JPH0640704A - 脱水素反応用リアクタ - Google Patents
脱水素反応用リアクタInfo
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- JPH0640704A JPH0640704A JP4126929A JP12692992A JPH0640704A JP H0640704 A JPH0640704 A JP H0640704A JP 4126929 A JP4126929 A JP 4126929A JP 12692992 A JP12692992 A JP 12692992A JP H0640704 A JPH0640704 A JP H0640704A
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- reactor
- hydrogen
- combustion
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
- C01B3/34—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 化学工業および燃料電池に有利に適用される
脱水素反応用リアクタに関する。 【構成】 炭化水素または含酸素炭化水素と水蒸気との
原料ガスを水素含有ガスに改質し水素分離機能を有する
水素分離手段により水素を分離する複数の改質反応管
と、該複数の改質反応管の中央部に設けられた加熱手段
と、該加熱手段の周囲に設けられた触媒燃焼用の燃料供
給手段と、該燃料供給手段から燃料が供給され前記改質
反応管の周囲に配置された燃焼触媒と、原料ガスおよび
燃焼用空気の予熱およびスイープガスの予熱を目的とす
る熱交換器を該リアクタ内部に各々具備してなる脱水素
反応用リアクタである。
脱水素反応用リアクタに関する。 【構成】 炭化水素または含酸素炭化水素と水蒸気との
原料ガスを水素含有ガスに改質し水素分離機能を有する
水素分離手段により水素を分離する複数の改質反応管
と、該複数の改質反応管の中央部に設けられた加熱手段
と、該加熱手段の周囲に設けられた触媒燃焼用の燃料供
給手段と、該燃料供給手段から燃料が供給され前記改質
反応管の周囲に配置された燃焼触媒と、原料ガスおよび
燃焼用空気の予熱およびスイープガスの予熱を目的とす
る熱交換器を該リアクタ内部に各々具備してなる脱水素
反応用リアクタである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化学工業および燃料電池
に有利に適用される脱水素反応用リアクタに関する。
に有利に適用される脱水素反応用リアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】原料供給口、生成物取出口を各々有し、
内部に改質触媒が充填され、リアクタ内部または外部に
加熱手段を備えたリアクタにおいて、該リアクタの改質
触媒充填層に水素を選択的に分離する手段を設置し、該
反応管の外部より触媒燃焼により、反応に必要な熱を供
給し、反応管内から反応生成物の水素の一部を除外しな
がら、同時に反応を行わせることにより、その温度にお
ける平衡転化率以上の転化率を得ることができる脱水素
反応用リアクタが従来より提案されている。
内部に改質触媒が充填され、リアクタ内部または外部に
加熱手段を備えたリアクタにおいて、該リアクタの改質
触媒充填層に水素を選択的に分離する手段を設置し、該
反応管の外部より触媒燃焼により、反応に必要な熱を供
給し、反応管内から反応生成物の水素の一部を除外しな
がら、同時に反応を行わせることにより、その温度にお
ける平衡転化率以上の転化率を得ることができる脱水素
反応用リアクタが従来より提案されている。
【０００３】ここで、上記の水素を選択的に分離する手
段に使用される水素選択性分離膜としては、（１）ポリ
イミド膜などの高分子膜、（２）多孔質ガラス、（３）
多孔質ガラスに、パラジウムまたはパラジウム合金薄膜
をコーティングしたもの、（４）多孔質金属に、パラジ
ウムまたはパラジウム合金薄膜をコーティングしたもの
などが提案されている。
段に使用される水素選択性分離膜としては、（１）ポリ
イミド膜などの高分子膜、（２）多孔質ガラス、（３）
多孔質ガラスに、パラジウムまたはパラジウム合金薄膜
をコーティングしたもの、（４）多孔質金属に、パラジ
ウムまたはパラジウム合金薄膜をコーティングしたもの
などが提案されている。
【０００４】なお、上記の脱水素反応用リアクタは通常
より低い温度で、高い転化率を得ることができるもので
あるが、そのためには該リアクタにおいて、反応に必要
な熱をバーナ燃焼でなく触媒燃焼により供給し、反応温
度を低く維持することが望ましく効果的であることが知
られている。
より低い温度で、高い転化率を得ることができるもので
あるが、そのためには該リアクタにおいて、反応に必要
な熱をバーナ燃焼でなく触媒燃焼により供給し、反応温
度を低く維持することが望ましく効果的であることが知
られている。
【０００５】図２に従来のメタンの水蒸気改質反応用リ
アクタの構成例を示す。この従来リアクタの場合、改質
反応管２を加熱後の燃焼ガスは燃焼排ガス管１２より該
リアクタの外部へ排出され排熱が有効に回収されない。
またスイープガスを流す場合にあっても高温の製品水素
ガスは水素回収ノズル５より該リアクタ外部へスイープ
ガスと熱交換することなく排出され、その顕熱が有効に
回収されない構成となっている。
アクタの構成例を示す。この従来リアクタの場合、改質
反応管２を加熱後の燃焼ガスは燃焼排ガス管１２より該
リアクタの外部へ排出され排熱が有効に回収されない。
またスイープガスを流す場合にあっても高温の製品水素
ガスは水素回収ノズル５より該リアクタ外部へスイープ
ガスと熱交換することなく排出され、その顕熱が有効に
回収されない構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２に例示した従来の
原料ガスおよび燃焼用空気の予熱およびスイープガスを
流す場合にあってはスイープガスの予熱を目的とする熱
交換器をリアクタ外部に各々有しリアクタ内部または外
部に加熱手段を備え、選択的な水素分離機能を有する水
素分離手段を反応管内に設置し、該反応管の外部より触
媒燃焼により反応に必要な熱を供給し、反応管内から反
応生成物の水素の一部を除外しながら脱水素反応を行わ
せるリアクタには以下の欠点がある。
原料ガスおよび燃焼用空気の予熱およびスイープガスを
流す場合にあってはスイープガスの予熱を目的とする熱
交換器をリアクタ外部に各々有しリアクタ内部または外
部に加熱手段を備え、選択的な水素分離機能を有する水
素分離手段を反応管内に設置し、該反応管の外部より触
媒燃焼により反応に必要な熱を供給し、反応管内から反
応生成物の水素の一部を除外しながら脱水素反応を行わ
せるリアクタには以下の欠点がある。
【０００７】（１）原料ガスおよび燃焼用空気の予熱お
よびスイープガスを流す場合にあってはスイープガスの
予熱を目的とする熱交換器をリアクタ外部に各々設置す
るため該リアクタからの熱損失が多く熱効率が悪い。そ
の結果、該リアクタからの熱損失を小とし熱効率を向上
させるため配管および該リアクタの保温施工が増大する
ことになる。 （２）また該リアクタ外部に上記熱交換器を各々設置す
るため機器、配管および保温施工などの点数が増加し、
系全体の大型化、複雑化が避けられない。
よびスイープガスを流す場合にあってはスイープガスの
予熱を目的とする熱交換器をリアクタ外部に各々設置す
るため該リアクタからの熱損失が多く熱効率が悪い。そ
の結果、該リアクタからの熱損失を小とし熱効率を向上
させるため配管および該リアクタの保温施工が増大する
ことになる。 （２）また該リアクタ外部に上記熱交換器を各々設置す
るため機器、配管および保温施工などの点数が増加し、
系全体の大型化、複雑化が避けられない。
【０００８】本発明は上記技術水準に鑑み、従来の脱水
素反応用リアクタの有する欠点を解消した脱水素反応用
リアクタを提供しようとするものである。
素反応用リアクタの有する欠点を解消した脱水素反応用
リアクタを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は炭化水素または
含酸素炭化水素と水蒸気との原料ガスを水素含有ガスに
改質し水素分離機能を有する水素分離手段により水素を
分離する複数の改質反応管と、該複数の改質反応管の中
央部に設けられた加熱手段と、該加熱手段の周囲に設け
られた触媒燃焼用の燃料供給手段と、該燃料供給手段か
ら燃料が供給され前記改質反応管の周囲に配置された燃
焼触媒と、原料ガスおよび燃焼用空気の予熱およびスイ
ープガスの予熱を目的とする熱交換器を該リアクタ内部
に各々具備してなることを特徴とする脱水素反応用リア
クタである。
含酸素炭化水素と水蒸気との原料ガスを水素含有ガスに
改質し水素分離機能を有する水素分離手段により水素を
分離する複数の改質反応管と、該複数の改質反応管の中
央部に設けられた加熱手段と、該加熱手段の周囲に設け
られた触媒燃焼用の燃料供給手段と、該燃料供給手段か
ら燃料が供給され前記改質反応管の周囲に配置された燃
焼触媒と、原料ガスおよび燃焼用空気の予熱およびスイ
ープガスの予熱を目的とする熱交換器を該リアクタ内部
に各々具備してなることを特徴とする脱水素反応用リア
クタである。
【００１０】
【作用】脱水素反応用リアクタにおいて、該リアクタ内
部に原料ガスおよび燃焼用空気の予熱、およびスイープ
ガスの予熱を目的とする熱交換器を各々設置したことに
より次のような作用が期待できる。
部に原料ガスおよび燃焼用空気の予熱、およびスイープ
ガスの予熱を目的とする熱交換器を各々設置したことに
より次のような作用が期待できる。
【００１１】（１）リアクタ内部に原料ガスおよび燃焼
用空気の予熱、およびスイープガスの予熱を目的とする
熱交換器を各々設置し複合化するため熱効率が向上し、
該リアクタからの熱損失が少ない高効率のリアクタを提
供できる。またこの結果、配管および該リアクタの保温
施工を最小限にできる。 （２）リアクタ外部に上記熱交換器が不要となるため、
機器、配管及び保温施工などの点数が大幅に減少し、系
全体を小型化かつ単純化できる。
用空気の予熱、およびスイープガスの予熱を目的とする
熱交換器を各々設置し複合化するため熱効率が向上し、
該リアクタからの熱損失が少ない高効率のリアクタを提
供できる。またこの結果、配管および該リアクタの保温
施工を最小限にできる。 （２）リアクタ外部に上記熱交換器が不要となるため、
機器、配管及び保温施工などの点数が大幅に減少し、系
全体を小型化かつ単純化できる。
【００１２】
【実施例】メタンの水蒸気改質反応用リアクタを例とし
た場合について、本発明の一実施例を図１によって説明
する。メタンと水蒸気とを混合した改質原料ガスは原料
ガス供給管１から原料ガスの予熱用熱交換器２２を経由
し改質反応管２に導入され、改質触媒８により水素と二
酸化炭素を主成分とするプロダクトガスに改質される。
このプロダクトガスのうち、水素は選択的な水素分離機
能を有する水素分離手段、この実施例では円管状水素分
離膜１４により選択的に回収され、製品水素ガスとして
水素回収ノズル５から排出される。このとき、回収をよ
り効果的に行い、かつより高い反応転化率を得るため、
スイープガス管１０を円管状水素分離膜１４の内側に挿
入し、水蒸気、水素または窒素などよりなるスイープガ
スをスイープガス供給ノズル９より流すようにする。こ
の場合、分離された製品水素ガスの顕熱を有効に利用す
るため、コイル状の熱交換器２４を水素回収チャンバー
１６内に設置し上記スイープガスを昇温する。一方、水
素分離後の二酸化炭素を含む未反応原料ガスは未反応ガ
ス排出管１３より排出される。
た場合について、本発明の一実施例を図１によって説明
する。メタンと水蒸気とを混合した改質原料ガスは原料
ガス供給管１から原料ガスの予熱用熱交換器２２を経由
し改質反応管２に導入され、改質触媒８により水素と二
酸化炭素を主成分とするプロダクトガスに改質される。
このプロダクトガスのうち、水素は選択的な水素分離機
能を有する水素分離手段、この実施例では円管状水素分
離膜１４により選択的に回収され、製品水素ガスとして
水素回収ノズル５から排出される。このとき、回収をよ
り効果的に行い、かつより高い反応転化率を得るため、
スイープガス管１０を円管状水素分離膜１４の内側に挿
入し、水蒸気、水素または窒素などよりなるスイープガ
スをスイープガス供給ノズル９より流すようにする。こ
の場合、分離された製品水素ガスの顕熱を有効に利用す
るため、コイル状の熱交換器２４を水素回収チャンバー
１６内に設置し上記スイープガスを昇温する。一方、水
素分離後の二酸化炭素を含む未反応原料ガスは未反応ガ
ス排出管１３より排出される。
【００１３】この改質反応に必要な熱源として、起動用
のパイロットバーナ１１及び燃焼触媒３（格子形状）よ
り主要部をなす燃焼触媒管１９をリアクタ中央部に内蔵
させ、空気供給管６からの空気とメタン配管４Ａより供
給するメタンを燃焼触媒３（格子形状）にて、高温燃焼
ガスとし燃焼触媒管１９より流出させる。なお、上記燃
焼触媒３（格子形状）を燃焼バーナとしても、同様の効
果が得られることは言うまでもない。一方、メタン配管
４Ｂより燃料ガス供給管２０を通じて、該燃料ガス供給
管２０に適宜開口した燃料ガス分散孔２１より燃焼触媒
管１９との熱交換で予熱された燃料ガスを噴出させる。
この燃料ガスは上述の燃焼触媒管１９より流入する燃焼
ガスと均一に分散、混合され、改質反応管２の周囲に配
された燃焼触媒７（ペレット形状）にて多段燃焼され、
改質反応管２に反応に必要な熱を充分に供給す。次に改
質反応管２の加熱後のまだ十分高温の燃焼ガスは胴体外
周部に設けられたジャケット１５へ上部より流入し、コ
イル状に各々配設された原料ガスの予熱用熱交換器２
２、引続き燃焼用空気の予熱用熱交換器２３と各々シリ
ーズに熱交換し排熱回収され、低温度となって燃焼排ガ
ス管１２より排出される。さらに詳しく言えば、改質原
料ガスはジャケット１５を貫通して熱交換器２２と連結
された原料ガス供給管１から導入され、燃焼ガスと熱交
換して昇温され改質反応管２に供給される。燃焼用空気
はジャケット１５を貫通して熱交換器２３と連結された
空気の入口１７より導入され、引続き燃焼ガスと熱交換
して昇温され空気の出口１８より流出し、先述の空気供
給管６より高温燃焼用空気としてリアクタ内に導かれ
る。
のパイロットバーナ１１及び燃焼触媒３（格子形状）よ
り主要部をなす燃焼触媒管１９をリアクタ中央部に内蔵
させ、空気供給管６からの空気とメタン配管４Ａより供
給するメタンを燃焼触媒３（格子形状）にて、高温燃焼
ガスとし燃焼触媒管１９より流出させる。なお、上記燃
焼触媒３（格子形状）を燃焼バーナとしても、同様の効
果が得られることは言うまでもない。一方、メタン配管
４Ｂより燃料ガス供給管２０を通じて、該燃料ガス供給
管２０に適宜開口した燃料ガス分散孔２１より燃焼触媒
管１９との熱交換で予熱された燃料ガスを噴出させる。
この燃料ガスは上述の燃焼触媒管１９より流入する燃焼
ガスと均一に分散、混合され、改質反応管２の周囲に配
された燃焼触媒７（ペレット形状）にて多段燃焼され、
改質反応管２に反応に必要な熱を充分に供給す。次に改
質反応管２の加熱後のまだ十分高温の燃焼ガスは胴体外
周部に設けられたジャケット１５へ上部より流入し、コ
イル状に各々配設された原料ガスの予熱用熱交換器２
２、引続き燃焼用空気の予熱用熱交換器２３と各々シリ
ーズに熱交換し排熱回収され、低温度となって燃焼排ガ
ス管１２より排出される。さらに詳しく言えば、改質原
料ガスはジャケット１５を貫通して熱交換器２２と連結
された原料ガス供給管１から導入され、燃焼ガスと熱交
換して昇温され改質反応管２に供給される。燃焼用空気
はジャケット１５を貫通して熱交換器２３と連結された
空気の入口１７より導入され、引続き燃焼ガスと熱交換
して昇温され空気の出口１８より流出し、先述の空気供
給管６より高温燃焼用空気としてリアクタ内に導かれ
る。
【００１４】上記実施例装置と図２に示した従来の脱水
素反応用リアクタの比較データを下記に示す。
素反応用リアクタの比較データを下記に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【発明の効果】本発明により下記の効果を奏する。 （１）リアクタ内部に原料ガスおよび燃焼用空気の予熱
およびスイープガスの予熱を目的とする熱交換器を各々
設置し複合化したため熱効率が向上し、該リアクタから
の熱損失が少ない高効率のリアクタを提供できる。また
配管および該リアクタの保温施工を最小限とできる。 （２）リアクタ外部に上記熱交換器が不要となるため、
機器、配管および保温施工などの点数が大幅に減少し、
系全体を小型化かつ単純化できる。
およびスイープガスの予熱を目的とする熱交換器を各々
設置し複合化したため熱効率が向上し、該リアクタから
の熱損失が少ない高効率のリアクタを提供できる。また
配管および該リアクタの保温施工を最小限とできる。 （２）リアクタ外部に上記熱交換器が不要となるため、
機器、配管および保温施工などの点数が大幅に減少し、
系全体を小型化かつ単純化できる。
【図１】本発明の一実施例に係るメタンの水蒸気改質反
応用リアクタの構成図。
応用リアクタの構成図。
【図２】従来のメタン水蒸気改質反応用リアクタの構成
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化水素または含酸素炭化水素と水蒸気
との原料ガスを水素含有ガスに改質し水素分離機能を有
する水素分離手段により水素を分離する複数の改質反応
管と、該複数の改質反応管の中央部に設けられた加熱手
段と、該加熱手段の周囲に設けられた触媒燃焼用の燃料
供給手段と、該燃料供給手段から燃料が供給され前記改
質反応管の周囲に配置された燃焼触媒とを具備してなる
脱水素反応用リアクタにおいて、改質反応管加熱後の燃
焼排ガスの排熱を原料ガスおよび燃焼用空気の予熱に、
また、製品水素ガスの顕熱をスイープガスの予熱に有効
に利用するため、該リアクタ内部に熱交換器を各々配設
したことを特徴とする脱水素反応用リアクタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4126929A JPH0640704A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 脱水素反応用リアクタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4126929A JPH0640704A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 脱水素反応用リアクタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0640704A true JPH0640704A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=14947399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4126929A Withdrawn JPH0640704A (ja) | 1992-05-20 | 1992-05-20 | 脱水素反応用リアクタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640704A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996032753A1 (en) * | 1995-04-12 | 1996-10-17 | International Fuel Cells Corporation | Fuel processing apparatus having a furnace for fuel cell power plant |
| KR100423544B1 (ko) * | 2001-04-23 | 2004-03-18 | 주식회사 경동도시가스 | 컴팩트형 수증기 개질장치 |
| JP2006176350A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | メタノール改質装置 |
| JP2008222526A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Ngk Insulators Ltd | 選択透過膜型反応器及び水素製造方法 |
| CN119943989A (zh) * | 2025-01-15 | 2025-05-06 | 成都岷山绿氢能源有限公司 | 一种热量自平衡的燃料电池发电系统及方法 |
-
1992
- 1992-05-20 JP JP4126929A patent/JPH0640704A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996032753A1 (en) * | 1995-04-12 | 1996-10-17 | International Fuel Cells Corporation | Fuel processing apparatus having a furnace for fuel cell power plant |
| US5931658A (en) * | 1995-04-12 | 1999-08-03 | International Fuel Cells | Fuel cell power plant furnace |
| KR100417362B1 (ko) * | 1995-04-12 | 2004-04-17 | 인터내셔널 퓨얼 셀즈 코포레이션 | 연료셀발전소노및연소가스의불꽃온도증가방법과연료셀발전소 |
| KR100423544B1 (ko) * | 2001-04-23 | 2004-03-18 | 주식회사 경동도시가스 | 컴팩트형 수증기 개질장치 |
| JP2006176350A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | メタノール改質装置 |
| JP2008222526A (ja) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Ngk Insulators Ltd | 選択透過膜型反応器及び水素製造方法 |
| CN119943989A (zh) * | 2025-01-15 | 2025-05-06 | 成都岷山绿氢能源有限公司 | 一种热量自平衡的燃料电池发电系统及方法 |
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