JPH09309703A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
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- JPH09309703A JPH09309703A JP8151870A JP15187096A JPH09309703A JP H09309703 A JPH09309703 A JP H09309703A JP 8151870 A JP8151870 A JP 8151870A JP 15187096 A JP15187096 A JP 15187096A JP H09309703 A JPH09309703 A JP H09309703A
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- reforming
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】原料ガスの予熱及びプロセススチームの発生と
過熱等のための設備構成が非常に簡単であり、設備費が
安価で、且つ設備の維持管理の面でも負担の少ない、小
容量に適した水素製造装置を提供する。 【解決手段】脱硫した原料の炭化水素を改質炉2で高温
水蒸気改質して得られる水素、一酸化炭素、炭酸ガス、
メタン等からなる改質ガスを、CO変成塔7で一酸化炭
素を水素に転換した後に、水素PSA装置8で処理して
高純度の水素を製造する水素製造装置に於いて、原料の
炭化水素と水蒸気用の純水を混合して原料/スチーム加
熱器1に導入し、改質炉2を出る高温の燃焼ガスとの熱
交換により加熱して、高温の炭化水素とスチームの混合
体にし、改質炉の反応管3に導入して高温水蒸気改質反
応を行わせることを特徴とする水素製造装置。
過熱等のための設備構成が非常に簡単であり、設備費が
安価で、且つ設備の維持管理の面でも負担の少ない、小
容量に適した水素製造装置を提供する。 【解決手段】脱硫した原料の炭化水素を改質炉2で高温
水蒸気改質して得られる水素、一酸化炭素、炭酸ガス、
メタン等からなる改質ガスを、CO変成塔7で一酸化炭
素を水素に転換した後に、水素PSA装置8で処理して
高純度の水素を製造する水素製造装置に於いて、原料の
炭化水素と水蒸気用の純水を混合して原料/スチーム加
熱器1に導入し、改質炉2を出る高温の燃焼ガスとの熱
交換により加熱して、高温の炭化水素とスチームの混合
体にし、改質炉の反応管3に導入して高温水蒸気改質反
応を行わせることを特徴とする水素製造装置。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素製造装置に関
し、さらに詳しくは水蒸気改質法による水素製造装置に
おける原料炭化水素及びプロセススチームの加熱及び蒸
発装置に関する。
し、さらに詳しくは水蒸気改質法による水素製造装置に
おける原料炭化水素及びプロセススチームの加熱及び蒸
発装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水素製造装置は、その製造する水素ガス
が、還元ガスあるいは水添ガスとして、金属工業,油脂
工業,半導体工業など、多くの産業分野で利用されてい
るため、非常に重要な装置である。
が、還元ガスあるいは水添ガスとして、金属工業,油脂
工業,半導体工業など、多くの産業分野で利用されてい
るため、非常に重要な装置である。
【0003】特に近年、天然ガスが都市ガスとして普及
するにつれて、この天然ガスからなる都市ガスを原料と
して、水蒸気改質法により水素を製造するオンサイト型
の小容量の水素製造装置が注目されている。これは、原
料である都市ガスは導管にて必要場所に供給されるの
で、供給と保安の面で極めて安定、且つ安全であり、ま
た原料輸送費用が節減できる上に、原料貯蔵設備が不要
であるなど経済的にも多くの利点を有するためである。
今後この利点を生かした、天然ガスからなる都市ガスを
原料とするオンサイト型の小容量の水素製造装置の普及
が期待される。
するにつれて、この天然ガスからなる都市ガスを原料と
して、水蒸気改質法により水素を製造するオンサイト型
の小容量の水素製造装置が注目されている。これは、原
料である都市ガスは導管にて必要場所に供給されるの
で、供給と保安の面で極めて安定、且つ安全であり、ま
た原料輸送費用が節減できる上に、原料貯蔵設備が不要
であるなど経済的にも多くの利点を有するためである。
今後この利点を生かした、天然ガスからなる都市ガスを
原料とするオンサイト型の小容量の水素製造装置の普及
が期待される。
【0004】従来の水蒸気改質法による水素製造装置の
構成について、図面に基づいて説明する。図3は従来の
水素製造装置の構成を示す系統図である。図において、
原料の一例である天然ガスは、図示はされない脱硫装置
で含まれる硫黄化合物が除去された後に、圧縮機により
所定圧力まで昇圧されてから、直火式の原料加熱炉21
で350℃前後に予熱される。
構成について、図面に基づいて説明する。図3は従来の
水素製造装置の構成を示す系統図である。図において、
原料の一例である天然ガスは、図示はされない脱硫装置
で含まれる硫黄化合物が除去された後に、圧縮機により
所定圧力まで昇圧されてから、直火式の原料加熱炉21
で350℃前後に予熱される。
【0005】一方、水蒸気改質反応に必要なスチーム
(以下、プロセススチームという)は、次の方法で用意
される。すなわち、系外の純水装置から供給される純水
は、図示はされない給水予熱器で装置内の廃熱を利用し
て予熱されてから、多管式のプロセススチームボイラ2
5に入り、改質炉22の反応管23を出る高温の改質ガ
スと熱交換して蒸発熱を供給されて、プロセススチーム
となる。
(以下、プロセススチームという)は、次の方法で用意
される。すなわち、系外の純水装置から供給される純水
は、図示はされない給水予熱器で装置内の廃熱を利用し
て予熱されてから、多管式のプロセススチームボイラ2
5に入り、改質炉22の反応管23を出る高温の改質ガ
スと熱交換して蒸発熱を供給されて、プロセススチーム
となる。
【0006】以上のようにして、発生したプロセススチ
ームは、原料ガスと混合しても凝縮しないようにプロセ
ススチーム過熱器24において、改質炉22を出る高温
の燃焼ガスによって、400℃前後まで過熱される。そ
して、前記の原料加熱炉21を出る原料ガスと混合され
てから、改質炉22の改質触媒が充填されている反応管
23に入り、燃料ガスの燃焼により反応熱が供給されて
水蒸気改質反応が行われ、原料の炭化水素は、水素,一
酸化炭素,炭酸ガス,メタンからなる改質ガスになる。
ームは、原料ガスと混合しても凝縮しないようにプロセ
ススチーム過熱器24において、改質炉22を出る高温
の燃焼ガスによって、400℃前後まで過熱される。そ
して、前記の原料加熱炉21を出る原料ガスと混合され
てから、改質炉22の改質触媒が充填されている反応管
23に入り、燃料ガスの燃焼により反応熱が供給されて
水蒸気改質反応が行われ、原料の炭化水素は、水素,一
酸化炭素,炭酸ガス,メタンからなる改質ガスになる。
【0007】反応管23においては、改質反応は改質ガ
ス中の残存メタンが極力少なくなるよう、反応平衡上か
ら一般に800℃前後で行われる。このため改質炉22
を出る燃焼ガスの温度も相当高い温度になる。一般的に
は、この燃焼ガスは前記のように、プロセススチームの
過熱に利用した後に、さらに熱回収を計るため、煙道に
燃焼空気予熱器26を設けて、改質炉22に供給される
燃焼空気の予熱に利用している。
ス中の残存メタンが極力少なくなるよう、反応平衡上か
ら一般に800℃前後で行われる。このため改質炉22
を出る燃焼ガスの温度も相当高い温度になる。一般的に
は、この燃焼ガスは前記のように、プロセススチームの
過熱に利用した後に、さらに熱回収を計るため、煙道に
燃焼空気予熱器26を設けて、改質炉22に供給される
燃焼空気の予熱に利用している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の水
素製造装置においては、原料ガスの予熱,プロセススチ
ームの発生及び過熱,改質炉の燃焼ガスからの熱回収な
どの設備のために、水素製造装置の構成が複雑になって
いることが分かる。これは、水素製造装置は高温で運転
されるため、熱経済上から熱回収が必要なことにもよ
る。
素製造装置においては、原料ガスの予熱,プロセススチ
ームの発生及び過熱,改質炉の燃焼ガスからの熱回収な
どの設備のために、水素製造装置の構成が複雑になって
いることが分かる。これは、水素製造装置は高温で運転
されるため、熱経済上から熱回収が必要なことにもよ
る。
【0009】しかしながら、水素の発生容量の小さいオ
ンサイト型の水素製造装置(一般的には1000Nm3/
H以下)の場合には、このような複雑な装置構成を採用
したのでは、設備費が嵩み、製品水素の製造コストを高
くするだけでなく、装置の維持管理の面でも負担が大き
く、オンサイト型水素発生装置としての利点を失うこと
になる。
ンサイト型の水素製造装置(一般的には1000Nm3/
H以下)の場合には、このような複雑な装置構成を採用
したのでは、設備費が嵩み、製品水素の製造コストを高
くするだけでなく、装置の維持管理の面でも負担が大き
く、オンサイト型水素発生装置としての利点を失うこと
になる。
【0010】本発明は、以上の従来技術の問題点を背景
にしてなされたものであって、原料ガスの予熱及びプロ
セススチームの発生と過熱等のための設備構成が非常に
簡単であり、設備費が安価で、且つ設備の維持管理の面
でも負担の少ない、小容量に適した水素製造装置を提供
することを課題とする。
にしてなされたものであって、原料ガスの予熱及びプロ
セススチームの発生と過熱等のための設備構成が非常に
簡単であり、設備費が安価で、且つ設備の維持管理の面
でも負担の少ない、小容量に適した水素製造装置を提供
することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項1記載の水素製造装置は、脱硫した原料の炭化水素を
改質炉で高温水蒸気改質して得られる水素、一酸化炭
素、炭酸ガス、メタン等からなる改質ガスを、CO変成
塔で一酸化炭素を水素に転換した後に、水素PSA装置
で処理して高純度の水素を製造する水素製造装置に於い
て、原料の炭化水素と水蒸気用の純水を混合して原料/
スチーム加熱器に導入し、改質炉を出る高温の燃焼ガス
との熱交換により加熱して、高温の炭化水素とスチーム
の混合体にし、改質炉の反応管に導入して高温水蒸気改
質反応を行わせることを特徴とする水素製造装置を提供
する。
項1記載の水素製造装置は、脱硫した原料の炭化水素を
改質炉で高温水蒸気改質して得られる水素、一酸化炭
素、炭酸ガス、メタン等からなる改質ガスを、CO変成
塔で一酸化炭素を水素に転換した後に、水素PSA装置
で処理して高純度の水素を製造する水素製造装置に於い
て、原料の炭化水素と水蒸気用の純水を混合して原料/
スチーム加熱器に導入し、改質炉を出る高温の燃焼ガス
との熱交換により加熱して、高温の炭化水素とスチーム
の混合体にし、改質炉の反応管に導入して高温水蒸気改
質反応を行わせることを特徴とする水素製造装置を提供
する。
【0012】また請求項2記載の水素製造装置は、原料
/スチーム加熱器がシェル&チューブ型の熱交換器であ
って、入口チャンネル部に装着される混合管内で原料の
炭化水素と純水を均一に混合した後に伝熱管内に流し、
シェル側には改質炉を出る高温の燃焼ガスを流して熱交
換させることを特徴とする請求項1記載の水素製造装置
を提供する。
/スチーム加熱器がシェル&チューブ型の熱交換器であ
って、入口チャンネル部に装着される混合管内で原料の
炭化水素と純水を均一に混合した後に伝熱管内に流し、
シェル側には改質炉を出る高温の燃焼ガスを流して熱交
換させることを特徴とする請求項1記載の水素製造装置
を提供する。
【0013】本発明で言う高温水蒸気改質反応とは、原
料炭化水素とプロセススチームの混合体を改質触媒を充
填した反応器に通し、燃料の燃焼熱により外熱し、改質
触媒層を出る反応後の改質ガスの温度が600〜900
℃の範囲のものを意味するものとし、改質炉の構造等に
よっては、特に限定されないものとする。
料炭化水素とプロセススチームの混合体を改質触媒を充
填した反応器に通し、燃料の燃焼熱により外熱し、改質
触媒層を出る反応後の改質ガスの温度が600〜900
℃の範囲のものを意味するものとし、改質炉の構造等に
よっては、特に限定されないものとする。
【0014】また本発明で用いられる原料/スチーム加
熱器の構造も原料炭化水素と純水の混合体を改質炉を出
る高温の燃焼ガスで加熱し、液体の純水を蒸発及び過熱
し、高温の原料炭化水素ガスとスチームの混合体にでき
る熱交換器であればよく、特に構造上限定されないもの
とするが、好適には、本出願人が先に都市ガスの熱量調
節用として考案し、実公平6−47003号で提案した
シェル&チューブ型の熱交換器がである。この熱交換器
の構造の特徴は、体積的に少ない液体を体積的に多いガ
ス体に均一に分散した後に、伝熱管に通して熱源流体で
間接的に加熱して体積的に少ない液体を蒸発する点にあ
り、本発明の原料/スチーム加熱器として必要な構造を
備えていることである。
熱器の構造も原料炭化水素と純水の混合体を改質炉を出
る高温の燃焼ガスで加熱し、液体の純水を蒸発及び過熱
し、高温の原料炭化水素ガスとスチームの混合体にでき
る熱交換器であればよく、特に構造上限定されないもの
とするが、好適には、本出願人が先に都市ガスの熱量調
節用として考案し、実公平6−47003号で提案した
シェル&チューブ型の熱交換器がである。この熱交換器
の構造の特徴は、体積的に少ない液体を体積的に多いガ
ス体に均一に分散した後に、伝熱管に通して熱源流体で
間接的に加熱して体積的に少ない液体を蒸発する点にあ
り、本発明の原料/スチーム加熱器として必要な構造を
備えていることである。
【0015】本発明の作用の特徴は、従来の水素製造装
置においては、原料の炭化水素と水蒸気改質反応用のプ
ロセススチームをそれぞれ別個に加熱及び蒸発/過熱し
てから混合して、反応管に供給していたものを、原料の
炭化水素と純水の混合体を一つの熱交換器でもって、改
質炉を出る高温の燃焼ガスにより加熱して、同じ状態の
高温の均一混合体を得て反応管に供給することができる
点にある。
置においては、原料の炭化水素と水蒸気改質反応用のプ
ロセススチームをそれぞれ別個に加熱及び蒸発/過熱し
てから混合して、反応管に供給していたものを、原料の
炭化水素と純水の混合体を一つの熱交換器でもって、改
質炉を出る高温の燃焼ガスにより加熱して、同じ状態の
高温の均一混合体を得て反応管に供給することができる
点にある。
【0016】そして本発明の作用の別の特徴は、改質ガ
スから熱回収する従来技術のプロセススチームボイラを
削除したことにより、余剰になる改質ガスの高温の廃熱
を有効利用するため、同じ位置に燃焼空気予熱器を設置
し、燃焼空気の予熱に充当していることである。
スから熱回収する従来技術のプロセススチームボイラを
削除したことにより、余剰になる改質ガスの高温の廃熱
を有効利用するため、同じ位置に燃焼空気予熱器を設置
し、燃焼空気の予熱に充当していることである。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面に基づいて説明する。図1は本発明の実施例を示す系
統図であり、図2は本発明で用いられる原料/スチーム
加熱器の実施例の縦断面図である。図において、原料の
一例である天然ガス(都市ガス)からなる原料ガスは、
図示はされない脱硫装置で脱硫された後に、必要圧力ま
で昇圧されて前記実公平6−47003号と同じ構造の
竪置のシェル&チューブ型熱交換器からなる原料/スチ
ーム加熱器1の上部チャンネル部13に入り、チャンネ
ル内部に装着される混合管11により、同じくチャンネ
ル部に供給される純水と均一に混合されて、鉛直方向の
伝熱管12の上端に入り、管内を流下する。
面に基づいて説明する。図1は本発明の実施例を示す系
統図であり、図2は本発明で用いられる原料/スチーム
加熱器の実施例の縦断面図である。図において、原料の
一例である天然ガス(都市ガス)からなる原料ガスは、
図示はされない脱硫装置で脱硫された後に、必要圧力ま
で昇圧されて前記実公平6−47003号と同じ構造の
竪置のシェル&チューブ型熱交換器からなる原料/スチ
ーム加熱器1の上部チャンネル部13に入り、チャンネ
ル内部に装着される混合管11により、同じくチャンネ
ル部に供給される純水と均一に混合されて、鉛直方向の
伝熱管12の上端に入り、管内を流下する。
【0018】混合管11の上部には、複数の水平方向の
噴出孔が穿設されており、上部チャンネル部13に供給
された純水は、この穿孔から噴出して原料ガス中に均一
に混合される。純水の供給量は、原料炭化水素の炭素の
モル数に対するプロセススチームの所要モル数比(スチ
ーム/カーボン比)を充足すべく流量とする。純水が液
の状態では、原料ガスに対し、体積比では非常に少ない
ので図2に示される混合管11のような構造、または相
応の構造が必要である。
噴出孔が穿設されており、上部チャンネル部13に供給
された純水は、この穿孔から噴出して原料ガス中に均一
に混合される。純水の供給量は、原料炭化水素の炭素の
モル数に対するプロセススチームの所要モル数比(スチ
ーム/カーボン比)を充足すべく流量とする。純水が液
の状態では、原料ガスに対し、体積比では非常に少ない
ので図2に示される混合管11のような構造、または相
応の構造が必要である。
【0019】原料ガスと純水の混合体は、原料/スチー
ム加熱器1の伝熱管12内を流下しながら、管外側(シ
ェル側)を上昇する改質炉2を出る高温の燃焼ガスによ
り加熱されて、温度450℃前後の都市ガスと過熱スチ
ームの混合体になって、原料/スチーム加熱器1の下部
チャンネル14を出て改質炉2の反応管3に入り、改質
触媒上での水蒸気改質反応により、水素,一酸化炭素,
炭酸ガス及びメタンからなる改質ガスになり、高温で反
応管3を出て、多管式の燃焼空気予熱器4の管内側に流
入する。
ム加熱器1の伝熱管12内を流下しながら、管外側(シ
ェル側)を上昇する改質炉2を出る高温の燃焼ガスによ
り加熱されて、温度450℃前後の都市ガスと過熱スチ
ームの混合体になって、原料/スチーム加熱器1の下部
チャンネル14を出て改質炉2の反応管3に入り、改質
触媒上での水蒸気改質反応により、水素,一酸化炭素,
炭酸ガス及びメタンからなる改質ガスになり、高温で反
応管3を出て、多管式の燃焼空気予熱器4の管内側に流
入する。
【0020】燃焼空気予熱器4においては、ブローワ5
によって送風される燃焼空気が管外側(シェル側)を流
れ、高温の改質ガスと熱交換して予熱され、改質炉2に
供給されて、燃料ガスの燃焼用に供される。本実施例に
おいては、燃料としては都市ガスが用いられるが、これ
は都市ガスは前記のように導管で供給されるため、供給
及び保安の面で安全であるからである。
によって送風される燃焼空気が管外側(シェル側)を流
れ、高温の改質ガスと熱交換して予熱され、改質炉2に
供給されて、燃料ガスの燃焼用に供される。本実施例に
おいては、燃料としては都市ガスが用いられるが、これ
は都市ガスは前記のように導管で供給されるため、供給
及び保安の面で安全であるからである。
【0021】燃料ガスは、燃焼によってその燃焼熱を反
応管3に反応熱を供給した後、改質炉2を出て前述のよ
うに原料/スチーム加熱器1のシェル側に入って、伝熱
管12を介して原料ガスと純水の混合体と熱交換した後
に、スタック6から大気放出される。
応管3に反応熱を供給した後、改質炉2を出て前述のよ
うに原料/スチーム加熱器1のシェル側に入って、伝熱
管12を介して原料ガスと純水の混合体と熱交換した後
に、スタック6から大気放出される。
【0022】燃焼空気予熱器4で熱交換して温度が35
0℃前後まで下がった改質ガスは、次いでCO変成塔7
に入り、充填される変成触媒上で公知の変成反応によ
り、ガス中の一酸化炭素は水素に転換される。このよう
にして、水素:77%,炭酸ガス:4%,一酸化炭素:
17%,メタン:2%前後になった変成ガスは、次いで
PSA(Pressure Swing Adsorption )装置8に入り、
水素以外の成分は吸着剤に吸着されて除去され、純度が
99.9%以上の高純度の製品水素になる。
0℃前後まで下がった改質ガスは、次いでCO変成塔7
に入り、充填される変成触媒上で公知の変成反応によ
り、ガス中の一酸化炭素は水素に転換される。このよう
にして、水素:77%,炭酸ガス:4%,一酸化炭素:
17%,メタン:2%前後になった変成ガスは、次いで
PSA(Pressure Swing Adsorption )装置8に入り、
水素以外の成分は吸着剤に吸着されて除去され、純度が
99.9%以上の高純度の製品水素になる。
【0023】
【発明の効果】以上の構成からなる水素製造装置によれ
ば、1台の熱交換器で原料の加熱及びプロセススチーム
の発生と過熱ができるので、設備費が安くなり、且つ装
置の維持管理も省力化でき、オンサイト型装置として経
済的に製品水素を製造することができる。
ば、1台の熱交換器で原料の加熱及びプロセススチーム
の発生と過熱ができるので、設備費が安くなり、且つ装
置の維持管理も省力化でき、オンサイト型装置として経
済的に製品水素を製造することができる。
【図1】本発明の実施例を示す系統図。
【図2】原料/スチーム加熱器の実施例の縦断面図。
【図3】従来の水素製造装置の構成を示す系統図。
1;原料/スチーム加熱器 2;改質炉 3;反応管 4;燃焼空気予熱器 5;ブローワ 6;スタック 7;CO変成塔 8;PSA装置 11;混合管 12;伝熱管 13;上部チャンネル 14;下部チャンネル 15;噴出孔
Claims (2)
- 【請求項1】脱硫した原料の炭化水素を改質炉で高温水
蒸気改質して得られる水素、一酸化炭素、炭酸ガス、メ
タン等からなる改質ガスを、CO変成塔で一酸化炭素を
水素に転換した後に、水素PSA装置で処理して高純度
の水素を製造する水素製造装置に於いて、原料の炭化水
素と水蒸気用の純水を混合して原料/スチーム加熱器に
導入し、改質炉を出る高温の燃焼ガスとの熱交換により
加熱して、高温の炭化水素とスチームの混合体にし、改
質炉の反応管に導入して高温水蒸気改質反応を行わせる
ことを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項2】原料/スチーム加熱器がシェル&チューブ
型の熱交換器であって、入口チャンネル部に装着される
混合管内で原料の炭化水素と純水を均一に混合した後に
伝熱管内に流し、シェル側には改質炉を出る高温の燃焼
ガスを流して熱交換させることを特徴とする請求項1記
載の水素製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8151870A JPH09309703A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8151870A JPH09309703A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 水素製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09309703A true JPH09309703A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15528025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8151870A Pending JPH09309703A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09309703A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008133144A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素製造システム及びこれを用いた排熱回収方法 |
US8690972B2 (en) | 2004-07-12 | 2014-04-08 | Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. | Hydrogen production system and reforming apparatus |
CN110225879A (zh) * | 2017-01-27 | 2019-09-10 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 通过预加热预重整的燃料气体使蒸汽甲烷重整器的燃烧效率最大化 |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP8151870A patent/JPH09309703A/ja active Pending
Cited By (4)
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