JP2008013397A - Hydrogen production apparatus - Google Patents

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田 達 實 池
Seiichi Yokobori
堀 誠 一 横
Megumi Yoshida
田 恵 吉
Kimichika Fukushima
島 公 親 福
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen production apparatus of a simplified structure capable of improving energy utilization efficiency by using an exhaust gas from an existing iron-manufacturing plant as a heat source. <P>SOLUTION: The hydrogen production apparatus 3 comprises a raw material supply system 6 for generating a mixed steam of a fuel containing hydrogen and water, a reaction tube 4 containing a catalyst for producing hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system 6, and a recovery system 7 for recovering hydrogen produced in the reaction tube 4. The reaction tube 4 is installed in the inside of an exhaust gas flow duct 2 in which an exhaust gas from an iron-manufacturing furnace 1 in an iron-manufacturing plant flows. The reaction tube 4 is heated by the exhaust gas in the inside of the exhaust gas flow duct 2 and produces hydrogen by reacting the mixed steam from the raw material supply system 6 in the presence of a catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、既設の製鉄プラントからの排ガスを利用して加熱源とする水素製造装置に係り、とりわけエネルギー利用効率の向上を図ることができ、熱媒体油の配管および循環装置を必要としない設備が簡素化された水素製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus that uses exhaust gas from an existing steel manufacturing plant as a heating source, and in particular, can improve energy utilization efficiency and does not require heat medium oil piping and a circulation device. Relates to a simplified hydrogen production apparatus.

近年電力産業分野においては、化石燃料が枯渇することに対する省エネルギー化や、COやNOの濃度が増加していることに伴う環境保全などの理由から、燃料を多様化する技術が研究開発されており、その一つに水素ガスの利用技術が存在する。 In recent years, in the electric power industry, technologies for diversifying fuels have been researched and developed for reasons such as energy saving against the depletion of fossil fuels and environmental conservation associated with increasing concentrations of CO 2 and NO x. One of them is the technology of using hydrogen gas.

このような水素ガスの利用技術として、例えば、燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントが存在する。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により直接電気エネルギーを発生させるものであり、例えば特開平6−140065号公報など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、この発生した高温の水蒸気をタービンで膨張仕事させ、この際に発生する動力により発電機を駆動して発電を行うものであり、例えば、特開平11−36820号公報など数多くの発明が開示されている。これら前者および後者の水素ガスの利用技術は、ともにNO、SO、COなどの環境汚染物質や温暖化効果ガスを発生させず、極めてクリーンなエネルギーを利用しており、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。 For example, there are a fuel cell power plant and a hydrogen combustion power plant as such hydrogen gas utilization technology. The former directly generates electric energy by an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen and an oxidant typified by oxygen. For example, many inventions such as JP-A-6-140065 have been disclosed. 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 this time. The power generation is performed, and for example, many inventions such as JP-A-11-36820 are disclosed. Both of these former and latter hydrogen gas utilization technologies do not generate environmental pollutants such as NO x , SO x , and CO 2 and warming effect gas, and use extremely clean energy. The results of research and development are attracting attention as part of the energy promotion policy.

ところで、このような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される水素は、水を電気分解することにより製造することが提案されている。このような水を電気分解する水素の製造方法において、水素の製造に必要なコストの大半が電力によるものである。   By the way, it has been proposed that hydrogen supplied as fuel to such a fuel cell power plant or hydrogen combustion power plant is produced by electrolyzing water. In such a method for producing hydrogen that electrolyzes water, most of the cost required for producing hydrogen is derived from electric power.

すなわち、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、天然ガスなど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、水の電気分解によって水素を製造する場合、エネルギーの利用効率が極めて悪く、水素を製造するコストが高くなるという不具合、不都合が存在する。   That is, in current nuclear power plants and thermal power plants, only about 50% of the 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, when hydrogen is produced by electrolysis of water, there are inconveniences and inconveniences that the energy utilization efficiency is extremely poor and the cost for producing hydrogen is high.

一方、メタノールやジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素は、低温で水蒸気改質ができるため、水素を製造する際に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、エタノールなどは、中小ガス田や二酸化炭素CO含有量の多いガス田のメタンから得られるため、その量が比較的多い。このような点に着目して提案がなされたものに下記の特許文献1が存在する。一方、製鉄所におけるエネルギー回収手段として下記の特許文献2が存在する。 On the other hand, oxygen-containing hydrocarbons such as methanol and dimethyl ether are advantageous in terms of cost when producing hydrogen because they can be steam reformed at low temperatures. Methanol, dimethyl ether, ethanol, and the like are relatively large in amount because they are obtained from methane in small and medium gas fields or gas fields with a high carbon dioxide CO 2 content. The following patent document 1 exists in what was proposed paying attention to such a point. On the other hand, there is Patent Document 2 below as an energy recovery means in an ironworks.

このうち、特許文献1に記載された技術は、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メタノール改質反応装置である。すなわち小型の改質装置であり、U字型の反応管を設置して、熱媒体油を胴側の上部に供給して下部より抜き出して、外部の加熱器で加熱された熱媒体油をポンプで循環させながら反応管を加熱する装置の技術である。また、別の実施例として記載された技術は、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である。   Among these, the technique described in Patent Document 1 is a methanol reforming reaction apparatus that performs a reaction while heating a mixed vapor of methanol and water with a heat medium oil in the presence of a catalyst. In other words, it is a small reformer, a U-shaped reaction tube is installed, heat medium oil is supplied to the upper part of the barrel side, extracted from the lower part, and the heat medium oil heated by an external heater is pumped This is a technology for an apparatus that heats a reaction tube while circulating it in a tank. The technology described as another example is a technology in which a raw material evaporator, a reforming reactor, an electric heating heater, a catalyst combustor and a stirrer are placed in the same heat medium oil tank and heated while stirring with a stirrer. It is.

また、特許文献2に記載された技術は、製鉄所の還元炉などから排出されるガスのエネルギー回収技術に係るものであり、排出ガスを燃焼させて高温ガスを発生させ、その高温ガスでガスタービンを駆動して発電する技術である。
特許第2817236号公報 特開平4−311632号公報
Moreover, the technique described in Patent Document 2 relates to an energy recovery technique for gas discharged from a reduction furnace or the like of a steel mill. The exhaust gas is burned to generate a high-temperature gas, and the high-temperature gas is used as a gas. This technology generates electricity by driving a turbine.
Japanese Patent No. 2817236 JP-A-4-31632

上述した公知技術は次の課題が存在する。すなわち、特許文献1においては、熱媒体油の加熱装置、循環ポンプ、および配管などが外部に必要となるため、設備の増大化を招き、設備の設置スペースが増加するおそれがある。一方、特許文献1において、循環ポンプおよび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も提案されている。しかしながら、この場合においても、加熱器や触媒燃焼器などの加熱装置、および撹拌器などの循環装置が必要とされる。
一方、製鉄所における排ガスエネルギーのさらなる有効利用を行えばエネルギー利用効率が向上して環境負荷を低減させることができる。
The known technique described above has the following problems. That is, in Patent Document 1, a heating medium oil heating device, a circulation pump, piping, and the like are required outside, which may increase the number of facilities and increase the installation space for the facilities. On the other hand, in Patent Document 1, in order to omit the circulation pump and the piping, the raw material evaporator, the reforming reactor, the electric heating heater, the catalytic combustor, and the stirrer are placed in the same heat medium oil tank and stirred with the stirrer. A technique of heating while being proposed has also been proposed. 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 required.
On the other hand, if the exhaust gas energy at the steel works is further effectively used, the energy utilization efficiency can be improved and the environmental load can be reduced.

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、水素製造装置用に独立した加熱源を設けず、既設の製鉄プラントの排ガスを利用して加熱源とすることにより、エネルギー利用効率を向上させることができ、設備を簡素化することができ、かつ熱媒体油の配管および循環装置を必要としない、構造が簡素化された水素製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above points, and does not provide an independent heating source for the hydrogen production apparatus, and uses the exhaust gas from an existing steel manufacturing plant as a heating source, thereby improving energy utilization efficiency. It is an object of the present invention to provide a hydrogen production apparatus with a simplified structure, which can improve facilities, can simplify equipment, and does not require a heat medium oil pipe and a circulation device.

本発明は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系と、触媒を含み、原料供給系からの混合蒸気から水素を生成させる反応管と、反応管内で生成された水素を回収する生成ガス回収系とを備え、反応管は、製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる排ガス流路ダクト内部に設けられ、この排ガス流路ダクト内部で、排ガスにより触媒の存在下で原料供給系からの混合蒸気を加熱しながら反応させて水素を生成させることを特徴とする水素製造装置である。   The present invention includes a raw material supply system that generates a mixed vapor of hydrogen-containing fuel and water, a reaction tube that includes a catalyst and generates hydrogen from the mixed vapor from the raw material supply system, and hydrogen generated in the reaction tube. The reaction tube is provided inside an exhaust gas passage duct through which exhaust gas from an iron making furnace of an iron manufacturing plant flows, and raw material is supplied in the presence of a catalyst by exhaust gas in the exhaust gas passage duct. A hydrogen production apparatus characterized in that a mixed vapor from a system is reacted while being heated to generate hydrogen.

本発明は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系と、触媒を含み、原料供給系からの混合蒸気から水素を生成させる反応管を有する改質器と、改質器の反応管内で生成された水素を回収する生成ガス回収系とを備え、改質器は、反応管全体を覆うシェルと、シェル内において反応管と接するように貯留された熱媒体油と、熱媒体油内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる改質器用ガス管とを有し、改質器の反応管は、改質器用ガス管内を流れる排ガスにより加熱された熱媒体油により加熱され、触媒の存在下で原料供給系からの混合蒸気を反応させて水素を生成させることを特徴とする水素製造装置である。   The present invention relates to a raw material supply system that generates a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water, a reformer that includes a catalyst and has a reaction tube that generates hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system, and a reformer The reformer includes a shell that covers the entire reaction tube, a heat medium oil that is stored in contact with the reaction tube in the shell, and a heat generator. The reformer gas pipe is provided so as to pass through the inside of the medium oil, and the exhaust gas from the iron making furnace of the ironmaking plant flows.The reformer reaction pipe is heated by the exhaust gas flowing in the reformer gas pipe. The hydrogen production apparatus is characterized in that it is heated by the heat medium oil and reacts with the mixed steam from the raw material supply system in the presence of a catalyst to generate hydrogen.

本発明は、前記改質器の反応管は、両端が開口する管形状からなるとともに中央部分に前記触媒が充填され、原料供給系からの混合蒸気は、反応管の上端開口部から流入し、触媒の存在下で水素となり、この水素は、反応管の下端開口部から生成ガス回収系に向けて流出することを特徴とする水素製造装置である。   According to the present invention, the reaction tube of the reformer has a tube shape with both ends open and the catalyst is filled in the center portion, and the mixed steam from the raw material supply system flows from the upper end opening of the reaction tube, The hydrogen producing apparatus is characterized in that it becomes hydrogen in the presence of the catalyst, and this hydrogen flows out from the lower end opening of the reaction tube toward the product gas recovery system.

本発明は、前記改質器の反応管は、上端が開口するとともに下端が閉鎖された外管と、外管の中央に挿入され、両端が開口して外管との間に環状隙間を形成する内管とを有し、この環状隙間は、前記触媒の充填された触媒充填部と、触媒充填部の下方に設けられ、触媒の充填されていない触媒非充填部とを有し、原料供給系からの混合蒸気は、反応管の環状隙間上方から触媒充填部内に流入し、この触媒充填部において触媒の存在下で水素となり、この水素は、反応管の触媒非充填部を介して反応管の内管の下端開口部へ流入して、この内管の上端開口部から生成ガス回収系に向けて流出することを特徴とする水素製造装置である。   According to the present invention, the reaction tube of the reformer is inserted in the center of the outer tube whose upper end is open and whose lower end is closed, and the both ends are open to form an annular gap between the outer tube and the outer tube. The annular gap has a catalyst filling portion filled with the catalyst and a catalyst non-filling portion which is provided below the catalyst filling portion and is not filled with a catalyst, The mixed vapor from the system flows into the catalyst filling portion from above the annular gap of the reaction tube, and becomes hydrogen in the presence of the catalyst in the catalyst filling portion, and this hydrogen is passed through the catalyst non-filling portion of the reaction tube. This hydrogen production apparatus is characterized in that it flows into the lower end opening of the inner pipe and flows out from the upper end opening of the inner pipe toward the product gas recovery system.

本発明は、前記原料供給系は、熱媒体油が貯留された熱媒体油貯留タンクと、熱媒体油貯留タンク内に配置された燃料蒸発器、水蒸発器および混合部と、前記燃料を燃料蒸発器内へ供給する燃料供給機構と、前記水を水蒸発器内へ供給する水供給器と、熱媒体油貯留タンクの熱媒体油内に設けられ、前記製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる燃料加熱用ガス管とを有し、混合部は、燃料蒸発器および水蒸発器に接続され、燃料蒸発器からの燃料蒸気と水蒸発器からの水蒸気とを混合して前記混合蒸気を生成し、燃料加熱用ガス管内の排ガスにより熱媒体油貯留タンクの熱媒体油が加熱されることにより、燃料蒸発器、水蒸発器、および混合部が加熱されることを特徴とする水素製造装置である。   According to the present invention, the raw material supply system includes a heat medium oil storage tank in which heat medium oil is stored, a fuel evaporator, a water evaporator and a mixing unit disposed in the heat medium oil storage tank, and fuel as the fuel. A fuel supply mechanism that supplies water into the evaporator, a water supply that supplies the water into the water evaporator, and a heat medium oil in a heat medium oil storage tank are provided in the heat medium oil, and exhaust gas from the iron making furnace of the iron making plant The mixing section is connected to the fuel evaporator and the water evaporator, and mixes the fuel vapor from the fuel evaporator and the water vapor from the water evaporator to generate the mixed steam. And the fuel evaporator, the water evaporator, and the mixing unit are heated by heating the heat medium oil in the heat medium oil storage tank by the exhaust gas in the gas pipe for fuel heating. is there.

本発明は、改質器の改質器用ガス管は、反応管近傍に配置された第1改質器用ガス管部と、第1改質器用ガス管部の下方であってシェル内の空間部に貯留された熱媒体油の下層部に配置された第2改質器用ガス管部とからなることを特徴とする水素製造装置である。   According to the present invention, a reformer gas pipe of a reformer includes a first reformer gas pipe portion disposed in the vicinity of a reaction tube, a space portion in a shell below the first reformer gas pipe portion. And a second reformer gas pipe disposed in the lower layer of the heat medium oil stored in the hydrogen production apparatus.

本発明は、改質器の第1改質器用ガス管部および反応管に、第1改質器用ガス管部と反応管との伝熱を促進するためのプレートフィンが取付けられていることを特徴とする水素製造装置である。   According to the present invention, plate fins for promoting heat transfer between the first reformer gas pipe section and the reaction pipe are attached to the first reformer gas pipe section and the reaction pipe of the reformer. This is a hydrogen production apparatus.

本発明は、改質器のプレートフィンに、熱媒体油の対流を促進するための流路穴または切り欠きが形成されていることを特徴とする水素製造装置である。   The present invention is the hydrogen production apparatus characterized in that a flow path hole or a notch for promoting convection of the heat transfer oil is formed in the plate fin of the reformer.

本発明によれば、製鉄プラントの製鉄炉から発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造装置に利用できるので、水素の製造に必要なエネルギーの大半を効率的に得ることができ、かつ製鉄プラント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 invention, heat energy of exhaust gas generated from an iron making furnace of an iron manufacturing plant can be used for a hydrogen production apparatus, so that most of energy necessary for producing hydrogen can be efficiently obtained, and energy of an iron manufacturing plant. Efficiency can be further improved.

また、本発明によれば、水素製造装置の反応管が直接高温の排ガス流路ダクト内に挿入されて加熱されるので、反応管の熱交換量を大きくすることができる。このため反応管の伝熱面積を少なくすることができ、反応管の形状をコンパクトにすることができる。   Further, according to the present invention, the reaction tube of the hydrogen production apparatus is directly inserted into the high-temperature exhaust gas passage duct and heated, so that the heat exchange amount of the reaction tube can be increased. For this reason, the heat transfer area of the reaction tube can be reduced, and the shape of the reaction tube can be made compact.

さらに、本発明によれば、排ガスは、利用された後に製鉄排ガスエネルギー回収装置に戻されるので、排ガスを無駄なく有効に利用でき、製鉄プラントのエネルギー効率をより一層向上させることができる   Furthermore, according to the present invention, since the exhaust gas is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device after being used, the exhaust gas can be effectively used without waste, and the energy efficiency of the steelmaking plant can be further improved.

さらにまた、本発明によれば、改質器の反応管の加熱のために熱媒体油が使用されているので、反応管を効率よく安定して加熱することができる。   Furthermore, according to the present invention, since the heat medium oil is used for heating the reaction tube of the reformer, the reaction tube can be efficiently and stably heated.

さらにまた、本発明によれば、製鉄排ガスエネルギー回収装置で利用される高圧の排ガスは、ガス抽出管を介して改質器のシェル内に導かれるので、ガス抽出管以外に高圧となる部分が存在せず、改質器の安全性を高めることができる。   Furthermore, according to the present invention, since the high-pressure exhaust gas used in the steelmaking exhaust gas energy recovery device is guided into the reformer shell via the gas extraction pipe, there is a portion having a high pressure other than the gas extraction pipe. It does not exist, and the safety of the reformer can be increased.

さらにまた、本発明によれば、改質器内部に直接高圧の排ガスが供給されることはなく、シェルを高圧仕様とする必要がないので、シェルの肉厚を薄くして軽量化を図ることができる。これにより、シェルに使用される金属資源を少なくすることができる。   Furthermore, according to the present invention, high-pressure exhaust gas is not supplied directly into the reformer, and there is no need to make the shell have a high-pressure specification. Can do. Thereby, the metal resource used for a shell can be decreased.

さらにまた、本発明によれば、改質器の改質器用ガス管が、第1改質器用ガス管部と第2改質器用ガス管部とからなっているので、改質器内で熱媒体油を加熱すると同時に自然循環により熱媒体油の流れを生じさせることができる。これにより、熱媒体油内の温度分布を均一化することができる。また、熱媒体油を循環させる循環ポンプなどの循環装置が不要なものとすることができるので、水素製造装置を簡素化することができ、安全性の高いものとすることができる。   Furthermore, according to the present invention, the reformer gas pipe of the reformer is composed of the first reformer gas pipe part and the second reformer gas pipe part. At the same time as the medium oil is heated, a flow of the heat medium oil can be generated by natural circulation. Thereby, the temperature distribution in the heat medium oil can be made uniform. In addition, since a circulation device such as a circulation pump for circulating the heat medium oil can be dispensed with, the hydrogen production device can be simplified and the safety can be increased.

さらにまた、本発明によれば、第1改質器用ガス管部と反応管とに伝熱促進用のプレートフィンが取付けられているので、改質器の伝熱性能を向上させることができ、水素製造装置の水素生成効率を高めることができる。   Furthermore, according to the present invention, since the heat transfer promoting plate fin is attached to the first reformer gas pipe section and the reaction tube, the heat transfer performance of the reformer can be improved, The hydrogen production efficiency of the hydrogen production apparatus can be increased.

さらにまた、本発明によれば、プレートフィンに流路穴または切り欠きが形成されているので、熱媒体油の自然対流を促進することができる。   Furthermore, according to the present invention, since the channel holes or notches are formed in the plate fins, natural convection of the heat medium oil can be promoted.

さらにまた、本発明によれば、熱媒体油により触媒充填部が外側から加熱されるとともに、触媒非充填部で再加熱された生成ガスにより触媒充填部の内側からも加熱されるので、改質器の熱交換効率を向上させることができ、水素製造装置の水素発生効率を高くすることができる。   Furthermore, according to the present invention, the catalyst filling part is heated from the outside by the heat medium oil, and also heated from the inside of the catalyst filling part by the product gas reheated in the catalyst non-filling part. The heat exchange efficiency of the vessel can be improved, and the hydrogen generation efficiency of the hydrogen production apparatus can be increased.

さらにまた、本発明によれば、原料供給系のうち、熱源が必要とされる燃料蒸発器、水蒸発器および混合部を熱媒体油貯留タンク内の熱媒体油中に配置し、製鉄排ガスエネルギー回収装置からの排ガスにより一括して加熱するので、加熱の際の熱効率を向上させることができる。   Furthermore, according to the present invention, in the raw material supply system, the fuel evaporator, the water evaporator, and the mixing unit that require a heat source are arranged in the heat medium oil in the heat medium oil storage tank, and the iron making exhaust gas energy Since it heats collectively with the exhaust gas from a collection | recovery apparatus, the thermal efficiency in the case of a heating can be improved.

第1の実施の形態
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1を参照して説明する。
ここで、図1は、本発明の第1の実施の形態を示す概略構造図である。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 1 is a schematic structural diagram showing the first embodiment of the present invention.

まず、図1により、本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図1に示すように、水素製造装置3は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系6と、触媒を含み、原料供給系6からの混合蒸気から水素を生成させる反応管4と、反応管4内で生成された水素を回収する生成ガス回収系7とを備えている。
このうち反応管4は、製鉄プラントの製鉄炉1からの高温の排ガスが流れる排ガス流路ダクト2内部に設けられており、この排ガス流路ダクト2内部の高温の排ガスにより、触媒の存在下で原料供給系6からの混合蒸気を加熱しながら反応させて水素を生成させるようになっている。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus 3 includes a raw material supply system 6 that generates a mixed vapor of hydrogen-containing fuel and water, and a reaction that includes a catalyst and generates hydrogen from the mixed vapor from the raw material supply system 6. A tube 4 and a product gas recovery system 7 that recovers hydrogen generated in the reaction tube 4 are provided.
Among these, the reaction tube 4 is provided inside the exhaust gas passage duct 2 through which the high-temperature exhaust gas from the iron making furnace 1 of the steel manufacturing plant flows, and in the presence of the catalyst by the high-temperature exhaust gas inside the exhaust gas passage duct 2. The mixed vapor from the raw material supply system 6 is reacted while being heated to generate hydrogen.

すなわち、本実施の形態において、水素製造装置3は、製鉄プラントの製鉄炉1から排出された排ガスが流れる排ガス流路ダクト2に接続されている。この水素製造装置3は、製鉄プラントの製鉄炉1からの排ガスの熱エネルギーを利用し、水素を含む燃料を水蒸気改質させて水素を生成するものである。また、水素製造装置3の反応管4が設けられた排ガス流路ダクト2は、製鉄排ガスエネルギー回収装置5に接続されている。この製鉄排ガスエネルギー回収装置5は、例えば特許文献2で示されるような、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などからなっている。   In other words, in the present embodiment, the hydrogen production apparatus 3 is connected to the exhaust gas flow channel duct 2 through which the exhaust gas discharged from the iron making furnace 1 of the iron making plant flows. This hydrogen production apparatus 3 uses the thermal energy of the exhaust gas from the iron making furnace 1 of the steel production plant to produce hydrogen by steam reforming a fuel containing hydrogen. Further, the exhaust gas flow channel duct 2 provided with the reaction tube 4 of the hydrogen production device 3 is connected to an iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5. This iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is composed of, for example, a facility for generating power by driving a gas turbine with exhaust gas, as shown in Patent Document 2, for example.

また、水素製造装置3の原料供給系6は、燃料供給装置8と、水蒸気供給装置9と、燃料供給装置8および水蒸気供給装置9に接続された混合部10とを有している。
このうち燃料供給装置8は、例えばエタノール、ジメチルエーテルなどの燃料が充填された燃料タンクや、このような燃料を燃料ガス化して予熱する予熱器などからなっている。
The raw material supply system 6 of the hydrogen production apparatus 3 includes a fuel supply device 8, a water vapor supply device 9, and a mixing unit 10 connected to the fuel supply device 8 and the water vapor supply device 9.
Among these, the fuel supply device 8 includes a fuel tank filled with fuel such as ethanol and dimethyl ether, a preheater for converting such fuel into fuel gas and preheating it.

また、水蒸気供給装置9は、原料の水を水蒸気にして混合部10へ供給するための装置であり、水タンク、ポンプ、および水蒸発器などからなっている。さらに、混合部10は、燃料供給装置8からの燃料ガスと水蒸気供給装置9からの水蒸気とを混合して生成された混合蒸気を反応管4へ向けて供給する。   The water vapor supply device 9 is a device for supplying raw water to the mixing unit 10 as water vapor, and includes a water tank, a pump, a water evaporator, and the like. Further, the mixing unit 10 supplies a mixed vapor generated by mixing the fuel gas from the fuel supply device 8 and the water vapor from the water vapor supply device 9 toward the reaction tube 4.

また、反応管4は、排ガス流路ダクト2内に挿入されており、排ガス流路ダクト2内を流れる製鉄プラントの製鉄炉1からの高温の排ガスにより加熱される。この反応管4は、例えばU字管またはバイオネット型の形状を有しており、内部に触媒が収納されている。   The reaction tube 4 is inserted into the exhaust gas flow duct 2 and is heated by the high temperature exhaust gas from the iron making furnace 1 of the iron making plant flowing in the exhaust gas flow duct 2. The reaction tube 4 has, for example, a U-shaped or bayonet shape, and a catalyst is accommodated therein.

また、生成ガス回収系7は、混合蒸気が改質されることにより生成された水素や他の生成ガスを分離回収する装置や水素を精製する装置などを有している。   The product gas recovery system 7 has a device for separating and recovering hydrogen and other product gas generated by reforming the mixed steam, a device for purifying hydrogen, and the like.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図1において、製鉄プラントの製鉄炉1からの排ガスは排ガス流路ダクト2内を通過して製鉄排ガスエネルギー回収装置5へと達する。この間、排ガス流路ダクト2内に設けられた反応管4は、この排ガスにより加熱される。この排ガスは例えば1000℃程度の高温のガスからなっているため、反応管4は高温に耐えられる耐熱金属またはセラミックなどからなっている。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
In FIG. 1, the exhaust gas from the iron making furnace 1 of the iron making plant passes through the exhaust gas flow duct 2 and reaches the iron making exhaust gas energy recovery device 5. During this time, the reaction tube 4 provided in the exhaust gas passage duct 2 is heated by the exhaust gas. Since the exhaust gas is made of a high-temperature gas of about 1000 ° C., for example, the reaction tube 4 is made of a heat-resistant metal or ceramic that can withstand high temperatures.

一方、原料供給系6の燃料供給装置8内において、例えばエタノール、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素からなる燃料は、ガス化されて燃料ガスとなる。
また、原料供給系6の水蒸気供給装置9内において、水は蒸気化されて水蒸気となる。
On the other hand, in the fuel supply device 8 of the raw material supply system 6, for example, fuel composed of oxygen-containing hydrocarbons such as ethanol and dimethyl ether is gasified into fuel gas.
Further, in the water vapor supply device 9 of the raw material supply system 6, water is vaporized to become water vapor.

このような燃料供給装置8からのエタノールまたはジメチルエーテルなどの燃料ガスと、水蒸気供給装置9からの水蒸気は、混合部10で混合されて混合蒸気となり反応管4内に供給される。この混合蒸気は、反応管4内で触媒が充填された触媒充填層の空隙部を通過する間に、改質反応が行われて水素となる。例えば、燃料がジメチルエーテルからなる場合は、水蒸気によって、次の(1)式のように反応管4内で改質反応が行われて水素を含む生成ガスが生成される。   The fuel gas such as ethanol or dimethyl ether from the fuel supply device 8 and the water vapor from the water vapor supply device 9 are mixed in the mixing unit 10 to be mixed vapor and supplied into the reaction tube 4. This mixed steam undergoes a reforming reaction while it passes through the voids of the catalyst packed bed filled with the catalyst in the reaction tube 4 and becomes hydrogen. For example, when the fuel is dimethyl ether, the reforming reaction is performed in the reaction tube 4 by the water vapor as shown in the following equation (1) to generate a product gas containing hydrogen.

CHOCH+3HO→6H+2CO・・・(1) CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 6H 2 + 2CO 2 (1)

このようにして反応管4内で生成された生成ガス中には、水素のほか二酸化炭素COを含んでいる。この二酸化炭素は、生成ガス回収系7で分離および精製されて回収される。 The product gas generated in the reaction tube 4 in this way contains carbon dioxide CO 2 in addition to hydrogen. This carbon dioxide is separated and purified by the product gas recovery system 7 and recovered.

ところで、上述した(1)式に示す改質反応は吸熱反応であり、このような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。このため、反応管4は、製鉄炉1からの排ガスにより加熱され続けるようになっている。   By the way, the reforming reaction shown in the above-described formula (1) is an endothermic reaction, and it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat in order to continue such a reforming reaction. For this reason, the reaction tube 4 is continuously heated by the exhaust gas from the iron making furnace 1.

なお、図1に示す水素製造装置3において、反応管4は、製鉄炉1と製鉄排ガスエネルギー回収装置5との間の排ガス流路ダクト2内に配置されている。しかしながら、反応管4の位置は上述した改質反応に必要充分な熱が得られる温度領域であれば良く、反応管4の位置は図1に示すものに限定されない。すなわち、反応管4は、排ガスが製鉄排ガスエネルギー回収装置5を通過した後に流れる排ガス流路ダクト内に配置されていても良い。   In the hydrogen production device 3 shown in FIG. 1, the reaction tube 4 is disposed in the exhaust gas flow duct 2 between the iron making furnace 1 and the iron production exhaust gas energy recovery device 5. However, the position of the reaction tube 4 may be in a temperature range in which sufficient heat necessary for the above-described reforming reaction can be obtained, and the position of the reaction tube 4 is not limited to that shown in FIG. That is, the reaction tube 4 may be disposed in an exhaust gas flow channel duct that flows after the exhaust gas passes through the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5.

このように、本実施の形態によれば、製鉄プラントの製鉄炉1から発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造装置3の反応管4に供給して反応管4内における改質反応に利用できるので、水素の製造に必要なエネルギーの大半を効率的に得ることができ、かつ製鉄プラントのエネルギー効率をより一層向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the thermal energy of the exhaust gas generated from the iron making furnace 1 of the steel plant can be supplied to the reaction tube 4 of the hydrogen production apparatus 3 and used for the reforming reaction in the reaction tube 4. In addition, most of the energy required for the production of hydrogen can be efficiently obtained, and the energy efficiency of the steelmaking plant can be further improved.

すなわち、多くの製鉄プラントにおいて、製鉄炉1で発生した排ガスはエネルギー回収装置5により回収され、熱エネルギーは有効に利用されている。本実施の形態によれば、上述したような水素製造装置3が設けられていることにより、さらにエネルギーの有効利用が可能となる。   That is, in many steel manufacturing plants, the exhaust gas generated in the iron making furnace 1 is recovered by the energy recovery device 5, and the thermal energy is effectively used. According to the present embodiment, the provision of the hydrogen production apparatus 3 as described above makes it possible to further effectively use energy.

また、本実施の形態によれば、水素製造装置3の反応管4が直接高温の排ガス流路ダクト2内に挿入されて加熱されるので、反応管4の熱交換量を大きくすることができる。このため反応管4の伝熱面積を少なくすることができ、反応管4の形状をコンパクトにすることができる。   Further, according to the present embodiment, since the reaction tube 4 of the hydrogen production apparatus 3 is directly inserted into the high-temperature exhaust gas flow duct 2 and heated, the heat exchange amount of the reaction tube 4 can be increased. . For this reason, the heat transfer area of the reaction tube 4 can be reduced, and the shape of the reaction tube 4 can be made compact.

第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態について図2を参照して説明する。
ここで、図2は、本発明の第2の実施の形態を示す概略構造図である。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 2 is a schematic structural diagram showing a second embodiment of the present invention.

まず、図2により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図2に示すように、水素製造装置102は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系104と、触媒115を含み、原料供給系104からの混合蒸気から水素を生成させる複数の反応管111を有する改質器103と、改質器103の複数の反応管111内で生成された水素をまとめて回収する生成ガス回収系105とを備えている。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the hydrogen production apparatus 102 includes a raw material supply system 104 that generates a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water, and a catalyst 115, and generates hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system 104. A reformer 103 having a plurality of reaction tubes 111 and a product gas recovery system 105 that collects and collects hydrogen generated in the plurality of reaction tubes 111 of the reformer 103 are provided.

このうち改質器103は、反応管111全体を覆うシェル112と、シェル112内において反応管111と接するように貯留された熱媒体油113と、熱媒体油113内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からエネルギー回収装置5を介して供給される排ガスが流れる改質器用ガス管114とを有している。   Among these, the reformer 103 is provided so as to pass through the shell 112 covering the entire reaction tube 111, the heat medium oil 113 stored in contact with the reaction tube 111 in the shell 112, and the inside of the heat medium oil 113. And a reformer gas pipe 114 through which the exhaust gas supplied from the iron making furnace of the iron making plant through the energy recovery device 5 flows.

このうち反応管111は、改質器用ガス管114内を流れる排ガスにより加熱された熱媒体油113により加熱され、触媒の存在下で原料供給系104からの混合蒸気を反応させて水素を生成させるようになっている。   Among these, the reaction tube 111 is heated by the heat medium oil 113 heated by the exhaust gas flowing in the reformer gas tube 114, and reacts with the mixed steam from the raw material supply system 104 in the presence of the catalyst to generate hydrogen. It is like that.

すなわち、図2において、水素製造装置102は、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスによる熱エネルギーを利用し、燃料を水蒸気改質させて水素を生成する装置である。この製鉄排ガスエネルギー回収装置5は、例えば特許文献2で示されるような、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などからなっている。本実施の形態において、水素製造装置102は、製鉄排ガスエネルギー回収装置5で利用されて比較的低温になった製鉄炉からの排ガスを抽出して利用するようになっている。   That is, in FIG. 2, the hydrogen production apparatus 102 is an apparatus that generates hydrogen by steam reforming the fuel using the thermal energy generated by the exhaust gas from the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5. This iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is composed of, for example, a facility for generating power by driving a gas turbine with exhaust gas, as shown in Patent Document 2, for example. In the present embodiment, the hydrogen production apparatus 102 extracts and uses the exhaust gas from the iron making furnace that has been used in the iron production exhaust gas energy recovery apparatus 5 and has a relatively low temperature.

また、水素製造装置102の原料供給系104は、燃料供給装置106と、水蒸気供給装置107と、燃料供給装置106および水蒸気供給装置107に接続された混合部108とを有している。
このうち燃料供給装置106は、例えばエタノール、ジメチルエーテルなどの燃料が充填された燃料タンクや、このような燃料を燃料ガス化して予熱する予熱器などからなっている。また、水蒸気供給装置107は、原料の水を水蒸気にして混合部108へ供給するための装置であり、水タンク、ポンプ、および水蒸発器などからなっている。さらに、混合部108は、燃料供給装置106からの燃料ガスと水蒸気供給装置107からの水蒸気とを混合して生成された混合蒸気を改質器103の反応管111へ向けて供給する。
The raw material supply system 104 of the hydrogen production apparatus 102 includes a fuel supply device 106, a water vapor supply device 107, and a mixing unit 108 connected to the fuel supply device 106 and the water vapor supply device 107.
Of these, the fuel supply device 106 includes a fuel tank filled with fuel such as ethanol and dimethyl ether, a preheater that preheats such fuel by converting it into fuel gas. The water vapor supply device 107 is a device for supplying raw material water vapor to the mixing unit 108 and includes a water tank, a pump, a water evaporator, and the like. Further, the mixing unit 108 supplies the mixed steam generated by mixing the fuel gas from the fuel supply device 106 and the steam from the steam supply device 107 toward the reaction tube 111 of the reformer 103.

また、生成ガス回収系105は、混合蒸気が改質されることにより生成された水素や他の生成ガスを分離回収する装置や水素を精製する装置などを有している。   The product gas recovery system 105 includes a device for separating and recovering hydrogen and other product gas generated by reforming the mixed steam, a device for purifying hydrogen, and the like.

また、改質器103には、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスを改質器用ガス管114へ流入させるためのガス抽出管109と、改質器103からの排ガスを改質器用ガス管114から製鉄排ガスエネルギー回収装置5へ戻すガス戻り管110とが接続されている。   Further, the reformer 103 includes a gas extraction pipe 109 for flowing the exhaust gas from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 into the reformer gas pipe 114, and the exhaust gas from the reformer 103 to the reformer gas pipe 114. Is connected to a gas return pipe 110 that returns to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5.

また、改質器103の反応管111は、両端が開口する管形状からなるとともに中央部分に、例えばCu−Znなどを合成したものからなる触媒115が充填されている。   The reaction tube 111 of the reformer 103 has a tube shape with both ends open, and a central portion is filled with a catalyst 115 made of, for example, synthesized Cu—Zn.

また、改質器103の熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなり、これは300℃以上の温度下においても使用することができる。   The heat medium oil 113 of the reformer 103 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name), and can be used even at a temperature of 300 ° C. or higher.

ここで、原料供給系104の混合部108からの混合蒸気は、反応管111の上端開口部から流入し、反応管111内で触媒115の存在下で水素となる。次に、この水素は、反応管111の下端開口部から生成ガス回収系105に向けて流出するようになっている。   Here, the mixed vapor from the mixing unit 108 of the raw material supply system 104 flows from the upper end opening of the reaction tube 111 and becomes hydrogen in the reaction tube 111 in the presence of the catalyst 115. Next, the hydrogen flows out from the lower end opening of the reaction tube 111 toward the product gas recovery system 105.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図2において、製鉄排ガスエネルギー回収装置5から分岐して抽出された排ガスは、ガス抽出管109を通って改質器103の改質器用ガス管114へ供給され、改質器用ガス管114内を通過する間にシェル112内に貯留された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。次に、改質器用ガス管114内を通過した排ガスは、ガス戻り管110を通って製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
In FIG. 2, the exhaust gas branched and extracted from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is supplied to the reformer gas pipe 114 of the reformer 103 through the gas extraction pipe 109 and passes through the reformer gas pipe 114. While passing, heat exchange with the heat medium oil 113 stored in the shell 112 is performed to heat the heat medium oil 113. Next, the exhaust gas that has passed through the reformer gas pipe 114 is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 through the gas return pipe 110.

一方、原料供給系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、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素は、燃料供給装置106でガス化されて燃料ガスとなる。また原料供給系104の水蒸気供給装置107から供給される水は、水蒸気供給装置107で蒸気化されて水蒸気となる。その後、燃料供給装置106からのエタノールまたはジメチルエーテルなどの燃料ガスと、水蒸気供給装置107からの水蒸気は、混合部108で混合されて混合蒸気となり改質器103の反応管111内に供給される。   On the other hand, fuel supplied from the fuel supply device 106 of the raw material supply system 104, for example, oxygen-containing hydrocarbons such as ethanol and dimethyl ether, is gasified by the fuel supply device 106 to become fuel gas. Further, the water supplied from the water vapor supply device 107 of the raw material supply system 104 is vaporized by the water vapor supply device 107 to become water vapor. Thereafter, the fuel gas such as ethanol or dimethyl ether from the fuel supply device 106 and the water vapor from the water vapor supply device 107 are mixed in the mixing unit 108 to be mixed vapor and supplied into the reaction tube 111 of the reformer 103.

この混合蒸気は、反応管111内の触媒115の充填層の空隙部を通過する間に改質反応が行われて水素を生成する。例えば、燃料がジメチルエーテルからなる場合は、水蒸気によって、上述した(1)式のように反応管111内で改質反応が行われて水素を含む生成ガスが生成される。   This mixed vapor undergoes a reforming reaction while passing through the voids of the packed bed of the catalyst 115 in the reaction tube 111 to generate hydrogen. For example, when the fuel is made of dimethyl ether, the reforming reaction is performed in the reaction tube 111 by the water vapor as in the above-described equation (1) to generate a product gas containing hydrogen.

このようにして反応管111内で生成された生成ガス中には、水素のほか二酸化炭素COを含んでいる。この二酸化炭素は、生成ガス回収系105で分離および精製されて回収される。 Thus, the product gas generated in the reaction tube 111 contains carbon dioxide CO 2 in addition to hydrogen. This carbon dioxide is separated and purified by the product gas recovery system 105 and recovered.

上述した(1)式に示す改質反応は吸熱反応であり、このような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。このため、反応管111内の触媒115および混合蒸気は、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスにより加熱された熱媒体油113により加熱されるようになっている。   The above-described reforming reaction represented by the formula (1) is an endothermic reaction, and in order to continue such a reforming reaction, it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat. For this reason, the catalyst 115 and the mixed steam in the reaction tube 111 are heated by the heat medium oil 113 heated by the exhaust gas from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5.

上述したように、熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっているので、反応管111を300℃以上まで加熱することができる。また、熱媒体油113は、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、反応管111を効率よく安定して加熱することができる。   As described above, since the heat medium oil 113 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name), the reaction tube 111 can be heated to 300 ° C. or higher. Further, the heat medium oil 113 has good thermal conductivity, a large specific heat, and a gradual change in temperature, so that the reaction tube 111 can be efficiently and stably heated.

なお、図2において、改質器103の外部の系統に、図示しない流量調節用または閉止用などの弁が取付けられている。   In FIG. 2, a valve for adjusting the flow rate or closing the valve (not shown) is attached to the system outside the reformer 103.

このように、本実施の形態によれば、製鉄プラントの製鉄炉から発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造装置102の改質器103の反応管111に利用できるので、水素の製造に必要なエネルギーの大半を効率的に得ることができる。さらにこの排ガスは、利用された後に製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻されるので、排ガスを無駄なく有効に利用でき、製鉄プラントのエネルギー効率をより一層向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the heat energy of the exhaust gas generated from the iron making furnace of the iron making plant can be used for the reaction tube 111 of the reformer 103 of the hydrogen production apparatus 102, so that the energy necessary for producing hydrogen is obtained. Can be obtained efficiently. Furthermore, since this exhaust gas is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 after being used, the exhaust gas can be used effectively without waste, and the energy efficiency of the steelmaking plant can be further improved.

すなわち、多くの製鉄プラントにおいて、製鉄炉で発生した排ガスはエネルギー回収装置5により回収され、熱エネルギーは有効に利用されている。本実施の形態によれば、上述したような水素製造装置102が設けられていることにより、さらにエネルギーの有効利用が可能となる。   That is, in many steel manufacturing plants, the exhaust gas generated in the iron making furnace is recovered by the energy recovery device 5, and the thermal energy is effectively used. According to the present embodiment, since the hydrogen production apparatus 102 as described above is provided, the energy can be used more effectively.

また、本実施の形態によれば、改質器103の反応管111の加熱のために熱媒体油113が使用されているので、反応管111を効率よく安定して加熱することができる。   Further, according to the present embodiment, since the heat medium oil 113 is used for heating the reaction tube 111 of the reformer 103, the reaction tube 111 can be efficiently and stably heated.

さらに、本実施の形態によれば、製鉄排ガスエネルギー回収装置5で利用される高圧の排ガスはガス抽出管109を介してシェル112内に導かれるので、配管以外に高圧となる部分が存在せず、改質器103の安全性を高めることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the high-pressure exhaust gas used in the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is guided into the shell 112 through the gas extraction pipe 109, so there is no high-pressure portion other than the pipe. The safety of the reformer 103 can be improved.

さらにまた、本実施の形態によれば、改質器103内部に直接高圧の排ガスが供給されることはなく、シェル112を高圧仕様とする必要がないので、シェル112の肉厚を薄くして軽量化を図ることができる。これにより、シェル112に使用される金属資源を少なくすることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, high-pressure exhaust gas is not directly supplied into the reformer 103, and the shell 112 does not need to have a high-pressure specification. Weight reduction can be achieved. Thereby, the metal resources used for the shell 112 can be reduced.

第3の実施の形態
次に、本発明の第3の実施の形態について図3乃至図6を参照して説明する。
ここで、図3は、本発明の第3の実施の形態を示す概略構造図であり、図4は、本実施の形態の変形例を示す概略構造図である。また、図5は、プレートフィンに流路穴が形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図であり、図6は、プレートフィンに切り欠きが形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図である。
図3乃至図6に示す第3の実施の形態は、改質器用ガス管214の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第2の実施の形態と略同一である。図3乃至図6において、図2に示す第2の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, FIG. 3 is a schematic structural diagram showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic structural diagram showing a modification of the present embodiment. Further, FIG. 5 is a schematic structural diagram inside the shell when the channel hole is formed in the plate fin, and FIG. 6 is a schematic structural diagram inside the shell when the notch is formed in the plate fin. It is.
The third embodiment shown in FIGS. 3 to 6 is different in the configuration of the reformer gas pipe 214, and the other configurations are substantially the same as those of the second embodiment described above. 3 to 6, the same parts as those of the second embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

まず、図3により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図3において、改質器203は、反応管111全体を覆うシェル112と、シェル112内において反応管111と接するように貯留された熱媒体油113と、熱媒体油113内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からエネルギー回収装置5を介して供給される排ガスが流れる改質器用ガス管214とを有している。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the reformer 203 passes through the shell 112 covering the entire reaction tube 111, the heat medium oil 113 stored in the shell 112 so as to be in contact with the reaction tube 111, and the heat medium oil 113. And a reformer gas pipe 214 through which an exhaust gas supplied from the iron making furnace of the iron making plant through the energy recovery device 5 flows.

このうち改質器用ガス管214は、反応管111近傍に配置された第1改質器用ガス管部214aと、第1改質器用ガス管部214aの下方であってシェル112内の空間部に貯留された熱媒体油113の下層部に配置された第2改質器用ガス管部214bとからなっている。   Among these, the reformer gas pipe 214 is disposed in the space inside the shell 112 below the first reformer gas pipe 214a disposed near the reaction tube 111 and the first reformer gas pipe 214a. It consists of a second reformer gas pipe 214b arranged in the lower layer of the stored heat medium oil 113.

これら改質器用ガス管214の第1改質器用ガス管部214aおよび第2改質器用ガス管部214bには、それぞれ製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスが供給されるガス抽出管109と、製鉄排ガスエネルギー回収装置5へ排ガスが戻されるガス戻り管110が分岐して接続され、熱媒体油113を加熱する排ガスが内部を流れるようになっている。   The first reformer gas pipe portion 214a and the second reformer gas pipe portion 214b of the reformer gas pipe 214 are respectively supplied with a gas extraction pipe 109 to which the exhaust gas from the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 is supplied; A gas return pipe 110 for returning the exhaust gas to the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is branched and connected so that the exhaust gas for heating the heat medium oil 113 flows inside.

第2の実施の形態と同様、反応管111内に例えばCu−Znなどを合成した触媒115が充填されている。   As in the second embodiment, the reaction tube 111 is filled with a catalyst 115 synthesized, for example, Cu—Zn.

また、熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっている。この熱媒体油113は、300℃以上の温度でも使用可能である。   The heat medium oil 113 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name). The heat medium oil 113 can be used at a temperature of 300 ° C. or higher.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図3において、製鉄排ガスエネルギー回収装置5から分岐して抽出された排ガスは、ガス抽出管109を通って改質器103へ供給され、改質器用ガス管214の第1改質器用ガス管部214a内を通過する間にシェル112内に貯留された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。次に、第1改質器用ガス管部214a内を通過した排ガスは、ガス戻り管110を通って製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
In FIG. 3, the exhaust gas branched and extracted from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is supplied to the reformer 103 through the gas extraction pipe 109, and the first reformer gas pipe portion of the reformer gas pipe 214. While passing through 214 a, heat exchange with the heat medium oil 113 stored in the shell 112 is performed to heat the heat medium oil 113. Next, the exhaust gas that has passed through the first reformer gas pipe portion 214 a is returned to the iron-making exhaust gas energy recovery device 5 through the gas return pipe 110.

これと同様に、改質器用ガス管214の第2改質器用ガス管部214bにもガス抽出管109から分岐された排ガスが供給される。この排ガスは、熱媒体油113の貯留下層部を加熱して、その後、ガス戻り管110と合流して製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。   Similarly, the exhaust gas branched from the gas extraction pipe 109 is also supplied to the second reformer gas pipe portion 214 b of the reformer gas pipe 214. This exhaust gas heats the storage lower layer portion of the heat medium oil 113, and then merges with the gas return pipe 110 and is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5.

一方、原料供給系104からのエタノールまたはジメチルエーテルなどからなる燃料ガスと水蒸気との混合蒸気は、改質器203の反応管111内に供給される。この混合蒸気は反応管111内において触媒115の充填層の空隙部を通過する間に改質反応が行われて水素を含む生成ガスが生成される。
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、上述した(1)式のように改質反応が行われ水素を含む生成ガスが生成される。
On the other hand, a mixed vapor of fuel gas and water vapor made of ethanol or dimethyl ether from the raw material supply system 104 is supplied into the reaction tube 111 of the reformer 203. This mixed vapor undergoes a reforming reaction while passing through the voids of the packed bed of the catalyst 115 in the reaction tube 111 to generate a product gas containing hydrogen.
For example, when the fuel is dimethyl ether, the reforming reaction is performed by the water vapor as shown in the above formula (1), and a product gas containing hydrogen is generated.

このようにして反応管111内で生成された生成ガス中には、水素のほか二酸化炭素COを含んでいる。この二酸化炭素は、生成ガス回収系105で分離および精製されて回収される。 Thus, the product gas generated in the reaction tube 111 contains carbon dioxide CO 2 in addition to hydrogen. This carbon dioxide is separated and purified by the product gas recovery system 105 and recovered.

上述した(1)式に示す改質反応は吸熱反応であり、このような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。このため、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガス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および混合蒸気が加熱されるようになっている。   The above-described reforming reaction represented by the formula (1) is an endothermic reaction, and in order to continue such a reforming reaction, it is necessary to continuously apply a predetermined amount of heat. For this reason, the catalyst 115 and the mixed steam in the reaction tube 111 are heated by receiving heat from the heat medium oil 113 heated by the exhaust gas from the steel exhaust gas energy recovery device 5.

一方、仮に反応管111との熱交換によって熱媒体油113の貯留層下層部に温度が低い成層が形成された場合、反応管111内での改質反応の効率が低下するおそれがある。
このため、この下層部内に第2改質器用ガス管部214bを設けて製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスを流し、この下層部を加熱する。これにより、下層部の温度が上昇して熱媒体油113の比重が相対的に軽くなり、熱媒体油113内に自然対流が発生して熱媒体油113の温度の均一性が保たれる。
On the other hand, if a low temperature stratification is formed in the lower layer of the reservoir layer of the heat medium oil 113 by heat exchange with the reaction tube 111, the efficiency of the reforming reaction in the reaction tube 111 may be reduced.
For this reason, the gas pipe part 214b for 2nd reformers is provided in this lower layer part, the exhaust gas from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is flowed, and this lower layer part is heated. As a result, the temperature of the lower layer rises and the specific gravity of the heat medium oil 113 becomes relatively light, natural convection occurs in the heat medium oil 113, and the temperature uniformity of the heat medium oil 113 is maintained.

上述したように、熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっているので、反応管111を300℃以上まで加熱することができる。また、熱媒体油113は、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、反応管111を効率よく安定して加熱することができる。   As described above, since the heat medium oil 113 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name), the reaction tube 111 can be heated to 300 ° C. or higher. Further, the heat medium oil 113 has good thermal conductivity, a large specific heat, and a gradual change in temperature, so that the reaction tube 111 can be efficiently and stably heated.

なお、図3において、改質器103の外部の系統に、図示しない流量調節用または閉止用などの弁が取付けられている。   In FIG. 3, a valve for adjusting the flow rate or closing the valve (not shown) is attached to the system outside the reformer 103.

変形例
次に、図4乃至図6により本実施の形態による水素製造装置の変形例について説明する。
図4において、改質器203の第1改質器用ガス管部214aおよび反応管111に、第1改質器用ガス管部214aと反応管111との伝熱を促進するための複数のプレートフィン316が取付けられている。
すなわち、このプレートフィン316は、熱媒体油113から反応管111への伝熱性能を向上させるために設けられたプレート状の伝熱フィンである。
Modified Example Next, a modified example of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 4, a plurality of plate fins for promoting heat transfer between the first reformer gas pipe portion 214 a and the reaction tube 111 are provided in the first reformer gas pipe portion 214 a and the reaction tube 111 of the reformer 203. 316 is attached.
That is, the plate fin 316 is a plate-shaped heat transfer fin provided to improve the heat transfer performance from the heat medium oil 113 to the reaction tube 111.

このように、改質器203の第1改質器用ガス管部214aおよび反応管111にプレートフィン316が取付けられていることにより、反応管111の伝熱面積が増加し、これにより伝熱性が向上する。また、第1改質器用ガス管部214aから反応管111へ熱伝導による伝熱が行われ、これにより伝熱性能が向上する。   Thus, by attaching the plate fins 316 to the first reformer gas pipe 214a and the reaction tube 111 of the reformer 203, the heat transfer area of the reaction tube 111 is increased, thereby improving the heat transfer performance. improves. Further, heat transfer is performed by heat conduction from the first reformer gas pipe portion 214a to the reaction tube 111, thereby improving the heat transfer performance.

また、第2改質器用ガス管部214bに別の伝熱フィンを設けて伝熱特性を更に向上させても良い。   Further, another heat transfer fin may be provided in the second reformer gas pipe portion 214b to further improve the heat transfer characteristics.

さらに、図5に示すように、上述した改質器203のプレートフィン316に、熱媒体油113の対流を促進するための流路穴317が形成されていても良い。
同様に、図6に示すように、改質器203のプレートフィン316に、熱媒体油113の対流を促進するための切り欠き318が形成されていても良い。
Further, as shown in FIG. 5, a channel hole 317 for promoting the convection of the heat medium oil 113 may be formed in the plate fin 316 of the reformer 203 described above.
Similarly, as shown in FIG. 6, notches 318 for promoting convection of the heat medium oil 113 may be formed in the plate fins 316 of the reformer 203.

すなわち図4に示す実施の形態において、改質器203の第1改質器用ガス管部214aおよび反応管111にプレートフィン316が取付けられていることにより、改質器203内における熱媒体油113の自然対流が損なわれ、熱媒体油113内の温度が均一にならないおそれがある。このため、図5および図6に示すように、プレートフィン316に流路穴317または切り欠き318を形成し、これにより熱媒体油113の自然対流を促進するようになっている。   That is, in the embodiment shown in FIG. 4, the plate fin 316 is attached to the first reformer gas pipe portion 214 a and the reaction pipe 111 of the reformer 203, so that the heat medium oil 113 in the reformer 203 is provided. Natural convection may be impaired, and the temperature in the heat medium oil 113 may not be uniform. For this reason, as shown in FIGS. 5 and 6, flow hole 317 or notch 318 is formed in plate fin 316, thereby promoting natural convection of heat medium oil 113.

また本実施の形態において、熱媒体油113内に仕切り板などを設け、これにより熱媒体油113の上昇流と下降流とが干渉しないようにして、対流を促進しても良い。   In the present embodiment, a partition plate or the like may be provided in the heat medium oil 113 so that the upward flow and the downward flow of the heat medium oil 113 do not interfere with each other to promote convection.

このように、本実施の形態によれば、第2の実施の形態の効果に加え、改質器203の改質器用ガス管214が、第1改質器用ガス管部214aと第2改質器用ガス管部214bとからなっているので、改質器203内で熱媒体油113を加熱すると同時に自然循環により熱媒体油113の流れを生じさせることができる。これにより、熱媒体油113内の温度分布を均一化することができる。また、熱媒体油113を循環させる循環ポンプなどの循環装置が不要となるので、水素製造装置102を簡素化することができ、安全性の高いものとすることができる。   Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects of the second embodiment, the reformer gas pipe 214 of the reformer 203 is connected to the first reformer gas pipe section 214a and the second reformer. Since it comprises the gas pipe section 214b for equipment, the heat medium oil 113 can be heated in the reformer 203, and at the same time, the flow of the heat medium oil 113 can be generated by natural circulation. Thereby, the temperature distribution in the heat medium oil 113 can be made uniform. In addition, since a circulation device such as a circulation pump for circulating the heat medium oil 113 is not required, the hydrogen production apparatus 102 can be simplified and the safety can be improved.

また、本実施の形態によれば、第1改質器用ガス管部214aと反応管111とに伝熱促進用のプレートフィン316が取付けられているので、改質器203内の熱媒体油113による伝熱性能を向上させることができ、水素製造装置102の水素生成効率を高めることができる。   Further, according to the present embodiment, since the heat transfer promoting plate fins 316 are attached to the first reformer gas pipe portion 214 a and the reaction tube 111, the heat medium oil 113 in the reformer 203 is used. The heat transfer performance due to the hydrogen can be improved, and the hydrogen production efficiency of the hydrogen production apparatus 102 can be increased.

さらに、本実施の形態によれば、プレートフィン316に流路穴317または切り欠き318が形成されているので、熱媒体油113の自然対流を促進することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the channel hole 317 or the notch 318 is formed in the plate fin 316, natural convection of the heat medium oil 113 can be promoted.

第4の実施の形態
次に、本発明の第4の実施の形態について図7を参照して説明する。
ここで、図7は、本発明の第4の実施の形態を示す概略構造図である。
図7に示す第4の実施の形態は、改質器403の反応管411の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第2の実施の形態と略同一である。図7において、図2に示す第2の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 7 is a schematic structural diagram showing the fourth embodiment of the present invention.
The fourth embodiment shown in FIG. 7 is different in the configuration of the reaction tube 411 of the reformer 403, and the other configurations are substantially the same as those of the second embodiment described above. In FIG. 7, the same parts as those of the second embodiment shown in FIG.

まず、図7により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図7に示すように、水素製造装置102は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系104と、触媒415を含み、原料供給系104からの混合蒸気から水素を生成させる複数の反応管411を有する改質器403と、改質器403の複数の反応管411内で生成された水素をまとめて回収する生成ガス回収系105とを備えている。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, the hydrogen production apparatus 102 includes a raw material supply system 104 that generates a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water, and a catalyst 415, and generates hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system 104. A reformer 403 having a plurality of reaction tubes 411 and a product gas recovery system 105 that collectively collects hydrogen generated in the plurality of reaction tubes 411 of the reformer 403 are provided.

このうち改質器403は、反応管411全体を覆うシェル412と、シェル412内において反応管411と接するように貯留された熱媒体油113と、熱媒体油113内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からエネルギー回収装置5を介して供給される排ガスが流れる改質器用ガス管414とを有している。   Among these, the reformer 403 is provided so as to pass through the shell 412 covering the entire reaction tube 411, the heat medium oil 113 stored in contact with the reaction tube 411 in the shell 412, and the inside of the heat medium oil 113. And a reformer gas pipe 414 through which exhaust gas supplied from the iron making furnace of the iron making plant through the energy recovery device 5 flows.

このうち反応管411は、上端が開口するとともに下端が閉鎖された外管411aと、外管411aの中央に挿入され、両端が開口するとともに外管411aとの間に環状隙間422を形成する内管411bとを有している。   Among these, the reaction tube 411 is inserted in the center of the outer tube 411a whose upper end is open and whose lower end is closed, and the inner tube which is open at both ends and forms an annular gap 422 between the outer tube 411a. Tube 411b.

このうち環状隙間422内は、例えばCu−Znなどを合成した触媒415が充填された触媒充填部411dと、触媒充填部411dの下方に設けられ、触媒415の充填されていない触媒非充填部411cとからなっている。   Among these, in the annular gap 422, for example, a catalyst filling portion 411d filled with a catalyst 415 synthesized with Cu-Zn or the like, and a catalyst non-filling portion 411c provided below the catalyst filling portion 411d and not filled with the catalyst 415 are provided. It is made up of.

ところで、原料供給系104からの混合蒸気は、反応管411の環状隙間422上方から触媒充填部411d内に流入し、この触媒充填部411dにおいて触媒415の存在下で水素となり、この水素は、反応管411の触媒非充填部411cを介して内管411bの下端開口部411eへ流入して、内管411bの上端開口部411fから生成ガス回収系105に向けて流出する。   By the way, the mixed steam from the raw material supply system 104 flows into the catalyst filling portion 411d from above the annular gap 422 of the reaction tube 411, and becomes hydrogen in the presence of the catalyst 415 in the catalyst filling portion 411d. It flows into the lower end opening 411e of the inner tube 411b via the catalyst non-filling portion 411c of the tube 411, and flows out from the upper end opening 411f of the inner tube 411b toward the product gas recovery system 105.

さらに、改質器用ガス管414にはガス抽出管109とガス戻り管110とが接続され、製鉄排ガスエネルギー回収装置5から供給される加熱用の排ガスが流れるようになっている。   Further, a gas extraction pipe 109 and a gas return pipe 110 are connected to the reformer gas pipe 414 so that the exhaust gas for heating supplied from the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 flows.

また、反応管411は、二重管構成のバイオネット型形状からなっている。この反応管411の外管411aは、下端部が閉止され、上端部は開口して管板419に固定されている。また、反応管411の内管411bは両端がともに開口し、上端部は管板420に固定されている。   The reaction tube 411 has a bayonet shape with a double tube configuration. The outer tube 411 a of the reaction tube 411 has a lower end closed and an upper end opened to be fixed to the tube plate 419. Both ends of the inner tube 411 b of the reaction tube 411 are open, and the upper end is fixed to the tube plate 420.

さらに、シェル412は管板419および管板420により3つの部屋412aと部屋412bと部屋412cとに区画されている。このうち部屋412aには、熱媒体油113が貯留され、熱媒体油113内に改質器用ガス管414が浸漬されている。また、部屋412bには原料供給系104から供給される混合蒸気が充填されており、複数の反応管411内に分岐するための混合蒸気のマニホールドとなっている。また、部屋412cは複数の反応管411内部における改質反応により生成された水素などの生成ガスが集められる生成ガスのマニホールドとなっている。このようにして、部屋412cに集められた生成ガスは生成ガス回収系105へ流出し、生成ガス回収系105で分離精製される。   Furthermore, the shell 412 is divided into three rooms 412a, 412b, and 412c by a tube plate 419 and a tube plate 420. Among these, the heat medium oil 113 is stored in the room 412 a, and the reformer gas pipe 414 is immersed in the heat medium oil 113. The chamber 412b is filled with mixed steam supplied from the raw material supply system 104, and serves as a mixed steam manifold for branching into the plurality of reaction tubes 411. The chamber 412c is a product gas manifold in which product gases such as hydrogen produced by the reforming reaction in the plurality of reaction tubes 411 are collected. In this way, the product gas collected in the room 412 c flows out into the product gas recovery system 105 and is separated and purified by the product gas recovery system 105.

さらに、上述したように反応管411の環状隙間422の触媒充填部411dには触媒415が充填されている。触媒充填部411dは内部に空隙部を有しており、この空隙部内を混合蒸気が流れるようになっている。また、環状隙間422の触媒充填部411d下方に触媒非充填部411cを設けるため、触媒充填部411dの下部に、例えばメッシュなどを有する穴あき受け板421が設置されている。   Furthermore, as described above, the catalyst filling portion 411d of the annular gap 422 of the reaction tube 411 is filled with the catalyst 415. The catalyst filling part 411d has a gap inside, and the mixed steam flows in this gap. Further, in order to provide the catalyst non-filling portion 411c below the catalyst filling portion 411d of the annular gap 422, a perforated receiving plate 421 having, for example, a mesh is installed below the catalyst filling portion 411d.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
製鉄排ガスエネルギー回収装置5から分岐して供給される排ガスは、ガス抽出管109を介して改質器403の改質器用ガス管414内へ供給され、シェル412内に貯留された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。次に、改質器用ガス管414からの排ガスは、ガス戻り管110を通って製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
The exhaust gas that is branched and supplied from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is supplied into the reformer gas pipe 414 of the reformer 403 via the gas extraction pipe 109, and the heat medium oil 113 stored in the shell 412. The heat medium oil 113 is heated by exchanging heat. Next, the exhaust gas from the reformer gas pipe 414 is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 through the gas return pipe 110.

一方、例えばエタノール、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素ガスからなる燃料と水蒸気との混合蒸気が原料供給系104から部屋412b内に供給される。次に、このようにして部屋412b内に供給された混合蒸気は、複数の反応管411の環状隙間422内にそれぞれに分流し、その後触媒415が充填された触媒充填部411dの空隙部内を通過する。この際、熱媒体油113により加熱され、例えば燃料がジメチルエーテルの場合は水蒸気により上述した(1)式のような改質反応が行われ、水素などを含む生成ガスが生成される。   On the other hand, for example, a mixed vapor of fuel and water vapor made of oxygen-containing hydrocarbon gas such as ethanol and dimethyl ether is supplied from the raw material supply system 104 into the room 412b. Next, the mixed steam thus supplied into the chamber 412 b is divided into the annular gaps 422 of the plurality of reaction tubes 411, and then passes through the gaps of the catalyst filling part 411 d filled with the catalyst 415. To do. At this time, the heating medium oil 113 is heated. For example, when the fuel is dimethyl ether, the reforming reaction represented by the above-described formula (1) is performed with water vapor to generate a product gas containing hydrogen and the like.

この生成ガスは反応管411の下部でUターンし、内管411bの中を上方へ進み、部屋412cに達し、その後生成ガス回収系105へ流出する。   This product gas makes a U-turn at the lower part of the reaction tube 411, travels upward in the inner tube 411b, reaches the room 412c, and then flows out to the product gas recovery system 105.

ところで、反応管411の触媒充填部411d内において吸熱反応が行われており、この反応に必要な熱量は、熱媒体油113から受ける。一方、反応管411の下部に吸熱反応が行われない触媒非充填部411cが設けられているので、この触媒非充填部411c内で生成ガスは再加熱される。この再加熱された生成ガスが内管411b内を流れる際に熱交換して、触媒充填部411dの内側からも触媒充填部411dが加熱されるので、触媒充填部411dは、より多くの熱量を受け取ることができる。   Incidentally, an endothermic reaction is performed in the catalyst filling portion 411 d of the reaction tube 411, and the amount of heat necessary for this reaction is received from the heat medium oil 113. On the other hand, since the catalyst unfilled portion 411c where no endothermic reaction is performed is provided at the lower portion of the reaction tube 411, the product gas is reheated in the catalyst unfilled portion 411c. When the reheated product gas flows through the inner pipe 411b, heat exchange is performed, and the catalyst filling unit 411d is also heated from the inside of the catalyst filling unit 411d. Therefore, the catalyst filling unit 411d generates a larger amount of heat. Can receive.

このようにして反応管411内で生成された生成ガス中には、水素のほか二酸化炭素COを含んでいる。この二酸化炭素は、生成ガス回収系105で分離および精製されて回収される。 Thus, the product gas produced in the reaction tube 411 contains carbon dioxide CO 2 in addition to hydrogen. This carbon dioxide is separated and purified by the product gas recovery system 105 and recovered.

ところで、熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっているので、反応管411を300℃以上まで加熱することができる。また、熱媒体油113は、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、反応管411を効率よく安定して加熱することができる。   By the way, since the heat medium oil 113 is made of heat medium oil for high boiling point and high temperature such as Barrel Therm 400 (trade name), the reaction tube 411 can be heated to 300 ° C. or higher. Further, since the heat medium oil 113 has good thermal conductivity, large specific heat, and moderate temperature fluctuation, the reaction tube 411 can be efficiently and stably heated.

なお、図7において、改質器403の外部の系統に、図示しない流量調節用または閉止用などの弁が取付けられている。   In FIG. 7, a flow rate adjusting valve or a closing valve (not shown) is attached to a system outside the reformer 403.

このように、本実施の形態によれば、製鉄プラントの製鉄炉から発生した排ガスの熱エネルギーを改質器403の反応管411に利用できるので、水素の製造に必要なエネルギーの大半を効率的に得ることができる。さらにこの排ガスは、利用された後に製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻されるので、排ガスを無駄なく有効に利用でき、製鉄プラントのエネルギー効率をより一層向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the heat energy of the exhaust gas generated from the iron making furnace of the iron making plant can be used for the reaction tube 411 of the reformer 403, so that most of the energy necessary for producing hydrogen can be efficiently used. Can get to. Furthermore, since this exhaust gas is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 after being used, the exhaust gas can be used effectively without waste, and the energy efficiency of the steelmaking plant can be further improved.

すなわち、多くの製鉄プラントにおいて、製鉄炉で発生した排ガスはエネルギー回収装置5により回収され、熱エネルギーは有効に利用されている。本実施の形態によれば、上述した水素製造装置により、さらにエネルギーの有効利用が可能となる。   That is, in many steel manufacturing plants, the exhaust gas generated in the iron making furnace is recovered by the energy recovery device 5, and the thermal energy is effectively used. According to the present embodiment, the hydrogen production apparatus described above can further effectively use energy.

また、本実施の形態によれば、改質器403の反応管411の加熱のために熱媒体油113が使用されているので、反応管411を効率よく安定して加熱することができる。   Further, according to the present embodiment, since the heat medium oil 113 is used for heating the reaction tube 411 of the reformer 403, the reaction tube 411 can be efficiently and stably heated.

さらに、本実施の形態によれば、製鉄排ガスエネルギー回収装置5で利用される高圧の排ガスはガス抽出管109を介してシェル412内に導かれるので、配管以外に高圧となる部分が存在せず、改質器403の安全性を高めることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the high-pressure exhaust gas used in the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is guided into the shell 412 through the gas extraction pipe 109, so there is no high-pressure portion other than the pipe. The safety of the reformer 403 can be improved.

さらにまた、本実施の形態によれば、改質器403内部に直接高圧の排ガスが供給されることはなく、シェル412を高圧仕様とする必要がないので、シェル412の肉厚を薄くして軽量化を図ることができる。これにより、シェル412に使用される金属資源を少なくすることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, high-pressure exhaust gas is not directly supplied into the reformer 403, and the shell 412 does not need to have a high-pressure specification. Weight reduction can be achieved. Thereby, the metal resources used for the shell 412 can be reduced.

さらにまた、本実施の形態によれば、熱媒体油113により触媒充填部411dが外側から加熱されるとともに、触媒非充填部411cで再加熱された生成ガスにより触媒充填部411dの内側からも加熱される。これにより、改質器403の熱交換効率を更に向上させることができ、水素製造装置の水素発生効率を高くすることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the catalyst filling portion 411d is heated from the outside by the heat medium oil 113, and is also heated from the inside of the catalyst filling portion 411d by the product gas reheated by the catalyst non-filling portion 411c. Is done. Thereby, the heat exchange efficiency of the reformer 403 can be further improved, and the hydrogen generation efficiency of the hydrogen production apparatus can be increased.

第5の実施の形態
次に、本発明の第5の実施の形態について図8乃至図11を参照して説明する。
ここで、図8は、本発明の第5の実施の形態を示す概略構造図であり、図9は、本実施の形態の変形例を示す概略構造図である。また、図10は、プレートフィンに流路穴が形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図であり、図11は、プレートフィンに切り欠きが形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図である。
図8乃至図11に示す第5の実施の形態は、改質器用ガス管414の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第4の実施の形態と略同一である。図8において、図7に示す第4の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, FIG. 8 is a schematic structural diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic structural diagram showing a modification of the present embodiment. Further, FIG. 10 is a schematic structural diagram inside the shell when the channel hole is formed in the plate fin, and FIG. 11 is a schematic structural diagram inside the shell when the notch is formed in the plate fin. It is.
The fifth embodiment shown in FIGS. 8 to 11 is different in the configuration of the reformer gas pipe 414, and the other configurations are substantially the same as those of the above-described fourth embodiment. In FIG. 8, the same parts as those of the fourth embodiment shown in FIG.

まず、図8により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図8に示すように、改質器403は、反応管411全体を覆うシェル412と、シェル412内において反応管411と接するように貯留された熱媒体油113と、熱媒体油113内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からエネルギー回収装置5を介して供給される排ガスが流れる改質器用ガス管414とを有している。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 8, the reformer 403 passes through the shell 412 covering the entire reaction tube 411, the heat medium oil 113 stored in the shell 412 so as to be in contact with the reaction tube 411, and the heat medium oil 113. And a reformer gas pipe 414 through which the exhaust gas supplied from the iron making furnace of the iron making plant through the energy recovery device 5 flows.

このうち改質器用ガス管414は、反応管411近傍に配置された第1改質器用ガス管部414aと、第1改質器用ガス管部414aの下方であってシェル412内の空間部に貯留された熱媒体油413の下層部に配置された第2改質器用ガス管部414bとからなっている。   Of these, the reformer gas pipe 414 includes a first reformer gas pipe 414 a disposed in the vicinity of the reaction tube 411, and a space below the first reformer gas pipe 414 a and in the space inside the shell 412. It consists of a second reformer gas pipe portion 414b disposed in the lower layer portion of the stored heat medium oil 413.

これら改質器用ガス管414の第1改質器用ガス管部414aおよび第2改質器用ガス管部414bには、それぞれ製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスが供給されるガス抽出管109と、製鉄排ガスエネルギー回収装置5へ排ガスが戻されるガス戻り管110とが分岐して接続され、熱媒体油113を加熱する排ガスが内部を流れるようになっている。   The first reformer gas pipe portion 414a and the second reformer gas pipe portion 414b of the reformer gas pipe 414 are each supplied with a gas extraction pipe 109 to which the exhaust gas from the iron exhaust gas energy recovery device 5 is supplied, A gas return pipe 110 from which the exhaust gas is returned to the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is branched and connected so that the exhaust gas for heating the heat medium oil 113 flows inside.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図8において、製鉄排ガスエネルギー回収装置5から分岐して抽出された排ガスは、ガス抽出管109を通って改質器403の改質器用ガス管414内へ供給され、第1改質器用ガス管部414a内を通過する間にシェル412内に貯留された熱媒体油113と熱交換して熱媒体油113を加熱する。次に、第1改質器用ガス管部414a内を通過した排ガスは、ガス戻り管110を通って製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
In FIG. 8, the exhaust gas branched and extracted from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is supplied into the reformer gas pipe 414 of the reformer 403 through the gas extraction pipe 109, and the first reformer gas pipe The heat medium oil 113 is heated by exchanging heat with the heat medium oil 113 stored in the shell 412 while passing through the portion 414a. Next, the exhaust gas that has passed through the first reformer gas pipe portion 414 a is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 through the gas return pipe 110.

また同様に、熱媒体油113の貯留層に配置された第2改質器用ガス管部414bにもガス抽出管109から分岐された排ガスが供給され、この排ガスは、熱媒体油113の貯留下層部を加熱した後、ガス戻り管110と合流して製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。   Similarly, the exhaust gas branched from the gas extraction pipe 109 is also supplied to the second reformer gas pipe portion 414 b arranged in the reservoir of the heat medium oil 113. After heating the part, it joins with the gas return pipe 110 and is returned to the iron-making exhaust gas energy recovery device 5.

一方、原料供給系104からのエタノールまたはジメチルエーテルなどからなる燃料ガスと水蒸気との混合蒸気は、改質器403の反応管411内に供給される。この混合蒸気は反応管411内において触媒415の充填層の空隙部を通過する間に改質反応が行われ、水素を含む生成ガスが生成される。
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、上述した(1)式のように改質反応が行われ水素を含む生成ガスが生成される。
On the other hand, a mixed vapor of fuel gas and water vapor made of ethanol or dimethyl ether from the raw material supply system 104 is supplied into the reaction tube 411 of the reformer 403. The mixed vapor undergoes a reforming reaction while passing through the voids of the packed bed of the catalyst 415 in the reaction tube 411, and a product gas containing hydrogen is generated.
For example, when the fuel is dimethyl ether, the reforming reaction is performed by the water vapor as shown in the above formula (1), and a product gas containing hydrogen is generated.

このようにして反応管411内で生成された生成ガス中には、水素のほか二酸化炭素COを含んでいる。この生成ガスは反応管411の下部でUターンして、内管411bの中を通過して、部屋412cに集められ、その後生成ガス回収系105へ流出し、生成ガス回収系105で分離および精製されて回収される。 Thus, the product gas produced in the reaction tube 411 contains carbon dioxide CO 2 in addition to hydrogen. This product gas makes a U-turn at the lower part of the reaction tube 411, passes through the inner tube 411 b, is collected in the room 412 c, then flows out to the product gas recovery system 105, and is separated and purified by the product gas recovery system 105 And recovered.

上述したように、熱媒体油113は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっているので、反応管411を300℃以上まで加熱することができる。また、熱媒体油113は、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、反応管411を効率よく安定して加熱することができる。   As described above, since the heat medium oil 113 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name), the reaction tube 411 can be heated to 300 ° C. or higher. Further, since the heat medium oil 113 has good thermal conductivity, large specific heat, and moderate temperature fluctuation, the reaction tube 411 can be efficiently and stably heated.

一方、反応管411との熱交換により、熱媒体油113の貯留層下層部に温度が低い成層が形成されると、反応管411内での改質反応の効率が低下するおそれがある。このため、この下層部内に第2改質器用ガス管部414bを設けて製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスを流し、この下層部を加熱する。これにより、下層部の温度が上昇して熱媒体油113の比重が相対的に軽くなり、熱媒体油113内に自然対流が発生して熱媒体油113の温度の均一性が保たれる。   On the other hand, if a low temperature stratification is formed in the lower layer of the reservoir layer of the heat medium oil 113 by heat exchange with the reaction tube 411, the efficiency of the reforming reaction in the reaction tube 411 may be reduced. For this reason, the gas pipe part 414b for 2nd reformers is provided in this lower layer part, the waste gas from the iron-making exhaust gas energy recovery apparatus 5 is flowed, and this lower layer part is heated. As a result, the temperature of the lower layer rises and the specific gravity of the heat medium oil 113 becomes relatively light, natural convection occurs in the heat medium oil 113, and the temperature uniformity of the heat medium oil 113 is maintained.

なお、図8において、改質器403の外部の系統に、図示しない流量調節用または閉止用などの弁が取付けられている。   In FIG. 8, a valve for adjusting the flow rate or closing the valve (not shown) is attached to the system outside the reformer 403.

変形例
次に、図9乃至図11により本実施の形態による水素製造装置の変形例について説明する。
図9において、改質器403の第1改質器用ガス管部414aおよび反応管411に、第1改質器用ガス管部414aと反応管411との伝熱を促進するための複数のプレートフィン616が取付けられている。
このプレートフィン616は、熱媒体油113から反応管411への伝熱性能を向上させるためのプレート状の伝熱フィンである。
Modified Example Next, a modified example of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 9, a plurality of plate fins for promoting heat transfer between the first reformer gas pipe 414 a and the reaction tube 411 are provided in the first reformer gas pipe 414 a and the reaction pipe 411 of the reformer 403. 616 is attached.
The plate fins 616 are plate-shaped heat transfer fins for improving the heat transfer performance from the heat medium oil 113 to the reaction tube 411.

このように、改質器用ガス管414の第1改質器用ガス管部414aおよび反応管411に伝熱フィン616が取付けられていることにより、反応管411の伝熱面積が増加して伝熱性が向上する。また、第1改質器用ガス管部414aから反応管411へ熱伝導による伝熱が行われ、これにより伝熱性能が向上する。   As described above, the heat transfer fins 616 are attached to the first reformer gas pipe portion 414a and the reaction pipe 411 of the reformer gas pipe 414, thereby increasing the heat transfer area of the reaction tube 411 and increasing the heat transfer performance. Will improve. In addition, heat transfer is performed by heat conduction from the first reformer gas pipe portion 414a to the reaction tube 411, thereby improving the heat transfer performance.

また、第2改質器用ガス管部414bに別の伝熱フィンを設けて伝熱特性を更に向上させても良い。   Further, another heat transfer fin may be provided in the second reformer gas pipe portion 414b to further improve the heat transfer characteristics.

また、図10に示すように、改質器403のプレートフィン616に、熱媒体油113の対流を促進するための流路穴617形成されていても良い。
同様に、図11に示すように、改質器403のプレートフィン616に、熱媒体油113の対流を促進するための切り欠き618が形成されている。
In addition, as shown in FIG. 10, a channel hole 617 for promoting convection of the heat medium oil 113 may be formed in the plate fin 616 of the reformer 403.
Similarly, as shown in FIG. 11, notches 618 for promoting convection of the heat medium oil 113 are formed in the plate fins 616 of the reformer 403.

このように、第1改質器用ガス管部414aおよび反応管411に伝熱促進用のプレートフィン616が取付けられていることにより、改質器403の伝熱性能を向上させることができ、水素製造装置の水素生成効率を高めることができる。   As described above, the heat transfer promoting plate fins 616 are attached to the first reformer gas pipe portion 414a and the reaction pipe 411, so that the heat transfer performance of the reformer 403 can be improved. The hydrogen generation efficiency of the production apparatus can be increased.

また本実施の形態において、熱媒体油113内に仕切り板などを設け、これにより熱媒体油113の上昇流と下降流とが干渉しないようにして、対流を促進しても良い。   In the present embodiment, a partition plate or the like may be provided in the heat medium oil 113 so that the upward flow and the downward flow of the heat medium oil 113 do not interfere with each other to promote convection.

このように本実施の形態によれば、第4の実施の形態の効果に加え、改質器403の改質器用ガス管414が、第1改質器用ガス管部414aと第2改質器用ガス管部414bとからなっているので、改質器403内で熱媒体油113を加熱すると同時に自然循環により熱媒体油113の流れを生じさせることができる。これにより、熱媒体油113内の温度分布を均一化することができる。また、熱媒体油113を循環させる循環ポンプなどの循環装置が不要なものとすることができるので、水素製造装置を簡素化することができ、安全性の高いものとすることができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the fourth embodiment, the reformer gas pipe 414 of the reformer 403 includes the first reformer gas pipe portion 414a and the second reformer use. Since it consists of the gas pipe portion 414b, the heat medium oil 113 can be heated in the reformer 403 and at the same time the flow of the heat medium oil 113 can be generated by natural circulation. Thereby, the temperature distribution in the heat medium oil 113 can be made uniform. Further, since a circulation device such as a circulation pump for circulating the heat medium oil 113 can be made unnecessary, the hydrogen production device can be simplified and the safety can be enhanced.

第6の実施の形態
次に、本発明の第6の実施の形態について図12を参照して説明する。
ここで、図12は、本発明の第6の実施の形態を示す概略構成図である。
Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention.

まず、図12により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図12に示すように、水素製造装置702は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系704と、原料供給系704からの混合蒸気から水素を生成させる改質器103と、改質器103で混合蒸気が改質されて生成された水素や他の生成ガスを分離回収し、水素ガスを精製する装置などからなる生成ガス回収系105とを備えている。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 12, the hydrogen production apparatus 702 includes a raw material supply system 704 that generates a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water, and a reformer 103 that generates hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system 704. And a product gas recovery system 105 including a device for separating and recovering hydrogen and other product gas generated by reforming the mixed steam in the reformer 103 and purifying the hydrogen gas.

このうち原料供給系704は、熱媒体油713が貯留された熱媒体油貯留タンク727と、熱媒体油貯留タンク727内に配置された燃料蒸発器723、水蒸発器725および混合部726とを有している。   Among these, the raw material supply system 704 includes a heat medium oil storage tank 727 in which the heat medium oil 713 is stored, and a fuel evaporator 723, a water evaporator 725, and a mixing unit 726 disposed in the heat medium oil storage tank 727. Have.

また燃料蒸発器723は、例えばエタノール、ジメチルエーテルなどの燃料をガス化して予熱するものであり、この燃料蒸発器723に、燃料を燃料蒸発器723内へ供給する燃料タンクなどからなる燃料供給機構722が接続されている。   The fuel evaporator 723 gasifies and preheats fuel such as ethanol and dimethyl ether, for example, and the fuel evaporator 723 includes a fuel supply mechanism 722 including a fuel tank that supplies fuel into the fuel evaporator 723. Is connected.

また、水蒸発器725は、原料水を蒸気にするものであり、この水蒸発器725に、水を水蒸発器725内へ供給する原料水タンクや給水ポンプなどからなる水供給器724が接続されている。   The water evaporator 725 converts raw water into steam, and a water supply 724 including a raw water tank and a water supply pump for supplying water into the water evaporator 725 is connected to the water evaporator 725. Has been.

さらに、熱媒体油貯留タンク727の熱媒体油713内に、製鉄プラントの製鉄炉から供給され、製鉄排ガスエネルギー回収装置5を介して比較的低温になった排ガスが流れる燃料加熱用ガス管728が設けられている。この製鉄排ガスエネルギー回収装置5は、例えば特許文献2で示されるような、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などからなっている。   Furthermore, a fuel heating gas pipe 728 is supplied into the heat medium oil 713 of the heat medium oil storage tank 727 from the iron making furnace of the iron making plant and the exhaust gas having a relatively low temperature flows through the iron making exhaust gas energy recovery device 5. Is provided. This iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is composed of, for example, a facility for generating power by driving a gas turbine with exhaust gas, as shown in Patent Document 2, for example.

なお、熱媒体油713は、例えばバーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油からなっているので、改質器103内を300℃以上まで加熱することができる。この熱媒体油713は、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、効率よく安定して加熱することができる。   In addition, since the heat medium oil 713 is made of a high boiling point high temperature heat medium oil such as Barrel Therm 400 (trade name), the inside of the reformer 103 can be heated to 300 ° C. or higher. The heat medium oil 713 has good heat conductivity, a large specific heat, and a gradual change in temperature. Therefore, the heat medium oil 713 can be efficiently and stably heated.

ところで、混合部726は、燃料蒸発器723および水蒸発器725に接続され、燃料蒸発器723からの燃料蒸気と水蒸発器725からの水蒸気とを混合して混合蒸気を生成するようになっている。また、燃料加熱用ガス管728内の排ガスにより熱媒体油貯留タンク727の熱媒体油713が加熱されることにより、燃料蒸発器723、水蒸発器725、および混合部726が加熱されるようになっている。   By the way, the mixing unit 726 is connected to the fuel evaporator 723 and the water evaporator 725, and mixes the fuel vapor from the fuel evaporator 723 and the water vapor from the water evaporator 725 to generate a mixed vapor. Yes. Further, the heat medium oil 713 of the heat medium oil storage tank 727 is heated by the exhaust gas in the fuel heating gas pipe 728 so that the fuel evaporator 723, the water evaporator 725, and the mixing unit 726 are heated. It has become.

また、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスを一部抽出して改質器103および熱媒体油貯留タンク727内の熱媒体油713を加熱するため、製鉄排ガスエネルギー回収装置5と改質器103の間、および製鉄排ガスエネルギー回収装置5と熱媒体油貯留タンク727との間に、ガス抽出管109とガス戻り管110とが接続されている。   Moreover, in order to heat the heat medium oil 713 in the reformer 103 and the heat medium oil storage tank 727 by extracting a part of the exhaust gas from the iron manufacture exhaust gas energy recovery apparatus 5, the iron manufacture exhaust gas energy recovery apparatus 5 and the reformer 103 are heated. And the gas extraction pipe 109 and the gas return pipe 110 are connected between the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 and the heat medium oil storage tank 727.

なお、改質器103は、図2に示す実施の形態と同様の構成からなっている。   The reformer 103 has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
製鉄排ガスエネルギー回収装置5から分岐して抽出された排ガスは、ガス抽出管109を通って改質器103側と熱媒体油貯留タンク727側へ分岐して流される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
The exhaust gas branched and extracted from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is branched and passed through the gas extraction pipe 109 to the reformer 103 side and the heat medium oil storage tank 727 side.

まず、製鉄排ガスエネルギー回収装置5から熱媒体油貯留タンク727側へ流された排ガスは、燃料加熱用ガス管728内を通って熱媒体油713を加熱した後、ガス戻り管110を経由して製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻される。   First, the exhaust gas flowed from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 to the heat medium oil storage tank 727 side passes through the fuel heating gas pipe 728 to heat the heat medium oil 713 and then passes through the gas return pipe 110. Returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5.

この間、熱媒体油貯留タンク727内において、燃料加熱用ガス管728内を通過する排ガスにより加熱された熱媒体油713は、燃料蒸発器723を加熱して、これにより燃料蒸発器723内で燃料が加熱されて、燃料蒸気が生成される。
また、燃料加熱用ガス管728内を通過する排ガスにより加熱された熱媒体油713は、水蒸発器725を加熱して、これにより水蒸気が生成される。
During this time, in the heat medium oil storage tank 727, the heat medium oil 713 heated by the exhaust gas passing through the fuel heating gas pipe 728 heats the fuel evaporator 723, thereby causing fuel in the fuel evaporator 723. Is heated to produce fuel vapor.
Further, the heat medium oil 713 heated by the exhaust gas passing through the fuel heating gas pipe 728 heats the water evaporator 725, thereby generating water vapor.

次に、燃料蒸発器723からの燃料ガスと水蒸発器725からの水蒸気とが混合部726内で混合され、かつ燃料加熱用ガス管728内を通過する排ガスにより加熱された熱媒体油713により加熱され、混合蒸気が生成される。次に、この混合蒸気が改質器103へ供給されて改質器103内で改質されて水素が生成される。   Next, the fuel gas from the fuel evaporator 723 and the water vapor from the water evaporator 725 are mixed in the mixing unit 726 and heated by the heat medium oil 713 heated by the exhaust gas passing through the fuel heating gas pipe 728. Heated to produce mixed steam. Next, the mixed steam is supplied to the reformer 103 and reformed in the reformer 103 to generate hydrogen.

このようにして、熱媒体油713は、熱媒体油貯留タンク727内で自然対流によって循環し、燃料加熱用ガス管728内を流れる排ガスと熱交換される。   In this manner, the heat medium oil 713 is circulated by natural convection in the heat medium oil storage tank 727 and is heat-exchanged with the exhaust gas flowing in the fuel heating gas pipe 728.

なお、改質器103へ供給される排ガスは、第2の実施の形態に示したのと同様の作用により改質器103を加熱し、これにより改質器103内で水素が生成されるが、詳細な説明は省略する。   The exhaust gas supplied to the reformer 103 heats the reformer 103 by the same action as described in the second embodiment, and thereby hydrogen is generated in the reformer 103. Detailed description will be omitted.

また、図12において、改質器103の外部の系統に、図示しない流量調節用または閉止用などの弁が取付けられている。   In FIG. 12, a valve for adjusting the flow rate or closing the valve (not shown) is attached to the system outside the reformer 103.

なお、図12において、改質器103を図3乃至図6の実施の形態に示す改質器203と置き換えても良い。   In FIG. 12, the reformer 103 may be replaced with the reformer 203 shown in the embodiment of FIGS.

このように、本実施の形態によれば、製鉄プラントの製鉄炉から発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造装置702の改質器103に利用できるので、水素の製造に必要なエネルギーの大半を効率的に得ることができる。さらにこの排ガスは、利用された後に製鉄排ガスエネルギー回収装置5に戻されるので、排ガスを無駄なく有効に利用でき、製鉄プラントのエネルギー効率をより一層向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the heat energy of the exhaust gas generated from the iron making furnace of the iron making plant can be used for the reformer 103 of the hydrogen production apparatus 702, so that most of the energy necessary for producing hydrogen is efficiently used. Can be obtained. Furthermore, since this exhaust gas is returned to the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 after being used, the exhaust gas can be used effectively without waste, and the energy efficiency of the steelmaking plant can be further improved.

すなわち、多くの製鉄プラントにおいて、製鉄炉で発生した排ガスはエネルギー回収装置5により回収され、熱エネルギーは有効に利用されている。本実施の形態によれば、上述したような水素製造装置702が設けられていることにより、さらにエネルギーの有効利用が可能となる。   That is, in many steel manufacturing plants, the exhaust gas generated in the iron making furnace is recovered by the energy recovery device 5, and the thermal energy is effectively used. According to the present embodiment, since the hydrogen production apparatus 702 as described above is provided, it is possible to further effectively use energy.

また、本実施の形態によれば、改質器103の加熱のために熱媒体油713が使用されているので、改質器103を効率よく安定して加熱することができる。   Further, according to the present embodiment, since the heat medium oil 713 is used for heating the reformer 103, the reformer 103 can be efficiently and stably heated.

さらに、本実施の形態によれば、製鉄排ガスエネルギー回収装置5で利用される高圧の排ガスはガス抽出管109を介して改質器103内に導かれるので、配管以外に高圧となる部分が存在せず、改質器103の安全性を高めることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the high-pressure exhaust gas used in the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5 is guided into the reformer 103 through the gas extraction pipe 109, so that there is a high-pressure portion other than the pipe. Without this, the safety of the reformer 103 can be improved.

さらにまた、本実施の形態によれば、原料供給系704のうち、熱源が必要とされる燃料蒸発器723、水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯留タンク727内の熱媒体油713中に浸漬させ、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの加熱された排ガスで一括して加熱するので、加熱の際の熱効率を向上させることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, in the raw material supply system 704, the fuel evaporator 723, the water evaporator 725, and the mixing unit 726 that require a heat source are connected to the heat medium oil 713 in the heat medium oil storage tank 727. Since it is immersed in and heated with the exhaust gas heated from the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5, it is possible to improve the thermal efficiency during heating.

第7の実施の形態
次に、本発明の第7の実施の形態について図13を参照して説明する。
ここで、図13は、本発明の第7の実施の形態を示す概略構造図である。
図13に示す第7の実施の形態は、改質器403の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第6の実施の形態と略同一である。図13において、図12に示す第6の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
Seventh Embodiment Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 13 is a schematic structural diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
The seventh embodiment shown in FIG. 13 is different in the configuration of the reformer 403, and the other configurations are substantially the same as those in the sixth embodiment described above. In FIG. 13, the same parts as those in the sixth embodiment shown in FIG.

まず、図13により本実施の形態による水素製造装置の概略について説明する。
図13に示すように、水素製造装置702は、水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系704と、原料供給系704からの混合蒸気から水素を生成させる改質器403と、改質器403で混合蒸気が改質されて生成された水素や他の生成ガスを分離回収し、水素ガスを精製する装置などからなる生成ガス回収系105とを備えている。
First, the outline of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 13, the hydrogen production apparatus 702 includes a raw material supply system 704 that generates a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water, and a reformer 403 that generates hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system 704. And a product gas recovery system 105 including a device for separating and recovering hydrogen and other product gas generated by reforming the mixed steam in the reformer 403 and purifying the hydrogen gas.

このうち原料供給系704は、熱媒体油713が貯留された熱媒体油貯留タンク727と、熱媒体油貯留タンク727内に配置された燃料蒸発器723、水蒸発器725および混合部726とを有している。   Among these, the raw material supply system 704 includes a heat medium oil storage tank 727 in which the heat medium oil 713 is stored, and a fuel evaporator 723, a water evaporator 725, and a mixing unit 726 disposed in the heat medium oil storage tank 727. Have.

このうち燃料蒸発器723に燃料供給機構722が接続され、水蒸発器725に水供給器724が接続されている。   Among these, the fuel supply mechanism 722 is connected to the fuel evaporator 723, and the water supply unit 724 is connected to the water evaporator 725.

また、熱媒体油貯留タンク727の熱媒体油713内に、製鉄プラントの製鉄炉から供給され、製鉄排ガスエネルギー回収装置5を介して比較的低温になった排ガスが流れる燃料加熱用ガス管728が設けられている。   Also, a fuel heating gas pipe 728 is supplied into the heat medium oil 713 of the heat medium oil storage tank 727 and flows from the iron making furnace of the iron making plant and the exhaust gas having a relatively low temperature flows through the iron making exhaust gas energy recovery device 5. Is provided.

ところで、混合部726は、燃料蒸発器723および水蒸発器725に接続され、燃料蒸発器723からの燃料蒸気と水蒸発器725からの水蒸気とを混合して混合蒸気を生成するようになっている。また、燃料加熱用ガス管728内の排ガスにより熱媒体油貯留タンク727の熱媒体油713が加熱されることにより、燃料蒸発器723、水蒸発器725、および混合部726が加熱されるようになっている。   By the way, the mixing unit 726 is connected to the fuel evaporator 723 and the water evaporator 725, and mixes the fuel vapor from the fuel evaporator 723 and the water vapor from the water evaporator 725 to generate a mixed vapor. Yes. Further, the heat medium oil 713 of the heat medium oil storage tank 727 is heated by the exhaust gas in the fuel heating gas pipe 728 so that the fuel evaporator 723, the water evaporator 725, and the mixing unit 726 are heated. It has become.

また、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの排ガスを一部抽出して改質器403および熱媒体油貯留タンク727内の熱媒体油713を加熱するため、製鉄排ガスエネルギー回収装置5と改質器403の間、および製鉄排ガスエネルギー回収装置5と熱媒体油貯留タンク727との間に、ガス抽出管109とガス戻り管110とが接続されている。   Further, in order to heat the heat medium oil 713 in the reformer 403 and the heat medium oil storage tank 727 by extracting a part of the exhaust gas from the iron manufacture exhaust gas energy recovery apparatus 5, the iron manufacture exhaust gas energy recovery apparatus 5 and the reformer 403 are heated. And the gas extraction pipe 109 and the gas return pipe 110 are connected between the steelmaking exhaust gas energy recovery device 5 and the heat medium oil storage tank 727.

なお、改質器403は、図7に示す実施の形態と同様の構成からなっているが、図8乃至図11に示す実施の形態と同様の構成を有していても良い。   The reformer 403 has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. 7, but may have the same configuration as that of the embodiment shown in FIGS.

このように、本実施の形態によれば、原料供給系704のうち、熱源が必要とされる燃料蒸発器723、水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯留タンク727内の熱媒体油713中に浸漬させ、製鉄排ガスエネルギー回収装置5からの加熱された排ガスで一括して加熱するので、これらの加熱に要する加熱の際の熱効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, in the raw material supply system 704, the fuel evaporator 723, the water evaporator 725, and the mixing unit 726 that require a heat source are connected to the heat medium oil in the heat medium oil storage tank 727. Since it is immersed in 713 and heated together with heated exhaust gas from the iron-manufactured exhaust gas energy recovery device 5, the thermal efficiency in heating required for these heating can be improved.

本発明による水素製造装置の第1の実施の形態を示す概略構造図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic structure figure which shows 1st Embodiment of the hydrogen production apparatus by this invention. 本発明による水素製造装置の第2の実施の形態を示す概略構造図。FIG. 3 is a schematic structural diagram showing a second embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention. 本発明による水素製造装置の第3の実施の形態を示す概略構造図。The schematic structure figure showing a 3rd embodiment of the hydrogen production device by the present invention. 本発明による水素製造装置の第3の実施の形態の変形例を示す概略構造図。The schematic structure figure which shows the modification of 3rd Embodiment of the hydrogen production apparatus by this invention. プレートフィンに流路穴が形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図。The schematic structure figure inside a shell in case a channel hole is formed in a plate fin. プレートフィンに切り欠きが形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図。The schematic structure figure inside a shell in case a notch is formed in a plate fin. 本発明による水素製造装置の第4の実施の形態を示す概略構造図。FIG. 5 is a schematic structural diagram showing a fourth embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention. 本発明による水素製造装置の第5の実施の形態を示す概略構造図。FIG. 9 is a schematic structural diagram showing a fifth embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention. 本発明による水素製造装置の第5の実施の形態の変形例を示す概略構造図。The schematic structure figure which shows the modification of 5th Embodiment of the hydrogen production apparatus by this invention. プレートフィンに流路穴が形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図。The schematic structure figure inside a shell in case a channel hole is formed in a plate fin. プレートフィンに切り欠きが形成されている場合におけるシェル内部の概略構造図。The schematic structure figure inside a shell in case a notch is formed in a plate fin. 本発明による水素製造装置の第6の実施の形態を示す概略構造図。FIG. 9 is a schematic structural diagram showing a sixth embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention. 本発明による水素製造装置の第7の実施の形態を示す概略構造図。The schematic structure figure showing a 7th embodiment of the hydrogen production device by the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 製鉄炉
2 排ガス流路ダクト
3 水素製造装置
4 反応管
5 製鉄排ガスエネルギー回収装置
6 原料供給系
7 生成ガス回収系
8 燃料供給装置
9 水蒸気供給装置
10 混合部
102、702 水素製造装置
103、203、403 改質器
104、704 原料供給系
105 生成ガス回収系
106 燃料供給装置
107 水蒸気供給装置
108 混合部
109 ガス抽出管
110 ガス戻り管
111、411 反応管
112、412 シェル
113、713 熱媒体油
114、214,414 蒸気管
115、415 触媒
214a、414a 第1改質器用ガス管部
214b、414b 第2改質器用ガス管部
316、616 プレートフィン
317、617 流路穴
318、618 切り欠き流路
411a 外管
411b 内管
411c 触媒非充填部
411d 触媒充填部
411e 下端開口部
411f 上端開口部
412a、412b、412c 部屋
422 環状隙間
723 燃料蒸発器
724 水供給器
725 水蒸発器
726 混合部
727 熱媒体油貯留タンク
728 燃料加熱用ガス管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Iron furnace 2 Exhaust gas flow duct 3 Hydrogen production apparatus 4 Reaction tube 5 Steel production exhaust gas energy recovery apparatus 6 Raw material supply system 7 Generated gas recovery system 8 Fuel supply apparatus 9 Steam supply apparatus 10 Mixing parts 102 and 702 Hydrogen production apparatuses 103 and 203 , 403 Reformer 104, 704 Raw material supply system 105 Product gas recovery system 106 Fuel supply device 107 Steam supply device 108 Mixing part 109 Gas extraction pipe 110 Gas return pipe 111, 411 Reaction pipe 112, 412 Shell 113, 713 Heat medium oil 114, 214, 414 Steam pipe 115, 415 Catalyst 214a, 414a Gas pipe part 214b for the first reformer 214b, 414b Gas pipe part 316, 616 for the second reformer Plate fins 317, 617 Channel holes 318, 618 Notch flow Path 411a Outer tube 411b Inner tube 411c Catalyst unfilled portion 411d Catalyst filled 411e bottom opening 411f top opening 412a, 412b, 412c room 422 annular gap 723 fuel evaporator 724 water supplying device 725 water evaporator 726 mixing portion 727 thermal oil storage tank 728 fuel heating gas pipe

Claims (8)

水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系と、
触媒を含み、原料供給系からの混合蒸気から水素を生成させる反応管と、
反応管内で生成された水素を回収する生成ガス回収系とを備え、
反応管は、製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる排ガス流路ダクト内部に設けられ、この排ガス流路ダクト内部で、排ガスにより触媒の存在下で原料供給系からの混合蒸気を加熱しながら反応させて水素を生成させることを特徴とする水素製造装置。
A raw material supply system for generating a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water;
A reaction tube containing a catalyst and generating hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system;
A product gas recovery system for recovering hydrogen generated in the reaction tube,
The reaction tube is provided inside the exhaust gas flow duct where the exhaust gas from the iron making furnace of the steel plant flows, and the reaction is performed while heating the mixed steam from the raw material supply system in the presence of the catalyst by the exhaust gas inside the exhaust gas flow duct. A hydrogen production apparatus characterized in that hydrogen is produced.
水素を含む燃料と水との混合蒸気を発生させる原料供給系と、
触媒を含み、原料供給系からの混合蒸気から水素を生成させる反応管を有する改質器と、
改質器の反応管内で生成された水素を回収する生成ガス回収系とを備え、
改質器は、反応管全体を覆うシェルと、シェル内において反応管と接するように貯留された熱媒体油と、熱媒体油内部を通過するように設けられ、製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる改質器用ガス管とを有し、
改質器の反応管は、改質器用ガス管内を流れる排ガスにより加熱された熱媒体油により加熱され、触媒の存在下で原料供給系からの混合蒸気を反応させて水素を生成させることを特徴とする水素製造装置。
A raw material supply system for generating a mixed steam of hydrogen-containing fuel and water;
A reformer having a reaction tube containing a catalyst and generating hydrogen from the mixed steam from the raw material supply system;
A product gas recovery system for recovering hydrogen generated in the reaction tube of the reformer,
The reformer is provided so as to pass through the shell covering the entire reaction tube, the heat medium oil stored in contact with the reaction tube in the shell, and the heat medium oil, and exhaust gas from the iron making furnace of the steel plant A gas pipe for a reformer through which
The reaction tube of the reformer is heated by the heat medium oil heated by the exhaust gas flowing in the gas tube for the reformer, and reacts with the mixed steam from the raw material supply system in the presence of the catalyst to generate hydrogen. Hydrogen production equipment.
前記改質器の反応管は、両端が開口する管形状からなるとともに中央部分に前記触媒が充填され、
原料供給系からの混合蒸気は、反応管の上端開口部から流入し、触媒の存在下で水素となり、この水素は、反応管の下端開口部から生成ガス回収系に向けて流出することを特徴とする請求項2に記載の水素製造装置。
The reformer reaction tube has a tube shape with both ends open, and the catalyst is filled in the center portion,
The mixed steam from the raw material supply system flows in from the upper end opening of the reaction tube, becomes hydrogen in the presence of the catalyst, and this hydrogen flows out from the lower end opening of the reaction tube toward the product gas recovery system. The hydrogen production apparatus according to claim 2.
前記改質器の反応管は、
上端が開口するとともに下端が閉鎖された外管と、外管の中央に挿入され、両端が開口して外管との間に環状隙間を形成する内管とを有し、
この環状隙間は、前記触媒の充填された触媒充填部と、触媒充填部の下方に設けられ、触媒の充填されていない触媒非充填部とを有し、
原料供給系からの混合蒸気は、反応管の環状隙間上方から触媒充填部内に流入し、この触媒充填部において触媒の存在下で水素となり、この水素は、反応管の触媒非充填部を介して反応管の内管の下端開口部へ流入して、この内管の上端開口部から生成ガス回収系に向けて流出することを特徴とする請求項2に記載の水素製造装置。
The reaction tube of the reformer is
An outer tube whose upper end is open and whose lower end is closed, and an inner tube which is inserted into the center of the outer tube and which opens at both ends to form an annular gap between the outer tube,
The annular gap has a catalyst filling portion filled with the catalyst, and a catalyst non-filling portion which is provided below the catalyst filling portion and is not filled with a catalyst,
The mixed steam from the raw material supply system flows into the catalyst filling portion from above the annular gap of the reaction tube, and becomes hydrogen in the presence of the catalyst in this catalyst filling portion, and this hydrogen passes through the catalyst non-filling portion of the reaction tube. The hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the hydrogen production apparatus flows into the lower end opening of the inner tube of the reaction tube and flows out from the upper end opening of the inner tube toward the product gas recovery system.
前記原料供給系は、
熱媒体油が貯留された熱媒体油貯留タンクと、
熱媒体油貯留タンク内に配置された燃料蒸発器、水蒸発器および混合部と、
前記燃料を燃料蒸発器内へ供給する燃料供給機構と、
前記水を水蒸発器内へ供給する水供給器と、
熱媒体油貯留タンクの熱媒体油内に設けられ、前記製鉄プラントの製鉄炉からの排ガスが流れる燃料加熱用ガス管とを有し、
混合部は、燃料蒸発器および水蒸発器に接続され、燃料蒸発器からの燃料蒸気と水蒸発器からの水蒸気とを混合して前記混合蒸気を生成し、燃料加熱用ガス管内の排ガスにより熱媒体油貯留タンクの熱媒体油が加熱されることにより、燃料蒸発器、水蒸発器、および混合部が加熱されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の水素製造装置。
The raw material supply system is
A heat medium oil storage tank in which the heat medium oil is stored;
A fuel evaporator, a water evaporator and a mixing unit disposed in the heat medium oil storage tank;
A fuel supply mechanism for supplying the fuel into a fuel evaporator;
A water supply for supplying the water into the water evaporator;
Provided in the heat medium oil of the heat medium oil storage tank, and has a gas pipe for heating the fuel through which the exhaust gas from the iron making furnace of the steel plant flows.
The mixing unit is connected to the fuel evaporator and the water evaporator, mixes the fuel vapor from the fuel evaporator and the water vapor from the water evaporator to generate the mixed vapor, and is heated by the exhaust gas in the fuel heating gas pipe. The hydrogen production apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel evaporator, the water evaporator, and the mixing unit are heated by heating the heat medium oil in the medium oil storage tank.
改質器の改質器用ガス管は、反応管近傍に配置された第1改質器用ガス管部と、第1改質器用ガス管部の下方であってシェル内の空間部に貯留された熱媒体油の下層部に配置された第2改質器用ガス管部とからなることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の水素製造装置。   The reformer gas pipe of the reformer was stored in the first reformer gas pipe portion disposed in the vicinity of the reaction tube and the space in the shell below the first reformer gas pipe portion. 6. The hydrogen production apparatus according to claim 2, comprising a gas pipe section for a second reformer disposed in a lower layer portion of the heat transfer oil. 改質器の第1改質器用ガス管部および反応管に、第1改質器用ガス管部と反応管との伝熱を促進するためのプレートフィンが取付けられていることを特徴とする請求項6に記載の水素製造装置。   A plate fin for promoting heat transfer between the first reformer gas pipe section and the reaction pipe is attached to the first reformer gas pipe section and the reaction pipe of the reformer. Item 7. The hydrogen production apparatus according to Item 6. 改質器のプレートフィンに、熱媒体油の対流を促進するための流路穴または切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項7に記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 7, wherein a channel hole or a cutout for promoting convection of the heat transfer oil is formed in the plate fin of the reformer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20240033009A (en) 2021-08-25 2024-03-12 다이요 닛산 가부시키가이샤 Deuterium recovery method and deuterium recovery equipment

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