(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化水素燃料の改質に一般に使用される触媒をいずれも必要としない改質燃料ための方法および装置を提供する。【解決手段】放射状の非触媒性の回収改質装置１００は、熱プロセスからの熱い排気ガスを伝導するための燃焼排ガス流路１３０および改質混合物を伝導するための改質混合物流路１４０を有している。改質混合物流路１４０の少なくとも一部は、熱い排気ガスから改質混合物までの熱伝達を可能にするように、燃焼排ガス流路１３０に隣接して位置する。改質混合物流路１４０は、炭化水素燃料の改質のために触媒として一般に使用される材料（例えば、酸化ニッケル、白金族要素、またはレニウム）を実質的に含んでいないが、代わりに、改質混合物は、熱伝達および滞留時間が要因で反応を介してより高い発熱量の燃料へと改質される。また、改質混合物流路１４０の一部は、比較的長い滞留時間の間、燃焼排ガス流路１３０の外に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状の非触媒性の回収改質装置であって、
熱プロセスから熱い燃焼排ガスを受けるように構成されている、燃焼排ガス流路を含むダクト；
改質混合物流路を含み、ここで、改質混合物流路は、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にするために、ダクトの壁内に少なくとも部分的に位置し；
ここで、改質混合物流路は、導管および集熱器を含み、導管の断面積が、集熱器の断面積より小さく、それにより、高速度、低速度に対する導管における改質混合物の短い滞留時間、および集熱器中の改質混合物の長い滞留時間が提供されることを特徴とする、放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項２】
集熱器が、ダクトの外に位置することを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項３】
改質混合物が、およそ１０秒間集熱器中に存在することを特徴とする、請求項２に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項４】
燃焼排ガスが、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の温度を有する排気ガスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項５】
排気ガスが、製鋼プロセスからの排気を含むことを特徴とする、請求項４に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項６】
改質混合物流路が、燃焼排ガスと改質混合物との間の効率的な熱伝達のための拡大した金属面を含むことを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項７】
改質混合物流路が、パラジウム、レニウム、または酸化ニッケルを含まないことを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項８】
改質混合物流路中の改質混合物の滞留時間は、１秒から２分の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項９】
改質混合物が、炭化水素燃料と燃焼排ガスの混合物、燃料と水蒸気の混合物、燃料と二酸化炭素の混合物、または燃焼排ガスを有する燃料と水蒸気の混合物の１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１０】
改質された燃料が、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、及び／又は改質されていない炭化水素（ＣｎＨｍ）の可燃性混合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１１】
放射状の非触媒性の回収改質装置であって、
熱プロセスから熱い燃焼排ガスを受けるように構成されている、燃焼排ガス流路を含むダクト；
改質混合物流路を含み、 ここで、改質混合物流路は、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にするために、ダクトの壁内に少なくとも部分的に位置し、 改質混合物流路は、第１集熱器、複数の導管、および第２集熱器を含み、第１導管は、少なくとも第１部分および第２部分に分割され、第２集熱器は、少なくとも第１部分および第２部分に分割され、改質混合物は、第１集熱器の第１部分に入り、複数の導管の少なくとも１つを通って第２集熱器の第１部分に流れ、改質混合物は、その後、複数の導管の少なくとも１つを通って第１集熱器の第２部分に流れ、その後、改質混合物は、複数の導管の少なくとも１つを通って第２集熱器の第２部分に流れ；
ここで、導管の各々の断面積は、集熱器の断面積より小さく、それにより、高速度、低速度に対する導管における改質混合物の短い滞留時間、および集熱器中の改質混合物の長い滞留時間が提供されることを特徴とする、放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１２】
集熱器が、ダクトの外に位置することを特徴とする、請求項１１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１３】
燃焼排ガスが、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の温度を有する排気ガスを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１４】
改質混合物流路が、燃焼排ガスと改質混合物との間の効率的な熱伝達のための拡大した金属面を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１５】
改質混合物流路中の改質混合物の滞留時間は、１秒から２分の範囲であることを特徴とする、請求項１１に記載の放射状の非触媒性の回収改質装置。
【請求項１６】
炭化水素燃料を放射状の非触媒性の回収改質装置によって改質する方法であって、該方法は、
熱プロセスからの熱い燃焼排ガスを燃焼排ガス流路を囲むダクトへと導入する工程；
体積流量を有する改質混合物を、改質装置の改質混合物流路へと導入する工程であって、改質混合物流路の一部が、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスから改質混合物流路における改質混合物への熱伝達を可能にするために、ダクトの壁内に位置し、 改質混合物流路が、複数の導管および集熱器を含み、導管の各々の断面積が、集熱器の断面積より小さく、それにより、高速度、低速度に対する導管における改質混合物の短い滞留時間、および集熱器中の改質混合物の長い滞留時間が提供される、工程；および
改質された燃料を改質混合物流路の出口から出力する工程、を含む方法。
【請求項１７】
集熱器が、ダクトの外に位置することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
改質混合物が、およそ１０秒間集熱器中に存在することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
燃焼排ガスが、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の温度を有する排気ガスを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
改質混合物が、約１秒から約２分の期間の間、改質混合物流路中に存在することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２０１１年４月１４日に出願の米国特許出願第１３／０８６，４３３号の一部継続出願である。継続中の親出願は、その全体が引用によって本明細書に組み込まれ、限定されないが、以下に明確に現われるこれらの部分を含む、その一部分が構成されている。
【０００２】
＜特許に係る政府の権利の通知＞
本発明は、米国エネルギー省によって与えられた認可Ｎｏ．ＤＥ−ＦＧ３６−０８ＧＯ１８１３０の下で開発され、アメリカ合衆国政府は、その認可に準ずる本発明における一定の権利を有する。
【０００３】
＜技術分野＞ 
本発明は、炭化水素燃料をより高い発熱量の燃料へと改質するための方法および装置に関し、特に、炭化水素燃料の改質に一般に使用される触媒をいずれも必要としない改質燃料ための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
＜先行技術の記載＞
多くのプロセスが、特に産業応用において、大量の余剰熱、即ち、プロセスにおいて効率的に使用され得るものを超える熱を産出する。廃熱回収方法では、浪費され得る余剰熱からのエネルギーのいくらかを抽出し、利用する試みが行われる。産業応用において熱を回収する典型的な方法は、プロセス自体、回収熱交換器、熱交換器、および廃熱ボイラーに対する直接的な熱回収を含む。
【０００５】
廃熱回収の１つの特定の方法は、燃料熱化学再生（ｆｕｅｌ ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｏｎ）（ＴＣＲ）に基づいている。ＴＣＲシステムは、１つ以上の回収改質装置、１つ以上の空気を用いる回収熱交換器（ａｉｒ ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒｓ）、水蒸気発生器、および他の必要な構成要素を含むことができる。ＴＣＲは、熱プロセス（例えば、加熱炉、エンジンなどにおける燃焼）から燃焼排ガス（即ち、排気ガス）中の顕熱を回収し、炭化水素燃料源（例えば、石油、天然ガス、または埋立地ガスなどの、化石燃料）を、より高い発熱量の熱含量を有する改質された燃料に吸熱的に変換するために、その熱を使用する。特に、改質プロセスは、燃料を、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および改質されていない炭化水素（ＣｎＨｍ）の可燃性混合物に変換するために、熱い燃焼排ガス成分（Ｈ２ＯおよびＣＯ２など）、水蒸気、及び／又はＣＯ２（埋立地ガス）を使用する。
【０００６】
最も研究された及び広まった改質プロセスは、水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）として知られている、水蒸気による天然ガス（メタン）改質である。ＳＭＲプロセスは、水素生成の最も一般的な方法である。このプロセスは、２つの主反応によって実現される：ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２およびＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２。最初の反応は、強く吸熱性であり、通常、ニッケル触媒上で高温（１３８０°Ｆ１４７０°Ｆ）で実現される。水性ガスシフト反応として知られている、第２の反応は、軽度に発熱性であり、通常、ニッケル触媒上でより低温（３７０°Ｆ６６０°Ｆ）で実現される。
【０００７】
燃焼排ガスによる天然ガス改質は、同じ２つの反応およびメタンの二酸化炭素との１回の追加の吸熱反応によって実現される：ＣＨ４＋ＣＯ２→２ＣＯ＋２Ｈ２。そのため、ＴＣＲプロセスでは、水蒸気（Ｈ２Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ２）は、より高い発熱量を有する改質された燃料を生成するために、燃料との反応を行う。ＳＭＲプロセスとは対照的に、水素生成は、ＴＣＲプロセスの唯一の目的ではない。ＴＣＲプロセスでは、通常、水素を生成するよりもむしろ、燃料の発熱量を増加させることが重要である。そのため、発熱を伴う水性ガスシフト反応は、ＴＣＲプロセスにとってはオプションであり、省くことができる。
【０００８】
ＴＣＲおよびＳＭＲのプロセスの別の可能な反応は、炭化水素燃料の直接的なクラッキングである。クラッキングによって、水素および固体炭素が生成される。改質プロセスが触媒上で行われる場合、繊維状炭素は、最終的に触媒を非活性化する。触媒が、水素生成のためにＳＭＲプロセスで使用され、クラッキングが望ましくない一方で、非触媒性の回収改質は、固体炭素を改質された燃料と一緒に可燃物として利用することができるときに、ＴＣＲプロセスで使用するには非常に魅力的だろう。
【０００９】
燃料の熱含有量は、著しく増加され得る。例えば、元の燃料源が天然ガス（メタンが主成分である）である場合、熱含有量は、最大でおよそ２８％増加され得る。この改質された燃料が加熱炉中で燃焼される場合、燃費が改善され、システム効率が上昇され、排出が削減される。Ｈ２ＯおよびＣＯ２の両方を改質プロセスで利用することができるため、天然ガス燃焼のシステムにとっては有益であり、そのため、これらの気体は両方とも、燃焼の主成分であり、それ故、予熱状態で容易に利用可能である。水蒸気がプロセスに利用可能である場合、または熱回収ボイラーを改質装置と一緒にを設置することができる場合、水蒸気を燃料を改質するために使用することができる。
【００１０】
プロセスとしてのＴＣＲは、多くの用途のために調査されてきた（例えば、Ｍａｒｕｏｋａ Ｎ． ｅｔ ａｌ．， "Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ Ｗａｓｔｅ Ｈｅａｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｃｕｐｅｒａｔｏｒ，" ＩｓＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｖｏｌ． ４４， ２００４， Ｎｏ． ２， ｐｐ． ２５７−２６２； Ｙａｐ Ｄ． ｅｔ ａｌ．， "Ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ＨＣＣＩ ｅｎｇｉｎｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｆｕｅｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ，" Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ， ２００６， Ｖｏｌ． ３１， ｐｐ． ５８７−５９５； ａｎｄ Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． Ｎｏ． ７，２０７，３２３を参照）。これらの調査の結果は、触媒が燃料を改質するために必要とされることを示した。したがって、ＴＣＲシステムのための既存の回収改質装置は、触媒性である。
【００１１】
触媒改質装置で使用されるほとんどの触媒は、シリカ、アルミナ、またはシリカアルミナの支持台上に、酸化ニッケル、白金、またはレニウムを含み、白金およびレニウムの両方を含むものもある。他の白金族要素も使用されてもよい。触媒改質装置における触媒の活性（即ち、有効性）は、炭素沈着によって操作中に経時的に縮小される。触媒の活性は、炭素のインサイツの高温酸化によって周期的に再生され得るか、または回復され得る。典型的に、触媒改質装置は、６から２４か月ごとに１回再生され、触媒は、通常、有益な白金及び／又はレニウムの含有量の再利用のために製造業者に返さなければならない前に、約３回または４回再生され得る。
【００１２】
改質装置での高価な触媒の使用は、改質装置の資本費を増加させる。さらに、触媒の必要な周期的な再生、および触媒が数回再生された後に触媒を交換する最終的な必要性も、システム費用を押し上げる。結果として、多くの用途において、特に自動車用途などの低温廃熱の蒸気に用途では、廃熱回収の経済的便益は、回収システムのコストを正当化していない。
【００１３】
腐食性廃棄物または「汚」廃棄物を用いる使用に高効率且つ適切な、革新的で、入手可能な方法は、廃熱回収の実行可能な適用の数を拡張することに加えて、既存の適用の性能を改善し得る。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、例えば、熱処理炉、溶解炉、バーナー、エンジン、タービンなどの、加熱用途での使用のための廃熱回収のシステムおよび方法に適用可能であり、ここで、炭化水素燃料が、空気、酸素濃縮空気、または酸素による燃焼に使用される。
【００１５】
１つの好ましい実施形態によると、本発明は、（１）（ｉ）燃焼排ガス流路の第１部分および（ｉｉ）燃焼排ガス流路の第１部分内に少なくとも部分的に埋め込まれる改質混合物流路であって、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にする、改質混合物流路、を含む予熱器部分、および（２）（ｉ）燃焼排ガス流路の第２部分および（ｉｉ）燃焼排ガス流路の第２部分内に少なくとも部分的に埋め込まれる改質混合物流路であって、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にする、改質混合物流路、を含むリアクター部分を有している、回収改質装置を提供する。
【００１６】
燃焼排ガス流路は、熱プロセスから熱い燃焼排ガスを受けるように構成され、改質混合物流路の第１部分は、体積流量を有するガス状改質混合物を受けるように構成され、および改質混合物流路の第２部分は、改質混合物流路の第１部分から改質混合物を受けるように構成され、改質混合物流路は、触媒を実質的に含んでいない。さらに、改質混合物流路の第２部分の少なくとも一部は、金属材料の拡大面を含み、改質混合物流路の第２部分は、体積流量を有する改質混合物に対する予め決められた閾値以上の滞留時間を提供するように構成される。
【００１７】
第２の好ましい実施形態によると、本発明は、非触媒性の回収改質装置を含む廃棄熱回収システムを提供し、該非触媒性の回収改質装置は、（ｉ）反応室の出口から燃焼排ガスを受けるように構成された、燃焼排ガス流路、および（ｉｉ）体積流量を有する改質混合物を受け、改質された燃料を出力するように構成された、改質混合物流路、を有する。改質混合物流路の少なくとも一部は、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にするために、燃焼排ガス流路内に埋め込まれ、改質混合物流路は、触媒を実質的に含んでいない。さらに、改質混合物流路の少なくとも一部は、金属材料の拡大面を含み、改質混合物流路は、体積流量を有する改質混合物に対する予め決められた閾値以上の滞留時間を提供するように構成される。
【００１８】
また別の好ましい実施形態によると、本発明は、炭化水素燃料をより高い発熱量の燃料へと改質する方法を提供する。該方法は、（ｉ）熱プロセスからの熱い燃焼排ガスを改質装置の燃焼排ガス流路へと導入する工程、（ｉｉ）体積流量を有する改質混合物を、改質装置の改質混合物流路へと導入する工程であって、改質混合物流路の少なくとも一部が、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスから改質混合物流路における改質混合物への熱伝達を可能にするために、燃焼排ガス流路に埋め込まれ、改質混合物流路が、触媒を実質的に含んでおらず、体積流量を有する改質混合物に対する予め決められた閾値以上の滞留時間を提供するように構成されている、工程、および（ｉｉｉ）改質された燃料を改質混合物流路の出口から出力する工程、を含む。
【００１９】
別の実施形態では、本発明は、ダクト、ダクト内に位置する放射部、およびダクト外に位置する集熱器を含む、放射状の、非触媒性の回収改質装置を提供する。ダクトは、熱プロセスから熱い燃焼排ガスを受け、ダクトを通る燃焼排ガス流路を提供するように構成されている。好ましい実施形態では、燃焼排ガスの温度は、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲である。例えば、熱い燃焼排ガスは、製鋼プロセスからの排気ガスであってもよい。しかしながら、燃焼排ガスは、製鋼プロセスによって提供される必要はなく、上に提供される温度範囲のガスを提供することができるあらゆるプロセスによって提供され得る。
【００２０】
本発明の、放射状の、非触媒性の回収改質装置は、燃焼排ガス流路における燃焼排ガスと改質混合物流路における改質混合物との間の熱伝達を可能にするために、ダクトの壁内に少なくとも部分的に位置する改質混合物流路をさらに含む。本発明の実施形態では、改質混合物は、炭化水素燃料および燃焼排ガスの混合物、燃料および水蒸気の混合物、燃料および二酸化炭素の混合物、または燃焼排ガスを有する燃料および水蒸気の混合物の１つを含む。本発明の方法は、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、および改質されていない炭化水素（ＣｎＨｍ）の可燃性混合物を含み得る、改質された燃料を産出する。
【００２１】
本発明の実施形態では、改質混合物流路は、複数の導管に接続された入口ダクトを含み、導管は、好ましくは、燃焼排ガスと改質混合物との間の熱伝達を可能にするために、ダクトの壁内に位置する。複数の導管はさらに、集熱器中の燃焼排ガスと改質混合物との間のより少ない熱伝達を可能にするために、好ましくはダクト外に位置する集熱器部分に接続される。その後、改質混合物は、好ましくはダクトの壁内に位置する別のセットの導管を通って、出口導管に流れる。本実施形態では、導管の各々の断面積は、集熱器の断面積より小さく、高速度、低速度に対する導管における改質混合物の短い滞留時間、および集熱器中の改質混合物の長い滞留時間が提供される。本発明の１つの実施形態では、改質混合物は、１秒の導管中の滞留時間および１０秒の集熱器中の滞留時間を含む。しかしながら、滞留時間が異なる用途によって変わり得ることが理解されるべきである。
【００２２】
一般にかなり高価であり、コークス沈着が原因で経時的に性能の低下を受ける、炭化水素燃料を改質する触媒として一般に使用される、材料を実質的に使用せずに、燃料改質を実行することによって、改質装置の初期費用が低下し、触媒を周期的に再生する及び最終的に交換する必要性を回避することによって、維持費も減少する。
【００２３】
本発明のさらなる態様は、添付の図面とともに得られる、以下の好ましい実施形態の詳細な説明から理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明による非触媒性の回収改質装置の１つの好ましい実施形態のためのフローダイアグラムを描写し、これは管状の設計を使用する。
【図２】図２は、図１に描写された改質装置の平面断面図を描写する。
【図３】図３は、本発明による非触媒性の回収改質装置の別の好ましい実施形態のためのフローダイアグラムを描写し、これはプレート設計を使用する。
【図４】図４は、図３に描写された改質装置の平面断面図を描写する。
【図５】図５は、本発明の１つの好ましい実施形態に従う改質プロセスのためのフローチャートを描写する。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施形態に従う燃焼室および非触媒性の回収改質装置を含む廃熱回収システムを描写する。
【図７】図７は、本発明による放射状の非触媒性の回収改質装置の１つの好ましい実施形態のためのフローダイアグラムを描写する。
【図８】図８は、図７に描写された改質装置の線Ａ−Ａに沿った断面図を描写する。
【図９】図９は、本発明による放射状の非触媒性の回収改質装置の別の好ましい実施形態のためのフローダイアグラムを描写する。
【図１０】図１０は、図９に描写された改質装置の線Ａ−Ａに沿った断面図を描写する。
【図１１】図１１は、図９に描写された改質装置の線Ｂ−Ｂに沿った断面図を描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の現在の好ましい実施形態は、図１〜１１に関して記載されるだろう。
【００２６】
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による回収改質装置（１００）のフローダイアグラムを示す。図１に示されるように、本実施形態中の改質装置（１００）は、以下の２つの部分を有している：予熱器部分（１１０）およびリアクター部分（１２０）。燃焼排ガス流路（１３０）は、リアクター部分（１２０）および予熱器部分（１１０）の両方を通り抜ける。同様に、改質混合物流路（１４０）は、予熱器部分（１１０）およびリアクター部分（１２０）の両方を通り抜ける。
【００２７】
改質混合物流路（１４０）は、好ましくは、１つ以上のプレナム、燃焼排ガス流路を通り抜ける複数の導管部分、および１つ以上のバッフルによって形成される。特に、図１に示される好ましい実施形態では、改質装置の予熱器部分（１１０）に含まれる、改質混合物流路（１４０）の第１部分は、（１）燃焼排ガス流路の片側に第１部分（１５０ａ）および燃焼排ガス流路の反対側に第２部分（１５０ｂ）を有する、プレナム（１５０）、（２）導管部分（１７０）、（１７１）、（１７２）、および（１７３）、および（３）バッフル（または隔壁（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ））（１８０ａ）および（１８０ｂ）、を含む。同様に、改質装置のリアクター部分（１２０）に含まれ、改質混合物流路の第１部分から改質混合物を受ける、改質混合物流路（１４０）の第２部分は、（１）燃焼排ガス流路の片側に第１部分（１６０ａ）および燃焼排ガス流路面の反対側に第２部分（１６０ｂ）を有する、プレナム（１６０）、（２）導管部分（１７４）、（１７５）、（１７６）、（１７７）、および（１７８）、（３）バッフル（１８０ｃ）、（１８０ｄ）、（１８０ｅ）、および（１８０ｆ）、および金属材料の拡大面、を含む。（図１に示されるように、導管部分（１７３）は、予熱器部分（１１０）からリアクター部分（１２０）への転移点をマークする（ｍａｒｋｓ）が、この転移は他の点で生じ得る。
【００２８】
改質混合物は、第１プレナム部分（１５０ａ）でプレナム（１５０）に入り、バッフル（１８０ａ）が原因で、導管部分（１７０）を通って第２プレナム部分（１５０ｂ）に流れなければならない。その後、バッフル（１８０ｂ）によって、改質混合物は、導管部分（１７１）を通って第１プレナム部分（１５０ａ）に流れ、その後、改質混合物は、導管部分（１７２）および（１７３）を通って流れる。同様に、バッフル（１８０ｃ）、（１８０ｄ）、（１８０ｅ）、および（１８０ｆ）は、改質混合物が、プレナム部分（１６０ａ）、導管部分（１７４）、プレナム部分（１６０ｂ）、導管部分（１７５）などを通り、残りの導管部分（１７６）、（１７７）、および（１７８）を通って、改質混合物流路の出口に流れるように誘導する。
【００２９】
改質混合物流路の少なくとも一部、および特に改質混合物流路の第２部分の少なくとも一部は、金属材料（１９０）の拡大面を含む（導管が金属で作られているとき、導管部分の壁が加えられる）。図１に示される好ましい実施形態では、金属（１９０）の拡大面は、少なくとも導管部分（１７３）〜（１７８）およびプレナム（１６０）に位置する。金属（１９０）の拡大面はまた、改質混合物流路の第１部分に含まれ得る。金属材料（１９０）の拡大面は、高い熱伝導率および改質反応率を提供する。
【００３０】
図１に描写されるように、この好ましい実施形態は、燃焼排ガスと改質混合物との間の向流を使用し、即ち、燃焼排ガスは、改質装置を通って、改質混合物が改質装置を通って流れる方向と実質的に反対の方向に流れる。より具体的には、熱い燃焼排ガスは、リアクター部分（１２０）で改質装置に入り、予熱器部分（１１０）で冷却された燃焼排ガスとして出るが、一方で、改質混合物は、対向端部で、即ち、予熱器部分（１１０）で改質装置に入り、リアクター部分（１２０）で改質された燃料として改質装置を出る。しかしながら、並流、直交流、または直交並流（ｃｒｏｓｓ−ｐａｒａｌｌｅｌ ｆｌｏｗ）などの、改質装置における燃焼排ガスと改質混合物との間の異なる流れ配置が可能である。
改質装置（１００）は、好ましくは、金属で作られている。しかしながら、本発明は、金属の使用に限定されず、改質装置（１００）（特に、燃焼排ガス流路（１３０）および改質混合物流路（１４０））は、燃焼排ガスおよび改質混合物の温度および圧力に耐えるのに十分であり、望ましくない方法でガス流と反応せず、望ましい化学反応を促進するために十分な熱を燃焼排ガスから改質混合物まで移すのに適切な熱伝達特性を提供する、適切な材料で作られ得る。しかしながら、顕著なことに、改質装置が、レニウム、白金、または白金族の他の部材（例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、およびオスミウム）などの、炭化水素燃料の改質に一般に使用される触媒性の材料を含まないことが好ましい。金属材料（１９０）の拡大面は、ステンレス鋼または金属合金などの、一般に使用される金属のプレートまたは箔で作られ得る。
【００３１】
図２は、図１に描写された改質装置（１００）の縦方向の中心線に沿って得られた断面図を描写する。この好ましい実施形態では、燃焼排ガス流路を通って１つのプレナム部分から別のプレナム部分まで流れる導管部分は、管状である。具体的には、それらは金属パイプである。図２に示されるように、金属パイプは、燃焼排ガス流路（１３０）を通る燃焼排ガスの流れに実質的に垂直に配され、燃焼排ガスは、金属パイプを流れて過ぎると、それらを実質的に囲む。図２でさらに示されるように、導管部分は、複数の並列パイプを含むことができ、例えば、導管部分（１７０）は、パイプ（１７０ａ）、（１７０ｂ）、および（１７０ｃ）を含む。
【００３２】
さらに、この好ましい実施形態では、ステンレス鋼または金属合金で作られた、金属材料（１９０）（例えば、インサート）の拡大面は、熱伝達を強め、化学反応を促進するために、金属パイプの内部で使用される。金属材料の拡大面は、導管部分の内部で位置することに加えて、プレナム（１６０）および随意にプレナム（１５０）の内部に位置し得る。図２は、金属材料の拡大面をすべての導管部分に位置しているように描写しているが、上に言及されるように、それらは、改質混合物流路の第２部分における伝導部分（ｃｏｎｄｕｃｔ ｓｅｃｔｉｏｎｓ）のみに、または改質混合物流路の第２部分の一部のみに位置し得る。さらに、図２における金属の拡大面の断面は、拡大面を垂直方向および水平方向の両方の中で拡大するものとして描写するが、それらは、この特定の断面を有することに限定されない。
【００３３】
図１および図２に示される改質装置（１００）は、以下の方法で作動する。熱プロセスからの熱い燃焼排ガスは、リアクター部分（１２０）を最初に通り、その後、予熱器部分（１１０）を通り抜ける。熱い燃焼排ガスは、改質装置中の化学反応を促進し、改質混合物を予め加熱する、熱源として使用される。燃焼排ガスは、主として、例えば、窒素（約７１％容量のＮ２）、水蒸気（約１９％容量のＨ２Ｏ）、および二酸化炭素（約１０％容量のＣＯ２）から成る。改質混合物は、例えば、炭化水素燃料と燃焼排ガスの混合物、燃料と水蒸気の混合物、燃料と二酸化炭素の混合物、または燃焼排ガスを有する燃料と水蒸気の混合物であり得る。改質された燃料は、（燃料が天然ガスである場合に）メタンを含む、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、および改質されていない炭化水素（ＣｎＨｍ）の可燃性混合物を含む。
【００３４】
熱い燃焼排ガスの温度は、最大でおよそ３５００°Ｆまであり得、そのため、改質装置（１００）は、そのような温度に適応するように設計されなければならない。リアクター部分（１２０）中の改質混合物の温度は、化学反応を促進するために３５０°Ｆより高くなければならない。好ましくは、リアクター部分（１２０）中の改質混合物の温度は、燃料組成、用途、および経済面によって、８００°Ｆ−２４００°Ｆの範囲にあるべきである。リアクター部分（１２０）は、例えば、改質混合物流路と燃焼排ガス流路との間の十分な表面積接触およびリアクター部分（１２０）中の十分な滞留時間を確かなものとすることによって、望ましい範囲の温度で改質混合物を維持するように設計目指されるべきである。
【００３５】
予熱器部分（１１０）は、改質混合物の温度を、化学反応を開始することができ、それが強力となることができる値に増加させるために使用される。予熱器部分の出口での改質混合物の温度は、改質混合物がリアクター部分（１２０）に流れるときに、好ましくは（必ずしもではない）リアクター部分の出口での改質混合物の温度と同じである。この場合、燃焼排ガスからリアクター部分における改質混合物までの熱の流れは、吸熱化学反応が原因で熱吸収を補うために消費されるだろう。
【００３６】
滞留時間は、体積流量で割られた改質混合物流路の量として計算され、それは、１／空間速度に等しい。（改質混合物流路が、リアクター部分および予熱器部分などの、複数の部分を有するとき、計算は、リアクター部分中の滞留時間に集中するために、改質混合物流路の関連する部分、例えば、リアクター部分の量だけを使用することができる。）プレナム（１６０）の量は、化学反応に必要な滞留時間を提供するべきである。リアクター部分（１２０）におけるプレナム（１６０）および導管部分の望ましい全容積（即ち、改質混合物流路の第２部分の量）は、金属材料（１９０）の拡大面の面積、材料のタイプ、および改質燃料組成に依存し、それは、リアクター部分（１２０）中の改質燃料の滞留時間または空間速度に基づいて推測され得る。
【００３７】
好ましくは、空間速度の最大値は、標準条件（例えば、６０°Ｆおよび１４．７ｐｓｉの絶対圧力）に基づいて推測される、およそ３６００ｈｒ−１であり、より好ましくは、空間速度の最大値は、およそ３０ｈｒ−１から３６００ｈｒ−１の範囲にある。言いかえれば、滞留時間は、予め決められた閾値以上であるべきであり、その閾値は、好ましくは、１秒−２分である。最低の滞留時間（１秒）は、金属面の表面積が極端に拡大され、金属が高いニッケル含有量を有し、改質混合物の温度が高い（＞１８００°Ｆ）ときに適用可能である。最高の滞留時間（２分）は、金属面の表面積が拡大されていないか、わずかに拡大され、改質混合物の温度が低い（＜１８００°Ｆ）ときに適用可能である。用語「拡大面積」は、改質混合物に接触している表面積が、効率的な熱伝達に必要とされる熱伝達の表面積より大きいことを意味する。熱伝達の面積は、改質混合物を加熱し、吸熱反応中に改質混合物の必要とされる温度を維持するために必要である表面積である。ニッケルが化学反応を促進するため、金属中のより多くのニッケル含有量が、必要とされる滞留時間を減少させるだろう。改質混合物中のより多くの窒素（より高い燃焼排ガス／天然ガス比）が、必要とされる滞留時間および改質装置のサイズを増加させるだろう。
【００３８】
例えば、仮説例として、改質混合物が、主として、３モルの燃焼排ガスおよび１モルの天然ガスを含み、１００ＳＣＦＨの流量を有し、プレナム（１６０）と一緒にパイプ（１７３）〜（１７８）が、約０．３ｆｔ３の全容積を有するときに、空間速度は、約３３３ｈｒ−１になり、高いニッケル合金材料（例えば、約８０重量％を超えるニッケル）が使用される場合に、金属材料の拡大面の合計面積は、好ましくは約１０ｆｔ２になるだろう。
【００３９】
本発明による回収改質装置の第２の好ましい実施形態は、図３および図４に関して記載されるだろう。図３は、第２の好ましい実施形態のフローダイアグラムを描写する。第１の好ましい実施形態中の対応部分と実質的に同じのままである部分は、同じ参考番号で標識付けされる。
【００４０】
第２の好ましい実施形態では、プレナム（１５０）とプレナム（１６０）の異なる部分間で燃焼排ガス流路を通り抜ける改質装置（２００）の導管部分は、第１の好ましい実施形態でのような管状パイプよりもむしろ、水平な、プレート状のチャネルである。したがって、本実施形態では、改質混合物は、プレナム（１５０）とプレナム（１６０）の異なる部分間を通り抜ける、チャネル（２７０）〜（２７８）を通って流れ、その結果、改質混合物流路（１４０）は、燃焼排ガス流路（１３０）を複数回通り抜ける。
【００４１】
図４は、図３に描写された改質装置（２００）の縦方向の中心線に沿って得られた断面図を描写する。図４に示されるように、導管部分は、各々、複数の並列なプレート状のチャネルを含む。例えば、導管部分（２７０）は、チャネル（２７０ａ）、（２７０ｂ）、（２７０ｃ）、（２７０ｄ）、および（２７０ｅ）を含む。燃焼排ガス流路はまた、複数のプレート状の流路（１３０ａ）、（１３０ｂ）、（１３０ｃ）、および（１３０ｄ）を含み、これらを通って、燃焼排ガスは、改質混合物が導管部分（２７０）〜（２７８）を通って流れる方向に実質的に垂直な方向に流れる。本実施形態では、導管部分およびプレナム（１５０）およびプレナム（１６０）はまた、ステンレス鋼または金属合金などの金属材料（１９０）の拡大面を有し得る。
【００４２】
当業者は、改質混合物において必要な反応を可能にするために、十分な熱伝達が燃焼排ガスと改質混合物との間に生じる限り、燃焼排ガス流路および改質混合物流路の他の構成も可能であることを認識するだろう。また、図１および図３に描写されるように、第１および第２の好ましい実施形態では、予熱器部分（１１０）中の改質混合物流路の体積は、リアクター部分（１２０）中の改質混合物流路の体積未満である。しかしながら、本発明は、そのような構成に限定されず、当業者は、特定の状況下で、異なる比率の流路の体積を有し、また予熱器部分を除去し得る、他の実施形態も可能であることを認識するだろう。
【００４３】
回収改質装置の設計は、空気を用いる回収熱交換器の設計に対する方法と類似した方法で達成することができ、これは、改質装置中の化学反応を考慮に入れている。
【００４４】
図５は、本発明の好ましい実施形態による改質燃料のプロセスを描写する。工程（５００）では、熱い燃焼排ガスは、改質装置の燃焼排ガス流路へと導入される。工程（５１０）では、体積流量を有する改質混合物は、改質装置の改質混合物流路へと導入され、ここで、改質混合物流路の少なくとも一部は、燃焼排ガス流路中の燃焼排ガスから改質混合物流路中の改質混合物への熱伝達を可能にするために、燃焼排ガス流路に埋め込まれ、改質混合物流路は、炭化水素燃料の改質のために触媒として一般に使用される材料、例えば、酸化ニッケル、白金族要素、またはレニウムを実質的に含まず、改質混合物流路の少なくとも一部は、体積流量を有する改質混合物に対する予め決められた閾値より長い滞留時間を提供する、金属材料の拡大面を含む。工程（５２０）では、改質された燃料は、改質混合物流路の出口から出力される。もちろん、改質混合物が、生じる望ましい反応のための十分な温度に加熱される限り、工程（５００）および（５１０）の相対的なタイミングおよび順番は重大ではない。
【００４５】
図６は、本発明の好ましい実施形態による廃熱回収システムを描写する。廃熱回収システムは、加熱炉中の燃焼などの熱プロセスが生じる、少なくとも１つの反応室（６００）を含む。反応室（６００）は、燃焼排ガスが、反応室を出て、図１および図２に描写された改質装置（１００）などの非触媒性の回収改質装置の燃焼排ガス流路に入る、出口（６１０）を有する。
【００４６】
図７および図８は、本発明の別の実施形態による放射状の非触媒性の回収改質装置（７００）を示す。本実施形態の放射状の非触媒性の回収改質装置（７００）は、熱い燃焼排ガス（７０２）が、通常、一方向に流れ、改質混合物（７０４）が、通常、燃焼排ガス（７０２）の反対方向に流れ、部分的に改質された燃料（７０６）が産出される、向流配置を含む。しかしながら、本発明の改質装置（７００）は、向流配置を含まなくてもよく、その代わりに、限定されないが、対応する流れ配置または交互の流れ配置を含む、別の流れ配置を含み得る。
【００４７】
本発明の好ましい実施形態では、改質混合物（７０４）は、炭化水素燃料と燃焼排ガスの混合物、燃料と水蒸気の混合物、燃料と二酸化炭素の混合物、または燃焼排ガスを有する燃料と水蒸気の混合物の少なくとも１つを含む。また、放射状の非触媒性の回収改質装置は、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、及び／又は改質されていない炭化水素（ＣｎＨｍ）の少なくとも１つを含む、改質された燃料を提供する。
【００４８】
図７および８の実施形態では、放射状の非触媒性の回収改質装置（７００）は、燃焼排ガス流路（７１０）を提供するダクト（７０８）を含み、ここで、燃焼排ガス流路のダクト（７０８）は、熱プロセスから熱い燃焼排ガス（７０２）を受けるように構成されている。本発明の好ましい実施形態では、燃焼排ガス（７０２）は、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の高温を有する排気ガスを含む。排気ガスは、製鋼からの排気ガスでもよいが、燃焼排ガスは、鉄鋼業に限定されず、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の温度を有するあらゆるタイプの燃焼排ガスを含んでもよい。好ましい実施形態では、ダクト（７０２）は、炉材を有する水冷ダクトを含んでもよい。
【００４９】
本実施形態で示されるように、放射状の非触媒性の回収改質装置（７００）は、燃焼排ガス流路（７１０）における燃焼排ガス（７０２）と改質混合物流路（７１２）における改質混合物（７０４）との間の熱伝達を可能にするために、ダクト（７０８）の壁内に少なくとも部分的に位置する、改質混合物流路（７１２）を含む。前に記載された実施形態とは異なり、本実施形態の改質混合物流路（７１２）は、好ましくは、燃焼排ガス（７０２）の流路を直接通り抜けず、代わりに、燃焼排ガス流路（７１０）に隣接するダクトの壁を通り抜ける。好ましい実施形態では、改質混合物流路（７１２）は、限定されないが、ステンレス鋼を含む、高温材料で作られている。他の実施例では、改質混合物流路（７１２）は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標）を含んでもよい。
【００５０】
本発明の改質混合物流路（７１２）は、好ましくは、入力（７１４）、複数の導管（７１６）、集熱器（７１８）、および出力（７２０）を含む。図７の実施形態では、改質混合物（７０４）は、入力（７１４）で改質混合物流路（７１２）に入る。入力（７１４）は、好ましくは、燃焼排ガスのダクト（７０８）を囲む環状ダクトを含む。その後、改質混合物（７０４）は、複数の導管の第１セット（７１６ａ）を通って第１集熱器（７１８ａ）に流れる。その後、改質混合物（７０４）は、複数の導管の第２セット（７１６ｂ）を通って第２集熱器（７１８ｂ）に流れる。その後、改質混合物（７０４）は、複数の導管の第３セット（７１６ｃ）を通って出力（７２０）に流れる。本実施形態では、改質混合物流路（７１２）は、３セットの導管および２つの集熱器を含む。しかしながら、本発明の改質混合物流路が、任意の数の導管および集熱器も含んでもよいことが理解されるべきである。本発明の実施形態では、導管（７１６）は、好ましくは、ステンレス鋼などの高温材料を含み、集熱器（７１８）は、ステンレス鋼を含み得る低級材料を含む。別の実施形態では、導管（７１６）は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標）を含んでもよい。
【００５１】
図７および図８の実施形態では、複数の導管（７１６）は、燃焼排ガス流路（７１０）に隣接する及びそれに近接するダクト（７０８）の壁内に位置する。集熱器（７１８）は、ダクト（７０８）の外に位置し、燃焼排ガス流路（７１０）から間隔を置かれる、環状パイプである。この配置によって、改質混合物（７０４）への高い熱伝達が、導管（７１６）で生じ、改質混合物（７０４）への低い熱伝達が、集熱器（７１８）で生じる。一実施形態では、改質混合物と燃焼排ガスとの間の熱伝達は、集熱器には生じない。本発明の好ましい実施形態では、導管（７１６）は、集熱器（７１８）の断面積より小さい断面積を含む。この設計は、高速度、低速度に対する導管（７１６）における改質混合物（７０４）の短い滞留時間、および集熱器（７１８）中の改質混合物の長い滞留時間を提供する。この設計は、好ましくは、導管（７１６）における高い熱伝達および集熱器（７１８）における低い熱伝達の交互のサイクルを提供し、これによって、改質混合物（７０４）を触媒なしで改質された燃料（７０６）へと改質するために、化学反応を生じさせることができる。より具体的には、パラジウム、レニウム、または酸化ニッケルなしで、化学反応を生じさせることができる。
【００５２】
導管（７１６）および集熱器（７１８）を通る流量は、各設計の用途および寸法に依存する。本発明の実施形態では、導管（７１６）における流速は、導管（７１６）内の効率的な対流熱伝達を提供するように十分に速くなければならない。一方で、集熱器（７１８）における流速は、集熱器（７１８）において長い滞留時間を提供するように十分に遅くなければならない。例えば、本発明の実施形態では、導管（７１６）における流速は、毎秒１メートルより速く、集熱器（７１８）における流速は、毎秒０．１メートル未満である。本発明の実施形態では、すべての導管（７１６）における滞留時間の合計は、０．１秒から１．０秒の範囲であり、すべての集熱器（７１８）における滞留時間の合計は、１．０秒から１０．０秒の範囲である。しかしながら、当業者は、流量、流速、および滞留時間の合計が、放射状の非触媒性の回収改質装置（７００）の用途によって、上に提供される範囲から変動し得ることを理解するだろう。
【００５３】
本発明の代替的な実施形態では、改質混合物流路（７１２）は、燃焼排ガス（７０２）と改質混合物（７０４）との間のより効率的な熱伝達を提供するために、拡大した金属面を含んでもよい。
【００５４】
図９−１１は、本発明の別の実施形態による放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）を示す。本実施形態の放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）は、熱い燃焼排ガス（９０２）が、通常、一方向に流れ、一方で改質混合物（９０４）が、燃焼排ガス（９０２）と同じ方向および燃焼排ガス（７０２）の反対方向を含む、多方向に流れ、改質された燃料（９０６）が産出される、交互の流れ配置を含む。
【００５５】
図９−図１１の実施形態では、放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）は、燃焼排ガス流路（９１０）を提供するダクト（９０８）を含み、ここで、燃焼排ガス流路のダクト（９０８）は、熱プロセスから熱い燃焼排ガス（９０２）を受けるように構成されている。好ましい実施形態では、燃焼排ガス（９０２）は、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の高温を有する排気ガスを含む。排気ガスは、製鋼からの排気ガスであるか、２，０００°Ｆから２，８００°Ｆの範囲の温度を有するあらゆるタイプの排気ガスであってもよい。好ましい実施形態では、ダクト（９０２）は、炉材を有する水冷ダクトを含んでもよい。
【００５６】
図９−図１１の実施形態では、放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）は、改質混合物流路（９１２）を含み、ここで、改質混合物流路（９１２）は、燃焼排ガス流路（９１０）における燃焼排ガス（９０２）と改質混合物流路（９１２）における改質混合物（９０４）との間の熱伝達を可能にするために、ダクト（９０８）の壁内に少なくとも部分的に位置する。好ましい実施形態では、改質混合物流路（９１２）は、限定されないが、ステンレス鋼を含む、高温材料で作られている。他の実施例では、改質混合物流路（９１２）は、Ｉｎｃｏｎｅｌ（商標）を含んでもよい。
【００５７】
好ましい実施形態では、改質混合物流路（９１２）は、第１集熱器（９１４）、第２集熱器（９１８）、および第１集熱器（９１４）を第２集熱器（９１８）に接続する複数の導管（９１６）を含む。図１０および図１１で最良に示されるように、本実施形態の集熱器（９１４）、（９１８）は、図７の実施形態のように、連続的なループを形成しない。代わりに、集熱器（９１４）、（９１８）は、ディバイダー（９２２）により部分（９２０）に分割される。図１０および図１１の実施形態では、集熱器（９１４）、（９１８）は、各々、６つの部分（９２０）に分割され、各部分が、４つの導管（９１６）に接続される。しかしながら、集熱器が、任意数の導管を有する任意数の部分に分割され得ることが理解されるべきである。
【００５８】
操作時に、改質混合物（９０４）は、第１部分における第１集熱器（９１４）に入り、第１部分に接続された導管（９１６）を通って第２集熱器（９１８）の第１部分に流れ、その後、第１集熱器（９１４）の第２部分に戻り、第２集熱器（９１８）の第２部分を戻る。改質混合物（９０４）のこの前後移動は、改質混合物（９０４）が、改質された燃料（９０６）に変換され、放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）の出力に達するまで継続する。
【００５９】
本発明の好ましい実施形態では、改質混合物（９０４）への高い熱伝達が、導管（９１６）に生じ、改質混合物（９０４）への低い熱伝達が、集熱器（９１４）、（９１８）で生じる。本発明の好ましい実施形態では、導管（９１６）は、集熱器（９１４）、（９１８）の断面積より小さい断面積を含み、これによって、高速度、低速度に対する導管（９１６）における改質混合物（９０４）の短い滞留時間、および集熱器（９１４）、（９１８）中の改質混合物の長い滞留時間が提供される。この設計は、好ましくは、高い熱伝達および低い熱伝達の交互のサイクルを提供し、これによって、改質混合物（９０４）を触媒なしで改質された燃料（９０６）へと改質するために、化学反応を生じさせることができる。本発明の実施形態では、導管（９１６）における流速は、導管（９１６）内の効率的な対流熱伝達を提供するように十分に速くなければならない。一方で、集熱器（９１４）、（９１８）における流速は、集熱器（９１４）、（９１８）においてより長い滞留時間を提供するように十分に遅くなければならない。本発明の実施形態では、導管（９１６）における流速は、毎秒１メートルより速く、集熱器（９１４）、（９１８）における流速は、毎秒０．１メートル未満である。本発明の実施形態では、すべての導管における滞留時間の合計は、０．１秒から１．０秒の範囲であり、すべての集熱器における滞留時間の合計は、１．０秒から１０．０秒の範囲である。しかしながら、当業者は、流量、流速、および滞留時間の合計が、放射状の非触媒性の回収改質装置（９００）の用途によって、上に提供される範囲から変動し得ることを理解するだろう。
【００６０】
本発明の代替的な実施形態では、改質混合物流路（９１２）は、燃焼排ガス（９０２）と改質混合物（９０４）との間のより効率的な熱伝達を提供するために、拡大した金属面を含んでもよい。
【００６１】
上に記載される好ましい実施形態、および当業者が以下の請求項によって定義された本発明の範囲内にあるものとして認識するであろう他の実施形態は、燃料効率および減少した排出に関する利点を、特定の先行技術の改質技術よりも低下したコスト及び／又は低い温度で提供する。特に、再利用された排気ガスまたは水蒸気による天然ガスの改質は、燃料消費量、ＣＯ２およびＮＯｘの排出量、およびコストを著しく削減することができる他に、プロセス熱効率を増加させることができる。上に記載される改質の装置および方法は、炭化水素燃料を改質するために一般に使用される高価な触媒を利用しない、非触媒性の回収改質装置に関する。これは、改質装置の資本費を削減し、触媒の維持および交換の排除を可能にし、それによって、さらにコストが削減される。さらに、非触媒性の回収改質装置の有効性は、触媒活性の減少によって経時的に低下しない。改質装置のコスト及び／又は運転温度を減少させることによって、そのような装置及び／又は方法は、種々様々な文脈（例えば、低温プロセス）で燃料改質を実用的なものにし得る他に、現在の産業応用において燃料改質の有効性を改善し得る。
【００６２】
上に詳細に記載される好ましい実施形態でのように、本発明の最大の利点が、改質装置において触媒性の材料を使用せずに得られる。しかしながら、触媒性の材料を実質的に含まないが、それでも、少量の触媒（ニッケル、ロジウム、白金、またはレニウムなど）を含む改質装置を製造することによって得られ得る利点もある。そのような改質装置は、触媒の周期的な再生および交換をまだ必要とするだろうが、比較的少量の触媒によって、資本費が削減され、維持費も削減され得る。したがって、最も好ましい実施形態は、酸化ニッケル、レニウム、および白金族要素の中から触媒を含まないが、本発明の幾つかの利点が、そのような触媒を実質的に含んでいない（例えば、約１０質量％未満の触媒）実施形態から得られ得る。
【００６３】
本発明は、特定の好ましい実施形態に関して上に記載されている。しかしながら、具体的な例示となる実施形態の詳細は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の請求項によって測定されるべきである。
【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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【図１１】
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