JP2018043913A - 水素製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態にかかる水素製造装置100を説明する図である。なお、図1中、ガスの流れを実線の矢印で示し、電気の流れを白抜き矢印で示し、熱の流れを破線の矢印で示す。
発電ユニット110は、水蒸気改質反応部120と、発電装置130とを含んで構成される。ただし、水蒸気改質反応部120は発電装置130の種類によっては省略できる。
CH4 + H2O → CO + 3H2 …反応式(1)
CO + H2O → CO2 + H2 …反応式(2)
こうして、生成された改質ガスは、配管122を通じて発電装置130に供給される。
水素製造ユニット200は、第1反応部210a、210bと、水蒸気供給部220a、220bと、第2反応部230とを含んで構成される。
CH4 → C + 2H2 …反応式(3)
C + 2H2O → CO2 + 2H2 …反応式(4)
CO2 + 2H2 → CH2O2 + H2 …反応式(5)
供給量制御部250は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。供給量制御部250は、ROMからCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのRAMや他の電子回路と協働して、バルブ102a、104a、106a、108a、214a、214b、218a、218b、224a、224bの開度を制御する。供給量制御部250は、後述するメタンの供給量と吸熱量とに基づいて、バルブ102a、106a、108aの開度を制御する。以下、メタンの供給量と吸熱量とのシミュレーション結果について説明する。
発電装置130の燃料極にメタン(燃料)を1mol/secで供給し、第1反応部210a、210bにメタンを供給しない場合(メタンの熱分解率=0)を基準とし、熱分解用のメタンの供給量(以下、「熱分解用メタンの供給量」とする)を変化させた際の水素の製造量(以下、「水素製造量」とする)、吸熱量をシミュレーションした。なお、この際、発電装置130が出力する電力の発電効率を50%と仮定した。また、水蒸気供給管104から発電装置130に供給される水蒸気量は、S/C(水蒸気/メタン)が3となるように水蒸気供給管104に設けられたバルブ104aの開度を調整した。また、ここで、熱分解用メタンの全量が熱分解し、水素と固体炭素に分解すると仮定した。
上記第1の実施形態において、第2反応部230が生成した液体有機化合物を外部に送出する構成を例に挙げて説明した。しかし、第2反応部230が生成した液体有機化合物料から水素を生成することもできる。
CH2O2 → H2 + CO2 …反応式(6)
C + H2O → CO + H2 …反応式(7)
CO + H2O → CO2 + H2 …反応式(8)
CO + 2H2 → CH3OH(液体) …反応式(9)
130 発電装置
210a、210b 第1反応部
220a、220b 水蒸気供給部
230 第2反応部
320 水素生成部
Claims (5)
- 化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置と、
前記発電装置の排熱により炭化水素を熱分解して、固体炭素および水素を生成する第1反応部と、
前記第1反応部に水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
を備えた水素製造装置。 - 前記発電装置の排熱によって加熱された前記第1反応部において、前記水蒸気供給部によって供給された水蒸気と、前記固体炭素とが反応することで生成された合成ガスから、液体有機化合物、あるいは、水素および液体有機化合物を生成する第2反応部を備えた請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記液体有機化合物から水素を生成する水素生成部を備えた請求項2に記載の水素製造装置。
- 前記第1反応部は、触媒の存在下で炭化水素を熱分解する請求項1から3のいずれか1項に記載の水素製造装置。
- 前記炭化水素は、少なくとも、メタン成分と、炭素数が2以上の高次炭化水素成分とを含み、
前記第1反応部は、前記炭素数が2以上の高次炭化水素成分を熱分解して生成された固体炭素を触媒として前記メタン成分を熱分解する請求項1から4のいずれか1項に記載の水素製造装置。
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