JP2016060649A - Hydrogen production system for hydrogen station - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To popularize a hydrogen station for a hydrogen station by reducing the number of devices composing the system to reduce the entire size of the system and reduce the cost of the system.SOLUTION: A hydrogen station for a hydrogen production system which produces hydrogen serving as fuel for a fuel cell vehicle by reforming a raw material gas in the hydrogen station comprises: a composite type reformer 1 that integrally includes a steam reforming reaction part 4 equipped with a combustor 3 and performing a steam reforming reaction, a CO shift reaction part 5 performing a CO shift reaction, a steam generation part 6 generating steam, and a preliminary reforming part 7 reforming a part of the raw material gas, and produces hydrogen from the raw material gas by the steam reforming reaction in the steam reforming reaction part 4 and the CO shift reaction in the CO shift reaction part 5 to reform the raw material gas to a reformed gas; and a hydrogen PSA apparatus 2 that is provided downstream of the composite type reformer 1 and separates and refines the hydrogen from the reformed gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 combustors 72 are provided, and the one or two combustors 72 are provided. A reformer 71 that performs a steam reforming reaction using thermal energy of the combustor 72 is provided, and a CO converter 73 that performs a CO shift reaction is provided downstream thereof, and the steam reforming reaction in the reformer 71 is provided. The raw material gas is reformed by the CO shift reaction in the CO converter 73 to produce hydrogen. A hydrogen PSA device 74 that separates and purifies hydrogen from the reformed gas is provided downstream of the CO converter 73.

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 combustor 72, the CO converter 73, and the hydrogen PSA device 74, first, the raw material gas is divided on the upstream side of the reformer 71, and one side thereof is arranged. The fuel is supplied to one or two combustors 72 as combustion fuel, and the other side is supplied to a feed gas heater 78 through a raw material gas booster 75, a gas cooler 76, and a pressure regulating tank 77, and this feed gas heating The raw material gas is supplied from the vessel 78 to the desulfurizer 79. In the feed gas heater 78, the raw material gas is heated using the thermal energy of the exhaust gas from the reformer 71, and after heating, a part thereof is discharged as exhaust gas.

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 mixer 80, mixed with water vapor in the mixer 80, and then the raw material gas mixed with the water vapor is supplied to the raw material heater 81. In the raw material heater 81, the raw material gas is heated using the thermal energy of the exhaust gas of the reformer 71, and after heating, a part thereof is discharged as exhaust gas.

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 raw material heater 81 is supplied to the reformer 71.

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 water supply pump 82, one side thereof is supplied to a pure water heater 83, the other side is supplied to a pure water preheater 84 and a boiler 85, and pure water heating on one side is performed. Unit 83 and the other end of boiler 85 join together. Then, the pure water heater 83, the pure water preheater 84, and the boiler 85 generate water vapor. The generated water vapor is supplied to the mixer 80 and mixed with the raw material gas by the mixer 80.

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 combustors 72 via a combustion air fan 86.

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 pure water heater 83, the pure water is cooled to an optimum temperature for the CO shift reaction and supplied to the CO converter 73.

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 water separation tank 88 through the boiler 85, the pure water preheater 84, and the condenser 87. In the condensed water separation tank 88, the condensed water is separated, and the condensed water is discharged as a waste liquid.

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 water separation tank 88 to the hydrogen PSA device 74, and the hydrogen PSA device 74 separates and purifies hydrogen from the reformed gas to take out high purity hydrogen. Thereby, hydrogen used as a fuel for the fuel cell vehicle is produced.

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-gas tank 89 and stored therein, and this impurity gas is supplied to one or two combustors 72 as combustion fuel.

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を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the hydrogen production system for hydrogen stations of this invention. 本発明の水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the composite reformer of the hydrogen production system for hydrogen stations of this invention. 本発明の水素ステーション用水素製造システムの複合型改質器の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of compound type reformer of the hydrogen production system for hydrogen stations of this invention. 従来の水素ステーション用水素製造システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional hydrogen production system for hydrogen stations.

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 combustor 3 is provided, and a steam reforming reaction unit 4 that performs a steam reforming reaction, a CO shift reaction unit 5 that performs a CO shift reaction, and a steam generation unit 6 that generates steam are integrated. The combined reformer 1 is provided that generates hydrogen from the raw material gas by the steam reforming reaction in the steam reforming reaction section 4 and the CO shift reaction in the CO shift reaction section 5 to reform the reformed gas. Further, in this combined reformer 1, upstream of the steam reforming reaction section 4 and adjacent to the CO shift reaction section 5, the heat from the CO shift reaction section 5 is absorbed, and this heat A pre-reformer 7 for reforming a part of the raw material gas by the minute is provided.

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 hydrogen PSA device 2 for separating and purifying hydrogen from the reformed gas is provided downstream of the combined reformer 1.

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 hydrogen PSA device 2 will be described. First, on the upstream side of the composite reformer 1, the raw material gas is divided, one side thereof is supplied as a combustion fuel to the combustor 3 of the composite reformer 1, and the other side is provided with the raw material gas booster 11. Then, it is supplied to the desulfurizer 12 and supplied from the desulfurizer 12 to the mixer 13. The supplied raw material gas is mixed with water vapor in the mixer 13, and then the raw material gas mixed with the water vapor is supplied to the combined reformer 1. When kerosene is used as the raw material gas, although not shown, kerosene is supplied to the mixer using a kerosene supply pump and vaporized with water vapor in the mixer to obtain vaporized kerosene. Moreover, since this kerosene uses the desulfurized kerosene, the desulfurizer 12 becomes unnecessary.

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 / condenser 15 through the pure water supply pump 14, and is preheated by the pure water preheating / condenser 15 and combined with the preheated pure water. Supplied to the steam generator 6 of the mold reformer 1. Then, steam is generated in the steam generating section 6, and the generated steam is supplied to the mixer 13 and mixed with the raw material gas by the mixer 13.

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 air heater 17 via the combustion air fan 16, and the combustion air is supplied from the air heater 17 to the combustor 3 of the combined reformer 1.

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 section 7, the steam reforming reaction section 4, and the CO shift reaction section 5, and reformed. Reform to gas. The point that the hydrogen is generated from the raw material gas in the composite reformer 1 and reformed into the reformed gas and the structure thereof will be described later.

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 combustor 3 of the composite reformer 1 is heated as the combustion air by the air heater 17 and then discharged as exhaust gas.

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 / condenser 15. Further, the water in the reformed gas is condensed at the lower part of the pure water preheating / condenser 15 and supplied to the condensed water separation tank 18. In the condensed water separation tank 18, the condensed water is separated and the condensed water is discharged as a waste liquid.

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 water separation tank 18 to the hydrogen PSA device 2, and in the hydrogen PSA device 2, hydrogen is separated and purified from the reformed gas, and high-purity hydrogen is taken out. It is trying to produce hydrogen as a fuel.

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(CO)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(H)を得るようになる水素を分離精製する方法である。 This hydrogen PSA apparatus 2 uses gas separation technology by PSA (Pressure Swing Adsorption) method, and hydrogen separation and purification by PSA method repeats pressurization and depressurization in a plurality of containers filled with an adsorbent. A method for separating and purifying hydrogen that obtains high-purity hydrogen (H 2 ) by adsorbing and desorbing an impurity gas containing carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) on an adsorbent It is.

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 hydrogen PSA device 2 is collected in an off-gas tank 19 and stored therein, and this impurity gas is supplied to the combustor 3 of the combined reformer 1 as a combustion fuel.

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 cylindrical body 21 having a vertically-oriented cylindrical shape at the upper part and a vertically-oriented cylinder having a larger diameter than the first cylindrical body 21 at the lower part. The entire shape of the first cylindrical body 21 and the second cylindrical body 22 is covered with a high-performance special heat insulating material 23.

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/m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 heat insulating material 23, a fine porous structure heat insulating material is used, and this fine porous structure heat insulating material has a thermal conductivity of 0.0045 W / m · K and a very low heat conductivity. Moreover, the density is as small as 400 kg / m 3 . Considering that the thermal conductivity of a ceramic fiber heat insulating material, which is generally said to have excellent heat insulating performance, is 0.14 W / m · K, the heat conductivity of this microporous heat insulating material is very small. Recognize. Thereby, in the high performance special heat insulating material 23 using this fine porous structure heat insulating material, the heat insulating performance is very excellent, and the loss of heat energy can be suppressed as much as possible. In addition, since the thermal conductivity is very small and the density is also small as described above, the weight and size can be reduced here.

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/m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/m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 cylindrical body 21 includes a pre-reforming portion 7 and a CO shift reaction portion 5, and the lower second cylindrical body 22 includes a steam reforming reaction portion 4 and a steam generation portion 6. Is provided. Inside the first cylindrical body 21, an inner cylinder 31 is provided on the inner side and an outer cylinder 32 is provided on the outer side to form an annular first space. Further, inside the second cylindrical body 22, a special heat insulating wall 25 is further provided on the inner surface of the high performance special heat insulating material 23 at the upper, lower and side portions to form a circular indoor space. Inside, an inner cylinder 41 and an outer cylinder 42 having the same diameter as the inner cylinder 31 and the outer cylinder 32 of the first cylinder 21 and a bottom lid 43 are provided to form an annular second space. The special heat insulating wall 25 provided on the inner surface of the upper part, the lower part, and the side part in the second cylindrical body 22 is made of a high alumina polycrystalline fiber heat insulating material. The fibrous heat insulating material has a thermal conductivity of 0.18 W / m · K and a density of 400 kg / m 3 . A commonly used plastic refractory has a thermal conductivity of 0.986 W / m · K and a density of 2700 kg / m 3, and therefore, high alumina with lower thermal conductivity and density than this plastic refractory. In the special heat insulation wall 25 using the polycrystalline fiber heat insulating material, the weight reduction and size reduction can be achieved here.

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 combustor 3 is provided at the center of the composite reformer 1. This includes a combustor 3 extending from the center upper part of the first cylinder 21 to the center upper part in the indoor space of the second cylinder 22, and the combustor 3 is disposed at the center upper part of the first cylinder 21. A main body 51 is disposed, and combustion fuel is supplied to the combustor main body 51 and fuel air is supplied. The combustor main body 51 is connected to a burner chamber 52 provided at the center upper portion in the indoor space of the second cylindrical body 22 through the inner cylinder 31 of the first cylindrical body 21, and combustion is performed in the burner chamber 52. I do. The heat energy generated by the combustion in the burner chamber 52 is transmitted to the steam reforming reaction section 4, the CO shift reaction section 5, the steam generation section 6, and the preliminary reforming section 7.

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 cylindrical body 21, an inner inner intermediate tube 33 and an outer outer intermediate tube 34 are provided concentrically in an annular first space formed between the inner tube 31 and the outer tube 32. The annular space formed between the inner cylinder 31 and the inner intermediate cylinder 33 and the annular space formed between the outer intermediate cylinder 34 and the outer cylinder 32 have substantially the same cross-sectional area. A pre-reformer 7 is provided in each of the annular space formed between the inner cylinder 31 and the inner intermediate cylinder 33 and the annular space formed between the outer intermediate cylinder 34 and the outer cylinder 32. The pre-reformer 7 has a heat transfer particle layer (endothermic reaction) 7a in the upper half of which is in the form of particles and a pre-reformation reaction catalyst layer (endothermic reaction) 7b in the lower half of which is a pellet type. To.

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 shift reaction section 5 is provided in an annular space formed between the inner intermediate cylinder 33 and the outer intermediate cylinder 34 of the first cylindrical body 21. As this CO shift reaction part 5, the upper half here is a pellet type low temperature CO shift reaction catalyst layer (exothermic reaction) 5a and the lower half is a pellet type high temperature CO shift reaction catalyst layer (exothermic reaction). 5b.

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 cylindrical body 21 includes the CO shift reaction portion 5 in the annular space formed between the inner intermediate cylinder 33 and the outer intermediate cylinder 34 in the first space, and the inner cylinder 31 and the inner side. By providing the pre-reformer 7 in the annular space formed between the intermediate cylinders 33 and the annular space formed between the outer intermediate cylinder 34 and the outer cylinder 32, the pre-reformer 7 is subjected to CO shift reaction. Provided to be adjacent to part 5.

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 cylindrical body 21, a raw material gas inlet 26 is provided at an upper portion thereof, and the raw material gas mixed with the water vapor supplied from the mixer 13 flows in. Further, a reformed gas discharge port 27 is provided in the upper part, and reformed reformed gas is produced by producing hydrogen from the raw material gas on the downstream side of the combined reformer 1.

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 cylindrical body 22, the inner inner intermediate tube 44 and the outer outer intermediate tube 45 are concentrically formed in an annular second space formed between the inner tube 41, the outer tube 42, and the bottom cover 43. Provided. The inner intermediate cylinder 44 and the outer intermediate cylinder 45 are stopped halfway without reaching the bottom lid 43. The steam reforming reaction section 4 is provided in each of an annular space formed between the inner cylinder 41 and the inner intermediate cylinder 44 and an annular space formed between the outer intermediate cylinder 45 and the outer cylinder 42. The steam reforming reaction section 4 is a pellet type reforming reaction catalyst layer (endothermic reaction) 4a.

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 inner cylinder 41 provided with the steam reforming reaction part 4 and the inner intermediate cylinder 44 in the second space of the second cylindrical body 22 and the outer side provided with the steam reforming reaction part 4 The annular space formed between the intermediate cylinder 45 and the outer cylinder 42 is an annular space formed between the inner cylinder 31 provided with the preliminary reforming portion 7 in the first space of the first cylinder 21 and the inner intermediate cylinder 33. The space communicates with an annular space formed between the outer intermediate cylinder 34 and the outer cylinder 32 provided with the preliminary reforming section 7. In addition, the annular space formed between the inner intermediate cylinder 44 and the outer intermediate cylinder 45 in the second space of the second cylindrical body 22 is an inner side provided with the CO shift reaction unit 5 in the first space of the first cylindrical body 21. It communicates with an annular space formed between the intermediate cylinder 33 and the outer intermediate cylinder 34.

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 cylindrical body 22, an annular heat insulating cylinder 55 is provided on the side of the circular indoor space, and a part of the heat insulating cylinder 55 is opened. And the annular space is formed between the special heat insulation wall 25 and the heat insulation cylinder 55 of the side part in indoor space, and the steam generation part 6 is provided in this annular space. The steam generating unit 6 arranges a pipe 56 in a spiral shape, and passes pure water through the pipe 56, thereby converting pure water into steam by combustion in a burner chamber 52 provided at the upper center of the indoor space. Thus, water vapor is generated. And the water vapor | steam generate | occur | produced in this steam generation part 6 is supplied to the mixer 13 provided in the upstream of the said composite reformer 1, and it mixes with raw material gas here.

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 cylindrical body 22, an exhaust gas discharge port 28 is provided at a side portion thereof, and exhaust gas is discharged to the downstream side of the combined reformer 1.

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 cylindrical body 21. It flows into the first space of the first cylindrical body 21 from the provided raw material gas inlet 26.

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 pre-reformer 7 provided in the annular space formed between the inner cylinder 31 and the inner intermediate cylinder 33 in the first space of the first cylindrical body 21. Layer 7a and pre-reforming reaction catalyst layer 7b, and heat transfer particle layer 7a and pre-reforming reaction catalyst layer 7b of pre-reforming section 7 provided in an annular space formed between outer intermediate cylinder 34 and outer cylinder 32. Flowing. When this raw material gas flows through the heat transfer particle layer 7 a of the pre-reformer 7, it absorbs the heat heated in the low-temperature CO shift reaction catalyst layer 5 a of the adjacent CO shift reaction unit 5 and the temperature rises. And when flowing through the pre-reforming reaction catalyst layer 7b of the pre-reforming part 7, the heat component further heated by the high-temperature CO shift reaction catalyst layer 5b of the adjacent CO shift reaction part 5 is efficiently absorbed, and further The temperature rises. A part of the raw material gas is reformed by efficiently absorbing the heat and increasing the temperature.

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(H)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 cylindrical body 22 that communicates with the heat transfer particle layer 7a and the pre-reformation reaction catalyst layer 7b of the pre-reformer 7 in the first space. In the annular space formed between the outer intermediate cylinder 45 and the outer cylinder 42, the reforming reaction catalyst layer 4 a of the steam reforming reaction section 4 provided in the annular space formed between the inner intermediate cylinder 44 and the inner intermediate cylinder 44. It flows through the reforming reaction catalyst layer 4a of the steam reforming reaction section 4 provided. The reformed raw material gas flows through the reforming reaction catalyst layer 4a of the steam reforming reaction section, and is subjected to a steam reforming reaction accompanied with a rapid endothermic reaction caused by combustion in the burner chamber 52 of the combustor 3. Thus, hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are reformed to form a reformed gas.

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+HO→CO+H)によって、一酸化炭素(CO)を水素(H)と二酸化炭素(CO)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 cylindrical body 22, flows through an annular space formed between the inner intermediate cylinder 44 and the outer intermediate cylinder 45, and communicates with the first space. The high temperature CO shift reaction catalyst layer 5b and the low temperature CO shift reaction catalyst layer 5a of the CO shift reaction section 5 provided in the annular space formed between the inner intermediate cylinder 33 and the outer intermediate cylinder 34 in the first space of the cylindrical body 21 are provided. Flowing. When this reformed reformed gas flows through the high temperature CO shift reaction catalyst layer 5b and the low temperature CO shift reaction catalyst layer 5a of the CO shift reaction section 5, the CO shift reaction (CO + H 2 O → CO accompanying the heat generation here). 2 + H 2 ) converts carbon monoxide (CO) to hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ). In this way, hydrogen is produced from the raw material gas and reformed into a reformed gas.

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 cylindrical body 21, and the combined reformer from the reformed gas discharge port 27 provided here. 1 is discharged to the downstream side.

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 combustor 3 is provided at the center thereof, a steam reforming reaction unit 4 that performs a steam reforming reaction, and a CO shift reaction unit 5 that performs a CO shift reaction. The steam reforming unit 4, the CO shift reaction, and the steam generating unit 6 for generating steam and the pre-reforming unit 7 for reforming a part of the raw material gas are integrated and integrated. The heat energy is transmitted from only one combustor 3 to each of the part 5, the steam generation part 6, and the pre-reformation part 7, thereby making it very efficient.

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 combustor 3, a steam reforming reaction unit 4, a CO shift reaction unit 5, a steam generation unit 6, and a preliminary reforming unit 7. The structure can also be reduced in size.

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 heat insulating material 23 using the fine porous structure heat insulating material, thereby suppressing the loss of heat energy and improving the heat energy efficiency. As a result, the composite reformer 1 can efficiently perform the operation of producing hydrogen from the raw material gas and reforming it into the reformed gas. Further, by using the fine porous structure heat insulating material for the high performance special heat insulating material 23, the high performance special heat insulating material 23 can be reduced in weight and size. And with the weight reduction and size reduction in this high-performance special heat insulating material 23, the weight reduction and size reduction in the special heat insulation wall 25 provided in the inside of the second cylindrical body 22 further reduce the weight of the composite reformer 1. Miniaturization can be achieved.

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22.5m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 reaction section 4, the CO shift reaction section 5, the steam generating section 6 and the pre-reforming section 7 that require large heat energy are used as a combustor. Since the combined reformer 1 with 3 is provided as one unit, it is possible to eliminate the need for a large amount of heat energy in other equipment, and thus a large amount of heat energy when starting up the system. Only the combined reformer 1 can perform the temperature raising operation to generate the system, and the system startup time can be greatly shortened compared to the conventional one. Specifically, Conventionally, what took 4 to 5 hours can be made within one hour, enabling high-speed start-up in a hydrogen production system for a hydrogen station.

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 SYMBOLS 3 ... Bottom cover, 44 ... Inner intermediate cylinder, 45 ... Outer intermediate cylinder, 51 ... Combustor main body, 52 ... Burner chamber, 55 ... Thermal insulation cylinder, 56 ... Pipe, 71 ... Reformer, 72 ... Combustor, 73 ... CO converter, 74 ... Hydrogen PSA device, 75 ... Raw material gas booster, 76 ... Gas cooler, 77 ... Pressure regulator, 78 ... Feed gas heater, 79 ... Desulfurizer, 80 ... Mixer, 81 ... Raw material heating 82 ... Pure water supply pump, 83 ... Pure water heater, 84 ... Pure water preheater, 85 ... Boiler, 86 ... Combustion air fan, 87 ... Condenser, 88 ... Condensate separation tank, 89 ... Off-gas tank

Claims (4)

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.
前記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ことを特徴とする請求項1記載の水素ステーション用水素製造システム。   In the combined reformer, upstream of the steam reforming reaction section and adjacent to the CO shift reaction section, the heat from the CO shift reaction section is absorbed, and one of the raw material gas is absorbed by this heat. 2. The hydrogen production system for a hydrogen station according to claim 1, further comprising a pre-reformer for reforming the part. 前記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ことを特徴とする請求項1又は2記載の水素ステーション用水素製造システム。   2. The composite reformer according to claim 1, wherein the overall shape is substantially cylindrical, the entire periphery is covered with a high performance special heat insulating material, and a combustor is provided at the center thereof. Or the hydrogen production system for hydrogen stations of 2. 前記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ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の水素ステーション用水素製造システム。   A mixer is provided on the upstream side of the composite reformer, and the steam generated in the steam generator of the composite reformer is supplied to the mixer, where the steam is mixed with the raw material gas, 4. The hydrogen production system for a hydrogen station according to claim 1, wherein the mixed raw material gas is supplied to the combined reformer.
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