JPS62260701A - 原料改質装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルコール類を水蒸気改質して水素を生成す
る原料改質装置に係り、特にオンサイト型の純水素製造
装置および燃料電池用改質装置として好適なものである
。

〔従来の技術〕

従来の原料改質装置は１例えば特公昭５７−７５３８号
公報に示されているように、二重管により形成される反
応管に改質触媒を充填し１反応管の閉塞端からバーナで
反応に必要な熱を与えるものであ′る。

また、富士時報第５５巻第９号（昭和５７年）の第２４
〜２５頁に記載されている単管式のものも従来から使用
されており、これは、単管の反応管に改質触媒を充填し
、反応管周辺からバーナ等てより直接加熱するものであ
る。

また１反応ガスがメタノールのようなアルコール類の場
合、反応温度が２５０〜３００ｒ程度と低く、また改質
触媒の耐熱温度も低いため、加熱の為に熱媒油が使用さ
れることも多い。

このため、バーナで加熱する場合は、反応管が直接火炎
にさらされ１反応管や触媒がその耐熱温度以上となり、
反応管の破損、触媒の活性低下等を招くことがあるが、
これを防止する対策については配慮されていない。

反応温度が低い場合は、これを防止するために熱媒油等
を用いて間接的に加熱することが考えられているが、こ
の場合は熱媒油等を加熱するための別の加熱炉を設ける
必要がある。したがって、装置全体が大型化する。

なお、アルコール類の改質装置の場合、改質触媒の層に
ガスを導く前にそのアルコール類を蒸発させる必要があ
る。このため、蒸発器を改質装置の前に設ける必要があ
り、装置全体が複雑化している。

メタノールを原料とし、熱媒油により間接加熱する従来
の燃料改質装置とそのまわりの装置の系統を第３図に示
す。図において、５２はシェル。

５１はシェル５２内に設けられた反応管で、この反応管
５１の内部には改質触媒１１７ｊｆ充填されている。メ
タノールは水と共に蒸発器５３で水蒸気化され、管５５
を通ってシェル内の上部に供給される。ここから反応管
５１内に供給され、改質触媒てより、水素と炭酸ガスに
改質され、改質ガスとしてシェル下部から外部に供給さ
れる。反応管内での反応は吸熱反応であるため１反応管
を外部から加熱する必要がある。この例は熱媒油で間接
加熱するものであり、シェル５２の外部に熱媒油を供給
する熱媒ポンプ５７及び熱媒炉５４が設けられており、
加熱された熱媒油をシェル５２内に供給する構造となっ
ている。、５６は熱媒油の排出管である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の改質装置において、反応管を直接バーナで加
熱するものでは、負荷変化によシ原料供給量が減少した
り、火炎の状態が異常変化すると。

反応管の温度や改質触媒の温度がその耐熱温度を越える
ことがちり、このため反応管の破損や触媒の活性低下を
引起す等の問題があった。

反応温度が低い場合は、上記の問題を解決するためて熱
媒油等を用いているが、この場合は熱媒油等を加熱する
ための加熱炉を改質装置とは別に設ける必要があり、そ
の分だけ装置全体が大型化する。したがって、オンサイ
ト型の装置のように小型であることが要求される装置に
は適さない。

また、大型化すると、＄１損失が増え、熱効率も低下す
る。

アルコール類の改質装置の場合には、アルコール類をあ
らかじめ蒸発させた後融媒洗導く必要がある。このため
、蒸発器を別に設ける必要があり装置が大室化する。

本発明の目的は、反応管及び改質触媒１−の異常温度上
昇を防止すると共に、装置全体をコンパクト化すること
のできる原料改質装置を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、原料を改質する改質触媒と内部に充填した
反応部を有する反応管と、前記反応管内の反応部の下方
に形成された原料を蒸発させるための蒸発部と、該蒸発
部及び前記反応部の外部を加熱する加熱源と、前記蒸発
部に液体原料を供給する手段と、前記反応部を通過して
改質されたガスを外部へ供給する供給手段とを備える原
料改質装置【より達成される。

〔作用〕

本発明によれば、蒸発部に原料を液体の状態で溜めるこ
とができる。このため、反応管の外側から過剰に加熱さ
れたとしても、この原料の温度は蒸発温度を越えること
はない。したがって、原料を溜めている反応管の温度も
あまり上昇することはなく、耐熱温度を越えるのを防止
できる。また。

反応管外部の燃焼ガス等の加熱流体の熱が上記蒸発部で
奪われ、燃焼ガス温度が低下するため、改質触媒層を過
剰に加熱することも防止できる。さらに１反応部の下方
に蒸発部を設け、この蒸発部を加熱源により直接加熱す
るように構成したので、従来のように、蒸発器や熱媒炉
など別設置する必要がなく、′ｇＸ全体としてコンパク
ト化することもできる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。本実
施例は、メタノールを原料とする燃料改質装置の例であ
シ、反応管の先端部を閉塞した構造とし、その先端部に
原料（アルコール類またはアルコール類と水の混合物）
を供給する手段を設け、かつこの先端部と改質触媒層と
の間に原料を蒸発させるための蒸発部を設け、その先端
部の側に加熱源を設けたものである。

以下、第１図によりその実施例を詳細に説明する。

複数の反応管１が管板１６に固定されている。

反応管１は先端が閉塞さｎており、この反応管先端部が
原料を蒸発させるための蒸発部２となっておｐ、加熱装
置部（加熱源）３３と対面している。

４は反応管１の外方を包囲するように設けられたシェル
で、このシェルの上部に：マ原料ヘッダ５が設けられて
いる。ここから原料注入管３が各反応管１の中心を通り
蒸発部２に連通されているｅ、原料（メタノールと水の
混合物）はこの注入管３により蒸発部２へ圧送される。

ここで、原料は加熱装置部（加熱源）３３により下方か
ら加熱され、ここで蒸発する。蒸発部２の上部には蒸発
を促進させるためにアルミナボールやセラミックボール
などの粒子１２が充填されている。蒸発した原料ガスは
改質触媒１１が満たさｎた反応部３１に導かれる。改質
触媒１１としては、アルミナ上に鋼−亜鉛系の触媒を担
持したものなどを使用する。

この反応部３１で原料ガスは次に示す水蒸気改質反応を
起こす。

ＣＨ３０ｆ（＋ＨｚＯ→ＣＯ２＋３Ｈ。

このように原料ガスは水素富化ガス（改質ガス）となる
。反応部３１を出た改質ガスは改質ガスへラダ１０に集
められ、ここから排出管２２により外部に送出される。

７１１］熱装置部３３は次のように構成されている。

すなわち、燃料が供給管２３から燃料ヘッダ６に供給さ
れ、ここから燃料ノズル８によって混合室４１内にｌｊ
出される。一方空気は供給管２４からヘッダ７内に供給
され、ここからノズル９よす混合室４１内に噴出される
。混合室４１内で燃料と空気が混合された後燃焼触媒層
１４に導かれ、混合ガスが触媒燃焼する。燃焼ガスは反
応管１に沿って上方に流れ、蒸発部２および反応部３１
に熱を与えた後、改質装置の外部へ排出管２５によ２り
放出される。反応管１０回りにはアルミナボールやセラ
ミックボールなどの伝熱粒子１３が充填されており、伝
熱の効果を上げている。

なお１反応管１や原料注入管３は例えばステンレス鋼や
インコネルなどの材料で製造するとよい。

また１図において、２１は原料？原料ヘッダ５【て供給
する供給管、１６は反応管１の上部を固定し、改質ガス
ヘッダ１０を形成する管板、１５は断熱材である。

第２図は上記一実施例における改質装置内の反応ガス（
改質ガス）と燃焼ガスの温度変化の様子を示したもので
ある。この図かられかるように。

反応・ｇ先端部の蒸発部２には原料が液体のべ態で満た
されているために、燃焼ガスの温度が高いにもかかわら
ず反応管１の蒸発部２の下端部は比較的低温に保たれて
いる。したがってこのことは、高温の燃焼ガスにさらさ
れる反応管下端部の耐熱性を考慮すれば好都合である。

このように本発明によれば、液体状の原料によって反応
管が過剰な加熱による破損から保護さｎるという効果が
得られる。

次に原料が蒸発部２で蒸発・過熱（スーパーヒート）の
後、反応部３１に入る前に最高温度となる（図のａ点）
が、この時燃焼ガスは蒸発部に熱を与えるために温度が
低下している。したがって。

メタノール改質触媒のように耐熱温度が３５０〜４００
Ｃ程度の触媒の反応部を加熱するのに本発明は好適であ
り、触媒の活性低下を防止できるものである。

また本発明では、蒸発部２と反応部３１を連続して配置
したことにより、従来技術ではそれぞれ別個の装置であ
ったものを一体化することができ、装置全体を小型化す
ることができるという効果がィむられ、さらに熱損失を
低減することもできるものである。

なお、加熱装置部３３に供給する燃料としては、水素製
造装置における圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）からの
排ガスや外部からの補助燃料などを吏用する。

〔発明の効果〕

以上の説明のように５本発明によれば、反応部の下方に
設けられた蒸発部に液体原料（例えばアルコール類また
はアルコール類と水の混合物）を溜めることができ、ま
た蒸発部と反応部を連続して配置することができるため
、反応管及び改質触媒層の異常温度上昇を防止すること
ができ、したがって反応管の７７損を防止できると共に
、反応部の触媒が劣化することも防止できる効果がある
。

また、反応部の下方に蒸発部を設け、この蒸発部を加熱
源により直接加熱するように構成したので、蒸発器や熱
媒炉などを別設置する必要がなく。

装置全体をコンパクト化できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実、（を例を示す縦断面図、第２図
ンま第１図に示す装置（（２いて、反応管に沿っての燃
焼ガスと反応カス（改質ガス）の温度分布を示す線図、
第３図は従来装置の一例を示す縦断面図である。 １・・・反応管、２・・・蒸発部、３・・・原料注入管
、４・・・ノニル、５・・・原料ヘッダ、６・・・燃料
ヘッダ、７・・・空気ヘッダ、８・・・燃料ノズル、９
・・・空気ノズル、１０・・・改質ガスヘッダ、１】・
・・改質触媒、】２・・・充填粒子、１３・・・伝熱粒
子、１４・・・燃焼融媒層、１５・・・断熱材、１６・
・・管板、２１・・・供給管、２２・・・排出管、２３
・・・供給管、２４・・・供給管、２５・・・排出管、
３１・・・反応部、３３・・・加熱装置部（加熱源）、
４１・・・混陰塞、５１・・・反応管、５２・・・シェ
ル、５３・・・蒸発器、５４・・・熱媒炉、５６・・・
熱媒油。 ５７・・・熱媒ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原料を改質する改質触媒を内部に充填した反応部を
   有する反応管と、前記反応管内の反応部の下方に形成さ
   れた原料を蒸発させるための蒸発部と、該蒸発部及び前
   記反応部の外部を加熱する加熱源と、前記蒸発部に液体
   原料を供給する手段と、前記反応部を通過して改質され
   たガスを外部へ供給する供給手段とを備えることを特徴
   とする原料改質装置。２、特許請求の範囲第１項におい
   て、反応管内部の上部に触媒を充填した反応部を設け、
   該反応管内の反応部下方に原料の蒸発部を形成したこと
   を特徴とする原料改質装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、反応管を２重管構
   造とし、該反応管の下端部に蒸発部を形成し、原料を２
   重管の内側管内を通過させて蒸発部に供給する構造とし
   たことを特徴とする原料改質装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、反応管の外側管と
   内側管との間に触媒を充填した反応部を設け、この反応
   部の下部に蒸発部を設け、該蒸発部内の上部に充填粒子
   の層を設けたことを特徴とする原料改質装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、原料はアルコール
   類であることを特徴とする原料供給装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、改質触媒はアルミ
   ナ担体上に銅−亜鉛系の混合物を担持したものであるこ
   とを特徴とする原料改質装置。 ７、特許請求の範囲第４項においで、蒸発部内上部の充
   填粒子はアルミナボールまたはセラミックボールである
   ことを特徴とする原料改質装置。 ８、特許請求の範囲第７項において、反応管をシェル内
   に設け、シェルと反応管との間に伝熱粒子を充填し、シ
   ェル内の前記反応管下部に加熱装置部を設け、該加熱装
   置部で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガ
   スにより反応管下部の蒸発部及び反応管上部の反応部を
   反応管の外部から直接加熱することを特徴とする原料改
   質装置。