JPS62201632A - 改質装置 - Google Patents
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- JPS62201632A JPS62201632A JP4382986A JP4382986A JPS62201632A JP S62201632 A JPS62201632 A JP S62201632A JP 4382986 A JP4382986 A JP 4382986A JP 4382986 A JP4382986 A JP 4382986A JP S62201632 A JPS62201632 A JP S62201632A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (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】
狐果上Δ帆匪外訊
本発明は、炭化水素原料および水蒸気を触媒の存在下に
おいて反応させ、水素を主成分とする混合流体を製造す
る改質装置（リフオーマ）に関する。
おいて反応させ、水素を主成分とする混合流体を製造す
る改質装置（リフオーマ）に関する。
さらに詳しくは、本発明は、一般化学用改質炉、さらに
コンパクトさが要求される燃料電池用改質炉として用い
られる改質装置に関する。
コンパクトさが要求される燃料電池用改質炉として用い
られる改質装置に関する。
従来の技術
燃料油、ナフサ、天然ガスなどの炭化水素原料に水蒸気
を混合し、該混合流体を触媒の存在下にて反応させ、水
素を主成分とし、−酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を
含有する混合気体を得る改質反応（リフォーミング）は
、非常に多量の熱を吸収する吸熱反応である。したがっ
て、反応を進行させるためには外部から熱を供給する必
要がある。
を混合し、該混合流体を触媒の存在下にて反応させ、水
素を主成分とし、−酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を
含有する混合気体を得る改質反応（リフォーミング）は
、非常に多量の熱を吸収する吸熱反応である。したがっ
て、反応を進行させるためには外部から熱を供給する必
要がある。
かかる給熱を行なうため、従来よりリフォーミング触媒
層を有する複数のりフォーマチューブを収容したケーシ
ングにバーナを多数取りっけ、そのバーナによる燃焼熱
を前記触媒層に供給して反応を行なうアンモニア合成プ
ラントなどに使用のＩＣＩ型リフリフォーマとき改質装
置が用いられている。
層を有する複数のりフォーマチューブを収容したケーシ
ングにバーナを多数取りっけ、そのバーナによる燃焼熱
を前記触媒層に供給して反応を行なうアンモニア合成プ
ラントなどに使用のＩＣＩ型リフリフォーマとき改質装
置が用いられている。
しかしながら、このような改質装置において、リフオー
マチューブは、管径１００−１５０ｍｍ。
マチューブは、管径１００−１５０ｍｍ。
長さ８−１５ｍの単管タイプであり、またチューブ外面
温度は１１００℃近くにもなるため、チューブ材質を高
級なものとする必要がある。また排ガス温度が１０００
℃以上と高温であるため、後段に熱回収装置を配置する
必要があり装置が大型化する。しかも、装置コストに比
して給熱効率が悪く、急速な負荷変動や始動には対応し
切れないという欠点もある。従来、このような欠点を解
決するため、二重管構造の反応管を存する改質装置も各
種提案され装置のコンパクト化がはかられている（特開
昭５３−７８９９２号公報、５３−７９７６６号公報、
５６−９０８９２号公報、５８−６３７８３号公報等参
照）。
温度は１１００℃近くにもなるため、チューブ材質を高
級なものとする必要がある。また排ガス温度が１０００
℃以上と高温であるため、後段に熱回収装置を配置する
必要があり装置が大型化する。しかも、装置コストに比
して給熱効率が悪く、急速な負荷変動や始動には対応し
切れないという欠点もある。従来、このような欠点を解
決するため、二重管構造の反応管を存する改質装置も各
種提案され装置のコンパクト化がはかられている（特開
昭５３−７８９９２号公報、５３−７９７６６号公報、
５６−９０８９２号公報、５８−６３７８３号公報等参
照）。
発明か解決しようとする問題点
しかしながら、かかる従来の改質装置においても、なお
チューブ外面温度は不均一で排ガス温度はかなり高く十
分な熱回収がなされておらず、炉の効率も十分改善され
るには至っていない。
チューブ外面温度は不均一で排ガス温度はかなり高く十
分な熱回収がなされておらず、炉の効率も十分改善され
るには至っていない。
本発明は、このような従来の改質装置の問題点を解消し
、排ガス温度を低下させ、チューブの外面温度が均一で
給熱効率に優れた改質装置を提供せんとするものである
。
、排ガス温度を低下させ、チューブの外面温度が均一で
給熱効率に優れた改質装置を提供せんとするものである
。
問題点を解決するための手段
本発明は、リフォーミング触媒の存在下、燃料の燃焼熱
を用い、炭化水素原料および水蒸気を反応させて、水素
を主成分とする混合流体を製造する改質装置において、
該改質装置炉体の外側断熱材と内側断熱材との間隙に前
記燃料の燃焼ガス出口流路を配置したことを特徴とする
改質装置を提供するものである。すなわち、本発明は従
来の改質装置における改質装置炉体の断熱材の外側と内
側との中間層に燃焼ガスの出口流路を設けて、気相断熱
層を形成したところに特徴を有し、燃料排ガスの有する
顕熱を有効に利用して、内部熱効率の向上および排ガス
温度の低下を図り、熱損失の低減、炉本体の熱負荷の減
少、炉本体出口部および出口部配管の耐火物の低級化を
可能とする。また、本発明により例えば燃料電池用リフ
オーマとして代表的なＵＴ社製改質装置等に対する改良
が可能である。
を用い、炭化水素原料および水蒸気を反応させて、水素
を主成分とする混合流体を製造する改質装置において、
該改質装置炉体の外側断熱材と内側断熱材との間隙に前
記燃料の燃焼ガス出口流路を配置したことを特徴とする
改質装置を提供するものである。すなわち、本発明は従
来の改質装置における改質装置炉体の断熱材の外側と内
側との中間層に燃焼ガスの出口流路を設けて、気相断熱
層を形成したところに特徴を有し、燃料排ガスの有する
顕熱を有効に利用して、内部熱効率の向上および排ガス
温度の低下を図り、熱損失の低減、炉本体の熱負荷の減
少、炉本体出口部および出口部配管の耐火物の低級化を
可能とする。また、本発明により例えば燃料電池用リフ
オーマとして代表的なＵＴ社製改質装置等に対する改良
が可能である。
つぎに、添付の図面にもとづき、本発明を更に詳しく説
明する。
明する。
第１図は本発明装置を燃料電池用改質炉に応用した一具
体例を示す概略断面図、第２図は、そのリフオーマチュ
ーブを示す断面図である。第１図に示すごとく、改質装
置本体ｌは、内部に予熱空間２を有する上部の予熱部３
、および内部に改質炉空間４を何し前記予熱部３と結合
した下部の改質装置炉体５からなる。前記予熱部３は、
複数の原料人口６、予熱空間２を介して該原料人口６と
連通ずる複数のりフォーマチューブ７、該リフオーマチ
ューブ７とプロセスガス集合管８を介して継るプロセス
ガス出口９、並びに前記リフオーマデユープ７を加熱す
る複数の燃焼バーナ１０を備える。該リフオーマチュー
ブ７は、上部を前記予熱空間２に置き、下部は前記改質
炉空間４内に伸びる。
体例を示す概略断面図、第２図は、そのリフオーマチュ
ーブを示す断面図である。第１図に示すごとく、改質装
置本体ｌは、内部に予熱空間２を有する上部の予熱部３
、および内部に改質炉空間４を何し前記予熱部３と結合
した下部の改質装置炉体５からなる。前記予熱部３は、
複数の原料人口６、予熱空間２を介して該原料人口６と
連通ずる複数のりフォーマチューブ７、該リフオーマチ
ューブ７とプロセスガス集合管８を介して継るプロセス
ガス出口９、並びに前記リフオーマデユープ７を加熱す
る複数の燃焼バーナ１０を備える。該リフオーマチュー
ブ７は、上部を前記予熱空間２に置き、下部は前記改質
炉空間４内に伸びる。
該リフオーマチューブ７は、第２図に示ずごとく、前記
予熱空間２に開口し底部にて閉じた外管１１、該外管内
に挿入された内管１２および外管１１と内管１２との壁
面間に充填されたＮｉ系触媒のリフォーミング触媒層１
３からなり、内管１２の内部にはさらにダミー管１４が
配置される。一方、装置本体！下部の炉体５は、外側断
熱材１５、および該断熱材内方の内側断熱材Ｉ６を有し
、内部空間である前記改質炉空間４を形成する。該改質
炉空間４内部には上方の予熱部３より伸びる前記リフオ
ーマチューブ７およびバーナ１０が配置されるとともに
、炉空間４下方には輻射体１７および熱交換器１８が配
置され、前記外側断熱材１５および内側断熱材１６の中
間にはセラミックまたは金属の多孔質体からなる輻射体
Ｉ７および熱交換器１８を経て炉内の燃焼ガスを燃焼ガ
ス出口１９へ排出する燃焼ガス出口流路２０が配置され
る。
予熱空間２に開口し底部にて閉じた外管１１、該外管内
に挿入された内管１２および外管１１と内管１２との壁
面間に充填されたＮｉ系触媒のリフォーミング触媒層１
３からなり、内管１２の内部にはさらにダミー管１４が
配置される。一方、装置本体！下部の炉体５は、外側断
熱材１５、および該断熱材内方の内側断熱材Ｉ６を有し
、内部空間である前記改質炉空間４を形成する。該改質
炉空間４内部には上方の予熱部３より伸びる前記リフオ
ーマチューブ７およびバーナ１０が配置されるとともに
、炉空間４下方には輻射体１７および熱交換器１８が配
置され、前記外側断熱材１５および内側断熱材１６の中
間にはセラミックまたは金属の多孔質体からなる輻射体
Ｉ７および熱交換器１８を経て炉内の燃焼ガスを燃焼ガ
ス出口１９へ排出する燃焼ガス出口流路２０が配置され
る。
本発明装置を用いて炭化水素系原料の改質を行なうには
、炭化水素系原料および水蒸気を混合したフィードガス
を予熱した後、原料人口６より予熱部３に導入する。予
熱には前記輻射体またはその後方に設置された熱交換器
により得られる熱を使用してもよい。混合ガスは予熱部
３にて熱せられて約４１０℃となり、ついでリフオーマ
チューブ７内のリフオーミング触媒層１３に導入される
。
、炭化水素系原料および水蒸気を混合したフィードガス
を予熱した後、原料人口６より予熱部３に導入する。予
熱には前記輻射体またはその後方に設置された熱交換器
により得られる熱を使用してもよい。混合ガスは予熱部
３にて熱せられて約４１０℃となり、ついでリフオーマ
チューブ７内のリフオーミング触媒層１３に導入される
。
該触媒層１３内にて混合ガスはバーナ１０により熱を供
給され、触媒と接触して反応し、水素と一酸化炭素とを
生成する。この反応は下記の式にて示される。
給され、触媒と接触して反応し、水素と一酸化炭素とを
生成する。この反応は下記の式にて示される。
ＣｎＨｔｍ＋ｎＨｔＯ−＋ ｎｃＯ＋（ｍ＋ｎ）Ｈ＊触
媒層にて反応した混合ガスはりフォーマチューブの最下
端で約８２０℃程度となり、触媒層１３を出て、内管１
２とダミー管１４との間隙を通り、触媒層１３内の反応
ガスと熱交換して温度を低下しつつ予熱部３の方向へ上
昇する。上昇した反応ガスは予熱空間２内の集合管８に
集まり、プロセスガス出口部９を経て燃料電池本体（図
示せず）へ送られる。このとき集合管８に集められたプ
ロセスガスの温度は熱交換により約５００℃に低下する
。
媒層にて反応した混合ガスはりフォーマチューブの最下
端で約８２０℃程度となり、触媒層１３を出て、内管１
２とダミー管１４との間隙を通り、触媒層１３内の反応
ガスと熱交換して温度を低下しつつ予熱部３の方向へ上
昇する。上昇した反応ガスは予熱空間２内の集合管８に
集まり、プロセスガス出口部９を経て燃料電池本体（図
示せず）へ送られる。このとき集合管８に集められたプ
ロセスガスの温度は熱交換により約５００℃に低下する
。
一方燃焼バーナ１０により生じた燃焼ガスは、リフオー
マチューブ外管１１を介して触媒層１３に熱を供給しな
がら炉空間下部へと流れ、燃焼ガス出口部に配置された
輻射体１７に達する。該輻射体により、燃焼ガスの出口
温度は低下し、炉内のりフォーマチューブ７の外壁温度
が均一となり、反応および燃焼効率を向上させることが
可能となる。
マチューブ外管１１を介して触媒層１３に熱を供給しな
がら炉空間下部へと流れ、燃焼ガス出口部に配置された
輻射体１７に達する。該輻射体により、燃焼ガスの出口
温度は低下し、炉内のりフォーマチューブ７の外壁温度
が均一となり、反応および燃焼効率を向上させることが
可能となる。
かかる燃焼ガス温度は輻射体がない場合、約１０００〜
１０４０℃と高温度であり、これがそのまま排ガス出口
へと導入されると熱効率は非常に低下するが、輻射体１
７の使用により前記燃焼ガス温度を約７００−８００℃
まで低下することができる。
１０４０℃と高温度であり、これがそのまま排ガス出口
へと導入されると熱効率は非常に低下するが、輻射体１
７の使用により前記燃焼ガス温度を約７００−８００℃
まで低下することができる。
さらに、燃焼ガスは、輻射体１７後方に配置された熱交
換器１８に達する。該熱交換器の使用によりさらに熱効
率の向上をはかり得る。
換器１８に達する。該熱交換器の使用によりさらに熱効
率の向上をはかり得る。
つぎに燃焼ガスは、改質装置炉体５に配置された外側断
熱材１５と内側断熱材１６との間の燃焼ガスの出口流路
２０を経て燃焼ガス出口１９より外部へ排出される。
熱材１５と内側断熱材１６との間の燃焼ガスの出口流路
２０を経て燃焼ガス出口１９より外部へ排出される。
このような燃焼ガスの出口流路からなる気相断熱層を配
置することにより燃焼ガス出口温度は、後工程に有利な
温度（約６００−６５０℃）まで低下することが可能と
なる。
置することにより燃焼ガス出口温度は、後工程に有利な
温度（約６００−６５０℃）まで低下することが可能と
なる。
第４図に本具体例の装置と従来装置における原料のガス
温度、燃料量をほぼ同一とすると熱効率もよくなりリフ
オーマチューブ外面温度および燃焼ガス温度の分布を示
す。第４図より明らかなごとく、リフオーマチューブの
外面温度分布が平滑化される。したがって、熱応力が小
さくなり、リフオーマチューブは寿命の点で有利となり
、結果的に燃料量を減少させることが可能となる。
温度、燃料量をほぼ同一とすると熱効率もよくなりリフ
オーマチューブ外面温度および燃焼ガス温度の分布を示
す。第４図より明らかなごとく、リフオーマチューブの
外面温度分布が平滑化される。したがって、熱応力が小
さくなり、リフオーマチューブは寿命の点で有利となり
、結果的に燃料量を減少させることが可能となる。
つぎに、第３図に本発明の他の具体例の概略断面図を示
す。第３図において、炉体５下部の燃焼ガス人口２０よ
り導入された燃焼ガスは、リフオーマチューブ外管１１
を介して触媒層１３に熱を供給しながら炉空間上部へと
流れ、燃焼ガス出口部に配置された輻射体１７に達する
。
す。第３図において、炉体５下部の燃焼ガス人口２０よ
り導入された燃焼ガスは、リフオーマチューブ外管１１
を介して触媒層１３に熱を供給しながら炉空間上部へと
流れ、燃焼ガス出口部に配置された輻射体１７に達する
。
第５図は、第３図の装置と従来装置における原料のガス
温度、リフオーマチューブ外面温度お上び燃焼ガス温度
の分布を示す。第４図と同様、リフオーマチューブの外
面温度分布が平滑化されて、熱応力が小さくなり、リフ
オーマチューブは寿命の点で有利となる。
温度、リフオーマチューブ外面温度お上び燃焼ガス温度
の分布を示す。第４図と同様、リフオーマチューブの外
面温度分布が平滑化されて、熱応力が小さくなり、リフ
オーマチューブは寿命の点で有利となる。
さらに、第３図に示す改質装置においては燃焼ガス出口
部のりフォーマチューブの外側に金属管２２を設けて燃
焼ガス流路断面積を少なくし、対流伝熱効果を促進させ
ることにより、燃焼ガスの出口温度を下げて、炉内のり
フォーマチューブ外壁温度を均一にし、反応及び燃焼効
率をさらに向上させることも可能である。
部のりフォーマチューブの外側に金属管２２を設けて燃
焼ガス流路断面積を少なくし、対流伝熱効果を促進させ
ることにより、燃焼ガスの出口温度を下げて、炉内のり
フォーマチューブ外壁温度を均一にし、反応及び燃焼効
率をさらに向上させることも可能である。
一般に、燃焼したガスと原料ガスの流れとが並流の場合
は、向流タイプの場合に比ベチューブ外面温度分布が均
一となりチューブ寿命の点からは有利となるが、燃焼ガ
ス出口温度が上昇し、熱効率の点からは不利となる。し
かしながら、本発明装置では並流、向流のいずれであっ
てもリフオーマチューブ最下端部の外面温度が低くなる
（約１０００℃）ため、従来装置のごとく燃料ガス入口
側のチューブ外面温度が極端に高くなることばなく、か
つ前記欠点を輻射体等を使用することで抑えることがで
きる。
は、向流タイプの場合に比ベチューブ外面温度分布が均
一となりチューブ寿命の点からは有利となるが、燃焼ガ
ス出口温度が上昇し、熱効率の点からは不利となる。し
かしながら、本発明装置では並流、向流のいずれであっ
てもリフオーマチューブ最下端部の外面温度が低くなる
（約１０００℃）ため、従来装置のごとく燃料ガス入口
側のチューブ外面温度が極端に高くなることばなく、か
つ前記欠点を輻射体等を使用することで抑えることがで
きる。
発明の効果
したがって、本発明の改質装置によれば、熱効率が大き
く向上して改質の性能が向上し、燃料使用量を削減しう
る。また、リフオーマチューブの外面温度分布が平滑化
されて熱負荷が軽減されチューブ寿命の向上を図りうる
。
く向上して改質の性能が向上し、燃料使用量を削減しう
る。また、リフオーマチューブの外面温度分布が平滑化
されて熱負荷が軽減されチューブ寿命の向上を図りうる
。
第１図は本発明装置の一興体例を示す概略断面図、第２
図はそのリフオーマチューブの断面図、第３図は本発明
装置の他の具体例を示す概略断面図、第４図および第５
図は各々第１図および第３図の改質装置の温度分布を示
すグラフである。図中の主な符号はつぎのとおりである
。 ｌ：改質装置本体、５：改質装置炉体、７：リフオーマ
チューブ、１３：リフォーミング触媒層、１５：外側断
熱材、１６：内側断熱材、１７：輻射体、１８：熱交換
器、２０：燃焼ガス出口流路。 第１ｇ
図はそのリフオーマチューブの断面図、第３図は本発明
装置の他の具体例を示す概略断面図、第４図および第５
図は各々第１図および第３図の改質装置の温度分布を示
すグラフである。図中の主な符号はつぎのとおりである
。 ｌ：改質装置本体、５：改質装置炉体、７：リフオーマ
チューブ、１３：リフォーミング触媒層、１５：外側断
熱材、１６：内側断熱材、１７：輻射体、１８：熱交換
器、２０：燃焼ガス出口流路。 第１ｇ
Claims (3)
- （１）リフォーミング触媒の存在下、燃料の燃焼熱を用
い、炭化水素原料および水蒸気を反応させて、水素を主
成分とする混合流体を製造する改質装置において、該改
質装置炉体の外側断熱材と内側断熱材との間隙に前記燃
料の燃焼ガス出口流路を配置したことを特徴とする改質
装置。 - （２）前記燃焼ガス出口部にセラミック、または金属の
多孔質体からなる輻射体を配置した前記第（１）項の改
質装置。 - （３）燃焼ガス流の輻射体後方に燃焼ガス顕熱吸収用の
熱交換器を配置した前記第（２）項の改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4382986A JPS62201632A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4382986A JPS62201632A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62201632A true JPS62201632A (ja) | 1987-09-05 |
Family
ID=12674643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4382986A Pending JPS62201632A (ja) | 1986-02-27 | 1986-02-27 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62201632A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS571482A (en) * | 1980-06-05 | 1982-01-06 | Ebara Infilco Co Ltd | Caking method for cyanide-contng. solid waste |
-
1986
- 1986-02-27 JP JP4382986A patent/JPS62201632A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS571482A (en) * | 1980-06-05 | 1982-01-06 | Ebara Infilco Co Ltd | Caking method for cyanide-contng. solid waste |
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