JPH0421536B2 - - Google Patents
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- JPH0421536B2 JPH0421536B2 JP10623984A JP10623984A JPH0421536B2 JP H0421536 B2 JPH0421536 B2 JP H0421536B2 JP 10623984 A JP10623984 A JP 10623984A JP 10623984 A JP10623984 A JP 10623984A JP H0421536 B2 JPH0421536 B2 JP H0421536B2
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- reaction tube
- combustion
- reaction
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- fuel
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Description
（発明の利用分野）
本発明は、触媒燃焼式反応器に関し、特に触媒
燃焼法による炭化水素類の改質反応装置等のよう
な、吸熱反応ゾーンを有する反応器の反応効率の
向上と装置の小型化を可能にした触媒燃焼式反応
器に関するものである。 （発明の背景） 炭化水素の改質は、第１表に示すように炭化水
素（例えばナフサ）を750〜850℃、１〜10気圧で
触媒（例えば白金−アルミナ等）と接触させて熱
分解させるものである。
燃焼法による炭化水素類の改質反応装置等のよう
な、吸熱反応ゾーンを有する反応器の反応効率の
向上と装置の小型化を可能にした触媒燃焼式反応
器に関するものである。 （発明の背景） 炭化水素の改質は、第１表に示すように炭化水
素（例えばナフサ）を750〜850℃、１〜10気圧で
触媒（例えば白金−アルミナ等）と接触させて熱
分解させるものである。
【表】
このような炭化水素の分解反応は吸熱反応であ
り、出口ガス温度800℃、圧力2.2Kg／cm2ｇの操作
条件で、原料CH41Kg−mol／ｈ当り、
78000kcal／ｈの吸熱量が必要である。この熱量
は、第１図に示すように反応部の長手方向に均一
に吸収されるのではなく、ヒートフラツクスとし
て図示したように反応開始部に集中している。 第２図は、従来の炭化水素改質反応器の典型例
を示す断面図である。原料は原料ノズル１から上
部チヤンネル２へ入り、反応外管３を通つて反応
内管４を通つて出口ノズル５から器外へ排出され
る。この反応外管３と反応内管４とのすき間には
改質触媒６が充填されており、この層を原料が通
る間に反応熱を受け、反応が進行する。一方、反
応器底部には燃焼部８が形成され、該燃焼部８に
は予混合された必要な（熱バランス上）燃料と空
気が燃料ノズル７を通して供給され、ここで全量
が燃焼し、発熱する。生成した高温燃焼ガスは反
応外管３の外側を通り、内管４の原料に反応熱を
与え、燃焼ガス出口ノズル９から器外へ排出され
る。 第３図は、このような従来の反応器内の温度分
布を示すものであるが、燃料は底部燃焼部で全
量、燃焼するため原料ガス温度T1は顕熱加熱部
で燃焼ガスとなり、その燃焼ガス温度T3は1200
℃に達するが、対向流に流れる間に吸熱を与える
ため、徐々に温度が下がり、800℃以下となつて
器外へ出る。この燃焼ガス温度の低下勾配は反応
側吸熱に依存する。 しかしながら、このような従来の反応器では下
記のような欠点がある。 (1) 燃焼部で全量燃焼を行なうため、1200℃の高
温となり、燃焼触媒自身が熱劣化をきたす。 (2) 燃焼ガス温度T3が流れに従つて低下し、反
応ガスとの温度差が小さくなり、伝熱性能が低
下する。そのため、伝熱面積が大となり、装置
が大型化する。 (3) 吸熱量に見合つた燃焼コントロールが困難で
あり、反応効率（反応量／触媒量）が低い。 次に、第４図は従来の他の反応器の例を示すも
ので、空気ノズル１０を反応器の上部に、および
燃料ノズル１２を反応器の長手方向に多段に設
け、燃焼ガスを下部ノズル１３から排出するよう
にしたものである。燃焼用空気は空気ノズル１０
から反応管外側の燃焼触媒充填層１１へ全量が供
給される。一方、燃料は燃焼触媒充填層１１の長
手方向に多段（この場合は４段）に設けた燃料ノ
ズル１２から供給され、燃焼し、発熱する。燃焼
ガスは反応部へ熱を与え、燃焼ガスノズル１３か
ら器外へ出る。 第５図にこの反応器内の温度分布を示したが、
燃料の各段供給口で燃焼ガス温度が急激に上昇す
ることが分る。この装置は、前記第２図の装置に
較べ、伝熱性能および反応効率（前述の(2)、(3)）
の点では改良されているが、更に下記の欠点があ
る。 (1) 燃料分割供給点での局部的な燃焼が発生し、
燃焼触媒の局部的な熱劣化をきたす。 (2) 燃焼部での燃焼ガス温度の上下幅が大きく、
反応部への熱の供給がアンバランスとなり反応
効率の低下をきたす。 (3) (2)を解決するためには、燃焼ノズル１２を更
に多数設置することが必要となり、装置が大型
かつ複雑化する。 （発明の目的） 本発明の目的は、前述の従来技術の欠点をなく
し、反応効率の向上、伝熱性能の向上および燃焼
触媒の保護を可能とする触媒燃焼式反応器を提供
することにある。 （発明の概要） 本発明は、底部燃焼部と反応管廻りに燃焼部に
触媒燃焼部と分け、燃料の分流比率を予め選定
し、改質反応に必要な熱量を効果的に供給するこ
とを可能とすると共に、燃焼触媒の保護と反応伝
熱性能を向上するものである。 すなわち、本発明は、反応内管と反応外管から
なる反応管部と、該反応内管と反応外管の間に設
けられた触媒充填層と、反応外管の周囲に形成さ
れた反応管廻り燃焼部と、その下部に設けられた
底部燃焼部と、該反応管廻り燃焼部と該底部燃焼
部にそれぞれ燃料を供給する手段と、該底部燃焼
部に過剰の燃焼用空気を供給する手段と、原料を
前記反応管部に供給して反応させた後、生成ガス
を反応内管を通して器外へ排出する管路とを備
え、前記反応管廻り燃焼部は燃焼を多段に分割供
給する管路および各管路の流量制御弁を有し、か
つ燃料を底部燃焼部と反応管廻り燃焼部に予め定
められた分流比率で供給し、かつ反応管廻り燃焼
部の各段に供給される燃料は反応器の吸熱反応分
布に見合つた量となるように制御する燃料流量制
御装置を有することを特徴とする。 （発明の実施例） 第６図は、本発明の一実施例を示す触媒燃焼式
反応器の断面図である。図において、原料と水蒸
気は原料ノズル１４から上部チヤンネル１５へ入
り、反応外管１６を通り、次いで反応内管１７を
通つてヘツダー１８へ集合した後、出口ノズル１
９から器外へ出る。反応外管１６と反応内管１７
とのすき間には改質触媒２０が充填されており、
原料と水蒸気はこの改質触媒２０の層を通過する
間に反応熱を受け、第１表に示すようなガス組成
が得られる。一方、燃焼部は底部燃焼部２１と反
応管廻り燃焼部２２に分けられている。燃焼用空
気は、供給全燃料量に見合つた量が空気ノズル２
７から底部燃焼部２１へ全量供給される。燃料は
底部燃焼部２１と反応管廻り燃焼部２２に供給さ
れ、反応管廻り燃焼部は分岐量を通して更に分割
供給される。先ず底部燃焼部２１には予め設定さ
れた比率（20〜50％）で底部燃料ノズル２３から
燃料が供給される。この供給流量は流量制御弁２
４により自動調節される。底部燃焼部２１には燃
焼用空気が全量供給されて空気大過剰の条件で燃
焼し、燃料の燃焼による発熱は燃焼用空気の顕熱
加熱に費やされるため、燃焼温度を好適な温度に
保つことができる。また残りの燃料（50〜80％）
は、反応管廻り燃焼部２２〜３〜６ケ所の任意の
個所に分割供給される。この分割供給の割合は、
吸熱ゾーンの分布に合わせて予め設定しておき、
この設定地値になるように、流量制御弁２５ａ，
２５ｂ，２５ｃによつて調節される。更に、この
流量制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、負荷変
動、操作条件変動および原料変動に備え、生成ガ
ス流体温度を測定し、この測定値に応じてマイク
ロコンピユーター２６により、予めプログラミン
グされた条件に合わせて各々の流量比率を算出
し、制御することにより安定かつ効率的な燃焼を
行なうことができる。更に、反応管廻り燃焼部２
２において、燃料供給口部での燃焼熱も、燃焼ガ
スの顕熱の上昇に費やされるため、異常な高温と
なることはない。 第７図は、第６図の反応器を用いて改質を行つ
たときの温度パターンを示す図であるが、従来技
術に較べ、異常の高温ゾーンはなく、かつ燃焼ガ
スと反応ガスとの温度差（T3−T1）も大きく、
吸熱ゾーンへの熱の供給も最大限に供給できるこ
とが分る。また、ヒートフラツクス温度分布
（T2）に沿つた燃焼ガス温度分布T3が得られてお
り、改質反応器として最適なものであることが分
る。 本発明は、炭化水素の改質反応器のみならず、
吸熱反応分布を有する反応に用いる種々の反応器
にも同時に適用することができる。 （発明の効果） 本発明によれば、下記の優れた効果が得られ
る。 (1) 高温燃焼部がなくなるので、燃焼触媒の熱劣
化の心配がなくなる。 (2) 燃焼ガスは反応ガスの温度差が大きいため、
伝熱性能が向上し、装置を小形化することがで
きる。 (3) 吸熱反応部へ効果的に反応熱を供給すること
ができ、反応効率（反応量／触媒量）が向上す
る。 (4) 燃料分割流量制御によつてゾーンコントロー
ルが可能となり、生成ガス組成変動がない安定
した反応制御が可能である。
り、出口ガス温度800℃、圧力2.2Kg／cm2ｇの操作
条件で、原料CH41Kg−mol／ｈ当り、
78000kcal／ｈの吸熱量が必要である。この熱量
は、第１図に示すように反応部の長手方向に均一
に吸収されるのではなく、ヒートフラツクスとし
て図示したように反応開始部に集中している。 第２図は、従来の炭化水素改質反応器の典型例
を示す断面図である。原料は原料ノズル１から上
部チヤンネル２へ入り、反応外管３を通つて反応
内管４を通つて出口ノズル５から器外へ排出され
る。この反応外管３と反応内管４とのすき間には
改質触媒６が充填されており、この層を原料が通
る間に反応熱を受け、反応が進行する。一方、反
応器底部には燃焼部８が形成され、該燃焼部８に
は予混合された必要な（熱バランス上）燃料と空
気が燃料ノズル７を通して供給され、ここで全量
が燃焼し、発熱する。生成した高温燃焼ガスは反
応外管３の外側を通り、内管４の原料に反応熱を
与え、燃焼ガス出口ノズル９から器外へ排出され
る。 第３図は、このような従来の反応器内の温度分
布を示すものであるが、燃料は底部燃焼部で全
量、燃焼するため原料ガス温度T1は顕熱加熱部
で燃焼ガスとなり、その燃焼ガス温度T3は1200
℃に達するが、対向流に流れる間に吸熱を与える
ため、徐々に温度が下がり、800℃以下となつて
器外へ出る。この燃焼ガス温度の低下勾配は反応
側吸熱に依存する。 しかしながら、このような従来の反応器では下
記のような欠点がある。 (1) 燃焼部で全量燃焼を行なうため、1200℃の高
温となり、燃焼触媒自身が熱劣化をきたす。 (2) 燃焼ガス温度T3が流れに従つて低下し、反
応ガスとの温度差が小さくなり、伝熱性能が低
下する。そのため、伝熱面積が大となり、装置
が大型化する。 (3) 吸熱量に見合つた燃焼コントロールが困難で
あり、反応効率（反応量／触媒量）が低い。 次に、第４図は従来の他の反応器の例を示すも
ので、空気ノズル１０を反応器の上部に、および
燃料ノズル１２を反応器の長手方向に多段に設
け、燃焼ガスを下部ノズル１３から排出するよう
にしたものである。燃焼用空気は空気ノズル１０
から反応管外側の燃焼触媒充填層１１へ全量が供
給される。一方、燃料は燃焼触媒充填層１１の長
手方向に多段（この場合は４段）に設けた燃料ノ
ズル１２から供給され、燃焼し、発熱する。燃焼
ガスは反応部へ熱を与え、燃焼ガスノズル１３か
ら器外へ出る。 第５図にこの反応器内の温度分布を示したが、
燃料の各段供給口で燃焼ガス温度が急激に上昇す
ることが分る。この装置は、前記第２図の装置に
較べ、伝熱性能および反応効率（前述の(2)、(3)）
の点では改良されているが、更に下記の欠点があ
る。 (1) 燃料分割供給点での局部的な燃焼が発生し、
燃焼触媒の局部的な熱劣化をきたす。 (2) 燃焼部での燃焼ガス温度の上下幅が大きく、
反応部への熱の供給がアンバランスとなり反応
効率の低下をきたす。 (3) (2)を解決するためには、燃焼ノズル１２を更
に多数設置することが必要となり、装置が大型
かつ複雑化する。 （発明の目的） 本発明の目的は、前述の従来技術の欠点をなく
し、反応効率の向上、伝熱性能の向上および燃焼
触媒の保護を可能とする触媒燃焼式反応器を提供
することにある。 （発明の概要） 本発明は、底部燃焼部と反応管廻りに燃焼部に
触媒燃焼部と分け、燃料の分流比率を予め選定
し、改質反応に必要な熱量を効果的に供給するこ
とを可能とすると共に、燃焼触媒の保護と反応伝
熱性能を向上するものである。 すなわち、本発明は、反応内管と反応外管から
なる反応管部と、該反応内管と反応外管の間に設
けられた触媒充填層と、反応外管の周囲に形成さ
れた反応管廻り燃焼部と、その下部に設けられた
底部燃焼部と、該反応管廻り燃焼部と該底部燃焼
部にそれぞれ燃料を供給する手段と、該底部燃焼
部に過剰の燃焼用空気を供給する手段と、原料を
前記反応管部に供給して反応させた後、生成ガス
を反応内管を通して器外へ排出する管路とを備
え、前記反応管廻り燃焼部は燃焼を多段に分割供
給する管路および各管路の流量制御弁を有し、か
つ燃料を底部燃焼部と反応管廻り燃焼部に予め定
められた分流比率で供給し、かつ反応管廻り燃焼
部の各段に供給される燃料は反応器の吸熱反応分
布に見合つた量となるように制御する燃料流量制
御装置を有することを特徴とする。 （発明の実施例） 第６図は、本発明の一実施例を示す触媒燃焼式
反応器の断面図である。図において、原料と水蒸
気は原料ノズル１４から上部チヤンネル１５へ入
り、反応外管１６を通り、次いで反応内管１７を
通つてヘツダー１８へ集合した後、出口ノズル１
９から器外へ出る。反応外管１６と反応内管１７
とのすき間には改質触媒２０が充填されており、
原料と水蒸気はこの改質触媒２０の層を通過する
間に反応熱を受け、第１表に示すようなガス組成
が得られる。一方、燃焼部は底部燃焼部２１と反
応管廻り燃焼部２２に分けられている。燃焼用空
気は、供給全燃料量に見合つた量が空気ノズル２
７から底部燃焼部２１へ全量供給される。燃料は
底部燃焼部２１と反応管廻り燃焼部２２に供給さ
れ、反応管廻り燃焼部は分岐量を通して更に分割
供給される。先ず底部燃焼部２１には予め設定さ
れた比率（20〜50％）で底部燃料ノズル２３から
燃料が供給される。この供給流量は流量制御弁２
４により自動調節される。底部燃焼部２１には燃
焼用空気が全量供給されて空気大過剰の条件で燃
焼し、燃料の燃焼による発熱は燃焼用空気の顕熱
加熱に費やされるため、燃焼温度を好適な温度に
保つことができる。また残りの燃料（50〜80％）
は、反応管廻り燃焼部２２〜３〜６ケ所の任意の
個所に分割供給される。この分割供給の割合は、
吸熱ゾーンの分布に合わせて予め設定しておき、
この設定地値になるように、流量制御弁２５ａ，
２５ｂ，２５ｃによつて調節される。更に、この
流量制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、負荷変
動、操作条件変動および原料変動に備え、生成ガ
ス流体温度を測定し、この測定値に応じてマイク
ロコンピユーター２６により、予めプログラミン
グされた条件に合わせて各々の流量比率を算出
し、制御することにより安定かつ効率的な燃焼を
行なうことができる。更に、反応管廻り燃焼部２
２において、燃料供給口部での燃焼熱も、燃焼ガ
スの顕熱の上昇に費やされるため、異常な高温と
なることはない。 第７図は、第６図の反応器を用いて改質を行つ
たときの温度パターンを示す図であるが、従来技
術に較べ、異常の高温ゾーンはなく、かつ燃焼ガ
スと反応ガスとの温度差（T3−T1）も大きく、
吸熱ゾーンへの熱の供給も最大限に供給できるこ
とが分る。また、ヒートフラツクス温度分布
（T2）に沿つた燃焼ガス温度分布T3が得られてお
り、改質反応器として最適なものであることが分
る。 本発明は、炭化水素の改質反応器のみならず、
吸熱反応分布を有する反応に用いる種々の反応器
にも同時に適用することができる。 （発明の効果） 本発明によれば、下記の優れた効果が得られ
る。 (1) 高温燃焼部がなくなるので、燃焼触媒の熱劣
化の心配がなくなる。 (2) 燃焼ガスは反応ガスの温度差が大きいため、
伝熱性能が向上し、装置を小形化することがで
きる。 (3) 吸熱反応部へ効果的に反応熱を供給すること
ができ、反応効率（反応量／触媒量）が向上す
る。 (4) 燃料分割流量制御によつてゾーンコントロー
ルが可能となり、生成ガス組成変動がない安定
した反応制御が可能である。
第１図は、通常の反応ガス温度パターンとヒー
トフラツクスを示す図、第２図は、従来の反応器
の一例を示す説明図、第３図は、従来の反応器に
おける温度パターンを示す図、第４図は、従来の
反応器の他の例を示す説明図、第５図は、従来の
反応器における温度パターンを示す図、第６図
は、本発明の一実施例を示す反応器の説明図、第
７図は、本発明の反応器における温度パターンの
一例を示す図である。 １４……原料ノズル、１５……上部チヤンネ
ル、１６……反応外管、１７……反応内管、１８
……ヘツダー、１９……出口ノズル、２０……改
質触媒、２１……底部燃焼部、２２……反応管廻
り燃焼部、２３……底部燃料ノズル、２４……底
部流量制御弁、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ……分割
流量制御弁、２６……マイコン。
トフラツクスを示す図、第２図は、従来の反応器
の一例を示す説明図、第３図は、従来の反応器に
おける温度パターンを示す図、第４図は、従来の
反応器の他の例を示す説明図、第５図は、従来の
反応器における温度パターンを示す図、第６図
は、本発明の一実施例を示す反応器の説明図、第
７図は、本発明の反応器における温度パターンの
一例を示す図である。 １４……原料ノズル、１５……上部チヤンネ
ル、１６……反応外管、１７……反応内管、１８
……ヘツダー、１９……出口ノズル、２０……改
質触媒、２１……底部燃焼部、２２……反応管廻
り燃焼部、２３……底部燃料ノズル、２４……底
部流量制御弁、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ……分割
流量制御弁、２６……マイコン。
Claims (1)
- １ 反応内管と反応外管からなる反応管部と、該
反応内管と反応外管の間に設けられた触媒充填層
と、反応外管の周囲に形成された反応管廻り燃焼
部と、その下部に設けられた底部燃焼部と、該反
応管廻り燃焼部と該底部燃焼部にそれぞれ燃料を
供給する手段と、該底部燃焼部に過剰の燃焼用空
気を供給する手段と、原料を前記反応管部に供給
して反応させた後、生成ガスを反応内管を通して
器外へ排出する管路とを備え、前記反応管廻り燃
焼部は燃焼を多段に分割供給する管路および各管
路の流量制御弁を有し、かつ燃料を底部燃焼部と
反応管廻り燃焼部に予め定められた分流比率で供
給し、かつ反応管廻り燃焼部の各段に供給される
燃料は反応器の吸熱反応分布に見合つた量となる
ように制御する燃料流量制御装置を有することを
特徴とする触媒燃焼式反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10623984A JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10623984A JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60248230A JPS60248230A (ja) | 1985-12-07 |
| JPH0421536B2 true JPH0421536B2 (ja) | 1992-04-10 |
Family
ID=14428562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10623984A Granted JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60248230A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008094228A1 (en) | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Brown David P | Method and apparatus for continuous or batch optical fiber preform and optical fiber production |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1984
- 1984-05-25 JP JP10623984A patent/JPS60248230A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60248230A (ja) | 1985-12-07 |
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