改性装置制造方法及图纸

本发明专利技术的改性装置具备独立但一体化设计的包含燃气燃烧放热而形成的热源、从热源直接获得反应热、对改性原料进行水蒸汽改性、生成以氢为主成分的改分性气体的原料改性部分，利用水性转移反应使原料改性部生成的改性气体中所含的ＣＯ减少的转移反应部分，以及使经过转移反应部分处理后的改性气体中所含ＣＯ氧化而进一步减少的ＣＯ氧化部分；上述原料改性部分、转移反应部分和ＣＯ氧化部分中，将上述转移反应部分和ＣＯ氧化部分设置成被来自上述原料改性部分的热源的传递热间接加热的状态。作为间接加热的方法，可利用中间体以固体传热方式或辐射传热方式来传递热量，或利用来自上述燃烧室的燃烧后气体的热量。本发明专利技术的改性装置使上述３个独立的反应部分连为一体，达到了小型化目的，使热源的热量被有效利用，能够很好地控制各反应部分的温度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
改性装置
本专利技术涉及对作为改性原料的甲醇等醇类，甲烷、丁烷等烃类，石脑油、LNG(液化天然气)等化石燃料等进行水蒸汽改性，制备以氢为主成分的改性气体的改性装置。更具体涉及使水蒸汽改性后的改性气体中所含一氧化碳的浓度降低至10ppm左右的改性装置。
技术介绍
以往众所周知的是对改性原料进行水蒸汽改性处理，生成以氢为主成分的改性气体的改性装置。上述改性气体的用途之一是用作燃料电池的发电燃料，但这种情况下，由于改性气体中所含的一氧化碳(CO)会转变为对燃料电池的电极有影响的物质，所以希望除去一部分一氧化碳，使其浓度降低至100ppm以下。为此，如日本专利公开公报平5-251104号所示，通过设置对改性原料进行水蒸汽改性；利用水性转移反应使所得改性气体中的CO浓度降低；选择性地使CO氧化，进一步降低其浓度这三个步骤来除去CO。但是，以往由于上述3个反应步骤需要在不同的装置中进行，所以整个改性体系就变成一个大型的装置。而且，由于各反应步骤都需要提供反应热的热源，所以热损失很大。因此，希望出现既能够减少以往改性装置中的热损失，又能够达到小型化目的的装置。针对于此，日本专利公开公报平7-126001号揭示了以小型化为目的进行了改良的改性装置。下面对该改性装置进行说明。该改性装置具有改性处理层和燃烧气体通道层交替配置的结构，即在使燃料燃烧的燃烧部分上面设置了改性反应部分、转移反应部分和CO氧化部分沿气体流向竖直配置的平板状改性处理层与来自燃烧部分的燃烧气体所流经的平板状燃烧气体通道层。该改性装置中，由于上述燃烧气体通道层为上述3个反应部分提供了热，所以，燃烧部分的热被上述3个反应部分有效地利用了，而且，将上述3个反应部分合并，也有利于达到小型化目的。但是，上述以往例子的改性装置存在无法控制各反应部分的确切温度的缺点。即，上述3个反应部分所进行的反应都是催化反应，各反应部分的反应需要不同的反应温度范围。例如，水蒸汽改性反应的反应温度范围由于改性原料种类-->的不同而不同，改性原料为丁烷等烃类原料时，大致在400～1000℃的范围内，较好为600～900℃，为甲醇原料时，大致在250～400℃的范围内。另外，水性转移反应和CO选择氧化反应的温度大致为200～350℃，较好为220～300℃，CO选择氧化反应的温度大致为100～250℃，较好为120～180℃。总之，反应温度范围按照改性反应部分、转移反应部分和CO氧化部分这样的顺序依次降低。因此，各反应部分的温度需要控制在上述各反应温度范围内。但是，上述以往例子的改性装置中，上述改性反应部分和转移反应部分不分成独立的段，而是在同一段内相互连接，所以被改性处理的气体的反应状态随着温度的降低在功能上有所区别，即从水蒸汽改性反应转变为水性转移反应。因此，该改性装置能够有效地进行改性温度和转移反应的温度差较小的甲醇的水蒸汽改性。但对烃类原料进行水蒸汽改性时，从上述改性反应部分向转移反应部分转移时需要上升较高的温度，所以对水蒸汽改性反应的反应温度较高的丁烷等烃类原料进行改性时存在较大的问题。而且，上述改性处理层和燃烧气体通道层是交替设置的层叠结构，即使是同一个反应部分，在层叠位置也会出现温度差别，特别是接近外表面的位置由于被外面的空气冷却，所以与中心位置相比，温度差更大。这种温度差别在反应温度范围很窄的CO氧化部分尤为突出。如果各反应部分中存在不在反应温度范围内的部分，则所得改性气体中的氢含量降低或CO浓度降低可能就不够充分。专利技术的揭示本专利技术解决了上述以往例子中存在的问题，其目的是提供实现改性反应部分和转移反应部分及CO氧化部分的一体化，使其小型化，并能够有效利用热源的热，而且能够良好地控制各反应部分的温度的改性装置。本专利技术的改性装置包括独立，但一体化设计的3个部分，即包含因燃气的燃烧而发热的热源，由该热源直接获得反应热，对改性原料进行水蒸汽改性，生成以氢为主成分的改性气体的原料改性部分；利用水性转移反应使原料改性部分生成的改性气体中所含的CO降低的转移反应部分；使经过转移反应部分处理后的改性气体中所含的CO氧化，进一步降低CO浓度的CO氧化部分。上述原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分是按照上述转移反应部分和CO氧化部分可被来源于上述原料改性部分热源的传递热间接加热的状态设置的。由于该改性装置中的上述3个反应部分，即原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分是一体化设置的，所以能够单用该装置获得除去了CO的改性气体。-->因此，不需要另外除去CO的步骤，使整个装置小型化。此外，各反应部分都是独立的部分，而且，上述原料改性部分的需要最高温度的水蒸汽改性反应是在热源直接加热下进行的，而温度比其低的转移反应部分和CO氧化部分是通过上述热源的传递热间接加热的，所以，能够将温度控制在各反应温度范围内。本专利技术中，上述原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分以同心状设置，较好的是上述CO氧化部分至少被设置在外周侧。即由于上述原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分以同心状设置，所以上述转移反应部分和CO氧化部分中，在同一反应部分内不易出现来源于上述热源的传递热和向外部的放热量的局部偏差。因此，上述转移反应部分和CO氧化部分的温度偏差变小，易于将反应温度控制在所需要的温度范围内。3个反应部分中至少需要将温度控制在最低范围内的上述CO氧化部分被设置在最外周侧，易于向外部放热，其结果是，容易将温度控制在低温范围内。此外，同心设置还易于实现整个装置的小型化。本专利技术中，上述原料改性部分由作为上述热源的近似筒状燃烧室和对改性原料进行水蒸汽改性，生成以氢为主成分的改性气体的改性反应部分构成时，上述改性反应部分为受到上述燃烧室的直接加热而与燃烧室以同心状设置，另一方面，上述转移反应部分和上述CO氧化部分为受到上述燃烧室的间接加热也可与其同心状设置。上述燃烧室近似筒状的形状并不限于圆筒状，也包括方筒状。此外，对上述燃烧室中使燃料燃烧的燃烧方式也没有特别限定，例如使用燃烧嘴或燃烧催化剂等。上述燃烧室和改性反应部分的位置关系有2种状态。一种是上述改性反应部分被设置在上述燃烧室内的状态(图23～27)，另一种是上述改性反应部分被设计成连接在上述燃烧室外周的状态(图1～22)。这2种情况的不同之处在于，前者是上述改性反应部分仅受到来自周围的热的加热，而没有来自表面的放热，后者则有来自上述改性反应部分外周的放热。较好的是在上述燃烧室中设置不燃性芯(图19、11、14～17、21、22、24～26)。即通过设置上述芯，使上述燃烧室内的燃烧气体通道变窄，其结果是能够使燃烧气体的流速变大，提高与上述改性反应部分的热交换率。为了不影响上述燃烧室的温度上升，上述芯较好的是热容量较小的材料，如中空体等。此外，本专利技术中间接加热上述转移反应部分和CO氧化部分的手段有(1)利用中间体从上述燃烧室外周以固体传热或辐射传热的方法传入热(图1～7,27)；(2)利用来源于上述燃烧室的燃烧后气体的热量(图8～27)。利用上述(1)的方法，间接加热上述转移反应部分和CO氧化部分的改性装置-->的一个例子是沿上述燃烧室外周设置上述改性反应部分，然后沿改性反应部分外周设置上述转移反应部分和CO氧化部分。该改性装置中，上述改性反应部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性装置，其特征在于，具备独立但一体化设计的包含燃气燃烧放热而形成的热源、从热源直接获得反应热、对改性原料进行水蒸汽改性、生成以氢为主成分的改性气体的原料改性部分，利用水性转移反应使原料改性部分生成的改性气体中所含的ＣＯ减少的转移反应部分，以及使经过转移反应部分处理后的改性气体中所含ＣＯ氧化而进一步减少的ＣＯ氧化部分；上述原料改性部分、转移反应部分和ＣＯ氧化部分被设置成上述转移反应部分和ＣＯ氧化部分被来自上述原料改性部分的热源的传递热间接加热的状态。

【技术特征摘要】
JP 1996-6-28 170483/961．一种改性装置，其特征在于，具备独立但一体化设计的包含燃气燃烧放热而形成的热源、从热源直接获得反应热、对改性原料进行水蒸汽改性、生成以氢为主成分的改性气体的原料改性部分，利用水性转移反应使原料改性部分生成的改性气体中所含的CO减少的转移反应部分，以及使经过转移反应部分处理后的改性气体中所含CO氧化而进一步减少的CO氧化部分；上述原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分被设置成上述转移反应部分和CO氧化部分被来自上述原料改性部分的热源的传递热间接加热的状态。2．如权利要求1所述的改性装置，其特征还在于，上述原料改性部分、转移反应部分和CO氧化部分以同心状设置，至少上述CO氧化部分被设置在外周侧。3．如权利要求2所述的改性装置，其特征还在于，上述原料改性部分由作为上述热源的近似筒状的燃烧室和对改性原料进行水蒸汽改性、生成以氢为主成分的改性气体的改性反应部分构成，上述改性反应部分、上述转移反应部分、上述CO氧化部分与上述燃烧室以同心状设置。4．如权利要求3所述的改性装置，其特征还在于，上述改性反应部分被导入上述燃烧室内，以同心状设置。5．如权利要求3所述的改性装置，其特征还在于，上述改性反应部分与上述燃烧室的外周相连，呈夹套状。6．如权利要求3～5的任一项所述的改性装置，其特征还在于，上述燃烧室的中心设置了不燃性芯。7．如权利要求5或6所述的改性装置，其特征还在于，上述改性反应部分外周设置了上述转移反应部分和CO氧化部分。8．如权利要求7所述的改性装置，其特征还在于，上述改性反应部分和上述转移反应部分及CO氧化部分之间设置了具有调节传递热功能的隔壁。9．如权利要求7或8所述的改性装置，其特征还在于，连接上述改性反应部分和上述转移反应部分的通道迂回设置在上述转移反应部分和上述CO氧化部分外侧。10．如权利要求7～9的任一项所述的改性装置，其特征还在于，对应于上述改性反应部分的温度分布，在该改性反应部分的高温侧设置了上述转移反应部分，在其低温侧设置了上述CO氧化部分。11．如权利要求1～6的任一项所述的改性装置，其特征还在于，被来自上述原料改性部分热源的燃烧后气体加热的位置上分别设置了上述转移反应部分和CO氧化部分。12．如权利要求3～6的任一项所述的改性装置，其特征还在于，使直接流入了来自上述燃烧室的燃烧后气体的排气空间与上述燃烧室在其同轴上方处相连，在排气空间周围设置了上述转移反应部分，在转移反应部分周围设置了上述CO氧化部分。13．如权利要求12所述的改性装置，其特征还在于，上述燃烧室和上述排气空间之间设置了吸入外部空气的空气吸入口。14．如权利要求12或13所述的改性装置，其特征还在于，设置了加热上述排气空间的辅助加热装置。15．如权利要求12～14的任一项所述的改性装置，其特征还在于，设置了将上述排气空间内的燃烧后气体排到外部的排气口和控制排气口的开关，另外，还具备与上述排气空间交叉、设置在转移反应部分和CO氧化部分之间的槽1，以及与槽1连通、设置在上述CO氧化部分周...

【专利技术属性】
技术研发人员：工藤均，山鹿范行，品川幹夫，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]