JPH0225613A - 水蒸気改質装置 - Google Patents
水蒸気改質装置Info
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- JPH0225613A JPH0225613A JP63174945A JP17494588A JPH0225613A JP H0225613 A JPH0225613 A JP H0225613A JP 63174945 A JP63174945 A JP 63174945A JP 17494588 A JP17494588 A JP 17494588A JP H0225613 A JPH0225613 A JP H0225613A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
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。
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）
本発明は水蒸気改質装置、特にオンサイト型の燃料電池
や水素製造装置のように負荷変動か激しい用途において
も安定した燃焼性能で、均一加熱が可能で、且つ小型化
を図るのに好適な水蒸気改質装置に関する。
や水素製造装置のように負荷変動か激しい用途において
も安定した燃焼性能で、均一加熱が可能で、且つ小型化
を図るのに好適な水蒸気改質装置に関する。
（従来技術）
触媒燃焼により発生する熱で炭化水素やアルコール類を
水蒸気改質して水素または水素リッチなガスを製造する
水蒸気改質装置が知られている。
水蒸気改質して水素または水素リッチなガスを製造する
水蒸気改質装置が知られている。
従来の水蒸気改質装置は特開昭６１−
９１００１号や特開昭・６１−９１００２号に記載のよ
うに、通常のガスバーナに保炎板を設け１反応管先端部
とバーナとの間に特定の隔壁を設けることにより均一な
加・熱ができる構造となっている。また、特開昭５９−
２０３３７２号に記載のように燃焼触媒を使用すること
も考えられている。
うに、通常のガスバーナに保炎板を設け１反応管先端部
とバーナとの間に特定の隔壁を設けることにより均一な
加・熱ができる構造となっている。また、特開昭５９−
２０３３７２号に記載のように燃焼触媒を使用すること
も考えられている。
ところが、このような燃焼器をたとえばオンサイト型の
燃料電池や水素製造装置のような負荷変動の激しいシス
テムに使用した場合は、負荷の急変により燃料または空
気の供給圧力か変動し、不安定燃焼や失火現象を起し易
い、特に部分負荷で運転する場合は燃料ノズルに送られ
る燃料供給量や空気ノズルに送られる空気供給量が減少
するため、これらの流速か減少して設計点からはずれて
不安定燃焼や失火現象を招き易いというような不具合が
生しる。さらに、燃料電池ては起動時と運転時とでは燃
料組成や発熱量か次に示すように全く異なるため基本的
に適していない。
燃料電池や水素製造装置のような負荷変動の激しいシス
テムに使用した場合は、負荷の急変により燃料または空
気の供給圧力か変動し、不安定燃焼や失火現象を起し易
い、特に部分負荷で運転する場合は燃料ノズルに送られ
る燃料供給量や空気ノズルに送られる空気供給量が減少
するため、これらの流速か減少して設計点からはずれて
不安定燃焼や失火現象を招き易いというような不具合が
生しる。さらに、燃料電池ては起動時と運転時とでは燃
料組成や発熱量か次に示すように全く異なるため基本的
に適していない。
起動時燃料・・・天然ガス（ＣＨ，ばか）９０００〜１
１０００ Ｋｃａｌ／Ｎｒｎ″運転時燃料・・・電池排
ガス（ＧＯ，（：０２．Ｈ２Ｏを含む１１□ガス） ６００〜８００にｃａｌ／Ｎｍ’ また、均一な加熱を得るために隔壁を設けているので、
燃焼室か大きくなり、小型化ができないという問題もあ
る。
１０００ Ｋｃａｌ／Ｎｒｎ″運転時燃料・・・電池排
ガス（ＧＯ，（：０２．Ｈ２Ｏを含む１１□ガス） ６００〜８００にｃａｌ／Ｎｍ’ また、均一な加熱を得るために隔壁を設けているので、
燃焼室か大きくなり、小型化ができないという問題もあ
る。
そこで負荷急変時や部分負荷運転時の不安定燃焼や失火
現象を防止する方法として、特開昭５９−２０３３７２
号では燃料や空気の供給量や圧力の変動にあまり影響さ
れない触媒燃焼方式か提案されている。
現象を防止する方法として、特開昭５９−２０３３７２
号では燃料や空気の供給量や圧力の変動にあまり影響さ
れない触媒燃焼方式か提案されている。
しかしながら、触媒燃焼方式には、高効率で且つ小型コ
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改質器に適用する場合には以下によ
うな問題がある。
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改質器に適用する場合には以下によ
うな問題がある。
（１） 燃焼触媒の耐熱性（寿命）からの制約上燃焼
温度を高くとることができない（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。
温度を高くとることができない（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があるため、システムの効率が
低下する。
低下する。
（２） 燃焼温度が低くなることにより、反応管や熱交
換部の平均温度差か小さくなる。このため、同一交換熱
量では（熱通過率はあまり変化しないものとして）必要
伝熱面積か大きくなり、改質装置自体が大きくなる。
換部の平均温度差か小さくなる。このため、同一交換熱
量では（熱通過率はあまり変化しないものとして）必要
伝熱面積か大きくなり、改質装置自体が大きくなる。
（３） リン酸型燃料電池に限るが、電池排ガスの中に
リン酸が含有されるため触媒の劣化を促進する。
リン酸が含有されるため触媒の劣化を促進する。
（発明の目的）
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、負荷変
動や部分負荷運転に対して安定した燃焼性簡か得られ、
均一加熱が回部で、且つ小型コンパクトな水蒸気改質装
置を提供することを目的とする。
動や部分負荷運転に対して安定した燃焼性簡か得られ、
均一加熱が回部で、且つ小型コンパクトな水蒸気改質装
置を提供することを目的とする。
上記目的は改質装置用燃焼器のノズルを空気用ノズル、
起動用燃料および補助燃料用ノズル（以下炭化水素用ノ
ズルという）、電池排ガスまたは水素精製装置排ガス用
ノズルに３分割し、炭化水素用ノズルに改質触媒または
燃焼触媒を充填することにより達成される。
起動用燃料および補助燃料用ノズル（以下炭化水素用ノ
ズルという）、電池排ガスまたは水素精製装置排ガス用
ノズルに３分割し、炭化水素用ノズルに改質触媒または
燃焼触媒を充填することにより達成される。
（作用）
本発明によれば、改質触媒または燃焼触媒を充填した炭
化水素用ノズルにおいて、炭化水素燃料に水蒸気を混合
させ、触媒により安定物質であるため燃焼性の悪いＣＨ
，を最も燃焼範囲が広く且つ燃焼速度の速いＨ２に改質
し、燃焼性を向上させることにより低カロリー燃料であ
る電池排ガスの着火源とすることができるため、負荷変
動による燃料、空気の流量および圧力の変動に対して燃
焼安定性が向上し、火炎長か短縮され、燃焼室を小さく
することかでき、装置の小型コンパクト化が回部となる
。
化水素用ノズルにおいて、炭化水素燃料に水蒸気を混合
させ、触媒により安定物質であるため燃焼性の悪いＣＨ
，を最も燃焼範囲が広く且つ燃焼速度の速いＨ２に改質
し、燃焼性を向上させることにより低カロリー燃料であ
る電池排ガスの着火源とすることができるため、負荷変
動による燃料、空気の流量および圧力の変動に対して燃
焼安定性が向上し、火炎長か短縮され、燃焼室を小さく
することかでき、装置の小型コンパクト化が回部となる
。
（実施例）
以下本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明による水蒸気改質装置の燃焼器の一実施
例における複数個のノズルのうち１本のノズルの断面図
、第２図はその平面図を示す。
例における複数個のノズルのうち１本のノズルの断面図
、第２図はその平面図を示す。
この実施例においては、中心部に改質触媒７を充填した
炭化水素用ノズルｌを配置し、改質触媒７は触媒支持板
８により支持されている。炭化水素用ノズルｌの外側に
は、炭化水素用ノズルｌと同心的に電池排ガス用ノズル
２を配置し、さらに外側に同心的に空気用ノズル３を配
置している。
炭化水素用ノズルｌを配置し、改質触媒７は触媒支持板
８により支持されている。炭化水素用ノズルｌの外側に
は、炭化水素用ノズルｌと同心的に電池排ガス用ノズル
２を配置し、さらに外側に同心的に空気用ノズル３を配
置している。
次に本実施例の動作を説明する。
運転時は燃料および空気は４００℃〜５００℃に予熱さ
れ、電池排ガスは電池排ガス流路５を、また空気は空気
流路６をそれぞれ通りノズルから噴出される。補助燃料
であるメタンはスチームと混合され、炭化水素流路４を
通り改質触媒７と接触して反応を開始する。このときス
チーム／カーボン比（以下Ｓ／Ｃという）は改質触媒７
への炭素析出を防止するため、２以下に下げないように
制御する。改質反応は吸熱反応であり、温度も低いため
メタン反応率はｌＯ〜１５％程度であるが、安定物質で
あるため燃焼性の悪いメタンに比較して燃焼性の最も良
い水素を含有したことにより燃焼性は格段に向上する。
れ、電池排ガスは電池排ガス流路５を、また空気は空気
流路６をそれぞれ通りノズルから噴出される。補助燃料
であるメタンはスチームと混合され、炭化水素流路４を
通り改質触媒７と接触して反応を開始する。このときス
チーム／カーボン比（以下Ｓ／Ｃという）は改質触媒７
への炭素析出を防止するため、２以下に下げないように
制御する。改質反応は吸熱反応であり、温度も低いため
メタン反応率はｌＯ〜１５％程度であるが、安定物質で
あるため燃焼性の悪いメタンに比較して燃焼性の最も良
い水素を含有したことにより燃焼性は格段に向上する。
ノズルより噴射されたガスは空気と混合し、適切な混合
比となった部分より燃焼を始める。このとき、拡散係数
が大きいほど混合がよいため、燃焼開始が速く、燃焼速
度が速いほど燃焼完了も速い。水素とメタンの拡散係数
および燃焼速度は メタン 水素 拡散係数（０層２／Ｓ） １．１８ ３．６８
燃焼速度（ｍ ／ Ｓ ） ０．６７ ４．８
５となっており、これらよりメタンを水素に改質するほ
ど燃焼室は小さくできるので装置の小型コンパクト化が
図れる。また、可燃範囲は メタン 水素 可燃範囲（％）５．８〜１３．３ ６．２〜７１．４
と水素か広いため、負荷変動における燃焼安定性も水素
がよいといえる。
比となった部分より燃焼を始める。このとき、拡散係数
が大きいほど混合がよいため、燃焼開始が速く、燃焼速
度が速いほど燃焼完了も速い。水素とメタンの拡散係数
および燃焼速度は メタン 水素 拡散係数（０層２／Ｓ） １．１８ ３．６８
燃焼速度（ｍ ／ Ｓ ） ０．６７ ４．８
５となっており、これらよりメタンを水素に改質するほ
ど燃焼室は小さくできるので装置の小型コンパクト化が
図れる。また、可燃範囲は メタン 水素 可燃範囲（％）５．８〜１３．３ ６．２〜７１．４
と水素か広いため、負荷変動における燃焼安定性も水素
がよいといえる。
次に起動時について説明する。
起動時は燃料が予熱されておらず、スチームも発生しな
いためメタンのみで燃焼させる。この場合、燃料温度が
低いため改質触媒７による接触反応は起こらないが、炭
化水素用ノズル１と空気用ノズル３も電池排ガス用ノズ
ル２をはさんで配置しているため、空気の流速の影響を
受けずにメタンを燃焼させることができる。燃焼排ガス
により燃料の予熱をすることにより次第に運転時と同様
の動作となる。また起動時においては燃料を始めから予
熱しておいてもよい。
いためメタンのみで燃焼させる。この場合、燃料温度が
低いため改質触媒７による接触反応は起こらないが、炭
化水素用ノズル１と空気用ノズル３も電池排ガス用ノズ
ル２をはさんで配置しているため、空気の流速の影響を
受けずにメタンを燃焼させることができる。燃焼排ガス
により燃料の予熱をすることにより次第に運転時と同様
の動作となる。また起動時においては燃料を始めから予
熱しておいてもよい。
従って本発明によれば、メタンの代りに水素を燃焼させ
ることにより燃焼安定性を増すことかできる上、火炎長
さを短くできるので小型コンパクト化を達成できる。
ることにより燃焼安定性を増すことかできる上、火炎長
さを短くできるので小型コンパクト化を達成できる。
次に本発明の他の実施例を第３図および第４図により説
明する。図中第１図および第２図と同じ参照数字は同じ
構成部分を示すものとする。
明する。図中第１図および第２図と同じ参照数字は同じ
構成部分を示すものとする。
第４図において第１図と異なる部分のみ説明すると、本
実施例では先の実施例の改質触媒７の代りに燃焼触媒９
を炭化水素用ノズルｌに充填している。
実施例では先の実施例の改質触媒７の代りに燃焼触媒９
を炭化水素用ノズルｌに充填している。
次に本実施例の動作を説明する。
運転時は、燃料および空気は４００℃〜５００°Ｃに予
熱され、電池排ガスは電池排ガス流路５を、また空気は
空気流路６をそれぞれ通りノズルから噴出される。補助
燃料であるメタンは燃焼に必要な空気と混合され、炭化
水素流路４を通り燃焼触媒９と接触し始める。このとき
空気過剰率は４．２以上にしなければならない、燃焼温
度が１ｏｏｏ℃を越えた場合は燃焼触媒９の耐熱性が聞
届となり、寿命が短くなる。安定物質であるメタンを燃
焼触媒９により燃焼させることにより燃焼安定性を図る
ことができ、中央の炭化水素用ノズル１から高温ガスが
噴出するため電池排ガスの燃焼を促進することかできる
。
熱され、電池排ガスは電池排ガス流路５を、また空気は
空気流路６をそれぞれ通りノズルから噴出される。補助
燃料であるメタンは燃焼に必要な空気と混合され、炭化
水素流路４を通り燃焼触媒９と接触し始める。このとき
空気過剰率は４．２以上にしなければならない、燃焼温
度が１ｏｏｏ℃を越えた場合は燃焼触媒９の耐熱性が聞
届となり、寿命が短くなる。安定物質であるメタンを燃
焼触媒９により燃焼させることにより燃焼安定性を図る
ことができ、中央の炭化水素用ノズル１から高温ガスが
噴出するため電池排ガスの燃焼を促進することかできる
。
次に起動時について説明する。
起動時は燃料か予熱されておらず、燃焼反応は起こらな
いか、炭化水素用ノズルｌから噴出されたメタンと空気
用ノズル３から噴出された空気とによって燃焼は継続さ
れる。燃焼排ガスによって次第に燃料は予熱され、触媒
燃焼を開始する。
いか、炭化水素用ノズルｌから噴出されたメタンと空気
用ノズル３から噴出された空気とによって燃焼は継続さ
れる。燃焼排ガスによって次第に燃料は予熱され、触媒
燃焼を開始する。
本発明の他の実施例を第５図により説明する。
この実施例が第１図および第３図に示した実施例と異な
る点は電池排ガス流路５および空気流路６にそれぞれス
ワラ１０，１１を設けている点である。
る点は電池排ガス流路５および空気流路６にそれぞれス
ワラ１０，１１を設けている点である。
そこで、動作についても先の実施例と異なる点のみを説
明すると、電池排ガスは電池排ガス流路５を通りスワラ
１０により旋回し、空気は空気流路６を通りスワラ１１
により旋回する。電池排ガスおよび空気はともに旋回し
ながらノズルから噴出されるため、互いに混合されて燃
焼性が良好となり火炎長さが短くなる。
明すると、電池排ガスは電池排ガス流路５を通りスワラ
１０により旋回し、空気は空気流路６を通りスワラ１１
により旋回する。電池排ガスおよび空気はともに旋回し
ながらノズルから噴出されるため、互いに混合されて燃
焼性が良好となり火炎長さが短くなる。
起動時においても空気の旋回により炭化水素用ノズルｌ
より噴出された水素ガスは空気に巻き込まれ、混合速度
か速くなるため、燃焼性が良好となり火炎長さも短くな
る。
より噴出された水素ガスは空気に巻き込まれ、混合速度
か速くなるため、燃焼性が良好となり火炎長さも短くな
る。
従って本発明によれば、燃焼安定性を増すことかできる
上、火炎長も短くなるため、小型コンパクト化を達成で
きる。
上、火炎長も短くなるため、小型コンパクト化を達成で
きる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、燃焼器ノズルを
、炭化水素用ノズルと、電池排ガス用ノズルと、空気用
ノズルとに分割し、炭化水素用ノズルに改質触媒もしく
は燃焼触媒を充填することにより燃焼安定性を向上させ
ることができるので、負荷変動による失火防止および燃
焼安定性を向上することができるとともに、火炎の長さ
を短くできるため、小型コンパクト化を達成できる。
、炭化水素用ノズルと、電池排ガス用ノズルと、空気用
ノズルとに分割し、炭化水素用ノズルに改質触媒もしく
は燃焼触媒を充填することにより燃焼安定性を向上させ
ることができるので、負荷変動による失火防止および燃
焼安定性を向上することができるとともに、火炎の長さ
を短くできるため、小型コンパクト化を達成できる。
第１図は本発明による水蒸気改質装置の燃焼器の一実施
例のノズルの断面図、第２図は第１因に示したノズルの
平面図、第３図は本発明による水蒸気改質装置の燃焼器
のもう一つの実施例のノズルの断面図、第４図は第３図
に示したノズルの平面図、第５図は本発明による水蒸気
改質装置の燃焼器のさらに他の実施例のノズルの平面図
である。 ｌ・・・炭化水素用ノズル、２・・・電池排ガス用ノズ
ル、３・・・空気用ノズル、４・・・炭化水素流路、５
・・・電池排ガス流路、６・・・空気流路、７・・・改
質触媒、８・・・触媒支持板、９・・・燃焼触媒、１０
．１１・・・旋回促進板
例のノズルの断面図、第２図は第１因に示したノズルの
平面図、第３図は本発明による水蒸気改質装置の燃焼器
のもう一つの実施例のノズルの断面図、第４図は第３図
に示したノズルの平面図、第５図は本発明による水蒸気
改質装置の燃焼器のさらに他の実施例のノズルの平面図
である。 ｌ・・・炭化水素用ノズル、２・・・電池排ガス用ノズ
ル、３・・・空気用ノズル、４・・・炭化水素流路、５
・・・電池排ガス流路、６・・・空気流路、７・・・改
質触媒、８・・・触媒支持板、９・・・燃焼触媒、１０
．１１・・・旋回促進板
Claims (3)
- （１）触媒燃焼により発生する熱により炭化水素または
アルコール類から成る燃料ガスを水蒸気改質する水蒸気
改質装置において、改質触媒または燃焼触媒を充填した
燃料ガス用ノズルと、その周囲に電池排ガスまたは水素
精製装置排ガス用ノズルと空気用ノズルとを同心的に配
置して成る燃焼器を設けたことを特徴とする水蒸気改質
装置。 - （２）前記電池排ガスまたは水素精製装置排ガス用ノズ
ルに旋回促進板を設けた請求項１に記載の水蒸気改質装
置。 - （３）前記空気用ノズルに旋回促進板を設けた請求項１
に記載の水蒸気改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63174945A JP2704411B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 水蒸気改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63174945A JP2704411B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 水蒸気改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0225613A true JPH0225613A (ja) | 1990-01-29 |
| JP2704411B2 JP2704411B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=15987480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63174945A Expired - Lifetime JP2704411B2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 水蒸気改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2704411B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016008790A (ja) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 三浦工業株式会社 | ボイラシステム |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP63174945A patent/JP2704411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016008790A (ja) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 三浦工業株式会社 | ボイラシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2704411B2 (ja) | 1998-01-26 |
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