JPH0329723B2 - - Google Patents

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JPH0329723B2
JPH0329723B2 JP16313681A JP16313681A JPH0329723B2 JP H0329723 B2 JPH0329723 B2 JP H0329723B2 JP 16313681 A JP16313681 A JP 16313681A JP 16313681 A JP16313681 A JP 16313681A JP H0329723 B2 JPH0329723 B2 JP H0329723B2
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reforming reaction
reaction tube
reforming
combustion
gas
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は改質装置に係り、特に原料ガスの水蒸
気改質反応等吸熱量の大きな改質反応を行なうに
好適な改質装置に関する。 このような吸熱を伴う改質反応を行う装置とし
ては、第1図に示すものが提案されている。 第1図において断熱容器1の内部に小片状の燃
焼触媒2が充填され、更に改質反応管3が挿入さ
れている。燃料と空気は燃料供給口4より供給さ
れ、改質反応管3と容器1の間に充填されている
燃焼触媒2の作用にて燃焼し、反応熱を供給した
後燃焼ガス排出口5から排出される。図中6は改
質原料ガス供給室、7は改質反応ガス取出室であ
る。しかるにこのような従来装置においては、 (1) 触媒層を通過する燃料及び空気あるいは燃焼
ガスの流速が過大にならない様に各改質反応管
の間隔を大きくとる必要があり、そのために断
熱容器が大型化する。 (2) 燃焼触媒の耐久性の問題から一定期間使用後
は使用済みの触媒を排出し、更に新触媒を充填
する必要がある。 (3) 触媒充填層であり、燃焼ガスの圧力損失が大
となる。 (4) 燃焼触媒上で発生した熱は、小片状の固体触
媒から改質反応管へ伝達されるものであり、熱
効率が低下するなどの問題がある。 本発明の目的は上述した従来技術の欠点をなく
し、改質反応に支障をきたす事なく、装置の小型
化を達成し、かつ、触媒の排出、充填作業が不要
となるとともに熱効率も向上される改質装置を提
供するにある。 本発明は、改質反応管の外周壁表面に燃焼用触
媒を担持させ、反応管上にて燃焼を行なわせ、発
生した燃焼熱が直接改質反応管へ伝わるようにし
たものである。 以上図面に従つて実施例を説明する。 第2図は本発明の実施例装置の構造を示す断面
図である。 第2図において、断熱材8に内張りされた半楕
円体の鏡板9と、改質反応管3を取り付けた半楕
円体の管板10からなる改質原料ガス供給室11
に改質原料ガスが原料ノズル12から供給され
る。供給された原料ガスは改質反応管3に均一に
供給され、改質反応管3の内部に充填された改質
触媒13上にて改質反応する。反応したガスは、
小径ヘツダー14を通り改質反応ガス取出口(大
径ヘツダーを兼ねる)15に集められ、生成ガス
ノズル16より装置外へ取出される。このヘツダ
ー14,15は、各反応管13へ原料ガスを均等
に供給・流通させるためのものである。一方、燃
料と空気は燃料ガス供給口17から分散板18と
底板19とによつて画成されている壁室20に供
給される。供給された燃料は該分散板18に設け
られている小孔を通つて、断熱材8の内張りされ
た中間ピース21と管板10と分散板18によつ
て画成されている反応部22へ供給され、改質反
応管3の外壁に担持された燃焼触媒活性金属26
の作用によつて燃焼し、その後燃焼ガスは、スリ
ツト加工を施したガスシユラウド23に集めら
れ、燃焼ガス排出口24から装置外へ流出する。 第3図はこの改質反応管3の構造を示す図であ
つて内部には改質触媒13が充填され、改質反応
管3の外周壁には触媒26が担持されている。 前述の様に燃料と空気はこの燃焼用触媒26の
作用にて燃焼し発生する。発生した熱は直接改質
反応管3に伝熱され、更に改質反応管3の内部を
流れる改質原料ガスに伝わり、改質反応が行なわ
れる。 本実施例の改質装置によりH2を製造する場合
の反応について説明する。改質原料ガスはCH4
LPG、ナフサ等の軽質炭化水素類であり、改質
触媒13はNi50〜70%含有のNi系触媒である。
改質原料ガスは水蒸気と混合して改質反応管3内
に送られ、そこで下記の反応条件にて改質反応が
生じる。 反応温度:750〜800℃ 反応圧力:2〜15Kg/cm2 水蒸気/原料比(モル):2.5〜4.0 次に代表的な反応式を掲げておく。 CH4+H2OCO+3H2 CO+H2OCO2+H2 そして改質反応ガスH2は例えば燃料電池発電
システムに用いられる。 燃料ガスとしては、H2、COを成分とした底カ
ロリー(300〜1000Kcal/Nm3)を用い、燃焼触
媒としてはPd系の活性金属を用い、それを改質
反応管3の外周面に担持している。その担持方法
としては、改質反応管の外周面に微細溝を加工し
た後、燃焼触媒を微細溝に含浸させて担持させる
方法や、また改質反応管の外周面にAlを溶着し
て粗面に下地処理した後、燃焼触媒を溶射して担
持させる方法がある。 このような本実施例の改質反応管3に担持させ
た燃焼触媒による燃焼と、従来技術の改質反応管
の周りを取り囲む小片状の燃焼触媒による燃焼を
比較すると、従来技術では、燃焼ガスは改質反応
管表面から離れた位置で燃焼触媒により最高温度
になり、改質反応管内部へ熱伝達する際、その温
度は改質反応管外面の境膜抵抗により改質反応管
表面で20〜100℃低くなる、一方本実施例の改質
反応管3によれば、改質反応管3に担持された燃
焼触媒26により燃焼ガスは改質反応管3表面で
最高温度になり、直接熱は改質反応管内部に伝達
されるので、それだけ管内部の温度は従来より高
くなる。 燃焼ガスの燃焼温度は通常850〜1100℃である。
例えば、その燃焼温度を900℃とすれば、従来技
術による燃焼触媒を小片状で装填した装置では、
改質反応管の外表面温度が境膜抵抗のために850
℃程度に低下するが、本実施例の燃焼触媒を改質
反応管に担持させた装置では、改質反応管の外表
面温度は900℃となるので、従来技術によるより
も50℃程度、改質反応管の外表面温度を高くする
ことができる。なお、燃焼触媒の付着厚さは、燃
焼ガスの流量により異なるが、0.1〜3mm程度で
ある。また改質反応管の材質としては、25%Cr
−20%Ni合金、20%Cr−32%Ni合金等の耐熱合
金が用いられる。 改質反応管群を収容する反応容器の小型化を検
討するために、前記の従来技術による装置と、本
実施例の装置とを、燃料電池1MW級に用いるH2
製造装置(H2製造能力620m3/h)として用いる
ことを想定して、それらの装置仕様を比較した。
その結果は次表に示す通りである。なお燃焼ガス
の流速は反応容器出口で2〜3m/秒としてい
る。また改質原料ガスの反応容器入口温度は400
〜500℃、その反応容器出口温度は800℃である。
【表】 従来技術では、改質反応管の回りに径5〜10mm
の円柱状の燃焼触媒が充填されているので、改質
反応管相互のすき間は42mmである。一方、本実施
例の装置では、改質反応管の外面に燃焼触媒を担
持させているので、改質反応管相互のすき間が20
mmと小さくなつている。また本実施例によれば、
熱伝達が従来よりよくなるので、改質反応管のト
ータル伝熱面積を削減でき、この効果は表中の管
長さに現れており、従来の3300mm長から2400mm長
へと27%の減少が見込まれる。改質反応管の相互
のすき間と、管長さから反応容器は容積で30%程
度の減少が期待できる。 また、本実施例においては、ヘツダー14,1
5が設けられているところから各反応管中の原料
ガス流通量が均等化され均質な反応ガスが得られ
るという効果がある。また燃焼ガスと原料ガスは
対向流となるから反応管の温度分布も均一なもの
となり改質反応を効率よく行なうことができる。 第4図は本発明の他の実施例である。本実施例
においては反応管3は楕円体管板10によつて出
入口両端が固定されるとともに、中間ピース21
は略中央部で2分割されエキスパンシヨンベロー
25を介して結合されており、このエキスパンシ
ヨンベロー25によつて反応管3と中間ピース2
1の熱膨脹の差が吸収されるようになつている。 第5図は本発明の改質装置をH2製造装置とし
て用いた燃料電池発電システムのフローである。
図中27は廃熱ボイラ、28は高温シフト、29
は低温シフト、30は燃料電池、31はアノー
ド、32はカソード、33は改質装置である。な
お本発明においては、改質反応管3は直管の他に
U字管、2重管、円筒状蛇管を用いる事も可能で
ある。また、管板は楕円体境でなく、平板、半球
形、四形であつてもよい。さらに容器は断熱材内
張りでなく、水冷壁又は他流体との熱交換による
冷却構造でもよい。 本実施例の改質装置の他の適用例としては、ア
ンモニア合成原料製造プラントがあげられる。こ
のプラントによれば、CH4、LPG、ナフサ等の
軽質炭化水素類を原料とし、アンモニア合成用原
料が製造される。その製造プロセスにおいては、
原料と水蒸気を一定比率で混合した後に加熱炉に
て適切な改質装置入口温度にまで加熱され、改質
装置に入る。改質装置により得られた改質ガス
は、CO転化器、脱炭酸器を経て、改質ガス中の
COCO2が除去されて、アンモニア合成に適した
原料ガスとして取り出される。上記アンモニア合
成原料製造プラントと同じようなプラントとして
はメタノール合成用原料製造プラントがある。ま
た、本発明の改質装置は、他に水素を燃料とした
エンジン、バーナ等と組合せて利用することがで
きる。 (1) 以上の通り本発明の改質装置においては、改
質反応管外周壁に燃焼触媒が担持されており、
各反応管の間〓に燃焼触媒粒子を充填する必要
がないところから反応管の配置を密にする事が
可能であり、装置が飛躍的に小型化する事がで
きる。 (2) 燃焼触媒粒子を充填するのではなく、反応管
外周壁に触媒活性を持たせたため、触媒粒子が
不要となり、触媒の排出、充填作業が不要とな
る。 (3) 反応管自体が発熱体となるため、反応物質へ
の熱の供給が容易となり、従つて、伝熱面積が
減少できる。 (4) 燃焼ガスは触媒粒子の充填されていない空間
部を流通するため、燃焼ガスの圧力損失が小さ
くできる、等の優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の構造の説明図、第2図は本
発明の実施例装置の構造を示す図、第3図は第2
図の改質反応管の構造を示す図、第4図は本発明
の他の実施例に係る装置の構造を示す図、第5図
は本発明の装置を用いた燃料電池発電システムの
フロー図である。 3……改質反応管、11……改質原料ガス供給
室、13……改質触媒、15……改質反応ガス取
出室、17……燃料ガス供給口、18……分散
板、20……隔室、24……燃焼ガス排出口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 管外周壁には表面に燃焼用触媒が担持され管
    内部には原料ガスを水蒸気により改質する吸熱を
    伴う改質反応用触媒が充填された多数の改質反応
    管からなる改質反応管群と、各改質反応管の一端
    側に連通する改質原料ガス供給室と、各改質反応
    管の他端側に連通する改質反応ガス取出室と、前
    記改質反応管外周へ燃料ガスを供給する燃料ガス
    供給口及び前記改質反応管外周で燃焼したガスを
    排出する燃焼ガス排出口が設けられ少なくとも前
    記反応管群を包囲する反応容器と、を備えてなる
    改質装置。 2 前記燃料ガス供給口は改質反応ガス取出室近
    傍に設けられ、前記燃焼ガス排出口は改質原料ガ
    ス供給室近傍に設けられていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の改質装置。
JP16313681A 1981-10-13 1981-10-13 改質装置 Granted JPS5863783A (ja)

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JP16313681A JPS5863783A (ja) 1981-10-13 1981-10-13 改質装置

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