JP2016147779A - 自己熱型改質器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の自己熱型改質器は、酸化及び改質触媒を含む酸化改質層を備え、この酸化改質層にて炭化水素及び水蒸気の混合ガスに含まれる上記炭化水素の一部を燃焼させ、この燃焼熱により上記炭化水素の水蒸気改質反応を行う自己熱型改質器であって、上記酸化改質層に酸素含有ガスを供給する配管と、上記配管の先端部に付設され、上記混合ガスを分散噴出する多孔質体とを備え、上記多孔質体の少なくとも一部が上記酸化改質層中に挿入されていることを特徴とする。上記多孔質体が、上記配管の先端に接合されていてもよい。上記多孔質体が、上記配管内に嵌合されており、上記配管が、上記多孔質体挿入領域に多孔質体が露出する複数の開口部を有してもよい。上記多孔質体の融点が改質触媒及び酸化触媒の担体の融点よりも高いとよい。
【選択図】図1
Description
以下、本発明に係る自己熱型改質器の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
図1及び図2の自己熱型改質器は、炭化水素及び水蒸気の混合ガスに含まれる炭化水素の一部を燃焼させ、この燃焼熱により炭化水素の水蒸気改質反応により水素を含有する改質ガスの生成を行う装置である。
内容器1は、その内部に形成され、酸化及び改質触媒を含む酸化改質層5と、この酸化改質層5の下流側に位置するCO変成層6とを備える。図1の自己熱型改質器では、後述するように上端から混合ガスが供給されるため、酸化改質層5の下方にCO変成層6が形成されている。また、図1の内容器1は、上端が開放され、下端が封止されると共に、外管の下端部近傍に改質ガスを流出させる排出管7が接続されている。
酸化改質層5は、内容器1内に配設された通気性を有する支持部材8の上に、酸化及び改質触媒を例えば粒子状の担体に担持させたものを積層して形成され、空隙を有することによってガスが通過できるように形成される。当該自己熱型改質器では、この酸化改質層5にて、炭化水素及び水蒸気の混合ガスに含まれる炭化水素の一部を燃焼させ、この燃焼熱により炭化水素の水蒸気改質反応を行う。
CO変成層6は、内容器1内に配設された通気性を有する支持部材9の上に、CO変成触媒を例えば粒子状の担体に担持させたものを積層して形成され、空隙を有することによって気体が通過できるように形成される。
外容器2は、内容器1を収容し、両端が封止された円筒状の容器である。この外容器2は、下端近傍に混合ガスが供給される供給路10が設けられている。このような構成により、外容器2は、内容器1の内管の内面及び外管の外面に沿って混合ガスを案内し、混合ガスを内容器1の熱により予熱してから内容器1の上端に供給する。
酸素供給配管3は、内容器1内の酸化改質層5に酸素を含む酸素含有ガスを供給する。酸素供給配管3は、外容器2の下流側の外壁を貫通して内容器1の内管のさらに内側の空間を上下方向に延伸し、内容器1の上方で先端部が複数に分岐している。この酸素供給配管3の複数の先端部は、平面視で酸化改質層5の領域内に略等間隔に配設される。この酸素供給配管3は、分岐する前の上流部が内容器1の内管の内側を通るよう配設されることで、酸素含有ガスを予熱する効果を有する。
多孔質体4は、円筒状に形成され、混合ガスの流れ方向に沿って上下に延在するよう配設される。この多孔質体4は、少なくとも一部が上記酸化改質層5中に挿入されており、酸素供給配管3から供給される酸素含有ガスを分散噴出する。図1の自己熱型改質器における多孔質体4は、図3に示すように、酸素供給配管3の先端に接合された管状の部材であり、先端が封止部材11によって封止されている。
当該自己熱型改質器は、酸素供給配管3の先端に接合される多孔質体4の周面全体から略一様に酸素含有ガスが噴出するので、酸素濃度の局所的上昇を効率よく抑制して、酸化改質層5内での酸化反応の偏りを効果的に防止できる。このため、酸化改質層5に酸素含有ガスを十分に供給し、酸化及び改質触媒の利用率を向上しながら、局所的に温度が上昇して酸化及び改質触媒が失活することを防止できる。
図4は、図3の自己熱型改質器の酸素供給配管3の先端部及び多孔質体4に替えて用いることができる酸素供給配管3aの先端部及び多孔質体4aを示す。
図4の酸素供給配管3a及び多孔質体4aを用いることによって、多孔質体4aに高い機械的強度が要求されないので、多孔質体4aの材質選択可能性が拡がると共に、多孔質体4aを酸化改質層5中に挿入する作業が容易となる。
図5及び図6は、図3の自己熱型改質器の酸素供給配管3の先端部及び多孔質体4に替えて用いることができる別の酸素供給配管3bの先端部及び多孔質体4bを示す。
図5及び図6の酸素供給配管3bの先端部及び多孔質体4bは、図3の実施形態と比べて酸素供給配管3bと多孔質体4bとの接合強度が高く、かつ図4の実施形態と比べて多孔質体4bの周面がより大きく露出するので酸素含有ガスの噴出の均一性が高い。
図7は、図3の自己熱型改質器の酸素供給配管3の先端部及び多孔質体4に替えて用いることができるさらなる酸素供給配管3cの先端部及び多孔質体4cを示す。
図7の酸素供給配管3cの先端部及び多孔質体4cは、酸素供給配管3cが多孔質体4cを内側から補強する。また、多孔質体4cは、酸素供給配管3cの複数の開口部12cから流出する酸素含有ガスをさらに分散して酸化改質層5に放出することで、酸化改質層5の局所的加熱を防止する。
図8は、図3の自己熱型改質器の酸素供給配管3の先端部及び多孔質体4に替えて用いることができるさらなる酸素供給配管3dの先端部及び多孔質体4dを示す。
図8の酸素供給配管3dの先端部及び多孔質体4dは、ねじ15,16の螺合により接合されるので、製造が容易で、比較的簡単に多孔質体4dのみを交換することもできる。また、多孔質体4dは、周面の表面積が大きいので、多孔質体4bから噴出する酸素含有ガスの流速が小さく、酸化改質層5の局所的加熱をより効果的に抑制できる。
図9は、図3の自己熱型改質器の酸素供給配管3の先端部及び多孔質体4に替えて用いることができるさらなる酸素供給配管3eの先端部及び多孔質体4eを示す。
図9の多孔質体4eは、酸素供給配管3eの先端に接合され、下流側程空隙率が大きいので、酸素含有ガスの放出により圧力が低下する下流側程多孔質体4eの透過抵抗が小さくなり、上流側と下流側との酸素含有ガスの噴出量の差を小さくすることができる。これにより、酸化改質層5の酸化及び改質触媒の利用率をさらに向上できる。
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて各構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
2 外容器
3,3a,3b,3c,3d,3e 配管
4,4a,4b,4c,4d,4e 多孔質体
5 酸化改質層
6 CO変成層
7 排出管
8,9 支持部材
10 供給管
11 封止部材
12,12c 開口部
13 係合溝
14 延出部
15 雄ねじ
16 雌ねじ
17 上流部分
18 中流部分
19 下流部分
Claims (9)
- 酸化及び改質触媒を含む酸化改質層を備え、この酸化改質層にて炭化水素及び水蒸気の混合ガスに含まれる上記炭化水素の一部を燃焼させ、この燃焼熱により上記炭化水素の水蒸気改質反応を行う自己熱型改質器であって、
上記酸化改質層に酸素含有ガスを供給する配管と、
上記配管の先端部に付設され、上記混合ガスを分散噴出する多孔質体と
を備え、
上記多孔質体の少なくとも一部が上記酸化改質層中に挿入されていることを特徴とする自己熱型改質器。 - 上記多孔質体が、上記配管の先端に接合されている請求項1に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体が、上記配管内に嵌合されており、
上記配管が、上記多孔質体挿入領域に多孔質体が露出する複数の開口部を有する請求項1に記載の自己熱型改質器。 - 上記多孔質体の平均孔径が0.1μm以上10μm以下である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体の気孔率が20%以上80%以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体の融点が改質触媒及び酸化触媒の担体の融点よりも高い請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体の下流端が、酸化改質層の下流端より上流側、かつ酸化改質層の下流端を基準として酸化改質層の長さの0.2倍上流側の点より下流側に位置する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体の上流端が、酸化改質層の上流端より上流側、かつ酸化改質層の上流端を基準とし、酸化改質層の長さの0.2倍上流側の点より下流側に位置する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の自己熱型改質器。
- 上記多孔質体近傍での配管内の平均圧力と多孔質体近傍での酸化改質層内の平均圧力との差の多孔質体近傍での酸化改質層内の平均圧力に対する比が、0.0125以上0.25以下である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の自己熱型改質器。
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