JPH03199106A

JPH03199106A - 炭化水素改質装置

Info

Publication number: JPH03199106A
Application number: JP34394389A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Kamiyama; 剛由上山; Shunzo Kawabata; 川畑　俊造; Yasuo Tanaka; 康夫田中; Hideki Sugimura; 杉村　秀樹; Mamoru Aoki; 守青木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1991-08-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、炭化水素よりなる原料ガスをスチームリフォ
ーミングによって改質し、水素を主成分とする改質ガス
を製造する炭化水素の改質装置に関し、殊に改質反応部
の温度を可及的一定に保って改質効率を高めると共に、
装置全体の熱効率を高め得る様に改善された炭化水素の
改質装置に間するものである。

［従来の技術］燃料油、ナフサ、天然ガスなどの炭化水素原料に水蒸気
を混合し、これを触媒層に通して水素を主成分とする改
質ガスを製造する改質装置としては、たとえば特開昭５
３−７８９９２号、同５３７９７６６号、同５６−９０
８６２号、同５８−６３７８３号、特開平１−１５５９
４０号、特公昭５７−７５３８号等が知られている。こ
れらの装置は、環状の２重管構造で且つ一端の連通され
た反応管に触媒を充填し、バーナから放出される燃焼ガ
スによって反応管を加熱しつつ炭化水素原料を触媒層に
通してこれを改質するもので、環状の２重管構造とする
ことによって熱効率の改善並びに装置のコンパクト化を
図っている。

たとえば第３図は公知の改質装置を例示する一部破断説
明図であり、図中、１は炉体、２は反応管、３はバーナ
、４は仕切り円筒、５は外管、６は内管、７は触媒、８
は伝熱促進用充填材、９は耐火材、１０は原料ガス供給
管、１１は改質ガス排出管、１２は燃焼排ガス排出管、
１３は燃料油供給管、１４は燃焼用空気供給管を夫々示
し、また矢印について説明すると、（Ａ）は原料ガス、
（Ｂ）は改質ガス、（Ｃ）は燃焼ガス（または燃焼排ガ
ス）、（Ｄ）は燃焼用空気の夫々の流れを示す。

この装置は、図示する如く炉体１内に２重管状の反応管
２を挿設すると共に、該反応管２の内側にこれと略同心
的にバーナ３が配設され、反応管２内に触媒７を充填し
てこれに炭化水素ガスを流しながらバーナ３からの燃焼
ガス（Ｃ）により加熱することによって改質反応が行な
われる。即ち反応管２は外管５と内管６の間に仕切り円
筒４を挿入して２重管構造とすると共に、その下端部で
外層側流路５ａと内層側流路６ａを連通させており、原
料ガス供給管１０から供給された原料ガス（＾）は、反
応管２の触媒７充填部内を通過して改質された後、改質
ガス（Ｂ）　として排出管１１から抜き出される。また
燃焼ガス（Ｃ）は反応管２を加熱した後、炉体１の内壁
と反応管２の外周面との間の隙間を上昇して排ガス排出
管１２から抜き出される。この間、供給管１０から外管
５内へ供給される低温の原料ガス（Ａ）は反応管２の外
側を上昇する燃焼ガス（Ｃ）　　と熱交換して加熱され
ると共に、内管６を上昇する改質ガス（Ｂ）　との間で
も熱交換して加熱される。従ってこれらの熱交換部には
、熱交換効率を高めるため伝熱促進用充填材８が充填さ
れている。

尚第３図の例では、原料ガス（Ａ）を外管５から内管６
方向へ、燃焼ガス（Ｃ）の流れに対向して流す構成とし
ているが、原料ガス（Ａ）を内管６から外管５方向へ流
すと、その流れ方向は燃焼ガス（Ｃ）の流れに対して並
行流となる。

［発明が解決しようとする課題］本発明者らは上記の様な改質装置における熱効率等を一
層改善すべく研究を進めるうち、次の様な事実を確認し
た。即ち第１図に示す如く原料ガス（Ａ）を燃焼ガス（
Ｃ）　に対して対向流で流す場合は、原料ガス（Ａ）は
比較的低温の燃焼ガス（Ｃ）によって加熱された掻体々
に高温の燃焼ガス（Ｃ）で加熱されるため熱効率は高め
られる。ところが反応管２内を流れるガスは徐々に高温
の燃焼ガス（Ｃ）と熱交換されて昇温しバーナ３の燃焼
部対応位置（第３図の■領域）で、最高温度となるため
、当該■領域における管材が耐熱性不足となることがあ
り、該■領域を安全な温度域に保つには改質反応効率体
の温度を相対的に低くしなければならず、その結果、改
質反応効率を十分に高めることができなくなる。

これに対し原料ガス（八）を第３図の内管６から外管５
方向に流し、その流れを燃焼ガス（Ｃ）に対し並行流と
した場合は、原料ガス（＾）は内管６内へ供給された後
比較的低温状態のときに最も高温の燃焼ガス（Ｃ）から
の熱を受け、その掻体々に降温する燃焼ガス（Ｃ）によ
って加熱されるため、改質反応部が局部的に過熱される
ことがなく、全体的に温度を高めることができるので、
改質反応効率が高く且つ温度制御も比較的容易である。

ところがこの並行流方式では、前記対向流方式に比べて
改質ガス（Ｂ）および燃焼ガス（Ｃ）　と原料ガス（Ａ
）との熱交換効率が低く、熱効率が悪くなる。

即ち対向流方式では熱効率は高いが改質反応率が低く且
つ温度制御がむつかしいという難点があり、一方並行流
方式では改質反応率は高め易く温度制御は容易であるが
熱効率が低くなるという、夫々に一長一短がある。

本発明はこの様な問題点に着目して成されたものであっ
て、熱効率、改質反応率および温度制御性のすべてを高
めることのできる改質装置を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決することのできた本発明装置の構成は、 ■有底筒状の炉体と、 ■該炉体内に略同心的に挿設されたバーナーと、 ■炉体内のバーナー外周側に挿設され炉体内壁との間に
環状隙間を残す様に配置されると共に、一方端側で相互
に連通ずる２重の環状流路を備えた反応管、とを有する炭化水素改質装置において、上記バーナの先
端部は前記反応管の長手方向略中間部に位置せしめると
共に、反応管を構成する２重管には、バーナ先端部対応
位置において外層側流路と内層側流路を相互に流路変更
する流路変更部を設け、外層側流路から送られてくる原
料ガスは上記流路変更部で内層側流路に流路変更し、該
内層側流路で改質された後外層側流路を流れてくる改質
ガスは、上記流路変更部で内層側流路に流路変更する構
成としたところに要旨を有するものである。

［作用および実施例］以下、実施例図面を参照しつつ本発明の構成および作用
効果を詳細に説明するが、本゛発明はもとより下記の図
示例に制限されるものではない。

第１図は本発明の実施例を示す概略縦断面図であり、基
本的な構成は第３図の例と同様であるので、同一部分に
は同一の符号を付すことによって重複説明は省略する。

本発明における最大の特徴は、バーナ３の燃焼端を２重
管状反応管２の長手方向略中間部に位置せしめ、反応管
２には、当該バーナ燃焼端対応位置に流路変更部（Ｘ）
を設け、上部側を伝熱領域、下部側を改質反応領域とし
て構成したところにある。即ち本発明においても反応管
２は外管５および内管６の間に仕切り円筒４を挿入配置
して２重管状に構威し、その下端部で外層側流路５ａと
内層側流路６ａを連通させている。但し本発明では、反
応管２の長手方向略中間部置でバーナ３の燃焼端相当位
置に、第２図に拡大して示す様な流路変更部（Ｘ）が設
けられており、この流路変更部（Ｘ）において原料ガス
（Ａ）および改質ガス（Ｂ）の流路変更が行なわれる。

即ち原料ガス供給管１０から供給される原料ガス（Ａ）
はまず外層側流路５ａに入り、該流路５ａを降下する過
程で反応管２の外周側を上昇してくる燃焼ガス（Ｃ）　
　との間で対向流方式の熱交換により加温される。そし
て流路変更部（Ｘ）に至ると、原料ガス（Ａ）は第２図
に示す如く外層側流路５ａから連通開口部１５を通して
内層側流路６ａに流路変更し、触媒７の充填された該内
層側流路６ａ内を降下しつつ燃焼ガス（Ｃ）　と並行流
で加熱される。そして下端連通部で折り返して外層側流
路６ａ内を更に燃焼ガス（Ｃ）　と並行流で加熱されな
がら上昇する。その後流路変更部（Ｘ）で流路変更路１
６を通して内層側流路６ａに流路を変更した後、外層側
流路５ａ内を流れる原料ガス（Ａ）　と対向流で熱交換
され冷却された後改質ガス排出管１１から抜き出される
。尚本例では燃焼用空気（Ｄ）についても改質ガスＣＢ
）　　と対向流で流すことにより、熱効率の向上を図っ
ている。

この様に本発明では、排熱回収の主体となる伝熱領域で
は原料ガス（Ａ）を燃焼ガス（Ｃ）および改質ガス（Ｂ
）　と対向流で流すことによって熱効率を高め、改質反
応を促進すべき改質反応領域では原料ガス（Ａ）を燃焼
ガス（Ｃ）　と並行流で流すことによって全体を均一に
加熱するものであり、従来例で説明した並行流方式と対
向流方式の欠点が相殺されると共に両者の利点が有効に
発揮され、熱効率および改質反応率を高めると共に温度
制御も容易に実施し得ることになった。

尚第１図の例では、内層側流路６ａを広幅に構成して触
媒７（下半部）および伝熱促進用充填材（上半部）を充
填し、狭幅の外層側流路５ａにはそれらを充填していな
いが、外層側流路５ａにも触媒７または伝熱促進用充填
材を充填することは勿論可能である。また同様の趣旨で
、反応管２の外周側に形成される燃焼排ガス流路にも伝
熱促進用充填材を充填し、伝熱効率を高めることも可能
である。更に第１図の例では燃焼用空気（Ｄ）も内管６
内側面に沿って対向流で流入する構成とし、改質ガス（
Ｂ）　と熱交換することによって熱効率を高めている。

本発明は概略以上の様に構成されるが、要は２重管状反
応管の略中間位置に流路変更部（Ｘ）を設け、原料流入
側の伝熱領域は原料ガスを燃焼ガスおよび改質ガスと対
向流とすることによって熱交換効率を高め、且つ触媒の
充填された改質反応領域では、原料ガスを燃焼ガスと並
行流とすることにより局部的昇温を防止して改質反応効
率を高めると共に温度制御を容易にしたところに特徴を
有するものであり、こうした特徴を有効に発揮し得る限
り装置全体の形状・構造や細部の構成、たとえば流路変
更部の構造、原料ガス導入部や改質ガス抜出し部、排ガ
ス排出部等の構造等は必要に応じて任意に変更すること
ができ、また第１図の装置を横向きにしたり上・下逆転
させた場合でも同様の効果を得ることができる。

［発明の効果］本発明は以上の様に構成されてハリ、その効果を要約す
ると次の通りである。

■燃焼ガスおよび改質ガスによる原料ガス加熱を主目的
とする伝熱部分では対向流方式で熱交換されるので、熱
効率が高められる。

■改質反応部では原料ガスを燃焼ガスと並行流で流して
加熱する方式であるから、改質反応領域で局部的な昇温
か起こり難く、全体の温度を高めに設置することができ
るので、改質反応効率が高められる。しかも改質反応領
域の温度コントロールも容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略縦断面図、第２図は
流路変更部を拡大して示す断面図、第３図は従来例を示
す要部断面図である。１・・・炉体　　　　　　　２・・・反応管３・・・バ
ーナ　　　　　　４・・・仕切り筒５・・・内管　　　
　　　　６・・・外管７・・・触媒　　　　　　　８・
・・伝熱促進用充填材１０・・・原料ガス供給管１１・・・改質ガス排出管１２・・・燃焼排ガス排出管１３・・・燃料油供給管１４・・・燃焼用空気供給管

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有底筒状の炉体と、
（２）該炉体内に略同心的に挿設されたバーナーと、
（３）炉体内のバーナー外周側に挿設され炉体内壁との
間に環状隙間を残す様に配置されると共に、一方端側で
相互に連通する２重の環状流路を備えた反応管、とを有する炭化水素改質装置において、上記バーナの先
端部は前記反応管の長手方向略中間部に位置せしめると
共に、反応管を構成する２重管には、バーナ先端部対応
位置において外層側流路と内層側流路を相互に流路変更
する流路変更部を設け、外層側流路から送られてくる原
料ガスは上記流路変更部で内層側流路に流路変更し、該
内層側流路で改質された後外層側流路を流れてくる改質
ガスは、上記流路変更部で内層側流路に流路変更する構
成としたことを特徴とする炭化水素改質装置。