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JPH0638907B2 - 吸熱反応装置 - Google Patents

吸熱反応装置

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JPH0638907B2
JPH0638907B2 JP63067721A JP6772188A JPH0638907B2 JP H0638907 B2 JPH0638907 B2 JP H0638907B2 JP 63067721 A JP63067721 A JP 63067721A JP 6772188 A JP6772188 A JP 6772188A JP H0638907 B2 JPH0638907 B2 JP H0638907B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、吸熱反応により原料ガスから触媒の作用の下
に反応生成ガスを得る、例えば燃料電池の燃料用などの
水素リッチガスを生成する燃料改質装置などに用いられ
る吸熱反応装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、炭化水素を改質して水素に富むガスを反応生成す
るための装置としてしばしば二重管構造のものが採用さ
れている。この二重管装置の利点はこの中に充填される
吸熱反応触媒層が二重になっているので反応管の全長が
短かくできること、燃焼ガスの流れ方向と反応ガスの流
れ方向とを逆にできるとともに触媒層に入る原料ガスの
温度を触媒層から出る高温の反応ガスとの熱交換により
上昇することができるので効率がよくなること、バーナ
を内管の中に設置出来るためコンパクトな構造にするこ
とができることなどである。（米国特許3,144,312 Pate
nted Aug.11,1964参照） 〔発明が解決しようとする課題〕 上記のような二重管構造では原料ガスが通流する吸熱反
応触媒層の始点と終点とは仕切円筒を介して隣り合わせ
となっている。この場合、反応に伴って始点と終点との
温度は異なるのが普通であり、熱が仕切円筒を通じて高
温側から低温側へと移動し、反応が円滑に進まないとい
う不都合が生じる。例えばメタンガスの水蒸気改質を行
なう時、吸熱反応触媒層の始点の温度は400 〜550 ℃で
あり、終点の温度は650 〜800 ℃であり、始点と終点は
200 ℃前後の温度差が常に存在するので仕切円筒を通じ
て熱は終点側から始点側に常に流れる。このため触媒層
終点においては熱量が不足し、このため触媒層の温度が
十分上昇しないので反応が不十分なままで反応ガスは触
媒層から出てしまうという不都合が生じる。
本発明の目的は、二重管構造の中に充填された吸熱反応
触媒層の終点の温度を十分高温に保って所定の反応を行
なわせることのできる吸熱反応装置を提供することであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために、本発明によれば直立した
仕切円筒とこれを挟んでその両側に同心的に配置されそ
の下端部で前記仕切円筒の下端から離れて互に連結され
た外管および内管により仕切円筒で仕切られ下端で通じ
る内外２重の環状空間が形成され、この内外環状空間に
は反応触媒が充填されるとともに外側の環状空間の上端
部には原料ガスの入口が、内側の環状空間の上端部には
反応ガスの出口が形成された反応管と、この反応管の内
側にその触媒充填部を加熱するように配置されたバーナ
と、このバーナを上部に備え前記反応管の触媒充填部を
外部から囲み、バーナからの燃焼ガスを前記内側の環状
空間内の触媒充填部から外側の環状空間内の触媒充填部
に沿わせて導く燃焼ガス通路を備える炉容器とからなる
吸熱反応装置において、前記触媒充填部にある仕切円筒
のうち少なくとも原料ガスの入口部と反応ガスの出口部
との間にある仕切円筒部に断熱層を設けることにより達
成される。
〔作用〕
内外２重の環状空間に充填される反応触媒を内側の触媒
充填部と外側の触媒充填部とに仕切り、これらの触媒充
填部内にある仕切円筒のうち少なくとも原料ガスの入口
部と反応ガスの出口部との間にある仕切円筒部に断熱層
を設けたことにより、反応に伴って内側，外側触媒充填
部からなる触媒層の隣り合わせる部位には触媒層の隣り
合わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じるが、仕
切円筒の断熱層により熱の移動が阻止されのので、触媒
層の終点は高温を保ち、所定の反応が行なわれた状態で
反応ガスは触媒層から出ていく。
〔実施例〕
以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の実施例による吸熱反応装置の部分断面
図である。図において吸熱反応装置１は反応管２と、反
応管２の内側に配されるバーナ３と、このバーナ３を上
部に備え、反応管２内に吸熱反応触媒が充填されてなる
触媒充填部を外部から囲む炉容器４とから構成されてい
る。反応管２において、５は直立した仕切円筒であり、
この仕切円筒５を挟んでその両側に円筒状の外管６と内
管７とが配置されている。外管６と内管７との下端部は
仕切円筒５の下端から離れて半トーラス状の底板で連結
され、外管６と仕切円筒５および仕切円筒５と内管７と
によりそれぞれ下端部で接続する外側環状空間８と内側
環状空間９とが形成されている。内側，外側環状空間
９，８においてその下半部には吸熱反応触媒12が充填さ
れて外触媒層10と内触媒層11とが下端部の半トーラス部
で接続されて形成され、一方その上半部には伝熱粒子22
が充填されてなる熱交換部が形成されている。このよう
な構成において外触媒層10と内触媒層11とを仕切る仕切
円筒５の下半部は本発明に係るものであり、セラミック
ファイバ等の断熱材を配した断熱層13を有している。断
熱層13は図に示すように原料ガスが通流する外触媒層10
と内触媒層11とからなる触媒層の吸熱反応により生じる
温度差が最も大きい始点と終点部で最も厚く、温度差が
小さくなる下方に向って順次薄くし、下端部では温度差
がかなり小さいので熱の移動量が小さく、あるいは熱の
移動があっても吸熱反応に大きな影響を与えないので断
熱材のない仕切円筒としている。なお、この断熱層の形
状は図示のような形状に限られるものでなく、上から下
まで同一の厚さのものであってもよく、あるいは異なる
厚みの断熱層を組合わせたものでもよい。
一方、内側，外側環状空間９，８の上半部には原料ガス
が通流する外側環状空間８と内側環状空間９との間で仕
切円筒を介して行なわれる対流伝熱を促進するアルミナ
等からなる伝熱粒子22が充填されている。なお対流伝熱
を促進するために伝熱粒子を充填する代りに仕切円筒に
フィン等を取付けてもよい。
外側環状空間８の上端部には原料ガスマニホールド15を
介して原料ガスの入口16が、また内側環状空間９の上端
部には反応ガス出口マニホールド17を介して反応ガスの
出口18が形成されている。
バーナ３は反応管２の内側に設けられ、さらにバーナ３
からの燃焼ガスが反応管２内の触媒充填部を加熱するよ
うに外触媒層10と内触媒層11とからなる触媒層の始点，
終点のレベルに配置されている。
炉容器４はバーナ３を上部に備え、反応管２の外触媒層
10と内触媒層11とからなる触媒層を外部から囲むように
設けられ、その内側面と底面とには耐火断熱材19が配設
されている。そして炉容器４内にはバーナ３からの燃焼
ガスが反応管２の内側に沿って流れた後、反応管２の下
端で折返して反応管２の外側に沿って流れる燃焼ガス通
路20が形成されている。なお、反応管２の外側部の燃焼
ガス通路20は外触媒層10部の外管部を囲み、炉容器４の
側面の耐火断熱材19に接してなる筒21の中に燃焼ガスの
対流伝熱を促進する伝熱粒子22が充填されて構成されて
いる。なお伝熱粒子22を充填する代りにフィン等の伝熱
促進手段を設けてもよい。
このような構造の吸熱反応装置において、バーナ３に燃
料入口23から燃料を送入し、図示しない空気入口から燃
焼空気を送入して燃料を燃焼させると、バーナ３からの
燃焼ガスは燃焼ガス通路20である反応管２の内側を下方
に流れ、反応管２の下端で折返して伝熱粒子22が充填さ
れた反応管２の外側の燃焼ガス通路を上方に流れ、燃焼
ガス出口24から外部に排出される。
一方、原料ガスは原料ガス入口16から流入し、外部環状
空間８の上半部を下方に流れ、さらに下半部の外触媒層
10を下方に流れて下端部で折返して内部環状空間部９の
下半部の内触媒層11を上方に流れ、さらに上半部を流れ
て反応ガス出口18から外部に流れる。
上記のようにバーナ３からの燃焼ガスにより外触媒層10
と内触媒層11とからなる触媒層は加熱され、この触媒層
を燃焼ガスの流れ方向と逆方向に流れる原料ガスは触媒
の作用の下に吸熱反応して反応生成ガスとなる。この
際、燃焼ガスの高温部分は（主として反応管２の内側に
おいて）輻射により、また低温部分は（主として反応管
２の外側において）対流伝熱により反応管２に熱を与え
る。この場合吸熱反応に伴い外触媒層10と内触媒層11と
からなる触媒層の隣り合わせる部位では触媒層の隣り合
わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じるが、伝熱
層13のため熱の移動が阻止される。このため触媒層の終
点近くの温度は吸熱反応を完成させるに必要な高温を保
持することができる。
なお、原料ガス入口16から外環状空間８の上半部を下方
に流れる原料ガスは内触媒層11から内環状空間９の上半
部を上方に流れる高温の反応生成ガスから熱が仕切円筒
５を通じて与えられることにより、その温度が上昇し、
熱交換により熱が有効に利用される。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば内外２
重の環状空間内の触媒充填部内にある仕切円筒の少なく
とも原料ガスの入口部と反応ガスの出口部との間の仕切
円筒部に断熱層を設けたことにより、原料ガスが外触媒
層と内触媒層とからなる触媒層を通流して行なわれる吸
熱反応に伴って触媒層の隣り合わせる部位には触媒層の
隣り合わせる始点と終点が最も大きい温度差が生じる
が、断熱層により熱の移動が阻止されるので、触媒層の
終点は吸熱反応を完成させるために必要な高温が保持さ
れ、吸熱反応が十分に行なわれるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例による仕切円筒を備えた吸熱反
応装置の部分断面図である。 １：吸熱反応装置、２：反応管、３：バーナ、４：炉容
器、５：仕切円筒、６：外管、７：内管、８：外側の環
状空間、９：内側の環状空間、13：断熱層、20：燃焼ガ
ス通路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直立した仕切円筒とこれを挟んでその両側
    に同心的に配置されその下端部で前記仕切円筒の下端か
    ら離れて互に連結された外管および内管により仕切円筒
    で仕切られ下端部で通じる内外２重の環状空間が形成さ
    れ、この内外環状空間には反応触媒が充填されるととも
    に、外側の環状空間の上端部には原料ガスの入口が、内
    側の環状空間の上端部には反応ガスの出口が形成された
    反応管と、この反応管の内側にその触媒充填部を加熱す
    るように配置されたバーナと、このバーナを上部に備え
    前記反応管の触媒充填部を外部から囲み、バーナからの
    燃焼ガスを前記内側の環状空間内の触媒充填部から外側
    の環状空間内の触媒充填部に沿わせて導く燃焼ガス通路
    を備える炉容器とからなる吸熱反応装置において、前記
    触媒充填部内にある仕切円筒のうち少なくとも原料ガス
    の入口部と反応ガスの出口部との間にある仕切円筒部に
    断熱層を設けたことを特徴とする吸熱反応装置。
JP63067721A 1988-03-22 1988-03-22 吸熱反応装置 Expired - Lifetime JPH0638907B2 (ja)

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JPH01242136A JPH01242136A (ja) 1989-09-27
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US5096674A (en) 1992-03-17
JPH01242136A (ja) 1989-09-27

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