JP2001040373A - Synthetic gas production, production apparatus, power system, and moving body - Google Patents

Synthetic gas production, production apparatus, power system, and moving body

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JP2001040373A
JP2001040373A JP11243653A JP24365399A JP2001040373A JP 2001040373 A JP2001040373 A JP 2001040373A JP 11243653 A JP11243653 A JP 11243653A JP 24365399 A JP24365399 A JP 24365399A JP 2001040373 A JP2001040373 A JP 2001040373A
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Japan
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carbon
electrode
synthesis gas
water
containing material
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JP11243653A
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Japanese (ja)
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Takeshi Hatanaka
武史 畑中
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthetic gas production process, a synthetic gas production apparatus, a power system, and a moving body, all for enabling the mass- production of a synthetic gas, as a new energy, in a required amount at a time when it is necessary, highly efficiently from a carbon material and low-cost water. SOLUTION: In a easing 62, a neutral electrode 74 is arranged together with concentrically arranged carbon-containing multiphase alternating current electrodes 76, 78, and 80 to form a reaction zone Z4. A multiphase alternating current is supplied to the multiphase alternating current electrodes 76, 78, and 80 to generate a plasma arc in a plurality of reaction zones and to generate steam from water while periodically changing the position of plasma arc generation, Thus generated steam is subjected to the catalytic reaction with carbon of the electrodes to give a CO-rich synthetic gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】 この発明は水素リッチガスの製
造法およびその製造装置に関し、とくに、新エネルギー
として利用可能な合成ガスの製造法、製造装置、パワー
システムおよびこれを利用した移動体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a hydrogen-rich gas, and more particularly to a method, an apparatus and a power system for producing a syngas usable as new energy, and a moving body using the same.

【0002】[0002]

【従来技術】 石油資源の有限性、自動車および産業界
からの排気ガスによる大気汚染ならびに炭酸ガス排出に
よる地球温暖化の有効な対策として、新エネルギーが模
索され、その最有力候補として水素エネルギーが提案さ
れている。従来、水素製造法として、アルカリ電解法、
高温水蒸気電解法および熱分解法が提案されているが、
いずれの方法も効率が悪く、そのため、化石燃料に比べ
て極めてコスト高であった。諸外国における水素エネル
ギー技術の開発は、ドイツのSWB(Solar Wa
sserstoff Byern)プロジェクトとHY
SOLARプロジェクト、またEUとカナダとの共同プ
ロジェクトEQHHPP(Euro Quebec H
ydro−Hydrogen Pilot Proje
ct)計画が発足し、水素技術の開発が活発化した。カ
ナダではEQHHPP計画の他にカナダ政府がCNHP
(Hydrogen R & D Program)を推進しており、研究開発はNatu
ral Resource of Canada(NR
Can)が担当している。アメリカではエネルギー省
(DOE)の支援による研究開発が行なわれるようにな
り、HTAP(Hydrogen Technical
Advisory Panel)や産業界、学会の協
力により、Hydrogen Programが推進さ
れている。しかしながら、これまで化石燃料の涸渇化に
対応した新エネルギーを製造するための革期的な製造法
ならびに製造装置は実用化されていない。近年、新エネ
ルギーとして移動体用のエンジンの燃料用に高濃度の水
素および一酸化炭素を含有する合成ガスの製造法および
製造装置の開発が脚光を浴びている。
2. Description of the Related Art New energy has been sought as an effective countermeasure against the finite nature of petroleum resources, air pollution from automobiles and industry, and global warming due to carbon dioxide emissions. Have been. Conventionally, alkaline electrolysis,
High temperature steam electrolysis and pyrolysis have been proposed,
Either method was inefficient and therefore extremely expensive compared to fossil fuels. The development of hydrogen energy technology in other countries is based on German SWB (Solar Wa
sserstoff Byern) project and HY
The SOLAR project and the EU-Canada joint project EQHHPP (Euro Qubec H
ydro-Hydrogen Pilot Project
ct) The plan was launched and the development of hydrogen technology was activated. In Canada, in addition to the EQHHPP program, the Canadian government
(Hydrogen R & D Program)
ral Resource of Canada (NR
Can). In the United States, research and development with the support of the Department of Energy (DOE) has been carried out, and HTAP (Hydrogen Technical)
The Hydrogen Program is being promoted with the cooperation of the Advisory Panel, industry, and academic societies. However, a revolutionary production method and production apparatus for producing new energy corresponding to the depletion of fossil fuels have not been put to practical use. 2. Description of the Related Art In recent years, development of a method and an apparatus for producing a synthesis gas containing a high concentration of hydrogen and carbon monoxide as fuel for a mobile engine as a new energy has been spotlighted.

【0003】 米国特許第5,159,900号にはタ
ンク内の水中に2つの炭素棒電極を対向するように配置
して、これら電極にプラズマアークを発生させることに
より電極の炭素を酸化させて自動車エンジン用のCOH
合成ガスを生成する方法、装置およびパワーシステム
が提案されている。米国特許第5,435,274号お
よび同第5,692,549号には2つの炭素電極の先
端を近接するように水中に配置して、これら電極間にプ
ラズマアークを発生させて炭素を部分酸化させることに
より合成ガスを生成する方法、装置およびパワーシステ
ムが提案されている。
In US Pat. No. 5,159,900, two carbon rod electrodes are arranged in water in a tank so as to face each other, and a plasma arc is generated at these electrodes to oxidize the carbon of the electrodes. COH for automotive engine
2. Methods, apparatus and power systems for producing synthesis gas have been proposed. U.S. Patent Nos. 5,435,274 and 5,692,549 disclose that two carbon electrodes are placed in water so that the tips are close to each other, and a plasma arc is generated between these electrodes to separate carbon. Methods, apparatus and power systems for producing synthesis gas by oxidation have been proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】 従来技術において、
炭素電極棒は水中に浸積されていて、アークは2つの電
極のシャープな限られた先端間においてのみ発生するた
め、プラズマアークの発生領域(反応領域)が極めて狭
い。このため、プラズマアークと水との接触反応領域も
極めて小さく、水素の発生量も少ない。したがって、従
来の合成ガス製造装置ではオンデマンドで必要量の合成
ガスを瞬時に製造することはできず、自動車、航空機、
船舶、農業機械、建設機械、宇宙探査機等の移動体、そ
のパワーシステムならびに大型発電プラント等の産業機
器のクリーン燃料製造用としては実用化できなかった。
さらに、従来装置では効率が悪いため、化石燃料の涸渇
化に対応して新エネルギーとして合成ガスを工業的に大
量生産することができなかった。
[Problems to be solved by the invention] In the prior art,
Since the carbon electrode rod is immersed in water and the arc is generated only between the sharp and limited tips of the two electrodes, the generation region (reaction region) of the plasma arc is extremely narrow. Therefore, the contact reaction region between the plasma arc and water is extremely small, and the amount of generated hydrogen is small. Therefore, conventional synthesis gas production equipment cannot instantaneously produce the required amount of synthesis gas on demand.
It could not be put to practical use as a clean fuel for mobile equipment such as ships, agricultural machines, construction machines, space probes, power systems thereof, and industrial equipment such as large power plants.
Furthermore, the efficiency of the conventional apparatus is poor, and it has not been possible to industrially mass-produce synthesis gas as new energy in response to the depletion of fossil fuels.

【0005】 本発明は化石燃料の涸渇化問題をクリア
して、新エネルギーとして、また、化学工業原料として
利用可能な合成ガス製造法、製造装置、パワーシステム
および移動体を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the problem of depletion of fossil fuels and to provide a synthesis gas production method, a production apparatus, a power system, and a mobile body that can be used as new energy and as a raw material for the chemical industry. I do.

【0006】 本発明の他の目的はオンデマンドで必要
量のクリーン合成ガスを瞬時に製造できる合成ガス製造
法および製造装置を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a synthesis gas production method and apparatus capable of instantaneously producing a required amount of clean synthesis gas on demand.

【0007】 本発明の他の目的は安価な水と炭素含有
材を原料として低コストの合成ガスを工業的に大量生産
可能にする合成ガス製造法および製造装置を提供するこ
とを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a synthesis gas that enables industrial mass production of low-cost synthesis gas using inexpensive water and a carbon-containing material as raw materials.

【0008】 本発明の他の目的は小形高性能、低コス
ト、高信頼性の合成ガス製造装置を提供することを目的
とする。
Another object of the present invention is to provide a compact, high-performance, low-cost, highly reliable synthesis gas production apparatus.

【0009】 本発明の他の目的は自動車、船舶、航空
機、農業機械、建設機械、宇宙探査機等の移動体および
発電プラント等の産業用機器に利用可能な合成ガス製造
法、製造装置およびパワーシステムを提供することを目
的とする。
Another object of the present invention is to provide a syngas production method, a production apparatus and a power which can be used for a mobile object such as an automobile, a ship, an aircraft, an agricultural machine, a construction machine, a space probe, and an industrial device such as a power plant. The purpose is to provide a system.

【0010】[0010]

【問題を解決するための手段】 本願第1発明におい
て、合成ガス製造法がケーシング内に炭素含有多相交流
電極を配置してこれらに沿って複数の反応ゾーンを形成
する工程と、多相交流電極に多相交流電力を供給して同
時に複数の反応ゾーンにプラズマアークを発生させる工
程と、反応ゾーンに水を供給してスチームを発生させ、
これを複数の反応ゾーンでプラズマアークの存在下で電
極の炭素と接触反応させることにより合成ガスを生成す
る工程と、からなることにより達成される。
Means for Solving the Problems In the first invention of the present application, a method for producing a synthesis gas includes a step of arranging a carbon-containing multiphase AC electrode in a casing and forming a plurality of reaction zones along the electrodes. A step of supplying multi-phase AC power to the electrodes to simultaneously generate plasma arcs in a plurality of reaction zones, and supplying water to the reaction zones to generate steam,
Producing a synthesis gas by contacting and reacting with carbon of the electrode in the presence of a plasma arc in a plurality of reaction zones.

【0011】 本願第2発明において、合成ガス製造法
がケーシング内に対向電極を配置してその間に反応ゾー
ンを形成する工程と、反応ゾーン内に炭素含有材を充填
する工程と、対向電極に通電して反応ゾーン内にプラズ
マアークを発生させる工程と、反応ゾーン内に水を導入
してスチームを発生させ、これをプラズマアークの存在
下で炭素含有材と接触反応させることにより合成ガスを
生成する工程と、からなることにより達成される。
In the second invention of the present application, the synthesis gas production method comprises the steps of arranging a counter electrode in a casing and forming a reaction zone therebetween, filling the reaction zone with a carbon-containing material, and energizing the counter electrode. Generating a plasma arc in the reaction zone, and introducing water into the reaction zone to generate steam, which is contact-reacted with a carbon-containing material in the presence of the plasma arc to generate a synthesis gas. And a process.

【0012】 本願第3発明において、合成ガス製造装
置が水を導入するためのインレットおよび合成ガスを排
出するためのアウトレットを有するケーシングと、イン
レットとアウトレット間でケーシング内に配置されて複
数の反応ゾーンに沿って配置された炭素含有多相交流電
極と、多相交流電極に多相交流電力を供給して複数の反
応ゾーンにプラズマアークを発生させる多相交流電源と
を備え、水が反応ゾーンでスチームに変化してプラズマ
アークの存在下で電極の炭素と接触反応して合成ガスを
生成することにより達成される。
In the third invention of the present application, the synthesis gas production apparatus has a casing having an inlet for introducing water and an outlet for discharging the synthesis gas, and a plurality of reaction zones arranged in the casing between the inlet and the outlet. A carbon-containing polyphase AC electrode arranged along the line, and a polyphase AC power supply for supplying a polyphase AC power to the polyphase AC electrode to generate a plasma arc in a plurality of reaction zones, wherein water is supplied in the reaction zone. This is achieved by changing to steam and reacting with the carbon of the electrode in the presence of a plasma arc to produce synthesis gas.

【0013】 本願第4発明において、合成ガス製造装
置が水を導入するためのインレットと合成ガスを排出す
るためのアウトレットを有するケーシングと、ケーシン
グ内に配置されてこれらの間に反応ゾーンを形成する対
向電極と、反応ゾーン内に充填された炭素含有材と、対
向電極間に通電して反応ゾーン内にプラズマアークを発
生させる電源とを備え、反応ゾーン内で水が炭素含有材
に接触してスチームとなり、スチームがプラズマアーク
の存在下で炭素含有材と接触反応して合成ガスを生成す
ることにより達成される。
In the fourth invention of the present application, the synthesis gas production device has a casing having an inlet for introducing water and an outlet for discharging the synthesis gas, and is disposed in the casing to form a reaction zone therebetween. A counter electrode, a carbon-containing material filled in the reaction zone, and a power supply for generating a plasma arc in the reaction zone by energizing between the counter electrodes, wherein water contacts the carbon-containing material in the reaction zone. It is achieved by becoming steam and the steam contacting and reacting with the carbon-containing material in the presence of the plasma arc to produce synthesis gas.

【0014】 本願第5発明において、合成ガス製造装
置が水供給源と、水から合成ガスを生成する合成ガス製
造装置と、合成ガスの燃焼により駆動されて機械出力を
発生する原動機と、原動機により駆動される多相交流電
源とを備え、合成ガス製造装置が複数の反応ゾーンを形
成する炭素含有多相交流電極を備え、多相交流電源を多
相交流電極に接続することにより、複数の反応ゾーンで
プラズマアークを発生させ、プラズマアークの存在下で
水がスチームとなって電極の炭素と接触反応して合成ガ
スを生成することにより達成される。
In the fifth invention of the present application, the synthesis gas production apparatus includes a water supply source, a synthesis gas production apparatus that generates synthesis gas from water, a motor that is driven by combustion of the synthesis gas to generate a mechanical output, and a motor that A multi-phase AC power source to be driven, and the syngas production apparatus includes a carbon-containing multi-phase AC electrode forming a plurality of reaction zones. This is achieved by generating a plasma arc in the zone and in the presence of the plasma arc water reacts in contact with the carbon of the electrode to produce synthesis gas.

【0015】 本願第6発明において、パワーシステム
が水供給源と、水から合成ガスを生成する合成ガス製造
装置と、合成ガスの燃焼により駆動されて機械出力を発
生する原動機と、原動機により駆動される電源とを備
え、熱分解装置が反応ゾーンを形成する対向電極と、反
応ゾーン内に充填された炭素含有材とを備え、対向電極
に電源を接続することにより炭素含有材のすきまにプラ
ズマアークを発生させ、これにより水をスチームとし、
スチームをプラズマアークの存在下で炭素含有材と接触
反応させて合成ガスを生成することにより達成される。
In the sixth invention of the present application, the power system is driven by a water supply source, a synthesis gas production device that generates synthesis gas from water, a motor that is driven by combustion of the synthesis gas to generate a mechanical output, and a motor that is driven by the motor. The pyrolysis apparatus includes a counter electrode forming a reaction zone, and a carbon-containing material filled in the reaction zone. When a power source is connected to the counter electrode, a plasma arc is generated in the gap of the carbon-containing material. Which causes the water to steam and
It is achieved by reacting steam with a carbon-containing material in the presence of a plasma arc to produce synthesis gas.

【0016】 本願第7発明において、パワーシステム
が水供給源と、水から合成ガスを生成する合成ガス製造
装置と、合成ガスの燃焼により駆動されて機械出力を発
生する原動機と、原動機により駆動される多相交流電源
とを備え、合成ガス製造装置が複数の反応ゾーンを形成
する炭素含有多相交流電極を備え、多相交流電源を多相
交流電極に接続することにより、複数の反応ゾーンでプ
ラズマアークを発生させ、プラズマアークの存在下で水
がスチームとなって電極の炭素と接触反応して合成ガス
を生成することにより達成される。
In the seventh invention of the present application, the power system is driven by a water supply source, a synthesis gas production device that generates synthesis gas from water, a motor that is driven by combustion of the synthesis gas to generate a mechanical output, and a motor that is driven by the motor. A multi-phase AC power supply, and the synthesis gas production apparatus includes a carbon-containing multi-phase AC electrode forming a plurality of reaction zones. This is achieved by generating a plasma arc, and in the presence of the plasma arc, water becomes steam and reacts with the carbon of the electrode to react and produce synthesis gas.

【0017】 本願第8発明において、移動体が水供給
源と、水から合成ガスを生成する合成ガス製造装置と、
合成ガスの燃焼により駆動されて機械出力を発生する原
動機と、原動機により駆動される電源とを備え、熱分解
装置が反応ゾーンを形成する対向電極と、反応ゾーン内
に充填された炭素含有材とを備え、対向電極に電源を接
続することにより炭素含有材のすきまにプラズマアーク
を発生させ、これにより水をスチームとし、スチームを
プラズマアークの存在下で炭素含有材と接触反応させて
合成ガスを生成することにより達成される。
In the eighth invention of the present application, the moving body includes a water supply source, a synthesis gas production device configured to generate synthesis gas from water,
A prime mover driven by the combustion of the synthesis gas to generate a mechanical output, and a power supply driven by the prime mover, a pyrolysis device includes a counter electrode forming a reaction zone, and a carbon-containing material filled in the reaction zone. By connecting a power supply to the counter electrode, a plasma arc is generated in the gap of the carbon-containing material, whereby water is turned into steam, and the steam is contacted and reacted with the carbon-containing material in the presence of the plasma arc to synthesize gas. Achieved by generating.

【0018】[0018]

【作用】 本発明の合成ガス製造法、製造装置、パワー
システムおよび移動体において、水を導入するインレッ
トと合成ガスを取り出すアウトレットを有するケーシン
グ内に対向電極を配置して、これら電極間に反応ゾーン
を形成し、反応ゾーン内に炭素含有材を充填して電極に
通電し、電極間でプラズマアークを発生させてプラズマ
アークの存在下で水をスチームにしてこれを炭素含有材
とを接触反応させることにより瞬時に合成ガスを大量生
産可能にしたものである。他の発明において、ケーシン
グ内に炭素含有多相交流電極を配置して複数の反応ゾー
ンを形成し、多相交流電極に多相交流電力を給電するこ
とにより複数の反応ゾーンで同時に複数のプラズマ領域
を発生させ、かつ、このプラズマ領域を高速移動させな
がら大量の電離ガスを発生させてプラズマ発生を容易に
し、スチームと電極の炭素を接触反応させて合成ガスを
瞬時に大量生産可能にしたものである。
According to the method, the production apparatus, the power system and the moving body of the present invention, a counter electrode is arranged in a casing having an inlet for introducing water and an outlet for extracting syngas, and a reaction zone is provided between these electrodes. Is formed, the reaction zone is filled with a carbon-containing material, electricity is supplied to the electrodes, a plasma arc is generated between the electrodes, and water is steamed in the presence of the plasma arc to cause a contact reaction with the carbon-containing material. As a result, it is possible to mass-produce synthesis gas instantaneously. In another invention, a plurality of reaction zones are formed by arranging a carbon-containing multiphase AC electrode in a casing, and a plurality of plasma zones are simultaneously formed in a plurality of reaction zones by supplying multiphase AC power to the multiphase AC electrode. A large amount of ionized gas is generated while moving this plasma region at a high speed to facilitate plasma generation, and the reaction between steam and the carbon of the electrode is brought into contact with each other to enable instant mass production of synthesis gas. is there.

【0019】[0019]

【実施例】 以下、本発明の望ましい実施例について図
面を参照しながら説明する。図1、図2は本発明の合成
ガス製造法を実施するための望ましい第1実施例の合成
ガス製造装置10を示す。合成ガス製造装置10は水W
を導入するためのインレット12と、合成ガスGを排出
するためのアウトレット14を有するケーシング16を
備える。ケーシング16は環状絶縁部材18を収納して
いて、その中に複数の反応ゾーンZ1、Z2、Z3から
なる反応室20を形成するための円形状中性電極22と
セグメント状多相交流電極24、26、28とを備え
る。図2、図3において、多相交流電極24、26、2
8は三相交流電源に接続され、その中性点に中性電極2
2が接続される。三相交流電極24、26、28はイン
レット12とアウトレット14との間で中性電極22に
対向して周方向に間隔をおいて配置されて、これに沿っ
て第1〜第3反応ゾーンZ1、Z2、Z3を形成する。
本発明の第1製造法では、多相電極24、26、28お
よび中性電極22はグラファイトもしくは炭素材(カー
ボン電極)から構成されるが、第2製造法では、これら
電極は微量(0.2%未満)の酸化イットリウム及び/
又は酸化セリウム含有タングステン、トリウム含有タン
グステン、炭化ハフニウム、窒化ハフニウム、6ホウ化
ランタン、炭化チタン等の電極材から構成しても良い。
絶縁部材18は内部に急冷室18aを有する中央部18
bを有し、その端部はケーシング16の内壁まで延びて
いる。ケーシング16は冷却水導入ポート36、排出ポ
ート38および仕切部材40を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a first preferred embodiment of a synthesis gas production apparatus 10 for carrying out the synthesis gas production method of the present invention. The synthesis gas production device 10 is
And a casing 16 having an outlet 14 for discharging the synthesis gas G. The casing 16 houses an annular insulating member 18, in which a circular neutral electrode 22 and a segmented polyphase AC electrode 24 for forming a reaction chamber 20 including a plurality of reaction zones Z 1, Z 2, and Z 3. 26 and 28 are provided. 2 and 3, the multi-phase AC electrodes 24, 26, 2
Numeral 8 is connected to a three-phase AC power source, and a neutral electrode 2
2 are connected. The three-phase AC electrodes 24, 26, and 28 are circumferentially spaced between the inlet 12 and the outlet 14 so as to face the neutral electrode 22, and along the first to third reaction zones Z1. , Z2 and Z3 are formed.
In the first manufacturing method of the present invention, the multi-phase electrodes 24, 26, and 28 and the neutral electrode 22 are made of graphite or a carbon material (carbon electrode). Less than 2%) yttrium oxide and / or
Alternatively, an electrode material such as cerium oxide-containing tungsten, thorium-containing tungsten, hafnium carbide, hafnium nitride, lanthanum hexaboride, and titanium carbide may be used.
The insulating member 18 has a central portion 18 having a quenching chamber 18a inside.
b, the end of which extends to the inner wall of the casing 16. The casing 16 includes a cooling water introduction port 36, a discharge port 38, and a partition member 40.

【0020】 図2において、絶縁部材18はインレッ
ト12の水Wを反応室20内に導入するための多数の小
孔42と、合成ガスをアウトレット14に吐出するため
の多数の小孔44とを備える。反応ゾーンZ1、Z2、
Z3内には電極面積を拡大する炭素含有材42が充填さ
れる。炭素含有材42は木炭、石炭、石油コークス、グ
ラファイト、カーボン、濃縮下水汚泥、およびそれらの
混合物からなる群から選ばれた固体状または粉末状材料
から形成される。なお、炭素含有材42は触媒金属表面
に炭素を折出させたものでも良い。1例として、触媒金
属を単体もしくはニッケル含有マグネタイト(Fe
)等の酸化鉄から選択して、これに300〜500℃
で水素を通して酸素欠陥マグネタイトにして活性化し、
その後二酸化炭素を導入してマグネタイト表面に炭素を
折出させても良い。図1、図2において、炭素含有材4
2は直径3〜30mmのカーボンボールからなり、これ
らが各反応ゾーン内に充填される。カーボンボール42
の間にはギャップgが形成され、対向電極に通電された
ときに、ギャップg内にはスパークによるプラズマアー
クが発生する。カーボンボール42のギャップgはイン
レット12から反応室20内に導入されてカーボンボー
ルに接触して発生したスチームを通過させるための微小
反応路手段として機能する。すなわち、スチームはイン
レット12からアウトレット14まで通過する間に、必
ず、多数のギャップg内に浸入して、ギャップg内のプ
ラズマアークの存在下でギャップgを構成する炭素含有
材と接触反応する。この結果、水素および一酸化炭素リ
ッチで少量のメタンを含有する合成ガスが瞬時に生成さ
れる。図1、図2に示す如く、対向電極が三相交流電極
からなる場合は三相交流電力の位相に応じて同時に複数
の電極対の間に電位差が生じて、複数の反応ゾーン内で
同時にプラズマアークが発生する。たとえば、図1にお
いて、第1ステップで第1、第2反応ゾーンZ1、Z2
でプラズマアークが発生し、第2ステップで第1〜第3
反応ゾーンZ1、Z2、Z3でプラズマアークが発生
し、第3ステップで第1、第2反応ゾーンZ1、Z2で
プラズマアークが発生し、第4ステップで第1〜第3反
応ゾーンZ1、Z2、Z3でプラズマアークが発生し、
第5ステップで第2、第3反応ゾーンZ2、Z3でプラ
ズマアークが発生し、第6ステップで第1〜第3反応ゾ
ーンZ1、Z2、Z3でプラズマアークが発生する。こ
のように三相交流電力の位相毎に2つの反応ゾーンと3
つの反応ゾーンとの間に交互にプラズマアークが発生
し、アーク発生領域が周方向に高速で移動しながら、各
反応ゾーン内に多量の電離ガスを発生する。そのため、
スチームが各反応ゾーンを通過するときに確実にプラズ
マアークが発生する。
In FIG. 2, the insulating member 18 has a number of small holes 42 for introducing the water W in the inlet 12 into the reaction chamber 20 and a number of small holes 44 for discharging the synthesis gas to the outlet 14. Prepare. Reaction zones Z1, Z2,
Z3 is filled with a carbon-containing material 42 for increasing the electrode area. The carbon-containing material 42 is formed from a solid or powdered material selected from the group consisting of charcoal, coal, petroleum coke, graphite, carbon, concentrated sewage sludge, and mixtures thereof. Note that the carbon-containing material 42 may be one obtained by depositing carbon on the surface of the catalyst metal. As an example, the catalyst metal may be a simple substance or a nickel-containing magnetite (Fe 3 O
4 ) Select from iron oxides such as 300-500 ° C
To activate oxygen-deficient magnetite through hydrogen,
Thereafter, carbon dioxide may be introduced to deposit carbon on the magnetite surface. 1 and 2, the carbon-containing material 4
Numeral 2 consists of carbon balls having a diameter of 3 to 30 mm, which are filled in each reaction zone. Carbon ball 42
A gap g is formed between them, and when a current is supplied to the counter electrode, a plasma arc is generated in the gap g due to a spark. The gap g of the carbon ball 42 functions as a minute reaction path means for passing the steam generated from the inlet 12 into the reaction chamber 20 in contact with the carbon ball. That is, while the steam passes from the inlet 12 to the outlet 14, the steam always enters the gaps g and reacts with the carbon-containing material constituting the gap g in the presence of the plasma arc in the gap g. As a result, a syngas rich in hydrogen and carbon monoxide and containing a small amount of methane is instantaneously produced. As shown in FIGS. 1 and 2, when the counter electrode is formed of a three-phase AC electrode, a potential difference is simultaneously generated between a plurality of electrode pairs according to the phase of the three-phase AC power, and plasma is simultaneously generated in a plurality of reaction zones. An arc occurs. For example, in FIG. 1, in the first step, the first and second reaction zones Z1, Z2
In the second step, a plasma arc is generated.
Plasma arcs are generated in the reaction zones Z1, Z2, Z3, plasma arcs are generated in the first and second reaction zones Z1, Z2 in the third step, and first to third reaction zones Z1, Z2, in the fourth step. A plasma arc is generated in Z3,
In the fifth step, a plasma arc is generated in the second and third reaction zones Z2, Z3, and in the sixth step, a plasma arc is generated in the first to third reaction zones Z1, Z2, Z3. In this way, two reaction zones and three
A plasma arc is generated alternately between the two reaction zones, and a large amount of ionized gas is generated in each reaction zone while the arc generation region moves at high speed in the circumferential direction. for that reason,
As the steam passes through each reaction zone, a plasma arc is reliably generated.

【0021】 次に本発明の合成ガス製造法につき、図
1、図2の実施例を利用して説明する。第1製造法にお
いて、ケーシング内に炭素含有多相交流電極を配置して
これらに沿って複数の反応ゾーンを形成し、多相交流電
極に多相交流電力を供給して同時に複数の反応ゾーンに
プラズマアークを発生させ、反応ゾーンに水を供給して
スチームを発生させ、スチームを複数の反応ゾーンでプ
ラズマアークの存在下で電極の炭素と接触反応させて合
成ガスを発生させる。第2製造法において、ケーシング
内に対向電極を配置して反応ゾーンを形成し、反応ゾー
ン内に炭素含有材を充填し、対向電極間に通電して反応
ゾーン内にプラズマアークを発生させてスチームを生成
し、これをプラズマアークの存在下で炭素含有材と接触
反応させて合成ガスを発生させる。水にNaOH、KO
H等のアルカリ水溶液を混合しても良く、分解水として
海水を利用しても良い。その時発生する次亜塩素その他
の不要成分は公知の技術で分離すると良い。
Next, the synthesis gas production method of the present invention will be described with reference to the embodiment shown in FIGS. In the first manufacturing method, a carbon-containing multi-phase AC electrode is arranged in a casing, a plurality of reaction zones are formed along these, and a multi-phase AC power is supplied to the multi-phase AC electrode to simultaneously generate a plurality of reaction zones. A plasma arc is generated, water is supplied to the reaction zone to generate steam, and the steam is contacted and reacted with carbon of the electrode in the plurality of reaction zones in the presence of the plasma arc to generate synthesis gas. In the second manufacturing method, a reaction zone is formed by arranging a counter electrode in a casing, a carbon-containing material is filled in the reaction zone, and a current is applied between the counter electrodes to generate a plasma arc in the reaction zone, thereby forming a steam. Which is contacted with a carbon-containing material in the presence of a plasma arc to generate synthesis gas. NaOH, KO in water
An aqueous alkali solution such as H may be mixed, and seawater may be used as the decomposition water. Hypochlorite and other unnecessary components generated at that time may be separated by a known technique.

【0022】 図3は本発明の望ましい第2実施例の合
成ガス製造装置10’を示す。合成ガス製造装置10’
は水Wを導入するための第1、第2インレット50、5
2を有する第1部材58と、合成ガスGを排出するアウ
トレット54を有する第2部材60とを備えたケーシン
グ62を備える。第2部材60は第1部材58にねじ込
まれて、これらの間に円筒状絶縁部材64を支持してい
る。第1部材58は第1、第2導入通路50a、52a
と、中央口66と、中央口66と第2部材60との間に
形成された電極室68とを備える。中央口66および電
極室68内にはそれぞれ第1、第2絶縁スリーブ70、
72が配置される。第1絶縁スリーブ70は電極室68
内に延びるフランジ70aを備え、フランジ70aは導
入通路50a、52aにそれぞれ連通するオープニング
70bを有する。スリーブ70内には中央棒状中性電極
74の小径部74aが支持される。第2絶縁スリーブ7
2の内側には中央電極74に対向して軸方向に間隔をお
いて配置されて複数の反応ゾーンZ4、Z5、Z6を形
成する円筒状多相電極76、78、80が支持される。
これら多相電極は前述した金属電極もしくはカーボン、
グラファイト材料から選択される。これら多相電極を相
互に絶縁するために、絶縁部材82、84、86、88
が第2絶縁スリーブ72内に配置される。多相電極7
6、78、80はそれぞれ端子76a、78a、80a
を介して多相交流電源、たとえば三相交流電源のR相、
S相、T相にそれぞれ接続され、その中性点に中性電極
74が接続される。端子76a、78a、80aはそれ
ぞれ第1部材58に固着された絶縁部材90、92、9
4により絶縁保護されている。
FIG. 3 shows a synthesis gas production apparatus 10 ′ according to a second preferred embodiment of the present invention. Synthetic gas production device 10 '
Are first and second inlets 50 and 5 for introducing water W.
2 and a casing 62 provided with a second member 60 having an outlet 54 for discharging the synthesis gas G. The second member 60 is screwed into the first member 58 and supports the cylindrical insulating member 64 therebetween. The first member 58 includes first and second introduction passages 50a and 52a.
, A central opening 66, and an electrode chamber 68 formed between the central opening 66 and the second member 60. A first insulating sleeve 70 and a second insulating sleeve 70 are provided in the central opening 66 and the electrode chamber 68, respectively.
72 are arranged. The first insulating sleeve 70 is an electrode chamber 68
The flange 70a has an opening 70b that communicates with the introduction passages 50a and 52a, respectively. A small-diameter portion 74 a of the central rod-shaped neutral electrode 74 is supported in the sleeve 70. Second insulating sleeve 7
On the inner side of 2, cylindrical multi-phase electrodes 76, 78, 80 which are arranged opposite to the central electrode 74 in the axial direction and form a plurality of reaction zones Z 4, Z 5, Z 6 are supported.
These multi-phase electrodes are the above-mentioned metal electrodes or carbon,
Selected from graphite materials. To insulate these multi-phase electrodes from each other, insulating members 82, 84, 86, 88
Are disposed in the second insulating sleeve 72. Polyphase electrode 7
6, 78 and 80 are terminals 76a, 78a and 80a, respectively.
Through a polyphase AC power supply, for example, the R phase of a three-phase AC power supply,
A neutral electrode 74 is connected to the neutral point of each of the S and T phases. The terminals 76a, 78a, 80a are respectively provided with insulating members 90, 92, 9 fixed to the first member 58.
4 is insulated and protected.

【0023】 図3において、中央電極74の右端部は
絶縁部材88の中央部により支持され、絶縁部材88は
周方向に等間隔で形成された複数のガス噴出口88aを
有する。第1絶縁スリーブ70のフランジ70aと絶縁
部材88との間に軸方向に間隔をおいて配列された反応
ゾーンZ4、Z5、Z6からなる環状反応室90が形成
される。反応ゾーン内には多数のカーボンボール92が
微小反応路手段として充填される。他の望ましい例にお
いて、前述の炭素材料から形成された電極を採用してカ
ーボンボール92の代りに、珪石、石英、天然ゼオライ
ト等の鉱石または砂からなる二酸化珪素の粒状不導体を
充填しても良い。二酸化珪素はプラズマアークにより活
性化されて、水を水素酸素に分解し、この酸素で電極の
炭素を部分酸化して一酸化炭素を生成させることによ
り、水素、一酸化炭素リッチな合成ガスが生成される。
また、後述の如く、カーボンボール92と粒状不導体と
の混合物を特定の割合で混合して反応ゾーン内に充填し
ても良い。電極68の端部近辺において、アウトレット
54を有する急冷部材94が配置され、その右端部に第
2部材60がねじ込まれることにより、急冷部材94を
第1部材58に対して固定位置に保持している。第2部
材60は冷却水供給ボート60aと排出ポート60bと
を有する。一方、急冷部材94はガス噴出口88aとア
ウトレット54に連通するガス急冷室100と、冷却室
102とを備える。冷却室102には供給ポート60a
から水が冷却水として連続的に供給され、急冷室100
のガスを急冷した後、排気ポート60bから管路104
を経て第1、第2インレット50、52から反応室90
内に導入される。このとき多相電極76、78、80に
三相交流電力が給電されると、複数の反応ゾーンZ4、
Z5、Z6のうち少くとも2つの反応ゾーンでプラズマ
アークが発生し、水はスチームとなってプラズマアーク
の存在下で炭素含有材92と接触反応して瞬時に大量の
合成ガスが生成される。
In FIG. 3, the right end of the center electrode 74 is supported by the center of an insulating member 88, and the insulating member 88 has a plurality of gas outlets 88 a formed at equal intervals in the circumferential direction. An annular reaction chamber 90 is formed between the flange 70a of the first insulating sleeve 70 and the insulating member 88. The annular reaction chamber 90 includes reaction zones Z4, Z5, and Z6 arranged at intervals in the axial direction. The reaction zone is filled with a large number of carbon balls 92 as micro reaction path means. In another desirable example, the electrode formed of the above-described carbon material is used, and instead of the carbon ball 92, a silica or silica such as quartz, natural zeolite or the like, or a granular non-conductor of silicon dioxide made of sand is used. good. The silicon dioxide is activated by the plasma arc, decomposes water into hydrogen and oxygen, and partially oxidizes the carbon on the electrode with this oxygen to produce carbon monoxide, producing a synthesis gas rich in hydrogen and carbon monoxide. Is done.
Further, as described later, a mixture of the carbon ball 92 and the granular non-conductor may be mixed at a specific ratio and filled in the reaction zone. Near the end of the electrode 68, a quenching member 94 having the outlet 54 is disposed, and the second member 60 is screwed into the right end thereof to hold the quenching member 94 in a fixed position with respect to the first member 58. I have. The second member 60 has a cooling water supply boat 60a and a discharge port 60b. On the other hand, the quenching member 94 includes a gas quenching chamber 100 communicating with the gas ejection port 88a and the outlet 54, and a cooling chamber 102. The cooling chamber 102 has a supply port 60a
Is continuously supplied as cooling water from the quenching chamber 100
After the gas is rapidly cooled, the pipe 104 is connected through the exhaust port 60b.
Through the first and second inlets 50 and 52 to the reaction chamber 90.
Introduced within. At this time, when three-phase AC power is supplied to the multi-phase electrodes 76, 78, 80, a plurality of reaction zones Z4,
A plasma arc is generated in at least two reaction zones of Z5 and Z6, and water becomes steam and makes contact with the carbon-containing material 92 in the presence of the plasma arc to instantaneously generate a large amount of synthesis gas.

【0024】 図4は本発明の望ましい第3実施例によ
る合成ガス製造装置110を示す。合成ガス製造装置1
10は水供給タンク112と、水を加圧下で給送するポ
ンプ114と、水Wを導入するためのインレット116
および合成ガスGを取り出すためのアウトレット118
を有するケーシング120を備える。ケーシング120
内にはカップ状絶縁部材122が収納され、絶縁部材1
22の外壁とケーシング120の対向内面の間に冷却部
124が形成され、その中に冷却水Cが循還されて装置
内部を冷却する。絶縁部材122の中心部に上端部がイ
ンレット116となっている中空スリーブからなる中性
電極126と、これに対して軸方向に間隔をおいて配列
された三相交流用円筒状電極128、130、132が
同心的に配置される。円筒状電極128、130、13
2に隣接して第1〜第3反応ゾーンZ7、Z8、Z9が
形成される。第1〜第3反応ゾーンZ7、Z8、Z9は
円筒状電極128、130、132によりそれぞれ支持
された絶縁性の多孔性仕切板134、136、138に
より区画されている。各反応ゾーンには微小反応路手段
としてカーボンボールからなる粒状導体140、14
2、144と上述の二酸化珪素からなる粒状不導体14
0’、142’、144’との混合物が充填される。粒
状導体と粒状不導体との混合比は1:1.5〜1.5:
1の範囲が望ましい。この混合比により、反応ゾーン内
にプラズマアークが発生しやすくなり、しかも、二酸化
珪素は効率的に水分解触媒としても機能するため、水素
および一酸化炭素リッチな合成ガスが効率的に生成され
る。ケーシング120の上部にはアウトレット118に
隣接して急冷室120aが配置され、その中に急冷手段
146が収納される。中性電極126の下端部には第1
反応ゾーンZ7に開口していて、その部分に加圧水を噴
射する複数のノズル126aを有するが、ノズル126
aは第2、第3反応ゾーンZ8、Z9にも開口するよう
に形成しても良い。
FIG. 4 shows a synthesis gas production apparatus 110 according to a third preferred embodiment of the present invention. Syngas production equipment 1
10 is a water supply tank 112, a pump 114 for supplying water under pressure, and an inlet 116 for introducing water W.
And outlet 118 for taking out synthesis gas G
Is provided. Casing 120
A cup-shaped insulating member 122 is housed therein, and the insulating member 1
A cooling part 124 is formed between the outer wall of the casing 22 and the opposed inner surface of the casing 120, in which cooling water C is circulated to cool the inside of the apparatus. At the center of the insulating member 122, a neutral electrode 126 formed of a hollow sleeve having an upper end formed as an inlet 116, and three-phase AC cylindrical electrodes 128, 130 arranged at an axial interval with respect to the neutral electrode 126. , 132 are arranged concentrically. Cylindrical electrodes 128, 130, 13
The first to third reaction zones Z7, Z8, Z9 are formed adjacent to the second reaction zone. The first to third reaction zones Z7, Z8, Z9 are defined by insulating porous partition plates 134, 136, 138 supported by cylindrical electrodes 128, 130, 132, respectively. In each reaction zone, granular conductors 140 and 14 made of carbon balls are used as minute reaction path means.
2, 144 and the above-mentioned granular non-conductor 14 made of silicon dioxide.
The mixture with 0 ', 142', 144 'is filled. The mixing ratio between the granular conductor and the granular nonconductor is 1: 1.5 to 1.5:
A range of 1 is desirable. Due to this mixing ratio, a plasma arc is easily generated in the reaction zone, and silicon dioxide also efficiently functions as a water splitting catalyst, so that a synthesis gas rich in hydrogen and carbon monoxide is efficiently generated. . A quenching chamber 120a is arranged at an upper portion of the casing 120 adjacent to the outlet 118, and quenching means 146 is housed therein. The first end of the neutral electrode 126
It has a plurality of nozzles 126a which are open to the reaction zone Z7 and inject pressurized water into that portion.
a may be formed so as to open also to the second and third reaction zones Z8 and Z9.

【0025】 図4において、円筒状電極128、13
0、132はY結線された三相交流電源150のR相、
S相、T相にそれぞれ接続され、中性電極126は三相
交流電源150の中性点Nに接続される。図示しないス
イッチ手段を介して電極128、130、132に通電
されると、前述したように第1〜第3反応ゾーンZ7、
Z8、Z9のうち少くとも2つの反応ゾーン内にプラズ
マアークが発生し、2つのプラズマアーク発生領域は順
次第1〜第3反応ゾーン内に周期的に移動する。このと
き、第1反応ゾーンZ7に水を噴射すると、水は微小反
応路手段140の表面に接触してスチームとなり、スチ
ームは微小反応路140a、142a、144aを通過
して、第2反応ゾーンZ8および第3反応ゾーンZ9へ
と順次移動する。このとき、スチームはプラズマアーク
の存在下で炭素含有材および二酸化珪素と接触反応して
合成ガスが瞬時に大量に生成される。合成ガスは急冷室
120aで急冷された後、アウトレット118から外部
へ取り出される。なお、交流電源として高周波交流電源
を用いても良い。
In FIG. 4, the cylindrical electrodes 128 and 13
0 and 132 are the R phases of the Y-connected three-phase AC power supply 150;
The neutral electrode 126 is connected to the neutral point N of the three-phase AC power supply 150, respectively. When the electrodes 128, 130, 132 are energized through switch means (not shown), the first to third reaction zones Z7, Z7,
Plasma arcs are generated in at least two reaction zones out of Z8 and Z9, and the two plasma arc generation regions are periodically moved sequentially into the first to third reaction zones. At this time, when water is injected into the first reaction zone Z7, the water comes into contact with the surface of the minute reaction path means 140 and becomes steam, and the steam passes through the minute reaction paths 140a, 142a and 144a, and becomes second steam. And sequentially to the third reaction zone Z9. At this time, the steam reacts with the carbon-containing material and the silicon dioxide in the presence of the plasma arc to instantaneously generate a large amount of synthesis gas. After being quenched in the quenching chamber 120a, the synthesis gas is taken out from the outlet 118 to the outside. Note that a high-frequency AC power supply may be used as the AC power supply.

【0026】 図5は本発明の望ましい第4実施例によ
る合成ガス製造装置160を示し、図4と同一部品には
同一符号を用いる。図5において、合成ガス製造装置1
60は絶縁部材122内に絶縁性の円筒部材162、1
64、166を介して軸方向に間隔をおいて配置された
円板状4相交流4電極168、170、172、174
を備え、これらの間に第1〜第3ゾーンZ7、Z8、Z
9を形成する。円板状電極170、172、174はそ
れぞれ複数のガス通過用透孔170a、172a、17
4aを備えている。一方、ケーシング120の底部と円
板状電極168は第1ゾーンZ7内に延びている絶縁性
のインレット180を支持する。インレット180は水
を第1ゾーンZ7内に噴出するための複数の噴射ノズル
180aを有する。図5において、4相交流電源182
は第1組の単相変圧器TR1、TR2と、第2組の単相
変圧器TR3、TR4を備える。第1組と第2組の変圧
器の1次側は並列に結線され、各2次側を直列に結線し
て、出力A1−A3、A2−A4が得られる。その接点
がそれぞれ共通に接続され、第1組の変圧器の1次側に
直列に位相変換用リアクタンスRを挿入通過させ、その
2次側より出力A2−A4が得られる。このようにして
A1、A2、A3、A4の4相交流が得られる。出力A
1、A2、A3、A4はそれぞれ電極174、172、
170、168に接続される。変圧器TR2の1次側は
商用の単相交流電源184に接続される。上記構成にお
いて、まず電極174−170が通電し、次いで電極1
72−168が、さらに、電極174−172、電極1
74−168、電極172−170、電極168−17
0が順次通電することとなり、それら電極間でプラズマ
アークが発生し、プラズマアークの位置は順次移動す
る。プラズマアークの移動は電源として商用周波数を用
いた場合は1秒間に25から30回転行なわれる。この
ように、4相交流電極168から174を用いた場合に
は、プラズマアークが発生する電極対が高速で移動し、
第1ゾーンZ7内に噴射された水はスチームとなって多
量のプラズマアークと接触反応する機会が増え、しか
も、各ゾーンに多量の電離ガスが残存しているため、ア
ークが消弧することはない。したがって、少ない消費電
力で高率的な合成ガスがオンデマンドで得られる。
FIG. 5 shows a synthesis gas production apparatus 160 according to a fourth embodiment of the present invention, and the same parts as those of FIG. In FIG. 5, a synthesis gas production apparatus 1
Numeral 60 denotes an insulating cylindrical member 162, 1 in the insulating member 122.
Disc-shaped four-phase AC four electrodes 168, 170, 172, 174 arranged at intervals in the axial direction via 64, 166
And first to third zones Z7, Z8, Z
9 is formed. The disc-shaped electrodes 170, 172, 174 are respectively provided with a plurality of gas passage holes 170a, 172a, 17
4a. On the other hand, the bottom of the casing 120 and the disc-shaped electrode 168 support the insulating inlet 180 extending into the first zone Z7. The inlet 180 has a plurality of spray nozzles 180a for blowing water into the first zone Z7. In FIG. 5, a four-phase AC power supply 182
Comprises a first set of single-phase transformers TR1, TR2 and a second set of single-phase transformers TR3, TR4. The primary sides of the first and second sets of transformers are connected in parallel, and each secondary side is connected in series to obtain outputs A1-A3 and A2-A4. The contacts are connected in common, and a phase conversion reactance R is inserted and passed in series with the primary side of the first set of transformers, and outputs A2-A4 are obtained from the secondary side. Thus, a four-phase alternating current of A1, A2, A3, and A4 is obtained. Output A
1, A2, A3, and A4 are electrodes 174, 172,
170, 168. The primary side of the transformer TR2 is connected to a commercial single-phase AC power supply 184. In the above configuration, first, the electrodes 174 to 170 are energized, and then the electrode 1
72-168 further include electrodes 174-172, electrode 1
74-168, electrode 172-170, electrode 168-17
0 sequentially energizes, a plasma arc is generated between the electrodes, and the position of the plasma arc sequentially moves. When a commercial frequency is used as a power source, the movement of the plasma arc is performed 25 to 30 times per second. As described above, when the four-phase AC electrodes 168 to 174 are used, the electrode pair in which the plasma arc is generated moves at high speed, and
The water injected into the first zone Z7 becomes steam and has a greater chance of contacting and reacting with a large amount of plasma arc. Further, since a large amount of ionized gas remains in each zone, the arc is not extinguished. Absent. Therefore, highly efficient synthesis gas can be obtained on demand with low power consumption.

【0027】 図6は本発明の合成ガス製造装置を組み
込んだパワーシステム200を組み込んだ201の概略
図を示す。パワーシステム200は熱機関もしくはボイ
ラーおよび蒸気タービンからなる原動機202を備え
る。原動機202は合成ガス製造装置10からH、C
Oリッチ燃料が供給されるとともに電池204から電気
が供給される。原動機202は空気とH、COとの混
合気を燃焼させて機械出力を発生させる。この機械出力
の一部は動力P1として発電機206を駆動し、残りの
動力P2を発電機206の出力軸を介して推進手段(図
示せず)を駆動しても良い。発電機206の出力の少く
とも一部は電池204に充電されて多相交流電源150
に直流出力を供給し、インバータ(図示せず)で、たと
えば、三相交流電力に変換して、合成ガス製造装置10
に所定周波数の交流電力を供給するように設計される。
合成ガス製造装置10のインレット12にはポンプ20
8を介して水タンク210が接続され、水が供給され
る。アウトレット14からはH、COリッチ合成燃料
ガスGが原動機202に供給され、空気と燃焼して動力
を発生する。原動機202の排気は排気還流装置202
a内に配置された凝縮器216で排気中の水蒸気を凝縮
水に転換し、ポンプ218を介してインレット12に還
流させることができる。この場合、排気中の水分が回収
されて合成燃料の原料として再利用されるため、水タン
ク210を小型化できるメリットがある。排気中のガス
成分は排気パイプ216aを介して大気に放出される。
原動機202は負荷信号を出力するための負荷センサ2
12を備え、制御装置214は負荷信号に応答して制御
信号Sを出力してポンプ208の回転数を制御すること
により、原動機202の負荷に応じて燃料ガスの原料の
供給量を調節する。
FIG. 6 is a schematic diagram of a power system 200 incorporating a syngas production apparatus of the present invention 201. Power system 200 includes a prime mover 202 comprising a heat engine or boiler and a steam turbine. The prime mover 202 receives H 2 , C from the syngas production apparatus 10.
O-rich fuel is supplied and electricity is supplied from the battery 204. The prime mover 202 generates a mechanical output by burning a mixture of air, H 2 , and CO. A part of this mechanical output may drive the generator 206 as the power P1, and drive the propulsion means (not shown) via the output shaft of the generator 206 with the remaining power P2. At least a part of the output of the generator 206 is charged in the battery 204 and the
To a syngas producing apparatus 10 which converts the output into, for example, three-phase AC power by an inverter (not shown).
Is designed to supply AC power of a predetermined frequency to the power supply.
A pump 20 is provided in the inlet 12 of the synthesis gas production apparatus 10.
A water tank 210 is connected via 8 and water is supplied. From the outlet 14, H 2 and CO-rich synthetic fuel gas G is supplied to the prime mover 202, and combusts with air to generate power. The exhaust of the prime mover 202 is an exhaust recirculation device 202.
The water vapor in the exhaust gas can be converted into condensed water by a condenser 216 disposed in a, and can be returned to the inlet 12 via a pump 218. In this case, since the water in the exhaust gas is collected and reused as a raw material of the synthetic fuel, there is an advantage that the water tank 210 can be downsized. Gas components in the exhaust are released to the atmosphere via an exhaust pipe 216a.
The prime mover 202 is a load sensor 2 for outputting a load signal.
The controller 214 outputs a control signal S in response to the load signal to control the rotation speed of the pump 208, thereby adjusting the supply amount of the fuel gas raw material according to the load on the motor 202.

【0028】[0028]

【発明の効果】 本発明によれば、安価な水と炭素含有
材を原料として水素、一酸化炭素リッチなクリーンな合
成ガスを瞬時に低コストで大量生産できるため、工業用
化学原料として、あるいは各種移動体用および発電プラ
ントの燃料として広く利用可能となり、化石燃料の涸渇
化を解消できるとともに、環境保全上貢献度大である。
According to the present invention, hydrogen and carbon monoxide-rich clean synthesis gas can be mass-produced instantaneously and at low cost using inexpensive water and carbon-containing materials as raw materials. It can be widely used as a fuel for various mobile objects and power plants, and can eliminate the depletion of fossil fuels and greatly contribute to environmental conservation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の望ましい第1実施例の合成ガス製造
装置の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a synthesis gas production apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention.

【図2】 図1のII−II線の断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】 本発明の望ましい第2実施例の合成ガス製造
装置の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a synthesis gas production apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の望ましい第3実施例の合成ガス製造
装置の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a synthesis gas production apparatus according to a third preferred embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の望ましい第4実施例の合成ガス製造
装置の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a synthesis gas production apparatus according to a fourth preferred embodiment of the present invention.

【図6】 本発明による移動体の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a moving object according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 インレット、 14 アウトレット、 16
ケーシング、20 反応室、 22 中性電極、 2
4、26、28 多相電極、50、52 インレット、
54 アウトレット、 62 ケーシング、74 中
性電極、 76、78、80 多相電極、 102 急
冷室、120 ケーシング、 126 中性電極、12
8、130、132 多相電極、 150 三相交流電
源、168、170、172、174 4相交流電極、
180 インレット、 182 4相交流電源
12 inlets, 14 outlets, 16
Casing, 20 reaction chamber, 22 neutral electrode, 2
4, 26, 28 polyphase electrode, 50, 52 inlet,
54 outlet, 62 casing, 74 neutral electrode, 76, 78, 80 polyphase electrode, 102 quenching chamber, 120 casing, 126 neutral electrode, 12
8, 130, 132 multi-phase electrode, 150 three-phase AC power supply, 168, 170, 172, 174 four-phase AC electrode,
180 inlet, 182 4-phase AC power supply

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ケーシング内に炭素含有多相交流電極を
配置してこれらに沿って複数の反応ゾーンを形成する工
程と、多相交流電極に多相交流電力を供給して同時に複
数の反応ゾーンにプラズマアークを発生させる工程と、
反応ゾーンに水を供給してスチームを発生させ、これを
複数の反応ゾーンでプラズマアークの存在下で電極の炭
素と接触反応させることにより合成ガスを生成する工程
と、からなる合成ガス製造法。
A step of arranging a carbon-containing multi-phase AC electrode in a casing and forming a plurality of reaction zones along the plurality of reaction zones; and supplying a multi-phase AC power to the multi-phase AC electrode to simultaneously form a plurality of reaction zones. Generating a plasma arc in the
Supplying steam to the reaction zone to generate steam, and causing the steam to contact and react with the carbon of the electrode in the presence of a plasma arc in the plurality of reaction zones to generate a synthesis gas.
【請求項2】 ケーシング内に対向電極を配置してその
間に反応ゾーンを形成する工程と、反応ゾーン内に炭素
含有材を充填する工程と、対向電極に通電して反応ゾー
ン内にプラズマアークを発生させる工程と、反応ゾーン
内に水を導入してスチームを発生させ、これをプラズマ
アークの存在下で炭素含有材と接触反応させることによ
り合成ガスを生成する工程と、からなる合成ガス製造
法。
2. A step of disposing a counter electrode in a casing to form a reaction zone therebetween, a step of filling a carbon-containing material in the reaction zone, and energizing the counter electrode to generate a plasma arc in the reaction zone. Generating a synthesis gas by introducing water into the reaction zone to generate steam, and contacting this with a carbon-containing material in the presence of a plasma arc to generate a synthesis gas. .
【請求項3】 水を導入するためのインレットおよび合
成ガスを排出するためのアウトレットを有するケーシン
グと、インレットとアウトレット間でケーシング内に配
置されて複数の反応ゾーンに沿って配置された炭素含有
多相交流電極と、多相交流電極に多相交流電力を供給し
て複数の反応ゾーンにプラズマアークを発生させる多相
交流電源とを備え、水が反応ゾーンでスチームに変化し
てプラズマアークの存在下で電極の炭素と接触反応して
合成ガスを生成する合成ガス製造装置。
3. A casing having an inlet for introducing water and an outlet for discharging syngas, and a carbon-containing material disposed in the casing between the inlet and the outlet and arranged along a plurality of reaction zones. Equipped with a multi-phase AC electrode and a multi-phase AC power supply that supplies multi-phase AC power to the multi-phase AC electrode to generate a plasma arc in a plurality of reaction zones. A synthesis gas production device that generates a synthesis gas by reacting with the carbon of the electrode below.
【請求項4】 請求項3において、さらに、複数の反応
ゾーン内に充填された炭素含有材を備える合成ガス製造
装置。
4. The synthesis gas production apparatus according to claim 3, further comprising a carbon-containing material filled in the plurality of reaction zones.
【請求項5】 請求項4において、炭素含有材が木炭、
石炭、石油コークス、グラファイト、カーボン、濃縮下
水汚泥、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる
合成ガス製造装置。
5. The method according to claim 4, wherein the carbon-containing material is charcoal,
A synthesis gas production device selected from the group consisting of coal, petroleum coke, graphite, carbon, concentrated sewage sludge, and mixtures thereof.
【請求項6】 請求項4において、炭素含有材に混合さ
れた粒状不導体を備える合成ガス製造装置。
6. The synthesis gas producing apparatus according to claim 4, further comprising a particulate non-conductor mixed with the carbon-containing material.
【請求項7】 請求項4において、炭素含有材が粒状触
媒金属とその表面に折出した炭素からなる合成ガス製造
装置。
7. The synthesis gas production apparatus according to claim 4, wherein the carbon-containing material comprises a granular catalyst metal and carbon deposited on the surface thereof.
【請求項8】 請求項3または4において、さらに、ケ
ーシングが反応ゾーンとアウトレットとの間に配置され
た急冷手段を備える合成ガス製造装置。
8. The synthesis gas production apparatus according to claim 3, wherein the casing further comprises a quenching means disposed between the reaction zone and the outlet.
【請求項9】 請求項3または4において、さらに、多
相交流電極に対向してケーシング内に配置された中性電
極を備え、中性電極が多相交流電源の中性点に接続され
ている合成ガス製造装置。
9. The multi-phase AC power supply according to claim 3, further comprising a neutral electrode disposed in the casing so as to face the polyphase AC electrode, wherein the neutral electrode is connected to a neutral point of the polyphase AC power supply. Syngas production equipment.
【請求項10】 請求項9において、中性電極が円形状
電極からなり、多相交流電極が中性電極に対向して周方
向に間隔をおいて配置されたセグメント電極からなる合
成ガス製造装置。
10. The synthesis gas production apparatus according to claim 9, wherein the neutral electrode is a circular electrode, and the multi-phase AC electrode is a segment electrode that is spaced apart from the neutral electrode in the circumferential direction. .
【請求項11】 請求項9において、多相交流電極が軸
方向に間隔をおいて配置された円筒状電極からなり、中
性電極が円筒状電極の中心部にこれと同心的に延びてい
て円筒状ギャップを形成し、複数の反応ゾーンが円筒状
ギャップ内で軸方向に延びている合成ガス製造装置。
11. The multi-phase AC electrode according to claim 9, wherein the multi-phase AC electrode comprises a cylindrical electrode spaced apart in an axial direction, and the neutral electrode extends concentrically with the center of the cylindrical electrode. A synthesis gas production device forming a cylindrical gap, wherein a plurality of reaction zones extend axially within the cylindrical gap.
【請求項12】 請求項11において、さらに、円筒状
電極に隣接して配置されて複数の反応ゾーンを区画して
いる多孔性仕切板を備える合成ガス製造装置。
12. The synthesis gas production apparatus according to claim 11, further comprising a porous partition plate disposed adjacent to the cylindrical electrode and defining a plurality of reaction zones.
【請求項13】 請求項11または12において、中性
電極がインレットを有する端部と、複数の反応ゾーンの
少くとも1つに水を噴射するための噴射ノズルを有する
中空スリーブからなる合成ガス製造装置。
13. The synthesis gas production according to claim 11, wherein the neutral electrode comprises an end having an inlet and a hollow sleeve having an injection nozzle for injecting water into at least one of the plurality of reaction zones. apparatus.
【請求項14】 請求項3または4において、多相交流
電極が相互に間隔をおいて配置されていてそれぞれ隣接
した反応ゾーンを連通させるための透孔を有する板状電
極からなり、インレットが複数の反応ゾーンの少くとも
1つに開口している水噴射ノズルを備えている合成ガス
製造装置。
14. The multi-phase alternating current electrode according to claim 3, wherein the multi-phase alternating current electrode is a plate-like electrode having a through hole for allowing adjacent reaction zones to communicate with each other, and having a plurality of inlets. A synthesis gas production apparatus comprising a water injection nozzle open to at least one of the reaction zones.
【請求項15】 水を導入するためのインレットと合成
ガスを排出するためのアウトレットを有するケーシング
と、ケーシング内に配置されてこれらの間に反応ゾーン
を形成する対向電極と、反応ゾーン内に充填された炭素
含有材と、対向電極間に通電して反応ゾーン内にプラズ
マアークを発生させる電源とを備え、反応ゾーン内で水
が炭素含有材に接触してスチームとなり、スチームがプ
ラズマアークの存在下で炭素含有材と接触反応して合成
ガスを生成する合成ガス製造装置。
15. A casing having an inlet for introducing water and an outlet for discharging syngas, a counter electrode disposed in the casing to form a reaction zone therebetween, and filling in the reaction zone. And a power source for generating a plasma arc in the reaction zone by energizing between the opposed electrodes, wherein water comes into contact with the carbon-containing material in the reaction zone to form steam, and the steam has a plasma arc. A synthesis gas production device that generates a synthesis gas by contact reaction with a carbon-containing material below.
【請求項16】 請求項15において、炭素含有材が木
炭、石炭、石油コークス、グラファイト、カーボン、濃
縮下水汚泥、およびそれらの混合物からなる群より選ば
れる合成ガス製造装置。
16. The synthesis gas production apparatus according to claim 15, wherein the carbon-containing material is selected from the group consisting of charcoal, coal, petroleum coke, graphite, carbon, concentrated sewage sludge, and a mixture thereof.
【請求項17】 請求項15において、反応ゾーン内で
炭素含有材に混合された粒状不導体を備える合成ガス製
造装置。
17. The synthesis gas production apparatus according to claim 15, further comprising a particulate non-conductor mixed with the carbon-containing material in the reaction zone.
【請求項18】 請求項15において、炭素含有材が粒
状触媒金属とその表面に折出した炭素からなる合成ガス
製造装置。
18. The synthesis gas production apparatus according to claim 15, wherein the carbon-containing material comprises a granular catalyst metal and carbon deposited on the surface thereof.
【請求項19】 水供給源と、水から合成ガスを生成す
る合成ガス製造装置と、合成ガスの燃焼により駆動され
て機械出力を発生する原動機と、原動機により駆動され
る多相交流電源とを備え、合成ガス製造装置が複数の反
応ゾーンを形成する炭素含有多相交流電極を備え、多相
交流電源を多相交流電極に接続することにより、複数の
反応ゾーンでプラズマアークを発生させ、プラズマアー
クの存在下で水がスチームとなって電極の炭素と接触反
応して合成ガスを生成するパワーシステム。
19. A water supply source, a syngas producing apparatus for producing syngas from water, a motor driven by combustion of the syngas to generate mechanical output, and a polyphase AC power source driven by the motor. The synthesis gas production apparatus is provided with a carbon-containing multiphase AC electrode forming a plurality of reaction zones, and by connecting a multiphase AC power supply to the multiphase AC electrode, a plasma arc is generated in the plurality of reaction zones, and the plasma is generated. A power system in which water is turned into steam in the presence of an arc to contact and react with carbon on the electrodes to produce synthesis gas.
【請求項20】 請求項19において、さらに、原動機
の排気の少くとも一部を合成ガス製造装置に還流する排
気還流装置を備えるパワーシステム。
20. The power system according to claim 19, further comprising an exhaust gas recirculation device that recirculates at least a part of the exhaust gas of the prime mover to the synthesis gas production device.
【請求項21】 水供給源と、水から合成ガスを生成す
る合成ガス製造装置と、合成ガスの燃焼により駆動され
て機械出力を発生する原動機と、原動機により駆動され
る電源とを備え、熱分解装置が反応ゾーンを形成する対
向電極と、反応ゾーン内に充填された炭素含有材とを備
え、対向電極に電源を接続することにより炭素含有材の
すきまにプラズマアークを発生させ、これにより水をス
チームとし、スチームをプラズマアークの存在下で炭素
含有材と接触反応させて合成ガスを生成するパワーシス
テム。
21. A thermoelectric generator comprising: a water supply source; a syngas producing apparatus for producing syngas from water; a motor driven by combustion of the syngas to generate mechanical output; and a power source driven by the motor. The decomposition device includes a counter electrode forming a reaction zone, and a carbon-containing material filled in the reaction zone.When a power source is connected to the counter electrode, a plasma arc is generated in a gap of the carbon-containing material, thereby generating water. Is a power system that generates steam by contacting and reacting steam with a carbon-containing material in the presence of a plasma arc.
【請求項22】 水供給源と、水から合成ガスを生成す
る合成ガス製造装置と、合成ガスの燃焼により駆動され
て機械出力を発生する原動機と、原動機により駆動され
る多相交流電源とを備え、合成ガス製造装置が複数の反
応ゾーンを形成する炭素含有多相交流電極を備え、多相
交流電源を多相交流電極に接続することにより、複数の
反応ゾーンでプラズマアークを発生させ、プラズマアー
クの存在下で水がスチームとなって電極の炭素と接触反
応して合成ガスを生成するパワーシステムを備えた移動
体。
22. A water supply source, a syngas producing apparatus for producing syngas from water, a motor driven by combustion of the syngas to generate a mechanical output, and a polyphase AC power source driven by the motor. The synthesis gas production apparatus is provided with a carbon-containing multiphase AC electrode forming a plurality of reaction zones, and by connecting a multiphase AC power supply to the multiphase AC electrode, a plasma arc is generated in the plurality of reaction zones, and the plasma is generated. A mobile unit equipped with a power system that generates water by steam in the presence of an arc and reacts with the carbon of the electrode to produce synthesis gas.
【請求項23】 水供給源と、水から合成ガスを生成す
る合成ガス製造装置と、合成ガスの燃焼により駆動され
て機械出力を発生する原動機と、原動機により駆動され
る電源とを備え、熱分解装置が反応ゾーンを形成する対
向電極と、反応ゾーン内に充填された炭素含有材とを備
え、対向電極に電源を接続することにより炭素含有材の
すきまにプラズマアークを発生させ、これにより水をス
チームとし、スチームをプラズマアークの存在下で炭素
含有材と接触反応させて合成ガスを生成するパワーシス
テムを備えた移動体。
23. A thermoelectric generator comprising: a water supply source; a syngas producing apparatus for producing syngas from water; a motor driven by combustion of the syngas to generate a mechanical output; and a power source driven by the motor. The decomposition device includes a counter electrode forming a reaction zone, and a carbon-containing material filled in the reaction zone.When a power source is connected to the counter electrode, a plasma arc is generated in a gap of the carbon-containing material, thereby generating water. A mobile body equipped with a power system that generates steam by contacting and reacting steam with a carbon-containing material in the presence of a plasma arc.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101372956B1 (en) 2012-12-12 2014-03-12 포스코에너지 주식회사 Plasma gasifier for syn-gas generation, and method for operating the same
CN104595060A (en) * 2015-01-08 2015-05-06 赵卫强 Gas generator, gas supply system and vehicle power system

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