JPS58124532A - 吸熱反応装置 - Google Patents

吸熱反応装置

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JPS58124532A
JPS58124532A JP747482A JP747482A JPS58124532A JP S58124532 A JPS58124532 A JP S58124532A JP 747482 A JP747482 A JP 747482A JP 747482 A JP747482 A JP 747482A JP S58124532 A JPS58124532 A JP S58124532A
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宝田 進造
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哲夫 木村
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千正 清方
Akira Arai
新井 章
Akira Hosonuma
細沼 明
Goro Oguchi
小口 梧郎
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    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
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    • B01J2208/00194Tubes

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装置の改良に関する。
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0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、触媒によって満九さ
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により、
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は、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、かが
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おり、
このため、燃焼ガスによって装置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りフォー
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、よル高い熱利用率を有し、より
コンパクトな装置として構成でき、且つ反応室の不均一
な加熱などに起因する装置の損傷などの信頼性の低下を
もたらすことのないスチームリフオーZング設備が要請
されている。
かかる1!情の下に提案された技術として、特開昭53
−78983号、同53−78992号、同53−79
766号、同53−79768号の各公報等に記載のス
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、この反応室の内部に、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、前述したl!鶴を成る程度満たす
技術であると盲えよう。
しかしながら、かかる装置であっても、前記要請を充分
に満足させることはできず、解決すべき問題点があるこ
とが判明した。
すなわち、前記の反応装置は、各反応管の上部空間が燃
焼室になっており、ここに多数のバーナーが配置されて
いる。従って該装置においては、バーナーを含む燃焼室
の構造が複雑にならざるを先ず、このため装置の製作コ
ストの上昇を招くと共に、メンテナンスが容易ではない
という欠点がみられた6まえ、かかる装置において、各
反応管の均一加熱を達成しようとすれば、各バーナーの
配列等についての検討が必要であり、それは容易なこと
て解決で龜る問題ではない。
そこで、前記し九製作コストおよびメンテナンスの点を
解決するために1例えば、単一のバーナーを用いること
が考えられる。そして、このバーナーを可能なwllシ
ー−熱を得るためKは、炉の中央部分に配置することが
考えられる。しかし、このようなバーナー配置において
、前記従来の各反応管のような均等高さの配列を行えば
、実質的には、均一加熱を実現することが困難となる。
そして、このため高い伝熱効率が実現できないという問
題点が生じる。
本発明は前記した問題点を解決すべく表されたものであ
って、本発明の目的とするとζろは、反応装置内の全て
の反応管に対して均一なる加熱を可能ならしめることに
より、高い伝熱効率を実現可能な吸熱反応装置を提供す
ることにある。
異体的に述べると5通常のガスバーナーを、例え1個だ
け用いたとしても、反応管の位置の相違にかかわらず、
即ちバーナーからの距離の遠近にかかわらず、各反応管
ともバーナーからの火炎輻射が均等に受けられ、かつ反
応室及び再生室へ熱伝達させる燃焼ガス輻射熱も均等に
なるようにすることが可能である吸熱反応装置を提供す
ることにある。
本発明の上記目的は、一端@に原料ガスG1の入口を有
すると共に他端側に反応生成ガスG、の出口を有し、か
つ吸熱反応に用いられる触媒物によって満たされた反応
電照と該反応室蜀で生成した反応生成ガスG!を導出さ
せながら、その顕熱を前記反応室Iへ伝達させる再生重
加と燃焼室11とを有する吸熱反応装置1において、該
反応装置1は、反応容器2内に複数個の反応管ムを並設
してなり、該反応管4のそれぞれが前記再生室I及び前
記反応112oを有しており、前記燃焼W111が、前
記反応管乙の一端空聞に、かつその中央にバーナー10
を備えて配置されてお〕、前記反応管乙の上端が該とす
る吸熱反応装置IKよって達成される。
以下に添付のWA函を参照しながら、本発明の好しい^
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、炭化水素を原料
としてスチームリフォーンングによって水素を生成する
ためのものである。断熱層8を内設する反応装置容器2
の内部には、−数個の反応管4が並設されている0本異
体例における反応管ムは同心に配置され、がつ径を異に
する二つの管体からなシ、いわゆる二重管構造をなして
いる。
管の構造自体は本発明の簀旨とするところではないので
、これに限定される%C)ではなく、二重管構造の反応
管21に基づいて本発明の内容を説明しているにすぎな
い。前記二重管の内側管状部分は再生室(資)で69、
その外側oyya状部分は反応室孔である。該反応管4
の上端n空間には燃焼室11が配設されておシ、該燃焼
室11を形成する空間上部中央に、バーナー10が配設
されている。本具体例におけるバーナー10は、ガスバ
ーナーを用いているが、該バーナーの燃料はガスに限ら
れず、重油等であっても良い。
前記反応管4の上端nは、燃焼室11を形成する空間に
向って配設されており、その上端ρは、前記バーナー1
0を基準にして、熱力学的に略々均一加熱になるような
凹面鏡状(以下、凹面というψに配置されている。本発
明者らの研究によれば、前記凹面の半径(6)は、α5
D−2,OD、好しくけ0.5D〜1.5Dとした場合
に、不装置における最良の均一加熱が実現されることが
判明している。
ここにDは、容器2の壁厚と断熱層8とを除いた内径を
示す。なお、上記範囲は上下限を示すものではなく、上
記範囲をこえた場合にも、略々均一加熱な実現すること
が可能である。
また、前記各反応管4はその下端が前記各反応管の上端
が形成している凹面と同じ凹面を形成するように配置さ
れ、且つ管体の補修、触媒充填の容品性などを考慮して
設けられた管板構造によって固定されている。管板23
社複数個の孔が反応管4の配列に対応する位置に設けら
れ、かつ反応管ムの上端nの形成する前記凹面と同じ凹
面を形成する板状体であり、反応管ムは前記孔に挿入さ
れ九後、管板乙に固着されている0反応1120内には
スチームリフォーミング触媒切が充填されている。
触媒充填層の上端、すなわち反応1!20の出口には、
触媒流出防止板ムが設けられている。原料ガス入口ノズ
ル3よシ、反応装置1内に導入され九炭化水素及びスチ
ームを含む原料ガスG1は、原料ガスマニホールド4に
よって、各反応室2OK入シ、触媒槌の作用によって水
素を含む生成ガスG!となって反応電照上端よp1反反
応管4相互空間25に抜は出る6反応管乙の上端nは、
前記空間6を形成可能に密封されている。骸蜜對部謳に
は耐熱性のキャップIが被覆されている。本具体例にお
いては該キャップIの材質を、燃焼室11から送られる
燃焼ガスgの高温加熱対策としてセラミック製としてい
るが、耐熱製のものであれはこれに特に限定されない。
反応管上部空間6に送られた反応生成ガスG、は、核上
部空間5に入口部をもつ再生室Iを通って、生成ガスマ
ニホールド5に達し、生成ガス出口ノズル6よシ、装置
l外へ取り出される0本触媒反応は、吸熱反応であるこ
とから、反応室孔へ熱を供給しなければならない訳であ
るが、その熱源となるものは、燃焼ガスgから供給され
る熱と再生室(資)からの顕熱である。該燃焼ガスg#
′i、、反応管乙の上端nの上部空間に設けられたバー
ナー10において発生し前記空間に位置する燃焼室11
に送られ、反応管乙の上端n方向から反応管21の下端
方向に流れ、反応管4相互によって形成される通路12
及び反応管ムと反応容器2の内壁とによって形成される
通路12′を通って、燃焼ガス出口ノズル7から装置l
外へ取9出される。該燃焼ガスgの流れ方向は、反応室
9内の反応ガスの流れとけ逆方向の流れとしているが、
特にこれに限定されるものではなく、並流方式において
、本発明を実施す為ことは可能である。
前記燃焼ガス通路u 、 12’は、上下に区画され、
下側区画部分13には熱伝達率向上のためのバッキング
材料14が充填されてお夛、通路12.12’の下端近
くに設置され九支持部材す上に支持されている。本具体
例におけるバッキ/・グ材料14は、アルミナボールで
ある。再生室30社前述の如く、二重管構造をなす反応
管ムの内側管状部分であるが、この管体内が空洞の状態
でも再生室園としての機能を十分果しうるが、さらに伝
熱性能を向上させる丸めに、再生室I内に伝熱パツキン
を充填したシ、あるいは、該管にフィンを設けるなどの
伝熱効果向上のための手段を設けることも可能である。
上記具体例においては、反応管をその上端が凹面になる
ように配したことから、通常のガスバーナー、1個を用
いたとしても、反、応管の位置の相違にもかかわらず、
令反応管とも、バーナーからの火炎輻射が均等に受けら
れ、かつ反応室及び再生ことが可能となった。tた反応
管の下端も管板構造によりて、反応管上端の形成する凹
面と則し凹面を形成すること、すなわち、反応管の長さ
が同じ寸法であることから、反応管の製作費が安くなる
と共に1 リフオーマ−の規格化が可能になった。
この事は、上記バーナーを有する燃焼室の構造の簡略化
と相俟って本装置の製作コストの低減、およびメンテナ
ンスの容易性を可能にした。
さらに、反応管を固定するのに管板構造を採用すること
が可能であシ、装置−rの運転、保守が前記各公報記載
のり7オーマーより安易になると共に、装置のコンパク
ト化を可能にする。
上記具体例においては、反応管が二重管構造をなすもの
について説明し九が、本発明はこれに限定される訳では
ない。反応室と再生室とを有する管体の一端に燃焼□室
を有する構造のリフオーマ−にはすべて適用されるもの
である6例えば前記特開昭53−78983号、同53
−78992号、同53−79766号、同53−79
768号の各公報等に記載のリフオーマ−1あるいは本
願と同日出願である特許願(5)及び特許願@に記載さ
れるリフオーマ−等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
面図である。 1・・・反応装置 2・・・反応装置容器 3・・・原料ガス入口ノズル 4・・・原料ガスマニホールド 5・・・生成ガスマニホールド 6・・・生成ガス出口ノズル 7・・・燃焼ガス出口ノズル 8・・・断熱層 10・・・バーナー 11・・・燃焼室 L・・・燃焼ガス通路 12′・・・燃焼ガス通路 13・・・下側区画部分 14・・・バッキング材料 15・・・支持部材 I・・・反応室 4・・・反応管 n・・・反応管の上端 ス・・・管 板 あ・・・流出防止板 3・・・空 間 加・・・密封部 谷・・・キャップ あ・・・再生室入口 (資)・・・再生室 菊・・・触 媒 G1・・・原料ガス G鵞・・・反応生成ガス g・・・燃焼ガス 特許出願人 三井東圧化学株式会社 代理人弁理士 坂  口  信  昭 (ほか1名) 第  1  図 第  2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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、か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、該反応室で生成した反応生
    成ガスを導出させながら。 その加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
    器内に複数個の反応管を並設してなシ、骸反応管のそれ
    ぞれが前記再生室及び前記反応室を有してお夛、前記燃
    焼室が、前記反応管の一端空間に、かつその中央にバー
    ナーを備えて配置されておp、前記各反応管の上端が骸
    バーナーを基準にして熱力学的に略々均一加熱になるよ
    うな凹面鏡状に配置されておシ、かつ反応管の下端が、
    該反応管の上端が形成している前記凹面鏡状配置と略同
    −の凹面鏡状に配置されていることを特徴とする吸熱反
    応装置。
JP747482A 1982-01-22 1982-01-22 吸熱反応装置 Granted JPS58124532A (ja)

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JPH0124534B2 JPH0124534B2 (ja) 1989-05-12

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4820314A (en) * 1987-02-11 1989-04-11 International Fuel Cells Corporation Fuel cell power plant reformer
FR2898517A1 (fr) * 2006-03-17 2007-09-21 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe
FR2898518A1 (fr) * 2006-03-17 2007-09-21 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe

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WO2007118950A1 (fr) * 2006-03-17 2007-10-25 Ifp Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe
US8273314B2 (en) 2006-03-17 2012-09-25 IFP Energies Nouvelles Internal combustion exchanger-reactor for fixed bed endothermic reaction

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JPH0124534B2 (ja) 1989-05-12

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