(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
殻体側および管側流体間において熱を伝達させるための高温熱交換器において、
上端および下端を有する容器であって、該容器の内部面に固定された耐熱性の耐火物ライニングを含む容器、
該容器の上端に隣接したフランジ組立体、
上端および下端間において容器内に支持された管束であって、管板支持部材に装着された管板から垂下された複数の管を含む管束、を含み、
前記管板支持部材は、フランジ組立体内に装架された環状唇片、および上端および下端を有するスカートよりなり、そして、該スカートがその上端において前記唇片から垂下しかつ固定され、前記スカートの下端において前記管板に固定されていて、
前記容器の内部面に近接しかつ前記内部面および前記内部面に取り付けられた耐火物ライニングから離隔された前記スカートの外面に設けられた第１スカート耐火物ライニングであって、管板の近くから上向きに、唇片の方に延びる第１スカート耐火物ライニング、および
唇片の近くおよび前記容器の内部面に装着された前記耐火物ライニングから下向きに、管板の方に延びるスカートの内面に設けられた第２スカート耐火物ライニング、を含み、前記第１および第２スカート耐火物ライニングが少なくともスカートの内面および外面の一部分と、縦方向に重なっていることを特徴とする高温熱交換器。
【請求項２】
前記唇片の外径に近接して該唇片から下向きに延びる下向き環状突起をさらに含み、前記下方フランジの内径に近接して該フランジ組立体の下方フランジから上向きに延びる環状突起と連結され、前記下向き突起が前記上向き突起の外径より大なる内径を有している、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項３】
フランジ連結部分が上方フランジの上方密封面と、下方フランジの下方密封面との間に配設されたガスケットを含み、前記下方密封面が前記唇片に近接した内径と、前記上方密封面の外径に近接した外径を有している、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項４】
フランジ組立体が、密封面を有する上向き環状突起を含み、該密封面が唇片の密封面と係合して、管板およびスカートの片側の上方管側室と、管板およびスカートの他方側の殻体側室との間を密封するようにしている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項５】
フランジ組立体が環状凹所を含み、該環状凹所が唇片の下向き環状突起と係合するようになっている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項６】
フランジ組立体が、上方および下方フランジの、相対する一次密封面の間に配設された一次ガスケットと、上方および下方フランジを共に使用し、ガスケットおよび密封面間に、一次密封部分を形成する、複数の半径方向に隔置されたボルトとを有する請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項７】
第２スカート耐火物ライニングの上端と、該第２スカート耐火物ライニングに近接する容器の、高密度耐火物ライニングの下端との間に配設され、対応する耐火物の間に熱密封部分を形成するようになった環状セラミックガスケットをさらに含む、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項８】
請求項１に記載の高温熱交換器において、
同心の環状上方フランジ密封面と、上方フランジボルト締め棚とを有するフランジ組立体内の上方フランジであって、密封面が上方フランジの内径とほぼ等しい内径と、ボルト締め棚の内径とほぼ等しい外径とを有し、ボルト締め棚が上方フランジの外径とほぼ等しい外径を有している上方フランジ、
同心環状上向き突起、環状凹所、下方フランジ密封面および下方フランジボルト締め棚を有するフランジ組立体内の下方フランジであって、上向き突起が下方フランジの内径とほぼ等しい内径と、環状凹所の内径とほぼ等しい外径とを有し、密封面が環状凹所の外径とほぼ等しい内径と、ボルト締め棚の内径とほぼ等しい外径とを有し、かつボルト締め棚が下方フランジの外径とほぼ等しい外径を有している下方フランジ、
唇片から懸垂した下向き環状突起であって、下方フランジ密封面の内径とほぼ等しい外径と、上向き環状突起とほぼ等しい内径とを有し、環状凹所と連結されるようになっている下向き環状突起、
下向き突起の内径とほぼ等しい外径と、上向き突起の内径とほぼ等しい内径とを有し、唇片密封凹所および下方フランジの上方環状突起の間を密封する唇片密封凹所、
上方フランジおよび下方フランジ密封面の間で圧縮され、これらと共に一次密封部分を形成するガスケット、および
上方フランジボルト締め棚に対する孔を通して、半径方向に隔置されるように配置され、かつ孔にねじ込まれ、下方フランジボルト締め棚に延びる複数のボルトと、下方フランジ密封面から下方フランジボルト締め棚に至る段で、上方フランジ密封面から上方フランジボルト棚に至る段に適合し、下方フランジ段が上方フランジ段より僅かに大きな直径を有し、上方および下方フランジの同心的整合を容易にするようになっている段、
を含有する高温熱交換器。
【請求項９】
スカートが、熱膨張係数の小さな唇片に近接する上方区画と、熱膨張係数の大きな管板に近接する下方区画と、上方および下方区画の間に配設された中間区画であって、下方区画より小さな、かつ上方区画より大きな熱膨張係数を有する中間区画とを含む複数の区画を包含する、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１０】
第１耐火物ライニングが、スカートから半径方向に隔置された保持壁により、前記スカートの外面に近接して支持され、前記保持壁が、スカートに固定されかつ半径方向外方に向かって保持壁の下端に延びる横リングによってスカートに連結されている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１１】
第２耐火物ライニングがスカートの内面に近接して、該スカートに固定された支持リング上に支持される、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１２】
相対する容器の壁と第１スカート耐火物ライニングとの間に、周囲温度での膨張間隙を包含し、前記スカートの作業温度での熱膨張を容易に行わせるようにした請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１３】
スカートの下方部分に近接して、容器の内面に固定された内方耐火物層が、スカートの勾配を補完する、半径方向に傾斜した面を有し、かつスカートが周囲温度において、前記層から半径方向に隔置され、作業温度において熱膨張を行わせるようになっている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１４】
管板の上に配置されたオリフィス板を有し、該オリフィス板が管側流体と連通するための、複数のオリフィスを有している、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１５】
複数の有孔キャップを有し、各キャップが対応するオリフィスの上で、オリフィス板の上面に装着されている、請求項１４に記載の高温熱交換器。
【請求項１６】
管がその中に触媒を保持し、管内の流体と反応させるようになっている、請求項１５に記載の高温熱交換器。
【請求項１７】
各管が有孔下端キャップを有し、そこに触媒を支持し、かつその中を通して流体を流動させるようになっている、請求項１６に記載の高温熱交換器。
【請求項１８】
容器が分配板を含み、該分配板が前記管板によって支持され、かつ容器の下端に近接して配設され、加熱流体を管上に分配するようになっている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項１９】
複数の水平バッフルが、前記管板によって支持された管束内において、縦方向に隔置されている、請求項１に記載の高温熱交換器。
【請求項２０】
管束を耐火物ライニングを有する高温熱交換器内に支持する方法において、
管板内の複数の管の上端を固定する段階と、
管板から隔置された環状唇片を有するスカートを管板に装着する段階、
スカートをその内面において、唇片に近接する部分から、管板の上方に隔置された第１耐火物支持リングまで、第１スカート耐火物ライニングによって内張りする段階、
スカートをその外面において、第１支持リングの下方に隔置された第２耐火物支持リングから、第１支持リングの上方まで、第２スカート耐火物ライニングによって内張りし、前記スカートに第１および第２耐火物ライニングを重ねるようにする段階、
管束を耐火物容器内において、唇片から容器の上端の第１フランジ面内に形成された対応する環状凹所まで降ろし、下向き環状突起と係合せしめ、唇片を下方フランジに連結し、かつそれからスカート、管板および管束をこれに吊架するようにした段階、
第１フランジと適合する第２フランジであって、フランジ間に一次密封部分を形成すると共に、唇片およびフランジ間に二次密封部分を形成する第２フランジを含む頂部ヘッドを、容器上に載置する段階、
を包含する耐火物ライニングを有する高温熱交換器に管束を支持する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的に高温熱交換器に使用する改良支持構造に関する。本発明は特に炭化水素改質熱交換器のフランジ組立体に吊架される触媒充填管を支持する改良支持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
高温熱交換器の在来技術による管束は、典型的には内部耐火材料に装着されるもので、耐火材料に応力を発生せしめ、耐火物の早期破壊を引起こし、かつ耐火材料および管束の修繕に多額の費用を必要とした。改質反応器を含む高温熱交換器内の管束に対する支持構造の設計は、今日に至るまで重要な課題であった。高温熱交換器の内部で使用される支持構造は超高温に耐えると共に、非常に厳しい環境下においてバッフル、触媒管、拡散板および他の部材を含む種々の構成部材を支持する時の、重量に起因する応力に耐える必要がある。
【０００３】
改質熱交換器内に使用される在来の支持構造は、触媒反応器の内面を内張りする耐火材料に直接装着するものであった。耐火材料は触媒反応器の内面を被覆し、反応器内に発生する高温からこれを保護し、かつ「ホットスポット」の発生を阻止し、すなわち過大量の熱が反応器の壁に達して、これを損傷するのを阻止する。耐火材料は種々の厚さおよび成分を有するものとなすことができるが、典型的には耐火性を有するセラミックまたはセメント材料とされる。耐火材料は脆く、したがって広範囲の温度変化に起因して膨張または収縮する内部構成部材を適当に支持することはできない。
【０００４】
したがって耐火材料の予測寿命は最適の条件下においても制限を受ける。内部支持部材に追加的な応力が生じれば、耐火材料には加速度的に破損傾向が発生し、熱交換器の高価な修繕と、運転休止が頻発する。さらに在来の反応器内において、耐火物によって支持される内部支持構造は典型的には種々の金属合金によって構成される。温度が低から高に、再び高から低に変化すれば、熱膨張および収縮サイクルが行われる時に、これら支持構造が耐火物を損傷することがある。
【０００５】
したがって管束支持システムは、高温熱交換器の厳しい環境に耐え、この型の熱交換器の保守を行うための費用および時間を減少させるように設計する必要がある。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器内部のフランジ組立体からの触媒充填管を支持する改良された支持装置を備えた高温熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本発明は高温熱交換器において、殻体側と管側流体との間で熱を伝導させるための管に対する改良支持装置を有する、熱交換器を提供するものである。この熱交換器は耐火物を内張りした容器で、上端および下端を有し、かつ該上端および下端間において支持された管束を含む容器を有している。管束は上方管板によって支持された複数の管を含んでいる。管板支持部材は容器の上端において該容器の周囲に沿って、フランジ組立体内に装架された環状唇片と、管板に装着されたこの唇片に吊架されたスカートとを有している。唇片の外周の近くで、該唇片から延びる、下向きの環状突起は、フランジ組立体の内径に近接して、該フランジ組立体のフランジから延びる上向き環状突起と連結することができる。下向き突起は上向き突起の外径より大きな内径を有している。スカートの外面の第１スカート耐火物ライニングは管板の近くから、唇片の方に延びている。第２スカート耐火物ライニングは、唇片の近くから管板の方に下向きに延びるスカートの内面に位置している。第１および第２スカート耐火物ライニングはスカートの内面および外面の、少なくとも一部分と、縦方向に重なっている。したがってフランジ組立体およびその中に装架された唇片は、スカートの上および後ろで耐火物が重なることによって生じる比較的低温の環境内に位置するようになる。
【０００７】
本発明は、また触媒反応器を提供し、この触媒反応器においては、熱交換器内の管がその中に触媒を保持し、かつその中に単数または複数の反応流体を通し得るようになっている。この反応器は、特に触媒と接触して管を通る炭化水素を、触媒によって改質する時に有用である。管の対応する端部に設けられた有孔下端キャップはその上に触媒を支持することができ、かつその中の流体の流動を可能にする。反応器は管板の頂部に水平に配置されたオリフィス板を含むものとなすことができる。オリフィス板は複数のオリフィスを有し、流体を管内に均等に分配する。オリフィス板の上面には複数の有孔管キャップを装着し、キャップが対応するオリフィス上に配置されるようになすことができる。オリフィス板は反応器の上端に位置する第１入口に嵌合するような寸法の、複数の区画によって形成することができる。分配板は好ましくは管板によって支持され、かつ管の下端の近くに配置され、普通燃焼式管状改質装置から流出する加熱流体を管に分配するようにされる。複数の水平バッフルは管束内において縦方向に隔置され、かつ管板によって支持される。
【０００８】
【実施例】
次に添付図面によって本発明を詳述する。図面中同様な部品は同じ参照数字で表す。図１において耐火材料によって内張りした触媒反応器１０は、容器１２を有し、該容器はフランジ組立体１６から懸垂された管板支持部材１４を含み、管板１８と、これに装着された管束２０を支持するようになっている。運転時には比較的温度の低い、例えば４８０〜７６０℃の反応物送給流体が、第１入口２２に流入する。この反応物送給流体は下向きにオリフィス板２６、管板１８および管束２０を通る。この管束２０は複数の、典型的には数百から数千、またはそれ以上の触媒充填管２８を含み、該管の中で反応物が触媒と反応する。反応した流体は各管２８の下端から流出する。加熱流体、好ましくは改質装置、例えば加熱式管状改質装置から流出する加熱流体は、第２入口３２に導かれ、分配板２４の孔を通り、かつ均一に分配されて、反応した流体と混合せしめられる。反応流体と、加熱流体との混合物は横方向に流動し、かつ上向きにバッフル３４の回路網を通り、該バッフルは各管２８を横切って混合物を分配し、該管２８との間で熱移動を行わせる。流体混合物は出口３６から排出され、普通の態様で別の処理を受けるようになる。
【０００９】
反応器１０は全体的に上方管側室４０と、下方殻体側室４２とよりなっている。管側室４０は好ましくはヘッド４１によって囲繞されている。管板１８は管側室４０を、殻体側室４２から分離する水平間仕切りとして働く。送給反応物は管側室４０に入り、管束２０を通り、かつ周知の技術によって、殻体側室４２内の加熱流体と混合される。容器１２は耐熱耐火ライニング３８を含み、このライニングは通常、管側室４０および殻体側室４２の双方の内面に固定されている。耐火ライニングは全体的に技術的に周知のセラミックまたはセメント状材料よりなり、かつ単数または複数の層を含むものとなすことができる。容器１２に対して設計される温度は、管側室４０内においては、２６０°／−２５℃（５００°／−１０°Ｆ），殻体側室４２内においては、４２５°／−２５℃（８００°／−１０°Ｆ）の間で変動する。容器１２は、例えば３．４−６．９ＭＰａ（５００−１０００ｐｓｉ）に達する内圧に耐えるように設計される。容器１２はこのような均質反応器においてたびたび使用される、外壁４６と熱交換を行うための普通の水ジャケットを含むものとなすことができる。この水ジャケットは潜在的な「ホットスポット」、または耐火物の故障を表す標準値以上の蒸気発生を監視するために使用することができる。
【００１０】
図２は管板支持部材１４、管板１８および管束２０を示す。管板１８は技術的に周知の種々の型の耐熱鋼板によって構成することができる。管板支持部材１４は全体的に直立したスカート５０と、管板１８の上方に隔置された、好ましくはスカート５０の上端の近くに位置する唇片４８とを含んでいる。唇片４８はフランジ組立体１６（図１、図３および図４参照）と係合するための下向き環状突起５２を含んでいる。スカート５０は唇片４８から下方に隔置された点で、なるべくはスカート５０の下端の近くで、かつなるべくは管板１８の外周に近接して、この管板に装着されている。
【００１１】
一方管束２０は管板１８によって支持されている。各管２８は好ましくは管板１８に強固に溶接され、かつ水力学的に該管板１８に延びている。改質装置室内に数百または数千、またはそれ以上の管２８を設けるのは珍しくないが、簡単にするために、図１−図１０には若干の管だけが示されている。管板１８は管束２０、バッフル３４、分配板２４および前記バッフル３４を安定化させるための複数のタイロッド５４を支持し、かつ位置決めしている。タイロッド５４は管板１８に吊架され、かつバッフル３４に装着されている。バッフル３４は各管２８を摺動自在に受入るように孔明けされている。バッフル３４は典型的にはバンパー５６を含み、管束２０の挿入または取外しを行う時に（図１）、バッフルが耐火物と接触してこれを損傷するのを阻止する。
【００１２】
オリフィス板２６（図１および図５）は全体的に、管板１８の頂部に水平に配置されている。オリフィス板２６は好ましくは、第１入口２２（図１）に嵌合するように複数の小さな区画よりなっている。したがってオリフィス板２６のこれら区画は好ましくは第１入口２２より小さな寸法を有している。第１入口２６の断面は十分な大きさを有し、オリフィス板２６を組立て、または管側室４０の中で、またはこの室から他の保守作業を行う時に、作業員のアクセスを可能にするようになっている。オリフィス板２６の頂面には複数の管キャップ６０（図５）が固定され、異物、例えば反応器の天井から落ちた耐火物の破片が、オリフィス６２を閉塞するのを防止する。
【００１３】
図３はフランジ組立体１６と作業的に関連する支持部材１４の断面図である。支持部材１４は唇片４８、下向き環状突起５２およびスカート５０を含んでいる。スカート５０は下端の近くで、例えば、管板１８の外縁に固定されている。唇片４８および下向き環状突起５２を、フランジ組立体１６内に装着することによって、スカート５０および管板１８は、耐火ライニング３８に応力を加えることなく定位置に装着され、したがってライニング３８の耐久性を高める。耐火ライニング３８および管束２０の接触を避けることによって、耐火ライニング３８の寿命を最長とすることができる。
【００１４】
好適な実施例においては、容器１２は普通の２層絶縁物、すなわち容器１２の内部に露出する高密度内方層６４と、該内方層６４および容器１２の壁４６の間に配置された裏張り、または補強層６６とによって内張りされる。この耐火物は、この目的に一般に使用される普通の耐火物アンカー、コールドシームおよび取付け用ハードウエアを使用して組立てられる。しかしながら、フランジ組立体１６および管板１８の付近においては、第１および第２スカート耐火物６８および７０は、それぞれ重ねられ、唇片４８およびフランジ組立体１６を、熱的に絶縁または保護するようになっている。第１スカート耐火物６８は管板１８の近くから唇片４８およびフランジ組立体１６の方に、上向きに延びるスカート５０の外面を内張りする。第２スカート７０は同様に、唇片４８およびフランジ組立体１６の近くから下向きに管板１８の方に延び、スカート５０が、上端を有する第１スカート耐火物６８によって、第２スカート耐火物７０の下端の上に重なるようになる。
【００１５】
スカート５０は全体的に唇片４８とほぼ等しい最大直径から、管板１８とほぼ等しい最小直径の方に内向きに傾斜する。第１スカート耐火物６８は好ましくはスカート５０と、相対する容器１２の壁４６との環状間隙内に配置される。例えばこの耐火物６８は鋳造耐火物よりなり、または該耐火物６８の垂直長さに亙って延びる、全体が円筒壁７２の形をなした、適当な鋼板、（例えば６．３５ｍｍ（１／４インチ）のＳＡ−２４０−ＴＰ３４７Ｈ）と、該円筒壁７２の下端およびスカート５０の間の横連結リング７４とによって形成された構造支持部材内に配置される。連結リング７４は例えば溶接によってスカート５０に装着することができる。耐火物６８は好ましくは壁７２の内面に設けられた普通の耐火物アンカー７１によって定位置に堅く碇着される。
【００１６】
壁７２はなるべくは相対する容器１２の壁４６から、膨張間隙７３を形成するに十分な距離に亙って隔置され、これら壁の衝当による応力を発生させることなく、運転温度における熱膨張を可能にするようになっている。同様に連結リング７４は、管板１８の下方で容器１２を内張りする隣接耐火物３８の上端７６から、垂直に隔置されている。上端７６は管板１８の下面および（または）耐火物３８の上方で終わる所で、管板１８の外径より小さな内径を有し、したがって耐火物３８の上端７６は、スカート５０の傾斜を補完する、半径方向に傾斜し、かつ該スカートから半径方向に隔置され、熱膨張を可能にする面７８を形成するようになっている。耐火物６８とスカート５０との同様な隔置は、該耐火物６８とスカート５０との間に燃焼隔置部材、例えば３．１７ｍｍ（１／８インチ）の厚紙（図示せず）を配置することによって行うことができる。厚紙は反応器の作動温度において燃焼し、適当な間隔を形成する。
【００１７】
第２スカート耐火物７０も同様に、支持リング８０により支持され、該支持リングは全体的に同じ材料によって形成され、かつ前述の横連結リング７４のように、スカート５０の内面に溶接される。もし必要であれば、支持リング８０内に複数の垂直溝孔（図示せず）を形成し、座屈を発生させることなく熱膨張を行わせるようになすことができる。耐火物７０は全体的に、スカート５０の内面に位置する、複数の普通の耐火物アンカー（図示せず）により、かつ普通のコールドシーム（図示せず）を使用して定位置に装着される。
【００１８】
耐火物７０は全体的にその上端において、フランジ組立体１６に近接する耐火物ライニング３８の端部３８ａと係合する。便宜上および簡単化のために、耐火物７０の端部は、フランジ組立体１６内の相対するフランジ面と実質的に同じ高さに位置し、かつ環状セラミックガスケット８２によって、隣接する耐火物３８ａおよび７０の間を熱的に密封するようになすことができる。耐火物７０はその上端に、隣接耐火物３８ａと実質的に同様な内径を有しているが、該耐火物７０の外径は唇片４８およびスカート５０の対応する内径に適合している。この場合耐火物７０の外径は全体的に接耐火物端３８ａの外径より小さいが、少なくとも高密度層６４と同じ大きさであり、耐火物７０が十分な厚さを有し、唇片４８を熱的に遮蔽し、かつフランジ組立体１６を比較的低温の環境に維持するようになっている。耐火物７０は唇片４８から下向きに延びるから、スカート５０の内径を補完する、傾斜外径を有している。耐火物７０は円筒形内径または輪郭、あるいは漸減的な直径、すなわち管板１８の方に下向きの、すなわちスカート５０の勾配を補完する内方勾配を有し、耐火物７０に、所要の絶縁度に対して十分な厚さを与えるようになすことができる。
【００１９】
図４に示される如く、フランジ組立体１６は好ましくは上方フランジ４００、下方フランジ４０２および半径方向に隔置された複数のボルト４０６によって相互に装着された一次ガスケット４０４を含むものとされる。上方フランジ４００は、環状密封面４０８および全体的に同心関係にある環状ボルト締め棚４１０を有している。ボルト締め棚４１０は密封面に対し、軸線方向上向きの段を有し、この段は密封面４０８の半径方向外方に位置している。密封面４０８はフランジ４００の内径とほぼ等しい内径を有し、かつボルト締め棚４１０の内径とほぼ等しい外径を有している。ボルト締め棚４１０はフランジ４００の外径とほぼ等しい外径を有している。
【００２０】
下方フランジ４０２は全体が同心関係にある上向き環状突起４１２、環状凹所４１４、環状密封面４１６および環状ボルト締め棚４１８を有している。突起４１２は下方フランジ４０２の内径とほぼ等しい内径を有し、かつ凹所４１４の内径とほぼ等しい外径を有している。凹所４１４は密封面４１６の内径とほぼ等しい外径を有し、該密封面はボルト締め棚４１８の内径とほぼ等しい外径を有している。ボルト締め棚４１８は下方フランジ４０２の外径とほぼ等しい外径を有している。密封面４１６は凹所４１４に対して上段を形成し、一方ボルト締め棚４１８は密封面４１６に対して上段を形成している。
【００２１】
各ボルト４０６は上方フランジ４００内に形成された上孔４２０の中に摺動自在に受入れられ、かつ対応する下孔４２２内にねじ込まれる。孔４２０および４２２は全体的に相対する環状上方および下方ボルト締め棚４１０および４１８に対して、横方向に位置決めされる。上方ボルト締め棚４１０は全体的に下方ボルト締め棚４１８の内径より僅かに小さな内径を有し、ボルト締め棚４１０、４１８および密封面４０８、４１６間の段において、上方および下方フランジ４００、４０２を容易に整合させるようになっている。
【００２２】
ガスケット４０４は全体的に上方および下方密封面４０８および４１６の間に圧縮される。ガスケット４０４は定格温度および圧力を含む、所期のサービス状態に適する普通のガスケット材料（例えば固形の、軟質焼きなまし４−６％クロム鋼合金）によって構成される。ガスケット４０４は全体的に上方および下方密封面４０８および４１６の外径とほぼ等しい外径と、下方密封面４１６の内径とほぼ等しい内径とを有している。相対する密封面４０８および４１６間の圧縮力はフランジ４００および４０２間に一次密封力を与える。
【００２３】
唇片４８は好ましくは下向きの環状突起５２と、全体的に同心の環状密封凹所４２６とを有している。下向き突起５２は下方密封面４１６の内形とほぼ等しい、かつこれより僅かに小さな外径と、上向き突起４１２の外径とほぼ等しい、かつこれより僅かに大きな内径とを有している。したがって下向き突起５２は凹所４１４内に受入れられる。密封凹所４２６は上向き突起４１２の外径とほぼ等しい、かつこれより僅かに大きな外径と、上向き突起４１２の内径とほぼ等しい、かつこれより小さな内径とを有している。したがって、上向き突起４１２は密封凹所４２６内に受入れられる。
【００２４】
上向きおよび下向き突起４１２および５２が、対応する凹所４２６および４１４内に係合することによって、唇片４８はフランジ組立体１６内に錠止される。突起４１２と凹所４２６とが密封的に係合することによって、室４０および４２が密封され（図１）、かつ唇片４８およびフランジ組立体１６間の、高温流体の循環が維持される。例えば、上向き突起４１２の上面に、６．３５ｍｍ（１／４インチ）のインコネル６００合金を溶接肉盛りして、仕上がりが８０ＲＭＳとなるようにし、かつ凹所４２６に、３．１７ｍｍ（１／８インチ）のインコネル６００合金を溶接肉盛りして、仕上がりが８０ＲＭＳとなるようにすれば、適当な密封が行われるようになる。この目的に対しては他の通常の密封装置、例えばガスケットを使用することができる。
【００２５】
図５に示される如く、管キャップ６０、オリフィス板２６、管板１８、管束２０およびオリフィス６２の組合わせは、管側室４０から管束２０に至る流体の通行を容易にする。対応するオリフィス６２および管キャップ６０は好ましくは同心とされる。各管キャップ６０は複数の孔１１４を有し、これら孔の直径は管キャップ６０の下の、オリフィス板２６内に位置するオリフィス６２より小さい。各オリフィス６２はオリフィス板２６を通って、対応する管２８に延びている。管キャップ６０は異物がオリフィス６２および管２８を閉塞するのを防止する。オリフィス６２は管２８を通る流体の、均一な分布を容易にする。なおオリフィス板２６の複数の区画を取外し、かつ適当な除去法を使用することにより、例えば管２８からの触媒を、真空を作用させることによって、管２８から触媒を除去することができる。オリフィス板２６および管キャップ６０を取外せば、新規なまたは追加的な触媒を管束２０に追加することができる。
【００２６】
図６および図７に示される如く、端部キャップ１１８の好適な実施例は、複数の孔１２０を有している。各管２８の下端には端部キャップ１１８が固定され、該管２８内の触媒材料を維持するようになっている。触媒が充填された管２８から出る反応生成物は、端部キャップ１１８を通して孔１２０から排出される。したがって、孔１２０は、管２８内の触媒を維持する程度の大きさとされるが、反応生成物が孔を通る時の圧力低下がなるべく小さく保持されるような大きさとされる。
【００２７】
図８に示される如く、オリフィス板２６の多区画構造は、該オリフィス板２６の隣接区画間に、単数または複数の継ぎ目１２２を設けることによって得られる。
【００２８】
図９に示された好適な実施例においては、スカート５０は好ましくは異なる材料によって構成され、作業中に発生するおそれのある熱応力を減少させるようになっている。管板１８は好ましくは比較的熱膨張係数の大なる、高温合金（例えばステンレス鋼）によって形成される。露出されるスカート５０の下方部分９０２、すなわち支持リング８０の下方に位置する部分（図３）は、好ましくは同じ、または同様な高温合金によって形成され、管板１８に直接溶接される。唇片４８およびスカート５０の上方部分９０４は、熱膨張係数の比較的低い、比較的低温に適する同じ、または異なる材料（例えば１  １／４％のクロムと、１／２  ％のモリブデンを含む鋼合金）によって形成することができる。部分９０２および９０４間に溶接されるスカート５０の中間部分９０６は、好ましくは中程度の熱膨張係数を有する材料（例えばインコネル  クロム−ニッケル合金）によって形成し、スカート５０を、一つまたは二つの材料で形成した場合に生じることのある熱応力を阻止し得るようにする。
【００２９】
なお図９および図１０において、スカート５０はこれに、溶接によりまたは他の方法により複数の縦フイン９１０を溶接することによって、補強することができる。フイン９１０は好ましくはスカート５０の内面に装着され、該フインは垂直に延び、上方部分９０４および中間部分９０６間の溶接部分に跨がるようになっている。フイン９１０は好ましくは上方部分９０４または中間部分９０６と同様な、適当な高強度材料によって形成される。唇片４８にはさらに複数のねじ孔９１２を設け、必要が生じた時に、該孔によって支持構造１４、管板２８および管束２０の全組立体（図２）を持ち上げ、例えば孔９１２内にアイボルトをねじ込み、かつクレーン、ウインチ、ホイスト等から該アイボルトに適当なケーブルを通すことによって引き上げまたは交換作業を行うようになすことができる。
【００３０】
フランジ組立体１６を釈放し、かつヘッド４１を除去すれば、前以て組み立てられた管板２８、管束２０およびスカート耐火物６８、７０を含む管板支持部材１４を、容器１２の上方に持ち上げかつ定位置に降ろし、唇片４８が、凹所４１４内に受入れられた下向き突起５２によって、下方フランジ４０２と係合するようになすことができる。同時に下方フランジ４０２の上向き突起４１２は、唇片４８の密封凹所４２６と係合する。管板支持部材１４、管板１８および管束２０を挿入する時に、耐火物３８が損傷されないように注意が払われる。唇片４８、管板支持部材１４、管板１８および管束２０を、容器１２内の定位置に適当にセットした後、ガスケット４０４を密封面４１６上に置き、かつセラミックガスケット８２を、スカート耐火物７０の上端の上に載置する。ガスケット４０４が定位置にきた時にヘッド４１を容器の１２の上方に持ち上げ、さらに定位置に降ろし、上方フランジ４００が下方フランジ４０２と係合し、かつボルト孔４２０、４２２が垂直に整合するようにする。ボルト４０６は上方孔４２０内に受入られ、対応する下方孔４２２内にねじ込まれ、かつ所要のトルクに達するまで締め付けられる。ボルト４０６を締付ければ、ガスケット４０４は一次密封部分を形成し、二次密封部分は唇片４８とフランジ組立体１６との間に形成され、かつ隣接耐火物３８ａおよび７０の間に熱密封部分が形成される。
【００３１】
容器１２内の温度が一旦作業温度に達すれば、管板支持部材１４は膨張し、したがって膨張間隙７３の寸法が変わり、円筒壁７２および外壁４６の間の距離が僅かに減少する。
【００３２】
本発明の範囲内にあるこのような高温熱交換器、または他の高温熱交換器は、触媒の充填された、またはされない管束を支持するもので、内部反応器に衝撃を与えず、かつ内部構成部材を効果的に支持する。例えば下方管板は分配板に代わるもので、管板の間に追加口を設け、容器を反応の生じない熱交換器として作動させることができる。管側流体は管板の下に画定された下方ヘッドから引出すようになすことができ、殻体側流体は管板間の口に導入し、またはこの口から引出すようになすことができる。
【００３３】
追加的な高温熱交換器および反応器、ならびに技術、手順、材料および装置の種々の変形の可能であることは、熟練技術者の容易に理解し得るところである。このような変形は、全て特許請求の範囲およびその精神内に含まれるものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による触媒反応器の、一部切除した断面図。
【図２】図１の反応器の管板支持部材の断面図で、管束、タイロッド、バッフルおよび分配板の関係を示す。
【図３】図１の反応器のフランジ組立体の断面図で、支持部材に近接する反応器の配置およびフランジ組立体を示す。
【図４】図１の反応器のフランジ組立体の展開断面図で、上方および下方フランジ部材間の接触を示す。
【図５】図１の反応器のオリフィス板、管板および管束の関係を示す断面図で、この場合管は管板から懸垂されている。
【図６】本発明により管内に触媒を支持する時に使用される、下方端部キャップの断面図。
【図７】図６の下方端部キャップの平面図。
【図８】図５のオリフィス板の平面図で、その多区画構造を示す。
【図９】図１の反応器の支持構造に使用される管束およびスカートの断面図。
【図１０】図９の支持構造の平面図で、線１０−１０に沿って取られたもの。
【符号の説明】
１０  反応器
１２  容器
１４  支持部材
１６  フランジ組立体
１８  管板
２０  管束
２２  第１入口
２４  オリフィス板
２６  分配板
３２  第２入口
３４  バッフル
３６  出口
３８  耐火物ライニング
４０  管側室
４２  殻体側室
４６  外壁
４８  唇片
５０  スカート
５２  突起
６０  管キャップ
６４  内方層
６８、７０  スカート耐火物
７４  連結リング
８２  ガスケット
４００、４０２  フランジ
４０４  ガスケット
４１２  突起
４１４  凹所
４１８  ボルト締め棚
４２６  凹所
４６０  ボルト棚
９０２  下方部分
９０４  上方部分
９０６  中間部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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