JPS63294493A - アンモニア生成装置における蒸気発生のための熱交換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水素または窒素含有ガスから合成によってア
ンモニアを生成する装置における蒸気発生のための熱交
換器に関し、請求項（１）の導入部に記載の型の熱交換
器に関する。

〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕アンモニ
ア転化器から出たアンモニアを含有する熱ガスは、発生
したアンモニアを凝縮して分離するために冷却されなけ
ればならない。通常、そのような冷却は熱交換によって
行われ、しばしば熱合成ガスのエンタルピの少なくとも
一部が回収されるように行われる。この目的のために、
アンモニア生成装置にはエコノマイザが使用される。

熱の少なくとも一部を蒸気として回収するために廃熱ボ
イラを取付けることも周知である。

英国特許公開筒２，０８９，９５１号明細書からそのよ
うな熱交換器は周知である。熱交１ａは主に多数のＵ字
管で行われ、Ｕ字管の両端部はアンモニア及び水／蒸気
を含有する圧力室を仕切る管板内にそれぞれ挿入されて
いる。水と接触するオーステナイｌ製管の材料によく存
在する引張りによる腐食の問題を回避するために、管は
低合金含量の炭素鋼からなることが好ましいが、これは
温度が３８０〜４００°Ｃを越えない場合には有効であ
る。この臨界を越える温度では、アンモニア含有合成ガ
スに接する管の面に激しいニトロ化が生しることになる
。類似の状態は管板にも起こり、管板がニトロ化に耐え
得るオーステナイト系合金鋼で内張すされていない場合
などには、管板の温度は前記温度の臨界を越えるべきで
はない。前記英国特許出願明細書に開示の熱交換器では
、管板内の孔の二列毎の管の端部が熱くなると共にその
中間の管の端部がより冷たくなるように、Ｕ字管を配置
することによって上記問題を解決する試みがなされた。

管板内で熱い管とより冷たい管が連続することによって
管板の温度が合成ガスの入口温度よりも相当低い程度に
まで低下し、これによりニトロ化が減少する。

しかしながら、上記型の構造はＵ字管の多くの入口端部
間に熱合成ガスを分布させることができるような配置を
必要とする。これに則して、管の他端部からの冷却され
たガスは収集されて合成ガスの圧力室の出口に送られる
ようになっている。

上述の英国特許出願明細書では、この配置は圧力に耐え
る管板と平行で管板から一定距離を置いた補助管板より
なる。この補助管板は差し込み型管によってＵ字管の入
口に連結されている。従って意図するガス流は、入口か
らのガスが補助管板によって管板から仕切られた入口室
内に流れ、差し込み型管を通ってＵ字管内に流れ、さら
にＵ字管を通って合成ガスの圧力室に戻り、圧力室内で
ガスが合成ガスの入口室の外側に流れるものである。

補助管板、短い差し込み型管、及び入口室を形成する他
の壁は、これらの部品が水と接触しないので、高温でも
アンモニア含量の合成ガスに耐え得るオーステナイト系
材料で製造してもよい。

周知の構造はいずれにせよ、より適切でない点を有して
いる。特に、短い差し込み型管とＵ字管との間の確実な
密閉を得ることが困難である。これは、熱合成ガスが管
板の領域において短い差し込み型管とＵ字管とから外れ
た流路に流れるかもしれないということを意味するもの
である。この領域はニトロ化の影響を非常に受は易いの
で、構造が完全に溶接された接合で構成されていない限
り、漏洩による熱ガスの余計な影響によって、構造の耐
久性がより弱まることになる。その場合、管板内のＵ字
管の取付は箇所において最も影響を受けた領域の定期点
検は、許容不可能な程非常に困難である。

従って本発明の目的は、これらの問題を解決する熱交換
器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の熱交換器は請求項（１）に開示の事項によんで
特徴づけられる。本発明の熱交換器では、合成ガスが２
つの通り室内のＵ字管を通過することによって、部分的
に冷却されたガス流が得られ、そのガスは管板を通って
送られる。またそのガスは管板の温度を制御するのに利
用してもよく、＋分に冷却されたガスは熱ガスから分離
された状態に保持される。これによって漏洩の問題が少
な（なるため、合成ガスの入口と出口を仕切る壁を完全
に溶接する接合は実質上必要でなくなり、検査のために
圧力室を分解することも容易である。

本発明の好ましい実施例は引用形式請求項に記載されて
いる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図に軸方向断面で示す熱交換器は、一定量のアンモ
ニア（４〜２５％）を含有する熱合成ガスの圧力室を備
える。圧力室はガスの入口１と出口２・を有する。圧力
タンク（圧力室）は壁によって２室、すなわちガス入口
１に連通ずる第−室３とガス出口に連通ずる第二室４と
に仕切られている。

さらに熱交換器は水／蒸気の圧力室１６を備え、この圧
力室は水（給水）の入口５と発生した蒸気の出口６を有
する。２つの圧力室は通常の壁、すなわら耐圧管板７を
有し、この管板内において多数のＵ字管がその両端部で
取付けられている。管９の両端部は第−室に開口し、管
８の一端部は第−室に開口し、他端部は第二室４に開口
する。管９の一端部は第−室３に連通し、他端部１１は
短い０字連結管１２によって管８の一端部１３に連結さ
れている。管８の他端部１４は第二室４に開口する。入
口１を通って第−室３に進入した合成ガスは、管９を通
過し、部分的に冷却された０字連結管１２を通り、管８
及び第二室４に入って出口２に至る。

水（給水）は入口５から進入し、管の回りを循環し、蒸
気が出口６を通って圧力室から出る。

管９の最も暖かい端部ｌＯが管９のより冷たい端部１１
と管８の入口端部１３との間に分布するように、Ｕ字管
８．９が管板内に配置される。それによって、熱合成ガ
スの入口温度がニトロ化が急激に増加する臨界を越える
場合でも管板７は該管板の温度がその臨界を越えない程
度にまで冷却される。

合成ガスの圧力室を２室に仕切る壁は、単一カバー１５
を取り外した時に管板を点検し、必要に応して漏洩して
いる管を補修するかまたは塞ぐことができるように構成
されている。管板７には、ニトロ化によって弱められな
いよう熱アンモニア含有合成ガスに耐え得るオーステナ
イト系材料のライニングを施しておくことが好ましい。

熱ガスの入口ＩＯには、管板７に対する熱の影響を少な
くするために常套手段で高合金鋼のフェルールが設けら
れる。

第２図は２０　Ｘ　２０　Ｕ字管を有する熱交換器のた
めの管板７内の管８．９の配置を図式的に示している。

実際には、より多くの管が使用されるが、図示した原理
はより多数の管にも有効である。一つの管８及び一つの
管９に対応する各対の管には１〜２０の番号を記しであ
る。入口１０に対応する入口には記号を記していないが
、出口１１に対応する出口にはＡを記しである。入口１
３に対応する入口には記号Ｂを記し、十分に冷却された
ガスの出口には記号Ｃを記しである。従って連結管１２
は各対の管１〜２０のためにＡを記した出口とＢを記し
た入口とを連結する。図より明らかなように、第一組の
Ｕ字管９の熱い入口端部が第一組のＵ字管のより冷たい
出口端部と第二組のＵ字管８の入口との間に一様に分布
している。それによって管板７は、その他方側に水が接
触するために管板を低合金炭素鋼で製造した場合でも、
ニトロ化を回避し得る程度の温度まで冷却される。管装
置の一つの特徴は、三列毎の管が第二組のＵ字管８の入
口端部であることである。これによって、管板内を均一
な温度分布にすることができると共に、合成ガスの圧力
室における連結管の必要なスペースを少なくするために
連結管を短くすることができる。

さらに本発明を、高圧蒸気の発生におけるアンモニア転
化器からの出口ガスの潜熱を回収する廃熱ボイラとして
の熱交換器の一例によって示す。

アンモニア装置の主なデータは次の通りである。

生成能力、とＴＰＯ１、５００ 転化器からの出口ガス、Ｎボ／ｈ　　４００．０００合
成ガスの成分、ｍｏ１％ ０、　　　　　　　　４５ Ｎ、　　　　　　　　　１５ ＮＨｆｆ　　　　　　　　２３ その他　　　　　　　１７ 入口での合成ガスの温度、’Ｃ４５０ 圧力、ｂａｒ　ａｂｓ、　　　　　　　　　　　　　２
９０このガスを冷却するために次の主な寸法を有する熱
交換器がポ、イラとして使用される。

水蒸気のための胴の直径、ｍｍ　　　１８５０／１７５
０ガス胴の直径、ｍｍ　　　　　　　　２１００／　１
７５０管（反の厚さ、ｍ１０　　　　　　　　　　　　
３５０第一流路のためのＵ字管の数　　　　　２００第
二流路のためのＵ字管の数　　　　　２００第一流路の
ためのＵ字管の直径、ｍｍ　３８．１　／２８．９６第
二流路のためのＵ字管の直径、ｍｍ　３８．１　／２８
．９６第−流路のためのＵ字管の長さ、ｍ　　　１２．
５第二流路のためのＵ字管の長さ、ｍ　　　１２．５ピ
ツチ、ｍｍ　　　　　　　　　　　　　　　　４８管の
表面積、ボ　　　　　　　　　　　　５８５通常の操作
で生成される蒸気は次の通りである。

能力、ｋｇ／　ｈ　　　　　　　　　　　　　６３５０
０温度、’Ｃ２５０ 圧力、ｂａｒ　ａｂｓ、　　　　　　　　　　　　　　
４０ガスは約２６０°Ｃまで冷却される。

適当な管装置（第２図参照）によって管板の温度を３８
０’Ｃ以下に保ってもよい。

熱交換器は２１／４％Ｃｒ、１％Ｍｏ合金鋼で製造され
る。

合成ガスの圧力室の内側に面する管板の面はインコネル
６００（オーステナイト系）で内張すされ、合成ガスの
圧力室内の全ての仕切壁はオーステナイト系材料からな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換器の軸方向断面図、第２図は管
板内におけるＵ字管の端部の分布状態の一例を示す図で
ある。 ｌ　　　　　　　二合成ガスの入口 ２　　　　　　　：合成ガスの出口 ３　　　　　　　：合成ガスの第−室 ４　　　　　　　：合成ガスの第二室 ５　　　　　　　：給水の入口 ６　　　　　　　：蒸気の出口 ア　　　　　　　：管板 ８・９　　　　　：Ｕ字管 １２　　　　　　　：０字連結管 １６：水蒸気の圧力室

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンモニアを含有する合成ガスの生成装置におけ
   る蒸気発生のための熱交換器であって、入口及び出口を
   有する熱合成ガスの圧力室と、水／蒸気の入口及び蒸気
   の出口を有する蒸気の圧力室とを備え、両圧力室は管板
   によって仕切られ、管板内において多数のＵ字管の両端
   部が水／蒸気の圧力室内を通過し、合成ガスの圧力室は
   該圧力室を分離室に仕切る壁を有し、分離室の第一室が
   合成ガスの入口と管の端部の一部分とを連通し、第二室
   が管の端部の別の部分と合成ガスの出口とを連通する熱
   交換器において、管が同数の管で２組に分けられ、第一
   組の管の端部が合成ガスの圧力室の第一室に連通し、第
   二組の管の一端部が第二室に連通し、第一組の管の他端
   部が連結管によって第二組の管の他端部に連通している
   ことを特徴とする熱交換器。
2. （２）第一組のＵ字管の管の一端部と第二組のＵ字管の
   管の一端部とを連通する連結管が各対の管のためのＵ字
   管であることを特徴とする請求項（１）記載の熱交換器
   。
3. （３）連結管が各組の多数の管に共有であることを特徴
   とする請求項（１）記載の熱交換器。
4. （４）連結管が合成ガスの入口と管の端部の一部分とを
   連通する第一室内に配置され、この第一室内において管
   板の一部が壁を形成していることを特徴とする請求項（
   ２）または（３）記載の熱交換器。
5. （５）管板内において第一室に連通する管の端部が列状
   態に配置されるようにＵ字管が配置され、三列毎の列が
   合成ガスの出口に連通する第二室に連通する管だけから
   なることを特徴とする請求項（４）記載の熱交換器。
6. （６）一組のＵ字管の管は、その両端部が第一室内の壁
   を形成する管板の領域で取付けられ、各列の管が他の組
   のＵ字管に互いに連通されるように配置されていること
   を特徴とする請求項（５）記載の熱交換器。