JPH06219704A - 改質装置 - Google Patents
改質装置Info
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- JPH06219704A JPH06219704A JP5008027A JP802793A JPH06219704A JP H06219704 A JPH06219704 A JP H06219704A JP 5008027 A JP5008027 A JP 5008027A JP 802793 A JP802793 A JP 802793A JP H06219704 A JPH06219704 A JP H06219704A
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- reforming
- regeneration chamber
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
Abstract
(57)【要約】
【目的】 改質触媒層から出た改質ガスの温度を下げ
て、高温シフト反応触媒層としての最適な温度にして、
触媒を劣化させず、一酸化炭素を十分に反応させて残量
を減少させる改質装置を提供する。 【構成】 再生室を上端から下端まで内管の内壁に沿っ
て流下する空塔の再生室を設け、改質ガスがその内側で
再たび中間部まで上昇し中心部を流下するようにし、こ
の再上昇あるいは流下する中心部にシフト反応触媒層を
設けた構成とする。
て、高温シフト反応触媒層としての最適な温度にして、
触媒を劣化させず、一酸化炭素を十分に反応させて残量
を減少させる改質装置を提供する。 【構成】 再生室を上端から下端まで内管の内壁に沿っ
て流下する空塔の再生室を設け、改質ガスがその内側で
再たび中間部まで上昇し中心部を流下するようにし、こ
の再上昇あるいは流下する中心部にシフト反応触媒層を
設けた構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水蒸気と炭化水素を混合
した原料ガスを触媒反応によって改質し水素を生成する
装置に関する。
した原料ガスを触媒反応によって改質し水素を生成する
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば燃料電池発電プラントにおいて
は、水蒸気と炭化水素とを混合した原料ガスを触媒反応
によって分解して水素を生成するコンパクトな改質装置
が設けられている。
は、水蒸気と炭化水素とを混合した原料ガスを触媒反応
によって分解して水素を生成するコンパクトな改質装置
が設けられている。
【０００３】この種の改質装置しては、一般に図３に示
すような構成が採用されている。図３において、１は内
壁面に断熱層２を形成した改質容器で、この改質容器１
内には複数本の改質管３が収納され、その各改質管３の
外周部にスリ―ブ管４を同心状に配設してその中に螺旋
状流路５が形成されている。また、各改質管３内には触
媒層６とセンタプラグ７が設けられ、これらの間に再生
室８が形成されている。
すような構成が採用されている。図３において、１は内
壁面に断熱層２を形成した改質容器で、この改質容器１
内には複数本の改質管３が収納され、その各改質管３の
外周部にスリ―ブ管４を同心状に配設してその中に螺旋
状流路５が形成されている。また、各改質管３内には触
媒層６とセンタプラグ７が設けられ、これらの間に再生
室８が形成されている。
【０００４】また、改質容器１内の各改質管３の上部に
燃焼室９が形成され、この燃焼室９に燃焼空気と燃焼ガ
スを送り込む燃焼空気入口管10および燃焼ガス入口管11
が改質容器１を貫通し、且つ貫通部を密封構造にして設
けられている。この場合、燃焼空気入口管10および燃焼
ガス入口管11は二重管にして構成され、その燃焼室９側
の開口端に共通の燃焼バ―ナノズル12が設けられてい
る。
燃焼室９が形成され、この燃焼室９に燃焼空気と燃焼ガ
スを送り込む燃焼空気入口管10および燃焼ガス入口管11
が改質容器１を貫通し、且つ貫通部を密封構造にして設
けられている。この場合、燃焼空気入口管10および燃焼
ガス入口管11は二重管にして構成され、その燃焼室９側
の開口端に共通の燃焼バ―ナノズル12が設けられてい
る。
【０００５】一方、改質容器１の下部側面部を貫通させ
て原料ガス入口管13、改質ガス出口管14および排ガス出
口管15がそれぞれ設けられている。原料ガス入口管13は
各改質管３内に目皿16により支持された触媒層６に連通
する共通管に接続され、また改質ガス出口管14は各改質
管３内の触媒層６とセンタプラグ７との間の再生室８に
連通する共通管に接続され、さらに排ガス出口管15は各
改質管３とスリ―ブ管４との間の螺旋流路５に連通す
る。なお、改質管３は改質容器１の内部に１本のみ設け
る場合もあるが、一般的には図３に示すように複数本設
けられる。
て原料ガス入口管13、改質ガス出口管14および排ガス出
口管15がそれぞれ設けられている。原料ガス入口管13は
各改質管３内に目皿16により支持された触媒層６に連通
する共通管に接続され、また改質ガス出口管14は各改質
管３内の触媒層６とセンタプラグ７との間の再生室８に
連通する共通管に接続され、さらに排ガス出口管15は各
改質管３とスリ―ブ管４との間の螺旋流路５に連通す
る。なお、改質管３は改質容器１の内部に１本のみ設け
る場合もあるが、一般的には図３に示すように複数本設
けられる。
【０００６】図４は１本の改質管３の内部構成を詳細に
示したものである。図４に示すように改質管３は外管33
と内管22との間に触媒粒子を充填して触媒層６が形成さ
れている。この触媒層６はその下端部に設けられた下部
目皿19により支持されると共に、上部にも目皿20が設け
られている。また、内管22の中心線上にはセンタプラグ
７が設けられ、内管22との間に再生室８が形成されてい
る。さらに再生室８の下半分には高温シフト反応を促進
させる高温シフト反応触媒粒子を充填した触媒層25を設
ける。
示したものである。図４に示すように改質管３は外管33
と内管22との間に触媒粒子を充填して触媒層６が形成さ
れている。この触媒層６はその下端部に設けられた下部
目皿19により支持されると共に、上部にも目皿20が設け
られている。また、内管22の中心線上にはセンタプラグ
７が設けられ、内管22との間に再生室８が形成されてい
る。さらに再生室８の下半分には高温シフト反応を促進
させる高温シフト反応触媒粒子を充填した触媒層25を設
ける。
【０００７】このような構成の改質装置において、バ―
ナノズル12へ燃焼ガスと燃焼空気とを送込み、これを燃
焼室９で燃焼させると、この燃焼により生じた排ガスは
螺旋流路５内を流れ、排ガス出口管15を通して外部に排
出される。また、原料ガス入口管13より流入した原料ガ
スは触媒層６の中を流れて上昇し、上端部で逆向きに方
向転換して再生室８を流下し、改質ガス出口管14から流
出する。また改質管３の外部では、燃焼室９で燃焼した
ガスが螺旋状流路５を通って排ガス出口管15に流出す
る。この燃焼熱により改質管３が加熱される。
ナノズル12へ燃焼ガスと燃焼空気とを送込み、これを燃
焼室９で燃焼させると、この燃焼により生じた排ガスは
螺旋流路５内を流れ、排ガス出口管15を通して外部に排
出される。また、原料ガス入口管13より流入した原料ガ
スは触媒層６の中を流れて上昇し、上端部で逆向きに方
向転換して再生室８を流下し、改質ガス出口管14から流
出する。また改質管３の外部では、燃焼室９で燃焼した
ガスが螺旋状流路５を通って排ガス出口管15に流出す
る。この燃焼熱により改質管３が加熱される。
【０００８】改質管内で原料ガスが改質される過程は以
下のようになる。すなわち、原料ガスが原料ガス入口管
13から改質管３の下部目皿19を通して触媒層６に流入す
ると、この原料ガスは触媒層６を上昇する。このとき改
質管３の外部から改質に十分な量の熱が加えられ、触媒
層６の温度は原料ガスの入口温度約 500℃から出口温度
約 800℃に上昇し、原料ガスの改質反応が行なわれる。
下のようになる。すなわち、原料ガスが原料ガス入口管
13から改質管３の下部目皿19を通して触媒層６に流入す
ると、この原料ガスは触媒層６を上昇する。このとき改
質管３の外部から改質に十分な量の熱が加えられ、触媒
層６の温度は原料ガスの入口温度約 500℃から出口温度
約 800℃に上昇し、原料ガスの改質反応が行なわれる。
【０００９】改質反応は原料中のメタンと水蒸気により
一酸化炭素と水素が作られる。この反応を行なったガス
は上端で反転して上部目皿20を通過して再生室８に入い
り、高温シフト反応触媒層25に入いる。ここでは上記一
酸化炭素と上記の改質反応で使われなかった残りの水蒸
気によりシフト反応が行なわれて二酸化炭素と水素が生
成され、十分水素が増加したガスが流下して下部の改質
ガス出口管14から流出する。
一酸化炭素と水素が作られる。この反応を行なったガス
は上端で反転して上部目皿20を通過して再生室８に入い
り、高温シフト反応触媒層25に入いる。ここでは上記一
酸化炭素と上記の改質反応で使われなかった残りの水蒸
気によりシフト反応が行なわれて二酸化炭素と水素が生
成され、十分水素が増加したガスが流下して下部の改質
ガス出口管14から流出する。
【００１０】ところで、上記再生室８に入いった改質ガ
スは、その温度が約 800℃で高温シフト反応触媒層25に
そのまま流入する。高温シフト反応触媒は一般化学プラ
ント用の触媒を使用すると 400℃〜 500℃で使用するこ
とになる。
スは、その温度が約 800℃で高温シフト反応触媒層25に
そのまま流入する。高温シフト反応触媒は一般化学プラ
ント用の触媒を使用すると 400℃〜 500℃で使用するこ
とになる。
【００１１】従がって、図４に示す従来の改質管構造で
は高温シフト反応触媒層の温度が高すぎて、この触媒の
寿命が短かくなって短期間にとりかえなければならな
い。また温度が、このように高すぎると化学反応平衡定
数が低い値になってしまうため、シフト反応が十分な量
行なわれない。そして一酸化炭素が残ったまま流出され
る。
は高温シフト反応触媒層の温度が高すぎて、この触媒の
寿命が短かくなって短期間にとりかえなければならな
い。また温度が、このように高すぎると化学反応平衡定
数が低い値になってしまうため、シフト反応が十分な量
行なわれない。そして一酸化炭素が残ったまま流出され
る。
【００１２】燃料電池の改質装置の場合、一酸化炭素は
この改質器から出た後、さらに低温シフト変成器によっ
て更にシフト反応を行なって減少しているが、高温シフ
ト反応で減少する分と低温シフトで更に減少する分によ
って、ようやく燃料電池本体に入いるアノ―ド入口での
許容値になる。この許容値以上の一酸化炭素が本体に入
いると電池本体に使用されている白金触媒を被毒する。
これにより電池本体の寿命を短かくしてしまう。
この改質器から出た後、さらに低温シフト変成器によっ
て更にシフト反応を行なって減少しているが、高温シフ
ト反応で減少する分と低温シフトで更に減少する分によ
って、ようやく燃料電池本体に入いるアノ―ド入口での
許容値になる。この許容値以上の一酸化炭素が本体に入
いると電池本体に使用されている白金触媒を被毒する。
これにより電池本体の寿命を短かくしてしまう。
【００１３】図４に示す従来の改質装置では高温シフト
反応触媒層での温度が高すぎて十分なシフト反応が行な
われず、一酸化炭素が残って、燃料電池本体の入口で許
容値に減少させることができるという問題があることが
わかった。
反応触媒層での温度が高すぎて十分なシフト反応が行な
われず、一酸化炭素が残って、燃料電池本体の入口で許
容値に減少させることができるという問題があることが
わかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】このように改質触媒層
から出た改質ガスが内側の再生室に入いり、再生室に設
けた高温シフト反応触媒層に入ると、シフト反応触媒と
しては許容限度の温度を越えた高温で使用することにな
るため触媒を早く劣化させ寿命を短かくしてしまう上
に、高温すぎるために化学反応平衡定数が低い値にな
り、十分な量の反応が行なわれないので、一酸化炭素が
許容量以上に残ったままで流出するという問題が生ず
る。
から出た改質ガスが内側の再生室に入いり、再生室に設
けた高温シフト反応触媒層に入ると、シフト反応触媒と
しては許容限度の温度を越えた高温で使用することにな
るため触媒を早く劣化させ寿命を短かくしてしまう上
に、高温すぎるために化学反応平衡定数が低い値にな
り、十分な量の反応が行なわれないので、一酸化炭素が
許容量以上に残ったままで流出するという問題が生ず
る。
【００１５】そこで本発明は、改質触媒層から出た改質
ガスの温度を下げて、高温シフト反応触媒層としての最
適な温度にして、触媒を劣化させず、一酸化炭素を十分
に反応させて残量を減少させる改質装置を提供すること
を目的とする。
ガスの温度を下げて、高温シフト反応触媒層としての最
適な温度にして、触媒を劣化させず、一酸化炭素を十分
に反応させて残量を減少させる改質装置を提供すること
を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、一端が閉じた同心多重管構成の外管外部か
ら加熱し、外管と内管の間に改質触媒層を形成し、この
触媒層に一端部側から供給される原料ガスを前記触媒層
内を通過させて改質反応させると共に、前記触媒層の他
端部側から得られる改質ガスを前記内管内部の再生室を
通し、さらに再生室内の一部にシフト反応触媒層を設け
て、前記ガスを通過させて外部に取り出す改質装置にお
いて、前記再生室を上端から下端まで内管の内壁に沿っ
て流下する空塔の再生室を設け、改質ガスがその内側で
再たび中間部まで上昇し中心部を流下するようにし、こ
の再上昇あるいは流下する中心部にシフト反応触媒層を
設けた構成とする。
成するため、一端が閉じた同心多重管構成の外管外部か
ら加熱し、外管と内管の間に改質触媒層を形成し、この
触媒層に一端部側から供給される原料ガスを前記触媒層
内を通過させて改質反応させると共に、前記触媒層の他
端部側から得られる改質ガスを前記内管内部の再生室を
通し、さらに再生室内の一部にシフト反応触媒層を設け
て、前記ガスを通過させて外部に取り出す改質装置にお
いて、前記再生室を上端から下端まで内管の内壁に沿っ
て流下する空塔の再生室を設け、改質ガスがその内側で
再たび中間部まで上昇し中心部を流下するようにし、こ
の再上昇あるいは流下する中心部にシフト反応触媒層を
設けた構成とする。
【００１７】
【作用】このような構成の改質装置にあっては改質触媒
層から流出した改質ガスが触媒層内壁に沿って比較的速
い流速で流下し触媒層内壁と熱交換するので、下端まで
流下すると可成り温度が低下する。そして、この内側で
再上昇させ、中心部にはいって流下する部分に高温シフ
ト反応触媒層を設けることにより高温シフト反応触媒層
に入いる入口温度は可成り低下させることができる。
層から流出した改質ガスが触媒層内壁に沿って比較的速
い流速で流下し触媒層内壁と熱交換するので、下端まで
流下すると可成り温度が低下する。そして、この内側で
再上昇させ、中心部にはいって流下する部分に高温シフ
ト反応触媒層を設けることにより高温シフト反応触媒層
に入いる入口温度は可成り低下させることができる。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を図１および図２に示す。以
下これらの詳細について説明する。
下これらの詳細について説明する。
【００１９】図１は本発明による改質装置の第１の実施
例における改質管の構成を示す。従来技術を示す図３お
よび図４の改質管３の内部構成を変えたもので、同一の
部分には同一記号を付してある。改質管３の内側に改質
触媒層６を設けて、ここを通過したガスが上端部で中央
に集まり上部目皿20を通して流下する。レジュ―サ21を
通って中間部に設けた底板23に当りレジュ―サ21の外側
にまわって上昇し、再生室上部27にてまた下降流に反転
して再生室８を流下する。再生室内管29は上下に円周上
等配に設けたスペ―サ28により改質触媒層の内管22と等
間隔に保たれている。再生室下部の空間30で再たび反転
して前記再生室内管29とシフト触媒層外管24との間の上
昇流路31を上昇して中央のシフト触媒層外管24の内部に
設けたシフト反応触媒層25を流下して下部の改質ガス出
口管14から流出する。
例における改質管の構成を示す。従来技術を示す図３お
よび図４の改質管３の内部構成を変えたもので、同一の
部分には同一記号を付してある。改質管３の内側に改質
触媒層６を設けて、ここを通過したガスが上端部で中央
に集まり上部目皿20を通して流下する。レジュ―サ21を
通って中間部に設けた底板23に当りレジュ―サ21の外側
にまわって上昇し、再生室上部27にてまた下降流に反転
して再生室８を流下する。再生室内管29は上下に円周上
等配に設けたスペ―サ28により改質触媒層の内管22と等
間隔に保たれている。再生室下部の空間30で再たび反転
して前記再生室内管29とシフト触媒層外管24との間の上
昇流路31を上昇して中央のシフト触媒層外管24の内部に
設けたシフト反応触媒層25を流下して下部の改質ガス出
口管14から流出する。
【００２０】図２の実施例は、再生室下端30から上昇す
る内側流路31に高温シフト反応触媒層25を設けて中央の
流出管14は空塔で流出する構成である。図２の実施例は
高温シフト反応触媒層が上昇流であるのに対して図１の
実施例は下降となるので、この触媒層内のガスの流速が
相当大きな値になった場合には触媒粒子の流動現象が考
えられる場合には図１の実施例の方が有利である。
る内側流路31に高温シフト反応触媒層25を設けて中央の
流出管14は空塔で流出する構成である。図２の実施例は
高温シフト反応触媒層が上昇流であるのに対して図１の
実施例は下降となるので、この触媒層内のガスの流速が
相当大きな値になった場合には触媒粒子の流動現象が考
えられる場合には図１の実施例の方が有利である。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、改質
触媒層内側に空塔再生室を設けることにより、再生室下
端ではガスの温度が 470℃〜 550℃になり、高温シフト
反応触媒層に入いる温度は最適温度となる。
触媒層内側に空塔再生室を設けることにより、再生室下
端ではガスの温度が 470℃〜 550℃になり、高温シフト
反応触媒層に入いる温度は最適温度となる。
【００２２】そのため、シフト反応触媒層は正常な状態
で使用することになり、触媒の寿命を延ばすことができ
ると共に、シフト反応によって減少する一酸化炭素の量
も十分減少させることができて、燃料電池本体に入いる
一酸化炭素量も許容値以下にすることが可能となる。そ
して改質装置の内管の内側の空間は有効利用ができるこ
とになり、信頼性の高い効率のよい改質装置を提供でき
る。
で使用することになり、触媒の寿命を延ばすことができ
ると共に、シフト反応によって減少する一酸化炭素の量
も十分減少させることができて、燃料電池本体に入いる
一酸化炭素量も許容値以下にすることが可能となる。そ
して改質装置の内管の内側の空間は有効利用ができるこ
とになり、信頼性の高い効率のよい改質装置を提供でき
る。
【図１】本発明の第１の実施例における改質管を示す構
成図
成図
【図２】本発明の第２の実施例における改質管を示す構
成図
成図
【図３】従来の一般的な改質装置の構成を示す断面図
【図４】同装置に使用される従来の改質管の構成図
３…改質管、４…スリ―ブ管、５…螺旋状流路、６…改
質触媒層、８…再生室、13…原料ガス入口管、14…改質
ガス出口管、15…排ガス出口管、19…下部目皿、20…上
部目皿、21…レジュ―サ、22…改質触媒層内管、23…底
板、24…シフト触媒層外管、25…高温シフト触媒層、26
…下部目皿、27…再生室上部、28…スペ―サ、29…再生
室内管、30…再生室下端、31…内側流路、33…外管
質触媒層、８…再生室、13…原料ガス入口管、14…改質
ガス出口管、15…排ガス出口管、19…下部目皿、20…上
部目皿、21…レジュ―サ、22…改質触媒層内管、23…底
板、24…シフト触媒層外管、25…高温シフト触媒層、26
…下部目皿、27…再生室上部、28…スペ―サ、29…再生
室内管、30…再生室下端、31…内側流路、33…外管
Claims (1)
- 【請求項１】 一端が閉じた同心多重管構成の外管外部
から加熱し、外管と内管の間に改質触媒層を形成し、こ
の触媒層に一端部側から供給される原料ガスを前記触媒
層内を通過させて改質反応させると共に、前記触媒層の
他端部側から得られる改質ガスを前記内管内部の再生室
を通し、さらに再生室内の一部にシフト反応触媒層を設
けて、前記ガスを通過させて外部に取り出す改質装置に
おいて、前記再生室を上端から下端まで内管の内壁に沿
って流下する空塔の再生室を設け、改質ガスがその内側
で再たび中間部まで上昇し中心部を流下するようにし、
この再上昇あるいは流下する中心部にシフト反応触媒層
を設けたことを特徴とする改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008027A JPH06219704A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008027A JPH06219704A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06219704A true JPH06219704A (ja) | 1994-08-09 |
Family
ID=11681860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5008027A Pending JPH06219704A (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06219704A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998000361A1 (fr) * | 1996-06-28 | 1998-01-08 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Appareil de modification |
| WO1998000878A1 (fr) * | 1996-07-02 | 1998-01-08 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Systeme de generation d'energie au moyen de piles a combustible |
| EP1394103A4 (en) * | 2001-06-04 | 2006-05-17 | Tokyo Gas Co Ltd | CYLINDRICAL WATER VAPOR REFORMING UNIT |
| JP2007099538A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池用水素発生装置 |
| JP2007126331A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | T Rad Co Ltd | 改質器 |
| JP2011195393A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 膜分離型反応器、膜分離型水素製造装置及び水素の製造方法 |
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| JP2020087789A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 東京瓦斯株式会社 | 反応装置、及び燃料電池発電システム |
-
1993
- 1993-01-21 JP JP5008027A patent/JPH06219704A/ja active Pending
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