JPH06287003A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JPH06287003A JPH06287003A JP7437993A JP7437993A JPH06287003A JP H06287003 A JPH06287003 A JP H06287003A JP 7437993 A JP7437993 A JP 7437993A JP 7437993 A JP7437993 A JP 7437993A JP H06287003 A JPH06287003 A JP H06287003A
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Landscapes
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ハニカム状触媒をもつ改質器において、触媒
内の温度低下を抑え、反応性の高い燃料改質装置を提供
する。 【構成】 燃料改質装置１０を構成する円柱状の反応管
２０内には、一定間隔ごとにハニカム状触媒１１が充填
され、ハニカム状触媒１１間には伝熱体３１が充填され
ている。加熱器３０は反応管２０の外面全体を包むよう
に密接している。伝熱体３１はニッケルの金属ハニカム
である。反応管２０は円筒状のステンレス鋼で形成され
る。加熱器３０は、内面燃焼型バーナである。原料ガス
は主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管２１から反応
管２０に導入する。原料ガスはハニカム状触媒１１を通
過するときに化学反応を起こし、水素を発生する。次の
伝熱体３１で加熱混合された原料ガスは、更に次のハニ
カム状触媒１１に流入する。以下、順次原料ガスが伝熱
体３１とハニカム状触媒１１を通過して原料ガスの改質
が行われる。
内の温度低下を抑え、反応性の高い燃料改質装置を提供
する。 【構成】 燃料改質装置１０を構成する円柱状の反応管
２０内には、一定間隔ごとにハニカム状触媒１１が充填
され、ハニカム状触媒１１間には伝熱体３１が充填され
ている。加熱器３０は反応管２０の外面全体を包むよう
に密接している。伝熱体３１はニッケルの金属ハニカム
である。反応管２０は円筒状のステンレス鋼で形成され
る。加熱器３０は、内面燃焼型バーナである。原料ガス
は主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管２１から反応
管２０に導入する。原料ガスはハニカム状触媒１１を通
過するときに化学反応を起こし、水素を発生する。次の
伝熱体３１で加熱混合された原料ガスは、更に次のハニ
カム状触媒１１に流入する。以下、順次原料ガスが伝熱
体３１とハニカム状触媒１１を通過して原料ガスの改質
が行われる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システムの燃
料改質装置に配設される触媒層部の構造に関するもので
ある。
料改質装置に配設される触媒層部の構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】火力発電や原子力発電等は化石燃料の化
学エネルギーを熱エネルギーや核エネルギーに変えてか
ら電気エネルギーを得るのに対し、燃料電池は化学エネ
ルギーから直接電気エネルギーを得る。この燃料電池
は、反応物が外部から連続的に供給される化学電池であ
り、燃料電池本体、燃料改質装置、電力変換装置が主な
構成要素であって、これらの構成要素に制御装置、排熱
回収装置等が加わり燃料電池システムを構成する。
学エネルギーを熱エネルギーや核エネルギーに変えてか
ら電気エネルギーを得るのに対し、燃料電池は化学エネ
ルギーから直接電気エネルギーを得る。この燃料電池
は、反応物が外部から連続的に供給される化学電池であ
り、燃料電池本体、燃料改質装置、電力変換装置が主な
構成要素であって、これらの構成要素に制御装置、排熱
回収装置等が加わり燃料電池システムを構成する。
【０００３】このうち燃料改質装置は、メタン等の燃料
ガスと水蒸気とを主成分とする原料ガスを水素リッチの
改質ガスへ改質する装置であり、原料ガスを水素と炭酸
ガスと一酸化炭素にする改質器と、改質ガス中の一酸化
炭素を許容濃度以下にするＣＯ変成器とから構成され
る。改質器の触媒としては、ペレット状触媒、ハニカム
状触媒等が知られている。
ガスと水蒸気とを主成分とする原料ガスを水素リッチの
改質ガスへ改質する装置であり、原料ガスを水素と炭酸
ガスと一酸化炭素にする改質器と、改質ガス中の一酸化
炭素を許容濃度以下にするＣＯ変成器とから構成され
る。改質器の触媒としては、ペレット状触媒、ハニカム
状触媒等が知られている。
【０００４】改質器では、反応管内に充たされた触媒層
を原料ガスが通過するとき、原料ガスが改質され、ＣＯ
変成器に供給される。このとき、水蒸気改質法であるか
ら、加熱器で加熱されることにより反応管内での改質反
応が促進され、原料ガスが水素と炭酸ガスと一酸化炭素
を含む改質ガスに変換される。
を原料ガスが通過するとき、原料ガスが改質され、ＣＯ
変成器に供給される。このとき、水蒸気改質法であるか
ら、加熱器で加熱されることにより反応管内での改質反
応が促進され、原料ガスが水素と炭酸ガスと一酸化炭素
を含む改質ガスに変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、改質反
応は吸熱反応であるため、従来の燃料改質装置は反応進
行中触媒内に大きな温度低下が起こり、それに伴い反応
性も低下する。この現象は、一般に円周部から中心方向
への熱伝導性が悪いといわれるハニカム状触媒において
特に重要な問題となり、反応管外壁面より熱の十分な供
給が行われず、原料ガスの供給量によっては、触媒中心
部で反応に必要な温度を達成できなくなるという問題が
ある。
応は吸熱反応であるため、従来の燃料改質装置は反応進
行中触媒内に大きな温度低下が起こり、それに伴い反応
性も低下する。この現象は、一般に円周部から中心方向
への熱伝導性が悪いといわれるハニカム状触媒において
特に重要な問題となり、反応管外壁面より熱の十分な供
給が行われず、原料ガスの供給量によっては、触媒中心
部で反応に必要な温度を達成できなくなるという問題が
ある。
【０００６】また、ハニカム状触媒の反応管近傍に入っ
た原料ガスと中心部に入った原料ガスが反応管出口まで
入れ替わることがないため、温度の低い中心部分を通る
原料ガスが目標の反応率に達せず、全体の効率を落とす
ことになるという問題がある。本発明は、このような問
題点を解決するためになされたもので、ハニカム状触媒
をもつ改質器において、圧力損失が低いという利点を生
かしながら、触媒内部への熱の供給方法を改良すること
により、触媒内の温度低下を抑え、反応性の高い燃料改
質装置を提供することを目的とする。
た原料ガスと中心部に入った原料ガスが反応管出口まで
入れ替わることがないため、温度の低い中心部分を通る
原料ガスが目標の反応率に達せず、全体の効率を落とす
ことになるという問題がある。本発明は、このような問
題点を解決するためになされたもので、ハニカム状触媒
をもつ改質器において、圧力損失が低いという利点を生
かしながら、触媒内部への熱の供給方法を改良すること
により、触媒内の温度低下を抑え、反応性の高い燃料改
質装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の燃
料改質装置では、原料ガスを流通させる反応管と、この
反応管内に一定間隔を置いて収容される複数のハニカム
状触媒と、このハニカム状触媒間の一定間隔を占める伝
熱促進部と、前記反応管を外部から熱する加熱器とを備
えたことを特徴とする。
料改質装置では、原料ガスを流通させる反応管と、この
反応管内に一定間隔を置いて収容される複数のハニカム
状触媒と、このハニカム状触媒間の一定間隔を占める伝
熱促進部と、前記反応管を外部から熱する加熱器とを備
えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明の燃料改質装置によると、加熱器が反応
管を熱すると、ハニカム状触媒内の温度低下が緩和さ
れ、原料ガスの混合が促進されることにより原料ガスの
温度分布が均一化される。
管を熱すると、ハニカム状触媒内の温度低下が緩和さ
れ、原料ガスの混合が促進されることにより原料ガスの
温度分布が均一化される。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。本発明の実施例１を図１、図２、図３、図４お
よび図５に示す。燃料改質装置１０は、主に原料ガス中
の燃料ガスと水蒸気とを改質するものである。この燃料
改質装置１０を構成する円柱状の反応管２０内には、一
定間隔ごとにハニカム状触媒１１が充填され、ハニカム
状触媒１１間には伝熱体３１が充填されている。加熱器
３０は反応管２０の外面全体を包むように密接してい
る。
明する。本発明の実施例１を図１、図２、図３、図４お
よび図５に示す。燃料改質装置１０は、主に原料ガス中
の燃料ガスと水蒸気とを改質するものである。この燃料
改質装置１０を構成する円柱状の反応管２０内には、一
定間隔ごとにハニカム状触媒１１が充填され、ハニカム
状触媒１１間には伝熱体３１が充填されている。加熱器
３０は反応管２０の外面全体を包むように密接してい
る。
【００１０】伝熱体３１はニッケルの金属ハニカムであ
り、図２および図３に示すように孔２５が伝熱体３１に
形成されている。図４および図５に示すように、ハニカ
ム状触媒１１は、ハニカム孔１２を形成するコーディエ
ライトのハニカム状触媒坦体１５の内壁面１５ａにアル
ミナ層１３を被膜し、さらにその上に含浸法によりニッ
ケル層１４を担持している。
り、図２および図３に示すように孔２５が伝熱体３１に
形成されている。図４および図５に示すように、ハニカ
ム状触媒１１は、ハニカム孔１２を形成するコーディエ
ライトのハニカム状触媒坦体１５の内壁面１５ａにアル
ミナ層１３を被膜し、さらにその上に含浸法によりニッ
ケル層１４を担持している。
【００１１】反応管２０は円筒状のステンレス鋼で形成
される。加熱器３０は、内面燃焼型バーナである。原料
ガスは主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管２１から
反応管２０に導入する。加熱器３０は、表１に示すよう
に、反応管２０の外壁温度を１１００±５０℃に加熱す
る。原料ガスは第１段のハニカム状触媒１１に形成され
るハニムカ孔１２を通過する間に、式(1) に示す化学反
応を起こす。この化学反応は吸熱反応であるため、ハニ
カム状触媒１１の温度が下がる。熱の伝導しにくいハニ
カム状触媒１１の中心部は、加熱器３０からの加熱温度
が伝わりにくいため外周部に比べ温度が上昇しにくい。
される。加熱器３０は、内面燃焼型バーナである。原料
ガスは主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管２１から
反応管２０に導入する。加熱器３０は、表１に示すよう
に、反応管２０の外壁温度を１１００±５０℃に加熱す
る。原料ガスは第１段のハニカム状触媒１１に形成され
るハニムカ孔１２を通過する間に、式(1) に示す化学反
応を起こす。この化学反応は吸熱反応であるため、ハニ
カム状触媒１１の温度が下がる。熱の伝導しにくいハニ
カム状触媒１１の中心部は、加熱器３０からの加熱温度
が伝わりにくいため外周部に比べ温度が上昇しにくい。
【００１２】 ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反応）‥‥(1)
【００１３】
【表１】 第１段のハニカム状触媒１１を通過した原料ガスは、次
に第１段の伝熱体３１に流入する。ニッケルで形成され
た伝熱体３１は熱伝導性が良く、均一に加熱されてい
る。第１段のハニカム状触媒１１の外周部分のハニカム
孔１２を通過した良好に加熱された原料ガスと、中心部
分のハニカム孔１２を通過した温度の低い原料ガスが伝
熱体３１の孔２５で混合する。一様な温度分布になった
原料ガスは第２段のハニカム状触媒１１に流入し、前記
の式(1) に示す化学反応を起こす。以下順次原料ガスが
伝熱体３１とハニカム状触媒１１を通過して原料ガスの
燃料改質が良好に行われ、排出管２２から図示しないＣ
Ｏ変成器に送出される。
に第１段の伝熱体３１に流入する。ニッケルで形成され
た伝熱体３１は熱伝導性が良く、均一に加熱されてい
る。第１段のハニカム状触媒１１の外周部分のハニカム
孔１２を通過した良好に加熱された原料ガスと、中心部
分のハニカム孔１２を通過した温度の低い原料ガスが伝
熱体３１の孔２５で混合する。一様な温度分布になった
原料ガスは第２段のハニカム状触媒１１に流入し、前記
の式(1) に示す化学反応を起こす。以下順次原料ガスが
伝熱体３１とハニカム状触媒１１を通過して原料ガスの
燃料改質が良好に行われ、排出管２２から図示しないＣ
Ｏ変成器に送出される。
【００１４】本発明の実施例２を図６に示す。実施例２
は、実施例１の伝熱体３１に１／４円弧の扇状の孔２６
を同心円状に４個形成したものである。ハニカム状触媒
１１から流入する原料ガスは、孔２６内で加熱、混合さ
れる。これ以外の燃料改質装置１０の構成は実施例１と
同じである。
は、実施例１の伝熱体３１に１／４円弧の扇状の孔２６
を同心円状に４個形成したものである。ハニカム状触媒
１１から流入する原料ガスは、孔２６内で加熱、混合さ
れる。これ以外の燃料改質装置１０の構成は実施例１と
同じである。
【００１５】燃料改質の反応率は、表２に示すように実
施例１よりも少し低くなっている。
施例１よりも少し低くなっている。
【表２】 本発明の実施例３を図７に示す。実施例３は、伝熱体３
１の断面を網状にしたものである。ハニカム状触媒１１
から流入する原料ガスは、各孔２７内で加熱、混合され
る。これ以外の燃料改質装置１０の構成は実施例１と同
じである。
１の断面を網状にしたものである。ハニカム状触媒１１
から流入する原料ガスは、各孔２７内で加熱、混合され
る。これ以外の燃料改質装置１０の構成は実施例１と同
じである。
【００１６】燃料改質の反応率は、表２に示すように実
施例２よりも低くなっている。本発明の実施例４を図８
に示す。実施例４は、実施例１の伝熱体３１を取り除
き、この空隙にニッケルの金属粒状体３５を充填したも
のである。金属粒状体３５は、ニッケルの熱伝導性が良
いためそれぞれほぼ等しい温度を保持している。Ｃ方向
から流入する原料ガスは、ハニカム状触媒１１を通過し
て伝熱促進部３２に流入する。原料ガスがハニカム状触
媒１１を通過するときに温度分布に不均一を生じても、
原料ガスは伝熱促進部３２の金属粒状体３５により加熱
され、混合されながら伝熱促進部３２を通過する。この
ため原料ガスの温度分布が一様になり、次のハニカム状
触媒１１に流入する。
施例２よりも低くなっている。本発明の実施例４を図８
に示す。実施例４は、実施例１の伝熱体３１を取り除
き、この空隙にニッケルの金属粒状体３５を充填したも
のである。金属粒状体３５は、ニッケルの熱伝導性が良
いためそれぞれほぼ等しい温度を保持している。Ｃ方向
から流入する原料ガスは、ハニカム状触媒１１を通過し
て伝熱促進部３２に流入する。原料ガスがハニカム状触
媒１１を通過するときに温度分布に不均一を生じても、
原料ガスは伝熱促進部３２の金属粒状体３５により加熱
され、混合されながら伝熱促進部３２を通過する。この
ため原料ガスの温度分布が一様になり、次のハニカム状
触媒１１に流入する。
【００１７】燃料改質の反応率は、表２に示すように実
施例１よりも僅かに低くなっている。本発明の実施例５
を図９に示す。実施例５は、実施例４のニッケルの金属
粒状体３５をニッケルの金属繊維体３６に代えたもので
ある。ハニカム状触媒１１から流入する原料ガスは金属
繊維体３６により加熱、混合される。
施例１よりも僅かに低くなっている。本発明の実施例５
を図９に示す。実施例５は、実施例４のニッケルの金属
粒状体３５をニッケルの金属繊維体３６に代えたもので
ある。ハニカム状触媒１１から流入する原料ガスは金属
繊維体３６により加熱、混合される。
【００１８】燃料改質の反応率は、表２に示すように実
施例４とほぼ等しくなっている。本発明の実施例６を図
１０に示す。実施例６は、伝熱促進部３２を空洞にした
ものである。ハニカム状触媒１１から流入する原料ガス
は、この空洞内で混合する。燃料改質の反応率は、表２
に示すように実施例１〜実施例６の中で一番低くなって
いる。
施例４とほぼ等しくなっている。本発明の実施例６を図
１０に示す。実施例６は、伝熱促進部３２を空洞にした
ものである。ハニカム状触媒１１から流入する原料ガス
は、この空洞内で混合する。燃料改質の反応率は、表２
に示すように実施例１〜実施例６の中で一番低くなって
いる。
【００１９】本発明の実施例７を図１１および図１２に
示す。実施例７は、実施例１の伝熱体３１を図１１に示
す伝熱体３３に置き換えたものである。伝熱体３３の直
径部３３ａにはヒータ線４１が埋め込まれている。ハニ
カム状触媒１１の中心部を通過して伝熱体３３に流入す
る温度の低い原料ガスは、このヒータ線４１によって加
熱された面３３ｂにより加熱され、ハニカム状触媒１１
の外周部を通過してきた原料ガスと孔２８内で混合す
る。このため、とかく温度上昇が抑制されがちな中央部
がヒータ線４１により加熱されるので、原料ガスの温度
分布がより均一化されて次のハニカム状触媒１１に流入
し、良好な改質反応を生じる。また、ヒータ線４１は実
施例７の伝熱体３３に限らず、実施例１および実施例２
の伝熱体３１にも使用可能である。
示す。実施例７は、実施例１の伝熱体３１を図１１に示
す伝熱体３３に置き換えたものである。伝熱体３３の直
径部３３ａにはヒータ線４１が埋め込まれている。ハニ
カム状触媒１１の中心部を通過して伝熱体３３に流入す
る温度の低い原料ガスは、このヒータ線４１によって加
熱された面３３ｂにより加熱され、ハニカム状触媒１１
の外周部を通過してきた原料ガスと孔２８内で混合す
る。このため、とかく温度上昇が抑制されがちな中央部
がヒータ線４１により加熱されるので、原料ガスの温度
分布がより均一化されて次のハニカム状触媒１１に流入
し、良好な改質反応を生じる。また、ヒータ線４１は実
施例７の伝熱体３３に限らず、実施例１および実施例２
の伝熱体３１にも使用可能である。
【００２０】燃料改質の反応率は、表２に示すように全
実施例の中で一番高くなっている。表２に、触媒にペレ
ット状触媒を使用した比較例１、触媒はハニカム状触媒
であるが伝熱促進部のない比較例２の燃料改質装置の反
応率も合わせて示す。表２から明らかなように、伝熱促
進部を設けた実施例 1〜実施例７の燃料改質装置の反応
率は、各実施例により多少の高低はあるが、触媒にペレ
ット状触媒を使用した比較例 1、触媒はハニカム状触媒
であるが伝熱促進部のない比較例２の燃料改質装置より
反応率が高いという結果が出ている。
実施例の中で一番高くなっている。表２に、触媒にペレ
ット状触媒を使用した比較例１、触媒はハニカム状触媒
であるが伝熱促進部のない比較例２の燃料改質装置の反
応率も合わせて示す。表２から明らかなように、伝熱促
進部を設けた実施例 1〜実施例７の燃料改質装置の反応
率は、各実施例により多少の高低はあるが、触媒にペレ
ット状触媒を使用した比較例 1、触媒はハニカム状触媒
であるが伝熱促進部のない比較例２の燃料改質装置より
反応率が高いという結果が出ている。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料改質
装置によれば、触媒層内の温度低下を抑え、原料ガスの
温度分布を均一にすることにより、原料ガスを改質する
反応性を向上できるという効果がある。
装置によれば、触媒層内の温度低下を抑え、原料ガスの
温度分布を均一にすることにより、原料ガスを改質する
反応性を向上できるという効果がある。
【図１】本発明の実施例１による燃料改質装置の模式縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１のII-II 線断面図である。
【図３】図２のＢ方向矢視図である。
【図４】図１のＡ方向矢視図である。
【図５】図４の点線Ｖの部分の拡大図である。
【図６】本発明の実施例２による伝熱体の断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の実施例３による伝熱体の断面図であ
る。
る。
【図８】本発明の実施例４による燃料改質装置の模式縦
断面図である。
断面図である。
【図９】本発明の実施例５による燃料改質装置の模式縦
断面図である。
断面図である。
【図１０】本発明の実施例６による燃料改質装置の模式
縦断面図である。
縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例７による伝熱体の模式断面図
である。
である。
【図１２】本発明の実施例７による燃料改質装置の模式
縦断面図である。
縦断面図である。
１０ 燃料改質装置 １１ ハニカム状触媒 ２０ 反応管 ３０ 加熱器 ３１ 伝熱体（伝熱促進部） ３２ 伝熱促進部 ３５ 金属粒状体 ３６ 金属繊維体 ４１ ヒータ線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三澤 英延 愛知県豊明市栄町西大根１番地の50 (72)発明者 長坂 行修 愛知県岡崎市戸崎町上り場東16番地の５
Claims (1)
- 【請求項１】 原料ガスを流通させる反応管と、 この反応管内に一定間隔を置いて収容される複数のハニ
カム状触媒と、 このハニカム状触媒間の一定間隔を占める伝熱促進部
と、 前記反応管を外部から熱する加熱器とを備えたことを特
徴とする燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7437993A JPH06287003A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7437993A JPH06287003A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287003A true JPH06287003A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=13545480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7437993A Pending JPH06287003A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06287003A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004509738A (ja) * | 2000-09-26 | 2004-04-02 | シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー | 反応管におけるロッド状インサート |
| JP2011057538A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Green Hydrotec Inc | 水素発生器及び水素発生装置 |
| JP2011173120A (ja) * | 1999-08-17 | 2011-09-08 | Battelle Memorial Inst | 気相反応物質触媒反応用化学反応器及び方法 |
| CN112805354A (zh) * | 2018-08-21 | 2021-05-14 | 雪佛龙美国公司 | 制备芳烃的催化重整过程及系统 |
Citations (3)
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| JPS60158294A (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料改質装置 |
| JPS63185437A (ja) * | 1987-01-28 | 1988-08-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 触媒反応器 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP7437993A patent/JPH06287003A/ja active Pending
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| CN112805354B (zh) * | 2018-08-21 | 2023-10-31 | 雪佛龙美国公司 | 制备芳烃的催化重整过程及系统 |
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