JP2017114754A - 水素製造装置及び水素製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱輸送媒体を、燃焼/再生器10、改質器8、熱分解器7、搬送装置9の順に、移動させて繰り返し循環使用する炭素質原料1から水素を製造する装置であって、熱輸送媒体は、触媒固形物6からなり、熱分解器7は、炭素質原料1を触媒固形物6の顕熱を用いて熱分解し、生成した熱分解ガスを改質器8へと排出すると共に、生成したチャー3と触媒固形物6とを搬送装置9へと排出し、改質器8は、触媒固形物6の顕熱を用いて温度上昇した熱分解ガス2に改質剤4を反応させて水素含有ガス5を製造し、搬送装置9で移送されたチャー3と触媒固形物6とを、燃焼/再生器10により燃焼させ、熱交換器14にて燃焼排ガス13の顕熱で改質剤4を間接加熱する。
【選択図】図1
Description
前記熱輸送媒体は、触媒固形物からなり、
前記熱分解器は、前記炭素質原料を、前記改質器から前記熱分解器に移動された前記触媒固形物と共に移動させながら、前記触媒固形物の顕熱を用いて前記炭素質原料を熱分解することにより、熱分解ガスを生成し、前記熱分解ガスを前記改質器へと排出すると共に、前記熱分解ガスの生成に伴い発生したチャーと前記触媒固形物とを前記搬送装置へと排出し、
前記改質器は、前記燃焼/再生器から前記改質器に移動された前記触媒固形物を移動させながら、前記熱分解器から前記改質器に排出された前記熱分解ガスと前記触媒固形物とを接触させることにより、少なくとも前記触媒固形物の顕熱を用いて前記熱分解ガスの温度を上昇させると共に、温度が上昇した前記熱分解ガスに改質剤を反応させることにより、水素含有ガスを製造し、
前記搬送装置は、前記熱分解器から排出された前記チャーと前記触媒固形物とを、前記燃焼/再生器へと搬送し、
前記燃焼/再生器は、前記搬送装置から前記燃焼/再生器に搬送された前記チャーと前記触媒固形物とを加熱して、前記チャーを燃焼させ、前記チャーの燃焼により生じた燃焼排ガスを前記熱交換器へと排出すると共に、加熱された前記触媒固形物を前記改質器へと移動させ、
前記熱交換器は、前記燃焼/再生器から排出された前記燃焼排ガスの顕熱を用いて、前記改質剤を間接加熱して、加熱後の前記改質剤を前記改質器へと排出する、
ことを特徴とする、水素製造装置。
CmHn+αO2 → (2α−β)CO + βH2O
但し、α<<m、且つ、α<n/4、α>β (式2)
CO+H2O → H2 +CO2 (式3)
CmHn+2mH2O → mCO2+(2m+n/2)H2 (式4)
水分 72質量%
揮発分 41質量%
固定炭素 41質量%
灰分 17質量%
総発熱量 18MJ/kg−dry
元素分析(乾燥基準)
炭素 42質量%
水素 7質量%
窒素 5質量%
酸素 28質量%
硫黄 1質量%未満
レーザー回折/散乱方式粒度分布測定装置(マルバーン製、マスターサイザー2000)の試料分散ユニットに水350ccを満たした中に、触媒固形物6の測定試料0.2gを加えた。分散ユニットで撹拌した後、ユニットから本体へ混合溶液を移送し、測定セルへ透過させることによって、触媒固形物6の平均粒子径、及び、積算体積率で90%となった時の触媒固形物6の粒径(d90)と、積算体積率が10%となった時の触媒固形物6の粒径(d10)の比(d90/d10)を計測した。
硝酸ニッケルと硝酸マグネシウムを各金属元素のモル比が1:9になるように精秤して、60℃の加温で混合水溶液を調製したものに、60℃に加温した炭酸カリウム水溶液を加えて、ニッケルとマグネシウムを水酸化物として共沈させ、スターラーで十分に攪拌した。その後、該水溶液を60℃に保持したまま一定時間攪拌を続けて熟成を行った後、沈殿物の吸引ろ過を行い、80℃の純水で十分に洗浄を行った。洗浄後に得られた沈殿物を120℃で乾燥し粗粉砕した後、空気中600℃で焼成(か焼)したものをビーカーに入れ、アルミナゾルを加えて、攪拌羽を取り付けた混合器で十分混合した。この混合物を、なすフラスコに移してロータリーエバポレーターに取り付け、攪拌しながら吸引することで、水分を蒸発させた。なすフラスコ壁面に付着したニッケルとマグネシウムとアルミナの混合物を蒸発皿に移して120℃で乾燥、600℃でか焼後、粉末を金型を用いて、外径約20mmφ、内径約5mmφで高さが約20mmの一穴リング状にプレス成型し、リング成型体を得た。その成型体を空気中1100℃で焼成を行い、Ni0.1Mg0.9Oにアルミナが50質量%混合した触媒成型体を調製した。
実施例1で得られたNi0.1Mg0.9Oの乾燥後の粉末と、同一質量のベーマイト粉末を25℃のイオン交換水で混合してスラリーを調製した。得られたスラリーを、ビーズ径0.5mmのジルコニアビーズを充填した循環式湿式粉砕機(アシザワ・ファインテック株式会社製、スターミルLMZ)を用いて、回転数2500rpm、循環量1L/minの条件で、スラリー中の固形物の平均粒子径が0.5μm以下になるまで粉砕した。その後、上記粉砕機からスラリーを回収し、スラリー中の固形物が沈降しないように撹拌機で撹拌しながらチューブポンプでスラリーをスプレードライヤー(大河原化工機株式会社製、L−8i)に供し、入口温度230℃、出口温度110℃、回転数20,000rpmの条件で噴霧乾燥を行い、その後、最終的にボックス炉で1000℃で焼成して、平均粒子径が18μm、d90/d10が約2.2の球状粒子を得た。この場合の粒子充填密度は68%であった。
実施例3においては、上記スプレードライヤーの回転数を30,000rpmで噴霧乾燥するほかは、全て実施例2と同様にして球状の触媒粒子を調製した結果、平均粒子径が約16μm、d90/d10が約1.8の球状粒子を得た。この場合の粒子充填密度は60%であった。
実施例4においては、改質剤4として、前記実施例1のスチームに替えて、スチーム15kg/h、二酸化炭素3kg/h、及び酸素2kg/hの混合ガスを用いること以外は、全て実施例1と同様に行った。その結果、改質器8の下部から生じた水素含有ガス5は18kg/hの量で得られた。該ガス中に含まれる水素濃度は53.4質量%であった。この場合には、改質剤4として用いた酸素により、熱分解ガス2中の水素が燃焼するために、得られる水素含有ガス5中の水素濃度が上がりにくい傾向にはあったが、そこでの酸化発熱により改質器8の温度を維持する上では外部から投入するエネルギーを下げることが可能となった。
2・・・熱分解ガス
3・・・チャー
4・・・改質剤
5・・・水素含有ガス
6・・・触媒固形物
7・・・熱分解器
8・・・改質器
9・・・搬送装置
10・・・燃焼/再生器
11・・・空気
12・・・燃料
13・・・燃焼排ガス
14・・・熱交換器
15・・・乾燥器
Claims (6)
- 熱分解器と、改質器と、燃焼/再生器と、搬送装置と、熱交換器とを備え、熱輸送媒体を、前記燃焼/再生器、前記改質器、前記熱分解器、前記搬送装置の順に移動させて繰り返し循環使用し、炭素質原料から水素を製造する水素製造装置であって、
前記熱輸送媒体は、触媒固形物からなり、
前記熱分解器は、前記炭素質原料を、前記改質器から前記熱分解器に移動された前記触媒固形物と共に移動させながら、前記触媒固形物の顕熱を用いて前記炭素質原料を熱分解することにより、熱分解ガスを生成し、前記熱分解ガスを前記改質器へと排出すると共に、前記熱分解ガスの生成に伴い発生したチャーと前記触媒固形物とを前記搬送装置へと排出し、
前記改質器は、前記燃焼/再生器から前記改質器に移動された前記触媒固形物を移動させながら、前記熱分解器から前記改質器に排出された前記熱分解ガスと前記触媒固形物とを接触させることにより、少なくとも前記触媒固形物の顕熱を用いて前記熱分解ガスの温度を上昇させると共に、温度が上昇した前記熱分解ガスに改質剤を反応させることにより、水素含有ガスを製造し、
前記搬送装置は、前記熱分解器から排出された前記チャーと前記触媒固形物とを、前記燃焼/再生器へと搬送し、
前記燃焼/再生器は、前記搬送装置から前記燃焼/再生器に搬送された前記チャーと前記触媒固形物とを加熱して、前記チャーを燃焼させ、前記チャーの燃焼により生じた燃焼排ガスを前記熱交換器へと排出すると共に、加熱された前記触媒固形物を前記改質器へと移動させ、
前記熱交換器は、前記燃焼/再生器から排出された前記燃焼排ガスの顕熱を用いて、前記改質剤を間接加熱して、加熱後の前記改質剤を前記改質器へと排出する、
ことを特徴とする、水素製造装置。 - 前記炭素質原料を乾燥する乾燥器をさらに備え、前記乾燥器により乾燥された前記炭素質原料が前記熱分解器に投入されることを特徴とする、請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記触媒固形物が球状粒子であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の水素製造装置。
- 前記触媒固形物の球状粒子群の粒度分布におけるd90/d10が1.0超乃至2.0未満であることを特徴とする、請求項3に記載の水素製造装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の水素製造装置を用いて、炭素質原料から水素を製造することを特徴とする、水素製造方法。
- 改質剤として、酸素、酸素富化空気、空気、二酸化炭素、及び、水蒸気の群から選ばれる1種又は2種以上を使用することを特徴とする、請求項5に記載の水素製造方法。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5954602A (ja) * | 1982-09-17 | 1984-03-29 | Kurushima Group Kyodo Gijutsu Kenkyusho:Kk | 重質炭化水素から燃料ガスを製造する方法 |
JP2004051855A (ja) * | 2002-07-23 | 2004-02-19 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 有機物のガス化用多孔質無機物粒子及びそれを用いるガス化方法 |
JP2005298675A (ja) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ガス化装置 |
JP2009298618A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Ihi Corp | 有機化合物改質装置及び改質方法 |
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2015
- 2015-12-25 JP JP2015254885A patent/JP6519020B2/ja active Active
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