JPH0124533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、吸熱反応によつて供給原料ガスから
反応生成ガスを得るための吸熱反応装置の改良に
関する。

吸熱反応を促進せしめる触媒を用いて、炭化水
素を含む原料ガスを水素ガスの如き工業上利用価
値の高いガスに転換する吸熱反応装置は、当技術
分野においてよく知られている。例えば供給原料
ガスから水素ガスを生成する最も一般的な技術
は、燃焼炉内に、触媒によつて満たされた円筒状
あるいは環状の反応室を配置し、この反応室内に
炭化水素を含む原料ガスを通過させることによ
り、スチームリフオーミングすることである。こ
のような吸熱反応装置においては、加熱用燃焼ガ
スによつて反応室に熱を与えるに際し、反応室の
外側から伝熱している。このため、各反応室の表
面を均一に且つ高い熱流束で加熱するには、各反
応室の周囲に比較的広い空間を形成する必要があ
る。また、各反応室と加熱炉炉壁との相対的位置
関係を均一に配置することが必要であるため、か
かる装置は全体として比較的大きな設備とならざ
るをえなかつた。さらに、かかる反応装置は、反
応室に対する伝熱が主として輻射によつているた
めに、加熱炉の燃焼ガスはその出口においても十
分に高温である必要があり、このため、燃焼ガス
によつて装置外に持ち出される熱エネルギーが、
水蒸気製造用エネルギー等として使用されるとし
ても、水素発生の吸熱反応のために直接使用され
る場合に比較すると、その有用性が低いため、全
体としてみると、生成される水素のコスト上昇を
招くことになる。

例えば、燃料として炭化水素を含む原料ガスの
リフオーミングによつて発生する水素を用いる燃
料電池発電設備においては、その経済性を高める
ために、その熱効率を高めると共に、装置および
建設用地のコストを低減することが不可欠であ
る。このような必要性から、より高い熱利用率を
有し、よりコンパクトな装置として構成できるよ
うなスチームリフオーミング設備が要請されてい
る。

かかる要請の下に提案された技術として、特開
昭53−78983号、同53−78992号、同53−79766号、
同53−79768号の各公報等に記載のスチームリフ
オーミング装置が知られている。これらの装置
は、加熱炉内に配置された各反応管の内部に、環
状の反応室を設けると共に、この反応室の内部
に、その顕熱を前記反応室へ伝達させる環状の再
生室と筒状プラグとを設け、且つ各反応室の周囲
に空隙として設けられた燃焼室の下半部に燃焼ガ
スの排出通路を設け、この排出通路が、反応室内
の原料ガスの流れとは逆の流れの燃焼ガスを、反
応室の外壁に接して導出するように構成された技
術である。従つて、かかる装置は、前述した要請
を或る程度満たす技術であると言えよう。

しかしながら、かかる装置であつても、熱効率
を高くし、かつコンパクトな装置にするという要
請を満していないという問題があつた。

すなわち、前記の反応装置には、環状反応室内
の中央部に筒状プラグが設けられている。該プラ
グは再生室内の流速をあげ、伝熱性を良くしよう
とするものであり、該装置にとつては必須のもの
である。従つてこのプラグの存在によつて、該装
置をコンパクト化するには限界があると言える。

本発明は、前記した欠点を解決すべくなされた
ものであつて、本発明の目的とするをころは、従
来必須とされたプラグを廃し、コンパクトであ
り、かつ高熱効率を有する吸熱反応装置を提供す
るにある。

本発明の上記目的は、一端側に原料ガスG₁の
入口７を有すると共に他端側に反応生成ガスG₂
の出口８を有し、吸熱反応に用いられる触媒４５
によつて満たされた反応室２０と、該反応室２０
で生成した反応生成ガスG₂を導出させながらそ
の顕熱を前記反応室２０へ伝達させる再生室３０
と、燃焼室１０とを有する吸熱反応装置１におい
て、該反応装置１は反応容器２内に１個又は複数
個の反応管２１を並設してなり、該反応管２１の
それぞれが中央に円形状の第１燃焼ガス通路１１
を有し、該燃焼ガス通路１１の外側に接して、前
記反応室２０の第１分室２０ａが配置され、該再
生室３０に接して、前記反応室の第２分室２０ｂ
が配置され、前記第１分室２０ａ、再生室３０及
び第２分室２０ｂのそれぞれが前記第１燃焼ガス
通路１１と同心の環状断面を有するごとく配置さ
れており、該各反応管２１の外側に第２燃焼ガス
通路１２を有しており、前記燃焼室１０が前記反
応管２１の一端側空間１７に、前記第１及び第２
燃焼ガス通路１１，１２に燃焼ガスを通じさせる
ように配置されていることを特徴とする吸熱反応
装置１によつて達成される。

本発明の好ましい実施態様に従えば、第１図な
いし第３図に示す如く、第１燃焼ガス通路１１及
び第２燃焼ガス通路１２のそれぞれが上下に区画
されており、各下側区画部分１３にパツキング材
料１４が充填されている。このパツキング材料１
４は、反応室２０への伝熱を促進するものであ
る。なお、この伝熱性を促進するために仕切部材
１５を挿入してもよい。

本発明の別の好ましい実施態様に従えば、第３
図に示す如く反応管２１が反応装置容器２内に、
複数個平行に並列されており、第２燃焼ガス通路
１２が、反応管２１の最外壁と上記容器２とに囲
まれた空間に配置されている。従つて燃焼ガスg₁
は第１燃焼ガス通路１１と第２燃焼ガス通路１２
に分かれて反応室２０と接触することになり、反
応室２０の第１分室２０ａと第２分室２０ｂの両
方に均等に熱が伝えられることになる。すなわち
この燃焼ガス通路１１，１２は、反応室２０への
伝熱装置として機能するものであり、反応室２０
の第１分室２０ａと第２分室２０ｂとに、同時に
伝熱できるように構成されていることから、本発
明の目的である熱効率のすぐれた装置とすること
ができるのである。この伝熱効率の向上の意味か
らも、前述したようにパツキング材料１４を燃焼
ガス通路に充填することは好ましいと言える。こ
のようなパツキング材料１４の好しい例として
は、耐熱性の金属あるいはセラミツクの粒子、ま
たは焼結多孔体などをあげることができ、熱伝導
輻射、対流の組合せ機構によつて総合伝熱効率を
向上するものが好ましい。

以下に添付の図面を参照しながら本発明の好ま
しい具体例について説明する。

第１図に例示されている反応装置１は、炭化水
素を原料としてスチームリフオーミングによつて
水素を生成するためのものである。反応装置容器
２の内部には、複数個の反応管２１が並設されて
いる。反応管２１の配列方法の好しい一例を示す
第３図の如くになる。この方法は、反応装置容器
２が円筒をなす場合についての一例であり、前記
容器２の形状によつて適正な配列とすることが可
能である。各反応管２１は、多層環状断面を有し
ており、一番内側に、第１燃焼ガス通路１１を、
その外側に、反応室の第１分室２０ａを、その外
側に再生室３０を、その外側に、反応室の第２分
室２０ｂを、形成している。そして反応管２１の
外側には、第２燃焼ガス通路１２が形成されてい
る。反応室２０内には、スチームリフオーミング
触媒４５が充填されており、反応室２０入口７に
配置された触媒支持部材２２上に支持されてい
る。充填層の上端すなわち反応室２０の出口８に
は、触媒粒のガス流による流出を防止するための
流出防止板２３を設けることができる。反応室２
０の上部は、再生室３０に通じさせるため、環状
に配置された半円筒状のキヤツプ２４による密封
構造をなしている。本具体例においては、前記キ
ヤツプ２４は、セラミツクの如き断熱材によつて
被覆された構造をなしている。原料ガス入口ノズ
ル３より、反応装置１内に導入された炭化水素及
びスチームを含む原料ガスG₁は、原料ガスマニ
ホールド５によつて、各反応室２０に分岐され、
反応室入口７を通つて第１反応室２０ａと第２反
応室２０ｂにそれぞれ入り、触媒４５の作用によ
つて水素を含む生成ガスG₂となつて、反応室出
口８から、反応室２０の上部空間２５に抜け出る
（第４図参照）。さらに生成ガスG₂は、上部空間
２５に入口２６を持つ再生室３０を通つて、反応
装置１下部の生成ガスマニホールド５′に達し、
生成ガス出口ノズル４より、装置１外へ取り出さ
れる。

本具体例において、燃焼室１０は反応管２１の
上方空間１７に配置される。しかし燃焼室１０は
反応管２１の上方に限定されるものではなく、反
応管２１の下方に位置させることもできることは
もとよりである。燃焼室１０で発生した燃焼ガス
g₁は、第１燃焼ガス通路１１と第２燃焼ガス通路
１２を通り、合流後燃焼ガス出口ノズル６から装
置１の外部へ排出される。第１及び第２燃焼ガス
通路１１，１２はそれぞれが上下方向に区画され
ており、各下側区画部分１３には伝達熱効率向上
のためのパツキング材料１４が充填されており、
該通路下部に設置された支持部材１６上に支持さ
れている。本具体例においては、このパツキング
材料１４はアルミナボールである。なお、第１燃
焼ガス通路１１に充填されたパツキング材料１４
により伝熱効率をさらにあげるために、該通路１
１の中央部に仕切部材１５を挿入することができ
る。本具体例において、燃焼ガスの流れは反応室
２０内のガスの流れとは、反対方向となるように
構成されているが、これも特に限定されるもので
はなく、並流方式においても本発明の実施は可能
である。なお、図中１５′は郭定部材を示す。

上記具体例においては、前記各公報記載の吸熱
反応装置と比較して、1.5倍以上のコンパクトな
設計が可能となつた。すなわち前記装置と同じ外
径寸法の場合、反応ガス処理量として、1.5倍以
上の処理能力が可能となつたのである。

以上においては、本発明のその好ましい具体例
において詳細に説明したが、本発明は炭化水素原
料のスチームリフオーミングに限定されるもので
はなく、他の吸熱反応に対しても良好に適用可能
である。

なお、本発明の具体例の説明にあたつては、図
面を基にして上、下の位置説明を行つたが、これ
は絶対的意味における天地方向を示すものではな
い。具体的に述べれば、各図に示す具体例は例え
ば天地逆さであつてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る吸熱反応装置の一具体
例を示す概略断面図である。第２図は反応管につ
いての要部断面図である。第３図は第１図の―
線による解図的横断面図である。第４図は反応
管の要部断面図である。 １……吸熱反応装置、２……反応容器、３……
原料ガス入口ノズル、４……反応生成ガス出口ノ
ズル、５……原料ガスマニホールド、６……燃焼
ガス出口ノズル、７……反応室入口、８……反応
室出口、１０……燃焼室、１１……第１燃焼ガス
通路、１２……第２燃焼ガス通路、１３……下側
区画部分、１４……パツキング材料、１５……仕
切部材、１６……支持部材、１７……反応管の上
方空間、２０……反応室、２０ａ……第１分室、
２０ｂ……第２分室、２１……反応管、２２……
触媒支持部材、２３……流出防止板、２４……キ
ヤツプ、２５……反応室の上部空間、２６……再
生室入口、３０……再生室、４５……触媒、G₁
……原料ガス、G₂……反応生成ガス、g₁……燃
焼ガス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端側に原料ガスの入口を有すると共に他端
   側に反応生成ガスの出口を有し且つ吸熱反応に用
   いられる触媒によつて満たされた反応室と、該反
   応室で生成した反応生成ガスを導出させながらそ
   の顕熱を前記反応室へ伝達させる再生室と、燃焼
   室とを有する吸熱反応装置において、該反応装置
   は反応容器内に１個又は複数個の反応管を並設し
   てなり、該反応管のそれぞれが、その中央に円形
   状の第１燃焼ガス通路を有し、該燃焼ガス通路の
   外側に接して、前記反応室の第１分室が配置さ
   れ、該再生室に接して、前記反応室の第２分室が
   配置され、前記第１分室、再生室及び第２分室の
   それぞれが前記第１燃焼ガス通路と同心の環状断
   面を有するごとく配置されており、該各反応管の
   外側に第２燃焼ガス通路を有しており、且つ前記
   燃焼室が、前記反応管の一端側空間に、前記第１
   及び第２燃焼ガス通路に燃焼ガスを通じさせるよ
   うに配置されていることを特徴とする吸熱反応装
   置。 ２ 第１燃焼ガス通路及び第２燃焼ガス通路のそ
   れぞれが、その一部又は全部にパツキング材料を
   充填されていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項記載の吸熱反応装置。 ３ 反応管が反応装置容器内に複数個平行に並列
   されており、第２燃焼ガス通路が反応管の最外壁
   と上記容器の内壁とに囲まれた空間に配置されて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の吸熱反応装置。