JP2003306311A - Autothermal reforming device and autothermal reforming method using the same - Google Patents

Autothermal reforming device and autothermal reforming method using the same

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JP2003306311A
JP2003306311A JP2002106973A JP2002106973A JP2003306311A JP 2003306311 A JP2003306311 A JP 2003306311A JP 2002106973 A JP2002106973 A JP 2002106973A JP 2002106973 A JP2002106973 A JP 2002106973A JP 2003306311 A JP2003306311 A JP 2003306311A
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Japan
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oxygen
catalyst layer
reforming
low
gas
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JP2002106973A
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Japanese (ja)
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Iwao Anzai
巌 安斉
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Eneos Corp
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Nippon Oil Corp
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Publication date
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a reforming method having high reforming efficiency that provide a reformed gas having high hydrogen content by suppressing the occurrence of heat spots to level the temperature distribution in the lateral direction of a reactor (in a plane orthogonal to the flow of a raw material gas) in addition to the leveling of the temperature distribution in the longitudinal direction of a reactor (the direction of the flow of a raw material gas), to reduce the deterioration of a catalyst and to suppress the slippage of the raw material gas. <P>SOLUTION: The autothermal reforming device 10 for producing a reformed gas by supplying a gas containing a reforming raw material, steam and oxygen from the inlet side 2 of a catalyst layer is provided with a low-activity region 5, between catalyst layers 1a and 1b, that has no oxidation activity or less oxidation activity than other regions. At least part of the oxygen required for the reaction is supplied from an oxygen supplying port 3 to the low-activity region 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素類をオー
トサーマルリフォーミング反応によって一酸化炭素およ
び水素を含む混合ガスに変換するオートサーマルリフォ
ーミング改質器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an autothermal reforming reformer for converting hydrocarbons into a mixed gas containing carbon monoxide and hydrogen by an autothermal reforming reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素などの改質原料を改質して合成
ガスや水素に転換する技術としてはスチームリフォーミ
ング(SR)、オートサーマルリフォーミング(AT
R)、部分酸化(POX)など多彩な方法が開発されて
いる。
2. Description of the Related Art Steam reforming (SR) and auto thermal reforming (AT) are used as techniques for reforming reforming raw materials such as hydrocarbons into synthesis gas and hydrogen.
Various methods such as R) and partial oxidation (POX) have been developed.

【0003】このうち、SRは既に多くの技術が実用化
されているが、比較的大きな吸熱を伴う反応であるた
め、熱交換器など熱の供給システムの負荷が大きく、起
動に時間がかかる等の点で劣る。
Of these, many technologies have already been put to practical use for SR, but since it is a reaction involving a relatively large amount of heat absorption, the load on the heat supply system such as a heat exchanger is large and it takes time to start. Is inferior in terms of.

【0004】一方、POXはSRと逆に、起動時間は非
常に短いが、酸化に伴う発熱が大きいためその制御が難
しく、また、すすの発生抑制などの課題を有している。
On the other hand, contrary to SR, POX has a very short start-up time, but it is difficult to control because of large heat generation due to oxidation, and there are problems such as suppression of soot generation.

【0005】これらに対し、ATRは、炭化水素などの
改質原料と、空気等の酸化剤と、水蒸気とを触媒層を備
えた改質器に供給し、原料の一部を酸化しながら、この
時発生する熱でSRを進行させることで反応熱のバラン
スを取る技術であり、比較的立ち上げ時間も短く制御も
容易であるため、特に、近年燃料電池用の水素製造方法
として注目されている。
On the other hand, the ATR supplies a reforming raw material such as hydrocarbon, an oxidizing agent such as air, and steam to a reformer having a catalyst layer to oxidize a part of the raw material. This is a technique for balancing the reaction heat by advancing SR by the heat generated at this time. Since it has a relatively short start-up time and is easy to control, it has been particularly noted in recent years as a hydrogen production method for fuel cells. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】酸化反応は改質反応に
比べ反応速度が速い。ATR改質器の上流から改質原料
ガス、水蒸気および酸素を一括して供給すると、図5に
示すように、まず入り口付近に温度ピークが現れる。こ
の温度ピークが高すぎると、触媒の劣化が速くなった
り、高温に耐えるために反応管に高価な材料を用いる必
要が生じたりする。一方、触媒層の改質器出口側におい
ては、酸化反応は実質的に終了しており、SR反応が支
配的となるため、温度が低下し、原料が未反応のまま排
出される原料スリップが発生したり、化学平衡上水素濃
度の比較的低い(比較的メタン濃度が高い)改質ガスが
生成したりする。従って、ピーク温度を抑えながら出口
温度を高めることが望まれる。
The oxidation reaction has a higher reaction rate than the reforming reaction. When the reforming source gas, steam and oxygen are supplied all at once from the upstream of the ATR reformer, a temperature peak first appears near the inlet, as shown in FIG. If this temperature peak is too high, the catalyst deteriorates quickly, and it becomes necessary to use an expensive material for the reaction tube in order to withstand high temperatures. On the other hand, on the reformer outlet side of the catalyst layer, the oxidation reaction is substantially completed, and the SR reaction becomes dominant, so that the temperature drops and the raw material slip that is discharged without the raw material reacts. It is generated or a reformed gas having a relatively low hydrogen concentration due to chemical equilibrium (comparatively high methane concentration) is generated. Therefore, it is desired to increase the outlet temperature while suppressing the peak temperature.

【0007】特開平09-315801号公報には、図6に示す
ように、触媒層90に燃料供給路79から水蒸気と燃料
ガスを供給し、酸素を空気供給路75と82から分割し
て供給することが記載されている。その結果、図7に示
すように、最高温度を低下させることができたとしてい
る。また、図8に示すように、燃料供給路79から水蒸
気と燃料ガスを供給し、酸素を空気供給路83から多数
に分割して供給することも記載されている。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-315801, as shown in FIG. 6, steam and fuel gas are supplied to a catalyst layer 90 from a fuel supply passage 79, and oxygen is supplied separately from air supply passages 75 and 82. It is described to do. As a result, the maximum temperature could be lowered as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 8, it is also described that steam and fuel gas are supplied from the fuel supply passage 79, and oxygen is divided into a large number and supplied from the air supply passage 83.

【0008】しかし、本発明者の検討では、図9に示す
ように、触媒層21、ガス供給口22、酸素供給口2
3、出口24を有する反応装置に、炭化水素化合物類、
水蒸気および酸素の一部を含むガスをガス供給口22か
ら供給し、残りの酸素を含むガスを酸素供給口23から
供給するようにして酸素を分割して供給したところ、酸
素供給口23のすぐ下流側にヒートスポット(局所的な
発熱箇所)25が生じていた。このため、局所的な触媒
の劣化に加え、反応器の断面方向で見ると熱の不均一が
大きく、部分酸化の熱が有効に利用されていない問題も
あった。
However, according to the study by the present inventor, as shown in FIG. 9, the catalyst layer 21, the gas supply port 22, the oxygen supply port 2
3, the reaction device having an outlet 24, hydrocarbon compounds,
When the gas containing a part of water vapor and oxygen was supplied from the gas supply port 22 and the remaining gas containing oxygen was supplied from the oxygen supply port 23, the oxygen was divided and supplied. A heat spot (local heat generation point) 25 was generated on the downstream side. For this reason, in addition to the local deterioration of the catalyst, there is a problem that the heat of partial oxidation is not effectively utilized because the heat is largely nonuniform when viewed in the cross-sectional direction of the reactor.

【0009】また、図10に示すように、酸素供給口2
5を伸ばして、触媒層21の中央付近で酸素含有ガスを
供給するようにしても、同じようにヒートスポットの発
生が見られた。
Further, as shown in FIG. 10, the oxygen supply port 2
Even when No. 5 was extended and the oxygen-containing gas was supplied near the center of the catalyst layer 21, the generation of heat spots was similarly observed.

【0010】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、ヒートスポットの発生を抑えるこ
とにより、反応器長さ方向(原料ガスの流れ方向)の温
度分布の均一化に加えて、反応器横方向(原料ガスの流
れと直交する平面内)の温度分布の均一化を図り、触媒
の劣化を低減し、原料ガスのスリップを抑制し、水素含
有率の高い改質ガスを与える、改質効率の高い装置およ
び改質方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem. By suppressing the generation of heat spots, in addition to making the temperature distribution in the reactor length direction (flow direction of the raw material gas) uniform, The temperature distribution in the lateral direction of the reactor (in the plane orthogonal to the flow of the raw material gas) is made uniform, the deterioration of the catalyst is reduced, the slip of the raw material gas is suppressed, and the reformed gas with a high hydrogen content is produced. An object of the present invention is to provide an apparatus and a reforming method having high reforming efficiency.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の事項に
関するものである。
The present invention relates to the following items.

【0012】1. 触媒層を備え、この触媒層の入り口
側から改質原料、水蒸気および酸素を含むガスを供給し
て改質ガスを製造するオートサーマルリフォーミング改
質器において、前記触媒層の途中に設けられ、酸化活性
がないか、または酸化活性が他の領域より小さな低活性
領域と、この低活性領域に、反応に必要な酸素の少なく
とも一部を供給する酸素供給口とをさらに備えたオート
サーマルリフォーミング改質器。
1. In an auto thermal reforming reformer that includes a catalyst layer and supplies a reforming raw material, a gas containing steam and oxygen from the inlet side of the catalyst layer to produce a reformed gas, is provided in the middle of the catalyst layer, Autothermal reforming further comprising a low activity region having no oxidative activity or a lower oxidative activity than other regions, and an oxygen supply port supplying at least a part of oxygen necessary for the reaction to this low activity region. Reformer.

【0013】2. 前記低活性領域は、酸化活性がない
か、または酸化活性が他の領域より低い充填剤が充填さ
れた層である上記1.記載のオートサーマルリフォーミ
ング改質器。
2. The low activity region is a layer filled with a filler having no oxidation activity or having a lower oxidation activity than other regions. The described autothermal reforming reformer.

【0014】3. 前記充填剤は、セラミックボール、
セラミックペレット、セラミックフォームおよびセラミ
ックリングからなる群より選ばれる上記2.記載のオー
トサーマルリフォーミング改質器。
3. The filler is a ceramic ball,
2. The above-mentioned item selected from the group consisting of ceramic pellets, ceramic foams and ceramic rings. The described autothermal reforming reformer.

【0015】4. 前記低活性領域は、前記触媒層内の
1箇所にのみ設けられている上記1〜3.のいずれかに
記載のオートサーマルリフォーミング改質器。
4. The low activity region is provided only in one place in the catalyst layer, and the low activity region is formed in the above 1-3. 5. The auto thermal reforming reformer according to any one of 1.

【0016】5. (低活性領域の厚さ):(触媒層厚
さ)の比が、1:3から1:50の範囲である上記1〜
4.のいずれか記載のオートサーマルリフォーミング改
質器。
5. The ratio of (thickness of low activity region) :( thickness of catalyst layer) is in the range of 1: 3 to 1:50
4. 5. The auto thermal reforming reformer according to any one of 1.

【0017】6. 前記低活性領域は、前記触媒層内の
1箇所にのみ設けられており、(低活性領域より前段の
触媒層厚さ):(低活性領域より後段の触媒層厚さ)の
比が、0.5:8.5から8:1の範囲である上記5.
記載のオートサーマルリフォーミング改質器。
6. The low activity region is provided only at one location in the catalyst layer, and the ratio of (thickness of catalyst layer before the low activity region) :( thickness of catalyst layer after the low activity region) is 0. 5. The range of 5: 8.5 to 8: 1 above.
The described autothermal reforming reformer.

【0018】7. (入り口からの酸素供給量):(低
活性領域からの酸素供給量)の比が、3:7から9:1
を満たす上記1〜6.のいずれかに記載のオートサーマ
ルリフォーミング改質器。
7. The ratio of (amount of oxygen supplied from the inlet): (amount of oxygen supplied from the low active region) is 3: 7 to 9: 1.
Satisfying the above conditions 1 to 6. 5. The auto thermal reforming reformer according to any one of 1.

【0019】8. 入り口側に酸素を供給するための入
り口側酸素導入路と、少なくとも1つの低活性領域に酸
素を供給するための低活性領域酸素導入路とを有し、
(入り口側酸素導入路の出口の開口断面積):(低活性
領域酸素導入路の出口の開口断面積)が、3:7から
9:1の範囲である上記1〜7.のいずれかに記載のオ
ートサーマルリフォーミング改質器。
8. An inlet-side oxygen introducing passage for supplying oxygen to the inlet side, and a low active area oxygen introducing passage for supplying oxygen to at least one low active area,
(Opening cross-sectional area of outlet of inlet side oxygen introduction passage): (Opening cross-sectional area of outlet of low active region oxygen introduction passage) is in the range of 3: 7 to 9: 1. 5. The auto thermal reforming reformer according to any one of 1.

【0020】9. 触媒層を備え、この触媒層の入り口
側から改質原料、水蒸気および酸素を含むガスを供給し
て改質ガスを製造するオートサーマルリフォーミング改
質器において、入り口側に酸素を供給するための入り口
側酸素導入路と、触媒層の中間に酸素を供給するための
少なくとも1つの中間領域酸素導入路とを有し、(入り
口側酸素導入路の出口の開口断面積):(中間領域酸素
導入路の出口の開口断面積)が、3:7から9:1の範
囲であるオートサーマルリフォーミング改質器。
9. In an auto thermal reforming reformer that includes a catalyst layer and supplies a reforming gas by supplying a reforming raw material, steam and oxygen from the inlet side of the catalyst layer, the oxygen is supplied to the inlet side. It has an inlet side oxygen introduction passage and at least one intermediate region oxygen introduction passage for supplying oxygen to the middle of the catalyst layer, (opening cross-sectional area of the outlet of the inlet side oxygen introduction passage): (intermediate region oxygen introduction The autothermal reforming reformer whose opening cross-sectional area at the exit of the passage is in the range of 3: 7 to 9: 1.

【0021】10. 上記1〜9.のいずれかに記載の
オートサーマルリフォーミング改質器を用いて、触媒層
の入り口側から改質原料および水蒸気、並びに必要な酸
素量の一部を含むガスを供給し、触媒層の途中から必要
な量の残りの酸素を含むガスを供給して改質ガスを製造
するオートサーマルリフォーミング方法。
10. 1 to 9 above. Using the autothermal reforming reformer according to any one of the above, a reforming raw material and steam from the inlet side of the catalyst layer, and a gas containing a part of the required oxygen amount are supplied, and it is necessary from the middle of the catalyst layer. An autothermal reforming method for producing a reformed gas by supplying a gas containing a sufficient amount of remaining oxygen.

【0022】11. 上記1〜9.のいずれかに記載の
オートサーマルリフォーミング改質器を用いて、触媒層
の入り口側から改質原料および水蒸気、並びに必要な酸
素量の一部を含むガスを供給し、触媒層の途中から必要
な量の残りの酸素を含むガスを供給し、改質器出口の触
媒層温度が600℃以上にて改質ガスを製造するオート
サーマルリフォーミング方法。
11. 1 to 9 above. Using the autothermal reforming reformer according to any one of the above, a reforming raw material and steam from the inlet side of the catalyst layer, and a gas containing a part of the required oxygen amount are supplied, and it is necessary from the middle of the catalyst layer. An auto-thermal reforming method in which a reformed gas is produced at a catalyst layer temperature of 600 ° C. or higher at the reformer outlet by supplying a gas containing a sufficient amount of oxygen.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】改質原料としては、炭素と水素を
含み、酸素による酸化反応と水蒸気による水蒸気改質反
応を起こしうるものであれば使用できる。工業用あるい
は民生用に安価に入手できる例として、メタノール、エ
タノール、ジメチルエーテル、都市ガス、LPG(液化
石油ガス)、ガソリン、灯油などを挙げることができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a reforming raw material, any material containing carbon and hydrogen and capable of causing an oxidation reaction by oxygen and a steam reforming reaction by steam can be used. Methanol, ethanol, dimethyl ether, city gas, LPG (liquefied petroleum gas), gasoline, kerosene, etc. can be mentioned as examples that can be inexpensively obtained for industrial or consumer use.

【0024】また、上記原料に水素、水、二酸化炭素、
一酸化炭素、酸素などを含む原料も使用できる。例え
ば、原料の前処理として水素化脱硫を実施する場合、反
応に用いた水素の残留分は特に分離することなく原料に
混合することが出来る。
Further, the above raw materials include hydrogen, water, carbon dioxide,
A raw material containing carbon monoxide, oxygen, etc. can also be used. For example, when hydrodesulfurization is performed as a pretreatment of the raw material, the residual hydrogen used in the reaction can be mixed with the raw material without being particularly separated.

【0025】一方、原料中の硫黄濃度は改質触媒を不活
性化させる作用があるためなるべく低濃度であることが
望ましく、好ましくは50質量ppm以下、より好まし
くは20質量ppm以下とする。このため、必要であれ
ば前もって原料を脱硫することができる。
On the other hand, the sulfur concentration in the raw material is desirably as low as possible because it has the effect of deactivating the reforming catalyst, and is preferably 50 mass ppm or less, more preferably 20 mass ppm or less. Therefore, if necessary, the raw material can be desulfurized in advance.

【0026】脱硫工程に供する原料中の硫黄濃度には特
に制限はなく脱硫工程において上記硫黄濃度に転換でき
る程度の硫黄濃度の原料であれば使用することができ
る。
The sulfur concentration in the raw material to be subjected to the desulfurization step is not particularly limited, and any raw material having a sulfur concentration such that it can be converted to the above sulfur concentration in the desulfurization step can be used.

【0027】脱硫の方法にも特に制限はないが、適当な
触媒と水素の存在下水素化脱硫を行い生成した硫化水素
を酸化亜鉛などに吸収させる方法を例としてあげること
ができる。この場合用いることができる触媒の例として
はニッケル−モリブデン、コバルト−モリブデンなどを
成分とする触媒を挙げることができる。一方、適当な収
着剤の存在下必要であれば水素の共存下硫黄分を収着さ
せる方法も採用できる。この場合用いることができる収
着剤としては特許第2654515号公報、特許第26
88749号公報などに示されたような銅−亜鉛を主成
分とする収着剤あるいはニッケル−亜鉛を主成分とする
収着剤などを例示できる。
The desulfurization method is also not particularly limited, but an example is a method in which hydrodesulfurization is carried out in the presence of a suitable catalyst and hydrogen and the produced hydrogen sulfide is absorbed in zinc oxide or the like. In this case, examples of catalysts that can be used include catalysts containing nickel-molybdenum, cobalt-molybdenum, or the like. On the other hand, if necessary, a method of sorbing a sulfur content in the presence of hydrogen in the presence of an appropriate sorbent can also be adopted. As sorbents that can be used in this case, Japanese Patent Nos. 2654515 and 26
Examples thereof include a sorbent containing copper-zinc as a main component or a sorbent containing nickel-zinc as a main component as disclosed in Japanese Patent No. 88749.

【0028】脱硫工程の実施方法にも特に制限はなく、
本発明に係るオートサーマルリフォーミング反応器の直
前に設置した脱硫プロセスにより実施しても良いし、独
立の脱硫プロセスにおいて処理を行った原料を使用して
も良い。
The method for carrying out the desulfurization step is not particularly limited, either.
It may be carried out by a desulfurization process installed immediately before the autothermal reforming reactor according to the present invention, or a raw material treated in an independent desulfurization process may be used.

【0029】反応原料には通常SRの吸熱反応をバラン
スできる熱量を発生し得る程度の酸素を添加するが、熱
のロスや必要に応じて設置する外部加熱と関係において
適宜添加量は決定される。その量は、ATR反応領域に
供給される改質原料に含まれる炭素原子モル数に対する
ATR反応領域に供給される酸素分子モル数の比(酸素
/カーボン比)として好ましくは0.05〜1、より好
ましくは0.1〜0.75、さらに好ましくは0.2〜
0.6であることが望ましい。酸素/カーボン比が上記
範囲より小さい場合発熱が少ないため外部から多量の熱
供給が必要となり、SRと実質的に変わらない状況に近
づくという点で不利である。一方、酸素/カーボン比が
上記範囲より大きい場合には発熱が大きくなるため熱バ
ランスが取り難く、酸素により水素や一酸化炭素が燃焼
して消費され変性ガス得率が減少するという点で不利で
ある。
Oxygen is usually added to the reaction raw material in an amount that can generate a heat quantity capable of balancing the endothermic reaction of SR, but the addition amount is appropriately determined in relation to heat loss and external heating installed as necessary. . The amount is preferably 0.05 to 1, as a ratio (oxygen / carbon ratio) of the number of moles of oxygen molecules supplied to the ATR reaction region to the number of moles of carbon atoms contained in the reforming raw material supplied to the ATR reaction region. More preferably 0.1 to 0.75, even more preferably 0.2 to
It is preferably 0.6. When the oxygen / carbon ratio is smaller than the above range, a small amount of heat is generated and a large amount of heat needs to be supplied from the outside, which is disadvantageous in that the situation is substantially the same as SR. On the other hand, when the oxygen / carbon ratio is larger than the above range, heat generation becomes large and it is difficult to balance heat, and it is disadvantageous in that hydrogen and carbon monoxide are burned and consumed by oxygen and the modified gas yield is reduced. is there.

【0030】酸素は純粋な酸素でも良いが、他のガスで
希釈されている状態のものも好適に使用でき、水蒸気、
二酸化炭素、一酸化炭素、アルゴン、窒素などを含んで
いても良く、例えば入手容易性の点から酸素を含むガス
として空気、酸素富化空気等が好適に使用される。
The oxygen may be pure oxygen, but those diluted with other gas can also be used suitably, such as water vapor,
It may contain carbon dioxide, carbon monoxide, argon, nitrogen, etc. For example, from the viewpoint of easy availability, air, oxygen-enriched air, etc. are preferably used as a gas containing oxygen.

【0031】反応系に導入するスチームの量は、ATR
反応領域に供給される改質原料に含まれる炭素原子モル
数に対するATR反応領域に供給される水分子モル数の
比(スチーム/カーボン比)として規定され、この値は
好ましくは0.3〜10、より好ましくは0.5〜5、
さらに好ましくは1〜3とする。この値が上記範囲より
小さい場合には触媒上にコークが析出しやすくなる傾向
があり、また得られる水素分率が低下する傾向があると
いう点で不利であり、一方大きい場合には改質反応は進
むがスチーム発生設備、スチーム回収設備の肥大化を招
く恐れがあるという点で不利である。
The amount of steam introduced into the reaction system depends on the ATR
It is defined as the ratio of the number of moles of water molecules supplied to the ATR reaction region to the number of moles of carbon atoms contained in the reforming raw material supplied to the reaction region (steam / carbon ratio), and this value is preferably 0.3 to 10 , More preferably 0.5 to 5,
More preferably, it is 1-3. If this value is smaller than the above range, coke tends to precipitate on the catalyst, and the hydrogen content obtained tends to decrease, while it is disadvantageous if the value is larger. However, it is disadvantageous in that it may lead to enlargement of steam generation equipment and steam recovery equipment.

【0032】スチームを炭化水素化合物類に添加する方
法は特に制限はないが、反応領域に原料炭化水素化合物
と同時に導入しても良いし、反応領域の別々の位置から
あるいは何回かに分けて一部ずつ導入しても良い。
The method of adding steam to the hydrocarbon compounds is not particularly limited, but it may be introduced into the reaction region at the same time as the starting hydrocarbon compound, or it may be introduced from different positions in the reaction region or divided into several times. You may introduce them part by part.

【0033】酸素の供給量および水蒸気の供給量は、改
質原料の組成と、製造しようとする改質ガスの組成、触
媒層における熱バランス、またコーク発生等を勘案して
適宜決めることができる。
The oxygen supply amount and the steam supply amount can be appropriately determined in consideration of the composition of the reforming raw material, the composition of the reformed gas to be produced, the heat balance in the catalyst layer, the generation of coke, and the like. .

【0034】また、改質原料、水蒸気および酸素を含む
混合ガスの空間速度は触媒の合計量基準、標準温度・圧
力換算(15℃、1気圧{0.101MPa})でGH
SVが好ましくは500〜1,000,000h-1、よ
り好ましくは1,000〜800,000h-1,さらに
好ましくは1,500〜500,000h-1の範囲に設
定される。この時、酸素/カーボン比および空間速度を
適宜制御することにより改質器内の温度を好ましくは2
00〜1000℃、より好ましくは300〜900℃、
さらに好ましくは500〜800℃に制御する。尚、こ
こで触媒量には低活性領域の充填剤は含まれず、また酸
素は触媒層の途中から追加される量も含めて計算したも
のである。
Further, the space velocity of the reforming raw material, the mixed gas containing steam and oxygen is GH on the basis of the total amount of the catalyst and converted into standard temperature / pressure (15 ° C., 1 atm {0.101 MPa}).
The SV is preferably set in the range of 500 to 1,000,000 h -1 , more preferably 1,000 to 800,000 h -1 , and most preferably 1,500 to 500,000 h -1 . At this time, the temperature in the reformer is preferably set to 2 by appropriately controlling the oxygen / carbon ratio and the space velocity.
00-1000 ° C, more preferably 300-900 ° C,
More preferably, the temperature is controlled to 500 to 800 ° C. Here, the catalyst amount does not include the filler in the low activity region, and oxygen is calculated including the amount added from the middle of the catalyst layer.

【0035】触媒層に用いる触媒としては、オートサー
マルリフォーミング用として使用できるもの、すなわち
酸化活性と水蒸気改質活性とを備えるものであれば使用
できる。例えば、特開2000−84410号公報、特
開2001−80907号公報、「2000 Annu
al Progress Reports(Offic
e of Transportation Techn
ologies)」、米国特許5,929,286号公
報などに記載されるようにニッケルおよび白金、ロジウ
ム、ルテニウムなどの貴金属等がこれら活性を持つこと
が知られている。触媒形状としては、従来公知の形状を
適宜採用することができ、ペレット状でもハニカム状で
もよい。
As the catalyst used in the catalyst layer, any catalyst that can be used for autothermal reforming, that is, one that has an oxidizing activity and a steam reforming activity can be used. For example, JP 2000-84410 A, JP 2001-80907 A, “2000 Annu”.
al Progress Reports (Official
e of Transportation Techn
It is known that nickel and precious metals such as platinum, rhodium and ruthenium have these activities, as described in U.S. Pat. No. 5,929,286. As the catalyst shape, a conventionally known shape can be appropriately adopted and may be a pellet shape or a honeycomb shape.

【0036】以下、図面を用いながら本発明のオートサ
ーマルリフォーミング改質器およびオートサーマルリフ
ォーミング方法を説明する。
The autothermal reforming reformer and the autothermal reforming method of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】図1は、本発明のオートサーマルリフォー
ミング改質器の1例である。
FIG. 1 shows an example of the autothermal reforming reformer of the present invention.

【0038】この改質器10の形状は、一般に管状、筒
状等の形状であって、内部にATR触媒、即ち水蒸気改
質活性と酸化活性の両方を有する触媒が充填されてい
る。この例では、触媒層の途中に、低活性領域5が、触
媒層を前段触媒層1aと後段触媒層1bに分断して設け
られている。低活性領域は、酸化活性がないか、触媒層
(1a、1b)に比べて酸化活性が低い領域である。改
質原料および水蒸気、並びに酸素ガスの一部を含むガス
は、ガス供給口2から供給され、低活性領域酸素導入路
3から追加酸素ガスが低活性領域に対して供給され、改
質ガス出口4から改質ガスが排出される。
The reformer 10 is generally tubular or tubular in shape, and is filled with an ATR catalyst, that is, a catalyst having both steam reforming activity and oxidation activity. In this example, the low activity region 5 is provided in the middle of the catalyst layer by dividing the catalyst layer into a front catalyst layer 1a and a rear catalyst layer 1b. The low activity region is a region having no oxidation activity or a lower oxidation activity than the catalyst layers (1a, 1b). The reforming raw material, water vapor, and a gas containing a part of oxygen gas are supplied from the gas supply port 2, the additional oxygen gas is supplied to the low activity region from the low activity region oxygen introduction path 3, and the reformed gas outlet is provided. The reformed gas is discharged from 4.

【0039】このように低活性領域が設けられている
と、低活性領域酸素導入路3から導入された酸素は、低
活性領域では酸化反応が起こらないか、またはわずかし
か酸化反応が起こらないため、低活性領域中で上流の前
段触媒層1aを通過してきたガスに拡散して充分に混合
希釈される。次に後段触媒層1bに達しても、酸素ガス
はすでに希釈されているので、後段触媒層1b中でヒー
トスポットが生じない。
When the low active region is provided in this way, the oxygen introduced from the low active region oxygen introduction path 3 does not cause an oxidation reaction in the low active region, or only a slight oxidation reaction occurs. In the low activity region, it diffuses into the gas that has passed through the upstream catalyst layer 1a on the upstream side and is sufficiently mixed and diluted. Next, when reaching the latter catalyst layer 1b, the oxygen gas has already been diluted, so that no heat spot occurs in the latter catalyst layer 1b.

【0040】低活性領域では、酸化反応の活性が他の触
媒層(1a、1b)より低ければ、それだけの効果を達
成しうるが、効果的に拡散を促進してヒートスポットの
発生を防止するには、他の触媒層(1a、1b)の酸化
活性の70%以下、好ましくは50%以下、より好まし
くは30%以下である。もちろん酸化活性が0であって
もよい。
In the low activity region, if the activity of the oxidation reaction is lower than that of the other catalyst layers (1a, 1b), such an effect can be achieved, but the diffusion is effectively promoted to prevent the generation of heat spots. In addition, the oxidation activity of the other catalyst layers (1a, 1b) is 70% or less, preferably 50% or less, more preferably 30% or less. Of course, the oxidation activity may be 0.

【0041】この低活性領域は、水蒸気改質活性を有し
ていても、有していなくてもどちらでも良い。即ち、低
活性領域では酸化反応の活性のみが他の触媒層より小さ
ければよい。
This low activity region may or may not have steam reforming activity. That is, in the low activity region, only the activity of the oxidation reaction needs to be smaller than that of the other catalyst layers.

【0042】低活性領域は、その領域内で追加酸素ガス
が上流からのガスと充分に混合されるように構成されれ
ば特に制限はないが、例えば適当な充填剤を充填するの
が好ましい。この充填剤は、(1)水蒸気改質活性を有
し酸化活性が他の触媒領域より小さな触媒、(2)水蒸
気改質活性を有し酸化活性を有しない触媒、(3)水蒸
気改質活性および酸化活性の両方ともに有しない単なる
充填剤のいずれかから選ばれることが好ましい。
The low activity region is not particularly limited as long as the additional oxygen gas is sufficiently mixed with the gas from the upstream in the region, but it is preferable to fill it with a suitable filler, for example. This filler is (1) a catalyst having a steam reforming activity and having an oxidizing activity smaller than that of other catalyst regions, (2) a catalyst having a steam reforming activity and having no oxidizing activity, and (3) a steam reforming activity. It is preferable to be selected from any of the mere fillers which have neither both of oxidative activity and oxidative activity.

【0043】充填剤の形状は、追加された酸素を含むガ
スの拡散が促進される形状が好ましく、例えばボール
状、ペレット状、フォーム状およびリング状のものが挙
げられる。また、それらを混合して用いても良い。その
大きさは、反応器の管径、ガスの流通速度等を考慮し
て、混合が最適に起こるように調整する。
The shape of the filler is preferably a shape that promotes diffusion of the added oxygen-containing gas, and examples thereof include a ball shape, a pellet shape, a foam shape and a ring shape. Moreover, you may mix and use them. The size is adjusted so that mixing is optimally performed in consideration of the tube diameter of the reactor, the gas flow rate, and the like.

【0044】充填剤の熱容量は高い方が好ましく、適当
なセラミックで形成されたセラミックボール、セラミッ
クペレット、セラミックフォームおよびセラミックリン
グが好ましい。これらのセラミック充填剤は、上述のよ
うに水蒸気改質活性も酸化活性もないものであってよい
し、セラミック充填剤が水蒸気活性を有し酸化活性がな
いかまたは小さいものであってもよいし、担体の表面に
水蒸気活性を有し酸化活性がないかまたは小さい触媒成
分を担持したものであってもよい。
Higher heat capacity of the filler is preferred, and ceramic balls, ceramic pellets, ceramic foams and ceramic rings formed of suitable ceramics are preferred. These ceramic fillers may have neither steam reforming activity nor oxidative activity as described above, or the ceramic filler may have steam activity and no or little oxidative activity. Alternatively, the carrier may have a surface on which a catalyst component having water vapor activity and no or little oxidation activity is carried.

【0045】セラミックス材料としては、限定されるも
のではないが、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チ
タン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムなどから選
ばれた1種類、あるいは2種類以上を組み合わせたもの
を挙げることができる。
The ceramic material is not limited, but may be one kind selected from aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, or a combination of two or more kinds. it can.

【0046】図1では、低活性領域を触媒層の1箇所の
みに設けたが、図2に示すように、2箇所に低活性領域
5a、5bを設け、それぞれに低活性領域酸素導入路3
a、3bから酸素を供給するようにしてもよい。低活性
領域をさらに3以上としてもよい。これらは、原料の供
給速度、反応器の長さ、発熱・吸熱のバランス等の条件
を考慮して適宜決めることができるが、一般的には、1
箇所に低活性領域を設ければ発熱・吸熱のバランスをか
なりの程度で制御でき、また装置的にも簡略化できるの
で好ましい。
In FIG. 1, the low activity region is provided only at one location in the catalyst layer, but as shown in FIG. 2, the low activity regions 5a and 5b are provided at each location, and the low activity region oxygen introduction path 3 is provided at each location.
You may make it supply oxygen from a and 3b. The number of low active regions may be 3 or more. These can be appropriately determined in consideration of conditions such as the feed rate of raw materials, the length of the reactor, and the balance between heat generation and heat absorption, but in general, 1
Providing a low activity region at a location is preferable because the balance between heat generation and heat absorption can be controlled to a considerable extent and the apparatus can be simplified.

【0047】低活性領域は、反応器の断面方向平面内で
の発熱の均一性を向上させるためには、特に充填剤で構
成されるときは図1に示したように層状に充填されるこ
とが好ましい。
In order to improve the uniformity of heat generation in the plane of the cross section of the reactor, the low activity region, especially when composed of a filler, should be packed in layers as shown in FIG. Is preferred.

【0048】そして、低活性領域とその他の触媒層との
厚さの比(充填量の体積比)は、1:3から1:50の
範囲が好ましく、特に1:5から1:20の範囲が好ま
しい。このような範囲内で、温度分布が最適になるよう
に、低活性領域を設ける箇所の位置、およびその個数を
決めることができる。
The thickness ratio (volume ratio of filling amount) between the low activity region and the other catalyst layers is preferably in the range of 1: 3 to 1:50, particularly in the range of 1: 5 to 1:20. Is preferred. Within such a range, the position of the location where the low-activity region is provided and the number thereof can be determined so that the temperature distribution becomes optimum.

【0049】図1のように1箇所にのみ低活性領域を設
けるときは、低活性領域の厚さ(L i)とその他の触媒
層との厚さ(LC1+LC2)の比は、1:3から1:50
であり、代表的には1:9である。また、(低活性領域
より前段の触媒層厚さ):(低活性領域より後段の触媒
層厚さ)の比(LC1:LC2)は、0.5:8.5から
8:1の範囲で適宜設定することが好ましく、特に2:
7から6:3の範囲が好ましい。
As shown in FIG. 1, a low active region is provided only at one place.
The thickness of the low active region (L i) And other catalysts
Thickness with layer (LC1+ LC2) Ratio is from 1: 3 to 1:50
And typically 1: 9. In addition, (low active area
(The thickness of the catalyst layer in the previous stage): (Catalyst in the stage after the low activity region)
Layer thickness) ratio (LC1: LC2) Is from 0.5: 8.5
It is preferable to set it appropriately in the range of 8: 1, especially 2:
A range of 7 to 6: 3 is preferred.

【0050】また、(入り口からの酸素供給量):(低
活性領域からの酸素供給量)の比は、3:7から9:1
の範囲が好ましく、特に5:5から7:3の範囲が好ま
しい。
The ratio of (amount of oxygen supplied from the inlet) :( amount of oxygen supplied from the low active region) is 3: 7 to 9: 1.
Is preferable, and a range of 5: 5 to 7: 3 is particularly preferable.

【0051】酸素を含むガスを分割して供給する方法と
しては、特に制限は無く例えばバルブ等により酸素の供
給量が所望の範囲になるように制御して供給することが
できる。あるいはもっと簡便に、図3に示すように、1
つの酸素含有ガス供給管6を入り口側酸素導入路7と低
活性領域酸素導入路8とに分割して、それぞれの出口
(例えばノズル)の開口断面積を比で供給量を決めるよ
うにしてもよい。即ち、(入り口側酸素導入路の出口の
開口断面積):(低活性領域酸素導入路の出口の開口断
面積)が、3:7から9:1の範囲、好ましくは5:5
から7:3の範囲とする。供給される酸素含有ガスは、
入り口側または低活性領域にガスを導入できるだけの圧
力を有しており、管内の圧損差、導入路出口での圧力差
が無視できる程度であれば、出口断面積にほぼ比例した
供給量が得られる。このように出口の開口断面で酸素の
分割供給量を決める方法では、複雑な制御装置が不要で
あるので装置構成が簡単になる利点がある。
There is no particular limitation on the method of dividing and supplying the gas containing oxygen, and it is possible to control and supply by a valve or the like so that the supply amount of oxygen falls within a desired range. Or, more simply, as shown in FIG.
One oxygen-containing gas supply pipe 6 may be divided into an inlet-side oxygen introduction passage 7 and a low active region oxygen introduction passage 8, and the supply amount may be determined by the ratio of the opening cross-sectional areas of the respective outlets (for example, nozzles). Good. That is, (the opening cross-sectional area of the outlet of the inlet side oxygen introducing passage): (the opening cross-sectional area of the outlet of the low active region oxygen introducing passage) is in the range of 3: 7 to 9: 1, preferably 5: 5.
To 7: 3. The oxygen-containing gas supplied is
If the pressure is high enough to introduce gas to the inlet side or low activity area, and the pressure loss difference inside the pipe and the pressure difference at the outlet of the introduction path are negligible, a supply amount approximately proportional to the outlet cross-sectional area can be obtained. To be In this way, the method of determining the divided supply amount of oxygen by the cross section of the opening of the outlet does not require a complicated control device and thus has the advantage of simplifying the device configuration.

【0052】尚、入り口側酸素導入路の出口は、図3の
ようにガス供給口2に開口して改質器に入る前に他のガ
スと混合されてもよいし、また、改質器の触媒層上部に
触媒が充填されていないデッドスペースがあれば、その
部分に開口してデッドスペースで他のガスと混合される
ようになっていてもどちらでもよい。
The outlet of the inlet-side oxygen introducing passage may be mixed with other gas before opening into the gas supply port 2 and entering the reformer as shown in FIG. If there is a dead space where the catalyst is not filled in the upper part of the catalyst layer, it does not matter whether it is opened in that part and mixed with other gas in the dead space.

【0053】また、低活性領域酸素導入路は、図1、
2、3に示すように、反応器の側面から低活性領域に開
口していても、図4に示すように低活性領域酸素導入路
11が低活性領域の内部まで伸ばされ、そこから酸素が
供給されるようになっていてもよい。また、1つの低活
性領域に対して複数の酸素導入路を設けることでさらに
酸素を充分に混合することができる。
The low active region oxygen introduction path is shown in FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, even if the side surface of the reactor is open to the low activity region, the low activity region oxygen introduction path 11 is extended to the inside of the low activity region as shown in FIG. It may be supplied. Further, by providing a plurality of oxygen introducing passages for one low activity region, oxygen can be further sufficiently mixed.

【0054】ここで説明した開口断面積を変更する方法
は、低活性領域を設けない従来の装置に対して酸素ガス
を分割して供給する場合にも有効であり、入り口側酸素
導入路と触媒層の中間に酸素を供給するための中間領域
酸素導入路との開口断面積を変えることで、供給割合を
効果的に変更することができる。
The method of changing the opening cross-sectional area described here is also effective when the oxygen gas is divided and supplied to the conventional apparatus having no low active region, and the inlet side oxygen introduction path and the catalyst are used. The supply ratio can be effectively changed by changing the opening cross-sectional area of the intermediate region oxygen introduction passage for supplying oxygen to the middle of the layer.

【0055】以上のような装置を用いて改質反応を行う
と、ヒートスポットの発生の抑制に加えて、触媒層の出
口温度を容易に600℃以上とすることができるので、
原料ガスのスリップを抑制し水素含有率の高い改質ガス
を得ることができる。
When the reforming reaction is carried out using the apparatus as described above, in addition to suppressing the generation of heat spots, the outlet temperature of the catalyst layer can be easily raised to 600 ° C. or higher.
A reformed gas having a high hydrogen content can be obtained by suppressing the slip of the raw material gas.

【0056】以上のような装置を用いて製造された改質
ガスは、水素と一酸化炭素を含有するので、燃料電池用
に使用する場合などのさらに低い一酸化炭素濃度が要求
される用途には、さらに公知のシフト工程反応器やCO
選択酸化装置を通して一酸化炭素を低下して用いること
ができる。
Since the reformed gas produced by using the above apparatus contains hydrogen and carbon monoxide, it is suitable for applications requiring a lower carbon monoxide concentration such as when used for fuel cells. Is a known shift process reactor or CO
Carbon monoxide can be reduced and used through a selective oxidation device.

【0057】[0057]

【実施例】<実施例1>内径20mm(直径)の反応器
に対し、平均直径1mmの球状Rhアルミナ触媒90m
lを前段:後段=50:40mlに分割し、前段と後段
の触媒層の間に平均直径1mmのα−アルミナ製ボール
充填剤10mlを積層し充填した。触媒層の断面積3.
14cm2、触媒と充填層の合計高さは32cmであっ
た。
Example 1 A spherical Rh alumina catalyst 90 m having an average diameter of 1 mm was used for a reactor having an inner diameter of 20 mm (diameter).
1 was divided into 1st stage: 2nd stage = 50: 40 ml, and 10 ml of an α-alumina ball filler having an average diameter of 1 mm was laminated and filled between the catalyst layers of the 1st stage and 2nd stage. Cross-sectional area of catalyst layer 3.
14 cm 2 , and the total height of the catalyst and the packed bed was 32 cm.

【0058】反応条件は、硫黄分を1質量ppm以下と
した脱硫灯油を原料とし、水蒸気をスチーム/カーボン
比=2、空気を酸素/カーボン比=0.5で、灯油、水
蒸気および空気の混合ガスを450℃に予熱し触媒層に
供給した。なお空気は、触媒層前段とα−アルミナ製ボ
ール充填剤に対し、6:4に分割した。
The reaction conditions are as follows: Desulfurized kerosene having a sulfur content of 1 mass ppm or less is used as a raw material, steam is steam / carbon ratio = 2, air is oxygen / carbon ratio = 0.5, and kerosene, steam and air are mixed. The gas was preheated to 450 ° C. and supplied to the catalyst layer. The air was divided into the front part of the catalyst layer and the α-alumina ball filler at a ratio of 6: 4.

【0059】灯油、水蒸気および空気混合ガスの空間速
度は、ガス供給量の合計量と触媒(α−アルミナ製ボー
ル充填剤の量は含まない。)の合計量を基準として、標
準温度・圧力換算でGHSV=5,800h-1である。
The space velocity of kerosene, water vapor and air mixed gas is converted to standard temperature and pressure based on the total amount of gas supply and the total amount of catalyst (the amount of α-alumina ball filler is not included). Therefore, GHSV = 5,800 h −1 .

【0060】このような条件で反応を行った結果、触媒
層中の最高温度は710℃、触媒層出口温度は630℃
であった。また、製造された改質ガスは次の組成であっ
た。 H2 ;40.0vol%(dry) CO ; 8.3vol% CO2;14.0vol% CH4; 0.9vol% 未分解灯油分;1volppm以下
As a result of carrying out the reaction under such conditions, the maximum temperature in the catalyst layer is 710 ° C., and the catalyst layer outlet temperature is 630 ° C.
Met. The produced reformed gas had the following composition. H 2 ; 40.0 vol% (dry) CO; 8.3 vol% CO 2 ; 14.0 vol% CH 4 ; 0.9 vol% undecomposed kerosene; 1 volppm or less

【0061】<比較例1>実施例1に用いたものと同じ
内径20mm(直径)の反応器に、平均直径1mmの球
状Rhアルミナ触媒90mlを充填した。触媒層の断面
積は3.14cm 2、触媒層の高さは29cmであっ
た。
<Comparative Example 1> The same as that used in Example 1.
A reactor with an inner diameter of 20 mm (diameter), a sphere with an average diameter of 1 mm
90 ml of Rh alumina catalyst was charged. Cross section of catalyst layer
Product is 3.14 cm 2The height of the catalyst layer is 29 cm.
It was

【0062】反応条件は、硫黄分を1質量ppm以下と
した脱硫灯油を原料とし、水蒸気をスチーム/カーボン
比=2、空気を酸素/カーボン比=0.5で、灯油、水
蒸気および空気の混合ガスを450℃に予熱し触媒層に
供給した。
The reaction conditions are as follows: Desulfurized kerosene with a sulfur content of 1 mass ppm or less is used as a raw material, steam is steam / carbon ratio = 2, air is oxygen / carbon ratio = 0.5, and kerosene, steam and air are mixed. The gas was preheated to 450 ° C. and supplied to the catalyst layer.

【0063】灯油、水蒸気および空気混合ガスの空間速
度は触媒の合計量基準、標準温度・圧力換算でGHSV
=5,800h-1である。
The space velocity of kerosene, water vapor, and air mixed gas is GHSV in terms of the total amount of catalyst, standard temperature / pressure conversion.
= 5,800 h -1 .

【0064】このような条件で反応を行った結果、触媒
層中の最高温度は910℃、触媒層出口温度は470℃
であった。また、製造された改質ガス組成は、次の組成
であった。 H2 ;37.5vol%(dry) CO ; 6.1vol% CO2;14.8vol% CH4; 3.4vol% 未分解灯油分;2500volppm
As a result of carrying out the reaction under such conditions, the maximum temperature in the catalyst layer was 910 ° C. and the catalyst layer outlet temperature was 470 ° C.
Met. The reformed gas composition produced had the following composition. H 2 ; 37.5 vol% (dry) CO; 6.1 vol% CO 2 ; 14.8 vol% CH 4 ; 3.4 vol% undegraded kerosene content; 2500 volppm

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、ヒートスポットの発生
を抑えることにより、反応器長さ方向(原料ガスの流れ
方向)の温度分布の均一化に加えて、反応器横方向(原
料ガスの流れと直交する平面内)の温度分布の均一化を
図ることにより、触媒の劣化を低減すると共に、原料ガ
スのスリップを抑制し水素含有率の高い改質ガスを得る
ことができる、改質効率の高い装置および改質方法を提
供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, by suppressing the generation of heat spots, in addition to making the temperature distribution in the reactor length direction (the direction of the flow of the raw material gas) uniform, the lateral direction of the reactor (of the raw material gas By reforming the temperature distribution (in the plane orthogonal to the flow) to a uniform level, the deterioration of the catalyst can be reduced, and the reformed gas with a high hydrogen content can be obtained by suppressing the slip of the raw material gas. It is possible to provide an apparatus and a reforming method with high efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のオートサーマルリフォーミング改質器
の1例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an autothermal reforming reformer of the present invention.

【図2】本発明のオートサーマルリフォーミング改質器
の1例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an autothermal reforming reformer of the present invention.

【図3】本発明のオートサーマルリフォーミング改質器
の1例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an autothermal reforming reformer of the present invention.

【図4】本発明のオートサーマルリフォーミング改質器
の1例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of an autothermal reforming reformer of the present invention.

【図5】触媒層の上流から改質原料、水蒸気および酸素
を一括して導入したときの温度分布を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a temperature distribution when a reforming raw material, steam, and oxygen are collectively introduced from the upstream of the catalyst layer.

【図6】従来のオートサーマルリフォーミング改質器の
1例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional autothermal reforming reformer.

【図7】触媒層の上流と途中から酸素を分割して導入し
たときの温度分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a temperature distribution when oxygen is divided and introduced from upstream and in the middle of the catalyst layer.

【図8】従来のオートサーマルリフォーミング改質器の
1例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional autothermal reforming reformer.

【図9】従来のオートサーマルリフォーミング改質器を
用いた場合に、ヒートスポットが発生する様子を模式的
に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing how a heat spot is generated when a conventional auto thermal reforming reformer is used.

【図10】従来のオートサーマルリフォーミング改質器
を用いた場合に、ヒートスポットが発生する様子を模式
的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing how a heat spot is generated when a conventional auto thermal reforming reformer is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a 前段触媒層 1b 後段触媒層 2 ガス供給口 3、3a、3b 低活性領域酸素導入路 4 改質ガス出口 5、5a、5b 低活性領域 6 酸素含有ガス供給管 7 入り口側酸素導入路 8 低活性領域酸素導入路 10 改質器 11 低活性領域酸素導入路 1a Pre-catalyst layer 1b Rear catalyst layer 2 gas supply ports 3, 3a, 3b Low active area oxygen introduction path 4 Reformed gas outlet 5, 5a, 5b Low active region 6 Oxygen-containing gas supply pipe 7 Entrance side oxygen introduction path 8 Low active area oxygen introduction path 10 reformer 11 Low active area oxygen introduction path

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒層を備え、この触媒層の入り口側か
ら改質原料、水蒸気および酸素を含むガスを供給して改
質ガスを製造するオートサーマルリフォーミング改質器
において、 前記触媒層の途中に設けられ、酸化活性がないか、また
は酸化活性が他の領域より小さな低活性領域と、 この低活性領域に、反応に必要な酸素の少なくとも一部
を供給する酸素供給口とをさらに備えたオートサーマル
リフォーミング改質器。
1. An auto-thermal reforming reformer which comprises a catalyst layer, and supplies a reforming raw material, a gas containing steam and oxygen from the inlet side of the catalyst layer to produce a reformed gas. A low-activity region provided on the way, which has no oxidation activity or has a smaller oxidation activity than other regions, and an oxygen supply port for supplying at least a part of oxygen necessary for the reaction to this low-activity region are further provided. Auto thermal reforming reformer.
【請求項2】 前記低活性領域は、酸化活性がないか、
または酸化活性が他の領域より低い充填剤が充填された
層である請求項1記載のオートサーマルリフォーミング
改質器。
2. The low activity region has no oxidative activity,
The autothermal reforming reformer according to claim 1, which is a layer filled with a filler having an oxidizing activity lower than that of other regions.
【請求項3】 前記充填剤は、セラミックボール、セラ
ミックペレット、セラミックフォームおよびセラミック
リングからなる群より選ばれる請求項2記載のオートサ
ーマルリフォーミング改質器。
3. The autothermal reforming reformer according to claim 2, wherein the filler is selected from the group consisting of ceramic balls, ceramic pellets, ceramic foams and ceramic rings.
【請求項4】 前記低活性領域は、前記触媒層内の1箇
所にのみ設けられている請求項1〜3のいずれかに記載
のオートサーマルリフォーミング改質器。
4. The autothermal reforming reformer according to claim 1, wherein the low activity region is provided only at one location in the catalyst layer.
【請求項5】 (低活性領域の厚さ):(触媒層厚さ)
の比が、1:3から1:50の範囲である請求項1〜4
のいずれか記載のオートサーマルリフォーミング改質
器。
5. (Thickness of low activity region): (Catalyst layer thickness)
The ratio is in the range of 1: 3 to 1:50.
5. The auto thermal reforming reformer according to any one of 1.
【請求項6】 前記低活性領域は、前記触媒層内の1箇
所にのみ設けられており、(低活性領域より前段の触媒
層厚さ):(低活性領域より後段の触媒層厚さ)の比
が、0.5:8.5から8:1の範囲である請求項5記
載のオートサーマルリフォーミング改質器。
6. The low activity region is provided only at one location in the catalyst layer, and (thickness of catalyst layer before the low activity region): (thickness of catalyst layer after the low activity region) 6. The autothermal reforming reformer according to claim 5, wherein the ratio is 0.5: 8.5 to 8: 1.
【請求項7】 (入り口からの酸素供給量):(低活性
領域からの酸素供給量)の比が、3:7から9:1を満
たす請求項1〜6のいずれかに記載のオートサーマルリ
フォーミング改質器。
7. The autothermal according to claim 1, wherein a ratio of (amount of oxygen supplied from inlet) :( amount of oxygen supplied from low active region) satisfies 3: 7 to 9: 1. Reforming reformer.
【請求項8】 入り口側に酸素を供給するための入り口
側酸素導入路と、少なくとも1つの低活性領域に酸素を
供給するための低活性領域酸素導入路とを有し、 (入り口側酸素導入路の出口の開口断面積):(低活性
領域酸素導入路の出口の開口断面積)が、3:7から
9:1の範囲である請求項1〜7のいずれかに記載のオ
ートサーマルリフォーミング改質器。
8. An inlet-side oxygen introducing passage for supplying oxygen to the inlet side and a low-active area oxygen introducing passage for supplying oxygen to at least one low-active area, wherein The opening cross-sectional area of the outlet of the passage): (Opening cross-sectional area of the outlet of the low active region oxygen introduction passage) is in the range of 3: 7 to 9: 1. Forming reformer.
【請求項9】 触媒層を備え、この触媒層の入り口側か
ら改質原料、水蒸気および酸素を含むガスを供給して改
質ガスを製造するオートサーマルリフォーミング改質器
において、 入り口側に酸素を供給するための入り口側酸素導入路
と、触媒層の中間に酸素を供給するための少なくとも1
つの中間領域酸素導入路とを有し、 (入り口側酸素導入路の出口の開口断面積):(中間領
域酸素導入路の出口の開口断面積)が、3:7から9:
1の範囲であるオートサーマルリフォーミング改質器。
9. An auto-thermal reforming reformer comprising a catalyst layer, wherein a reforming gas is supplied from the inlet side of the catalyst layer to produce a reformed gas, and oxygen is introduced at the inlet side. An inlet-side oxygen introduction passage for supplying oxygen and at least 1 for supplying oxygen in the middle of the catalyst layer.
And one of the intermediate region oxygen introduction passages, (opening cross-sectional area of the outlet of the inlet side oxygen introduction passage): (opening cross-sectional area of the outlet of the intermediate region oxygen introduction passage) is 3: 7 to 9:
Auto thermal reforming reformer which is the range of 1.
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載のオー
トサーマルリフォーミング改質器を用いて、触媒層の入
り口側から改質原料および水蒸気、並びに必要な酸素量
の一部を含むガスを供給し、触媒層の途中から必要な量
の残りの酸素を含むガスを供給して改質ガスを製造する
オートサーマルリフォーミング方法。
10. A gas containing the reforming raw material and steam from the inlet side of the catalyst layer, and a part of the required oxygen amount, using the autothermal reforming reformer according to claim 1. Is supplied, and a reformed gas is produced by supplying a gas containing a required amount of residual oxygen from the middle of the catalyst layer.
【請求項11】 請求項1〜9のいずれかに記載のオー
トサーマルリフォーミング改質器を用いて、触媒層の入
り口側から改質原料および水蒸気、並びに必要な酸素量
の一部を含むガスを供給し、触媒層の途中から必要な量
の残りの酸素を含むガスを供給し、改質器出口の触媒層
温度が600℃以上にて改質ガスを製造するオートサー
マルリフォーミング方法。
11. A gas containing a reforming raw material and steam from the inlet side of a catalyst layer, and a part of a necessary oxygen amount, using the autothermal reforming reformer according to claim 1. And a gas containing a required amount of remaining oxygen from the middle of the catalyst layer, and the reformed gas is produced at a catalyst layer temperature of 600 ° C. or higher at the reformer outlet.
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