JPH0455302A - 炭化水素の改質装置 - 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］ 本発明は、炭化水素よりなる原料ガスをスチームリフォ
ーミングの手段によって改質し、水素を主成分とする改
質ガスとする為の炭化水素改質装置に関し、詳細には改
質ガスの負荷変動に応じて改質ガス発生量を容易に調節
することがで籾、且つ装置全体の熱効率を高め得る様に
改善された炭化水素の改質装置に関するものであり、こ
の装置は燃料電池用の原料ガスの製造用等として有用で
ある。

［従来の技術］ 燃料油、ナフサ、天然ガス等の炭化水素原料に水蒸気を
混合し、これを触媒充填層に通して水素を主成分とする
改質ガスを製造する装置としては、たとえば特開昭５３
−７８９９２号、同５３−７９７６６号、同５６−９０
８６２号、同５Ｂ−６３７８３号、特開平１−１５５９
４０号、特公昭５７−７５３８号等が知られている。

これらの装置は、２重同心管構造を有すると共にそれら
の一端側が連通されたものであり、反応管に触媒を充填
し、バーナによって反応管を加熱しつつ炭化水素原料を
触媒充填層に通して改質するもので、熱効率の改善並び
に装置のコンパクト化を図っている。

たとえば第３図はこれらのうち代表的な改質装置を例示
する概略縦断面図であり、図中１は炉体、２は反応管、
３はバーナ、４は仕切り円筒、５は内管、６は外管、７
は改質用触媒、８は伝熱促進用充填材、９は耐火材、１
０はライザー管、１１は原料供給管、１２は改質ガス導
出管、１３は燃焼排ガス排出管、１４は燃焼用空気供給
管、１５は燃料供給管を夫々示し、また矢印について説
明すると（＾）は原料ガス、（Ｂ）は改質ガス、（Ｃ）
は燃焼ガス（または燃焼排ガス）の夫々の渣れを示す。

この装置は、図示する如く炉体１内に２重管状の反応管
２を挿設すると共に、該反応管２の内側にこれと同心的
にライザー管１０とバーナ３が配設され、反応管２内に
改質用触媒７を充填して原料ガス（炭化水素ガスとスチ
ームの混合ガス）を流しながら、バーナ３からの燃焼ガ
ス（Ｃ）により加熱することによって改質反応が行なわ
れる。即ち反応管２は内管５と外管６の間に仕切り円筒
４を挿入して２重管構造に構成すると共に、その下端部
で内層側流路５ａと外層側流路６ａを連通させており、
原料ガス供給管１１から供給された原料ガス（Ａ）は、
反応管２の触媒７充填部内を通過して改質された後、改
質ガス（Ｂ）　として導出管１２から抜き出される。ま
たバーナ３で発生した燃焼ガス（Ｃ）は、ライザー管１
０内を上昇した後耐火材９に当たって方向転換し、ライ
ザー管１０と反応管２の間の隙間を降下しつつ内管５の
内側から原料ガス（＾）を加熱し、更に反応管２の先端
部で反応管２の外側流路方向へ流れ、外管６の外側から
原料ガス（＾）を加熱しつつ降温した後、燃焼排ガス排
出管１３から排出される。従って燃焼ガス（Ｃ）の流路
には、伝熱効率を高めるための充填材８が充填されてい
る場合がある。

この様な改質装置は、反応管を２重管構造として構成し
ているので、改質効率および熱効率が高く且つ装置をコ
ンパクト化し得るといった利点を有している。

ところでこの種の改質装置では、原料ガス（＾）および
燃焼ガス（Ｃ）の流路を厚くすると伝熱効率が低下し該
装置の特徴が有効に生かせなくなるので、これらの流路
は極力狭く構成して伝熱有効面積を拡大し、改質効率お
よび熱効率を高めるのが有利である。ところがこれらの
流路な狭くすると、原料ガスの流量をあまり増大するこ
とができなくなるので、処理能力（即ち改質ガスの生産
能力）には自ずと限界がある。また処理能力を上げるた
めの手段として改質管内径を大きくすることも考えられ
るが、この場合は材料強度の点から限界があり、極端に
大かくすることはできない。

そこで処理能力を高め、あるいは改質ガス需要設備にお
ける改質ガス要求量の変動に容易に対応できる様に、複
数の改頁器を並設した改質装置が提案された（たとえば
特開昭５８−１２４５３０号、特公昭６２−１１６０８
号、特公昭６３−２７９７２号等）。

［発明が解決しようとする課題］ 処理能力の高められた上記改質装置の中には、 ■小口径の改質管を多数並設して原料ガス流量の増大を
図り、１つのバーナにより全ての改質管を加熱するタイ
プと、数本の改質管群毎に１つのバーナで加熱できる様
にしたタイプと、■個々に加熱用バーナを備えた改質管
を１つのユニットとしてこれを複数個並設したタイプの
ものがある。

上記■のタイプのものは多管式改質装置ということがで
き、■のタイプのものは多ユニツト式改質装置というこ
とができる。

上記■の多管式改質装置では、改質管の設置本数を増や
すことによって処理能力を容易に高めることができ、且
つ改質管を１個の炉内へ収容することができるが、バー
ナ炎が触れない程度の改質管相互の間隔が必要となり、
設備のコンパクト化はあまり達成されない、またこの装
置では改質管の設置本数によって処理能力がほぼ決まっ
てくるので、改質ガス需要設備側における負荷変動に対
応して改質ガス発生量を変化させるといった制御には不
向きである。

これに対し上記■の多ユニツト式改質装置では、個々の
ユニットが改質ガス製造機能を備えているので、必要に
応じて稼動ユニット数を変えることによって改質ガス発
生総量を任意に変えることができ、改質ガス需罫設備側
の負荷変動に容易に対応させることができる。しかしこ
の改質装置では、かなり厚肉の耐火断熱炉や外装材等を
各ユニット毎に形成しなければならないので装置全体と
しては嵩高いものとなり、コンパクト化の要請に沿うこ
とができない。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は前記多管式改質装置の特長と多ユニツト式
改質装置の特長を兼備し、コンパクトで優れた熱効率を
有し且つ改質ガス需要設備における改質ガス要求量の変
動に応じて改質ガス発生量を任意に調整し得る様な改質
装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明に係る改質装置
の構成は、個々に燃焼バーナーを備えた多重管構造の炭
化水素改質器を、耐火断熱性ハウジング内に複数個並設
すると共に、各炭化水素改質器で発生する燃焼ガスを前
記ハウジング内で合流させた後、ハウジング外へ放出す
る構成としたものであるところに要旨を有するものであ
る。

［作用及び実施例］ 以下、実施例図面を参照しつつ本発明の構成及び作用効
果を具体的に説明するが、本発明はもとより図示したも
のに限定される訳ではなく、前・後記の主旨に適合し得
る範囲で適当に設計を変更して実施することも可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

第１．２図は本発明の実施例を示すものであり、第１図
は概略縦断面図であって第２図のＩ−Ｉ線断面図に相当
し、また第２図は横断面略図であって第１図のＩｆ　−
ＩＩ線断面図に相当する。

この改質装置は、図示する如く個々にバーナ３．３．・
・・を備えた多重管構造の炭化水素改質器Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇが１つの耐火断熱ハウジングＩ内に並設
されており、各改ＮＷＡＮＧは、夫々内管５、外管６、
仕切り内筒４よりなる反応管２やライザー管１０等を備
えている。そして各反応管２．２．・・・に連通する原
料ガス供給管１１．１１．・・・及び改質ガス導出管１
２゜１２、・・・は、夫々ハウジングＩ外へ出た後、１
本の原料ガス管℃と改質ガス管刈に合流されている。こ
れに対し各改質＠Ａ〜Ｇにおけるライザー管１０と内管
５の間に形成される燃焼ガス（Ｃ）の流路は、反応管２
の先端側においてハウジングＩ内に開放されており、こ
の開放部を出た燃焼ガス（Ｃ）はハウジング！内におけ
る伝熱用充填材の充填された空間Ｓを共通の流路として
、各反応管２．２．・・・を外管６．６．・・・の外側
から加熱しつつ上昇し、排ガス排出管１３から系外へ抜
き出される。尚この空間Ｓでは整流板等でガス流を整流
するようにしておけば、特に伝熱用充填材を充填しなく
てもよい、原料ガス青刈から導入された原料ガス（＾）
は、夫々の原料ガス供給管１１゜１１、・・・に分流し
た後、第３図で説明したのと同様にして触媒の充填され
た反応管２．２内を通過しつつ燃焼ガス（Ｃ）により加
熱されて改質され、夫々の改質ガス導出管１２，１２．
−・・から改質ガス青刈に合流して抜射出される。

この装置であれば、複数の改質器Ａ−Ｇは夫々にバーナ
３を備えて改質能力を有しており、これら改質器Ａ−Ｇ
の稼動本数や改質器Ａ−Ｇの各導入ガス量や燃料を変え
ることによって改質ガス発生量を自由に変えることがで
きる。また前述の多ユニツト式改質装置で最も嵩張る原
因となる耐火断熱炉やそのケーシング部材等については
、本例の装置であれば１つの耐火断熱ハウジング！たけ
で済ませることができ、設備のコンパクト化も達成され
る。しかも各改質器Ａ−ＧからケーシングＩ内へ放出さ
れる燃焼ガス（Ｃ）は空間Ｓを上昇する過程で相互に拡
散するので、個々の改質器Ａ〜Ｇで発生する燃焼ガスの
温度にばらつ幹がある場合でも、空間Ｓを上昇する過程
で夫々の燃焼ガス（Ｃ）は拡散・合流して温度が平均化
されることになり、装置全体としては改質温度が均一化
されて安定した改質効果を得ることが可能となる。

尚第１図では、原料ガス青刈を直接原料ガス供給管１１
，１１．・・・に分岐させ、且つ改質ガス導出管１２，
１２．・・・を直接改質ガス管列に合流させているが、
原料ガス供給管ｔｔ、ｉｉ、・・・及び改質ガス導出管
１２，１２．・・・に夫々電磁弁等の流路開閉機構を取
り付けておき、改質器Ａ−Ｇのうち稼動するものだけに
原料ガス（＾）を送給し且つ改質ガス（Ｃ）を導出し得
る様にすることが好ましい。更にほこの流路開閉機構を
流量調整可能なものとすると共に、各バーナ３への燃焼
供給量をコントロールすることができる様にしておけば
、改質ガス要求量の変動には原料ガス供給量等の調整に
よって対応することができるので、改質ガス要求量が大
幅に変動した場合でも、改質器稼動本数の増減を行なわ
ずに対応することが可能となる。

尚第１．２図では円筒状のハウジングＩ内に７基の改質
器Ａ−Ｇを並設した例を示したが、ハウジングＩの形状
は円筒状に限らず角形筒状等任意の形状のものとするこ
とができ、また並設される改質器の数も、各改質器の処
理能力や改質ガス需要設備の規模、改質ガス要求量の予
測される変動の程度等を考慮してその都度適当に決めれ
ばよい。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、多管式改質装置お
よび多ユニツト式改質装置の両者の特徴ヲ生かし、コン
パクトで優れた熱効率が保障されると共に、改質ガス要
求量の変動に応じて改質ガス生成量を自在に制御するこ
とのできる改質装置を提供し得ることになった。しかも
本発明装置では、複数の改質器に対してハウジング内が
共通（７）燃焼ガス流路を構成しており、燃焼ガスは該
共通流路で相互に合流・拡散して温度が平均化されるの
で、装置全体としての改質反応温度が安定し、操業安定
性が向上するといった効果も享受で籾る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改質装置を例示する概略縦断面図、第
２図は同装置の横断面略図、第３図は従来の改質装置を
例示する概略縦断面説明図である。 １・・・炉体　　　　　　　２・・・反応管３・・・バ
ーナ　　　　　　４・・・仕切り円筒５・・・内管　　
　　　　　６・・・外管７・・・改質用触媒　　　　８
・・・伝熱促進用充填材９・・・耐火材 １１・・・原料ガス供給管 １３・・・燃焼排ガス排出管 １５・・・燃料供給管 ■・・・耐火断熱ハウジング Ａ−Ｇ・・・改質器 ｌＯ・・・ライザー管 １２・・・改質ガス導出管 １４・・・燃焼用空気供給管 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 個々に燃焼バーナーを備えた多重管構造の炭化水素改質
   器を、耐火断熱性ハウジング内に複数個並設すると共に
   、各炭化水素改質器で発生する燃焼ガスを前記ハウジン
   グ内で合流させた後、ハウジング外へ放出する構成とし
   たものであることを特徴とする炭化水素の改質装置。