JP2005162586A - Apparatus for manufacturing hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素製造用反応管に関し、特に、水蒸気改質触媒と水素分離膜を利用する水素製造用反応管に関する。 The present invention relates to a reaction tube for hydrogen production, and more particularly to a reaction tube for hydrogen production using a steam reforming catalyst and a hydrogen separation membrane.
燃料電池に使用する水素は、高純度であることが求められている。そのため、高純度の水素を得ることができる水素製造装置の開発が進められている。 Hydrogen used for fuel cells is required to have high purity. Therefore, development of a hydrogen production apparatus that can obtain high-purity hydrogen is being promoted.
高純度の水素を得る水素製造装置を実現する一つの方法は、水蒸気改質触媒と水素分離膜とを備えた水素製造装置を使用することである。水蒸気改質触媒は、水蒸気が転化された炭化水素や含酸素炭化水素を転化して水素を生成する。水素分離膜は、生成された水素を分離して取り出す。水素分離膜によって水素を分離する該水素製造装置は、高純度の水素を発生することが可能である。 One method for realizing a hydrogen production apparatus that obtains high-purity hydrogen is to use a hydrogen production apparatus that includes a steam reforming catalyst and a hydrogen separation membrane. The steam reforming catalyst converts hydrocarbons or oxygen-containing hydrocarbons from which steam has been converted to produce hydrogen. The hydrogen separation membrane separates and removes the generated hydrogen. The hydrogen production apparatus that separates hydrogen using a hydrogen separation membrane can generate high-purity hydrogen.
水蒸気改質触媒と水素分離膜を備えた水素製造装置は、水蒸気改質反応の効率を高めることもできる。炭化水素の水蒸気改質反応は式(1)の改質反応と式(2)の一酸化炭素変成反応で表される。
CnHm+nH2O←→nCO+(n+m/2)H2 (1)
CO+H2O←→CO2+H2 (2)
上記の水蒸気改質反応で生成した水素を、反応の場から分離すると、式(1)(2)の反応は右側に進行する。水素分離膜を備えた水素製造装置は、生成した水素を逐次分離することができるので、低い反応温度で高い転化率を実現することができる。
A hydrogen production apparatus including a steam reforming catalyst and a hydrogen separation membrane can also increase the efficiency of the steam reforming reaction. The steam reforming reaction of hydrocarbon is represented by a reforming reaction of formula (1) and a carbon monoxide shift reaction of formula (2).
C n H m + nH 2 O ← → nCO + (n + m / 2) H 2 (1)
CO + H 2 O ← → CO 2 + H 2 (2)
When the hydrogen produced by the steam reforming reaction is separated from the reaction site, the reactions of formulas (1) and (2) proceed to the right. Since the hydrogen production apparatus provided with the hydrogen separation membrane can sequentially separate the generated hydrogen, a high conversion rate can be realized at a low reaction temperature.
水素製造装置は、原料ガスの流量変化すなわち運転負荷の変動に対応可能で、かつ、粉化しやすい水蒸気改質触媒でも適用可能な構造を備えていることが望まれる。 It is desirable that the hydrogen production apparatus has a structure that can cope with a change in the flow rate of the raw material gas, that is, a change in the operation load, and can be applied to a steam reforming catalyst that is easily pulverized.
特許文献1は、このような水素製造装置を開示している。図7は、特許文献1に開示された水素製造装置501の構造を示している。公知のその水素製造装置501は、外筒502と、外筒の内側に順次内包された中筒503、504とを有しており、2つの中筒の間に形成される環状空間505の上部は閉塞されている。環状空間505は原料ガスを供給する原料ガス供給口510に接続されている。原料ガスとしては、水蒸気を添加した炭化水素又は含酸素炭化水素が使用される。環状空間505内には、水素透過膜(図示せず)を有するメンブレン管506が一定の間隔を置いて複数配置されている。メンブレン管506は、その上部が自由端になるように設置されている。該環状空間505内のメンブレン管506の周囲には、粒子状の水蒸気改質触媒507が充填されている。メンブレン管506は、その下端で相互に連通され、水素出口511に接続されている。中筒504の内側には燃焼室509が形成されている。燃焼室509の下部には、バーナー508が上向きに設置されている。
水素製造装置501は、下記の動作によって水素を発生する。バーナー508には空気と燃料とが供給される。供給された空気と燃料とは、バーナー508によって燃焼され、高温の燃焼ガスが発生される。その燃焼ガスにより水蒸気改質触媒507は、水蒸気改質反応温度である500〜600℃に加熱される。水蒸気改質触媒507が加熱された状態で原料ガスが環状空間505に導入される。導入された原料ガスは水蒸気改質触媒507によって分解され、主に水素と二酸化炭素とが生成される。生成された水素は、水素分離膜によって分離され、これにより、高純度の水素がメンブレン管506の内部に収集される。収集された高純度の水素は、水素出口511から回収される。
The
上述されたメンブレン管506及びバーナー508の構造は、運転負荷の変動に柔軟に安定して対応し、かつ、粉化しやすい触媒を水蒸気改質触媒507に適用することを可能にする。その上部が自由端になるように設置されているメンブレン管506は、熱膨張によって生じる水蒸気改質触媒507と水素分離膜との相互摩擦を軽減する。更に、下置き上向きに設置されたバーナー508は、燃焼ガスを発生する火炎を安定化する。そのため、水素製造装置501は、運転負荷の変動に柔軟に安定して対応可能であり、かつ、粉化しやすい水蒸気改質触媒を水蒸気改質触媒507に適用可能である。
The structure of the
水素製造装置には、水蒸気改質触媒を均一に充填することと、水素分離膜の耐久性を向上させることも望まれている。上記の課題を解決する水素製造装置が特許文献2に開示されている。
特許文献2に開示されている水素製造装置は、粒子状の水蒸気改質触媒に代えて、成形された板状触媒を用いている。その水素製造装置は、特許文献1の水素製造装置と同様に、外筒の内側に順次内包された2つの中筒の間に形成される環状空間を有している。該環状空間内には、水素透過膜を有する直方体のメンブレン管と板状の水蒸気改質触媒を備えたユニットが収められている。図8は、環状空間に収められるメンブレン管と板状の水蒸気改質触媒のユニットを示している。板状の水蒸気改質触媒601は、壁面に水素分離膜(図示せず)を持つ複数のメンブレン管602間に、スペーサ603を介して配置されている。スペーサ603は、メンブレン管602と板状の水蒸気改質触媒601に溶接により固定されている。中筒の内側の空間部は、特許文献1に開示された水素製造装置と同様、燃焼室となっている。燃焼室の上部にはバーナーが下向きに設置されている。
The hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 2 uses a shaped plate catalyst instead of the particulate steam reforming catalyst. The hydrogen production apparatus has an annular space formed between two middle cylinders sequentially contained inside the outer cylinder, similarly to the hydrogen production apparatus of
特許文献2に開示された水素製造装置は、バーナーの設置位置が特許文献1に開示された水素製造装置と異なるが、特許文献1に開示された水素製造装置と同様に動作する。
The hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 2 operates in the same manner as the hydrogen production apparatus disclosed in
上述されたメンブレン管602と板状の水蒸気改質触媒601の構造は、水蒸気改質触媒の均一充填と、水素分離膜の高寿命化を可能にする。水蒸気改質触媒601が板状に成形されているため、水蒸気改質触媒をメンブレン管602の周りに均一に充填させることができる。さらに、板状の水蒸気改質触媒601と水素分離膜(図示せず)との間にスペーサ603があるので、水蒸気改質触媒と水素分離膜との適切な間隔が保たれ、水素分離膜と板状水蒸気改質触媒との接触を防ぐことができ、水素分離膜を高寿命化できる。
The structure of the
水素分離膜を更に高寿命化させるためには、水素分離膜と水蒸気改質触媒の接触を完全に防ぐことが重要である。加えて、水素製造用反応管には、構造が簡素で製造が容易であることが望まれる。 In order to further extend the life of the hydrogen separation membrane, it is important to completely prevent contact between the hydrogen separation membrane and the steam reforming catalyst. In addition, the reaction tube for hydrogen production is desired to have a simple structure and easy production.
本発明の目的は、簡素な構造の水素製造用反応管を有し、かつ耐久性の高い水素製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus having a hydrogen production reaction tube having a simple structure and having high durability.
本発明に係る水素製造装置は、水蒸気改質触媒を担持する担体、前記担体を支持する担体支持部材及び水素分離膜を内包する水素製造用反応管と、前記水素製造用反応管に原料ガスを供給する供給手段と、前記水素製造用反応管から水素を回収する回収手段とを備えている。前記担体と前記担体支持部材とは、一体に接合されて、前記水素分離膜に対向して離れて設置され、好ましくは、前記担体と前記水素分離膜との間の隙間を1mm以下、さらに好ましくは0.05mm以下に保った状態で設置される。 A hydrogen production apparatus according to the present invention comprises a carrier for supporting a steam reforming catalyst, a carrier support member for supporting the carrier, a hydrogen production reaction tube containing a hydrogen separation membrane, and a raw material gas in the hydrogen production reaction tube. Supply means for supplying and recovery means for recovering hydrogen from the reaction tube for hydrogen production are provided. The carrier and the carrier support member are integrally joined and are disposed away from the hydrogen separation membrane, preferably a gap between the carrier and the hydrogen separation membrane is 1 mm or less, more preferably Is installed in a state kept at 0.05 mm or less.
上述の水素製造装置によれば、水素分離膜と水蒸気改質触媒の接触を完全になくすことができるため、水素分離膜の耐久性を向上させることができる。水素分離膜と対向して離れた位置に設置され、かつ、水蒸気改質触媒が支持部材に固定されているため、熱膨張によって水素製造用反応管壁や水素分離膜の位置に変動が生じても水蒸気改質触媒と水素分離膜が直接接触することはない。 According to the above-described hydrogen production apparatus, the contact between the hydrogen separation membrane and the steam reforming catalyst can be completely eliminated, so that the durability of the hydrogen separation membrane can be improved. Since the steam reforming catalyst is fixed to the support member and is positioned away from the hydrogen separation membrane, thermal expansion causes fluctuations in the position of the hydrogen production reaction tube wall and the hydrogen separation membrane. However, there is no direct contact between the steam reforming catalyst and the hydrogen separation membrane.
更に、上述の水素製造装置によれば、水素製造用反応管の構造を簡素化することができる。水蒸気改質触媒を担持した担体と担体支持部材とを一体に固定してから組み立てることができるためである。 Furthermore, according to the above-described hydrogen production apparatus, the structure of the reaction tube for hydrogen production can be simplified. This is because the carrier carrying the steam reforming catalyst and the carrier supporting member can be assembled and fixed together.
更に、上述の水素製造装置によれば、効率よく水素を製造することができる。水蒸気改質媒体を担持した担体と水素分離膜間の隙間を狭くすることでガス流速を増大させ、ガス流れと直角方向の今後拡散を向上させ、水蒸気改質反応速度の低下を防ぐことができる。 Furthermore, according to the above-described hydrogen production apparatus, hydrogen can be produced efficiently. By narrowing the gap between the carrier carrying the steam reforming medium and the hydrogen separation membrane, the gas flow rate can be increased, the future diffusion in the direction perpendicular to the gas flow can be improved, and the steam reforming reaction rate can be prevented from decreasing. .
前記担体支持部材として、水素製造用反応管の内壁が用いられてもよい。担体を水素製造用反応管の内壁と一体に接合する一つの方法は、該内壁面に担体を設けることである。水素製造用反応管の内壁を担体でコーティングして、そこに水蒸気改質触媒を担持させることで、該内壁と担体とを一体に接合させることができる。 An inner wall of a reaction tube for hydrogen production may be used as the carrier support member. One method of joining the carrier integrally with the inner wall of the reaction tube for producing hydrogen is to provide the carrier on the inner wall surface. By coating the inner wall of the reaction tube for hydrogen production with a carrier and supporting the steam reforming catalyst thereon, the inner wall and the carrier can be joined together.
上述の水素製造用反応管は、水素製造用反応管の内壁に、水蒸気改質触媒を担持する担体を支持させる工程と、表面に水素分離膜を有するメンブレン管を水素製造用反応管内に、前記水素分離膜に対向して離して設置させる工程によって製造できる。 In the hydrogen production reaction tube, the inner wall of the hydrogen production reaction tube supports the carrier carrying the steam reforming catalyst, and the membrane tube having a hydrogen separation membrane on the surface is provided in the hydrogen production reaction tube. It can be manufactured by a step of installing it opposite to the hydrogen separation membrane.
前記担体は、該内壁に担体を設ける工程と、該担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程とによって、水素製造用反応管の内壁に支持させることができる。前記の方法の他、担体を所定の形状に成形し、該担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、該担体を水素製造用反応管の内壁に固定させる工程とによっても、該壁面と水蒸気改質触媒を一体に接合させることができる。 The carrier can be supported on the inner wall of the reaction tube for hydrogen production by the step of providing the carrier on the inner wall and the step of supporting the steam reforming catalyst on the carrier. In addition to the method described above, the wall surface and the water vapor can also be obtained by forming the support into a predetermined shape and supporting the steam reforming catalyst on the support and fixing the support to the inner wall of the hydrogen production reaction tube. The reforming catalyst can be joined together.
前記担体支持部材が水素製造用反応管の内壁である場合、前記水素製造用反応管が前記内壁に対向する外壁を有し、前記外壁には加熱手段で生成された加熱流体が接触されてもよい。加熱流体とは、例えば、炭化水素や含酸素炭化水素を燃焼させて得られる高温の燃焼ガスである。 When the carrier support member is an inner wall of a hydrogen production reaction tube, the hydrogen production reaction tube has an outer wall facing the inner wall, and the outer wall is contacted with a heating fluid generated by a heating means. Good. The heating fluid is, for example, a high-temperature combustion gas obtained by burning hydrocarbons or oxygen-containing hydrocarbons.
上述の水素製造用反応管によれば、水素製造用反応管の壁を通して直接水蒸気改質触媒を加熱することができる。水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。 According to the above-described hydrogen production reaction tube, the steam reforming catalyst can be directly heated through the wall of the hydrogen production reaction tube. Heat necessary for the steam reforming reaction is efficiently supplied.
前記担体支持部材として、貫通孔を有する金属板が用いられてもよい。金属板は、担体でその表面を覆われ、該担体は水蒸気改質触媒を担持する。このようにして担体と担体支持部材とを一体に接合させることができる。担体と一体となった該金属板は、スペーサを介して水素分離膜と接着されることで、水素分離膜と対向して離れた位置に設置される。好ましくは、担体と水素分離膜との間の隙間が1mm以下、更に好ましくは0.05mm以下となるようにする。 A metal plate having a through hole may be used as the carrier support member. The metal plate is covered with a carrier, and the carrier carries a steam reforming catalyst. In this way, the carrier and the carrier support member can be joined together. The metal plate integrated with the carrier is attached to the hydrogen separation membrane via a spacer, and is placed at a position facing the hydrogen separation membrane. Preferably, the gap between the support and the hydrogen separation membrane is 1 mm or less, more preferably 0.05 mm or less.
上述の水素製造用反応管において、担体は、貫通孔を有する金属板の表面を担体で被覆させる工程と、前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程とによって、該金属板と一体に接合される。該金属板は、表面に水素分離膜を有するメンブレン管に、前記水素分離膜に対向して離れるように固定させる工程によって固定される。該金属板と該水素分離膜との間にスペーサを介して固定されてもよい。前記金属板と前記メンブレン管とは一体に固定されて、水素製造用反応管内に設置される。以上のように、水素製造用反応管は、金属板と水素分離膜とをスペーサを介して接着する工程と、一体になった金属板と水素分離膜とを水素製造用反応管に挿入する工程のみで製造できる。 In the hydrogen production reaction tube described above, the carrier is integrally joined to the metal plate by the step of coating the surface of the metal plate having through holes with the carrier and the step of supporting the steam reforming catalyst on the carrier. The The metal plate is fixed to a membrane tube having a hydrogen separation membrane on the surface by a step of fixing the metal plate so as to face and separate from the hydrogen separation membrane. It may be fixed via a spacer between the metal plate and the hydrogen separation membrane. The metal plate and the membrane tube are fixed integrally and installed in a reaction tube for hydrogen production. As described above, the hydrogen production reaction tube includes a step of bonding the metal plate and the hydrogen separation membrane through the spacer, and a step of inserting the integrated metal plate and the hydrogen separation membrane into the hydrogen production reaction tube. Can only be manufactured.
上述の水素製造装置によれば、担体支持部材として水素製造用反応管の壁面を用いた水素製造装置が奏する効果の他、製造工程が少なく、簡素な構造の水素製造用反応管を提供することができるという効果がある。 According to the above-described hydrogen production apparatus, in addition to the effects produced by the hydrogen production apparatus using the wall surface of the hydrogen production reaction tube as a carrier support member, there is provided a hydrogen production reaction pipe having a simple structure with fewer production steps. There is an effect that can be.
本発明によれば、水素分離膜が水蒸気改質触媒に対向した位置に離れて設置されており、水蒸気改質触媒と水素分離膜が接触しないため、水蒸気改質触媒の強い接触によって水素分離膜が破損することがなく、水素分離膜の耐久性が向上する。 According to the present invention, the hydrogen separation membrane is installed at a position facing the steam reforming catalyst, and the steam reforming catalyst and the hydrogen separation membrane do not contact each other. Is not damaged, and the durability of the hydrogen separation membrane is improved.
また、本発明によれば、反応管の壁面と水蒸気改質触媒が一体に接合されることになり、反応管の構造を簡素にできる。また、反応管壁と水素分離膜との隙間を小さくできるため反応管をコンパクトにすることができる。 Further, according to the present invention, the wall surface of the reaction tube and the steam reforming catalyst are integrally joined, and the structure of the reaction tube can be simplified. Further, since the gap between the reaction tube wall and the hydrogen separation membrane can be reduced, the reaction tube can be made compact.
また、本発明によれば、原料ガスの通路が水蒸気改質触媒と水素分離膜との間にできる空間であるため、当該隙間を狭くすることでガス流速を増大し、ガス流れと直角方向のガスの混合拡散を促進させることができ、水素濃度が低い水素分離膜近傍と水素濃度が高い水蒸気改質触媒近傍とでガスが拡散しやすくなり、水素濃度分布の偏りが解消し、水蒸気改質反応の効率が上がる。 In addition, according to the present invention, since the path of the raw material gas is a space formed between the steam reforming catalyst and the hydrogen separation membrane, the gas flow rate is increased by narrowing the gap, and the gas flow is perpendicular to the gas flow. Gas mixture diffusion can be promoted, gas is likely to diffuse near the hydrogen separation membrane where the hydrogen concentration is low and near the steam reforming catalyst where the hydrogen concentration is high, and the uneven hydrogen concentration distribution is eliminated. Increases the efficiency of the reaction.
高温の燃焼ガスにより、反応管壁を通して水蒸気改質触媒が直接加熱されるため、水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。 Since the steam reforming catalyst is directly heated by the high-temperature combustion gas through the reaction tube wall, the heat necessary for the steam reforming reaction is efficiently supplied.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1にかかる水素製造装置101の概略図である。水素製造装置101は、反応器102とヘッダ部103と加熱部104を備えている。反応器102は、縦横に配列した反応管ユニット105(図1においては横に9列)から構成されている。ヘッダ部103は、反応管ユニット105に原料ガスを供給する供給手段である供給配管106、107と、製造した水素を反応管ユニットから回収する回収手段である水素回収配管108、109と、未反応の原料ガスや二酸化炭素(オフガス)を反応管ユニット105から回収するオフガス回収配管(図示せず)から構成されている。本実施の形態においては、ヘッダ部103は反応器102の上側に設置されている。加熱部104は、加熱手段である燃焼バーナー110と燃焼室119とから構成されている。本実施の形態において、加熱部104は、反応器102の下側に設置されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a
図2は、1つの反応管ユニット105を上面から見た図である。図2においてヘッダ部103は取り外されている。反応管ユニット105は、複数の水素製造用反応管112(図2においては6本)と、ユニット枠113と、補強部材115とから構成される。水素製造用反応管112と補強部材115とは、ユニット枠113aと113bとにはめられて固定されている。水素製造用反応管112同士の間及び端の水素製造用反応管112とユニット枠113aとの間に補強部材115が配置されている。補強部材115は、燃焼ガス流路114を有しており、燃焼ガス流路114は水素製造用反応管112に沿って延設されている。各水素製造用反応管112には、原料ガス供給管116、水素回収管117、オフガス回収管118が設置されている。
FIG. 2 is a view of one
図3は、図2に示す水素製造用反応管112の断面図である。水素製造用反応管112は、管壁203と、水蒸気改質触媒を担持した担体202と、メンブレン管204と、原料ガス供給管116と、水素回収管117と、オフガス回収管118とを備えている。担体202としては、アルミナのようなセラミック基材が使用され得る。担体202は、水素製造用反応管112の管壁203と分離不能に接合されている。担体202は、水素分離膜206と対向して離れて設置されている。メンブレン管204は、水素製造用反応管112の中に設置されている。メンブレン管204は、多孔質製管205の表面に水素分離膜206を担持したものである。水素製造用反応管112には、更に、ヘッダ部103の供給配管107から分岐している原料ガス供給管116と、水素回収配管109から分岐している水素回収管117と、オフガス回収配管から分岐しているオフガス回収管118とが設置されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
水素製造用反応管112は、以下の製造方法によって製造される。まず、水素製造用反応管112の内壁に、PVD(Physical Vapor Deposition)やCVD(Chemical Vapor Deposition)によって担体202を形成する。次に、担体202にNi系水蒸気改質触媒、Ru系水蒸気改質触媒から選ばれる水蒸気改質触媒を担持させる。例えばNiを担持させる場合、担体202を形成した部分硝酸ニッケル水溶液に浸漬させた後、焼成する。
The hydrogen
焼成した後、水素製造用反応管112内にメンブレン管204を挿入する。メンブレン管204は、多孔質製の管205の外表面に水素分離膜206を有している。メンブレン管204は、水素分離膜206と担体202との間隔が0.05mmから1mmになるように設置される。
After firing, the
図3の水素製造用反応管112を組み込んだ図1の水素製造装置101は、下記の動作によって水素を製造する。図1に示されているように、バーナー110は炭化水素又は含酸素炭化水素を燃焼し、高温の燃焼ガス111を生成する。図2を参照して、燃焼ガス111は、反応管ユニット105同士の間及び反応管ユニット105の補強部材115に設けられた燃焼ガス流路114を通過する。燃焼ガス111は、燃焼ガス流路114を通過するときに水素製造用反応管112の外壁に接触し、水素製造用反応管112を水蒸気改質反応温度である500〜600℃に加熱する。
The
図3を参照して、炭化水素又は含酸素炭化水素は、水蒸気と混合され、原料ガス120になる。原料ガス120は、予熱され、供給配管106、107を介して原料ガス供給管116から水素製造用反応管112に導入される。原料ガス供給管116から導入された原料ガス120は、担体202と水素分離膜206との間にできる空間に導入される。この空間内で水蒸気改質反応が起こり、水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜206を通過し、メンブレン管204内に分離される。分離された水素121は、水素回収管117によって水素回収配管108、109に送られて回収される。回収方法として、不活性ガスによる払い出しや、真空ポンプによる回収側の減圧が挙げられる。未反応の原料ガスや二酸化炭素からなるオフガス122は、オフガス回収管118から回収されて、バーナー110で燃焼ガスを生成させる燃料として使われる。
Referring to FIG. 3, the hydrocarbon or oxygen-containing hydrocarbon is mixed with water vapor to become
本実施の形態の水素製造装置によれば、担体202と水素分離膜206との接触を完全に防ぐことができるため、担体202の強い接触によって水素分離膜206が破損することがなく、水素分離膜206の耐久性が向上する。
According to the hydrogen production apparatus of the present embodiment, since the contact between the
また、水素製造用反応管112の壁面と担体202とが一体に接合され、水蒸気改質触媒を別途充填する工程が不要になり、水素製造用反応管112の構造を簡素にでき、製造が容易になる。水素製造用反応管112の管壁203と水素分離膜206との隙間を小さくできるため水素製造用反応管112をコンパクトにすることができ、水素製造装置101を小型化できる。
In addition, the wall surface of the hydrogen
原料ガスの通路が担体202と水素分離膜206との間にできる空間であるため、当該隙間を狭くすることでガス流速を増大し、ガス流れと直角方向のガスの混合拡散を促進させることで、水素濃度が低い水素分離膜206近傍と水素濃度が高い担体202近傍とでガスが拡散しやすくなり、水素濃度分布の偏りが解消し、水蒸気改質反応の効率が上がる。
Since the source gas passage is a space formed between the
高温の燃焼ガスにより、水素製造用反応管112の管壁203を通して水蒸気改質触媒が直接加熱されるため、水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。
Since the steam reforming catalyst is directly heated by the high temperature combustion gas through the
なお、担体202と管壁203とを一体に接合する方法は、上述した方法の他に、板状に成形した担体に水蒸気改質触媒を担持したものを水素製造用反応管の壁面に接着させる方法もある。
In addition to the above-described method, the
(実施形態2)
実施形態2の水素製造装置は、担体支持部材として、水素製造用反応管の内壁ではなく貫通孔を有する金属板を用いたものである。
(Embodiment 2)
The hydrogen production apparatus of Embodiment 2 uses a metal plate having a through-hole instead of the inner wall of a hydrogen production reaction tube as a carrier support member.
図4は、本発明の実施形態2にかかる水素製造装置101に用いられる水素製造用反応管112の断面図である。水素製造用反応管112は、図2に示される反応管ユニット105を形成し、図1に示される水素製造装置101に組み込まれて使用される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the hydrogen
図4に示す水素製造用反応管112は、管壁303と、金属板304と、水蒸気改質触媒を担持した担体302と、スペーサ308と、表面に水素分離膜307を有する多孔質製管306であるメンブレン管305と、原料ガス供給管116と、水素回収管117と、オフガス回収管118とを備えている。金属板304は、図5に示されるように、貫通孔312を有している。図4に示されているように、第1の実施形態と同様、水素製造用反応管112の内部にはメンブレン管305が挿入されている。担体302としては、アルミナのようなセラミック基材が使用され得る。金属板の304の表面を担体302で被覆させることにより、担体302と金属板304とが分離不能に接合される。金属板304は、スペーサ308を介してメンブレン管305に固定される。以上のようにして、担体302と水素分離膜307とは対向して離れて設置される。原料ガス供給管116、水素回収管117、オフガス回収管118は、第1の実施例と同様に水素製造装置101のヘッダ部103に接続されるように配置されている。
4 is a
本実施形態の水素製造用反応管112は、以下の製造方法によって製造される。まず、貫通孔312を有する金属板304の表面を担体302で被覆する。次に、該担体302に水蒸気改質触媒を担持させる。例えば担体302としてアルミナを用い、水蒸気改質触媒としてNi触媒を用いる場合は、金属板304をアルミナの液に浸漬し焼成して表面をアルミナで被覆し、該金属板を硝酸ニッケル水溶液に浸漬し焼成する。
The hydrogen
上記の方法で担体302と金属板304とを分離不能に接合した後、メンブレン管305にスペーサ308を介して固定する。水素製造用反応管112は、金属板304がスペーサ308を介して固定されたメンブレン管を水素製造用反応管112内に挿入することで作製される。
After the
図4に示す水素製造用反応管112において、原料ガス120は原料ガス供給管116から、反応管壁303と金属板304との間の空間に導入され、さらに金属板304の貫通孔312を通過して金属板304と水素分離膜307との間の空間にも導入される。これらの空間内で水蒸気改質反応が起こり、主に水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜307を通過し、メンブレン管305内に分離される。分離された水素121、オフガス122は第1の実施例と同様にそれぞれ水素回収管117、オフガス回収管118によってヘッダ部103に回収される。
In the hydrogen
本実施形態の水素製造装置によれば、担体302と水素分離膜307との接触を完全に防ぐことができるため、水素分離膜307の耐久性が向上する。また、担体302とメンブレン管305とを一体に固定し、それらを水素製造用反応管112内に設置するため、水素製造用反応管112の製造を容易にすることができる。
According to the hydrogen production apparatus of this embodiment, the contact between the
(実施形態3)
実施形態3は、担体支持部材として水素製造用反応管の管壁と貫通孔を有する金属板との両方を用いたものである。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, both the wall of a reaction tube for hydrogen production and a metal plate having a through hole are used as a carrier support member.
図6は、本発明の実施形態3にかかる水素製造装置に用いられる水素製造用反応管112の断面図である。水素製造用反応管112は、図2に示される反応管ユニット105を形成し、図1に示した水素製造装置101に組み込まれて使用される。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a hydrogen
図6に示す水素製造用反応管112は、管壁402と、水蒸気改質触媒を担持する担体403、404と、貫通孔410を有する金属板405と、スペーサ406と、表面に水素分離膜409を有する多孔質製管408からなるメンブレン管407と、原料ガス供給管116と、水素回収管117と、オフガス回収管118とを備えている。
A
水素製造用反応管112の内部は、以下のような構造をしている。担体403と管壁402とは、第1の実施形態に記載した方法で一体に接合される。担体404と金属板405とは、第2の実施形態に記載した方法で一体に接合され、スペーサ406を介してメンブレン管407に固定される。メンブレン管407は、他の実施形態と同様に、水素製造用反応管内に設置されている。
The inside of the hydrogen
本実施形態の水素製造用反応管112は、第1の実施形態に記載した管壁402に水蒸気改質触媒403を一体に接合する工程と、第2の実施形態に記載した貫通孔を有する金属板405に水蒸気改質触媒404を一体に接合してメンブレン管407に固定する工程と、水素製造用反応管112内にメンブレン管407を挿入する工程で製造される。
The hydrogen
図6に示す水素製造用反応管112において、原料ガス120は原料ガス供給管116から、反応管壁402と金属板405との間の空間に導入され、さらに金属板405の貫通孔410を通過して金属板405と水素分離膜409との間の空間にも導入される。これらの空間内で水蒸気改質反応が起こり、主に水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜409を通過し、メンブレン管407内に分離される。分離された水素121、オフガス122は第1及び第2の実施例と同様にそれぞれ水素回収管117、オフガス回収管118によってヘッダ部103に回収される。
In the hydrogen
本実施の形態の水素製造装置によれば、担体403、404と水素分離膜との接触を完全に防ぐことができるため、水素分離膜の耐久性が向上する。簡素な構造で製造が容易でありながら、原料ガスと水蒸気改質触媒との接触面積を大きくすることができる。
According to the hydrogen production apparatus of the present embodiment, the contact between the
101 水素製造装置
102 反応器
103 ヘッダ部
104 加熱部
105 反応管ユニット
112 水素製造用反応管
116 原料ガス供給管
117 水素回収管
118 オフガス回収管
120 原料ガス
121 水素
122 オフガス
202、302、403、404 担体
203、303、402 管壁
204、309、407 メンブレン管
206、307、409 水素分離膜
304、405 金属板
308、406 スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記水素製造用反応管に原料ガスを供給する供給手段と、
前記水素製造用反応管から水素を回収する回収手段
とを備え、
前記担体と前記担体支持部材とは、一体に接合されて、前記水素分離膜に対向して離れて設置される
水素製造装置。 A hydrogen carrying reaction tube containing a carrier carrying a steam reforming catalyst, a carrier supporting member for supporting the carrier, and a hydrogen separation membrane;
Supply means for supplying a source gas to the hydrogen production reaction tube;
Recovery means for recovering hydrogen from the hydrogen production reaction tube,
The hydrogen production apparatus, wherein the carrier and the carrier support member are integrally joined and are disposed away from the hydrogen separation membrane.
前記担体は、前記内壁と一体に接合される
請求項1に記載の水素製造装置。 The carrier support member is an inner wall of the hydrogen production reaction tube;
The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the carrier is integrally joined to the inner wall.
前記加熱手段で生成された加熱流体が、前記水素製造用反応管の外壁に接触される
請求項1または請求項2に記載の水素製造装置。 A heating means for heating the hydrogen production reaction tube;
The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the heating fluid generated by the heating means is brought into contact with an outer wall of the hydrogen production reaction tube.
前記金属板の表面が前記担体に被覆される
請求項1から請求項3のいずれかに記載の水素製造装置。 The carrier support member is a metal plate having a through hole;
The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface of the metal plate is covered with the carrier.
請求項4に記載の水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 4, wherein the metal plate is fixed to the hydrogen separation membrane via a spacer.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the carrier and the preceding hydrogen separation membrane are installed with an interval of 1 mm or less.
表面に水素分離膜を有するメンブレン管を前記水素製造用反応管内に、前記水素分離膜に対向して離して設置させる工程
とを含む
水素製造用反応管の製造方法。 Supporting a carrier carrying a steam reforming catalyst on the inner wall of a reaction tube for hydrogen production;
A method for producing a reaction tube for hydrogen production, comprising: a step of installing a membrane tube having a hydrogen separation membrane on a surface thereof in the reaction tube for hydrogen production so as to face and separate from the hydrogen separation membrane.
水素製造用反応管の内壁に担体を設ける工程と、
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程
とを含む
請求項7に記載の水素製造用反応管の製造方法。 The step of supporting the carrier comprises
Providing a support on the inner wall of a reaction tube for hydrogen production;
The method for producing a reaction tube for hydrogen production according to claim 7, further comprising a step of supporting a steam reforming catalyst on the carrier.
請求項8に記載の水素製造用反応管の製造方法。 The method for producing a reaction tube for hydrogen production according to claim 8, wherein the step of providing a carrier on the inner wall of the reaction tube for hydrogen production is a step of providing the carrier on the inner wall by CVD or PVD.
担体を所定の形状に成形する工程と、
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、
前記担体を水素製造用反応管の内壁に固定する工程
とを含む
請求項7に記載の水素製造用反応管の製造方法。 The step of supporting the carrier comprises
Forming the carrier into a predetermined shape;
Supporting a steam reforming catalyst on the carrier;
The method for producing a reaction tube for hydrogen production according to claim 7, further comprising a step of fixing the carrier to the inner wall of the reaction tube for hydrogen production.
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、
前記金属板と、表面に水素分離膜を有するメンブレン管とを、前記水蒸気改質触媒が前記水素分離膜に対向して離れるように固定させる工程と、
前記メンブレン管を水素製造用反応管内に設置させる工程
とを含む水素製造用反応管の製造方法。 Coating the surface of the metal plate having a through hole with a carrier;
Supporting a steam reforming catalyst on the carrier;
Fixing the metal plate and a membrane tube having a hydrogen separation membrane on the surface so that the steam reforming catalyst is separated from the hydrogen separation membrane;
A method for producing a reaction tube for hydrogen production, comprising the step of installing the membrane tube in a reaction tube for hydrogen production.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8597383B2 (en) | 2011-04-11 | 2013-12-03 | Saudi Arabian Oil Company | Metal supported silica based catalytic membrane reactor assembly |
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-
2003
- 2003-12-05 JP JP2003407860A patent/JP2005162586A/en not_active Withdrawn
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US8597383B2 (en) | 2011-04-11 | 2013-12-03 | Saudi Arabian Oil Company | Metal supported silica based catalytic membrane reactor assembly |
US9745191B2 (en) | 2011-04-11 | 2017-08-29 | Saudi Arabian Oil Company | Auto thermal reforming (ATR) catalytic structures |
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