JP2010159193A - 水素製造装置および水素製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】設備の簡素化を図ることができるとともに、エネルギー利用効率のさらなる向上を図ることのできる水素製造装置および水素製造方法を提供する。
【解決手段】水素製造部102の改質器103は、反応管111と、この反応管111を包含するシェル112と、このシェル112内の空間部に貯留された熱媒体油113とを具備している。この熱媒体油113中にヒートパイプ114の伝熱部110を浸漬し、ヒートパイプ114の受熱部109を製鉄プラントの燃焼排ガス流路に設置して、製鉄プラント等の燃焼排ガスの熱エネルギーを利用して熱媒体油113を加熱することができる。
【選択図】図1
【解決手段】水素製造部102の改質器103は、反応管111と、この反応管111を包含するシェル112と、このシェル112内の空間部に貯留された熱媒体油113とを具備している。この熱媒体油113中にヒートパイプ114の伝熱部110を浸漬し、ヒートパイプ114の受熱部109を製鉄プラントの燃焼排ガス流路に設置して、製鉄プラント等の燃焼排ガスの熱エネルギーを利用して熱媒体油113を加熱することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、水素製造装置および水素製造方法に関し、特に、ヒートパイプを用いて燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーを利用する水素製造装置および水素製造方法に関する。
最近の電力産業分野では、化石燃料枯渇に対応する省エネルギー化、二酸化炭素(CO2)や窒素酸化物(NOx)の濃度増加に伴う環境保全などから燃料の多様化が研究開発されており、その一つに水素ガス利用技術がある。この水素ガスの利用技術には、例えば、燃料電池発電システムや水素燃焼発電プラントがある。前者は、水素などの燃料と酸素に代表される酸化剤との電気化学反応で直接電気エネルギーを発生させるものである(例えば、特許文献1参照)。また、後者は、高圧の水素ガスと純酸素ガスを燃焼させ高温の水蒸気を発生させ、発生した高温の水蒸気をタービンで膨張仕事をさせ、その際に発生する動力で発電機を駆動して発電を行うものである(例えば、特許文献2参照)。前者、後者ともに窒素酸化物、硫黄酸化物(SOx)、二酸化炭素などの環境汚染物質や温暖化効果ガスを発生させない極めてクリーンなエネルギーを利用する点で、21世紀の新エネルギー推進政策の一環として研究開発の成果が注目されている。
ところで、燃料電池発電プラントや水素燃焼発電プラントに燃料として供給される水素は、水の電気分解により製造することが提案されている。この水の電気分解による水素製造では、必要なコストの大半が電力である。現在の原子力発電プラントや火力発電プラントでは、熱に交換される核分裂エネルギーや石油、天然ガスなどの燃料エネルギーの約50%程度しか電力に変換されていない。特に、原子力発電プラントでの熱利用効率は30数%である。このため水の電気分解による水素製造では、エネルギーの利用効率が極めて悪く、コスト高につながる不具合、不都合があった。一方、メタノールやジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素は、低温で水蒸気改質ができるため、水素製造の際、コスト的に有利である。また、メタノール、ジメチルエーテル、エタノールなどは、中小ガス田や炭酸ガス、二酸化炭素含有量の多いガス田のメタンから製造されるため、その量が比較的多い。このような点に着目して提案された技術がある。
この技術は、メタノールと水の混合蒸気を触媒の存在下で熱媒体油により加熱しながら反応を行うメタノール改質反応装置に関するものである。かかる技術は、小型の改質装置に着目したもので、U字型の反応管を設置して、熱媒体油を胴側の上部に供給して下部より抜き出して外部の加熱器で加熱された熱媒体油をポンプで循環させながら反応管を加熱する技術である。また別の技術は、原料蒸発器、改質反応器、電熱加熱器、触媒燃焼器および撹拌器を同一の熱媒体油槽に入れ、撹拌器で撹拌しながら加熱する技術である(例えば、特許文献3参照)。
一方では、製鉄所におけるエネルギー回収手段がある。この技術は製鉄所の還元炉などから排出されるガスのエネルギー回収技術に係わるもので、排出ガスを燃焼させて高温ガスを発生させ、その高温ガスでガスタービンを駆動して発電する技術である(例えば、特許文献4参照)。
上述した従来の技術には、次の課題が存在する。すなわち、水素製造装置において、熱媒体油の加熱装置および循環ポンプ、配管などが改質器の外部に必要で設備の増大化、設置スペースの増加につながる恐れがある。さらに、熱媒体油用の循環ポンプや配管を省略する場合においても、加熱器、触媒燃焼器などの加熱装置および撹拌器などの循環装置が必要である。一方で、製鉄所等における排ガスエネルギーのさらなる有効利用を行えば、エネルギー利用効率が向上して環境負荷の低減につながるため、このような排ガスエネルギーのさらなる有効利用を図ることのできる技術の開発が望まれている。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、設備の簡素化を図ることができるとともに、エネルギー利用効率のさらなる向上を図ることのできる水素製造装置および水素製造方法を提供することにある。
本発明の水素製造装置の一態様は、燃料ガスと原料水蒸気とを含む混合蒸気を触媒の存在下で加熱し水素を含む生成ガスを発生させるための複数の反応管と、前記反応管を包含し、前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液して前記反応管を加熱する熱媒体油を収容するためのシェルとを備えた改質器を有する水素製造装置において、内部に熱輸送媒体が充填され、受熱部で得られた熱エネルギーを前記熱輸送媒体により伝熱部に輸送するヒートパイプであって、前記受熱部が燃焼排ガス発生プラントに配置され、前記伝熱部が前記熱媒体油中に浸漬され、前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーで前記熱媒体油を加熱するためのヒートパイプを具備したことを特徴とする。
本発明の水素製造方法の一態様は、燃料ガスと原料水蒸気とを含む混合蒸気を触媒の存在下で加熱し水素を含む生成ガスを発生させるための複数の反応管と、前記反応管を包含し、前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液して前記反応管を加熱する熱媒体油を収容するためのシェルとを備えた改質器を有する水素製造装置を用いた水素製造方法において、内部に熱輸送媒体が充填され、受熱部で得られた熱エネルギーを前記熱輸送媒体により伝熱部に輸送するヒートパイプの前記受熱部を燃焼排ガス発生プラントに配置し、前記伝熱部を前記熱媒体油中に浸漬し、前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーで前記熱媒体油を加熱することを特徴とする。
本発明によれば、設備の簡素化を図ることができるとともに、エネルギー利用効率のさらなる向上を図ることのできる水素製造装置および水素製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る水素製造装置および水素製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明に係る水素製造装置の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。
(第1実施形態)
本発明に係る水素製造装置の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。
図1に示されるように、本第1実施形態の水素製造装置は、製鉄プラント(燃焼排ガス発生プラント)の製鉄排ガスエネルギー回収装置101に水素製造部102を接続し、製鉄プラントの燃焼排ガスの熱エネルギーを利用し、水素製造部102において燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。この製鉄排ガスエネルギー回収装置101には、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などがある(例えば、特許文献4参照)。ここでは、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と水素製造部102をヒートパイプ114で接続して、製鉄排ガスの熱を水素製造部102側に熱輸送して利用するものである。
水素製造部102は、図1に示されるように、改質器103と、水蒸気との反応により水素ガスと二酸化炭素が生成する燃料と原料水から得られた混合蒸気を供給する原料供給系104と、生成ガス回収系105とを具備している。この原料供給系104は、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの燃料を収容する燃料タンクや燃料をガス化してかつ予熱する予熱器などを備えた燃料供給装置106と、原料水タンク、給水ポンプ、原料水蒸発器などを備え、原料水を蒸気にして供給する原料水蒸気供給装置107と、生成された燃料ガスと原料水蒸気を混合するための混合部108などを有する。生成ガス回収系105の詳細は図示しないが、混合蒸気が改質され生成された水素や二酸化炭素、ほかの生成ガスを分離回収し、水素ガスを精製する装置などで構成されている。さらに、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側にヒートパイプ114の受熱部109が配置され、改質器103側にヒートパイプ114の伝熱部110が配置されている。
さらに改質器103は、図1に示されるように、複数の反応管111と、それを包含するシェル112と、シェル112内に貯留された熱媒体油113とを具備している。この反応管111内には、例えば、Cu−Zn系などの触媒115が充填される。使用可能な熱媒体油113としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油が挙げられる。バーレルサーム400(商品名)は、300℃以上の温度での使用が可能であり、その上、熱伝導性もよく、比熱が大きくて温度の変動が緩やかである。このため、バーレルサーム400(商品名)を用いれば、効率よく安定した加熱が可能である。ヒートパイプ114内には受熱部109で気化し、伝熱部110の温度で凝縮する熱輸送媒体が充填されている。使用可能な熱輸送媒体としては、例えば、高圧に加圧された水または高沸点の液体が挙げられる。さらに、熱媒体油113を加熱するために、伝熱部110を熱媒体油113中に浸漬する構成となっている。
このように構成された第1実施形態において、ヒートパイプ114内では、製鉄排ガスエネルギー回収装置101で加熱された受熱部109内の熱輸送媒体が気化膨張して受熱部109内の圧力が上昇する。これによって受熱部109内に駆動力が生じ、熱輸送媒体が伝熱部110側に移動して熱が輸送される。この伝熱部110側では、熱輸送媒体が、シェル112内に貯留された熱媒体油113を加熱した後に凝縮するため、圧力が下がる。この凝縮した熱輸送媒体は、受熱部109へ移動する。このように、ヒートパイプの原理に基づき自然循環によって、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱を改質器103に伝達することができる。一方、原料供給系104の燃料供給装置106からは、燃料、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素がガス化されて供給される。また、原料供給系104の原料水蒸気供給装置107で、原料水タンクから供給された原料水は蒸気化される。エタノールまたはジメチルエーテルなどの燃料ガスと原料水蒸気は、混合部108で混合されて混合蒸気となる。この混合蒸気は、改質器103の反応管111内に供給される。この供給された混合蒸気が、反応管111内の触媒115の充填層の空隙部を通過する際に水素生成反応が生じ水素ガスが生成される。例えば、燃料がジメチルエーテルの場合は、次の(1)式のように、水蒸気との水素生成反応により水素ガスが生成する。
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
このようにして生成されたガスは、水素ガスの他、二酸化炭素やほかの生成ガスを含んでいる。このため、生成ガス回収系105で生成されたガスから水素ガスが分離され精製されて回収される。上記(1)式に示される反応は吸熱反応であるため、水素生成反応を継続するには所定の熱量を与え続ける必要がある。このため、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱エネルギーをヒートパイプ114で輸送し、熱媒体油113に熱を伝達する。熱を伝達された熱媒体油113から熱を受けて反応管111内の触媒115および混合蒸気が加熱されるようになっている。
また、図1に示される改質器103の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
多くの製鉄所にはエネルギー回収装置が備え付けられており、製鉄プラントで発生した排ガスの熱エネルギーが有効に利用されている。さらに、水素製造部102で排ガスの熱エネルギーを利用することにより、よりエネルギーの有効利用が可能になる。本第1実施形態によれば、製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造部102の改質器103で活用できるため、水素製造に必要なエネルギーの大半を製鉄プラントから発生した排ガスの有する熱エネルギーによって賄うことができる。その上、熱輸送手段としてヒートパイプ114を利用しているため、循環ポンプなどの余分な輸送機器、輸送電力が不要であり、エネルギー効率がより一層向上した水素製造装置を提供することができる。さらに、熱媒体油113を使用しているため、効率よく安定した加熱ができる。
また、本第1実施形態では水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却燃プラントの焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果が得られる。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第2実施形態について説明する。図2は、本発明の第2実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図であり、図3は、本発明の第2実施形態の改質器概略構造を示す図であり、図4〜5は、それぞれ本発明の第2実施形態の改質器を部分拡大して示す図である。なお、前述した第1実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
次に、本発明に係る水素製造装置の第2実施形態について説明する。図2は、本発明の第2実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図であり、図3は、本発明の第2実施形態の改質器概略構造を示す図であり、図4〜5は、それぞれ本発明の第2実施形態の改質器を部分拡大して示す図である。なお、前述した第1実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本発明の第2実施形態は、前述した第1実施形態の構成の内、改質器103の構成の変形例に関するものである。本第2実施形態について図2を用いて説明する。すなわち本第2実施形態の水素製造装置に用いられる改質器203は、図2に示されるように、複数の反応管211と、それを包含するシェル212と、シェル212内に貯留された熱媒体油113とを具備している。この反応管211内には、例えば、Cu−Zn系などの触媒215が充填される。また使用可能な熱媒体油113としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油が挙げられる。さらに、熱媒体油113を加熱するために、ヒートパイプ214の伝熱部210A,210Bが熱媒体油113中に浸漬されている。一方、ヒートパイプ214の受熱部209は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側に配設されており、受熱部209と伝熱部210A,210Bを有するヒートパイプ214によって、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱エネルギーを改質器103に伝えるようになっている。このヒートパイプ214内には、受熱部209で気化し伝熱部210A,210Bの温度で凝縮する熱輸送媒体が充填されている。なお、伝熱部210Bは熱媒体油113の下部に配置され、一方、伝熱部210Aは反応管211の配列の間に配置されている。
このように構成された第2実施形態において、ヒートパイプ214内では、製鉄排ガスエネルギー回収装置101で加熱された受熱部209内の熱輸送媒体が気化膨張して受熱部209内の圧力が上昇する。これによって受熱部209内に駆動力が生じ、熱輸送媒体が伝熱部210A側に移動して熱が輸送される。この伝熱部210A側では、気化した熱輸送媒体が、シェル212内に貯留された熱媒体油113を加熱した後に凝縮するため、圧力が下がる。この凝縮した熱輸送媒体は、受熱部209へ移動する。このように、ヒートパイプの原理で自然循環によって製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱を改質器203に伝達することができる。さらに、熱媒体油113の下部に配置された伝熱部210Bにも受熱部209から加熱された熱輸送媒体が流れて、熱媒体油113の下部が加熱される。一方、原料供給系104からエタノールまたはジメチルエーテルなどの燃料ガスと原料水蒸気の混合蒸気が、改質器203内の反応管211に供給される。この混合蒸気が反応管211内の触媒215の充填層の空隙部を通過する際に、水素生成反応が生じ水素ガスが生成される。例えば、燃料がジメチルエーテルの場合は、次の(1)式のように、水蒸気との水素生成反応により水素ガスが生成する。
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
このようにして生成されたガスが、水素ガスの他、二酸化炭素やほかの生成ガスを含んでいる。このため、生成ガス回収系105で生成されたガスから水素ガスが分離され精製されて回収される。上記(1)式に示される反応は吸熱反応であり、水素の生成反応を継続するためには所定の熱量を与え続ける必要がある。このため、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱エネルギーをヒートパイプ214で輸送し、熱媒体油113に熱を伝達する。そして、熱が伝達された熱媒体油113から熱を受けて反応管211内の触媒215および混合蒸気が加熱されるようになっている。一方で、この触媒215および混合蒸気との熱交換によって熱媒体油113の下部の温度が低くなり温度が低い成層ができた場合には、水素生成の反応効率が低下する恐れがある。そこで、熱媒体油113の下部に伝熱部210Bを設け、この伝熱部210Bと熱媒体油113との熱交換によって熱媒体油113の下部を加熱する。この加熱によって、熱媒体油113の下部の温度が上昇して、熱媒体油113の比重が軽くなり、自然対流が発生して温度の均一性が保たれる。
また、図2に示される改質器203の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
さらに、反応管211への伝熱性能を向上させるために、プレート状の伝熱フィンを付設した第2実施形態の変形例について図3を参照して説明する。図3は、図2に示された構成のうち改質器203のみを拡大したものであり、その他の構成は同一であるので重複した説明は省略する。図3に示される改質器303には、反応管211と伝熱部210Aとを接続するように構成され、反応管211と伝熱部210Aに共有されたプレートフィン316が設置されている。
このように構成された第2実施形態の変形例では、伝熱部210Aと共有されるプレートフィン316が反応管211に設けられている。それにより、本第2実施形態に示された作用に加えて、伝熱面積の向上による伝熱向上と、伝熱部210Aから反応管211への熱伝導による伝熱が行われるので伝熱性能が向上する。前述した構成に加えて、伝熱部210Bに別のプレートフィンを設けて、伝熱特性をよくすることも可能である。
さらに、プレートフィン316を設けたことにより、図2に示された熱媒体油113の自然対流が損なわれないように、図4に示されるように、流路孔317をプレートフィン316に設けた構成、または、図5に示されるように、切り欠き流路318をプレートフィン316に設けた構成とすることができる。また、図示しないが、仕切り板などを設けることにより、熱媒体油113の上昇流れと下降流れが干渉しないようにして、熱媒体油113の対流を促進することも可能である。
このような第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果に加えて、改質器203内の熱媒体油113の下部を加熱することができるとともに、自然循環による熱媒体油113の流れを促すことができる。また、加熱用の伝熱部210と反応管211に共有された伝熱促進用のプレートフィン316を設ければ、さらに伝熱性能のよい改質器203が得られ、水素生成効率の高い水素製造装置も提供できる。
また、本第2実施形態では水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却プラントの燃焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果がある。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第3実施形態ついて説明する。図6は、本発明の第3実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第1実施形態または第2実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
次に、本発明に係る水素製造装置の第3実施形態ついて説明する。図6は、本発明の第3実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第1実施形態または第2実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本発明の第3実施形態は、前述した第1実施形態に示された改質器103の構成の変形例に関するものである。すなわち改質器403は、図6に示されるように、複数の反応管411と、これを包含するシェル412と、シェル412内に貯留された熱媒体油113とを具備している。使用可能な熱媒体油113としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油が挙げられる。反応管411は、二重管構成のバイオネット型とされている。反応管411は、外管411Aと内管411Bとを備えている。外管411Aの下端部は閉止し、上端部は開口して管板419に固定されている。内管411Bは両端共に開口し、上端部は管板420に固定されている。シェル412は、管板419および管板420によって三つの部屋、すなわち部屋412Aと部屋412Bと部屋412Cとに区切られている。部屋412Aに熱媒体油113が貯留されており、この熱媒体油113中に伝熱部410が浸漬されている。部屋412Bには原料供給系104から供給された原料の混合蒸気が充填される。部屋412Bは、この混合蒸気を分岐して複数の反応管411に供給する混合蒸気用のマニホールドの機能を有する。部屋412Cも、水素生成反応により生成された水素ガスなどの生成ガスが、反応管411を構成する内管411Bのそれぞれを経由して集められる生成ガス用のマニホールドの機能を有する。部屋412Cに集められた生成ガスは、生成ガス回収系105へ導出され分離、精製される。さらに、反応管411の外管411Aと内管411Bの間に形成された環状隙間に、例えば、Cu−Zn系などの触媒415が充填される。触媒415の充填層は空隙部を有し、混合蒸気が流れるようになっている。触媒415の充填層より下に、例えば、メッシュなどの孔あき受け板421が設置されている。受け板421を設けることにより、反応管411の環状隙間の下部領域に触媒非充填部411Cが構成されている。さらに、熱媒体油113を加熱するために、ヒートパイプ414の伝熱部410が熱媒体油113中に浸漬されている。一方、ヒートパイプ414の受熱部409は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側に配設されており、受熱部409と伝熱部410を有するヒートパイプ414によって、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱エネルギーを改質器40
3に伝えるようになっている。このヒートパイプ414内には、受熱部409で気化し伝熱部410の温度で凝縮する熱輸送媒体が充填されている。
3に伝えるようになっている。このヒートパイプ414内には、受熱部409で気化し伝熱部410の温度で凝縮する熱輸送媒体が充填されている。
このようにして構成された第3実施形態において、ヒートパイプ414内では、製鉄排ガスエネルギー回収装置101で加熱された受熱部409内の熱輸送媒体が気化膨張して受熱部409内の圧力が上昇する。これによって受熱部409内に駆動力が生じ、熱輸送媒体が伝熱部410側に移動して熱が輸送される。この伝熱部410側では、この熱輸送媒体が、シェル412内に貯留された熱媒体油113を加熱した後に凝縮するため、圧力が下がる。この凝縮した熱輸送媒体は、受熱部409へ移動する。このようにヒートパイプの原理に基づき、自然循環によって、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱を改質器403に伝達することができる。一方、原料供給系104から供給された燃料、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素ガスと原料水蒸気の混合蒸気が部屋412B内に供給され、複数の反応管411それぞれに分流される。そして、この混合蒸気が触媒415の充填層の空隙部を通過するときに熱媒体油113から熱を受け、例えば、燃料がジメチルエーテルの場合は、次の(1)式のように、水蒸気との水素生成反応により水素ガスが生成する。
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
この水素生成反応によって生成された生成ガスは、反応管411の下部でUターンし、内管411Bの中を流れて部屋412Cに集まり、生成ガス回収系105へ導出される。上記(1)式に示される反応は吸熱反応であり、触媒415の充填層は、反応に必要な熱量を熱媒体油113から受ける。さらに、反応管411の下部に反応を行わない触媒非充填部411Cが設けられており、この部分で生成ガスが再加熱される。この再加熱された生成ガスが内管411Bを流れるときに、内管411B側からも触媒415の充填層を加熱することができる。それにより、より多くの熱量を触媒415の充填層に与えることができる。このようにして生成されたガスは、水素ガスの他、二酸化炭素やほかの生成ガスを含んでいる。このため、生成ガス回収系105で生成ガスから水素ガスが分離され精製されて回収される。
また、図6に示される改質器403の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
多くの製鉄所はエネルギー回収装置を備えており、製鉄プラントで発生した排ガスの熱エネルギーが有効に利用されている。さらに、水素製造部402で排ガスの熱エネルギーを利用することにより、よりエネルギーの有効利用が可能になる。本第3実施形態によれば、製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造部402の改質器403で活用できるため、水素製造に必要なエネルギーの大半を製鉄プラントから発生した排ガスの有する熱エネルギーによって賄うことができる。その上、熱輸送手段としてヒートパイプ414を利用しているため、循環ポンプなどの余分な輸送機器、輸送電力が不要であり、エネルギー効率がより一層向上した水素製造装置を提供することができる。また、熱媒体油113を使用しているので、効率よく安定した加熱ができる。さらに、本第3実施形態によれば、熱媒体油113による触媒415の充填層の外側からの加熱と、触媒非充填部411Cで再加熱された生成ガスによる触媒415の充填層の内側からの加熱によって、改質器403の熱交換効率が向上し、効率の高い水素製造装置を提供することができる。
また、本第3実施形態では水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却プラントの燃焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果がある。
(第4実施形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第4実施形態について説明する。図7〜8は、それぞれ本発明の第4実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図であり、図9〜10は、それぞれ本発明の第4実施形態の改質器を部分拡大して示す図である。なお、前述した第1実施形態または第3実施形態と対応する構成には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
次に、本発明に係る水素製造装置の第4実施形態について説明する。図7〜8は、それぞれ本発明の第4実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図であり、図9〜10は、それぞれ本発明の第4実施形態の改質器を部分拡大して示す図である。なお、前述した第1実施形態または第3実施形態と対応する構成には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本発明の第4実施形態は、前述した第3実施形態に示される改質器403の構成の変形例に関するものである。すなわち改質器503は、図7に示されるように、複数の反応管511と、これを包含するシェル512と、シェル512内に貯留された熱媒体油113とを具備している。反応管511は、二重管構成のバイオネット型とされている。反応管511は、外管511Aと内管511Bで構成される。外管511Aの下端部は閉止し、上端部は開口して管板519に固定され、他方、内管511Bは両端共に開口し、上端部は管板520に固定されている。シェル512は、管板519および管板520によって三つの部屋、すなわち部屋512Aと部屋512Bと部屋512Cとに区切られている。部屋512Aに熱媒体油113が貯留されており、熱媒体油113中にヒートパイプ514の伝熱部510Aと伝熱部510Bが浸漬されている。部屋512Bには、原料供給系104から供給された原料の混合蒸気が充填される。部屋512Bは、この混合蒸気を分岐して複数の反応管511に供給する混合蒸気用のマニホールドとしての機能を有する。部屋512Cも、水素生成反応により生成された水素ガスなどの生成ガスが、反応管511を構成する内管511Bのそれぞれを経由して集められる生成ガス用のマニホールドとしての機能を有する。部屋512Cに集められた生成ガスは、生成ガス回収系105へ導出され、分離精製される。さらに、反応管511の外管511Aと内管511Bとの間に形成された環状隙間には、例えば、Cu−Zn系などの触媒515が充填される。触媒515の充填層は空隙部を有し、混合蒸気が流れるようになっている。反応管511の環状隙間の下部領域に触媒非充填部511Cを設けるために、触媒515の充填層より下に、例えば、メッシュなどの孔あき受け板521が設置されている。伝熱部510Bは熱媒体油113の下部に配置され、伝熱部510Aは伝熱部510Bより上方の反応管511の配列の間に配置されているが、ヒートパイプ514の受熱部509は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側に配設されている。ヒートパイプ514内には、受熱部509で気化し伝熱部410A,510Bの温度で凝縮する熱輸送媒体が充填されている。また使用可能な熱媒体油113としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点
高温用熱媒体油が挙げられる。
高温用熱媒体油が挙げられる。
このように構成された第4実施形態において、ヒートパイプ514内では、製鉄排ガスエネルギー回収装置101で加熱された受熱部509内の熱輸送媒体が気化膨張して受熱部509内の圧力が上昇する。これによって受熱部509内に駆動力が生じ、熱輸送媒体が伝熱部510側に移動して熱が輸送される。この伝熱部510側では、この熱輸送媒体が、シェル512内に貯留された熱媒体油113を加熱した後に凝縮するため、圧力が下がる。この凝縮した熱輸送媒体は、受熱部509へ移動する。このようにヒートパイプの原理に基づき、自然循環によって、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の熱を改質器503に伝達することができる。さらに、熱媒体油113の下部に配置された伝熱部510Bも熱媒体油113と熱交換し、熱媒体油113の下部を加熱することができる。一方、原料供給系104から供給された燃料、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの含酸素炭化水素ガスと原料水蒸気の混合蒸気が部屋512B内に供給され、複数の反応管511それぞれに分流される。そして、この混合蒸気が触媒515の充填層の空隙部を通過するときに熱媒体油113から熱を受け、例えば、燃料がジメチルエーテルの場合は、次の(1)式のように、水蒸気との水素生成反応により水素ガスが生成する。
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
CH3OCH3+3H2O→6H2+2CO2・・・・・・・・・(1)
この水素生成反応によって生成された生成ガスは、反応管511の下部でUターンして内管511Bの中を流れ、部屋512Cに集まり、生成ガス回収系105へ導出される。上記(1)式に示される反応は吸熱反応であり、触媒515の充填層は、反応に必要な熱量を熱媒体油113から受ける。さらに、反応管511の下部に反応を行わない触媒非充填部511Cを設け、この部分で生成ガスが再加熱される。この再加熱された生成ガスが内管511Bを流れるときに、内管511B側からも触媒515の充填層を加熱することができる。それによって、より多くの熱量を触媒515の充填層に与えることができる。このようにして生成されたガスは、水素ガスの他、二酸化炭素やほかの生成ガスを含んでいる。このため、生成ガス回収系105で生成ガスから水素ガスが分離され精製されて回収される。一方、熱交換によって熱媒体油113の下部の温度が低くなり温度が低い成層ができた場合には、水素生成の反応効率が低下する恐れがある。このため、熱媒体油113の下部に伝熱部510Bが設けられている。このように熱媒体油113の下部を加熱することによってこの下部の温度が上昇し、熱媒体油113の比重が軽くなり、自然対流が発生して温度の均一性が保たれる。
また、図7に示される改質器503の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
さらに、反応管511への伝熱性能を向上させるために、プレート状の伝熱フィンを付設した第4実施形態の変形例について図8を参照して説明する。図8は、図7に示された構成のうち改質器503を構成する反応管511と伝熱部510Aに共有されたプレートフィン616を追加したものであり、その他の構成は同一であるので重複した説明は省略する。すなわち、本第4実施形態の変形例の改質器603には、図8に示される反応管511と伝熱部510Aとを接続するように構成され、反応管511と伝熱部510Aに共有されたプレートフィン616が設置されている。
このように構成された第4実施形態によれば、図7に示された構成に加えて、伝熱部510Aと共有されるプレートフィン616を反応管511に設けたことにより、伝熱面積の向上による伝熱向上と、伝熱部510Aから反応管511の熱伝導による伝熱が行われるので伝熱性能が向上する。前述した構成に加えて、伝熱部510Bに別のプレートフィンを設けて伝熱特性をよくすることも可能である。
さらに、プレートフィン616を設けたことにより、図8に示された熱媒体油113の自然対流が損なわれないように、図9に示されるように、流路孔617をプレートフィン616に設けた構成、または、図10に示されるように、切り欠き流路618をプレートフィン616に設けた構成とすることができる。また、図示しないが、仕切り板などを設けることにより熱媒体油113の上昇流れと下降流れが干渉しないようにして、熱媒体油113の対流を促進することも可能である。
このような第4実施形態によれば、前述した第3実施形態の効果に加えて、改質器603内の熱媒体油113の下部を加熱することができるとともに、自然循環による熱媒体油113の流れを促すことができる。また、加熱用の伝熱部510と反応管511に共有された伝熱促進用のプレートフィン616を設ければ、さらに伝熱性能のよい改質器603が得られ、水素生成効率の高い水素製造装置を提供できる。
また、本第4実施形態では、水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却プラントの燃焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果がある。
(第5実施形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第5実施形態について説明する。図11は、本発明の第5実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第1実施形態または第2実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
次に、本発明に係る水素製造装置の第5実施形態について説明する。図11は、本発明の第5実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第1実施形態または第2実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本第5実施形態の水素製造装置は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101に水素製造部702を接続し、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の製鉄排ガス熱エネルギーを利用し、水素製造部702において燃料を水蒸気改質させて水素を生成する構成になっている。製鉄排ガスエネルギー回収装置101には、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などがある(例えば、特許文献4参照)。ここでは、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と水素製造部702を、ヒートパイプ114および原料供給系用ヒートパイプ714で接続して、製鉄排ガスの熱を水素製造部702側に熱輸送して利用するものである。
水素製造部702は、図11に示されるように、改質器103と、燃料と原料水から生成された混合蒸気を供給するための原料供給系704と、生成ガス回収系105とを具備している。原料供給系704は、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの燃料を収容する燃料タンク722と、燃料をガス化して予熱する予熱器723と、原料水タンクや給水ポンプなどの原料水供給器724と、原料水を蒸気にして供給する原料水蒸発器725と、燃料ガスと原料水蒸気を混合するための混合部726と、原料供給系用熱媒体油713を貯留する原料供給系用の熱媒体油貯槽タンク727とを備えている。原料供給系用の熱媒体油貯槽タンク727には、予熱器723と原料水蒸発器725と混合部726が収納されており、これらが原料供給系用熱媒体油713中に浸漬されるようになっている。使用可能な原料供給系用熱媒体油713としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油が挙げられる。生成ガス回収系105は、混合蒸気が改質され生成された水素ガスや二酸化炭素、ほかの生成ガスを分離回収し、水素ガスを精製する装置を具備している。
製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱を利用して改質器103に貯留された熱媒体油113を加熱するために、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と改質器103との間にはヒートパイプ114が設けられている。前述したように、改質器103やヒートパイプ114は第1実施形態において説明された構成になっており、これらの構成の重複した説明は省略する。さらに、本第5実施形態では、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と熱媒体油貯槽タンク727との間に、原料供給系用ヒートパイプ714が設けられている。この原料供給系用ヒートパイプ714は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側に配置される原料供給系用ヒートパイプ受熱部709と熱媒体油貯槽タンク727側に配置される原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710とを備えている。原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710は、熱媒体油貯槽タンク727内の底部近傍に配設されており、原料供給系用熱媒体油713に浸漬されている。
このように構成された第5実施形態において、製鉄排ガスエネルギー回収装置101から原料供給系用ヒートパイプ受熱部709で熱を受け、ヒートパイプの原理で熱を原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710に輸送する。熱を輸送された原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710は熱交換により原料供給系用熱媒体油713を加熱する。そして、原料供給系用熱媒体油713は熱媒体油貯槽タンク727内で自然対流によって循環する。熱媒体油貯槽タンク727内では、加熱された原料供給系用熱媒体油713によって、予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726が加熱される。この加熱された予熱器723に燃料が供給されて、燃料ガスが生成される。さらに加熱された原料水蒸発器725に原料水が供給されて、原料水蒸気が生成される。生成された燃料ガスと原料水蒸気が混合部726で混合されて加熱される。加熱された混合蒸気が改質器103へ導入されて改質される。
一方、改質器103側に接続されたヒートパイプ114は第1実施形態で説明したと同様な作用で改質器103を加熱して水素生成に寄与するが、前述した第1実施形態と同一であり、重複した説明は省略する。
また、図11に示される改質器103の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
図示しないが、本第5実施形態において、図11に示される構成のうち改質器103を第2実施形態で説明した改質器203、または改質器303で置き換えることができる。この場合、上記した作用に加えて第2実施の形態において説明された作用と同一の作用が付加される。
多くの製鉄所はエネルギー回収装置を備えており、製鉄プラントで発生した排ガスの熱エネルギーが有効に利用されている。さらに、水素製造部702で排ガスの熱エネルギーを利用することにより、よりエネルギーの有効利用が可能になる。本第5実施形態によれば、製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造部702の改質器103で活用できるため、水素製造に必要なエネルギーの大半を製鉄プラントから発生した排ガスの有する熱エネルギーによって賄うことができる。その上、熱輸送手段としてヒートパイプ114を利用しているので、循環ポンプなどの余分な輸送機器、輸送電力が不要であり、エネルギー効率がより一層向上した水素製造装置を提供することができる。また、熱媒体油113を使用しているので、効率よく安定した加熱ができる。
さらに原料供給系704のうち、熱源を必要とする予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯槽タンク727内に収納して原料供給系用熱媒体油713中に浸漬する構成になっている。このため、予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を、原料供給系用ヒートパイプ714によって製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを利用し一括して加熱できるので、さらに熱効率の向上が可能になる。
また、本第5実施形態では水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却プラントの燃焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果がある。
(第6実施形態)
次に、本発明に係る水素製造装置の第6実施形態について説明する。図12は、本発明の第6実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第3実施形態、第4実施形態または第5実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
次に、本発明に係る水素製造装置の第6実施形態について説明する。図12は、本発明の第6実施形態の水素製造装置の概略系統と改質器概略構造を示す図である。なお、前述した第3実施形態、第4実施形態または第5実施形態と対応する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本発明の第6実施形態の水素製造装置は、第5実施形態で説明した構成のうち改質器103を、第3実施形態で説明した改質器403で置き換えたものである。すなわち、製鉄排ガスエネルギー回収装置101に水素製造部802を接続し、製鉄排ガスエネルギー回収装置101の排ガス熱エネルギーを利用し、水素製造部802で燃料を水蒸気改質させて水素が生成する構成になっている。製鉄排ガスエネルギー回収装置101には、排ガスでガスタービンを駆動して発電する施設などがある(例えば、特許文献4参照)。ここでは、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と水素製造部802を、ヒートパイプ414および原料供給系用ヒートパイプ714で接続し、製鉄排ガスの熱を水素製造部802側に熱輸送して利用するものである。
水素製造部802は、図12に示されるように、改質器403と、燃料と原料水から生成された混合蒸気を供給するための原料供給系704と、生成ガス回収系105とを具備している。ここで、原料供給系704は、例えば、エタノール、ジメチルエーテルなどの燃料を収容する燃料タンク722と、燃料をガス化して予熱する予熱器723と、原料水タンクや給水ポンプなどの原料水供給器724と、この原料水を蒸気にして供給する原料水蒸発器725と、生成された燃料ガスと原料水蒸気を混合するための混合部726と、原料供給系用熱媒体油713を貯留する熱媒体油貯槽タンク727を備えている。熱媒体油貯槽タンク727には、予熱器723と原料水蒸発器725と混合部726が収納されており、これらが原料供給系用熱媒体油713中に浸漬されるようになっている。使用可能な原料供給系用熱媒体油713としては、例えば、バーレルサーム400(商品名)などの高沸点高温用熱媒体油が挙げられる。生成ガス回収系105は、混合蒸気が改質され生成された水素ガスや二酸化炭素、ほかの生成ガスを分離回収し、水素ガスを精製する装置を具備している。
製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱を利用して改質器403に貯留された熱媒体油113を加熱するために、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と改質器403との間にヒートパイプ414が設けられている。このように、改質器403やヒートパイプ414は第3実施形態において説明された構成になっており、これらの構成の重複した説明は省略する。本第6実施形態では、さらに、製鉄排ガスエネルギー回収装置101と熱媒体油貯槽タンク727との間に、原料供給系用ヒートパイプ714が設けられている。この原料供給系用ヒートパイプ714は、製鉄排ガスエネルギー回収装置101側に配置される原料供給系用ヒートパイプ受熱部709と熱媒体油貯槽タンク727側に配置される原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710とを備えている。原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710は、熱媒体油貯槽タンク727内の低部近傍に配設されており、原料供給系用熱媒体油713に浸漬されている。
このように構成された本第6実施形態において、製鉄排ガスエネルギー回収装置101から原料供給系用ヒートパイプ受熱部709で熱を受け、ヒートパイプの原理に基づいて熱を原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710に輸送する。熱を輸送された原料供給系用ヒートパイプ伝熱部710は熱交換により原料供給系用熱媒体油713を加熱する。そして、原料供給系用熱媒体油713は、熱媒体油貯槽タンク727内で自然対流によって循環する。熱媒体油貯槽タンク727内では、加熱された原料供給系用熱媒体油713によって、予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726が加熱される。加熱された予熱器723に燃料が供給され、燃料ガスが生成される。また加熱された原料水蒸発器725に原料水が供給され、原料水蒸気が生成される。生成された燃料ガスと原料水蒸気が混合部726で混合されて加熱される。加熱された混合蒸気が改質器403へ導入されて改質される。
一方、改質器403側に接続されたヒートパイプ414は、第3実施形態で説明したと同様な作用で改質器403を加熱して水素生成に寄与し、前述した第3実施形態と同一であり重複した説明は省略する。
図12に示される改質器403の外部系統には、実際は流量調節用または閉止用などの弁が付設されるが図示は省略する。
図示しないが、本第6実施形態において、図12に示される構成のうち改質器403を第4実施形態で説明した改質器503、または改質器603で置き換えることができる。この場合、上記した作用に加えて第4実施形態において説明された作用と同一の作用が付加される。
多くの製鉄所はエネルギー回収装置を備えており、製鉄プラントで発生した排ガスの熱エネルギーが有効に利用されている。さらに、水素製造部802で排ガスの熱エネルギーを利用することにより、よりエネルギーの有効利用が可能になる。本第6実施形態によれば、製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを水素製造部802の改質器403で活用できるため、水素製造に必要なエネルギーの大半を製鉄プラントから発生した排ガスの有する熱エネルギーによって賄うことができる。その上、熱輸送手段としてヒートパイプ414を利用しているので、循環ポンプなどの余分な輸送機器、輸送電力が不要であり、エネルギー効率がより一層向上した水素製造装置を提供することができる。また、熱媒体油113を使用しているので、効率よく安定した加熱ができる。
さらに、原料供給系704のうち、熱源を必要とする予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を熱媒体油貯槽タンク727内に収納して原料供給系用熱媒体油713中に浸漬する構成になっている。このため、予熱器723、原料水蒸発器725および混合部726を、原料供給系用ヒートパイプ714によって製鉄プラントから発生した排ガスの熱エネルギーを利用し一括して加熱できるので、さらに熱効率向上が可能になる。
また、本第6実施形態では水素製造のために利用する熱エネルギー源を製鉄プラントの製鉄排ガスエネルギー回収装置101の燃焼排ガスの熱としているが、火力発電プラントの燃焼排ガスまたはごみ焼却プラントの燃焼排ガスなどの熱エネルギーを利用することも可能であり、同様な効果がある。
101…製鉄排ガスエネルギー回収装置、102,202,402,702,802…水素製造部、103,203,303,403,503,603…改質器、104,704…原料供給系、105…生成ガス回収系、106…燃料供給装置、107…原料水蒸気供給装置、109,209,409,509…ヒートパイプ受熱部、709…原料供給系用ヒートパイプ受熱部、110,210A,210B,410,510A,510B…ヒートパイプ伝熱部、710…原料供給系用ヒートパイプ伝熱部、111,211,411,511…反応管、112,212,412,512…シェル、113…熱媒体油、713…原料供給系用熱媒体油、114,214,414…ヒートパイプ、714…原料供給系用ヒートパイプ、115,215,415,515…触媒、316,616…プレートフィン、317,617…流路孔、318,618…切り欠き流路、723…予熱器、725…原料水蒸発器、726…混合部、727…熱媒体油貯槽タンク。
Claims (8)
- 燃料ガスと原料水蒸気とを含む混合蒸気を触媒の存在下で加熱し水素を含む生成ガスを発生させるための複数の反応管と、
前記反応管を包含し、前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液して前記反応管を加熱する熱媒体油を収容するためのシェルとを備えた改質器を有する水素製造装置において、
内部に熱輸送媒体が充填され、受熱部で得られた熱エネルギーを前記熱輸送媒体により伝熱部に輸送するヒートパイプであって、前記受熱部が燃焼排ガス発生プラントに配置され、前記伝熱部が前記熱媒体油中に浸漬され、前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーで前記熱媒体油を加熱するためのヒートパイプを具備したことを特徴とする水素製造装置。 - 請求項1記載の水素製造装置において、
前記燃焼排ガス発生プラントが、製鉄プラント、または火力発電プラント、またはごみ焼却プラントであることを特徴とする水素製造装置。 - 請求項1または2記載の水素製造装置において、
前記ヒートパイプは、前記伝熱部が前記反応管の配列の間に設置された第1ヒートパイプと、前記伝熱部が前記シェル内の、前記第1ヒートパイプより下方に配置された第2ヒートパイプとからなることを特徴とする水素製造装置。 - 請求項3記載の水素製造装置において、
前記反応管と前記第1ヒートパイプとを接続するようにした伝熱促進のためのプレートフィンを設けたことを特徴とする水素製造装置。 - 請求項4記載の水素製造装置において、
前記プレートフィンに、前記熱媒体油の対流促進用の流路孔または切り欠き流路を設けたことを特徴とする水素製造装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の水素製造装置において、
前記反応管を、外管と前記外管内に同軸上に設けられた内管とが底部で連通された構成の二重管とし、前記外管と前記内管との間に形成された環状隙間に前記触媒を充填するとともに、前記環状隙間に充填された前記触媒の下方に前記生成ガスを再加熱するための触媒非充填部を設けたことを特徴とする水素製造装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項記載の水素製造装置において、
燃料をガス化して前記燃料ガスを生成させ予熱するための予熱器と、原料水を加熱して前記原料水蒸気を発生するための原料水蒸発器と、前記燃料ガスと前記原料水蒸気とを混合するための混合部とを備えた原料供給系と、
原料供給系用熱媒体油を貯留し、前記原料供給系用熱媒体油中に前記予熱器と前記原料水蒸発器と前記混合部とを浸漬するための原料供給系用の熱媒体油貯槽タンクと、
内部に熱輸送媒体が充填され、受熱部で得られた熱エネルギーを前記熱輸送媒体により伝熱部に輸送する原料供給系用ヒートパイプであって、前記受熱部が前記燃焼排ガス発生プラントに配置され、前記伝熱部が前記熱媒体油貯槽タンク中の前記原料供給系用熱媒体油に浸漬され、前記燃焼排ガス発生プラントの前記燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーで前記原料供給系用熱媒体油を加熱するための原料供給系用ヒートパイプと
を具備することを特徴とする水素製造装置。 - 燃料ガスと原料水蒸気とを含む混合蒸気を触媒の存在下で加熱し水素を含む生成ガスを発生させるための複数の反応管と、
前記反応管を包含し、前記反応管の外表面の少なくとも一部と接液して前記反応管を加熱する熱媒体油を収容するためのシェルとを備えた改質器を有する水素製造装置を用いた水素製造方法において、
内部に熱輸送媒体が充填され、受熱部で得られた熱エネルギーを前記熱輸送媒体により伝熱部に輸送するヒートパイプの前記受熱部を燃焼排ガス発生プラントに配置し、前記伝熱部を前記熱媒体油中に浸漬し、前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス流路の燃焼排ガスまたは前記燃焼排ガス発生プラントの燃焼排ガス回収利用系の燃焼排ガスの有する熱エネルギーで前記熱媒体油を加熱することを特徴とする水素製造方法。
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CN112645282B (zh) * | 2020-12-10 | 2023-11-10 | 沃洛达科技有限公司 | 一种制氢装置 |
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