JPH0748661Y2 - 触媒燃焼式改質器 - Google Patents

触媒燃焼式改質器

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JPH0748661Y2
JPH0748661Y2 JP1990029149U JP2914990U JPH0748661Y2 JP H0748661 Y2 JPH0748661 Y2 JP H0748661Y2 JP 1990029149 U JP1990029149 U JP 1990029149U JP 2914990 U JP2914990 U JP 2914990U JP H0748661 Y2 JPH0748661 Y2 JP H0748661Y2
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健吾 植松
哲朗 岡野
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溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、炭化水素類の二段触媒燃焼式改質器に係り、
特に後段の触媒燃焼部に供給する燃料を均等に分散させ
て、燃料と前段の燃焼ガス中の酸素との混合を良くし、
二段目触媒燃焼部における均一燃焼を達成して改質反応
効率の向上をはかると共に、供給する燃料の過熱による
炭化、発火などのトラブルの発生を防止した触媒燃焼式
改質器に関する。
〔従来の技術〕
従来の炭化水素類の二段触媒燃焼式改質器の構造を第5
図に示す。図において、原料および水蒸気との混合物
は、原料ノズル1より改質器内に送入され、仕切り室2
より二重管式の反応管外管3と反応管内管5との間に充
填されている水蒸気改質触媒層内に入る。なお、二重管
式の反応管は、その外側に充填されている伝熱促進用の
充填粒子層4,4′により埋蔵されている。
改質される原料は、反応管外管3と反応管内管5の間に
充填されている触媒層を通る間に、反応管の外部より反
応熱を受け、かつ水蒸気改質触媒の作用で、改質反応が
生じ、反応終了後、反応管内管5の内部を通り、改質ガ
ス仕切り室6に集められ、改質ガスノズル7より改質器
の外へ送り出される。
一方、一段燃料ノズル8からは、燃料と空気が供給され
る。また、二段燃料ノズル9からは燃料が供給される。
ここで、一段燃料ノズル8から供給される空気は、一段
目燃料のみならず、二段目燃料をも燃焼させるに充分な
量の空気(酸素)が供給される。
一段燃料ノズル8から入った燃料と過剰の空気は、予混
合器10にて均一に予混合され、改質器内に導入され、一
段目燃焼触媒層11にて燃焼される。そして、発生した高
温の燃焼ガスは充填粒子層4,4′を通る間に、埋蔵され
た反応管へ熱を供給し、燃焼ガス自身の温度は低下す
る。また、上部(一段目)の充填粒子層4は、支持板18
によって保持される構造となっている。充填粒子層4お
よび支持板18を通った燃焼ガスは、二段燃料ノズル9よ
り供給された燃料と空間部19にて合流し混合され、二段
目燃焼触媒層14にて再度燃焼され、高温の燃焼ガスとな
り充電粒子層4′を通って、さらに反応管に熱を供給し
た後、燃焼ガスノズル15より改質器外へ排出される。
上述した従来の炭化水素の二段触媒燃焼式改質器は、二
段目触媒燃焼部において、一段目の触媒燃焼ガス中の酸
素と二段目の燃焼触媒に供給する燃料との混合が均一に
行われないために、不均一触媒燃焼による未燃物の発
生、不均一燃焼によるホットスポット(hot spot)の発
生、さらには反応熱の供給不十分による炭化水素の改質
反応の未達などの問題があった。
〔考案が解決しようとする課題〕
上述したごとく、従来の炭化水素類の複数触媒燃焼式改
質器において、後段の触媒燃焼部における前段の触媒燃
焼ガスと、後段の燃焼触媒に供給する燃料との均一混合
については全く配慮がなされておらず、そのため不均一
燃焼による未燃物の発生、不均一燃焼によるホットスポ
ット(Hot Spot)の発生、あるいは反応熱の供給不足に
よる炭化水素の改質反応の未達などの問題があった。こ
の問題を解決するため、本考案者らは先に、多孔性のセ
ラミックチップからなる燃料供給部を設けた二段触媒燃
焼式改質器(特願昭63-76177号)およびセラミックハニ
カム構造体からなる燃料供給部を設けた二段触媒燃焼式
改質器(特願昭63-76179号)を提案している。
本考案の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、後段
の燃焼触媒に供給する燃料の均等分散を達成して、反応
管の均一加熱を実現し、炭化水素の改質反応効率の向上
をはかると共に、後段の触媒燃焼部に供給する燃料の過
熱による炭化、発火などのトラブルの発生を防止した触
媒燃焼式改質器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記本考案の目的は、複数段の触媒燃焼式改質器におい
て、後段の触媒燃焼部の上部(前流)空間部に設ける後
段の燃焼触媒に燃料を均等に供給するため、後段の燃焼
触媒層の表面に対向して、ほぼ均等の間隔に分散配置さ
れた複数の燃料噴出ノズルを有する燃料供給管を設置す
ることにより、達成される。
本考案の改質器に設置する後段の燃料供給管に設ける複
数の燃料噴出ノズルの位置は、各反応管に対応させてほ
ぼ均等の位置間隔に設けることが望ましい。そして、複
数の燃料噴出ノズルを有する燃料供給管は、後段の燃焼
触媒層の表面に対向して、例えば径の異なる同心円から
なる複数の円環状パイプ、またはスパイラル状に形成し
た円環状パイプを用いてもよく、それぞれの反応管に対
応させて燃料噴出ノズルの位置をほぼ均等に分散配置さ
せればよく、特に燃料供給管の形状を限定するものでは
ない。
そして、後段の燃焼触媒層に供給される燃焼用の酸素
は、前段の燃焼触媒層からの高温の燃焼ガス中の残留酸
素を用いるため、後段の燃焼触媒に供給する燃料が上記
高温の前段の燃焼ガスによって過熱され炭化あるいは発
火する危険性が生じるので、上記した燃料噴出ノズルを
有する後段の燃料供給管は二重管構造となし、外管と内
管との間に冷却用の空気を導入して燃料の過熱を防止す
る構造とすることが望ましい。
本考案は実用新案登録請求の範囲第1項に記載のよう
に、炭化水素改質触媒を充填した複数の反応管を有し、
該反応管の軸方向に対し複数に分離して配置した、複数
段の燃焼触媒層によって上記反応管を加熱する触媒燃焼
式改質器において、後段の燃焼触媒層の前流に、後段の
燃焼触媒層に対し、ほぼ均等の位置間隔に分散配置させ
た複数の燃料噴出ノズルを有する燃料供給管を形成し、
かつ該燃料供給管の外周部には、燃料供給管の内部を通
過する燃料の過熱を防止するための二重管式の冷却空気
流通路を形成した燃料供給管を設置して、前段の燃焼触
媒層からの燃焼ガス中に含まれる酸素と供給する燃料と
をほぼ均一に混合させて、上記後段の燃焼触媒層におい
て均一燃焼をはかる手段を設けた触媒燃焼式改質器であ
る。
また、本考案は実用新案登録請求の範囲第1項記載の触
媒燃焼式改質器において、燃料供給管が、同一平面上に
径の異なる複数の円環状の燃料供給管を連結して構成し
た燃料供給管を設けた触媒燃焼式改質器である。
また、本考案は実用新案登録請求の範囲第1項記載の触
媒燃焼式改質器において、燃料供給管が、同一平面上に
スパイラル状に連結して構成した燃料供給管を設けた触
媒燃焼式改質器である。
〔作用〕
燃料噴出ノズルを有する円環状の燃料供給管より、燃焼
触媒層の上部に均一に燃料を分散供給することができる
ので、前段の燃焼触媒層から流出する燃焼ガス中の酸素
とよく混合した状態で、後段の燃焼触媒層へ流入するこ
とになり、不均一燃焼による未燃物の発生、ホットスポ
ットの発生などを防止することができ、均一な後段の触
媒燃焼を得ることができる。
さらに、燃料供給管を二重管とし、その外側に冷却用の
空気を流すことによって、燃料の過熱による炭化、発火
なども同時に防止することができる。
〔実施例〕
以下に本考案の一実施例を挙げ、図面に基づいてさらに
詳細に説明する。
第1図に本考案の二段触媒燃焼式改質器の構造の一例を
示す。原料の炭化水素および水蒸気混合物は、原料ノズ
ル1より改質器内に入り、仕切り室2より二重管式の反
応管外管3と反応管内管5の間に充填されている水蒸気
改質触媒層を通過する。なお、二重管式の反応管自体
は、伝熱促進用の充填粒子層4,4′内に埋蔵され保持さ
れている。原料の炭化水素および水蒸気混合物は、上記
触媒層を通る間に外部より反応熱を受け、かつ水蒸気改
質触媒による接触反応によって炭化水素の改質反応が進
行し、改質反応の終了後、改質ガスは反応管内管5の内
部を通り、改質ガス仕切り室6に集められ、改質ガスノ
ズル7より改質器の外部へ送り出される。一方、反応管
加熱用の燃料は、一段燃料ノズル8および二段燃料ノズ
ル9から供給される。そして、燃料供給管12の冷却用空
気は、冷却空気ノズル13から供給される。一段目の燃料
と過剰の空気は、予混合器10にて予混合され、一段目燃
焼触媒層11によって燃焼される。そして、発生した一段
目燃焼触媒層11からの燃焼ガスは、充填粒子層4を通過
する間に埋蔵されている反応管外管3に反応熱を供給
し、燃焼ガス自身の温度は低下する。ここで、本考案に
よる燃料供給管12の二段燃料ノズル9から燃料を供給
し、リングパイプ状の燃料供給管12に設けられている多
数の燃料噴出ノズル17(第2図参照)から二段目燃料を
噴出させ、一段目燃焼触媒層11から供給される燃焼ガス
中の酸素と均一に混合して、二段目燃焼触媒層14で均一
燃焼が達成され、再度高温の燃焼ガスとなって充填粒子
層4′を通過して反応管外管3の表面部からほぼ均一に
反応熱が改質触媒層に伝達され、炭化水素の改質反応が
効率よく行われる。そして、反応管に反応熱を供給した
燃焼ガスは、燃焼ガスノズル15から外部に排出される。
本考案の改質器に設ける二段目の燃料を供給する燃料供
給管12は、例えば第2図に示すごとく、二重管式のリン
グパイプ状の燃料供給管12を用いることができる。図に
おいて、改質器内の複数の反応管16の隙間にリングパイ
プ状の燃料供給管12が配置され、円環状の燃料供給管12
の円周方向には、複数の燃料噴出ノズル17が設けられて
いて、それぞれの改質反応管16に対応して、ほぼ均等に
燃料が分散噴出される位置に燃料噴出ノズル17が設けら
れている。この燃料噴出ノズル17により、燃料は反応管
群に対してほぼ均一に供給され、一段目燃焼触媒層11か
らの燃焼ガス中の酸素とよく混合され、二段目燃焼触媒
層14内へ流入して触媒燃焼される。
また、第3図に二重管式のリングパイプ状の燃料供給管
12の要部拡大図を示す。内管23には燃料20を導入し、燃
料噴出ノズル17より噴出させる。さらに、内管23の内部
に流通する燃料20の過熱を防止するために、外管24に
は、冷却空気ノズル13から冷却空気22を導入する。した
がって、燃料20は高温の燃焼ガスによって過熱されるこ
とがなく、供給する燃料20の炭化、あるいは発火のトラ
ブルを解消することができ、効率よく改質反応を継続さ
せることが可能となる。
以上、本考案の実施例において例示した、二段触媒燃焼
式改質器における燃焼ガスの流れ方向の温度分布、反応
ガス側の温度分布および反応熱の伝熱ヒートフラックス
分布などを第4図に示す。図から明らかなごとく、本考
案の二段触媒燃焼式改質器は極めて良好な加熱特性が得
られた。
〔考案の効果〕
以上詳細に説明したごとく、本考案の二段触媒燃焼式改
質器によれば、二段目の触媒燃焼部において、燃料をほ
ぼ均等に分散供給することができるので、一段目の触媒
燃焼した燃焼ガス中の酸素とよく混合し、二段目触媒燃
焼部での均一燃焼が達成できるので、煤の発生、ホット
スポットの発生および改質反応の未達などの問題を解消
することができる。
さらに、燃料供給管を二重管式となし、その外管部に冷
却用空気を流通することによって、供給される燃料の過
熱が全くなくなり、燃料の炭化、変質あるいは発火を防
止することができ、効率の高い炭化水素の改質反応を長
期にわたり継続して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例において例示した二段触媒燃焼
式改質器の構造を示す断面図、第2図は本考案の実施例
において例示した二段目燃焼部に設ける燃料供給管の配
置構成を示す説明図、第3図は二重管式燃料供給管の構
造の一例を示す要部拡大図、第4図は本考案の二段触媒
燃焼式改質器における反応ガス、燃焼ガス各々の温度分
布および伝熱ヒートフラックス分布を示すグラフ、第5
図は従来の二段触媒燃焼式改質器の構造を示す断面図で
ある。 1……原料ノズル、2……仕切り室 3……反応管外管、4,4′……充填粒子層 5……反応管内管、6……改質ガス仕切り室 7……改質ガスノズル、8……一段燃料ノズル 9……二段燃料ノズル、10……予混合器 11……一段目燃焼触媒層 12……燃料供給管、13……冷却空気ノズル 14……二段目燃焼触媒層 15……燃焼ガスノズル、16……反応管 17……燃料噴出ノズル、18……支持板 19……空間部、20……燃料 21……燃焼ガス、22……冷却空気 23……内管、24……外管

Claims (3)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化水素改質触媒を充填した複数の反応管
    を有し、該反応管の軸方向に対し複数に分離して配置し
    た、複数段の燃焼触媒層によって上記反応管を加熱する
    触媒燃焼式改質器において、後段の燃焼触媒層の前流
    に、後段の燃焼触媒層に対し、はぼ均等の位置間隔に分
    散配置させた複数の燃料噴出ノズルを有する燃料供給管
    を形成し、かつ該燃料供給管の外周部には、燃料供給管
    の内部を通過する燃料の過熱を防止するための二重管式
    の冷却空気流通路を形成した燃料供給管を設置して、前
    段の燃焼触媒層からの燃焼ガス中に含まれる酸素と供給
    する燃料とをほぼ均一に混合させて、上記後段の燃焼触
    媒層において均一燃焼をはかる手段を設けたことを特徴
    とする触媒燃焼式改質器。
  2. 【請求項2】実用新案登録請求の範囲第1項記載の触媒
    燃焼式改質器において、燃料供給管が、同一平面上に径
    の異なる複数の円環状の燃料供給管を連結して構成した
    燃料供給管であることを特徴とする触媒燃焼式改質器。
  3. 【請求項3】実用新案登録請求の範囲第1項記載の触媒
    燃焼式改質器において、燃料供給管が、同一平面上にス
    パイラル状に連結して構成した燃料供給管であることを
    特徴とする触媒燃焼式改質器。
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JPS60248230A (ja) * 1984-05-25 1985-12-07 Babcock Hitachi Kk 触媒燃焼式反応器
JPH0271834A (ja) * 1987-08-27 1990-03-12 Toyo Eng Corp 水蒸気改質装置

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