JPH06206702A - 炭化水素反応器 - Google Patents
炭化水素反応器Info
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- JPH06206702A JPH06206702A JP328793A JP328793A JPH06206702A JP H06206702 A JPH06206702 A JP H06206702A JP 328793 A JP328793 A JP 328793A JP 328793 A JP328793 A JP 328793A JP H06206702 A JPH06206702 A JP H06206702A
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- gas
- oxygen
- hydrocarbon
- primary
- reforming reaction
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Abstract
(57)【要約】
【構成】炭化水素と水蒸気の混合ガスより一次改質反応
を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二次改
質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の加熱
源に用いる単一容器の断熱型炭化水素反応器において、
燃焼室の酸素含有ガス噴射ノズルを一次改質ガス噴射ノ
ズルの中心径部に設置し、一次改質ガスと酸素含有ガス
を上向き並行流として部分酸化を行う。 【効果】燃焼室において定常的に部分酸化が行われ、異
常高温の火炎によるバーナーや耐火断熱材の破損等が防
止される。また二次改質触媒層に均一温度、組成のガス
が供給されるので、二次改質触媒の劣化等も防止され、
二次改質反応の反応率を高めることができる。
を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二次改
質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の加熱
源に用いる単一容器の断熱型炭化水素反応器において、
燃焼室の酸素含有ガス噴射ノズルを一次改質ガス噴射ノ
ズルの中心径部に設置し、一次改質ガスと酸素含有ガス
を上向き並行流として部分酸化を行う。 【効果】燃焼室において定常的に部分酸化が行われ、異
常高温の火炎によるバーナーや耐火断熱材の破損等が防
止される。また二次改質触媒層に均一温度、組成のガス
が供給されるので、二次改質触媒の劣化等も防止され、
二次改質反応の反応率を高めることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はメタンや天然ガス等の炭
化水素より改質ガスを製造する炭化水素反応器に関す
る。詳しくは炭化水素の水蒸気改質反応により、水素製
造装置、メタノール製造装置、或いはアンモニア製造装
置の原料となる改質ガスを製造する炭化水素反応器に関
するものである。
化水素より改質ガスを製造する炭化水素反応器に関す
る。詳しくは炭化水素の水蒸気改質反応により、水素製
造装置、メタノール製造装置、或いはアンモニア製造装
置の原料となる改質ガスを製造する炭化水素反応器に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素は将来のクリーンエネルギーとし
て、またメタノールは低公害で輸送が容易な安価な燃料
として大量に使用するために、熱効率が高く大量のガス
を処理する大型装置の開発が要請されている。このよう
な大型の水素製造装置やメタノール製造装置等の開発に
おいて最も問題となるのは天然ガスより改質ガスを製造
するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸気改質装
置では改質炉で反応管を外熱する方式であるため、例え
ばメタノール製造装置では1500〜2000T/D が大型装置の
限界となっている。
て、またメタノールは低公害で輸送が容易な安価な燃料
として大量に使用するために、熱効率が高く大量のガス
を処理する大型装置の開発が要請されている。このよう
な大型の水素製造装置やメタノール製造装置等の開発に
おいて最も問題となるのは天然ガスより改質ガスを製造
するガス改質装置の大型化であり、従来の水蒸気改質装
置では改質炉で反応管を外熱する方式であるため、例え
ばメタノール製造装置では1500〜2000T/D が大型装置の
限界となっている。
【０００３】大型装置におけるガス改質装置として、水
蒸気改質と部分酸化を組み合わせる方式が最近注目され
ている。これは天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反
応を行った後、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を
行い、得られた高温のガスを一次改質反応の加熱源とす
るものである。この方式は特公昭50-20959号に記載され
ている如く、単一反応器を用い他から熱を供給すること
なく高圧の改質ガスを得ることができ、従って高圧の水
素を容易に製造できる。またメタノールやアンモニア製
造装置では改質ガスの圧縮機を用いて昇圧すること無
く、直ちに合成反応を行うことができる。更に反応管を
外熱する改質炉を用いる必要が無いので、高圧下で改質
反応が行われるので装置の大型化が容易である。
蒸気改質と部分酸化を組み合わせる方式が最近注目され
ている。これは天然ガスと水蒸気を混合して一次改質反
応を行った後、酸素を加えて部分酸化と二次改質反応を
行い、得られた高温のガスを一次改質反応の加熱源とす
るものである。この方式は特公昭50-20959号に記載され
ている如く、単一反応器を用い他から熱を供給すること
なく高圧の改質ガスを得ることができ、従って高圧の水
素を容易に製造できる。またメタノールやアンモニア製
造装置では改質ガスの圧縮機を用いて昇圧すること無
く、直ちに合成反応を行うことができる。更に反応管を
外熱する改質炉を用いる必要が無いので、高圧下で改質
反応が行われるので装置の大型化が容易である。
【０００４】このように一次改質反応と二次改質反応を
行う自己熱交換型反応器 (以下、断熱リホーマーと称す
る) については、特開昭60-186401 号、特開平1-261201
号、特開平2-18303 号等に具体的な構造が示されてい
る。すなわち特開昭60-186401 号は、反応器の上部に一
次改質反応を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下
部に燃焼室を有し、一次改質ガスは二次改質触媒層の中
心部にある配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部
より供給される酸素含有ガスと対向流で混合して部分酸
化が行われたのち二次改質触媒との接触し、得られた高
温の二次改質ガスが熱交換室で反応管の加熱を行うもの
である。また特開平1-261201号は改質反応管を二重管と
し内管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化
と二次改質反応を行うものであり、特開平2-18303 号は
一次改質管群の下部に燃焼室と二次改質触媒層の容器を
吊り下げる構造となっている。これらの反応器において
一次改質ガスと酸素含有ガスは下向き並行流で混合され
る。
行う自己熱交換型反応器 (以下、断熱リホーマーと称す
る) については、特開昭60-186401 号、特開平1-261201
号、特開平2-18303 号等に具体的な構造が示されてい
る。すなわち特開昭60-186401 号は、反応器の上部に一
次改質反応を行う熱交換室、中部に二次改質触媒層、下
部に燃焼室を有し、一次改質ガスは二次改質触媒層の中
心部にある配管を通過して燃焼室に入り、反応器の底部
より供給される酸素含有ガスと対向流で混合して部分酸
化が行われたのち二次改質触媒との接触し、得られた高
温の二次改質ガスが熱交換室で反応管の加熱を行うもの
である。また特開平1-261201号は改質反応管を二重管と
し内管に酸素含有ガスを通して反応管の下部で部分酸化
と二次改質反応を行うものであり、特開平2-18303 号は
一次改質管群の下部に燃焼室と二次改質触媒層の容器を
吊り下げる構造となっている。これらの反応器において
一次改質ガスと酸素含有ガスは下向き並行流で混合され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く断熱リホー
マー反応器には種々の構造が提案されているが、これら
の反応器において一次改質ガスと酸素含有ガスは燃焼室
に別個に供給され、両者は対向流ないし下向き並行流に
混合されている。このように一次改質ガスと酸素含有ガ
スを対向流ないし下向き並行流に混合した場合には、一
次改質ガスと酸素含有ガスの混合を定常的に行うことが
困難であり、一次改質ガスと酸素含有ガスの部分的な混
合による燃焼によって非常に高温の火炎（最高温度は計
測されていないが2500℃以上となるものと推定される。
以下これを「異常高温」と称する) を生じ、その火炎が
安定せずに移動して燃焼室の壁面に接触して部分的に壁
面の耐火断熱材を破損し、反応容器の破損につながる危
険がある。
マー反応器には種々の構造が提案されているが、これら
の反応器において一次改質ガスと酸素含有ガスは燃焼室
に別個に供給され、両者は対向流ないし下向き並行流に
混合されている。このように一次改質ガスと酸素含有ガ
スを対向流ないし下向き並行流に混合した場合には、一
次改質ガスと酸素含有ガスの混合を定常的に行うことが
困難であり、一次改質ガスと酸素含有ガスの部分的な混
合による燃焼によって非常に高温の火炎（最高温度は計
測されていないが2500℃以上となるものと推定される。
以下これを「異常高温」と称する) を生じ、その火炎が
安定せずに移動して燃焼室の壁面に接触して部分的に壁
面の耐火断熱材を破損し、反応容器の破損につながる危
険がある。
【０００６】また対向流では酸素含有ガス噴出ノズルが
異常高温の火炎の輻射熱により直接加熱されることから
このノズルが破損され易い。このノズルは高温で酸素雰
囲気に高速で曝されることになるので、好適な材質を選
定することが困難である。下向き並行流ではバーナー炎
の折り返しが問題となる。すなわちバーナーから噴出さ
れるガスが低流速の場合、火炎が不安定で上昇流となり
易く、高温火炎によってバーナー自体が焼損されるおそ
れがある。またバーナーの焼損を回避するために一次改
質ガスの噴射ノズルの中心部に酸素含有ガスの噴射ノズ
ルを設置した場合でも、一次改質ガスの流速が低くなる
のでバーナーを冷却する効果が殆ど無く、バーナー寿命
が極端に短い結果となる。
異常高温の火炎の輻射熱により直接加熱されることから
このノズルが破損され易い。このノズルは高温で酸素雰
囲気に高速で曝されることになるので、好適な材質を選
定することが困難である。下向き並行流ではバーナー炎
の折り返しが問題となる。すなわちバーナーから噴出さ
れるガスが低流速の場合、火炎が不安定で上昇流となり
易く、高温火炎によってバーナー自体が焼損されるおそ
れがある。またバーナーの焼損を回避するために一次改
質ガスの噴射ノズルの中心部に酸素含有ガスの噴射ノズ
ルを設置した場合でも、一次改質ガスの流速が低くなる
のでバーナーを冷却する効果が殆ど無く、バーナー寿命
が極端に短い結果となる。
【０００７】更に一次改質ガスと酸素含有ガスの混合が
定常的に行われないために、二次改質触媒へ導入される
部分酸化ガスの温度および組成が不均一となり、二次改
質触媒の温度分布が不均一となる結果、触媒の部分的な
破損や劣化が生じ易く、二次改質反応により期待される
改質ガス組成が得られないという課題を生じる。断熱リ
ホーマー反応器における燃焼室の温度は非常に高温とな
り、また高圧で操作されるので反応容器の部分的な破損
によるガスの漏洩は爆発事故につながる危険性の大きい
ものである。
定常的に行われないために、二次改質触媒へ導入される
部分酸化ガスの温度および組成が不均一となり、二次改
質触媒の温度分布が不均一となる結果、触媒の部分的な
破損や劣化が生じ易く、二次改質反応により期待される
改質ガス組成が得られないという課題を生じる。断熱リ
ホーマー反応器における燃焼室の温度は非常に高温とな
り、また高圧で操作されるので反応容器の部分的な破損
によるガスの漏洩は爆発事故につながる危険性の大きい
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者は上記の如き課題
を有する断熱リホーマー反応器について鋭意検討した結
果、燃焼室において一次改質ガスの噴射ノズルの中心部
に酸素含有ガスの噴射ノズルを設置し、且つ一次改質ガ
スと酸素含有ガスを上向き並行流として部分酸化を行う
ようにすれば、一次改質ガスと酸素含有ガスの混合を定
常的に行われるので、異常高温の火炎による反応器の破
損が避けられ、二次改質反応が均一に行われるようにな
ることを見出し、本発明に到達した。
を有する断熱リホーマー反応器について鋭意検討した結
果、燃焼室において一次改質ガスの噴射ノズルの中心部
に酸素含有ガスの噴射ノズルを設置し、且つ一次改質ガ
スと酸素含有ガスを上向き並行流として部分酸化を行う
ようにすれば、一次改質ガスと酸素含有ガスの混合を定
常的に行われるので、異常高温の火炎による反応器の破
損が避けられ、二次改質反応が均一に行われるようにな
ることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】すなわち本発明は、炭化水素と水蒸気の混
合ガスより一次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加
えて部分酸化の後二次改質反応を行い、得られた高温ガ
スを一次改質反応の加熱源に用いる断熱型の炭化水素反
応器において、燃焼室の酸素含有ガス噴射ノズルを一次
改質ガス噴射ノズルの中心径部に設置し、一次改質ガス
と酸素含有ガスとを上向き並行流とすることを特徴とす
る炭化水素反応器である。
合ガスより一次改質反応を行い、次に酸素含有ガスを加
えて部分酸化の後二次改質反応を行い、得られた高温ガ
スを一次改質反応の加熱源に用いる断熱型の炭化水素反
応器において、燃焼室の酸素含有ガス噴射ノズルを一次
改質ガス噴射ノズルの中心径部に設置し、一次改質ガス
と酸素含有ガスとを上向き並行流とすることを特徴とす
る炭化水素反応器である。
【００１０】本発明の反応器は具体的に、上記の断熱型
の炭化水素反応器において、(a) 堅型円筒状反応器の上
部に、炭化水素と水蒸気の混合ガスを管内に改質触媒を
有する反応管群に導入し、上記二次改質反応後の高温ガ
スと熱交換して一次改質反応を行う熱交換室、(b) 該反
応器の中部に二次改質触媒を有する固定触媒層、(c) 下
部に反応管群よりの一次改質ガスと反応器の底部より供
給される酸素含有ガスとを混合して部分酸化を行う燃焼
室を有し、燃焼室の底部において (a)よりの一次改質ガ
スの流路を複数個に分流して上向きにし、分流した一次
改質ガスの噴射ノズルの中心部に酸素含有ガスの噴射ノ
ズルを設置することにより、一次改質ガスと酸素含有ガ
スを上向き並行流として部分酸化を行う構造が挙げられ
る。
の炭化水素反応器において、(a) 堅型円筒状反応器の上
部に、炭化水素と水蒸気の混合ガスを管内に改質触媒を
有する反応管群に導入し、上記二次改質反応後の高温ガ
スと熱交換して一次改質反応を行う熱交換室、(b) 該反
応器の中部に二次改質触媒を有する固定触媒層、(c) 下
部に反応管群よりの一次改質ガスと反応器の底部より供
給される酸素含有ガスとを混合して部分酸化を行う燃焼
室を有し、燃焼室の底部において (a)よりの一次改質ガ
スの流路を複数個に分流して上向きにし、分流した一次
改質ガスの噴射ノズルの中心部に酸素含有ガスの噴射ノ
ズルを設置することにより、一次改質ガスと酸素含有ガ
スを上向き並行流として部分酸化を行う構造が挙げられ
る。
【００１１】なお (a)よりの一次改質ガスに原料の炭化
水素の一部を混合した後、複数個に分流するようにすれ
ば、一次改質反応部が小さくなることから反応器として
有利な構造となる。
水素の一部を混合した後、複数個に分流するようにすれ
ば、一次改質反応部が小さくなることから反応器として
有利な構造となる。
【００１２】本発明の反応器において原料の炭化水素に
は通常メタンを主成分とする天然ガスが用いられるが、
立地条件によりＬＰＧやナフサ等も用いられる。またメ
タノールやアンモニアの製造においては、原料の原単位
を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージガ
スを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッケ
ル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避ける
ために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある。
炭化水素とスチームの混合ガスのスチーム／カーボン比
が通常 2.5〜4.0 程度となるように水蒸気が使用され、
400〜550 ℃に予熱して反応器に供給する。
は通常メタンを主成分とする天然ガスが用いられるが、
立地条件によりＬＰＧやナフサ等も用いられる。またメ
タノールやアンモニアの製造においては、原料の原単位
を改善するために炭化水素と共に合成系よりのバージガ
スを混合することが行われる。改質触媒には通常ニッケ
ル系触媒が用いられるが、改質触媒の活性低下を避ける
ために原料の炭化水素は予め脱硫しておく必要がある。
炭化水素とスチームの混合ガスのスチーム／カーボン比
が通常 2.5〜4.0 程度となるように水蒸気が使用され、
400〜550 ℃に予熱して反応器に供給する。
【００１３】本発明の反応器における一次改質反応は、
圧力50〜150 kg/cm2G 、温度 500〜850 ℃で反応が行わ
れ、一次改質反応管出口で 700〜850 ℃となる。断熱リ
ホーマーでは一次改質反応管内と管外の圧力差が小さい
ので改質反応圧を高めることができ、高圧の改質ガスが
容易に得られる。また改質ガス圧縮機を特に使用せずに
メタノールやアンモニア合成反応に供することができ、
改質反応器が極めて小さくなることから、大型化装置に
有利に用いることができる。
圧力50〜150 kg/cm2G 、温度 500〜850 ℃で反応が行わ
れ、一次改質反応管出口で 700〜850 ℃となる。断熱リ
ホーマーでは一次改質反応管内と管外の圧力差が小さい
ので改質反応圧を高めることができ、高圧の改質ガスが
容易に得られる。また改質ガス圧縮機を特に使用せずに
メタノールやアンモニア合成反応に供することができ、
改質反応器が極めて小さくなることから、大型化装置に
有利に用いることができる。
【００１４】一次改質反応管を出たガスは、次に燃焼室
において酸素含有ガスと混合され、部分酸化反応が行わ
れる。酸素含有ガスとしては水素製造やメタノール製造
の場合には高純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニ
ア製造の場合には空気又は富酸素化空気が用いられる。
酸素含有ガスの使用量は原料炭化水素の組成や供給温度
等ことなり、断熱リホーマーの熱収支により決定され
る。また上記の如く一次改質ガスに原料の炭化水素の一
部を混合することが有利であり、部分酸化反応の温度を
制御するために水蒸気の一部を混合することや、メタノ
ールやアンモニアの製造において合成系よりのバージガ
スを混合することが行われるが、これらの混合ガスは、
断熱リホーマーの熱収支上できるだけ予熱して供給する
ことが好ましく、通常 300〜500 ℃で供給される。
において酸素含有ガスと混合され、部分酸化反応が行わ
れる。酸素含有ガスとしては水素製造やメタノール製造
の場合には高純度の酸素ガスが通常用いられ、アンモニ
ア製造の場合には空気又は富酸素化空気が用いられる。
酸素含有ガスの使用量は原料炭化水素の組成や供給温度
等ことなり、断熱リホーマーの熱収支により決定され
る。また上記の如く一次改質ガスに原料の炭化水素の一
部を混合することが有利であり、部分酸化反応の温度を
制御するために水蒸気の一部を混合することや、メタノ
ールやアンモニアの製造において合成系よりのバージガ
スを混合することが行われるが、これらの混合ガスは、
断熱リホーマーの熱収支上できるだけ予熱して供給する
ことが好ましく、通常 300〜500 ℃で供給される。
【００１５】本発明は燃焼室における酸素含有ガス噴射
ノズルを一次改質ガス噴射ノズルの中心径部に設置し、
一次改質ガスと酸素含有ガスとを上向き並行流とするも
のであるが、この場合の一次改質ガス (混合される原料
炭化水素やパージガス等を含む) の噴射速度は 3〜15m/
sec とし、酸素含有ガスの噴射速度は 5〜25m/sec とす
ることが望ましい。燃焼室の出口温度はこれらの混合ガ
スの供給温度や酸素含有ガスの供給量等により異なる
が、通常1300〜1600℃である。本発明の反応器において
は一次改質ガス、酸素含有ガスおよび部分酸化ガスが上
向き並流であるので、これらのガスの混合が安定して定
常的に行われ、異常高温の火炎生成によるバーナーや壁
面の焼損等が回避される。
ノズルを一次改質ガス噴射ノズルの中心径部に設置し、
一次改質ガスと酸素含有ガスとを上向き並行流とするも
のであるが、この場合の一次改質ガス (混合される原料
炭化水素やパージガス等を含む) の噴射速度は 3〜15m/
sec とし、酸素含有ガスの噴射速度は 5〜25m/sec とす
ることが望ましい。燃焼室の出口温度はこれらの混合ガ
スの供給温度や酸素含有ガスの供給量等により異なる
が、通常1300〜1600℃である。本発明の反応器において
は一次改質ガス、酸素含有ガスおよび部分酸化ガスが上
向き並流であるので、これらのガスの混合が安定して定
常的に行われ、異常高温の火炎生成によるバーナーや壁
面の焼損等が回避される。
【００１６】またこのように安定して定常的に混合され
ることにより、均一な温度および組成のガスが二次改質
触媒層に導入され、二次改質反応が行われる。従って二
次改質触媒層においても均一な温度分布が得られので、
二次改質触媒の寿命が改善されて高い反応成績が得られ
る。この二次改質触媒には通常ニッケル系、或いは白金
系触媒が用いられ、 900〜1100℃で反応が行われる。な
お燃焼室の上部に二次改質触媒層を設置する場合には、
この仕切りに高温に耐えるキャスタブル或いは煉瓦によ
るアーチ構造が用いられる。高温の二次改質ガスは通常
一次改質反応管の外側を通過して反応管を加熱し、一次
改質反応の反応熱に供される。一次改質反応管との熱交
換により二次改質ガスは通常 400〜600 ℃となり、反応
器の外部に排出される。
ることにより、均一な温度および組成のガスが二次改質
触媒層に導入され、二次改質反応が行われる。従って二
次改質触媒層においても均一な温度分布が得られので、
二次改質触媒の寿命が改善されて高い反応成績が得られ
る。この二次改質触媒には通常ニッケル系、或いは白金
系触媒が用いられ、 900〜1100℃で反応が行われる。な
お燃焼室の上部に二次改質触媒層を設置する場合には、
この仕切りに高温に耐えるキャスタブル或いは煉瓦によ
るアーチ構造が用いられる。高温の二次改質ガスは通常
一次改質反応管の外側を通過して反応管を加熱し、一次
改質反応の反応熱に供される。一次改質反応管との熱交
換により二次改質ガスは通常 400〜600 ℃となり、反応
器の外部に排出される。
【００１７】
【実施例】次に実施例により本発明を更に具体的に説明
する。図１は本発明による反応器の構造図の一例であ
り、大型反応器に適用した場合の態様を示す。原料の炭
化水素及び水蒸気の混合ガスは原料ガス供給ノズル１よ
り上部チャンネル室２に導入される。本発明の反応器は
一般に50〜150kg/cm2Gの圧力で設計されるため、その外
穀3 は強靱な鋼で製作される。原料の混合ガスは次いで
上部管板4 に垂直に多数取り付けられた一次改質反応管
5 の内部に導入される。この反応管は通常、内径40〜10
0 mm、厚さ 2〜5 mmであり、径および高さが 5〜20mm程
度の円筒形のスチームリホーミング触媒が充填される。
反応管の下端は下部管板6 によって固定され、各管板4,
6 と反応管5 は溶接でシールされている。
する。図１は本発明による反応器の構造図の一例であ
り、大型反応器に適用した場合の態様を示す。原料の炭
化水素及び水蒸気の混合ガスは原料ガス供給ノズル１よ
り上部チャンネル室２に導入される。本発明の反応器は
一般に50〜150kg/cm2Gの圧力で設計されるため、その外
穀3 は強靱な鋼で製作される。原料の混合ガスは次いで
上部管板4 に垂直に多数取り付けられた一次改質反応管
5 の内部に導入される。この反応管は通常、内径40〜10
0 mm、厚さ 2〜5 mmであり、径および高さが 5〜20mm程
度の円筒形のスチームリホーミング触媒が充填される。
反応管の下端は下部管板6 によって固定され、各管板4,
6 と反応管5 は溶接でシールされている。
【００１８】原料の混合ガスは反応器に通常 400〜550
℃で導入され、外側のガスと熱交換しながら水蒸気改質
反応 (一次改質反応) が行われ、反応管の出口温度は 7
00〜850 ℃となる。一次改質ガスは下部蓋板7 に囲まれ
た下部チャンネル室8 へ導入され、この集合ガスはガス
下降管9 を通って次の部分酸化工程に送られる。以上が
炭化水素と水蒸気の混合ガスを改質触媒を有する反応管
群に導入し、二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一
次改質反応を行う熱交換室である。各管板4,6 と一次改
質反応管5 およびガス下降管9 は後述するこの熱交換室
のバッフルプレート20と共に上部円筒10によって懸下さ
れ、この円筒は外胴3 に固定されてシールされている。
これらの各構造物にはCr, Ni, Mo, Co, W 等を含む耐熱
合金が用いられる。
℃で導入され、外側のガスと熱交換しながら水蒸気改質
反応 (一次改質反応) が行われ、反応管の出口温度は 7
00〜850 ℃となる。一次改質ガスは下部蓋板7 に囲まれ
た下部チャンネル室8 へ導入され、この集合ガスはガス
下降管9 を通って次の部分酸化工程に送られる。以上が
炭化水素と水蒸気の混合ガスを改質触媒を有する反応管
群に導入し、二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一
次改質反応を行う熱交換室である。各管板4,6 と一次改
質反応管5 およびガス下降管9 は後述するこの熱交換室
のバッフルプレート20と共に上部円筒10によって懸下さ
れ、この円筒は外胴3 に固定されてシールされている。
これらの各構造物にはCr, Ni, Mo, Co, W 等を含む耐熱
合金が用いられる。
【００１９】ガス下降管9 からの一次改質ガスは耐火断
熱層を有する燃焼室の中心管11により形成される流路12
に送られ、炭化水素供給ノズル13からの供給される原料
炭化水素の一部と混合される。この混合ガスは該反応器
の底部にあって耐火断熱材で構成され周方向に放射状に
設けられた複数個の流路14を通過して上向きに反転し、
燃焼室16に 3〜15m/sec の流速で放出される。流路14の
各開孔口の中央部には酸素含有ガス噴射ノズル15が設け
られ、純酸素または空気等の酸素含有ガスが 5〜25m/se
c の流速で放出される。
熱層を有する燃焼室の中心管11により形成される流路12
に送られ、炭化水素供給ノズル13からの供給される原料
炭化水素の一部と混合される。この混合ガスは該反応器
の底部にあって耐火断熱材で構成され周方向に放射状に
設けられた複数個の流路14を通過して上向きに反転し、
燃焼室16に 3〜15m/sec の流速で放出される。流路14の
各開孔口の中央部には酸素含有ガス噴射ノズル15が設け
られ、純酸素または空気等の酸素含有ガスが 5〜25m/se
c の流速で放出される。
【００２０】燃焼室16においては一次改質ガス或いはこ
れに導入された炭化水素の可燃成分の一部が酸素と反応
して温度上昇が起こる。燃焼室内では酸化反応と共に C
H4の改質反応やガスの解離反応等による吸熱反応も行わ
れ、内部対流も若干あり、燃焼室出口温度は1300〜1600
℃程度となる。燃焼室において得られた部分酸化ガスは
二次改質触媒の支持床17の細孔を通過して二次改質触媒
層18に導入される。
れに導入された炭化水素の可燃成分の一部が酸素と反応
して温度上昇が起こる。燃焼室内では酸化反応と共に C
H4の改質反応やガスの解離反応等による吸熱反応も行わ
れ、内部対流も若干あり、燃焼室出口温度は1300〜1600
℃程度となる。燃焼室において得られた部分酸化ガスは
二次改質触媒の支持床17の細孔を通過して二次改質触媒
層18に導入される。
【００２１】二次改質触媒層18内では部分酸化ガス中の
未改質炭化水素 (メタン) が更に改質され、空間部19を
通って一次改質反応管の外側 (熱交換室) に送られる。
この熱交換室に入る二次改質ガスの温度は 900〜1100℃
であり、炭化水素の 90%以上が改質されており、H2、C
O、CO2 、またこれにN2を加えたものを主成分とするガ
スとなる。なお熱交換室には効率を高めるためにバッフ
ルプレート20が設置され、また二重サヤ管等を用いる方
法もある。熱回収を終えた二次改質ガスは出口ノズル21
より排出され、出口流路22を経て次の工程に送られる。
なお二次改質ガスの流れを改善するために出口ノズル21
は図に示す如く複数個とすることもできる。該反応器の
外穀内面および各流路には断熱材23が十分な厚さで施工
され、外穀の鋼材を熱から保護すると共に、放熱損失を
削減することが行われる。
未改質炭化水素 (メタン) が更に改質され、空間部19を
通って一次改質反応管の外側 (熱交換室) に送られる。
この熱交換室に入る二次改質ガスの温度は 900〜1100℃
であり、炭化水素の 90%以上が改質されており、H2、C
O、CO2 、またこれにN2を加えたものを主成分とするガ
スとなる。なお熱交換室には効率を高めるためにバッフ
ルプレート20が設置され、また二重サヤ管等を用いる方
法もある。熱回収を終えた二次改質ガスは出口ノズル21
より排出され、出口流路22を経て次の工程に送られる。
なお二次改質ガスの流れを改善するために出口ノズル21
は図に示す如く複数個とすることもできる。該反応器の
外穀内面および各流路には断熱材23が十分な厚さで施工
され、外穀の鋼材を熱から保護すると共に、放熱損失を
削減することが行われる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の反応器は次のような利点を挙げ
ることができる。 一次改質ガスと酸素含有ガスが上向き並行流であるの
で、定常的に部分酸化が行われ、異常高温の火炎による
耐火断熱材の破損等が防止される。 二次改質触媒層に均一温度、組成のガスが供給される
ので、二次改質触媒の劣化等も防止され、二次改質反応
の反応率を高めることができる。 酸素含有ガス噴射ノズルが一次改質ガスで冷却される
ので、該噴射ノズルの焼損が回避される。またこれによ
り該噴射ノズルの周辺部の温度が低下するので、炭化水
素の分解反応等によるカーボンの生成が抑制される。 これにより大型の水素製造装置やメタノールやアンモニ
ア製造装置等における非常に有利な改質ガス発生装置が
提供され、産業上の意義が大きい。
ることができる。 一次改質ガスと酸素含有ガスが上向き並行流であるの
で、定常的に部分酸化が行われ、異常高温の火炎による
耐火断熱材の破損等が防止される。 二次改質触媒層に均一温度、組成のガスが供給される
ので、二次改質触媒の劣化等も防止され、二次改質反応
の反応率を高めることができる。 酸素含有ガス噴射ノズルが一次改質ガスで冷却される
ので、該噴射ノズルの焼損が回避される。またこれによ
り該噴射ノズルの周辺部の温度が低下するので、炭化水
素の分解反応等によるカーボンの生成が抑制される。 これにより大型の水素製造装置やメタノールやアンモニ
ア製造装置等における非常に有利な改質ガス発生装置が
提供され、産業上の意義が大きい。
【図１】構造図 本発明の炭化水素反応器の一例を示す構造図である。
1：原料ガス供給ノズル 2：上部チャンネル室 3：外穀 5：一次改質反応管 8：下部チャンネル室 9：ガス下降管 13：炭化水素供給管 14：酸素含有ガス噴射ノズル 16：燃焼室 18：二次改質触媒層 20：バッフルプレート 21：出口ノズル
Claims (3)
- 【請求項１】炭化水素と水蒸気の混合ガスより一次改質
反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二
次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の
加熱源に用いる単一容器の断熱型炭化水素反応器におい
て、燃焼室の酸素含有ガス噴射ノズルを一次改質ガス噴
射ノズルの中心径部に設置し、一次改質ガスと酸素含有
ガスとを上向き並行流とすることを特徴とする炭化水素
反応器 - 【請求項２】炭化水素と水蒸気の混合ガスより一次改質
反応を行い、次に酸素含有ガスを加えて部分酸化の後二
次改質反応を行い、得られた高温ガスを一次改質反応の
加熱源に用いる単一容器の断熱型炭化水素反応器におい
て、(a) 堅型円筒状反応器の上部に、炭化水素と水蒸気
の混合ガスを管内に改質触媒を有する反応管群に導入
し、上記二次改質反応後の高温ガスと熱交換して一次改
質反応を行う熱交換室、(b) 該熱交換室の下に二次改質
触媒を有する固定触媒層、(c) 該反応器の下部に反応管
群よりの一次改質ガスと反応器の底部より供給される酸
素含有ガスとを混合して部分酸化を行う燃焼室を有し、 燃焼室の底部において (a)よりの一次改質ガスの流路を
複数個に分流して上向きとし、分流した一次改質ガスの
噴射ノズルの中心部に酸素含有ガスの噴射ノズルを設置
することにより、一次改質ガスと酸素含有ガスを上向き
並行流として部分酸化を行う請求項２の炭化水素反応器 - 【請求項３】一次改質ガスと原料の炭化水素の一部を混
合した後、複数個に分流する請求項１記載の炭化水素反
応器
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP328793A JPH06206702A (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 炭化水素反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP328793A JPH06206702A (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 炭化水素反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06206702A true JPH06206702A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11553190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP328793A Pending JPH06206702A (ja) | 1993-01-12 | 1993-01-12 | 炭化水素反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06206702A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11314901A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-11-16 | Haldor Topsoe As | 炭化水素供給源のオ―トサ―マル水蒸気改質の方法 |
| EP1020401A1 (en) * | 1999-01-13 | 2000-07-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Reformer, method of reforming, and fuelcell system equipped with the reformer |
| KR100804913B1 (ko) * | 2005-09-08 | 2008-02-20 | 가시오게산키 가부시키가이샤 | 반응장치 |
-
1993
- 1993-01-12 JP JP328793A patent/JPH06206702A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11314901A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-11-16 | Haldor Topsoe As | 炭化水素供給源のオ―トサ―マル水蒸気改質の方法 |
| EP1020401A1 (en) * | 1999-01-13 | 2000-07-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Reformer, method of reforming, and fuelcell system equipped with the reformer |
| US6413491B1 (en) | 1999-01-13 | 2002-07-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Reformer, method of reforming, and fuel cell system equipped with the reformer |
| KR100804913B1 (ko) * | 2005-09-08 | 2008-02-20 | 가시오게산키 가부시키가이샤 | 반응장치 |
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