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JPH0596149A - 吸熱反応装置 - Google Patents

吸熱反応装置

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JPH0596149A
JPH0596149A JP3070019A JP7001991A JPH0596149A JP H0596149 A JPH0596149 A JP H0596149A JP 3070019 A JP3070019 A JP 3070019A JP 7001991 A JP7001991 A JP 7001991A JP H0596149 A JPH0596149 A JP H0596149A
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JP
Japan
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tube
combustion
fuel
reaction
reaction vessel
Prior art date
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JP3070019A
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English (en)
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JP3075757B2 (ja
Inventor
Robert C Ruhl
シー ルール ロバート
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Original Assignee
Standard Oil Co
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Publication date
Application filed by Standard Oil Co filed Critical Standard Oil Co
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 吸熱反応装置を改良する。 【構成】 反応装置１０は反応容器を有する。反応容器
は、生成ガスを生成する供給ガスの吸熱反応を容易にす
るために、反応容器を少なくとも部分的に満す触媒床２
０を有する。反応容器は供給ガスを反応容器に供給する
入口と、生成ガスを反応容器から取り出す排出口と、少
なくとも１つの発熱手段とを有する。発熱手段は燃料供
給管を同心的に囲む少なくとも１つのセラミック燃焼管
３０を有する。燃料供給管３４は反応容器を加熱するた
めに燃焼管３０の内部にその長さに沿って少なくとも部
分的に延び、かつ反応容器によって囲まれている。発熱
手段は燃料、ガス及び空気を供給する入口を有し、燃料
ガス及び空気は発熱手段内で燃焼し反応容器を加熱す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、吸熱反応を行う際に用いられ
る装置に関し、詳細には、軽質炭化水素、特に水蒸気及
び／又は二酸化炭素及び軽量炭化水素の混合物を改質す
る炉に関する。
【０００２】アンモニア合成、メタノール合成又は水素
化分解プラントで用いられる水素が以下の吸熱改質反応
を用いるプロセスでしばしば生成される。
【０００３】 炭化水素には、前述の反応で示すようなメタン、又は他
の軽質炭化水素、又は天然ガスのようなこれらの混合物
がある。同一の反応が、所望の製品がＣＯ又はＣＯとＨ
2 の両方である場合に用いられる。他の吸熱反応は副産
物の水素（Ｈ2)を生成するエタンのエチレンへの変換
（熱分解）であり、この反応は通常約９５０℃の熱及び
３気圧の圧力だけを必要とし、触媒を必要としない。メ
タン反応を行なう触媒は、アルミナのような不活性体に
被覆したニッケルであり、通常は、「改質（リフォーミ
ング）炉」としばしば呼ばれる炉内に支持された垂直管
の中に収容される。改質炉は米国特許第３，１３２，０
１０、第３，２６４，０６６及び第３，３８２，０４４
のプロセス流れ図に説明され又は概略的に示されてい
る。
【０００４】通常の改質炉内の管は垂直方向に延び、反
応体はマニホルドによって管の組の１端に供給され、生
成物を豊富に含んだガスが管の他端から取り出される。
改質反応が高温で生じ吸熱的であるので、反応体を加熱
するために熱が管に供給されねばならない。反応は約１
５００°Ｆ（８１５℃）の高温及び約１５０乃至４５０
ｐｓｉａの圧力で管内で行われる。
【０００５】改質炉の性能を改良するために、又は炉の
構造を改良して炉の保守及び動作を容易にするために種
々の努力がなされてきた。例えば、エイ．ジェイ．エド
リッジの米国特許第４，１６１，５１０は、反応が行わ
れる改質管の露出面に被覆されたセラミック塗料の使用
を教示しており、この塗料は管の亀裂を減少させるため
に反射性である。エイ．ナイト等の米国特許第４，７１
４，５９３は、炉の小型化を達成するために触媒化した
発熱装置を用いる改質装置を教示している。エス．ピ
ー．アンドリューズ等の米国特許第４，８１０，４７２
は、端部が閉鎖され、二重通過の外部加熱式の金属改質
管（差込み管として知られている）を用い、生成ガスの
流れと管壁を横切る反応体の流れとの間で一定な熱交換
が行なわれる改質装置を教示している。
【０００６】セラミック管を用い、セラミック管内でガ
ス反応を行う装置も知られている。例えば、エフ．エン
ドテル等の米国特許第２，９８７，３８２はセラミック
管炉を開示している。さらにエフ．ウインクラー等の米
国特許第２，０１８，６１９は他の気密管に埋め込まれ
かつ炭化水素の熱分解変換を行う際の炭素の形成を防止
する元素シリコンを含有する材料で作られた管を教示し
ている。
【０００７】公知の改質炉は、大きく、単位容積当たり
計算すると高価となり、また管の寿命が所望の寿命より
短く、炭素付着（「コーキング」）しがちであり、改質
管のクリープ（永久変形）や腐食に起因して理想的な好
ましい値（最も効率的な反応に対して）より低い温度で
しばしば動作させねばならない。
【０００８】
【発明の要約】本発明は、吸熱炭化水素改質反応が起こ
る反応容器によって囲まれたセラミック管の燃焼器（バ
ーナ）設計を用いるものである。この設計は、反応が管
内で行われかつ熱が外部から加えられる先行技術の装置
と対照的である。本発明の設計により、多数の高密度配
置のバーナ管を用いることができかつプロセスの高い熱
効率で炭化水素の高変換を達成するために高温、高圧で
動作することができるコンパクトな装置が可能である。
さらに、構造材料により中間の水蒸気対炭素比で良好な
動作が可能であり、コーキングを最少にできる。本発明
の装置は比較的低温のシールを使用できる。
【０００９】本発明の反応装置は、吸熱反応を行う反応
容器を有し、反応容器は反応容器に供給ガスを供給する
入口と、生成ガスを前記反応容器から取り出す排出口
と、前記反応容器を加熱しかつ前記反応容器によって囲
まれた少なくとも１つの発熱手段とを有する。この反応
容器は、生成ガスを生成する吸熱反応を容易にするため
に反応容器を少なくとも部分的に満す触媒床を収容す
る。発熱手段は、燃焼管の内部で少なくとも部分的にそ
の長さに沿って延びる燃料管を同心的に囲む少なくとも
１つのセラミック燃焼管を有する。この発熱手段は、燃
料ガスと空気を供給する入口手段を有し、燃料ガスと空
気は前記発熱手段内で燃焼し、発生した熱は発熱手段か
ら反応容器に伝達する。発熱手段はまた前記発熱手段か
ら燃焼排気ガスを除去する排気出口を有する。好ましく
は、反応ガスと燃焼ガスが向流であるように供給ガス混
合物は一端から反応容器に入り、燃料ガスと空気は供給
端とは反対の端部から発熱手段に入る。
【００１０】本発明の目的は、改良した変換、エネルギ
ー効率及び保守を与える、軽質炭化水素を改質するよう
な吸熱反応を行う改良装置を提供することにある。
【００１１】本発明は添付図面に関連して以下の説明か
ら明らかになるであろう。
【００１２】
【実施例】本発明を以下の好ましい実施例を参照して一
層詳細に説明する。
【００１３】反応装置１０の全体が図１に示されてい
る。装置は垂直に向けられているが、水平でも作用で
き、したがって、特定の方向には限定されない。装置は
内部を耐火断熱材１４で内張りした鋼製シェル１２を有
し、耐火断熱材１４は、ガスケット又はボルト止め等に
よって鋼製シェルに密封連結させた底板１６（管板とも
呼ぶ）と、頂板１８（又は上管板）を有し、これらの板
が一緒になって反応容器を形成している。底板１６は、
１つまたはそれ以上の燃焼管３０が貫通する触媒床２０
を支持し、燃焼管は、セラミック材料で作られ、底板１
６及び頂板１８に密封連結されている。改質装置（反応
装置）１０の形状はほぼ円筒形であり、構造が管型熱交
換器と幾分似ているといえる。セラミック燃焼管は、管
の端部で管板に挿入した中空ねじ（図示せず）とグラフ
ァイトシール、好ましくはグラファイト箔らせん巻付け
式環状シリンダシール（例えばユニオンカーバイドから
市販のグラフォイルブランド箔）を拡張させる鋼製圧力
リングとの組み合わせによって板１６及び１８に密封連
結されている。これらのシール３２は、燃焼管を適所に
保持し、管側部にかなり高ガス圧力を持つが、シールを
通り越すガス漏れがほとんどない状態で熱的にかつ個別
に膨張できる。また、熱流によって発生される軸線方向
の張力を中和する又は張力から減算する軸線方向の圧縮
力、即ち予備荷重を、例えば、管シール組立体に積み重
ねたさらばね等を組み込むことによって各管に加えるこ
とが望ましい。別の方法としては、シールが、軸線方向
の圧縮力を与える装置によって適所に保持されてもよ
い。本発明の設計上の特徴は、燃焼管が管板に結合され
る箇所に低温シールを使用できることである。
【００１４】鋼製シェル１２は供給ガス混合物を通すた
めの１つまたはそれ以上の供給口２２を有し、ガス混合
物は改質装置内で改質されて詰め込んだ床２０を下方に
通り、１つまたはそれ以上の出口２４を通って出る。供
給ガス混合物は、もし吸熱反応がメタン改質反応である
ならば、例えば、天然ガスと蒸気との混合物であるが、
混合物は、天然ガスと反応容器内で蒸気に変わる水でも
よく、或いは天然ガスだけでもよく、蒸気は、反応容器
に別個に供給される水から生じる。他の組み合わせの供
給混合物も導入できる。図１に示すように、アルミナ上
のニッケル、不活性支持体、その他適当な触媒で良い触
媒床２０は、不活性部分、即ち不活性帯域２６を含み、
または床全体が単一の触媒材料または複数の触媒材料か
ら成ってもよい。実際には、ある吸熱反応に対しては触
媒なしで装置を働らかせることができる。
【００１５】燃焼管３０の内部には金属合金又はセラミ
ック材料で作られた燃料供給管３４が同心的に配置され
ている。燃料供給管は、Ｏリング又はグラファイト箔シ
ール３７を用いて、溶接により外側板（又は管板）３５
に固定される。燃料は入口３６から燃料入口マニホルド
４２に流入して燃料供給管３４に供給される。空気は空
気入口４０から空気入口マニホルド４２に供給され、こ
の空気入口マニホルド４２は管板１６から間隔を隔てた
外側板３５によって形成されており、かつ環状入口４４
を介して燃焼管３０と連通しており、このため、空気は
燃料管３４の外壁と燃焼管３０の内壁との間の空間に流
入する。燃焼管３０及び燃料供給管３４の組み合わせは
反応器に対する熱発生手段を構成している。
【００１６】燃料ガスは、その燃焼前にコークスになる
のを防止するために（必要に応じて）十分な水蒸気が加
えられた任意のクリーンな燃料である。もし燃料が高炭
素レベルを含有するならば、凝縮なしに必要な湿気レベ
ルを維持するために或る程度の予熱が必要である。
【００１７】抵抗加熱コイル４６が反応器を低温でスタ
ートするために反応器のシェルの外壁の内側に用いられ
ている。抵抗加熱器はその隣接帯域を約６００℃（この
温度は多少用いられる特定の燃料に依存する）に予熱
し、この温度点で、燃料と空気の自動点火が起る。火炎
帯域５０で点火を発生させるためにガスを導入する際予
熱が完了するまで空気を供給する必要があるかもしれな
い。燃焼管３０からの排気は排気マニホルド５４に集め
られ、マニホルド５２と連通している排気出口５４を通
して出る。
【００１８】セラミック燃焼管３０は、好ましくは、焼
結アルミナで作られ、かつ稠密な（不透過性の）セラミ
ック体を成形するための種々の利用可能なプロセスのう
ちの任意のもので作ることができる。また、アルミナの
使用は重要ではなく、他のセラミック組成物を使用でき
る。例えば、ジェイ．エイ．コポラ等の米国特許第４，
３４６，０４９号はシリコンカーバイド組成物及び焼結
アルファシリコンカーバイドセラミック体を製造するプ
ロセスを教示しており、該特許を参照されたい。このプ
ロセスはセラミック管を作るのに使用できる。用いるこ
とができる他のセラミック組成物には、窒化シリコン、
窒化アルミニウム、シアロン等がある。好ましい厳密な
材料は、プロセスに伴う反応体及び反応生成物ばかりで
なく温度及び圧力条件によって決まる。
【００１９】鋼管体１２、底板１６、頂板１８、マニホ
ルド３８及び５２、及び外側板３５は、１２００ｐｓｉ
又はそれ以上までの改質装置内圧及び約３５０℃までの
温度用に設計されかつ評価される従来の圧力容器用鋼で
作られるのが好ましい。耐火断熱材１４は、好ましく
は、アルミナ組成物のような耐蝕性の低伝熱タイプの断
熱材であり、必要に応じて膨張接合を用いる。
【００２０】図２は、図１の線２−２に沿った改質装置
１０の断面を示す。図面からわかるように、燃料管３４
は燃焼管３０内に同心的に配置されており、燃焼管は断
熱内張りを施した鋼製シェル１２内に同心的に配置され
ている。燃焼管３０からの熱は、触媒床２０に伝達され
て吸熱反応を行い蒸気と軽質炭化水素の混合物を改質す
る。燃焼管３０を囲む外部圧力の使用は、管を圧縮応力
状態に置くのに極めて有利であり、その場合セラミック
は張力状態にあるよりも大変強い。
【００２１】図３に示すように、装置は１つ以上の燃焼
管から成り、図３では適当なパターンに配置した７つの
燃焼器を示す。本発明は１つ又は７つの燃焼器に限定さ
れるものではなく、何千もの燃焼管を適当な寸法の改質
装置に組み込むことができる。小径のセラミック燃焼管
及びグラファイト箔シールの使用により、先行装置で以
前用いていたものより燃焼管を高密度に詰め込むことが
できる。
【００２２】入口４０に供給された空気は、所望の圧力
降下、伝熱要件、用いられる操作に応じてブロワ又は圧
縮機によって供給される。圧縮機はブロワよりも高い流
入圧力を発生させるが、ブロワを動作させる費用は圧縮
機を動作させる費用より安い。また、発熱手段に供給さ
れる空気を予熱することが望ましい。予熱器は示されて
いないが、このような装置は公知であり、市販されてい
る。所望に応じて、排気流をガスタービンによって膨張
させて（可能ならばある程度の熱が加えられて）空気圧
縮機を駆動してもよい。
【００２３】図４及び図５に示す装置は、それらが触媒
床２０を収容するシェル１２を有し、かつ供給入口２２
及び製品出口２４を有する点で図１に示すものと基本的
に類似している。これらの実施例の差は、各場合、発熱
手段が反応容器で包囲されているが、発熱手段の設計に
ある。
【００２４】図４に示すように、燃焼管３０は供給ガス
管６０を有し、この供給ガス管６０はその長さに沿って
間隔を隔てて孔６４を有しかつ一端６６が栓をされ、或
いは他の方法で閉鎖されている。このようにして、入口
３６を経てマニホルド３８に供給された燃料は、孔６４
から出るまで管６０を通る。反応器が動作温度にあると
き、燃料は入口４０を経てマニホルド４２に供給された
空気と混合し燃焼帯域６８に入り、自動点火して反応器
を加熱する。プラグ６６は極めて高い温度に抵抗する必
要はなく、したがって、グラフィイト又は耐熱有機セメ
ントで作ることができる。燃料を段階毎の導入する他の
方法が用いられてもよい。
【００２５】図５の装置は、発熱手段が差込みタイプの
発熱手段である点で異なっている。この装置では、管板
が断熱容器閉鎖体７０で置き換えられており、燃焼管
は、板１８に密封連結された閉鎖端付管８０である。燃
焼管は閉鎖端を持つように示されているが、図４に示す
ように栓をされてもよい。燃料は燃料入口８２を経て燃
料供給管８４に供給され、一方空気は空気入口８６を経
て空気供給管８８に供給される。動作温度で、燃料は火
炎帯域９０で自動点火して熱を発生し、吸熱反応を行
う。排気ガスは矢印９２で示すように燃焼管８０を上方
に通りマニホルドに至り、そこで排気ライン５４を経て
装置から出る。
【００２６】一般に、本発明の装置では、燃焼管は、天
然ガスプラス蒸気の改質用途に対しては、単位流量当た
り所要の伝熱を達成するために、長さに対して代表的に
は５００乃至７００の内径比を必要とする。もし反応器
が低い温度差で作用するならば、さらに高い比が要求さ
れる。
【００２７】好ましい管の分離距離は極めて小さい。例
えば0.３乃至0.５インチ（0.７６乃至1.３cm）である。
これは、シールの所望の寸法、関連するねじ山、これら
のねじ山間に小さい距離を持つ必要性により制限され
る。距離が小さいと容器の寸法が小さくなり、シェル一
側の伝熱が改良される。
【００２８】単一の反応器の管の数は１つ程度から１
０，０００又はそれ以上であってもよい。反応器を大き
くすればするほど圧力容器の壁を厚くする必要がある
が、設備費用上の節約となる。
【００２９】好ましい管の肉厚は管強度、腐食定格及び
直径に依存する。外部圧力の使用により比較的薄い壁の
使用が可能となる。その理由は、セラミックは圧縮より
も張力におけるほうが強いからである。
【００３０】好ましい燃焼管の内径は管の分離距離（管
内面から管内面までの距離として表したもの）に通常は
等しい。かくして、もし分離距離が0.４インチ（１cm）
ならば、好ましい管の内径は、0.８インチ（２cm）の中
心線間隔に対して0.４インチ（１cm）である。等間隔の
三角形の管配列が最大の詰め込み密度に対して好まし
い。
【００３１】例えば、１つの装置では１０，０００個の
管を使用し、各管は、0.４インチ（１cm）の内径、0.５
インチ（1.３cm）の外径、２０フィート（６ｍ）の長さ
を持ち、0.８インチ（２cm）の三角形のピッチで配列さ
れる。束の直径は約７フィート（2.１ｍ）であり、全内
部面積は約２０，９００平方フィ−ト（１９４１ｍ2 ）
である。
【００３２】基本実施例は、プロセスガスが出るのと同
一の端部で反応器に入り、プロセスガスと向流で流れる
燃料及び空気の流れを用い、排気は反対の端部、即ちプ
ロセス供給ガスが入る端部から出る。
【００３３】他の実施例は、燃焼ガスとプロセスガスの
同一方向の流れを採用している。この設計では、セラミ
ック管の排気端部で高温シールが必要である。こうよう
なシールは例えば融着ガラス又はセラミックセメントで
作ることができる。低温端部シールは管の熱膨張を可能
にするＯリング又はグラファイト箔タイプである。
【００３４】端部を閉鎖した三重同心燃焼管を用いるこ
ともでき、この場合、燃焼ガスは、空気及び燃料が入る
端部と同一の反応容器の端部から出る。これは図５に示
されている。これらの同心管の開放端部は、反応器のプ
ロセス供給端部であってもプロセス出口端部であっても
よい。
【００３５】改質用触媒及びそのセラミック支持粒子は
多数の基準に従って選ばれねばならない。触媒は高い床
温度で長期間にわたって十分な活性を維持しなければな
らない。床の重量を支持するのに十分に強くなければな
らない。粒子の寸法は管の間の空間を適確に満すのに十
分小さいが、床での圧力降下を許容値まで最小にするの
に十分大きくなければならない。高温に長くさらされた
際、触媒は触媒自体に又は管に過度に焼結結合すべきで
ない。適当な形状のニッケル被覆アルミナが可能な候補
の１つであるが、他の触媒も適していることが報告され
ている。
【００３６】水素製造のために、高温変換触媒及び／又
は低温変換触媒が、プロセスガスが冷却される反応器の
帯域内に任意に置かれ、これにより、ＣＯの大部分が過
度のＨ2 Ｏと反応して副産物としてのＣＯ2 を伴ったＨ
2 を形成する（いわゆる「水性ガス変換」反応）。
【００３７】もし合成ガスがアンモニアの合成に望まれ
るならば、適当な（通常は僅かな）割合の圧縮空気が天
然ガス及び蒸気に加えられてもよく、その結果、生成合
成ガスはＨ2 とＮ2 の所望の比（通常は３：１）を含む
ことになる。この加えられた空気はヒートアップ中触媒
床で反応するが、床での過度の局部温度上昇を発生させ
ないように十分低い。全体の反応は依然として吸熱であ
る。アンモニア合成ガスを製造するこの方法は空気以外
の酸素の添加を必要とせず、空気から酸素を分離するこ
とを要する他の競合するプロセスに対して望ましい費用
の節約となる。
【００３８】低温反応器の予熱は図示の電器抵抗加熱器
以外の他の手段によっても達成できる。例えば、高温燃
焼ガスが反応器内の補助ノズルを通して導入され、所望
の領域を通して循環されてもよい。
【００３９】グラファイト箔シールの上限動作温度は、
一方の側に存在する空気による酸化によって制限され
る。もしプロセスガスがシールを通して極めてゆっくり
と漏れるように制御されるならば、このことによりこの
空気をシール材料から一掃し、シールは高温で長寿命を
保つ。このような装置は排気シール状態と呼ばれる。
【００４０】多数の異なった形式の断熱材が圧力容器内
に使用できる。
【００４１】燃焼管内の燃焼ガスの最高温度は燃料組成
及び燃料と空気の流量を調節することによって変えるこ
とができる。空気の流量を化学量論比より上に徐々に増
大すると最高の局部温度を徐々に下げることができる。
燃料に水蒸気を加えることにより最高温度を下げること
ができる。
【００４２】反応器の最高温度は、所望により、広範囲
で変えることができる。しかし、もし自動点火温度を維
持しなければならないならば、約５００℃（燃料の選択
によって決まる）以下の最高プロセス温度を用いる反応
器では、通常、端部を閉鎖した燃焼管の種々のもののう
ち１つを選択する必要がある。これらの場合、最高温度
はたぶん１００℃程度である。
【００４３】反応器の流体（シェル側の流体）は多数の
異なった種類のものでよく、それらとしては、ガス、沸
騰液、液体、又は微小な固体を含有するスラリがある。
ガスから液体への凝縮は反応器の最も低温の帯域で生じ
るのが望ましい。
【００４４】燃焼管は動作条件（温度、腐食、応力等）
によって種々のセラミックから作られる。或る用途に対
して、アルミナの他に、可能な他の材料としては、シリ
コンカーバイドのようなカーバイドセラミック、ムライ
トのような他の酸化セラミック、安定化ジルコニア等が
ある。外部圧力を用いるとセラミック管の合成応力を許
容できるレベルに制御できる点で有利である。低温用途
に対しては金属管のようなさらに他の材料も可能であ
る。
【００４５】もし選択した燃料が炭化水素（例えば、天
然ガス）プラス水蒸気の混合物であるならば、改質触媒
は、ヒートアップ中燃料を部分的に改質させ、その結果
プロセスガスから熱を吸収し（冷却性の改良）、同時に
燃料ガスの加熱値を増大する（加熱性の改良）のため
に、管３４内に配置されてもよい。
【００４６】以下の例は、本発明の装置の動作と、優秀
な組成の合成ガスを生成する際の極めて高い作用温度の
利点とを示すためのものである。物理的寸法を変えるこ
とにより動作パラメータを変えることができ、そのよう
な調節は同一の結果を得るために必要と思われる。
【００４７】図６で示す流れの概略図は、この例と、本
発明のプロセスに含まれる種々のパラメータを理解をす
るのを助けるために示されている。
【００４８】例 １ 2.５容積の蒸気プラス1.０容積の天然ガス（９０容積％
のＣＨ4 、７％のＣ2 Ｈ6 、２％のＮ2 、及び１％のＣ
Ｏ2 の推定組成を持つ）を含有する供給ガスが従来の改
質装置又は本発明の改質装置に通される。従来の改質装
置は、１５５ｐｓｉａの高温帯域反応圧力を持った、デ
ュヤー等の特許（米国特許第３，１３２，０１０）に説
明されたものと同様なものであるが、本発明の例は圧力
として１０７０ｐｓｉａを用いている。表１に掲げた計
算した合成ガスは上記圧力及び表１のピーク温度より２
０℃低い温度での熱動力的平衡組成に基づくものであ
る。組成は水を４０℃に凝縮した後に表としたものであ
る。
【００４９】 表１ 計算した合成ガス組成 従来の輻射改質装置 本発明 改質装置ピーク温度（℃） ８５０ １１７０ 乾燥合成ガス圧力（ｐｓｉａ） １４０ １１４０ 乾燥合成ガス（モル％） Ｈ2 ７2.４９ ７4.１３ ＣＯ １5.９７ ２0.５６ ＣＯ2 6.８３ 3.７７ ＣＨ4 3.６０ 0.９６ Ｎ2 0.５０ 0.４８ Ｈ2 Ｏ 0.６１ 0.１０ 乾燥合成ガスの容積／天然ガスの容積 3.９８ 4.１５ メタン変換％ ８4.１ ９5.６
【００５０】表１のデータに基づいて、本発明の装置の
利点は、合成ガスの圧力が高く、かくして、合成ガスの
圧縮器の必要性をなくし或は減じ、メタン変換％が高
く、合成ガスのＣＯ／Ｈ2 の比が高く、合成ガスのＣＯ
／ＣＯ2 の比が高いことである。
【００５１】この新規なプロセスは、必要に応じて、一
層高いメタン変換％、合成ガスのＣＯ／Ｈ2 の比、合成
ガスのＣＯ／ＣＯ2 の比をさらに得るために一層高い温
度動作できる。高い又は低い圧力／水蒸気の比のいずれ
でも動作できる。セラミック管は低い水蒸気比の状態下
では金属管よりも詰まり難い。
【００５２】本発明により、極めて高い割合の反応容器
の単位容積当たりの伝熱が可能である。例えば、プロセ
スガスと空気／燃料／排気の流れとの間の熱交換の平均
の割合は本発明の改質装置の設計の改質装置の内部容積
に対して前述の例に基づくと７ＭＷ／ｍ3 と計算され、
この数字は一般の輻射改質装置の対応する容積の１０倍
以上である。
【００５３】本発明は好ましい実施例に関して説明して
きた。本発明の精神の範囲内で種々の変形及び変更が本
発明の観念から逸脱することなく当業者にとってなされ
うる。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によ
ってのみ決められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の改質装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の線２に沿った改質装置の断面図
である。
【図３】図３は、本発明の他の実施例を示す図２と同様
な断面図である。
【図４】図４は、多孔燃料管を用いる本発明の他の実施
例の図１と同様な断面図である。
【図５】図５は、差込み燃焼管を用いる本発明のさらに
他の実施例の断面図である。
【図６】図６は、本発明を示すメタン改質プロセスのブ
ロック図である。
【符号の説明】
１０ 反応装置（改質装置） １２ 鋼製シェル １４ 耐火断熱材 １６ 底板 １８ 頂板 ２０ 触媒床 ３０ 燃焼管 ３４ 燃料供給管 ５０ 火炎帯域

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸熱反応を行う反応容器と、前記反応容
    器を加熱する、前記反応容器に包囲された少なくとも１
    つの発熱手段と、を有し、前記反応容器は、生成ガスを
    前記反応容器内に生じさせる吸熱反応を受ける供給ガス
    を供給する入口手段と、生成ガスを前記反応容器から除
    去する排出手段とを有し、前記発熱手段は、燃料供給管
    を同心的に囲む少なくとも１つのセラミック燃焼管を有
    し、燃料供給管は前記燃焼管の内部に少なくとも部分的
    にその燃焼管の長さに沿って延びており、前記発熱手段
    は燃料を前記燃料管に供給しかつ空気を燃焼管に供給す
    る手段を有し、それによって、前記燃料が前記燃焼管内
    で燃焼して、前記燃焼管によって前記反応容器に伝達さ
    れる熱を発生し、前記発熱手段は前記発熱手段から排気
    ガスを除去する手段を有することを特徴とする反応装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記反応
    容器は吸熱反応を容易にするために前記反応容器を少な
    くとも部分的に満す触媒床を収容することを特徴とする
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記供給
    ガスは前記反応容器にその第１端部で入り、前記燃料は
    前記発熱手段に前記第１端部とは反対の端部から入り、
    反応と燃焼の流れの方向が向流であることを特徴とする
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の装置において、前記セラ
    ミック燃焼管がアルミナであることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、前記セラ
    ミック燃焼管は、アルミナ、シリコンカーバイド、窒化
    アルミナ、窒化シリコン、及びシアロンから成る群から
    選ばれることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の装置において、多数の燃
    焼管があることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項２記載の装置において、前記触媒
    床は少なくとも２つの触媒帯域を有することを特徴とす
    る装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、少なくと
    も１つの帯域が不活性帯域であることを特徴とする装
    置。
  9. 【請求項９】 請求項２記載の装置において、前記触媒
    床は第１反応用の第１触媒を持った第１部分と、第２反
    応用の第２触媒を持った第２部分とを有することを特徴
    とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の装置のおいて、前記反
    応容器は前記少なくとも１つの燃焼管を囲むほぼ円筒形
    のシェルを有することを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の装置において、前記
    シェルが金属であることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の装置において、前記
    シェルがその内面に断熱層を有することを特徴とする装
    置。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の装置において、空気を
    予熱する手段をさらに有することを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１記載の装置において、前記少
    なくとも１つの燃焼管は、前記燃焼管が熱的に膨張でき
    るシールによって前記反応容器に接触して取付けられて
    いることを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の装置において、前記
    シールがグラファイトシールであることを特徴とする装
    置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載の装置において、多数
    の管があり、各管が互いに独立して自由に熱的に膨張す
    ることを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１記載の装置において、前記燃
    焼管と前記燃料供給管との間に環状空間があり、前記空
    気が前記環状空間を通して前記燃焼管に入ることを特徴
    とする装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１記載の装置において、前記燃
    料供給管が金属管から成ることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１記載の装置において、前記燃
    料供給管がセラミック管から成ることを特徴とする装
    置。
  20. 【請求項２０】 請求項１記載の装置において、燃焼管
    が軸線方向の圧縮力を管に加える手段によって取付けら
    れていることを特徴とする装置。
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