JP2007223843A - Apparatus and method for producing hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、既設の発電プラント等の水蒸気を一部流用して水素製造プラントの加熱源として水素を製造する水素製造装置及び製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a production method for producing hydrogen as a heating source of a hydrogen production plant by partially diverting water vapor from an existing power plant or the like.
最近の電力産業分野において、化石燃料枯渇に対応する省エネルギー化、CO2やNOxの濃度増加に伴う環境保全等の観点から燃料の多様化が研究開発されており、その一つとして水素ガス利用技術がある。 In the recent electric power industry, diversification of fuels has been researched and developed from the viewpoints of energy saving to cope with fossil fuel depletion and environmental conservation associated with increased concentrations of CO 2 and NOx. There is.
この水素ガスの利用技術として、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、水素等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が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、後者は、高圧の水素ガスと純酸素ガスを燃焼させ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が知られている(例えば、特許文献2参照)。 As this hydrogen gas utilization technology, for example, there are a fuel cell power generation system and a hydrogen combustion power plant. The former is known to generate electric energy directly by an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen and an oxidant typified by oxygen (see, for example, Patent Document 1). In the latter, 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 to generate power. (For example, refer to Patent Document 2).
上述のように、前者、後者共に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できる見地から、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。 As mentioned above research, the former, NOx in the latter both, SOx, from the standpoint of a very available clean energy that does not generate environmental pollutants and greenhouse gases such as CO 2, as part of the new energy promotion policy for the 21st century The results of are attracting attention.
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。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という不具合や不都合があった。 By the way, 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. In hydrogen production by electrolysis of water, most of the necessary cost is electric power. In current nuclear power plants and thermal power plants, only about 50% of fission energy exchanged for heat and fuel energy such as oil and natural gas is converted into electric power. In particular, the heat utilization efficiency in a nuclear power plant is about 30%. For this reason, in the hydrogen production by electrolysis of water, there is a problem and inconvenience that the efficiency of energy use is extremely poor, leading to high costs.
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、水素製造にあたり水素発生源として採用するとコスト的に有利となる。また、メタノール、ジメチルエーテル又はエタノール等は、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にこの量が比較的多い。このような点に着目して提案されているメタノール改質反応装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。 On the other hand, oxygen-containing hydrocarbons such as methanol and dimethyl ether can be steam reformed at a low temperature, and therefore, when used as a hydrogen generation source in hydrogen production, it is advantageous in terms of cost. Methanol, dimethyl ether, ethanol, and the like are relatively large because they are produced from methane in small and medium gas fields, carbon dioxide, and gas fields with a high CO 2 content. A methanol reforming reaction apparatus proposed by paying attention to such a point is known (for example, see Patent Document 3).
このメタノール改質反応装置は、メタノールと水の混合蒸気を触媒の存在下で熱媒体油により加熱しながら反応を行うものである。改質装置の小型化を図れる技術である。この装置は、U字型の反応管を設置し、熱媒体油を胴側の上部に供給して下部より抜き出している。外部の加熱器で加熱された上記熱媒体油をポンプで循環しながら反応管を加熱している。また、別の例として、原料蒸発器、改質反応器、電熱加熱器、触媒燃焼器および撹拌器を同一の熱媒体油槽に入れ、撹拌器で撹拌しながら加熱する技術も知られている。
上述した従来のメタノール改質反応装置においては、メタノールと水の混合蒸気を触媒の存在下で熱媒体油により加熱しながら反応を行うものである。この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、水素を製造のときにはコスト的に有利である。 In the conventional methanol reforming reaction apparatus mentioned above, it reacts, heating the mixed vapor | steam of methanol and water with heat medium oil in presence of a catalyst. Since oxygen-containing hydrocarbons such as methanol and dimethyl ether can be steam-reformed at low temperatures, they are advantageous in terms of cost when producing hydrogen.
しかし、このメタノール改質反応装置は、上記熱媒体油を加熱し循環するために加熱装置、循環ポンプおよび配管等を外部に設ける必要がある。このメタノール改質反応装置の導入は、メタノール改質反応装置に係る設備を増大化し設置スペースを増加させてしまう、という課題があった。 However, in this methanol reforming reaction apparatus, it is necessary to provide a heating device, a circulation pump, piping and the like outside in order to heat and circulate the heat medium oil. The introduction of the methanol reforming reaction apparatus has a problem that the facilities related to the methanol reforming reaction apparatus are increased and the installation space is increased.
一方、上記循環ポンプや配管を省略するために、原料蒸発器、改質反応器、電熱加熱器、触媒燃焼器および撹拌器を同一の熱媒体油槽に入れ、撹拌器で撹拌しながら加熱する技術が提案されている。 On the other hand, in order to omit the above circulating pump and piping, a technology in which a raw material evaporator, a reforming reactor, an electric heating heater, a catalytic combustor and a stirrer are placed in the same heat medium oil tank and heated while stirring with a stirrer Has been proposed.
しかしながら、この場合においても加熱器や触媒燃焼器等の加熱装置および撹拌器などの循環装置が必要であるので、設備を大型化してしまう、という課題があった。 However, even in this case, a heating device such as a heater or a catalytic combustor and a circulation device such as a stirrer are necessary, and there is a problem that the equipment is increased in size.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、既設の発電プラント等の水蒸気を一部流用して水素製造プラントの加熱源とすることによりエネルギー利用効率の向上や設備簡素化を図ることができる水素製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is intended to improve energy utilization efficiency and simplify equipment by partially using steam from an existing power plant or the like as a heating source for a hydrogen production plant. An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus and a production method that can perform the above-described process.
上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガスと原料水蒸気を含む混合蒸気を供給する原料供給系統と、この原料供給系統から導入された混合蒸気を水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気で加熱し水蒸気改質して水素を生成する改質器と、を有する水素製造装置であって、前記改質器は、前記混合蒸気を導入する複数の反応管と、この反応管内に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a raw material supply system that supplies a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and a steam for heating that is produced from the mixed steam introduced from the raw material supply system in a steam production facility. A hydrogen production apparatus comprising: a reformer that generates hydrogen by steam reforming and steam, wherein the reformer is provided in the reaction tube and a plurality of reaction tubes that introduce the mixed steam. A catalyst that promotes hydrogen generation by steam reforming the mixed steam; a shell including the reaction tube; and a heat medium oil stored in the shell and in contact with at least a part of the outer surface of the reaction tube; And a steam pipe that heats the heat medium oil by introducing the steam for heating produced in the water vapor production and utilization facility by being immersed in the heat medium oil.
上記目的を達成するため、本発明は、燃料ガス及び原料水蒸気を含む混合蒸気を供給する原料供給系統と、原料供給系統から導入された混合蒸気を前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気で加熱し水蒸気改質して水素を生成する改質器と、を有する水素製造装置であって、前記改質器は、前記混合蒸気が導入される複数の外管及びこの外管内に設けられ生成された水素が流れる内管を含む二重管を形成する反応管と、この外管と内管と間に形成された環状隙間に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記外管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a raw material supply system for supplying a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and a steam for heating produced from the raw material supply system in the steam production and utilization facility using the mixed steam introduced from the raw material supply system. And a reformer for generating hydrogen by steam reforming to produce hydrogen, wherein the reformer is provided in a plurality of outer tubes into which the mixed steam is introduced and in the outer tubes Provided in a reaction tube that forms a double tube including an inner tube through which the generated hydrogen flows, and an annular gap formed between the outer tube and the inner tube, steam reforming the mixed steam promotes hydrogen generation Catalyst, a shell including the reaction tube, a heat medium oil stored in the shell and in contact with at least a part of the outer surface of the outer tube, and immersed in the heat medium oil and used for the production of water vapor Introducing heating steam produced at the facility Te is characterized in that it comprises a steam pipe for heating the thermal oil.
本発明の水素製造装置及び製造方法によれば、既設の発電プラント等の水蒸気を一部流用して水素製造プラントの加熱源とすることによりエネルギー利用効率の向上や設備簡素化を図ることができる。 According to the hydrogen production apparatus and production method of the present invention, it is possible to improve energy utilization efficiency and simplify equipment by partially diverting water vapor from an existing power plant or the like as a heating source for a hydrogen production plant. .
以下、本発明に係る水素製造装置及び製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a hydrogen production apparatus and a production method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention.
本図に示すように、水素製造装置は、水蒸気製造利用施設101に接続される水素製造プラント102として構成される。この水蒸気製造利用施設101の蒸気熱エネルギーを利用して、水素製造プラント102において燃料を水蒸気改質して水素を生成している。
As shown in the figure, the hydrogen production apparatus is configured as a
上記水蒸気製造利用施設101は、例えば、発電プラントまたはごみ焼却施設等を例示することができる。この発電プラントは、高圧高温水蒸気を発生させてそのエネルギーで発電機を駆動して発電する施設である。また、特に大型の施設では、ごみ焼却(燃焼)するときに発生する熱を使用するボイラを併設しており、このボイラで製造した水蒸気を、温水プールや暖房等に利用している。これらの発電プラントやごみ焼却施設等においては、使用後の水蒸気は放出されるか凝縮器で水に戻して再利用されている。したがって、これらの施設内で製造し利用される水蒸気は余剰エネルギーを有している場合が多い。
The steam
上記水素製造プラント102は、改質器103と、燃料と水の混合蒸気である原料を供給する原料供給系統104と、生成ガス回収系統105とを有する。
The
この原料供給系統104は、例えばエタノール、ジメチルエーテル等の燃料タンクやガス化してかつ予熱する予熱器(図示せず)等を備えた燃料供給装置106を有する。また、原料水を貯溜する水タンク、この貯溜された原料水を供給するポンプおよびこの供給された原料水を蒸発する水蒸発器(図示せず)等を備えた原料水蒸気供給装置107を設置している。また、この燃料ガスと原料水蒸気を導入して混合蒸気を生成する混合部108等が設けられている。さらに、上記生成ガス回収系105には、上記混合蒸気が改質されて生成された水素ガスや他の生成ガスを分離回収して水素ガスを精製する装置(図示せず)等が設置されている。
The raw
水蒸気製造利用施設101と改質器103との間には、この水蒸気製造利用施設101で製造された水蒸気を一部または全部抽出して改質器103を加熱するための蒸気抽出管109と、この改質器103における加熱を終了した蒸気を戻すための蒸気戻り管110が、それぞれ接続されている。
Between the steam production /
また、上述の改質器103は、複数の反応管111と、この反応管111を包含するシェル112を有する。このシェル112内には熱媒体油113が貯溜されており、熱媒体油113は反応管111の外表面の少なくとも一部と接液している。この熱媒体油113を加熱するために、熱媒体油113中には蒸気管114が浸漬されている。この蒸気管114には、上記蒸気抽出管109と蒸気戻り管110が接続され、上記水蒸気製造利用施設101から抽出した加熱用の蒸気が流れるようになっている。上記反応管111内には、例えばCu−Zn等を合成した触媒115が充填されている。
The
このように形成された本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は蒸気抽出管109を経由して改質器103へ導入される。この導入された高温水蒸気は、蒸気管114内を経由してシェル112内に貯溜された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。この加熱した後の水蒸気は、蒸気戻り管110を介して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment formed as described above, the high-temperature steam branched and extracted from the steam
一方、原料供給系統104の燃料供給装置106から供給される燃料、例えばエタノール、ジメチルエーテル等の含酸素炭化水素は燃料供給装置106でガス化される。また、原料供給系統104の原料水蒸気供給装置107に導入された水は原料水蒸気供給装置107で蒸気化される。上記エタノール又はジメチルエーテル等の燃料ガスと原料水蒸気は混合部108で混合されて混合蒸気となる。この混合蒸気は、改質器103の反応管111内に供給される。
On the other hand, the fuel supplied from the
この供給された混合蒸気は、反応管111内の触媒115充填層の空隙部を通過する間に加熱されて改質反応を行って水素ガスを生成する。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、下記の(1)式が示すように、改質反応を行って水素ガスを生成する。
The supplied mixed steam is heated while passing through the voids of the packed bed of the
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CO2を含んでいるので生成ガス回収系統105で分離され精製されて回収される。
CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 6H 2 + 2CO 2 (1)
The hydrogen gas generated in this manner contains carbon dioxide CO 2 and is separated and purified by the product
上記(1)式が示す反応は吸熱反応であるので、この改質反応を継続するためには所定の熱量を与え続ける必要がある。上述のように水蒸気製造利用施設101の高温水蒸気で加熱された熱媒体油113から熱を受けて反応管111内の触媒115および混合ガスが加熱されるようになっている。熱媒体油として、例えば、バーレルサーム400(商品名)等の高沸点高温用熱媒体油が使用される。このバーレルサーム400は、300℃以上の温度でも使用可能であり、熱伝導性も良く、比熱が大きくて温度の変動が緩やかであるために効率よく安定した加熱を可能とする。
Since the reaction represented by the above formula (1) is an endothermic reaction, it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat in order to continue this reforming reaction. As described above, the
なお、上記の蒸気抽出管109の系統には、反応生成に必要な温度が不足するときには、不足分を補填する加熱器を設置することも可能である。また、上記改質器103の外部の系統には、流量調節用または閉止用等の弁が必要とされるが図示は省略する。
In the system of the
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント102の改質器103に利用することにより、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、さらに利用後の蒸気を再び水蒸気製造利用施設101に戻しているので蒸気の持つ熱エネルギーを無駄なく有効に利用できる。かくして、水蒸気製造利用施設101のエネルギー効率を一段と向上させることができる。
According to the present embodiment, most of the energy required for hydrogen production can be effectively utilized by using the thermal energy of the steam generated from the steam
また、加熱媒体油113を使用しているので、効率よく安定した加熱が可能である。さらに、水蒸気製造利用施設101で製造される高圧の水蒸気は配管114でシェル112内に導かれている。このように、圧力境界は配管114であるために安全性が高くシェル112は高圧仕様の容器とする必要がないので、容器肉厚を少なくし軽量化することができるので使用する金属資源の軽量化を図ることができる。
Moreover, since the
図2は、本発明の第2の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。本図は、図1の改質器103の構成の変形例を示すもので、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production apparatus according to the second embodiment of the present invention. This figure shows a modified example of the configuration of the
本図に示すように、水素製造装置の改質器103は、複数の反応管111と、この反応管111を包含するシェル112を有する。このシェル112内には熱媒体油113が貯溜されており、熱媒体油113は反応管111の外表面の少なくとも一部と接液しているこの熱媒体油113を加熱するために、熱媒体油113中には蒸気管114が浸漬されている。
As shown in the figure, the
この蒸気管114は、上記反応管111の間の空間領域に複数設置される第1の蒸気管114Aと、上記シェル112内の下部に貯溜されている熱媒体油113の下層部に設置される第2の蒸気管114Bとを有する。
The
この第1の蒸気管114Aの一端の上流側には上記蒸気抽出管109が接続されている。この蒸気抽出管109を介して水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を一部または全部抽出して改質器103を加熱している。また第2の蒸気管114Bの一端の上流側にも上記蒸気抽出管109が分岐して接続され、水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を改質器103に導入している。
The
この第1の蒸気管114Aの他端の下流側には上記蒸気戻り管110が接続され、上記加熱を終了した蒸気が上記水蒸気製造利用施設101に戻されるようになっている。また、第2の蒸気管114Aの他端の下流側配管は上記蒸気戻り管110に合流して接続され、加熱後の蒸気は上記水蒸気製造利用施設101に戻される。
The
本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を経由して改質器103へ供給される。この供給された高温水蒸気は、蒸気管114Aを介してシェル112内に貯溜された熱媒体油113と熱交換し加熱する。この熱媒体油113を加熱した水蒸気は、蒸気戻り管110を経由して水蒸気製造利用施設101に戻される。さらに、貯溜された熱媒体油113の下層部に配置された蒸気管114Bにも、上記蒸気抽出管109から分岐して高温水蒸気が供給される。この供給された高温水蒸気は、上記熱媒体油113の下層部を加熱して蒸気戻り管110に合流して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment, the high-temperature steam branched and extracted from the steam production /
一方、原料供給系統104からエタノール又はジメチルエーテル等の燃料ガスと原料水蒸気の混合ガスが、改質器103に内蔵された反応管111内に供給される。この混合ガスは、この反応管111内の触媒115から形成される充填層の空隙部を通過する間に改質反応を行って水素ガスを生成する。この生成された水素ガスは、二酸化炭素CO2を含んでいるので生成ガス回収系105において分離および精製されて回収される。
On the other hand, a mixed gas of fuel gas such as ethanol or dimethyl ether and raw material steam is supplied from a raw
上記改質反応は吸熱反応であるので、この改質反応を継続するためには所定の熱量を継続して与え続ける必要がある。このために、上記水蒸気製造利用施設101の高温水蒸気で加熱された熱媒体油113から熱を受けて反応管111内の触媒115及び混合ガスが加熱されるようになっている。
Since the reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat in order to continue the reforming reaction. For this purpose, the
一方、熱交換によって蒸気管114A内の蒸気は下流側になるほど温度が低くなり、貯溜された熱媒体油113の下層部の温度が低くなり温度が低い成層ができるので、改質反応効率が低下する恐れがあった。このために、熱媒体油113の下層部に蒸気管114Bを設けて加熱蒸気を流し下層部を加熱する。この蒸気管114Bによる加熱によって、熱媒体油113の下層部の温度が上昇して熱媒体油の比重が軽くなり自然対流が発生して温度の均一性が保たれる。この熱媒体油として、例えば、バーレルサーム400(商品名)等の高沸点高温用熱媒体油を使用しているので300℃以上まで加熱が可能で、熱伝導性もよく、比熱も大きく温度の変動が緩やかである。このために、効率よく安定した加熱が可能である。
On the other hand, the temperature of the steam in the
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント102の改質器103に利用することにより、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、さらに利用後の蒸気を再び水蒸気製造利用施設101に戻しているので蒸気の持つ熱エネルギーを無駄なく有効に利用できる。かくして、水蒸気製造利用施設101のエネルギー効率を一段と向上させることができる。
According to the present embodiment, most of the energy required for hydrogen production can be effectively utilized by using the thermal energy of the steam generated from the steam
また、上記反応管111の間に第1の蒸気管114Aを複数設置するだけでなく、上記貯溜されている熱媒体油113の下層部に第2の蒸気管114Bを設置する。この第2の蒸気管114Bを設けることにより、熱媒体油113の下層部の温度が上昇して熱媒体油113の比重が軽くなり自然対流が発生して温度の均一性が保てるので、さらに効率よく安定した加熱が可能となる。
Further, not only a plurality of
図3は、図2の改質器103の変形例の概略構造を示す構造図である。本図は、図2の改質器103にプレートフィン116を追加して設けたもので、図2と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 3 is a structural diagram showing a schematic structure of a modification of the
本図に示すように、上記改質器103に内蔵された反応管111及び蒸気管114の外表面の少なくとも一方に又はこの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン116が設けられている。ここでは、第1の蒸気管114Aの外表面にプレートフィン116を取り付けている。ここでのプレートフィン116は、反応管111及び蒸気管114Aに共有するプレートフィン316を設置した例を示している。また、蒸気管114Bに別のプレートフィン116を設けて伝熱特性を向上することも可能である。
As shown in the figure, a
本実施の形態によれば、蒸気管114A及び反応管111に共有するプレートフィン116を設けることにより、伝熱面積の向上による伝熱向上を図り、さらに蒸気管114Aからの熱伝導により伝熱性能を向上させることができる。
According to the present embodiment, by providing the
図4は、図2の改質器103の他の変形例の蒸気管114A及びその周辺部を部分拡大して示す構造図である。本図は、図3のプレートフィン116に流路孔117を追加して設けたもので、図3と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 4 is a structural diagram showing a partially enlarged view of a
本図に示すように、上記改質器103に内蔵された反応管111及び蒸気管114Aの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン116が設けられている。このプレートフィン116には、上記熱媒体油113が流れる流路孔117を設けて構成されている。
As shown in this figure,
本実施の形態によれば、上記プレートフィン116に流路孔117を設けることにより、改質器103内において熱媒体油113の加熱と自然循環による流れを促進することができる。このため、熱媒体油117の循環ポンプ等の循環装置が不要となるので、水素製造装置が簡素化され安全性の向上を図ることができる。さらに、加熱用の蒸気管及び反応管に共有する伝熱促進用のプレートフィン116を設けることにより、水素製造に係る伝熱性能が改善されるので、水素生成効率の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, by providing the channel hole 117 in the
図5は、図2の改質器103のさらに他の変形例の蒸気管114A及びその周辺部を部分拡大して示す構造図である。本図は、図3のプレートフィン116に切り欠き流路部118を追加して設けたもので、図3と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 5 is a structural diagram showing a partially enlarged view of a
本図に示すように、上記改質器103に内蔵された反応管111及び蒸気管114Aの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン116が設けられている。このプレートフィン116には、上記熱媒体油113が流れる切り欠き流路部118を設けて構成されている。また、図示しない仕切り板等を設けることにより、熱媒体油113の上昇流れと下降流れが干渉しないようにして、熱媒体油113の対流を促進することも可能である。
As shown in this figure,
本実施の形態によれば、上記プレートフィン116に切り欠き流路部118を設けることにより、改質器103内において熱媒体油117の加熱と自然循環による流れを促進することができる。このため、熱媒体油117の循環ポンプ等の循環装置が不要となるので、水素製造装置が簡素化され安全性の向上を図ることができる。さらに、加熱用の蒸気管及び反応管に共有する伝熱促進用のプレートフィン116を設けることにより、水素製造に係る伝熱性能が改善されるので、水素生成効率の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, by providing the
図6は、本発明の第3の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。本図は、図1の改質器103の構成の変形例を示すもので、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production apparatus according to the third embodiment of the present invention. This figure shows a modified example of the configuration of the
本図に示すように、上記改質器103は、複数の反応管411と、この反応管411を包含するシェル412を有する。このシェル412内には熱媒体油113が貯溜されており、熱媒体油113は反応管411の外表面の少なくとも一部と接液している。この熱媒体油113を加熱するために、熱媒体油113中には蒸気管414が浸漬されている。この蒸気管414には、上記蒸気抽出管109と蒸気戻り管110が接続され、上記水蒸気製造利用施設101から抽出した加熱用の蒸気が流れるようになっている。
As shown in the figure, the
上記反応管411内には、例えばCu−Zn等を合成した触媒115が充填されている。また熱媒体油113としては、例えばバーレルサーム400(商品名)等の高沸点高温用熱媒体油があり、300℃以上の温度でも使用可能である。
The
上記反応管411はバイオネット型の二重管を構成している。この反応管411は、外管411Aと内管411Bとを有する。この外管411Aは下端部は閉止し、上端部は開口して管板419に固定されている。上記内管411Bは、両端共に開口とし、上端部は管板420に固定されている。
The
上記シェル412は、管板419及び管板420によって3つの部屋412A、部屋412B及び部屋412Cとに区切られている。この部屋412A内には、上記熱媒体油113が貯溜されている。この熱媒体油113には蒸気管414が浸漬されている。
The
部屋412Bには、原料供給系104から供給される改質原料の混合ガスが充填されている。この部屋412Bは、混合ガスを複数の反応管411を構成する外管411Aに分岐して供給するために混合ガスのマニホールドを形成している。
The
上記部屋412Cは、改質反応により生成された水素ガス等の生成ガスが、複数の反応管411を構成する複数の内管411Bを経由して集められる生成ガスのマニホールドになっている。この部屋412Cに集められた生成ガスは、生成ガス回収系統105へ導出され分離精製される。
The
さらに、上記反応管411の外管411Aと内管411Bとで形成される環状隙間には触媒115が充填される。この触媒115の充填層は、空隙部を有して上記混合ガスが流れるようになっている。この反応管411の環状隙間には、例えばメッシュ等の孔あき受け板421が設置されている。この受け板421を設けることにより、この反応管411の環状隙間の下部領域には触媒非充填部411Cが形成される。
Further, the annular gap formed by the
本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を経由して改質器103に導入される。この高温水蒸気は、蒸気管414を介してシェル412内に貯溜された熱媒体油113と熱交換し加熱する。この熱媒体油113を加熱した蒸気は、蒸気戻り管110を経由して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment, the high-temperature steam branched and extracted from the steam production /
一方、例えば、燃料ガスと原料水蒸気を含む混合ガスが原料供給系統104から部屋412B内に供給される。この燃料ガスとして、エタノール、ジメチルエーテル等の含酸素炭化水素ガスが使用される。この部屋412B内に供給された混合ガスは、複数の反応管を構成する外管411Aにそれぞれ分岐して流れる。この外管411A内において、この混合ガスは触媒115の充填層の空隙部を通過する過程で上記熱媒体油113から熱を受ける。例えば、燃料がジメチルエーテルの場合は、高温水蒸気によって、上記(1)式が示すように、改質反応を行って水素ガスを生成する。
On the other hand, for example, a mixed gas containing fuel gas and raw water vapor is supplied from the raw
この改質反応によって生成された生成ガスは、外管411Aの下部でUターンして内管411Bを経由して部屋412Cで収集され、生成ガス回収系統105に導出される。 一方、上記触媒115の層内においては吸熱反応であるので、この改質反応に必要な熱量を熱媒体油113から受ける。
The product gas generated by the reforming reaction is U-turned at the lower part of the
さらに、外管411Aの下部には、吸熱反応を行わない触媒非充填部411Cが設けられているので、この部分では生成ガスは再加熱される。この再加熱された生成ガスは、内管411Bを経由して流れるときに熱交換して触媒115の層の内側からも加熱することができるので、より多くの熱量を改質反応に与えることができる。このガスは主として水素ガスから成るが二酸化炭素CO2を含んでいるので、生成ガス回収系105で分離され精製されて回収される。
Furthermore, since the catalyst
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラントの改質器に利用できるので、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、さらに利用後は再び水蒸気製造利用施設に戻されるので無駄なく有効に利用できる。このために、水蒸気製造利用施設のエネルギー効率をより一層向上させることができる。また、加熱媒体油を使用して熱交換しているので、さらに効率よく安定した加熱が可能となる。
According to the present embodiment, since the heat energy of steam generated from the steam
さらに、水蒸気製造利用施設で製造される高圧水蒸気は配管を介してシェル内に導かれている。このために、圧力境界は配管であるために安全性が高く、シェルは高圧仕様の容器とする必要がなく容器肉厚を少なくして軽量化することができるので使用する金属資源を大幅に軽減することができる。また、熱媒体油による触媒充填層の外側からの加熱及び触媒充填層の内側からの生成ガスの再加熱を組み合わせることにより、改質器の熱交換効率を向上させ、効率のよい水素製造が可能となる。 Furthermore, the high-pressure steam produced in the steam production / utilization facility is led into the shell through a pipe. For this reason, since the pressure boundary is piping, safety is high, and the shell does not need to be a high-pressure container, and the thickness of the container can be reduced and the weight can be reduced, greatly reducing the metal resources used. can do. Also, by combining heating from the outside of the catalyst packed bed with heat transfer oil and reheating of the product gas from the inside of the packed catalyst bed, the heat exchange efficiency of the reformer can be improved and efficient hydrogen production is possible It becomes.
図7は、本発明の第4の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。本図は、図6の改質器103の構成の変形例を示すもので、図6と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. This figure shows a modified example of the configuration of the
本図に示すように、水素製造装置の改質器103は、複数の反応管411と、この反応管411を包含するシェル412を有する。このシェル412内には熱媒体油113が貯溜されており、熱媒体油113は反応管411の外表面の少なくとも一部と接液している。この熱媒体油113を加熱するために、熱媒体油113中には蒸気管414が浸漬されている。
As shown in the figure, the
この蒸気管414は、上記反応管411の間の空間領域に複数設置される第1の蒸気管414Aと、上記シェル412内に貯溜されている熱媒体油113の下層部に設置される第2の蒸気管414Bとを有する。
The
この第1の蒸気管414Aの一端の上流側には上記蒸気抽出管109が接続されている。この蒸気抽出管109を介して水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を一部または全部抽出して改質器103を加熱している。また第2の蒸気管414Bの一端の上流側にも上記蒸気抽出管109が分岐して接続され、水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を改質器103に導入している。
The
この第1の蒸気管414Aの他端の下流側には、上記蒸気戻り管110が接続され、上記加熱を終了した蒸気が上記水蒸気製造利用施設101に戻されるようになっている。また、第2の蒸気管414Bの他端の下流側配管は、上記蒸気戻り管110に合流して接続され、加熱後の蒸気は上記水蒸気製造利用施設101に戻される。
The
本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を経由して改質器103へ供給される。この供給された高温水蒸気は、蒸気管414Aを介してシェル412内に貯溜された熱媒体油113と熱交換し加熱する。この熱媒体油113を加熱した水蒸気は、蒸気戻り管110を経由して水蒸気製造利用施設101に戻される。さらに、貯溜された熱媒体油113の下層部に配置された蒸気管414Bにも、上記蒸気抽出管109から分岐して高温水蒸気が供給される。この供給された高温水蒸気は、上記熱媒体油113の下層部を加熱して蒸気戻り管110に合流して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment, the high-temperature steam branched and extracted from the steam production /
一方、原料供給系統104からエタノール又はジメチルエーテル等の燃料ガスと原料水蒸気の混合ガスが、改質器103に内蔵された反応管411を構成する外管411A内に供給される。この混合ガスは、この外管411A内の触媒115から形成される充填層の空隙部を通過する間に改質反応を行って水素ガスを生成する。この改質反応によって生成された生成ガスは、外管411Aの下部でUターンして内管411Bを経由して部屋412Cで収集され、生成ガス回収系統105に導出される。この生成された水素ガスは、二酸化炭素CO2を含んでいるので生成ガス回収系105において分離および精製されて回収される。
On the other hand, a mixed gas of fuel gas such as ethanol or dimethyl ether and raw material water vapor is supplied from the raw
前記改質反応は吸熱反応であるので、この改質反応を継続するためには所定の熱量を継続して与え続ける必要がある。このために、上記水蒸気製造利用施設101の高温水蒸気で加熱された熱媒体油113から熱を受けて反応管411を構成する外管411A内の触媒115及び混合ガスが加熱されるようになっている。
Since the reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat in order to continue the reforming reaction. For this reason, the
一方、熱交換によって蒸気管414A内の蒸気は下流側になるほど温度が低くなり、貯溜された熱媒体油113の下層部の温度が低くなり温度が低い成層ができるので改質反応効率が低下する恐れがあった。このために、熱媒体油113の下層部に蒸気管414Bを設けて加熱蒸気を流し下層部を加熱する。この蒸気管414Bによる加熱によって、熱媒体油113の下層部の温度が上昇して熱媒体油の比重が軽くなり自然対流が発生して温度の均一性が保たれる。この熱媒体油として、例えば、バーレルサーム400(商品名)等の高沸点高温用熱媒体油を使用しているので300℃以上まで加熱が可能で、熱伝導性もよく、比熱も大きく温度の変動が緩やかであるために、効率よく安定した加熱が可能である。
On the other hand, the temperature of the steam in the
このように形成された本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を通って改質器103へ導入される。この導入された高温水蒸気は、蒸気管414Aを経由してシェル412内に貯溜された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。この加熱後の蒸気は、蒸気戻り管110を介して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment formed as described above, the high-temperature steam branched and extracted from the steam production and
さらに、貯溜された熱媒体油113の下層部に配置された蒸気管414Bにも蒸気抽出管109から分岐された高温水蒸気が導入されている。この導入された高温水蒸気は、熱媒体油113の下層部を加熱して蒸気戻り管110に合流して水蒸気製造利用施設101に戻される。
Further, the high-temperature steam branched from the
一方、原料供給系104より供給される燃料、例えばエタノール、ジメチルエーテル等の含酸素炭化水素ガスと原料水蒸気の混合ガスは、部屋412B内に供給される。この供給された混合ガスは、複数の反応管411を構成する外管411Aにそれぞれに分流して導入される。この導入された混合ガスは、触媒115の充填層の空隙部を通過するうちに上記熱媒体油113から熱を受けて加熱される。
On the other hand, a fuel supplied from the raw
例えば、蒸気燃料がジメチルエーテルのときは、高温水蒸気によって、上記(1)式が示すように改質反応を行って水素ガスを生成する。この生成された生成ガスは、外管411Aの下部でUターンして内管411Bを介して部屋412Cに収集され生成ガス回収系統105に導出される。
For example, when the steam fuel is dimethyl ether, hydrogen gas is generated by performing a reforming reaction with high-temperature steam as shown in the above formula (1). The generated product gas is U-turned at the lower part of the
上記触媒115の充填層における改質反応は吸熱反応であるので、この反応に必要な熱量を熱媒体油113から受ける。さらに、外管411Aの下部には吸熱反応を行わない触媒非充填部411Cを設けているので、この部分において生成ガスが再加熱される。この再加熱された生成ガスは、上記内管411B内を流れるときに上記触媒115の充填層の内側からも加熱されるので、より多くの熱量を改質反応部に与えることができる。この生成ガスは主として水素ガスから成るが二酸化炭素CO2を含んでいるので、生成ガス回収系105で分離および精製されて回収される。
Since the reforming reaction in the packed bed of the
一方、熱交換によって蒸気管414A内の蒸気は、下流側になるほど温度が低くなり、熱媒体油113の下層部の温度が低くなり改質反応効率が低下する恐れがあった。このために、この熱媒体油113の下層部に蒸気管414Bを配設することにより、加熱蒸気を下層部に流して加熱する。この下層部の温度を上昇させることにより、熱媒体油113の比重が軽くなり自然対流を促進させ温度の均一性が保たれる。
On the other hand, the temperature of the steam in the
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント102の改質器103に利用することにより、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、さらに利用後の蒸気を再び水蒸気製造利用施設101に戻しているので蒸気の持つ熱エネルギーを無駄なく有効に利用できる。かくして、水蒸気製造利用施設101のエネルギー効率を一段と向上させることができる。
According to the present embodiment, most of the energy required for hydrogen production can be effectively utilized by using the thermal energy of the steam generated from the steam
また、上記外管411Aの間に第1の蒸気管414Aを複数設置するだけでなく、上記貯溜されている熱媒体油113の下層部に第2の蒸気管414Bを設置する。この第2の蒸気管414Bを設けることにより、熱媒体油113の下層部の温度が上昇して熱媒体油113の比重が軽くなり自然対流が促進され温度の均一性が保てるので、さらに効率よく安定した加熱が可能となる。
In addition, a plurality of
図8は、図7の改質器103の変形例の概略構造を示す構造図である。本図は、図7の改質器103にプレートフィン616を追加して設けたもので、図7と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 8 is a structural diagram showing a schematic structure of a modified example of the
本図に示すように、上記改質器103に内蔵された反応管411を構成する外管411A及び蒸気管414Aの外表面の少なくとも一方に又はこの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン616が設けられている。ここでは、第1の蒸気管414Aの外表面にプレートフィン616を取り付けている。また、このプレートフィン616は、外管411A及び蒸気管414Aに共有するプレートフィン616を設置した例を示している。また、蒸気管414Bに別のプレートフィン616を設けて伝熱特性を向上することも可能である。
As shown in this figure, the
本実施の形態によれば、外管411A及び蒸気管414Aに共有するプレートフィン616を設けることにより、伝熱面積の向上による伝熱向上を図り、さらに蒸気管414Aからの熱伝導により伝熱性能を向上させることができる。
According to the present embodiment, by providing the
図9は、図7の改質器103の他の変形例の蒸気管414A及びその周辺部を部分拡大して示す構造図である。本図は、図8のプレートフィン616に流路孔617を追加して設けたもので、図8と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 9 is a structural diagram showing a partially enlarged view of a
本図に示すように、上記反応管411を構成する外管411A及び第1の蒸気管414Aの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン616が設けられている。このプレートフィン616には、上記熱媒体油113の自然対流が損なわれないようにするために流路孔617が設けられている。
As shown in the figure,
本実施の形態によれば、上記プレートフィン616に流路孔617を設けることにより、改質器103内において熱媒体油113の加熱と自然循環による流れを促進することができる。このため、熱媒体油113の循環ポンプ等の循環装置が不要となるので、水素製造装置が簡素化され安全性の向上を図ることができる。さらに、加熱用の蒸気管及び反応管に共有する伝熱促進用のプレートフィン616を設けることにより、水素製造に係る伝熱性能が改善されるので、水素生成効率の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, by providing the channel holes 617 in the
図10は、図7の改質器のさらに他の変形例の蒸気管及びその周辺部を部分拡大して示す構造図である。本図は、図8のプレートフィン616に切り欠き流路部618を追加して設けたもので、図8と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 10 is a structural diagram showing a partially enlarged view of a steam pipe and its peripheral part of still another modification of the reformer of FIG. In this figure, a
本図に示すように、上記反応管411を構成する外管411A及び第1の蒸気管414Aの外表面に共有して伝熱促進のためのプレートフィン616が設けられている。このプレートフィン616には、上記熱媒体油113が流れる切り欠き流路部618を設けて構成されている。また、図示しない仕切り板等を設けることにより、熱媒体油113の上昇流れと下降流れが干渉しないようにして、熱媒体油113の対流を促進することも可能である。
As shown in the figure,
本実施の形態によれば、上記プレートフィン616に切り欠き流路部618を設けることにより、改質器103内において熱媒体油113の加熱と自然循環による流れを促進することができる。このため、熱媒体油113の循環ポンプ等の循環装置が不要となるので、水素製造装置が簡素化され安全性の向上を図ることができる。さらに、加熱用の蒸気管及び反応管に共有する伝熱促進用のプレートフィン616を設けることにより、水素製造に係る伝熱性能が改善されるので、水素生成効率の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, by providing the
図11は、本発明の第5の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。本図は、図1の原料供給系統の構成の変形例を示すもので、図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 FIG. 11: is a block diagram which shows schematic structure of the hydrogen production apparatus of the 5th Embodiment of this invention. This figure shows a modification of the configuration of the raw material supply system in FIG. 1, and the same or similar parts as in FIG.
本図に示すように、水素製造装置は、水蒸気製造利用施設101に水素製造プラント102を接続して構成される。この水蒸気製造利用施設101の蒸気熱エネルギーを利用して、水素製造プラント102において燃料を水蒸気改質して水素を生成している。この水蒸気製造利用施設101は、例えば、発電プラントまたはごみ焼却施設等がある。
As shown in the figure, the hydrogen production apparatus is configured by connecting a
上記水素製造プラント102は、改質器103と、燃料ガスと原料水蒸気の混合蒸気を供給する原料供給系統704と、生成ガス回収系統105とを有する。
The
この原料供給系統704は、熱媒体油貯槽タンク727と、付属する燃料タンク722や原料水供給系統724とを有する。この燃料タンク722では、例えばエタノール、ジメチルエーテル等の燃料を貯蔵している。また、原料水供給系統724は、原料水を貯蔵する原料水タンクや原料水を供給する給水ポンプ(図示せず)等を備えている。
The raw
上記燃料タンク722に貯蔵された燃料は、上記熱媒体油貯槽タンク727内に設けられた燃料予熱器723に導入されガス化して予熱される。また、上記原料水供給系統724に貯蔵された原料水は、熱媒体油貯槽タンク727内に設けられた原料水蒸発器725に供給され蒸発する。この燃料ガスと原料水蒸気は、混合部726に導入され混合蒸気となる。この混合蒸気は、配管729を経由して改質器103に導入される。
The fuel stored in the
また、上記熱媒体油貯槽タンク727内には熱媒体油113を貯蔵している。この熱媒体油113には、前記燃料予熱器723、原料水蒸発器725及び混合部726が浸漬されている。この媒体油貯槽タンク727の下部には燃料加熱用蒸気管728が設けられている。この燃料加熱用蒸気管728も、貯溜された熱媒体油113中に浸漬している。
Further, the
水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を一部抽出して改質器103と熱媒体油貯槽タンク727内の熱媒体油113を加熱するために、水蒸気製造利用施設101と改質器103との間並びに水蒸気製造利用施設101と熱媒体油貯槽タンク727との間に蒸気抽出管109が配設されている。また、加熱を終えた蒸気を水蒸気製造利用施設101に戻すための蒸気戻り管110が、水蒸気製造利用施設101と改質器103との間並びに水蒸気製造利用施設101と熱媒体油貯槽タンク727との間に配設されている。
In order to heat the
本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を経由して改質器103と熱媒体油貯槽タンク727へ分岐して導入される。熱媒体油貯槽タンク727に導入された加熱水蒸気は、燃料加熱用蒸気管728を介して熱媒体油113を加熱する。この加熱を終えた蒸気は、蒸気戻り管110を経由して水蒸気製造利用施設101に戻される。
In the present embodiment, the high-temperature steam extracted from the steam
上記熱媒体油貯槽タンク727内では、加熱された熱媒体油113は燃料予熱器723を加熱して燃料が加熱され、水蒸発器725が加熱されて原料水蒸気が生成され、更に混合部726において燃料ガスと原料水蒸気の混合蒸気が加熱される。熱媒体油113は、熱媒体油貯槽タンク727内で自然対流によって循環し燃料加熱用蒸気管728内を流れる加熱蒸気と熱交換される。
In the heat medium
この加熱された混合ガスは、配管729を介して改質器103に導入され水素に改質される。また、この加熱された熱媒体油113は、熱媒体油貯槽タンク727内で自然対流によって循環し燃料加熱用蒸気管728内を流れる加熱蒸気と熱交換される。
This heated mixed gas is introduced into the
上記蒸気抽出管109に係る系統は、反応生成に必要な温度が不足するようなときは、不足分を補填する加熱器を設置することも可能である。また、上記改質器103の外部の系統には流量調節用または閉止用等の弁が付設されるが省略している。
The system related to the
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気の熱エネルギーを水素製造プラント102の改質器103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、かつ利用後は再び水蒸気製造利用施設101に戻されるので無駄なく有効に利用できる。このために、水蒸気製造利用施設101のエネルギー効率をより一層向上させることができる。
According to the present embodiment, the heat energy of the steam generated from the steam
また、加熱媒体油113を使用しているので効率よく、安定した加熱ができる。さらに、水蒸気製造利用施設101で製造される高圧の水蒸気は配管109でシェル112内に導入されるので、圧力境界は配管109であるために安全性が高い。このシェル112は高圧仕様の容器とする必要が無く容器肉厚を少なくして軽量化することができるので、使用する金属資源の軽減化を図ることができる。
Further, since the
また、改質器103内では、熱媒体油113と自然循環の流れにより加熱を行うことができるので、熱媒体油113の循環ポンプなどの循環装置が不要となり、装置が簡素化され安全性の向上を図ることができる。
Further, since heating can be performed in the
さらに、原料供給系統704のうち熱源を必要とする燃料予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯槽タンク727内に収納して熱媒体油113中に浸漬している。このように、水蒸気製造利用施設101から抽出した加熱蒸気で一括して加熱しているので、さらなる熱効率向上が可能である。
Further, in the raw
図12は、本発明の第6の実施の形態の水素製造装置の概略構成を示す構成図である。本図は、図11の改質器103を図6に示す改質器103に置き換えたもので、図6や図11と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 12 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the hydrogen production apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In this figure, the
本図に示すように、水蒸気製造利用施設101に水素製造プラント102を接続し、水蒸気製造利用施設101の蒸気熱エネルギーを利用し、水素製造プラント102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。
As shown in this figure, a
上記水素製造プラント102は、改質器103と、燃料ガスと原料水蒸気の混合蒸気を供給する原料供給系統704と、生成ガス回収系統105とを有する。
The
上記水素製造プラント102における改質器103は、複数の反応管411と、この反応管411を包含するシェル412を有する。このシェル412内には、熱媒体油113が貯溜されている。この熱媒体油113を加熱するために、熱媒体油113中には蒸気管414が浸漬されている。
The
上記反応管411はバイオネット型の二重管を構成している。この反応管411は、外管411Aと内管411Bとを有する。この外管411Aは下端部は閉止し、上端部は開口して管板419に固定されている。上記内管411Bは、両端共に開口とし、上端部は管板420に固定されている。
The
上記反応管411を構成する外管411A内には、例えばCu−Zn等を合成した触媒115が充填されている。また熱媒体油113としては、例えばバーレルサーム400(商品名)等の高沸点高温用熱媒体油があり、300℃以上の温度でも使用可能である。
The
上記水素製造プラント102における原料供給系統704は、熱媒体油貯槽タンク727と、付属する燃料タンク722や原料水供給系統724とを有する。この燃料タンク722では、例えばエタノール、ジメチルエーテル等の燃料を貯蔵している。また、原料水供給系統724は、原料水を貯蔵する原料水タンクや原料水を供給する給水ポンプ(図示せず)等を備えている。
The raw
上記燃料タンク722に貯蔵された燃料は、上記熱媒体油貯槽タンク727内に設けられた燃料予熱器723に導入されガス化して予熱される。また、上記原料水供給系統724に貯蔵された原料水は、熱媒体油貯槽タンク727内に設けられた水蒸発器725に供給され蒸発する。この燃料ガスと原料水蒸気は、混合部726に導入され混合蒸気となる。この混合蒸気は、配管729を経由して改質器103に導入される。
The fuel stored in the
上記媒体油貯槽タンク727は熱媒体油113を貯蔵している。この熱媒体油113には、前記燃料予熱器723、水蒸発器725及び混合部726が浸漬している。上記媒体油貯槽タンク727の下部には、燃料加熱用蒸気管728が設けられている。この燃料加熱用蒸気管728も貯溜された熱媒体油113に浸漬している。
The medium
水蒸気製造利用施設101で製造された高温水蒸気を一部抽出して改質器103と熱媒体油貯槽タンク727内の熱媒体油113を加熱するために、水蒸気製造利用施設101と改質器103との間並びに水蒸気製造利用施設101と熱媒体油貯槽タンク727との間に蒸気抽出管109が配設されている。また、加熱を終えた蒸気を水蒸気製造利用施設101に戻すための蒸気戻り管110が、水蒸気製造利用施設101と改質器103との間並びに水蒸気製造利用施設101と熱媒体油貯槽タンク727との間に配設されている。
In order to heat the
本実施の形態において、水蒸気製造利用施設101から分岐して抽出した高温水蒸気は、蒸気抽出管109を経由して改質器103と熱媒体油貯槽タンク727へ分岐して供給される。この熱媒体油貯槽タンク727に供給された加熱用水蒸気は、燃料加熱用蒸気管728を介して熱媒体油113を加熱する。この加熱を終了した蒸気は、蒸気戻り管110を経由して水蒸気製造利用施設101に戻される。この熱媒体油貯槽タンク727内では、加熱された熱媒体油113は燃料予熱器723を加熱することにより燃料ガスが加熱され、水蒸発器725が加熱されて原料水蒸気が生成され、さらに混合部726において燃料ガスと原料水蒸気の混合ガスが加熱さる。この加熱された混合ガスは、上記改質器103に導出され水素の改質に用いられる。同時に、熱媒体油貯槽タンク727内の熱媒体油113は、自然対流によって循環して燃料加熱用蒸気管728内を流れる加熱蒸気と熱交換される。
In the present embodiment, the high-temperature steam branched and extracted from the steam production /
なお、上記改質器103として、図2に示すように、反応管111の間の空間領域に複数設置される第1の蒸気管114Aと、上記シェル112内に貯溜されている熱媒体油113の下層部に設置される第2の蒸気管114Bとに分離して構成された蒸気管114を設けてもよい。また、図3に示すように、また、反応管111及び蒸気管114Aに共有するプレートフィン116を設置することもできる。
As the
本実施の形態によれば、水蒸気製造利用施設101から発生した蒸気は、熱エネルギーとして水素製造プラント102の改質器103で利用できる。この蒸気は、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、更に利用後は再び水蒸気製造利用施設101に戻されるので無駄なく有効に利用できる。このため、水蒸気製造利用施設101のエネルギー効率をより一層向上させることができる。
According to the present embodiment, the steam generated from the steam
また、加熱媒体油113を使用しているので効率よく、安定した加熱ができる。さらに、水蒸気製造利用施設で製造される高圧の水蒸気は配管でシェル内に導かれており、圧力境界は配管であるために安全性が高く、シェルは高圧仕様の容器とする必要が無く容器肉厚を少なくして軽量化することができるので使用する金属資源の省資源化を図ることができる。さらに、熱媒体油113による触媒充填層の外側からの加熱と、触媒非充填部で再加熱された生成ガスによる触媒115の充填層の内側からの加熱によって熱交換効率が向上して効率の高い水素製造が可能となる。
Further, since the
また、原料供給系統704のうち、熱源を必要とする燃料予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯槽タンク727内に収納して熱媒体油113中に浸漬しているので、水蒸気製造利用施設101から抽出した加熱蒸気で一括して加熱するのでさらに熱効率向上が可能になる。
Further, in the raw
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で本発明の各実施例を組み合わせて実施することができる。 Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and the embodiments of the present invention can be implemented in combination without departing from the gist of the present invention.
101…水蒸気製造利用施設、102…水素製造プラント、103…改質器、104、704…原料供給系統、109…蒸気抽出管、110…蒸気戻り管、111、411…反応管、112、412…シェル、113…熱媒体油、114、414…蒸気管、114A…第1の蒸気管、114B…第2の蒸気管、115…触媒、116…流路孔、117…切り欠き流路部、316…プレートフィン、317…流路孔、318…切り欠き流路、723…燃料予熱器、725…原料水蒸発器、726…混合部、727…熱媒体油貯槽タンク、728…燃料加熱用蒸気管。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記改質器は、前記混合蒸気を導入する複数の反応管と、この反応管内に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備することを特徴とする水素製造装置。 A raw material supply system that supplies a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and the mixed steam introduced from the raw material supply system is heated with steam for heating manufactured at a steam production facility to produce hydrogen by steam reforming A hydrogen generator having a reformer,
The reformer includes a plurality of reaction tubes for introducing the mixed steam, a catalyst provided in the reaction tube for steam reforming the mixed steam to promote hydrogen generation, and a shell including the reaction tube; Heat medium oil stored in the shell and in contact with at least a part of the outer surface of the reaction tube, and heating steam produced by immersion in the heat medium oil and produced in the steam production and utilization facility are introduced. And a steam pipe for heating the heat medium oil.
前記改質器は、前記混合蒸気が導入される複数の外管及びこの外管内に設けられ生成された水素が流れる内管を含む二重管を形成する反応管と、この外管と内管と間に形成された環状隙間に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記外管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備することを特徴とする水素製造装置。 A raw material supply system that supplies a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and the mixed steam introduced from the raw material supply system is heated with the steam for heating produced in the steam production and utilization facility to produce hydrogen by steam reforming. A hydrogen generator having a reformer,
The reformer includes a reaction tube that forms a double tube including a plurality of outer tubes into which the mixed steam is introduced and an inner tube that is provided in the outer tube and through which generated hydrogen flows, and the outer tube and the inner tube. And a catalyst that promotes hydrogen generation by steam reforming the mixed steam, and a shell that includes the reaction tube, and an outer surface of the outer tube that is stored in the shell. A heat medium oil that comes into contact with at least a portion of the heat medium oil, and a steam pipe that heats the heat medium oil by introducing steam for heating that is immersed in the heat medium oil and manufactured in the steam production and utilization facility. The hydrogen production apparatus characterized by the above-mentioned.
前記混合蒸気を導入する複数の反応管と、この反応管内に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備する前記改質器を用いて水素を製造することを特徴とする水素製造方法。 Steam production facility, a raw material supply system for supplying a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and the mixed steam introduced from the raw material supply system is heated with the steam for heating produced in the steam production utilization facility. In a hydrogen production method for producing hydrogen using a reformer that reforms to produce hydrogen,
A plurality of reaction tubes for introducing the mixed steam, a catalyst provided in the reaction tube for steam reforming the mixed steam to promote hydrogen generation, a shell including the reaction tube, and a reservoir stored in the shell. Heat medium oil that is in contact with at least a part of the outer surface of the reaction tube and heating steam that is immersed in the heat medium oil and manufactured in the steam production and utilization facility are heated. A method for producing hydrogen, comprising producing hydrogen using the reformer comprising a steam pipe.
前記混合蒸気が導入される外管及びこの外管内に設けられ生成された水素が流れる内管を含む二重管を形成する反応管と、この外管と内管と間に形成された環状隙間に設けられ前記混合蒸気を水蒸気改質して水素生成を促進する触媒と、前記反応管を包含するシェルと、このシェル内に貯溜され前記外管の外表面の少なくとも一部と接液する熱媒体油と、この熱媒体油中に浸漬し前記水蒸気製造利用施設で製造された加熱用水蒸気を導入してこの熱媒体油を加熱する蒸気管と、を具備する前記改質器を用いて水素を製造することを特徴とする水素製造方法。 A steam production facility, a raw material supply system for supplying a mixed steam containing fuel gas and raw material steam, and the mixed steam introduced from the raw material supply system is heated by the heating steam produced in the steam production utilization facility In a hydrogen production method for producing hydrogen using a reformer that reforms to produce hydrogen,
A reaction tube that forms a double tube including an outer tube into which the mixed vapor is introduced and an inner tube through which hydrogen generated in the outer tube flows, and an annular gap formed between the outer tube and the inner tube A catalyst that reforms the mixed steam to promote hydrogen generation by steam reforming, a shell that includes the reaction tube, and heat that is stored in the shell and is in contact with at least a part of the outer surface of the outer tube. Hydrogen using the reformer comprising: medium oil; and a steam pipe that is heated in the heat medium oil by introducing steam for heating that is immersed in the heat medium oil and manufactured in the steam production and utilization facility. A method for producing hydrogen, comprising:
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