JP3051564B2 - 水蒸気改質反応器 - Google Patents
水蒸気改質反応器Info
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- C01B2203/0405—Purification by membrane separation
- C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水素分離型水蒸気反応器
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】水蒸気改質反応器は触媒を用いてメタン
やメタノールなどの炭化水素や含酸素炭化水素からなる
原料ガスを、水蒸気改質反応とＣＯシフト反応によって
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素に分解する反応器であ
る。例えば、メタンなどの炭化水素からなる原料ガスは
スチームと混合後、触媒層に導入され下記反応で水素、
一酸化炭素及び二酸化炭素に分解される。 Ｃn Ｈm ＋ nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ ＋ (n+m/2)Ｈ2 （１） Ｃn Ｈm ＋ 2nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ2 ＋ (2n+m/2)Ｈ2 （２） Ｃn Ｈm ＋ nＣＯ2 ＝ 2nＣＯ ＋ m/2 Ｈ2 （３）
やメタノールなどの炭化水素や含酸素炭化水素からなる
原料ガスを、水蒸気改質反応とＣＯシフト反応によって
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素に分解する反応器であ
る。例えば、メタンなどの炭化水素からなる原料ガスは
スチームと混合後、触媒層に導入され下記反応で水素、
一酸化炭素及び二酸化炭素に分解される。 Ｃn Ｈm ＋ nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ ＋ (n+m/2)Ｈ2 （１） Ｃn Ｈm ＋ 2nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ2 ＋ (2n+m/2)Ｈ2 （２） Ｃn Ｈm ＋ nＣＯ2 ＝ 2nＣＯ ＋ m/2 Ｈ2 （３）
【０００３】これら原料ガスの水蒸気改質反応は吸熱を
伴う平衡反応であり高温ほど反応が進む。また、その反
応量や反応速度は原料ガス濃度、反応生成物である水素
や一酸化炭素の濃度及び反応温度、圧力に影響される。
例えば、原料ガスの反応量を向上させるためには、原料
ガス濃度を上げ反応生成物濃度を下げ、低圧かつ高温で
反応させる必要がある。そこで、従来の水蒸気改質反応
器では主に反応温度を高く設定することによって原料ガ
スの反応量を確保していた。例えば、メタンの水蒸気改
質反応器では出口温度が約８００℃に設定される。この
ため、このような反応器では反応器材料として高温に耐
えられるものが必要であり高価になるという問題があっ
た。また、高温状態の反応では、下記（４）、（５）の
反応によって反応ガス中のメタンあるいはＣＯが分解し
てカーボン（Ｃ）が生成し、触媒層を目詰まりさせたり
触媒粒子内部に析出し、触媒粒子自体を破壊し細粒化さ
せることによって触媒層の圧力損失を非常に大きくした
りしていた。 ＣＨ4 → Ｃ ＋ ２Ｈ2 （４） ２ＣＯ → Ｃ ＋ ＣＯ2 （５）
伴う平衡反応であり高温ほど反応が進む。また、その反
応量や反応速度は原料ガス濃度、反応生成物である水素
や一酸化炭素の濃度及び反応温度、圧力に影響される。
例えば、原料ガスの反応量を向上させるためには、原料
ガス濃度を上げ反応生成物濃度を下げ、低圧かつ高温で
反応させる必要がある。そこで、従来の水蒸気改質反応
器では主に反応温度を高く設定することによって原料ガ
スの反応量を確保していた。例えば、メタンの水蒸気改
質反応器では出口温度が約８００℃に設定される。この
ため、このような反応器では反応器材料として高温に耐
えられるものが必要であり高価になるという問題があっ
た。また、高温状態の反応では、下記（４）、（５）の
反応によって反応ガス中のメタンあるいはＣＯが分解し
てカーボン（Ｃ）が生成し、触媒層を目詰まりさせたり
触媒粒子内部に析出し、触媒粒子自体を破壊し細粒化さ
せることによって触媒層の圧力損失を非常に大きくした
りしていた。 ＣＨ4 → Ｃ ＋ ２Ｈ2 （４） ２ＣＯ → Ｃ ＋ ＣＯ2 （５）
【０００４】この反応は約７００℃以上の高温で発生す
るため反応温度を下げれば防ぐことができるが、低温で
は水蒸気改質反応の平衡転化率が低いため反応温度を低
くすることができない。そこで、このようなカーボン析
出を防ぐためにスチーム（Ｓ）と原料ガス中のカーボン
原子（Ｃ）のモル比、すなわち、Ｓ／Ｃを反応必要量以
上の約２．５以上に設定し、高温下で反応を進行させて
いる。このためスチームを発生させるために余計な熱量
が必要となり、例えば、燃料電池システムなどのリフォ
ーマを含むシステムの熱効率を低下させていた。
るため反応温度を下げれば防ぐことができるが、低温で
は水蒸気改質反応の平衡転化率が低いため反応温度を低
くすることができない。そこで、このようなカーボン析
出を防ぐためにスチーム（Ｓ）と原料ガス中のカーボン
原子（Ｃ）のモル比、すなわち、Ｓ／Ｃを反応必要量以
上の約２．５以上に設定し、高温下で反応を進行させて
いる。このためスチームを発生させるために余計な熱量
が必要となり、例えば、燃料電池システムなどのリフォ
ーマを含むシステムの熱効率を低下させていた。
【０００５】そこで、従来の反応器に比べ低温で反応さ
せることによって、上記従来型の問題点を解決するため
に、反応平衡を崩しながら原料ガスの分解を進めるタイ
プの反応器、すなわち水素分離型水蒸気改質反応器が提
案されている。この反応器は反応器の触媒層内に水素を
選択的に分離する膜を内蔵したものであり、前記水蒸気
改質反応（１）〜（３）が進行した結果発生する水素
を、内蔵した水素分離膜を通して選択的に反応系外へ分
離する機能を有する。このため、低温であっても水素が
分離される限り、反応が平衡に達することなく進行する
ことになる。
せることによって、上記従来型の問題点を解決するため
に、反応平衡を崩しながら原料ガスの分解を進めるタイ
プの反応器、すなわち水素分離型水蒸気改質反応器が提
案されている。この反応器は反応器の触媒層内に水素を
選択的に分離する膜を内蔵したものであり、前記水蒸気
改質反応（１）〜（３）が進行した結果発生する水素
を、内蔵した水素分離膜を通して選択的に反応系外へ分
離する機能を有する。このため、低温であっても水素が
分離される限り、反応が平衡に達することなく進行する
ことになる。
【０００６】水素分離膜はパラジウム単独、パラジウム
銀合金など、あるいは、これら金属をセラミックスのよ
うな多孔質無機材料へコーティングしたもの、または焼
結金属のような金属材料からなる多孔質体へコーティン
グしたものが用いられている。これらの水素分離膜では
透過側と非透過側との水素分圧差によって水素が膜内を
移動する現象を利用して水素を分離しているもので反応
側と透過側とに圧力差をつける必要がある。
銀合金など、あるいは、これら金属をセラミックスのよ
うな多孔質無機材料へコーティングしたもの、または焼
結金属のような金属材料からなる多孔質体へコーティン
グしたものが用いられている。これらの水素分離膜では
透過側と非透過側との水素分圧差によって水素が膜内を
移動する現象を利用して水素を分離しているもので反応
側と透過側とに圧力差をつける必要がある。
【０００７】水素分離型水蒸気反応器の従来例を図６〜
図８を用いて更に詳しく説明する。図６は従来の水素分
離膜型水蒸気改質反応器の一態様の説明図、図７は従来
の水素分離膜の一実施態様の説明図、図８は他の水素分
離型水蒸気改質反応器の一態様の説明図である。
図８を用いて更に詳しく説明する。図６は従来の水素分
離膜型水蒸気改質反応器の一態様の説明図、図７は従来
の水素分離膜の一実施態様の説明図、図８は他の水素分
離型水蒸気改質反応器の一態様の説明図である。
【０００８】以下では、メタンの水蒸気改質反応を例に
採って、図６，図７によって該反応器の一態様の構造と
機能を説明する。１はシェル＆チューブ型の水素分離型
水蒸気改質反応器であり、複数本の触媒管２と胴部２２
から構成される。該触媒管２は改質触媒層４とほぼ中央
に水素分離膜３を有し、胴部２２へ管板２０、２０′に
よって固定されている。水素分離膜３は管状であり、改
質触媒層４から外の領域は素管３′で構成され、管板２
１によって胴部２２へ固定されている。メタンとスチー
ムとの混合ガス５は反応ガス入口ノズル６から該反応器
１の上部空間１９へ供給され、分散後、分散混合ガス
５′として改質触媒層４へ導入される。該触媒層４では
前記改質反応（１）〜（３）が進行し主に水素と二酸化
炭素が生成する。このうちの水素だけが水素分離膜３を
介して該分離膜３の透過側７へ分離される。反応後の未
反応ガス９は改質触媒層４から流出し、管板２０′と管
板２１で区切られた空間２３を経て反応ガス出口ノズル
１０より未反応ガス９′として反応器１外へ排出され
る。
採って、図６，図７によって該反応器の一態様の構造と
機能を説明する。１はシェル＆チューブ型の水素分離型
水蒸気改質反応器であり、複数本の触媒管２と胴部２２
から構成される。該触媒管２は改質触媒層４とほぼ中央
に水素分離膜３を有し、胴部２２へ管板２０、２０′に
よって固定されている。水素分離膜３は管状であり、改
質触媒層４から外の領域は素管３′で構成され、管板２
１によって胴部２２へ固定されている。メタンとスチー
ムとの混合ガス５は反応ガス入口ノズル６から該反応器
１の上部空間１９へ供給され、分散後、分散混合ガス
５′として改質触媒層４へ導入される。該触媒層４では
前記改質反応（１）〜（３）が進行し主に水素と二酸化
炭素が生成する。このうちの水素だけが水素分離膜３を
介して該分離膜３の透過側７へ分離される。反応後の未
反応ガス９は改質触媒層４から流出し、管板２０′と管
板２１で区切られた空間２３を経て反応ガス出口ノズル
１０より未反応ガス９′として反応器１外へ排出され
る。
【０００９】一方、分離された水素は透過側７から流出
し、分離水素８として該反応器１の管板２１で区切られ
た下部空間１８を経て水素出口ノズル１７より分離水素
８′として排出される。この際、透過側７は触媒層４よ
り圧力を低く保たれ、改質触媒層４側より水素分圧が低
くなるように運転される。
し、分離水素８として該反応器１の管板２１で区切られ
た下部空間１８を経て水素出口ノズル１７より分離水素
８′として排出される。この際、透過側７は触媒層４よ
り圧力を低く保たれ、改質触媒層４側より水素分圧が低
くなるように運転される。
【００１０】水蒸気改質反応は前記のごとく多量の反応
熱を伴う吸熱反応であり触媒管２を管外から加熱するこ
とによって反応熱を供給する必要がある。このため、こ
の従来例では高温の燃焼排ガス１１を加熱ガス入口ノズ
ル１２より反応器１の胴側１３へ導入することで反応熱
を供給している。胴側１３へ供給された燃焼ガス１１′
は該胴内に配設されたバッフル１４によってその流路が
触媒管２にほぼ垂直となるように制御され流れる。これ
によって、該燃焼排ガス１１′と触媒管２との伝熱が促
進し効率よく触媒管２を加熱することができる。燃焼ガ
ス１１′は触媒管２を加熱後、燃焼ガス出口ノズル１５
より排ガス１６として排出される。
熱を伴う吸熱反応であり触媒管２を管外から加熱するこ
とによって反応熱を供給する必要がある。このため、こ
の従来例では高温の燃焼排ガス１１を加熱ガス入口ノズ
ル１２より反応器１の胴側１３へ導入することで反応熱
を供給している。胴側１３へ供給された燃焼ガス１１′
は該胴内に配設されたバッフル１４によってその流路が
触媒管２にほぼ垂直となるように制御され流れる。これ
によって、該燃焼排ガス１１′と触媒管２との伝熱が促
進し効率よく触媒管２を加熱することができる。燃焼ガ
ス１１′は触媒管２を加熱後、燃焼ガス出口ノズル１５
より排ガス１６として排出される。
【００１１】図８の態様例では、水素分離膜３で透過側
７へ分離した水素を払出すのに不活性ガス２４を用いる
場合を示す。ここでは、不活性ガス２４を供給するため
に胴部２２に不活性ガス入口ノズル２５を設け、分離水
素排出管２６を管状の水素分離膜３内に設けている。供
給された不活性ガス２４は該分離水素排出管２６と該水
素分離膜３との間の前記透過側７に不活性ガス２４′と
して流入し、該分離水素排出管２６に沿って流れ分離水
素と混合しながら上昇する。該透過側７の上端に達した
前記分離水素と不活性ガス２４′の混合ガスは前記分離
水素排出管２６の上端から該管内に流入し該管内を流下
して分離水素８として該排出管１６より流出する。その
他の構造及び機能は前記図６の態様に同じである。
７へ分離した水素を払出すのに不活性ガス２４を用いる
場合を示す。ここでは、不活性ガス２４を供給するため
に胴部２２に不活性ガス入口ノズル２５を設け、分離水
素排出管２６を管状の水素分離膜３内に設けている。供
給された不活性ガス２４は該分離水素排出管２６と該水
素分離膜３との間の前記透過側７に不活性ガス２４′と
して流入し、該分離水素排出管２６に沿って流れ分離水
素と混合しながら上昇する。該透過側７の上端に達した
前記分離水素と不活性ガス２４′の混合ガスは前記分離
水素排出管２６の上端から該管内に流入し該管内を流下
して分離水素８として該排出管１６より流出する。その
他の構造及び機能は前記図６の態様に同じである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の水素分離型
水蒸気改質反応器では、改質触媒管入口部での反応速度
が大きく反応に伴う吸熱も多くなるため温度の低下が大
きい。この状況を図５に示す。このため反応器へ供給す
る反応ガスの温度を高く設定する必要がある。そこで従
来は反応器の外部に設けた熱交換器によって必要温度ま
で上昇させ反応器へ供給するか、あるいは触媒管の入口
部をより高温のガスで加熱する必要があった。このため
次のような問題点が生じていた。 （１）反応器の外部に熱交換器を設けるために放熱効果
によって反応ガス温度が低下する。このため、触媒層入
口領域での反応量が低下する。 （２）また、高温のガスで触媒層の入口部を加熱する場
合、低Ｓ／Ｃの反応操作、例えば２以下では、触媒層の
管壁付近が高温となりカーボンが析出する可能性があ
り、低Ｓ／Ｃの反応操作が困難になる。
水蒸気改質反応器では、改質触媒管入口部での反応速度
が大きく反応に伴う吸熱も多くなるため温度の低下が大
きい。この状況を図５に示す。このため反応器へ供給す
る反応ガスの温度を高く設定する必要がある。そこで従
来は反応器の外部に設けた熱交換器によって必要温度ま
で上昇させ反応器へ供給するか、あるいは触媒管の入口
部をより高温のガスで加熱する必要があった。このため
次のような問題点が生じていた。 （１）反応器の外部に熱交換器を設けるために放熱効果
によって反応ガス温度が低下する。このため、触媒層入
口領域での反応量が低下する。 （２）また、高温のガスで触媒層の入口部を加熱する場
合、低Ｓ／Ｃの反応操作、例えば２以下では、触媒層の
管壁付近が高温となりカーボンが析出する可能性があ
り、低Ｓ／Ｃの反応操作が困難になる。
【００１３】本発明は上記技術水準に鑑み、上述したよ
うな欠点のない水素分離型水蒸気反応器を提供しようと
するものである。
うな欠点のない水素分離型水蒸気反応器を提供しようと
するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は炭化水素や含酸
素炭化水素が原料として供給され、水蒸気改質反応によ
って水素を製造する反応器であって、水素分離膜を水蒸
気改質反応触媒層内に内蔵し、圧力差によって水素を選
択的に分離しながら反応を進行させる水素分離型の水蒸
気改質反応器において、該触媒層内のガスの流れと該水
素分離膜の低圧側のガス流れを向流に設定するとともに
該触媒層入口部に水素分離膜を有しない素管部分である
伝熱部を設けてなることを特徴とする水蒸気改質反応器
である。
素炭化水素が原料として供給され、水蒸気改質反応によ
って水素を製造する反応器であって、水素分離膜を水蒸
気改質反応触媒層内に内蔵し、圧力差によって水素を選
択的に分離しながら反応を進行させる水素分離型の水蒸
気改質反応器において、該触媒層内のガスの流れと該水
素分離膜の低圧側のガス流れを向流に設定するとともに
該触媒層入口部に水素分離膜を有しない素管部分である
伝熱部を設けてなることを特徴とする水蒸気改質反応器
である。
【００１５】すなわち、本発明の水蒸気改質反応器は触
媒層内に内蔵した水素分離膜の一部を伝熱部とし、該水
素分離膜の内側、すなわち低圧側を流れるガス、すなわ
ち分離した水素を含むガスを前記伝熱部の内側に流通さ
せ、前記入口部の触媒層を内側から加熱することによっ
て、反応熱の一部を供給し、触媒層入口部での反応量の
低下を防ぐようにしたものである。
媒層内に内蔵した水素分離膜の一部を伝熱部とし、該水
素分離膜の内側、すなわち低圧側を流れるガス、すなわ
ち分離した水素を含むガスを前記伝熱部の内側に流通さ
せ、前記入口部の触媒層を内側から加熱することによっ
て、反応熱の一部を供給し、触媒層入口部での反応量の
低下を防ぐようにしたものである。
【００１６】
【作用】このように、触媒層内のガス流れと該水素分離
膜内の低圧側のガス流れを向流に設定するとともに該触
媒層入口部に水素分離膜を有しない素管部分を設け、水
素分離膜の内側を分離した水素ガスを含むガスが流れ、
該ガスの水素分離膜からの出口が触媒層の入口部に位置
するようにする。このように構成することにより該水素
を含むガスの流量は該出口に向かうほど多くなり、しか
もその温度は触媒層での反応温度にほぼ等しいので、該
触媒層入口領域に設けられた伝熱部において、該水素を
含むガスが前記触媒層の入口領域で触媒層を内側から加
熱することとなる。このため、従来顕著であった該触媒
層入口領域での著しい温度低下が緩和される。この効果
は前記伝熱部にフィンなどを設け伝熱面積を増加させる
ことによって更に促進される。このため、該領域での反
応量が従来より増加し、反応器の性能、熱効率も改善さ
れる。
膜内の低圧側のガス流れを向流に設定するとともに該触
媒層入口部に水素分離膜を有しない素管部分を設け、水
素分離膜の内側を分離した水素ガスを含むガスが流れ、
該ガスの水素分離膜からの出口が触媒層の入口部に位置
するようにする。このように構成することにより該水素
を含むガスの流量は該出口に向かうほど多くなり、しか
もその温度は触媒層での反応温度にほぼ等しいので、該
触媒層入口領域に設けられた伝熱部において、該水素を
含むガスが前記触媒層の入口領域で触媒層を内側から加
熱することとなる。このため、従来顕著であった該触媒
層入口領域での著しい温度低下が緩和される。この効果
は前記伝熱部にフィンなどを設け伝熱面積を増加させる
ことによって更に促進される。このため、該領域での反
応量が従来より増加し、反応器の性能、熱効率も改善さ
れる。
【００１７】
（実施例１）本発明の実施例を図１，図２により説明す
る。図１は実施例１の水蒸気改質反応器の説明図、図２
は図１の水蒸気改質反応器の水素分離膜の拡大説明図で
ある。この実施例１の水蒸気改質反応器の主な構造は図
６，図７で説明した従来技術のものと同じであるので、
以下、本発明のこの実施例１における水蒸気改質反応器
が従来のものと異なる点につき主に説明する。従って、
図１，図２において、図６、図７と同一部分には同一符
号を付し説明は省略する。
る。図１は実施例１の水蒸気改質反応器の説明図、図２
は図１の水蒸気改質反応器の水素分離膜の拡大説明図で
ある。この実施例１の水蒸気改質反応器の主な構造は図
６，図７で説明した従来技術のものと同じであるので、
以下、本発明のこの実施例１における水蒸気改質反応器
が従来のものと異なる点につき主に説明する。従って、
図１，図２において、図６、図７と同一部分には同一符
号を付し説明は省略する。
【００１８】原料ガスとなるメタンとスチームとの混合
ガス５は原料ガス入口ノズル６より反応器１へ導入され
改質触媒層４へ供給される。この実施例１では前記図６
で示した従来例と対比すると、ガス流れが反対に設定さ
れ、改質触媒層４を上昇する流れとなっている。改質触
媒層４には図２に示すように水素分離膜３が中央に配設
されている。該水素分離膜３は素管３ａの上部に水素分
離機能をもたない伝熱部３ｂが設けられている。該水素
分離膜３の透過側７では分離された水素ガス８が原料ガ
ス５と向流で流れている。透過側７へは水素分離膜３を
通して水素ガスが流入するため、上部から下部に向かっ
て水素ガスが徐々に増加する。このためガス量は水素分
離膜３の出口で最も多くなる。また、該水素ガスの温度
は改質触媒層４の平均温度にほぼ等しい。
ガス５は原料ガス入口ノズル６より反応器１へ導入され
改質触媒層４へ供給される。この実施例１では前記図６
で示した従来例と対比すると、ガス流れが反対に設定さ
れ、改質触媒層４を上昇する流れとなっている。改質触
媒層４には図２に示すように水素分離膜３が中央に配設
されている。該水素分離膜３は素管３ａの上部に水素分
離機能をもたない伝熱部３ｂが設けられている。該水素
分離膜３の透過側７では分離された水素ガス８が原料ガ
ス５と向流で流れている。透過側７へは水素分離膜３を
通して水素ガスが流入するため、上部から下部に向かっ
て水素ガスが徐々に増加する。このためガス量は水素分
離膜３の出口で最も多くなる。また、該水素ガスの温度
は改質触媒層４の平均温度にほぼ等しい。
【００１９】改質触媒層４には前記原料ガス５の分散混
合ガス５′が流入し、前記水蒸気改質反応（１）〜
（３）によって主に水素と二酸化炭素に分解される。改
質触媒層４の入口領域では反応速度が大きいため反応の
進行に伴う反応熱の吸収が大きい。従来は触媒管２の外
部から加熱するだけであったため、改質触媒層４の中央
部の温度低下が大きく、改質触媒層４の平均温度が下が
り反応速度が低下していた。本発明のこの実施例１の水
蒸気改質反応器では、この領域に前記伝熱部３ｂが配さ
れ、前記改質触媒層４を内側から加熱できるため、前記
従来の平均温度の低下に伴う反応速度の低下が緩和され
る。
合ガス５′が流入し、前記水蒸気改質反応（１）〜
（３）によって主に水素と二酸化炭素に分解される。改
質触媒層４の入口領域では反応速度が大きいため反応の
進行に伴う反応熱の吸収が大きい。従来は触媒管２の外
部から加熱するだけであったため、改質触媒層４の中央
部の温度低下が大きく、改質触媒層４の平均温度が下が
り反応速度が低下していた。本発明のこの実施例１の水
蒸気改質反応器では、この領域に前記伝熱部３ｂが配さ
れ、前記改質触媒層４を内側から加熱できるため、前記
従来の平均温度の低下に伴う反応速度の低下が緩和され
る。
【００２０】以上のとおり、本発明に係る実施例１によ
れば、改質触媒層入口部に対応する位置の水素分離膜領
域に水素分離機能のない伝熱部を設けたことによって、
該改質触媒層領域の温度以下が緩和でき、水蒸気改質反
応を促進し、反応器の性能を向上させることができる。
れば、改質触媒層入口部に対応する位置の水素分離膜領
域に水素分離機能のない伝熱部を設けたことによって、
該改質触媒層領域の温度以下が緩和でき、水蒸気改質反
応を促進し、反応器の性能を向上させることができる。
【００２１】（実施例２）次に、図３，図４によって他
の実施例を説明する。図３は実施例２の水蒸気改質反応
器の説明図、図４は図３の水蒸気改質反応器の水素分離
膜の拡大説明図である。この実施例２では、図８に示し
た従来例を改良したものであり、主な構造は図８と同じ
であるので、図８と異なる点について主に説明する。従
って、図３，図４において図８と同一部分には同一符号
を付し説明は省略する。
の実施例を説明する。図３は実施例２の水蒸気改質反応
器の説明図、図４は図３の水蒸気改質反応器の水素分離
膜の拡大説明図である。この実施例２では、図８に示し
た従来例を改良したものであり、主な構造は図８と同じ
であるので、図８と異なる点について主に説明する。従
って、図３，図４において図８と同一部分には同一符号
を付し説明は省略する。
【００２２】この実施例２では改質触媒層４の中央に図
４に示すように水素分離膜３を配設する。該水素分離膜
３は不活性ガス２４′で分離水素を払い出すため、前記
実施例１と異なり伝熱部３ｂが該水素分離膜３の上端部
に設けられている。従って、ガス流れは図８に示した従
来例と同じである。
４に示すように水素分離膜３を配設する。該水素分離膜
３は不活性ガス２４′で分離水素を払い出すため、前記
実施例１と異なり伝熱部３ｂが該水素分離膜３の上端部
に設けられている。従って、ガス流れは図８に示した従
来例と同じである。
【００２３】この実施例２は実施例１と同様に、水素分
離膜３の伝熱部３ｂによって改質触媒層４の入口領域で
改質触媒層４内側から加熱できるため、反応に伴う温度
低下が緩和され、温度低下による反応速度の減少を緩和
できる。このため、水蒸気改質反応が促進でき反応器の
性能向上につながる。
離膜３の伝熱部３ｂによって改質触媒層４の入口領域で
改質触媒層４内側から加熱できるため、反応に伴う温度
低下が緩和され、温度低下による反応速度の減少を緩和
できる。このため、水蒸気改質反応が促進でき反応器の
性能向上につながる。
【００２４】図５に実施例での触媒層の温度分布を示
す。従来例に比較して触媒層入口部での温度低下が緩和
されているのが分かる。なお、前記伝熱部は、その外側
にフィンなどを設けるなどして伝熱面積を増加させるこ
とも可能であり、こうすることで、本発明の効果は更に
大きくなるのは言うまでもない。
す。従来例に比較して触媒層入口部での温度低下が緩和
されているのが分かる。なお、前記伝熱部は、その外側
にフィンなどを設けるなどして伝熱面積を増加させるこ
とも可能であり、こうすることで、本発明の効果は更に
大きくなるのは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】触媒層入口部に対応する位置の水素分離
膜に水素分離機能のない伝熱部を設けたことによって、
該触媒層領域を内側からも加熱できるため反応に伴う温
度低下が緩和でき、水蒸気改質反応を促進し、反応器の
性能を向上させることができる。
膜に水素分離機能のない伝熱部を設けたことによって、
該触媒層領域を内側からも加熱できるため反応に伴う温
度低下が緩和でき、水蒸気改質反応を促進し、反応器の
性能を向上させることができる。
【図１】本発明に係る第一の実施例の説明図
【図２】本発明に係る第一の実施例での水素分離膜の一
実施態様の説明図
実施態様の説明図
【図３】本発明に係る第二の実施例の説明図
【図４】本発明に係る第二の実施例での水素分離膜の一
実施態様の説明図
実施態様の説明図
【図５】本発明に係る第一、二の実施例での改質触媒層
のガス流れ方向の温度分布を示す図表
のガス流れ方向の温度分布を示す図表
【図６】従来の水蒸気改質反応器の一態様の説明図
【図７】従来の水素分離膜の一実施態様の説明図
【図８】従来の他の水蒸気改質反応器の一態様の説明図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 眞輔 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号 三菱重工業株式会社 広島製作所内 (56)参考文献 特開 平４−121973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 3/32 C01B 3/38
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化水素や含酸素炭化水素が原料として
供給され、水蒸気改質反応によって水素を製造する反応
器であって、水素分離膜を水蒸気改質反応触媒層内に内
蔵し、圧力差によって水素を選択的に分離しながら反応
を進行させる水素分離型の水蒸気改質反応器において、
該触媒層内のガス流れと該水素分離膜内の低圧側のガス
流れを向流に設定するとともに該触媒層入口部に水素分
離膜を有しない素管部分である伝熱部を設けてなること
を特徴とする水蒸気改質反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128586A JP3051564B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128586A JP3051564B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0640702A JPH0640702A (ja) | 1994-02-15 |
| JP3051564B2 true JP3051564B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=14988420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4128586A Expired - Lifetime JP3051564B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051564B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085127A1 (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-15 | Nippon Oil Corporation | 水素の製造方法およびそのためのシステム |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007050799B3 (de) * | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Cfc Solutions Gmbh | Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage |
| JP5242233B2 (ja) * | 2008-04-28 | 2013-07-24 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 膜分離型水素製造装置及びそれを用いた水素製造方法 |
| JP5780038B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2015-09-16 | 三菱化学株式会社 | 共役ジエンの製造方法 |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP4128586A patent/JP3051564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085127A1 (ja) * | 2004-03-09 | 2005-09-15 | Nippon Oil Corporation | 水素の製造方法およびそのためのシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0640702A (ja) | 1994-02-15 |
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