JP2015209348A - Hydrogen production method, hydrogen production apparatus, and reforming reactor for the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水蒸気改質による水素製造方法、水素製造装置および同装置のための改質反応器に関する。 The present invention relates to a hydrogen production method by steam reforming, a hydrogen production apparatus, and a reforming reactor for the apparatus.
水素は化学工業、石油精製における重要性のみならず、クリーンエネルギーとして期待されており、クリーンエネルギーにおける主用途は、家庭用、自動車用の分散型燃料電池である。(非特許文献1、i頁、最上位枠内)
水素はその97%が熱化学的方法で製造されており、特に、その経済性、量産性から、水蒸気改質法の重要性が高まっている。(非特許文献1、i頁、上から2段目枠内)
Hydrogen is expected not only as important in the chemical industry and oil refining but also as clean energy, and the main use in clean energy is a distributed fuel cell for home use and automobile. (Non-Patent
97% of hydrogen is produced by a thermochemical method, and in particular, the importance of the steam reforming method is increasing because of its economical efficiency and mass productivity. (Non-patent
水蒸気改質法は、原料ガスである炭化水素と、水蒸気とを反応させる水蒸気改質反応を利用するもので、反応の結果、水素、一酸化炭素が発生する。その化学式は図15の式(1)のとおりである。
水蒸気改質反応で発生した一酸化炭素は、その後、水蒸気と反応させる水性シフト反応によって、二酸化炭素と水素に変換される。その化学式は同図の式(2)のとおりである。
水性シフト反応によって、水素収率が高められる。(非特許文献1、7頁1行〜5行)
The steam reforming method uses a steam reforming reaction in which a hydrocarbon, which is a raw material gas, reacts with steam, and as a result of the reaction, hydrogen and carbon monoxide are generated. Its chemical formula is as shown in formula (1) of FIG.
The carbon monoxide generated in the steam reforming reaction is then converted into carbon dioxide and hydrogen by an aqueous shift reaction that reacts with steam. Its chemical formula is as shown in formula (2) in the figure.
The aqueous shift reaction increases the hydrogen yield. (Non-Patent
水素改質反応は吸熱反応であり、一般に改質反応器内において「高温・触媒の存在下で反応」させる。(非特許文献1、i頁、最上位枠内)
The hydrogen reforming reaction is an endothermic reaction and is generally “reacted in the presence of a high temperature / catalyst” in the reforming reactor. (Non-Patent
触媒は反応温度を低下する目的で使用されるが、非特許文献1において、水蒸気改質に関して注目すべき特許(特許文献1〜9)全てで、触媒が使用され、かつ改質反応器が加熱されている。すなわち、触媒の使用と改質反応器の加熱が一般的である。
The catalyst is used for the purpose of lowering the reaction temperature. In
特許文献1は、改質反応器である改質・変性部の後段に酸化除去部を配置し、一酸化炭素濃度を低減するものであるが、改質・変性部には改質触媒層が設けられ、触媒は熱源ガスによって加熱されている(明細書段落「0011」、「0015」)。
なお、特許文献1の出願はみなし取下げされている。
In
Note that the application of
特許文献2は、改質反応器の後段に選択酸化部、部分酸化部の2段階の酸化部を配置し、
一酸化炭素濃度を低減するものであるが、改質反応器である改質器には触媒が充填され、かつ触媒の特性に応じた温度に加熱される(明細書段落「0015」)。
なお、特許文献2の出願は拒絶査定を受けている。
The carbon monoxide concentration is reduced, but a reformer, which is a reforming reactor, is filled with a catalyst and heated to a temperature according to the characteristics of the catalyst (paragraph “0015” in the specification).
In addition, the application of
特許文献3は、ジメチルエーテルと水蒸気を反応させる水蒸気改質法に関するものであり、改質反応器である改質器には触媒が充填され(明細書段落「0009」)、200℃〜250℃に加熱されていると思われる(段落「0011」)。
なお、特許文献3の出願は、拒絶査定の後に拒絶査定に対する審判において特許第418175号として特許されている。
The application of
特許文献4は、メタノールと水の混合物を気化して原燃料ガスを生成し、この原燃料ガスによって改質反応を生じさせる。このとき、同時に、メタノールの酸化発熱反応が生じ、改質反応の反応熱を補う。すなわち、発熱反応によって改質器を加熱している(明細書段落「0086」)。そして、改質反応器である改質器には触媒が充填されている(段落「0079」)。
なお、特許文献4の出願は拒絶査定を受けている。
In
The application of
特許文献5は、シフト反応部とCO酸化部とをCO酸化部配管によって接続し、シフト反応部内に燃焼ガスを供給して、シフト反応部を内部から加熱できるようにし、高速加熱により機動性を高めたものである。そして、改質反応器には、触媒が充填されるとともに、吸熱反応の熱量を補う主燃焼部が内蔵されている(明細書段落「0012」)。
なお、特許文献5の出願は拒絶査定を受けている。
In
The application of
特許文献6は、改質触媒を充填した改質部(改質反応器)を燃焼室内に配置し、隔壁を介して、燃焼用触媒を改質部に近接配置することによって、伝熱効率、通気性を向上している。そして、改質部には改質触媒が充填され(明細書段落「0022」)、改質触媒は加熱されて一定温度に保持される(段落「0029」)。
なお、特許文献6の出願はみなし取下げされている。
In
The application of
特許文献7は、改質装置(改質反応器)の壁面に沿って、水性シフト反応のための転化器を配置し、相互の熱授受によって熱効率を改善するものであるが、改質装置には触媒層が設けられている(明細書段落「0011」)。
特許文献8は、可般燃料電池や電気自動車搭載燃料電池のための水素改質装置であり、液体原料加熱部、蒸発部、蒸気過熱部、改質部(改質反応器)、触媒燃焼部、シフト部、熱回収部をそれぞれ平板状として積層したものであるが、改質部の改質反応流路には触媒が配置され、改質反応に必要な熱は伝熱流体から供給される(明細書段落「0006」)。
特許文献9は、内筒、外筒、最外筒の3重筒構造において外筒と最外筒の底部を連通させ、内筒を火路とし、中筒から原料ガスを導入し、最外筒内を改質反応器とする。そして、改質反応器内には改質触媒が充填され(明細書段落「0027」)、改質反応に必要な熱エネルギーを燃焼バーナによって供給している(段落「0030」)。
以上のとおり、一般的な水蒸気改質法では、触媒の使用と、その加熱が一般的であり、改質反応器内に導入した後に、原料ガスおよび水蒸気を加熱する。このとき、改質反応の吸熱による温度低下を補うだけの加熱が必要なため、改質反応器内は改質反応に必要な温度よりも高温に保持しなければならない。
触媒はそれ自体高価であるが、交換、再生費用等、多大のランニングコストを要する。そして、改質反応器を加熱する場合には触媒の劣化が著しい。
また、改質反応器内で混合された状態で原料ガスおよび水蒸気を加熱すると、水素ガス発生にともなって、改質反応器内の気体は膨張するので、後続して改質反応器内に導入すべき水蒸気、原料ガスの、導入阻害要因となる。これは連続的水素製造の障害となる。
As described above, in a general steam reforming method, the use of a catalyst and its heating are common, and after introduction into the reforming reactor, the raw material gas and steam are heated. At this time, since heating that compensates for the temperature drop due to the endothermic heat of the reforming reaction is necessary, the inside of the reforming reactor must be maintained at a temperature higher than that required for the reforming reaction.
Although the catalyst itself is expensive, it requires a large running cost such as replacement and regeneration costs. When the reforming reactor is heated, the catalyst is significantly deteriorated.
In addition, when the raw material gas and water vapor are heated in a mixed state in the reforming reactor, the gas in the reforming reactor expands with the generation of hydrogen gas, and is subsequently introduced into the reforming reactor. This is an impediment to introduction of water vapor and raw material gas. This is an obstacle to continuous hydrogen production.
なお、無触媒の水蒸気改質も行われている(特許文献10)。これは、冶金炉の上部に直結した排ガスダクト内に、改質反応器としての熱交換チューブを配置しており、その発明例1(明細書段落「0064」)では、無触媒で改質反応を生じさせている。
しかし、特許文献10は、冶金炉の排ガスダクトという、熱エネルギーが極めて豊富な環境での改質反応であり、水素ステーションにおける水素製造等、小型の設備への適用は不可能である。
Non-catalytic steam reforming is also performed (Patent Document 10). This is because a heat exchange tube as a reforming reactor is arranged in an exhaust gas duct directly connected to the upper part of the metallurgical furnace. In Invention Example 1 (paragraph “0064” in the specification), the reforming reaction is performed without a catalyst. Is caused.
However,
すなわち、従来、水蒸気改質法を用いた水素製造設備は、触媒使用によるコストが多大であり、また、触媒を使用しない小型設備の実現は困難であった。 That is, conventionally, a hydrogen production facility using a steam reforming method has a large cost due to the use of a catalyst, and it has been difficult to realize a small facility that does not use a catalyst.
本発明は、触媒の使用と、その加熱が一般的な水蒸気改質法の常識を打破し、小型設備において無触媒での水蒸気改質を実現することを目的とする。 The object of the present invention is to overcome the common sense of a general steam reforming method by using and heating the catalyst, and to realize steam reforming without catalyst in a small facility.
請求項1記載の本発明方法は、改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスと水蒸気とを混合し、接触させるので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要である。また、原料ガスと水蒸気とを別個に加熱するので、原料ガス、水蒸気それぞれに対する必要最小限の熱量で、改質反応が生じる温度まで加熱でき、触媒の収容も不要であるから、設備を小型化し得る。
In the method of the present invention according to
請求項2記載の本発明装置は、ボイラーで発生した水蒸気を、水蒸気ヒーターによって、改質反応が生じる温度まで加熱し、原料ガスを、原料ガスヒーターによって、改質反応が生じる温度まで加熱し、加熱された水蒸気と原料ガスとを、改質反応器によって混合し、水蒸気改質反応を生じさせるので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要である。また、原料ガスと水蒸気とを別個に加熱するので、原料ガス、水蒸気それぞれに対する必要最小限の熱量で、改質反応が生じる温度まで加熱でき、触媒の収容も不要であるから、設備を小型化し得る。
The apparatus of the present invention according to
請求項3記載の本発明装置における改質反応器は、前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の気体を導出する導出管とを備えているので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要であり、改質反応器自体は加熱する必要がない。従って、設備を小型化し得る。
The reforming reactor in the apparatus of the present invention according to
請求項4記載の本発明装置において、前記混合室は、内面が1方向に開口した球面状とされ、前記原料ガス導入管および水蒸気導入管の吐出方向が、前記開口の方向に対して鋭角の傾斜角に設定されている。
混合室内面を球面としたことにより、改質反応にともなう衝撃波が、混合室内面に衝突、反射し、繰り返し伝播する。これによって、未反応の原料ガス、水蒸気が攪拌され、改質反応が促進される。
また、原料ガス導入管および水蒸気導入管の吐出方向が、開口方向に対して鋭角の傾斜角に設定されていることにより、吐出時の原料ガスおよび水蒸気の運動量が有効活用され、改質ガスおよび未反応ガスは円滑に、導出管から導出される。
5. The apparatus according to
By making the inner surface of the mixing chamber spherical, a shock wave accompanying the reforming reaction collides with, reflects on the inner surface of the mixing chamber, and propagates repeatedly. As a result, the unreacted source gas and water vapor are stirred, and the reforming reaction is promoted.
Further, since the discharge direction of the raw material gas introduction pipe and the water vapor introduction pipe is set to an acute inclination angle with respect to the opening direction, the momentum of the raw material gas and water vapor at the time of discharge is effectively utilized, and the reformed gas and Unreacted gas is smoothly led out from the outlet pipe.
請求項5記載の本発明装置において、前記原料ガス導入管と水蒸気導入管を、一方が他方の内部に挿入された2重管としたので、原料ガス、水蒸気は吐出時から近接して存在し、接触確率が高い。
In the apparatus of the present invention according to
請求項6記載の本発明装置において、前記混合室と前記導出管との間に、第2混合室が設けられ、前記混合室の開口には、流量を調節するダンパーが設けられている。
ここに、ダンパーは、混合室からの改質ガスおよび未反応ガスの排出量を調節するので、混合室および第2混合室内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、すなわち改質率を最大限に高め得る。
7. The apparatus according to
Here, since the damper adjusts the discharge amount of the reformed gas and the unreacted gas from the mixing chamber, the damper discharged from the outlet pipe is adjusted according to the balance of the reforming reaction rates in the mixing chamber and the second mixing chamber. The hydrogen concentration of the quality gas, that is, the reforming rate can be maximized.
請求項7記載の本発明装置において、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記ダンパーの開度を制御する制御部とをさらに備える。
これによって、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、改質率を自動的に最適化し得る。
8. The apparatus according to
As a result, the hydrogen concentration and reforming rate of the reformed gas discharged from the outlet pipe can be automatically optimized.
請求項8記載の本発明装置における改質反応器は、前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、前記混合室の周囲に設けられ、前記混合室に連通する導出チャンバーと、を備え、前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向が略対向するように前記混合室に接続され、前記導出チャンバーは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向に略直交する平面に沿って形成され、前記混合室には不燃性粒子が充填され、前記水蒸気および前記原料ガスは混合室において、前記不燃性粒子の周縁を流動しつつ混合して、改質ガスが生成され、前記改質ガスは前記混合室から放射状に流出して、前記導出チャンバーに送給される。
これによって、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要であり、改質反応器自体は加熱する必要がない。従って、設備を小型化し得る。また、不燃性粒子周縁の流動により、前記水蒸気および前記原料ガスとの接触頻度が高められ、改質率が高められる。
The reforming reactor in the apparatus of the present invention according to
Thereby, it is possible to cause a reforming reaction without using a catalyst, the cost required for introduction, replacement, regeneration, etc. of the catalyst is unnecessary, and the reforming reactor itself does not need to be heated. Therefore, the equipment can be miniaturized. Further, due to the flow around the non-combustible particles, the frequency of contact with the water vapor and the raw material gas is increased, and the reforming rate is increased.
請求項9記載の本発明装置において、前記混合室には、不燃性粒子が充填されていない空洞部が導出チャンバーに接して設けられる。
これによって、改質ガスが導出チャンバーに円滑に排出され、混合室内における滞留時間が短縮される。これによって、混合室内での改質反応が促進され、改質率が高められる。
The apparatus of the present invention according to
Thereby, the reformed gas is smoothly discharged into the outlet chamber, and the residence time in the mixing chamber is shortened. Thereby, the reforming reaction in the mixing chamber is promoted, and the reforming rate is increased.
請求項10記載の本発明装置において、前記導出チャンバーと前記導出管の間に第2混合室が設けられ、導出チャンバー内で、水蒸気導入管および原料ガス導入管の外周に摺動可能に嵌装された環状の流量調節弁がさらに設けられる。
これによって、混合室、第2混合室内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、すなわち改質率を最大限に高め得る。
11. The apparatus according to
Accordingly, the hydrogen concentration of the reformed gas discharged from the outlet pipe, that is, the reforming rate, can be maximized according to the balance of the reforming reaction rates in the mixing chamber and the second mixing chamber.
請求項11の本発明装置において、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を制御する制御部とがさらに設けられる。
これによって、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、改質率を自動的に最適化し得る。
12. The apparatus according to
As a result, the hydrogen concentration and reforming rate of the reformed gas discharged from the outlet pipe can be automatically optimized.
請求項12の本発明装置において、前記改質反応器は、前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、水蒸気の導入量を調節する水蒸気導入弁と、前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、原料ガスの導入量を調節する原料ガス導入弁と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、を備え、前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、一方が他方内に挿入され、前記混合室は、外側の前記導入管内部における、内側の前記導入管の先端部近傍に形成され、内側の前記導入管の先端部が、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁の一部を構成している。
これによって、改質反応器は小型であり、かつ安価に製造し得る。
13. The apparatus of the present invention according to
Thereby, the reforming reactor is small and can be manufactured at low cost.
請求項13の本発明装置において、請求項12における前記混合室の容積を調節する拡張壁をさらに備える。
これによって、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁による原料ガス、水蒸気の導入量調節と、混合室容積調節の両者により、最適改質条件を設定し得る。
The apparatus of the present invention according to claim 13 further comprises an expansion wall for adjusting the volume of the mixing chamber according to
As a result, the optimum reforming conditions can be set both by adjusting the introduction amount of the raw material gas and water vapor by the water vapor introduction valve and the raw material gas introduction valve and by adjusting the mixing chamber volume.
請求項14の本発明装置において、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記拡張壁を駆動し、これによって混合室の容積を調節する制御部とをさらに備える。
これによって、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、改質率を自動的に最適化し得る。
15. The apparatus according to
As a result, the hydrogen concentration and reforming rate of the reformed gas discharged from the outlet pipe can be automatically optimized.
請求項15記載の本発明改質反応器は、改質反応が生じる温度まで加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の気体を導出する導出管とを備えているので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要であり、改質反応器自体は加熱する必要がない。従って、設備を小型化し得る。
The reforming reactor of the present invention according to
請求項16記載の本発明改質反応器において、前記混合室は、内面が1方向に開口した球面状とされ、前記原料ガス導入管および水蒸気導入管の吐出方向が、前記開口の方向に対して鋭角の傾斜角に設定されている。
混合室内面を球面としたことにより、改質反応にともなう衝撃波が、混合室内面に衝突、反射し、繰り返し伝播する。これによって、未反応の原料ガス、水蒸気が攪拌され、改質反応が促進される。
また、原料ガス導入管および水蒸気導入管の吐出方向が、開口方向に対して鋭角の傾斜角に設定されていることにより、吐出時の原料ガスおよび水蒸気の運動量が有効活用され、改質ガスおよび未反応ガスは円滑に、導出管から導出される。
The reforming reactor of the present invention according to
By making the inner surface of the mixing chamber spherical, a shock wave accompanying the reforming reaction collides with, reflects on the inner surface of the mixing chamber, and propagates repeatedly. As a result, the unreacted source gas and water vapor are stirred, and the reforming reaction is promoted.
Further, since the discharge direction of the raw material gas introduction pipe and the water vapor introduction pipe is set to an acute inclination angle with respect to the opening direction, the momentum of the raw material gas and water vapor at the time of discharge is effectively utilized, and the reformed gas and Unreacted gas is smoothly led out from the outlet pipe.
請求項17記載の本発明改質反応器において、前記原料ガス導入管と水蒸気導入管は、一方が他方の内部に挿入された2重管として構成されるので、原料ガス、水蒸気は吐出時から近接して存在し、接触確率が高い。
The reforming reactor of the present invention according to
請求項18記載の本発明改質反応器において、前記混合室と前記導出管との間に、第2混合室が設けられ、前記混合室の開口には、流量を調節するダンパーが設けられる。
ここに、ダンパーは、混合室からの改質ガスおよび未反応ガスの排出量を調節するので、混合室および第2混合室内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、すなわち改質率を最大限に高め得る。
The reforming reactor of the present invention according to
Here, since the damper adjusts the discharge amount of the reformed gas and the unreacted gas from the mixing chamber, the damper discharged from the outlet pipe is adjusted according to the balance of the reforming reaction rates in the mixing chamber and the second mixing chamber. The hydrogen concentration of the quality gas, that is, the reforming rate can be maximized.
請求項19記載の本発明改質反応器において、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記ダンパーの開度を制御する制御部と
がさらに設けられる。
これによって、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、改質率を自動的に最適化し得る。
The reforming reactor of the present invention according to claim 19, wherein a pressure detector for detecting the pressure in the mixing chamber, and a controller for controlling the opening of the damper based on the pressure detected by the pressure detector. Further provided.
As a result, the hydrogen concentration and reforming rate of the reformed gas discharged from the outlet pipe can be automatically optimized.
請求項20記載の本発明改質反応器において、前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、前記混合室の周囲に設けられ、前記混合室に連通する導出チャンバーと、を備え、前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向が略対向するように前記混合室に接続され、前記導出チャンバーは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向に略直交する平面に沿って形成され、前記混合室には不燃性粒子が充填され、前記水蒸気および前記原料ガスは混合室において、前記不燃性粒子の周縁を流動しつつ混合して、改質ガスが生成され、前記改質ガスは前記混合室から放射状に流出して、前記導出チャンバーに送給される。
これによって、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要であり、改質反応器自体は加熱する必要がない。従って、設備を小型化し得る。また、不燃性粒子周縁の流動により、前記水蒸気および前記原料ガスとの接触頻度が高められ、改質率が高められる。
The reforming reactor of the present invention according to
Thereby, it is possible to cause a reforming reaction without using a catalyst, the cost required for introduction, replacement, regeneration, etc. of the catalyst is unnecessary, and the reforming reactor itself does not need to be heated. Therefore, the equipment can be miniaturized. Further, due to the flow around the non-combustible particles, the frequency of contact with the water vapor and the raw material gas is increased, and the reforming rate is increased.
請求項21記載の本発明改質反応器において、前記混合室には、不燃性粒子が充填されていない空洞部が導出チャンバーに接して設けられる。
これによって、改質ガスが導出チャンバーに円滑に排出され、混合室内における滞留時間が短縮される。これによって、混合室内での改質反応が促進され、改質率が高められる。
The reforming reactor of the present invention according to
Thereby, the reformed gas is smoothly discharged into the outlet chamber, and the residence time in the mixing chamber is shortened. Thereby, the reforming reaction in the mixing chamber is promoted, and the reforming rate is increased.
請求項22記載の本発明改質反応器において、前記導出チャンバーと前記導出管の間に第2混合室が設けられ、導出チャンバー内で、水蒸気導入管および原料ガス導入管の外周に摺動可能に嵌装された環状の流量調節弁がさらに設けられる。
これによって、混合室、第2混合室内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、すなわち改質率を最大限に高め得る。
23. The reforming reactor of the present invention according to
Accordingly, the hydrogen concentration of the reformed gas discharged from the outlet pipe, that is, the reforming rate, can be maximized according to the balance of the reforming reaction rates in the mixing chamber and the second mixing chamber.
請求項23記載の本発明改質反応器は、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記流量調節弁の開度を制御する制御部とをさらに備える。
これによって、混合室、第2混合室内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、すなわち改質率を最大限に高め得る。
A reforming reactor according to a twenty-third aspect of the present invention is a pressure detector that detects the pressure in the mixing chamber, and a control unit that controls the opening of the flow control valve based on the pressure detected by the pressure detector. And further comprising.
Accordingly, the hydrogen concentration of the reformed gas discharged from the outlet pipe, that is, the reforming rate, can be maximized according to the balance of the reforming reaction rates in the mixing chamber and the second mixing chamber.
請求項24記載の本発明改質反応器において、改質反応が生じる温度まで加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、改質反応が生じる温度まで加熱された水蒸気が導入量を調節する水蒸気導入弁と、前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、原料ガスの導入量を調節する原料ガス導入弁と、前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、を備え、前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、一方が他方内に挿入され、前記混合室は、外側の前記導入管内部における、内側の前記導入管の先端部近傍に形成され、内側の前記導入管の先端部が、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁の一部を構成している。
これによって、改質反応器は小型であり、かつ安価に製造し得る。
25. The reforming reactor of the present invention according to claim 24, wherein a steam introduction pipe into which steam heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced, and steam introduced to a temperature at which the reforming reaction occurs controls the amount of introduction. A water vapor introduction valve, a raw material gas introduction pipe into which the heated raw material gas is introduced, a raw material gas introduction valve for adjusting an introduction amount of the raw material gas, the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe, and the raw material gas A mixing chamber that mixes and contacts the raw material gas introduced from the introducing pipe, and a lead-out pipe that leads out the reformed gas in the mixing chamber, wherein the water vapor introducing pipe and the raw material gas introducing pipe are either Is inserted in the other, and the mixing chamber is formed in the vicinity of the tip of the inner introduction pipe inside the introduction pipe on the outer side, and the tip of the inner introduction pipe is provided with a water vapor introduction valve and a raw material gas introduction Part of the valve It is.
Thereby, the reforming reactor is small and can be manufactured at low cost.
請求項25記載の本発明改質反応器は、前記混合室の容積を調節する拡張壁をさらに備える。
これによって、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁による原料ガス、水蒸気の導入量調節と、混合室容積調節の両者により、最適改質条件を設定し得る。
The reforming reactor of the present invention according to claim 25 further includes an expansion wall for adjusting the volume of the mixing chamber.
As a result, the optimum reforming conditions can be set both by adjusting the introduction amount of the raw material gas and water vapor by the water vapor introduction valve and the raw material gas introduction valve and by adjusting the mixing chamber volume.
請求項26記載のの本発明改質反応器は、前記混合室内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器で検出された圧力に基づいて前記拡張壁を駆動し、これによって混合室の容積を調節する。
これによって、導出管から排出される改質ガスの水素濃度、改質率を自動的に最適化し得る。
The reforming reactor of the present invention according to claim 26 is a pressure detector for detecting the pressure in the mixing chamber, and the expansion wall is driven based on the pressure detected by the pressure detector, thereby the mixing chamber. Adjust the volume.
As a result, the hydrogen concentration and reforming rate of the reformed gas discharged from the outlet pipe can be automatically optimized.
[水素製造方法]
次に、本発明に係る水素製造方法の一実施例を、図面に基づいて説明する。
[Hydrogen production method]
Next, an embodiment of the hydrogen production method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図5に示すように、原料ガスGp0、例えばプロパンガスを脱硫し(プロセスP11)、その後原料ガスヒーターによって改質反応が生じる温度まで加熱する(プロセスP12)。一方、水Wをボイラーによって加熱して水蒸気STを発生し(プロセスP21)、発生した水蒸気STを、水蒸気ヒーターによって改質反応が生じる温度まで加熱する(プロセスP22)。 As shown in FIG. 5, a raw material gas Gp0, for example, propane gas is desulfurized (process P11), and then heated to a temperature at which a reforming reaction occurs by a raw material gas heater (process P12). On the other hand, water W is heated by a boiler to generate steam ST (process P21), and the generated steam ST is heated to a temperature at which a reforming reaction occurs by a steam heater (process P22).
加熱された原料ガスGp0、水蒸気STは改質反応器に導入され、改質反応器内で混合され、相互に接触する。これによって改質反応(前記式(1))が生じ、改質ガスGc0が生成される(プロセスP3)。 The heated raw material gas Gp0 and steam ST are introduced into the reforming reactor, mixed in the reforming reactor, and come into contact with each other. As a result, a reforming reaction (formula (1)) occurs, and a reformed gas Gc0 is generated (process P3).
その後、改質ガスGc0は水性シフト反応器に導入され、水性シフト反応(前記式(2))により、水素含有量が高い改質ガスGc1が生成される(プロセスP4)。これによって水素収率が高められる。 Thereafter, the reformed gas Gc0 is introduced into the aqueous shift reactor, and the reformed gas Gc1 having a high hydrogen content is generated by the aqueous shift reaction (formula (2)) (process P4). This increases the hydrogen yield.
改質ガスGc1は気水分離器に導入され、水分が除去される(プロセスP5)。そして、水分が除去された水素ガスGhが得られる。水分はドレイン(ドレイン水)として、排出される。 The reformed gas Gc1 is introduced into the steam separator to remove moisture (process P5). And the hydrogen gas Gh from which the water | moisture content was removed is obtained. Moisture is discharged as drain (drain water).
原料ガスGp0と水蒸気STの加熱(プロセスP12、P22)は、別個のヒーターで実行する等、別個に実施され、各ヒーターは、原料ガスGp0、水蒸気STをそれぞれ改質反応が生じる温度まで加熱する熱量を発生するのみであり、従来のように、触媒加熱、改質反応器内での改質反応の吸熱を補う場合に比較して、必要最小限の熱量で足りる。 The heating of the raw material gas Gp0 and the water vapor ST (processes P12 and P22) is performed separately, for example, by using separate heaters, and each heater heats the raw material gas Gp0 and the water vapor ST to temperatures at which the reforming reaction occurs. Only the amount of heat is generated, and the necessary minimum amount of heat is sufficient as compared with the case where the heat absorption of the reforming reaction in the catalyst heating and reforming reactor is compensated as in the prior art.
また、改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスGp0、水蒸気STを接触させるので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要である。ヒーターの熱量を節減し、触媒収容を不要としたことで設備は小型化される。 Further, since the raw material gas Gp0 and the steam ST heated to the temperature at which the reforming reaction occurs are brought into contact, it is possible to cause the reforming reaction without using a catalyst, and for the introduction, replacement, regeneration, etc. of the catalyst. No cost is required. The equipment is downsized by saving the amount of heat from the heater and eliminating the need for catalyst storage.
原料ガスGp0、水蒸気STの加熱を別個に実施し、その混合、接触のみによって改質反応を生じるので、混合以前には不測の水素発生の可能性はなく、安全性が高い。 Since the source gas Gp0 and the steam ST are separately heated and the reforming reaction is caused only by the mixing and contact, there is no possibility of unexpected hydrogen generation before the mixing and the safety is high.
[水素製造装置]
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例1を、図面に基づいて説明する
[Hydrogen production equipment]
Next, Example 1 of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[全体構成]
図1に示すように、水素製造装置は原料ガスGp0、例えばプロパンガスが充填されたタンク(プロパンガスタンク)100を備え、タンク100はバルブ102、熱交換器117を介して脱硫装置104に接続されている。脱硫装置104の後段には、熱交換器115を介して、原料ガスヒーター108が接続されている。脱硫装置104は原料ガスGp0を脱硫し、脱硫された原料ガスGp1は熱交換器115で加熱された後、さらにヒーター108によって、改質反応が生じる温度まで加熱される。ヒーター108の後段には、改質反応器112が接続され、改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスGp1は、改質反応器112に送給される。
[overall structure]
As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus includes a tank (propane gas tank) 100 filled with a raw material gas Gp0, for example, propane gas, and the
改質反応器112には、ヒーター108と並列に、水蒸気ヒーター110が接続され、ヒーター110には、熱交換器116を介して、ボイラー106が接続されている。ボイラー106は水Wおよび後述するドレイン水WDを加熱して水蒸気STを発生する。水蒸気STは、熱交換器116で加熱された後、さらにヒーター110によって、改質反応が生じる温度まで加熱され、改質反応器112に送給される。
A
改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスGp1、水蒸気STは、改質反応器112内で混合され、相互に接触する。これによって改質反応(前記式(1))が生じ、改質ガスGc0が生成される。
The raw material gas Gp1 and the steam ST heated to the temperature at which the reforming reaction occurs are mixed in the reforming
ボイラー106から熱交換器116に至る管路には、流量計138およびバルブ134が設けられ、流量計138によって、改質反応器112に送給される水蒸気STの流量を計測し得るとともに、バルブ134によって送給される水蒸気STの流量を調節し得る。
脱硫装置104から熱交換器115に至る管路には、流量計140およびバルブ136が設けられ、流量計140によって、改質反応器112に送給される原料ガスGp1の流量を計測し得るとともに、バルブ136によって送給される原料ガスGp1の流量を調節し得る。
A pipe line extending from the
The pipe from the
改質反応器112の後段には、熱交換器115、116、炭素フィルタ142を介して、
水性シフト反応器114が接続され、水性シフト反応器114の後段には、熱交換器117を介して、気水分離器118が接続されている。そして、気水分離器118の後段には、PSA(Pressure Swing Adsorption:圧力変動吸着)装置119が接続されている。
水性シフト反応器114は、改質ガスGc0に対して水性シフト反応(前記式(2))を生じさせ、水素含有量の高い改質ガスGc1を生成する。
炭素フィルタ142は、ヒーター108や改質反応器112において発生し、改質ガスGc0に混入した煤を除去し、清浄化した改質ガスGc0を水性シフト反応器114に送給する。
水性シフト反応器114の後段において、改質ガスGc1は、熱交換器117で冷却された後に気水分離器118に導入され、水分が分離、除去される。
気水分離器118の後段において、PSA装置は、吸着剤のガスに対する吸着特性の違いを利用して、加圧と減圧の操作を交互に繰り返しながら、改質ガスGc1から、目的とするガス(水素)を連続的に分離するものである。
水性シフト反応器114、熱交換器117、気水分離器118、PSA装置119による一連の処理により、改質ガスGc1における水素収率が高められる。
In the subsequent stage of the reforming
An aqueous shift reactor 114 is connected, and a steam / water separator 118 is connected to the subsequent stage of the aqueous shift reactor 114 via a heat exchanger 117. A PSA (Pressure Swing Adsorption) device 119 is connected to the subsequent stage of the steam separator 118.
The aqueous shift reactor 114 causes the aqueous shift reaction (formula (2)) to occur in the reformed gas Gc0 to generate the reformed gas Gc1 having a high hydrogen content.
The
In the subsequent stage of the aqueous shift reactor 114, the reformed gas Gc1 is cooled by the heat exchanger 117 and then introduced into the steam separator 118, where moisture is separated and removed.
In the subsequent stage of the steam separator 118, the PSA device uses the difference in the adsorption characteristics of the adsorbent to the gas to alternately repeat the pressurization and depressurization operations from the reformed gas Gc1 to the target gas ( Hydrogen) is continuously separated.
The hydrogen yield in the reformed gas Gc1 is increased by a series of treatments by the aqueous shift reactor 114, the heat exchanger 117, the steam separator 118, and the PSA device 119.
改質反応器112に送給される原料ガスGp1、水蒸気STは改質反応が生じる温度まで加熱されているので、改質ガスGc0は高温(例えば750℃)であり、熱交換器115、116は、高温の改質ガスGc0によって、ヒーター108、110に導入される以前の原料ガスGp1、水蒸気STをそれぞれ効果的に加熱し得る。
原料ガスGp0はタンク100から供給されるため、通常、低温であり、熱交換器117は、水性シフト反応後の改質ガスGc1を効果的に冷却し得る。
Since the raw material gas Gp1 and the steam ST fed to the reforming
Since the source gas Gp0 is supplied from the
PSA装置119の後段には1個または複数の水素ガスタンク122と、1個または複数の廃棄ガスタンク124が接続され、水分除去された良質の水素ガスGhが水素ガスタンク122に充填、貯蔵される。また、水素ガスGhに含まれている、水素ガスよりも比重の重い成分、例えば未反応の原料ガスや水は、廃棄ガスタンク124に充填、貯蔵される。廃棄ガスWGはボイラー106の燃料として使用し得る。
気水分離器118には、ドレイン排出器120が設けられ、適宜、分離された水分をドレイン水WDとして排出し得る。なお、気水分離器118に液面計126を設けておき、ドレイン排出器120を液面計126の出力によって制御すれば、ドレイン水WDの自動排出が可能である。ドレイン水WDは、水蒸気STの原料として、水Wとともにボイラー106に供給され、有効活用されている。
One or more
The steam / water separator 118 is provided with a
水素ガスタンク122、廃棄ガスタンク124には、圧力計130、132がそれぞれ設けられ、水素ガスGh、廃棄ガスWGの貯蔵量を計測し得る。
Pressure gauges 130 and 132 are provided in the
ボイラー106にはバルブ127を介してプロパンガスタンク100が接続され、バルブ128を介して廃棄ガスタンク124が接続されており、原料ガスGp0または廃棄ガスWGを選択的に燃料として使用し得る。廃棄ガスWGを燃料として活用することにより、水素製造コストを節減し得る。
水素製造装置の稼働初期には廃棄ガスWGは貯蔵されていないが、このとき、原料ガスGp0をボイラー106の燃料に転用できる。また、廃棄ガスWGが消費されてボイラー106の運転に充分でないときは、再び原料ガスGp0を使用することができる。すなわち、ボイラー106のための燃料コストを最小限に抑えつつ、円滑な稼働を保証し得る。
A
Although the waste gas WG is not stored in the initial operation of the hydrogen production apparatus, at this time, the raw material gas Gp0 can be diverted to the fuel of the
ヒーター108、110は、原料ガスGp1、水蒸気STを、改質温度、例えば1000℃の高温に加熱し得る必要があり、発明者等の試作試験においては、市販ヒーターの中で、燃焼タイプのヒーターよりも、電気ヒーターで良好な改質反応が生じている。
[改質反応器]
The
[Reforming reactor]
図2A、図2Bに示すように、改質反応器112は、1方向(図2A右方向)に開口(開口205)した球形シェル状の混合室204を備え、混合室204には複数の2重管203が装着されている。2重管203は、原料ガスGp1を導入する原料ガス導入管202内に、水蒸気STを導入する水蒸気導入管200を挿入して構成されている。各2重管203の吐出方向は、混合室204の球形シェル中心Soに向い、かつ開口205方向に対して鋭角の傾斜角θ(図2Aにおいて異なる角度を一律にθと表記して、説明を簡略化している。)に設定されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the reforming
混合室204内に吐出された原料ガスGp1、水蒸気STによって改質反応が生じ、改質ガスGc0が生成される。このとき、原料ガス導入管202と水蒸気導入管200とを2重管203としたので、原料ガスGp1、水蒸気STは吐出時から近接して存在し、接触確率が高い。さらに、2重管203からに吐出方向が中心Soに向かっているため、原料ガスGp1と水蒸気STとの接触確率が高まる。
2重管203における、原料ガス導入管202と水蒸気導入管200との内外関係が上記に限定されるものではなく、内外を逆としてもよい。さらには、2重管を採用せず、両者を別個に混合室204に装着してもよい。
A reforming reaction is caused by the raw material gas Gp1 and the steam ST discharged into the mixing
The internal / external relationship between the source
原料ガスGp1、水蒸気STの各2重管203への供給量はバルブ136、134によってそれぞれ調節されるが、各2重管203における水蒸気導入管200、原料ガス導入管202には、水蒸気導入弁230、原料ガス導入弁220がそれぞれ装着されている。なお、図2Aでは、1個の2重管203のみ弁220、230を表示し、他の2重管については、表示を省略している。弁220、230はその開閉によって、改質反応器112に原料ガスGp1および水蒸気STを供給する2重管203の個数を調節し、これによって、原料ガスGp1および水蒸気STの送給量を調節し得る。
The supply amounts of the raw material gas Gp1 and the water vapor ST to the respective
吐出された原料ガスGp1、水蒸気STに比較して生成される改質ガスGc0の体積が大であり、急激なガス膨張に伴う衝撃波が発生する。衝撃波は、混合室204の球形の内面に衝突して、反射し、混合室204内を繰り返し伝播する。これによって、未反応の原料ガスGp1、水蒸気STが攪拌され、改質反応が促進される。
なお、混合室204内での衝撃波反射に関して、混合室204内面が球面状であることが重要であり、外面形状は無関係であるから、混合室204は必ずしも球形シェル状とする必要はない。すなわち、混合室204は内面が、1方向に開口した球面状であればよい。しかし、混合室204の現実的な製造においては、混合室204全体を、耐熱ステンレス鋼により、1方向に開口した球形シェルを形成することが有利である。
The volume of the reformed gas Gc0 generated is larger than that of the discharged raw material gas Gp1 and water vapor ST, and a shock wave is generated due to rapid gas expansion. The shock wave collides with the spherical inner surface of the mixing
Regarding the shock wave reflection in the mixing
混合室204内で改質反応が進むことによって、混合室204内の圧力が高まり、発生した改質ガスGc0は、未反応の原料ガスGp1、水蒸気STとともに、開口205から排出される。
As the reforming reaction proceeds in the mixing
開口205には、開口205と同径の導出管206が接続され、改質ガスGc0および未反応ガスは導出管206から導出され、熱交換器115、116を経て、水性シフト反応器114に導入される。
ここに、原料ガス導入管202および水蒸気導入管200の吐出方向が、開口205方向に対して鋭角の傾斜角θに設定されていることにより、吐出時の原料ガスGp1および水蒸気STの運動量が有効活用され、導出管206からの、改質ガスGc0および未反応ガスは円滑に導出される。
An
Here, since the discharge directions of the raw material
混合室204には、圧力計602、温度計604が設けられ、混合室204内の改質反応の状況を検出し得る。
In the mixing
図2A、図3Aに示すように、水蒸気導入管200には、圧力計212および温度計214が設けられ、水蒸気導入管200における水蒸気STの圧力、温度を測定し得る。
原料ガス導入管202には、圧力計216および温度計218が設けられ、原料ガス導入管202における原料ガスGp1の圧力、温度を測定し得る。
導出管206には、圧力計208および温度計210が設けられ、導出管206における改質ガスGc0の圧力、温度を測定し得る。
As shown in FIGS. 2A and 3A, the water
The source
The
本実施例の水素製造装置において、ヒーター108、110は、原料ガスGp0、水蒸気STをそれぞれ改質反応が生じる温度まで加熱する熱量を発生するのみであり、従来のように、触媒加熱、改質反応器内での改質反応の吸熱を補う場合に比較して、必要最小限の熱量で足りる。
In the hydrogen production apparatus of the present embodiment, the
また、改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスGp0、水蒸気STを接触させるので、触媒を使用せずに改質反応を生じさせることが可能であり、触媒の導入、交換、再生等に要するコストが不要である。ヒーターの熱量を節減し、触媒収容を不要としたことで設備は小型化される。 Further, since the raw material gas Gp0 and the steam ST heated to the temperature at which the reforming reaction occurs are brought into contact, it is possible to cause the reforming reaction without using a catalyst, and for the introduction, replacement, regeneration, etc. of the catalyst. No cost is required. The equipment is downsized by saving the amount of heat from the heater and eliminating the need for catalyst storage.
さらに、原料ガスGp0、水蒸気STの加熱を別個に実施し、その混合、接触のみによって改質反応を生じるので、混合以前には不測の水素発生の可能性はなく、安全性が高い。 Furthermore, since the source gas Gp0 and the steam ST are separately heated and the reforming reaction is caused only by the mixing and contact, there is no possibility of unexpected hydrogen generation before the mixing and the safety is high.
図4Aに示すように、水素製造装置には制御部400が設けられ、制御部400には圧力計130、132、208、212、216、602、温度計210、214、218、604、液面計126、流量計138、140が接続されている。制御部400は、これら計測器の計測信号に基づいて、ヒーター108、110、バルブ134、136、原料ガス導入弁220、水蒸気導入弁230、ドレイン排出器120を制御する。
As shown in FIG. 4A, the hydrogen production apparatus is provided with a
制御部400には、さらにタイマー402が接続され、バルブ102、127、128はタイマーTからのスケジュール信号に基づいて制御し得る。
A
バルブ127、128の制御に関して、例えば、廃棄ガスタンク124の圧力を圧力計132の計測信号によって計測し、圧力が充分高く、充分な廃棄ガスが貯蔵されていると判断されたときには、原料ガスGp0をボイラー106の燃料として使用することなく、直ちに廃棄ガスWGを使用する。このときには、バルブ127を閉じて、バルブ128のみ開とする。
Regarding the control of the
廃棄ガスタンク124に充分な廃棄ガスが貯蔵されていないと判断されたときには、一旦原料ガスGp0をボイラー106の燃料として使用し、その後 、廃棄ガスWGが充分貯蔵されたときに、廃棄ガスWGの使用を再開する。このときには、ますバルブ127を開き、圧力計132の圧力が充分高くなったときに、バルブ127を閉じ、バルブ128を開く。
なお、圧力計130、132、208、212,216、602、温度計210、214、218、604、液面計126、流量計138、140の信号に基づき装置の異常が検出されたときは、制御部400は異常警報信号を発する。
When it is determined that sufficient waste gas is not stored in the
When an abnormality of the device is detected based on signals from the pressure gauges 130, 132, 208, 212, 216, 602,
制御部400は、例えば、図4Bの処理、すなわち、予熱設定(ステップS4B01)、改質開始・停止(ステップS4B02)、廃棄ガス使用設定(ステップS4B03)、ドレイン水使用設定(ステップS4B04)、改質反応制御(ステップS4B05)を順次実行する。
For example, the
予熱は、改質反応を実行していないときに、水蒸気STのみを改質反応器112に送給して高温を維持し、改質反応を稼働する際の反応始動を早めるものである。
図4Cに示すように、予熱設定(ステップS4B01)の処理は、まず予熱要否を手動スイッチ(図示省略)等により、入力(ステップS4C01)する。予熱要であったときは、予熱フラグF1=1とし(ステップS4C02)、予熱不要であったときは、予熱フラグF1=0とする(ステップS4C05)。
フラグF1=1としたときは、改質稼働中(バルブ136が開で原料ガスGp1を改質反応器112に送給している状態)であるか否か判断する(ステップS4C03)。改質稼働中であるときは、そのまま予熱設定処理を終了し、稼働中でなかったときは、予熱を実行すべく、バルブ134を予熱のための開度に設定する(ステップS4C04)。予熱のための開度は、改質反応時の開度よりも小であり、必要最小限のエネルギー消費で予熱を行う。
Preheating is a method in which when the reforming reaction is not being performed, only the steam ST is supplied to the reforming
As shown in FIG. 4C, in the preheating setting (step S4B01), first, whether or not preheating is required is input (step S4C01) by a manual switch (not shown). When preheating is required, the preheating flag F1 = 1 is set (step S4C02), and when preheating is not required, the preheating flag F1 = 0 is set (step S4C05).
When the flag F1 = 1, it is determined whether or not the reforming operation is being performed (the
図4Dに示すように、改質開始・停止(ステップS4B02)の処理は、まず、改質開始フラグF2=1か否か判断する(ステップS4D01)。すなわち、「開始」の設定が為されているか否か判断する。
F2=1のときは、ステップS4D05にジャンプし、F2=0のときは、ステップS4D02に進む。
As shown in FIG. 4D, the reforming start / stop (step S4B02) process first determines whether or not the reforming start flag F2 = 1 (step S4D01). That is, it is determined whether or not “start” has been set.
When F2 = 1, the process jumps to step S4D05, and when F2 = 0, the process proceeds to step S4D02.
ステップS4D02では、水素タンク122の圧力計130の圧力が低下して、水素貯蔵量が不十分であると制御部400が判断し、あるいは手動スイッチの操作により、改質開始を判断する。改質開始のときは、ステップS4D03に進み、開始しないときは、ステップS4D05にジャンプする。
In step S4D02, the
ステップS4D03では、フラグF2=1とし、ステップS4D04に進む。
ステップS4D04では、バルブ134、136の開度と、弁220、230が開かれた2重管203の個数とを、改質開始時の状態に初期化し、かつ、ヒーター108、110を始動する。
その後ステップS4D05に進む。
In step S4D03, the flag F2 = 1 is set, and the process proceeds to step S4D04.
In step S4D04, the opening degree of the
Thereafter, the process proceeds to step S4D05.
ステップS4D05では、水素タンク122の圧力計130の圧力が高まり、水素貯蔵量が十分であると制御部400が判断し、あるいは手動スイッチの操作により、改質停止を判断する。改質停止のときは、ステップS4D06に進み、停止しないときは、そのまま改質開始・停止処理を終了する。
In step S4D05, the pressure of the
ステップS4D06では、フラグF2=0とするとともに、後述するフラグF3=F4=0として、フラグの初期化を行い、改質開始・停止処理を終了する。 In step S4D06, the flag F2 = 0 and a flag F3 = F4 = 0, which will be described later, are initialized, and the reforming start / stop process ends.
図4Eに示すように、廃棄ガス使用設定(ステップS4B03)の処理は、まず、廃棄ガス使用フラグF3=1か否か判断する(ステップS4E01)。すなわち、「使用」の設定が為されているか否か判断する。
F3=1のときは、ステップS4E05に進み、F3=0のときは、ステップS4E02に進む。
As shown in FIG. 4E, in the processing of the waste gas use setting (step S4B03), it is first determined whether or not the waste gas use flag F3 = 1 (step S4E01). That is, it is determined whether or not “use” is set.
When F3 = 1, the process proceeds to step S4E05, and when F3 = 0, the process proceeds to step S4E02.
ステップS4E02では、廃棄ガスタンク124の圧力計132の圧力が高まり、廃棄ガス貯蔵量が十分になったか否か、制御部400が判断する。貯蔵量が十分のときは、ステップS4E03に進み、貯蔵量が不十分のときは、廃棄ガス使用設定処理を終了する。
ステップS4E03では、フラグF3=1とし、ステップS4E04に進む。
ステップS4E04では、廃棄ガスWGをボイラに供給すべく、バルブ127を閉、バルブ128を開とする。
In step S4E02, the
In step S4E03, the flag F3 = 1 is set, and the process proceeds to step S4E04.
In step S4E04, the
ステップS4E05では、廃棄ガスタンク124の圧力計132の圧力が低下し、廃棄ガス貯蔵量が不十分になったか否か、制御部400が判断する。貯蔵量が不十分だったときは、ステップS4E06に進み、貯蔵量が不十分でなかったときは、廃棄ガス使用設定処理を終了する。
ステップS4E06では、フラグF3=0とし、ステップS4E07に進む。
ステップS4E07では、廃棄ガスWGの供給を停止すべく、バルブ127を開、バルブ128を閉とする。
In step S4E05, the
In step S4E06, the flag F3 = 0 is set, and the process proceeds to step S4E07.
In step S4E07, the
図4Fに示すように、ドレイン水使用設定(ステップS4B04)の処理は、まず、ドレイン水使用フラグF4=1か否か判断する(ステップS4F01)。すなわち、「使用」の設定が為されているか否か判断する。
F4=1のときは、ステップS4F05に進み、F4=0のときは、ステップS4F02に進む。
As shown in FIG. 4F, the drain water use setting (step S4B04) process first determines whether or not the drain water use flag F4 = 1 (step S4F01). That is, it is determined whether or not “use” is set.
When F4 = 1, the process proceeds to step S4F05, and when F4 = 0, the process proceeds to step S4F02.
ステップS4F02では、気水分離器118の液面計126の水位が高まり、ドレイン水WDが十分溜まったか否か、制御部400が判断する。ドレイン水貯留量が十分のときは、ステップS4F03に進み、貯留量が不十分のときは、ドレイン水使用設定処理を終了する。
ステップS4F03では、フラグF4=1とし、ステップS4F04に進む。
ステップS4F04では、ドレイン水WDのボイラーへの供給を開始する。
In step S4F02, the
In step S4F03, the flag F4 = 1 is set, and the process proceeds to step S4F04.
In step S4F04, the supply of drain water WD to the boiler is started.
ステップS4F05では、気水分離器118の液面計126の水位が低下し、ドレイン水貯留量が不十分になったか否か、制御部400が判断する。貯留量が不十分だったときは、ステップS4F06に進み、貯蔵量が不十分でなかったときは、ドレイン水使用設定処理を終了する。
ステップS4F06では、フラグF4=0とし、ステップS4F07に進む。
ステップS4F07では、ドレイン水WDの供給を停止する。
In step S4F05, the
In step S4F06, the flag F4 = 0 is set, and the process proceeds to step S4F07.
In step S4F07, the supply of drain water WD is stopped.
図4Gに示すように、改質反応制御(ステップS4B05)の処理は、まず、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt1よりも低いか否か判断する(ステップS4G01)。閾値Pt1は、正常な改質反応が生じている際の最低限の圧力であり、それよりも圧力が低いときは、正常な改質反応は生じていない。
圧力が閾値Pt1より低いときは、ステップS4G02に進み、低くないときは、ステップS4G09に進む。
As shown in FIG. 4G, in the reforming reaction control (step S4B05), first, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
When the pressure is lower than the threshold value Pt1, the process proceeds to step S4G02. When the pressure is not lower, the process proceeds to step S4G09.
ステップS4G02では、バルブ134、136の開度が最大であるか否かを判断する。すなわち、バルブ134、136の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。開度が最大のときは、ステップS4G04に進み、最大でないときは、ステップS4G03に進む。
ステップS4G03ではバルブ134、136の開度を所定量増大させ、ステップS4G05に進む。
一方、ステップS4G04では、バルブ134、136の開度が最大であったことを示すフラグMAX=1とし、ステップS4G05に進む。
なお、フラグMAXは、バルブ134、136で必要な調節ができないことを示すフラグであり、バルブ134、136の開度最小のフラグにも使用される。
In step S4G02, it is determined whether or not the opening degrees of the
In step S4G03, the opening degree of the
On the other hand, in step S4G04, the flag MAX = 1 indicating that the opening degree of the
The flag MAX is a flag indicating that the necessary adjustment cannot be performed with the
ステップS4G05では、全ての2重管203において、弁220、230が開けられているか否か判断する。
すなわち、弁220、230の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。全ての2重管203からの原料ガスGp1、水蒸気STの供給が行われていたときは、2重管203の個数による改質反応制御は不可能であるので、ステップS4G07に進む。
全ての2重管203が使用されていないときは、ステップS4G06に進み、使用する2重管203を1個増やし、ステップS4G17に進む。
ステップS4G17では、フラグMAX=0の初期化処理を行い、改質反応制御処理を終了する。
In step S4G05, it is determined whether or not the
That is, it is determined whether or not the reforming reaction can be promoted by operating the
When all the
In step S4G17, an initialization process for flag MAX = 0 is performed, and the reforming reaction control process ends.
ステップ4G07では、フラグMAX=1であったか否かを判断する。すなわち、バルブ134、136が最大開度であり、かつ2重管203個数が最大であるときは、それ以上の改質反応促進が不可能であり、なおかつ、十分な改質反応が生じていないことになるので、ステップS4G16に進む。
ステップS4G16で異常警報信号を発し、ステップS4G17に進む。
In step 4G07, it is determined whether or not the flag MAX = 1. That is, when the
In step S4G16, an abnormal alarm signal is issued, and the process proceeds to step S4G17.
ステップS4G09では、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt2よりも高いか否か判断する。閾値Pt2は、混合室204内の異常な高圧である。
圧力が閾値Pt2より高いときは、ステップS4G10に進み、高くないときは、ステップS4G17に進む。
In step S4G09, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
When the pressure is higher than the threshold value Pt2, the process proceeds to step S4G10, and when not higher, the process proceeds to step S4G17.
ステップS4G10では、バルブ134、136の開度が最小であるか否かを判断する。すなわち、バルブ134、136の操作により改質反応を抑制し得るか否か判断する。開度が最小のときは、ステップS4G12に進み、最小でないときは、ステップS4G11に進む。
ステップS4G11ではバルブ134、136の開度を所定量減少させ、ステップS4G13に進む。
一方、ステップS4G12では、バルブ134、136の開度が最小であったことを示すフラグMAX=1とし、ステップS4G13に進む。
In step S4G10, it is determined whether or not the openings of the
In step S4G11, the opening degree of the
On the other hand, in step S4G12, the flag MAX = 1 indicating that the opening degree of the
ステップS4G13では、弁220、230が開けられている2重管203の個数が最少(例えば1個)か否か判断する。
すなわち、弁220、230の操作により改質反応を抑制し得るか否か判断する。最少個数(例えば1個)の2重管203からの原料ガスGp1、水蒸気STの供給が行われていたときは、2重管203の個数による改質反応制御は不可能であるので、ステップS4G15に進む。
2重管203の個数が最少でなかったときは、ステップS4G14に進み、使用する2重管203を1個減少するとともに、ステップS4G17に進む。
In step S4G13, it is determined whether or not the number of the
That is, it is determined whether or not the reforming reaction can be suppressed by operating the
When the number of the
ステップ4G15では、フラグMAX=1であったか否かを判断する。すなわち、バルブ134、136が最小開度であり、かつ2重管203個数が最少であるときは、それ以上の改質反応促進が不可能であり、なおかつ、異常に活発な改質反応が生じていることになるので、ステップS4G16に進む。
ステップS4G16では異常警報信号を発し、ステップS4G17に進む。
In step 4G15, it is determined whether or not the flag MAX = 1. That is, when the
In step S4G16, an abnormality alarm signal is issued, and the process proceeds to step S4G17.
図4B〜図4Gの処理により、改質反応を最適化し得るとともに、その経済性、操作性も良好となる。 4B to 4G, the reforming reaction can be optimized, and the economy and operability are improved.
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例2を、図面に基づいて説明する。なお、図中、実施例1と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。 Next, a second embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図6に示すように、本実施例の改質反応器112は、実施例1と同様の混合室204の開口205と導出管206との間に第2混合室612を接続し、かつ、開口205にダンパー600を設けたものである。第2混合室612は、混合室204と同様、球形シェル状であり、混合室204と同一方向の開口207が形成されている。そして、導出管206は開口207に接続されている。
As shown in FIG. 6, the reforming
第2混合室612では、混合室204から排出された未反応の原料ガスGp1、水蒸気STを改質反応させる。混合室204内と同様、第2混合室612においても、改質反応に伴う衝撃波により、攪拌され、改質反応が促進され、その結果、導出管206から排出される改質ガスGc0の水素濃度が高められる。
In the second mixing chamber 612, the unreacted source gas Gp1 and water vapor ST discharged from the mixing
ダンパー600は、混合室204からの改質ガスGc0および未反応ガスの排出量を調節し、混合室204、612内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管206から排出される改質ガスGc0の水素濃度、すなわち改質率を最大限に高める。
The
第2混合室612には、圧力計606、温度計608が設けられ、第2混合室612内の改質反応の状況を検出し得る。
In the second mixing chamber 612, a
実施例2は、実施例1の効果に加え、改質率をより改善し得るという効果を得ることができる。 In addition to the effect of the first embodiment, the second embodiment can obtain an effect that the reforming rate can be further improved.
図7Aに示すように、実施例2における制御部400は、実施例1と同様の制御に加え、圧力計606、温度計608の計測信号を取得するとともに、ダンパー600による改質反応制御を行う。
As shown in FIG. 7A, the
制御部400は、実施例1の図4Bに示す予熱設定(ステップS4B01)、改質開始・停止(ステップS4B02)、廃棄ガス使用設定(ステップS4B03)、ドレイン水使用設定(ステップS4B04)の処理を実行するとともに、以下の改質反応制御(ステップS7B05とする。)を実行する。
The
図7Bに示すように、改質反応制御(ステップS7B05)の処理は、まず、ステップS4G01と同様に、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt1よりも低いか否か判断する。
圧力が閾値Pt1より低いときは、ステップS7G02に進み、低くないときは、ステップS7G11に進む。
As shown in FIG. 7B, in the reforming reaction control (step S7B05), first, as in step S4G01, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
When the pressure is lower than the threshold value Pt1, the process proceeds to step S7G02. When the pressure is not lower, the process proceeds to step S7G11.
ステップS7G02では、ダンパー600の開度が最小であるか否かを判断する。すなわち、ダンパー600の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。開度が最小のときは、ステップS7G04に進み、最小でないときは、ステップS7G03に進む。
ステップS7G03ではダンパー600の開度を所定量減少させ、ステップS7G05に進む。
一方、ステップS7G04では、ダンパー600の開度が最小であったことを示すフラグM1=1とし、ステップS7G05に進む。
なお、フラグM1は、ダンパー600で必要な調節ができないことを示すフラグであり、ダンパー600の開度最小のフラグにも使用される。
In step S7G02, it is determined whether or not the opening of
In step S7G03, the opening degree of the
On the other hand, in step S7G04, a flag M1 = 1 indicating that the opening degree of the
The flag M <b> 1 is a flag indicating that the
ステップS7G05では、ステップS4G02と同様に、バルブ134、136の開度が最大であるか否かを判断する。開度が最大のときは、ステップS7G07に進み、最大でないときは、ステップS7G06に進む。
ステップS7G06ではバルブ134、136の開度を所定量増大させ、ステップS7G08に進む。
一方、ステップS7G07では、バルブ134、136の開度が最大であったことを示すフラグM2=1とし、ステップS7G08に進む。
なお、フラグM2は、バルブ134、136で必要な調節ができないことを示すフラグであり、バルブ134、136の開度最小のフラグにも使用される。
In step S7G05, as in step S4G02, it is determined whether or not the opening degree of the
In step S7G06, the opening degree of the
On the other hand, in step S7G07, the flag M2 = 1 indicating that the opening degree of the
The flag M2 is a flag indicating that the necessary adjustment cannot be performed with the
ステップS7G08では、ステップS4G05と同様に、全ての2重管203において、弁220、230が開けられているか否か判断する。全ての2重管203からの原料ガスGp1、水蒸気STの供給が行われていたときは、ステップS7G10に進み、全ての2重管203が使用されていないときは、ステップS7G09に進む。
ステップS7G09では、使用する2重管203を1個増やし、ステップS7G22に進む。
ステップS7G22では、フラグM1=M2=0の初期化処理を行い、改質反応制御処理を終了する。
In step S7G08, as in step S4G05, it is determined whether or not the
In step S7G09, the number of
In step S7G22, an initialization process of flag M1 = M2 = 0 is performed, and the reforming reaction control process ends.
ステップS7G10では、フラグM1=M2=1であったか否かを判断する。すなわち、ダンパー600が最小開度であるとともに、バルブ134、136が最大開度であり、かつ2重管203個数が最大であるときは、それ以上の改質反応促進が不可能であり、なおかつ、十分な改質反応が生じていないとになるので、ステップS7G21に進む。
ステップS7G21では異常警報信号を発し、ステップS7G22に進む。
In step S7G10, it is determined whether or not flag M1 = M2 = 1. That is, when the
In step S7G21, an abnormality alarm signal is issued, and the process proceeds to step S7G22.
ステップS7G11では、ステップS4G09と同様に、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt2よりも高いか否か判断する。圧力が閾値Pt2より高いときは、ステップS7G12に進み、高くないときは、ステップS7G22に進む。 In step S7G11, as in step S4G09, it is determined whether the pressure in the mixing chamber 204 (pressure gauge 602) is higher than a predetermined threshold value Pt2. When the pressure is higher than the threshold value Pt2, the process proceeds to step S7G12, and when not higher, the process proceeds to step S7G22.
ステップS7G12では、ダンパー600の開度が最大であるか否かを判断する。すなわち、ダンパー600の操作により改質反応を抑制し得るか否か判断する。開度が最大のときは、ステップS7G14に進み、最大でないときは、ステップS7G13に進む。
ステップS7G13ではダンパー600の開度を所定量増大させ、ステップS7G15に進む。
一方、ステップS7G14では、ダンパー600の開度が最大であったことを示すフラグM1=1とし、ステップS7G15に進む。
In step S7G12, it is determined whether or not the opening of
In step S7G13, the opening degree of the
On the other hand, in step S7G14, a flag M1 = 1 indicating that the opening degree of the
ステップS7G15では、ステップS4G10と同様に、バルブ134、136の開度が最小であるか否かを判断する。開度が最小のときは、ステップS7G17に進み、最小でないときは、ステップS7G16に進む。
ステップS7G16ではバルブ134、136の開度を所定量減少させ、ステップS7G18に進む。
一方、ステップS7G17では、バルブ134、136の開度が最小であったことを示すフラグM2=1とし、ステップS7G18に進む。
In step S7G15, as in step S4G10, it is determined whether or not the openings of the
In step S7G16, the opening degree of the
On the other hand, in step S7G17, the flag M2 = 1 indicating that the opening degree of the
ステップS7G18では、ステップS4G13と同様に、弁220、230が開けられた2重管203個数が最少か否か判断する。最少であったときは、ステップS7G20に進む。、最少でなかったときは、ステップS7G19に進み、使用する2重管203を1個減少し、ステップS7G22に進む。
In step S7G18, as in step S4G13, it is determined whether or not the number of
ステップS7G20では、フラグM1=M2=1であったか否かを判断する。すなわち、ダンパー600が最大開度であるとともに、バルブ134、136が最小開度であり、かつ2重管203個数が最少であるときは、それ以上の改質反応抑制が不可能であり、なおかつ、異常に活発な改質反応が生じていることになるので、ステップS7G21に進む。
ステップS7G21では異常警報信号を発し、ステップS7G22に進む。
In step S7G20, it is determined whether or not flag M1 = M2 = 1. That is, when the
In step S7G21, an abnormality alarm signal is issued, and the process proceeds to step S7G22.
図7Bの処理により、実施例1の効果に加え、改質反応をより最適化し得るという効果が得られる。 By the process of FIG. 7B, in addition to the effect of Example 1, the effect that the reforming reaction can be further optimized is obtained.
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例3を、図面に基づいて説明する。なお、図中、実施例1、2と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。 Next, a third embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図8A、図8Bに示すように、実施例3における原料ガスヒーター112は、加熱ガスGHが導入されて加熱される加熱ガス管908を備え、加熱ガス管908の周囲に、加熱ガス管908と同軸で、水蒸気導入管200、原料ガス導入管202が設けられている。水蒸気導入管200と原料ガス導入管202は同径であり、混合室204を介して対向している。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the raw
加熱ガス管908は、水蒸気導入管200および原料ガス導入管202の中心を貫通しており、水蒸気導入管200内の水蒸気ST、原料ガス導入管202内の原料ガスGp1をそれぞれ加熱する。すなわち、加熱ガス管908が水蒸気導入管200を貫通する部分は水蒸気ヒーター110として機能し、加熱ガス管908がが原料ガス導入管202を貫通する部分は原料ガスヒーター108として機能する。
このように、改質反応器112にヒーター108、110を組み込んだ構成とすることによって、実施例1〜3に比較して、装置をさらに小型化することができる。またヒーター108、110から改質反応器112までの距離は最短となるので、放熱が最小限となり、熱効率が高い。
The
Thus, by adopting a configuration in which the
混合室204は、加熱ガス管908の周囲で、軸方向に伸びる円環状に形成され、その外径は水蒸気導入管200、原料ガス導入管202と等しい。混合室204は金属メッシュ部材902等により外形が形成され、内部に不燃性粒子であるセラミックボール900等の不燃性粒子が充填されている。混合室204はセラミックボール900を保持する保持部材として機能し、かつ、原料ガスGp1、水蒸気STを透過させる。
The mixing
水蒸気ST、原料ガスGp1は側方から混合室204内に導入され、セラミックボール900の周囲を流動しつつ、混合され、相互に接触する。これによって改質反応が生じ、改質ガスGc0が生成される。
The water vapor ST and the raw material gas Gp1 are introduced from the side into the mixing
水蒸気導入管200、原料ガス導入管202の周囲には、混合室204を包囲しつつ、軸方向に延びる円環状の、導出チャンバー904が形成されている。混合室204の外周は、導出チャンバー904内に露出しており、混合室204内で生成された改質ガスGc0は、その比重が小さいため、混合室204から上方と、放射状に、導出チャンバー904内に放出される。
導出チャンバー904は、加熱ガス管908、水蒸気導入管200、原料ガス導入管202に対して上方に偏心し、その下端部は、水蒸気導入管200、原料ガス導入管202の下端部の位置にある。
導出チャンバー904内面は、下端部から上方に向かって、混合室204外面からの距離が大となる断面形状を有し、上部に大きな空間を持つとともに、混合室204内で発生した改質ガスGc0を上方に導くようになっている。
An annular lead-out
The lead-out
The inner surface of the lead-out
導出チャンバー904の上端部は、水平なチャンバー導出管906に接続され、チャンバー導出管906には、第2混合室612が接続されている。
The upper end portion of the
混合室204における上部には、上方に向かって開口する空洞部910が設けられ、空洞部910にはセラミックボール900が充填されていない。空洞部910を設けることによって、改質ガスGc0は導出チャンバー904に円滑に排出され、混合室204内における滞留時間が短縮される。これによって、混合室204内での改質反応が促進され、改質率が高められる。
混合室204内で吸熱反応である改質反応が急激に進行するとき、未反応の原料ガスGp0、水蒸気STの温度を低下させる恐れがあるが、円滑に改質ガスGc0を排出することにより、改質率の低下を防止し得る。
A hollow portion 910 that opens upward is provided in the upper portion of the mixing
When the reforming reaction, which is an endothermic reaction, proceeds rapidly in the mixing
導出チャンバー904内において、水蒸気導入管200、原料ガス導入管202の外周に環状の流量調節弁912、914が摺動可能に嵌装されている。流量調節弁912、914には、それぞれ、駆動軸916、918が連結され、駆動源(図示省略)によって、水蒸気導入管200、原料ガス導入管202の軸方向に摺動し得る。流量調節弁912、914は、混合室204周囲を、部分的あるいは全面的に覆うことができ、混合室204から導出チャンバー904への改質ガスGc0および未反応ガスの排出量を調節し得る。駆動源は、流量調節弁912、914が混合室204の軸方向中央に対して対称となるように、駆動軸916、918を駆動し、改質ガスGc0が混合室204から導出チャンバー904の軸方向中央に排出され、その後第2混合室612の中央を経て、円滑に導出管206に排出される。
In the lead-out
流量調節弁912、914を設けたことにより、第2実施例同様、混合室204、612内の改質反応速度のバランスに応じて、導出管206から排出される改質ガスGc0の水素濃度、すなわち改質率を最大限に高める。
By providing the flow
水蒸気導入管200には圧力計212、温度計214が、原料ガス導入管202には圧力計216、温度計218が、それぞれ設けられ、第2混合室612には、圧力計606、温度計608が設けられている。これによって、混合室204に供給される水蒸気ST、原料ガスGp1の圧力、温度、第2混合室612内の改質反応の状況を検出し得る。
The water
実施例3は、不燃性粒子900を充填した混合室204において原料ガスGp1と水蒸気STとを混合するので、実施例2の効果に加え、不燃性粒子周縁の流動により、前記水蒸気および前記原料ガスとの接触頻度が高められ、改質率が向上するという効果が得られる。これによって、改質反応器をさらに小型化することができる。
In the third embodiment, the raw material gas Gp1 and the water vapor ST are mixed in the mixing
図9Aに示すように、実施例3における制御部400は、実施例2のダンパー600の制御に替えて、流量調節弁912、914の制御を行う。
As illustrated in FIG. 9A, the
実施例3の制御部400は、実施例2の改質反応制御(図7B)において、ダンパー600調節に関するステップS7G02、S7G03、S0704、S0712、S7G13、S7G14に替えて、流量調節弁912、914の調節に関するステップS9G02、S9G03、S0904、S9G12、S9G13、S9G14を実行する。他の処理は、実施例2と同様である。
The
図9Bに示すように、改質反応制御(ステップS9B05)の処理は、まず、ステップS7G01と同様に、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt1よりも低いか否か判断する。
圧力が閾値Pt1より低いときは、ステップS9G02に進み、低くないときは、ステップS9G11に進む。
As shown in FIG. 9B, in the reforming reaction control (step S9B05), first, as in step S7G01, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
When the pressure is lower than the threshold value Pt1, the process proceeds to step S9G02. When the pressure is not lower, the process proceeds to step S9G11.
ステップS9G02では、流量調節弁912、914の開度が最小であるか否かを判断する。すなわち、流量調節弁912、914の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。開度が最小のときは、ステップS9G04に進みし、最小でないときは、ステップS9G03に進む。
ステップS9G03では流量調節弁912、914の開度を所定量減少させ、ステップS9G05に進む。
一方、ステップS9G04では、流量調節弁912、914の開度が最小であったことを示すフラグM1=1とし、ステップS9G05に進む。
なお、フラグM1は、流量調節弁912、914で必要な調節ができないことを示すフラグであり、流量調節弁912、914の開度最大のフラグにも使用される。
In step S9G02, it is determined whether or not the opening amounts of the flow
In step S9G03, the opening degree of the
On the other hand, in step S9G04, the flag M1 = 1 indicating that the opening degree of the flow
The flag M1 is a flag indicating that the necessary adjustment cannot be performed by the flow
ステップS9G11では、ステップS7G11と同様に、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt2よりも高いか否か判断する。圧力が閾値Pt2より高いときは、ステップS9G12に進み、高くないときは、ステップS9G22に進む。
In step S9G11, as in step S7G11, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
ステップS9G12では、流量調節弁912、914の開度が最大であるか否かを判断する。すなわち、流量調節弁912、914の操作により改質反応を抑制し得るか否か判断する。開度が最大のときは、ステップS9G14に進み、最大でないときは、ステップS9G13に進む。
ステップS9G13では流量調節弁912、914の開度を所定量増大させ、ステップS9G15に進む。
一方、ステップS9G14では、流量調節弁912、914の開度が最大であったことを示すフラグM1=1とし、ステップS9G15に進む。
In step S9G12, it is determined whether or not the opening amounts of the flow
In step S9G13, the opening degree of the flow
On the other hand, in step S9G14, the flag M1 = 1 indicating that the opening degree of the flow
改質反応制御における、他の処理、すなわちステップS9G05〜S9G10、S9G15〜S9G22は、ステップS7G05〜S7G10、S7G15〜S7G22と同様である。 Other processes in the reforming reaction control, that is, steps S9G05 to S9G10 and S9G15 to S9G22 are the same as steps S7G05 to S7G10 and S7G15 to S7G22.
図9Bの処理により、小型の装置において改質反応を最適化し得る。 The process of FIG. 9B can optimize the reforming reaction in a small apparatus.
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例4を、図面に基づいて説明する。なお、図中、実施例1、2、3と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts as in the first, second, and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図10に示すように、実施例4における改質反応器112は、水蒸気導入管200の内部に原料ガス導入管202を挿入し、水蒸気導入管200の下流側の部分をそのまま導出管206としている。すなわち、水蒸気導入管200と導出管206とを一体の管によって形成している。この管における原料ガス導入管202の先端部近傍が混合室204として構成されている。
As shown in FIG. 10, in the reforming
原料ガス導入管202の先端部には原料ガス導入弁220および水蒸気導入弁230が設けられている。
A raw material
原料ガス導入弁220は、原料ガス導入管202内に挿入された駆動軸220Cと、駆動軸220Cの先端に設けられた球状の弁体220Aと、原料ガス導入管202の先端部で先端方向に拡がるテーパ面状の弁座220Bとを備える。原料ガス導入弁220は、原料ガスGp1の改質反応器112内への導入量を制御し得る。弁体220Aは、駆動軸220Cによって、弁座220Eに対して進退し、原料ガスGp1の導入量を調節し得る。
The source
水蒸気導入弁230は、原料ガス導入管202先端部周縁に形成された弁体230Aと、
水蒸気導入管200内面に、弁体230Aに対向するように環状に一体形成された弁座230Bとを備える。原料ガス導入管202は、水蒸気導入管200に対して、軸方向に移動可能であり、弁体230Aは弁座230Bに対して進退し、水蒸気導入量を調節し得る。
水蒸気導入弁230を、原料ガス導入管202先端部と、水蒸気導入管200内面に、弁体230Aに対向するように環状に一体形成された弁座230Bとによって構成したこと、および水蒸気導入管200と導出管206とを一体形成したこと、原料ガス導入弁220の弁座220Bを原料ガス導入管202内に形成したことによって、改質反応器112は極めて安価に製造し得る。
The water
A valve seat 230B formed integrally in an annular shape so as to face the
The water
原料ガス導入管202の先端部外周は先端に向かって滑らかに拡がるテーパ面とされ、水蒸気導入弁230の開の状態のとき、水蒸気STが滑らかに導入される。
水蒸気導入管200における、弁座230Bの下流側は滑らかに拡がるテーパ面とされ、原料ガスGp1、水蒸気STは滑らかに混合室204に導入される。
The outer periphery of the front end portion of the raw material
The downstream side of the
実施例4は、水蒸気導入管200内の一部を混合室204に活用するとともに、原料ガス導入管202自体を水蒸気導入弁220として活用し、さらに、1個の弁体220Aを設けるのみなので、最小限の部品点数で改質反応器112を構成でき、極めて小型かつ安価な装置を提供し得る。、
In the fourth embodiment, a part of the water
図11Aに示すように、実施例4における制御部400は、実施例1の複数の弁220、230の制御に替えて、各1個の弁220、230の制御を行い、原料ガスGp1、水蒸気STの送給量を主に弁220、230によって行う。従って、バルブ134、136は開閉のみの単純な操作を行う、小型かつ安価なものを採用でき、この点においても、装置全体の小型化、コストダウンを実現できる。
As shown in FIG. 11A, the
制御部400は、実施例1と同様の廃棄ガス使用設定(ステップS4B03)、ドレイン水使用設定(ステップS4B04)の処理を実行するとともに、以下の予熱設定(ステップS11B01とする。)、改質開始・停止(ステップS11B02とする。)、改質反応制御(ステップS11B05とする。)を実行する。
The
図11Bに示すように、予熱設定(ステップS11B01)の処理は、まず予熱要否を手動スイッチ(図示省略)等により、入力(ステップS11C01)する。予熱要であったときは、予熱フラグF1=1とし(ステップS11C02)、予熱不要であったときは、予熱フラグF1=0とする(ステップS11C05)。
フラグF1=1としたときは、改質稼働中(弁220が開で原料ガスGp1を改質反応器112に導入している状態)であるか否か判断する(ステップS11C03)。改質稼働中であるときは、そのまま予熱設定処理を終了し、稼働中でなかったときは、予熱を実行すべく、弁230を予熱のための開度に設定する(ステップS11C04)。予熱のための開度は、改質反応時の開度よりも小であり、必要最小限のエネルギー消費で予熱を行う。
As shown in FIG. 11B, in the preheating setting (step S11B01), first, whether or not preheating is required is input (step S11C01) by a manual switch (not shown). When preheating is necessary, the preheating flag F1 is set to 1 (step S11C02), and when preheating is not necessary, the preheating flag F1 is set to 0 (step S11C05).
When the flag F1 = 1, it is determined whether or not the reforming operation is being performed (the
図11Cに示すように、改質開始・停止(ステップS11B02)の処理は、まず、改質開始フラグF2=1か否か判断する(ステップS11D01)。
F2=1のときは、ステップS11D05にジャンプし、F2=0のときは、ステップS11D02に進む。
As shown in FIG. 11C, in the reforming start / stop (step S11B02) process, it is first determined whether or not the reforming start flag F2 = 1 (step S11D01).
When F2 = 1, the process jumps to step S11D05, and when F2 = 0, the process proceeds to step S11D02.
ステップS11D02では、水素タンク122の圧力計130の圧力が低下して、水素貯蔵量が不十分であると制御部400が判断し、あるいは手動スイッチの操作により、改質開始を判断する。改質開始のときは、ステップS11D03に進み、開始しないときは、ステップS11D05にジャンプする。
In step S11D02, the
ステップS11D03では、フラグF2=1とし、ステップS11D04に進む。
ステップS11D04では、バルブ134、136、弁220、230を改質開始時の開度に初期化し、かつ、ヒーター108、110を始動する。
その後ステップS11D05に進む。
In step S11D03, the flag F2 = 1 is set, and the process proceeds to step S11D04.
In step S11D04, the
Thereafter, the process proceeds to step S11D05.
ステップS11D05では、水素タンク122の圧力計130の圧力が高まり、水素貯蔵量が十分であると制御部400が判断し、あるいは手動スイッチの操作により、改質停止を判断する。改質停止のときは、ステップS11D06に進み、停止しないときは、そのまま改質開始・停止処理を終了する。
In step S11D05, the
ステップS11D06では、フラグF2=0とするとともに、フラグF3=F4=0として、改質開始・停止処理を終了する。 In step S11D06, the flag F2 = 0 is set and the flag F3 = F4 = 0 is set, and the reforming start / stop processing is ended.
図11Dに示すように、改質反応制御(ステップS11B05)の処理は、まず、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt1よりも低いか否か判断する(ステップS11G01)。圧力が閾値Pt1より低いときは、ステップS11G02に進み、低くないときは、ステップS11G04に進む。
As shown in FIG. 11D, in the reforming reaction control (step S11B05), first, it is determined whether or not the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
ステップS11G02では、弁220、230の開度が最大であるか否かを判断する。すなわち、弁220、230の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。開度が最大のときは、ステップS11G07にジャンプし異常警報信号を発する。、最大でないときは、ステップS11G03に進む。
ステップS11G03では弁220、230の開度を所定量増大させ、改質反応制御処理を終了する。
In step S11G02, it is determined whether the opening degree of the
In step S11G03, the opening degree of the
ステップS11G04では、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt2よりも高いか否か判断する。圧力が閾値Pt2より高いときは、ステップS11G05に進み、高くないときは、改質反応制御処理を終了する。
In step S11G04, it is determined whether or not the pressure in the mixing chamber 204 (pressure gauge 602) is higher than a predetermined threshold value Pt2. When the pressure is higher than the threshold value Pt2, the process proceeds to step S11G05, and when not higher, the reforming reaction control process is terminated.
ステップS11G05では、弁220、230の開度が最小であるか否かを判断する。開度が最小のときは、ステップS11G07にジャンプし異常警報信号を発する。最小でないときは、ステップS11G06に進む。
ステップS11G06では弁220、230の開度を所定量減少させ、改質反応制御処理を終了する。
In step S11G05, it is determined whether or not the opening degree of the
In step S11G06, the opening degree of the
図11Dの改質反応制御は、極めて単純な処理で、改質反応を最適化し得る。従って、安価なCPUによる高速処理が可能である。
本実施例では、原料ガス導入管202を水蒸気導入管200の内側に配置したが、水蒸気導入管200を原料ガス導入管202の内側に配置することも可能である。この場合、水蒸気導入弁230は原料ガス導入弁として機能し、原料ガス導入弁220は水蒸気導入弁として機能する。
The reforming reaction control in FIG. 11D can optimize the reforming reaction with a very simple process. Therefore, high-speed processing by an inexpensive CPU is possible.
In the present embodiment, the raw material
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例5を、図面に基づいて説明する。なお、図中、実施例4と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
実施例5は、実施例4の構成に、混合室204の容積を調節する拡張壁240を付加したものである。
Next, a fifth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the fifth embodiment, an
図12に示すように、実施例5における改質反応器112は、実施例4と同様の水蒸気導入管200、原料ガス導入管202、混合室204、導出管206、原料ガス導入弁220、水蒸気導入弁230を備え、さらに、混合室204よりも下流に、拡張壁240が設けられている。
拡張壁240は、混合室204に対向するピストン240Aと、ピストン240Aから導出管206側に伸びるピストンロッド240Bを備え、ピストン240Aはピストンロッド240Bによって軸方向に駆動されて、混合室204に対して進退する。図12では前進状態のピストン240Aを実線で、後退状態のピストン240Aを想像線で示す。ピストン240Aの進退によって、混合室204は容積が増減し、混合室204内の改質反応がより促進され、あるいはより抑制される。
これによって、弁220、230による原料ガスGp1、水蒸気STの導入量調節と、混合室204の容積調節の両者により、最適改質条件を設定し得る。
As shown in FIG. 12, the reforming
The
As a result, the optimum reforming conditions can be set both by adjusting the introduction amount of the raw material gas Gp1 and the water vapor ST by the
弁体220Aは、弁座220Bとの接触面は実施例4と同様に球面であるが、混合室204に対向した面は、下流方向に滑らかに小径となる凹曲面とされ、原料ガスGp1および水蒸気STが滑らかに混合室204に導かれる。
ピストン240Aの外周面は下流方向に拡がるテーパ面とされ、混合室204で生成された改質ガスGc0は円滑に導出管206に導かれる。
The contact surface of the
The outer peripheral surface of the
図13Aに示すように、実施例5の制御部400は、実施例4の制御に加え、拡張壁240の制御を行う。
As illustrated in FIG. 13A, the
図13Bに示すように、改質反応制御(ステップS13B05とする。)の処理は、ステップS4G01と同様に、まず、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt1よりも低いか否か判断する(ステップS13G01)。
圧力が閾値Pt1より低いときは、ステップS13G02に進み、低くないときは、ステップS13G08に進む。
As shown in FIG. 13B, in the reforming reaction control (referred to as step S13B05), as in step S4G01, first, is the pressure in the mixing chamber 204 (pressure gauge 602) lower than a predetermined threshold value Pt1? It is determined whether or not (step S13G01).
When the pressure is lower than the threshold value Pt1, the process proceeds to step S13G02. When the pressure is not lower, the process proceeds to step S13G08.
ステップS13G02では、混合室204の容積が最小であるか否かを判断する。すなわち、拡張壁240の操作により改質反応を促進し得るか否か判断する。容量が最小のときは、ステップS13G04に進み、最小でないときは、ステップS13G03に進む。
ステップS13G03では拡張壁240を前進させて、混合室204の容積を減少し、ステップS13G05に進む。
一方、ステップS13G04では、混合室204の容積が最小であったことを示すフラグMAX=1とし、ステップS13G05に進む。
なお、フラグMAXは、拡張壁240の操作で必要な調節ができないことを示すフラグであり、混合室204の容積が最大のフラグにも使用される。
In step S13G02, it is determined whether the volume of the mixing
In step S13G03, the
On the other hand, in step S13G04, the flag MAX = 1 indicating that the volume of the mixing
The flag MAX is a flag indicating that the necessary adjustment cannot be performed by operating the
ステップS13G08では、混合室204内の圧力(圧力計602)が所定の閾値Pt2よりも高いか否か判断する。閾値Pt2は、混合室204内の異常な高圧である。
圧力が閾値Pt2より高いときは、ステップS13G09に進み、高くないときは、ステップS13G16に進む。
In step S13G08, it is determined whether the pressure (pressure gauge 602) in the mixing
When the pressure is higher than the threshold value Pt2, the process proceeds to step S13G09, and when not higher, the process proceeds to step S13G16.
ステップS13G09では、混合室204の容積が最大であるか否かを判断する。すなわち、拡張壁240の操作により改質反応を抑制し得るか否か判断する。容積が最大のときは、ステップS13G11に進み、最大でないときは、ステップS13G10に進む。
ステップS13G10では、拡張壁240を後退させて、混合室204の容積を増大し、ステップS13G12に進む。
一方、ステップS13G11では、混合室204の容積が最大であったことを示すフラグMAX=1とし、ステップS13G12に進む。
In step S13G09, it is determined whether or not the volume of the mixing
In step S13G10, the
On the other hand, in step S13G11, the flag MAX = 1 indicating that the volume of the mixing
図13Bの処理により、改質反応を最適化し得るとともに、その経済性、操作性も良好となる。 By the process of FIG. 13B, the reforming reaction can be optimized, and the economy and operability are also improved.
次に、本発明に係る水素製造装置の実施例6を、図面に基づいて説明する。なお、図中、実施例5と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
実施例6は、実施例5における拡張壁240の別の態様を採用したものである。拡張壁240は、導出管206内面に接しつつ軸方向に摺動するシリンダ240Dと、シリンダ240Dの後端部に形成された、環状板240Eとを備える。環状板240Eは混合室204に対向し、シリンダ240Dの軸方向摺動により進退し、混合室204の容積を変化させる。環状板240Eには、中央に貫通孔240Fが設けられ、混合室204で発生した改質ガスGc0は貫通孔240Fを通って、導出管206から導出される。
Next, a sixth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same or corresponding parts as those in the fifth embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The sixth embodiment employs another aspect of the
実施例6には、実施例5と同様の制御部400が設けられ、同様の制御が行われ、実施例5と同様の効果を奏する。
In the sixth embodiment, the
以上の実施例では、触媒を不要とする構成について説明したが、実施例3の水素製造装置において、セラミックボール900の一部または全部に触媒作用を有するものを採用することも可能であり、例えば、水蒸気改質の触媒として一般的な、ニッケル被覆されたセラミックボールを採用してもよい。これによって改質率向上と、混合室204内の清浄化を図ることができる。
また、実施例1、2の水素製造装置において、混合室204内面に触媒作用を有するセラミックボールを貼付し、混合室204の断熱性向上と、改質率向上および混合室204内の清浄化を図ることができる。
実施例1、2においては、水蒸気改質のための触媒作用の主要成分であるニッケルによって混合室204内面を被覆することで、改質率向上および混合室204内の清浄化に有効である。
In the above embodiment, the configuration in which the catalyst is not necessary has been described. However, in the hydrogen production apparatus of
Further, in the hydrogen production apparatus of Examples 1 and 2, ceramic balls having a catalytic action are attached to the inner surface of the mixing
In the first and second embodiments, the inner surface of the mixing
100 プロパンガスタンク
102、127、128、134、136 バルブ
104 脱硫装置
106 ボイラー
108 原料ガスヒーター
110 水蒸気ヒーター
112 改質反応器
114 水性シフト反応器
115、116、117 熱交換器
118 気水分離器
119 PSA装置
120 ドレイン排出器
122 水素ガスタンク
124 廃棄ガスタンク
126 液面計
138、140 流量計
142 炭素フィルタ
200 水蒸気導入管
202 原料ガス導入管
203 2重管
204 混合室
205 開口
206 導出管
207 開口
130、132、208、212、216、602、606 圧力計
210、214、218、604、608 温度計
220 原料ガス導入弁
220A 弁体
220B 弁座
220C 駆動軸
230 水蒸気導入弁
230A 弁体
230B 弁座
230C、230D 流路壁
240 拡張壁
240A ピストン
240B ピストンロッド
240C テーパ面
240D 駆動シリンダ
240E 環状板
240F 貫通孔
300 導入路
302、306、310、314、318、322、326 衝突面
304、308、312、316、320、324 流路
328 導出路
400 制御部
402 タイマー
600 ダンパー
612 第2混合室
800 絞り弁
900 セラミックボール(不燃性粒子)
902 保持部材
904 導出チャンバー
906 チャンバー導出管
908 加熱ガス管
910 空洞部
912、914 流量調節弁
916、918 駆動軸
Gh 水素ガス
Gp0、Gp1 原料ガス
Gp1 原料ガス
Gc0、Gc1 改質ガス
GH 加熱ガス
P11、P12、P21、P22、P3、P4、P5 プロセス
ST 水蒸気
W 水
WD ドレイン水
WG 廃棄ガス
100
902
Claims (26)
原料ガスと水蒸気とを、別個に、改質反応が生じる温度まで加熱し、
前記加熱された原料ガスと水蒸気とを混合し、接触させて、水蒸気改質反応を生じさせる、水素製造方法。 A hydrogen production method in which a raw material gas and steam undergo a reforming reaction,
The source gas and steam are heated separately to a temperature at which the reforming reaction occurs,
A method for producing hydrogen, wherein the heated source gas and steam are mixed and brought into contact with each other to cause a steam reforming reaction.
水蒸気を発生するボイラーと、
前記水蒸気を、改質反応が生じる温度まで、加熱する水蒸気ヒーターと、
前記原料ガスを、改質反応が生じる温度まで、加熱する原料ガスヒーターと、
前記水蒸気ヒーターで加熱された水蒸気と、前記原料ガスヒーターによって加熱された原料ガスとを混合し、接触させる改質反応器と、
を備え、
前記改質反応器内において水蒸気改質反応を生じさせる水素製造装置。 A hydrogen production device for reforming reaction of raw material gas and steam,
A boiler that generates water vapor;
A steam heater that heats the steam to a temperature at which a reforming reaction occurs;
A raw material gas heater for heating the raw material gas to a temperature at which a reforming reaction occurs;
A reforming reactor in which the steam heated by the steam heater and the source gas heated by the source gas heater are mixed and brought into contact;
With
A hydrogen production apparatus for causing a steam reforming reaction in the reforming reactor.
前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、
前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
を備えた、請求項2記載の水素製造装置。 The reforming reactor is
A steam introduction pipe into which the heated steam is introduced;
A source gas introduction pipe into which the heated source gas is introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
An outlet pipe for leading the reformed gas in the mixing chamber;
The hydrogen production apparatus according to claim 2, comprising:
前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、
前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
前記混合室の周囲に設けられ、前記混合室に連通する導出チャンバーと、
を備え、
前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向が略対向するように前記混合室に接続され、
前記導出チャンバーは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向に略直交する平面に沿って形成され、
前記混合室には不燃性粒子が充填され、前記水蒸気および前記原料ガスは混合室において、前記不燃性粒子の周縁を流動しつつ混合して、改質ガスが生成され、前記改質ガスは前記混合室から放射状に流出して、前記導出チャンバーに送給される、請求項2記載の水素製造装置。 The reforming reactor is
A steam introduction pipe into which the heated steam is introduced;
A source gas introduction pipe into which the heated source gas is introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
An outlet pipe for leading the reformed gas in the mixing chamber;
An outlet chamber provided around the mixing chamber and communicating with the mixing chamber;
With
The steam introduction pipe and the source gas introduction pipe are connected to the mixing chamber such that the introduction direction of the steam and the introduction direction of the source gas introduction are substantially opposed to each other,
The lead-out chamber is formed along a plane substantially orthogonal to the direction of introduction of the water vapor and the direction of introduction of the raw material gas,
The mixing chamber is filled with incombustible particles, and the water vapor and the raw material gas are mixed in the mixing chamber while flowing around the periphery of the incombustible particles to generate a reformed gas. The hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the hydrogen production apparatus flows radially from the mixing chamber and is fed to the outlet chamber.
前記加熱された水蒸気が導入される水蒸気導入管と、
水蒸気の導入量を調節する水蒸気導入弁と、
前記加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
原料ガスの導入量を調節する原料ガス導入弁と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
を備え、
前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、一方が他方内に挿入され、
前記混合室は、外側の前記導入管内部における、内側の前記導入管の先端部近傍に形成され、
内側の前記導入管の先端部が、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁の一部を構成している請求項2記載の水素製造装置。 The reforming reactor is
A steam introduction pipe into which the heated steam is introduced;
A water vapor introduction valve for adjusting the amount of water vapor introduced;
A source gas introduction pipe into which the heated source gas is introduced;
A raw material gas introduction valve for adjusting the amount of raw material gas introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
An outlet pipe for leading the reformed gas in the mixing chamber;
With
One of the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduction pipe is inserted into the other,
The mixing chamber is formed in the vicinity of the tip portion of the inner introduction pipe inside the outer introduction pipe,
The hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein a tip portion of the inner introduction pipe constitutes a part of a water vapor introduction valve and a raw material gas introduction valve.
改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
を備えた、改質反応器。 A steam introduction pipe into which steam heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A source gas introduction pipe into which a source gas heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
An outlet pipe for leading the reformed gas in the mixing chamber;
A reforming reactor.
改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
前記混合室の周囲に設けられ、前記混合室に連通する導出チャンバーと、
を備え、
前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向が略対向するように前記混合室に接続され、
前記導出チャンバーは、前記水蒸気の導入方向と前記原料ガス導入の導入方向に略直交する平面に沿って形成され、
前記混合室には不燃性粒子が充填され、前記水蒸気および前記原料ガスは混合室において、前記不燃性粒子の周縁を流動しつつ混合して、改質ガスが生成され、前記改質ガスは前記混合室から放射状に流出して、前記導出チャンバーに送給され、
前記導出管は、前記水蒸気導入管から導入される水蒸気の導入量および前記原料ガス導入管から導入される原料ガスの導入量に対応した導出量の改質ガスを導出し得るように設定されている、改質反応器。 A steam introduction pipe into which steam heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A source gas introduction pipe into which a source gas heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
An outlet pipe for leading the reformed gas in the mixing chamber;
An outlet chamber provided around the mixing chamber and communicating with the mixing chamber;
With
The steam introduction pipe and the source gas introduction pipe are connected to the mixing chamber such that the introduction direction of the steam and the introduction direction of the source gas introduction are substantially opposed to each other,
The lead-out chamber is formed along a plane substantially orthogonal to the direction of introduction of the water vapor and the direction of introduction of the raw material gas,
The mixing chamber is filled with incombustible particles, and the water vapor and the raw material gas are mixed in the mixing chamber while flowing around the periphery of the incombustible particles to generate a reformed gas. Outflowing radially from the mixing chamber and fed to the outlet chamber,
The outlet pipe is set so as to be able to derive a derived amount of reformed gas corresponding to the amount of steam introduced from the steam inlet pipe and the amount of source gas introduced from the source gas inlet pipe. A reforming reactor.
水蒸気の導入量を調節する水蒸気導入弁と、
改質反応が生じる温度まで加熱された原料ガスが導入される原料ガス導入管と、
原料ガスの導入量を調節する原料ガス導入弁と、
前記水蒸気導入管から導入された前記水蒸気と、前記原料ガス導入管から導入された前記原料ガスとを混合し、接触させる混合室と、
前記混合室内の改質ガスを導出する導出管と、
を備え、
前記水蒸気導入管と原料ガス導入管とは、一方が他方内に挿入され、
前記混合室は、外側の前記導入管内部における、内側の前記導入管の先端部近傍に形成され、
内側の前記導入管の先端部が、水蒸気導入弁および原料ガス導入弁の一部を構成している改質反応器。 A steam introduction pipe into which steam heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A water vapor introduction valve for adjusting the amount of water vapor introduced;
A source gas introduction pipe into which a source gas heated to a temperature at which a reforming reaction occurs is introduced;
A raw material gas introduction valve for adjusting the amount of raw material gas introduced;
A mixing chamber in which the water vapor introduced from the water vapor introduction pipe and the raw material gas introduced from the raw material gas introduction pipe are mixed and brought into contact with each other;
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The mixing chamber is formed in the vicinity of the tip portion of the inner introduction pipe inside the outer introduction pipe,
A reforming reactor in which a tip portion of the inner introduction pipe constitutes a part of a water vapor introduction valve and a raw material gas introduction valve.
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