JP2010260769A

JP2010260769A - 変成炉の加熱方法及び変成炉

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Publication number: JP2010260769A
Application number: JP2009113705A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ohashi; 俊明大橋; Hisashi Ebihara; 寿海老原
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: JP5536360B2

Abstract

【課題】より簡単に且つ確実にレトルト内の温度を均一化できる変成ガスの加熱方法を提供する。
【解決手段】変成ガス発生用の触媒７を内蔵するとともに変成炉の炉体の内部に配設されるレトルト３と、該レトルト３における原料ガス上流側に熱風を供給する上流側リジェネバーナ８ａと、前記レトルト３における原料ガス下流側に熱風を供給する下流側リジェネバーナ８ｂと、を備える変成炉において、前記レトルト３における原料ガス上流側に設けられた上流側制御用測温体３３ａの測温値に基づいて前記上流側リジェネバーナ８ａの制御を行い、前記レトルト３における原料ガス下流側に設けられた下流側制御用測温体３３ｂの測温値に基づいて前記下流側リジェネバーナ８ｂの温度制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、変成ガスを発生させるための、変成炉の加熱方法に関するものである。本発明はまた、前記方法を実施するのに好適な変成炉に関するものである。

鋼のガス浸炭処理に用いる変成ガスを発生させるための変成炉として、特許文献１に記載のものが公知となっている。この従来の変成炉は、炉体の内部に配設されるレトルトと、該レトルトにおける原料ガス上流端部側に配設される上流端部側リジェネバーナと、前記レトルトにおける原料ガス下流端部側に配設される下流端部側リジェネバーナと、を備える。これらのリジェネバーナは、熱風の噴射と熱風の排気・蓄熱とを切り換えて行うことができ、いずれか一方のリジェネバーナが熱風の噴射を行うとき、他方は熱風の排気及び蓄熱を行う。前記レトルトの内部には、原料ガスを反応させて変成ガスを発生させるための触媒が配設される。

前記レトルト内においては、原料ガスの上流側ほど未反応の原料ガスが多く存在するので、上流側ほど前記触媒による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、上流側ほど原料ガスの反応による吸熱が激しい。そこで、前記各リジェネバーナによる熱風の供給を制御することにより、前記レトルト内における上流側と下流側の触媒間の温度を調節し均一化して、変成ガスの安定的な生成を図っている（特許文献１の００３６段落参照）。具体的には、各リジェネバーナの熱風の噴射量を調整することで、熱量の供給量を増減させることが記載されている（特許文献１の００４１段落参照）

特開２００５−３３０１６９号公報

しかしながら、前記各リジェネバーナの熱風の噴射量を調整することで前記レトルト内の上流側と下流側の温度を確実に均一化させることは、なかなか難しい。

本発明は、前記の如き事情に鑑みてなされたもので、より簡単に且つ確実にレトルト内の温度を均一化できる変成ガスの加熱方法を提供しようとするものである。

本発明はまた、前記方法を実施するのに好適な変成炉を提供しようとするものである。

本発明は、変成ガス発生用の触媒を内蔵するとともに変成炉の炉体の内部に配設されるレトルトと、該レトルトにおける原料ガス上流側に熱風を供給する上流側リジェネバーナと、前記レトルトにおける原料ガス下流側に熱風を供給する下流側リジェネバーナと、を備える変成炉において、前記レトルトにおける原料ガス上流側に設けられた上流側制御用測温体の測温値に基づいて前記上流側リジェネバーナの制御を行い、前記レトルトにおける原料ガス下流側に設けられた下流側制御用測温体の測温値により前記下流側リジェネバーナの制御を行うことを特徴とする変成炉の加熱方法である（請求項１）。

好適な実施の一形態として、前記上流側制御用測温体が、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、触媒内蔵部の長さをLとしたときに該触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／１０Ｌ〜４／１０Ｌの位置に配置されており、前記下流側制御用測温体が、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、前記触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／２Ｌよりも下に配置されている態様を例示する（請求項２）。

変成炉にかかわる本発明は、変成ガス発生用の触媒を内蔵するとともに変成炉の炉体の内部に配設されるレトルトと、該レトルトにおける原料ガス上流側に熱風を供給する上流側リジェネバーナと、前記レトルトにおける原料ガス下流側に熱風を供給する下流側リジェネバーナと、を備える変成炉において、前記レトルトにおける原料ガス上流側に上流側制御用測温体が設けられ、前記上流側リジェネバーナは前記上流側制御用測温体の測温値に基づいて制御され、前記レトルトにおける原料ガス下流側に下流側制御用測温体が設けられ、前記下流側リジェネバーナは前記下流側制御用測温体の測温値に基づいて制御される変成炉である（請求項３）。

好適な実施の一形態として、前記上流側制御用測温体が、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、触媒内蔵部の長さをLとしたときに触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／１０Ｌ〜４／１０Ｌの位置に配置されており、前記下流側制御用測温体が、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、前記触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／２Ｌよりも下に配置されている態様を例示する（請求項４）。

本発明の実施の一形態に係る変成炉及びそれによる加熱方法の一部（第一の加熱工程）の概略図である。図１の変成炉による加熱方法の他の一部（第二の加熱工程）の概略図である。図１の変成炉による加熱方法のさらに他の一部（冷却工程）の概略図である。本発明の実施の一形態に係る加熱方法の工程図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の一形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係る変成炉及びそれによる加熱方法の一部（第一の加熱工程）の概略図、図２は、図１の変成炉による加熱方法の他の一部（第二の加熱工程）の概略図、図３は、図１の変成炉による加熱方法のさらに他の一部（冷却工程）の概略図、図４は、本発明の実施の一形態に係る加熱方法の工程図である。

まず、本発明の実施の一形態に係る変成炉の構成と作用を概略的に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係る変成炉１は、密閉構造の炉体２を備えている。この炉体２の内部にはレトルト３が同心に配設されている。該レトルト３と前記炉体２との間には、中空筒状の加熱空間４が形成されている。前記レトルト３の内部には変成ガス導出管５が同心に配設され、該変成ガス導出管５と前記レトルト３の内側面との間の中空筒状の反応室（触媒内蔵部）６に、変成ガス発生用の触媒７が充填されている。前記炉体２には、一対のリジェネバーナ（蓄熱バーナ）８ａ，８ｂが配設されている。該各リジェネバーナ８ａ，８ｂは、前記加熱空間４に熱風９を供給し、前記レトルト３の外側から前記触媒７及び原料ガス１０を加熱する。前記レトルト３内に供給される原料ガス１０は、前記触媒７と接触しながら前記反応室６を流れる。この過程で、前記原料ガス１０が、前記触媒７の作用と前記熱風９の加熱作用とにより、一酸化炭素と水素とを含む変成ガス１１になる。この変成ガス１１は、前記変成ガス導出管５から外部へ導出される。

次に、前記変成炉１を具体的に説明する。

前記レトルト３は、前記炉体２の天井部１２に形成されたレトルト挿入孔１３から挿入され、半球状の底面１４は、前記炉体２内の底部に配設された台座１５から離れた状態となっている。前記レトルト３の上部開口１６は蓋部材１７によって閉じられ、この蓋部材１７と前記炉体２との間に介装された図示しないパッキンにより、前記レトルト３が密閉される。

前記触媒７は、例えばニッケル（Ｎｉ）等の触媒層からなり、レトルトプラグ１８と触媒支持板１９との間の前記反応室６（触媒内臓部）内に充填されている。

前記レトルトプラグ１８は、前記レトルト３内の上端部において、前記変成ガス導出管５の外周面と前記レトルト３の内周面との間に嵌挿されている。前記レトルトプラグ１８は、上下方向の多数の細管（図示せず）を有する。原料ガス１０は、原料ガス供給路２０を介して前記レトルトプラグ３の前記細管へと供給され、該細管により流速が速められて前記反応室６へ向けて供給される。前記原料ガス１０としては、ブタンガス等を主に含有する炭化水素ガスと、空気等の酸化性ガスと、の混合ガスが用いられる。

前記触媒支持板１９は、前記レトルト３内の下部において、前記変成ガス導出管５の下端部と前記レトルト３の内周面との間に配設されている。前記触媒支持板１９には、多数の小孔が形成されている。前記触媒支持板１９と前記レトルト３の内部底面との間には、前記変成ガス導出管５に連通する半球状の空間２１が形成される。前記反応室６で生成された変成ガス１１は、前記半球状空間２１を通って前記変成ガス導出管５内に入り、外部へと導出される。導出された変成ガス１１は、適宜の温度に冷却されてガス浸炭等に用いられる。

前記一対のリジェネバーナ８ａ，８ｂは、一方が前記レトルト３の前記反応室６（触媒内蔵部）の原料ガス上流部３ａ側に熱風を供給する上流側リジェネバーナ８ａであり、他方が、前記レトルト３の前記反応室６（触媒内蔵部）の原料ガス下流部３ｂ側に熱風を供給する下流側リジェネバーナ８ｂである。本実施の形態では、前記レトルト３が上下方向に向けて配設され、原料ガス１０が前記反応室６内を上から下へ向けて流れる。このため、前記一対のリジェネバーナ８ａ，８ｂは、それぞれが前記レトルト３の触媒７が充填されている反応室６の上端部３ａ側と触媒７が充填されている反応室６の下端部３ｂ側とに熱風を供給するように、前記炉体２の上下に配設されている。前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂに対応して、前記炉体２の上部には上側熱風出入口２２ａが形成され、前記炉体２の下部には、下側熱風出入口２２ｂが形成されている。

前記一対のリジェネバーナ８ａ，８ｂはいずれも同一構成のバーナであり、各バーナ８ａ，８ｂとも燃焼部２３ａ，２３ｂと蓄熱部２４ａ，２４ｂをそれぞれ備える。前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂは、熱風９の噴射と熱風９の排気を切換えて行うことができる。一方のリジェネバーナが熱風９の噴射を行うとき、他方のリジェネバーナは熱風９の排気を行う。

前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂにおいて、前記燃焼部２３ａ，２３ｂでは、外部から供給される燃焼用ガス２５と前記蓄熱部２４ａ，２４ｂを介して供給される燃焼用エア２６とが混合、燃焼することにより熱風９がつくられる。この熱風９が、前記各熱風出入口２２ａ，２２ｂから前記炉体２内へと噴射される。前記各燃焼部２３ａ，２３ｂは、上側ガスバルブ２７ａと下側ガスバルブ２７ｂのそれぞれを介して、共通の燃焼ガス供給源２８へと連通している。また、前記各蓄熱部２４ａ，２４ｂは、上側エアバルブ２９ａと下側エアバルブ２９ｂのそれぞれを介して、共通の燃焼用エア送出部３０へと連通している。

前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂにおいて、前記蓄熱部２４ａ，２４ｂには、熱風９を排気するときに排気の熱が蓄熱される。前記蓄熱部２４ａ，２４ｂに蓄えられた熱は、次に前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂから熱風９が噴射される際に、前記燃焼用エア２６を予熱する。これにより燃焼効率が向上するので、燃焼用ガス２５の消費量を低減でき、省コストに貢献できる。前記各蓄熱部２４ａ，２４ｂは、上側排気バルブ３１ａと下側排気バルブ３１ｂのそれぞれを介して、共通の排気吸入部３２に連通している。該排気吸入部３２の吸気作用により、前記炉体２内の熱風９が吸引される。

前記各熱風出入口２２ａ，２２ｂは、そこから噴射される熱風９が前記レトルト３に沿って互いに逆方向に回転しながら螺旋状に流通する向きに配設されている。このため、例えば、図１に示すように、前記上流側リジェネバーナ８ａにより前記上側熱風出入口２２ａから噴射される熱風９は、前記レトルト３の回りを反時計方向へと回転しながら螺旋状に下降し、前記下側熱風出入口２２ｂから排気される。また、図２に示すように、前記下流側リジェネバーナ８ｂにより前記下側熱風出入口２２ｂから噴射される熱風９は、前記レトルト３の回りを時計方向へと回転しながら螺旋状に上昇し、前記上側熱風出入口２２ａから排気される。一方のリジェネバーナから前記加熱空間４に熱風９が噴射され、他方のリジェネバーナから前記排気吸入部３２の作用で前記加熱空間内の熱風９が吸引されるので、前記加熱空間４における熱風９の流通がきわめて円滑に行われ、前記レトルト３が効率的に加熱される。

前記上側熱風出入口２２ａは、前記レトルトプラグ１８の下端部１８ｂより下方位置、且つ触媒７が充填されている反応室６の上端部に設けるのが好ましい。前記レトルトプラグ１８内は原料ガスの分解を避けるために、加熱を避ける。原料ガス１０は、前記レトルトプラグ３内から前記反応室６へと供給される。

一方、前記下側熱風出入口２２ｂは、触媒７が充填されている反応室６の下端部、すなわち触媒支持板１９の僅か上方位置に配設するのが好ましい。

このように、前記各熱風出入口２２ａ，２２ｂを、前記レトルト３の中心軸方向において互いに上下に離隔した位置に配設することにより、熱風９の流れが前記レトルト３の上から下まで満遍なく行き渡るので、前記レトルト３の全体を効率良く加熱することができる。

前記変成炉１には、原料ガス上流部３ａ側における前記炉体２内の温度を測定する上流側制御用測温体としての上流側熱電対３３ａと、原料ガス下流部３ｂ側における前記炉体２内の温度を測定する下流側制御用測温体としての下流側熱電対３３ｂとが、前記反応室６のレトルト３の外側面に配設される。本実施の形態では、前記炉体２内において、前記レトルト３の上部と下部に対応する位置に、前記各熱電対３３ａ，３３ｂが配設されている。図１の例では、前記レトルトプラグ１８の下端部１８ｂよりやや下方となる高さ位置に前記上流側熱電対３３ａが配設され、前記触媒支持板１９よりやや上方となる高さ位置に前記下流側熱電対３３ｂが配設される。前記各熱電対３３ａ，３３ｂにより前記炉体２内の温度分布を把握できるので、温度均一化のための適切な制御を行うことが可能となる。

レトルト３の外側面に配設されるとは、レトルト３の外側表面に熱電対等の測温体を接触させた状態あるいは実質的にレトルト３の温度制御ができる程度のレトルト３の外側表面の近傍を指す。なお、レトルト３の内部の触媒に接するような形で測温体を配設しても良い。

次に、前記変成炉１を使用した変成ガスの生成方法（変成炉の加熱方法）を説明する。

図４に示すように、本実施の形態による変成ガスの生成方法は、第一の加熱工程と第二の加熱工程とを含み、これらの加熱工程が交互に行われる。前記第一の加熱工程は、前記上流側リジェネバーナ８ａから供給される熱風９を前記レトルト３の外側面に沿って流通させて前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂを通して排出させる加熱工程である。一方、前記第二の加熱工程は、前記下流側リジェネバーナ８ｂから供給される熱風９を前記レトルト３の外側面に沿って流通させて前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａを通して排出させる加熱工程である。

図１には、前記第一の加熱工程の実施状態が示されている。すなわち、前記上側ガスバルブ２７ａ、前記上側エアバルブ２９ａ、前記下側排気バルブ３１ｂがそれぞれ開状態とされ、これに対応して、前記下側ガスバルブ２７ｂ、前記下流側エアバルブ２９ｂ、前記上側排気バルブ３１ａが閉状態とされる。これにより、前記上流側リジェネバーナ８ａから熱風９が噴射され、この熱風９は、前記レトルト３の回りを反時計方向へと回転しながら螺旋状に下降し、前記下側熱風出入口２２ｂから吸入されて、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂを通して排出される。該蓄熱部２４ｂには、熱風９の熱が蓄えられる。

図２には、前記第二の加熱工程の実施状態が示されている。すなわち、前記下流側ガスバルブ２７ｂ、前記下側エアバルブ２９ｂ、前記上側排気バルブ３１ａがそれぞれ開状態とされ、これに対応して、前記上側ガスバルブ２７ａ、前記上側エアバルブ２９ａ、前記下側排気バルブ３１ｂが閉状態とされる。これにより、前記下流側リジェネバーナ８ｂから熱風９が噴射され、この熱風９は、前記レトルト３の回りを時計方向へと回転しながら螺旋状に上昇し、前記上側熱風出入口２２ａから吸入されて、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａを通して排出される。該蓄熱部２４ａには、熱風９の熱が蓄えられる。

前記レトルト３内においては、原料ガス１０の上流側ほど未反応の原料ガスが多く存在するので、上流側ほど前記触媒７による反応が活発に行われる。原料ガス１０の反応は吸熱反応であるため、上流側ほど原料ガス１０の反応による吸熱が激しい。

この吸熱反応が起こる原料ガスの供給される上流側の温度を上げることで、反応を促進し、生成する変成ガスの発生量を増やすことができる。しかし、上流側の供給熱量を増加すると、レトルトの下部が高温になりすぎレトルトの耐久性が劣化したり、リジェネバーナの排気ガスにより蓄熱部が加熱しすぎるという不具合が発生することが判った。そこで、本発明の発明者等は、生成する変成ガスの発生量を増やし、且つこれらの問題を解決できる、本発明を創案した、

本発明では、原料ガス上流側に設けられた上流側制御用測温体と、原料ガス下流側に設けられた下流側制御用測温体からのそれぞれの測温値により、上流側リジェネバーナと下流側リジェネバーナの動作を制御し、レトルトの温度制御をすることを特徴とする。

すなわち、図１の第一の加熱工程として、まず上流側リジェネバーナ８ａが動作する際は、上流側リジェネバーナの燃焼は、上流側制御用測温体としての前記上流側熱電対３３ａの測温値により制御される。具体的には、前記上流側熱電対３３ａの測温値に基づいて、且つ、該上流側熱電対３３ａが設定された所定の温度となるように、前記上流側リジェネバーナ８ａの燃焼がその出力や時間などの方法により制御される。なお、このときさらに、下流側制御用測温体としての前記下流側熱電対３３ｂの測温値が所定の温度以上にならないように、上流側リジェネバーナ８ａの出力や時間等を制御しても良い。

図２の第二の加熱工程としては、下流側リジェネバーナ８ｂが動作するが、前記下流側熱電対３３ｂの測温値に基づいて、且つ、該下流側熱電対３３ｂが設定された所定の温度となるように、前記下流側リジェネバーナ８ｂの燃焼がその出力や時間などの方法により制御される。

また、上流側熱電対３３ａは、吸熱反応の部分に対応するように、レトルト３の反応室６の触媒７中であって、前記触媒内蔵部（反応室）６の長さをLとしたときに、触媒内蔵部の上端部から１／１０L〜４／１０Lの位置に配置されることが好ましい。この範囲に上記吸熱部が存在する。具体的には触媒内蔵部の触媒の上端部から１００〜４００ｍｍ下方にあたる。さらに好ましくは、触媒内蔵部の上端部から１／１０L〜３／１０Lの位置で、１００〜３００ｍｍ下方であることが好ましい。

また、下流側熱電対３３ｂは、レトルト３の下部が高温になりすぎないようにするため、その位置はレトルト３の反応室６の触媒７中であって、前記触媒内蔵部（反応室）の長さをLとしたときに、触媒内蔵部の上端部から１／２Lより下方であることが好ましく、さらには６／１０Lより下方であることが好ましい。

本実施の形態としては、上述の通り、上部に下部より多くの熱量を供給する必要があるが、上下のバーナの出力や時間によって熱量の供給を制御することが好ましい。

例えば、上下のリジェネバーナの切り替えを一定の時間毎に行うとすると、上部のバーナの出力を１００ｋWとし、下部のバーナの出力を５０ｋWとする。これにより熱量のバランスをとることができる。

また、本実施の形態では、前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂによる熱風９の供給時間を制御することにより、上部に下部より多くの熱量を供給し、前記レトルト３内における上流側と下流側の触媒７間の温度を調節し均一化して、変成ガス１１の安定的な生成を図ることもできる。

具体的には、前記各リジェネバーナ８ａ，８ｂによる前記第一の加熱工程の毎回の実施時間を前記第二の加熱工程の毎回の実施時間より長く設定する。これにより、前記レトルト３における原料ガス上流部３ａ側の温度と、原料ガス下流部３ｂ側の温度の均一化が図られる。すなわち、前記原料ガス上流部３ａ側の温度は、吸熱反応により低下し易いが、前記第一の加熱工程が前記第二の加熱工程よりも長時間行われることにより、前記温度の低下が抑制され、レトルト全体における温度の均一化が確実に達成される。したがって、原料ガスの反応効率が向上し、良質の変成ガスを効率的に生成することができる。

ところで、前記第一の加熱工程を前記第二の加熱工程よりも長時間行うと、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａに比べて、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂが高温になりやすい。その理由は二つある。一つは、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａよりも前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂの方が蓄熱時間が長くなるからである。二つ目の理由は、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂの方が冷却時間が短いからである。すなわち、前記各蓄熱部２４ａ，２４ｂは、蓄熱後に該各蓄熱部２４ａ，２４ｂを通過する燃焼用エア２６との間の熱交換により冷やされる。したがって、前記第一の加熱工程を前記第二の加熱工程よりも長時間行えば、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａよりも前記下流側ジェジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂの方が冷却時間が短くなるのである。

以上のように、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂは、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａよりも、蓄熱時間が長く、且つ冷却時間が短い。したがって、前記第一の加熱工程と前記第二の加熱工程を何度も繰り返していると、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂが高熱により破損してしまう事態も考えられる。

そこでこの場合には、前記第二の加熱工程の直後に冷却工程を加え、その後に前記第一の加熱工程を行うようにする。ここで、前記冷却工程とは、前記下流側リジェネバーナ８ｂへの燃焼用ガス２５の供給をストップし、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂを通して供給される燃焼用エア２６のみを前記レトルト３の外側面に沿って流通させ、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａを通して排出させる工程である。

図３には、前記冷却工程の実施状態が示されている。すなわち、前記下側エアバルブ２９ｂ、前記上側排気バルブ３１ａがそれぞれ開状態とされ、前記上側ガスバルブ２７ａ、前記上側エアバルブ２９ａ、前記下側排気バルブ３１ｂ及び前記下側ガスバルブ２７ｂが閉状態とされる。これにより、前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂがエアで冷やされる。このエアは、前記レトルト３の回りを時計方向へと回転しながら螺旋状に上昇し、前記上側熱風出入口２２ａから吸入されて、前記上流側リジェネバーナ８ａの蓄熱部２４ａを通して排出される。

前記冷却工程は、前記第二の加熱工程と前記第一の加熱工程との間に毎回行う。前記冷却工程を加えることにより、前記燃焼用エア２６によって前記下流側リジェネバーナ８ｂの蓄熱部２４ｂが冷却されるので、該蓄熱部２４ｂの蓄熱温度が低下する。これにより、該蓄熱部２４ｂの破損が防止される。また、前記冷却工程を行うことにより、炉内温度が高温になり過ぎることも抑制できるので、前記炉体２の破損も防止できる。

好適な実施の一形態として、前記第二の加熱工程の毎回の実施時間と前記冷却工程の毎回の実施時間の合計時間が、前記第一の加熱工程の毎回の実施時間と同一である態様とすることもできる。

前記各工程の実施時間は、例えば、前記第一の加熱工程を３０秒、前記第二の加熱工程を１５秒、前記冷却工程を１５秒のように設定することができる。

なお、前記各工程の実施時間は、前記各熱電対３３ａ，３３ｂの実験的な測定値を利用して予め定めておくこともできるし、変成ガスの実際の生成工程において、前記各熱電対３３ａ，３３ｂの測定値を参照しながらオペレータが随時調整したり、あるいは、前記各熱電対３３ａ，３３ｂの測定値をマイクロコンピュータ等を含む制御回路に連続的に入力して自動制御する方式とすることもできる。

また、前記各加熱工程において、前記加熱空間４内を加熱前にパージする前パージと、前記加熱空間４内を加熱後にパージする後パージと、を含ませることもできる。例えば、前記前パージは１秒、前記後パージは３秒程度行う。

実施例１
図１に示す変成炉において、レトルト３の反応室６の外側面に制御用熱電対３３ａ，３３ｂを反応室６の上部と下部に設けた。レトルト３中の触媒７は、レトルトプラグ１８の下端から触媒支持板１９まで充填されており、この高さ（長さ）は１２８０ｍｍであった。上部の熱電対３３ａ、すなわち原料ガスの上流側に設けられた上流側制御用測温体は、前記レトルトプラグ１８の下端から３５０ｍｍの位置に設けた。また、下部の熱電対３３ｂ、すなわち原料ガスの下流側に設けられた下流側制御用測温体は、前記レトルトプラグ１８の下端から１１９０ｍｍの位置に設けた。なお、制御温度はいずれも１０８０℃とした。

原料ガスは、炭化水素系ガスとして都市ガス１３Ａを、炭酸ガスとして二酸化炭素を、酸化性ガスとして空気を使用した。都市ガス１３Ａ、二酸化炭素、空気のモル比率は、およそ１：０．６：１．４として所定量を変成炉に導入した。

リジェネバーナの燃焼量は上下とも７５ｋＷとし、上下の燃焼の切り替えは３０秒／３０秒とし、ガスを所定の量流したときの変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）の発生量と、反応室６内の触媒７の温度分布と、蓄熱体を通る排ガスの排気温度を測定した。なお、原料ガスは、得られる変成ガス中のＣＨ_４ガスの濃度（ｖｏｌ％）が０．０５ｖｏｌ％以下であるように制御した中で、最も変成ガスの発生量が多くなるように供給した。

反応室６内の触媒７の温度分布は、レトルトプラグ１８の下端から距離を変えた触媒７内の複数の箇所に熱電対を設けて測温した。レトルトプラグ下端からの距離は、上から（１）２５０ｍｍ、（２）３５０ｍｍ、（３）５５０ｍｍ、（４）６４０ｍｍ、（５）１０１０ｍｍ、（６）１１９０ｍｍである。

このとき、変成ガスの発生量は６０ｍ³／ｈであり、上記箇所の触媒の温度は（１）１０８５℃、（２）１０５６℃、（３）１０５０℃、（４）１０５５℃、（５）１０７０℃、（６）１０８０℃であり、上部蓄熱体の排ガス温度は２５４℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２８３℃であった。

なお、発生した変成ガスの成分は、ＣＯが３５ｖｏｌ％、ＣＯ₂が０．６ｖｏｌ％、ＣＨ₄が０．０５ｖｏｌ％、残部がＮ_２であった。

実施例２
リジェネバーナの燃焼量を８５ｋＷとした以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は６０ｍ³／ｈであり、上記各箇所の触媒の温度は（１）１０７８℃、（２）１０６２℃、（３）１０６４℃、（４）１０７０℃、（５）１０７５℃、（６）１０８０℃であり、上部蓄熱体の排ガス温度は２５４℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２８３℃であった。

実施例３
リジェネバーナの燃焼量を８９ｋＷとした以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は５８ｍ³／ｈであり、上記各箇所の触媒の温度は（１）１０８４℃、（２）１０７３℃、（３）１０６６℃、（４）１０６７℃、（５）１０７５℃、（６）１０８０℃であり、上部蓄熱体の排ガス温度は２５４℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２８８℃であった。

なお、発生した変成ガスの成分は、ＣＯが３５ｖｏｌ％、ＣＯ₂が０．６ｖｏｌ％、ＣＨ₄が０．０４ｖｏｌ％、残部がＮ_２であった。

比較例１
触媒の中央に相当するレトルト外側面に制御用測温体として熱電対をレトルトプラグの下端から６４０ｍｍの位置に１つだけ設け、上流側リジェネバーナおよび下流側リジェネバーナをこの１つの熱電対により制御した以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は４２ｍ³／ｈであり、上記各箇所の触媒の温度は（１）１００５℃、（２）１００５℃、（３）１０２０℃、（４）１０８０℃、（５）１０６５℃、（（６）は未測定）であり、上部蓄熱体の排ガス温度は２００℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２５０℃であった。

比較例２
レトルトの外側面に制御用測温体として熱電対をレトルトプラグの下端から１１９０ｍｍの位置に１つだけ設け、上流側リジェネバーナおよび下流側リジェネバーナをこの１つの熱電対により制御した以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は４１ｍ³／ｈであり、上部蓄熱体の排ガス温度は２４９℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２６８℃であった。

なお、発生した変成ガスの成分は、ＣＯが３５ｖｏｌ％、ＣＯ₂が０．６ｖｏｌ％、ＣＨ₄が０．０２ｖｏｌ％、残部がＮ_２であった。

比較例３
レトルトの外側面に制御用測温体として熱電対をレトルトプラグの下端から３５０ｍｍの位置に１つだけ設け、上部リジェネバーナおよび下部リジェネバーナをこの１つの熱電対により制御した以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は６３ｍ³／ｈであり、上記箇所の触媒の温度は（１）１０８０℃、（２）１０８０℃、（３）１０８０℃、（４）１１１０℃、（５）１０３０℃、（６）１１５０℃であり、上部蓄熱体の排ガス温度は２６９℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２９３℃であった。

なお、発生した変成ガスの成分は、ＣＯが３５ｖｏｌ％、ＣＯ₂が０．６ｖｏｌ％、ＣＨ₄が０．０１ｖｏｌ％、残部がＮ_２であった。

実施例４
上流側測温体として熱電対をレトルトの外側面のレトルトプラグの下端から２５０ｍｍの位置とした以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は５５ｍ³／ｈであり、上部蓄熱体の排ガス温度は２７５℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２８７℃であった。

実施例５
上流側測温体として熱電対をレトルトの外側面のレトルトプラグの下端から４５０ｍｍの位置とした以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は６０ｍ³／ｈであり、上部蓄熱体の排ガス温度は２７３℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２９３℃であった。

実施例６
上流側測温体として熱電対をレトルトの外側面のレトルトプラグの下端から５５０ｍｍの位置とした以外は、実施例１と同様にして変成ガス（ＣＯ濃度：３５ｖｏｌ％）を発生させた。

このとき、変成ガスの発生量は６０ｍ³／ｈであり、上部蓄熱体の排ガス温度は２６２℃で、下部蓄熱体の排ガス温度は２８９℃であった。

以上、本発明の実施例においては、比較例と比べて変成ガスの発生が１３〜１９ｍ³／ｈも量が増え、またレトルトを長期使用する場合の耐熱の限界と考えられる１１００℃以下に各箇所の温度が制御され、且つ蓄熱体を破壊しない３００℃以下の排ガス温度を保持することができる。

また、通常、変成炉において変成ガスの発生量を増やそうとすると、不完全反応が起こりやすく、ＣＨ_４ガス濃度が高くなる。ＣＨ_４ガス濃度が高くなると炉内にススが溜まり、炉の操業不能に陥る危険性がある。これに対し、本発明の変成炉の加熱方法及び変成炉により、ＣＨ_４ガスの発生を抑制し且つ変成ガスの発生量を大幅に増大することができた。

さらには、本発明により、レトルトの局部的な温度上昇を抑制し、また、リジェネバーナの蓄熱体を破壊しない温度に制御することができ、レトルト及びリジェネバーナの耐久性を向上させることができる。

１変成炉
２炉体
３レトルト
３ａ原料ガス上流端部
３ｂ原料ガス下流端部
７触媒
８ａ上流端部側リジェネバーナ
８ｂ下流端部側リジェネバーナ
９熱風
２４ａ蓄熱部
２４ｂ蓄熱部
２６エア（燃焼用エア）
３３ａ上流端部側熱電対
３３ｂ下流端部側熱電対

Claims

変成ガス発生用の触媒を内蔵するとともに変成炉の炉体の内部に配設されるレトルトと、
該レトルトにおける原料ガス上流側に熱風を供給する上流側リジェネバーナと、
前記レトルトにおける原料ガス下流側に熱風を供給する下流側リジェネバーナと、を備える変成炉において、
前記レトルトにおける原料ガス上流側に設けられた上流側制御用測温体の測温値に基づいて前記上流側リジェネバーナの制御を行い、
前記レトルトにおける原料ガス下流側に設けられた下流側制御用測温体の測温値に基づいて前記下流側リジェネバーナの制御を行うことを特徴とする変成炉の加熱方法。
前記上流側制御用測温体は、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、触媒内蔵部の長さをLとしたときに該触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／１０Ｌ〜４／１０Ｌの位置に配置されており、
前記下流側制御用測温体は、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、前記触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／２Ｌよりも下に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の変成炉の加熱方法。
変成ガス発生用の触媒を内蔵するとともに変成炉の炉体の内部に配設されるレトルトと、
該レトルトにおける原料ガス上流側に熱風を供給する上流側リジェネバーナと、
前記レトルトにおける原料ガス下流側に熱風を供給する下流側リジェネバーナと、を備える変成炉において、
前記レトルトにおける原料ガス上流側に上流側制御用測温体が設けられ、
前記上流側リジェネバーナは前記上流側制御用測温体の測温値に基づいて制御され、
前記レトルトにおける原料ガス下流側に下流側制御用測温体が設けられ、
前記下流側リジェネバーナは該下流側制御用測温体の測温値に基づいて制御される、変成炉。
前記上流側制御用測温体は、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、触媒内蔵部の長さをLとしたときに該触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／１０Ｌ〜４／１０Ｌの位置に配置されており、
前記下流側制御用測温体は、前記レトルトの外側面又はレトルト内部であって、前記触媒内蔵部の原料ガス上流側端部から１／２Ｌよりも下に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の変成炉。