JPH0656403A - 合成ガスを発生させるための改質装置 - Google Patents

合成ガスを発生させるための改質装置

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JPH0656403A
JPH0656403A JP5115021A JP11502193A JPH0656403A JP H0656403 A JPH0656403 A JP H0656403A JP 5115021 A JP5115021 A JP 5115021A JP 11502193 A JP11502193 A JP 11502193A JP H0656403 A JPH0656403 A JP H0656403A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 続いて起こる流れの混合を改善すると共に、
同時に熱伝達を機械的に簡単なかつ経済的な手段により
均等にするための解決を提案することである。 【構成】 装置は、圧力容器(1) 内に懸垂される、触媒
の充満した複数の改質装置管(4) を有し、これらの改質
装置管は、生成ガスを下方混合室(16)から圧力容器の頭
部空間(10)へ上向きに導管輸送するように意図されたジ
ャケット管(7) により部分的に囲まれている。本発明に
より、ジャケット管(7) を改質装置管(4)の端を越えて
突出させ、これによって改質装置管(4) ごとに個々の混
合室(16)を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力容器内に懸垂され
る、触媒を満たした複数の改質装置管を備え、各改質装
置管の少なくとも一つの区分にはジャケット管が設けら
れ、その目的は下方の混合室から圧力容器の頭部空間へ
上方へ流れる生成ガスを導管輸送することである、合成
ガスを発生させるための改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この形式の改質装置は、例えば本出願人
のドイツ特許明細書DE-35 32 413, DE-36 05 811-Aまた
はDE-38 13 864-Aから知られていると共に、ヨーロッパ
特許EP-0 171 786または米国特許US 4,337,170が匹敵す
る解決を与えている。
【０００３】合成ガス発生のためのこのような技術で
は、この形式の対流改質装置は、触媒を充満した改質装
置管を備えている。蒸気と炭化水素の混合物がこれらの
管へ送られて、そこで加熱され、そしてH 2 とCOを含む
ガスに変換されるが、改質装置管からの出口のガスの温
度は少なくとも680 ℃でありかつ圧力が上がっている。
吸熱反応に必要な熱はもう一つの源により与えられる。
全てのそのような源は、本願に共通な点として、この源
が改質装置管を出るガスより高い温度でかつほぼ同じ圧
力のガスであるが、そのモル質量流量は改質装置管を出
るガスのモル質量流量より大抵大きいという共通点をも
っている。別の特徴は、前記源のガスもH 2 ／COベアリ
ングガスであるが、低い含量の残留メタンを有すること
である。加熱ガスとして用いられる生成ガスは、生成ガ
スが対流改質装置の改質装置管内での反応のための熱源
として用いられる前に二つの流れが混合されるときに形
成される。 例：改質装置管の出口のガス： モル質量流量＝1059 kmol/ｈ, 温度700 ℃および圧力2
1.1バール 熱源からのガス: モル質量流量＝2532 kmol/h,温度880 ℃および圧力21.1
バール 混合物＝生成ガス＝加熱ガス: モル質量流量＝3591 kmol/h,温度816 ℃および圧力21.1
バール H 2 とCOの必要な産出高、したがって生成ガス内の残留
メタン含量の必要な低下を達成するために、対流改質装
置の全ての改質装置管をできるだけ均一に加熱すること
により、個々の改質装置管を出るガス流れの残留メタン
含量が互いにできるだけほとんど異ならないようにする
ことが必須である。
【０００４】適当な手段を用いて個々の改質装置管の間
で均一なガス分布を達成すると仮定する。これは、例え
ば送りラインに限定された圧力減少手段を取り付け、例
えば蒸気発生器の構造（絞りオリフィス板の設置）に用
いられる方法により達成できる。エネルギー保存の理由
のために、熱伝達の能率をそこなわずに胴側の圧力降下
をできるだけ少なくすることがなおいっそう重要であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、混
合、特に続いて起こる流れの混合を改善すると共に、同
時に改質装置管に作用する熱負荷を機械的に簡単なかつ
経済的な手段により均等にする解決を見出すことであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するに
は、本発明により、改質装置管を被覆する管が改質装置
管の端を越えて突出し、これによって改質装置管ごとに
個々の混合室が形成されるようにすればよい。
【０００７】改質装置管を被覆する管が重力の方向に改
質装置管の端を越えて突出しているために、強い個々の
要素の自己調整分配トレイが形成され、個々の供給量が
改質装置管を出る噴流により影響を受けないままであ
る。同時に、改質装置管からのガスが管に配分されたま
までありかつ徹底的な混合が達成されることが確保され
る。本発明により、管状要素を熱交換装置として用いる
ことには、強度と寸法安定性の利点があり、この特徴
は、均一な環状の流れ間隙を得るために改質装置管に連
結されている既知の性質の適当な案内要素によりさらに
高められる。
【０００８】本発明の一実施例では、ジャケット管が改
質装置管出口の同等直径の少なくとも八倍に等しい長さ
だけ改質装置管の端を越えて突出するようにし、それに
よって特に、改質装置管を出るガス流れが混合室から少
しも逃げないかまたはとるに足らない量しか逃げること
ができないように確保することを提案する。
【０００９】さらに、本発明では、ジャケット管の自由
端を、ガスの通過を許す開口を有する板により閉鎖する
ことを提案する。この付加的な手段は、認められる圧力
降下なしに熱源からガスが個々の混合室へ流れる状態の
均一性を確保するのに役立ち、その際第二の管の開放端
が一つまたは複数の開口のある板により閉鎖され、その
全横断面積は、この個所で個々の改質装置管を加熱する
ために意図された第二の熱源ガスの流速が流れ間隙の出
口流速の1.5 倍より大きくないのが好ましい。そのよう
な手段は、特に熱源からのガスの質量流量が改質装置管
を出るガスの質量流量に近づくときに有利である。
【００１０】本発明により、改質装置管が出口開口のあ
る触媒格子を越えて突出することもでき、かつその自由
端で先細になることもでき、その際ジャケット管が改質
装置管の自由端を越えて突出している。
【００１１】最後に、改質装置管の下方開放端が触媒格
子出口開口から「B1＝(0.5〜2)×D1」の距離にあり、D1
が下方開放端の内径であり、ジャケット管の下方開放端
が改質装置管の下方開放端からB2の距離にあり、B2は少
なくとも(D2 ＋0.5 ×D1) であり、D2は下方ジャケット
管端の内径であるようにすることができる。この特別な
変形例には、その過程で互いに突き当たって混合する二
つの限定された管の流れが作られるという利点がある。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。図１は、例として、慣用の蒸気改質装置10
0 と本発明による対流改質装置101を用いて水素102 を
生産する方法を示す。この例では、慣用の蒸気改質装置
100は、対流改質装置101 のための熱源に相当する。も
ちろん、ほかの熱源、例えば部分酸化または触媒部分酸
化ユニットも考えられる。ここに示した例では、慣用の
蒸気改質装置100 で得られるH 2 /CO-濃厚ガスがライン
103 を経て対流改質装置101 へ送られ、改質装置管104
からのH 2 /CO-濃厚ガスと混合後、それは改質装置管を
加熱するために使われる。対流改質装置101 では、蒸気
/ 炭化水素混合物がライン105 を経て改質装置管104 へ
送られる。その顕熱の大部分を消散した後、前述した二
つのH 2 /CO-濃厚ガスの混合物が約600 ℃、好ましくは
600 ℃以下の温度で生成ガスの形態で対流改質装置101
を出て、ライン106 を経て別の処理設備へ流れる。
【００１３】図１の他の符号は次のようになる。すなわ
ち、燃料107 、炭化水素108 、燃焼空気109 、ボイラー
供給水110 、輸送蒸気111 、冷却水112 、脱硫反応器11
3 、COシフトコンバータ114 、および圧力揺動吸収ユニ
ット115 を意味する。慣用の蒸気改質装置100 の下流の
廃熱回収設備は、蒸気発生器A 、蒸気過熱器B 、炭化水
素/ 蒸気予熱器C 、炭化水素予熱器D および燃焼空気予
熱器E からなる。
【００１４】図２は、本発明による装置1 を示す。この
装置は、H 2 /CO-濃厚ガスを熱源として導入するための
入口ノズル3 、蒸気/ 炭化水素混合物を入れるための入
口ノズル5 および冷却された生成ガスのための出口ノズ
ル6 を有する円筒状圧力容器2 からなる。圧力容器内に
は、触媒で満たした改質装置管4 がある。各改質装置管
4 は、流れ間隙8 を残してジャケット管7 により被覆さ
れている。改質装置管4 とジャケット管7 は上端で機械
的に接合されかつキャリア板9 に固定され、このキャリ
ア板9 は頭部空間10を対流改質領域11と底部空間12から
分離し、それにもかかわらず底部空間12と頭部空間10が
流れ間隙8 をへて連結されている。頭部空間10内では、
少なくとも一つのライン13が入口ノズル5 をキャリア板
9 の中空空間14と連結している。蒸気/ 炭化水素混合物
が中空空間14から複数の短い連結ライン15を通って改質
装置管4 のうちに分配される。蒸気/ 炭化水素混合物は
触媒で満たした改質装置管4 を通って頂部から底部へ流
れ、そしてその過程で過熱されてH 2 /CO-濃厚ガス混合
物に改質される。流れ間隙8 を通って上方へ流れる生成
ガスにより熱が供給される。各改質装置管端部はそれ自
体の混合室16を有する。この混合室16は、改質装置管4
の下方開放端18より低いジャケット管7 の下方の開放端
17により、この下方開放端18、流れ間隙8 への入口19お
よびジャケット管7 の突出距離A により区画されてい
る。この構造により、ガスが改質装置管4 から底部空間
12の中へ進むことができず、かつ入口ノズル3 を経て底
部空間へ流れるガス流れが個々の混合室16のうちに一様
に分配されるように確保される。
【００１５】耐火性絶縁層20は、圧力容器の壁を広くゆ
きわたっている高温から保護するのに役立つ。図３は、
第一の実施例において、個々の混合室１６の構造の一例
を示す。改質装置管４の開放端部１８が触媒格子２１を
備えており、その目的は改質装置管４に触媒２２を保持
することである。孔２３が触媒格子２１に設けられてお
り、これらの孔は触媒粒子より小さいが、ガスが混合室
１６の中へ通過できるほど充分に大きい。ジャケット管
７が環状の間隙を置いて改質装置管４を囲んでおり、前
記間隙は流れ間隙８であり、ジャケット管の下端１７は
改質装置管４の下方の開放端１８から距離Ａだけ間隔を
置いており、この例では触媒格子２１の下縁に特色があ
る。本発明の基本的思想から離れずに開放端１８の他の
構造が考えられることは明らかである。したがって、例
えば、触媒格子２１に加えて第二のトレイを触媒格子の
下に配置して取り付けることが可能であり、その際前記
トレイには孔が設けられ、これらの孔の大きさは触媒粒
子の大きさに依存しない。改質装置管４からガスを収集
するために触媒格子２１の下に小さな室を設けることが
可能であり、その際前記収集室として多数の構造変形例
が可能であり、そして前述した孔２３を円筒区分に位置
決めすることが等しく可能であり、そのとき出口流れが
水平方向にある。
【００１６】図３による構造の別の実施例を図４に示し
てあるが、図４では底部空間１２から混合室１６への流
れ条件がさらに好都合に影響を受けると共に、圧力降下
が無視できるほど小さく保たれる。それ故、図４では、
開放端１７には開口２５を有する板２４が取り付けられ
ている。開口２５の大きさは、個々の改質装置管４のた
めに意図されたガスのこの個所での速度を、流れ間隙８
からの出口での速度の1.5 倍を越えない値に制限するよ
うな大きさである。もちろん、意図した効果を開口２５
により生じさせることもできる、すなわちジャケット管
７を先細にすることによりまたは一つまたは複数の適当
な正確な管を板２４に取り付けることにより意図した効
果を生じさせることができる。同様に、開口２５の代わ
りにいくつかの小さな開口を設けることでも同じ結果を
達成するだろう。
【００１７】図５は、改質装置管４の延長部分における
触媒格子２１の下の管状要素２６に特色がある。出口開
口２３を出るガスがまず包まれ、そして区分Ｂ１を通過
した後、ガスが、Ｄ１の内径を有するその下方開放端１
８で要素２６を出る。高温の多量のガスがジャケット管
７の開放端１７を通って反対方向に流れる。二つのガス
噴流が混合室１６内で互いに突き当たり、そして改質装
置管４を加熱するために流れ間隙８へ流入する前に混合
する。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
混合、特に続いて起こる流れの混合を改善すると共に、
同時に改質装置管に作用する熱負荷を機械的に簡単なか
つ経済的な手段により均等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置を有する単純化されたプラン
トフローシートである。
【図２】本発明による装置の部分的に単純化された断面
図である。
【図３】改質装置／ジャケット管の下端部の変形例を示
す部分断面図である。
【図４】改質装置／ジャケット管の下端部の別の変形例
を示す部分断面図である。
【図５】改質装置／ジャケット管の下端部のさらにもう
一つの変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２ 圧力容器 ４ 改質装置管 ７ ジャケット管 １０ 頭部空間 １６ 混合室 １７ ジャケット管の下方開放端 １８ 改質装置管の下方開放端 ２１ 触媒格子 ２３ 改質装置管出口開口 ２５ 開口

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力容器内に懸垂される、触媒を満たし
    た複数の改質装置管を備え、各改質装置管の少なくとも
    一つの区分にはジャケット管が設けられ、その目的は下
    方の混合室から圧力容器の頭部空間へ上方へ流れる生成
    ガスを導管輸送することである、合成ガスを発生させる
    ための改質装置において、ジャケット管(7) が各改質装
    置管(4) ごとに個々の混合室(16)を形成する目的のため
    に改質装置管の端を越えて突出していることを特徴とす
    る改質装置。
  2. 【請求項２】 ジャケット管(7) は、それぞれの最大の
    改質装置管出口開口(23)の同等の直径の少なくとも八倍
    に等しい長さだけ改質装置管(4) の端部を越えて突出し
    ていることを特徴とする請求項１の改質装置。
  3. 【請求項３】 ジャケット管(7) の自由端には、開口(2
    5)を有する板が取り付けられていることを特徴とする請
    求項２の改質装置。
  4. 【請求項４】 改質装置管(4) が出口開口を備えた触媒
    格子(21)を越えて突出しかつその自由端が先細になって
    おり、ジャケット管(7) が改質装置管の自由端を越えて
    突出していることを特徴とする請求項１から３までのう
    ちのいずれか一つの改質装置。
  5. 【請求項５】 改質装置管(4) の下方開放端(18)が触媒
    格子出口開口(23)から「B1＝(0.5〜2)×D1」の間隔を置
    いて位置しており、D1は下方開放端(18)の内径であり、
    ジャケット管(7) の下方開放端(17)が改質装置管(4) の
    下方開放端(18)からB2の間隔を置いて位置し、B2は少な
    くとも(D2 ＋0.5 ×D1) に等しく、D2は下方のジャケッ
    ト管端の内径であることを特徴とする請求項４の装置。
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