JPH10273303A - 熱交換型改質反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温のガスと熱交換する反応管を管板に多数
取り付けることが可能で、反応管を取り付けた管板を支
持し、原料側と生成した合成ガス側の分離が可能で、管
板の熱膨張による歪みが吸収できて、取り付け、補修工
事が容易な反応管用上部管板支持・シール構造体を提供
すること。 【解決手段】 反応管が上部管板に取り付けられ、熱交
換型改質反応器の円筒胴の内周に設けられた、環状の管
板用金属製支持部の上に該上部管板の下面周縁部がガス
ケットを介して滑り可能に載置され、締結手段により上
部管板と管板用金属製支持部がガスケットを介して気密
に圧接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタノール合成ガ
スのような水素に富む合成ガスを、自己発生熱を利用し
て製造するための熱交換型改質反応器に関するものであ
り、更に詳しくは一次改質用反応管を取り付ける上部管
板、上部管板支持部、シール構造を有する熱交換型改質
反応器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メタノール合成ガス又はアンモニア合成
ガスのような水素に富む合成ガスを天然ガスのような炭
化水素を原料として二段階で製造する方法は公知であ
る。これらのガスの製造技術は極めて高度化しており、
原料原単位の向上が重要であるが、これを達成すること
は極めて難しい。従って、一次改質と二次改質との双方
を１つの反応器で実施し得るように構成し、高価な反応
器と不可欠な連結装置とを削減することおよびその間に
発生する熱を吸熱反応に有効に利用して、製造プロセス
の総原価を低減するのが好ましい。

【０００３】例えば、アンモニア合成では、炭化水素と
水蒸気との混合物を接触反応させて一酸化炭素と水素と
を生成する。この反応は一般に一次改質と言われてお
り、吸熱反応であり、一部炭化水素が残存する。次に必
要なのは窒素の導入であり、一般には空気として窒素を
導入して残存炭化水素を燃焼して温度を上げ、改質を進
行させて、所望のアンモニア合成ガスを生成する。これ
は二次改質と言われており、ガス温度は８５０〜１３０
０℃の高温になる。

【０００４】従来の工業用アンモニア合成に於いては、
一般に一次改質ステツプと二次改質ステップとを別々の
反応器で実施しているので二次改質ステップで発生する
熱を水蒸気として回収し、一次改質ステツプで必要な熱
は別途供給している。しかし、同一反応器内で二次改質
ステップで生じた熱を一次改質に利用する方法が特許公
開公報昭６０−１８６４０１号、特許公開公報平１−２
６１２０１号、特許公開公報平２−１８３０３号、特許
公開公報平６−２１９７０６号に開示されている。

【０００５】特許公開公報昭６０−１８６４０１号に開
示された合成ガスの自熱製造方法及びその反応器では、
熱交換室と、熱交換室に水蒸気とフィードガスとを導入
する第１導入口と、熱交換室に内蔵されており一次改質
反応を生起する触媒を収容し得る反応管と、一次改質反
応後のガス状生成物を反応管から燃焼反応室に移送すべ
く反応管と連通する手段と、燃焼反応室に酸素又は酸素
濃厚空気を導入する第２導入口と、熱交換室と燃焼反応
室とを隔離する隔壁とを備えており、隔壁が燃焼反応生
成物を通過せしめて第２触媒ゾーンに移行せしめる手段
を備えており、前記手段を介して燃焼反応生成物は付加
的改質反応を生じて合成ガスを生成すべく触媒床を通過
し第２触媒ゾーンに到達し得ること、及び、合成ガスの
排出ロが第１導入口のほぼ近傍で前記反応器に設けられ
ており、合成ガスが導出口から出る前に反応管の周囲を
通過して反応管内の一次改質反応に必要な熱を供給し同
時に冷却されるように構成されている。しかし、この方
法では、上下の管板の間に多数の反応管が取り付けら
れ、これらが反応装置の上部の壁（鏡板）から懸吊手段
２５により反応装置内に懸吊されているが、懸吊手段２
５の取り付けは、上下の管板に取り付けられた反応管
（チューブバンドル）を、円筒胴に組み込んだ後に、反
応装置の上部の壁から懸吊するので、工事が複雑であ
る。また、最外周の反応管と反応装置の円筒胴との隙間
が大きくなるので、チューブバンドルを納めるには円筒
胴の径を大きくする必要がある。さらに、この装置で
は、鏡板及び懸吊手段２５が一次改質反応管の胴側を流
れる高温の合成ガスにより、過熱されるおそれがある。

【０００６】特許公開公報平１−２６１２０１号には、
水蒸気改質反応および部分酸化反応（燃焼反応とも言
う）により炭化水素から改質ガスを製造する際に、竪型
円筒状の改質反応器の上部に二個の管板を設置して、第
一管板には下部に多数の細孔を有する内管を垂直に懸垂
し、第二管板には内管との間隙部に触媒の充填された反
応管を垂直に懸垂し、炭化水素と水蒸気の混合物を第一
管板と第二管板の間に導入して触媒層上部で改質し、反
応器上部の空間より空気を導入して触媒層下部で部分酸
化反応を行い、反応ガスは上昇して反応管を加熱する方
法が開示されている。しかし、この方法では、竪型円筒
状の反応器の上部に、二個の管板を設置し、最上部管板
には下部に多数の細孔を有する内管を垂直に懸垂し、下
側の管板には内管との間隙部に触媒を充填した反応管を
懸垂している。これらの二個の管板は反応器の円筒胴に
取り付けられるので、取り付け工事が複雑であり、手間
がかかる。さらに、管板の熱膨張による歪みを吸収する
ことは困難である。

【０００７】また、特許公開公報平２−１８３０３号に
は、水蒸気改質反応および部分酸化反応により炭化水素
から改質ガスを製造するに際し、竪型円筒状の改質反応
器の上部に管板を設置して、触媒の充填された複数の反
応管を垂直に懸垂し、反応管下端に反応管群のみを固定
する下部管板を設置し、下部管板に内筒を垂直に懸垂
し、この内筒の上部に反応器外から導入される酸素供給
管を設置し、内筒の下部に触媒充填層を有する反応器が
開示されている。しかし、この方法では、一次改質反応
管及びそれに充填された触媒のみならず、二次改質触媒
とその容器も懸垂せねばならないので、大型の反応器に
適用する場合にはその懸垂部は過大な重量に耐えねばな
らず、設備費が過大になるおそれがある。その他、二次
改質触媒充填層を収容する内筒は高温に耐えるために、
特殊な耐熱金属性のものを使用しなければならない。

【０００８】特許公開公報平６−２１９７０６号には、
燃焼反応室および二次改質触媒層を反応器の上部に設置
し、二次改質ガスをベロー管を用いて一次改質反応の熱
交換室の下部に導入する断熱型リホーマー反応器を開示
している。しかしながら、この方法では、管板に多数の
反応管の取り付けられたチューブバンドルを交換するに
は、反応器上部の二次改質触媒床を取り外さねばなら
ず、補修時の工事が困難であるという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】高温のガスと熱交換す
る反応管を管板に多数取り付けることが可能で、反応管
を取り付けた管板を支持し、原料側と生成した合成ガス
側の分離が可能で、管板の熱膨張による歪みが吸収でき
て、取り付け、補修工事が容易な反応管用上部管板構造
体を有する熱交換型改質反応器を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、一次改質
反応管用の上部管板構造体について、反応器の円筒胴の
内周に管板用金属製支持部を設け、該管板用金属製支持
部の上に反応管の取り付けられた上部管板の縁を載置
し、シール継手を管板用金属製支持部の上面周縁部と円
筒胴の内周に気密に固定することにより、又は、該管板
用金属製支持部の上にガスケットを介して反応管の取り
付けられた上部管板の縁を載置し、両者を圧接すること
により、上記問題点を解決できることを見いだし本発明
を完成するに至った。

【００１１】すなわち本発明は、炭化水素を水蒸気によ
り一次改質するための反応管を内蔵する熱交換室と、該
反応管を出たガスを集めるコレクタと、コレクタから燃
焼反応室にガスを供給する鉛直管と、該反応管を出たガ
スを部分酸化するための燃焼反応室と、部分酸化後のガ
スを二次改質するための二次改質触媒室とを備え、二次
改質後のガスを熱交換室に供給して反応管を加熱する熱
交換型改質反応器において、反応管（４）が上部管板
（５）に取り付けられ、熱交換型改質反応器の円筒胴の
内周に設けられた、環状の管板用金属製支持部（６１）
の上に該上部管板（５）の下面周縁部が滑り可能に載置
され、該上部管板（５）の周縁部がシール継手（６３）
に気密に固定され、シール継手（６３）が熱交換型改質
反応器の円筒胴の内周に気密に固定されている熱交換型
改質反応器に関するものであり、シール継手（６３）
が、縦断面が折れ曲がり部、例えば、Ｚ字型、逆Ｌ字
型、Ｊ字型、Ｓ字型、Ｔ字型、コの字型、これらの変形
型、又はこれらの複合型であり、管板用金属製支持部
（６１）が一つの円環状又は分割された円環状をなすこ
とを特徴とする熱交換型改質反応器に関するものであ
る。また本発明は、炭化水素を水蒸気により一次改質す
るための反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出た
ガスを集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガ
スを供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化
するための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質
するための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガス
を熱交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反
応器において、反応管（４）が上部管板（５）に取り付
けられ、熱交換型改質反応器の円筒胴の内周に設けられ
た、環状の管板用金属製支持部（６１）の上に環状のガ
スケット（７１）を介して該上部管板（５）の下面周縁
部が載置され、植え込みボルトとその累合有底穴又はボ
ルト及びナットのような締結手段（７２）により該上部
管板（５）と管板用金属製支持部（６１）とがガスケッ
ト（７１）を介して気密に圧接されることを特徴とする
熱交換型改質反応器に関するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】熱交換型改質反応器では、原料ガ
スと水蒸気との混合物を、燃焼反応生成物と向流する方
向で、触媒層に通すことによって一次改質処理する。該
混合物は一次改質触媒を収容した反応管を通過し水素及
び一酸化炭素を生成し、燃焼反応室に移行し残存する炭
化水素を酸素又は酸素濃厚空気と接触して燃焼して高熱
量を発生する。燃焼反応生成物は二次改質触媒層に移
り、さらに合成ガスを生成する。合成ガスは反応管の外
部を通過する。従つて、燃焼により発生した熱が反応管
を加熱し、吸熱反応である一次改質に必要な熱として利
用される。

【００１３】本発明で使用される原料ガスとしては、炭
化水素、アルコール類が挙げられる。炭化水素として
は、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素、
天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ等が例示される。

【００１４】一次改質触媒としては、ニッケル系触媒、
亜鉛−クロム系触媒が例示され、反応管入口には低温高
活性触媒を充填してもよい。例えば、直径が５ｍのよう
な反応器では、一次改質触媒を充填した多本数の反応管
とそれを取り付けた管板の重量は１００ｔ以上になる。
二次改質触媒としては、高温用ニッケル系または白金系
触媒が例示される。

【００１５】本発明の熱交換型改質反応器により得られ
る合成ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水分等
からなるガスであり、メタノール合成、アンモニア合
成、水素製造、オキソアルコ一ル合成、フィッシャー・
トロプシュ法炭化水素合成（合成ガソリン）等に使用さ
れる。

【００１６】以下本発明を図によって説明する。はじめ
に、全体図１につき、炭化水素を原料ガスに用いた場合
について説明する。図１において、熱交換型改質反応器
全体が参照番号１で示され、以下反応器と称する。反応
器は熱交換室２を備えており、また水蒸気と炭化水素と
の混合物の導入ロ３を備える。複数の反応管４（図１で
は２本のみ示す）が上部管板５、下部管板６に取り付け
られ熱交換室に内蔵されている。反応管４の内部には、
一次改質触媒層７（固定床）が形成される。円錐状のコ
レクタ１０は鉛直管１１を備える。コレクタ１０は下部
管板６の近傍で反応管４と連通して配置され、一次改質
反応後のガスを反応管４から反応器の下部に備えられた
燃焼反応室１２に移行させる。図示のコレクタ１０は円
錐状であるが、別の形状を使用し得ることも容易に理解
されよう。燃焼反応室内部で燃焼を生じさせるための酸
素（又はアンモニア合成においては酸素濃厚空気）の導
入ロ１３が反応器底部に設けられている。燃焼反応室１
２と熱交換室２とを分離し、二次改質触媒室１６を形成
するために鉛直管１１の末端近傍に球殻状触媒床１４が
備えられている。球殻状触媒床１４に複数の開孔１５が
設けられており、これら開孔は、燃焼反応生成ガスを通
過せしめて二次改質触媒室１６に導入する手段として機
能する。燃焼反応生成ガスはこの触媒層１６を通過し、
二次改質処理を受けて所望の合成ガスを生成する。前記
の如く生成された合成ガスは二次改質触媒室１６から上
昇する。ついで、合成ガスはバッフル２０によつて誘導
される。バッフル２０は反応管と高熱の反応生成物とを
緊密に接触させるために反応管４の外部を包囲してい
る。これにより、燃焼によって発生した熱を反応管４内
部で生じる吸熱反応に必要な熱として有効利用し得る。
図１では、導入口３のほぼ近傍に熱交換後の合成ガスの
排出口２１が設けられている。合成ガス排出ロ２１から
排出されたガスは、精製処理及び、メタノール合成（又
はアンモニア合成）処理を受ける。反応器は、点検又は
その他の保守を行なうために作業用通路２２を備える。
必要な場合は、流れを分散させるため又は燃焼反応室に
付加的燃料ガスもしくは水蒸気を導入するための付加的
な入口及び出口を反応器に配設してもよい。

【００１７】次に、上部管板構造体について図２により
説明する。本発明で、上部管板構造体６２は、前記管板
用金属製支持部６１、上部管板５及びシール継手６３か
らなる。燃焼反応室１２の上部には円筒胴９の内周に沿
って、管板用金属製支持部６１が円環状に設けられてい
る。該管板用金属製支持部６１の上に上部管板５の下面
周縁部が載置される。上部管板５の直径は、円筒胴９の
直径よりも少し小さく、円環状の管板用金属製支持部６
１の内周側直径よりも大きいので、上部管板５の熱によ
る膨張、収縮時に管板用金属製支持部６１の上を滑るこ
とができる。また、上部管板構造体が図１３のもので
は、この形式の上部管板構造体７０は、前記管板用金属
製支持部６１、上部管板５及びガスケット７１からな
る。

【００１８】本発明の熱交換型改質反応器における上部
管板構造体の上部管板について、さらに、図２により説
明する。上部管板５は平板であっても、荷重に対する反
力を大きくとれるように、上に凸の球殻状構造であって
も良い。上部管板５は、管板用金属製支持部６１の上に
載置されるので、上部管板５の下面周縁部に、必要であ
れば、切り欠き段差部６４を設けて、該切り欠き段差部
６４が管板用金属製支持部６１の上に係合載置され、膨
張、伸縮時に管板用金属製支持部６１の上を滑ることに
より、上部管板５と管板用金属製支持部６１の伸縮の差
を吸収することができる。上部管板５は、シール継手６
３を取り付けるために、上部管板５の上面周縁部に凸部
６５を設けたり、凹部６６（図９参照）を設けたり、切
り欠き部６７（図４参照）を設けて、シール継手６３の
下端をそれらの部分に溶接することができる。また、凸
部６５、凹部６６、切り欠き部６７の形状、寸法はシー
ル継手６３の取り付け、取り外しに便利なように選ばれ
るが、これらは本発明の範囲内である。上部管板５の材
質としては、例えば、炭素鋼、例えば２５Ｃｒ−２０Ｎ
ｉ−０．２Ｃ鋼、ＳＵＳ３１６ＨＴＢのような耐熱鋼、
例えば２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼、１¹/
₄Ｃｒ−Ｍｏ鋼のような低合金鋼、ステンレス鋼、ステ
ンレス合金等が挙げられる。

【００１９】上部管板５には多本数の反応管４が取り付
けられ、反応管４の下端部は下部管板６に取り付けられ
ている。従って、反応管に充填された触媒７及び上下管
板５、６の重量は、主として管板用金属製支持部６１に
よって支えられる。なお、上下管板５、６に取り付けら
れた多本数の反応管群をチューブバンドルとも言う。

【００２０】本発明の熱交換型改質反応器における上部
管板構造体のシール継手について図２により説明する。
シール継手６３の下端は、その周全体において、上部管
板５の上部周縁部、特に、前記凸部６５、凹部６６、切
り欠き部６７において、周全体に溶接等により気密に固
定される。シール継手６３の上端は円筒胴９の上部の鏡
板近傍に、又は鏡板８（以上円筒胴９の上部の鏡板近傍
及び鏡板８を含めて熱交換型改質反応器の円筒胴の上部
という）に、それらの周全体に溶接等により気密に固定
される。従って、シール継手６３により、原料である炭
化水素と水蒸気の混合物と生成物である合成ガスとは完
全に分離される。シール継手６３は、原料である炭化水
素と水蒸気の混合物と生成物である合成ガスとの圧力差
は１０ｋｇｆ／ｃｍ²以下と小さいので、薄い板状、円
筒状、円盤状又は円環状の金属材料を組み合わせて使用
することが可能である。シール継手６３の形状は、単な
る円筒状でも良いが、好ましくは、上部管板５に反応管
を多数設置できて、上部管板５の熱による膨張、収縮あ
るいは反応時のガス流による振動に対応できるものであ
る。このため、シール継手６３の上端と下端の間は、縦
断面が折れ曲がり部を持つもの、例えば、Ｚ字型、逆Ｌ
字型、Ｊ字型、Ｓ字型、Ｔ字型、コの字型、これらの変
形型、これらの複合型、蛇腹型、ベローズ継手型等種々
の構造を持つものが使用できる。シール継手６３は、好
ましくは、薄い板状、帯状、円筒状、円盤状又は円環状
の金属材料を使用して、現地で溶接によりシール継手６
３に形成できたり、あるいは、シール継手６３を例えば
二分割しておき、一方は上部管板５の上部周縁部全体に
取り付けておき、他方は鏡板に取り付けておき、チュー
ブバンドルを組み込み、鏡板で円筒胴を覆った後、分割
されたシール継手の境（各図のＥ）を溶接できるように
してもよい。特に、上部管板５の上部側面の切り欠き部
６７（図３等）にシール継手６３の下端を溶接すること
により、上部管板５の表面に多本数の反応管を設置する
ことができる。シール継手６３の材質としては、例え
ば、炭素鋼、例えば２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−０．２Ｃ鋼、
ＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系耐熱鋼、例えば
２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼、１¹/₄Ｃｒ
−Ｍｏ鋼のような低合金鋼、ステンレス鋼、ステンレス
合金等が挙げられる。シール継手６３を、上記の構造に
することにより、反応器の現地組立が容易になり、更
に、補修、点検は、シール継手の溶接部を除去すること
により行うことができる。特に、最終溶接点を作業用通
路側に設けることにより、組立工事、取外し工事を容易
に行うことができる。また、これらの簡単な形状の材料
を用いること、材料を適正に組み合わせることにより、
現地で溶接する部分はできる限り局部焼鈍を少なくする
ことができる。

【００２１】本発明の熱交換型改質反応器における上部
管板構造体の管板用金属製支持部について図２により説
明する。管板用金属製支持部６１は、多本数の反応管の
取り付けられた上部管板５の下面周縁部、特に切り欠き
段差部６４、が載置されるので、その幅は限定され、高
温で、反応管、触媒、管板の重量を支えることができる
強度が要求される。管板用金属製支持部６１は、燃焼反
応室１２の上部の円筒胴９の内周に沿って、円環状に設
けられる。円環は断続的であっても、一つの円環であっ
てもよい。又、管板用金属製支持部６１が一つの円環の
場合には、その内周に切り欠き部を設けて金属の熱収縮
差を逃げるようにしてもよい。管板用金属製支持部６１
の材質は円筒胴９の材質と同じでも異なっていてもよい
が、溶接等により円筒胴９に強固に取り付けられ、上下
管板、反応管、一次改質触媒の重量を支えるに十分な強
度を持つものである。管板用金属製支持部６１は、幅が
例えば５０〜２００ｍｍで、厚みが５０ないし２００ｍ
ｍ程度のものである。管板用金属製支持部６１は板状で
も、縦断面が直角三角状でも、直角台形状でも良い。管
板用金属製支持部６１は、高温時の荷重に対して座屈に
強い構造とするために、補強材として例えば、直角三角
形型肘宛を管板用金属製支持部６１の下面と、円筒胴９
の壁面に、直角を挟む各辺を溶接して設けることができ
る。管板用金属製支持部６１の材質としては、炭素鋼、
低合金鋼、例えば２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、１Ｃｒ−¹/₂Ｍ
ｏ鋼、１¹/₄Ｃｒ−Ｍｏ鋼、ステンレス鋼、ステンレス
合金等が挙げられる。一般に、管板用金属製支持部は耐
火材又は断熱材により覆われ、熱の貫流が低減され、貫
流した熱は反応器の円筒胴を介して熱伝導によって自然
に冷却される。

【００２２】本発明の熱交換型改質反応器における上部
管板構造体は上記のようであるので、上部管板５の重量
を支える部分は管板用金属製支持部６１の上に載置され
る上部管板５の下面周縁部のみであり、かつシール継手
の取り付け部分も上部管板５の上面周縁部のみであるの
で、反応管４を上部管板５の周縁近くまで配置すること
が可能であり、逆に言えば、円筒胴９の径を小さくする
ことができる。また、図１３に示すように、ボルトのよ
うな締結手段が設けられる場合には、さらにある程度の
幅が要求される。従って、ボルトの取り付けられる部分
のみ幅を広くして他の部分の幅を狭くして反応管を多く
取り付けられるようにしてもよい。管板用金属製支持部
６１は、その上面内周縁部にガスケットと圧設するため
の台状の凸部を設けてもよい。上部管板５の下面には、
この台状凸部に対応して台状凹部を設けて、ゆるく嵌合
できるようにして熱膨張差を吸収できるようにしてもよ
い。また、前述のごとく、管板用金属製支持部６１は、
切り欠き段差部６４に係合するように、管板用金属製支
持部６１の内周側上面部に段差部６８を設けてもよい
（図１５）。また、ボルト及びナットの組み合わせで固
定する場合には、管板用金属製支持部６１に設けられる
穴も、穴の入口径がずれの生じる方向（半径方向）に長
い穴である。この場合、前記切り欠き部を穴まで接続し
て、金属の熱収縮差を逃げるようにしてもよい。

【００２３】反応器の円筒胴９の内面は、熱伝導を最も
少なくする材料、例えば、耐火材や断熱材によって断熱
されていることが好ましい。これらは、性質の異なるも
のを複数の層に張っても良い。反応器の円筒胴９の外面
も、自然冷却が必要な部分を除き熱伝導を最も少なくす
るために断熱材によって断熱されていることが好まし
い。この結果、放熱が抑えられ、反応器の近傍の作業員
の安全が確保され、同時に円筒胴材料としてより安価な
材料を使用し得るので設備費を下げることができる。

【００２４】管板用金属製支持部６１、上部管板５、シ
ール継手６３、ガスケット７１等の外面は、断熱材又は
耐熱材で被覆し、放熱や材料の劣化を防ぐようにするこ
とができる。断熱材、耐熱材としては、耐火レンガ、耐
火タイル、強化セラミック、石綿、珪酸カルシウム、発
泡軽量コンクリート、蛭石系モルタル、セラミックファ
イバー、石綿、グラスウール、ロックウール等が挙げら
れる。とくに、シール継手６３と管板用金属製支持部６
１の間の部分、並びに、シール継手６３と円筒胴９の間
の部分のような熱膨張により変形する部分は耐熱性のク
ッション材３７により覆われることが好ましい。耐熱性
クッション材３７としては、石綿、珪酸カルシウム、セ
ラミックファイバー、石綿、グラスウール、ロックウー
ル等が挙げられる。

【００２５】管板用金属製支持部６１とその上に載置さ
れた上部管板５、シール継手６３、断熱材３５、耐熱性
クッション材３７、円筒胴９、鏡板８の関係を図３〜１
２に示す。上部管板５は、周縁部の管板用金属製支持部
６１に載置される部分に切り欠き部を持ち、熱膨張、伸
縮に対して管板用金属製支持部６１の上をすべることが
できる。鏡板と円筒胴をつなぐ溶接部は、シール継手と
円筒胴の溶接位置よりも、上にあっても下にあっても良
い。なお、図でＥは最後に溶接する位置を示す。図３は
本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上面周
縁部に切り欠きを持ち、縦断面が逆Ｌ字型のシール継手
を持つ上部管板構造体の一例である。断熱材はシール継
手全体を覆い、原料ガス混合物から遮蔽される。図４は
本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上面周
縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形逆Ｌ字型のシール
継手を持つ上部管板構造体の一例である。断熱材、耐熱
性クッション材は継手全体を覆い原料ガス混合物から遮
蔽される。鏡板を覆う断熱材はシール継手を覆う断熱材
とは分離されている。図５は本発明の熱交換型改質反応
器において、上部管板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦
断面がコの字型と直線のシール継手を持つ上部管板構造
体の一例である。断熱材、耐熱性クッション材は継手全
体を覆い原料ガス混合物から遮蔽される。鏡板を覆う断
熱材はシール継手を覆う断熱材とは分離されている。図
６は本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上
面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形コの字型と直
線のシール継手を持つ上部管板構造体の一例である。図
７は本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上
面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形コの字型と直
線のシール継手を持ち、シール継手部分を断熱材で覆っ
た上部管板構造体の一例である。図８は本発明の熱交換
型改質反応器において、上部管板上面周縁部に切り欠き
を持ち、縦断面が変形コの字型と直線のシール継手を持
ち、シール継手部分を断熱材で覆った上部管板構造体の
他の一例である。図９は本発明の熱交換型改質反応器に
おいて、上部管板上面周縁部に凹部を持ち、縦断面が変
形コの字型と直線のシール継手を持ち、シール継手部分
を断熱材で覆った上部管板構造体の一例である。図１０
は本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上面
周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がコの字型と直線のシ
ール継手を持ち、シール継手部分全体を断熱材で覆った
上部管板構造体の他の一例である。図１１は本発明の熱
交換型改質反応器において、上部管板上面周縁部に切り
欠きを持ち、縦断面がＪ字型と逆Ｌ字型を組み合わせた
シール継手を持つ上部管板構造体の一例である。図１２
は本発明の熱交換型改質反応器において、上部管板上面
周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がＪ字型と逆Ｌ字型を
組み合わせたシール継手を持つ上部管板構造体の他の一
例である。

【００２６】本発明の熱交換型改質反応器において、上
部管板構造体のガスケットについて図１３により説明す
る。ガスケット７１は、使用中の形状は円環板状であ
り、管板用金属製支持部６１の上面内周縁部と上部管板
５の下面周縁部との間に切れ目無く設けられ、管板用金
属製支持部６１と上部管板５がガスケット７１を介して
締結手段７２により強く圧接され、ガスケット７１の内
周側空間と外周側空間とは気密的に分離（シール）され
る。この結果、原料である炭化水素と水蒸気の混合物と
生成物である合成ガスとはガスケット７１を介して空間
的に分離され、原料ガスと生成ガスの混合が防がれる。
ガスケット７１は、図１４に示すように、薄い金属製の
円環状板を重ねて形成したものを使用することが可能で
ある。金属板は、円環状板が平面でもよく、あるいは、
円錐台の側面のようにテーパーを持っていて締結圧力に
対して弾力性を持たせるようにしてもよい。ガスケット
７１は、上部管板５と管板用金属製支持部６１の熱膨張
・収縮によるずれに対しても気密性を保てる材料あるい
は構造のものが用いられる。ガスケットとしては、ボル
テックスガスケット、石綿入りメタルガスケット又はフ
ァインフレックス入りガスケット等のガスケットが挙げ
られる。ボルテックスガスケットは、ガスケットの内外
周が金属製リングでできており、石綿とステンレス波板
をスパイラル状に形成したものであり、石綿入りメタル
ガスケットはステンレス製のシェルの中に石綿を封入し
たものである。前述のように、薄板を重ねて使用する場
合には、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ製等の
ものが挙げられる。

【００２７】締結手段７２は、具体的にはボルト及びナ
ット、植え込みボルト及びそれに累合する穴、クラン
プ、荷重、差圧あるいは電磁力手段等である。図２で
は、植え込みボルトを例示している。上部管板５には、
ガスケット７１に接触する部分より外側の周縁部に、締
結手段７２を挿通する貫通穴７３が設けられている。植
え込み部の穴７４はボルトに累合できる穴であり、気密
を保つ関係上、好ましくは有底穴である。上部管板５の
下面周縁部はガスケットを介して管板用金属製支持部６
１の上に載置され、両者は締結手段７２により強く圧接
されるが、上部管板５と管板用金属製支持部６１の熱膨
張・収縮を、相互にずれることにより、吸収することが
できる。このため、締結手段７２の挿通する上部管板５
に設けられた穴７３は、図４（Ｂ）に示すように、穴の
入口径がずれの生じる方向（円筒胴の半径方向）に長い
穴である。また、ボルト及びナットの組み合わせで固定
する場合には、管板用金属製支持部６１に設けられる穴
も、穴の入口径がずれの生じる方向（半径方向）に長い
穴である。また、他の例としては、ボルトが管板用金属
製支持部６１の上面に一体として突設されており、上記
貫通穴を持つ上部管板５に該突設ボルトを挿通し、ナッ
トにより締結してもよい。この逆の取り付け方でもよ
い。ボルト座面及び／又はナット座面と上部管板５及び
／又は管板用金属製支持部６１の間には前記ずれに対応
できるように波形滑りワッシャー、ベアリング等を設け
てもよい。ガスケットの接する管板用金属製支持部６１
と上部管板５の面は、それぞれ平滑な面であるが、ガス
ケット材料が変形して食い込み、シール性を増すため
に、わずかに粗面又は溝を持っていてもよい。

【００２８】以下、反応工程について説明する。一次改
質反応は６００〜８００℃で行われるので、原料炭化水
素と水蒸気は４００〜６００℃に予熱される。水蒸気改
質反応における反応量を多くすれば、燃焼反応の反応量
が少なくなり酸素使用量は少なくてすむ。従って、メタ
ノール合成では改質反応域における反応量をできるだけ
多くするような反応管の伝熱面積、触媒量が選択され
る。アンモニア合成では、窒素源として空気を使用する
ので部分酸化用のための炭化水素の量が多くされる。生
成ガス及び未反応炭化水素は燃焼反応室に導かれる。一
次改質反応に続いて部分酸化反応が行われるために、燃
焼反応室下部から酸素含有ガスが燃焼反応室に導かれ
る。この酸素含有ガスは部分酸化反応に供された後、改
質ガスに混入するので、酸素含有ガス中の不活性成分が
改質ガスに含まれる。このため酸素含有ガスは、アンモ
ニア合成の場合の如く不活性成分（窒素）が反応に供さ
れる場合以外はできるだけ高純度であることが望まし
く、その用途によって純酸素ガスや空気、富酸素空気等
が用いられる。部分酸化反応は、燃焼速度が大きい水素
が優先して酸化され、最高温度が１４００〜１７００℃
に達するが、未だ多くの炭化水素が残っており、不安定
でありカーボンの生成を起こし易い。部分酸化反応に続
いて、二次改質反応が行われる。二次改質触媒室１６に
は高温に耐えるニッケル系触媒が充填されている。この
段階で、改質反応におけるほぼ平衡に近い組成が得られ
る。二次改質触媒層よりのガスは、温度８５０〜１２０
０℃となって上部にある複数の反応管４を備えた熱交換
室２に導入され、反応管に熱を与えるので、ガス温度は
２００℃以上低下して排出される。

【００２９】メタノール合成ガスの製造を例にとると、
水蒸気と天然ガスとの混合ガスを圧力が１０〜１００気
圧、好ましくは２５〜８５気圧で、約４００〜６５０℃
で導入ロ３から反応器１に導入する。混合物は上部管板
５の開ロより反応管４に入り、一次改質触媒層７を通過
し反応管４から出る。反応管出ロ温度は７００〜８００
℃である。反応管４から出た一次改質ガスは円錐状コレ
クタ１０に入り鉛直管１１を経由して反応器１の下部に
到達し燃焼反応室１２に入る。純酸素を導入ロ１３から
燃焼反応室に導入して燃焼を生起する。燃焼反応生成物
は約１０００℃以上であり球殻状触媒床１４の開ロ１５
を通つて二次改質触媒室１６を通り、二次改質反応が生
じる。二次改質触媒室１６においては、原料炭化水素の
９０％以上、さらには９５％以上を改質するのが望まし
く、このため二次改質触媒室１６の出口温度が８５０〜
１２００℃となるように酸素含有ガス量の調節等が行わ
れる。上記条件で得られる改質ガスの一例として、メタ
ンを主成分とする天然ガスを原料に用いメタノール合成
用ガスを製造する場合には、改質後のガスの組成は、水
素／酸化炭素類のモル比が２．１〜２．５、残存メタン
が０．１〜３mol％以下となり、メタノール合成に適し
たガス組成が得られる。

【００３０】つぎに、アンモニア合成ガスの製造を例に
とると、水蒸気と天然ガスとの混合物を約５００〜７０
０℃で導入ロ３から反応器１に導入する。混合物は上部
管板５の開ロと反応管４とを順次通過し反応管から出て
円錐状コレクタ１０に入り鉛直管１１を経由して反応器
１の下部に到達し温度約６００〜７６０℃で燃焼反応室
１２に入る。酸素含有率が約２５容量％以上である酸素
濃厚空気を導入ロ１３から燃焼反応室に導入して燃焼を
生起する。燃焼反応生成物は約１３００〜１９００℃で
あり球殻状触媒床１４の開ロ１５を通つて二次改質触媒
室１６を通り、二次改質反応が生じる。二次改質反応に
よって生成した合成ガス混合物の温度は約８００〜１１
５０℃であり、上昇して反応管４と接触し、熱交換を行
う。その結果、反応管４内部の水蒸気と炭化水素との混
合物が加熱され、合成ガス混合物は冷却される。排出口
２１を出る合成ガス混合物の温度は約５００〜７００℃
である。反応器の内部圧力は主として大気圧から合成ガ
ス転化圧力までの範囲であり、後者は使用した処理条件
に左右されるが現行の技術では約１００ｋｇｆ／ｃｍ²
である。アンモニア合成ガスの製造に使用される圧力は
一般には約５０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

【００３１】上記二次改質反応において、酸素又は酸素
濃厚空気と共に水蒸気や炭酸ガス又はこれらの混合ガス
を燃焼反応室に導入することもできる。水蒸気や炭酸ガ
スを追加導入して一次改質反応で生じた不足分を補給で
きる。また、水蒸気や炭酸ガスの導入によつて燃焼温度
の調整が容易になり、手前に設けられる酸素濃厚空気予
熱装置の効果を高めることができる。

【００３２】本発明で示した改質反応器は、従来の方法
及び装置に比較して重要な利点を有する。先ず、反応器
の設備費が従来の水蒸気を別途発生回収する合成ガス製
造装置に較べて廉価である。また、改質反応器は、高圧
改質処理に容易に使用し得、装置のモジュール化に極め
て適している。原油等の随伴ガスの利用において極めて
適している。また、起動時間を短縮し、その結果として
ガスの使用量を節約し得る。また、改質反応器の待機時
間を短縮し、このため、合成装置が稼働していないとき
のガスの無効使用量を低減する。また、従来の多数パ
ス、多数バーナ型燃焼一次改質装置より起動と制御との
自動化が容易である。更に、上記改質反応器は上から順
に熱交換室と二次改質触媒層と燃焼反応室とが配置され
た鉛直型反応器であるが、本発明の開示の範囲内におい
てこれらの配列を変更した反応器の構成も本発明の範囲
内である。

【００３３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例では図示の如く触媒を内蔵した反応管を使用
しているが、本発明の開示から反応器内部の流路を変更
し、二次改質触媒層から出たガス状生成物が反応管内部
を通り、装置に導入される水蒸気と原料ガスとの混合物
が反応管外部の触媒床を通るように構成し得ることも明
らかである。これらの変形例は、もちろん前述の本質的
特徴と原理とを有している限り、本発明の範囲に包含さ
れる。 （実施例１）原料に天然ガスを使用し、熱交換型改質反
応器によりメタノール合成用ガスを製造した。主な運転
条件は次の通りである。（なお各ガス組成はモル％を示
す。） 反応器 円筒胴：内径５２００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、１Ｃｒ−
¹/₂Ｍｏ鋼 鏡板：厚さ１００ｍｍ、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼 一次改質反応管：径１００ｍｍ、長さ１０ｍ 一次改質触媒：ニッケル触媒を高さ１０ｍほど充填した 上部管板：径５１００ｍｍ、厚さ３６０ｍｍ、下面切り
欠き段差部幅７０ｍｍ、深さ２０ｍｍ、２５Ｃｒ−２０
Ｎｉ鋼 管板用金属製支持部：円環状、外周径５２００ｍｍ、内
周径５０００ｍｍ、厚さ８０ｍｍ、２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼 これにより上部管板は管板用金属製支持部に載置され熱
膨張、収縮に対して滑り可能である。 シール継手：ＳＵＳ３０４、厚み２０ｍｍ、逆Ｌ字型縦
断面 反応器設置現場において、上部管板の上部側面を切り欠
き逆Ｌ字の縦部を溶接し、水平部を鏡板最下部に取り付
けた。逆Ｌ字型部分により熱膨張、収縮を吸収可能であ
る。 二次改質触媒層：径５．０ｍ、長さ８ｍ 二次改質触媒：ニッケル触媒１６３ｔ 原料天然ガス 供給圧力：４０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：５５０℃ 供給量：１３７０００Ｎｍ³／ｈｒ ガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５ 酸素ガス 供給圧力：３７．５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：２００℃ 供給量：６９３００Ｎｍ³／ｈｒ 一次改質反応管出口 圧力：３７．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：６６５℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．３０、ＣＯ₂４．９０、
水素２４．６０、メタン１７．８６、窒素０．４０、水
分（残り） 燃焼反応室 ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１６００℃ 二次改質触媒層出口 圧力：３６．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：９２０℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１０．３０、ＣＯ₂６．５
０、水素４３．００、メタン１．４０、窒素０．３８、
水分（残り） このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力３５．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６２０℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管の出口で原料炭化水素の２
０．３％、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の９１．
６％が改質されており、メタノール合成用に適した組成
のガスが得られた。本発明の熱交換型改質反応器におい
て上部管板構造体は、鏡板より単一の円筒で管板、反応
管、触媒の重量を支える従来の方法よりも、組立、補修
工事等がやりやすい構造となっている。反応停止、再開
の操作を計５回繰り返し、合計約８０００時間運転した
後、検査したが、上部管板構造体を含めて反応器には異
常は認められなかった。

【００３４】（実施例２）原料に天然ガスを使用し、熱
交換型改質反応器によりアンモニア合成用ガスを製造し
た。主な運転条件は次の通りである。（なお各ガス組成
はモル％を示す。） 反応器 円筒胴：内径５２００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、１Ｃｒ−
¹/₂Ｍｏ鋼 鏡板：厚さ１００ｍｍ、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼 一次改質反応管：径１００ｍｍ、長さ１０ｍ 一次改質触媒：ニッケル触媒を高さ１０ｍほど充填した 上部管板：径５１００ｍｍ、厚さ３６０ｍｍ、下面切り
欠き段差部幅７０ｍｍ、深さ２０ｍｍ、２５Ｃｒ−２０
Ｎｉ鋼 管板用金属製支持部：円環状、外周径５２００ｍｍ、内
周径５０００ｍｍ、厚さ８０ｍｍ、２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼 これにより上部管板は管板用金属製支持部に載置され熱
膨張、収縮に対して滑り可能である。 シール継手：ＳＵＳ３０４、厚み２０ｍｍ、図７に示す
ような縦断面がコの字型と、コの字型の上下に直線状の
立ち下がり部と立ち上がり部とを持つ構造のものを取り
付けた。立ち上がり部とその上のコの字型の部分は先に
上部管板に取り付けられた。立ち下がり部は更に上下二
つに分かれ、上の部分は予め鏡板に取り付け、下の部分
は最後にコの字型の上部と、先に鏡板に取り付けられた
立ち下がり部の上の部分とに反応器設置現場で溶接され
た。 二次改質触媒層：径５．０ｍ、長さ８ｍ 二次改質触媒：ニッケル触媒１６５ｔ 原料天然ガス 供給圧力：１００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：５５０℃ 供給量：１４５０００Ｎｍ³／ｈｒ ガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５ 富酸素空気 供給圧力：１００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：２００℃ 供給量：７２５００Ｎｍ³／ｈｒ 一次改質反応管出口 圧力：９７．０ ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：７００ ℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．３１、ＣＯ₂４．８８、
水素２４．６１、メタン１７．８８、窒素０．４２、水
分（残り） 燃焼反応室 ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１６００℃ 二次改質触媒層出口 圧力：９６．０ ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：９５０℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ５．６６、ＣＯ₂６．５５、
水素３２．０７、メタン１．４２、窒素１２．７４、水
分（残り） このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力９５．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６８０℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管の出口で原料炭化水素の２
３．０％、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の約９０
％が改質されており、アンモニア合成用に適した組成の
ガスが得られた。本発明の熱交換型改質反応器において
上部管板構造体は、鏡板より単一の円筒で管板、反応
管、触媒の重量を支える従来の方法よりも、反応管数が
多く取り付けることができた。反応停止、再開の操作を
計５回繰り返し、合計５０００時間運転したが、上部管
板構造体には異常は認められなかった。鏡板を継ぎ目で
溶断し、シール継手のコの字型の縦部分の溶接部を外
し、反応管を取り付けた上部管板を引き上げて反応管を
取り替えた後、再び元に戻しシール継手のコの字型の縦
部分を溶接し、鏡板を溶接し、反応器を容易に補修する
ことができた。

【００３５】（実施例３）原料に天然ガスを使用し、熱
交換型改質反応器によりメタノール合成用ガスを製造し
た。主な運転条件は次の通りである。（なお各ガス組成
はモル％を示す。） 反応器 円筒胴：内径５２００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、１Ｃｒ−
¹/₂Ｍｏ鋼 鏡板：厚さ１００ｍｍ、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼 一次改質反応管：径１００ｍｍ、長さ１０ｍ 一次改質触媒：ニッケル触媒を高さ１０ｍほど充填した 上部管板：径５１００ｍｍ、厚さ３６０ｍｍ、下面切り
欠き段差部幅７０ｍｍ、深さ２０ｍｍ、２５Ｃｒ−２０
Ｎｉ鋼、周縁部にボルト挿通用の穴が設けられている。
穴の入口は半径方向に長い。 管板用金属製支持部：円環状、外周径５２００ｍｍ、内
周径５０００ｍｍ、厚さ８０ｍｍ、２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼、周縁部にボルト挿通用の穴が設けられている。穴の
入口は半径方向に長い。 ガスケット：ＳＵＳ３０４薄板、円環幅８０ｍｍ、厚み
１．０ｍｍ、５枚重ねボルト・ナットにより、上部管板
と上部管板用金属製支持部とはガスケットを介して圧接
される。上部管板は管板用金属製支持部に載置され熱膨
張、収縮に対して滑り可能である。 二次改質触媒層：径５．０ｍ、長さ８ｍ 二次改質触媒：ニッケル触媒１６３ｔ 原料天然ガス 供給圧力：４０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：５５０℃ 供給量：１３７０００Ｎｍ³／ｈｒ ガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５ 酸素ガス 供給圧力：３７．５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：２００℃ 供給量：６９３００Ｎｍ³／ｈｒ 一次改質反応管出口 圧力：３７．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：６６５℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．２８、ＣＯ₂４．８８、
水素２５．０３、メタン１７．５２、窒素０．４５、水
分（残り） 燃焼反応室 ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１６００℃ 二次改質触媒層出口 圧力：３６．２ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：９２５℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１０．８５、ＣＯ₂６．８
４、水素４３．５３、メタン１．８４、窒素０．４１、
水分（残り） このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力３５．２ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６２３℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管の出口で原料炭化水素の２
１．０％、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の９２．
５％が改質されており、メタノール合成用に適した組成
のガスが得られた。本発明の熱交換型改質反応器におい
て、上部管板構造体は、従来の方法よりも、取り付け取
り外しが容易である。

【００３６】（実施例４）原料に天然ガスを使用し、熱
交換型改質反応器によりアンモニア合成用ガスを製造し
た。主な運転条件は次の通りである。（なお各ガス組成
はモル％を示す。） 反応器 円筒胴：内径５２００ｍｍ、厚さ２００ｍｍ、１Ｃｒ−
¹/₂Ｍｏ鋼 鏡板：厚さ１００ｍｍ、１Ｃｒ−¹/₂Ｍｏ鋼 一次改質反応管：径１００ｍｍ、長さ１０ｍ 一次改質触媒：ニッケル触媒を高さ１０ｍほど充填した 上部管板：径５１００ｍｍ、厚さ３６０ｍｍ、下面切り
欠き段差部幅７０ｍｍ、深さ２０ｍｍ、２５Ｃｒ−２０
Ｎｉ鋼、周縁部にボルト挿通用の穴が設けられている。
穴の入口は半径方向に長い。 管板用金属製支持部：円環状、外周径５２００ｍｍ、内
周径５０００ｍｍ、厚さ８０ｍｍ、２¹/₂Ｃｒ−１Ｍｏ
鋼、周縁部に植え込みボルト用の累合有底穴が設けられ
ている。 ガスケット：銅製、円環幅８０ｍｍ、厚み５．０ｍｍ 植え込みボルトにより、上部管板と上部管板用金属製支
持部とはガスケットを介して圧接される。上部管板は管
板用金属製支持部に載置され熱膨張、収縮に対して滑り
可能である。 二次改質触媒層：径５．０ｍ、長さ８ｍ 二次改質触媒：ニッケル触媒１６５ｔ 原料天然ガス 供給圧力：１００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：５５０℃ 供給量：１４６０００Ｎｍ³／ｈｒ ガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５ 富酸素空気 供給圧力：１００ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 供給温度：２０５℃ 供給量：７２８００Ｎｍ³／ｈｒ 一次改質反応管出口 圧力：９７．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：７００℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．２９、ＣＯ₂４．８５、
水素２４．８１、メタン１７．７５、窒素０．４１、水
分（残り） 燃焼反応室 ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１６００℃ 二次改質触媒層出口 圧力：９６．４ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ 温度：９５５℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ５．６７、ＣＯ₂６．８１、
水素３２．３５、メタン１．５２、窒素１２．３３、水
分（残り） このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力９５．６ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６８２℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管の出口で原料炭化水素の２
３．５％、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の約９０
％が改質されており、アンモニア合成用に適した組成の
ガスが得られた。本発明の熱交換型改質反応器において
上部管板構造体は、鏡板より単一の円筒で管板、反応
管、触媒の重量を支える従来の方法よりも、上部管板、
反応管の補修、交換が容易に行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】１００ｔ以上の触媒を充填して、一次改
質反応を７５０℃のような高温で行う反応管を多数取り
付けられる上部管板構造体の製作が可能となり、また、
反応器設置現場で、上部管板構造体の設置や取り外しが
容易となり、熱交換型改質反応器によりメタノール又は
アンモニア合成ガス製造の長期間運転や保守が容易に行
える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換型改質反応器の全体図である。

【図２】（Ａ）は、本発明の熱交換型改質反応器におい
て、上部管板上面に凸部を持ち、縦断面がＳ字型のシー
ル継手を持つ上部管板構造体の縦断面図であり、（Ｂ）
は上部管板の平面図である。

【図３】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が逆Ｌ字型のシ
ール継手を持つ上部管板構造体の一例である。

【図４】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形逆Ｌ字型
のシール継手を持つ上部管板構造体の一例である。

【図５】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がコの字型と直
線のシール継手を持つ上部管板構造体の一例である。

【図６】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形コの字型
と直線のシール継手を持つ上部管板構造体の一例であ
る。

【図７】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形コの字型
と直線のシール継手を持ち、シール継手部分を断熱材で
覆った上部管板構造体の一例である。

【図８】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面が変形コの字型
と直線のシール継手を持ち、シール継手部分を断熱材で
覆った上部管板構造体の他の一例であ

【図９】本発明の熱交換型改質反応器において、上部管
板上面周縁部に凹部を持ち、縦断面が変形コの字型と直
線のシール継手を持ち、シール継手部分を断熱材で覆っ
た上部管板構造体の一例である。

【図１０】本発明の熱交換型改質反応器において、上部
管板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がコの字型と
直線のシール継手を持ち、シール継手部分全体を断熱材
で覆った上部管板構造体の他の一例である。

【図１１】本発明の熱交換型改質反応器において、上部
管板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がＪ字型と逆
Ｌ字型を組み合わせたシール継手を持つ上部管板構造体
の一例である。

【図１２】本発明の熱交換型改質反応器において、上部
管板上面周縁部に切り欠きを持ち、縦断面がＪ字型と逆
Ｌ字型を組み合わせたシール継手を持つ上部管板構造体
の他の一例である。

【図１３】本発明の熱交換型改質反応器において、上部
管板下面周縁部にガスケット接触用の凹部を持ち、管板
用金属製支持部上面内周縁部にガスケット接触用の凸部
を持ち、植え込みボルトと累合有底穴で締結された上部
管板構造体の縦断面図である。

【図１４】本発明の熱交換型改質反応器において、ガス
ケットと接触する上部管板下面周縁部及び管板用金属製
支持部下面内周縁部が共に平面で、ガスケットに金属製
薄板を積層した上部管板構造体の縦断面図である。

【図１５】（Ａ）本発明の熱交換型改質反応器におい
て、ガスケットと接触する上部管板下面周縁部及び管板
用金属製支持部下面内周縁部に共に段差部を持ち、ボル
ト及びナットで締結された上部管板構造体の縦断面図で
ある。 （Ｂ）本発明の熱交換型改質反応器において、穴の入口
径を示す上記上部管板構造体の部分平面図である。

【図１６】本発明の熱交換型改質反応器において、ガス
ケットと接触する上部管板下面周縁部に段差部を持つ上
部管板構造体の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 熱交換型改質反応器 ２ 熱交換室 ３ 炭化水素及び水蒸気導入口 ４ 反応管 ５ 上部管板 ６ 下部管板 ７ 一次改質触媒層 ８ 鏡板 ９ 円筒胴 １０ コレクタ １１ 鉛直管 １２ 燃焼反応室 １３ 酸素導入口 １４ 球殻状触媒床 １５ 開孔 １６ 二次改質触媒室 ２０ バッフル ２１ 合成ガス排出口 ２２ 作業用通路 ３２ フリー支持リング ３３ 支持リング ３５ 断熱材 ３６ 耐火レンガ ３７ 耐熱性クッション材 ６１ 管板用金属製支持部 ６２ 上部管板構造体（シール継ぎ手型） ６３ シール継手 ６４ 切り欠き段差部 ６５ 凸部 ６６ 凹部 ６７ 切り欠き部 ６８ 段差部 ７０ 上部管板構造体（ガスケット型） ７１ ガスケット ７２ 締結手段 ７３ 貫通穴 ７４ 累合有底穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｇ 35/00 Ｃ１０Ｇ 35/00 // Ｃ０７Ｂ 61/00 Ｃ０７Ｂ 61/00 Ｃ (72)発明者 永井 英彰 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 内田 浩平 新潟県新潟市松浜町3500番地 三菱瓦斯化 学株式会社新潟工業所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化水素を水蒸気により一次改質するた
   めの反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガス
   を集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガスを
   供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化する
   ための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質する
   ための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを熱
   交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応器
   において、反応管（４）が上部管板（５）に取り付けら
   れ、熱交換型改質反応器の円筒胴の内周に設けられた、
   環状の管板用金属製支持部（６１）の上に該上部管板
   （５）の下面周縁部が滑り可能に載置され、該上部管板
   （５）の周縁部がシール継手（６３）に気密に固定さ
   れ、シール継手（６３）が熱交換型改質反応器の円筒胴
   の内周に気密に固定されていることを特徴とする熱交換
   型改質反応器。
2. 【請求項２】 シール継手（６３）が、縦断面が折れ曲
   がり部を持つ構造で板状鋼材からなることを特徴とする
   請求項１に記載の熱交換型改質反応器。
3. 【請求項３】 折れ曲がり部が、Ｚ字型、逆Ｌ字型、Ｊ
   字型、Ｓ字型、Ｔ字型、コの字型、これらの変形型、又
   はこれらの複合型であることを特徴とする請求項２記載
   の熱交換型改質反応器。
4. 【請求項４】 管板用金属製支持部（６１）が一つの円
   環状又は分割された円環状をなす請求項１〜３のいずれ
   かに記載の熱交換型改質反応器。
5. 【請求項５】 管板用金属製支持部（６１）が切り欠き
   部を持つ請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換型改質
   反応器。
6. 【請求項６】 炭化水素を水蒸気により一次改質するた
   めの反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガス
   を集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガスを
   供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化する
   ための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質する
   ための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを熱
   交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応器
   において、反応管（４）が上部管板（５）に取り付けら
   れ、熱交換型改質反応器の円筒胴の内周に設けられた、
   環状の管板用金属製支持部（６１）の上に環状のガスケ
   ット（７１）を介して該上部管板（５）の下面周縁部が
   載置され、締結手段（７２）により該上部管板（５）と
   管板用金属製支持部（６１）とがガスケット（７１）を
   介して気密に圧接されることを特徴とする熱交換型改質
   反応器。
7. 【請求項７】 締結手段（７２）がボルト及びナットで
   ある請求項６記載の熱交換型改質反応器。
8. 【請求項８】 締結手段（７２）が植え込みボルト及び
   管板用金属製支持部（６１）に設けられた該ボルトに累
   合する有底穴（７４）である請求項６記載の熱交換型改
   質反応器。
9. 【請求項９】 上部管板（５）及び／又は管板用金属製
   支持部（６１）に設けられたボルト挿通用の貫通穴（７
   ３）の入口径が円筒胴の半径方向に長い請求項７又は８
   に記載の熱交換型改質反応器。