JPH10273304A

JPH10273304A - 熱交換型改質反応器

Info

Publication number: JPH10273304A
Application number: JP9475897A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsumoto; 隆博松本; Kazuto Kobayashi; 一登小林; Hiroshi Makihara; 洋牧原; Kiyoshige Takijiri; 清茂滝尻; Hideaki Nagai; 英彰永井; Yasushi Hiramatsu; 靖史平松
Original assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Petroleum Energy Center PEC
Current assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】メタノール合成ガス又はアンモニア合成ガス
のような水素に富む合成ガスを、自己発生熱を利用して
製造するための熱交換型改質反応器を提供する。【解決手段】炭化水素を水蒸気により一次改質するた
めの反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガス
を集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガスを
供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化する
ための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質する
ための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを熱
交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応器
において、鉛直管11の貫通する貫通孔を備えた球殻状触
媒床14、触媒押さえ用の多孔板84、円筒85からなり、多
孔板83の内周端に円筒が鉛直管と平行に接続され、球殻
状触媒床14の上に二次改質触媒81を充填し、二次改質触
媒81が鉛直管に接触することを円筒により防ぐことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタノール合成ガ
ス又はアンモニア合成ガスのような水素に富む合成ガス
を、自己発生熱を利用して製造するための熱交換型改質
反応器において、一次改質反応ガスをコレクタから燃焼
反応室に導入するための鉛直管に鉛直管周辺の二次改質
触媒層が接触する割合を減少した熱交換型改質反応器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】メタノール合成ガス又はアンモニア合成
ガスのような水素に富む合成ガスを天然ガスのような炭
化水素を原料として二段階で製造する方法は公知であ
る。これらのガスの製造技術は極めて高度化しており、
原料原単位の向上が重要であるが、これを達成すること
は極めて難しい。従って、一次改質と二次改質との双方
を１つの反応器で実施し得るように構成し、高価な反応
器とそれに伴う不可欠な装置とを削減すること、およ
び、その間に発生する熱を吸熱反応に有効に利用して、
製造プロセスの総原価を低減することが好ましい。

【０００３】例えば、アンモニア合成では、炭化水素と
水蒸気との混合物を接触反応させて一酸化炭素と水素と
を生成する。この反応は一般に一次改質と言われてお
り、吸熱反応であり、一部炭化水素が残存する。次に必
要なのは窒素の導入であり、一般には空気の状態で窒素
を導入して残存炭化水素を燃焼して温度を上げ、改質反
応をさらに進展させて所望のアンモニア合成ガスを生成
する。この燃焼反応とそれに続く触媒によるさらなる改
質を含めて二次改質と言われており、ガス温度は８５０
乃至１３００℃の高温になる。このため、二次改質触媒
の支持床としては耐熱性が高く、安価な耐火材、例えば
レンガ材を使用しており、その上に多量の触媒が積載さ
れる。したがって、一次改質反応器で生成したガスを適
切に二次改質反応器に供給する方法が必要とされる。

【０００４】従来の工業用アンモニア合成に於いては、
一般に一次改質ステツプと二次改質ステップとを別々の
反応器で実施しているので、二次改質ステップで発生す
る熱を水蒸気として回収し、一次改質ステツプで必要な
熱は別途供給している。しかし、同一反応器内で二次改
質ステップで生じた熱を一次改質に利用する方法が特許
公開公報昭６０−１８６４０１号、特許公開公報平１−
２６１２０１号、特許公開公報平２−１８３０３号、特
許公開公報平６−２１９７０６号に開示されている。

【０００５】特許公開公報昭６０−１８６４０１号に開
示された合成ガスの自熱製造方法及びその反応器では、
熱交換室と、熱交換室に水蒸気とフィードガスとを導入
する第１導入口と、熱交換室に内蔵されており一次改質
反応を生起する触媒を収容し得る反応管と、一次改質反
応後のガス状生成物を反応管から燃焼反応室に移送すべ
く反応管と連通する手段と、燃焼反応室に酸素又は酸素
濃厚空気を導入する第２導入口と、熱交換室と燃焼室と
を隔離する隔壁とを備えており、隔壁が燃焼反応生成物
を通過せしめて第２触媒ゾーンに移行せしめる手段を備
えており、前記手段を介して燃焼反応生成物は付加的改
質反応を生じて合成ガスを生成すべく隔壁を通過し第２
触媒ゾーンに到達し得ること、及び、合成ガスの排出ロ
が第１導入口のほぼ近傍で前記反応器に設けられてお
り、合成ガスが導出ロから出る前に反応管の周囲を通過
して反応管内の一次改質反応に必要な熱を供給し同時に
冷却されるように構成されている。一次改質反応後のガ
ス状生成物を反応管から燃焼反応室に移送すべく反応管
と連通する手段としては、反応管バンドルの末端と接続
された円錐形コレクタと、円錐形コレクタと燃焼反応室
を隔壁を貫通して連結する鉛直管が示されている。しか
しこの方法では、装置を大型化し、さらに隔壁となる触
媒床に耐火レンガ等を用いた球殻状触媒床を採用する場
合には、隔壁上に多量に積載された触媒により鉛直管が
締め付けられるので、反応の開始、停止時の鉛直管の熱
膨張が逃げにくいという問題がある。また、鉛直管と鉛
直管の貫通する触媒床との間に大きな間隙が生じて、触
媒が落下したり、間隙を小さくすると鉛直管と耐火レン
ガ製の球殻状触媒床が接触して、触媒床が破損するおそ
れがある。

【０００６】特許公開公報平１−２６１２０１号には、
水蒸気改質反応および部分酸化反応（燃焼反応とも言
う）により炭化水素から改質ガスを製造するに際し、竪
型円筒状の改質反応器の上部に二個の管板を設置して、
第一管板には下部に多数の細孔を有する内管を垂直に懸
垂し、第二管板には内管との間隙に触媒の充填された反
応管を垂直に懸垂し、炭化水素と水蒸気の混合物を第一
管板と第二管板の間に導入して触媒層上部で改質し、反
応器上部の空間より空気を導入して触媒層下部で部分酸
化反応を行い、反応ガスは上昇して反応管を加熱する方
法が開示されている。しかしながら、この方法では、熱
交換型改質反応器内の一次改質反応器と二次改質反応器
間を連結するための鉛直管は使用していない。また、二
次改質触媒充填層を収容する内筒は高温に耐えられない
ために、特殊な耐熱金属性のものを使用しなければなら
ず、部分燃焼域が異常に高温になり、内筒の寿命は短い
ものと考えられる。

【０００７】また、特許公開公報平２−１８３０３号に
は、水蒸気改質反応および部分酸化反応により炭化水素
から改質ガスを製造するに際し、竪型円筒状の改質反応
器の上部に管板を設置して、触媒の充填された複数の反
応管を垂直に懸垂し、反応管下端に反応管群のみを固定
する下部管板を設置し、下部管板に内筒を垂直に懸垂
し、この内筒の上部に反応器外から導入される酸素供給
管を設置し、内筒の下部に触媒充填層を有する反応器が
開示されている。しかしながら、この方法も、熱交換型
改質反応器内の一次改質反応器と二次改質反応器間を連
結するための鉛直管は使用していない。代りに、酸素含
有ガスを導入する酸素供給管が触媒床となる触媒受け皿
を貫通して取り付けられている。しかし、一次改質ガス
は触媒層上部に設けられた燃焼反応空間に入り、燃焼反
応空間から触媒層上部に入り、触媒床から出ていくの
で、一次改質ガスが二次改質用の触媒層に全く触れずに
通過する率は非常に少ない。したがって、燃焼反応室を
出たガスが触媒床を分散通過する方法は示していない
し、また、酸素供給管内を流れるガスの量は少ないので
管の径も小さく、熱膨張、収縮による摩擦も小さい。ま
た、この方法は二次改質触媒充填層を収容する内筒は高
温に耐えるために、特殊な耐熱金属性のものを使用して
いる。

【０００８】特許公開公報平６−２１９７０６号には、
一次改質反応管の設けられた部分よりも上部に二次改質
触媒層を設け、燃焼室を二次改質触媒層の上部に設置
し、燃焼室を出たガスは二次改質触媒層の上部に入り、
二次改質ガスをベロー管を用いて一次改質反応の熱交換
室の下部に導入する断熱型リホーマー反応器を開示して
いる。しかしこの方法では、燃焼室を二次改質触媒層の
上部に設置し、燃焼室を出たガスは二次改質触媒層の上
部に入り、触媒床から出ていくので、一次改質ガスが二
次改質用の触媒層に全く触れずに通過する率は非常に少
ない。したがって、燃焼反応室を出たガスが触媒床を分
散通過する方法は示していない。また、この方法では、
二次改質触媒床は平面であり、特許公開公報昭６０−１
８６４０１号よりも更に、触媒充填時の荷重に対する支
持反力が大きく、反応器の胴径（シェル径）に対する積
載荷重の比率が小さくしかできず、多量の触媒を積載し
た触媒床には不向きであり、したがって、触媒床を貫通
する鉛直管に要求される条件も異なってくる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高温
になる二次改質触媒床に耐火材を使用して、反応器の胴
径（シェル径）に対する積載荷重の比率を大きくでき
て、また、最高使用温度を高めることができるような二
次改質触媒床を有する二次改質反応部に、一次改質反応
部からのガスを燃焼反応室に供給する鉛直管とその周辺
の二次改質触媒層の構造であって、燃焼反応室を出たガ
スが触媒床と鉛直管の間隙を通過して流れる割合が低
い、また、鉛直管の熱膨張による歪みを逃しやすい、さ
らに、触媒又は触媒床の損傷の少ない鉛直管周辺触媒層
構造を有する熱交換型改質反応器提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、燃焼室内
のガスが二次改質触媒床を経由して触媒層に分散導入さ
れ、且つ、二次改質触媒ができる限り鉛直管に接触しな
い方法を検討した結果、触媒層と鉛直管との間に仕切板
を設けることにより、上記問題点を解決しうることを見
い出し、本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち本発明は、炭化水素を水蒸気によ
り一次改質するための反応管を内蔵する熱交換室と、該
反応管を出たガスを集めるコレクタと、コレクタから燃
焼反応室にガスを供給する鉛直管と、該反応管を出たガ
スを部分酸化するための燃焼反応室と、部分酸化後のガ
スを二次改質するための二次改質触媒室とを備え、二次
改質後のガスを熱交換室に供給して反応管を加熱する熱
交換型改質反応器において、鉛直管（１１）、鉛直管
（１１）の貫通する貫通孔を備えた球殻状触媒床（１
４）、鉛直管（１１）の貫通する貫通孔を備えた触媒押
さえ用の多孔板（８４）、鉛直管（１１）の貫通する貫
通孔を備えた多孔板（８３）、円筒（８５）からなり、
多孔板（８３）の内周端に円筒（８５）が鉛直管（１
１）と平行に接続され、球殻状触媒床（１４）の上に二
次改質触媒（８１）を充填し、二次改質触媒（８１）が
鉛直管（１１）に接触することを円筒（８５）により防
ぐことを特徴とする熱交換型改質反応器に関するもので
あり、セラミックコーン（８２）が球殻状触媒床（１
４）の上に鉛直管（１１）の外周に沿って配置され、部
分酸化後のガスが熱交換室にショートパスすることを防
ぐ熱交換型改質反応器、円筒（８５）が接続された多孔
板（８３）が複数段に設けられた熱交換型改質反応器、
円筒（８５）の上端が触媒押さえ用の多孔板（８４）に
接続された熱交換型改質反応器、セラミックコーン（８
２）が球殻状触媒床（１４）の上に鉛直管（１１）の外
周に沿って配置され、円筒（８５）の下端がセラミック
コーン（８２）の上面に当接して、部分酸化後のガスが
熱交換室にショートパスすることを防ぎ、円筒（８５）
と鉛直管（１１）が平行に保たれる熱交換型改質反応
器、円筒（８５）の下端が球殻状触媒床（１４）の貫通
孔に達する熱交換型改質反応器、円筒（８５）の下端
を、円筒（８５）の下端近傍に設けられたフックガイド
（８９）により、球殻状触媒床（１４）の貫通孔部分を
形成する耐火レンガの端部に載せ懸ける熱交換型改質反
応器、更に、鉛直管（１１）の貫通する貫通孔を備えた
冷却式サポートビーム（８７’）を触媒押さえ用の多孔
板（８４）の上方に設け、円筒（８５）の上端が、触媒
押さえ用の多孔板（８４）に代わって、冷却式サポート
ビーム（８７’）の内周端に接続され、冷却式サポート
ビーム（８７’）の内周端近傍の上面と、鉛直管（１
１）を取り囲む円筒型のベローズ（９１）の下端が気密
に固定され、ベローズ（９１）の上端がコレクタ（１
０）の底部又は鉛直管（１１）の上部側面に気密に固定
された熱交換型改質反応器に関するものである。本発明
は、また、炭化水素を水蒸気により一次改質するための
反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガスを集
めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガスを供給
する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化するため
の燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質するため
の二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを熱交換
室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応器にお
いて、鉛直管（１１）、鉛直管（１１）の貫通する貫通
孔を備えた球殻状触媒床（１４）、鉛直管（１１）の貫
通する貫通孔を備えた触媒押さえ用の多孔板（８４）、
円筒（８５）、円筒（８５）の上部近傍で円筒（８５）
と鉛直管（１１）の間隙を保つリブ（９２）及び円筒
（８５）の上部近傍で円筒（８５）と鉛直管（１１）の
間に挟み置かれたシール材（９４）からなり、リブ（９
２）の一端は鉛直管（１１）の外周面及び／又は円筒
（８５）の鉛直管（１１）に相対する面に固定され、リ
ブ（９２）の他端は円筒（８５）の鉛直管（１１）に相
対する面及び／又は鉛直管（１１）の外周面に固定さ
れ、シール材（９４）により部分酸化後のガスが熱交換
室にショートパスすることを防ぐことを特徴とする鉛直
管周辺触媒層構造に関するものであり、更に、鉛直管
（１１）の貫通する貫通孔を備えた冷却式サポートビー
ム（８７’）を触媒押さえ用の多孔板（８４）の上方に
設けた熱交換型改質反応器に関するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】熱交換型改質反応器では、水蒸気
と原料ガスとの混合物を、燃焼反応生成物と向流する方
向で、触媒層に通すことによって一次改質処理する。該
混合物は一次改質触媒を収容した反応管を通過して水素
及び一酸化炭素を生成し、その後に残存する炭化水素は
酸素又は酸素濃厚空気により燃焼して、高熱量が発生す
る。燃焼反応生成物は二次改質触媒層に移り、さらに改
質反応を受けて合成ガスを生成する。二次改質された合
成ガスは、反応管の外部を循環するので、燃焼により発
生した熱が、吸熱反応である一次改質に必要な熱として
利用される。

【００１３】本発明で使用される原料ガスとしては、炭
化水素、アルコール類が挙げられる。炭化水素として
は、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素、
天然ガス、ＬＰＧ、ナフサ等が例示される。

【００１４】一次改質触媒としては、ニッケル系触媒、
クロム−亜鉛系触媒が例示され、反応管入口には低温高
活性触媒を充填してもよい。二次改質触媒としては、高
温用ニッケル系又は白金系触媒が例示される。触媒量が
多くなると触媒床は、大きな反力を受けることになる。
例えば、直径が５ｍのような反応器では二次改質触媒量
のみで１００ｔ以上になる。

【００１５】本発明で得られる合成ガスは、水素、一酸
化炭素、二酸化炭素、水分等からなるガスであり、メタ
ノール合成、アンモニア合成、水素製造、オキソアルコ
ール合成、フィッシャー・トロプシュ法炭化水素合成等
に使用される。

【００１６】以下本発明を図によって説明する。はじめ
に、全体図１につき、炭化水素を原料ガスに用いた場合
について説明する。図１において、熱交換型改質反応器
全体が参照番号１で示され、以下反応器と称する。反応
器は熱交換室２を備えており、また水蒸気と炭化水素と
の混合物の導入ロ３を備える。複数の反応管４（図１で
は２本のみ示す）が熱交換室に内蔵され、管板５、６に
取付けられている。反応管４の内部には、一次改質触媒
層７（固定床）が形成される。反応管４の下端は管板６
の近傍でコレクタ１０と連通して配置され、一次改質反
応後のガスを反応管４から反応器の下部に備えられた燃
焼反応室１２に移行させる。円錐形コレクタ１０は鉛直
管１１の端部と気密に結合され、一次改質されたガスの
熱交換室等への漏れ込みが防がれている。図示のコレク
タ１０は円錐形であるが、別の形状を使用し得ることも
容易に理解されよう。燃焼室内部で燃焼を生じさせるた
めの酸素（又はアンモニア合成においては酸素濃厚空
気）の導入ロ１３が反応器底部に設けられている。燃焼
室１２と熱交換室２とを分離し、二次改質触媒層１６を
形成するために、鉛直管１１の末端近傍に球殻状触媒床
１４が備えられている。球殻状触媒床１４に複数の開孔
１５が設けられており、燃焼反応生成物はこれらの複数
の開孔を通って二次改質触媒層１６に分散して導入され
る。燃焼反応生成物はこの二次改質触媒層１６を通過し
二次改質処理を受けて所望の合成ガスを生成する。前記
の如く生成された合成ガスは二次改質触媒層１６から上
昇して、熱交換室内のバッフル２０によって誘導され
る。バッフル２０は、一次改質触媒の充填された反応管
と高熱の反応生成物とを緊密に接触させるために反応管
４の外部を包囲している。これにより、燃焼によって発
生した熱を、反応管４の内部で生じる吸熱反応に必要な
熱として有効利用することができる。図１では、導入口
３のほぼ近傍に熱交換後の合成ガスの排出ロ２１が設け
られている。合成ガス排出ロ２１から排出されたガス
は、精製処理及び、メタノール合成（又はアンモニア合
成）処理を受ける。反応器は、点検又はその他の保守を
行なうために作業用通路２２を備える。必要な場合は、
流れを分散させるため又は燃焼室に付加的燃料ガスもし
くは水蒸気を導入するための付加的な入口及び出口を反
応器に配設してもよい。

【００１７】次に、鉛直管と触媒床、触媒床上に積載さ
れた触媒層及びコレクタとの関係について説明する。図
２（Ａ）では、鉛直管１１の上端はコレクタ１０の底部
と気密に結合されており、鉛直管１１の下端は球殻状触
媒床の中心に設けられた貫通孔を通して燃焼室に接続さ
れる。鉛直管１１の下端は、燃焼反応室１２の内部まで
延びていてもよいし、球殻状触媒床１４の貫通孔を形成
する耐火レンガの孔（鉛直管１１の通る部分）の中間位
置で終わっていてもよく、一次改質されたガスが効率よ
く燃焼室に導かれて燃焼反応を受けるような構造であれ
ばよい。また、鉛直管１１の下端の構造は、一次改質さ
れたガスが、燃焼室内に均一に分散されるように端部に
複数の噴射管を設けてもよい。また、各図に共通に言え
るが、二次改質触媒は、開孔を有する球殻状触媒床１
４の上に積載されるが、必要なら、イナートボール８０
の層を球殻状触媒床１４の上に設けて、その上に二次改
質触媒８１を積載してもよい。イナートボール８０の層
は鉛直管１１の側面に接触してもよい。

【００１８】また、球殻状触媒床１４と鉛直管１１の間
隙から燃焼反応ガスがショートパスしたり、触媒が落下
するのを防止するために、セラミックコーン８２が球殻
状触媒床１４の上に鉛直管１１の外周に沿って配置かれ
る。セラミックコーン８２は円環を複数に分割して配置
してもよく、これによりセラミックコーンの取り付け、
取り外しが容易になる（図２（Ｂ））。

【００１９】図２（Ａ）で、二次改質触媒室１６には、
多孔板８３が鉛直管１１と円筒胴９の間にこれらに垂直
になるように設けられる。多孔板８３は円筒胴９に固定
されず、自由に上下できる。多孔板８３の内周（即ち、
鉛直管１１に近い側）には、鉛直管１１に沿って円筒８
５が接合される。図２（Ａ）では、円筒８５の上部が多
孔板８３の内周に接合されているが、他の変形例とし
て、円筒８５の下部や中間が接合されていてもよい。円
筒８５と鉛直管１１との間隙は０．５〜１０ｍｍ、好ま
しくは、１〜５ｍｍである。円筒８５は、触媒が鉛直管
１１の側面と接触することを防いでおり、好ましくは、
触媒層の高さの１／２以上が円筒である。多孔板８３と
円筒８５とは複数組設けてもよい。複数組の多孔板８３
と円筒８５とが設けられている場合には、円筒８５と８
５’の間には円筒部分が無くてもよい。従って、この間
は二次改質触媒８１は鉛直管１１の側面と接触していて
もよい。また、円筒８５と８５’の間は近接しており、
円筒８５と８５’の間にはセラミックコーンを設けても
よい。この場合には、セラミックコーンが鉛直管１１の
側面と接触するが、二次改質触媒８１は鉛直管１１の側
面と接触しない。また、セラミックコーンの上面がその
上にある円筒８５’の下面に接触して支える場合には、
円筒８５’とその上に積載された二次改質触媒８１’の
重量は、結果として、触媒床１４に伝達され、且つ、円
筒８５と鉛直管１１が平行に保たれる。二次改質触媒室
１６内への触媒の充填の仕方は、例えば、イナートボー
ルの層の上に二次改質触媒８１を積載し、多孔板を載
せ、その多孔板の上に二次改質触媒８１’を積載し、そ
の上に多孔板８３’を載せ、多孔板８３’の上に更に二
次改質触媒８１”を積層して、最後に二次改質触媒８
１”の上に多孔板（通気性触媒押さえ）８４を設けるよ
うにしてもよい。多孔板８３、８３’には、それぞれ、
円筒８５、８５’の上端が接合されている。円筒８５の
接合された多孔板（通気性触媒押さえ）８４が熱交換型
改質反応器の円筒胴９に強固に固定されて予め設けられ
ている場合には、円筒胴９の側面に設けられた作業通路
から、二次改質触媒８１やイナートボール８０を出し入
れして積載する方法でもよい。なお、多孔板（通気性触
媒押さえ）８４は鉛直管１１が貫通する円盤状である
が、分割されていてもよく、単に触媒の上に載せるだけ
でもよいが、好ましくは、多孔板（通気性触媒押さえ）
８４の外周が円筒胴９に強固に固定されるか、又は、多
孔板（通気性触媒押さえ）８４の内周が鉛直管１１の相
対する面に強固に固定される。

【００２０】図３に、本発明の他の実施態様を示す。多
孔板（通気性触媒押さえ）８４は、図２と同様であり、
鉛直管１１が貫通する円盤状であるが、分割されていて
もよく、単に触媒の上に載せるだけでもよいが、好まし
くは、多孔板（通気性触媒押さえ）８４の外周が円筒胴
９に固定される。その内周は自由端でもよいが、好まし
くは、円筒８５の上端に接合されている。円筒８５の下
端は球殻状触媒床１４の孔（鉛直管１１の通る部分）の
底部に達しており、円筒８５の下端近傍には、球殻状触
媒床１４の貫通孔部分を形成する耐火レンガの端部に載
せ懸けるガイド９０が設けられている。ガイド９０によ
り、二次改質触媒８１の横圧により円筒８５が鉛直管１
１の側面と接触することが防がれる。これにより、鉛直
管１１は、円筒８５に対して熱膨張、収縮時にスライド
可能となり触媒が鉛直管１１に接触することが防がれ
る。円筒８５と鉛直管１１の間の間隙は、図２と同様で
あり、燃焼反応ガスがショートパスする割合を低減する
ことができる。また、上記間隙には断熱材をシール材と
して充填し、ガスのショートパスする割合をさらに低減
するようにしてもよい。

【００２１】また、図示していないが、円筒の長さを短
くして、円筒８５の下端が球殻状触媒床１４の上に置か
れたセラミックコーン８２の上面に当接するようにして
もよい。この場合には、触媒の全部が鉛直管１１に接触
せず、触媒の重量が触媒床１４に支えられ、且つ、円筒
８５と鉛直管１１が平行に保たれる。更に円筒の長さを
短くして、円筒８５の下端とセラミックコーン８２の間
に間隙があり、触媒が鉛直管１１に接触するようにして
もよい。

【００２２】図４に、本発明のさらに他の実施態様を示
す。多孔板（通気性触媒押さえ）８４の上部に、鉛直管
（１１）の貫通する貫通孔を備えた冷却式サポートビー
ム８７’を設け、冷却式サポートビーム８７’の外周端
は円筒胴９に固定される。あるいは、冷却式サポートビ
ーム８７’は多孔板（通気性触媒押さえ）８４の上面の
内周付近に固定されてもよい。冷却式サポートビーム８
７’の内周端は円筒８５の上端に接合されており、円筒
８５の下端は球殻状触媒床１４の孔（鉛直管１１の通る
部分）の底部に達する。冷却式サポートビーム８７’の
上面には、その内周端近傍において、鉛直管１１を取り
囲む円筒状のベローズ９１の下端が気密に固定される。
ベローズ９１の上端は、コレクタ１０の底部又は鉛直管
１１の上部側面に気密に固定される。ベローズ９１によ
り、燃焼反応ガスがショートパスすることを防ぐことが
できる。球殻状触媒床１４の上には、必要なら、イナー
トボール８０の層を設けて、冷却式サポートビーム８７
が設けられる。冷却式サポートビーム８７の外周端は円
筒胴９に固定される。冷却式サポートビーム８７の内周
端には、ガイドリング８８が設けられており、ガイドリ
ング８８はその上端が、冷却式サポートビーム８７の上
面より上に伸びている。円筒８５の下端近傍には、フッ
クガイド８９が設けられ、ガイドリング８８の上端に係
止し、二次改質触媒８１の横圧により円筒８５が鉛直管
１１の側面と接触することが防がれる。なお、図示して
いないが、冷却式サポートビーム８７、８７’は内部に
水又は油等の冷却媒体が流れるようになっており、冷却
式サポートビーム８７、８７’の外周端が固定された円
筒胴９の外面に設けられた出入り口から冷却媒体が流
入、排出される。また、円筒８５の触媒に接触する面に
は、円周に沿って、補強リブ８６（図５参照）を設けて
も良い。

【００２３】また、上記実施態様の変形として、図３で
説明したように、円筒８５の下端近傍には、球殻状触媒
床１４の孔部分を形成する耐火レンガに載せ懸けるガイ
ド９０が設けられ、二次改質触媒８１の横圧により円筒
８５が鉛直管１１の側面と接触することが防がれるよう
にしてもよい。円筒８５と鉛直管１１の間には、必要に
より、クッション材を設けてもよい。さらに、上記実施
態様の変形として、図３で説明したように、円筒８５の
長さを短くして、円筒８５の下端が球殻状触媒床１４の
上に置かれたセラミックコーン８２の上面に当接するよ
うにしてもよい。この場合には、触媒の全部が鉛直管１
１に接触せず、触媒の重量が触媒床１４に支えられ、且
つ、円筒８５と鉛直管１１が平行に保たれる。また、更
に円筒８５の長さを短くして、円筒８５の下端とセラミ
ックコーン８２の間に間隙があり、触媒が鉛直管１１に
接触するようにしてもよい。

【００２４】図５に、本発明のさらに別の実施態様を示
す。多孔板（通気性触媒押さえ）８４の上部に、冷却式
サポートビーム８７’を設け、冷却式サポートビーム８
７’の外周端は円筒胴９に固定される。冷却式サポート
ビーム８７’の内周端には、ガイドリング８８’が設け
られている。円筒８５は上端がガイドリング８８’に相
対する位置にあり、下端が球殻状触媒床１４の孔（鉛直
管１１の通る部分）の底部に達する。円筒８５の上端
は、鉛直管１１との間にリブ９２を設けて、円筒８５が
鉛直管１１の側面と接触することが防がれるようにして
もよい。円筒８５の上端部分と鉛直管１１との間には耐
熱性のシール材９４を設けて、燃焼反応ガスがショート
パスすることを防ぐことができる。球殻状触媒床１４の
上には、必要なら、イナートボール８０の層を設けて、
冷却式サポートビーム８７が設けられる。冷却式サポー
トビーム８７の外周端は円筒胴９に固定される。冷却式
サポートビーム８７の内周端の上面には、円筒８５の下
端近傍に設けられたガイド板９３が載置され、二次改質
触媒８１の横圧により円筒８５が鉛直管１１の側面と接
触することが防がれる。

【００２５】また、上記実施態様の変形として、図３で
説明したように、円筒８５の下端近傍には、球殻状触媒
床１４の孔部分を形成する耐火レンガに載せ懸けるガイ
ド９０が設けられ、二次改質触媒８１の横圧により円筒
８５が鉛直管１１の側面と接触することが防がれるよう
にしてもよい。

【００２６】なお、本発明では、円筒胴９には内周に沿
って、金属製支持部が設けられており、レンガ製球殻状
触媒床１４及びその上に積載される二次改質触媒層１６
の重量を支える。金属製支持部の上には、必要に応じ
て、円筒胴の熱膨張の影響を受けないようにフリー支持
リングをスライド可能に設けることができる。金属製支
持部の上には、又は必要に応じて設けられたフリー支持
リングの上には、支持リングが円筒胴９に沿う形で設け
られ、支持リングの上にレンガが深い球殻状に積み上げ
られ、球殻状触媒床１４を形成する。球殻状触媒床１４
には燃焼反応室１２からの高温のガスが二次改質触媒層
１６に供給されるための開孔１５が設けられる。

【００２７】なお、本発明では、深い球殻状に積み上げ
られ球殻状触媒床を形成するとは、球殻状触媒床の中心
と球殻状触媒床の外周端を結ぶ円弧の中心角度が４０な
いし６０度をなすものである。このような深い球殻状触
媒床を形成することにより、荷重に対する支持反力を相
対的に小さくすることが可能となる。従って、反応器の
二次改質触媒層部分の胴径が、適用範囲１ｍ以上１０ｍ
以下、好ましくは約３ｍ以上約６ｍ以下であり、触媒を
１０〜１０００ｔ、好ましくは、５０〜５００ｔ充填し
て、１０００℃以上の、更には１３００℃以上の高温に
耐える球殻状触媒床を形成することができる。

【００２８】本発明で、球殻状触媒床を形成するための
耐火材は、耐火レンガ、特に高アルミナ質耐火レンガ、
耐火モルタル、特に高アルミナ質耐火モルタル、耐火タ
イルであり、好ましくは、耐火レンガである。耐火材
は、例えば、経線方向、円周方向に分割形成した６面体
のブロックであり、耐火モルタルを目地材にして球殻状
に組み上げて、球殻状触媒床を形成することができる。

【００２９】上記鉛直管、円筒、各種多孔板、冷却式サ
ポートビーム、ガイドリング、フックガイド、ベロー
ズ、ガイド板の材質としては、炭素鋼、低合金鋼、例え
ば１１/４Ｃｒ−Ｍｏ鋼、１Ｃｒ−１/２Ｍｏ鋼、ステン
レス鋼、ステンレス合金等が挙げられる。シール材とし
ては、本発明の他の箇所で用いられる断熱材と同じもの
が使用され、石綿、セラミックファイバー、耐熱グラス
ウール、ロックウール等が挙げられる。

【００３０】以下、上記改質反応器を用いた反応工程に
ついて説明する。一次改質反応は６００〜８００℃で行
われるので、原料炭化水素と水蒸気は４００〜６００℃
に予熱される。水蒸気改質反応における反応量を多くす
れば、燃焼反応の反応量が少なくなり酸素使用量は少な
くてすむ。従って、メタノール合成では一次改質反応域
における反応量をできるだけ多くするような反応管の伝
熱面積、触媒量が選択される。アンモニア合成では、窒
素源として空気を使用するので部分酸化用のための炭化
水素の量が多くされる。生成ガス及び未反応炭化水素は
燃焼反応室に導かれる。一次改質反応に続いて部分酸化
反応が行われるために、燃焼反応室下部から酸素含有ガ
スが燃焼反応室に導かれる。この酸素含有ガスは部分酸
化反応に供された後、改質ガスに混入するので、酸素含
有ガス中の不活性成分が改質ガスに含まれる。このため
酸素含有ガスは、アンモニア合成の場合の如く不活性成
分（窒素）が反応に供される場合以外はできるだけ高純
度であることが望ましく、その用途によって純酸素ガス
や空気、富酸素空気等が用いられる。部分酸化反応は、
燃焼速度が大きい水素が優先して酸化され、最高温度が
１４００〜１７００℃に達するが、未だ多くの炭化水素
が残っており、不安定でありカーボンの生成を起こし易
い。部分酸化反応に続いて、二次改質反応が行われる。
二次改質触媒層１６には高温に耐えるニッケル系触媒が
充填されている。二次改質を経て、改質反応におけるほ
ぼ平衡に近い組成が得られる。二次改質触媒層１６通過
後のガスは、温度８５０〜１２００℃となって上部にあ
る複数の反応管４を備えた熱交換室２に導入され、反応
管に熱を与えるので、ガス温度は２００〜７００℃低下
して排出される。

【００３１】メタノール合成用ガスの製造を例にとる
と、水蒸気と天然ガスとの混合ガスを圧力１０〜１００
気圧、好ましくは、２５〜８５気圧で、約４００〜６５
０℃で導入ロ３から反応器１に導入する。混合物は管板
５の開ロより反応管４に入り、一次改質触媒層７を通過
し反応管４から出る。反応管出ロのガス温度は７００〜
８００℃である。反応管４から出た一次改質ガスは円錐
形コレクタ１０に入り鉛直管１１を経由して反応器１の
下部に到達し燃焼室１２に入る。純酸素を導入ロ１３か
ら燃焼室に導入して燃焼を生起する。燃焼反応生成物は
約１０００℃以上であり球殻状触媒床１４の開ロ１５を
通つて二次改質触媒層１６を通り、二次改質反応が生じ
る。二次改質触媒層１６においては、原料炭化水素の９
０％以上、好ましくは、９５％以上を改質するのが望ま
しい。従って、二次改質触媒層１６出口温度が８５０〜
１２００℃となるように、燃焼反応が調節される。上記
のようにして得られた改質ガスとして、例えば、メタン
を主成分とする天然ガスを原料に用いてメタノール合成
用ガスを製造する場合には、改質後のガスの組成は、水
素／酸化炭素類のモル比が２．１〜２．５、残存メタン
が０．１〜３mol％であり、メタノール合成用ガスとし
て適切な組成のガスが得られる。

【００３２】つぎに、アンモニア合成ガスの製造を例に
とると、水蒸気と天然ガスとの混合物を約５００乃至７
００℃で導入ロ３から反応器１に導入する。混合物は管
板５の開ロと反応管４とを順次過通し、反応管から出て
円錐形コレクタ１０に入り鉛直管１１を経由して反応器
１の下部に到達し温度約６００乃至７６０℃で燃焼室１
２に入る。酸素含有率が約２５容量％以上である酸素濃
厚空気を導入ロ１３から燃焼室に導入して燃焼を生起す
る。燃焼反応生成物は約１３００乃至１９００℃であり
球殻状触媒床１４の開ロ１５を通つて二次改質触媒層１
６を通り、二次改質反応が生じる。二次改質反応によっ
て生成した合成ガス混合物の温度は約８００乃至１１５
０℃であり、上昇して反応管４と接触し、熱交換を行
う。その結果、反応管４内部の水蒸気と炭化水素との混
合物が加熱され、合成ガス混合物は冷却される。排出口
２１を出る合成ガス混合物の温度は約５００乃至７００
℃である。反応器の内部圧力は主として大気圧から合成
ガス転化圧力までの範囲であり、後者は使用した処理条
件に左右されるが現行の技術では約１００ｋｇｆ／ｃｍ
²である。アンモニア合成ガスの製造に使用される圧力
は一般には約５０ｋｇｆ／ｃｍ²である。

【００３３】上記二次改質反応において、酸素又は酸素
濃厚空気と共に水蒸気や二酸化炭素又はこれらの混合ガ
スを燃焼室に導入することもできる。水蒸気や二酸化炭
素を追加導入して一次改質反応で生じた不足分を補給で
きる。また、水蒸気や二酸化炭素の導入によつて燃焼温
度の調整が容易になり、熱交換型改質反応器の手前に設
けられる酸素濃厚空気の予熱装置の効果を高めることが
できる。

【００３４】本発明で示した熱交換型改質反応器は、従
来の方法及び装置に比較して重要な利点を有する。先
ず、反応器の設備費が従来の水蒸気を別途発生回収する
合成ガス製造装置よりもかなり廉価である。また、熱交
換型改質反応器は、高圧改質処理に容易に使用し得、装
置のモジュール化に極めて適している。原油等の随伴ガ
スの利用において極めて適している。また、起動時間を
短縮し、その結果としてガスの使用量を節約し得る。ま
た、熱交換型改質反応器の待機時間を短縮し、このた
め、合成装置が稼働していないときのガスの無効使用量
を低減する。また、従来の多数パス、多数バーナ型燃焼
一次改質装置より起動と制御との自動化が容易である。
更に、上記改質反応器は上から順に熱交換室と二次改質
触媒床と燃焼室とが配置された鉛直型反応器であるが、
本発明の開示から反応器の別の物理的構成も可能であ
る。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例では図示の如く触媒を内蔵した反応管を使用
しているが、本発明の開示から反応器内部の流路を変更
し、二次改質触媒層から出たガス状生成物が反応管内部
を通り、装置に導入される水蒸気と原料ガスとの混合物
が反応管外部の触媒床を通るように構成し得ることも明
らかである。これらの変形例は、もちろん前述の本質的
特徴と原理とを有している限り、本発明の範囲に包含さ
れる。

【００３６】（実施例１）原料に天然ガスを使用し、熱
交換型改質反応器によりメタノール合成用ガスを製造し
た。主な運転条件は次の通りである。（なお各ガス組成
はモル％を示す。）反応器材質：一次改質反応部：胴径５．２ｍ、長さ１０ｍ二次改質反応部：胴径５．０ｍ、長さ８ｍ球殻状触媒床：径５．０ｍ、球殻状触媒床の中心と球殻
状触媒床の外周端を結ぶ円弧の中心角度が４５度をなす
ものである。原料天然ガス供給圧力：４０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ供給温度：５５０℃ 供給量：１３６５００Ｎｍ³／ｈｒガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５改質用スチーム対炭化水素炭素モル数の比（Ｓ／Ｃ
比）：１．６２一次改質触媒ニッケル触媒を反応管に長さ１０ｍ充填した。酸素ガス供給圧力：３７．５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ供給温度：２００℃ 供給量：６９１２０Ｎｍ³／ｈｒ一次改質反応管出口圧力：３７．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ温度：６６５℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．３０、ＣＯ₂４．９０、
水素２４．６０、メタン１７．８６、窒素０．４０、水
分（残り）鉛直管：図２に示されるものを使用した。直径：０．９５ｍ長さ：５．７ｍ材質：１Ｃｒ−１/２Ｍｏ鋼燃焼反応室ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１６００℃ 二次改質触媒ニッケル触媒充填量：１６３ｔ二次改質触媒触媒層構造：図２に示すもので、多孔板
（８３）と円筒（８５）が二段に設けられており、触媒
層の最上面は触媒押さえ用の多孔板（８４）に覆われて
いるものを使用した。セラミックコーン：幅２５０ｍｍ、厚さ２００ｍｍの円
錐環状で３分割されたもので鉛直管の周囲を覆った。下段多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６ｍ下段円筒：長さ１．３ｍ下段円筒とセラミックコーン間距離０．５ｍ上段多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６ｍ上段円筒：長さ１．３ｍ各段円筒と鉛直管間隙：５ｍｍ上段円筒と下段円筒間距離：０．４ｍ上段円筒と触媒押さえ用の多孔板間距離；０．５ｍ触媒押さえ用の多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６
ｍ球殻状触媒床の上に、セラミックコーンが覆われる深さ
まで粒径が大きいイナートボールを積載し、イナートボ
ールの上に、粒径の大きい触媒を積載し下段の多孔板
（８３）と円筒（８５）と円筒胴（９）に囲まれた空間
に触媒を充満して積載した。触媒の一部は円筒胴端部と
セラミックコーンの間で鉛直管に接触しており、円筒部
と鉛直管の間には触媒は存在しないようにした。以下同
様にして、粒径の細かい触媒を下段の多孔板（８３）上
に積載した。最上段には、最も粒径の小さい触媒を積載
し、触媒押さえ用の多孔板（８４）まで充満させた。二次改質触媒層出口圧力：３６．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ温度：９２０℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１０．３０、ＣＯ₂６．５
０、水素４３．００、メタン１．４０、窒素０．７８、
水分（残り）このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力３５．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６２０℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管出口で原料炭化水素の２０．
３％、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の９１．６％
が改質されており、メタノール合成用に適した組成のガ
スが得られた。二次改質触媒層出口のガス組成は、所定
の値を示しており、反応中に燃焼反応室から熱交換室へ
のガスのショートパスは十分少ないと思われる。また、
反応停止、再開の操作を計５回繰り返し、合計８０００
時間運転した後、検査したが、鉛直管及び、周辺触媒層
構造には熱膨張、収縮による摩擦や、振動等による触媒
床の破損その他、異常は認められなかった。

【００３７】（実施例２）原料に天然ガスを使用し、熱
交換型改質反応器により改質圧を実施例１よりも高くし
てアンモニア合成用ガスを製造した例を示す。主な運転
条件は次の通りである。（なお各ガス組成はモル％を示
す。）反応器材質：一次改質反応部：径５．２ｍ、長さ１０ｍ二次改質反応部：径５．０ｍ、長さ８ｍ球殻状触媒床：径５．０ｍ、球殻状触媒床の中心と球殻
状触媒床の外周端を結ぶ円弧の中心角度が５１度をなす
ものである。原料天然ガス供給圧力：８５ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ供給温度：５５０℃ 供給量：１４５０００Ｎｍ³／ｈｒガス組成（モル％）：メタン８９．５、エタン８．５、
プロパン１．５、窒素０．５改質用スチーム対炭化水素炭素モル数の比（Ｓ／Ｃ
比）：１．６一次改質触媒ニッケル触媒を反応管に長さ１０ｍ充填した。一次改質反応管出口圧力：８３．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ温度：７００℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ１．３１、ＣＯ₂４．８８、
水素２４．６１、メタン１７．８８、窒素０．４２、水
分（残り）富酸素空気供給圧力：８３ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ供給温度：２００℃ 供給量：７２５００Ｎｍ³／ｈｒ燃焼反応室ガス温度：約１３００℃ 壁面温度：約１０００〜１５００℃ 二次改質触媒ニッケル触媒充填量：１６５ｔ二次改質触媒触媒層構造：図２に示すもので、多孔板
（８３）と円筒（８５）が二段に設けられており、触媒
層の最上面は触媒押さえ用の多孔板（８４）に覆われて
いるものを使用した。セラミックコーン：幅２５０ｍｍ、厚さ２００ｍｍの円
錐環状のもので３分割されたもので鉛直管の周囲を覆っ
た。下段多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６ｍ下段円筒：長さ１．３ｍ下段円筒とセラミックコーン間距離０．５ｍ上段多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６ｍ上段円筒：長さ１．３ｍ各段円筒と鉛直管間隙：５ｍｍ上段円筒と下段円筒間距離：０．４ｍ上段円筒と触媒押さえ用の多孔板間距離；０．５ｍ触媒押さえ用の多孔板：外径４．８５ｍ、内径０．９６
ｍ球殻状触媒床の上に、セラミックコーンが覆われる深さ
までイナートボールを積載し、イナートボールの上に、
粒径の大きい触媒を積載し下段の多孔板（８３）と円筒
（８５）と円筒胴（９）に囲まれた空間に触媒を充満し
て積載した。触媒の一部は円筒胴端部とセラミックコー
ンの間で鉛直管に接触しており、円筒部と鉛直管の間に
は触媒は存在しないようにした。以下同様にして、粒径
の細かい触媒を下段の多孔板（８３）上に積載した。最
上段には、最も粒径の小さい触媒を積載し、触媒押さえ
用の多孔板（８４）まで充満させた。二次改質触媒層出口圧力：８１．０ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ温度：９５０℃ ガス組成（モル％）：ＣＯ５．６６、ＣＯ₂６．５５、
水素３２．０７、メタン１．４２、窒素１２．７４、水
分（残り）このようにして得られた二次改質触媒層出ロガスは、反
応管に熱を供給して、反応器出口では、圧力８０．２ｋ
ｇｆ／ｃｍ²Ｇ、温度６８０℃となった。この反応器に
おいては、一次改質反応管の出口で原料炭化水素の２
３．０％が、二次改質触媒層出口で原料炭化水素の約９
０％が改質されており、アンモニア合成用に適した組成
のガスが得られた。二次改質触媒層出口のガス組成は、
所定の値を示しており、反応中に燃焼反応室から熱交換
室へのガスのショートパスは十分少ないと思われる。ま
た、反応停止、再開の操作を計４回繰り返し、合計７８
００時間運転した後、検査したが、鉛直管及び、周辺触
媒層構造には熱膨張、収縮による摩擦や、振動等による
触媒床の破損その他、異常は認められなかった。

【００３８】

【発明の効果】一次改質反応部からのガスを鉛直管によ
り燃焼反応室に供給して、熱交換室へのガスのショート
パスを防いで、燃焼反応ガスを二次改質触媒により十分
反応が行われるとともに、鉛直管と二次改質触媒の接触
を大幅に減少ないしは無くすことにより、鉛直管の熱膨
張、収縮による触媒との摩擦や、触媒床の損傷、触媒の
燃焼反応室への落下を防ぐことができた。これにより、
１００ｔ以上の触媒を積載して、１０００℃以上の高温
に耐え、長時間運転できる二次改質触媒床の製作が可能
となり、熱交換型改質反応器によりメタノール又はアン
モニア合成ガスの大規模な製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換型改質反応器の全体図である。

【図２】（Ａ）本発明の熱交換型改質反応器の鉛直管周
辺触媒層構造の左半分縦断面図である。（Ｂ）本発明の熱交換型改質反応器において、鉛直管、
球殻状触媒床、球殻状触媒床の上に配置されたセラミッ
クコーンの部分平面図である。

【図３】本発明の熱交換型改質反応器の他の鉛直管周辺
触媒層構造の左半分縦断面図である。

【図４】本発明の熱交換型改質反応器の更に他の鉛直管
周辺触媒層構造の左半分縦断面図である。

【図５】本発明の熱交換型改質反応器の別の鉛直管周辺
触媒層構造の左半分縦断面図である。

【符号の説明】

１熱交換型改質反応器２熱交換室３炭化水素及び水蒸気導入口４反応管５、６管板７一次改質触媒層９円筒胴１０コレクタ１１鉛直管１２燃焼反応室１３酸素導入口１４球殻状触媒床１５開孔１６二次改質触媒室２０バッフル２１合成ガス排出口２２作業用通路８０イナートボール８１二次改質触媒８１’二次改質触媒８１”二次改質触媒８２セラミックコーン８３多孔板８３’多孔板８４多孔板（通気性触媒押さえ）８５円筒８５’円筒８６補強リブ８７冷却式サポートビーム８７’冷却式サポートビーム８８ガイドリング８８’ガイドリング８９フックガイド９０ガイド９１ベローズ９２リブ９３ガイド板９４シール材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ１０Ｇ 35/00 Ｃ１０Ｇ 35/00 // Ｃ０７Ｂ 61/00 Ｃ０７Ｂ 61/00 Ｃ (72)発明者滝尻清茂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研究所内 (72)発明者永井英彰東京都千代田区丸の内二丁目５番１号三菱重工業株式会社内 (72)発明者平松靖史新潟県新潟市松浜町3500番地三菱瓦斯化学株式会社新潟工業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素を水蒸気により一次改質するた
めの反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガス
を集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガスを
供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化する
ための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質する
ための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを熱
交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応器
において、鉛直管（１１）、鉛直管（１１）の貫通する
貫通孔を備えた球殻状触媒床（１４）、鉛直管（１１）
の貫通する貫通孔を備えた触媒押さえ用の多孔板（８
４）、鉛直管（１１）の貫通する貫通孔を備えた多孔板
（８３）、円筒（８５）からなり、多孔板（８３）の内
周端に円筒（８５）が鉛直管（１１）と平行に接続さ
れ、球殻状触媒床（１４）の上に二次改質触媒（８１）
を充填し、二次改質触媒（８１）が鉛直管（１１）に接
触することを円筒（８５）により防ぐことを特徴とする
熱交換型改質反応器。
【請求項２】セラミックコーン（８２）が球殻状触媒
床（１４）の上に鉛直管（１１）の外周に沿って配置さ
れ、部分酸化後のガスが熱交換室にショートパスするこ
とを防ぐ請求項１記載の熱交換型改質反応器。
【請求項３】円筒（８５）が接続された多孔板（８
３）が複数段に設けられた請求項１又は２に記載の熱交
換型改質反応器。
【請求項４】円筒（８５）の上端が触媒押さえ用の多
孔板（８４）に接続された請求項１記載の熱交換型改質
反応器。
【請求項５】セラミックコーン（８２）が球殻状触媒
床（１４）の上に鉛直管（１１）の外周に沿って配置さ
れ、円筒（８５）の下端がセラミックコーン（８２）の
上面に当接して、部分酸化後のガスが熱交換室にショー
トパスすることを防ぎ、円筒（８５）と鉛直管（１１）
が平行に保たれる請求項４記載の熱交換型改質反応器。
【請求項６】円筒（８５）の下端が球殻状触媒床（１
４）の貫通孔に達する請求項４記載の熱交換型改質反応
器。
【請求項７】円筒（８５）の下端を、円筒（８５）の
下端近傍に設けられたフックガイド（８９）により、球
殻状触媒床（１４）の貫通孔部分を形成する耐火レンガ
の端部に載せ懸ける請求項５記載の熱交換型改質反応
器。
【請求項８】円筒（８５）と鉛直管（１１）の間隔が
１〜１０ｍｍである請求項１〜７のいずれかに記載の熱
交換型改質反応器。
【請求項９】更に、鉛直管（１１）の貫通する貫通孔
を備えた冷却式サポートビーム（８７’）を触媒押さえ
用の多孔板（８４）の上方に設け、円筒（８５）の上端
が、触媒押さえ用の多孔板（８４）に代わって、冷却式
サポートビーム（８７’）の内周端に接続され、冷却式
サポートビーム（８７’）の内周端近傍の上面と、鉛直
管（１１）を取り囲む円筒型のベローズ（９１）の下端
が気密に固定され、ベローズ（９１）の上端がコレクタ
（１０）の底部又は鉛直管（１１）の上部側面に気密に
固定された請求項４記載の熱交換型改質反応器。
【請求項１０】炭化水素を水蒸気により一次改質する
ための反応管を内蔵する熱交換室と、該反応管を出たガ
スを集めるコレクタと、コレクタから燃焼反応室にガス
を供給する鉛直管と、該反応管を出たガスを部分酸化す
るための燃焼反応室と、部分酸化後のガスを二次改質す
るための二次改質触媒室とを備え、二次改質後のガスを
熱交換室に供給して反応管を加熱する熱交換型改質反応
器において、鉛直管（１１）、鉛直管（１１）の貫通す
る貫通孔を備えた球殻状触媒床（１４）、鉛直管（１
１）の貫通する貫通孔を備えた触媒押さえ用の多孔板
（８４）、円筒（８５）、円筒（８５）の上部近傍で円
筒（８５）と鉛直管（１１）の間隙を保つリブ（９２）
及び円筒（８５）の上部近傍で円筒（８５）と鉛直管
（１１）の間に挟み置かれたシール材（９４）からな
り、リブ（９２）の一端は鉛直管（１１）の外周面及び
／又は円筒（８５）の鉛直管（１１）に相対する面に固
定され、リブ（９２）の他端は円筒（８５）の鉛直管
（１１）に相対する面及び／又は鉛直管（１１）の外周
面に固定され、シール材（９４）により部分酸化後のガ
スが熱交換室にショートパスすることを防ぐことを特徴
とする熱交換型改質反応器。
【請求項１１】更に、鉛直管（１１）の貫通する貫通
孔を備えた冷却式サポートビーム（８７’）を触媒押さ
え用の多孔板（８４）の上方に設けた請求項１０記載の
熱交換型改質反応器。
【請求項１２】球殻状触媒床（１４）の上にイナート
ボール（８０）を積載し、その上に二次改質触媒（８
１）を充填する請求項１〜１１のいずれかに記載の熱交
換型改質反応器。