JPH10292901A - 合成ガス廃熱ボイラー - Google Patents

合成ガス廃熱ボイラー

Info

Publication number
JPH10292901A
JPH10292901A JP10038708A JP3870898A JPH10292901A JP H10292901 A JPH10292901 A JP H10292901A JP 10038708 A JP10038708 A JP 10038708A JP 3870898 A JP3870898 A JP 3870898A JP H10292901 A JPH10292901 A JP H10292901A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
gas
inlet
heat
synthesis gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10038708A
Other languages
English (en)
Inventor
Henrik Otto Stahl
ヘンリク・オットー・シユタール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topsoe AS
Original Assignee
Haldor Topsoe AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Haldor Topsoe AS filed Critical Haldor Topsoe AS
Publication of JPH10292901A publication Critical patent/JPH10292901A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/025Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04Preparation of ammonia by synthesis
    • C01C1/0405Preparation of ammonia by synthesis from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0447Apparatus other than synthesis reactors
    • C01C1/0452Heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/0229Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0075Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の熱交換チューブを有するファイアチュ
ーブ熱交換器を提供する。 【解決手段】 熱交換チューブが、外側チューブのチュ
ーブ側の熱ガスとチューブのシェル側の流体との間の熱
を交換するのに適合している、出口側で閉じている外側
チューブおよび外側チューブから離れて設けられかつ開
口している内側チューブとを有する二重管の形態であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】アンモニアの工業的な製造は、水素と窒素
とを反応させて発熱反応でアンモニアとすることによる
アンモニア合成工程を基礎としている。アンモニア合成
は、高圧および昇温下に反応器内で行われ、その際窒素
と水素とは適当な触媒を有する床を通って流れる。この
ような反応器は、アンモニア転化器と呼ばれる。転化器
内で発熱工程により生じる熱量は、しばしば合成ガス廃
熱ボイラーで水蒸気を製造することにより回収される。
この合成ガス廃熱ボイラーは、熱交換器であり、ここで
沸騰水への間接熱伝導によりアンモニア転化器からの熱
ガスが冷却される。
【0002】この合成ガス廃熱ボイラーは、多種多様な
ボイラーの仕様を必要とするような条件で運転される。
最も深刻な条件は、チューブシートへの導入ガスチュー
ブの接続部に関する。本発明による廃熱ボイラーでは、
チューブシートへの導入ガスチューブの接続部がない。
従って、これによりボイラーの故障の多くの原因を回避
することができる。
【0003】合成ガス廃熱ボイラーは、多くの特別の条
件に支配されており、これらを一つの仕様で組み合わせ
ることは困難である。これらの条件は、圧力、温度、窒
化(nitriding) 、水素侵食および応力腐食に関する。ア
ンモニア合成ガスは、代表的には120〜220バール
の圧力である。沸騰水は、代表的には低圧(5〜15バ
ール)、中間圧(30〜50バール)または高圧(90
〜130バール)である。合成ガスと沸騰水との分離壁
は、二つの流体の高い方の圧力に対して設計しなければ
ならない。シェルアンドチューブ式熱交換器では、この
ため通常300〜450mmの非常に厚いチューブシー
トを必要とする。
【0004】アンモニア合成ガスは、ボイラーへの入口
で380〜500℃であり、出口で200〜380℃で
ある。沸騰水は、水蒸気圧力に応じて150〜330℃
である。合成ガス廃熱ボイラーは、しばしば非常に厚い
チューブシートを有するU−チューブ熱交換器として設
計される。この厚いチューブシートは、シートを貫通す
るチューブのガス温度に近い金属温度となる。U−チュ
ーブの場合には、入口チューブ域が熱く、一方で出口チ
ューブ域が冷たいことを前提としている。従って、入口
と出口との温度差が高すぎる場合には、温度によって起
こる高い応力が危険因子となる。低圧および中間圧の水
蒸気製造の場合には、200〜300℃の温度差が許容
されるならば好ましい。しかしながら、このような大き
な温度差の場合にU−チューブ廃熱ボイラーを設計する
ことは困難であるか、または不可能である。
【0005】窒化は、合成ガスに含まれるアンモニアに
よって起こる材料侵食である。窒化の深刻さは、金属合
金および金属温度に応じて異なる。低合金鋼は、380
℃で許容できない程度まで侵食される。ステンレス鋼
は、450℃またはそれ以上まで使用することができ、
アイコネル(Iconell) は、500℃でも深刻な侵食を受
けない。U−チューブボイラーのチューブシートの入口
チューブ域は、420℃よりも温度が高い場合が多い。
従って、合成ガスと接触する材料は高合金でなければな
らない。チューブシートのガス側および入口孔表面に対
して、クラッディングまたはライニングによる表面保護
が必要である。
【0006】水素含有ガスに暴露された場合には、材料
は水素侵食により脆化する。重要な因子は、水素分圧、
温度および鋼の合金元素である。2%のCrおよび1%の
Mo鋼合金が、工業的な合成ガス組成、圧力および温度に
より一般に必要とされる。応力腐食は、水と接触する材
料に対する危険因子である。しかしながら、この種の腐
食は、鉄系(ferritic)材料には重要ではなく、一方でオ
ーステナイト系材料はこの種の侵食に敏感である。
【0007】代表的な合成ガス廃熱ボイラーは、チュー
ブ側に合成ガスそしてシェル側に水/水蒸気を有するU
−チューブ熱交換器である。このチューブシートは非常
に厚い。チューブシートの入口側は、アイコネルのクラ
ッディングにより保護される。チューブがチューブシー
トのガス側に溶接される場合には、このチューブは、チ
ューブシートを通って内面をずっとアイコネルで被覆し
なければならない。チューブがチューブシートの水側に
溶接される場合には、チューブシートの入口孔はアイコ
ネルのライニングにより保護しなければならない。
【0008】合成ガス廃熱ボイラーは、上記した機械的
および/または腐食現象の一つまたは組み合わせによっ
て起こるクラックのためにしばしば故障する。これらの
内最も深刻な条件は、入口チューブ孔の回りに集中す
る。これは、高温、入口チューブと出口チューブとの温
度差、応力腐食、異なる組成の材料間の水素生成、窒化
および水素侵食に原因がある。
【0009】本発明による廃熱ボイラーは、図1および
2に示されているように以下からなる: 1)チューブシート 2)チューブシート孔 3)熱交換チューブ 4)入口チューブ 5)入口チューブプレート 6)水/水蒸気側圧力シェル 7)水/水蒸気チャンバー 8)水入口ノズル 9)水/水蒸気出口ノズル 10)ガス側圧力シェル 11)合成ガスチャンバー 12)入口ガスチャンバー 13)出口ガスチャンバー 14)入口ガスノズル 15)出口ガスノズル 16)入口チューブ絶縁部。
【0010】チューブシート1は、一方で水/水蒸気側
圧力シェル6に接続されており、そして他方でガス側圧
力シェル10に接続されており、そして水/水蒸気チャ
ンバー7と合成ガスチャンバー11の分離壁を形成す
る。このチューブシートは、多数の孔2を設けられてい
る。熱交換チューブ3は、一方で閉じており、他方でチ
ューブシート孔2中でチューブシート1に溶接されてい
る。熱交換チューブ3は、水/水蒸気チャンバー7中に
延びている。入口チューブプレート5は、合成ガスチャ
ンバー11の内部に配置されている。入口チューブプレ
ート5は、チューブシート1の孔に対応する孔を設けら
れている。熱交換チューブ3の内径よりも小さな外径を
有する入口チューブ4は、入口チューブプレート5の孔
に固定されており、そして熱交換チューブ3の内部に延
びている。入口チューブプレート5は、気密な入口ガス
チャンバー12を形成するプレートおよびシェルによっ
て、入口ガスノズル14と接続されている。入口チュー
ブ4は、絶縁層15で被覆される。
【0011】スチームドラムからの沸騰供給水は、水入
口ノズル8を通って水/水蒸気チャンバー7に流れる。
熱交換チューブ3は、水/水蒸気チャンバー7内での沸
騰のための熱量を供給する。水と水蒸気との混合物は、
水/水蒸気出口ノズル9を通って水/水蒸気チャンバー
7を出る。アンモニア転化器からの熱合成ガスは、ガス
入口ノズル14を通ってガス入口チャンバー11に入
る。合成ガスは、入口チューブプレート5の孔を通っ
て、入口チューブ4を通って熱交換チューブ3の端部ま
で流れ、そしてそこから入口チューブ4の外側で熱交換
チューブ3の内側の環状部分を通って出口ガスチャンバ
ー13に戻る。合成ガスは、ガス出口ノズル15を通っ
てボイラーを出る。合成ガスは、入口チューブ4と熱交
換チューブ3との間の環状部分を流れる際に、沸騰水へ
の間接熱伝導によりその熱量を移動して冷却される。入
口チューブ4の内部を流れる入口ガスと環状部分を流れ
るガスとの熱伝導は、絶縁層16により避けることがで
きる。
【0012】本発明による廃熱ボイラーの特徴的な利点
は、厚いチューブシート1が冷却された出口合成ガスと
しか接触しない点にある。合成ガス廃熱ボイラーで経験
する全ての問題は、上記したように熱い入口ガスおよび
厚いチューブシートのチューブ間の温度差にある。本発
明による入口チューブプレート5は、圧力部分ではな
く、そして水と接触しないのでオーステナイト系高合金
鋼で製造することができるので薄い。
【0013】600メートルトン/日のアンモニアプラ
ントのために合成ガス廃熱ボイラーを設計する。 合成ガス: 圧力(バール):195 入口温度(℃):423 出口温度(℃):343 流量(kg/s):33.3 分子量(kg/キロモル):11.35 水/水蒸気: 圧力(バール):119 入口温度(℃):324 出口温度(℃):324 製造される水蒸気(kg/s):7.0 分子量(kg/キロモル):11.35 機械的仕様: チューブの数:200 熱交換チューブ長さ(mm):6500 熱交換チューブ外径(mm):45 熱交換チューブ内径(mm):35 チューブピッチ、三角形(tri.rot.)(mm):60 熱交換チューブ材料:2 1/4Cr、1Mo 入口チューブ長さ(mm):6700 入口チューブ外径(mm):26 入口チューブ内径(mm):22 入口チューブ材料:SS/Cerafel 水/水蒸気側圧力シェル長さ(mm):7000 水/水蒸気側圧力シェル外径(mm):1230 水/水蒸気側圧力シェル内径(mm):1100 水/水蒸気側圧力シェル材料:CS ガス側圧力シェル長さ(mm):1100 ガス側圧力シェル外径(mm):1700 ガス側圧力シェル内径(mm):1250 ガス側圧力シェル材料:2 1/4Cr、1Mo チューブシート厚さ(mm):270 チューブシート材料:2 1/4Cr、1Mo
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による熱交換器の断面図であ
る。
【図2】図2は、本発明による熱交換器の熱交換チュー
ブの拡大図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の熱交換チューブを有するファイア
    チューブ熱交換器であって、熱交換チューブが、外側チ
    ューブのチューブ側の熱ガスとチューブのシェル側の流
    体との間の熱を交換するのに適合している、出口側で閉
    じている外側チューブおよび外側チューブから離れて設
    けられかつ開口している内側チューブとを有する二重管
    の形態である、上記熱交換器。
JP10038708A 1997-02-21 1998-02-20 合成ガス廃熱ボイラー Withdrawn JPH10292901A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US3735997P 1997-02-21 1997-02-21
US60/037359 1997-02-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10292901A true JPH10292901A (ja) 1998-11-04

Family

ID=21893926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10038708A Withdrawn JPH10292901A (ja) 1997-02-21 1998-02-20 合成ガス廃熱ボイラー

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0860673A3 (ja)
JP (1) JPH10292901A (ja)
KR (1) KR19980071464A (ja)
CZ (1) CZ51198A3 (ja)
ID (1) ID19944A (ja)
PL (1) PL324937A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0510046B1 (pt) 2004-04-23 2019-05-21 Aak Denmark A/S Método e aparelho para aumentar a temperatura de uma substância em um recipiente
RU2484403C2 (ru) * 2010-03-29 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Регенеративный теплообменник
RU2484404C2 (ru) * 2010-03-29 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Способ теплообмена газовых сред
DE102010046733B4 (de) * 2010-09-28 2012-08-02 Robert Bosch Gmbh Ölvormischbrenner
ES2748856T5 (es) * 2011-01-31 2023-03-14 Haldor Topsoe As Intercambiador de calor
CN103344138A (zh) * 2013-07-15 2013-10-09 江苏七政新能源有限公司 一种多管式冷却器
KR200476519Y1 (ko) * 2013-11-29 2015-03-09 한전케이피에스 주식회사 열 교환기 튜브 플러그
CN105114924A (zh) * 2015-09-16 2015-12-02 江苏奥祺晨特种金属材料集团有限公司 一种插入管式环状流蒸汽发生器
DE102017205780A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Thyssenkrupp Ag Verfahren zum Herstellen von Synthesegas sowie Synthesegas-Kühlungsanordnung und Verwendung
DK3406999T3 (da) 2017-05-26 2021-02-01 Alfa Laval Olmi S P A Rørkedelvarmeveksler

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2810887A1 (de) * 1978-03-13 1979-09-27 Oschatz Gmb Apparat zum kuehlen von industriellen gasen
JPS5677692A (en) * 1979-11-27 1981-06-26 Toyo Eng Corp Heat exchanger
CH674258A5 (ja) * 1988-09-26 1990-05-15 Ammonia Casale Sa

Also Published As

Publication number Publication date
EP0860673A2 (en) 1998-08-26
ID19944A (id) 1998-08-27
KR19980071464A (ko) 1998-10-26
PL324937A1 (en) 1998-08-31
CZ51198A3 (cs) 1999-09-15
EP0860673A3 (en) 1999-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2482020B2 (en) Heat exchanger
US10422529B2 (en) Oxygen heat exchanger
US4401153A (en) Heat exchanger incorporating nitriding-resistant material
JPH10292901A (ja) 合成ガス廃熱ボイラー
RU2374587C2 (ru) Способ осуществления теплообмена и теплообменник для его выполнения
EP0774103B1 (en) Apparatus for cooling hot gas
US9415364B2 (en) Facility and reactor for directly synthesizing hydrochloric acid from hydrogen and chlorine with heat recovery
CA1185966A (en) Heat exchanger and method of operation
US3409074A (en) Combined inlet channel and heat exchanger shell with heat recovery means
CN87107323A (zh) 换热器
US7322317B2 (en) Heat-recovery boiler
EP1756506B1 (en) Apparatus for cooling a hot gas
RU240211U1 (ru) Впускная трубка для подачи синтез-газа в теплообменный аппарат
RU240055U1 (ru) Реактор для утилизации синтез-газа при производстве аммиака
Lahiri Material Selection and Performance in Fertilizer Industry
CS221463B1 (cs) Stojatý vysokotlaký trubkový výměník tepla

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050510