JP2011157254A

JP2011157254A - 熱水素を循環的に利用する炭化水素自己熱分解炉

Info

Publication number: JP2011157254A
Application number: JP2010034079A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Yamazaki; 知機山崎
Original assignee: NIPPON SUISO KK
Current assignee: NIPPON SUISO KK
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】炭化水素の熱分解の際に発生する熱水素の廃熱を利用し炭化水素の熱分解を継続し、全体として熱効率を向上させた炭化水素自己熱分解炉を提供する。
【解決手段】筒状の熱分解炉の内部を漏斗状の隔壁で仕切り、生成する熱水素ガスを一方向に循環させることで、炭化水素を連続的に熱分解することを得て水素の収率と純度並びに熱効率を高くすることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、炭化水素を原料として水素を製造する熱分解法に関するものである。

炭化水素を熱分解して水素を得る方法は、そのいずれもがＣＯ_２を副生するという問題があった。水素を利用してＣＯ_２の発生のない内燃機関や燃料電池を動力源として利用する計画もこの水素の製造法の問題点のために前進することはなかった。したがってＣＯ_２の副生のない炭化水素の熱分解法で炭化水素を水素と炭素に分解し、炭素をとりのけて水素だけにするという方法が求められている。

特許２８３８１９２号炭化水素分解用触媒及び水素製造装置
特許３８４４２３２号水素製造方法及び水素製造装置
特許４２１２３１２号水素製造装置

発明を解決しようとする課題

この発明の解決すべき課題は、炭化水素の熱分解の際に発生する熱水素の廃熱を利用して、炭化水素の熱分解を継続し、全体としての熱効率を向上させることにある。

課題を解決するための手段

炭化水素の分解炉を環状に連結し、環状炉内を流れる熱水素を一方向に流れるようにするため炉内に漏斗状の障壁を複数設置し、熱水素をエンドレスに炉内を旋回させ、それに炭化水素を吹き込んでこれを熱分解し、熱水素を得る。環状炉の一部より、熱水素を引き出し、冷却して粗水素とする。

発明の効果

この発明は、環状炉内に設けられられた多数の漏斗状の障壁によって、炉内の一部より高熱の水素を引き出した時に炉内の高熱水素に一方向に旋回する圧力差が生じ、炉内の高熱水素はエンドレスの流れとなり、前記障壁で作られた炉の内部は旋回する高熱水素と添加される酸素のために１２００〜１６００℃の高熱のまま一方向に流れ、各炉で吹き込まれる炭化水素を連続的に熱分解し、高熱水素の量を増加する。前記の炉内の排出孔より引き出した熱水素は、これを冷却・炭素をとりのけて粗水素の製造ができる。

この発明の装置の一例を示す。図１はこの装置の横断面図である。断熱材１で覆われたパイプ状の熱分解炉管２と３は、その前後がＵ字パイプ４と５で連結されており、全体が環状となっている。
Ｕ字パイプ５の右先端は、ガスの排出孔で、除炭フィルター１２、冷却器１３、開閉電磁バルブ１４、圧縮ポンプ１７を経て、矢印１６のように粗水素ガスは貯留タンクと接続している。

この発明の断面図は、図２に示すように、断熱材１で覆われたパイプ状の熱分解炉管２と３の中に、漏斗状の障壁６と１１が設けられている。この漏斗状の障壁の中心の孔７、８を熱水素が通り抜ける。

上述の障壁６と同じ形態の障壁が熱分解炉管２、３、４、５内の１２カ所に置かれ、１２カ所の熱分解炉を形成している。
熱分解炉室は、前炉で生成した熱水素の一部を酸素で燃焼させて１２００〜１６００℃に昇温させる酸水素焔室と、炉室毎に注入される炭化水素を、上述の酸水素焔室で作られる熱水素ガスと混合させ、これを熱分解させて炭素と熱水素に分解させる炭化水素分解室が交互に配置される。

酸水素焔室は図５の符号１９、２１、２３、２４、２７、２９、３１の各室である。炭化水素分解室は図５の符号１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０の各室である。

上述の熱分解炉室は図２に示す障壁６、１１に設けられた熱水素通路７と８によってすべての炉がつながっており、熱水素がここを通り抜けて全炉室を循環するようになっている。図２に示す障壁６並びに１１の正面図は図３の形状をもち、断面図は図４に示す形状をもっている。この形状は、先端方向がとがった形をしており、ここに気体が通るときは、その前後に圧力差が生じ、気体は矢印５１の方向に流れる。

この発明は、２本のパイプ状の熱分解炉管とその継手のＵ字管の内部を障壁で仕切って、図５に示すように１２カ所の熱分解炉室１８〜３１を形成している。
熱分解炉室は、すべての炉室を流れる熱水素に酸素を供給してその一部を燃焼させることによって１２００〜１６００℃の温度を維持する酸水素焔室１９、２１，２３、２４、２７、２９、３１がある。
酸水素焔室の前後には、炭化水素分解室１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０があって、ここでは炭化水素が供給されて、前室よりの熱水素と混合され、高熱と熱水素の高還元性のために、炭化水素は炭素と水素に分解され、熱水素と加わって、熱水素の量を増加させ、炭化水素を脱炭させることができる。尚、図５のうち、Ｕ字管部分については酸水素焔室と炭化水素分解室が共用されている。これは全炉室を流れる熱水素の流れを安定させるためである。

この発明の一例として、図６では１２カ所の熱分解炉室がある。それぞれの炉室に酸素または炭化水素を供給し、炭化水素を分解して、炭素と水素を製造するための供給通路を示している。
炭化水素は総元バルブ３５へ矢印３３のように供給される。この炭化水素は、各炉室のバーナーのノズルの電磁バルブ、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８を経て炉内に吹き込まれる。
酸素は、その総元バルブ３４へ矢印３２のように供給される。この酸素は、各炉室のバーナーのノズルの電磁バルブ３７，３９、４１、４３、４５、４７、４９を経て炉内に吹き込まれる。

この発明の実施の一例を示す。図７は炭化水素の供給バルブ３５を全開し、同じように、酸素の供給バルブ３４も全開し、炉内のガスに点火、排気孔バルブ１４を開放にした状態を示している。炭化水素は炉内で矢印５２，５４，５６，５８、６０、６２，６４、と左回転方向に吹き込まれ、酸素ガスも矢印５３、５５、５７、６８、６１、６３、６５と左回転方向に吹き込まれる。排気バルブ１４を開放にすると、炉内ガスは矢印５９、６７のように、左回転に旋回する。炉内で旋回するガスの一部は矢印６６のように排気バルブ１４を経て矢印１６のように排気される。

この発明の実施の最良の形態を示すと、図７に示す炭化水素総元バルブ３５を開放し、酸素総元バルブ３４を開放し、炉内で点火する。
同時に排気バルブ１４を開放にし、炉内生成ガスを矢印１６のように排出する。
炉内の温度が１２００〜１６００℃に達したところで、酸素の供給を調整して、炉内を不完全燃焼の状態にすると、部分酸化熱分解から自己熱改質状態に移り、やがて自己熱分解状態になって、多量の炭素の発生と共に水素が発生する。
図８に示すように生成ガスは矢印６９から５９、７０へと旋回し、炉の右端出口７３付近で矢印６７のように、更に旋回する部分と矢印６６のように炭素分離器１２を通る部分に分かれる。炭素分離器を出た生成ガスは冷却器１３で冷却され、出口電磁弁を通って、圧縮機で生成ガスを圧縮し、粗水素となって矢印１６のように排出され、貯蔵タンクに向かう。

上述のタンクで得られる粗水素は純度７５〜８２％、ＣＯ_２５〜８％、炭化水素７〜１０％程度であるが、炭素補集率は理論値の７０〜７５％と効率的である。
ＣＯ_２を外部に出さないで、自己熱クラッキングするこの発明は、水蒸気改質反応、部分酸化方式、自己熱改質と並ぶ特質をもった炭化水素改質法で、産業上の利用可能性は大である。尚酸素の代わりに空気を使用することも可である。

この発明になる炭化水素自己熱分解炉の縦断面図。炉の断面図。障壁の正面図。障壁の断面図。熱分解炉管内における炉室の改置図。炭化水素並びに酸素供給配管図。炉内での炭化水素並びに酸素との熱化学反応による生成ガスの流れを示す図。炉内での生成ガス循環を示すと共に生成ガスを炉内より引き抜き精製をし、粗水素とする全体図。

Claims

この発明は炭化水素の循環式熱分解炉で、筒型の熱分解炉の内部に漏斗状の隔壁を複数個設け、各炉の内部で発生する熱水素ガスの流れを一方向に流れるようにし、これに各炉毎に酸素、炭化水素を吹き込んで、分解温度を高めその高熱水素ガスで炭化水素を連続的に分解する炭化水素自己熱分解炉とした。
上述の請求項１で炉内を一方向に流れる熱水素ガスを複数の炉内に循環式に流れるように炉を環式に連結し、炭化水素の分解を連続的にできるようにした環状循環式炭化水素自己熱分解炉とした。