JP2008013397A - Hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
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、CO2やNOx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NOx、SOx、CO2などの環境汚染物質や温暖化効果ガスを発生させず、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CO2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
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。
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
Among these, the
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
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
Among these, the
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
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
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
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
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
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・(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CO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Of these, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
For this reason, the
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
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
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
That is, the
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
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
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
Similarly, as shown in FIG. 6,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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CO2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
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
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
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
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
The
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
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
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
Similarly, as shown in FIG. 11,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Further, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (8)
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.
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.
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.
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.
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.
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JP2006185916A JP2008013397A (en) | 2006-07-05 | 2006-07-05 | Hydrogen production apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106622063A (en) * | 2016-12-27 | 2017-05-10 | 厦门大学 | Hydrogen production reactor based on waste heat utilization |
KR20240033009A (en) | 2021-08-25 | 2024-03-12 | 다이요 닛산 가부시키가이샤 | Deuterium recovery method and deuterium recovery equipment |
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2006
- 2006-07-05 JP JP2006185916A patent/JP2008013397A/en not_active Withdrawn
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