JP2577037B2 - 二段触媒燃焼式改質器 - Google Patents

二段触媒燃焼式改質器

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JP2577037B2 JP63076179A JP7617988A JP2577037B2 JP 2577037 B2 JP2577037 B2 JP 2577037B2 JP 63076179 A JP63076179 A JP 63076179A JP 7617988 A JP7617988 A JP 7617988A JP 2577037 B2 JP2577037 B2 JP 2577037B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,炭化水素類の改質を行う二段触媒燃焼式改
質器における二段目燃焼部の改良に係り,特に燃料と酸
素の均一混合を達成し,均一燃焼が行える二段触媒燃焼
式改質器に関する。
〔従来の技術〕
従来の二段触媒燃焼式改質器の構造を第5図に示す。
図において,改質する原料および水蒸気混合物は,原料
ノズル1より反応器内に入り,仕切室2より,反応管外
管3に入る。反応管外管3には,水蒸気改質触媒が充填
されており,かつ反応管自体は,伝熱促進用の充填粒子
層4内に埋蔵されている。
原料は反応管外管3を通る間に,外部より反応熱を受
け,かつ水蒸気改質触媒の作用によって改質反応を生
じ,反応終了後,反応管内管5を通り,改質ガス仕切室
6に集められ,改質ガスノズル7より反応器外へ出され
る。
一方,一段燃料ノズル8からは,燃料と空気が供給さ
れる。また,二段燃料ノズル9からは燃料が供給され
る。ここで,一段燃料ノズル8から供給される空気は,
一段目燃料のみならず,二段目燃料も燃料させるに充分
な量の空気が供給される。
一段燃料ノズル8から導入された燃料と過剰の空気
は,予混合器10にて均一に予混合されて容器中に投入さ
れ,一段目燃焼触媒層11によって燃焼される。発生した
燃焼ガスは,充填粒子層4を通る間に埋蔵の反応管へ反
応熱を供給し,燃焼ガス自身の温度は低下する。上部の
充填粒子層4は支持板18によって保持される構造となっ
ている。充填粒子層4および支持板18を通った燃焼ガス
は,二段燃料ノズル9より供給された燃料と空間部19に
て合流し,二段目燃焼触媒層14にて再度燃焼され,高温
の燃焼ガスとなり,充填粒子層4′を通って,さらに反
応管に反応熱を供給した後,燃焼ガスノズル15より反応
器外へ排出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述したごとく,従来技術における二段触媒燃焼式改
質器において,二段目燃焼部の一段目燃焼ガスと二段目
燃料との混合に関しては全く配慮がなされておらず,そ
のため不均一燃焼による未然分の発生,不均一燃焼によ
るホットスポット(hot spot)の発生,および反応熱供
給不足による改質反応の未達などの問題があった。さら
に,第5図に示すごとく,二段目燃焼触媒層14の上流に
空間部19が必要であり,そのために支持板18を設けてい
るが,この支持板18高温ガスにさらされるため強度低下
による損傷の問題があった。
本発明の目的は,二段触媒燃焼式改質器の二段目燃焼
部の上流に,セラミックハニカム構造体よりなる混合部
を設けて,供給する二段目燃料と酸素(空気)を含む一
段目燃焼ガスとの均一混合を達成して二段目燃焼部にお
ける均一燃焼をはかり,かつ従来の改質器において必要
とされていた高温に耐え得る支持板の使用を不要とする
構造の二段触媒燃焼式改質器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本発明の目的を達成するために、炭化水素改質触
媒を充填した複数の反応管を有し、該反応管の軸方向に
対し二段に分離して配置した、一段目および二段目燃焼
触媒層によって上記反応管を加熱する二段触媒燃焼式改
質器において、上記一段目の燃焼触媒層と二段目の燃焼
触媒層の間に、一段目の燃焼触媒層から排出される酸素
と二段燃料ノズルからの燃料とを混合するセラミックハ
ニカム構造体を配設した二段触媒燃焼式改質器とするも
のである。
さらに具体には、二段触媒燃焼式改質器の二段燃焼触
媒部上流側の空間部をなくし,反応管外周の全面にセラ
ミックハニカム構造体よりなる混合部を設け,該セラミ
ックハニカム構造体よりなる混合部には,上流から流れ
る一段目燃焼ガスを通す流路と,一方,供給する二段目
燃料を上記一段目燃焼ガスに対して直交させて通す流路
を持ち,かつ各々の流路を連通させる構造とした上記混
合部を設けることにより,達成される。そして,上記セ
ラミックハニカム構造体よりなる混合部には,1本もしく
は1本以上の燃料供給管から燃料が供給され,セラミッ
クハニカム内を反応管外周に沿って分散され,一段目燃
焼ガスとの均一混合が達成されることになり,均一燃焼
を行うことができる。また,二段燃焼部に空間部を必要
としないため,従来その部分に設けられていた高温に耐
え得る高価な耐熱性の支持板も,また省略でき,二段触
媒燃焼式改質器の構造を著しく簡略化することができ
る。
〔作用〕
一段目燃焼ガスを流すセラミックハニカム構造体より
なる混合部は,その燃焼ガスの流路に直交して,二段目
燃料の流路を形成することによって,燃焼ガスと燃料の
均一混合が可能となる。
また,上記の燃料の流路は,混合部を構成する単一セ
ラミックハニカムセルの中央側面に設けることにより,
単一セラミックハニカムセルを複数個組み立て混合部を
形成する場合に有利となる。
ガスの流動状態を考察すれば,燃料ガスは上流が下流
へ強制的に流れているため,直交して導入した燃料は,
燃焼ガスの流量に比較して極めて少量であり,燃焼ガス
の流れのエネルギーによって燃料が誘引拡散され,ガス
混合の効果をいっそう高めることになる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ,図面を参照しながら
さらに具体的に説明する。
第1図に本発明の二段燃焼部にセラミックハニカム構
造体よりなる混合部を設けた二段触媒燃焼式改質器を構
造を示す。原料および水蒸気混合物は原料ノズル1より
反応器内へ入り,仕切室2より反応管外管3に入る。反
応管外管3には水蒸気改質触媒が充填されており,かつ
反応管自体は,伝熱促進用の充填粒子層4内に埋蔵され
ている。原料は,反応管外管3を通る間に,外部より反
応熱を受け,かつ水蒸気改質触媒の作用によって改質反
応を生じ,反応終了後,反応管内管5を通り改質ガス仕
切室6に集められ,改質ガスノズル7より反応器外へ出
る。一方,燃料は一段燃料ノズル8,および二段燃料ノズ
ル9から供給される。一段目の燃料および過剰の空気は
予混合器10にて混合され,一段目燃焼触媒層11にて燃焼
させる。
発生した燃焼ガスは,充填粒子層4を通る間に埋蔵の
反応管へ反応熱を供給し,燃焼ガス自身の温度は低下す
る。そして,ここで本発明によるセラミックハニカム構
造体よりなる混合部12に入り,二段目燃料ノズル9から
燃料管13を通って供給された二段目燃料と混合される。
この混合ガスは,下流に設けられている二段目燃焼触媒
層14にて燃焼し,再度高温の燃焼ガスとなり,さらに,
充填粒子層4′を通り,反応管に熱を供給した後,燃焼
ガスノズル15より反応器外へ排出される。
第2図に,二段触媒燃焼式改質器の二段目燃焼部に用
いる本発明のセラミックハニカム構造体よりなる混合部
の平面構造を示す。反応管16の外周に,単一セラミック
ハニカムセル22を配置し,さらに,燃料供給管17を1本
もしくは1本以上連結する。
燃料20は,第2図において矢印で示すように反応管16
の外周に沿って均一に,多方向に流れ燃料20の均一分散
が可能となる。
また,第3図に,単一セラミックハニカムセル22の構
造の一例を示す。反応管16の外周に配設したセラミック
ハニカム構造体は,燃焼ガス21を流す流路と,燃料20を
流す流路とが直交するように構成されており,直交して
流れる燃料20は,その流路を流れる間に燃焼ガス21と徐
々に混合され,さらに下流の燃焼ガス21流路を通って,
該セラミックハニカム構造体よりなる混合部を出て,次
の段に設けられている二段目燃焼触媒層へ入ることにな
り,均一混合,均一燃焼が達成される。
以上,本発明の実施例において例示した,二段触媒燃
焼式質器における燃焼ガスの流れ方向の温度分布,反応
ガス側の温度分布および反応熱の伝熱ヒートフラックス
分布などを第4図に示す。図から明らかなごとく,本発
明の二段触媒燃焼式改質器は極めて良好な加熱特性が得
られた。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく,二段触媒燃焼式改質器に
おける二段目燃焼部に,本発明のセラミックハニカム構
造体よりなる混合部を設けると,二段目燃料が二段目燃
焼触媒層へ流入する前に,一段目燃焼ガスと強制的に混
合拡散され均一混合が可能となり,二段目燃焼部での不
均一燃焼による未然分の発生,不均一燃焼によるホット
スポットの発生を抑制することができる。また,従来の
二段目燃焼部に設けられている空間部が不要となるため
に,高温に耐え得る高価な支持板の使用を省略すること
ができ,構造および設計上,著しく二段触媒燃焼式改質
器の簡略化をなかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例において例示した二段触媒燃焼
式改質器の構造を示す断面図,第2図は本発明の実施例
において例示した二段目燃焼部に設けるセラミックハニ
カム構造体よりなる混合部の構造を示す模式図,第3図
は単一セラミックハニカムセルの構造を示す斜視図,第
4図は本発明の二段触媒燃焼式改質器における反応ガ
ス,燃焼ガス各々の温度分布および伝熱ヒートフラック
ス分布などを示すグラフ,第5図は従来の二段触媒燃焼
式改質器の構造を示す断面図である。 1……原料ノズル、2……仕切室 3……反応管外管、4,4′……充填粒子層 5……反応管内管、6……改質ガス仕切室 7……改質ガスノズル、8……一段燃料ノズル 9……二段燃料ノズル、10……予混合器 11……一段目燃焼触媒層 12……セラミックハニカム構造体よりなる混合部 13……燃料管、14……二段目燃焼触媒層 15……燃焼ガスノズル、16……反応管 17……燃料供給管、18……支持板 19……空間部、20……燃料 21……燃焼ガス 22……単一セラミックハニカムセル

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化水素改質触媒を充填した複数の反応管
    を有し、該反応管の軸方向に対し二段に分離して配置し
    た、一段目および二段目燃焼触媒層によって上記反応管
    を加熱する二段触媒燃焼式改質器において、 上記一段目の燃焼触媒層と二段目の燃焼触媒層の間に一
    段目の燃焼触媒層から排出される酸素と二段燃料ノズル
    からの燃料とを混合するセラミックハニカム構造体を配
    設したことを特徴とする二段触媒燃焼式改質器。
  2. 【請求項2】炭化水素改質触媒を充填した複数の反応管
    を有し、該反応管の軸方向に対し二段に分離して配置し
    た、一段目および二段目燃焼触媒層によって上記反応管
    を加熱する二段触媒燃焼式改質器において、 上記二段目の燃焼触媒層の前流に、セラミックハニカム
    構造体よりなるガス混合部を設け、該ガス混合部には1
    箇所以上の燃料ガス供給部を設け、かつ供給する燃料ガ
    スの流れと、上記二段目の燃焼触媒層の前流に設けた上
    記一段目の燃焼触媒層から排出される酸素を含む燃焼ガ
    スの流れとが、上記混合部を構成するセラミックハニカ
    ム構造体の内部でほぼ直交して混合される流路を形成
    し、 上記燃料ガスと燃焼ガスとを均一混合して二段目の燃焼
    触媒層において均一燃焼をはかる上記ガス混合部を設け
    たことを特徴とする二段触媒燃焼式改質器。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項において、二段触媒
    燃焼式改質器に設けるガス混合部は、単一セラミックハ
    ニカムセルを複数個組み合せて構成したセラミックハニ
    カム構造体であって、 上記混合部は、その前流および後流に充填された伝熱粒
    子によって、サンドウイッチ状に保持された構造とする
    ことを特徴とする二段触媒燃焼式改質器。
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