JPH035304A - 水素ガスを含有する改質ガスの製造装置および製造法 - Google Patents

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〉 本発明は改質ガスの製造装置および方法に関する。さら
に詳しくは、例えばＬＮＧやＬＰＧなどの低温液化ガス
或いはナフサ、メタン、メタノールなどの炭化水素系ガ
スと水蒸気とからなる原料ガスから、水素を含有する気
体混合物を製造する、改質ガスの製造装置および方法に
関する。

〈従来の技術〉 原料ガスを加熱、改質して改質ガスを製造する装置は従
来種々提案されている。一方、加熱装置としては、被加
熱物の種類、状態あるいは被加熱温度等々の種々の要因
を考慮して、伝導、対流および輻射の一つ又は２つを主
な伝熱方式とする種々の装置が知られている。

これらのうち、特開昭６１−１１０８７５号公報に開示
された加熱装置は主として輻射伝熱方式を採用した輻射
加熱装置である。

すなわち、この輻射加熱装置は、ガス非透過性の隔壁を
介して多孔性輻射体を設けた加熱区域と、多孔性受熱体
を設けた被加熱区域とを有して、両区域間で主として輻
射による熱交換を行うものである。

また、第２４回日本伝熱シンポジウム講演論文集、１９
８７年５月、「高性能輻射体変換体を用いた熱交換器の
反応装置への応用」および「化学工学の進歩シリーズ」
、第２１巻゛燃焼・熱工学“化学工学協会編、１９８７
年発行」には、多孔性固体輻射変換体（多孔性輻射体）
を有する輻射加熱装置を用いて、メタンと水蒸気とを反
応させて水素ガスを含有する気体混合物を製造する方法
について開示されている。

しかしながら、これらの方法及び装置は、いずれも加熱
区域の直接の輻射熱を主に利用した高温域での改質を開
示するのみで、燃焼排ガスの廃熱や改質ガスの余熱を受
熱、回収した低温域での改質については何ら開示してい
ない。

〈発明が解決しようとする問題〉 それ故、本発明の目的は、熱効率の優れた改質ガス製造
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ガス非透過性境界部材により分離
された輻射加熱区域と被加熱改質区域、並びに輻射加熱
区域からの廃ガスおよび／または被加熱改質区域からの
改質ガスの顕熱を回収してスチームを生成する区域を備
えた熱効率の優れた改質ガス製造装置を提供することに
ある。

本発明のさらに他の目的は、反応に使用するスチームの
少くとも一部を回収した熱により生成して、エネルギー
損失を少く抑えて効率的に改質ガスを製造する装置を提
供することにある。

本発明のさらに他の目的は本発明の上記改質ガス製造装
置を用いて改質ガスを工業的に有利に製造する方法を提
供することにある。

本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明
らかとなろう。

〈課題を解決するだめの手段〉およびく作用〉本発明に
よれば、本発明の上記目的および利点は、第１に、 炭化水素ガスとスチームとからなる原料ガスから、触媒
の存在下で、水素を含有する改質ガスを製造するための
装置であって、 ガス非透過性境界部材により分離された輻射加熱区域と
被加熱改質区域とを持ち、 該輻射加熱区域と該被輻射加熱改質区域は該ガス非透過
性境界部材を介して互いに独立した空間を形成して隣接
しており、 該輻射加熱区域は、該輻射加熱区域内の該ガス非透過境
界部材に隣接する区域に形成された高温ガスが通過しう
る多孔性輻射体を備え、該被加熱改質区域は、該多孔性
輻射体からの輻射熱により、該ガス非透過性境界部材を
介して加熱される、改質ガス製造用触媒を担持し且つ原
料ガスが通過しうる多孔性受熱体を備え、そして該輻射
加熱区域の多孔性輻射体よりも下流側に該多孔性輻射体
を通過した排ガスの顕熱を利用してスチームを生成する
第１熱回収区域および／または該被加熱改質区域の多孔
性受熱体よりも下流側に該多孔性受熱体を通過した、改
質ガスの顕熱を利用してスチームを生成する第２熱回収
区域、を備えている、 ことを特徴とする改質ガス製造装置によって達成される
。

本発明の改質ガス製造装置は、上記のとおり、排ガスの
顕熱を回収して、スチームの生成に利用する第１熱回収
区域と改質ガスの顕熱を回収してスチームの生成に利用
する第２熱回収区域の少くともいずれか一方の熱回収区
域を備え、熱の利用効率を高めつつ改質ガスを有利に製
造しようとするものである。

本発明の改質ガス製造装置は、好ましくは、第１および
第２の熱回収区域の両方を備えている。

本発明の製造装置によって改質ガスを製造するには、 該輻射加熱区域内の該ガス非透過性境界部材に隣接する
区域に高温ガスを形成しそして該多孔性輻射体中を通過
させて、該多孔性輻射体を高温度に加熱し、 該被加熱改質区域内の該多孔性受熱体の上流側に、炭化
水素系ガスとスチームとからなる原料ガスを導入しそし
て上記多孔性輻射体から放射される輻射熱により加熱さ
れた上記多孔性受熱体中を通過させて改質ガスを生成し
、そして 該多孔性輻射体を通過した排ガスの顕熱を第１熱回収区
域で回収するかおよび／または該多孔性受熱体を通過し
た改質ガスの顕熱を第２熱回収区域で回収して、反応に
用いる上記スチームの少くとも１部を生成する。

本発明の改質ガス製造装置は、上記のとおり、ガス非透
過性境界部材により仕切られた輻射加熱区域と被加熱改
質区域を備えている。

ガス非透過性境界部材は輻射エネルギーに対して光学的
に透明な材質例えば石英ガラスであってもあるいは光学
的に不透明な材質例えば鋼の如き金属であってもよい。

輻射加熱区域には多孔性輻射体が存在する。多孔性輻射
体は例えば多孔性金属、多孔性金属酸化物、多孔性セラ
ミックスあるいは多孔性鉱物質成形体であることができ
る。

多孔性輻射体を加熱するための高温ガスは輻射加熱区域
内の該ガス非透過性境界部材に隣接する区域に形成され
、該多孔性輻射体中を透過する際にその顕熱を該多孔性
輻射体へ移動して該多孔性輻射体を加熱する。高温ガス
は、輻射加熱区域内のガス非透過性境界部材と多孔性輻
射体との間の該ガス非透過性境界部材に隣接する区域に
、例えばガスバーナーを設け、そこからのガスを燃焼さ
せて形成することができ、あるいはこの装置とは全く別
の独立した装置で生成し該隣接する区域に導入して形成
することもできる。

被加熱改質区域は触媒を担持した多孔性受熱体を有する
。

触媒としては、例えばニッケル系触媒が好適に使用され
る。かかる触媒はそれ自体公知である。

また、これらの触媒を多孔性受熱体に担持させる方法も
それ自体公知である。多孔性受熱体は、多孔性輻射体と
同様に例えば多孔性金属、多孔性金属酸化物、多孔性セ
ラミックスあるいは多孔性鉱物質成形体であることがで
きる。これらの材質は担持する触媒の種類に依存して、
少くとも活性を低下させないものとすべきである。一般
に、多孔性セラミックス体が好適に使用される。

多孔性受熱体は多孔性輻射体により該ガス非透過性境界
部材を介して加熱されて改質に適度の温度となっている
。原料ガスはその多孔性受熱体を通過する際に、触媒の
存在下に高温度に加熱されて改質ガスを生成する。

本発明の装置は、さらに、第１熱回収区域および第２熱
回収区域の少くとも１つ、好ましくは両区域を備えてい
る。

第１熱回収区域は、該輻射加熱区域の多孔性輻射体より
も下流側に設けられ、該多孔性輻射体中を通過した排ガ
ス（多孔性輻射体に顕熱を疫した後の高温ガス）の顕熱
を回収してスチームの生成を行う区域である。

排ガスの顕熱の回収は例えば排ガスの流れを横切って多
数の管状体を設け、この管状体の内部導通路中に粒状加
熱媒体あるいは触媒を担持した媒体を充填して行うこと
ができる。

第２の熱回収区域は、該被加熱区域内の多孔性受熱体よ
りも下流側に設けられ、該多孔性受熱体中を通過した改
質ガス（多孔性受熱体で加熱され、改質されて高められ
た温度の改質ガス）の顕熱を回収して、同様にスチーム
の生成を行う区域である。

改質ガスからの頭熱の回収は、例えば粒状の加熱媒体を
充填した区域あるいは通路を設け、該区域あるいは通路
中を改質ガスを通過させて該加熱媒体に改質ガスの顕熱
を渡し、かくして該加熱媒体で回収した顕熱をこの区域
あるいは通路を囲むように設けた第２熱回収区域に伝達
するようにしてなすことができる。

以下本発明の改質ガスの製造装置を添付図面を参照して
説明する。

（実施例） 第１図には本発明の改質ガスの製造装置の一実施態様が
開示されている。

第１図中、■は輻射加熱区域である燃焼室、２は多孔性
輻射体、３は被加熱改質区域である受熱室、４は触媒が
ほぼ均一に担持された多孔性受熱体、５は燃焼室ｌと受
熱室３を仕切るガス非透過性境界部材である隔壁、６は
燃料の燃焼により得られた高温の燃焼ガス、７は排ガス
、８はＣＨ。

とＨ２０の混合した原料ガス、９は原料ガス８の分解に
より得られたＨ２とＣＯが混合した生成改質ガス、ｌＯ
はプロセス水である。

また、１２は生成改質ガス９の顕熱で水蒸気を発生させ
る熱交換器（第２熱回収区域）、１１は、排ガス７の顕
熱で水蒸気を発生させる熱交換器（第１熱回収区域）で
ある。

上記装置では、燃焼ガス６の顕熱は、多孔性輻射体２を
通過する際に対流熱伝達によって多孔性輻射体２に吸収
され、多孔性輻射体２が加熱されて装置内に輻射熱が放
出される。放出された輻射熱は、隔壁５が金属材料或い
はセラミックの場合は隔壁５の加熱及び再輻射として受
熱体４に受熱され、又隔壁５が石英ガラス等のように透
明な材質の場合は隔１１５を透過して受熱体４に受熱さ
れ、而して受熱体４を加熱する。

上記の反応装置では、燃焼ガス６は多孔性輻射体２を通
過して加熱した後、排ガス７として排出されるが、その
前に、１１でプロセス水と熱交換される。

この過程でプロセス水は気化し、水蒸気となる。

また、原料ガス８は受熱体４を通過する際に受熱体４に
より加熱されて分解し、Ｈ２とＣｏの混合した生成改質
ガス９となり、１２でプロセス水と熱交換され、装置外
へ送られる。この過程でプロセス水は、気化し水蒸気と
なる。

上述のごとく多孔性輻射体２に吸収された熱を輻射によ
り受熱体４に与え、原料ガス８を受熱体４内に通じて加
熱し、触媒の存在のもとに分解させることにより生成改
質ガス９を得、さらに生成改質ガス９および排ガス７の
顕熱により生成した水蒸気を原料として利用すると、熱
の有効利用が図られる。実施例−１（表−１）に示すよ
うに、排ガス７および生成改質ガス９の該装置出口にお
ける温度が大巾に低下していることが知られる。

表−１ 表−１の結果は、全体として円筒状の第１図に示した本
発明の改質ガスの製造装置を用い、ＣＨ４２−８Ｎ　ｍ
　”　／　Ｈとスチーム（Ｈ２Ｏ）６．８ｋｇ／Ｈの混
合ガスを原料ガスとし、Ｈ２９Ｎ　ｍ　”／Ｈを生成改
質ガスとした場合の結果である。

（発明の効果） 以上のとおり、本発明によれば第１に、排ガス７及び生
成改質ガス９の余熱を回収して熱の有効利用を図ること
ができる。

また、第２に、原料水蒸気を上記の回収熱を利用して該
プロセス内で生成せしめるため、反応系全体の簡略化が
でき、さらに、運転維持費を節約することができる等の
種々の優れた効果を奏すことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の改質ガス製造装置の概略説明図である
。 ｌ　燃焼室、　　　　　２　多孔性輻射体３　受熱室、
　　　　　４　多孔性受熱体５　隔壁、　　　　　　　
６　燃焼ガス７　排ガス、　　　　　　８　原料ガス９
　改質ガス、　　　　ＩＯプロセス水１１　　熱交換器
、　　　　１２　熱交換器Ｉ３　バーナー　　　　１４
　原料ガス供給管１５　円筒状反応装置、１６　改質ガ
ス取出し管第１図 手続補装置 平成１年８月

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化水素ガスとスシチームとからなる原料ガスから
   、触媒の存在下で、水素を含有する改質ガスを製造する
   ための装置であって、 ガス非透過性境界部材により分離された輻射加熱区域と
   被加熱改質区域とを持ち、 該輻射加熱区域と該被加熱改質区域は該ガス非透過性境
   界部材を介して互いに独立した空間を形成して隣接して
   位置しており、 該輻射加熱区域は、該輻射加熱区域内の該ガス非透過境
   界部材に隣接する区域に形成された高温ガスが通過しう
   る多孔性輻射体を備え、 該被加熱改質区域は、該多孔性輻射体からの輻射熱によ
   り該ガス非透過性境界部材を介して加熱される、改質ガ
   ス製造用触媒を担持し且つ原料ガスが通過し得る多孔性
   受熱体を備え、そして該輻射加熱区域の多孔性輻射体よ
   りも下流側に該多孔性輻射体を通過した排ガスの顕熱を
   利用してスチームを生成する第１熱回収区域および／ま
   たは該被加熱改質区域の多孔性受熱体よりも下流側に該
   多孔性受熱体を通過した改質ガスの顕熱を利用してスチ
   ームを生成する第２熱回収区域、を備えている、 ことを特徴とする改質ガス製造装置。 ２、上記請求項１の製造装置を用いて、改質ガスを製造
   する方法であって、 該輻射加熱区域内の該ガス非透過性境界部材に隣接する
   区域に高温ガスを形成して該多孔性輻射体中を通過させ
   て、該多孔性輻射体を高温度に加熱し、 該被加熱改質区域内の該多孔性受熱体の上流側に、炭化
   水素系ガスとスチームとからなる原料ガスを導入しそし
   て上記多孔性輻射体から放射される輻射熱により加熱さ
   れた上記多孔性受熱体中を通過させて改質ガスを生成し
   、そして 該多孔性輻射体を通過した排ガスの顕熱を第１熱回収区
   域で回収するかおよび／または 該多孔性受熱体を通過した改質ガスの顕熱を第２熱回収
   区域で回収して、反応に用いる上記スチームの少くとも
   一部を生成する ことを特徴とする改質ガスの製造法。