WO1998000361A1 - Appareil de modification - Google Patents

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WO1998000361A1
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Hitoshi Kudo
Noriyuki Yamaga
Mikio Shinagawa
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Matsushita Electric Works, Ltd.
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Definitions

  • the present invention uses an alcohol such as methanol, a hydrocarbon such as methane and butane, a fossil fuel such as naphtha and LNG as a reforming raw material and steam reforming the reforming raw material to produce a reformed gas mainly containing hydrogen. It relates to the reformer used to do this. More specifically, the present invention relates to a reformer capable of reducing the concentration of carbon monoxide contained in reformed gas after steam reforming to a level of several 10 ppm. Background art
  • the reforming apparatus S will be described.
  • a reforming section, a shift reaction section, and a CO oxidation section are sequentially arranged in series along a gas flow direction on a combustion section for burning fuel. It has a structure in which the arranged plate-shaped reforming treatment layers and the plate-shaped combustion gas passage layers through which the combustion gas from the combustion section passes are arranged alternately and rise up.
  • the heat of the combustion section is effectively used in the three reaction sections.
  • the combination of the three reaction sections is also effective for miniaturization.
  • the reformer according to the conventional example described above has a drawback that it is not possible to appropriately control the temperature of each reaction section. That is, it is known that all of the above three reaction sections are catalytic reactions, and the reactions performed in each of these reaction sections have respective required reaction temperature ranges.
  • the reaction temperature range of the steam reforming reaction varies depending on the type of the reforming raw material, but is generally 400 to: L0000 for a hydrocarbon-based raw material such as butane. C, preferably 600 to 900 ° C., and about 250 to 400 ° C. for a methanol raw material.
  • the reaction temperature range of the aqueous shift reaction and the CO selective oxidation reaction does not significantly differ depending on the type of the reforming raw material, and is generally in the range of 200 to 350 ° C, preferably 220 to 300 ° C in the aqueous shift reaction.
  • the temperature is 100 ° C., and it is generally 100 to 250 ° C. in the C 0 selective oxidation reaction, and preferably 120 to 180 ° C.
  • the reaction temperature range becomes lower, such as the reforming reaction section> shift reaction section> CO oxidation section. Therefore, it is necessary to control the temperature of each of the reaction sections so as to fall within the above-mentioned reaction temperature range.
  • the reaction temperature is out of the required reaction temperature range, and this is particularly problematic for hydrocarbon-based raw materials such as butane, which have a high reaction temperature range for the steam reforming reaction.
  • hydrocarbon-based raw materials such as butane
  • the reformed layer and the combustion gas channel layer have a laminated structure in which they are alternately arranged, even in the same reaction section, temperature variation occurs depending on the laminating position, and particularly, on the outer surface. At a nearby position, the temperature difference was larger because the air was cooled by outside air compared to the center position. This temperature variation is particularly problematic in the CO oxidation zone where the reaction temperature range is narrow. As described above, if there is a part outside the reaction temperature range in each reaction part, there is a concern that the hydrogen content of the reformed gas obtained and the level of reduction of the CO concentration become insufficient.
  • the present invention solves the above-mentioned problems of the conventional example.
  • the object of the present invention is to provide a reforming reaction unit, a shift reaction unit, and a CO oxidizing unit integrally so that the size can be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a reformer that can effectively use the heat of a heat source and can control the temperature of each reaction section well.
  • the reformer according to the present invention includes a heat source that generates heat by combustion of a fuel gas, directly obtains a reaction ripening from the heat source, steam-reforms a reforming raw material, and generates a reformed gas containing hydrogen as a main component.
  • the CO oxidation part, which further reduces CO2, and CO2 are provided as independent sections.
  • the raw material reforming section, the shift reaction section, and the CO oxidizing section are arranged such that the shift reaction section and the CO oxidizing section are indirectly heated by heat transfer from the heat source of the raw material reforming section. Have been.
  • reaction sections that is, the raw material reforming section, the shift reaction section, and the C0 oxidizing section are integrally provided, a reformed gas from which C0 has been removed by this apparatus alone is obtained. be able to. Therefore, there is no need to provide a separate CO removal step, and the whole system can be downsized.
  • Each of these reaction sections is an independent section, and the steam reforming reaction, which requires the highest temperature in the raw material reforming section, is performed under direct heating from a heat source. Since the heat reaction section and the CO oxidation section, which require a region, are arranged so as to be indirectly heated by the heat transfer from the heat source, it is possible to control the temperature according to each reaction temperature range.
  • the raw material reforming section, the soft reaction section, and the CO oxidizing section are arranged concentrically, and at least the CO oxidizing section is arranged on the outer peripheral side. That is, by making the arrangement relationship of the raw material reforming section, shift reaction section and CO oxidizing section concentric, the amount of heat transferred from the heat source and the amount of heat radiated to the outside in the soft reaction section and CO oxidizing section. Therefore, partial bias is less likely to occur in the same reaction section. Therefore, the shift reaction section and the CO oxidation section each have a small variation in temperature, and the temperature can be easily controlled so as to be within a required reaction temperature range.
  • the raw material reforming unit includes a substantially cylindrical combustion chamber as the heat source, and a reforming reaction unit configured to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component by steam reforming the reformed raw material.
  • the reforming reaction section is concentrically arranged so as to be directly heated to the combustion chamber, while the shift reaction section and the CO oxidation section are arranged in the combustion chamber.
  • the substantially cylindrical shape of the combustion chamber is not limited to a cylinder, but also includes a square cylinder.
  • the combustion means for burning fuel in the combustion chamber is not particularly limited, and examples thereof include a method using a burner or a combustion catalyst.
  • a non-combustible core at the center of the combustion chamber (FIGS. 19, 11 and 14 to 17, 21, 22, and 24 to 26). That is, by providing the core, the flow path of the combustion gas in the combustion chamber is narrowed. As a result, the flow velocity of the combustion gas is increased, and the heat exchange efficiency with the reforming reaction section is improved. is there.
  • a core having a small heat capacity is preferable from the viewpoint of not hindering a rise in the temperature of the combustion chamber.
  • a hollow body is exemplified.
  • a method for indirectly heating the shift reaction section and the CO oxidizing section (1) a method using solid heat transfer or width radiation heat which is feathered from the outer periphery of the combustion chamber via an intermediate. (Figs. 1-7, 27) and (2) above combustion chamber (Figs. 8 to 27).
  • the shift reaction section is provided on the outer periphery of the reforming reaction section provided in contact with the outer periphery of the combustion chamber.
  • the reaction section and CO oxidation section are examples of a reformer that indirectly heats the shift reaction section and the CO oxidation section.
  • the reforming reaction section plays a role as the intermediate, and after the heat from the combustion chamber is reduced via the reforming reaction section, the above-mentioned shift reaction section and It is transmitted to the CO oxidation part.
  • the steam reforming reaction performed in the reforming reaction section is an endothermic reaction, the heat from the upper combustion chamber is consumed and reduced in the reforming reaction section, and then the heat reaction section and It will be transmitted to the CO oxidation part.
  • the reforming reaction section, the shift reaction section, and the CO oxidizing section are arranged around the combustion chamber, which is advantageous for downsizing in the height direction.
  • the partition having the heat transfer control function is such that the residual heat of the reforming reaction section is not transmitted directly to the shift reaction section and the C0 oxidation section located outside the reforming reaction section at an unnecessarily high temperature.
  • the partition wall that has the function of reducing the heat transfer to some extent and adjusting the heat transfer temperature to the temperature range required in the soft reaction section and CO oxidation section.
  • the partition include a heat insulating material and an air layer, and the most suitable heat transfer adjusting effect can be obtained by appropriately adjusting the material and thickness. In this reformer, since the amount of heat transfer from the reforming reaction section can be adjusted by the partition having the fe heat adjusting function, the temperature control of the shift reaction section and the CO oxidation section can be easily performed.
  • a flow path connecting the reforming reaction section and the shift reaction section is provided in the shift reaction section. It may be bypassed to the outside of the reactor and the CO oxidation section. Normally, the reformed gas immediately after leaving the reforming reaction section has a higher temperature than the reaction temperature range of the soft reaction section, but the flow connecting the reforming reaction section and the shift reaction section is usually high. By diverting the road to the outside, heat can be dissipated and the temperature can be adjusted to an appropriate temperature range.
  • the shift reaction section on the high-temperature side of the reforming reaction section and the CO oxidation section on the low-temperature side in accordance with the temperature distribution of the reforming reaction section (see FIG. 2). ).
  • the exhaust space through which the combustion exhaust gas directly flowing out of the combustion chamber flows is used as the reforming apparatus. It is provided adjacent to and above the combustion chamber, and the shift reaction section is provided around this exhaust space, and the CO oxidation section is provided around this shift reaction section. (See Figures 8 to 26).
  • the exhaust space is heated by the combustion exhaust gas, heat is transferred to the shift reaction section from around the exhaust space, and further transferred from the shift reaction section to the CO oxidation section.
  • the heating temperature of the shift reaction section is controlled to a lower temperature than the reforming reaction section, and the CO
  • the heating temperature of the oxidizing section is controlled to a lower temperature than the shift reaction section. Accordingly, the temperature of each reaction section can be controlled in accordance with the respective reaction temperature range.
  • an air intake section for taking in outside air between the combustion chamber and the exhaust space (FIG. 12). That is, since the flue gas immediately after leaving the combustion chamber has a high temperature close to the combustion chamber, the This is because the heating temperature of the shift reaction section can be adjusted by taking in outside air from the air intake, appropriately cooling the temperature of the combustion exhaust gas, adjusting the temperature, and sending the adjusted temperature to the exhaust space.
  • auxiliary heating means for heating the exhaust space.
  • the auxiliary heating means can be used to heat the exhaust space when the heating temperature of the shift reaction section is low, and in the initial stage of performing reformed gas generation processing, the shift reaction section can be used. It can also be used to pre-heat the water.
  • an opening / closing means is provided at an exhaust port for discharging the combustion exhaust gas in the exhaust space to the outside.
  • the above-mentioned exhaust space is branched and communicated between the shift reaction section and the CO oxidation section.
  • a first duct may be interposed, and a second duct communicating with the first duct may be provided around the CO oxidizing section (FIG. 21).
  • the exhaust gas in the exhaust space flows to the first duct and then to the second duct by closing the exhaust port by the opening / closing means.
  • the shift reaction section and the CO oxidation section are also heated by the combustion exhaust gas flowing through the first duct and the second duct.
  • the exhaust port when the exhaust port is opened, the combustion exhaust gas in the exhaust space is discharged to the outside from the exhaust port, and hardly flows into the first duct and the second duct. Therefore, by opening and closing the exhaust port by the opening and closing means, the temperature of the shift reaction section and the CO oxidation section can be freely adjusted.
  • the second duct is preferably provided with an air intake for taking in outside air (FIG. 22).
  • an air intake port By providing this air intake port, when the exhaust port is closed by the above opening / closing means, it is possible to take in outside air into the second duct and cool only the temperature of the combustion exhaust gas flowing therethrough. Above CO Better temperature control of the oxidized part can be performed.
  • At least one of the reforming reaction section, the shift reaction section, and the C ⁇ oxidation section has a heat transfer surface having a higher thermal conductivity than a material constituting the surface. It is preferable to provide a material (Fig. 15). That is, each of the reaction sections tends to generate a temperature difference along the gas flow direction. For example, since the reforming reaction section is an endothermic reaction, the temperature on the downwind side decreases, and the shift reaction section and the CO oxidation The temperature tends to increase on the leeward side because of the exothermic reaction in the part.
  • the heat transfer material provided on the surface of the reaction section plays a role in making the temperature difference uniform.
  • a heat radiation fin can be provided on the outer surface of the CO oxidized portion (FIGS. 19 and 20). If the heat radiating fin is provided, and if the amount of fe heat supplied indirectly from the combustion chamber to the CO oxidizing section becomes excessive, heat is radiated from the heat radiating fin and the temperature of the CO oxidizing section reacts. The temperature can be controlled to stay within the temperature range.
  • a main exhaust gas through which the combustion exhaust gas directly flows from the combustion chamber flows.
  • the main exhaust space branches off and communicates with the main exhaust space.
  • the shift reaction section is located in the inside, and the CO2 is located in the second duct.
  • the combustion exhaust gas from the combustion chamber flows to the first duct, further flows to the second duct, and The shift reaction section in the first duct and the CO oxidation section in the second duct are heated.
  • the main exhaust port is opened, the flue gas from the combustion chamber is mainly discharged through the main exhaust port through the main exhaust space, and the first and second ducts are discharged. Almost never flows.
  • the shift reaction section and CO oxidation section are mainly heated by the radiant heat and solid heat transfer transmitted from the main exhaust space, and the heat of the reformed gas itself flowing inside them.
  • the temperature is controlled to a sufficiently low temperature range as compared with the temperature reaction section.
  • combustion is performed in the combustion chamber in a state where the main exhaust port is closed by the opening / closing means in advance. Not only the reforming reaction section, but also the shift reaction section and CO oxidizing section can be preheated. Good temperature control is performed.
  • the first duct may be provided with a sub-exhaust port for discharging the internal combustion exhaust gas to the outside and an opening / closing means for opening and closing the sub-exhaust port (FIGS. 21 to 26).
  • a sub-exhaust port for discharging the internal combustion exhaust gas to the outside
  • an opening / closing means for opening and closing the sub-exhaust port (FIGS. 21 to 26).
  • the combustion exhaust gas that slightly flows in the first duct serves to heat the above-mentioned water reaction section to a temperature range somewhat higher than that of the above-mentioned CO oxidation section. Therefore, better temperature control of each reaction section can be performed. Swell.
  • At least one of the shift reaction section and the CO oxidation section is formed in a coil shape (FIGS. 23 to 26). In this case, if the soft reaction section and the CO oxidizing section are coiled, the heat exchange efficiency will be good when heated by the combustion exhaust gas.
  • At least a part of the raw material supply path for supplying the raw material reforming section with the raw material and the steam is positioned at a position where the raw material reforming section is preheated by the heat from the heat source. It is preferable to arrange them (FIGS. 3 to 27).
  • the raw material supply path is finally supplied to the raw material reforming section in a state of a mixture of the raw material and steam, but the raw material supply path can be preheated. Since it is possible to generate water vapor from water in the raw material supply path, it is possible to supply water in a state of water from a source connected to the raw material supply path without using water vapor. Become. Therefore, it is possible to omit the provision of a separate water vapor generator or the like, and as a result, the overall reforming system can be downsized.
  • the reforming raw material and steam can be brought to a temperature close to the reaction temperature range of the steam reforming reaction in advance, so that the reforming is performed in the initial state in the raw material reforming section.
  • the reforming reaction can be started immediately without lowering the temperature of the quality catalyst.
  • the method of preheating the raw material supply path is not particularly limited.
  • at least a part of the raw material supply path is arranged in contact with at least one of the three reaction sections. ( Figures 3-6, 8-24, 26) Even if it is arranged at a position in contact with the combustion exhaust gas from the heat source of the raw material reforming section (FIG. 7), or is arranged at a position directly affected by the heat source of the raw material reforming section. ( Figures 25 and 27).
  • the heat source of the raw material reforming section when the heat source of the raw material reforming section generates heat by catalytic combustion, it is preferable to provide a preheating means for preheating the combustion catalyst of the heat source (see FIG. 1 8).
  • a preheating means for preheating the combustion catalyst of the heat source (see FIG. 1 8).
  • the combustion reaction does not occur unless the temperature of the combustion catalyst rises to a certain degree.However, the combustion is started immediately at the beginning of combustion by preheating the combustion catalyst by the preheating means. become able to.
  • the reformer according to the present invention is particularly effective for a reforming raw material in which the reaction temperature range of the steam reforming reaction is in a high temperature range.
  • the reforming reaction section is at 400 to 100 ° C
  • the shift reaction section is at 200 to 350 ° C
  • the CO oxidation is The section must be temperature controlled to 100-250 ° C.
  • the reaction temperature range of the reforming reaction section becomes a high temperature range
  • the temperature gap between the shift reaction section and the CO oxidation section becomes large, and it becomes difficult to control the temperature.
  • the three reaction sections are independent sections, and the reforming reaction section is directly heated from a heat source.
  • the shift reaction section and the CO oxidation section are indirectly heated by heat transfer from a heat source, so that the temperature can be easily controlled even in a low temperature range.
  • FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. is there.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 10 of the present invention.
  • “mil” is a cross-sectional view schematically illustrating a reformer according to Example 11 of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 12 of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view of the reformer according to the embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 13 of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 14 of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a reformer according to Embodiment 15 of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a reformer according to Embodiment 16 of the present invention. You.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a reformer according to Embodiment 17 of the present invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 18 of the present invention.
  • FIGS. 20 (A) and (B) are cross-sectional views of essential parts showing a modification of the reformer according to the embodiment.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 19 of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Example 20 of the present invention.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 21 of the present invention, wherein (A) shows a state at the time of startup, and (B) shows a state of steady operation.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a reformer according to Embodiment 22 of the present invention.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing a reformer according to Example 23 of the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 24 of the present invention.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing a reforming apparatus according to Embodiment 25 of the present invention, where (A) shows a state at the time of startup, and (B) shows a state of steady operation. .
  • Example 1 is a basic form thereof.
  • the reformer according to the first embodiment includes a substantially cylindrical combustion chamber 1 as a heat source, around which a reformed raw material is subjected to steam reforming to form a reformed gas mainly composed of hydrogen.
  • a reforming reaction section 2 for generating methane is provided adjacently.
  • a shift reaction section 3 for reducing CO contained in the reformed S gas generated in the reforming reaction section 2 by an aqueous shift reaction and a A CO oxidizing unit 4 for oxidizing and further reducing CO contained in the reformed gas after the treatment in the unit 3 is provided.
  • the reforming reaction section 2, shift reaction section 3, and CO oxidation section 4 are concentrically arranged as independent sections.
  • the combustion chamber 1 is formed in a substantially cylindrical shape and is arranged at the center of the reformer.
  • the combustion chamber 1 is opened upward with the axial direction up and down, and provided with a burner 9 a as a combustion means 9 below.
  • the combustion chamber 1 is not limited to a cylindrical shape, but may be a rectangular tube.
  • the combustion means 9 may be other means such as catalytic combustion.
  • the reforming reaction section 2 is formed by filling a reforming catalyst in a gas passage forming an annular eyebrow along the outer periphery of the combustion chamber 1, and is directly heated from the combustion chamber 1. I have.
  • the reforming reaction section 2 is provided with a raw material supply path 6 for supplying the reforming raw material and steam. In the first embodiment, the raw material supply path 6 is connected to the lower end of the reforming reaction section 2.
  • the above-mentioned reforming catalyst performs a so-called steam reforming reaction in which a mixture of a reforming raw material and steam is brought into contact at a high temperature to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component.
  • a material in which metals such as Ni, Rh, and Ru are supported on a carrier made of alumina, zirconium, or the like can be used.
  • a mixture of the reforming raw material and steam can pass through the gap between the particles of the reforming catalyst, and at this time, the mixture comes into contact with the reforming catalyst As a result, a steam reforming reaction is performed, and a reformed gas containing hydrogen as a main component is generated.
  • This reformed gas contains not only water lines but also carbon dioxide lines, carbon monoxide, and methane.
  • This steam reforming reaction is an endothermic reaction, and is directly heated by the heat of the combustion chamber 1 to supply reaction heat.
  • a good reaction can be performed at a reaction temperature of about 500 ° C. or higher.
  • gaseous hydrocarbon gases such as methane, propane, and butane, and alcohols, gasoline, kerosene, and naphtha that are liquid at room temperature can be used.
  • the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4 are provided along the outer periphery of the reforming reaction section 2 via the partition walls 8.
  • the shift reaction section 3 is formed by filling a shift catalyst on the windward side of a gas flow path that communicates with the reforming reaction section 2 and forms an annular layer along the outer periphery of the reforming reaction section 2.
  • the CO oxidizing section 4 is formed by filling a C0 oxidation catalyst on the leeward side of the gas flow path with a gap from the shift reaction section 3.
  • An air supply path 5 for taking in air is provided at a connection portion connecting the unfoil reaction section 3 and the CO oxidation section 4.
  • the shift reaction section 3 is disposed on the outer periphery on the upper side of the reforming reaction section 2.
  • the upper ends thereof communicate with each other.
  • the CO oxidizing section 4 is arranged on the outer periphery on the lower side of the reforming reaction section 2, and the upper end is connected to the lower end of the shift reaction section 3.
  • a reformed gas delivery path 7 through which the reformed gas from which C0 has been removed is delivered is provided.
  • the shift catalyst reduces C ⁇ contained in the reformed gas generated in the modified K reaction section 2 by an aqueous shift reaction, and includes, for example, Cu, Zn, Fe, and Cr. And the like supported on a carrier made of alumina / zirconia can be used.
  • the shift reaction section 3 when the reformed gas generated in the reforming reaction section 2 comes into contact with the shift catalyst, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with water vapor to generate hydrogen and carbon dioxide. A shift reaction to become carbon is carried out, whereby most of the carbon monoxide in the reformed gas is removed and its concentration is reduced to about 1%.
  • the shift reaction is an exothermic reaction, and the reaction is performed at a lower temperature than the steam reforming reaction in the reforming reaction section 2.
  • the reaction temperature is about 200 to 350 ° C, preferably, 220 to 300 ° C.
  • the CO oxidation catalyst reduces CO by selectively oxidizing CO remaining in the reformed gas after the treatment in the shift reaction section 3.
  • CO for example, Pt, Ru, etc. are converted into alumina-zirconia. What is carried on a carrier made of such as can be used.
  • the CO oxidizing section 4 the reformed gas from which CO has been reduced in the shift reaction section 3 is mixed with air (oxygen) taken in from the air supply path 5 and then contacts the C0 oxidation catalyst. CO is selectively oxidized and removed as oxygen dioxide.
  • the CO concentration in the reformed gas is further reduced to about 100 ppm or less.
  • the oxidation reaction of carbon monoxide by the CO oxidation catalyst is an exothermic reaction, and is lower than the above-described soft reaction.
  • the reaction is carried out in a temperature range that is low, and the reaction temperature is in the range of about 100 to 250 ° C, preferably 120 to 180 ° C.
  • the partition wall 8 provided between the reforming reaction section 2 and the shift reaction section 3 and the CO oxidizing section 4 has a heat transfer control function.
  • the heat transfer is interrupted to some extent, and the heat is transferred to the shift reaction section 3 and the C0 oxidation section 4. It serves to adjust the heat transfer temperature from the reforming reaction section 2 to the reaction temperature range.
  • the partition wall 5 having the heat transfer control function for example, a known heat insulating material or a hollow layer can be used, and the most suitable heat transfer control effect can be obtained by appropriately adjusting the material and thickness. Things.
  • the reforming reaction section 2, the shift reaction section 3, and the CO oxidizing section 4 are provided concentrically and integrally with the combustion chamber 1 toward the outside, so that the reformed gas from which CO has been removed is provided. This makes it possible to reduce the size of the reforming system as a whole.
  • the heat from the combustion chamber 1 is consumed by the reforming reaction section 2 in which the water vapor reforming reaction, which is an endothermic reaction in a high-temperature environment, is performed, and the remaining heat is converted to the outer shift reaction section 3 and CO oxidation Since the heat from the combustion section 1 is effectively used in all of the reforming reaction section 2, shift reaction section 3, and CO oxidation section 4, Heat loss can be kept low.
  • the reforming reaction section 2, shift reaction section 3, and CO oxidizing section 4 are arranged concentrically, a favorable arrangement balance that is not partially biased with respect to the combustion chamber 1, which is a heat source, is obtained. Temperature variations in the part are small. Further, the heat transfer from the reforming reaction section 2 is performed after the heat transfer temperature is adjusted to an appropriate temperature by the partition wall 5, and then the reaction is performed at a lower temperature than the reforming reaction section 2. Since it is transmitted to the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4, the shift reaction section In 3 and CO oxidizing section 4, the reaction can be performed at an appropriate reaction temperature.
  • the reforming apparatus according to the second embodiment includes a detour 1 in which the reforming reaction section 2 and the shift reaction section 3 detour outside the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4.
  • the difference from the first embodiment is that the gun is touched by 0.
  • the shift reaction unit 3 is disposed on the outer periphery on the lower side of the reforming reaction unit 2
  • the CO oxidation unit 4 is disposed on the outer periphery on the upper side of the reforming reaction unit 2.
  • Numeral 0 connects the upper end of the reforming reaction section 2 and the lower end of the shift reaction section 3, and the reformed gas delivery path 7 is provided at the upper end of the CO oxidizing section 4.
  • the high-temperature reforming gas from the reforming reaction section 2 is radiated by the bypass 10 to form a reaction temperature range in the shift reaction section 3 and then shifted. This can be sent to the reaction unit 3, whereby a good reaction can be performed in the shift reaction unit 3.
  • the shift reaction section 3 is located on the outer periphery on the lower side of the reforming reaction section 2 and the CO oxidation section 4 is located on the outer periphery on the upper side of the reforming reaction section 2, the temperature of the reforming reaction section 2 is high.
  • the shift reaction part 3 and the CO oxidation part 4 are located corresponding to the distribution. That is, in the reforming reaction section 2, the lower side is a high temperature side because it is located near the burner 9 of the combustion chamber 1, and the upper side is a low temperature side because it is far from the burner 9. .
  • the reaction temperature range of the shift reaction section 3 is higher than that of the C0 oxidization section 4, in this case, the shift reaction section 3 and the CO This makes it easier to control the temperature.
  • the mixture of the reforming raw material and water vapor passing through the raw material supply path 6 is supplied to the reforming reaction section 2 after being preheated by the reforming reaction section 2. Accordingly, the mixed gas of the reforming raw material and steam enters the reforming reaction section 2 and is quickly heated to the reaction temperature range, so that the temperature control in the reforming reaction section 2 becomes easy.
  • a steam generator is provided separately from the reforming apparatus. This eliminates the need.
  • the reforming apparatus according to the fourth embodiment the arrangement of the reforming reaction unit 2, the shift reaction unit 3, the CO oxidizing unit 4, and the raw material supply path in the third embodiment is reversed. It has a configuration. That is, the shift reaction section 3 is arranged on the outer periphery on the lower side of the reforming reaction section 2, the CO oxidizing section 4 is arranged on the outer periphery on the upper side of the reforming reaction section 2, and the raw material supply path 6 is located in the partition 8. It is interposed upward from below and connected to the upper end of the reforming reaction section 2.
  • the raw material supply path 6 can be preheated by the heat of the reforming reaction section 2 as in the third embodiment.
  • the shift reaction section 3 and the C0 oxidation section 4 are located in accordance with the temperature distribution of FIG. Therefore, in the reformer, better temperature control of each reaction section can be performed.
  • the apparatus has a configuration in which the raw material supply path 6 interposed in the partition wall 8 in Example 3 is wound in a coil shape around the reforming reaction section 2.
  • the raw material supply passage 6 can be sufficiently preheated, and has a role of regulating the heat transfer in the same manner as the partition wall 8, that is, the mixture of the reforming raw material and steam flowing inside is improved.
  • the excess heat transfer from the mass reaction section 2 is absorbed, and the heat transfer temperature transmitted to the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4 is adjusted.
  • the reformer according to the sixth embodiment has a configuration in which the raw material supply path 6 is wound in a coil shape around the shift reaction unit 3 and the CO oxidation unit 4 in the first embodiment as shown in FIG. .
  • the raw material supply path 6 can be preheated by the heat of the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4, and is discharged to the outside from the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4. Since the waste heat can be used for preheating the raw material supply path 6, the heat of the heat source is effectively used and the heat loss is small.
  • the reforming apparatus according to the seventh embodiment differs from the first embodiment in that the arrangement of the reforming reaction section 2, the shift reaction section 3, and the CO oxidation section 4 is upside down, and the raw material supply path 6 A part is coiled and introduced near the upper end of the combustion chamber 1 and connected to the upper end of the reforming reaction section 2.
  • the raw material supply path 6 can be preheated by the combustion exhaust gas from the combustion chamber 1, and the waste heat discharged together with the combustion exhaust gas from the combustion chamber 1 can be used for preheating the raw material supply path 6. Therefore, the heat of the heat source is effectively used, and the heat loss is small.
  • Example 8 is a basic form thereof.
  • the reforming apparatus has a cylindrical combustion chamber 1 arranged in the center with the axial direction up and down, and a reforming reaction section 2 surrounding the periphery thereof. I have. Above the combustion chamber 1, an exhaust space 14 in which the combustion exhaust gas from the combustion chamber 1 flows upward is provided coaxially adjacent to the combustion chamber 1. A shift reaction section 3 is provided around the exhaust space 14 so as to be in contact therewith, and a CO oxidation section 4 is provided around the shift reaction section 3 via a gap layer 15.
  • a raw material supply path 6 is connected to a lower end of the reforming reaction section 2.
  • the raw material supply path 6 is configured by combining a raw material pipe 6a to which only the reforming raw material is supplied and a steam pipe 6b to which steam (water) is supplied.
  • the water vapor pipe 6'b is partially provided around the outer periphery of the reforming reaction section 2 so as to be preheated by the heat of the reforming anti-EG section 2.
  • connection pipe 12 The upper end of the reforming reaction section 2 and the lower end of the shift reaction section 3 are connected by a connection pipe 12.
  • the upper end of the soft reaction section 3 and the upper end of the CO oxidation section 4 are connected by a connection pipe 13.
  • the connection pipe 13 is provided with an air supply path 5 for taking in air required in the CO oxidation section 4.
  • a reformed gas delivery path 7 is provided at the lower end of the C oxidation section 4.
  • the combustion chamber 1 is filled with a combustion catalyst 9 b as combustion means 9 inside.
  • a combustion catalyst 9 b a catalyst in which Pt, Ru, Pd, Rh and the like are supported on a carrier can be used.
  • a fuel supply passage 11 for supplying fuel gas and combustion air is connected.
  • the fuel supply passage 11 is provided with a hole 11 a at a position in contact with the inlet of the combustion chamber 1, so that the fuel gas can be uniformly fed into the combustion chamber 1.
  • a burner can be used as the combustion means 9. The operation of the reformer will be described. Fuel gas and air are supplied from the fuel supply path 11 to the combustion chamber 1 and come into contact with the combustion catalyst 9b to burn and generate heat.
  • Exhaust gas after combustion in the combustion chamber 1 is discharged to the outside through the exhaust space 14.
  • a mixture of the reforming raw material and steam is supplied to the reforming reaction section 2 from the raw material supply path 6.
  • water is supplied to the steam pipe 6b in the form of water, and this water is preheated on the way by the heat of the reforming reaction section 2 and becomes steam to be mixed with the reforming raw material.
  • the reforming raw material becomes a reformed gas containing CO in the reforming reaction section 2, and further passes through the shift reaction section 3 and the CO oxidizing section 4 in order to form a reformed gas from which CO has been removed. It is sent out from the sending end.
  • the reforming reaction section 2 is directly heated from the combustion chamber 1 and temperature-controlled to the highest temperature, and the shift reaction section 3 is heated from the exhaust space 14 where the combustion exhaust gas flows, and has a lower temperature than the reforming reaction section 2.
  • the temperature of the CO oxidizing section 4 is controlled by the heat transfer from the shift reaction section 3 so that the temperature of the CO oxidizing section 4 is controlled to a temperature lower than that of the shift reaction section.
  • this reformer has a configuration in which a non-combustible core 16 is provided in the center of the combustion chamber 1 in the eighth embodiment.
  • the core 16 is hollow and has a small heat capacity.
  • the flow path of the combustion gas in the combustion chamber 1 is narrowed.
  • the flow rate of the combustion gas is increased, and the efficiency of heat exchange with the reforming reaction section 2 is improved.
  • the reforming reaction section 2 is heated. This is mainly due to the combustion gas flowing near the inner periphery of the combustion chamber 1.
  • the combustion gas flowing through the ⁇ core of the combustion chamber 1 does not contribute much to the heating of the reforming reaction section 2. Since it is highly probable that the core 16 will occupy the center of the combustion chamber 1 and make the flow of combustion gas near the inner periphery of the combustion chamber 1, it is also possible to reduce heat loss. Become.
  • this reformer has a configuration in which a non-combustible core 17 is provided in the center of the exhaust space 14 in the eighth embodiment.
  • the core 17 is hollow and has a small heat capacity.
  • the role of the core 17 is the same as that described in the ninth embodiment above, and the flow path of the combustion exhaust gas in the exhaust space 14 is narrowed, and as a result, the flow rate of the combustion gas is increased and the shift reaction is performed. It works to improve the heat exchange efficiency with Part 3. Further, the heat loss is reduced by preventing the combustion gas from flowing to the central portion of the exhaust space 14 that makes little contribution to the heating of the shift reaction section 3.
  • this reformer has a configuration in which cores 16 and 17 are provided in the center of the combustion chamber 1 and the exhaust space 14 in the eighth embodiment, respectively.
  • this reformer the synergistic effects described in the ninth embodiment and the tenth embodiment can be obtained.
  • this reformer has a configuration in which an air intake portion 18 for taking in outside air is provided between the combustion chamber 1 and the exhaust space 14 in the eighth embodiment. It has become. More specifically, the air intake 18 is provided between the combustion chamber 1 and the exhaust space 14. It has an annular flow path 18b around the connection part and a plurality of openings 18a formed in the connection part in a ring shape, and the air taken in from the air intake part 18 is an annular flow path. From the passage 18b, the plurality of openings 18a formed annularly around the entire periphery of the connection portion are uniformly taken into the flow path of the combustion exhaust gas.
  • the high-temperature flue gas immediately after leaving the combustion chamber 1 is taken in from the air intake 18 to cool the temperature of the flue gas appropriately, and the temperature is adjusted before being sent to the exhaust space 14.
  • the heating temperature of the shift reaction section 3 can be adjusted. Note that the diagonal in Fig. 13
  • reference numeral 11b denotes a fuel pipe for taking in only fuel gas into the fuel supply passage 11
  • reference numeral 11c denotes an air pipe for taking in combustion air into the fuel supply passage 11.
  • Reference numeral 50 denotes an insertion port for inserting a temperature detecting means such as a thermocouple into the reforming reaction section 2
  • 51 denotes a thermocouple insertion port for inserting a temperature detecting means such as a thermocouple into the CO oxidizing section 4.
  • Reference numeral 52 denotes a thermocouple inlet for inserting a temperature detecting means such as a thermocouple into the shift reaction section 3, and 53 denotes a charging port for the reforming catalyst.
  • this reformer has a configuration in which cores 16 and 17 are provided at the center of the combustion chamber 1 and the exhaust space 14 in the embodiment 12 respectively. In this case, the synergistic effects described in Embodiment 11 and Embodiment 12 are obtained.
  • the surface of the reforming reaction section 2, the shift reaction section 3, and the CO oxidizing section 4 had a higher thermal conductivity than the material constituting the surface. It has a configuration in which heat transfer materials 19 having a high level are provided. The heat transfer material 19 functions to equalize the temperature distribution in the gas flow direction in each reaction portion.
  • each of the reaction sections tends to generate a temperature difference along the gas flow direction, For example, in the reforming reaction section 2, the temperature is lowered on the leeward side because of an endothermic reaction, and in the shift reaction section 3 and the CO oxidation section 4, the temperature on the leeward side is liable to increase because of an exothermic reaction.
  • the heat transfer material 19 provided on the surface of the reaction section plays a role of making this temperature difference uniform by heat conduction.
  • the surface material of the above-mentioned reaction part may be any material as long as it has high thermal conductivity itself, but since it is used under heating, heat resistance is required, and in addition, corrosion resistance and durability are also required. From a comprehensive perspective, for example, stainless steel or the like is used, while copper or aluminum is used as the heat transfer material 19. Although they are inferior in heat resistance and strength to stainless steel, they have excellent thermal conductivity.
  • a reformer according to Embodiment 15 will be described.
  • a core 16 was provided in the center of the combustion chamber 1, and an exhaust space 1 was provided in a connection portion between the combustion chamber 1 and the exhaust space 14.
  • the burner 20 is provided as an auxiliary heating means for heating 4.
  • 21 is an ignition device of the burner 20. This burner 20 can be used to heat the exhaust space 14 when the heating temperature of the shift reaction section 3 is low, and can be used in the initial stage of generating reformed gas. It can also be used to preheat pre-heat.
  • this reformer is different from the embodiment 15 in that the exhaust space 14 is further provided with a filling portion for the combustion catalyst 22, and a catalyst net made of a combustion catalyst is provided at the inlet of the exhaust space 14. 23 is provided.
  • the burner 20 can be used in the same manner as in Example 15, and the flame of the burner 20 causes the catalyst to burn.
  • the net 23 and the combustion catalyst 22 can be initially heated and used as auxiliary heating means for the exhaust space 14.
  • the combustion in the combustion catalyst 22 requires the fuel supplied from the burner 20 and the air intake 18 and the oxygen and the air intake 18 remaining in the combustion exhaust gas from the combustion chamber 1. Intake air is used.
  • this reformer is different from Embodiment 8 in that a catalyst net made of a combustion catalyst is provided at the inlet of the combustion chamber 1 as a preheating means for preheating the combustion catalyst 9 b in the combustion chamber 1.
  • the fuel supply passage 6 is provided with an ignition device 24.
  • the combustion reaction does not take place unless the temperature of the combustion catalyst 9 b rises to a certain degree.
  • the combustion reaction is started by the easily heatable catalyst net 25, and the combustion catalyst 9b is preheated in advance, so that the combustion can be started immediately at the beginning of the combustion.
  • this reformer is different from the embodiment 8 in that the cooling fin 2
  • the temperature control of the CO oxidizing section 4 that requires the reaction temperature in the lowest temperature range among the reaction sections can be performed by the heat radiation from the cooling fin 26.
  • the amount of heat released from the cooling fins 26 can be adjusted by the number and length of the fins, or the way of applying cooling air. Also, as shown in FIGS. 20 (A) and (B),? By changing the height of the rejection fins 26 along the gas flow direction of the CO oxidizing section 4, the temperature distribution in the CO oxidizing section 4 can be corrected.
  • a lid 28 is provided as an opening / closing means on the exhaust ⁇ 27 for discharging the combustion exhaust gas in the exhaust space 14 to the outside.
  • a first duct 29 branching off and communicating with the exhaust space 14 is interposed between the CO oxidation section 4 and a second duct 29 communicating with the first duct 29 around the CO oxidation section 4.
  • the duct 30 is provided around.
  • the first duct 29 communicates with the upper end of the exhaust space 14, and the lower end of the second duct 30 communicates with the lower end of the first duct 29.
  • the upper end of the second duct 30 is opened to the outside so that the air can be exhausted.
  • this reformer has a configuration in which the second duct 30 is provided with an air intake section 31 for taking in outside air in the embodiment 19.
  • the air intake section 31 is opened at a portion where the first duct 29 and the second duct 30 communicate with each other to supply outside air.
  • the outside air is taken into the second duct 30 from the air intake unit 31 and flows, thereby cooling the CO oxidizing unit 4 and controlling its temperature.
  • Example 2 1
  • Example 21 is a basic form thereof.
  • the reformer according to Example 21 has cylindrical combustion chambers 1 arranged vertically in the axial direction, and is formed in a coil shape in the combustion chambers 1.
  • the reforming reaction section 2 is introduced concentrically.
  • a main exhaust port 36 for directly discharging the exhaust gas discharged from the combustion chamber 1 directly to the outside.
  • the main exhaust port 36 has a first lid 37 as an opening / closing means. Is provided.
  • a first duct 33 that branches off and communicates with the main exhaust space 32 is provided, and around the first duct 33, the first duct 33 is provided.
  • a second duct 34 communicating with the duct 33 is provided around.
  • the first duct 33 has a shift reaction section 3 disposed therein, and the second duct 34 has a CO oxidation section 4 disposed therein.
  • the combustion chamber 1 is filled with a combustion catalyst 9 b as combustion means 9 inside. Further, a fuel supply passage 11 for supplying fuel gas and combustion air is connected to a lower end of the combustion chamber 1.
  • the fuel supply passage 11 is provided with a hole 11 a at a position in contact with the inlet of the combustion chamber 1, so that the fuel gas can be uniformly fed into the combustion chamber 1.
  • a burner can be used as the combustion means 9.
  • the reforming reaction section 2 is formed by filling a pipe formed in a coil shape with a reforming catalyst, and the upper end of the reforming reaction section 2 is led out from the upper portion of the combustion chamber 1 to a raw material supply path 6.
  • Is connected to The raw material supply path 6 is configured by merging a raw material pipe 6 a to which only the reforming raw material is supplied and a steam pipe 6 b to which steam (water) is supplied.
  • the steam pipe 6b is part of Is provided in contact with the outer periphery of the combustion chamber 1 so that it can be preheated by the heat of the combustion chamber 1.
  • the lower end of the reforming reaction section 2 is led out to the outside at the lower portion of the combustion chamber 1 and is connected to a connection pipe 12 connecting the reforming reaction section 2 and the shift reaction section 3.
  • the shift reaction section 3 is formed by filling a shift catalyst into a pipe formed in a coil shape, and is introduced into the first duct 33 so as to be wound up from below. .
  • the connection pipe 12 is connected to the lower end of the soft reaction section 3.
  • the C0 oxidation part 4 is formed by filling a C0 oxidation catalyst in a coil-shaped pipe, and is introduced into the second duct 34 by winding up from the top to the bottom. Have been.
  • the upper end of the C0 oxidation part 4 is connected to the upper end of the shift reaction part 3 by a connection pipe 13.
  • the connection pipe 13 is provided with an air supply path 5 for taking in air required in the CO oxidation section 4.
  • the lower end of the C0 oxidizing section 4 is connected to a reformed gas delivery path 7 led out.
  • the first duct 33 communicates with the main exhaust space 32 at the lower end and communicates with the second duct 34 at the upper end. Further, a sub exhaust port 39 for discharging the internal combustion exhaust gas to the outside is provided at the upper end of the first duct 33.
  • a third duct 35 is further formed on the outer periphery of the second duct 34, and the second duct 34 and the third duct 35 communicate at the lower end. .
  • Each of the second duct 34 and the third duct 35 has an air supply passage 40 for taking in outside air at the lower end of the c ⁇ 2 duct 34 whose upper end is open. It is provided.
  • the main exhaust space 32 at the upper end of the main exhaust space 32 is one step lower than the upper ends of the first to third ducts.
  • a second lid 38 is provided over the upper ends of the first and second ducts, including the upper part of the air gap 36, so as to be opened and closed by itself.
  • the reforming reaction section 2 is heated by being exposed to high-temperature combustion gas in the combustion chamber 1, and is subjected to a shift reaction in the first duct 33 by the combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 1.
  • the part 3 and the C ⁇ -oxidized part 4 in the second duct 34 are heated. In this way, each reaction section is preheated.
  • the first lid 37 and the second lid 38 are opened to open the main exhaust port 36, the sub exhaust port 39, and the second duct 3 4
  • the combustion exhaust gas from the combustion chamber 1 is mainly discharged through the main exhaust space 32 through the main exhaust ⁇ 36, and the above-mentioned combustion exhaust gas is discharged into the first duct 33.
  • the gas flows slightly and is discharged from the sub exhaust ⁇ 39, and hardly flows to the second duct 34.
  • the shift reaction section 3 is heated by the combustion exhaust gas flowing slightly, the radiant heat and solid heat transfer from the main exhaust space 32, and the heat of the reformed gas itself flowing inside. Become.
  • the temperature of the shift reaction section 3 is controlled to be lower than that of the reforming reaction section 2.
  • the CO oxidizing section 4 is heated by the radiant heat and solid state heat transferred from the shift reaction section 3 and the heat of the reformed gas flowing inside the section.
  • This CO oxidizer 4 is not heated by the flue gas and Since the radiation heat and the solid heat transfer also become weaker, the temperature is controlled to a lower temperature range than the shift reaction section 3.
  • the opening and closing timing of the first lid 37 and the second lid 38 can be set arbitrarily.
  • the first lid 37 and the second lid 38 are closed in advance to the combustion chamber 1.
  • the first cover 37 and the second By keeping the lid 38 open, good temperature control of each reaction section can be performed.
  • this reformer has a configuration in which a non-combustible core 16 is provided in the center of the combustion chamber 1 in the embodiment 21. Due to the presence of the core 16, the gas flow path in the combustion chamber 1 is narrowed to increase the flow velocity, and the heat exchange efficiency between the reforming reaction section 2 and the combustion gas is improved. Further, in the combustion chamber 1, the combustion catalyst 9b is filled only in the lower part. In other words, the combustion reaction proceeds sufficiently even if the entire combustion chamber 1 is not filled with the combustion catalyst 9b, and the pressure loss of the combustion gas can be reduced by removing the excess combustion catalyst 9b.
  • Example 23
  • a reforming apparatus according to Embodiment 23 will be described.
  • a hollow core 16 was provided in the center of the combustion chamber 1 in the embodiment 21 and the core 16 was used as a raw material supply path 6 to perform a reforming reaction. It is configured to supply the modified raw material and steam to Part 2.
  • the reforming raw material and water The steam can be preheated in the core 16 and the steam can be generated in the core 16.
  • this reformer has a configuration in which fuel and combustion air can be supplied to the combustion catalyst 9 b of the combustion chamber 1 by using the inside of the core 16 as a fuel supply path 11 in the embodiment 22. It has become. In this case, since the fuel and the air for combustion can be preheated and then supplied to the combustion catalyst 9b of the combustion chamber 1, the combustion reaction by the combustion catalyst 9 can be performed more favorably.
  • a reformer according to Embodiment 25 will be described.
  • a cylindrical combustion chamber 1 is arranged vertically in the axial direction, and a coil-shaped reformer is formed in the combustion chamber 1.
  • Reaction section 2 is introduced concentrically.
  • a main exhaust ⁇ 41 for directly discharging the combustion exhaust gas emitted from the combustion chamber 1 to the outside, and a lid 42 is provided at the main exhaust port 41 as an opening / closing means.
  • a first duct 43 communicating with an upper portion of a side wall of the combustion chamber 1 is provided, and around the first duct 43, the first duct 43 is provided.
  • a second duct 44 which communicates with the lower end portion, is provided around.
  • the first duct 43 has a coil-shaped reaction section 3 disposed therein, and the second duct 44 has a C0 oxidized section having a coiled surface 4 disposed therein.
  • the combustion chamber 1 is filled with a combustion catalyst 9 b as combustion means 9 inside. Further, a fuel supply path 11 for supplying fuel gas and combustion air is connected to a lower end of the combustion chamber 1. This fuel supply passage 11 is provided with a hole 11 a at a position in contact with the inlet of the combustion chamber 1, and the fuel gas is uniformly fed into the combustion chamber 1. I can put it. In the combustion chamber 1, a burner can be used as the combustion means 9.
  • the reforming reaction section 2 is formed by filling a reforming catalyst in a coil-shaped pipe, and the upper end of the reforming reaction section 2 is led out from the upper portion of the combustion chamber 1 to a raw material supply path.
  • the gun is attached to 6.
  • the raw material supply path 6 is configured by merging a raw material pipe 6 a to which only the reforming raw material is supplied and a steam pipe 6 b to which steam (water) is supplied.
  • the steam pipe 6b is partially provided around the outer periphery of the combustion chamber 1 so as to be preheated by the heat of the combustion chamber 1.
  • the lower end of the reforming reaction section 2 is connected to the upper end of the shift reaction section 3 by a connecting pipe extending from the upper side of the combustion chamber 1 through the center of the combustion chamber 1.
  • the shift reaction section 3 is formed by filling a pipe formed in a coil shape with a shift catalyst, and is introduced into the first duct 43 so as to be wound down from top to bottom. I have.
  • the C0 oxidation part 4 is formed by filling a C0 oxidation catalyst in a pipe formed in a coil shape, and is introduced into the second duct 44 so as to be wound up from bottom to top. I have.
  • the lower end of the CO oxidizing section 4 is connected to the lower end of the shift reaction section 3 by a connecting pipe.
  • the connection pipe is provided with an air supply path 5 for taking in the air required in the CO oxidation section 4.
  • the upper end of the C0 oxidizing section 4 is connected to a reformed gas delivery passage 7 led out.
  • an air supply path 45 for taking in outside air is provided at the lower end of the second duct 44.
  • the temperature is controlled to be lower than the shift reaction section 3.
  • combustion is performed in the combustion chamber 1 with the first lid 41 closed in advance in the initial stage of operation before generating reformed gas.
  • the shift reaction section 3 and the CO oxidizing section 4 can be preheated. Good humidity control of each reaction section can be performed.
  • the reformer according to the present invention is, for example, a reformed gas Useful for providing That is, in the reformer, since the temperature of each reaction section can be controlled well, a high-quality reformed gas having a sufficiently low CO concentration can be produced.
  • the reactors are integrally provided, it is easy to reduce the size of the reactor, which is effective for reducing the size of the fuel cell system.

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Description

明 細 書
改質装置 技術分野
本発明はメタノール等のアルコール類、 メタン、 ブタン等の炭化水素類、 ナフサ、 L N G等の化石燃料等を改質原料としてこれを水蒸気改質し、 水 素を主成分とする改質ガスを製造するのに使用される改質装置に関するも のである。 より詳しくは、 水蒸気改質後の改質ガスに含まれる一酸化炭素 の濃度を数 1 0 p p m程度のレベルにまで低減できる改質装置に関するも のである。 背景技術
従来から、 改質原料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生 成させる改質装置が知られている。 上記改質ガスの利用用途の一つとして、 燃料電池の発電燃料が挙げられるが、 この場合、 改質ガス中に含まれる一 酸化炭素 （C O) は燃料電池の電極の被毒物質となるため 1 0 0 p p m以 下のレベルにまで除去されることが望まれる。 そのために、 特開平 5— 2 5 1 0 4号に開示されているように、 改質原料を水蒸気改質する工程の 後に、 ここで得られた改質ガスを水性シフ ト反応により C O濃度を低減さ せる工程と、 C Oを選択的に酸化してさらに低減させる工程を設けること により、 C 0の除去が行われている。 しかしながら、 従来では、 上記 3つ の反応工程を別々の装置により行っていたために、 改質システム全体とし ては大型化するものであった。 また、 各反応工程毎に反応熱を供給するた めの熱源がそれぞれ必要となるために、 熱的な損失も大きい。 したがって、 従来の改質装置にあっては熱損失を抑えるとともに小型化が望まれるもの であった。
これに対し、 小型化を目的として改良された改質装置の従来例が特開平
7 - 1 2 6 0 0 1号に開示されている。 この改質装 Sについて説明すると、 該改質装置は、 燃料を燃焼させる燃焼部の上に、 改質反 部とシフ ト反応 部と C 0酸化部がガス流れ方向に沿って直列的に順次配列された平板状の 改質処理層と、 燃焼部からの燃焼ガスが通る平板状の燃焼ガス流路層とが 交互に配置されて立ち上る構造を有している。 そして、 この改質装置では、 上記燃焼ガス流路層から上記 3つの反応部が熱供給されることから、 燃焼 部の熱を上記 3つの反応部で有効に利用するものであり、 また、 上記 3つ の反応部を合わせ持つことから小型化にも有効なものである。
しかしながら、 上記従来例に係る改質装置は、 各反応部の適切な温度制 御ができないという欠点があった。 すなわち、 上記 3つの反応部はいずれ も触媒反応であり、 これら各反応部で行われる反応にはそれぞれ要求され る反応温度の範囲があることが知られている。 例えば水蒸気改質反応の反 応温度範囲は、 改質原料の種類により異なるが、 ブタン等の炭化水素系原 料のときは概ね 4 0 0〜： L 0 0 0。C、 好ましくは 6 0 0〜 9 0 0 °Cであり、 メタノ一ル原料のときは概ね 2 5 0〜4 0 0てである。 一方、 水性シフ 卜 反応や C O選択酸化反応の反応温度範囲は、 改質原料の種類による違いは さほどなく、 水性シフト反応では概ね 2 0 0 ~ 3 5 0 °C、 好ましくは 2 2 0〜 3 0 0 °Cであり、 C 0選択酸化反応では概ね 1 0 0〜 2 5 0て、 好ま しくは 1 2 0〜1 8 0 °Cである。 総じて、 改質反応部〉シフ ト反応部〉 C 0酸化部というように反応温度域は低くなる。 したがって、 各反応部はそ れぞれ上記反応温度範囲に収まるように温度制御されることが必要となる しかしながら、 上記従来例に係る改質装置では、 上記改質反応部とシフ ト反応部が独立したセクションではなく、 同一セクション内で連銃してお り、 改質処理されるガスが温度低下するのに伴つて反応形態が水蒸気改質 反応から水性シフ ト反応へと移行することにより機能的に区別されるもの となっている。 そのため、 この改質装置は改質温度とシフ 卜反応温度との 差が少ないメタノールの水蒸気改質は効率よく行うことができても炭化水 素の水蒸気改質では上記改質反応部からンフ ト反応部への移行部分で、 要 求される反応温度範囲から外れ、 水蒸気改質反応の反応温度域が高いブタ ン等の炭化水素系原料では特に問題となる。 また、 上記改質処理層と燃焼 ガス流路層とが交互に配置された積層構造となっていることから、 同一の 反応部であっても積層位置により温度のばらつきを生じ、 特に外表面に近 い位置では中心位置に比べて外気で冷やされるため温度差が大きくなるも のであった。 この温度ばらつきは、 特に反応温度範囲の狭い C O酸化部に て問題となる。 このように、 各反応部において部分的に反応温度範囲から 外れる部分があると、 得られる改質ガスにおいて水素含有量の低下や C O 濃度の低減レベルが不十分となるなどの懸念がある。
発明の開示
本発明は、 上記の如き従来例の錁題を解決するものであって、 その目的 とするところは、 改質反応部とシフト反応部と C O酸化部を一体に備える ことで小型化が可能であり、 熱源の熱を有効利用でき、 さらに各反応部の 温度制御が良好に行える改質装置を提供することにある。
本発明に係る改質装置は、 燃料ガスの燃焼により発熱する熱源を含み、 この熱源から直接反応熟を得て改質原料を水蒸気改質し水素を主成分とす る改質ガスを生成させる原料改質部と、 この原料改質部で生成した改質ガ ス中に含まれる C 0を水性シフ ト反応により低減させるシフ 卜反応部と、 このシフ ト反応部にて処理した後の改質ガス中に含まれる C Oを酸化して さらに低減させる C O酸化部と、 をそれぞれ独立したセクションとして一 体に備えている。 そして、 上記原料改質部とシフ ト反応部と C O酸化部は, 上記シフ ト反応部及び C 0酸化部が上記原料改質部の熱源からの伝熱によ り間接加熱されるように配置されている。
この改質装置では、 上記 3つの反応部、 即ち原料改質部とシフ ト反応部 と C 0酸化部を一体に備えて 、ることから、 この装置単体で C 0除去した 改質ガスを得ることができる。 従って、 別途に C O除去工程を設ける必要 がなく、 システム全体として小型化が可能である。 また、 これら各反応部 はそれぞれ独立したセクションであって、 しかも上記原料改質部において は最も高温域が要求される水蒸気改質反応は熱源からの直接加熱下で行わ れる一方、 これよりも低温域が要求されるンフ 卜反応部及び C O酸化部は 上記熱源からの伝熱により間接加熱されるように配置されているので、 各 反応温度域に応じた温度制御をすることができる。
本発明においては、 上記原料改質部とンフ ト反応部と C O酸化部は、 同 心状に配置され、 少なくとも上記 C O酸化部が外周側に配置されると好ま しいものである。 すなわち、 上記原料改質部とシフ 卜反応部と C O酸化部 の配置関係を同心状とすることにより、 上記ンフ ト反応部及び C O酸化部 において、 上記熱源からの伝熱量や外部への放熱量に同一反応部内で部分 的な偏りを生じにくくなる。 従って、 上記シフト反応部及び C O酸化部は、 それぞれ部分的な温度のばらつきが小さくなり、 要求される反応温度域内 に収まるように温度制御しやすくなる。 そして、 3つの反応部のうち最も 低温域に温度制御されることが要求される上記 C O酸化部を、 少なくとも 外周側に配置することで外部に放熱しやすくなり、 その結果、 低温域に温 度制御しやすくなる。 また、 同心配置とすることで、 装置全体としての小 型化が行いやすくなる。 本発明において、 上記原料改質部が、 上記熱源として略筒状の燃焼室と、 改質原料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成させる改質 反応部とを備えて構成されるものとしたとき、 上記改質反応部は上記燃焼 室に対し直接加熱されるように同心状に配置され、 一方、 上記シフ ト反応 部と上記 C 0酸化部は上記燃焼室に対し間接加熱されるように同心状に配 置されているとよい。 ここで、 上記燃焼室の略筒状形状とは、 円筒に限ら ず、 角筒も含むものである。 また、 上記燃焼室にて燃料を燃焼させる燃焼 手段としては、 特に限定されないが、 例えばバーナーや燃焼触媒を用いる 手法が挙げられる。
上記燃焼室と改質反応部との位置関係については、 2つの態様がある。 一つは上記改質反応部が上記燃焼室内に導入されて配置される場合 （図 2 3〜2 7 ) であり、 もう一つは上記改質反応部が上記燃焼室の外周に接し て周設される場合 （図 1〜2 2 ) である。 これら 2つの場合の違いは、 前 者の場合、 上記改質反応部は周りから加熱されるのみで表面からの放熱が ないのに対し、 後者の場合、 上記改質反応部の外周からの放熱がある点で ある。
上記燃焼室の中心には不燃性のコアを設ける （図 1 9、 1 1、 1 4〜1 7、 2 1、 2 2、 2 4 - 2 6 ) ことが好ましい。 すなわち上記コアを設け ることにより、 上記燃焼室内の燃焼ガスの流路は狭められ、 その結果、 燃 焼ガスの流速が大きくなって上記改質反応部との熱交換効率が向上するか らである。 上記コアとしては、 上記燃焼室の温度上昇を妨げないようにす る観点から熱容量の小さいものが好ましく、 例えば中空体が例示される。 また、 本発明においては、 上記シフ ト反応部及び C O酸化部を間接加熱 する手法として、 （1 ) 上記燃焼室の外周から中間体を介して feわる固体 伝熱や幅射熱を利用する手法 （図 1〜7、 2 7 ) と、 （2 ) 上記燃焼室か らでる燃焼排ガスの熱を利用する手法 （図 8〜2 7 ) と、 が挙げられる。 上記 （1 ) の手法により上記シフ ト反応部及び C O酸化部を間接加熱す る改質装置の一例として、 上記燃焼室の外周に接して周設された上記改質 反応部の外周に上記シフ ト反応部及び C O酸化部が周設されたものが挙げ られる。
この改質装置では、 上記改質反応部が上記中間体としての役割を果たす もので、 上記燃焼室からの熱が上記改質反応部を介して減じられた後、 上 記シフ 卜反応部及び C O酸化部に伝わる。 特に上記改質反応部で行われる 水蒸気改質反応は吸熱反応であることから、 上己燃焼室からの熱は上記改 質反応部にて消費されて減じられた後、 上記ンフ ト反応部及び C O酸化部 に伝わることになる。 また、 この構成においては、 上記燃焼室を中心とし てその周囲に上記改質反応部、 シフ ト反応部、 C O酸化部が配置されるこ とから、 高さ方向の小型化に有利である。
また、 上記改質反応部と上記ンフト反応部及び C 0酸化部との間には、 伝熱調節機能を有する隔壁を設けることが好ましい。 ここで、 伝熱調節機 能を有する隔壁とは、 上記改質反応部の余熱が必要以上に高温のまま、 そ の外側に位置する上記シフ ト反応部及び C 0酸化部に直接伝わらないよう に、 ある程度伝熱量を減じてンフ ト反応部及び C O酸化部において必要と される温度域にまで伝熱温度を調節する機能を有する隔壁のことである。 上記隔壁としては、 例えば断熱材や空気層などが挙げられ、 その材質や厚 みを適宜調整することにより最も適した伝熱調節効果が得られるものであ る。 この改質装置では、 上記 fe熱調節機能を有する隔壁により上記改質反 応部からの伝熱量を調節できるので、 シフト反応部及び C 0酸化部の温度 制御が行 I、やすいものとなる。
また、 上記改質反応部と上記シフ卜反応部とを接続する流路は上記シフ 卜反応部及び上記 C 0酸化部の外側に迂回されていてもよい。 上記改質反 応部から出た直後の改質ガスは通常、 上記ンフ ト反応部の反応温度域より も高温となるが、 上記改質反応部と上記シフ 卜反応部とを接統する流路を 外側に迂回させることで放熱させることができ、 適当な温度域にまで調節 することができる。
また、 上記改質反応部の温度分布に対応させて、 該改質反応部の高温側 に上記シフ ト反応部を配置し、 低温側に上記 C O酸化部を配置することが 好ましい （図 2参照） 。
本発明において、 上記 （2 ) の手法により上記シフ ト反応部及び C O酸 化部を間接加熱するようにした改質装置の一例として、 上記燃焼室から出 る燃焼排ガスが直接流れる排気空間を上記燃焼室の同軸上方に隣接して備 え、 この排気空間の周囲に上記シフ ト反応部が周設され、 このシフ ト反応 部の周囲に上記 C O酸化部が周設された構成のものが挙げられる （図 8〜 2 6参照） 。
この改質装置では、 上記排気空間は燃焼排ガスにより加熱され、 上記シ フ 卜反応部には上記排気空間の周囲から伝熱され、 さらにこのシフ ト反応 部から上記 C O酸化部に伝熱される。 このとき、 上記燃焼排ガスの温度は 上記燃焼室の温度よりも低くなることから、 上記シフ ト反応部の加熱温度 は上記改質反応部よりも低温に温度制御され、 さらに外側に位置する上記 C O酸化部の加熱温度は上記シフト反応部よりも低温に温度制御される。 従って、 各反応部をそれぞれの反応温度域に合わせて温度制御することが できるものである。
この場合、 上記燃焼室と上記排気空間との間に外気を取り込むための空 気取込部を設ける （図 1 2 ) ことが好ましい。 すなわち、 上記燃焼室から でた直後の燃焼排ガスは上記燃焼室に近い程度に高温であるため、 上記空 気取込口から外気を取り込んで燃焼排ガスの温度を適宜冷やし、 温度調節 してから上記排気空間に送ることで、 上記シフ ト反応部の加熱温度を調節 できるからである。
またこの場合、 上記排気空間を加熱する補助加熱手段 （図 1 6、 1 7 ) を設けることが好ましい。 上記補助加熱手段は、 上記シフ ト反応部の加熱 温度が低いときに、 上記排 空間を加熱するのに使用でき、 また、 改質ガ スの生成処理を行う初期段階において、 上記シフ 卜反応部を予め予熱する のにも使用できる。
またこの場合、 上記排気空間内の燃焼排ガスを外部に排出する排気口に 開閉手段が設けられ、 一方、 上記シフ 卜反応部と上記 C O酸化部の間に上 記排気空問と分岐して連通する第 1のダク 卜が介設され、 上記 C O酸化部 の周囲に上記第 1のダク 卜と連通する第 2のダク 卜が周設された構成となつ ていてもよい （図 2 1 ) 。 この改質装置では、 上記開閉手段にて上記排気 口を閉じることにより、 上記排気空間内の燃焼排ガスは上記第 1のダク 卜 へと流れ、 さらに第 2のダク トへと流れるもので、 このとき上記シフ ト反 応部と C O酸化部は、 第 1のダク 卜及び第 2のダク トを流れる燃焼排ガス によっても加熱されることになる。 一方、 上記排気口を開けると、 上記排 気空間の燃焼排ガスは該排気口から外部に排出され、 第 1のダク ト及び第 2のダク 卜にはほとんど流れなくなる。 従って、 上記開閉手段により上記 排気口の開閉を行うことで、 上記シフ 卜反応部及び C O酸化部の温度 ¾節 が自在に行えるものである。
上記第 2のダク 卜には、 外気を取り込むための空気取込部を設けること が好ましい （図 2 2 ) 。 この空気取込口を設けることにより、 上記開閉手 段により排気口を閉じた場合に、 上記第 2のダク 卜内に外気を取り込んで ここを流れる燃焼排ガスの温度だけを冷やすことができるため、 上記 C O 酸化部のより良好な温度制御が行えるようになる。
また、 上記排気空間の中心には不燃性のコアを設けることが好ましい （ 図 1 0、 1 1、 1 4、 1 5 ) 。 この場合、 上述した上記燃焼室内のコアの 場合と同様の効果が、 上記排気空間でも得られるものである。
本発明に係る改質装置では、 上記改質反応部、 シフ ト反応部、 C〇酸化 部のうちの少なく ともいずれかの表面に、 該表面を構成する材料よりも熱 伝導率が高い伝熱材を設けることが好ましい （図 1 5 ) 。 即ち、 上記各反 応部はガス流れ方向に沿って温度差を生じる傾向があり、 例えば上記改質 反応部では吸熱反応であることから風下側が温度低下し、 上記シフ ト反応 部及び C 0酸化部では発熱反応であることから風下側が温度上昇する傾向 にある。 この温度差を上記反応部の表面に設けた上記伝熱材が均一化する 役割を果たすのである。
また、 本発明に係る改質装置では、 上記 C O酸化部の外表面に放熱フィ ンを設けることもできる （図 1 9、 2 0 ) 。 上記放熱フィ ンが設けられて いると、 上記 C O酸化部に上記燃焼室から間接的に供給される fe熱量が過 剰となる場合、 該放熱フィンから放熱して該 C O酸化部の温度を反応温度 域に収まるように温度制御することができる。
本発明において、 上記 （2 ) の手法により上記シフ ト反応部及び C O酸 化部を間接加熱するようにした改質装置の他の例として、 上記燃焼室から 出る燃暁排ガスが直接流れるメイン排気空間と、 このメィン排 5空間内の 燃焼排ガスを外部に直接排出するメイン排気口と、 このメイン排気口を開 閉する開閉手段を備え、 一方、 このメイン排気空間と分岐して連通し該メ イン排気空間の周囲に周設された第 1のダク 卜と、 この第 1のダク トと連 通しその周囲に周設された第 2のダク 卜とを備えており、 上記第 1のダク ト内には上記シフ ト反応部が配置され、 上記第 2のダク ト内には上記 C O 酸化部が配置された構成のものが挙げられる （図 2 3 ~ 2 6 ) 。
この改質装置では、 上記開閉手段により上記メィン排気口を閉じると、 上記燃焼室からの燃焼排ガスは上記第 1のダク 卜に流れ、 さらに第 2のダ ク 卜に流れ、 この燃焼排ガスにより、 上記第 1のダク ト内の上記シフ 卜反 応部、 及び上 f己第 2のダク ト内の上記 C O酸化部が加熱される。 一方、 上 記メィン排気口を開けると、 上記燃焼室からの燃焼排ガスは主に上記メィ ン排気空間を通って上記メイン排気口から排出され、 上記第 1のダク 卜及 び第 2のダク 卜にはほとんど流れなくなる。 このとき上記シフ ト反応部及 び C O酸化部は主として上記メィン排気空間から伝わる輻射熱や固体伝熱、 それとそれらの内部を流れる改質ガス自身が有する熱とにより加熱される ことになり、 上記改質反応部に比べて十分低温域に温度制御される。 従つ て、 この改質装置においては、 改質ガスの生成を行う前の運転初期におい て、 予め上記開閉手段により上記メイン排気口を閉じた状態で上記燃焼室 にて燃焼を行うことで、 上記改質反応部だけでなく、 上記シフ ト反応部及 び C O酸化部も予熱することができるものであり、 定常運転時には、 上記 メイン排気口を開けた状態とすることで、 各反応部の良好な温度制御が行 んる。
この改質装置において、 上記第 1のダク 卜に内部の燃焼排ガスを外部に 排出するサブ排気口とこのサブ排気口を開閉する開閉手段を設けることも できる （図 2 1〜2 6 ) 。 この場合、 上記メイン排気口を開けた状態のと きに上記サブ排気口を開けておくと、 上記メィン排気空間との分岐部分か ら上記第 1のダク 卜には僅かに燃焼排ガスが流れ上記サブ排気口から排出 されるようになる。 そして、 この第 1のダク ト内を僅かに流れる燃焼排ガ スは、 上記ンフ 卜反応部を上記 C O酸化部よりも幾分か高い温度域に加熱 する働きをする。 したがって、 各反応部のより良好な温度制御が行えるよ うになる。
また、 上記シフ ト反応部、 C O酸化部の少なくとも 1つはコイル状に形 成されていると好ましい （図 2 3〜2 6 ) 。 この場合、 上記ンフ ト反応部 及び C O酸化部はコイル状であると燃焼排ガスにより加熱する際に、 熱交 換効率が良好なものとなる。
また、 上記第 2のダク 卜には外 を取り込むための空気供給路を設ける (図 2 3 ~ 2 6 ) ことが好ましい。 この場合、 上記第 2のダク トに上記空 気供給路から外気を取り込んで上記 C 0酸化部の温度調節をすることがで きる。
本発明に係る改質装置では、 上記原料改質部に改質原料及び水蒸気を供 給する原料供給路の少なくとも一部を、 上記原料改質部の熱源からの熱に より予熱される位置に配置することが好ましい （図 3〜2 7 ) 。
すなわち、 上記原料供耠路から上記原料改質部には最終的には改質原料 及び水蒸気の混合気の状態で供給されるものであるが、 上記原料供給路が 予熱できるようになっていると、 上記原料供給路内で水から水蒸気を発生 させることが可能となることから、 上記原料供給路への供袷源からは水蒸 気でなくても水の状態で供給することが可能となる。 従って、 別途に水蒸 気発生装置等を設けることを省くことができるものであり、 その結果、 改 質システム全体として小型化が図れる。 また、 上記原料供給路を予熱する ことで、 予め改質原料及び水蒸気を水蒸気改質反応の反応温度域に近い温 度にしておくことができるので、 上記原料改質部での初期状態において改 質触媒の温度を下げることなく直ちに改質反応を開始できるものとなる。
この場合、 上記原料供給路を予熱する手法としては、 特に限定されず、 例えば上記原料供給路の少なく とも一部が上記 3つの反応部うちの少なく ともいずれかの表面に接して配置されていてもよく （図 3 ~ 6、 8〜2 4、 2 6 ) 、 上記原料改質部の熱源からの燃焼排ガスと接する位置に配置され ていても （図 7 ) 、 或いは、 上記原料改質部の熱源により直接加執される 位置に配置されていてもよい （図 2 5、 2 7 ) 。
また本発明に係る改質装置においては、 上記原料改質部の熱源が触媒燃 焼により発熱するものである場合、 該熱源の燃焼触媒を予熱するための予 熱手段を設けることが好ましい （図 1 8 ) 。 上記熱源が触媒燃焼による場 合、 燃焼触媒の温度がある程度まで上がらないと燃焼反応が起こらないが、 上記予熱手段により予め燃暁触媒を予熱しておく ことで燃焼開始初期に直 ちに燃焼開始できるようになる。
本発明に係る改質装置は、 水蒸気改質反応の反応温度範囲が高温域とな る改質原料の場合、 特に有効である。 例えば、 改質原料としてブタンを用 いる場合、 上記改質反応部は 4 0 0〜1 0 0 0 °Cに、 上記シフ ト反応部は 2 0 0〜3 5 0 °Cに、 上記 C O酸化部は 1 0 0〜2 5 0 °Cに温度制御され る必要がある。 このように上記改質反応部の反応温度域が高温域になると、 上記シフ ト反応部及び C O酸化部のそれとの温度ギャップが大きくなつて その温度制御が難しくなる。 しかしながら本発明に係る改質装置は、 上述 したように、 上記 3つの反応部がそれそれ独立したセクシヨンとなってい て、 上記改質反応部は熱源から直接加熱することから高温域で温度制御し やすく、 一方、 上記シフ ト反応部及び C O酸化部は熱源からの伝熱により 間接加熱することから低温域でも温度制御しやすいものとなるからである。 図面の簡単な锐明
図 1は本発明の実施例 1に係る改質装置を模式的に示す断面斜視図であ る。
図 2は本発明の実施例 2に係る改質装笸を模式的に示す要部の断面図て ある。
図 3は本発明の実施例 3に係る改質装置を模式的に示す要部の断面図で ある。
図 4は本発明の実施例 4に係る改質装置を模式的に示す要部の断面図で ある。
図 5は本発明の実施例 5に係る改質装置を模式的に示す断面図である。 図 6は本発明の実施例 6に係る改質装置を模式的に示す断面図である。 図 7は本発明の実施例 7に係る改質装置を模式的に示す要部の断面図で ある。
図 8は本発明の実施例 8に係る改質装置を模式的に示す断面図である。 図 9は本発明の実施例 9に係る改質装置を模式的に示す断面図である。 図 1 0は本発明の実施例 1 0に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
m i lは本発明の実施例 1 1に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 2は本発明の実施例 1 2に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 3は同実施例に係る改質装置の斜視図である。
図 1 4は本発明の実施例 1 3に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 5は本発明の実施例 1 4に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 6は本発明の実施例 1 5に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 7は本発明の実施例 1 6に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 8は本発明の実施例 1 7に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 1 9は本発明の実施例 1 8に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 2 0 ( A ) ( B ) はそれぞれ同実施例に係る改質装置の変形例を示す 要部の断面図である。
図 2 1は本発明の実施例 1 9に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る o
図 2 2は本発明の実施例 2 0に係る改質装箧を模式的に示す断面図であ る。
図 2 3は本発明の実施例 2 1に係る改質装置を模式的に示す断面図であつ て、 （A) は始動時の状態を示し、 （B ) は定常運転の状態を示している。 図 2 4は本発明の実施例 2 2に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る 0
図 2 5は本発明の実施例 2 3に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る o
図 2 6は本発明の実施例 2 4に係る改質装置を模式的に示す断面図であ る。
図 2 7は本発明の実施例 2 5に係る改質装置を模式的に示す断面図であつ て、 （A ) は始動時の状態を示し、 （B ) は定常運転の状態を示している。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明に係る改踅装置の実施形態について説明する。 ここでは 説明の便宜上、 改質装置の上下方向を図面の紙面における上下方向と一致 させて、 各構成を説明する。
実施例 1
まず、 本発明の実施例 1に係る改質装置について説明する。 ここで、 実 施例 1〜7のグループには、 主要部分に同様の構成を有する改質装置が示 されており、 実施例 1はこれらの基本形となるものである。
実施例 1に係る改質装置は、 図 1に示す如く、 熱源として略筒状の燃焼 室 1を備え、 その周囲には改質原料を水蒸気改質して水素を主成分とする 改質ガスを生成させる改質反応部 2が隣設されている。 この改質反応部 2 の周囲には、 この改質反応部 2で生成した改 Sガス中に含まれる C Oを水 性シフ 卜反応により低'减させるシフ ト反応部 3と、 このンフ 卜反応部 3に て処理した後の改質ガス中に含まれる C Oを酸化してさらに低減させる C 0酸化部 4が配置されている。 上記改質反応部 2、 シフ ト反応部 3、 C O 酸化部 4は、 それぞれ独立のセクションとして同心配置となっている。 上記燃焼室 1は、 略円筒形に形成されていて該改質装置の中心部に配置 されている。 燃焼室 1は軸方向を上下として上方にて開口し、 下方には燃 焼手段 9としてバーナー 9 aを備えている。 なお、 燃焼室 1は、 円筒形に 限らず角筒状であってもよく、 また燃焼手段 9としては他に触媒燃焼等の 手段を用いることもできる。
上記改質反応部 2は、 燃焼室 1の外周に沿って環状の眉をなすガス流路 内に改質触媒を充填し形成されたもので、 燃焼室 1から直接加熱されるよ うになつている。 また、 改質反応部 2には改質原料及び水蒸気を供袷する ための原料供給路 6が設けられている。 実施例 1においては、 原料供給路 6が改質反応部 2の下端に接続されている。
上記改質触媒は、 改質原料と水蒸気の混合気を高温下で接触させること で水素を主成分とする改質ガスを生成させる、 いわゆる水蒸気改質反応を 起こすもので、 例えば、 N i , R h , R u等の金属をアルミナやジルコ二 ァなどからなる担体に担持させたものを用いることができる。 改質反応部 2では、 改質触媒の粒子間の隙間を改質原料及び水蒸気の混合気が通り抜 けることができるようになつており、 このとき上記混合気が改質触媒に接 触することにより水蒸気改質反応が行われ、 水素を主成分とする改質ガス が生成する。 この改質ガスには水索の他、 二酸化炭索や一酸化炭素、 メタ ン等が混合している。 この水蒸気改質反応は吸熱反応であって、 燃焼室 1 の熱により直接加熱されて反応熱が供耠されるものである。 因みに、 この 水蒸気改質反応は改質原料として炭化水素系ガスを用いた場合、 一般に反 応温度を約 5 0 0 °C以上とすると良好な反応が行えるものである。 上記改 質原料としては、 気体のメタン、 プロパン、 ブタン等の炭化水素系のガス や、 常温で液体のアルコール類やガソリン、 灯油、 ナフサ等といったもの を用いることができる。 因みに、 原料ガスとしてブタンを用いた場合、 上 記水蒸気改質反応により、 水素が約 7 0 %、 二酸化炭素が約 1 5 %、 一酸 化炭素が約 1 0 %、 その他メタン等が数％の濃度となって混合した改質ガ スが得られる。 この改質反 t、部 2の加熱温度は、 燃焼室 1のバーナー 9 a の炎の大きさ等を適宜調節することで制御できるものである。
シフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4は、 隔壁 8を介して改質反応部 2の外 周に沿って設けられている。 シフト反応部 3は改質反応部 2と連通し且つ 改質反応部 2の外周に沿って環状の層をなすガス流路のうちの風上側にシ フ ト触媒を充填し形成されたもので、 一方、 C O酸化部 4は同上ガス流路 のうちの風下側に上記シフト反応部 3とは問隔を隔てて C 0酸化触媒を充 填し形成されたものである。 ンフト反応部 3と C O酸化部 4を接続する接 続部分には空気を取り込むための空気供給路 5が設けられている。 実施例 1においては、 シフ ト反応部 3は改質反応部 2の上方側外周に配置されて それらの上端同士が連通しており、 一方、 C O酸化部 4は改質反応部 2の 下方側外周に配置されて上端がシフ ト反応部 3の下端と接続されている。 C 0酸化部 4の下端には C 0除去された改質ガスが送り出される改質ガス 送出路 7が設けられている。
上記シフ 卜触媒は、 改 K反応部 2にて生成した改質ガス中に含まれる C 〇を水性シフ ト反応により低減させるものであって、 例えば、 C u、 Z n、 F e、 C r等をアルミナゃジルコニァなどからなる担体に担持させたもの を用いることができる。 シフ ト反応部 3では、 改質反応部 2にて生成した 改質ガスがシフ ト触媒に接触することにより、 該改質ガス中に含まれる一 酸化炭素と水蒸気とが反応して水素と二酸化炭素となるシフ ト反応が行わ れ、 これにより改質ガス中の一酸化炭素の大部分は除去され、 濃度で 1 % 程度にまで減少される。 ここで、 上記シフト反応は発熱反応であって、 改 質反応部 2での水蒸気改質反応よりも低い温度で反応が斤われるものであ る。 因みに、 このシフ ト反応の原料ガスとして炭化水素系ガスを用いた場 合、 反応温度は約 2 0 0〜3 5 0 °C、 好ましくは 2 2 0〜3 0 0 °Cの反応 温度で行われる。
一方、 C O酸化触媒は、 シフ ト反応部 3で処理後の改質ガスに残存する C Oを選択的に酸化することにより低減させるものであって、 例えば、 P t、 R u等をアルミナゃジルコニァなどからなる担体に担持させたものを 用いることができる。 C O酸化部 4では、 シフ ト反応部 3にて C Oが減じ られた改質ガスが、 空気供給路 5から取り込まれた空気 （酸素） と混合さ れた後に上記 C 0酸化触媒と接触して、 C Oが選択的に酸化されニ酸化酸 素となって除去される。 ここでは、 改質ガス中の C O濃度はさらに減少さ れ、 1 0 0 p p m以下程度まで減少される。 ここで、 上記 C O酸化触媒に よる一酸化炭素の酸化反応は発熱反応であって、 上記ンフ ト反応よりも低 い温度域で反応が行われるものであり、 因みに、 その反応温度は約 1 0 0 〜2 5 0 °C、 好ましくは 1 2 0 ~ 1 8 0 °Cの範囲となるものである。
改質反応部 2とシフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4との間に設けられた隔 壁 8は伝熱調節機能を有しており、 すなわち、 高温となる改質反応部 2の 余熱が必要以上に高温のまま、 その外側に位置するシフ 卜反応部 3及び C 0酸化部 4に直接伝わらないように、 ある程度伝熱を遮断してシフ 卜反応 部 3及び C 0酸化部 4での反応温度域まで改質反応部 2からの伝熱温度を 調節する役割を果たすものである。 この伝熱調節機能を有する隔壁 5とし ては、 例えば、 公知の断熱材や中空層などが挙げられ、 その材質や厚みを 適宜調整することにより最も適した伝熱調節効果が得られるようにできる ものである。
該改質装置では、 燃焼室 1を中心として外側に向かって改質反応部 2と、 シフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4を同心状に一体に備えているので、 C O 除去した改質ガスを得る改質システム全体として小型化が可能となるもの である。 また、 燃焼室 1からの熱は、 高温環境下での吸熱反応となる水蒸 気改質反応が行われる改質反応部 2により消費され、 その余熱が外側のシ フト反応部 3及び C O酸化部 4に間接的に伝わるものであり、 このように、 燃焼部 1からの熱は、 改質反応部 2、 シフ ト反応部 3、 及び C O酸化部 4 の全てで有効利用されることから、 熱报失を小さく抑えることができるも のである。 特に、 改質反応部 2、 シフ ト反応部 3及び C O酸化部 4は同心 配置であることから、 熱源である燃焼室 1に対して部分的に偏りのない良 好な配置バランスとなり、 同じ反応部内での温度ばらつきは小さいものと なる。 さらに、 改質反応部 2からの伝熱は、 隔壁 5により適度な温度とな るように伝熱温度が調節された後、 改質反 f 、部 2よりも低温で反応が行わ れる外側のシフト反応部 3及び C O酸化部 4に伝わるので、 シフ ト反応部 3及び C O酸化部 4においては適切な反応温度で反応が行える。
実施例 2
次に実施例 2に係る改質装置について説明する。 実施例 2に係る改質装 置は、 図 2に示す如く、 改質反応部 2とシフ 卜反応部 3とが、 シフ ト反応 部 3及び C 0酸化部 4の外側に迂回する迂回路 1 0により接銃されている 点で、 実施例 1とは異なっている。 実施例 2においては、 シフ ト反応部 3 が改質反応部 2の下方側外周に配置され、 C 0酸化部 4が改質反応部 2の 上方側外周に配置されており、 上記迂回路 1 0は改質反応部 2の上端とシ フ ト反応部 3の下端とを接続し、 改質ガス送出路 7は C O酸化部 4の上端 に設けられている。
この実施例 2に係る改質装置では、 改質反応部 2からでた高温の改質ガ スを、 迂回路 1 0で放熱してシフ ト反応部 3での反応温度域としてから、 シフ ト反応部 3に送ることができるものであり、 これにより、 シフ ト反応 部 3での良好な反応が行えるものである。
また、 シフ ト反応部 3が改質反応部 2の下方側外周に位置し、 C O酸化 部 4が改質反応部 2の上方側外周に位置していることから、 改質反応部 2 の温度分布に対応してシフ ト反応部 3及び C 0酸化部 4が位置したものと なっている。 すなわち、 改質反応部 2においては、 その下方側は燃焼室 1 のバーナー 9に近い位置であることから高温側となり、 且つ上方側はバー ナ一 9から遠いことから低温側となるものである。 ここで、 前述したよう に、 シフト反応部 3の反応温度域は C 0酸化部 4のそれよりも高い温度域 にあることから、 この場合、 シフ ト反応部 3及び C O酸化部 4を良好な温 度に制御しやすくなるものである。
実施例 3
次に実施例 3に係る改質装置について説明する。 実施例 3に係る改質装 置は、 図 3に示す如く、 改質反応部 2とシフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4 との間、 すなわち隔壁 8内に原料供給路 6が上方から下方に向かって介在 している点で実施例 1とは異なっている。
実施例 3に係る改質装置では、 上記原料供給路 6を通る改質原料及び水 蒸気の混合気は、 改質反応部 2により予熱されてから改質反応部 2に供給 される。 從つて、 改質原料及び水蒸気の混台気は改質反応部 2に入ると速 やかに反応温度域まで加熱され、 改質反応部 2での温度制御が行いやすく なる。 また、 原料供辁路 6には改質原料と共に水を耠入することにより、 該原料供給路 6内で水蒸気を発生させることができることから、 該改質装 置とは別に水蒸気発生装置を設ける必要が無くなるものである。
実施例 4
次に実施例 4に係る改質装置について説明する。 実施例 4に係る改質装 置は、 図 4に示す如く、 実施例 3において、 改質反応部 2、 シフ 卜反応部 3、 C O酸化部 4、 及び原料供給路の配置を上下反対とした構成となって いる。 すなわち、 シフ ト反応部 3が改質反応部 2の下方側外周に配置され、 C O酸化部 4が改質反応部 2の上方側外周に配置されており、 原料供給路 6が隔壁 8内に下方から上方に向かって介在し改質反応部 2の上端に接続 されている。
該改質装置では、 実施例 3と同様に改質反応部 2の熱により原料供辁路 6を予熱することができるものであり、 また、 実施例 2と同様に、 改貿反 応部 2の温度分布に対応してシフ ト反応部 3及び C 0酸化部 4が位置した ものとなっている。 従って、 該改質装置では各反応部のより良好な温度制 御が行える。
実施例 5
次に実施例 5に係る改質装置について説明する。 実施例 5に係る改質装 置は、 図 5に示す如く、 実施例 3において隔壁 8内に介在する原料供給路 6を改質反応部 2の周囲にコイル状に巻き付けた構成となっている。 この 場合、 原料供給路 6の予熱を十分に行えるものであり、 また、 隔壁 8と同 様に伝熱調節する役割を果たすもので、 すなわち、 内部を流れる改質原料 及び水蒸気の混合気が改質反応部 2からの過剰な伝熱を吸収し、 シフ ト反 応部 3及び C O酸化部 4に伝わる伝熱温度が調節される。
実施例 6
次に実施例 6に係る改質装置について説明する。 実施例 6に係る改質装 匱は、 図 6に示す如く、 実施例 1において、 原料供給路 6をシフ ト反応部 3及び C O酸化部 4の外周にコイル状に巻き付けた構成となっている。 こ の場合、 シフ ト反応部 3及び C 0酸化部 4の熱により原料供給路 6を予熱 することができるものであって、 シフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4から外 部に放出される廃熱を原料供給路 6の予熱に利用できることから、 熱源の 熱を有効利用し、 熱損失が小さいものとなる。
実施例 7
次に実施例 7に係る改質装置について説明する。 実施例 7に係る改質装 置は、 図 7に示す如く、 実施例 1において、 改質反応部 2、 シフ 卜反応部 3、 C O酸化部 4の配置を上下反対とし、 原料供給路 6の一部をコイル状 にして燃焼室 1内の上端部近傍に導入するとともに改質反応部 2の上端部 に接続した構成となっている。 この場合、 燃焼室 1の燃焼排ガスにより原 料供給路 6を予熱することができるものであって、 燃焼室 1から燃焼排ガ スとともに排出される廃熱を原料供給路 6の予熱に利用できることから、 熱源の熱を有効利用し、 熱損失が小さいものとなる。
実施例 8
次に実施例 8に係る改質装置について説明する。 ここで、 実施例 8〜2 0のグループには、 主要部分に同様の構成を有する改質装置が示されてお り、 実施例 8はこれらの基本形となるものである。
実施例 8に係る改質装置は、 図 8に示す如く、 中心部に円筒状の燃焼室 1が軸方向を上下にして配置され、 その周囲に接して改質反応部 2が周設 されている。 燃焼室 1の上方には該燃焼室 1からの燃焼排ガスが上方へと 流れる排気空間 1 4が該燃焼室 1と同軸上に隣接して設けられている。 こ の排気空間 1 4の周囲にはシフ ト反応部 3が接して周設され、 シフ ト反応 部 3の周囲には空隙層 1 5を介して C 0酸化部 4が周設されている。
改質反応部 2の下端には原料供給路 6が接続されている。 この原料供給 路 6は改質原料のみが供給される原料用パイプ 6 aと、 水蒸気 （水） が供 給される水蒸気パイプ 6 bとが途中で合流して構成されている。 上記水蒸 気パイプ 6' bは、 その一部が改質反応部 2の外周に接して周設されており、 改質反 EG部 2の熱により予熱できるようになつている。
また、 改質反応部 2の上端とシフ ト反応部 3の下端とは接統管 1 2によ り接続されている。 ンフ ト反応部 3の上端と C O酸化部 4の上端とは接続 管 1 3により接続されている。 この接続管 1 3には C O酸化部 4にて必要 となる空気を取り込むための空気供給路 5が設けられている。 C◦酸化部 4の下端には改質ガス送出路 7が設けられている。
燃焼室 1は内部に燃焼手段 9として燃焼触媒 9 bが充填されている。 こ の燃焼触媒 9 bとしては、 P t、 R u、 P d、 R h等を担体に担持させた もの等が使用できる。 また、 燃焼室 1の下端には燃料ガスと燃焼用の空気 を供耠するための燃料供給路 1 1が接校されている。 この燃料供給路 1 1 は燃焼室 1の入口に接する位置にホール 1 1 aを備えており、 燃焼室 1内 に均一に燃料ガスが送り込めるようになつている。 なお、 燃焼室 1におい ては、 燃焼手段 9としてバーナーを使用することもできるものである。 該改質装置の動作について説明する。 燃料供給路 1 1から燃料ガスと空 気が燃焼室 1に供給され、 燃焼触媒 9 bと接触して燃焼し発熱する。 この 燃焼室 1で燃焼後の排ガスは排気空間 1 4を通って外部に排出される。一 方、 原料供給路 6からは改質原料と水蒸気の混合気が改質反応部 2に供耠 される。 このとき、 水蒸気パイプ 6 bには水の状態で供給されるが、 この 水は途中で改質反応部 2の熱により予熱され水蒸気となつて改質原料と混 合される。 改質原料は改質反応部 2にて C Oを含む改質ガスとなり、 さら にシフ 卜反応部 3、 C O酸化部 4と順次通過して C Oが除去された改質ガ スとなり、 改質ガス送出路了から送り出される。 このとき、 改質反応部 2 は燃焼室 1から直接加熱されて最も高温に温度制御され、 シフト反応部 3 は燃焼排ガスが流れる排気空間 1 4から加熱されて改質反応部 2よりも低 温域に温度制御され、 C O酸化部 4はシフ 卜反応部 3からの伝熱により加 熱されシフ 卜反応部よりも低温域に温度制御される。 このように改質反応 部 2を直接加熱し、 シフ ト反応部 3及び C O酸化部 4を間接加熱すること により良好な温度制御が可能なものであり、 またこれら反応部は同心配置 となっていることから、 温度ばらつきが少なくてすむ。 なお、 C O酸化部 4には、 外的に設けられるファンなどにより冷却風をあてるようにするこ とで、 より一層、 温度制御が行いやすくなる。
実施例 9
次に実施例 9に係る改質装置について説明する。 この改質装笸は、 図 9 に示す如く、 実施例 8において、 燃焼室 1内の中心部に不燃性のコア 1 6 が設けられた構成となっている。 このコア 1 6は中空となっており、 熱容 量が小さいものとなっている。 このコア 1 6を設けたことにより、 燃焼室 1内の燃焼ガスの流路は狭められ、 その結果、 燃焼ガスの流速が大きくなつ て改質反応部 2との熱交換効率が向上する。 また、 改質反応部 2が加熱さ れるのは主に燃焼室 1の内周付近を流れる燃焼ガスによるものであって、 燃焼室 1の Φ心部を流れる燃焼ガスは改質反応部 2の加熱にあまり寄与す ることなく燃焼室 1から排出される蓋然性が高いことから、 このコア 1 6 が燃焼室 1の中心部を占めて燃焼ガスの流れを燃焼室 1の内周付近にする ことは、 熱損失を低減させることにもなる。
実施例 1 0
次に実施例 1 0に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 0に示す如く、 実施例 8において、 排気空間 1 4内の中心部に不燃性の コア 1 7が設けられた構成となっている。 このコア 1 7は中空となってお り、 熱容量が小さいものとなっている。 このコア 1 7の役割は、 上記実施 例 9で述べたものと同樣であって、 排気空間 1 4内の燃焼排ガスの流路を 狭め、 その結果、 燃焼ガスの流速を大きく してシフ ト反応部 3との熱交換 効率を向上させる働きをする。 また、 シフ ト反応部 3の加熱に対し寄与の 少ない排気空間 1 4の中心部に燃焼ガスが流れないようにして熱損失を低 減させるものである。
実施例 1 1
次に実施例 1 1に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 1に示す如く、 実施例 8において、 燃焼室 1及び排気空間 1 4の中心部 にそれぞれコア 1 6、 1 7を設けた構成となっている。 この改質装置では、 実施例 9と実施例 1 0で述べた相乗効果が得られる。
実施例 1 2
次に実施例 1 2に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 2 . 図 1 3に示す如く、 実施例 8において、 燃焼室 1と排気空間 1 4と の間に外気を取り込むための空気取込部 1 8が設けられた構成となつてい る。 詳しく説明すると、 この空気取込部 1 8は燃焼室 1 と排気空間 1 4の 接続部の周囲に環状流路 1 8 bと、 上記接続部に環状に複数形成された開 口部 1 8 aとを有しており、 空気取込部 1 8から取り込まれた空気は環状 流路 1 8 bから上記接続部の周囲全周にまわり環状に複数形成された各開 口部 1 8 aから均一に燃焼排ガスの流路に取り込まれる。 この場合、 燃焼 室 1からでた直後の高温の燃焼排ガスを、 空気取込口 1 8から外気を取り 込んで燃焼排ガスの温度を適宜冷やし、 温度調節してから排気空間 1 4に 送ることで、 シフ ト反応部 3の加熱温度を調節できる。 なお、 図 1 3の斜
2
視図において、 1 1 bは燃料供耠路 1 1に燃料ガスのみを取り込む燃料パ イブ、 1 1 cは燃料供給路 1 1に燃焼用の空気を取り込むための空気管で ある。 また、 5 0は改質反応部 2に熱電対等の温度検知手段を挿入するた めの挿入口、 5 1は C O酸化部 4に熱電対等の温度検知手段を挿入するた めの熱電対挿入口、 5 2はシフ ト反応部 3に熱電対等の温度検知手段を挿 入するための熱電対揷入口、 5 3は改質触媒の充填口である。
実施例 1 3
次に実施例 1 3に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 4に示す如く、 実施例 1 2において、 燃焼室 1及び排気空間 1 4の中心 部にそれぞれコア 1 6、 1 7を設けた構成となっている。 この場合、 実施 例 1 1と実施例 1 2で述べた相乗効果が得られる。
実施例 1 4
次に実施例 1 4に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 5に示す如く、 実施例 1 1において、 改質反応部 2、 シフト反応部 3、 C O酸化部 4の表面に、 該表面を構成する材料よりも熱 £導率が高い伝熱 材 1 9がそれぞれ設けられた構成となっている。 この伝熱材 1 9は、 各反 応部においてガス流れ方向の温度分布を均一化する働きをするものである。 即ち、 上記各反応部はガス流れ方向に沿って温度差を生じる傾向があり、 例えば改質反応部 2では吸熱反応であることから風下側が温度低下し、 シ フト反応部 3及び C 0酸化部 4では発熱反応であることから風下側が温度 上昇する傾向にある。 この温度差を上記反応部の表面に設けた伝熱材 1 9 が熱伝導により均一化する役割を果たすのである。 上記反応部の表面材料 は、 それ自身が高熱伝導率であればよいが、 加熱下で使用されることから 耐熱性が要求され、 その他、 耐食性や耐久性も要求されることから、 これ らを総合的に勘案して、 例えばステンレスなどが使用されるものであり、 これに対し、 伝熱材 1 9としては銅やアルミニウムなどが使用される。 こ れらはステンレスよりも耐熱性や強度で劣るものの、 熱伝導率が優れてい る。
実施例 1 5
次に実施例 1 5に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 6に示す如く、 実施例 1 2において、 燃焼室 1内の中心部にコア 1 6が 設けられ、 燃焼室 1と排気空間 1 4の接続部内には排気空間 1 4を加熱す る補助加熱手段としてバーナー 2 0が設けられた構成となっている。 図中、 2 1はバーナー 2 0の着火装置である。 このバーナー 2 0は、 シフ ト反応 部 3の加熱温度が低いときに、 排気空間 1 4を加熱するのに使用でき、 ま た、 改質ガスの生成を行う初期段階において、 シフ ト反応部 3を予め予熱 するのにも使用できる。
実施例 1 6
次に実施例 1 6に孫る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 7に示す如く、 実施例 1 5において、 さらに排気空間 1 4内に燃焼触媒 2 2の充填部を備え、 排気空間 1 4の入口に燃焼触媒からなる触媒ネッ ト 2 3が設けられた構成となっている。 この改質装置では、 バーナー 2 0を 実施例 1 5と同様の使用方法ができるほか、 バーナー 2 0の炎により触媒 ネッ ト 2 3や燃焼触媒 2 2を初期加熱しておいて、 これらを排気空間 1 4 の補助加熱手段として使用できる。 なお、 燃焼触媒 2 2での燃焼には、 バ ーナー 2 0や空気取込口 1 8から供給される燃料と燃焼室 1からの燃焼排 ガス中に残存する酸素や空気取込部 1 8から取り入れる空気が使われる。 次に実施例 1 7に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 8に示す如く、 実施例 8において、 燃焼室 1内の燃焼触媒 9 bを予熱す るための予熱手段として、 燃焼室 1の入口に燃焼触媒からなる触媒ネッ ト 2 5が設けられ、 燃料供給路 6に着火装置 2 4が設けられた構成となって いる。 燃焼室 1の発熱源が触媒燃焼による場合、 燃焼触媒 9 bの温度があ る程度まで上がらないと燃焼反応は起こらないが、 上記着火装置 2 4によ り燃料ガスに着火して、 比較的加熱されやすい触媒ネッ ト 2 5により燃焼 反応を開始して予め燃焼触媒 9 bを予熱しておくことで燃焼開始初期に直 ちに燃焼開始できるようになる。
実施例 1 8
次に実施例 1 8に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 1 9に示す如く、 実施例 8において、 C O酸化部 4の外周に冷却フィ ン 2
6が設けられた構成となっている。 この場合、 各反応部のうち最も低温域 の反応温度が要求される C O酸化部 4の温度制御を、 上記冷却フィ ン 2 6 からの放熱により行うことができる。 このとき、 冷却フィン 2 6からの放 熱量はフィンの数や長さ、 或いは冷却風のあて方等で調節することができ る。 また、 図 2 0 (A ) ( B ) に示すように、 ？令却フィン 2 6の高さを C 0酸化部 4のガス流れ方向に沿って変化させることで、 C O酸化部 4内の 温度分布を是正することもできる。
実施例 1 9
次に実施例 1 9に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 1に示す如く、 実施例 1 2において、 排気空間 1 4内の燃焼排ガスを外 部に排出する排気□ 2 7に開閉手段として蓋体 2 8が設けられ、 一方、 シ フ ト反応部 3と C 0酸化部 4の間に排気空間 1 4と分岐して連通する第 1 のダク 卜 2 9が介設され、 C O酸化部 4の周囲に第 1のダク ト 2 9と連通 する第 2のダク ト 3 0が周設された構成となっている。 第 1のダク 卜 2 9 は排気空間 1 4の上端部と連通しており、 第 2のダク ト 3 0の下端部が第 1のダク ト 2 9の下端部と連通している。 第 2のダク ト 3 0の上端には外 部に開口し排気できるようになっている。
この改質装置では、 蓋体 2 8にて排気□ 2 7を閉じることにより、 排気 空間 1 4内の燃焼排ガスは第 1のダク ト 2 9へと流れ、 さらに第 2のダク ト 3 0へと流れるもので、 このときンフト反応部 3と C O酸化部 4は、 第 1のダク ト 2 9及び第 2のダク ト 3 0を流れる燃焼排ガスによっても加熱 されることになる。 一方、 蓋体 2 8を開け排気ロ2 7を開放すると、 排気 空間 1 4の燃焼排ガスは該排気口 2 7から外部に排出され、 第 1のダク 卜 2 9及び第 2のダク ト 3 0にはほとんど流れなくなる。 従って、 蓋体 2 8 により排気口 2 7の開閉を行うことで、 シフ 卜反応部 3及び C O酸化部 4 の温度調節が自在に行えるものである。
実施例 2 0
次に実施例 2 0に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 2に示す如く、 実施例 1 9において、 第 2のダク ト 3 0に外気を取り込 むための空気取込部 3 1が設けられた構成となっている。 この空気取込部 3 1は、 第 1のダク ト 2 9と第 2のダク ト 3 0の連通部分に開口し外気を 供辁できるようになつている。 この場合、 空気取込部 3 1から外気を第 2 のダク ト 3 0に取り込んで流すことで、 C O酸化部 4を冷却しその温度制 御が行えるものである。 実施例 2 1
次に実施例 2 1に係る改質装置について説明する。 ここで、 実施例 2 1 〜2 4のグループには、 主要部分に同様の構成を有する改質装置が示され ており、 実施例 2 1はこれらの基本形となるものである。
実施例 2 1に係る改質装置は、 図 2 3 (A ) ( B ) に示す如く、 円筒状 の燃焼室 1が軸方向を上下にして配置され、 この燃焼室 1内にコィル状に 形成された改質反応部 2が同心状に導入されている。 燃焼室 1の上方には、 該燃焼室 1から出る燃焼排ガスを直接外部に直接排出するメィン排気口 3 6が設けられ、 このメイン排気口 3 6には開閉手段として第一の蓋体 3 7 が設けられている。 メイン排気空間 3 2の周囲には、 該メイン排気空間 3 2と分岐して連通する第 1のダク 卜 3 3が周設され、 この笫 1のダク ト 3 3の周囲には該第 1のダク ト 3 3と連通する第 2のダク ト 3 4が周設され ている。 第 1のダク ト 3 3内にはシフ ト反応部 3が配置され、 第 2のダク 卜 3 4内には C O酸化部 4が配置された構成となっている。
燃焼室 1は内部に燃焼手段 9として燃焼触媒 9 bが充填されている。 ま た、 燃焼室 1の下端には燃料ガスと燃焼用の空気を供給するための燃料供 給路 1 1が接続されている。 この燃料供給路 1 1は燃焼室 1の入口に接す る位置にホール 1 1 aを備えており、 燃焼室 1内に均一に燃料ガスが送り 込めるようになつている。 なお、 燃焼室 1においては、 燃焼手段 9として バーナーを使用することもできるものである。
改質反応部 2はコイル状に形成されたパイプ内に改質触媒を充填し形成 されていて、 改質反応部 2の上側端部が燃焼室 1上部から外部に導出され、 原料供給路 6と接続されている。 この原料供給路 6は改質原料のみが供給 される原料用パイプ 6 aと、 水蒸気 （水） が供給される水蒸気パイプ 6 b とが途中で合流して構成されている。 上記水蒸気パイプ 6 bは、 その一部 が燃焼室 1の外周に接して周設されており、 燃焼室 1の熱により予熱でき るようになっている。 また、 改質反応部 2の下側端部は燃焼室 1下部にて 外部に導出され、 該改質反応部 2とシフ 卜反応部 3を連結する接続管 1 2 に接続されている。
シフ ト反応部 3はコイル状に形成されたパイプ内にシフ 卜触媒を充填し て形成されており、 第 1のダク 卜 3 3内に下から上へと巻き上げるように して導入されている。 上記接続管 1 2とはンフ 卜反応部 3の下側端部が接 続されている。
C 0酸化部 4はコィル状に形成されたパイブ内に C 0酸化触媒を充填し て形成されており、 第 2のダク 卜 3 4内に上から下へと卷き上げるように して導入されている。 C 0酸化部 4の上側端部はシフ ト反応部 3の上側端 部と接続管 1 3により接続されている。 この接続管 1 3には C O酸化部 4 にて必要となる空気を取り込むための空気供給路 5が設けられている。 C 0酸化部 4の下側端部には外部に導出された改質ガス送出路 7と接続され ている。
第 1のダク ト 3 3は、 その下端部にてメイン排気空間 3 2と連通し、 上 端部にて第 2のダク ト 3 4と連通している。 また、 第 1のダク ト 3 3の上 端には内部の燃焼排ガスを外部に排出するサブ排気口 3 9が設けられてい る。 第 2のダク ト 3 4の外周にはさらに第 3のダク ト 3 5が形成されてお り、 第 2のダク 卜 3 4と第 3のダク ト 3 5は下端部にて連通している。 こ れら第 2のダク ト 3 4及び第 3のダク ト 3 5は、 共に上端が開口している c 笫 2のダク ト 3 4の下端には外気を取り込むための空気供給路 4 0が設け られている。
メィン排気空間 3 2上端のメィン排気口 3 6は、 上記第 1〜 3のダク ト の上端よりも一段低くなつている。 また該改質装置の上端には、 メイン排 気口 3 6の上方を含めて上記第 1及び第 2のダク 卜の上端に跨って開閉自 在に封する第 2の蓋体 3 8が設けられている。
この改質装匿では、 図 2 3 (A) に示す如く、 第 1の蓋体 3 7及び第 2 の蓋体 3 8を同時に閉じることにより、 メイン排気ロ3 6、 サブ排気口 3 9、 及び第 2のダク 卜 3 4上端の開口部が塞がる。 この状態で燃焼室 1内 を燃焼させると、 燃焼室 1からの燃焼排ガスは第 1のダク ト 3 3に入って 下から上に向かって流れ、 第 1のダク ト 3 3の上端部にて第 2のダク ト 3 4に入り下向きに流れ、 さらに第 2のダク ト 3 4の下端部にて第 3のダク 卜に入り上向きに流れて、 外部に拱出される。 このとき、 改質反応部 2は 燃焼室 1内にて高温の燃焼ガス中に曝されて加熱され、 この燃焼室 1から 出た燃焼排ガスにより、 第 1のダク ト 3 3内のシフ ト反応部 3、 及び第 2 のダク ト 3 4内の C〇酸化部 4が加熱される。 このようにして各反応部は 予熱される。
次に、 図 2 3 ( B ) に示す如く、 第 1の蓋体 3 7及び第 2の蓋体 3 8を 開けてメイン排気口 3 6、 サブ排気口 3 9、 及び第 2のダク ト 3 4上端の 開口部を開放すると、 燃焼室 1からの燃焼排ガスは主にメィン排気空間 3 2を通ってメイン排気□ 3 6から排出され、 第 1のダク ト 3 3には上記燃 焼排ガスが僅かに流れてサブ排気□ 3 9から排出され、 第 2のダク ト 3 4 にはほとんど流れなくなる。 このときシフ ト反応部 3は、 僅かに流れる燃 焼排ガスと、 メイン排気空間 3 2から伝わる輻射熱や固体伝熱、 それとそ の内部を流れる改質ガス自身が有する熱とにより加熱されることになる。 従って、 シフ ト反応部 3は改質反応部 2よりも低温域に温度制御される。 —方、 C O酸化部 4はシフ ト反応部 3から伝わる輻射熱や固体伝熱、 それ とそれらの内部を流れる改質ガス自身が有する熱とにより加熱されること になる。 この C O酸化部 4は、 燃焼排ガスにより加熱されない上に上記輻 射熱や固体伝熱も弱くなることから、 シフ ト反応部 3よりも低温域に温度 制御されることになる。 この C 0酸化部 4をさらに低温域に温度制御した いときには、 空気供給路 4 0から外気を第 2のダク 卜 3 4に流すとよい。 なお、 第 1の蓋体 3 7、 第 2の蓋体 3 8の開閉のタイミングは任意に設定 できるようにしている。
このように、 該改質装置においては、 改質ガスの生成を行う前の運転初 期において、 予め第 1の蓋体 3 7及び第 2の蓋体 3 8を閉じた状態で燃焼 室 1にて燃焼を行うことで、 改質反応部 2だけでなく、 シフト反応部 3及 び C O酸化部 4も予熱することができるものであり、 定常運転時には、 第 1の蓋体 3 7及び第 2の蓋体 3 8を開けた状態とすることで、 各反応部の 良好な温度制御が行える。
実施例 2 2
次に実施例 2 2に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 4に示す如く、 実施例 2 1において、 燃焼室 1内の中心部に不燃性のコ ァ 1 6が設けられた構成となっている。 このコア 1 6の存在により、 燃焼 室 1内はガス流路が狭められて流速が増し、 改質反応部 2と燃焼ガスとの 熱交換効率が向上したものとなる。 また、 燃焼室 1においては、 燃焼触媒 9 bが下側部分のみに充填されている。 すなわち、 燃焼室 1全体に燃焼触 媒 9 bを充填しなくても燃焼反応は十分進行するものであり、 過剰な燃焼 触媒 9 bを除くことで燃焼ガスの圧力損失を低減できるものである。 実施例 2 3
次に実施例 2 3に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 5に示す如く、 実施例 2 1において、 燃焼室 1内の中心部に中空のコア 1 6が設けられ、 このコア 1 6内を原料供給路 6として改質反応部 2に改 質原料と水蒸気が供給できる構成となっている。 この場合、 改質原料と水 蒸気をコア 1 6内にて予熱できるものであり、 またコア 1 6内にて水蒸気 発生させることもできる。
実施例 2 4
次に実施例 2 4に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 6に示す如く、 実施例 2 2において、 コア 1 6内を燃料供給路 1 1とし て燃料及び燃焼用の空気を燃焼室 1の燃焼触媒 9 bに供給できる構成となつ ている。 この場合、 燃料及び燃焼用の空気を予熱してから燃焼室 1の燃焼 触媒 9 bに供給できるので、 燃焼触媒 9による燃焼反応をより良好に行う ことができる。
実施例 2 5
次に実施例 2 5に係る改質装置について説明する。 この改質装置は、 図 2 7 (A ) ( B ) に示す如く、 円筒状の燃焼室 1が軸方向を上下にして配 置され、 この燃焼室 1内にコィル状に形成された改質反応部 2が同心状に 導入されている。 燃焼室 1の上方には、 該燃焼室 1から出る燃焼排ガスを 直接外部に直接排出するメイン排気□ 4 1が設けられ、 このメイン排気口 4 1には開閉手段として蓋体 4 2が設けられている。 燃焼室 1の周囲には 該燃焼室 1の側壁上部にて連通する第 1のダク 卜 4 3が周設され、 この第 1のダク 卜 4 3の周囲には該第 1のダク ト 4 3の下端部と連通する第 2の ダク ト 4 4が周設されている。 第 1のダク ト 4 3内にはコイル状のンフ ト 反応部 3が配置され、 第 2のダク ト 4 4内にはコイル伏の C O酸化部 4力く 配置された構成となっている。
燃焼室 1は内部に燃焼手段 9として燃焼触媒 9 bが充填されている。 ま た、 燃焼室 1の下端には燃料ガスと燃焼用の空気を供給するための燃料供 辁路 1 1が接続されている。 この燃料供給路 1 1は燃焼室 1の入口に接す る位置にホール 1 1 aを備えており、 燃焼室 1内に均一に燃料ガスが送り 込めるようになつている。 なお、 燃焼室 1においては、 燃焼手段 9として バーナーを使用することもできるものである。
改質反応部 2はコィル状に形成されたパイプ内に改質触媒を充填し形成 されていて、 改質反応部 2の上側端部が燃焼室 1上部から外部に導出され、 原料供铪路 6と接銃されている。 この原料供給路 6は改質原料のみが供給 される原料用パイプ 6 aと、 水蒸気 （水） が供給される水蒸気パイプ 6 b とが途中で合流して構成されている。 上記水蒸気パイブ 6 bは、 その一部 が燃焼室 1の外周に接して周設されており、 燃焼室 1の熱により予熱でき るようになっている。 また、 改質反応部 2の下側端部は、 燃焼室 1の中心 部を通って燃焼室 1の上側から導出される接続管によりシフ 卜反応部 3の 上端部と接続されている。
シフ ト反応部 3はコイル状に形成されたパイブ内にシフ ト触媒を充填し て形成されており、 第 1のダク ト 4 3内に上から下へと巻き下げるように して導入されている。
C 0酸化部 4はコィル状に形成されたパイプ内に C 0酸化触媒を充填し て形成されており、 第 2のダク ト 4 4内に下から上へと巻き上げるように して導入されている。 C O酸化部 4の下側端部はシフ 卜反応部 3の下側端 部と接統管により接続されている。 上記接続管には C O酸化部 4にて必要 となる空気を取り込むための空気供給路 5が設けられている。 C 0酸化部 4の上側端部は外部に導出された改質ガス送出路 7に接続されている。 第 2のダク 卜 4 4の下端には外気を取り込むための空気供袷路 4 5が設 けられている。
この改質装置では、 図 2 7 ( A) に示す如く、 蓋体 4 2を閉めてメィン 排気口 4 1を塞ぐと、 この状態で燃焼室 1内を燃焼させると、 燃焼室 1か らの燃焼排ガスは第 1のダク ト 4 3に入って上から下へと流れ、 さらに第 2のダク ト 4 4に入って上向きに流れて、 外部に排出される。 このとき、 改質反応部 2は燃焼室 1内にて高温の燃焼ガス中に曝されて加熱され、 こ の燃焼室 1から出た燃焼排ガスにより、 第 1のダク ト 4 3内のシフ ト反応 部 3、 及び第 2のダク ト 4 4内の C O酸化部 4が加熱される。 このように して各反応部は予熱される。
次に、 図 2 7 ( B ) に示す如く、 蓋体 4 2を開いて排気口 4 1を開放す ると、 燃焼室 1からの燃焼排ガスは主にメイン排気ロ4 1から排出され、 第 1のダク ト 4 3及び第 2のダク ト 4 4にはほとんど流れなくなる。 この ときシフト反応部 3は、 燃焼室 1から伝わる輻射熱や固体伝熱、 それとそ の内部を流れる改質ガス自身が有する熱とにより加熱されることになる。 従って、 ンフト反応部 3は改質反応部 2よりも低温域に温度制御される。 —方、 C O酸化部 4はシフ 卜反応部 3や第 1のダク 卜 4 3から伝わる輻射 熱や固体伝熱、 それとその内部を流れる改質ガス自身が有する熱とにより 加熱されることになる。 この C O酸化部 4は、 シフ ト反応部 3よりも上記 轄射熱や固体伝熱が弱くなることから、 シフ ト反応部 3よりも低温域に温 度制御されることになる。 この C O酸化部 4をさらに低温域に温度制御し たいときには、 空気供給路 4 5から外気を第 2のダク ト 4 4に流すとよい。 このように、 該改質装置においては、 改質ガスの生成を行う前の運転初 期において、 予め第 1の蓋体 4 1を閉じた伏態で燃焼室 1にて燃焼を行う ことで、 改質反応部 2だけでなく、 シフ ト反応部 3及び C O酸化部 4も予 熱することができるものであり、 定常運転時には、 第 1の蓋体 4 1を開い た状態とすることで、 各反応部の良好な湿度制御が行える。
産業上の利用可能性
本発明に係る改質装置は、 例えば、 燃料罨池の発電燃料として改質ガス を提供するのに有用である。 即ち、 該改質装置では、 各反応部の温度制御 が良好に行えることから C O濃度が十分に低减された良質な改質ガスを製 造できるからである。 特に、 各反応部を一体に備えていることから小型化 する設計が容易であり、 燃料電池システムの小型化に有効なものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 燃料ガスの燃暁により発熱する熱源を含み、 この熱源から直接反応 熱を得て改質原料を水蒸気改質し水素を主成分とする改質ガスを生成させ る原料改質部と、 この原料改質部で生成した改質ガス中に含まれる C Oを 水性シフ 卜反応により低減させるシフ ト反応部と、 このシフ 卜反応部にて 処理した後の改質ガス中に含まれる C 0を酸化してさらに低減させる C〇 酸化部とをそれぞれ独立したセクンョンとして一体に備えており、 上記原 料改質部とシフ 卜反応部と C O酸化部は、 上記シフ 卜反応部及び C O酸化 部が上記原料改質部の熱源からの伝熱により間接加熱されるように配置さ れている、 改質装置。
2 . 上記原料改質部とシフ ト反応部と C O酸化部は、 同心状に配置され ており、 少なくとも上記 C O酸化部が外周側に配置されている、 請求項 1 記载の改質装置。
3. 上記原料改質部が、 上記熱源として略筒状の燃焼室と、 改質原料を 水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成させる改質反応部とを 備えて構成されており、 上記改質反応部、 上記シフ 卜反応部、 及び上記 C O酸化部が、 上記燃焼室と同心状に配置されている、 請求項 2記載の改質 装置。
4 . 上記改質反応部が上記燃焼室内に導入されて同心状に配置されてい る、 請求項 3記載の改質装置。
5 . 上記改質反応部が上記燃焼室の外周に接して周設されている、 請求 項 3記載の改質装置。
6 . 上記燃焼室の中心に不燃性のコアが設けられている、 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の改質装置。
7 . 上記改質反応部の外周に上記シフト反応部及び C O酸化部が周設さ れている、 請求項 5又は 6記載の改質装置。
8 . 上記改質反応部と上記シフ ト反応部及び C O酸化部との間に、 伝熱 調節機能を有する隔壁が設けられている、 請求項 7記載の改質装置。
9 . 上記改質反応部と上記シフ ト反応部とを接続する流路が上記シフ ト 反応部及び上記 C O酸化部の外側に迂回している、 請求項 7又は 8記載の 改質装置。
1 0 . 上記改質反応部の温度分布に対応させて、 該改質反応部の高温側 に上記シフ ト反応部が配置され、 低温側に上記 C O酸化部が配置されてい る、 請求項 7乃至 9のいずれかに記載の改質装置。
1 1 . 上記原料改質部の熟源から出る燃焼排ガスにより加熱される位置 に、 上記シフ ト反応部と C O酸化部とがそれぞれ配置されている、 請求項 1乃至 6のいずれかに記載の改質装置。
1 2 . 上記燃焼室から出る燃焼排ガスが直接流れる排気空間を上記燃焼 室の同軸上方に隣接して備えており、 この排気空間の周囲に上記シフ ト反 応部が周設され、 このシフ ト反応部の周囲に上記 C 0酸化部が周設されて いる、 請求項 3乃至 6のいずれかに記載の改質装置。
1 3. 上記燃焼室と上記排気空間との間に外気を取り込むための空気取 込部が設けられている、 請求項 1 2記載の改質装置。
1 4 . 上記排気空間を加熱する補助加熱手段が設けられている、 請求項 1 2又は 1 3記載の改質装置。
1 5 . 上記排気空間内の燃焼排ガスを外部に排出する排気口とこの排気 口を開閉する開閉手段が設けられる一方、 上記排気空間から分岐してシフ 卜反応部と C〇酸化部の間に介在する第 1のダク 卜と、 この第 1のダク ト と連通し上記 C O酸化部の周囲に周設された第 2のダク トとを備えている、 請求項 1 2乃至 1 4のいずれかに記載の改質装置。
1 6 . 上記第 1のダク 卜に外気を取り込むための空気取込部が設けられ ている、 請求項 1 5記載の改質装置。
1 7 . 上記排気空間の中心に不燃性のコアが設けられている、 請求項 1 2乃至 1 6のいずれかに記載の改質装置。
1 8 . 上記改質反応部、 シフ ト反応部、 C O酸化部のうちの少なくとも いずれかの表面に、 該表面を構成する材料よりも熱伝導率が高い伝熱材が 設けられている、 請求項 3乃至 1 7のいずれかに記載の改質装置。
1 9 . 上記 C O酸化部の外表面に放熱フィ ンが設けられている、 請求項 3乃至 1 8のいずれかに記載の改質装置。
2 0 . 上記燃焼室から出る燃焼排ガスが直接流れるメイン排気空間と、 このメイン排気空間内の燃焼排ガスを外部に直接排出するメイン排気口と、 このメイン排気口を開閉する開閉手段を備える一方、 このメイン排気空間 と分岐して連通し該メイン排気空間の周囲に周設された第 1のダク トと、 この第 1のダク 卜と連通しその周囲に周設された第 2のダク 卜とを備えて おり、 上記第 1のダク 卜内には上記シフ 卜反応部が配置され、 上記第 2の ダク 卜内には上記 C O酸化部が配置されている、 請求項 3乃至 6のいずれ かに記載の改質装置。
2 1 . 上記第 1のダク 卜に内部の燃焼排ガスを外部に排出するサブ排気 口とこのサブ排気口を開閉する開閉手段が設けられている、 請求項 2 0記 載の改質装置。
2 2 . 上記改質反応部、 シフ ト反応部、 C O酸化部の少なくとも 1つは コイル状に形成されている、 請求項 2 0又は 2 1記截の改質装置。
2 3 . 上記第 2のダク 卜に外気を取り込むための空気供給路が設けられ ている、 請求項 2 0乃至 2 2のいずれかに記載の改質装置。
2 4 . 上記原料改質部に改質原料及び水蒸気を供給する原料供給路の少 なくとも一部が、 上記原料改質部の熱源からの熱により予熱される位置に 配置されている、 請求項 1乃至 2 3のいずれかに記載の改質装置。
2 5. 上記原料供給路の少なくとも一部が、 上記原料改質部、 シフ ト反 応部、 C O酸化部の少なくともいずれかの表面に接して配置されている、 請求項 2 4記載の改質装置。
2 6. 上記原料供給路の少なくとも一部が、 上記原料改質部の熱源から の燃焼排ガスと接する位置に配蘆されている、 請求項 2 4記载の改質装置 c 2 7 . 上記原料供給路の少なくとも一部が、 上記原料改質部の熱源によ り直接加熱される位置に配置されている、 請求項 2 4記載の改質装置。 2 8 . 上記原料改筲部の熱源に燃料を供給する燃料供給路の少なくとも —部は、 該熱源の熱により予熱される位置に配置されている、 請求項 1乃 至 2 7のいずれかに記載の改質装置。
2 9. 上記原料改質部の熱源が触媒燃焼により発熱するものであって、 該熱源の燃焼触媒を予熱するための予熱手段が設けられている、 請求項 1 乃至 2 8のいずれかに記載の改質装置。
3 0. 燃料ガスの燃焼により発熱する燃焼部と、 改質原料を水蒸気改質 し水素を主成分とする改質ガスを生成させる改質反応部と、 この原料改質 部で生成した改質ガス中に含まれる C 0を水性シフ 卜反応により低減させ るシフ 卜反応部と、 このシフ ト反応部にて処理した後の改質ガス中に含ま れる C Oを酸化してさらに低減させる C O酸化部と、 をそれぞれ独立した セクションとして一体に備えており、 上記燃焼部の直接加熱により上記改 質反応部が 4 0 0〜1 0 0 0 °Cとなるように加熱制御され、 一方、 上記燃 焼部からの伝熱による間接加熱により上記シフト反応部は 2 0 0〜3 5 0 °Cとなるように加熱制御され、 上記 C O酸化部は 1 0 0 ~ 2 5 CTCとなる ように加熱制御される、 改質装置 £
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