JP2009292661A - Hydrogen production apparatus - Google Patents

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Kazuya Yamada
和矢 山田
Shinichi Makino
新一 牧野
Motoshige Yagyu
基茂 柳生
Hideki Nakamura
秀樹 中村
Masatoshi Hodozuka
正敏 程塚
Toshie Aizawa
利枝 相澤
Kimichika Fukushima
公親 福島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen production apparatus which is preheated by circulating residual heat or waste heat when the apparatus is in a halting state after cooling, and to which a heat medium from an external heat source is supplied when the apparatus is heated up and reaches hydrogen production conditions in start-up operation. <P>SOLUTION: The hydrogen production apparatus includes: an oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6; a steam generator 5; an oxygen-containing hydrocarbon-steam mixer 7; a mixed gas preheater 2 which preheats the mixed gas of the oxygen-containing hydrocarbon and steam; a reforming reactor 1 including a reaction tube packed with a reforming catalyst; an external heat source 21 which heats the reforming reactor 1 with a heating medium; a heat medium circulation line 37 which is isolated from the external heat source 21 and connected to at least one vessel selected from the reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5 and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6, and through which the heating medium circulates; a circulating pump or a circulating blower 35 which is disposed in the heat medium circulation line 37 to circulate the heating medium; and a heat medium heater 36 which is disposed in the heat medium circulation line 37 to heat the heating medium. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ジメチルエーテルを用いて水蒸気を改質する水素製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus for reforming water vapor using dimethyl ether.

未来社会の1つのビジョンとして水素をエネルギー媒体とした水素エネルギー社会の実現が注目されており、いくつかの有力な水素製造方法が考えられている。   As one vision of the future society, the realization of a hydrogen energy society using hydrogen as an energy medium is attracting attention, and several promising hydrogen production methods are considered.

現在主流の水素製造方法は、天然ガスや液化石油ガス等を原料にして、700℃以上の反応温度で、触媒の存在の下で、水蒸気改質法により水素を製造するものである。この方法は、原料が硫黄等の不純物を含むために、この不純物を処理するために前処理が必要である。さらに、反応温度が高いために、反応器構造材として耐熱性の高い材料を用いる必要もある。   The current mainstream hydrogen production method is to produce hydrogen by a steam reforming method using natural gas or liquefied petroleum gas as a raw material at a reaction temperature of 700 ° C. or more in the presence of a catalyst. In this method, since the raw material contains impurities such as sulfur, a pretreatment is required to treat the impurities. Further, since the reaction temperature is high, it is necessary to use a material having high heat resistance as the reactor structural material.

上述のように、従来の水素製造において加熱する熱は、700℃以上の高温が必要である。この熱源として、化石燃料の燃焼熱を利用している。このため、水蒸気改質法による水素製造においては、燃料改質に伴い生成される二酸化炭素の他に、熱源としての化石燃料燃焼により二酸化炭素が発生する。   As described above, the heat to be heated in conventional hydrogen production requires a high temperature of 700 ° C. or higher. As the heat source, the combustion heat of fossil fuel is used. For this reason, in hydrogen production by the steam reforming method, carbon dioxide is generated by fossil fuel combustion as a heat source, in addition to carbon dioxide generated by fuel reforming.

この水素製造方法により生成された水素は、エネルギー源として利用する際に、燃焼時には地球温暖化ガスである二酸化炭素が発生しない特徴がある。しかし、現状ではこの水素製造には、二酸化炭素発生を伴っている。また、この熱源に化石燃料の燃焼熱を利用した際には、二酸化炭素の他に、硫黄酸化物等の大気汚染物質が同時に生成される。   The hydrogen produced by this hydrogen production method is characterized in that carbon dioxide, which is a global warming gas, is not generated during combustion when used as an energy source. However, at present, this hydrogen production is accompanied by carbon dioxide generation. In addition, when the heat of combustion of fossil fuel is used as the heat source, air pollutants such as sulfur oxides are simultaneously generated in addition to carbon dioxide.

一方、ジメチルエーテルを用いた水蒸気改質は、ジメチルエーテルが合成燃料であるので、天然ガスや液化石油ガス等と比較して硫黄等の不純物が少ない。また、従来法と比較して低い温度で、すなわち、400℃以下の温度で水素を製造するものである。   On the other hand, in steam reforming using dimethyl ether, since dimethyl ether is a synthetic fuel, impurities such as sulfur are less than natural gas and liquefied petroleum gas. In addition, hydrogen is produced at a temperature lower than that of the conventional method, that is, at a temperature of 400 ° C. or lower.

この環境負荷軽減の可能性の高いジメチルエーテルを用いる水素製造方法については、水素製造の際に用いられる水蒸気改質触媒に関する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As for the hydrogen production method using dimethyl ether, which is highly likely to reduce the environmental load, a technique related to a steam reforming catalyst used in the hydrogen production is known (for example, see Patent Document 1).

また、天然ガスと比較して低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用して、原動機燃料とする技術が知られている(例えば、特許文献2、3参照)。   In addition, a technology is known that uses the characteristics of dimethyl ether, which produces hydrogen at a lower temperature than natural gas, and uses an external heat source for the steam reforming heat of dimethyl ether to make a prime mover fuel (for example, Patent Documents). 2 and 3).

さらに、上述した天然ガスと比べて低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、また、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用する場合に、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用い、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。   Furthermore, when utilizing the characteristics of dimethyl ether that generates hydrogen at a lower temperature than the natural gas mentioned above, and when using an external heat source for the steam reforming heat of dimethyl ether, residual heat and waste that have not been used so far It is conceivable to use the waste heat that has been used as a heat source and recover the residual heat and waste heat as hydrogen.

しかし、これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が日中のみ稼動又は逆に夜間のみ稼動といった事情がある。   However, such residual heat and waste heat are not always generated constantly. For example, there is a situation in which the production facility operates only during the day or conversely during the night.

この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱に係る熱媒体を導入して、水素製造装置を加熱し、昇温する起動運転が必要となる。   In order to produce hydrogen by steam reforming reaction using residual heat or waste heat that is not always generated constantly, a heat medium related to the residual heat or waste heat in a cooled apparatus in a stopped state Is required to heat up the hydrogen production apparatus and raise the temperature.

このとき、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料であるジメチルエーテルと水を供給すると、触媒が有機物で汚染する可能性がある。このため、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することになる。そうすると、起動に時間がかかり過ぎ、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使用できなくなる。   At this time, if dimethyl ether and water as raw materials are supplied without the temperature of the catalyst used for steam reforming reaching the reaction temperature, the catalyst may be contaminated with organic substances. For this reason, it takes a sufficient time until the temperature of the catalyst used for steam reforming reaches the reaction temperature, and the hydrogen production apparatus is heated and heated. Then, it takes too much time to start up and the generation time of residual heat and waste heat is limited, so there is not enough time to produce hydrogen, the amount of hydrogen production by recovering waste heat is small, and the hydrogen production facility Cannot be used effectively.

このために、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池急速起動装置」が知られている(例えば、特許文献4参照)。この「燃料電池急速起動装置」は、燃料電池に改質ガスを供給する改質器を有している。この改質器は、燃料と水を蒸発する蒸発部と、蒸発した燃料と水とを改質ガスにする改質部と、改質ガスに含まれるCOを除去するCO処理部とを備えている。この蒸発部とCO処理部に伝熱媒体を循環させる循環ラインは、伝熱媒体を循環するポンプと、伝熱媒体の温度を調整する温度調整器と、伝熱媒体を蓄えるタンクとを備え、タンクには温度維持熱源が設けられている。   For this reason, a “fuel cell rapid start-up device” is known as means for shortening the temperature raising time at the start-up of the hydrogen production device so that it can be started quickly (see, for example, Patent Document 4). This “fuel cell rapid starter” has a reformer that supplies reformed gas to the fuel cell. The reformer includes an evaporation unit that evaporates fuel and water, a reforming unit that uses evaporated fuel and water as a reformed gas, and a CO processing unit that removes CO contained in the reformed gas. Yes. A circulation line for circulating the heat transfer medium to the evaporation unit and the CO processing unit includes a pump for circulating the heat transfer medium, a temperature regulator for adjusting the temperature of the heat transfer medium, and a tank for storing the heat transfer medium, The tank is provided with a temperature maintaining heat source.

また、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料改質装置およびその始動方法」が知られている(例えば、特許文献5参照)。この「燃料改質装置およびその始動方法」は、燃料ガスと水蒸気と酸素含有ガスとが供給されて水素含有ガスを生成する改質器と、改質器へ燃焼ガスを供給する燃焼器と、燃焼器と改質器との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環系とを備えた燃料改質装置であり、熱媒体の温度が低いときは、改質器に酸素含有ガスを供給して部分酸化反応を促進させ、燃焼器と改質器との間で熱媒体を循環させ、熱媒体は部分酸化反応の反応熱によって加熱させるものである。   Further, “a fuel reforming apparatus and its starting method” is known as means for shortening the temperature raising time at the start-up of the hydrogen production apparatus so that it can be started quickly (for example, refer to Patent Document 5). This “fuel reformer and its starting method” includes a reformer that is supplied with fuel gas, water vapor, and oxygen-containing gas to generate a hydrogen-containing gas, a combustor that supplies combustion gas to the reformer, A fuel reformer having a heat medium circulation system for circulating a heat medium between a combustor and a reformer. When the temperature of the heat medium is low, an oxygen-containing gas is supplied to the reformer. A partial oxidation reaction is promoted, a heat medium is circulated between the combustor and the reformer, and the heat medium is heated by reaction heat of the partial oxidation reaction.

また、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池用水素製造装置」が知られている(例えば、特許文献6参照)。この「燃料電池用水素製造装置」は、炭化水素系燃料を原料とし、原料の部分酸化と水蒸気改質反応とによって水素を得る燃料電池用水素製造装置である。この「燃料電池用水素製造装置」は、水蒸気改質反応を行う改質反応器の外周に補助燃焼室を設け、起動時において、補助燃焼室で補助燃料を燃焼することによって、補助燃焼室から改質反応室に熱が供給され、改質反応室の起動時間を短縮し、また定常時においては、改質反応室の外周から放散する熱を抑えるものである。
特開2003−38957号公報 特開平11−106770号公報 特開2003−165704号公報 特開2000−30724号公報 特開2001−206701号公報 特開2003−123819号公報
Further, “a fuel cell hydrogen production apparatus” is known as means for shortening the temperature rising time at the time of activation of the hydrogen production apparatus so that the hydrogen production apparatus can be activated quickly (see, for example, Patent Document 6). This “hydrogen producing apparatus for fuel cell” is a hydrogen producing apparatus for a fuel cell that uses hydrocarbon fuel as a raw material and obtains hydrogen by partial oxidation of the raw material and a steam reforming reaction. This “hydrogen producing apparatus for fuel cell” is provided with an auxiliary combustion chamber on the outer periphery of a reforming reactor that performs a steam reforming reaction, and burns auxiliary fuel in the auxiliary combustion chamber at the time of start-up, thereby Heat is supplied to the reforming reaction chamber to shorten the start-up time of the reforming reaction chamber, and to suppress heat dissipated from the outer periphery of the reforming reaction chamber in a steady state.
JP 2003-38957 A JP-A-11-106770 JP 2003-165704 A JP 2000-30724 A JP 2001-206701 A JP 2003-123819 A

上述したように、天然ガスと比べて低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、また、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用する場合に、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用い、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。   As mentioned above, when utilizing the characteristics of dimethyl ether, which produces hydrogen at a lower temperature than natural gas, and when using an external heat source for the steam reforming heat of dimethyl ether, It is conceivable to use the waste heat that has been discarded as a heat source and recover the residual heat and waste heat as hydrogen.

しかし、これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が日中のみ稼動又は逆に夜間のみ稼動といった事情がある。この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱に係る熱媒体を導入して、水素製造装置を予熱し、昇温して起動運転を行う必要がある。   However, such residual heat and waste heat are not always generated constantly. For example, there is a situation in which the production facility operates only during the day or conversely during the night. In order to produce hydrogen by steam reforming reaction using residual heat or waste heat that is not always generated constantly, a heat medium related to the residual heat or waste heat in a cooled apparatus in a stopped state It is necessary to preheat the hydrogen production apparatus, raise the temperature, and perform the start-up operation.

しかし、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料であるジメチルエーテルと水を供給すると、触媒が有機物で汚染する等の不具合が生じるという課題があった。   However, if dimethyl ether and water as raw materials are supplied without the temperature of the catalyst used for steam reforming reaching the reaction temperature, there is a problem that the catalyst is contaminated with organic substances.

このために、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することになる。そうすると、起動に時間がかかり過ぎると、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使用できないという課題があった。   For this reason, it takes a sufficient time until the temperature of the catalyst used for steam reforming reaches the reaction temperature, and the hydrogen production apparatus is heated and heated. Then, if it takes too long to start up, the generation time of residual heat and waste heat is limited, so there is not enough time to produce hydrogen, the amount of hydrogen production by collecting waste heat is small, and the hydrogen production facility There is a problem that cannot be used effectively.

そこで、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池急速起動装置」(特許文献4参照)、「燃料改質装置およびその始動方法」(特許文献5参照)及び「燃料電池用水素製造装置」(特許文献6参照)が知られている。   Therefore, as means for shortening the temperature raising time at the start-up of the hydrogen production apparatus and enabling rapid start-up, “fuel cell rapid start-up device” (see Patent Document 4), “fuel reformer and its start method” (Refer to Patent Document 5) and "hydrogen production apparatus for fuel cell" (refer to Patent Document 6).

しかし、「燃料電池急速起動装置」(特許文献4参照)においては、熱源とは別の伝熱媒体が必要であり、この伝熱媒体を循環させるためのタンク、ポンプ等の機器、温度を維持するための熱源等がさらに必要となり、設備が大掛かりとなるという課題があった。   However, the “fuel cell rapid start-up device” (see Patent Document 4) requires a heat transfer medium different from the heat source, and maintains equipment such as a tank and a pump for circulating the heat transfer medium and the temperature. There is a problem that a heat source or the like is further required and the facility becomes large.

また、「燃料改質装置およびその始動方法」(特許文献5参照)においては、熱媒体の温度が低いときは、改質器に酸素含有ガスを供給して部分酸化反応を促進させるが、このための酸素含有ガス供給設備が必要となり、設備が大型化するという課題があった。   In the “fuel reformer and its starting method” (see Patent Document 5), when the temperature of the heat medium is low, an oxygen-containing gas is supplied to the reformer to promote the partial oxidation reaction. Therefore, there is a problem that the oxygen-containing gas supply facility is required and the facility is enlarged.

また、「燃料電池用水素製造装置」(特許文献6参照)においては、水蒸気改質反応を行う改質反応器の外周に補助燃焼室を設け、補助燃焼室への補助燃料の供給設備が必要となり、補助設備が必要となるという課題があった。   Further, in the “hydrogen producing apparatus for fuel cell” (see Patent Document 6), an auxiliary combustion chamber is provided on the outer periphery of the reforming reactor for performing the steam reforming reaction, and a facility for supplying auxiliary fuel to the auxiliary combustion chamber is required. Thus, there is a problem that auxiliary equipment is required.

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、外部熱源から隔離できる熱媒循環ラインを設け、停止状態にある冷却された装置はこの熱媒循環ラインを経由して余熱や廃熱を循環して予熱され、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときに、外部熱源からの熱媒が供給される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 order to solve the above-mentioned problems, and a heat medium circulation line that can be isolated from an external heat source is provided, and the cooled apparatus in a stopped state generates residual heat and waste heat via the heat medium circulation line. An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus in which a heat medium from an external heat source is supplied when the hydrogen production conditions for circulating and preheating, raising the temperature and starting operation are reached.

上記目的を達成するため、本発明の水素製造装置においては、原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、この外部熱源から隔離され、前記改質反応器、前記混合ガス予熱器、前記水蒸気発生器及び前記酸素含有炭化水素気化器から選択された少なくとも1個の容器に接続され伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、を有することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, in the hydrogen production apparatus of the present invention, an oxygen-containing hydrocarbon vaporizer for converting the oxygen-containing hydrocarbon used as a raw material into a gaseous state, a water vapor generator for generating water vapor, and a vaporized gas An oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer for mixing the oxygen-containing hydrocarbon and steam in the form of a gas, a mixed gas preheater for preheating the mixed gas of the oxygen-containing hydrocarbon and steam to a predetermined reformer supply temperature, and A reforming reactor including a reaction tube into which a mixed gas is introduced and filled with a reforming catalyst, an external heat source for heating the reforming reactor using a heat transfer medium, and the reforming reaction isolated from the external heat source A heat medium circulation line through which a heat transfer medium circulates and is connected to at least one vessel selected from a steam generator, the mixed gas preheater, the water vapor generator, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer, and the heat medium circulation line Setting It is a circulation pump or circulating blower circulates the heat transfer medium, is characterized in that it has a, a heat medium heater for heating the heat transfer medium provided in the heat medium circulation line.

また、上記目的を達成するため、本発明の水素製造装置においては、原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、この改質反応器に並行して設けられ、前記改質反応器の温度を制御する伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、を有することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, in the hydrogen production apparatus of the present invention, an oxygen-containing hydrocarbon vaporizer for converting the oxygen-containing hydrocarbon as a raw material into a gaseous state, a steam generator for generating water vapor, and a vaporization An oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer for mixing the gaseous oxygen-containing hydrocarbon and steam, and a mixed gas preheater for preheating the mixed gas of oxygen-containing hydrocarbon and steam to a predetermined reformer supply temperature; A reforming reactor including a reaction tube into which the mixed gas is introduced and filled with the reforming catalyst, an external heat source for heating the reforming reactor using a heat transfer medium, and the reforming reactor in parallel A heat medium circulation line provided for circulating a heat transfer medium for controlling the temperature of the reforming reactor, a circulation pump or a circulation blower provided in the heat medium circulation line for circulating the heat transfer medium, and the heat medium Provided in the circulation line It is characterized in that it has a, a heat medium heater for heating the heat transfer medium.

本発明の水素製造装置によれば、外部熱源から隔離できる熱媒循環ラインを設け、停止状態にある冷却された装置はこの熱媒循環ラインを経由して余熱や廃熱を循環して予熱され、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときに、外部熱源からの熱媒が供給されることにより、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用いることができ、水素製造の効率の向上を図ることができる。   According to the hydrogen production apparatus of the present invention, a heating medium circulation line that can be isolated from an external heat source is provided, and the cooled apparatus in a stopped state is preheated by circulating residual heat and waste heat through the heating medium circulation line. When the hydrogen production conditions are reached when the temperature is raised and the startup operation is reached, the heat medium from the external heat source is supplied, so that residual heat that has not been used or wasted waste heat is used as the heat source. The efficiency of hydrogen production can be improved.

以下、本発明に係る水素製造装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の第1の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention.

まず、水素製造装置の基本構成について、図1を用いて説明する。   First, the basic configuration of the hydrogen production apparatus will be described with reference to FIG.

図1に示すように、水素製造装置は、導入された原料である酸素含有炭化水素12をガス状にする酸素含有炭化水素気化器6を有する。また、原料となる水11が導入され水蒸気17を発生させる水蒸気発生器5を有する。この気化したガス状の酸素含有炭化水素12及び水蒸気17は酸素含有炭化水素・水蒸気混合器7に導入され混合されて酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス13となる。この酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス13からなる混合ガスは、所定の改質器供給温度に予熱するために混合ガス予熱器2に導入される。この混合ガス予熱器2で余熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス14は、改質触媒を充填した反応管を備えた改質反応器1に導入される。この改質反応器1で改質された改質ガス15は、この改質ガス15から熱回収して原料である水11を予熱するための水予熱器3及び酸素含有炭化水素12を予熱するための酸素含有炭化水素予熱器4に導入され、次工程へ改質ガス16として導出される。   As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus includes an oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6 that converts the oxygen-containing hydrocarbon 12 that is the introduced raw material into a gaseous state. Moreover, it has the water vapor generator 5 which introduce | transduces the water 11 used as a raw material, and generates the water vapor | steam 17. FIG. The vaporized gaseous oxygen-containing hydrocarbon 12 and water vapor 17 are introduced into the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer 7 and mixed to form an oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 13. This mixed gas comprising the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 13 is introduced into the mixed gas preheater 2 in order to preheat to a predetermined reformer supply temperature. The oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 14 preheated by the mixed gas preheater 2 is introduced into the reforming reactor 1 having a reaction tube filled with a reforming catalyst. The reformed gas 15 reformed in the reforming reactor 1 recovers heat from the reformed gas 15 and preheats the water preheater 3 and the oxygen-containing hydrocarbon 12 for preheating the raw water 11. Is introduced into the oxygen-containing hydrocarbon preheater 4 and led out as reformed gas 16 to the next process.

次に、本実施の形態の水素製造装置の熱媒循環ライン37について、図1を用いて説明する。   Next, the heat medium circulation line 37 of the hydrogen production apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図1に示すように、水素製造装置の熱媒循環ライン37は、改質反応器1、混合ガス予熱器2、水蒸気発生器5及び酸素含有炭化水素気化器6の少なくとも1容器と接続する配管で連結され、これらの容器を加熱できる伝熱媒体が循環している。ここでは、熱媒循環ライン37は、改質反応器1、混合ガス予熱器2、水蒸気発生器5及び酸素含有炭化水素気化器6の全ての容器に接続されている例を示す。   As shown in FIG. 1, the heat medium circulation line 37 of the hydrogen production apparatus is connected to at least one container of the reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6. And a heat transfer medium that can heat these containers is circulated. Here, the heat-medium circulation line 37 shows the example connected to all the containers of the reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6.

この伝熱媒体は、外部熱源21から外部熱源入口隔離弁31を介して熱媒循環ライン37に導入される。熱交換された伝熱媒体は、外部熱源出口隔離弁32を介して外部熱源22に導出される。   This heat transfer medium is introduced into the heat medium circulation line 37 from the external heat source 21 via the external heat source inlet isolation valve 31. The heat exchange medium subjected to heat exchange is led to the external heat source 22 via the external heat source outlet isolation valve 32.

このように構成された本実施の形態において、酸素含有炭化水素12は、酸素含有炭化水素予熱器4、酸素含有炭化水素気化器6を経由してガス状になり酸素含有炭化水素・水蒸気混合器7に供給される。また、水11は、水予熱器3、水蒸気発生器5を経由して蒸気となり、酸素含有炭化水素・水蒸気混合器7に供給され酸素含有炭化水素12と混合される。   In the present embodiment configured as described above, the oxygen-containing hydrocarbon 12 is converted into a gas via the oxygen-containing hydrocarbon preheater 4 and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6, and the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer. 7 is supplied. Further, the water 11 is converted into steam via the water preheater 3 and the steam generator 5, supplied to the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer 7, and mixed with the oxygen-containing hydrocarbon 12.

酸素含有炭化水素・水蒸気混合器7を経由した酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス13は、混合ガス予熱器2で所定の改質器供給温度に予熱される。予熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス14は改質反応器1に供給される。   The oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 13 that has passed through the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer 7 is preheated to a predetermined reformer supply temperature by the mixed gas preheater 2. The preheated oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 14 is supplied to the reforming reactor 1.

改質反応器1では、原料ガスである酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス13が改質反応器の内部に充填された改質触媒層を通過する際に、水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガス15となり改質反応器1から導出される。この改質ガス15は、水予熱器3、酸素含有炭化水素予熱器4でそれぞれ原料である水11、酸素含有炭化水素12と熱交換して次工程へ改質ガス16として排出される。   In the reforming reactor 1, when the oxygen-containing hydrocarbon / steam mixed gas 13 as a raw material gas passes through the reforming catalyst layer filled in the reforming reactor, the hydrogen-rich reforming by the steam reforming reaction is performed. It becomes the quality gas 15 and is led out from the reforming reactor 1. This reformed gas 15 exchanges heat with water 11 and oxygen-containing hydrocarbon 12 which are raw materials in the water preheater 3 and the oxygen-containing hydrocarbon preheater 4, respectively, and is discharged as a reformed gas 16 to the next process.

また、外部熱源21からの伝熱媒体は、まず改質反応器1で水蒸気改質反応に必要な熱量を熱交換した後に、混合ガス予熱器2でプロセスガスと熱交換し、その後、水蒸気発生器5で水11と熱交換し、酸素含有炭化水素気化器6で原料酸素含有炭化水素12と熱交換し、それぞれの機器で必要な熱量が供給される。   The heat transfer medium from the external heat source 21 first exchanges heat with the process gas in the mixed gas preheater 2 after exchanging heat necessary for the steam reforming reaction in the reforming reactor 1, and then generates steam. Heat is exchanged with water 11 in the vessel 5, and heat exchange with the raw material oxygen-containing hydrocarbon 12 is carried out with the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6.

上述のように、これまでに使用されていなかった余熱や捨てられていた廃熱が熱源として用いられ、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が稼動している日中のみ又は逆に夜間のみ稼動といった事情が考えられる。   As described above, residual heat that has not been used until now and waste heat that has been discarded are used as a heat source, and it is considered that these residual heat and waste heat are recovered as hydrogen. These residual heat and waste heat are not always generated constantly. For example, there may be circumstances such as operating only during the day when the production facility is operating, or conversely operating only at night.

この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱を導入して、水素製造装置を加熱、昇温する起動運転が必要となる。   In order to produce hydrogen by a steam reforming reaction using residual heat or waste heat that is not always generated constantly, the residual heat or waste heat is introduced into a cooled apparatus in a stopped state. In addition, a start-up operation for heating and heating the hydrogen production apparatus is required.

この際に、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料である酸素含有炭化水素12と水11を供給すると、触媒が有機物で汚染する等の不具合が生じるため、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することが必要となる。一方、起動に時間がかかりすぎると、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使えないという懸念がある。   At this time, if the oxygen-containing hydrocarbon 12 and water 11 which are raw materials are supplied without the temperature of the catalyst used for steam reforming reaching the reaction temperature, problems such as contamination of the catalyst with organic substances occur. It is necessary to heat and raise the temperature of the hydrogen production apparatus by taking a sufficient time until the temperature of the catalyst used for reforming reaches the reaction temperature. On the other hand, if it takes too much time to start up, the generation time of residual heat and waste heat is limited, so there is not enough time to produce hydrogen, the amount of hydrogen production by collecting waste heat is small, hydrogen production facilities There is a concern that it cannot be used effectively.

この対策として本実施の形態においては、水素製造装置を構成する改質反応器1、混合ガス予熱器2、水蒸気発生器5及び酸素含有炭化水素気化器6は、熱媒循環ライン37で接続され、この熱媒循環ライン37を介して伝熱媒体が循環している。この伝熱媒体は、外部熱源21、22から導入され、熱媒循環ライン入口弁33、熱媒循環ライン出口弁34を介して隔離できるようになっている。また、この熱媒循環ライン37は、外部熱源入口隔離弁31及び外部熱源出口隔離弁32を介して、外部熱源21、22から隔離できるようになっている。この熱媒循環ライン37には、熱媒循環ライン入口弁33、熱媒循環ライン出口弁34、循環ポンプ又はブロワ35、熱媒ヒータ36が設けられている。この熱媒循環ライン入口弁33、熱媒循環ライン出口弁34を開放し、循環ポンプ又はブロワ35、熱媒ヒータ36を稼動させて、熱媒循環ライン37内で伝熱媒体を循環している。   As a countermeasure, in the present embodiment, the reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6 constituting the hydrogen production apparatus are connected by a heat medium circulation line 37. The heat transfer medium is circulated through the heat medium circulation line 37. The heat transfer medium is introduced from the external heat sources 21 and 22 and can be isolated via the heat medium circulation line inlet valve 33 and the heat medium circulation line outlet valve 34. The heat medium circulation line 37 can be isolated from the external heat sources 21 and 22 via the external heat source inlet isolation valve 31 and the external heat source outlet isolation valve 32. The heat medium circulation line 37 is provided with a heat medium circulation line inlet valve 33, a heat medium circulation line outlet valve 34, a circulation pump or blower 35, and a heat medium heater 36. The heat medium circulation line inlet valve 33 and the heat medium circulation line outlet valve 34 are opened, and the circulation pump or blower 35 and the heat medium heater 36 are operated to circulate the heat transfer medium in the heat medium circulation line 37. .

次に、本実施の形態の水素製造装置の実施例について説明する。   Next, examples of the hydrogen production apparatus according to this embodiment will be described.

本図に示す構成の試験装置を試作し、自家発電設備の350℃の排ガスを外部熱源として、酸素含有炭化水素としてジメチルエーテル(DME)を用いて水素製造試験を実施した。本試験装置は、水素製造流量として3Nm/hである。本試験装置に接続して設置された自家発電設備は、毎日、起動、停止を行った。 A test apparatus having the configuration shown in this figure was prototyped, and a hydrogen production test was conducted using 350 ° C. exhaust gas from the private power generation facility as an external heat source and dimethyl ether (DME) as an oxygen-containing hydrocarbon. This test apparatus has a hydrogen production flow rate of 3 Nm 3 / h. The in-house power generation equipment installed in connection with the test apparatus was started and stopped every day.

水素製造のための改質反応器1内の触媒層の温度条件は300℃である。前日、自家発電設備の停止に合わせて、本試験装置を停止すると、夜間、試験装置全体が徐々に温度低下し、次の日に自家発電設備の始動に合わせて本装置を起動する際には、150℃程度にまで低下した。この状態で、自家発電設備の排ガスを試験装置に導入し、試験装置を昇温すると、改質反応器1内の触媒層の温度が300℃に到達するのにおよそ3時間を要した。また、週末を経て起動する際には、試験装置の温度は50℃程度にまで低下しているため、改質反応器内の触媒層の温度が300℃に到達するのにおよそ5時間を要した。   The temperature condition of the catalyst layer in the reforming reactor 1 for hydrogen production is 300 ° C. When the test equipment is stopped the same day as the private power generation equipment is shut down, the temperature of the entire test equipment gradually decreases at night, and when the equipment is started the next day along with the start of the private power generation equipment. The temperature dropped to about 150 ° C. In this state, when the exhaust gas from the private power generation facility was introduced into the test apparatus and the temperature of the test apparatus was increased, it took about 3 hours for the temperature of the catalyst layer in the reforming reactor 1 to reach 300 ° C. In addition, when starting over the weekend, the temperature of the test apparatus has dropped to about 50 ° C., so it takes about 5 hours for the temperature of the catalyst layer in the reforming reactor to reach 300 ° C. did.

これに対し、外部熱源21、22から外部熱源入口隔離弁31及び外部熱源出口隔離弁32を介して隔離できる熱媒循環ライン37を有する試験装置を用いて水素製造試験を実施した。   On the other hand, a hydrogen production test was performed using a test apparatus having a heat medium circulation line 37 that can be isolated from the external heat sources 21 and 22 via the external heat source inlet isolation valve 31 and the external heat source outlet isolation valve 32.

試験装置の起動時には、図1に示す外部熱源入口隔離弁31、外部熱源出口隔離弁32を閉じて、熱媒循環ライン入口弁33、熱媒循環ライン出口弁34を開き、循環ブロワ35、熱媒ヒータ36を駆動し、改質反応器1、混合ガス予熱器2、水蒸気発生器5、酸素含有炭化水素気化器6で構成される試験装置を昇温した。   When starting the test apparatus, the external heat source inlet isolation valve 31 and the external heat source outlet isolation valve 32 shown in FIG. 1 are closed, the heat medium circulation line inlet valve 33 and the heat medium circulation line outlet valve 34 are opened, the circulation blower 35, the heat The medium heater 36 was driven, and the temperature of the test apparatus composed of the reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6 was raised.

熱媒ヒータ36の熱出力10kWの条件の下で、およそ1時間で改質反応器1内の触媒層の温度が300℃に到達した。停止状態にある冷却された装置を加熱し、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときには、外部熱源21からの熱媒供給を開始する。すなわち、外部熱源入口隔離弁31及び外部熱源出口隔離弁32を開放し、熱媒循環ライン入口弁33及び熱媒循環ライン出口弁34を閉じ、循環ブロワ35、熱媒ヒータ36を停止して、自家発電設備の排ガスを外部熱源21として水素を生成することができた。   Under the condition of the heat output of the heat medium heater 36 of 10 kW, the temperature of the catalyst layer in the reforming reactor 1 reached 300 ° C. in about 1 hour. When the cooled apparatus in the stopped state is heated, the temperature is raised and the hydrogen production conditions for starting operation are reached, supply of the heat medium from the external heat source 21 is started. That is, the external heat source inlet isolation valve 31 and the external heat source outlet isolation valve 32 are opened, the heat medium circulation line inlet valve 33 and the heat medium circulation line outlet valve 34 are closed, the circulation blower 35 and the heat medium heater 36 are stopped, Hydrogen could be generated using the exhaust gas from the private power generation facility as the external heat source 21.

自家発電設備の排ガスだけを使用して試験装置を昇温した場合と比較して、水素製造条件まで昇温する時間が2時間短縮でき、その分、より多くの水素を製造することができる。本試験装置の場合は、3Nm/h×2h=6Nmの水素が製造可能である。 Compared with the case where the temperature of the test apparatus is raised using only the exhaust gas from the private power generation facility, the time for raising the temperature to the hydrogen production conditions can be reduced by 2 hours, and more hydrogen can be produced accordingly. In the case of this test apparatus, 3Nm 3 / h × 2h = 6Nm 3 of hydrogen can be produced.

水素の燃焼エネルギーは286kJ/molであり、1molの気体の標準状態における容積は0.02241m/molであるので、6Nmの水素が保有するエネルギーは、以下の(1)式が示すように、E=7.66×10kJとなる。 Since the combustion energy of hydrogen is 286 kJ / mol and the volume of 1 mol of gas in a standard state is 0.02241 m 3 / mol, the energy held by 6 Nm 3 of hydrogen is expressed by the following equation (1): E = 7.66 × 10 4 kJ.

E=286kJ/mol×[1/(0.02241m/mol)]×6Nm
=7.66×10kJ (1)
この生成された6Nmの水素が保有するエネルギーE=7.66×10kJは、この試験装置の昇温に使用した熱エネルギー10kW×1h=3.6×10kJより十分に大きいので、本実施例が有効であることを確認することができた。
E = 286 kJ / mol × [1 / (0.02241 m 3 / mol)] × 6 Nm 3
= 7.66 × 10 4 kJ (1)
The energy E = 7.66 × 10 4 kJ possessed by the generated 6Nm 3 hydrogen is sufficiently larger than the thermal energy 10 kW × 1 h = 3.6 × 10 4 kJ used for the temperature increase of the test apparatus. It was confirmed that this example was effective.

なお、ここでは、酸素含有炭化水素としてジメチルエーテル(DME)を用いて水素製造試験を実施したが、酸素含有炭化水素としてメタノールを使用することができる。   Note that here, a hydrogen production test was performed using dimethyl ether (DME) as the oxygen-containing hydrocarbon, but methanol can be used as the oxygen-containing hydrocarbon.

本実施の形態によれば、停止状態にある冷却された改質反応器1、混合ガス予熱器2、水蒸気発生器5及び酸素含有炭化水素気化器6等の容器を、熱媒循環ライン37を用いて系統内の余熱や廃熱を循環させて予熱することができる。水素製造装置が昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときには、外部熱源21からの熱媒の供給を開始する。かくして、これまで捨てられていた廃熱や有効利用されていなかった余熱から効率的に水素製造することが可能となり、水素製造装置の起動時間を短縮することができる。また、水素製造量を安定的に増加させることができる。さらに、製品水素純度を安定的に向上させることができる。   According to the present embodiment, the cooled reforming reactor 1, the mixed gas preheater 2, the steam generator 5, the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer 6, and the like in the stopped state are connected to the heat medium circulation line 37. It can be used to preheat by circulating the residual heat and waste heat in the system. When the hydrogen production apparatus reaches the hydrogen production conditions when the temperature rises and starts up, supply of the heat medium from the external heat source 21 is started. Thus, it is possible to efficiently produce hydrogen from waste heat that has been discarded so far and residual heat that has not been effectively used, and the startup time of the hydrogen production apparatus can be shortened. Moreover, the amount of hydrogen production can be increased stably. Further, the product hydrogen purity can be stably improved.

図2は、本発明の第2の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図である。図1と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen production apparatus according to the second embodiment of the present invention. Parts that are the same as or similar to those in FIG.

図2に示すように、本実施の形態に係る水素製造装置においては、改質反応器1の出口及び入口の間には、改質反応器1を加熱するために改質反応器1と並行して熱媒ライン40が設けられている。この熱媒ライン40には、伝熱媒体を循環する循環ポンプ又はブロワ38、伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータ39が設置されている。   As shown in FIG. 2, in the hydrogen production apparatus according to the present embodiment, between the outlet and the inlet of the reforming reactor 1, it is in parallel with the reforming reactor 1 in order to heat the reforming reactor 1. Thus, a heat medium line 40 is provided. A circulation pump or blower 38 that circulates the heat transfer medium and a heat medium heater 39 that heats the heat transfer medium are installed in the heat medium line 40.

改質反応器1において、酸素含有炭化水素12を原料にして水蒸気改質反応で水素を製造するときに、水素製造量や製造ガスの成分は、改質反応器1内の改質触媒層の温度に影響されるため、この温度制御が重要である。   In the reforming reactor 1, when hydrogen is produced by the steam reforming reaction using the oxygen-containing hydrocarbon 12 as a raw material, the amount of hydrogen produced and the components of the produced gas are determined by the reforming catalyst layer in the reforming reactor 1. This temperature control is important because it is affected by temperature.

このように構成された本実施の形態において、改質反応器1内の改質触媒層の温度を監視し、所定の温度より低いときには、改質反応器1と並行して設置された循環ポンプ又はブロワ38、熱媒ヒータ39を駆動することにより、改質反応器1内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持することができる。また、改質反応器1を起動する場合に、装置全体の温度が低いときには、循環ポンプ又はブロワ38、熱媒ヒータ39を駆動して、改質反応器1内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持しながら、外部熱源21から伝熱媒体を供給すれば、改質反応器1を短時間で起動することができる。   In the present embodiment configured as described above, the temperature of the reforming catalyst layer in the reforming reactor 1 is monitored. When the temperature is lower than the predetermined temperature, the circulation pump installed in parallel with the reforming reactor 1 Alternatively, the temperature of the reforming catalyst layer in the reforming reactor 1 can be maintained at a predetermined temperature by driving the blower 38 and the heat medium heater 39. When the reforming reactor 1 is started and the temperature of the entire apparatus is low, the circulation pump or blower 38 and the heat medium heater 39 are driven to set the temperature of the reforming catalyst layer in the reforming reactor 1. If the heat transfer medium is supplied from the external heat source 21 while maintaining the predetermined temperature, the reforming reactor 1 can be started up in a short time.

本実施の形態によれば、改質反応器1と並行して設けられた熱媒循環ライン40に介在する循環ポンプ又はブロワ38、熱媒ヒータ39を稼動することにより、改質反応器1内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持しながら、外部熱源21から伝熱媒体を供給すれば、改質反応器1を短時間で起動することができる。かくして、これまで捨てられていた廃熱や有効利用されていなかった余熱から効率的に水素製造することが可能となり、水素製造装置の起動時間を短縮することができる。また、水素製造量を安定的に増加させることができる。さらに、製品水素純度を安定的に向上させることができる。   According to the present embodiment, by operating the circulation pump or blower 38 and the heat medium heater 39 that are interposed in the heat medium circulation line 40 provided in parallel with the reforming reactor 1, If the heat transfer medium is supplied from the external heat source 21 while maintaining the temperature of the reforming catalyst layer at a predetermined temperature, the reforming reactor 1 can be started up in a short time. Thus, it is possible to efficiently produce hydrogen from waste heat that has been discarded so far and residual heat that has not been effectively used, and the startup time of the hydrogen production apparatus can be shortened. Moreover, the amount of hydrogen production can be increased stably. Further, the product hydrogen purity can be stably improved.

なお、外部熱源21として、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱を用いて効率的に水素を製造することができる。また、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱と熱交換してなる熱媒を利用してもよいし、発電所、廃棄物焼却施設又はその他産業において発生する廃熱又は余熱を利用しても、同様の作用効果を得ることができる。   In addition, as the external heat source 21, hydrogen can be efficiently produced using heat generated in a power plant, heat generated in a waste incineration facility, or heat generated in other industries. In addition, heat medium generated by heat exchange with heat generated at power plants, heat generated at waste incineration facilities, or heat generated at other industries may be used, or power plants, waste incineration facilities or other industries may be used. Similar effects can be obtained even if waste heat or residual heat generated in the above is utilized.

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the embodiments described above, and departs from the gist of the present invention by combining the configurations of the embodiments. Various modifications can be made without departing from the scope.

本発明の第1の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the hydrogen production apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the hydrogen production apparatus of the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…改質反応器、2…混合ガス予熱器、3…水予熱器、4…酸素含有炭化水素予熱器、5…水蒸気発生器、6…酸素含有炭化水素気化器、7…酸素含有炭化水素・水蒸気混合器、11…水、12…酸素含有炭化水素、13…酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス、14…予熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス、15…改質ガス、16…改質ガス、17…水蒸気、21…外部熱源、22…外部熱源、31…外部熱源入口隔離弁、32…外部熱源出口隔離弁、33…熱媒循環ライン入口弁、34…熱媒循環ライン出口弁、35,38…循環ポンプ又はブロワ、36,39…熱媒ヒータ、37,40…熱媒循環ライン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reforming reactor, 2 ... Mixed gas preheater, 3 ... Water preheater, 4 ... Oxygen containing hydrocarbon preheater, 5 ... Steam generator, 6 ... Oxygen containing hydrocarbon vaporizer, 7 ... Oxygen containing hydrocarbon -Steam mixer, 11 ... Water, 12 ... Oxygen-containing hydrocarbon, 13 ... Oxygen-containing hydrocarbon / steam gas mixture, 14 ... Preheated oxygen-containing hydrocarbon / steam gas mixture, 15 ... Reformed gas, 16 ... Kai Gas ... 17 ... Steam, 21 ... External heat source, 22 ... External heat source, 31 ... External heat source inlet isolation valve, 32 ... External heat source outlet isolation valve, 33 ... Heat medium circulation line inlet valve, 34 ... Heat medium circulation line outlet valve 35, 38 ... circulation pump or blower, 36, 39 ... heating medium heater, 37, 40 ... heating medium circulation line.

Claims (6)

原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、
水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、
気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、
前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、
この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、
この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、
この外部熱源から隔離され、前記改質反応器、前記混合ガス予熱器、前記水蒸気発生器及び前記酸素含有炭化水素気化器から選択された少なくとも1個の容器に接続され伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、
この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、
前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、
を有することを特徴とする水素製造装置。
An oxygen-containing hydrocarbon vaporizer for gasifying the oxygen-containing hydrocarbon as a raw material;
A steam generator for generating steam;
An oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer that mixes the vaporized gaseous oxygen-containing hydrocarbon with steam;
A mixed gas preheater for preheating the mixed gas of oxygen-containing hydrocarbon and steam to a predetermined reformer supply temperature;
A reforming reactor including a reaction tube introduced with the mixed gas and filled with a reforming catalyst;
An external heat source for heating the reforming reactor using a heat transfer medium;
Heat that is isolated from the external heat source and connected to at least one vessel selected from the reforming reactor, the mixed gas preheater, the steam generator, and the oxygen-containing hydrocarbon vaporizer and circulated through the heat transfer medium Medium circulation line,
A circulation pump or a circulation blower provided in the heat medium circulation line and circulating the heat transfer medium;
A heat medium heater provided in the heat medium circulation line for heating the heat transfer medium;
The hydrogen production apparatus characterized by having.
原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、
水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、
気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、
前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、
この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、
この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、
この改質反応器に並行して設けられ、前記改質反応器の温度を制御する伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、
この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、
前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、
を有することを特徴とする水素製造装置。
An oxygen-containing hydrocarbon vaporizer for gasifying the oxygen-containing hydrocarbon as a raw material;
A steam generator for generating steam;
An oxygen-containing hydrocarbon / steam mixer that mixes the vaporized gaseous oxygen-containing hydrocarbon with steam;
A mixed gas preheater for preheating the mixed gas of oxygen-containing hydrocarbon and steam to a predetermined reformer supply temperature;
A reforming reactor including a reaction tube introduced with the mixed gas and filled with a reforming catalyst;
An external heat source for heating the reforming reactor using a heat transfer medium;
A heat medium circulation line that is provided in parallel with the reforming reactor and in which a heat transfer medium for controlling the temperature of the reforming reactor circulates;
A circulation pump or a circulation blower provided in the heat medium circulation line and circulating the heat transfer medium;
A heat medium heater provided in the heat medium circulation line for heating the heat transfer medium;
The hydrogen production apparatus characterized by having.
前記酸素含有炭化水素が、ジメチルエーテル及びメタノールから選択された少なくとも1種からなること、を特徴とする請求項1又は2記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 1 or 2, wherein the oxygen-containing hydrocarbon is composed of at least one selected from dimethyl ether and methanol. 前記外部熱源が、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱を用いるものであること、を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水素製造装置。   The hydrogen according to any one of claims 1 to 3, wherein the external heat source uses heat generated in a power plant, heat generated in a waste incineration facility, or heat generated in other industries. Manufacturing equipment. 前記外部熱源が、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱と熱交換してなる熱媒を利用するものであること、を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水素製造装置。   The external heat source uses a heat medium formed by heat exchange with heat generated in a power plant, heat generated in a waste incineration facility, or heat generated in other industries. The hydrogen production apparatus according to any one of 1 to 3. 前記外部熱源が、発電所、廃棄物焼却施設又はその他産業において発生する廃熱又は余熱を利用するものであること、を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の水素製造装置。   The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the external heat source uses waste heat or residual heat generated in a power plant, a waste incineration facility, or other industries.
JP2008145479A 2008-06-03 2008-06-03 Hydrogen production apparatus Withdrawn JP2009292661A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101617618B1 (en) * 2014-05-29 2016-05-04 한국에너지기술연구원 Hydrogen generating system by solid waste mater H
JP2016530187A (en) * 2013-06-26 2016-09-29 レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード Direct combustion heating method and equipment for its implementation
JP2018133169A (en) * 2017-02-14 2018-08-23 東京瓦斯株式会社 Fuel cell system

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