JPH04290535A - 炭化水素の改質装置 - Google Patents
炭化水素の改質装置Info
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- JPH04290535A JPH04290535A JP7692691A JP7692691A JPH04290535A JP H04290535 A JPH04290535 A JP H04290535A JP 7692691 A JP7692691 A JP 7692691A JP 7692691 A JP7692691 A JP 7692691A JP H04290535 A JPH04290535 A JP H04290535A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
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- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメタン等の炭化水素をス
チームリフォーミングによって改質し、水素等を製造す
る炭化水素の改質装置に関し、詳細には生成される改質
ガスのメタン分率を低くすると共に、装置自体がコンパ
クトに構成された炭化水素の改質装置に関するものであ
る。
チームリフォーミングによって改質し、水素等を製造す
る炭化水素の改質装置に関し、詳細には生成される改質
ガスのメタン分率を低くすると共に、装置自体がコンパ
クトに構成された炭化水素の改質装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば燃料電池用の水素ガスを製造する
方法としてメタンガスをスチームリフォーミングする方
法がある。この方法は高温条件下で改質触媒層内に、メ
タンガスとスチームを混合した原料ガスを流通させて次
の反応を行なうものである。 ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２（吸熱反応）
方法としてメタンガスをスチームリフォーミングする方
法がある。この方法は高温条件下で改質触媒層内に、メ
タンガスとスチームを混合した原料ガスを流通させて次
の反応を行なうものである。 ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２（吸熱反応）
【００
０３】上記改質反応を行なう装置としては、生成される
改質ガスのメタン分率が２％以下であることが要求され
ると共に、コンパクトに構成されることが望まれており
、大別して単管式（図８参照）と多管式（図９参照）が
ある。すなわち図８に示す単管式の装置は、断熱容器１
内に同心状に外側反応通路１１及び内側反応通路１２を
設け、該反応通路１１及び１２をその下部で接続し、こ
れら反応通路１１、１２内に触媒３を充填する。また外
側反応通路１１の上部には原料ガス供給管４ａが接続さ
れると共に、内側通路１２には改質ガス排出管５ａが接
続される。 さらに内側反応通路１２の内側には燃焼バーナ８が設け
られて燃焼室７が形成され、燃焼ガスは反応通路１１、
１２の外面に接触して排出管８ａより放出される。なお
符号６は燃焼ガスの滞留時間を調整するための充填物で
ある。
０３】上記改質反応を行なう装置としては、生成される
改質ガスのメタン分率が２％以下であることが要求され
ると共に、コンパクトに構成されることが望まれており
、大別して単管式（図８参照）と多管式（図９参照）が
ある。すなわち図８に示す単管式の装置は、断熱容器１
内に同心状に外側反応通路１１及び内側反応通路１２を
設け、該反応通路１１及び１２をその下部で接続し、こ
れら反応通路１１、１２内に触媒３を充填する。また外
側反応通路１１の上部には原料ガス供給管４ａが接続さ
れると共に、内側通路１２には改質ガス排出管５ａが接
続される。 さらに内側反応通路１２の内側には燃焼バーナ８が設け
られて燃焼室７が形成され、燃焼ガスは反応通路１１、
１２の外面に接触して排出管８ａより放出される。なお
符号６は燃焼ガスの滞留時間を調整するための充填物で
ある。
【０００４】他方図９に示す多管式の改質装置は、断熱
容器１の上部に燃焼バーナ８を設けて燃焼室７を形成す
ると共に、該燃焼室７内に複数本の反応管２を配設して
なる。該反応管２は図１０に示す様に外管２２と内管２
３の２重構造で形成され、これら管２２、２３の間に触
媒３を充填して反応通路２Ａを形成し、該通路２Ａ内へ
ヘッダー４（図９参照）を介して原料ガスＧ１を導入し
、内管２３よりヘッダー５を介して改質ガスＧ２を改質
ガス排出管５ａから回収する。なお図１０の符号２１は
燃焼ガスより外管２２の上部を保護するための遮へい板
である。
容器１の上部に燃焼バーナ８を設けて燃焼室７を形成す
ると共に、該燃焼室７内に複数本の反応管２を配設して
なる。該反応管２は図１０に示す様に外管２２と内管２
３の２重構造で形成され、これら管２２、２３の間に触
媒３を充填して反応通路２Ａを形成し、該通路２Ａ内へ
ヘッダー４（図９参照）を介して原料ガスＧ１を導入し
、内管２３よりヘッダー５を介して改質ガスＧ２を改質
ガス排出管５ａから回収する。なお図１０の符号２１は
燃焼ガスより外管２２の上部を保護するための遮へい板
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記改質反応
は、他の条件が一定であればスチームとメタンガスの体
積比（以下Ｓ／Ｃ比という）は反応速度や改質ガス中の
ＣＯ濃度等を考慮すると２程度が適当であると考えられ
ており、このとき装置のコンパクト化にも有効である。 しかしながら実際の運転において原料ガスのＳ／Ｃ比が
２程度の場合は、生成される改質ガスのメタン分率が２
％より高くなってしまい、メタン分率を２％以下にしよ
うとすると改質反応通路後半部では、高温条件下で反応
を行う必要が生じ、例えば触媒は８００〜９００℃、壁
材は１０００℃以上でも使用可能である高価な材料が必
要となってくる。したがって前記した改質装置では、コ
ンパクト化は犠牲にしても、Ｓ／Ｃ比が４程度の原料ガ
スを用いて、メタン分率が２％以下となる様な改質ガス
を得ている。
は、他の条件が一定であればスチームとメタンガスの体
積比（以下Ｓ／Ｃ比という）は反応速度や改質ガス中の
ＣＯ濃度等を考慮すると２程度が適当であると考えられ
ており、このとき装置のコンパクト化にも有効である。 しかしながら実際の運転において原料ガスのＳ／Ｃ比が
２程度の場合は、生成される改質ガスのメタン分率が２
％より高くなってしまい、メタン分率を２％以下にしよ
うとすると改質反応通路後半部では、高温条件下で反応
を行う必要が生じ、例えば触媒は８００〜９００℃、壁
材は１０００℃以上でも使用可能である高価な材料が必
要となってくる。したがって前記した改質装置では、コ
ンパクト化は犠牲にしても、Ｓ／Ｃ比が４程度の原料ガ
スを用いて、メタン分率が２％以下となる様な改質ガス
を得ている。
【０００６】また前記改質装置においては、反応通路後
半部において、原料ガスの偏流が生じると、原料ガスの
通過量が少ない部分の触媒は改質反応による十分な吸熱
が行なわれず、触媒の劣化を招き易いという問題を有し
ていた。さらに燃焼ガスの偏流が重なると壁材が融解す
ることもあり、解決策が求められていた。
半部において、原料ガスの偏流が生じると、原料ガスの
通過量が少ない部分の触媒は改質反応による十分な吸熱
が行なわれず、触媒の劣化を招き易いという問題を有し
ていた。さらに燃焼ガスの偏流が重なると壁材が融解す
ることもあり、解決策が求められていた。
【０００７】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であって、装置のコンパクト化が図れると共に、反応通
路後半部において異常な高温化を防止することができる
炭化水素の改質装置を提供しようとするものである。
であって、装置のコンパクト化が図れると共に、反応通
路後半部において異常な高温化を防止することができる
炭化水素の改質装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明は、触媒を充填した反応通路に炭化水素およびスチ
ームを供給して炭化水素を改質ガスに変換する炭化水素
の改質装置であって、前記反応通路後半部に開口してス
チームを導入するスチーム供給管を設けてなる点を要旨
とするものである。
発明は、触媒を充填した反応通路に炭化水素およびスチ
ームを供給して炭化水素を改質ガスに変換する炭化水素
の改質装置であって、前記反応通路後半部に開口してス
チームを導入するスチーム供給管を設けてなる点を要旨
とするものである。
【０００９】
【作用】本発明は反応通路の後半部へスチームを添加供
給できる構成であるので、反応通路前半部へ供給する原
料ガスにおけるＳ／Ｃ比を低くして高メタン分圧とし、
反応通路前半部における改質反応を効率的に行うことが
できる。また反応通路後半部においては、スチームを添
加供給することによってＳ／Ｃ比を高め改質ガスのメタ
ン分率を低くすることができる。
給できる構成であるので、反応通路前半部へ供給する原
料ガスにおけるＳ／Ｃ比を低くして高メタン分圧とし、
反応通路前半部における改質反応を効率的に行うことが
できる。また反応通路後半部においては、スチームを添
加供給することによってＳ／Ｃ比を高め改質ガスのメタ
ン分率を低くすることができる。
【００１０】さらにこの反応による吸熱作用によって反
応通路後半部における過剰な高温化は防ぐことができ、
通路形成材料の溶融や触媒の劣化を防止し、装置を厚肉
化する必要がなくなり装置自体を小型軽量化でき、触媒
の交換頻度も減って低コストとすることができる。
応通路後半部における過剰な高温化は防ぐことができ、
通路形成材料の溶融や触媒の劣化を防止し、装置を厚肉
化する必要がなくなり装置自体を小型軽量化でき、触媒
の交換頻度も減って低コストとすることができる。
【００１１】他方原料ガス供給管より反応通路内へ直接
導入する原料ガス流量は従来装置に比べて低減できるこ
ととなり、所定の反応温度まで高温化するための燃焼バ
ーナの必要熱量は低減でき、さらに該原料ガスを反応温
度まで高めるのに要する反応通路長さを短くすることが
できる。
導入する原料ガス流量は従来装置に比べて低減できるこ
ととなり、所定の反応温度まで高温化するための燃焼バ
ーナの必要熱量は低減でき、さらに該原料ガスを反応温
度まで高めるのに要する反応通路長さを短くすることが
できる。
【００１２】なおスチーム供給管より導入するスチーム
の温度は８００ ℃以上とすることが好ましく、これに
より改質反応温度までの加熱を該スチームの熱量を利用
して行なえ、装置を小型化できる。
の温度は８００ ℃以上とすることが好ましく、これに
より改質反応温度までの加熱を該スチームの熱量を利用
して行なえ、装置を小型化できる。
【００１３】
【実施例】図１は単管式の炭化水素改質装置の縦断面説
明図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 断熱容器１内には図８に示した装置と同様、燃焼バーナ
８、外側反応通路１１、内側反応通路１２等が配設され
る。本発明装置の特徴的な構成は、内側反応通路１２内
にスチーム供給管９が挿設され、該供給管９の先端は触
媒３層の中に開口して設けられる。なお該開口は触媒の
温度が最も高くなる位置を臨む様に設けることが好まし
く、燃焼バーナ８による加熱及び反応通路内で改質ガス
が平衡となって吸熱反応による冷却が行なわれずに加熱
が進行する部位の最上流側とすることが推奨される。す
なわち改質ガスが平衡となった部位より下流側の反応通
路内にスチームを添加することにより、Ｓ／Ｃ比を高く
して改質ガスのメタン分率を下げると共に、この吸熱反
応によってこれより下流側の反応触媒層等における必要
以上の高温化を防止する。図１の例においては原料ガス
（メタンとスチームの混合ガス）Ｇ１は外側反応通路１
１から内側反応通路１２へ移動することになり、内側反
応通路１２において高温化の傾向があり、また燃焼バー
ナ８からも近接しているので、該内側反応通路１２の中
間部に開口する様にスチーム供給管９を複数本突設する
こととしている。
明図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 断熱容器１内には図８に示した装置と同様、燃焼バーナ
８、外側反応通路１１、内側反応通路１２等が配設され
る。本発明装置の特徴的な構成は、内側反応通路１２内
にスチーム供給管９が挿設され、該供給管９の先端は触
媒３層の中に開口して設けられる。なお該開口は触媒の
温度が最も高くなる位置を臨む様に設けることが好まし
く、燃焼バーナ８による加熱及び反応通路内で改質ガス
が平衡となって吸熱反応による冷却が行なわれずに加熱
が進行する部位の最上流側とすることが推奨される。す
なわち改質ガスが平衡となった部位より下流側の反応通
路内にスチームを添加することにより、Ｓ／Ｃ比を高く
して改質ガスのメタン分率を下げると共に、この吸熱反
応によってこれより下流側の反応触媒層等における必要
以上の高温化を防止する。図１の例においては原料ガス
（メタンとスチームの混合ガス）Ｇ１は外側反応通路１
１から内側反応通路１２へ移動することになり、内側反
応通路１２において高温化の傾向があり、また燃焼バー
ナ８からも近接しているので、該内側反応通路１２の中
間部に開口する様にスチーム供給管９を複数本突設する
こととしている。
【００１４】上記スチーム供給管９の配設位置は図１の
例に限定されるものではなく、図５に示す様に原料ガス
Ｇ１の導入方向の違いによって外側反応通路１１内に設
けたり、或は図６に示す様に燃焼バーナ８の向きや、ラ
イザー管８ｃの有無を考慮して、そのスチーム供給管９
の開口位置を変更したものであっても良い。
例に限定されるものではなく、図５に示す様に原料ガス
Ｇ１の導入方向の違いによって外側反応通路１１内に設
けたり、或は図６に示す様に燃焼バーナ８の向きや、ラ
イザー管８ｃの有無を考慮して、そのスチーム供給管９
の開口位置を変更したものであっても良い。
【００１５】一方図３は多管式の改質装置に用いられる
反応管２の１本を示す断面図であり、該反応管２は外管
２２、中管２９及びスチーム供給管９の３重構造からな
り、外管２２と中管２９の間に形成される最外通路２４
の全部及び、中管２９とスチーム供給管９の間に形成さ
れる中間通路２５の上部には触媒３が充填され、改質反
応通路として使用される。またスチーム供給管９の先端
９ａは図４に示す様に多数の孔９ｂを形成しており、該
先端９ａは反応管２における上方の空間部２Ｓへ突出さ
れ、管路９Ａを通してスチームＳが放出される。
反応管２の１本を示す断面図であり、該反応管２は外管
２２、中管２９及びスチーム供給管９の３重構造からな
り、外管２２と中管２９の間に形成される最外通路２４
の全部及び、中管２９とスチーム供給管９の間に形成さ
れる中間通路２５の上部には触媒３が充填され、改質反
応通路として使用される。またスチーム供給管９の先端
９ａは図４に示す様に多数の孔９ｂを形成しており、該
先端９ａは反応管２における上方の空間部２Ｓへ突出さ
れ、管路９Ａを通してスチームＳが放出される。
【００１６】（実験例１）図３に示す反応管２を有する
多管式の改質装置（図９参照）を用い、天然ガスとスチ
ームを混合してＳ／Ｃ比が２の原料ガスＧ１を供給管４
ａより供給すると共に、反応管２の上方空間部２Ｓへ約
８００℃のスチームを供給管９を介して供給した。
多管式の改質装置（図９参照）を用い、天然ガスとスチ
ームを混合してＳ／Ｃ比が２の原料ガスＧ１を供給管４
ａより供給すると共に、反応管２の上方空間部２Ｓへ約
８００℃のスチームを供給管９を介して供給した。
【００１７】反応管２内の温度が８００ ℃で圧力が７
．８ 気圧のとき、Ｓ／Ｃ比が２である原料ガスの平衡
時におけるメタン組成は４．６ ％であるが、Ｓ／Ｃ比
が４となる様にスチームを添加すると平衡時のメタン組
成は１．５ ％となる。このメタン改質反応によって吸
熱される熱量は１．２（ｋｃａｌ／原料モル）であり、
これは全反応熱量の３％に相当し、これによって改質ガ
スの温度を低下することができ、反応管２の融解や触媒
の活性劣化を防止することができた。
．８ 気圧のとき、Ｓ／Ｃ比が２である原料ガスの平衡
時におけるメタン組成は４．６ ％であるが、Ｓ／Ｃ比
が４となる様にスチームを添加すると平衡時のメタン組
成は１．５ ％となる。このメタン改質反応によって吸
熱される熱量は１．２（ｋｃａｌ／原料モル）であり、
これは全反応熱量の３％に相当し、これによって改質ガ
スの温度を低下することができ、反応管２の融解や触媒
の活性劣化を防止することができた。
【００１８】他方図３に示す反応管２の最外通路２４に
おいては、Ｓ／Ｃ比が２のときメタン分圧はＳ／Ｃ比が
４のときに比較して約１．６６倍に上昇することになる
ので、改質反応が促進され、図７に示す様に反応通路長
さを短く形成できる。
おいては、Ｓ／Ｃ比が２のときメタン分圧はＳ／Ｃ比が
４のときに比較して約１．６６倍に上昇することになる
ので、改質反応が促進され、図７に示す様に反応通路長
さを短く形成できる。
【００１９】さらに従来装置においては負荷減少時に反
応管２が一時的に高温となるが、本発明装置においては
スチーム供給管より供給するスチーム量を負荷減少に合
わせて増加すると、一時的に吸熱反応量が増加して反応
管２の温度が上昇するのを防止できることが分かった。
応管２が一時的に高温となるが、本発明装置においては
スチーム供給管より供給するスチーム量を負荷減少に合
わせて増加すると、一時的に吸熱反応量が増加して反応
管２の温度が上昇するのを防止できることが分かった。
【００２０】（実験例２）図１，２に示す単管式の改質
装置を使用して天然ガスとスチームを原料ガス（Ｓ／Ｃ
比は２）とし、スチーム供給管９を介してスチームをＳ
／Ｃ比が４となる様に供給したところ、上記実験例１と
同様の結果を得られた。
装置を使用して天然ガスとスチームを原料ガス（Ｓ／Ｃ
比は２）とし、スチーム供給管９を介してスチームをＳ
／Ｃ比が４となる様に供給したところ、上記実験例１と
同様の結果を得られた。
【００２１】
【発明の効果】本発明においては、反応通路へ供給する
原料ガスのＳ／Ｃ比を低くして供給できると共に、反応
通路後半部でスチームを添加することにより、効率的に
炭化水素の改質が行い、反応通路を短かく形成すること
ができ、しかもこの吸熱反応によって必要以上の高温化
を引き起こすことがなくなり、装置全体をコンパクト化
し、断熱材の節減や材料の薄肉化等によって低コストの
装置とすることが可能となった。
原料ガスのＳ／Ｃ比を低くして供給できると共に、反応
通路後半部でスチームを添加することにより、効率的に
炭化水素の改質が行い、反応通路を短かく形成すること
ができ、しかもこの吸熱反応によって必要以上の高温化
を引き起こすことがなくなり、装置全体をコンパクト化
し、断熱材の節減や材料の薄肉化等によって低コストの
装置とすることが可能となった。
【図１】本発明の単管式改質装置の一例を示す断面説明
図である。
図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の多管式改質装置に用いられる反応管の
断面図である。
断面図である。
【図４】図３のスチーム供給管の先端部を示す拡大説明
図である。
図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す説明図である。
【図７】反応通路距離とＣＨ４転化率の関係を示すグラ
フである。
フである。
【図８】従来の単管式改質装置の一例を示す断面説明図
である。
である。
【図９】従来の多管式改質装置の一例を示す断面説明図
である。
である。
【図１０】図９に示す反応管の拡大断面図である。
９ スチーム供給管
Claims (1)
- 【請求項１】 触媒を充填した反応通路に炭化水素お
よびスチームを供給して炭化水素を改質ガスに変換する
炭化水素の改質装置であって、前記反応通路後半部に開
口してスチームを導入するスチーム供給管を設けてなる
ことを特徴とする炭化水素の改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7692691A JPH04290535A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 炭化水素の改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7692691A JPH04290535A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 炭化水素の改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04290535A true JPH04290535A (ja) | 1992-10-15 |
Family
ID=13619325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7692691A Withdrawn JPH04290535A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 炭化水素の改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04290535A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050254A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質装置 |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP7692691A patent/JPH04290535A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008050254A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-03-06 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 改質装置 |
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