JPH0794321B2 - 排熱を利用するメタノール改質方法及び排熱回収型メタノール改質装置 - Google Patents
排熱を利用するメタノール改質方法及び排熱回収型メタノール改質装置Info
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- JPH0794321B2 JPH0794321B2 JP2229862A JP22986290A JPH0794321B2 JP H0794321 B2 JPH0794321 B2 JP H0794321B2 JP 2229862 A JP2229862 A JP 2229862A JP 22986290 A JP22986290 A JP 22986290A JP H0794321 B2 JPH0794321 B2 JP H0794321B2
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- reaction tube
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- 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
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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） 本発明はガスエンジン設備、ガスタービン設備、燃料電
池設備等に於いて使用する排熱を利用するメタノール改
質方法及び排熱回収型メタノール 改質装置の改良に係り、改質器内全域を最適な改質反応
温度に維持することにより、改質性能並びに作動の安定
性の向上を可能とした排熱回収型メタノール改質システ
ムに関するものである。
池設備等に於いて使用する排熱を利用するメタノール改
質方法及び排熱回収型メタノール 改質装置の改良に係り、改質器内全域を最適な改質反応
温度に維持することにより、改質性能並びに作動の安定
性の向上を可能とした排熱回収型メタノール改質システ
ムに関するものである。
（従来の技術） ガスエンジンやガスタービンの排気熱を利用してメタノ
ールを改質反応させ、増熱された改質ガスをガスエンジ
ンやガスタービンの燃料として用いる方法は公知である
（特開52−113426,特開59−77014,特開平１−244123
等）。
ールを改質反応させ、増熱された改質ガスをガスエンジ
ンやガスタービンの燃料として用いる方法は公知である
（特開52−113426,特開59−77014,特開平１−244123
等）。
また、燃料電池の燃料極からの未反応燃料の燃焼熱を利
用してメタノールを改質反応させ、水素リッチな改質ガ
スを燃料電池用燃料として用いる方法も公知である（特
開昭60−258865,特開昭64−5901等）。
用してメタノールを改質反応させ、水素リッチな改質ガ
スを燃料電池用燃料として用いる方法も公知である（特
開昭60−258865,特開昭64−5901等）。
ところで、一般的にメタノールの改質反応と呼ばれてい
るものには次のＡ及びＢの二とおりの反応があるが、通
常あまり厳格に呼称の区別はされていない。
るものには次のＡ及びＢの二とおりの反応があるが、通
常あまり厳格に呼称の区別はされていない。
（Ａ）メタノールの分解反応（理想反応） CH3OH→CO＋2H2 …（１） （ΔH25＝21.7Kcal/mol） CH2OH＋nH2O→（２＋ｎ）H2＋（１−ｎ）CO＋nCO2 …
（２） ここで０＜ｎ＜１ （Ｂ）メタノールの水蒸気改質反応（理想反応） CH3OH＋mH2O→3H2＋CO2＋（ｍ−１）H2O （ΔH25＝11.8Kcal/mol） …（３） ここでｍ≧１ 従来の技術では、ガスエンジンシステムに於いてはＡの
方法が、またガスタービンシステムや燃料電池システム
に於いてはＢの方法が夫々多く採用されている。
（２） ここで０＜ｎ＜１ （Ｂ）メタノールの水蒸気改質反応（理想反応） CH3OH＋mH2O→3H2＋CO2＋（ｍ−１）H2O （ΔH25＝11.8Kcal/mol） …（３） ここでｍ≧１ 従来の技術では、ガスエンジンシステムに於いてはＡの
方法が、またガスタービンシステムや燃料電池システム
に於いてはＢの方法が夫々多く採用されている。
また、（Ａ）の分解反応であれ或いは（Ｂ）の水蒸気改
質反応であれ、改質装置の熱交換方式には排ガスとの
直接熱交換方式と、間接熱交換方式（排ガスと熱交換
した蒸気或いは油等の熱媒を循環して改質装置の加熱源
とする）とがあるが、いずれにしても改質装置の触媒層
内に温度斑が無いようにする必要があり、特に多管方式
の場合には、各反応管への伝熱量ができるだけ等しくな
るように構造上の工夫を施す必要がある。
質反応であれ、改質装置の熱交換方式には排ガスとの
直接熱交換方式と、間接熱交換方式（排ガスと熱交換
した蒸気或いは油等の熱媒を循環して改質装置の加熱源
とする）とがあるが、いずれにしても改質装置の触媒層
内に温度斑が無いようにする必要があり、特に多管方式
の場合には、各反応管への伝熱量ができるだけ等しくな
るように構造上の工夫を施す必要がある。
更に、改質装置にバーナを設けて燃料の燃焼熱を利用す
る場合には、火炎による局部加熱によって反応管の熱損
傷や充填触媒の熱劣化等が生ずるのを避ける工夫が必要
になる。
る場合には、火炎による局部加熱によって反応管の熱損
傷や充填触媒の熱劣化等が生ずるのを避ける工夫が必要
になる。
（発明が解決しようとする課題） しかし、従来用いられている熱媒循環型の熱交換方式で
は、改質器の触媒層内の各部の温度が比較的均一とな
り、局部加熱ができにくいという特徴をもっている反
面、システムが複雑になって装置が大形化し、小容量の
装置（例えば水素発生量500Nm3/h以下）やコンパクトな
可搬式装置には適用し難いという難点がある。
は、改質器の触媒層内の各部の温度が比較的均一とな
り、局部加熱ができにくいという特徴をもっている反
面、システムが複雑になって装置が大形化し、小容量の
装置（例えば水素発生量500Nm3/h以下）やコンパクトな
可搬式装置には適用し難いという難点がある。
また、排ガスとの直接熱交換方式に於いても、300℃〜6
00℃程度の排ガス温度では排ガスと反応管との放射熱伝
達係数が小さいので、伝熱の形態としては接触熱伝達に
よる伝熱を主にした熱交換器の設計にせざるをえない。
00℃程度の排ガス温度では排ガスと反応管との放射熱伝
達係数が小さいので、伝熱の形態としては接触熱伝達に
よる伝熱を主にした熱交換器の設計にせざるをえない。
ところが、排ガスそのものが流れ方向に温度勾配を生じ
ている関係上、触媒層内の各部の温度が不均一になり易
いうえ、触媒層にも排ガスの流れ方向に温度勾配が生じ
るという不都合がある。
ている関係上、触媒層内の各部の温度が不均一になり易
いうえ、触媒層にも排ガスの流れ方向に温度勾配が生じ
るという不都合がある。
一方、直接熱交換方式に於ける上述の如き欠点を解消す
るため、第５図に示す如く改質器Ａ内を複数の室＃1,＃
2,＃３及び＃４に画成し、各室へ供給するメタノール量
B1,B2,B3,B4をコントローラＣにより各室の温度に応じ
て制御する方式が開発されている（特公昭58−7822号
等）。
るため、第５図に示す如く改質器Ａ内を複数の室＃1,＃
2,＃３及び＃４に画成し、各室へ供給するメタノール量
B1,B2,B3,B4をコントローラＣにより各室の温度に応じ
て制御する方式が開発されている（特公昭58−7822号
等）。
しかし、この特公昭58−7822号の技術にあっても、改質
器全体の伝熱面積や充填触媒量の面から判断して、コン
パクトで効率的な設計が可能とは到底言えないものにな
っている。尚、第５図に於いてＤはメタノールタンク、
Ｅはポンプ、F,Gは蒸発器、Ｈはエンジン排ガス、Ｉは
改質ガスである。
器全体の伝熱面積や充填触媒量の面から判断して、コン
パクトで効率的な設計が可能とは到底言えないものにな
っている。尚、第５図に於いてＤはメタノールタンク、
Ｅはポンプ、F,Gは蒸発器、Ｈはエンジン排ガス、Ｉは
改質ガスである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、上述の如き従来技術の欠点を解消するため、
排ガスとの直接熱交換方式をとってシステムを簡単化
すると共に、改質器内の排ガス通路に輻射伝熱促進体
を設置して伝熱性を高めることにより、装置を小型コン
パクトにし、更に、複数ある反応管への伝熱量がほぼ
均一になるような改質器の構造とすることにより、改質
器内全域を最適な改質反応温度に維持して改質特性を高
めると共に、安定した作動性能を得られるようにした、
排熱を利用するメタノール改質方法と、排熱回収型メタ
ノール改質装置を提供するものである。
排ガスとの直接熱交換方式をとってシステムを簡単化
すると共に、改質器内の排ガス通路に輻射伝熱促進体
を設置して伝熱性を高めることにより、装置を小型コン
パクトにし、更に、複数ある反応管への伝熱量がほぼ
均一になるような改質器の構造とすることにより、改質
器内全域を最適な改質反応温度に維持して改質特性を高
めると共に、安定した作動性能を得られるようにした、
排熱を利用するメタノール改質方法と、排熱回収型メタ
ノール改質装置を提供するものである。
即ち、本件方法発明は、メタノールを含む原料ガスを改
質反応触媒が充填された反応空間へ通し乍ら、外部より
排ガスにより加熱して水素リッチなメタノール改質ガス
を得るようにした排熱を利用するメタノール改質方法に
おいて、前記反応空間の形成材の近傍位置に多孔質金属
発泡体又は多メッシュ金網の積層体若しくは多孔質セラ
ミックから成る通気性の輻射伝熱促進体を配設すると共
に、当該輻射伝熱促進体を貫通して加熱用排ガスを反応
空間の形成材へ接触自在に流通させ、輻射伝熱促進体か
ら反応空間の形成材へ熱量を高効率で伝熱するようにし
たことを発明の基本構成とするものである。
質反応触媒が充填された反応空間へ通し乍ら、外部より
排ガスにより加熱して水素リッチなメタノール改質ガス
を得るようにした排熱を利用するメタノール改質方法に
おいて、前記反応空間の形成材の近傍位置に多孔質金属
発泡体又は多メッシュ金網の積層体若しくは多孔質セラ
ミックから成る通気性の輻射伝熱促進体を配設すると共
に、当該輻射伝熱促進体を貫通して加熱用排ガスを反応
空間の形成材へ接触自在に流通させ、輻射伝熱促進体か
ら反応空間の形成材へ熱量を高効率で伝熱するようにし
たことを発明の基本構成とするものである。
また、請求項（２）に記載の本件装置発明は、排ガス流
入ノズルと排ガス流出ノズルを夫々備えた筒状の外部ケ
ーシングと；改質反応触媒が充填され且つメタノールを
含む原料ガスが流通する複数の反応管の各上端部及び各
下端部を上部リングヘッダ及び下部リングヘッダへ夫々
接続して成り、前記外部ケーシング内へ配設した筒状の
反応管壁と；外部ケーシング内へ前記筒状反応管壁と同
芯状に且つ前記排ガス流入ノズルと連通状に配設した通
気性を有する筒状の輻射伝熱促進体とから構成され、排
ガス流入ノズルから流入した排ガスを輻射伝熱促進体を
貫通せしめて反応管壁へ接触自在に流通させ、輻射伝熱
促進体から反応管へ熱量を高効率で伝熱することを発明
の基本構成とするものである。
入ノズルと排ガス流出ノズルを夫々備えた筒状の外部ケ
ーシングと；改質反応触媒が充填され且つメタノールを
含む原料ガスが流通する複数の反応管の各上端部及び各
下端部を上部リングヘッダ及び下部リングヘッダへ夫々
接続して成り、前記外部ケーシング内へ配設した筒状の
反応管壁と；外部ケーシング内へ前記筒状反応管壁と同
芯状に且つ前記排ガス流入ノズルと連通状に配設した通
気性を有する筒状の輻射伝熱促進体とから構成され、排
ガス流入ノズルから流入した排ガスを輻射伝熱促進体を
貫通せしめて反応管壁へ接触自在に流通させ、輻射伝熱
促進体から反応管へ熱量を高効率で伝熱することを発明
の基本構成とするものである。
更に、本件請求項（３）に記載の本件装置発明は、排ガ
ス流入ノズルと排ガス流出ノズルを備えた筒状の外部ケ
ーシングと；改質反応触媒が充填され且つメタノールを
含む原料ガスが流通する空間部を形成する二重筒体の上
部開口及び下部開口へ上部リングヘッダ及び下部リング
ヘッダを夫々接続して成り、前記外部ケーシング内へ配
設した筒状の反応管壁と；外部ケーシング内へ前記筒状
反応管壁と同芯状に且つ前記排ガス流入ノズルと連通状
に配設した通気性を有する筒状の輻射伝熱促進体とから
構成され、排ガス流入ノズルから流入した排ガスを輻射
伝熱促進体を貫通せしめて反応管壁へ接触自在に流通さ
せ、輻射伝熱促進体から反応管壁へ熱量を高効率で伝熱
することを発明の基本構成とするものである。
ス流入ノズルと排ガス流出ノズルを備えた筒状の外部ケ
ーシングと；改質反応触媒が充填され且つメタノールを
含む原料ガスが流通する空間部を形成する二重筒体の上
部開口及び下部開口へ上部リングヘッダ及び下部リング
ヘッダを夫々接続して成り、前記外部ケーシング内へ配
設した筒状の反応管壁と；外部ケーシング内へ前記筒状
反応管壁と同芯状に且つ前記排ガス流入ノズルと連通状
に配設した通気性を有する筒状の輻射伝熱促進体とから
構成され、排ガス流入ノズルから流入した排ガスを輻射
伝熱促進体を貫通せしめて反応管壁へ接触自在に流通さ
せ、輻射伝熱促進体から反応管壁へ熱量を高効率で伝熱
することを発明の基本構成とするものである。
（作用） エンジン等からの排ガスＯは排ガス流入ノズル５を通し
て改質装置内へ供給され、多孔質性の輻射伝熱促進体２
を貫通したあと、反応空間の形成材である反応管７に沿
って流通し、排ガス流出ノズル４から外部へ排出され
る。
て改質装置内へ供給され、多孔質性の輻射伝熱促進体２
を貫通したあと、反応空間の形成材である反応管７に沿
って流通し、排ガス流出ノズル４から外部へ排出され
る。
各反応管７は、前記高放射率の輻射伝熱促進体２からの
輻射熱と排ガスＯの接触伝熱によってほぼ均一に加熱さ
れ、これにより反応管７内に充填された改質反応触媒14
が加熱される。
輻射熱と排ガスＯの接触伝熱によってほぼ均一に加熱さ
れ、これにより反応管７内に充填された改質反応触媒14
が加熱される。
一方、原料ガス流入ノズル12より供給された原料ガスＳ
は反応空間を形成する各反応管７へほぼ均等に供給され
る。各反応管７内へ供給された原料ガスは、充填された
改質反応触媒14と接触しつつ流通する間に、所謂分解反
応若しくは水蒸気改質反応を受けて改質され、発生した
メタノール改質ガスＴが流出ノズル13より外部へ取り出
されて行く。
は反応空間を形成する各反応管７へほぼ均等に供給され
る。各反応管７内へ供給された原料ガスは、充填された
改質反応触媒14と接触しつつ流通する間に、所謂分解反
応若しくは水蒸気改質反応を受けて改質され、発生した
メタノール改質ガスＴが流出ノズル13より外部へ取り出
されて行く。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る排熱回収型メタノール改質装置の
断面概要図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ視断面図で
ある。
断面概要図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ視断面図で
ある。
第１図及び第２図に於いて、１は密閉筒形の外部ケーシ
ング、２は外部ケーシング１の中央部に同芯状に立設し
た円筒状の輻射伝熱促進体、３は外部ケーシング１と輻
射伝熱促進体２との間に同芯状に立設した反応管壁３で
あり、反応管壁３の両側空間が排ガス流路P,Qとなって
いる。
ング、２は外部ケーシング１の中央部に同芯状に立設し
た円筒状の輻射伝熱促進体、３は外部ケーシング１と輻
射伝熱促進体２との間に同芯状に立設した反応管壁３で
あり、反応管壁３の両側空間が排ガス流路P,Qとなって
いる。
前記外部ケーシング１は鋼板及び断熱材等から形成され
ており、その下方側部には排ガス流出ノズル４が設けら
れている。また、外部ケーシング１の下方部には前記輻
射伝熱促進体２に連通する排ガス流入ノズル５が、更
に、外部ケーシング１の上方部には輻射伝熱促進体２の
出し入れ口が夫々設けられており、常時は蓋体６により
密閉されている。
ており、その下方側部には排ガス流出ノズル４が設けら
れている。また、外部ケーシング１の下方部には前記輻
射伝熱促進体２に連通する排ガス流入ノズル５が、更
に、外部ケーシング１の上方部には輻射伝熱促進体２の
出し入れ口が夫々設けられており、常時は蓋体６により
密閉されている。
前記輻射伝熱促進体２は、排ガス最高温度に耐えしかも
放射率の高い多孔質の金属発泡体や金属網の積層体、多
孔質のセラミックス材等により中空円筒状に形成されて
おり、前記排ガス流入ノズル５に連通せしめて外部ケー
シング１の中央部に、これと同芯状に配設されている。
放射率の高い多孔質の金属発泡体や金属網の積層体、多
孔質のセラミックス材等により中空円筒状に形成されて
おり、前記排ガス流入ノズル５に連通せしめて外部ケー
シング１の中央部に、これと同芯状に配設されている。
前記反応管壁３は、複数本の反応管７と反応管７の相互
間を連結する排ガス流規制バッフル８とから円筒形に形
成されている。即ち、反応空間の形成材である複数本の
反応管７は、前記円筒状の輻射伝熱促進体２の外側近傍
にこれと同芯状に配列されている。
間を連結する排ガス流規制バッフル８とから円筒形に形
成されている。即ち、反応空間の形成材である複数本の
反応管７は、前記円筒状の輻射伝熱促進体２の外側近傍
にこれと同芯状に配列されている。
前記各反応管７の上端部はリング状の上部ヘッダ９に、
また、各反応管７の下端部はリング状の下部ヘッダ10に
夫々連通されており、更に、反応管壁３を構成する排ガ
ス規制バッフル８は反応管７よりも若干短く選定されて
おり、これによって反応管壁３の上方部には、流路Ｐか
ら流路Ｑへ排ガスＯが流通するための流路11が形成され
ている。
また、各反応管７の下端部はリング状の下部ヘッダ10に
夫々連通されており、更に、反応管壁３を構成する排ガ
ス規制バッフル８は反応管７よりも若干短く選定されて
おり、これによって反応管壁３の上方部には、流路Ｐか
ら流路Ｑへ排ガスＯが流通するための流路11が形成され
ている。
尚、第１図に於いて12は上部リングヘッダ９に設けられ
た原料ガス流入ノズル、13は下部リングヘッダ10に設け
られた改質ガス流出ノズル、14は反応管７内に充填され
た改質反応触媒、Ｓは原料ガス、Ｔはメタノール改質ガ
スである。
た原料ガス流入ノズル、13は下部リングヘッダ10に設け
られた改質ガス流出ノズル、14は反応管７内に充填され
た改質反応触媒、Ｓは原料ガス、Ｔはメタノール改質ガ
スである。
第３図は本発明の第２実施例に係る排熱回収型メタノー
ル改質装置の縦断面概要図であり、排ガスＯの流入方向
やその流れ方向、原料ガスの流れ方向を前記第１図の場
合と逆にした場合を示すものである。
ル改質装置の縦断面概要図であり、排ガスＯの流入方向
やその流れ方向、原料ガスの流れ方向を前記第１図の場
合と逆にした場合を示すものである。
また、第４図は本発明の第３実施例に係る装置の横断面
概要図であり、反応空間の構造が前記第１実施例と若干
異なっている。即ち、本実施例にあっては、反応空間が
同芯状に配列した二個の筒体15,16とから形成されてお
り、両筒体15,16の間に改質反応触媒14が充填されてい
る。
概要図であり、反応空間の構造が前記第１実施例と若干
異なっている。即ち、本実施例にあっては、反応空間が
同芯状に配列した二個の筒体15,16とから形成されてお
り、両筒体15,16の間に改質反応触媒14が充填されてい
る。
また、反応空間を形成する筒体15,16の上方部に、排ガ
ス流路11が形成されていることは勿論である。
ス流路11が形成されていることは勿論である。
次に、本発明に係る排熱回収型メタノール改質装置の作
動を第１実施例に基づいて説明する。
動を第１実施例に基づいて説明する。
原料ガスＳ、即ちメタノール（分解反応の場合）或いは
メタノールと水の混合物（水蒸気改質の場合）の過熱蒸
気（例えば200℃〜350℃）は、原料ガス流入ノズル12よ
り上部リングヘッダ９内へ導入され、複数本の反応管７
へほぼ均等に分配される。この原料ガスＳが改質反応触
媒14の充填された各反応管７内を下部リングヘッダ10に
向けて流通する間に改質反応が進行し、改質ガス流出ノ
ズル13より改質ガスＴとして取り出される。
メタノールと水の混合物（水蒸気改質の場合）の過熱蒸
気（例えば200℃〜350℃）は、原料ガス流入ノズル12よ
り上部リングヘッダ９内へ導入され、複数本の反応管７
へほぼ均等に分配される。この原料ガスＳが改質反応触
媒14の充填された各反応管７内を下部リングヘッダ10に
向けて流通する間に改質反応が進行し、改質ガス流出ノ
ズル13より改質ガスＴとして取り出される。
このメタノールの分解反応あるいは水蒸気改質反応は吸
熱反応なので、反応管７の外部より加熱を行なう必要が
ある。
熱反応なので、反応管７の外部より加熱を行なう必要が
ある。
本発明は、この加熱源にガスエンジンやガスタービンそ
の他の装置・機器からの300℃〜600℃程度の中温の排ガ
スＯを有効に利用しようとするものであり、排ガスＯは
流入ノズル５より改質器に導入され、中空円筒型の輻射
伝熱促進体２の内筒部より外筒部に向けて、多孔質な輻
射伝熱促進体２内を貫通して排ガス通路Ｐ内へ流れ込
む。
の他の装置・機器からの300℃〜600℃程度の中温の排ガ
スＯを有効に利用しようとするものであり、排ガスＯは
流入ノズル５より改質器に導入され、中空円筒型の輻射
伝熱促進体２の内筒部より外筒部に向けて、多孔質な輻
射伝熱促進体２内を貫通して排ガス通路Ｐ内へ流れ込
む。
排ガス通路Ｐ内へ入った排ガスＯは、反応管７および排
ガス流規制バッフル８から成る反応管壁３に規制され
て、排ガス通路Ｐ内を上方へ流れ、上部のバッフル８の
欠けている通路11を通って排ガス通路Ｑ内へターンし、
通路Ｑを上から下へ流れながら排ガス流出ノズル４より
排気される。このとき、輻射伝熱促進体２には利用する
排ガス温度の最高温度に耐え、かつ放射率の大きい材質
が使用されているため、反応管壁３への放射伝熱が促進
され、かつ各反応管７への伝熱量も大むね均一とするこ
とができる。尚、第１表は各種材料の放射率を示すもの
である。
ガス流規制バッフル８から成る反応管壁３に規制され
て、排ガス通路Ｐ内を上方へ流れ、上部のバッフル８の
欠けている通路11を通って排ガス通路Ｑ内へターンし、
通路Ｑを上から下へ流れながら排ガス流出ノズル４より
排気される。このとき、輻射伝熱促進体２には利用する
排ガス温度の最高温度に耐え、かつ放射率の大きい材質
が使用されているため、反応管壁３への放射伝熱が促進
され、かつ各反応管７への伝熱量も大むね均一とするこ
とができる。尚、第１表は各種材料の放射率を示すもの
である。
ここで、物体から放射される熱放射エネルギーと、その
伝達のしくみについて概要する。
伝達のしくみについて概要する。
（１） 先ず、一様温度の灰色ガス体表面から単位面積
・単位時間当たり放射される熱放射エネ ルギーは、次のように表される。
・単位時間当たり放射される熱放射エネ ルギーは、次のように表される。
Ｅ＝εｇ（ｓ）・δ・Tg4（Kcal/m2h） 但し E;熱放射エネルギー（Kcal/m2h） εｇ（ｓ）；ガスの指向放射率 δ；ステファンボルツマン定数 （4.88×10-8Kcal/m2h0K4） Tg;ガス温度（゜Ｋ） また、εｇ（ｓ）はガス体の種類、温度（Tg）、分圧
（Ｐ）、ガス体層厚さ（Ｓ）により定まる。
（Ｐ）、ガス体層厚さ（Ｓ）により定まる。
（２） 次に、一様温度の灰色固体表面から単位面積・
単位時間当たり放射される熱放射エネルギーは次のよう
に表される。
単位時間当たり放射される熱放射エネルギーは次のよう
に表される。
Ｅ＝εｗ・δ・Tw4（Kcal/m2h） 但し、E;熱放射エネルギー（Kcal/m2h） εw;固体表面放射率 δ；ステファンボルツマン定数 （4.88×10-8）Kcal/m2h0K4） Tw;固体表面温度（゜Ｋ） また、εｗは固体の種類、表面状況、温度により定ま
る。
る。
（３） 更に第１図に示すような改質装置で輻射伝熱促
進体が無い場合のガス放熱による場合の伝熱量は次のよ
うになる。
進体が無い場合のガス放熱による場合の伝熱量は次のよ
うになる。
但し、排ガス温度:500℃、排ガス成分:CO210％、H2O10
％、残N2及びO2、反応管壁温度:300℃、ガス体層厚さ:
0.8m（反応管壁３の内径約1,000φ）とする。また、こ
のときのεｇ（ｓ）は約0.15となる。
％、残N2及びO2、反応管壁温度:300℃、ガス体層厚さ:
0.8m（反応管壁３の内径約1,000φ）とする。また、こ
のときのεｇ（ｓ）は約0.15となる。
排ガス０から反応管７への熱放射伝熱量は近似的に次式
で表わされる。
で表わされる。
ΔＱ＝εｇ（ｓ）・δ・（Tg4−Tw4） 上記値を代入するとΔＱ≒1,800Kcal/m2hとなる。
（４） 最後に、第１図に示す本件発明に係る改質器で
輻射伝熱促進体２を設置した場合の伝熱量は次のように
なる。
輻射伝熱促進体２を設置した場合の伝熱量は次のように
なる。
いま、排ガス温度を500℃（従って輻射伝熱促進体の表
面温度ＴB＝500℃）、反応管の管壁温度を300℃とす
る。
面温度ＴB＝500℃）、反応管の管壁温度を300℃とす
る。
また、輻射伝熱促進体を20−25ステンレス（SUS310S）
製メッシュ金網を多重にしたものを高温酸化処理したも
の（表１よりεＢ≒0.9となる）とする。
製メッシュ金網を多重にしたものを高温酸化処理したも
の（表１よりεＢ≒0.9となる）とする。
更に、輻射伝熱促進体２から反応管７までの距離を10cm
前後とすると、その間でのガス体０における熱放射エネ
ルギー吸収は無視できて、輻射伝熱促進体２から反応管
７への熱放射伝熱量は、近似的に次式で表される。
前後とすると、その間でのガス体０における熱放射エネ
ルギー吸収は無視できて、輻射伝熱促進体２から反応管
７への熱放射伝熱量は、近似的に次式で表される。
ΔＱ＝εＢ・δ・（ＴB４−Tw4） ここで、上記各値を代入すると、ΔＱ≒10,900Kcal/m2h
となる。
となる。
このように、排ガス０の顕熱を利用したメタノール改質
装置において、輻射伝熱促進体２をうまく設置すると、
設置しない場合に比べて格段に反応管７への伝熱量が約
５〜７倍増大することになる。
装置において、輻射伝熱促進体２をうまく設置すると、
設置しない場合に比べて格段に反応管７への伝熱量が約
５〜７倍増大することになる。
（発明の効果） 本件発明に於いては、原料ガス０が流通し且つ改質反応
触媒を充填した反応空間の形成材の近傍に、高放射率の
多孔質性輻射伝熱促進体２を配設すると共に、当該輻射
伝熱促進体２を貫通せしめた後の排ガスを反応空間形成
材に沿って流通させる構成としているため、排ガスの保
有する顕熱を有効に反応空間の形成材へ伝熱することが
出来、排ガスのエネルギー回収率が向上すると共に装置
の大幅の小形化が可能となる。
触媒を充填した反応空間の形成材の近傍に、高放射率の
多孔質性輻射伝熱促進体２を配設すると共に、当該輻射
伝熱促進体２を貫通せしめた後の排ガスを反応空間形成
材に沿って流通させる構成としているため、排ガスの保
有する顕熱を有効に反応空間の形成材へ伝熱することが
出来、排ガスのエネルギー回収率が向上すると共に装置
の大幅の小形化が可能となる。
また、本発明に於いては、多孔質性の輻射伝熱促進体２
を円筒状に形成すると共にこれと同芯状に反応空間を形
成する反応管７（又は筒体15,16）を配設し、排ガス０
を輻射伝熱促進体２の内方から外方へ向けて貫通させる
構成としているため、各反応管７への伝熱量は夫々ほぼ
均一となり、触媒充填量の面からも改質反応のより効率
的な設計が可能となる。
を円筒状に形成すると共にこれと同芯状に反応空間を形
成する反応管７（又は筒体15,16）を配設し、排ガス０
を輻射伝熱促進体２の内方から外方へ向けて貫通させる
構成としているため、各反応管７への伝熱量は夫々ほぼ
均一となり、触媒充填量の面からも改質反応のより効率
的な設計が可能となる。
更に、本発明に於いては、排ガスとの直接熱交換方式を
採用しているため、従来の熱媒体油循環方式に比べてシ
ステムを簡単にでき、設備費を大幅に低減できる。
採用しているため、従来の熱媒体油循環方式に比べてシ
ステムを簡単にでき、設備費を大幅に低減できる。
本発明は上述の通り、装置の小形・コンパクト化や熱回
収率の向上、改質効率の向上等の面で優れた実用的効果
を奏するものである。
収率の向上、改質効率の向上等の面で優れた実用的効果
を奏するものである。
第１図は本件発明の第１実施例に係る排熱回収型メタノ
ール改質装置の縦断面概要図であり、第２図は第１図の
Ａ−Ａ視断面図である。 第３図は本発明の第２実施例に係る装置の縦断面概要図
である。 第４図は本発明の第３実施例に係る装置の横断面概要図
である。 第５図は、従前の排熱回収型メタノール改質装置に於け
る排ガス直接熱交換方式の説明図である。 １……外部ケーシング ２……輻射伝熱促進体 ３……反応管壁 ４……排ガス流出ノズル ５……排ガス流入ノズル ６……輻射伝熱促進体の出し入れ口 ７……反応管 ８……排ガス流規制バッフル ９……上部リングヘッダ 10……下部リングヘッダ 11……排ガス流路 12……原料ガス流入ノズル 13……改質ガス流出ノズル 14……改質反応触媒 15,16……金属製筒体 Ｐ・Ｑ……排ガス通路 Ｏ……排ガス Ｓ……原料ガス Ｔ……メタノール改質ガス
ール改質装置の縦断面概要図であり、第２図は第１図の
Ａ−Ａ視断面図である。 第３図は本発明の第２実施例に係る装置の縦断面概要図
である。 第４図は本発明の第３実施例に係る装置の横断面概要図
である。 第５図は、従前の排熱回収型メタノール改質装置に於け
る排ガス直接熱交換方式の説明図である。 １……外部ケーシング ２……輻射伝熱促進体 ３……反応管壁 ４……排ガス流出ノズル ５……排ガス流入ノズル ６……輻射伝熱促進体の出し入れ口 ７……反応管 ８……排ガス流規制バッフル ９……上部リングヘッダ 10……下部リングヘッダ 11……排ガス流路 12……原料ガス流入ノズル 13……改質ガス流出ノズル 14……改質反応触媒 15,16……金属製筒体 Ｐ・Ｑ……排ガス通路 Ｏ……排ガス Ｓ……原料ガス Ｔ……メタノール改質ガス
Claims (3)
- 【請求項１】メタノールを含む原料ガスを改質反応触媒
が充填された反応空間へ通し乍ら、外部より排ガスによ
り加熱して水素リッチなメタノール改質ガスを得るよう
にした排熱を利用するメタノール改質方法において、前
記反応空間の形成材の近傍位置に多孔質金属発泡体又は
多メッシュ金網の積層体若しくは多孔質セラミックから
成る通気性の輻射伝熱促進体を配設すると共に、当該輻
射伝熱促進体を貫通して加熱用排ガスを反応空間の形成
材へ接触自在に流通させ、輻射伝熱促進体から反応空間
の形成材へ熱量を高効率で伝熱するようにした排熱を利
用するメタノール改質方法。 - 【請求項２】排ガス流入ノズルと排ガス流出ノズルを夫
々備えた筒状の外部ケーシングと；改質反応触媒が充填
され且つメタノールを含む原料ガスが流通する複数の反
応管の各上端部及び各下端部を上部リングヘッダ及び下
部リングヘッダへ夫々接続して成り、前記外部ケーシン
グ内へ配設した筒状の反応管壁と；外部ケーシング内へ
前記筒状反応管壁と同芯状に且つ前記排ガス流入ノズル
と連通状に配設した通気性を有する筒状の輻射伝熱促進
体とから構成され、排ガス流入ノズルから流入した排ガ
スを輻射伝熱促進体を貫通せしめて反応管壁へ接触自在
に流通させ、輻射伝熱促進体から反応管へ熱量を高効率
で伝熱することを特徴とする排熱回収型メタノール改質
装置。 - 【請求項３】排ガス流入ノズルと排ガス流出ノズルを備
えた筒状の外部ケーシングと；改質反応触媒が充填され
且つメタノールを含む原料ガスが流通する空間部を形成
する二重筒体の上部開口及び下部開口へ上部リングヘッ
ダ及び下部リングヘッダを夫々接続して成り、前記外部
ケーシング内へ配設した筒状の反応管壁と；外部ケーシ
ング内へ前記筒状反応管壁と同芯状に且つ前記排ガス流
入ノズルと連通状に配設した通気性を有する筒状の輻射
伝熱促進体とから構成され、排ガス流入ノズルから流入
した排ガスを輻射伝熱促進体を貫通せしめて反応管壁へ
接触自在に流通させ、輻射伝熱促進体から反応管壁へ熱
量を高効率で伝熱することを特徴とする排熱回収型メタ
ノール改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2229862A JPH0794321B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | 排熱を利用するメタノール改質方法及び排熱回収型メタノール改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2229862A JPH0794321B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | 排熱を利用するメタノール改質方法及び排熱回収型メタノール改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04108601A JPH04108601A (ja) | 1992-04-09 |
| JPH0794321B2 true JPH0794321B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=16898863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2229862A Expired - Fee Related JPH0794321B2 (ja) | 1990-08-30 | 1990-08-30 | 排熱を利用するメタノール改質方法及び排熱回収型メタノール改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794321B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2736592B2 (ja) * | 1993-05-13 | 1998-04-02 | 川崎重工業株式会社 | 脱水素反応の促進方法及び装置 |
| JP3442167B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2003-09-02 | 千代田化工建設株式会社 | 改質器における伝熱方法 |
| US6203587B1 (en) * | 1999-01-19 | 2001-03-20 | International Fuel Cells Llc | Compact fuel gas reformer assemblage |
| US6140266A (en) * | 1999-02-18 | 2000-10-31 | International Fuel Cells, Co., Llc | Compact and light weight catalyst bed for use in a fuel cell power plant and method for forming the same |
| CN102602885A (zh) * | 2012-03-12 | 2012-07-25 | 云南大学 | 导热材料负载催化剂利用热机尾气热量重整制氢的方法 |
| CN116425116A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-07-14 | 摩氢科技有限公司 | 一种小体积甲醇重整制氢反应装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5977014A (ja) * | 1982-10-25 | 1984-05-02 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | ガスタ−ビン・蒸気タ−ビン複合発電の熱効率向上方法 |
| JPS61186201A (ja) * | 1985-02-14 | 1986-08-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素含有ガスを生成する方法 |
-
1990
- 1990-08-30 JP JP2229862A patent/JPH0794321B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04108601A (ja) | 1992-04-09 |
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