JPS6327394B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温において例えばメタンと水蒸気
の混合物のようなガスを触媒的に分解炉に関す
る。この分解炉は特に、核エネルギーにより大規
模に石炭をガス化するのに適している。このよう
な装置は、例えば西独特許出願公開公報第
2553560号（特開昭52−68107号公報参照）から公
知である。ここではペブルベツト型の原子炉にお
いてガス、成るべくはヘリウムガスが加熱され、
このガスを安全的見地からは熱交換器を介してそ
の熱を約950℃の初期温度において一方では水蒸
気ガス化装置へ、他方では分解炉へ供給する。上
述の公報においては、水蒸気のガス化およびメタ
ン分解のプロセスが850℃以上の温度範囲におい
てのみ満足すべき歩留まりで進行すること、従つ
てより低い温度範囲の熱は蒸気の発生に利用する
しかなく、この場合そのようにして発生した蒸気
のごく一部だけがこの装置自体の中で利用できる
に過ぎず、残りの蒸気は発電に利用されるが、こ
れは、不利な条件のもとでのみ利用できるに過ぎ
ないという問題も提示されている。分解炉におい
ては、設備の休止時間を低減するために、触媒材
料が迅速かつ確実に交換可能であり、加熱装置も
迅速な保守点検が可能であり、更に必要に応じて
交換或は修理を施し得ることが重要である。この
装置をヘリウムで加熱しようとする限りは、ヘリ
ウムが何等の輻射熱も放出せず、従つて熱は殆ど
が対流によつて伝達される必要があることに留意
しなければならない。

西独特許出願公開公報第2616085号には大規模
の石炭ガス化装置が記載されており、ここでは加
熱ガスおよび分解ガスには約40バールの圧力を持
たせる必要があり、熱の大部分が対流によつて伝
達される。触媒材料は長い並列垂直管の中に保持
されるが、この管の触媒材料の上方および下方部
分の断面は著しく狭められている。触媒材料の形
状および配置、特に両側で狭められたこの種の管
におけるその交換に関しては、何等言及されてい
ない。

西独特許出願公開公報第2412840号および第
2412841号においては、炭化水素の触媒的分解に
対する分解管が記載されている。下端が閉鎖され
ている懸垂分解管は、その内部に分解ガスの導出
装置として最深点まで通ずるらせん状の管を担持
しており、弛く充填されたニツケル含有触媒材料
を以て満たされている。触媒材料は弛い堆積の中
にあるので、正確には算出できないそして時間と
共に変化し得る圧力損を作り、この圧力損は、多
数の分解管を並列に接続した場合には、プロセス
ガスの通流量を異らしめ、従つて温度をも異らし
める。温度低下に際しては触媒材料は凝縮し、こ
れに対し温度上昇時には膨張して外側の分解炉や
内側の導出管に負荷を与える。この触媒材料が消
耗或は破損した場合には、例えば空圧的に分解管
から取出さなければならないという煩雑な作業を
免れない。ヘリウム冷却形原子力装置は、例えば
40気圧の高圧で運転されると有利であることか
ら、必然的に著しく厚く作られた分解管の壁厚が
触媒材料への熱伝達効果を低下させる。分解管
は、基床に確実かつ気密に固定するために、相互
に一定の最小間隔を持たせる必要がある。従つて
分解管は、触媒材料の装填量に対比しく著しく大
きな空間を必要とする。このような構造において
は、分解管の外部の熱の十分な対流移動のために
必要なガス速度は到底得られない。高温時および
大直径の場合には基床も費用のかかる金属構造を
必要とし、これは強度を保つためには冷却を必要
とし、従つて熱経済的に著しい損失の原因とな
る。

本発明の目的は、外部から供給される熱をでき
るだけ広範囲に分解プロセスの遂行に利用でき、
ごくわずかなエネルギー量だけを再び外へ排出す
るだけで済むようなガスを触媒的に分解するため
材料および所要空間が少く、触媒材料を迅速かつ
簡単に交換し得る分解炉を提供することにある。
更に本発明の特殊な目的として、殆ど残りなく分
解ガスが分解される程の高温が得られる分解炉を
提供することがある。このような措置により、製
品の分解されない部分流を分離し、再び分解炉へ
供給する必要がないようにしなければならない。
更に分解炉の材料および所要空間も低減される必
要がある。

これらの目的は本発明によれば、分解ガス流路
の高温範囲では電気加熱装置と触媒材料が交互に
配置され、中間温度範囲では触媒材料と、分解す
べきガスに対する交差対向流を形成するため分解
されたガスにより貫流される加熱管とが配置さ
れ、低温範囲では流入するガスと流出するガスと
の間の熱交換をするため前記加熱管のみが配置さ
れることにより達成される。

本発明によれば、従来のように触媒材料を充填
した壁厚の分解管に比して材料および所要空間が
著しく低減され、熱伝達も改良され、強度上の問
題の大部分が解決される。交互に、従つて機械的
に分離された加熱装置と触媒材料との配置によ
り、熱の伝達および圧力の損失に関しても共に最
適の設計が可能となる。その外触媒材料の交換が
著しく簡単化され、特にそのために加熱部分を開
放し或は取外すことさえも不要となる。例えばＵ
字形レールに保持されている垂直の枠の中に触媒
材料を配置するようにすれば、簡単なリスト機構
を用いて交換できるので特に有利である。

本発明によれば電気加熱装置（特に電気加熱
棒）を設けることと関連して連続的に著しく有利
である。電気加熱棒は、例えば、触媒材料間の平
面内に垂直に懸架するＵ字形のアーチとして配置
することができる。これは加熱時に自由に膨張可
能であり、そして総ての電流端子を分解ガス路の
一方の側にだけ設けることができるので、僅かな
費用で据付および給電が可能となる。加熱装置と
触媒材料との間隔が僅かでかつ高温であるので、
触媒材料に対する輻射加熱による大きな直接的熱
伝達が期待される。

更に本発明によれば、高温で供給される電熱を
分解すべきガスの再生予熱のために大幅に使用す
ることが可能となる。その場合、電気加熱と本発
明による触媒材料および加熱装置との配置を組合
せれば多大の利益が認められる。分解ガス路内の
温度は分解ガスの流れ方向に漸次増大するので、
分解ガス路の特に側壁における隣接構造部分間で
は、何等著しい温度差、従つて何等の大きな熱勾
配も生じることはない。交差対抗流において何回
も方向転換させることにより、分解ガス路内に生
じ得る温度のむらが補償される。

分解炉がガス冷却型高温炉から得られた核反応
熱により加熱されるようにすると特に有利であ
る。原子炉からの約950゜の温度で流出するヘリウ
ムは、その熱をごくわずかな温度勾配を以て同様
にヘリウムを含む２次回路或は分解炉へ放出す
る。この２次回路或は分解炉は、当然ながら約
850℃の最高温度を有するに過ぎない。しかし大
部分の分解プロセスが、約1000℃において初めて
完全に進行することから、不足する温度を電気加
熱によつて補充するのが適当である。

次に本発明の実施例を示す図面を参照して、本
発明を更に具体的に説明する。

第１図においては、分解すべきガスは分解ガス
流入路４から先づ直線的に、次いで交差対向流の
形で分解ガスの流出路５へ導かれる。直線的流入
路は管床部６および７によつて対向する２つの側
で制限されており、両管床部は平面的に配置され
た多数の加熱管８を介して連続されており、その
間には、流れ方向に配置された多数の小孔を含む
触媒材料９が配置されている。管床部６，７はガ
スの低温範囲、即ち分解ガス流入路４の附近では
加熱管８のみを有するが、ガスの中間温度の範囲
においては交互に加熱管８と触媒材料９とを有し
ている。ガスの高温範囲においては上記管床６，
７の代りに閉鎖壁１２，１３が設けられ、その範
囲内には加熱管の代りに電気加熱棒１４が配置さ
れている。このようにして電気加熱を受けた後、
分解ガスは方向転換壁１５および１６により一部
の加熱管８に導かれ、次いで分解ガス流出導路５
の方へ交差対向流の形で導かれるが、この場合分
解ガスは案内壁１７，１８，１９，２０および２
１によつて案内される。方向転換壁および案内壁
と管床部６および７の間には、分解ガス流入路４
とその流出路５、および管床部との間におけると
同様に弾性の密閉性の延び補償装置２２が溶接さ
れている。このような仕方で、相隣る構造部分間
の熱膨張の差によつて損傷を受けない、交互に触
媒材料と電気ないしガス加熱装置とを有するコン
パクトな構成が得られる。

第２図においては、分解ガスはその流入路４か
ら流出路５に向つてほぼ直線的に流れるが、その
場合第１図とほぼ同様に先づ管床部６および７に
より、次に閉鎖壁１２および１３によつて制限を
受けている。ガス状の加熱媒体、例えばヘリウム
が高温ガス流入路２から交差対向流の形で高温ガ
ス流出路３へ導かれるが、その場合案内壁２３，
２４および２５によつて案内される。この場合も
第１図と同様に、温度を異にする隣り合つた構造
部分の間には熱膨張補償装置２２が配置されてい
る。ガスの温度の高い範囲においては、分解ガス
はヘリウムではなく電気加熱棒１４によつて加熱
される。第２図に示されている実施例において
は、ガスの低温範囲内では、そこに触媒材料の配
置を要しない、流出ヘリウムと流入分解ガスとの
間の熱交換用の管のみを設け得ることは自明であ
る。

第３図および第４図においては、小孔１０を有
する正方形の触媒板３０が多数の並列垂直方向の
列に上下に重ねられ、触媒板はそれらの間に配置
されたＨ字形のプロフイル３１および外枠３２に
よつて保持されており、外枠３２には枠全体を持
上げるための例えば２つのＵ字形片３３が取付け
られ得るようになつている。

第５図には、第３図におけるような正方形の触
媒板３０がＨ字形のプロフイル３１によつて保持
され、これは再び外からより大きなＨ字形プロフ
イル５０によつて保持されており、さらに第１図
に示されているような管床部分６に固定されてい
る。図示のように触媒板３０を充填した２つの枠
の間には、２つの加熱管８の面が示されており、
一つの管は断面図で、今一つはこれよりずらされ
て正面図で示されている。

第６図はベブルベツド型の高温原子炉６１を示
し、この原子炉では１次回路６２においてポンプ
６３によつて循環される冷却材のヘリウムが約
950℃まで加熱される。ヘリウムは中間熱交換器
６４の中で２次回路へその熱を放出し、２次回路
は同様にヘリウムを以て運転され約850℃まで加
熱される。この高温ガスは今一つのポンプ６６に
よつて分解炉１へ供給され、ここで高温ガスは加
熱管８からの放出熱によつて、導管６７を介して
分解炉に供給される分解ガス（メタンと水蒸気）
を加熱する。この分解ガスは電気加熱棒１４によ
り1000℃以上の温度まで、従つて完全分解を起す
に足る高温範囲まで加熱される。分解ガスの流れ
に直角に取付けられた触媒９により水素と一酸化
炭素に分解された分解ガスは、排出導管６８を介
して分解炉１を離脱する。約500℃の温度で流出
する高温ガスは蒸気発生器６９に供給され、ここ
でこのガスは約250℃に冷却され、次に再び中間
熱交換器６４へ流入する。蒸気発生器６９の中で
作られた蒸気はタービン７０を駆動し、タービン
は発電機７１を駆動し、加熱棒１４へ電流を供給
させる。蒸気の一部は迂回導管７２を介して分解
ガス流入導管６７へ供給される。従つて上記水・
蒸気循環回路７３には、絶えず補充が施される必
要がある。上記図面においては当然存在すべき公
知の再生熱交換器、即ち例えば分解ガスの中に保
有される熱が高温ガスの予熱に使用される熱交換
器は、図面を見易くするため省かれている。

高温ガスの中に保有される熱は、蒸気発生器６
９および蒸気タービン７０の代りに、図示されて
いない、ガスタービンの中で使用することも勿論
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の異なる実施例に
おける分解炉の水平断面図、第３図は触媒板を備
えた枠体の拡大垂直断面図、第４図は第３図の正
面図、第５図は加熱管の配置を示す分解炉内の拡
大水平断面図、第６図は装置全体の概略系統図で
ある。 １……分解炉、２……加熱ガス流入路、３……
加熱ガス流出路、４……分解ガス流入路、５……
分解ガス流出路、６，７……管床部、８……加熱
管、９……触媒材料、１４……電気加熱棒、１
５，１６……方向転換壁、１７，１８，１９，２
０，２１……案内壁、２２……熱膨張補償装置、
２３，２４，２５……案内壁、３０……触媒板、
３１，５０……Ｈ形プロフイル、６１……ペブル
ベツト型原子炉、６２……１次回路、６３……ポ
ンプ、６４……中間熱交換器、６５……２次回
路、６７……分解ガス流入導管、６８……排出導
管、６９……蒸気発生器、７０……タービン、７
１……発電機、７２……迂回導管、７３……水・
蒸気循環路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分解ガス流路６，７，１２，１３の高温範囲
   １２，１３では電気加熱装置１４と触媒材料９が
   交互に配置され、中間温度範囲では触媒材料９
   と、分解すべきガスに対する交差対向流を形成す
   るため分解されたガスにより貫流される加熱管８
   とが配置され、低温範囲では流入するガスと流出
   するガスとの間の熱交換をするため前記加熱管８
   のみが配置されることを特徴とする分解炉の中で
   ガスを高温で触媒的に分解するための分解炉。 ２ 触媒材料９が分解ガスの流れ方向に直角に多
   数の小孔１０を有する壁として構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分解
   炉。 ３ 触媒材料９の壁の間に加熱装置８，１４が配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の分解炉。