JP3094435B2 - 断熱リホーマー装置 - Google Patents
断熱リホーマー装置Info
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- JP3094435B2 JP3094435B2 JP02277883A JP27788390A JP3094435B2 JP 3094435 B2 JP3094435 B2 JP 3094435B2 JP 02277883 A JP02277883 A JP 02277883A JP 27788390 A JP27788390 A JP 27788390A JP 3094435 B2 JP3094435 B2 JP 3094435B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は大型の水素製造装置、メタノール製造装置、
或いはアンモニア製造装置において用いられ、改質ガス
を製造する装置に関する。
或いはアンモニア製造装置において用いられ、改質ガス
を製造する装置に関する。
(従来の技術) 水素は将来のクリーンエネルギーとして、またメタノ
ールは低公害で輸送が容易な安価な燃料として大量に使
用するために、大型装置の開発が要請されている。
ールは低公害で輸送が容易な安価な燃料として大量に使
用するために、大型装置の開発が要請されている。
このような大型の水素装置やメタノール製造装置等の
開発において最も問題となるのは天然ガスより改質ガス
を製造するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸気
改質装置では改質炉で反応管を外熱する方式であるた
め、例えばメタノール製造装置においては1500〜2000T/
Dが大型装置の限界となっている。
開発において最も問題となるのは天然ガスより改質ガス
を製造するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸気
改質装置では改質炉で反応管を外熱する方式であるた
め、例えばメタノール製造装置においては1500〜2000T/
Dが大型装置の限界となっている。
大型装置におけるガス改質装置として、水蒸気改質と
部分酸化を組み合わせる方式が最近注目されている。こ
れは天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反応を行った
後、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を行い、得ら
れた高温のガスを一次改質反応の加熱源とするものであ
る。この方式は特公昭50−20959号に記載されている如
く、単一反応器を用い、他から熱を供給することなく高
圧の改質ガスを得ることができ、従ってこれより高圧の
水素を容易に製造することができる。またメタノールや
アンモニアを製造する場合には改質ガスの圧縮機を用い
て昇圧することなしに、いきなり合成反応を行うことが
できる。更に反応管を外熱する改質炉を用いる必要が無
く、高圧下で改質反応が行われるので装置の大型化が容
易である。
部分酸化を組み合わせる方式が最近注目されている。こ
れは天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反応を行った
後、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を行い、得ら
れた高温のガスを一次改質反応の加熱源とするものであ
る。この方式は特公昭50−20959号に記載されている如
く、単一反応器を用い、他から熱を供給することなく高
圧の改質ガスを得ることができ、従ってこれより高圧の
水素を容易に製造することができる。またメタノールや
アンモニアを製造する場合には改質ガスの圧縮機を用い
て昇圧することなしに、いきなり合成反応を行うことが
できる。更に反応管を外熱する改質炉を用いる必要が無
く、高圧下で改質反応が行われるので装置の大型化が容
易である。
このように一次改質反応と二次改質反応を行う自己熱
交換型反応装置(以下、断熱リホーマー装置と称する)
については、特開昭60−186401号、特開平1−261201
号、特開平2−18303号等に具体的な構造が示されてお
り、また特開平2−3614号には断熱リホーマー装置を用
いたメタノール製造プロセスが示されている。
交換型反応装置(以下、断熱リホーマー装置と称する)
については、特開昭60−186401号、特開平1−261201
号、特開平2−18303号等に具体的な構造が示されてお
り、また特開平2−3614号には断熱リホーマー装置を用
いたメタノール製造プロセスが示されている。
(発明が解決しようとする課題) 特開昭60−186401号は、反応器の上部に一次改質反応
を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下部に燃焼室
を有し、一次改質ガスは二次改質触媒層の中心部にある
配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部より供給さ
れる酸素含有ガスと混合して部分酸化が行われたのち二
次改質触媒との接触し、得られた高温の二次改質ガスが
熱交換室で反応管の加熱を行うものである。この反応器
は、燃焼室において耐火アーチで二次改質触媒層の重
量を支える構造となっているが、燃焼室の温度は1300℃
以上となるので耐火材の強度とアーチ構造との設計上の
整合性をとりにくいこと、二次改質触媒層のガスの流
れが上向きであるので、ガス流速を上げた場合に触媒の
流動化現象が懸念されること等の課題がある。
を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下部に燃焼室
を有し、一次改質ガスは二次改質触媒層の中心部にある
配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部より供給さ
れる酸素含有ガスと混合して部分酸化が行われたのち二
次改質触媒との接触し、得られた高温の二次改質ガスが
熱交換室で反応管の加熱を行うものである。この反応器
は、燃焼室において耐火アーチで二次改質触媒層の重
量を支える構造となっているが、燃焼室の温度は1300℃
以上となるので耐火材の強度とアーチ構造との設計上の
整合性をとりにくいこと、二次改質触媒層のガスの流
れが上向きであるので、ガス流速を上げた場合に触媒の
流動化現象が懸念されること等の課題がある。
また特開平1−261201号は改質反応管を二重管とし内
管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化と二
次改質反応を行うものである。この反応器は多数の反応
管に均一に改質ガスと酸素含有ガスを通過させる必要が
あることから大型装置での採用が困難である。
管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化と二
次改質反応を行うものである。この反応器は多数の反応
管に均一に改質ガスと酸素含有ガスを通過させる必要が
あることから大型装置での採用が困難である。
更に特開平2−18303号は一次改質反応管群の下部に
燃焼室と二次改質触媒層の容器を吊り下げる反応器であ
る。この反応器においては燃焼室が高温となるので耐火
性のキャスタブルで内張する必要があり、相当の重量を
有することから大型化が難しい。
燃焼室と二次改質触媒層の容器を吊り下げる反応器であ
る。この反応器においては燃焼室が高温となるので耐火
性のキャスタブルで内張する必要があり、相当の重量を
有することから大型化が難しい。
特開平2−3614号には一次改質反応管を二重管とし、
一次改質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入す
るフローが示されている。この方式では一次改質反応器
と二次改質反応器を別個に設けるものであり、一次改質
反応管の内管を通過することにより二次改質反応器に導
入される温度が低下するので酸素含有ガスの使用量が増
大し、またこれにより一次改質反応管の上部の温度が上
昇することから熱回収量が減少することが問題点として
挙げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部分
で高温ガスをシールする必要があるので装置が複雑とな
り、大型化が困難である。
一次改質ガスが内管を通過して二次改質反応器に導入す
るフローが示されている。この方式では一次改質反応器
と二次改質反応器を別個に設けるものであり、一次改質
反応管の内管を通過することにより二次改質反応器に導
入される温度が低下するので酸素含有ガスの使用量が増
大し、またこれにより一次改質反応管の上部の温度が上
昇することから熱回収量が減少することが問題点として
挙げられる。更に二重管を有する管板を用い、その部分
で高温ガスをシールする必要があるので装置が複雑とな
り、大型化が困難である。
(課題を解決するための手段) 発明者は上記の如き課題を有し大型化が困難な断熱リ
ホーマー装置について鋭意検討した結果、一次改質反応
器と二次改質反応器に分け、一次改質反応器にフローテ
ィング式熱交換器の構造を用い、ベローにより一次改質
反応管の熱膨張を吸収させれば大型装置にも対応できる
優れた反応器が得られることを見出し、本発明に至っ
た。
ホーマー装置について鋭意検討した結果、一次改質反応
器と二次改質反応器に分け、一次改質反応器にフローテ
ィング式熱交換器の構造を用い、ベローにより一次改質
反応管の熱膨張を吸収させれば大型装置にも対応できる
優れた反応器が得られることを見出し、本発明に至っ
た。
すなわち本発明は、炭化水素と水蒸気の混合ガスより
一次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸
化の後二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改
質反応の加熱源に用いる反応器において、 (a)一次改質反応器は、堅型フローティング式熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、反応器内に設置されたベローにより反応管の熱膨張
を吸収するようにした反応器、 (b)二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、 原料の炭化水素と水蒸気の混合ガスを一次改質反応器
の上部から改質触媒を充填した反応管に導入して一次改
質反応を行った後、フローティング部を通過して二次改
質反応器に導き、燃焼室で酸素含有ガスとを混合して部
分酸化を行い、次に断熱触媒層で二次改質反応行って、
得られた高温ガスを一次改質反応器のシェル側下部より
一次改質ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断
熱リホーマー装置である。
一次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸
化の後二次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改
質反応の加熱源に用いる反応器において、 (a)一次改質反応器は、堅型フローティング式熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、反応器内に設置されたベローにより反応管の熱膨張
を吸収するようにした反応器、 (b)二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、 原料の炭化水素と水蒸気の混合ガスを一次改質反応器
の上部から改質触媒を充填した反応管に導入して一次改
質反応を行った後、フローティング部を通過して二次改
質反応器に導き、燃焼室で酸素含有ガスとを混合して部
分酸化を行い、次に断熱触媒層で二次改質反応行って、
得られた高温ガスを一次改質反応器のシェル側下部より
一次改質ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断
熱リホーマー装置である。
本発明の装置において一次改質反応器の一次改質ガス
の出口ノズルを下部に設置する場合と、中心管を用いて
このノズルを一次改質反応器の上部に設置する場合があ
る。次にそれぞれの場合について図面を用いて説明す
る。
の出口ノズルを下部に設置する場合と、中心管を用いて
このノズルを一次改質反応器の上部に設置する場合があ
る。次にそれぞれの場合について図面を用いて説明す
る。
第1図は本発明の断熱リホーマー装置で一次改質反応
器の一次改質ガスの出口ノズルを下部に設置する場合の
構造を示す図面である。一次改質反応器1において、原
料の炭化水素と水蒸気は流路2より導入され、反応管3
に入る。この反応管内には改質触媒が充填されており、
管内のガスは管外で高温の二次改質ガスと向流に接触す
ることにより炭化水素の一次改質反応が行われる。なお
この熱交換室はその効率を高めるためにバッフル4を設
けることが好ましい。反応管を出た一次改質ガスは下部
のフローティング部5に集められた後、出口ノズル6に
至り、流路7から二次改質反応器8の燃焼質9に入る。
なお反応管の熱膨張の差による熱応力を回避するために
フローティングヘッド10と出口ノズルの間にベロー11を
設けてシールされる。
器の一次改質ガスの出口ノズルを下部に設置する場合の
構造を示す図面である。一次改質反応器1において、原
料の炭化水素と水蒸気は流路2より導入され、反応管3
に入る。この反応管内には改質触媒が充填されており、
管内のガスは管外で高温の二次改質ガスと向流に接触す
ることにより炭化水素の一次改質反応が行われる。なお
この熱交換室はその効率を高めるためにバッフル4を設
けることが好ましい。反応管を出た一次改質ガスは下部
のフローティング部5に集められた後、出口ノズル6に
至り、流路7から二次改質反応器8の燃焼質9に入る。
なお反応管の熱膨張の差による熱応力を回避するために
フローティングヘッド10と出口ノズルの間にベロー11を
設けてシールされる。
燃焼室においては流路12から導入される酸素含有ガス
と混合して部分酸化反応が行われる。次に部分酸化ガス
は二次改質触媒層13を通過して二次改質反応が行われた
後、二次反応器の底部から流路14を通過して一次改質反
応器のシェル側の下部に入り、一次改質反応管内を加熱
し、流路15より排出され合成ガスとなる。
と混合して部分酸化反応が行われる。次に部分酸化ガス
は二次改質触媒層13を通過して二次改質反応が行われた
後、二次反応器の底部から流路14を通過して一次改質反
応器のシェル側の下部に入り、一次改質反応管内を加熱
し、流路15より排出され合成ガスとなる。
なお一次改質反応器および二次改質反応器には触媒を
充填するためのマンウェイ16や点検孔17が設けられてお
り、触媒換装や反応器の点検を容易に行うことができ
る。
充填するためのマンウェイ16や点検孔17が設けられてお
り、触媒換装や反応器の点検を容易に行うことができ
る。
第2図は本発明の反応装置において一次改質反応器に
中心管を用いて出口ノズルを反応器の上部に設置する場
合の図面である。この図においてはフローティング部5
よりのガスが中心管18を通過して反応器の上部の出口ノ
ズル6に至る。また下部管板19と中心管の先端の間にベ
ロー20が設置される。
中心管を用いて出口ノズルを反応器の上部に設置する場
合の図面である。この図においてはフローティング部5
よりのガスが中心管18を通過して反応器の上部の出口ノ
ズル6に至る。また下部管板19と中心管の先端の間にベ
ロー20が設置される。
なお第1図および第2図において、一次改質反応器お
よび二次改質反応器の内面や各マンウエイ及び各ガスノ
ズルの内側には150〜250mm程度の厚さの断熱材が施工さ
れる。またベローは鏡板と出口ノズル、或いは管板と中
心管に溶接して固定される。
よび二次改質反応器の内面や各マンウエイ及び各ガスノ
ズルの内側には150〜250mm程度の厚さの断熱材が施工さ
れる。またベローは鏡板と出口ノズル、或いは管板と中
心管に溶接して固定される。
以上の如き反応装置において原料の炭化水素には通常
メタンを主成分とする天然ガスが用いられるが、立地条
件によりLPGやナフサ等も用いられる。又原料の原単位
を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージガ
スを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッケ
ル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避ける
ために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある。
炭化水素とスチームの混合ガスのスチーム/カーボン比
が通常2.5〜3.5となるように水蒸気が使用され、400〜6
00℃に予熱して反応器に供給する。
メタンを主成分とする天然ガスが用いられるが、立地条
件によりLPGやナフサ等も用いられる。又原料の原単位
を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージガ
スを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッケ
ル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避ける
ために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある。
炭化水素とスチームの混合ガスのスチーム/カーボン比
が通常2.5〜3.5となるように水蒸気が使用され、400〜6
00℃に予熱して反応器に供給する。
本発明の断熱リホーマー装置における一次改質反応
は、圧力50〜120kg/cm2G、温度500〜800℃で反応が行わ
れ、一次改質反応管出口で700〜800℃となる。断熱リホ
ーマー装置では反応管内と管外の圧力差が小さいので改
質反応圧を高めることができ、前述の如く高圧の水素が
得られ、改質ガスの圧縮機を使用せずにメタノールやア
ンモニア合成反応に供することができる。また大型化が
容易である。
は、圧力50〜120kg/cm2G、温度500〜800℃で反応が行わ
れ、一次改質反応管出口で700〜800℃となる。断熱リホ
ーマー装置では反応管内と管外の圧力差が小さいので改
質反応圧を高めることができ、前述の如く高圧の水素が
得られ、改質ガスの圧縮機を使用せずにメタノールやア
ンモニア合成反応に供することができる。また大型化が
容易である。
一次改質反応管を出たガスは、次に燃焼質において酸
素含有ガスと混合され、部分酸化反応が行われる。酸素
含有ガスとしては水素製造やメタノール製造の場合には
高純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニア製造の場
合には空気が用いられる。酸素含有ガスの使用量は原料
炭化水素の組成や供給温度等により異なり、断熱リホー
マー装置の熱収支により決定される。
素含有ガスと混合され、部分酸化反応が行われる。酸素
含有ガスとしては水素製造やメタノール製造の場合には
高純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニア製造の場
合には空気が用いられる。酸素含有ガスの使用量は原料
炭化水素の組成や供給温度等により異なり、断熱リホー
マー装置の熱収支により決定される。
なお必要に応じて、酸素含有ガスと共に原料の炭化水
素の一部を燃焼室に導入することや、燃焼室の温度を制
御するために水蒸気の一部を燃焼室に導入することが行
われ、一次改質ガスや酸素含有ガスと混合して、或いは
二重管等を用いて別個に供給することができる。これら
の燃焼室に導入されるガスは、断熱リホーマー装置の熱
収支上できるだけ予熱して供給することが好ましく、通
常300〜500℃で供給される。
素の一部を燃焼室に導入することや、燃焼室の温度を制
御するために水蒸気の一部を燃焼室に導入することが行
われ、一次改質ガスや酸素含有ガスと混合して、或いは
二重管等を用いて別個に供給することができる。これら
の燃焼室に導入されるガスは、断熱リホーマー装置の熱
収支上できるだけ予熱して供給することが好ましく、通
常300〜500℃で供給される。
燃焼室の温度はこれらの供給温度や酸素含有ガスの供
給量等により異なるが、通常1300〜1600℃である。この
燃焼室の下には二次改質触媒が充填されており、二次改
質反応が行われる。二次改質触媒には通常ニッケル系、
或いは白金系触媒が用いられ、900〜1100℃で反応が行
われる。
給量等により異なるが、通常1300〜1600℃である。この
燃焼室の下には二次改質触媒が充填されており、二次改
質反応が行われる。二次改質触媒には通常ニッケル系、
或いは白金系触媒が用いられ、900〜1100℃で反応が行
われる。
(発明の効果) 本発明の断熱リホーマー装置では、フローティング
式構造を用いることにより一次改質反応器でのシールが
不要で、反応器の構造が簡単であることや、ベローを
用いることにより、反応管等の熱膨張が容易に吸収され
ること等の特徴があり、従来の熱交換器の技術で容易に
製作することができ、また大型化も容易である。
式構造を用いることにより一次改質反応器でのシールが
不要で、反応器の構造が簡単であることや、ベローを
用いることにより、反応管等の熱膨張が容易に吸収され
ること等の特徴があり、従来の熱交換器の技術で容易に
製作することができ、また大型化も容易である。
これにより大型の水素製造装置やメタノール装置等に
おいて改質ガス発生装置の大型化が促進され、産業上の
意義が大きい。
おいて改質ガス発生装置の大型化が促進され、産業上の
意義が大きい。
第1図は本発明の断熱リホーマー装置で一次改質ガスの
出口ノズルを下部に設置する場合、第2図は一次改質ガ
スの出口ノズルを下部に設置する場合の構造を示す図面
である。 第1図および第2図において、 1:一次改質反応器、3:一次改質反応管、 5:フローティング部、8:二次改質反応器、9:燃焼室 11:ベロー、13:二次改質触媒層を示す。
出口ノズルを下部に設置する場合、第2図は一次改質ガ
スの出口ノズルを下部に設置する場合の構造を示す図面
である。 第1図および第2図において、 1:一次改質反応器、3:一次改質反応管、 5:フローティング部、8:二次改質反応器、9:燃焼室 11:ベロー、13:二次改質触媒層を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】炭化水素と水蒸気の混合ガスより一次改質
反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二
次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の
加熱源に用いる断熱リホーマー装置において、 (a)一次改質反応器は、堅型フローティング式熱交換
器を用い、伝熱管を内部に改質触媒を充填した反応管と
し、反応器内に設置されたベローにより反応管の熱膨張
を吸収するようにした反応器、 (b)二次改質反応器は、上部に燃焼室、下部に断熱触
媒層を有する別個の反応器とし、 原料の炭化水素と水蒸気の混合ガスを一次改質反応器の
上部から改質触媒を充填した反応管に導入して一次改質
反応を行った後、フローティング部を通過して二次改質
反応器に導き、燃焼室で酸素含有ガスを混合して部分酸
化を行い、次に断熱触媒層で二次改質反応を行って、得
られた高温ガスを一次改質反応器の胴側下部より一次改
質ガスと向流に熱交換させることを特徴とする断熱リホ
ーマー装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02277883A JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02277883A JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04154602A JPH04154602A (ja) | 1992-05-27 |
| JP3094435B2 true JP3094435B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=17589620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02277883A Expired - Fee Related JP3094435B2 (ja) | 1990-10-18 | 1990-10-18 | 断熱リホーマー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3094435B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0841301B1 (en) * | 1996-11-12 | 2004-03-17 | Ammonia Casale S.A. | Reforming apparatus |
| JP2002080203A (ja) * | 2000-07-07 | 2002-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質器 |
| FR2850372B1 (fr) * | 2003-01-23 | 2006-06-09 | Inst Francais Du Petrole | Nouveau reacteur d'oxydation partielle |
-
1990
- 1990-10-18 JP JP02277883A patent/JP3094435B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04154602A (ja) | 1992-05-27 |
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