【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]
［産業上の利用分野］
本考案は流動層型加熱炉に係り、特にエネルギ
ー効率を向上させることにより小型化を可能とし
た流動層型加熱炉に関する。
［従来の技術］
流動媒体を触媒や加熱媒体とした流動層装置は
周知であり、多くの分野で用いられている。そし
て、流動媒体の供給、循環方式、加熱方式等にお
いても種々のものがある。例えば、流動層型加熱
炉のうち、熱媒体として砂を使用したものが圧倒
的に多い。しかし、熱媒体として砂を使用する場
合、流動層の温度制御を厳密に行なうために、安
定した流動層を形成する必要がある。そのため、
流動媒体としての砂の粒度分布及び密度を制御す
る必要がある。
［考案が解決しようとする問題点］
これらの流動層型加熱炉では、炉内部における
流動媒体の温度制御を厳密に行なう必要があるこ
とが多く、そのため、加熱炉が大型なものとな
り、又エネルギー効率も低下し易い。
［問題点を解決するための手段］
本考案はこのような問題を解決し、加熱炉のエ
ネルギー効率を高め、装置の小型化を可能とする
流動層加熱炉を提供するものである。
本考案の流動層型加熱炉は、SiCコーテイング
を施した、ほぼ均一粒径のカーボンビーズを流動
媒体とするものである。
［作用］
カーボンビーズは
熱伝導度が高い。
軽く、流動化し易い。
均一真球状でしかも粒径の揃つたものが得ら
れる。
等の特長を備えるため、他の流動媒体を用いるも
のに比し、エネルギー効率が高く、温度制御も容
易で均一温度の流動層を形成することができる。
しかも、このようなカーボンビーズの表面を
SiCでコーテイングしてあるため、極めて耐熱安
定性、耐熱強度の高い流動媒体となり、高温での
使用も可能とされる。また、SiCは高硬度で耐摩
耗性に優れ、耐食性も著しく高いことから、耐久
性に優れた流動媒体となる。
［実施例］
以下、本考案の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
第１図は本考案の流動層型加熱炉に用いられる
流動媒体を示す拡大断面図である。
図示の如く、本考案の流動層型加熱炉に用いら
れる流動媒体１は、カーボンビーズ２の表面に
SiCのコーテイング膜３が形成されているもので
ある。
基材となるカーボンビーズ２の粒径には特に制
限はなく、加熱炉の構成や規模等に応じて適宜決
定される。一般にはカーボンビーズ２の粒径は60
〜5000μm程度とされ、粒径が揃つたものとする。
このカーボンビーズ２を被覆するSiCコーテイ
ング膜３の厚さについても特に制限はないが、薄
過ぎるとSiCによる耐熱性等の特性の改善効果が
十分でなく、厚過ぎると膜剥離の問題が生じる場
合がある。従つて、SiCコーテイング膜３の厚さ
は一般に１〜50μm程度とする。
このようなSiCコーテイングカーボンビーズ
は、一般に提供されるカーボンビーズを粒度調整
した後、これにSiCコーテイングを施すなどの方
法により容易に製造することができる。
SiCのコーテイング方法としては特に制限はな
いが、緻密で極めて優れた特性を有するコーテイ
ング膜を形成できることから、CVD法を採用す
るのが好ましい。
CVD法によるSiCコーテイング膜の形成には、
まず、カーボンビーズをCVD反応の析出温度域
に加熱する。次いで、加熱されたカーボンビーズ
の表面に、CVD反応ガスを供給してCVD反応さ
せ、カーボンビーズ表面にSiCを析出させる。
SiCの析出量は、CVD反応ガスの供給量又は加熱
時間を調節することにより容易に調整し得る。
なお、SiCコーテイング膜は、コーテイング膜
を形成するSiC粒子径が小さい程、緻密なコーテ
イング膜となり、耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優
れたものとなる。同様に、気孔率は小さい程好ま
しく、また、不純物含有率も低い程SiCの良好な
特性が発揮され、優れたコーテイング膜となる。
このようなことから、本考案において、形成さ
れるSiC被覆層は、その構成SiC粒子径が1.0μm以
下、気孔率が0.5％以下であるものが好ましい。
また、不純物としてはFeが5ppm以下、Naが
2ppm以下、Caが5ppm以下であることが好まし
い。
なお、SiCは、CH3SiC3又はSiC4／CH4等
のCVD原料ガスのCVD反応により、
熱分解、例えば
CH3SiC3→SiC＋3HC
あるいは
金属ハロゲン化物の還元、例えば
SiC4＋CH4→SiC＋4HC
なる反応で析出する。
その他のCVD原料ガスとしては次のものが挙
げられる。
SiH4／CH4
SiH4／C2H4
SiH4／C3H8
SiC4／CC4
SiC4／C3H8
（CH3）2SiC2
本考案の流動層型加熱炉は流動媒体としてSiC
コーテイングカーボンビーズを用いること以外は
他の構成においては従来の流動層加熱炉と同様で
良い。しかして、そのエネルギー効率はトプソ
炉、フオスターウイラー炉等の従来の対流型加熱
炉に比し著しく高く、装置の小型化が可能とされ
る。
以下、実験例について説明する。
実験例 １
粒径が500μmにほぼ均一に調整されたカーボン
ビーズを密閉容器に入れ、外部加熱方式により
1300℃に加熱した。
次いでこの容器内にCVDガスとしてSiC4／
CH4／H2を供給し、カーボンビーズの全表面に
CVD反応析出物SiCを析出させた後、ガス供給を
停止した。得られたSiCのコーテイング膜厚さは
10μm、SiC粒径は0.5μm、気孔率0.5％以下、金
属不純物の総量は10ppm以下であつた。
このようにして作製されたSiCコーテイングカ
ーボンビーズを流動媒体として、下記仕様の流動
層型加熱炉にてスチームリフオーミングを行なつ
た。
このときのエネルギー効率を下記方法により求
め、従来の砂を流動媒体として用いるものと比較
した。
結果を第１表に示す。
流動層型加熱炉仕様
高 さ：3m
流動層径：30cm
流動層高：2.5m
流動媒体充填高さ：1.5m
伝熱管：垂直方向直管（内径４cm）６本
One Pass
η＝q2−q1／Q1−Q2
[Industrial Application Field] The present invention relates to a fluidized bed heating furnace, and particularly to a fluidized bed heating furnace that can be downsized by improving energy efficiency. [Prior Art] Fluidized bed devices using a fluidized medium as a catalyst or heating medium are well known and used in many fields. There are also various methods for supplying the fluid medium, circulation method, heating method, etc. For example, the overwhelming majority of fluidized bed heating furnaces use sand as a heat medium. However, when sand is used as a heat medium, it is necessary to form a stable fluidized bed in order to strictly control the temperature of the fluidized bed. Therefore,
It is necessary to control the particle size distribution and density of sand as a fluidizing medium. [Problems to be solved by the invention] In these fluidized bed heating furnaces, it is often necessary to strictly control the temperature of the fluidized medium inside the furnace, which makes the heating furnace large and requires energy consumption. Efficiency also tends to decrease. [Means for Solving the Problems] The present invention solves the above problems and provides a fluidized bed heating furnace that improves the energy efficiency of the heating furnace and makes it possible to downsize the apparatus. The fluidized bed heating furnace of the present invention uses carbon beads coated with SiC and having a substantially uniform particle size as a fluidizing medium. [Function] Carbon beads have high thermal conductivity. Light and easy to fluidize. Uniform, spherical particles with uniform particle sizes can be obtained. Because of these features, compared to those using other fluidized media, energy efficiency is higher, temperature control is easier, and a fluidized bed with a uniform temperature can be formed. Moreover, the surface of carbon beads like this
Because it is coated with SiC, it becomes a fluid medium with extremely high heat-resistant stability and strength, and can be used at high temperatures. In addition, SiC has high hardness, excellent wear resistance, and extremely high corrosion resistance, making it a fluid medium with excellent durability. [Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a fluidized medium used in the fluidized bed heating furnace of the present invention. As shown in the figure, the fluidized medium 1 used in the fluidized bed heating furnace of the present invention is applied to the surface of carbon beads 2.
A coating film 3 of SiC is formed thereon. The particle size of the carbon beads 2 serving as the base material is not particularly limited, and is appropriately determined depending on the configuration and scale of the heating furnace. Generally, the particle size of carbon beads 2 is 60
It is assumed that the particle size is approximately 5000 μm and that the particle size is uniform. There is no particular limit to the thickness of the SiC coating film 3 that covers the carbon beads 2, but if it is too thin, the improvement effect of SiC on properties such as heat resistance may not be sufficient, and if it is too thick, the problem of film peeling may occur. There is. Therefore, the thickness of the SiC coating film 3 is generally about 1 to 50 μm. Such SiC-coated carbon beads can be easily produced by a method such as adjusting the particle size of commonly provided carbon beads and then applying SiC coating to the particles. Although there are no particular restrictions on the SiC coating method, it is preferable to employ the CVD method because it can form a coating film that is dense and has extremely excellent properties. For forming SiC coating film by CVD method,
First, carbon beads are heated to a precipitation temperature range for CVD reactions. Next, a CVD reaction gas is supplied to the surface of the heated carbon beads to cause a CVD reaction, and SiC is deposited on the surface of the carbon beads.
The amount of SiC deposited can be easily adjusted by adjusting the supply amount or heating time of the CVD reaction gas. Note that the smaller the SiC particle size forming the coating film, the denser the SiC coating film becomes, and the better the heat resistance, corrosion resistance, and abrasion resistance. Similarly, the smaller the porosity, the better, and the lower the impurity content, the better the characteristics of SiC will be exhibited, resulting in an excellent coating film. For this reason, in the present invention, it is preferable that the SiC coating layer formed has a constituent SiC particle diameter of 1.0 μm or less and a porosity of 0.5% or less.
In addition, as impurities, Fe is 5ppm or less, Na is
It is preferable that Ca is 2 ppm or less, and Ca is 5 ppm or less. In addition, SiC can be thermally decomposed by CVD reaction of CVD raw material gas such as CH 3 SiC 3 or SiC 4 /CH 4 , for example, CH 3 SiC 3 → SiC + 3HC or reduction of metal halide, for example, SiC 4 + CH 4 → SiC + 4HC. Precipitates in reaction. Other CVD source gases include the following: SiH 4 ／CH 4 SiH 4 ／C 2 H 4 SiH 4 ／C 3 H 8 SiC 4 ／CC 4 SiC 4 ／C 3 H 8 (CH 3 ) 2 SiC 2The fluidized bed heating furnace of this invention uses SiC
Other than the use of coated carbon beads, the other configuration may be the same as that of a conventional fluidized bed heating furnace. Therefore, its energy efficiency is significantly higher than that of conventional convection heating furnaces such as Topso furnaces and Fosterweiler furnaces, and it is possible to miniaturize the apparatus. An experimental example will be explained below. Experimental example 1 Carbon beads whose particle size was adjusted almost uniformly to 500 μm were placed in a sealed container and heated using an external heating method.
Heated to 1300℃. Then, SiC 4 /
Supply CH 4 /H 2 to the entire surface of carbon beads.
After the CVD reaction precipitate SiC was deposited, the gas supply was stopped. The resulting SiC coating film thickness is
The SiC particle size was 0.5 μm, the porosity was 0.5% or less, and the total amount of metal impurities was 10 ppm or less. Using the SiC-coated carbon beads thus produced as a fluidized medium, steam reforming was performed in a fluidized bed heating furnace with the following specifications. The energy efficiency at this time was determined by the following method and compared with that of a conventional method using sand as a fluidizing medium. The results are shown in Table 1. Fluidized bed heating furnace specifications Height: 3m Fluidized bed diameter: 30cm Fluidized bed height: 2.5m Fluidized medium filling height: 1.5m Heat transfer tubes: 6 vertical straight tubes (inner diameter 4cm)
One Pass η＝ q2 − q1 ／ Q1 − Q2
【表】
第１表より、本考案の流動層型加熱炉によれ
ば、エネルギー効率が格段に向上されることが明
らかである。
［考案の効果］
以上詳述した通り、本考案の流動層型加熱炉
は、SiCコーテイングカーボンビーズを流動媒体
とするものであつて、
エネルギー効率が著しく高い。
このため装置の小型化が可能とされる。
均一温度の流動層を形成できる。
温度制御が容易である。
流動媒体は高温安定性、耐久性が著しく高
い。
等の効果を奏し、工業的に極めて有用である。[Table] From Table 1, it is clear that the fluidized bed heating furnace of the present invention significantly improves energy efficiency. [Effects of the invention] As detailed above, the fluidized bed heating furnace of the invention uses SiC coated carbon beads as the fluidizing medium, and has extremely high energy efficiency. Therefore, it is possible to downsize the device. A fluidized bed with uniform temperature can be formed. Temperature control is easy. The fluid medium has extremely high temperature stability and durability. It has the following effects and is extremely useful industrially.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本考案の流動層型加熱炉に用いられる
流動媒体を示す拡大断面図である。
１……流動媒体、２……カーボンビーズ、３…
…SiCコーテイング膜。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a fluidized medium used in the fluidized bed heating furnace of the present invention. 1... Fluid medium, 2... Carbon beads, 3...
...SiC coating film.