JP4981378B2

JP4981378B2 - 改質炉

Info

Publication number: JP4981378B2
Application number: JP2006206582A
Authority: JP
Inventors: 克章田所; 隆晃朝倉
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008030997A

Description

本発明は、円筒形の炉本体の内側部分に炉本体の長手方向に沿って改質管を配置し、その改質管の外側と前記炉本体の内周面との間に形成される平面視で円環状の空間内に燃焼排ガスを送入し、その燃焼排ガスを前記炉本体の内周面に沿って旋回させながら前記改質管を加熱する改質炉に関する。

このような改質炉は、燃焼排ガスを炉本体の内周面に沿って旋回させながら、つまり、改質管の外側に沿って旋回させながら改質管を加熱するので、改質管を効率良く加熱することができるという利点を有し、従来、１本の改質管を炉本体の中心部に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９３９８０号公報

しかし、上記特許文献に記載の従来技術では、改質管が１本だけなので、改質処理されるガスの量に制限があり、この点に改良の余地があった。
すなわち、１本の改質管では、改質管を通流する被改質ガスの量に限りがあり、単位時間当たりの処理量が制限されるという問題がある。

このような問題を解決するには、例えば、改質管の径を大きくすることが考えられる。しかし、改質管の径をあまり大きくすると、改質管の内周面近くと中心部との間で極端な温度差が生じ、改質性能の低下を招く可能性がある。また、機械的強度の面からも、改質管の径をあまり大きくすると、必要な管厚みが大きくなって不経済である。
その他、改質管の本数を増やすことも考えられるが、単に改質管の本数を増やすだけでは、燃焼排ガスに曝される改質管外側と燃焼排ガスにあまり曝されない改質管内側との間で温度差が生じ、やはり改質性能の低下を招くという問題がある。特に、改質炉の小型化が望まれる昨今においては、複数本の改質管をできるだけ近接配置することが好ましく、その場合には、改質管外側と内側との温度差が一層顕著となり、改質性能の極端な低下も予想される。

本発明は、このような従来の問題点を解決するべく種々の研究を重ねた上に完成したもので、その目的は、単位時間当たりの改質処理量の増加を図りながら、小型化も可能な改質炉を提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、円筒形の炉本体の内側部分に前記炉本体の長手方向に沿って改質管を配置し、その改質管の外側と前記炉本体の内周面との間に形成される平面視で円環状の空間内に外部のバーナから第１燃焼排ガスを送入し、その第１燃焼排ガスを前記炉本体の内周面に沿って旋回させるように構成され、
前記改質管を複数本備え、その複数本の改質管が、前記炉本体の中心部に燃焼用空間を形成した状態で、その燃焼用空間の外側で円周状に並べて配置され、円筒形の放射管が、前記燃焼用空間の外周面を形成するように前記炉本体とほぼ同心状に配置されて、その放射管に多数の排ガス通過孔が形成され、前記放射管の長手方向の一側方に配置されたバーナからの第２燃焼排ガスが、前記放射管の他側方に向けて噴出されるとともに、その第２燃焼排ガスの少なくとも一部が、前記排ガス通過孔を通って前記改質管側へ流出するように構成され、
複数本の前記改質管の外側が前記第１燃焼排ガスにより加熱されるとともに、複数本の前記改質管の内側が前記放射管からの放射熱と前記バーナからの前記第２燃焼排ガスとにより加熱される点にある。

本発明の第１の特徴構成によれば、改質管を複数本備え、その複数本の改質管が、円筒形の炉本体の中心部に燃焼用空間を形成した状態で、その燃焼用空間の外側で円周状に並べて配置され、円筒形の放射管が、燃焼用空間の外周面を形成するように炉本体とほぼ同心状に配置されて、放射管の長手方向の一側方に配置されたバーナからの燃焼排ガスが、放射管の他側方に向けて噴出されるので、複数本の改質管は、その外側が炉本体の内周面に沿って旋回する燃焼排ガスにより加熱され、その内側が放射管からの放射熱により、つまり、放射管の一側方に配置されたバーナからの燃焼排ガスにより放射管が加熱され、その放射管からの放射熱により加熱される。

その際、放射管からの放射熱は、バーナの近くとバーナから離れた個所で差異があり、そのため、複数本の改質管の内側において、改質管の長手方向で温度差が生じる可能性がある。しかし、本発明の第１の特徴構成によれば、放射管に多数の排ガス通過孔が形成され、バーナからの燃焼排ガスの少なくとも一部が、排ガス通過孔を通って改質管側へ流出するように構成してあるので、放射管からの放射熱に加えて、バーナの燃焼排ガスにより改質管の内側を加熱することができ、したがって、放射管に形成する排ガス通過孔の個数、大きさ、配置などを適宜設定することによって、改質管の内側をその長手方向にほぼ均一に加熱することが可能となる。
その結果、改質性能の低下を回避しながら、複数本の改質管を使用して単位時間当たりの改質処理量の増加を図ることができ、しかも、複数本の改質管を近接配置して、改質炉の小型化を図ることも可能となる。

本発明の第２特徴構成は、前記第２燃焼排ガスを噴出する前記バーナが前記放射管の上方に備えられるとともに、前記第１燃焼排ガスを送入する排ガス流入管が前記炉本体の周部上方に備えられ、
前記第１燃焼排ガスと前記第２燃焼排ガスとが前記炉本体から排出する排ガス流出管が前記炉本体の周部下方に設けられた点にある。

本発明による改質炉の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この改質炉は、例えば、天然ガスなどの炭化水素系の燃料を改質して水素に富んだガスを製造するためのもので、図１〜図３に示すように、鉛直に配置された円筒形の炉本体１を備え、炉本体１の上方の開口は上蓋１ａにより、下方の開口は下蓋１ｂによりそれぞれ閉鎖されるとともに、炉本体１、上蓋１ａ、および、下蓋１ｂの内面には断熱材Ａが配設され、その炉本体１の内側部分には多数本の改質管２、この実施形態では合計１２本の改質管２が炉本体１の長手方向に沿って配置されている。
その１２本の改質管２は、平面視（図２参照）において、その中心部に燃焼用空間３を形成した状態で、その燃焼用空間３の外側で円周状に並べて配置され、それによって、円周状に配置された改質管２の外側と炉本体１の内周面との間には、平面視で円環状の空間４が形成されている。

炉本体１の周部上方には、円環状の空間４の接線方向に向かう２本の排ガス流入管５が設けられ、炉本体１の周部下方には、排ガス流出管６が設けられ、図外のバーナからの燃焼排ガスが、排ガス流入管５から円環状の空間４に流入し、炉本体１の内周面に沿って旋回しながら下降して、主として改質管２の外側を加熱した後、排ガス流出管６から炉外へ排出されるように構成されている。
そして、円周状に配置された改質管２の内側には、燃焼用空間３の外周面を形成する円筒形の放射管７が、炉本体１とほぼ同心状に配置され、その放射管７の長手方向の一側方、この実施形態では放射管７の上方にバーナ８が配置され、放射管７の他側方である下方は、放射管７の蓋部材として機能する下蓋１ｂにより閉鎖されて、放射管７には多数の排ガス通過孔９が穿設されている。

そのため、バーナ８からの燃焼排ガスは、放射管７内で下方に向けて噴出されて放射管７を加熱し、その加熱された放射管７からの放射熱が、主として改質管２の内側を加熱する。さらに、バーナ８からの燃焼排ガスは、多数の排ガス通過孔９を通って改質管２側へ流出され、主として改質管２の内側を加熱して排ガス流出管６から炉外へ排出される。
したがって、改質管２の内側は、主として放射管７からの放射熱と燃焼排ガスにより加熱されることになり、放射管７に形成する排ガス通過孔９の個数、大きさ、配置などを適宜設定することによって、改質管２の内側をその長手方向にほぼ均一に加熱することが可能となる。
このようにして、円周状に配置された多数の改質管２は、その外側が主として炉本体１の内周面に沿って旋回する燃焼排ガスにより加熱され、その内側が主として放射管２からの放射熱とバーナ８からの燃焼排ガスにより加熱される。

そして、各改質管２は、下端に底を有する外管２ａと下端開口の内管２ｂからなる二重管により構成され、かつ、その内部に改質用の触媒Ｂが収容されていて、被改質ガスである原料ガスの入口側リング管１０から分岐された原料ガス流入管１１が、各改質管２の外管２ａに接続され、出口側リング管１２から分岐された原料ガス流出管１３が、各改質管２の内管２ｂに接続されている。
したがって、例えば、入口側リング管１０を介して各原料ガス流入管１１から各改質管２に流入された炭化水素系の天然ガスは、外管２ａから内管２ｂを通過する間に、高温下における触媒Ｂの作用で水素に富んだガスに改質され、改質後のガスは、各原料ガス流出管１３を介して出口側リング管１２に集められて炉外へ排出される。

〔別実施形態〕
つぎに、別の実施形態について説明するが、先の実施形態で説明した構成部品や同じ作用を有する構成部品については、同じ符号を付すことで説明を省略し、主として先の実施形態と異なる構成について説明する。

（１）先の実施形態では、放射管７の下方を蓋部材としての下蓋１ｂにより閉鎖し、バーナ８からの燃焼排ガスの全てが、放射管７に形成した多数の排ガス通過孔９を通って改質管２側へ流出する構成のものを示したが、図４に示すように、バーナ８からの燃焼排ガスの一部が、放射管７に形成の排ガス通過孔９を通って改質管２側へ流出するように構成することもできる。
すなわち、図４に示す別の実施形態では、放射管７の下方が開口されていて、バーナ８からの燃焼排ガスの一部が、放射管７に形成の排ガス通過孔９から改質管２側へ流出し、残りは下方の開口から排ガス流出管６を通って炉外へ排出されるように構成されている。
なお、この図４に示す別の実施形態において、放射管７の下方開口部を専用の蓋部材、つまり、下蓋１ｂとは別の放射管専用の蓋部材により閉鎖して実施することもできる。

（２）先の実施形態では、炉本体１の内側部分に１２本の改質管２を円周状に配置した例を示したが、改質管２の本数は、特に１２本に限られるものではない。つまり、改質管２の使用本数は、改質炉の規模などに応じて適宜設定されるもので、例えば、２本以上であれば実施可能であり、多数本（例えば、３本以上）であればより好ましい。
また、円環状の空間４内において、燃焼排ガスを上方から下方に向けて旋回させた例を示したが、逆に、下方から上方に向けて旋回させることもでき、同様に、バーナ８からの燃焼排ガスについても、先の実施形態とは逆に、下方から上方に向けて噴出させることもできる。

改質炉の縦断正面図改質炉の横断平面図改質管の詳細を示す縦断正面図別の実施形態による改質炉の縦断正面図

符号の説明

１炉本体
１ｂ蓋部材
２改質管
３燃焼用空間
４円環状の空間
７放射管
８バーナ
９排ガス通過孔

Claims

円筒形の炉本体の内側部分に前記炉本体の長手方向に沿って改質管を配置し、その改質管の外側と前記炉本体の内周面との間に形成される平面視で円環状の空間内に外部のバーナから第１燃焼排ガスを送入し、その第１燃焼排ガスを前記炉本体の内周面に沿って旋回させるように構成され、
前記改質管を複数本備え、その複数本の改質管が、前記炉本体の中心部に燃焼用空間を形成した状態で、その燃焼用空間の外側で円周状に並べて配置され、円筒形の放射管が、前記燃焼用空間の外周面を形成するように前記炉本体とほぼ同心状に配置されて、その放射管に多数の排ガス通過孔が形成され、前記放射管の長手方向の一側方に配置されたバーナからの第２燃焼排ガスが、前記放射管の他側方に向けて噴出されるとともに、その第２燃焼排ガスの少なくとも一部が、前記排ガス通過孔を通って前記改質管側へ流出するように構成され、
複数本の前記改質管の外側が前記第１燃焼排ガスにより加熱されるとともに、複数本の前記改質管の内側が前記放射管からの放射熱と前記バーナからの前記第２燃焼排ガスとにより加熱される改質炉。
前記第２燃焼排ガスを噴出する前記バーナが前記放射管の上方に備えられるとともに、前記第１燃焼排ガスを送入する排ガス流入管が前記炉本体の周部上方に備えられ、
前記第１燃焼排ガスと前記第２燃焼排ガスとが前記炉本体から排出する排ガス流出管が前記炉本体の周部下方に設けられた請求項１に記載の改質炉。