JPH0673627B2 - 反応装置 - Google Patents
反応装置Info
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- JPH0673627B2 JPH0673627B2 JP7311289A JP7311289A JPH0673627B2 JP H0673627 B2 JPH0673627 B2 JP H0673627B2 JP 7311289 A JP7311289 A JP 7311289A JP 7311289 A JP7311289 A JP 7311289A JP H0673627 B2 JPH0673627 B2 JP H0673627B2
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- gas
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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
- B01J8/06—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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は反応管内において原料である例えば炭化水素
等の改質反応を行う反応装置に関するものである。
等の改質反応を行う反応装置に関するものである。
従来装置として例えば特開昭62-27304号公報に示された
ものがあり、その概略を第４図に示す。第４図におい
て、（１）は内管、（２）は内管（１）の外周側に同心
状に配設された外管、（３）は外管（２）の一端側に配
設されたエンドキヤツプであり、内管（１）と外管
（２）との間に形成された環状部と内管（１）内とを連
通する。（４）は内管（１）と外管（２）との間の環状
部に触媒（５）が充填されて形成された触媒層、（６）
は触媒（５）を保持する受け皿、（７）は内管（１）内
に配設された伝熱促進部材であり、これら（１）〜
（７）により反応管（100）が構成されている。（８）
はエンドキヤツプ（３）の外周側に配設されたエンドキ
ヤツプ断熱材、（９）は原料ガスであり、触媒層（４）
に導入され触媒（５）との間で改質反応が行われる。
（10）は触媒層（４）からエンドキヤツプ（３）内に流
出する改質ガスであり、内管（１）内を流通し系外（図
示せず）に導出される。この時改質ガス（10）の熱が伝
熱促進部材（７）に回収され内管（１）の管壁を介して
触媒層（４）に伝達されるようになつている。
ものがあり、その概略を第４図に示す。第４図におい
て、（１）は内管、（２）は内管（１）の外周側に同心
状に配設された外管、（３）は外管（２）の一端側に配
設されたエンドキヤツプであり、内管（１）と外管
（２）との間に形成された環状部と内管（１）内とを連
通する。（４）は内管（１）と外管（２）との間の環状
部に触媒（５）が充填されて形成された触媒層、（６）
は触媒（５）を保持する受け皿、（７）は内管（１）内
に配設された伝熱促進部材であり、これら（１）〜
（７）により反応管（100）が構成されている。（８）
はエンドキヤツプ（３）の外周側に配設されたエンドキ
ヤツプ断熱材、（９）は原料ガスであり、触媒層（４）
に導入され触媒（５）との間で改質反応が行われる。
（10）は触媒層（４）からエンドキヤツプ（３）内に流
出する改質ガスであり、内管（１）内を流通し系外（図
示せず）に導出される。この時改質ガス（10）の熱が伝
熱促進部材（７）に回収され内管（１）の管壁を介して
触媒層（４）に伝達されるようになつている。
第５図は反応管（100）が複数加熱炉内に組込まれた状
態を示し、第５図において、（１）〜（４），（７）〜
（10）は第４図の構成と同様である。（11）は燃焼ガス
であり、反応管（100）の外周側、即ち、外管（２）の
外周側が燃焼ガス（11）の燃焼ガス通路（12）となる。
（20）は加熱炉であり、反応管（100）が複数配設され
ている。（21）は加熱炉（20）に設けられたバーナ、
（22）は原料ガス（９）の導入マニホールド、（23）は
改質ガス（10）の排出マニホールド、（24）は燃焼ガス
（11）の排出マニホールド、（25）は炉壁断熱材であ
る。尚、バーナ（21）の燃料、燃焼用空気等のバーナ
（21）に必要なガスの供給ラインは省略している。
態を示し、第５図において、（１）〜（４），（７）〜
（10）は第４図の構成と同様である。（11）は燃焼ガス
であり、反応管（100）の外周側、即ち、外管（２）の
外周側が燃焼ガス（11）の燃焼ガス通路（12）となる。
（20）は加熱炉であり、反応管（100）が複数配設され
ている。（21）は加熱炉（20）に設けられたバーナ、
（22）は原料ガス（９）の導入マニホールド、（23）は
改質ガス（10）の排出マニホールド、（24）は燃焼ガス
（11）の排出マニホールド、（25）は炉壁断熱材であ
る。尚、バーナ（21）の燃料、燃焼用空気等のバーナ
（21）に必要なガスの供給ラインは省略している。
次に動作について説明する。説明の便宜上、例えば水蒸
気改質反応装置を例に説明する。第４図において、原料
ガス（９）である炭化水素とスチームは、例えば450℃
程度に予熱された後、内管（１）と外管（２）との間の
環状部に導入され、その環状部に形成された触媒層
（４）内を流通し触媒（５）と接触する。ここで、原料
ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,CO,CO2，等の
混合ガス（改質ガス）となる。水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、この熱量を補償するため、燃焼ガス（11）に
よつて外管（２）の外周側に加熱する。又、水蒸気改質
反応は高温程水素ガス成分が多くなるため、通常の水素
製造プラントでは、触媒層（４）出口の改質ガス温度
（反応温度）として、例えば800℃程度が採用されてい
る。燃焼ガス（11）の加熱は、この改質ガス温度の上昇
にも使用されている。反応の終了した高温の改質ガス
（10）は受け皿（６）の小孔（図示せず）を通過してエ
ンドキヤツプ（３）内に流出し、流れを反転して内管
（１）内に流入し、内管（１）内を流通する過程で、伝
熱促進部材（７）によつて改質ガス（10）と内管（１）
の管壁との熱伝達が促進され、改質ガス顕熱が内管
（１）の管壁を経て触媒層（４）に回収された後、改質
ガス（10）は系外に排出される。加熱源である燃焼ガス
（11）は第５図に示すように加熱炉（20）に設置された
バーナ（21）により供給される。一方、反応管（100）
は加熱炉（20）内に配設されているので、燃焼ガス（1
1）は反応管（100）の外壁、即ち、外管（２）の外壁部
に沿つて流れ、排出マニホールド（24）から排出され
る。この過程で燃焼ガス（11）は外管（２）や炉壁断熱
材（25）を加熱する。エンドキヤツプ断熱材（12）はこ
の燃焼ガス（11）により加熱が不要な所、即ち、触媒
（５）が充填されていないエンドキヤツプ（３）内の加
熱を防止するものである。尚、原料ガス（９）は導入マ
ニホールド（22）から導入され各反応管（100）の触媒
層（４）へ流通され、改質ガス（10）は排出マニホール
ド（23）から排出される。
気改質反応装置を例に説明する。第４図において、原料
ガス（９）である炭化水素とスチームは、例えば450℃
程度に予熱された後、内管（１）と外管（２）との間の
環状部に導入され、その環状部に形成された触媒層
（４）内を流通し触媒（５）と接触する。ここで、原料
ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,CO,CO2，等の
混合ガス（改質ガス）となる。水蒸気改質反応は吸熱反
応であり、この熱量を補償するため、燃焼ガス（11）に
よつて外管（２）の外周側に加熱する。又、水蒸気改質
反応は高温程水素ガス成分が多くなるため、通常の水素
製造プラントでは、触媒層（４）出口の改質ガス温度
（反応温度）として、例えば800℃程度が採用されてい
る。燃焼ガス（11）の加熱は、この改質ガス温度の上昇
にも使用されている。反応の終了した高温の改質ガス
（10）は受け皿（６）の小孔（図示せず）を通過してエ
ンドキヤツプ（３）内に流出し、流れを反転して内管
（１）内に流入し、内管（１）内を流通する過程で、伝
熱促進部材（７）によつて改質ガス（10）と内管（１）
の管壁との熱伝達が促進され、改質ガス顕熱が内管
（１）の管壁を経て触媒層（４）に回収された後、改質
ガス（10）は系外に排出される。加熱源である燃焼ガス
（11）は第５図に示すように加熱炉（20）に設置された
バーナ（21）により供給される。一方、反応管（100）
は加熱炉（20）内に配設されているので、燃焼ガス（1
1）は反応管（100）の外壁、即ち、外管（２）の外壁部
に沿つて流れ、排出マニホールド（24）から排出され
る。この過程で燃焼ガス（11）は外管（２）や炉壁断熱
材（25）を加熱する。エンドキヤツプ断熱材（12）はこ
の燃焼ガス（11）により加熱が不要な所、即ち、触媒
（５）が充填されていないエンドキヤツプ（３）内の加
熱を防止するものである。尚、原料ガス（９）は導入マ
ニホールド（22）から導入され各反応管（100）の触媒
層（４）へ流通され、改質ガス（10）は排出マニホール
ド（23）から排出される。
従来の反応装置は以上のように構成されているので、加
熱炉（20）内に燃焼ガス（11）が充満しており炉壁断熱
材（25）を通じての放熱が多く、そのため炉壁断熱材
（25）を厚くしなければならなかつた。又、加熱炉（2
0）内に複数本の反応管（100）を設置した場合、加熱源
が燃焼ガス（11）からのガス輻射のみならず、炉壁断熱
材（25）からの固体輻射も関与するため、外管（２）の
管壁温度の円周方向の均一化が達せられなくなり、触媒
層（４）内の温度の均一化も達せられなくなり、改質反
応も均一化されない。即ち、第６図に示すように例えば
７本の反応管（100）を稠密に配列した場合、炉壁断熱
材（25）に面した外管（２）の管壁は、燃焼ガス（11）
からのガス輻射のみならず炉壁からの固体輻射熱も受け
る。その結果、外管（２）のある特定の長手方向位置に
おける円周方向温度分布は、炉壁に面した所が高く、炉
中心に面した所が低くなる。更に、炉中心に位置する反
応管（100）の外管（２）の管壁の円周方向温度分布は
比較的均一となるが、炉壁に面して配列された反応管
（100）より低い温度となる。従つて、各反応管（100）
における改質反応が不均一となる。又、反応管（100）
の管材料、特に燃焼ガス（11）に曝される外管（２）は
例えば1000℃近くの高温になる。この温度レベルでは温
度の違いによる材料寿命の低下は著しいものがある。従
つて、反応管（100）の均一加熱が出来ず、部分的に温
度の高い所があると、この温度により反応管（100）の
管材料の寿命が規定されてしまい、長寿命化が計られな
くなる。
熱炉（20）内に燃焼ガス（11）が充満しており炉壁断熱
材（25）を通じての放熱が多く、そのため炉壁断熱材
（25）を厚くしなければならなかつた。又、加熱炉（2
0）内に複数本の反応管（100）を設置した場合、加熱源
が燃焼ガス（11）からのガス輻射のみならず、炉壁断熱
材（25）からの固体輻射も関与するため、外管（２）の
管壁温度の円周方向の均一化が達せられなくなり、触媒
層（４）内の温度の均一化も達せられなくなり、改質反
応も均一化されない。即ち、第６図に示すように例えば
７本の反応管（100）を稠密に配列した場合、炉壁断熱
材（25）に面した外管（２）の管壁は、燃焼ガス（11）
からのガス輻射のみならず炉壁からの固体輻射熱も受け
る。その結果、外管（２）のある特定の長手方向位置に
おける円周方向温度分布は、炉壁に面した所が高く、炉
中心に面した所が低くなる。更に、炉中心に位置する反
応管（100）の外管（２）の管壁の円周方向温度分布は
比較的均一となるが、炉壁に面して配列された反応管
（100）より低い温度となる。従つて、各反応管（100）
における改質反応が不均一となる。又、反応管（100）
の管材料、特に燃焼ガス（11）に曝される外管（２）は
例えば1000℃近くの高温になる。この温度レベルでは温
度の違いによる材料寿命の低下は著しいものがある。従
つて、反応管（100）の均一加熱が出来ず、部分的に温
度の高い所があると、この温度により反応管（100）の
管材料の寿命が規定されてしまい、長寿命化が計られな
くなる。
この発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであ
り、管壁温度の均一化が計れる反応装置を提供すること
を目的とする。
り、管壁温度の均一化が計れる反応装置を提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る反応装置は、高温ガスが内部を流通する
内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管との
間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に第
１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそれ
ぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を形
成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と第
２の環状部とを練通し触媒層から流出するガスを第２の
環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内管
内に充填部材を充填したものである。
内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管との
間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に第
１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそれ
ぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を形
成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と第
２の環状部とを練通し触媒層から流出するガスを第２の
環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内管
内に充填部材を充填したものである。
この発明における反応装置は、内管の内部を加熱源であ
る高温ガスが流通し、その高温ガスと内管内に充填した
充填部材により内管が加熱され、内管の管壁を通して第
１の環状部に形成された触媒層内が加熱され、原料が触
媒層を流通して生成されたガスは環状エンドキヤツプ内
に流出し第２の環状部を流通する。
る高温ガスが流通し、その高温ガスと内管内に充填した
充填部材により内管が加熱され、内管の管壁を通して第
１の環状部に形成された触媒層内が加熱され、原料が触
媒層を流通して生成されたガスは環状エンドキヤツプ内
に流出し第２の環状部を流通する。
以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。第１図において、（９）は原料ガス、（10）は改質
ガス、（31）は内管、（32）は内管（31）の外周側で同
心状に配設された外管、（33）は内管（31）と外管（3
2）との間に同心状に配設された中間管、（34）は内管
（31）と中間管（33）との間に形成され原料ガス（９）
が導入される第１の環状部、（35）は第１の環状部（3
4）に触媒（36）か充されて形成された触媒層、（37）
は中間管（33）と外管（32）との間に形成され原料ガス
（９）が触媒層（35）を流通することにより改質反応が
行われて生成された改質ガス（10）が流通する第２の環
状部、（38）は内管（31）、外管（32）のそれぞれの他
端に配設された環状エンドキヤツプであり、第１の環状
部（34）と第２の環状部（37）とを連通し、触媒層（3
5）から流出する改質ガス（10）を反転させて第２の環
状部（37）に流入させ、第２の環状部（37）内を原料ガ
ス（９）の流通方向と逆方向に流通させる。（39）は触
媒（36）を保持する受け皿であり、複数のガス流通孔
（図示せず）が形成されており、これら（31）〜（39）
により環状の反応管（200）が構成されている。（40）
は環状エンドキヤツプ（38）を囲繞して配設された環状
のエンドキヤツプ断熱材、（41）は加熱源である高温の
燃焼ガス、（42）は燃焼ガス（41）の流通路であり、内
管（31）内に設けられている。（43）は内管（31）内に
充填された充填部であり、例えばセラミツク系材料や金
属材料から成る充填粒子で構成されており、少なくとも
燃焼ガス（41）の流通路（42）の出口側に充填されてい
る。（44）はガス輻射部、（45）は固体輻射部である。
る。第１図において、（９）は原料ガス、（10）は改質
ガス、（31）は内管、（32）は内管（31）の外周側で同
心状に配設された外管、（33）は内管（31）と外管（3
2）との間に同心状に配設された中間管、（34）は内管
（31）と中間管（33）との間に形成され原料ガス（９）
が導入される第１の環状部、（35）は第１の環状部（3
4）に触媒（36）か充されて形成された触媒層、（37）
は中間管（33）と外管（32）との間に形成され原料ガス
（９）が触媒層（35）を流通することにより改質反応が
行われて生成された改質ガス（10）が流通する第２の環
状部、（38）は内管（31）、外管（32）のそれぞれの他
端に配設された環状エンドキヤツプであり、第１の環状
部（34）と第２の環状部（37）とを連通し、触媒層（3
5）から流出する改質ガス（10）を反転させて第２の環
状部（37）に流入させ、第２の環状部（37）内を原料ガ
ス（９）の流通方向と逆方向に流通させる。（39）は触
媒（36）を保持する受け皿であり、複数のガス流通孔
（図示せず）が形成されており、これら（31）〜（39）
により環状の反応管（200）が構成されている。（40）
は環状エンドキヤツプ（38）を囲繞して配設された環状
のエンドキヤツプ断熱材、（41）は加熱源である高温の
燃焼ガス、（42）は燃焼ガス（41）の流通路であり、内
管（31）内に設けられている。（43）は内管（31）内に
充填された充填部であり、例えばセラミツク系材料や金
属材料から成る充填粒子で構成されており、少なくとも
燃焼ガス（41）の流通路（42）の出口側に充填されてい
る。（44）はガス輻射部、（45）は固体輻射部である。
又、第２図は反応管（200）が複数加熱炉内に組込まれ
た状態を示し、第２図において、（９）、（10）、（3
1）〜（38）、（40）〜（43）は第１図の構成と同様で
ある。（201）は加熱炉であり、反応管（200）が複数配
設されている。（211）は加熱炉（201）に設けられたバ
ーナ、（221）は原料ガス（９）の導入マニホールド、
（231）は改質ガス（10）の排出マニホールド、（241）
は燃焼ガス（41）の排出マニホールド、（251）は炉壁
断熱材、（46）は反応管（200）の外周側、即ち、外管
（32）の外周側に配設された断熱材であり、図は一例と
して外管（32）と外管（32）との間及び外管（32）と炉
壁断熱材（251）との間に配設されている。従つて燃焼
ガス（41）は内管（31）内の流通路（42）のみを流通す
ることになる。尚、バーナ（211）の燃料、燃焼用空気
等のバーナ（211）に必要なガスの供給ラインは省略し
ている。
た状態を示し、第２図において、（９）、（10）、（3
1）〜（38）、（40）〜（43）は第１図の構成と同様で
ある。（201）は加熱炉であり、反応管（200）が複数配
設されている。（211）は加熱炉（201）に設けられたバ
ーナ、（221）は原料ガス（９）の導入マニホールド、
（231）は改質ガス（10）の排出マニホールド、（241）
は燃焼ガス（41）の排出マニホールド、（251）は炉壁
断熱材、（46）は反応管（200）の外周側、即ち、外管
（32）の外周側に配設された断熱材であり、図は一例と
して外管（32）と外管（32）との間及び外管（32）と炉
壁断熱材（251）との間に配設されている。従つて燃焼
ガス（41）は内管（31）内の流通路（42）のみを流通す
ることになる。尚、バーナ（211）の燃料、燃焼用空気
等のバーナ（211）に必要なガスの供給ラインは省略し
ている。
次に動作について説明する。原料ガス（９）である炭化
水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された後、
導入マニホールド（221）から導入され、各反応管（20
0）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状部（3
4）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成され
た触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。ここ
で、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,CO,CO
2，等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了した
高温（約800℃程度）の改質ガス（10）は受け皿（39）
のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エンドキヤツ
プ（38）内に流出し、流れを反転して中間管（33）と外
管（32）との間の第２の環状部（37）内に流入し、その
第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流通方向とは
逆方向に流通する。第２の環状部（37）を流通する過程
で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱伝達が促進さ
れ、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を経て触媒層
（35）に回収された後、改質ガス（10）は排出マニホー
ルド（231）から系外に排出される。加熱源である燃焼
ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバーナ（211）
より供給され、その燃焼ガス（41）は反応管（200）の
内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（42）を内管
（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（44）にて内
管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（44）を経た
燃焼ガス（41）は充填粒子（43）が充填された固体輻射
部（45）を流通し充填粒子（43）を加熱する。充填粒子
（43）はある熱容量を持つているので、例えば燃料流量
が減少しても熱容量と放出容量との相関で決まる温度レ
ベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射部（44）での内
管（31）の管壁及び固体輻射部（45）での内管（31）の
管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒層（35）を流通
する原料ガス（９）、改質ガス（10）をそれぞれ加熱す
る。原料ガス（９）の加熱は触媒反応の出発条件を決め
るものであり、改質ガス（10）の加熱は触媒反応の進行
度合を決めるものであり、これらにより燃料流量の変動
特に低下時にも反応条件の安定化が図れる。尚、エンド
キヤツプ断熱材（40）は燃焼ガス（41）により加熱が不
要な所、即ち、触媒（36）が充填されていない環状エン
ドキヤツプ（38）内の加熱を防止するものである。
水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された後、
導入マニホールド（221）から導入され、各反応管（20
0）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状部（3
4）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成され
た触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。ここ
で、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,CO,CO
2，等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了した
高温（約800℃程度）の改質ガス（10）は受け皿（39）
のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エンドキヤツ
プ（38）内に流出し、流れを反転して中間管（33）と外
管（32）との間の第２の環状部（37）内に流入し、その
第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流通方向とは
逆方向に流通する。第２の環状部（37）を流通する過程
で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱伝達が促進さ
れ、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を経て触媒層
（35）に回収された後、改質ガス（10）は排出マニホー
ルド（231）から系外に排出される。加熱源である燃焼
ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバーナ（211）
より供給され、その燃焼ガス（41）は反応管（200）の
内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（42）を内管
（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（44）にて内
管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（44）を経た
燃焼ガス（41）は充填粒子（43）が充填された固体輻射
部（45）を流通し充填粒子（43）を加熱する。充填粒子
（43）はある熱容量を持つているので、例えば燃料流量
が減少しても熱容量と放出容量との相関で決まる温度レ
ベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射部（44）での内
管（31）の管壁及び固体輻射部（45）での内管（31）の
管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒層（35）を流通
する原料ガス（９）、改質ガス（10）をそれぞれ加熱す
る。原料ガス（９）の加熱は触媒反応の出発条件を決め
るものであり、改質ガス（10）の加熱は触媒反応の進行
度合を決めるものであり、これらにより燃料流量の変動
特に低下時にも反応条件の安定化が図れる。尚、エンド
キヤツプ断熱材（40）は燃焼ガス（41）により加熱が不
要な所、即ち、触媒（36）が充填されていない環状エン
ドキヤツプ（38）内の加熱を防止するものである。
以上のように燃焼ガス（41）は内管（31）の内部のみを
流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び充填
粒子（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均一
に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）内
を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得られ
る。又、バーナ（211）より供給された燃焼ガス（41）
は内管（31）の内部を流通させればよいので、燃焼ガス
（41）が充満する加熱炉（201）内の空間（燃焼空間）
はバーナ火炎長分で済む。
流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び充填
粒子（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均一
に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）内
を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得られ
る。又、バーナ（211）より供給された燃焼ガス（41）
は内管（31）の内部を流通させればよいので、燃焼ガス
（41）が充満する加熱炉（201）内の空間（燃焼空間）
はバーナ火炎長分で済む。
ところで、反応管（200）の管壁温度の最高点は、燃焼
ガス（41）流れの最も上流側でかつエンドキヤツプ断熱
材（40）の覆われていない内管（31）の管壁部である。
この点は炉壁とは直接相対していないので、炉壁よりの
固体輻射加熱は無視でき、内管（31）内に充満した燃焼
ガス（41）からのガス輻射が支配的となりその燃焼ガス
（41）により均一加熱が行える。又、各反応管（200）
毎の内管（31）の管壁温度の均一性は燃焼ガス（41）の
各反応管（200）への供給量を均一化することにより均
一加熱が行える。これにより反応管（200）の長寿命化
が図れる。
ガス（41）流れの最も上流側でかつエンドキヤツプ断熱
材（40）の覆われていない内管（31）の管壁部である。
この点は炉壁とは直接相対していないので、炉壁よりの
固体輻射加熱は無視でき、内管（31）内に充満した燃焼
ガス（41）からのガス輻射が支配的となりその燃焼ガス
（41）により均一加熱が行える。又、各反応管（200）
毎の内管（31）の管壁温度の均一性は燃焼ガス（41）の
各反応管（200）への供給量を均一化することにより均
一加熱が行える。これにより反応管（200）の長寿命化
が図れる。
又、第３図に示すように、内管（31）内に充填する充填
部材（43）として、例えばセラミツク系材料や金属材料
から成る網状絡合体（43）としてもよい。ガス輻射部
（44）を経た燃焼ガス（41）は網状絡合体（43）が充填
された固定輻射部（45）を流通し網状絡合体（43）を加
熱する。網状絡合体（43）はある熱容量を持つているの
で、例えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との
相関で決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス
輻射部（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（4
5）での内管（31）の管壁を加熱する。又、網状絡合体
（43）は比較的低圧損にて燃焼ガス（41）の流れに乱れ
を生じさせ、この乱れにより燃焼ガス（41）の顕熱が有
効に網状絡合体（43）に伝えられる。これら加熱熱量は
触媒層（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（1
0）をそれぞれ加熱する。原料ガス（９）の加熱は触媒
反応の出発条件を決めるものであり、改質ガス（10）の
加熱は触媒反応の進行度合を決めるものであり、これら
により燃料流量の変動特に低下時に反応条件の安定化が
図れる。
部材（43）として、例えばセラミツク系材料や金属材料
から成る網状絡合体（43）としてもよい。ガス輻射部
（44）を経た燃焼ガス（41）は網状絡合体（43）が充填
された固定輻射部（45）を流通し網状絡合体（43）を加
熱する。網状絡合体（43）はある熱容量を持つているの
で、例えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との
相関で決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス
輻射部（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（4
5）での内管（31）の管壁を加熱する。又、網状絡合体
（43）は比較的低圧損にて燃焼ガス（41）の流れに乱れ
を生じさせ、この乱れにより燃焼ガス（41）の顕熱が有
効に網状絡合体（43）に伝えられる。これら加熱熱量は
触媒層（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（1
0）をそれぞれ加熱する。原料ガス（９）の加熱は触媒
反応の出発条件を決めるものであり、改質ガス（10）の
加熱は触媒反応の進行度合を決めるものであり、これら
により燃料流量の変動特に低下時に反応条件の安定化が
図れる。
以上のように燃焼ガス（41）は内管（31）の内部のみを
流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び網状
絡合体（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均
一に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）
内を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得ら
れる。
流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び網状
絡合体（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均
一に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）
内を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得ら
れる。
又、上記実施例における網状絡合体（43）としては耐熱
性を有するものであれば任意であるが、セラミツク材料
あるいは金属材料から構成され、セラミツク材料の場合
はハニカム形状、多孔質スポンジ形状等とし、金属材料
の場合は特にニツケル・クロム合金で金網状とされる。
性を有するものであれば任意であるが、セラミツク材料
あるいは金属材料から構成され、セラミツク材料の場合
はハニカム形状、多孔質スポンジ形状等とし、金属材料
の場合は特にニツケル・クロム合金で金網状とされる。
又、充填部材（43）として、充填粒子と網状絡合体とを
混在したものとしてもよく上記実施例と同様の効果を奏
する。
混在したものとしてもよく上記実施例と同様の効果を奏
する。
ところで、上記実施例では各反応管（200）の外周側に
断熱材（46）を設けて燃焼ガス（41）が第２の環状部
（37）を流通する改質ガス（10）に輻射熱を与えないた
めの断熱効果を得るようにしたが、断熱材（46）は必ず
しも設ける必要はなく上記実施例と同様の効果を奏す
る。
断熱材（46）を設けて燃焼ガス（41）が第２の環状部
（37）を流通する改質ガス（10）に輻射熱を与えないた
めの断熱効果を得るようにしたが、断熱材（46）は必ず
しも設ける必要はなく上記実施例と同様の効果を奏す
る。
又、上記実施例では反応管を吊り下げの形にし燃焼ガス
の流れを下から上としたが、上下逆にしてもよい。
の流れを下から上としたが、上下逆にしてもよい。
又、上記実施例では第２の環状部は改質ガス流路として
機能する場合について述べたが、第２の環状部に細線や
邪魔板等を入れて伝熱促進を図つてもよい。
機能する場合について述べたが、第２の環状部に細線や
邪魔板等を入れて伝熱促進を図つてもよい。
ところで、上記説明では水蒸気改質反応装置の場合につ
いて述べたが、一般的な吸熱もしくは発熱反応装置にも
この発明を適用し得ることは勿論のことである。
いて述べたが、一般的な吸熱もしくは発熱反応装置にも
この発明を適用し得ることは勿論のことである。
この発明は以上説明した通り、高温ガスが内部を流通す
る内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管と
の間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に
第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそ
れぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を
形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と
第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第２
の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内
管内に充填部材を充填したことにより、内管内を流通す
る高温ガス及び充填部材によつて内管が加熱されるの
で、内管の管壁温度の均一化が図れると共に充填部材の
熱容量効果によりさらに安定した反応条件を維持できる
効果がある。
る内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管と
の間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に
第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそ
れぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を
形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と
第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第２
の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内
管内に充填部材を充填したことにより、内管内を流通す
る高温ガス及び充填部材によつて内管が加熱されるの
で、内管の管壁温度の均一化が図れると共に充填部材の
熱容量効果によりさらに安定した反応条件を維持できる
効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による反応装置を示す断面
図、第２図はこの発明に係る反応装置を加熱炉に組込ん
だ状態を示す断面図、第３図はこの発明の他の実施例に
よる反応装置を示す断面図、第４図は従来の反応装置を
示す断面図、第５図は従来の反応装置を加熱炉に組込ん
だ状態を示す断面図、第６図は第５図VI−VI線における
断面図である。 図において、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、
（31）は内管、（32）は外管、（33）は中間管、（34）
は第１の環状部、（35）は触媒層、（36）は触媒、（3
7）は第２の環状部、（38）は環状エンドキヤツプ、（4
3）は充填粒子又は網状絡合体である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
図、第２図はこの発明に係る反応装置を加熱炉に組込ん
だ状態を示す断面図、第３図はこの発明の他の実施例に
よる反応装置を示す断面図、第４図は従来の反応装置を
示す断面図、第５図は従来の反応装置を加熱炉に組込ん
だ状態を示す断面図、第６図は第５図VI−VI線における
断面図である。 図において、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、
（31）は内管、（32）は外管、（33）は中間管、（34）
は第１の環状部、（35）は触媒層、（36）は触媒、（3
7）は第２の環状部、（38）は環状エンドキヤツプ、（4
3）は充填粒子又は網状絡合体である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 憲二 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 (56)参考文献 特開 昭62−186933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−186934（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】高温ガスが内部を流通する内管と、上記内
管の外周側で同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料が導入される第１の
環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成さ
れた触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され
上記原料が上記触媒層を流通することにより生成される
ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管の
それぞれの他端に配設され、上記第１の環状部と上記第
２の環状部とを連通し、上記触媒層から流出する上記ガ
スを上記第２の環状部に流入させる環状のエンドキヤツ
プと、上記内管内に充填された充填部材とを備えたこと
を特徴とする反応装置。 - 【請求項２】高温ガスが内部を流通する内管と、上記内
管の外周側で同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料が導入される第１の
環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成さ
れた触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され
上記原料が上記触媒層を流通することにより生成される
ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管の
それぞれの他端に配設され、上記第１の環状部と上記第
２の環状部とを連通し、上記触媒層から流出する上記ガ
スを上記第２の環状部に流入させる環状のエンドキヤツ
プと、上記内管内に充填された充填粒子とを備えたこと
を特徴とする反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7311289A JPH0673627B2 (ja) | 1988-04-20 | 1989-03-23 | 反応装置 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9758388 | 1988-04-20 | ||
| JP63-100483 | 1988-04-21 | ||
| JP10048388 | 1988-04-21 | ||
| JP63-97583 | 1988-04-21 | ||
| JP7311289A JPH0673627B2 (ja) | 1988-04-20 | 1989-03-23 | 反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0231832A JPH0231832A (ja) | 1990-02-01 |
| JPH0673627B2 true JPH0673627B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=27301127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7311289A Expired - Lifetime JPH0673627B2 (ja) | 1988-04-20 | 1989-03-23 | 反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0673627B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP7311289A patent/JPH0673627B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0231832A (ja) | 1990-02-01 |
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