JPH02141403A - 炭化水素の改質装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭化水素原料をスチームリフォーミングによ
って改質し、水素を主成分とする改質ガスを製造する炭
化水素の改質装置に関し、詳細にはコンパクトでありな
がら熱効率の高い炭化水素改質装置に関するものである
。

［従来の技術］ 燃料油、ナフサ、天然ガスなどの炭化水素原料に水蒸気
を混合し、これを触媒層に通して改質ガス（水素を主成
分とし、−酸化炭素、二酸化炭素、メタン等を含有する
可燃性ガス）を製造する改質装置としては、例えば特開
昭５３−７８９９２号、同５３−７９７６６号、同５６
−９０８６２号、同５８−６３７８３号、特公昭５７−
７５３８号等がある。これらの装置は二重管構造で且つ
一端の連通された反応管に触媒を充填し、バーナから放
出される燃焼ガスによって反応管に熱を供給しつつ炭化
水素原料を触媒層に通してこれを改質するもので、二重
管構造を採用することによフて熱効率の改善並びに装置
のコンパクト化がはかられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記改質装置の性能は未だ十分なものでは
ない。即ち改質装置から構成される装置排ガス温度はか
なり高温であり、熱利用という観点からして不十分であ
るばかりでなく反応管外面温度も不均一であり、燃焼ガ
スの保有熱が効率良く利用されていると言える状態では
ない。又これらを取り囲む断熱層の厚みが大きく、装置
のコンパクト化という点でも改善の余地がある。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、上記従来装置を改良して、コンパクトで熱効率の優れ
た改質装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ しかして上記目的を達成した本発明の改質装置は、加熱
された触媒層に炭化水素原料等を通して水素を主成分と
する改質ガスを製造する改質装置であって、触媒を充填
する反応管を、環状の内層通路と環状外層通路の間に環
状間隙を残す様な同心状に形成し、該環状内層通路と該
環状外層通路には夫々触媒を充填してこれらを一端部で
連通するように構成すると共に、前記環状間隙は燃焼排
ガス導出路とし、前記環状内層通路に内接する燃焼ガス
誘導路を前記環状間隙に連通させてなる点に要旨を有す
るものである。

［作用］ 本発明は、従来の改質装置における二重管式反応管が環
状内層通路と環状外層通路を隣接させていたのに対し、
これらの間に燃焼排ガス導出路を介在させることによっ
て両者を離反させ、燃焼排ガスの顕熱を環状内層通路及
び外層通路の双方に給熱することによって熱利用効率を
向上させると共に、環状外層通路を燃焼ガス導出路の気
相断熱層として機能させることによって最外周に設けら
れる断熱層の熱負荷を軽減したものである。この結果、
熱利用効率が向上すると共に炉体な構成する断熱層の厚
みを薄肉化することができ、装置のコンパクト化をも実
現することができた。さらに燃焼排ガスの保有熱が反応
管に十分に供給されるので系外へ放出される燃焼排ガス
の温度も低下し、配管用耐火物として汎用材を使用する
ことが可能となり、設備コストの低減にも寄与すること
ができた。

［実施例］ 第１図は、本発明の改質装置を示す断面説明図で、改質
装置は断熱材Ｐで形成される容器内に環状内層通路（以
下環状内側反応管という）１と環状外層通路（以下環状
外側反応管という）２をそれらの間に環状空隙を残して
同心状に形成してなり、前記環状空隙を燃焼排ガス導出
路３とする。

一方環状内側反応管１で囲まれる中心側空間は燃焼ガス
誘導路４２を構成し、その下端部が燃焼排ガス導出路３
に連通されると共に該燃焼ガス誘導路４２の上方には蓋
体５１に支持された燃焼バーナ４が下向きに取付けられ
、且つ燃焼バーナ４の先端は耐熱タイル４１によって被
覆保持されている。図示例の環状内側反応管１及び環状
外側反応管２は夫々さらに環状の２重構造に形成され、
反応管１．２の内部は環状の原料ガス下行通路Ｉａ、２
ａと環状又は筋状の原料ガス上行通路１ｂ、２ｂに画成
されており、これらは夫々その下端部で連通している。

そして原料ガス下行通路ｌａ　　２ａには例えばニッケ
ルーアルミナ系の改質触媒Ｓが充填されている。又木実
施例装置においては、環状外側反応管２の原料ガス下行
通路２ａに原料ガス供給通路２１が接続されると共に、
環状内側反応管１の原料ガス上行通路１ｂは改質ガス排
出管６３に接続されており、また環状外側反応管２の原
料ガス上行通路２ｂと環状内側反応管１の原料ガス下行
通路１ａが導管２２によって接続されている。さらに排
燃焼ガス導出路３にはアルミナボールやラシヒリング等
の伝熱材りを充填すると共に、燃焼排ガス導出路３の上
端に燃焼排ガス排出管４３を接続している。

従フて上記実施例改質装置では、原料ガス供給管２１か
ら導入された原料ガスは、環状外側反応管２の原料ガス
下行通路２ａを降下した後、上行通路２ｂを上昇し、導
管２２を渡って環状内側反応管１の原料ガス下行通路１
ａに導入される。そして原料ガス下行通路１ａを降下し
た後、上行通路１ｂ内を上昇する。一方バーナ４から噴
射された燃焼ガスは燃焼ガス誘導路４２を経て環状内側
反応管１の下部を回り込んで燃焼排ガス導出路３を上昇
し、燃焼排ガス排出管４３から系外へ排出される。上記
のように原料ガス及び燃焼排ガスが流れる過程で燃焼排
ガスの保有熱が反応管へ伝達され、殊に本実施例では燃
焼排ガス導出路が環状内側反応管１に外接し、且つ環状
外側反応管２に内接する位置に配設されているので、燃
焼排ガス導出路から各反応管１．２への伝熱効率が高く
、その結果触媒層が充分に加熱されることになり、触媒
を充填した下行通路１ａ、２ａ内における原料ガスの改
質反応が効率良く進行し、原料ガスは主として水素とｃ
ｏとからなる改質ガスに改質されて改質ガス排出管６３
から抜き出される。又燃焼排ガス導出路３は、環状外側
反応管２によって囲まれているので高温の燃焼排ガスが
直接炉体に接触するのを回避することがで籾、従って、
断熱材Ｐの厚みを小さくすることができる。

尚上記実施態様において、燃焼ガス誘導路４２から反応
管への伝熱は輻射伝熱であるが、燃焼排ガス導出路３か
ら反応管への伝熱は燃焼ガス導出路３に充填された伝熱
材りからの伝熱が主体であり、これによって燃焼排ガス
導出路３からの給熱効率が一層高められている。こうし
た伝熱材の種類及び充填量を調整することによって燃焼
排ガスの滞留時間や伝熱量を変化させることができ、こ
れによって熱交換の度合を制御することができる。勿論
伝熱材を全く充填しないように設計してもよい。又上記
実施態様では燃焼排ガス導出路３を流れる燃焼排ガスと
原料ガスが向流を形成する様な構成を採用しているので
、特に環状外側反応管２を流れる原料ガスを効率良く予
熱することができる。一方燃焼ガス銹導路４２を流れる
燃焼ガスと環状内側反応管１の下行通路１ａを流れる原
料ガスは並行流を形成するが、この場合には環状外側反
応管２で予熱された原料ガスとバーナから放出されたば
かりの高温燃焼ガスが管壁な介して接することになるの
で温度差が大きく改質反応の進行に有利となる。そして
環状内側反応管１の下部では燃焼ガスとの温度差が小さ
くなるが、この時点では改質反応はほぼ終了しているの
で伝熱量は少なくてよい。その他、第１図に示される改
質装置は、装置全体を上下に逆転したものであっても同
等の効果を得ることができる。また中心部の燃焼ガス誘
導路にアルミナ系の燃焼触媒を充填することも熱効率の
改善に有効である。

第２図は本実施例装置における反応管表面温度と反応管
内の原料ガス温度の分布を示すグラフであり、図示する
如く優れた熱利用効率が得られている。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、燃焼ガスは環状内
層通路の触媒層へ給熱した後、環状内側反応管と環状外
側反応管の間の燃焼排ガス導出路を通過するので、双方
の反応管に給熱され燃焼ガス保有熱が効率良く利用され
る。この結果燃焼ガスの排出温度が低下して配管耐火壁
の熱損傷が軽減される。

燃焼排ガス導出路の外層に環状外側反応管が存在するの
でこれによる気相断熱効果が発揮されて断熱材の厚みを
小さくすることができ、ひいては装置をコンパクトにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明改質装置を示す断面説明図、第２図は実
施例装置における温度分布を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加熱された触媒層に炭化水素原料等を通して水素を主成
   分とする改質ガスを製造する改質装置であつて、 触媒を充填する反応管を、環状の内層通路と環状外層通
   路の間に環状間隙を残す様な同心状に形成し、該環状内
   層通路と該環状外層通路には夫々触媒を充填してこれら
   を一端部で連通するように構成すると共に、前記環状間
   隙は燃焼排ガス導出路とし、前記環状内層通路に内接す
   る燃焼ガス誘導路を前記環状間隙に連通させてなること
   を特徴とする炭化水素の改質装置。