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JP2003171102A - プレート形水蒸気改質装置 - Google Patents

プレート形水蒸気改質装置

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JP2003171102A
JP2003171102A JP2002132915A JP2002132915A JP2003171102A JP 2003171102 A JP2003171102 A JP 2003171102A JP 2002132915 A JP2002132915 A JP 2002132915A JP 2002132915 A JP2002132915 A JP 2002132915A JP 2003171102 A JP2003171102 A JP 2003171102A
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conversion reactor
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ヨンサム オウ
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ヨンスン ベック
Taek Yong Song
テックヨン ソン
Sang Eon Park
サンウン パク
Ki Won Jun
キウォン ジョン
Ri Sang Choi
リサン チョエ
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Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT
Korea Gas Corp
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KYUNGDONG CITYGAS CO Ltd
Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT
Korea Gas Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 よりコンパクトな構成で，エネルギーを効率
よく活用でき，反応器を適正な温度に制御することが可
能なプレート形水蒸気改質装置を提供する。 【解決手段】 広い面積を加熱することが可能な熱源と
してのプレート形バーナ１が下方に設置され，バーナ１
の上方には高温を必要とする改質反応器３が積層され，
その上方に改質反応器３に比べ相対的に低い高温を必要
とする高温転換反応器４が積層され，高温転換反応器４
の上方に低い温度を必要とする低温転換反応器５が積層
される一方，それぞれの反応器の間には該当仕切り板７
が設置され，バーナ１から発生する高温の燃焼排ガスが
それぞれの反応器４，５を囲むように流れて必要な熱を
供給し得るようにコンパクトに構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，高純度の水素ガス
が得られるプレート形水蒸気改質装置に関し，より詳細
には，バーナから発生する改質反応器の熱源の他に水蒸
気を発生させ，且つ改質反応器の加熱後残った廃熱を効
率よく利用するために，運転初期に高温及び低温転換反
応器を予熱させることができ，改質反応中にはダンパー
を用いて排ガス流れを適切に変更し或いは外部の冷たい
空気を流入させる方法を同時に取って高温及び低温転換
反応器の温度を適切に保持させることが可能な，それぞ
れのモジュール化された構造を有するコンパクトなプレ
ート形水蒸気改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に，水素は，原油の脱硫またはアン
モニアの製造や化学肥料の製造などのための化学工業分
野，低脂肪マーガリンの製造のような食品分野，金属の
熱処理のような冶金及び製鉄分野，その他に半導体の製
造，ガラス及び光ファイバの製造，自動車の燃料及び燃
料電池用向けに用いられている。
【０００３】最近は，燃料電池及び水素自動車などの如
く，現場で小規模で連続して供給可能な水素製造装置の
需要が段々増加しているのが実情であるが，現在使用さ
れている水素の半分以上は天然ガス或いは炭化水素の改
質から得られ，その他はナフサ改質，石炭ガス化，電気
分解及びバイオマスから得られている。
【０００４】一方，原料の改質方法としては水蒸気改
質，酸素改質，混合改質など様々な方法が試みられてい
るが，現在商業化されたものは水蒸気改質方法であっ
て，水素は殆どこの水蒸気改質方法によって得られてい
る。
【０００５】しかも，水蒸気改質方法に使用される改質
装置は，通常，スチーム発生器，脱硫反応器，改質反応
器，高温及び低温転換反応器(Ｗａｔｅｒ Ｇａｓ Ｓ
ｈｉｆｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ)などからなり，燃料電池
の水素供給源として使用できるように一酸化炭素を効率
良く除去するために，さらに酸素を加えて一酸化炭素を
酸化させる酸化工程が追加されたり，二酸化炭素以外に
その他の不純物を除去して高純度の水素を得るために，
ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ)装置の追加的な適用が必要とされたりする。
【０００６】通常，大型水素プラントの改質装置(ｒｅ
ｆｏｒｍｅｒ)は，大型炉の内部に管形の反応器を設置
して改質反応を行うが，約９００〜１０００℃の高温に
も拘わらず，熱効率が約６０〜７０％に過ぎないと知ら
れており，図１に示すように，改質装置４００は，改質
反応器４０４，高温及び低温転換反応器（ＣＯ転換反応
器）４０８，熱交換器，スチーム発生器４０６などが別
途に設置される関係で，全体的な構成において，装置が
大きく，構成が複雑で，配管断熱における熱損失によっ
て全体的な熱効率が低くなるという欠点がある。
【０００７】また，水蒸気改質装置を構成するそれぞれ
の改質反応器，高温及び低温転換反応器などそれぞれの
反応器は，触媒層の温度によって反応性が決定されるた
め，各反応によってそれぞれ適した適正運転温度範囲が
存在するが，水蒸気改質反応の場合は強い吸熱反応なの
で，７００〜９００℃が適正運転温度範囲と知られてお
り，高温及び低温転換反応の場合は若干の発熱反応であ
るが，適正温度範囲がそれぞれ４００〜５００℃，２０
０〜３００℃と知られている。
【０００８】一方，改質装置を稼動する場合，改質反応
は吸熱反応なので，熱を供給するための手段としてバー
ナまたは電気発熱体またはその他の熱源を用いて外部か
ら反応熱を供給する。特にバーナを熱源として使用する
場合，改質反応の後残った廃熱は熱交換器を経てエネル
ギーの一部を回収するが，殆どのエネルギーはそれ以上
活用できないという欠点がある。
【０００９】また，高温及び低温転換反応の場合，若干
の発熱反応であるが，起動初期には高温及び低温転換反
応に適した温度に予熱させるために，電気発熱体などの
加熱手段を必要とする。ところで，実際商業的に運転さ
れている改質装置の場合，このような方法を使用した時
に冷起動時間が約２時間と知られており，よって，速い
起動を必要とする燃料電池或いはその他の用途の水素供
給装置として活用するには，前記のような遅い起動時間
は短所として作用する。
【００１０】従って，このような問題点を解決するため
に，改質反応器と高温及び低温転換反応器の全て或いは
その一部を統合する構造であって，構造的に単純で，大
きさが小さく，起動時間が速く，エネルギーが効率的な
装置を作ろうとする努力が行われている。
【００１１】一方，コンパクト型改質装置として紹介さ
れた米国特許第６,２０３,５８７号と第５,７３３,３４
７号の技術特徴をみれば，その構造が平板形からなり，
改質器の一側面は触媒燃焼方式のヒータで加熱されるよ
うにしており，効果的に反応熱を供給するために左右対
称型の構造を取っているが，この特許技術ではたとえコ
ンパクトに構成されているとはいえ，二次的に一酸化炭
素を除去するための転換反応に対する考慮が全くなく，
かつ装置自体でスチームを発生させて供給できないた
め，周辺機器が必要であってコンパクト化が不可能であ
るという欠点がある。
【００１２】そして，米国特許第５,６０９,８３４号，
第５,１８０,５６１号及び第５,０１５,４４４号などに
はコンパクトな構造の改質装置が開示されてはいるが，
この改質装置は，触媒燃焼バーナを発熱源とし，その熱
を効率よく改質触媒層へ伝達させるプレート形構造であ
る。これもスチーム発生器及び転換反応器に対する考慮
がなくて改質装置全体構成の小型化に困るという欠点が
ある。
【００１３】また，韓国特許第１９９７−２５６８８号
と第１９９９−１４６５５号では，天然ガス型水素発生
装置について紹介しているが，前者の場合，単に円筒状
の同心型改質器構造で，触媒燃焼によって発生する熱を
改質反応と水蒸気発生に利用できるようにするだけで，
転換反応器は考慮されておらず，これも全体的にコンパ
クトな構成が不可能であるという欠点がある。
【００１４】一方，後者の場合，単管式触媒燃焼バーナ
を活用して水蒸気を発生させ且つ燃料を予熱し，排気ガ
スで脱硫器に熱を供給する構造の改質器が提示された
が，このような構造においても別途の高温及び低温転換
反応器を設置しなければならないため，全体的にコンパ
クトな構成が難しいという短所がある。
【００１５】要するに，このように改質反応器とは別途
に転換反応器，熱交換器及びスチーム発生器が構成され
る構造では，コンパクトで効率的な改質装置を達成する
ことができない。よって，装置のコンパクト化のために
は反応器を統合した構造が必要であると言える。
【００１６】従って，小型化を目的として改良された改
質装置の例が韓国特許第２０００−２２５４６号に紹介
されたが，その技術内容を考察すれば，全体的に円筒形
または四角形構造であって，同心円状にそれぞれの反応
器が配置される形態を提示している。即ち，同心円状の
最内側に燃焼のための空間があり，その外部に改質反応
器が位置し，一酸化炭素除去のための転換反応器と酸化
反応器が備えられた構造をしている。
【００１７】これは熱源を供給する方法として，触媒燃
焼バーナまたは火炎燃焼バーナ方式を採用しているが，
燃焼排ガスを活用する方案として，コイル状の熱交換器
またはバーナの外壁面に設置された流路に水を供給して
水蒸気を作る方法を提示している。しかも，１つ或いは
２つの蓋を開閉して排ガスの流路を変更させ得るように
することで，転換反応器及び酸化反応器へ流れる排ガス
の流量を調節して加熱及び温度を調節する構造を例示し
ている。
【００１８】従って，燃料の燃焼によって発生する熱か
ら水蒸気を作り且つ改質反応器に必要な熱を加えること
ができるので，燃料を有効に利用することができ，排熱
を転換反応器の予熱に利用するので，エネルギーを効率
よく使用するに有効である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】ところが，前記改質装
置は，同心円方向に反応器を配列して熱を有用に利用で
きるという利点を強調しているが，燃焼排ガスの流れが
上下に移動するようになっている関係で，自然な排ガス
の流れが得られず，熱が反応器内に蓄積される場合があ
り，効果的に反応器の温度が制御できないという問題点
があった。
【００２０】また，排ガスを活用する方法において，転
換反応器と酸化反応器の温度調節のためにメイン排気口
に設置した蓋形の開閉手段は，二重構造であり，制御装
置の構成が複雑で難しい。
【００２１】また，触媒燃焼方式で熱を供給するように
なっている場合，触媒燃焼の特性上，燃料と空気が供給
される面の触媒層の温度が最も高く，長手方向に温度勾
配が発生するため，触媒層の温度を均一に保持するのに
困る。さらに，触媒燃焼バーナは，容量が制限されるの
で多くの熱を供給することができず，場合によっては反
応器に足りない熱を供給するための別途のバーナ設置が
必要となり，装置が大きくて複雑になる場合がある。
【００２２】また，火炎バーナ形を利用する場合，全体
改質装置が上下に立てられている長円筒型なので，一定
規模の燃焼空間を必要とし，よって，装置の規模が大き
くなるという欠点がある。
【００２３】本発明の目的は，既存の改質装置をよりコ
ンパクトにし，エネルギー効率を高めるとともに，効果
的な温度制御を可能とするためのもので，水素製造装置
を構成する反応器を積層する構造を持たせることによ
り，よりコンパクトな構成を可能にし，エネルギーを効
率よく活用できるように，ひいてはそれぞれの反応器毎
にダンパーを設置してそれぞれの反応器への排ガス流量
を調節することによりそれぞれの反応器に対して適合な
温度に良好に制御することが可能なプレート形水蒸気改
質装置を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明のプレート形水蒸気改質装置は，広い面積を
加熱することが可能な熱源としてのプレート形バーナが
下方に設置され，前記バーナの上方には高温を必要とす
る改質反応器が積層され，その上方に相対的に低い高温
を必要とする高温転換反応器が積層され，前記高温転換
反応器の上方に低い温度を必要とする低温転換反応器が
積層される一方，それぞれの反応器の間には該当仕切り
板が設置され，前記バーナから発生する高温の燃焼排ガ
スがそれぞれの反応器を囲むように流れて必要な熱を供
給し得るようにコンパクトに構成されたことを特徴とす
る。
【００２５】また，バーナは，プレート形金属繊維バー
ナとして使用されて過熱されることを防止できるよう
に，装置の外壁に冷却コイルからなる熱交換器が設置さ
れたことを特徴とする。
【００２６】また，前記改質反応器と高温及び低温転換
反応器は，排ガスとの熱交換面積を増加させるために，
該当外側部にそれぞれフィンが取り付けられ，これら反
応器は反応物の滞留時間が増加するように２区画または
それ以上に仕切られていることを特徴とする。
【００２７】また，前記改質反応器と高温及び低温転換
反応器は周囲に流れる高温の燃焼排ガスを調節して加熱
または予熱しうるように角度調節される該当ダンパーが
それぞれ設置されたことを特徴とする。
【００２８】また，前記高温及び低温転換反応器は，反
応中に発生する熱によって温度が上昇するとき，外部の
冷たい空気を流入させてダンパーと共に温度を調節し得
るように，装置の外壁に円筒形ブロアーとしての冷却フ
ァンまたは外気流入管が設置されたことを特徴とする。
【００２９】スチーム発生器は，バーナと改質反応器と
の間に基本的に設置されるか，或いは前記改質反応器と
高温転換反応器との間にも追加設置されたことを特徴と
する。また，前記改質反応器と高温及び低温転換反応器
以外に，天然ガス内に含まれた硫黄成分を除去するため
の脱硫反応器と，微量の一酸化炭素及び炭化水素を除去
するための酸化反応器がさらに設置され，前記脱硫反応
器が前記改質反応器と転換反応器との間に積層される
か，或いは前記酸化反応器が前記転換反応器の前後に積
層されたことを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下，本発
明のプレート形水蒸気改質装置の好適な実施例を添付図
に基づいて詳細に説明する。図１は，本発明の第１の実
施の形態に係るプレート形水蒸気改質装置１００の前方
からみた斜視図，図２は，第１の実施の形態に係るプレ
ート形水蒸気改質装置１００の後方からみた斜視図，図
３は，第１の実施の形態に係るプレート形水蒸気改質装
置１００の後方からみた内部構造図，図４は，第１の実
施の形態に係るプレート形水蒸気改質装置１００の前方
からみた内部構造図，図５は，第１の実施の形態に係る
プレート形水蒸気改質装置１００の側方からみた内部構
造図である。
【００３１】本発明に係る改質装置１００は，基本的
に，バーナ１から発生する熱を改質反応器３と高温転換
反応器４，低温転換反応器５（以下反応器３，４，５と
も称する）の予熱に使用するためには，それぞれの反応
器３，４，５が適切な形状をもって適切に構成されなけ
ればならない。
【００３２】まず，本発明の第１の実施の形態では，図
１，２，３，４，５に示すように，広い面積を加熱する
ことが可能な熱源としてのバーナ１と，三つの四角形の
反応器３，４，５とが積層されている構成である。プレ
ート形水蒸気改質装置１００の最下方には熱源を供給す
るためのプレート形バーナ１が設けられ，バーナ１の上
方には水蒸気と原料を予熱するためのスチーム発生器２
が燃焼排ガスの流路を分離する該当仕切り板７と共に設
けられる。
【００３３】即ち，スチーム発生器２の上方には改質反
応器３が積層され，改質反応器３の上方にはさらに燃焼
排ガスの流路を分離するための該当仕切り板７が構成さ
れ，この仕切り板７の上方には高温転換反応器４が積層
され，高温転換反応器４の上方にはさらに燃焼排ガスの
流路を分離するための該当分離板７が構成され，この分
離板７の上方には低温転換反応器５が積層され，低温転
換反応器５の上方には燃焼排ガスの出口，即ち煙道１２
が構成される。
【００３４】また，改質層，高温転換反応器層，低温転
換反応器層を構成するそれぞれの反応器３，４，５の前
後面には，バーナ１から発生する排ガスの流路が存在
し，特にそれぞれの反応器３，４，５の一側には燃焼排
ガスの流れ方向を選択的に調節するための３つの該当ダ
ンパー６ａ，６ｂ，６ｃが設置され，それぞれの反応器
３，４，５を囲むように流れ出す排ガスの流量を適切に
調節することにより，それぞれの反応器の温度を個別に
調節することが可能な構造を有する。
【００３５】また，ダンパー６ａ，６ｂ，６ｃで温度調
節が不可能な場合，外気を導入するための円筒形ブロア
ーである冷却ファン１３が装置の外壁に設置され，反応
器３，４，５の温度が効率よく調節されるようにするこ
とが好ましい。
【００３６】特に，本発明の第１の実施の形態では，バ
ーナ１から発生する熱を改質反応器３に供給し，初期に
高温転換反応器４，低温転換反応器５を予熱する構造を
持たせるため，１１０×１６０ｍｍ内外の寸法を有する
金属繊維バーナ１を下部に設置し，その上に，水を水蒸
気にし且つ天然ガスを予熱させるためのスチーム発生器
２を有する寸法１９０×２００ｍｍ内外の有孔該当分離
板７を設置し，改質反応器３は連続して１４００ｃｃの
直方体構造を有し，且つ内部が２つの空間に分けられ
て，互いに連通する通路を形成することが好ましい。
【００３７】第１の実施の形態にかかる改質装置１００
は，熱交換効率を増大させるために，表面と内部にフィ
ン（ひだ）１６が設置される改質反応器３，改質反応器
３の上方に設けられ，排ガスの流路を変えるための寸法
１９０×２００ｍｍ内外の該当分離板７，改質反応器３
と同一の形状を有する体積約２３００ｃｃの高温転換反
応器４，寸法１９０×２００ｍｍ内外の該当分離板７，
高温転換反応器４と同一の形状及び体積を有する低温転
換反応器５，燃焼排ガスの出口である煙道１２が設けら
れ且つ燃焼排ガスの流路を変更させるための該当ダンパ
ー６ａ，６ｂ，６ｃ，高温転換反応器４及び低温転換反
応器５の温度調節のために設置された冷却ファン１３，
及びバーナ１の周りに過熱防止及び熱回収の目的で設置
された冷却コイルとしての熱交換１５からなることが好
ましい。
【００３８】即ち，本実施の形態にかかる改質装置１０
０は，反応器３，４，５に必要な熱を供給するためのバ
ーナ１と，水を高温の水蒸気に変えるための水蒸気発生
装置としてのスチーム発生器２と，炭化水素（以下「天
然ガス」という）と水蒸気とを反応させ，合成ガスを作
るための改質反応器３と，改質反応器３で生成された合
成ガスのうち，一酸化炭素を水蒸気と反応させて一酸化
炭素の濃度を減らすための高温転換反応器４，低温転換
反応器５とからなる積層構造である。
【００３９】また，改質反応器３と，高温転換反応器
４，低温転換反応器５以外に，天然ガス内に含まれた硫
黄成分を除去するための脱硫反応器（図示せず）と，微
量の一酸化炭素及び炭化水素を除去するための酸化反応
器（図示せず）を追加設置することができ，脱硫反応器
を改質反応器３と転換反応器５との間に積層するか，或
いは酸化反応器を転換反応器４，５の前後に積層するこ
とができる。
【００４０】このプレート形水蒸気改質装置１００にお
ける動作を説明する。バーナ１は，四角形の金属繊維を
用いる金属繊維バーナであって，バーナ１の外部から天
然ガス流入口１７を介して燃料ガスの天然ガスと空気と
の混合ガスを投入すると，バーナ１の上端に設置された
分配板１０を通過しながら均一にバーナ１に供給され，
バーナ１の上方に設置されたスパークプラグ１１によっ
て点火すると，混合ガスの燃焼によって赤熱を発生させ
る。
【００４１】そして，バーナ１から発生する熱は，バー
ナ１の上方に設置されたスチーム発生器２を直接加熱す
る。これにより，スチーム発生器２の一側部から高温の
排ガスが流れ，スチーム発生器２の上方に積層された改
質反応器３を加熱するが，改質反応器３が所望の温度に
達していない場合には，ダンパー６ａは開状態になる。
従って，高温の燃焼排ガスは改質反応器３側へ流れなが
ら改質反応器３に熱を供給し続ける。
【００４２】もし改質反応器３の温度が設定温度に達す
れば，ダンパー６ａは閉となる。この際，高温の燃焼排
ガスは直接高温転換反応器４へ流れることにより，それ
以上改質反応器３に熱を供給しなくなる。このような方
法によって反応器３の温度を適切に維持することができ
る。
【００４３】また，改質反応器３を通過しながら温度が
低くなった燃焼排ガスは，改質反応器３へ流れて高温転
換反応器４を加熱し，次に高温転換反応器４の温度が上
昇して目標値の温度より上昇した場合，高温転換反応器
４の前面に設置された該当ダンパー６ｂが同様に閉とな
って排ガスが高温転換反応器４を通過せず上方の低温転
換反応器５へ流れるように誘導される。
【００４４】さらに，高温転換反応器４を加熱して出た
排ガスは，連続的に低温転換反応器５を加熱し，この時
も低温転換反応器５が目標値の温度より上昇した場合，
ダンパー６ｃの角度を変形させるか或いは閉めて排ガス
を直接煙道１２から排出させることで，反応器５の温度
を制御することができる。
【００４５】特に改質反応の場合は吸熱反応であるが，
転換反応の場合は発熱反応であるため，実際の運転時，
低温転換反応器５自体から熱が発生する。この場合，排
ガスが低温転換反応器５を通過することなく直ちに煙道
１２へ通り抜けるようにダンパー６ｃの角度を調節して
も温度が上昇すると，改質装置の一側に設置されたブロ
アとしての冷却ファン１３または外気流入管１４を介し
て冷たい外気を内部に流入させ，適切に低温転換反応器
５の温度を制御することができる。
【００４６】一方，水素を製造するための原料として水
流入口１８を介して流入する水は，天然ガスと適正のモ
ル比で混合され，バーナ１の周りに設置された熱交換器
１５で予熱された後，バーナ１の上方に設置されたスチ
ーム発生器２を通過しながら高温の水蒸気と天然ガスと
の混合物になる。この混合ガスは改質反応器３に流入す
る。
【００４７】次に，改質反応器３で高温の条件下に該当
触媒投入口２０を介して落下投入した触媒との触媒反応
によって一部未反応ガスを含んだ水素と一酸化炭素との
混合ガスが生成され，次に高温転換反応器４，低温転換
反応器５へ移動する。
【００４８】そして，高温転換反応器４，低温転換反応
器５では一酸化炭素と余分の水蒸気とが反応して水素と
二酸化炭素を生成させるので，水素排出口１９を介して
水素，二酸化炭素，微量の一酸化炭素及び天然ガスが混
合されたガスが排出され，このような混合ガスはＰＳＡ
のような分離装置を経て高純度の水素ガスに精製される
ことができる。
【００４９】本発明の第１の実施の形態を用いて水蒸気
改質を行ったところ，装置の予熱完了時間が約４０分で
あって，既存の約２時間に比べて大幅短縮されることが
分った。また，水蒸気とメタンの比を１：３とした時，
正常状態での改質装置出口における濃度は乾燥ガスを基
準として水素８２.３１％，一酸化炭素１.６１％，メタ
０.２４％，二酸化炭素１５.８４％であることが分っ
た。
【００５０】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態にかかるプレート形水蒸気改質装置２００について説
明する。上記第１の実施の形態は，本発明に係る水蒸気
改質装置の基本型であり，図６及び図７に示す応用実施
例であるプレート形水蒸気改質装置２００は，要部が第
１の実施の形態と同一の構成を有する。
【００５１】即ち，図６の応用実施例は，スチーム発生
器２がバーナ１と改質反応器３との間に加え，改質反応
器３と高温転換反応器４との間にも同時に位置するよう
に追加設置されていることが第１の実施の形態とは異な
る。他の構成については，第１の実施の形態にかかるプ
レート形水蒸気改質装置１００と同様であるので，同一
の符号を付して説明を省略する。
【００５２】（第３の実施の形態）また，図７は，第３
の実施の形態にかかるプレート形水蒸気改質装置３００
の構成を示す図である。プレート形水蒸気改質装置３０
０は，高温転換反応器４と低温転換反応器５を冷却させ
るために，冷却ファン１３ではなく，外部空気注入用の
外気流入管１４が設置されていることが第１の実施の形
態と異なる。他の構成は第１の実施の形態と同様である
ので，同一の符号を付し，説明を省略する。
【００５３】以上のように，本発明によれば，コンパク
トな構成にしたので，装置の立ち上げに要する時間の短
縮が可能であり，反応器同士を上下に配置して熱を効率
よく利用することで，燃料効率の良いプレート形水蒸気
改質装置が提供される。
【００５４】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かるプレート形水蒸気改質装置の好適な実施形態につい
て説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業
者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の
範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得る
ことは明らかであり，それらについても当然に本発明の
技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように，本発明のプレート
形水蒸気改質装置によれば，改質反応器と高温転換反応
器及び低温転換反応器を積層構造として配列し，バーナ
からの熱をそれぞれの反応器の周囲に回り込んで出るよ
うにする方法によって，改質反応器のみならず，高温転
換反応器及び低温転換反応器を効率良く予熱させること
ができ，かつダンパーを用いて排ガス流量を調節するこ
とにより，それぞれの反応器の温度を所望の温度に制御
することができるため，水素の豊富なガスを得ることが
できる。
【００５６】つまり，それぞれの反応器をモジュール化
して統合することにより，別途のユーティリティ設備が
不要になることにより，コンパクト化が可能であって小
型化を達成することができる。さらに，積層形態で組み
立てて熱の自然な流れを用いることにより，装置に自然
なエネルギーバランスを取ることができ，維持保守にお
いて便宜性を有し，高温転換反応器及び低温転換反応器
の初期予熱のための付帯設備を設置することなく廃熱を
活用することにより，エネルギーを節約し且つエネルギ
ーを効率よく活用することができるという利点がある。
この他にも，起動時間を既存の２時間に比べて画期的に
減少させて３０分以内とすることができるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置１００の前方からみた斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置１００の後方からみた斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置１００の後方からみた内部構造図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置１００の前方からみた内部構造図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置１００の側方からみた内部構造図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置２００の内部構造図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプレート形水
蒸気改質装置３００の内部構造図である。
【図８】既存の水蒸気改質装置による改質工程を示す概
念図である。
【符号の説明】
１ バーナ ２ スチーム発生器 ３ 改質反応器 ４ 高温転換反応器 ５ 低温転換反応器 ６ａ，６ｂ，６ｃ ダンパー ７ 仕切り板 ８ ダンパーハンドル ９ 混合ガス引込口 １０ 分配板 １１ スパークプラグ １２ 煙道 １３ 冷却ファン １４ 外気流入管 １５ 熱交換器 １６ フィン（ひだ） １７ 天然ガス流入口 １８ 水流入口 １９ 水素排出口 ２０ 触媒投入口 ２１ ガス混合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オウ ヨンサム 大韓民国仁川市ヨンス区ヨンス２洞（番地 なし）宇成２次アパート215−1705 (72)発明者 ベック ヨンスン 大韓民国仁川市ヨンス区ドンチョン洞（番 地なし）東亞アパート115−603 (72)発明者 ソン テックヨン 大韓民国仁川市ヨンス区チョンハック洞 545−１番地 現代アパート101−503 (72)発明者 パク サンウン 大韓民国大田市儒城区オウン洞99番地 ハ ンビッアパート133−201 (72)発明者 ジョン キウォン 大韓民国大田市儒城区ジョンミン洞（番地 なし）エクスポアパート305−1602 (72)発明者 チョエ リサン 大韓民国釜山市砂河区ガムチョン２洞12− 229番地 Ｆターム(参考） 4G140 EA03 EA06 EA08 EB01 EB03 EB33 EB35 EB42 EB43 EB44 EB46 EB48

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 広い面積を加熱することが可能な熱源と
    してのプレート形バーナが下方に設置され，前記バーナ
    の上方には高温を必要とする改質反応器が積層され，そ
    の上方に前記改質反応器に比べ相対的に低い高温を必要
    とする高温転換反応器が積層され，前記高温転換反応器
    の上方に低い温度を必要とする低温転換反応器が積層さ
    れる一方，前記改質反応器，高温転換反応器，低温転換
    反応器それぞれの間には該当仕切り板が設置され，バー
    ナから発生する高温の燃焼排ガスが前記改質反応器，高
    温転換反応器，低温転換反応器を囲むように流れて必要
    な熱を供給し得るようにコンパクトに構成されたことを
    特徴とするプレート形水蒸気改質装置。
  2. 【請求項２】 前記バーナは，プレート形金属繊維バー
    ナとして使用されて過熱されることを防止できるよう
    に，装置の外壁に冷却コイルからなる熱交換器が設置さ
    れたことを特徴とする請求項１記載のプレート形水蒸気
    改質装置。
  3. 【請求項３】 前記改質反応器と前記高温転換反応器及
    び低温転換反応器は，排ガスとの熱交換面積を増加させ
    るために，該当外側面にそれぞれフィンが取り付けら
    れ，前記改質反応器，高温転換反応器，低温転換反応器
    反応器は反応物の滞留時間が増加するように２区画また
    はそれ以上に仕切られていることを特徴とする請求項１
    記載のプレート形水蒸気化改質装置。
  4. 【請求項４】 前記改質反応器と高温転換反応器及び低
    温転換反応器は周囲に流れる高温の燃焼排ガスを調節し
    て加熱または予熱しうるように角度調節される該当ダン
    パーがそれぞれ設置されたことを特徴とする請求項１記
    載のプレート形水蒸気改質装置。
  5. 【請求項５】 前記高温転換反応器及び低温転換反応器
    は，反応中に発生する熱によって温度が上昇するとき，
    外部の冷たい空気を流入させてダンパーと共に温度を調
    節し得るように，装置の外壁に円筒形ブロアーとしての
    冷却ファンまたは外気流入管が設置されたことを特徴と
    する請求項１または請求項４記載のプレート形水蒸気改
    質装置。
  6. 【請求項６】 前記スチーム発生器は，バーナと改質反
    応器との間に基本的に設置されるか，或いは前記改質反
    応器と高温転換反応器との間にも追加設置されたことを
    特徴とする請求項１記載のプレート形水蒸気改質装置。
  7. 【請求項７】 前記改質反応器と高温転換反応器及び低
    温転換反応器以外に，天然ガス内に含まれた硫黄成分を
    除去するための脱硫反応器と，微量の一酸化炭素及び炭
    化水素を除去するための酸化反応器がさらに設置され，
    前記脱硫反応器が前記改質反応器と低温転換反応器との
    間に積層されるか，或いは前記酸化反応器が前記高温転
    換反応器及び低温転換反応器の前後に積層されたことを
    特徴とする請求項１記載のプレート形水蒸気改質装置。
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