JPH04693B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH04693B2 JPH04693B2 JP22505387A JP22505387A JPH04693B2 JP H04693 B2 JPH04693 B2 JP H04693B2 JP 22505387 A JP22505387 A JP 22505387A JP 22505387 A JP22505387 A JP 22505387A JP H04693 B2 JPH04693 B2 JP H04693B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- catalyst layer
- heat pipe
- pipe
- raw material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- 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
- B01J8/067—Heating or cooling the reactor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は外管内に触媒が充填され環状を成し
外管内に導入された原料ガスが通る触媒層を有
し、触媒層を通つたガスを系外に排出する反応装
置に関するものである。
外管内に導入された原料ガスが通る触媒層を有
し、触媒層を通つたガスを系外に排出する反応装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
第３図は従来装置、例えば特開昭58−151438号
公報に示されたものであり、図において、１は反
応管、２は外管であり、一端面に触媒３を取り入
れる取入口２ａを有しており、他端側にエンドキ
ヤツプ４が接続されている。５は原料ガスを外管
２内に導入する導入管、６は外管２内に外管２と
同芯円状に配置された内管であり、内管６のガス
流と外管２のガス流とは一方の端部で連通してい
る。即ちエンドキヤツプ４部で連通している。７
は外管２と内管６との間に形成される環状空間部
に触媒３が充填されて形成された触媒層、８は触
媒３を支持する受け皿、９は内管６の他方の端部
に接続され、内管６内を流れる反応ガスを反応管
１外に導出する導出管であり、これら２〜９によ
り二重管構造の反応管１が構成されている。
公報に示されたものであり、図において、１は反
応管、２は外管であり、一端面に触媒３を取り入
れる取入口２ａを有しており、他端側にエンドキ
ヤツプ４が接続されている。５は原料ガスを外管
２内に導入する導入管、６は外管２内に外管２と
同芯円状に配置された内管であり、内管６のガス
流と外管２のガス流とは一方の端部で連通してい
る。即ちエンドキヤツプ４部で連通している。７
は外管２と内管６との間に形成される環状空間部
に触媒３が充填されて形成された触媒層、８は触
媒３を支持する受け皿、９は内管６の他方の端部
に接続され、内管６内を流れる反応ガスを反応管
１外に導出する導出管であり、これら２〜９によ
り二重管構造の反応管１が構成されている。
次に動作について説明する。説明の便宜上、例
えば水蒸気改質反応装置を例に説明する。原料ガ
スである炭化水素とスチームは、例えば450℃程
度に予熱された後、導入管５より外管２内に導入
され、外管２と内管６との間に形成された触媒層
７内の触媒３と接触する。ここで、原料ガスは水
蒸気改質反応を生じ、H2，CO，CO2等の混合ガ
ス（改質ガス）となる。水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、この熱量を補償するため、燃焼ガスに
よつて外管２の外部を加熱する。又、水蒸気改質
反応は高温程水素ガス成分が多くなるため、通常
の水素製造プラントでは、触媒層７出口の改質ガ
ス温度（反応温度）として、例えば800℃程度が
採用されている。燃焼ガスの加熱は、この改質ガ
ス温度の上昇にも使用されている。反応の終了し
た高温の改質ガスは、受け皿８の複数個の小孔
（図示せず）を通過し、エンドキヤツプ４にて流
れを反転し、内管６を通つて高温のまま導出管９
から反応管１の外に、即ち、系外に導出される。
えば水蒸気改質反応装置を例に説明する。原料ガ
スである炭化水素とスチームは、例えば450℃程
度に予熱された後、導入管５より外管２内に導入
され、外管２と内管６との間に形成された触媒層
７内の触媒３と接触する。ここで、原料ガスは水
蒸気改質反応を生じ、H2，CO，CO2等の混合ガ
ス（改質ガス）となる。水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、この熱量を補償するため、燃焼ガスに
よつて外管２の外部を加熱する。又、水蒸気改質
反応は高温程水素ガス成分が多くなるため、通常
の水素製造プラントでは、触媒層７出口の改質ガ
ス温度（反応温度）として、例えば800℃程度が
採用されている。燃焼ガスの加熱は、この改質ガ
ス温度の上昇にも使用されている。反応の終了し
た高温の改質ガスは、受け皿８の複数個の小孔
（図示せず）を通過し、エンドキヤツプ４にて流
れを反転し、内管６を通つて高温のまま導出管９
から反応管１の外に、即ち、系外に導出される。
従来の反応装置は以上のように構成されてお
り、内管６内の改質ガスと内管６の管壁との熱伝
達率を向上させるため、内管６を小口径として改
質ガスの流速を上げると伝熱面積が少なくなり、
逆に、伝熱面積を大きくすると内管６内の改質ガ
スの流速が低下し熱伝導率が低下する。従つて、
エンドキヤツプ４部での800℃程度の改質ガスが、
高温のまま系外に排出されるという熱的な無駄が
あるという問題点があつた。
り、内管６内の改質ガスと内管６の管壁との熱伝
達率を向上させるため、内管６を小口径として改
質ガスの流速を上げると伝熱面積が少なくなり、
逆に、伝熱面積を大きくすると内管６内の改質ガ
スの流速が低下し熱伝導率が低下する。従つて、
エンドキヤツプ４部での800℃程度の改質ガスが、
高温のまま系外に排出されるという熱的な無駄が
あるという問題点があつた。
この発明における反応装置は内管内を通る高温
ガスの顕熱を無駄に捨てることなく、有効に利用
する反応装置を得ることを目的とする。
ガスの顕熱を無駄に捨てることなく、有効に利用
する反応装置を得ることを目的とする。
この発明に係る反応装置は、吸熱部が触媒層を
通つたガス流中に配設され、放熱部が触媒層の原
料ガス導入側に配設され、内部に作動液体が封入
されたヒートパイプを設けたものである。
通つたガス流中に配設され、放熱部が触媒層の原
料ガス導入側に配設され、内部に作動液体が封入
されたヒートパイプを設けたものである。
この発明における反応装置は、触媒層を通つた
高温ガス顕熱がヒートパイプの吸熱部に吸収さ
れ、その熱はヒートパイプの放熱部に輸送され、
放熱部を通して触媒層の原料ガス導入側に放熱さ
れる。
高温ガス顕熱がヒートパイプの吸熱部に吸収さ
れ、その熱はヒートパイプの放熱部に輸送され、
放熱部を通して触媒層の原料ガス導入側に放熱さ
れる。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図において、１〜５，７〜９は上述した
従来装置の構成と同様である。１０は触媒層７の
内周側に配設され、吸熱部１０ａが触媒層７を通
つた高温のガス流中に配設、即ち、エンドキヤツ
プ４側に配設され、放熱部１０ｂが触媒層７の原
料ガス導入側に配設され、内部にセシウム、カリ
ウム、ナトリウム等の作動液体１１が封入された
環状のヒートパイプであり、このヒートパイプ１
０の放熱部１０ｂ端に導出管９が取り付けられ
る。即ち、従来の内管６を省略し、ヒートパイプ
１０に内管６の機能を持たせている。１２はヒー
トパイプ１０と触媒層７との間に配設された触媒
保持管、１３はヒートパイプ１０の吸熱部１０ａ
を除く内周面に配設された例えば酸化アルミナ系
からなる断熱材、１４はヒートパイプ１０の放熱
部１０ｂの外周に配設された例えばSUS（ステン
レス）材からなる熱伝導部材、１５はヒートパイ
プ１０の放熱部１０ｂを除く外周に配設された例
えば酸化アルミナ系からなる断熱材である。
る。第１図において、１〜５，７〜９は上述した
従来装置の構成と同様である。１０は触媒層７の
内周側に配設され、吸熱部１０ａが触媒層７を通
つた高温のガス流中に配設、即ち、エンドキヤツ
プ４側に配設され、放熱部１０ｂが触媒層７の原
料ガス導入側に配設され、内部にセシウム、カリ
ウム、ナトリウム等の作動液体１１が封入された
環状のヒートパイプであり、このヒートパイプ１
０の放熱部１０ｂ端に導出管９が取り付けられ
る。即ち、従来の内管６を省略し、ヒートパイプ
１０に内管６の機能を持たせている。１２はヒー
トパイプ１０と触媒層７との間に配設された触媒
保持管、１３はヒートパイプ１０の吸熱部１０ａ
を除く内周面に配設された例えば酸化アルミナ系
からなる断熱材、１４はヒートパイプ１０の放熱
部１０ｂの外周に配設された例えばSUS（ステン
レス）材からなる熱伝導部材、１５はヒートパイ
プ１０の放熱部１０ｂを除く外周に配設された例
えば酸化アルミナ系からなる断熱材である。
次に動作について説明する。原料ガスである炭
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱さ
れた後、従来と同様に導入管５より外管２内に導
入され、触媒層７内で触媒３と接触し、水蒸気改
質反応を生じる。反応の終了した高温の改質ガス
は、受け皿８の複数個の小孔（図示せず）を通過
し、エンドキヤツプ４にて流れを反転し、ヒート
パイプ１０の内周空間を通つて導出管９から系外
に排出される。ところで、触媒層７を通つた高温
の改質ガスはヒートパイプ１０の吸熱部１０ｂと
熱接触し、その高温の改質ガスの顕熱はヒートパ
イプ１０の吸熱部１０ａに吸収される。即ち、ヒ
ートパイプ１０の吸熱部１０ａを加熱し、この加
熱によりヒートパイプ１０内部に封入された作動
液体１１も加熱され、高温の改質ガスの顕熱を蒸
発潜熱として奪い蒸気化し、ヒートパイプ１０の
放熱部１０ｂへその内部で移動する。ヒートパイ
プ１０の放熱部１０ｂへ移動した作動液体１１の
蒸気は熱伝導部材１４、触媒保持管１２を介して
触媒層７に導入した原料ガス中に放熱され、原料
ガス若しくは改質ガスの昇温ないしは反応熱を補
償する。このとき作動液体１１の蒸気は凝縮して
液化する。凝縮して液化した作動液体１１はヒー
トパイプ１０の吸熱部１０ａへその内部で移動し
て戻る。このようにして、ヒートパイプ１０内の
作動液体１１の蒸気化、液化の繰り返しにより触
媒層７を通つた高温の改質ガスの顕熱をヒートパ
イプ１０の吸熱部１０ａによつて有効に吸収し、
この熱をヒートパイプ１０の放熱部１０ｂに輸送
し、特に反応が大きく吸熱量の大きい触媒層７の
原料ガス導入部に放熱して熱伝達することもで
き、有効な反応特性を得ることができる。有効に
利用された後の改質ガスはヒートパイプ１０の内
周空間、導出管９を通して系外に排出される。こ
れに伴い装置の小形化や補助燃料費の削減が可能
となる。
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱さ
れた後、従来と同様に導入管５より外管２内に導
入され、触媒層７内で触媒３と接触し、水蒸気改
質反応を生じる。反応の終了した高温の改質ガス
は、受け皿８の複数個の小孔（図示せず）を通過
し、エンドキヤツプ４にて流れを反転し、ヒート
パイプ１０の内周空間を通つて導出管９から系外
に排出される。ところで、触媒層７を通つた高温
の改質ガスはヒートパイプ１０の吸熱部１０ｂと
熱接触し、その高温の改質ガスの顕熱はヒートパ
イプ１０の吸熱部１０ａに吸収される。即ち、ヒ
ートパイプ１０の吸熱部１０ａを加熱し、この加
熱によりヒートパイプ１０内部に封入された作動
液体１１も加熱され、高温の改質ガスの顕熱を蒸
発潜熱として奪い蒸気化し、ヒートパイプ１０の
放熱部１０ｂへその内部で移動する。ヒートパイ
プ１０の放熱部１０ｂへ移動した作動液体１１の
蒸気は熱伝導部材１４、触媒保持管１２を介して
触媒層７に導入した原料ガス中に放熱され、原料
ガス若しくは改質ガスの昇温ないしは反応熱を補
償する。このとき作動液体１１の蒸気は凝縮して
液化する。凝縮して液化した作動液体１１はヒー
トパイプ１０の吸熱部１０ａへその内部で移動し
て戻る。このようにして、ヒートパイプ１０内の
作動液体１１の蒸気化、液化の繰り返しにより触
媒層７を通つた高温の改質ガスの顕熱をヒートパ
イプ１０の吸熱部１０ａによつて有効に吸収し、
この熱をヒートパイプ１０の放熱部１０ｂに輸送
し、特に反応が大きく吸熱量の大きい触媒層７の
原料ガス導入部に放熱して熱伝達することもで
き、有効な反応特性を得ることができる。有効に
利用された後の改質ガスはヒートパイプ１０の内
周空間、導出管９を通して系外に排出される。こ
れに伴い装置の小形化や補助燃料費の削減が可能
となる。
又、第２図は他の実施例を示し、ヒートパイプ
１０の吸熱部１０ａの内周面に伝熱フインからな
る熱促進部材１６を設け、ヒートパイプ１０の吸
熱部１０ａの吸熱効果をさらに高め、高温の改質
ガスの顕熱の有効利用をさらに高めたものであ
る。熱促進部材１６としては、伝熱フイン以外の
ものでもよく、例えばプレートバツフル板等のジ
ヤマ板とし、そのジヤマ板による乱流熱伝達を利
用するようにしても同様の効果を奏する。又、熱
促進部材１６としてはこれら実施例に限定される
ものではない。
１０の吸熱部１０ａの内周面に伝熱フインからな
る熱促進部材１６を設け、ヒートパイプ１０の吸
熱部１０ａの吸熱効果をさらに高め、高温の改質
ガスの顕熱の有効利用をさらに高めたものであ
る。熱促進部材１６としては、伝熱フイン以外の
ものでもよく、例えばプレートバツフル板等のジ
ヤマ板とし、そのジヤマ板による乱流熱伝達を利
用するようにしても同様の効果を奏する。又、熱
促進部材１６としてはこれら実施例に限定される
ものではない。
又、上記各実施例では触媒保持管１２を設けた
場合について述べたが、必ずしも触媒保持管１２
を設ける必要はない。
場合について述べたが、必ずしも触媒保持管１２
を設ける必要はない。
又、図示はしないがさらに別の発明の実施例と
して、第１図における触媒保持管１２、断熱材１
３，１５、さらには熱伝達部材１４を省略した構
造とすることも考えられ、触媒層７を通つた高温
の改質ガスの顕熱の有効利用は上述した各実施例
と同様の効果を奏する。さらに、この実施例にお
いては触媒層７内の温度差を小さくすることがで
きる。
して、第１図における触媒保持管１２、断熱材１
３，１５、さらには熱伝達部材１４を省略した構
造とすることも考えられ、触媒層７を通つた高温
の改質ガスの顕熱の有効利用は上述した各実施例
と同様の効果を奏する。さらに、この実施例にお
いては触媒層７内の温度差を小さくすることがで
きる。
又、上記実施例ではヒートパイプ１０が環状か
らなる場合について述べたが、円周方向に複数の
筒状に分割して配置してもよい。
らなる場合について述べたが、円周方向に複数の
筒状に分割して配置してもよい。
この発明は以上説明した通り、触媒層の内周側
に配設され、吸熱部が触媒層を通つたガス流中に
配設され、放熱部が触媒層の原料ガス導入側に配
設され、内部に作動液体が封入されたヒートパイ
プを設け、触媒層を通つた高温ガスの顕熱をヒー
トパイプの吸熱部で吸収してヒートパイプの放熱
部に熱輸送し、ヒートパイプの放熱部を通して触
媒層の原料導入側に放熱するようにしたので、触
媒層を通つた高温ガスの顕熱を無駄に捨てること
なく有効に利用することができる。
に配設され、吸熱部が触媒層を通つたガス流中に
配設され、放熱部が触媒層の原料ガス導入側に配
設され、内部に作動液体が封入されたヒートパイ
プを設け、触媒層を通つた高温ガスの顕熱をヒー
トパイプの吸熱部で吸収してヒートパイプの放熱
部に熱輸送し、ヒートパイプの放熱部を通して触
媒層の原料導入側に放熱するようにしたので、触
媒層を通つた高温ガスの顕熱を無駄に捨てること
なく有効に利用することができる。
第１図はこの発明の一実施例による反応装置を
示す断面図、第２図はこの発明の他の実施例によ
る反応装置を示す断面図、第３図は従来の反応装
置を示す断面図である。 図において、２は外管、３は触媒、７は触媒
層、１０はヒートパイプ、１０ａは吸熱部、１０
ｂは放熱部である。尚、図中同一符号は同一又は
相当部分を示す。
示す断面図、第２図はこの発明の他の実施例によ
る反応装置を示す断面図、第３図は従来の反応装
置を示す断面図である。 図において、２は外管、３は触媒、７は触媒
層、１０はヒートパイプ、１０ａは吸熱部、１０
ｂは放熱部である。尚、図中同一符号は同一又は
相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 外管内に触媒が充填され環状を成し上記外管
内に導入された原料ガスが通る触媒層と、上記触
媒層の内周側に配設され、吸熱部が上記触媒層を
通つたガス流中に配設され、放熱部が上記触媒層
の原料ガス導入側に配設され、内部に作動液体が
封入されたヒートパイプとを備えたことを特徴と
する反応装置。 ２ 外管内に触媒が充填され環状を成し上記外管
内に導入された原料ガスが通る触媒層と、上記触
媒層の内周側に配設され、吸熱部が上記触媒層を
通つたガス流中に配設され、放熱部が上記触媒層
の原料ガス導入側に配設され、内部に作動液体が
封入された環状のヒートパイプと、上記ヒートパ
イプの内周側に配設された断熱材と、上記ヒート
パイプの放熱部外周に配設された熱伝導部材と、
上記ヒートパイプの放熱部を除く外周に配設され
た断熱材とを備えたことを特徴とする反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22505387A JPS6467245A (en) | 1987-09-08 | 1987-09-08 | Reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22505387A JPS6467245A (en) | 1987-09-08 | 1987-09-08 | Reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6467245A JPS6467245A (en) | 1989-03-13 |
| JPH04693B2 true JPH04693B2 (ja) | 1992-01-08 |
Family
ID=16823301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22505387A Granted JPS6467245A (en) | 1987-09-08 | 1987-09-08 | Reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6467245A (ja) |
-
1987
- 1987-09-08 JP JP22505387A patent/JPS6467245A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6467245A (en) | 1989-03-13 |
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