JP2016050143A - Dehydrogenation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脱水素化反応を行う脱水素化システムに関する。 The present invention relates to a dehydrogenation system that performs a dehydrogenation reaction.
従来の脱水素化システムとしては、供給装置によって供給されるメチルシクロヘキサンを、脱水素化反応器における脱水素化触媒で脱水素化反応させることによって水素を生成するシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された脱水素化システムは、脱水素化反応器に熱を供給する加熱機構を備えている。 As a conventional dehydrogenation system, a system is known that generates hydrogen by dehydrogenating a methylcyclohexane supplied by a supply device with a dehydrogenation catalyst in a dehydrogenation reactor (for example, Patent Document 1). The dehydrogenation system described in Patent Document 1 includes a heating mechanism that supplies heat to the dehydrogenation reactor.
近年、脱水素化システムにおいては、原料から水素への転化率のさらなる向上が期待されている。脱水素化反応は吸熱反応であるため、特許文献1に記載された脱水素化システムにおいて転化率を向上させるためには、加熱機構による脱水素化反応器への熱供給を増大させて当該脱水素化反応器の加熱温度を高めることが考えられる。しかし、当該加熱温度を高めると、脱水素化触媒の表面における炭素の析出(コーキング)が発生しやすくなる傾向がある。 In recent years, in the dehydrogenation system, further improvement in the conversion rate from raw material to hydrogen is expected. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, in order to improve the conversion rate in the dehydrogenation system described in Patent Document 1, the heat supply to the dehydrogenation reactor by the heating mechanism is increased to increase the conversion rate. It is conceivable to increase the heating temperature of the elementary reactor. However, when the heating temperature is increased, carbon deposition (coking) tends to occur on the surface of the dehydrogenation catalyst.
本発明は、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることができる脱水素化システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the dehydrogenation system which can improve a conversion rate, suppressing coking.
本発明に係る脱水素化システムは、有機ハイドライドを含む原料が内部を流通する反応容器、及び、反応容器内に位置し、有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒を有する脱水素化反応器と、脱水素化反応器に熱を供給する加熱部と、を備え、加熱部は、脱水素化反応器における第1部分を加熱する第1加熱部と、脱水素化反応器における第1部分よりも原料の流通方向における下流側の第2部分を加熱する第2加熱部と、を有し、第2加熱部の加熱温度は、第1加熱部の加熱温度よりも高い。 A dehydrogenation system according to the present invention includes a reaction vessel in which a raw material containing an organic hydride circulates, and a dehydration that is located in the reaction vessel and converts the organic hydride into hydrogen and a dehydrogenated product by a dehydrogenation reaction. A dehydrogenation reactor having a hydrogenation catalyst, and a heating unit that supplies heat to the dehydrogenation reactor, the heating unit comprising: a first heating unit that heats a first part of the dehydrogenation reactor; A second heating part for heating the second part downstream in the flow direction of the raw material from the first part in the dehydrogenation reactor, and the heating temperature of the second heating part is that of the first heating part It is higher than the heating temperature.
この脱水素化システムでは、第2加熱部の加熱温度が第1加熱部の加熱温度より高いことにより、第2部分における脱水素化反応の活性を第1部分における脱水素化反応の活性よりも高めることができる。また、第2部分を流通する流体には、第1部分での脱水素化反応により得られた水素が含まれるため、第1部分の加熱温度よりも第2部分の加熱温度を上げても、コーキングの発生を抑制することができる。したがって、本発明によれば、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。 In this dehydrogenation system, the heating temperature of the second heating part is higher than the heating temperature of the first heating part, so that the activity of the dehydrogenation reaction in the second part is higher than the activity of the dehydrogenation reaction in the first part. Can be increased. In addition, since the fluid flowing through the second part contains hydrogen obtained by the dehydrogenation reaction in the first part, even if the heating temperature of the second part is raised above the heating temperature of the first part, The occurrence of coking can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the conversion rate while suppressing coking.
本発明に係る脱水素化システムにおいて、反応容器は、第1容器及び第2容器を有し、第1容器は、脱水素化反応器における第1部分に位置し、第2容器は、脱水素化反応器における第2部分に位置してもよい。このような構成によると、例えば第2部分内に位置する脱水素化触媒が劣化した場合に、第2容器のみを選択的に取り替えることが可能となるため、例えば第2部分の加熱温度をさらに高くして転化率をより向上させつつ、第1容器内に位置する脱水素化触媒を有効活用することが可能となる。 In the dehydrogenation system according to the present invention, the reaction vessel has a first vessel and a second vessel, the first vessel is located in the first part of the dehydrogenation reactor, and the second vessel is dehydrogenated. It may be located in the second part of the conversion reactor. According to such a configuration, for example, when the dehydrogenation catalyst located in the second portion is deteriorated, it is possible to selectively replace only the second container. For example, the heating temperature of the second portion is further increased. The dehydrogenation catalyst located in the first container can be effectively utilized while increasing the conversion rate and increasing the conversion rate.
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第2部分に位置する反応容器の内部を流通する原料を含む流体の平均流速は、第1部分に位置する反応容器の内部を流通する原料を含む流体の平均流速よりも大きくなるように構成されていてもよい。このような構成によると、第2部分に位置する反応容器内において、一般的にコーキングが発生し易い領域である境膜の厚さをより薄くすることができるため、コーキングをさらに抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。 In the dehydrogenation system according to the present invention, the average flow rate of the fluid containing the raw material flowing through the inside of the reaction vessel located in the second part is the average flow velocity of the fluid containing the raw material flowing through the inside of the reaction vessel located in the first part. You may be comprised so that it may become larger than an average flow velocity. According to such a configuration, in the reaction vessel located in the second portion, since the thickness of the boundary film, which is generally a region where coking is likely to occur, can be further reduced, while further suppressing coking, The conversion rate can be improved.
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第2部分に位置する反応容器の内部圧力は、第1部分に位置する反応容器の内部圧力よりも低くなるように構成されていてもよい。このような構成によると、コーキングを抑制しつつ転化率をさらに高めることができる。 In the dehydrogenation system according to the present invention, the internal pressure of the reaction vessel located in the second part may be configured to be lower than the internal pressure of the reaction vessel located in the first part. According to such a configuration, it is possible to further increase the conversion rate while suppressing coking.
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第2部分に位置する反応容器の内部圧力は、第1部分に位置する反応容器の内部圧力よりも高くなるように構成されていてもよい。このような構成によると、第2部分におけるコーキングをより抑制することができる。 In the dehydrogenation system according to the present invention, the internal pressure of the reaction vessel located in the second part may be configured to be higher than the internal pressure of the reaction vessel located in the first part. According to such a configuration, coking in the second portion can be further suppressed.
本発明によれば、コーキングを抑制しつつ転化率を向上できる脱水素化システムを提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the dehydrogenation system which can improve a conversion rate, suppressing coking.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本実施形態に係る脱水素化システムを備えた水素供給システムの構成を示すブロック図である。図1に示す水素供給システム100は、供給する水素を生成するための原料として有機ハイドライドを用いるものである。有機ハイドライドは、ガソリン等と同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム100へ輸送することができる。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a hydrogen supply system including a dehydrogenation system according to the present embodiment. A
有機ハイドライドは、不飽和結合を有する有機化合物の水素化物であり、脱水素化触媒を用いて、水素と脱水素化物(不飽和結合を有する有機化合物)とを含む脱水素化反応物に変換することができる。本実施形態では、有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン(以下「MCH」とする。)を用いて説明するが、これには限られない。なお、有機ハイドライドを生成するために使用される水素としては、例えば、製油所等で大量に生産される水素、自然エネルギーを用いた水の電気分解により発生する水素等が挙げられるが、これらには限られない。 An organic hydride is a hydride of an organic compound having an unsaturated bond, and is converted into a dehydrogenation reaction product containing hydrogen and a dehydrogenated product (an organic compound having an unsaturated bond) using a dehydrogenation catalyst. be able to. In the present embodiment, methylcyclohexane (hereinafter referred to as “MCH”) is used as the organic hydride, but is not limited thereto. Examples of hydrogen used for producing organic hydride include hydrogen produced in large quantities at refineries, hydrogen generated by electrolysis of water using natural energy, and the like. Is not limited.
不飽和結合を有する有機化合物とは、二重結合あるいは三重結合を分子内に一つ以上有する有機化合物である。二重結合としては、炭素−炭素二重結合(C=C)、炭素−窒素二重結合(C=N)、炭素−酸素二重結合(C=O)、窒素−酸素二重結合(N=O)が例示される。三重結合としては、炭素−炭素三重結合、炭素−窒素三重結合が例示される。不飽和結合を有する有機化合物としては、貯蔵性及び輸送性の観点から、常温常圧下で液体状の有機化合物であることが好ましい。 An organic compound having an unsaturated bond is an organic compound having one or more double bonds or triple bonds in the molecule. As the double bond, carbon-carbon double bond (C = C), carbon-nitrogen double bond (C = N), carbon-oxygen double bond (C = O), nitrogen-oxygen double bond (N = O). Examples of the triple bond include a carbon-carbon triple bond and a carbon-nitrogen triple bond. The organic compound having an unsaturated bond is preferably a liquid organic compound under normal temperature and pressure from the viewpoint of storage properties and transportability.
不飽和結合を有する有機化合物としては、例えばオレフィン類、ジエン類、アセチレン類、ベンゼン、炭素鎖置換芳香族類、へテロ置換芳香族類、多環芳香族類、シフ塩基類、ヘテロ芳香族類、ヘテロ5員環化合物類、キノン類、ケトン類等が挙げられる。オレフィン類としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセン等が挙げられる。ジエン類としては、アレン、ブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、へブタジエン、オクタジエン、ピペリレン、イソプレン等が挙げられる。アセチレン類としては、アセチレン、プロピン、ビニルアセチレン等が挙げられる。炭素鎖置換芳香族類としては、アルキル置換芳香族類等が挙げられる。アルキル置換芳香族類としては、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、安息香酸等が挙げられる。へテロ置換芳香族類としては、アニソール、ジメトキシベンゼン、フェノール、アニリン、N,N−ジメチルアニリン等が挙げられる。多環芳香族類としては、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナントレン、テトラリン、アズレン等が挙げられる。シフ塩基類としては、2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexane等が挙げられる。ヘテロ芳香族類としては、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン等が挙げられる。ヘテロ5員環化合物類としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール等が挙げられる。キノン類としては、ベンゾキノン、ナフトキノン等が挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。なお、言うまでもないが、二酸化炭素や一酸化炭素は、不飽和結合を有しているが一般に有機化合物とは見なされないので、本実施形態における不飽和結合を有する有機化合物から除外される。 Examples of the organic compound having an unsaturated bond include olefins, dienes, acetylenes, benzene, carbon chain-substituted aromatics, hetero-substituted aromatics, polycyclic aromatics, Schiff bases, and heteroaromatics. , Hetero 5-membered ring compounds, quinones, ketones and the like. Examples of olefins include ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, heptene, octene, nonene, decene, undecene, dodecene, and the like. Examples of dienes include allene, butadiene, pentadiene, hexadiene, hebutadiene, octadiene, piperylene, isoprene and the like. Examples of acetylenes include acetylene, propyne, and vinyl acetylene. Examples of the carbon chain substituted aromatics include alkyl substituted aromatics. Examples of the alkyl-substituted aromatics include toluene, xylene, trimethylbenzene, ethylbenzene, cumene, benzoic acid and the like. Examples of hetero-substituted aromatics include anisole, dimethoxybenzene, phenol, aniline, N, N-dimethylaniline and the like. Examples of polycyclic aromatics include naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, tetracene, phenanthrene, tetralin, and azulene. Examples of Schiff bases include 2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexane. Heteroaromatics include pyridine, pyrimidine, quinoline, isoquinoline and the like. Examples of hetero 5-membered ring compounds include furan, thiophene, pyrrole, and imidazole. Examples of quinones include benzoquinone and naphthoquinone. Examples of ketones include acetone and methyl ethyl ketone. Needless to say, carbon dioxide and carbon monoxide have an unsaturated bond, but are generally not regarded as organic compounds, and thus are excluded from the organic compounds having an unsaturated bond in the present embodiment.
上記の不飽和化合物の中でも、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン、テトラリンなど(以下「ベンゼン等」とする。)は、水素化の前後において非水溶性であり、水と相分離可能であるため、生成物としての回収容易性の観点で、アセトン等の水溶性の有機化合物よりも好ましい。非水溶性の有機化合物としては、ベンゼン等のうちの1種の化合物でもよいし、2種以上の化合物の混合物でもよい。 Among the above unsaturated compounds, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, naphthalene, methylnaphthalene, tetralin and the like (hereinafter referred to as “benzene”) are water-insoluble before and after hydrogenation, and are phase separated from water. Since it is possible, it is preferable to water-soluble organic compounds such as acetone from the viewpoint of easy recovery as a product. The water-insoluble organic compound may be one kind of compound such as benzene or a mixture of two or more kinds.
水素供給システム100は、例えば燃料電池自動車(以下「FCV」とする。)や水素エンジン車に水素を供給する機能を有している。
The
本実施形態では、水素供給システム100として、FCVに高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図1に示すように、本実施形態に係る水素供給システム100は、原料タンク1、気化器2、脱水素化システム3、分離器4、回収タンク5、水素精製器6、圧縮機7、蓄圧器8、ディスペンサ9、及び冷熱源13を備えており、各構成要素はラインL1〜L9を介して接続されている。
In the present embodiment, the
ラインL1は、原料タンク1と気化器2とを接続する。ラインL2は、気化器2と脱水素化システム3とを接続する。ラインL3は、脱水素化システム3と分離器4とを接続する。ラインL4は、分離器4と水素精製器6とを接続する。ラインL5は、分離器4と回収タンク5とを接続する。ラインL6は、水素精製器6と圧縮機7とを接続する。ラインL7は、水素精製器6と気化器2とを接続する。ラインL8は、圧縮機7と蓄圧器8とを接続する。ラインL9は、蓄圧器8とディスペンサ9とを接続する。
The line L1 connects the raw material tank 1 and the vaporizer 2. Line L2 connects the vaporizer 2 and the dehydrogenation system 3. A line L3 connects the dehydrogenation system 3 and the
原料タンク1は、本実施形態において原料となるMCHを貯留する機能を有する。原料タンク1に貯留されるMCHは、外部からタンクローリーなどで輸送され、例えば図示しない圧縮機によってラインL1を介して気化器2に供給される。 The raw material tank 1 has a function of storing MCH as a raw material in the present embodiment. The MCH stored in the raw material tank 1 is transported from the outside by a tank lorry or the like, and supplied to the vaporizer 2 via the line L1 by a compressor (not shown), for example.
気化器2は、原料タンク1から供給されたMCHを気化する機能を有する。気化器2によって気化されたMCHは、ラインL2を介して脱水素化システム3へ供給される。 The vaporizer 2 has a function of vaporizing the MCH supplied from the raw material tank 1. The MCH vaporized by the vaporizer 2 is supplied to the dehydrogenation system 3 via the line L2.
脱水素化システム3は、MCHを脱水素化反応させることによって脱水素化反応物(水素含有ガス)を生成する機能を有する。本実施形態に係る脱水素化反応物は、MCHを脱水素化反応させることによって生成する水素及びトルエン(脱水素化物)を主成分とするものであり、場合によっては脱水素化反応をしなかったMCH(未反応物)や不純物を含んでいる。脱水素化システム3で生成された脱水素化反応物は、ラインL3を介して分離器4へ供給される。
The dehydrogenation system 3 has a function of generating a dehydrogenation reaction product (hydrogen-containing gas) by causing a dehydrogenation reaction of MCH. The dehydrogenation reaction product according to the present embodiment is mainly composed of hydrogen and toluene (dehydrogenation product) produced by dehydrogenation reaction of MCH, and in some cases, the dehydrogenation reaction is not performed. MCH (unreacted material) and impurities. The dehydrogenation reaction product generated by the dehydrogenation system 3 is supplied to the
分離器4は、脱水素化反応物から脱水素化物であるトルエンを分離する機能を有するものであり、例えば気液分離器が挙げられる。分離器4として気液分離器を採用する場合、例えば脱水素化システム3からラインL3を介して供給される脱水素化反応物を冷却することにより、脱水素化物であるトルエンや未反応物であるMCHを優先的に液化させることができるため、相対的に液化し難い水素と気液分離することができる。この気液分離器における冷却温度は、分離効率の観点から低い(例えば50℃以下)方が好ましい。また、この気液分離器における圧力は、脱水素化物であるトルエンの液化を進める観点から高い(例えば0.2MPa〜1.0MPa)方が好ましい。分離器4で分離された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるMCHは、ラインL5を介して回収タンク5へ供給される。分離器4でトルエンやMCHを分離することにより得られた水素含有ガスは、ラインL4を介して水素精製器6へ供給される。
The
回収タンク5は、分離器4で分離されたトルエンやMCHを貯留する機能を有する。回収タンク5に回収されたトルエン等は、例えばタンクローリーで製油所等に輸送し、再度水素化してMCHに変換される。
The
水素精製器6は、分離器4から供給される水素含有ガスから、さらに脱水素化物であるトルエンや未反応物であるMCH等を除去し、例えばFCV等において要求される程度まで水素純度を高める機能を有する。水素精製器6によって得られた高純度水素(精製ガス)は、ラインL6を介して直接的あるいは間接的に圧縮機7へ供給される。ここで、間接的とは、例えば高純度水素をタンク等に一旦貯留することなどを意味する。一方、水素精製器6によって除去された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるMCH等を含むオフガスは、水素精製器6において精製ガスとして回収できなかった水素とともに、ラインL7へ供給される。ラインL7へ供給されたオフガスは、例えば図示しない圧縮機を介して気化器2に供給され、原料タンク1から供給され且つ気化器2で気化された原料(MCH)とともに、ラインL2を介して脱水素化システム3に供給される。なお、原料にオフガスを混在させて脱水素化システム3に供給する場合でも、単に「原料を脱水素化システム3に供給する」といったような表現で説明をする場合がある。
The hydrogen purifier 6 further removes dehydrogenated toluene, unreacted MCH, and the like from the hydrogen-containing gas supplied from the
水素精製器6としては、例えば、水素分離膜を含んでなる膜分離装置、PSA(Pressure swing adsorption)法又はTSA(Temperature swing adsorption)法を用いる吸着除去装置などが挙げられる。 Examples of the hydrogen purifier 6 include a membrane separation apparatus including a hydrogen separation membrane, an adsorption removal apparatus using a PSA (Pressure swing adsorption) method or a TSA (Temperature swing adsorption) method.
圧縮機7は、水素精製器6で得られた高純度水素をより高圧(例えば20MPa〜90MPa)にする機能を有する。圧縮機7によって高圧状態とされた高純度水素は、ラインL8を介して蓄圧器8に供給される。なお、本実施形態では、圧縮機7によって高圧状態とされた高純度水素を蓄圧器8に供給する構成としているが、これには限られず、例えば当該高圧状態の高純度水素を直接的にディスペンサ9に供給してもよい。
The compressor 7 has a function of making the high-purity hydrogen obtained by the hydrogen purifier 6 into a higher pressure (for example, 20 MPa to 90 MPa). The high-purity hydrogen brought to a high pressure state by the compressor 7 is supplied to the
蓄圧器8は、高純度水素を高圧状態で蓄える機能を有する。蓄圧器8に高圧状態で蓄えられた高純度水素は、ラインL9を介して、ディスペンサ9によってFCVに供給される。本実施形態では、例えばFCVへの水素供給速度を高めることを可能にする観点から、ラインL9を通過する高純度水素を冷熱源13によって冷却する構成としているが、これには限られず、冷熱源13を採用しない構成としてもよい。
The
次に、上記脱水素化システム3の構成について具体的に説明する。 Next, the configuration of the dehydrogenation system 3 will be specifically described.
図2は、第1実施形態に係る脱水素化システム3の構成を示すブロック図である。図2に示すように、脱水素化システム3は、脱水素化反応器30と、原料供給機構21と、加熱機構22と、減圧弁23と、制御部24とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the dehydrogenation system 3 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the dehydrogenation system 3 includes a
脱水素化反応器30は、原料供給機構21から供給される原料の流通方向において、上流側に位置する第1部分30Aと、第1部分30Aよりも下流側に位置する第2部分30Bとに分かれて構成されている。脱水素化反応器30において第1部分30Aと第2部分30Bとを区切る位置は、例えば第2部分30Bにおける圧力や温度等の反応条件を踏まえて設定されるが、第2部分30Bでのコーキングをより適切に抑制する観点から第1部分30Aの下流端におけるMCHの転化率が50%以上、特に第2部分30Bにおける温度を例えば石油由来の炭化水素の熱分解が加速する温度(例えば350℃)を超える温度に設定する場合には当該転化率が70%以上の位置に設定するのが好適である。なお、本実施形態における脱水素化反応器30は、第1部分30A及び第2部分30Bの2つの部分に分かれた構成とされているが、これには限られず、3つ以上に部分に分かれた構成としてもよい。
The
脱水素化反応器30は、反応容器31A,31Bと、脱水素化触媒32A,32Bと、分配部34A,34Bと、集約部37A,37Bと、連通管38と、を備えている。脱水素化反応器30において、反応容器31Aと脱水素化触媒32Aと分配部34Aと集約部37Aとは第1部分30Aに位置しており、反応容器31Bと脱水素化触媒32Bと分配部34Bと集約部37Bとは第2部分30Bに位置している。
The
反応容器31Aは、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器31Aは、並列配置された複数の反応管35Aを含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管35Aの形状は、円筒状であるが、これには限られず、例えば二重管状、箱型状、ハニカム状でもよい。
The
脱水素化触媒32Aは、MCHを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒32Aは、反応容器31Aを構成する各反応管35Aの内部に位置している。脱水素化触媒32Aとしては、アルミナ等の多孔質担体に、例えば白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、スズ、レニウム又はゲルマニウム等の触媒金属を担持したものが挙げられる。脱水素化触媒32Aの形状としては、特に限られず、例えば円柱状やハニカム状などが挙げられる。
The
分配部34Aは、原料供給機構21により供給量を調整しつつ、ラインL2を介して気化器2(図1参照)から供給される原料を、各反応管35Aへ分配する機能を有するものであり、第1部分30Aにおける各反応管35Aの上流側の端部に位置している。分配部34Aは、ラインL2を介して原料供給機構21から供給される原料が流入する流入口36を有している。
The
集約部37Aは、反応容器31A内に位置する脱水素化触媒32Aで原料の一部を脱水素化反応することによって生成され、反応容器31Aを構成する各反応管35Aから排出される原料及び脱水素化反応物(水素含有ガス)を含む第1流体を集約する機能を有するものであり、第1部分30Aにおける各反応管35Aの下流側の端部に位置している。集約部37Aは、上述の第1流体を連通管38に排出する排出口33Aを有している。
The concentrating
反応容器31Bは、連通管38を介して第1部分30Aから供給される上述の第1流体が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器31Bは、並列配置された複数の反応管35Bを含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管35Bの形状は、円筒状であるが、例えば二重管状、箱型状、ハニカム状でもよい。なお、本実施形態において、反応容器31Aを構成する反応管35Aと反応容器31Bを構成する反応管35Bとは、管数及び管径がそれぞれ同一となるように構成されている。
The
脱水素化触媒32Bは、MCHを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒32Bは、反応容器31Bを構成する各反応管35Bの内部に位置している。脱水素化触媒32Bとしては、アルミナ等の多孔質担体に、例えば白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、スズ、レニウム又はゲルマニウム等の触媒金属を担持したものが挙げられる。脱水素化触媒32Bの形状としては、特に限られず、例えば円柱状やハニカム状などが挙げられる。なお、本実施形態において、反応容器31B内に位置する脱水素化触媒32Bの触媒量は、コーキングの抑制やエネルギー効率の低下抑制の観点から、反応容器31A内に位置する脱水素化触媒32Aの触媒量より少ない構成とされている。
The
分配部34Bは、連通管38を介して第1部分30Aから供給される上述の第1流体を、各反応管35Bへ分配する機能を有するものであり、第2部分30Bにおける各反応管35Bの上流側の端部に位置している。分配部34Bは、連通管38が接続され、上述の第1流体が供給される供給口33Bを有している。
The
集約部37Bは、反応容器31B内に位置する脱水素化触媒32Bで原料を脱水素化反応することによって生成され、反応容器31Bを構成する各反応管35Bから排出される脱水素化反応物(水素含有ガス)を含む第2流体を集約する機能を有するものであり、第2部分30Bにおける各反応管35Bの下流側の端部に位置している。集約部37Bは、上述の第2流体をラインL3に排出する排出口39を有している。
The aggregating
原料供給機構21は、制御部24からの制御信号に基づき、脱水素化反応器30における流入口36への原料供給を調整する機能を有するものである。本実施形態における原料供給機構21は、ラインL1を介して原料タンク1から原料を供給するためのポンプ(図示せず)、及び原料の供給量を調整するための流量調整弁(図示せず)を含んで構成されているが、このような構成には限られない。
The raw
加熱機構22は、脱水素化反応器30に熱を供給する機能を有するものである。本実施形態における加熱機構22は、第1熱源41Aと、第2熱源41Bと、第1熱交換器(第1加熱部)42Aと、第2熱交換器(第2加熱部)42Bと、を含んで構成されている。
The
第1熱源41Aは、第1熱交換器42Aに供給される熱媒体を加熱する機能を有するものである。第1熱源41Aでの熱媒体の加熱温度は、脱水素化反応器30の第1部分30AにおけるMCHの最終転化率が所定の基準値(例えば50%〜95%)となるように設定され、例えば第1熱交換器42Aの流入口43A(後述)において340℃〜350℃とされる。また、本実施形態における第1熱源41Aは、第1熱源41Aで加熱された熱媒体を第1熱交換器42Aに供給する機能を有しているが、このような構成には限られず、第1熱交換器42Aに熱媒体を供給するポンプを第1熱源41Aとは別体として配置してもよい。なお、本実施形態では、脱水素化反応器30の第1部分30AにおけるMCHの最終転化率の制御容易性の観点から、第1熱源41Aでの熱媒体の加熱温度として、流入口43Aにおける熱媒体の温度を採用したが、これには限られず、排出口44Aにおける熱媒体の温度を採用してもよいし、流入口43A及び排出口44Aの両方における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよいし、1又は複数の任意箇所における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよい。
The
第1熱交換器42Aは、第1熱源41Aから供給される熱媒体と、第1部分30Aの反応容器31Aを構成する各反応管35A(ひいては、各反応管35A内に位置する脱水素化触媒32A等)との間で熱交換する機能を有するものである。第1熱交換器42Aは、流入口43A及び排出口44Aを有し、反応容器31Aにおける脱水素化触媒32Aが位置する領域を取り囲むように位置している。なお、第1熱交換器42Aは、熱媒体と各反応管35Aとの熱交換を適切に行うために、バッフル板やフィンなどの構成を有していてもよい。
The
流入口43Aは、第1熱源41Aから供給される熱媒体を第1熱交換器42A内に流入させるためのものであり、反応容器31Aの下流側の端部付近に位置している。排出口44Aは、第1熱交換器42A内の熱媒体を第1熱交換器42A外に排出させるためのものであり、反応容器31Aの上流側の端部付近に位置している。このような構成によると、反応容器31Aの上流側に比べて下流側の温度を高い状態とすることができるため、MCHの転化率を高める上で好適である。なお、第1熱交換器42Aの構成は、上述のものに限られず、例えば流入口43Aを反応容器31Aの上流側の端部付近に配置し、排出口44Aを反応容器31Aの下流側の端部付近に配置する構成としてもよい。
The
第2熱源41Bは、第2熱交換器42Bに供給される熱媒体を加熱する機能を有するものである。第2熱源41Bでの熱媒体の加熱温度は、脱水素化反応器30の第2部分30BにおけるMCHの最終転化率が所定の基準値(例えば90%〜99%)となるように、第1熱源41Aでの熱媒体の加熱温度より高く設定され、例えば第2熱交換器42Bの流入口43B(後述)において370℃〜380℃とされる。また、本実施形態における第2熱源41Bは、第2熱源41Bで加熱された熱媒体を第2熱交換器42Bに供給する機能を有しているが、このような構成には限られず、第2熱交換器42Bに熱媒体を供給するポンプを第2熱源41Bとは別体として配置してもよい。なお、本実施形態では、脱水素化反応器30の第2部分30BにおけるMCHの最終転化率の制御容易性の観点から、第2熱源41Bでの熱媒体の加熱温度として、流入口43Bにおける熱媒体の温度を採用したが、これには限られず、排出口44Bにおける熱媒体の温度を採用してもよいし、流入口43B及び排出口44Bの両方における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよいし、1又は複数の任意箇所における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよい。
The
第2熱交換器42Bは、第2熱源41Bから供給される熱媒体と、第2部分30Bの反応容器31Bを構成する各反応管35B(ひいては、各反応管35B内に位置する脱水素化触媒32B等)との間で熱交換する機能を有するものである。第2熱交換器42Bは、流入口43B及び排出口44Bを有し、反応容器31Bにおける脱水素化触媒32Bが位置する領域を取り囲むように位置している。なお、第2熱交換器42Bは、熱媒体と各反応管35Bとの熱交換を適切に行うために、バッフル板やフィンなどの構成を有していてもよい。
The
流入口43Bは、第2熱源41Bから供給される熱媒体を第2熱交換器42B内に流入させるためのものであり、反応容器31Bの下流側の端部付近に位置している。排出口44Bは、第2熱交換器42B内の熱媒体を第2熱交換器42B外に排出させるためのものであり、反応容器31Bの上流側の端部付近に位置している。このような構成によると、反応容器31Bの上流側に比べて下流側の温度を高い状態とすることができるため、MCHの転化率を高めるうえで好適である。なお、第2熱交換器42Bの構成は、上述のものに限られず、例えば流入口43Bを反応容器31Bの上流側の端部付近に配置し、排出口44Bを反応容器31Bの下流側の端部付近に配置する構成としてもよい。
The
加熱機構22としては、第1部分30Aを加熱する加熱温度より、第2部分30Bを加熱する加熱温度が高くなるように構成されていれば、上述のような構成には限られず、例えば第1部分30A及び第2部分30Bの所定箇所を取り囲むように配置された電気ヒータによる構成としてもよい。
The
減圧弁23は、脱水素化反応器30において、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を、第1部分30Aに位置する反応容器31Aの内部圧力よりも低くなるように調整する機能を有するものであり、集約部37Aと分配部34Bとを接続する連通管38に位置している。本実施形態における減圧弁23は、連通管38の流路を絞ることにより、その上流側と下流側との間で圧力差(圧力損失)を付与し、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を低下させる。また、本実施形態における減圧弁23は、当該減圧弁23の下流側の圧力に応じて弁開度を変化させる機能を有しており、当該下流側の圧力が変動する場合であっても、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力が第1部分30Aの内部圧力よりも低くなるように制御される。
The
脱水素化システム3においては、MCHを脱水素化反応させて脱水素化反応物を生成する際、減圧弁23が駆動され、連通管38を介して第1部分30Aから第2部分30Bへ流通する流体が当該減圧弁23により減圧される。これにより、反応容器31Bを構成する各反応管35B内を流通する流体の圧力は、反応容器31Aを構成する各反応管35A内を流通する流体の圧力よりも低くなる。なお、減圧弁23としては、例えば直動式及びパイロット式の何れのものを採用することができる。
In the dehydrogenation system 3, when the MCH is dehydrogenated to generate a dehydrogenation reaction product, the
なお、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を低下させるものであれば、減圧弁23に代えて、他の機構や構成を採用してもよい。例えば、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を検出する圧力センサと、第1部分30Aから第2部分30Bへの流体の流路を絞るコントロールバルブとを備え、当該圧力センサの検出値に基づいて第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力が低くなるようにコントロールバルブの弁開度を制御してもよい。また、減圧弁23に加えて、排出口39の後段に、吸引ポンプや圧縮機などを設けて、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を第1部分30Aに位置する反応容器31Aの内部圧力とは独立に制御するようにしてもよい。
In addition, as long as it can reduce the internal pressure of
制御部24は、脱水素化システム3を構成する各構成要素を制御する制御信号を送信する機能を有するものであり、例えば中央演算装置(CPU)、記憶媒体及び表示装置を含んで構成されている。本実施形態における制御部24は、例えば脱水素化システム3のシステム運転中において、脱水素化反応器30での脱水素化反応に関する制御を行う。具体的には、制御部24は、原料供給機構21を制御することによって脱水素化反応器30へ原料を供給すると共に、第1熱源41A及び第2熱源41Bを制御することによって各熱媒体を介して脱水素化反応器30に熱を供給する。なお、制御部24は、図1に示す水素供給システム100全体を制御するための機能を有していてもよい。
The
次に、本実施形態に係る脱水素化システム3の作用・効果について説明する。 Next, the operation and effect of the dehydrogenation system 3 according to the present embodiment will be described.
以上のように構成された脱水素化システム3では、脱水素化反応器30の第1部分30A(ここでは、反応容器31Aを構成する各反応管35A)が、第1熱源41Aで所定の加熱温度まで加熱された熱媒体によって加熱され、脱水素化反応器30の第2部分30B(ここでは、反応容器31Bを構成する各反応管35B)が、第2熱源41Bで第1熱源41Aの加熱温度より高い加熱温度まで加熱された熱媒体によって加熱される。これにより、第1部分30Aにおける脱水素化反応の活性よりも、第2部分30Bにおける脱水素化反応の活性を高めることができる。また、第2部分30Bには、第1部分30Aにおける脱水素化反応により得られた水素とともに原料が供給されるため、第2部分30Bの加熱温度を上げた場合であっても、コーキングが発生し難い。したがって、脱水素化システム3によれば、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。
In the dehydrogenation system 3 configured as described above, the
また、脱水素化システム3では、第1部分30Aにおける脱水素化反応の活性より、第2部分30Bにおける脱水素化反応の活性を高めることができるため、例えば脱水素化反応器30の第1部分30A及び第2部分30Bをともに第1熱源41Aでの加熱温度で加熱する場合に比べて、所定の目標転化率とするのに必要な脱水素化触媒32A,32Bの触媒量を低減できる。例えば、脱水素化反応器30の第2部分30BにおけるMCHの最終転化率を95%、水素の製造量を300m3/h、第1熱源41Aでの加熱温度を350℃、第2熱源41Bでの加熱温度を380℃とした場合には、必要な脱水素化触媒32A,32Bの触媒量を約40%低減できることが確認された。したがって、脱水素化システム3では、システムの小型化を図ることができる。
Further, in the dehydrogenation system 3, the activity of the dehydrogenation reaction in the
脱水素化システム3の脱水素化反応器30は、第1部分30Aに位置する反応容器31Aと、第2部分30Bに位置する反応容器31Bとに分けて構成されている。したがって、脱水素化システム3では、例えば第2部分30Bに位置する反応容器31Bの脱水素化触媒32Bが劣化した場合に、第2部分30Bに位置する反応容器31Bのみを選択的に取り替えることが可能となるため、例えば第2部分30Bの加熱温度をさらに高くして転化率をより向上させつつ、反応容器31A内に位置する脱水素化触媒32Aを有効活用することが可能となる。
The
脱水素化反応器における反応容器の内部圧力(水素分圧)を低下させた場合には、転化率が向上する一方でコーキングは発生しやすくなるという傾向がある。脱水素化システム3における第2部分30Bでは、上述したように、第1部分30Aにおける脱水素化反応により得られた水素とともに原料が供給されることから、当該第2部分30Bにおける反応容器31Bの内部圧力を低下させてもコーキングが発生し難くなっている。したがって、脱水素化システム3では、減圧弁23によって第2部分30Bにおける反応容器31Bの内部圧力を低下させることにより、コーキングを抑制しつつ、第2部分30Bの加熱温度を相対的に高く設定することによる転化率向上と併せて、転化率をより高めることができる。なお、本実施形態における脱水素化システム3は減圧弁23を備えた構成としているが、必ずしも減圧弁23を備える必要はない。
When the internal pressure (hydrogen partial pressure) of the reaction vessel in the dehydrogenation reactor is lowered, there is a tendency that coking is likely to occur while the conversion rate is improved. In the
脱水素化システム3では、第1部分30Aが集約部37Aを有している。これにより、反応容器31Aを構成する各反応管35Aから排出される第1流体を、第2部分30Bへ流入させる前に集約部37Aで混合することができるため、最終的に第2部分30Bに位置する反応容器31Bを構成する各反応管35Bから排出される第2流体における温度や組成のバラつきを低減することができる。その結果、脱水素化システム3では、転化率を向上させることが可能となる。
In the dehydrogenation system 3, the
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る脱水素化システム203について説明する。以下においては、第1実施形態に係る脱水素化システム3と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
[Second Embodiment]
Next, the
図3は、第2実施形態に係る脱水素化システム203の構成を示すブロック図である。図3に示すように、脱水素化システム203は、脱水素化反応器30及び加熱機構22(図2参照)に代えて脱水素化反応器230及び加熱機構222を採用する点において脱水素化システム3と異なる。脱水素化システム203の他の構成については、脱水素化システム3に関して上述したものと同様である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the
脱水素化反応器230は、原料供給機構21から供給される原料の流通方向において、上流側に位置する第1部分30Aと、第1部分30Aより下流側に位置する第2部分30Bとが一体的に構成されている。脱水素化反応器230において第1部分30Aと第2部分30Bとを区切る位置は、例えば第2部分30Bにおける圧力や温度などの反応条件を踏まえて設定されるが、第2部分30Bでのコーキングを抑制する観点から第1部分30Aの下流端におけるMCHの転化率が50%以上、特に第2部分30Bにおける温度を例えば石油由来の炭化水素の熱分解が加速する温度(例えば350℃)を超える温度に設定する場合には当該転化率が70%以上の位置に設定するのが好適である。
In the
脱水素化反応器230は、反応容器31と、脱水素化触媒32と、分配部34と、集約部37と、を備えている。脱水素化反応器230において、反応容器31及び脱水素化触媒32の上流側と、分配部34とは第1部分30Aに位置しており、反応容器31及び脱水素化触媒32の下流側と、集約部37とは第2部分30Bに位置している。
The
反応容器31は、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器31は、並列配置された複数の反応管35を含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管35としては、反応管35A,35Bと同様のものが挙げられる。
The
脱水素化触媒32は、MCHを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒32は、反応容器31を構成する各反応管35の内部に位置している。脱水素化触媒32としては、脱水素化触媒32A,32Bと同様のものが挙げられる。
The
分配部34は、原料供給機構21により供給量を調整しつつ、ラインL2を介して気化器2(図1参照)から供給される原料を、各反応管35へ分配する機能を有するものであり、各反応管35Aの上流側の端部に位置している。分配部34は、ラインL2を介して原料供給機構21から供給される原料が流入する流入口36を有している。
The
集約部37は、反応容器31内に位置する脱水素化触媒32で原料を脱水素化反応することによって生成され、反応容器31を構成する各反応管35から排出される脱水素化反応物(水素含有ガス)を含む流体を集約する機能を有するものであり、各反応管35の下流側の端部に位置している。集約部37は、上述の流体をラインL3に排出する排出口39を有している。
The aggregating
加熱機構222は、脱水素化反応器30に熱を供給する機能を有するものである。本実施形態における加熱機構222は、第1熱源41Aと、第2熱源41Bと、第1熱交換器(第1加熱部)42Aと、第2熱交換器(第2加熱部)42Bと、を含んで構成されている。本実施形態における加熱機構222は、第1熱交換器42A及び第2熱交換器42Bが隣接配置されている点で加熱機構22(図2参照)と異なる。
The
第1熱交換器42Aは、第1熱源41Aから供給される熱媒体と、第1部分30Aにおける反応容器31を構成する各反応管35(ひいては、各反応管35内に位置する脱水素化触媒32等)との間で熱交換する機能を有するものである。第1熱交換器42Aは、流入口43A及び排出口44Aを有し、第1部分30Aにおける反応容器31を構成する各反応管35を取り囲むように位置している。
The
第2熱交換器42Bは、第2熱源41Bから供給される熱媒体と、第2部分30Bにおける反応容器31を構成する各反応管35(ひいては、各反応管35内に位置する脱水素化触媒32等)との間で熱交換する機能を有するものである。第2熱交換器42Bは、流入口43B及び排出口44Bを有し、第2部分30Bにおける反応容器31を構成する各反応管35を取り囲むように位置している。
The
本実施形態に係る脱水素化システム203においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム3と同様の作用効果が奏される。
Also in the
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係る脱水素化システム303について説明する。以下においては、第1実施形態に係る脱水素化システム3と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
[Third Embodiment]
Next, the
図4(a)は、第3実施形態に係る脱水素化システム303の一部を示すブロック図である。図4(a)に示すように、脱水素化システム303は、反応容器31B(図2参照)に代えて反応容器331Bを採用する点において脱水素化システム3とは異なる。脱水素化システム303の他の構成については、脱水素化システム3に関して上述したものと同様である。
FIG. 4A is a block diagram showing a part of the
反応容器331Bは、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器331Bは、並列配置された複数の反応管35Bを含んで構成されている。本実施形態では、反応容器331Bを構成する反応管35B内を流通する原料を含む流体の平均流速が、反応容器31Aを構成する反応管35A内を流通する原料を含む流体の平均流速よりも大きくなるように、反応容器331Bを構成する全ての反応管35Bの断面積の総和が、反応容器31Aを構成する全ての反応管35Aの断面積の総和より小さくされて構成されている。ここで、断面積とは、各反応管35A,35Bの軸方向に垂直な断面の面積を意味する。具体的には、各反応管35A及び各反応管35Bの断面積が実質的に同一である場合に、反応容器331Bを構成する反応管35Bの数を、反応容器31Aを構成する反応管35Aの数より少なくする。なお、平均流速とは、反応容器を構成する全ての反応管に対して単位時間あたりに供給される流体の供給量を、反応容器を構成する全ての反応管の断面積の総和で割ることにより算出される流速である。
The
本実施形態に係る脱水素化システム303においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム3と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム303では、反応容器331Bを構成する反応管35B内を流通する流体の平均流速が、反応容器31Aを構成する反応管35A内を流通する流体の平均流速よりも大きいため、反応管35B内における境膜の厚さを薄く(境膜の体積を少なく)することができる。境膜は一般的にコーキングが発生しやすい領域であることから、脱水素化システム303ではコーキングをさらに抑制することが可能となる。したがって、脱水素化システム303では、第2部分30Bに位置する反応容器331Bをより高温にしたり、より低圧にしたりすることが可能となる。
Also in the
なお、反応容器331Bを構成する反応管35B内を流通する流体の平均流速を、反応容器31Aを構成する反応管35A内を流通する流体の平均流速よりも大きくする構成としては、上述したものに代えて他の構成を採用してもよく、例えば、反応容器331Bを構成する各反応管35Bの径を、反応容器31Aを構成する各反応管35Aの径よりも小さくする構成を採用してもよい。
In addition, as a structure which makes the average flow velocity of the fluid which distribute | circulates the inside of the
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係る脱水素化システム403について説明する。以下においては、第1実施形態に係る脱水素化システム3と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
[Fourth Embodiment]
Next, the
図4(b)は、第4実施形態に係る脱水素化システム403の一部を示すブロック図である。図4(b)に示すように、脱水素化システム403は、減圧弁23(図2参照)に代えて圧縮機51を採用する点において脱水素化システム3とは異なる。脱水素化システム403の他の構成については、脱水素化システム3に関して上述したものと同様である。
FIG. 4B is a block diagram showing a part of the
圧縮機51は、脱水素化反応器30において、第2部分30Bに位置する反応容器31Bの内部圧力を、第1部分30Aに位置する反応容器31Aの内部圧力よりも高くなるように調整する機能を有するものであり、本実施形態では、連通管38に位置している。圧縮機51は、制御部24に接続されており、その駆動が制御部24により制御される。
The
脱水素化システム403においては、MCHを脱水素化反応させて脱水素化反応物を生成する際、制御部24により圧縮機51が駆動され、連通管38を介して第1部分30Aから第2部分30Bへ流通する流体が当該圧縮機51により昇圧される。これにより、反応容器31Bを構成する各反応管35B内を流通する流体の圧力は、反応容器31Aを構成する各反応管35A内を流通する流体の圧力よりも高くなる。
In the
本実施形態に係る脱水素化システム403においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム3と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム403では、圧縮機51によって、反応容器31Bを構成する各反応管35B内を流通する流体の圧力が反応容器31Aを構成する各反応管35A内を流通する流体の圧力よりも高くなることから、反応容器31Bにおいて炭化水素から水素及び炭素への分解反応を進行し難くできる。したがって、脱水素化システム403は、反応容器31Bでのコーキングを一層発生し難くでき、コーキングをさらに抑制することが可能となる。なお、反応容器31Bを構成する各反応管35B内を流通する流体の圧力を高くする構成としては、上述したものに代えて他の構成を採用してもよい。
Also in the
[第5実施形態]
次に、第5実施形態に係る脱水素化システム503について説明する。以下においては、第1実施形態に係る脱水素化システム3と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
[Fifth Embodiment]
Next, a
図5は、第5実施形態に係る脱水素化システム503の一部を示すブロック図である。図5に示すように、脱水素化システム503は、第3部分30C及び第3熱交換器42Cをさらに備えている点において脱水素化システム3とは異なる。脱水素化システム503の他の構成については、脱水素化システム3に関して上述したものと同様である。
FIG. 5 is a block diagram showing a part of a
第3部分30Cは、第2部分30Bと並列に接続され、原料の流通方向において第1部分30Aよりも下流側に位置している。第3部分30Cは、第2部分30Bと同様に構成されており、反応容器31Bと脱水素化触媒32Bと分配部34Bと集約部37Bとを有している。第3熱交換器42Cは、第2熱交換器42Bと同様に構成されている。
The
本実施形態における連通管38は、原料の流通方向において減圧弁23の下流側に切替弁61を有している。切替弁61は、第2部分30Bと第3部分30Cとの間で流体の流通を切り替える機能を有するものであり、例えば三方弁が挙げられる。また、本実施形態における連通管38には、分岐管62が接続されている。分岐管62は、その一端が切替弁61を介して連通管38に接続され、その他端が第3部分30Cにおける分配部34Bに接続されている。これにより、第1部分30Aの集約部37Aから排出される流体は、第2部分30B又は第3部分30Cの何れかへ選択的に流通される。
The
本実施形態では、第2熱源41Bにおいて加熱された熱媒体の供給ラインに切替弁63を有している。切替弁63は、第2部分30Bと第3部分30Cとの間で熱媒体の供給を切り替える機能を有するものであり、例えば三方弁が挙げられる。これにより、第2熱源41Bにおいて加熱された熱媒体は、切替弁63を介して、第2熱交換器42B又は第3熱交換器42Cの何れかへ選択的に供給される。
In this embodiment, the switching
本実施形態の制御部24は、脱水素化反応器30の第2部分30Bを利用して運転する場合には、切替弁61を制御することにより、第1部分30Aから流出した流体を第2部分30Bへ流通させると共に、切替弁63を制御することにより、第2熱源41Bにおいて加熱された熱媒体を第2部分30Bに位置する第2熱交換器42Bの流入口43Bへ供給させる。他方、本実施形態の制御部24は、脱水素化反応器30の第3部分30Cを利用して運転する場合には、切替弁61を制御することにより、第1部分30Aから流出した流体を第3部分30Cへ流通させると共に、切替弁63を制御することにより、第2熱源41Bにおいて加熱された熱媒体を第3部分30Cに位置する第3熱交換器42Cの流入口43Bへ供給させる。
When the
本実施形態に係る脱水素化システム503においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム3と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム503では、脱水素化反応器30の第2部分30Bと第3部分30Cとを切替えて運転することが可能となるため、例えば第2部分30Bに位置する反応容器31B内の脱水素化触媒32Bが交換を要する程度に劣化したとしても、第2部分30Bから第3部分30Cに切り替えることにより、脱水素化反応を継続させることができる。したがって、脱水素化システム503は、水素の製造を長期間維持することが可能となる。
Also in the
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、脱水素化反応器を加熱する熱交換器の構成は上述の実施形態のようなものに限られない。また、脱水素化反応器の構成は上記実施形態のような多管式のものに限定されず、単管式のものを採用してもよい。 For example, the configuration of the heat exchanger that heats the dehydrogenation reactor is not limited to that in the above-described embodiment. Further, the configuration of the dehydrogenation reactor is not limited to the multi-tube type as in the above embodiment, and a single-tube type may be adopted.
例えば、脱水素化触媒32Aと脱水素化触媒32Bとは、同種のものを採用してもよいし、異種のものを採用してもよい。特に、脱水素化触媒32Bは脱水素化触媒32Aよりも高い温度で使用されるため、相対的に脱水素化反応の活性が低いものであっても、充分に高い反応速度が維持することが可能である。したがって、脱水素化触媒32Aとしては、コーキングをより抑制する観点から、脱水素化触媒32Aよりも貴金属担持量の少ないものを採用したり、被毒物質の影響を抑制する観点から、当初から被毒物質によって活性を調整したものを採用したりしてもよい。
For example, the same or different types of
例えば、第1熱源41Aでの熱媒体の加熱温度として、流入口43Aにおける熱媒体の温度を採用する場合は、第2熱源41Bでの熱媒体の加熱温度として、流入口43Bにおける熱媒体の温度を採用するというように、前段と後段との間で対応する部分の温度を採用するのが好ましい。
For example, when the temperature of the heat medium at the
例えば、水素精製器6から排出されるオフガス(精製ガスとして回収できなかった水素含む)は、気化器2に供給せずに、加熱機構の燃料として使用してもよい。 For example, off-gas discharged from the hydrogen purifier 6 (including hydrogen that could not be recovered as the purified gas) may be used as fuel for the heating mechanism without being supplied to the vaporizer 2.
3,203,303,403,503…脱水素化システム、22,222…加熱機構、23…減圧弁、30,230…脱水素化反応器、30A…第1部分、30B…第2部分、30C…第3部分、31…反応容器、31A…反応容器(第1容器)、31B,331B…反応容器(第2容器)、32,32A,32B…脱水素化触媒、41A…第1熱源、41B…第2熱源、42A…第1熱交換器(第1加熱部)、42B…第2熱交換器(第2加熱部)、42C…第3熱交換器、51…圧縮機。 3,203,303,403,503 ... dehydrogenation system, 22,222 ... heating mechanism, 23 ... pressure reducing valve, 30,230 ... dehydrogenation reactor, 30A ... first part, 30B ... second part, 30C ... 3rd part, 31 ... Reaction vessel, 31A ... Reaction vessel (first vessel), 31B, 331B ... Reaction vessel (second vessel), 32, 32A, 32B ... Dehydrogenation catalyst, 41A ... First heat source, 41B ... 2nd heat source, 42A ... 1st heat exchanger (1st heating part), 42B ... 2nd heat exchanger (2nd heating part), 42C ... 3rd heat exchanger, 51 ... compressor.
Claims (5)
前記脱水素化反応器に熱を供給する加熱部と、を備え、
前記加熱部は、
前記脱水素化反応器における第1部分を加熱する第1加熱部と、
前記脱水素化反応器における前記第1部分よりも前記原料の流通方向における下流側の第2部分を加熱する第2加熱部と、を有し、
前記第2加熱部の加熱温度は、前記第1加熱部の加熱温度よりも高い、脱水素化システム。 A dehydrogenation having a reaction vessel in which a raw material containing organic hydride circulates, and a dehydrogenation catalyst which is located in the reaction vessel and converts the organic hydride into hydrogen and a dehydrogenated product by a dehydrogenation reaction A reactor,
A heating unit for supplying heat to the dehydrogenation reactor,
The heating unit is
A first heating unit for heating the first part in the dehydrogenation reactor;
A second heating unit that heats the second part on the downstream side in the flow direction of the raw material from the first part in the dehydrogenation reactor,
The dehydrogenation system, wherein a heating temperature of the second heating unit is higher than a heating temperature of the first heating unit.
前記第1容器は、前記脱水素化反応器における前記第1部分に位置し、
前記第2容器は、前記脱水素化反応器における前記第2部分に位置する、請求項1に記載の脱水素化システム。 The reaction container has a first container and a second container,
The first vessel is located in the first part of the dehydrogenation reactor;
The dehydrogenation system according to claim 1, wherein the second container is located in the second portion of the dehydrogenation reactor.
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