JP2007254180A - 自立型低級炭化水素直接分解プロセスおよび該プロセスシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低級炭化水素を導入して、触媒によって水素と炭素に分解反応させ、生成された水素および残ガスを取り出す反応管1と、水素を燃焼ガスとして前記反応管を加熱する加熱手段13と、前記生成水素を前記加熱手段に供給する供給路11と、前記供給路に設けられた流量調整器12とを備える。水素と炭素に分解反応させる際に、反応で生成した水素を燃料として燃焼させ、その燃焼熱を前記反応に利用することで、外部からの熱供給を必要としないでエネルギー的に自立したプロセスを二酸化炭素を発生させることなく実行できる。
【選択図】図1
Description
しかし、従来、一般的に使われている燃焼バーナーでは、メタンやプロパンなどの炭化水素を燃料としており、また特許文献1のような方法を用いたとしてもオフガス中に炭化水素を含んでいるため、燃焼排ガス中に二酸化炭素を含むこととなる。水素を使った燃料電池などは、二酸化炭素を発生させないクリーンなエネルギー源として期待されているが、その水素を製造する過程で二酸化炭素を発生させるのは問題である。
次に、上記装置の動作について説明する。余熱器(図示しない)によって余熱された炭化水素を含んだ可燃性ガスを、高温の水蒸気と混合させ、この混合ガスを改質装置22で水素と炭酸ガスに改質する。次いでその水素と炭酸ガスを水素/炭素ガス分離装置23で分離する。水素は燃焼装置21に供給され、水蒸気発生装置20を加熱するバーナーの燃料として使うことで、二酸化炭素を含まない燃焼排ガスを発生させる。一方、分離して得られた炭酸ガスは海底に埋蔵することを想定している。
自立型水素直接分解プロセスシステムでは、ニッケル、鉄またはこれらの混合物などからなる触媒を内部に保持する反応管1を有しており、該触媒は、担体に保持して低級炭化水素との接触を可能にしている。本発明としては、担体の種別、構造、保持方法などは特に限定されるものではない。反応管1は、ガス入口とガス出口とを有しており、該ガス入口とガス出口を介してガスの通気が可能になっている。
反応管1には、ガス入口側に原料流量調整弁3を介して原料供給管2が接続され、さらに、ガス出口側に反応管1内で発生した生成水素、未反応ガスなどを取り出すガス回収管4が接続されている。ガス回収管4には、圧縮機6が接続されており、該圧縮機6で圧縮されたガスは、水素分離手段である分離膜7に供給されるように構成されている。分離膜7には、種々の材質の分離膜を採択することができ、本発明としては、特定のものに限定されない。また、水素分離手段としては、上記分離膜の他、PSAなどを用いることもでき、本発明としては、未反応ガスを含む混合ガスから水素を分離できるものであればよい。
また、分離膜7の透過側には、生成水素を貯蔵する水素貯蔵タンク10の入側が接続されており、該水素貯蔵タンク10の出側には、水素流量調整弁12を設けた水素供給管11が水素供給路として接続されている。
水素供給管11は、燃焼装置13の図示しない水素バーナーに接続されており、該水素バーナーには、空気を供給する送風機14が接続されている。燃焼装置13は、前記反応管1の周囲を覆う加熱炉として構成されており、水素バーナーは、反応器1内の反応効率を高めるのに最適な場所で前記反応器1を加熱できるように配置されている。燃焼装置13には排風機15が接続されており、燃焼装置1における燃焼排ガスは、排風機15によって燃焼装置13外に排気される。また、上記水素バーナーには、前記水素供給管11に合流するようにして炭化水素供給管16が接続されており、該炭化水素供給管16は、炭化水素流量調整弁17を介して図示しない炭化水素供給源に接続されている。該供給源では、他のプロセスシステムにおけるオフガスを使用するものでもよく、また、前記した分離膜7で分離される未反応ガスを使用するものであってもよい。
原料となる低級炭化水素は、原料供給管2を通して原料流量調整弁3で流量調整されつつ反応管1に送られる。反応管1内では、低級炭化水素が触媒反応により固体の炭素と気体の水素に分解される。その際には、燃焼装置13によって反応器1が加熱されている。反応管1で生成した水素と未反応の炭化水素の混合ガスは、圧縮機6にて昇圧された後、水素のみを透過する分離膜7を通して、水素と未反応ガスにそれぞれ分離される。水素は貯蔵タンク10へと送られ、未反応ガスは、圧力調整弁9で圧力調整がなされて返流管8へと送られ、原料の低級炭化水素と混合されるように反応管1に再度導入されて反応に供される。
上記により、水素直接分解プロセスは、二酸化炭素を殆ど発生させることなく自立して進行させることができ、残余の水素を種々の目的に利用することができる。
以上、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。
実績がある40Nm3/dayのバイオガス(CH4組成:60% CO2組成:40%)を改質した場合を例に説明する。
本反応の化学式は、CH4 → C + 2H2 − 75kJであり、このプロセスでは転化率70%を達成できるので、熱バランスは表1のようになる。
ここで、必要な水素の燃焼熱(A)<生成した全水素の発熱量(B)であるので、反応を継続するのに十分な水素量が確保できている。また余った水素は燃料電池への供給源などとすることができる。
2 原料供給管
3 原料流量調整弁
6 圧縮機
7 分離膜
8 未反応ガス返流管
9 圧力調整弁
10 水素貯蔵タンク
11 水素供給管
12 水素流量調整弁
13 燃焼装置
14 送風機
15 排風機
Claims (6)
- 低級炭化水素を、触媒を使用した直接分解プロセスによって、水素と炭素に分解反応させるに際し、前記反応で生成した水素を燃料として燃焼させ、その燃焼熱を前記反応に利用することを特徴とする自立型水素直接分解プロセス。
- 上記燃料は、反応により生じた未反応のメタン、その他プロセスから発生するオフガスの一部を含むことを特徴とする請求項1記載の自立型水素直接分解プロセス。
- 低級炭化水素を導入して、触媒によって水素と炭素に分解反応させ、生成された水素および残ガスを取り出す反応管と、水素を燃焼ガスとして前記反応管を加熱する加熱手段と、前記生成水素を前記加熱手段に供給する供給路と、前記供給路に設けられた流量調整器とを備えることを特徴とする自立型水素直接分解プロセスシステム。
- 前記触媒は、鉄またはニッケルを含むものであることを特徴とする請求項3記載の自立型水素直接分解プロセスシステム。
- 前記反応管から取り出されたガスから水素を分離する水素分離手段を備えることを特徴とする請求項3または4に記載の自立型水素直接分解プロセスシステム。
- 前記加熱手段は、前記反応管の適所を加熱する水素バーナー及び水素加熱炉を備えることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の自立型水素直接分解プロセスシステム。
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