JP2819049B2

JP2819049B2 - 水蒸気改質装置

Info

Publication number: JP2819049B2
Application number: JP12230790A
Authority: JP
Inventors: 元一池田; 邦博西崎
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH0421501A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、触媒の存在下で炭化水素やアルコール類を
水蒸気改質するための水蒸気改質装置に関する。

（従来技術）従来、この種の改質装置としては、第４図に示すよう
なものが知られている。図において、11は反応装置の中
心に装備された加熱用のバーナ、12はバーナ11を包囲す
るように設けられた反応筒であり、その内部には触媒13
が充填されている。この反応筒12の周囲には仕切壁14が
設けられており、この仕切壁14と反応筒12との間が原料
ガス通路15を形成している。さらに、この仕切壁14を包
囲するように外壁16が設けられており、仕切壁14と外壁
16との間で燃焼ガス通路17を形成している。

さて、原料ガス（200゜〜500℃の温度）は矢印（実線
は原料ガス、破線は燃焼ガスを示す。）で示すように原
料ガス通路15の上部から供給され、原料ガス通路15を下
降し、反応筒12の下端から触媒13の層を通って上昇しな
がらバーナ11により発生した燃焼ガスの熱を受けて触媒
燃焼により化学反応を起こし、約700℃の改質ガスとな
って反応筒12の上部から排出される。

しかしながら、この装置では反応筒12は、直接に燃焼
ガスに接触しているので、改質に必要な熱は得られる
が、反応筒12の上部は比較的、低温の原料ガスと接触す
るために冷却され易い。このため、反応筒12の上部では
温度が下がる傾向にあり、改質ガスの生成効率は比較的
低くなってしまう。さらに、外壁16は燃焼ガスが直接に
接触し高温となるので断熱材18を比較的、厚く施工する
必要があった。

そこで、上記の欠点を解決するために特開昭61−2229
04号公報で提案された反応装置では、その中心に加熱用
バーナを装備し、その上方に延びる燃焼ガス通路の周囲
に同心炎上に内側から外側へ向って順次、仕切壁で仕切
って触媒を充填した反応筒と、内側原料ガス通路と、改
質ガス通路と、外側原料ガス通路と、燃焼ガス通路とが
形成されており、内側燃焼ガス通路と外側燃焼ガス通路
は装置の底部で連通している。そして、外側原料ガス通
路と内側原料ガス通路は、改質ガス通路を挟むととも
に、それらの下端で流路面積の小さな曲管により連通し
ている。また、内側原料ガス通路は、その上端で反応筒
に連通し、反応筒の下端は曲管を内部に包み込みながら
改質ガス通路に連通されている。

上記の構成において、外側原料ガス通路の上部から供
給された比較的、低温の原料ガスは、外側原料ガス通路
を下降し、曲管を介して内側原料ガス通路に送られる
が、この間に外側原料ガス通路の外周壁は外側燃焼ガス
通路に接触し、その内周壁は高温の改質ガス通路に接触
するので内側原料ガス通路の下端部では、原料ガスは充
分に加熱される。その結果、原料ガスが反応筒に接触し
ながら内側原料ガス通路を上昇しても、反応筒外壁は冷
却されないので改質ガス生成効率の低下を防止できる。

しかしながら、この装置では複数の通路が同心円状に
何重にも形成されているため構造が複雑であり、また、
高温の燃焼ガス改質装置の外壁に直接接触し、排出され
るので厚い断熱材で防熱していた。

（発明の目的および構成）本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、簡潔
な構造で改質ガス生成効率の向上を図ることを目的とす
る。この目的を達成するために、バーナに面する位置に
改質用触媒を充填した複数の反応管を互いに離間して配
置し、その反応管の外側に熱輻射性部材を配置し、その
熱輻射性部材の外側に原料ガス通路を形成し、原料ガス
通路と反応管とを反応管の一端で連通させたものであ
る。

（実施例）以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による水蒸気改質装置の一実施例を内
部がわかり易いように部分的に破断して示したもの、第
２図は同装置の平面図である。

20は本発明による改質装置の全体、25は横断面が円形
の２重の円筒25a,25bにより形成された原料ガス縦通
路、29は環状の原料ガス底部通路で、その外周部で原料
ガス縦通路25と連通している。この原料ガス底部通路29
の内周部には、複数（図示した例では８本）の反応管22
が円筒状にほぼ当間隔に配設され、その内部には触媒23
が充填されている。原料ガス縦通路25、原料ガス底部通
路29および反応管22は、原料ガスの流路を形成してい
る。また、複数の反応管22の中心部（すなわち改質装置
20の中心）には、反応管22を加熱するためのバーナ21が
装備されており、これらの反応管22の外側で原料ガス縦
通路25の内側には、反応管22を包囲するように多孔性セ
ラミックス製の熱輻射性円筒部材30（材質はステンレス
製のメッシュ状のものでもよい。）が設けられている。
そして熱輻射性円筒部材30と原料ガス縦通路25との間隙
が燃焼ガス通路27を形成している。なお、原料ガス縦通
路25の外周面は、安全面や放熱防止等の目的から断熱材
26で包まれている。

次に原料ガスの改質反応について説明する。

バーナ21が燃焼を開始すると、その燃焼ガスは、各反
応管22を加熱しながら、各反応管22の間を通って熱輻射
性円筒部材30に達し、これを加熱する。熱輻射性円筒部
材30は燃焼ガスの熱を受けて温度が次第に上昇すると輻
射熱を発生し、反応管22の外側の壁を加熱することとな
る。さらに、燃焼ガスは、矢印（実線は原料ガス、破線
は燃焼ガスを示す。）で示すように熱輻射性円筒部材30
を透過して燃焼ガス通路27に達し、この燃焼ガス通路27
を上昇して、その上部から排出される。

一方、原料ガスは、反応管22内の触媒23の層の温度が
約400℃になったときに、原料ガス縦通路25上部から供
給される。この原料ガスは、矢印で示すように原料ガス
縦通路25を下降し、原料ガス底部通路29に送られ、ここ
で各反応管22に分流し、各反応管22内の触媒23の層を上
昇する。このとき、原料ガスは、その供給開始時は主に
反応管の内側面に燃焼ガスによる熱を受け、その後、次
第に増大する熱輻射性円筒部材30からの輻射熱を反応管
22の外側面に受けて、触媒23の作用の下で化学反応を起
こし、改質ガスとなって、反応管22の上部から排出され
る。したがって、熱輻射性円筒部材30からの輻射熱が充
分に増大すると、反応管22の横断面における触媒23の層
の温度分布は均一となるので、改質ガスの生成効率は向
上する。

第３図は改質装置の各部の温度分布を示しており、こ
の図からわかるように、触媒23が充填された反応管22の
ａ点における外壁温度は、実線で示すように熱輻射性円
筒部材30の影響により約900℃の高温に保持されてい
る。これに対して従来の装置では、破線で示すように、
反応管22のｂ点における外壁温度は約800℃に低下して
おり、実施例の装置の方が外壁温度が遥かに高い。

なお、上記実施例では断面が円形の改質装置について
説明したが、本発明は断面が円形ではなく矩形の改質装
置にも同様に適用できる。

すなわち、加熱用バーナを装置の中心に装備し、それ
を挟むように両側に平行に内側から外側へ向って、順
次、複数の反応管、板状の熱輻射性部材、仕切壁および
外壁を設け、熱輻射性部材と仕切壁との間隙を原料ガス
通路とし、仕切壁と外壁との間隙を原料ガス通路とした
断面が矩形状の改質装置とし、その外壁の周囲を板状の
断熱材で包んでいる。

このような装置でも、反応管の上部が低温の原料ガス
により冷却することはなく、反応管は燃焼ガスと熱輻射
性部材の両方から加熱されるので、改質ガスの生成効率
が向上する。

（発明の効果）以上説明したように、本発明はバーナに面する位置に
改質用触媒を充填した複数の反応管を互いに離間して配
置し、その反応管の外側に熱輻射性部材を配置し、その
熱輻射性部材の外側に原料ガス通路を形成し、その原料
ガス通路の一端を反応管の一端に連通したものである。

このため、本発明は従来のように複数の通路が同心円
状に何重にも形成されないので、構造が極めて簡潔にな
る。また、反応管は主にバーナからの燃焼ガスの熱を内
側に受け、熱輻射性部材からの輻射熱を外側に受けるの
で反応管横断面における触媒層の温度分布は均一とな
り、高い改質ガス生成効率を得ることができる。これに
より改質装置全体を小型化できるとともに反応管の外側
と内側の温度差が小さいので、反応管に作用する熱応力
を小さくできる。

さらに本発明では低温の原料ガス通路を改質装置内部
の外壁近くに設けたので、装置の外壁の温度が下がり、
断熱材の厚さを薄くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる水蒸気改質装置の好適な一実施
例を破断して示す斜視図、第２図は同装置の平面図、第
３図は本発明による水蒸気改質装置と従来のこの種の装
置との装置各部の温度を比較して示す温度分布図、第４
図は従来の反応装置の一例の線図である。 20……水蒸気改質装置、21……バーナ、22……反応筒、
23……触媒、25……原料ガス縦通路、25a,25b……円
筒、27……燃焼ガス通路、29……原料ガス底部通路、30
……熱輻射性円筒部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスをバーナにより触媒の存在下で加
熱し、改質ガスを生成する水蒸気改質装置において、前
記バーナに面する位置に改質用触媒を充填した複数の反
応管を互いに離間して配置し、該反応管の外側に熱輻射
性部材を配置し、該熱輻射性部材の外側に原料ガス通路
を形成し、該原料ガス通路と前記反応管とが反応管の一
端で連通し、前記原料ガス通路に供給された原料ガスが
反応管内部の触媒により改質され、反応管の他端から排
出されることを特徴とする水蒸気改質装置。