JP2002274809A - Chemical reaction apparatus - Google Patents

Chemical reaction apparatus

Info

Publication number
JP2002274809A
JP2002274809A JP2001084990A JP2001084990A JP2002274809A JP 2002274809 A JP2002274809 A JP 2002274809A JP 2001084990 A JP2001084990 A JP 2001084990A JP 2001084990 A JP2001084990 A JP 2001084990A JP 2002274809 A JP2002274809 A JP 2002274809A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
carbon dioxide
reactor
chemical
solid catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001084990A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3782311B2 (en
Inventor
Kenji Koshizaki
健司 越崎
Kazuaki Nakagawa
和明 中川
Masanori Kato
雅礼 加藤
Sawako Yoshikawa
佐和子 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001084990A priority Critical patent/JP3782311B2/en
Publication of JP2002274809A publication Critical patent/JP2002274809A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3782311B2 publication Critical patent/JP3782311B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical reaction apparatus which is capable of recovering hydrogen with a high recovery rate from gaseous raw material and is decreased in the consumption of carbon dioxide absorptive materials and the heating quantity necessary for regeneration of the same. SOLUTION: This apparatus includes a first reaction region where solid catalysts are housed, a second reaction region which is arranged behind this first reaction region and where chemical absorbents for selectively absorbing carbon dioxide and the solid catalysts are housed and heating means for heating the second reaction region. In the first reaction region, hydrogen which is main formed gas and the carbon dioxide which is by-product gas are formed by causing the chemical reaction of the gaseous raw material. The gases generated in the first reaction region are introduced into the second reaction region, where the chemical reaction and the absorption of the carbon dioxide are effected. The weight of the solid catalysts housed into the first reaction region is >=0.4 to <=2.0 times.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学反応装置に係
り、特に、化学反応において副生成物として生成する二
酸化炭素を分離することにより、主成分として生成する
水素の回収率を高める化学反応装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical reaction apparatus, and more particularly, to a chemical reaction apparatus that separates carbon dioxide generated as a by-product in a chemical reaction to increase the recovery of hydrogen generated as a main component. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】主生成ガスとして水素が生成され、二酸
化炭素が副生成ガスとして生成する反応には、一般的に
よく知られているものも多く、それらは実際の装置へ適
用、あるいは適用が検討されている。例えば、火力発電
システムに用いられる化石燃料は、その主成分が炭化水
素類であり、燃焼とともに炭素成分のほとんどが二酸化
炭素となる。このような二酸化炭素の回収方法として、
燃焼前に化石燃料を反応させて、主生成物である水素と
副生成物である二酸化炭素あるいは一酸化炭素を生成さ
せる改質反応を行なってから、二酸化炭素を分離するこ
とが検討されている(例えば、特開平11−26398
8号公報など)。あるいは、化学工業プロセスでは、一
酸化炭素と水とを反応させて主生成物である水素と副生
成物である二酸化炭素を生成させるシフト反応を用いる
プロセスが用いられている。これらにおいては、主生成
ガスである水素を燃料あるいは原料として用いるため、
その回収率を高めることが求められている。
2. Description of the Related Art There are many well-known reactions in which hydrogen is produced as a main product gas and carbon dioxide is produced as a by-product gas. Are being considered. For example, fossil fuels used in thermal power generation systems are mainly composed of hydrocarbons, and most of the carbon components become carbon dioxide with combustion. As such a method of recovering carbon dioxide,
It has been studied to separate fossil fuels by reacting fossil fuels before combustion to produce hydrogen and the by-product carbon dioxide or carbon monoxide. (See, for example, JP-A-11-26398
No. 8). Alternatively, in a chemical industry process, a process using a shift reaction in which carbon monoxide and water are reacted to generate hydrogen as a main product and carbon dioxide as a by-product is used. In these, hydrogen, which is the main product gas, is used as fuel or raw material,
It is required to increase the recovery rate.

【0003】改質反応やシフト反応のように、副生成物
として二酸化炭素が生成する反応においては、二酸化炭
素を反応場から除去することによって、化学平衡が主生
成物の生成側にシフトする。これによって、主生成物で
あるガスの回収率を高めることが可能となる。ガス中か
ら二酸化炭素を分離するためには、アルカノールアミン
系溶媒などによる化学吸収プロセスや、圧力スイング
法、深冷分離法、および膜分離法などの方法が用いられ
ている。しかしながら、二酸化炭素の分離に使用される
膜や溶媒などの材料の耐熱性の限界から、いずれの方法
も導入ガス温度の上限を200℃程度以下に抑える必要
がある。改質反応やシフト反応は、400℃以上の温度
で行なわれているので、従来の方法では反応場から二酸
化炭素を除去することは困難であった。
In a reaction in which carbon dioxide is generated as a by-product, such as a reforming reaction and a shift reaction, the chemical equilibrium shifts to a side where a main product is generated by removing carbon dioxide from a reaction field. This makes it possible to increase the recovery rate of the gas as the main product. In order to separate carbon dioxide from gas, a chemical absorption process using an alkanolamine-based solvent or the like, a method such as a pressure swing method, a cryogenic separation method, and a membrane separation method are used. However, the upper limit of the introduced gas temperature needs to be suppressed to about 200 ° C. or less in any of the methods because of the heat resistance of a material such as a membrane and a solvent used for carbon dioxide separation. Since the reforming reaction and the shift reaction are performed at a temperature of 400 ° C. or higher, it has been difficult to remove carbon dioxide from the reaction field by the conventional method.

【0004】そのようななかで、改質反応やシフト反応
を行なう反応器に無機吸収材を充填することによって、
400℃を越える高温反応場から二酸化炭素を除去し
て、主生成物を効率的に得る方法が開示されている(例
えば、特開平10−152302号公報など)。例えば
メタンの水蒸気改質は、下記反応式(1)で表わされ、
吸熱反応である。
[0004] In such a situation, by filling a reactor for performing a reforming reaction or a shift reaction with an inorganic absorbent,
There is disclosed a method for efficiently obtaining a main product by removing carbon dioxide from a high-temperature reaction field exceeding 400 ° C. (for example, JP-A-10-152302). For example, steam reforming of methane is represented by the following reaction formula (1):
It is an endothermic reaction.

【0005】[0005]

【化1】 Embedded image

【0006】このとき、無機吸収材を用いて反応場から
二酸化炭素を除去することによって、反応式(1)の反
応平衡が右向きの反応にシフトするので、水素の回収率
が向上する。通常は、800℃以上でこの反応が行なわ
れているが、この化学平衡をシフトさせることによっ
て、それより低い温度で進行させることが可能である。
また、最近では、無機充填材としてリチウムシリケート
についての研究がなされている(特願2000−262
89など)。この材料は、二酸化炭素の吸収速度が速
く、こうした用途に特に適した材料として用いられてい
る。リチウムシリケートは、二酸化炭素の存在下で、下
記反応式(2)または(3)に示すように、炭酸リチウ
ムとケイ素を含有する化合物とに分解する。
At this time, by removing carbon dioxide from the reaction field using the inorganic absorbent, the reaction equilibrium of the reaction formula (1) is shifted to the rightward reaction, and the recovery rate of hydrogen is improved. Usually, this reaction is carried out at 800 ° C. or higher, but it is possible to proceed at a lower temperature by shifting this chemical equilibrium.
Recently, research has been conducted on lithium silicate as an inorganic filler (Japanese Patent Application No. 2000-262).
89 etc.). This material has a high carbon dioxide absorption rate and is used as a material particularly suitable for such an application. Lithium silicate is decomposed into lithium carbonate and a compound containing silicon as shown in the following reaction formula (2) or (3) in the presence of carbon dioxide.

【0007】[0007]

【化2】 Embedded image

【0008】[0008]

【化3】 Embedded image

【0009】いずれの反応式においても、右向きの反応
が起これば、二酸化炭素がリチウムシリケートと反応し
て吸収された状態となる。この二酸化炭素を吸収する反
応は、600℃程度で最も速くなる。これらの反応は発
熱反応であるため、上述したように吸熱反応で水素を生
成する原料ガスと、リチウムシリケートを主成分とする
化学吸収体とを用いると、水素を生成するのに必要な熱
を、二酸化炭素吸収時の発熱で補わせることができる。
また、二酸化炭素を吸収したリチウムシリケートは、7
50℃以上に加熱することによって、反応式(2)ある
いは(3)に示す左向きの反応を起こす。したがって、
リチウムシリケートを再生することができる。
In any of the reaction formulas, if a rightward reaction occurs, carbon dioxide reacts with lithium silicate and becomes absorbed. The reaction of absorbing carbon dioxide is the fastest at about 600 ° C. Since these reactions are exothermic, as described above, when a source gas that generates hydrogen by an endothermic reaction and a chemical absorber containing lithium silicate as a main component are used, heat required to generate hydrogen is generated. It can be supplemented by the heat generated during carbon dioxide absorption.
In addition, lithium silicate that absorbed carbon dioxide was 7
By heating to 50 ° C. or more, a leftward reaction shown in the reaction formula (2) or (3) is caused. Therefore,
Lithium silicate can be regenerated.

【0010】しかしながら、無機吸収材を充填した反応
器は、従来の固体触媒のみを充填した反応器と比較して
容積が大きくなり、また、多量の吸収材が必要とされ
る。さらに、二酸化炭素を吸収した吸収材を再生するた
めに加熱を行なうためには、吸収材が収容されている反
応器全体に熱を供給しなければならず、反応に用いる触
媒など不必要な部分まで加熱せざるをえなかった。その
ため、炭酸ガス吸収材を効率よく充填した化学反応装置
が求められていた。
However, a reactor filled with an inorganic absorbent has a larger volume than a conventional reactor filled only with a solid catalyst, and requires a large amount of absorbent. Furthermore, in order to perform heating to regenerate the absorbent material that has absorbed carbon dioxide, heat must be supplied to the entire reactor containing the absorbent material, and unnecessary parts such as a catalyst used for the reaction are required. Until heated. Therefore, there has been a demand for a chemical reaction device in which a carbon dioxide absorbent is efficiently filled.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、原料
ガスから高い回収率で水素を回収できるとともに、炭酸
ガス吸収材の使用量およびその再生に必要な加熱量が低
減された化学反応装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a chemical reaction apparatus capable of recovering hydrogen from a raw material gas at a high recovery rate, and reducing the amount of carbon dioxide absorbent used and the amount of heating required for its regeneration. The purpose is to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、原料ガスから水素を発生させる化学反応
装置であって、固体触媒を収容した第一の反応領域と、
この第一の反応領域の後段に配置され、二酸化炭素を選
択的に吸収する化学吸収体および固体触媒を収容した第
二の反応領域と、前記第二の反応領域を加熱するための
加熱手段とを具備し、前記第一の反応領域では、前記原
料ガスを化学反応させて主生成ガスである水素と副生成
ガスである二酸化炭素とを生成し、前記第二の反応領域
には、前記第一の反応領域で発生したガスが導入され、
前記化学反応と前記二酸化炭素の吸収とが行なわれ、前
記第二の反応領域に収容される前記固体触媒の重量は、
前記第一の反応領域に収容される前記固体触媒の重量の
0.4倍以上2.0倍以下であることを特徴とする化学
反応装置を提供する。
According to the present invention, there is provided a chemical reaction apparatus for generating hydrogen from a raw material gas, comprising: a first reaction zone containing a solid catalyst;
A second reaction region that is disposed at a stage subsequent to the first reaction region and contains a chemical absorber and a solid catalyst that selectively absorbs carbon dioxide, and heating means for heating the second reaction region. In the first reaction region, the source gas is subjected to a chemical reaction to generate hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas, and the second reaction region includes the second The gas generated in one reaction zone is introduced,
The chemical reaction and the absorption of the carbon dioxide are performed, and the weight of the solid catalyst accommodated in the second reaction region is:
There is provided a chemical reaction apparatus characterized in that the weight is 0.4 times or more and 2.0 times or less the weight of the solid catalyst accommodated in the first reaction zone.

【0013】本発明においては、前記第二の反応領域の
容積は、前記第一の反応領域の容積の0.8倍以上5.
5倍以下であることが好ましい。
In the present invention, the volume of the second reaction zone is at least 0.8 times the volume of the first reaction zone.
It is preferably 5 times or less.

【0014】本発明の化学反応装置においては、前記第
一の反応領域は、前記固体触媒を収容した反応器とし
て、前記第二の反応領域は、前記化学吸収体および固体
触媒を収容した反応器することができる。
In the chemical reaction apparatus according to the present invention, the first reaction region is a reactor containing the solid catalyst, and the second reaction region is a reactor containing the chemical absorber and the solid catalyst. can do.

【0015】また本発明の化学反応装置は、前記固体触
媒を含む原料ガス導入側と、前記化学吸収体および前記
固体触媒を含む最終生成ガス排出側とに分割された反応
器を有し、前記第一の反応領域は前記原料ガス導入側と
し、前記第二の反応領域は前記最終生成ガス排出側とす
ることができる。
Further, the chemical reaction apparatus of the present invention has a reactor divided into a source gas introduction side containing the solid catalyst and a final product gas exhaust side containing the chemical absorber and the solid catalyst. The first reaction zone may be on the source gas introduction side, and the second reaction zone may be on the final product gas discharge side.

【0016】あるいは本発明の化学反応装置において
は、前記第一の反応領域は、前記固体触媒を収容した反
応器とし、前記第二の反応領域は、前記化学吸収体を収
容した反応器と、この後段に配置され前記固体触媒を収
容した反応器とから構成することができる。
Alternatively, in the chemical reaction apparatus according to the present invention, the first reaction region is a reactor containing the solid catalyst, and the second reaction region is a reactor containing the chemical absorber. And a reactor that is disposed at the subsequent stage and contains the solid catalyst.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
さらに詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

【0018】図1に、本発明にかかる化学反応装置の一
例の構成を表わす概略図を示す。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an example of the chemical reaction apparatus according to the present invention.

【0019】図示する化学反応装置は、第一の反応器1
と、連結管6によってこの第一の反応器の後段に接続さ
れた第二の反応器2とを含む。これら第一および第二の
反応器が、それぞれ第一の反応領域および第二の反応領
域に相当する。
The illustrated chemical reaction apparatus includes a first reactor 1
And a second reactor 2 connected downstream of the first reactor by a connecting pipe 6. These first and second reactors correspond to a first reaction zone and a second reaction zone, respectively.

【0020】反応器1は、原料ガス導入管5を備え、固
体触媒3が充填されている。第一の反応器1に導入され
た原料ガスは、反応器1内で反応して、主生成ガスであ
る水素と、副生成ガスである二酸化炭素などを含有する
第一生成ガスを生成する。原料ガスとしては、炭化水
素、含酸素炭化水素、アルコール類、あるいは一酸化炭
素と水蒸気との混合ガスを用いることができる。
The reactor 1 has a raw material gas introduction pipe 5 and is filled with a solid catalyst 3. The raw material gas introduced into the first reactor 1 reacts in the reactor 1 to generate a first product gas containing hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas. As the raw material gas, hydrocarbon, oxygen-containing hydrocarbon, alcohols, or a mixed gas of carbon monoxide and water vapor can be used.

【0021】第一生成ガスは、連結管6を介して第二の
反応器2に導入される。この連結管6は、断熱材を巻く
ことによって熱損失を低減することができる。あるい
は、加熱部材を設けて昇温を行なってもよい。
The first product gas is introduced into the second reactor 2 via the connecting pipe 6. This connection pipe 6 can reduce heat loss by winding a heat insulating material. Alternatively, the temperature may be raised by providing a heating member.

【0022】第二の反応器2には、固体触媒3と二酸化
炭素吸収体4とが充填されている。固体触媒3と二酸化
炭素吸収体4との充填割合は、装置の運転時間によって
適宜決定することができ、また完全に混合されている必
要はない。この第二の反応器2内では、主生成ガスの水
素を生成する反応が、固体触媒3によって促進され、そ
れと同時に、副生成ガスである二酸化炭素は、二酸化炭
素吸収体4によってガス中から除去される。ここでは、
二酸化炭素吸収体4が二酸化炭素を吸収する際に発生す
る熱を、水素の生成のための反応熱とすることができ
る。第二の反応器2に導入された第一生成ガスは、こう
して反応器2内で反応し、主生成ガスの水素と副生成ガ
スの二酸化炭素などを含む最終生成ガスが生成され、排
出管7から排出される。
The second reactor 2 is filled with a solid catalyst 3 and a carbon dioxide absorber 4. The filling ratio of the solid catalyst 3 and the carbon dioxide absorber 4 can be appropriately determined depending on the operation time of the apparatus, and does not need to be completely mixed. In the second reactor 2, the reaction of generating hydrogen of the main product gas is promoted by the solid catalyst 3, and at the same time, carbon dioxide as the by-product gas is removed from the gas by the carbon dioxide absorber 4. Is done. here,
The heat generated when the carbon dioxide absorber 4 absorbs carbon dioxide can be used as reaction heat for generating hydrogen. The first product gas introduced into the second reactor 2 reacts in the reactor 2 in this way, and a final product gas containing hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas is generated. Is discharged from

【0023】さらに、第二の反応容器2の周囲には、加
熱部8が設けられていてもよい。図示するように、加熱
部8は反応器2の周囲のみに設置することができる。加
熱部8は、二酸化炭素を飽和状態まで吸収した二酸化炭
素吸収体4を加熱昇温して、二酸化炭素を放出させ、そ
れによって二酸化炭素吸収体4を再生させる役目をな
す。
Further, a heating section 8 may be provided around the second reaction vessel 2. As shown, the heating section 8 can be installed only around the reactor 2. The heating unit 8 serves to regenerate the carbon dioxide absorber 4 by heating and raising the temperature of the carbon dioxide absorber 4 that has absorbed carbon dioxide to a saturated state, thereby releasing carbon dioxide.

【0024】本発明の化学反応装置においては、第二の
反応領域である第二反応器2内に収容される固体触媒3
の重量は、所定の範囲内に設定されなければならない。
具体的には、第二の反応領域である第二反応器2内に収
容される固体触媒3の重量は、第一の反応領域である第
一反応器1内に収容される固体触媒3の重量の0.4倍
以上2.0倍であることが必要である。これは、次のよ
うな理由によるものである。第一の反応領域と同じ密度
で第二の反応領域に固体触媒を充填するならば、二酸化
炭素吸収体を充填して水素の回収率を高める効果を得る
ために、少なくとも相対触媒量の下限0.4倍の比で固
体触媒が第二反応領域に配分されていることが必要であ
ることによる。また、固体触媒のみが収容された第一の
反応領域を設置した効果を得るためには、再生時に加熱
される第二の反応領域の容積は、第一の反応領域の容積
の2.0倍以下であることが必要である。したがって、
本発明においては、第二の反応領域における触媒重量
を、第一の反応領域における触媒重量の0.4倍以上
2.0倍以下に規定した。
In the chemical reaction apparatus of the present invention, the solid catalyst 3 contained in the second reactor 2 which is the second reaction zone
Must be set within a predetermined range.
Specifically, the weight of the solid catalyst 3 accommodated in the second reactor 2 which is the second reaction zone is equal to the weight of the solid catalyst 3 accommodated in the first reactor 1 which is the first reaction zone. It is necessary that the weight be 0.4 times or more and 2.0 times the weight. This is for the following reason. If the second reaction zone is filled with the solid catalyst at the same density as the first reaction zone, at least the lower limit of the relative catalyst amount is set to 0 in order to obtain the effect of filling the carbon dioxide absorber and increasing the recovery rate of hydrogen. This is because the solid catalyst needs to be distributed to the second reaction zone at a ratio of .4. Further, in order to obtain the effect of setting the first reaction region containing only the solid catalyst, the volume of the second reaction region heated during regeneration is 2.0 times the volume of the first reaction region. It must be: Therefore,
In the present invention, the weight of the catalyst in the second reaction zone is specified to be 0.4 to 2.0 times the weight of the catalyst in the first reaction zone.

【0025】また、二酸化炭素吸収体としてリチウムシ
リケートを用いる場合には、第二の反応領域である第二
反応器2の容積は、第一の反応領域である第一反応器1
の0.8倍以上5.5倍以下であることが望まれる。こ
の範囲内であれば、固体触媒の充填密度が過大または過
小となり、気体の流れを阻害するという不都合を生じる
ことなく、上記のような第二反応領域の相対触媒量範囲
を満たすことが可能である。
When lithium silicate is used as the carbon dioxide absorber, the volume of the second reactor 2 as the second reaction zone is equal to that of the first reactor 1 as the first reaction zone.
It is desired that the value be 0.8 times or more and 5.5 times or less. Within this range, the packing density of the solid catalyst becomes excessively or excessively small, and it is possible to satisfy the relative catalyst amount range of the second reaction region as described above without inconvenience of obstructing the gas flow. is there.

【0026】図2には、本発明にかかる化学反応装置の
他の例を表わす概略図を示す。
FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the chemical reaction apparatus according to the present invention.

【0027】図示する化学反応装置は、原料ガス導入管
13と排出管14とを備えた1つの反応器9を有し、そ
の内部は、多孔質内壁12によって、第一の反応領域1
0第二の反応領域11とに分割されている。
The illustrated chemical reaction apparatus has one reactor 9 having a raw material gas introduction pipe 13 and a discharge pipe 14, and the inside of the reactor 9 is formed by a porous inner wall 12 in a first reaction zone 1.
0 and a second reaction region 11.

【0028】第一の反応領域10には、固体触媒3が充
填されている。第一の反応領域10に導入された原料ガ
スは、この第一反応領域10内で反応して、主生成ガス
である水素と副生成ガスである二酸化炭素などを含有す
る第一生成ガスを生成する。
The first reaction zone 10 is filled with the solid catalyst 3. The raw material gas introduced into the first reaction region 10 reacts in the first reaction region 10 to generate a first product gas containing hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas. I do.

【0029】第一生成ガスは、多孔質内壁12を通過し
て、第二の反応領域11に導入される。第二反応領域1
1には、固体触媒3と二酸化炭素吸収体4とが充填され
ており、これらの充填割合は、装置の運転時間によって
適宜決定することができる。この第二反応領域11内で
は、主生成ガスの水素を生成する反応が、固体触媒3に
よって促進され、それと同時に、副生成ガスである二酸
化炭素は、二酸化炭素吸収体4によってガス中から除去
される。第二反応領域11に導入された第一生成ガス
は、こうして反応し、主生成ガスの水素と副生成ガスの
二酸化炭素などを含む最終生成ガスが生成され、排出管
14から排出される。
The first product gas passes through the porous inner wall 12 and is introduced into the second reaction zone 11. Second reaction zone 1
1 is filled with a solid catalyst 3 and a carbon dioxide absorber 4, and the filling ratio of these can be appropriately determined according to the operation time of the apparatus. In the second reaction zone 11, the reaction of generating hydrogen of the main product gas is promoted by the solid catalyst 3, and at the same time, carbon dioxide as the by-product gas is removed from the gas by the carbon dioxide absorber 4. You. The first product gas introduced into the second reaction zone 11 reacts in this manner, and a final product gas containing hydrogen as the main product gas and carbon dioxide as the by-product gas is generated and discharged from the discharge pipe 14.

【0030】さらに、第二の反応領域11の周囲には、
加熱部15が設けられていてもよい。図示するように、
加熱部15は、第二反応領域11の周囲のみに設置する
ことができる。加熱部15は、二酸化炭素を飽和状態ま
で吸収した二酸化炭素吸収体4を加熱昇温して二酸化炭
素を放出させ、それによって二酸化炭素吸収体4を再生
する役目をなす。
Further, around the second reaction zone 11,
A heating unit 15 may be provided. As shown
The heating unit 15 can be installed only around the second reaction area 11. The heating unit 15 serves to regenerate the carbon dioxide absorber 4 by heating and raising the temperature of the carbon dioxide absorber 4 that has absorbed carbon dioxide to a saturated state, thereby releasing carbon dioxide.

【0031】なお、第一および第二の反応領域を分割す
る多孔質内壁12孔径は、反応領域10および反応領域
11に充填される固体触媒3および二酸化炭素吸収体4
のいずれに粒径よりも小さいことが好ましい。また、多
孔質内壁12の両側の差圧は、5.0kg/cm3以下
であることが望ましい。これは、装置運転時に原料ガス
を流すために行なう加圧に必要なエネルギーを低減する
ためである。
The pore diameter of the porous inner wall 12 dividing the first and second reaction zones is determined by the size of the solid catalyst 3 and the carbon dioxide absorber 4 filled in the reaction zones 10 and 11.
Is preferably smaller than the particle size. Further, the pressure difference on both sides of the porous inner wall 12 is desirably 5.0 kg / cm 3 or less. This is to reduce the energy required for pressurization performed to flow the source gas during operation of the apparatus.

【0032】すでに説明したような理由から、本発明の
化学反応装置においては、第二の反応領域11内に収容
される固体触媒3の重量は、第一の反応領域10内に収
容される固体触媒3の重量の0.4倍以上2.0倍であ
ることが必要である。さらに、二酸化炭素吸収体として
リチウムシリケートを用いる場合には、第二の反応領域
11の容積は、第一の反応領域10の0.8倍以上5.
5倍以下であることが望まれる。
For the reasons described above, in the chemical reaction apparatus of the present invention, the weight of the solid catalyst 3 accommodated in the second reaction zone 11 is reduced by the weight of the solid catalyst 3 accommodated in the first reaction zone 10. It is necessary that the weight of the catalyst 3 is 0.4 times or more and 2.0 times or more. Further, when lithium silicate is used as the carbon dioxide absorber, the volume of the second reaction region 11 is 0.8 times or more of the first reaction region 10.
It is desired that it be 5 times or less.

【0033】図3には、本発明にかかる化学反応装置の
他の例を表わす概略図を示す。
FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the chemical reaction apparatus according to the present invention.

【0034】図示する化学反応装置においては、固体触
媒3が充填された反応器16が第一の反応領域に相当
し、二酸化炭素吸収体4を収容した反応器17と固体触
媒3を収容した反応器18との2つが第二の反応領域を
構成する。
In the illustrated chemical reactor, the reactor 16 filled with the solid catalyst 3 corresponds to a first reaction zone, and the reactor 17 containing the carbon dioxide absorber 4 and the reaction containing the solid catalyst 3 The two with the vessel 18 constitute a second reaction zone.

【0035】反応器16は、図1において説明した第一
の反応器1と同様の構造である。反応器16には、原料
ガス導入管19を介して原料ガスが導入される。原料ガ
スは、反応器16内で反応して、主生成ガスの水素と、
副生成ガスの二酸化炭素などを含有する第一生成ガスを
生成する。
The reactor 16 has the same structure as the first reactor 1 described with reference to FIG. A raw material gas is introduced into the reactor 16 through a raw gas introduction pipe 19. The raw material gas reacts in the reactor 16 and reacts with hydrogen of the main product gas,
A first product gas containing a by-product gas such as carbon dioxide is generated.

【0036】第一生成ガスは、連結管20を介して、二
酸化炭素吸収体4が充填されて反応器17に導入され
る。反応器17の容積は、装置の運転時間によって適宜
決定することができる。
The first product gas is filled into the carbon dioxide absorber 4 through the connecting pipe 20 and introduced into the reactor 17. The volume of the reactor 17 can be appropriately determined according to the operation time of the apparatus.

【0037】反応器17内では、二酸化炭素吸収体4に
よって、第一生成ガスから二酸化炭素が除去される。こ
こで得られる第二生成ガスは、第一生成ガスより低減さ
れた量の二酸化炭素と、主成分としての水素とを含有す
るものであり、連結管21を介して、固体触媒3が充填
された反応器18に送られる。
In the reactor 17, carbon dioxide is removed from the first product gas by the carbon dioxide absorber 4. The second product gas obtained here contains a smaller amount of carbon dioxide than the first product gas and hydrogen as the main component, and is filled with the solid catalyst 3 through the connecting pipe 21. To the reactor 18.

【0038】なお、反応器17の周囲には、加熱部23
が設けられていてもよい。図示するように、加熱部23
は反応器17の周囲のみに設置することができる。加熱
部23は、二酸化炭素を飽和状態まで吸収した二酸化炭
素吸収体4を加熱昇温して、二酸化炭素を放出させ、そ
れによって二酸化炭素吸収体4を再生させる役割をな
す。
A heating unit 23 is provided around the reactor 17.
May be provided. As shown in FIG.
Can be installed only around the reactor 17. The heating unit 23 plays a role of heating and raising the temperature of the carbon dioxide absorber 4 that has absorbed the carbon dioxide to a saturated state to release carbon dioxide, thereby regenerating the carbon dioxide absorber 4.

【0039】第二生成ガスが導入される反応器18に
は、固体触媒3が充填されている。第二生成ガスは、反
応器18内で反応して、主生成ガスの水素と、副生成ガ
スの二酸化炭素などを含有する最終生成ガスが生成さ
れ、排出管22から排出される。
The reactor 18 into which the second product gas is introduced is filled with the solid catalyst 3. The second product gas reacts in the reactor 18 to produce a final product gas containing hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas, and is discharged from the discharge pipe 22.

【0040】すでに説明したような理由から、本発明の
化学反応装置においては、第二の反応領域を構成する反
応器18内に収容される固体触媒3の重量は、第一の反
応領域である反応器16内に収容される固体触媒3の重
量の0.4倍以上2.0倍であることが必要である。さ
らに、二酸化炭素吸収体としてリチウムシリケートを用
いる場合には、第二の反応領域の容積は、第一の反応領
域の0.8倍以上5.5倍以下であることが望まれる。
For the reasons described above, in the chemical reaction apparatus of the present invention, the weight of the solid catalyst 3 contained in the reactor 18 constituting the second reaction zone is the first reaction zone. It is necessary that the weight be 0.4 times or more and 2.0 times the weight of the solid catalyst 3 accommodated in the reactor 16. Further, when lithium silicate is used as the carbon dioxide absorber, it is desired that the volume of the second reaction region is 0.8 times or more and 5.5 times or less of the first reaction region.

【0041】本発明において、原料ガスを化学反応させ
て主生成ガスである水素と副生成ガスである二酸化炭素
とを得るための固体触媒としては、原料ガスがメタンと
水蒸気とを含む場合には、金属ニッケルのようなニッケ
ル系触媒が望ましい。あるいは、酸化鉄、鉄−クロム複
合酸化物のような鉄系酸化物を、ガス流路の後部に混合
することもできる。また、原料ガスが一酸化炭素と水蒸
気とを含む場合には、酸化鉄、鉄−クロム複合酸化物の
ような鉄系酸化物が固体触媒として好ましく用いられ
る。
In the present invention, a solid catalyst for chemically reacting a raw material gas to obtain hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas includes a solid catalyst in the case where the raw material gas contains methane and water vapor. A nickel-based catalyst such as metallic nickel is desirable. Alternatively, an iron-based oxide such as iron oxide or an iron-chromium composite oxide can be mixed in the rear part of the gas flow path. When the raw material gas contains carbon monoxide and water vapor, iron oxides such as iron oxide and iron-chromium composite oxide are preferably used as the solid catalyst.

【0042】副生成ガスである二酸化炭素を選択的に吸
収するための二酸化炭素吸収体としては、無機化合物を
使用することができる。その中でも特に、リチウムシリ
ケートが好ましい。
As a carbon dioxide absorber for selectively absorbing carbon dioxide as a by-product gas, an inorganic compound can be used. Among them, lithium silicate is particularly preferable.

【0043】二酸化炭素吸収体としてリチウムシリケー
トを用いた場合には、次のような理由から、このリチウ
ムシリケートを再生することができる。すなわち、前述
の反応式(2)および(3)に示したように、二酸化炭
素との反応は可逆反応である。したがって、二酸化炭素
を吸収したリチウムシリケートを加熱することによっ
て、二酸化炭素を放出させて再生することができる。こ
のようなリチウムシリケートの性質を利用して、ほぼ連
続的に水素を生成することも可能である。例えば、第二
の反応領域のみ、あるいは第一反応領域および第二反応
領域の2つを複数配列した化学反応装置を構成する。い
ずれか一方の系で水素の生成を行ない、他方の系でリチ
ウムシリケートを再生する操作を交互に行なうことによ
って、水素生成はほぼ連続的に行なわれる。
When lithium silicate is used as the carbon dioxide absorber, this lithium silicate can be regenerated for the following reasons. That is, as shown in the above-mentioned reaction formulas (2) and (3), the reaction with carbon dioxide is a reversible reaction. Therefore, by heating the lithium silicate that has absorbed carbon dioxide, carbon dioxide can be released and regenerated. By utilizing such properties of lithium silicate, it is also possible to generate hydrogen almost continuously. For example, a chemical reaction device in which only a second reaction region or a plurality of two of the first reaction region and the second reaction region is arranged. Hydrogen is generated almost continuously by alternately performing the operation of generating hydrogen in one of the systems and regenerating lithium silicate in the other system.

【0044】これを、前述の図1に示した装置に適用し
た場合について、図4を参照して説明する。
A case where this is applied to the apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0045】図示する化学反応装置は、第一反応領域に
相当する第一の反応器24と、第二反応領域に相当する
2つの第二の反応器25aおよび25bとから構成され
ている。各反応領域で用いる反応器の充填物および構造
などは、図1に関して説明したものと同様である。
The illustrated chemical reaction apparatus comprises a first reactor 24 corresponding to a first reaction region and two second reactors 25a and 25b corresponding to a second reaction region. The reactor packing and structure used in each reaction zone are the same as those described with reference to FIG.

【0046】第一の反応器24は、原料ガス導入管26
を備え、固体触媒(図示せず)が充填されている。ま
た、第二の反応器25aおよび25bには、再生ガス導
入管27aおよび27bが接続され、内部には固体触媒
(図示せず)および二酸化炭素吸収体(図示せず)が充填
されている。
The first reactor 24 has a raw material gas introduction pipe 26
And filled with a solid catalyst (not shown). The second reactors 25a and 25b are connected to regeneration gas introduction pipes 27a and 27b, respectively, and are filled with a solid catalyst (not shown) and a carbon dioxide absorber (not shown).

【0047】まず、反応器25aで二酸化炭素を除去し
て水素を精製し、反応器25bで二酸化炭素吸収材の再
生を行なう場合について説明する。このとき各バルブ
は、バルブ31aが閉、32aが開、31bが開、32
bが閉となっている。
First, the case where carbon dioxide is removed in the reactor 25a to purify hydrogen and the carbon dioxide absorbent is regenerated in the reactor 25b will be described. At this time, the valves 31a are closed, 32a is open, 31b is open,
b is closed.

【0048】原料ガス導入管26から第一の反応器24
内に導入された原料ガスは、この反応器24内で反応し
て、第一生成ガスを生成する。第一生成ガスは、連結管
28、バルブ32aおよびガス導入管29aを通過して
反応器25aへ導入される。第一生成ガスは、反応器2
5a内で反応して、最終生成ガスが生成され、排出管3
0aより排出される。
The raw material gas introduction pipe 26 is connected to the first reactor 24
The raw material gas introduced therein reacts in the reactor 24 to generate a first product gas. The first product gas is introduced into the reactor 25a through the connecting pipe 28, the valve 32a, and the gas introducing pipe 29a. The first product gas is supplied to the reactor 2
5a, a final product gas is generated, and the exhaust pipe 3
0a.

【0049】反応器25a内で二酸化炭素の除去を行な
っている間、反応器25bには、再生ガス導入管27
b、バルブ31b、およびガス導入管29bを介して再
生ガスが導入される。反応器25bでは、二酸化炭素吸
収体が二酸化炭素を放出するまで、加熱器(図示せず)
で加熱することによって、二酸化炭素吸収体の再生が行
なわれる。その結果、二酸化炭素を高濃度で含有した再
生時生成ガスが排出管30bより排出される。
During the removal of carbon dioxide in the reactor 25a, the reactor 25b is connected to the regeneration gas introduction pipe 27.
b, the valve 31b, and the regeneration gas are introduced through the gas introduction pipe 29b. In the reactor 25b, a heater (not shown) is used until the carbon dioxide absorber emits carbon dioxide.
, The regeneration of the carbon dioxide absorber is performed. As a result, the regeneration gas containing carbon dioxide at a high concentration is discharged from the discharge pipe 30b.

【0050】次に、反応器25bで二酸化炭素を除去し
て水素を精製し、反応器25aで二酸化炭素吸収体の再
生を行なう場合について説明する。このとき各バルブ
は、バルブ31aが開、32aが閉、31bが閉、32
bが開となっている。
Next, a case where carbon dioxide is removed in the reactor 25b to purify hydrogen and the carbon dioxide absorber is regenerated in the reactor 25a will be described. At this time, the valves 31a are open, 32a is closed, 31b is closed, 32
b is open.

【0051】原料ガス導入管26から第一の反応器24
内に導入された原料ガスは、この反応器24内で反応し
て、第一生成ガスを生成する。第一生成ガスは、連結管
28、バルブ32bおよびガス導入管29bを通過して
反応器25bへ導入される。第一生成ガスは、反応器2
5b内で反応して、最終生成ガスが生成され、排出管3
0bより排出される。
The first reactor 24 is connected to the raw material gas introduction pipe 26 through the first reactor 24.
The raw material gas introduced therein reacts in the reactor 24 to generate a first product gas. The first product gas is introduced into the reactor 25b through the connection pipe 28, the valve 32b, and the gas introduction pipe 29b. The first product gas is supplied to the reactor 2
5b, a final product gas is generated, and the exhaust pipe 3
0b.

【0052】反応器25b内で二酸化炭素の除去を行な
っている間、反応器25aには、再生ガス導入管27
a、バルブ31a、およびガス導入管29aを介して再
生ガスが導入される。反応器25aでは、二酸化炭素吸
収体が二酸化炭素を放出するまで、加熱器(図示せず)
で加熱することによって、二酸化炭素吸収体の再生が行
なわれる。その結果、二酸化炭素を高濃度で含有した再
生時生成ガスが排出管30aより排出される。
During the removal of carbon dioxide in the reactor 25b, the reactor 25a is connected to the regeneration gas introduction pipe 27.
The regeneration gas is introduced through a, the valve 31a, and the gas introduction pipe 29a. In the reactor 25a, a heater (not shown) is used until the carbon dioxide absorber emits carbon dioxide.
, The regeneration of the carbon dioxide absorber is performed. As a result, the regeneration gas containing carbon dioxide at a high concentration is discharged from the discharge pipe 30a.

【0053】ここで再生用の反応器に導入される再生ガ
スは、反応器内で発生する二酸化炭素を排気管に通して
排出するためのキャリアガスであり、二酸化炭素以外の
ガスであれば、その種類は特に限定されない。二酸化炭
素吸収体であるリチウムシリケートの再生において、再
生ガスの供給は不可欠ではない。ただし、反応器内の二
酸化炭素の濃度が高くなると、上述した反応式(2)お
よび(3)の左向きの反応が遅くなり、再生温度を例え
ば950℃以上のような高温に設定する必要が生じる。
したがって、900℃以下の温度でリチウムシリケート
をほぼ初期状態に再生させるには、前述したように再生
ガスを反応器内に供給することが望ましい。
The regeneration gas introduced into the regeneration reactor is a carrier gas for discharging carbon dioxide generated in the reactor through an exhaust pipe. The type is not particularly limited. In regeneration of lithium silicate which is a carbon dioxide absorber, supply of regeneration gas is not indispensable. However, when the concentration of carbon dioxide in the reactor becomes high, the leftward reactions of the above-mentioned reaction formulas (2) and (3) become slow, and it becomes necessary to set the regeneration temperature to a high temperature such as 950 ° C. or higher. .
Therefore, in order to regenerate the lithium silicate to an almost initial state at a temperature of 900 ° C. or less, it is desirable to supply a regeneration gas into the reactor as described above.

【0054】以上説明したように、本発明の化学反応装
置においては、第一反応領域では、主生成ガスである水
素を生成する反応が進行するものの平衡に達しておら
ず、二酸化炭素濃度は低い。このような第一反応領域に
二酸化炭素吸収体を収容したところで、その吸収速度は
遅く、二酸化炭素を吸収する効果を充分に得ることはで
きない。二酸化炭素吸収体の効果を充分に発揮させるた
めに、本発明においては、第一反応領域と第二反応領域
とを分割して、二酸化炭素吸収材を第二反応領域のみで
用いている。かかる構成としても、主生成ガスである水
素の回収率は、従来のように反応領域全体に二酸化炭素
吸収材を用いる場合と同程度とすることができる。
As described above, in the chemical reaction apparatus of the present invention, in the first reaction zone, although the reaction for producing hydrogen as the main product gas proceeds, the reaction has not reached equilibrium and the carbon dioxide concentration is low. . When a carbon dioxide absorber is accommodated in such a first reaction region, its absorption rate is low, and the effect of absorbing carbon dioxide cannot be sufficiently obtained. In order to sufficiently exert the effect of the carbon dioxide absorber, in the present invention, the first reaction region and the second reaction region are divided, and the carbon dioxide absorbent is used only in the second reaction region. Even with such a configuration, the recovery rate of hydrogen, which is the main product gas, can be approximately the same as in the conventional case where a carbon dioxide absorbent is used in the entire reaction region.

【0055】本発明の化学反応装置においては、効率的
に二酸化炭素吸収材を配置しているので、主生成ガスで
ある水素の回収率を同等の保ちつつ、二酸化炭素吸収材
の使用量を削減することが可能となった。しかも、二酸
化炭素吸収材を再生する役目をなす加熱部も、二酸化炭
素吸収材が配置された部位のみに設置することができ
る。このため、従来のように反応器全体を加熱する場合
と比較して、固体触媒を加熱することによる損失を低減
することができるという利点も得られる。
In the chemical reaction device of the present invention, since the carbon dioxide absorbing material is efficiently disposed, the amount of the carbon dioxide absorbing material used is reduced while maintaining the recovery rate of hydrogen as the main product gas at the same level. It became possible to do. In addition, the heating section serving to regenerate the carbon dioxide absorbent can be provided only at the portion where the carbon dioxide absorbent is disposed. For this reason, the advantage that the loss by heating the solid catalyst can be reduced as compared with the conventional case where the entire reactor is heated is obtained.

【0056】[0056]

【実施例】以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。
Now, the present invention will be described in further detail with reference to specific examples.

【0057】(実施例1)図1に示される構成の化学反
応装置を使用して、水素を生成させた。
Example 1 Hydrogen was produced using a chemical reaction apparatus having the structure shown in FIG.

【0058】反応器1は、内径が0.03m、長さが
1.6mの管状とし、反応器2は、内径が0.03m、
長さが2.9mの管状とした。反応器1内には、改質触
媒3として金属ニッケルを約20重量%担持した平均粒
径10μmのアルミナ粒子1.5kgを充填した。反応
器2内には、二酸化炭素吸収体4として平均粒径10μ
mに造粒されたリチウムシリケート0.90kgと、上
述と同様の改質触媒0.90kgとを充分に混合した後
に充填した。
The reactor 1 has a tubular shape having an inner diameter of 0.03 m and a length of 1.6 m, and the reactor 2 has an inner diameter of 0.03 m,
The tube was 2.9 m in length. The reactor 1 was filled with 1.5 kg of alumina particles having an average particle diameter of 10 μm and carrying about 20% by weight of metallic nickel as the reforming catalyst 3. In the reactor 2, the carbon dioxide absorber 4 has an average particle diameter of 10 μm.
Then, 0.90 kg of lithium silicate granulated to m and 0.90 kg of the same reforming catalyst as described above were sufficiently mixed and then charged.

【0059】(実施例2)図1に示される構成の化学反
応装置を使用して、水素を生成させた。
Example 2 Hydrogen was generated using a chemical reaction apparatus having the structure shown in FIG.

【0060】反応器1は、内径が0.03m、長さが
1.2mの管状とし、反応器2は、内径が0.03m、
長さが4.7mの管状とした。反応器1内には、改質触
媒3として金属ニッケルを約20重量%担持した平均粒
径10μmのアルミナ粒子1.1kgを充填した。反応
器2内には、二酸化炭素吸収体4として平均粒径10μ
mに造粒されたリチウムシリケート1.3kgと、上述
と同様の改質触媒1.3kgとを充分に混合した後に充
填した。
The reactor 1 has a tubular shape having an inner diameter of 0.03 m and a length of 1.2 m, and the reactor 2 has an inner diameter of 0.03 m,
The length was 4.7 m. The reactor 1 was charged with 1.1 kg of alumina particles having an average particle size of 10 μm and supporting about 20% by weight of metallic nickel as the reforming catalyst 3. In the reactor 2, the carbon dioxide absorber 4 has an average particle diameter of 10 μm.
Then, 1.3 kg of lithium silicate granulated into m and 1.3 kg of the same reforming catalyst as described above were sufficiently mixed and then charged.

【0061】(比較例1)図1に示される構成の化学反
応装置を使用して、水素を生成させた。
(Comparative Example 1) Hydrogen was generated using a chemical reaction apparatus having the structure shown in FIG.

【0062】反応器1は、内径が0.03m、長さが
2.1mの管状とし、反応器2は、内径が0.03m、
長さが1.3mの管状とした。反応器1内には、改質触
媒3として金属ニッケルを約20重量%担持した平均粒
径10μmのアルミナ粒子2.0kgを充填した。反応
器2内には、二酸化炭素吸収体4として平均粒径10μ
mに造粒されたリチウムシリケート0.40kgと、上
述と同様の改質触媒0.40kgとを充分に混合した後
に充填した。
The reactor 1 has a tubular shape having an inner diameter of 0.03 m and a length of 2.1 m, and the reactor 2 has an inner diameter of 0.03 m,
The length was 1.3 m. The reactor 1 was charged with 2.0 kg of alumina particles having an average particle size of 10 μm and supporting about 20% by weight of metallic nickel as the reforming catalyst 3. In the reactor 2, the carbon dioxide absorber 4 has an average particle diameter of 10 μm.
Then, 0.40 kg of lithium silicate granulated into m and 0.40 kg of the same reforming catalyst as described above were sufficiently mixed and then charged.

【0063】(比較例2)図1に示される構成の化学反
応装置を使用して、水素を生成させた。
(Comparative Example 2) Hydrogen was generated using a chemical reaction apparatus having the structure shown in FIG.

【0064】反応器1は、内径が0.03m、長さが
0.74mの管状とし、反応器2は、内径が0.03
m、長さが5.6mの管状とした。反応器1内には、改
質触媒3として金属ニッケルを約20重量%担持した平
均粒径10μmのアルミナ粒子0.69kgを充填し
た。反応器2内には、二酸化炭素吸収体4として平均粒
径10μmに造粒されたリチウムシリケート1.7kg
と、上述と同様の改質触媒1.7kgとを充分に混合し
た後に充填した。
The reactor 1 has a tubular shape having an inner diameter of 0.03 m and a length of 0.74 m, and the reactor 2 has an inner diameter of 0.03 m.
m and a length of 5.6 m. The reactor 1 was filled with 0.69 kg of alumina particles having an average particle size of 10 μm and carrying about 20% by weight of metallic nickel as the reforming catalyst 3. 1.7 kg of lithium silicate granulated to have an average particle size of 10 μm as a carbon dioxide absorber 4 in the reactor 2
And 1.7 kg of the same reforming catalyst as described above, and then charged.

【0065】H2OとCH4をH2O/CH4=4の比率で
混合して原料ガスを調製し、この原料ガスをあらかじめ
500℃に加温し、2L/分の割合で、原料ガス導入管
5から各装置の反応器1に導入した。このとき、反応装
置全体をヒーター(図示せず)によって、500℃に加
熱した。反応器内圧力は1.7×106Paとした。反
応装置の運転を開始して30分後における各装置のメタ
ンの改質率を、下記式に基づいて算出した。
A raw material gas is prepared by mixing H 2 O and CH 4 at a ratio of H 2 O / CH 4 = 4, and this raw material gas is heated in advance to 500 ° C. The gas was introduced from the gas introduction pipe 5 into the reactor 1 of each device. At this time, the entire reactor was heated to 500 ° C. by a heater (not shown). The pressure in the reactor was 1.7 × 10 6 Pa. The methane reforming rate of each device 30 minutes after the operation of the reactor was started was calculated based on the following equation.

【0066】メタンの改質率=1−{(1s当たりに排
出される最終生成ガス中のCH4モル数)/(1s当た
りに導入される原料ガス中のCH4モル数)} 得られた結果を、相対触媒量、相対容積、リチウムシリ
ケート使用量、および再生時加熱容積とともに、下記表
1に示す。なお、相対触媒量および相対容積は、第一反
応領域の触媒量および容積を1としたときの、第二反応
領域のそれぞれの値である。すなわち、相対触媒量は、
第二反応領域に収容される固体触媒の重量の、第一反応
領域に収容される固体触媒の重量に対する比であり、相
対容積は、第二反応領域の容積の、第一反応領域の容積
に対する比である。
[0066] reforming conversion ratio of methane = 1 - {(CH 4 moles of final product gas discharged per 1s) / (CH 4 moles of the raw material gas to be introduced per 1s)} obtained The results are shown in Table 1 below, together with the relative catalyst amount, the relative volume, the amount of lithium silicate used, and the heating volume during regeneration. Note that the relative catalyst amount and the relative volume are the respective values of the second reaction region when the catalyst amount and the volume of the first reaction region are set to 1. That is, the relative catalyst amount is
The ratio of the weight of the solid catalyst contained in the second reaction area to the weight of the solid catalyst contained in the first reaction area, and the relative volume is the volume of the second reaction area, relative to the volume of the first reaction area. Ratio.

【0067】[0067]

【表1】 [Table 1]

【0068】比較例1では、リチウムシリケート使用量
および再生時加熱容積は、本発明(実施例1および2)
より小さいものの、メタン改質率が低いために、水素を
生成させる化学反応装置として性能が劣っている。これ
は、第二反応領域における相対触媒量が0.2と低すぎ
るため、この第二反応領域での反応が第一反応領域と比
較して進みにくいことに起因する。相対触媒量がこのよ
うに低い場合には、第二反応領域において二酸化炭素吸
収体であるリチウムシリケートと触媒とを同時に用い
て、反応を促進させる効果を十分に得ることができな
い。
In Comparative Example 1, the amount of lithium silicate used and the heating volume during regeneration were different from those of the present invention (Examples 1 and 2).
Although smaller, the performance as a chemical reactor for producing hydrogen is inferior due to the low methane reforming rate. This is because the reaction in the second reaction zone is less likely to proceed as compared with the first reaction zone because the relative catalyst amount in the second reaction zone is too low at 0.2. When the relative catalyst amount is such a low value, the effect of accelerating the reaction cannot be sufficiently obtained by simultaneously using lithium silicate as the carbon dioxide absorber and the catalyst in the second reaction region.

【0069】比較例2では、メタン改質率は、本発明
(実施例1および2)より高い値である。しかしなが
ら、リチウムシリケート使用量および再生時加熱容積が
大きいために、初期の装置費用および運転費用が大きな
装置となっている。これは、第二反応領域の相対触媒量
が2.5と大きいことに起因する。二酸化炭素吸収体で
あるリチウムシリケートと触媒とを同時に用いて反応を
促進させる第二反応領域の前に、触媒のみを含む第一反
応領域を設置する効果が、十分に得られていないことに
よる。
In Comparative Example 2, the methane reforming ratio is higher than that of the present invention (Examples 1 and 2). However, due to the large amount of lithium silicate used and the large heating volume during regeneration, the initial equipment cost and operation cost are large. This is due to the relative catalyst amount in the second reaction zone being as large as 2.5. This is because the effect of installing the first reaction region containing only the catalyst before the second reaction region in which the reaction is promoted by simultaneously using lithium silicate as the carbon dioxide absorber and the catalyst is not sufficiently obtained.

【0070】以上の結果に示されるように、第二反応領
域における相対触媒量は、0.4以上2.0以下である
ことが望ましい。
As shown in the above results, the relative catalyst amount in the second reaction zone is desirably 0.4 or more and 2.0 or less.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、原
料ガスから高い回収率で水素を回収できるとともに、炭
酸ガス吸収材の使用量およびその再生に必要な加熱量が
低減された化学反応装置が提供される。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to recover hydrogen from a raw material gas at a high recovery rate, and to reduce the amount of carbon dioxide absorbent used and the amount of heating required for its regeneration. A reactor is provided.

【0072】本発明の化学反応装置は、二酸化炭素吸収
材の使用量が少なく、再生に必要な加熱量が小さいた
め、経済性および操作性の両方の点で有利であるため、
各種プラントにおける水素製造プロセスに適用が可能と
なり、その工業的価値は絶大である。
The chemical reaction apparatus of the present invention is advantageous in terms of both economy and operability since the amount of carbon dioxide absorbent used is small and the amount of heating required for regeneration is small.
It can be applied to hydrogen production processes in various plants, and its industrial value is enormous.

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

【図1】本発明にかかる化学反応装置の一例の構成を表
わす概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an example of a chemical reaction device according to the present invention.

【図2】本発明にかかる化学反応装置の他の例の構成を
表わす概略図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of another example of the chemical reaction device according to the present invention.

【図3】本発明にかかる化学反応装置の他の例の構成を
表わす概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of another example of the chemical reaction device according to the present invention.

【図4】本発明にかかる化学反応装置の他の例の構成を
表わす概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of another example of the chemical reaction device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,24…第一の反応器 2,25a,25b…第二の反応器 3…固体触媒 4…二酸化炭素吸収体 5,13,19,26…原料ガス導入管 6,20,21…反応領域連結管 7,14,22,30a,30b…排出管 8,15,23…二酸化炭素吸収材再生用加熱部 9…反応器 10…第一の反応領域 11…第二の反応領域 12…多孔質内壁 16,17,18…反応器 27a,27b…再生ガス導入管 28,29a,29b…連結管 31a,31b,32a,32b…バルブ 1, 24 ... first reactor 2, 25a, 25b ... second reactor 3 ... solid catalyst 4 ... carbon dioxide absorber 5, 13, 19, 26 ... source gas introduction pipe 6, 20, 21 ... reaction area Connecting pipes 7, 14, 22, 30a, 30b ... Discharge pipes 8, 15, 23 ... Heating unit for regenerating carbon dioxide absorbent 9 ... Reactor 10 ... First reaction area 11 ... Second reaction area 12 ... Porous Inner walls 16, 17, 18 ... Reactors 27a, 27b ... Regeneration gas introduction pipes 28, 29a, 29b ... Connection pipes 31a, 31b, 32a, 32b ... Valves

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雅礼 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 吉川 佐和子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB31 EC07 FA02 FB04 FC02 FE02 4G070 AA01 AB04 BA08 BB02 BB08 CA25 CB11 CB17 CC07 CC11 DA14 DA21 4G140 EA03 EA06 EB31 EC07 FA02 FB04 FC02 FE02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masareu Kato 1st address, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba R & D Center (72) Inventor Sawako Yoshikawa Komukai, Sai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Toshiba-cho Toshiba R & D Center F term (reference) 4G040 EA03 EA06 EB31 EC07 FA02 FB04 FC02 FE02 4G070 AA01 AB04 BA08 BB02 BB08 CA25 CB11 CB17 CC07 CC11 DA14 DA21 4G140 EA03 EA06 EB31 EC02 FA02 FB04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料ガスから水素を発生させる化学反応
装置であって、固体触媒を収容した第一の反応領域と、
この第一の反応領域の後段に配置され、二酸化炭素を選
択的に吸収する化学吸収体および固体触媒を収容した第
二の反応領域と、前記第二の反応領域を加熱するための
加熱手段とを具備し、 前記第一の反応領域では、前記原料ガスを化学反応させ
て主生成ガスである水素と副生成ガスである二酸化炭素
とを生成し、前記第二の反応領域には、前記第一の反応
領域で発生したガスが導入され、前記化学反応と前記二
酸化炭素の吸収とが行なわれ、 前記第二の反応領域に収容される前記固体触媒の重量
は、前記第一の反応領域に収容される前記固体触媒の重
量の0.4倍以上2.0倍以下であることを特徴とする
化学反応装置。
1. A chemical reactor for generating hydrogen from a raw material gas, comprising: a first reaction zone containing a solid catalyst;
A second reaction region that is disposed at a stage subsequent to the first reaction region and contains a chemical absorber and a solid catalyst that selectively absorbs carbon dioxide, and heating means for heating the second reaction region. In the first reaction region, the source gas is subjected to a chemical reaction to generate hydrogen as a main product gas and carbon dioxide as a by-product gas, and the second reaction region includes the second The gas generated in one reaction zone is introduced, the chemical reaction and the absorption of carbon dioxide are performed, and the weight of the solid catalyst contained in the second reaction zone is reduced to the first reaction zone. A chemical reaction apparatus characterized in that the weight is 0.4 times or more and 2.0 times or less the weight of the contained solid catalyst.
【請求項2】 前記第二の反応領域の容積は、前記第一
の反応領域の容積の0.8倍以上5.5倍以下であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の化学反応装置。
2. The chemical reaction apparatus according to claim 1, wherein the volume of the second reaction region is 0.8 times or more and 5.5 times or less of the volume of the first reaction region. .
【請求項3】 前記第一の反応領域は、前記固体触媒を
収容した反応器からなり、前記第二の反応領域は、前記
化学吸収体および固体触媒を収容した反応器からなるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の化学反応装
置。
3. The first reaction zone comprises a reactor containing the solid catalyst, and the second reaction zone comprises a reactor containing the chemical absorber and the solid catalyst. The chemical reaction device according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記固体触媒を含む原料ガス導入側と、
前記化学吸収体および前記固体触媒を含む最終生成ガス
排出側とに分割された反応器を有し、前記第一の反応領
域は前記原料ガス導入側であり、前記第二の反応領域は
前記最終生成ガス排出側であることを特徴とする請求項
1または2に記載の化学反応装置。
4. A source gas introduction side containing the solid catalyst,
A reactor divided into a final product gas discharge side including the chemical absorber and the solid catalyst, the first reaction region is the raw material gas introduction side, and the second reaction region is The chemical reaction device according to claim 1, wherein the chemical reaction device is a product gas discharge side.
【請求項5】 前記第一の反応領域は、前記固体触媒を
収容した反応器からなり、前記第二の反応領域は、前記
化学吸収体を収容した反応器と、この後段に配置され前
記固体触媒を収容した反応器とからなることを特徴とす
る請求項1または2に記載の化学反応装置。
5. The first reaction zone comprises a reactor containing the solid catalyst, and the second reaction zone comprises a reactor containing the chemical absorber, and a solid catalyst disposed downstream of the reactor. 3. The chemical reaction apparatus according to claim 1, comprising a reactor containing a catalyst.
JP2001084990A 2001-03-23 2001-03-23 Chemical reactor Expired - Fee Related JP3782311B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001084990A JP3782311B2 (en) 2001-03-23 2001-03-23 Chemical reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001084990A JP3782311B2 (en) 2001-03-23 2001-03-23 Chemical reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002274809A true JP2002274809A (en) 2002-09-25
JP3782311B2 JP3782311B2 (en) 2006-06-07

Family

ID=18940578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001084990A Expired - Fee Related JP3782311B2 (en) 2001-03-23 2001-03-23 Chemical reactor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3782311B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007032518A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing hydrogen
JP2007253116A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Corp Carbon dioxide absorbing material, apparatus for separating carbon dioxide and reforming apparatus
US7588630B2 (en) 2006-09-27 2009-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Carbon dioxide absorbent, carbon dioxide separating apparatus, and reformer

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130035639A (en) 2011-09-30 2013-04-09 한국전력공사 Spray-dried water gas shift catalyst

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007032518A1 (en) * 2005-09-14 2007-03-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing hydrogen
JP2007253116A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Corp Carbon dioxide absorbing material, apparatus for separating carbon dioxide and reforming apparatus
US7588630B2 (en) 2006-09-27 2009-09-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Carbon dioxide absorbent, carbon dioxide separating apparatus, and reformer

Also Published As

Publication number Publication date
JP3782311B2 (en) 2006-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2515514C (en) Pressure swing reforming for fuel cell systems
JP3930331B2 (en) Fuel reforming method and system
JP4903339B2 (en) Method for producing carbon monoxide by catalytic reverse conversion
US6942719B2 (en) Methods and systems for pressure swing regeneration for hydrogen generation
EP2663524B1 (en) Method for hydrogen production
EP1611052A1 (en) Hydrogen manufacture using pressure swing reforming
JP4557849B2 (en) Method for producing hydrogen from ethanol
US7799314B2 (en) Hydrogen production and use in an internal combustion engine system
JP4496208B2 (en) Carbon dioxide absorbent, carbon dioxide separator and reformer
WO2015019608A1 (en) Hydrogen supply system and hydrogen supply method
US7897122B2 (en) Hybrid adsorptive membrane reactor
US7985704B2 (en) Method of regenerating absorbent
JP3782311B2 (en) Chemical reactor
US20070224111A1 (en) Method for producing hydrogen
JP4256013B2 (en) Environmentally friendly hydrogen production method
RU2275323C2 (en) Method and apparatus for production of hydrogen
JP2005015294A (en) Chemical reaction apparatus
JPH06191801A (en) Production of hydrogen
JPH10152302A (en) Chemical reaction apparatus and recovery of main formed gas
JP2023541942A (en) Ammonia and urea production in reverse flow reactors
JP2000219508A (en) Production of co from off-gas in hydrogen pressure swing adsorption (psa)
JP2007320779A (en) Method and apparatus for producing source gas for ammonia synthesis
JPH10249152A (en) Gaseous carbon dioxide separator
WO2020100462A1 (en) Multiple cylindrical type reformer and hydrogen production apparatus
JP2008024566A (en) Method and apparatus for producing hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060223

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060307

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060309

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 3782311

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100317

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100317

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110317

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120317

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130317

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees