(57)【要約】【課題】耐食性および耐浸炭性が優れたフェルールを有するスチームリフォーミングガス用熱交換器を提供する。【解決手段】アルカリ金属元素を含有する触媒を用いて炭化水素をスチームリフォーミングして得られるガスを冷却する熱交換器において、熱交換器の伝熱管入口部のフェルールを、ＣｒおよびＮｉ元素の含有量を重量％で表して下記式（１）および式（２）の両方を満足する金属材料から形成することを特徴とする。【式１】２Ｃｒ−Ｎｉ＞２２．５        （１）【式２】２Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ＞３５    （２）【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属元素を含有する触媒を用いて炭化水素をスチームリフォーミングして得られるガスを冷却する熱交換器において、熱交換器の伝熱管入口部のフェルールが、ＣｒおよびＮｉ元素の含有量を重量％で表して下記式（１）および式（２）の両方を満足する金属材料からなるスチームリフォーミングガス用熱交換器。
【式１】
2004232877.tif 000003
【式２】
2004232877.tif 000004
【請求項２】
アルカリ金属元素がカリウムである請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
炭化水素がナフサまたはブタンである請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
スチームリフォーミングして得られるガスの温度が７００〜１０００℃で圧力が１．４〜２．２ＭＰａである請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチームリフォーミングガス用熱交換器に関する。詳しくはスチームリフォーミングガス用熱交換器の伝熱管入口部のフェルールの材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油化学工業におけるスチームリフォーミングガスの熱交換器等の材料として、高温雰囲気において強度と耐浸炭性が良いので、インコロイＴＭ８００が良いとされている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。
実際のスチームリフォーミングガスの熱交換器においては、インコロイＴＭ８００は高価であるため、高温になる入口チャンバーはキャスターで形成されているが、キャスターでは形成し難いフェルール（ガスを伝熱管に導くための配管）はインコロイＴＭ８００で形成されている。なお、温度が比較的低い部分は二相ステンレス鋼等で形成されている。
また、耐浸炭性はＣｒ、Ｎｉの含有量に影響されることが知られている（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
鉄鋼材料便覧  第２版第６刷  丸善株式会社発行  平成２年５月３０日発行第６３７頁
【０００４】
【非特許文献２】
大同スペシャルメタル株式会社  合金一覧（２）耐熱合金  ［平成１４年１２月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｓｍｌ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａｐａｎ  ／ｈｅａｔ．ｈｔｍ＞
【０００５】
【非特許文献３】
学振１２３委研究報告  Ｖｏｌ．２１，  Ｎｏ．１，昭和５５年  第５９−７０頁（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インコロイＴＭ８００で形成されているフェルールを有する熱交換器を使用していると、触媒に由来する微量のアルカリ金属イオンの影響によるものか、本来、スチームリフォーミングして得られる高温ガスに対して耐食性を有するとされているインコロイＴＭ８００で形成されているフェルールが、温度が比較的低い伝熱管の取付け部で腐食される。また、耐浸炭性が良いとされているのに、フェルールの入口部に局部的な浸炭が見られる。
【０００７】
したがって本発明の目的は、耐食性および耐浸炭性が優れたフェルールを有するスチームリフォーミングガス用熱交換器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を解決するためにスチームリフォーミングガス用熱交換器のフェルールの耐食材料について鋭意検討した結果、ＣｒおよびＮｉ元素の含有量を重量％で表して式（１）および式（２）の両方を満足する金属材料でフェルールを形成することによって、フェルールの腐食を抑制できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
すなわち本発明は、アルカリ金属元素を含有する触媒を用いて炭化水素をスチームリフォーミングして得られるガスを冷却する熱交換器において、熱交換器の伝熱管入口部のフェルールが、ＣｒおよびＮｉ元素の含有量を重量％で表して下記式（１）および式（２）の両方を満足する金属材料からなるスチームリフォーミングガス用熱交換器である。
【式３】
２Ｃｒ−Ｎｉ＞２２．５        （１）
【式４】
Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ＞３５      （２）
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はスチームリフォーミングガス用熱交換器のガス入口側（１）を模式的に示す断面図である。入口チャンバー（５）、管板（２）、伝熱管（３）からなり、入口チャンバーと伝熱管はフェルール（４）で連結されている。通常、熱交換器は多数の伝熱管を有しているが、図１では模式的に１本のみ示している。伝熱管の周囲はボイラー水（７）が循環している。入口チャンバーはキャスター（６）で形成されており、アルカリ金属元素を含有する触媒を用いて炭化水素をスチームリフォーミングして得られる温度が約７００〜１０００℃で圧力が約１．４〜２．２ＭＰａのガスが流入し、フェルールを経由して伝熱管で温度が約２００〜３００℃のボイラー水で冷却される。ボイラー水は蒸気回収に利用される。
【００１１】
フェルールがインコロイＴＭ８００で形成されている場合、フェルールのボイラー水で冷却された伝熱管と接して温度が下がった部分（円で囲っている部分）が、ガス中に含まれるアルカリ金属イオンの一部が析出するためか、腐食される。また、フェルールの入口部（楕円で囲った部分）には局部的な浸炭が見られる。
【００１２】
本発明におけるフェルールは、ＣｒおよびＮｉ元素の含有量を重量％で表して下記式（１）および式（２）を満足する金属材料で形成される。
【式５】
２Ｃｒ−Ｎｉ＞２２．５        （１）
【式６】
Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ＞３５      （２）
式（１）を満足する材料を用いることによって、腐食が抑制され、式（２）を満足する材料を用いることによって、浸炭が抑制される。なお、式（２）は非特許文献３に記載の試験データの浸炭深さが２．０ｍｍ以内の組成に対応するものである。
【００１３】
この式（１）および式（２）を満足する組成を図２に示す。直線（１）および直線（２）はそれぞれ式（１）および式（２）の境界を表す。これらの直線から矢印方向の組成範囲の金属材料が、フェルールの材料として耐食性および耐浸炭性を有している。
【００１４】
図中の点および数値は実施例１に示す腐食試験のテストピースの材質とその最大腐食深さを表す。
インコロイＴＭ８００（Ｃｒ：２０重量％、Ｎｉ：３２重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：８重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：２７重量％）では、耐食性が悪く、耐浸炭性も十分ではないが、式（１）および式（２）を満足する材料を使用することによって腐食および浸炭の発生を大幅に抑制できるようになる。
【００１５】
この式（１）および式（２）の両方を満足する金属材料として具体的には、三菱マテリアル株式会社製のＭＣアロイ（Ｃｒ：４５重量％、Ｎｉ：５４重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：３６重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：５６．９重量％）、Ｋ８９（Ｃｒ：３１重量％、Ｎｉ：２２重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：４０重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：３５．８重量％）、Ｋ６３（Ｃｒ：３０重量％、Ｎｉ：２６重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：３４重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：３５．７重量％）、太平金属工業株式会社製のＴＡＨ３４（Ｃｒ：５０重量％、Ｎｉ：５０重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：５０重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：６１重量％）、住友金属工業株式会社製のＨＲ２１（Ｃｒ：２８重量％、Ｎｉ：３２重量％、（２Ｃｒ−Ｎｉ）：２４重量％、（Ｃｒ＋０．２２Ｎｉ）：３５重量％）、等が挙げられる。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
カリウム元素を含有する触媒を用いてナフサをスチームリフォーミングして得られたガスの熱交換器中の配管（内部が約８００〜９００℃のガス、外部が冷却後の約２９０〜３１０℃のガスに接触している）の外表面に腐食評価用テストピース（長さ２５ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ１または２ｍｍ）を設置し、１年間腐食試験を行った。
使用したテストピースおよび腐食試験結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004232877.tif 000002
ＭＣアロイ、ＳＵＳ３０４ＬおよびＳＵＳ３１０Ｓは耐食性に問題はないが、インコロイＴＭ８００Ｈ、ハステロイＴＭＣ２２およびインコネルＴＭ６００は耐食性が不十分である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のスチームリフォーミングガス用熱交換器は、そのフェルールの腐食および浸炭が大幅に抑制され、耐食性および耐浸炭性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】スチームリフォーミングガス用熱交換器の上部を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のフェルールの材料の組成範囲および腐食試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１：熱交換器のガス入口側
２：管板
３：伝熱管
４：フェルール
５：入口チャンバー
６：キャスター
７：ボイラー水
【図１】
2004232877.tif 000005
【図２】
2004232877.tif 000006