JPH04154602A - 断熱リホーマー装置 - Google Patents
断熱リホーマー装置Info
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- JPH04154602A JPH04154602A JP27788390A JP27788390A JPH04154602A JP H04154602 A JPH04154602 A JP H04154602A JP 27788390 A JP27788390 A JP 27788390A JP 27788390 A JP27788390 A JP 27788390A JP H04154602 A JPH04154602 A JP H04154602A
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- reforming
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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。
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。
このような大型の水素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においては１５００〜２００
０Ｔ／Ｄが大型装置の限界となっている。
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においては１５００〜２００
０Ｔ／Ｄが大型装置の限界となっている。
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、従ってこれより高
圧の水素を容易に製造することができる。またメタノー
ルやアンモニアを製造する場合には改質ガスの圧縮機を
用いて昇圧することなしに、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
が無く、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。
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、従ってこれより高
圧の水素を容易に製造することができる。またメタノー
ルやアンモニアを製造する場合には改質ガスの圧縮機を
用いて昇圧することなしに、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
が無く、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−次数質反応と二次改質反応を行う自己熱交
換型反応装置（以下、断熱リホーマ−装置と称する）に
ついては、特開昭６０−１８６４０１号、特開平１−２
６１２０１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−装置を用いたメタノール製造プロセスが示さ
れている。
換型反応装置（以下、断熱リホーマ−装置と称する）に
ついては、特開昭６０−１８６４０１号、特開平１−２
６１２０１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−装置を用いたメタノール製造プロセスが示さ
れている。
（発明か解決しようとする課題）
特開昭６０−１８６４旧号は、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、−次数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１
３００℃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。
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、−次数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１
３００℃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号は一次改質反応管群の下部
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。
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。
特開平２−３６１４号には一次改質反応管を二重管とし
、−次数質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入
するフローが示されている。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
質反応器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
て挙げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部
分で高温ガスをシールする必要があるので装置か複雑と
なり、大型化が困難である。
、−次数質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入
するフローが示されている。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
質反応器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
て挙げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部
分で高温ガスをシールする必要があるので装置か複雑と
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−装置について鋭意検討した結果、−次改質反応器
と二次改質反応器に分け、−次改質反応器にフローティ
ング式熱交換器の構造を用い、ベローにより一次改質反
応管の熱膨張を吸収させれば大型装置にも対応できる優
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−装置について鋭意検討した結果、−次改質反応器
と二次改質反応器に分け、−次改質反応器にフローティ
ング式熱交換器の構造を用い、ベローにより一次改質反
応管の熱膨張を吸収させれば大型装置にも対応できる優
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反応器において、 （ａｌ−次改質反応器は、竪型フローティイブ成熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、ベローにより反応管の熱膨張を吸収するようにした
反応器、 （ｂ）二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、 原料の炭化水素と水蒸気の混合ガスを−次改質反応熱の
上部から改質触媒を充填した反応管に導入して一次改質
反応を行った後、フローティング部を通過して二次改質
反応器に導き、燃焼室で酸素含有ガスとを混合して部分
酸化を行い、次に断熱触媒層で二次改質反応行って、得
られた高温ガスを一次改質反応器のシェル側下部より一
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−装置である。
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反応器において、 （ａｌ−次改質反応器は、竪型フローティイブ成熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、ベローにより反応管の熱膨張を吸収するようにした
反応器、 （ｂ）二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、 原料の炭化水素と水蒸気の混合ガスを−次改質反応熱の
上部から改質触媒を充填した反応管に導入して一次改質
反応を行った後、フローティング部を通過して二次改質
反応器に導き、燃焼室で酸素含有ガスとを混合して部分
酸化を行い、次に断熱触媒層で二次改質反応行って、得
られた高温ガスを一次改質反応器のシェル側下部より一
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−装置である。
本発明の装置において一次改質反応器の一次改質ガスの
出口ノズルを下部に設置する場合と、中心管を用いてこ
のノズルを一次改質反応器の上部に設置する場合がある
。次にそれぞれの場合について図面を用いて説明する。
出口ノズルを下部に設置する場合と、中心管を用いてこ
のノズルを一次改質反応器の上部に設置する場合がある
。次にそれぞれの場合について図面を用いて説明する。
第１図は本発明の断熱リホーマ−装置で一次改質反応器
の一次改質ガスの出口ノズルを下部に設置する場合の構
造を示す図面である。一次改質反応器ｌにおいて、原料
の炭化水素と水蒸気は流路２より導入され、反応管３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４を設け
ることが好ましい。反応管を出た一次改質ガスは下部の
フローティング部５に集められた後、出口ノズル６に至
り、流路７から二次改質反応器８の燃焼室９に入る。な
お反応管の熱膨張の差による熱応力を回避するためにフ
ローティンクヘツトＩＯと出口ノズルの間にヘロ−１１
を設けてシールされる。
の一次改質ガスの出口ノズルを下部に設置する場合の構
造を示す図面である。一次改質反応器ｌにおいて、原料
の炭化水素と水蒸気は流路２より導入され、反応管３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４を設け
ることが好ましい。反応管を出た一次改質ガスは下部の
フローティング部５に集められた後、出口ノズル６に至
り、流路７から二次改質反応器８の燃焼室９に入る。な
お反応管の熱膨張の差による熱応力を回避するためにフ
ローティンクヘツトＩＯと出口ノズルの間にヘロ−１１
を設けてシールされる。
燃焼室においては流路１２から導入される酸素含有ガス
と混合して部分酸化反応が行われる。次に部分酸化ガス
は二次改質触媒層■３を通過して二次改質反応が行われ
た後、二次反応器の底部から流路１４を通過して一次改
質反応器のシェル側の下部に入り、次数質反応管内を加
熱し、流路１５より排出され合成ガスとなる。
と混合して部分酸化反応が行われる。次に部分酸化ガス
は二次改質触媒層■３を通過して二次改質反応が行われ
た後、二次反応器の底部から流路１４を通過して一次改
質反応器のシェル側の下部に入り、次数質反応管内を加
熱し、流路１５より排出され合成ガスとなる。
なお一次改質反応器および二次改質反応器には触媒を充
填するためのマンウェイ１６や点検孔１７が設けられて
おり、触媒換装や反応器の点検を容易に行うことができ
る。
填するためのマンウェイ１６や点検孔１７が設けられて
おり、触媒換装や反応器の点検を容易に行うことができ
る。
第２図は本発明の反応装置において一次改質反応器に中
心管を用いて出口ノズルを反応器の上部に設置する場合
の図面である。この図においてはフローティング部５よ
りのガスが中心管１８を通過して反応器の上部の出口ノ
ズル６に至る。また下部管板１９と中心管の先端の間に
ヘロー２０が設置される。
心管を用いて出口ノズルを反応器の上部に設置する場合
の図面である。この図においてはフローティング部５よ
りのガスが中心管１８を通過して反応器の上部の出口ノ
ズル６に至る。また下部管板１９と中心管の先端の間に
ヘロー２０が設置される。
なお第１図および第２図において、一次改質反応器およ
び二次改質反応器の内面や各マンウェイ及び各ガスノズ
ルの内側には１５０〜２５００１１１１程度の厚さの断
熱材が施工されるっまたベローは鏡板と出口ノズル、或
いは管板と中心管に溶接して固定される。
び二次改質反応器の内面や各マンウェイ及び各ガスノズ
ルの内側には１５０〜２５００１１１１程度の厚さの断
熱材が施工されるっまたベローは鏡板と出口ノズル、或
いは管板と中心管に溶接して固定される。
以上の如き反応装置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。
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。
又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７ガスを混合することが行われる。
よりのバー７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２．５〜３．５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。
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２．５〜３．５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−装置における一次改質反応は、
圧力５０〜１２０ ｋｇ／ｃｍ２Ｇ 、温度５００〜８
００°Ｃで反応が行われ、−次数質反応管出口で７００
〜８００°Ｃとなる。断熱リホーマ−装置では反応管内
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が得られ、改質ガスの圧縮
機を使用せずにメタノールやアンモニア合成反応ニ供す
ることができる。また大型化が容易である。
圧力５０〜１２０ ｋｇ／ｃｍ２Ｇ 、温度５００〜８
００°Ｃで反応が行われ、−次数質反応管出口で７００
〜８００°Ｃとなる。断熱リホーマ−装置では反応管内
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が得られ、改質ガスの圧縮
機を使用せずにメタノールやアンモニア合成反応ニ供す
ることができる。また大型化が容易である。
−次数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により異なり、断熱リホーマ
−装置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により異なり、断熱リホーマ
−装置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ことが行わ
れ、−次数質ガスや酸素含有ガス己混合して、或いは二
重管等を用いて別個に供給すイことができる。これらの
燃焼室に導入されるガス１：、断熱リホーマ−装置の熱
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℃でせ給される。
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ことが行わ
れ、−次数質ガスや酸素含有ガス己混合して、或いは二
重管等を用いて別個に供給すイことができる。これらの
燃焼室に導入されるガス１：、断熱リホーマ−装置の熱
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℃でせ給される。
燃焼室の温度はこれらの供給温度や酸素含有が２の供給
量等により異なるが、通常１３００−１６００℃でよる
。この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（＝通常ニッ
ケル系、或いは白金系触媒が用いられ、００〜１１００
’ｃで反応が行われる。
量等により異なるが、通常１３００−１６００℃でよる
。この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（＝通常ニッ
ケル系、或いは白金系触媒が用いられ、００〜１１００
’ｃで反応が行われる。
（発明の効果）
本発明の断熱リホーマ−装置では、■フローティ２フ式
構造を用いることにより一次改質反応器でＣシールが不
要で、反応器の構造が簡単であることや、■ベローを用
いることにより、反応管等の熱膨弘か容易に吸収される
こと等の特徴があり、従来の！交換器の技術で容易に製
作することができ、また大型化も容易である。
構造を用いることにより一次改質反応器でＣシールが不
要で、反応器の構造が簡単であることや、■ベローを用
いることにより、反応管等の熱膨弘か容易に吸収される
こと等の特徴があり、従来の！交換器の技術で容易に製
作することができ、また大型化も容易である。
これにより大型の水素製造装置やメタノール装置等にお
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。
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−装置で一次改質ガスの
出口ノズルを下部に設置する場合、第２図は一次改質ガ
スの出口ノズルを下部に設置する場合の構造を示す図面
である。 第１図および第２図において、 １゛一次改質反応器、３ニ一次改質反応管、５：フロー
ティング部、８．二次改質反応器、９：燃焼室ｌＩ：ベ
ロー ■３：二次改質触媒層を示す。 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 ？ 第 図 第 図
出口ノズルを下部に設置する場合、第２図は一次改質ガ
スの出口ノズルを下部に設置する場合の構造を示す図面
である。 第１図および第２図において、 １゛一次改質反応器、３ニ一次改質反応管、５：フロー
ティング部、８．二次改質反応器、９：燃焼室ｌＩ：ベ
ロー ■３：二次改質触媒層を示す。 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 ？ 第 図 第 図
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
る断熱リホーマー装置において、 （ａ）一次改質反応器は、竪型フローティング式熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、ベローにより反応管の熱膨張を吸収するようにした
反応器、 （ｂ）二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、原料の炭化水素と水蒸
気の混合ガスを一次改質反応器の上部から改質触媒を充
填した反応管に導入して一次改質反応を行った後、フロ
ーティング部を通過して二次改質反応器に導き、燃焼室
で酸素含有ガスとを混合して部分酸化を行い、次に断熱
触媒層で二次改質反応行って、得られた高温ガスを一次
改質反応器の胴側下部より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装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02277883A JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02277883A JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04154602A true JPH04154602A (ja) | 1992-05-27 |
| JP3094435B2 JP3094435B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=17589620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02277883A Expired - Fee Related JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3094435B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841301A1 (en) * | 1996-11-12 | 1998-05-13 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
| JP2002080203A (ja) * | 2000-07-07 | 2002-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質器 |
| JP2004224690A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Inst Fr Petrole | 新規な部分酸化反応器 |
-
1990
- 1990-10-18 JP JP02277883A patent/JP3094435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841301A1 (en) * | 1996-11-12 | 1998-05-13 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
| AU735457B2 (en) * | 1996-11-12 | 2001-07-12 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
| US6426054B1 (en) | 1996-11-12 | 2002-07-30 | Amonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
| JP2002080203A (ja) * | 2000-07-07 | 2002-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質器 |
| JP2004224690A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Inst Fr Petrole | 新規な部分酸化反応器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3094435B2 (ja) | 2000-10-03 |
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