JPS59102801A - 炭化水素の改質装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、メタン、ナフサなどの炭化水素の水蒸気改質
装置に係わり、特に反応管の熱伝達促進に好適な改質装
置に関する。

〔従来技術〕

炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応
を進行させるには外部から給熱する必要がある。そのた
め従来は、改質触媒を充てんした反応管（内径０１〜０
．１５ｍ、長さ８〜１５ｍ）を複数本収容するケーシン
グにバーナを多数取付け、そのバーナによる燃焼熱を改
質触媒層に供給していた。しかしこの構造では、装置が
大型となりその割には熱供給効率若しくは熱伝達率が悪
く、急速な起動や負荷変動には対応しきれない欠点があ
る。

更に、伝熱は炉壁から反応管への輻射によるものである
から、各反応管を均一に加熱するために各反応管の間隔
は比較的大きくなり、ちどり型配置のように炉壁からの
輻射熱を反応管が互いに辿らないような配置が必要であ
る。また反応管は炉の壁部に近接して配置する必要があ
る〇 一般に、反応管のヒートフランクスには５０、０００〜
７０．０００　ｋｃａｊ／ｍ２−ｈ必要であるが、輻射
熱に依存しているため熱効率は４０〜６０％と低い。更
に経済性の点からも、装置製作コスト及び装置運転コス
トを低減する上で、装置のコンパクト化及び熱伝達を良
くして熱効率を向上させることが重要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、伝熱面積が大きく、熱伝達の促進を行
い得るコンパクトな改質装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、本発明は炭化水素の改質装置に関
する発明であって、燃焼室、反応管及び配管からなる炭
化水素の水蒸気改質装置において、反応管を、その中心
部に廃ガス排出路を設けた５重管−円筒型構造とし、該
反応管の内外面を加熱する構造としたことを特徴とする
。

また、上記燃焼室には燃焼触媒が充てんされていること
が好ましい。

本発明においては、改質装置における反応管の熱伝達を
改善するため、反応管を６重構造に曝 し中間の管の先端は、内筒普及び外筒管が結きされて閉
じられた部分より少し離して原料及び改質ガスが折返し
て流れるようにし、更に反応管の内筒中心に排ガス管を
設ける。これにより改質触媒層は常−に外部の加熱部に
接触するため伝熱面積が大きくなる。また改質装置をコ
ンパクトにするため、燃焼室に燃焼触媒層を設け、燃料
の燃焼によって得られた燃焼熱を反応管に直接供給する
。

以下、本発明装置の一実施の態様を添付図面により、具
体的に説明する。第１図は、本発明装置の一実施の態様
を示す縦断面概髪図、第２図は、その八−Ａ線種断面図
である。また、第５図は、複数の反応管を有する本発明
改質装置の一例の縦断面概斐図、第４図は、そのＢ−Ｂ
線横断面図である。添付図面中、１は反応管、２は改質
触媒、５は燃焼触媒層、４はケーシング、５′Ｖｉ燃料
供給管、６及び７は空気供給管、８Ｖｉ燃焼廃ガス排出
管、９は原料ガス供給管、１０は改質ガス出口管、１１
け水素とメタンガスとの混合ガス（燃料）、１２け原料
ガス、１５は原料ガス予熱管、１４は改質ガス、１５け
反応管の外筒、１６は反応管の中筒、１７け反応管の内
筒、１８は燃料集会供給管、１９Ｖｉ廃ガス集ば排出管
、２０は廃ガスを意味する。

第１図において、反応管１は５重管−円筒型構造を有し
ており、その内部にアルミナ−ニッケル系の改質触媒２
が充てんされ、反応管の外部にアルミナ−白金系の燃焼
触媒が充てんされ燃焼触媒層５が形成されている。改質
装置のケーシング４には、反応管１のほかに、燃料供給
管５、空気供給管６．７及び燃焼廃ガス排出管８が取付
けられている。ケーシング４の上部には炭化水素と水蒸
気が混合された原料ガス供給管９及び改質ガス出口管１
０が設けられている。

装置の起動は５００℃に予熱した空気を空気供給管６及
び７より供給し、燃焼触媒層５の温度を約２５０′Ｃま
で加熱したのち、水素とメタンガスとの混合ガス（燃料
）１１を燃料供給管５より燃焼触媒層に供給して燃焼反
応を開始する。その後反応管中の改質触媒を５００〜８
５０℃に加熱し、例えばメタンと水蒸気からなる原料ガ
ヌ１２を原料ガス供給管９、原料ガス予熱管１５を経て
改質触媒層に送る。原料メタンは改質され、水素、−酸
化炭素、二酸化炭素などからなる改質ガス１４が生成す
る。改質ガスは改質ガス出口管１０を経て回収される。

改質触媒層は外周部全体が軸方向にラセン状に小孔を有
し、その箇所の必要熱量に応じて燃料噴出量を可変でき
る燃料供給管５を有する燃焼触媒層で覆われ、熱伝達が
直接的でムラのない均一な温度分布となるよう工夫され
ており、しかも原料ガヌの流れと燃焼廃ガスの流れとが
反応管１の伝熱面を挟んで向流となるため更に熱伝達の
効率がよい。本発明の熱伝達の効率は通常のバーナ燃焼
の場きより数倍高い。

反応管の構造を５重管構造にしているため原料ガスは反
応管の内筒部での改質反応を終えたのち、更に、折返し
、反応管の外筒部に導かれ反応平衡に必要な温度域で改
質されるため原料メタンの改質率は大幅に向上する。

また反応管及びケーシングの上部において、原料ガス１
２が改質ガスの顕熱で予熱されるよう、２重管構造にな
っている。外管を８０００の改質ガスが通るとき内管を
通る原料ガスは４００℃まで予熱される。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の装置を実施例により、数値を挙げて更に
具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるも
のではない。

実施例 反応管は管径２０７ｍの内筒１７．２６７ｊ１１の中筒
１６．５２６１ＥＩの外筒１５からなり、長さ８００ｍ
で、反応管に約５０１の改質触媒を充てんした。ケーシ
ングの寸法は内径４５０１１、長さ１．０００　ｗｔで
内部に白金−アルミナ系燃焼触媒５０ｔとアルミナ粒子
７ｍｊとを混合して充てんした。

燃焼用空気を空気供給管６及び７よりそれぞれ１９ＮＴ
ｎ３／ｈずつ添入触媒層に供給し、燃料供給管５からメ
タン１．８Ｎｍ３／ｈ及び水素７．４　Ｎ　ｍ３／１１
を供給し、改質触媒層の湯度を５００〜８００Ｃに保持
した。原料ガス１２は９．４　Ｎｍ”／ｈのメタンと５
２１Ｃ９／ｈの水蒸気からなり、あらかじめ２５０Ｃに
予熱して原料ガス供給管９から反応管１に供給した。改
質反応は圧力９　ａｔａで行い、反応管出口ガス温度を
８００℃に保持した。改質ガス１４は水素２６．４　Ｎ
ｍ３／ｈ、二酸化炭素４、０　Ｎｎ３／ｈ、−酸化炭素
ｓ、　ｌＮｍ３／ｈであった。

次に、本発明の実施例と壁管反応管を用いバーナ加熱法
による従来例との性能比較を、同一操作条件で行った場
合について第１表知示す。

第　　１　　表 注１） Ｆｒ（ＬＶｒ）＋Ｆｆ（ＬＶｆ） ここで、ＮＨ２は生成水素量（Ｎ７＋３１、ＬＨ２は水
素の低位発熱量（ｋｃａｔ／Ｎｍ３）、Ｆｒけ原料ガス
量（ＮｍＪ、ＬＶｒＶｉ原料ガスの低位発熱量、　Ｆｔ
は燃料ガス量（Ｎｍ３）、Ｌｖｉ’は燃料ガスの低位発
熱量（ｋｃａｔ／Ｎｍ３１である。

第１表に示すように、反応管の構造を５重管−円筒型に
し、内外面を加熱することにより伝熱面積が増す。伝熱
面は燃焼触媒層と接するため熱伝導が促進され（触媒燃
焼方式での伝熱係数５００　ｋｃａｔ／ｍ２・ｂ−Ｃ、
バーナ方式での伝熱係数２００ｋＣａｔ／ｒｎ２・ｈ・
℃）、従来方式（Ｄ　ｊ　ウニ炉壁からの輻射熱を反応
管が互いにさえぎらないように反応管を配置する必要が
ないため改質装置の容積が小さく、装置のコンパクト化
が可能となる。

また原料ガスの予熱には改質ガスの顕熱を活用している
ので、燃料消費量を低減させる上で有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、５重管−円筒型反応管の内外面を加熱
できるので砥位反応容量当りの伝熱面積が大きくなると
共に、触媒燃焼室加熱方式を用いているので熱伝達の促
進及び装置のコンパクト化を図ることができるという顕
著な効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施の態様を示す縦断面概要図
、第２図はその八−入線横断面図、第５図Ｖｉ複数の反
応管を有する本発明改質装置の一例の縦断面概要図、第
４図はそのＢ−Ｂ線種断面図である。 １：反応管、２：改質触媒、５：燃焼触媒層、４：ケー
シング、５：燃料供給管、６及び７：空気供給管、８：
燃焼廃ガス排出管、９：原料ガス供給管、１０：改質ガ
ス出口管、１１：燃料、１２：原料ガス、１５：原料ガ
ス予熱管、１４：改質ガス、１５：反応管の外筒、１６
：反応管の中筒、１７：反応管の円筒、１Ｂ＝燃料集ば
供給管、１９：廃ガス集自排出管、２０：廃ガス。 特許出願人　　株式会社　日立製作所 代　理　　人　　　　中　　本　　　　　末弟１図 番 第　２　口 ／ｂ１５ 第３図 ／ツ 第η図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　燃焼室、反応管及び配管からなる炭化水素の水蒸
   気改質装置において、反応管を、その中心部に廃ガス排
   出路を、設けた５重管−円筒型構造とし、該反応管の内
   外面を加熱する構造としたことを特徴とする炭化水素の
   改質装置。 ２、　該燃焼室には燃焼触媒が充てんされている特許請
   求の範囲第１項記載の炭化水素の改質装置。