JPH01155940A - 吸熱反応装置 - Google Patents
吸熱反応装置Info
- Publication number
- JPH01155940A JPH01155940A JP31483187A JP31483187A JPH01155940A JP H01155940 A JPH01155940 A JP H01155940A JP 31483187 A JP31483187 A JP 31483187A JP 31483187 A JP31483187 A JP 31483187A JP H01155940 A JPH01155940 A JP H01155940A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- gas
- burner
- heat
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 21
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 6
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、吸熱反応によって原料ガスから反応生成ガ
スを得るための吸熱反応装置に関する。 に従来の技術】 従来、例えば燃料電池用の水素リッチなガスを反応生成
させるための改質装置に用いられる反応器では、しばし
ば二重管構造が採用されている（特公昭５７−７５３８
号公報、あるいは特開昭５８−１２４５３０号公報参照
）。
スを得るための吸熱反応装置に関する。 に従来の技術】 従来、例えば燃料電池用の水素リッチなガスを反応生成
させるための改質装置に用いられる反応器では、しばし
ば二重管構造が採用されている（特公昭５７−７５３８
号公報、あるいは特開昭５８−１２４５３０号公報参照
）。
これらの構造においては、バーナに最も近い部分に反応
ガス出口部分が位置し、反応ガス温度もこの部分で最も
高くなっている。さらに、反応管の上端はキャップ状の
もので閉じられているが、この部分がもっとも高温に曝
される。上記キャップ状部に接するように反応触媒が充
填されていれば、吸熱反応のための熱流束が存在してキ
ャップ部の温度は降下するものの、上記公報記載のよう
な構造では、反応の終点近（では反応用の熱量も小さ（
、したがって熱流束も小さいのでこの効果による温度低
下もあまり期待できない。 そこで従来は高温に対処するため、上記キャップ部に高
級な耐熱材料を使用したり、キャップ部を耐熱性の材料
で覆って熱流束を制限するなどしているが、材料の選定
が厄介でありまた構造が複雑化する問題があった。 この発明は、反応管の最高温度部分の温度を反応ガスの
温度を下げることなく引き下げ、材料の選定を容易にし
、また断熱カバーなども不要にした吸熱反応装置を提供
することを目的とするものである。
ガス出口部分が位置し、反応ガス温度もこの部分で最も
高くなっている。さらに、反応管の上端はキャップ状の
もので閉じられているが、この部分がもっとも高温に曝
される。上記キャップ状部に接するように反応触媒が充
填されていれば、吸熱反応のための熱流束が存在してキ
ャップ部の温度は降下するものの、上記公報記載のよう
な構造では、反応の終点近（では反応用の熱量も小さ（
、したがって熱流束も小さいのでこの効果による温度低
下もあまり期待できない。 そこで従来は高温に対処するため、上記キャップ部に高
級な耐熱材料を使用したり、キャップ部を耐熱性の材料
で覆って熱流束を制限するなどしているが、材料の選定
が厄介でありまた構造が複雑化する問題があった。 この発明は、反応管の最高温度部分の温度を反応ガスの
温度を下げることなく引き下げ、材料の選定を容易にし
、また断熱カバーなども不要にした吸熱反応装置を提供
することを目的とするものである。
この発明は、直立した仕切円筒とこれを挟んでその内外
に同心的に配置され下端部で互いに連結された円筒状の
外管及び内管により下端部で通じる内外２重の環状空間
が形成され外側の前記環状空間には反応触媒が充填され
るとともに上部に原料ガス入口が形成され前記内側環状
空間には下半部に同じ（反応触媒が充填され上半部に伝
熱粒子が充填されるとともに上部に反応ガス出口が形成
された反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を
加熱するように配置されたバーナと、前記反応管の下方
及び周囲に配置され前記バーナの燃焼ガスを前記反応管
の反応触媒充填部に沿わせて導く燃焼ガス通路を形成す
る耐火断熱材層とを備えるものとする。
に同心的に配置され下端部で互いに連結された円筒状の
外管及び内管により下端部で通じる内外２重の環状空間
が形成され外側の前記環状空間には反応触媒が充填され
るとともに上部に原料ガス入口が形成され前記内側環状
空間には下半部に同じ（反応触媒が充填され上半部に伝
熱粒子が充填されるとともに上部に反応ガス出口が形成
された反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を
加熱するように配置されたバーナと、前記反応管の下方
及び周囲に配置され前記バーナの燃焼ガスを前記反応管
の反応触媒充填部に沿わせて導く燃焼ガス通路を形成す
る耐火断熱材層とを備えるものとする。
【作 用］
この発明は、反応触媒を２重の環状空間により外側と内
側に分けて充填し、バーナを触媒層の反応ガス出口近（
に配置するがその部分の熱流束を制限し、かつ触媒の充
填により熱流束が必ず存在するようにして、管壁温度を
引き下げるものである。 【実施例］ 以下、第１図に基づいてこの発明の詳細な説明する。 第１図において、円筒状の炉容器１内に反応管２が収容
され、反応管２の内側にはバーナ３が配置されている。 反応管２において、４は直立した仕切円筒で、この仕切
円筒４を挟んでその内外に同じ（円筒状の外管５と内管
６が配置されている。外管５と内管６の下端部は、仕切
円筒４の下端部と間隔を置いた半トーラス状の部材７で
連結されている。このような構成により、反応管２には
下端部で通じる外側環状空間８及び内側環状空間９の内
外２重空間が形成されている。 外側環状空間８の上部には原料ガスマニホルド１０を介
して原料ガス人口１１が形成され、また内側環状空間９
の上部には反応ガスマニホルド１２を介して反応ガス出
口１３が形成されている。 反応管２の下方及び周囲には間隔を置いて耐火断熱材１
ｉ１４．１５が配置され、反応管２との間にバーナ２の
燃焼ガスを導く燃焼ガス通路１６が形成されている。こ
の燃焼ガス通路１６の上部には燃焼ガス出口１７が形成
されている。 バーナ３は、反応管２の上下の中央よりやや下がった所
に位置している。そして、反応管２には、原料ガスマニ
ホルド１０部分を除く外側環状空間８の全部と、内側環
状空間９の内、バーナ３の熱を受ける部分（ａ）に反応
触媒１日が充填されている。また、内側環状空間９にお
けるバーナ３の熱を受けなくなる部分から上の部分（ｂ
）に伝熱粒子１９が充填されている。さらに、燃焼ガス
通路１６の上方部には、燃焼ガスから反応触媒への対流
伝熱を促進するための伝熱粒子２０が充填されている。 伝熱粒子２０は、フィンなどの伝熱促進手段であっても
構わない。 以上のような吸熱反応装置において、バーナ３には燃料
人口２１から燃料（燃料電池の運転時は燃料電池本体か
らの排ガス）が送入され、空気人口２２からの燃焼空気
により燃焼する。バーナ３からの燃焼ガスは、反応管２
の内側から外側に、反応触媒充填部に沿って燃焼ガス通
路１６を流れ、燃焼ガス出口１７から排出される。 一方、原料ガスは原料ガス人口１１から入り、外側環状
空間８の触媒層を下方へと流れる。そして仕切円筒４の
下方で反転して、内側環状空間９を上方へと流れる。 バーナ７の燃焼ガスは、高温の間はふ（射熱で、また温
度が下がってくると対流伝熱で反応管２の触媒充填部を
加熱し、触媒層内の原料ガスに熱を供給する。バーナ３
からの熱を受けなくなる伝熱粒子１９の充填部では、反
応生成ガスはその熱を伝熱粒子１９を介して外側環状空
間８を流れる原料ガスに与えながら温度を下げ、反応ガ
ス出口１３から出ていく。 このような構成では、バーナ３から出た燃焼ガスは、反
応管２の内管６に直接接触することなく流れる。バーナ
３近傍のふく射伝熱部分でも、特に燃料電池からの排ガ
スを燃焼させる場合には、火炎からのふく射熱は少なく
、むしろ火炎に直接炙られて高温となった耐火断熱Ｎ１
４からのふく射熱の方が多い。 以上のような構成の吸熱反応装置における反応管２内の
ガス温度、及び管壁温度がガスの流れに沿ってどのよう
に変化するかを、従来の２重管の場合と共に第２図及び
第３図に示した。すなわち、第２図はこの発明における
例を、また第３図は従来のものの例を示すものである。 第２図の例では、入口端は外管の上端、出口端は内管の
途中を意味する。第２図と第３図とを比較すると、第２
図の例では管壁の温度は出口端に近づくにつれて温度上
昇が小さくなり、かつ温度も第３図の場合はど高温にな
らないことが分かる。 【発明の効果】 この発明は、直立した仕切円筒とこれを挟んでその内外
に同心的に配置され下端部で互いに連結された円筒状の
外管及び内管により下端部で通じる内外２重の環状空間
が形成され外側の前記環状空間には反応触媒が充填され
るとともに上部に原料ガス入口が形成され前記内側環状
空間には下半部に同じく反応触媒が充填され上半部に伝
熱粒子が充填されるとともに上部に反応ガス出口が形成
された反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を
加熱するように配置されたバーナと、前記反応管の下方
及び周囲に配置され前記バーナの燃焼ガスを前記反応管
の反応触媒充填部に沿わせて導（燃焼ガス通路を形成す
る耐火断熱材層とを備えるもので、反応触媒を２重の環
状空間により外側と内側に分けて充填し、バーナを触媒
層の反応ガス出口近くに配置するが反応ガス出口近くの
熱流束を制限するようにしたので、反応に必要な熱を供
給しながら反応管の管壁温度を引き下げることができる
。 このように管壁温度が下がり、かつ単純な円筒部分で最
高温度となるために、構成材料の耐熱性の程度を低くす
ることが可能となる。特に、管壁温度が９００°Ｃを超
える部分では、僅かの温度上昇でも強度の低下は著しく
、２０〜３０″Ｃの温度低下は使用鋼種の選択に大きな
影響を与える。また、高温部を耐熱性の材料で覆うこと
は、通常は取付強度に不安があり、また時間の経過とと
もに脱落する危険性もあるので、温度低下によりこのよ
うなものが不要になればその利点は大きい。
側に分けて充填し、バーナを触媒層の反応ガス出口近（
に配置するがその部分の熱流束を制限し、かつ触媒の充
填により熱流束が必ず存在するようにして、管壁温度を
引き下げるものである。 【実施例］ 以下、第１図に基づいてこの発明の詳細な説明する。 第１図において、円筒状の炉容器１内に反応管２が収容
され、反応管２の内側にはバーナ３が配置されている。 反応管２において、４は直立した仕切円筒で、この仕切
円筒４を挟んでその内外に同じ（円筒状の外管５と内管
６が配置されている。外管５と内管６の下端部は、仕切
円筒４の下端部と間隔を置いた半トーラス状の部材７で
連結されている。このような構成により、反応管２には
下端部で通じる外側環状空間８及び内側環状空間９の内
外２重空間が形成されている。 外側環状空間８の上部には原料ガスマニホルド１０を介
して原料ガス人口１１が形成され、また内側環状空間９
の上部には反応ガスマニホルド１２を介して反応ガス出
口１３が形成されている。 反応管２の下方及び周囲には間隔を置いて耐火断熱材１
ｉ１４．１５が配置され、反応管２との間にバーナ２の
燃焼ガスを導く燃焼ガス通路１６が形成されている。こ
の燃焼ガス通路１６の上部には燃焼ガス出口１７が形成
されている。 バーナ３は、反応管２の上下の中央よりやや下がった所
に位置している。そして、反応管２には、原料ガスマニ
ホルド１０部分を除く外側環状空間８の全部と、内側環
状空間９の内、バーナ３の熱を受ける部分（ａ）に反応
触媒１日が充填されている。また、内側環状空間９にお
けるバーナ３の熱を受けなくなる部分から上の部分（ｂ
）に伝熱粒子１９が充填されている。さらに、燃焼ガス
通路１６の上方部には、燃焼ガスから反応触媒への対流
伝熱を促進するための伝熱粒子２０が充填されている。 伝熱粒子２０は、フィンなどの伝熱促進手段であっても
構わない。 以上のような吸熱反応装置において、バーナ３には燃料
人口２１から燃料（燃料電池の運転時は燃料電池本体か
らの排ガス）が送入され、空気人口２２からの燃焼空気
により燃焼する。バーナ３からの燃焼ガスは、反応管２
の内側から外側に、反応触媒充填部に沿って燃焼ガス通
路１６を流れ、燃焼ガス出口１７から排出される。 一方、原料ガスは原料ガス人口１１から入り、外側環状
空間８の触媒層を下方へと流れる。そして仕切円筒４の
下方で反転して、内側環状空間９を上方へと流れる。 バーナ７の燃焼ガスは、高温の間はふ（射熱で、また温
度が下がってくると対流伝熱で反応管２の触媒充填部を
加熱し、触媒層内の原料ガスに熱を供給する。バーナ３
からの熱を受けなくなる伝熱粒子１９の充填部では、反
応生成ガスはその熱を伝熱粒子１９を介して外側環状空
間８を流れる原料ガスに与えながら温度を下げ、反応ガ
ス出口１３から出ていく。 このような構成では、バーナ３から出た燃焼ガスは、反
応管２の内管６に直接接触することなく流れる。バーナ
３近傍のふく射伝熱部分でも、特に燃料電池からの排ガ
スを燃焼させる場合には、火炎からのふく射熱は少なく
、むしろ火炎に直接炙られて高温となった耐火断熱Ｎ１
４からのふく射熱の方が多い。 以上のような構成の吸熱反応装置における反応管２内の
ガス温度、及び管壁温度がガスの流れに沿ってどのよう
に変化するかを、従来の２重管の場合と共に第２図及び
第３図に示した。すなわち、第２図はこの発明における
例を、また第３図は従来のものの例を示すものである。 第２図の例では、入口端は外管の上端、出口端は内管の
途中を意味する。第２図と第３図とを比較すると、第２
図の例では管壁の温度は出口端に近づくにつれて温度上
昇が小さくなり、かつ温度も第３図の場合はど高温にな
らないことが分かる。 【発明の効果】 この発明は、直立した仕切円筒とこれを挟んでその内外
に同心的に配置され下端部で互いに連結された円筒状の
外管及び内管により下端部で通じる内外２重の環状空間
が形成され外側の前記環状空間には反応触媒が充填され
るとともに上部に原料ガス入口が形成され前記内側環状
空間には下半部に同じく反応触媒が充填され上半部に伝
熱粒子が充填されるとともに上部に反応ガス出口が形成
された反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を
加熱するように配置されたバーナと、前記反応管の下方
及び周囲に配置され前記バーナの燃焼ガスを前記反応管
の反応触媒充填部に沿わせて導（燃焼ガス通路を形成す
る耐火断熱材層とを備えるもので、反応触媒を２重の環
状空間により外側と内側に分けて充填し、バーナを触媒
層の反応ガス出口近くに配置するが反応ガス出口近くの
熱流束を制限するようにしたので、反応に必要な熱を供
給しながら反応管の管壁温度を引き下げることができる
。 このように管壁温度が下がり、かつ単純な円筒部分で最
高温度となるために、構成材料の耐熱性の程度を低くす
ることが可能となる。特に、管壁温度が９００°Ｃを超
える部分では、僅かの温度上昇でも強度の低下は著しく
、２０〜３０″Ｃの温度低下は使用鋼種の選択に大きな
影響を与える。また、高温部を耐熱性の材料で覆うこと
は、通常は取付強度に不安があり、また時間の経過とと
もに脱落する危険性もあるので、温度低下によりこのよ
うなものが不要になればその利点は大きい。
第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図は第１
図の装置における反応管のガス温度及び管壁温度の変化
をガスの流れにそって示す線図、第３図は従来装置にお
ける第２図に相当する線図である。 ２：反応管、３：バーナ、４：仕切円筒、５：外管、６
：内管、８：外側環状空間、９：内側環状空間、１１：
原料ガス入口、１３：反応ガス出口、１４．１５：耐火
断熱層、１６：燃焼ガス通路、１７：燃焼ガス出口１８
：反応触媒、１９：伝熱粒子。
図の装置における反応管のガス温度及び管壁温度の変化
をガスの流れにそって示す線図、第３図は従来装置にお
ける第２図に相当する線図である。 ２：反応管、３：バーナ、４：仕切円筒、５：外管、６
：内管、８：外側環状空間、９：内側環状空間、１１：
原料ガス入口、１３：反応ガス出口、１４．１５：耐火
断熱層、１６：燃焼ガス通路、１７：燃焼ガス出口１８
：反応触媒、１９：伝熱粒子。
Claims (1)
- １）直立した仕切円筒とこれを挟んでその内外に同心的
に配置され下端部で互いに連結された円筒状の外管及び
内管により下端部で通じる内外２重の環状空間が形成さ
れ外側の前記環状空間には反応触媒が充填されるととも
に上端部に原料ガス入口が形成され前記内側環状空間に
は下半部に同じく反応触媒が充填され上半部に伝熱粒子
が充填されるとともに上端部に反応ガス出口が形成され
た反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を加熱
するように配置されたバーナと、前記反応管の下方及び
周囲に配置され前記バーナの燃焼ガスを前記反応管の反
応触媒充填部に沿わせて導く燃焼ガス通路を形成する耐
火断熱材層とを備えたことを特徴とする吸熱反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31483187A JPH01155940A (ja) | 1987-12-12 | 1987-12-12 | 吸熱反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31483187A JPH01155940A (ja) | 1987-12-12 | 1987-12-12 | 吸熱反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01155940A true JPH01155940A (ja) | 1989-06-19 |
Family
ID=18058121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31483187A Pending JPH01155940A (ja) | 1987-12-12 | 1987-12-12 | 吸熱反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01155940A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164163A (en) * | 1988-09-19 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Hydrocarbon reforming apparatus |
-
1987
- 1987-12-12 JP JP31483187A patent/JPH01155940A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164163A (en) * | 1988-09-19 | 1992-11-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Hydrocarbon reforming apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4071330A (en) | Steam reforming process and apparatus therefor | |
| US3607125A (en) | Reformer tube construction | |
| KR101357977B1 (ko) | 고정 베드에서의 흡열 반응을 위한 내부 연소 교환기 반응기 | |
| US4909809A (en) | Apparatus for the production of gas | |
| KR100323275B1 (ko) | 흡열반응장치및방법 | |
| EP0450872B1 (en) | Endothermic reaction apparatus | |
| US8834586B2 (en) | Compact exchanger-reactor using a plurality of porous burners | |
| JPS6018601B2 (ja) | 対流式改質装置及びその方法 | |
| US4113441A (en) | Steam reforming reactor | |
| US3348923A (en) | Tube design for terrace wall furnace | |
| US5199961A (en) | Apparatus for catalytic reaction | |
| JP2508287B2 (ja) | 反応装置 | |
| US3899420A (en) | Steam reformer for hydrocarbons | |
| JPH01155940A (ja) | 吸熱反応装置 | |
| JPH03127A (ja) | 吸熱反応用の反応室における間接的加熱方法およびそれを実施する装置 | |
| US3442626A (en) | Ammonia converter | |
| JP2000026101A (ja) | 燃料改質器 | |
| US20040037760A1 (en) | Steam reforming catalytic reaction apparatus | |
| US2541548A (en) | Pebble heating chamber for pebble heaters | |
| US2678812A (en) | Pebble heater apparatus | |
| JPH0271834A (ja) | 水蒸気改質装置 | |
| JPH07223801A (ja) | 燃料改質器 | |
| US2565809A (en) | Pebble heating chamber | |
| JPH03122001A (ja) | 吸熱反応装置 | |
| JP2600950B2 (ja) | 吸熱反応装置 |