JPH0641361B2 - 水蒸気改質装置 - Google Patents
水蒸気改質装置Info
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- JPH0641361B2 JPH0641361B2 JP60166232A JP16623285A JPH0641361B2 JP H0641361 B2 JPH0641361 B2 JP H0641361B2 JP 60166232 A JP60166232 A JP 60166232A JP 16623285 A JP16623285 A JP 16623285A JP H0641361 B2 JPH0641361 B2 JP H0641361B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、炭化水素をスチーム改質し、水素を生成させ
る水蒸気改質装置に関するものである。
る水蒸気改質装置に関するものである。
従来、水素を製造するために、スチーム改質触媒を充填
した反応管の１個以上を炉内に配設し、これを高温に加
熱すると共に、この反応管に炭化水素とスチームとの混
合ガスを流通させて水蒸気改質反応させることにより、
水蒸気改質ガス（以下改質ガスと略す）を得、次に得ら
れた改質ガスにスチームを添加して、これを別の一酸化
炭素転化触媒（シフト触媒）層を有する高温転化反応装
置と低温転化反応装置に順次送り、改質ガス中に含まれ
る一酸化炭素とスチームを反応（一酸化炭素転化反応）
させて水素と二酸化炭素を主成分とする混合ガスを得、
この混合ガスから二酸化炭素の除去（脱炭酸）を行うこ
とは知られている。
した反応管の１個以上を炉内に配設し、これを高温に加
熱すると共に、この反応管に炭化水素とスチームとの混
合ガスを流通させて水蒸気改質反応させることにより、
水蒸気改質ガス（以下改質ガスと略す）を得、次に得ら
れた改質ガスにスチームを添加して、これを別の一酸化
炭素転化触媒（シフト触媒）層を有する高温転化反応装
置と低温転化反応装置に順次送り、改質ガス中に含まれ
る一酸化炭素とスチームを反応（一酸化炭素転化反応）
させて水素と二酸化炭素を主成分とする混合ガスを得、
この混合ガスから二酸化炭素の除去（脱炭酸）を行うこ
とは知られている。
このような水素の製造方法においては、水蒸気改質工程
から得られる改質ガスは約８００℃程度の高温であり、
一方、一酸化炭素転化工程における反応温度は200〜450
℃で、前記水蒸気改質温度よりも相当に低い温度であ
る。そして、水蒸気改質反応は吸熱反応であるのに対
し、一酸化炭素転化反応は発熱反応である。従って、こ
の水素製造プロセスを効率よく実施するには、水蒸気改
質工程から得られる高温改質ガスの保有する熱量を、そ
の改質ガスを一酸化炭素転化工程に送る前に有効に回収
し、再利用すると共に、さらに一酸化炭素転化工程にお
いて、効率的な除熱を行うことが必要である。
から得られる改質ガスは約８００℃程度の高温であり、
一方、一酸化炭素転化工程における反応温度は200〜450
℃で、前記水蒸気改質温度よりも相当に低い温度であ
る。そして、水蒸気改質反応は吸熱反応であるのに対
し、一酸化炭素転化反応は発熱反応である。従って、こ
の水素製造プロセスを効率よく実施するには、水蒸気改
質工程から得られる高温改質ガスの保有する熱量を、そ
の改質ガスを一酸化炭素転化工程に送る前に有効に回収
し、再利用すると共に、さらに一酸化炭素転化工程にお
いて、効率的な除熱を行うことが必要である。
ところで、水蒸気改質工程から得られる改質ガスの保有
する高温熱量を回収するための装置としては、従来、温
度的制約による材質上の問題や、回収すべき熱量の大き
さ等を考慮し、さらに経済性、装置の安全性等を考慮し
て、廃熱ボイラーを用いるのが一般的である。
する高温熱量を回収するための装置としては、従来、温
度的制約による材質上の問題や、回収すべき熱量の大き
さ等を考慮し、さらに経済性、装置の安全性等を考慮し
て、廃熱ボイラーを用いるのが一般的である。
しかしながら、廃熱ボイラーの使用は、廃熱ボイラーで
発生するスチームを工場で完全消費し得る場合はよい
が、完全消費し得ない場合には、廃熱ボイラーで発生し
たスチームの一部又は全部を棄却しなければならず、熱
経済的に非常に効率の悪いものとなる。従って、このよ
うな場合には、廃熱ボイラーを用いない方法、例えば、
高温の熱交換器を採用せざるを得ないが、熱交換器を用
いる場合には、その材質や構造の面で種々の問題が生
じ、実際上は非常に大きな困難が伴う。
発生するスチームを工場で完全消費し得る場合はよい
が、完全消費し得ない場合には、廃熱ボイラーで発生し
たスチームの一部又は全部を棄却しなければならず、熱
経済的に非常に効率の悪いものとなる。従って、このよ
うな場合には、廃熱ボイラーを用いない方法、例えば、
高温の熱交換器を採用せざるを得ないが、熱交換器を用
いる場合には、その材質や構造の面で種々の問題が生
じ、実際上は非常に大きな困難が伴う。
本発明の目的は、水蒸気改質工程から得られる改質ガス
の持つ高温熱量を、廃熱ボイラーを用いることなく、有
効に再利用し得る装置を提供することにある。
の持つ高温熱量を、廃熱ボイラーを用いることなく、有
効に再利用し得る装置を提供することにある。
本発明によれば、内管と外管とからなる２重管構造を有
する反応管の少なくとも１個を加熱炉内に配設した装置
であって、該反応管は、その内管と外管との間に形成さ
れる環状空間部に水蒸気改質触媒層を有すると共に、該
内管内に一酸化炭素転化触媒層を有し、かつ該内管と外
管は一方の端部で連絡していることを特徴とする水蒸気
改質装置が提供される。
する反応管の少なくとも１個を加熱炉内に配設した装置
であって、該反応管は、その内管と外管との間に形成さ
れる環状空間部に水蒸気改質触媒層を有すると共に、該
内管内に一酸化炭素転化触媒層を有し、かつ該内管と外
管は一方の端部で連絡していることを特徴とする水蒸気
改質装置が提供される。
次に、本発明を図面により説明する。図面は本発明の反
応管の断面説明図を示す。この反応管は、内管１と外管
２とからなる２重管構造を有し、内管と外管とは、一方
の端部（即ち、図面においては下端部）において連絡し
ている。即ち、内管１の下端は外管２の下部に開口して
いる。３は内管１の下端開口部に設けられた多数の微細
透孔を有する仕切板である。
応管の断面説明図を示す。この反応管は、内管１と外管
２とからなる２重管構造を有し、内管と外管とは、一方
の端部（即ち、図面においては下端部）において連絡し
ている。即ち、内管１の下端は外管２の下部に開口して
いる。３は内管１の下端開口部に設けられた多数の微細
透孔を有する仕切板である。
内管１と外管２との間に形成される空間部４には水蒸気
改質触媒が充填され、水蒸気改質触媒層Ａが形成され
る。
改質触媒が充填され、水蒸気改質触媒層Ａが形成され
る。
内管１の内部空間５には、一酸化炭素転化触媒が充填さ
れ、一酸化炭素転化触媒層Ｂが形成される。
れ、一酸化炭素転化触媒層Ｂが形成される。
なお、本明細書でいう水蒸気改質触媒とは、炭化水素と
スチームとを反応させて改質ガスを得る場合に用いられ
る触媒を意味し、従来公知のものが用いられ、また一酸
化炭素転化触媒とは、一酸化炭素とスチームとを反応さ
せて水素と二酸化炭素を主成分とする混合ガスを得る場
合に用いられる触媒層を意味し、従来公知のものが用い
られる。
スチームとを反応させて改質ガスを得る場合に用いられ
る触媒を意味し、従来公知のものが用いられ、また一酸
化炭素転化触媒とは、一酸化炭素とスチームとを反応さ
せて水素と二酸化炭素を主成分とする混合ガスを得る場
合に用いられる触媒層を意味し、従来公知のものが用い
られる。
前記構造の反応管においては、炭化水素とスチームとの
混合ガスは矢印10の方向から内管１と外管２との間に形
成された水蒸気改質触媒層Ａ（以下、単に触媒層Ａとも
いう）を下降し、外管２の下部から仕切板３を介して内
管１内に形成された一酸化炭素転化触媒層Ｂ（以下、単
に触媒層Ｂともいう）内を上昇し、矢印11の方向に排出
され、それらの触媒層A,Bを通過する間にそれぞれの触
媒反応を受ける。この場合、触媒層Ａに導入される炭化
水素とスチームとの混合ガスの温度は、通常300〜600
℃、好ましくは400〜500℃であり、この混合ガスは、触
媒層Ａを流下する間に外管２の表面からの入熱及び触媒
層Ｂを上昇する混合ガスとの熱交換によって加熱され、
外管２の下端部での温度は約800℃程度である。従っ
て、触媒層Ａ及びＢ内には、上方から下方に向けての温
度上昇勾配が生じ、下方に行くに従に触媒層Ａ，Ｂの温
度は高くなる。触媒層Ａの下端部における混合ガスは、
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含み、その温度は前
記したように約800℃程度であるが、この温度では、改
質ガスは、一酸化炭素の転化反応に関しては、ほぼ平衡
組成にある。しかし、この改質ガスは、触媒層Ｂと接触
され、しかも触媒層Ｂを上昇する間に、前記したよう
に、触媒層Ａを下降する混合ガスとの間の熱交換によっ
て除熱冷却されることから、触媒層Ｂを出る混合ガスの
組成は、その触媒層Ｂを通過する間に受ける一酸化炭素
転化反応の分だけ、一酸化炭素含量が減少すると共に、
水素含量と二酸化炭素含量が増加したものである。
混合ガスは矢印10の方向から内管１と外管２との間に形
成された水蒸気改質触媒層Ａ（以下、単に触媒層Ａとも
いう）を下降し、外管２の下部から仕切板３を介して内
管１内に形成された一酸化炭素転化触媒層Ｂ（以下、単
に触媒層Ｂともいう）内を上昇し、矢印11の方向に排出
され、それらの触媒層A,Bを通過する間にそれぞれの触
媒反応を受ける。この場合、触媒層Ａに導入される炭化
水素とスチームとの混合ガスの温度は、通常300〜600
℃、好ましくは400〜500℃であり、この混合ガスは、触
媒層Ａを流下する間に外管２の表面からの入熱及び触媒
層Ｂを上昇する混合ガスとの熱交換によって加熱され、
外管２の下端部での温度は約800℃程度である。従っ
て、触媒層Ａ及びＢ内には、上方から下方に向けての温
度上昇勾配が生じ、下方に行くに従に触媒層Ａ，Ｂの温
度は高くなる。触媒層Ａの下端部における混合ガスは、
水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含み、その温度は前
記したように約800℃程度であるが、この温度では、改
質ガスは、一酸化炭素の転化反応に関しては、ほぼ平衡
組成にある。しかし、この改質ガスは、触媒層Ｂと接触
され、しかも触媒層Ｂを上昇する間に、前記したよう
に、触媒層Ａを下降する混合ガスとの間の熱交換によっ
て除熱冷却されることから、触媒層Ｂを出る混合ガスの
組成は、その触媒層Ｂを通過する間に受ける一酸化炭素
転化反応の分だけ、一酸化炭素含量が減少すると共に、
水素含量と二酸化炭素含量が増加したものである。
本発明者らの研究によれば、前記のようにして同一の反
応管内において水蒸気改質反応と一酸化炭素転化反応を
行う場合には、一酸化炭素転化反応により発生する発熱
が、水蒸気改質反応に必要とされる熱量として有効に利
用され、水蒸気改質装置の効率が著しく改善されると共
に、この水蒸気改質装置から得られる混合ガスは、通常
の水蒸気改質装置からの混合ガスに比べて温度が低めら
れ、かつ一酸化炭素含量の低減されたものであるため、
従来の水蒸気改質装置を用いる場合に必要とされた、高
温混合ガスからの熱回収のための高温熱交換器及び高温
熱交換器からの混合ガスを高温転化反応させるための高
温転化反応器等を省略し得ることが判明した。即ち、前
記で示した構造の反応管は、水蒸気改質反応器として作
用するのみならず、熱回収装置及び高温転化反応器とし
ての３つの機能を同時に備えたものである。
応管内において水蒸気改質反応と一酸化炭素転化反応を
行う場合には、一酸化炭素転化反応により発生する発熱
が、水蒸気改質反応に必要とされる熱量として有効に利
用され、水蒸気改質装置の効率が著しく改善されると共
に、この水蒸気改質装置から得られる混合ガスは、通常
の水蒸気改質装置からの混合ガスに比べて温度が低めら
れ、かつ一酸化炭素含量の低減されたものであるため、
従来の水蒸気改質装置を用いる場合に必要とされた、高
温混合ガスからの熱回収のための高温熱交換器及び高温
熱交換器からの混合ガスを高温転化反応させるための高
温転化反応器等を省略し得ることが判明した。即ち、前
記で示した構造の反応管は、水蒸気改質反応器として作
用するのみならず、熱回収装置及び高温転化反応器とし
ての３つの機能を同時に備えたものである。
本発明の水蒸気改質装置は、前記構造の反応管の１個又
は２個以上を加熱炉内に配設したものである。第２図に
その装置の説明図を示す。第２図において、第１図で示
したものと同一の符号は同一の意味を有する。
は２個以上を加熱炉内に配設したものである。第２図に
その装置の説明図を示す。第２図において、第１図で示
したものと同一の符号は同一の意味を有する。
第２図において、原料としての炭化水素とスチームとの
混合ガスは、導管21から装置内に導入される。この場
合、混合ガスの温度は300〜600℃、好ましくは400〜500
℃である。炭化水素としては、メタン、エタン、プロパ
ン等の低級炭化水素の他、ナフサ等も使用される。スチ
ームと炭化水素との割合は、炭化水素中炭素１重量部に
対し、スチーム３〜６重量部、好ましくは3.7〜5.3重量
部の割合である。
混合ガスは、導管21から装置内に導入される。この場
合、混合ガスの温度は300〜600℃、好ましくは400〜500
℃である。炭化水素としては、メタン、エタン、プロパ
ン等の低級炭化水素の他、ナフサ等も使用される。スチ
ームと炭化水素との割合は、炭化水素中炭素１重量部に
対し、スチーム３〜６重量部、好ましくは3.7〜5.3重量
部の割合である。
導管21から導入された原料ガスは、各反応管20の内管１
と外管２との間の水蒸気改質触媒層Ａ内に導入された
後、内管１内の一酸化炭素転化触媒層Ｂを通過し、その
間にそれぞれの反応を受け、得られた生成ガスは、ガス
捕集管22を通って、生成ガス排出口23から排出される。
反応管20を加熱するための熱は、バーナ部から与えら
れ、燃焼ガスは排出管24を通って排出される。排出口23
から排出された生成ガス温度は、原料ガス温度より30〜
150℃高温であり、その組成は、乾燥基準で通常水素74
〜78％、一酸化炭素４８％、二酸化炭素13〜18％であ
る。
と外管２との間の水蒸気改質触媒層Ａ内に導入された
後、内管１内の一酸化炭素転化触媒層Ｂを通過し、その
間にそれぞれの反応を受け、得られた生成ガスは、ガス
捕集管22を通って、生成ガス排出口23から排出される。
反応管20を加熱するための熱は、バーナ部から与えら
れ、燃焼ガスは排出管24を通って排出される。排出口23
から排出された生成ガス温度は、原料ガス温度より30〜
150℃高温であり、その組成は、乾燥基準で通常水素74
〜78％、一酸化炭素４８％、二酸化炭素13〜18％であ
る。
本発明の装置から得られた生成ガスは、さらに一酸化炭
素転化反応器でスチームと一酸化炭素とを反応させて、
一酸化炭素含量をさらに低下させると共に、水素含量を
さらに増大させ、得られた転化反応ガスは脱炭素処理し
て、生成ガス中に含まれる二酸化炭素を除去し、高純度
の水素ガスを得る。
素転化反応器でスチームと一酸化炭素とを反応させて、
一酸化炭素含量をさらに低下させると共に、水素含量を
さらに増大させ、得られた転化反応ガスは脱炭素処理し
て、生成ガス中に含まれる二酸化炭素を除去し、高純度
の水素ガスを得る。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例 第１図に示した構造の反応管を用いて、天然ガスの水蒸
気改質を行った。この場合の反応条件は表−１に示した
通りである。天然ガスに対するスチームの割合は、天然
ガス中炭素１重量部に対し5.1重量部の割合である。
気改質を行った。この場合の反応条件は表−１に示した
通りである。天然ガスに対するスチームの割合は、天然
ガス中炭素１重量部に対し5.1重量部の割合である。
また、比較のために、反応管として、内管の内部に充填
物を充填しない以外は同一の反応管及び内管の内部に充
填した触媒層の代りに素焼球を充填した以外は同一の反
応管をそれぞれ用いて反応を行った。
物を充填しない以外は同一の反応管及び内管の内部に充
填した触媒層の代りに素焼球を充填した以外は同一の反
応管をそれぞれ用いて反応を行った。
なお、前記各反応試験においては、外部からの供給熱量
（バーナ燃焼負荷）を同じにすると共に、反応生成ガス
中のメタン残量がほぼ等量とするように、天然ガス供給
量を変化させた。以上の試験結果を表−１に示す。
（バーナ燃焼負荷）を同じにすると共に、反応生成ガス
中のメタン残量がほぼ等量とするように、天然ガス供給
量を変化させた。以上の試験結果を表−１に示す。
〔効果〕 前記表−１に示された結果から、本発明の場合、内管内
に一酸化炭素転化触媒を充填したことから、水蒸気改質
ガスからの有効な熱回収が起ると同時に、水蒸気改質ガ
スは有効な一酸化炭素転化反応を受けていることがわか
る。また、反応器出口ガスの温度及び組成を検討するこ
とにより、この生成ガスは、従来必要とされていた高温
転化反応器への供給を省略し、低温転化反応器に直接供
給し得ることがわかる。
に一酸化炭素転化触媒を充填したことから、水蒸気改質
ガスからの有効な熱回収が起ると同時に、水蒸気改質ガ
スは有効な一酸化炭素転化反応を受けていることがわか
る。また、反応器出口ガスの温度及び組成を検討するこ
とにより、この生成ガスは、従来必要とされていた高温
転化反応器への供給を省略し、低温転化反応器に直接供
給し得ることがわかる。
第１図は本発明の水蒸気改質装置に用いる反応管の断面
説明図、第２図は本発明の装置の説明図である。 １……内管、２……外管、３……仕切板、20……反応
管、21……原料ガス導入管、23……生成ガス排出管、24
……燃焼ガス排出管、Ａ……水蒸気改質触媒層、Ｂ……
一酸化炭素転化触媒層。
説明図、第２図は本発明の装置の説明図である。 １……内管、２……外管、３……仕切板、20……反応
管、21……原料ガス導入管、23……生成ガス排出管、24
……燃焼ガス排出管、Ａ……水蒸気改質触媒層、Ｂ……
一酸化炭素転化触媒層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 俊尚 神奈川県横浜市緑区鴨居町1302 (72)発明者 太田 増夫 神奈川県横浜市緑区竹山４の２ (72)発明者 平林 俊彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２ 号 三菱電機株式会社神戸製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】内管と外管とからなる２重管構造を有する
反応管の少なくとも１個を加熱炉内に配設した装置であ
って、該反応管は、その内管と外管との間に形成される
環状空間部に水蒸気改質触媒層を有すると共に、該内管
内に一酸化炭素転化触媒層を有し、かつ該内管と外管は
一方の端部で連絡していることを特徴とする水蒸気改質
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60166232A JPH0641361B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 水蒸気改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60166232A JPH0641361B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 水蒸気改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6227489A JPS6227489A (ja) | 1987-02-05 |
| JPH0641361B2 true JPH0641361B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=15827559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60166232A Expired - Lifetime JPH0641361B2 (ja) | 1985-07-26 | 1985-07-26 | 水蒸気改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641361B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2646101B2 (ja) * | 1988-01-12 | 1997-08-25 | 株式会社日立製作所 | 燃料改質装置 |
| US7182921B2 (en) | 2001-06-04 | 2007-02-27 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Cylindrical steam reforming unit |
| AU2002304149B2 (en) * | 2001-06-04 | 2007-06-14 | Tokyo Gas Company Limited | Cylindrical water vapor reforming unit |
-
1985
- 1985-07-26 JP JP60166232A patent/JPH0641361B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6227489A (ja) | 1987-02-05 |
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