JP2010077817A - Hydrogen mixed combustion engine system - Google Patents

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克彦 ▲高▼木
Katsuhiko Takagi
Masami Ono
正巳 小野
Tatsuya Nobusawa
達也 信澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive hydrogen mixed combustion engine system with emissions of carbon dioxide extremely reduced. <P>SOLUTION: The hydrogen mixed combustion engine system includes: an engine 1; a fuel tank 2 storing fuel for the engine; a dehydrogenation reactor 3 producing hydrogen by dehydrogenation reaction with a hydrogenated aromatic compound; a pressure maintaining means maintaining pressure in the dehydrogenation reactor 3 to 0.2 MPa or higher; a material tank 4 storing the hydrogenated aromatic compound; a hydrogen buffer tank 6 temporarily storing hydrogen extracted from the dehydrogenation reactor 3; a dehydrogenation reaction product tank 7 storing an aromatic compound; and a liquid level control device 15 controlling the liquid level of the aromatic component accumulated in the lower space 3b of the dehydrogenation reactor 3. The dehydrogenation reactor 3 is a shell and tube type reactor, a dehydrogenation catalyst 8 is filled into a tube 12, and exhaust gas delivered from the engine 1 is led to flow into a shell 11, thereby heating the catalyst 8. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料の一部として水素を用いる水素混焼エンジンシステムに係り、特に、水素化芳香族化合物の脱水素反応により水素を製造する脱水素反応器を備える水素混焼エンジンシステムに関する。   The present invention relates to a hydrogen co-firing engine system using hydrogen as a part of fuel, and more particularly to a hydrogen co-firing engine system including a dehydrogenation reactor that produces hydrogen by dehydrogenation of a hydrogenated aromatic compound.

地球温暖化対策の一つとして燃料電池を用いた自動車などが開発されているが、燃料電池システムは非常に高価であるため、一般に普及するには未だ多くの技術的課題が残されている。一方、自動車に要求される炭酸ガス排出基準は厳しく、特に、2025年には10・15モードでの走行1kmあたりの炭酸ガス排出量が70g以下に規制されると言われている。燃料電池は水しか排出しないシステムであり地球温暖化対策として有効ではあるが、非常に高価であるため、現実的なコストで炭酸ガス排出削減が達成できる、新しいエンジンシステムの開発も要求されている。   Automobiles using fuel cells have been developed as one of the countermeasures against global warming. However, since the fuel cell system is very expensive, many technical problems still remain to spread. On the other hand, carbon dioxide emission standards required for automobiles are strict, and it is said that in 2025, the amount of carbon dioxide emission per 1 km traveling in 10.15 mode will be regulated to 70 g or less. A fuel cell is a system that discharges only water and is effective as a global warming countermeasure. However, it is very expensive, so it is also required to develop a new engine system that can reduce CO2 emissions at a realistic cost. .

例えば、特許文献1には、所謂有機ハイドライド等の水素化燃料を脱水素して生成した水素と脱水素生成物とを燃料とする水素利用内燃機関が開示されている。脱水素生成物を内燃機関の燃料の一部とするため、水素化燃料としてはガソリンの水素化反応生成物を用いる必要がある。ガソリン中には、通常40%程度のトルエンが含まれているため、水素化燃料には、その有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサンが約40%含まれることになる。その結果、水素と脱水素生成物(この場合は通常のガソリンと同等の燃料)との混合比率は任意に設定することができないので、炭酸ガス排出削減の効果は限定的であるという問題を有していた。   For example, Patent Document 1 discloses a hydrogen-using internal combustion engine that uses hydrogen produced by dehydrogenating a hydrogenated fuel such as so-called organic hydride and a dehydrogenated product as fuel. In order to make the dehydrogenation product a part of the fuel for the internal combustion engine, it is necessary to use a hydrogenation reaction product of gasoline as the hydrogenation fuel. Since gasoline usually contains about 40% of toluene, the hydrogenated fuel contains about 40% of methylcyclohexane as its organic hydride. As a result, since the mixing ratio of hydrogen and the dehydrogenation product (in this case, fuel equivalent to ordinary gasoline) cannot be set arbitrarily, there is a problem that the effect of reducing carbon dioxide emissions is limited. Was.

また、特許文献2には、水素だけで駆動する水素エンジンであって、そのエンジン排熱を利用して有機ハイドライドの脱水素反応を起こさせるシステムが開示されている。このシステムによれば、燃料電池と同様に、原理的に炭酸ガスは全く発生しないが、水素だけで駆動するエンジンを開発することが必須となる。このような水素エンジンは、燃料電池車と同様にエンジンシステムが非常に高価なものになると考えられるため、特に自動車のような民生用途では実現可能な技術とは言い難い。   Patent Document 2 discloses a hydrogen engine driven by only hydrogen, and a system for causing dehydration reaction of organic hydride using the engine exhaust heat. According to this system, like a fuel cell, in principle, no carbon dioxide gas is generated, but it is essential to develop an engine driven only by hydrogen. Such a hydrogen engine is considered to be a technology that can be realized particularly in consumer applications such as automobiles because the engine system is considered to be very expensive like a fuel cell vehicle.

さらに、特許文献3には、燃料注入時の圧力が2〜20atm、水素発生時の圧力が5〜300atm、排気時の圧力が大気圧〜0.01atmである水素供給装置及び水素供給方法が開示されている。圧力を変動させる目的は、触媒活性の低下原因となる触媒表面に吸着した脱水素化物を脱離させ、触媒活性を再生することである。しかしながら、圧力を大きく変動させて反応を行うため、昇圧・減圧操作で消費される動力が大きく、それに伴う炭酸ガス排出量が大きいという問題を有していた。   Further, Patent Document 3 discloses a hydrogen supply apparatus and a hydrogen supply method in which the pressure during fuel injection is 2 to 20 atm, the pressure during hydrogen generation is 5 to 300 atm, and the pressure during exhaust is atmospheric pressure to 0.01 atm. Has been. The purpose of changing the pressure is to regenerate the catalyst activity by desorbing the dehydride adsorbed on the catalyst surface, which causes the catalyst activity to decrease. However, since the reaction is carried out by greatly changing the pressure, there is a problem that the power consumed by the pressure increase / decrease operation is large and the carbon dioxide emission amount associated therewith is large.

さらに、特許文献4には、触媒の存在下、有機ハイドライドの脱水素反応を高圧の反応器内で行うとともに、該反応器内の水素分圧を低下させることにより、脱水素反応の化学平衡を超える収率で水素を製造する装置及びその方法が開示されている。この装置は、特許文献3に開示されている装置のような圧力などの変動操作を必要としない点が優れている。しかしながら、この装置は水素ステーションなどの大型設備を対象とした技術であり、脱水素反応に必要な熱エネルギーを供給する方法については何ら言及されていない。
特開2005−147124号公報 特開2008−88922号公報 特開2006−248814号公報 特開2007−169072号公報
Further, Patent Document 4 discloses that the dehydration reaction of organic hydride is carried out in a high-pressure reactor in the presence of a catalyst, and the hydrogen partial pressure in the reactor is reduced, thereby improving the chemical equilibrium of the dehydrogenation reaction. An apparatus and method for producing hydrogen in excess yield is disclosed. This apparatus is superior in that it does not require a variable operation such as pressure unlike the apparatus disclosed in Patent Document 3. However, this apparatus is a technique for large facilities such as a hydrogen station, and no mention is made of a method for supplying thermal energy necessary for the dehydrogenation reaction.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-147124 JP 2008-88922 A JP 2006-248814 A JP 2007-169072 A

そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、炭酸ガス排出量が非常に少なく且つ安価な水素混焼エンジンシステムを提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide an inexpensive hydrogen-mixed combustion engine system that emits very little carbon dioxide and is inexpensive.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の水素混焼エンジンシステムは、燃料の一部として水素を用いるエンジンと、水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応を、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、前記脱水素反応器内の圧力を0.2MPa以上に保持する圧力保持手段と、前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the hydrogen co-firing engine system according to claim 1 according to the present invention includes an engine that uses hydrogen as a part of fuel and a dehydrogenation reaction that generates hydrogen and an aromatic compound from a hydrogenated aromatic compound. A dehydrogenation reactor for producing hydrogen to be supplied to the engine by utilizing sensible heat of gas, pressure holding means for maintaining the pressure in the dehydrogenation reactor at 0.2 MPa or more, and the dehydration Hydrogen partial pressure reducing means for extracting hydrogen generated by an elementary reaction from the dehydrogenation reactor and reducing the hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor.

また、本発明に係る請求項2の水素混焼エンジンシステムは、燃料の一部として水素を用いるエンジンと、水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応の触媒を備え、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して前記脱水素反応を行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、前記脱水素反応器内の圧力を0.2MPa以上に保持する圧力保持手段と、原料である前記水素化芳香族化合物を前記脱水素反応器内の前記触媒に供給する原料供給手段と、前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、前記脱水素反応により生成して前記触媒から下方に落下し、前記脱水素反応器の下部空間に溜まった液体状の前記芳香族化合物の液面レベルを、所定のレベルに制御する液面レベル制御手段と、液体状の前記芳香族化合物を前記脱水素反応器内から抜き出す芳香族化合物抜き出し手段と、を備えることを特徴とする。   The hydrogen co-firing engine system according to claim 2 according to the present invention includes an engine that uses hydrogen as a part of fuel, and a catalyst for a dehydrogenation reaction that generates hydrogen and an aromatic compound from a hydrogenated aromatic compound, Performing the dehydrogenation reaction using sensible heat of the exhaust gas of the engine to produce hydrogen to be supplied to the engine, and maintaining the pressure in the dehydrogenation reactor at 0.2 MPa or more Pressure holding means, raw material supply means for supplying the hydrogenated aromatic compound as a raw material to the catalyst in the dehydrogenation reactor, and hydrogen generated by the dehydrogenation reaction is extracted from the dehydrogenation reactor. A hydrogen partial pressure lowering means for lowering the hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor, and a liquid produced by the dehydrogenation reaction and dropped downward from the catalyst and collected in a lower space of the dehydrogenation reactor Liquid level control means for controlling the liquid level of the aromatic compound to a predetermined level, and aromatic compound extraction means for extracting the liquid aromatic compound from the dehydrogenation reactor. It is characterized by.

さらに、本発明に係る請求項3の水素混焼エンジンシステムは、請求項2に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記触媒は、略重力方向に沿って延びる流路内に連続して配されていて、前記原料供給手段によって前記流路の上方側端部に供給された前記水素化芳香族化合物が、前記流路内を上方側から下方側に向かって流れながら前記脱水素反応し、該脱水素反応により生成した液体状の前記芳香族化合物が前記流路の下方側端部から下方に落下するとともに、同じく前記脱水素反応により生成した水素が前記流路の上方側端部近傍から前記水素分圧低下手段によって抜き出されるようになっていることを特徴とする。   Furthermore, the hydrogen co-firing engine system according to claim 3 according to the present invention is the hydrogen co-firing engine system according to claim 2, wherein the catalyst is continuously arranged in a flow path extending substantially along the direction of gravity. The hydrogenated aromatic compound supplied to the upper end of the flow path by the raw material supply means undergoes the dehydrogenation reaction while flowing in the flow path from the upper side to the lower side, and the dehydrogenation reaction is performed. The liquid aromatic compound generated by the reaction falls downward from the lower end portion of the flow path, and the hydrogen generated by the dehydrogenation reaction also forms the hydrogen content from the vicinity of the upper end portion of the flow path. It is characterized by being extracted by the pressure reducing means.

さらに、本発明に係る請求項4の水素混焼エンジンシステムは、請求項2又はに請求項3記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記圧力保持手段が、前記水素分圧低下手段に設置され前記脱水素反応器内の圧力を調整する圧力制御装置と、前記原料供給手段に設置され前記触媒に供給される前記水素化芳香族化合物の量を制御する第一電磁弁と、前記芳香族化合物抜き出し手段に設置され前記脱水素反応器内から抜き出される前記芳香族化合物の量を制御する第二電磁弁と、前記エンジンの出力に基づいて前記両電磁弁の開閉を行う電磁弁開閉手段と、で構成されることを特徴とする。   Furthermore, the hydrogen co-firing engine system according to claim 4 according to the present invention is the hydrogen co-firing engine system according to claim 2 or 3, wherein the pressure holding means is installed in the hydrogen partial pressure reducing means. A pressure control device that adjusts the pressure in the reactor, a first electromagnetic valve that is installed in the raw material supply means and controls the amount of the hydrogenated aromatic compound supplied to the catalyst, and the aromatic compound extraction means A second electromagnetic valve that controls the amount of the aromatic compound that is installed and withdrawn from the dehydrogenation reactor; and an electromagnetic valve opening / closing means that opens and closes both the electromagnetic valves based on the output of the engine It is characterized by being.

さらに、本発明に係る請求項5の水素混焼エンジンシステムは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記水素化芳香族化合物が、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、及びジメチルテトラリンのうちの少なくとも1つであることを特徴とする。   Furthermore, the hydrogen co-firing engine system according to claim 5 of the present invention is the hydrogen co-firing engine system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogenated aromatic compound is cyclohexane, methylcyclohexane, dimethyl. It is characterized by being at least one of cyclohexane, ethylcyclohexane, decalin, methyldecalin, dimethyldecalin, tetralin, methyltetralin, and dimethyltetralin.

さらに、本発明に係る請求項6の水素混焼エンジンシステムは、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステムにおいて、前記圧力保持手段は、前記脱水素反応器内の圧力を0.5MPa以上5MPa以下に保持することを特徴とする。   Furthermore, the hydrogen co-firing engine system according to claim 6 according to the present invention is the hydrogen co-firing engine system according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressure holding means controls the pressure in the dehydrogenation reactor. It is characterized by being held at 0.5 MPa or more and 5 MPa or less.

本発明の水素混焼エンジンシステムによれば、脱水素反応器内の水素分圧を低下させることによって、脱水素反応の化学平衡を超える収率で水素を製造することができるので、ガソリン等の燃料に対して任意の割合で水素を混合してエンジンに供給することができる。そのため、本発明の水素混焼エンジンシステムは、安価であることに加えて、炭酸ガス排出量が非常に少ない。   According to the hydrogen co-firing engine system of the present invention, hydrogen can be produced in a yield exceeding the chemical equilibrium of the dehydrogenation reaction by reducing the hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor. The hydrogen can be mixed and supplied to the engine at an arbitrary ratio. Therefore, the hydrogen co-firing engine system of the present invention has very low carbon dioxide emission in addition to being inexpensive.

また、脱水素反応によって生成した高圧の水素をエンジンに供給すれば、エンジンへの供給に際して水素の昇圧が不要であり、また、脱水素反応に必要な熱エネルギーはエンジンの排気ガスの顕熱によって供給されるため、エンジンシステムのエネルギー効率を低下させる要因が少ない。そのため、本発明の水素混焼エンジンシステムは、エネルギー効率が優れている。   In addition, if high-pressure hydrogen generated by the dehydrogenation reaction is supplied to the engine, it is not necessary to increase the pressure of the hydrogen when supplying the engine, and the thermal energy required for the dehydrogenation reaction depends on the sensible heat of the engine exhaust gas. Because it is supplied, there are few factors that reduce the energy efficiency of the engine system. Therefore, the hydrogen mixed combustion engine system of the present invention is excellent in energy efficiency.

本発明に係る水素混焼エンジンシステムの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態の水素混焼エンジンシステムの構成を説明する概念図であり、図2は、脱水素反応器の内部構造を説明する水平断面図である。
図1の水素混焼エンジンシステムは、エンジン1と、ガソリン,軽油等の一般的なエンジン用燃料を貯蔵する燃料タンク2と、原料である水素化芳香族化合物の脱水素反応により水素を製造する脱水素反応器3と、脱水素反応器3に供給する水素化芳香族化合物を貯蔵する原料タンク4と、脱水素反応器3から抜き出した水素を一時的に収容する水素バッファータンク6と、脱水素反応により水素化芳香族化合物から水素とともに生成された芳香族化合物を収容する脱水素反応生成物タンク7と、を備えている。
Embodiments of a hydrogen co-firing engine system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the hydrogen co-firing engine system of the present embodiment, and FIG. 2 is a horizontal sectional view illustrating the internal structure of the dehydrogenation reactor.
The hydrogen co-firing engine system in FIG. 1 is a dehydration that produces hydrogen by dehydrogenation of an engine 1, a fuel tank 2 that stores general engine fuel such as gasoline and light oil, and a hydrogenated aromatic compound that is a raw material. An elementary reactor 3, a raw material tank 4 for storing a hydrogenated aromatic compound to be supplied to the dehydrogenation reactor 3, a hydrogen buffer tank 6 for temporarily containing hydrogen extracted from the dehydrogenation reactor 3, and a dehydrogenation And a dehydrogenation reaction product tank 7 for containing an aromatic compound generated together with hydrogen from a hydrogenated aromatic compound by the reaction.

脱水素反応器3内には脱水素反応の触媒8が備えられており、触媒8に水素化芳香族化合物が供給されるようになっている。また、触媒8は、エンジン1から排出された排気ガスの顕熱により高温に加熱されるようになっている。
脱水素反応器3の構成は特に限定されるものではないが、シェルアンドチューブ型の反応器であることが好ましい。すなわち、図2に示すように、筒状のシェル11内に、重力方向(シェル11の軸方向)に沿って延びる多数のチューブ12(本発明の構成要件である流路に相当する)が配されていて、これらのチューブ12内には触媒8が充填されている。
A dehydrogenation catalyst 8 is provided in the dehydrogenation reactor 3, and a hydrogenated aromatic compound is supplied to the catalyst 8. Further, the catalyst 8 is heated to a high temperature by the sensible heat of the exhaust gas discharged from the engine 1.
The configuration of the dehydrogenation reactor 3 is not particularly limited, but is preferably a shell and tube type reactor. That is, as shown in FIG. 2, a large number of tubes 12 (corresponding to flow paths which are constituent elements of the present invention) extending along the direction of gravity (the axial direction of the shell 11) are arranged in a cylindrical shell 11. The catalyst 8 is filled in these tubes 12.

そして、水素化芳香族化合物が触媒8に接触しながらチューブ12内を上方側から下方側に向かって重力方向に流れるとともに、エンジン1から排出された高温の排気ガスがシェル11内(すなわちチューブ12の周囲)を流れ、チューブ12内の触媒8を加熱するようになっている。なお、排気ガスとの熱交換の効率が高くなるように、チューブ12の外面にフィン等を設けてもよい。シェル11内における排気ガスの流れ方向は特に限定されるものではないが、脱水素反応が吸熱反応であることから、チューブ12内の水素化芳香族化合物の流れ方向とは逆方向に流すことが好ましい。   The hydrogenated aromatic compound flows in the gravity direction from the upper side toward the lower side while contacting the catalyst 8 while the hot aromatic gas exhausted from the engine 1 flows into the shell 11 (that is, the tube 12). The catalyst 8 in the tube 12 is heated. In addition, you may provide a fin etc. in the outer surface of the tube 12 so that the efficiency of heat exchange with exhaust gas may become high. The flow direction of the exhaust gas in the shell 11 is not particularly limited. However, since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, the flow direction may be opposite to the flow direction of the hydrogenated aromatic compound in the tube 12. preferable.

このようなシェル11は、図1に示すように、脱水素反応器3の内部における上下方向の略中位に設置されていて、該シェル11によって脱水素反応器3の内部空間が上下2つに分断されている。そして、脱水素反応によって生成した水素がチューブ12の上方側端部の開口から噴出して、シェル11の上側に位置する上部空間3aに溜められるとともに、同じく脱水素反応によって生成した液体状の芳香族化合物がチューブ12の下方側端部の開口から下方に落下し、シェル11の下側に位置する下部空間3bに溜められるようになっている。   As shown in FIG. 1, such a shell 11 is installed in a substantially middle position in the vertical direction inside the dehydrogenation reactor 3, and the shell 11 forms two internal spaces in the dehydrogenation reactor 3. It is divided into two. Then, the hydrogen generated by the dehydrogenation is ejected from the opening at the upper end of the tube 12 and is stored in the upper space 3a located on the upper side of the shell 11, and the liquid aroma generated by the dehydrogenation is also used. The group compound falls downward from the opening at the lower end of the tube 12 and is stored in the lower space 3b located on the lower side of the shell 11.

なお、脱水素反応器3には、下部空間3bに溜まった液体状の芳香族化合物の液面レベルを所定のレベルに制御する液面レベル制御装置15(本発明の構成要件である液面レベル制御手段に相当する)が設置されている。水素化芳香族化合物がチューブ12内を上方側から下方側に流れることと、芳香族化合物の液面レベルが制御されることによって、発生した水素はチューブ12内を上方に流れ、脱水素反応器3内の水素分圧が低くなるため、化学平衡を超える収率で水素が発生する。   The dehydrogenation reactor 3 has a liquid level control device 15 for controlling the liquid level of the liquid aromatic compound accumulated in the lower space 3b to a predetermined level (the liquid level that is a constituent of the present invention). Corresponding to the control means) is installed. By the hydrogenated aromatic compound flowing in the tube 12 from the upper side to the lower side and the liquid level of the aromatic compound being controlled, the generated hydrogen flows upward in the tube 12 and the dehydrogenation reactor. Since the hydrogen partial pressure in 3 becomes low, hydrogen is generated in a yield exceeding the chemical equilibrium.

また、下部空間3bに溜まった芳香族化合物は、後述する配管27を通じて水素ガスが脱水素反応器3から漏出することを防ぐシールとしても機能しているが、芳香族化合物の液面レベルが低すぎると、シール機能が不十分となり水素ガスが脱水素反応器3から漏出するおそれがある。一方、芳香族化合物の液面レベルが高すぎて触媒8に接触すると、脱水素反応に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、液面レベル制御装置15により、好適な液面レベルが保たれるようになっている。   The aromatic compound accumulated in the lower space 3b also functions as a seal that prevents hydrogen gas from leaking from the dehydrogenation reactor 3 through a pipe 27 described later, but the liquid level of the aromatic compound is low. If it is too high, the sealing function will be insufficient and hydrogen gas may leak from the dehydrogenation reactor 3. On the other hand, if the liquid level of the aromatic compound is too high and comes into contact with the catalyst 8, the dehydrogenation reaction may be adversely affected. For this reason, a suitable liquid level is maintained by the liquid level control device 15.

液面レベル制御装置15は、脱水素反応の条件に応じて安定して動作するように設計されたものであればよく、液面レベルの制御方法については特に限定されない。例えば、静電容量式の制御装置、フロート式の制御装置、光を用いた各種センサー類、あるいは、超音波を用いたセンサー類などがあげられる。
なお、液面レベル制御装置15は、エンジン1の出力、及び、水素化芳香族化合物を加圧する後述の高圧ポンプ22の出力に基づいて、液面レベルを制御するように設計されていることが好ましい。
The liquid level control device 15 is not particularly limited as long as it is designed to operate stably according to the dehydrogenation reaction conditions, and the liquid level control method is not particularly limited. For example, a capacitance type control device, a float type control device, various sensors using light, or a sensor using ultrasonic waves may be used.
The liquid level control device 15 is designed to control the liquid level based on the output of the engine 1 and the output of a high-pressure pump 22 described later that pressurizes the hydrogenated aromatic compound. preferable.

ここで、上記のような本実施形態の水素混焼エンジンシステムの動作について詳細に説明する。
原料タンク4に貯蔵された水素化芳香族化合物が、配管21を通じて、内部が高圧に保持された脱水素反応器3に送られる。このとき、水素化芳香族化合物の供給量は、電磁弁23によって制御される。また、水素化芳香族化合物は、高圧の脱水素反応器3内に供給可能なように加圧された状態で送られるが、水素化芳香族化合物は液体であるため、気体の場合とは異なり、高圧ポンプ22によって少ないエネルギーで容易に加圧することができる。水素化芳香族化合物は、脱水素反応器3の上部空間3aに供給された後、チューブ12の上方側端部の開口から流れ込んで触媒8に接触しながらチューブ12内を下方に流れる。なお、原料タンク4及び配管21が本発明の構成要件である原料供給手段に相当し、電磁弁23が本発明の構成要件である第一電磁弁に相当する。
Here, the operation of the hydrogen mixed combustion engine system of the present embodiment as described above will be described in detail.
The hydrogenated aromatic compound stored in the raw material tank 4 is sent through the pipe 21 to the dehydrogenation reactor 3 whose inside is maintained at a high pressure. At this time, the supply amount of the hydrogenated aromatic compound is controlled by the electromagnetic valve 23. In addition, the hydrogenated aromatic compound is sent in a pressurized state so that it can be supplied into the high-pressure dehydrogenation reactor 3, but the hydrogenated aromatic compound is a liquid, so that it is different from the case of gas. The high pressure pump 22 can easily pressurize with less energy. After the hydrogenated aromatic compound is supplied to the upper space 3 a of the dehydrogenation reactor 3, it flows from the opening at the upper end of the tube 12 and flows downward in the tube 12 while contacting the catalyst 8. In addition, the raw material tank 4 and the piping 21 correspond to the raw material supply means which is a component of the present invention, and the electromagnetic valve 23 corresponds to the first electromagnetic valve which is a component of the present invention.

一方、エンジン1から排出された高温の排気ガスは、配管25を通じて常時シェル11内に送られるようになっているので、チューブ12内の触媒8は排気ガスの顕熱により高温に加熱されている。そのため、水素化芳香族化合物の脱水素反応が、チューブ12内において円滑に進行し、水素と芳香族化合物が生成する。例えば、水素化芳香族化合物がメチルシクロヘキサンである場合は、水素とトルエンが生成する。また、水素化芳香族化合物がデカリンである場合は、水素とナフタレン及び少量のテトラリンが生成する。   On the other hand, since the high-temperature exhaust gas discharged from the engine 1 is always sent into the shell 11 through the pipe 25, the catalyst 8 in the tube 12 is heated to a high temperature by the sensible heat of the exhaust gas. . Therefore, the dehydrogenation reaction of the hydrogenated aromatic compound proceeds smoothly in the tube 12, and hydrogen and the aromatic compound are generated. For example, when the hydrogenated aromatic compound is methylcyclohexane, hydrogen and toluene are produced. When the hydrogenated aromatic compound is decalin, hydrogen, naphthalene and a small amount of tetralin are generated.

チューブ12内で生成した水素ガスは、浮力によって上方へと移動しチューブ12の上方側端部の開口から噴出して、脱水素反応器3の上部空間3aに溜められる。脱水素反応器3内の圧力は、生成した水素によって高圧に保持される。また、同じく脱水素反応によって生成した芳香族化合物は、脱水素反応器3内の温度及び圧力においては液体状であるので、チューブ12内を下方側へと移動して下方側端部の開口から下方に落下し、脱水素反応器3の下部空間3bに溜められる。   The hydrogen gas generated in the tube 12 moves upward by buoyancy, is ejected from the opening at the upper end of the tube 12, and is stored in the upper space 3 a of the dehydrogenation reactor 3. The pressure in the dehydrogenation reactor 3 is maintained at a high pressure by the generated hydrogen. Similarly, since the aromatic compound produced by the dehydrogenation reaction is liquid at the temperature and pressure in the dehydrogenation reactor 3, it moves downward in the tube 12 and opens from the opening at the lower end. It falls downward and is stored in the lower space 3 b of the dehydrogenation reactor 3.

すなわち、脱水素反応の生成物である水素と芳香族化合物は、気体と液体であることから、分離膜等を用いることなく脱水素反応器3内で分離されて別々の空間に保持される。なお、脱水素反応器3の下部空間3bに溜められた芳香族化合物には、未反応の水素化芳香族化合物が含まれている場合がある。また、それに加えて、脱水素反応の反応副生物やその他の不純物が含まれている場合もある。   That is, since the hydrogen and the aromatic compound, which are products of the dehydrogenation reaction, are gas and liquid, they are separated in the dehydrogenation reactor 3 without using a separation membrane or the like and held in separate spaces. Note that the aromatic compound stored in the lower space 3b of the dehydrogenation reactor 3 may contain unreacted hydrogenated aromatic compound. In addition, it may contain reaction byproducts of the dehydrogenation reaction and other impurities.

脱水素反応器3の上部空間3aには配管26が接続されているので、脱水素反応器3の上部空間3aから配管26により水素が抜き出され、配管26の途中に設けられた水素バッファータンク6に収容される(配管26が本発明の構成要件である水素分圧低下手段に相当する)。これにより、脱水素反応器3内の水素分圧が低下する。そうすると、脱水素反応の平衡状態が崩れるので、水素化芳香族化合物の脱水素反応がさらに進行して、化学平衡を超える高い反応率で水素を発生させることができる。なお、水素バッファータンク6は備えていなくてもよい。   Since the pipe 26 is connected to the upper space 3 a of the dehydrogenation reactor 3, hydrogen is extracted from the upper space 3 a of the dehydrogenation reactor 3 through the pipe 26, and a hydrogen buffer tank provided in the middle of the pipe 26 6 (the pipe 26 corresponds to a hydrogen partial pressure lowering means which is a constituent of the present invention). Thereby, the hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor 3 decreases. Then, since the equilibrium state of the dehydrogenation reaction is lost, the dehydrogenation reaction of the hydrogenated aromatic compound further proceeds, and hydrogen can be generated at a high reaction rate exceeding the chemical equilibrium. Note that the hydrogen buffer tank 6 may not be provided.

水素化芳香族化合物の脱水素反応は、脱水素反応が進行するにしたがって反応速度が遅くなる傾向があるため、特に脱水素反応の後期においては、脱水素反応器3内の水素分圧を低下させることによって、より高い反応率を達成できることになる。例えばデカリンの場合は、3分子の水素が脱水素してテトラリンとなるまでは比較的容易に反応が進行するが、さらに2分子の水素が脱水素してナフタレンとなる反応は比較的進行しにくいので、テトラリンからナフタレンへと、さらに2分子の水素を脱水素させるためには、水素分圧の低下が非常に有効である。   In the dehydrogenation reaction of a hydrogenated aromatic compound, the reaction rate tends to be slowed as the dehydrogenation reaction proceeds. Therefore, particularly in the latter stage of the dehydrogenation reaction, the hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor 3 is reduced. By doing so, a higher reaction rate can be achieved. For example, in the case of decalin, the reaction proceeds relatively easily until three molecules of hydrogen are dehydrogenated to tetralin, but the reaction of further dehydrogenating two molecules of hydrogen to naphthalene is relatively difficult to proceed. Therefore, in order to dehydrogenate two molecules of hydrogen from tetralin to naphthalene, it is very effective to reduce the hydrogen partial pressure.

また、水素化芳香族化合物がチューブ12内を下方側に流れながら脱水素反応が進行する本実施形態の脱水素反応器3においては、テトラリンからナフタレンへの脱水素のような脱水素反応の後期領域の反応は、チューブ12の下方側部分において進行する場合が多い。水素ガスは、浮力によってチューブ12の上方側へと移動するため、後期領域の反応が起こるチューブ12の下方側部分では水素分圧が顕著に低下しやすく、これによって高い反応率が達成される。すなわち、原料である水素化芳香族化合物は、下方に向かって流れながら反応するようにすることが好ましい。また、水素は、チューブ12の上下方向略中位から抜き出すことがより好ましく、チューブ12の上方側端部近傍から抜き出すことがさらに好ましく、チューブ12の上下方向略中位及び上方側端部近傍の両方から抜き出すことが特に好ましい。   Further, in the dehydrogenation reactor 3 of the present embodiment in which the dehydrogenation reaction proceeds while the hydrogenated aromatic compound flows downward in the tube 12, the latter stage of the dehydrogenation reaction such as dehydrogenation from tetralin to naphthalene. The region reaction often proceeds in the lower portion of the tube 12. Since hydrogen gas moves to the upper side of the tube 12 by buoyancy, the hydrogen partial pressure is likely to be significantly reduced in the lower portion of the tube 12 where the reaction in the latter region occurs, thereby achieving a high reaction rate. That is, the hydrogenated aromatic compound as a raw material is preferably reacted while flowing downward. Further, it is more preferable that hydrogen is extracted from approximately the middle in the vertical direction of the tube 12, more preferably from the vicinity of the upper end of the tube 12, and in the vicinity of the approximately middle of the tube 12 and the upper end. It is particularly preferred to extract from both.

脱水素反応器3の下部空間3bと脱水素反応生成物タンク7とは、本発明の構成要件である芳香族化合物抜き出し手段に相当する配管27により連通している。脱水素反応器3の下部空間3bに溜められた芳香族化合物は、電磁弁28(本発明の構成要件である第二電磁弁に相当する)によって抜き出し量が制御されつつ配管27により抜き出され、脱水素反応生成物タンク7に収容される。   The lower space 3b of the dehydrogenation reactor 3 and the dehydrogenation reaction product tank 7 are communicated with each other by a pipe 27 corresponding to an aromatic compound extraction means that is a constituent element of the present invention. The aromatic compound stored in the lower space 3b of the dehydrogenation reactor 3 is extracted by the pipe 27 while the extraction amount is controlled by the electromagnetic valve 28 (corresponding to the second electromagnetic valve which is a constituent element of the present invention). The dehydrogenation reaction product tank 7 is accommodated.

一方、脱水素反応器3の上部空間3aから抜き出された水素は、前述したように、配管26を通じて水素バッファータンク6に送られ収容される。脱水素反応器3内が高圧であることから、脱水素反応器3内の水素も高圧であり、脱水素反応器3からそのまま送り込まれた水素バッファータンク6内の水素も高圧(脱水素反応器3内と同一の圧力)となっている。   On the other hand, the hydrogen extracted from the upper space 3a of the dehydrogenation reactor 3 is sent to and stored in the hydrogen buffer tank 6 through the pipe 26 as described above. Since the dehydrogenation reactor 3 has a high pressure, the hydrogen in the dehydrogenation reactor 3 is also at a high pressure, and the hydrogen in the hydrogen buffer tank 6 sent from the dehydrogenation reactor 3 as it is is also in a high pressure (dehydrogenation reactor 3 and the same pressure).

水素バッファータンク6内の水素は、本発明の構成要件である圧力制御装置に相当する圧力調整弁29(例えば背圧弁)によって圧力が調整され、配管26に接続する配管30を通じてエンジン1に供給される。このとき、燃料タンク2から供給されたガソリン,軽油等の一般的なエンジン用燃料と空気と水素とが、配管30の途中で適宜混合されて、エンジン1に供給される。   The hydrogen in the hydrogen buffer tank 6 is adjusted in pressure by a pressure adjusting valve 29 (for example, a back pressure valve) corresponding to a pressure control device which is a constituent element of the present invention, and supplied to the engine 1 through a pipe 30 connected to the pipe 26. The At this time, general engine fuel such as gasoline and light oil supplied from the fuel tank 2, air, and hydrogen are appropriately mixed in the middle of the pipe 30 and supplied to the engine 1.

脱水素反応器3内の圧力は高圧に保持されている必要があるので、本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器3内の圧力を高圧に保持する圧力保持手段を備えている。
この圧力保持手段は、水素バッファータンク6内の水素の圧力を調整する圧力調整弁29(すなわち、水素バッファータンク6に連通する脱水素反応器3内の圧力も圧力調整弁29によって調整される)と、触媒8に供給される水素化芳香族化合物の量を制御する電磁弁23と、脱水素反応器3内から抜き出される芳香族化合物の量を制御する電磁弁28と、エンジン1の出力に基づいて両電磁弁23,28の開閉を行う図示しない電磁弁開閉手段と、で構成される。
Since the pressure in the dehydrogenation reactor 3 needs to be maintained at a high pressure, the hydrogen co-firing engine system of the present embodiment includes a pressure maintaining means for maintaining the pressure in the dehydrogenation reactor 3 at a high pressure. .
This pressure holding means adjusts the pressure of hydrogen in the hydrogen buffer tank 6 (that is, the pressure in the dehydrogenation reactor 3 communicating with the hydrogen buffer tank 6 is also adjusted by the pressure adjustment valve 29). An electromagnetic valve 23 for controlling the amount of the hydrogenated aromatic compound supplied to the catalyst 8, an electromagnetic valve 28 for controlling the amount of the aromatic compound extracted from the dehydrogenation reactor 3, and the output of the engine 1. And solenoid valve opening / closing means (not shown) for opening and closing both solenoid valves 23 and 28 based on the above.

脱水素反応器3内の圧力を高圧とする場合には、圧力調整弁29及び両電磁弁23,28は閉状態とされ、脱水素反応器3内の圧力が高圧に保持されるが、水素バッファータンク6からエンジン1へ水素が供給されて脱水素反応器3内の圧力が低下する際には、電磁弁23が開状態とされて脱水素反応による水素ガスの製造が行われるとともに、電磁弁28が開状態とされて芳香族化合物の抜き出しが行われる。また、エンジン1が停止される際には、両電磁弁23,28が閉状態とされ、脱水素反応が停止される。このように、両電磁弁23,28の開閉はエンジン1の駆動状況によって決定されるため、図示しない電磁弁開閉手段がエンジン1の出力に基づいて両電磁弁23,28の開閉を制御するようになっている。   When the pressure in the dehydrogenation reactor 3 is set to a high pressure, the pressure regulating valve 29 and both electromagnetic valves 23 and 28 are closed, and the pressure in the dehydrogenation reactor 3 is maintained at a high pressure. When hydrogen is supplied from the buffer tank 6 to the engine 1 and the pressure in the dehydrogenation reactor 3 is reduced, the electromagnetic valve 23 is opened to produce hydrogen gas by the dehydrogenation reaction. The valve 28 is opened and the aromatic compound is extracted. Further, when the engine 1 is stopped, both electromagnetic valves 23 and 28 are closed, and the dehydrogenation reaction is stopped. As described above, the opening and closing of both solenoid valves 23 and 28 is determined by the driving condition of the engine 1, so that the solenoid valve opening and closing means (not shown) controls the opening and closing of both solenoid valves 23 and 28 based on the output of the engine 1. It has become.

ただし、製造直後で且つ使用前(例えば出荷時やエンジンへの取付け時)の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器3内に水素を充填して高圧とするとともに電磁弁23,28を閉状態として、その圧力が保持されている状態である必要がある。この操作は、出荷時又はエンジンへの取付け時の1回のみ必要となる。その後は、脱水素反応により生成する水素によって高圧が保持される。また、脱水素反応器3内の圧力は可変に制御する必要はないので、圧力調整弁29は任意の圧力に自動制御が可能なものである必要はないが、何ら限定されるものではない。   However, in the hydrogen co-firing engine system immediately after manufacture and before use (for example, at the time of shipment or installation to the engine), the hydrogen is filled in the dehydrogenation reactor 3 to increase the pressure and the solenoid valves 23 and 28 are closed. The pressure needs to be maintained. This operation is required only once at the time of shipment or attachment to the engine. Thereafter, the high pressure is maintained by the hydrogen generated by the dehydrogenation reaction. Further, since the pressure in the dehydrogenation reactor 3 does not need to be variably controlled, the pressure regulating valve 29 does not have to be capable of being automatically controlled to an arbitrary pressure, but is not limited at all.

このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、脱水素反応器3を備えているので、自動車,列車,船舶,航空機等に搭載して、オンボードで水素を発生させつつ運転することができる。
また、このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムにおいては、エンジン用燃料と水素とを任意の割合で混合してエンジンに供給することができる。よって、既存の一般的なエンジン(例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン)をエンジン1として利用することができるので、エンジンシステムが安価である。さらに、水素を混焼させることにより、一般的なエンジンに比べてエンジン用燃料の使用量を削減することができる。
Since such a hydrogen co-firing engine system of this embodiment includes the dehydrogenation reactor 3, it can be mounted on an automobile, train, ship, aircraft, etc. and operated while generating hydrogen on-board. .
Further, in such a hydrogen mixed combustion engine system of the present embodiment, the engine fuel and hydrogen can be mixed at an arbitrary ratio and supplied to the engine. Therefore, since an existing general engine (for example, a gasoline engine or a diesel engine) can be used as the engine 1, the engine system is inexpensive. Furthermore, the amount of fuel used for an engine can be reduced by mixing hydrogen with a general engine.

さらに、このような本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、エンジン用燃料と水素とを混焼とすることによって、通常のエンジンでは達成し得ない高い空燃比で運転することが可能であり、その結果、炭酸ガス排出量の大幅な低減が達成される。例えば、エンジン1として一般的なガソリンエンジンを使用した場合においては、空燃比を約25とすることが可能であり、燃費は約30%向上し、炭酸ガス排出量も約30%削減される。   Furthermore, such a hydrogen co-firing engine system of the present embodiment can be operated at a high air-fuel ratio that cannot be achieved by a normal engine by co-firing engine fuel and hydrogen. A significant reduction in carbon dioxide emissions is achieved. For example, when a general gasoline engine is used as the engine 1, the air-fuel ratio can be about 25, the fuel consumption is improved by about 30%, and the carbon dioxide emission is reduced by about 30%.

さらに、水素バッファータンク6内の高圧の水素をエンジン1に供給すれば、エンジン1への供給に際して水素の昇圧が不要である。よって、本実施形態の水素混焼エンジンシステムは、エネルギー効率を低下させる要因が少ないので、エネルギー効率が優れている。さらに、本実施形態の水素混焼エンジンシステムにおいては、脱水素反応に必要な熱エネルギーはエンジン1の排気ガスの顕熱によって供給される。例えばガソリンエンジンのような内燃機関から排出される排気ガスの温度は500℃以上の高温であるため、触媒8の温度を脱水素反応に必要な250℃以上に安定的に保持することができる。その結果、別途熱源を設ける必要がなく、水素混焼エンジンシステム全体の小型軽量化が図れるとともに、エンジンシステムのエネルギー効率を高めることができる。   Furthermore, if high-pressure hydrogen in the hydrogen buffer tank 6 is supplied to the engine 1, it is not necessary to increase the pressure of hydrogen when supplying the hydrogen to the engine 1. Therefore, the hydrogen co-firing engine system of the present embodiment is excellent in energy efficiency because there are few factors that reduce energy efficiency. Furthermore, in the hydrogen co-fired engine system of the present embodiment, thermal energy necessary for the dehydrogenation reaction is supplied by sensible heat of the exhaust gas of the engine 1. For example, the temperature of exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a gasoline engine is a high temperature of 500 ° C. or higher, so that the temperature of the catalyst 8 can be stably maintained at 250 ° C. or higher necessary for the dehydrogenation reaction. As a result, it is not necessary to provide a separate heat source, the overall hydrogen mixed combustion engine system can be reduced in size and weight, and the energy efficiency of the engine system can be increased.

なお、脱水素反応器3内の圧力は、前記圧力保持手段によって高圧に保持されている必要があるが、その圧力は0.2MPa以上である必要がある。0.2MPa未満であると、製造した水素を昇圧することなくそのままエンジン1に供給することが困難となり、水素をエンジン1に供給する前に別途昇圧する必要性が生じてしまう。また、0.2MPa未満であると、脱水素反応により生成した芳香族化合物が脱水素反応器3内で液体状とならず気体状となってしまうおそれがあるため、水素と分離されないという問題が生じてしまう。このような不都合が生じにくくするためには、脱水素反応器3内の圧力は0.5MPa以上であることが好ましい。一方、脱水素反応器3内の圧力が5MPa超過であると、脱水素反応の反応速度が小さくなり、水素の収率が低くなるおそれがある。   In addition, although the pressure in the dehydrogenation reactor 3 needs to be hold | maintained at the high pressure by the said pressure holding means, the pressure needs to be 0.2 Mpa or more. If the pressure is less than 0.2 MPa, it is difficult to supply the produced hydrogen as it is to the engine 1 without increasing the pressure, and it becomes necessary to separately increase the pressure before supplying the hydrogen to the engine 1. In addition, if it is less than 0.2 MPa, the aromatic compound produced by the dehydrogenation reaction may not become liquid but gaseous in the dehydrogenation reactor 3, so that it is not separated from hydrogen. It will occur. In order to make such inconvenience difficult to occur, the pressure in the dehydrogenation reactor 3 is preferably 0.5 MPa or more. On the other hand, if the pressure in the dehydrogenation reactor 3 exceeds 5 MPa, the reaction rate of the dehydrogenation reaction is reduced, and the hydrogen yield may be reduced.

また、水素化芳香族化合物とは、芳香族化合物が水素化された化合物であり、飽和炭化水素化合物が好ましい。水素化芳香族化合物は、脱水素反応により水素を生成するとともに、芳香族化合物を生成する。水素化芳香族化合物の具体例としては、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、ジメチルテトラリンがあげられる。   The hydrogenated aromatic compound is a compound obtained by hydrogenating an aromatic compound, and a saturated hydrocarbon compound is preferable. A hydrogenated aromatic compound produces | generates hydrogen by a dehydrogenation reaction, and produces | generates an aromatic compound. Specific examples of the hydrogenated aromatic compound include cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, decalin, methyldecalin, dimethyldecalin, tetralin, methyltetralin, and dimethyltetralin.

これらの水素化芳香族化合物のうち、ベンゼン、トルエン等の単環化合物の水素化物(すなわちシクロヘキサン、メチルシクロへキサン等)を使用する場合は、脱水素反応は300〜350℃程度の温度で行うことが好適であるが、ナフタレン等の2環化合物の水素化物(すなわちデカリン等)を使用する場合は、脱水素反応は350〜400℃程度の温度で行うことが好適である。   Among these hydrogenated aromatic compounds, when using hydrides of monocyclic compounds such as benzene and toluene (that is, cyclohexane, methylcyclohexane, etc.), the dehydrogenation reaction should be performed at a temperature of about 300 to 350 ° C. However, when a hydride of a bicyclic compound such as naphthalene (that is, decalin or the like) is used, the dehydrogenation reaction is preferably performed at a temperature of about 350 to 400 ° C.

上記温度範囲の下限値未満では、脱水素反応の反応速度が遅く、現実的ではない。一方、上記温度範囲の上限値超過では、脱水素反応の反応速度は速いものの、触媒8に炭素質が析出し触媒寿命が短くなるため、好ましくない。水素化芳香族化合物の種類によって、脱水素反応に好適な温度範囲が異なるので、水素混焼エンジンシステムに使用する水素化芳香族化合物の選択は、熱源であるエンジンの排気ガスの性状によって決定することが好ましい。   Below the lower limit of the above temperature range, the reaction rate of the dehydrogenation reaction is slow, which is not realistic. On the other hand, if the upper limit of the temperature range is exceeded, the reaction rate of the dehydrogenation reaction is high, but carbon is deposited on the catalyst 8 and the catalyst life is shortened, which is not preferable. Since the temperature range suitable for the dehydrogenation reaction differs depending on the type of hydrogenated aromatic compound, the selection of the hydrogenated aromatic compound to be used in the hydrogen co-firing engine system should be determined by the nature of the engine exhaust gas that is the heat source. Is preferred.

さらに、触媒8の種類は特に限定されるものではなく、脱水素反応の触媒として公知のものであれば、問題なく使用することができる。例えば、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、モリブテン、レニウム、タングステン、バナジウム、ニッケル、クロム、コバルト、及び鉄からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む触媒を用いることができる。   Furthermore, the kind of the catalyst 8 is not particularly limited, and any catalyst that is known as a catalyst for the dehydrogenation reaction can be used without any problem. For example, a catalyst containing at least one metal selected from the group consisting of palladium, platinum, rhodium, iridium, ruthenium, osmium, molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, nickel, chromium, cobalt, and iron can be used.

これらの金属は、ニッケルスポンジのように無担持の状態で用いることもできるが、触媒の熱伝導率が高い方が脱水素反応に有利であるため、触媒担体に担持された状態で用いることがより好ましい。触媒担体としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ゼオライト、チタニア、活性炭、珪藻土等を例示することができるが、金属質のものが好ましい。金属質の触媒担体としては、メタルハニカムやメタルスポンジなどを例示することができる。例えば、これらの担体上に、触媒種として白金を担持したものが触媒として好適である。また、白金など触媒種の担持方法も、含浸法やディップコーティング法など任意の方法が採用可能である。   These metals can be used in a non-supported state like nickel sponge, but since the higher thermal conductivity of the catalyst is advantageous for the dehydrogenation reaction, it is preferable to use the metal supported on the catalyst carrier. More preferred. Examples of the catalyst carrier include alumina, silica, zirconia, zeolite, titania, activated carbon, diatomaceous earth, and the like, but metallic ones are preferable. Examples of metallic catalyst carriers include metal honeycombs and metal sponges. For example, a catalyst in which platinum is supported as a catalyst species on these carriers is suitable as a catalyst. As a method for supporting a catalyst species such as platinum, any method such as an impregnation method or a dip coating method can be adopted.

本実施形態の水素混焼エンジンシステムの構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure of the hydrogen co-firing engine system of this embodiment. 脱水素反応器の内部構造を説明する水平断面図である。It is a horizontal sectional view explaining the internal structure of a dehydrogenation reactor.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 燃料タンク
3 脱水素反応器
3a 上部空間
3b 下部空間
4 原料タンク
6 水素バッファータンク
7 脱水素反応生成物タンク
8 触媒
11 シェル
12 チューブ
15 液面レベル制御装置
21 配管
22 高圧ポンプ
23 電磁弁
25 配管
26 配管
27 配管
28 電磁弁
29 圧力調整弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Fuel tank 3 Dehydrogenation reactor 3a Upper space 3b Lower space 4 Raw material tank 6 Hydrogen buffer tank 7 Dehydrogenation reaction product tank 8 Catalyst 11 Shell 12 Tube 15 Liquid level control device 21 Piping 22 High pressure pump 23 Electromagnetic valve 25 Piping 26 Piping 27 Piping 28 Solenoid valve 29 Pressure regulating valve

Claims (6)

燃料の一部として水素を用いるエンジンと、
水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応を、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器内の圧力を0.2MPa以上に保持する圧力保持手段と、
前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、
を備えることを特徴とする水素混焼エンジンシステム。
An engine that uses hydrogen as part of the fuel;
A dehydrogenation reactor for producing hydrogen to be supplied to the engine by performing a dehydrogenation reaction for generating hydrogen and an aromatic compound from the hydrogenated aromatic compound by utilizing sensible heat of the exhaust gas of the engine;
Pressure holding means for holding the pressure in the dehydrogenation reactor at 0.2 MPa or more;
A hydrogen partial pressure lowering means for extracting hydrogen generated by the dehydrogenation reaction from the dehydrogenation reactor and reducing a hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor;
A hydrogen co-firing engine system comprising:
燃料の一部として水素を用いるエンジンと、
水素化芳香族化合物から水素及び芳香族化合物を生成する脱水素反応の触媒を備え、前記エンジンの排気ガスの顕熱を利用して前記脱水素反応を行い、前記エンジンに供給するための水素を製造する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器内の圧力を0.2MPa以上に保持する圧力保持手段と、
原料である前記水素化芳香族化合物を前記脱水素反応器内の前記触媒に供給する原料供給手段と、
前記脱水素反応により生成した水素を前記脱水素反応器から抜き出して、前記脱水素反応器内の水素分圧を低下させる水素分圧低下手段と、
前記脱水素反応により生成して前記触媒から下方に落下し、前記脱水素反応器の下部空間に溜まった液体状の前記芳香族化合物の液面レベルを、所定のレベルに制御する液面レベル制御手段と、
液体状の前記芳香族化合物を前記脱水素反応器内から抜き出す芳香族化合物抜き出し手段と、
を備えることを特徴とする水素混焼エンジンシステム。
An engine that uses hydrogen as part of the fuel;
A catalyst for a dehydrogenation reaction that generates hydrogen and an aromatic compound from a hydrogenated aromatic compound, performs the dehydrogenation reaction using sensible heat of the exhaust gas of the engine, and supplies hydrogen to be supplied to the engine A dehydrogenation reactor to be produced;
Pressure holding means for holding the pressure in the dehydrogenation reactor at 0.2 MPa or more;
A raw material supply means for supplying the hydrogenated aromatic compound as a raw material to the catalyst in the dehydrogenation reactor;
A hydrogen partial pressure lowering means for extracting hydrogen generated by the dehydrogenation reaction from the dehydrogenation reactor and reducing a hydrogen partial pressure in the dehydrogenation reactor;
Liquid level control for controlling the liquid level of the liquid aromatic compound generated by the dehydrogenation reaction and falling downward from the catalyst and accumulated in the lower space of the dehydrogenation reactor to a predetermined level Means,
An aromatic compound extraction means for extracting the liquid aromatic compound from the dehydrogenation reactor;
A hydrogen co-firing engine system comprising:
前記触媒は、略重力方向に沿って延びる流路内に連続して配されていて、前記原料供給手段によって前記流路の上方側端部に供給された前記水素化芳香族化合物が、前記流路内を上方側から下方側に向かって流れながら前記脱水素反応し、該脱水素反応により生成した液体状の前記芳香族化合物が前記流路の下方側端部から下方に落下するとともに、同じく前記脱水素反応により生成した水素が前記流路の上方側端部近傍から前記水素分圧低下手段によって抜き出されるようになっていることを特徴とする請求項2に記載の水素混焼エンジンシステム。   The catalyst is continuously arranged in a flow path extending substantially along the direction of gravity, and the hydrogenated aromatic compound supplied to the upper end of the flow path by the raw material supply means is the flow The dehydrogenation reaction is performed while flowing from the upper side toward the lower side in the passage, and the liquid aromatic compound generated by the dehydrogenation falls downward from the lower end portion of the flow path. The hydrogen co-firing engine system according to claim 2, wherein the hydrogen generated by the dehydrogenation reaction is extracted by the hydrogen partial pressure reducing means from the vicinity of the upper end of the flow path. 前記圧力保持手段が、前記水素分圧低下手段に設置され前記脱水素反応器内の圧力を調整する圧力制御装置と、前記原料供給手段に設置され前記触媒に供給される前記水素化芳香族化合物の量を制御する第一電磁弁と、前記芳香族化合物抜き出し手段に設置され前記脱水素反応器内から抜き出される前記芳香族化合物の量を制御する第二電磁弁と、前記エンジンの出力に基づいて前記両電磁弁の開閉を行う電磁弁開閉手段と、で構成されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の水素混焼エンジンシステム。   The pressure holding unit is installed in the hydrogen partial pressure lowering unit and adjusts the pressure in the dehydrogenation reactor, and the hydrogenated aromatic compound installed in the raw material supply unit and supplied to the catalyst A first solenoid valve that controls the amount of the aromatic compound, a second solenoid valve that is installed in the aromatic compound extraction means and controls the amount of the aromatic compound extracted from the dehydrogenation reactor, and an output of the engine The hydrogen mixed combustion engine system according to claim 2 or 3, comprising: electromagnetic valve opening / closing means that opens and closes both electromagnetic valves based on the electromagnetic valve. 前記水素化芳香族化合物が、シクロヘキサン、メチルシクロへキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリン、及びジメチルテトラリンのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステム。   The hydrogenated aromatic compound is at least one of cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, decalin, methyldecalin, dimethyldecalin, tetralin, methyltetralin, and dimethyltetralin. Item 5. The hydrogen co-firing engine system according to any one of Items 1 to 4. 前記圧力保持手段は、前記脱水素反応器内の圧力を0.5MPa以上5MPa以下に保持することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の水素混焼エンジンシステム。   The hydrogen co-firing engine system according to any one of claims 1 to 5, wherein the pressure holding means holds the pressure in the dehydrogenation reactor at 0.5 MPa or more and 5 MPa or less.
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WO2015033583A1 (en) 2013-09-09 2015-03-12 千代田化工建設株式会社 Manufacturing device and manufacturing method for hydrogen and synthetic natural gas

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