JPH04116378A

JPH04116378A - 流動床装置の予熱方法

Info

Publication number: JPH04116378A
Application number: JP23560090A
Authority: JP
Inventors: Shinji Matsuura; 真司松浦
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2773413B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は流動床改質炉等の流動床装置の予熱方法に係り
、特に運転開始時に流動床（流動媒体）を短時間で予熱
してより早く運転流動床温度にし得るようにした流動床
装置の予熱方法に関するものである。

〔従来の技術］従来から、例えば特開平］、−２９０５０２号公報に示
されるような流動床装置としての流動床改質炉において
は、運転開始時の流動床の予熱は、熱風発生炉等の予熱
炉で燃焼ガス（熱風）等の高温空気を得てこの高温空気
を流動室にガス分散板から供給し流動媒体を？Ｊ！ｉ動
化させつつ行っている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記のよ・うな高温空気で予熱する方法
では予熱時間を多く必要とし、流動床改質炉の正規運転
に入る時間が長く不都合であった。

なお、この予熱時間を短縮する方法として予熱時に流動
媒体に加える熱量を大きくする、即ち、予熱炉の燃焼ガ
ス温度を高くする方法があるか、この方法ではガス供給
通路やガス分散部に耐高温の材料を用いる必要がある。

また、燃焼ガス量を多くする方法もあるがガス分散部の
圧力損失が多くなる。圧力損失が多くなると高揚程のブ
ロワ−が必要となり動力も多く必要になるという問題も
ある。

本発明はこのような問題点に鑑ノてなされたものであり
、流動床を効率良く、短時間で予熱し、早期に正規運転
に入れるようにした流動床装置の予熱方法を提供するこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、（１）流動媒体
を高温空気で流動化させて流動床を形成し流動床中でガ
ス燃料を燃焼させて加熱された流動床と伝熱管とを接触
させて熱交換する流動床装置の予熱方法において、流動
床の下方の多数箇所から、先ず高温空気を分散供給して
流動床の初期加熱を行い、次いでガス燃料を分散供給し
て燃焼させることにより流動床を更に加熱して流動床を
予熱するようにしたものである。また、（２）前記の方
法において、ガス燃料を高温空気よりも下方位置から分
散供給することにより流動床を予熱するようにしたもの
である。

〔作　用］請求項（１）の流動床装置の予熱方法では、予熱初期は
流動床の下方の多数箇所から高温空気が分散供給されて
流ｖＪ床が形成されて流動床が均等に予熱される。そし
て流動床温度がガス燃料の着火可能な温度に到達すると
ガス燃料が流動床の下方の多数箇所から分散供給されて
高温空気により流動床中で均等に燃焼に供される。しが
して、ごのガス燃料の供給、燃焼により予熱時の熱量が
増加され流動床はより早く昇温され予熱時間が短縮され
る。このとき、高温空気の温度を高くする必要がなく高
温ガス量が増加することがないので高温空気分散部の圧
損が大きくなることはない。

請求項（２）の流動床装置の予熱方法では、上記作用に
加えてさらに、流動床の予熱初期にガス燃料は送らずに
高温空気のみを流動床の下方の多数箇所（例えば多数の
空気分散管の空気噴出Ｄ）から分散供給して流動床を予
熱しているときにこの高温空気はガス燃料の供給位置（
例えばガス燃料分散管の噴出口の位置）よりも高い位置
（レヘル）から、即ち空気分散管の空気噴出口から供給
噴出されるため、このガス燃料噴出口回りの流動媒体は
流動化されておらず各粒子は静止しているので、空気噴
出口から噴出される高温ガスにより流動化された流動媒
体粒子によってガス燃料噴出Ｌ］が閉塞されるようなこ
とがない。従って、流動床がカス燃料の着火可能温度に
まで予熱されてガス燃料の供給を開始するときにガス燃
寧゛１の供給が円滑に行われる。また、高温空気がガス
燃料供給部であるガス燃料噴出口内へ入り込むことがな
く、従ってガス燃料供給管内で燃焼して該供給管が異常
高温となって損なわれるという現象が防止される。

なお、特開平１−２９０５０２号公報に示される構造の
ガス分散板を用いて予熱初期に高温空気のみで流動床を
加熱しようとすると、ごの構造はガス燃料をガス分散板
のガス燃料供給通路からガス分散管のガス燃料導入口を
通して供給する構造であるのでこの場合に高温空気がガ
ス燃料供給通路内に逆流して入り込む恐れがあり、ガス
燃料を供給したときにガス分散板内で燃焼して異常高温
となり分散板を損なう恐れがある。

また、ガス燃料を供給して予熱するとき、高温空気供給
位置より下の位置からガス燃料を供給することにより、
ガス燃料が流動床中で燃える割合が多くなり、即ぢ、流
動床をバスしてその」二部のフリーボード（空塔部）へ
逃げる割合が少なくなり予熱が効率的に行われる。

［実施例］以下、図面に基づき、本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図は本発明方法が適用される流動床装
置としての流動床改質炉の全体構成を示すものであり、
第１図は縦断正面図、第２図は第１図の■〜■線矢視断
面図である。

両図において、１０ば炉体であり、流動室７゜内には炉
体１０の炉底１０ａ上にガス分散部２゜が設置され、そ
の上方の流動室７ｏ内にはガス分散部２０と所定の距離
をおいて上下に複数本（本実施例では上下４段）の伝熱
管としての触媒管８０が流動室７０を横断して配置され
ている。運転していないときには炉底］、　Ｏａから所
定高さ上方位置に上面を位置させて流動媒体１００が充
填（静置）されている。なお、第１．２図には流動媒体
１００が流動化して流動床Ｆを形成している状態を示し
ている。流動室７０の上方のフリーボｔ”　７０　ａに
は燃焼排ガス取出管９０か取付げられている。９０ａは
排ガス排出管である。

しかして、ガス分散部２０は詳細を第３図および第４図
に示すように構成されている。なお、第３図は第１図の
■線矢視平面図でありガス分散部２０の平面図、第４図
は第３図の■線矢視断面図である。

流動室７０内において各々空気供給へラダ３１から分岐
された複数本（本実施例では４本）の大径の空気管３０
が炉底１０ａ上に載置されて等間隔で配置されて取付け
られており、各々の空気管３０は空気供給ヘッダ３１側
の一端側を炉体１０に固定され、他端側ば自由端とされ
ている。なお、この自由端側は閉塞されている。そして
、それぞれの空気管３０には、その軸線方向に等間隔て
多数の空気分散管４０が上方へ突出されて取イ」すられ
ている。一方、各々の空気管３０の上側には一端側をガ
ス燃料供給へラダ５１から分岐され、前記空気管３０よ
りも小径の複数本（本実施例では４本）のガス燃料管５
０が前記空気分散管４０の頭上に間隔をおいてスペーサ
４５に載置された状態で配置されて取付けられている。

この各々のガス燃料管５０もヘッダ５１側を炉体」０に
固定され、他端側は自由端とされている。そして、各々
のガス燃料管５０には前記隣合う空気分散管４０の間に
それぞれ位置されて多数のガス燃料分散管６０が下方に
向けて突出されて取付けられている。

ここで空気分散管４０およびガス燃ネ」分散管６０構造
を第５図に基づいて説明する。なお、第５図は第４図の
部分拡大回である。

空気分散管４０は、空気管３０から分岐されて上方へ突
出されて取付けられた短管からなる内管４１と、内管４
１の上端に取付けられた円板状の上部カバー板４３と円
環状の下部カバー板４４により取付けられた短管からな
る外管４２で閉塞されて構成される環状室４８、内管４
１上端部分に設ＬＪた環状室４８への空気流出口４６、
この空気流出口４６よりも下部の位置で外管４２に設け
られた空気噴出口４７から形成されている。この実施例
では空気流出口４６は内管４１の相対する位置に２箇所
、空気噴出口４７は空気流出口４６と位相をずらせて外
管４２に周方向に等間隔で４箇所設けられている。適宜
位置の空気分散管４０には、その上部カバー板４３にガ
ス燃料管５０を載置するスペーサ４５が取付けられてい
る。

一方、ガス燃料分散管６０はガス燃料管５０に小孔６３
を介して取付けられた小径管６１とその下端のカバー板
６４および小径管６１の下端部分の円周２箇所に設けた
ガス燃料噴出口６２で構成されている。ガス燃料噴出口
６２は空気噴出口４２よりも距離Ｈだけ下方に位置され
ている。

このように構成された流動床改質炉の予熱方法を説明す
る。

運転停止時にあっては流動室７０の底部に流動媒体１０
０が上面を所定高さに位置されて充填されて静止した状
態となっている。そして、運転開始時には先ず流動媒体
１００の予熱作用が行われる。即ち、空気ヘッダ３１へ
例えば熱風発生炉のような予熱炉で発生された例えば９
００〜１０００°Ｃの高温空気を供給すると、ごの高温
空気は空気へラダ３１から複数に分岐した各々の空気管
３０内に流入し、さらに空気管３０に取付げられた多数
の空気分散管４０へ流れ込み、その内管４１の上端部の
空気流出口４６から環状室４８内へ流入する。そして、
環状室４８内で下降しつつ左右に分かれ偏流を防止され
て外管４２の空気噴出口４７から流動室７０内へ排出さ
れ、流動媒体１００を流動化させて流動床Ｆを形成させ
て流動媒体１００の粒子を加熱することにより流動床Ｆ
の初期予熱を行う。このような高温空気による初期予熱
は流動床Ｆの温度が第６図に示すようにガス燃料の着火
温度以上となる温度ＴＩ、例えば］゛、が６００　’Ｃ
に達するまで行われる。この初期予熱時には第５図に示
すように空気分散管４０の空気噴出口４７が位置するレ
ベルＬより上方の流動媒体］　０１００が流動化されており、それよりも距離■］だけ下
のレヘルにあるガス燃料分散管６０のガス燃料噴出口６
２の回りの流動媒体１００は静止しているので、この流
動している粒子に影害されてガス燃料噴出口６２内へ粒
子が進入して詰まることが防止される。

また、高温空気がガス燃料噴出口６２内−・入り込むこ
とがな（、ガス燃料分散管６０内やガス燃料管５０内で
燃焼して骸骨が異常高温となって損なわれるという現象
が防止される。

このような初期予熱作業が終了すると、図示していない
流動床温度検出計により前記ガス燃料着火温度Ｔ、が検
知されこれに基ついて図示していないガス燃料供給弁が
開かれてガス燃料が流動床Ｆに供給されて燃焼され後期
予熱作業が行われる。

この後期予熱は初期予熱の高温空気による予熱に加えて
ガス燃料の燃焼による予熱が行われる。即ち、ガス燃料
ヘッダ５１へ都市ガス等のガス燃料が供給され、ガス燃
料ヘッダ５１から複数本分岐されたガス燃料管５０の各
々にガス燃料が流入し、さらに多数のカス燃料分散管６
０内へそれぞれ流入し、そのガス燃料噴出口６２からガ
ス燃料噴出口６２回りの流動媒体１００中へ供給されこ
れを流動化させる。このとき、前記初期予熱時に高温空
気によりガス燃料噴出「１６２内にｒ：Ｌ子の進入が防
がれているためガス燃料は円滑に供給噴出される。そし
て、ガス燃料は前記のようにして約６００°Ｃ迄に予熱
されて高温状態となっている流動床Ｆにより着火されて
燃焼され、これにより流動床温度はさらに−Ｌ界して所
定の改質作用可能な温度Ｔ２に、例えば８００　’Ｃに
まで加熱され以後僅かに温度上−昇をしてほぼ一定の温
度に保たれる。そして、この温度Ｔ２に到った時点で触
媒管８０内に改質原料、例えば都市ガス等の炭化水素系
燃料とスヂームが供給され以後正規の改質運転がこのま
ま続行して行われる。

しかして、このガス燃料供給による流動床Ｆの後期予熱
において高温空気（流動化兼燃焼用空気）とガス燃料と
が異なる部位から、かつ、多数点から供給されるので流
動床Ｆ中にガス燃料が充分に分散されて行き渡り、ガス
燃料が特定部位からフリーボード部へショー１−パスす
る現象が少なくなると共に、ガス燃料と流動化兼燃焼用
空気とが良く混合され、燃焼率が高まる。また、このと
きガス燃料は流動化兼燃焼用空気よりも下の位置から流
動媒体１００中に噴出させるため、さらに充分に流動床
Ｆ中にガス燃料が均等に行き渡り燃焼率が一層向上され
ると共に流動床ドが均等に加熱されて予熱される。

このようにして予熱が効率良く行われ、予熱時間が短縮
される。

なお、木実雄側では本来の流動床加熱用熱源としてのガ
ス燃料を供給するガス燃料管５０やガス燃料分散管６０
を利用して流動床Ｆの予熱を行うので、予熱のためのガ
ス燃料供給装置を別途、設ける必要がなく、改質炉の構
成を複雑にすることなく、予熱を効率的に行うことがで
きる。

ここで、第６図において、従来の高温空気のみで所定の
流動床温度Ｔ２とする場合は曲線Ａ１のように温度が変
化し予熱時間が長く丁、２時間必要とする。これに対し
て、本発明方法では前記曲線Ａ、の途中のガス燃料着火
温度Ｔ、に達した時点（時間↑、。）でガス燃料の供給
を開始して燃焼させることにより熱量がさらに付方■１
されて温度は曲線Ａ２のように急激に上昇し所定温度Ｔ
２にする時間ｔ、は著しく短くされる。実験によると、
従来方法の高温空気のみによる予熱時間ｔ２が約６時間
必要であったものが、本発明方法でば↑、ｌが約３．５
時間となり大幅な短縮が確認された。

なお、後期予熱時において、ガス燃料分散管６０内に高
温空気が逆流して侵入しガス燃料分散管６０内やガス燃
料管５０内での逆火を防くためにガス燃料に蒸気や窒素
ガスまたは炭酸ガス等の不活性ガスを混合させることも
ある。また、例えばガス分散部２０の上方の適宜位置に
流動室２０内に臨ませて点火源装置（図示せず）を設け
、前記第６回のグラフにおける流動床温度がガス塩Ｈの
着火温度になる時間ｔ７ｏよりも早い時期にガス燃料の
供給を開始して点火源装置で点火して燃焼を開始させる
ことにより予熱時間を短くすることもできる。

このようにし７て所定の改質温瓜になった流動床Ｆは流
動化して層高が高くなっており、これが触媒管８０に接
触し７たりまたは触媒管８０が流動床Ｆにより埋没され
たりすることにより触媒管８０が均等に加熱され、下部
供紹管８１から触媒管８０内へ供給される例えば都市ガ
ス等の炭化水素系燃料とスチームとが触媒の作用で均等
に加熱され１、水素ガスや一酸化炭素ガスにされて手段
触媒管８０の上部排出管８２から取り出され、水素ガス
は燃料電池等に利用される。燃焼排カスはフリーボード
７０ａを上昇し排ガス取出管９０へ吸引され排ガス排出
管９０ａから取り出される。

〔発明の効果〕

以上詳述したよ・うに、本発明では、請求項（］）のような構成にすることにより、ガス燃料
の供給、燃焼により予熱時の熱量が増加され流動床はよ
り早く昇温され予熱時間が短縮される。

このとき、高温空気の温度を高くする必要がなく高温ガ
ス鼠が増加することがないので高温空気分散部の圧損が
大きくなることはない。また、請求項（２）のような構
成とすることにより、」−記効果に加えて、ガス燃料を
高温空気（流動化兼燃焼用空気）よりも下の位置から流
動媒体中に噴出させるため、ガス燃料が流動床中に良く
行き渡り、流動床をパスして上部のフリーボードへ逃げ
る割合が少なくなり燃焼率が向−１、し予熱が効率的に
行われ予熱時間を短縮することができる。

力Ｓ′お、この場合、高温空気とガス燃料とを流りＪ床
下方において異なる部位から供給するようにすれば、ガ
ス燃料が流動床の特定の部位からショートバスしてフリ
ーボード部へ逃げる確率が更に減少しガス燃料と高温空
気とが良好に混合されてガス燃料が一層効率良く燃焼さ
れて流動床がより均等に予熱され、予熱時間を一層短縮
することができる。

また、流動床の予熱初期にガス燃料は送らずに高温空気
のみを空気管から空気分散管を通してその空気噴出口か
ら流動室内へ送給する場合に、空気分散管の空気噴出り
から噴出される高温空気により流動化された流動媒体粒
子によってガス燃料噴出口が閉塞されるということがな
く、予熱後期のガス燃料の供給を円滑に行うことができ
ると共に高温空気のガス燃料供給管内−・の逆流を防止
することができ、流動床の予熱を円側に行うごとができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１回から第５同はいずれも本発明が実施される流動床
装置としての流動床改質炉の一実施例を示し、第１図お
よび第２図は流動床改質炉の全体構成を示すものであり
、第１図は縦断正面図、第２図は第１図の■〜■線矢視
断面図、第３図は第１図の■線矢視平面図でありガス分
散部２０の平面図、第４図は第３図の■線矢視断面図、
第５図は第４図の部分拡大図である。第６回は流動床の
昇温変化を示すグラフである。１０・・・炉体、１０ａ・・・炉底、２０・・・ガス分
散部、３０・・・空気管、４０・・・空気分散管、４７
・・・空気噴出口、５０・　・ガス燃料管、６０・・・
ガス燃料分散管、６２・・ガス燃料噴出口、７０・・・
流動室、８０・・・触媒管、９０・・・排ガス取出管、
１ｏＯ・・流動媒体、Ｆ・・・流動床。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流動媒体を高温空気で流動化させて流動床を形成
し流動床中でガス燃料を燃焼させて加熱された流動床と
伝熱管とを接触させて熱交換する流動床装置の予熱方法
において、流動床の下方の多数箇所から、先ず高温空気
を分散供給して流動床の初期加熱を行い、次いでガス燃
料を分散供給して燃焼させることにより流動床を更に加
熱して流動床の予熱を行うことを特徴とする流動床装置
の予熱方法。
（２）ガス燃料を高温空気よりも下方位置から分散供給
することにより流動床を予熱することを特徴とする請求
項１記載の流動床装置の予熱方法。