JPS61186201A - 水素含有ガスを生成する方法 - 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、主として天然ガス、ナフサなどの炭化水素又
はメタノール、エタノールなどのアルコールと水蒸気を
含むガスを触媒の存在のもとに反応せしめ水素含有ガス
を生成する方法に関する。

（従来の技術） 前記方法としては、第５図および第６図に示されている
スチームリフオーマと称されて−いるｆｔ使用する方法
が、従来多く採用されている。

第５図において、炉１内に１列に配列されている多数の
管２は、耐熱合金製の管であって、該管内にはスチーム
リフオーミング用の触媒が充填されており、かつ飽和炭
化水素と水蒸気を含むガスが上方より下方に向かって流
通するようになっている。互いに隣接する管２，２間に
設けたバーナ６には炉１の天井より下方に向う長い炎が
形成され燃焼ガスもまた下方に向って流れるようになっ
ている。第２図においては、第６図は第５図に示されて
いるものと同様に１列に多数配列されているが、この場
合両側壁に設けられた多数のバーナ３には放射状の短炎
が形成され燃焼ガスは上方に向って流れるようになって
いる。

第５図および第６図に示されているスチームリフオーマ
を使用して行う方法は、何れも管２内を流れる飽和炭化
水素と水蒸気を含むガス全バーナ６により管外より加熱
して触媒の存在のもとに反応させるものであるが、該管
内の反応は非常に大きい吸熱反応であってその反応速度
は著しく大きく、必要な熱重さえ与えれば瞬間的に平向
に達する程で熱の供給速度が反応速度を律する最大の因
子であって、このことから管２の耐熱限界内で可能な限
り肢管の単位面積当９の伝熱室（以後ヒートフランクス
という）を大きくすることが反応を促進させることとな
９、また炉の能力の向上に最も必要なことである。

従って肢管の耐熱限界に余裕のある管内ガス温度の低い
入口部のヒートフランクスを最大となし、出口部に向っ
て徐々と小となし肢管の平均ヒートフランクスを大とす
ることが望ましい。

また、第５図および第６図に示されているスチームリフ
オーマは、管２の耐熱限界近くで運転しており、過熱あ
るいは加熱のむらを防ぐため比較的小容量のバーナを多
数設けているが、それらの運転操作メンテナンスは相当
複雑である。

以上のような従来法では次に列記するような欠点を有し
ていた。

（１）従来法では、バーナーで反応管を加熱するために
、反応管を一定間隔に配置する必要があシ、■炉が大き
くなる■多重の供給ガスを処理する場合、１つの炉に配
置可能な反応管の数が限られるため、複数の炉を必要と
する■スケールアンプが難しい寺の欠点があった。

（２）従来、バーナーで反応管全加熱するために、どの
ようにバーナー操作を行ってもヒートフランクスに分布
を生じ、局部的に反応管が加熱され、反応管の熱膨張な
いしは管の破裂（サーマル・クリープ）′ｆｒ：生じて
いた。このような破裂をおさえるためには、供給ガスの
圧力を２０〜６０ゆ／α２程度にする必要があり、供給
ガスの圧力に限界があった。

（３）　　バーナーで反応管を加熱する場合も、加熱温
度の限界は８５０℃程度であり、この温度以上にすると
ヒートフランクスに分布を生じやすくなり、従って反応
の不均一性（ヒート・スポット）に起因して反応管の熱
膨張ないしは管の破裂（サーマル・クリープ）をこの場
合も生じることになる。

故に、バーナーで加熱したガスの炉出口での温度は、た
かだか８００℃程度であり、ガスタービン等での利用は
難しかった。

（４）　　バーナーによる過熱あるいは加熱のむらを防
ぐため、比較的小容量のバーナーを多数設けているが、
それらの運転操作メンテナンスは相当複雑である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はかかる実情にかんがみ、従来方法におけるよう
な欠点のない水素含有ガスの生成方法全提供しようとす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は反応管を良好な輻射性を有する材料で隔離し、
従来のバーナーの代りに流動層を用いて高温ガスを供給
する構造によって、上記目的を達成し得ることを見い出
し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は内部
に触媒が充填され炉内に垂直に配設された多数のＵ字型
反応管を、良好な輻射性を有するグリンド状の材料で隔
離し、炉底部設けられた流動層にて高温ガスで加熱する
と共に、前記Ｕ字部反応管に上方から下方に向かって炭
化水素と水蒸気とを含むガスを流下させ、前記高温ガス
を炉頂部から排出するようにしたことを特徴とする炭化
水素又はアルコールと水蒸気を含むガスから水素含有ガ
スを生成する方法である。

以下、本発明を添付図によって更に詳述する。

第１図、第２図にそれぞれ本発明方法において使用する
炉の一例の横断面及び縦断面全示す。

第１図において、内部に触媒を充填されたＵ字型の反応
管４は、炉５内に多数配置され、それらは、輻射性の良
好な材料からなるグリッド６で隔離される。

第２図に示すように、炉上部にＵ′ｆ−型の反応管４を
多数配置し、炉下部には流動層を設置し、熱媒７を高温
ガスで分散板８を通して流動化する。この高温ガス９は
、炉５内を上昇し、輻射性の良好な材料から構成される
グリッド６全通して、Ｕ字型反応管４を均一に加熱する
。なお第２図中りは流動層の上位水準を示す。

上記炉において、反応管４を輻射性の良好な材料からな
るグリッドで隔離するのは、固体の輻射能がガスに比較
して桁違いに大きいこと、および多孔性固体（グリッド
）中をガスが直接流れる場合、熱伝達率、および伝熱面
積が平滑部よりもはるかに大きいためである。本発明に
おいてはこの現象全利用し、グリッド材の側面に高温ガ
スを流し固体中の輻射熱で反応管全加熱するようにした
ものである。

次に、第６図を用いて全体フローを示す。天然ガス、ナ
フサなどの炭化水素と水蒸気を含む原料ガス１０は、炉
５内で反応して以下の（１）式に従い、多量の水素を含
有するガス１１として反応管外へでる。

ＣｍＨｎ　＋ｍ１（２０：　ｍｃｏ　＋（ｍ＋旦）Ｈ２
（１）下部より炉内に入った高温ガス９は、多数の反応
管に熱を与えた後、炉外に出て、さらにガスタービン１
２を経由して廃熱ボイラ１３それぞれで利用することが
できる０ 〔実施例１〕 Ｕ字管の管内径ｉ０ｔ６ｓｍ＼管肉厚１６−＼Ｕ字管有
効長１０．５ｍの２５Ｏｒ−２ＯＮｉｆｉＩ４ｉ用い、
次のような試験条件下での反応器出入口組成を表１に示
す。

反応管入口ガス温度　　　７００℃ 反応管出ロガス温度　　　８２０℃ 炉入ロ高温ガス温度　　１０００℃ 炉出ロ高温ガス温度　　　９６０℃ 反　応　管　内　圧　力　　　３０ａｊｍ（出入口とも
）高温ガス圧力　　５ａｔｍ（出入口とも）表１　反応
器出入口組成 なお本例の触媒としては、アルミナ−シリカ担体に５〜
６％のニッケルを含浸したものを用いた。

〔実施例２〕 実施例２は、第４図に示したような変形Ｕ字型反応管４
′を用いた以外は、実施例１と同じ条件で実施した。そ
の結果管内の温度分布が均一で、実施例１と同様の結果
が得られた。

〔実施例６〕 実施例１では、天然ガスを原料とした場合について述べ
たが、Ｕ字型の反応管内径１０１６鰭、管肉厚１６調、
Ｕ字型管有効長さ１１惰の２５　Ｃｒ　−２０Ｎｉ鋼を
用い、ナフサ全原料として下記の条件でＨ，ガスを製造
した結果を、表２に示す。

反応管入口ガス温度　　６００℃ 反応管出口ガス温度　　７８０℃ 炉入口高温ガス温度　　９８０℃ 炉出口高温ガス温度　　９２０℃ 反応管内圧力　３０ａｔｍ（出入口とも）高　温　カ　
ス　圧　力　　　５ａｔｍ（出入口とも）表２　　ナフ
サ全原料とした場合の反応器出口組成（％）なお、実施
例１〜６で、熱媒としては砂を使用し、高輻射性の材料
としては、珪石レンガもしくはカーホランダムを使用し
た。

以上、炭化水素ヲ涼科として、ケースについて述べたが
、アルコールを原料としても、同様に水素含有ガスを生
成することを確認した。

以下に、本発明の特徴勿示す。

（１）従来法に較べて、炉内に多数のＵ字型反応管を設
置でき、コンパクトな反応設計が可能となった。

（２）高温ガスの輻射を利用して、反応管を加熱するた
め反応管内のヒートスポットはほとんどなく、従って反
応管の破裂（ツーマル・クリープ）の心配がない。通常
は、圧力を２０〜３０　ｋｇ／１ｍ”程度に押える必要
があったが、本発明では、上限８０〜１００　ｋｇ／ｃ
ｍ”程度まで可能である。

（３）上記（２）に関連して、一様に反応管を加熱でき
るために、ヒートスポットに起因した反応管の破裂（サ
ーマル・タリーグ〕を生じにくい。故に、高温ガス’１
９００〜１６００’Ｃ４１ｊ４度−まで上けることがで
き、炉内で反応管に熱を与えた後、ガスタービン及び廃
熱ボイラ等でオ０用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明方法の一実施例を説明す
るための図、第６図は本発明のスチームリフオーマを含
む全体のフロー図、第４図は本発明で使用するＵ字型反
応管の変形金示す図、第５図および第６図は従来のこの
種方法で使用する炉の構成を示す図である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　晃　− 山） 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に触媒が充填され炉内に垂直に配設された多数のＵ
   字型反応管を、良好な輻射性を有するグリッド状の材料
   で隔離し、炉底部設けられた流動層にて高温ガスで加熱
   すると共に、前記Ｕ字型反応管に上方から下方に向かつ
   て炭化水素と水蒸気とを含むガスを流下させ、前記高温
   ガスを炉頂部から排出するようにしたことを特徴とする
   炭化水素又はアルコールと水蒸気を含むガスから水素含
   有ガスを生成する方法。