(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼室を有する炉本体と、
前記炉本体の炉壁に設けられた複数のバーナで前記燃焼室内において燃料を燃焼し、前記燃焼室内の排気ガスを通気性を有する複数の蓄熱体を通して炉外に排出し、前記複数の蓄熱体の顕熱で加熱した燃焼用空気を前記バーナに供給するように構成された蓄熱式燃焼装置と、
内部に触媒が充填され、熱膨張及び熱収縮による伸縮を許容する支持構造を介して前記炉壁に対して取付けられた複数の反応管とを具備し、
前記複数の反応管が横に並んだ１組以上の複数の反応管列を形成するように配置されている触媒改質型反応炉であって、
横に並んだ３列または４列の前記反応管列を一組の反応管列とし、
前記一組の反応管列の両側に前記複数のバーナが配置され、
前記蓄熱式燃焼装置として高温空気燃焼型蓄熱式燃焼装置が用いられていることを特徴とする触媒改質型反応炉。
【請求項２】
内部に燃焼室を有する炉本体と、
前記炉本体の炉壁に設けられ燃料と燃焼用空気を前記燃焼室内に吹き出して高温燃焼ガスを作る複数のバーナ及び前記燃焼室内の排気ガスを排気する排気通路に配置された通気性を有する複数の蓄熱体を有し、前記複数の蓄熱体に前記燃焼用空気と前記排気ガスを交互に流すかまたは部分的に連続的に流して前記燃焼用空気を前記蓄熱体の顕熱で高温に加熱するように構成された蓄熱式燃焼装置と、
内部に触媒が充填され、改質の対象となる流体が流入する流体入口及び改質した流体が流出する流体出口を備えた両端部が炉壁を貫通して炉外に露出し且つ熱膨張及び熱収縮による伸縮を許容する支持構造を介して前記炉壁に対して取付けられた複数の反応管と、
前記改質の対象となる流体が流れる入口側マニホールドと、
前記改質された流体が流れる出口側マニホールドと、
前記複数の反応管のそれぞれの前記流体入口と前記入口マニホールドとの間を連結し且つ前記反応管及び前記入口マニホールドの熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造の複数の入口側連結管と、
前記複数の反応管のそれぞれの前記流体出口と前記出口マニホールドとの間を連結し且つ前記反応管及び前記出口マニホールドの熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造の複数の出口側連結管とを具備し、
横に並んだ１組以上の複数の反応管列を形成するように前記複数の反応管が配置され、
前記複数のバーナと前記複数の反応管列の位置関係が、前記複数のバーナからの前記高温燃焼ガスの輻射熱で前記反応管列が加熱されるように定められている触媒改質型反応炉であって、
横に並んだ３列または４列の前記反応管列を一組の反応管列とし、
前記一組の反応管列の両側に前記複数のバーナが配置され、
前記蓄熱式燃焼装置として前記燃焼用空気の温度が８００℃以上になる高温空気燃焼型蓄熱式燃焼装置を用いたことを特徴とする触媒改質型反応炉。
【請求項３】
隣接する２つの前記反応管列のうち一方の反応管列を構成する複数の反応管と他方の反応管列を構成する複数の反応管とは、前記３列または４列の反応管列が横に並ぶ方向に向かって整列しないように、千鳥状または互い違いに配置されている請求項１または２に記載の触媒改質型反応炉。
【請求項４】
前記３列または４列の反応管列は、１つの前記反応管列を構成する複数の反応管のうち隣接する２つの反応管の中心間の寸法が、前記反応管の外径寸法の１．８〜３倍になるようにそれぞれ構成され、
隣接する２つの反応管列の間には、一方の反応管列を構成する１つの反応管の中心と他方の反応管列を構成し且つ前記一方の反応管列を構成する前記１つの反応管と隣接する１つの反応管の中心との間の寸法が、前記反応管の外径寸法の１．８〜３倍になるようにスペースが設けられている請求項１，２または３に記載の触媒改質型反応炉。
【請求項５】
前記複数の反応管は、それぞれバイオネット型反応管である請求項１または２に記載の触媒改質型反応炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱される反応管の内部に触媒が充填された触媒改質型反応炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の触媒改質型反応炉の一例は、例えば特公昭５１−３４２８８号公報に示されている。この公報に示された従来の触媒改質型反応炉では、複数の反応管を１列または２列に配置して構成した１組の反応管列を複数の燃焼用バーナの火炎の輻射熱で加熱する構造を採用している。そして従来用いられている反応管は、内部に触媒が充填され、一端側から改質の対象となる流体を流入させ、他端から改質された流体を流出させる構造を有している。通常１つの触媒改質型反応炉の内部には、複数組の反応管列が設けられており、これら複数組の反応管列のそれぞれに対して加熱用の複数の燃焼用バーナが配置される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
１組の反応管列を構成する反応管列の数を増やすことができれば、同じ設置面積でも反応効率を高めることができる。しかしながら従来の触媒改質型反応炉では、炉内の温度を均一化することができないため、１組の反応管列を構成する反応管列の数を増やした場合には、燃焼用バーナに近い側の反応管列を構成する反応管の加熱温度と、燃焼用バーナから離れた位置にある反応管列を構成する反応管の加熱温度にかなり大きな温度差が発生し、すべての各反応管において十分な改質反応を行わせることができない問題が発生する。そのため従来の触媒改質型反応炉では、最大でも２列の反応管列で１組の反応管列を構成するのが限界であった。そのため触媒改質型反応炉の設置面積を小さくすることができなかった。
【０００４】
また従来の触媒改質型反応炉で用いる反応管は、長さが長い（例えば１２ｍある）ため、反応管を縦に並べた場合には、反応炉の高さが高くなる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、設置面積が同じでも反応効率の高い触媒改質型反応炉を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、１組の反応管列を構成する反応管列の数を３列または４列にして反応効率を高めることができる触媒改質型反応炉を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、１組の反応管列を構成する反応管列の数を３列または４列にした場合でも、炉内の温度差を小さくして各反応管の加熱温度をできるだけ近付けることができる触媒改質型反応炉を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、高さ寸法を従来よりも小さくすることができる触媒改質型反応炉を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする触媒改質型反応炉は、内部に燃焼室を有する炉本体と、炉本体の炉壁（側壁、底壁及び上壁の少なくとも１つ）に設けられた複数のバーナで燃焼室内において燃料を燃焼し、燃焼室内の排気ガスを通気性を有する複数の蓄熱体を通して炉外に排出し、複数の蓄熱体の顕熱で加熱した燃焼用空気を燃焼用バーナに供給するように構成された蓄熱式燃焼装置と、内部に触媒が充填され、熱膨張及び熱収縮による伸縮を許容する支持構造を介して前記炉壁に対して取付けられた複数の反応管とを具備している。そして複数の反応管は、横に並んだ１組以上の複数の反応管列を形成するように配置されている。前述の蓄熱式燃焼装置は、より具体的には、炉本体の炉壁に設けられ燃料と燃焼用空気を燃焼室内に吹き出して高温燃焼ガスを作る複数のバーナ及び燃焼室内の排気ガスの排気通路に配置された通気性を有する複数の蓄熱体を有し、複数の蓄熱体に燃焼用空気と排気ガスを交互に流すかまたは部分的に連続的に流して燃焼用空気を蓄熱体の顕熱で高温に加熱するように構成されたものである。また前述の反応管は、改質の対象となる流体が流入する流体入口及び改質した流体が流出する流体出口を備えた両端部が炉壁を貫通して炉外に露出した状態で炉壁に対して取付けられる。
【００１０】
実際的には、この触媒改質型反応炉は、改質の対象となる流体が流れる入口側マニホールドと、改質された流体が流れる出口側マニホールドと、複数の反応管のそれぞれの流体入口と入口マニホールドとの間を連結し且つ各反応管及び入口マニホールドの熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造の複数の入口側連結管と、複数の反応管のそれぞれの流体出口と出口マニホールドとの間を連結し且つ反応管及び出口マニホールドの熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造の複数の出口側連結管とを具備する。
【００１１】
本発明では、１組の反応管列を３列または４列の反応管列により構成する。そして蓄熱式燃焼装置として、高温空気燃焼型蓄熱式燃焼装置を用いる。この高温空気燃焼型蓄熱式燃焼装置は、高温空気燃焼技術を用いて燃焼を行う燃焼装置である。高温空気燃焼技術は、日本燃焼学会、日本工業炉協会、財団法人宇宙環境利用推進センターが協力して、通産省の援助のものと、ＮＥＤＯの事業の一つとして開発された燃焼技術である。例えば、１９９６年に発行された月刊「省エネルギー」９月号、ｖｏｌ．４８Ｎｏ．１０にその内容が詳しく説明されている。高温空気燃焼では、例えば燃焼用空気を８００℃〜１０００℃以上の高温まで予熱し、かつ高速で燃焼室に燃焼用空気を吹き込み、しかもその燃焼用空気中に燃料を吹き込んで燃焼を行う。なお一般的には、燃焼用空気の酸素濃度は低く維持することが好ましい。
【００１２】
触媒改質型反応炉の燃焼室の内部で高温空気燃焼を行うと、燃焼室内の温度は高い温度でありながら、しかも燃焼室内の温度場の温度差が大幅に改善される。そのため１組の反応管列を３列または４列の反応管列により構成しても十分に改質反応を行わせることができて、反応効率を大幅に向上させることができる。なお１つの炉に複数組みの反応管列が配置される場合でも本発明を適用できるのは勿論である。
【００１３】
１組の反応管列を５列以上の反応管列で構成すると、反応管の流体入口及び流体出口と入口マニホールド及び出口マニホールドとを連結する入口連結管及び出口連結管を相互に干渉させることなく配置することが難しいためである。そのため本発明では、１組の反応管列を３列または４列の反応管列により構成しているのである。
【００１４】
１組の反応管列を３列または４列の反応管列により構成した場合に、隣接する２つの反応管列のうち一方の反応管列を構成する複数の反応管と他方の反応管列を構成する複数の反応管とが、３列または４列の反応管列が横に並ぶ方向に向かって整列しないように、千鳥状または互い違いに配置すれば、特別の工夫をしなくても前述の入口連結管及び出口連結管を相互に干渉させることなく簡単に配置することができる。
【００１５】
高温空気燃焼を行って炉内の温度差を小さくするとしても、各反応管列の距離をあまりに狭くすると、各反応管列の間の空間に温度差が生じ易い。発明者の研究によると、次のようにするとこの温度差を小さくできることが分かった。すなわち３列または４列の反応管列は、１つの反応管列を構成する複数の反応管のうち隣接する２つの反応管の中心間の寸法が、反応管の外径寸法の１．８〜３倍になるようにそれぞれ構成する。また隣接する２つの反応管列の間には、一方の反応管列を構成する１つの反応管の中心と他方の反応管列を構成し且つ一方の反応管列を構成する１つの反応管と隣接する１つの反応管の中心との間の寸法が、反応管の外径寸法の１．８〜３倍になるようにスペースを設ける。これらの寸法が１．８倍より小さくなると、前述の温度差が生じ易く、３倍以上にした場合には、複数の反応管列の設置スペースが大きくなって設置面積に対する反応効率が低下する。
【００１６】
反応管は従来と同様に、一方の端部に流体入口があり他方の端部に流体出口があるタイプの反応管を用いてもよいが、反応炉の高さが高くなる。そこで複数の反応管として、それぞれバイオネット型反応管を用いてもよい。バイオネット型反応管は、いわゆる二重管であり、長さ寸法は半減する。またバイオネット型反応管では一方の端部側に流体入口と流体出口とが配置されることになるため、入口マニホールド及び出口マニホールドを集中的配置することができて、触媒改質型反応炉を全体的にコンパクトに構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明をハイドロカーボンを改質して水素を生成する場合等に用いる触媒改質型反応炉に適用した実施の形態の一例の一部の概略断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。これらの図において、１は内部に燃焼室２を有する炉本体である。炉本体１は、図１で見た状態で右側に更に延びた形状を有する横長形状を有している。炉本体１は、底壁１ａと、上壁１ｂと、幅方向（図１の紙面で見た前後方向：図２の紙面で見た上下方向）に位置する側壁１ｃ及び１ｄと、横方向（図１の紙面で見た左右方向：図２の紙面で見た左右方向）の側壁１ｅ（図１及び図２では一方の側壁だけが示されている。）を備えている。
【００１８】
炉本体１の底壁１ａは、支持構造部３…によって支持されており、炉本体１の上には、蓄熱式燃焼装置４を構成する複数の回転式蓄熱バーナ４ａ…や入口マニホールド５および出口マニホールド６を収納する収納スペース７を内部に備えた屋根構造体８が配置されている。そして炉本体１の底壁１ａと上壁１ｂとを貫通するように、バイオネット型反応管からなる複数の反応管９…が配置されている。
【００１９】
本実施の形態で用いることができる複数の回転式蓄熱バーナ４の種々の構造に関しては、例えば特開平１−２２２１０２号公報等、米国特許第５，２７５，５５６号、１９９２年に発行された月刊「省エネルギー」Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６、本出願の出願人である千代田化工建設株式会社が１９９４年９月に発行して頒布した千代田技報第１３号等の多くの公知文献に詳しく説明されている。またこの種の回転式蓄熱バーナを用いた工業炉に関しては、特開平６−３３７１１０号公報、特開平６−２４１４３６号公報等に詳しく説明されている。一般的な回転式蓄熱バーナ４ａは、燃料を吹き出すバーナの後方に通気性を有する蓄熱体が配置され、この蓄熱体の後方に燃焼用空気と排気ガスとを同時に蓄熱体に流すための回転機構が配置されている。回転機構の回転により、蓄熱体の内部には排気ガスが部分的に回転しながら連続的に流れてその部分に排気ガスの熱が蓄熱され、排気ガスが流れた部分に燃焼用空気が流されてその部分に蓄熱された熱で燃焼用空気が所定の温度まで加熱される。燃焼用空気の加熱温度は、回転機構の回転速度、蓄熱体の通気性、蓄熱体の長さ等の要素によって決まる。この例では燃焼用空気の温度が８００℃以上になるようにこれらの要素が決定されている。勿論このような高温に耐えるように各部の材料も選択されている。そしてこの回転機構の後方には、燃焼用空気を供給する空気ダクトと排気ガスを排出する排気ガスダクトを有するダクト構造体が設けられ、更にこのダクト構造体の後方には、燃焼用空気を空気ダクトに送り込む押し込み送風機と排気ガスを排気ガスダクトから引き出す誘引送風機が配置されている。本実施の形態のように、複数の回転式蓄熱バーナ４ａを用いる場合には、各回転式蓄熱バーナのダクト構造体は、例えば１台の押し込み送風機と誘引送風機によって燃焼用空気の供給と排気ガスの排気とを行えるように、複数台のダクト構造体を集合させて構成した集合構造を有している。なおこの実施の形態で、複数の回転式蓄熱バーナを用いて高温燃焼を行う場合には、前述の通り、燃焼用空気の温度は８００℃以上とする。
【００２０】
この例では、蓄熱式燃焼装置を複数の回転式蓄熱バーナを用いて構成したが、いわゆる交番式蓄熱バーナを用いて蓄熱式燃焼装置を構成してもよい。交番式蓄熱バーナは、１つの蓄熱体全体に燃焼用空気と排気ガスを交互に流して、燃焼用空気を蓄熱体の顕熱で加熱するものであり、大別してバーナの燃焼を連続する連続燃焼タイプと、バーナの燃焼を断続する断続燃焼タイプとがある。連続燃焼タイプのものとしては、例えば特開平５−２５６４２３号公報や特開平６−１１１２１号公報に示された交番式蓄熱バーナがある。この交番式蓄熱バーナでは、１つのバーナに対して２つの蓄熱体を設ける。そして一方の蓄熱体を通して排気ガスを排気し、他方の蓄熱体を通して燃焼用空気を供給し、この排気ガスの排気と燃焼用空気の供給をそれぞれの２つの蓄熱体で交互に行う。また断続燃焼タイプの一例は、特開平１−２２２１０２号公報の第１０図に示されている。この交番式蓄熱バーナでは、１つのバーナと１つの蓄熱体とがセットになった蓄熱バーナを２組用意する。そして１組の蓄熱バーナで燃焼を行っているときには他の組の蓄熱バーナは燃焼を停止し、交互に燃焼と停止を繰り返す。このとき燃焼を行っている蓄熱バーナの蓄熱体を通して燃焼用空気を燃焼室に供給し、燃焼を停止している蓄熱バーナの蓄熱体を通して排気ガスを排気している。高温空気燃焼を行う場合には、高温の空気に晒される部分に可動部がない交番式蓄熱バーナは適している。したがって本実施の形態においても、上記の２つのタイプのいずれの交番式蓄熱バーナを用いて蓄熱式燃焼装置４を構成してもよいのは勿論である。
【００２１】
本実施の形態で用いるバイオネット反応管９は、図３に示す構造を有している。このバイオネット型反応管９は、両端部に溶接により固定された環状のフランジ部９ａ及び９ｂを有する外側筒状本体９ｃの一端（下端）の開口部が円板状の第１の閉塞体９ｄによって塞がれた構造を有する外側筒状構造体９ｅを備えている。外側筒状構造体９ｅの長さは、約６ｍであり、外側筒状本体９ｃの本体部分（フランジ部９ａ及び９ｂの間に位置する部分）の外径寸法は１１４．３〜１６５．２ｍｍである。そして更に、外側筒状本体９ｃの他端（上端）の開口部から外側筒状本体９ｃの内部に挿入され一端（下端）側に通気構造を構成する複数の貫通孔９ｆが形成された内側筒状本体９ｇと、内側筒状本体９ｇの他端（上端）を閉じるように内側筒状本体９ｇの他端（上端）に固定され且つ外側筒状本体９ｃの他端（上端）の開口部を塞ぐ第２の閉塞体９ｈを備え、外側筒状本体９ｃの内周面と内側筒状本体９ｇの外周面との間に触媒１０が充填される触媒充填空間９ｉを形成するように構成された内側筒状構造体９ｊを備えている。
【００２２】
更にこの例では、第１の閉塞体９ｄに、円筒状の筒体９ｋが固定されている。この円筒状の筒体９ｋは長手方向の途中の部分に仕切り板９ｍによって仕切られている。そして第１の閉塞体９ｄと筒体９ｋと仕切り板９ｍとによって囲まれた空間９ｎには、閉塞体９ｄ及びフランジ部９ｂの温度低下のためにセラミックファイバ等の断熱材９ｓが充填されている。仕切り板９ｍよりも上の空間には、内側筒状本体９ｇの一端が嵌合されている。また外側筒状本体９ｃの上端部で、炉本体１の上壁１ｂから外に露出する部分には改質の対象となる流体が流入する流体入口９ｏが形成され、外側筒状本体９ｃの外壁部には流体入口９ｏと連通するように管状の管接続部９ｐが固定されている。更に内側筒状構造体９ｊの第２の閉塞体９ｈの中央部には改質した流体が流出する流体出口９ｑが形成されている。そして第２の閉塞体９ｈの外壁部には、一端にフランジ部を有するエルボー管９ｒの他端が流体出口９ｑと連通するように固定されている。
【００２３】
第１の閉塞体９ｄとフランジ部９ｂには図示していないがそれぞれ整合する複数の貫通孔が周方向に所定の間隔あけて形成され、これら整合した複数の貫通孔にそれぞれボルトが挿入され、これらボルトにナットが締め付けられて、第１の閉塞体９ｄはフランジ部９ｂに取り外し可能にまたは着脱可能に取付けられている。第２の閉塞体９ｈとフランジ部９ａにも図示していないがぞれぞれ整合する複数の貫通孔が周方向に所定の間隔あけて形成され、これら整合した複数の貫通孔にそれぞれボルトが挿入され、これらボルトにナットが締め付けられて、第２の閉塞体９ｈはフランジ部９ａに取り外し可能にまたは着脱可能に取付けられている。
【００２４】
このバイオネット型反応管９から、触媒１０を交換する際に、触媒１０を抜き取る場合には、第１の閉塞体９ｄをフランジ部９ｂから外し、重力で触媒を下に落下させればよい。その際に第２の閉塞体９ｈはフランジ部９ａから取り外し、内側筒状本体９ｇを上下左右に振動させると、触媒１０の抜き取りが容易になる。そして触媒を抜き取った後には、第１の閉塞体９ｄをフランジ部９ｂに取り付け、第２の閉塞体９ｈを上方に２００ｍｍほど引き上げて、外側筒状本体９ｃの内周面と内側筒状本体９ｇの外周面との間に形成された触媒充填空間９ｉに触媒を１０を充填する。この例では、第１の閉塞体９ｄに固定した円筒状の筒体９ｋの長さが、内側筒状本体９ｇを上方に２００ｍｍほど引き上げた場合でも、内側筒状本体９ｇと円筒状の筒体９ｋとの嵌合状態が解除されない寸法に定めてあるので、触媒１０を充填したあとに内側筒状本体９ｇを下方に下げる際に、触媒１０が内側筒状本体９ｇの挿入の障害になるのを防止できる。
【００２５】
本実施の形態では、図２に示すように６台の回転式蓄熱バーナ４ａ1 〜４ａ6 が一列に並べられて第１のバーナ列４Ａが構成され、また更に６台の回転式蓄熱バーナ４ｂ1 〜４ｂ6 が一列に並べられて第２のバーナ列４Ｂが構成されている。そして複数の反応管９…は、これら第１及び第２のバーナ列４Ａ及び４Ｂの間に、これらのバーナ列４Ａ及び４Ｂに沿って４列の反応管列９Ａ〜９Ｄを形成するように配置されている。図１に示すように、各反応管９…は、管接続部９ｐ及びエルボー管９ｒが炉本体１の上壁１ｂの外側に露出し、第１の閉塞体９ｄが炉本体１の底壁１ａの外側に露出し、且つ熱膨張及び熱収縮による伸縮を許容する支持構造を介して底壁１ａ及び上壁１ｂに対して取付けられている。この支持構造は、従来の触媒改質型反応炉で用いられている支持構造と同じであるので説明を省略する。回転式蓄熱バーナ４ａ1 〜４ａ6 及び４ｂ1 〜４ｂ6 の運転態様は任意である。例えば、第１のバーナ列４Ａを構成する回転式蓄熱バーナ４ａ1 〜４ａ6 と第２のバーナ列４Ｂを構成する回転式蓄熱バーナ４ｂ1 〜４ｂ6 を交互に運転するようにしてもよい。また回転式蓄熱バーナ４ａ1 ，４ｂ2 ，４ａ3 ，４ｂ4 ，４ａ5 及び４ｂ6 を第１のグループとし、また回転式蓄熱バーナ４ｂ1 ，４ａ2 ，４ｂ3 ，４ａ4 ，４ｂ5 及び４ａ6 を第２のグループとし、第１のグループと第２のグループを構成する回転式蓄熱バーナを交互に運転するようにしてもよい。
【００２６】
そして４列の反応管列９Ａ〜９Ｄを構成する各反応管９…の管接続部９ｐと改質の対象となる流体が流れる入口マニホールド５との間は、反応管９…及び入口マニホールド５の熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造のピッグテールまたはヘアピンと呼ばれる複数の入口側連結管１１…によってそれぞれ連結されている。また各反応管９…のエルボー管９ｒと改質された流体が流れる出口側マニホールド６との間も、反応管９…及び出口マニホールド６の熱膨脹及び熱収縮を吸収する構造の複数の出口側連結管１２…によりそれぞれ連結されている。なお入口マニホールド５及び出口マニホールド６に付随して示した矢印は、流体の流れる方向を示している。
【００２７】
この例では、４列の反応管列９Ａ〜９Ｄにより、２列に配置されたバーナ列４Ａ及び４Ｂのバーナから出る高温燃焼ガスＦの輻射熱で加熱される１組の反応管列が構成されている。１つの反応管列は、１４本の反応管９により構成されている。そして隣接する２つの反応管列９Ａと９Ｂ，９Ｂと９Ｃまたは９Ｃと９Ｄのうち一方の反応管列（例えば９Ａ）を構成する複数の反応管９…と他方の反応管列（例えば９Ｂ）…を構成する複数の反応管９…とは、４列の反応管列９Ａ〜９Ｄが横に並ぶ方向に（図１および図２の紙面で見て左右の方向または第１および第２のバーナ列が延びる方向と直交する方向に）向かって整列しないように（直線状に並ばないように）、千鳥状または互い違いに配置されている。このような配置にすると、特別の工夫をしなくても前述の入口連結管１１…及び出口連結管１２…を相互に干渉させることなく簡単に配置することができる。
【００２８】
４列の反応管列９Ａ〜９Ｄは、１つの反応管列を構成する複数の反応管９…のうち隣接する２つの反応管９、９の中心間の寸法Ｌ1 が、反応管９の外径寸法の１．８〜３倍になるようにそれぞれ構成されている。また隣接する２つの反応管列（例えば反応管列９Ａと９Ｂ）の間には、一方の反応管列（９Ａ）を構成する１つの反応管９の中心と他方の反応管列（９Ｂ）を構成し且つ一方の反応管列（９Ａ）を構成する１つの反応管９と隣接する１つの反応管９の中心との間の寸法Ｌ2 も、反応管９の外径寸法の１．８〜３倍になるように４列の反応管列９Ａ〜９Ｄは構成されている。これらの寸法Ｌ1 およびＬ2 が反応管９の外径寸法の１．８倍より小さくなると、各反応管列の間の空間に温度差が生じ易く、３倍以上にした場合には、４列の反応管列９Ａ〜９Ｄの設置スペースが大きくなって設置面積に対する反応効率が低下する。
【００２９】
燃焼室２内部の温度が８００℃以上になるように、蓄熱式燃焼装置４を用いて高温空気燃焼を行うと、燃焼室２内の温度は高い温度でありながら、しかも燃焼室内の温度場の温度差が大幅に改善される。そのため１組の反応管列を４列の反応管列９Ａ〜９Ｄにより構成しても十分に各反応管列９…で改質反応を行わせることができて、反応効率を大幅に向上させることができる。
【００３０】
本実施の形態のように、反応管９としてバイオネット型反応管を用いると、反応管の長さ寸法は半減する。またバイオネット型反応管では一方の端部側に流体入口と流体出口とが配置されることになるため、入口マニホールド５及び出口マニホールド６を集中的に配置することができて、触媒改質型反応炉を全体的にコンパクトに構成することができる。更にバイオネット型反応管を用いると、内部においても自己熱交換があるために、流体出口９ｑから出る流体の温度が低くなる。例えば従来の反応管を用いた場合の流体の出口温度が８００℃台であるとすると、バイオネット型反応管を用いた場合の流体の出口温度は６００℃台となる。そのため温度設計が容易になり、従来のように反応管の出口に熱交換器を設ける必要もなくなる。
【００３１】
なお上記の例では、第１及び第２のバーナ列４Ａ及び４Ｂと４列の反応管列９Ａ〜９Ｄとの組み合わせにより構成されるユニットが複数１つの炉本体１の内部に配置されている。なおこの場合、各ユニットの間に隔壁が設けられていてもよい。
【００３２】
上記実施の形態においては、炉本体１の上壁１ｂにのみ蓄熱式燃焼装置４を構成するバーナ４ａを配置したが、バーナ４ａは炉本体１の底壁１ａにのみ設けてもよいし、また炉本体１の上壁１ｂと底壁１ａの両方に設けてもよい。更に、炉本体の側壁１ｃ，１ｄ及び１ｅにバーナ４ａを設けるようにしてもよい。
【００３３】
また上記の実施の形態では、４列の反応管列で１組の反応管列を構成したが、３列の反応管列で１組の反応管列を構成するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のように、触媒改質型反応炉の燃焼室の内部で高温空気燃焼を行うと、燃焼室内の温度場の温度差が大幅に改善されるため、１組の反応管列を３列または４列の反応管列により構成しても十分に改質反応を行わせることができて、反応効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒改質型反応炉の実施の形態の一例の一部の概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の実施の形態で用いるバイオネット型反応管の構造を示す一部省略概略断面図である。
【符号の説明】
１  炉本体
２  燃焼室
４  蓄熱式燃焼装置
５  入口マニホールド
６  出口マニホールド
９  バイオネット型反応管
１１  入口側連結管
１２  出口側連結管
【図１】
0004041567.tif 000002
【図２】
0004041567.tif 000003
【図３】
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