JPH01256714A - 改質装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は改質管の外側に高温燃焼ガスを流して改質管を
加熱することにより、原料ガスを水蒸気改質して改質ガ
スを得る改質装置に係り、特に装置の運転・停止等によ
る温度変化があってもその健全性の維持を図ることが可
能な改質装置に関する。

（従来の技術） 第６図を参照して従来例を説明する。第６図は従来の二
重管式の改質装置の構成を示す断面図であり、図中符号
１は改質器容器である。この改質器容器１の内周側には
断熱層２が設けられている。この断熱層２には保温材と
して例えばセラミックウールあるいはグラスウール等が
使用されており、改質装置の急速な起動・停止、及び負
荷変動に対処するものである。上記断熱層２の内側であ
って軸方向中間部よりやや上方位置には管板３が配置さ
れており、この管板３は上記改質器容器１に固定された
支持台４に支持されている。又、管板３内には中空部が
形成されている。上記管板３の下方には二重管構造をな
す改質管５が複数垂下されている。改質管５は内管６と
この内管６の外側に同心に配設された外管７とから構成
されている。上記外管７はその上端を上記管板３の上部
管板３ａに固着されており、さらに細管８を介してヘッ
ダ９に接続されている。このヘッダ９には原料ガス流入
管１０が接続されている。又、外管の上方に配設された
別のへラダ１１に接続されており、このヘッダ１１には
改質ガス流出管１２が接続されている。上記内管６と外
管７との間には改質触媒層１３が配置されている。上記
管板３の中空部には排ガス流出管１４が接続されている
。

又、上記外管７の外側にはスリーブ１５が配設され、こ
のスリーブ１５と外管７との間には伝熱充填層１６が形
成されている。

上記断熱層２の内側であって上記複数の改質管５の下方
には燃焼室１７が形成されており、この燃焼室１７には
燃焼空気流入管１８が接続されている。この燃焼空気流
入管１８の内側には燃料ガス流入管１９が同心に配設さ
れている。この燃料ガス流入管１９の先端には燃焼バー
ナノズル２０が取付けられている。尚、図中符号２１は
目皿であり、また２２はリターンバスを示している。

上記構成によると、まず燃焼空気流入管１８、及び燃料
ガス流入管１９、燃焼バーナノズル２０を介して燃焼室
１７内に燃焼用空気及び燃料ガスを供給し、燃焼室１７
内にて燃焼させる。該燃焼により得られた高温燃焼ガス
は目皿２１を介して伝熱充填層１６内に導入され、この
伝熱充填層１６内を上方に向って流通し、管板３の中空
部内に流出し、さらに排気ガス流出管１４を介して排気
される。その際改質管５は加熱される。

一方原料ガス流入管１０を介してヘッダ９さらには外管
７内に原料ガス及び水蒸気が供給される。

この供給された原料ガス及び水蒸気は改質触媒層１３を
下降する間に加熱されて改質ガスとなり、外管頂部（鏡
板５ａ）にてリターンして内管６内のリターンバス２２
を上昇する。その際改質触媒層１３により冷却されてヘ
ッダ１１及び改質ガス流出管１２を介して改質器容器１
の外に排出される。

上記伝熱充填層１６は特にその下部が高温状態となるの
で、その材料として耐熱材であるアルミナ等の粒子が充
填されている。これら粒子間を高温燃焼ガスが通過する
ことによって改質管５への伝熱特性が高められ、それに
よって効率の良い改質がなされている。つまり改質ガス
の改質量は温度に依存し、例えば７５０℃〜８００℃に
改質ガスを加熱すると改質は急激に進行し、原料ガスと
してメタンを水蒸気と共に導入して水素と一酸化炭素に
改質する。

ところで、改質装置を実際に運転すると伝熱充填層１６
の温度が上昇し、スリーブ１５が熱膨張により広がる。

しかしながらスリーブ１５の内側に位置する伝熱充填層
１６の熱膨張係数はスリーブ１５よりも小さい。すなわ
ち伝熱充填層１６に充填されている粒子にはセラミック
ボール或いはアルミナボールが使用され、これらの熱膨
張係数はスリーブを構成する金属等の約１／３である。

したがって、改質装置を運転すると温度の上昇によって
伝熱充填層１５とスリーブ１６との間に隙間が発生して
しまい、かかる隙間の発生により粒子の配列が変化し上
記隙間に粒子が入込む。一方改質装置の運転を停止して
バーナノズル２０の火を消すと、伝熱充填層１５内に流
入するガスが冷却され、スリーブ１５が熱収縮する。し
かしながらこの時には伝熱充填層１６の粒子の配列は変
化しない。つまりスリーブ１５による締付けにより伝熱
充填層１６を構成する粒子が再配列するには伝熱充填層
１６の入口から出口までの高さが高過ぎるからである。

その結果上記スリーブ１５の熱収縮によりスリーブ１５
及び伝熱充填層１６に大きな負荷が作用し、まず充填さ
れている粒子が破壊される。この粒子の破壊により伝熱
充填層１６の圧力損失は増大し、改質装置としての効率
に大きな影響を与える。又粒子の破損の後にはスリーブ
１５が破損した例もあり、改質装置の健全性が損われる
恐れがある。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の構成によると、改質装置を停止させた
場合にスリーブの熱収縮によりスリーブ及び伝熱充填層
に大きな負荷が作用して、両者の破損、ひいては改質装
置の信頼性の低下を引起こすという問題があり、本発明
はこのような点に基づいてなされたものでその目的とす
るところは、運転を停止させた場合にスリーブの熱収縮
によりスリーブ及び伝熱充填層に大きな負荷が作用して
、両者が破損するといったことを防止することが可能な
改質装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明による改質装置は、改質器容器と、この
改質器容器内に複数配設され内管及びこの内管と同心に
配設された外管とからなり一端部が密閉されるとともに
内管及び外管との間に改質触媒層が設けられた改質管と
、この改質管を夫々包囲するように配設されたスリーブ
と、これら改質管及びスリーブとの間に設けられた伝熱
充填層とを備え、燃焼ガスを上記改質容器内に導入して
燃焼させそれにより発生する高温燃焼ガスを上記伝熱充
填層を通して改質容器の外部に排出するとともに、原料
ガスを上記改質管の他端部より改質触媒層を介して導入
して改質ガスとし一端部より内管内に導入して他端部よ
り流出させる改質装置において、上記スリーブは周方向
に複数に分割された分割片からなり、分割片相互は気密
をもって接続されており、かつ各分割片の周方向への膨
張・収縮が許容されているとともに、熱膨張による拡径
が拘束部材により規制されていることを特徴とするもの
である。

（作用） つまり、スリーブを周方向に複数に分割された分割片か
ら構成し、各分割片相互は気密をもって接続され、かつ
各分割片は周方向への膨張・収縮を許容されているもの
である。又、スリーブの熱膨張による拡径は拘束部材に
より強制的に規制されている。したがって改質装置の運
転・停止等による温度変化によりスリーブが膨張・収縮
する場合に、各分割片が周方向に膨張・収縮し、かつ拘
束部材により径方向への拡大は強制的に規制されている
ので、スリーブ全体としてはその径がほとんど変化せず
、よってスリーブ内側の伝熱充填層を構成する粒子の配
列にも変化は発生しない。

これによって改質装置の運転・停止等による温度変化が
あっても、スリーブ及び伝熱充填層の健全性は確実に維
持され、改質装置の信頼性を向上させることができる。

（実施例） 以下第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例を説
明する。尚、従来と同一部分には同一符号を付して示し
その説明は省略する。

本実施例におけるスリーブ１０１は第２図及び第３図に
示すように周方向に複数に分割された分割片から構成さ
れており、本実施例では４つの分割片１０２ａ、１０２
ｂ、１０２ｃ、及び１０２ｄとから構成されている。分
割片１０２ａ乃至１０２ｄ相互はその端部を重ね合せて
おり、よって各分割片は周方向に膨張・収縮自在な構成
となっている。また分割片１０２ａ乃至１０２ｄ相互間
にはベローズ１０３が介挿され、このベローズ１０３に
より気密が保持されている。

上記スリーブ１０１の軸方向中間よりやや下方位置には
拘束部材としてのガイド板１０４が配置されており、こ
のガイド板１０４は複数本のステー１０５を介して上方
に位置する下部管板３ｂに支持されている。上記ガイド
板１０４にはスリーブ１０１が貫通する貫通穴１０４ａ
が形成されている。このガイド板１０４を設置すること
により上記スリーブ１０１を支持することはもとより、
スリーブ１０１の径の拡大を強制的に規制するものであ
る。尚、既に述べたように温度上昇による熱膨張があっ
ても各号割片１０２ａ乃至１０２ｄが周方向に膨張し、
ガイド板１０４の貫通孔１０４ａによりその拡径が強制
的に規制されているので、スリーブ１０１としての径の
拡大はほとんど無い。

上記ガイド板１０４の下方には断熱層１０６が配置され
ており、この断熱層１０６により燃焼室１７からの熱を
遮蔽してガイド板１０４の温度上昇それによる熱膨張を
抑制する。ガイド板１０４が昇温して熱膨張した場合に
はスリーブ１０１が貫通する貫通孔１０４ａの径も拡大
されるので、上記スリーブ１０１の拡径防止効果が薄れ
るからである。又、改質管５とステー１０５との温度差
による上下方向の伸びの差があっても、スリーブ１０１
の各分割片がガイド板１０４の貫通孔１０４ａに沿って
摺動可能であることはもとよりである。

尚、本実施例の改質管５はスリーブ１０１より下方に一
部突出しており、その下端は断熱層１０７が設置されて
いる。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず改質装置が
運転した場合には伝熱充填層１６が昇温する。この伝熱
充填層１６の昇温によりスリーブ１０１の温度も上昇し
て熱膨張する。その際スリーブ１０１は周方向に分割さ
れた４つの分割片１０２ａ乃至１０２ｄからなり、各号
割片１０２ａ乃至１０２ｄは周方向に膨張・収縮自在な
構成となっているので、周方向に膨張する。又、スリー
ブ１０１はガイド板１０４により支持され、その貫通孔
１０４ａによりその径の拡大が規制されている。よって
スリーブ１０１の径としてはほとんど変化せず、よって
従来のようにスリーブが拡径されて伝熱充填層１６との
間に隙間が発生し、そこに伝熱充填層１６を構成する粒
子が入込むということはない。

次に改質装置が運転を停止して、伝熱充填層１６及びス
リーブ１０１の温度が低下した場合には、スリーブ１０
１を構成する各分割片１０２が周方向に収縮するだけで
あり、この場合にもスリーブ１０１の径としてはほとん
ど変化しない。つまり、改質装置の運転・停止により伝
熱充填層１６及びスリーブ１０１の温度が変化しても、
スリーブ１０１を構成する各号割片１０２ａ乃至１０２
ｄが周方向に膨張・収縮するだけであって、スリーブ１
０１の径としてはほとんど変化しないものである。した
がって従来のようにスリーブの収縮により、スリーブ１
０１及び伝熱充填層１６に大きな負荷が作用して両者が
破損するといったこともない。

次にガイド板１０４であるが、改質装置の運転に伴って
このガイド板１０４の温度も上昇するが、下方に位置す
る燃焼室１７との間には断熱層１０６が配置され、又上
方に位置し低温の下部管板３ｂとは複数本のステー１０
５により連結されているので、スリーブ１０１程の温度
上昇はない。

したがってガイド板１０４の昇温それによる熱膨張に起
因して貫通孔１０４ａが拡径されることはなく、貫通孔
１０４ａによるスリーブ１０１の拡径防止効果は何等損
われることはない。

尚、改質管５も改質装置の運転により温度が上昇し、よ
ってこの改質管５の外径は熱膨張によって拡径するが、
これと同程度の熱膨張による拡径がスリーブ１０１に発
生することが望ましい。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

■まず本実施例によると、改質装置が運転・停止を繰返
して温度変化があっても、スリーブ１０１及び伝熱充填
層１６の健全性が損われることはない。すなわち温度変
化によるスリーブ１０１の膨張・収縮は、スリーブ１０
１を構成する各号割片１０２ａ乃至１０２ｄの周方向へ
の膨張・収縮という形で現われ、かつガイド板１０４の
貫通孔１０４ａによりその拡径を強制的に規制されてい
るので、スリーブ１０１の径としてはほとんど変化しな
いからである。因みに、伝熱充填層１６の粒子の充填圧
力は下端部で０．３ｋｇ／ｃｄ程度あり、また粒子を破
損せしめる圧力は１５０ｋｇ／ｃ−程度である。これに
対して本実施例によれば改質装置の停止によって発生す
る締付は圧力は約５．０ｋｇ／ｃｄ程度であり、粒子の
破損は確実に防止される。

■次にガイド板１０４の温度上昇は効果的に抑制されて
いる。すなわちガイド板１０４の下方には断熱層１０６
が設けられ、この断熱層１０６により燃焼室１７からの
熱遮蔽が効果的になされているとともに、上方に位置す
る低温の下部管板３ｂに複数のステー１０５を介して連
結されているからである。したがってガイド板１０４の
昇温それによる熱膨張に起因して、貫通孔１０４ａの径
が拡大されることはなく、貫通孔１０４ａによるスリー
ブ１０１の拡径防止効果は確実に維持されるものである
。

次に第４図及び第５図を参照して第２の実施例を説明す
る。この第２の実施例はガイド板１０４の上面に冷却配
管１１１を配設し、その冷却配管１１１内に冷媒を流通
させるものであり、それによってガイド板１０４を冷却
するものである。その他の構成は前記第１の実施例と同
様でありその説明は省略する。

上記構成によると前記第１の実施例と同様の効果を奏す
ることができるのはもとより、冷却配管１１１の設置に
よりガイド板１０４をさらに効果的に冷却することがで
きる。

尚、本発明は前記第１及び第２の実施例に限定されるも
のではなく、例えばスリーブを構成する分割片の数、ガ
イド板の形状及び数等については種々の構成が考えられ
る。又、冷却配管にいても種々の構成が考えられ、例え
ばガイド板の上下面に冷却配管を配設してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による改質装置によると、装
置の運転・停止により温度が変化しても、スリーブを構
成する複数の分割片が周方向に膨張・収縮するだけであ
って、スリーブの径としてはほとんど変化しないので、
スリーブの膨張・収縮によりスリーブ及び伝熱充填層が
その健全性を損うことはなく、改質装置の信頼性を大幅
に向上させることができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示す図で、
第１図は改質装置の全体構成を示す断面図、第２図は第
１図の■−■断面図、第３図は第２図の■部を拡大して
示す図、第４図及び第５図は第２の実施例を示す図で、
第４図はガイド板の上面の状態を示す平面図、第５図は
第４図のＶ　−■断面図、第６図は従来例を示す改質装
置の断面図である。 １・・・改質器容器、５・・・改質管、６・・・内管、
７・・・外管、１３・・・改質触媒層、１６・・・伝熱
充填層、１０１・・・スリーブ、１０２ａ乃至１０２ｄ
・・・分割片、１０４・・・ガイド板（拘束部材）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 改質器容器と、この改質器容器内に複数配設され内管及
   びこの内管と同心に配設された外管とからなり一端部が
   密閉されるとともに内管及び外管との間に改質触媒層が
   設けられた改質管と、この改質管を夫々包囲するように
   配設されたスリーブと、これら改質管及びスリーブとの
   間に設けられた伝熱充填層とを備え、燃焼ガスを上記改
   質容器内に導入して燃焼させそれにより発生する高温燃
   焼ガスを上記伝熱充填層を通して改質容器の外部に排出
   するとともに、原料ガスを上記改質管の他端部より改質
   触媒層を介して導入して改質ガスとし一端部より内管内
   に導入して他端部より流出させる改質装置において、上
   記スリーブは周方向に複数に分割された分割片からなり
   、分割片相互は気密をもって接続されており、かつ各分
   割片の周方向への膨張・収縮が許容されているとともに
   、熱膨張による拡径が拘束部材により規制されているこ
   とを特徴とする改質装置。