JPS61275103A

JPS61275103A - 改質装置

Info

Publication number: JPS61275103A
Application number: JP11594985A
Authority: JP
Inventors: Isao Fujii; 勲藤井; Osao Okamura; 岡村　長生
Original assignee: JAPAN FUEL TECHNOL CORP; Toshiba Corp
Current assignee: JAPAN FUEL TECHNOL CORP; Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-12-05

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】［発明の技術分野］本発明は原料ガスを水蒸気改質して改質ガスを得る改質
装置の改良に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］一般に使用されている改質装置の構造について第４因を
参照して説明する。図において改質装置は、バーナ２へ
燃焼ガスと燃焼用空気とを送り込んで燃焼室３において
燃焼させ、この燃焼により生じた加熱流体は加熱流路４
を通り排ガス出口５より外部へ排出される。そしてこの
燃焼熱により、改質器容器１の内部に配設した複数本の
改質管６を加熱する。

一方改質管６の内部には、上記燃焼ガス加熱流路４とは
完全に隔離して改質ガスの流路が設けられる。原料ガス
入口管７から水蒸気とともに流入した原料ガスは、改質
管６の内壁に設けられかつ目皿１２により支持された改
質触媒層８の内部を流れて上昇し、上端で逆向きに方向
転換して改質触媒層８とセンタプラグ９との間に形成さ
れるリターンバス１０を流れて改質ガス出口管１１から
流出する。そして、この改質触媒層８の内部を上昇する
間に原料ガスは化学反応が生じて改質される。

例えば、原料ガスとして天然ガスを水蒸気とともに流入
させ改質触媒層８で加熱することにより、次のような化
学反応式によって水素と一酸化炭素に改質される。

ＣＨ４＋８２０−＋３８２十ＣＯこの反応は吸熱反応であり、反応するガスの濃度は７５
０℃〜８００℃であるので、反応を継続させるためには
改質触媒層８をこの温度に持続する必要がある。そして
どのような改質装置においても、かかる改質を行なわせ
るために改質触媒層８の温度を改質反応温度に保つこと
は重要なことである。

上述した改質装置においては、改質触媒層８の温度を改
質反応温度に加熱するために、改質管６周囲の燃焼ガス
の温度としては１２００℃〜１５００℃程度のものが必
要となることから、この燃焼ガスによって改質管６はそ
の頂部の最高温度が約１０００℃に加熱されることにな
る。そのため通常は、改質管６の頂部管壁に濃度検出用
の熱電対を取付けて、この管頂部管Ｗｍ度を一定に保つ
ように燃焼ガスの量を調節するようにしている。そして
このとき、改質管６内部の改質触媒層８は改質反応を伴
いながら７５０℃〜８００℃の１度に保持されることに
なる。第５図（ａ）は、この場合の管頂部付近の温度分
布を示したものである。図において、下側には改質管６
の半径方向の位置を示し、上側には当該位置における濃
度を示しており、縦軸には濃度をまた横軸には管内外周
囲の位置を夫々とっている。。

ところで、上述したような従来の改質装置における問題
点は、改質管６の濃度を非常に高温としなければならな
いことである。しかも、改質管６が管内側の改質ガスと
管外側の燃焼ガスとの境界を形成していることから、改
質管６を耐熱性に優れた材料から形成する等の十分な設
計寿命を満足するように設計することが必要である。ま
た、内部の改質ガスと内部の燃焼ガスとはその圧力が異
なり、しかも夫々の圧力変動の可能な範囲で設計しなけ
ればならない。−例をあげると、管内部が７に９／ａｌ
、管外部が！ＩＩＦ／ｄであれば、管外圧が５υ／ａＪ
で内部圧がＯＫｇ／ａＩの場合、外圧が５　Ｋｇ　／　
ｃｉで内圧がＯＫｇ／ｄである場合に破損しないような
管の肉厚としなければならない。

しかしながら、このような設計を行なうと管の肉厚が非
常に厚くなって管内外の熱の通過率が低下し、管頂部外
壁で１０００℃程度の濃度に保持しても管内部の改質触
媒層８の温度を改質反応温度７００℃〜８００℃に保つ
ことができなくなる。

一方前述の実例の場合にも、改質管６の内外は電気的に
差圧を一定に制御し、さらにその上に差圧安全弁などを
改質装置に接続される配管に取付ける答の配慮が必要で
ある。これは、改質管６の使用温度が非常に高いのでそ
の材料の許容応力が低下してしまうためである。

以上のように、最終目的としては改質管６内部の改質触
媒層８の温度を改質が行なわれる温度に加熱すればよい
のであるが、従来のものでは改質触媒層８の加熱を改質
管６の外側から燃焼ガスで加熱することにより行なって
いるために、改質管６の使用温度が非常に高くなってし
まう。一方、改質管は一般的に耐熱合金鋳造管で作られ
るが、使用温度が４７０℃を超えると高温クリープによ
る管の寿命がその応力で決まるため、かかる応力を軽減
するか若しくは短寿命を覚悟して取替えを実施するかの
対策をとることが必要となる。

［発明の目的］本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は改質触媒層の加熱を改質管の外部から
行なわずに内部発熱によって行ない改質管の使用温度を
異常に上昇させることなく改質反応を効率よく行なうこ
とが可能な安全性が高くしかも長寿命の改質装置を提供
することにある。

［発明の概要］上記目的を達成するために本発明では、導電性物質と触
媒粒子とから形成される改質触媒層の外周側に不良導体
材料からなる断熱層を設けて改質管を構成し、かつこの
改質管の外側を不良導体材料からなる改質器容器で密閉
し、上記改質器容器の外側に導電コイルを設け、上記改
質管の一方側から原料ガスを流入させさらにこれを上記
改質触媒層を通して他方側から流出させる構成とし、上
記導電コイルに高周波電流を通電する高周波電流印加手
段を備えるか、または導電性物質と触媒粒子とから形成
される改質触媒層の外周側に良導体材料からなる断熱層
を設けて改質管を構成し、かつこの改質管の外側を一定
の間隔を隔てて良導体材料からなる改質器容器で密閉し
、上記改質管と改質器容器との間に導電コイルを設け、
上記改質管の一方側から原料ガスを流入させざらにこれ
を上記改質触媒層を通して他方側から流出させる構成と
し、上記導電コイルに高周波電流を通電する高周波電流
印加手段を備え、導電コイルに高周波電流を流して導電
性物質に渦電流を発生させて加熱することにより改質触
媒層を改質に必要な温度に加熱するようにしたことを特
徴とする。

［発明の実施例］以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図は、本発明による改質装置の構成例を断面図にて
示したもので、第４図と同一部分には同一符号を付して
示している。なお、図では一つの改質装置の構成につい
て示しているが、実際には同一構成の改質装置を複数個
配設して改質装置全体を構成しているものである。

因において、加熱に必要な粒状の導電性物質１３と改質
に必要な触媒粒子１４とを混在させて改質触媒層１５を
形成し、この改質触媒１１１５の外周側に不良導体材料
からなる断熱１１６を設けて改質管１８を構成し、かつ
この改質管１８の外側を不良導体材料からなる改質器容
器１７で密閉している。また、上記改質器容器１７の外
側には不良導体材料からなる断熱材１９を介して渦巻状
に導電コイル２０を巻装している。さらに、上記改質管
１８の一端側から原料ガス入口管７を介して原料ガスを
流入させ、これを上記改質触媒層１５を通して他端側か
ら改質ガス出口管１１を介して流出させる構成としてい
る。さらにまた、上記導電コイル２０にはこれに高周波
電流を通電する高周波電流印加手段としての高周波電流
発生器２１を接続している。なお、上記導電コイル２０
はそれ自体が電流によって加熱することから、図示の如
く内部に冷却パス２２を埋設して冷却媒体を流すように
している。

なお、上記において改質器容器１７、断熱層１６、断熱
材１９は電気の不良導体材料から形成し、例えば改質器
容器１７はグラスファイバあるいはアルミナ等から形成
する。また粒状の導電性物質１３としては、例えばイン
コネル、タングステン等の合金あるいはグラファイトも
しくは炭化ケイ素等の粒子をアルミナなどで被覆したも
のを用いる。

かかる如く構成した改質装置においては、粒子状の導電
性物質１３と触媒粒子１４とから形成される改質触媒層
１５の外周側に断熱層１６を設けて改質管１８を構成し
、さらにその外側を密閉する改質器容器１７の外側に設
けられた導電コイル２０に、高周波電流発生器２１から
高周波電流を流すことにより、断熱層１６内部に設けた
粒子状の導電性物質１３に電磁誘導によって渦電流が発
生する。そして、この渦電流で粒子状の導電性物質１３
が加熱することにより、改質触媒層１５が改質に必要な
温度に加熱される。その結果、原料ガス入口管７から流
入してこの改質触媒層１５中を通過する原料ガスは、前
述した化学反応により改質して改質ガスが得られること
になる。

この場合、本構成の改質装置は改質触媒層の加熱を従来
のように改質管の外部から間接的に行なうのではなく、
断熱層１６内部の改質触媒層１５を電磁誘導によって直
接的に内部発熱することになるので、改質管１８は従来
のように高温にさらされることがなくなる。第５図（ｂ
）は、この場合の改質管頂部付近の温度分布を従来の場
合とともに示したものである。図から、改質触媒層１５
の濃度は双方ともに７５０℃〜８００℃になっているが
、従来のものでは改質触媒層以外の改質管温度も高くな
っているのに比べて、本実施例によるものでは改質触媒
層１５以外の温度分布は低くなっていることがわかる。

以上のことから、本実施例では改質管１８は低濃度で使
用できるので、その材料としては耐熱性のものを用いな
くとも済むことになる。この結果、高温による改質管の
破損等がなくなり、改質装置としてその寿命が長くなり
しかも安全性をも十分に確保することが可能となる。ま
た、従来のものでは改質管頂部付近の温度が非常に高温
となるため、この頂部に鏡板を付けて中央のセンタプラ
グとその内側管の闇に設けたリターンバスを通して帰還
するようにしているから構成が複雑となっていたが、本
実施例のものでは上記の如く改質管頂部付近の温度が高
温とはならないので、管内部をわざわざ複雑にしてリタ
ーンバスを設ける必要がなく、ガスを管の一方側から流
入させて他方側から流出させるという極めて簡単な構成
で十分なものとなる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。

（ａ）　　上記実施例では、改質触媒層１５を粒状の導
電性物質１３と触媒粒子１４とを混在させて形成するよ
うにしたが、これに限らず例えば第２図に示すように、
導電性物質１３をコイル状に形成してこれを触媒粒子１
４中に埋設して改質触媒層１５を形成するようにしても
よいものである。

（ｂ）　　上記実施例では、改質触媒層１５を粒状の導
電性物質１３と触媒粒子１４とを混在させて形成するよ
うにしたが、これに限らず粒状の導電性物質のまわりを
触媒作用物質により包含してなる触媒粒子により改質触
媒層を形成するようにしてもよいものである。

（Ｃ）　　上記実施例では、改質器容器１７を不良導体
材料で形成し、かつこの改質器容器１７の外側に導電コ
イル２０を設けたが、これに限らず例えば第３図に示す
ように、改質器容器１７を金属や合金等の良導体材料で
形成し、かつこの改質器容器１７内側の、不良導体材料
からなる断熱層１６と断熱材１９との間に一定の間隔を
隔てて導電コイル２０を設けて改質装置を構成するよう
にしても、前述と同様の作用効果を得ることができるも
のである。なお本実施例の場合、実際には第３図と同一
構成の改質管１８を１個の改質器容器１７の内部に複数
本配設して改質装置全体を構成しているものである′。

（ｄ）　　上記第３図の構成の実施例においても、上記
（ａ）および（ｂ）項の思想を適用することができるも
のである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

［発明の効果〕以上説明したように本発明によれば、導電性物質と触媒
粒子とから改質触媒層を形成し、かつ上記導電性物質を
高周波誘導加熱で加熱することにより改質触媒層を改質
に必要な温度に加熱する構成としたので、改質触媒層の
加熱を改質管の外部から行なわずに内部発熱によって行
ない改質管の使用温度を異常に上昇させることなく改質
反応を効率よく行なうことが可能な安全性が高くしかも
長寿命の改質装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図および
第３図は本発明の他の実施例を夫々示す断面図、第４図
は従来の改質装置の構成例を示す断面図、第５図（ａ）
（ｂ）は従来および同実施例における改質管頂部付近の
温度分布を比較説明するための特性図である。１・・・改質器容器、２・・・バーナ、３・・・燃焼室
、４・・・加熱流路、５・・・排ガス出口、６・・・改
質管、７・・・原料ガス入口管、８．１５−・・改質触
媒層、９・・・センタープラグ、１０・・・リターンバ
ス、５１１・・・改質ガス出口管、１２・・・目皿、１
３・・・導電性物質、１４・・・触媒粒子、１６・・・
断熱層、１７・・・改質器容器、１８・・・改質管、１
９・・・断熱材、２０・・・導電コイル、２１・・・高
周波電流発生器、２２・・・冷却バス。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１　図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性物質と触媒粒子とから形成される改質触媒
層の外周側に不良導体材料からなる断熱層を設けて改質
管を構成し、かつこの改質管の外側を不良導体材料から
なる改質器容器で密閉し、前記改質器容器の外側に導電
コイルを設け、前記改質管の一方側から原料ガスを流入
させさらにこれを前記改質触媒層を通して他方側から流
出させる構成とし、前記導電コイルに高周波電流を通電
する高周波電流印加手段を備えてなることを特徴とする
改質装置。
（２）改質触媒層は、粒状の導電性物質と触媒粒子とを
混在させて形成するようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の改質装置。
（３）改質触媒層は、導電性物質をコイル状に形成して
これを触媒粒子中に埋設するようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載の改質装置。
（４）改質触媒層は、粒状の導電性物質のまわりを触媒
作用物質により包含してなる触媒粒子により形成するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の改質装置。
（５）導電性物質と触媒粒子とから形成される改質触媒
層の外周側に良導体材料からなる断熱層を設けて改質管
を構成し、かつこの改質管の外側を一定の間隔を隔てて
良導体材料からなる改質器容器で密閉し、前記改質管と
改質器容器との間に導電コイルを設け、前記改質管の一
方側から原料ガスを流入させさらにこれを前記改質触媒
層を通して他方側から流出させる構成とし、前記導電コ
イルに高周波電流を通電する高周波電流印加手段を備え
てなることを特徴とする改質装置。
（６）改質触媒層は、粒状の導電性物質と触媒粒子とを
混在させて形成するようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第（５）項記載の改質装置。
（７）改質触媒層は、導電性物質をコイル状に形成して
これを触媒粒子中に埋設するようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第（５）項記載の改質装置。
（８）改質触媒層は、粒状の導電性物質のまわりを触媒
作用物質により包含してなる触媒粒子により形成するよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項記
載の改質装置。