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JP4603251B2 - Steam reforming furnace - Google Patents
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JP4603251B2 - Steam reforming furnace - Google Patents

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JP4603251B2 JP2003288800A JP2003288800A JP4603251B2 JP 4603251 B2 JP4603251 B2 JP 4603251B2 JP 2003288800 A JP2003288800 A JP 2003288800A JP 2003288800 A JP2003288800 A JP 2003288800A JP 4603251 B2 JP4603251 B2 JP 4603251B2
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Description

本発明は、蓄熱式燃焼バーナを用いた水蒸気改質炉に関するものである。   The present invention relates to a steam reforming furnace using a regenerative combustion burner.

従来、炉本体内から排出される燃焼ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて炉本体内を所定温度に加熱し、蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において蓄熱式熱交換器から排出された燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する水蒸気改質炉が提案されている。   Conventionally, the inside of a furnace body is heated to a predetermined temperature using a regenerative combustion burner equipped with a regenerative heat exchanger that heats combustion air using the heat of combustion gas discharged from the inside of the furnace body, and a regenerative type Preheat the process fluid supplied to the raw material and / or the reaction tube in the furnace body using the heat of the combustion gas discharged from the regenerative heat exchanger in a separate heat exchanger arranged in the front stage of the heat exchanger A steam reforming furnace has been proposed.

水蒸気改質炉の燃焼用空気の予熱に吸排気切換型蓄熱体を用いると、例えば水素プラントやメタノールプラント、ジメチルエーテル(DME)プラント、ガスツーリキッド(GTL)プラント等のように燃料の単位当たりの発熱量(低位発熱量:Low Heating Value,単位kJ/kg)の低いガスを利用する場合、燃焼排ガス(以下、燃焼ガスと言う)と空気との水当量比(熱交換する排ガスと空気のそれぞれの蓄熱体入出の温度比と同じとなる)が大きいことから、蓄熱体から出る排ガスの温度がそのまま大気に排出できないほど高いものとなっていた。   When an intake / exhaust switching type heat accumulator is used for preheating combustion air in a steam reforming furnace, for example, a hydrogen plant, a methanol plant, a dimethyl ether (DME) plant, a gas-to-liquid (GTL) plant, or the like. When using a gas with a low calorific value (low heating value: unit kJ / kg), a water equivalent ratio between combustion exhaust gas (hereinafter referred to as combustion gas) and air (exhaust gas and air for heat exchange) Therefore, the temperature of the exhaust gas from the heat storage body is so high that it cannot be discharged into the atmosphere as it is.

天然ガス(都市ガス)燃料の場合で水当量比は1.3程度であり、15℃→1000℃に空気を予熱する場合、排ガスの温度は1100℃→350℃となる。そして水当量比は(1000−15)/(1100−350)=1.31である。ところが、水素プラントではPSAガス精製オフガス(ここでPSAとは、Pressure Swing Adsorptionの略)の全量を燃料として改質炉で利用するので燃料の発熱量は低くなり、水当量比は1.55程度となる。そして排ガスの温度は465℃程度となる。すなわち(1000−15)/(1100−465)=1.55である。465℃の排ガスをそのまま大気に放出することはエネルギーの損失となるので熱回収を行うが、465℃では被加熱源であるプロセス流体の対象が限られる。特に改質炉の反応側へ導入する原料+スチームの温度が通常は改質炉の対流部によって500℃程度まで昇温できていた。WO98/14536号公報には、対流部を用いて炉本体内から排出される燃焼ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて、炉本体内の反応管を所定温度に加熱する従来の他の改質炉の一例が示されている。この従来技術では、炉本体に対して設けた蓄熱式熱交換器から炉本体内に供給する燃焼用空気の温度を1000℃以上にするとともに、炉本体内の燃焼ガスの一部を対流部に流して熱回収装置で排熱回収することにより、燃焼ガスの排熱を有効利用する。
WO98/14536号公報(図1)
In the case of natural gas (city gas) fuel, the water equivalent ratio is about 1.3. When the air is preheated from 15 ° C. to 1000 ° C., the temperature of the exhaust gas is 1100 ° C. → 350 ° C. The water equivalent ratio is (1000-15) / (1100-350) = 1.31. However, in a hydrogen plant, the entire amount of PSA gas purification off-gas (herein, PSA is an abbreviation of Pressure Swing Adsorption) is used in the reforming furnace as fuel, so the calorific value of the fuel is low and the water equivalent ratio is about 1.55 It becomes. The temperature of the exhaust gas is about 465 ° C. That is, (1000-15) / (1100-465) = 1.55. If the exhaust gas at 465 ° C. is released into the atmosphere as it is, energy is lost and heat recovery is performed. In particular, the temperature of the raw material + steam introduced to the reaction side of the reforming furnace was normally raised to about 500 ° C. by the convection section of the reforming furnace. In WO98 / 14536, a regenerative combustion burner provided with a regenerative heat exchanger that heats combustion air using the heat of combustion gas discharged from the furnace body using a convection section, An example of another conventional reforming furnace for heating a reaction tube in a furnace body to a predetermined temperature is shown. In this prior art, the temperature of the combustion air supplied into the furnace body from the regenerative heat exchanger provided for the furnace body is set to 1000 ° C. or more, and a part of the combustion gas in the furnace body is used as a convection part The exhaust heat of the combustion gas is effectively utilized by flowing and recovering the exhaust heat with a heat recovery device.
WO98 / 14536 (FIG. 1)

しかしながら、前述の従来技術では、高温材料の加熱コイルが必要となり、建設コストが上昇する問題がある。そこで蓄熱体を空気予熱に用いる改質炉では、実際上は、対流部を用いていない。そのため高温加熱源がないために原料+スチーム(プロセス流体)の温度が低くなり、結果として改質炉の反応側必要吸熱量を増加させている問題がある。   However, the above-described prior art requires a heating coil made of a high-temperature material, and there is a problem that the construction cost increases. Therefore, in a reforming furnace using a heat storage body for air preheating, a convection part is not actually used. Therefore, since there is no high-temperature heating source, the temperature of the raw material + steam (process fluid) is lowered, and as a result, there is a problem that the required endothermic amount on the reaction side of the reforming furnace is increased.

本発明の目的は、対流部を用いることなく、反応管に供給されるプロセス流体の温度を高めることができる水蒸気改質炉を提供することにある。   The objective of this invention is providing the steam reforming furnace which can raise the temperature of the process fluid supplied to a reaction tube, without using a convection part.

本発明の他の目的は、上記目的に加えて、交番式の蓄熱式熱交換器を用いる場合において、耐熱性の高い切換弁装置を用いる必要のない水蒸気改質炉を提供することにある。   In addition to the above object, another object of the present invention is to provide a steam reforming furnace that does not require the use of a highly heat-resistant switching valve device when using an alternating heat storage heat exchanger.

本発明の更に他の目的は、蓄熱式熱交換器の切換弁装置の寿命を延ばすことができる水蒸気改質炉を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a steam reforming furnace capable of extending the life of the switching valve device of the regenerative heat exchanger.

本発明が改良の対象とする水蒸気改質炉は、炉本体内から排出される燃焼ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて炉本体内を所定温度に加熱する。そして蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において蓄熱式熱交換器から排出された燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する。   The steam reforming furnace to be improved by the present invention uses a regenerative combustion burner provided with a regenerative heat exchanger that heats combustion air using the heat of combustion gas discharged from the interior of the furnace body. The furnace body is heated to a predetermined temperature. Then, in a separate heat exchanger arranged in the front stage of the heat storage type heat exchanger, a process for supplying the raw material and / or the reaction tube in the furnace body using the heat of the combustion gas discharged from the heat storage type heat exchanger Preheat fluid.

別置き熱交換器としては、蓄熱タイプを含むあらゆるタイプの熱交換器を用いることができ、熱交換器の種類は特定のものに限定されるものではない。   As the separately installed heat exchanger, any type of heat exchanger including a heat storage type can be used, and the type of heat exchanger is not limited to a specific type.

また蓄熱式燃焼バーナとしては、例えば特開平11−223335号公報及び特開2000−39138号公報等に示されている周知の連続燃焼式蓄熱式燃焼バーナを用いることができる。この種の連続燃焼式蓄熱式燃焼バーナでは、1台のバーナ内部に分割した蓄熱体を有し、一部の蓄熱体に燃焼用空気を供給し、同時に他の部分の蓄熱体は燃焼ガスを吸引して蓄熱を行う。空気供給及び燃焼ガス排出の流路は一定周期で切り換えられ、1台のバーナシステム内部で蓄熱/放熱が繰り返される。高温空気の吐出口は切換と共に周方向に移動するが、燃料は1本のバーナから連続的に供給できる。また蓄熱式燃焼バーナとしては、いわゆる交番式蓄熱式燃焼バーナを用いることもできる。交番式蓄熱式燃焼バーナは、1つの蓄熱体全体に燃焼用空気と燃焼ガスとを交互に流して、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号公報に示されている。また断続燃焼タイプの一例は、特開平1−222102号公報に示されている。なお改質炉には、1台以上の蓄熱式燃焼バーナが用いられる。複数台の蓄熱式燃焼バーナを用いる場合に、各蓄熱式燃焼バーナに対応して別置きの交換器をそれぞれ設けてもよい。しかしながら複数台の蓄熱式燃焼バーナに対して1台または複数台の別置きの交換器を用いるように複数台の蓄熱式熱交換器と複数台の別置きの熱交換器とを接続してもよいのは勿論である。   As the heat storage type combustion burner, for example, a well-known continuous combustion type heat storage type combustion burner disclosed in JP-A-11-223335 and JP-A-2000-39138 can be used. This type of continuous combustion regenerative combustion burner has a regenerator divided into one burner, supplies combustion air to some regenerators, and at the same time the other regenerators emit combustion gases. Heat is stored by suction. The flow paths for air supply and combustion gas discharge are switched at a constant cycle, and heat storage / heat radiation is repeated inside one burner system. The discharge port of the high-temperature air moves in the circumferential direction along with switching, but the fuel can be continuously supplied from one burner. As the heat storage combustion burner, a so-called alternating heat storage combustion burner can also be used. An alternating-type regenerative combustion burner heats combustion air with sensible heat of the heat storage body by alternately flowing combustion air and combustion gas over the entire heat storage body. There are a continuous combustion type and an intermittent combustion type that intermittently burns the burner. The continuous combustion type is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-256423 and 6-11121. An example of the intermittent combustion type is disclosed in JP-A-1-222102. In the reforming furnace, one or more regenerative combustion burners are used. When using a plurality of regenerative combustion burners, separate exchangers may be provided for each regenerative combustion burner. However, even if a plurality of regenerative heat exchangers and a plurality of separate heat exchangers are connected so that one or a plurality of separate exchangers are used for a plurality of regenerative combustion burners. Of course it is good.

本発明においては、別置き熱交換器を燃焼用空気を予熱するように構成する。すなわち燃焼用空気を別置き熱交換器で積極的に予熱し、予熱した燃焼用空気を更に蓄熱式熱交換器で加熱する。その結果、例えば、燃焼用空気を800℃以上まで加熱することが可能になり、燃焼形態としては、高温空気燃焼を実現できる。蓄熱式熱交換器の前段階で、燃焼用空気を予熱しておけば、その分だけ蓄熱式熱交換器から排出される燃焼ガスの温度は高くなる。その結果、別置き熱交換器に供給される燃焼ガスの温度を従来よりも高くすることができるので、対流部を用いなくても、別置き熱交換器における原料及び/またはプロセス流体の予熱温度を高くすることができる。   In the present invention, the separate heat exchanger is configured to preheat the combustion air. That is, the combustion air is positively preheated by a separate heat exchanger, and the preheated combustion air is further heated by a regenerative heat exchanger. As a result, for example, combustion air can be heated to 800 ° C. or higher, and high-temperature air combustion can be realized as a combustion mode. If the combustion air is preheated in the previous stage of the heat storage type heat exchanger, the temperature of the combustion gas discharged from the heat storage type heat exchanger will increase accordingly. As a result, since the temperature of the combustion gas supplied to the separately placed heat exchanger can be made higher than before, the preheating temperature of the raw material and / or process fluid in the separately placed heat exchanger can be obtained without using a convection section. Can be high.

また本発明は、交番式の蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナ用いる場合にも適用できる。交番式の蓄熱式熱交換器は、複数の対となる蓄熱体を備え、炉本体内から排出される燃焼ガスを対となる蓄熱体に交互に流して燃焼ガスの熱を蓄熱体に蓄熱し、対となる蓄熱体に交互に燃焼用空気を流して蓄熱体に蓄熱した熱を利用して燃焼用空気を加熱するものである。そして交番式の蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において、交番式の蓄熱式熱交換器から排出された燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する。この場合に、別置き熱交換器は、対となる蓄熱体に対応して設けられた2つの熱交換部と、対となる蓄熱体のうち一方の蓄熱体から燃焼ガスが排出されているときに2つの熱交換部の一方の熱交換部を通して燃焼ガスを排出し、対となる蓄熱体のうち他方の蓄熱体から燃焼ガスが排出されているときに2つの熱交換部の他方の熱交換部を通して燃焼ガスを排出するように2つの熱交換部の使用を切り換える切換弁装置とを備えた構造とする。そして切換弁装置を2つの熱交換部の低温側に配置する。このようにすれば、2つの熱交換部の低温側に切換弁装置を配置して、2つの熱交換部を切り換えて使用するため、切換弁装置の耐熱温度を下げることができる。その結果、安価な耐熱性の低い切換弁を用いて切換弁装置を構成できるだけでなく、切換弁装置の寿命を延ばすことができ、別置き熱交換器の寿命を延ばすことができる。   The present invention can also be applied to the case of using a regenerative combustion burner provided with an alternating regenerative heat exchanger. The alternating heat storage heat exchanger includes a plurality of pairs of heat storage elements, and alternately stores the combustion gas discharged from the furnace body through the pair of heat storage elements to store the heat of the combustion gas in the heat storage elements. The combustion air is heated by alternately flowing the combustion air through the pair of heat storage bodies and using the heat stored in the heat storage body. And in the separate heat exchanger arranged in the front stage of the alternating heat storage heat exchanger, the heat of the combustion gas discharged from the alternating heat storage heat exchanger is used to supply the raw material and / or the furnace body. Preheat the process fluid supplied to the reaction tube. In this case, when the separate heat exchanger is discharged with combustion gas from one of the two heat exchangers provided corresponding to the pair of heat storage bodies and one of the pair of heat storage bodies When the combustion gas is discharged through one heat exchange section of the two heat exchange sections and the combustion gas is discharged from the other heat storage body among the pair of heat storage bodies, the other heat exchange of the two heat exchange sections And a switching valve device that switches use of the two heat exchange units so that the combustion gas is discharged through the unit. And the switching valve apparatus is arrange | positioned at the low temperature side of two heat exchange parts. In this way, since the switching valve device is arranged on the low temperature side of the two heat exchange units and the two heat exchange units are switched and used, the heat resistant temperature of the switching valve device can be lowered. As a result, not only can the switching valve device be configured using an inexpensive switching valve with low heat resistance, but the life of the switching valve device can be extended, and the life of the separately installed heat exchanger can be extended.

また交番式の蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いる場合に、別置き熱交換器を、燃焼用空気を予熱するように構成した上で、更に対となる蓄熱体に対応して2つの追加熱交換器と切換弁装置とを設けてもよい。切換弁装置は、対となる蓄熱体のうち一方の蓄熱体から燃焼ガスが排出されているときには2つの追加熱交換器の一方の追加熱交換器を通して燃焼ガスの一部を排出し且つこの一方の追加熱交換器を通して別置き熱交換器により予熱された燃焼用空気を更に加熱し、他方の蓄熱体から燃焼ガスが排出されているときには2つの追加熱交換器の他方の追加熱交換器を通して燃焼ガスの一部を排出し且つこの他方の追加熱交換器を通して別置き熱交換器により予熱された燃焼用空気を更に加熱するように、前記2つの追加熱交換器の使用を切り換えるように構成する。その上で、切換弁装置を2つの追加熱交換器の低温側に配置する。このような構成を採用すると、蓄熱体から排出された燃焼ガスを別置き熱交換器と追加熱交換器の双方に分流することができるので、別置き熱交換器側に燃焼ガスを供給する流路に使用される切換弁に加えられる総熱量を低減することができる。さらに、2つの蓄熱体に対応して2つの熱交換部を有する別置きの熱交換器を設け、切換弁を2つの熱交換部の低温側に配置してもよい。また2つの追加熱交換器の低温側に配置した切換弁装置の耐熱性は低いものでよいため、切換弁装置の寿命を延ばすことができる。なおこの場合に、切換弁装置と誘引送風機との間に、追加熱交換器を通る燃焼ガスの量を調節するダンパーを配置すれば、ダンパーの開度の調整により、分流量を適宜に調整することができるので、燃焼用空気、原料、プロセス流体の予熱温度を簡単に調節することが可能になる。また追加熱交換器として、プレート型熱交換器を用いれば、改質炉全体の価格を大幅に上げることがなく、目的を達成できる。   In addition, when using a regenerative combustion burner with an alternating regenerative heat exchanger, a separate heat exchanger is configured to preheat combustion air, and further supports a pair of regenerative bodies. Two additional heat exchangers and a switching valve device may be provided. The switching valve device discharges a part of the combustion gas through one additional heat exchanger of the two additional heat exchangers when the combustion gas is discharged from one of the pair of heat storage bodies. The combustion air preheated by the separate heat exchanger is further heated through the additional heat exchanger, and when the combustion gas is discharged from the other heat accumulator, the other additional heat exchanger passes through the other additional heat exchanger. Configured to switch the use of the two additional heat exchangers so as to further heat the combustion air pre-heated by the separate heat exchanger through a part of the combustion gas and through the other additional heat exchanger To do. In addition, the switching valve device is arranged on the low temperature side of the two additional heat exchangers. If such a configuration is adopted, the combustion gas discharged from the heat storage body can be divided into both the separately installed heat exchanger and the additional heat exchanger, so that the combustion gas is supplied to the separately installed heat exchanger side. The total amount of heat applied to the switching valve used in the road can be reduced. Furthermore, a separate heat exchanger having two heat exchange units corresponding to the two heat storage members may be provided, and the switching valve may be disposed on the low temperature side of the two heat exchange units. Moreover, since the heat resistance of the switching valve device arranged on the low temperature side of the two additional heat exchangers may be low, the life of the switching valve device can be extended. In this case, if a damper for adjusting the amount of combustion gas passing through the additional heat exchanger is arranged between the switching valve device and the induction blower, the partial flow rate is appropriately adjusted by adjusting the opening of the damper. Therefore, it is possible to easily adjust the preheating temperature of combustion air, raw material, and process fluid. If a plate heat exchanger is used as the additional heat exchanger, the purpose can be achieved without significantly increasing the price of the entire reforming furnace.

別置き熱交換器で予熱した原料を炉本体の下流側に設置された高温シフトコンバータの下流に設けた熱交換器で回収した熱で更に加熱すれば、別置き熱交換器での熱交換量が少ない場合でも、原料を必要な温度まで予熱することができる。 If the raw material preheated in the separate heat exchanger is further heated with the heat recovered in the heat exchanger provided downstream of the high-temperature shift converter installed downstream of the furnace body, the amount of heat exchange in the separate heat exchanger Even if there is little, a raw material can be preheated to required temperature.

また別置き熱交換器は、第1及び第2の加熱コイルにより原料を二段階で予熱するように構成することができる。この場合には、第1及び第2の加熱コイルの中間に、スチームを発生するスチーム発生装置の補助熱源として用いる廃熱ボイラーの加熱コイルを配置してもよい。このような構成を採用すると、スチームの温度を別置き熱交換器で上昇させることができ、結果として、対流部を用いなくても、プロセス流体の温度を上げることができる。   The separate heat exchanger can be configured to preheat the raw material in two stages by the first and second heating coils. In this case, a heating coil of a waste heat boiler that is used as an auxiliary heat source of a steam generator that generates steam may be disposed between the first and second heating coils. When such a configuration is adopted, the temperature of the steam can be raised by a separate heat exchanger, and as a result, the temperature of the process fluid can be raised without using a convection section.

本発明によれば、別置き熱交換器に供給される燃焼ガスの温度を従来よりも高くすることができるので、対流部を用いなくても、別置き熱交換器における原料及び/またはプロセス流体の予熱温度を高くすることができる利点がある。   According to the present invention, since the temperature of the combustion gas supplied to the separate heat exchanger can be made higher than before, the raw material and / or process fluid in the separate heat exchanger can be used without using a convection section. There is an advantage that the preheating temperature can be increased.

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、高温空気燃焼技術を用いた水素プラントの水蒸気改質炉に本発明を適用した実施の形態の一例の概略の構成図である。符号1で示したものは、内部に燃焼室2を有する炉本体である。炉本体1の炉壁1aには1台以上の蓄熱式燃焼バーナが固定されている。図1においては、この蓄熱式燃焼バーナを備えている1つの蓄熱式熱交換器3とバーナ4とを図示してある。また炉本体1の底壁1bと上壁1cとを貫通するように、複数本の反応管5が配置されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment in which the present invention is applied to a steam reforming furnace of a hydrogen plant using a high-temperature air combustion technique. What is indicated by reference numeral 1 is a furnace body having a combustion chamber 2 inside. One or more regenerative combustion burners are fixed to the furnace wall 1 a of the furnace body 1. In FIG. 1, one regenerative heat exchanger 3 and a burner 4 provided with this regenerative combustion burner are shown. A plurality of reaction tubes 5 are arranged so as to penetrate the bottom wall 1b and the top wall 1c of the furnace body 1.

ここで用いる蓄熱式燃焼バーナの蓄熱式熱交換器3は、図2に示すように、交番式の蓄熱式熱交換器である。蓄熱式熱交換器3は、通気性を有する対となる2つの蓄熱体6及び7と、燃焼室2内の燃焼ガスを蓄熱体6または7に交互に流し、2つの蓄熱体6及び7の顕熱で燃焼用空気を加熱して燃焼室2内に供給する切換弁装置8とを備えている。なお実際の装置では、対となる蓄熱体が複数対設けられることになるが、以下の説明では説明の便宜上2つの蓄熱体6及び7のみを有しているものとして説明する。   The regenerative heat exchanger 3 of the regenerative combustion burner used here is an alternating regenerative heat exchanger as shown in FIG. The heat storage type heat exchanger 3 is configured such that two heat storage bodies 6 and 7 that form a pair having air permeability and combustion gas in the combustion chamber 2 flow alternately to the heat storage body 6 or 7, and the two heat storage bodies 6 and 7 And a switching valve device 8 that heats the combustion air with sensible heat and supplies the combustion air into the combustion chamber 2. In the actual apparatus, a plurality of pairs of heat storage bodies are provided, but in the following description, it is assumed that only two heat storage bodies 6 and 7 are provided for convenience of explanation.

切換弁装置8は、蓄熱体6に対して設けられた2つの切換弁9及び10と蓄熱体7に対して設けられた2つの切換弁11及び12とから構成されている。これらの切換弁9〜12は,図示しない駆動手段によって駆動制御される。なお図2においては、黒丸印は切換弁が開状態であることを示し、黒丸に横線を引いた印は切換弁が閉状態であることを示している。また図2において、矢印は流体が流れる方向を示している。   The switching valve device 8 includes two switching valves 9 and 10 provided for the heat storage body 6 and two switching valves 11 and 12 provided for the heat storage body 7. These switching valves 9 to 12 are driven and controlled by driving means (not shown). In FIG. 2, a black circle mark indicates that the switching valve is in an open state, and a mark with a horizontal line drawn on the black circle indicates that the switching valve is in a closed state. Moreover, in FIG. 2, the arrow has shown the direction through which a fluid flows.

交番式の蓄熱式熱交換器3の前段(炉本体1とは反対側)には、別置き熱交換器13が配置されている。この別置き熱交換器13は、交番式の蓄熱式熱交換器3から排出された燃焼ガスの熱を利用して原料と、炉本体1内の反応管5に供給されるプロセス流体(原料+スチーム)と、蓄熱体6及び7に供給される燃焼用空気とを予熱する。別置き熱交換器13の構造は任意であり、誘引送風機14の誘引送風力により、燃焼室2から蓄熱体6または7を通して燃焼ガスを内部に吸い込む。別置き熱交換器13内には、プロセス流体(原料+スチーム)を加熱する第1の加熱コイル15と、原料を加熱する第2の加熱コイル16(図2には図示せず)と、燃焼用空気を加熱する第3の加熱コイル17とを備えている。第1乃至第3の加熱コイル15乃至17は、第1の加熱コイル15から第3の加熱コイル17に向かって順番に上流側から下流側に並ぶように配置されている。なお図1において、各加熱コイルの側に表示した温度が、各加熱コイルが配置された場所を通る燃焼ガスの温度を示している。この例では、交番式の蓄熱式熱交換器3から出た燃焼ガスの温度が655℃で、第1の加熱コイル15の配置場所を通過した燃焼ガスの温度が408℃で、第2の加熱コイル16の配置場所を通過した燃焼ガスの温度が348℃で、第3の加熱コイル17の配置場所を通過した燃焼ガスの温度が155℃であることが示されている。   A separate heat exchanger 13 is disposed in the front stage of the alternating heat storage type heat exchanger 3 (on the side opposite to the furnace body 1). The separate heat exchanger 13 uses the heat of the combustion gas discharged from the alternating heat storage heat exchanger 3 and the raw material and the process fluid supplied to the reaction tube 5 in the furnace body 1 (raw material + Steam) and the combustion air supplied to the heat storage bodies 6 and 7 are preheated. The structure of the separate heat exchanger 13 is arbitrary, and the combustion gas is sucked into the interior from the combustion chamber 2 through the heat accumulator 6 or 7 by the induced air blowing force of the induction fan 14. In the separate heat exchanger 13, a first heating coil 15 for heating the process fluid (raw material + steam), a second heating coil 16 (not shown in FIG. 2) for heating the raw material, and combustion And a third heating coil 17 for heating the working air. The first to third heating coils 15 to 17 are arranged in order from the upstream side to the downstream side from the first heating coil 15 toward the third heating coil 17. In FIG. 1, the temperature displayed on the side of each heating coil indicates the temperature of the combustion gas passing through the place where each heating coil is disposed. In this example, the temperature of the combustion gas emitted from the alternating-type regenerative heat exchanger 3 is 655 ° C., the temperature of the combustion gas passing through the place where the first heating coil 15 is disposed is 408 ° C., and the second heating It is shown that the temperature of the combustion gas that has passed through the location of the coil 16 is 348 ° C., and the temperature of the combustion gas that has passed through the location of the third heating coil 17 is 155 ° C.

燃焼用空気は、第3の加熱コイル17で約300℃まで加熱されて熱交換加熱されて、蓄熱式熱交換器3の蓄熱体6または7に供給される。燃焼用空気は、蓄熱体6または7で更に約1000℃まで加熱されて、燃焼室2内に供給される。蓄熱体6または7に供給される燃焼用空気の温度が高いため、各蓄熱体6または7を燃焼ガスが通過する際の温度低下が少なく、この例では1100℃の燃焼ガスが655℃までしか低下しない。したがって別置き熱交換器13において必要な熱量を供給することができる。   The combustion air is heated to about 300 ° C. by the third heating coil 17, is subjected to heat exchange heating, and is supplied to the heat storage body 6 or 7 of the heat storage heat exchanger 3. The combustion air is further heated to about 1000 ° C. by the heat accumulator 6 or 7 and supplied into the combustion chamber 2. Since the temperature of the combustion air supplied to the heat accumulator 6 or 7 is high, the temperature drop when the combustion gas passes through each heat accumulator 6 or 7 is small. It does not decline. Therefore, a necessary amount of heat can be supplied in the separate heat exchanger 13.

燃焼用空気は、押し込み送風機18から加熱コイル17を介して蓄熱体6または7に押し込まれる。加熱コイル16で加熱された原料は、水素化反応器19及び脱硫反応器20へと供給される。脱硫反応器20の出口にはスチームが加えられてプロセス流体が作られ、プロセス流体は第1の加熱コイル15へと供給されて加熱され、反応管5へと供給される。この例では、244℃のプロセス流体が第1の加熱コイル15で485℃まで加熱されている。   Combustion air is pushed into the heat accumulator 6 or 7 from the pusher blower 18 via the heating coil 17. The raw material heated by the heating coil 16 is supplied to the hydrogenation reactor 19 and the desulfurization reactor 20. Steam is added to the outlet of the desulfurization reactor 20 to create a process fluid. The process fluid is supplied to the first heating coil 15, heated, and supplied to the reaction tube 5. In this example, the process fluid at 244 ° C. is heated by the first heating coil 15 to 485 ° C.

反応管5で加熱されて改質されて850℃になったプロセス流体は、熱交換器21を通って350℃まで温度が低下し、高温シフトコンバータ22で再度加熱されて415℃となり、熱交換器23で温度が低下して、圧力揺動式吸着(PSA)ガス精製装置へと供給される。熱交換器21及び23は、スチーム発生装置24の熱源を得るために設けられているものであり、これらの熱交換器21及び23とスチーム発生装置24との間では、熱伝達媒体が循環している。スチーム発生装置24は、熱交換器21及び23から得た熱量を熱源として水蒸気化するための水BFWを加熱し、221℃の水蒸気として出力する。余剰スチームは、他の熱交換器で使用される。   The process fluid heated and reformed in the reaction tube 5 to 850 ° C. has its temperature lowered to 350 ° C. through the heat exchanger 21 and is heated again in the high temperature shift converter 22 to 415 ° C. The temperature is lowered in the vessel 23 and is supplied to a pressure swing adsorption (PSA) gas purifier. The heat exchangers 21 and 23 are provided to obtain a heat source of the steam generator 24, and a heat transfer medium circulates between the heat exchangers 21 and 23 and the steam generator 24. ing. The steam generator 24 heats the water BFW for steaming using the amount of heat obtained from the heat exchangers 21 and 23 as a heat source, and outputs it as steam at 221 ° C. Excess steam is used in other heat exchangers.

図1の例では、PSAガス精製オフガスが、通常の燃料と一緒にバーナ4へと供給している。   In the example of FIG. 1, the PSA gas refined off gas is supplied to the burner 4 together with normal fuel.

図2に示すように、この例では、切換弁9及び12が開状態のときに切換弁10及び11が閉状態にあり、切換弁9及び12が閉状態のときに切換弁10及び11が開状態となることにより、蓄熱体6及び7には交互に燃焼ガスが流れ、蓄熱体7及び6には交互に加熱された燃焼用空気が供給される。本実施の形態によれば、蓄熱体6及び7へ導入する空気を別置き熱交換器13を用いて予熱することにより、積極的に蓄熱体6及び7から出る排ガスの温度を上げることができ、原料+スチームを対流部を設ける場合と同程度に予熱することができる。またその後の別置き熱交換器13の回収部でも、効率よく各流体を加熱して熱回収をバランス良く実行することができる。燃焼用空気は、別置き熱交換器13の熱回収部の最後の部分でバランス上適度な温度(ここでは300℃)まで予熱された後に、蓄熱体6または7に導入される。蓄熱体では300℃→1000℃となるように、燃焼用空気を加熱する。この場合には、燃焼ガス(排ガス)は1100℃→649℃に低下する。したがって水当量比は(1000−300)/(1100−649)=1.55となるが、物質収支・熱収支をとると655℃程度となる。   As shown in FIG. 2, in this example, the switching valves 10 and 11 are closed when the switching valves 9 and 12 are open, and the switching valves 10 and 11 are closed when the switching valves 9 and 12 are closed. By being in the open state, the combustion gas flows alternately to the heat storage bodies 6 and 7, and the combustion air heated alternately is supplied to the heat storage bodies 7 and 6. According to the present embodiment, by preheating the air to be introduced into the heat storage bodies 6 and 7 using the separate heat exchanger 13, the temperature of the exhaust gas that exits from the heat storage bodies 6 and 7 can be positively increased. The raw material + steam can be preheated to the same extent as when the convection part is provided. Further, the recovery unit of the separate heat exchanger 13 thereafter can efficiently heat each fluid and perform heat recovery with a good balance. The combustion air is preheated to an appropriate balance temperature (300 ° C. in this case) at the last part of the heat recovery unit of the separately installed heat exchanger 13 and then introduced into the heat storage body 6 or 7. The combustion air is heated so that the temperature of the heat storage body is 300 ° C. → 1000 ° C. In this case, the combustion gas (exhaust gas) falls from 1100 ° C. to 649 ° C. Therefore, the water equivalent ratio is (1000−300) / (1100−649) = 1.55, but it is about 655 ° C. when the mass balance / heat balance is taken.

しかしながら、この実施の形態では、蓄熱体6及び7の切換に655℃程度の高温に耐える切換弁9及び11が必要となる。実績上、650℃程度まで耐える弁はあるものの、価格が高く、また信頼性が低いという問題を有している。そのためできれば、切換弁装置に使用する切換弁としては、低温使用のものを用いるのが望ましい。図3は、このような要望に応えることができる他の実施の形態の要部の構成を示している。この実施の形態では、別置き熱交換器13を、2つの蓄熱体6及び7に対応して設けられた2つの熱交換部13A及び13Bと、前述の切換弁10及び12と熱交換部の切換弁装置25とから構成している。熱交換部の切換弁装置25は、2つの蓄熱体6及び7のうち一方の蓄熱体(例えば蓄熱体6)から燃焼ガスが排出されているときに2つの熱交換部13A及び13Bの一方の熱交換部(例えば熱交換部13A)を通して燃焼ガスを排出し、2つの蓄熱体6及び7のうち他方の蓄熱体(例えば蓄熱体7)から燃焼ガスが排出されているときに2つの熱交換部13A及び13Bの他方の熱交換部(例えば熱交換部13B)を通して燃焼ガスを排出するように2つの熱交換部13A及び13Bの使用を切り換えるように構成されいる。具体的には、切換弁26及び27によって切換弁装置25が構成されている。この実施の形態では、この切換弁装置25を2つの熱交換部13A及び13Bの低温側に配置している。このように低温側に配置した切換弁装置を用いて2つの熱交換部13A及び13Bを切り換えて使用すれば、切換弁装置25の耐熱温度を下げることができる。その結果、切換弁26及び27として安価な耐熱性の低い切換弁を用いることができる上、切換弁装置の寿命を延ばすことができ、別置き熱交換器の寿命を延ばすことができる。さらに、切換弁10と切換弁26、切換弁12と切換弁27が、常に逆の開閉をすることから、それぞれ二方弁を用いることによって、切換弁の数を4つから2つ(切換弁10と26を一つの二方弁、切換弁12と27を一つの二方弁)に減じることができる。   However, in this embodiment, switching valves 9 and 11 that can withstand a high temperature of about 655 ° C. are required for switching between the heat storage bodies 6 and 7. Although there are valves that can withstand up to about 650 ° C., there is a problem that the price is high and the reliability is low. Therefore, if possible, it is desirable to use a switching valve used for the switching valve device at a low temperature. FIG. 3 shows a configuration of a main part of another embodiment capable of meeting such a demand. In this embodiment, the separate heat exchanger 13 includes two heat exchange units 13A and 13B provided corresponding to the two heat storage bodies 6 and 7, and the switching valves 10 and 12 and the heat exchange unit described above. And a switching valve device 25. When the combustion gas is discharged from one of the two heat storage bodies 6 and 7 (for example, the heat storage body 6), the switching valve device 25 of the heat exchange section is one of the two heat exchange sections 13A and 13B. When the combustion gas is discharged through the heat exchange part (for example, the heat exchange part 13A) and the combustion gas is discharged from the other heat storage body (for example, the heat storage body 7) of the two heat storage bodies 6 and 7, two heat exchanges are performed. The use of the two heat exchanging parts 13A and 13B is switched so that the combustion gas is discharged through the other heat exchanging part (for example, the heat exchanging part 13B) of the parts 13A and 13B. Specifically, the switching valve device 25 is constituted by the switching valves 26 and 27. In this embodiment, this switching valve device 25 is arranged on the low temperature side of the two heat exchange parts 13A and 13B. If the two heat exchange parts 13A and 13B are switched and used using the switching valve device arranged on the low temperature side in this way, the heat resistant temperature of the switching valve device 25 can be lowered. As a result, inexpensive switching valves with low heat resistance can be used as the switching valves 26 and 27, the life of the switching valve device can be extended, and the life of the separately installed heat exchanger can be extended. Further, since the switching valve 10 and the switching valve 26, and the switching valve 12 and the switching valve 27 always open and close in reverse, the number of switching valves is changed from four to two (switching valves) by using two-way valves respectively. 10 and 26 can be reduced to one two-way valve, and the switching valves 12 and 27 can be reduced to one two-way valve.

また図4は、耐熱性の高い切換弁9及び12を使用するものの、その寿命を延ばすことができる他の実施の形態の要部の構成を示す図である。この実施の形態では、交番式の蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナ用いる場合に、図1及び図2の実施の形態と同様に、別置き熱交換器13を、燃焼用空気を予熱するように構成した上で、更に2つの蓄熱体に対応して2つの追加熱交換器28及び29と4つの切換弁(30〜33)からなる切換弁装置34とを設ける。この例では、追加熱交換器28及び29として量産型のマイクロガスタービンに使用されるレキュペレーター(安価なプレート型熱交換器)を用いている。切換弁装置34は、2つの蓄熱体6及び7のうち一方の蓄熱体(例えば蓄熱体6)から燃焼ガスが排出されているときには2つの追加熱交換器28及び29の一方の追加熱交換器(例えば追加熱交換器28)を通して燃焼ガスの一部を排出し且つこの一方の追加熱交換器(例えば追加熱交換器28)を通して別置き熱交換器13により予熱された燃焼用空気を更に加熱するように切換弁30〜33の切換動作を行う。また切換弁装置34は、他方の蓄熱体7から燃焼ガスが排出されているときには2つの追加熱交換器の他方の追加熱交換器29を通して燃焼ガスの一部を排出し且つこの他方の追加熱交換器29を通して別置き熱交換器13により予熱された燃焼用空気を更に加熱するように、切換弁30〜33の切換動作を行って2つの追加熱交換器の使用を切り換える。この例では、切換弁装置34を2つの追加熱交換器28及び29の低温側に配置している。またこの実施の形態では、切換弁装置34と誘引送風機14との間に、追加熱交換器28及び29を通る燃焼ガスの量を調節するダンパー35を配置している。このダンパー35の開度の調整により、分流量を適宜に調整することができるので、燃焼用空気、原料、プロセス流体の予熱温度を簡単に調節することが可能になる。   FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of another embodiment that uses the highly heat-resistant switching valves 9 and 12 and can extend the life thereof. In this embodiment, when a regenerative combustion burner equipped with an alternating regenerative heat exchanger is used, the separate heat exchanger 13 is replaced with combustion air as in the embodiment of FIGS. In addition to being configured to preheat, two additional heat exchangers 28 and 29 and a switching valve device 34 including four switching valves (30 to 33) are provided corresponding to the two heat storage elements. In this example, recuperators (inexpensive plate type heat exchangers) used for mass production type micro gas turbines are used as the additional heat exchangers 28 and 29. When the combustion gas is discharged from one of the two heat storage bodies 6 and 7 (for example, the heat storage body 6), the switching valve device 34 is one of the two additional heat exchangers 28 and 29. A part of the combustion gas is discharged through (for example, the additional heat exchanger 28), and the combustion air preheated by the separate heat exchanger 13 is further heated through the additional heat exchanger (for example, the additional heat exchanger 28). Thus, the switching operation of the switching valves 30 to 33 is performed. Further, the switching valve device 34 discharges a part of the combustion gas through the other additional heat exchanger 29 of the two additional heat exchangers and discharges the other additional heat when the combustion gas is discharged from the other heat storage body 7. The switching operation of the switching valves 30 to 33 is performed to switch the use of the two additional heat exchangers so that the combustion air preheated by the separately installed heat exchanger 13 is further heated through the exchanger 29. In this example, the switching valve device 34 is disposed on the low temperature side of the two additional heat exchangers 28 and 29. In this embodiment, a damper 35 for adjusting the amount of combustion gas passing through the additional heat exchangers 28 and 29 is disposed between the switching valve device 34 and the induction blower 14. By adjusting the opening degree of the damper 35, the partial flow rate can be adjusted appropriately, so that the preheating temperatures of the combustion air, the raw material, and the process fluid can be easily adjusted.

この実施の形態では、プロセス流体を加熱する排ガス用の切換弁9及び12は残している。そして、この切換弁9及び12を通る燃焼ガス(排ガス)量を減らすべく、流路を分けて各蓄熱体6及び7に対して追加熱交換器28及び29を設置している。追加熱交換器28及び29から出る燃焼ガス(排ガス)を150℃程度まで熱回収するとし、追加熱交換器28及び29に導入する燃焼用空気は100℃程度とする。レキュペレータにおける100℃と150℃のアプローチ温度50℃はすでに実績があり、充分到達可能な温度差である。燃焼用空気は所定の温度(ここでは300℃)まで予熱するとして、これに必要な燃焼ガス(排ガス量)は蓄熱体6及び7から分流する。   In this embodiment, the switching valves 9 and 12 for exhaust gas for heating the process fluid remain. Further, in order to reduce the amount of combustion gas (exhaust gas) passing through the switching valves 9 and 12, additional heat exchangers 28 and 29 are installed for the heat storage bodies 6 and 7 by dividing the flow path. It is assumed that the combustion gas (exhaust gas) emitted from the additional heat exchangers 28 and 29 is recovered to about 150 ° C., and the combustion air introduced into the additional heat exchangers 28 and 29 is about 100 ° C. An approach temperature of 50 ° C. between 100 ° C. and 150 ° C. in a recuperator is a temperature difference that has already been proven and is sufficiently reachable. The combustion air is preheated to a predetermined temperature (300 ° C. in this case), and the combustion gas (exhaust gas amount) necessary for this is diverted from the heat accumulators 6 and 7.

この実施の形態によれば、蓄熱体6及び7から排出された燃焼ガスを別置き熱交換器13と追加熱交換器28または29の双方に分流させることができるので、別置き熱交換器13側に燃焼ガスを供給する流路に使用される切換弁に加えられる総熱量を低減することができる。また2つの追加熱交換器28及び29の低温側に配置した切換弁装置34の耐熱性は低いものでよいため、切換弁装置34の寿命を延ばすことができる。   According to this embodiment, the combustion gas discharged from the heat accumulators 6 and 7 can be divided into both the separately placed heat exchanger 13 and the additional heat exchanger 28 or 29. Therefore, the separately placed heat exchanger 13 The total amount of heat applied to the switching valve used in the flow path for supplying the combustion gas to the side can be reduced. Moreover, since the heat resistance of the switching valve device 34 disposed on the low temperature side of the two additional heat exchangers 28 and 29 may be low, the life of the switching valve device 34 can be extended.

図5は、本発明の更に他の実施の形態の構成を示す図である。この実施の形態が、図1の実施の形態と異なる点は、切換弁装置37を用いて蓄熱体6及び7から排出される燃焼ガスの一部だけを別置き熱交換器13に流している点と、第2の加熱コイル16で加熱した原料を直ちに水素化反応器19に供給せずに、高温シフトコンバータ22の後段に新たに追加した熱交換器36で再度加熱した後に、原料を水素化反応器19に供給している点であり、その他は図1及び図2の実施の形態と変わるところがない。このような実施の形態では、別置き熱交換器13に導入する(燃焼ガス)排ガス量が少なくなった分、別置き熱交換器13で必要な熱量が不足する。そこでこの例では、水素プラントの場合で言えば現状スチームを発生させている高温シフトコンバータ22の下流に熱交換器36を設け熱回収を行い不足分をカバーしている。この実施の形態のように、別置き熱交換器13で予熱した原料を炉本体の下流側で高温シフトコンバータ22の下流に設けた熱交換器36から回収した熱で更に加熱すれば、別置き熱交換器での熱交換量が少ない場合でも、原料を必要な温度まで予熱することができる。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of still another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the embodiment of FIG. 1 in that only a part of the combustion gas discharged from the heat storage bodies 6 and 7 is caused to flow separately to the heat exchanger 13 using the switching valve device 37. In addition, the raw material heated by the second heating coil 16 is not immediately supplied to the hydrogenation reactor 19, but is heated again by the heat exchanger 36 newly added after the high temperature shift converter 22, The other points are the same as those in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In such an embodiment, the amount of heat necessary for the separate heat exchanger 13 is insufficient because the amount of exhaust gas (combustion gas) introduced into the separate heat exchanger 13 is reduced. Therefore, in this example, in the case of a hydrogen plant, a heat exchanger 36 is provided downstream of the high temperature shift converter 22 that is currently generating steam to recover heat and cover the shortage. If the raw material preheated in the separate heat exchanger 13 is further heated with the heat recovered from the heat exchanger 36 provided downstream of the high temperature shift converter 22 on the downstream side of the furnace body as in this embodiment, the separate material is placed. Even when the amount of heat exchange in the heat exchanger is small, the raw material can be preheated to a required temperature.

また図6の例では、別置き熱交換器13内で、2つの加熱コイル16A及び16B(第1及び第2の加熱コイル)により原料を二段階で予熱している。また2つの加熱コイル16A及び16Bの中間に、スチームを発生するスチーム発生装置24の補助熱源として用いる廃熱ボイラーの加熱コイル37を別置き熱交換器13内に配置している。またスチーム発生装置24の出力を、高温シフトコンバータ22の下流に設けた熱交換器36で更に加熱している。このような構成を採用すると、スチームの温度を熱交換器36で上昇させることができ、結果として、対流部を用いなくても、プロセス流体の温度を上げることができる。この実施の形態では、原料ガスに添加するスチームの温度を上げることで原料+スチームの加熱に必要な熱量を下げ、原料ガスを所定の温度まで排ガスによって上げることを可能にしている。なお図5及び図6においても、図1と同様に、参考のために、各部の温度を図上に表示してある。   In the example of FIG. 6, the raw material is preheated in two stages by two heating coils 16 </ b> A and 16 </ b> B (first and second heating coils) in the separate heat exchanger 13. Further, a heating coil 37 of a waste heat boiler used as an auxiliary heat source of the steam generator 24 that generates steam is disposed in the heat exchanger 13 separately between the two heating coils 16A and 16B. Further, the output of the steam generator 24 is further heated by a heat exchanger 36 provided downstream of the high temperature shift converter 22. By adopting such a configuration, the temperature of the steam can be raised by the heat exchanger 36, and as a result, the temperature of the process fluid can be raised without using the convection section. In this embodiment, by raising the temperature of the steam added to the raw material gas, the amount of heat necessary for heating the raw material + steam is lowered, and the raw material gas can be raised to the predetermined temperature by the exhaust gas. In FIGS. 5 and 6, as in FIG. 1, the temperature of each part is displayed on the diagram for reference.

上記実施の形態は、いずれも高温空気燃焼技術を用いた改質炉に本発明を適用したものであるが、本発明の一般の改質炉にも当然にして適用できるのは勿論である。   In any of the above embodiments, the present invention is applied to a reforming furnace using a high-temperature air combustion technique, but it is needless to say that the present invention can also be applied to a general reforming furnace of the present invention.

また上記実施の形態は、水素プラントに用いる水蒸気改質炉に本発明を適用したものであるが、本発明はメタノールプラント、ジメチルエーテル(DME)プラント、ガスツーリキッド(GTL)プラント等で用いる他の水蒸気改質炉にも当然にして適用できる。   In the above embodiment, the present invention is applied to a steam reforming furnace used in a hydrogen plant. However, the present invention is not limited to a methanol plant, a dimethyl ether (DME) plant, a gas-to-liquid (GTL) plant, or the like. Naturally, it can also be applied to a steam reforming furnace.

高温空気燃焼技術を用いた水素プラントの水蒸気改質炉に本発明を適用した実施の形態の一例の概略の構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an example of an embodiment in which the present invention is applied to a steam reforming furnace of a hydrogen plant using a high-temperature air combustion technique. 図1の実施の形態の要部の構成と動作を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to demonstrate the structure and operation | movement of the principal part of embodiment of FIG. 本発明の他の実施の形態の要部の構成と動作を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to demonstrate the structure and operation | movement of the principal part of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施の形態の要部の構成と動作を説明するために用いる図である。It is a figure used in order to demonstrate the structure and operation | movement of the principal part of further another embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of other embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施の形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of other embodiment of this invention.

1 炉本体
2 燃焼室
3 蓄熱式熱交換器
4 バーナ
5 反応管
6,7 蓄熱体
8 切換弁装置
9〜12 切換弁
13 別置き熱交換器
15〜17 加熱コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Furnace body 2 Combustion chamber 3 Heat storage type heat exchanger 4 Burner 5 Reaction tube 6,7 Heat storage body 8 Switching valve apparatus 9-12 Switching valve 13 Separately installed heat exchanger 15-17 Heating coil

Claims (8)

炉本体内から排出される燃焼ガスの熱を利用して燃焼用空気を加熱する蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて炉本体内を所定温度に加熱し、
前記蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において前記蓄熱式熱交換器から排出された前記燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または前記炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する水蒸気改質炉であって、
前記別置き熱交換器が、前記燃焼用空気を予熱するように構成されていることを特徴とする水蒸気改質炉。
Heat the furnace body to a predetermined temperature using a heat storage combustion burner equipped with a heat storage heat exchanger that heats the combustion air using the heat of the combustion gas discharged from the furnace body,
Supplying to the raw material and / or the reaction tube in the furnace body using the heat of the combustion gas discharged from the heat storage type heat exchanger in a separate heat exchanger arranged at the front stage of the heat storage type heat exchanger A steam reforming furnace for preheating a process fluid to be produced,
The steam reforming furnace, wherein the separate heat exchanger is configured to preheat the combustion air.
複数の対となる蓄熱体を備え、炉本体内から排出される燃焼ガスを前記対となる蓄熱体に交互に流して前記燃焼ガスの熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記対となる蓄熱体に交互に燃焼用空気を流して前記蓄熱体に蓄熱した熱を利用して前記燃焼用空気を加熱する交番式の蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて炉本体内を所定温度に加熱し、
前記交番式の蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において前記交番式の蓄熱式熱交換器から排出された前記燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または前記炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する水蒸気改質炉であって、
前記別置き熱交換器は、前記対となる蓄熱体に対応して設けられた2つの熱交換部と、前記対となる蓄熱体のうち一方の前記蓄熱体から前記燃焼ガスが排出されているときに前記2つの熱交換部の一方の前記熱交換部を通して前記燃焼ガスを排出し、前記対となる蓄熱体のうち他方の前記蓄熱体から前記燃焼ガスが排出されているときに前記2つの熱交換部の他方の前記熱交換部を通して前記燃焼ガスを排出するように前記2つの熱交換部の使用を切り換える切換弁装置とを備え、前記切換弁装置が前記2つの熱交換部の低温側に配置されていることを特徴とする水蒸気改質炉。
A plurality of pairs of heat storage bodies are provided, and combustion gas discharged from the furnace body is alternately flowed through the pair of heat storage bodies to store heat of the combustion gas in the heat storage bodies, and the pair of heat storage bodies The inside of the furnace body is predetermined using a regenerative combustion burner provided with an alternating regenerative heat exchanger that heats the combustion air using the heat stored in the regenerator by alternately flowing combustion air. Heating to temperature,
Raw material and / or the furnace main body using heat of the combustion gas discharged from the alternating heat storage heat exchanger in a separate heat exchanger arranged in the front stage of the alternating heat storage heat exchanger A steam reforming furnace for preheating a process fluid supplied to an inner reaction tube,
In the separate heat exchanger, the combustion gas is discharged from one of the two heat exchangers provided corresponding to the pair of heat accumulators and the pair of heat accumulators. Sometimes the combustion gas is discharged through one of the two heat exchanging portions, and when the combustion gas is discharged from the other heat storage body of the paired heat storage bodies, the two A switching valve device that switches use of the two heat exchange units so as to discharge the combustion gas through the other heat exchange unit of the heat exchange unit, and the switching valve device is on a low temperature side of the two heat exchange units A steam reforming furnace characterized by being arranged in
複数の対となる蓄熱体を備え、炉本体内から排出される燃焼ガスを前記対となる蓄熱体に交互に流して前記燃焼ガスの熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記対となる蓄熱体に交互に燃焼用空気を流して前記蓄熱体に蓄熱した熱を利用して前記燃焼用空気を加熱する交番式の蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼バーナを用いて炉本体内を所定温度に加熱し、
前記交番式の蓄熱式熱交換器の前段に配置された別置き熱交換器において前記交番式の蓄熱式熱交換器から排出された前記燃焼ガスの熱を利用して原料及び/または前記炉本体内の反応管に供給されるプロセス流体を予熱する水蒸気改質炉であって、
前記別置き熱交換器は、前記燃焼用空気を予熱するように構成されており、
更に前記対となる蓄熱体に対応して設けられた2つの追加熱交換器と、前記対となる蓄熱体のうち一方の前記蓄熱体から前記燃焼ガスが排出されているときには前記2つの追加熱交換器の一方の前記追加熱交換器を通して前記燃焼ガスの一部を排出し且つ該一方の前記追加熱交換器を通して前記別置き熱交換器により予熱された前記燃焼用空気を更に加熱し、前記他方の蓄熱体から前記燃焼ガスが排出されているときには前記2つの追加熱交換器の前記他方の追加熱交換器を通して前記燃焼ガスの一部を排出し且つ該他方の追加熱交換器を通して前記別置き熱交換器により予熱された前記燃焼用空気を更に加熱するように、前記2つの追加熱交換器の使用を切り換える切換弁装置とを備え、前記切換弁装置が前記2つの追加熱交換器の低温側に配置されていることを特徴とする水蒸気改質炉。
A plurality of pairs of heat storage bodies are provided, and combustion gas discharged from the furnace body is alternately flowed through the pair of heat storage bodies to store heat of the combustion gas in the heat storage bodies, and the pair of heat storage bodies The inside of the furnace body is predetermined using a regenerative combustion burner provided with an alternating regenerative heat exchanger that heats the combustion air using the heat stored in the regenerator by alternately flowing combustion air. Heating to temperature,
Raw material and / or the furnace main body using heat of the combustion gas discharged from the alternating heat storage heat exchanger in a separate heat exchanger arranged in the front stage of the alternating heat storage heat exchanger A steam reforming furnace for preheating a process fluid supplied to an inner reaction tube,
The separate heat exchanger is configured to preheat the combustion air;
Furthermore, two additional heat exchangers provided corresponding to the pair of heat storage bodies and the two additional heats when the combustion gas is discharged from one of the pair of heat storage bodies Exhausting part of the combustion gas through one of the additional heat exchangers of the exchanger and further heating the combustion air preheated by the separate heat exchanger through the one of the additional heat exchangers; When the combustion gas is discharged from the other heat storage body, a part of the combustion gas is discharged through the other additional heat exchanger of the two additional heat exchangers and the other additional heat exchanger is used to A switching valve device for switching the use of the two additional heat exchangers so as to further heat the combustion air preheated by the standing heat exchanger, and the switching valve device includes the two additional heat exchangers. Low temperature side Steam reforming furnace, characterized in that it is arranged.
前記切換弁装置と誘引送風機との間に、前記追加熱交換器を通る前記燃焼ガスの量を調節するダンパーが配置されている請求項3に記載の水蒸気改質炉。   The steam reforming furnace according to claim 3, wherein a damper that adjusts an amount of the combustion gas that passes through the additional heat exchanger is disposed between the switching valve device and the induction blower. 前記追加熱交換器がプレート型熱交換器である請求項3に記載の水蒸気改質炉。   The steam reforming furnace according to claim 3, wherein the additional heat exchanger is a plate-type heat exchanger. 前記別置き熱交換器で予熱した前記原料を前記炉本体の下流側に設置された高温シフトコンバータの下流に設けた熱交換器で回収した熱で更に加熱することを特徴とする請求項1,2または3に記載の水蒸気改質炉。 The said raw material pre-heated with the said separate heat exchanger is further heated with the heat | fever collect | recovered with the heat exchanger provided in the downstream of the high temperature shift converter installed in the downstream of the said furnace main body. The steam reforming furnace according to 2 or 3. 前記別置き熱交換器は、第1及び第2の加熱コイルにより前記原料を二段階で予熱するように構成されていることを特徴とする請求項1,2,3または6に記載の水蒸気改質炉。   The steam reformer according to claim 1, 2, 3, or 6, wherein the separate heat exchanger is configured to preheat the raw material in two stages by first and second heating coils. Quality furnace. 前記第1及び第2の加熱コイルの中間に、スチームを発生するスチーム発生装置の補助熱源として用いる廃熱ボイラーの加熱コイルが配置されている請求項7に記載の水蒸気改質炉。   The steam reforming furnace according to claim 7, wherein a heating coil of a waste heat boiler used as an auxiliary heat source of a steam generator for generating steam is disposed between the first and second heating coils.
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