[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2004175581A - Internal heating steam reformer - Google Patents

Internal heating steam reformer Download PDF

Info

Publication number
JP2004175581A
JP2004175581A JP2002340096A JP2002340096A JP2004175581A JP 2004175581 A JP2004175581 A JP 2004175581A JP 2002340096 A JP2002340096 A JP 2002340096A JP 2002340096 A JP2002340096 A JP 2002340096A JP 2004175581 A JP2004175581 A JP 2004175581A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchange
heat
reforming
section
reforming reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002340096A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4207188B2 (en
Inventor
Takeshi Kuwabara
武 桑原
Yoshio Tomizawa
良夫 冨沢
Yasushi Yoshino
靖 吉野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
T Rad Co Ltd
Original Assignee
Toyo Radiator Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Radiator Co Ltd filed Critical Toyo Radiator Co Ltd
Priority to JP2002340096A priority Critical patent/JP4207188B2/en
Publication of JP2004175581A publication Critical patent/JP2004175581A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4207188B2 publication Critical patent/JP4207188B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the downsizing and weight reduction of an internal heating steam reformer which performs steam reforming by the auto-oxidation of a raw material gas in the presence of oxygen. <P>SOLUTION: The steam reformer is equipped with a reforming reactor 2 which reforms the raw material gas into a reformed gas and a heat-exchanger 3 which performs heat-exchange between an oxygen-containing gas supplied to the reforming reactor 2 and the produced reformed gas. The reforming reactor 2 and the heat-exchanger 3 are located adjacently to each other inside a casing 10. The reformed gas flowing out of the reforming reactor 2 directly flows into the heat-exchanger 3 through an internal passage 11 installed in the casing 10. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスを水蒸気と酸素の存在下に自己酸化して水蒸気改質する内熱式水蒸気改質装置に関し、特に改質反応部と熱交換部を隣接配置することにより小型化および高効率を達成した内熱式水蒸気改質装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタン等の炭化水素、メタノール等の脂肪族アルコール類、或いはジメチルエーテル等のエーテル類などの原料ガスと水蒸気の混合物を水蒸気改質触媒の存在下に水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを生成する装置が従来から知られている。このような水蒸気改質装置は工業用、家庭用または車両搭載用の燃料電池などに水素を供給するために使用できる。
水蒸気改質装置の主要な構成要素である改質反応部には、水蒸気改質反応に必要な熱量を外部から供給する外熱式と、内部の自己酸化熱を利用した内熱式がある。
【0003】
前者の外熱式は、バーナー等を設けた燃焼部からの燃焼ガスで改質反応部の壁面を外部から加熱し、その壁を通して内部の改質反応に必要な熱を供給するものである。また後者の内熱式は、改質反応部の内部で先ず原料ガスの一部を酸素と反応させ、次いでその酸化熱を改質反応熱として水蒸気改質反応を行うようにしたものである。
【0004】
水蒸気改質により水素リッチな改質ガスを生成するとき、原料ガスとしてメタンを使用した場合の反応式は、
CH+ 2HO → CO+ 4H(1)
で示すことができ、水蒸気改質反応に必要な温度は700〜750℃の範囲とされる。
【0005】
また部分酸化反応を行うとき、原料ガスとしてメタンを使用した場合の反応式は、
CH+ 1/2 ・O → CO + 2H (2)
で示すことができ、部分酸化反応に必要な温度は250℃以上の範囲とされる。前記内熱式の改質反応部を用いた水蒸気改質装置として、例えば特許文献1が知られている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−192201号公報
【0007】
図7は従来の内熱式の水蒸気改質装置の模式図である。水蒸気改質装置1は改質反応部2と熱交換部3を備えている。改質反応部2は上部で互いに連通する外側反応室4と内側反応室5を有し、外側反応室4には水蒸気改質触媒層を充填し、内側反応室5には上から順に水蒸気改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層、伝熱粒子層及びシフト触媒層を充填する。一方、熱交換部3は外部から供給する酸素含有ガス(通常は空気)33と、生成した高温の改質ガス34との間で熱交換して熱エネルギーを回収するものである。そして加熱された酸素含有ガス33は配管により改質室2に供給される。
【0008】
外側反応室4の水蒸気改質触媒は内側反応室5からの伝熱で加熱される。そして配管6から供給される原料ガス32と水蒸気の混合物を外側反応室4の下部に導入すると、比較的高温状態にある水蒸気改質触媒層を通過する間に原料ガス32の一部が反応して水蒸気改質し、生成した改質ガスと未反応の混合物とが内側反応室5に流入する。内側反応室5では、先ず上部の混合触媒層で原料ガスの一部が配管7から供給される酸素含有ガスと反応して自己酸化し、その酸化熱により混合触媒層を改質に必要な改質反応温度に上昇することにより、残りの混合物を水蒸気改質して水素リッチな改質ガス34に変換する。
【0009】
生成した改質ガス34はその下流側に充填した伝熱粒子層に流入し、そこで熱交換してからシフト触媒層に流入する。なお伝熱粒子層の熱エネルギーは前記のように外側反応室4に伝達される。シフト触媒層に流入した改質ガスは、僅かに残存する一酸化炭素がシフト触媒と反応により低減し、次いで配管8から熱交換部3を経て燃料電池などの利用設備に供給される。なお酸素含有ガス33は配管9から熱交換部3に供給され、そこで加熱して配管7により改質反応室2に供給される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示す従来の水蒸気改質装置1は、その改質反応部2と熱交換部3が互いに離反して設けられ、改質反応部2から流出する一例として200℃程度の高温の改質ガス34は外部の配管8を経て熱交換部3に供給される。そのため改質反応部2と熱交換部3との間の配管8部分を断熱層で被覆し、周囲から断熱して熱損失を防止している。
【0011】
しかし改質反応部2と熱交換部3を互いに離反して設けると装置のスペース効率の低下により装置寸法が大きくなる。また改質反応部2と熱交換部3を独立して設けることによる断熱壁部分の増加と配管8における断熱被覆層により装置重量も大きくなる。特に水蒸気改質装置1を車両搭載用の燃料電池へ水素を供給する場合には、装置の寸法や重量の増加はできるだけ避ける必要がある。
そこで本発明は、このような従来の水蒸気改質装置における問題を解決することを課題とし、その問題を解決した水蒸気改質装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明は、原料ガス32を水素リッチな改質ガス34に水蒸気改質する改質反応部2と、
前記改質反応部2に供給する酸素含有ガス33と、生成した前記改質ガス34との間に熱交換する熱交換部3を備えた内熱式水蒸気改質装置において、
前記改質反応部2と熱交換部3を同じケーシング10内に隣接し、
改質反応部2から流出する改質ガス34が、前記ケーシング10内に設けた内部流路11を経て熱交換部3に直接流入するように構成したことを特徴とする内熱式水蒸気改質装置である(請求項1)。
【0013】
上記装置において、ケーシングを改質反応部ブロックと熱交換部ブロックにより構成し、改質反応部ブロックと熱交換部ブロックを一体化することにより、改質反応部と熱交換部を隣接することができる(請求項2)。
【0014】
上記いずれかの装置において、熱交換部から流出する酸素含有ガス33をケーシング内に設けた内部流路を経て改質反応部に直接流入するように構成することができる(請求項3)。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は 本発明に係る内熱式の水蒸気改質装置の模式的に示した原理図である。図7の従来型装置と同一の部品は同一の符号を付す。図中、1は水蒸気改質装置、2は改質反応部、3は熱交換部、4は外側反応室、5は内側反応室、6は原料ガスと水蒸気の混合物を供給する配管、7は熱交換により加熱した空気などの酸素含有ガスを改質反応部2に供給する配管、8は改質ガスを負荷設備に供給する配管、9は図示しない加圧空気供給手段からの加圧された酸素含有ガス(通常は加圧空気)を熱交換部3に供給する配管、10はケーシング、11は内部流路、12は邪魔板、13はノズル部、14〜17は触媒支持用の多孔性の支持板、18は冷却管、31はアウターフィンである。また、32は原料ガス(水蒸気を含む)、33は酸素含有ガス、34は改質ガスである。
【0016】
改質反応部2と熱交換部3は密閉容器により構成した同じケーシング10の内部に隣接して配置される。なおケーシング10の内側には、通常、耐熱性の断熱層(図示せず)が設けられる。
改質反応部2は筒状に形成した外側反応室4と、その外部反応室4内でそれに平行に配置し且つ筒状に形成した内側反応室5により構成される。外側反応室4には支持板14で支持した水蒸気改質触媒層が充填され、内側反応室6には上から順に、支持板15で支持した水蒸気改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層、支持板16で支持した伝熱粒子層、及び支持板17で支持したシフト触媒層が充填されている。
【0017】
水蒸気改質触媒層は原料ガス32を水蒸気改質する触媒層であり、例えば特開2001−192201号公報に開示されている改質反応触媒と同様なもので構成できるが、その中でもNiS−SiO・AlなどのNi系改質反応触媒が望ましい。またWS−SiO・AlやNiS−WS・SiO・Alなどの改質反応触媒も使用できる。
さらに、伝熱粒子層を構成する伝熱粒子は、例えばアルミナボールを使用することができる。
【0018】
混合触媒層に均一に分散される酸化触媒は、原料ガスと水蒸気の混合物中の原料ガスを酸化反応し、その酸化熱により混合触媒層を水蒸気改質反応温度に昇温度するものであり、例えば白金(Pt)やパラジウム(Pd)を使用することができる。水蒸気改質触媒に対する酸化触媒の混合割合は、水蒸気改質すべき原料ガスの種類に応じて1〜5%程度の範囲で選択するが、例えば原料ガスとしてメタンを使用する場合は3%±2%程度、メタノールの場合は2%±1%程度の混合割合とすることが望ましい。
【0019】
伝熱粒子層を構成する伝熱粒子としては、例えばアルミナボールを使用することができる。
シフト触媒層を形成するシフト触媒としては、CuO−ZnO、Fe、Feまたは酸化銅の混合物等を使用することができる。しかし700℃以上で反応を行う場合にはCrを使用することが望ましい。
【0020】
外側反応室4の下部は原料ガス33と蒸気との混合物を供給する配管6に連通し、上部は内側反応室5の上部に連通する。内側反応室5の下部はケーシング10の内部流路(ケーシング内部に設けたガス誘導空間)11を介して熱交換部3内に連通し、その熱交換部3の内部にアウターフィン31付きの冷却管18が1本以上配置される。
冷却管18の入口側は配管9に接続され、出口側は配管7に接続される。また配管7の先端は改質反応部2に延長し、その先端は内側反応室5の上部、すなわち水蒸気改質触媒と酸化触媒を混合した混合触媒層部分に配置したノズル部13に接続される。
【0021】
次に図1の水蒸気改質装置1の作用について説明する。
原料ガス33と水蒸気の混合物を配管6から外側反応室4に供給すると、そこで内側反応室5からの伝熱で水蒸気改質温度、例えば500℃以上の温度に昇温され、高温の水蒸気改質触媒層を通過する間にその一部が水蒸気改質される。生成した改質ガス34は残りの原料ガスと水蒸気の混合物と共に内側反応室5の上部に流入する。内側反応室5では、上部の混合触媒層でノズル部13から噴出する酸素含有ガス33と原料ガスの一部が反応し、その酸化熱により混合触媒層を改質反応温度に昇温する。そして混合触媒層を残りの原料ガスと水蒸気の混合物が通過する間に水蒸気改質反応をして水素リッチな改質ガス34を生成する。
【0022】
混合触媒層で生成した改質ガス34は伝熱粒子層に流入し、そこで熱交換してその熱エネルギーを外側反応室4に供給してからシフト触媒層に流入する。シフト触媒層では改質ガス34に僅かに残存する一酸化炭素が低減され、そこから流出する200℃程度の高温の改質ガス34は、内部流路11を経て熱交換部3に流入する。
【0023】
熱交換部3に流入した改質ガス34は邪魔板12の一端(紙面の手前側)で流れ方向を変換し、冷却管18の外周を流通し、その冷却管18内部を流通する酸素含有ガス33と熱交換した後、配管8を経て燃料電池などの利用設備に供給される。さらに熱交換部3から流出する高温の酸素含有ガス33は、配管7を経て内側反応室5の上部に配置したノズル部13から混合触媒層に供給される。
【0024】
このように改質反応部2と熱交換部3を同じケーシング10内に隣接して配置し、改質反応部2から流出する改質ガス34をケーシング10の内に設けた内部流路11を経て熱交換部3に直接流入するように構成したことにより、各部のスペース効率が向上し、装置寸法および重量が減少する。また改質反応部2と熱交換部3の隣接部分における断熱部分が削減されるので、その面からも装置寸法および重量を減少することができる。従って本発明に係る水蒸気改質装置1は特に車両搭載用として好適である。
【0025】
図2は、水蒸気改質装置1のケーシング10を2つにブロック化した実施の形態を示す分解斜視図であり、図3はその組立て状態を示す一部破断正面図、図4は平面図、図5は左側面図である。この例の作用は、図1のそれと原理的に同一であるので、その説明を省略する。また図1の各部品と同一の部品には同一の符号が付されている。
この例における水蒸気改質装置1は、改質反応部2を収容する容器状の改質反応部ブロック20と熱交換部3を収容する容器状の熱交換部ブロック21にケーシング10を分割し、改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21を例えばボルト結合、フランジ結合または溶接等により連結して一体化し、それによって改質反応部2と熱交換部3を隣接状態とする。なおボルト結合やフランジ結合を行う場合は、その結合部分に耐熱性のパッキンを介在させて気密性を確保する。
【0026】
改質反応部ブロック20には原料ガス32と水蒸気の混合物を供給する配管6が接続され、熱交換部3で加熱された酸素含有ガス33を供給する配管7がその上端に接続される。配管6は改質反応部ブロック20内で外側反応室4の下部に連通し、原料ガス32と水蒸気の混合物を複数の孔6aより外側反応室4の各部に均一に供給する。
加熱された酸素含有ガス33を供給する配管7は改質反応部ブロック20内で分岐して三つの各内側反応室5の上部に夫々連通する。
【0027】
熱交換部ブロック21には複数(この例では2つ)の偏平な冷却管18が平行して配置され、その冷却管18の内部にインナーフィン18aが配置され、外面側にアウターフィン31が固定されている。また、冷却管18の一入口側に酸素含有ガス33を供給する配管9を接続するための複数の接続部24と、出口側に複数の接続部25が設けられる。なお複数の接続部24,25は、分流用および合流用の配管で連通して、外部の配管と接続する。そして複数の接続部24、25は熱交換部ブロック21内でそれぞれの冷却管18の両端にろう付け等の手段で接続される。
それら各部の作用は、図1のそれと同様である。
【0028】
このようにケーシング10を2つにブロック化することにより、装置の大量生産が容易になる上に、装置の小型化がより容易になる。また改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21をボルト結合やフランジ結合等により着脱自在に連結した場合は、それら内部の保守点検等が容易になる。
【0029】
図6は図1に示す水蒸気改質装置の変形例である。この例が図1の例と異なる部分は、熱交換部3から流出する酸素含有ガスがケーシング10の内側、具体的にはその断熱層の内側に沿って形成された内部流路30(この例では内部配管または内部ダクト)によって内側反応室5の上部に配置したノズル部13に供給される点であり、そのほかは前記同様に構成される。そこで図1と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0030】
このように熱交換部3から流出する酸素含有ガスを外部の配管7によらずケーシング10内の内部流路30で内側反応室5に供給することにより、スペース効率を図1の例より更に高くでき、装置の小型化がより容易になる。また配管7部分の断熱層も必要ないので、装置全体の重量もより軽くできる。
なお図6のように構成する場合でも、図2のようにそのケーシング10を2つにブロック化することができる。その場合には改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21の分割面における内部通路30の接続部をパッキンでシールしてその気密性を確保する。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る内熱式水蒸気改質装置は、改質反応部と熱交換部を同じケーシング内に隣接し、改質反応部から流出する改質ガスを前記ケーシング内に設けた内部流路を経て熱交換部に直接流入するように構成したことを特徴とする。
このように構成するとスペース効率が向上し、改質反応部と熱交換部の隣接部分における断熱部分や配管断熱が省略できるので、装置寸法が小さくなり重量も減少できる。そのため装置を小型化・軽量化することができ、特に車両搭載用として好適に使用できる。
【0032】
上記装置において、ケーシングを改質反応部ブロックと熱交換部ブロックにより構成し、改質反応部ブロックと熱交換部ブロックを一体化することにより、改質反応部と熱交換部を隣接することができる。このようにケーシングをブロック化することにより、装置の大量生産が容易になる上に全体をより小型化しやすくなる。また改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21をボルト結合やフランジ結合等により着脱自在に連結する場合には、それら内部の保守点検等が容易になる。
【0033】
上記いずれかの装置において、熱交換部から流出する酸素含有ガスをケーシング内に設けた内部流路を経て改質反応部に直接流入するように構成することができる。このようにすると、装置のスペース効率をさらに高くできるので小型化がより容易になり、外部配管用の断熱層も必要ないので装置全体の重量もより軽くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内熱式水蒸気改質装置の模式図。
【図2】水蒸気改質装置1のケーシング10を2つにブロック化した実施の形態を示す斜視図。
【図3】同組立て状態を示す一部破断正面図。
【図4】同平面図。
【図5】同左側面図。
【図6】図1に示す水蒸気改質装置の変形例の模式図。
【図7】従来の内熱式の水蒸気改質装置の模式図。
【符号の説明】
1 水蒸気改質装置
2 改質反応部
3 熱交換部
4 外側反応室
5 内側反応室
6〜9 配管
6a 孔
10 ケーシング
11 内部流路
12 邪魔板
13 ノズル部
14〜17 支持板
18 冷却管
18a インナーフィン
20 改質反応部ブロック
21 熱交換部ブロック
24,25 接続部
30 内部流路
31 アウターフィン
32 原料ガス
33 酸素含有ガス
34 改質ガス
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal heat type steam reforming apparatus for performing steam reforming by self-oxidizing a raw material gas in the presence of steam and oxygen, and in particular, by reducing the size and height by arranging a reforming reaction section and a heat exchange section adjacent to each other. The present invention relates to an internal heat type steam reformer that achieves efficiency.
[0002]
[Prior art]
Steam reforming of a mixture of raw material gas such as hydrocarbons such as methane, aliphatic alcohols such as methanol, or ethers such as dimethyl ether and steam in the presence of a steam reforming catalyst to generate hydrogen-rich reformed gas An apparatus for performing this is conventionally known. Such a steam reformer can be used to supply hydrogen to an industrial, domestic, or vehicle-mounted fuel cell.
The reforming reaction section, which is a main component of the steam reforming apparatus, includes an external heat type in which heat required for the steam reforming reaction is supplied from the outside, and an internal heat type in which internal autoxidation heat is used.
[0003]
In the former external heat type, the wall of the reforming reaction section is heated from the outside with combustion gas from a combustion section provided with a burner or the like, and heat required for the internal reforming reaction is supplied through the wall. In the latter internal heat type, a part of the raw material gas is first reacted with oxygen inside the reforming reaction section, and then the steam reforming reaction is performed using the oxidation heat as the reforming reaction heat.
[0004]
When generating a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming, the reaction formula when methane is used as a raw material gas is as follows:
CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 (1)
The temperature required for the steam reforming reaction is in the range of 700 to 750 ° C.
[0005]
When performing a partial oxidation reaction, the reaction formula when methane is used as a raw material gas is as follows:
CH 4 + 1/2 · O 2 → CO + 2H 2 (2)
The temperature required for the partial oxidation reaction is set to 250 ° C. or more. For example, Patent Document 1 is known as a steam reforming apparatus using the internal heating type reforming reaction section.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-192201 A
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional internal heat type steam reformer. The steam reforming apparatus 1 includes a reforming reaction section 2 and a heat exchange section 3. The reforming reaction section 2 has an outer reaction chamber 4 and an inner reaction chamber 5 communicating with each other at an upper portion. The outer reaction chamber 4 is filled with a steam reforming catalyst layer, and the inner reaction chamber 5 is steam-reformed in order from the top. The mixed catalyst layer, the heat transfer particle layer and the shift catalyst layer in which the catalyst and the oxidation catalyst are mixed are filled. On the other hand, the heat exchange section 3 exchanges heat between the oxygen-containing gas (usually air) 33 supplied from the outside and the generated high-temperature reformed gas 34 to recover thermal energy. Then, the heated oxygen-containing gas 33 is supplied to the reforming chamber 2 through a pipe.
[0008]
The steam reforming catalyst in the outer reaction chamber 4 is heated by the heat transfer from the inner reaction chamber 5. When a mixture of the raw material gas 32 and the steam supplied from the pipe 6 is introduced into the lower part of the outer reaction chamber 4, a part of the raw material gas 32 reacts while passing through the steam reforming catalyst layer in a relatively high temperature state. The resulting reformed gas and the unreacted mixture flow into the inner reaction chamber 5. In the inner reaction chamber 5, a part of the raw material gas first reacts with the oxygen-containing gas supplied from the pipe 7 in the upper mixed catalyst layer and self-oxidizes. By raising the temperature to the reaction temperature, the remaining mixture is steam reformed and converted into a hydrogen-rich reformed gas 34.
[0009]
The generated reformed gas 34 flows into the heat transfer particle layer filled on the downstream side, where it exchanges heat and then flows into the shift catalyst layer. The thermal energy of the heat transfer particle layer is transmitted to the outer reaction chamber 4 as described above. In the reformed gas that has flowed into the shift catalyst layer, the slightly remaining carbon monoxide is reduced by the reaction with the shift catalyst, and is then supplied from the pipe 8 to the utilization equipment such as a fuel cell via the heat exchange unit 3. The oxygen-containing gas 33 is supplied from the pipe 9 to the heat exchange unit 3, where it is heated and supplied to the reforming reaction chamber 2 via the pipe 7.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional steam reforming apparatus 1 shown in FIG. 7, a reforming reaction section 2 and a heat exchange section 3 are provided apart from each other, and as an example, a high-temperature reforming of about 200 ° C. flows out of the reforming reaction section 2. The gas 34 is supplied to the heat exchange unit 3 via the external pipe 8. Therefore, a portion of the pipe 8 between the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 is covered with a heat insulating layer, and heat is prevented from surroundings to prevent heat loss.
[0011]
However, if the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are provided apart from each other, the space efficiency of the apparatus is reduced and the apparatus size is increased. In addition, since the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are provided independently, the heat insulating wall portion increases and the heat insulating coating layer in the pipe 8 increases the weight of the apparatus. In particular, when supplying hydrogen to the fuel cell mounted on the vehicle using the steam reforming apparatus 1, it is necessary to avoid increasing the size and weight of the apparatus as much as possible.
Therefore, an object of the present invention is to solve such a problem in the conventional steam reformer, and an object of the present invention is to provide a steam reformer that has solved the problem.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems includes a reforming reaction section 2 for steam reforming the raw material gas 32 into a hydrogen-rich reformed gas 34;
In the internal heat type steam reforming apparatus including the heat exchange unit 3 for performing heat exchange between the oxygen-containing gas 33 supplied to the reforming reaction unit 2 and the generated reformed gas 34,
The reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are adjacent in the same casing 10,
An internal heat type steam reforming wherein the reformed gas 34 flowing out of the reforming reaction section 2 flows directly into the heat exchange section 3 through the internal flow path 11 provided in the casing 10. An apparatus (claim 1).
[0013]
In the above apparatus, the casing is constituted by the reforming reaction section block and the heat exchange section block, and the reforming reaction section and the heat exchange section can be adjacent to each other by integrating the reforming reaction section block and the heat exchange section block. (Claim 2).
[0014]
In any one of the above apparatuses, the oxygen-containing gas 33 flowing out of the heat exchange section may be configured to directly flow into the reforming reaction section via an internal flow path provided in the casing.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a principle view schematically showing an internal heat type steam reforming apparatus according to the present invention. The same parts as those in the conventional apparatus in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. In the figure, 1 is a steam reforming apparatus, 2 is a reforming reaction section, 3 is a heat exchange section, 4 is an outer reaction chamber, 5 is an inner reaction chamber, 6 is a pipe for supplying a mixture of raw material gas and steam, 7 is A pipe for supplying an oxygen-containing gas such as air heated by heat exchange to the reforming reaction section 2, a pipe 8 for supplying a reformed gas to load equipment, and a pipe 9 pressurized from a pressurized air supply means (not shown). A pipe for supplying an oxygen-containing gas (usually pressurized air) to the heat exchange unit 3, a casing 10, an internal flow passage 11, a baffle plate 12, a nozzle unit 13, and a porous member 14-17 for supporting a catalyst. , A cooling pipe, and 31 an outer fin. Reference numeral 32 denotes a source gas (including steam), 33 denotes an oxygen-containing gas, and 34 denotes a reformed gas.
[0016]
The reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are disposed adjacent to each other inside the same casing 10 constituted by a closed container. Note that a heat-insulating layer (not shown) is usually provided inside the casing 10.
The reforming reaction section 2 includes an outer reaction chamber 4 formed in a cylindrical shape, and an inner reaction chamber 5 arranged in the outer reaction chamber 4 in parallel with the outer reaction chamber 4 and formed in a cylindrical shape. The outer reaction chamber 4 is filled with a steam reforming catalyst layer supported by a support plate 14, and the inner reaction chamber 6 is a mixed catalyst layer obtained by mixing a steam reforming catalyst and an oxidation catalyst supported by a support plate 15 in order from the top. And a heat transfer particle layer supported by the support plate 16 and a shift catalyst layer supported by the support plate 17.
[0017]
The steam reforming catalyst layer is a catalyst layer for steam reforming the raw material gas 32. For example, the steam reforming catalyst layer can be formed of a catalyst similar to the reforming reaction catalyst disclosed in JP-A-2001-192201. Ni-based reforming catalyst such as 2 · Al 2 O 3 is desirable. The reforming reaction catalyst such as WS 2 -SiO 2 · Al 2 O 3 and NiS-WS 2 · SiO 2 · Al 2 O 3 can also be used.
Further, as the heat transfer particles constituting the heat transfer particle layer, for example, alumina balls can be used.
[0018]
The oxidation catalyst uniformly dispersed in the mixed catalyst layer oxidizes the raw material gas in the mixture of the raw material gas and steam, and raises the temperature of the mixed catalyst layer to the steam reforming reaction temperature by the heat of oxidation. Platinum (Pt) or palladium (Pd) can be used. The mixing ratio of the oxidation catalyst to the steam reforming catalyst is selected in the range of about 1 to 5% depending on the type of the raw material gas to be steam reformed. For example, when methane is used as the raw material gas, 3% ± 2% In the case of methanol, the mixing ratio is desirably about 2% ± 1%.
[0019]
As the heat transfer particles constituting the heat transfer particle layer, for example, alumina balls can be used.
As the shift catalyst for forming the shift catalyst layer, a mixture of CuO—ZnO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, or copper oxide can be used. However, when the reaction is performed at 700 ° C. or higher, it is desirable to use Cr 2 O 3 .
[0020]
The lower part of the outer reaction chamber 4 communicates with a pipe 6 for supplying a mixture of the raw material gas 33 and the vapor, and the upper part communicates with the upper part of the inner reaction chamber 5. The lower part of the inner reaction chamber 5 communicates with the inside of the heat exchange unit 3 via the internal flow path (gas induction space provided inside the casing) 11 of the casing 10, and the inside of the heat exchange unit 3 is provided with an outer fin 31 and a cooling unit. One or more tubes 18 are arranged.
The inlet side of the cooling pipe 18 is connected to the pipe 9, and the outlet side is connected to the pipe 7. Further, the tip of the pipe 7 extends to the reforming reaction section 2, and the tip is connected to the upper part of the inner reaction chamber 5, that is, the nozzle section 13 arranged in the mixed catalyst layer portion where the steam reforming catalyst and the oxidation catalyst are mixed. .
[0021]
Next, the operation of the steam reformer 1 of FIG. 1 will be described.
When a mixture of the raw material gas 33 and the steam is supplied from the pipe 6 to the outer reaction chamber 4, the temperature is raised to a steam reforming temperature, for example, 500 ° C. or more by heat transfer from the inner reaction chamber 5, and the steam reforming at a high temperature is performed. A portion thereof is steam reformed while passing through the catalyst layer. The generated reformed gas 34 flows into the upper part of the inner reaction chamber 5 together with the remaining mixture of the raw material gas and the steam. In the inner reaction chamber 5, the oxygen-containing gas 33 ejected from the nozzle portion 13 and a part of the raw material gas react with each other in the upper mixed catalyst layer, and the mixed catalyst layer is heated to the reforming reaction temperature by the heat of oxidation. Then, a steam reforming reaction is performed while the mixture of the remaining raw material gas and steam passes through the mixed catalyst layer to generate a hydrogen-rich reformed gas 34.
[0022]
The reformed gas 34 generated in the mixed catalyst layer flows into the heat transfer particle layer, where it exchanges heat and supplies its heat energy to the outer reaction chamber 4 before flowing into the shift catalyst layer. In the shift catalyst layer, the carbon monoxide slightly remaining in the reformed gas 34 is reduced, and the high-temperature reformed gas 34 of about 200 ° C. flowing out of the shift catalyst layer flows into the heat exchange section 3 through the internal flow path 11.
[0023]
The reformed gas 34 flowing into the heat exchange unit 3 changes its flow direction at one end of the baffle plate 12 (on the front side of the drawing), flows around the outer periphery of the cooling pipe 18, and flows through the inside of the cooling pipe 18. After exchanging heat with 33, it is supplied to utilization equipment such as a fuel cell via the pipe 8. Further, the high-temperature oxygen-containing gas 33 flowing out of the heat exchange unit 3 is supplied to the mixed catalyst layer from the nozzle unit 13 disposed above the inner reaction chamber 5 via the pipe 7.
[0024]
As described above, the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are disposed adjacent to each other in the same casing 10, and the reformed gas 34 flowing out of the reforming reaction section 2 is provided inside the casing 10 through the internal flow path 11. By flowing directly into the heat exchange section 3 via the heat exchanger, the space efficiency of each section is improved, and the size and weight of the apparatus are reduced. Further, since the heat insulating portion in the portion adjacent to the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 is reduced, the size and weight of the apparatus can be reduced from that aspect as well. Therefore, the steam reforming apparatus 1 according to the present invention is particularly suitable for use in a vehicle.
[0025]
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an embodiment in which the casing 10 of the steam reformer 1 is divided into two blocks, FIG. 3 is a partially cutaway front view showing an assembled state, FIG. FIG. 5 is a left side view. The operation of this example is basically the same as that of FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The steam reforming apparatus 1 in this example divides the casing 10 into a container-shaped heat exchange section block 21 that houses the heat exchange section 3 and a container-shaped reformer section block 20 that houses the reformer section 2, The reforming reaction unit block 20 and the heat exchange unit block 21 are connected and integrated by, for example, bolt connection, flange connection, welding, or the like, thereby bringing the reforming reaction unit 2 and the heat exchange unit 3 into an adjacent state. In the case of performing bolt connection or flange connection, heat-tight packing is interposed at the connection portion to ensure airtightness.
[0026]
A pipe 6 for supplying a mixture of a raw material gas 32 and steam is connected to the reforming reaction section block 20, and a pipe 7 for supplying an oxygen-containing gas 33 heated in the heat exchange section 3 is connected to an upper end thereof. The pipe 6 communicates with the lower portion of the outer reaction chamber 4 in the reforming reaction section block 20, and supplies a mixture of the raw material gas 32 and the steam uniformly to each part of the outer reaction chamber 4 through the plurality of holes 6a.
The pipe 7 for supplying the heated oxygen-containing gas 33 branches in the reforming reaction section block 20 and communicates with the upper portions of the three inner reaction chambers 5, respectively.
[0027]
A plurality of (two in this example) flat cooling pipes 18 are arranged in parallel in the heat exchange block 21, inner fins 18 a are arranged inside the cooling pipes 18, and outer fins 31 are fixed on the outer surface side. Have been. Further, a plurality of connecting portions 24 for connecting the pipe 9 for supplying the oxygen-containing gas 33 to one inlet side of the cooling pipe 18 and a plurality of connecting portions 25 are provided on the outlet side. The plurality of connecting portions 24 and 25 are connected by pipes for branching and merging, and are connected to external pipes. The plurality of connection portions 24 and 25 are connected to both ends of each cooling pipe 18 in the heat exchange block 21 by means such as brazing.
The operation of each part is the same as that of FIG.
[0028]
By dividing the casing 10 into two blocks in this manner, mass production of the device is facilitated and the size of the device is further reduced. When the reforming reaction section block 20 and the heat exchange section block 21 are detachably connected by bolt connection, flange connection, or the like, maintenance and inspection of the inside thereof are facilitated.
[0029]
FIG. 6 shows a modification of the steam reformer shown in FIG. This example is different from the example of FIG. 1 in that the oxygen-containing gas flowing out of the heat exchange section 3 is formed inside the casing 10, specifically, an internal flow path 30 formed along the inside of the heat insulation layer (this example). (Internal piping or internal duct) supplies the liquid to the nozzle portion 13 disposed above the inner reaction chamber 5, and the other configuration is the same as described above. Therefore, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[0030]
By supplying the oxygen-containing gas flowing out of the heat exchange unit 3 to the inner reaction chamber 5 through the internal flow path 30 in the casing 10 without using the external pipe 7, the space efficiency is further improved as compared with the example of FIG. This makes it easier to reduce the size of the device. Further, since the heat insulating layer at the pipe 7 is not required, the weight of the entire apparatus can be reduced.
Even in the case of the configuration shown in FIG. 6, the casing 10 can be divided into two blocks as shown in FIG. In that case, the joint of the internal passage 30 on the division surface of the reforming reaction section block 20 and the heat exchange section block 21 is sealed with packing to ensure the airtightness.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, in the internal heat type steam reforming apparatus according to the present invention, the reforming reaction section and the heat exchange section are adjacent to each other in the same casing, and the reformed gas flowing out of the reforming reaction section is provided in the casing. The heat exchanger is configured to directly flow into the heat exchange section via the internal flow path.
With such a configuration, the space efficiency is improved, and the heat insulation portion and the pipe heat insulation in the portion adjacent to the reforming reaction section and the heat exchange section can be omitted, so that the size of the apparatus can be reduced and the weight can be reduced. Therefore, the device can be reduced in size and weight, and can be suitably used particularly for a vehicle.
[0032]
In the above apparatus, the casing is constituted by the reforming reaction section block and the heat exchange section block, and the reforming reaction section and the heat exchange section can be adjacent to each other by integrating the reforming reaction section block and the heat exchange section block. it can. By blocking the casing in this way, mass production of the device is facilitated and the entire device is more easily reduced in size. When the reforming reaction section block 20 and the heat exchange section block 21 are detachably connected by bolt connection, flange connection, or the like, maintenance and inspection of the inside thereof are facilitated.
[0033]
In any one of the above apparatuses, the oxygen-containing gas flowing out of the heat exchange section may be configured to directly flow into the reforming reaction section via an internal flow path provided in the casing. In this case, the space efficiency of the device can be further increased, so that the device can be more easily miniaturized. Further, since the heat insulating layer for external piping is not required, the weight of the entire device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an internal heat type steam reforming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment in which a casing 10 of the steam reformer 1 is divided into two blocks.
FIG. 3 is a partially broken front view showing the assembled state.
FIG. 4 is a plan view of the same.
FIG. 5 is a left side view of the same.
FIG. 6 is a schematic view of a modification of the steam reformer shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic view of a conventional internal heat type steam reforming apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam reformer 2 Reforming reaction part 3 Heat exchange part 4 Outer reaction chamber 5 Inner reaction chamber 6-9 Pipe 6a Hole 10 Casing 11 Internal flow path 12 Baffle plate 13 Nozzle part 14-17 Support plate 18 Cooling pipe 18a Fin 20 Reforming reaction block 21 Heat exchange block 24, 25 Connection 30 Internal flow path 31 Outer fin 32 Raw material gas 33 Oxygen-containing gas 34 Reformed gas

Claims (3)

原料ガス32を水素リッチな改質ガス34に水蒸気改質する改質反応部2と、
前記改質反応部2に供給する酸素含有ガス33と、生成した前記改質ガス34との間に熱交換する熱交換部3を備えた内熱式水蒸気改質装置において、
前記改質反応部2と熱交換部3を同じケーシング10内に隣接し、
改質反応部2から流出する改質ガス34が、前記ケーシング10内に設けた内部流路11を経て熱交換部3に直接流入するように構成したことを特徴とする内熱式水蒸気改質装置。
A reforming reaction section 2 for steam reforming the raw material gas 32 into a hydrogen-rich reformed gas 34;
In the internal heat type steam reforming apparatus including the heat exchange unit 3 for performing heat exchange between the oxygen-containing gas 33 supplied to the reforming reaction unit 2 and the generated reformed gas 34,
The reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are adjacent in the same casing 10,
An internal heat type steam reforming wherein the reformed gas 34 flowing out of the reforming reaction section 2 flows directly into the heat exchange section 3 through the internal flow path 11 provided in the casing 10. apparatus.
請求項1において、
ケーシング10を改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21により構成し、
それら改質反応部ブロック20と熱交換部ブロック21を一体化することにより、改質反応部2と熱交換部3を隣接することを特徴とするユニット型の内熱式水蒸気改質装置。
In claim 1,
The casing 10 is constituted by a reforming reaction section block 20 and a heat exchange section block 21;
A unit-type internal heat steam reformer, wherein the reforming reaction section 2 and the heat exchange section 3 are adjacent to each other by integrating the reforming reaction section block 20 and the heat exchange section block 21.
請求項1または2において、
熱交換部3から流出する酸素含有ガス33をケーシング10内に設けた内部流路30を経て改質反応部2に直接流入するように構成したことを特徴とする内熱式水蒸気改質装置。
In claim 1 or 2,
An internal heat type steam reforming apparatus characterized in that the oxygen-containing gas 33 flowing out of the heat exchange section 3 flows directly into the reforming reaction section 2 through the internal flow path 30 provided in the casing 10.
JP2002340096A 2002-11-22 2002-11-22 Internal heat steam reformer Expired - Fee Related JP4207188B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002340096A JP4207188B2 (en) 2002-11-22 2002-11-22 Internal heat steam reformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002340096A JP4207188B2 (en) 2002-11-22 2002-11-22 Internal heat steam reformer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004175581A true JP2004175581A (en) 2004-06-24
JP4207188B2 JP4207188B2 (en) 2009-01-14

Family

ID=32702853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002340096A Expired - Fee Related JP4207188B2 (en) 2002-11-22 2002-11-22 Internal heat steam reformer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4207188B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006232610A (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Cosmo Oil Co Ltd Reforming apparatus for producing hydrogen
JP2007031185A (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel reformer
JP2007153665A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 T Rad Co Ltd Structure of oxygen supply tube in reformer
JP2007161530A (en) * 2005-12-14 2007-06-28 T Rad Co Ltd Reformer
JP2007186351A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 T Rad Co Ltd Reformer
JP2007191367A (en) * 2006-01-20 2007-08-02 Chiyoda Corp Syngas production reactor integrated with waste heat recovery unit
JP2016150899A (en) * 2015-02-16 2016-08-22 コリア ガス コーポレーション Fuel treatment device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA200901679B (en) 2009-03-09 2015-08-26 Tobacco Res And Development Institute (Pty) Ltd Apparatus for introducing objects into filter rod material
ZA201008663B (en) 2010-12-01 2014-08-27 Tobacco Res And Dev Inst (Pty) Ltd Feed mechanism

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006232610A (en) * 2005-02-24 2006-09-07 Cosmo Oil Co Ltd Reforming apparatus for producing hydrogen
JP2007031185A (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Fuji Electric Holdings Co Ltd Fuel reformer
JP2007153665A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 T Rad Co Ltd Structure of oxygen supply tube in reformer
JP2007161530A (en) * 2005-12-14 2007-06-28 T Rad Co Ltd Reformer
JP2007186351A (en) * 2006-01-11 2007-07-26 T Rad Co Ltd Reformer
JP2007191367A (en) * 2006-01-20 2007-08-02 Chiyoda Corp Syngas production reactor integrated with waste heat recovery unit
JP2016150899A (en) * 2015-02-16 2016-08-22 コリア ガス コーポレーション Fuel treatment device

Also Published As

Publication number Publication date
JP4207188B2 (en) 2009-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7494516B2 (en) Highly integrated fuel processor for distributed hydrogen production
CN101208264B (en) Compact reforming reactor
US6998096B2 (en) Fuel reformer for use in fuel cell
JPS5884035A (en) Catalytic gas modifying device
CN101222975A (en) Compact Reforming Reactor
JP2005525984A (en) Highly efficient and compact reformer unit for producing hydrogen from gaseous hydrocarbons in the low power range
JP2008535766A (en) Integrated and cylindrical steam reformer for heat exchangers
JP3861077B2 (en) Fuel reformer
US6899861B2 (en) Heat exchanger mechanization to transfer reformate energy to steam and air
JP4207188B2 (en) Internal heat steam reformer
JP2004059415A (en) Fuel reformer and fuel cell power generation system
KR100761945B1 (en) Gas Fuel Processor
JP4210912B2 (en) Fuel reformer and fuel cell power generator
JP5163147B2 (en) Heat exchanger and combined fuel reactor
JP4486832B2 (en) Steam reforming system
JP4189732B2 (en) Internal heat steam reformer
JP4147521B2 (en) Self-oxidation internal heating type reforming method and apparatus
JPH04322739A (en) Fuel reformer for fuel cells
JP2004175580A (en) Steam reformer
JP2005314210A (en) Reformer
JP4450755B2 (en) Fuel reformer
JP2009067645A (en) Hydrogen manufacturing device and fuel cell system using the same
JP2008204662A (en) Fuel cell power generation system
CN116986552A (en) Compact steam reformer
JP4450754B2 (en) Fuel reformer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051007

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080605

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080624

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080825

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081007

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081010

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141031

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees