JPS6091101A - 水蒸気発生装置 - Google Patents

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】 本発明はメタン化反応を利用した水蒸気発生装置、更に
詳しくは、メタン分解Ｖｃよジ得られる水系、−酸化炭
素２よび二巖化炭系を含む屁会ガヌｔＩｓ媒固定床中に
導入してメタン生成反応を灯ない、その際に固定床中で
発生する反応熱を、固定床中に埋設した伝熱金円を流れ
る供給水に吸収させて水？沸騰させ水蒸気を発生させる
装置に関するものでるる。

一酸化灰来、二鍍化次索の水素化によるメタン生成反応
に以下の（υ、（２）式で示され、高い反応熱全発生す
ることが知られている。

ＣＯ＋３Ｈ２→　ＣＨ４＋　ｌ−１２０・・・・・・（
１）ＣＯ２＋４Ｈ２、ｃＨ４＋２１−１２０　＝四（２
）−酸化１５２系２よひ二は化家来と７に系ａ反の高い
混合ガスを−ｒ熱状態でＩ’ｌ！ＩＩ媒固定体中へ流す
と、急運にメタン化反応が悪行し、反応熱によってガス
温度は１０００℃以上にもなり、その結果、触媒や及応
慣器に劣化互たは佃湯全生じる恐れかめる。

したがって、反応ガスの最尚到連蟲度は、触媒や桟器の
耐ｇ韻灰以下に沫つ必安がめり、そのため、黙交侯を積
極的に行なって反応生成熱を効率よく回収するのがよく
、ｆ：た触媒は１耐熱圧の高いものが好ましい。

他方、メタン化反応２よび熱交換全効率よく進めるため
ＶＣは、メタン化反応を触媒層入口で最初から高温に維
持する方がよい。

葦た、低温に３いては、反応ガス中の一酸化汰累は触媒
中の金属元系（例えばニッケルつと反応して揮発性の金
属カルボニル化合物を生成しく反応式（３つ参照〕、触
媒を失活させる恐れがめる：Ｎｉ　＋４ＣＯ→Ｎ　ｌ　
（ＣＯ）４　・・・・・・・（３〕たたし、これらの金
属カルボニル化合物は品温では不安定で熱的に分解され
てし葦う。分解確度は圧力が数十気圧の場合、２００〜
３００℃でるる。

したがって、触媒固定木に３いては、う虫い触媒層を有
する金属カルボニル化合物の分解温度以上の温度に維狩
しなけれはならない。

本弁明者らは、上記の要求に合致する表置を開発すべく
鋭惹研究を厘ねた結果、以下の工大を行なうことで効率
のよい水蒸気発生該式が得られることｔ発見した。

すなわち、（ａ）メタン化反応器の＠ＵＦｉ階部に多厘
管式葦ｆ？：、は多官式の黙交侯部全設け、反応生成ガ
スと原料ガスの間で熱父僕葡何ない、反１ノぶ生成ガス
の績黙を不１ノ月」して原料ガスを予熱する。（ｂ）メ
タン化）ｊ、応益中に充填されたＪ独媒固定木中で、水
を流通させる多数の伝熱管の外に、原料ガス全反応賭上
部から及ノ芯イ＝ｉ氏部にろるいは反応器ノ氏部から反
応器上部［流通させるパイプを設置して、原料ガスをざ
らに予熱するとともに触媒層の１氏あるいは上部から吹
き出ざぜる。（Ｃ）触媒層中の反ノ心ガスの流れと、伝
熱管中の水の流れとは逆方向、つ丑シ向流とする。

上記の工夫（す、（ｂ）によって、原料ガスは予熱され
、皮ｊ心ガスの服媒層流入温度盆金属カルボニル化合物
の分解温度以上に而めることかでさる。さらに工大（Ｃ
）　ｉ／ｉ：よって触媒層人口は伝熱管出口に隣接して
２り、触媒層入口に迷した反応ガスは伝熱管中を流れる
水蒸気によって力ロ黙され、水＃、気の温度（水の１弗
点）互で毘のられる。ここで水の／ｄ’６点は少なくと
も金属カルボニル化合物の分解温良以上でなけれはなら
ないので、水の圧力全数十気圧以上に〃目圧して２く必
要がるる。

葦だ、店虫媒ノ蕾は入口筒Ｓ刀）ら品温に離村されるた
め、低確活注は低くても１１「１熱性の商い触媒を用い
ることができるとともに、メタン化Ｊ５１厄？最初から
効率よく進めることかでさる。

上記の工大（Ｃ）によって触媒層出口は伝熱管人口に隣
接することとなＱ、触媒ノ曽出口に達した反応ガスは伝
熱宮中を流れる水によって冷却され、反応生成熱を１Ｊ
Ｊ４よく回収することができる。互だ、式（１）、ので
示されるメタン生成反ノ、ぶは完熟反応でりり、化学平
面的には温度が低い桂、平筒ガス成分が生成物′測へ寄
る、つ葦り反応がよく進むので、触録ノ曽出口で攻ノア
ぶｔはぼ終了した及ノアぶガスぼ伝熱管中の７Ｊ（によ
って冷却されながら、ざらに反ｈｃｒ　’Ｔ：完紹さぞ
る。したがって、商い転化４を得ること力Ｓでさる。

′８Ｉ８だ、一般に一酸化灰累と二酸化次系と全共存ざ
ぜて水系化すると、先に−ば化炭系が水素化され、その
後に二酸化次系が水系化されることが知られている。し
たがって、触媒層出口付近では一酸化炭系ａ没は非常に
低くなっておρ、たとえ反応ガス温度が金属カルボニル
化合物の分解１ＭＮ／ｌｆ以下に下かつても、もはや台
属カルネニル化合吻の生成について危惧する必要はない
。

本発明による水蒸気元生装置は概略円部形状のメタン化
反応器と原料ガス予熱用の熱交換部とから構成される。

熱 原料ガス予熱へ交換部は、原料ガスを反応紅搬送すると
ともに、反応器中でメタン化反応により生成したメタン
、水を含むメタン生成ガスを反応器から回収する輸送管
の反応イＭＭ８狽ＩＪに形成されている。

メタン化皮）芯詰は、原料ガスを訓謀ノ曽逆測に導入す
るためのバイブと、バイブの周囲に自己設された触媒面
定木と、ＩＩｌ！ＩＩ線固定体中に埋め込ぼれ水あるい
ぼ水蒸気ケ流す多数の伝熱管とから構成される。パイプ
と伝熱管とに共に反応ｔｇの主軸方間と平行［配置され
る。葦た反応器の一方にぼ、ガス輸送管とは別に水供給
営が結合され、反応器のもう片方には、水？！Ａ気噴出
管が結合されていて、水は供給管より反応器に入シ、分
かれて伝熱管内を±直に流れ、加熱され水蒸気となって
反応ｇｇ噴出菅よシ噴出する。メタン化反応の１京料ガ
スは、黙交侠部で予熱された後、収態ｇ＝ガス入口より
及ｊ、６？！ｇ内のパイプ奮進って触媒層全縦断し、こ
こからＩ１１！ｌＬ謀固足床へ入って皮りぶ蕗中紫垂直
にδすれ、メタン化反応生成ガスとして諭活管？通って
凹状される。

不発明で用いる触課ノ曽としては、及応潴中に元項する
もののは刀ユ、管壁月！ｌｉ媒を用いることもできる。

管壁触媒とは、１云熱管の内壁１１ζは外壁のど−らら
刀為に触詳ノｗをコーチインクしたものでるって、この
伝熱管の表面に形成された肚謀暦でメタン化反応を進行
でぜると向１時に、この触媒Ｍで発生する反ＬＬＴＩ生
成熱を、１ム尋伝黙でもって加味僧の及対狽１］の壁面
へ熱を効率よく逃がしてやり、ここヶ流れる水へ吸収式
ぜ０ものでるる。′を壁り虫媒？用いると、一般の充倶
ノ＊　Ｉ！虫昧に比べて、（１月云黙係数力Ｓ旨くなる
、（ｌすｐＭ謀〕曽に２ける圧力損失が激減するとい９
２つの効果か得られる。骨埜触媒全不発明による水蒸気
発生表置に通用するには、触媒光礪層の代わジに伝熱管
の表面にｐ！Ｊ１謀贋をコーチインクするたけでよく、
１ｍの上官の位置関係や水の圧入条件時は全く同じでろ
る。

不発明で１更月」するｐｉ！ｌ（線ＶｃはＩ陽ｌ古在の
ものは特に要求されない。光明者らによる検討では、＃
ｌ仕一般にメタン台Ｊ現用に市販されているニッケル含
量の尚い触媒の数分の１の）５１ＬＣｒ連反を示すもの
で充分にその効果を発揮する。触媒に要求される事項と
しては、長時間の埋包に列して安定した性能を示すこと
と、１１吋熱性とがめげられる。皿１熱温皮８００℃の
服啄全用いると、非常に効率のよい水黒気発生秒血とす
ることかでさる。

不発明（ｆ（よる水蒸気発生表置は、上記したような猶
成・持家を有するため、住の小さな装置として組与立て
ることかでき、ざｌざｌな用途に使用すること刀３でき
る。特に原油の玉入口収用の坑底７Ｊ＜烈気発生装置と
して用いるときわめて有益でるる。坑底水蒸気元生装胤
は、原油の眉回収用に地下数百メートル以深の坑ｊ底で
水蒸気を発生させ面層に圧入するものでろって、７〜１
３３／８インチ径の石油坑井グーシンクパイプ内に収納
する必要がある。本発明による水蒸気発生表置ば、細長
い円部ル伏の列のｌにでさる／ζめ、上記のようなグー
シンクバイブ内に入れることができる。葦た反応器の上
部から出入りする原料ガスと生成カヌとはし皇宮によっ
て地表と坑底の表置とケ紹ぷことによシ熟交侯すること
かでさる。供給する水は地表と坑１氏との１角度差によ
って自動ぼりに刀ＩＩＢ：、されるか、ｍＩ　Ｊ曽への
）Ｊ＜ρミ息辻人のためざらに圧力全力口える必要がめ
る。これは、丸底での水の訓点′？ｒ：金属カルボニル
化合物の分解温度以上とするため水の圧力を叔十気圧以
上にするという乗件とうｌく適合して２９、本弁明装置
な坑ノ武水蒸気先化表皿として用いるのに好部会７Ｚも
のである。

以下ＶＣ２＄、光明の一英雁し１」を図面に基づき睨明
する。

尻ｊ氏に設置された水ぬ気元生装置は、第１図にその栂
ｔｔｌｉｌｉ面を示すように、４成層円橿）形状のメタ
ン化皮応誌ｌと反応イｇの削収階都の熱父侠都２とから
構成されている。

原料ガス予熱用の熱交侠都２は、例えば地上設備（図示
せず）と尻戚のメタン化戊応品１とｔ連結する潮送官３
〃）ら成ジ、地上から尻匠ヘメタン化皮Ｊ芯ハ」の原料
ガス全供給する１ヒめの内管４と、内管４と同１ｌＩＩ
１１でりって内管４よｐも注が大さくメタン化収ノ心Ｖ
ごより生成したカス紫内官４の外壁とのｍｊ＆通して地
上へ凹状する７とのの外骨５とから猶成きれている。晰
送菅３のノタン１じ反応器１に皮する側は、メタン生Ｊ
戊ガスと原料ガスとの１ｈ」で熱交換でさるように二厘
管となっている。

反ｂｃｒ　＆台の目１」般階都には、ガス畑土１ｊ送′
市′３とは乃１ｊに、圧入用の水を皮ｋｔ品１へ供給す
るための丞供格宜６が取り付けられている。

メタン化）ｉ　ＬｃＡｇ：　１　ｒよ、円筒形状の１つ
の外殻７に納葦り、ノ京科ガスの特Ｊ送のために用いる
１木のバイブ８と、バイブ８のノ句曲で光倶目己設σれ
たＭ虫媒回足床９と、月虫媒向足材ゼ９中に桂め込ｌれ
刀く互たは７ｊ＜蒸気ヶ流す多数の伝熱′ｇ１０とで猶
成され、パイプ８と１べ熱管１０とは共に及ノ芯甜ｌの
主軸方向に平イテｖＣ配はてれている。反応器１の原料
ガス輛送用パイプ８と軸唐営３のノ京料力゛ス供胎用同
管４とは、連続一体化して設けられている。反応＆ｇｌ
＋／）内部下方で浦広菅３との連結部にぼ、水と反応生
成ガフとｒ隔離して両者が直接接触しないようにするた
め水２よひ生成ガス全通ざない音板１１か設けられてい
る。双ｈｔ＋詣ｌの内部下方にも同イ求に、水蒸気２よ
ひ原料ガスを通ざない′ｇ板１２が設けられている。反
応器ｌの内部下方で原料ガス舖送用パイプ８のＦ卿品Ｖ
Ｃは、触媒百足床９を保持するとともに原料ガスを遡す
床狩棚１３が収けられている。戊ＪｒＣｒ　＃ｒ１の最
下端部には、水蒸夙全気 ｉ′Ｕ　１ｍ　１７）　７ｆｆｌ　／曽’Ｐ　Ｋ　”！
出す６　’ｉｃ　ｉｖ＞　（Ｄ　ｙＫ　Ｗ土管１４ｄＫ
設けられている。

第１図に示す水＃、気発生表装置ぼ、ｆＭ料ガ、２１５
反 はＪ５１応潴上部よジ内官４２よびパイプ８ｋＪ庄っ−
９、応甜下郡へ埴し、ここから触媒固定床９へ入って触
媒固定床９中ヶ反応ガス１６ｆよ上昇し、メタン化皮応
生戟ガス１７として外管５茫遡って地上に戻る。水１８
ＶＪＯ，供胎管６を通って反応器上部の外殻７と管板１
１とで形成された水￥１９に入り、そこから伝熱管１０
内全下向きに流れる間に加熱され水蒸気となって反応器
上部の外殻７と管板１２とで形成された７に蒸気室２Ｏ
Ｖｃ人ジ、さらに水蒸気２１は噴出管１４を通って油層
中に噴出する。

第２図は、坑底（／ｃ設置した水蒸気発生装置円に２け
るメタン化反応の進行状況を示すグラフでるる。横１ｉ
Ｉｌｌｌぼ反感ガス甲のメタンモル分車を示し、縦軸は
反応ガス温度を示して贋る。第２図において、■綴Ａは
本完明表櫨に２けるメタン化反応線、破線Ｂはメタン化
反応の運行と共に急速に反応カメ温度が上昇することを
示す断熱反応線、凹線Ｃは温度が低い作、及ｈＧが進む
こと紫示すメタン化及〕芯の平衡１ＩＩＩＩ機でるる。

本究明鉄直の反応槻へから明ら刀≧なように、触媒−足
泳９に導入されたｌ混合ガス（１−１２，ＣＯ，Ｃ０２
）は約２００〜３００℃に予熱ざｎていて触媒亀生奴の
忽九がなく、また鵬Ｖ％届入口から反応力′ヌＩＭＬ度
の旦ち上がりη５運くて最初から効早工くメタン化反応
の進イテしていることが分かる。業たメタンモル分率が
０１〜０．４でるるグラフの中火部では戊ノ芯カヌ確度
は比較的安定していて、伝熱管１０での熱交換が積極的
に（Ｔ７ｉ：われで反応生成熱の凹状が効率よく行ｌゎ
れ、反応ガス温度は取局でも約７（、ｔｏ℃業でしか上
昇ぜず、触媒や機器に劣化互たは損傷を与える恐れがな
いことが理解される。δらにグラフの右側に位置するノ
タン化皮Ｊ芯の終了局面では、反応ガス温度は低くなっ
てｂて、腺謀届出口で双〕芯生成黙が効率よく凹状きれ
るとともに反応を完結すべくメタン化反応なざらに進イ
ゴしていることか分かる。

第３図は、管壁乃虫謀τ月ＪいンヒンＸ蒸気す６生表瞳
の一例と示すものでろる。第３図ＶＣｗいて、伝熱管１
０の外壁部に管壁Ｊ頼謀層２２がコーテングきれてｂる
。パイプ８を通って反Ｊぶ諸下部に遍した原料ガス１５
は伝熱管ＩＵの外側の仝隙にＡり、伝熱管１０の外側の
全腫中忙反応ガス１６は上昇するとともに伝熱％？１０
の外壁部の管壁触媒増２２でメタン化皮ルぶｔ進イ１さ
せ、反応化成ガス１７として回収遜れる。水１８は供給
管６を運っ反応器上部より伝熱管１０の内側に人り、伝
熱管１０内を下向きに流れる間に、′ｉ￥壁触謀触媒２
で発生する反応生成熱を壁面全通して奴収し、水蒸気２
１となって反応面下部の噴出管１４を運って外部に噴出
する。

以上に運べたごとく、不発明による水蒸気発生装置では
、原料ガスを予熱するとともに反応ガスの流れと水の流
れとを回流にするため、メタン化皮応ｆｌ触媒増入口で
最初から活兄にイ１なうことかでさるとともに触媒毎発
生の危惧もなく、ｌた反応生成熱を効率よく回収でひる
とともりこ反応を完結することがでさ、ｖｔ底に設置す
る水蒸気先生賃ｄとして１４ｆｆいるのに好郁盆なもの
でみる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本究明によるＸが気発生致直の一冥施例紫示す
縦１ｉ７ｒ　１．［１７図、第２図は奉り６明の水蒸気
発生装置円でのメタンモル分車と反応ガス温度とによる
反応朋行曲機を示すグラフ、第３図は不弁明の水蒸気発
生装置の他の央抛例を示す＃〔断血睨明図である。 １・・・メタン化反応８ｇ、２・・・黙交侯部、　８・
・・パイプ、９・・・服謀固定床、１０・・・伝熱管、
１５・・・原料ガス、　１６・・・反応ガス、　１７・
・・生成ガス、１８・・水、２１・・・水蒸気、２２・
・・管壁触媒層・ 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人弁理士青山　葆　外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素、−酸化に絽二酸化戻來を含む原料ガスをＰｚ、応
   器中に設けられた触媒ノ會に流通させてメタン化反応を
   行なうことにより得られる反応熱を、触媒層中に埋設さ
   れた多数の伝熱金円を流れる水に吸収させて水蒸気を発
   生する装置に２いて、反応ガスの入口、出口及び水の入
   口を反応器の同一面ＶＣｖｍえ、反応ｔｇの前段階部に
   メタン化皮ｊ芯生成ガヌの顕熱によりｊ束ねカフを予熱
   するための多厘管弐筐たは多管式の熱交換部を設け、原
   料ガスを反応器内で触媒層の反応ガス出入口と逆側から
   吹き出すための触媒ｊ１中を垂直に貫辿するパー（７″
   を設けて、触媒層中の反応ガスの流れと１ム熱管中の水
   の流れとを逆方向としたことを特徴とする水蒸気発生表
   置。