JP2016060649A - Hydrogen production system for hydrogen station - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ステーション内で、都市ガス、プロパンガス、灯油等の原料ガスを改質して水素を製造するようになる水素ステーション用水素製造システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen production system for a hydrogen station that produces hydrogen by reforming a source gas such as city gas, propane gas, or kerosene in the hydrogen station.
近年、クリーンなエネルギーとして水素を燃料とする自動車である燃料電池車が注目されており、この燃料電池車の開発、普及が進められていた。そして、この燃料電池車の開発、普及と共に、燃料電池車に燃料である水素を供給するための水素ステーションの開発も進められていた。 In recent years, fuel cell vehicles, which are vehicles that use hydrogen as a clean energy, have attracted attention, and the development and popularization of these fuel cell vehicles have been promoted. Along with the development and popularization of this fuel cell vehicle, the development of a hydrogen station for supplying hydrogen as a fuel to the fuel cell vehicle has also been promoted.
この水素ステーションとしては、水素ステーション内で原料ガスを改質して水素を製造し、この水素を燃料電池車に供給するようになるオンサイト型の水素ステーションといったものが知られていた。なお、この原料ガスとしては、都市ガスやプロパンガスである。 As this hydrogen station, there has been known an on-site type hydrogen station that reforms a source gas in the hydrogen station to produce hydrogen and supplies the hydrogen to a fuel cell vehicle. The source gas is city gas or propane gas.
そして、従来、このオンサイト型の水素ステーションに設置する水素ステーション用水素製造システムの代表例としては、図4に示すように、一つ乃至二つの燃焼器72を設け、この一つ乃至二つの燃焼器72の熱エネルギーを利用して水蒸気改質反応を行う改質器71を設けると共に、その下流側にCOシフト反応を行うCO転化器73を設け、この改質器71における水蒸気改質反応とCO転化器73におけるCOシフト反応によって原料ガスを改質して水素を作り出している。そして、このCO転化器73の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素PSA装置74を設ける。
Conventionally, as a representative example of a hydrogen production system for a hydrogen station installed in this on-site type hydrogen station, as shown in FIG. 4, one or two
そして、この改質器71、燃焼器72、CO転化器73、水素PSA装置74の周辺の各機器としては、まず、改質器71の上流側では、原料ガスを分けて、その一方側を一つ乃至二つの燃焼器72に燃焼用燃料として供給し、また他方側を原料ガス昇圧機75、ガス冷却器76、調圧槽77を経てフィードガス加熱器78に供給し、このフィードガス加熱器78から脱硫器79に原料ガスを供給する。なお、フィードガス加熱器78では、改質器71の排気ガスの熱エネルギーを利用して原料ガスを加熱し、加熱後、その一部を排気ガスとして排出する。
And as each apparatus around this reformer 71, the
そして、脱硫器79に供給された原料ガスを混合器80に供給し、この混合器80で水蒸気と混合してから、この水蒸気と混合した原料ガスを原料加熱器81に供給する。なお、原料加熱器81では、改質器71の排気ガスの熱エネルギーを利用して原料ガスを加熱し、加熱後、その一部を排気ガスとして排出する。
Then, the raw material gas supplied to the desulfurizer 79 is supplied to the
そして、原料加熱器81に供給された水蒸気と混合した原料ガスを改質器71に供給する。
Then, the raw material gas mixed with the water vapor supplied to the
一方、純水を純水供給ポンプ82を経てから分けて、その一方側を純水加熱器83に供給し、他方側を純水予熱器84、ボイラー85に供給し、一方側の純水加熱器83と他方側のボイラー85の先で合流する。そして、この純水加熱器83、純水予熱器84、ボイラー85で水蒸気を発生し、この発生した水蒸気を前記混合器80に供給し、混合器80で原料ガスに混合する。
On the other hand, pure water is divided after passing through a pure
また、燃焼用空気を燃焼用空気ファン86を経て一つ乃至二つの燃焼器72に供給する。
Further, combustion air is supplied to one or two
そして、改質器71において、供給された水蒸気と混合した原料ガスから、水蒸気改質反応による改質を行って改質ガスとし、この改質器71にて改質を行った改質ガスは純水加熱器83で純水を加熱後、COシフト反応に最適な温度まで冷却されてCO転化器73に供給する。
In the reformer 71, the reformed gas is reformed by the steam reforming reaction from the raw material gas mixed with the supplied steam, and the reformed gas reformed in the reformer 71 is After pure water is heated by the
そして、CO転化器73において、供給された改質ガスはCOシフト反応を行って改質ガスとし、この改質器71における水蒸気改質反応とCO転化器73におけるCOシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質するようにしている。 In the CO converter 73, the supplied reformed gas undergoes a CO shift reaction to obtain a reformed gas, and the hydrogen gas is converted from the raw material gas by the steam reforming reaction in the reformer 71 and the CO shift reaction in the CO converter 73. To produce reformed gas.
さらに、CO転化器73の下流側では、原料ガスから水素を作り出して改質された改質ガスをボイラー85、純水予熱器84、凝縮器87を経て、凝縮水分離槽88に供給する。この凝縮水分離槽88では、凝縮水を分離し、この凝縮水を廃液として排出する。
Further, on the downstream side of the CO converter 73, the reformed gas produced by reforming hydrogen from the raw material gas is supplied to the condensed
そして、この凝縮水分離槽88から改質ガスを水素PSA装置74に供給し、この水素PSA装置74において、改質ガスから水素を分離精製して高純度の水素を取り出す。これにより、燃料電池車の燃料となる水素を製造するようにしている。
Then, the reformed gas is supplied from the condensed
また、この水素PSA装置74にて分離された不純物ガスをオフガスタンク89に集めて、ここに貯蔵し、この不純物ガスを、一つ乃至二つの燃焼器72に燃焼用燃料として供給する。
Further, the impurity gas separated by the hydrogen PSA device 74 is collected in an off-
このようになる水素ステーション用水素製造システムにおいて、このシステムを構成する機器の数として、20基程度となっている。 In such a hydrogen production system for a hydrogen station, the number of devices constituting this system is about 20.
かかる従来の水素ステーション用水素製造システムは、システムを構成する機器の数が20基程度となることから、機器の数がかなり多く、このため、システム全体の大きさも大きなものとなっていた。また、機器の数が多いため、システムの価格も非常に高価なものになっていた。 In such a conventional hydrogen production system for a hydrogen station, since the number of devices constituting the system is about 20, the number of devices is considerably large, and therefore the size of the entire system is large. In addition, since the number of devices is large, the price of the system is very expensive.
このような従来の水素ステーション用水素製造システムでは、システムを構成する機器の数が多く、システム全体の大きさも大きなものとなり、しかも、その価格も非常に高価なものになることから、水素ステーション用水素製造システムを設置するようになる水素ステーションにあっては、その普及が上手く行かないといった問題があった。 In such a conventional hydrogen production system for a hydrogen station, the number of devices constituting the system is large, the size of the entire system is large, and the price is also very expensive. There was a problem that the hydrogen station did not spread well in the hydrogen station where the hydrogen production system would be installed.
そこで、本発明は、水素ステーション用水素製造システムにおいて、システムを構成する機器の数を大幅に減らし、システム全体の大きさを小さくすると共に、システムの価格も安価なものにすることにより、水素ステーションの普及を図ることのできる水素ステーション用水素製造システムを提供することを、その課題とする。 Accordingly, the present invention provides a hydrogen production system for a hydrogen station by greatly reducing the number of devices constituting the system, reducing the overall size of the system, and reducing the price of the system. It is an object of the present invention to provide a hydrogen production system for a hydrogen station that can be widely used.
第一の発明は、水素ステーション内で原料ガスを改質して燃料電池車の燃料となる水素を製造するようになる水素ステーション用水素製造システムにおいて、燃焼器を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部、COシフト反応を行うCOシフト反応部、水蒸気を発生する蒸気発生部を一体的に備え、水蒸気改質反応部における水蒸気改質反応とCOシフト反応部におけるCOシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器を設け、この複合型改質器の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素PSA装置を設けた水素ステーション用水素製造システムである。 A first invention is a hydrogen production system for a hydrogen station that reforms a raw material gas in a hydrogen station to produce hydrogen as fuel for a fuel cell vehicle. The hydrogen production system for a hydrogen station includes a combustor and performs a steam reforming reaction. A steam reforming reaction part to be performed, a CO shift reaction part to perform a CO shift reaction, and a steam generation part to generate steam are integrally provided, and by a steam reforming reaction in the steam reforming reaction part and a CO shift reaction in the CO shift reaction part A hydrogen station that has a combined reformer that produces hydrogen from a raw material gas and reforms it into a reformed gas, and a hydrogen PSA device that separates and purifies hydrogen from the reformed gas downstream of the combined reformer Hydrogen production system.
第二の発明は、第一の発明において、複合型改質器にあっては、水蒸気改質反応部の上流側で、かつCOシフト反応部に隣接し、COシフト反応部からの熱分を吸収し、この熱分によって原料ガスの一部を改質する予備改質部を備えた水素ステーション用水素製造システムである。 The second invention is the composite reformer according to the first invention, wherein the combined reformer is upstream of the steam reforming reaction section and adjacent to the CO shift reaction section, and the heat from the CO shift reaction section is obtained. This is a hydrogen production system for a hydrogen station that includes a pre-reformer that absorbs and reforms part of the raw material gas by this heat.
第三の発明は、第一又は第二の発明において、複合型改質器にあっては、全体形状を略円筒状にし、この周囲全体すべてを高性能特殊断熱材にて覆うと共に、その中心に燃焼器を備えた水素ステーション用水素製造システムである。 According to a third invention, in the first or second invention, in the composite reformer, the overall shape is made substantially cylindrical, and the entire periphery is covered with a high-performance special heat insulating material, and the center This is a hydrogen production system for a hydrogen station equipped with a combustor.
第四の発明は、第一乃至第三の発明において、複合型改質器の上流側に混合器を設け、この混合器に複合型改質器の蒸気発生部で発生した水蒸気を供給し、ここで水蒸気を原料ガスに混合してから、水蒸気と混合した原料ガスを複合型改質器に供給するようにした水素ステーション用水素製造システムである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, a mixer is provided on the upstream side of the composite reformer, and water vapor generated in the steam generator of the composite reformer is supplied to the mixer. Here, the hydrogen production system for the hydrogen station is configured such that the raw material gas mixed with the water vapor is supplied to the combined reformer after the water vapor is mixed with the raw material gas.
本発明によれば、複合型改質器において、水蒸気改質反応部、COシフト反応部、蒸気発生部、さらには予備改質部といった複数の機器を一つにまとめて一体的に備えるようにし、これを小型化することにより、当該水素ステーション用水素製造システムにあっては、そのシステムを構成する機器の数を大幅に減らすことができ、これにより、システムの全体の大きさも小さくすることができると共に、システムの価格も安価なものにすることができ、燃料電池車に燃料である水素を供給するための水素ステーションの普及を図ることができる。 According to the present invention, in a combined reformer, a plurality of devices such as a steam reforming reaction unit, a CO shift reaction unit, a steam generation unit, and a preliminary reforming unit are integrated and integrated. By miniaturizing this, in the hydrogen production system for the hydrogen station, the number of devices constituting the system can be greatly reduced, thereby reducing the overall size of the system. In addition, the cost of the system can be reduced, and a hydrogen station for supplying hydrogen as fuel to the fuel cell vehicle can be promoted.
また、複合型改質器において、予備改質部をCOシフト反応部に隣接し、このCOシフト反応部からの熱分を吸収するようにしたことで、予備改質部では、COシフト反応部からの熱分を効率良く吸収することができ、原料ガスの一部を良好に改質することができる。 In the combined reformer, the pre-reformer is adjacent to the CO shift reaction unit and absorbs heat from the CO shift reaction unit. Can be efficiently absorbed, and a part of the raw material gas can be favorably modified.
さらに、複合型改質器において、中心に燃焼器を備え、その周囲全体すべてを高性能特殊断熱材にて覆うようにしたことで、ここでの熱エネルギーの損失を抑えて熱エネルギー効率の向上を図ることができ、原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する作業を効率良く行うことができる。また、高性能特殊断熱材における軽量化及び小型化も図ることができ、延いては複合型改質器の軽量化及び小型化を図ることができる。 Furthermore, in the combined reformer, a combustor is provided at the center, and the entire periphery is covered with a high-performance special heat insulating material, thereby suppressing the loss of heat energy and improving the heat energy efficiency. Therefore, it is possible to efficiently perform the work of producing hydrogen from the raw material gas and reforming it into the reformed gas. In addition, the high-performance special heat insulating material can be reduced in weight and size, and the combined reformer can be reduced in weight and size.
また、複合型改質器に、原料ガスに混合する水蒸気を発生するための蒸気発生部を備えることで、蒸気発生部では複合型改質器に備えた燃焼器を利用して水蒸気を発生させることができ、効率の良いものにすることができる。 Further, by providing the composite reformer with a steam generating section for generating steam mixed with the raw material gas, the steam generating section uses the combustor provided in the composite reformer to generate steam. Can be efficient.
本発明の水素ステーション用水素製造システムの一の実施形態について説明する。なお、この水素ステーション用水素製造システムは、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の燃料電池・水素分野における「水素利用技術研究開発事業/燃料電池自動車及び水素ステーション用低コスト機器・システム等に関する研究開発」の事業で採択されて研究開発が行われているものである。 An embodiment of a hydrogen production system for a hydrogen station of the present invention will be described. This hydrogen production system for hydrogen stations is a new energy / industrial technology development organization (NEDO) fuel cell and hydrogen field "Hydrogen utilization technology research and development project / low cost equipment for fuel cell vehicles and hydrogen stations."・ Research and development has been adopted in the “R & D on systems, etc.” project.
図1に示すように、燃焼器3を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部4、COシフト反応を行うCOシフト反応部5、水蒸気を発生する蒸気発生部6を一体的に備え、水蒸気改質反応部4における水蒸気改質反応とCOシフト反応部5におけるCOシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器1を設けている。また、この複合型改質器1にあっては、水蒸気改質反応部4の上流側で、かつCOシフト反応部5に隣接し、COシフト反応部5からの熱分を吸収し、この熱分によって原料ガスの一部を改質する予備改質部7を備える。
As shown in FIG. 1, a
そして、この複合型改質器1の下流側には、改質ガスから水素を分離精製する水素PSA装置2を設けている。
A
この原料ガスとしては、都市ガスやプロパンガスであり、あるいは灯油、具体的には気化した灯油である。 The source gas is city gas or propane gas, or kerosene, specifically vaporized kerosene.
さらに、この複合型改質器1と水素PSA装置2の周辺の各機器について述べる。まず、複合型改質器1の上流側では、原料ガスを分けて、その一方側を複合型改質器1の燃焼器3に燃焼用燃料として供給し、他方側を原料ガス昇圧機11を経て脱硫器12に供給し、この脱硫器12から混合器13に供給する。そして、供給された原料ガスは混合器13で水蒸気と混合してから、この水蒸気と混合した原料ガスを複合型改質器1に供給する。なお、原料ガスとして灯油を用いた場合、図示していないが、灯油供給ポンプを使用して灯油を混合器に供給し、混合器にて水蒸気により気化させ、気化した灯油にする。また、この灯油は脱硫された灯油を使用することから、脱硫器12が不要になる。
Further, each device around the combined reformer 1 and the
一方、水蒸気改質反応に必要な純水は、純水供給ポンプ14を経て純水予熱・凝縮器15に供給し、この純水予熱・凝縮器15で予熱され、予熱された純水を複合型改質器1の蒸気発生部6に供給する。そして、この蒸気発生部6で水蒸気を発生し、この発生した水蒸気を前記混合器13に供給し、混合器13で原料ガスに混合する。
On the other hand, the pure water required for the steam reforming reaction is supplied to the pure water preheating /
また、燃焼用空気は、燃焼用空気ファン16を経て空気加熱器17に供給し、この空気加熱器17から燃焼用空気を複合型改質器1の燃焼器3に供給する。
The combustion air is supplied to the
そして、複合型改質器1において、供給された水蒸気と混合した原料ガスから、予備改質部7、水蒸気改質反応部4、COシフト反応部5を経て、ここで水素を作り出して改質ガスに改質する。この複合型改質器1における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点及びその構造については、後述する。
Then, in the combined reformer 1, hydrogen is produced from the raw material gas mixed with the supplied steam, through the preliminary reforming
そして、複合型改質器1の下流側では、複合型改質器1の燃焼器3から出てきた排気ガスは空気加熱器17で燃焼空気を加熱した後、排気ガスとして排出する。
Then, on the downstream side of the composite reformer 1, the exhaust gas emitted from the
また、複合型改質器1において、原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスは、純水予熱・凝縮器15の上部の純水予熱部分で純水を予熱する。また、純水予熱・凝縮器15の下部では改質ガス中の水分を凝縮させ、そして凝縮水分離槽18に供給する。この凝縮水分離槽18では、凝縮水を分離し、この凝縮水を廃液として排出する。
Further, the reformed gas produced by reforming hydrogen from the raw material gas in the combined reformer 1 preheats pure water at the pure water preheated portion above the pure water preheater /
そして、この凝縮水分離槽18から改質ガスを水素PSA装置2に供給し、この水素PSA装置2において、改質ガスから水素を分離精製し、高純度の水素を取り出すことにより、燃料電池車の燃料となる水素を製造するようにしている。
Then, the reformed gas is supplied from the condensed
この水素PSA装置2は、PSA(Pressure Swing Adsorption)法によるガス分離技術を利用したもので、PSA法による水素の分離精製とは、吸着剤を充填した複数の容器内で、加圧減圧を繰り返すことにより、一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2)を含む不純物ガスを吸着剤に吸着脱着を行うことで、高純度の水素(H2)を得るようになる水素を分離精製する方法である。
This
また、この水素PSA装置2にて分離された不純物ガスをオフガスタンク19に集めて、ここに貯蔵し、この不純物ガスを、複合型改質器1の燃焼器3に燃焼用燃料として供給する。
Further, the impurity gas separated by the
次に、複合型改質器における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点及びその構造について述べる。 Next, the point and structure of producing hydrogen from the raw material gas and reforming it into reformed gas in the combined reformer will be described.
まず、複合型改質器1としては、図2、図3に示すように、上部に縦向き円筒状の第一円筒体21と、下部に第一円筒体21より大径となる縦向き円筒状の第二円筒体22とからなることにより全体形状を段付きの略円筒状にし、この第一円筒体21と第二円筒体22の周囲全体すべてを高性能特殊断熱材23にて覆う。
First, as shown in FIGS. 2 and 3, the combined reformer 1 includes a first
この高性能特殊断熱材23としては、微細多孔構造断熱材を用いたものであって、この微細多孔構造断熱材は、熱伝導率が0.0045W/m・Kと熱伝導率が非常に小さく、しかも密度が400kg/m3と密度も小さいものである。一般的に断熱性能に優れているといわれるセラミックファイバー断熱材の熱伝導率が0.14W/m・Kであることを考えると、この微細多孔構造断熱材の熱伝導率が非常に小さいことがわかる。これにより、この微細多孔構造断熱材を用いた高性能特殊断熱材23にあっては、断熱性能が非常に優れており、熱エネルギーの損失を極力抑えることができる。また、このように熱伝導率が非常に小さく、しかも、密度も小さいものであることから、ここでの軽量化及び小型化も図ることができる。
As this high-performance special
そして、上部の第一円筒体21の内部には予備改質部7とCOシフト反応部5を備えると共に、下部の第二円筒体22の内部には水蒸気改質反応部4と蒸気発生部6を備える。この第一円筒体21の内部には、内側に内筒31を、外側に外筒32を設けて環状の第一空間を形成する。また、第二円筒体22の内部には、上部と下部そして側方部の高性能特殊断熱材23の内面にさらに特殊断熱壁25を設けて円形状の室内空間を形成し、この室内空間の内部に、第一円筒体21の内筒31及び外筒32と同じ径となる内筒41及び外筒42、さらに底蓋43を設けて環状の第二空間を形成する。なお、第二円筒体22の内部における上部と下部そして側方部の内面に設けた特殊断熱壁25については、高アルミナ多結晶繊維質断熱材を用いたものであって、この高アルミナ多結晶繊維質断熱材は、熱伝導率が0.18W/m・K、密度が400kg/m3となる。通常よく用いられているプラスチック耐火物は熱伝導率が0.986W/m・K、密度が2700kg/m3となるので、このプラスチック耐火物と比べて、熱伝導率も密度も小さくなる高アルミナ多結晶繊維質断熱材を用いた特殊断熱壁25にあっては、ここでの軽量化及び小型化を図ることができる。
The upper first
また、燃焼器3は、複合型改質器1の中心に備える。これは、第一円筒体21の中心上部から第二円筒体22の室内空間内の中心上部にわたって燃焼器3を備えており、この燃焼器3は、第一円筒体21の中心上部に燃焼器本体51を配置し、この燃焼器本体51には燃焼用燃料が供給されると共に、燃料用空気が供給される。そして、この燃焼器本体51が第一円筒体21の内筒31の内部を経て第二円筒体22の室内空間内の中心上部に設けたバーナー室52につながっており、このバーナー室52において燃焼を行う。そして、このバーナー室52における燃焼によって生じた熱エネルギーが、水蒸気改質反応部4、COシフト反応部5、蒸気発生部6、予備改質部7といった各部分に伝わる。
The
第一円筒体21にあっては、内筒31と外筒32の間に形成した環状の第一空間において、内側の内側中間筒33と外側の外側中間筒34とを同心状に設ける。そして、内筒31と内側中間筒33の間に形成した環状の空間と、外側中間筒34と外筒32の間に形成した環状の空間は、断面積が略同一にする。そして、この内筒31と内側中間筒33の間に形成した環状の空間と、外側中間筒34と外筒32の間に形成した環状の空間それぞれに、予備改質部7を備える。この予備改質部7としては、ここの上略半分を粒子状となる伝熱粒子層(吸熱反応)7aにすると共に、下略半分をペレットタイプとなる予備改質反応触媒層(吸熱反応)7bにする。
In the first
また、第一円筒体21の内側中間筒33と外側中間筒34の間に形成した環状の空間に、COシフト反応部5を備える。このCOシフト反応部5としては、ここの上略半分をペレットタイプとなる低温COシフト反応触媒層(発熱反応)5aにすると共に、下略半分をペレットタイプとなる高温COシフト反応触媒層(発熱反応)5bにする。
The CO
このように第一円筒体21にあっては、第一空間において、内側中間筒33と外側中間筒34の間に形成した環状の空間にCOシフト反応部5を備えると共に、内筒31と内側中間筒33の間に形成した環状の空間と、外側中間筒34と外筒32の間に形成した環状の空間に予備改質部7をそれぞれ備えることで、予備改質部7をCOシフト反応部5に隣接するように備える。
As described above, the first
また、第一円筒体21にあっては、その上部に原料ガス流入口26を設け、混合器13より供給された水蒸気と混合した原料ガスを流入する。さらに、上部に改質ガス排出口27を設け、当該複合型改質器1の下流側に原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスを排出する。
Further, in the first
第二円筒体22にあっては、内筒41と外筒42、底蓋43の間に形成した環状の第二空間において、内側の内側中間筒44と外側の外側中間筒45とを同心状に設ける。この内側中間筒44と外側中間筒45は、底蓋43に達することなく途中で止める。そして、この内筒41と内側中間筒44の間に形成した環状の空間と、外側中間筒45と外筒42の間に形成した環状の空間それぞれに、水蒸気改質反応部4を備える。この水蒸気改質反応部4としては、ペレットタイプとなる改質反応用触媒層(吸熱反応)4aにする。
In the second
そして、この第二円筒体22の第二空間における水蒸気改質反応部4を備えた内筒41と内側中間筒44の間に形成した環状の空間と、水蒸気改質反応部4を備えた外側中間筒45と外筒42の間に形成した環状の空間は、第一円筒体21の第一空間における予備改質部7を備えた内筒31と内側中間筒33の間に形成した環状の空間と、予備改質部7を備えた外側中間筒34と外筒32の間に形成した環状の空間にそれぞれ連通する。また、第二円筒体22の第二空間における内側中間筒44と外側中間筒45の間に形成した環状の空間は、第一円筒体21の第一空間におけるCOシフト反応部5を備えた内側中間筒33と外側中間筒34の間に形成した環状の空間に連通する。
And the annular space formed between the
また、第二円筒体22にあっては、円形状の室内空間において、その側方に環状の断熱筒55を設け、この断熱筒55はその一部を開口する。そして、室内空間における側方部の特殊断熱壁25と断熱筒55の間に環状の空間を形成し、この環状の空間に蒸気発生部6を備える。この蒸気発生部6は、パイプ56を螺旋状に配置し、このパイプ56内に純水を通すことにより、室内空間内の中心上部に設けたバーナー室52の燃焼によって純水から水蒸気に変換し、これにより、水蒸気を発生させるものである。そして、この蒸気発生部6で発生した水蒸気を当該複合型改質器1の上流側に設けた混合器13に供給し、ここで原料ガスに混合する。
In the second
なお、第二円筒体22にあっては、その側方部に排気ガス排出口28を設け、当該複合型改質器1の下流側に排気ガスを排出する。
In the second
このような構造となる複合型改質器1における原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する点について述べると、まず、水蒸気と混合した原料ガスを、第一円筒体21の上部に設けた原料ガス流入口26から第一円筒体21の第一空間に流入する。
The point that hydrogen is produced from the raw material gas in the composite reformer 1 having such a structure and reformed to the reformed gas will be described. First, the raw material gas mixed with water vapor is placed on the upper portion of the first
そして、流入した水蒸気と混合した原料ガスは、第一円筒体21の第一空間における内筒31と内側中間筒33の間に形成した環状の空間に備えた予備改質部7の伝熱粒子層7a及び予備改質反応触媒層7bと、外側中間筒34と外筒32の間に形成した環状の空間に備えた予備改質部7の伝熱粒子層7a及び予備改質反応触媒層7bを流れる。この原料ガスは、予備改質部7の伝熱粒子層7aを流れるとき、隣接するCOシフト反応部5の低温COシフト反応触媒層5aにて加熱された熱分を吸収して温度が上昇し、そして、予備改質部7の予備改質反応触媒層7bを流れるとき、隣接するCOシフト反応部5の高温COシフト反応触媒層5bにてさらに加熱された熱分を効率良く吸収してさらに温度が上昇する。この熱分を効率良く吸収して温度が上昇することで、原料ガスの一部を改質する。
The raw material gas mixed with the flowing water vapor is the heat transfer particles of the
そして、一部を改質した原料ガスは、第一空間の予備改質部7の伝熱粒子層7a及び予備改質反応触媒層7bと連通する第二円筒体22の第二空間における内筒41と内側中間筒44の間に形成した環状の空間に備えた水蒸気改質反応部4の改質反応用触媒層4aと、外側中間筒45と外筒42の間に形成した環状の空間に備えた水蒸気改質反応部4の改質反応用触媒層4aを流れる。この一部を改質した原料ガスは、水蒸気改質反応部の改質反応用触媒層4aを流れるとき、燃焼器3のバーナー室52の燃焼によって起こる急激な吸熱反応を伴った水蒸気改質反応により水素(H2)と一酸化炭素(CO)に改質して改質ガスになる。
The partially reformed source gas is an inner cylinder in the second space of the second
そして、改質した改質ガスは、第二円筒体22の第二空間内において反転し、内側中間筒44と外側中間筒45の間に形成した環状の空間を流れ、ここに連通する第一円筒体21の第一空間における内側中間筒33と外側中間筒34の間に形成した環状の空間に備えたCOシフト反応部5の高温COシフト反応触媒層5b及び低温COシフト反応触媒層5aを流れる。この改質した改質ガスは、COシフト反応部5の高温COシフト反応触媒層5b及び低温COシフト反応触媒層5aを流れるとき、ここでの発熱に伴ったCOシフト反応(CO+H2O→CO2+H2)によって、一酸化炭素(CO)を水素(H2)と二酸化炭素(CO2)に変換する。このようにして原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する。
Then, the reformed reformed gas is reversed in the second space of the second
そして、この原料ガスから水素を作り出して改質した改質ガスは、第一円筒体21の第一空間の上部に流れて、ここに設けた改質ガス排出口27から当該複合型改質器1の下流側に排出する。
Then, the reformed gas produced by reforming hydrogen from the raw material gas flows into the upper portion of the first space of the first
このような構造となる複合型改質器1にあっては、その中心に燃焼器3を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部4、COシフト反応を行うCOシフト反応部5、水蒸気を発生する蒸気発生部6、さらには原料ガスの一部を改質する予備改質部7を一つにまとめて一体的に備えたことで、水蒸気改質反応部4、COシフト反応部5、蒸気発生部6、予備改質部7の各部分には、一つの燃焼器3のみから熱エネルギーが伝わるようになり、これにより、非常に効率の良いものにすることができる。
In the combined reformer 1 having such a structure, a
また、複合型改質器1は、燃焼器3、水蒸気改質反応部4、COシフト反応部5、蒸気発生部6、さらには予備改質部7を一体的に備えただけの極めてコンパクトな構造にすることにより、小型化を図ることもできる。
In addition, the combined reformer 1 is an extremely compact unit comprising a
しかも、複合型改質器1の周囲全体すべてを微細多孔構造断熱材を用いた高性能特殊断熱材23にて覆うことで、ここでの熱エネルギーの損失を抑えて熱エネルギー効率の向上を図ることができ、これにより、複合型改質器1において原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する作業を効率良く行うことができる。また、高性能特殊断熱材23に微細多孔構造断熱材を用いたことにより、この高性能特殊断熱材23における軽量化及び小型化も図ることができる。そして、この高性能特殊断熱材23における軽量化及び小型化と共に、第二円筒体22の内部に設けた特殊断熱壁25における軽量化及び小型化により、複合型改質器1のさらなる軽量化及び小型化を図ることができる。
In addition, the entire periphery of the composite reformer 1 is covered with the high-performance special
以上のように、水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器1において、従来の水素ステーション用水素製造システムでは別々に設けていた複数の機器を一つにまとめ、しかも軽量化及び小型化を図ることにより、当該水素ステーション用水素製造システムにあっては、システムを構成する機器の数を大幅に減らすことができ、これは、従来の水素ステーション用水素製造システムを構成する機器の数の半分程度である10基程度にすることができる。また、水素ステーション用水素製造システムの全体の大きさも小さくすることができ、これは、従来の水素ステーション用水素製造システムの大きさの半分以下、幅が3m程度、奥行きが2.5m程度、高さが3m程度で、全体体積が22.5m3程度の極めて小型なものにすることができる。そして、システムを構成する機器の数の低減により、水素ステーション用水素製造システムの価格も安価なものにすることができる。 As described above, in the combined reformer 1 of the hydrogen production system for the hydrogen station, a plurality of devices provided separately in the conventional hydrogen production system for the hydrogen station are combined into one, and the weight reduction and size reduction are achieved. Accordingly, in the hydrogen production system for the hydrogen station, the number of devices constituting the system can be greatly reduced, which is half of the number of the devices constituting the conventional hydrogen production system for hydrogen stations. It can be about 10 groups. In addition, the overall size of the hydrogen production system for the hydrogen station can be reduced, which is less than half the size of the conventional hydrogen production system for the hydrogen station, with a width of about 3 m, a depth of about 2.5 m, and a high Can be made extremely small, with a total volume of about 22.5 m 3 . The price of the hydrogen production system for the hydrogen station can be reduced by reducing the number of devices constituting the system.
また、この水素ステーション用水素製造システムにあっては、大きな熱エネルギーを必要とする水蒸気改質反応部4、COシフト反応部5、蒸気発生部6、予備改質部7について、これを燃焼器3を備えた複合型改質器1に一つにまとめて備えるようにしたことから、その他の機器において大きな熱エネルギーを不要にすることができ、これにより、システムを起動する際、大きな熱エネルギーを発生させるための昇温作業を行うものを複合型改質器1のみとすることができ、システムを起動する時間を、従来のものと比べて大幅に短縮することができ、具体的には、従来、4〜5時間かかっていたものを、1時間以内とすることができ、水素ステーション用水素製造システムにおいて高速起動を可能にする。
In the hydrogen production system for a hydrogen station, the steam reforming
なお、前述した実施形態にあっては、水素ステーション用の水素製造システムとしているが、この水素製造システムとしては、水素ステーション以外の他の用途にも使用可能であって、たとえば、水素製造を必要とする化学工場において、あるいは半導体製造工場において、水素を製造する設備として使用することもできる。 In the above-described embodiment, the hydrogen production system for the hydrogen station is used. However, the hydrogen production system can be used for other purposes other than the hydrogen station, and for example, hydrogen production is required. It can also be used as a facility for producing hydrogen in a chemical factory or a semiconductor manufacturing factory.
1…複合型改質器、2…水素PSA装置、3…燃焼器、4…水蒸気改質反応部、4a…改質反応用触媒層、5…COシフト反応部、5a…低温COシフト反応触媒層、5b…高温COシフト反応触媒層、6…蒸気発生部、7…予備改質部、7a…伝熱粒子層、7b…予備改質反応触媒層、11…原料ガス昇圧機、12…脱硫器、13…混合器、14…純水供給ポンプ、15…純水予熱・凝縮器、16…燃焼用空気ファン、17…空気加熱器、18…凝縮水分離槽、19…オフガスタンク、21…第一円筒体、22…第二円筒体、23…高性能特殊断熱材、25…特殊断熱壁、26…原料ガス流入口、27…改質ガス排出口、28…排気ガス排出口、31…内筒、32…外筒、33…内側中間筒、34…外側中間筒、41…内筒、42…外筒、43…底蓋、44…内側中間筒、45…外側中間筒、51…燃焼器本体、52…バーナー室、55…断熱筒、56…パイプ、71…改質器、72…燃焼器、73…CO転化器、74…水素PSA装置、75…原料ガス昇圧機、76…ガス冷却器、77…調圧槽、78…フィードガス加熱器、79…脱硫器、80…混合器、81…原料加熱器、82…純水供給ポンプ、83…純水加熱器、84…純水予熱器、85…ボイラー、86…燃焼用空気ファン、87…凝縮器、88…凝縮水分離槽、89…オフガスタンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite reformer, 2 ... Hydrogen PSA apparatus, 3 ... Combustor, 4 ... Steam reforming reaction part, 4a ... Reforming reaction catalyst layer, 5 ... CO shift reaction part, 5a ... Low temperature CO shift reaction catalyst Layers, 5b ... high temperature CO shift reaction catalyst layer, 6 ... steam generating part, 7 ... pre-reforming part, 7a ... heat transfer particle layer, 7b ... pre-reforming reaction catalyst layer, 11 ... raw material gas booster, 12 ... desulfurization 13 ... mixer, 14 ... pure water supply pump, 15 ... pure water preheat / condenser, 16 ... combustion air fan, 17 ... air heater, 18 ... condensate separation tank, 19 ... off gas tank, 21 ... 1st cylindrical body, 22 ... 2nd cylindrical body, 23 ... High performance special heat insulating material, 25 ... Special heat insulation wall, 26 ... Raw material gas inlet, 27 ... Reformed gas outlet, 28 ... Exhaust gas outlet, 31 ... Inner cylinder, 32 ... outer cylinder, 33 ... inner intermediate cylinder, 34 ... outer intermediate cylinder, 41 ... inner cylinder, 42 ... outer cylinder, DESCRIPTION OF
Claims (4)
燃焼器を備えると共に、水蒸気改質反応を行う水蒸気改質反応部、COシフト反応を行うCOシフト反応部、水蒸気を発生する蒸気発生部を一体的に備え、水蒸気改質反応部における水蒸気改質反応とCOシフト反応部におけるCOシフト反応によって原料ガスから水素を作り出して改質ガスに改質する複合型改質器を設け、
この複合型改質器の下流側に、改質ガスから水素を分離精製する水素PSA装置を設けたことを特徴とする水素ステーション用水素製造システム。 In a hydrogen production system for a hydrogen station that reforms the raw material gas in the hydrogen station to produce hydrogen as fuel for a fuel cell vehicle,
A steam reforming reaction section that performs a steam reforming reaction, a CO shift reaction section that performs a CO shift reaction, and a steam generation section that generates steam are provided integrally with the combustor, and the steam reforming in the steam reforming reaction section A combined reformer that creates hydrogen from the raw material gas by the CO shift reaction in the reaction and CO shift reaction section and reforms it into a reformed gas,
A hydrogen production system for a hydrogen station, characterized in that a hydrogen PSA device for separating and purifying hydrogen from reformed gas is provided downstream of the combined reformer.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020100462A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-22 | 東京瓦斯株式会社 | Multiple cylindrical type reformer and hydrogen production apparatus |
US11485635B2 (en) | 2017-11-09 | 2022-11-01 | Air Water Inc. | Hydrogen generator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007523042A (en) * | 2004-02-17 | 2007-08-16 | モーディーン・マニュファクチャリング・カンパニー | Integrated fuel processor for distributed hydrogen production |
JP2009123431A (en) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Honda Motor Co Ltd | Hydrogen manufacturing power generation system and its stopping method |
JP2009274919A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Univ Of Yamanashi | External heat type hydrogen production apparatus and fuel cell power system using the same |
JP2014152087A (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Kobe Steel Ltd | Hydrogen production apparatus |
-
2014
- 2014-09-16 JP JP2014187394A patent/JP6436693B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007523042A (en) * | 2004-02-17 | 2007-08-16 | モーディーン・マニュファクチャリング・カンパニー | Integrated fuel processor for distributed hydrogen production |
JP2007525398A (en) * | 2004-02-17 | 2007-09-06 | モーディーン・マニュファクチャリング・カンパニー | Integrated fuel processor for distributed hydrogen production |
JP2009123431A (en) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Honda Motor Co Ltd | Hydrogen manufacturing power generation system and its stopping method |
JP2009274919A (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Univ Of Yamanashi | External heat type hydrogen production apparatus and fuel cell power system using the same |
JP2014152087A (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Kobe Steel Ltd | Hydrogen production apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11485635B2 (en) | 2017-11-09 | 2022-11-01 | Air Water Inc. | Hydrogen generator |
WO2020100462A1 (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-22 | 東京瓦斯株式会社 | Multiple cylindrical type reformer and hydrogen production apparatus |
JP2020079177A (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-28 | 東京瓦斯株式会社 | Multi-cylinder reformer and hydrogen production apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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