(57)【要約】 【解決手段】 本発明は、連続する炉壁で囲まれた炉室を有する合成炉であって、その炉室には下方に整向したバーナー出口方向を有する、実質的に一つの面に配置された複数のバーナーおよび実質的に垂直でそして互いに平行に配列された複数の反応管が配置されており、該反応管は火のついたバーナーによって外から加熱される、上記合成炉において、炉壁（２）の領域の外部に配置されたバーナー（５）が炉の中心から垂直方向に関して逃げて傾斜しているバーナー出口方向（Ｒ）を少なくとも有していることを特徴とする、上記合成炉に関する。
2007534461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する炉壁で囲まれた炉室を有する合成炉であって、その炉室には下方に整向したバーナー出口方向を有する、実質的に一つの面に配置された複数のバーナーおよび実質的に垂直でそして互いに平行に配列された複数の反応管が配置されており、該反応管は火のついたバーナーによって外から加熱される、上記合成炉において、炉壁（２）の領域の外部に配置されたバーナー（５）が炉の中心から垂直方向に関して逃げて傾斜しているバーナー出口方向（Ｒ）を少なくとも有していることを特徴とする、上記合成炉。
【請求項２】
個々のバーナー（５）のバーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が互いに相違することを特徴とする、請求項１に記載の合成炉。
【請求項３】
バーナー（５）のバーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が炉の中心から出発して炉壁（２）の外に向って増加することを特徴とする請求項２に記載の合成炉。
【請求項４】
傾斜角が中心から０〜１０°、好ましくは０〜５°の間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の合成炉。
【請求項５】
傾斜したバーナー出口方向（Ｒ）を有するバーナー（５）が全体として傾斜して取り付けられておりおよび／またはそのバーナー開口が傾斜して配置されている、請求項１〜４のいずれか一つに記載の合成炉。
【請求項６】
バーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が調整できる、請求項５に記載の合成炉。
【請求項７】
傾斜を調整するために、合成炉の運転パラメーターを考慮して制御する、請求項６に記載の合成炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続する炉壁で囲まれた炉室を有する合成炉であって、その炉室には下方に整向したバーナー出口方向を有する、実質的に一つの面に配置された複数のバーナーが設けられ、そして実質的に垂直でそして互いに平行に配列された複数の反応管が配置されており、その際に該反応管が着火したバーナーによって外から加熱される、上記合成炉に関する。
【０００２】
この種の合成炉、例えばアンモニア、メタノールまたは水素を製造するための合成炉はよく知られており、大規模に工業的に使用するために、垂直に立っている反応管／分解管を有するこの技術分野に合った炎で覆う形式の箱型炉としてしばしば形成されている。これらの分解管は列をなして配置されそして上方から下方にプロセスガスによって貫流される。この場合、このプロセスガスはいわゆる分解工程に付される。該プロセスガスは炉の内部または外部で下方で出口収集器に集められる。管列の間にあるガス中には管が炉内に垂直に下方に向かって配置された上部の火の付いたバーナーによって加熱され、その際にバーナーから発生する排ガスが炉を上方から下方に貫流しそして底部に配置された排ガス用トンネルを通して引き出される（例えば "Ammonia: Principles and Industrial Practice/Max Appl”、Weinheim; New York, Chichester; Brisbane; Singapore; Toronto: Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29593-3, 第80-89頁に記載されている)。
【０００３】
この種の合成炉、特に複数の管列を持つ合成炉においては、非常に不均一な流れ、特に外側管列においてはなかでも循環に特徴のある流れが観察される。この循環は中間の管列に比べて外側管列において低い排ガス−およびプロセスガス温度をもたらす。外側管列におけるこの低い温度は分解工程にマイナスの影響を及ぼす。更に、外側バーナー列では炎の逃げが生じ、このことが全体的な熱伝達を悪化させそして材料への負荷を高める。
【０００４】
これらの公知の問題を避けるために既に種々の解決法が提案されている（Fluegas Flow Patterns in Top-fired Steam Reforming Furnaces, P.W. Farnell & W.J. Cotton, Synetix, Billingham, England, 44th Annual Safety in Ammonia Plants and Related Facilities Symposium, Seattle, Washington, Paper no. 3e, September 27-30, 1999)。その一つは例えば、高い空気出口速度の外側バーナーを運転することを提案し、そしてもう一つはプロセスガスを反応管に意図的に異なる量で分配することを提案している。しかしながらこれら両方の解決法は十分でないことが判っている。更に炉壁とバーナーとの間隔を拡げることが提案されている。しかしながらこの解決法は上述の問題を同様に回避していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の課題は、構造的に且つ制御技術的に可能な限り簡単な方法で熱分配および全体的な熱伝達を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は冒頭に記載した種類の合成炉において本発明に従って、炉壁の領域の外部に配置されたバーナーが炉の中心から垂直方向に対して逃げて傾斜しているバーナー出口方向を少なくとも有していることによって解決される。
【０００７】
上述の公知の解決法と全く異なるこの解決法によって構造的に且つ制御技術的に簡単なやり方で外側バーナー列の炎の偏向を炉の中心に向かって著しく減らせ得ることがわかった。反応管に沿った排ガスの実質的に均一な流れ出しが生じ、熱伝達が改善されそして従来技術の合成炉の場合の“ホットスポット(hot spots)”による反応管の高い材料負荷が著しく低減され、その結果反応管の寿命が著しく増加する。
【０００８】
特に良好な熱分配あるいは排ガス流を達成するためには、個々のバーナーのバーナー出口方向の傾斜が互いに相違することが特に有利である。このことは、バーナーがそれぞれ個々の炎当たりの、隣接するバーナーの炎を吸収する作用に依存して相応する傾斜角で（隣接するバーナーの吸収作用に対峙して）配置されることを意味している。
【０００９】
この場合に、バーナーのバーナー出口方向の傾斜が炉の中心から出発して炉壁に対して外に向かって増加するのが特に有利である。中心に配置されたバーナーは例えば傾斜していないが、バーナー列の傾斜は外に向かって最大値にまで増加する。
【００１０】
傾斜角が中心から出発して０〜１０°、好ましくは０〜５°にあるのが特に有利であることがわかった。
【００１１】
バーナーの傾斜を実現するためには、傾斜したバーナー出口方向を持つバーナーを全体として傾斜させて取り付けおよび／またはそのバーナー開口が傾斜させられて配置されているような構造に構成することができる。
【００１２】
バーナー出口方向の傾斜が調整可能であることが特に有利である。即ち、合成炉を運転する間に該傾斜をその都度の状況に合わせて変更してもよい。
【００１３】
この目的のためには、傾斜を調整するために合成炉の運転パラメータを考慮した制御を行なうのが特に有利である。
【００１４】
本発明を図面によって例示的に更に詳細に説明する。
図１は合成炉の原理図を図示しており、
図２ａは従来技術に従う合成炉における温度分布を図示しており、
図２ｂは本発明の合成炉における温度分布を図示しており、
図３ａは従来技術に従う合成炉における流れラインを図示しており、
図３ｂは本発明の合成炉における流れラインを図示しそして
図４は従来技術に従う合成炉および本発明の合成炉のについての管の長さに亙っての最も外側の管列のための熱流密度を示しているグラフである。
【００１５】
合成炉を図１において一般的に（１）と記載する。この合成炉は箱型あるいは平行六面体の形で形成されており、連続する炉壁（２）で囲まれた炉室（３）を有している。
【００１６】
この炉室（３）の内部には実質的に垂直でそして互いに平行して配置された多数の反応管（４）が配置されており、その管（４）を通ってプロセスガスが導かれる。このことは詳細には図示されていない。プロセスガスは上から下方に反応管（４）を貫流しそして炉の下部領域あるいは炉の外部において図示されてない出口コレクターに集められる。
【００１７】
反応管（４）あるいは該反応管で構成された管列の間の領域において、炉室（３）の上部領域には実質的に平面に多数のバーナー（５）が配置されている。これらのバーナー（５）はそれぞれ下方に整向されているバーナー出口方向を有しており、図１には全てのバーナー（５）について垂直のバーナー軸（６）が点線で示されている。
【００１８】
炉壁（２）の領域に配置された外側のバーナー（５）が、合成炉（１）の中心から垂直方向に対して逃げて傾斜しているバーナー出口方向（Ｒ）を少なくとも有していることが重要である。その傾斜角は図１においてはαで示されており、関連する垂直のバーナー軸(6)に対して規定されている。図１に従う二次元の図面におけるのと違ってこの傾斜はバーナーの配置次第で炉室（３）の中心に対して、記載した図平面を横切って拡がる平面において拡がっていてもよいことは自明なことである。この場合、炉室（３）の中央の反応管が４ｍを取る平面の領域に存在する。
【００１９】
外側のバーナー（５）のバーナー出口方向（Ｒ）だけが傾斜しているだけでなく、中間および内側のバーナーも傾斜しているのが特に有利であり、その場合には傾斜が内部バーナーから出発して炉壁（２）に向かって増加するように配置し、内部バーナーの傾斜γが中間のバーナーの傾斜βよりも小さくそして外側バーナーの傾斜αよりも更に小さいように配置する。
【００２０】
外側バーナーの傾斜角αは例えば最大１０°であり、好ましくは５°であり、傾斜角βおよびγは更に小さいものを選択するのが適している。
【００２１】
バーナー（５）の傾斜は色々なやり方で実現でき、一方においてはバーナーが全体として傾斜して取り付けられているかまたはそれのバーナー開口あるいはバーナーノズルだけを傾斜させていてもよい。
【００２２】
バーナー（５）の傾斜は調節可能であり、特に運転中でも調節可能に形成されているならば、この場合には、傾斜の調節を合成炉（１）の運転パラメーターを考慮して行う、合成炉（１）のための図示していない制御手段を配備しているのが特に有利である。
【００２３】
バーナー（５）がこのように構成されていることによって外側バーナー列の炎の偏向が中央まで明らかに減少し、反応管に沿って均一なまたはより均一な排ガスの流出が生じ、熱伝達が改善されそして“ホットスポット”による材料への高い負荷が著しく低減される。
【００２４】
従来技術に比べてのこれらの長所は一方においては図２ａ、２ｂから明らかに判りそしてもう一方においては図３ｂ、３ｂから明確に知ることができる。
【００２５】
図２ａは、バーナー傾斜のない慣用の合成炉の場合の全く不均一な温度分配を示している。これに対して図２ｂからは、外側バーナーあるいはバーナー出口方向が５°だけ傾斜している本発明の実施形態が、本質的に均一な温度分配を示すことを知ることができる。
【００２６】
同様に図３ａおよび３ｂに示した流れ挙動でもこのことが同様にわかる。図３ａはバーナー傾斜のない慣用の合成炉の場合の流れ挙動を図示しておりそして図３ｂはバーナー傾斜を有し、しかも外側バーナーの場合には５°だけの傾斜を持つ。  
本発明の実施形態の場合には不所望なデッドスペース（白色の空の面積）が明らかに減少している。
【００２７】
図４には管の長さに亙って最も外側の管列についての熱流密度を、しかも従来技術の合成炉については点線でそして５°だけ傾斜した外側バーナーを有する本発明の合成炉については実線でプロットした。本発明の合成炉の場合に管の長さに亙っての熱流密度が実質的に均一に分布していることが判る。    
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】合成炉の原理図を図示している。
【図２ａ】従来技術に従う合成炉における温度分布を図示している。
【図２ｂ】本発明の合成炉における温度分布を図示している。
【図３ａ】従来技術に従う合成炉における流れラインを図示している。
【図３ｂ】本発明の合成炉における流れラインを図示している。
【図４】従来技術に従う合成炉および本発明の合成炉のについての管の長さに亙っての最も外側の管列のための熱流密度を示しているグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
1・・・合成炉
2・・・炉壁
3・・・炉室
4・・・反応管
5・・・バーナー
6・・・バーナー軸
【図１】
2007534461.tif 000003
【図２ａ】
2007534461.tif 000004
【図２ｂ】
2007534461.tif 000005
【図３ａ】
2007534461.tif 000006
【図３ｂ】
2007534461.tif 000007
【図４】
2007534461.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月20日(2005.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続する炉壁（２）で囲まれた炉室（３）を有する合成炉（１）であって、その炉室には実質的に一つの面に配置された複数のバーナー（５）が設けられ、該バーナーは下方に整向したバーナー出口方向を有し、炉壁（２）の領域の外部に配置されたバーナー（５）が炉の中心から垂直方向に関して逃げて傾斜したバーナー出口方向（Ｒ）を少なくとも有しておりそして該炉には実質的に垂直でそして互いに平行に配列された複数の反応管（４）が配置されており、該反応管は火のついたバーナー（５）によって外から加熱される、上記合成炉において、個々のバーナー（５）のバーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が互いに相違することを特徴とする、上記合成炉。
【請求項２】
バーナー（５）のバーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が炉の中心から出発して炉壁（２）の外に向って増加することを特徴とする請求項１に記載の合成炉。
【請求項３】
傾斜角が中心から０〜１０°、好ましくは０〜５°の間にあることを特徴とする請求項１または２に記載の合成炉。
【請求項４】
傾斜したバーナー出口方向（Ｒ）を有するバーナー（５）が全体として傾斜して取り付けられておりおよび／またはそのバーナー開口が傾斜して配置されている、請求項１〜３のいずれか一つに記載の合成炉。
【請求項５】
バーナー出口方向（Ｒ）の傾斜が調整できる、請求項４に記載の合成炉。
【請求項６】
傾斜を調整するために、合成炉の運転パラメーターを考慮して制御する、請求項５に記載の合成炉。
【国際調査報告】
2007534461.tif 000009
2007534461.tif 000010
2007534461.tif 000011
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