JPH0386227A - 反応装置 - 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〕 この発明は反応管内にかいて原料である例えば炭化水素
等の改質反応を行う反応装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来装置として例えば％！ｒ！１餡６３−９７５８２号
公報に示されたものがあり、これを上下逆としたものの
概略を第２図に示す。第２図において、（９）は原料ガ
ス、Ｑ’Ｊは改質ガス、０］）は内を、（財）は内管０
１Ｊの外周側で同心状に配設された外管、□□□は内管
０］）と外管（至）との間に同心状に配設された中間管
、（財）は内管（財）と中間管（至）との間に形成され
原料ガス（９）が導入される第１の環状部、（至）は第
１の環状部■に触媒（至）が充填されて形成された触媒
層、（ロ）は中間管（至）と外ｔｒｆ（至）との間に形
成され原料ガス（９）が触媒層（至）を流通することに
よう改質反応が行われて生成された改質ガス０（◆が流
通する第２の環状部、（至）は内管ＯＤ、外管働のそれ
ぞれの他端に配設された環状エンドキャップであう、第
１の環状部（ロ）と第２の環状部（ロ）とを連通し、触
媒層−から流出する改質ガスα０を反転させて第２の環
状部０に流入させ、第２の環状部（ロ）内を原料ガス（
９）の流通方向と逆方向に流通させる。（至）は触媒（
至）を保持する受は皿であシ、複数のガス流通孔（図示
せず）が形成されてｓ”ｐ　ｓ　これら（ロ）〜（至）
によう環状の反応管（２００）が構成されている。（７
）は環状エンドキャップ（至）を囲繞して配設された環
状のエンドキャップ断熱材、（ロ）は加熱ガスである高
温の燃焼ガス、（６）は燃焼ガス（ロ）の流通路でめシ
、内管０η内に設けられている。

又、第３図は反応管（２００）が複数加熱炉内に組込ま
れた状態を示し、第３図にかいて、（９）−００゜０υ
〜（至）、（ト）〜（６）は第２図の構成と同様でるる
。（２０１）は加熱炉であシ、反応管（２００）が複数
配設されている。（２１１）は加熱炉（２０１）に設け
られたバーナ、（２２１）は原料ガス（９）の導入マニ
ホールド〜（２３１）は改質ガスＱＯの排出マニホール
ド、（２４１）は燃焼ガス（ハ）の排出マニホールド、
（２５１）は炉壁断熱材、（至）は反応管（２００）の
外周側、即ち、外管（至）の外周側に配設された断熱材
であう１図は一例として外管（２）と外管（至）との間
及び外管（至）と炉壁断熱材（２！５１）との間に配役
されている。従って燃焼ガス（財）は内管（ロ）内の流
通路（６）のみを流通することになる。尚、バーナ（２
１１）の燃料、燃焼用空気等のバーナ（２Ｕ）に必要な
ガスの供給ラインは省略している。

次に動作について説明する。原料ガス（９）である炭化
水素とスチームは、例えば４５０°Ｃ程度に予熱された
後、導入マニホールド（２２１）から導入され、各反応
管（２００）の内管（２）と中間管（至）との間の第１
環状部（財）内に導入され、その第１の環状部（至）に
形成された触媒層（至）内を流通し触媒（７）と接触す
る。

ここで、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、Ｈ２
゜Ｃｏ、００２等の混合ガス（改質ガス）となる。反応
の終了した高温（約８００℃程度）の改質ガスαＱは受
は皿（至）のガス流通孔（Ｆｇ示せず）を通過して環状
エンドキャップ（至）内に流出し、流れを反転して中間
管−と外管（２）との間の第２の環状部（ロ）内に流入
し、七のｌＸ２の環状部匈内を原料ガス（９）の流通方
向とは逆方向に流通する。第２の環状部（ロ）を流通す
る過程で、改質ガス（１０と中間管−との熱伝達が促進
され、改質ガス顕熱が中間管（至）の管壁を経て触媒層
（至）に回収された後、改質ガスα０は排出マニホール
ド（２３１）から系外に排出される０加熱源である燃焼
ガス（ロ）は加熱炉（２０１）に設置されたバーナ（２
１１）より供給され、その燃焼ガス（６）は反応管（２
００）の内部、即ち、内管０υの内部の流通路（６）を
内管（２）の内壁部に沿って流れ、排出マニホールド（
２４１）から排出される。この過程で燃焼ガス（財）は
内管Ｃ（ηを加熱する。エンドキャップ断熱材（６）は
この燃焼ガス（財）によシ加熱が不要な所、即ち、触媒
（至）が充填されていない環状エンドキャップ（至）内
の加熱を防止するものである。

以上のように燃焼ガス（財）は内管（２）の内部のみを
流通するので、その燃焼ガス（ロ）によって内管ＯＤの
管壁は均一に加熱され、内管（財）の管壁を通して触媒
／１ｌｌ（至）内を均一に加熱することができ、均一な
改質反応が得られる０又、バーナ（２１１）よシ供給さ
れた燃焼ガス卿は内管（２）の内部を流通させればよい
ので、燃焼ガス（ロ）が充満する加熱炉（２０１”）内
の空間（燃焼空間）はバーナ火炎長井で済む。

ところで、反応管（２００）の管壁温度の最高点は、燃
焼ガス（２）流れの最も上流側でかつエンドキャップ断
熱材（ト）の覆われていない内管ＯＤの管壁部である。

この点は炉壁とは直接相対していないので、炉壁よりの
固体輻射加熱は無視でき、内管０υ内に充満した燃焼ガ
ス輌からのガス輻射が支配的となうその燃焼ガス（財）
によう均一加熱が行える。又、各反応管（２００）毎の
内管（ロ）の管壁温度の均一性は燃焼ガス（財）の各反
応管（２００）への供給量を均一化することによシカ−
加熱が行える。これにょｂ反応管（２００）の長寿命化
が図れる。

尚、各反応管（２００）の外周側に断熱材（転）を設け
て燃焼ガス０が第２の環状部（ロ）を流通する改質ガス
αＯに輻射熱を与えないための断熱効果を得るようにし
たが、断熱材−は必ずしも設ける必要はない０ 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら上述した従来装置では、装置の起動・停止
の繰す返しによる熱応力等によって触媒層−の触媒（７
）が崩壊して小径のものとなう、触媒層（至）の触媒充
填′ａ度が大きくなう充填高さが減少する。その結果、
第１の環状部−の頂部に触媒（至）が充填されない空隙
部が生じる。この空隙部では触媒（至）がないため、ガ
ス流速が低下し、内管６１）と改質ガスＯＱとの熱伝達
率が少なくなる。一方、内管Ｃ３のは燃焼ガス（９）に
より加熱されているため、燃焼ガス（ハ）より内管０］
）へ与えられた熱量は改質ガスＱｌに吸収されず、内管
０］）の温度が上昇する。内管０υの材料は例えば水蒸
気改質反応装置では１０００°Ｃ近くの温度になる。こ
の温度レベルでは温度上昇に伴う材料寿命の低下が著し
いものとなっていた。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
ものであり、内管の長寿命化が図れる反応装置を得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る反応装置は、環状のエンドキャップの上
部に配設され、内側スカート部が内管内に延在し触媒層
の上部の一部分を覆うエンドキャップ断熱材を設けたも
のである。

〔作用〕

この発明にかける反応装置は、エンドキャップ断熱材の
内側スカート部によう、触媒層の上部の一部分にかける
内管の過熱を防止する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。第１図にかいて、（９）−α０　、　ｏｎ〜（至）、
（財）。

（６）は上述した従来装置の構成と同様である。（財）
は環状のエンドキャップ（至）の上部にその周囲を囲繞
して配設され、内側スカート部（ａ４ａ）が内管０υ内
に延在し触媒層（至）の上部の一部分、即ち、第１の環
状ｓ０４の触媒（至）が充填されていない部分もしくは
長期運転後に触媒（至）が充填されなくなる恐れがある
部分を覆うエンドキャップ断熱材である。

次に動作について説明する。原料ガス（９）である炭化
水素とスチームは、例えば４５０℃程度に予熱された後
、導入マニホールド（２２１）から導入され、各反応管
（２００”）の内管（ロ）と中間管付との間の第１環状
部（ロ）内に導入され、その第１の環状部（ロ）に形成
された触媒層（至）内を流通し触媒（至）と接触する。

ここで、原料ガス（９〉は水蒸気改質反応を生じ、Ｈ２
゜００、ＣＯ２等の混合ガス（改質ガス）となる。反応
の終了した高温（約８００℃程度）の改質ガスαＯは受
は皿（至）のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エ
ンドキャップ（至）内に流出し、流れを反転して中間管
（至）と外管（至）との間の第２の環状部（ロ）内に流
入し、その第２の環状部（ロ）内を原料ガス（９）の流
通方向とは逆方向に流通する。第２の環状部（ロ）を流
通する過程で、改質ガスθＧと中間１ｆ（２）との熱伝
達が促進され、改質ガス顕熱が中間管σ車の管壁を経て
触媒層（至）に回収された後、改質ガスαＱは排出マニ
ホールド（２３１）から系外に排出される。加熱源であ
る燃焼ガス曲は加熱炉（２０１）に設置されたバーナ（
ｚｘ１３より供給され、その燃焼ガス（０は反応管（２
００）の内部、即ち、内管（ロ）の内部の流通路（６）
を内管ＯＤの内壁部に沿って流れ、排出マニホールド（
２４１）から排出される。この過程で燃焼ガス０υは内
管０υを加熱する。以上のように燃焼ガス（０は内管（
ロ）の内部のみを流通するので、その燃焼ガス（ハ）に
よって内管ＱＤの管壁は均一に加熱され、内管（２）の
管壁を通して触媒層（至）内を均一に加熱することがで
き、均一な改質反応が得られる。

ところで、エンドキャップ断熱材（財）は環状のエンド
キャップ（至）内の加熱を防止することは従来装置と同
様であるが、エンドキャップ断熱材（財）の内側スカー
ト部（４４ａ　）を内管Ｑ９内に延在させ触媒層（至）
の上部の一部分を覆うようにしたことが新規なものであ
う、特異な効果を発揮する。即ち、装置の起動・停止の
繰シ返しによる熱応力等によって触媒層（至）の触媒■
が崩壊し、触媒層（至）の触媒■の充填高さが低くなシ
、第１の環状部（ロ）の頂部に触媒（至）が充填されな
い空隙部が生じても、この空隙部に相対する内管０υは
エンドキャップ断熱材（財）の内側スカート部（４４ａ
）によう覆われて＞ｐ過熱されることはなく、内管０υ
の長寿命化を図ることができる。

尚、エンドキャップ断熱材−としては単一材料よう構成
されるだけでなく、適時複合材よシ構成されでもよい。

さらに輻射シールド板との併用も可能でらる。

又、上記実施例では第２の環状部は改質ガス流路として
機能する場合について述べたが、第２の環状部に細線や
邪魔板等を入れて伝熱促進を図ってもよい。

ところで、上記説明では水蒸気改質反応装置の場合につ
いて述べたが、−数的な吸熱もしくは発熱反応装置にも
この発明を適用し得ることは勿論のことである。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通９、高温ガスが内部を流通す
る内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管と
の間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に
第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそ
れぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を
形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と
＃ｇ２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第
２の環状部に流入される環状エンドキャップを配設し、
環状のエンドキャップの上部にその内側スカート部が内
管内に延在し触媒層の上部の一部分を覆うエンドキャッ
プ断熱材を配設したことによう、触媒層の上部の一部分
に空隙部が生じたとしても、その空隙部に相対する内管
が過熱されることがなく、内管の長寿命化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による反応装置を示す断面
図、第２図は従来の反応装置を示す断面図、第３図は従
来の反応装置を加熱炉に組込んだ状態を示す断面図であ
る。 図にかいて、（９〉は原料ガス、α０は改質ガス、（ロ
）は内管、（至）は外管、（２）は中間管、（ロ）は第
１の環状部、（至）は触媒層、−は触媒、（至）は第２
の環状部、（至）は環状エンドキャップ、０４はエンド
キャップ断熱材である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外周側で
   同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との間
   に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間管
   との間に形成され原料が導入される第１の環状部と、上
   記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触媒層と
   、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原料が上
   記触媒層を流通することにより生成されるガスが流通す
   る第２の環状部と、上記内管と上記外管のそれぞれの他
   端に配設され、上記第１の環状部と上記第２の環状部と
   を連通し、上記触媒層から流出する上記ガスを上記第２
   の環状部に流入させる環状のエンドキャップと、上記環
   状のエンドキャップの上部に配設され、内側スカート部
   が上記内管内に延在し上記触媒層の上部の一部分を覆う
   エンドキャップ断熱材とを備えたことを特徴とする反応
   装置。