JPH0640703A - 水蒸気改質反応器 - Google Patents
水蒸気改質反応器Info
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- JPH0640703A JPH0640703A JP12858792A JP12858792A JPH0640703A JP H0640703 A JPH0640703 A JP H0640703A JP 12858792 A JP12858792 A JP 12858792A JP 12858792 A JP12858792 A JP 12858792A JP H0640703 A JPH0640703 A JP H0640703A
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- 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
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0405—Purification by membrane separation
- C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素分離型水蒸気改質反応器に関する。
【構成】 炭化水素や含酸素炭化水素が原料として供給
され、水蒸気改質反応によって水素を製造する反応器で
あって、水素分離膜を水蒸気改質反応触媒層内に内蔵
し、圧力差によって水素を選択的に分離しながら反応を
進行させる水素分離型の水蒸気改質反応器において、該
水蒸気改質反応に必要な反応熱を供給するために前記触
媒層の周囲に燃焼触媒を配設するとともに、燃料分散手
段によって連続的にあるいは段階的に燃料を供給するよ
うにしてなる水蒸気改質反応器。
され、水蒸気改質反応によって水素を製造する反応器で
あって、水素分離膜を水蒸気改質反応触媒層内に内蔵
し、圧力差によって水素を選択的に分離しながら反応を
進行させる水素分離型の水蒸気改質反応器において、該
水蒸気改質反応に必要な反応熱を供給するために前記触
媒層の周囲に燃焼触媒を配設するとともに、燃料分散手
段によって連続的にあるいは段階的に燃料を供給するよ
うにしてなる水蒸気改質反応器。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水素分離型水蒸気反応器
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】水蒸気改質反応器は触媒を用いてメタン
やメタノールなどの炭化水素や含酸素炭化水素からなる
原料ガスを、水蒸気改質反応とＣＯシフト反応によって
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素に分解する反応器であ
る。例えば、メタンなどの炭化水素からなる原料ガスは
スチームと混合後、触媒層に導入され下記反応で水素、
一酸化炭素及び二酸化炭素に分解される。 Ｃn Ｈm ＋ nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ ＋ (n+m/2)Ｈ2 （１） Ｃn Ｈm ＋ 2nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ2 ＋ (2n+m/2)Ｈ2 （２） Ｃn Ｈm ＋ nＣＯ2 ＝ 2nＣＯ ＋ m/2 Ｈ2 （３）
やメタノールなどの炭化水素や含酸素炭化水素からなる
原料ガスを、水蒸気改質反応とＣＯシフト反応によって
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素に分解する反応器であ
る。例えば、メタンなどの炭化水素からなる原料ガスは
スチームと混合後、触媒層に導入され下記反応で水素、
一酸化炭素及び二酸化炭素に分解される。 Ｃn Ｈm ＋ nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ ＋ (n+m/2)Ｈ2 （１） Ｃn Ｈm ＋ 2nＨ2 Ｏ ＝ nＣＯ2 ＋ (2n+m/2)Ｈ2 （２） Ｃn Ｈm ＋ nＣＯ2 ＝ 2nＣＯ ＋ m/2 Ｈ2 （３）
【０００３】これら原料ガスの水蒸気改質反応は吸熱を
伴う平衡反応であり高温ほど反応が進む。また、その反
応量や反応速度は原料ガス濃度、反応生成物である水素
や一酸化炭素の濃度及び反応温度、圧力に影響される。
例えば、原料ガスの反応量を向上させるためには、原料
ガス濃度を上げ反応生成物濃度を下げ、低圧かつ高温で
反応させる必要がある。そこで、従来の水蒸気改質反応
器では主に反応温度を高く設定することによって原料ガ
スの反応量を確保していた。例えば、メタンの水蒸気改
質反応器では出口温度が約８００℃に設定される。この
ため、このような反応器では反応器材料として高温に耐
えられるものが必要であり高価になるという問題があっ
た。また、高温状態の反応では、下記（４）、（５）の
反応によって反応ガス中のメタンあるいはＣＯが分解し
てカーボン（Ｃ）が生成し、触媒層を目詰まりさせたり
触媒粒子内部に析出し、触媒粒子自体を破壊し細粒化さ
せることによって触媒層の圧力損失を非常に大きくした
りしていた。 ＣＨ4 → Ｃ ＋ ２Ｈ2 （４） ２ＣＯ → Ｃ ＋ ＣＯ2 （５）
伴う平衡反応であり高温ほど反応が進む。また、その反
応量や反応速度は原料ガス濃度、反応生成物である水素
や一酸化炭素の濃度及び反応温度、圧力に影響される。
例えば、原料ガスの反応量を向上させるためには、原料
ガス濃度を上げ反応生成物濃度を下げ、低圧かつ高温で
反応させる必要がある。そこで、従来の水蒸気改質反応
器では主に反応温度を高く設定することによって原料ガ
スの反応量を確保していた。例えば、メタンの水蒸気改
質反応器では出口温度が約８００℃に設定される。この
ため、このような反応器では反応器材料として高温に耐
えられるものが必要であり高価になるという問題があっ
た。また、高温状態の反応では、下記（４）、（５）の
反応によって反応ガス中のメタンあるいはＣＯが分解し
てカーボン（Ｃ）が生成し、触媒層を目詰まりさせたり
触媒粒子内部に析出し、触媒粒子自体を破壊し細粒化さ
せることによって触媒層の圧力損失を非常に大きくした
りしていた。 ＣＨ4 → Ｃ ＋ ２Ｈ2 （４） ２ＣＯ → Ｃ ＋ ＣＯ2 （５）
【０００４】この反応は約７００℃以上の高温で発生す
るため反応温度を下げれば防ぐことができるが、低温で
は水蒸気改質反応の平衡転化率が低いため反応温度を低
くすることができない。そこで、このようなカーボン析
出を防ぐためにスチーム（Ｓ）と原料ガス中のカーボン
原子（Ｃ）のモル比、すなわち、Ｓ／Ｃを反応必要量以
上の約２．５以上に設定し、高温下で反応を進行させて
いる。このためスチームを発生させるために余計な熱量
が必要となり、例えば、燃料電池システムなどのリフォ
ーマを含むシステムの熱効率を低下させていた。
るため反応温度を下げれば防ぐことができるが、低温で
は水蒸気改質反応の平衡転化率が低いため反応温度を低
くすることができない。そこで、このようなカーボン析
出を防ぐためにスチーム（Ｓ）と原料ガス中のカーボン
原子（Ｃ）のモル比、すなわち、Ｓ／Ｃを反応必要量以
上の約２．５以上に設定し、高温下で反応を進行させて
いる。このためスチームを発生させるために余計な熱量
が必要となり、例えば、燃料電池システムなどのリフォ
ーマを含むシステムの熱効率を低下させていた。
【０００５】そこで、従来の反応器に比べ低温で反応さ
せることによって、上記従来型の問題点を解決するため
に、反応平衡を崩しながら原料ガスの分解を進めるタイ
プの反応器、すなわち水素分離型水蒸気改質反応器が提
案されている。この反応器は反応器の触媒層内に水素を
選択的に分離する膜を内蔵したものであり、前記水蒸気
改質反応（１）〜（３）が進行した結果発生する水素
を、内蔵した水素分離膜を通して選択的に反応系外へ分
離する機能を有する。このため、低温であっても水素が
分離される限り、反応が平衡に達することなく進行する
ことになる。
せることによって、上記従来型の問題点を解決するため
に、反応平衡を崩しながら原料ガスの分解を進めるタイ
プの反応器、すなわち水素分離型水蒸気改質反応器が提
案されている。この反応器は反応器の触媒層内に水素を
選択的に分離する膜を内蔵したものであり、前記水蒸気
改質反応（１）〜（３）が進行した結果発生する水素
を、内蔵した水素分離膜を通して選択的に反応系外へ分
離する機能を有する。このため、低温であっても水素が
分離される限り、反応が平衡に達することなく進行する
ことになる。
【０００６】水素分離膜はパラジウム単独、パラジウム
銀合金など、あるいは、これら金属をセラミックスのよ
うな多孔質無機材料へコーティングしたもの、または焼
結金属のような金属材料からなる多孔質体へコーティン
グしたものが用いられている。これらの水素分離膜では
透過側と非透過側との水素分圧差によって水素が膜内を
移動する現象を利用して水素を分離しているもので反応
側と透過側とに圧力差をつける必要がある。
銀合金など、あるいは、これら金属をセラミックスのよ
うな多孔質無機材料へコーティングしたもの、または焼
結金属のような金属材料からなる多孔質体へコーティン
グしたものが用いられている。これらの水素分離膜では
透過側と非透過側との水素分圧差によって水素が膜内を
移動する現象を利用して水素を分離しているもので反応
側と透過側とに圧力差をつける必要がある。
【０００７】水素分離型水蒸気反応器の従来例を図５〜
図７を用いて更に詳しく説明する。図５は従来の水素分
離膜型水蒸気改質反応器の一態様の説明図、図６は図５
に設定される水素分離膜の一態様の説明図、図７は他の
水素分離型水蒸気改質反応器の一態様の説明図である。
図７を用いて更に詳しく説明する。図５は従来の水素分
離膜型水蒸気改質反応器の一態様の説明図、図６は図５
に設定される水素分離膜の一態様の説明図、図７は他の
水素分離型水蒸気改質反応器の一態様の説明図である。
【０００８】以下では、メタンの水蒸気改質反応を例に
採って、図５，図６によって該反応器の一態様の構造と
機能を説明する。１はシェル＆チューブ型の水素分離型
水蒸気改質反応器であり、複数本の触媒管２と胴部２２
から構成される。該触媒管２は改質触媒層４とほぼ中央
に水素分離膜３を有し、胴部２２へ管板２０、２０′に
よって固定されている。水素分離膜３は管状であり、改
質触媒層４から外の領域は素管３′で構成され、管板２
１によって胴部２２へ固定されている。メタンとスチー
ムとの混合ガス５は反応ガス入口ノズル６から該反応器
１の上部空間１９へ供給され、分散後、分散混合ガス
５′として改質触媒層４へ導入される。該触媒層４では
前記改質反応（１）〜（３）が進行し主に水素と二酸化
炭素が生成する。このうちの水素だけが水素分離膜３を
介して該分離膜３の透過側７へ分離される。反応後の未
反応ガス９は改質触媒層４から流出し、管板２０′と管
板２１で区切られた空間２３を経て反応ガス出口ノズル
１０より未反応ガス９′として反応器１外へ排出され
る。
採って、図５，図６によって該反応器の一態様の構造と
機能を説明する。１はシェル＆チューブ型の水素分離型
水蒸気改質反応器であり、複数本の触媒管２と胴部２２
から構成される。該触媒管２は改質触媒層４とほぼ中央
に水素分離膜３を有し、胴部２２へ管板２０、２０′に
よって固定されている。水素分離膜３は管状であり、改
質触媒層４から外の領域は素管３′で構成され、管板２
１によって胴部２２へ固定されている。メタンとスチー
ムとの混合ガス５は反応ガス入口ノズル６から該反応器
１の上部空間１９へ供給され、分散後、分散混合ガス
５′として改質触媒層４へ導入される。該触媒層４では
前記改質反応（１）〜（３）が進行し主に水素と二酸化
炭素が生成する。このうちの水素だけが水素分離膜３を
介して該分離膜３の透過側７へ分離される。反応後の未
反応ガス９は改質触媒層４から流出し、管板２０′と管
板２１で区切られた空間２３を経て反応ガス出口ノズル
１０より未反応ガス９′として反応器１外へ排出され
る。
【０００９】一方、分離された水素は透過側７から流出
し、分離水素８として該反応器１の管板２１で区切られ
た下部空間１８を経て水素出口ノズル１７より分離水素
８′として排出される。この際、透過側７は改質触媒層
４より圧力を低く保たれ、改質触媒層４側より水素分圧
が低くなるように運転される。
し、分離水素８として該反応器１の管板２１で区切られ
た下部空間１８を経て水素出口ノズル１７より分離水素
８′として排出される。この際、透過側７は改質触媒層
４より圧力を低く保たれ、改質触媒層４側より水素分圧
が低くなるように運転される。
【００１０】水蒸気改質反応は前記のごとく多量の反応
熱を伴う吸熱反応であり触媒管２を管外から加熱するこ
とによって反応熱を供給する必要がある。このため、こ
の従来例では高温の燃焼排ガス１１を加熱ガス入口ノズ
ル１２より反応器１の胴側１３へ導入することで反応熱
を供給している。胴側１３へ供給された燃焼ガス１１′
は該胴内に配設されたバッフル１４によってその流路が
触媒管２にほぼ垂直となるように制御され流れる。これ
によって、該燃焼排ガス１１′と触媒管２との伝熱が促
進し効率よく触媒管２を加熱することができる。燃焼ガ
ス１１′は触媒管２を加熱後、燃焼ガス出口ノズル１５
より排ガス１６として排出される。
熱を伴う吸熱反応であり触媒管２を管外から加熱するこ
とによって反応熱を供給する必要がある。このため、こ
の従来例では高温の燃焼排ガス１１を加熱ガス入口ノズ
ル１２より反応器１の胴側１３へ導入することで反応熱
を供給している。胴側１３へ供給された燃焼ガス１１′
は該胴内に配設されたバッフル１４によってその流路が
触媒管２にほぼ垂直となるように制御され流れる。これ
によって、該燃焼排ガス１１′と触媒管２との伝熱が促
進し効率よく触媒管２を加熱することができる。燃焼ガ
ス１１′は触媒管２を加熱後、燃焼ガス出口ノズル１５
より排ガス１６として排出される。
【００１１】図７の態様例では、水素分離膜３で透過側
７へ分離した水素を払出すのに不活性ガス２４を用いる
場合を示す。ここでは、不活性ガス２４を供給するため
に胴部２２に不活性ガス入口ノズル２５を設け、分離水
素排出管２６を管状の水素分離膜３内に設けている。供
給された不活性ガス２４は該分離水素排出管２６と該水
素分離膜３との間の前記透過側７に不活性ガス２４′と
して流入し、該分離水素排出管２６に沿って流れ分離水
素と混合しながら上昇する。該透過側７の上端に達した
前記分離水素と不活性ガス２４′の混合ガスは前記分離
水素排出管２６の上端から該管内に流入し該管内を流下
して分離水素８として該排出管１６より流出する。他の
構造及び機能は前記図５の態様に同じである。
７へ分離した水素を払出すのに不活性ガス２４を用いる
場合を示す。ここでは、不活性ガス２４を供給するため
に胴部２２に不活性ガス入口ノズル２５を設け、分離水
素排出管２６を管状の水素分離膜３内に設けている。供
給された不活性ガス２４は該分離水素排出管２６と該水
素分離膜３との間の前記透過側７に不活性ガス２４′と
して流入し、該分離水素排出管２６に沿って流れ分離水
素と混合しながら上昇する。該透過側７の上端に達した
前記分離水素と不活性ガス２４′の混合ガスは前記分離
水素排出管２６の上端から該管内に流入し該管内を流下
して分離水素８として該排出管１６より流出する。他の
構造及び機能は前記図５の態様に同じである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の水素分離型
水蒸気改質反応器では、水蒸気改質反応の反応熱を燃焼
排ガスのもつ熱エネルギーで供給する必要があるため、
反応器へ供給する燃焼排ガスの入口温度を高くする必要
がある。例えば、触媒層の平均反応温度を５００℃に設
定しようとすれば、反応器へ供給される燃焼排ガス１１
の温度を約７００〜８００℃以上にする必要がある。こ
の状態での触媒層内の半径方向の温度分布を図８に示
す。水蒸気改質反応が吸熱反応であるため触媒層内の温
度は触媒管壁が最も高く、触媒層内部の水素分離膜に向
かって徐々に低くなっている。上記条件では触媒管の内
壁温度が約６００〜７００℃以上となる。また、反応器
の効率を更に上げようとすれば燃焼排ガス１１の温度を
更に高く設定する必要があり、触媒管内壁温度が上昇す
ることになる。このため次のような問題点が生じてい
た。 （１）触媒層内の平均温度は低くても、燃焼側のガス温
度が高く触媒管の内壁温度も高くなる可能性があり、触
媒管の一部において低温用材料では耐久性がなくなる可
能性がある。 （２）また、Ｓ／Ｃを下げ、例えば２以下にした場合、
触媒層の管壁付近が高温となりカーボンが析出する可能
性があり、低Ｓ／Ｃでの反応操作は困難になる。
水蒸気改質反応器では、水蒸気改質反応の反応熱を燃焼
排ガスのもつ熱エネルギーで供給する必要があるため、
反応器へ供給する燃焼排ガスの入口温度を高くする必要
がある。例えば、触媒層の平均反応温度を５００℃に設
定しようとすれば、反応器へ供給される燃焼排ガス１１
の温度を約７００〜８００℃以上にする必要がある。こ
の状態での触媒層内の半径方向の温度分布を図８に示
す。水蒸気改質反応が吸熱反応であるため触媒層内の温
度は触媒管壁が最も高く、触媒層内部の水素分離膜に向
かって徐々に低くなっている。上記条件では触媒管の内
壁温度が約６００〜７００℃以上となる。また、反応器
の効率を更に上げようとすれば燃焼排ガス１１の温度を
更に高く設定する必要があり、触媒管内壁温度が上昇す
ることになる。このため次のような問題点が生じてい
た。 （１）触媒層内の平均温度は低くても、燃焼側のガス温
度が高く触媒管の内壁温度も高くなる可能性があり、触
媒管の一部において低温用材料では耐久性がなくなる可
能性がある。 （２）また、Ｓ／Ｃを下げ、例えば２以下にした場合、
触媒層の管壁付近が高温となりカーボンが析出する可能
性があり、低Ｓ／Ｃでの反応操作は困難になる。
【００１３】本発明は上記技術水準に鑑み、上述したよ
うな欠点のない水素分離型水蒸気反応器を提供しようと
するものである。
うな欠点のない水素分離型水蒸気反応器を提供しようと
するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は炭化水素や含酸
素炭化水素が原料として供給され、水蒸気改質反応によ
って水素を製造する反応器であって、水素分離膜を水蒸
気改質反応触媒層内に内蔵し、圧力差によって水素を選
択的に分離しながら反応を進行させる水素分離型の水蒸
気改質反応器において、該該水蒸気改質反応に必要な反
応熱を供給するために前記触媒層の周囲に燃焼触媒を配
設するとともに、燃料分散手段によって連続的にあるい
は段階的に燃料を供給するようにしてなることを特徴と
する水蒸気改質反応器である。
素炭化水素が原料として供給され、水蒸気改質反応によ
って水素を製造する反応器であって、水素分離膜を水蒸
気改質反応触媒層内に内蔵し、圧力差によって水素を選
択的に分離しながら反応を進行させる水素分離型の水蒸
気改質反応器において、該該水蒸気改質反応に必要な反
応熱を供給するために前記触媒層の周囲に燃焼触媒を配
設するとともに、燃料分散手段によって連続的にあるい
は段階的に燃料を供給するようにしてなることを特徴と
する水蒸気改質反応器である。
【００１５】すなわち、本発明の水蒸気改質反応器は触
媒管の回りに燃焼触媒あるいは燃焼触媒と伝熱粒子を配
し、燃料を段階的にあるいは連続的に該燃焼触媒上に供
給することによって燃焼させるようにしたものである。
媒管の回りに燃焼触媒あるいは燃焼触媒と伝熱粒子を配
し、燃料を段階的にあるいは連続的に該燃焼触媒上に供
給することによって燃焼させるようにしたものである。
【００１６】
【作用】このように触媒管の回りに燃焼触媒あるいは燃
焼触媒と伝熱粒子とを配設し、燃料を分割し段階的ある
いは連続的に燃焼触媒上に供給することによって燃焼ガ
スの燃焼温度を低下させるとともに燃焼触媒層中を燃焼
ガスを通過させることによって触媒管外の境膜伝熱係数
を上げ、燃焼ガスの温度が低いにもかかわらず改質触媒
層への伝熱速度を上げることができる。すなわち、燃焼
温度が低下し改質触媒層との温度差が小さくなることに
よって減少する伝熱速度を、触媒管外の境膜伝熱係数を
大きくすることによって伝熱量を確保することになる。
焼触媒と伝熱粒子とを配設し、燃料を分割し段階的ある
いは連続的に燃焼触媒上に供給することによって燃焼ガ
スの燃焼温度を低下させるとともに燃焼触媒層中を燃焼
ガスを通過させることによって触媒管外の境膜伝熱係数
を上げ、燃焼ガスの温度が低いにもかかわらず改質触媒
層への伝熱速度を上げることができる。すなわち、燃焼
温度が低下し改質触媒層との温度差が小さくなることに
よって減少する伝熱速度を、触媒管外の境膜伝熱係数を
大きくすることによって伝熱量を確保することになる。
【００１７】
（実施例１）本発明の一実施例を図１により説明する。
図１は実施例１の水蒸気改質反応器である。この実施例
１の水蒸気改質反応器の主な構造は図５，図６で説明し
た従来技術のものと同じであるので、以下、本発明のこ
の実施例１においては水蒸気改質反応器が従来のものと
異なる点につき主に説明する。従って、図１において、
図５、図６と同一部分には同一符号を付し説明は省略す
る。
図１は実施例１の水蒸気改質反応器である。この実施例
１の水蒸気改質反応器の主な構造は図５，図６で説明し
た従来技術のものと同じであるので、以下、本発明のこ
の実施例１においては水蒸気改質反応器が従来のものと
異なる点につき主に説明する。従って、図１において、
図５、図６と同一部分には同一符号を付し説明は省略す
る。
【００１８】原料ガスとなるメタンとスチームとの混合
ガス５は原料ガス入口ノズル６より反応器１へ導入され
改質触媒層４へ供給される。改質触媒層４では原料ガス
とスチームが前記水蒸気改質反応（１）〜（３）によっ
て主に水素と二酸化炭素に分解される。
ガス５は原料ガス入口ノズル６より反応器１へ導入され
改質触媒層４へ供給される。改質触媒層４では原料ガス
とスチームが前記水蒸気改質反応（１）〜（３）によっ
て主に水素と二酸化炭素に分解される。
【００１９】この実施例に係る反応器１の燃焼側には燃
焼触媒層１３が配されている。該触媒層の構成には燃焼
触媒と不活性粒子との混合粒子、燃焼触媒層と不活性粒
子層の重ね合わせ、あるいはハニカム型の燃焼触媒の利
用などでもかまわない。各段の燃焼触媒層１３はガス分
散板１４によって数段に分けられ、各燃焼触媒層１３の
間には、燃料２４、２４′、２４″を分散導入するため
の燃料分散室２５が設けられている。燃焼側に導入され
た燃焼排ガス１１は該燃焼触媒層１３を通過しながら触
媒管２を加熱する。加熱後の燃焼排ガスは温度が下がっ
ているため再度温度を上げるために燃料２４′を燃料分
散室２５に導入し前記燃焼排ガスと混合する。燃料２
４′を混合した燃焼排ガスは再度燃焼触媒層１３へ導入
され該燃焼触媒上で燃焼し燃焼排ガスを加熱する。代表
的な燃焼触媒層１３の温度分布を図３に示す。
焼触媒層１３が配されている。該触媒層の構成には燃焼
触媒と不活性粒子との混合粒子、燃焼触媒層と不活性粒
子層の重ね合わせ、あるいはハニカム型の燃焼触媒の利
用などでもかまわない。各段の燃焼触媒層１３はガス分
散板１４によって数段に分けられ、各燃焼触媒層１３の
間には、燃料２４、２４′、２４″を分散導入するため
の燃料分散室２５が設けられている。燃焼側に導入され
た燃焼排ガス１１は該燃焼触媒層１３を通過しながら触
媒管２を加熱する。加熱後の燃焼排ガスは温度が下がっ
ているため再度温度を上げるために燃料２４′を燃料分
散室２５に導入し前記燃焼排ガスと混合する。燃料２
４′を混合した燃焼排ガスは再度燃焼触媒層１３へ導入
され該燃焼触媒上で燃焼し燃焼排ガスを加熱する。代表
的な燃焼触媒層１３の温度分布を図３に示す。
【００２０】図３には、燃焼側を流れる燃焼排ガス１１
の流れ方向も示すが、該排ガス１１は反応器比長さの大
きい側から小さい側へ（図の右から左へ）流れる。燃料
は図中の燃料供給位置において燃焼側へ供給され、供給
される毎に燃焼側の温度が上昇し全体の温度分布は鋸状
になる。
の流れ方向も示すが、該排ガス１１は反応器比長さの大
きい側から小さい側へ（図の右から左へ）流れる。燃料
は図中の燃料供給位置において燃焼側へ供給され、供給
される毎に燃焼側の温度が上昇し全体の温度分布は鋸状
になる。
【００２１】図４には触媒管２内の温度分布を示す。こ
のように燃料２４を分散して燃焼させるために、反応器
入口で全燃料を一括燃焼させた場合の先に示した触媒管
内温度分布図８に比べ燃焼側の最高温度は低くなる。す
なわち、図８の条件では燃焼側の最高温度が約９００〜
１０００℃程度になる。一方、本発明の実施例１の場合
には触媒管内の温度差は一括燃焼に比べ小さくなるが、
燃焼排ガスが燃焼触媒層内を通過するため、触媒管２外
の境膜伝熱係数は従来型に比べ約２倍程度大きくなり、
温度差が小さくなっても伝熱速度はほとんど変わらな
い。
のように燃料２４を分散して燃焼させるために、反応器
入口で全燃料を一括燃焼させた場合の先に示した触媒管
内温度分布図８に比べ燃焼側の最高温度は低くなる。す
なわち、図８の条件では燃焼側の最高温度が約９００〜
１０００℃程度になる。一方、本発明の実施例１の場合
には触媒管内の温度差は一括燃焼に比べ小さくなるが、
燃焼排ガスが燃焼触媒層内を通過するため、触媒管２外
の境膜伝熱係数は従来型に比べ約２倍程度大きくなり、
温度差が小さくなっても伝熱速度はほとんど変わらな
い。
【００２２】以上の通り、本発明に係る実施例１によれ
ば、触媒管の回りに燃焼触媒を配設し、燃料を段階的あ
るいは連続的に供給することによって燃焼側の最高温度
を下げ、かつ触媒管外の境膜伝熱係数を上げ、伝熱速度
を確保している。このことによって触媒管内壁の温度を
下げ、低Ｓ／Ｃ操作と高温領域の発生を防ぐことができ
る。
ば、触媒管の回りに燃焼触媒を配設し、燃料を段階的あ
るいは連続的に供給することによって燃焼側の最高温度
を下げ、かつ触媒管外の境膜伝熱係数を上げ、伝熱速度
を確保している。このことによって触媒管内壁の温度を
下げ、低Ｓ／Ｃ操作と高温領域の発生を防ぐことができ
る。
【００２３】（実施例２）次に、図２によって本発明の
他の実施例２を説明する。この実施例２は図７に示した
従来例を改良したものである。その主な構造は図７と同
じであるため詳細説明は省き、主に本発明の実施例２が
図７のものと異なる点の説明をする。この実施例２では
実施例１と同様に触媒層２周囲に燃焼触媒１３を充填し
ガス分散板１４によって数段に分割されている。燃料２
９、２９′、２９″はガス分散室３０へ供給される。こ
のため、燃焼側の最高温度が下がり、かつ触媒管外の境
膜伝熱係数が上がり、伝熱速度は確保できる。このこと
によって触媒管内壁の温度を下げ、低Ｓ／Ｃ操作と高温
領域の発生を防ぐことができる。触媒管内の半径方向の
温度分布は実施例１で示した図４と同様であり従来に比
べ管内壁の温度が低下している。
他の実施例２を説明する。この実施例２は図７に示した
従来例を改良したものである。その主な構造は図７と同
じであるため詳細説明は省き、主に本発明の実施例２が
図７のものと異なる点の説明をする。この実施例２では
実施例１と同様に触媒層２周囲に燃焼触媒１３を充填し
ガス分散板１４によって数段に分割されている。燃料２
９、２９′、２９″はガス分散室３０へ供給される。こ
のため、燃焼側の最高温度が下がり、かつ触媒管外の境
膜伝熱係数が上がり、伝熱速度は確保できる。このこと
によって触媒管内壁の温度を下げ、低Ｓ／Ｃ操作と高温
領域の発生を防ぐことができる。触媒管内の半径方向の
温度分布は実施例１で示した図４と同様であり従来に比
べ管内壁の温度が低下している。
【００２４】
【発明の効果】触媒管の回りに燃焼触媒を配設すること
によって、燃料を段階的あるいは連続的に供給し、燃焼
側の最高温度を下げ、また触媒管外の境膜伝熱係数を上
げ、伝熱速度を確保できる。このことによって触媒管内
壁の温度が下がり、低Ｓ／Ｃ操作と高温領域の発生を防
ぐことができる。
によって、燃料を段階的あるいは連続的に供給し、燃焼
側の最高温度を下げ、また触媒管外の境膜伝熱係数を上
げ、伝熱速度を確保できる。このことによって触媒管内
壁の温度が下がり、低Ｓ／Ｃ操作と高温領域の発生を防
ぐことができる。
【図１】本発明に係る第一の実施例の説明図
【図２】本発明に係る第二の実施例の説明図
【図３】本発明に係る第一、二の実施例での燃焼側温度
分布を示す図表
分布を示す図表
【図４】本発明に係る第一、二の実施例での改質触媒層
の半径方向の温度分布を示す図表
の半径方向の温度分布を示す図表
【図５】従来の水蒸気改質反応器の一態様の説明図
【図６】従来の水素分離膜の一実施態様の説明図
【図７】従来の他の水蒸気改質反応器の一態様の説明図
【図８】従来の水蒸気改質反応器での改質触媒層の半径
方向の温度分布を示す図表
方向の温度分布を示す図表
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 眞輔 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化水素や含酸素炭化水素が原料として
供給され、水蒸気改質反応によって水素を製造する反応
器であって、水素分離膜を水蒸気改質反応触媒層内に内
蔵し、圧力差によって水素を選択的に分離しながら反応
を進行させる水素分離型の水蒸気改質反応器において、
該水蒸気改質反応に必要な反応熱を供給するために前記
触媒層の周囲に燃焼触媒を配設するとともに、燃料分散
手段によって連続的にあるいは段階的に燃料を供給する
ようにしてなることを特徴とする水蒸気改質反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12858792A JPH0640703A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12858792A JPH0640703A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0640703A true JPH0640703A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=14988445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12858792A Pending JPH0640703A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 水蒸気改質反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640703A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1024111A1 (en) * | 1999-01-19 | 2000-08-02 | Chinese Petroleum Corporation | Process and apparatus for producing high purity hydrogen |
| US6207132B1 (en) | 1998-12-04 | 2001-03-27 | Chinese Petroleum Corporation | Process for producing high purity hydrogen |
| US6231831B1 (en) * | 1997-12-16 | 2001-05-15 | Xcellsis Gmbh | Hydrogen separating membrane, methanol reformation system equipped therewith, and operating method therefor |
| US6268075B1 (en) * | 1997-12-16 | 2001-07-31 | Xcellsis Gmbh | Process for the water vapor reforming of a hydrocarbon or a hydrocarbon derivative, reforming system operable thereby, and fuel cell operating process |
| US6294149B1 (en) * | 1997-12-16 | 2001-09-25 | Xcellsis Gmbh | Process for operating a water vapor reforming system, a reforming system operable thereby and a fuel cell system operating process |
| JP2006503780A (ja) * | 2002-04-14 | 2006-02-02 | アイダテック， エル．エル．シー． | 水蒸気改質燃料処理装置、燃焼器組立体、およびその動作方法 |
| JP2007246333A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Ngk Insulators Ltd | 選択透過膜型反応器及びそれを用いた水素製造方法 |
| JP2008302334A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Ngk Insulators Ltd | 選択透過膜型反応器 |
| US7550121B2 (en) | 2005-02-04 | 2009-06-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Reactor of selective-permeation membrane type |
| US7560090B2 (en) | 2006-03-23 | 2009-07-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Process for producing hydrogen with permselective membrane reactor and permselective membrane reactor |
| US7622086B2 (en) | 2004-01-26 | 2009-11-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Selectively permeable membrane type reactor |
| WO2011016030A1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Hydrogen production by an autothermal heat exchanger packed-bed membrane gas reformer |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP12858792A patent/JPH0640703A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP5015766B2 (ja) * | 2005-02-04 | 2012-08-29 | 日本碍子株式会社 | 選択透過膜型反応器 |
| US7550121B2 (en) | 2005-02-04 | 2009-06-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Reactor of selective-permeation membrane type |
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| WO2011016030A1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Hydrogen production by an autothermal heat exchanger packed-bed membrane gas reformer |
| US9359201B2 (en) | 2009-08-03 | 2016-06-07 | Technion Research & Development Foundation Ltd. | Hydrogen production by an autothermal heat exchanger packed-bed membrane gas reformer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000606 |