JPH04154601A - 断熱リホーマー反応器 - Google Patents
断熱リホーマー反応器Info
- Publication number
- JPH04154601A JPH04154601A JP27788290A JP27788290A JPH04154601A JP H04154601 A JPH04154601 A JP H04154601A JP 27788290 A JP27788290 A JP 27788290A JP 27788290 A JP27788290 A JP 27788290A JP H04154601 A JPH04154601 A JP H04154601A
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- Japan
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- gas
- reaction
- reforming
- combustion chamber
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- Pending
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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。
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）
本発明は大型の水素製造装置、メタノール製造装置、或
いはアンモニア製造装置において用いられ、改質ガスを
製造する装置に関する。
いはアンモニア製造装置において用いられ、改質ガスを
製造する装置に関する。
（従来の技術）
水素は将来のクリーンエネルギーとして、またメタノー
ルは低公害で輸送が容易な安価な燃料として大量に使用
するために大型装置の開発が要請されているっ このような大型の水素製造装置やメタノール製造装置等
の開発において最も問題となるのは天然ガスより改質ガ
スを製造するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸
気改質装置では改質炉で反応管を外熱する方式であるた
め、例えばメタノール製造装置では１５００〜２０００
Ｔ／Ｄが大型装置の限界となっているっ 大型装置におけるガス改質装置として、水蒸気改質と部
分酸化を組み合わせる方式が最近注目されている。これ
は天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反応を行った後
、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を行い、得られ
た高温のガスを一次改質反応の加熱源とするものである
。この方式は特公昭５０−２０９５９号に記載されてい
る如く、単一反応器を用い他から熱を供給することなく
高圧の改質ガスを得ることができ、従って高圧の水素を
容易に製造できる。またメタノールやアンモニア製造装
置では改質ガスの圧縮機を用いて昇圧すること無（、い
きなり合成反応を行うことができる。
ルは低公害で輸送が容易な安価な燃料として大量に使用
するために大型装置の開発が要請されているっ このような大型の水素製造装置やメタノール製造装置等
の開発において最も問題となるのは天然ガスより改質ガ
スを製造するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸
気改質装置では改質炉で反応管を外熱する方式であるた
め、例えばメタノール製造装置では１５００〜２０００
Ｔ／Ｄが大型装置の限界となっているっ 大型装置におけるガス改質装置として、水蒸気改質と部
分酸化を組み合わせる方式が最近注目されている。これ
は天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反応を行った後
、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を行い、得られ
た高温のガスを一次改質反応の加熱源とするものである
。この方式は特公昭５０−２０９５９号に記載されてい
る如く、単一反応器を用い他から熱を供給することなく
高圧の改質ガスを得ることができ、従って高圧の水素を
容易に製造できる。またメタノールやアンモニア製造装
置では改質ガスの圧縮機を用いて昇圧すること無（、い
きなり合成反応を行うことができる。
更に反応管を外熱する改質炉を用いる必要が無いので、
高圧下で改質反応が行われるので装置の大型化が容易で
ある。
高圧下で改質反応が行われるので装置の大型化が容易で
ある。
このように−次改質反応と二次改質反応を行う自己熱交
換型反応器（以下、断熱リホーマ−と称する）について
は、特開昭６０−１８６４０１号、特開平１−２６１２
０１号、特開平２−１８３０３号等に具体的な構造が示
されており、また特開平２−３６１４号には断熱リホー
マ−を用いたメタノール製造プロセスか示されている。
換型反応器（以下、断熱リホーマ−と称する）について
は、特開昭６０−１８６４０１号、特開平１−２６１２
０１号、特開平２−１８３０３号等に具体的な構造が示
されており、また特開平２−３６１４号には断熱リホー
マ−を用いたメタノール製造プロセスか示されている。
（発明か解決しようとする課題）
特開昭６０−１８６４０１号は、反応器の上部に一次改
質反応を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下部に
燃焼室を有し、−次改質ガスは二次改質触媒層の中心部
にある配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部より
供給される酸素含有ガスと混合して部分酸化が行われた
のち二次改質触媒との接触し、得られた高温の二次改質
ガスが熱交換室で反応管の加熱を行うものである。この
反応器は、■燃焼室において耐火アーチで二次改質触媒
層の重量を支える構造となっているが、燃焼室の温度は
１３００℃以上となるので耐火材の強度とアーチ構造と
の設計上の整合性をとりにくいこと、■二次改質触媒層
のガスの流れが上向きであるので、ガス流速を上げた場
合に触媒の流動化現象が懸念されること等の課題がある
。
質反応を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下部に
燃焼室を有し、−次改質ガスは二次改質触媒層の中心部
にある配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部より
供給される酸素含有ガスと混合して部分酸化が行われた
のち二次改質触媒との接触し、得られた高温の二次改質
ガスが熱交換室で反応管の加熱を行うものである。この
反応器は、■燃焼室において耐火アーチで二次改質触媒
層の重量を支える構造となっているが、燃焼室の温度は
１３００℃以上となるので耐火材の強度とアーチ構造と
の設計上の整合性をとりにくいこと、■二次改質触媒層
のガスの流れが上向きであるので、ガス流速を上げた場
合に触媒の流動化現象が懸念されること等の課題がある
。
また特開平１−２６１２０１号は改質反応管を二重管と
し内管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化
と二次改質反応を行うものである。この反応器は多数の
反応管に均一に改質ガスと酸素含有ガスを通過させる必
要があることから大型装置での採用が困難である。
し内管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化
と二次改質反応を行うものである。この反応器は多数の
反応管に均一に改質ガスと酸素含有ガスを通過させる必
要があることから大型装置での採用が困難である。
更に特開平２−１８３０３号は一次改質管群の下部に燃
焼室と二次改質触媒層の容器を吊り下げる反応器である
。この反応器においては燃焼室が高温となるので耐火性
のキャスタブルで内張する必要があり、相当の重量を有
することから大型化が難しいっ 特開平２−３６１４号には一次改質反応管を二重管とし
、−次改質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入
するフローか示されているっこの方式では一次改質反応
器と二次改質反応器を別個に設けるものであり、−次改
質反応管の内管を通過することにより二次改質反応器に
導入される温度が低下するので酸素含有ガスの使用量が
増大し、またこれにより一次改質反応管の上部の温度が
上昇することから熱回収量が減少することが問題点とし
て上げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部
分て高温ガスをシールする必要があるので装置が複雑と
なり、大型化が困難である。
焼室と二次改質触媒層の容器を吊り下げる反応器である
。この反応器においては燃焼室が高温となるので耐火性
のキャスタブルで内張する必要があり、相当の重量を有
することから大型化が難しいっ 特開平２−３６１４号には一次改質反応管を二重管とし
、−次改質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入
するフローか示されているっこの方式では一次改質反応
器と二次改質反応器を別個に設けるものであり、−次改
質反応管の内管を通過することにより二次改質反応器に
導入される温度が低下するので酸素含有ガスの使用量が
増大し、またこれにより一次改質反応管の上部の温度が
上昇することから熱回収量が減少することが問題点とし
て上げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部
分て高温ガスをシールする必要があるので装置が複雑と
なり、大型化が困難である。
（課題を解決するための手段）
発明者は上記の如き課題を有し大型化が困難な断熱リホ
ーマ−反応器について鋭意検討した結果、竪型反応器に
上部よりフローに従って、熱交換室、燃焼室および二次
改質触媒層と連続的に配置し、二次改質ガスを底部より
取り出して熱交換室のシェル側下部に導入すれば、熱応
力等の問題点が解決され、極めて優れた反応器が得られ
ることを見出し、本発明に至った。
ーマ−反応器について鋭意検討した結果、竪型反応器に
上部よりフローに従って、熱交換室、燃焼室および二次
改質触媒層と連続的に配置し、二次改質ガスを底部より
取り出して熱交換室のシェル側下部に導入すれば、熱応
力等の問題点が解決され、極めて優れた反応器が得られ
ることを見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、炭化水素と水蒸気の混合ガスより一
次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化
の後二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質
反応の加熱源に用いる断熱リホーマ−反応器において、 （ａｔ竪型円筒状反応器の上部に、炭化水素と水蒸気の
混合ガスを管内に改質触媒を有する反応管群に導入し、
上記二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一次改質反
応を行う熱交換室、 （ｂ）熱交換室の下に、反応管群よりの一次改質ガスと
反応器の頂部より供給される酸素含有ガスとを混合して
部分酸化を行う燃焼室、 （ｃ１燃焼室の下に二次改質触媒を有する固定触媒層を
有し、 高温の二次改質ガスを反応器の底部より取り出して連絡
管を通して熱交換室のシェル側下部に導入して一次改質
ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断熱リホー
マ−反応器である。
次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化
の後二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質
反応の加熱源に用いる断熱リホーマ−反応器において、 （ａｔ竪型円筒状反応器の上部に、炭化水素と水蒸気の
混合ガスを管内に改質触媒を有する反応管群に導入し、
上記二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一次改質反
応を行う熱交換室、 （ｂ）熱交換室の下に、反応管群よりの一次改質ガスと
反応器の頂部より供給される酸素含有ガスとを混合して
部分酸化を行う燃焼室、 （ｃ１燃焼室の下に二次改質触媒を有する固定触媒層を
有し、 高温の二次改質ガスを反応器の底部より取り出して連絡
管を通して熱交換室のシェル側下部に導入して一次改質
ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断熱リホー
マ−反応器である。
第１図は本発明の反応器の構造を示す図面である。原料
の炭化水素と水蒸気は流路１より導入され、−次数質反
応管２に入る。この反応管内には改質触媒が充填されて
おり、管内のガスは管外で高温の二次改質ガスと向流に
接触することにより炭化水素の一次改質反応が行われる
。なおこの熱交換室はその効率を高めるためにバッフル
３を設けることが好ましい。反応管を出た一次改質ガス
は集合室４に集められた後、燃焼室５に入る。
の炭化水素と水蒸気は流路１より導入され、−次数質反
応管２に入る。この反応管内には改質触媒が充填されて
おり、管内のガスは管外で高温の二次改質ガスと向流に
接触することにより炭化水素の一次改質反応が行われる
。なおこの熱交換室はその効率を高めるためにバッフル
３を設けることが好ましい。反応管を出た一次改質ガス
は集合室４に集められた後、燃焼室５に入る。
一方、酸素含有ガスは反応器６の頂部にある流路７から
導入され、酸素供給管８を通過して燃焼室に入る。酸素
供給管の先端はバーナーとなっており、−次数質ガスと
酸素含有ガスを混合して部分燃焼反応が行われるっ次に
部分燃焼ガスは二次改質触媒層９を通過して二次改質反
応が行われた後、反応器の底部から流路１０を通過して
熱交換室のシェル側の下部に入り、反応管内のガスを加
熱する。熱交換後の二次改質ガスは流路１１より排出さ
れ合成ガスとなる。
導入され、酸素供給管８を通過して燃焼室に入る。酸素
供給管の先端はバーナーとなっており、−次数質ガスと
酸素含有ガスを混合して部分燃焼反応が行われるっ次に
部分燃焼ガスは二次改質触媒層９を通過して二次改質反
応が行われた後、反応器の底部から流路１０を通過して
熱交換室のシェル側の下部に入り、反応管内のガスを加
熱する。熱交換後の二次改質ガスは流路１１より排出さ
れ合成ガスとなる。
以上の如き反応器において原、料の炭化水素には通常メ
タンを主成分とする天然ガスが用いられるが、立地条件
によりＬＰＧやナフサ等も用いられる。また原料の原単
位を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージ
ガスを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッ
ケル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避け
るために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある
。
タンを主成分とする天然ガスが用いられるが、立地条件
によりＬＰＧやナフサ等も用いられる。また原料の原単
位を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージ
ガスを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッ
ケル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避け
るために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある
。
炭化水素とスチームの混合ガスのスチーム／′カーホン
比が通常２．０〜３．５程度となるように水蒸気が使用
され、４００〜６００°Ｃに予熱して反応器に供給する
。
比が通常２．０〜３．５程度となるように水蒸気が使用
され、４００〜６００°Ｃに予熱して反応器に供給する
。
本発明の断熱リホーマ−反応器における一次改質反応は
、圧力５０〜１５０ ｋｇ／ｃｍ’Ｇ 、温度５００〜
８００°Ｃで反応が行われ、−次数質反応管出口で７０
０〜８００°Ｃとなる。断熱リホーマ−では−次数質反
応管内と管外の圧力差が小さいので改質反応圧を高める
ことができ、前述の如く高圧の水素か容易に得られ、改
質ガス圧縮機を使用せずにメタノールやアンモニア合成
反応に供することができる。
、圧力５０〜１５０ ｋｇ／ｃｍ’Ｇ 、温度５００〜
８００°Ｃで反応が行われ、−次数質反応管出口で７０
０〜８００°Ｃとなる。断熱リホーマ−では−次数質反
応管内と管外の圧力差が小さいので改質反応圧を高める
ことができ、前述の如く高圧の水素か容易に得られ、改
質ガス圧縮機を使用せずにメタノールやアンモニア合成
反応に供することができる。
また大型化が容易である。
一次改質反応管を出たガスは、次に燃焼室において酸素
含有ガスと混合され、部分酸化反応が行われる。酸素含
有ガスとしては水素製造やメタノール製造の場合には高
純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニア製造の場合
には空気が用いられる。酸素含有ガスの使用量は原料炭
化水素の組成や供給温度等ことなり、断熱リホーマ−の
熱収支により決定される。
含有ガスと混合され、部分酸化反応が行われる。酸素含
有ガスとしては水素製造やメタノール製造の場合には高
純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニア製造の場合
には空気が用いられる。酸素含有ガスの使用量は原料炭
化水素の組成や供給温度等ことなり、断熱リホーマ−の
熱収支により決定される。
なお必要に応じて酸素含有ガスと共に原料の炭化水素の
一部を燃焼室に導入することや、燃焼室の温度を制御す
るために水蒸気の一部を燃焼室に導入する二とが行われ
、酸素含有ガスと同様に反応器の頂部より酸素含有ガス
と混合して、或いは二重管等を用いて別個に供給するこ
とができる。
一部を燃焼室に導入することや、燃焼室の温度を制御す
るために水蒸気の一部を燃焼室に導入する二とが行われ
、酸素含有ガスと同様に反応器の頂部より酸素含有ガス
と混合して、或いは二重管等を用いて別個に供給するこ
とができる。
これらの燃焼室に導入されるガスは、断熱リホーマ−の
熱収支上できるだけ予熱して供給することが好ましく、
通常３００〜５００°Ｃで供給される。
熱収支上できるだけ予熱して供給することが好ましく、
通常３００〜５００°Ｃで供給される。
燃焼室の温度はこれらの供給温度や酸素含有ガスの供給
量等により異なるが、通常１３００〜１６００℃である
。燃焼室と熱交換室の仕切りには二の温度に耐えるキャ
スタブル或いは煉瓦によるアーチ構造が用いられる。本
発明の反応器においてはこのアーチ構造に触媒等の重量
が加わらないので大型化に有利であり、またバーナーチ
ップ廻りに７００〜８００°Ｃの一次改質ガスが通過す
るのでバーナーチップが冷却され、その焼損が回避され
る。
量等により異なるが、通常１３００〜１６００℃である
。燃焼室と熱交換室の仕切りには二の温度に耐えるキャ
スタブル或いは煉瓦によるアーチ構造が用いられる。本
発明の反応器においてはこのアーチ構造に触媒等の重量
が加わらないので大型化に有利であり、またバーナーチ
ップ廻りに７００〜８００°Ｃの一次改質ガスが通過す
るのでバーナーチップが冷却され、その焼損が回避され
る。
燃焼室の下には二次改質触媒が充填されており二次改質
反応が行われる 二次改質触媒には通常ニッケル系、或
いは白金系触媒が用いられ、９００〜１１００℃で反応
が行われるっこの触媒層は下向きにガスが通過するので
ガスの流速を高めることができ、塔径を小さくできるの
で大型化装置上有利であり、また温度分布の均一化を図
ることができる。
反応が行われる 二次改質触媒には通常ニッケル系、或
いは白金系触媒が用いられ、９００〜１１００℃で反応
が行われるっこの触媒層は下向きにガスが通過するので
ガスの流速を高めることができ、塔径を小さくできるの
で大型化装置上有利であり、また温度分布の均一化を図
ることができる。
（発明の効果）
本発明の断熱リホーマ−反応器は、■一つの容器内で一
次改質反応と二次改質反応が行われ、■最も高温となる
燃焼室の耐火アーチ構造に触媒等の重量が加わらず、自
重のみの強度で良いこと、■バーナーチップの廻りを一
次改質ガスを通過するのでチップの焼損が防止されるこ
と、■二次改質触媒に対して反応ガスが下向に流れるの
で触媒の流動化を懸念すること無しに線速を上げること
ができ、従って塔径が小さくできること等の利点があり
、大型化装置に有利である。
次改質反応と二次改質反応が行われ、■最も高温となる
燃焼室の耐火アーチ構造に触媒等の重量が加わらず、自
重のみの強度で良いこと、■バーナーチップの廻りを一
次改質ガスを通過するのでチップの焼損が防止されるこ
と、■二次改質触媒に対して反応ガスが下向に流れるの
で触媒の流動化を懸念すること無しに線速を上げること
ができ、従って塔径が小さくできること等の利点があり
、大型化装置に有利である。
これにより大型の水素製造装置やメタノール製造装置等
において改質ガス発生装置の大型化が促進され、産業上
の意義が大きい。
において改質ガス発生装置の大型化が促進され、産業上
の意義が大きい。
第１図は本発明の断熱リホーマ−反応器の説明図である
。 ２ニ一次改質反応管、８：酸素供給管、５：燃焼室、９
：二次改質触媒層 特許出願人 三菱瓦斯化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文
。 ２ニ一次改質反応管、８：酸素供給管、５：燃焼室、９
：二次改質触媒層 特許出願人 三菱瓦斯化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 炭化水素と水蒸気の混合ガスより一次改質反応を行い、
次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二次改質反応を
行い、得られた高温ガスを一次改質反応の加熱源に用い
る断熱リホーマー反応器において、 （ａ）竪型円筒状反応器の上部に、炭化水素と水蒸気の
混合ガスを管内に改質触媒を有する反応管群に導入し、
上記二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一次改質反
応を行う熱交換室、 （ｂ）熱交換室の下に、反応管群よりの一次改質ガスと
反応器の頂部より供給される酸素含有ガスとを混合して
部分酸化を行う燃焼室、 （ｃ）燃焼室の下に二次改質触媒を有する固定触媒層を
有し、 高温の二次改質ガスを反応器の底部より取り出して連絡
管を通して熱交換室のシェル側下部に導入して一次改質
ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断熱リホー
マー反応器
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27788290A JPH04154601A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27788290A JPH04154601A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04154601A true JPH04154601A (ja) | 1992-05-27 |
Family
ID=17589606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27788290A Pending JPH04154601A (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04154601A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841301A1 (en) | 1996-11-12 | 1998-05-13 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
-
1990
- 1990-10-18 JP JP27788290A patent/JPH04154601A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841301A1 (en) | 1996-11-12 | 1998-05-13 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
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