JPH0417086B2 - - Google Patents
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- JPH0417086B2 JPH0417086B2 JP60235495A JP23549585A JPH0417086B2 JP H0417086 B2 JPH0417086 B2 JP H0417086B2 JP 60235495 A JP60235495 A JP 60235495A JP 23549585 A JP23549585 A JP 23549585A JP H0417086 B2 JPH0417086 B2 JP H0417086B2
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Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、燃料又は化学品を製造する際のプロ
セス熱源として太陽エネルギーを利用する方法に
関する。より詳細には、本発明は、プロセス熱源
として太陽エネルギーを利用して吸熱反応と発熱
反応とを組み合わせて連続運転を可能にする方法
に関する。
セス熱源として太陽エネルギーを利用する方法に
関する。より詳細には、本発明は、プロセス熱源
として太陽エネルギーを利用して吸熱反応と発熱
反応とを組み合わせて連続運転を可能にする方法
に関する。
＜従来の技術＞
連続法によれば効率が高くなり、大きな資金を
必要とする高価な設備の利用効率が高くなるの
で、燃料及び化学品を製造する工程のほとんどは
連続運転工程に設計されている。太陽エネルギー
は豊富であり且つ安価であるから、燃料及び化学
品の製造のために熱源として太陽エネルギーを使
用するのが望ましい。しかしながら、太陽は連続
的にエネルギーを供給するものでもなく、一定量
のエネルギーを供給するものでもない。曇り空及
び地球の回転による規則的な太陽の日毎の変化の
結果、エネルギー・レベルが低下する。従つて、
燃料及び化学品の製造のために太陽エネルギーを
有効に使用するには、太陽エネルギーを利用する
商用工程を補償して断続するエネルギー低下に対
処しなければならない。
必要とする高価な設備の利用効率が高くなるの
で、燃料及び化学品を製造する工程のほとんどは
連続運転工程に設計されている。太陽エネルギー
は豊富であり且つ安価であるから、燃料及び化学
品の製造のために熱源として太陽エネルギーを使
用するのが望ましい。しかしながら、太陽は連続
的にエネルギーを供給するものでもなく、一定量
のエネルギーを供給するものでもない。曇り空及
び地球の回転による規則的な太陽の日毎の変化の
結果、エネルギー・レベルが低下する。従つて、
燃料及び化学品の製造のために太陽エネルギーを
有効に使用するには、太陽エネルギーを利用する
商用工程を補償して断続するエネルギー低下に対
処しなければならない。
断続するエネルギー低下を補償する種々の方策
が考えられる。熱伝達流体を高温度で貯蔵してお
いて、夜間及び曇天時に使用して、必要な条件に
維持することもできる。不都合なことに、曇が散
る前又は夜の間に貯蔵されていた高温の流体が使
い尽されてしまうと、プラントが停止してしま
う。
が考えられる。熱伝達流体を高温度で貯蔵してお
いて、夜間及び曇天時に使用して、必要な条件に
維持することもできる。不都合なことに、曇が散
る前又は夜の間に貯蔵されていた高温の流体が使
い尽されてしまうと、プラントが停止してしま
う。
夜間運転を長く続けるために、太陽加熱反応器
と化石燃料燃焼型反応器とから成る混成システム
が推奨される。太陽加熱反応器と化石燃料燃焼型
反応器の両方の運転を調節して一定の正味熱出力
を出すことができるので、この種の混成システム
では熱伝達流体を不要とし又は熱伝達流体の必要
性を低減することができる。従つて、太陽エネル
ギーが最大であるときには、全ての熱を太陽から
供給する。逆に、夜間には、化石燃料燃焼型反応
器を最大負荷で運転して、太陽加熱反応器を停止
させる。しかしながら、この型式のシステムで
は、太陽エネルギーによつて供給されるエネルギ
ーは必要エネルギーの約30％に過ぎない。
と化石燃料燃焼型反応器とから成る混成システム
が推奨される。太陽加熱反応器と化石燃料燃焼型
反応器の両方の運転を調節して一定の正味熱出力
を出すことができるので、この種の混成システム
では熱伝達流体を不要とし又は熱伝達流体の必要
性を低減することができる。従つて、太陽エネル
ギーが最大であるときには、全ての熱を太陽から
供給する。逆に、夜間には、化石燃料燃焼型反応
器を最大負荷で運転して、太陽加熱反応器を停止
させる。しかしながら、この型式のシステムで
は、太陽エネルギーによつて供給されるエネルギ
ーは必要エネルギーの約30％に過ぎない。
＜発明が解決しようとする問題点及びこの問題点
を解決するための手段＞ 本発明は、補完し合う吸熱反応と発熱反応とを
つなぐことにより、大容量の熱伝達流体の貯蔵の
必要なく、混成システムよりも太陽熱の寄与率を
高めようとするものである。互いに補完し合うよ
うにするには、両反応は二つの要件を満たさなけ
ればならない。第一に、吸熱反応の生成物は、発
熱反応の反応剤でなければならない。第二に、発
熱反応において生成する吸熱生成物の特定量の反
応によつて供給される熱が、同量の吸熱生成物の
生成に必要な熱よりも大きくなければならない。
を解決するための手段＞ 本発明は、補完し合う吸熱反応と発熱反応とを
つなぐことにより、大容量の熱伝達流体の貯蔵の
必要なく、混成システムよりも太陽熱の寄与率を
高めようとするものである。互いに補完し合うよ
うにするには、両反応は二つの要件を満たさなけ
ればならない。第一に、吸熱反応の生成物は、発
熱反応の反応剤でなければならない。第二に、発
熱反応において生成する吸熱生成物の特定量の反
応によつて供給される熱が、同量の吸熱生成物の
生成に必要な熱よりも大きくなければならない。
太陽エネルギー及び発熱工程により、吸熱反応
に必要な熱エネルギーが供給される。直接太陽エ
ネルギーが利用できるとき（昼間）には、吸熱反
応に必要な熱を太陽エネルギーによつて供給す
る。直接太陽エネルギーが利用でないとき（夜間
及び曇り空のとき）には、吸熱反応の生成物の形
で化学エネルギーとして貯えられた太陽から引き
出されたエネルギーを発熱反応に利用して、吸熱
反応のための熱を発生させて有用な製品を製造す
る。プロセス熱は、吸熱工程及び発熱工程が行な
われる両反応器を通過する熔融塩等の熱伝達流体
並びに太陽熱受容器を含む高温度熱伝達回路を介
して伝えられる。
に必要な熱エネルギーが供給される。直接太陽エ
ネルギーが利用できるとき（昼間）には、吸熱反
応に必要な熱を太陽エネルギーによつて供給す
る。直接太陽エネルギーが利用でないとき（夜間
及び曇り空のとき）には、吸熱反応の生成物の形
で化学エネルギーとして貯えられた太陽から引き
出されたエネルギーを発熱反応に利用して、吸熱
反応のための熱を発生させて有用な製品を製造す
る。プロセス熱は、吸熱工程及び発熱工程が行な
われる両反応器を通過する熔融塩等の熱伝達流体
並びに太陽熱受容器を含む高温度熱伝達回路を介
して伝えられる。
使用に適した吸熱反応の例は、一次メタン水蒸
気改質である。この反応では、予熱されたメタン
と水蒸気とが一次水蒸気改質器内で反応して、実
質的に水素と一酸化炭素とから成る合成ガスが生
成する。この合成ガスは、更に処理された後、ア
ンモニアに変わる。
気改質である。この反応では、予熱されたメタン
と水蒸気とが一次水蒸気改質器内で反応して、実
質的に水素と一酸化炭素とから成る合成ガスが生
成する。この合成ガスは、更に処理された後、ア
ンモニアに変わる。
生成したアンモニアの一部分の燃焼は、補完発
熱反応に適した反応である。アンモニア燃焼の生
成物は窒素酸化物類であり、これらの窒素酸化物
類を水と混合して硝酸を生成させることができ
る。
熱反応に適した反応である。アンモニア燃焼の生
成物は窒素酸化物類であり、これらの窒素酸化物
類を水と混合して硝酸を生成させることができ
る。
昼間は、太陽熱受容器で予熱された熔融塩によ
り、メタン水蒸気改質工程の熱が供給される。一
次改質反応によつて冷却された熔融塩の一部分
は、アンモニアの燃焼によつて放出される熱によ
つて再加熱される。残りの塩は太陽熱受容器に戻
り、再加熱される。再加熱された熔融塩は、メタ
ン改質工程に戻る。利用できる太陽エネルギーが
減少すると、燃焼させるアンモニアの量を増加さ
せ、アンモニア燃焼反応器に向かう熔融塩の量を
増加して、水蒸気改質反応に必要な温度に加熱す
る。太陽熱が利用できないときには、アンモニア
の燃焼速度を最大にして、熔融塩の全部をこの発
熱反応によつて加熱する。逆に、利用できる太陽
エネルギーが増大すると、発熱反応に供給するア
ンモニアの量を減少させ、この反応によつて加熱
される塩の量も減少させる。簡単に言えば、直接
に利用できる太陽エネルギーの量と逆比例させ
て、アンモニア燃焼バーナーを運転する。
り、メタン水蒸気改質工程の熱が供給される。一
次改質反応によつて冷却された熔融塩の一部分
は、アンモニアの燃焼によつて放出される熱によ
つて再加熱される。残りの塩は太陽熱受容器に戻
り、再加熱される。再加熱された熔融塩は、メタ
ン改質工程に戻る。利用できる太陽エネルギーが
減少すると、燃焼させるアンモニアの量を増加さ
せ、アンモニア燃焼反応器に向かう熔融塩の量を
増加して、水蒸気改質反応に必要な温度に加熱す
る。太陽熱が利用できないときには、アンモニア
の燃焼速度を最大にして、熔融塩の全部をこの発
熱反応によつて加熱する。逆に、利用できる太陽
エネルギーが増大すると、発熱反応に供給するア
ンモニアの量を減少させ、この反応によつて加熱
される塩の量も減少させる。簡単に言えば、直接
に利用できる太陽エネルギーの量と逆比例させ
て、アンモニア燃焼バーナーを運転する。
より詳細には、本発明は、太陽エネルギーを化
学合成工程に利用する方法であつて、熱伝達流体
の第一部分を太陽熱受容器の内部で加熱し、熱伝
達流体の第一部分及び第二部分を利用する高温度
発熱反応により熱伝達流体の第二部分を加熱して
発熱反応と補完し合う吸熱化学反応に必要な熱を
供給し、熱の供給に用いた熱伝達流体の少くとも
一部分を高温度発熱反応器に戻すことを特徴とす
る方法に関する。特に、本発明は、太陽エネルギ
ーを化学合成工程で利用する方法であつて、熔融
塩を太陽熱受容器の内部及びアンモニア燃焼工程
から発生する熱で加熱し、高温の熔融塩を利用し
てメタン水蒸気改質工程に必要な熱を供給し、前
記アンモニア燃焼工程においてはメタン水蒸気改
質工程で生成された反応剤から製造したアンモニ
アの少くとも一部分を使用することを特徴とする
方法に関する。
学合成工程に利用する方法であつて、熱伝達流体
の第一部分を太陽熱受容器の内部で加熱し、熱伝
達流体の第一部分及び第二部分を利用する高温度
発熱反応により熱伝達流体の第二部分を加熱して
発熱反応と補完し合う吸熱化学反応に必要な熱を
供給し、熱の供給に用いた熱伝達流体の少くとも
一部分を高温度発熱反応器に戻すことを特徴とす
る方法に関する。特に、本発明は、太陽エネルギ
ーを化学合成工程で利用する方法であつて、熔融
塩を太陽熱受容器の内部及びアンモニア燃焼工程
から発生する熱で加熱し、高温の熔融塩を利用し
てメタン水蒸気改質工程に必要な熱を供給し、前
記アンモニア燃焼工程においてはメタン水蒸気改
質工程で生成された反応剤から製造したアンモニ
アの少くとも一部分を使用することを特徴とする
方法に関する。
＜実施例＞
第１図に示すように、本発明は３基の熱によつ
て活性化する部材、即ち太陽熱受容器と、２基の
反応器とから成る。太陽熱受容器と、発熱反応が
行なわれる反応器Ａとが、反応器Ｂで行なわれる
吸熱反応で利用される熱を供給する。日中は、熱
伝達流体は太陽熱受容器の内部で予熱されて、吸
熱反応のための熱を供給する。夜間又は曇り空の
ときには、反応器Ａで行なわれる発熱反応によつ
て必要な熱が供給される。日中は、反応器Ａの負
荷を100％から設備能力に基づく最小値に変化さ
せて、太陽エネルギーによつて太陽熱受容器に供
給される熱の変化に対応させる。
て活性化する部材、即ち太陽熱受容器と、２基の
反応器とから成る。太陽熱受容器と、発熱反応が
行なわれる反応器Ａとが、反応器Ｂで行なわれる
吸熱反応で利用される熱を供給する。日中は、熱
伝達流体は太陽熱受容器の内部で予熱されて、吸
熱反応のための熱を供給する。夜間又は曇り空の
ときには、反応器Ａで行なわれる発熱反応によつ
て必要な熱が供給される。日中は、反応器Ａの負
荷を100％から設備能力に基づく最小値に変化さ
せて、太陽エネルギーによつて太陽熱受容器に供
給される熱の変化に対応させる。
好ましい実施例においては、熔融塩等の高温熱
伝達流体は、日中は太陽熱受容器の内部で加熱さ
れ、夜間及び曇り空のときには反応器Ａの内部に
おけるアンモニアの燃焼によるエネルギーで加熱
されて、一次水蒸気改質器（反応器Ｂ）へ熱を伝
える。予熱されたメタン及び水蒸気は改質器の内
部で加熱され、主として水素と一酸化炭素とから
成る合成ガスが生成する。合成ガスは、常法によ
つて処理されて、最終的にはアンモニアに変わ
る。
伝達流体は、日中は太陽熱受容器の内部で加熱さ
れ、夜間及び曇り空のときには反応器Ａの内部に
おけるアンモニアの燃焼によるエネルギーで加熱
されて、一次水蒸気改質器（反応器Ｂ）へ熱を伝
える。予熱されたメタン及び水蒸気は改質器の内
部で加熱され、主として水素と一酸化炭素とから
成る合成ガスが生成する。合成ガスは、常法によ
つて処理されて、最終的にはアンモニアに変わ
る。
生成したアンモニアの一部は空気と混合され
て、アンモニア燃焼バーナー（反応器Ａ）の内部
で燃焼させられて、窒素酸化物類をつくる。アン
モニアの残部は貯蔵される。アンモニアの燃焼に
よつて放出された熱は、改質工程で冷却された熔
融塩の加熱に使用される。再加熱された熔融塩は
反応器Ｂに戻り、改質工程のための熱を供給す
る。
て、アンモニア燃焼バーナー（反応器Ａ）の内部
で燃焼させられて、窒素酸化物類をつくる。アン
モニアの残部は貯蔵される。アンモニアの燃焼に
よつて放出された熱は、改質工程で冷却された熔
融塩の加熱に使用される。再加熱された熔融塩は
反応器Ｂに戻り、改質工程のための熱を供給す
る。
太陽熱受容器の出力は夜間における無負荷状態
から正午における全負荷の状態の範囲内で変動す
るから、アンモニア燃焼バーナーによつて太陽熱
受容器の出力の変動を補償して、反応器Ｂで行な
われている吸熱反応のために一定の熱を供給しな
ければならない。バーナーの燃料燃焼速度とバー
ナーへの塩の流量とを変化させて補償を行なう。
アンモニア燃焼バーナーでの燃焼を連続的に塩の
流量の減少と応答させて変動させて、アンモニア
燃焼バーナーの出口温度が一定に保持されるよう
燃焼を制御する。従つて、アンモニア燃焼バーナ
ー及び硝酸プラントを連続運転させる場合には、
出力又は生成物は利用できる太陽熱によつて変わ
る。夜間には、アンモニア燃焼バーナーが全負荷
で稼動する。塩が太陽熱受容器の内部で予熱され
る日中は、アンモニア燃焼バーナーは全負荷以下
の稼動率で運転されるが、負荷率又は稼動率は利
用できる太陽エネルギーによつて変動する。たと
えば最大量の太陽エネルギーが利用できる正午に
おいては、熔融塩を還流させるアンモニア燃焼バ
ーナーの燃焼速度を許容最低値にする。理論的に
は正午の太陽熱が最高値であるときにはアンモニ
ア燃焼バーナーを停止させることができるが、毎
日プラントの停止及び始動を行なうのは現実的で
はない。冬期には、燃焼速度を上げる。
から正午における全負荷の状態の範囲内で変動す
るから、アンモニア燃焼バーナーによつて太陽熱
受容器の出力の変動を補償して、反応器Ｂで行な
われている吸熱反応のために一定の熱を供給しな
ければならない。バーナーの燃料燃焼速度とバー
ナーへの塩の流量とを変化させて補償を行なう。
アンモニア燃焼バーナーでの燃焼を連続的に塩の
流量の減少と応答させて変動させて、アンモニア
燃焼バーナーの出口温度が一定に保持されるよう
燃焼を制御する。従つて、アンモニア燃焼バーナ
ー及び硝酸プラントを連続運転させる場合には、
出力又は生成物は利用できる太陽熱によつて変わ
る。夜間には、アンモニア燃焼バーナーが全負荷
で稼動する。塩が太陽熱受容器の内部で予熱され
る日中は、アンモニア燃焼バーナーは全負荷以下
の稼動率で運転されるが、負荷率又は稼動率は利
用できる太陽エネルギーによつて変動する。たと
えば最大量の太陽エネルギーが利用できる正午に
おいては、熔融塩を還流させるアンモニア燃焼バ
ーナーの燃焼速度を許容最低値にする。理論的に
は正午の太陽熱が最高値であるときにはアンモニ
ア燃焼バーナーを停止させることができるが、毎
日プラントの停止及び始動を行なうのは現実的で
はない。冬期には、燃焼速度を上げる。
アンモニア燃焼バーナーで生成する窒素酸化物
類を水と混合して硝酸をつくる。多種の化合物類
を製造する基本的なブロツクを含む反応であるか
ら、アンモニア、硝酸及び合成ガスを従来法の設
備で更に処理して、硝酸アンモニウム、尿素、水
素及びメタノール等の他の生成物をつくることも
できる。
類を水と混合して硝酸をつくる。多種の化合物類
を製造する基本的なブロツクを含む反応であるか
ら、アンモニア、硝酸及び合成ガスを従来法の設
備で更に処理して、硝酸アンモニウム、尿素、水
素及びメタノール等の他の生成物をつくることも
できる。
第２図は、上記の工程を示す概略説明図であ
る。太陽熱受容器１により熔融塩は日中は約816
乃至1093℃（1500乃至2000〓）の温度に加熱され
る。このように増大した熱によつて、一次水蒸気
改質器３の内部におけるメタン水蒸気改質工程の
熱が供給される。一次水蒸気改質器の内部では約
427乃至約538℃（約800乃至約1000〓）の予熱さ
れたメタンと水蒸気とが反応して、約704乃至982
℃（約1300乃至1800〓）の温度の合成ガスが生成
する。この反応により、熔融塩の温度は約482乃
至593℃（約900乃至1100〓）の温度に冷却され
る。最大の太陽熱が利用できる場合には、反応器
５のアンモニア燃焼の発熱によつて加熱される冷
却熔融塩は約20乃至30％である。改質ガスから生
成するアンモニアは約149乃至204℃（約300乃至
400〓）の温度でアンモニア燃焼バーナーに導入
されて、空気とともに燃焼して熱を放出して熔融
塩に与え、熔融塩の温度を約816乃至1093℃（約
1500乃至2000〓）に高める。加熱された熔融塩は
一次水蒸気改質器に戻り、吸熱工程の熱を与え
る。
る。太陽熱受容器１により熔融塩は日中は約816
乃至1093℃（1500乃至2000〓）の温度に加熱され
る。このように増大した熱によつて、一次水蒸気
改質器３の内部におけるメタン水蒸気改質工程の
熱が供給される。一次水蒸気改質器の内部では約
427乃至約538℃（約800乃至約1000〓）の予熱さ
れたメタンと水蒸気とが反応して、約704乃至982
℃（約1300乃至1800〓）の温度の合成ガスが生成
する。この反応により、熔融塩の温度は約482乃
至593℃（約900乃至1100〓）の温度に冷却され
る。最大の太陽熱が利用できる場合には、反応器
５のアンモニア燃焼の発熱によつて加熱される冷
却熔融塩は約20乃至30％である。改質ガスから生
成するアンモニアは約149乃至204℃（約300乃至
400〓）の温度でアンモニア燃焼バーナーに導入
されて、空気とともに燃焼して熱を放出して熔融
塩に与え、熔融塩の温度を約816乃至1093℃（約
1500乃至2000〓）に高める。加熱された熔融塩は
一次水蒸気改質器に戻り、吸熱工程の熱を与え
る。
第３図は、一次水蒸気改質の代わりに石炭のガ
ス化を吸熱反応として利用する工程の概略説明図
である。水蒸気及び空気は熱交換器７で加熱され
て、約704乃至816℃（約1300乃至1500〓）の温度
の水蒸気になる。酸素及び水蒸気が、ガス化器
（水性ガス発生器）９で起る石炭のガス化に必要
な熱と水素とを与える。ガス化器９で生成した石
炭ガスを従来法で処理して、アンモニア合成に使
用することができる。上述のメタン水蒸気改質法
について説明したと同様にして、太陽熱受容器１
１又はアンモニア燃焼バーナー１３の内部で熔融
塩を加熱する。
ス化を吸熱反応として利用する工程の概略説明図
である。水蒸気及び空気は熱交換器７で加熱され
て、約704乃至816℃（約1300乃至1500〓）の温度
の水蒸気になる。酸素及び水蒸気が、ガス化器
（水性ガス発生器）９で起る石炭のガス化に必要
な熱と水素とを与える。ガス化器９で生成した石
炭ガスを従来法で処理して、アンモニア合成に使
用することができる。上述のメタン水蒸気改質法
について説明したと同様にして、太陽熱受容器１
１又はアンモニア燃焼バーナー１３の内部で熔融
塩を加熱する。
本発明の場合、吸熱工程及び発熱工程を高温度
で行なうと、エネルギーが最も効率良く使用され
る。従つて、アンモニア燃焼バーナーを約982℃
（1800〓）で運転し、水蒸気改質を約871℃（1600
〓）の温度で行なうのが好ましい。しかしなが
ら、高温度操作に伴う技術的困難性（たとえば建
造上の諸問題）のために（効率は低くとも）低温
度で運転することが技術的には適している。本発
明によればアンモニア燃焼バーナーを約1093乃至
816℃（2000乃至1500〓）の温度で作動させ、対
応する一次水蒸気改質器を約982乃至760℃（1800
乃至1400〓）で作動させる。
で行なうと、エネルギーが最も効率良く使用され
る。従つて、アンモニア燃焼バーナーを約982℃
（1800〓）で運転し、水蒸気改質を約871℃（1600
〓）の温度で行なうのが好ましい。しかしなが
ら、高温度操作に伴う技術的困難性（たとえば建
造上の諸問題）のために（効率は低くとも）低温
度で運転することが技術的には適している。本発
明によればアンモニア燃焼バーナーを約1093乃至
816℃（2000乃至1500〓）の温度で作動させ、対
応する一次水蒸気改質器を約982乃至760℃（1800
乃至1400〓）で作動させる。
好ましい反応温度にするためには、熱伝達回路
内の熔融塩の最高温度を約927乃至816℃（1700乃
至1500〓）にしなければならない。吸熱反応によ
り塩は482乃至593℃（900乃至1100〓）の温度に
冷却されるから、熔融塩を少くとも摂氏温度で約
222度（華氏温度で約400度）高めるに十分な熱が
太陽エネルギー及び発熱反応から発生しなければ
ならないことになる。
内の熔融塩の最高温度を約927乃至816℃（1700乃
至1500〓）にしなければならない。吸熱反応によ
り塩は482乃至593℃（900乃至1100〓）の温度に
冷却されるから、熔融塩を少くとも摂氏温度で約
222度（華氏温度で約400度）高めるに十分な熱が
太陽エネルギー及び発熱反応から発生しなければ
ならないことになる。
このように高温度である好ましい温度下におけ
る熔融塩の解離を避けるためには、炭酸塩類の共
融混合物（炭酸リチウム43.5モル％、炭酸ナトリ
ウム31.5モル％、炭酸カリウム25.0モル％）が好
ましい。この共融混合物は397℃（747〓）で熔解
し、1093℃（2000〓）付近まで安定である。当業
者は、上述の運転温度に適した他の塩配合物又は
ナトリウムやリチウム等の金属を選択することが
できる。適宜な物質（たとえば酸化鉄、酸化ニツ
ケル及び酸化コバルト）を添加することにより、
熔融塩を黒色にして塩フイルムの吸収率を高める
こともできる。
る熔融塩の解離を避けるためには、炭酸塩類の共
融混合物（炭酸リチウム43.5モル％、炭酸ナトリ
ウム31.5モル％、炭酸カリウム25.0モル％）が好
ましい。この共融混合物は397℃（747〓）で熔解
し、1093℃（2000〓）付近まで安定である。当業
者は、上述の運転温度に適した他の塩配合物又は
ナトリウムやリチウム等の金属を選択することが
できる。適宜な物質（たとえば酸化鉄、酸化ニツ
ケル及び酸化コバルト）を添加することにより、
熔融塩を黒色にして塩フイルムの吸収率を高める
こともできる。
本発明で用いる吸熱反応及び発熱反応は従来公
知の技術ではあるが、高温で操業し熔融塩を使用
するため、特に設計した設備を使用する必要がで
て来る可能性がある。たとえば、熔融塩を約1093
℃（2000〓）の温度に加熱するためには、直接吸
収キヤビテイ型式の太陽熱受容器を使用しなけれ
ばならない。この型式の受容器は第４図に示す。
図示した受容器は、上部壁１７及び下部壁１９、
傾斜後部壁２１、並びに前面孔部２３から成るキ
ヤビテイ１５を有する。傾斜後部壁の上部には、
入口マニホルド２５が設けられている。出口マニ
ホルド２７は、壁部下方に設けられている。有効
加熱壁部は耐火性材料で被覆され、熱損失を少く
するためにキヤビテイは完全熱絶縁されている。
熔融塩は、入口マニホルド２５に導入され、フイ
ルム状でキヤビテイ１５の傾斜後部壁２１上を流
れ落ちて複数のヘリオトスタツト（heliotstat）
からの入射光束によつて加熱される。加熱された
熔融塩は、出口マニホルド２７を通つてキヤビテ
イから出て、吸熱反応器に還流する。
知の技術ではあるが、高温で操業し熔融塩を使用
するため、特に設計した設備を使用する必要がで
て来る可能性がある。たとえば、熔融塩を約1093
℃（2000〓）の温度に加熱するためには、直接吸
収キヤビテイ型式の太陽熱受容器を使用しなけれ
ばならない。この型式の受容器は第４図に示す。
図示した受容器は、上部壁１７及び下部壁１９、
傾斜後部壁２１、並びに前面孔部２３から成るキ
ヤビテイ１５を有する。傾斜後部壁の上部には、
入口マニホルド２５が設けられている。出口マニ
ホルド２７は、壁部下方に設けられている。有効
加熱壁部は耐火性材料で被覆され、熱損失を少く
するためにキヤビテイは完全熱絶縁されている。
熔融塩は、入口マニホルド２５に導入され、フイ
ルム状でキヤビテイ１５の傾斜後部壁２１上を流
れ落ちて複数のヘリオトスタツト（heliotstat）
からの入射光束によつて加熱される。加熱された
熔融塩は、出口マニホルド２７を通つてキヤビテ
イから出て、吸熱反応器に還流する。
第５図に、熔融塩によつて加熱される一次水蒸
気改質器に適した設計を図示する。図示した水蒸
気改質器は、一回流過型で管胴向流型式である。
改質器は、浮遊ヘツド３１及び三分割バツフル
（邪魔板）３３を有する。下側胴部ヘツド３７と
プロセス・ガス入口ノズル３９とに熔接で取り付
けられた引伸し自在のベロー３５により、管束と
胴部の熱膨張が異なつていても許容される。
気改質器に適した設計を図示する。図示した水蒸
気改質器は、一回流過型で管胴向流型式である。
改質器は、浮遊ヘツド３１及び三分割バツフル
（邪魔板）３３を有する。下側胴部ヘツド３７と
プロセス・ガス入口ノズル３９とに熔接で取り付
けられた引伸し自在のベロー３５により、管束と
胴部の熱膨張が異なつていても許容される。
高温度の塩は熱交換胴部４３のノズル４１に入
り、分配スロツト４５を通つて流れ、改質器の複
数の管４７と接触する。冷却された塩は、塩出口
４９を介して反応器から出る。プロセス・ガスは
入口３９から入り、改質器の複数の管４７を通つ
て熱交換器を通過し、胴部ヘツド５０の内部の鉛
直中心位置にあるノズルを通つて熱交換器から出
る。改質気の管には、常法の一次水蒸気改質工程
で使用する触媒が充填されている。熔融塩を使用
するので、反応器は、インコネル（inconel）又
はインコロイ（incoly）のような熔融塩に対する
耐性を持つ材料から製造しなければならない。
り、分配スロツト４５を通つて流れ、改質器の複
数の管４７と接触する。冷却された塩は、塩出口
４９を介して反応器から出る。プロセス・ガスは
入口３９から入り、改質器の複数の管４７を通つ
て熱交換器を通過し、胴部ヘツド５０の内部の鉛
直中心位置にあるノズルを通つて熱交換器から出
る。改質気の管には、常法の一次水蒸気改質工程
で使用する触媒が充填されている。熔融塩を使用
するので、反応器は、インコネル（inconel）又
はインコロイ（incoly）のような熔融塩に対する
耐性を持つ材料から製造しなければならない。
発熱反応であるアンモニア燃焼工程のアンモニ
ア燃焼バーナーの設計は、硝酸製造プラントで使
用されている従来法のユニツトと同様の設計であ
るが、ユニツトの高温度側には水／水蒸気ではな
く熔融塩が還流する設計になつている。
ア燃焼バーナーの設計は、硝酸製造プラントで使
用されている従来法のユニツトと同様の設計であ
るが、ユニツトの高温度側には水／水蒸気ではな
く熔融塩が還流する設計になつている。
本発明のアンモニア燃焼バーナー及び従来法の
アンモニア燃焼バーナーの何れでもアンモニアを
燃焼させることには変りがないから、燃焼ガス流
速、炉の容積、及びガスの流断面積等は類似して
いる。熔融塩を用いるアンモニア燃焼バーナーの
場合も、従来法のアンモニア燃焼バーナーの場合
と同様、煙道ガス側部条件（flue−gas−side
conditions）によつて管表面の寸法が定まる。加
えて、熔融塩を使用するアンモニア燃焼バーナー
の場合においても、従来法のアンモニア燃焼バー
ナーと同じ煙道ガスを使用するので、ガスの輻射
能も同等である。しかしながら、管の内部により
高温度の熔融塩が流れているので、アンモニア燃
焼バーナーの外側管壁温度が高くなり、熔融塩を
用いるアンモニア燃焼バーナーの場合には外側の
管の放射熱伝導係数が小さくなり、熱伝導面積を
増す必要が出て来る。
アンモニア燃焼バーナーの何れでもアンモニアを
燃焼させることには変りがないから、燃焼ガス流
速、炉の容積、及びガスの流断面積等は類似して
いる。熔融塩を用いるアンモニア燃焼バーナーの
場合も、従来法のアンモニア燃焼バーナーの場合
と同様、煙道ガス側部条件（flue−gas−side
conditions）によつて管表面の寸法が定まる。加
えて、熔融塩を使用するアンモニア燃焼バーナー
の場合においても、従来法のアンモニア燃焼バー
ナーと同じ煙道ガスを使用するので、ガスの輻射
能も同等である。しかしながら、管の内部により
高温度の熔融塩が流れているので、アンモニア燃
焼バーナーの外側管壁温度が高くなり、熔融塩を
用いるアンモニア燃焼バーナーの場合には外側の
管の放射熱伝導係数が小さくなり、熱伝導面積を
増す必要が出て来る。
最も重要なことは、管内部に熔融塩が流れるの
で、管壁の温度が、従来法の水／水蒸気型アンモ
ニア燃焼バーナーの管壁温度よりも摂氏で278度
（華氏で500〓）も高くなることである。従つて、
管材料として、インコネル又はインコロイ等の耐
高温度材料を使用しなければならない。
で、管壁の温度が、従来法の水／水蒸気型アンモ
ニア燃焼バーナーの管壁温度よりも摂氏で278度
（華氏で500〓）も高くなることである。従つて、
管材料として、インコネル又はインコロイ等の耐
高温度材料を使用しなければならない。
熔融塩を用いるバーナーの還流効率条件も、従
来法のバーナーとは異なる。従来法のアンモニア
燃焼バーナーは、１日に24時間、週に７日間の定
常状態運転を行なうように設計されているのに対
し、本発明におけるアンモニア燃焼バーナーの燃
焼速度は夜間における全負荷状態と昼間における
約20％乃至30％の負荷状態との間で変動する、ユ
ニツトの運転及び制御については、従来法の発電
プラント用の汎用ボイラーにおけると同様に、金
属の温度変化が最小になるように設計しなければ
ならない。アンモニア燃焼バーナーの燃焼は、塩
の出口温度が一定に保たれるよう、即ち金属の温
度変化が最小になるように制御しなければならな
い。
来法のバーナーとは異なる。従来法のアンモニア
燃焼バーナーは、１日に24時間、週に７日間の定
常状態運転を行なうように設計されているのに対
し、本発明におけるアンモニア燃焼バーナーの燃
焼速度は夜間における全負荷状態と昼間における
約20％乃至30％の負荷状態との間で変動する、ユ
ニツトの運転及び制御については、従来法の発電
プラント用の汎用ボイラーにおけると同様に、金
属の温度変化が最小になるように設計しなければ
ならない。アンモニア燃焼バーナーの燃焼は、塩
の出口温度が一定に保たれるよう、即ち金属の温
度変化が最小になるように制御しなければならな
い。
本発明で使用するに適した熔融塩を用いるアン
モニア燃焼バーナーを第６図に示す。ユニツトの
壁部はコイル状の管５１から成り、熔融塩冷却区
域を形成している。アンモニア・ガスは、反応器
の上部の触媒バスケツト５３の能部で、触媒の存
在下で空気で燃焼させられる。生成したNOXガ
ス類は上記燃焼区域から下向きに流れ、熱回収区
域に入り、熱回収区域で燃焼熱が熔融塩に伝えら
れる。この熱回収区域における主たる伝熱手段は
対流であるから、比較的近接させた複数の管を用
いる。冷却されたNOXガス類は下向きに流れ続
けて、アンモニア燃焼反応器５７から出る。
NOXガス類中に残留する熱は、従来法により関
連する工程への熱の供給に利用することができ
る。
モニア燃焼バーナーを第６図に示す。ユニツトの
壁部はコイル状の管５１から成り、熔融塩冷却区
域を形成している。アンモニア・ガスは、反応器
の上部の触媒バスケツト５３の能部で、触媒の存
在下で空気で燃焼させられる。生成したNOXガ
ス類は上記燃焼区域から下向きに流れ、熱回収区
域に入り、熱回収区域で燃焼熱が熔融塩に伝えら
れる。この熱回収区域における主たる伝熱手段は
対流であるから、比較的近接させた複数の管を用
いる。冷却されたNOXガス類は下向きに流れ続
けて、アンモニア燃焼反応器５７から出る。
NOXガス類中に残留する熱は、従来法により関
連する工程への熱の供給に利用することができ
る。
上述の説明では、主としてアンモニアの燃焼を
水蒸気改質又は石炭のガス化と組み合せた方法に
ついて説明してきたが、当業者は他の補完し合う
複数の反応を選択できることは言うまでもない。
たとえば、硝酸製造のためのアンモニアの燃焼の
代わりに、硝酸製造のための硫黄の燃焼を組み込
むこともできる。
水蒸気改質又は石炭のガス化と組み合せた方法に
ついて説明してきたが、当業者は他の補完し合う
複数の反応を選択できることは言うまでもない。
たとえば、硝酸製造のためのアンモニアの燃焼の
代わりに、硝酸製造のための硫黄の燃焼を組み込
むこともできる。
第１図は、本発明の概略全体工程図である。図
中、システムの構成部分はブロツクで示し、これ
らを接続する線は熔融塩を収納した高温度熱伝達
回路を示す。第２図は、本発明の一実施例の概略
工程図であり、本実施例の吸熱反応はメタン水蒸
気改質であり、発熱反応はアンモニアの燃焼であ
る。第３図は、本発明の別の実施例の概略工程図
であり、本実施例の吸熱反応は石炭の気化であり
発熱反応はアンモニアの燃焼である。第４図は、
推奨できる太陽熱受容器の概略説明図である。第
５図は、熔融塩水蒸気改質器を示す説明図であ
る。第６図は、熔融塩アンモニア燃焼器を示す説
明図である。 １，１１……太陽熱受容器、３，１３……一次
水蒸気改質器、５……アンモニア燃焼バーナー、
７……熱交換器、９……石炭ガス化装置。
中、システムの構成部分はブロツクで示し、これ
らを接続する線は熔融塩を収納した高温度熱伝達
回路を示す。第２図は、本発明の一実施例の概略
工程図であり、本実施例の吸熱反応はメタン水蒸
気改質であり、発熱反応はアンモニアの燃焼であ
る。第３図は、本発明の別の実施例の概略工程図
であり、本実施例の吸熱反応は石炭の気化であり
発熱反応はアンモニアの燃焼である。第４図は、
推奨できる太陽熱受容器の概略説明図である。第
５図は、熔融塩水蒸気改質器を示す説明図であ
る。第６図は、熔融塩アンモニア燃焼器を示す説
明図である。 １，１１……太陽熱受容器、３，１３……一次
水蒸気改質器、５……アンモニア燃焼バーナー、
７……熱交換器、９……石炭ガス化装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 化学合成工程で太陽エネルギーを利用する方
法であつて、 (a) 熱伝達流体の第一部分を太陽熱受容器中で加
熱し、 (b) 前記熱伝達流体の第二部分を高温度発熱反応
によつて加熱し、 (c) 前記熱伝達流体の前記の第一部分及び第二部
分を利用して、前記発熱反応と補完し合う吸熱
化学反応に必要な熱を供給し、 (d) 前記発熱反応が行なわれている高温度発熱反
応器に前記の熱の供給に使用した熱伝達流体の
少くとも一部分を戻すことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US685635 | 1984-12-24 | ||
| US06/685,635 US4668494A (en) | 1984-12-24 | 1984-12-24 | Method of using solar energy in a chemical synthesis process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61153136A JPS61153136A (ja) | 1986-07-11 |
| JPH0417086B2 true JPH0417086B2 (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=24753045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60235495A Granted JPS61153136A (ja) | 1984-12-24 | 1985-10-23 | 太陽熱利用化学品製造法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4668494A (ja) |
| JP (1) | JPS61153136A (ja) |
| AU (1) | AU578751B2 (ja) |
| IN (1) | IN164537B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1984
- 1984-12-24 US US06/685,635 patent/US4668494A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1985-10-21 AU AU48909/85A patent/AU578751B2/en not_active Ceased
- 1985-10-23 JP JP60235495A patent/JPS61153136A/ja active Granted
- 1985-11-28 IN IN844/CAL/85A patent/IN164537B/en unknown
Also Published As
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| AU578751B2 (en) | 1988-11-03 |
| US4668494A (en) | 1987-05-26 |
| IN164537B (ja) | 1989-04-01 |
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