JPH03238037A - 燃料改質装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料改質装置に係り、特に燃料油、ナフサ、天
然ガス等の炭化水素と水蒸気との混合流体を改質触媒の
存在下で反応させ、水素、−酸化炭素、二酸化炭素、メ
タン、水蒸気等からなる混合気体に改質させる燃料改質
装置に関する。

（従来の技術） 第５図は従来の二重管式の燃料改質装置を示している。

図において、王は断熱層を備える容器を示し、この容器
１内には反応管２が配置されている。この反応管２は外
管２ａと内管２ｂを同心に配置した二重管であり、これ
ら外管２ａと内管２ｂとの間には環状の反応室３が形成
されている。この反応室３内には改質触媒５が充填され
、この改質触媒５は上部が上部多孔板４ａにて、下部が
下部多孔板４ｂにて覆われている。上部多孔板４ａは改
質触媒５が上方に飛散しないように、下部多孔板４ｂは
改質触媒５が下方に落下しないよう閉じ込めるものであ
る。また、反応管２の頂部には断熱キャップ６が取付け
られ高温の燃焼ガスから該反応管２の頭部を保護してい
る。さらに、外管２ａの下端と容器１の内壁とは環状の
上支持板７ａで結合される一方、内管２ｂの下端と容器
１の内壁とは環状の下支持板７ｂで結合され、これら上
支持板７ａと下支持板７ｂとの間には原料ガス室８が形
成されている。この原料ガス室８は原料ガス供給口９に
連通している。上支持板７ａの上方側には燃焼ガス流通
室１０が形成され、この燃焼ガス流通室１０はその下部
において燃焼ガス排出口１１に連通している。また下支
持板７ｂの下方側には生成ガス流通室１２が形成され、
この生成ガス流通室１２は生成ガス排出口１３に連通し
ている。また、内管２ｂの内側には上端が閉じたプラグ
管１５が同心に配置されこのプラグ管１５と内管２ｂと
の間には環状の再生室１６が形成され、この再生室１６
は下部において上記生成ガス流通室１２に連通している
。また、容器１の上端にはバーナ１７が取付けられ、こ
のバーナ１７には燃料供給口１８と空気供給口１９とが
形成されている。

このように構成された従来の燃料改質装置において、改
質のための原料ガスはガス供給口９から供給される。こ
の原料ガスは原料ガス室８を経て環状の反応室３内に入
り、ここを上昇し、反応管２内の上端部で反転し、再生
室１６内を降下し、そして、生成ガス流通室１２を経て
、生成ガス排出口１３から送出される。

ところで、反応室３には改質触媒５が充填されているの
で、原料ガスはここを上昇するうちに改質される。この
改質反応は、 Ｃ）Ｉ４十８２０　＝　ＣＯ＋３Ｈ２ ４９，２７ＫｃａＱ／　ｇｍｏｆｆ であり、これは吸熱反応である。この反応は右に促進さ
せるためには外部から熱を供給しなければならない。

この熱はバーナ１７から燃焼ガス（点線で示す）として
供給される。燃料供給口１８から燃料が供給され、空気
供給口１９から空気が供給され、これら３− ４− はバーナ１７で混合燃焼される。そして、この燃焼ガス
ｌキ燃焼ガス流通室１０に入り、ここを降下するこの降
下の途中で反応室３内を上昇する原料ガス（実線で示す
）と熱交換したあと、燃焼ガス排出口１１から排出され
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の反応管２には、遠心鋳造によ
り製造された高ニツケル高クロム鋼の耐熱合金管が用い
られ、改質触媒５にはアルミナ等からなるセラミック基
材にニッケルを付与した粒子状のものが用いられている
。この反応ｑｌｔ２の材質は改質触媒５の材質に比較し
て線膨張率が大きく、熱が加えられている間、反応管２
は径方向および軸方向に伸びるのに対して、改質触媒５
は殆ど伸びない。

したがって、加熱の間、反応管２が伸びて反応室３の体
積が広がった分だけ、改質触媒５は該反応室３の下方領
域に沈下し、反応室３内には改質触媒５の存在しない空
間が生じる。この状態で燃料改質装置を運転すると、反
応室３内を上昇する原料ガスによって改質触媒５の流動
が起こる。この改質触媒５の流動が発生すると、改質触
媒５の粒子が割れ、粉化が進むことがある。この触媒の
破片や粉が、生成ガス流に乗って生成ガス流通室１２内
に入り込み、その室壁に付着したり、装置外に排出され
たあと、下流の配管、弁機器等に付着したりして、故障
や異常を引き起こすという問題が生じる。

また、このような場合、上述した改質反応の逆反応であ
るメタネーション反応を引き起こす虞れがある。

ＣＯ＋３）＋２＝ＣＨ，＋８２０ ＋　４９　、２７ＫｃａＱ／　ｇｍｏＲこの反応が起き
ると、強度の発熱反応であることから温度の異常上昇を
来たすとともに、水素、酸化炭素を消費して、燃料改質
装置の改質効率を低下させるという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、運転中の熱膨張により反応室の体積が
広がっても、改質触媒の存在しない空間が該反応室内に
形成されないようにした燃料改質装置を提供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は中空の容器と、こ
の容器内に燃焼ガスを供給するバーナと、容器内に鉛直
に配設されると共に外管と内管とを同心に配置して二重
管に構成されかつ頂部にキャップを備える反応管と、外
管と内管との間に形成された反応室と、この反応室内に
充填された改質触媒と、この改質触媒が上方に飛散しな
いように反応室の上部を覆う上部多孔板と、改質触媒が
下方に落下しないように反応室の下部を覆う下部多孔板
とを備え、容器内に供給され反応室内を上昇する過程で
上記燃焼ガスとの熱交換により改質される原料ガスを、
反応管内の上端部にて反転させて、内管の内部を降下す
る間にその保有する熱を、反応室内を上昇する原料ガス
へ回収させるようにした燃料改質装置において、反応室
内に反応管の長手方向の伸縮に追随して同じ方向に伸縮
するばね部材を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、運転中に熱膨張により反応室が広がっ
たとしても、反応室内に設置されたばね部材も熱膨張に
より、触媒層内を長手方向および半径方向に変位するた
め、変位するばね部材に接している触媒層は押し上げら
れ、最終的に改質触媒の充てん密度が変化して反応室内
に改質触媒の存在しない空間が形成されるのを防止する
ことができ、運転時に改質触媒の流動が起こりうる流量
のガスが流れても、流動空間が存在しないため、改質触
媒の流動は起こらず、改質触媒に割れが生じたり、粉化
が促進されることはない。

（実施例） 以下、本発明による燃料改質装置の一実施例を第３図と
同一部分に同一符号を付して示した第１図を参照して説
明する。

第１図において、１は断熱層を備える容器を示し、この
容器１内には反応管２が配置されている７− この反応管２は外管２ａと内管２ｂを同心に配置した二
重管であり、これら外管２ａと内管２ｂとの間には環状
の反応室３が形成されている。この反応室３には改質触
媒５が充填され、この改質触媒５は上部が上部多孔板４
ａにて、下部が下部多孔板４ｂにて覆われている。上部
多孔板４ａは改質触媒５が上方に飛散しないように、ま
た下部多孔板４ｂは改質触媒５が下方に落下しないよう
に閉じ込めるものである。さらに、反応管２の頂部には
断熱キャップ６が取付けられ、高温の燃焼ガスから該反
応管２の頭部を保護している。外管２ａの下端と容器１
の内壁とは環状の上支持板７ａで結合される一方、内管
２ｂの下端と容器１の内壁とは環状の下支持板７ｂで結
合され、これら上支持板７ａと下支持板７ｂとの間には
原料ガス室８が形成されている。この原料ガス室８は原
料ガス供給口９に連通している。

上支持板１７ａの上方側には燃焼ガス流通室１０が形成
され、この燃焼ガス流通室１０はその下部において燃焼
ガス排出口１１に連通している。下支持板７ｂの下方側
には生成ガス流通室１２が形成され、この生成ガス流通
室１２は生成ガス排出口１３に連通している。以上の構
成は従来のものと同じである。

本実施例においては上記構成と共に反応管２の内部にお
いて反応室３内に線膨張係数の大きな金属製のコイルば
ね２０を設置しである。

このコイルばね２０は第工図に示すように内管２ｂ又は
外管２ａに固定された下部多孔板４ｂと内管２ｂ又は外
管２ａに固定された上部多孔板４ａの間で挟まれ圧縮さ
れた状態にある。

次に、上記構成によるところの動作を説明する。

燃料改質装置の運転時には反応管２の内部の反応室３は
原料ガスが外管２ａ側から加熱され、反応管２は長手方
向に熱膨張するので、下部多孔板４ｂと上部多孔板４ａ
の距離は増加するがコイルばね２０は圧縮された状態に
あるので、下部多孔板４ｂと上部多孔板４ａを両端が接
したまま同じ方向に伸びる。

コイルばね２０が変位する状態を第１ａ図に示すが、コ
イル２０が長手方向に全体でＬ１変位すると、その中間
部分は各Ｌ２，Ｌ３だけ変位することがわかる。

したがって、コイルばね２０が変位する際に反応室３内
に充填され、コイル２０に接する改質触媒５は上方に押
し上げられ、コイルばね２０周辺の触媒充填密度が原料
ガスの流体力の影響との相乗効果により少し低下し、触
媒層全体の体積を増加させることができる。

したがって、熱膨張により、反応室３の体積が増加する
とき、コイルばね２０の作用により触媒層全体の体積も
増加するので、改質触媒５の反応室３内における沈み込
みを最少に抑え、反応室３内に改質触媒５の存在しない
空間が発生するのを防止できる。

また、コイルばね２０は熱膨張により上部多孔板４８等
に当っても自ら縮むことで、これら部材に大きな力を及
ぼすことはない。

他の実施例として、第２図ではコイルばね２１の上端と
下端とを反応管２の外管２ａに固定したものが使用され
る。これは長手方向の変動を外管２ａの熱膨張に依存せ
しめるために用いられる。この場合、長手方向の作動は
より確実となり、触媒層内の伝熱性能も向上できる。

第３図はコイルばねを円形断面から短形断面に代えたも
ので、コイルばね２２の変位の影響が触媒層により確実
に伝わるようにしたものである。

第４図は第１図のコイルばね２０に等ピッチで第４ａ図
に示される多孔板２３を取り付けてやはりコイルばね２
２の長手方向の変位の影響を助長しようとするものであ
る。

かくして、再生室１６内に流入する原料ガス中に、改質
触媒５の破片や粉が混入する可能性がなくなり、改質触
媒５の破片や粉が下流に流れ出て、これらが生成ガス流
通室１２の室壁に付着し、あるいは装置外の下流の配管
、弁、機器類等に付着してしまう等の不都合をなくすこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は運転中に熱膨
張により反応室の体積が広がったとしても、それに見合
うだけばね部材が伸びて触媒層全体の体積を増加させる
ように構成されているので、反応室内で改質触媒の流動
を生じるような改質触媒の充填されない空間ができるこ
とはない。

１− １２− したがって、本発明によれば改質触媒に割れが発生し、
粉化が進む等の不都合を引き起こすことがなく、燃料改
質装置を長期にわたって安定した性能に保つことができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料改質装置の一実施例を示す断
面図、第１ａ図は本発明における動作を説明するための
説明図、第２図ないし第４図は本発明の他の実施例を示
す断面図、第４ａ図は第４図の多孔板を拡大して示す斜
視図、第５図は従来の燃料改質装置を示す断面図である
。 ｌ・・・容器　　　　　　　２・・・反応管２ａ・・・
外管　　　　　　　２ｂ・・・内管３・・・反応室　　
　　　　４ａ・・・上部多孔板４ｂ・・・下部多孔板　
　　　５・・・改質触媒６・・・断熱ギャップ　　　２
０，２１，２２・・・コイルばね２３・・・多孔板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空の容器と、この容器内に燃焼ガスを供給する
   バーナと、上記容器内に鉛直に配設されると共に外管と
   内管とを同心に配置して二重管に構成されかつ頂部にキ
   ャップを備える反応管と、上記外管と上記内管との間に
   形成された反応室と、この反応室内に充填された改質触
   媒と、この改質触媒が上方に飛散しないように該反応室
   の上部を覆う上部多孔板と、上記改質触媒が下方に落下
   しないように該反応室の下部を覆う下部多孔板とを備え
   、上記容器内に供給され上記反応室内を上昇する過程で
   上記燃焼ガスとの熱交換により改質される原料ガスを、
   上記反応管内の上端部にて反転させて、上記内管の内部
   を降下する間にその保有する熱を、上記反応室内を上昇
   する原料ガスへ回収させるようにした燃料改質装置にお
   いて、上記反応室内に上記反応管の長手方向の伸縮に追
   随して同じ方向に伸縮するばね部材を設けたことを特徴
   とする燃料改質装置。