JPS58124530A

JPS58124530A - 吸熱反応装置

Info

Publication number: JPS58124530A
Application number: JP747282A
Authority: JP
Inventors: Shinzou Takarada; 宝田　進造; Tetsuo Kimura; 哲夫木村; Kiyokata Chimasa; 千正　清方; Akira Arai; 新井　章; Akira Hosonuma; 細沼　明; Goro Oguchi; 小口　梧郎
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1982-01-22
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1983-07-25
Also published as: JPH0124533B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、吸熱反応によって供給原料ガスから反応生成
ガスを得るための吸熱反応ｉｋの改良に関する。

吸熱反応を促進せしめる触媒を用いて、炭化水素を含む
原料ガスを水素ガスの如き工業上利用価値の高いガスに
転換する吸熱反応装置は、当技術分野においてよく知ら
れている。例えば供給原料ガスから水素ガスを生成する
最も一般的な技術は、燃焼炉内に、触媒によって満たさ
れた円筒状あるいは環状の反応室を配置し、この反応室
内に炭化水素を含む原料ガスを通過させることＫより、
スチームリフォーミングすることである。このような吸
熱反応装置において杜、加熱用燃焼ガスによって反応室
に熱を与えるに際し、反応室の外側から伝熱している。

このため、各反応室の表面を均一に且つ高い熱流束で加
熱するには、各反応室の周囲に比較的広い空間を形成す
る必要がある。また、各反応室と加熱炉炉壁との相対的
位置関係を均一に配置することが必要であるため、かか
る装置は全体として比較的大きな設備とならざるをえな
かった。さらに、かかる反応装置は、反応室に対する伝
熱が主として輻射によっているために、加熱炉の燃焼ガ
スはその出口においても十分に高温である必要があシ、
この丸め、燃焼ガスによって＊−外に持ち出される熱エ
ネルギーが、水蒸気製造用エネルギー等として使用され
るとしても、水素発生の吸熱反応のために直接使用され
る場合に比較すると、その有用性が低いため、全体とし
てみると、生成される水素のコスト上昇を招くことにな
る。

例えば、燃料として炭化水素を含む原料ガスのリフォー
ミングによって発生する水素を用いる燃料電池発電設備
においては、その経済性を高めるために、その熱効率を
高めると共に、装置および建設用地のコストを低減する
ことが不可欠である。

このような必要性から、よシ高い熱利用率を有し、よシ
コンパクトな装置として構成できるようなスチームリフ
丈−ミンク設備が要請されている。

かかる要請の下に提案された技術として、特開昭５３−
７．８９８３号、同５３−７８９９２号、同５３−７９
７６６号、同５３−７９７６８号の各公報勢に記載のス
チームリ７オーミング装置が知られている。これらの装
置は、加熱炉内に配置された各反応管の内部に％環状の
反応室を設けると共に、この反応ｇｏ内部に、その顕熱
を前記反応室へ伝達させる環状の再生室と筒状プラグと
を設け、且つ各反応室の周囲に空隙として設けられた燃
焼室の下半部に燃焼ガスの排出通路を設け、この排出通
路が、反応室内の原料ガスの流れとは逆の流れの燃焼ガ
スを、反応室の外壁に接して導出するように構成された
技術である。従って、かかる装置は、前述し九要請を成
る楊度満たす技術であると言えよう。

しかしながら、かかる装置であっても、熱効率を高くシ
、かつコンバク）１装置にするという要請を満していな
いという問題があった。

すなわち、前記の反応装置には、環状反応室内の中央部
に筒状プラグが設けられている。該プラグは再生室内の
流速をあげ、伝熱性を良くしようとするものであシ、該
装置にとっては必須のものである。従ってこのプラグの
存在によって、該装置をコンパクト化するＫは限界があ
ると言える。

本発明は、前記した欠点を解決すべくなされたものであ
って、本発明の目的とするところは、従来必須とされた
プラグを廃し、コンパクトであり、かつ高熱効率を有す
る吸熱反応装置を提供するＫある。

本発明の上記目的は、一端偶に原料ガス缶の入ロアを有
すると共に他端側に反応生成ガス〜の出口８を有し、吸
熱反応に用いられる触媒柘によって満たされ九反応電照
と、該反応電照で生成した反応生成ガスＧ！を導出させ
ながらその加熱を前記反応電照へ伝達させる再生室Ｉと
、燃焼室ｌＯとを有する吸熱反応装置Ｉにおいて、該反
応装置１は反応容器２内に１個又は複数個の反応管２１
を並設してなり、骸反応管４のそれぞれが中央に円形状
のＩ１１燃焼ガス通路１１を有し、該燃焼ガス通路１１
の外側に接して、前記反応１１２０の第１分室２０ａが
配置され、該再生室（９）に接して、前記反応室の第２
分室２０ｂが配置され、前記＃Ｅ１分室２０ａｓｈ生室
薗及び第２分室２０ｂのそれぞれが前記第１燃焼ガス通
路１１と同心の環状断面を有するごとく配置されておシ
、該各反応管乙の外側に第２燃焼ガス通路１２を有して
おシ、前記燃焼室１０が前記反応管４の一端側空関１７
に、前記第１及び＃＆２燃焼ガス通路１１．１２に燃焼
ガスを通じさせるように配置されている仁とを特徴とす
る吸熱反応装置ＩＫよりて達成される。

本発明の好しい実施態様に従えば、１１１図ないし第３
図に示す如く、第１燃焼ガス通路１１及び第２燃焼ガス
通路１２のそれぞれが上下に区画されてお夛、各下側区
画部分１３にバッキング材料１４が充填されている。こ
のバッキング材料１４は、反応電照への伝熱を促進する
ものである。なお、この伝熱性を促進するために仕切部
材１５を挿入してもよい。

本発明の別の好しい実施態様に従えば、第３図に示す如
く反応管力が反応装置容器２内に、複数個平行に並列さ
れており、第２燃焼ガス通路りが、反応管２１の最外壁
と上記容１！２とＫｌｌまれた空間に配置されている。

従りて燃焼ガスｇ１は第１燃焼ガス通路１１と第２燃焼
ガス通路１２に分かれて反応室Ｉと接触することになル
、反応寅美の第１分室２０ａと第２分室２０ｂの両方に
均等に熱が伝えられることになる。すなわちこの燃焼ガ
ス通路１１　、１２は、反応室Ｉへの伝熱装置として機
能するものであり、反応車頭の第１　＋Ｗ１２０ｍと＃
！２分室２０ｂとに、同時に伝熱できるように構成され
ていることから、本発明の目的である熱効率のすぐれた
装置とすることができるのである。この伝熱効率の向上
の意味からも、前述したよう５にバッキング材料１４を
燃焼ガス通路に充填することは好しいと言える。このよ
うなバッキング材料１４の好しい例としては、耐熱性の
金属あるいはセラミックの粒子、ｔたは焼結多孔体など
をあげることができ、熱伝導輻射、対流の組合せ機構に
よって総合伝熱効率を向上するものが好しい。

以下に添付の図面を参照しながら本発明の好ましい具体
例について説明する。

第１図に例示されている反応装置１は、災化水素を原料
としてスチームリフォーミングによって水素を生成する
ためのものである６反応！装置容器２の内部に拡、複数
儂の反応管４が並設されている０反応管力の配列方法の
好しい一例を示すと第３図の如くになる。この方法は、
反応装置容器２が円筒をなす場合についての一例でアシ
、前記容器２の形状によって適正な配列とすることが可
能である。各反応管Ｚｔａ、多層環状断面を有してお）
、一番内儒に％Ｉｌｌ燃焼ガ燃焼ガニ通路１１の外側に
１反応室の第１分１１２０ａを、その外側に再生室（資
）を、七の外側に、反応室の第２分室２０ｂを。

形成している。そして反応管４の外側には、第２燃焼ガ
ス通路りが形成されている０反応室２０Ｐ３に社、スチ
ームリフォーンング触媒葛が充填されておシ、反応ｉｉ
！２０人ロアに設置された触媒支持部材ｎ上に支持され
ている。充填層の上端すなわち反応１１２０の出口８に
線、触媒粒のガス流による流出を防止するための流出紡
止板スを設けることができる０反応電照の上Ｓ紘、再生
室（資）に通じさせる丸め、環状に配置され大学円筒状
のキャップ２４による密封構造をなしている。本具体例
においては前記キャップ寓は、セラミックの如き断熱材
によって被覆された構造をなしている。原料ガス入口ノ
ズル３より、反応装置１内に導入された炭化水素１汐ス
チームを含む原料ガスＧ！は、原料ガスマニホールド５
によりて、各反応室２０に分岐され、反応家人ロアを通
って第１反応室２０１と第２反応室２０ｂＫそれぞれス
ル、触媒仙の作用によって水素を含む生成ガスＧ３とな
って、反応室出口８がら、反応電照の上部空間２５に抜
は出る（第４図参照）。

さらに生成ガス（ｈＢ、　、上部空間すに入口加を持つ
再生ｍＸ）を通って、反応装置１下部の生成ガスマニホ
ールド５′に達し、生成ガス出口ノズル４より。

装置１外へ取り出される。

本具体例において、燃焼室ｌＯは反応管２１の上方空間
１７に配置される。しかし燃焼室１０は反応管力の上方
Ｋｌｌ定されるものではなく、反応管２１の下方に位置
させることもできること拡もとよりである。燃焼ｌ！１
０で発生した燃焼ガスｇ１は、第１燃焼ガス通路１１（
！−第２燃焼ガス通路ルを過多１合流後燃焼ガス出ロノ
ズル６かも装置１の外部へ排出される。第１及び＄１１
２燃焼ガス通路１１　、１２はそれぞれが上下方向に区
画されてお夛、各下側区画部分１３に紘熱伝達率向上の
大めのバッキング材料１４が充填されておシ、該通路下
部に設置された支持部材１６上に支持されている０本具
体例においては、このバッキング材料１４扛アルεナボ
ー、νである。

なお、第１燃情ガス通路１１に充填されたバッキング材
料１４による伝熱効率をさらＫあげるために、該通路１
１の中央部に仕切部材１５を挿入することができる０本
異体例において、燃焼ガスの流れは反応室９内のガスの
流れと社、反対方向となるように構成されているが、こ
れも特に限定されるもので控なく、並流方式においても
本発明の実施は可能である。なお、図中１５ノは郭定部
材を示す。

上記具体例においては、前記各公報記載の吸熱反応装置
と比較して、１．５倍以上のコンパクトな設計が可能と
なった。すなわち前記装置と同じ外径寸法の場合、反応
ガス処理量として、１．５倍以上の処理能力が可能とな
ったのである。

以上においては、本発明のその好しい具体例において詳
細に説明したが、本発明は炭化水素原料のスチームリフ
ォーンングに限定されるものではなく、他の吸熱反応に
対しても良好に適用可能である。・なお、本発明の＾体例ＯａｊＭＫあたっては、図面を基
にして上、下の位置説明を行っ九が、これい。具体的に
述べれば、各図に示す具体例は例えば天地逆さであって
もよい。

【図面の簡単な説明】

ＩＩｊ＆１図は、本発明に係る吸熱反応装置の一具体例
を示す概略断面図である。第２図は反応管についての要
部断面図である。第３図は第１図の１−１１１による解
図的横断面図である。第４図線反応管の要部断面図であ
る。１・・・吸熱反応装置２・・・反応容器３・・・原料ガス入口ノズル４・・・反応生成ガス出口ノズル５・・・原料ガスマニホールド６・・・燃焼ガス出口ノズル７・・・反応室入口８・・・反応室出口１０・・・燃焼室１１・・・第１燃焼ガス通路Ｕ・・・第２燃焼ガス通踏１３・・・下側区画都針１４・・・バッキング材料１５・・・仕切部材１６・・・支持部材１７・・・反応管の上方空間加・・・反応室２０ｍ・・・第１介意２０ｂ・・・第２介意４・・・反応管ｎ・・・触媒支持部材ム・・・流出紡止板冴・・・キャップｂ・・・反応室の上部空間加・・・再生室入口（資）・・・再生室必・・・触　媒Ｇ、・・・原料ガスＧ８　・・・反応生成ガスｇｌ　　・・・燃焼ガス

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　一端側に原料ガスの入口を有すると共に他端
側に反応生成ガスの出口を有し且つ吸熱反応に用いられ
る触媒によって満たされた反応室と、該反応室で生成し
九反応生成ガスを導出させながらその顕熱を前記反応室
へ伝達させる再生室と、燃焼室とを有する吸熱反応装置
において、該反応装置は反応容器内に１個又は複数個の
反応管を並設してなり、核反応管のそれぞれが、その中
央に円形状の第１燃焼ガス通路を有し、該燃焼ガス通路
の外側に接して、前記反応室の第１分室が配置され、該
再生室に接して、前記反応室の纂２分室が配置され、前
記第１分室、再生室及び第２分室のそれぞれが前記第１
燃焼ガス通路と同心の環状断面を有するごとく配置され
ておシ、骸各反応管の外側に第２燃焼ガス通路を有して
おシ、且つ前記燃焼室が、前記反応管の一端側空間に、
前記第１及び第２燃焼ガス通路に燃焼ガスを通じさせる
ように配置されていることを特徴とする吸熱反応装置。
（２）　　第１燃焼ガス通路及び第２燃焼ガス通路のそ
れぞれが、その一部又は全部にバッキング材料を充填さ
れていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載
の吸熱反応装置。
（３）　　反応管が反応装置容器内に複数個平行に並列
されておシ、第２燃焼ガス通路が反応管の最外壁と上記
容器の内壁とに囲まれた空間に配置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の吸熱反
応装置。