JP2008007356A - ジメチルエーテル改質器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ジメチルエーテルガスと水蒸気とを混合し得られた混合ガスを、触媒を用いて水素リッチなジメチルエーテル改質ガスに転換する改質器であって、前記改質器内部の一部あるいは全部に、前記触媒と、改質反応に寄与しない不活性充填物とを混合して充填する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明にかかるDME改質発電システムの一例を示す概略説明図である。本発明の改質発電システムでは、DME改質ガス101、蒸気102、圧縮空気103を燃焼器104にて混合燃焼して、発電用タービン105を回転させて排気している。DME改質ガス101は、DME106をDME蒸発系107にて蒸発させた後、水蒸気102と混合して改質器108にて改質して得られたガスである。蒸気102は、水109を蒸発器110にて蒸発させ得られるものであり、一部を改質器108で用い、他の一部を過熱器111でさらに過熱して燃焼器104で用いている。圧縮空気103は発電用タービンと連動するコンプレッサ112によって空気113を圧縮したものである。そして、タービン排気114は熱供給媒体として作用し、順に過熱器111、水蒸発器110、改質器108、DME蒸発系107に熱を与えながら通過し、放熱して排出されている。
DME改質ガスの生成反応は、DMEに適当な触媒の存在下で水蒸気を作用させて、水素と一酸化炭素を発生させる吸熱反応である。貴金属系触媒を用いたDME改質ガス生成反応は、以下の式(1)のDME加水分解および式(2)のメタノール分解によって表されるメタノールを経由した逐次反応である(出光技報、2005年1月発行、48巻第1号、10−16頁)。
C2H6O + H2O → 2CH3OH − 23.6kJ/mol−DME(1)
CH3OH → CO + 2H2 − 90.7kJ/mol−CH3OH (2)
CO + H2O → CO2 + H2 + 41kJ/mol−CO (3)
CO + 3H2 → CH4 + H2O + 206kJ/mol−CO (4)
まず、改質器温度が反応速度に与える影響の観点から、吸熱反応を促進し発熱反応を抑制する方法について検討する。式(1)、(2)の吸熱反応の活性化エネルギーは、触媒を用いても依然として高いため、反応を促進するためにはアレニウス則に従い一定の高い温度とする必要がある。しかしながら、式(3)、(4)の発熱反応の活性化エネルギーは、式(1)、(2)の吸熱反応の活性化エネルギーよりも低いため、吸熱反応を促進するために高温とすると、発熱反応の速度も高まってしまうことになる。したがって、単なる温度の調節だけでは、吸熱反応を促進し発熱反応を抑制することは困難である。
上述の反応の特徴を考慮すると、発熱反応を抑制しつつ吸熱反応を進行させて化学的排熱回収を高め、かつ熱発散を防止するためには、改質器の運転に際し、改質器の温度を触媒の耐熱温度および排熱温度を上限としてなるべく高い温度、例えば370〜530℃の温度として、発熱反応を抑制しつつ速やかに吸熱反応を進行させることが好ましい。そして、吸熱反応が終わる時点で反応を止め、その後の発熱反応を阻止すること、例えば、改質ガスが改質器から排出する、あるいは改質ガスの温度を下げるなどを行うことが好ましい。
改質器は、DMEと水蒸気とを混合して得られた混合ガスを、触媒を用いて水素リッチな改質ガスに転換するための装置である。典型的には、複数の反応管に触媒を充填し、反応管内にDMEと水蒸気とを混合して得られた混合ガスを通すとともに、反応管の周囲に熱供給媒体たるタービン排気を流すことによって運転される。本発明で用いられる触媒には、好ましくは耐熱温度が370℃を超える貴金属系触媒(白金、ルテニウム,パラジウムまたはロジウムなどを用いたもの)を用いる。
本発明における熱供給手段とは、改質器に原動機排熱を熱供給媒体を介して供給する手段である。熱供給媒体は、典型的にはタービン排気であるが、流体である限りこれに限定されない。
本発明のDME改質発電システムにおける原動機は、典型的にはタービンやガスエンジンであり、発電機に連動し発電の動力を提供するものである。原動機は、DMEおよび/またはDME改質ガス等を燃焼器にて燃焼することにより駆動させる。起動時にはDMEそのものを燃焼させることもあるが、定格運転時には、主としてDME改質ガスを燃焼させる。
本発明のDME改質発電システムにおける蒸発器は、好ましくは原動機排熱により水を蒸発させるものであり、蒸発器で生成した水蒸気の少なくとも一部をDME改質器に送り、また生成した水蒸気の一部を燃焼器に供給しても良い。
本発明のDME改質発電システムにおけるDME気化器は、好ましくは原動機排熱によりDMEを蒸発させるものであり、生成したDMEガスの少なくとも一部をDME改質器に送るものである。また生成したDMEガスの少なくとも一部を燃焼器に供給してもよい。
外径34mm、長さ500mmのSUS316製の反応管を用い、その中にPt−0.5wt%、γ−アルミナ担持、3.5mm球形の触媒と、3.0mm球形の高純度アルミナボール(不活性充填物)を触媒が100%充填時の40%になるように混合充填する。排気温度は480℃とする。
実施例1と同様な反応管、触媒、不活性充填物を用い、排気温度は480℃として、触媒、不活性充填物を20mmごとに交互充填して実験を行う。
実施例1と同様の改質器を用い、触媒と不活性物質の合計量を一定としたまま、触媒と不活性物質の混合比率を0%から100%まで10%刻みで変化させた場合を想定したシミュレーションを行い、メタン生成量、DME転化率、発電効率を算出した。
104 燃焼器 105 発電用タービン 106 DME
107 DME蒸発系 108 改質器 109 水
110 蒸発器 111 過熱器 112 コンプレッサ
113 空気 114 タービン排気
201 改質器 202 DMEと蒸気の混合ガス
203 下方流反応管 204 上方流反応管 205 改質ガス
206 排気入口 207 排気出口
301 反応管 302 触媒 303 不活性充填物
401 反応管 402 触媒 403 不活性充填物
Claims (6)
- ジメチルエーテルガスと水蒸気とを混合し得られた混合ガスを、触媒を用いて水素リッチなジメチルエーテル改質ガスに転換する改質器であって、
前記改質器内部の一部あるいは全部に、前記触媒と、改質反応に寄与しない不活性充填物とを混合して充填してなる、ジメチルエーテル改質器。 - ジメチルエーテルガスと水蒸気とを混合し得られた混合ガスを、触媒を用いて水素リッチなジメチルエーテル改質ガスに転換する改質器であって、
前記改質器内部の一部あるいは全部に、前記触媒の充填部と、改質反応に寄与しない不活性充填物の充填部とを繰り返し形成してなる、ジメチルエーテル改質器。 - 前記改質器内の前記触媒の量が、前記触媒と前記不活性充填物の合計量の20〜70容積%である、請求項1または2記載のジメチルエーテル改質器。
- 前記触媒が、370℃を超える耐熱温度を有するものである、請求項1または2に記載のジメチルエーテル改質器。
- 前記触媒が、貴金属系の触媒である、請求項1または2に記載のジメチルエーテル改質器。
- 請求項1または2に記載の改質器と、
ジメチルエーテル改質ガスおよび/またはジメチルエーテルを燃焼することにより原動機を駆動する手段と、
前記改質器に原動機排熱を供給する熱供給手段と、
を含むジメチルエーテル改質システム。
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