JPS5984855A - 流動床反応器を含む熱発生装置 - Google Patents

流動床反応器を含む熱発生装置

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JPS5984855A
JPS5984855A JP58144526A JP14452683A JPS5984855A JP S5984855 A JPS5984855 A JP S5984855A JP 58144526 A JP58144526 A JP 58144526A JP 14452683 A JP14452683 A JP 14452683A JP S5984855 A JPS5984855 A JP S5984855A
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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】 本発明は流動床反応装置に、」り詳、細には、吸熱反応
に反応熱を与えＩコリ発熱反応から反応に＾を取出しｔ
こつするために熱エネルギーを流動床に供給したりそれ
から除去したりするようにした流動床反応装置に関する
。
流動床反応Ｎ１ま、粒状桟体を気体状の流動化媒体によ
って流動化するための化学ゴニ程反応を行わせろＳ自に
屑々用いられる。流動化される粒状媒体は、典型的には
、１つの反応物であり、流動化を起こさせる気体状の反
応物と反応し、流出物として流動床域から排出される所
望の気体状のれ生成物を生成する。気体状の反応物によ
って触媒を粒状化し流動化することができるのて、固体
触媒の存在の下に２種以上の気体状の反応物の間に反応
を起こさせる場合、流動床は特に有用である。
気体状の反応物間の所望の反応は流動床域において行わ
れ、気体状の終生酸物は回収され後に再利用されるため
に流動床から排出される。一般に、反応物であっても、
キャリヤーガスであっても、触媒であっても、流動化さ
れるこれらのガスの流量と、流動化される粒状物の粒径
及び乱流とｌｅｔ、反応を完結させて所望の終生酸物を
生成させるに足りる反応物の滞溜時間を確保するように
制御可能である。
流動床反応器の使用に関連した１つの問題は、反応熱の
管理、即ち吸熱反応に熱エネルギーを供給し、発熱反応
から熱エネルギーを除去する乙とである。この問題は、
最適の反応効率を得るｔ−、めに成る適切な温度で反応
を生じさせる必要のある場合にはＰＰに重要になる。
多くの流動床装置においては、コイル系又はそのループ
を流動床中に浸漬させ、流動床に対して熱を出入させる
ｔこめにコイルに熱伝達流体を通過させる。熱エネルギ
ーの伝達Ｍ　ｌ：ｌ、コイル中の熱伝達流体と流動床と
の間の相対的な温度差に依存する。熱伝達流体（ま一般
にコイルを通る長い経路に沿って流れる１コめ、流体の
温度は、流体の経路の長さに従って大きく変動し、流！
ＩＩＩＪ　ｒ：ｆ：中に不均等な温度分布を生ずること
がある。比較的狭い所望の温度範囲内にわいて反応を行
わせろことが特に重要な場合には、このｍ庇勾配によっ
て反応効率が実賀的に低下することが多い。
従って、本発明の主要な目的は、反応熱が有効に管理さ
れ、即ち吸熱反応の場合には流動床に熱を供給し発熱反
応の場合には流動床から熱を除去することによって反応
熱の管理が行われるようにした、化学工程の反応を行わ
せろノニめの流動床反応装置を提供することにある。
本発明、の別の目的は、熱エネルギーが広い熱流範囲に
亘って比較的一定の温度で流動床に伝達されるようにし
た、吸熱化学反応を行わ＋ｉるための流動床反応装置を
提供することにある。
本発明の更に別の目的は、熱エネルギーが広い熱流範囲
に亘り比較的一定の温度で流動床から導出されるように
した、発熱化学反応を行わせるための流動床反応装置を
提供することにある。
これらの目的並びにその他の目的のために、本発明の第
１の実施態様により、吸熱反応について、複数の熱パイ
プにより互いに熱的に結合された流動床反応器及び熱発
生器が提供される。熱パイプの蒸発器部分は熱発生器中
に延長し、また凝ｔｍＮ部分は流動床反応器中に延長し
ているため、熱発生器から流動床反応器に熱エネルギー
が伝達される。作動に当り、反応物或いは触媒である粉
状材料は、気体状の流動化媒体（気体状の反応物の混合
物であってもよい）によって流動化される。熱エネルギ
ーは熱発生器から熱パイプを通ってそれぞれの凝縮器部
分に伝達され、そこから流動床に伝達される。熱パイプ
は広い熱流範囲に亘り比較的一定の温度で熱エネルギー
を伝達するので、反応温度を制御又は別のしかたで変更
するＩ：めにほぼ一定の温度で熱エネルギーが伝達され
ると共に、反応を有効に完結されるのに必要な熱エネル
ギーが供与される。
本発明の第２の実施態様によれば、熱パイプの蒸発器部
分は、発熱反応から熱エネルギーを取出すために、流動
床中に延長してわり、熱パイプの凝縮器部分は適切な熱
だめに熱的に結合されている。過剰な熱エネルギーを取
除きながら反応温度を制御し変更するために広い熱流範
囲に亘り比較的一定の温度で発熱反応から熱エネルギー
が取出される。内部圧力及び熱パイプ内の作動流体の適
切な選択によって、比較的一定の温度て熱を伝達するよ
うに熱パイプを設８１てきるため、流動床反応（吸熱反
応と発熱反応と″の両方を含む）の温度を適切に制御す
ることが可能になる。
次に本発明の好適な実施例を示す図面を参照して更に説
明する。
本発明の流動床反応装置の好適な実施例は、第１．２図
に示され、全体として参照符号１０により川原されてい
る。流動床反応装置１０は第１の流動床反応器１２と、
第２の流動床反応器１２’と、中央位置の熱発生器１４
とを備えている。流動床反応器１２．１２’は、囲まれ
たスペース１８を形成する容器壁１６を各々備えている
。耐火れんが又は他の耐火材料のライニング２０は、摩
擦又は熱による損傷から容器壁１Ｇを保護す゛ろｌコめ
に設けられている。分配板２２はその上方及び下方に流
動化ガスのプレナム２４及び流動床域２６をそれぞれ画
定するように、流動床反応器１２．１２′の下端部に配
設されている。
分配板２２は、流入ボート３０を経て流動イヒガスのプ
レナム２４に入る流動化ガス流を垂直上方に向う複数の
流れに区画するために当該技術において周知のように複
数の通し孔２８を備えている。
気体の供給流は、後述するように、分配板２２の上方の
作動法域２６において反応を受ける複数の反応物の混合
物であってもよく、反応生成物はフリーボード域３２に
おいて流動床域２６から出て、慣用の手段によりそこか
ら除去される。
熱発生＠１４は、囲まれたスペース３６を画定するｗｘ
ｍ壁３４を備えている。耐火れノしが又は他の耐火材料
のライニング３８は容器壁の熱保護を与える。少なくと
も１ｆ！４、好ましくは複数のバヘナー４０は、熱発生
ＰＪｔ　４の内部に配設されている。燃焼用空気と適当
な燃料（燃Ｆｌ油、燃料ガスその他）は、第１図に矢印
により示すようにバーナー４０に供給され、バーナー４
０中において混合され、燃焼し、熱エネルギーを放出す
る。燃焼生成物は慣用されるように煙突４２を経て熱発
生Ｎ１４から取出されろ。
複数の熱パイプ４４は流動床反応器１２．１２’と熱発
生器１４とを熱的に結合するために設けられている。熱
パイプ４４は、第１図に示すように、複数の段ないしは
レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に配され、各々のレベルＬ１〜
Ｌ３は、第２図に示すように複数の互いに隣接した熱バ
イブ４’４ｒｅ備えている。これらの熱パイプ４４は規
則的なア１／イ又は不規則に食い違いアレイに従って配
列される。
各々の熱パイプ４４は、第３図に示すように、好適には
耐食−耐摩耗−耐熱性の金属からできている細長いｖ：
４６を含み、との官４６は熱パイプ４４の内部を密封す
るｔ：めに両端が適切なプラグ４８によりシールされて
いる。まｔこ熱パイプ４４は曲げてあり、即ちその成る
部分は、例えば９０′を含み得る成る選定されｔ二角度
Ａにより他の部分に対し傾斜している。成る選定された
量の熱伝達作動流体Ｆは後述するように熱伝達を行うた
めに成る選定された蒸気圧の下に熱パイプ４４に封入さ
れている。作動流体Ｆは、当該用途の熱伝達要求及び動
作温度に依存して選定され、例えば軽質炭化水素、アン
モニア、カリウム、ナトリウム、リヂウムその他を含み
得る。熱パイ７４４を第３図に示すように位置させると
、作動流体Ｆは、通常は、熱パイプ４４の傾斜部分（蒸
発器部分）に液相で崇められる熱パイプ４４の残粉の部
分は凝縮器部分と呼ばれろ。第３図の実施例において、
ウィッキング材５０（細かなワイヤメツシュ又はワイヤ
スクリーンを含むいくつかの形態のうちの一つとしてよ
い）は、当該技術では周知のように、細長い管４６中に
ほぼその内側壁の全体に沿い延長している。耐食−耐摩
耗−耐熱性の金属からできている複数のディスク状の熱
伝達フィン５２は、熱バイザ４４の凝縮器部分に等間隔
に取付りてあり、比較的大きな取付はディスク５４け、
第３Ａ。
３Ｂ図に示すように、熱パイプ４４の凝縮器部分に例え
ば溶接により同着されている。取付はディスク５４は、
後述するように流動床反応Ｎ１２，１２′及び熱発生Ｉ
ＪＪ１４に熱パイプ４４を取付けることを助けるための
複数の取付は孔５６を所定のボルト円上に備えている。
熱パイプ４４は通常のように作動して、熱パイプ４４の
蒸発器部分に供与され１コ熱エネルギーにより作動流体
Ｆの成る景を蒸気相に移行させる。
蒸発の起こる温度は、選定された特別の作ｌｌＪ流体Ｆ
と、熱パイプ４４の内部の圧力とに依存する。
作動流体Ｆが気化する際に、周囲から熱エネルギーが吸
収され、それにより発生した蒸気は管４６を経て蒸発器
部分から凝縮器部分に伝達され、蒸気はそこで５ａｉｎ
ｔ、、液相に戻り、気化の間に吸収した熱をその際に放
出する。ｍＷＩｍはウィッキング材５０によって吸収さ
れ、毛管作用ζこより蒸発器部分に戻されろ。図示した
例では、熱ノ（イブ４４のｔｌｔｌｉｌ器部分は大体部
分に取付けられてｔ）るｆ）＜、水平面に対する成る角
度Ｂで凝縮器部分を取ＨＩｔ、ＲＩＩ液が重力作用の下
に蒸発器部分ζこ戻り１りろようにしてもよい。この後
者の場合Ｃζは、熱ノ（、イブ４４が熱サイプ１ンと同
様に作用するよう：こ、ウィッキング材５０を廃しても
よい。
第１．２図に示すように、流動床反応習１２．１２′及
び熱発生Ｎ１４は、複数の熱）櫂（−ｆ　４４により熱
的に結合され、各々の熱バイザ４４の竹状の凝縮器部分
は、第４図に詳細に示１」、う（こ、溶接ネックノズル
５８によりそれぞ肯１σ）容盟壁を通過している。各々
の溶接ネックノズル５８１ま、熱パイプ４４の管部分の
ためのゆとり内孔を限定するように、耐火材のライニン
グ２０を有ｉノ外方に延長する管状ネック６０を備えて
いる。外方；こ延長する環状取付はフランジ６２は、管
状ネック６０の遠隔の外側端にあり、耐火材のライニン
グ２０は成る選定されｔこ距＃ｄ取付はフランジ６２を
趙えて外方に延長している。取付はフランジ６２は、取
付はディスク５４のボルト孔と合致するようにした複数
のボルト孔を備えている。
熱パイプ４４を流動床反応Ｐｌ！１２．１２′及び熱発
生ｆｔ１ｔ　１４に取付ける場合、（フィン５２を取付
けてない）各々の熱パイプ４４の管状部分を、ライニン
グ２０によって限定されたゆとり内孔に通し、シーリン
グガスケット６４を取付はディスク５４と取付はフラン
ジ６２との間に配設する。
ディスク５４とフランジ６２とを周囲部分の適宜のねじ
付きファスナー６６によって互いにボルト締めし、取付
はディスク５４をライニング２０の遠隔の延長端に圧接
させ、取付はディスク５４とフランジ６２との間にゆと
９スペースを形成する。
次に熱パイプ４４の凝縮器部分にフィン５２を取付けて
固定する。取付はフランジ６２を超えてライニング２０
の外側端を延長さ１ｉ、取付はフランジ６２と取付はデ
ィスク５４との間にゆとりスペースを形成することによ
り、断熱Ｉｌｌ！ｌ壁が形成されるので、耐熱材料以外
のＹ’ｔｆｌの材料から取付はディスク５４を製造する
乙とができる。別の組立て方式によれば、複数の区分か
ら成る熱パイプを予め製造しておき、これらの区分を所
定位置に取付け、各部を溶接して完全な熱パイプ４４と
する。
熱パイプ４４は熱発生器１４にも同様に連結するが、熱
発生器１４の内部にある熱パイプ４４の蒸発器部分は、
バーナー４０に一層大きな放射線受は面をｉｋＭするよ
うに、第３図について上述したように凝＃Ｉ１ｍ部分に
対して傾♀゛（させる。
次に作用について説明すると、粒状固体触媒のような粒
状材料は、分配板２２の通し孔２８を通って上方に流１
する気体状の反応物によって流動化される。触媒物質が
充分な乱流でもって、成る選定され）こ高さＨ（第１図
）において流動化さｉｌ、気体状の反応物間の所望の反
応が分配板２２の上方の流動床域２６内において行われ
、反応生成物が流動床域２６から排出のために流動床反
応器１２．１２’のフリーボード域３２に出るように、
気体状の反応物の流量を定める。第１図の構成において
は、反応が吸熱反応であり、従って反応熱が熱パイプ４
４によって供給され、熱エネルギーが熱発生器１４中に
延長する熱パイプ４４の蒸発器部分に吸収され、すみや
かに凝縮器部分に移行し１そこで熱エネルギーがフィン
５２を紅て反応物に移行ずろものと想定されている。熱
パイプ４４は、熱パイプ４４の内部作動圧力及び選定さ
れた作動流体Ｆによって定まる比較的広い熱流範囲に対
して一定温度の熱伝達装置と見ることができるため、比
較的一様な温度分布において各反応物に熱エネルギーが
供与される。熱媒体の温石は通過する距離が１大するに
つれて減少するＩコめ、熱パイプを経て熱エネルギーを
導入することは、熱媒体流体が比較的長いコ、ｆルに通
されるコイル型の熱導入に比べて有利である。そのＩこ
め熱パイプ４４は反応を比較的狭い温度範囲内（こおい
て行わゼる必要のある場合に機能−ヒの利点を提供する
。
上述した装置は、気体状炭化水素例えばメタン及び水蒸
気が流動化さゼろ反応物として作用し、ニッケル化合物
触媒を被覆した不活性セラミック又はアルミニウム球体
が流動化される粒状物として作用する、メタンの水蒸気
改質ζこ特【こ適合している。水蒸気とメタンとは、熱
エネルギーσ〕流入により設定されろ温度で、触媒σ）
存在σ〕下【こ反応し、終生酸物として水素と一酸化炭
素フ／スとを生成する。流動化される粒状物土豪こおし
）て触媒をａｔ与する以外にも、流動床中の触Ｋｇ呈域
を１曽太さ−ＵるＩこめに、フィン５２を触媒物質から
製造し、又はフィン５２に触媒物質の皮膜を形成してず
）よい。
上述しに装置は、発熱反応から熱エネノトギーを除去し
ｌ、：す、発熱反応の温度を制御しｌ、−り１ろ１−。
めにも適用される。流動床反応器１００１よ、第５図に
略示しＩ、：ように、複数の熱ｒｅイブ４４′を有し、
熱パイプ４４′の蒸発器部分は流四Ｊ化域２６′に延長
ｊ７ている。粒状材料例えば粒状触媒ζよ、気体状反応
物の混合物によって粒状化され、また充分な滞溜時間を
確保するようにその流量力９制御される。過剰な反応熱
は熱パイプ４４の蒸発器部分により吸収され、上述した
機構より凝ｔｆｒ器部分ζこ伝達され、そこで熱だめ１
０２（概略的に示す）に例えば放射、強制通風、対流、
水冷その他により熱が除去される。熱パイプ４４の蒸発
器部分は上述したように比較的広い熱流範囲について比
較的一定の温度で熱エネルギーを吸収するので、発熱反
応から比較的一定の温度て熱エネルギーを除去すること
ができろ。
本発明は上述した実施例のほかにも、いろいろと変更し
て実施てき、上述しｔ：特定の構成は単なる例に過ぎず
、本発明を限定す°るものて（よない。
【図面の簡単な説明】
第１図は中央位置の熱発生器及びその両側の流動床反応
器を含む流動床反応装置の側面図であり、一部は縦断面
図により示す図、第２図は第１図に示した流動床反応Ｐ
ｔ置の概略的な平断面図、第３Ａ図は第１．２図に示１
７に流動床反応器と熱発生器とを熱的に結合するための
熱パイプの一例を示ず側断面図、第３Ｂ図は第３Ａ図に
示す熱パイプの一部分の詳細な斜視図、第４図は流動床
反応器に熱パイプを取付けるための溶接ネックノズルの
詳細な断面図、第５図は発熱反応の熱エネルギーを熱パ
イプにより熱だめに除去する流動床反応器の概略的な側
面図であり、−・部は縦断面に、１り示す図である。 符号の説明 １０・・流動床反応装置。１２．１２′　　流動床反応
Ｍ（流動床反応器手段）。１４　　・熱発生Ｍ（熱源手
段）。４４・・・・・熱パイプ（熱バイブ手段）。 特許出願人　　　フ１スター・ポイーラー・エナージイ
・コーポレイショレ 手続補正書（方式） 昭和、８午、。月１（３日 特許庁長官　若杉和夫殴 １ｆ１１件の表示 昭和５８年特許願第１４４５２６号 ２　発明の名称 流動床反応袋間 ３　補正を°りる者 事件との関係　　特許出願人 ）Ａスフ−・ホイーラー・エナージイ・コーポレｆジョ
ン４代理人 〒１０５　東京都港区虎ノ門１丁目１番２０号５　補正
Ｒｔ令の日付　昭和５８年１１月８日（発送日　昭和５
８年１１月２９日） ：１ ６　補正の対象 図面全図（浄書、内容に変更なし） ７　補正の内賓

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）熱エネルギーの供与を必要とする種類の化学反応を
    その内部において行わせるために粒状材ネ１が気体状の
    流動化媒体によって流動化された流動床を形成する流動
    床反応器手段と、熱エネルギーを供給する熱源手段と、 該熱源手段から上記流動床に熱エネルギーを伝達して上
    記化学反応に熱エネルギーを供与するために上記熱源手
    段と流動床反応器手段との間に接続された少くとも１＃
    ！Ｉの熱パイプ手段とを有して成る流動床反応装置。 ２）上記熱パイプ手段が被数の熱パイプを含み、各々の
    該熱パイプは、上記熱源手段に熱的に結合された蒸発器
    部分と、上記流動床反応器手段に熱的に結合された凝Ｗ
    ＪＮ部分とを有し、該凝縮器部分は上記流動床中に延長
    させた特許請求の範囲第１項記載の流動床反応装置。 ３）上記粒状材料が粒状のニッケル化合物触媒、気体状
    の流動化触媒が水ａ気とメタンとの混合物であり、水蒸
    気とメタンとｌｅｔ上記ニッケル化合物触媒の存在の下
    に反応して一酸化炭素と水素とを生成させ、上記熱パ、
    イブ手段は上記熱源手段から上記流動床中の水蒸気及び
    メタンに熱エネルギーを伝達してこれらに熱エネルギー
    を与える特許請求の範囲第１項記載の流動床反応装置。 ４）囲まれたスペースを画定する容盟壁、その下方及び
    上方に流動化ガスのブレナム及び流動床域をそれぞれ画
    定する孔あき分配板、並びに該孔あき分配板の上方の上
    記流動床域において上記粒状材料を流動化させるための
    複数の上向きガス流を生ずるように上記孔あき分配板に
    より分配されるように気体状の流動化媒体を上記流動化
    ガスのプレナムに導入ずろための入口Ｇ　備えた、流動
    床反応器と、 熱エネルギーを供給するための熱源手段と、一端が上記
    熱源手段に熱的Ｃζ結合され、他端が上記流動床反応器
    の上記容益壁を通り抜けて上記流動床域中に延長してい
    る、上記熱源手段から」二記流鋤床域に熱エネルギーを
    伝達するように作動する複数の筒状熱パイプと を有して成る流動床反応装置。 ５）熱エネルギーの除去を必要とする種類の化学反応を
    その内部において行わせるために、粒状材料が気体状の
    流動化媒体によって流動化された流動床を形成する流動
    床反応器手段と、熱エネルギーを除去する熱除去手段と
    、上記流動床反応器手段から上記熱除去手段に熱エネル
    ギーを伝達して上記化学反応から熱を除去するために上
    記熱除去手段と上記流動床反応器手段との間に接続され
    た少くともｊｌｌＩ４の熱パイプ手段と を有して成る流動床反応装置。 ６）上記熱パイプ手段が複数の熱パイプを含み、各々の
    該熱パイプは、上記熱除去手段に熱的に結合された凝縮
    器部分と、上記流動床反応器手段に熱的に結合された蒸
    発器部分とを有し、該蒸発器部分は上記流動床中に延長
    させた特許請求の範囲第６項記載の流動床反応装置。 ７）上記熱パイプが作動流体を入れた密封された細長い
    筒を有し、作動流体は液相で上記蒸発器部分に帛められ
    、そこで蒸発して気相となり、この気相は上記凝ｒ＃ｌ
    Ｐａ部分に移行してそこで凝縮され、凝縮液は上記蒸発
    器部分に戻されろようにした特許請求の範囲第２項又は
    第６項記載の流動床反応装置。
JP58144526A 1982-08-31 1983-08-09 流動床反応器を含む熱発生装置 Granted JPS5984855A (ja)

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