JP2002317188A - 改質炭化水素及び水素の製造方法と製造装置、燃料電池搭載型エンジン、及びエネルギーステーション - Google Patents
改質炭化水素及び水素の製造方法と製造装置、燃料電池搭載型エンジン、及びエネルギーステーションInfo
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的に水素を発生するとともにカーボン発
生を押さえつつ良質な（高オクタン価な）改質炭化水素
を製造することができる方法と装置、及びこれらを利用
しさらにエネルギー効率を向上させた燃料電池搭載型エ
ンジン、並びにエネルギーステーションを提供する。 【解決手段】 炭化水素原料６を反応器２で水素存在下
に接触熱分解して脱水素化し不飽和度を増加させた改質
炭化水素及び水素を生成し、次いで、得られた改質炭化
水素と水素及び未反応炭化水素をレシプロエンジン型シ
リンダー装置１に導入し、減圧後昇圧することにより、
未反応炭化水素のさらなる分解を促進するとともに、後
工程における液−ガス分離を促進することにより、改質
炭化水素及び水素を製造する。
生を押さえつつ良質な（高オクタン価な）改質炭化水素
を製造することができる方法と装置、及びこれらを利用
しさらにエネルギー効率を向上させた燃料電池搭載型エ
ンジン、並びにエネルギーステーションを提供する。 【解決手段】 炭化水素原料６を反応器２で水素存在下
に接触熱分解して脱水素化し不飽和度を増加させた改質
炭化水素及び水素を生成し、次いで、得られた改質炭化
水素と水素及び未反応炭化水素をレシプロエンジン型シ
リンダー装置１に導入し、減圧後昇圧することにより、
未反応炭化水素のさらなる分解を促進するとともに、後
工程における液−ガス分離を促進することにより、改質
炭化水素及び水素を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は炭化水素を効果的
に分解するための方法及び装置に関し、さらに詳しく
は、飽和炭化水素等の炭化水素原料から高オクタン価の
改質炭化水素及び水素を効率よく製造する方法と装置、
及びこれらを利用し、さらにエネルギー効率を向上させ
た燃料電池搭載型エンジン、さらにはエネルギーステー
ションに関する。
に分解するための方法及び装置に関し、さらに詳しく
は、飽和炭化水素等の炭化水素原料から高オクタン価の
改質炭化水素及び水素を効率よく製造する方法と装置、
及びこれらを利用し、さらにエネルギー効率を向上させ
た燃料電池搭載型エンジン、さらにはエネルギーステー
ションに関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、世界的な環境規制の高まりに対
応し、炭化水素燃料を用いたエンジンに対し、より低燃
費で、ＣＯ2ガス排出の少ないものが強く求められてい
る。ＣＯ2ガス排出の低減は、炭化水素燃焼におけるエ
ネルギー効率の向上と同意義を有する。燃料電池は、最
近上記のような目的のために適用されている。
応し、炭化水素燃料を用いたエンジンに対し、より低燃
費で、ＣＯ2ガス排出の少ないものが強く求められてい
る。ＣＯ2ガス排出の低減は、炭化水素燃焼におけるエ
ネルギー効率の向上と同意義を有する。燃料電池は、最
近上記のような目的のために適用されている。
【０００３】 燃料電池の最も効率的な燃料は、水素で
ある。なぜなら、水素は、室温より高い温度において、
燃料電池の適切な表面上で容易に反応して電気を発生す
るからである。水素は分子量の最も小さなガスであるか
ら、燃料電池では、水素を如何に製造し、運搬し、貯蔵
するかが問題となる。
ある。なぜなら、水素は、室温より高い温度において、
燃料電池の適切な表面上で容易に反応して電気を発生す
るからである。水素は分子量の最も小さなガスであるか
ら、燃料電池では、水素を如何に製造し、運搬し、貯蔵
するかが問題となる。
【０００４】 近年になり、通常のレシプロエンジンに
二次電池を組み合わせたハイブリッド型エンジンが実用
化されるようになった。しかしながら、このハイブリッ
ド型エンジンにおいても、そのエネルギー効率はせいぜ
い３０％である。
二次電池を組み合わせたハイブリッド型エンジンが実用
化されるようになった。しかしながら、このハイブリッ
ド型エンジンにおいても、そのエネルギー効率はせいぜ
い３０％である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 したがって、本発明
は、上記した従来の課題に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、効率的に水素を発生するとともにカ
ーボン発生を押さえつつ良質な（高オクタン価等の）改
質炭化水素を製造することができる方法と装置、及びこ
れらを利用しよりエネルギー効率を向上させた燃料電池
搭載型エンジン、さらにエネルギーステーションを提供
することにある。
は、上記した従来の課題に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、効率的に水素を発生するとともにカ
ーボン発生を押さえつつ良質な（高オクタン価等の）改
質炭化水素を製造することができる方法と装置、及びこ
れらを利用しよりエネルギー効率を向上させた燃料電池
搭載型エンジン、さらにエネルギーステーションを提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、炭化
水素原料を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前
記炭化水素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素
及び水素を生成し、次いで、得られた改質炭化水素と水
素及び未反応炭化水素を減圧・昇圧装置に導入し、減圧
後昇圧することにより、未反応炭化水素のさらなる分解
を促進するとともに、後工程における液−ガス分離を促
進することを特徴とする改質炭化水素及び水素の製造方
法、が提供される。
水素原料を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前
記炭化水素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素
及び水素を生成し、次いで、得られた改質炭化水素と水
素及び未反応炭化水素を減圧・昇圧装置に導入し、減圧
後昇圧することにより、未反応炭化水素のさらなる分解
を促進するとともに、後工程における液−ガス分離を促
進することを特徴とする改質炭化水素及び水素の製造方
法、が提供される。
【０００７】 また、本発明によれば、炭化水素原料を
水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭化水素
原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び水素を
生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化水素と
水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧装
置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水素
及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行っ
て、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反応
炭化水素からなる液成分とに分離するセパレーターとを
備えたことを特徴とする改質炭化水素及び水素の製造装
置、が提供される。
水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭化水素
原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び水素を
生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化水素と
水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧装
置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水素
及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行っ
て、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反応
炭化水素からなる液成分とに分離するセパレーターとを
備えたことを特徴とする改質炭化水素及び水素の製造装
置、が提供される。
【０００８】 さらに、本発明によれば、炭化水素原料
を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭化水
素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び水素
を生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化水素
と水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧
装置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水
素及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行
って、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反
応炭化水素からなる液成分とに分離するセパレーター
と、該セパレーターからの水素からなるガス成分を燃料
とする燃料電池と、該セパレーターからの改質炭化水素
を燃料とするエンジンとを備えたことを特徴とする燃料
電池搭載型エンジン、が提供される。
を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭化水
素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び水素
を生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化水素
と水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧
装置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水
素及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行
って、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反
応炭化水素からなる液成分とに分離するセパレーター
と、該セパレーターからの水素からなるガス成分を燃料
とする燃料電池と、該セパレーターからの改質炭化水素
を燃料とするエンジンとを備えたことを特徴とする燃料
電池搭載型エンジン、が提供される。
【０００９】 さらにまた、本発明によれば、炭化水素
原料を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭
化水素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び
水素を生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化
水素と水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・
昇圧装置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素
と水素及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作
を行って、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び
未反応炭化水素からなる液成分とに分離するセパレータ
ーと、該減圧・昇圧装置を作動させるための動力装置と
を備え、改質炭化水素及び水素を燃料として取り出すと
ともに、該動力装置により該減圧・昇圧装置を作動させ
て、該動力装置の作動により発生する電気エネルギー及
び熱エネルギーを取り出すことを特徴とするエネルギー
ステーション、が提供される。
原料を水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、前記炭
化水素原料より不飽和度を増加させた改質炭化水素及び
水素を生成する反応器と、該反応器で得られた改質炭化
水素と水素及び未反応炭化水素を減圧後昇圧する減圧・
昇圧装置と、該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素
と水素及び未反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作
を行って、水素からなるガス成分と、改質炭化水素及び
未反応炭化水素からなる液成分とに分離するセパレータ
ーと、該減圧・昇圧装置を作動させるための動力装置と
を備え、改質炭化水素及び水素を燃料として取り出すと
ともに、該動力装置により該減圧・昇圧装置を作動させ
て、該動力装置の作動により発生する電気エネルギー及
び熱エネルギーを取り出すことを特徴とするエネルギー
ステーション、が提供される。
【００１０】 本発明においては、減圧・昇圧装置とし
て、レシプロ型の減圧・昇圧装置を用いることが好まし
い。また、本発明のエネルギーステーションでは、セパ
レーターからの水素からなるガス成分を燃料とする燃料
電池をさらに備え、この燃料電池で発電された電気エネ
ルギーを取り出すこともできる。
て、レシプロ型の減圧・昇圧装置を用いることが好まし
い。また、本発明のエネルギーステーションでは、セパ
レーターからの水素からなるガス成分を燃料とする燃料
電池をさらに備え、この燃料電池で発電された電気エネ
ルギーを取り出すこともできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】 以下、本発明を実施形態に基づ
いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施形
態に限定されるものではない。本発明の基本的概念は、
炭化水素原料（燃料）を触媒などが充填された反応器を
利用して、水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、不
飽和炭化水素などの不飽和度が増加した改質炭化水素及
び水素を含む分解生成物を発生させるとともに、これら
の分解生成物をレシプロ型エンジンなどの減圧・昇圧機
能により、二重の効果、即ち、触媒活性化での水素下分
解、及び瞬時水素下熱分解により、より効果的に良質な
燃料及び水素をとり出すことにある。
いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施形
態に限定されるものではない。本発明の基本的概念は、
炭化水素原料（燃料）を触媒などが充填された反応器を
利用して、水素存在下に接触熱分解して脱水素化し、不
飽和炭化水素などの不飽和度が増加した改質炭化水素及
び水素を含む分解生成物を発生させるとともに、これら
の分解生成物をレシプロ型エンジンなどの減圧・昇圧機
能により、二重の効果、即ち、触媒活性化での水素下分
解、及び瞬時水素下熱分解により、より効果的に良質な
燃料及び水素をとり出すことにある。
【００１２】 例えば、軽質飽和炭化水素を脱硫し、昇
圧、昇温後ゼオライト系の触媒の入った反応器で接触熱
分解させれば脱水素反応により、水素がとり出せる。得
られた水素を、そのまま燃料電池に通すことも可能であ
るが、熱分解で得られた水素を含む熱分解成分（未反応
成分を含む）をレシプロエンジン型のシリンダー装置
（減圧・昇圧装置）に通すと、減圧することで、分解さ
れつつあった成分の更なる分解が促進されることにな
り、次いで昇圧することで、分解成分の温度がさらに上
昇することにより、更なる分解が可能となるとともに、
後工程でのガスの循環、液−ガス分離の効率が向上し、
より良質な不飽和炭化水素燃料と水素が効果的に取り出
せることになる。
圧、昇温後ゼオライト系の触媒の入った反応器で接触熱
分解させれば脱水素反応により、水素がとり出せる。得
られた水素を、そのまま燃料電池に通すことも可能であ
るが、熱分解で得られた水素を含む熱分解成分（未反応
成分を含む）をレシプロエンジン型のシリンダー装置
（減圧・昇圧装置）に通すと、減圧することで、分解さ
れつつあった成分の更なる分解が促進されることにな
り、次いで昇圧することで、分解成分の温度がさらに上
昇することにより、更なる分解が可能となるとともに、
後工程でのガスの循環、液−ガス分離の効率が向上し、
より良質な不飽和炭化水素燃料と水素が効果的に取り出
せることになる。
【００１３】 なお、レシプロエンジン型のシリンダー
装置内に放電機構を備えることが好ましい。放電機構の
プラグにより電気火花放電されると、炭化水素がラジカ
ル化し、脱水素反応がより促進されるからである。放電
のタイミングは、減圧時、昇圧時のいずれでもよいが、
昇圧時の方がより好ましい。
装置内に放電機構を備えることが好ましい。放電機構の
プラグにより電気火花放電されると、炭化水素がラジカ
ル化し、脱水素反応がより促進されるからである。放電
のタイミングは、減圧時、昇圧時のいずれでもよいが、
昇圧時の方がより好ましい。
【００１４】 したがって、本発明によれば、ガソリン
代替用やディーゼル用燃料を作り出すことが出来る。本
発明においては、水素は燃料電池に通して電力を発生さ
せてモーター、エアコンその他の電気制御機器に、他に
得られた高オクタン価（不飽和）の炭化水素は燃料とし
て上記に示したレシプロエンジン、ロータリーエンジ
ン、ディーゼルエンジン、さらにタービン型ジェットエ
ンジンなどに利用することができ、燃料電池搭載型エン
ジンとして好適に用いることができる。
代替用やディーゼル用燃料を作り出すことが出来る。本
発明においては、水素は燃料電池に通して電力を発生さ
せてモーター、エアコンその他の電気制御機器に、他に
得られた高オクタン価（不飽和）の炭化水素は燃料とし
て上記に示したレシプロエンジン、ロータリーエンジ
ン、ディーゼルエンジン、さらにタービン型ジェットエ
ンジンなどに利用することができ、燃料電池搭載型エン
ジンとして好適に用いることができる。
【００１５】 また、本発明では、水素を循環利用する
ことにより、種々の利点を享受することができる。水素
はヒートキャリアとなるほか、炭化水素原料の接触熱分
解の際におけるカーボン発生を防止でき、しかも熱分解
反応を促進するという効能を有する。反応器に導入され
る水素量は、一般に、飽和炭化水素などの炭化水素原料
に対して、（水素／炭化水素原料）が３〜２０（モル
比）であり、５〜１０がより好ましい。
ことにより、種々の利点を享受することができる。水素
はヒートキャリアとなるほか、炭化水素原料の接触熱分
解の際におけるカーボン発生を防止でき、しかも熱分解
反応を促進するという効能を有する。反応器に導入され
る水素量は、一般に、飽和炭化水素などの炭化水素原料
に対して、（水素／炭化水素原料）が３〜２０（モル
比）であり、５〜１０がより好ましい。
【００１６】 本発明の、いわゆる燃料変換型エンジン
は、特に燃料電池と組み合せることにより、極めて効率
的なエンジンとなるが、更なる展開としては、例えばプ
ロパンやシクロベンゼンをうまく熱分解させれば水素と
ベンゼンになるが、水素のみを燃料電池に利用して、ベ
ンゼンは石油化学プラント、石油精製プラントにリサイ
クルすることで、完全リサイクル水素利用エンジンにも
つながっていくものである。水素のパイプラインやイン
フラ設備のいらないタイプのもので水素燃料電池型自動
車になる。この場合、ガソリンスタンドで分解供給する
水素吸蔵合金タイプか、車内で分解しベンゼンを返却す
るタイプの２種が考えられる。
は、特に燃料電池と組み合せることにより、極めて効率
的なエンジンとなるが、更なる展開としては、例えばプ
ロパンやシクロベンゼンをうまく熱分解させれば水素と
ベンゼンになるが、水素のみを燃料電池に利用して、ベ
ンゼンは石油化学プラント、石油精製プラントにリサイ
クルすることで、完全リサイクル水素利用エンジンにも
つながっていくものである。水素のパイプラインやイン
フラ設備のいらないタイプのもので水素燃料電池型自動
車になる。この場合、ガソリンスタンドで分解供給する
水素吸蔵合金タイプか、車内で分解しベンゼンを返却す
るタイプの２種が考えられる。
【００１７】 また、本発明においては、高オクタン価
など不飽和度の増加した改質炭化水素と水素の製造装置
に、減圧・昇圧装置を作動させるための動力装置を併設
したエネルギーステーションとし、高オクタン価の不飽
和炭化水素（改質炭化水素）及び水素を燃料として取り
出すとともに、上記の動力装置により減圧・昇圧装置を
作動させ、その作動により発生する電気エネルギー及び
熱エネルギーを取り出すようにすることができる。この
ようなエネルギーステーションは、好ましくは燃料電池
をさらに備えて、現在主流となっているレシプロエンジ
ンタイプの自動車のほか、電気自動車、ハイブリッド型
自動車などへの燃料供給、電気エネルギー供給のステー
ション（スタンド）として有効に利用することができ
る。
など不飽和度の増加した改質炭化水素と水素の製造装置
に、減圧・昇圧装置を作動させるための動力装置を併設
したエネルギーステーションとし、高オクタン価の不飽
和炭化水素（改質炭化水素）及び水素を燃料として取り
出すとともに、上記の動力装置により減圧・昇圧装置を
作動させ、その作動により発生する電気エネルギー及び
熱エネルギーを取り出すようにすることができる。この
ようなエネルギーステーションは、好ましくは燃料電池
をさらに備えて、現在主流となっているレシプロエンジ
ンタイプの自動車のほか、電気自動車、ハイブリッド型
自動車などへの燃料供給、電気エネルギー供給のステー
ション（スタンド）として有効に利用することができ
る。
【００１８】 本発明の原理を説明する。炭化水素原料
として飽和炭化水素であるヘプタン（Ｃ7Ｈ16）を用い
た場合、これを触媒などが充填された反応器で水素雰囲
気下に熱分解すると、下式に示すように、不飽和炭化水
素であるトルエン（Ｃ7Ｈ8）と水素が生成する（石油学
会誌第９巻、第１号「ｎ−ヘプタンの脱水素環化−水素
化熱分解反応」（第２６−２７頁）（１９６６）。 Ｃ7Ｈ16 → Ｃ7Ｈ8＋４Ｈ2＋ΔＨ1 …（１） 上記反応式（１）の反応は吸熱反応で、所定量の熱量が
必要である。
として飽和炭化水素であるヘプタン（Ｃ7Ｈ16）を用い
た場合、これを触媒などが充填された反応器で水素雰囲
気下に熱分解すると、下式に示すように、不飽和炭化水
素であるトルエン（Ｃ7Ｈ8）と水素が生成する（石油学
会誌第９巻、第１号「ｎ−ヘプタンの脱水素環化−水素
化熱分解反応」（第２６−２７頁）（１９６６）。 Ｃ7Ｈ16 → Ｃ7Ｈ8＋４Ｈ2＋ΔＨ1 …（１） 上記反応式（１）の反応は吸熱反応で、所定量の熱量が
必要である。
【００１９】 一方、ヘプタン（Ｃ7Ｈ16）の熱分解で
発生した水素は燃料電池の燃料として使用でき、トルエ
ン（Ｃ7Ｈ8）は通常のレシプロエンジン燃料として使用
できる。これは、次式で示される。 ４Ｈ2＋２Ｏ2 → ４Ｈ2Ｏ＋ΔＨ2 …（２） Ｃ7Ｈ8＋９Ｏ2 → ７ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ＋ΔＨ3 …（３）
発生した水素は燃料電池の燃料として使用でき、トルエ
ン（Ｃ7Ｈ8）は通常のレシプロエンジン燃料として使用
できる。これは、次式で示される。 ４Ｈ2＋２Ｏ2 → ４Ｈ2Ｏ＋ΔＨ2 …（２） Ｃ7Ｈ8＋９Ｏ2 → ７ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ＋ΔＨ3 …（３）
【００２０】 上記反応式（２）、（３）はそれぞれ発
熱反応であり、それらの発熱量は上記した反応式（１）
での吸熱量に比してきわめて大きく、熱回収を容易に行
うことができる。標準（２５℃）状態では、 吸熱量ΔＨ1＝６３ｋＪ／ｍｏｌｅ 発熱量ΔＨ2＝２４２×４＝９６８ｋＪ／ｍｏｌｅ ΔＨ3＝３９４８ｋＪ／ｍｏｌｅ であり、また、ヘプタン（Ｃ7Ｈ16）の発熱量は４８５
３ｋＪ／ｍｏｌｅである。
熱反応であり、それらの発熱量は上記した反応式（１）
での吸熱量に比してきわめて大きく、熱回収を容易に行
うことができる。標準（２５℃）状態では、 吸熱量ΔＨ1＝６３ｋＪ／ｍｏｌｅ 発熱量ΔＨ2＝２４２×４＝９６８ｋＪ／ｍｏｌｅ ΔＨ3＝３９４８ｋＪ／ｍｏｌｅ であり、また、ヘプタン（Ｃ7Ｈ16）の発熱量は４８５
３ｋＪ／ｍｏｌｅである。
【００２１】 通常のエンジンは、走行中の効率が１５
％程度であり、Ｃ7Ｈ16の有効エネルギーは４８５３×
０．１５＝７２８ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。一方、トルエ
ン（Ｃ7Ｈ8）は６３ｋＪ／ｍｏｌｅの吸熱が必要である
ので、３９４８−６３＝３８８５ｋＪ／ｍｏｌｅ相当の
燃料となる。トルエン（Ｃ7Ｈ8）を同様にエンジンに使
用すると、熱効率が同じとして、３８８５×０．１５＝
５８３ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。また、水素を燃料電池用
に使用すると、燃料電池の効率を６０％とすると、９６
８×０．６＝５８１ｋＪ／ｍｏｌｅで、循環エネルギー
などに約７０ｋＪ／ｍｏｌｅ必要としても、５８１−７
０＝５１１ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。したがって、本発明
の方法、装置並びにエンジンでは、（５８３＋５１１）
−７２８＝３６６ｋＪ／ｍｏｌｅのエネルギーが従来の
エンジンに比して有効に利用できることになる。燃料効
率から言えば、（３６６／７２８）×１００＝約５０％
の効率アップとなる。
％程度であり、Ｃ7Ｈ16の有効エネルギーは４８５３×
０．１５＝７２８ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。一方、トルエ
ン（Ｃ7Ｈ8）は６３ｋＪ／ｍｏｌｅの吸熱が必要である
ので、３９４８−６３＝３８８５ｋＪ／ｍｏｌｅ相当の
燃料となる。トルエン（Ｃ7Ｈ8）を同様にエンジンに使
用すると、熱効率が同じとして、３８８５×０．１５＝
５８３ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。また、水素を燃料電池用
に使用すると、燃料電池の効率を６０％とすると、９６
８×０．６＝５８１ｋＪ／ｍｏｌｅで、循環エネルギー
などに約７０ｋＪ／ｍｏｌｅ必要としても、５８１−７
０＝５１１ｋＪ／ｍｏｌｅとなる。したがって、本発明
の方法、装置並びにエンジンでは、（５８３＋５１１）
−７２８＝３６６ｋＪ／ｍｏｌｅのエネルギーが従来の
エンジンに比して有効に利用できることになる。燃料効
率から言えば、（３６６／７２８）×１００＝約５０％
の効率アップとなる。
【００２２】
【実施例】 次に、本発明を図面に示す具体的な実施例
に基づいてさらに詳しく説明する。 （実施例１）図１は、本発明に係る改質炭化水素及び水
素の製造装置の構成の概要を示すブロック図である。こ
の製造装置は、飽和炭化水素などの炭化水素原料６の上
流側から、ゼオライト系触媒を充填した熱分解反応器
２、レシプロエンジン型シリンダー装置１、液−ガス分
離用セパレーター３、及び燃料電池７が配置されてい
る。炭化水素原料６及びセパレーター３からリサイクル
されてくる水素４がヒーター９で予熱されて熱分解反応
器２に導入されると、炭化水素原料が熱分解されて脱水
素化され不飽和度が増加した改質炭化水素及び水素が生
成し、これらの分解生成物がレシプロエンジン型シリン
ダー装置１に導入される。シリンダー装置１では、動力
装置１ｇにより、まずピストン−クランク機構１ｄを駆
動させてピストン１ａを下方に引くことにより装置１ｂ
内を減圧にして、分解生成物中の未反応炭化水素の分解
を促進する。次いで、シリンダー装置１のピストン−ク
ランク機構１ｄを駆動させてピストン１ａを上方に動か
し装置１ｂ内を昇圧することにより、未反応炭化水素の
温度がさらに上昇し、更なる分解が可能となる。
に基づいてさらに詳しく説明する。 （実施例１）図１は、本発明に係る改質炭化水素及び水
素の製造装置の構成の概要を示すブロック図である。こ
の製造装置は、飽和炭化水素などの炭化水素原料６の上
流側から、ゼオライト系触媒を充填した熱分解反応器
２、レシプロエンジン型シリンダー装置１、液−ガス分
離用セパレーター３、及び燃料電池７が配置されてい
る。炭化水素原料６及びセパレーター３からリサイクル
されてくる水素４がヒーター９で予熱されて熱分解反応
器２に導入されると、炭化水素原料が熱分解されて脱水
素化され不飽和度が増加した改質炭化水素及び水素が生
成し、これらの分解生成物がレシプロエンジン型シリン
ダー装置１に導入される。シリンダー装置１では、動力
装置１ｇにより、まずピストン−クランク機構１ｄを駆
動させてピストン１ａを下方に引くことにより装置１ｂ
内を減圧にして、分解生成物中の未反応炭化水素の分解
を促進する。次いで、シリンダー装置１のピストン−ク
ランク機構１ｄを駆動させてピストン１ａを上方に動か
し装置１ｂ内を昇圧することにより、未反応炭化水素の
温度がさらに上昇し、更なる分解が可能となる。
【００２３】 シリンダー装置１で得られた改質炭化水
素と水素及び未反応炭化水素は、次いで、セパレーター
３において液−ガス分離操作を行い、水素からなるガス
成分８と、大部分が改質炭化水素で少量の未反応炭化水
素からなる液成分５とに分離される。ここで、得られた
液成分５は改質炭化水素、例えば不飽和炭化水素が大部
分を占めるので、このまま通常のエンジン用の高オクタ
ン価燃料として用いることができ、一方、水素８は一部
が反応器２へリサイクルされ、残部は燃料電池７の燃料
として使用される。
素と水素及び未反応炭化水素は、次いで、セパレーター
３において液−ガス分離操作を行い、水素からなるガス
成分８と、大部分が改質炭化水素で少量の未反応炭化水
素からなる液成分５とに分離される。ここで、得られた
液成分５は改質炭化水素、例えば不飽和炭化水素が大部
分を占めるので、このまま通常のエンジン用の高オクタ
ン価燃料として用いることができ、一方、水素８は一部
が反応器２へリサイクルされ、残部は燃料電池７の燃料
として使用される。
【００２４】（実施例２）図２は、本発明に係る燃料電
池搭載型エンジンの構成例の概要を示すブロック図であ
る。鎖状炭化水素などの飽和炭化水素を多く含む炭化水
素燃料を貯蔵する燃料タンクＦから燃料供給ポンプＰ１
により５ｋｇ／ｃｍ2Ｇに昇圧された燃料１０は、リサ
イクル水素１１とモル比５で混合されて熱交換器１２を
通って昇温され、さらにエンジン１４から排気されるエ
ンジン排気ガスによる熱交換器１５により４５０℃に昇
温される。このように昇温された燃料１０は、脱硫触媒
又はゼオライト系触媒が充填された反応器１７に導入さ
れて接触熱分解により脱水素−環化された後、レシプロ
エンジン型シリンダー装置１８に導入される。
池搭載型エンジンの構成例の概要を示すブロック図であ
る。鎖状炭化水素などの飽和炭化水素を多く含む炭化水
素燃料を貯蔵する燃料タンクＦから燃料供給ポンプＰ１
により５ｋｇ／ｃｍ2Ｇに昇圧された燃料１０は、リサ
イクル水素１１とモル比５で混合されて熱交換器１２を
通って昇温され、さらにエンジン１４から排気されるエ
ンジン排気ガスによる熱交換器１５により４５０℃に昇
温される。このように昇温された燃料１０は、脱硫触媒
又はゼオライト系触媒が充填された反応器１７に導入さ
れて接触熱分解により脱水素−環化された後、レシプロ
エンジン型シリンダー装置１８に導入される。
【００２５】 レシプロエンジン型シリンダー装置１８
において、未反応炭化水素は更に分解されるとともに、
７ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで昇圧される。えられた分解生成物
は熱交換器４０及び熱交換器１２を経て冷却され、セパ
レーター２０に導入されて液−ガス分離され、水素リッ
チガス２１と改質塔底油（環状炭化水素）２２に分離さ
れる。水素リッチガス２１は、その一部が燃料電池用と
して燃料電池２３に使用され、残部はリサイクル水素１
１として使用される。
において、未反応炭化水素は更に分解されるとともに、
７ｋｇ／ｃｍ2Ｇまで昇圧される。えられた分解生成物
は熱交換器４０及び熱交換器１２を経て冷却され、セパ
レーター２０に導入されて液−ガス分離され、水素リッ
チガス２１と改質塔底油（環状炭化水素）２２に分離さ
れる。水素リッチガス２１は、その一部が燃料電池用と
して燃料電池２３に使用され、残部はリサイクル水素１
１として使用される。
【００２６】 改質塔底油（不飽和炭化水素）２２は、
改質塔底油タンク２５に貯留され、改質油ポンプＰ２に
より、系外からの空気２６をターボチャージャー２８で
昇温したものと混合器５０で混合されてエンジン１４に
導入、燃焼され、回転エネルギーを発生する。エンジン
１４の回転軸３０は、燃料電池２３から発生した電気を
蓄電するバッテリー３２を経由した電気により回転する
モーター３３とクラッチ、ベルトなどを介して連結して
いる。
改質塔底油タンク２５に貯留され、改質油ポンプＰ２に
より、系外からの空気２６をターボチャージャー２８で
昇温したものと混合器５０で混合されてエンジン１４に
導入、燃焼され、回転エネルギーを発生する。エンジン
１４の回転軸３０は、燃料電池２３から発生した電気を
蓄電するバッテリー３２を経由した電気により回転する
モーター３３とクラッチ、ベルトなどを介して連結して
いる。
【００２７】 レシプロエンジン型シリンダー装置１８
の回転軸１８ａは回転軸３０と連結している。一方、燃
料電池用の空気３５もこの回転軸３０に連結しているレ
シプロエンジン型シリンダー装置１８で昇温、浄化され
て燃料電池２３に送られる。以上のようにして、飽和炭
化水素などの炭化水素原料は環状炭化水素などの不飽和
度が高められた改質炭化水素と水素に変換され、前者は
オクタン価が上がりレシプロエンジンで回転力を、後者
は燃料電池のモーターによって回転力を発生させること
ができ、走行中においては、従来のハイブリッド型エン
ジンに比して約７５％の効率向上を達成することができ
た。
の回転軸１８ａは回転軸３０と連結している。一方、燃
料電池用の空気３５もこの回転軸３０に連結しているレ
シプロエンジン型シリンダー装置１８で昇温、浄化され
て燃料電池２３に送られる。以上のようにして、飽和炭
化水素などの炭化水素原料は環状炭化水素などの不飽和
度が高められた改質炭化水素と水素に変換され、前者は
オクタン価が上がりレシプロエンジンで回転力を、後者
は燃料電池のモーターによって回転力を発生させること
ができ、走行中においては、従来のハイブリッド型エン
ジンに比して約７５％の効率向上を達成することができ
た。
【００２８】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、効率的に水素を発生するとともにカーボン発生を押
さえつつ良質な（例えば高オクタン価な）改質炭化水素
を製造することができる方法と装置、及びこれらを利用
しさらにエネルギ効率を向上させた燃料電池搭載型エン
ジン、並びにエネルギーステーションを提供することが
できる。
ば、効率的に水素を発生するとともにカーボン発生を押
さえつつ良質な（例えば高オクタン価な）改質炭化水素
を製造することができる方法と装置、及びこれらを利用
しさらにエネルギ効率を向上させた燃料電池搭載型エン
ジン、並びにエネルギーステーションを提供することが
できる。
【図１】 本発明に係る改質炭化水素及び水素の製造装
置の構成の概要を示すブロック図である。
置の構成の概要を示すブロック図である。
【図２】 本発明に係る燃料電池搭載型エンジンの構成
例の概要を示すブロック図である。
例の概要を示すブロック図である。
１…レシプロエンジン型シリンダー装置、１ａ…ピスト
ン、１ｂ…装置、１ｄ…ピストン−クランク機構、１ｇ
…動力装置、２…熱分解反応器、３…液−ガス分離用セ
パレーター、４…水素、５…液成分、６…炭化水素原
料、７…燃料電池、８…ガス成分、９…ヒーター、１０
…燃料、１１…リサイクル水素、１２…熱交換器、１４
…エンジン、１５…熱交換器、１７…反応器、１８…レ
シプロエンジン型シリンダー装置、１８ａ…回転軸、２
０…セパレーター、２１…水素リッチガス、２２…改質
塔底油（環状炭化水素）、２３…燃料電池、２５…改質
塔底油タンク、２６…系外からの空気、２８…ターボチ
ャージャー、３０…エンジンの回転軸、３２…バッテリ
ー、３３…モーター、３５…燃料電池用の空気、４０…
熱交換器、５０…混合器、Ｆ…燃料タンク、Ｐ１…燃料
供給ポンプ、Ｐ２…改質油ポンプ。
ン、１ｂ…装置、１ｄ…ピストン−クランク機構、１ｇ
…動力装置、２…熱分解反応器、３…液−ガス分離用セ
パレーター、４…水素、５…液成分、６…炭化水素原
料、７…燃料電池、８…ガス成分、９…ヒーター、１０
…燃料、１１…リサイクル水素、１２…熱交換器、１４
…エンジン、１５…熱交換器、１７…反応器、１８…レ
シプロエンジン型シリンダー装置、１８ａ…回転軸、２
０…セパレーター、２１…水素リッチガス、２２…改質
塔底油（環状炭化水素）、２３…燃料電池、２５…改質
塔底油タンク、２６…系外からの空気、２８…ターボチ
ャージャー、３０…エンジンの回転軸、３２…バッテリ
ー、３３…モーター、３５…燃料電池用の空気、４０…
熱交換器、５０…混合器、Ｆ…燃料タンク、Ｐ１…燃料
供給ポンプ、Ｐ２…改質油ポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｇ 47/22 Ｃ１０Ｇ 47/22 Ｈ０１Ｍ 8/00 ＺＡＢ Ｈ０１Ｍ 8/00 ＺＡＢＺ 8/06 8/06 Ｒ Ｆターム(参考） 3D038 CC18 4G040 DA03 FA02 FB03 FC08 4H029 CA00 DA00 DA02 DA03 5H027 BA01 BA16 DD00 DD03
Claims (7)
- 【請求項１】 炭化水素原料を水素存在下に接触熱分解
して脱水素化し、前記炭化水素原料より不飽和度を増加
させた改質炭化水素及び水素を生成し、次いで、得られ
た改質炭化水素と水素及び未反応炭化水素を減圧・昇圧
装置に導入し、減圧後昇圧することにより、未反応炭化
水素のさらなる分解を促進するとともに、後工程におけ
る液−ガス分離を促進することを特徴とする改質炭化水
素及び水素の製造方法。 - 【請求項２】 減圧・昇圧装置が、レシプロ型の減圧・
昇圧装置である請求項１記載の改質炭化水素及び水素の
製造方法。 - 【請求項３】 炭化水素原料を水素存在下に接触熱分解
して脱水素化し、前記炭化水素原料より不飽和度を増加
させた改質炭化水素及び水素を生成する反応器と、 該反応器で得られた改質炭化水素と水素及び未反応炭化
水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧装置と、 該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水素及び未
反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行って、水
素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反応炭化水
素からなる液成分とに分離するセパレーターとを備えた
ことを特徴とする改質炭化水素及び水素の製造装置。 - 【請求項４】 減圧・昇圧装置が、レシプロ型の減圧・
昇圧装置である請求項３記載の改質炭化水素及び水素の
製造装置。 - 【請求項５】 炭化水素原料を水素存在下に接触熱分解
して脱水素化し、前記炭化水素原料より不飽和度を増加
させた改質炭化水素及び水素を生成する反応器と、 該反応器で得られた改質炭化水素と水素及び未反応炭化
水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧装置と、 該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水素及び未
反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行って、水
素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反応炭化水
素からなる液成分とに分離するセパレーターと、 該セパレーターからの水素からなるガス成分を燃料とす
る燃料電池と、 該セパレーターからの改質炭化水素を燃料とするエンジ
ンとを備えたことを特徴とする燃料電池搭載型エンジ
ン。 - 【請求項６】 炭化水素原料を水素存在下に接触熱分解
して脱水素化し、前記炭化水素原料より不飽和度を増加
させた改質炭化水素及び水素を生成する反応器と、 該反応器で得られた改質炭化水素と水素及び未反応炭化
水素を減圧後昇圧する減圧・昇圧装置と、 該減圧・昇圧装置で得られた改質炭化水素と水素及び未
反応炭化水素に対して、液−ガス分離操作を行って、水
素からなるガス成分と、改質炭化水素及び未反応炭化水
素からなる液成分とに分離するセパレーターと、 該減圧・昇圧装置を作動させるための動力装置とを備
え、 改質炭化水素及び水素を燃料として取り出すとともに、 該動力装置により該減圧・昇圧装置を作動させて、該動
力装置の作動により発生する電気エネルギー及び熱エネ
ルギーを取り出すことを特徴とするエネルギーステーシ
ョン。 - 【請求項７】 さらに該セパレーターからの水素からな
るガス成分を燃料とする燃料電池を備え、該燃料電池で
発電された電気エネルギーを取り出す請求項６記載のエ
ネルギーステーション。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001381476A JP4072337B2 (ja) | 2000-12-20 | 2001-12-14 | 改質炭化水素及び水素の製造方法と製造装置、燃料電池搭載型エンジン、及びエネルギーステーション |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-405068 | 2000-12-20 | ||
| JP2000405068 | 2000-12-20 | ||
| JP2001381476A JP4072337B2 (ja) | 2000-12-20 | 2001-12-14 | 改質炭化水素及び水素の製造方法と製造装置、燃料電池搭載型エンジン、及びエネルギーステーション |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002317188A true JP2002317188A (ja) | 2002-10-31 |
| JP4072337B2 JP4072337B2 (ja) | 2008-04-09 |
Family
ID=26607317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001381476A Expired - Fee Related JP4072337B2 (ja) | 2000-12-20 | 2001-12-14 | 改質炭化水素及び水素の製造方法と製造装置、燃料電池搭載型エンジン、及びエネルギーステーション |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4072337B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006233838A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Hitachi Ltd | 重質油改質燃料焚きガスタービンシステムおよびその運転方法 |
-
2001
- 2001-12-14 JP JP2001381476A patent/JP4072337B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006233838A (ja) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Hitachi Ltd | 重質油改質燃料焚きガスタービンシステムおよびその運転方法 |
| US7707816B2 (en) | 2005-02-24 | 2010-05-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine system burning heavy-oil modified fuel and method of operating same |
| JP4495004B2 (ja) * | 2005-02-24 | 2010-06-30 | 株式会社日立製作所 | 重質油改質燃料焚きガスタービンシステムおよびその運転方法 |
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|---|---|
| JP4072337B2 (ja) | 2008-04-09 |
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