JPH0240602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （目的） 本発明はコンパクトで伝熱効率の良い水蒸気改
質炉に関するものである。

天然ガス・ナフサその他の炭化水素を原料と
し、触媒の存在下水蒸気改質反応を行つて水素及
び一酸化炭素を生成させ、さらに変成反応により
一酸化炭素も水素に変換する方法は、高濃度の水
素を安価に得る方法として広く用いられておりそ
の為の装置も種々考案されている。

しかし従来使用されている水蒸気改質炉は石油
精製工場又は大化学工場で大量に水素を発生する
為に設計されたものが大部分で、局地的に小規模
で水素を必要とする場合には占有敷地面積の大き
さや伝熱効率の点で競合するフアクターがあり、
単純にスケール・ダウンすれば良いというもので
はない。

水蒸気改質反応は700〜900℃という高温を必要
とする著しい吸熱反応であり、必要な熱量を触媒
層に効率よく与える事が水蒸気改質炉の設計上の
ポイントになる。

触媒粒間の固体伝熱速度は遅いので触媒層の厚
さを減らし又伝熱面積を広く取るため触媒を細長
い反応管に充填し、多数の反応管を１個の燃焼加
熱室内に設置して加熱する方式が賞用されてい
る。対流伝熱よりも輻射伝熱の方が効率が優れて
いるので、大型改質炉においては反応管相互の間
隔を広く取り燃焼ゾーンからの輻射熱を反応管の
全長にわたつて受けるように配置されているが、
小規模装置でコンパクト化するため反応管を密に
配置すると、反応管が相互に影を生じるために燃
焼ゾーンから離れた部分の反応管壁は直接輻射熱
を受ける事が出来ず熱ガスからの対流伝熱のみに
依存する事になり吸収熱量がが減少する結果、反
応管内での温度分布が不均一になる。また改質炉
全体としての伝熱係数も低下するので、これを補
うためには伝熱面積を増すとか反応管数を増すと
かせざるを得ず、いずれにしてもコンパクト化を
妨げる要因となる。

（構成） 本発明はかかる問題点を解決するためのもの
で、燃焼加熱室に複数個の反応管を設置した水蒸
気改質炉において、内壁に酸化触媒層を設けた管
状鞘体で各反応管を、間に空隙が存在するように
しておおい、酸素・燃料混合ガスが管状鞘体内壁
と反応管外壁との間の空隙を通じて流れるように
した構造を有する。

これを添付図面によつて説明する。第１図は本
発明を適用した水蒸気改質炉の１例の縦断面図
で、反応管が上方の管板から燃焼加熱室に懸垂し
た型式のものを示しているが、本発明はかかる型
式のもののみに限定されるものではない。

水蒸器改質炉１は管板２によつて上部室３と下
部室４とに二分されている。下部室４が燃焼加熱
室になる。反応管５は管板２を貫いて設置され、
その上端は上部室３に開放され、その大部分は下
部室（燃焼加熱室）４に懸垂した状態になつてい
る。各反応管は、そのほぼ全長にわたり、内壁に
酸化触媒層を設けた管状鞘体６で、両者の間に環
状空隙７が存在するようにしておおわれている。
逆に言えばゆるい管状鞘体の中に反応管をはめ込
んだ形になつている。

管状鞘体６は下部支持板８及び上部押え板９に
よつて固定されると共にシールされている。下部
支持板８及び上部押え板９は管状鞘体の内径に等
しい直径の円孔を所定位置で必要個数打ち抜いた
大円板である。

管状鞘体６は燃焼温度に耐えられる耐火性材
料、例えばアルミナ、セラミツク等で構成し、そ
の内壁に酸化触媒層を設ける。酸化触媒としては
白金、パラジウム、マンガン等が好適で、それら
の塩水溶液を管状鞘体内壁に塗布、含浸などして
から後処理を行うなどの方法により容易に固定す
る事ができる。１０は燃料ガス送入管、１０′は
その分散ノズル、１１は酸素含有ガス（空気等）
送入管、１１′はその分散ノズルであり、１２は
燃焼廃ガス出口管である。

１０′及び１１′から送入された燃料及び酸素含
有ガスはそのノズル付近で着火して燃焼を開始
し、管状鞘体６の内壁と反応管５の外壁との間の
環状空隙７を上昇する。燃料ガス及び酸素含有ガ
スの流速、改質炉下部室４の最下部の空間の大き
さ、環状空隙７の幅（反応管外壁と管状鞘体内壁
との間の距離）等を適当に選べば、酸素・燃料は
下部室４の最下部空間で燃焼反応を完結すること
なく未燃部分を残したまま環状空隙７に進入す
る。ここで酸素・燃料混合ガスというのはそのよ
うな未燃部分の存在するガス混合物を言う。

環状鞘体６の内側には酸化触媒層を設けてある
ので、その表面に沿つて上昇する酸素・燃料混合
ガスは遂次に燃焼反応を行い、環状鞘体の内壁全
体が燃焼ゾーンとなる。そこでそれに対向する位
置にある反応管外壁は輻射伝熱を受けることによ
り効率よく熱量を吸収する。環状空隙７を通過し
た燃焼廃ガスは出口管１２から外部へ排出され
る。

なお改質用原料ガス（天然ガスのような炭化水
素と水蒸気）は送入管１３から上部室に送入さ
れ、各反応管の触媒層１４を通つて下降しつつ水
蒸気改質反応が行われ、反応管底から内管１５を
通つて上昇しヘツダー１６を経由して導管１７か
ら排出される。

管状鞘体７相互間の空間及び管状鞘体と改質炉
内壁との空間１８は耐火性材料で充填しても良い
が、管状鞘体を素焼の土器のようなミクロポーラ
スの通気性材料で構成し、酸素・燃料混合ガスを
環状鞘体の開口端から供給すると共に、酸素含有
ガス又は燃料ガスのいずれか一方を分岐して管状
鞘体の外壁に供給してそれがミクロポーラスな管
状鞘体の外壁側から内壁側に浸透して二次酸素又
は二次燃料として燃焼反応に関与するようにすれ
ば管状鞘体内壁面における燃焼をコントロールす
る事ができる。第１図では酸素含有ガスを分岐し
て配管１９から管状鞘体外壁側空間１８へ導入す
る構造を示してある。弁２０を開いたまま調整弁
２１も調整すれば酸素含有ガスが分岐される。こ
の分岐管及び調整弁を燃料ガス送入管１０の方に
設ける事もできる。

また別法として管状鞘体をミクロポーラスの通
気性材料で構成すると共に、酸素含有ガス又は燃
料ガスのいずれか一方を管状鞘体の開口端から供
給し、他方を管状鞘体の外壁側に供給してそれが
ミクロポーラスな管状鞘体の内壁側へ浸透して管
状鞘体の内壁面で両者が合体して燃焼反応を行な
うようにすることも出来る。第１図の弁２０を閉
じ調整弁２１を開けば管状鞘体の開口端から燃料
ガス、管状鞘体の外壁側から内壁側へ酸素含有ガ
スが供給されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した一例における縦断面
図である。 １……水蒸気改質炉、２……管板、３……上部
室、４……下部室（燃焼加熱室）、５……反応管、
６……管状鞘体、７……環状空隙、８……下部支
持板、９……上部押え板、１０……燃料ガス送入
管、１０′……同分散ノズル、１１……酸素含有
ガス送入管、１１′……同分散ノズル、１２……
燃焼廃ガス出口管、１３……改質用原料ガス送入
管、１４……反応管触媒層、１５……反応管内
管、１６……ヘツダー、１７……導管、１８……
管状鞘体外壁側空間、１９……分岐配管、２０…
…弁、２１……調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼加熱室に複数個の反応管を設置した水蒸
   気改質炉において、内壁に酸化触媒層を設けた管
   状鞘体で各反応管を間に空隙が存在するようにし
   ておおい、酸素・燃料混合ガスが管状鞘体内壁と
   反応管外壁との間の環状空隙を通じて流れるよう
   にした構造を有する水蒸気改質炉。 ２ 管状鞘体をミクロポーラスの通気性材料で構
   成し、酸素・燃料混合ガスを管状鞘体の開口端か
   ら供給すると共に、酸素含有ガス又は燃料ガスの
   いずれか一方を分岐して管状鞘体の外壁側に供給
   して、それがミクロポーラスな管状鞘体の外壁側
   から内壁側へ浸透して、二次酸素又は二次燃料と
   して燃焼反応に関与するようにした構造を有する
   特許請求の範囲第１項の水蒸気改質炉。 ３ 管状鞘体をミクロポーラスの通気性材料で構
   成すると共に、酸素含有ガス又は燃料ガスのいず
   れか一方を管状鞘体の開口端から供給し、他方を
   管状鞘体の外壁側に供給してそれがミクロポーラ
   スな管状鞘体の内壁側へ浸透して管状鞘体の内壁
   面で両者が合体して燃焼反応を行なうようにした
   構造を有する特許請求の範囲第１項の水蒸気改質
   炉。