(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒および改質触媒の存在下に改質用の原料ガスを酸化剤ガスおよび改質剤ガスと反応させて水素含有ガスを得るための改質器において、
反応容器；
酸化触媒層と第一の改質触媒層とからなる一組の触媒層の組、ただし、該第一の改質触媒層は該酸化触媒層の下流に設けられ；
第一の改質触媒層より下流に設けられた、第二の改質触媒層；
該酸化触媒層の内部に配された、該酸化触媒層に酸化剤ガスを供給する、第一の酸化剤ガス導入口；
第一の酸化剤ガス導入口とは別の、該酸化触媒層の内部に配された、該反応容器内に原料ガスを供給する原料ガス導入口；および、
第一の改質触媒層と第二の改質触媒層との間に酸化剤ガスを供給する、第二の酸化剤ガス導入口
を含む改質器。
【請求項２】
前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口とが一体化された請求項１記載の改質器。
【請求項３】
前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口とが隣接して配された請求項１記載の改質器。
【請求項４】
前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口が、前記酸化触媒層の内部に端部を有する二重管構造によって形成された請求項１記載の改質器。
【請求項５】
前記第一および第二の酸化剤ガス導入口のうちの少なくとも一方が、ヘッダーに接続された二以上のノズルの開口である請求項１〜４のいずれか一項記載の改質器。
【請求項６】
前記反応容器内に設けられた触媒層は、前記酸化触媒層、前記第一の改質触媒層および前記第二の改質触媒層のみである、請求項１〜５のいずれか一項記載の改質器。
【請求項７】
前記第一の酸化剤ガス導入口より下流に設けられた、前記酸化触媒層とは別の第二の酸化触媒層と前記第二の改質触媒層とからなる一組の触媒層の組を含み、ただし該第二の改質触媒層が該第二の酸化触媒層の下流に設けられた、請求項１〜５のいずれか一項記載の改質器。
【請求項８】
前記第一の改質触媒層より下流、かつ前記第二の酸化剤ガス導入口より上流に、前記一組の触媒層の組とは別の、酸化触媒層と改質触媒層とからなる触媒層の組を含む、請求項１〜５のいずれか一項記載の改質器。
【請求項９】
前記第二の酸化剤ガス導入口より下流、かつ前記第二の改質触媒層より上流に、前記一組の触媒層の組とは別の、酸化触媒層と改質触媒層とからなる触媒層の組を含み、
この触媒層の組と前記第二の改質触媒層との間に酸化剤ガスを供給する、第三の酸化剤ガス導入口を含む、請求項１〜５のいずれか一項記載の改質器。
【請求項１０】
前記第三の酸化剤ガス導入口が、ヘッダーに接続された二以上のノズルの開口である請求項９記載の改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス等の原料ガスから水素含有ガスを得る改質器に関する。より詳しくは、改質用の原料ガスを酸化剤ガスおよび改質剤ガスと反応させて水素含有ガスを得る改質器に関する。得られる水素含有ガスは、例えば、燃料電池の燃料として利用することができ、またメタノール合成、アンモニア合成、炭化水素油合成、炭化水素合成の原料である合成ガスとして利用できる。
【背景技術】
【０００２】
水素含有ガスの製造として、天然ガス等の炭化水素原料の改質に改質剤として水蒸気を利用した水蒸気改質法、天然ガス等の炭化水素原料と酸素、酸素富化空気あるいは空気等の酸化剤を利用した部分酸化法が良く知られている。
【０００３】
天然ガスを原料として酸化剤ガスおよび改質剤ガスと反応させて水素含有ガスを得る内熱式水蒸気改質器による製造方法を、図２を参照して説明する。
【０００４】
反応器１１１は、反応器上部にバーナ１１２が設置された燃焼ゾーン１２１、下部には水蒸気改質触媒が充填された改質ゾーン１２２から構成され、反応器１１１の内側には高温の火炎に対するため、レンガ等の耐火材１１３が内張りされている。天然ガスと改質剤ガスの混合ガス１０１と空気等の酸化剤１０２がバーナ１１２で混合し、天然ガスの一部が部分燃焼する。この燃焼による熱で、残りの天然ガス中の炭化水素と改質剤ガスが改質ゾーン１２２を通過する間に水蒸気改質反応を起こし、水素と一酸化炭素を主成分とする水素含有ガス１０３が製造される。
【０００５】
上記部分燃焼に際しては、火炎が形成される。この火炎が下部の改質ゾーン１２２の触媒に接触すると、千数百℃、例えば１，５００℃の高温に達するため触媒が溶融し、この結果触媒の活性が低下する等の現象が起きる。このため、これを避けるよう様々な提案がなされている。
【０００６】
上記問題点を解決する技術の一つとして、触媒層の温度を均一にする技術が、特許文献１に開示されている。この技術は、燃料ガスと水蒸気と酸素含有ガスとの混合ガスを、上流側および下流側にそれぞれ異なった２種類の触媒が充填された反応器に導入して水素含有ガスを生成する燃料改質装置として示されている。
【０００７】
この装置では、反応器上流側の触媒層の一部に、導入ガスが触媒に接触しない非接触通路が設けられているものである。この構造では、上流側の触媒層に供給された燃料ガスと水蒸気と酸素含有ガスとの混合ガスが、高温の領域を形成し、一方非接触の通路を通る燃料ガスと水蒸気と酸素含有混合ガスとの混合ガスは、この高温領域とは直接接触しないが非接触通路の壁等を介して高温領域を通り、下流側の触媒に到達する。
【０００８】
このため、非接触通路を通るガスは高温に曝されることとなる。この混合ガスには酸素が含まれ、条件によっては爆鳴気を形成する可能性が大きいという問題点がある。
【０００９】
さらに、燃焼触媒部で発生した熱を水蒸気改質部へ効率的に伝達し、水蒸気改質部での改質ガスの発生を向上すると共に、小型化した燃料改質器を提供する技術が、特許文献２に開示されている。
【００１０】
上記の燃料改質器は、燃焼触媒部と水蒸気改質部とが接触する接触面が水蒸気改質触媒部の縦断面積の周辺部から中心部に行くに従い断面積の軸方向寸法が順次短くなるような円錐形状を形成し、燃焼触媒部の反応熱をより効果的に水蒸気改質触媒部へ伝達できるようになり、改質ガスの発生を向上させたものである。
【特許文献１】特開２０００−３１９００６号公報
【特許文献２】特開２００３−１１２９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、千数百℃の高温の燃焼反応領域を発生させることなく、水素含有ガスの製造を行うことができ、低廉化し得る改質器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは鋭意検討を重ねた結果、改質用原料、酸化剤ガスおよび改質剤ガスを酸化触媒と改質触媒の充填された反応器に導入し、酸化剤ガスを多段で供給することにより、反応器内の温度を低く抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明により、酸化触媒および改質触媒の存在下に改質用の原料ガスを酸化剤ガスおよび改質剤ガスと反応させて水素含有ガスを得るための改質器において、
反応容器；
酸化触媒層と第一の改質触媒層とからなる一組の触媒層の組、ただし、該第一の改質触媒層は該酸化触媒層の下流に設けられ；
第一の改質触媒層より下流に設けられた、第二の改質触媒層；
該酸化触媒層の内部に配された、該酸化触媒層に酸化剤ガスを供給する、第一の酸化剤ガス導入口；
第一の酸化剤ガス導入口とは別の、該酸化触媒層の内部に配された、該反応容器内に原料ガスを供給する原料ガス導入口；および、
第一の改質触媒層と第二の改質触媒層との間に酸化剤ガスを供給する、第二の酸化剤ガス導入口
を含む改質器が提供される。
【００１４】
上記改質器において、前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口とが一体化されることができる。また、前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口とが隣接して配されることができる。また、前記原料ガス導入口と前記第一の酸化剤ガス導入口が、前記酸化触媒層の内部に端部を有する二重管構造によって形成されることができる。さらに、前記第一および第二の酸化剤ガス導入口のうちの少なくとも一方が、ヘッダーに接続された二以上のノズルの開口であることができる。
【００１５】
上記改質器において、前記反応容器内に設けられた触媒層は、前記酸化触媒層、前記第一の改質触媒層および前記第二の改質触媒層のみであることができる。
あるいは、上記改質器が、前記第一の酸化剤ガス導入口より下流に設けられた、前記酸化触媒層とは別の第二の酸化触媒層と前記第二の改質触媒層とからなる一組の触媒層の組を含み、ただし該第二の改質触媒層が該第二の酸化触媒層の下流に設けられることができる。
あるいは、上記改質器が、前記第一の改質触媒層より下流、かつ前記第二の酸化剤ガス導入口より上流に、前記一組の触媒層の組とは別の、酸化触媒層と改質触媒層とからなる触媒層の組を含むことができる。
あるいは、上記改質器が、前記第二の酸化剤ガス導入口より下流、かつ前記第二の改質触媒層より上流に、前記一組の触媒層の組とは別の、酸化触媒層と改質触媒層とからなる触媒層の組を含み、
この触媒層の組と前記第二の改質触媒層との間に酸化剤ガスを供給する、第三の酸化剤ガス導入口を含むことができる。
【００１６】
前記第三の酸化剤ガス導入口が、ヘッダーに接続された二以上のノズルの開口であることができる。
【発明の効果】
【００１７】
酸化触媒を使用することによって、改質器の反応開始温度を下げることが可能となり、また、酸化剤ガスを多段で供給することにより改質器内の温度分布をより均一化し、かつ、低温に抑えることができ、この結果、高価なレンガ等の耐熱材を不要とし、廉価な改質器が製作できる。また、温度が低温であるため、触媒の劣化やコーク生成を抑えることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
酸化触媒（燃焼触媒とも言う）を使用することによって、燃焼のために必要な千数百℃の高温の燃焼反応領域をバーナ等で発生させることなく、数百℃の温度で、酸化を開始させ、水素含有ガスの製造を廉価に行うことが可能となる。
【００１９】
改質用の原料ガスには、改質により水素含有ガスを製造するために使用できる公知の原料、または必要に応じてこれを気化したガスを用いることができる。好適な例として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、メタノール、ジメチルエーテルおよびこれらの部分改質ガスからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。
【００２０】
また、さらに外部よりの水素、二酸化炭素を前記原料ガスに加えて利用することも可能である。
【００２１】
改質剤ガスは原料ガスと吸熱反応して水素含有ガスを生じる。改質剤ガスとしては、水蒸気および二酸化炭素ガスからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。改質剤ガスは、水蒸気、二酸化炭素、または水蒸気と二酸化炭素の混合ガスとすることができる。
【００２２】
酸化剤ガスは原料ガスを酸化する。酸化反応は発熱反応であるので、酸化剤ガスは反応器内の温度を上げるために用いることができる。また、酸化剤ガスは原料ガスを部分酸化して水素含有ガスを生じることができる。酸化剤ガスの好適な例として酸素、酸素富化空気または空気を挙げることができる。
【００２３】
水素含有ガスとしては、水素を主成分とし一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等の炭化水素、水蒸気等を含有するガス、一酸化炭素を主成分とし水素、二酸化炭素、メタン等の炭化水素、水蒸気等を含有するガスが挙げられる。
【００２４】
本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２５】
反応容器１１には、入口ノズル４１；酸化触媒が充填された酸化触媒層１２と改質触媒が充填された改質触媒層１３とからなる触媒層の組１４；第２の酸化剤ガス供給管３３；改質触媒が充填された改質触媒層１５；および改質ガスの出口ノズル４２が備えられる。
【００２６】
入口ノズル４１は、原料ガス供給管３１と酸化剤ガス供給管３２を有する。
【００２７】
天然ガス等の改質用の原料ガス１と改質剤ガス２とは混合し混合原料ガス４となり、ライン２１を通り、反応容器１１入口部に配された原料ガス供給管３１へ供給され、酸化剤ガス３はライン２２を通り、酸化剤ガス供給管３２へ供給され、触媒層の組１４上流に配された入口ノズル４１において混合原料ガス４と混合する。
【００２８】
ここで、改質剤ガス２は反応容器に入る前に原料ガス１に混合されているが、改質剤ガス２が原料ガス１と混合されている必要があるわけではなく、反応容器に入る前に酸化剤ガス３に混合されても良い。改質剤ガス２は、酸化剤ガス３と原料ガス１のどちらかあるいは両方に適宜混合することができる。改質ガスは予め混合される必要もない。改質剤ガス、原料ガスおよび酸化剤ガスが独立に反応容器に供給されても良い。
【００２９】
図１には、原料ガス供給管３１と酸化剤ガス供給管３２から構成される入口ノズル４１が一体化して示してあるが、必ずしもこれらが一体化される必要はなく、複数本の管が適宜各ガスを供給するためにそれぞれ用いられてもよい。入口ノズル４１の構成に特段の制限はないが、原料ガス供給管３１および酸化剤ガス供給管３２を配置する際には、酸化触媒層１２へのガス供給の均一性を考慮することが好ましい。
【００３０】
図１においては、前記入口ノズル４１の開口は、酸化触媒層１２の上に設置されているが、酸化触媒層１２の上端部（内部）に設置しても良い。
【００３１】
図３に、入口ノズル４１開口部の設置状態の一例を示す。図３（ａ）は、供給管と触媒層が離れている例、図３（ｂ）は、触媒層上端部に供給管開口が設置されている例である。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）中、墨付き矢印は原料ガス供給管３１から燃焼触媒層１２に供給される原料ガスの流れを示し、白抜き矢印は酸化剤ガス供給管３２から燃焼触媒層１２に供給する酸化剤ガスの流れを示す。
【００３３】
図１には、反応容器１１内に酸化触媒層１２と改質触媒層１３が連続的に形成された一つの触媒層の組１４を示している。
【００３４】
混合原料ガス４および酸化剤ガス３の一部は、入口ノズル４１により酸化触媒の充填されている酸化触媒層１２に、酸化触媒が機能する温度で供給される。
【００３５】
酸化触媒層への好適な供給ガス温度はガスの成分に依存する。酸化速度の速い水素が多い場合には低い温度が、また、メタン等の炭化水素成分が多い場合には比較的高い温度が好ましい。
【００３６】
混合原料ガス４および酸化剤ガス３は酸化触媒上で互いに反応し、酸化生成物を生成する。酸化生成物は、一酸化炭素、二酸化炭素および水等であり、大きな発熱反応を伴う。
【００３７】
燃焼触媒としては、パラジウム系、マンガン系、ランタン系、バナジウム系またはバリウム系などの一般市販触媒が使用できる。形状としては、例えばペレット状、リング状、スポーク状である。燃焼触媒として、押し出し成形品を用いることができる。
【００３８】
酸化反応は、供給ガス温度が好ましくは３００℃以上６００℃以下で開始され、好ましくは８００℃以上１，２００℃以下で終了する。燃焼生成物は酸化触媒層１２から改質触媒層１３へ連続的に供給される。
【００３９】
原料ガス１中の含炭素成分からの炭素析出を抑える観点から、酸化反応の温度は１２００℃以下とすることが好ましい。
【００４０】
酸化触媒層１２における燃焼反応の終了温度は、混合原料ガス４および酸化剤ガス３の性状および供給量に依存する。このため、酸化触媒層１２の最高温度を考慮して必要に応じて、酸化触媒層を多段化する等の設計が好ましい。例えば、図８に示すように、二組の触媒層の組１４ａおよび１４ｂを反応容器１１の内部に連続して配置することができる。ここで、触媒層の組１４ａは酸化触媒層１２ａおよび改質触媒層１３ａを有し、触媒層の組１４ｂは酸化触媒層１２ｂおよび改質触媒層１３ｂを有する。
【００４１】
さて、燃焼反応の終了した例えば８００℃〜１２００℃の燃焼ガスは、改質触媒層１３へ連続的に供給される。改質触媒層１３では、水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する。水蒸気改質反応は全体としては、大きな吸熱反応となっている。
【００４２】
図１に示す形態においては、酸化触媒層１２内で大きな発熱反応が起こり、続いて改質触媒層１３内で吸熱反応が起こり、酸化触媒層１２内で生成した熱が有効に使われる。
【００４３】
改質触媒は、Ｎｉ系触媒などの水蒸気改質用の市販触媒を使うことができる。改質触媒としては、例えば特開平２−０４３９５２号公報、特開平４−０５９０４８号公報、特開平９−２９９７９８号公報等に示される触媒が好適に用いられる。
【００４４】
この形態では、改質触媒層１３の下流にもう一つの改質触媒層１５が設けられており、改質触媒１５層において、さらに水蒸気改質反応が進行する。酸化剤ガスを触媒層１３および１５の間に供給することにより、燃焼反応を起こすことができる。ここで、この領域の温度が高温であるため、未反応の原料、水素および／または一酸化炭素は燃焼可能とすることができる。必要であれば、燃焼反応を促進するために、改質触媒層の上に別の酸化触媒層を設けることもできる（この場合、図４に示すように、改質触媒層１５に替えて、もう一つの触媒層の組１４ｂを配置することができる）。最も下流の触媒層である改質触媒層１５（図４に示す形態の場合は１３ｂ）に入るガスの温度が燃焼によって上昇する。これによって、製品ガス５中の未反応原料ガスの濃度を低下させることができる。例えば、原料ガスがメタンの場合、改質触媒層１５（図４に示す形態の場合は１３ｂ）の下端の温度を９００℃以上１０００℃以下に保つことが好ましい。これにより、製品ガス５中のメタン濃度を著しく低下させることができるからである。このような目的で、上述のように酸化剤ガスが改質触媒層の上に供給される。
【００４５】
水蒸気改質反応の終了した水素含有ガスは、出口ノズル４２を通り、ライン５により製品水素含有ガスとなる。
【００４６】
また、外部あるいはリサイクルの二酸化炭素を利用して水蒸気改質反応の効率を上げることが知られている。この場合、供給する水蒸気、二酸化炭素等の供給量比率は、「Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」Ｊａｎｕａｒｙ，１９８６，７１頁に示される図により決めればよい。
【００４７】
また、原料の性状等により酸化触媒層１２の最高温度が高くなるような場合や、最高温度をできるだけ低くしたい場合には、酸化剤ガスを多段化して酸化触媒に供給すれば良い。例えば、図９に示すように、二組の触媒層の組１４ａおよび１４ｂを反応容器１１内に配置し、各触媒層の組に、酸化剤ガス供給管３２および第二の酸化剤ガス供給管３３からそれぞれ酸化剤ガスを供給することができる。図９に示す形態の改質器は、二組の触媒層の組１４ａおよび１４ｂの下流に改質触媒層１５を有し、酸化剤ガスが第三の酸化剤ガス供給管３４から改質触媒層１５に供給される。
【００４８】
酸化剤ガスの供給段数が多くなればなるほど、酸化触媒層１２の最高温度は低くなるが、反応器は複雑になり、最高温度を低下させることによる経済効率の優位性が減少することがある。また、酸化剤の供給段数が少なくなればなるほど酸化触媒層１２の温度は高くなり、反応器１１の構造は簡単になるが、条件によってはより高級な材料を使う必要があり、より高価な反応器となる可能性があるため、これらを勘案して反応器の設計を行うことが好ましい。
【００４９】
図１では入口ノズル４１に酸化剤ガス３の一部を、残りを第２の酸化剤ガス供給管３３（改質触媒１３層と改質触媒１５層との間に設けられる）に供給している。この場合、改質器は、酸化触媒および／または改質触媒に酸化剤ガスを多段にて供給する導入口を二つ有する。二つの導入口の一方が、酸化剤ガス供給管３２の開口であり、この導入口を通って酸化剤ガスが酸化触媒層１２に供給される。もう一方の導入口は第二の酸化剤ガス供給管３３の開口であり、この導入口を通って酸化剤ガスが改質触媒層１５に供給される。
【００５０】
この構成に替えて、改質触媒層１５を設けない場合は、入口ノズル４１を通って供給される酸化剤ガスに加えて、改質触媒層１３の中に適切な量の酸化剤ガスを供給することもできる。この場合の改質器（不図示）は、第二の酸化剤ガス供給管が改質触媒層１３に接続される以外は図１に示した改質器と同様の構造を有することができる。またこの場合、改質器は、酸化触媒および／または改質触媒に酸化剤ガスを多段にて供給する導入口を二つ有する。一方は酸化剤ガス供給管３２の開口であり、この導入口を通って酸化剤ガスは酸化触媒層１２に供給される。もう一方の導入口は、改質触媒層１３の中に開口する第二の酸化剤ガス供給管の開口である。
【００５１】
図１では触媒層１３と１５の間、図４では触媒層１３ａと１２ｂの間、図８では触媒層１３ｂと１５の間、図９では触媒層１３ａと１２ｂの間および触媒層１３ｂと１５の間には、空隙が設けられている。しかし、このような空隙は設けられていても設けられていなくても良い。また、各間隙の一部もしくは全部に適宜イナートボールなどの充填材を入れることもできる。
【００５２】
酸化剤ガスを供給するための導入口は、マルチノズル構造を有することができる。例えば、図１０に示すように、二以上のノズル５２および酸化剤ガス供給管５３がヘッダー５１に接続される。ヘッダーは環状とすることができる。この構造は、より均一に触媒層に酸化剤ガスを供給するために効果的であり、特に上記空隙が設けられない場合に好ましい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。ただし、以下に示す実施例は参考用である。
【００５４】
〔実施例１〕
改質用原料ガス１としてメタンガス、改質剤ガス２として水蒸気、酸化剤ガス３として酸素を使用し、図１に示す改質器により水素含有ガスを得た。図１に示すように、混合原料ガス４と酸化剤ガス３の一部は酸化触媒層１２の上部空間に、残りの酸化剤ガス３は第２の酸化剤ガス供給管３３に供給した。酸化触媒層上部に供給した酸化剤ガスは、全酸化剤ガス供給量の３６％、第２酸化剤ガス供給管への供給量は６４％であった。
【００５５】
混合原料ガス４と酸化剤ガスは４５０℃で反応容器１１に供給した。ガスを供給し始めると、徐々に温度が上昇した。
【００５６】
使用した反応容器は内径３５ｍｍ、材質が耐熱合金（商品名：ＫＨＲ３５ＣＴ、株式会社クボタ製）のものを使用した。
【００５７】
触媒層の組１４は、酸化触媒充填高さ４０ｍｍ、改質触媒充填高さ２０ｍｍであった
。
【００５８】
酸化触媒はＭｎ系担持酸化触媒を使用した。
【００５９】
触媒層の組１４の下流部分に設置された改質触媒層１５の充填高さは３００ｍｍで、Ｎｉ系触媒を充填した。
【００６０】
圧力は０．６８ＭＰａ、Ｓ／Ｃ比は２．３、ＳＶ0（酸化触媒）は１４０，０００／時、ＳＶ0（改質触媒）は９，０００／時であった。
【００６１】
ここで、Ｓ／Ｃ比とは、水蒸気（スチーム：Ｓ）のモル数と原料ガス中の炭素（カーボン：Ｃ）のモル数の比である。ＳＶ0（酸化触媒）およびＳＶ0（改質触媒）は、それぞれ酸化触媒層および改質触媒層における、０．１０１ＭＰａ、０℃での空間速度である。
【００６２】
以上の条件のもとで、反応容器内の全触媒層における最高温度は、１，１００℃であった。反応容器内の全触媒層における温度分布を図５に、温度測定結果を表１に示す。なお、図５において横軸は触媒層の組１４の上端からの距離を正規化した値であり、触媒層の組１４の上端を０（ゼロ）、改質触媒層１５の下端を１として示した。
【００６３】
〔実施例２〕
図４に示す、二組の触媒層の組１４ａおよび１４ｂを有する改質器を用いた。触媒層の組１４ａは酸化触媒層１２ａおよび改質触媒層１３ａを有し、触媒層の組１４ｂは酸化触媒層１２ｂおよび改質触媒層１３ｂを有する。
【００６４】
改質用原料ガス１としてメタンガス、改質剤ガスとして水蒸気２ａと二酸化炭素２ｂを用い、これらを混合した混合原料ガス４と酸化剤ガス３として酸素を使用し、合成ガスを得た。混合原料ガス４と酸化剤ガス３の一部は図４に示すように燃焼触媒層１２ａの上部空間に供給した。酸化剤ガスの全供給量のうち、５０％を酸化剤ガス供給管３２を経て反応容器１１の入口部に、残りの５０％を第二の酸化剤ガス供給管３３を経て中間部（触媒層の組１４ａと１４ｂとの間の空間）に供給した。この場合、改質器は、酸化触媒および／または改質触媒に酸化剤ガスを多段にて供給する二つの導入口を有する。二つの導入口のうち、一方は酸化剤ガス供給管３２の開口であり、この導入口を通って、酸化剤ガスが酸化触媒層１２ａに供給される。もう一方の導入口は、第二の酸化剤ガス供給管３３の開口であり、この導入口を通って、酸化剤ガスは酸化触媒層１２ｂに供給される。
【００６５】
混合原料ガスと酸化剤ガス３の５０％は４５０℃で入口ノズル４１経由で反応容器に供給した。ガスを供給し始めると、徐々に温度が上昇した。なお、酸化剤ガス３の残りの５０％は４５０℃で第二の酸化剤ガス供給管３３経由で反応容器に供給した。
【００６６】
使用した反応容器は内径３５ｍｍ、材質が耐熱合金（商品名：ＫＨＲ３５ＣＴ、株式会社クボタ製）のものを使用した。
【００６７】
二組の触媒層の組１４ａおよび１４ｂはそれぞれ、酸化触媒充填高さ４０ｍｍ、改質触媒充填高さ１６０ｍｍであった。
【００６８】
酸化触媒はＭｎ系担持触媒を使用した。
【００６９】
改質触媒は、Ｎｉ系のものを使用した。
【００７０】
圧力は０．６８ＭＰａ、Ｓ／Ｃは２．３、ＣＯ2／ＣＨ4は０．００４、Ｏ2／ＣＨ4は０．６６であった。
【００７１】
ここに、ＣＯ2／ＣＨ4は供給される二酸化炭素（ＣＯ2）とメタン（ＣＨ4）のモル比、Ｏ2／ＣＨ4は供給される酸素（Ｏ2）とメタン（ＣＨ4）のモル比である。
【００７２】
以上の条件のもとで、反応容器内の最高温度は１、０５０℃であった。反応容器内の触媒層温度分布を図６に、温度測定結果を表１に示す。なお、図６において横軸は上流側の触媒層の組１４ａの上端からの距離を正規化した値であり、触媒層の組１４ａの上端を０（ゼロ）、触媒層の組１４ｂの下端を１として示した。
【００７３】
〔比較例１〕
改質用原料ガスとしてメタンガス、酸化剤ガスとして酸素と水蒸気の混合ガスを使用し、図２に示す形態の改質器により合成ガスを得た。改質器へのガスの供給温度は、６００℃とした。反応容器内の触媒層温度分布を図７に、ガス流量条件および温度測定結果を表１に示す。なお、図７において横軸は改質ゾーン１２２の上端からの距離を正規化した値であり、改質ゾーン１２２の上端を０（ゼロ）、改質ゾーン１２２の下端を１として示した。
【００７４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の改質器の一実施形態を示す模式図である。
【図２】従来の改質器を示す模式図である。
【図３】本発明で採用できるガス供給方式の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の改質器の別の形態を示す模式図である。
【図５】実施例１における触媒層温度分布を示すグラフである。
【図６】実施例２における触媒層温度分布を示すグラフである。
【図７】比較例１における触媒層温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明の改質器の他の形態を示す模式図である。
【図９】本発明の改質器のさらに他の形態を示す模式図である。
【図１０】酸化剤ガスを供給する導入口の例を説明する図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１：  改質用原料（原料ガス）
２：  改質剤ガス
２ａ：水蒸気
２ｂ：二酸化炭素
３：  酸化剤ガス
４：  混合原料ガス（原料ガスと改質剤ガスの混合したガス）
５：  水素含有ガス
１１：  反応容器
１２：  酸化触媒層
１３、１５：  改質触媒層
１４：  触媒層の組
２１、２２：  ライン
３１：  原料ガス供給管
３２：  酸化剤ガス供給管
３３：  第２の酸化剤ガス供給管
３４：  第３の酸化剤ガス供給管
４１：  入口ノズル
４２：  出口ノズル
５１：  ヘッダー
５２：  ノズル
５３：  酸化剤ガス供給管
１０１：  天然ガスと改質剤ガスの混合ガス
１０２：  酸化剤
１０３：  水素含有ガス
１１１：  反応器
１１２：  バーナ
１１３：  耐火材
１２１：  燃焼ゾーン
１２２：  改質ゾーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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