JPS60248230A - 触媒燃焼式反応器 - Google Patents
触媒燃焼式反応器Info
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- JPS60248230A JPS60248230A JP10623984A JP10623984A JPS60248230A JP S60248230 A JPS60248230 A JP S60248230A JP 10623984 A JP10623984 A JP 10623984A JP 10623984 A JP10623984 A JP 10623984A JP S60248230 A JPS60248230 A JP S60248230A
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- JP
- Japan
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- combustion
- fuel
- reaction tube
- combustion section
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
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。
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、触媒燃焼式反応器に関し、特に触媒燃焼法に
よる炭化水素類の改質反応装置等のような、吸熱反応ゾ
ーンを有する反応器の反応効率の向上と装置の小型化を
可能にした触媒燃焼式反応器に関するものである。
よる炭化水素類の改質反応装置等のような、吸熱反応ゾ
ーンを有する反応器の反応効率の向上と装置の小型化を
可能にした触媒燃焼式反応器に関するものである。
(発明の背景)
炭化水素の改質は、第1表に示すように炭化水素(例え
ばナフサ)を750〜850℃、1〜IO気圧で触媒(
例えば白金−アルミナ等)と接触させて熱分解させるも
のである。
ばナフサ)を750〜850℃、1〜IO気圧で触媒(
例えば白金−アルミナ等)と接触させて熱分解させるも
のである。
第1表
このような炭化水素の分解反応は吸熱反応であり、出口
ガス温度800℃、圧力2.2 kg/ c+J gの
操作条件で、原料CH41kg−m o I!/ h当
り、78.000kca//hの吸熱量が必要である。
ガス温度800℃、圧力2.2 kg/ c+J gの
操作条件で、原料CH41kg−m o I!/ h当
り、78.000kca//hの吸熱量が必要である。
この熱量は、第1図に示すように反応部の長手方向に均
一に吸収されるのではなく、ヒートフラックスとして図
示したように反応開始部に集中している。
一に吸収されるのではなく、ヒートフラックスとして図
示したように反応開始部に集中している。
第2図は、従来の炭化水素改質反応器の典型例を示す断
面図である。原料は原料ノズル1から上部チャンネル2
へ入り、反応外管3を通って反応内管4を通って出口ノ
ズル5から器外へ排出される。この反応外管3と反応内
管4とのすき間には改質触媒6が充填されており、この
層を原料が通る間に反応熱を受け、反応が進行する。一
方、反応器底部には燃焼部8が形成され、該燃焼部8に
は予混合された必要な(熱バランス上)燃料と空気が燃
料ノズル7を通して供給され、ここで全量が燃焼し、発
熱する。生成した高温燃焼ガスは反応外管3の外側を通
り、内管4の原料に反応熱を与え、燃焼ガス出口ノズル
9がら器外へ排出される。
面図である。原料は原料ノズル1から上部チャンネル2
へ入り、反応外管3を通って反応内管4を通って出口ノ
ズル5から器外へ排出される。この反応外管3と反応内
管4とのすき間には改質触媒6が充填されており、この
層を原料が通る間に反応熱を受け、反応が進行する。一
方、反応器底部には燃焼部8が形成され、該燃焼部8に
は予混合された必要な(熱バランス上)燃料と空気が燃
料ノズル7を通して供給され、ここで全量が燃焼し、発
熱する。生成した高温燃焼ガスは反応外管3の外側を通
り、内管4の原料に反応熱を与え、燃焼ガス出口ノズル
9がら器外へ排出される。
第3図は、このような従来の反応器内の温度分布を示す
ものであるが、燃料は底部燃焼部で全量、燃焼するため
原料ガス温度T1は顕然加熱部で燃焼ガスとなり、その
燃焼ガス温度T3は1,2゜0℃に達するが、対向流に
流れる間に吸熱を与えるため、徐々に温度が下がり、8
00 ’c以下となって器外へ出る。この燃焼ガス温度
の低下勾配は反応側吸熱に依存する。
ものであるが、燃料は底部燃焼部で全量、燃焼するため
原料ガス温度T1は顕然加熱部で燃焼ガスとなり、その
燃焼ガス温度T3は1,2゜0℃に達するが、対向流に
流れる間に吸熱を与えるため、徐々に温度が下がり、8
00 ’c以下となって器外へ出る。この燃焼ガス温度
の低下勾配は反応側吸熱に依存する。
しかしながら、このような従来の反応器では下記のよう
な欠点がある。
な欠点がある。
(1)燃焼部で全量燃焼を行なうため、1.200℃の
高温となり、燃焼触媒自身が熱劣化をきたす。
高温となり、燃焼触媒自身が熱劣化をきたす。
(2)燃焼ガス温度T3が流れに従って低下し、反応ガ
スとの温度差が小さくなり、伝熱性能が低下する。その
ため、伝熱面積が大となり、装置が大型化する。
スとの温度差が小さくなり、伝熱性能が低下する。その
ため、伝熱面積が大となり、装置が大型化する。
(3)吸熱量に見合った燃焼コントロールが困難であり
、反応効率(反応量/触媒量)が低い。
、反応効率(反応量/触媒量)が低い。
次に、第4図は、従来の他の反応器の例を示すもので、
空気ノズル10を反応器の上部に、および燃料ノズル1
2を反応器の長手方向に多段に設け、燃焼ガスを下部ノ
ズル13から排出するようにしたものである。燃焼用空
気は空気ノズル1゜から反応管外側の燃焼触媒充填層1
1へ全量が供給される。一方、燃料は燃焼触媒充填層1
1の長手方向に多段(この場合は4段)に設けた燃料ノ
ズル12から供給され、燃焼し、発熱する。燃焼ガスは
反応部へ熱を与え、燃焼ガスノズル13から器外へ出る
。
空気ノズル10を反応器の上部に、および燃料ノズル1
2を反応器の長手方向に多段に設け、燃焼ガスを下部ノ
ズル13から排出するようにしたものである。燃焼用空
気は空気ノズル1゜から反応管外側の燃焼触媒充填層1
1へ全量が供給される。一方、燃料は燃焼触媒充填層1
1の長手方向に多段(この場合は4段)に設けた燃料ノ
ズル12から供給され、燃焼し、発熱する。燃焼ガスは
反応部へ熱を与え、燃焼ガスノズル13から器外へ出る
。
第5図にこの反応器内の温度分布を示したが、燃料の各
段供給口で燃焼ガス温度が急激に上昇することが分る。
段供給口で燃焼ガス温度が急激に上昇することが分る。
この装置は、前記第2図の装置に較べ、伝熱性能および
反応効率(前述の(2)、(3))の点では改良されて
いるが、更に下記の欠点がある。
反応効率(前述の(2)、(3))の点では改良されて
いるが、更に下記の欠点がある。
(1)燃料分割供給点での局部的な燃焼が発生し、燃焼
触媒の局部的な熱劣化をきたす。
触媒の局部的な熱劣化をきたす。
(2)燃焼部での燃焼ガス温度の上下幅が大きく、反応
部への熱の供給がアンバランスとなり反応効率の低下を
きたす。
部への熱の供給がアンバランスとなり反応効率の低下を
きたす。
(3)(2)を解決するためには、燃料ノズル12を更
に多数設置することが必要となり、装置が大型かつ複雑
化する。
に多数設置することが必要となり、装置が大型かつ複雑
化する。
(発明の目的)
本発明の目的は、前述の従来技術の欠点をなくし、反応
効率の向上、伝熱性能の向上および燃焼触媒の保護を可
能とする触媒燃焼式反応器を提供することにある。
効率の向上、伝熱性能の向上および燃焼触媒の保護を可
能とする触媒燃焼式反応器を提供することにある。
(発明の概要)
本発明は、底部燃焼部と反応管廻り燃焼部に触媒燃焼部
と分け、燃料の分流比率を予め選定し、改質反応に必要
な熱量を効果的に供給することを可能とすると共に、燃
焼触媒の保護と反応伝熱性能を向上するものである。
と分け、燃料の分流比率を予め選定し、改質反応に必要
な熱量を効果的に供給することを可能とすると共に、燃
焼触媒の保護と反応伝熱性能を向上するものである。
すなわち、本発明は、反応内管と反応外管からなる反応
管部と、該反応内管と反応外管の間に設けられた触媒充
填層からなる反応管廻り燃焼部と、その下部に設けられ
た触媒充填部からなる底部燃焼部と、該反応管廻り燃焼
部と該底部燃焼部にそれぞれ燃料を供給する手段と、該
底部燃焼部に過剰の燃焼用空気を供給する手段と、原料
を前記反応管部に供給して反応させた後、生成ガスを反
応内管を通して器外へ排出する管路とを備え、前記反応
管廻り燃焼部は燃料を多段に分割供給する管路および各
管路の流量制御弁を有し、かつ燃料を底部燃焼部と反応
管廻り燃焼部に予め定められた分流比率で供給し、かつ
反応管廻り燃焼部の各段に供給される燃料は反応器の吸
熱反応分布に見合った量となるように制御する燃料流量
制御装置を有することを特徴とする。
管部と、該反応内管と反応外管の間に設けられた触媒充
填層からなる反応管廻り燃焼部と、その下部に設けられ
た触媒充填部からなる底部燃焼部と、該反応管廻り燃焼
部と該底部燃焼部にそれぞれ燃料を供給する手段と、該
底部燃焼部に過剰の燃焼用空気を供給する手段と、原料
を前記反応管部に供給して反応させた後、生成ガスを反
応内管を通して器外へ排出する管路とを備え、前記反応
管廻り燃焼部は燃料を多段に分割供給する管路および各
管路の流量制御弁を有し、かつ燃料を底部燃焼部と反応
管廻り燃焼部に予め定められた分流比率で供給し、かつ
反応管廻り燃焼部の各段に供給される燃料は反応器の吸
熱反応分布に見合った量となるように制御する燃料流量
制御装置を有することを特徴とする。
(発明の実施例)
第6図は、本発明の一実施例を示す触媒燃焼式反応器の
断面図である。図において、原料と水蒸気は原料ノズル
14がら上部チャンネル15へ入り、反応外管16を通
り、次いで反応内管17を通ってヘッダー18へ集合し
た後、出口ノズル19から器外へ出る。反応外管16と
反応内管17とのすき間には改質触媒2oが充填されて
おり、原料と水蒸気はこの改質触媒2oの層を通過する
間に反応熱を受け、第1表に示すようなガス組成が得ら
れる。一方、燃焼部は底部燃焼部21と反応管廻り燃焼
部22に分けられている。燃焼用空気は、供給全燃料量
に見合った量が空気ノズル22から底部燃焼部22へ全
量供給される。燃料は底部燃焼部21と反応管廻り燃焼
部22に供給され、反応管廻り燃焼部は分岐量を通して
更に分割供給される。先ず底部燃焼部21には予め設定
された比率(20〜50%)で底部燃料ノズル23から
燃料が供給される。この供給流量は流量制御弁24によ
り自動調節される。底部燃焼部21には燃焼用空気が全
量供給されて空気大過剰の条件で燃焼し、燃料の燃焼に
よる発熱は燃焼用空気の顕熱加熱に費やされるため、燃
焼温度を好適な温度に保つことができる。また残りの燃
料(50〜80%)は、反応管廻り燃焼部22の3〜6
ケ所の任意の個所に分割供給される。この分割供給の割
合は、吸熱ゾーンの分布に合わせて予め設定しておき、
この設定値になるように、流量制御弁25a、25b、
25cによって調節される。更に、この流量制御弁25
a、25b、25cを、負荷変動、操作条件変動および
原料変動に備え、生成ガス流体温度を測定し、この測定
値に応じてマイクロコンピュータ−26により、予めプ
ログラミングされた条件に合わせて各々の流量比率を算
出し、制御することにより安定かつ効率的な燃焼を行な
うことができる。更に、反応管廻り燃焼部22において
、燃料供給口部での燃焼熱も、燃焼ガスの顕熱の上昇に
費やされるため、異常な高温となることはない。
断面図である。図において、原料と水蒸気は原料ノズル
14がら上部チャンネル15へ入り、反応外管16を通
り、次いで反応内管17を通ってヘッダー18へ集合し
た後、出口ノズル19から器外へ出る。反応外管16と
反応内管17とのすき間には改質触媒2oが充填されて
おり、原料と水蒸気はこの改質触媒2oの層を通過する
間に反応熱を受け、第1表に示すようなガス組成が得ら
れる。一方、燃焼部は底部燃焼部21と反応管廻り燃焼
部22に分けられている。燃焼用空気は、供給全燃料量
に見合った量が空気ノズル22から底部燃焼部22へ全
量供給される。燃料は底部燃焼部21と反応管廻り燃焼
部22に供給され、反応管廻り燃焼部は分岐量を通して
更に分割供給される。先ず底部燃焼部21には予め設定
された比率(20〜50%)で底部燃料ノズル23から
燃料が供給される。この供給流量は流量制御弁24によ
り自動調節される。底部燃焼部21には燃焼用空気が全
量供給されて空気大過剰の条件で燃焼し、燃料の燃焼に
よる発熱は燃焼用空気の顕熱加熱に費やされるため、燃
焼温度を好適な温度に保つことができる。また残りの燃
料(50〜80%)は、反応管廻り燃焼部22の3〜6
ケ所の任意の個所に分割供給される。この分割供給の割
合は、吸熱ゾーンの分布に合わせて予め設定しておき、
この設定値になるように、流量制御弁25a、25b、
25cによって調節される。更に、この流量制御弁25
a、25b、25cを、負荷変動、操作条件変動および
原料変動に備え、生成ガス流体温度を測定し、この測定
値に応じてマイクロコンピュータ−26により、予めプ
ログラミングされた条件に合わせて各々の流量比率を算
出し、制御することにより安定かつ効率的な燃焼を行な
うことができる。更に、反応管廻り燃焼部22において
、燃料供給口部での燃焼熱も、燃焼ガスの顕熱の上昇に
費やされるため、異常な高温となることはない。
第7図は、第6図の反応器を用いて改質を行ったときの
温度パターンを示す図であるが、従来技術に較べ、異常
な高温ゾーンはなく、かつ燃焼ガスと反応ガスとの温度
差(T3 Tl)も大きく、吸熱ゾーンへの熱の供給も
最大限に供給できることが分る。また、ヒートフランク
ス温度分布(T2)に沿った燃焼ガス温度分布T3が得
られており、改質反応器として最適なものであることが
分る。
温度パターンを示す図であるが、従来技術に較べ、異常
な高温ゾーンはなく、かつ燃焼ガスと反応ガスとの温度
差(T3 Tl)も大きく、吸熱ゾーンへの熱の供給も
最大限に供給できることが分る。また、ヒートフランク
ス温度分布(T2)に沿った燃焼ガス温度分布T3が得
られており、改質反応器として最適なものであることが
分る。
本発明は、炭化水素の改質反応器のみならず、吸熱反応
分布を有する反応に用いる種々の反応器にも同時に通用
することができる。
分布を有する反応に用いる種々の反応器にも同時に通用
することができる。
(発明の効果)
本発明によれば、下記の優れた効果が得られる。
(1)高温燃焼部がな(なるので、燃焼触媒の熱劣化の
心配がなくなる。
心配がなくなる。
(2)燃焼ガスは反応ガスの温度差が大きいため、伝熱
性能が向上し、装置を小形化することができる。
性能が向上し、装置を小形化することができる。
(3)吸熱反応部へ効果的に反応熱を供給することがで
き、反応効率(反応量/触媒量)が向上する。
き、反応効率(反応量/触媒量)が向上する。
(4)燃料分割流量制御によってゾーンコントロールが
可能となり、生成ガス組成変動がない安定した反応制御
が可能である。
可能となり、生成ガス組成変動がない安定した反応制御
が可能である。
第1図は、通電の反応ガス温度パターンとヒートフラン
クスを示す図、第2図は、従来の反応器の一例を示す説
明図、第3図は、従来の反応器における温度パターンを
示す図、第4図は、従来の反応器の他の例を示す説明図
、第5図は、従来の反応器における温度パターンを示す
図、第6図は、本発明の一実施例を示す反応器の説明図
、第7図は、本発明の反応器における温度パターンの一
例を示す図である。 14・・・原料ノズル、15・・・上部チャンネル、1
6・・・反応外管、17・・・反応内管、18・・・ヘ
ッダー、19・・・出口ノズル20・・・改質触媒、2
1・・・底部燃焼部、22・・・反応管廻り燃焼部、2
3・・・底部燃料ノズル、24・・・底部流量制御弁、
25a、25b125c・・・分割流量制御弁、26・
・・マイコン。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第1詠1
クスを示す図、第2図は、従来の反応器の一例を示す説
明図、第3図は、従来の反応器における温度パターンを
示す図、第4図は、従来の反応器の他の例を示す説明図
、第5図は、従来の反応器における温度パターンを示す
図、第6図は、本発明の一実施例を示す反応器の説明図
、第7図は、本発明の反応器における温度パターンの一
例を示す図である。 14・・・原料ノズル、15・・・上部チャンネル、1
6・・・反応外管、17・・・反応内管、18・・・ヘ
ッダー、19・・・出口ノズル20・・・改質触媒、2
1・・・底部燃焼部、22・・・反応管廻り燃焼部、2
3・・・底部燃料ノズル、24・・・底部流量制御弁、
25a、25b125c・・・分割流量制御弁、26・
・・マイコン。 代理人 弁理士 川 北 武 長 第1詠1
Claims (1)
- (1)反応内管と反応外管からなる反応管部と、該反応
内管と反応外管の間に設けられた触媒充填層からなる反
応管廻り燃焼部と、その下部に設けられた触媒充填部か
らなる底部燃焼部と、該反応管廻り燃焼部と該底部燃焼
部にそれぞれ燃料を供給する手段と、該底部燃焼部に過
剰の燃焼用空気を供給する手段と、原料を前記反応管部
に供給して反応させた後、生成ガスを反応内管を通して
器外へ排出する管路とを備え、前記反応管廻り燃焼部は
燃料を多段に分割供給する管路および各管路の流量制御
弁を有し、かつ燃料を底部燃焼部と反応管廻り燃焼部に
予め定められた分流比率で供給し、かつ反応管廻り燃焼
部の各段に供給される燃料は反応器の吸熱反応分布に見
合った量となるように制御する燃料流量制御装置を有す
ることを特徴とする触媒燃焼式反応器。 (2、特許請求の範囲第1項において、燃料流量制御弁
は、底部燃焼部に供給する燃料の流量制御弁と、反応管
廻り燃焼部の分割流路に供給する各流量制御弁とを有し
、燃料流量制御装置は、反応器の負荷変動、操作条件変
動、原料変動に見合って、生成ガス流体温度を検出し、
予めプログラミングされたマイクロコンピュータ−によ
り、演算信号を発し、前記各部の燃料流量を制御するも
のであることを特徴とする触媒燃焼式反応器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10623984A JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10623984A JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60248230A true JPS60248230A (ja) | 1985-12-07 |
JPH0421536B2 JPH0421536B2 (ja) | 1992-04-10 |
Family
ID=14428562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10623984A Granted JPS60248230A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 触媒燃焼式反応器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60248230A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63230502A (ja) * | 1987-03-03 | 1988-09-27 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 水素を製造するのに適した装置及び方法 |
JPH0271834A (ja) * | 1987-08-27 | 1990-03-12 | Toyo Eng Corp | 水蒸気改質装置 |
JPH03120537U (ja) * | 1990-03-23 | 1991-12-11 | ||
JP2006282454A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Osaka Gas Co Ltd | 合成ガスの製造方法及び装置 |
JP2012113931A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池用補助器および燃料電池 |
JP2015174808A (ja) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070240454A1 (en) | 2006-01-30 | 2007-10-18 | Brown David P | Method and apparatus for continuous or batch optical fiber preform and optical fiber production |
-
1984
- 1984-05-25 JP JP10623984A patent/JPS60248230A/ja active Granted
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63230502A (ja) * | 1987-03-03 | 1988-09-27 | シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ | 水素を製造するのに適した装置及び方法 |
JPH0271834A (ja) * | 1987-08-27 | 1990-03-12 | Toyo Eng Corp | 水蒸気改質装置 |
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JP2012113931A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料電池用補助器および燃料電池 |
JP2015174808A (ja) * | 2014-03-17 | 2015-10-05 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0421536B2 (ja) | 1992-04-10 |
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