JPH0450101A - 燃料改質器 - Google Patents
燃料改質器Info
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- JPH0450101A JPH0450101A JP2159265A JP15926590A JPH0450101A JP H0450101 A JPH0450101 A JP H0450101A JP 2159265 A JP2159265 A JP 2159265A JP 15926590 A JP15926590 A JP 15926590A JP H0450101 A JPH0450101 A JP H0450101A
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- Japan
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- reforming
- catalyst
- gas
- tube
- fuel
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (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、炭化水素系の原燃料を水蒸気とともに改質触
媒の下に水蒸気改質して水素を含むガスにする燃料改質
器に関する。
媒の下に水蒸気改質して水素を含むガスにする燃料改質
器に関する。
天然ガスやナフサ等の炭化水素系の原燃料に水蒸気を付
加してなる改質原料ガスを改質触媒の下に熱媒体の加熱
により水素を含むガスに改質して改質ガスを生成し、こ
の改質ガスを一酸化炭素変成器を経て燃料電池に供給す
る燃料改質器として第２図に示すものが知られている。
加してなる改質原料ガスを改質触媒の下に熱媒体の加熱
により水素を含むガスに改質して改質ガスを生成し、こ
の改質ガスを一酸化炭素変成器を経て燃料電池に供給す
る燃料改質器として第２図に示すものが知られている。
第２図において、燃料改質器１は改質管２と、改質管２
の内側に配されるバーナ３と、このバーナ３を上部に備
え、改質管２内に改質触媒が充填されてなる触媒充填部
を外部から囲む炉容器４とから構成されている。改質管
２において、５は直立した仕切円筒であり、この仕切円
筒５を挟んでその両側に円筒状の外管６と内管７とが配
置されている。外管６と内管７との下端部は仕切円筒５
の下端から離れて半トーラス状の底板で連結され、外管
６と仕切円筒５および仕切円筒５と内管７とによりそれ
ぞれ下端部で接続する外側環状空間８と内側環状空間９
とが形成されている。外側、内側環状空間８．９におい
てその下半部には改質触媒１２が充填されて外触媒層Ｉ
Ｏと自触媒層１１とが下端部の半トーラス部で接続され
て形成されている。
の内側に配されるバーナ３と、このバーナ３を上部に備
え、改質管２内に改質触媒が充填されてなる触媒充填部
を外部から囲む炉容器４とから構成されている。改質管
２において、５は直立した仕切円筒であり、この仕切円
筒５を挟んでその両側に円筒状の外管６と内管７とが配
置されている。外管６と内管７との下端部は仕切円筒５
の下端から離れて半トーラス状の底板で連結され、外管
６と仕切円筒５および仕切円筒５と内管７とによりそれ
ぞれ下端部で接続する外側環状空間８と内側環状空間９
とが形成されている。外側、内側環状空間８．９におい
てその下半部には改質触媒１２が充填されて外触媒層Ｉ
Ｏと自触媒層１１とが下端部の半トーラス部で接続され
て形成されている。
そして自触媒層１０と外触媒層１１とを仕切る仕切円筒
５の下半部は下から上に向って厚さの厚い断熱層１３を
有している。一方、外側、内側環状空間８゜９の上半部
には対流伝熱を促進するアルミナ等からなる伝熱粒子２
２が充填されて熱交換部が形成されている。
５の下半部は下から上に向って厚さの厚い断熱層１３を
有している。一方、外側、内側環状空間８゜９の上半部
には対流伝熱を促進するアルミナ等からなる伝熱粒子２
２が充填されて熱交換部が形成されている。
外側環状空間８の上端部には改質原料ガスマニホールド
１５を介して改質原料ガスの入口１６が、また内側環状
空間９の上端部には改質ガス出口マニホールド１７を介
して改質ガスの出口１８が形成されている。
１５を介して改質原料ガスの入口１６が、また内側環状
空間９の上端部には改質ガス出口マニホールド１７を介
して改質ガスの出口１８が形成されている。
バーナ３は改質管２の内側に設けられ、さらにバーナ３
からの燃焼ガスが改質管２内の触媒充填部を加熱するよ
うに外触媒層１０と自触媒層１１とからなる触媒層の始
点、終点のレベルに配置されている。
からの燃焼ガスが改質管２内の触媒充填部を加熱するよ
うに外触媒層１０と自触媒層１１とからなる触媒層の始
点、終点のレベルに配置されている。
炉容器４はバーナ３を上部に備え、改質管２の外触媒層
１０と自触媒層１１とからなる触媒層を外部から囲むよ
うに設けられ、その内側面と底面とには耐火断熱材１９
が配設されている。そして炉容器４内にはバーナ３から
の燃焼ガスが改質管２の内側に沿って流れた後、改質管
２の下端で折返して改質管２の外側に沿って流れる燃焼
ガス通路２０が形成されている。なお、改質管２の外側
部の燃焼ガス通路２０には燃焼ガスの対流伝熱を促進す
る伝熱粒子２２が充填されている。
１０と自触媒層１１とからなる触媒層を外部から囲むよ
うに設けられ、その内側面と底面とには耐火断熱材１９
が配設されている。そして炉容器４内にはバーナ３から
の燃焼ガスが改質管２の内側に沿って流れた後、改質管
２の下端で折返して改質管２の外側に沿って流れる燃焼
ガス通路２０が形成されている。なお、改質管２の外側
部の燃焼ガス通路２０には燃焼ガスの対流伝熱を促進す
る伝熱粒子２２が充填されている。
このような構造の燃料改質器において、バーナ３に燃料
人口２３から燃料を送入し、図示しない空気入口から燃
焼空気を送入して燃料を燃焼させると、バーナ３からの
燃焼ガスは燃焼ガス道路２０である反応管２の内側を下
方に流れ、反応管２の下端で折返して伝熱粒子２２が充
填された反応管２の外側の燃焼ガス通路を上方に流れ、
燃焼ガス出口２４から外部に排出される。
人口２３から燃料を送入し、図示しない空気入口から燃
焼空気を送入して燃料を燃焼させると、バーナ３からの
燃焼ガスは燃焼ガス道路２０である反応管２の内側を下
方に流れ、反応管２の下端で折返して伝熱粒子２２が充
填された反応管２の外側の燃焼ガス通路を上方に流れ、
燃焼ガス出口２４から外部に排出される。
一方、原燃料のメタンと水蒸気とからなる改質原料ガス
は改質原料ガス人口１６から流入し、外側環状空間８の
上半部を下方に流れ、さらに下半部の外触媒層１０を下
方に流れて下端部で折返して内側環状空間部９の下半部
の自触媒層１１を上方に流れ、さらに上半部を流れて反
応ガス出口１日から外部に流れる。
は改質原料ガス人口１６から流入し、外側環状空間８の
上半部を下方に流れ、さらに下半部の外触媒層１０を下
方に流れて下端部で折返して内側環状空間部９の下半部
の自触媒層１１を上方に流れ、さらに上半部を流れて反
応ガス出口１日から外部に流れる。
上記のようにバーナ３からの燃焼ガスにより外触媒層１
０と自触媒層１１とからなる触媒層は加熱され、この触
媒層を燃焼ガスの流れる方向と逆方向に流れる改質原料
ガス中のメタンは改質触媒の作用の下に吸熱反応により
水蒸気改質されて水素を含む改質ガスになる。この場合
、吸熱反応に伴い外触媒層１０と自触媒層１１とからな
る触媒層の隣り合わせる部位では温度差があり、この中
で触媒層の隣り合わせる改質原料ガスが入る始点と反応
ガスがでる終点が最も大きい温度差になるが仕切円筒５
の断熱層１３のため熱の移動が阻止される。このため触
媒層の終点近（の温度は吸熱反応を完成させるのに必要
な高温を保持し、十分に水蒸気改質された改質ガスが得
られる。
０と自触媒層１１とからなる触媒層は加熱され、この触
媒層を燃焼ガスの流れる方向と逆方向に流れる改質原料
ガス中のメタンは改質触媒の作用の下に吸熱反応により
水蒸気改質されて水素を含む改質ガスになる。この場合
、吸熱反応に伴い外触媒層１０と自触媒層１１とからな
る触媒層の隣り合わせる部位では温度差があり、この中
で触媒層の隣り合わせる改質原料ガスが入る始点と反応
ガスがでる終点が最も大きい温度差になるが仕切円筒５
の断熱層１３のため熱の移動が阻止される。このため触
媒層の終点近（の温度は吸熱反応を完成させるのに必要
な高温を保持し、十分に水蒸気改質された改質ガスが得
られる。
なお、触媒層からでる高温のガスは、外側、内側環状空
間８．９の上半部の熱交換部により改質原料ガス人口１
６から外側環状空間８の上半部を流れる改質原料ガスと
熱交換する。
間８．９の上半部の熱交換部により改質原料ガス人口１
６から外側環状空間８の上半部を流れる改質原料ガスと
熱交換する。
上記のような燃料改質器において、メタンのような原燃
料を水蒸気改質する際には高温の運転温度で改質反応が
行われ、改質管を形成している耐熱鋼の表面温度は、運
転圧力にもよるが７００〜９００℃にもなる。
料を水蒸気改質する際には高温の運転温度で改質反応が
行われ、改質管を形成している耐熱鋼の表面温度は、運
転圧力にもよるが７００〜９００℃にもなる。
また上記の燃料改質器は、この燃料改質器で得られた水
素を含む改質ガスを一酸化炭素変成器にて一酸化炭素濃
度の低い水素に富むガスにした改質ガスを燃料電池の燃
料として供給して燃料電池により発電する燃料電池発電
システムに組み込まれる。
素を含む改質ガスを一酸化炭素変成器にて一酸化炭素濃
度の低い水素に富むガスにした改質ガスを燃料電池の燃
料として供給して燃料電池により発電する燃料電池発電
システムに組み込まれる。
このような燃料電池発電システム全体の起動停止時間は
、発電装置であるという観点から、より短いことが望ま
れており、１〜４時間程度が目標となっている。また最
も頻度が高い場合には、毎日起動停止を繰り返す場合が
ある。これは、従来の化学プラント用に比較して起動時
間は約１０〜１００分の１．起動停止頻度は約２５０倍
であり、非常に過酷な条件の下に起動、停止が行われて
いる。
、発電装置であるという観点から、より短いことが望ま
れており、１〜４時間程度が目標となっている。また最
も頻度が高い場合には、毎日起動停止を繰り返す場合が
ある。これは、従来の化学プラント用に比較して起動時
間は約１０〜１００分の１．起動停止頻度は約２５０倍
であり、非常に過酷な条件の下に起動、停止が行われて
いる。
上記のように燃料改質器は、従来の化学プラント用の改
質器に比較して、非常に過酷な条件で頻繁に起動、停止
が繰り返されるため、起動、停止中の温度変化により、
改質管を構成している金属材料は、膨張収縮を繰り返す
、この結果、起動。
質器に比較して、非常に過酷な条件で頻繁に起動、停止
が繰り返されるため、起動、停止中の温度変化により、
改質管を構成している金属材料は、膨張収縮を繰り返す
、この結果、起動。
停止毎に触媒層部に応力が発生し、最悪の場合には改質
触媒の圧壊を起こす、特に第２図で示す改質管２の改質
原料ガスの入高い部分Ａとバーナ３に近い部分Ｂの昇温
曲線は第３図に示すようにバーナ近接部の改質管表面温
度Ｐは改質原料ガスの触媒層入口部の改質管表面温度Ｑ
より高くなり、改質管に温度差の大きい温度分布が生じ
る。この温度分布によっても改質管に熱変形が生じ触媒
層に応力が生じ、圧壊につながる。
触媒の圧壊を起こす、特に第２図で示す改質管２の改質
原料ガスの入高い部分Ａとバーナ３に近い部分Ｂの昇温
曲線は第３図に示すようにバーナ近接部の改質管表面温
度Ｐは改質原料ガスの触媒層入口部の改質管表面温度Ｑ
より高くなり、改質管に温度差の大きい温度分布が生じ
る。この温度分布によっても改質管に熱変形が生じ触媒
層に応力が生じ、圧壊につながる。
ところで、触媒が圧壊して粉状になると、触媒層の圧力
損失が大きくなり、最悪の場合燃料電池発電システムの
継続運転が不可能になる可能性もあった。
損失が大きくなり、最悪の場合燃料電池発電システムの
継続運転が不可能になる可能性もあった。
このため、触媒粒子自身にある程度の圧壊強度をもたせ
る必要があるが、触媒自身の圧壊強度を増大させること
は、触媒の担体であるアルミナの強度を増加させること
になる。このためには、担体処理時の焼成温度を上昇さ
せるか、処理時間を長くするかのいずれかの方法がある
が、いずれにしてもγ−Ｍ、０３をα−Ｍ、０．として
結晶度をあげる結果、担体内部の細孔容積を減らすこと
になり、触媒活性が低下する。これは、このような細孔
は直接的に触媒反応の速度に寄与し、数が多ければ触媒
活性がよいといえるからである。
る必要があるが、触媒自身の圧壊強度を増大させること
は、触媒の担体であるアルミナの強度を増加させること
になる。このためには、担体処理時の焼成温度を上昇さ
せるか、処理時間を長くするかのいずれかの方法がある
が、いずれにしてもγ−Ｍ、０３をα−Ｍ、０．として
結晶度をあげる結果、担体内部の細孔容積を減らすこと
になり、触媒活性が低下する。これは、このような細孔
は直接的に触媒反応の速度に寄与し、数が多ければ触媒
活性がよいといえるからである。
このように、触媒強度と触媒活性の関係は相反する関係
があるため、燃料改質器の改質触媒は、ある程度の強度
と活性との両者をバランスさせて制作している。このた
め、触媒量を減少させることができず、例えばオンサイ
ト用の燃料電池発電システムのような場合には燃料改質
器のサイズがある程度以下にはならないという欠点があ
る。
があるため、燃料改質器の改質触媒は、ある程度の強度
と活性との両者をバランスさせて制作している。このた
め、触媒量を減少させることができず、例えばオンサイ
ト用の燃料電池発電システムのような場合には燃料改質
器のサイズがある程度以下にはならないという欠点があ
る。
本発明の目的は、改質管内の触媒層の改質触媒が起動、
停止時の昇温、降温時において圧壊しない燃料改質器を
提供することである。
停止時の昇温、降温時において圧壊しない燃料改質器を
提供することである。
上記課題を解決するために、本発明によれば炭化水素系
の原燃料を水蒸気とともに改質触媒が充填されてなる触
媒層を有する改質管に通流し、バーナからの熱媒体によ
り改質管を加熱して原燃料を水素を含むガスに改質する
燃料改質器において、改質管内の触媒層内に改質管の熱
変形により生じる改質触媒の応力を吸収する可撓性の応
力吸収層を改質原料ガスの流れ方向の触媒層長さ方向に
配設するものとする。
の原燃料を水蒸気とともに改質触媒が充填されてなる触
媒層を有する改質管に通流し、バーナからの熱媒体によ
り改質管を加熱して原燃料を水素を含むガスに改質する
燃料改質器において、改質管内の触媒層内に改質管の熱
変形により生じる改質触媒の応力を吸収する可撓性の応
力吸収層を改質原料ガスの流れ方向の触媒層長さ方向に
配設するものとする。
改質触媒からなる触媒層を有する改質管の起動。
停止時に生じる温度変化や温度差の大きい温度分布によ
り、膨張収縮や熱変形が生じ、このため改質触媒には応
力が生じる。この際改質触媒に圧縮応力が加わった場合
には触媒層内に改質ガスの流れ方向に設けられた可撓性
の応力吸収層が加わった応力に応じて縮み、改質触媒が
圧壊しないように保護する。なお、改質管の温度変化や
温度分布の温度差が減少し、触媒層に加わる圧縮応力が
減少した場合には応力吸収層は再び厚さを増して触媒層
を元の形状に戻す作用をする。
り、膨張収縮や熱変形が生じ、このため改質触媒には応
力が生じる。この際改質触媒に圧縮応力が加わった場合
には触媒層内に改質ガスの流れ方向に設けられた可撓性
の応力吸収層が加わった応力に応じて縮み、改質触媒が
圧壊しないように保護する。なお、改質管の温度変化や
温度分布の温度差が減少し、触媒層に加わる圧縮応力が
減少した場合には応力吸収層は再び厚さを増して触媒層
を元の形状に戻す作用をする。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による燃料改質器の断面図であ
る。なお第１図において第２図の従来例と同一部品には
同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図において
従来例と異なるのは改質管２の仕切円筒部の断熱層１３
の両側に可撓性の材料、例えば断熱材として通常用いら
れているセラミックファイバー系不織布等からなる応力
吸収層３０を取付けたことである。
る。なお第１図において第２図の従来例と同一部品には
同じ符号を付し、その説明を省略する。第１図において
従来例と異なるのは改質管２の仕切円筒部の断熱層１３
の両側に可撓性の材料、例えば断熱材として通常用いら
れているセラミックファイバー系不織布等からなる応力
吸収層３０を取付けたことである。
このような構造により燃料改質器１の起動、停止中に住
しる改質管の温度変化や温度分布により生じる改質管の
膨張、収縮や熱変形による改質触媒に生じる圧縮応力を
吸収して改質触媒の圧壊を防止する。
しる改質管の温度変化や温度分布により生じる改質管の
膨張、収縮や熱変形による改質触媒に生じる圧縮応力を
吸収して改質触媒の圧壊を防止する。
なお、本実施例では二重管構造の改質管について説明し
たが、単管構造においても可撓性の応力吸収層を触媒層
内に改質原料ガスの流れ方向の触媒層長さ方向に設けて
も同じ効果が得られる。
たが、単管構造においても可撓性の応力吸収層を触媒層
内に改質原料ガスの流れ方向の触媒層長さ方向に設けて
も同じ効果が得られる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば改質管
内の改質触媒からなる触媒層内に改質原料ガスの流れ方
向の触媒層長さ方向に可撓性の応力吸収層を配設したこ
とにより、燃料改質器の起動、停止時の改質管の温度変
化や温度分布により触媒層の改質触媒に生しる圧縮応力
を可撓性の応力吸収層により吸収するので、改質触媒の
圧壊を防止できる。したがって改質触媒として強度を減
少させる細孔が多く、このためより活性の良好な触媒を
使用できるので、触媒量を少なくでき、このため燃料改
質器をコンパクトにすることができる。
内の改質触媒からなる触媒層内に改質原料ガスの流れ方
向の触媒層長さ方向に可撓性の応力吸収層を配設したこ
とにより、燃料改質器の起動、停止時の改質管の温度変
化や温度分布により触媒層の改質触媒に生しる圧縮応力
を可撓性の応力吸収層により吸収するので、改質触媒の
圧壊を防止できる。したがって改質触媒として強度を減
少させる細孔が多く、このためより活性の良好な触媒を
使用できるので、触媒量を少なくでき、このため燃料改
質器をコンパクトにすることができる。
第１図は本発明の実施例による燃料改質器の断面図、第
２図は従来の燃料改質器の断面図、第３図は燃料改質器
の起動時の改質管の昇温特性を示す図である。 １：燃料改質器、２：改質管、３：バーナ、１２：改質
触媒、３０：応力吸収層。 第２図
２図は従来の燃料改質器の断面図、第３図は燃料改質器
の起動時の改質管の昇温特性を示す図である。 １：燃料改質器、２：改質管、３：バーナ、１２：改質
触媒、３０：応力吸収層。 第２図
Claims (1)
- １）炭化水素系の原燃料を水蒸気とともに改質触媒が充
填されてなる触媒層を有する改質管に通流し、バーナか
らの熱媒体により改質管を加熱して原燃料を水素を含む
ガスに改質する燃料改質器において、改質管内の触媒層
内に改質管の熱変形により生じる改質触媒の応力を吸収
する可撓性の応力吸収層を改質原料ガスの流れ方向の触
媒層長さ方向に配設したことを特徴とする燃料改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2159265A JP2712766B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 燃料改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2159265A JP2712766B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 燃料改質器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450101A true JPH0450101A (ja) | 1992-02-19 |
| JP2712766B2 JP2712766B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=15689995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2159265A Expired - Lifetime JP2712766B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 燃料改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2712766B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009209003A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用改質装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6183602A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Toshiba Corp | 改質装置 |
| JPS61114730A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Hitachi Ltd | 触媒反応装置 |
| JPS63201001A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-19 | Hitachi Ltd | 燃料改質装置 |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP2159265A patent/JP2712766B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6183602A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Toshiba Corp | 改質装置 |
| JPS61114730A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-02 | Hitachi Ltd | 触媒反応装置 |
| JPS63201001A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-19 | Hitachi Ltd | 燃料改質装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009209003A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用改質装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2712766B2 (ja) | 1998-02-16 |
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