JPS5992018A - 改質装置 - Google Patents
改質装置Info
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- JPS5992018A JPS5992018A JP20294082A JP20294082A JPS5992018A JP S5992018 A JPS5992018 A JP S5992018A JP 20294082 A JP20294082 A JP 20294082A JP 20294082 A JP20294082 A JP 20294082A JP S5992018 A JPS5992018 A JP S5992018A
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- Japan
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- reaction
- gas
- reaction tube
- reaction tubes
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、たとえば天然ガスなどの炭化水素を水蒸気
と混合し、この混合ガスを触媒の作用で反応させて水素
に変える改質装置に関する。
と混合し、この混合ガスを触媒の作用で反応させて水素
に変える改質装置に関する。
メタンを主成分とする天然ガスを改質するには、１ｌｌ
ａのように、天然ガス１を水蒸気２と共に改質本体３内
の反応管４Ｉ＝送り込む。ココで天然ガス１は反応管４
に内蔵された触媒層５を流通して触媒の作用により水素
と一酸化炭素τ二改質され（改質反応）、後段の一酸化
炭素変成器６≦二送られる□なお、１中７は改質装置本
体３からの排気である。
ａのように、天然ガス１を水蒸気２と共に改質本体３内
の反応管４Ｉ＝送り込む。ココで天然ガス１は反応管４
に内蔵された触媒層５を流通して触媒の作用により水素
と一酸化炭素τ二改質され（改質反応）、後段の一酸化
炭素変成器６≦二送られる□なお、１中７は改質装置本
体３からの排気である。
一方、−酸化炭素変成器６では一酸化炭素が水蒸気と反
応して水素と二酸化炭素（二なる〔シフト反応〕。これ
らの反応式を示すと次の通りであるり ＣＨ，＋ Ｈ，０ケー→Ｃ（Ｊ ＋３ Ｈ，−４９，３
Ｋ ｃａｂ−（１）（改質反応ン Ｃ（Ｊ＋Ｈ，ｏ−−一→Ｃｏ、 ＋Ｈ，＋９．８Ｋｃａ
／、 ・・−（２１（シフト反応） また、全体としての反応式は（１）式と（り式との和で
次式となる。
応して水素と二酸化炭素（二なる〔シフト反応〕。これ
らの反応式を示すと次の通りであるり ＣＨ，＋ Ｈ，０ケー→Ｃ（Ｊ ＋３ Ｈ，−４９，３
Ｋ ｃａｂ−（１）（改質反応ン Ｃ（Ｊ＋Ｈ，ｏ−−一→Ｃｏ、 ＋Ｈ，＋９．８Ｋｃａ
／、 ・・−（２１（シフト反応） また、全体としての反応式は（１）式と（り式との和で
次式となる。
ＣＨ４＋２Ｈ，ｏ−＋ｃｏ、 ＋４Ｈ，−ａ ９．５Ｋ
ｃａ／、 ”（３）改質装置３での改質反応は吸熱反応
であるため外部から熱を加えなければならないＤそこで
。
ｃａ／、 ”（３）改質装置３での改質反応は吸熱反応
であるため外部から熱を加えなければならないＤそこで
。
（９）のように加熱装置８を設けて必要な熱を与えるよ
うにしている。図中９．１０はそれぞれ加熱装置８へ送
）Ｊ込まれる燃料および空気であるρまた。改質反応時
に生成された一酸化炭素の一部はＣＯ転化反応を起こす
ので、改質装置本体３のガス出口（：おけるガス成分は
、生成されたＨ、、ＣＯ，Ｃ鴨および未反応のＯＨ，。
うにしている。図中９．１０はそれぞれ加熱装置８へ送
）Ｊ込まれる燃料および空気であるρまた。改質反応時
に生成された一酸化炭素の一部はＣＯ転化反応を起こす
ので、改質装置本体３のガス出口（：おけるガス成分は
、生成されたＨ、、ＣＯ，Ｃ鴨および未反応のＯＨ，。
Ｈ，０となるｒ
第２図は従来の改質装置を示すものである０原料ガスで
ある天然ガス１は改質装置本体３の原料ガス入口１１よ
り約４００℃に予熱され℃並列Ｃ：接続された複数の反
応管４・・・に流入し。
ある天然ガス１は改質装置本体３の原料ガス入口１１よ
り約４００℃に予熱され℃並列Ｃ：接続された複数の反
応管４・・・に流入し。
各反応管４内の触媒層５を流通Ｔる。そして触媒の作用
により水素と一酸化炭素に改質される口答反応管４は上
方Ｃ二股けられた加熱装置８により加熱され１反応管類
部１２では約８００℃まで昇温されて触媒層５で反応し
、その生成水素ガスは空隙１３を流通する間に流入ガス
と熱交換して約５００℃まで温度低下し、共通の出口１
４より流出して後段の一酸化炭素変成器６に送られる、 〔背景技術の問題点〕 ところで改質装置の熱効率ηと空間速度ＳＶとの関係は
第３因のよう≦：；ｑってお蚤）、空間速度ＳＶが上る
と熱交率ηは低下するａなお熱効率ηおよび空間速度Ｓ
ｖは次のように定義されるｐ 熱効率η （発生水素量（ＣＯを含む））×（発熱坩）したがって
、熱効率ηを高めるためには空間速度８ｖを低くする方
がよいが、空間速度ＳＶを低（するために触媒量を多く
することは装置が大形化するので得策でない口そこで、
実用可能な熱効率ηｒおよび空間速度８Ｖｒが得られる
設計点Ｐが、第３因の関係から選定されるＤさら（−８
空間速度ＳＶをあまり低くできない理由としては１反応
管４内の触媒層５の温度分布の問題がある。
により水素と一酸化炭素に改質される口答反応管４は上
方Ｃ二股けられた加熱装置８により加熱され１反応管類
部１２では約８００℃まで昇温されて触媒層５で反応し
、その生成水素ガスは空隙１３を流通する間に流入ガス
と熱交換して約５００℃まで温度低下し、共通の出口１
４より流出して後段の一酸化炭素変成器６に送られる、 〔背景技術の問題点〕 ところで改質装置の熱効率ηと空間速度ＳＶとの関係は
第３因のよう≦：；ｑってお蚤）、空間速度ＳＶが上る
と熱交率ηは低下するａなお熱効率ηおよび空間速度Ｓ
ｖは次のように定義されるｐ 熱効率η （発生水素量（ＣＯを含む））×（発熱坩）したがって
、熱効率ηを高めるためには空間速度８ｖを低くする方
がよいが、空間速度ＳＶを低（するために触媒量を多く
することは装置が大形化するので得策でない口そこで、
実用可能な熱効率ηｒおよび空間速度８Ｖｒが得られる
設計点Ｐが、第３因の関係から選定されるＤさら（−８
空間速度ＳＶをあまり低くできない理由としては１反応
管４内の触媒層５の温度分布の問題がある。
第４図５：示すように、触媒層５内の線速度が低い場合
には鞄料ガスが反応管４内を均等Ｃ：流れず、流線Ｆで
示すような片寄りが生じる。その結果、温度分布も下の
グラフ図に示すように不均一となる。Ｔ７Ｚわち改質反
応は吸熱反応であるから管壁部の温度ＴＩに対して反応
ガスの流線Ｆが密なる部分では温度がＴ、のようＣ二極
度２二低下し、この部分では反応特性が悪くなる。
には鞄料ガスが反応管４内を均等Ｃ：流れず、流線Ｆで
示すような片寄りが生じる。その結果、温度分布も下の
グラフ図に示すように不均一となる。Ｔ７Ｚわち改質反
応は吸熱反応であるから管壁部の温度ＴＩに対して反応
ガスの流線Ｆが密なる部分では温度がＴ、のようＣ二極
度２二低下し、この部分では反応特性が悪くなる。
−万１反応管４内の線速度か十分であれば。
流れの片寄りが減少するため温度分布は第４図中点線で
示すようなものとなり１反応ガスの最低温度もＴｓ′ｆ
：で上昇するので良好な反応特性が得られるはずである
。
示すようなものとなり１反応ガスの最低温度もＴｓ′ｆ
：で上昇するので良好な反応特性が得られるはずである
。
線速度を高めるための一手段として反応管４を細くする
ことも考えられるが０寸法上の制限からあま１１反応管
を細くすることは望めない。
ことも考えられるが０寸法上の制限からあま１１反応管
を細くすることは望めない。
そこで空間速度Ｓｖを上げることにより、所要の線速度
な得なければならず空間速１１Ｓｖを低くして熱効率η
を高めることは甚だ困難であった口 〔発明の目的〕 この発明は、たとえば天然ガスなどの炭化水素を水蒸気
と混合し、この混合気体を触媒の作用で反応させて水素
に変える改質装置において。
な得なければならず空間速１１Ｓｖを低くして熱効率η
を高めることは甚だ困難であった口 〔発明の目的〕 この発明は、たとえば天然ガスなどの炭化水素を水蒸気
と混合し、この混合気体を触媒の作用で反応させて水素
に変える改質装置において。
反応管内の温度分布の均一化をはか１１ 、これによっ
て装置の小形化と熱効率の同上をはかることＣ二ある。
て装置の小形化と熱効率の同上をはかることＣ二ある。
本発明に係る改質装置は、改質装置本体内（二収容され
た複数の反応管に、原料ガスの少なくとも一部を順次に
流通させること≦二よって各反媒鼠を増量することなく
（すなわち装置を大形乃 にすること≠く）空間速度を低下させて熱効率を高めて
いるものであるＤ 〔発明の実施例〕 第５図はこの発明の第１の実施例を示すもので、第２図
と同一部分は同一符号で示しであるｎ改質装置本体３内
に収容された複数の反応管４ａ〜４ｄは配管１５を介し
て直列Ｃ：接続され。
た複数の反応管に、原料ガスの少なくとも一部を順次に
流通させること≦二よって各反媒鼠を増量することなく
（すなわち装置を大形乃 にすること≠く）空間速度を低下させて熱効率を高めて
いるものであるＤ 〔発明の実施例〕 第５図はこの発明の第１の実施例を示すもので、第２図
と同一部分は同一符号で示しであるｎ改質装置本体３内
に収容された複数の反応管４ａ〜４ｄは配管１５を介し
て直列Ｃ：接続され。
原料ガス入口１１よ１Ｊ流入した原料ガスである天然ガ
ス１はまず第１の反応管４ｍに流入したのち、順次、第
２〜第４の反応管４ｂ〜４ｄを流通して出口１４より流
出するように構成されている。
ス１はまず第１の反応管４ｍに流入したのち、順次、第
２〜第４の反応管４ｂ〜４ｄを流通して出口１４より流
出するように構成されている。
そこで原料ガス入口１１より流入した天然ガス１は、ま
ず第１の反応管４ａｌ二流入し、その内部の触媒層５を
流通して改質反応を行なう。
ず第１の反応管４ａｌ二流入し、その内部の触媒層５を
流通して改質反応を行なう。
第１の反応管４ａは加熱装置８の燃焼熱Ｃよって上方よ
り加熱されているので１反応管頂部１２ａでは約８００
℃まで昇温する。そして空隙ｚ３ｖｍ通する間に、流入
ガスと熱交換されて約５００℃となり１次の第２の反応
管４ｂに以下同様にして第３′の反応管４Ｇ、第４の反
応管４ｄを流通したのち、出口１４より流出しバ 後段の一酸化炭素変成器６へと送られることＣ二なるＯ 以上のような構成にＴることによヲ】、各反応管４ａ〜
４ｄ内のガスの線速度は第２図の出合の約４倍となるー
したがって、各反応管４８〜４ｄ内の流線の片寄りが減
少し、その結果、温に比して良好な反応特性を得ること
ができる０特に１氏流量においての反Ｌ６特性の改善が
著しい０次【：第７図に示すこの発明の第２の実施例に
ついて説明する。
り加熱されているので１反応管頂部１２ａでは約８００
℃まで昇温する。そして空隙ｚ３ｖｍ通する間に、流入
ガスと熱交換されて約５００℃となり１次の第２の反応
管４ｂに以下同様にして第３′の反応管４Ｇ、第４の反
応管４ｄを流通したのち、出口１４より流出しバ 後段の一酸化炭素変成器６へと送られることＣ二なるＯ 以上のような構成にＴることによヲ】、各反応管４ａ〜
４ｄ内のガスの線速度は第２図の出合の約４倍となるー
したがって、各反応管４８〜４ｄ内の流線の片寄りが減
少し、その結果、温に比して良好な反応特性を得ること
ができる０特に１氏流量においての反Ｌ６特性の改善が
著しい０次【：第７図に示すこの発明の第２の実施例に
ついて説明する。
図中２４ａ〜２４ｄは改質装置本体（図示せず）内≦二
収容°された反応管で、配管２５を介して直列に接続さ
れ１本体の原料ガス入口裏を）流入した天然ガス１を順
次に流通させ℃本体の出口より流出させ、後段の一酸化
炭素変成器６へ送２）ように構成されている口また１図
中２７は加熱装置であって、この加熱装置２７は各反応
器２４ａ〜２４ｄごとに対応して設けられた加熱器２８
ａ 〜２８ ｄと、バーナ２９と、このバーナ２９の
燃焼ガスを各加熱器２８ａ〜２８ｄに送り込むブロア３
θと、各加熱器２８ａ〜２８ｄからの排気を集め℃プロ
ア３０よりバーナ２９へ至る空気を予熱する予熱器３１
とから構成されている◎そして原料ガスである天然ガス
１は各反Ｌｉ’ｊ＋管２４ａ〜２４ｄに流入する直前に
各加熱器２８ａ〜２８ｄを通過して加熱される構成とな
っているＤ そこでまず原料ガスである天然ガス１は第１の加熱器２
８ａに流入し１反応器度まで昇温されて第１の反応管２
４ｍに流入する。そして反２管２４ａ内の触媒層で改質
反応が行なわれ。
収容°された反応管で、配管２５を介して直列に接続さ
れ１本体の原料ガス入口裏を）流入した天然ガス１を順
次に流通させ℃本体の出口より流出させ、後段の一酸化
炭素変成器６へ送２）ように構成されている口また１図
中２７は加熱装置であって、この加熱装置２７は各反応
器２４ａ〜２４ｄごとに対応して設けられた加熱器２８
ａ 〜２８ ｄと、バーナ２９と、このバーナ２９の
燃焼ガスを各加熱器２８ａ〜２８ｄに送り込むブロア３
θと、各加熱器２８ａ〜２８ｄからの排気を集め℃プロ
ア３０よりバーナ２９へ至る空気を予熱する予熱器３１
とから構成されている◎そして原料ガスである天然ガス
１は各反Ｌｉ’ｊ＋管２４ａ〜２４ｄに流入する直前に
各加熱器２８ａ〜２８ｄを通過して加熱される構成とな
っているＤ そこでまず原料ガスである天然ガス１は第１の加熱器２
８ａに流入し１反応器度まで昇温されて第１の反応管２
４ｍに流入する。そして反２管２４ａ内の触媒層で改質
反応が行なわれ。
水素濃度が高められるとともに吸熱反応であるため温＋
ｉが低下して第２の加熱器２８ｂに流入する。ここで再
び反応温度まで昇温されて〜２の反応管２４ ｂ Ｃ流
入し、改質反応が行なわれて水素濃度がさら（：高めら
れる。
ｉが低下して第２の加熱器２８ｂに流入する。ここで再
び反応温度まで昇温されて〜２の反応管２４ ｂ Ｃ流
入し、改質反応が行なわれて水素濃度がさら（：高めら
れる。
以下同様にして第３．第４の加熱２８ｃ。
２８ｄおよび反応管２４ｃ、２４ｄを流通し。
最終的に第４の反応管２４ｄを流出した所で濃度約８０
係の水素、−酸化炭素、少量のメタンおよび水蒸気の混
合ガスとｔって、後段の一酸化炭素変成器６へ送られる
。
係の水素、−酸化炭素、少量のメタンおよび水蒸気の混
合ガスとｔって、後段の一酸化炭素変成器６へ送られる
。
第８図はこの第２の実施例における加熱器２８ ａ 〜
２８ ｄと反応管２４ａ 〜２４ｄとを交互に流通する
際の１ぶ料ガスの温度変化を示すものである。
２８ ｄと反応管２４ａ 〜２４ｄとを交互に流通する
際の１ぶ料ガスの温度変化を示すものである。
この第２の実施例においても反応管２４ａ〜２４ｄが直
列【二接続されているので、ガス流速は従来装置の約４
倍となり１反応管流通時の流れの片寄りが減少するので
１反応管２４ｔａ〜２４ｄ内Ｃ二おける温度分布は第４
肉の点線のようＣ二均−になる◎また各反応管２４ａ〜
２４ｄでは原料ガスを順次反厖させていけばよいので各
反応管ごとに高温に加熱Ｔる必要は／Ｉく、比較的低温
に：することができる。したがって１反摩管や触媒の材
質の劣化を防止し、改質反応に対する高温による悪影響
をも防止して熱効率の向上をはかることができる。
列【二接続されているので、ガス流速は従来装置の約４
倍となり１反応管流通時の流れの片寄りが減少するので
１反応管２４ｔａ〜２４ｄ内Ｃ二おける温度分布は第４
肉の点線のようＣ二均−になる◎また各反応管２４ａ〜
２４ｄでは原料ガスを順次反厖させていけばよいので各
反応管ごとに高温に加熱Ｔる必要は／Ｉく、比較的低温
に：することができる。したがって１反摩管や触媒の材
質の劣化を防止し、改質反応に対する高温による悪影響
をも防止して熱効率の向上をはかることができる。
また原料ガスの直接加熱Ｃ：より１反応管２４ａ〜２４
ｄの加熱温度を均一化することもでき。
ｄの加熱温度を均一化することもでき。
この点においても改質効率が高められることになる。
なお１本発明は上記第１．第２の実施例に限定されるも
のではない口たとえば原料ガスの全部ではな（、その一
部のみを複数の反応器に順次響：流通させろようにし℃
もよい。
のではない口たとえば原料ガスの全部ではな（、その一
部のみを複数の反応器に順次響：流通させろようにし℃
もよい。
以上詳述したように１本発明によれは、複数の反応管に
対して原料ガスを順次に流通させるようＣ：したことに
より各反応管内の温度分布を均一化し、触媒層を増量す
ることなく、シたがって装置を大影響：することなく空
間速度を低下させて熱効率を高めることができ、所期の
効果を得ることができる。
対して原料ガスを順次に流通させるようＣ：したことに
より各反応管内の温度分布を均一化し、触媒層を増量す
ることなく、シたがって装置を大影響：することなく空
間速度を低下させて熱効率を高めることができ、所期の
効果を得ることができる。
、 第１図は改質装置の原理説明図、第２図は従来の改
質装置を示す概略図、第３因は空間速度８ｖと改質装置
熱効率ηとの関係を示す図、第４図は触媒層内の流れ分
布と温度分布との関係を示す因、第５図はこの発明の第
１の実施例を示す概略図、第６図は従来装置と第１の実
施例の装置との反応特性の比較図、第７囚はこの発明の
第２の実施例を示す概略図、第８図は天然ガスの流路に
沿った温度変化を示す肉である。 ３・・・改質装置本体、５・・・触媒層、８．２１・・
・加熱装置、１１・・・原料ガス入口、１５．２５・・
・配管、１２８〜１２ｄ、２４ａ 〜２４ｄ−・・反応
管、１８・・・ガス出口口 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 彦 第 １ 日 ＪＩ ２ 図 １１３１！１ ｍ ４ 回
質装置を示す概略図、第３因は空間速度８ｖと改質装置
熱効率ηとの関係を示す図、第４図は触媒層内の流れ分
布と温度分布との関係を示す因、第５図はこの発明の第
１の実施例を示す概略図、第６図は従来装置と第１の実
施例の装置との反応特性の比較図、第７囚はこの発明の
第２の実施例を示す概略図、第８図は天然ガスの流路に
沿った温度変化を示す肉である。 ３・・・改質装置本体、５・・・触媒層、８．２１・・
・加熱装置、１１・・・原料ガス入口、１５．２５・・
・配管、１２８〜１２ｄ、２４ａ 〜２４ｄ−・・反応
管、１８・・・ガス出口口 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 彦 第 １ 日 ＪＩ ２ 図 １１３１！１ ｍ ４ 回
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （］）涼科料ス入口および出口を有する改質装置本体と
、この本体内に収容され内蔵された触媒の作用によりＩ
原料ガスの吸熱反応を生じさせる複数の反応管と、的ｄ
ＣＣ科料ガス入口り流入した原料ガスの少なくとも一部
を前記複数の反応管をｌｌｌｆｉ次に流通させたのち前
記出口よを】虎１出させる配管と、前記本体内の原料ガ
スを加熱する加熱装置とを具備したことを特徴とする改
質装置− （２） 前記加熱装置は各反応管ごとＣ：対応する加熱
器を有し、各反応管Ｃ：流入する原料ガスを各加熱器に
よｉｌ予め加熱するように構成されていることを特徴と
する特許論求の範囲第（１）項記載の改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20294082A JPS5992018A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20294082A JPS5992018A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5992018A true JPS5992018A (ja) | 1984-05-28 |
Family
ID=16465677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20294082A Pending JPS5992018A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5992018A (ja) |
-
1982
- 1982-11-19 JP JP20294082A patent/JPS5992018A/ja active Pending
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