JP2000169105A

JP2000169105A - 改質器

Info

Publication number: JP2000169105A
Application number: JP10346408A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Takimoto; 義範滝本; Yutaka Kodama; 裕児玉; Shigeru Yamaguchi; 茂山口; Tetsuro Okano; 哲朗岡野
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】充填物を用いずに反応管外面部の熱伝達率を
高く保持し、充填物の交換を不要とし、さらに、反応管
周囲の流路を構成する成形材の材質を断熱材にして、も
ともと必要な胴内壁の断熱を合わせて可能にする改質器
を提供する。【解決手段】加熱（Ｈｅ）ガスは改質器底部の加熱ガ
ス入口ノズル３から容器内に入り、反応管７と本発明に
よる成形材９とで囲まれる加熱ガス流路１５を反応管７
に沿って上昇し反応管７を加熱する。上胴１の原料ガス
入口ノズル５から入った原料ガスは反応管７の内側を下
方向に流れ、反応管７外面から加熱ガスにより昇温し、
反応管７内で触媒反応により製品ガスを生成する。生成
ガスは反応管内管８内を上昇して上胴１の製品ガス出口
ノズル６から出る。本発明によれば、充填物を使用せず
に反応管外面部の熱伝達率を高く保持し、また、反応管
周囲の加熱ガス流路を断熱材で構成すると、必要な胴内
壁の断熱を同時にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は改質器に係り、特
に、高温ガス炉の高温Ｈｅガスを利用した水素製造装置
のうち、シェルアンドチューブ形の熱交換装置におい
て、Ｈｅガス側の熱伝達率を上げるのに好適な改質器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の改質器の伝熱管は、生成ガスの流
れる内管と原料ガスを流す改質反応管との２重管構造を
有し、反応管の外面の加熱ガス側は、バーナで燃焼した
加熱ガスが通気して、反応管外面を加熱している。この
とき、熱伝達率を上げるために、伝熱管の外周部には、
球状または円筒状等の充填物を充填していた。

【０００３】この充填物は、運転停止の繰り返しによる
反応管の熱膨張によって生じる摩耗や破損を防止するた
めに、反応管は管板を下側に設置した構造として、反応
管の伸縮に対して、充填物が破損し難いよう配慮してい
る。この場合、反応管内の充填物（触媒）の交換は、胴
を開けて反応管を露出させて、反応管を切断して交換す
る。

【０００４】しかしながら、上記技術分野の場合、Ｈｅ
側の運転圧力は約４０Ｋｇ／ｃｍ²、運転温度は約９０
０℃と、高圧でかつ高温なうえ、Ｈｅガスの純度管理が
重要なため、交換時といえどもＨｅガス側を解放し、空
気と混じることを避ける必要がある。また、触媒の交換
ができるように、反応管の管板を上部にする。このこと
から、触媒は原料ガス側の上胴フランジを外し、上部よ
り真空吸引等により取り出し、交換可能にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では次のような問題点がある。（１）充填物を反応管外側の流路に充填する場合は熱伝
達率の向上は期待できるが、頻度は少ないものの充填物
の交換が可能な構造、およびスペースが要求され、結果
として熱伝達率を下げる結果となっていた。

【０００６】（２）反応管を上部管板から吊り下げる場
合、充填物が熱により発生する反応管繰り返し圧縮など
での破損を防ぐために、充填物を反応管または下胴に取
り付けた。メッシュ状の支持板にて支持しなければなら
ないが、この支持板には充填物の重量がかかり高温雰囲
気での材料強度が低下し、設計上厳しい制約がある。

【０００７】本発明の目的は、充填物を用いずに反応管
外面部の熱伝達率を高く保持し、充填物の交換を不要と
し、さらに、反応管周囲の流路を構成する成形材の材質
を断熱材にして、もともと必要な胴内壁の断熱を合わせ
て可能にする改質器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、原料ガスを
加熱して所定のガスに改質する改質器であって、原料ガ
スを通す反応管と、改質された生成ガスを通す反応内管
とからなる２重管構造の複数の伝熱管が配置され、それ
ぞれの伝熱管ごとに、外周に原料ガスを加熱する加熱流
体の流路を有し、それぞれの伝熱管周囲の加熱流体の流
路同士が、一体的に形成されてなることを特徴とする改
質器によって達成される。

【０００９】具体的には、本発明の改質器は、前記加熱
流体の流路同士が、成形体よって一体的に形成され、前
記成形体は、複数の円筒孔が形成されたレンコン形状か
らなり、前記円筒孔内に前記２重管構造の伝熱管が設置
されてなるものである。前記成形体は、断熱材で形成さ
れることが好ましい。

【００１０】また、前記加熱流体の流路が前記伝熱管を
内包する管構造を有し、前記加熱流体の流路管同士が、
複数の孔の形成された板材によって一体的に支持されて
なるものでもよい。この場合、前記加熱流体の流路管同
士の間隔が、空筒もしくは断熱材によって充填されるこ
とが好ましい。

【００１１】本発明によれば、伝熱管外径よりやや大き
い口径の孔を持つ成形材（例えばレンコン状）を挿入し
て、この孔内に並行に伝熱管を挿入し固定することによ
って、反応管の周囲に環状の狭い加熱流体流路ができ、
この流路を流れる加熱ガスの早い流れによる熱伝達率の
向上が可能になる。また、従来の充填物が不要となり、
充填物の支持部材を省略でき、充填物の交換作業も不要
となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１により、本発明の一
実施形態の全体構成を説明する。図１は、本発明になる
改質器の縦断面図である。

【００１３】加熱（Ｈｅ）ガスは、改質器底部の加熱ガ
ス入口ノズル３から容器内に入り、反応管７と本発明に
よる成形材９で囲まれる流路１５を反応管７に沿って上
昇し、加熱ガスの熱を反応管７に伝える。加熱ガスは、
例えば、高温ガス炉の熱利用の場合、約８８０℃と高温
のため、改質器の下胴２内には、断熱材１０および成形
材９で胴板を保護する。

【００１４】一方、原料ガスは、上胴１の原料ガス入口
ノズル５から入り、反応管７の内側に入り、下方向に流
れ、反応管７の外面より受ける熱で昇温、反応管７内で
触媒反応により、製品ガスを生成、反応管７の内管８に
入り、今度は上昇して、上胴１にある製品ガス出口ノズ
ルから外部に出る。反応管７と反応内管８との２重管構
造で伝熱管を構成している。

【００１５】次に、各構成部分の相互関係、作用などを
説明する。図２は、図１のＸ−Ｘ断面の拡大図である。
図１および図２に示すように、本発明になる成形材９
は、反応管７のまわりの加熱ガスの流路を構成してい
る。その用途から、断熱材である必要ないが、下胴２の
内壁面側は断熱材が必要であるので、成形材９全体を断
熱材で成形製作してもよい。この場合、重量が大きくな
るようなときは、それぞれの反応管７の周囲の加熱ガス
流路１５同士の間のスペースに、空筒部１４を設けるこ
とで軽量化できる。

【００１６】この成形材９全体の支持は、下胴２の最下
部の内壁面に取り付け用の基礎を設けて、そこに設置す
ることで可能であるが、もし、中央部にも支持部が欲し
い場合は、加熱ガス入口ノズル３から流入する加熱ガス
の流路の邪魔をしない程度に設置し、しかも、この支持
板が加熱ガスの分散を助長できるようにする。

【００１７】なお、上記実施形態のほかに、例えば、二
重管による反応管７の外側流路を確保する案があるが、
この場合は、上記実施形態に比べて、重量が大きくな
り、二重管の外側管を支持するための部材が高温部に晒
されるため、設計上の問題が生じる恐れがある。

【００１８】ここで、図３および図４により、改質器の
参考例を説明する。なお、図１および図２と同一構造部
分は同一符号を付しておく。これらの図に示されるよう
に、改質反応管７外の加熱ガス側は、バーナにて燃焼し
たガスが通気し、反応管７外面を加熱しているが、この
とき、熱伝達率を上げるために、球状または円筒状など
の充填物１１を充填する。

【００１９】この充填物１１は、運転停止の繰り返しに
よる反応管７の熱膨張による摩耗や破損を防止するため
に、反応管７は管板１３を下側に設置した構造として、
反応管７の伸びと縮みに対して、充填物１１が破損し難
いよう配慮している。この場合、反応管７内の充填物
（触媒）の交換は、胴を開けて反応管７を露出させて、
反応管７を切断して反応する。

【００２０】しかしながら、上記例の場合、Ｈｅ側の運
転圧力は約４０Ｋｇ／ｃｍ²、運転温度は約９００℃と
高圧かつ高温なうえ、Ｈｅガスの純度管理が重要なた
め、交換時といえどもＨｅガス側を解放し、空気と混じ
ることを避ける必要がある。また、触媒の交換ができる
ように、反応管の管板１３を、図２のように変更するこ
とで、管板１３を上部にする。このことから、触媒は原
料ガス側の上胴フランジ１を外し、上部より真空吸引等
により取り出し、交換可能になる。

【００２１】ところが、この構造変更で、先に述べたと
ころの、Ｈｅガス側の熱伝達率向上の充填物への反応管
７の伸び縮みによる破損が生じるので、そうならないよ
うに充填物１１を胴底まで充填しないようにすることが
必要で、具体的には、メッシュ状の支持板１２を、反応
管７または下胴２に固定することが考えられるが、これ
でも摩擦などがゼロにはならない。しかも、このＨｅガ
ス側の充填物１３は、酸化アルミナなどの軽く熱伝導率
のよいものを使用するが、しかし、頻度は少ないものの
交換する必要がある。

【００２２】交換をしようと思えば、充填物１１を充填
した流路は、交換のための吸引ホースが、容易に流路の
底近くまで到達する必要があるが、そのためには、充填
物の口径の数倍以上の口径のホースの径が、らくらくと
挿入できる断面が必要である。これを確保するには断面
が大きくなり、本来、熱伝導率を上げるために充填物１
１を使用するのに対して、流路断面積を増やすことにな
り、結果として熱伝達率を下げることになるという問題
点がある。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、充填物を使用すること
なく、反応管外面部の熱伝達率を高く保持し、充填物の
交換を不要とし、さらに、反応管周囲の流路を構成する
成形材の材質を断熱材にすることにより、もともと必要
とする胴内壁の断熱を合わせて可能にする効果がある。
本発明によれば、成形材の重量を減らすために、強度が
許せば反応管で囲まれるスペース部分に空筒部を作るこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る改質器の一実施形態を示す断面図
である。

【図２】図１のｘ−ｘ断面の拡大平面図である。

【図３】充填層方式の改質器の上部管板式の断面図であ
る。

【図４】図２のｘ−ｘ断面の拡大平面図である。

【符号の説明】

１上胴２下胴３加熱ガス入口ノズル４加熱ガス出口ノズル５原料ガス入口ノズル６製品ガス出口ノズル７反応管８反応管内管９成形材１０断熱材１１充填物１２充填物支持台１３管板１４空筒部１５加熱ガス流路

フロントページの続き (72)発明者山口茂広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者岡野哲朗広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内Ｆターム(参考） 3L103 AA37 BB26 CC29 DD08 DD38 DD42 DD62 4G040 EA03 EA05 EB13 EB14 EB44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスを加熱して所定のガスに改質す
る改質器であって、原料ガスを通す反応管と、改質され
た生成ガスを通す反応内管とからなる２重管構造の複数
の伝熱管が配置され、それぞれの伝熱管ごとに、外周に
原料ガスを加熱する加熱流体の流路を有し、それぞれの
伝熱管周囲の加熱流体の流路同士が、一体的に形成され
てなることを特徴とする改質器。
【請求項２】前記加熱流体の流路同士が、成形体よっ
て一体的に形成され、前記成形体は、複数の円筒孔が形
成されたレンコン形状からなり、前記円筒孔内に前記２
重管構造の伝熱管が設置されてなる請求項１に記載の改
質器。
【請求項３】前記成形体は、断熱材で形成されてなる請
求項２に記載の改質器。
【請求項４】前記加熱流体の流路が前記伝熱管を内包
する管構造を有し、前記加熱流体の流路管同士が、複数
の孔の形成された板材によって一体的に支持されてなる
請求項１に記載の改質器。
【請求項５】前記加熱流体の流路管同士の間隔が、空
筒もしくは断熱材によって充填されてなる請求項４に記
載の改質器。