JP4639472B2

JP4639472B2 - Reactor

Info

Publication number: JP4639472B2
Application number: JP2001000664A
Authority: JP
Inventors: 克也小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: JP2002211901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分解生成ガスを生成する反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原料から分解生成ガスを生成する反応器としては、例えば特開平６−３４５４０５号公報に提案されているようなプレートフィン型反応器がある。この特開平６−３４５４０５号公報のプレートフィン型反応器では、反応物質通路を挟んで熱媒体通路と分解生成ガス通路とが備えられる。これにより、反応物質通路における改質反応で生成された改質ガスから、分解生成ガス分離膜で分解生成ガス（水素ガス）が分離され、分解生成ガス通路に導かれる。また、この反応物質通路における改質反応に必要とされる熱は、分解生成ガス通路と反対側の熱媒体通路から供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開平６−３４５４０５号公報のプレートフィン型反応器では、分解生成ガス通路は、反応物質通路の片側にしか設けられていないので、十分な改質効率が得られない。具体的には、反応物質通路内のフィンには、片面にしか改質触媒を塗布することができないので、単位容積当たりの改質効率が小さい。
【０００４】
また、この特開平６−３４５４０５号公報には、フィン形の分解生成ガス透過膜で反応物質通路と分解生成ガス通路とを分割する構成や、反応物質通路内にガス分離膜を有するパイプ状の分解生成ガス通路を配置した構成も開示されている。しかしながら、これらの構成では、改質効率が悪いうえ、分解生成ガス透過膜をフィン形等に加工しなければならず、コストもかかってしまう。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、分解生成ガスを生成する反応器において、改質効率を向上させ、かつ低コスト化を図り得るものを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、分解生成ガスを生成する反応器において、改質ガスを生成する改質触媒層と、改質ガス中の分解生成ガスを分離して透過する分解生成ガス分離部材を挟んで前記改質触媒層の両側に配設された一対の分解生成ガス通路と、前記各分解生成ガス通路の外側に積層配置された熱媒体通路とを備えた。
【０００７】
第２の発明では、前記改質触媒層と前記分解生成ガス通路の間に多孔質部材を配置し、この多孔質部材の改質触媒層側に改質触媒を、分解生成ガス通路側に分解生成ガス分離部材をそれぞれ形成した。
【０００８】
第３の発明では、前記改質触媒層に、両面に改質触媒が塗布された改質触媒フィンを備えた。
【０００９】
第４の発明では、前記改質触媒フィンを、分割された上向きと下向きの波形から構成し、上向きの波形と下向きの波形がガスの流れ方向に交互に並ぶようにした。
【００１０】
第５の発明では、前記改質触媒フィンの波形を、略平坦な波形側面部と、この波形側面部の間に挟まれた波形上面部とから形成した。
【００１１】
第６の発明では、前記分解生成ガス通路の入口側からスウィープガスを供給可能とした。
【００１２】
第７の発明では、前記分解生成ガス通路の外側に通路分離フィンを介して隔てられた熱媒体通路を備え、前記通路分離フィンを前記改質触媒層に接触させた。
【００１３】
第８の発明では、反応器を、前記改質触媒層と、この改質触媒層両側に前記水素分離層を挟んで設けられた一対の前記分解生成ガス通路と、これらの分解生成ガス通路外側に設けられた一対の前記熱媒体通路とからなる単位反応器を、複数積層して形成した。
【００１４】
第９の発明では、前記通路分離フィンのうねりにより前記分解生成ガス通路と前記熱媒体通路をそれぞれ複数の通路に分割するとともに、この通路分離フィンのうねり高さを前記改質ガス通路および前記熱媒体通路の端部において低くすることにより、この端部に、隣接する分解生成ガス通路同士を連通させる集合管路と、隣接する熱媒体通路同士を連通させる集合管路とをそれぞれ備えた。
【００１５】
第１０の発明では、前記分解生成ガス通路および熱媒体通路の端部において、前記通路分離フィンを平坦とした。
【００１６】
第１１の発明では、前記分解生成ガス通路および前記熱媒体通路の入口側端部の異なる側面に、前記分解生成ガス通路の入口側の集合管路にスウィープガスを供給するスウィープガス供給口と、前記熱媒体通路の入口側の集合管路に可燃ガスおよび酸化剤を供給する可燃ガス供給口とを、それぞれ備えた。
【００１７】
第１２の発明では、前記分解生成ガス通路および前記熱媒体通路の出口側端部の異なる側面に、前記分解生成ガス通路の出口側の集合管路に連通する分解生成ガス排出口と、前記熱媒体通路の出口側の集合管路に連通する燃焼排ガス排出口とを、それぞれ備えた。
【００１８】
第１３の発明では、前記分解生成ガス通路を、前記改質触媒におけるガスの流れ方向と直交させた。
【００１９】
【発明の作用および効果】
第１の発明では、改質触媒層の両側に分解生成ガス通路を設けたので、改質触媒層の全体を改質ガス生成に使うことができ（例えば第３の発明のように、改質触媒フィンの両側に改質触媒を塗布することができ）、単位容積当たりの改質効率が向上する。また、改質ガス内の分解生成ガス（例えば水素ガス）は、両側の分解生成ガス通路に迅速に分離、透過していくので、生成された改質ガスが無駄にならないようにできる。また、改質触媒層と分解生成ガス通路との間の分解生成ガス分離部材（例えば分解生成ガス分離膜）は平板とすることができるので、分解生成ガス分離部材の加工によって製造コストが増大しないようにできる。
【００２０】
第２の発明では、多孔質部材（例えば多孔質材料からなるプレート）の両側に改質触媒と分解生成ガス分離部材を形成するので、改質効率を向上させた反応器を、簡素な構成で、低コストに実現できる。
【００２１】
第３の発明では、改質触媒フィンの両側に改質触媒が塗布されているので、改質触媒層の改質触媒フィンの両側を改質ガス生成に使うことができ、改質効率が向上する。
【００２２】
第４の発明では、改質触媒フィンを、ガスの流れ方向に交互に並ぶ上向きと下向きの波形から構成したので、改質触媒フィンの上下に画成される通路（改質反応通路）は互いに連通しあい、改質反応が改質触媒層内部で均一に進行するようにできる。
【００２３】
第５の発明では、改質触媒フィンの波形を波形側面部と波形上面部とから形成したので、波形上面部の曲率半径を大きくとることができ、改質触媒フィンへの改質触媒の塗布が容易となる。また、改質触媒フィンと熱供給原側（例えば第７の発明における熱媒体通路側）との接触面積を大きくとれるので、改質反応に必要な熱が伝達されやすくできる。
【００２４】
第６の発明では、分解生成ガス通路の入口側（上流側）からは分解生成ガスを送気するスウィープガスが導入されるので、分解生成ガス通路内の分解生成ガスの分圧を下げることができ、改質触媒層側からの分解生成ガスの透過速度を向上させることができる。
【００２５】
第７の発明では、熱媒体通路（例えば、燃焼ガス通路）からの熱が通路分離フィンを介して改質触媒層に伝達されるので、改質触媒層には改質反応に必要な熱が供給され、改質反応が促進される。
【００２６】
第８の発明では、改質触媒層の両側に分解生成ガス通路と熱媒体通路を配置した単位反応器を複数積層して反応器が構成されるので、改質効率の高い反応器を合理的に構成できる。例えば、第９〜第１３の発明のような管路構成を、複数の単位反応器について共通のものとして、管路構成を簡略化できる。
【００２７】
第９の発明では、改質ガス通路および熱媒体通路の端部において集合管路が形成されるので、改質ガス通路および熱媒体通路との外部との接続は集合管路を介してなされ、管路構成が単純化される。
【００２８】
第１０の発明では、集合管路においては通路分離フィンが平坦となっているので、集合管路内のガスの流通に対する抵抗を小さくでき、損失を低減できる。
【００２９】
第１１の発明では、スウィープガス供給口と可燃ガス供給口が、分解生成ガス通路および熱媒体通路の入口側端部（入口側のヘッダ部）の異なる側面に設けられるので、これらの開口部からの管路の引出が容易となる。特に、複数の単位反応器を積層して反応器を形成した場合には、一つの側面に形成される開口部は１種類となり、開口部からの管路構成を極めて単純化できる。また、スウィープガス供給口および可燃ガス供給口は、分解生成ガス通路および熱媒体通路の入口側端部に設けられるので、これらに対する管路が、改質触媒層に対する管路と干渉してしまうこともない。
【００３０】
第１２の発明では、分解生成ガス排出口と燃焼排ガス排出口が、分解生成ガス通路および熱媒体通路の出口側端部（出口側のヘッダ部）の異なる側面に設けられるので、これらの開口部からの管路の引出が容易となる。特に、複数の単位反応器を積層して反応器を形成した場合には、一つの側面に形成される開口部は１種類となり、開口部からの管路構成を極めて単純化できる。また、分解生成ガス排出口および燃焼排ガス排出口は、分解生成ガス通路および熱媒体通路の出口側端部に設けられるので、これらに対する配管位置が、改質触媒層に対する配管位置と重なってしまうこともない。
【００３１】
第１３の発明では、分解生成ガス通路と改質触媒におけるガスの流れ方向は直交しているので、分解生成ガス通路（第６の発明等ではさらに熱媒体通路）のヘッダ部（端部）と、改質触媒層内のガス通路（改質反応通路）のヘッダ部は、反応器の異なる面となるので、管路構成等の設計が容易となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
図１には、本発明の第１の実施の形態のプレートフィン型反応器を示す。
【００３４】
図示されるように、プレートフィン型反応器は、３層構造の単位反応器１を複数積層して形成される（図には、単位反応器１を２層積層した状態を示す）。各単位反応器１は、改質触媒層１０と、この改質触媒層１０の上下両側に、水素分離膜９を挟んで配設された一対のガス分離層２０とから構成される。
【００３５】
改質触媒層１０は、外部から供給された原料（例えばメタノール、ガソリン等）と水から水素リッチガスを生成する層であり、上下一対のプレート１１と、これらのプレート１１間に挟み込まれた改質触媒フィン１２とを備えている。ここで、改質触媒フィン１２は波形の部材であって、うねりによって上下のプレート１１に接し、改質触媒フィン１２の上下両側に、それぞれ並列に延びる複数の改質反応通路１３Ａ、１３Ｂを画成している。
【００３６】
改質反応通路１３Ａ、１３Ｂの内壁、つまりプレート１１の内側面（改質触媒フィン１２側の面）と改質触媒フィン１２の両面には、改質触媒が塗布されている。この改質触媒により、改質反応通路１３Ａ、１３Ｂに供給された原料および水が反応して、改質ガス（水素リッチガス）が生成される。
【００３７】
プレート１１は、多孔質材料からなるもので、その外側面（ガス分離層２０側の面）には水素分離膜９が取り付けられている。水素分離膜９は、例えばＰｄ等からなる水素分離性のある膜であり、改質触媒層１０で生成された改質ガス（水素ガスを含む混合ガス）から水素ガスを分離して、ガス分離層２０側に透過させるように作用する。
【００３８】
ガス分離層２０は、水素分離性のないプレート２１と、このプレート２１と上記水素分離膜９と間に挟み込まれた通路分離フィン２２とを備えている。通路分離フィン２２は、水素分離膜９とプレート２１のそれぞれに接するようにうねった波形の部材で、上下両側に複数の通路を画成している。なお、これらの通路は、上記改質触媒層１０内の改質反応通路１３Ａ、１３Ｂと直交する方向に延びている。
【００３９】
通路分離フィン２２と水素分離膜９とで画成された通路は、水素ガス通路２３となる。この水素ガス通路２３には、水素ガスが、改質触媒層１０側から水素分離膜９を透過して導入される。この水素ガスは、水素ガス通路２３を流通して、プレートフィン型反応器の外部に取り出される。
【００４０】
通路分離フィン２２とプレート２１とで画成された通路は、燃焼ガス通路（燃焼触媒層）２４となる。この燃焼ガス通路２４内側に向く通路分離フィン２２の面には、燃焼触媒が塗布されている。この燃焼触媒の作用により、燃焼ガス通路２４に供給された可燃ガスと酸化剤とが燃焼反応する。この熱は、通路分離フィン２２、水素分離膜９、プレート１１を介して改質触媒層１０に伝達される。これにより、改質触媒層１０における改質反応（吸熱反応）が促進される。
【００４１】
つぎに作用を説明する。
【００４２】
プレートフィン型反応器で水素ガスを生成するには、改質触媒層１０の改質反応通路１３Ａ、１３Ｂに原燃料ガスおよび水を供給するとともに、ガス分離層２０の燃焼ガス通路２４に可燃ガスおよび酸化剤を供給する。
【００４３】
これにより、改質反応通路１３Ａ、１３Ｂでは、原燃料ガスと水が改質触媒によって反応し、改質ガスが生成される。この改質反応は吸熱反応であるが、この反応に必要な熱は、燃焼ガス通路２４における発熱反応（燃焼）による熱が通路分離フィン２２、水素分離膜９、プレート１１を介して改質反応通路１３Ａ、１３Ｂに伝わることによって賄われる。
【００４４】
改質反応通路１３Ａ、１３Ｂに生成された改質ガスは水素ガスを含むものであり、この水素ガスは水素分離膜９を透過して水素ガス通路２３に導入される。このように水素ガスが水素ガス通路２３に導入された分だけ、改質反応通路１３Ａ、１３Ｂ内の水素ガス濃度は低下するので、さらなる水素生成反応が促進されることになる。
【００４５】
水素ガス通路２３に導入された水素ガスは、水素ガス通路２３の端部（ヘッダ部）出口から取り出され、例えば燃料電池に供給される。また、水素が引き抜かれた後の改質残ガスは、改質反応通路１３Ａ、１３Ｂから排出してそのまま処理してもよいし、燃焼ガス通路２４に導入して可燃ガスとして使用してもよい。
【００４６】
このように本実施の形態のプレートフィン型反応器では、水素分離膜９および水素ガス通路２３は改質触媒層１０の両側に設けられているので、改質触媒層１０に設けた改質触媒フィン１２の両側の改質反応通路１３Ａ、１３Ｂで同じように改質反応が進行し、改質効率を向上させることができる。つまり、改質触媒フィン１２両面に改質触媒を塗布して、改質反応に改質触媒フィン１２の両側を使うことができるから、単位容積当たりの改質効率を向上できる。
【００４７】
また、水素分離膜９は、平坦なプレート１１上に配設され、平坦なものとできるので、水素分離膜９をフィン（波形）とした場合に比較して、コスト削減を図れる。
【００４８】
図２〜図４には、本発明の第２の実施の形態のプレートフィン型反応器を示す。
【００４９】
図示されるように、本実施の形態は、ガス分離層２０のヘッダ部２５Ａ、２５Ｂ（水素ガス通路２３および燃焼ガス通路２４の両端が開口するガス分離層２０の端部）において、通路分離フィン２２のうねり高さが小さくされている点に特徴を有している。つまり、通路分離フィン２２は、ガス分離層２０の中間部２６（ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂの間の部分）ではガス分離層２０の上下幅Ｌ１いっぱいにうねっているのに対して、ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂにおいては、うねり高さが、高さＬ１よりも低い高さＬ２となっている。
【００５０】
これにより、ガス分離層２０の中間部２６において通路分離フィン２２により複数の水素ガス通路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄに画成されていた水素ガス通路２３は、ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂにおいては、それぞれ一つの入口側集合管路２７Ａ、出口側集合管路２７Ｂとなる。
【００５１】
また、中間部２６において通路分離フィン２２により複数の燃料ガス通路２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄに画成されていた燃料ガス通路２４は、ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂにおいては、それぞれ一つの入口側集合管路２８Ａ、出口側２８Ｂとなる。
【００５２】
なお、図には下流側のヘッダ部２５Ｂ内の出口側集合管路２７Ｂ、２８Ｂのみを示し、上流側のヘッダ部２５Ａ内の入口側集合管路２７Ａ、２８Ａの図示は省略している。
【００５３】
ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂの軸方向の端面および左右両側面には壁面が設けられているが、この壁面には、以下に述べるような開口部が形成されている。
【００５４】
まず、ヘッダ部２５Ａにおいては、一方の側面（図の右側側面）に、水素ガス通路２３の入口側集合管路２７Ａのと連通する開口部が形成される。この開口部は、スウィープガス供給口３１となる。
【００５５】
スウィープガス供給口３１は、図示されないスウィープガス供給管路と接続し、水素ガス通路２３内の水素ガスを出口側に送気するためのスウィープガスが供給される。このスウィープガスによって、水素ガス通路２３内の水素分圧を下げ、水素分離膜９を介しての水素ガスの透過速度を速めることができる。
【００５６】
ヘッダ部２５Ａのスウィープガス供給口３１と反対側の側面（図の左側側面）には、燃焼ガス通路２４の入口側集合管路２８Ａと連通する開口部が形成される。この開口部は、可燃ガス供給口３２となり、図示されない可燃ガスおよび酸化剤の供給管路と接続され、可燃ガスおよび酸化剤が供給される。
【００５７】
一方、ヘッダ部２５Ｂにおいては、一方の側面（図の左側側面）に、水素ガス通路２３の出口側集合管路２７Ｂと連通する開口部が形成される。この開口部は、水素ガス排出口３３となる。水素ガス排出口３３は、ヘッダ部２５Ｂ側面に配設された水素ガス搬送路３５に接続されている。
【００５８】
ヘッダ部２５Ｂの水素ガス排出口３３と反対側の側面（図の右側側面）には、燃焼ガス通路２４の出口側集合管路２８Ｂと連通する開口部が形成される。この開口部は、燃焼排ガス排出口３４となる。燃焼排ガス排出口３４は、ヘッダ部２５Ｂの側面に配設された燃焼排ガス搬送路３６に接続されている。
【００５９】
このような構成により、ガス分離層２０の各種開口部（スウィープガス供給口３１、可燃ガス供給口３２、水素ガス排出口３３、燃焼排ガス排出口３４）のそれぞれに、単純な構成で容易に外部接続管路（上記スウィープガス供給管路、可燃ガスおよび酸化剤の供給管路、水素ガス搬送路３５、燃焼ガス搬送路３６）を接続することができる。つまり、これらの開口部がヘッダ部２５Ａ、２５Ｂの通路軸方向の端面に開口するならば、複数のスウィープガス供給口３１と可燃ガス供給口３２がヘッダ部２５Ａの同一面に開口し、また複数の水素ガス排出口３３と燃焼排ガス排出口３４が同一面に開口することになるので、開口部の種類毎に管路を接続するためには、複雑な管路構成が必要となる。しかし、本実施の形態のように、ヘッダ部２５Ａにおいてはスウィープガス供給口３１と可燃ガス供給口３２をそれぞれ異なる面（反対の側面）に形成し、ヘッダ部２５Ｂにおいては水素ガス排出口３３と燃焼排ガス排出口３４をそれぞれ異なる面（反対の側面）に形成する構成であれば、同一面に開口する開口部は同一種類の開口部のみとなり、管路構成を極めて単純化できる。
【００６０】
また、これらガス分離層２０の開口部はヘッダ部２５Ａ、２５Ｂに形成されるものであるので、改質触媒層１０端部の改質反応通路１３Ａ、１３Ｂの上下流開口に対しても、ずれた位置にあり、改質反応通路１３Ａ、１３Ｂの上下流管路との関係でも、管路が複雑化することはない。
【００６１】
なお、ガス分離層２０の中間部２６では、通路分離フィン２２は水素分離膜９に接するうねりを持っているので、燃焼ガス通路２４から改質触媒層１０への熱の伝達に問題が生じることはない。
【００６２】
図５には、本発明の第３の実施の形態を示す。
【００６３】
この実施の形態では、ガス分離層２０のヘッダ部２５Ａ、２５Ｂにおいて、通路分離フィン２２のうねりが無くされ、平坦部３７Ａ、３７Ｂとされる（図には、ヘッダ部２５Ｂ側の平板部３７Ｂのみを示す）。つまり、本実施の形態では、上記第２の実施の形態において、ヘッダ部２５Ａ、２５Ｂにおける通路分離フィン２２のうねり高さＬ２が０とされる。
【００６４】
このような構成により、ヘッダ部２５Ａ内の入口側集合管路２７Ａ、２８Ａおよびヘッダ部２５Ｂ内の出口側集合管路２７Ｂ、２８Ｂでは、通路分離フィン２２のうねりに基づくガスの流れ抵抗が少なくなり、損失を低減することができる。
【００６５】
図６には、本発明の第４の実施の形態を示す。
【００６６】
本実施の形態では、上記第１の実施の形態等における改質触媒層１０の改質触媒フィン１２を、図６に示すようなフィン４１とする。
【００６７】
図示されるように、このフィン４１の波形は切り込みによって細かな波形４２Ａ、４２Ｂに分断されている。そして、これらの波形４２Ａ、４２Ｂの配列は、ガスの流れ方向（波形４２Ａ、４２Ｂにより画成された改質反応通路４３の方向）に、下向きの波形４２Ａと上向きの波形４２Ｂが互い違いに連なるようになっている。これにより、波形４２Ａ、４２Ｂにより囲まれたフィン４１の上下に画成された改質反応通路４３は、互いに連通しあう。したがって、改質反応通路４３を流通するガス（原料ガス、改質ガス）は、改質触媒層１０内部で混ざり合い、改質反応が改質触媒層１０全体で均一に進行するようにできる。
【００６８】
図７には、本発明の第５の実施の形態を示す。
【００６９】
この実施の形態では、上記第１の実施の形態等における改質触媒層１０の改質触媒フィン１２を、図７に示すようなフィン５１とする。
【００７０】
図示されるように、フィン５１の波形は、略平板な波形側面部５２、５３と、曲率半径Ｒを持った波形上面部５４とからなる。このような構成により、波形上面部５４のＲを大きくとれるので、フィン５１への燃焼触媒のコーティングが容易となる。また、フィン５１の波形上面部５４と、フィン５１上下のプレート１１との接触面積が大きくなるので、燃焼ガス通路（燃焼触媒層）２４から改質反応のための熱が伝わりやすくできる。
【００７１】
図８には、本発明の第６の実施の形態を示す。
【００７２】
この実施の形態では、上記第１の実施の形態等における改質触媒層１０の改質触媒フィン１２を、図８に示すようなフィン６１とする。
【００７３】
図示されるように、フィン６１は、波形側面部６１、６２と波形上面部６３からなる細かな波形６４の組み合わせからなり、ガス流れ方向に、上向きの波形６４と下向きの波形６４が互い違いに連なっている。このような構成により、上記第４の実施の形態の効果と第５の実施の形態の効果を組み合わせた効果が得られる。つまり、上記第４の実施の形態と同様に、改質触媒層１０内部で改質反応を均一に進行させることができる。さらに、上記第５の実施の形態と同様に、上面部６２のＲが大きいため、フィン６１には改質触媒を塗りやすくでき、また上面部６２とプレート１１の接触面積が大きいため、燃焼ガス通路２４からの熱は改質触媒層１０に伝わりやすくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるプレートフィン型反応器を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるプレートフィン型反応器を示す斜視図である。
【図３】同じくガスの流れを示す説明図である。
【図４】同じくプレートフィン型反応器のヘッダ部を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるプレートフィン型反応器を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるプレートフィン型反応器の改質触媒フィンを示す斜視図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態におけるプレートフィン型反応器の改質触媒フィンを示す斜視図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態におけるプレートフィン型反応器の改質触媒フィンを示す斜視図である。
【符号の説明】
１単位反応器
９水素分離膜
１０改質触媒層
１１プレート
１２改質触媒フィン
１３Ａ、１３Ｂ改質反応通路
２０ガス分離層
２１プレート
２２通路分離フィン
２３水素ガス通路
２４燃焼ガス通路
２５Ａ、２５Ｂヘッダ部
２６中間部
２７Ａ水素ガス通路の入口側集合管路
２７Ｂ水素ガス通路の出口側集合管路
２８Ａ燃焼ガス通路の入口側集合管路
２８Ｂ燃焼ガス通路の出口側集合管路
３１スウィープガス供給口
３２可燃ガス供給口
３３水素ガス排出口
３４燃焼排ガス排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor that generates cracked product gas.
[0002]
[Prior art]
An example of a reactor that generates cracked product gas from a raw material is a plate fin reactor as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-345405. The plate fin reactor disclosed in JP-A-6-345405 is provided with a heat medium passage and a cracked gas passage with a reactant passage interposed therebetween. As a result, the cracked product gas (hydrogen gas) is separated from the reformed gas produced by the reforming reaction in the reactant passage by the cracked product gas separation membrane and guided to the cracked product gas passage. Further, the heat required for the reforming reaction in the reactant passage is supplied from the heat medium passage opposite to the cracked product gas passage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the plate fin reactor disclosed in JP-A-6-345405, the decomposition product gas passage is provided only on one side of the reactant passage, so that sufficient reforming efficiency cannot be obtained. Specifically, the reforming catalyst per unit volume is small because the reforming catalyst can be applied to only one side of the fin in the reactant passage.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-345405 discloses a structure in which a reactant passage and a cracked gas passage are divided by a fin-shaped cracked product gas permeable membrane, and a pipe-like shape having a gas separation membrane in the reactant passage. A configuration in which a cracked gas passage is arranged is also disclosed. However, in these configurations, the reforming efficiency is poor, and the decomposition product gas permeable membrane has to be processed into a fin shape or the like, which increases costs.
[0005]
The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to provide a reactor that generates cracked product gas, which can improve reforming efficiency and reduce costs. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the first invention, in the reactor that generates the cracked product gas, the reforming catalyst layer that generates the reformed gas and the cracked product gas separation member that separates and permeates the cracked product gas in the reformed gas are sandwiched. A pair of cracked product gas passages disposed on both sides of the reforming catalyst layer and a heat medium passage stacked on the outside of each cracked product gas passage .
[0007]
In the second invention, a porous member is disposed between the reforming catalyst layer and the decomposition product gas passage, and the reforming catalyst is decomposed on the reforming catalyst layer side of the porous member and decomposed on the decomposition product gas passage side. Each product gas separation member was formed.
[0008]
In the third invention, the reforming catalyst layer is provided with reforming catalyst fins coated on both sides with the reforming catalyst.
[0009]
In the fourth aspect of the invention, the reforming catalyst fin is composed of divided upward and downward waveforms, and the upward waveform and the downward waveform are alternately arranged in the gas flow direction.
[0010]
In the fifth invention, the waveform of the reforming catalyst fin is formed from a substantially flat corrugated side surface portion and a corrugated upper surface portion sandwiched between the corrugated side surface portions.
[0011]
In the sixth invention, sweep gas can be supplied from the inlet side of the decomposition product gas passage.
[0012]
In a seventh aspect of the invention, a heat medium passage is provided outside the cracked product gas passage via a passage separation fin, and the passage separation fin is brought into contact with the reforming catalyst layer.
[0013]
In an eighth aspect of the invention, the reactor includes the reforming catalyst layer, a pair of cracked product gas passages provided on both sides of the reformed catalyst layer with the hydrogen separation layer interposed therebetween, and the outer sides of the cracked product gas passages. A plurality of unit reactors composed of a pair of the heat medium passages provided in the stack were formed.
[0014]
In the ninth invention, the cracked product gas passage and the heat medium passage are each divided into a plurality of passages by the undulation of the passage separation fin, and the undulation height of the passage separation fin is set to the reformed gas passage and the heat By making it low at the end of the medium passage, the end pipe was provided with a collecting pipe for communicating adjacent cracked gas passages and a collecting pipe for communicating adjacent heat medium paths.
[0015]
In the tenth aspect of the invention, the passage separation fin is flat at the ends of the cracked product gas passage and the heat medium passage.
[0016]
In an eleventh aspect of the present invention, a sweep gas supply port for supplying a sweep gas to a collecting pipe line on the inlet side of the cracked product gas passage on different side surfaces of the cracked product gas passage and the inlet side end of the heat medium passage; And a combustible gas supply port for supplying a combustible gas and an oxidant to the collecting pipe on the inlet side of the heat medium passage.
[0017]
In a twelfth aspect of the present invention, the cracked product gas discharge port that communicates with the collecting pipe on the outlet side of the cracked product gas passage on different side surfaces of the cracked product gas passage and the outlet side end of the heat medium passage, and the heat Combustion exhaust gas discharge ports communicating with the collecting pipe on the outlet side of the medium passage were provided.
[0018]
In the thirteenth invention, the cracked gas passage is orthogonal to the gas flow direction in the reforming catalyst.
[0019]
Operation and effect of the invention
In the first invention, since the cracked product gas passages are provided on both sides of the reforming catalyst layer, the entire reforming catalyst layer can be used for the reformed gas generation (for example, as in the third invention, reforming is performed). The reforming catalyst can be applied to both sides of the catalyst fin), and the reforming efficiency per unit volume is improved. Further, the cracked gas (for example, hydrogen gas) in the reformed gas is quickly separated and permeated into the cracked gas passages on both sides, so that the generated reformed gas can be prevented from being wasted. Further, since the cracked product gas separation member (for example, the cracked product gas separation membrane) between the reforming catalyst layer and the cracked product gas passage can be a flat plate, the manufacturing cost does not increase by processing the cracked product gas separation member. You can
[0020]
In the second invention, since the reforming catalyst and the cracked gas separation member are formed on both sides of the porous member (for example, a plate made of a porous material), a reactor with improved reforming efficiency can be realized with a simple configuration. Can be realized at low cost.
[0021]
In the third invention, since the reforming catalyst is applied to both sides of the reforming catalyst fin, both sides of the reforming catalyst fin of the reforming catalyst layer can be used for generating reformed gas, and the reforming efficiency is improved. To do.
[0022]
In the fourth aspect of the invention, the reforming catalyst fins are composed of upward and downward waveforms alternately arranged in the gas flow direction, so that the passages (reforming reaction passages) defined above and below the reforming catalyst fins are mutually connected. It is possible to communicate with each other so that the reforming reaction proceeds uniformly within the reforming catalyst layer.
[0023]
In the fifth invention, since the waveform of the reforming catalyst fin is formed from the corrugated side surface portion and the corrugated upper surface portion, the radius of curvature of the corrugated upper surface portion can be increased, and the reforming catalyst is applied to the reforming catalyst fin. Becomes easy. In addition, since the contact area between the reforming catalyst fin and the heat supply source side (for example, the heat medium passage side in the seventh invention) can be increased, heat necessary for the reforming reaction can be easily transmitted.
[0024]
In the sixth aspect of the invention, since the sweep gas for supplying the cracked product gas is introduced from the inlet side (upstream side) of the cracked product gas passage, the partial pressure of the cracked product gas in the cracked product gas passage can be lowered. It is possible to improve the permeation rate of the decomposition product gas from the reforming catalyst layer side.
[0025]
In the seventh aspect of the invention, heat from the heat medium passage (for example, the combustion gas passage) is transmitted to the reforming catalyst layer through the passage separation fin, so that heat necessary for the reforming reaction is received in the reforming catalyst layer. The reforming reaction is promoted.
[0026]
In the eighth aspect of the invention, the reactor is configured by stacking a plurality of unit reactors in which the cracked product gas passage and the heat medium passage are arranged on both sides of the reforming catalyst layer. Can be configured. For example, the pipeline configuration as in the ninth to thirteenth aspects can be made common to a plurality of unit reactors, and the pipeline configuration can be simplified.
[0027]
In the ninth invention, since the collecting pipe is formed at the ends of the reformed gas passage and the heat medium passage, the reformed gas passage and the heat medium passage are connected to the outside through the collecting pipe, The pipeline configuration is simplified.
[0028]
In the tenth invention, since the passage separation fin is flat in the collecting pipe, the resistance to the gas flow in the collecting pipe can be reduced, and the loss can be reduced.
[0029]
In the eleventh aspect of the invention, the sweep gas supply port and the combustible gas supply port are provided on different side surfaces of the inlet side end portion (header portion on the inlet side) of the decomposition product gas passage and the heat medium passage. It becomes easy to pull out the pipeline. In particular, when a reactor is formed by laminating a plurality of unit reactors, there is only one type of opening formed on one side surface, and the pipe line configuration from the opening can be greatly simplified. Further, since the sweep gas supply port and the combustible gas supply port are provided at the inlet side end portions of the decomposition product gas passage and the heat medium passage, the pipes for these interfere with the pipes for the reforming catalyst layer. Nor.
[0030]
In the twelfth invention, the cracked product gas outlet and the combustion exhaust gas outlet are provided on different side surfaces of the outlet side end portion (header portion on the outlet side) of the cracked product gas passage and the heat medium passage. It is easy to pull out the pipeline from In particular, when a reactor is formed by laminating a plurality of unit reactors, there is only one type of opening formed on one side surface, and the pipe line configuration from the opening can be greatly simplified. In addition, since the cracked product gas outlet and the combustion exhaust gas outlet are provided at the outlet side end portions of the cracked product gas passage and the heat medium passage, the piping position for these overlaps with the piping position for the reforming catalyst layer. Nor.
[0031]
In the thirteenth invention, since the gas flow direction in the cracked product gas passage and the reforming catalyst are orthogonal, the header portion (end portion) of the cracked product gas passage (further a heat medium passage in the sixth invention and the like) Since the header portion of the gas passage (reforming reaction passage) in the reforming catalyst layer is a different surface of the reactor, the design of the pipe configuration and the like is facilitated.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0033]
FIG. 1 shows a plate fin reactor according to a first embodiment of the present invention.
[0034]
As shown in the figure, the plate fin reactor is formed by stacking a plurality of unit reactors 1 having a three-layer structure (the figure shows a state in which two layers of unit reactors 1 are stacked). Each unit reactor 1 includes a reforming catalyst layer 10 and a pair of gas separation layers 20 disposed on both sides of the reforming catalyst layer 10 with a hydrogen separation membrane 9 interposed therebetween.
[0035]
The reforming catalyst layer 10 is a layer that generates a hydrogen-rich gas from an externally supplied raw material (for example, methanol, gasoline, etc.) and water, and a pair of upper and lower plates 11 and a reforming sandwiched between these plates 11. Catalyst fins 12 are provided. Here, the reforming catalyst fins 12 are corrugated members, which are in contact with the upper and lower plates 11 by undulations, and define a plurality of reforming reaction passages 13A and 13B extending in parallel on the upper and lower sides of the reforming catalyst fins 12, respectively. It is made.
[0036]
The reforming catalyst is applied to the inner walls of the reforming reaction passages 13A and 13B, that is, the inner surface of the plate 11 (the surface on the reforming catalyst fin 12 side) and both surfaces of the reforming catalyst fin 12. By this reforming catalyst, the raw material and water supplied to the reforming reaction passages 13A and 13B react to generate reformed gas (hydrogen-rich gas).
[0037]
The plate 11 is made of a porous material, and a hydrogen separation membrane 9 is attached to the outer side surface (the surface on the gas separation layer 20 side). The hydrogen separation membrane 9 is a hydrogen-separating membrane made of, for example, Pd, and separates hydrogen gas from the reformed gas (mixed gas containing hydrogen gas) generated in the reforming catalyst layer 10 to perform gas separation. It acts so that it may permeate | transmit to the layer 20 side.
[0038]
The gas separation layer 20 includes a plate 21 having no hydrogen separation property, and passage separation fins 22 sandwiched between the plate 21 and the hydrogen separation membrane 9. The passage separation fins 22 are corrugated members that come into contact with the hydrogen separation membrane 9 and the plate 21, and define a plurality of passages on both the upper and lower sides. Note that these passages extend in a direction orthogonal to the reforming reaction passages 13A and 13B in the reforming catalyst layer 10.
[0039]
A passage defined by the passage separation fins 22 and the hydrogen separation membrane 9 becomes a hydrogen gas passage 23. Hydrogen gas is introduced into the hydrogen gas passage 23 through the hydrogen separation membrane 9 from the reforming catalyst layer 10 side. This hydrogen gas flows through the hydrogen gas passage 23 and is taken out of the plate fin reactor.
[0040]
A passage defined by the passage separation fins 22 and the plate 21 becomes a combustion gas passage (combustion catalyst layer) 24. A combustion catalyst is applied to the surface of the passage separation fin 22 facing the inside of the combustion gas passage 24. Due to the action of the combustion catalyst, the combustible gas supplied to the combustion gas passage 24 and the oxidant undergo a combustion reaction. This heat is transferred to the reforming catalyst layer 10 through the passage separation fins 22, the hydrogen separation membrane 9, and the plate 11. Thereby, the reforming reaction (endothermic reaction) in the reforming catalyst layer 10 is promoted.
[0041]
Next, the operation will be described.
[0042]
In order to generate hydrogen gas in the plate fin reactor, raw fuel gas and water are supplied to the reforming reaction passages 13A and 13B of the reforming catalyst layer 10 and combustible gas is supplied to the combustion gas passage 24 of the gas separation layer 20. And supplying oxidant.
[0043]
Thereby, in the reforming reaction passages 13A and 13B, the raw fuel gas and water react with each other by the reforming catalyst, and reformed gas is generated. This reforming reaction is an endothermic reaction. The heat required for this reaction is the heat generated by the exothermic reaction (combustion) in the combustion gas passage 24 via the passage separation fins 22, the hydrogen separation membrane 9, and the plate 11. It is covered by being transmitted to the passages 13A and 13B.
[0044]
The reformed gas generated in the reforming reaction passages 13A and 13B contains hydrogen gas, and the hydrogen gas permeates the hydrogen separation membrane 9 and is introduced into the hydrogen gas passage 23. As described above, the hydrogen gas concentration in the reforming reaction passages 13A and 13B decreases by the amount of hydrogen gas introduced into the hydrogen gas passage 23, so that further hydrogen generation reaction is promoted.
[0045]
The hydrogen gas introduced into the hydrogen gas passage 23 is taken out from an end (header portion) outlet of the hydrogen gas passage 23 and supplied to, for example, a fuel cell. Further, the reforming residual gas after the hydrogen is extracted may be discharged from the reforming reaction passages 13A and 13B and processed as it is, or may be introduced into the combustion gas passage 24 and used as a combustible gas. .
[0046]
As described above, in the plate fin reactor of the present embodiment, the hydrogen separation membrane 9 and the hydrogen gas passage 23 are provided on both sides of the reforming catalyst layer 10, so that the reforming catalyst provided in the reforming catalyst layer 10. The reforming reaction proceeds in the same manner in the reforming reaction passages 13A and 13B on both sides of the fin 12, and the reforming efficiency can be improved. That is, since the reforming catalyst can be applied to both surfaces of the reforming catalyst fin 12 and both sides of the reforming catalyst fin 12 can be used for the reforming reaction, the reforming efficiency per unit volume can be improved.
[0047]
Further, since the hydrogen separation membrane 9 is disposed on the flat plate 11 and can be made flat, the cost can be reduced as compared with the case where the hydrogen separation membrane 9 is a fin (waveform).
[0048]
2 to 4 show a plate fin reactor according to a second embodiment of the present invention.
[0049]
As shown in the figure, in the present embodiment, in the header portions 25A and 25B of the gas separation layer 20 (end portions of the gas separation layer 20 where both ends of the hydrogen gas passage 23 and the combustion gas passage 24 are open), This is characterized in that the swell height of 22 is reduced. That is, the passage separation fin 22 undulates to the full vertical width L1 of the gas separation layer 20 at the intermediate portion 26 (portion between the header portions 25A and 25B) of the gas separation layer 20, whereas the header portion 25A, In 25B, the undulation height is a height L2 lower than the height L1.
[0050]
Thus, the hydrogen gas passages 23 defined by the passage separation fins 22 at the intermediate portion 26 of the gas separation layer 20 into a plurality of hydrogen gas passages 23A, 23B, 23C, and 23D are respectively provided in the header portions 25A and 25B. One inlet-side collecting conduit 27A and outlet-side collecting conduit 27B are formed.
[0051]
Further, the fuel gas passage 24 defined in the intermediate portion 26 by the passage separation fins 22 into a plurality of fuel gas passages 24A, 24B, 24C, and 24D has one inlet side collecting pipe in each of the header portions 25A and 25B. It becomes the path 28A and the exit side 28B.
[0052]
In the drawing, only the outlet side collecting pipes 27B and 28B in the downstream header section 25B are shown, and the illustration of the inlet side collecting pipes 27A and 28A in the upstream header section 25A is omitted.
[0053]
Wall surfaces are provided on the end surfaces in the axial direction and the left and right side surfaces of the header portions 25A and 25B, and openings as described below are formed in the wall surfaces.
[0054]
First, in the header portion 25A, an opening communicating with the inlet side collecting pipe line 27A of the hydrogen gas passage 23 is formed on one side surface (right side surface in the drawing). This opening becomes the sweep gas supply port 31.
[0055]
The sweep gas supply port 31 is connected to a sweep gas supply line (not shown), and a sweep gas for supplying the hydrogen gas in the hydrogen gas passage 23 to the outlet side is supplied. With this sweep gas, the hydrogen partial pressure in the hydrogen gas passage 23 can be lowered, and the permeation rate of the hydrogen gas through the hydrogen separation membrane 9 can be increased.
[0056]
On the side surface (the left side surface in the drawing) opposite to the sweep gas supply port 31 of the header portion 25A, an opening portion that communicates with the inlet side collecting pipeline 28A of the combustion gas passage 24 is formed. The opening serves as a combustible gas supply port 32 and is connected to a combustible gas and oxidant supply pipe (not shown) to supply the combustible gas and the oxidant.
[0057]
On the other hand, in the header portion 25B, an opening that communicates with the outlet side collecting conduit 27B of the hydrogen gas passage 23 is formed on one side surface (the left side surface in the drawing). This opening serves as a hydrogen gas discharge port 33. The hydrogen gas discharge port 33 is connected to a hydrogen gas transfer path 35 disposed on the side surface of the header portion 25B.
[0058]
On the side surface (the right side surface in the drawing) opposite to the hydrogen gas discharge port 33 of the header portion 25B, an opening portion that communicates with the outlet side collecting conduit 28B of the combustion gas passage 24 is formed. This opening becomes a combustion exhaust gas discharge port 34. The combustion exhaust gas discharge port 34 is connected to a combustion exhaust gas conveyance path 36 disposed on the side surface of the header portion 25B.
[0059]
With such a configuration, each of the various openings of the gas separation layer 20 (sweep gas supply port 31, combustible gas supply port 32, hydrogen gas discharge port 33, combustion exhaust gas discharge port 34) can be easily externally provided with a simple configuration. Connection pipes (the above-mentioned sweep gas supply pipe, combustible gas and oxidant supply pipe, hydrogen gas transfer path 35, and combustion gas transfer path 36) can be connected. That is, if these openings are opened on the end surfaces of the header portions 25A and 25B in the passage axial direction, a plurality of sweep gas supply ports 31 and a combustible gas supply port 32 are opened on the same surface of the header portion 25A. Since the hydrogen gas discharge port 33 and the combustion exhaust gas discharge port 34 are opened on the same surface, a complicated pipe configuration is required to connect the pipes for each type of opening. However, as in the present embodiment, the sweep gas supply port 31 and the combustible gas supply port 32 are formed on different surfaces (opposite side surfaces) in the header portion 25A, and the hydrogen gas discharge port 33 is formed in the header portion 25B. If it is the structure which forms the combustion exhaust gas discharge port 34 in a respectively different surface (opposite side surface), the opening part opened to the same surface will be only the opening part of the same kind, and can simplify a pipe line structure very much.
[0060]
Further, since the openings of these gas separation layers 20 are formed in the header portions 25A and 25B, they are also shifted from the upstream and downstream openings of the reforming reaction passages 13A and 13B at the ends of the reforming catalyst layer 10. Even in the relationship with the upstream and downstream pipelines of the reforming reaction passages 13A and 13B, the pipeline is not complicated.
[0061]
In the intermediate portion 26 of the gas separation layer 20, the passage separation fins 22 have undulations in contact with the hydrogen separation membrane 9, which causes a problem in heat transfer from the combustion gas passage 24 to the reforming catalyst layer 10. There is no.
[0062]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
[0063]
In this embodiment, in the header portions 25A and 25B of the gas separation layer 20, the passage separation fins 22 are not swelled to be flat portions 37A and 37B (only the flat plate portion 37B on the header portion 25B side is shown in the figure). Showing). That is, in the present embodiment, the undulation height L2 of the passage separation fins 22 in the header portions 25A and 25B is set to 0 in the second embodiment.
[0064]
With such a configuration, in the inlet side collecting pipes 27A and 28A in the header section 25A and the outlet side collecting pipes 27B and 28B in the header section 25B, the gas flow resistance due to the undulation of the passage separation fins 22 is reduced. Loss can be reduced.
[0065]
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
[0066]
In the present embodiment, the reforming catalyst fin 12 of the reforming catalyst layer 10 in the first embodiment or the like is a fin 41 as shown in FIG.
[0067]
As shown in the figure, the waveform of the fin 41 is divided into fine waveforms 42A and 42B by cutting. The arrangement of the waveforms 42A and 42B is such that the downward waveform 42A and the upward waveform 42B are alternately arranged in the gas flow direction (the direction of the reforming reaction passage 43 defined by the waveforms 42A and 42B). It has become. As a result, the reforming reaction passages 43 defined above and below the fins 41 surrounded by the waveforms 42A and 42B communicate with each other. Therefore, the gas (raw material gas, reformed gas) flowing through the reforming reaction passage 43 is mixed inside the reforming catalyst layer 10 so that the reforming reaction proceeds uniformly throughout the reforming catalyst layer 10.
[0068]
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention.
[0069]
In this embodiment, the reforming catalyst fin 12 of the reforming catalyst layer 10 in the first embodiment or the like is a fin 51 as shown in FIG.
[0070]
As shown in the figure, the waveform of the fin 51 is composed of substantially flat corrugated side portions 52 and 53 and a corrugated upper surface portion 54 having a radius of curvature R. With such a configuration, since the R of the corrugated upper surface portion 54 can be increased, the coating of the combustion catalyst on the fins 51 is facilitated. Further, since the contact area between the corrugated upper surface portion 54 of the fin 51 and the plate 11 above and below the fin 51 is increased, heat for the reforming reaction can be easily transmitted from the combustion gas passage (combustion catalyst layer) 24.
[0071]
FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention.
[0072]
In this embodiment, the reforming catalyst fin 12 of the reforming catalyst layer 10 in the first embodiment or the like is a fin 61 as shown in FIG.
[0073]
As shown in the drawing, the fin 61 is composed of a combination of fine corrugations 64 composed of corrugated side portions 61 and 62 and a corrugated upper surface portion 63, and upward waveforms 64 and downward waveforms 64 are alternately arranged in the gas flow direction. ing. With such a configuration, an effect obtained by combining the effect of the fourth embodiment and the effect of the fifth embodiment can be obtained. That is, as in the fourth embodiment, the reforming reaction can proceed uniformly within the reforming catalyst layer 10. Further, as in the fifth embodiment, since the R of the upper surface portion 62 is large, the reforming catalyst can be easily applied to the fins 61, and the contact area between the upper surface portion 62 and the plate 11 is large, so that the combustion gas Heat from the passage 24 can be easily transferred to the reforming catalyst layer 10.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a plate fin reactor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a plate fin reactor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing the gas flow in the same manner.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a header portion of the plate fin reactor.
FIG. 5 is a perspective view showing a plate fin reactor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a reforming catalyst fin of a plate fin reactor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a reforming catalyst fin of a plate fin reactor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a reforming catalyst fin of a plate fin reactor according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Unit reactor 9 Hydrogen separation membrane 10 Reforming catalyst layer 11 Plate 12 Reforming catalyst fins 13A and 13B Reforming reaction passage 20 Gas separation layer 21 Plate 22 Passage separation fin 23 Hydrogen gas passage 24 Combustion gas passages 25A and 25B Header section 26 Intermediate section 27A Hydrogen gas passage inlet side collecting pipe 27B Hydrogen gas passage outlet side collecting pipe 28A Combustion gas passage inlet side collecting pipe 28B Combustion gas passage outlet side collecting pipe 31 Sweep gas supply port 32 Combustible Gas supply port 33 Hydrogen gas discharge port 34 Combustion exhaust gas discharge port

Claims

In a reactor that produces cracked product gas,
A reforming catalyst layer for generating reformed gas;
A pair of cracked gas passages disposed on both sides of the reforming catalyst layer with a cracked gas separating member that separates and permeates the cracked gas in the reformed gas;
And a heat medium passage disposed outside the cracked gas passages .

A porous member is disposed between the reforming catalyst layer and the cracked product gas passage, and a reforming catalyst is disposed on the reforming catalyst layer side of the porous member, and a cracked product gas separating member is disposed on the cracked product gas passage side. The reactor according to claim 1, which is formed.

The reactor according to claim 1 or 2, wherein the reforming catalyst layer includes reforming catalyst fins coated with a reforming catalyst on both sides.

4. The reaction according to claim 3, wherein the reforming catalyst fin is composed of divided upward and downward waveforms, and the upward waveform and the downward waveform are alternately arranged in the gas flow direction. vessel.

5. The reaction according to claim 3, wherein the waveform of the reforming catalyst fin is formed of a substantially flat corrugated side surface portion and a corrugated upper surface portion sandwiched between the corrugated side surface portions. vessel.

The reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein a sweep gas is supplied from an inlet side of the decomposition product gas passage.

7. A heat medium passage separated by a passage separation fin on the outside of the cracked gas passage, and the passage separation fin is brought into contact with the reforming catalyst layer. The reactor according to any one of the above.

The reforming catalyst layer, a pair of cracked gas passages provided on both sides of the reforming catalyst layer with the hydrogen separation layer interposed therebetween, and a pair of heat medium passages provided outside the cracked gas passages The reactor according to claim 7, wherein a plurality of unit reactors consisting of:

The cracked product gas passage and the heat medium passage are each divided into a plurality of passages by the undulations of the passage separation fins, and the undulation height of the passage separation fins is determined at the ends of the reformed gas passage and the heat medium passage. 8. A collecting pipe for communicating adjacent cracked product gas passages and a collecting pipe for communicating adjacent heat medium passages are provided at the end by lowering, respectively. Or the reactor of Claim 8.

The reactor according to claim 9, wherein the passage separation fins are flat at the ends of the cracked product gas passage and the heat medium passage.

A sweep gas supply port for supplying a sweep gas to a collecting pipe on the inlet side of the cracked product gas passage on different side surfaces of an inlet side end of the cracked product gas passage and the heat medium passage, and an inlet of the heat medium passage The reactor according to claim 9 or 10, further comprising a combustible gas supply port for supplying a combustible gas and an oxidant to the side collecting pipe.

Different side surfaces of the cracked product gas passage and the outlet side end of the heat medium passage are provided on different side surfaces of the cracked product gas passage and the outlet pipe of the cracked product gas passage, and on the outlet side of the heat medium passage. The reactor according to any one of claims 9 to 11, further comprising a flue gas exhaust port communicating with the collecting pipe.

The reactor according to any one of claims 1 to 12, wherein the cracked gas passage is orthogonal to a gas flow direction in the reforming catalyst.