JP2015017023A - 水素製造装置 - Google Patents

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一彦 村田
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雄二 外山
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保 小谷
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Abstract

【課題】変成部33と無機水素分離膜34とが一体型の変成分離ユニット30で構成した水素製造装置において、無機水素分離膜34の寿命を向上できる技術を提供する。【解決手段】変成部33に供給される改質ガスを冷却する冷却部5を備え、冷却部5の冷却量を調整して変成部33の温度を所定の基準温度に制御する変成温度制御手段51を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、原料である原燃料ガスと水蒸気を高温下で反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質部と、その改質部からの改質ガスを変成触媒に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を変成させて除去する変成部と、その変成部からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜を備え、前記変成部と前記無機水素分離膜とが、前記無機水素分離膜の上流側面に前記変成触媒を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニットで構成された水素製造装置に関する。
燃料電池などに供給する高純度水素を製造する水素製造装置として、変成部と無機水素分離膜とが、無機水素分離膜の上流側面に変成触媒を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニットで構成されたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
この種の変成分離ユニットは、筐体内を上流側と下流側とに分離する姿勢で無機水素分離膜を配置し、その上流側に変成触媒を充填して構成されている。
そして、かかる水素製造装置では、改質部で生成された水素リッチで高温の改質ガスが、冷却されることなく高温のまま変成分離ユニットに供給されて、無機水素分離膜の上流側面に隣接配置された変成触媒に接触することで、当該改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。更に、その改質ガスに含まれている多くの水素が選択的に無機水素分離膜を透過することで、当該透過した水素が高純度水素として取り出される。一方、無機水素分離膜を透過しなかった水素を含むオフガスは、改質部を加熱するバーナ用の燃料として供給される。
無機水素分離膜を利用して改質ガスから水素を膜分離する水素製造装置として、変成部に供給される改質ガスを冷却水との熱交換により冷却する冷却部を設けたものが知られている(例えば特許文献2を参照)。
かかる冷却部を通過した冷却水は、改質部での改質反応に必要な水蒸気として、改質部に供給される原燃料ガスに供給されるので、その冷却水の流量は、改質部へ供給すべき水蒸気の量、即ち改質部への原燃料ガスの供給量に比例する量に制御される。よって、原燃料ガスの供給量が変化すると、冷却水の流量も変化して、冷却部の冷却量が変化する。結果、変成部に供給される改質ガスの温度は、変成部の温度に関係なく、原燃料ガスの供給量の変化に応じて変動することになる。
特開2004−148138号公報(図1、図3等) 特開平06−283189号公報(図5等)
上記のように変成部と無機水素分離膜とが一体型の変成分離ユニットで構成した従来の水素製造装置では、変成部に供給される改質ガスの温度が、改質部で排出された高温の状態のままであったり、変成部の温度とは関係なく変動したりするので、無機水素分離膜において水素脆化や熱損傷が進行して寿命が短くなるという問題があった。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、変成部と無機水素分離膜とが一体型の変成分離ユニットで構成した水素製造装置において、無機水素分離膜の寿命を向上できる技術を提供する点にある。
この目的を達成するための本発明に係る水素製造装置は、
原料である原燃料ガスと水蒸気を高温下で反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質部と、その改質部からの改質ガスを変成触媒に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を変成させて除去する変成部と、その変成部からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜を備え、
前記変成部と前記無機水素分離膜とが、前記無機水素分離膜の上流側面に前記変成触媒を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニットで構成された水素製造装置であって、 その特徴構成は、
前記変成部に供給される改質ガスを冷却する冷却部を備え、
前記冷却部の冷却量を調整して前記変成部の温度を所定の基準温度に制御する変成温度制御手段を備えた点にある。
本特徴構成によれば、変成部と無機水素分離膜とが一体型の変成分離ユニットで構成した場合でも、変成部に供給される改質ガスが冷却部により冷却されると共に、変成温度制御手段により、その冷却部の冷却量が調整されて、変成部の温度が所定の基準温度に制御されることになる。よって、その基準温度を、変成部による変成反応を維持し得る温度であって、無機水素分離膜の水素脆化と熱損傷を防止できる温度に設定して、無機水素分離膜の寿命を向上することができる。
具体的には、起動直後においては、変成部の温度が基準温度を下回ることが抑制されるので、低温状態の無機水素分離膜に水素が接触することにより発生する無機水素分離膜の水素脆化が抑制されることになる。
また、定常運転時においては、変成部の温度が基準温度を上回ることが抑制されるので、比較的高温の改質ガスが無機水素分離膜に隣接配置された変成触媒に供給され発熱反応である変成反応が行われることにより発生する無機水素分離膜の熱損傷が抑制されることになる。
従って、本発明により、変成部と無機水素分離膜とが一体型の変成分離ユニットで構成した水素製造装置において、無機水素分離膜の寿命を向上できる技術を提供することができる。
本発明に係る水素製造装置の更なる特徴構成は、
前記冷却部が、前記変成部に供給される改質ガスとの熱交換により水を蒸発させて前記改質部に供給される水蒸気を発生させ、
前記変成温度制御手段が、前記冷却部への給水量を調整する形態で、前記冷却部の冷却量を調整する手段である点にある。
本特徴構成によれば、冷却部において、変成部に供給される改質ガスを、水の蒸発潜熱により効率良く冷却することができる。更に、この冷却部で発生した水蒸気は、改質部に供給されるので、当該水蒸気を原燃料ガスの改質反応に有効利用することができる。
そして、変成温度制御手段では、その冷却部への給水量を調整するという簡単な形態で、冷却部の冷却量を正確に調整することができる。
本発明に係る水素製造装置の更なる特徴構成は、
前記冷却部が、前記改質部に供給される原燃料ガスと前記変成部に供給される改質ガスとの間で熱交換を行う熱交換器で構成され、
前記冷却部に供給される原燃料ガスに水を添加する上流側水添加部と、前記冷却部から前記改質部に供給される原燃料ガスに水を添加する下流側水添加部とを備え、
前記変成温度制御手段が、前記上流側水添加部への給水量を調整する形態で、前記冷却部の冷却量を調整する手段であり、
前記上流側水添加部と前記下流側水添加部とへの合計の給水量を、前記改質部への原燃料ガスの供給量に基づいて制御する総給水量制御手段を備えた点にある。
本特徴構成によれば、冷却部において、変成部に供給される改質ガスを、原燃料ガスとの熱交換により冷却するのに加えて、上流側水添加部でその原燃料ガスに添加された水の蒸発潜熱により効率良く冷却することができる。更に、この冷却部で発生した水蒸気は、同冷却部で予熱された原燃料ガスと共に改質部に供給されるので、当該水蒸気を原燃料ガスの改質反応に有効利用することができる。
そして、変成温度制御手段では、その冷却部に供給される原燃料ガス中の水分量に相当する上流側水添加部への給水量を調整するという簡単な形態で、冷却部の冷却量を正確に調整することができる。
また、上流側水添加部とは別に、冷却部から改質部に供給される原燃料ガスに水を添加する下流側水添加部が設けられ、更に、総給水量制御手段により、上流側水添加部と下流側水添加部とへの合計の給水量が、改質部への原燃料ガスの供給量に基づいて制御されるので、冷却部の冷却量に影響を与えることなく、原燃料ガスを改質するのに必要な水を改質部に供給することができる。
本発明に係る水素製造装置の更なる特徴構成は、
前記無機水素分離膜が、パラジウム銅合金膜であり、
前記変成触媒が、銅亜鉛系触媒又は鉄亜鉛系触媒であり、
前記変成温度制御手段が、前記基準温度を200℃以上且つ400℃以下の範囲内の温度とする点にある。
本特徴構成によれば、装置の低廉化を図りながら、変成部における反応効率及び無機水素分離膜における分離効率を好適に向上することができる。
即ち、変成部の温度が400℃以下に維持されるので、それに隣接配置される無機水素分離膜として、耐熱性が低いが安価に入手可能なパラジウム銅合金膜を利用することができる。更に、変成部の温度が200℃以上に維持されるので、それに隣接配置される無機水素分離膜の分離効率を好適に向上することができる。
また、200℃以上且つ400℃以下の範囲内に温度が維持される変成部に設けられる変成触媒として、銅亜鉛系触媒又は鉄亜鉛系触媒を利用すれば、変成部における反応効率を好適に向上することができる。
本発明に係る水素製造装置の更なる特徴構成は、
前記改質部に供給される原燃料ガスから硫黄分を除去する脱硫部と、
前記冷却部に供給される改質ガスとの熱交換により前記脱硫部に供給される原燃料ガスを予熱する原燃料ガス予熱部を備えた点にある。
本特徴構成によれば、脱硫部が設けられているので、たとえ原燃料ガスに硫黄分が含まれていても、その硫黄分を予め除去した原燃料ガスを改質部に供給することができる。
更に、原燃料ガス予熱部が設けられているので、改質部から排出され冷却部に供給される前の高温の改質ガスとの熱交換により、脱硫部に供給される原燃料ガスを予熱して、脱硫部の温度を脱硫処理に好適な反応温度に維持することができる。
実施形態に係る水素製造装置の概略構成図
本発明に係る水素製造装置の実施形態について、図1に基づいて説明する。
図1に示す水素製造装置は、例えば、原料である原燃料ガスとして天然ガス系都市ガス13Aを使用して高純度の水素を製造するものであり、詳細については後述するが、原燃料ガスと水蒸気を高温下で反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質部21を有する改質器20と、その改質部21からの改質ガスを変成触媒35に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を変成させて除去する変成部33と、その変成部33からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜34などを備え、更に、この変成部33と無機水素分離膜34とが、無機水素分離膜34の上流側面に変成触媒35を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニット30で構成されている。
原燃料ガスは、0.1MPaあるいはそれ以上の圧力で供給され、コンプレッサ1により0.98MPa程度にまで昇圧された後に、第1配管L1に供給される。尚、この第1配管L1には、原燃料ガスの供給量を検知する流量センサ16が設けられている。
この第1配管L1を通流する昇圧後の原燃料ガスは、第1熱交換器2(原燃料ガス予熱部の一例)で予熱された後に、第2配管L2に供給せれる。
かかる第1熱交換器2では、後述する改質部21から第7配管L7に排出された高温の改質ガスとの熱交換により、第1配管L1から供給された原燃料ガスが予熱され、その予熱後の原燃料ガスが第2配管L2に供給される。
第2配管L2を通流する予熱後の原燃料ガスは、脱硫器3(脱硫部の一例)により脱硫処理が施された後に、第3配管L3に供給される。
この脱硫器3では、原燃料ガスから硫黄分がppbレベルにまで除去され、その硫黄分除去後の原燃料ガスが、第3配管L3に供給される。
第3配管L3を通流する脱硫処理後の硫黄分除去後の原燃料ガスは、上流側水添加部4により純水が添加された後に、第4配管L4に供給される。
この上流側水添加部4は、原燃料ガスに対して純水を噴霧するスプレーノズルで構成されており、その霧状の純水を含んだ原燃料ガスが第4配管L4を通流することになる。また、この上流側水添加部4へは、水ポンプ7及び流量調整弁8を介して純水が供給される。
第4配管L4を通流し霧状の純水を含む原燃料ガスは、第2熱交換器5(冷却部の一例)で加熱された後に、第5配管L5に供給される。
この第2熱交換器5では、第1熱交換器2から第8配管L8に排出された比較的高温の改質ガスとの熱交換器により、第4配管L4から供給された原燃料ガスが加熱され、その加熱後の原燃料ガスが第5配管L5に供給される。
更に、第2熱交換器5では、第4配管L4から供給された原燃料ガスに含まれる霧状の純水が、第8配管L8から供給された比較的高温の改質ガスとの熱交換により蒸発して水蒸気が発生し、その水蒸気が第5配管L5に排出される原燃料ガスに含まれることになる。
第5配管L5を通流し水蒸気を含む原燃料ガスは、改質器20に設けられた下流側水添加部23により純水が添加された後に、第6配管L6に供給される。
この下流側水添加部23は、上流側水添加部4と同様に、原燃料ガスに対して純水を噴霧するスプレーノズルで構成されており、その霧状の純水を含んだ原燃料ガスが第6配管L6を通流することになる。また、この下流側水添加部23へは、水ポンプ7及び開閉弁9を介して純水が供給される。
改質器20では、第6配管L6から原燃料ガスが供給される改質部21がバーナ22の燃焼により750℃程度の高温に維持され、その改質部21において、0.85MPa程度の圧力下で、水蒸気改質用の改質触媒により、原燃料ガスが水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスに改質され、その改質後の改質ガスが第7配管L7に供給される。尚、第7配管L7には、改質部21から排出された高温の改質ガスの温度を検知する温度センサ17が設けられている。また、改質部21において、原燃料ガスに含まれる水蒸気は、改質反応に利用されるのに加えて、改質触媒に対するカーボンの付着を抑制することにも利用される。
また、第6配管L6には、バーナ22の燃焼により高温に維持される伝熱管からなる加熱部24が設けられている。よって、第6配管L6を通流する原燃料ガスは、この加熱部24により比較的高温に加熱され、更に、その原燃料ガスに含まれる霧状の純水が蒸発して水蒸気とされる。
第7配管L7を通流する改質後の改質ガスは、第1熱交換器2で冷却された後に、第8配管L8に供給される。
この第1熱交換器2では、第1配管L1から供給された低温の原燃料ガスとの熱交換により、第7配管L7から供給された750℃程度の高温の改質ガスが550℃程度に冷却され、その冷却後の改質ガスが第8配管L8に供給される。
第8配管L8を通流する比較的高温の改質ガスは、更に第2熱交換器5で冷却された後に、第9配管L9に供給され、その第9配管L9に供給された改質ガスが、後述する変成分離ユニット30の変成部33に供給される。
この第2熱交換器5では、第4配管L4から供給された比較的低温で原燃料ガスとの熱交換により、第8配管L8から供給された550℃程度の比較的高温の改質ガスが、所定の基準温度に冷却され、その冷却後の改質ガスが第9配管L9を介して変成部33に供給される。尚、この基準温度は、変成部33による変成反応を維持し得る温度であって、後述する無機水素分離膜34の水素脆化と熱損傷を防止できる温度に設定されている。
即ち、この第2熱交換器5は、変成部33に供給される改質ガスを冷却する冷却部として機能することになる。
更に、第2熱交換器5では、変成部33に供給される改質ガスが、原燃料ガスに含まれる純水の蒸発潜熱により効率良く冷却されることになる。
第9配管L9を通流する冷却後の改質ガスは、変成分離ユニット30に供給される。尚、第9配管L9には、変成部33に供給される改質ガスの温度を検知する温度センサ18が設けられている。
この変成分離ユニット30は、第9配管L9から供給された改質ガスを変成触媒35に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成させて除去する変成部33と、その変成部33からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜34を備える。
詳しくは、この変成分離ユニット30は、筒状の筐体31内の空間を、外側の水素排出部32と内側の変成部33とに区画する姿勢で、筒状の無機水素分離膜34を配置すると共に、その変成部33に粒状の変成触媒35を充填して構成されている。即ち、この変成分離ユニット30は、変成部33と無機水素分離膜34とを、無機水素分離膜34の上流側面に変成触媒35を隣接配置する形態で、一体型に構成されている。
また、無機水素分離膜34としては、200℃以上且つ400℃以下の範囲内で水素透過性能を示して改質ガスから高純度水素を効率良く分離可能な金属膜が利用されており、一方、変成触媒35としては、一酸化炭素と水から二酸化炭素及び水素に変成させるシフト触媒であって、銅亜鉛系触媒又は鉄亜鉛系触媒が利用されている。
よって、第2熱交換器5で冷却され変成部33に供給される改質ガスの温度である基準温度は、変成触媒35として200℃以上且つ400℃以下の範囲内に設定されることになる。
尚、無機水素分離膜34として利用され、200℃以上且つ400℃以下の範囲内で水素透過性能を示す金属膜としては、パラジウム銅合金膜、ニオブ−ニッケル−チタン合金膜、チタン−バナジウム−銀合金膜等を挙げることができるが、他の金属膜を利用しても構わない。
そして、第9配管L9から変成分離ユニット30に供給された改質ガスは、先ず、変成部33に供給される。
この変成部33では、改質ガスが変成用の変成触媒35に接触することにより、その改質ガス中の一酸化炭素(CO)と水蒸気が水素と二酸化炭素(CO2)に変成される。また、変成部33において、改質ガスに含まれる水蒸気は、変成触媒35へのカーボンの付着を抑制することにも利用される。
更に、その変成部33で変成処理がされた後の改質ガスに含まれている水素が、その変成触媒35に近接する無機水素分離膜34を透過した後に水素排出部32に供給され、この水素排出部32に供給された水素が高純度水素として第10配管L10に供給され、水冷部15で冷却水との熱交換により常温に冷却された後に、図示しない水素タンク等に供給される。
一方、無機水素分離膜34を透過しなかった水素が含まれる改質ガスはオフガスとして、改質ガスが供給される側とは反対側の端部に接続された第11配管L11に供給される。この第11配管L11へのオフガスの供給量は流量調整弁10により調整され、このオフガスの供給量の調整に応じて、第10配管L10への高純度水素の供給量及び濃度が変化する。
第11配管L11を通流するオフガスは、第3熱交換器11で冷却された後に、第12配管L12に供給され、更に水冷部12で冷却水との熱交換により冷却された後に、第13配管L13を介して気水分離器13に供給される。
そして、この水冷部12においてオフガスに含まれている水蒸気が凝縮し、気水分離器13においてその液相の水分がドレンとして分離される。
また、気水分離器13で水分が分離された水素を含む気相のオフガスは、減圧弁14で減圧された後に第14配管L14に供給される。
この第14配管L14を通流するオフガスは、第3熱交換器11で加熱された後に、第15配管L15に供給され、この第15配管L15を通流するオフガスは、原燃料ガスと共に、改質器20のバーナ22へ燃料として供給される。
第3熱交換器11では、変成分離ユニット30から第11配管L11に供給された比較的高温のオフガスと、バーナ22へ供給される前のオフガスとの間で熱交換が行われることで、前者のオフガスが冷却され、後者のオフガスが加熱される。
水冷部12におけるオフガスの冷却効率を向上し、一方バーナ22におけるオフガスの燃焼効率を向上することができる。
本実施形態に係る水素製造装置には、当該水素制御装置に設けられた補機を制御することにより、後述する変成温度制御手段51、総給水量制御手段52、及び、オフガス量制御手段53等の各種手段として機能する制御装置50が設けられている。
以下、この制御装置50が機能する各種手段について説明を加える。
制御装置50が機能する変成温度制御手段51は、変成部33に供給される改質ガスを冷却する冷却部として機能する第2熱交換器5の冷却量を調整して、変成部33の温度を所定の基準温度に制御する。
具体的に、この変成温度制御手段51は、流量調整弁8の開度を調整することで上流側水添加部4への給水量を調整する形態で、第2熱交換器5の冷却量を調整する手段として構成されている。即ち、上流側水添加部4への給水量を変化させると、第4配管L4から第2熱交換器5に供給される原燃料ガスに含まれる水分量が変化し、第2熱交換器5における水の蒸発量が変化し、第2熱交換器5において改質ガスから奪うことができる蒸発潜熱量が変化し、結果、第2熱交換器5における改質ガスに対する冷却量が変化することになる。
そして、変成温度制御手段51は、変成部33に供給される改質ガスの温度を温度センサ18で検知し、その検知した改質ガスの温度が基準温度に維持されるように、流量調整弁8の開度を調整して上流側水添加部4への給水量を調整する。
すると、変成部33には第2熱交換器5において基準温度に冷却された改質ガスが供給されることになり、変成部33の温度が基準温度に維持されることになる。
そして、この基準温度は、変成部33による変成反応を維持し得る温度であり、無機水素分離膜34の水素脆化と熱損傷を防止できる温度に設定されているので、無機水素分離膜34の寿命が向上されることになる。
制御装置50が機能する総給水量制御手段52は、上流側水添加部4と下流側水添加部23とへの合計の給水量を、改質部21への原燃料ガスの供給量に基づいて制御するように構成されている。
具体的に、総給水量制御手段52は、流量センサ16で検知される原燃料ガスの供給量から、原燃料ガスの全てを改質部21で改質反応させるのに必要な水分量を求める。
そして、水ポンプ7の吐水量を、その求めた必要水分量に設定するべく、水ポンプ7の運転を制御する。
すると、水ポンプ7が供給される必要水分量の純水のうち、一部が上述した流量調整弁8を介して上流側水添加部4に供給されることになるが、残部が開閉弁9を介して下流側水添加部23に供給されることになる。結果、その必要水分量の純水の全てを改質部21に供給される原燃料ガスに供給して、改質反応に利用することができる。
よって、上流側水添加部4への純水の供給量は、その改質反応に必要な水分量に影響を受けることなく、上述した変成温度制御手段51により調整される第2熱交換器5の冷却量に応じて調整することができるようになる。
制御装置50が機能するオフガス量制御手段53は、流量調整弁10の開度調整によりバーナ22へのオフガスの供給量を調整して、改質部21から排出される改質ガスの温度を所定温度(750℃程度)に制御する。
具体的に、このオフガス量制御手段51は、改質部21から排出される改質ガスの温度を温度センサ17で検知し、その検知した改質ガスの温度が所定温度に維持されるように、流量調整弁10の開度を調整して、バーナ22へのオフガスの供給量を調整する。
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
(1)上記実施形態では、変成部33に供給される改質ガスを冷却する冷却部を、当該改質ガスを低温の原燃料ガスとの熱交換により冷却する第2熱交換器5で構成したが、別に、当該改質ガスを別の原燃料ガスとは別の冷媒との熱交換により冷却するように構成しても構わない。
また、この第2熱交換器5に供給される原燃料ガスに水を添加する上流側水添加部4を設けることで、第2熱交換器5における冷却効率を向上するように構成したが、別に、この上流側水添加部4を省略しても構わない。
(2)上記実施形態では、無機水素分離膜34を、200℃以上且つ400℃以下の範囲内で水素透過性能を示す金属膜としたが、変成部33の温度において水素透過性能を示すものであれば、別の金属膜を無機水素分離膜34として利用しても構わない。
(3)上記実施形態では、変成触媒35を、一酸化炭素を二酸化炭素に変成させて除去する銅亜鉛系触媒又は鉄亜鉛系触媒としたが、かかる変成触媒35は一酸化炭素を変成させて除去する反応を促進する触媒であれば、特に限定されない。例えば、一酸化炭素をメタンに変成させるメタン化触媒、又は、一酸化炭素を選択的に酸化する一酸化炭素選択酸化触媒等を変成触媒35として利用することができる。
本発明は、原料である原燃料ガスと水蒸気を高温下で反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質部と、その改質部からの改質ガスを変成触媒に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を変成させて除去する変成部と、その変成部からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜を備え、前記変成部と前記無機水素分離膜とが、前記無機水素分離膜の上流側面に前記変成触媒を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニットで構成された水素製造装置として好適に利用可能である。
3 :脱硫器
4 :上流側水添加部
5 :第2熱交換器(冷却部)
8 :流量調整弁
21 :改質部
23 :下流側水添加部
30 :変成分離ユニット
33 :変成部
34 :無機水素分離膜
35 :変成触媒
51 :変成温度制御手段
52 :総給水量制御手段

Claims (5)

  1. 原料である原燃料ガスと水蒸気を高温下で反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質部と、その改質部からの改質ガスを変成触媒に接触させて当該改質ガス中の一酸化炭素を変成させて除去する変成部と、その変成部からの改質ガスから高純度水素を膜分離する無機水素分離膜を備え、
    前記変成部と前記無機水素分離膜とが、前記無機水素分離膜の上流側面に前記変成触媒を隣接配置する形態で、一体型の変成分離ユニットで構成された水素製造装置であって、
    前記変成部に供給される改質ガスを冷却する冷却部を備え、
    前記冷却部の冷却量を調整して前記変成部の温度を所定の基準温度に制御する変成温度制御手段を備えた水素製造装置。
  2. 前記冷却部が、前記変成部に供給される改質ガスとの熱交換により水を蒸発させて前記改質部に供給される水蒸気を発生させ、
    前記変成温度制御手段が、前記冷却部への給水量を調整する形態で、前記冷却部の冷却量を調整する手段である請求項1に記載の水素製造装置。
  3. 前記冷却部が、前記改質部に供給される原燃料ガスと前記変成部に供給される改質ガスとの間で熱交換を行う熱交換器で構成され、
    前記冷却部に供給される原燃料ガスに水を添加する上流側水添加部と、前記冷却部から前記改質部に供給される原燃料ガスに水を添加する下流側水添加部とを備え、
    前記変成温度制御手段が、前記上流側水添加部への給水量を調整する形態で、前記冷却部の冷却量を調整する手段であり、
    前記上流側水添加部と前記下流側水添加部とへの合計の給水量を、前記改質部への原燃料ガスの供給量に基づいて制御する総給水量制御手段を備えた請求項1又は2に記載の水素製造装置。
  4. 前記無機水素分離膜が、200℃以上且つ400℃以下の範囲内で水素透過性能を示す金属膜であり、
    前記変成触媒が、銅亜鉛系触媒又は鉄亜鉛系触媒であり、
    前記変成温度制御手段が、前記基準温度を200℃以上且つ400℃以下の範囲内の温度とする請求項1〜3の何れか1項に記載の水素製造装置。
  5. 前記改質部に供給される原燃料ガスから硫黄分を除去する脱硫部と、
    前記冷却部に供給される改質ガスとの熱交換により前記脱硫部に供給される原燃料ガスを予熱する原燃料ガス予熱部を備えた請求項1〜4の何れか1項に記載の水素製造装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017148754A (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 水素ガス分離材およびその製造方法、水素ガス分離材を用いた水素含有ガスの製造方法、並びに、膜反応器
JP2018162197A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
US10385769B2 (en) 2016-08-30 2019-08-20 Caterpillar Inc. Fuel reformer cooler
KR20230088936A (ko) * 2021-12-13 2023-06-20 김지완 고온 증기를 이용한 수소 추출 장치
JP7478486B1 (ja) 2023-02-07 2024-05-07 株式会社ミヤワキ ガス製造システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10265202A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水素製造装置
JP2002255505A (ja) * 2001-02-26 2002-09-11 Corona Corp 重質炭化水素燃料から高純度水素を製造する方法及び装置
JP2005255458A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成装置及び燃料電池システム
JP2005289709A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Osaka Gas Co Ltd 水素製造装置とその運転方法
JP2011195393A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Jx Nippon Oil & Energy Corp 膜分離型反応器、膜分離型水素製造装置及び水素の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10265202A (ja) * 1997-03-25 1998-10-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 水素製造装置
JP2002255505A (ja) * 2001-02-26 2002-09-11 Corona Corp 重質炭化水素燃料から高純度水素を製造する方法及び装置
JP2005255458A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成装置及び燃料電池システム
JP2005289709A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Osaka Gas Co Ltd 水素製造装置とその運転方法
JP2011195393A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Jx Nippon Oil & Energy Corp 膜分離型反応器、膜分離型水素製造装置及び水素の製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017148754A (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 水素ガス分離材およびその製造方法、水素ガス分離材を用いた水素含有ガスの製造方法、並びに、膜反応器
US10385769B2 (en) 2016-08-30 2019-08-20 Caterpillar Inc. Fuel reformer cooler
JP2018162197A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 東京瓦斯株式会社 水素製造装置
KR20230088936A (ko) * 2021-12-13 2023-06-20 김지완 고온 증기를 이용한 수소 추출 장치
KR102618893B1 (ko) * 2021-12-13 2024-01-02 김지완 고온 증기를 이용한 수소 추출 장치
JP7478486B1 (ja) 2023-02-07 2024-05-07 株式会社ミヤワキ ガス製造システム

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