JPH01282101A - 燃料改質装置の加熱装置 - Google Patents

燃料改質装置の加熱装置

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JPH01282101A
JPH01282101A JP11150388A JP11150388A JPH01282101A JP H01282101 A JPH01282101 A JP H01282101A JP 11150388 A JP11150388 A JP 11150388A JP 11150388 A JP11150388 A JP 11150388A JP H01282101 A JPH01282101 A JP H01282101A
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洋 内田
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太田 洋州
Hideo Ooyanai
大谷内 英雄
Yoshiaki Amano
天野 義明
Akio Hanzawa
半澤 晨夫
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    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
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    • C01B3/384Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は炭化水素またはアルコール類を主成分とする燃
料を水蒸気と反応させて水素を生成する燃料改質装置の
加熱装置に関する。
(従来技術) 従来、炭化水素またはアルコール類を主成分とする燃料
を水蒸気と反応させて水素を生成する燃料改質装置が知
られている。水蒸気改質のリフオーマは、一般的な化学
プラントにも用いられており、特にこの表現は不要と思
う。
この種の燃料改質装置においては、天然ガスと水蒸気と
を反応させて水素リッチな改質ガスを得るために改質触
媒か用いられるが、この改良触媒を加熱するための加熱
部として燃焼バーナを用いる方式と燃焼触媒を用いる方
式とか知られている。
第3図ないし第5図は従来知られている燃焼バーナを用
いた燃料改質装置の一例を示している。第3図において
、lは改質炉胴体、2は胴体1内に配設された複数の反
応管、3は反応管2内に保持された改質触媒、4は天然
ガスと水蒸気との混合ガス(原料ガス)を胴体1内に導
入する原ネ゛1カス入口、5は生成された改質ガス(水
素含有ガス)を取り出す改質ガス出口、6は胴体lの下
部に配置されて反応管2を加熱する加熱装置、7は加熱
装置6に燃料を供給する燃料供給管、8は加熱装置6に
燃焼用空気を供給する空気供給管、9は反応管2を加熱
した後の燃焼排ガス出口である。
第4図およびそのB−B断面図である第5図は加熱装置
6の詳細を示したもので、6Aは耐火材で作られた加熱
装置の本体、lOは本体6A内において内周上に配置さ
れた複数個の燃料ノズル、・11は各燃料ノズル10部
分に配置された空気ノズルて、この空気ノズル11と燃
料ノズルlOとで燃焼バーナを形成している。
12は燃料供給管7から供給される燃料を各燃料ノズル
lOに分配する燃料ヘッダ、13は空気供給管8から供
給される空気を各空気ノズル11に分配する空気ヘッダ
、14は燃料供給管7の燃料流量を調節する燃料流量調
節弁、15は空気供給管8の空気流量を調節する空気流
量1fl!弁、16は燃焼バーナに点火し、燃焼を持続
させるパイロットバーナ、17はパイロットバーナ16
を点火するための点火ロット、18は点火ロット17に
火花を発生させる点火装置、19はパイロットバーナ1
6への燃料を遮断するためのパイロットガス電磁弁であ
る。
この燃料改質装置においては、加熱装置6の燃焼バーナ
により反応管3を加熱した状態で原料ガス人口4から原
料ガスを胴体l内に送り込むと、その原料ガスの天然ガ
スと水蒸気とが反応管2内の改質触媒3の作用により反
応して水素リッチな改質ガスか得られる。この改質ガス
は反応管2内の内管20を経て改質ガス出口5より取り
出される。
なお、第3図において、21は胴体lの内側に張られた
断熱材を示す。
他方、改質触媒の加熱に燃焼触媒を用いた燃料改質袋は
の一例(たとえば特開昭61−11134号公報)を第
6図に示す。この改質装置の改質部については第3図に
示した装置と同じであるから対応部分には同じ参照数字
を付すだけで説明は省略し、加熱部だけについて説明す
ると、改質炉胴体1の中央に燃焼触媒22を収納したケ
ース23を配置し、その上部には燃焼触媒供給管24を
接続し、下部には燃焼触媒排出管25を接続してケース
23内に燃焼触媒22を供給および排出てきるようにな
っている。
燃焼触媒供給管24には触媒供給弁24aおよび触媒入
口弁24bか設けられ、燃焼触媒排出管25には触媒排
出弁25aが設けられている。また燃焼触媒供給管24
の下部は円錐状の多孔質部材で形成されている。
ケース23の中心部にまで伸びている燃料空気導入管2
6と燃料ガス導入管27とからそれぞれ空気と燃料ガス
が供給されると燃料触媒22内で燃焼し、それにより得
られる高温の燃焼ガスが燃焼触媒供給管24の下部の円
錐状の多孔質部材から燃焼室28内に流出し、改質触媒
3を加熱し改質反応を可能にする。
(発明が解決しようとする問題点) 燃料改質装置の加熱装置を第3図に示すように燃焼バー
ナて構成した上記の改質装置においては、たとえばオン
サイト型の燃料電池システムや水素製造装置のように負
荷変動の激しいシステムに使用した場合、負荷の急変に
より、燃料あるいは空気の供給圧力が変動し、不安定燃
焼、失火現象(火か消える現象)を起し易い。特に部分
負荷で運転する場合、燃料ノズル10へ送られる燃料供
給量や空気ノズル11へ送られる空気供給量か減少する
ため、これらの流速が減少して設計点からずれ、不安定
燃焼や失火現象を招き易いという不具合か生じる。
他方、燃料や空気の供給量あるいは圧力の変動にあまり
影響されない触媒燃焼方式の加熱装置を用いた燃料改質
装置においては、負荷急変時や部分負荷運転時の不安定
燃焼や失火現象は防止し得るが、しかしながら、触媒燃
焼方式を高効率で且つ小型化、コンパクト化が要求され
るオンサイト型の燃料電池システムや水素製造装置の燃
料改質装置に用いるには以下のような問題がある。
(イ)燃焼触媒の耐熱性(寿命)からの制約上、燃焼温
度をあまり高くとることかできない(800〜1000
°C以下)。このため、空気過剰率(理論必要空気量と
燃焼空気量との比)を大きくとり、燃焼温度を低くする
必要かあるため、システムの効率か低下する。
(ロ)燃焼温度を低くすることにより反応管の熱交換部
の平均温度差か小さくなる。このため、同一交換熱量を
得るためには(熱通過率はあまり変化しないものとして
)反応管の必要伝熱面積は大きくなり、改質装置自体か
大きくなる。また1円錐状の多孔質部材から高温の燃焼
ガスを流出する方式は燃焼の均一化および薄型化の点て
充分なものてはない。
本発明の目的は、従来技術の上記不具合を解消し、負荷
変動、部分負荷運転に対しても安定した燃焼性部か得ら
れ、且つ、小型でコンパクトな燃料改質装置を得るため
の加熱装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明による燃料改質装置の加熱装置は、円環状の燃料
−空気ヘッダと、該ヘッダの内側にあって該ヘッダに全
周において連通している燃焼触媒とから成ることを特徴
とするものである。さらには、この燃焼触媒を含む円環
状の加熱装置の中央下部に気相燃焼部りか備えられる。
(作用) 燃焼触媒を円環状に配列したことにより燃焼か均一化さ
れるとともに、同一燃焼触媒量に対して木平断面桔が大
きくとれるため燃焼部分を薄型化てきる。
また、燃料や空気の供給量や圧力の変動にあまり影響さ
れない触媒燃焼部を円環状に配置し、かつ前記触媒燃焼
部円環状中央に気相燃焼部分を配置して燃焼温度を必要
な温度まて上げることにより、燃料改質装置を大きくす
ることなく、負荷変動、部分負荷運転に対しても安定し
た燃焼が得られる。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第1図および第2図は本発明による燃料改質装置の加熱
装置の一実施例の立断面図、第2図は第1図のA−A!
INに沿う水平断面図を示している。
これらの図において、第3図、第4図、第5図の部分と
対応する部分は同一の符号で示しである。
加熱装置6は、円環状に配置した触媒燃焼部30と、該
円環状触媒燃焼部30の中央下部に配置した気相燃焼部
40とにより構成されている。
触媒燃焼部30は、燃料と空気(または酸素)の混合ガ
スを通過させ、燃焼触媒22の作用により燃焼を行うも
のである。
燃焼触媒22は、混合ガスのための円環状ヘッダ30a
を形成するヘッダ部材30bに上下が保持された円環状
の外側ハニカム30cと内側ハニカム30dの間に配置
され、へ・ンダ30aと全周に亘って連通している。ま
たヘッダ部材30bには、燃焼触媒22に燃料と空気を
供給する燃料供給管7Aと空気供給管8Aかvc続され
ている。外部から供給された燃料と空気は円環状ヘッダ
30aに入り、全周に亘って外側ハニカム30 cを通
って触媒22により燃焼し、その燃焼ガスは内側ハニカ
ム30dを通って中央部に出る。
一方、気相燃焼部40は触媒燃焼部30の中央下部に配
置され、これに燃料と空気を供給する燃料供給管7Bと
空気供給管8Bか接続されている。
気相燃焼部40で生じた燃焼ガスは円環状の触媒燃焼部
30の中央部を通って流れる。
上記構成においては、加熱装置6の加熱部を、可燃限界
(燃料と空気との混合割合のうち燃焼可俺な範囲)が広
く且つ吹き消え限界(吹き消火を起すガス流速)か高い
触媒燃焼による加熱部30と、触媒燃焼により生成した
燃焼ガスの温度を所定の温度まで加熱するための気相燃
焼部40とて構成していることから、負荷のうちの変動
分を触媒燃焼による加熱部30て受は持たせ、非変動分
を気相燃焼部40で受は持たせることによって、負荷変
動により燃焼や空気の流量あるいは圧力か変動しても、
また部分負荷運転においても、円環状の触媒燃焼部30
て安定した燃焼か得られ且つ円環中央下部の気相燃焼部
40により燃焼ガスを所定の温度まて加熱することによ
り、燃料改質装置の反応管伝熱面積を大きくすることな
く、触媒燃焼部30の燃焼温度を燃焼触媒22の許容温
度以下(800〜] 000°C)にすることかでき、
燃焼触媒22の高温劣化を防止することかできる。
また、燃焼触媒部30を円環状にしたことにより、加熱
の均一化か図られるとともに、同−燃焼触媒部に対して
水平断面積か大きくとれるため、燃焼部分を薄型化てき
、加熱装置全体の小型化を達成できる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば以下に述へる効果
かある。
(イ)負荷変動、部分負荷運転に対しても安定した燃焼
性能か得られる。
(ロ)触媒燃焼部の燃焼温度を下げ、燃焼触媒の高温劣
化防止を図ることかできる。
(ハ)触媒燃焼部の温度を下げても、その中央下部の気
相燃焼部により所要温度まて燃焼ガスの温度を上げるこ
とによって、反応管伝熱面積を大きくする必要はない。
(ニ)加熱装置全体を小型化できる。
(ポ)加熱の均一化が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明による燃料改質装置の加熱
装置の一実施例を示し、第1図は加熱装置の断面図、第
2図は第1図のA−Alltlr面図。 第3図は燃焼バーナ式の従来の燃料改質装置の断面図、
第4図は第3図に示した燃料改質装置の加熱装置の断面
図、第5図は第4図のB−B線断面図、第6図は加熱源
として燃焼触媒方式の加熱装置を有する従来の燃料改質
装置の断面図である。 1・・・改質炉囲体、2・・・反応管、3・・・改質触
媒、6・・・加熱装置、30・・・触媒燃焼部、22・
・・燃焼触媒、40・・・気相燃焼部、 第4図 第5図 第6図 手続補正書 昭和63年 7月/り日 特  許  庁  長  官  殿 ■、特許出願の表示 昭和63年特許願第111503号 2、発明の名称 燃料改質装置の加熱装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都港区海岸−丁目5番20号名 称 東京
瓦斯株式会社(ほか2名)4、代理人 住 所 東京都港区芝3丁目4番11号芝シティビル 
電話03−452−04416、補正の対象 本願明細書の発明の詳細な説明の欄 7、補正の内容 (1)  明細書第2頁第5行目から第7行目にかけて
の「水蒸気・・・表現は不要に思う。」を削除する。 (2) 明細書第2頁第10行目の「改良」を「改質」
と補正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)触媒を収納した反応管と該反応管を加熱する加熱
    装置とを胴体内に備え、上記反応管に炭化水素またはア
    ルコール類を主成分とする燃料と水蒸気とを流して水素
    含有ガスを生成する燃料改質装置の加熱装置であって、
    円環状の燃料−空気ヘッダと、該ヘッダの内側にあって
    該ヘッダに全周において連通している円環状に配置され
    た燃焼触媒とよりなることを特徴とする燃料改質装置の
    加熱装置。
  2. (2)上記の燃焼触媒を含む円環状の加熱装置の中央下
    部に気相燃焼装置を備えた請求項1に記載の燃料改質装
    置の加熱装置。
JP63111503A 1988-05-10 1988-05-10 燃料改質装置の加熱装置 Expired - Lifetime JP2700248B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006131479A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料の改質装置、燃料電池システム、燃料の改質方法および発電方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006131479A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料の改質装置、燃料電池システム、燃料の改質方法および発電方法
JP4645161B2 (ja) * 2004-11-09 2011-03-09 株式会社Ihi 燃料の改質装置、燃料電池システム

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