JPH0431243Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は倒立二重管式改質触媒反応管を有する
炭化水素の改質反応装置に係り、改質触媒層の充
填高さの低下を抑制して、炭化水素改質反応の効
率の向上をはかる改質反応装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の倒立二重管式反応管による炭化水素の水
蒸気改質触媒反応装置の構造の一例を第５図に示
す。図において、原料の炭化水素と水蒸気は、原
料供給ノズル１１より二重管式反応管１０に供給
され、上記反応管の外管１と反応管の内管３の間
に充填されている改質触媒層１４を通過するうち
に水素リツチの改質ガス２３となつて、改質ガス
出口ノズル１５により、系外に輸送される。そし
て、改質反応に必要な熱量は、燃料、空気供給ノ
ズル１６より供給され、予混合部１７で混合され
た燃料と空気の混合気を、燃料部１８で燃焼させ
ることにより得られる。この燃焼ガス２４の熱量
は、伝熱促進粒子２２が充填されている伝熱部１
９を下方に向かつて流れ、伝熱促進粒子２２によ
つて二重管式反応管１０への伝熱を促進すると共
に、上記反応管の均一加熱を達成し、その後燃焼
ガス出口ノズル２０より外部に排出される。

上述した、従来の倒立二重管式触媒反応管にお
いて、反応管の外管１と内管３の上端部、すなわ
ち改質ガス２３の流れが上向きから下向きに方向
を変える折り返し部が上端部にある二重管式反応
管１０を有する炭化水素の改質反応装置は、以下
に示す特徴がある。

(1) 二重管式反応管１０を加熱した後の燃焼ガス
出口ノズル２０が改質触媒反応管の下部に設け
られているため、伝熱部１９に充填された伝熱
促進粒子２２を低温部でサポートできるので、
伝熱促進粒子サポート２１に高価な耐熱性の材
料を用いなくてもよい。

(2) 炭化水素の改質触媒反応装置の起動、停止に
伴う二重管式反応管１０における反応管の外管
１および内管３の熱膨張収縮量が最も大きい上
記反応管の上端部が、改質触媒反応装置の最上
部にあるため、改質触媒層１４の反応管の伸縮
による触媒粒子の破砕もしくは詰まりを抑制す
ることができる。

〔考案が解決しようとする課題〕

上述した従来技術においては、炭化水素の改質
触媒反応装置の経時的運転に伴ない、改質触媒層
１４の充填レベルの低下については全く配慮され
ておらず、上記改質触媒層１４の充填レベルが低
下し、形成された空間の部分において反応管が異
常に過熱されるという問題があつた。

改質触媒層１４は、改質触媒反応装置が使用さ
れる前に反応管の外管１と内管３の間に充填され
るが、改質触媒の充填初期には改質触媒層１４が
最密状態になつていない。すなわち、上記反応装
置の起動停止をくり返しているうちに、反応管の
外管１および内管３の伸縮により、充填された改
質触媒が動き、改質触媒層１４の充填状態が密に
なつて締まつた状態となり、また反応管の外管１
および内管３の伸縮に伴ない改質触媒が破砕さ
れ、このため改質触媒層１４の充填レベルが低下
し、その空間部分において反応管が異常に過熱さ
れるという問題があつた。

第４図は従来の改質反応装置における改質触媒
充填初期の二重管式反応管１０の改質触媒層１４
の上端部を示す図であるが、改質反応装置の運転
の経過に伴い改質触媒層１４のレベルが低下し、
反応管の保護キヤツプ９よりも下のレベルに降下
すると、保護キヤツプ９近傍に生じる触媒の非充
填部（空間部）において、次に示す問題が生じ
る。

(1) 改質反応管内の充填触媒欠損のため反応管の
伝熱係数が低下し、その部分の反応管の管壁の
異常温度上昇が生じる。

(2) 触媒の非充填部では改質反応（吸熱反応）が
起こらないために吸熱量が低下し、反応管が過
熱される。

本考案の目的は、上記従来技術における問題点
を解消し、炭化水素の改質触媒反応装置の二重管
式反応管において、改質触媒層の充填レベルの低
下を抑制することができる構造の二重管式反応管
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本考案の課題は、炭化水素の改質触媒反応
装置に設ける倒立二重管式反応管の外管と内管の
上端部（改質ガスの流れが上向きから下向きに方
向転換する位置）において、反応管の内管部の外
径を部分的に細くして、外管上端部の内壁との間
に拡大した空隙部を形成させ、該空隙部に改質触
媒を充填し、予備触媒として貯留することによ
り、達成される。

〔作用〕

倒立二重管式反応管は改質触媒のSV（空間速
度）の確保と、上記反応管の内管と外管との間に
設ける改質触媒層の厚さを最適値に設定する必要
があり、通常の場合、内管の外径は外管の内径よ
りも40〜50mm小さいものが採用される。二重管式
反応管の外径は100mm〜300mmのものが用いられる
ため、反応管の内管の内部容積は、かなり大きい
空間部を有することになる。したがつて、倒立二
重管式反応管の上方の先端部で、反応管の内管の
外径を部分的に細くすることにより、従来、反応
管の内管の内部空間となつていた部分を、予備触
媒として補充する改質触媒の充填スペースとして
利用することができ、これにより経時的に改質触
媒充填層のレベルが低下しても、上記の予備触媒
層から触媒が補給され、改質触媒層のレベルが二
重管式反応管の保護キヤツプのレベル以下に低下
して、触媒が存在しない空隙部の形成を抑制する
ことができ、反応管上部における異常昇温の防止
と、炭化水素の改質触媒反応の効率の向上をはか
ることが可能となる。

〔実施例〕

以下に本考案の一実施例を挙げ、図面に基づい
て、さらに詳細に説明する。第１図は本考案の二
重管式反応管の先端部の構造の一例を示す断面図
である。図において、反応管の内管３の先端部は
レジユーサ４により反応管の内管３よりも細いパ
イプ６が接続され、この部分は改質触媒層７の充
填断面積を大きくし、この空間部分に予備の改質
触媒を充填して、予備改質触媒層８を形成したも
のである。

このように、反応管の内管３の先端部をレジユ
ーサ４、パイプ６により細くすることにより、反
応管の外管１の内壁と内管３の外壁との間に形成
される間隙は大きくなり、この間隙部に改質触媒
層７の部位よりも多くの予備の改質触媒を充填さ
せることにより、改質触媒層７の充填レベルが低
下しても、例えば第１図に示す例においては、単
位触媒層の高さ当りの予備改質触媒層８の触媒充
填量が改質触媒層７よりも２倍近く充填されてい
るため、改質触媒層７の充填レベルの低下は、従
来の1/2程度に抑制されることになる。つまり、
改質触媒層７の充填レベルの低下が極めて少なく
なる。第２図ａ，ｂ，ｃに本考案の二重管式反応
管内の改質触媒の充填状態を示す。

第２図ａは改質触媒反応装置の使用に先立つ
て、二重管式反応管１０内に改質触媒層７、およ
び予備改質触媒層８に相当する部分に触媒を充填
する方法を示すもので、触媒の充填作業は、二重
管式反応管１０の上端部を下向きにした状態で行
う。

次に、二重管式反応管１０の先端部を上にした
状態〔第２図ｂ〕で改質反応装置にセツトし、炭
化水素の改質触媒反応を行わせる。

炭化水素の改質触媒反応の継続に伴ない改質触
媒層７の充填レベルは低下するが、反応管の内管
３を絞つた部分の予備改質触媒層８を充填する断
面積は、反応管の内管３を絞つていない部分より
も大きくなるため、従来の反応管の内管３を絞ら
ない方式よりも触媒の充填量が多くなるため、改
質触媒層７の充填高さの低下を抑制することがで
きる。

したがつて、従来の方式では改質触媒反応装置
の運転の継続に伴ない、改質触媒層７の充填レベ
ルが反応管の保護キヤツプ９近傍の位置よりも下
になり反応管が過熱されるという問題が生じた
が、本考案では予備改質触媒層８から改質触媒層
７への触媒の補給が続く限りにおいて、改質触媒
層７の高さは、保護キヤツプ９近傍よりも常に上
位にあつて、反応管の過熱を防止することができ
る。

次に、本考案による他の実施例を第３図に示
す。二重管式反応管１０の反応管の内管３の先端
部には穴があけられたキヤツプ１２によつて反応
管の内管３の断面部を縮小した方式を示すもの
で、上記キヤツプ１２の穴部に細いパイプ６を接
続した構造である。反応管の外管１の内壁と、パ
イプ６で形成される空隙部に、予備触媒が充填さ
れ予備改質触媒層８となる。この実施例において
は、反応管の内管３にレジユーサ４を設けた本考
案の実施例（第１図）よりも、予備改質触媒層８
の触媒充填量は多くなる利点がある。

〔考案の効果〕

以上詳細に説明したごとく、本考案による倒立
二重管式改質触媒反応管は、反応管の上方先端部
における反応管の外管と内管との空隙部に、予備
改質触媒を充填し貯留することができるので、改
質反応装置の使用に伴なう改質触媒層の充填高さ
の低下を抑制することができ、常に改質触媒層の
充填高さが反応管の保護キヤツプ近傍よりも低下
することがないので、反応管の上端部における過
熱の発生がなく、高い改質触媒反応効率で長期に
わたつて炭化水素の改質触媒反応を継続させるこ
とができ、極めて信頼性の高い改質触媒反応装置
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例として例示した倒立二
重管式反応管の構造の一例を示す断面図、第２図
ａ，ｂ，ｃは第１図に示す反応管における改質触
媒の充填状態を示す説明図、第３図は本考案の他
の実施例として例示した倒立二重管式反応管の構
造を示す断面図、第４図は従来の倒立二重管式反
応管の構造を示す断面図、第５図は従来の炭化水
素の水蒸気改質触媒反応装置の構造を示す断面図
である。 １……反応管の外管、２……キヤツプ、３……
反応管の内管、４……レジユーサ、５……断熱
材、６……パイプ、７……改質触媒層、８……予
備改質触媒層、９……保護キヤツプ、１０……二
重管式反応管、１１……原料供給ノズル、１２…
…キヤツプ、１４……改質触媒層、１５……改質
ガス出口ノズル、１６……燃料、空気供給ノズ
ル、１７……予混合部、１８……燃焼部、１９…
…伝熱部、２０……燃焼ガス出口ノズル、２１…
…伝熱促進粒子サポート、２２……伝熱促進粒
子、２３……改質ガス、２４……燃焼ガス。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 縦方向に二重に配置した外管の内側と内管の外
   側とによつて形成される空隙部に、炭化水素の改
   質触媒を充填して改質触媒層を形成した二重管式
   反応管を有し、かつ改質する原料ガスを、上記改
   質触媒層の下方より供給し、改質反応を終えた改
   質ガスは上記反応管の外管上端部で折り返し、上
   記内管の内側を通つて下方向に流れる構造の倒立
   二重管式改質反応装置において、上記二重管式反
   応管の上端部における内管の外径寸法を小さくし
   て、上記外管上端部の内壁部との間に形成される
   空隙部を、予備の改質触媒充填部とした構造を有
   することを特徴とする改質反応装置。