JPS62190307A

JPS62190307A - 反応熱の回収方法

Info

Publication number: JPS62190307A
Application number: JP3321586A
Authority: JP
Inventors: 功三大崎; 一夫庄司; 修奥田
Original assignee: Toyo Engineering Corp
Current assignee: Toyo Engineering Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1987-08-20

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】［技術の分野］この発明は、触媒が使用され発熱反応が遂行させられる
反応器、例えば、メタノール合成用、高級アルコール合
成用、アンモニア合成用その他において、大量の反応熱
が反応器内部に発生する場合に、その反応熱を有効に回
収する方法に関する。

［従来技術］メタノール合成、高級アルコール合成、あるいはアンモ
ニア合成その他の発熱反応用の反応器は、冷却による反
応温度の制御の方式によって、クエンチ型とスチーム発
生型に区別されている。

クエンチ型反応器が使用される場合は、反応熱の一部は
クエンチ・ガスに吸収され、残部は高圧スチーム用のボ
イラー給水の加熱用に使用されている例がある。

この方式の特長は、反応器の構造が単純でおること、反
応熱の一部が、１００ｋｑ／ａｆＧスチーム用の給水の
加熱に使用されていることにより、スチーム発生利用系
統の効率が高いことである。

短所は、クエンチ・ガスの昇温に相当量の熱量が消費さ
れ、クエンチ・ガス昇混用の熱量はスチーム発生利用系
統に利用され得ないことである。

スチーム発生型の反応器が使用される工程では、反応熱
は全て、反応器付属の熱交換器により、３０〜４０　ｋ
ｇ／ｃｕｆＧの範囲内程度の中圧スチームの発生用に使
用され、この中圧スチームが、動力源として使用されて
いる例がある。

この方式の特長は、クエンチ・ガスの昇温に消費される
熱量はなく、回収可能な熱量の全部がスチームとして回
収されるため、熱回収量がクエンチ型反応器使用の場合
よりも大きいことでおる。

短所は、反応器付属の熱交換器により発生するスチーム
が中圧でおるため、スチーム発生利用系統の効率が低い
ことである。

し発明の目的］この発明は、熱回収量が大きいスチーム発生型反応器が
使用される場合において、スチーム発生利用系統の効率
が高くされ得る手段を、提供することを目的とする。

［発明の構成］この発明は、接触的発熱反応用の反応器中に熱交換器が
設備され、この熱交換器により反応熱がスチームとして
回収される反応熱の回収方法において、熱交換器中に生
成する汽水が導入される反応器に付設されるスチーム・
ドラムの上部からスチームが抽出され、下部から熱水が
抽出され、抽出された熱水の一部はより高圧のスチーム
を発生させるだめの給水として利用され残部は反応器中
の熱交換器へ供給されるか、あるいはスチーム・ドラム
中に熱交換器が設備され、この熱交換器により、より高
圧のスチームを発生させるだめの給水が予熱される反応
熱の回収方法で市る。

この発明において、反応器内の触媒床中が触媒床通過後
の高温域中に配設される熱交換器により生成した汽水は
、反応器に付属設備されたスチーム・ドラムに導入され
る。

スチーム・ドラムに導入された汽水は、反応器内の熱交
換器への給水と合流し、スチーム・ドラム内圧力にて、
飽和スチームとその飽和温度におる熱水が、スチームド
ラム内に生成する。

スチーム・ドラム内にある熱水の一部が上記のスチーム
・ドラムから抽出され昇圧された後、高圧スチーム発生
装置へ供給されるか、または、スチーム・ドラム中に設
備される熱交換器を、高圧スチーム発生装置の給水が通
過させられて予熱される。

スチーム・ドラム中の熱水の一部が高圧スチーム発生装
置へ給水として供給される場合は、反応器の熱交換器に
より回収された熱量の全てがスチーム・ドラムからの抽
汽の発生のみに使用される場合に必要な給水量よりも、
過剰に、スチーム・ドラムに給水が供給され、スチーム
・ドラム内の底部からスチーム発生温度にまで昇温され
ているスチーム・ドラム内の熱水の一部が、抽出され、
ポンプによって昇圧された後、高圧スチーム発生装置へ
給水として導入される。

熱交換器内に生成した汽水が、熱交換器用給水のみと合
流し、高圧スチーム発生装置への給水と合流しない場合
、即ち、スチーム・ドラム中に設備される熱交換器を高
圧スチーム発生装置への給水が通過させられ伝熱壁を介
して予熱される場合は、スチーム・ドラムの内部空間の
一部を占めて設備される熱交換器を高圧スチーム発生装
置への給水が通過させられて、スチーム・ドラムから抽
出されるスチーム温度に接近する温度まで加熱される。

スチーム・ドラムの内部に設備される熱交換器はスチー
ム相中か、熱水相中に設置されてもよく、両相に亙って
設置されてもよい。

スチーム・ドラム中の熱水の一部が高圧スチーム発生装
置へ給水として供給される場合は、スチーム・ドラムか
らの抽汽相当分の給水量が、スチーム・ドラムへの全給
水量の９０％以下の開であるように、スチーム・ドラム
への給水が供給される。

従って、スチーム・ドラムへの給水の１０％以上の残量
が、高圧スチーム発生装置用給水となる。

この高圧スチーム発生装置用給水となる熱水は、スチー
ム・ドラムから抽出される飽和スチームと同温度である
。

なお、この発明の方法によらない従来法のスチーム・ド
ラムからの抽汽は、給水量の９５〜９８％であり、２〜
５％の残量は、ブローダウン分でおる。

また、この発明の方法によらない従来法のクエンチ型反
応器が使用される方法におっては、高圧スチーム発生装
置への給水の同様温度までの加熱は、通常の熱交換器に
よって行われてあり、また給水圧力は高圧スチーム発生
圧力以上に達しているから、この飽和温度にまで達しな
い。

この発明の方法において、高圧スチーム発生装置用の給
水は、スチーム発生型反応器の熱交換器用のスチーム・
ドラム中の熱水の一部がスチームドラムから抽出された
ものでおり、ポンプにより昇圧された後、高圧スチーム
発生用の予熱器により更に加熱されて高圧スチーム発生
用のスチームドラムに導入される。

なお、スチーム発生型反応器が使用されている従来の方
法においては、高圧スチーム発生装置用の給水は、脱気
処理を受けた後、１基のポンプにより高圧スチーム発生
圧力へ昇圧され、予熱され、高圧スチーム発生装置へ供
給されている。

［発明の効果］この発明の方法においては、スチーム発生型の反応器が
使用されるのであり、回収される反応熱量が、クエンチ
型反応器が使用される場合よりも、大きい。

スチーム発生型反応器の熱交換器用のスチームドラム内
の飽和温度の熱水の一部を高圧スチームの発生の給水と
して使用するか、またはスチーム発生型反応器の熱交換
器用のスチームドラム内に設備される熱交換器中を高圧
スチームの発生用給水が通過させられることにより、ス
チーム発生型反応器の熱交換器用のスチームドラム内を
高圧スチーム発生装置用の給水が通過し予熱されるため
、スチーム発生型反応器におＣプる回収熱量の一部が、
高圧スチーム発生に使用されることとなる。

従来方法におっては、スチーム発生型反応器の熱交換器
用のスチーム・ドラムからの抽汽は、そのまま直接、動
力源として使用されているのでおるが、この発明の方法
においては、反応器の回収熱量の一部が、より高圧の動
力源用の高圧スチーム発生装置給水の直接的加熱源とし
ても利用されるのであり、高い圧力レベルの高効率のス
チーム発生利用系統が与えられることとなる。

従来の方法にあっては、スチーム発生利用系統の効率向
上のためには、スチーム発生型反応器の熱交換器用のス
チーム・ドラムからの抽汽圧力を上昇させる必要があり
、反応器内のガス状反応物と抽汽との温度差は小さくさ
れなければならず、スチーム発生型反応器の冷却手段の
コスト・ダウンが制約されたが、この発明の方法によれ
ば、スチーム発生型反応器の熱交換器用のスチーム・ド
ラムの圧力を敢えて限界まで上昇させる必要はなく、反
応器内のガス状反応物と抽汽との温度差は大きくされ得
るため、スチーム発生型反応器の冷却手段のコスト・ダ
ウンが容易となる。

クエンチ型反応器使用の場合は、ボイラー給水の加熱は
、液・ガス間の熱交換でおるが、この発明の方法におい
ては、スチーム発生型熱交換であるため、総括伝熱係数
が木きく、これによるコストダウンも大きい。

この発明の方法においては、スチーム発生型反応器の熱
交換器用のスチーム・ドラムから反応器の高温域の熱交
換器への給水が抽出されるため、反応器の高温域を冷却
して発生したスチームによって、このスチームの飽和温
度にまで、反応器の高温域の熱交換器への給水は加熱さ
れており、反応器の高温域の熱交換器内全体の汽水温度
の変動が小さくなるため反応器の温度制御系の平衡性と
柔軟性が大きいというスチーム発生型反応器が使用され
る場合の利点も確保される。

［図面による説明］この発明の方法が、天然ガスを原料とするメタノール製
造プラントに適用されている場合の例が第１図に示され
る。

デエアレータ（図示省略）から供給されポンプ１によっ
て昇圧され管２により、メタノール合成用スチーム発生
型の反応器３中の熱交換器４へ供給されスチーム°とな
るための給水と高圧スチーム発生装置へ供給されて高圧
スチームとなるための給水との合計量の給水が、スチー
ム・ドラム５内の下方部にある熱水相へ導入されて、ス
チーム発生型の反応器３中の熱交換器４から管６により
導入される汽水と合流する。

スチーム・ドラム５内の熱水相上の飽和スチームは中圧
スチームとして管７により用途先へ送られる。

スチーム・ドラム５内から抽出される一部分の熱水は管
８により反応器３中の熱交換器４へ冷却媒体として供給
される。

スチーム・トラム５内から抽出される熱水の大部分が管
９によりポンプ１０へ至り、昇圧されて高圧スチーム発
生装置の予熱用の熱交換器１１を通過させられて加熱さ
れた後、高圧のスチーム・トラム１２中へ送入ぎれる。

高圧スチーム発生装置のスチーム・トラム１２中の熱水
は、スチーム・ドラム１２と加熱器１３とを循環して、
加熱器１３中で加熱される。

スチーム・ドラム１２中で熱水から分離された高圧スチ
ームが管１４により、動力発生用のタービンなどスチー
ムの利用系統へ送られる。

発明の理解を容易にするために、第１図には、スチーム
発生系統の主要機器と主要管路のみが図示されている。

　以下、説明する第２図と第３図に関しても同様である
。

第２図は、同様に、この発明の方法が、天然カスを原料
とするメタノール製造プラントに適用されている場合を
示すが、第１図との相違点は、スチーム・ドラム５中に
熱交換器１５が設備され、高圧スチーム発生装置へ供給
されて高圧スチームとなるための給水は、スチーム・ド
ラム５中の飽和スチームか熱水によって伝熱壁を介して
間接的に加熱された後、高圧スチーム発生装置へ供給さ
れることである。

第３図は、この発明の方法によらない従来の反応熱回収
系統と高圧スチーム発生系統を、比較のために示すもの
でおり、それぞれへの給水は、別途に、独立的に管１お
よび管１６により供給されている。

天然ガスを原料とする８産１５００トンのメタノール製
造において、スチーム発生型反応器が使用される場合は
、反応系からの熱回収量は少なくとも７８０Ｘ１０ｔｉ
Ｋｄ／日　程度であり、クエンチ型反応器が使用される
場合は多くても５４０Ｘ１０６　Ｋｃａｆ／日　程度で
あり、従って、クエンチ型反応器が使用される場合より
も、スチーム発生型反応器が使用される場合は、２４０
ｘ１０ＢＫｃａｆ／日　以上、反応系からの熱回収量が
大きい。

次に、この生産規模における第１図の方法による場合と
、従来法の第３図の方法による場合のスチーム発生の能
率を定量的に比較する。

第１図の管２からスチーム・ドラム５へ、脱気された１
２５°Ｃの給水１７７．６ｔ／Ｈｒが供給される。

反応器３中の熱交換器４の回収熱３２．４８　Ｘ１０８
にｄ／ｌｌｒによりスチーム・ドラム５内は、２３５°
Ｃ３０，２ｋｃ＋／　ＣＴＩｆＧに維持される。

スチーム・ドラム５から管７により２３５°Ｃの中圧飽
和スチーム２７．５ｔ／Ｈｒが用途先へ送り出される。

管９により２３５°Ｃの熱水１４９．８ｔ／Ｈｒが、ス
チーム・ドラム５から抽出されポンプ１０により昇圧さ
れ予熱器１１により１７．５３　Ｘ１０６　Ｋ　Ｃ３１
／Ｈｒの予熱を受けた後、高圧スチーム発生装置のスチ
ーム・ドラム１２へ供給される。

スチーム・ドラム１２中の熱水は、加熱器１３により４
１．６７　Ｘ１０６　Ｋ　ｃａｆ／Ｈｒの加熱を受ける
。

スチーム・ドラム１２内は、３２７°Ｃ・　１２５ｋｇ
／　ｃｒＩ？Ｇに維持され、管１４により３２７°Ｃの
高圧飽和スチーム１４８．３ｔ／Ｈｒが過熱器（図示省
略）へ供給されて、２４．７７　ｘｌＯ６Ｋ　ｃａｒ／
Ｈｒの過熱を受け、５１０°Ｃ１２０ｋｇ／　ｃｗｒＧ
の過熱高圧スチームとして用途先へ送り出される。

２３５℃の中圧飽和スチーム２７．５ｔ／Ｈｒと、５１
０’０１２０ｋｇ／　ＣＴＩｆＧの過熱高圧スチーム１
４８．３ｔ／Ｈｒが、それぞれ、３．５に９／　ＣＴＩ
ｆＧまで等エントロピー変化させられるときに与える最
大仕事率は３６．５６８ｋＷである。

次に、従来方法の第３図による場合、管２からスチーム
・ドラム５へ、脱気された１２５°Ｃの給水６０、　Ｉ
ｔ／Ｈｒが供給される。

反応器３中の熱交換器４の回収熱３２．４８　Ｘ１０６
ＫＣＢ！／Ｈｒによりスチーム・ドラム５内は、２３５
°Ｃ３０，２ｋｇ／　ｃｗｒＧに維持される。

スチーム・ドラム５から管７により２３５°Ｃの中圧飽
和スチーム５９．８ｔ／Ｈｒが用途先へ送り出される。

一方、ポンプ１０により昇圧された１２５°Ｃの１２４
．３ｔ／Ｈｒの給水が、予熱器１１により２８．９６　
ｘ１０６　Ｋｄ／Ｈｒの予熱を受けた後、高圧スチーム
発生装置のスチーム・ドラム１２へ供給される。

スチーム・ドラム１２中の熱水は、加熱器１３により３
４．５１　ｘ１０６　Ｋ　ｄ／Ｈｒの加熱を受ける。

スチーム・ドラム１２内は、３２７°Ｃ・　１２５ｋｇ
／ゴＧに維持され、管１４により３２７°Ｃの高圧飽和
スチーム１２２．８ｔ／Ｈｒが過熱器（図示省略）へ供
給されて、２０．５０　ｘ１０６　Ｋ　ｍ／Ｈｒの過熱
を受け、５１０°Ｃ１２０Ｊ（（］／　ｃｎｆＧの過熱
高圧スチームとして用途先へ送り出される。

２３５°Ｃの中圧飽和スチーム５９．８ｔ／Ｈｒと、５
１０°Ｃ１２０ｋ（ｊ／　ｃ−ｔｆＧの過熱高圧スチー
ム１２２．８ｔ／Ｈｒが、それぞれ、３．５ｋｃ＋／　
ｃｒｆｆＧまで等エントロピー変化させられるときに与
える最大仕事率は３４，２４１ｋＷである。

第３図の場合の最大仕事率よりも、第１図のそれは、２
，３２７ｋＷ　　大きい。

第１図と第３図において、それぞれの予熱器１１の所要
熱量を比較すれば、第１図の予熱器１１では１７．５３
　ｘ１０６　Ｋ　ＣＢｉ／Ｈｒであり、第３図の予熱器
１１では２８．９６　Ｘ１０６　Ｋ　ｃａＦ／Ｈ１’で
おり、第３図の予熱器１１の所要熱量が、１１．４３　
ｘｉｏｆ’　Ｋ　ｄ／Ｈｒ大きい。

第１図と第３図のそれぞれの加熱器１３の所要熱量を比
較すれば、第１図の加熱器１３では４１．６７　Ｘ１０
６　Ｋ　ＣＢｌ／Ｈｒであり、第３図の予熱器１３では
３４．５１Ｘ１０６Ｋｃ蔽／Ｈｒてあり、第１図の加熱
器１３の所要熱量か、７．１６　Ｘ　１０６Ｋ　ｃａｆ
／Ｈｒ’大きい。

両方法のそれぞれの過熱器（図示省略）の所要熱量を比
較すれば、第１図用の過熱器では２４．７７ｘ１０６　
Ｋ　ＣＢ！／Ｈｒであり、第３図用の過熱器では２０．
５０　ｘ１０６　Ｋ　ＣＢｆ／／Ｈｒであり、第３図用
の過熱器の所要熱量が、４．２７　ｘ１０６　Ｋ　ＣＢ
ｉ／Ｍｌ’小ざい。

それぞれの予熱器１１、加熱器１３、および過熱器の所
要熱量差を合計すれば、（１１，４３−７，１６−４，２７）　ｘ１０６　Ｋ　
ＣＢｆ／／Ｈｒ＝　０Ｘ１０６にｄ／Ｈｒとなり、第１図と第３図におけるスチーム発生用の所要
熱量は等しい。

スチーム発生用の所要熱量が等しいにも拘らず、第１図
の発明の方法が与える最大仕事率は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、この発明の方法が実施される場合に
使用される装置の概要図であり、第３図は、従来方法が
実施される装置の概要図である。［記号リスト］１、ポンプ２、管（給水用）３、反応器４、熱交換器（高温域冷却用）５、スチーム・ドラム６、管（汽水用）７、管（スチーム用）８、管（熱水用）９、管（高温給水用）１０、ポンプ１１、予熱器１２、スチーム・ドラム１３、加熱器１４、管（高圧スチーム用）１５、熱交換器（給水予熱用）出願人　　東洋エンジニアリング株式会社第１図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

接触的発熱反応用の反応器の高温域を冷却する熱交換器
において生成した汽水と該熱交換器用の給水が導入され
るスチーム・ドラム内を、該スチーム・ドラムから抽出
されるスチームよりも高圧のスチームを発生させるため
に設備される高圧スチーム発生装置用の給水が通過し予
熱されることを特徴とする反応熱の回収方法。