JPH01242136A - 吸熱反応装置 - Google Patents
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- JPH01242136A JPH01242136A JP63067721A JP6772188A JPH01242136A JP H01242136 A JPH01242136 A JP H01242136A JP 63067721 A JP63067721 A JP 63067721A JP 6772188 A JP6772188 A JP 6772188A JP H01242136 A JPH01242136 A JP H01242136A
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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。
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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、吸熱反応により原料ガスから触媒の作用の下
に反応生成ガスを得る、例えば燃料電池の燃料用などの
水素リッチガスを生成する燃料改質装置などに用いられ
る吸熱反応装置に関する。
に反応生成ガスを得る、例えば燃料電池の燃料用などの
水素リッチガスを生成する燃料改質装置などに用いられ
る吸熱反応装置に関する。
従来、炭化水素を改質して水素に富むガスを反応生成す
るための装置としてしばしば二重管構造のものが採用さ
れている。この二重管構造の利点はこの中に充填される
吸熱反応触媒層が二重になっているので反応管の全長を
短かくできること、燃焼ガスの流れ方向と反応ガスの流
れ方向とを逆にできるとともに触媒層に入る原料ガスの
温度を触媒層から出る高温の反応ガスとの熱交換により
上昇することができるので効率がよくなること、バーナ
を内管の中に設置出来るためコンパクトな構造にするこ
とができることなどである。 （米国特許３，１４４，
３１２ Ｐａｔｅｎｔｅｄ Ａｕｇ、１１．１９６４参
照）〔発明が解決しようとする課題〕 上記のような二重管構造では原料ガスが通流する吸熱反
応触媒層の始点と終点とは仕切円筒を介して隣り合わせ
となっている。この場合、反応に伴って始点と終点との
温度は異なるのが普通であり、熱が仕切円筒を通じて高
温側から低温側へと移動し、反応が円滑に進まないとい
う不都合が生じる０例えばメタンガスの水蒸気改質を行
なう時、吸熱反応触媒層の始点の温度は４００〜５５０
℃であり、終点の温度は６５０〜８００℃であり、始点
と終点は２００℃前後の温度差が常に存在するので仕切
円筒を通じて熱は終点側から始点側に常に流れる。
るための装置としてしばしば二重管構造のものが採用さ
れている。この二重管構造の利点はこの中に充填される
吸熱反応触媒層が二重になっているので反応管の全長を
短かくできること、燃焼ガスの流れ方向と反応ガスの流
れ方向とを逆にできるとともに触媒層に入る原料ガスの
温度を触媒層から出る高温の反応ガスとの熱交換により
上昇することができるので効率がよくなること、バーナ
を内管の中に設置出来るためコンパクトな構造にするこ
とができることなどである。 （米国特許３，１４４，
３１２ Ｐａｔｅｎｔｅｄ Ａｕｇ、１１．１９６４参
照）〔発明が解決しようとする課題〕 上記のような二重管構造では原料ガスが通流する吸熱反
応触媒層の始点と終点とは仕切円筒を介して隣り合わせ
となっている。この場合、反応に伴って始点と終点との
温度は異なるのが普通であり、熱が仕切円筒を通じて高
温側から低温側へと移動し、反応が円滑に進まないとい
う不都合が生じる０例えばメタンガスの水蒸気改質を行
なう時、吸熱反応触媒層の始点の温度は４００〜５５０
℃であり、終点の温度は６５０〜８００℃であり、始点
と終点は２００℃前後の温度差が常に存在するので仕切
円筒を通じて熱は終点側から始点側に常に流れる。
このため触媒層終点においては熱量が不足し、このため
触媒層の温度が十分上昇しないので反応が不十分なまま
で反応ガスは触媒層から出てしまうという不都合が生じ
る。
触媒層の温度が十分上昇しないので反応が不十分なまま
で反応ガスは触媒層から出てしまうという不都合が生じ
る。
本発明の目的は、二重管構造の中に充填された吸熱反応
触媒層の終点の温度を十分高温に保って所定の反応を行
なわせることのできる吸熱反応装置を提供することであ
る。
触媒層の終点の温度を十分高温に保って所定の反応を行
なわせることのできる吸熱反応装置を提供することであ
る。
上記の課題を解決するために、本発明によれば直立した
仕切円筒とこれを挟んでその両側に同心的に配置されそ
の下端部で前記仕切円筒の下端から離れて互に連結され
た外管および内管により仕切円筒で仕切られ下端で通じ
る内外２重の環状空間が形成され、この内外環状空間に
は反応触媒が充填されるとともに外側の環状空間の上端
部には原料ガスの入口が、内側の環状空間の上端部には
反応ガスの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、このバーナを上部に備え前記反応管の触媒充填部を
外部から囲み、バーナからの燃焼ガス・を前記内側の環
状空間内の触媒充填部から外側の環状空間内の触媒充填
部に沿わせて導く燃焼ガス通路を備える炉容器とからな
る吸熱反応装置において、前記触媒充填部にある仕切円
筒のうち少なくとも原料ガスの入口部と反応ガスの出口
部との間にある仕切円筒部に断熱層を設けることにより
達成される。
仕切円筒とこれを挟んでその両側に同心的に配置されそ
の下端部で前記仕切円筒の下端から離れて互に連結され
た外管および内管により仕切円筒で仕切られ下端で通じ
る内外２重の環状空間が形成され、この内外環状空間に
は反応触媒が充填されるとともに外側の環状空間の上端
部には原料ガスの入口が、内側の環状空間の上端部には
反応ガスの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、このバーナを上部に備え前記反応管の触媒充填部を
外部から囲み、バーナからの燃焼ガス・を前記内側の環
状空間内の触媒充填部から外側の環状空間内の触媒充填
部に沿わせて導く燃焼ガス通路を備える炉容器とからな
る吸熱反応装置において、前記触媒充填部にある仕切円
筒のうち少なくとも原料ガスの入口部と反応ガスの出口
部との間にある仕切円筒部に断熱層を設けることにより
達成される。
内外２重の環状空間に充填される反応触媒を内線
側の触媒充填部と外側の融媒充填部とに仕切り、これら
の触媒充填部内にある仕切円筒のうち少なくとも原料ガ
スの入口部と反応ガスの出口部との間にある仕切円筒部
に断熱層を設けたことにより、反応に伴って内側、外側
触媒充填部からなる触媒層の隣り合わせる部位には触媒
層の隣り合わせる始点と終点が最も大きい矛温度差が生
じるが、仕切円筒の断熱層により熱の移動が阻止されの
ので、触媒層の終点は高温を保ち、所定の反応が行なわ
れた状態で反応ガスは触媒層から出ていく。
の触媒充填部内にある仕切円筒のうち少なくとも原料ガ
スの入口部と反応ガスの出口部との間にある仕切円筒部
に断熱層を設けたことにより、反応に伴って内側、外側
触媒充填部からなる触媒層の隣り合わせる部位には触媒
層の隣り合わせる始点と終点が最も大きい矛温度差が生
じるが、仕切円筒の断熱層により熱の移動が阻止されの
ので、触媒層の終点は高温を保ち、所定の反応が行なわ
れた状態で反応ガスは触媒層から出ていく。
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による吸熱反応装置の部分断面
図である０図において吸熱反応装置ｌは反応管２と、反
応管２の内側に配されるバーナ３と、このバーナ３を上
部に備え、反応管２内に吸熱反応触媒が充填されてなる
触媒充填部を外部から囲む炉容器４とから構成されてい
る０反応管２において、５は直立した仕切円筒であり、
この仕切円筒５を挟んでその両側に円筒状の外管６と内
管７とが配置されている。外管６と内管７との下端部は
仕切円筒５の下端から離れて半トーラス状の底板で連結
され、外管６と仕切円筒５および仕切円筒５と内管７と
によりそれぞれ下端部で接続する外側環状空間８と内側
環状空間９とが形成されている。内側、外側環状空間９
．８においてその下半部には吸熱反応触媒１２が充填さ
れて外触媒層１０と内触媒層１１とが下端部の半トーラ
ス部で接続されて形成され、一方その上半部には伝熱粒
子２２が充填されてなる熱交換部が形成されている。こ
のような構成において外触媒層１０と内触媒層１１とを
仕切る仕切円筒５の下半部は本発明に係るものであり、
セラミックファイバ等の断熱材を配した断熱層１３を有
している。断熱層１３は図に示すように原料ガスが通流
する外触媒層１０と内触媒層１１とからなる触媒層の吸
熱反応により生しる温度差が最も大きい始点と終点部で
最も厚く、温度差が小さくなる下方に向って順次薄くし
、下端部では温度差がかなり小さいので熱の移動量が小
さく、あるいは熱の移動があっても吸熱反応に大きな影
響を与えないので断熱材のない仕切円筒としている。な
お、この断熱層の形状は図示のような形状に限られるも
のでなく、上から下まで同一の厚さのものであってもよ
く、あるいは異なる厚みの断熱層を組合わせたものでも
よい。
図である０図において吸熱反応装置ｌは反応管２と、反
応管２の内側に配されるバーナ３と、このバーナ３を上
部に備え、反応管２内に吸熱反応触媒が充填されてなる
触媒充填部を外部から囲む炉容器４とから構成されてい
る０反応管２において、５は直立した仕切円筒であり、
この仕切円筒５を挟んでその両側に円筒状の外管６と内
管７とが配置されている。外管６と内管７との下端部は
仕切円筒５の下端から離れて半トーラス状の底板で連結
され、外管６と仕切円筒５および仕切円筒５と内管７と
によりそれぞれ下端部で接続する外側環状空間８と内側
環状空間９とが形成されている。内側、外側環状空間９
．８においてその下半部には吸熱反応触媒１２が充填さ
れて外触媒層１０と内触媒層１１とが下端部の半トーラ
ス部で接続されて形成され、一方その上半部には伝熱粒
子２２が充填されてなる熱交換部が形成されている。こ
のような構成において外触媒層１０と内触媒層１１とを
仕切る仕切円筒５の下半部は本発明に係るものであり、
セラミックファイバ等の断熱材を配した断熱層１３を有
している。断熱層１３は図に示すように原料ガスが通流
する外触媒層１０と内触媒層１１とからなる触媒層の吸
熱反応により生しる温度差が最も大きい始点と終点部で
最も厚く、温度差が小さくなる下方に向って順次薄くし
、下端部では温度差がかなり小さいので熱の移動量が小
さく、あるいは熱の移動があっても吸熱反応に大きな影
響を与えないので断熱材のない仕切円筒としている。な
お、この断熱層の形状は図示のような形状に限られるも
のでなく、上から下まで同一の厚さのものであってもよ
く、あるいは異なる厚みの断熱層を組合わせたものでも
よい。
一方、内側、外側環状空間９．８の上半部には原料ガス
が通流する外側環状空間８と内側環状空間９との間で仕
切円筒を介して行なわれる対流伝熱を促進するアルミナ
等からなる伝熱粒子２２が充填されている。なお対流伝
熱を促進するために伝熱粒子を充填する代りに仕切円筒
にフィン等を取付けてもよい。
が通流する外側環状空間８と内側環状空間９との間で仕
切円筒を介して行なわれる対流伝熱を促進するアルミナ
等からなる伝熱粒子２２が充填されている。なお対流伝
熱を促進するために伝熱粒子を充填する代りに仕切円筒
にフィン等を取付けてもよい。
外側環状空間８の上端部には原料ガスマニホールド１５
を介して原料ガスの入口１６が、また内側環状空間９の
上端部には反応ガス出口マニホールド１７を介して反応
ガスの出口１８が形成されている。
を介して原料ガスの入口１６が、また内側環状空間９の
上端部には反応ガス出口マニホールド１７を介して反応
ガスの出口１８が形成されている。
バーナ３は反応管２の内側に設けられ、さらにバーナ３
からの燃焼ガスが反応管２内の触媒充填部を加熱するよ
うに外触媒層１０と内触媒層１１とからなる触媒層の始
点、終点のレベルに配置されている。
からの燃焼ガスが反応管２内の触媒充填部を加熱するよ
うに外触媒層１０と内触媒層１１とからなる触媒層の始
点、終点のレベルに配置されている。
炉容器４はバーナ３を上部に備え、反応管２の外触媒層
１０と内触媒層１１とからなる触媒層を外部から囲むよ
うに設けられ、その内側面と底面とには耐火断熱材１９
が配設されている。そして炉容器４内にはバーナ３から
の燃焼ガスが反応管２の内側に沿って流れた後、反応管
２の下端で折返して反応管２の外側に沿って流れる燃焼
ガス通路２０が形成されている。なお、反応管２の外側
部の燃焼ガス通路２０は外触媒層１０部の外管部を囲み
、炉容器４の側面の耐火断熱材１９に接してなる筒２１
の中に燃焼ガスの対流伝熱を促進する伝熱粒子２２が充
填されて構成されている。なお伝熱粒子２２を充填する
代りにフィン等の伝熱促進手段を設けてもよい。
１０と内触媒層１１とからなる触媒層を外部から囲むよ
うに設けられ、その内側面と底面とには耐火断熱材１９
が配設されている。そして炉容器４内にはバーナ３から
の燃焼ガスが反応管２の内側に沿って流れた後、反応管
２の下端で折返して反応管２の外側に沿って流れる燃焼
ガス通路２０が形成されている。なお、反応管２の外側
部の燃焼ガス通路２０は外触媒層１０部の外管部を囲み
、炉容器４の側面の耐火断熱材１９に接してなる筒２１
の中に燃焼ガスの対流伝熱を促進する伝熱粒子２２が充
填されて構成されている。なお伝熱粒子２２を充填する
代りにフィン等の伝熱促進手段を設けてもよい。
このような構造の吸熱反応装置において、バーナ３に燃
料入口間から燃料を送入し、図示しない空気入口から燃
焼空気を送入して燃料を燃焼させると、バーナ３からの
燃焼ガスは燃焼ガス通路２０である反応管２の内側を下
方に流れ、反応管２の下端で折返して伝熱粒子２２が充
填された反応管２の外側の燃焼ガス通路を上方に流れ、
燃焼ガス出口２４から外部に排出される。
料入口間から燃料を送入し、図示しない空気入口から燃
焼空気を送入して燃料を燃焼させると、バーナ３からの
燃焼ガスは燃焼ガス通路２０である反応管２の内側を下
方に流れ、反応管２の下端で折返して伝熱粒子２２が充
填された反応管２の外側の燃焼ガス通路を上方に流れ、
燃焼ガス出口２４から外部に排出される。
一方、原料ガスは原料ガス人口１６から流入し、外部環
状空間８の上半部を下方に流れ、さらに下半部の外触媒
層１０を下方に流れて下端部で折返して内部環状空間部
９の下半部の内触媒層１１を上方に流れ、さらに上半部
を流れて反応ガス出口１８から外部に流れる。
状空間８の上半部を下方に流れ、さらに下半部の外触媒
層１０を下方に流れて下端部で折返して内部環状空間部
９の下半部の内触媒層１１を上方に流れ、さらに上半部
を流れて反応ガス出口１８から外部に流れる。
上記のようにバーナ３からの燃焼ガスにより外触媒層１
０と内触媒層１１とからなる触媒層は加熱され、この触
媒層を燃焼ガスの流れ方向と逆方向に流れる原料ガスは
触媒の作用の下に吸熱反応して反応生成ガスとなる。こ
の際、燃焼ガスの高温部分は（主として反応管２の内側
において）輻射により、また低温部分は（主として反応
管２の外側において）対流伝熱により反応管２に熱を与
える。
０と内触媒層１１とからなる触媒層は加熱され、この触
媒層を燃焼ガスの流れ方向と逆方向に流れる原料ガスは
触媒の作用の下に吸熱反応して反応生成ガスとなる。こ
の際、燃焼ガスの高温部分は（主として反応管２の内側
において）輻射により、また低温部分は（主として反応
管２の外側において）対流伝熱により反応管２に熱を与
える。
この場合吸熱反応に伴い外触媒層ｌＯと内触媒層１１と
からなる触媒層の隣り合わせる部位では触媒層の隣り合
わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じるが、伝熱
層１３のため熱の移動が阻止される。
からなる触媒層の隣り合わせる部位では触媒層の隣り合
わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じるが、伝熱
層１３のため熱の移動が阻止される。
このため触媒層の終点近くの温度は吸熱反応を完成させ
るに必要な高温を保持することができる。
るに必要な高温を保持することができる。
なお、原料ガス人口１６から外環状空間８の上半部を下
方に流れる原料ガスは内触媒層１１から内環状空間９の
上半部を上方に流れる高温の反応生成ガスから熱が仕切
円筒５を通じて与えられることにより、その温度が上昇
し、熱交換により熱が有効に利用される。
方に流れる原料ガスは内触媒層１１から内環状空間９の
上半部を上方に流れる高温の反応生成ガスから熱が仕切
円筒５を通じて与えられることにより、その温度が上昇
し、熱交換により熱が有効に利用される。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば内外２
重の環状空間内の触媒充填部内にある仕切円筒の少なく
とも原料ガスの入口部と反応ガスの出口部との間の仕切
円筒部に断熱層を設けたことにより、原料ガスが外触媒
層と内触媒層とからなる触媒層をｉ！流して行なわれる
吸熱反応に伴って触媒層の隣り合わせる部位には触ａ層
の隣り合わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じる
が、断熱層により熱の移動が阻止されるので、触媒層の
終点は吸熱反応を完成させるために必要な高温が保持さ
れ、吸熱反応が十分に行なわれるという効果がある。
重の環状空間内の触媒充填部内にある仕切円筒の少なく
とも原料ガスの入口部と反応ガスの出口部との間の仕切
円筒部に断熱層を設けたことにより、原料ガスが外触媒
層と内触媒層とからなる触媒層をｉ！流して行なわれる
吸熱反応に伴って触媒層の隣り合わせる部位には触ａ層
の隣り合わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じる
が、断熱層により熱の移動が阻止されるので、触媒層の
終点は吸熱反応を完成させるために必要な高温が保持さ
れ、吸熱反応が十分に行なわれるという効果がある。
第１図は本発明の実施例による仕切円筒を備えた吸熱反
応装置の部分断面図である。 １：吸熱反応装置、２：反応管、３：バーナ、４：炉容
器、５：仕切円筒、６：外管、７：内管、８；外側の環
状空間、９：内側の環状空間、１３：断熱層、２０：燃
焼ガス通路。 〆° ・。 代理人弁理士 山 口 Ｓ、、、−′、、−２１，ノ
第１図
応装置の部分断面図である。 １：吸熱反応装置、２：反応管、３：バーナ、４：炉容
器、５：仕切円筒、６：外管、７：内管、８；外側の環
状空間、９：内側の環状空間、１３：断熱層、２０：燃
焼ガス通路。 〆° ・。 代理人弁理士 山 口 Ｓ、、、−′、、−２１，ノ
第１図
Claims (1)
- 直立した仕切円筒とこれを挟んでその両側に同心的に配
置されその下端部で前記仕切円筒の下端から離れて互に
連結された外管および内管により仕切円筒で仕切られ下
端部で通じる内外２重の環状空間が形成され、この内外
環状空間には反応触媒が充填されるとともに、外側の環
状空間の上端部には原料ガスの入口が、内側の環状空間
の上端部には反応ガスの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、このバーナを上部に備え前記反応管の
触媒充填部を外部から囲み、バーナからの燃焼ガスを前
記内側の環状空間内の触媒充填部から外側の環状空間内
の触媒充填部に沿わせて導く燃焼ガス通路を備える炉容
器とからなる吸熱反応装置において、前記触媒充填部内
にある仕切円筒のうち少なくとも原料ガスの入口部と反
応ガスの出口部との間にある仕切円筒部に断熱層を設け
たことを特徴とする吸熱反応装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63067721A JPH0638907B2 (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | 吸熱反応装置 |
| US07/322,466 US5096674A (en) | 1988-03-22 | 1989-03-13 | Endothermic reaction apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63067721A JPH0638907B2 (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | 吸熱反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01242136A true JPH01242136A (ja) | 1989-09-27 |
| JPH0638907B2 JPH0638907B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=13353105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63067721A Expired - Lifetime JPH0638907B2 (ja) | 1988-03-22 | 1988-03-22 | 吸熱反応装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5096674A (ja) |
| JP (1) | JPH0638907B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0283028A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Kobe Steel Ltd | 炭化水素の改質装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995023948A1 (en) * | 1994-03-03 | 1995-09-08 | Anglo American Corporation Of South Africa Limited | A furnace |
| US6641625B1 (en) | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2371181A (en) * | 1945-03-13 | Catalytic hydrocarbon conversion | ||
| US3144312A (en) * | 1961-06-06 | 1964-08-11 | Mertens Carl | Catalytic conversion plant for the continuous generation of gases of any kind out of ydrocarbons |
| US3910768A (en) * | 1973-11-06 | 1975-10-07 | Stone & Webster Eng Corp | High pressure cracking furnace and system |
-
1988
- 1988-03-22 JP JP63067721A patent/JPH0638907B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-13 US US07/322,466 patent/US5096674A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0283028A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Kobe Steel Ltd | 炭化水素の改質装置 |
| JPH0688761B2 (ja) * | 1988-09-19 | 1994-11-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 炭化水素の改質装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5096674A (en) | 1992-03-17 |
| JPH0638907B2 (ja) | 1994-05-25 |
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