JP2009298616A - Apparatus and method for reforming glycerol - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グリセリン改質装置および改質方法に関し、例えば植物油などからバイオディーゼル燃料を生産する際の副生成物であるグリセリンを有価物に改質する装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a glycerin reforming apparatus and a reforming method, for example, an apparatus and a method for reforming glycerin, which is a by-product when producing biodiesel fuel from vegetable oil or the like, into valuable resources.
近年、大豆油、菜種油、ひまわり油等の植物性油脂を原料として、バイオディーゼル燃料を生産する方法が提案されている。バイオディーゼル燃料の一般的な生産方法として、油脂にメタノールとアルカリ触媒を加えてエステル交換反応を起こさせた後、これに酸を加えて中和させ、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離する。分離した脂肪酸メチルエステルから触媒を取り除き、さらにメタノールを除去すると、バイオディーゼル燃料となる。このように、アルカリ触媒を用いた方法では、原理的にグリセリンの発生を抑制することは難しく、原料油脂の10%程度のグリセリンが副生する。 In recent years, a method for producing biodiesel fuel using vegetable oils such as soybean oil, rapeseed oil and sunflower oil as a raw material has been proposed. As a general production method of biodiesel fuel, methanol and an alkali catalyst are added to fats and oils to cause a transesterification reaction, and then an acid is added to neutralize the oils and separated into fatty acid methyl esters and glycerin. When the catalyst is removed from the separated fatty acid methyl ester and methanol is further removed, biodiesel fuel is obtained. Thus, in the method using an alkali catalyst, it is difficult in principle to suppress the generation of glycerin, and about 10% of glycerin of the raw material fat is by-produced.
グリセリンは現在、医薬品分野や化粧品、樹脂、塗料などといった分野で消費されているが、その消費量は限定されている。一方、地球温暖化対策として期待が高まっているバイオディーゼル燃料の生産量増加に伴い、副生グリセリンが余剰となることが予測される。現在、副生グリセリンはその多くが焼却処分により熱回収されているのが現状である。以上の背景の下、副生グリセリンの市場において、グリセリンの余剰量がますます拡大すること、焼却処分によって資源の利用価値が低下すること、などが課題となっている。 Glycerin is currently consumed in fields such as pharmaceuticals, cosmetics, resins, and paints, but its consumption is limited. On the other hand, it is predicted that by-product glycerin will become surplus with the increase in production of biodiesel fuel, which is expected as a countermeasure against global warming. At present, most of the by-product glycerin is heat recovered by incineration. In the background of the by-product glycerin, the surplus amount of glycerin is increasing more and the utility value of resources is reduced by incineration.
そこで、下記の特許文献1には、副生した粗グリセリンとこれを更に精製した精製グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置を備えた廃棄物処理システムが開示されている。この特許文献1によれば、この廃棄物処理システムの使用により、バイオディーゼル燃料を生産できるとともに、副生グリセリンから水素ガスを生成でき、水素燃料電池として有効利用できる、と記載されている。
しかしながら、特許文献1には、グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置と記載されているだけであって、水素ガス発生装置の具体的な構成については記載されていない。したがって、グリセリンを改質して有価ガスに転換するための具体的な装置及び方法の提供が望まれている。
However,
さらに、特許文献1には、水素ガス発生装置内でグリセリンの加熱気化に用いる熱源として、油脂を含む廃棄物の残部を高温溶融させる還元ガス化溶融炉の排熱を利用することで電力を削減できる、と記載されている。ただし、これは還元ガス化溶融炉と水素ガス発生装置が一体化したバイオディーゼル燃料製造システム全体として得られる効果である。したがって、グリセリン改質装置単体としても、エネルギー利用効率の高い装置の提供が求められている。
Furthermore,
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高いエネルギー利用効率をもってグリセリンの改質が図れ、有価ガスに転換することが可能なグリセリン改質装置および改質方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a glycerin reforming apparatus and a reforming method capable of reforming glycerin with high energy utilization efficiency and capable of being converted into a valuable gas. With the goal.
上記の目的を達成するために、本発明のグリセリン改質装置は、内部に触媒が収容され、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で前記触媒を用いて水蒸気改質反応を生じさせ、前記グリセリンを改質する改質反応器と、前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器と、が備えられ、前記燃焼器から得られる前記燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内が加熱されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the glycerin reforming apparatus of the present invention has a catalyst accommodated therein, and generates a steam reforming reaction using the catalyst between glycerin and a reaction gas containing at least steam. A reforming reactor that reforms the glycerin, a cooling / heat recovery unit that cools the reformed gas generated after the steam reforming reaction and recovers heat from the reformed gas, and burns the fuel And a combustor that generates combustion exhaust gas, and the inside of the reforming reactor is heated by heat of the combustion exhaust gas obtained from the combustor.
本発明のグリセリン改質装置において、前記反応用ガスとして、前記水蒸気に加えて空気もしくは酸素が前記改質反応器内に供給される構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a configuration in which air or oxygen is supplied into the reforming reactor in addition to the water vapor as the reaction gas can be employed.
本発明のグリセリン改質装置において、前記改質反応器を収容する容器が備えられるとともに、前記容器の内部に前記燃焼排ガスが導入され、前記燃焼排ガスの熱により前記改質反応器内が加熱される構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a container for accommodating the reforming reactor is provided, the combustion exhaust gas is introduced into the container, and the inside of the reforming reactor is heated by the heat of the combustion exhaust gas. Can be adopted.
本発明のグリセリン改質装置において、前記容器の内部に、前記反応用ガスの予熱を行うための加熱器が備えられた構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a configuration in which a heater for preheating the reaction gas is provided inside the container.
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、前記水蒸気を生成する構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, it is possible to employ a configuration in which water is evaporated using the heat recovered by the cooling / heat recovery device to generate the water vapor.
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器によって冷却された前記改質後ガスから水素を精製するガス精製器が備えられた構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a configuration provided with a gas purifier for purifying hydrogen from the reformed gas cooled by the cooling / heat recovery unit can be adopted.
本発明のグリセリン改質装置において、前記ガス精製器から排出される排ガスが燃料として前記燃焼器に供給される構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a configuration in which exhaust gas discharged from the gas purifier is supplied to the combustor as fuel can be employed.
本発明のグリセリン改質装置において、前記改質反応器の内部に、前記改質後ガスから水素を分離する水素分離膜が備えられた構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus of the present invention, a configuration in which a hydrogen separation membrane for separating hydrogen from the reformed gas is provided inside the reforming reactor.
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が、前記水素分離膜で分離された水素ガスを水で冷却する一方、前記水素ガスが持つ熱によって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成する第1冷却・熱回収器と、前記改質反応器から排出される改質後ガスを前記グリセリンで冷却する一方、前記改質後ガスが持つ熱によって前記グリセリンを予熱する第2冷却・熱回収器と、を有し、前記第2冷却器から排出された改質後ガスが燃料として前記燃焼器に供給される構成が採用できる。 In the glycerin reforming apparatus according to the present invention, the cooling / heat recovery device cools the hydrogen gas separated by the hydrogen separation membrane with water, while evaporating the water by the heat of the hydrogen gas to produce the water vapor. A first cooling / heat recovery unit to be generated; and a second cooling / cooling unit that cools the reformed gas discharged from the reforming reactor with the glycerin while preheating the glycerin with heat of the reformed gas. And a heat recovery unit, and the reformed gas discharged from the second cooler can be supplied as fuel to the combustor.
本発明のグリセリン改質方法は、改質反応器の外部で燃料を燃焼させたときに得られる燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内を加熱しつつ、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて水蒸気改質反応を進行させ、前記グリセリンを改質するとともに、前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収することを特徴とする。 The glycerin reforming method of the present invention is for a reaction containing glycerin and at least steam while heating the inside of the reforming reactor by the heat of combustion exhaust gas obtained when fuel is burned outside the reforming reactor. A steam reforming reaction is allowed to proceed with the gas using a catalyst to reform the glycerin, cool the reformed gas generated after the steam reforming reaction, and recover heat from the reformed gas It is characterized by doing.
本発明のグリセリン改質装置によれば、改質反応器内において、触媒の作用によりグリセリンと反応用ガス中に含まれる水蒸気との間で水蒸気改質反応が生じる。この反応を経てグリセリンが改質され、グリセリンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。このようにグリセリンを有価ガスに転換することにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。そして、副生グリセリンを水素や一酸化炭素等のガスとして回収することにより、これらのガスを水素燃料や化学合成品の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電が可能となる。その他、水素利用分野への転用が可能となる。 According to the glycerin reforming apparatus of the present invention, a steam reforming reaction occurs between glycerin and water vapor contained in the reaction gas by the action of a catalyst in the reforming reactor. Through this reaction, glycerin is modified, and glycerin can be converted into valuable gases such as hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. By converting glycerin into valuable gas in this way, energy utilization efficiency can be increased compared to conventional glycerin treatment methods in which heat recovery by incineration is performed. And by recovering by-product glycerol as gas, such as hydrogen and carbon monoxide, these gas can be utilized as a raw material of hydrogen fuel or a chemical synthesis product. For example, by using hydrogen gas as fuel, high-efficiency power generation using a fuel cell is possible. In addition, diversion to the hydrogen utilization field is possible.
また、グリセリンの水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を促進するためには改質反応器内の加熱が必要である。そこで、本発明のグリセリン改質装置においては、燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器が備えられているため、燃焼器から得られる燃焼排ガスの熱により改質反応器内の加熱が可能である。燃焼器は改質反応器とは別体であり、種々の燃料を自由に選択できるため、改質反応器内の温度を効率良く、かつ精度良く制御することができる。 Further, since the steam reforming reaction of glycerin is an endothermic reaction, heating in the reforming reactor is necessary to promote the reaction. Therefore, the glycerin reforming apparatus of the present invention is equipped with a combustor that combusts fuel and generates combustion exhaust gas, so that the inside of the reforming reactor can be heated by the heat of the combustion exhaust gas obtained from the combustor. It is. Since the combustor is separate from the reforming reactor and various fuels can be freely selected, the temperature in the reforming reactor can be controlled efficiently and accurately.
上記の水蒸気改質反応は例えば数百℃といった高温で進行するため、相当の高温の改質後ガスが改質反応器から排出される。ここで、本発明のグリセリン改質装置においては、冷却・熱回収器を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、熱を回収することによりこの熱を本装置内で有効利用できる。そのため、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。例えば、冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、反応用ガスである水蒸気を生成することができる。この構成とすれば、水蒸気を生成する際に必要な外部の熱を削減できる。あるいは、外部の熱源を不要とすることができる。 Since the steam reforming reaction proceeds at a high temperature such as several hundred degrees Celsius, a considerably high-temperature reformed gas is discharged from the reforming reactor. Here, in the glycerin reforming apparatus of the present invention, the high-temperature reformed gas is cooled by using a cooling / heat recovery device, and this heat can be effectively utilized by recovering the heat. Therefore, an apparatus with high energy utilization efficiency can be realized as a glycerin reforming apparatus alone. For example, water can be evaporated using the heat recovered by the cooling / heat recovery device to generate water vapor as a reaction gas. With this configuration, external heat necessary for generating water vapor can be reduced. Alternatively, an external heat source can be eliminated.
また、反応用ガスとして空気や酸素が改質反応器内に供給される構成とすれば、水蒸気改質反応に加えて部分酸化改質反応(もしくは完全酸化改質反応)が起こることになる。部分酸化改質反応によっても、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスが生成される。部分酸化改質反応は発熱反応であるため、水蒸気改質反応に必要な熱を部分酸化改質反応時に発生する熱で賄うことができ、外部の燃焼器から供給する熱が少なく済む。また、グリセリンの水蒸気改質反応では、触媒上に炭素が析出し、触媒が劣化することが一つの問題となっている。これに対し、空気や酸素が改質反応器内に供給される構成であれば、炭素の析出を抑制することができる。 Further, if air or oxygen is supplied as a reaction gas into the reforming reactor, a partial oxidation reforming reaction (or complete oxidation reforming reaction) occurs in addition to the steam reforming reaction. Valuable gases such as hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide are also generated by the partial oxidation reforming reaction. Since the partial oxidation reforming reaction is an exothermic reaction, the heat required for the steam reforming reaction can be covered by the heat generated during the partial oxidation reforming reaction, and less heat is supplied from the external combustor. Further, in the steam reforming reaction of glycerin, carbon is deposited on the catalyst and the catalyst is deteriorated. On the other hand, if it is the structure by which air and oxygen are supplied in a reforming reactor, precipitation of carbon can be suppressed.
また、改質反応器を収容する容器が備えられ、容器内に燃焼排ガスが導入される構成によれば、改質反応器と容器とにより一つの熱交換器が構成されることになる。その場合、改質反応器の壁面を通じて熱が伝達され、改質反応器内の加熱が効率良く行われる。さらに、容器の内部に反応用ガス予熱用の加熱器が備えられた構成であれば、燃焼排ガスが持つ熱を無駄なく回収することができる。その結果、反応用ガスの予熱のために外部から供給する熱を削減でき、エネルギー効率の高い装置を実現できる。 In addition, according to the configuration in which the container for storing the reforming reactor is provided and the combustion exhaust gas is introduced into the container, the reforming reactor and the container constitute one heat exchanger. In that case, heat is transmitted through the wall surface of the reforming reactor, and heating in the reforming reactor is efficiently performed. Furthermore, if the reaction gas preheating heater is provided inside the container, the heat of the combustion exhaust gas can be recovered without waste. As a result, the heat supplied from the outside for preheating the reaction gas can be reduced, and an energy efficient apparatus can be realized.
また、改質後ガスから水素を精製するガス精製器を備えた構成とすれば、より高純度の水素ガスを得ることができる。一方、水素ガスを精製した後、ガス精製器からは一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが排出されるが、その排ガスを燃焼器での燃料としてリサイクルすることでエネルギー効率の高い装置を実現できる。 Moreover, if it is set as the structure provided with the gas refiner which refine | purifies hydrogen from the after-reforming gas, higher purity hydrogen gas can be obtained. On the other hand, after purifying hydrogen gas, gases such as carbon monoxide and carbon dioxide are discharged from the gas purifier. By recycling the exhaust gas as fuel in the combustor, a highly energy efficient device can be realized. .
あるいは、改質反応器の内部に水素分離膜を備えた構成によれば、反応器内で改質後ガスから水素が分離されることにより改質後ガス中の水素分圧が逐次低下するため、水蒸気改質反応がより促進される。さらに本構成の場合、改質反応器から排出される改質後ガスは水素が分離された後の一酸化炭素、二酸化炭素等のガスとなる。これらのガスをグリセリンで冷却する一方、改質後ガスが持つ熱によりグリセリンを予熱する第2冷却・熱回収器を備えた構成によれば、グリセリンの予熱が効率良く行える。また、第2冷却・熱回収器から排出された一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを燃焼器での燃料としてリサイクルすることができる。 Alternatively, according to the configuration in which the hydrogen separation membrane is provided in the reforming reactor, hydrogen is separated from the reformed gas in the reactor, so that the partial pressure of hydrogen in the reformed gas is successively reduced. The steam reforming reaction is further promoted. Further, in the case of this configuration, the reformed gas discharged from the reforming reactor is a gas such as carbon monoxide or carbon dioxide after hydrogen is separated. While these gases are cooled with glycerin, according to the configuration including the second cooling / heat recovery device that preheats glycerin with the heat of the reformed gas, the glycerin can be preheated efficiently. In addition, gas such as carbon monoxide and carbon dioxide discharged from the second cooling / heat recovery device can be recycled as fuel in the combustor.
本発明のグリセリン改質方法によれば、上述したように、グリセリンを改質して水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。これにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。 According to the glycerin reforming method of the present invention, as described above, glycerin can be reformed and converted into valuable gases such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and the like. Thereby, compared with the conventional processing method of glycerin which performed heat recovery by incineration disposal, energy use efficiency can be improved.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態のグリセリン改質装置および改質方法について図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
[First embodiment]
Hereinafter, a glycerin reforming apparatus and a reforming method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a glycerin reforming apparatus according to the present embodiment.
本実施形態のグリセリン改質装置1は、図1に示すように、改質反応器2および加熱器3,4を内部に収容する熱交換器5と、燃焼器6と、冷却・熱回収器7と、ガス精製器8とから概略構成されている。熱交換器5は、熱交換器5の筐体となる容器9と、容器9の内部に収容された改質反応器2および加熱器3,4とから構成されている。容器9の頂部には、後述する燃焼器6からの燃焼排ガスを導入するための燃焼排ガス導入配管11が接続されている。
As shown in FIG. 1, the
容器9の内部には、容器9の底面から、グリセリンを改質反応器2に導入するためのグリセリン導入配管12、水蒸気を改質反応器2に導入するための水蒸気導入配管13、空気を改質反応器2に導入するための空気導入配管14がそれぞれ装入され、これら配管12,13,14が改質反応器2の底部に接続されている。この構成により、改質反応器2内にグリセリンと、水蒸気、空気を含む反応用ガスとが供給される。また、容器9の内部において、グリセリン導入配管12と水蒸気導入配管13の途中にはグリセリン、水蒸気(水)を予熱するための加熱器3,4がそれぞれ設置されている。なお、ここでは改質反応器2内に空気を導入することとするが、空気に代えて酸素を導入しても良い。
Inside the
グリセリン導入配管12は途中で分岐しており、一方の配管12aは熱交換器5内の改質反応器2に接続され、他方の配管12bは燃焼器6に接続されている。また、燃焼器6には空気導入配管15が接続されている。したがって、燃焼器6ではグリセリンと空気が燃料として燃焼し、燃焼器6からは高温の燃焼排ガスが排出される。なお、本実施形態では、燃料としてグリセリンと空気を用いたが、その他、都市ガス、LPG、水素ガス等を用いても良い。また、必ずしもグリセリンを導入しなくてもよい。燃焼器6の設置場所については、熱交換器5の外部に限らず、内部でも良く、例えば容器9の内部に配置しても良い。
The
改質反応器2の内部では、グリセリンと上記の反応用ガスにより、グリセリンの水蒸気改質反応(下記の反応式(1))、部分酸化改質反応(下記の反応式(2))、完全酸化改質反応(下記の反応式(3))の3種類の改質反応が同時に起こり、グリセリンと上記反応用ガスが水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含む改質後ガスに変換される。改質反応器2での反応温度は、使用する触媒によって異なるが、200℃〜900℃に調整される。なお、空気(もしくは酸素)の供給量によっては部分酸化改質反応のみが起こり、完全酸化改質反応が起こらない場合もあるが、それでも差し支えない。
C3H5(OH)3+H2O → 5H2+2CO+CO2 …(1)
C3H5(OH)3+2O2 → 4H2O+3CO …(2)
2C3H5(OH)3+7O2 → 8H2O+6CO2 …(3)
Inside the reforming
C 3 H 5 (OH) 3 + H 2 O → 5H 2 + 2CO + CO 2 (1)
C 3 H 5 (OH) 3 + 2O 2 → 4H 2 O + 3CO (2)
2C 3 H 5 (OH) 3 + 7O 2 → 8H 2 O + 6CO 2 (3)
ただし、実際は、改質反応器2内への空気の供給量に対して水蒸気の供給量の方が十分多いため、上述の3種類の改質反応のうち、水蒸気改質反応が支配的となる。水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、水蒸気改質反応を促進するためには熱が必要である。そこで、燃焼器6で得られた高温の燃焼排ガスを、燃焼排ガス導入配管11を通じて熱交換器5の容器9内に供給する。これにより、改質反応器2の壁面を介して熱交換がなされ、改質反応器2内の温度を200℃〜900℃に昇温することができる。また、僅かに生じる部分酸化改質反応は発熱反応であるため、部分酸化改質反応による熱も昇温に寄与する。さらに、改質反応器2内に空気を供給することで炭素の析出を抑制することができる。
However, in actuality, the amount of steam supplied is sufficiently larger than the amount of air supplied into the reforming
このように、容器9内を頂部から底部に向けて流れる燃焼排ガスは、容器9の上部(上流側)に配置された改質反応器2に熱を奪われた後も未だ十分な熱を有している。よって、燃焼排ガスは、容器9の下部(下流側)に配置された加熱器3,4に到達すると、加熱器3,4内のグリセリンおよび水の加熱に用いられる。このとき、水は、蒸発して水蒸気の状態となって改質反応器2内に供給されることが望ましい。グリセリンの沸点は290℃程度であり、グリセリンは液体状で供給されても良いし、グリセリン蒸気の状態で供給されても良い。加熱器3,4と熱交換した後の燃焼ガスは、排気管16から熱交換器5の外部に排出される。
As described above, the combustion exhaust gas flowing in the
また、水蒸気改質反応には触媒が必要であるため、改質反応器2内に触媒が収容され、触媒層が形成されている。ここで用いる触媒としては、例えばNi/Al2O3、Rh/CeO2/Al2O3、Ni/MgO、Rh/Pt/CeO2、Ru/Y2O3などを用いることができる。ただし、グリセリンの水蒸気改質反応を行う際には、触媒上への炭素析出による劣化が一つの問題となっている。したがって、炭素を極力析出させないために、スチームカーボン比(水蒸気と一酸化炭素の量論比)を2〜10とすることが望ましい。また、炭素析出が生じにくい触媒として、Pt,Pd,Rh等の貴金属を担持させたMgO触媒(貴金属/MgO触媒)、NiとMgOの固溶体であるNi−MgO触媒、貴金属/MgO触媒とNi−MgO触媒の物理混合触媒などを用いることが望ましい。触媒反応を効率良く進めるため、触媒層が充填層の形態を取るようにするのが望ましい。あるいは、流動層を用いることもできる。
Further, since a catalyst is necessary for the steam reforming reaction, the catalyst is accommodated in the reforming
改質反応器2と冷却・熱回収器7とは改質後ガス輸送配管17で接続されており、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含む改質後ガスは、改質後ガス輸送配管17を通じて改質反応器2から排出され、冷却・熱回収器7に導入される。改質後ガスは清浄であるため、冷却・熱回収器7の形態としては、シェル&チューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器等、周知のものが使用可能である。冷却・熱回収器7には冷媒として水が供給され、水と改質後ガスとの間で熱交換がなされる。すなわち、200℃〜900℃の改質反応器2から排出された改質後ガスはまだ相当の高温を保っているため、冷却・熱回収器7によって改質後ガスが冷却されるとともに、冷媒である水によって熱が回収される。このとき、水が蒸発して水蒸気が生成され、この水蒸気が加熱器4に導入される。あるいは、全てが水蒸気にならなくても、高温の水が加熱器4に導入される構成であればよい。
The reforming
冷却・熱回収器7とガス精製器8とは改質後ガス輸送配管17で接続されており、冷却・熱回収器7を経て冷却された改質後ガスはガス精製器8に導入される。ガス精製器8は、例えばPSA(Pressure Swing Adsorption)等、周知のものが使用可能である。ガス精製器8により例えば改質後ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素等が吸着除去され、高純度の水素ガスを得ることができる。バイオディーゼル燃料の製造時に用いる油脂原料によっては副生グリセリンにアルカリが含まれ、改質後ガス中にもアルカリが含まれる場合もある。その場合、ガス精製器8がアルカリを除去する機能を有していれば、アルカリフリーの高純度の有価ガスを得ることができる。アルカリの除去方法としては、フィルタ方式、スプレー洗浄方式、溶媒吸収方式等を用いることができる。なお、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスがガス精製器8から排出される構成であれば、それらのガスを燃焼器6に供給して燃料としてリサイクルしても良い。
The cooling / heat recovery unit 7 and the gas purifier 8 are connected by a post-reforming
本実施形態のグリセリン改質装置1によれば、改質反応器2内において、触媒の作用によりグリセリンと水蒸気との間の水蒸気改質反応、グリセリンと酸素との間の部分酸化改質反応が生じる。これらの反応を経てグリセリンが改質され、グリセリンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。これにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。また、グリセリンを水素や一酸化炭素等の有価ガスとして回収することによって、これらのガスを水素燃料や化学合成品(例えばFT合成油、メタノール、合成天然ガス、化学肥料等)の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電等、水素利用分野への転用が可能となる。
According to the
また、本実施形態のグリセリン改質装置1によれば、冷却・熱回収器7を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、改質後ガスから回収した熱によって水蒸気の生成、グリセリンや空気の予熱等が行え、改質後ガスが持つ熱を本装置内で有効利用できる。これにより、反応用ガスの予熱を行うための外部熱源を削減できる。このようにして、小型のシステムを構築できるとともに、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。さらに、燃焼器6から得られる燃焼排ガスの熱により改質反応器2内を加熱する構成であり、種々の燃料を自由に選択できるため、改質反応器2内の温度を効率良く、かつ精度良く制御することができる。特に本実施形態では、グリセリンや空気等の改質反応で用いる原料を燃料としているため、他の燃料を準備する必要がない。
Further, according to the
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について図2を用いて説明する。
図2は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
本実施形態のグリセリン改質装置の基本構成は第1実施形態と同様であり、改質後ガスの精製のための構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、図2において図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the glycerin reforming apparatus of the present embodiment.
The basic configuration of the glycerin reforming apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the configuration for purifying the reformed gas is only different from that of the first embodiment. Therefore, in FIG. 2, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 1, and detailed description will be omitted.
本実施形態のグリセリン改質装置21は、図2に示すように、改質反応器2の内部に触媒が収容されるとともに、水素分離膜23が設置されている。水素分離膜23は、セラミック分離膜、Pd、Pd−Ag、Pd−Cu等からなる金属分離膜等で構成されている。このように、改質反応器2の内部に水素分離膜23が設置されたことによって、改質後ガスは改質反応器2の内部で水素と一酸化炭素、二酸化炭素とに分離される。したがって、本実施形態では、第1実施形態と異なり、改質反応器2の後段に水素ガスを精製するためのガス精製器が設置されていない。
As shown in FIG. 2, the
改質反応器2内の水素分離膜23から水素排出配管24を通じて高温の水素ガスが排出され、第1冷却・熱回収器25に導入される。第1冷却・熱回収器25では、水と水素ガスとの間で熱交換が生じ、水によって水素ガスが冷却される一方、水素ガスの熱によって水が加熱され、水蒸気が生成される。
High-temperature hydrogen gas is discharged from the
改質反応器2から改質後ガス排出配管26を通じて高温の一酸化炭素及び二酸化炭素が排出され、第2冷却・熱回収器27に導入される。第2冷却・熱回収器27では、グリセリンと一酸化炭素及び二酸化炭素ガスとの間で熱交換が生じ、グリセリンによって一酸化炭素及び二酸化炭素ガスが冷却される一方、一酸化炭素及び二酸化炭素ガスの熱によってグリセリンが加熱される。すなわち、第2冷却・熱回収器27を通ることによりグリセリンが予熱された後、熱交換器28内の加熱器3に導入される。一方、第2冷却・熱回収器27を通った後の一酸化炭素及び二酸化炭素ガスは燃料として燃焼器6に供給される。
High temperature carbon monoxide and carbon dioxide are discharged from the reforming
図1に示す第1実施形態では、水素と一酸化炭素、二酸化炭素を一括して改質後ガスとして改質反応器2から排出し、冷却・熱回収器7を通した後、ガス精製器8にて水素ガスを精製していた。これに対して、本実施形態では、改質反応器2内の水素分離膜23で水素と一酸化炭素、二酸化炭素とを分離し、これらを別々に取り出して第1冷却・熱回収器25、第2冷却・熱回収器27にそれぞれ供給している。そして、第1冷却・熱回収器25では水素ガスの持つ熱を水蒸気の生成に有効利用し、第2冷却・熱回収器27では一酸化炭素、二酸化炭素ガスの持つ熱をグリセリンの予熱に有効利用している。さらに、第2冷却・熱回収器27でグリセリンの予熱に使った後の一酸化炭素、二酸化炭素ガスを燃焼器6での燃料としてリサイクルしている。このように、本実施形態においても、極めてエネルギー効率の高いグリセリン改質装置を実現することができる。
In the first embodiment shown in FIG. 1, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide are collectively discharged from the reforming
また、改質反応器2内で逐次、改質後ガスから水素が分離されるため、上記の反応式(1)に従って水蒸気改質反応が進行しつつ、水素分離膜に水素が取り込まれ、改質後ガス中の水素分圧が逐次低下する。そのため、水蒸気改質反応は、平衡状態から反応式(1)の右辺に向かう方向により進みやすくなる。すなわち、本構成によれば、水蒸気改質反応がより促進されて水素の生成速度が向上する、という効果が得られる。
Further, since hydrogen is sequentially separated from the reformed gas in the reforming
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態ではグリセリンと、水蒸気、空気(もしくは酸素)を含む反応用ガスとを改質反応器に導入する構成とした。これに加えて、生成された水素ガスの一部を改質反応器内に戻す構成としても良い。その場合、水素によるグリセリンの熱分解反応も合わせて起こり、グリセリンの改質が可能である。また、燃焼器からの燃焼排ガスの熱を改質反応器に供給するための構成として、改質反応器の外部を囲む容器を設け、容器内に燃焼排ガスを流す構成としたが、この構成に代えて、例えば改質反応器の内部に燃焼排ガスを流す配管を引き回す等の構成を採用しても良い。その他、装置内の各要素の具体的な構成、配置等に関しては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the said embodiment, it was set as the structure which introduce | transduces into a reforming reactor glycerol and the gas for reaction containing water vapor | steam and air (or oxygen). In addition to this, a configuration may be adopted in which part of the generated hydrogen gas is returned to the reforming reactor. In that case, thermal decomposition reaction of glycerin with hydrogen also takes place, and glycerin can be reformed. In addition, as a configuration for supplying the heat of combustion exhaust gas from the combustor to the reforming reactor, a container surrounding the outside of the reforming reactor is provided and the combustion exhaust gas is flowed into the container. Instead, for example, a configuration in which piping for flowing combustion exhaust gas is routed inside the reforming reactor may be employed. In addition, the specific configuration, arrangement, and the like of each element in the apparatus are not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate.
1,21…グリセリン改質装置、2…改質反応器、3,4…加熱器、5,28…熱交換器、6…燃焼器、7…冷却・熱回収器、8…ガス精製器、9…容器、23…水素分離膜、25…第1冷却・熱回収器、27…第2冷却・熱回収器。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、
燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器と、が備えられ、
前記燃焼器から得られる前記燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内が加熱されることを特徴とするグリセリン改質装置。 A reforming reactor in which a catalyst is housed, a steam reforming reaction is generated between the glycerin and a reaction gas containing at least steam using the catalyst, and the glycerin is reformed;
A cooling / heat recovery unit that cools the reformed gas generated after the steam reforming reaction and recovers heat from the reformed gas;
A combustor that generates combustion exhaust gas by burning fuel, and
The inside of the said reforming reactor is heated with the heat | fever of the said combustion exhaust gas obtained from the said combustor, The glycerol reformer characterized by the above-mentioned.
前記第2冷却器から排出された改質後ガスが燃料として前記燃焼器に供給されることを特徴とする請求項8に記載のグリセリン改質装置。 The cooling / heat recovery device cools the hydrogen gas separated by the hydrogen separation membrane with water, while evaporating the water with the heat of the hydrogen gas to generate the water vapor. And a second cooling / heat recovery unit that cools the reformed gas discharged from the reforming reactor with the glycerin, while preheating the glycerin with the heat of the reformed gas,
The glycerin reforming apparatus according to claim 8, wherein the reformed gas discharged from the second cooler is supplied to the combustor as fuel.
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