【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスなどの炭化水素を原料として、反応管内に充填した改質触媒により改質反応を行い、Ｈ２やＣＯ等を含有する改質ガスを製造する改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の改質装置の概略的な平面図を図５に示す。また、図５のＶＩ−ＶＩ線における側断面図を図６に示す。図５及び図６に示すように、従来の改質装置５０には、改質触媒５２を充填した複数の反応管５１を１列に配置した反応管列５３が複数設けられている。反応管列５３同士の間には、複数の燃焼用バーナ５５が設けられている。このような構成によれば、先ず、燃焼用バーナ５５を燃焼させて、バーナ５５の燃焼ガスの輻射伝熱を利用して反応管５１を外側より加熱する。そして、反応管５１の上端から炭化水素とスチームを含む原料ガス１を供給することにより、反応管５１内で吸熱反応である改質反応が起こり、反応管５１の下端から改質された改質ガス３を得ることができる。燃焼用バーナ５５は、図５及び図６に示すように改質装置内の上壁に設置してもよいし、底壁又は側壁に設置してもよい。
【０００３】
また、燃焼用バーナに供給する燃焼用の空気を予熱してから燃料と燃焼させる高温空気燃焼法を採用することで、反応管を３列又は４列に配置して一組の反応管列とし、この反応管列の両側に沿って複数の燃焼用バーナを設ける構成の改質装置も開発されている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１７９１９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５及び図６に示した従来の改質装置５０は、バーナ５５の燃焼ガスの輻射伝熱を主体として反応管５１を加熱する構造となっているので、バーナ５５からの燃焼排ガスの火炎５６と反応管５１との幾何学的な配置に制限がある。そのため、各反応管列５３を１列から複数列に反応管５１を増やすとともに、反応管５１同士のピッチを狭くして、装置のコンパクト化を図る場合、バーナ５５から離れた位置の反応管５１には輻射伝熱が作用しにくいため、十分な改質反応が進行しないという問題がある。よって、従来の改質装置５０のような構造では、反応管５１を最大でも２列に配置して１組の反応管列５３を構成するのが限界であり、装置のコンパクト化は困難である。
【０００６】
一方、特開平１１−１７９１９１号公報も、バーナの燃焼ガスの輻射伝熱を主体として反応管を加熱する構成となっているが、高温空気燃焼法により燃焼ガスの温度を均一化することができるので、反応管を３列又は４列に配置して１組の反応管列にしても改質反応を促進することができることが開示されている。しかしながら、特開平１１−１７９１９１号公報に記載の高温空気燃焼法は、蓄熱式燃焼装置を用いて行なわれており、燃焼ガスを蓄熱式燃焼装置の蓄熱体を通して炉外に排出し、蓄熱体の顕熱で加熱した燃焼用空気を用いて燃焼を行なうという方式である。この方式では、蓄熱式燃焼装置に燃焼ガスと燃焼用空気を交互に供給するように制御する必要があり、配管構造等が複雑になってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題点を鑑み、複雑な構造が必要である蓄熱式燃焼装置を用いなくとも、反応管の加熱温度を均一化することができるコンパクトな改質装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る改質装置は、原料ガスを改質して改質ガスを生成するための改質触媒と、該改質触媒を充填した反応管と、該反応管の少なくとも一部の外周を覆うように設けたシース管と、該反応管を加熱するためのバーナとを含み、該反応管と該シース管との間に空間を設け、該バーナの燃焼ガスが該空間を流れて装置内から排出されるようにしたものである。
【０００９】
このように反応管の外周をシース管で覆い、この反応管とシース管の間の空間を通って、バーナの燃焼ガスを改質装置から排出する構成にすることで、反応管の外周を流れる燃焼ガスの流速を大きくすることができる。したがって、燃焼ガスの対流伝熱による反応管の加熱が促進されるので、燃焼ガスの輻射伝熱が十分に作用されない位置に設けられた反応管においても、対流伝熱により改質反応に十分な温度まで加熱することができ、改質装置内の反応管の加熱温度を均一化することができる。
【００１０】
上記反応管の外面には、フィンを設けることができる。これにより、反応管とシース管との間の空間を流れる燃焼ガスの流速をより大きくすることができるので、燃焼ガスの対流伝熱をより促進することができる。
【００１１】
また、複数の上記シース管に覆われた反応管は、少なくとも３列に設置された一組の反応管列を構成することができ、この反応管列に沿って複数の上記バーナを配置することができる。
【００１２】
上述したように、本発明によれば、燃焼ガスの対流伝熱により反応管の加熱を促進することができるので、バーナから離れた位置の反応管においても、加熱温度を均一化することができる。したがって、反応管を３列以上に配置して一組の反応管列にしても、十分な改質反応を進行させることができるので、改質装置をコンパクト化することができる。また、対流伝熱を促進し壁面からの熱流束を大きくすることで、反応管そのものの長さも低減することができる。
【００１３】
本発明に係る改質装置は、上記バーナの燃焼用空気の一部に上記バーナ用の燃料の一部を添加して燃焼させて高温ガスを得る直接式加熱器と、該高温ガスを上記バーナに供給するための配管とを更に含むことができる。
【００１４】
このように直接式加熱器によりバーナの燃焼用空気を予熱することで、高温空気燃焼を行うことができる。高温空気燃焼とは、燃焼用空気を、例えば、８００〜１０００℃以上の高温まで予熱するとともに酸素濃度を約１５〜１０％以下に低減し、これを燃料とともに燃焼することで、バーナの燃焼ガスの温度を均一にすることができる技術である。したがって、高温空気燃焼により改質装置内の燃焼ガスの温度分布が均一化されるので、各反応管の加熱温度をより均一にすることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る改質装置は、上記バーナに供給する燃焼用空気の一部又は全部を上記燃焼排ガスにより予熱する熱交換器と、該熱交換器で予熱された燃焼用空気に燃料を添加して燃焼させて高温ガスを得る直接式加熱器と、該高温ガスを上記バーナに供給するための配管とを更に含むことができる。
【００１６】
このように、バーナの燃焼用空気を、改質装置から排出された燃焼排ガスにより予熱してから、直接式加熱器で燃焼することによって、燃焼排ガスが有する熱エネルギーを回収し、有効活用することができ、改質装置の省エネルギー化を促進することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る改質装置の一実施の形態を示す概略的な側断面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における平面図である。図１及び図２に示すように、改質装置１０内には反応管１１が垂直に設置されており、反応管１１の上端と下端は、改質装置１０内の上壁と底壁にそれぞれ固定されている。反応管１１には、天然ガスなどの炭化水素をＨ２及びＣＯを含む改質ガスに改質する改質触媒１２が充填されている。このような反応管１１が改質装置１０内に複数設けられており、各反応管１１は並列に設置されている。
【００１８】
なお、図１及び図２には、複数の反応管１１を３列に配置して１組の反応管列１３を構成するものを示したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、反応管１１を１列、２列又は４列以上に配置して１組の反応管列１３を構成してもよいし、また、反応管列１３を改質装置１０内に２組以上設けてもよい。
【００１９】
反応管１１の外側には、反応管１１の外径よりも大きい径を有するシース管１７が、反応管１１の長さ方向の中央部分の外周を覆うように設置されている。反応管１１の外径は、例えば、１００〜１５０ｍｍが好ましく、シース管の内径は、例えば、１１０〜２００ｍｍが好ましい。反応管１１とシース管１７との間には、燃焼ガスの流路となる環状の空間２０が形成されており、環状部における燃焼ガスの圧力損失を考慮してシース管の径を決定する必要がある。
【００２０】
また、改質装置１０内には、改質装置１０内を上下の２つの空間に仕切る仕切板１８が水平に設けられている。この仕切板１８には、シース管１７の上端が固定されている。この仕切板１８とシース管１７と改質装置１０内の底壁と側壁とによって、燃焼室１９が構成されている。仕切板１８にはシース管１７の径と同じ径の穴が設けられており、この穴を介して反応管１１が仕切板１８を貫通している。シース管１７の下端は、改質装置１０内の底壁と接しておらず、これにより、環状の空間２０を燃焼室１９に連通させて、環状の空間２０を燃焼室１９からの燃焼ガスの出口流路とする。
【００２１】
反応管列１３の両側には、反応管１１を加熱するため、複数のバーナ１５が設けられている。バーナ１５は仕切板１８に設けられており、バーナ１５の火炎１６が仕切板１８の下の燃焼室１９に形成される。
【００２２】
反応管１１の上端には、原料ガス１を各反応管１１内に導入するための入口マニホールド２１が設けられており、入口マニホールド２１は、原料ガス源（図示省略）と繋がっている。また、各反応管１１の下端には、改質ガス３を各反応管１１から回収するための出口マニホールド２３が設けられており、出口マニホールド２３は、メタノールなどを合成する合成系など（図示省略）に繋がっている。なお、反応管１１の下端から原料ガス１を導入し、上端から改質ガス３を回収してもよい。
【００２３】
このような構成によれば、先ず、バーナ１５を起動することにより、バーナ１５から燃焼ガスが燃焼室１９内に生成される。この燃焼ガスの輻射伝熱により反応管１１が加熱される。また、燃焼室１９内の燃焼ガスは、出口流路である環状の空間２０内を下から上に速い流速で流れるので、燃焼ガスの対流伝熱によっても反応管１１が加熱される。燃焼ガスは環状の空間２０を通った後、改質装置１０から排出される。このように、輻射伝熱の他、対流伝熱を促進することで、バーナ１５から離れた位置の反応管、例えば、３列ある反応管列１３のうち、中央の列の反応管に対しても、バーナ１５と隣接した反応管と同様な温度まで加熱することができる。すなわち、反応管列１３を３列以上にした場合であっても、全ての反応管１１の加熱温度を均一化することができる。
【００２４】
反応管１１を十分な温度まで加熱した後（例えば、５００〜７００℃）、入口マニホールド２１を介して、各反応管１１内に炭化水素とスチームを含む原料ガス１を供給する。反応管１１は燃焼ガスの対流伝熱により均一に加熱されているので、全ての反応管１１内で、吸熱反応である改質反応（例えば、ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ）が進行し、Ｈ２及びＣＯを含む改質ガス３が生成する。生成した改質ガス３は、出口マニホールド２３を介して回収され、次の工程（図示省略）へ送られる。
【００２５】
このように、反応管１１をシース管１７で覆い、反応管１１とシース管１７との間の環状の空間２０を、燃焼室１９内の燃焼ガスの出口流路とすることで、反応管１１の外周を流れる燃焼ガスの流速が大きくなり、燃焼ガスの対流伝熱を促進することができる。したがって、反応管列１３を３列以上にしても、バーナ１５から離れた位置の反応管１１を対流伝熱により十分に加熱でき、改質反応を進行させることができる。すなわち、反応管列１３を３列以上にすることが可能となるので、反応効率の向上及び改質装置１０のコンパクト化を達成することができる。また、反応管壁面への熱流束の増大により、反応管１１自体の長さも低減することができる。なお、反応管１１の外面にフィンを取り付けて伝熱を促進することもできる。
【００２６】
なお、図１では、バーナ１５を仕切板１８に設けたが、本発明はこのような実施の形態に限定されず、図３に示すように、バーナ１５を改質装置１０内の底壁に設けてもよい。この場合でも、燃焼室１９と環状の空間２０とは、シース管１７の下端で連通させることが好ましい。これにより、燃焼ガスは、上昇気流により環状の空間２０内を下から上に速い流速で流すことができる。なお、シース管１７の上端で連通させても、また、シース管１７の外周面に貫通穴を設けて連通させてもよい。
【００２７】
図４は、本発明に係る改質装置の一実施の形態であって、高温空気燃焼法を用いる場合を示す概略図である。なお、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付し、これらの詳細な説明は省略する。なお、図４では１列の反応管列を示したが、図１及び図２と同様に３列の反応管列にしてもよいし、それ以上の列の反応管列にしてもよい。
【００２８】
図４に示すように、改質装置１０は、燃焼室１９から反応管１１とシース管１７との間の環状の空間２０を通って排出された燃焼排ガス９により燃焼用空気７を加熱する熱交換器３０と、熱交換器３０により加熱された燃焼用空気７に燃料６を添加して燃焼し高温ガス８を得る直接式加熱器４０とを備えている。そして、直接式加熱器４０で得られた高温ガス８とバーナ用燃料５とが、バーナ１５に供給されるように構成されている。
【００２９】
このような構成によれば、先ず、熱交換器３０では、燃焼室１９から環状の空間２０を通って排出された燃焼排ガス９により、燃焼用空気７が加熱される。この熱交換器３０で加熱された燃焼用空気７は、直接式加熱器４０に供給される。直接式加熱器４０では、この燃焼用空気７に直接式加熱器用の燃料６を添加して燃焼することで、約１０００℃の温度で低酸素濃度の高温ガス８が生成される。この高温ガス８は、バーナ用燃料５とともにバーナ１５に供給される。
【００３０】
バーナ１５では、約１０００℃と高温でかつ低酸素濃度の空気が供給されることで、高温空気燃焼が起こる。高温空気燃焼により、バーナ１５の燃焼ガスの局所的な温度上昇などが抑えられるので、燃焼室における温度分布が均一化される。このため、全ての環状の空間２０に、均一な温度の燃焼ガスが流れ、反応管１１の加熱温度がより均一化される。したがって、反応管１１とバーナ１５の幾何学的な位置の制約を受けず、改質装置１０内の全ての反応管１１の改質反応をより均一に進行させることができる。すなわち、一組の反応管列の列数をより増加させることができるので、反応効率及び改質装置のコンパクト化をより向上させることができる。
【００３１】
なお、図４では、直接式加熱器４０で得た高温ガス８をそのままバーナ１５に供給しているが、高温ガス８の酸素濃度を調節するため、燃焼用空気を適宜混合してからバーナ１５に供給してもよい。このとき混合する燃焼用空気は、熱交換器３０で加熱した燃焼用空気７の一部を用いることで、高温ガス８の温度低下を防ぐことができる。また、熱交換器３０を用いずに、直接式加熱器４０のみでも所定の温度の高温ガス８を得ることもできるが、熱交換器３０で燃焼用空気７を予熱することで、燃焼排ガス９の熱エネルギーを有効利用することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、複雑な構造が必要である蓄熱式燃焼装置を用いなくとも、反応管の加熱温度を均一化することができる改質装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る改質装置の一実施の形態の概略を示す側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における平面図である。
【図３】本発明に係る改質装置の他の実施の形態の概略を示す側断面図である。
【図４】本発明に係る改質装置の一実施の形態であって、高温空気燃焼法を用いた場合を示す概要図である。
【図５】従来の改質装置の概略を示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線における側断面図である。
【符号の説明】
１ 原料ガス
３ 改質ガス
５ バーナ用燃料
６ 燃料
７ 燃焼用空気
８ 高温ガス
９ 燃焼排ガス
１０ 改質装置
１１ 反応管
１２ 改質触媒
１３ 反応管列
１５ バーナ
１６ 火炎
１７ シース管
１８ 仕切板
１９ 燃焼室
２０ 環状の空間
２１ 入口マニホールド
２３ 出口マニホールド
５０ 改質装置
５１ 反応管
５３ 反応管列
５５ バーナ
５６ 火炎[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reforming apparatus that performs a reforming reaction using a hydrocarbon such as natural gas as a raw material with a reforming catalyst filled in a reaction tube to produce a reformed gas containing H 2 , CO, and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a schematic plan view of a conventional reformer. FIG. 6 is a side sectional view taken along the line VI-VI of FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the conventional reforming apparatus 50 is provided with a plurality of reaction tube rows 53 in which a plurality of reaction tubes 51 filled with a reforming catalyst 52 are arranged in one row. A plurality of combustion burners 55 are provided between the reaction tube rows 53. According to such a configuration, first, the combustion burner 55 is burned, and the reaction tube 51 is heated from outside using the radiant heat transfer of the combustion gas of the burner 55. By supplying the raw material gas 1 containing hydrocarbon and steam from the upper end of the reaction tube 51, a reforming reaction, which is an endothermic reaction, occurs in the reaction tube 51, and the reforming reformed from the lower end of the reaction tube 51. Gas 3 can be obtained. The combustion burner 55 may be installed on the upper wall in the reformer as shown in FIGS. 5 and 6, or may be installed on the bottom wall or the side wall.
[0003]
Also, by adopting a high-temperature air combustion method in which the combustion air supplied to the combustion burner is preheated and then combusted with the fuel, the reaction tubes are arranged in three or four rows to form a set of reaction tube rows. A reformer having a configuration in which a plurality of combustion burners are provided along both sides of the reaction tube row has also been developed (for example, see Patent Document 1 and the like).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-179191 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional reformer 50 shown in FIGS. 5 and 6 has a structure in which the reaction tube 51 is heated mainly by radiant heat transfer of the combustion gas of the burner 55, the flame 56 of the combustion exhaust gas from the burner 55 is heated. There is a limitation on the geometrical arrangement between the reactor and the reaction tube 51. Therefore, when increasing the number of the reaction tubes 51 from one to a plurality of the reaction tube rows 53 and narrowing the pitch between the reaction tubes 51 to reduce the size of the apparatus, the reaction tubes 51 at positions away from the burner 55 are required. Has a problem that a sufficient reforming reaction does not proceed because radiant heat transfer hardly acts. Therefore, in a structure like the conventional reformer 50, it is limited that the reaction tubes 51 are arranged in at most two rows to form one set of reaction tube rows 53, and it is difficult to make the apparatus compact. .
[0006]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-179191 also has a configuration in which the reaction tube is heated mainly by radiant heat transfer of the combustion gas of the burner, but the temperature of the combustion gas can be made uniform by the high-temperature air combustion method. Therefore, it is disclosed that the reforming reaction can be promoted even if the reaction tubes are arranged in three or four rows and one set of the reaction tubes is arranged. However, the high-temperature air combustion method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-179191 is performed using a regenerative combustion device. In this method, combustion is performed using combustion air heated by sensible heat. In this method, it is necessary to control so as to alternately supply the combustion gas and the combustion air to the regenerative combustion device, and there is a problem that a piping structure or the like becomes complicated.
[0007]
In view of the above problems, the present invention provides a compact reformer that can make the heating temperature of a reaction tube uniform without using a regenerative combustion device that requires a complicated structure. Aim.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a reforming apparatus according to the present invention includes a reforming catalyst for reforming a raw material gas to generate a reformed gas; a reaction tube filled with the reforming catalyst; Including a sheath tube provided so as to cover at least a part of the outer periphery of the reaction tube, and a burner for heating the reaction tube, providing a space between the reaction tube and the sheath tube, and burning the burner The gas flows through the space and is discharged from the device.
[0009]
In this manner, the outer periphery of the reaction tube is covered with the sheath tube, and the combustion gas of the burner is discharged from the reformer through the space between the reaction tube and the sheath tube, so that the outer periphery of the reaction tube flows. The flow rate of the combustion gas can be increased. Therefore, since the heating of the reaction tube by the convective heat transfer of the combustion gas is promoted, even in the reaction tube provided at the position where the radiant heat transfer of the combustion gas is not sufficiently acted on, the convection heat transfer is sufficient for the reforming reaction. It can be heated to a temperature, and the heating temperature of the reaction tube in the reformer can be made uniform.
[0010]
Fins can be provided on the outer surface of the reaction tube. Thereby, the flow velocity of the combustion gas flowing in the space between the reaction tube and the sheath tube can be further increased, so that the convective heat transfer of the combustion gas can be further promoted.
[0011]
Further, the reaction tubes covered by the plurality of sheath tubes can form a set of reaction tube rows provided in at least three rows, and the plurality of burners are arranged along the reaction tube rows. Can be.
[0012]
As described above, according to the present invention, the heating of the reaction tube can be promoted by the convective heat transfer of the combustion gas, so that the heating temperature can be made uniform even in the reaction tube at a position away from the burner. . Therefore, even if the reaction tubes are arranged in three or more rows to form a set of reaction tubes, a sufficient reforming reaction can proceed, and the reformer can be made compact. In addition, the length of the reaction tube itself can be reduced by promoting convection heat transfer and increasing the heat flux from the wall surface.
[0013]
The reformer according to the present invention includes a direct heater for obtaining a high-temperature gas by adding a part of the fuel for the burner to a part of the combustion air of the burner and burning the high-temperature gas; And a pipe for supplying the water to the container.
[0014]
Thus, by preheating the combustion air of the burner by the direct heater, high-temperature air combustion can be performed. High-temperature air combustion means that the combustion air is preheated to a high temperature of, for example, 800 to 1000 ° C., the oxygen concentration is reduced to about 15 to 10% or less, and the combustion is burned together with fuel to burn the combustion gas of the burner. This is a technology that can make the temperature of the film uniform. Therefore, the temperature distribution of the combustion gas in the reformer is made uniform by the high-temperature air combustion, so that the heating temperature of each reaction tube can be made more uniform.
[0015]
Further, the reforming apparatus according to the present invention is a heat exchanger for preheating part or all of the combustion air supplied to the burner with the combustion exhaust gas, and supplies fuel to the combustion air preheated by the heat exchanger. It may further include a direct heater for adding and burning to obtain a hot gas, and a pipe for supplying the hot gas to the burner.
[0016]
In this way, the combustion air of the burner is preheated by the combustion exhaust gas discharged from the reformer, and then is burned by the direct heater, so that the thermal energy of the combustion exhaust gas is recovered and effectively used. Thus, energy saving of the reformer can be promoted.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing one embodiment of the reforming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view taken along line II-II in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, a reaction tube 11 is vertically installed in the reformer 10, and the upper end and the lower end of the reaction tube 11 are respectively formed on an upper wall and a bottom wall in the reformer 10. Fixed. The reaction tube 11 is filled with a reforming catalyst 12 for reforming a hydrocarbon such as natural gas into a reformed gas containing H 2 and CO. A plurality of such reaction tubes 11 are provided in the reformer 10, and each reaction tube 11 is installed in parallel.
[0018]
Although FIGS. 1 and 2 show a case where a plurality of reaction tubes 11 are arranged in three rows to constitute a set of reaction tube rows 13, the present invention is not limited to this embodiment. The reaction tubes 11 may be arranged in one row, two rows, or four or more rows to form one set of reaction tube rows 13, or two or more reaction tube rows 13 may be provided in the reformer 10. Is also good.
[0019]
A sheath tube 17 having a diameter larger than the outer diameter of the reaction tube 11 is provided outside the reaction tube 11 so as to cover the outer periphery of a central portion in the longitudinal direction of the reaction tube 11. The outer diameter of the reaction tube 11 is preferably, for example, 100 to 150 mm, and the inner diameter of the sheath tube is preferably, for example, 110 to 200 mm. An annular space 20 is formed between the reaction tube 11 and the sheath tube 17 so as to serve as a flow path for the combustion gas. The diameter of the sheath tube needs to be determined in consideration of the pressure loss of the combustion gas in the annular portion. There is.
[0020]
Further, in the reforming apparatus 10, a partition plate 18 for horizontally dividing the inside of the reforming apparatus 10 into two upper and lower spaces is provided. The upper end of the sheath tube 17 is fixed to the partition plate 18. The partition 18, the sheath tube 17, the bottom wall and the side walls in the reformer 10 constitute a combustion chamber 19. The partition plate 18 has a hole having the same diameter as the sheath tube 17, and the reaction tube 11 penetrates the partition plate 18 through this hole. The lower end of the sheath tube 17 is not in contact with the bottom wall in the reformer 10, whereby the annular space 20 communicates with the combustion chamber 19, and the annular space 20 communicates with the combustion gas from the combustion chamber 19. An outlet channel.
[0021]
A plurality of burners 15 are provided on both sides of the reaction tube row 13 to heat the reaction tubes 11. The burner 15 is provided on a partition plate 18, and a flame 16 of the burner 15 is formed in a combustion chamber 19 below the partition plate 18.
[0022]
An inlet manifold 21 for introducing the source gas 1 into each reaction tube 11 is provided at an upper end of the reaction tube 11, and the inlet manifold 21 is connected to a source gas source (not shown). At the lower end of each reaction tube 11, an outlet manifold 23 for recovering the reformed gas 3 from each reaction tube 11 is provided. The outlet manifold 23 is a synthesis system for synthesizing methanol or the like (not shown). ). The raw material gas 1 may be introduced from the lower end of the reaction tube 11 and the reformed gas 3 may be recovered from the upper end.
[0023]
According to such a configuration, first, the combustion gas is generated from the burner 15 into the combustion chamber 19 by activating the burner 15. The reaction tube 11 is heated by the radiant heat transfer of the combustion gas. Further, the combustion gas in the combustion chamber 19 flows through the annular space 20 which is the outlet flow path at a high flow rate from below to above, so that the reaction tube 11 is also heated by convective heat transfer of the combustion gas. The combustion gas is discharged from the reformer 10 after passing through the annular space 20. In this way, by promoting convective heat transfer in addition to radiant heat transfer, the reaction tubes at positions away from the burner 15, for example, the reaction tubes in the center row among the three reaction tube rows 13. Can also be heated to the same temperature as the reaction tube adjacent to the burner 15. That is, even when the number of the reaction tube rows 13 is three or more, the heating temperature of all the reaction tubes 11 can be made uniform.
[0024]
After heating the reaction tubes 11 to a sufficient temperature (for example, 500 to 700 ° C.), the raw material gas 1 containing hydrocarbons and steam is supplied into each reaction tube 11 via the inlet manifold 21. Since the reaction tubes 11 are uniformly heated by the convective heat transfer of the combustion gas, a reforming reaction (eg, CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO) that is an endothermic reaction proceeds in all the reaction tubes 11. , the reformed gas 3 containing H 2 and CO produced. The generated reformed gas 3 is collected via the outlet manifold 23 and sent to the next step (not shown).
[0025]
As described above, the reaction tube 11 is covered with the sheath tube 17, and the annular space 20 between the reaction tube 11 and the sheath tube 17 is used as an outlet flow path of the combustion gas in the combustion chamber 19, whereby the reaction tube 11 is formed. The flow velocity of the combustion gas flowing around the outer periphery of the fuel cell increases, and convective heat transfer of the combustion gas can be promoted. Therefore, even if the number of the reaction tube rows 13 is three or more, the reaction tubes 11 at positions away from the burners 15 can be sufficiently heated by convection heat transfer, and the reforming reaction can proceed. That is, the number of the reaction tube rows 13 can be three or more, so that the reaction efficiency can be improved and the reformer 10 can be made compact. In addition, the length of the reaction tube 11 itself can be reduced by increasing the heat flux to the wall surface of the reaction tube. Note that fins may be attached to the outer surface of the reaction tube 11 to promote heat transfer.
[0026]
Although the burner 15 is provided on the partition plate 18 in FIG. 1, the present invention is not limited to such an embodiment, and as shown in FIG. It may be provided. Even in this case, it is preferable that the combustion chamber 19 and the annular space 20 communicate with each other at the lower end of the sheath tube 17. Thus, the combustion gas can flow at a high flow rate from the bottom to the top in the annular space 20 by the ascending airflow. The upper end of the sheath tube 17 may be in communication, or a through hole may be provided in the outer peripheral surface of the sheath tube 17 for communication.
[0027]
FIG. 4 is a schematic diagram showing one embodiment of the reforming apparatus according to the present invention, in which a high-temperature air combustion method is used. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Although FIG. 4 shows one reaction tube row, three reaction tube rows may be used as in FIGS. 1 and 2, or more reaction tube rows may be used.
[0028]
As shown in FIG. 4, the reformer 10 heats the combustion air 7 with the combustion exhaust gas 9 discharged from the combustion chamber 19 through the annular space 20 between the reaction tube 11 and the sheath tube 17. The heat exchanger 30 includes a heat exchanger 30 and a direct heater 40 that adds a fuel 6 to the combustion air 7 heated by the heat exchanger 30 and burns the fuel 6 to obtain a hot gas 8. The high-temperature gas 8 and the burner fuel 5 obtained by the direct heater 40 are supplied to the burner 15.
[0029]
According to such a configuration, first, in the heat exchanger 30, the combustion air 7 is heated by the combustion exhaust gas 9 discharged from the combustion chamber 19 through the annular space 20. The combustion air 7 heated by the heat exchanger 30 is supplied to a direct heater 40. In the direct heater 40, a high-temperature gas 8 having a low oxygen concentration at a temperature of about 1000 ° C. is generated by adding the fuel 6 for the direct heater to the combustion air 7 and burning. The high-temperature gas 8 is supplied to the burner 15 together with the burner fuel 5.
[0030]
In the burner 15, high-temperature air combustion occurs by supplying air having a high temperature of about 1000 ° C. and a low oxygen concentration. The high-temperature air combustion suppresses a local temperature rise of the combustion gas of the burner 15 and the like, so that the temperature distribution in the combustion chamber is made uniform. For this reason, the combustion gas having a uniform temperature flows through all the annular spaces 20, and the heating temperature of the reaction tube 11 is made more uniform. Therefore, the reforming reaction of all the reaction tubes 11 in the reformer 10 can proceed more uniformly without being restricted by the geometric positions of the reaction tubes 11 and the burners 15. That is, since the number of rows of one set of reaction tube rows can be further increased, the reaction efficiency and the compactness of the reformer can be further improved.
[0031]
In FIG. 4, the high-temperature gas 8 obtained by the direct heater 40 is supplied to the burner 15 as it is. However, in order to adjust the oxygen concentration of the high-temperature gas 8, the combustion air is appropriately mixed before the burner 15 is cooled. May be supplied. At this time, by using a part of the combustion air 7 heated by the heat exchanger 30 as the combustion air to be mixed, the temperature of the high-temperature gas 8 can be prevented from lowering. The high-temperature gas 8 having a predetermined temperature can be obtained only by using the direct heater 40 without using the heat exchanger 30. However, by preheating the combustion air 7 with the heat exchanger 30, the combustion exhaust gas 9 can be obtained. Heat energy can be used effectively, and energy can be saved.
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a reformer that can make the heating temperature of a reaction tube uniform without using a regenerative combustion device that requires a complicated structure. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing an embodiment of a reforming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view taken along line II-II of FIG.
FIG. 3 is a side sectional view schematically showing another embodiment of the reforming apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of the reforming apparatus according to the present invention, in which a high-temperature air combustion method is used.
FIG. 5 is a plan view schematically showing a conventional reformer.
FIG. 6 is a side sectional view taken along line VI-VI of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material gas 3 Reformed gas 5 Burner fuel 6 Fuel 7 Combustion air 8 Hot gas 9 Combustion exhaust gas 10 Reformer 11 Reaction tube 12 Reforming catalyst 13 Reaction tube row 15 Burner 16 Flame 17 Sheath tube 18 Partition plate 19 Combustion Chamber 20 Annular space 21 Inlet manifold 23 Outlet manifold 50 Reformer 51 Reaction tube 53 Reaction tube row 55 Burner 56 Flame
