JP2009029675A - 水素製造および二酸化炭素回収方法ならびに装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】含炭素燃料から水素を製造するとともに二酸化炭素を回収する水素製造および二酸化炭素回収方法であって、水素透過膜を備える改質器を用い含炭素燃料を改質しつつ水素を分離して水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る工程;二酸化炭素分離膜を用いて改質器オフガスを二酸化炭素が富化されたガスである二酸化炭素富化ガスと二酸化炭素以外の成分が富化されたガスである二酸化炭素分離膜オフガスとに分離する工程;および、水素分離膜を用いて二酸化炭素分離膜オフガスを水素が富化されたガスである水素富化ガスと水素以外の成分が富化されたガスである水素分離膜オフガスとに分離する工程を有する。この方法を実施するための装置。
【選択図】図1
Description
水素透過膜を備える改質器を用い、含炭素燃料を改質しつつ水素を分離して、水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと、水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る膜分離改質工程;
二酸化炭素分離膜を用いて、該改質器オフガスを、二酸化炭素が富化されたガスである二酸化炭素富化ガスと、二酸化炭素以外の成分が富化されたガスである二酸化炭素分離膜オフガスとに分離する二酸化炭素膜分離工程;および、
水素分離膜を用いて、該二酸化炭素分離膜オフガスを、水素が富化されたガスである水素富化ガスと、水素以外の成分が富化されたガスである水素分離膜オフガスとに分離する水素膜分離工程
を有する水素製造および二酸化炭素回収方法が提供される。
含炭素燃料を改質しつつ水素を分離して、水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと、水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る、水素透過膜を備える改質器;
該改質器オフガスを、二酸化炭素が富化されたガスである二酸化炭素富化ガスと、二酸化炭素以外の成分が富化されたガスである二酸化炭素分離膜オフガスとに分離する二酸化炭素分離膜;および、
該二酸化炭素分離膜オフガスを、水素が富化されたガスである水素富化ガスと、水素以外の成分が富化されたガスである水素分離膜オフガスとに分離する水素分離膜
を有する水素製造および二酸化炭素回収装置が提供される。
本発明において、水素製造の原料としては、炭素を含有する燃料である含炭素燃料を用いる。含炭素燃料としては、炭素を含有し、改質によって水素含有ガスを製造可能な物質から適宜選んで使用することができる。
膜分離改質工程では、上記含炭素燃料の改質反応を行いつつ水素透過膜によって水素を分離し、水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと、水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る。このために、水素を選択的に透過させることのできる水素透過膜を備える改質器(膜分離改質器)を用いる。
本発明では、改質器オフガス中に含まれる二酸化炭素を貯留に適した形で回収可能とする。そこで二酸化炭素膜分離工程では二酸化炭素を選択的に透過する膜を用いて、改質器オフガスを、二酸化炭素が富化されたガス(二酸化炭素富化ガス)と、この膜を透過しなかった、二酸化炭素以外の成分が富化されたガス(二酸化炭素分離膜オフガス)とに分離する。
水素膜分離工程においては、上記二酸化炭素分離膜オフガスから、水素を選択的に透過する膜を用いて、水素が富化されたガス(水素富化ガス)と、この膜を透過しなかった、水素以外の成分が富化されたガス(水素分離膜オフガス)とに分離する。二酸化炭素分離膜オフガスは二酸化炭素分離膜を透過しなかったガスなので、二酸化炭素膜分離工程における圧力低下は小さい。従って、二酸化炭素分離膜オフガスを水素膜分離工程に導入するに際し改めて昇圧する必要はないので、余分なエネルギーを消費することなしに水素の濃縮を実施できる。つまり、エネルギーロスを抑えつつ、水素の更なる有効利用を図ることができ、水素収率を向上させることができる。水素膜分離工程における供給側圧力は、二酸化炭素膜分離工程における供給側圧力と同程度とすることができる。
以下図面を用いて本発明を実施するに好適なプロセスについて説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
図1に示した構成を有するプロセスにつき、熱物質収支をとった。このプロセスは図3に示した構成を有する膜分離改質器を備える。
CO2分離膜装置3に使用する膜の透過係数比αを表1に示すようにそれぞれ変化させた以外は実施例1と同様に熱物質収支をとった。二酸化炭素分離膜の透過係数比α、高純度水素回収量、二酸化炭素回収量および圧縮機の消費エネルギー(合計)を表1に示す。
水素分離膜の透過ガス(ライン108)を膜分離改質器1の上流にリサイクルする代わりに有効利用のために外部に取り出した。つまり、昇圧機7およびライン106は設けず、ライン105から水素富化ガス(ライン108)を取り出した。
水素分離膜およびCO2分離膜を用いず膜分離改質器オフガス(ライン103)を直接CO2液化装置5にて圧縮液化した。従ってリサイクルライン106も無い。
CO2分離膜を用いず、膜分離改質器オフガス(ライン103)を水素分離膜4に供給し、水素分離膜の非透過側ガス(ライン111)を直接CO2液化装置5にて圧縮液化した(水素富化ガスである水素分離膜透過ガス(ライン108)は実施例1同様昇圧して膜分離改質器にリサイクルする)。
1A:燃焼部
1B:改質反応管
1C:水素分離膜
1D:水素流路
1E:バーナー
2:プレリフォーマー
3:二酸化炭素分離膜
4:水素分離膜
5:二酸化炭素液化装置
6:昇圧機
7:昇圧機
201:外環部
202:内管部
203:外環部と内管部とを隔てる壁
Claims (8)
- 含炭素燃料から水素を製造するとともに二酸化炭素を回収する水素製造および二酸化炭素回収方法であって、
水素透過膜を備える改質器を用い、含炭素燃料を改質しつつ水素を分離して、水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと、水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る膜分離改質工程;
二酸化炭素分離膜を用いて、該改質器オフガスを、二酸化炭素が富化されたガスである二酸化炭素富化ガスと、二酸化炭素以外の成分が富化されたガスである二酸化炭素分離膜オフガスとに分離する二酸化炭素膜分離工程;および、
水素分離膜を用いて、該二酸化炭素分離膜オフガスを、水素が富化されたガスである水素富化ガスと、水素以外の成分が富化されたガスである水素分離膜オフガスとに分離する水素膜分離工程
を有する水素製造および二酸化炭素回収方法。 - 前記二酸化炭素富化ガスを液化して、液化二酸化炭素を得る工程を有する請求項1記載の方法。
- 前記水素富化ガスを、前記膜分離改質工程にリサイクルする工程を有する請求項1または2記載の方法。
- 前記二酸化炭素分離膜の、水素透過係数に対する二酸化炭素透過係数の比αが、5以上である請求項1から3の何れか一項記載の方法。
- 含炭素燃料から水素を製造するとともに二酸化炭素を回収する水素製造および二酸化炭素回収装置であって、
含炭素燃料を改質しつつ水素を分離して、水素透過膜を透過したガスである水素透過膜透過ガスと、水素透過膜を透過しなかったガスである改質器オフガスとを得る、水素透過膜を備える改質器;
該改質器オフガスを、二酸化炭素が富化されたガスである二酸化炭素富化ガスと、二酸化炭素以外の成分が富化されたガスである二酸化炭素分離膜オフガスとに分離する二酸化炭素分離膜;および、
該二酸化炭素分離膜オフガスを、水素が富化されたガスである水素富化ガスと、水素以外の成分が富化されたガスである水素分離膜オフガスとに分離する水素分離膜
を有する水素製造および二酸化炭素回収装置。 - 前記二酸化炭素富化ガスを液化して、液化二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置を有する請求項5記載の装置。
- 前記水素富化ガスを、前記膜分離改質工程にリサイクルするリサイクルラインを有する請求項5または6記載の装置。
- 前記二酸化炭素分離膜の、水素透過係数に対する二酸化炭素透過係数の比αが、5以上である請求項5から7の何れか一項記載の装置。
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