＣＣＷに沿った方向に熱風を排気するように向けられている。リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂをこのような配置にすると，熱風の流れがレトルト１２の外側面に沿った螺旋状に，円滑に形成される。リジェネバーナ１３Ａから熱風を噴射すると，熱風は隙間Ｓの形状に沿って，図６に示すように回転方向ＣＣＷに回転しながら螺旋状に下降し，リジェネバーナ１３Ｂによって回転方向ＣＣＷに沿って排気される。一方，リジェネバーナ１３Ｂから熱風を噴射すると，熱風は隙間Ｓの形状に沿って，図７に示すように回転方向ＣＷに回転しながら螺旋状に上昇し，リジェネバーナ１３Ａによって回転方向ＣＷに沿って排気される。リジェネバーナ１３Ａとリジェネバーナ１３Ｂとは，レトルト１２の中心軸方向において互いに上下に離隔した位置に設けられているので，熱風の流れがレトルト１２の上端部から下端部まで形成され，触媒１１全体を加熱することができる。

さらに，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂは，図３に示すように，レトルト１２の側壁１２ａの外側面に沿った接線方向に熱風を噴射することが好ましい。このようにすると，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂから噴射された熱風がレトルト１２に直に突き当たらず，熱風の流れが良好に形成される。従って，レトルト１２の周囲全体に熱風を供給することができ，レトルト１２内の触媒１１を周方向において均一に加熱することができる。また，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂが熱風を噴射する方向は，略水平であることが好ましい。これにより，レトルト１２の周囲全体に熱風を確実に供給することができ，レトルト１２内の触媒１１を周方向においてより均一に加熱することができる。

さらに，リジェネバーナ１３Ａが熱風を噴射する方向と，リジェネバーナ１３Ｂが熱風を排気する方向とは，互いに直交する関係とすることが好ましい。リジェネバーナ１３Ｂが熱風を噴射する方向と，リジェネバーナ１３Ａが熱風を排気する方向とは，互いに直交する関係とすることが好ましい。また，リジェネバーナ１３Ａとリジェネバーナ１３Ｂは，炉体１０の内側面の周方向において互いに近接した位置に設けることが好ましい。このようにすると，リジェネバーナ１３Ａから噴射した熱風が，レトルト１２の周りを少なくとも一周以上廻ってから，リジェネバーナ１３Ｂから排気されるようになる。また，リジェネバーナ１３Ｂから熱風を噴射するときも，リジェネバーナ１３Ｂから噴射した熱風が，レトルト１２の周りを少なくとも一周以上廻ってから，リジェネバーナ１３Ａから排気されるようになる。従って，レトルト１２の周りに熱風を確実に拡散させ，触媒１１を確実に加熱することができる。また，リジェネバーナ１３Ａとリジェネバーナ１３Ｂを炉体１０の周方向において近接した位置に設けると，メンテナンス性が良好になる。

また，図２に示すように，リジェネバーナ１３Ａは，レトルトプラグ２７の下端部より上方に設けることが好ましい。このようにすると，リジェネバーナ１３Ａから噴射された熱風が，レトルトプラグ２７の下部の周囲にも供給され，レトルトプラグ２７の下部も良好に加熱することができる。従って，レトルトプラグ２７に導入された原料ガスを，レトルトプラグ２７の下部において予備加熱した後，触媒１１に導入させることができる。こうすると，触媒１１における原料ガスの反応を好適に行うことができる。

図２に示すように，リジェネバーナ１３Ｂは，レトルト１２の底部１２ｂとほぼ同じ高さに配置して，レトルト１２の底部１２ｂの周囲にも熱風が供給され，底部１２ｂも加熱されるようにすることが好ましい。

図１に示すように，原料ガス供給路３には，主にブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）等を含有する炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給路８１と，酸化性ガスとして空気を供給するエア供給路８２とが，ガス混合器８３を介して接続されている。炭化水素ガス供給路８１から供給された炭化水素ガスと，エア供給路８２から供給された空気は，ガス混合器８３において混合されて原料ガスとなり，原料ガス供給路３によって変成炉２に送られるようになっている。原料ガス供給路３の下流端は，蓋部材２１を貫通してレトルトプラグ２７に接続されている。

炭化水素ガス供給路８１には，減圧弁９０，ガス圧力計９１，開閉弁９２，水銀スイッチ９３，９４，ガス安全弁９５，ガス流量計９６，バランシングレギュレータ９７が上流側から順に介設されている。また，開閉弁９２と水銀スイッチ９３との間から，ガス供給路９８が分岐して設けられている。リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂには，炭化水素ガス供給路８１からガス供給路９８を介して熱風生成用の炭化水素ガスが供給されるようになっている。エア供給路８２には，エアクリーナ１０１，空気流量計１０２が介設されている。原料ガス供給路３には，ブロワー（コンプレッサ）１０５，開閉弁１０６，レギュレータ１０７，圧力計１０８，逆火防止弁１０９がガス混合器８３側から順に介設されている。

変成ガス導出路５は，変成炉２の変成ガス導出管３０に接続されている。変成ガス導出路５には，一次クーラー１１５，二次クーラー１１６，開閉弁１１７，圧力計１１８が変成炉２側から順に介設されている。変成ガス導出管３０によって変成炉２から導出された変成ガスは，一次クーラー１１５と二次クーラー１１６によって冷却され，変成ガス導出路５によって図示しないガス浸炭炉に供給される。

次に，この変成ガス生成システム１を用いた変成ガスの生成方法を説明する。図１に示したガス混合器８３に，炭化水素ガス供給路８１，エア供給路８２からそれぞれ炭化水素ガス又は空気を供給し，ガス混合器８３において所定の混合比で混合された炭化水素ガスと空気からなる原料ガスを，原料ガス供給路３に供給する。原料ガスは，原料ガス供給路３から変成炉２のレトルトプラグ２７に導入され，細管３５を通過して触媒１１に導入される。

変成炉２においては，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂから供給される熱風により炉体１０内を加熱し，レトルトプラグ２７の下部，レトルト１２，触媒１１を加熱する。原料ガスは，レトルトプラグ２７の下部を通過するときに予備加熱される。レトルトプラグ２７の下部においては，原料ガスを反応させず，原料ガスの昇温のみが行われるようにする。触媒１１に原料ガスが導入されると，触媒の作用によって原料ガスの反応が始まる。原料ガスは，触媒１１を通過する間に，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂから供給される熱風によって加熱され，触媒１１によって反応が促進される。こうして，原料ガスの反応により変成ガスが生成される。

触媒１１では，レトルトプラグ２７に近い上側ほど未反応の原料ガスが多く存在するので，上側ほど反応が活発に行われる。原料ガスの反応は吸熱反応であるため，触媒１１の上側ほど原料ガスの反応による吸熱が激しく行われる。そのため，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂによる熱風の供給を制御することにより，触媒１１の温度を調節して，触媒１１の上側の温度が部分的に著しく低下することを防止する。そこで，以下に示すようにリジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂによる熱風の供給と排出を行って，炉体１０の内部を加熱する。触媒１１の温度は，例えば約１０５０℃程度に維持されるように調節することが好ましい。

図４に示すように，リジェネバーナ１３Ｂを排気可能な状態とし，リジェネバーナ１３Ａから熱風を噴射させると，熱風はレトルト１２の側壁１２ａと炉体１０の側壁１０ａとの間を直進した後，炉体１０の側壁１０ａに沿って湾曲するように誘導される。また，リジェネバーナ１３Ｂの噴射・排気口６０がある下方に熱風が引っ張られる。従って，図６に示すように，熱風がレトルト１２を中心として回転方向ＣＣＷに回転して，レトルト１２の外側面に沿って下方に向かう螺旋状に流れる。そして，リジェネバーナ１３Ｂの噴射・排気口６０によって熱風が排出される。こうして，隙間Ｓにおいてレトルト１２の周囲全体に熱風が供給され，触媒１１が周方向において均一に加熱される。また，熱風がリジェネバーナ１３Ｂから排気されるとき，熱風の熱がリジェネバーナ１３Ｂ内に蓄熱される。この蓄熱は，リジェネバーナ１３Ｂによって熱風を噴射するとき熱風の生成に利用される。

また，図５に示すように，リジェネバーナ１３Ａを排気可能な状態とし，リジェネバーナ１３Ｂによって熱風を噴射すると，熱風はレトルト１２の側壁１２ａと炉体１０の側壁１０ａとの間を直進した後，炉体１０の側壁１０ａに沿って湾曲するように誘導される。また，リジェネバーナ１３Ａの噴射・排気口６０がある上方に熱風が引っ張られる。従って，図７に示すように，熱風がレトルト１２を中心として回転方向ＣＣＷに回転して，レトルト１２の外側面に沿って下方に向かう螺旋状に流れる。そして，リジェネバーナ１３Ａの噴射・排気口６０によって熱風が排出される。こうして，隙間Ｓにおいてレトルト１２の周囲全体に熱風が供給され，触媒１１が周方向において均一に加熱される。また，熱風がリジェネバーナ１３Ａから排気されるとき，熱風の熱がリジェネバーナ１３Ａ内に蓄熱される。この蓄熱は，リジェネバーナ１３Ａによって熱風を噴射するとき熱風の生成に利用される。

以上のような，熱風をリジェネバーナ１３Ａによってレトルト１２の上端部付近から噴射し，リジェネバーナ１３Ｂによってレトルト１２の下端部付近から排出する加熱方法と，熱風をリジェネバーナ１３Ｂによってレトルト１２の上端部付近から噴射し，リジェネバーナ１３Ａによってレトルト１２の下端部付近から排出する加熱方法と，を適宜切り換えて行うことにより，触媒１１の温度を好適に調節することができる。前者の熱風をレトルト１２の上端部付近から噴射する加熱方法では，触媒１１の上側ほど高温の熱風で加熱される。従って，吸熱反応による触媒１１の部分的な温度低下を抑制することができる。しかしながら，下方に流れるに従い熱風が低温になるので，触媒１１の下部が所望の温度より低くなるおそれがある。また，触媒１１の温度が高すぎると，原料ガスが異常反応を起こすおそれがある。さらに，炉内１０の上部が部分的に高温になることにより，変成炉２に加えられる負担が大きくなり劣化が促進されるおそれがある。一方，後者の加熱方法，即ち，熱風をレトルト１２の下端部付近から噴射する加熱方法では，触媒１１の下側ほど高温の熱風で加熱される。従って，触媒１１の下部が所望の温度より低くなることを抑制できる。さらに，触媒１１の上部の温度を所望の温度に低下させることで，原料ガスの異常反応を防止でき，また，変成炉２の負担が過大になることを防止できる。従って，リジェネバーナ１３Ａから熱風を噴射させる加熱方法と，リジェネバーナ１３Ｂから熱風を噴射させる加熱方法とを交互に切り換えることにより，触媒１１の上下方向における温度のばらつきが少なくなり，上下方向において均一な温度分布を得ることができる。これにより，触媒１１における原料ガスの反応を好適に行うことができ，変成ガスを安定して発生させることができる。特に，激しい吸熱反応を伴うＣＯ濃度が高い変成ガス（例えば，ＣＯ濃度が約３０〜６０％程度の変性ガス）の生成も，安定して行うことが可能となる。

また，リジェネバーナ１３Ａから噴射された熱風が，レトルト１２の外側面に沿った方向に向かうようになっているので，リジェネバーナ１３Ａから噴射された熱風は，レトルト１２に直に突き当たって妨げられることなく，レトルト１２の側壁１２ａと炉体１０の側壁１０ａとの間を略水平方向に直進した後，炉体１０の側壁１０ａに沿って湾曲するように誘導され，レトルト１２を中心として隙間Ｓ内を螺旋状に下方に向かって流れる。また，リジェネバーナ１３Ｂから噴射された熱風が，レトルト１２の外側面に沿った方向に向かうようになっているので，リジェネバーナ１３Ｂから噴射された熱風は，レトルト１２に直に突き当たって妨げられることなく，レトルト１２の側壁１２ａと炉体１０の側壁１０ａとの間を略水平方向に直進した後，炉体１０の側壁１０ａに沿って湾曲するように誘導され，レトルト１２を中心として隙間Ｓ内を螺旋状に上方に向かって流れる。このように，熱風の流れが円滑に形成され，レトルト１２の周囲全体に熱風を供給することができ，触媒１１を周方向においてより均一に加熱しやすくなる。

さらに，触媒１１の温度調節においては，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂの熱風の噴射量を調節することで，熱量の供給量を増減させ，触媒１１の温度を迅速に調節することができる。この場合，電気ヒータによって温度を調節する場合よりも，熱量の供給量を短時間で大きく変化させることができ，触媒１１の温度を迅速に調節することができる。従って，原料ガスの供給量や，原料ガス中の炭化水素ガスの濃度に応じて，供給熱量を迅速に調節することができるので，変成ガスの生成を安定して行うことができる。

触媒１１で生成された変成ガスは，支持板２６の小孔３２を通過して支持板２６の下方に流入し，変成ガス導出管３０によって支持板２６の下方から導出されて上昇し，変成ガス導出路５に導入される。そして，一次クーラー１１５と二次クーラー１１６によって冷却され，変成ガス導出路５によって図示しないガス浸炭炉に供給される。

かかる変成炉２によれば，電気ヒータによって温度を調節する場合よりも，加熱に要するコストを安価にすることができる。特に，リジェネバーナ１３Ａ，１３Ｂを用いることにより，熱風生成用のガスの消費量を削減することができ，加熱に要するコストを大幅に低減することができる。従って，変成ガスを低コストで生成することができる。

また，リジェネバーナ１３Ａによる熱風の供給及びリジェネバーナ１３Ｂによる熱風の排出による加熱方法と，リジェネバーナ１３Ｂによる熱風の供給及びリジェネバーナ１３Ａによる熱風の排出による加熱方法と，を適宜切り換えて行うことにより，触媒１１の温度のばらつきを少なくすることができる。従って，原料ガスの異常反応を防止することができ，変成ガスの組成が安定する。

さらに，ＣＯ濃度が高い変成ガスの生成も，低コストで安定して行うことが可能となる。ひいては，浸炭処理における浸炭効率の向上や，新たな材料に対する浸炭処理の応用等の可能性があり，浸炭処理に関連する分野における多大な影響が期待される。

以上，本発明の好適な実施の形態の一例を示したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。例えば，本実施の形態においては，炉体１０の内側面を断面円形状に形成し，レトルト１２の外側面を断面円形状に形成し，レトルト１２を炉体１０の中心に配置することとしたが，炉体１０の形状，レトルト１２の形状は，かかるものに限定されない。例えば，炉体１０の内側面を断面正方形状に形成しても良い。この場合も，レトルト１２を中心として，熱風の流れを螺旋状に形成することができる。

本実施の形態においては，バーナは蓄熱を行うリジェネバーナとしたが，かかるものに限定されず，蓄熱をしない通常のガスバーナであっても良い。この場合は，熱風を排気する排気口を炉体１０の側壁１０ａに備えれば良い。例えば図８及び図９に示すように，熱風を排気する排気口１３０を炉体１０の側壁１０ａに備えれば良い。図８において，バーナ１３１Ａは，炉体１０の側壁１０ａの上部に設けられており，バーナ１３１Ｂは，炉体１０の側壁１０ａの下部に設けられている。また，図９に示すように，バーナ１３１Ａ，１３１Ｂは，上方からみたときにレトルト１２を中心として時計方向の回転方向ＣＣＷに沿った方向に熱風を噴射するように向けられている。排気口１３０は，炉体１０の側壁１０ａの中央の高さに設けられており，図９に示すように，上方からみたときにレトルト１２を中心として回転方向ＣＣＷに沿った方向に熱風を排気するように向けられている。バーナ１３１Ａから噴射された熱風は，回転方向ＣＣＷに沿って螺旋状に回転しながら下降し，排気口１３０によって排気される。バーナ１３１Ｂから噴射された熱風は，回転方向ＣＣＷに沿って螺旋状に回転しながら上昇し，排気口１３０によって排気される。このようにしても，触媒１１を効率良く加熱できる。また，バーナ１３１Ａ，１３１Ｂの熱風の供給量をそれぞれ調節することにより，触媒１１の上部と下部の温度を個別に調節することができ，触媒１１の温度のばらつきを抑制することができる。なお，バーナ，排気口の位置や向きは，かかるものに限定されず，望ましい熱分布を得られるように適宜設定される。

変成ガス生成システムの概略を示す説明図である。 変成炉の縦断面図である。 変成炉の横断面図である。 熱風を炉体の上方から噴射して下方において排出する状態を説明する横断面図である。 熱風を炉体の下方から噴射して上方において排出する状態を説明する横断面図である。 熱風を炉体の上方から噴射して下方において排出する状態を説明する縦断面図である。 熱風を炉体の下方から噴射して上方において排出する状態を説明する縦断面図である。 別の実施の形態にかかる変成炉の縦断面図である。 別の実施の形態にかかる変成炉の横断面図である。

符号の説明

１ 変成ガス生成システム
２ 変成炉
１０ 炉体
１１ 触媒
１２ レトルト
１３Ａ，１３Ｂ リジェネバーナ
６０ 噴射・排気口

Claims (9)

1. 炉体の内部に配置されたレトルトで変成ガスを生成する変成炉であって，
   炉体の内側面とレトルトの外側面との間に筒状の隙間が形成され，
   炉体の内部に熱風を噴射するバーナと，炉体の内部から熱風を排気する排気口を備え，
   前記バーナから熱風が噴射される方向と，前記排気口から熱風が排気される方向は，レトルトを中心として同じ回転方向に向かうことを特徴とする，変成炉。
2. 前記炉体及びレトルトは円筒状に形成され，かつ，前記炉体の内径がレトルトの外径より大きいことにより，前記隙間が円筒状に形成されたことを特徴とする，請求項１に記載の変成炉。
3. 前記バーナは，レトルトの外側面に沿った方向に熱風を噴射することを特徴とする，請求項１又は２に記載の変成炉。
4. 前記熱風は，レトルトの外側面に沿って螺旋状に流れる構成としたことを特徴とする，請求項１，２又は３に記載の変成炉。
5. 前記バーナと前記排気口をレトルトの中心軸方向において互いに離隔した位置に備えたことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の変成炉。
6. 前記バーナはリジェネバーナであることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の変成炉。
7. 前記排気口は，リジェネバーナに備えた排気口であることを特徴とする，請求項６に記載の変成炉。
8. 変成炉の炉体の内部に備えたレトルトを加熱する方法であって，
   レトルトの外側面に沿って螺旋状に流れるように熱風を供給することを特徴とする，変成炉の加熱方法。
9. 前記熱風をレトルトの一端側から噴射し，レトルトの他端側において排出する方法と，
   前記熱風を前記レトルトの他端側から噴射し，前記レトルトの一端側において排出する方法とを交互に行うことを特徴とする，請求項８に記載の変成炉の加熱方法。

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