JP2007063066A - Method and equipment for producing hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子力発電プラント等の水蒸気を発生するプラントから得られる水蒸気の熱を利用して水と有機燃料から水素ガスを製造する水素製造方法および装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production method and apparatus for producing hydrogen gas from water and organic fuel using heat of water vapor obtained from a plant that generates water vapor such as a nuclear power plant.
最近の電力産業分野では、化石燃料枯渇に対応する省エネルギー化のために、あるいはCO2やNOxの濃度増加に伴う環境保全等のために燃料の多様化が研究開発されており、その一つに水素ガス利用技術がある。この水素ガス利用技術には、例えば、燃料電池発電システムや水素燃焼発電プラントがある。前者は、水素などの燃料と酸素に代表される酸化剤との電気化学反応で直接電気エネルギーを発生させるものであり、例えば下記特許文献1等数多くの発明が開示されている。また、後者は、高圧の水素ガスと純酸素ガスを燃焼させて高温の水蒸気を発生させ、発生した高温の水蒸気をタービンで膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機を駆動して発電を行うものであり、例えば、下記特許文献2等数多くの発明が開示されている。前者、後者ともにNOx、SOx、CO2などの環境汚染物質や温暖化効果ガスを発生させない極めてクリーンなエネルギーを利用する点で、21世紀の新エネルギー推進政策の一環として研究開発の成果が注目されている。 In the recent electric power industry, diversification of fuel has been researched and developed to save energy in response to fossil fuel depletion or to preserve the environment due to increased concentrations of CO 2 and NOx. There is hydrogen gas utilization technology. Examples of the hydrogen gas utilization technology include a fuel cell power generation system and a hydrogen combustion power plant. The former generates electric energy directly by an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen and an oxidant typified by oxygen. For example, the following Patent Document 1 discloses many inventions. In the latter case, high-pressure hydrogen gas and pure oxygen gas are burned to generate high-temperature water vapor, and the generated high-temperature water vapor is expanded by a turbine, and the generator is driven by the power generated at that time. Power generation is performed and, for example, many inventions such as the following Patent Document 2 are disclosed. The former, the latter both in NOx, in that they use a very clean energy that does not generate SOx, environmental pollutants and greenhouse gases such as CO 2, is attracting attention is the results of research and development as part of the new energy promotion policy in the 21st century ing.
ところで、燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントに燃料として供給する水素は、水の電気分解により製造することが提案されている(下記特許文献3,4参照)。この水の電気分解による水素製造では、必要なコストの大半が電力である。現在の原子力発電プラントや火力発電プラントでは、熱に交換される核分裂エネルギーや石油、天然ガス等の燃料エネルギーの約50%程度しか電力に変換されていない。特に、原子力発電プラントでの熱利用効率は30数%である。このため水の電気分解による水素製造では、エネルギーの利用効率が極めて悪く、コスト高につながる。一方、メタノールやジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は、低温で水蒸気改質ができるため、水素製造の際、コスト的に有利である。また、メタノール、ジメチルエーテル、エタノール等は、中小ガス田や炭酸ガス、CO2含有量の多いガス田のメタンから製造されるため、その量が比較的多い。このような点に着目して発明されたものに下記特許文献5の発明がある。
Incidentally, it has been proposed that hydrogen supplied as fuel to a fuel cell power plant or a hydrogen combustion power plant is produced by electrolysis of water (see
この発明は原子力発電プラントと水素製造プラントを組み合わせて、原子力発電プラントから発生する水蒸気を用いて含酸素炭化水素を水蒸気改質して水素ガスを生成する水素生産システムである。この水素生産システムでは、原子力発電プラントから発生する水蒸気を抽気し、その抽気した水蒸気に水素製造プラントから供給される燃料を熱交換または直接合流させ、燃料に含まれている水素を水蒸気改質させて水素ガスを生成する。
上述した公知技術は次の課題が存在する。すなわち前記特許文献5の発明においては、水素製造プラントの重要な構成要素として、発電プラントから抽気した水蒸気の熱を利用し熱交換して水素生成する改質器がある。この改質器は抽気水蒸気の熱を効率よく利用するためには熱交換効率の向上が望まれる。また、抽気水蒸気の更なる有効利用による熱効率向上が望まれる。さらに発電プラントのうち、沸騰水型原子炉を利用する場合においては抽気水蒸気は放射化されており、抽気水蒸気を原子力発電プラントの外に取り出して水素製造プラントに利用するのは安全対策等が過大になる。
The known technique described above has the following problems. That is, in the invention of
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、発電プラントから抽気した水蒸気の熱を効率よく利用することができ、また安全性の高い水素製造方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a highly safe hydrogen production method and apparatus that can efficiently use the heat of steam extracted from a power plant. And
請求項1の発明は、水蒸気を発生する発電プラントと、前記発電プラントからの抽気水蒸気の熱を利用して水素ガスを生成する水素製造プラントとを備え、前記水素製造プラントは、水素を含む燃料および水を前記抽気水蒸気と熱交換させて加熱する燃料供給装置と、前記燃料と水を混合し前記抽気水蒸気によって加熱して混合ガスを生成する混合ガス熱交換器と、前記抽気水蒸気の熱を利用して前記混合ガス中の燃料を水蒸気改質させて水素ガスを含む生成ガスを生成する改質器と、前記生成ガス中の水素ガスを分離回収する回収装置とを備え、前記燃料供給装置と前記混合ガス熱交換器と前記改質器は前記抽気水蒸気を供給する配管上に並列に接続されている構成とする。 The invention of claim 1 includes a power plant that generates steam and a hydrogen production plant that generates hydrogen gas using heat of extracted steam from the power plant, and the hydrogen production plant is a fuel containing hydrogen. And a fuel supply apparatus that heats water by exchanging heat with the extracted steam, a mixed gas heat exchanger that mixes the fuel and water and heats the extracted steam to generate a mixed gas, and heat of the extracted steam The fuel supply device comprising: a reformer that uses steam reforming of the fuel in the mixed gas to generate a product gas containing hydrogen gas; and a recovery device that separates and recovers the hydrogen gas in the product gas The mixed gas heat exchanger and the reformer are connected in parallel on a pipe for supplying the extracted steam.
請求項2の発明は、水蒸気を発生する発電プラントと、前記発電プラントからの抽気水蒸気の熱を利用して水素ガスを生成する水素製造プラントとを備え、前記水素製造プラントは、水素を含む燃料および水を加熱する燃料供給装置と、前記燃料と水を混合し前記抽気水蒸気によって加熱して混合ガスを生成する混合ガス熱交換器と、前記抽気水蒸気の熱を利用して前記混合ガス中の燃料を水蒸気改質させて水素ガスを含む生成ガスを生成する改質器と、前記生成ガス中の水素ガスを分離回収する回収装置とを備え、前記改質器から出た生成ガスは、前記燃料供給装置の加熱に利用された後に前記回収装置に流れる構成とした構成とする。 The invention of claim 2 includes a power plant that generates steam and a hydrogen production plant that generates hydrogen gas using heat of extracted steam from the power plant, and the hydrogen production plant is a fuel containing hydrogen. And a fuel supply device for heating water, a mixed gas heat exchanger for mixing the fuel and water and heating with the extracted steam to generate a mixed gas, and using the heat of the extracted steam in the mixed gas A reformer that steam-reforms the fuel to produce a product gas containing hydrogen gas, and a recovery device that separates and recovers the hydrogen gas in the product gas. It is set as the structure which flowed to the said collection | recovery apparatus after utilizing for the heating of a fuel supply apparatus.
請求項3の発明は、水蒸気を発生する発電プラントと、前記発電プラントからの抽気水蒸気の熱を利用して水素ガスを生成する水素製造プラントとを備え、前記発電プラントは、前記抽気水蒸気によって熱媒体流体を加熱する中間熱交換器と、前記熱媒体流体を循環させる循環機とを備え、前記水素製造プラントは、水素を含む燃料および水を前記熱媒体流体と熱交換させて加熱する燃料供給装置と、前記燃料と水を混合し前記熱媒体流体によって加熱して混合ガスを生成する混合ガス熱交換器と、前記熱媒体流体の熱を利用して前記混合ガス中の燃料を水蒸気改質させて水素ガスを含む生成ガスを生成する改質器と、前記生成ガス中の水素ガスを分離回収する回収装置とを備え、前記燃料供給装置と前記混合ガス熱交換器と前記改質器は前記熱媒体流体を供給する配管上に並列に接続されている構成とする。 The invention of claim 3 comprises a power generation plant that generates water vapor and a hydrogen production plant that generates hydrogen gas using the heat of extraction water vapor from the power generation plant, and the power generation plant is heated by the extraction water vapor. An intermediate heat exchanger for heating the medium fluid; and a circulator for circulating the heat medium fluid, wherein the hydrogen production plant heats fuel containing hydrogen and water by exchanging heat with the heat medium fluid for heating. An apparatus, a mixed gas heat exchanger that mixes the fuel and water and heats them with the heat medium fluid to generate a mixed gas, and steam reforms the fuel in the mixed gas using the heat of the heat medium fluid A reformer that produces a product gas containing hydrogen gas, and a recovery device that separates and recovers the hydrogen gas in the product gas, and the fuel supply device, the mixed gas heat exchanger, and the reformer include: in front A configuration that is connected in parallel on the pipe for supplying the heat medium fluid.
請求項4の発明は、水蒸気を発生する発電プラントと、前記発電プラントからの抽気水蒸気の熱を利用して水素ガスを生成する水素製造プラントとを備え、前記発電プラントは、前記抽気水蒸気によって熱媒体流体を加熱する中間熱交換器と、前記熱媒体流体を循環させる循環機とを備え、前記水素製造プラントは、水素を含む燃料および水を加熱する燃料供給装置と、前記燃料と水を混合し前記熱媒体流体によって加熱して混合ガスを生成する混合ガス熱交換器と、前記熱媒体流体の熱を利用して前記混合ガス中の燃料を水蒸気改質させて水素ガスを含む生成ガスを生成する改質器と、前記生成ガス中の水素ガスを分離回収する回収装置とを備え、前記改質器から出た生成ガスは、前記燃料供給装置の加熱に利用された後に前記回収装置に流れる構成とした構成とする。
The invention of
請求項13の発明は、水蒸気を発生する水蒸気発生手段から抽気される水蒸気の熱を利用して水素ガスを発生する水素製造装置であって、水素を含む燃料及び水を混合させる混合手段と、前記抽気水蒸気の熱を利用して前記燃料及び水の混合ガスを加熱する加熱手段と、前記抽気水蒸気の熱を利用して前記加熱された混合ガスに含まれる燃料を水蒸気改質させて水素ガスを含む生成ガスを精製する改質手段と、前記生成ガス中の水素ガスを分離回収する回収手段とを具備した構成とする。
The invention of
請求項14の発明は、原子力発電プラントの抽気水蒸気によって熱媒体流体を加熱し、前記熱媒体流体の熱によって燃料および水を加熱し前記燃料を水蒸気改質して水素ガスを製造する方法とする。
The invention of
本発明によれば、発電プラントから抽気した水蒸気の熱を効率よく利用することができ、また安全性の高い水素製造方法および装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat | fever of the water vapor extracted from the power plant can be utilized efficiently, and the highly safe hydrogen production method and apparatus can be provided.
以下、本発明に係る水素製造装置の第1ないし第7の実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
本実施の形態の水素製造装置は、図1に示すように、原子力発電プラント1に水素製造プラント2を接続し、原子力発電プラント1の蒸気熱エネルギーを利用して水素製造プラント2からの燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。原子力発電プラント1は原子炉3と、高圧蒸気タービン4と、低圧蒸気タービン5と、復水器6と、給水ポンプ7と、高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結した発電機8を備えている。原子炉3は高速増殖炉または加圧水型原子炉である。
Hereinafter, first to seventh embodiments of a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2 to a nuclear power plant 1 and uses the steam heat energy of the nuclear power plant 1 to supply fuel from the hydrogen production plant 2. It is configured to generate hydrogen by steam reforming. The nuclear power plant 1 includes a reactor 3, a high
原子炉3と高圧蒸気タービン4は主蒸気管9で接続され、主蒸気管9には原子炉3から間接的に熱交換で発生した高温水蒸気が流れている。この高温水蒸気を高圧蒸気タービン4に供給し、膨張仕事をして高圧蒸気タービン4を回転させた後、さらに低圧蒸気タービン5に導いてここでも膨張仕事をさせて低圧蒸気タービン5を回転させる。発電機8が高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結しているので発電機8が駆動されて発電する。低圧蒸気タービン5で仕事した水蒸気は復水器6で冷却されて凝縮水になり、給水ポンプ7で原子炉3に戻される。
The reactor 3 and the high-
水素製造プラント2は改質器10と、燃料と水を供給する燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された燃料と水の混合ガスを原子力発電プラント1からの抽気水蒸気と熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。さらに、燃料供給装置11は改質器10および混合ガス熱交換器12と並列に設けられ、主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が3本に分岐して主蒸気抽出分岐管14a,14b,14cが並列に接続している。原子力発電プラント1から抽気された水蒸気は改質器10での熱交換と混合ガス熱交換器12での熱交換と燃料供給装置11での熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された水蒸気は戻り管枝管15a,15b,15cを通って合流して、原子力発電プラント1の復水器6に接続した戻り管15を通って復水器6に回収される。
The hydrogen production plant 2 exchanges heat between the
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、蒸気発生装置17には主蒸気抽出分岐管14cが接続し、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間には主蒸気抽出分岐管14dが接続されている。
The
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、原子力発電プラント1から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って主蒸気抽出分岐管14aから改質器10へ、主蒸気抽出分岐管14bから混合ガス熱交換器12へ、主蒸気抽出分岐管14cから蒸気発生装置17へ流れ、主蒸気抽出分岐管14dを通って燃料予熱器16へと流れる。一方、燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は燃料予熱器16で前記主蒸気との熱交換で予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で主蒸気との熱交換で加熱されて水蒸気になる。これらは混合ガス熱交換器12へ流れて、前記燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって混合ガス熱交換器12で前記主蒸気との熱交換でさらに加熱されて改質器10内へ流れる。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, the high-temperature steam branched and extracted from the nuclear power plant 1 passes through the main
改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは前記主蒸気と熱交換して加熱されて、例えば燃料がジメチルエーテルの場合は、水蒸気によって次の(1)式のように改質反応を行って水素ガスを生成する。
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
このようにして生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で分離して回収される。
The
CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 6H 2 + 2CO 2 (1)
The hydrogen gas generated in this manner contains carbon dioxide and is separated and recovered by the
改質器10と、混合ガス熱交換器12と、蒸気発生装置17から燃料予熱器16の熱交換に利用された高温水蒸気は、戻り管枝管15a,15b,15cおよび戻り管15を通って原子力発電プラント1に戻されて低圧蒸気タービン5を出た主蒸気と合流して復水器6で凝縮水となって原子炉3に戻される。なお、主蒸気抽出管14および分岐管14a,14b,14cにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して主蒸気流量が調節される。また、主蒸気抽出管14の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置してもよい。
The high temperature steam used for heat exchange from the
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント2の改質器10および混合ガス熱交換器12および燃料供給装置11に利用できるので、水素製造に必要なエネルギーの大半を効果的に活用できる。また、利用後は再び原子力発電プラント1に戻されるので無駄なく有効に利用でき、エネルギー効率のよい水素製造装置を提供することができる。なお、本実施の形態において高速増殖炉または加圧水型原子炉などからなる原子力発電プラント1は火力発電プラントに置き換えてもよい。
According to the present embodiment, the heat energy of the steam generated from the nuclear power plant 1 can be used for the
(第2の実施の形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第2の実施の形態を図2を用いて説明する。なお第1の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1に水素製造プラント2aを接続し、原子力発電プラント1の蒸気熱エネルギーを利用して水素製造プラント2aからの燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。原子力発電プラント1の構成は第1の実施の形態と同じである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
The hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2a to the nuclear power plant 1, and uses the steam thermal energy of the nuclear power plant 1 to steam reform the fuel from the hydrogen production plant 2a to produce hydrogen. It is configured to generate. The configuration of the nuclear power plant 1 is the same as that of the first embodiment.
水素製造プラント2aは、改質器10と、燃料と水を供給する燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された燃料と水の混合ガスを水蒸気で熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。改質器10と混合ガス熱交換器12は並列に設けられ、原子力発電プラント1の主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が2本に分岐して主蒸気抽出分岐管14a,14bが並列に接続しており、原子力発電プラント1から抽気された水蒸気は改質器10の熱交換と混合ガス熱交換器12の熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された水蒸気は戻り管枝管15a,15bを通って合流して、原子力発電プラント1の復水器6に接続した戻り管15を通って復水器6に回収される構成である。
The hydrogen production plant 2a includes a
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、さらに回収装置13は燃料予熱器16の後段に設置されている。
The
改質器10で生成された生成ガスは、改質器10と蒸気発生装置17の間に接続された生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17で熱交換後、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間を接続した生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16で熱交換して、生成ガス回収管20cを通って回収装置13へ流れる構成になっている。
The product gas generated by the
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、原子力発電プラント1から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って主蒸気抽出分岐管14aから改質器10へ流れ、また主蒸気抽出分岐管14bから混合ガス熱交換器12へと流れる。一方、燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は、燃料予熱器16において改質器10で生成した生成ガスとの熱交換で予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で生成ガスとの熱交換で加熱されて水蒸気になり混合ガス熱交換器12へ流れる。混合ガス熱交換器12で燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって主蒸気との熱交換で加熱されて改質器10内へ流れる。改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは主蒸気と熱交換して加熱されて、例えば燃料がジメチルエーテルの場合は、水蒸気によって前記(1)式の改質反応を行って水素ガスを生成する。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, high-temperature steam branched and extracted from the nuclear power plant 1 flows from the main steam
このようにして生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で分離して回収される。但し、生成された水素ガスは直接回収装置13へ行かないで生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17の熱交換に利用された後に、生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16の熱交換に利用されてから生成ガス回収管20cを通って回収装置13に入る。
The hydrogen gas generated in this manner contains carbon dioxide and is separated and recovered by the
改質器10と混合ガス熱交換器12の熱交換に利用された高温水蒸気は、戻り管枝管15a,15bおよび戻り管15を通って原子力発電プラント1に戻され、低圧蒸気タービン5を出た主蒸気と合流して復水器6で凝縮水となって原子炉3に戻される。なお、主蒸気抽出管14および分岐管14a,14bにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して主蒸気流量が調節される。また、主蒸気抽出管14の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置してもよい。
The high-temperature steam used for heat exchange between the
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント2aの改質器10および混合ガス熱交換器12に利用できると共に、改質反応で発生した生成ガスの余剰熱エネルギーを燃料供給装置11の熱交換に利用できるので、水素製造に必要なエネルギーの大半を効果的に活用でき、かつ水蒸気の熱利用後は再び発電プラント1に戻されるので無駄なく有効に利用できると共に、生成ガスの余剰熱エネルギーを回収装置13で冷却するエネルギーを少なくすることができるなど、エネルギー効率のよい水素製造装置を提供することができる。なお、本実施の形態において、高速増殖炉または加圧水型原子炉などの原子力発電プラント1は火力発電プラントに置き換えてもよい。
According to the present embodiment, the thermal energy of steam generated from the nuclear power plant 1 can be used for the
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態を図3を用いて説明する。本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1aに設けた中間熱交換器21を介して水素製造プラント2bを接続し、原子力発電プラント1aの蒸気を利用して中間熱交換器21で熱交換された熱媒体流体、例えばヘリウムガスなどの熱媒体流体の熱エネルギーを利用して水素製造プラント2bからの燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2b via an
原子力発電プラント1aは、原子炉3と、高圧蒸気タービン4と、低圧蒸気タービン5と、復水器6と、給水ポンプ7と、高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結した発電機8を備えている。原子炉3は沸騰水型原子炉である。これらの機器の機能および動作は第1の実施の形態におけると同じである。
The nuclear power plant 1a includes a nuclear reactor 3, a high-
さらに、原子力発電プラント1aには中間熱交換器21と熱媒体流体の循環機22(サーキュレータ)が備えられている。この循環機22はタービン22aとタービン22aに直結した羽根車22bで構成されている。また循環機22は、図示しないケーシング、軸封装置、軸受け装置等の通常機能上必要な部品が備えられており、図3は模式的に簡略化したものである。中間熱交換器21には主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が接続しており、主蒸気が一部抽出されて中間熱交換器21に流れ込み、抽出した主蒸気と内部を通過する熱媒体流体とで熱交換される構成である。
Further, the nuclear power plant 1a includes an
中間熱交換器21で熱交換した主蒸気は、循環機22のタービン22aに流れ込みタービン22aを回転させた後に、戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り、低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流する構成になっている。中間熱交換器21と循環機22および水素製造プラント2bとは熱媒体流体配管23,24,25が接続されて閉ループを形成している。これらの熱媒体流体配管内には熱媒体流体が封入されて、循環機22によって循環される構成である。
The main steam exchanged in the
水素製造プラント2bは、改質器10と、燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された燃料と水の混合ガスを熱媒体流体で熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。燃料供給装置11は改質器10および混合ガス熱交換器12と並列に設けられ、熱媒体流体配管24が3本に分岐して熱媒体流体配管24a,24b,24cが並列に接続している。
The hydrogen production plant 2 b includes a
中間熱交換器21で熱交換によって加熱された熱媒体流体は、改質器10での熱交換と混合ガス熱交換器12での熱交換と燃料供給装置11での熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された熱媒体流体は、熱媒体流体配管25a,25b,25cを通って合流して熱媒体流体配管25を介して循環機22の羽根車22bに吸い込まれ、ここで加圧され吐出されて熱媒体流体配管23から中間熱交換器21へと流れて循環する構成である。
The heat medium fluid heated by heat exchange in the
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、蒸気発生装置17には熱媒体流体配管24cが接続し、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間には熱媒体流体配管24dが接続されている。
The
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、原子力発電プラント1aの主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って中間熱交換器21へ流れ、中間熱交換器21内部の熱媒体流体を熱交換で加熱して循環機22のタービン22aに入り、膨張仕事でタービン22aを回転させる。その後、循環機22を出た蒸気は戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り、低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流して復水器6で冷却されて凝縮水になって給水ポンプ7で原子炉3に戻されるサイクルが形成される。中間熱交換器21、循環機22および主蒸気抽出管14と戻り管15など水素製造のために使用される放射能を含む抽出主蒸気が流れる機器類を原子力発電プラント1a内に収納することによって、放射線防護対策は既存の原子力発電プラントに施されている施設でまかなえるので、水素製造装置のための特別の放射線防護対策は不要である。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, the high-temperature steam branched and extracted from the
循環機22のタービン22aの回転によって直結している羽根車22bが回転して閉ループ内を熱媒体流体が循環する。熱媒体流体が循環することによって、中間熱交換器21で主蒸気管9から抽出した主蒸気によって熱交換で加熱された高温の熱媒体流体が熱媒体流体配管24を介して水素製造プラント2bへ流れる。水素製造プラント2b内では分岐して熱媒体流体配管24aから改質器10へ、熱媒体流体配管24bから混合ガス熱交換器12へ、熱媒体流体配管24cから蒸気発生装置17へ流れ熱媒体流体配管24dを通って燃料予熱器16へと流れる。
The
燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は燃料予熱器16で熱媒体流体と熱交換して予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で熱媒体流体と熱交換して加熱されて水蒸気になり混合ガス熱交換器12へ流れる。そして燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって混合ガス熱交換器12で熱媒体流体との熱交換で加熱されて改質器10内へ流れる。
The fuel supplied from the
改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは熱媒体流体と熱交換して加熱されて例えば燃料がジメチルエーテルの場合は水蒸気によって、前記(1)式の改質反応を行って水素ガスを生成する。このようにして生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で水素ガスが分離されて回収される。
The
このように、本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1aから分岐して抽出した高温水蒸気を動力源として熱媒体流体の循環機22が駆動して熱媒体流体が流れて、中間熱交換器21で主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気との熱交換で熱媒体流体が加熱され、改質器10と、混合ガス熱交換器12と、蒸気発生装置17から燃料予熱器16の熱交換に利用されて熱媒体流体配管25を通って循環機22に戻る循環流を形成する。なお、熱媒体流体配管24a,24b,24cにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して熱媒体流体流量が調節される。さらに、主蒸気抽出管14にも調節弁が設置され負荷に応じて主蒸気抽出流量が調節される。また、熱媒体流体配管の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置してもよい。
As described above, the hydrogen production apparatus of the present embodiment uses the high-temperature steam branched and extracted from the nuclear power plant 1a as a power source to drive the heat
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1aの原子炉を沸騰水型原子炉にした場合でも、原子炉3から発生した蒸気の熱エネルギーを中間熱交換器21を介して熱媒体流体に熱交換して水素製造プラント2bの改質器10および混合ガス熱交換器12および燃料供給装置11に利用できるので、放射化された水蒸気が水素製造プラント2b側へ流れることがなく、水素製造プラント2b側に放射線防護対策を必要としない安全な水素製造装置を提供することができる。さらに、熱媒体流体の循環機22の駆動には原子炉3から発生した主蒸気を利用できるので必要なエネルギーの大半を効果的に活用できる。さらに利用した抽出主蒸気は再び発電プラントに戻されるので無駄なく有効に利用でき、エネルギー効率の高い水素製造装置を提供することができる。
According to the present embodiment, even when the nuclear power plant 1a reactor is a boiling water reactor, the heat energy of the steam generated from the nuclear reactor 3 is heated to the heat medium fluid via the
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態を図4を用いて説明する。本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1bに設けた中間熱交換器21を介して水素製造プラント2bを接続し、原子力発電プラント1bの蒸気を利用して中間熱交換器21で熱交換された熱媒体流体、例えばヘリウムガスなどの熱媒体流体の熱エネルギーを利用して水素製造プラント2bからの燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2b via an
原子力発電プラント1bは原子炉3と、高圧蒸気タービン4と、低圧蒸気タービン5と、復水器6と、給水ポンプ7と、高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結した発電機8を備えている。原子炉3は沸騰水型原子炉である。これらの機器の機能および動作は第1の実施の形態におけると同じである。さらに、原子力発電プラント1bは中間熱交換器21と熱媒体流体の循環機22が備えられている。この循環機22の羽根車が発電機8の回転軸に直結されている。循環機22は、図示しないケーシング、軸封装置、軸受け装置等の通常機能上必要な部品が備えられており、図4は模式的に簡略化したものである。
The
中間熱交換器21は主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が接続しており、主蒸気が一部抽出されて中間熱交換器21に流れ込み、抽出した主蒸気と内部を通過する熱媒体流体とで熱交換される構成である。中間熱交換器21で熱交換した抽出主蒸気は、戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流する構成になっている。循環機22と中間熱交換器21および水素製造プラント2bとは熱媒体流体配管23,24,25が接続されて閉ループを形成している。これらの熱媒体流体配管内には熱媒体流体が封入されて、循環機22によって循環される構成になっている。
The
水素製造プラント2bは改質器10と、燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された混合ガスを前記熱媒体流体で熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。さらに、燃料供給装置11は改質器10および混合ガス熱交換器12と並列に設けられ、前記熱媒体流体配管24が3本に分岐して熱媒体流体配管24a,24b,24cが並列に接続している。中間熱交換器21で熱交換によって加熱された熱媒体流体は改質器10の熱交換と混合ガス熱交換器12の熱交換と燃料供給装置11の熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された熱媒体流体は熱媒体流体配管25a,25b,25cを通って合流して熱媒体流体配管25を介して、循環機22に吸い込まれ、ここで加圧されて吐出して熱媒体流体配管23から中間熱交換器21へと流れて循環する構成になっている。
The hydrogen production plant 2 b includes a
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、蒸気発生装置17は熱媒体流体配管24cが接続し、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間は熱媒体流体配管24dが接続されている。
The
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、熱媒体流体の循環機22の羽根車が原子炉3から発生した抽気され主蒸気の膨張仕事によって回転する発電機8の回転軸に直結しているので自動的に循環機22が駆動して閉ループを熱媒体流体が循環する。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, the impeller of the heat
原子力発電プラント1bの主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って中間熱交換器21へ流れ、内部を流れる熱媒体流体を熱交換で加熱後、戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り、低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流して復水器6で冷却されて凝縮水になって給水ポンプ7で原子炉3に戻されるサイクルが形成されている。中間熱交換器21および主蒸気抽出管14と戻り管15など水素製造のために使用される放射能を含む抽出主蒸気が流れる機器および配管類を原子力発電プラント1b内に収納することによって、放射線防護対策は既存の原子力発電プラントに施されている施設でまかなえるので、水素製造装置のための特別の放射線防護対策は不要である。
The high-temperature steam branched and extracted from the
発電機8の回転軸に直結している循環機22が駆動して閉ループを熱媒体流体が循環するが、熱媒体流体が循環することによって、中間熱交換器21で主蒸気管9から抽出した主蒸気によって熱交換で加熱された高温の熱媒体流体が熱媒体流体配管24を介して水素製造プラント2bへ流れる。水素製造プラント2b内では分岐して熱媒体流体配管24aから改質器10へ、熱媒体流体配管24bから混合ガス熱交換器12へ、熱媒体流体配管24cから蒸気発生装置17へ流れ熱媒体流体配管24dを通って燃料予熱器16へと流れる。
The
燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は燃料予熱器16で熱媒体流体との熱交換で予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で熱媒体流体との熱交換で加熱されて水蒸気になり混合ガス熱交換器12へ流れる。そして燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって混合ガス熱交換器12で熱媒体流体との熱交換で加熱されて改質器10内へ流れる。
The fuel supplied from the
改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは熱媒体流体と熱交換して加熱されて例えば燃料がジメチルエーテルの場合は水蒸気によって、前記(1)式の改質反応を行って水素ガスを生成する。生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で分離されて水素ガスが回収される。
The
このように、本実施の形態の水素製造装置は、発電機8の回転軸に直結した熱媒体流体の循環機22が発電プラントの運転にともなって自動的に駆動して熱媒体流体が流れて、中間熱交換器21で主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気との熱交換で加熱され、改質器10と、混合ガス熱交換器12と、蒸気発生装置17から燃料予熱器16の熱交換に利用されて熱媒体流体配管25を通って循環機22に戻る循環流を形成する。なお、熱媒体流体配管24a,24b,24cにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して熱媒体流体流量が調節される。さらに、主蒸気抽出管14にも調節弁が設置され負荷に応じて主蒸気抽出流量が調節される。また、熱媒体流体配管の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置してもよい。
As described above, in the hydrogen production apparatus of the present embodiment, the heat
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1bの原子炉3を沸騰水型原子炉にした場合でも、原子炉3から発生した蒸気の熱エネルギーを中間熱交換器21を介して熱媒体流体に熱交換して水素製造プラント2bの改質器10および混合ガス熱交換器12および燃料供給装置11に利用できるので、放射化された水蒸気が水素製造プラント2b側へ流れることがなく、水素製造プラント2b側に放射線防護対策を必要としない安全な水素製造装置を提供することができる。さらに、熱媒体流体の循環機22の駆動には高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5および発電機8の回転力を利用できるので必要なエネルギーの大半を効果的に活用できる。さらに熱交換に利用した抽出主蒸気は再び発電プラントに戻されるので無駄なく有効に利用でき、エネルギー効率の高い水素製造装置を提供することができる。
According to the present embodiment, even when the nuclear reactor 3 of the
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態を図5を用いて説明する。本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1aに設けた中間熱交換器21を介して水素製造プラント2cを接続し、原子力発電プラント1aの蒸気を利用して中間熱交換器21で熱交換された熱媒体流体、例えばヘリウムガスなどの熱媒体流体の熱エネルギーを利用して水素製造プラント2cにおいて燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2c via an
原子力発電プラント1aは原子炉3と、高圧蒸気タービン4と、低圧蒸気タービン5と、復水器6と、給水ポンプ7と、高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結した発電機8を備えている。原子炉3は沸騰水型原子炉である。さらに、原子力発電プラント1aには中間熱交換器21と熱媒体流体の循環機22が備えられている。この循環機22はタービン22aとタービン22aに直結した羽根車22bで構成されている。循環機22は、図示しないケーシング、軸封装置、軸受け装置等の通常機能上必要な部品が備えられており、図5は模式的に簡略化したものである。
The nuclear power plant 1 a includes a nuclear reactor 3, a high-
中間熱交換器21には主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が接続しており、主蒸気が一部抽出されて中間熱交換器21に流れ込み、抽出した主蒸気と内部を通過する熱媒体流体とで熱交換される構成である。中間熱交換器21で熱交換した抽出主蒸気は循環機22のタービン22aに流れ込みタービン22aを回転させた後に、戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流する構成になっている。中間熱交換器21と循環機22と水素製造プラント2cとは熱媒体流体配管23,24,25が接続されて閉ループを形成している。これらの熱媒体流体配管内には熱媒体流体が封入されて、循環機22によって循環される構成になっている。
A main
一方、水素製造プラント2cは、改質器10と、燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された混合ガスを水蒸気で熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。改質器10と混合ガス熱交換器12は並列に設けられ、熱媒体流体配管24から2本に分岐して熱媒体流体配管24a,24bが並列に接続しており、中間熱交換器21で熱交換されて加熱された熱媒体流体は改質器10での熱交換と混合ガス熱交換器12での熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された熱媒体流体は熱媒体流体配管25a,25bを通って合流して熱媒体流体配管25を介して、循環機22の羽根車22bに吸い込まれ、ここで加圧されて吐出して熱媒体流体配管23から中間熱交換器21へと流れて循環する構成になっている。
On the other hand, the hydrogen production plant 2c includes a
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、さらに回収装置13は燃料予熱器16の後段に設置されている。
The
改質器10で生成された生成ガスは、改質器10と蒸気発生装置17の間に接続した生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17で熱交換後、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間を接続した生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16で熱交換して、生成ガス回収管20cを通って回収装置13へ流れる構成になっている。
The product gas generated in the
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、原子力発電プラント1aの主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って中間熱交換器21へ流れ、中間熱交換器21内部の熱媒体流体を熱交換で加熱して循環機22のタービン22aに入り、膨張仕事でタービン22aを回転させる。その後、循環機22を出た蒸気は戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り、低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流して復水器6で冷却されて凝縮水になって給水ポンプ7で原子炉3に戻されるサイクルをなす。中間熱交換器21、循環機22および主蒸気抽出管14と戻り管15など、水素製造のために使用される放射能を含む抽出主蒸気が流れる機器類を原子力発電プラント1a内に収納することによって、放射線防護対策は既存の原子力発電プラントに施されている施設でまかなえるので、水素製造装置のための特別の放射線防護対策が不要である。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, the high-temperature steam branched and extracted from the
循環機22のタービン22aの回転によって直結している羽根車22bが回転して閉ループ内を熱媒体流体が循環する。熱媒体流体が循環することによって、中間熱交換器21で主蒸気管9から抽出した主蒸気との熱交換で加熱された高温の熱媒体流体が熱媒体流体配管24を介して水素製造プラント2cへ流れる。水素製造プラント2c内では分岐して熱媒体流体配管24aから改質器10へ流れ、熱媒体流体配管24bから混合ガス熱交換器12へ流れる。改質器10と混合ガス熱交換器12で熱交換した熱媒体流体はそれぞれ熱媒体流体配管25a,25bを介して合流して熱媒体流体配管25を通って原子力発電プラント1a内の循環機22に戻る循環流れを形成する。
The
一方、燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は、燃料予熱器16で生成ガスとの熱交換で予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で生成ガスとの熱交換で加熱されて水蒸気になり混合ガス熱交換器12へ流れて、燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって混合ガス熱交換器12で熱媒体流体との熱交換で加熱されて改質器10内へ流れる。改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは熱媒体流体と熱交換して加熱されて例えば燃料がジメチルエーテルの場合は水蒸気によって、前記(1)式の改質反応を行って水素ガスを生成する。
On the other hand, the fuel supplied from the
このようにして生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で分離されて回収される。但し、生成された水素ガスは直接回収装置13へ行かないで生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17の熱交換に利用された後に、生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16の熱交換に利用されてから生成ガス回収管20cを通って回収装置13に回収される。なお、熱媒体流体配管24a,24bにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して熱媒体流体の流量が調節される。さらに、主蒸気抽出管14にも調節弁が設置され負荷に応じて主蒸気抽出流量が調節される。また、熱媒体流体配管の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置することも可能である。
The hydrogen gas generated in this manner contains carbon dioxide and is separated and recovered by the
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1aの原子炉3を沸騰水型原子炉にした場合でも、原子炉3から発生した蒸気の熱エネルギーを中間熱交換器21を介して熱媒体流体に熱交換して水素製造プラント2cの改質器10および混合ガス熱交換器12に利用できるので、放射化された水蒸気が水素製造プラント2c側へ流れることがなく、水素製造プラント2c側に放射線防護対策を必要としない安全な水素製造装置を提供することができる。さらに、熱媒体流体の循環機22の駆動には原子炉3から発生した主蒸気を利用でき、かつ、利用した抽出主蒸気は再び発電プラントに戻されるので無駄なく有効に利用できると共に、必要なエネルギーの大半を効果的に活用できる。さらに、改質反応で発生した生成ガスの余剰熱エネルギーを燃料供給装置11の熱交換に利用できるので水素製造に必要なエネルギーの大半を効果的に活用でき、生成ガスの余剰熱エネルギーを回収装置13で冷却するエネルギーを少なくすることができるなど、エネルギー効率のよい水素製造装置を提供することができる。
According to the present embodiment, even when the nuclear reactor 3 of the nuclear power plant 1a is a boiling water reactor, the heat energy of the steam generated from the nuclear reactor 3 is converted into the heat medium fluid via the
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態を図6を用いて説明する。本実施の形態の水素製造装置は、原子力発電プラント1bに設けた中間熱交換器21を介して水素製造プラント2cを接続し、原子力発電プラント1bの蒸気を利用して中間熱交換器21で熱交換された熱媒体流体、例えばヘリウムガスなどの熱媒体流体の熱エネルギーを利用して水素製造プラント2cにおいて燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The hydrogen production apparatus of the present embodiment connects a hydrogen production plant 2c via an
原子力発電プラント1bは原子炉3と、高圧蒸気タービン4と、低圧蒸気タービン5と、復水器6と、給水ポンプ7と、高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5の回転軸に直結した発電機8を備えている。原子炉3は沸騰水型原子炉である。さらに、原子力発電プラント1bには中間熱交換器21と熱媒体流体の循環機22が備えられている。この循環機22の羽根車が前記発電機8の回転軸に直結されている。循環機22は、図示しないケーシング、軸封装置、軸受け装置等の通常機能上必要な部品が備えられており、図6は模式的に簡略化したものである。
The
中間熱交換器21には主蒸気管9から分岐した主蒸気抽出管14が接続しており、主蒸気が一部抽出されて中間熱交換器21に流れ込み、抽出した主蒸気と内部を通過する熱媒体流体とで熱交換される構成である。中間熱交換器21で熱交換した抽出主蒸気は戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流する構成になっている。循環機22と中間熱交換器21と水素製造プラント2cとは熱媒体流体配管23,24,25が接続されて閉ループを形成している。これらの熱媒体流体配管内には熱媒体流体が封入されて、循環機22によって循環される構成である。
A main
水素製造プラント2cは、改質器10と、燃料供給装置11と、燃料供給装置11から供給された混合ガスを熱媒体流体と熱交換させる混合ガス熱交換器12と、改質器10から出た水素ガスを含む生成ガスを精製して水素ガスを分離回収する回収装置13を備えている。改質器10と混合ガス熱交換器12は並列に設けられ、熱媒体流体配管24から2本に分岐して熱媒体流体配管24a,24bが並列に接続しており、中間熱交換器21で熱交換されて加熱された熱媒体流体は改質器10での熱交換と混合ガス熱交換器12での熱交換に利用される構成になっている。これらの熱交換に利用された熱媒体流体は熱媒体流体配管25a,25bを通って合流して熱媒体流体配管25を介して、循環機22に吸い込まれ、ここで加圧されて吐出して熱媒体流体配管23から中間熱交換器21へと流れて循環する構成になっている。
The hydrogen production plant 2 c includes a
燃料供給装置11は燃料予熱器16と、燃料と混合される水蒸気を発生させる蒸気発生装置17とで構成され、燃料予熱器16には燃料を供給するための燃料供給器18が接続し、蒸気発生装置17には水を供給するための水供給器19が接続している。燃料供給器18には、図示しないが、例えば燃料タンク、ポンプ、圧力調整器などが備えられ、水供給器19には、図示しないが、例えば水タンク、ポンプなどが備えられている。燃料予熱器16は蒸気発生装置17の後段に設置され、さらに回収装置13は燃料予熱器16の後段に設置されている。
The
改質器10で生成された生成ガスは、改質器10と蒸気発生装置17の間を接続した生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17で熱交換後、蒸気発生装置17と燃料予熱器16の間を接続した生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16で熱交換して、生成ガス回収管20cを通って回収装置13へ流れる構成になっている。
The product gas generated in the
このように構成された本実施の形態の水素製造装置において、熱媒体流体の循環機22の羽根車が原子炉3から発生した主蒸気の膨張仕事によって回転する発電機8の軸に直結しているので、発電機8の回転に伴って自動的に循環機22が駆動して閉ループの熱媒体流体が循環する。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment configured as described above, the impeller of the heat
原子力発電プラント1bの主蒸気管9から分岐して抽出した高温水蒸気は主蒸気抽出管14を通って中間熱交換器21へ流れ、内部の熱媒体流体を熱交換で加熱後、戻り管15を通って復水器6の入り口に戻り、低圧蒸気タービン5で仕事を終えた主蒸気と合流して復水器6で冷却されて凝縮水になって給水ポンプ7で原子炉3に戻されるサイクルをなす。中間熱交換器21および主蒸気抽出管14と戻り管15など水素製造のために使用される放射能を含む抽出主蒸気が流れる機器および配管類を原子力発電プラント1b内に収納することによって、放射線防護対策は既存の原子力発電プラントに施されている施設でまかなえるので、水素製造装置のための特別の放射線防護対策が不要である。
The high-temperature steam branched and extracted from the
発電機8の回転軸に直結している循環機22が駆動して閉ループの熱媒体流体が循環するが、熱媒体流体が循環することによって、中間熱交換器21で主蒸気管9から抽出した主蒸気によって熱交換で加熱された高温の熱媒体流体が熱媒体流体配管24を介して水素製造プラント2cへ流れる。水素製造プラント2c内では分岐して熱媒体流体配管24aから改質器10へ、熱媒体流体配管24bから混合ガス熱交換器12へ流れる。改質器10と混合ガス熱交換器12で熱交換した熱媒体流体はそれぞれ熱媒体流体配管25a,25bを介して合流して熱媒体流体配管25を通って原子力発電プラント1b内の循環機22に戻る。
The circulating
燃料供給器18から供給された燃料、例えばジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は燃料予熱器16で生成ガスとの熱交換で予熱されて混合ガス熱交換器12へ流れ、水供給器19から供給された水は蒸気発生装置17で生成ガスとの熱交換で加熱されて水蒸気になり混合ガス熱交換器12へ流れて、燃料と水蒸気が混合して混合ガスとなって混合ガス熱交換器12で熱媒体流体との熱交換で加熱されて改質器10内へ流れる。
The fuel supplied from the
改質器10内には、例えばCu−Zn触媒が充填され、混合ガスは熱媒体流体と熱交換して加熱されて例えば燃料がジメチルエーテルの場合は水蒸気によって、前記(1)式の改質反応を行って水素ガスを生成する。このようにして生成された水素ガスは二酸化炭素を含んでいるので回収装置13で分離されて回収される。但し、生成された水素ガスは直接回収装置13へ行かないで生成ガス回収管20aを通って蒸気発生装置17の熱交換に利用された後に、生成ガス回収管20bを通って燃料予熱器16の熱交換に利用されてから生成ガス回収管20cを通って回収装置13に回収される。
The
なお、熱媒体流体配管24a,24bにはそれぞれ図示しない調節弁が設置されており熱負荷に対応して熱媒体流体の流量が調節される。さらに、主蒸気抽出管14にも調節弁が設置され負荷に応じて主蒸気抽出流量が調節される。また、熱媒体流体配管の系統には、詳細システム検討時に反応生成に必要な温度が不足する場合は、不足分を補填する加熱器を設置することも可能である。
In addition, a control valve (not shown) is installed in each of the heat
本実施の形態によれば、原子力発電プラント1bの原子炉3を沸騰水型原子炉にした場合でも、原子炉3から発生した蒸気の熱エネルギーを中間熱交換器21を介して熱媒体流体に熱交換して水素製造プラント2cの改質器10および混合ガス熱交換器12に利用できるので放射化された水蒸気が水素製造プラント2c側へ流れることがなく、水素製造プラント側2cに放射線防護対策を必要としない安全な水素製造装置を提供することができる。さらに、熱媒体流体の循環機22の駆動には高圧蒸気タービン4および低圧蒸気タービン5および発電機8の回転力を利用できるので必要なエネルギーの大半を効果的に活用できる。さらに熱交換に利用した抽出主蒸気は再び発電プラントに戻されるので無駄なく有効に利用できる。さらに、改質反応で発生した生成ガスの余剰熱エネルギーを燃料供給装置11の熱交換に利用できるので水素製造に必要なエネルギーの大半を効果的に活用でき、生成ガスの余剰熱エネルギーを回収装置13で冷却するエネルギーを少なくすることができるなど、エネルギー効率のよい水素製造装置を提供することができる。
According to the present embodiment, even when the nuclear reactor 3 of the
(第7の実施の形態)
本発明の第7の実施の形態を図7を用いて説明する。本実施の形態は、前記第1ないし第6の実施の形態の水素製造装置に備えられる改質器10の好適な構成の一例に関する。すなわち、上述した第1ないし第6の実施の形態における改質器10としては、従来知られている構成のものを用いてもよいが、以下説明する本実施の形態の改質器を適用することがより好適である。
(Seventh embodiment)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to an example of a preferable configuration of the
改質器10はシェルアンドチューブ型の縦型熱交換器の形態を成す。シェル31内は、管板32と管板33によって3つの部屋、加熱流体室31a、混合ガス室31bおよび生成ガス室31cに区分され、上下端は鏡板で封止されている。内部に二重管構成のバイオネット型の触媒管34が収納されている。この触媒管34は外管34aと内管34bで構成される。外管34aは下端部は閉止し、上端部は開口して管板32に固定され、内管34bは上下端共に開口し、上端部は管板33に固定されている。
The
加熱流体室31aには触媒管34を加熱するための前記原子力発電プラント1から抽出した主蒸気または、前記原子力発電プラント1a,1b内の中間熱交換器21で熱交換されて加熱された熱媒体流体が入出する加熱流体入口管35と加熱流体出口管36が設けられ、混合ガス室31bには混合ガス入口管37が設けられ、生成ガス室31cには改質反応で生成された生成ガスの生成ガス出口管38が設けられている。
In the
触媒管34の外管34aと内管34bの間に形成される環状隙間には触媒39が充填される。触媒充填層は空隙部を有して混合ガスが流れるようになっている。触媒管34の環状隙間の下部領域に触媒非充填部40を設けるために、例えばメッシュなどの穴のあいた仕切りとして穴明き受け板41が設置されている。他に図示しないが、加熱流体室31aには熱交換を良くするためのバッフル板が設けられている。
An annular gap formed between the
このように形成された本実施の形態の改質器においては、加熱流体が加熱流体入口管35から入り、加熱流体出口管36から出て行く。この間の加熱流体室31a内で熱交換される。一方、例えば、ジメチルエーテルなどの燃料と水蒸気の混合ガスが混合ガス入口管37から入り、触媒39の充填層の空隙部を流れていくうちに前記加熱流体から熱を受けて前記(1)式のように改質反応を行って水素ガスを生成する。生成ガスは触媒管34の下部でUターンして内管34bの中を流れて生成ガス室31cに集まり生成ガス出口管38から出て行く。
In the reformer of the present embodiment thus formed, the heating fluid enters from the heating
触媒層内は吸熱反応であり、熱量が多いほど触媒充填層での反応が促進され水素生成効率は良くなる。そこで、触媒管34の下部に触媒非充填部40を設けることによってこの部分で生成ガスが再加熱される。この再加熱された生成ガスが内管34bを流れるときに熱交換して、触媒層の内側からも加熱することができるので多くの熱量を与えることができる。
The inside of the catalyst layer is an endothermic reaction, and as the amount of heat increases, the reaction in the catalyst packed bed is promoted and the hydrogen generation efficiency is improved. Therefore, the product gas is reheated at this portion by providing the catalyst
本実施の形態によれば、発電プラントから抽出した高温の水蒸気または中間熱交換器で熱交換された熱媒体流体からなる加熱流体による触媒充填層の外側からの加熱と、再加熱された生成ガスによる触媒充填層の内側からの加熱によって改質器の熱交換効率が向上して熱効率の高い水素製造装置を提供することができる。なお、本実施の形態の改質器は縦型としたが、横型にすることも可能である。 According to the present embodiment, high-temperature steam extracted from a power plant or heating from the outside of the catalyst packed bed by a heating fluid consisting of a heat medium fluid heat-exchanged by an intermediate heat exchanger, and reheated product gas The heat exchange efficiency of the reformer is improved by heating from the inside of the catalyst packed bed by and a hydrogen production apparatus with high thermal efficiency can be provided. Although the reformer of the present embodiment is a vertical type, it can also be a horizontal type.
1,1a,1b…原子力発電プラント、2,2a,2b,2c…水素製造プラント、3…原子炉、4…高圧蒸気タービン、5…低圧蒸気タービン、6…復水器、7…給水ポンプ、8…発電機、9…主蒸気管、10…改質器、11…燃料供給装置、12…混合ガス熱交換器、13…回収装置、14…主蒸気抽出管、14a,14b,14c,14d…主蒸気抽出分岐管、15…戻り管、15a,15b,15c…戻り管枝管、16…燃料予熱器、17…蒸気発生装置、18…燃料供給器、19…水供給器、20a,20b,20c…生成ガス回収管、21…中間熱交換器、22…循環機、22a…タービン、22b…羽根車、23,24,24a,24b,24c,24d,25,25a,25b,25c…熱媒体流体配管、31…シェル、31a…加熱流体室、31b…混合ガス室、31c…生成ガス室、32,33…管板、34…触媒管、34a…外管、34b…内管、35…加熱流体入口管、36…加熱流体出口管、37…混合ガス入口管、38…生成ガス出口管、39…触媒、40…触媒非充填部、41…穴明き受け板。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
A method for producing hydrogen, comprising heating a heat medium fluid with steam extracted from a nuclear power plant, heating fuel and water with heat of the heat medium fluid, and steam reforming the fuel to produce hydrogen gas.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008273795A (en) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Toshiba Corp | Hydrogen production apparatus and hydrogen production method |
JP2014025801A (en) * | 2012-07-26 | 2014-02-06 | Toshiba Corp | Pressurized water nuclear power plant and steam supply method for the same |
CN104058368A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-24 | 中国五环工程有限公司 | Process and system for producing hydrogen by converting hydrocarbon-containing tail gas |
KR20190030044A (en) * | 2017-09-13 | 2019-03-21 | 한국에너지기술연구원 | Apparatus for producing hydrogen gas through steam reforming reaction of organic and method for producing hydrogen gas using the same |
CN112562879A (en) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 东北大学 | Energy cascade utilization multi-element energy supply system based on nuclear energy |
CN117285004A (en) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 中国科学院过程工程研究所 | Device, method and application for preparing hydrogen by condensing and catalyzing with ultraviolet light |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5641802A (en) * | 1979-09-07 | 1981-04-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method and apparatus for utilizing heat of high temperature gas furnace for petroleum refining |
JPS62263284A (en) * | 1986-05-12 | 1987-11-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel reforming apparatus |
JPH02160601A (en) * | 1988-12-15 | 1990-06-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Production of hydrogen by methanol reforming and apparatus therefor |
JPH04320999A (en) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Hydrogen gas producing device using high temperature gas reactor |
JPH07232902A (en) * | 1993-12-28 | 1995-09-05 | Chiyoda Corp | Method for transmitting heat in reformer |
JP2003165704A (en) * | 2001-11-28 | 2003-06-10 | Toshiba Corp | Hydrogen manufacturing system |
JP2004224661A (en) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toshiba Corp | Electric power generation/hydrogen preparation combination plant |
JP2006347810A (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | Apparatus and method for producing hydrogen |
-
2005
- 2005-08-31 JP JP2005251046A patent/JP2007063066A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5641802A (en) * | 1979-09-07 | 1981-04-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method and apparatus for utilizing heat of high temperature gas furnace for petroleum refining |
JPS62263284A (en) * | 1986-05-12 | 1987-11-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel reforming apparatus |
JPH02160601A (en) * | 1988-12-15 | 1990-06-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Production of hydrogen by methanol reforming and apparatus therefor |
JPH04320999A (en) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Hydrogen gas producing device using high temperature gas reactor |
JPH07232902A (en) * | 1993-12-28 | 1995-09-05 | Chiyoda Corp | Method for transmitting heat in reformer |
JP2003165704A (en) * | 2001-11-28 | 2003-06-10 | Toshiba Corp | Hydrogen manufacturing system |
JP2004224661A (en) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toshiba Corp | Electric power generation/hydrogen preparation combination plant |
JP2006347810A (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | Apparatus and method for producing hydrogen |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008273795A (en) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Toshiba Corp | Hydrogen production apparatus and hydrogen production method |
JP2014025801A (en) * | 2012-07-26 | 2014-02-06 | Toshiba Corp | Pressurized water nuclear power plant and steam supply method for the same |
CN104058368A (en) * | 2014-06-10 | 2014-09-24 | 中国五环工程有限公司 | Process and system for producing hydrogen by converting hydrocarbon-containing tail gas |
CN104058368B (en) * | 2014-06-10 | 2015-09-23 | 中国五环工程有限公司 | A kind of hydrocarbonaceous tail gas reforming process and system |
KR20190030044A (en) * | 2017-09-13 | 2019-03-21 | 한국에너지기술연구원 | Apparatus for producing hydrogen gas through steam reforming reaction of organic and method for producing hydrogen gas using the same |
KR102000664B1 (en) * | 2017-09-13 | 2019-07-16 | 한국에너지기술연구원 | Apparatus for producing hydrogen gas through steam reforming reaction of organic and method for producing hydrogen gas using the same |
CN112562879A (en) * | 2020-12-03 | 2021-03-26 | 东北大学 | Energy cascade utilization multi-element energy supply system based on nuclear energy |
CN112562879B (en) * | 2020-12-03 | 2024-05-14 | 东北大学 | Energy cascade utilization multi-element energy supply system based on nuclear energy |
CN117285004A (en) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 中国科学院过程工程研究所 | Device, method and application for preparing hydrogen by condensing and catalyzing with ultraviolet light |
CN117285004B (en) * | 2023-11-27 | 2024-02-20 | 中国科学院过程工程研究所 | Device, method and application for preparing hydrogen by condensing and catalyzing with ultraviolet light |
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