(57)【要約】【課題】蓄熱体として伝熱効率を問わずに耐食性と耐熱性に優れた材料を選択することで、腐食や高温に対する機器耐久性が大幅に向上した、熱効率が高く、操業安全性および経済性に有利なガス改質装置を提供する。【解決手段】高温流体から被加熱流体へ熱交換することにより改質ガスを生成するガス改質装置であって、  各々が蓄熱体６１、６２を備えた並列した第１配管６３および第２配管６４と、  前記被加熱流体の供給管４１および排出管４２と、  前記高温流体の供給管５１および排出管５２と、  第１配管６３および第２配管６４の各一端と、被加熱流体の排出管４２及び高温流体の供給管５１とを切り替える第１切替弁７と、  第１配管６３および第２配管６４の各他端と、被加熱流体の供給管４１及び高温流体の排出管５２とを切り替える第２切替弁８を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体から被加熱流体へ熱交換することにより改質ガスを生成するガス改質装置であって、
各々が蓄熱体を備えた並列した第１配管および第２配管と、
前記被加熱流体の供給管および排出管と、
前記高温流体の供給管および排出管と、
第１配管および第２配管の各一端と、被加熱流体の排出管及び高温流体の供給管とを切り替える第１切替弁と、
第１配管および第２配管の各他端と、被加熱流体の供給管及び高温流体の排出管とを切り替える第２切替弁を有することを特徴とする蓄熱式ガス改質装置。
【請求項２】
前記第１切替弁を、前記第２切替弁よりも高温に対して耐久性のある材質にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱式ガス改質装置。
【請求項３】
前記各蓄熱体において、前記被加熱流体が接触する面に該被加熱流体の改質を促進する触媒を付着させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱式ガス改質装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の蓄熱式ガス改質装置を用いたガス改質方法であって、
第１切替弁および第２切替弁の切り替えにより、下記（１）、（２）を繰り返すことを特徴とするガス改質方法。
（１）被加熱流体を被加熱流体の供給管から第１配管を経由し被加熱流体の排出管に流して、一方の蓄熱体より放熱しつつ、
高温流体を高温流体の供給管から第２配管を経由し高温流体の排出管に流して、他方の蓄熱体に蓄熱する。
（２）被加熱流体を被加熱流体の供給管から第２配管を経由し被加熱流体の排出管に流して、他方の蓄熱体より放熱しつつ、
高温流体を高温流体の供給管から第１配管を経由し高温流体の排出管に流して、一方の蓄熱体に蓄熱する。
【請求項５】
前記高温流体を加熱炉から排出される排気ガスとし、
かつ前記被加熱流体を、前記被加熱流体の供給管においては、少なくともメタンと水蒸気からなる混合ガスとすることを特徴とする請求項４に記載のガス改質方法。
【請求項６】
前記（１）と前記（２）を切り替える間隔を１０秒以上、２分以下とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のガス改質方法。
【請求項７】
前記（１）と前記（２）を一定間隔で切り替えることを特徴とする請求項４から請求項６の何れかに記載のガス改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加熱炉の燃焼排気ガスの熱を利用してガス改質を行う蓄熱体を用いた蓄熱式ガス改質装置と、その装置を用いたガス改質方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでのガス改質装置は、プレート型あるいはチューブ型の熱交換器において、一方に高温流体となる排気ガスを、他方に被加熱流体となる改質のための原料ガスを通して、排気ガスの温度を原料ガスに伝熱し、排気ガスの温度を下げて処理しやすくすると共に、ガス改質、例えばメタンを熱分解して水素を濃縮していた。
【０００３】
図６（ａ）に円管式熱交換器を使用した、従来装置の例を概念図にて示す。図６（ａ）において、１は加熱炉、２は熱交換器、３は排気ガスを大気放出する為の煙突、４は改質ガスと原料ガス（被加熱流体）の配管、４１は原料ガスの供給管、４２は改質されたガスの排出管、５は燃焼後の排気ガス（高温流体）の配管、５１は排気ガスの供給管、５２は排気ガスの排出管である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
熱交換器２は図６（ｂ）に示す様に、管２２とその内部に配置された円管２１からなる円管式の熱交換器である。円管２１には常温の原料ガスを原料ガスの供給管４１より供給され、円管２１の外側の管２２には例えば１０００℃〜１５００℃の高温の排気ガスを供給管５１より供給することによって、排気ガスの熱を原料ガスに伝える。その結果、低温となった排気ガスを排気ガスの排出管５２を通じて煙突３より大気放出すると共に、例えば６００〜１０００℃程度まで加熱された原料ガスは改質され、改質ガスの排出管４２を通じて取り出すことができる。
【特許文献１】特開昭６１−２８１１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の円管式の熱交換器を利用してのガス改質装置では以下に記す問題がある。
【０００６】
まず、熱交換器の円管２１の材質は熱がよく伝わる材質、特に一般金属系を採用したいが、排気ガスと原料ガスに対する腐食等の長期間に渡る耐久性の問題から使えない。
【０００７】
そこで、これらガスへの腐食に強い材料としては、高合金材料があるが、経済的に高いことから、コスト面で採用しにくい。また、セラミックスは熱伝導が悪く伝熱効率が非常に悪い。その結果、例えば、排気ガス温度が１０００℃であっても、円管２１における原料ガスの最高到達温度は、せいぜい３００〜５００℃程度となる。しかし、例えば、前述のメタンと水蒸気を混合した原料ガスを水素と一酸化炭素へ改質させる場合は、８００〜１０００℃までの加熱が必要であり、そのためには、排気ガスの温度は１３００〜１５００℃もの高温が必要となり現実的ではない。言い換えれば、耐食性と伝熱効率が高く、かつ１０００〜１５００℃の高温に耐えうる材料を、熱交換器のために選定することとなり、このような材料の選定は非常な困難を伴う。
【０００８】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、腐食や高温に対する機器耐久性が大幅に向上した、熱効率が高く、操業安全性および経済性に有利なガス改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、以下のようにガス改質装置およびガス改質方法を構成した。
（１）本発明にかかる蓄熱式ガス改質装置は、高温流体から被加熱流体へ熱交換することにより改質ガスを生成するガス改質装置であって、各々が蓄熱体を備えた並列した第１配管および第２配管と、前記被加熱流体の供給管および排出管と、前記高温流体の供給管および排出管と、第１配管および第２配管の各一端と、被加熱流体の排出管及び高温流体の供給管とを切り替える第１切替弁と、第１配管および第２配管の各他端と、被加熱流体の供給管及び高温流体の排出管とを切り替える第２切替弁を有することを特徴とする。
（２）上記（１）において、上記第１切替弁を、上記第２切替弁よりも高温に対して耐久性のある材質にて構成したことを特徴とする。
（３）上記（１）または上記（２）において、上記各蓄熱体において、上記被加熱流体が接触する面に該被加熱流体の改質を促進する触媒を付着させたことを特徴とする。
（４）本発明にかかる蓄熱式ガス改質方法は、上記（１）から上記（３）の何れかの蓄熱式ガス改質装置を用いたガス改質方法であって、第１切替弁および第２切替弁の切り替えにより、下記（４−１）、（４−２）を繰り返すことを特徴とする。
（４−１）被加熱流体を被加熱流体の供給管から第１配管を経由し被加熱流体の排出管に流して、一方の蓄熱体より放熱しつつ、高温流体を高温流体の供給管から第２配管を経由し高温流体の排出管に流して、他方の蓄熱体に蓄熱する。
（４−２）被加熱流体を被加熱流体の供給管から第２配管を経由し被加熱流体の排出管に流して、他方の蓄熱体より放熱しつつ、高温流体を高温流体の供給管から第１配管を経由し高温流体の排出管に流して、一方の蓄熱体に蓄熱する。
（５）上記（４）において、上記高温流体を加熱炉から排出される排気ガスとし、かつ上記被加熱流体を、上記被加熱流体の供給管においては、少なくともメタンと水蒸気からなる混合ガスとすることを特徴とする。
（６）上記（４）において、上記（４−１）と上記（４−２）を切り替える間隔を１０秒以上、２分以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、
（１）加熱された被加熱流体の温度が、ほぼ高温流体の温度（高温流体の約９０％）となるような、高効率の熱交換が可能となる。したがって、燃焼排気ガスの熱を最大限有効に利用してガスの改質が可能となる。
（２）ガス改質の反応温度と同程度の温度の高温流体によってガス改質を行なうことができるので、配管や切替弁の耐久性、耐熱性等の制限が緩くなる。
（３）蓄熱体は、それ自身が熱の良導体である必要が無い。よって、ある程度の蓄熱性があれば、伝熱効率を問わずに耐食性と耐熱性に優れた材料を、蓄熱体として選択することができる。例えば、熱伝導率の悪いセラミックスも使用できることから、導入コストも低く長時間の連続運転も可能となり、経済性に優れる。
（４）連続的なガスの改質が可能となる。
等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る蓄熱式熱交換器とそれを用いたガス改質装置の実施の形態を図１に示す。本実施の形態では、高温流体として、加熱炉から排出される排気ガスを用いた。一方、被加熱流体としては、熱交換器により加熱される前の少なくともメタンと水蒸気からなる混合ガス（以降、原料ガスと称する）と、熱交換器により加熱され改質反応した後の少なくとも一酸化炭素と水素からなる混合ガス（以降、改質ガスと称する）を用いた。
【００１２】
１は加熱炉、３は排気ガスを大気放出する為の煙突、５１は排気ガスの供給管、５２は排気ガスの排出管、９は原料ガスの供給元、１０は改質ガスの取出し口、４１は原料ガスの供給管、４２は改質ガスの排出管である。図１（ａ）は２つの蓄熱体のうち蓄熱体６１が放熱状態、蓄熱体６２が蓄熱状態にあることを示し、図１（ｂ）は２つの蓄熱体のうち蓄熱体６１が蓄熱状態、蓄熱体６２が放熱状態にあることを示す。
【００１３】
図中の矢印は、原料ガス（または改質ガス）と排気ガスそれぞれの流れを示している。燃焼後の排気ガスは加熱炉１から煙突３へ流れる（図中灰色の矢印）ので、排気ガス供給管５１が上流、排気ガス排出管５２が下流となる。原料ガスと改質ガスは原料ガスの供給元９から改質ガスの取出し口１０へと流れる（図中白色の矢印）ので、原料ガス供給管４１が上流、改質ガス排出管４２が下流となる。そのため、排気ガスの供給管５１には、燃焼直後の比較的高温（１０００℃〜１５００℃）の排気ガスが通過することとなる。また、改質ガスの排出管４２には、改質反応を起こさせるのに原料ガスの昇温が必要なため、同じく高温（８００℃〜１０００℃）の改質ガスが通過することとなる。
【００１４】
並列した第１配管６３と第２配管６４の途中には、蓄熱体が接続されている。蓄熱体は蓄熱体６１と蓄熱体６２の２式１対からなり、蓄熱体６１は第１配管６３を介して、第２蓄熱体６２は配管６４を介して、原料ガス供給管４１と改質ガス排出管４２、あるいは排気ガス供給管５１と排出管５２に接続される。
【００１５】
蓄熱体が排気ガス供給管５１と排気ガス排出管５２に接続されている場合（図１（ａ）の状態）は、蓄熱体６２は燃焼後の高温の排気ガスより熱を受け取るために、蓄熱状態となる。一方、（切替弁を切り替えて）蓄熱体６２が原料ガス供給管４１と改質ガス排出管４２に接続されている場合（図１（ｂ）の状態）は、蓄熱体６２は改質前の常温の原料ガスに熱を供給するために、放熱状態となる。なお、この時、もう一方の蓄熱体６１は、蓄熱体６２が蓄熱状態（図１（ａ）の状態）の時、放熱状態、蓄熱体６２が放熱状態（図１（ｂ）の状態）の時、蓄熱状態となる。
【００１６】
図２は蓄熱体６１，６２の構造を示す図である。蓄熱状態においては高温排気ガスの入口となり、放熱状態においては昇温した改質ガスの出口となる蓄熱体高温側１１は耐熱セラミックスで構成されている。具体的には、幅１５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、メッシュ間隔３ｍｍのハニカム状のアルミナ焼結体１３を、重ねて使用した。このハニカム状のアルミナ焼結体１３の例を図３（ａ）に示す。一方、蓄熱状態においては吸熱されて通常は常温から３００℃程度となった排気ガスの出口であり、放熱状態においては常温ままの原料ガスの入口である蓄熱体低温側１２は、普通鋼材の鋼管で構成されている。この鋼材は、通常、普通鋼の鋼管で構わないが、例えば、燃焼ガスが腐食性の成分を含む場合は、耐食性に優れたステンレス鋼管や内面を耐食コーティング施したパイプを使用する場合もある。
【００１７】
７は四方弁で第１切替弁、８も四方弁で第２切替弁である。四方弁７、８は、バルブを切り替えると２つのガス流路が切り替わる機能を有する。四方弁７は、蓄熱体の蓄熱状態と放熱状態に応じて、第１配管６３と第２配管６４を改質ガス排出管４２と排気ガス供給管５１へ接続する。同様に四方弁８は、蓄熱体６の蓄熱状態と放熱状態に応じて、第１配管６３と第２配管６４を原料ガス供給管４１と排気ガス排出管５２へ接続する。
【００１８】
排気ガス供給管５１と改質ガス排出管４２に設けられた四方弁７は、高温（１０００℃〜１５００℃）への耐久性を有する。それに対し、原料ガス供給管４１と排気ガス排出管５２に設けられた四方弁８は、排気ガスが温度が下がった状態で通過、あるいは温度がまだ上がっていない原料ガスが通過するので特別な耐熱性を有する必要は無く、通常は３００℃以下の環境にて連続使用できる材質であれば良い。
【００１９】
四方弁７，８の働きについて図１を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）においては、四方弁７により、第１配管６３の一端が改質ガス排出管４２と、第２配管６４の一端が排気ガス供給管５１と、四方弁８により、第１配管６３の他端が原料ガス供給管４１と、第２配管６４の他端が排気ガス排出管５２と、それぞれ接続している。この状態で原料ガスと排気ガスを流すと、２つの蓄熱体のうち一方の蓄熱体６１が放熱状態、他方の蓄熱体６２が蓄熱状態となる。
【００２１】
具体的には、燃焼後の排気ガスは、加熱炉１を出た後排気ガス供給管５１を通り、四方弁７により第２配管６４に入り、蓄熱体６２を通過する。蓄熱体６２に熱を与えて３００℃以下の低温になった後第２配管６４を通り、四方弁８により排気ガス排出管Ｆ５２に導かれ、煙突３で大気放出される。一方、原料ガスは供給源９より供給され原料ガス供給管４１を通り、四方弁８により第１配管６３に入り、蓄熱体６１を通過する。蓄熱体６１より熱を受取り改質反応して改質ガスとなった後、第１配管６３を通り四方弁７により改質ガス排出管４２に導かれ、排出管１０より改質ガスとして取り出される。
【００２２】
このように四方弁７、８により、一方の蓄熱体６１が原料ガス供給管４１と改質ガス排出管４２に接続されている場合は、他方の蓄熱体６２は、必ず排気ガス供給管５１と排出管５２に接続されている。
【００２３】
また、四方弁７と四方弁８を切り替えて、一方の蓄熱体６１と他方の蓄熱体６２の接続を変更することもできる。その接続を変更した様子を図１（ｂ）に示す。この場合においては、四方弁７を切り替えて、第１配管６３が排気ガス供給管５１と、第２配管６４が改質ガス排出管４２とを接続している。また四方弁８を切り替えて、第１配管６３が排気ガス排出管５２と、第２配管６４が原料ガス供給管４１とを接続している。この状態で原料ガスと排気ガスを通過させると、２つの蓄熱体のうち一方の蓄熱体６１が蓄熱状態、他方の蓄熱体６２が放熱状態となる。つまり、四方弁７、８を切り替えることで、蓄熱体６１と蓄熱体６２の状態をそれぞれ図１（ａ）の場合と逆にできる。
【００２４】
具体的には、燃焼後の排気ガスは、加熱炉１を出た後排気ガス供給管５１を通り、四方弁７により第１配管６３に入り、蓄熱体６１を通過する。蓄熱体６１に熱を与えて３００℃以下の低温になった後第１配管６３を通り、四方弁８により排気ガス排出管５２に導かれ、煙突３で大気放出される。一方、原料ガスは供給源９より供給され原料ガス供給管４１を通り、四方弁８により第２配管６４に入り、蓄熱体６２を通過する。この時、（ａ）にて蓄えられた熱を蓄熱体６２より受取り改質反応して改質ガスとなった後、第２配管６４を通り、四方弁７により改質ガス排出管４２に導かれ、改質ガス取出し口１０より改質ガスとして取り出される。
【００２５】
このように四方弁７、８、すなわち第１切替弁と第２切替弁は、１対の蓄熱体をそれぞれ、同一時間内に蓄熱状態と放熱状態のうちどちらか異なった状態におく機能と、１式の蓄熱体を、蓄熱状態と放熱状態とに切り替える機能とを有する。
【００２６】
図４に、四方弁７、８が切り替わる直前状態における蓄熱体１つの長手方向の温度分布を示す。実線は蓄熱状態の蓄熱体を通過中の排気ガス温度、破線は放熱状態の蓄熱体を通過中の原料ガス温度である。このように、加熱炉１からの排気ガス温度とほぼ同じ温度まで原料ガスを昇温することが可能で、また蓄熱体から出てくる排気ガス温度はほぼ常温まで下がっている。すなわち、排気ガスの持っている熱を有効に原料ガスに伝えていることを示している。熱の交換率は９０％〜９５％と非常に高い効率が得られる。従来の熱交換器式の熱交換率５０〜６０％に比べて、本方式が非常に優れていることがわかる。
【００２７】
本実施の形態では、蓄熱体の高温側にハニカム状のアルミナ焼結体を多段に重ねて使用したが、他の形態も考えられる。例えば、図３（ｂ）に示す、球状のアルミナ焼結体を敷き詰めるものも効果的である。なお、球状アルミナ焼結体の大きさは、小さいほど熱容量が小さくなるため、蓄熱と放熱にかかる時間が短くできるが、その分切替回数が増える。一方、大きいほど熱容量が大きくなるために、蓄熱と放熱の時間が長くなり切替回数は減るが、１式の蓄熱体に対する蓄熱状態と放熱状態の温度差は大きくなり熱交換の効率が下がる。耐久性も考慮すると、直径１ｃｍ以上、５ｃｍ以下の球状アルミナ焼結体を選択するのが望ましい。
【００２８】
さらに、蓄熱体によるガス改質を促進する手段として、触媒を使用する方法が一般的であるが、本装置の場合、ガスが接触する蓄熱体の面に触媒を付着させることで実現できる。具体的には、（１）蓄熱体素材そのものを触媒で作成する。（２）球状の蓄熱体の表面に触媒を付着させる。（３）素材に触媒を混ぜて球状の蓄熱体を製作する等の方法が考えられる。
【００２９】
加熱炉１は、常に高温のガスが発生する炉であれば、特にどのような炉でも良いが、特に、排気ガスを取り出しても加熱そのものの目的が阻害されないような、十分に容量の大きい炉であることが望ましい。例えば、鉄鋼のスラブを連続的に加熱する鋼材加熱炉や、ＬＰＧやコークスガスを燃焼させたガス発生炉や、廃棄物を燃焼させるごみ焼却炉等がより望ましい。また、煙突３は、排気ガスの温度が低い場合には十分なドラフト力が得られないので、そのような場合には、強制的に排風機等をつかって排気してもよい。
【００３０】
本発明に係る蓄熱式ガス改質装置を用いたガス改質方法は、以下の手順となる。図１を用いて説明する。
（１）四方弁７、８により、一方の蓄熱体６１を原料ガス供給管４１と改質ガス排出管４２に、他方の蓄熱体６２を排気ガス供給管５１と排出管５２に、接続した状態（図１（ａ）の状態）とする。
（２）この状態で原料ガスの供給元９より原料ガスを流し、原料ガスを四方弁８を通して蓄熱体６１へ流す。原料ガスが通過する間、蓄熱体６１を、蓄えられた熱で原料ガスを加熱する放熱状態とし、原料ガスに改質反応を起こさせる。改質された原料ガスは、四方弁７を通して改質ガス取出し口１０より回収する。
（３）（２）と同時に、加熱炉１から排気ガスを流出させ、四方弁７を通して蓄熱体６２へ流す。そして排気ガスが通過する間、蓄熱体６２を、排気ガスから熱が与えられる蓄熱状態におく。
（４）この状態を１０秒〜２分の間保持し、蓄熱体６１の放熱と蓄熱体６２の蓄熱が十分進んだら、
（５）四方弁７と８を同時に切り替えて、蓄熱体６２を原料ガス供給管４１と改質ガス排出管４２に、蓄熱体６１を排気ガス供給管５１と排出管５２に、接続した状態（図１（ｂ）の状態）とする。
（６）この状態で原料ガスの供給元９より原料ガスを流し、原料ガスを四方弁８を通して蓄熱体６２へ流す。原料ガスが通過する間、蓄熱体６２を、上記（３）と（４）で蓄えられた熱で原料ガスを加熱する放熱状態とし、原料ガスに改質反応を起こさせる。改質された原料ガスは、四方弁７を通して改質ガス取出し口１０より回収する。
（７）（６）と同時に、加熱炉１から排気ガスを流出させ、四方弁７を通して蓄熱体６１へ流す。そして排気ガスが通過する間、蓄熱体６１を、排気ガスから熱が与えられる蓄熱状態におく。
（８）（６）と（７）の状態を１０秒〜２分の間保持し、蓄熱体６１の蓄熱と蓄熱体６２の放熱が十分進んだら、
（９）再び四方弁７と８を同時に切り替え、（１）へ戻る。
【００３１】
この後は、（１）から（９）の工程を繰り返す。上記方法により、連続的に原料ガスのガス改質を行なうことが可能である。
【００３２】
なお、蓄熱状態と放熱状態の保持時間は、使用している蓄熱体の特性（熱容量、放熱特性、排気ガスや原料ガスに接する表面積、蓄熱体１式の全体積、構造、密度、比表面積等）により決定する。本実施の形態においては発明者らの実験によると、ハニカム状のアルミナ焼結体の場合ではメッシュ１区画の大きさによるものの、３０秒間隔の切り替えとすることが最も望ましいことが判明している。一方、球状アルミナ焼結の場合は２ｃｍの球状体で２分間隔での蓄熱状態と放熱状態の切替が好適であることが判明している。
【００３３】
図５に１式の蓄熱体６１の中心部付近の温度履歴を示す。９００℃を中心に、蓄熱状態で温度が上昇し放熱状態で温度が下降しているが、その温度差は１０〜５０℃とさほど大きくない。従って、蓄熱体高温側では、原料ガス温度を排気ガス温度よりわずかに１０〜５０℃低い温度まで加熱することができる。なお、熱交換効率はこの温度差が小さければ小さいほど高くなるが、蓄熱状態と放熱状態の切替回数が増えるので四方弁７、８の耐久性から制限がある。先に説明したように、数十秒から数分の切替時間になるように、蓄熱体の材質や熱物性（比熱、構造、密度、比表面積）を選定する。また、この時、変態熱や融解熱などの潜熱を使った蓄熱体を使用すれば、小さい温度差でも蓄えられる熱量が大きくなるので、切替回数の低減につながるので好適である。
【００３４】
厳密な話をすれば、四方弁７、８を切り替える際に原料ガス（あるいは改質ガス）と排気ガスの流れが止まるので、一瞬、改質反応は止まる。しかし、例えば図１の蓄熱体６、原料ガス供給管４１、改質ガス排出管４２、排気ガス供給管５１、排気ガス排出管５２、第１配管６３、第２配管６４、四方弁７、８からなる組を複数組用意し、四方弁７、８を切り替えるタイミングを各組毎にずらせば、より変動の少ない連続的なガス改質が可能である。
【実施例】
【００３５】
実施の形態にて説明した図１の構成の蓄熱式ガス改質装置とそれを用いたガス改質方法を使って、水蒸気改質を行なった。原料ガスはメタンガスと水蒸気の混合ガスとし、排気ガスはスラブ加熱炉（加熱温度約１２００℃）からのものを使った。なお、蓄熱体６１、６２の燃焼炉側入口での排気ガス温度は約９５０℃であった。蓄熱体６１、６２には、実施の形態と同型のハニカム状アルミナ焼結体を縦１０段、横１０段、奥行き１５段に重ねて使用した。触媒としてニッケルを選択し、高温側の蓄熱体のハニカム状アルミナ焼結体の原料ガスが接触する面に（例えば、アルミナ焼結体の原料にニッケル酸化物を混ぜて焼結させる等して）ニッケルを付着させた。１式の蓄熱体における蓄熱状態と放熱状態の切り替え間隔は、３０秒間とした。その結果、原料ガスは蓄熱体６出口にて９００℃まで昇温していた。さらに、改質ガス取出し口１０より採取したガスを分析すると、水素と一酸化炭素に改質されていたことが確認できた。
【００３６】
比較例として、図６に示す従来の円管式熱交換器で水蒸気改質を行なった。実施例と同じく、原料ガスはメタンガスと水蒸気の混合ガスで、排気ガスはスラブ加熱炉（加熱温度約１２００℃）からのものを使った。なお、熱交換器２の入口での排気ガス温度は約９５０℃であった。熱交換器２１の中の原料ガスが通過する円管２１の内面には触媒としてニッケルメッキを施した。その結果、原料ガスの円管出口４２での最高到達温度は約４５０℃で、排気ガス温度近くまでの熱交換は難しかった。さらに、改質ガス取出し口１０より採取したガスを分析すると、メタンと水蒸気のままであることが確認され、原料ガスが蓄熱体６を通過中には、改質反応は進行しなかった。比較例の熱交換器では、改質反応に８００〜１０００℃という原料ガス温度が必要であり、そのためには、排気ガスの温度は１３００〜１５００℃が必要であるが、本円管式熱交換器の耐熱限界をはるかに超えているためガス改質は不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の蓄熱式ガス改質装置を示す図
【図２】本発明の蓄熱体の構造を示す図
【図３】本発明に使用する蓄熱体の詳細図
【図４】本発明における装置の蓄熱体の温度分布を示す図
【図５】本発明における装置の蓄熱体の温度履歴を示す図
【図６】従来の熱交換器式ガス改質装置を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１    加熱炉
２    円管式熱交換器
２１  円管
２２  管
３    煙突
４    原料ガスと改質ガスの配管
４１  原料ガス（被加熱流体）の供給管
４２  改質ガス（被加熱流体）の排出管
５    排気ガスの配管
５１  排気ガス（高温流体）の供給管
５２  排気ガス（高温流体）の排出管
６１、６２  蓄熱体
６３  第１配管
６４  第２配管
７    四方弁（第１切替弁）
８    四方弁（第２切替弁）
９    原料ガスの供給元
１０  改質ガスの取出し口
１１  蓄熱体高温側
１２  蓄熱体低温側
１３  ハニカム状アルミナ焼結体
１４  球状アルミナ焼結体
【図１】
2007039280.tif 000003
【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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