表36に天然ガス改質試験装置(1/30スケール)の性能の実験値を示す。また、表37に天然ガス改質試験装置(1/30スケール)の各部の温度についてもまとめて示した。
実験Bに関しては、熱交換効率の目標値は82%、排気ガス入口温度が実機の条件より低くなったことにより改質率の目標値は低くなり、その目標値は30%なのに対し、熱交換効率の実験値は52%、改質率の実験値は24%であった。
表4より、改質装置中心部の温度より、外側の温度が低いことがわかる。また、熱交換効率の実験値が低かったことからも、改質装置外部の断熱が必要であることを示している。また、改質ガスの温度が低かったため、改質率は低かった。
さらに、ヒーターおよび改質装置に断熱材を取り付けることによって(図36、37参照)、断熱を十分に行って試験を行った(実験C)。その結果、排気ガス入口温度で766℃まで上昇させることができ、熱交換効率66%、改質率59%が得られた(表31、36、37、図38、39参照)。
今回の実験では、ヒーターの温度が十分上がらなかったため、排気ガス入口温度900℃での実験ができなかった。ヒーターの温度は、発熱体表面温度測定用の熱電対によって制御されているので、ヒーターから放出されるガスの温度を上げるため、ヒーターの発熱体表面温度測定用の熱電対の調整が必要である。
また、さらに改質率を向上させるためには、改質装置外部に十分断熱材を取り付けること、または、根本的に構造上熱が伝わりにくい設計とすることにより、改質装置外部の断熱を十分行い、中心部と外側の温度差を小さくする必要がある。
3) 実機用の改質装置の検討
実機用の改質装置における流量の原料ガスを改質するためには、SV=10000(h-1)の場合、触媒を充填する部分の体積は12Lが必要である。
伝熱面積は実機用の改質装置の場合、46m2が必要となるが、計算により長さ840mm、外径φ4のパイプを約3500本使用することでほぼ同等の伝熱面積が得られることがわかったので、外径φ4のパイプを使用することとした。また、改質装置の外径をφ400とすることで、触媒が充填可能な空間の体積は69Lとなる。触媒充填部および熱交換部はφ400×840mmで、熱交換用パイプとしてφ4の外径のものを使用することで、熱交換効率は82%、改質率は75%を目標とする。
4) まとめ
75%の改質率が目標であるのに対して、今回の実験では最高59%の改質率しか得られなかった。改質率を向上させるためには、改質装置外部に十分断熱材を取り付けること、または、根本的に構造上熱が伝わりにくい設計とすることにより、改質装置外部の断熱を十分行い、中心部と外側の温度差を小さくする必要がある。
H2Oによる改質では、低温でも高い改質率が得られることが期待されるので、H2Oによる改質も試験し、改質率の調査を行う必要がある。
また、実機用の改質装置の設計、作製に、以上の検討結果を十分反映させることが重要である。
