JP2001139302A - 炭素資源から水素を製造する装置 - Google Patents
炭素資源から水素を製造する装置Info
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- JP2001139302A JP2001139302A JP32165599A JP32165599A JP2001139302A JP 2001139302 A JP2001139302 A JP 2001139302A JP 32165599 A JP32165599 A JP 32165599A JP 32165599 A JP32165599 A JP 32165599A JP 2001139302 A JP2001139302 A JP 2001139302A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑なプロセスを要することなく、炭素資源
から安価に高純度の水素ガスを製造する。生成ガス中か
ら高純度の水素ガスを選択的に分離し得る。 【解決手段】 水の亜臨界又は超臨界状態で炭素資源を
水と反応させて水素と二酸化炭素を主成分とするガスを
生成する反応器１０の内部に生成ガスから水素を分離し
て取出す水素分離管１３が設けられる。反応器は水素以
外のガスを取出すガス取出管２４を有する。第１気液分
離器２６により水素以外のガスを二酸化炭素を主成分と
するガスと水とに分離し、第２気液分離器２８により分
離されたガスをメタンを主成分とするガスと二酸化炭素
とに分離する。水素分離管は水素を流通可能な耐熱性の
ある多孔質管と多孔質管表面に金属を担持して構成され
る。
から安価に高純度の水素ガスを製造する。生成ガス中か
ら高純度の水素ガスを選択的に分離し得る。 【解決手段】 水の亜臨界又は超臨界状態で炭素資源を
水と反応させて水素と二酸化炭素を主成分とするガスを
生成する反応器１０の内部に生成ガスから水素を分離し
て取出す水素分離管１３が設けられる。反応器は水素以
外のガスを取出すガス取出管２４を有する。第１気液分
離器２６により水素以外のガスを二酸化炭素を主成分と
するガスと水とに分離し、第２気液分離器２８により分
離されたガスをメタンを主成分とするガスと二酸化炭素
とに分離する。水素分離管は水素を流通可能な耐熱性の
ある多孔質管と多孔質管表面に金属を担持して構成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、亜臨界水又は超臨
界水を炭素資源に反応させることにより、炭素資源から
水素を製造する装置に関するものである。
界水を炭素資源に反応させることにより、炭素資源から
水素を製造する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】灰分及びアルカリ性酸化物の存在下で炭
素資源を６００℃以上の超臨界水中で反応させると、超
臨界水によって触媒と炭素資源の接触効率が増し、炭素
資源表面に発生した水素が速やかに溶媒中に溶け込むた
め、ガス化反応速度が促進され、高カロリーガスである
水素が製造できる。超臨界水中で炭素資源をガス化する
ことにより主に次の反応が２段階で進行する。
素資源を６００℃以上の超臨界水中で反応させると、超
臨界水によって触媒と炭素資源の接触効率が増し、炭素
資源表面に発生した水素が速やかに溶媒中に溶け込むた
め、ガス化反応速度が促進され、高カロリーガスである
水素が製造できる。超臨界水中で炭素資源をガス化する
ことにより主に次の反応が２段階で進行する。
【０００３】 ＣnＨm ＋ ｎＨ2Ｏ ＝ ｎＣＯ ＋ (ｎ＋ｍ／２)Ｈ2 …（１） ｎＣＯ ＋ ｎＨ2Ｏ ＝ ｎＣＯ2 ＋ ｎＨ2 …（２） （１）と（２）の反応を合わせた総反応は ＣnＨm ＋ ２ｎＨ2Ｏ ＝ ｎＣＯ2 ＋ (ｎ＋ｍ／２)Ｈ2 …（３） となり、二酸化炭素と水素が発生する。
【０００４】しかしこの式（３）に示されるガス化反応
は反応後の反応器内モル体積が反応前と比較して増加す
るため、反応が進行すると反応器内の水素分圧が高くな
り、反応速度が著しく低下する不具合がある。そこでガ
ス化反応を連続的に進行させるために、反応器内へ注入
する超臨界水の流量を増加させ、この増量させた超臨界
水に生成したガスを溶かして反応器外へ排出している。
これにより生成ガスが反応器内に滞留する時間が短くな
り、反応器内の水素分圧を低く維持できるので、ガス化
反応が連続的に進行する。
は反応後の反応器内モル体積が反応前と比較して増加す
るため、反応が進行すると反応器内の水素分圧が高くな
り、反応速度が著しく低下する不具合がある。そこでガ
ス化反応を連続的に進行させるために、反応器内へ注入
する超臨界水の流量を増加させ、この増量させた超臨界
水に生成したガスを溶かして反応器外へ排出している。
これにより生成ガスが反応器内に滞留する時間が短くな
り、反応器内の水素分圧を低く維持できるので、ガス化
反応が連続的に進行する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法では
多量の超臨界水を反応器内へ注入しなければならずエネ
ルギー損失が高くなるために経済的ではなかった。本発
明の目的は、複雑なプロセスを要することなく、炭素資
源から安価に高純度の水素ガスを製造する装置を提供す
ることにある。本発明の別の目的は、反応生成ガス中か
ら高純度の水素ガスを選択的に分離し得る装置を提供す
ることにある。
多量の超臨界水を反応器内へ注入しなければならずエネ
ルギー損失が高くなるために経済的ではなかった。本発
明の目的は、複雑なプロセスを要することなく、炭素資
源から安価に高純度の水素ガスを製造する装置を提供す
ることにある。本発明の別の目的は、反応生成ガス中か
ら高純度の水素ガスを選択的に分離し得る装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、水の亜臨界状態又は超臨界状態で炭
素資源を水と反応させて水素と二酸化炭素を主成分とす
るガスを生成する反応器１０と、反応器１０内部に設け
られ反応器１０で生成されたガスから水素を分離して反
応器１０外部に取出す水素分離管１３と、反応器１０で
生成された水素以外のガスを取出すガス取出管２４と、
ガス取出管２４から取出された水素以外のガスを二酸化
炭素を主成分とするガスと水とに分離する第１気液分離
器２６と、第１気液分離器２６から分離されたガスをメ
タンを主成分とするガスと二酸化炭素とに分離する第２
気液分離器２８とを備えた炭素資源から水素を製造する
装置である。請求項１に係る発明では、反応器１０内に
水素分離管１３を設置して、生成するガスから水素ガス
を選択的に分離して水素分圧を低くすることにより、水
性ガスシフト反応を進行させる。
図１に示すように、水の亜臨界状態又は超臨界状態で炭
素資源を水と反応させて水素と二酸化炭素を主成分とす
るガスを生成する反応器１０と、反応器１０内部に設け
られ反応器１０で生成されたガスから水素を分離して反
応器１０外部に取出す水素分離管１３と、反応器１０で
生成された水素以外のガスを取出すガス取出管２４と、
ガス取出管２４から取出された水素以外のガスを二酸化
炭素を主成分とするガスと水とに分離する第１気液分離
器２６と、第１気液分離器２６から分離されたガスをメ
タンを主成分とするガスと二酸化炭素とに分離する第２
気液分離器２８とを備えた炭素資源から水素を製造する
装置である。請求項１に係る発明では、反応器１０内に
水素分離管１３を設置して、生成するガスから水素ガス
を選択的に分離して水素分圧を低くすることにより、水
性ガスシフト反応を進行させる。
【０００７】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、水素分離管１３が水素を流通可能な耐熱性
のある多孔質管を支持体として多孔質管の表面に金属を
担持して構成され、金属がパラジウム、ニッケル、パラ
ジウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウ
ムと第１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバ
ナジウムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族
元素の合金からなる群より選ばれた１種又は２種以上か
らなる合金である炭素資源から水素を製造する装置であ
る。請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であっ
て、多孔質管がパラジウム、ニッケル、パラジウムと第
１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第１Ｂ
族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウムと
第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の合金
等からなる群より選ばれた１種又は２種以上からなる
か、或いはガラス又はアルミナからなる請求項２記載の
炭素資源から水素を製造する装置である。請求項２及び
３に係る発明では、パラジウム、ニッケル、パラジウム
と第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第
１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウ
ムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の
合金はこれらが形成する結晶格子の格子間間隔が水素分
子を通過することができる大きさを有するため好まし
い。
明であって、水素分離管１３が水素を流通可能な耐熱性
のある多孔質管を支持体として多孔質管の表面に金属を
担持して構成され、金属がパラジウム、ニッケル、パラ
ジウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウ
ムと第１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバ
ナジウムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族
元素の合金からなる群より選ばれた１種又は２種以上か
らなる合金である炭素資源から水素を製造する装置であ
る。請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であっ
て、多孔質管がパラジウム、ニッケル、パラジウムと第
１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第１Ｂ
族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウムと
第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の合金
等からなる群より選ばれた１種又は２種以上からなる
か、或いはガラス又はアルミナからなる請求項２記載の
炭素資源から水素を製造する装置である。請求項２及び
３に係る発明では、パラジウム、ニッケル、パラジウム
と第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第
１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウ
ムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の
合金はこれらが形成する結晶格子の格子間間隔が水素分
子を通過することができる大きさを有するため好まし
い。
【０００８】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、反応器が両端を封止され
た円筒体に形成され、水素分離管が円筒体の長手方向に
且つその内周面に沿って複数本設けられた炭素資源から
水素を製造する装置である。請求項４に係る発明では、
水素分離管を内周面に沿って複数本設けることにより、
表面積が広くなるため水素ガスを効率的に分離すること
ができる。
いずれかに係る発明であって、反応器が両端を封止され
た円筒体に形成され、水素分離管が円筒体の長手方向に
且つその内周面に沿って複数本設けられた炭素資源から
水素を製造する装置である。請求項４に係る発明では、
水素分離管を内周面に沿って複数本設けることにより、
表面積が広くなるため水素ガスを効率的に分離すること
ができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明において、水の亜臨界状態
とは２００〜３７４℃の温度でかつ１６〜２２ＭＰａの
圧力にある水の状態を意味する。また水の超臨界状態と
は３７４〜９００℃の温度でかつ２２〜３０ＭＰａの圧
力にある水の状態を意味する。亜臨界状態における温度
及び圧力の下限値未満では、反応が遅く、炭素資源の分
解効率が良くない。また超臨界状態における温度及び圧
力の上限値を超えると反応器に負荷がかかり過ぎ、これ
も効率的でない。本発明の炭素資源としては、重質油、
石炭、又はこれらを熱分解して得られる石油コークス、
石炭コークス、石炭を高温で熱分解したときに生成する
炭素分に富む粉末状の固体（チャー）、廃棄プラスチッ
クのような有機廃棄物等が挙げられる。
とは２００〜３７４℃の温度でかつ１６〜２２ＭＰａの
圧力にある水の状態を意味する。また水の超臨界状態と
は３７４〜９００℃の温度でかつ２２〜３０ＭＰａの圧
力にある水の状態を意味する。亜臨界状態における温度
及び圧力の下限値未満では、反応が遅く、炭素資源の分
解効率が良くない。また超臨界状態における温度及び圧
力の上限値を超えると反応器に負荷がかかり過ぎ、これ
も効率的でない。本発明の炭素資源としては、重質油、
石炭、又はこれらを熱分解して得られる石油コークス、
石炭コークス、石炭を高温で熱分解したときに生成する
炭素分に富む粉末状の固体（チャー）、廃棄プラスチッ
クのような有機廃棄物等が挙げられる。
【００１０】本実施の形態を図面に基づいて説明する。
この装置では、図１に示すように、水と炭素資源を混合
して調製されたスラリー１８ａを貯えるスラリー調製槽
１８が第１ポンプ１９、管路２１及び供給口１７を介し
て反応器１０下端に接続される。反応器１０は耐熱耐圧
製であり両端が封止され少なくとも９００℃の温度と３
０ＭＰａの圧力に耐え得る円筒体に形成される。反応器
１０の外周部には保温又は加熱のためのヒータ１１が設
けられる。
この装置では、図１に示すように、水と炭素資源を混合
して調製されたスラリー１８ａを貯えるスラリー調製槽
１８が第１ポンプ１９、管路２１及び供給口１７を介し
て反応器１０下端に接続される。反応器１０は耐熱耐圧
製であり両端が封止され少なくとも９００℃の温度と３
０ＭＰａの圧力に耐え得る円筒体に形成される。反応器
１０の外周部には保温又は加熱のためのヒータ１１が設
けられる。
【００１１】図２に詳しく示すように、水素分離管１３
は反応器１０の下端と間隔をあけて反応器１０の内壁に
沿うように複数本鉛直に設けられるとともにこれらの内
側にも円周状に複数本鉛直に設けられる。反応器１０の
頂部には反応器１０の上端に設けられ水素ガスを一時的
に貯える水素ガス貯蔵領域１２が形成される。水素ガス
貯蔵領域１２はその下方に設置される水素分離管１３が
連通するように設けられる。また水素分離管１３は上端
が開口し下端が封止された有底の円筒型を有する。
は反応器１０の下端と間隔をあけて反応器１０の内壁に
沿うように複数本鉛直に設けられるとともにこれらの内
側にも円周状に複数本鉛直に設けられる。反応器１０の
頂部には反応器１０の上端に設けられ水素ガスを一時的
に貯える水素ガス貯蔵領域１２が形成される。水素ガス
貯蔵領域１２はその下方に設置される水素分離管１３が
連通するように設けられる。また水素分離管１３は上端
が開口し下端が封止された有底の円筒型を有する。
【００１２】水素分離管１３は多孔質管を支持体として
多孔質管表面に金属を担持して構成される。多孔質管は
９００℃の温度と３０ＭＰａの圧力に耐え得る材質から
なり、材質としてはパラジウム、ニッケル、パラジウム
と第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第
１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウ
ムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の
合金等からなる群より選ばれた１種又は２種以上からな
るか、ガラス又はアルミナが挙げられる。特に、パラジ
ウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合金が耐久性が高
く、水素透過能が高いため好ましい。多孔質管は多孔質
であっても連通孔を有しない。多孔質管表面に担持され
る金属はパラジウム、ニッケル、パラジウムと第１Ｂ族
元素と第８族元素との合金、パラジウムと第１Ｂ族又は
第８族元素との合金、パラジウムとバナジウムと第８族
元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の合金からな
る群より選ばれた１種又は２種以上の合金が挙げられ
る。特にパラジウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合
金が耐久性が高く、水素透過能が高いため好ましい。多
孔質管や担持される金属に用いられる第１Ｂ族元素とし
てはＡｇ及びＡｕ、第３Ａ族元素としてはＬａ、Ｃｅを
含むランタノイド又はＹ、第８族元素としてはＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ及びＩｒがそれぞれ挙げられる。
多孔質管表面に金属を担持して構成される。多孔質管は
９００℃の温度と３０ＭＰａの圧力に耐え得る材質から
なり、材質としてはパラジウム、ニッケル、パラジウム
と第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第
１Ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウ
ムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の
合金等からなる群より選ばれた１種又は２種以上からな
るか、ガラス又はアルミナが挙げられる。特に、パラジ
ウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合金が耐久性が高
く、水素透過能が高いため好ましい。多孔質管は多孔質
であっても連通孔を有しない。多孔質管表面に担持され
る金属はパラジウム、ニッケル、パラジウムと第１Ｂ族
元素と第８族元素との合金、パラジウムと第１Ｂ族又は
第８族元素との合金、パラジウムとバナジウムと第８族
元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の合金からな
る群より選ばれた１種又は２種以上の合金が挙げられ
る。特にパラジウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合
金が耐久性が高く、水素透過能が高いため好ましい。多
孔質管や担持される金属に用いられる第１Ｂ族元素とし
てはＡｇ及びＡｕ、第３Ａ族元素としてはＬａ、Ｃｅを
含むランタノイド又はＹ、第８族元素としてはＰｔ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ及びＩｒがそれぞれ挙げられる。
【００１３】図１に戻って、水素ガス貯蔵領域１２側部
には水素ガスを取出す水素ガス取出パイプ１４が反応器
１０側部を貫通して設けられる。パイプ１４には減圧弁
１６が設けられる。反応器１０下端には反応後に生じる
灰分を排出する排出口２２が設けられる。排出口２２に
は減圧弁２３が設けられる。更に反応器１０の上端には
水素ガス以外の生成ガスを取出すガス取出管２４が水素
ガス貯蔵領域１２を貫通して設けられる。ガス取出管２
４には第１気液分離器２６が第１冷却器２７を介して接
続される。第１気液分離器２６の上部には第２気液分離
器２８が第２冷却器２９を介して接続され、下部には水
貯蔵槽３１が接続される。第２気液分離器２８の上部は
管路３２を介して前述した供給口１７に接続され、下部
は図示しない液体二酸化炭素貯蔵槽にバルブ３４を介し
て接続される。水貯蔵槽３１の排出口は分岐して設けら
れ、一方が第２ポンプ３６及び水予熱器３７を介して供
給口１７に接続され、他方が減圧弁３８を介してスラリ
ー調製槽１８に接続される。
には水素ガスを取出す水素ガス取出パイプ１４が反応器
１０側部を貫通して設けられる。パイプ１４には減圧弁
１６が設けられる。反応器１０下端には反応後に生じる
灰分を排出する排出口２２が設けられる。排出口２２に
は減圧弁２３が設けられる。更に反応器１０の上端には
水素ガス以外の生成ガスを取出すガス取出管２４が水素
ガス貯蔵領域１２を貫通して設けられる。ガス取出管２
４には第１気液分離器２６が第１冷却器２７を介して接
続される。第１気液分離器２６の上部には第２気液分離
器２８が第２冷却器２９を介して接続され、下部には水
貯蔵槽３１が接続される。第２気液分離器２８の上部は
管路３２を介して前述した供給口１７に接続され、下部
は図示しない液体二酸化炭素貯蔵槽にバルブ３４を介し
て接続される。水貯蔵槽３１の排出口は分岐して設けら
れ、一方が第２ポンプ３６及び水予熱器３７を介して供
給口１７に接続され、他方が減圧弁３８を介してスラリ
ー調製槽１８に接続される。
【００１４】このように構成された装置では、粉砕した
炭素資源と水とをスラリー調製槽１８内にて混合し、ス
ラリー１８ａを調製する。このスラリー１８ａをスラリ
ー調製槽１８から第１ポンプ１９及び管路２１を介して
供給口１７より反応器１０内に供給する。反応器１０内
の温度を６００〜９００℃、圧力を１０〜３０ＭＰａの
超臨界状態又は亜臨界状態に保ち、スラリー１８ａをガ
ス化反応させる。この反応によりスラリー１８ａが前述
した式（３）に示す反応を起こし二酸化炭素と水素とを
生成する。
炭素資源と水とをスラリー調製槽１８内にて混合し、ス
ラリー１８ａを調製する。このスラリー１８ａをスラリ
ー調製槽１８から第１ポンプ１９及び管路２１を介して
供給口１７より反応器１０内に供給する。反応器１０内
の温度を６００〜９００℃、圧力を１０〜３０ＭＰａの
超臨界状態又は亜臨界状態に保ち、スラリー１８ａをガ
ス化反応させる。この反応によりスラリー１８ａが前述
した式（３）に示す反応を起こし二酸化炭素と水素とを
生成する。
【００１５】図３に示すように、反応器１０内で生成し
たガスのうち水素ガスのみが水素分離管１３を通過して
分離管１３内部から水素ガス貯蔵領域１２に送られる。
水素ガス貯蔵領域１２に送られた水素は水素ガス取出し
パイプ１４より反応器１０外へ取出される。水素ガスの
みが水素分離管１３を通過できるのは水素分離管１３に
薄膜状に担持されているパラジウムの結晶格子の格子間
間隔が水素分子のみ通過できる大きさを有しているため
である。
たガスのうち水素ガスのみが水素分離管１３を通過して
分離管１３内部から水素ガス貯蔵領域１２に送られる。
水素ガス貯蔵領域１２に送られた水素は水素ガス取出し
パイプ１４より反応器１０外へ取出される。水素ガスの
みが水素分離管１３を通過できるのは水素分離管１３に
薄膜状に担持されているパラジウムの結晶格子の格子間
間隔が水素分子のみ通過できる大きさを有しているため
である。
【００１６】この水素分離管１３に担持されたパラジウ
ム膜を通過する水素の通過速度γは次の式に表される。 γ＝κｅｘｐ(−Ｅ／ＲＴ)(√Ｐ1−√Ｐ2) …（４） なお、Ｐ1は反応器内の水素分圧、Ｐ2は回収後の水素圧
力、κは水素透過係数、Ｒは気体定数、Ｅは活性化エネ
ルギー、Ｔは反応器内温度である。式（４）よりＰ1と
Ｐ2との差が大きければ大きいほど通過速度が高くな
り、また反応器１０内の温度が高いほど、より水素通過
速度が向上する。
ム膜を通過する水素の通過速度γは次の式に表される。 γ＝κｅｘｐ(−Ｅ／ＲＴ)(√Ｐ1−√Ｐ2) …（４） なお、Ｐ1は反応器内の水素分圧、Ｐ2は回収後の水素圧
力、κは水素透過係数、Ｒは気体定数、Ｅは活性化エネ
ルギー、Ｔは反応器内温度である。式（４）よりＰ1と
Ｐ2との差が大きければ大きいほど通過速度が高くな
り、また反応器１０内の温度が高いほど、より水素通過
速度が向上する。
【００１７】反応器１０内に残っている水素ガス以外の
ガスはガス取出管２４を経て第１冷却器２７を通過する
際に２００℃以下に冷却され第１気液分離器２６に送ら
れる。第１気液分離器２６で水と二酸化炭素を主成分と
するガスとに分離され、水は第１気液分離器２６下部よ
り水貯蔵槽３１に送られ、二酸化炭素を主成分とするガ
スは第１分離器２６上部より第２冷却器２９を通過する
際に−１０℃以下まで冷却され第２気液分離器２８に送
られる。水貯蔵槽３１に貯えられた水は一部を第２ポン
プ３６、水予熱器３７を介して供給口１７から供給する
ことにより装置内を循環させ、他の一部は炭素資源と混
合するためスラリー調製槽１８に送られる。第２気液分
離器２８では二酸化炭素を液化して第２気液分離器２８
下方より回収する。残ったガスは第２気液分離器２８上
方より管路３２を介して供給口１７に送られ再びガス化
反応させる。反応器１０内の燃焼後残渣は灰分として排
出口２２より排出する。なお、水及び二酸化炭素は、同
じ圧力条件下での沸点の差を用いて分離される。
ガスはガス取出管２４を経て第１冷却器２７を通過する
際に２００℃以下に冷却され第１気液分離器２６に送ら
れる。第１気液分離器２６で水と二酸化炭素を主成分と
するガスとに分離され、水は第１気液分離器２６下部よ
り水貯蔵槽３１に送られ、二酸化炭素を主成分とするガ
スは第１分離器２６上部より第２冷却器２９を通過する
際に−１０℃以下まで冷却され第２気液分離器２８に送
られる。水貯蔵槽３１に貯えられた水は一部を第２ポン
プ３６、水予熱器３７を介して供給口１７から供給する
ことにより装置内を循環させ、他の一部は炭素資源と混
合するためスラリー調製槽１８に送られる。第２気液分
離器２８では二酸化炭素を液化して第２気液分離器２８
下方より回収する。残ったガスは第２気液分離器２８上
方より管路３２を介して供給口１７に送られ再びガス化
反応させる。反応器１０内の燃焼後残渣は灰分として排
出口２２より排出する。なお、水及び二酸化炭素は、同
じ圧力条件下での沸点の差を用いて分離される。
【００１８】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 ＜実施例１＞先ず、図１と同様の構造を有する装置を用
いて、反応器内が４８０℃、３０ＭＰａに保たれた超臨
界水中で重油を２時間転換させて回収した残渣を炭素資
源試料とした。この炭素資源試料を容量５０ｍｌの反応
器内に予め２０ｇ投入し、反応器内を６５０℃、２５Ｍ
Ｐａに保ち、試料をガス化反応させた。反応器内には毎
分２ｍｌの間隔で水を流し込み、ガス化反応により生成
した水素を反応器内に５６秒間滞留させた。滞留後は水
素分離管より水素を反応器外へ取出した。 ＜実施例２＞実施例１と同様にして回収した残渣を炭素
資源試料とした。この炭素資源試料を反応器内へ毎分４
ｍｌの間隔で水を流し込み、ガス化反応により生成した
水素を反応器内に２８秒間滞留させた以外は実施例１と
同様の条件、同様の構造を有する装置を用いでガス化反
応させた。
る。 ＜実施例１＞先ず、図１と同様の構造を有する装置を用
いて、反応器内が４８０℃、３０ＭＰａに保たれた超臨
界水中で重油を２時間転換させて回収した残渣を炭素資
源試料とした。この炭素資源試料を容量５０ｍｌの反応
器内に予め２０ｇ投入し、反応器内を６５０℃、２５Ｍ
Ｐａに保ち、試料をガス化反応させた。反応器内には毎
分２ｍｌの間隔で水を流し込み、ガス化反応により生成
した水素を反応器内に５６秒間滞留させた。滞留後は水
素分離管より水素を反応器外へ取出した。 ＜実施例２＞実施例１と同様にして回収した残渣を炭素
資源試料とした。この炭素資源試料を反応器内へ毎分４
ｍｌの間隔で水を流し込み、ガス化反応により生成した
水素を反応器内に２８秒間滞留させた以外は実施例１と
同様の条件、同様の構造を有する装置を用いでガス化反
応させた。
【００１９】＜比較例１＞実施例１と同様にして回収し
た残渣を炭素資源試料とした。この炭素資源試料を水素
分離管を取外した以外は実施例１と同様の構造を有する
装置を用い、実施例１と同様の条件でガス化反応させ
た。 ＜比較例２＞実施例１と同様にして回収した残渣を炭素
資源試料とした。この炭素資源試料を水素分離管を取外
した以外同様の構造を有する装置を用い、毎分１４ｍｌ
の間隔で水を反応器内へ流し込み、ガス化反応により生
成した水素を反応器内に８秒間滞留させた以外は同様の
条件でガス化反応させた。 ＜比較評価＞超臨界水中でガス化反応により生成した水
素の転換速度と取出された水素の純度を測定した。実施
例１、２及び比較例１、２の結果を表１に示す。
た残渣を炭素資源試料とした。この炭素資源試料を水素
分離管を取外した以外は実施例１と同様の構造を有する
装置を用い、実施例１と同様の条件でガス化反応させ
た。 ＜比較例２＞実施例１と同様にして回収した残渣を炭素
資源試料とした。この炭素資源試料を水素分離管を取外
した以外同様の構造を有する装置を用い、毎分１４ｍｌ
の間隔で水を反応器内へ流し込み、ガス化反応により生
成した水素を反応器内に８秒間滞留させた以外は同様の
条件でガス化反応させた。 ＜比較評価＞超臨界水中でガス化反応により生成した水
素の転換速度と取出された水素の純度を測定した。実施
例１、２及び比較例１、２の結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】水素分離管を用いていない比較例１では反
応器内への水流量が少ない場合、発生した水素は反応器
内に滞留する時間が長くなるため転換速度が遅くなった
が、水素分離管を設けた実施例１及び２では水素の反応
器内に滞留する時間が長くなっても転換速度は低下しな
かった。また実施例１及び２で得られた水素の濃度は９
９％以上であり高純度なガスを得ることができた。
応器内への水流量が少ない場合、発生した水素は反応器
内に滞留する時間が長くなるため転換速度が遅くなった
が、水素分離管を設けた実施例１及び２では水素の反応
器内に滞留する時間が長くなっても転換速度は低下しな
かった。また実施例１及び２で得られた水素の濃度は９
９％以上であり高純度なガスを得ることができた。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、水の亜
臨界状態又は超臨界状態で炭素資源を水と反応させて水
素と二酸化炭素を主成分とするガスを生成する反応器
と、反応器内部に設けられ反応器で生成されたガスから
水素を分離して反応器外部に取出す水素分離管と、反応
器で生成された水素以外のガスを取出すガス取出管と、
ガス取出管から取出された水素以外のガスを二酸化炭素
を主成分とするガスと水とに分離する第１気液分離器
と、第１気液分離器から分離されたガスをメタンを主成
分とするガスと二酸化炭素とに分離する第２気液分離器
とを備えることにより、複雑なプロセスを要することな
く、炭素資源から安価に高純度の水素ガスを製造する装
置を提供することができる。また、反応生成ガス中から
高純度の水素ガスを選択的に分離し得る装置を提供する
ことができる。
臨界状態又は超臨界状態で炭素資源を水と反応させて水
素と二酸化炭素を主成分とするガスを生成する反応器
と、反応器内部に設けられ反応器で生成されたガスから
水素を分離して反応器外部に取出す水素分離管と、反応
器で生成された水素以外のガスを取出すガス取出管と、
ガス取出管から取出された水素以外のガスを二酸化炭素
を主成分とするガスと水とに分離する第１気液分離器
と、第１気液分離器から分離されたガスをメタンを主成
分とするガスと二酸化炭素とに分離する第２気液分離器
とを備えることにより、複雑なプロセスを要することな
く、炭素資源から安価に高純度の水素ガスを製造する装
置を提供することができる。また、反応生成ガス中から
高純度の水素ガスを選択的に分離し得る装置を提供する
ことができる。
【図１】本実施の形態の炭素資源から水素を製造する装
置の構成図。
置の構成図。
【図２】図１のＡ−Ａ線の断面拡大図。
【図３】図１の水素分離管の拡大図。
１０ 反応器 １３ 水素分離管 ２４ ガス取出管 ２６ 第１気液分離器 ２８ 第２気液分離器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB16 EB33 EB46 EC02 EC03 EC04
Claims (4)
- 【請求項１】 水の亜臨界状態又は超臨界状態で炭素資
源を水と反応させて水素と二酸化炭素を主成分とするガ
スを生成する反応器(10)と、 前記反応器(10)内部に設けられ前記反応器(10)で生成さ
れたガスから水素を分離して前記反応器(10)外部に取出
す水素分離管(13)と、 前記反応器(10)で生成された水素以外のガスを取出すガ
ス取出管(24)と、 前記ガス取出管(24)から取出された水素以外のガスを二
酸化炭素を主成分とするガスと水とに分離する第１気液
分離器(26)と、 前記第１気液分離器(26)から分離されたガスをメタンを
主成分とするガスと二酸化炭素とに分離する第２気液分
離器(28)とを備えた炭素資源から水素を製造する装置。 - 【請求項２】 水素分離管(13)が水素を流通可能な耐熱
性のある多孔質管を支持体として前記多孔質管の表面に
金属を担持して構成され、 前記金属がパラジウム、ニッケル、パラジウムと第１Ｂ
族元素と第８族元素との合金、パラジウムと第１Ｂ族又
は第８族元素との合金、パラジウムとバナジウムと第８
族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族元素の合金から
なる群より選ばれた１種又は２種以上からなる合金であ
る請求項１記載の炭素資源から水素を製造する装置。 - 【請求項３】 多孔質管がパラジウム、ニッケル、パラ
ジウムと第１Ｂ族元素と第８族元素との合金、パラジウ
ムと第１ｂ族又は第８族元素との合金、パラジウムとバ
ナジウムと第８族元素の合金、及びニッケルと第３Ａ族
元素の合金等からなる群より選ばれた１種又は２種以上
からなるか、或いはガラス又はアルミナからなる請求項
２記載の炭素資源から水素を製造する装置。 - 【請求項４】 反応器(10)が両端を封止された円筒体に
形成され、水素分離管(13)が前記円筒体の長手方向に且
つその内周面に沿って複数本設けられた請求項１ないし
３いずれか記載の炭素資源から水素を製造する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32165599A JP2001139302A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 炭素資源から水素を製造する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32165599A JP2001139302A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 炭素資源から水素を製造する装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001139302A true JP2001139302A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=18134940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32165599A Pending JP2001139302A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 炭素資源から水素を製造する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001139302A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008247638A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Gifu Univ | 水素製造方法およびそれに用いる水素製造装置 |
| WO2009064962A2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Texyn Hydrocarbon, Llc | System and method for high pressure synthesis gas processing |
| JP2019504950A (ja) * | 2016-02-08 | 2019-02-21 | プロトン テクノロジーズ インコーポレイテッド | 地下炭化水素貯留層からの水素のその場生産方法 |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32165599A patent/JP2001139302A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008247638A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Gifu Univ | 水素製造方法およびそれに用いる水素製造装置 |
| WO2009064962A2 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Texyn Hydrocarbon, Llc | System and method for high pressure synthesis gas processing |
| WO2009064962A3 (en) * | 2007-11-14 | 2009-08-13 | Texyn Hydrocarbon Llc | System and method for high pressure synthesis gas processing |
| JP2019504950A (ja) * | 2016-02-08 | 2019-02-21 | プロトン テクノロジーズ インコーポレイテッド | 地下炭化水素貯留層からの水素のその場生産方法 |
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