JPH07206403A

JPH07206403A - 流動床改質炉

Info

Publication number: JPH07206403A
Application number: JP6006585A
Authority: JP
Inventors: Shinji Matsuura; 真司松浦; Hidetoshi Kajimaya; 英俊梶間谷
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1994-01-25
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】改質炉をコンパクト化できると共に改質管の
放熱を減少させて熱応力を緩和し耐久性を向上しうる流
動床改質炉を得る。【構成】流動室２内に水平状に複数段折り返して設け
られ内部に改質触媒３０を充填した改質管１０に都市ガ
ス等の炭化水素系燃料と水蒸気を供給すると共に改質管
１０を流動床ＦＢに接触させて加熱し該炭化水素系燃料
を水素を主成分とするガスに変換するようにした流動床
改質炉１において、改質管１０は両端部を炉壁５部分で
支持させて取付けると共に、改質管１０のベント管１
２、１５および改質ガスヘッダー部２０を改質炉本体の
ケーシングの炉壁５内部に位置させて設ける。また、改
質管１０の少なくとも一端側をケーシング炉壁内部でサ
ポート２１に載置させて支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流動床改質炉に係り、詳
しくは改質炉をコンパクト化できると共に改質管の放熱
を減少させ得、また、改質管の熱応力を緩和して改質管
の耐久性を向上し得る流動床改質炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から例えば燃料電池発電装置に供給
する水素ガスの発生装置として、都市ガスやＬＮＧ等の
炭化水素系燃料である原料ガスを改質するようにした流
動床改質炉が知られている。この燃料電池発電装置用の
流動床改質炉は流動室内に例えばニッケル系の改質用触
媒が充填され、上下に複数段例えば４段に折り返して設
けられた改質管と、流動媒体が流動化されて燃料が燃焼
される流動床とが設けられて形成され、該改質管に前記
のとおり予熱作用と脱硫作用を受けた原料ガスである例
えば都市ガスが水蒸気とともに供給され改質管が流動床
で加熱されることにより改質触媒の作用で水素と一酸化
炭素が発生される。

【０００３】ところで、このような従来の流動床改質炉
は、図３に示すように構成されている。図３において、
流動床改質炉１の流動室２の下部に多数の空気分散管３
と多数のガス燃料分散管４が設けられ、砂等の流動媒体
を該空気分散管３から流動室２内部に分散供給される空
気によって流動化させて流動床ＦＢを形成させ、その流
動床ＦＢ中に該ガス燃料分散管４から都市ガスや燃料電
池のオフガス等のガス燃料を分散供給して燃やすことに
より加熱流動床を形成する。

【０００４】そして、流動室２には改質管１０が流動室
２を横断して水平状に上下方向に４段設けられており下
２本と上２本の改質管１０同士の右端部の折り返し部は
ベント管１２で連絡されている。そして、下２本のうち
の上側改質管１０の左端部と上２本のうちの下側改質管
１０の左端部は連絡管１４で接続されて連通されてい
る。なお改質管１０は図示していないが奥行き方向にも
複数列配列されている。最下段の改質管１０の該ベント
管１２とは反対側の端部には改質を被る炭化水素系燃料
としての都市ガス（原料ガス）の供給管１１ａが取付け
られ、該供給管１１ａは供給ヘッダ１１から分岐されて
設けられている。最上段の改質管１０には改質されて得
られた水素ガスおよび一酸化炭素ガス等からなる高温の
例えば９００℃の改質ガスの取出管１３が取付けられ、
この取出管１３はヘッダ２０に接続されている。取出管
１３及びヘッダ２０はケーシング炉壁５の外側に位置さ
れている。前記改質管１０は長手方向の両端部を改質炉
１のケーシング炉壁５を貫通して該炉壁５に支持されて
おり該ベンド部１２は該ケーシング炉壁５の外部のケー
シング張出部６に位置されこの張出部６でセラミックボ
ード等の断熱材で覆われている。

【０００５】このような構成の流動床改質炉１におい
て、被改質ガスである炭化水素系燃料としての都市ガス
は水蒸気とともにヘッダ１１および供給管１１ａを通し
て最下段の改質管１０に供給される。そして、都市ガス
は最下段の改質管１０からベント管１２、その上側の改
質管１０、連絡管１４を通ってさらにその上段側の改質
管１０へと次々に流入し、この間に各段の改質管１０は
該加熱流動床ＦＢと接触されて加熱されることにより改
質触媒の作用で濃度の高い水素ガスと一酸化炭素ガスに
改質され、得られた改質ガスは最上段の改質管１０の端
部から取出管１３を経て排出されヘッダ２０に集められ
る。水素ガスは燃料電池に送られて発電に供せられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の流動床改質
炉においては、改質管１０の端部のベント管１２が炉外
に位置されていることにより、該ベント管１０部分が炉
のスペースを余計に占めることとなり炉のサイズが大き
くなる。また、ベント管１０部分が炉外に位置すること
によりセラミックボード等の断熱材で保温せねばならず
この分さらにスペースを占めることになり炉が大型化す
る。そして、該ベント管１０部分に断熱保温を施したと
しても熱放散は思うようには遮断できず、改質ガスの温
度低下は免れない。さらに、改質ガス取出管１３および
ヘッダ２０も炉外に位置されていることによりその分、
設置スペースを要すると共に熱放散が大きいものとなっ
ている。なお、改質管１０の炉壁５貫通部分は流動床Ｆ
Ｂから熱を被ることはなく実質的に改質作用をせず改質
管の支持部として作用しているだけであり、それだけ改
質管が長いものとなっている。

【０００７】一方、ヘッダ２０およびベント管１２部の
管外、管内の温度差が大きいものとなっており、改質管
１０自体に作用する熱応力が大きいものとなっている。
しかして、燃料電池発電装置はビル等、建物の地下室等
の狭い場所に設置されることが多く、より少ない設置面
積を要望されており、そのため燃料電池発電装置を構成
する流動床改質炉もよりコンパクト化することが必要と
されている。なお、上記改質管１０のベント管１２や取
出管１３やヘッダ２０からの放熱や上記熱応力を防止さ
せるためにはこれらベント管１２、取出管１３およびヘ
ッダ２０の部分を流動室２の内部に位置させて設けれる
ことも考えられるが、改質管１０のサポート部を流動室
２内部に設ける必要が生じ、該サポート部が流動床ＦＢ
の高温（８００〜９００℃）に晒されるため、強度上、
好ましくなく、さらに実質的に改質作用をしない部分の
ベント管１０の部分も流動室２内に位置させることにな
るので、その分、流動室２の幅を大きく必要とすること
になる。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、改質炉をコンパクト化できると共に改質管
の放熱を減少させ得、また、改質管の熱応力を緩和して
改質管の耐久性を向上し得る流動床改質炉を得ることを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の流動床改質炉は、（１）流動室内に水平状に複数段折り返して設けられ内
部に改質触媒を充填した改質管に都市ガス等の炭化水素
系燃料と水蒸気を供給すると共に該改質管を流動床に接
触させて加熱し該炭化水素系燃料を水素を主成分とする
ガスに変換するようにした流動床改質炉において、該改
質管は両端部を炉壁部分で支持させて取付けると共に改
質管の折り返し部および改質ガスのヘッダ部を改質炉本
体のケーシングの炉壁内部に位置させて設けた構成とし
た。また、

【００１０】（２）流動室内に水平状に複数段折り返し
て設けられ内部に改質触媒を充填した改質管に都市ガス
等の炭化水素系燃料と水蒸気を供給すると共に該改質管
を流動床に接触させて加熱し該炭化水素系燃料を水素を
主成分とするガスに変換するようにした流動床改質炉に
おいて、該改質管は両端部を炉壁部分で支持させて取付
けると共に改質管の折り返し部および改質ガスのヘッダ
部を改質炉本体のケーシングの炉壁内部に位置させて設
け、該改質管はその少なくとも一端側を該ケーシングの
炉壁内部で支持部材に載置させて設けた構成にした。

【００１１】

【作用】上記（１）の構成とすると、改質管の両端が炉
壁部分で支持されて取付けられ、かつ、改質管の折り返
し部としてのベント管部および改質ガスのヘッダー部が
改質炉本体のケーシング炉壁の内部に位置されて設けら
れることにより、改質管の支持部が流動室内の高熱を直
接に受けることがなく改質管をしっかりと支持すること
が可能であると共に、改質管を改質に実質的に必要な最
小長さの管長としたものとすることができ流動室の改質
管の長さ方向の幅を最小限の幅とするこができる。従っ
て、炉がよりコンパクトに構成される。そして、該ベン
ト管部分やヘッダ部を炉壁内部に位置されることにより
それだけ熱放散も少ないものとされると共に、該ベント
管部分やヘッダ部の管内と管外の温度差が小さいものと
されることにより改質管に無理な熱応力が作用すること
が防がれ耐久性が向上される。

【００１２】また、上記（２）の構成では、上記（１）
に加えてさらに、改質管の熱伸びがフリーにされるた
め、熱応力の更なる減少を図ることが可能になる。

【００１３】

【実施例】次に、図面に示した実施例により本発明を詳
細に説明する。図１は本発明の実施例を示すものであり
流動床改質炉の流動室の部分縦断面図である。なお、図
１および本実施例において、前記図２と同一および相当
する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００１４】流動床改質炉の流動室２には室内を平行状
態で横断して上下方向に３段の改質管１０（１０ａ、１
０ｂ、１０ｃ）が設置されており、最下段の改質管１０
ａと中段の改質管１０ｂはそれらの右端部を右ベント管
１２で連通されて接続されており、中段の改質管１０ｂ
と最上段の改質管１０ｃはそれらの左端部を改質管１０
と同径の左ベント管１５で連通されて接続されいる。こ
のような上下３段の改質管１０は図２に示すように図１
の奥行き方向にも多数列併置して設けられている。最下
段の改質管１０ａの左端部には炉の外部で原料ガス供給
ヘッダ１１から分岐して設けられた原料ガス供給管１１
ａが接続されており、最上段の改質管１０ｃの右端面に
は改質ガス取出管１３が接続されて該取出管１３は改質
ガスヘッダ２０に連結されている。２１は炉外に延設さ
れた改質ガス送給管、２２は伸縮継手である。

【００１５】また、中段の改質管１０ｂと最上段の改質
管１０ｃの左ベント管１５にはそれぞれの改質管１０
ｂ、１０ｃと同心状で、かつ、同径の直管１６が取付け
られており、該直管１６の内部には改質管１０の内部に
改質触媒３０を圧密状態で充填するための押し筒１７が
挿入されている。該押し筒１７は直管１６端部でフラン
ジ接合されて取り外し可能に取付けられおり触媒３０が
交換可能とされている。また、最下段の改質管１０ａは
その左端部が炉の外部にまで延ばされて該左端部に押し
筒２３が内挿されてフランジ接合で取付けられており、
触媒３０が交換可能とされている。

【００１６】各改質管１０ａ、１０ｂ、１０ｃには図１
に斜線で示す範囲部分にニッケル系の改質触媒３０が触
媒カートリッジとして充填されている。ケーシング外板
５ａの外側の前記直管１６と対向する位置には蓋１９が
取り外し可能に取付けられており、押し筒１７を取り外
して改質管１０ｂ、１０ｃ内の触媒３０を抜き出したり
充填したりすることができように構成されている。

【００１７】しかして、改質炉の炉壁５はケーシング外
板５ａと流動室２に面しキャスタブルで形成された不定
形耐火物５ｃとそれらの中間部のセラミックボード（セ
ラミックファイバーともいう）からなる断熱材５ｂとで
構成されている。そして、最上段の改質管１０ｃと最下
段の改質管１０ａはその一方端の右端部を外板５ａに固
定されて炉壁５の内部に取付けられたサポート２１に、
溶接されることなく、載置されて支持され、他方端の左
端部を該炉壁５の不定形耐火物５ｃに支持されて取付け
られている。また、中段の改質管１０ｂはその両端部を
該炉壁５の不定形耐火物５ｃに支持されて取付けられて
いる。そして、右ベント管１２、左ベント管１５、改質
ガス取出管１３、改質ガスヘッダ２０および直管１６は
該炉壁５の中間部のセラミックボードである断熱材５ｂ
によって取り囲まれて炉壁５の内部に位置されて設けら
れている。

【００１８】このように構成された流動床改質炉におい
て、流動室２内では分散空気によって砂などからなる流
動媒体が流動化されて流動床が形成されると共に該流動
床に供給される燃料が燃焼されて例えば８００〜９００
℃の高温の流動床ＦＢが形成され、該流動床ＦＢは改質
管１０と接触して改質管１０を加熱する。そして、原料
ガス供給ヘッダ１１から原料ガス供給管１１ａを通して
改質管１０の最下段の改質管１０ａに予熱された都市ガ
スと水蒸気が供給される。最下段の改質管１０ａに供給
された都市ガスは水蒸気とともに改質管１０ａ内を通り
右ベント管１２へ流入して中段の改質管１０ｂに入る。
中段の改質管１０ｂを通過した都市ガスおよび水蒸気は
さらに左ベント管１５に流入して最上段の改質管１０ｃ
へと流入してここを通過する。

【００１９】この間に、都市ガスは加熱されて同様に加
熱された改質触媒３０の作用で濃度の高い水素と一酸化
炭素からなる高温のガス（改質ガス）に改質される。こ
のようにして発生された改質ガスは最上段の改質管１０
ｃの改質ガス取出管１３を通って改質ガスヘッダ２０へ
流入され、さらに送給管２１から取り出され、水素ガス
は燃料電池に送られる。

【００２０】しかして、改質管１０はその両端を炉壁５
の不定形耐火物５ｃや断熱材５ｂで取り囲まれたサポー
ト２１の部分で支持されているおり、かつ、改質管１０
の右ベント管１２、左ベント管１５、改質ガス取出管１
３、改質ガスヘッダ２０および直管１６は炉壁５の内部
に位置されて設けられているので、改質管１０は支持が
確実に行われると共に改質作用に実質的に必要な長さに
抑えることができて短いものとされ、改質炉が徒に大き
くなることがなくコンパクトに構成することができる。
そして、改質管１０の長さが短くなることと、該右ベン
ト管１２、左ベント管１５、改質ガス取出管１３、改質
ガスヘッダ２０および直管１６が炉壁５の内部に位置し
ていることにより、熱放散も少なくすることができると
共に、これらの右ベント管１２等の管外と管内の温度差
が小さくされるので改質管１０や該右ベント管１２等に
作用する熱応力が小さいものとされる。

【００２１】また、改質管１０は高温（８００〜９００
℃）に加熱されて軸方向に伸びるが最下段の加熱管１０
ａと最上段の加熱管１０ｃはその右端部がサポート２１
に載置されて支持されていることにより該熱伸びがフリ
ーにされ、熱応力が小さいものとされる。また、中段の
改質管１０ｂは両端のベント管１２、１５の作用によっ
て熱応力が吸収されることにより該熱応力が小さいもの
とされる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、改質管の両端を炉壁部分で支持させて取付
け、かつ、改質管の折り返し部としてのベント管部およ
び改質ガスのヘッダ部を改質炉本体のケーシング炉壁の
内部に位置させて設けたことにより、改質管を確実に支
持した状態として改質管を改質に実質的に必要な最小長
さの管長として短い改質管とすることができ、炉をより
コンパクトに構成することができる。そして、該ベント
管部分やヘッダ部を炉壁内部に位置させたことによりそ
れだけ熱放散も少なくすることができると共に、該ベン
ト管部分やヘッダ部の管内と管外の温度差が小さいもの
とされることにより改質管に無理な熱応力が作用するこ
とが防がれ、耐久性を維持することができる。

【００２３】また、改質管の少なくとも一端側を炉壁の
内部で支持部材に載置して支持した構成とした場合は上
記の効果に加えてさらに熱応力の減少を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す流動床改質炉の流動室の
部分縦断面図である。

【図２】図１の左側面図である。

【図３】従来の流動床改質炉の流動室の部分縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１流動床改質炉２流動室５ケーシング炉壁５ａケーシング外板５ｂ断熱材（セラミックボード）５ｃ不定形耐火物（キャスタブル）１０改質管１０ａ最下段改質管１０ｂ中段改質管１０ｃ最上段改質管ＦＢ流動床１２、１５ベント管１３改質ガス取出管１６直管１７、２３押し筒１９蓋２０改質ガスヘッダ２１改質管サポート３０改質触媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流動室内に水平状に複数段折り返して設
けられ内部に改質触媒を充填した改質管に都市ガス等の
炭化水素系燃料と水蒸気を供給すると共に該改質管を流
動床に接触させて加熱し該炭化水素系燃料を水素を主成
分とするガスに変換するようにした流動床改質炉におい
て、該改質管は両端部を炉壁部分で支持させて取付ける
と共に改質管の折り返し部および改質ガスのヘッダ部を
改質炉本体のケーシングの炉壁内部に位置させて設けた
ことを特徴とする流動床改質炉。
【請求項２】流動室内に水平状に複数段折り返して設
けられ内部に改質触媒を充填した改質管に都市ガス等の
炭化水素系燃料と水蒸気を供給すると共に該改質管を流
動床に接触させて加熱し該炭化水素系燃料を水素を主成
分とするガスに変換するようにした流動床改質炉におい
て、該改質管は両端部を炉壁部分で支持させて取付ける
と共に改質管の折り返し部および改質ガスのヘッダ部を
改質炉本体のケーシングの炉壁内部に位置させて設け、
該改質管はその少なくとも一端側を該ケーシングの炉壁
内部で支持部材に載置させて設けたことを特徴とする流
動床改質炉。