JP4063430B2 - 流体処理装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を処理する処理空間の複数が設けられた流体処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる液体処理装置は、複数の処理空間を用いて流体を処理するものであり、例えば、複数の処理空間のうちの一部を用いて、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質反応用触媒を充填して、改質反応部を構成し、又、他の一部を用いて、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成反応用触媒を充填して、変成反応部を構成し、原燃料ガスを改質反応部に供給して改質処理し、その改質処理後のガスを変成反応部に供給して変成処理して、水素ガスを含む水素含有ガスを生成するように構成する。
【０００３】
従来は、例えば、図１１に示すように、角筒状体６１の内部に複数の仕切り板６２を角筒状体の長さ方向に間隔を開けて並べて配置すると共に、仕切り板６２の周辺部を角筒状体６１に気密状に溶接接続して、角筒状体６１の内部に複数の処理空間Ｓを仕切り形成していた。
尚、各処理空間Ｓには、各種反応用の触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体６３の多数を充填してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、処理空間の数や各処理空間の容積等が異なって機種が異なると、機種毎に複雑な設計が必要になると共に、装置を構成する装置構成部材（特に、角筒状体）は機種毎に専用のものを用いる必要があって、装置構成部材の共用化を図りにくく、これらのことがコストアップの要因となっていた。
【０００５】
一方、かかる流体処理装置では、処理空間において触媒反応を用いて高温処理するのが一般的であるが、装置の起動停止の繰り返しにより、装置構成部材の膨張収縮が繰り返されることになる。又、複数の処理空間を用いて複数種類の処理を行う場合、各処理の処理温度が異なるのが一般的であるので、処理空間により装置構成部材の膨張量が異なることになる。
しかしながら、従来の装置では、各装置構成部材同士を互いに融通のない状態で溶接接続してあるので、起動停止の繰り返しによる装置構成部材の膨張収縮の繰り返しや、各処理空間の処理温度の違いによる各装置構成部材の膨張量の違いにより、各装置構成部材や溶接接続部分に大きい応力がかかることになる。
そこで、装置の耐久性を向上させるためには、各装置構成部材には強度の強いものを使用する必要がある。又、信頼性に優れた溶接接続を行う必要があるが、一方では、仕切り板の周辺部を角筒状体に気密状に溶接接続するといった複雑な作業が必要となることから、溶接作業の自動化ができず、しかも、手動にて行うにしても、高度の熟練した技術が必要になる。
従って、これらのことが相俟って、コストアップの要因となっていた。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性を確保しながら、コストダウンを図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の特徴構成によれば、処理空間を形成する容器を必要な個数だけ密接状態に並べて、流体処理装置を構成する。
つまり、処理空間の個数が異なって機種が異なっても、その機種が必要とする処理空間の個数に応じた個数の容器を並べればよく、又、一つの処理をするための処理空間の容積が大きくなっても、その容積を確保できるだけの個数の容器を並べればよい。
従って、処理空間の個数や各処理空間の容積が異なることに対する設計事項としては、容器の設置数を検討する程度の簡単なものとなり、又、各機種で容器を共用することができるので、装置構成部材の共用化を促進することができ、これらの相乗効果でコストダウンを図ることができる。
【０００８】
そして、押し付け手段によって、複数の容器を並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付けた状態で設ける。又、容器は、並び方向に位置する一対の容器形成部材を、その周辺部を溶接接続して構成してあり、さらに、一対の容器形成部材の少なくとも一方を、周辺部を接続代として中央部が膨出する皿形状に形成してある。
従って、装置の起動停止の繰り返しにより、各容器の膨張収縮が繰り返されたり、各容器での処理温度が異なって各容器の膨張量が異なっても、各容器は並び方向に直交する方向に相対移動しながら自由に膨張収縮することができるので、応力の発生を抑制することができ、しかも、中央部が膨出する皿形状の容器形成部材の弾性変形により、応力の発生が吸収されるので、容器等の各装置構成部材にかかる応力を効果的に軽減することができる。
従って、従来と同等あるいは従来よりも優れた耐久性を確保しながらも、装置構成部材の仕様を従来よりも落とすことができる。又、一対の容器形成部材を、その周辺部を接続代として溶接接続する形態であるので、信頼性に優れた溶接接続を行う必要があるにしても、溶接作業が容易となり、高度の熟練した技術が不要となり、しかも自動化も行ない易い。
従って、耐久性を従来と同等に確保しながら、あるいは従来よりも向上させながら、コストダウンを図ることができるようになった。
【０００９】
請求項２に記載の特徴構成によれば、複数の容器の全部又は一部を、皿形状の一対の容器形成部材を、それらの間に平板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成してある。
従って、二つの処理空間を備えた容器を用いることにより、容器の設置数を少なくすることができるので、組立作業を簡略化することができて、コストダウンを一層促進させることができる。
又、この二つの処理空間を備えた容器を用いて、互いに熱交換させる必要のある二つの処理空間を形成することにより、効率よく熱交換させることができるので、熱効率を向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の特徴構成によれば、複数の容器を、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材を介在させた状態で並べることにより、熱交換させる必要のある処理空間同士は、効率よく熱交換させながら、断熱材による伝熱量の調節により、放熱損失を可及的に少なくしながら、各処理空間を適切な温度に調節することができる。
従って、加熱用のエネルギーの消費量を少なくして、省エネを促進させることができるようになった。
【００１１】
請求項４に記載の特徴構成によれば、複数の処理空間のうちの一部を、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質反応用触媒を充填して、改質反応部に構成し、又、複数の処理空間のうちの一部を、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成反応用触媒を充填して、変成反応部に構成し、もって、原燃料ガスを改質反応部に供給して改質処理し、その改質処理後のガスを変成反応部に供給して変成処理し、一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成することができるように構成してある。
【００１２】
つまり、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理するには、例えば７００〜７５０°Ｃ程度の高温が必要となる一方、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理するには、例えば２００〜４００°Ｃ程度の温度でよいことから、改質処理を行う処理空間が高温になると共に、その改質処理を行う処理空間と変成処理を行う処理空間との温度差が大きい。
そこで、このような炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気を用いて一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成する流体処理装置においては、本発明が解決しようとする課題が顕著であり、このような流体処理装置に本発明を適用すると、本発明により得られる効果を顕著に発揮させることができて好適である。
従って、炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気を用いて一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成する流体処理装置において、耐久性を従来と同等に確保しながら、あるいは従来よりも向上させながら、コストダウンを図ることができるようになった。
【００１３】
請求項５に記載の特徴構成によれば、改質反応部に隣接する処理空間を、その改質反応部を加熱するために燃焼用ガスを燃焼させる燃焼反応部に構成し、互いに隣接する二つの処理空間のうちの一方を、供給される水を加熱により蒸発させる水蒸気生成部に構成し、他方を燃焼反応部から排出される燃焼排ガスを水蒸気生成部を加熱するために通流させる加熱用流体通流部に構成し、変成反応部に隣接する処理空間を、加熱用流体通流部から排出される燃焼排ガスを変成反応部を冷却するために通流させる冷却用流体通流部に構成し、水蒸気生成部で生成された水蒸気を改質反応用として改質反応部に供給するように構成してある。
【００１４】
つまり、炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気を用いて一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成する流体処理装置を、原燃料ガスの改質処理に必要な水蒸気を生成する水蒸気生成部も備えた状態で一体的に構成してある。
又、改質反応部及び水蒸気生成部夫々を加熱する必要があるものの、水は原燃料ガスと水蒸気とが改質反応する温度よりも低い温度で蒸発することを利用して、燃焼反応部を改質反応部に隣接して設けて、改質反応部を高温に加熱し、その燃焼反応部から排出される燃焼排ガスを水蒸気生成部に隣接する処理空間に通流させて水蒸気生成部を加熱するようにしてある。
つまり、一つの燃焼反応部により、改質反応部と水蒸気生成部の両方を夫々に適した温度に加熱することができるようにして、小型化、低価格化ならびに消費エネルギーの低減を図っている。
更に、水蒸気生成部の加熱により温度が低下した燃焼排ガスを変成反応部に隣接する処理空間に通流させて、発熱反応である変成反応を起こす変成反応部を冷却するようにしてある。
つまり、変成反応部を冷却する冷却媒体として、燃焼反応部から排出される燃焼排ガスを用いるようにしてあるので、前記冷却媒体として専用のものを用いる場合に比べて、水素含有ガス製造コストの低減を図ることができる。
従って、炭化水素系の原燃料ガスと水蒸気を用いて一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成する流体処理装置において、原燃料ガス、水及び燃焼用ガスを供給することにより水素含有ガスが生成されるように、一体状態に構成すると共に、小型化、低価格化及び水素含有ガス製造コストの低減を図っているのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明を水素含有ガス生成用の流体処理装置に適用した場合の実施の形態を説明する。
図１及び図９に示すように、流体処理装置Ｐは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫反応部１と、供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部２と、脱硫反応部１で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成部２で生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質反応部３と、その改質反応部３から排出される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成反応部４と、その変成反応部４から排出される変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する酸化反応部５を備えて構成して、一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成するように構成してある。
【００１６】
更に、燃焼用ガスを燃焼させて改質反応部３を加熱する燃焼反応部６と、水蒸気生成部２を加熱するために加熱用流体を通流させる加熱用流体通流部７と、変成反応部４を冷却するために冷却用流体を通流させる変成反応部冷却用流体通流部８と、酸化反応部５を冷却するために冷却用流体を通流させる酸化部冷却用流体通流部９と、改質反応部３から排出される高温の改質処理ガスにより改質反応部３に供給される被改質ガス（脱硫ガスと水蒸気との混合ガス）を加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫反応部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａを設けてある。
【００１７】
図１に示すように、流体処理装置Ｐは、流体を処理する処理空間Ｓの複数を設けて構成してあり、各処理空間Ｓを用いて、上述の各種反応部、各種流体通流部及び各種熱交換器を構成してある。
具体的には、複数の処理空間Ｓのうちの一部の処理空間Ｓは、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫反応用触媒を充填して脱硫反応部１に構成し、他の一部の処理空間Ｓは、供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部２に構成し、他の一部の処理空間Ｓは、原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質反応用触媒を充填して改質反応部３に構成し、他の一部の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成反応用触媒を充填して変成反応部４に構成し、並びに、他の一部の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化用触媒を充填して選択酸化反応部５に構成してある。
【００１８】
そして、原燃料ガスを脱硫反応部１に供給して脱硫処理し、その脱硫反応部１から排出される脱硫処理ガスと水蒸気生成部２で生成された水蒸気を改質反応部３に供給して改質処理し、その改質反応部３から排出される改質処理ガスを変成反応部４に供給して、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、更に、その変成反応部４から排出される変成処理ガスを選択酸化反応部５に供給して、その変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択酸化処理して、一酸化炭素ガス含有量の少ない水素含有ガスを生成するように構成してある。
【００１９】
更に、改質反応部３に隣接する処理空間Ｓは、燃焼用ガスを燃焼させる燃焼反応部６に構成し、水蒸気生成部２に隣接する処理空間Ｓは、燃焼反応部６から排出される燃焼排ガスを水蒸気生成部を加熱するために通流させる加熱用流体通流部７に構成し、変成反応部４に隣接する処理空間Ｓは、加熱用排ガス通流部７から排出される燃焼排ガスを変成反応部４を冷却するために通流させる変成反応部冷却用流体通流部８に構成し、酸化反応部５に隣接する処理空間Ｓは、燃焼反応部６に供給する燃焼用空気を酸化反応部５を冷却するために通流させる酸化部冷却用流体通流部９に構成してある。
【００２０】
更に、複数の処理空間Ｓのうち、互いに隣接する二つの処理空間Ｓの一方は、改質反応部３から排出される改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１０に構成し、他方は、改質反応部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１１に構成し、それら上流側改質処理ガス通流部１０と被改質ガス通流部１１とにより、被改質ガス用熱交換器Ｅｐを構成してある。
又、他の互いに隣接する二つの処理空間の一方は、上流側改質処理ガス通流部１０から排出される改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１２に構成し、他方は、脱硫反応部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１３に構成し、それら下流側改質処理ガス通流部１２と原燃料ガス通流部１３とにより原燃料ガス用熱交換器Ｅａを構成してある。
【００２１】
図１及び図７に示すように、処理空間Ｓを矩形板状の偏平な容器Ｂにて形成し、その容器Ｂの複数を、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１４を介在させた状態で、偏平形状の厚さ方向に並べて設けてある。
そして、それら容器Ｂを並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付ける押し付け手段Ｈを設けてある。
【００２２】
容器Ｂは、前記並び方向に位置する一対の容器形成部材４１を、その周辺部を溶接接続して構成し、一対の容器形成部材４１の少なくとも一方を、周辺部を接続代として中央部が膨出する皿形状に形成してある。
具体的には、図２及び図３にも示すように、複数の容器Ｂの一部は、皿形状容器形成部材４１ａと平板状容器形成部材４１ｂとを周辺部を溶接接続して、一つの処理空間Ｓを備えるように形成した単空間具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、一対の皿形状容器形成部材４１ａを、それらの間に平板状の仕切り部材４２を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間Ｓを備えるように構成した双空間具備容器Ｂｄにて構成してある。
【００２３】
図４及び図５にも示すように、触媒を充填して反応部として用いる処理空間Ｓを形成する容器Ｂは、皿形状容器形成部材４１ａの凹部内に、一対の多孔板４４を皿形状容器形成部材４１ａの面方向の両側に離間して取り付けて、皿形状容器形成部材４１ａの凹部内に、それら一対の多孔板４４と平板状容器形成部材４１ｂ又は仕切り部材４２とにより、触媒を保持する保持空間を形成してある。
そして、処理対象のガスが、処理空間Ｓの一端側の多孔板４４を通過して触媒充填部に流入し、その触媒充填部を通流して、他端側の多孔板４４を通過して触媒充填部から流出するように構成してある。
尚、皿形状容器形成部材４１ａには、必要に応じて、その凹部内における前記保持空間の外部と連通するように、ガス供給用又は排出用のノズル４５を取り付けてある。つまり、ガス供給用や排出用のノズル４５は、必要に応じて、いずれか一方を取り付けたり、両方を取り付けたりする。
【００２４】
図６にも示すように、流体通流部として用いる処理空間Ｓを形成する容器Ｂは、皿形状容器形成部材４１ａの凹部内に、複数（本実施形態では３枚）の邪魔板４６を、間隔を開けて皿形状容器形成部材４１ａの面方向に並べて取り付けて、ガスが処理空間内Ｓをその一端側から他端側に向けて蛇行状に通流するように構成してある。
尚、皿形状容器形成部材４１ａには、必要に応じて、その凹部内に邪魔板４６の並び方向端部にて連通するように、ガス供給用又は排出用のノズル４５を取り付けてある。つまり、ガス供給用や排出用のノズル４５は、必要に応じて、いずれか一方を取り付けたり、両方を取り付けたりする。
【００２５】
容器Ｂの製法について説明を加える。
ステンレス等の耐熱金属製の板材をプレス成形して、皿形状容器形成部材４１ａを形成する。
次に、皿形状容器形成部材４１ａに、ノズル４５取り付け用の穴を形成するとともに、多孔板４４又は邪魔板４６をスポット溶接にて取り付ける。
次に、触媒を充填する必要がある場合は、前記保持空間に触媒を充填し、容器Ｂが単空間具備容器Ｂｍである場合は、皿形状容器形成部材４１ａに平板状容器形成部材４１ｂを重ねて、それらの周辺部をシーム溶接にて接続する。
又、容器Ｂが双空間具備容器Ｂｄである場合は、皿形状容器形成部材４１ａに仕切り部材４２を重ねてそれらの周辺部をスポット溶接にて接続して、触媒を保持し、そのように触媒を保持した皿形状容器形成部材４１ａを、触媒を充填した皿形状容器形成部材４１ａ( 仕切り部材は取り付けていない) 、又は、邪魔板４６を取り付けた皿形状容器形成部材４１ａ上に重ねて、それらの周辺部をシーム溶接にて接続する。
尚、一対の容器形成部材４１の周辺部の溶接接続は、市販の自動シーム溶接機にて自動化が可能である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態においては、８個の双空間具備容器Ｂｄと、１個の単空間具備容器Ｂｍを、正面視において左端から３個目に単空間具備容器Ｂｍを位置させた状態で横方向に並設して、流体処理装置Ｐを構成してある。
８個の双空間具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双空間具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
８個の双空間具備容器Ｂｄと１個の単空間具備容器Ｂｍを並設するに当たっては、左端の双空間具備容器Ｂｄ1 と左から２個目の双空間具備容器Ｂｄ2 との間に断熱材１４を配置し、左から２個目の双空間具備容器Ｂｄ2 と単空間具備容器Ｂｍとを密接配置し、単空間具備容器Ｂｍと左から３個目の双空間具備容器Ｂｄ3 との間に断熱材１４を配置し、左から３個目の双空間具備容器Ｂｄ3 と左から４個目の双空間具備容器Ｂｄ4 との間に断熱材１４を配置し、並びに、左から４個目から８個目（右端）の双空間具備容器Ｂｄ4 〜Ｂｄ8 を互いに密接配置してある。
【００２７】
左から４個目の双空間具備容器Ｂｄ4 は、右側の処理空間Ｓを流体通流用に、左側の処理空間Ｓを反応部用に構成してあり、その双空間具備容器Ｂｄ4 においては、仕切り部材４２の上端部に両処理空間Ｓを連通する連通開口４２ｗを形成するとともに、右側の処理空間Ｓの下端に連通するノズル４５と、左側の処理空間Ｓの下端に連通するノズル４５を取り付けてある。
そして、その双空間具備容器Ｂｄ4 の右側の処理空間Ｓを原燃料ガス通流部１３に構成し、左側の処理空間Ｓは、脱硫反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体１６の多数を充填して、脱硫反応部１に構成してある。
【００２８】
左から３個目の双空間具備容器Ｂｄ3 は、両処理空間Ｓとも流体通流用に構成してあり、夫々の処理空間Ｓの内部にステンレスウール等からなる伝熱促進材４３を充填すると共に、両処理空間Ｓ夫々に対して、上下夫々にノズル４５を取り付けてある。
そして、その双空間具備容器Ｂｄ3 の左側の処理空間Ｓを被改質ガス通流部１１に、右側の処理空間Ｓを上流側改質処理ガス通流部１０に夫々構成してある。
【００２９】
左から２個目の双空間具備容器Ｂｄ2 は、両処理空間Ｓとも反応部用に構成してあり、両処理空間Ｓ夫々に対して、上下夫々にノズル４５を取り付け、右側の処理空間には、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体１７の多数を充填して、改質反応部３に構成し、左側の処理空間Ｓには、白金、白金ロジウム等の燃焼反応用触媒を保持したハニカム状体１８を充填して、燃焼反応部６に構成してある。
【００３０】
単空間具備容器Ｂｍは、その処理空間Ｓを流体通流用に構成すると共に、その処理空間Ｓに対して、上下夫々にノズル４５を取り付け、後述するように、改質反応部３から排出される改質処理ガスを、改質反応部３を保温するために通流させる保温用改質処理ガス通流部１９に構成してある。
【００３１】
左から５個目の双空間具備容器Ｂｄ5 は、左側の処理空間Ｓを流体通流用に、右側の処理空間Ｓを反応部用に構成してあり、その双空間具備容器Ｂｄ5 においては、仕切り部材４２の上端部に両処理空間Ｓを連通する連通開口４２ｗを形成するとともに、左側の処理空間Ｓの下端に連通するノズル４５と、右側の処理空間Ｓの下端に連通するノズル４５を取り付けてある。
そして、左側の処理空間Ｓを下流側改質処理ガス通流部１２に構成し、右側の処理空間Ｓには酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体２０の多数を充填して、変成反応部４に構成してある。
【００３２】
左から６個目の双空間具備容器Ｂｄ6 は、左側の処理空間Ｓを反応部用に、右側の処理空間Ｓを流体通流用に構成してあり、両処理空間Ｓ夫々に対して、上下夫々にノズル４５を取り付けてある。
左側の処理空間Ｓには変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体２０の多数を充填して、変成反応部４に構成し、右側の処理空間Ｓは変成反応部冷却用流体通流部８に構成してある。
【００３３】
左から７個目の双空間具備容器Ｂｄ7 は、両処理空間Ｓとも反応部用に構成してあり、その双空間具備容器Ｂｄ7 においては、仕切り部材４２の上端部に両処理空間Ｓを連通する連通開口４２ｗを形成するとともに、両処理空間Ｓ夫々に対して、下側にノズル４５を取り付けてある。
そして、両処理空間Ｓ夫々には、変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体２０の多数を充填して、変成反応部４に構成してある。
【００３４】
右端の双空間具備容器Ｂｄ8 は、左側の処理空間Ｓを流体通流用に、右側の処理空間Ｓを反応部用に構成してあり、両処理空間Ｓ夫々に対して、上下夫々にノズル４５を取り付けてある。
そして、左側の処理空間Ｓは酸化部冷却用流体通流部９に構成し、右側の処理空間Ｓは、ルテニウム、白金等の選択酸化反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体２１の多数を充填して酸化反応部５に構成してある。
【００３５】
左端の双空間具備容器Ｂｄ1 は、両処理空間Ｓとも流体通流用に構成してあり、夫々の処理空間Ｓの内部にステンレスウール等からなる伝熱促進材４３を充填すると共に、両処理空間Ｓ夫々に対して、上下夫々にノズル４５を取り付けてある。
そして、その双空間具備容器Ｂｄ1 の左側の処理空間Ｓを水蒸気生成部２に、右側の処理空間Ｓを加熱用流体通流部７に夫々構成してある。
【００３６】
原燃料ガス通流部１３の下側のノズル４５に原燃料ガス供給路１５を接続して、原燃料ガスが原燃料ガス通流部１３を上方に向かって通流する過程で、それに隣接する下流側改質処理ガス通流部１２を通流する改質処理ガスにより加熱した後、連通開口部４２ｗを通じて脱硫反応部１の上方に流入させて、その脱硫反応部１を下方に通流させて脱硫処理するようにしてある。
【００３７】
脱硫反応部１の下部のノズル４５に接続した脱硫処理ガス流路２５と、水蒸気生成部２の上側のノズル４５に接続した水蒸気流路２６とを、エジェクター２７接続し、そのエジェクター２７に接続した被改質ガス流路２８を被改質ガス通流部１１の下側のノズル４５に接続し、被改質ガス通流部１１の上側のノズル４５と改質反応部３の上側のノズル４５とを被改質ガス流路２８にて接続してある。もって、脱硫反応部１から排出される脱硫処理ガスと水蒸気生成部２にて生成された水蒸気とをエジェクター２７にて混合し、その脱硫処理ガスと水蒸気との混合ガスである被改質ガスを、被改質ガス通流部１１を上方に通流させる過程で、隣接する上流側改質処理ガス通流部１０を通流する改質処理ガスにて加熱した後、改質反応部３の上方から流入させて、改質反応部３を下方に通流する過程で、燃焼反応部６による加熱により改質処理するようにしてある。
尚、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、例えば７００〜７５０°Ｃ程度の加熱下でメタンガスと水蒸気とを下記の反応式にて改質反応させて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスを生成する。
【００３８】
【化１】
ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
【００３９】
改質反応部３の下側のノズル４５と保温用改質処理ガス通流部１９の下側のノズル４５とを、その保温用改質処理ガス通流部１９の上側のノズル４５と上流側改質処理ガス通流部１０の上側のノズル４５とを、並びに、上流側改質処理ガス通流部１０の下側のノズル４５と下流側改質処理ガス通流部１２の下側のノズル４５とを、夫々、改質処理ガス流路２９にて接続してある。もって、改質反応部３から排出された改質処理ガスを、保温用改質処理ガス通流部１９、上流側改質処理ガス通流部１０、下流側改質処理ガス通流部１２に順次通流させて、連通開口４２ｗを通じて変成反応部４の上方に流入させるようにしてある。
【００４０】
左から５個目の双空間具備容器Ｂｄ5 にて形成される変成反応部４の下側のノズル４５と、左から６個目の双空間具備容器Ｂｄ6 にて形成される変成反応部４の上側のノズル４５とを、６個目の双空間具備容器Ｂｄ6 にて形成される変成反応部４の下側のノズル４５と、左から７個目の双空間具備容器Ｂｄ7 にて形成される左側の変成反応部４の下側のノズル４５とを、並びに、左から７個目の双空間具備容器Ｂｄ7 にて形成される右側の変成反応部４の下側のノズル４５と、酸化反応部５の下側のノズル４５とを、夫々変成処理ガス流路３０にて接続し、更に、酸化反応部５の上側のノズル４５に水素含有ガス導出路３１を接続してある。
もって、改質反応部３から排出された改質処理ガスを、４個の変成反応部４を順次通流させて、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、最下流の変成反応部４から排出された変成処理ガスを酸化反応部５の下側に流入させて、酸化反応部５を上方に通流する過程で変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを酸化処理して、一酸化炭素含有量を少なくした水素含有ガスを水素含有ガス導出路３１を通じて導出するようにしてある。変成反応部４に隣接する変成反応部冷却用流体通流部８を通流する燃焼排ガスや、酸化部冷却用流体通流部９を通流する燃焼用空気により変成反応部４を冷却し、並びに、酸化反応部５に隣接する酸化部冷却用流体通流部９を通流する燃焼用空気により酸化反応部５を冷却するようにしてある。
【００４１】
変成反応部４においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とを、例えば２００〜４００°Ｃの加熱下で下記の反応式にて変成反応させて、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する。
【００４２】
【化２】
ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2
【００４３】
燃焼反応部６の下側のノズル４５に燃焼用ガス供給路２２を接続し、酸化部冷却用流体通流部９の下側のノズル４５に燃焼用空気供給路２３を接続し、並びに、酸化部冷却用流体通流部９の上側のノズル４５に接続した燃焼用空気流路３２を燃焼用ガス供給路２２に接続してある。そして、燃焼用ガスを、酸化部冷却用流体通流部９を通流する過程で予熱された燃焼用空気と混合させた後、燃焼反応部６に下側から供給して、燃焼反応部６を上方に向けて通流させ、その通流過程で、燃焼反応用触媒の作用で触媒燃焼させるようにしてある。
【００４４】
燃焼反応部６の上側のノズル４５と加熱用流体通流部７の上側のノズル４５とを、並びに、その加熱用流体通流部７の下側のノズル４５と変成反応部冷却用流体通流部８の下側のノズル４５とを燃焼排ガス流路３３にて夫々接続し、更に、変成反応部冷却用流体通流部８の上側のノズル４５に燃焼排ガス排出路３４を接続してある。
又、水蒸気生成部２の下側のノズル４５に給水路２４を接続してある。
そして、燃焼反応部６から排出された燃焼排ガスを加熱用流体通流部７に通流させて、その過程で隣接する水蒸気生成部２を加熱し、その水蒸気生成部２の加熱により温度が低下した燃焼排ガスを変成反応部冷却用流体通流部８に通流させて、それに隣接する変成反応部４を冷却して、排気するようにしてある。
一方、水蒸気生成部２においては、給水路２４から供給される水を加熱用流体通流部７による加熱により蒸発させ、その水蒸気を改質反応用としてエジュクター２７を通じて改質反応部３に供給するようにしてある。
【００４５】
つまり、流体処理装置Ｐを構成する複数の処理空間Ｓを並設するに当たっては、最も高温加熱が要求される改質反応部３を形成する処理空間Ｓの両側を、燃焼反応部６及び保温用改質処理ガス通流部１９で挟んだ状態で、それらを並設方向の中間部に配置し、それらの両側を断熱材１４にて挟み、更に、その両側夫々に略温度が低くなる順に各処理空間Ｓを並べ、並びに、並設方向端部には冷却が要求される酸化反応部５を形成する処理空間Ｓを配置する配置形態とすることにより、放熱損失を可及的に抑制しながら、各処理空間Ｓを適切な温度に制御できるようにして、水素含有ガスの製造コストを低減している。
【００４６】
次に、押し付け手段Ｈについて、説明を加える。
図７及び図８に示すように、押し付け手段Ｈは、並び方向両端の容器Ｂに夫々当て付けて配置する一対の保持板５１と、それら一対の保持板５１を連結する６組のネジ式連結手段を備えて構成してある。
ネジ式連結手段は、ボルト５２、一対のナット５３及び一対のスプリングワッシャ５４から成る。
各保持板５１は、Ｌ字状に形成すると共に、各保持板５１は、２本の補強用リブ５５にて補強してある。
そして、ボルト５２の両端夫々を、保持板５１に挿通した状態で、両側からスプリングワッシャ５４を介してナット５３にて締め付けることにより、複数の容器Ｂを並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付けるようにしてある。又、スプリングワッシャ５４の伸縮作用により、各容器Ｂの並び方向での膨張収縮も許容するようにしてある。
尚、一対の保持板５１を立設して、その一対の保持板５１にて支持する状態で、複数の容器Ｂを設置する。
【００４７】
次に、図１０に基づいて、上述の如き構成の流体処理装置Ｐを用いた燃料電池発電設備について説明する。
燃料電池発電設備は、水素ガスを含有する燃料ガスと酸素ガスを含有する酸素含有ガスとが供給されて発電するように構成した燃料電池発電部Ｇと、その燃料電池発電部Ｇに供給する燃料ガスを天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを用いて生成する流体処理装置Ｐと、燃料電池発電部Ｇに酸素含有ガスとして空気を供給するブロアＦを備えて構成してある。
流体処理装置Ｐの水素含有ガス導出路３１から導き出される水素含有ガスを燃料ガスとして、燃料電池発電部Ｇに供給するようにしてある。
燃料電池発電部Ｇから排出される排燃料ガスを燃焼用ガスとして流体処理装置Ｐの燃焼反応部６に供給すべく、燃焼用ガス供給路２２を、燃料電池発電部Ｇの燃料ガス排出部に接続してある。
又、燃焼反応部６に燃焼用空気を供給すべく、ブロアＦは、燃焼用空気供給路２３にも接続してある。
【００４８】
燃料電池発電部Ｇは説明を省略するが、電解質層の一方の側に酸素極を、他方の側に燃料極を備えたセルの複数を設けると共に、各セルの酸素極に酸素含有ガスを、燃料極に燃料ガスを夫々供給するように構成して、各セルにおいて水素と酸素による電気化学反応を起こさせて発電するように構成してある。
尚、燃料電池発電部Ｇは、電解質として高分子膜を用いた高分子型である。
【００４９】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、脱硫反応部１、水蒸気生成部２、改質反応部３、酸化反応部５及び燃焼反応部６は、夫々一つの処理空間Ｓを用いて形成する場合について例示したが、夫々の処理量に応じて、夫々を形成する処理空間Ｓの数を設定することができる。
又、上記の実施形態においては、変成反応部４は、４個の処理空間を用いて形成する場合について例示したが、変成反応部４を形成する処理空間Ｓの数は、変成処理量に応じて適宜設定可能であり、１個でも良い。
【００５０】
又、上記の実施形態においては、加熱用流体通流部７、変成反応部冷却用流体通流部８、酸化部冷却用流体通流部９、上流側改質処理ガス通流部１０、被改質ガス通流部１１、下流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス通流部１３及び保温用改質処理ガス通流部１９等の各通流部は、１個の処理区間Ｓを用いて形成する場合について例示したが、各通流部の熱交換量等に応じて、各通流部を形成する処理空間Ｓの数を設定することができる。
【００５１】
（ロ） 使用する水素含有ガス中に一酸化炭素ガスが含まれていても良い場合や、一酸化炭素ガスの含有量をあまり少なくする必要がない場合は、酸化反応部５を省略したり、変成反応部４及び酸化反応部５の両方を省略したりすることができる。
（ハ） 原燃料の種類は、上記の実施形態において例示したメタンガスに限定されるものではない。そして、原燃料の種類に応じて、脱硫反応部１、水蒸気生成部２、改質反応部３、酸化反応部５及び燃焼反応部６夫々の構成を変更したり、脱硫反応部１、水蒸気生成部２、改質反応部３、酸化反応部５及び燃焼反応部６のうちの一部を省略したりすることができる。
例えば、エタノール等のように硫黄含有量が少ないか又は硫黄が含まれていない原燃料を用いる場合は、脱硫反応部１を省略することができる。
又、原燃料がエタノールの場合は、低温（２５０°Ｃ程度）で改質処理することができることから、改質反応部３を加熱するための燃焼反応部６を省略して、別の加熱源を用いても良い。
【００５２】
（ニ） 容器Ｂの並び方向は、上記の実施形態において例示した横方向に限定されるものではなく、例えば上下方向でも良い。
【００５３】
（ホ） 脱硫反応部１、水蒸気生成部２、改質反応部３、酸化反応部５、燃焼反応部６、加熱用流体通流部７、変成反応部冷却用流体通流部８、酸化部冷却用流体通流部９、上流側改質処理ガス通流部１０、被改質ガス通流部１１、下流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス通流部１３及び保温用改質処理ガス通流部１９の配置形態（並び順）は、上記の実施形態において例示した配置形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【００５４】
（ヘ） 脱硫反応用、改質反応用、変成反応用及び選択酸化用の各触媒を保持する触媒保持体としては、上記の実施形態において例示したセラミック製の多孔質粒状体に限定されるものではなく、例えば、ハニカム状体でも良い。
又、燃焼反応用触媒を保持する触媒保持体は、上記の実施形態において例示したハニカム状体１８に限定されるものではなく、例えば、セラミック製の多孔質粒状体でも良い。
【００５５】
（ト） 上記の実施形態においては、燃焼反応部６は、処理空間Ｓに燃焼反応用触媒を保持したハニカム状体１８を充填して、燃焼用ガスを触媒燃焼させるように構成する場合について例示した。これに代えて、燃焼用ガスを処理空間Ｓで燃焼させるバーナを設けて構成しても良い。
【００５６】
（チ） 押し付け手段Ｈの具体構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではない。例えば、複数の容器Ｂをワイヤにて束縛する構成でも良い。
（リ） 容器Ｂの形状は、上記の実施形態において例示した如き矩形板状で偏平な形状に限定されるものではなく、種々の形状に形成することができる。
【００５７】
（ヌ） 本発明による流体処理装置を燃料電池発電設備で用いる場合は、上記の実施形態で例示した高分子型の燃料電池発電設備以外に、リン酸型、固体電解質型等種々の型式の燃料電池発電設備で用いることができる。
（ル） 本発明による流体処理装置の用途は、上記の実施形態において例示したような水素含有ガス生成用に限定されるものではなく、燃焼排ガスの処理用、臭気性の排ガスの脱臭処理用等、種々の用途で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体処理装置の要部の縦断正面図
【図２】流体処理装置の容器の斜視図
【図３】流体処理装置の容器の斜視図
【図４】流体処理装置の容器の縦断側面図
【図５】流体処理装置の容器の横断平面図
【図６】流体処理装置の容器の縦断側面図
【図７】流体処理装置の全体概略構成を示す正面図
【図８】流体処理装置の全体概略構成を示す側面図
【図９】流体処理装置のブロック図
【図１０】流体処理装置を用いた燃料電池発電装置のブロック図
【図１１】従来の流体処理装置の要部の縦断面図
【符号の説明】
２ 水蒸気生成部
３ 改質反応部
４ 変成反応部
６ 燃焼反応部
７ 加熱用流体通流部
８ 冷却用流体通流部
１４ 断熱材
４１ 容器形成部材
４２ 仕切り部材
Ｂ 容器
Ｈ 押し付け手段
Ｓ 処理空間

Claims (5)

  1. 流体を処理する処理空間の複数が設けられた流体処理装置であって、
    前記処理空間を形成する容器が密接状態に並べられ、
    それら容器を並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付ける押し付け手段が設けられ、
    前記容器が、前記並び方向に位置する一対の容器形成部材を、その周辺部を溶接接続して構成され、
    前記一対の容器形成部材の少なくとも一方が、周辺部を接続代として中央部が膨出する皿形状に形成されている流体処理装置。
  2. 複数の前記容器の全部又は一部が、皿形状の前記一対の容器形成部材を、それらの間に平板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている請求項１記載の流体処理装置。
  3. 複数の前記容器が、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材を介在させた状態で並べられている請求項１又は２記載の流体処理装置。
  4. 複数の前記処理空間のうちの一部が、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質反応用触媒が充填されて、改質反応部に構成され、
    複数の前記処理空間のうちの一部が、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成反応用触媒が充填されて、変成反応部に構成され、
    原燃料ガスが前記改質反応部に供給されて改質処理され、その改質処理後のガスが前記変成反応部に供給されて変成処理されて、水素ガスを含む水素含有ガスが生成されるように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体処理装置。
  5. 前記改質反応部に隣接する処理空間が、その改質反応部を加熱するために燃焼用ガスを燃焼させる燃焼反応部に構成され、
    互いに隣接する二つの処理空間のうちの一方が、供給される水を加熱により蒸発させる水蒸気生成部に構成され、他方が前記燃焼反応部から排出される燃焼排ガスを前記水蒸気生成部を加熱するために通流させる加熱用流体通流部に構成され、
    前記変成反応部に隣接する処理空間が、前記加熱用流体通流部から排出される燃焼排ガスを前記変成反応部を冷却するために通流させる冷却用流体通流部に構成され、
    前記水蒸気生成部で生成された水蒸気が改質反応用として前記改質反応部に供給されるように構成されている請求項４記載の流体処理装置。
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