CN1984840A - 制氢系统和改性装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的制氢系统(X1)包括：具有气化器(1)和改性反应器(2)的改性装置(Y1)；和PSA装置(5)。在气化器(1)中，混合原料(烃系原料、水、和氧)被加热并成为气化状态。在改性反应器(2)中，使烃系原料的水蒸气改性反应和部分氧化改性反应同时发生，从气化状态的混合原料产生改性气体(含氢)。在PSA装置(5)中，改性气体被导入填充有吸附剂的吸附塔中，该气体中的不需要成分被吸附剂吸附，富氢气体被导出到塔外，并且，不需要成分从吸附剂上被解吸，含有该不需要成分和塔内残留的氢的含氢解吸气体被排出到塔外。该解吸气体在气化器(1)中燃烧，以由燃烧产生的燃烧气体作为热源，加热上述混合原料。

Description

制氢系统和改性装置
技术领域
本发明涉及能够用于在工业上从烃系原料制造氢的制氢系统和改性装置。
背景技术
作为用于工业制氢的制氢系统，已知具备：用于使甲醇、天然气等烃系原料进行改性反应、以产生改性气体(含氢)的改性反应器；和用于吸附除去该改性气体中含有的不需要成分、导出富氢气体的吸附分离装置。另外，作为在这样的制氢系统的改性反应器中可以采用的改性方法，例如，已知有水蒸气改性法和部分氧化改性法。
在水蒸气改性法中，利用作为吸热反应的水蒸气改性反应，由烃系原料和水产生氢。例如，甲醇的水蒸气改性反应的热化学方程式以下述的式(1)表示。
CH3OH+H2O＝3H2+CO2-49.5kJ    …(1)
因为水蒸气改性反应是吸热反应，所以，在只采用水蒸气改性法作为上述制氢系统的改性反应器中的改性方法时，在连续供给由烃系原料和水构成的混合原料的改性反应器中，为了使水蒸气改性反应适当地进行，需要对该改性反应器内进行连续加热。此外，在这样的水蒸气改性型的制氢系统中，实际上，在启动时(向改性反应器中供给混合原料之前)需要预先使改性反应器内升温到期望的温度、并且在向改性反应器供给之前需要对混合原料进行加热以使其成为高温气化状态，使得向改性反应器内供给的混合原料立即开始改性反应。关于这样的水蒸气改性型的制氢系统，例如在下述的专利文献1中有记载。专利文献1中记载的制氢系统被构成为：利用使从该系统外部另外连续供给的燃料(城市煤气)燃烧而得到的燃烧热，对改性反应器内和供给该改性反应器之前的混合原料进行连续加热。但是，必须燃烧外部燃料以对改性反应器内和混合原料进行连续加热的结构效率不高，容易造成制氢成本的上升。此外，具备用于燃烧外部燃料以对改性反应器内和混合原料进行连续加热的机构的制氢系统，就系统整体而言，有庞大化的趋势，不优选。
专利文献1：特开平9-309703号公报
另一方面，在部分氧化改性法中，利用作为放热反应的部分氧化改性反应，由烃系原料产生氢。例如，甲醇的部分氧化改性反应的热化学方程式以下述的式(2)表示。
CH3OH+1/2O2＝2H2+CO2+192.5kJ  …(2)
因为部分氧化改性反应是放热反应(不是吸热反应)，所以，在只采用部分氧化改性法作为改性反应器中的改性方法的制氢系统中，在改性反应器中使改性反应进行之后，不需要对该改性反应器内进行连续加热。但是，部分氧化改性反应与水蒸气改性反应相比，氢的生成效率相当低。因此，部分氧化改性型的制氢系统，从制氢效率的观点考虑，不优选。此外，因为部分氧化改性反应是放热反应，所以，部分氧化改性型的制氢系统中，为了将改性反应器内维持在适当的反应温度，需要具备用于对该改性反应器内进行连续除热的除热机构。对于改性反应需要这样的除热机构的部分氧化改性型的制氢系统，就系统整体而言，有庞大化的趋势，不优选。
发明内容
本发明是在上述情况下做出的，其目的是提供一种是热自立型的且能够高效率地制造氢的制氢系统、和适合于构成这样的制氢系统的一部分的改性装置。
本发明的第一方面提供一种制氢系统。本制氢系统包括：用于加热含有烃系原料、水和氧的混合原料以使其成为气化状态的气化器；通过使烃系原料的水蒸气改性反应和烃系原料的部分氧化改性反应同时发生，从成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器；和通过使用填充有吸附剂的吸附塔进行的变压吸附式气体分离法(PSA分离法)，将改性气体导入吸附塔，使该改性气体中的不需要成分吸附在吸附剂上，将富氢气体从该吸附塔导出，并且，使不需要成分从吸附剂上解吸，将含有在吸附塔内残留的氢和该不需要成分的含氢解吸气体从该吸附塔排出用的变压吸附式气体分离装置(PSA分离装置)。气化器燃烧含氢解吸气体，以由该燃烧产生的燃烧气体作为热源，加热混合原料。在本制氢系统运转时，混合原料(含有烃系原料、水、和氧)被供给气化器，在气化器内，该混合原料被加热并成为气化状态。经过气化器后成为气化状态的混合原料被供给改性反应器，在改性反应器内，从该混合原料产生改性气体(含氢)。该改性气体被供给PSA分离装置，通过由PSA分离装置进行的PSA分离法，从改性气体中取出富氢气体和含氢解吸气体。富氢气体例如被连续地用于规定的用途、或贮存在规定的罐中。含氧解吸气体被供给气化器，在气化器中被用作对混合原料进行加热气化的燃料。
优选本制氢系统中使用的烃系原料为甲醇。
优选本发明的制氢系统还包括以改性气体作为热源、对供给气化器之前的烃系原料和水进行加热用的加热单元。
优选气化器具有用于使含氢解吸气体催化燃烧的催化燃烧部。
优选气化器具行用于蓄积燃烧气体具有的热能的蓄热单元。
作为优选的实施方式，气化器具有：主体容器；用于使混合原料流通的、通过主体容器内的流通管；和用于使含氢解吸气体催化燃烧并向主体容器内供给燃烧气体的催化燃烧部。
优选气化器还具行用于蓄积燃烧气体具有的热能的、被填充在主体容器内的蓄热材料。在该情况下，优选蓄热材料为陶瓷球。
优选流通管具有螺旋形状。
优选还包括用于以燃烧气体作为热源、加热改性反应器的加热单元。
优选：改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，第一区域和第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。
本发明的第二方面提供一种用于对烃系原料进行改性以产生改性气体的改性装置。本改性装置包括：用于以燃烧燃料产生的燃烧气体作为热源，加热含有烃系原料、水和氧的混合原料以使其成为气化状态的气化器；和通过使烃系原料的水蒸气改性反应和烃系原料的部分氧化改性反应同时发生，从成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器。在该情况下，改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，第一区域和第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。在本改性装置中，优选燃料包含改性气体中的一部分氢。
本发明的第三方面提供一种用于对烃系原料进行改性以产生改性气体的改性装置。本改性装置包括：通过用同一催化剂使含有气化状态的烃系原料、水和氧的混合原料同时发生上述烃系原料的水蒸气改性反应和上述烃系原料的部分氧化改性反应，从上述成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器。该改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，第一区域和第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。在该情况下，优选隔壁由至少一个管体构成。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的制氢系统的整体概略图。
图2表示图1所示的气化器的放大截面。该放大截面相当于沿着图1的II-II线的截面。
图3是本发明的第二实施方式的制氢系统的整体概略图。
图4A是沿着图3所示的改性反应器的IV-IV线的截面图。
图4B是沿着图4A的IVB-IVB线的截面图。
图5A是表示改性反应器的另一个例子的与图4A同样的图。
图5B是沿着图5A的VB-VB线的截面图。
图6A是表示改性反应器的另一个例子的与图4A同样的图。
图6B是沿着图6A的VIB-VIB线的截面图。
图7A是表示改性反应器的另一个例子的与图4A同样的图。
图7B是沿着图7A的VIIB-VIIB线的截面图。
图8是本发明的第三实施方式的制氢系统的整体概略图。
图9是本发明的第四实施方式的制氢系统的整体概略图。
图10是表示本发明的实施例3、4中的改性反应部的温度分布的图。
具体实施方式
图1和图2表示本发明的第一实施方式的制氢系统X1。图1表示制氢系统X1整体的概略结构。图2表示沿着图1所示的II-II线的截向。
制氢系统X1包括：气化器1和改性反应器2在上下方向连接而成的改性装置Y1；热交换器3；气液分离器4；和变压吸附式气体分离装置(PSA分离装置)5，构成为以作为烃系原料的甲醇为主原料制造氢。
改性装置Y1的气化器1具有主体容器11、供给管12、催化燃烧部13、流通管14、和蓄热材料15(参照图2)，用于对含有甲醇、水和氧的混合原料进行加热、以使其成为气化状态。另外，在图1中，从使气化器1的内部结构明确的观点出发，将一部分用截面形状表示、并将蓄热材料15省略。
主体容器11具有闭端管状结构，在其上端部设置有燃烧气体排出口111。作为构成主体容器11的材料，可以列举不锈钢等。
供给管12具有由外管121和内管122构成的双层管结构。外管121的上端部在主体容器11外与配管61连接，下端部在主体容器11中开放。内管122的上端部在主体容器11外与配管63和配管72连接、下端部在外管121中开放。与外管121连接的配管61也与空气鼓风机62连接。与内管122连接的配管63，与运转开始时用的气化用燃料(例如LPG)的供给源(图示省略)连接，在该配管63中设置有自动阀63a。
催化燃烧部13被设置在供给管12的外管121内的下端部，是用于使氢和上述运转开始时用的燃料催化燃烧、产生高温的燃烧气体的部位。在催化燃烧部13中填充有燃烧用催化剂。作为燃烧用催化剂，可以列举例如铂、钯等铂系催化剂。
流通管14具有原料导入端141和原料导出端142，其一部分具有包围供给管12的螺旋形状。原料导入端141和原料导出端142分别从主体容器11的下端部伸出到主体容器11外。作为构成流通管14的材料，可以列举不锈钢等。
如图2所示，蓄热材料15填充在主体容器11内的供给管12和流通管14的周围。在此，在主体容器11内，在供给管12和流通管14与蓄热材料15之间，确保有在催化燃烧部13中产生的燃烧气体能够通过的间隙。作为蓄热材料15，优选热容量大于主体容器11和流通管14、并且为大致球形，可以列举陶瓷球等。
如图1所示，改性装置Y1的改性反应器2具有主体容器21和改性反应部22。该改性反应器2用于通过使甲醇的水蒸气改性反应和部分氧化改性反应同时发生，在气化器1中对成为气化状态的混合原料中的甲醇进行改性，产生含氢的改性气体。
主体容器21具有闭端管状结构，在其一端部设置有原料导入口211、在另一端部设置有改性气体导出口212。原料导入口211与上述的气化器1的原料导出端142连接。作为构成主体容器21的材料，可以列举不锈钢等。
改性反应部22设置在主体容器21的内部，是填充有改性催化剂(图示省略)的部位。该改性催化剂用于使成为气化状态的混合原料中的甲醇同时发生水蒸气改性反应和部分氧化改性反应。作为改性催化剂，可以采用例如含有氧化铝、氧化铜和氧化锌的混合物。改性催化剂中的上述成分的含有比率，例如是，CuO为42wt％、ZnO为47wt％和Al2O3为10wt％。
热交换器3具有甲醇水导入口31、甲醇水导出口32、改性气体导入口33和改性气体导出口34，用于通过被供给气化器1之前的甲醇水和在改性反应器2中产生的改性气体的热交换，将甲醇水预热、并且将改性气体冷却。在热交换器3内设置有甲醇水从甲醇水导入口31向甲醇水导出口32流动用的路径、和改性气体从改性气体导入口33向改性气体导出口34流动用的路径，构成为在这2种路径之间能够进行热交换。这样的热交换器3有助于减少在气化器1中对混合原料进行加热以使其成为气化状态时所需要的热能。此外，因为利用这样的热交换器3能够对改性气体进行除热(冷却)，所以，本制氢系统X1不必另外具备用于将改性气体冷却的冷却装置等。
甲醇水导入口31通过配管64和泵65与甲醇水的供给源(图示省略)连接。泵65用于以规定的压力(例如0.9MPa)将甲醇水送出。甲醇水导出口32通过配管66与气化器1的原料导入端141连接。配管67通过其一端部与配管66连接。配管67的另一个端部与含氧气体(例如富氧气体或空气)的供给源(图示省略)连接。另外，在配管67中设置有用于调整含氧气体流量的流量调整阀67a。改性气体导入口33通过配管68与改性反应器2的改性气体导出口212连接。改性气体导出口34通过配管69与后述的气液分离器4连接。
气液分离器4具有液体排出口41，用于将改性气体中混杂的液体成分(例如水)42和该气体进行气液分离。液体排出口41用于将在气液分离器4中被回收的液体成分42排出到该气液分离器4的外部。
PSA分离装置5包括填充有吸附剂的至少一个吸附塔，能够通过使用该吸附塔进行的变压吸附式气体分离法，从改性气体中取出富氢气体。作为填充在吸附塔中的吸附剂，例如，可以采用沸石系吸附剂、碳系吸附剂或氧化铝吸附剂，优选采用沸石系吸附剂。在一个吸附塔中，可以填充一种吸附剂、也可以填充多种吸附剂。在利用PSA分离装置5进行的变压吸附式气体分离法中，对于一个吸附塔，反复进行包含吸附工序、解吸工序和再生工序的1个循环。吸附工序是用于向塔内处于规定的高压状态的吸附塔中导入改性气体以使该改性气体中的不需要成分(一氧化碳、二氧化碳、未反应的甲醇、氮等)吸附在吸附剂上、并从该吸附塔导出富氢气体的工序。解吸工序是用于将吸附塔内减压以使不需要成分从吸附剂上解吸、并将该不需要成分排出到塔外的工序。再生工序是为了使吸附塔在再次的吸附工序中可用，例如通过向塔内通入洗净气体，使吸附剂对不需要成分的吸附性能恢复用的工序。作为这样的PSA分离装置5，可以使用公知的PSA氢分离装置。
接着，说明具有以上结构的制氢系统X1的具体动作的一个例子。
在制氢系统X1运转时，泵65开动，由此，规定浓度的甲醇水通过配管64、从甲醇水导入口31被导入热交换器3内。在热交换器3内，相对低温(例如10～25℃)的甲醇水，如后所述，通过与被导入热交换器3内的相对高温(例如230～270℃)的改性气体的热交换，被加热(预热)到例如137℃。在热交换器3中被预热的甲醇水，从甲醇水导出口32被导出到热交换器3外，通过配管66时，与通过配管67被导入配管66中的含氧气体(例如富氧气体或空气)混合。含氧气体的供给量可以由流量调整阀67a调整。
这样得到的混合原料(含有甲醇、水、和氧)，在气化器1的流通管14中从其原料导入端141被导入。被导入流通管14中的混合原料，在通过流通管14的过程中，如后所述，以在催化燃烧部13中产生的燃烧气体作为热源，被加热到在后面的改性反应器2中的改性反应中所需要的期望的反应温度(例如230～270℃)，成为气化状态。成为气化状态的混合原料从流通管14的原料导出端142被导出到气化器1外，通过原料导入口211供给改性反应器2。
供给改性反应器2的混合原料被导入改性反应部22。在改性反应部22中，通过改性催化剂的作用，作为吸热反应的甲醇的水蒸气改性反应和作为放热反应的甲醇的部分氧化改性反应同时发生，从混合原料产生含氢的改性气体。在本实施方式中，设定在各反应中消耗的甲醇的比例(即各反应的比率)，使得将改性反应部22内的反应温度(例如230～270℃)维持为大致一定。即，在改性反应部22中，进行甲醇的自热改性反应。
甲醇的水蒸气改性反应和部分氧化改性反应分别以上述的式(1)和式(2)表示时，每1mol甲醇消耗量的水蒸气改性反应的吸热量(Q1)是49.5kJ，每1mol甲醇消耗量的部分氧化改性反应的放热量(Q2)是192.5kJ。在本实施方式中，调节水蒸气改性反应和部分氧化改性反应的比率，使得Q1和向改性反应部22外损失的热量(Q3)的和、与Q2一致，由此，改性反应部22内被维持在期望的反应温度。水蒸气改性反应和部分氧化改性反应的比率，例如，可以通过调整供给改性反应器2或改性反应部22的混合原料的组成来调节。例如，在Q3＝0时，将水蒸气改性反应的比率记为x、将部分氧化改性反应的比率记为1-x时，可以通过下述的方程式得到x和1-x的值。即，在Q3＝0时，理论上可以确定，水蒸气改性反应的比率x约为0.80，部分氧化改性反应的比率1-x约为0.20。
192.5(1-X)-49.5X＝0
在改性反应部22中产生的改性气体，从改性气体导出口212被导出到改性反应器2外，通过配管68和改性气体导入口33被导入热交换器3内。在热交换器3内，相对高温(例如230～270℃)的改性气体，如上所述，通过与被导入热交换器3内的相对低温(例如10～25℃)的甲醇水的热交换，被冷却到例如40℃。在热交换器3中被冷却的改性气体从改性气体导出口34被导出到热交换器3外，通过配管69被导入气液分离器4。
被导入气液分离器4的改性气体，该改性气体中混杂的液体成分42从该改性气体中被气液分离。由此，能够抑制液体成分42被导入位于气液离器4下游的PSA分离装置5的吸附塔中。因此，能够抑制由液体成分42与吸附塔中填充的吸附剂接触而引起的该吸附剂的劣化。由该气液分离回收的液体成分42，经由液体排出口41，从气液分离器4被排出到外部。经过这样的气液分离器4的改性气体，通过配管70供给至PSA分离装置5。
在PSA分离装置5中，利用变压吸附式气体分离法，在每座吸附塔中反复进行包含吸附工序、解吸工序和再生工序的1个循环。
在吸附工序中，含氢的改性气体被导入塔内处于规定的高压状态的吸附塔中。在该吸附塔中，改性气体中所含的不需要成分(一氧化碳、二氧化碳、未反应的甲醇、氮等)被吸附剂吸附除去，富氢气体(氢浓度高的气体)作为制品气体被导出到塔外。该富氢气体通过配管71被取出到制氢系统X1外。在解吸工序中，通过将塔内减压，不需要成分从吸附剂上解吸，含有在塔内残留的氢和该不需要成分的含氢解吸气体被排出到塔外。该含氢解吸气体从该吸附塔通过配管72被供给气化器1作为气化用燃料。在再生工序中，例如通过向塔内通入洗净气体，使吸附剂对不需要成分的吸附性能恢复。如以上所述，从PSA分离装置5取出富氢气体(制品气体)、同时取出含氢解吸气体。富氢气体例如被连续地用于规定的用途、或被贮存在规定的罐中。
作为气化用燃料被供给气化器1的含氢解吸气体，通过内管122和外管121，被导入催化燃烧部13。与此同时，向催化燃烧部13中连续供给空气。具体地说，通过鼓风机62的运转，通过配管61和外管121，向催化燃烧部13中连续地供给空气。在这样的催化燃烧部13中，利用燃烧用催化剂的作用，含氢解吸气体中的氢被催化燃烧、产生高温(例如500～600℃)的燃烧气体。因为催化燃烧能够维持燃烧的燃烧温度的幅度比较大，所以，即使含氢解吸气体的含氢率稍微变动也能够维持稳定的燃烧。另外，因为催化燃烧几乎不产生不完全燃烧气体，所以，最终将气化器1中产生的燃烧气体排出到大气中而引起的环境负荷也少。
在催化燃烧部13中产生的高温燃烧气体，从供给管12的外管121的开放端(图中的下端)放出，通过在主体容器11内填充有蓄热材料15的地方、从燃烧气体排出口111排出到气化器1外。在燃烧气体通过填充有蓄热材料15的地方时，热能从作为热源的燃烧气体传递到流通管14，在流通管14中流通的混合原料被加热到规定温度(例如230～270℃)而成为气化状态。因为流通管14具有螺旋形状，所以，能够确保流通管14的表面积(受热面积)较大。因此，这样的具有螺旋形状的流通管14有助于提高对在流通管14内流通的混合原料的传热效率、从而有效地进行该混合原料的加热。
在此，当燃烧气体的温度高于蓄热材料15的温度时，来自该燃烧气体的热能被传递到蓄热材料15、并被蓄积在该蓄热材料15中，当燃烧气体的温度低于蓄热材料15的温度时，能够以该蓄热材料15作为热源、对该燃烧气体进行加热。因此，蓄热材料15能够缓和作为用于加热混合原料的热源起作用的燃烧气体的温度变动，由此，能够适当地加热该混合原料以使其成为气化状态。此外，因为燃烧气体在主体容器11内、在蓄热材料15之间产生的狭窄空隙中流动，所以，与未填充蓄热材料15时相比，流速变大。因此，蓄热材料15有助于提高燃烧气体对混合原料的传热效率、从而有效地进行该混合原料的加热。
如以上所述，制氢系统X1在稳定运转时，原料依次经过热交换器3、气化器1、改性反应器2、热交换器3、气液分离器4和PSA分离装置5，由此，从PSA分离装置5取出富氢气体，并且，从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体被供给气化器1。
此外，上述的制氢系统X1的具体动作，是对从PSA分离装置5向催化燃烧部13充分供给含氢解吸气体的稳定运转时的动作进行了说明，但是，例如，在启动时，不能从PSA分离装置5向催化剂燃烧部13充分供给含氢解吸气体。在这样的情况下，例如，在直到能够从PSA分离装置5向催化燃烧部13充分供给含氢解吸气体的期间，使自动阀63a成为打开状态，由此，在催化燃烧部13中需要的气化用燃料(例如LPG)被辅助地供给至气化器1或其催化燃烧部13。
在制氢系统X1中，通过调节在其运转时、从PSA分离装置5排出并向气化器1供给的含氢解吸气体的供给量(每单位时间的供给量)，在从运转开始后经过规定时间以后的稳定运转时，在气化器1中对混合原料进行加热以使其成为期望温度的气化状态所需要的燃料，仅由来自PSA分离装置5的含氢解吸气体供给。另外，在制氢系统X1中，通过调节在其运转时、在改性反应器2的改性反应部22中进行的烃系原料的水蒸气改性反应和部分氧化改性反应的比率，改性反应器内被维持在期望的反应温度。这样，制氢系统X1在稳定运转时，只利用与系统运转相伴的自供给热，对混合原料进行连续加热气化、并且将改性反应器2的改性反应部22维持在期望的温度。利用这样的热自立型的本制氢系统，能够避免通过燃烧外部燃料对混合原料和改性反应器内进行连续加热的效率不高的方法或结构，从而高效地制造氢。这样的高效率，在例如降低制氢成本方面是适合的。
另外，如上所述能够取得在改性反应器2中的热收支平衡、实现自热改性反应的制氢系统X1，因为不必另外具备用于燃烧外部燃料以对改性反应器2内进行加热的加热机构、和用于对该改性反应器2内进行除热的除热机构，所以，在实现系统的紧凑化方面是适合的。另外，制氢系统X1中，作为改性反应器2中的改性方法，同时采用部分氧化改性反应和水蒸气改性反应，因此，改性反应器2中的氢生成效率比部分氧化改性型的制氢系统高。此外，在制氢系统X1中，在改性反应器2中，作为吸热反应的水蒸气改性反应与作为放热反应的部分氧化改性反应同时发生，所以，不需要像水蒸气改性型的制氢系统那样预先使改性反应器2内升温到需要的最低限度反应温度以上。因此，本制氢系统能够在较短时间内启动。
图3、图4A和图4B表示本发明的第二实施方式的制氢系统X2。图3表示制氢系统X2整体的概略结构。图4A表示沿着图3的IV-IV线的截面。图4B表示沿着图4A的IVB-IVB线的截面。在本发明的第二实施方式中，与本发明的第一实施方式相同或类似的部件和部分，标注相同的符号，适当省略说明。
制氢系统X2包括：由气化器1和改性反应器2A构成的改性装置Y2；热交换器3；气液分离器4；和PSA分离装置5，构成为以作为烃系原料的甲醇为主原料制造氢。
如图4A和图4B所示，改性反应器2A具有主体容器21、管体23、和改性反应部22A。该改性反应器2A在具备管体23、具备改性反应部22A取代改性反应部22、以及与此相伴而进行的各种设计改变等方面，与第一实施方式中的改性反应器2不同。
在本实施方式中，主体容器21在其上端部设置有原料导入口211、在上端部附近的侧壁上设置有改性气体导出口212。
如图4A和图4B所示，管体23被制作成具有一定厚度的圆筒状，被设置在主体容器21的内部。管体23的上端部通过例如焊接等方法安装在主体容器21的上端部内面上。管体23的上端部与原料导入口211连通、并且管体23的上端部与主体容器21的上端部内面之间不存在间隙。管体23的下端部在主体容器21内开放。由此，在主体容器21的内部，形成从原料导入口211经由管体23的内侧、主体容器21的下部、以及主体容器21与管体23之间、直到改性气体导出口212的气体流动路径。管体23由具有导热性的材料构成。作为构成管体23的材料，可以列举导热性优异的不锈钢等。
改性反应部22A是填充有改性催化剂的部位，由位于管体23内侧的圆柱状的第一区域221、和与该第一区域221隔着管体23相邻(主体容器21和管体23之间)的圆筒状的第二区域222构成。第一区域221由管体23和在管体23内侧在上下方向分离设置的一对间隔部件223规定。第二区域222由主体容器21、管体23、以及在主体容器21与管体23之间在上下方向分离设置的一对间隔部件224规定。即，管体23承担作为分割相邻的第一区域221和第二区域222的隔壁的作用。作为间隔部件223、224，使用能够使成为气化状态的混合原料和改性气体通过、并且使改性催化剂不通过的部件，例如可以列举冲孔板(punching plate)。
在制氢系统X2中，与制氢系统X1同样，在其稳定运转时，原料依次经过热交换器3、气化器1、改性反应器2A、热交换器3、气液分离器4和PSA分离装置5，从该PSA分离装置5取出富氢气体，并且，将从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体供给气化器1。
在制氢系统X2中，经由原料导入口211供给改性反应器2A的气化状态的混合原料，通过位于管体23内侧的上游侧的第一区域221，从管体23的下端放出，通过位于主体容器21和管体23之间的下游侧的第二区域222，被导向改性气体导出口212。图4B所示的箭头表示主体容器21中的气体流动方向(这一点在后述的图5B、图6B、图7B中也是同样)。在改性反应部22A(第一区域221和第二区域222)中，通过改性催化剂的作用，进行甲醇的自热改性反应，由混合原料产生含氢的改性气体。
但是，在甲醇的水蒸气改性反应和部分氧化改性反应同时发生时，作为放热反应的部分氧化改性反应的反应速度，与作为吸热反应的水蒸气改性反应的反应速度相比，相当快。因此，在将混合原料导入改性反应部时，在改性反应部的上游侧的区域中，主要进行部分氧化改性反应、温度上升，另一方面，在改性反应部的下游侧的区域中，主要进行水蒸气改性反应、温度下降。即，在改性反应部中，即使就整体而言进行自热改性反应，各部分的温度也会产生不均衡。在改性反应部的下游侧的区域中，如果存在变得比水蒸气改性反应所需要的温度低的部分，则水蒸气改性反应不能充分地进行，氢的产生量会下降。另外，如果改性反应部的上游侧的区域的温度变得极高，则改性催化剂的活性会被损伤，氢的产生量会下降。
与此相对，在本实施方式中，改性反应部22A中，上游侧的第一区域221和下游侧的第二区域222隔着导热性的管体23而相邻。因此，热能通过管体23、从成为相对高温的第一区域221向成为相对低温的第二区域222传递(图4A和图4B所示的涂黑的箭头表示通过管体23的热传递方向。对于后述的图5A～图7B也是同样。)，改性反应部22A中各部分的温度分布被均衡化。其结果，下游侧的第二区域222整体，被维持在水蒸气改性反应所需要的温度以上，水蒸气改性反应充分地连续进行。另外，在上游侧的第一区域221中，通过向第二区域222的热传递，避免温度变得极高。
另外，因为改性反应部22A被管体23划分为第一区域221和第二区域222，所以，与不设置管体23时相比，气体(气化状态的混合原料或改性气体)的流通截面积变小。因此，与不设置管体23时相比，通过改性反应部22A的该气体的流速变大。这有助于提高从改性反应部22A的上游侧向下游侧的由该气体的移动产生的热传递效率、从而使改性反应部22A中的温度分布更适当地均衡化。
这样，在改性反应部22A的上游侧的第一区域221和下游侧的第二区域222隔着导热性的管体23(隔壁)而相邻配置的结构中，由作为吸热反应的水蒸气改性反应和作为放热反应的部分氧化改性反应的反应速度的差异引起的改性反应部22A的各部分的温度分布的不均衡被消除。利用具有该结构的改性反应器2A的制氢系统X2，能够使水蒸气改性反应和部分氧化改性反应适当地进行，在进一步提高氢的生成效率方面是适合的。
图5A～图7B表示本实施方式的改性反应器的变形例。
在图5A和图5B所示的改性反应器2B中，原料导入口211被设置在主体容器21的上端部附近的侧壁上，改性气体导出口212被设置在主体容器21的上端部。在该改性反应器2B的改性反应部22B中，主体容器21和管体23之间相当于上游侧的第一区域221，管体23的内侧相当于下游侧的第二区域222。即，改性反应器2B在第一区域221和第二区域222的位置关系相反这一点上，与图4A和图4B所示的改性反应器2不同。
在图6A和图6B所示的改性反应器2C中，取代在第一实施方式中的1根管体23，设置有与原料导入口211连通的多根(7根)管体23。在该改性反应器2C的改性反应部22C中，管体23的内侧相当于上游侧的第一区域221，主体容器21和管体23之间相当于下游侧的第二区域222。即，在改性反应部22C中，上游侧的第一区域221被分散配置在多根管体23的内侧。根据这样的结构，能够确保作为热传导部起作用的管体23的受热面积较大。因此，在水蒸气改性反应和部分氧化改性反应同时发生时，通过管体23、从第一区域221向第二区域222的热传导效率提高，改性反应部22C中的温度分布被更适当地均衡化。这使水蒸气改性反应和部分氧化改性反应更适当地进行，有助于进一步提高氢的生成效率。
在图7A和图7B所示的改性反应器2D中，取代管体23、设置有平板状的隔壁23D。原料导入口211被设置在主体容器21的上端部(图中左侧)，改性气体导出口212被设置在主体容器21的上端部(图中右侧)。隔壁23D以在与主体容器21的下端部之间具有规定开口的方式被固定在主体容器21的内面上。在该改性反应器2D的改性反应部22D中，相对于隔壁23D、图中左侧的部分相当于上游侧的第一区域221，相对于隔壁23D、图中右侧的部分相当于下游侧的第二区域222。
图8表示本发明的第三实施方式的制氢系统X3整体的概略结构。在本发明的第三实施方式中，与本发明的第一实施方式相同或类似的部件和部分，标注相同的符号，适当省略说明。
制氢系统X3包括：由气化器1和改性反应器2构成的改性装置Y3、热交换器3、气液分离器4、和PSA分离装置5，构成为以作为烃系原料的甲醇为主原料制造氢。
改性装置Y3与改性装置Y1的不同在于：气化器1和改性反应器2的位置关系上下相反、以及与此相伴的对气化器1和改性反应器2进行的各种设计改变。在本实施方式中，气化器1的供给管12从主体容器11的侧壁延伸到外部。流通管14的原料导出端142从主体容器11的上端部伸出到主体容器11外。改性反应器2的原料导入口211和改性气体导出口212分别被设置在主体容器21的下端部和上端部。
在制氢系统X3中，与制氢系统X1同样，在其稳定运转时，原料依次经过热交换器3、气化器1、改性反应器2、热交换器3、气液分离器4和PSA分离装置5，从该PSA分离装置5取出富氢气体，开且，将从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体供给气化器1。
另外，在制氢系统X3中，如上所述，与气化器1的原料导出端142连接、用于接收混合原料的原料导入口211被设置在改性反应器2的下端部。因此，即使在万一气化器1中混合原料的加热不充分、一部分混合原料没有成为气化状态的情况下，该没有成为气化状态的混合原料也难以与位于混合原料导入口211上方的改性反应部22中填充的改性催化剂接触。因此，在制氢系统X3中，由没有成为气化状态的混合原料与改性催化剂接触引起的该改性催化剂的劣化被抑制。制氢系统X3除了制氢系统X1的上述优点以外，还具有这样的优点。
图9表示本发明的第四实施方式的制氢系统X4整体的概略结构。在本发明的第四实施方式中，与本发明的第一实施方式相同或类似的部件和部分，标注相同的符号，适当省略说明。
制氢系统X4包括：由气化器1和改性反应器2’构成的改性装置Y4、热交换器3、气液分离器4、和PSA分离装置5，构成为以作为烃系原料的甲醇为主原料制造氢。制氢系统X4与制氢系统X1的不同在于设置改性装置Y4取代改性装置Y1，改性装置Y4与改性装置Y1的不同在于设置改性反应器2’取代改性反应器2。
改性反应器2’具有主体容器21、改性反应部22和套管(jacket)部24。套管部24具有燃烧气体导入口241和燃烧气体排出口242，构成为包围改性反应器2’的主体容器21的外周。燃烧气体导入口241用于将从气化器1的燃烧气体排出口111排出的燃烧气体导入套管部24，其通过配管243与燃烧气体排出口111连接。燃烧气体排出口242用于将套管部24内的燃烧气体排出到外部。
在制氢系统X4中，与制氢系统X1同样，在其稳定运转时，原料依次经过系统内的各部分，从PSA分离装置5取出富氢气体，并且，将从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体供给气化器1。
另外，在制氢系统X4运转时，从气化器1的燃烧气体排出口111排出的比较高温(例如300℃)的燃烧气体，通过配管243被导入套管部24内。被导入该套管部24的燃烧气体将改性反应器2’加热。然后，套管部24内的燃烧气体通过燃烧气体排出口242被排出到外部。
在制氢系统X4中，因为能够以燃烧气体作为热源对改性反应器2’进行加热，所以，能够补充由于从改性反应器2’的主体容器21等放热而减少的改性反应部22内的热能。例如，第一实施方式中的上述的损失热量(Q3)能够全部由被导入套管部24中的燃烧气体的热量补充。在损失热量(Q3)全部由被导入套管部24中的燃烧气体的热量补充时，能够适当地连续进行将水蒸气改性反应的吸热量(Q1)和部分氧化改性反应的放热量(Q2)的热收支设定为零的自热改性反应。另外，在制氢系统X4中，也可以从套管部24向改性反应器2’内的改性反应部22供给超过损失热量(Q3)的热量。在该情况下，即使有意地将自热改性反应中的水蒸气改性反应的比率(上述的x的值)设定为大于0.80的较高值，也能够使该自热改性反应适当地连续进行，能够提高氢的生成效率。
本发明不限定于上述实施方式的内容。本发明的制氢系统和改性装置的各部分的具体结构，可以自由地进行各种设计改变。例如，可以制成不设置作为蓄热单元的蓄热材料的结构。
实施例1
使用具有下述具体结构的制氢系统X1，从混合原料(含有甲醇、水、和氧)制造氢(富氢气体)。
[制氢系统]
在本实施例的制氢系统中，用不锈钢管(外径：216mm、内径：208mm、全长：1000mm)构成气化器1的主体容器11。作为催化燃烧部13，使用填充有铂系催化剂作为燃烧用催化剂的规定的燃烧器。作为流通管14，使用一部分具有螺旋形状的不锈钢制管(内径：10mm、全长：20m)。作为蓄热材料15，在主体容器11内填充有约25升(填充高度：900mm)的由氧化铝和二氧化硅的混合物构成的陶瓷球(直径：6.35mm)。改性反应器2的主体容器21由不锈钢管(外径：165mm、内径：158mm、全长：750mm)构成。在该主体容器21的周围安装有保温用的绝热材料。在改性反应部22中，填充有约10升(填充高度：500mm)的含有氧化铝、氧化铜和氧化锌的粒径3.0mm的小球(pellet)状的水蒸气改性催化剂。该催化剂也作为部分氧化改性反应的催化剂起作用。作为热交换器3，使用板式热交换器(商品名：ブレ一ヅングプレ一ト式热交换器、日阪制作所生产)。作为PSA分离装置5，使用3塔式的PSA氢分离装置(商品名：PSA氢气发生装置、住友精化生产)。本装置的各吸附塔具有直径50mm、全长1000mm的圆筒形状，在各吸附塔中填充有约1.7升(填充高度：900mm)的沸石系吸附剂。
[氢的制造]
在本实施例的制氢中，以向系统供给的甲醇和水的供给量为0.42kmol/h和0.525kmol/h的流量，向热交换器3中导入甲醇浓度为58.7wt％的甲醇水(20℃)。在热交换器3中，通过与来自改性反应器2的改性气体的热交换，甲醇水升温到137℃。在通过热交换器3后的甲醇水中，以0.20kmol/h的流量添加氧。该混合原料被导入气化器1，在气化器1中升温到250℃、成为气化状态。该气化状态的混合原料被导入改性反应器2，通过改性反应部22中的自热(autothermal)改性反应(反应压力：0.9MPa)，产生含氢的改性气体(250℃)。该改性气体被导入热交换器3，通过与甲醇水的热交换，降温到40℃。该改性气体被导入气液分离器4，该改性气体中含有的液体成分被分离除去。此后，改性气体被导入PSA分离装置5。在PSA分离装置5中，从改性气体中取出富氢气体。另外，从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体被导入气化器1的催化燃烧部13，作为用于对混合原料进行加热气化的燃料使用。在本实施例的这样的制氢中，改性反应器2中的甲醇的反应率为97.6％、PSA分离装置5中的氢回收率为80％、富氢气体中的氢的纯度为99.999％。另外，纯度99.999％的富氢气体的取得量为20.24Nm3/h。
在本实施例中，相对于甲醇供给量0.42kmol/h、使氧供给量为0.20kmol/h，由此，使自热改性反应中的部分氧化改性反应所占的比例成为约20％。另外，通过在改性反应器2的主体容器21的周围安装绝热材料，抑制了来自该主体容器21的放热。因此，改性反应器2中的水蒸气改性反应的吸热量(Q1)和部分氧化改性反应的放热量(Q2)的热收支大致成为零，不必另外设置加热装置等来加热改性反应器2。
另外，在本实施例中，将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(48000kJ/h)，可以使用从热交换器3中的改性气体得到的热量(15800kJ/h)、和通过在催化燃烧部13中燃烧从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体而产生的热量(64500kJ/h)中的约50％(32200kJ/h)来供给。因此，不必为了得到将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(48000kJ/h)而从系统外连续地供给燃料并使其燃烧。
实施例2
使用与实施例1相同的制氢系统X1，以与实施例1不同的原料供给方式，从混合原料(含有甲醇、水、和氧)制造氢(富氢气体)。具体地说，在本实施例的制氢中，以向系统供给的甲醇和水的供给量为0.45kmol/h和0.5625kmol/h的流量，将甲醇浓度为58.7wt％的甲醇水(20℃)导入热交换器3。在通过热交换器3后的甲醇水中，以1.02kmol/h的流量添加空气。除此以外的操作，与实施例1同样。在本实施例的这样的制氢中，改性反应器2中的甲醇的反应率为97.6％、PSA分离装置5中的氢回收率为75％、富氢气体中的氢的纯度为99.9％。另外，氢的纯度99.9％的富氢气体的取得量为20.33Nm3/h。
在本实施例中，相对于甲醇供给量0.45kmol/h、使空气供给量为1.02kmol/h，由此，使自热改性反应中的部分氧化改性反应所占的比例成为约20％。另外，通过在改性反应器2的主体容器21的周围安装绝热材料，抑制了来自该主体容器21的放热。因此，改性反应器2中的水蒸气改性反应的吸热量(Q1)和部分氧化改性反应的放热量(Q2)的热收支大致成为零，不必另外设置加热装置等来加热改性反应器2。
另外，在本实施例中，将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(51300kJ/h)，可以使用从热交换器3中的改性气体得到的热量(16000kJ/h)、和通过在催化燃烧部13中燃烧从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体而产生的热量(86000kJ/h)中的约41％(35300kJ/h)来供给。因此，不必为了得到将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(51300kJ/h)而从制氢系统X1的外部供给燃料等。
实施例3
使用与实施例1、2不同的制氢系统X2A，以与实施例1、2不同的原料供给方式，从混合原料(含有甲醇、水、和氧)制造氢(富氢气体)。
在本实施例的制氢系统X2A中，通过在改性反应器2的主体容器21的内部设置管体23，形成取代制氢系统X1的改性反应部22而具备改性反应部22A的结构。该管体23由不锈钢管(外径：114mm、内径：110mm、全长：600mm)构成。与此相伴，适当改变改性气体导出口212的配设位置、和与改性气体导出口212连接的配管68。在作为改性反应部22A的第一区域221和第二区域222中，填充有约10升(填充高度：500mm)的与上述实施例中使用的相同的改性催化剂。除此以外的结构，与实施例1、2的制氢系统X1相同。
在本实施例的制氢中，以向系统供给的甲醇和水的供给量为0.45kmol/h和0.5625kmol/h的流量，将甲醇浓度为58.7wt％的甲醇水(20℃)导入热交换器3。在通过热交换器3后的甲醇水中，以1.02kmol/h的流量添加空气。除此以外的操作，与实施例1同样。在本实施例的这样的制氢中，改性反应器2A中的甲醇的反应率为97.6％、PSA分离装置5中的氢回收率为75％、富氢气体中的氢的纯度为99.9％。另外，纯度99.9％的富氢气体的取得量为20.33Nm3/h。
在本实施例中，相对于甲醇供给量0.45kmol/h、使空气供给量为1.02kmol/h，由此，使自热改性反应中的部分氧化改性反应所占的比例成为约20％。另外，通过在改性反应器2A的主体容器21的周围安装绝热材料，抑制了来自该主体容器21的放热。因此，改性反应器2A中的水蒸气改性反应的吸热量(Q1)和部分氧化改性反应的放热量(Q2)的热收支大致成为零，不必另外设置加热装置等来加热改性反应器2A。
另外，在本实施例中，将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(51300kJ/h)，可以使用从热交换器3中的改性气体得到的热量(16000kJ/h)、和通过在催化燃烧部13中燃烧从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体而产生的热量(86000kJ/h)中的约41％(35300kJ/h)来供给。因此，不必为了得到将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(51300kJ/h)而从制氢系统X2A的外部连续地供给燃料并使其燃烧。
实施例4
使用具备与实施例3不同的改性装置的制氢系统X2C，以与实施例3不同的原料供给方式，从混合原料(含有甲醇、水、和氧)制造氢(富氢气体)。
在本实施例的制氢系统X2C中，通过用7根不锈钢管(外径：50mm、内径：48mm、全长：600mm)构成在改性反应器2的主体容器21的内部设置的管体23，形成取代制氢系统X2A的改性反应部22A而具备改性反应部22C的结构。除此以外的结构，与实施例3的制氢系统X2A相同。
在本实施例的制氢中，以向系统供给的甲醇和水的供给量为0.42kmol/h和0.525kmol/h的流量，将甲醇浓度为58.7wt％的甲醇水(20℃)导入热交换器3。在通过热交换器3后的甲醇水中，以0.2kmol/h的流量添加氧。除此以外的操作，与实施例1同样。在本实施例的这样的制氢中，改性反应器2C中的甲醇的反应率为97.6％、PSA分离装置5中的氢回收率为80％、富氢气体中的氢的纯度为99.999％。另外，氢的纯度99.999％的富氢气体的取得量为20.24Nm3/h。
在本实施例中，相对于甲醇供给量0.42kmol/h、使氧供给量为0.2kmol/h，由此使自热改性反应中的部分氧化改性反应所占的比例成为约20％。另外，通过在改性反应器2C的主体容器21的周围安装绝热材料，抑制了来自该主体容器21的放热。因此，改性反应器2C中的水蒸气改性反应的吸热量(Q1)和部分氧化改性反应的放热量(Q2)的热收支大致成为零，不必另外设置加热装置等来加热改性反应器2C。
另外，在本实施例中，将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(48000kJ/h)，可以使用从热交换器3中的改性气体得到的热量(15800kJ/h)、和通过在催化燃烧部13中燃烧从PSA分离装置5排出的含氢解吸气体而产生的热量(64500kJ/h)中的约50％(32200kJ/h)来供给。因此，不必为了得到将作为原料的甲醇和水以上述流量从20℃加热到250℃以使其成为气化状态所需要的热量总量(48000kJ/h)而从制氢系统X2C的外部连续地供给燃料等并使其燃烧。
[改性反应部的温度分布]
在实施例3、4中，分别调查了制氢系统X2A、X2C从运转开始经过1小时以上后的稳定运转时的改性反应部22A、22C的温度分布。该改性反应部22A、22C的温度分布的调查，通过测定在改性反应部22A、22C内设定的多个测定点的温度而进行。在实施例3中，该测定点在沿着第一区域221和第二区域222中的气体流动方向的规定轴S1、S2上(参照图4A和图4B)变位而设定。在改性反应部22A中，能够沿着轴S1或轴S2移动地配置有温度计。于是，将该温度计的测定部的位置向在轴S1上或轴S2上变位的测定点依次挪动，测定每个该测定点的温度。在实施例4中，测定点在沿着第一区域221和第二区域222中的气体流动方向的规定轴S3、S4上(参照图6A和图6B)变位而设定。在改性反应部22C中，能够沿着轴S3或轴S4移动地配置有温度计。于是，将该温度计的测定部的位置向在轴S3上或轴S4上变位的测定点依次挪动，测定每个该测定点的温度。
图10是表示改性反应部的温度分布的图。该图的横轴表示在改性反应部22A、22C的气体流动方向的路径长度1000mm(第一区域221中的改性催化剂的填充高度500mm和第二区域222中的改性催化剂的填充高度500mm的合计)中，以第一区域221的上游侧端部为基点、向气体流动方向直到测定点的变位量。该图的纵轴表示该测定点的测定温度。如图10中清楚地所示，在实施例3中，测定点的温度在240℃～270℃的较小范围内，在实施例4中，测定点的温度在240℃～265℃的较小范围内，可以确认改性反应部22A、22C中的各部分的温度被均衡化。可以认为这是由于在第一区域221中主要进行的部分氧化改性反应所产生的热能通过管体23被传递到第二区域222而引起的。此外，在实施例4中，通过设置多根(7根)管体23，与实施例3那样设置1根管体23的情况相比，确保受热面积较大，改性反应部22C的温度分布范围变得更小。

Claims (16)

1.一种制氢系统，其特征在于，包括：
用于加热含有烃系原料、水和氧的混合原料以使其成为气化状态的气化器；
通过使所述烃系原料的水蒸气改性反应和所述烃系原料的部分氧化改性反应同时发生，从所述成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器；和
通过使用填充有吸附剂的吸附塔进行的变压吸附式气体分离法，将所述改性气体导入所述吸附塔，使该改性气体中的不需要成分吸附在所述吸附剂上，将富氢气体从该吸附塔导出，并且，使所述不需要成分从所述吸附剂上解吸，将含有在所述吸附塔内残留的氢和该不需要成分的含氢解吸气体从该吸附塔排出用的变压吸附式分离装置，
所述气化器燃烧所述含氢解吸气体，以由该燃烧产生的燃烧气体作为热源，加热所述混合原料。
2.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述烃系原料为甲醇。
3.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括：
以来自所述改性反应器的所述改性气体作为热源，对供给所述气化器之前的所述烃系原料和所述水进行加热用的加热单元。
4.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述气化器具有用于使所述含氢解吸气体催化燃烧的催化燃烧部。
5.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述气化器具有用于蓄积所述燃烧气体具有的热能的蓄热单元。
6.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述气化器具有：主体容器；用于使所述混合原料流通的、通过所述主体容器内的流通管；和用于使所述含氢解吸气体催化燃烧并向所述主体容器内供给所述燃烧气体的催化燃烧部。
7.如权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，所述气化器还具有用于蓄积所述燃烧气体具有的热能的、被填充在所述主体容器内的蓄热材料。
8.如权利要求7所述的制氢系统，其特征在于，所述蓄热材料是陶瓷球。
9.如权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，所述流通管具有螺旋形状。
10.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，还包括用于以所述燃烧气体作为热源、加热所述改性反应器的加热单元。
11.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，所述第一区域和所述第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。
12.一种改性装置，用于对烃系原料进行改性以产生改性气体，其特征在于，包括：用于以燃烧燃料产生的燃烧气体作为热源，加热含有烃系原料、水和氧的混合原料以使其成为气化状态的气化器；和通过使所述烃系原料的水蒸气改性反应和所述烃系原料的部分氧化改性反应同时发生，从所述成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器。
13.如权利要求12所述的改性装置，其特征在于，所述改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，所述第一区域和所述第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。
14.如权利要求12所述的改性装置，其特征在于，所述燃料包含所述改性气体中的所述氢的一部分。
15.一种改性装置，用于对烃系原料进行改性以产生改性气体，其特征在于，包括：通过用同一催化剂使含有气化状态的烃系原料、水和氧的混合原料同时发生所述烃系原料的水蒸气改性反应和所述烃系原料的部分氧化改性反应，从所述成为气化状态的混合原料产生含氢的改性气体用的改性反应器，
该改性反应器具有上游侧的第一区域和下游侧的第二区域，所述第一区域和所述第二区域隔着导热性的隔壁相邻配置。
16.如权利要求15所述的改性装置，其特征在于，所述隔壁由至少一个管体构成。
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