JPH061601A - 化学反応装置 - Google Patents
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- JPH061601A JPH061601A JP4160710A JP16071092A JPH061601A JP H061601 A JPH061601 A JP H061601A JP 4160710 A JP4160710 A JP 4160710A JP 16071092 A JP16071092 A JP 16071092A JP H061601 A JPH061601 A JP H061601A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
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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
- B01J8/04—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 the fluid passing successively through two or more beds
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、これらの複雑な燃料改質系の
機器及び配管を一体化することにより、単純でコンパク
トかつ高効率な化学反応装置を提供するにある。 【構成】本発明の化学反応装置は、水蒸気改質反応に必
要な燃焼反応部を中心に設け、その両側に該燃焼反応部
と区切り用の平板を介して熱交換する脱硫反応部／改質
反応部、並びにその後流に脱硫反応部／改質反応部と区
切り板を介して熱交換するＣＯ変成反応部とを一体化し
て設け、且つ最も外側に冷却部を設けるようになしたも
のである。 【効果】この構成であると改質器，ＣＯ変成器，脱硫
器，熱バランスをとるための熱交換器など個々の機能を
持つ機器を一つの機器内に収めることができ、単純でコ
ンパクトな燃料改質器を構築することが可能となり、ま
た燃焼部と各反応部相互間で区切り版を介して直接熱交
換を行わせ、全体の熱効率が向上する。
機器及び配管を一体化することにより、単純でコンパク
トかつ高効率な化学反応装置を提供するにある。 【構成】本発明の化学反応装置は、水蒸気改質反応に必
要な燃焼反応部を中心に設け、その両側に該燃焼反応部
と区切り用の平板を介して熱交換する脱硫反応部／改質
反応部、並びにその後流に脱硫反応部／改質反応部と区
切り板を介して熱交換するＣＯ変成反応部とを一体化し
て設け、且つ最も外側に冷却部を設けるようになしたも
のである。 【効果】この構成であると改質器，ＣＯ変成器，脱硫
器，熱バランスをとるための熱交換器など個々の機能を
持つ機器を一つの機器内に収めることができ、単純でコ
ンパクトな燃料改質器を構築することが可能となり、ま
た燃焼部と各反応部相互間で区切り版を介して直接熱交
換を行わせ、全体の熱効率が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば燃料電池シス
テムや水素製造装置などに使用される化学反応装置に関
するものである。
テムや水素製造装置などに使用される化学反応装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般に採用されているこの種反応装
置の例を図２に基づいて説明する。
置の例を図２に基づいて説明する。
【０００３】尚図中太い実線は原料ガス経路及び反応ガ
スの経路，破線は空気及び排ガスの経路，一点鎖線は冷
却水の経路，二点鎖線は水蒸気の経路，細い実線は燃焼
用ガスの経路を示している。
スの経路，破線は空気及び排ガスの経路，一点鎖線は冷
却水の経路，二点鎖線は水蒸気の経路，細い実線は燃焼
用ガスの経路を示している。
【０００４】図において、１は燃料改質部で、この燃料
改質部は改質器１ａ，ＣＯ変成器１ｂ，脱硫器１ｃ，改
質器前後の熱交換器１ｄ，１ｅ，ＣＯ変成器前後の熱交
換器１ｆ，１ｇ、エジェクタ３ａとからなっている。２
は空気取り入れ口、３は改質用蒸気供給口である。
改質部は改質器１ａ，ＣＯ変成器１ｂ，脱硫器１ｃ，改
質器前後の熱交換器１ｄ，１ｅ，ＣＯ変成器前後の熱交
換器１ｆ，１ｇ、エジェクタ３ａとからなっている。２
は空気取り入れ口、３は改質用蒸気供給口である。
【０００５】改質用原料ガスは、前記、改質器１ａ後流
の熱交換器１ｅで予熱して脱硫反応に適した温度にし、
脱硫器で硫黄分を除去してエジェクタ３ａで水蒸気と混
合する。その後、改質器１ａで水蒸気改質反応により改
質ガスを生成する。改質ガスは、配管７より供給される
冷却水により熱交換器１ｅ，熱交換器１ｆで冷却されＣ
Ｏ変成反応に適した温度になる。そしてその後、ＣＯ変
成器１ｂで改質ガス中に含まれるＣＯ成分を酸化反応に
より所定の濃度以下まで下げるＣＯ変成を行う。その後
改質ガスは熱交換器１ｇで冷却し、出口管１ｈに導かれ
る。改質器１ａの燃焼用ガスは、供給口４より供給し、
熱交換器１ｅで予熱した後、改質器１ａの燃焼部に供給
する。燃焼用ガスはそこで燃焼し、改質（吸熱反応）の
熱源として使用される。
の熱交換器１ｅで予熱して脱硫反応に適した温度にし、
脱硫器で硫黄分を除去してエジェクタ３ａで水蒸気と混
合する。その後、改質器１ａで水蒸気改質反応により改
質ガスを生成する。改質ガスは、配管７より供給される
冷却水により熱交換器１ｅ，熱交換器１ｆで冷却されＣ
Ｏ変成反応に適した温度になる。そしてその後、ＣＯ変
成器１ｂで改質ガス中に含まれるＣＯ成分を酸化反応に
より所定の濃度以下まで下げるＣＯ変成を行う。その後
改質ガスは熱交換器１ｇで冷却し、出口管１ｈに導かれ
る。改質器１ａの燃焼用ガスは、供給口４より供給し、
熱交換器１ｅで予熱した後、改質器１ａの燃焼部に供給
する。燃焼用ガスはそこで燃焼し、改質（吸熱反応）の
熱源として使用される。
【０００６】一方、燃焼用の空気は空気取り入れ口２よ
り取り入れ、熱交換器１ｄで予熱した後改質器１ａに導
き、そこで燃焼用ガスと混合して燃焼部に供給する。燃
焼排ガスは、排ガス出口５より系外に排出する。
り取り入れ、熱交換器１ｄで予熱した後改質器１ａに導
き、そこで燃焼用ガスと混合して燃焼部に供給する。燃
焼排ガスは、排ガス出口５より系外に排出する。
【０００７】水蒸気改質反応に必要な水蒸気は図示しな
い蒸気発生装置で発生し、供給口３より供給する。従来
の化学反応装置は、このように構成され、原料ガスより
水素リッチガスを得るようにしていた。
い蒸気発生装置で発生し、供給口３より供給する。従来
の化学反応装置は、このように構成され、原料ガスより
水素リッチガスを得るようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃料
改質系においては、原料ガスを水素に改質するために改
質器１ａ，ＣＯ変成器１ｂ、また改質触媒の被毒となる
天然ガス中の硫黄分を除去するための脱硫器１ｃ、ま
た、各機器間の熱バランスをとるための複数個の熱交換
器など各々独立した機器と、これらをつなぐ数多くの配
管が必要となり、システムが複雑，高価になると同時
に、熱的損失が大きいという嫌いがあった。
改質系においては、原料ガスを水素に改質するために改
質器１ａ，ＣＯ変成器１ｂ、また改質触媒の被毒となる
天然ガス中の硫黄分を除去するための脱硫器１ｃ、ま
た、各機器間の熱バランスをとるための複数個の熱交換
器など各々独立した機器と、これらをつなぐ数多くの配
管が必要となり、システムが複雑，高価になると同時
に、熱的損失が大きいという嫌いがあった。
【０００９】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、構成が単純にしてコンパクトで、
かつ熱的損失の少ないこの種化学反応装置を提供するに
ある。
目的とするところは、構成が単純にしてコンパクトで、
かつ熱的損失の少ないこの種化学反応装置を提供するに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、改質
のための熱源を得る燃焼反応部と、この燃焼反応部とは
独立した隣接流路に原料ガスを供給し、原料ガスに含ま
れる硫黄分を取り除くための脱硫反応部と、脱硫反応部
の後流に脱硫部を通過したガスを改質する改質反応部
と、改質反応部の後流に改質部を通過したガスに含まれ
るＣＯを酸化させるＣＯ変成反応部と、前記した順序で
ガスが通流するように設けられた通路部とを備え、反応
に要求される温度レベルになるように前記各反応部を一
体化して隣接する反応部相互で熱交換を行わせるように
なし所期の目的を達成するようにしたものである。
のための熱源を得る燃焼反応部と、この燃焼反応部とは
独立した隣接流路に原料ガスを供給し、原料ガスに含ま
れる硫黄分を取り除くための脱硫反応部と、脱硫反応部
の後流に脱硫部を通過したガスを改質する改質反応部
と、改質反応部の後流に改質部を通過したガスに含まれ
るＣＯを酸化させるＣＯ変成反応部と、前記した順序で
ガスが通流するように設けられた通路部とを備え、反応
に要求される温度レベルになるように前記各反応部を一
体化して隣接する反応部相互で熱交換を行わせるように
なし所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１１】
【作用】このように構成された化学反応装置であると、
水蒸気改質反応に必要な燃焼反応部が中心に設けられ、
その両側に該燃焼反応部と区切り用の平板を介して熱交
換する脱硫反応部／改質反応部、並びにその後流に脱硫
反応部／改質反応部と区切り板を介して熱交換するＣＯ
変成反応部とが一体化して設けられていることから、脱
硫反応から改質反応，ＣＯ変成反応の全てが一機器の中
で実行され、所期の目的が達成される。
水蒸気改質反応に必要な燃焼反応部が中心に設けられ、
その両側に該燃焼反応部と区切り用の平板を介して熱交
換する脱硫反応部／改質反応部、並びにその後流に脱硫
反応部／改質反応部と区切り板を介して熱交換するＣＯ
変成反応部とが一体化して設けられていることから、脱
硫反応から改質反応，ＣＯ変成反応の全てが一機器の中
で実行され、所期の目的が達成される。
【００１２】
【実施例】以下図面を用いて本発明の化学反応装置の実
施例を詳しく説明する。図１には、その装置の一実施例
が示されている。この図は化学反応装置を構成する各触
媒層及び冷却水通路の単位ブロックの配列を模式的に示
した図である。
施例を詳しく説明する。図１には、その装置の一実施例
が示されている。この図は化学反応装置を構成する各触
媒層及び冷却水通路の単位ブロックの配列を模式的に示
した図である。
【００１３】基本ブロックは７通路により構成し、燃焼
触媒層１０ａを中心に左右対称に、改質触媒層１０ｂ及
び脱硫触媒層１０ｃ，ＣＯ変成触媒層１０ｄ，冷却水通
路の順に配列する。各通路と平行に示した矢印は、各流
体の流れ方向を、また、各通路間の矢印は、熱伝達の方
向を示したものである。
触媒層１０ａを中心に左右対称に、改質触媒層１０ｂ及
び脱硫触媒層１０ｃ，ＣＯ変成触媒層１０ｄ，冷却水通
路の順に配列する。各通路と平行に示した矢印は、各流
体の流れ方向を、また、各通路間の矢印は、熱伝達の方
向を示したものである。
【００１４】図１のように構成した反応器は、次のよう
に動作する。まず燃焼ガスは入口１０ｇより入り、燃焼
触媒層１０ａで触媒燃焼により燃焼して反応に必要な高
温を得、その熱を両側の改質触媒層１０ｂ及び脱硫触媒
層１０ｃに伝え、伝熱粒子を経て排ガスライン１０ｈよ
り排出する。原料ガスは入口１０ｉより入り、脱硫触媒
層１０ｃでガス中に含まれる硫黄分を除去した後改質触
媒層１０ｂに導かれ水素リッチなガスに改質する。改質
ガスにはＣＯ成分が含まれるため、ＣＯ変成触媒層１０
ｄに導き、そこで酸化反応によるＣＯ→ＣＯ2 変成を行
う。そしてＣＯ2 を含む水素リッチな改質ガスは冷却水
層１０ｆと熱交換しながら出口10ｊより外部に取り出
す。
に動作する。まず燃焼ガスは入口１０ｇより入り、燃焼
触媒層１０ａで触媒燃焼により燃焼して反応に必要な高
温を得、その熱を両側の改質触媒層１０ｂ及び脱硫触媒
層１０ｃに伝え、伝熱粒子を経て排ガスライン１０ｈよ
り排出する。原料ガスは入口１０ｉより入り、脱硫触媒
層１０ｃでガス中に含まれる硫黄分を除去した後改質触
媒層１０ｂに導かれ水素リッチなガスに改質する。改質
ガスにはＣＯ成分が含まれるため、ＣＯ変成触媒層１０
ｄに導き、そこで酸化反応によるＣＯ→ＣＯ2 変成を行
う。そしてＣＯ2 を含む水素リッチな改質ガスは冷却水
層１０ｆと熱交換しながら出口10ｊより外部に取り出
す。
【００１５】さて、原料ガスから改質ガスを得る反応は
上記説明のとおりであるが、周知のように反応に使われ
る触媒には、最適な作動温度があり、それを達成するた
めに本発明反応器では触媒層の配列を上記のようにする
とともに、ガスの経路に適切に伝熱粒子を介在させ、ま
た最も外側に冷却水通路を設けて、吸熱または発熱反応
に伴う熱収支を最適にバランスさせているのである。す
なわち、改質反応のための約５００〜７００℃、脱硫反
応のための約１５０〜４００℃、ＣＯ変成反応のための
約２００〜３００℃の温度を得るため、燃焼触媒層１０
ａの後流と改質触媒層１０ｂの後流に伝熱粒子を介在さ
せ、かつ各領域を区切る平板１０ｎを介して高効率で伝
熱させ、熱収支のバランスを取っているのが大きな特徴
である。図３は上記説明の高機能反応器内を流れる原料
ガス（天然ガスと水蒸気の混合ガス），改質ガス，燃焼
ガス、及び冷却水それぞれの各出入口での温度レベルの
一例を示したものである。
上記説明のとおりであるが、周知のように反応に使われ
る触媒には、最適な作動温度があり、それを達成するた
めに本発明反応器では触媒層の配列を上記のようにする
とともに、ガスの経路に適切に伝熱粒子を介在させ、ま
た最も外側に冷却水通路を設けて、吸熱または発熱反応
に伴う熱収支を最適にバランスさせているのである。す
なわち、改質反応のための約５００〜７００℃、脱硫反
応のための約１５０〜４００℃、ＣＯ変成反応のための
約２００〜３００℃の温度を得るため、燃焼触媒層１０
ａの後流と改質触媒層１０ｂの後流に伝熱粒子を介在さ
せ、かつ各領域を区切る平板１０ｎを介して高効率で伝
熱させ、熱収支のバランスを取っているのが大きな特徴
である。図３は上記説明の高機能反応器内を流れる原料
ガス（天然ガスと水蒸気の混合ガス），改質ガス，燃焼
ガス、及び冷却水それぞれの各出入口での温度レベルの
一例を示したものである。
【００１６】原料ガスは、約１５０℃で反応器に入り、
脱硫層で約４００℃まで予熱されるのと同時に硫黄分を
除去し、改質触媒層に入る。改質触媒層では、出口（改
質反応平衡部）で約７００℃まで温度を上げて折り返
す。折り返した改質ガスは、改質触媒層に熱を返しなが
ら約３００℃まで冷却し、ＣＯ変成触媒層に入る。ＣＯ
変成触媒層での発熱は、脱硫層の予熱及び冷却水により
冷却され、約２００℃で出ていく。一方、燃焼ガス（燃
料電池本体燃料極出口ガス又は天然ガスと燃焼用空気の
混合ガス）は、約１００℃で入り燃焼触媒層で燃焼す
る。燃焼温度は、燃焼用空気量を調整することにより約
８００℃とし、改質触媒層及び脱硫層に熱を与えなが
ら、約２００℃で排ガスとなり出ていく。また、熱バラ
ンスを調整するための冷却水は、約１７０℃で入り、約
１８０℃で出ていく。
脱硫層で約４００℃まで予熱されるのと同時に硫黄分を
除去し、改質触媒層に入る。改質触媒層では、出口（改
質反応平衡部）で約７００℃まで温度を上げて折り返
す。折り返した改質ガスは、改質触媒層に熱を返しなが
ら約３００℃まで冷却し、ＣＯ変成触媒層に入る。ＣＯ
変成触媒層での発熱は、脱硫層の予熱及び冷却水により
冷却され、約２００℃で出ていく。一方、燃焼ガス（燃
料電池本体燃料極出口ガス又は天然ガスと燃焼用空気の
混合ガス）は、約１００℃で入り燃焼触媒層で燃焼す
る。燃焼温度は、燃焼用空気量を調整することにより約
８００℃とし、改質触媒層及び脱硫層に熱を与えなが
ら、約２００℃で排ガスとなり出ていく。また、熱バラ
ンスを調整するための冷却水は、約１７０℃で入り、約
１８０℃で出ていく。
【００１７】以上が本発明の化学反応装置の構成及び動
作であるが、具体的な概略構造の一例を図４に示す。
作であるが、具体的な概略構造の一例を図４に示す。
【００１８】図４において、図１と番号の等しい部分は
相等部分を意味しており、化学反応装置１０の基本ブロ
ックは７通路により構成され、各通路は平板１０ｎによ
り仕切られている。
相等部分を意味しており、化学反応装置１０の基本ブロ
ックは７通路により構成され、各通路は平板１０ｎによ
り仕切られている。
【００１９】平板間の各部屋は、端面をスペーサバー２
０ａで外部と仕切っており、スペーサバー２０ａはヘッ
ダ（２０ｂ〜２０ｅ）部分で切欠き、流体の外部への出
入りをさせる通路としている。
０ａで外部と仕切っており、スペーサバー２０ａはヘッ
ダ（２０ｂ〜２０ｅ）部分で切欠き、流体の外部への出
入りをさせる通路としている。
【００２０】基本ブロックの大きさ（容量）は、製作が
容易な寸法を基本単位とし、必要容量への対応は基本ブ
ロックを並列に増やしていくことで可能となる。
容易な寸法を基本単位とし、必要容量への対応は基本ブ
ロックを並列に増やしていくことで可能となる。
【００２１】原料ガスは、原料ガスヘッダ１０ｉより入
り脱硫触媒層１０ｃ，改質触媒層１０ｂを通って内部折
り返しヘッダ２０ｂに入る。折り返した改質ガスは、伝
熱粒子層１０ｅ，ＣＯ変成触媒層１０ｄを通って、改質
ガスヘッダ２０ｄ，出口管１０ｊより出ていく。
り脱硫触媒層１０ｃ，改質触媒層１０ｂを通って内部折
り返しヘッダ２０ｂに入る。折り返した改質ガスは、伝
熱粒子層１０ｅ，ＣＯ変成触媒層１０ｄを通って、改質
ガスヘッダ２０ｄ，出口管１０ｊより出ていく。
【００２２】一方、燃焼ガスは、燃焼ガス入口管１０ｇ
より入り、ヘッダ２０ｅに導き、燃焼触媒層１０ａで燃
焼して排ガスヘッダ１０ｈを通って出ていく。冷却水は
冷却水入口ヘッダ１０ｋより入り、冷却水通路１０ｆを
通って冷却水出口ヘッダ20ｃで集められ出口管１０ｌか
ら出ていく。
より入り、ヘッダ２０ｅに導き、燃焼触媒層１０ａで燃
焼して排ガスヘッダ１０ｈを通って出ていく。冷却水は
冷却水入口ヘッダ１０ｋより入り、冷却水通路１０ｆを
通って冷却水出口ヘッダ20ｃで集められ出口管１０ｌか
ら出ていく。
【００２３】また、各触媒層及び伝熱粒子層の通路出入
口には、触媒充填及び抜き出し用目皿１０ｏが取付けら
れている。この図４では上部及び下部ヘッダを直接仕切
り板に取り付けるように示しているが、内部触媒の保守
を容易にするためフランジ構造とすることは容易にでき
る。
口には、触媒充填及び抜き出し用目皿１０ｏが取付けら
れている。この図４では上部及び下部ヘッダを直接仕切
り板に取り付けるように示しているが、内部触媒の保守
を容易にするためフランジ構造とすることは容易にでき
る。
【００２４】さて、図１及び図４の実施例では燃焼用の
ガスや各触媒層間の伝熱を平板を介して行わせる例を示
したが、平板にフィンを取付け、該フィンの実効面積を
変更して熱通過率を調整し、反応に必要な温度を得るこ
ともできる。この一実施例を図５に示す。図５は図４に
示した仕切り板１０ｎで区切る部屋の一部を上部から見
た図であり、図４と番号の等しい部分は相等部分を意味
し、３０ａが熱通過率調整用のフィンである。このフィ
ンの採用により、伝熱粒子層を設けずに隣接層間の伝熱
を行わせるので、構造がさらに簡単になる。
ガスや各触媒層間の伝熱を平板を介して行わせる例を示
したが、平板にフィンを取付け、該フィンの実効面積を
変更して熱通過率を調整し、反応に必要な温度を得るこ
ともできる。この一実施例を図５に示す。図５は図４に
示した仕切り板１０ｎで区切る部屋の一部を上部から見
た図であり、図４と番号の等しい部分は相等部分を意味
し、３０ａが熱通過率調整用のフィンである。このフィ
ンの採用により、伝熱粒子層を設けずに隣接層間の伝熱
を行わせるので、構造がさらに簡単になる。
【００２５】次に図６は本発明の化学反応装置の容量、
すなわち単位時間当たりの出力ガス量を増大する実施例
であり、必要な容量に応じて単位反応器１０を複数個並
列に接続し、かつ共通の燃焼ガスヘッダ４０ａ，排ガス
ヘッダ４０ｂ，原料ガスヘッダ４０ｃ，改質ガスヘッダ
４０ｄ，冷却水出入口ヘッダ４０ｅ，ｆで接続する。ま
た最外側の冷却水層部を除き単位反応器１０を複数個並
列に接続するとき、冷却水層部は共通にすることができ
る。
すなわち単位時間当たりの出力ガス量を増大する実施例
であり、必要な容量に応じて単位反応器１０を複数個並
列に接続し、かつ共通の燃焼ガスヘッダ４０ａ，排ガス
ヘッダ４０ｂ，原料ガスヘッダ４０ｃ，改質ガスヘッダ
４０ｄ，冷却水出入口ヘッダ４０ｅ，ｆで接続する。ま
た最外側の冷却水層部を除き単位反応器１０を複数個並
列に接続するとき、冷却水層部は共通にすることができ
る。
【００２６】さらに、原料ガスに硫黄分を含まない場
合、またはこの反応器にガスを流入させる前に脱硫を行
う場合には、この反応器内での脱硫が不要になるので、
構造がさらに簡単になる。すなわち、この場合には図４
の燃焼反応部１０ａはそのままで、原料ガスを直接改質
触媒層１０ｂに流入させ、脱硫触媒層１０ｃとしていた
部分をＣＯ変成触媒層とし、全体で３通路（最外層に冷
却部を設けない場合）または５通路（同じく設ける場
合）で構成出来る。なお上記で説明した各触媒は、一般
に市販されているものが利用出来る。
合、またはこの反応器にガスを流入させる前に脱硫を行
う場合には、この反応器内での脱硫が不要になるので、
構造がさらに簡単になる。すなわち、この場合には図４
の燃焼反応部１０ａはそのままで、原料ガスを直接改質
触媒層１０ｂに流入させ、脱硫触媒層１０ｃとしていた
部分をＣＯ変成触媒層とし、全体で３通路（最外層に冷
却部を設けない場合）または５通路（同じく設ける場
合）で構成出来る。なお上記で説明した各触媒は、一般
に市販されているものが利用出来る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、都市ガスや天然ガスなどを改質原料として、水蒸気
改質により水素リッチガスを生成する燃料改質系におい
て、従来技術では改質器，ＣＯ変成器，脱硫器，熱バラ
ンスをとるための熱交換器など個々の機能を持つ機器を
配管で接続して構成していたものを、一つの機器内に収
めることができ、単純でコンパクトな化学反応装置を得
ることができ、また燃焼部と各反応部相互間で区切り版
を介して直接熱交換を行わせ、かつ温度レベルの最も低
い冷却水通路を外側に配列したことにより、個々の機能
を持つ機器を接続して構成する場合と比較して、放熱損
失の大幅な低減が可能となり、熱的損失の少ないこの種
化学反応装置を得ることができる。
ば、都市ガスや天然ガスなどを改質原料として、水蒸気
改質により水素リッチガスを生成する燃料改質系におい
て、従来技術では改質器，ＣＯ変成器，脱硫器，熱バラ
ンスをとるための熱交換器など個々の機能を持つ機器を
配管で接続して構成していたものを、一つの機器内に収
めることができ、単純でコンパクトな化学反応装置を得
ることができ、また燃焼部と各反応部相互間で区切り版
を介して直接熱交換を行わせ、かつ温度レベルの最も低
い冷却水通路を外側に配列したことにより、個々の機能
を持つ機器を接続して構成する場合と比較して、放熱損
失の大幅な低減が可能となり、熱的損失の少ないこの種
化学反応装置を得ることができる。
【図１】本発明反応器の単位ブロックの配列を模式的に
示した図。
示した図。
【図２】従来の化学反応装置の構成例を示す図。
【図３】本発明反応器内の流体の温度レベルの一例を示
した図。
した図。
【図４】本発明による化学反応装置の概略構造を示した
図。
図。
【図５】本発明化学反応装置の他の実施例を示した図。
【図６】本発明化学反応装置の容量を増大させるための
実施例図。
実施例図。
１０…化学反応装置、１０ａ…燃焼触媒層、１０ｂ…改
質触媒層、１０ｃ…脱硫触媒層、１０ｄ…ＣＯ変成触媒
層、１０ｅ…伝熱粒子層、１０ｆ…冷却水通路、１０ｇ
…燃焼ガス入口、１０ｈ…排ガス出口ライン、１０ｉ…
原料ガス入口、１０ｊ…改質ガス出口ライン、１０ｋ…
冷却水入口、１０ｌ…冷却水出口、10ｍ…内部折り返し
ヘッダ、１０ｎ…平板、１０ｏ…触媒充填及び抜き出し
用目皿、２０ａ…スペーサバー、２０ｂ…内部折り返し
ヘッダ、２０ｃ…冷却水出口ヘッダ、２０ｄ…改質ガス
ヘッダ、２０ｅ…排ガスヘッダ、３０ａ…フィン、４０
ａ…燃焼ガス共通ヘッダ、４０ｂ…排ガス共通ヘッダ、
４０ｃ…原料ガス共通ヘッダ、４０ｄ…改質ガス共通ヘ
ッダ、４０ｄ，ｅ…冷却水出入り口共通ヘッダ。
質触媒層、１０ｃ…脱硫触媒層、１０ｄ…ＣＯ変成触媒
層、１０ｅ…伝熱粒子層、１０ｆ…冷却水通路、１０ｇ
…燃焼ガス入口、１０ｈ…排ガス出口ライン、１０ｉ…
原料ガス入口、１０ｊ…改質ガス出口ライン、１０ｋ…
冷却水入口、１０ｌ…冷却水出口、10ｍ…内部折り返し
ヘッダ、１０ｎ…平板、１０ｏ…触媒充填及び抜き出し
用目皿、２０ａ…スペーサバー、２０ｂ…内部折り返し
ヘッダ、２０ｃ…冷却水出口ヘッダ、２０ｄ…改質ガス
ヘッダ、２０ｅ…排ガスヘッダ、３０ａ…フィン、４０
ａ…燃焼ガス共通ヘッダ、４０ｂ…排ガス共通ヘッダ、
４０ｃ…原料ガス共通ヘッダ、４０ｄ…改質ガス共通ヘ
ッダ、４０ｄ，ｅ…冷却水出入り口共通ヘッダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼島 義衛 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 堀内 進 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 天野 義明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 平林 健太郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (14)
- 【請求項１】都市ガスまたは天然ガスを原料とし、水蒸
気改質により水素リッチガスを生成する化学反応装置に
おいて、 改質のための熱源を得る燃焼反応部と、該燃焼反応部と
は独立した隣接流路に原料ガスを供給し、該原料ガスに
含まれる硫黄分を取り除くための脱硫反応部と、脱硫反
応部の後流に脱硫部を通過したガスを改質する改質反応
部と、改質反応部の後流に改質部を通過したガスに含ま
れるＣＯを酸化させるＣＯ変成反応部と、前記した順序
でガスが通流するように設けられた通路部とを備え、反
応に要求される温度レベルになるように前記各反応部を
一体化して隣接する反応部相互で熱交換を行わせるよう
にしたことを特徴とする化学反応装置。 - 【請求項２】燃焼反応部を中心に設置し、その両側に平
板で区切った脱硫反応部／改質反応部、かつその両外側
に平板で区切ったＣＯ変成反応部を設け、燃焼反応部と
脱硫反応部／改質反応部、並びに脱硫反応部／改質反応
部とＣＯ変成反応部とで熱交換を行わせるようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の化学反応装置。 - 【請求項３】前記ＣＯ変成反応部の外側に平板で区切っ
た冷却部を設けたことを特徴とする請求項２記載の化学
反応装置。 - 【請求項４】前記平板で区切った燃焼部の後流及び改質
反応部後流に反応温度達成に必要な伝熱粒子部を設けた
ことを特徴とする請求項３記載の化学反応装置。 - 【請求項５】前記燃焼反応部に燃焼触媒を内蔵させ、該
触媒により燃焼反応を行わせることを特徴とする請求項
１記載の化学反応装置。 - 【請求項６】改質のための熱源を得る燃焼反応部と、そ
れとは独立した流路に原料ガスを供給し、該原料ガスに
含まれる硫黄分を取り除くための脱硫反応部、脱硫部の
後流に脱硫部を通過したガスを改質する改質反応部、改
質部の後流に改質部を通過したガスに含まれるＣＯを酸
化させるＣＯ変成反応部を設け、かつ前記した順序でガ
スが通流するように通路を設け、反応に要求される温度
レベルとなるように前記各反応部を一体化して反応部相
互で熱交換を行わせるようにした単位反応器を、生成す
る水素リッチガスの単位時間当たりの量に応じ複数個並
列した積層体となし、その各々に共通の燃焼ガスヘッ
ダ，原料ガスヘッダ，改質ガスヘッダ，排ガスヘッダ並
びに冷却水ヘッダを接続したことを特徴とする請求項１
記載の化学反応装置。 - 【請求項７】都市ガスまたは天然ガスを原料とし、水蒸
気改質により水素リッチガスを生成する化学反応装置に
おいて、改質のための熱源を得る燃焼反応部と、それと
は独立した流路に原料ガスを供給し、該原料ガスを改質
する改質反応部と、改質反応部の後流に改質部を通過し
たガスに含まれるＣＯを酸化させるＣＯ変成反応部と、
かつ前記した順序でガスが通流するように通路部とを設
け、反応に要求される温度レベルになるように前記各反
応部を一体化して反応部相互で熱交換を行わせるように
したことを特徴とする化学反応装置。 - 【請求項８】前記燃焼反応部を中心に設置し、その両側
に平板で区切った改質反応部とその後流にＣＯ変成反応
部とを設け、燃焼反応部と改質反応部、並びにＣＯ変成
反応部とで熱交換を行わせるようにしたことを特徴とす
る請求項７記載の化学反応装置。 - 【請求項９】前記ＣＯ変成反応部の外側に平板で区切っ
た冷却部を設けたことを特徴とする請求項８記載の化学
反応装置。 - 【請求項１０】前記平板で区切った燃焼部の後流に反応
温度達成に必要な伝熱粒子部を設けたことを特徴とする
請求項８記載の化学反応装置。 - 【請求項１１】前記燃焼部と各反応層とを区切る平板に
フィンを設け、熱通過率を調整するようにしたことを特
徴とする請求項８記載の化学反応装置。 - 【請求項１２】前記燃焼反応部に燃焼触媒を内蔵させ、
該触媒により燃焼反応を行わせることを特徴とする請求
項７記載の化学反応装置。 - 【請求項１３】改質のための熱源を得る燃焼反応部と、
それとは独立した流路に原料ガスを供給し、該原料ガス
を改質する改質反応部、改質部の後流に改質部を通過し
たガスに含まれるＣＯを酸化させるＣＯ変成反応部を設
け、かつ前記した順序でガスが通流するように通路を設
け、反応に要求される温度レベルとなるように前記各反
応部を一体化して反応部相互で熱交換を行わせるように
した単位反応器を、生成する水素リッチガスの単位時間
当たりの量に応じ複数個並列した積層体となし、その各
々に共通の原料ガスヘッダ，改質ガスヘッダ並びに排ガ
スヘッダを接続したことを特徴とする請求項７，請求項
８，請求項９，請求項１０，請求項１１記載の化学反応
装置。 - 【請求項１４】前記最外側の冷却水層部を除き単位反応
器の間に共通の冷却水層部を有することを特徴とする請
求項１３記載の化学反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4160710A JP2669271B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化学反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4160710A JP2669271B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化学反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH061601A true JPH061601A (ja) | 1994-01-11 |
| JP2669271B2 JP2669271B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=15720801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4160710A Expired - Lifetime JP2669271B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化学反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2669271B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081609A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質装置 |
| JP2003335504A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-25 | Nippon Chem Plant Consultant:Kk | 自己酸化内部加熱型改質方法及び装置 |
| JP2007126330A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | T Rad Co Ltd | 改質器の運転方法及び改質器 |
| JP2014229438A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | 株式会社デンソー | 燃料電池装置 |
| JP2015010013A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | パナソニック株式会社 | 燃料処理装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100564246C (zh) * | 2003-02-14 | 2009-12-02 | 松下电器产业株式会社 | 氢生成装置及燃料电池发电系统 |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP4160710A patent/JP2669271B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003081609A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質装置 |
| JP2003335504A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-25 | Nippon Chem Plant Consultant:Kk | 自己酸化内部加熱型改質方法及び装置 |
| JP2007126330A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | T Rad Co Ltd | 改質器の運転方法及び改質器 |
| JP2014229438A (ja) * | 2013-05-21 | 2014-12-08 | 株式会社デンソー | 燃料電池装置 |
| JP2015010013A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | パナソニック株式会社 | 燃料処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2669271B2 (ja) | 1997-10-27 |
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