JP2019108238A - 水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱エネルギーを効率良く利用して水素および炭化水素を製造できる水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の実施形態によれば、発熱反応により炭化水素を製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸熱反応させて水素を製造する水素製造装置であって、前記水素の少なくとも一部を用いた前記発熱反応で発生した熱エネルギーを前記吸熱反応に供給する。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製
造方法に関する。
造方法に関する。
高温水蒸気電解法を用いて、水または水蒸気から水素を製造する水素製造装置と、水素
を圧縮させて貯蔵する水素貯蔵装置と、貯蔵された水素を発電の燃料とする燃料電池とを
組み合わせた水素製造技術が知られている。
を圧縮させて貯蔵する水素貯蔵装置と、貯蔵された水素を発電の燃料とする燃料電池とを
組み合わせた水素製造技術が知られている。
また、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む気体と水素とを反応させ、
化石燃料に含まれるメタン等の炭化水素を製造する燃料製造技術が知られている。
化石燃料に含まれるメタン等の炭化水素を製造する燃料製造技術が知られている。
水素製造装置は、水に熱エネルギーを加えて水蒸気にする過程と、高温水蒸気電解法を
用いた電気分解反応により水素を製造する過程からなるが、電気分解反応は吸熱反応であ
り、高温水蒸気電解法を用いて水素を製造するためには、これら２つの過程共に熱エネル
ギーの供給が必要である。一方で、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む
気体と水素との反応は発熱反応であり、炭化水素を製造する過程で熱エネルギーが放出さ
れる。
用いた電気分解反応により水素を製造する過程からなるが、電気分解反応は吸熱反応であ
り、高温水蒸気電解法を用いて水素を製造するためには、これら２つの過程共に熱エネル
ギーの供給が必要である。一方で、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む
気体と水素との反応は発熱反応であり、炭化水素を製造する過程で熱エネルギーが放出さ
れる。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、熱エネルギーを効率良く利用して水素およ
び炭化水素を製造できる水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製
造方法を提供することである。
び炭化水素を製造できる水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製
造方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、実施形態の水素製造装置は、発熱反応により炭化水素を
製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸熱反応させて水素を製造する
水素製造装置であって、前記水素の少なくとも一部を用いた前記発熱反応で発生した熱エ
ネルギーを前記吸熱反応に供給する。
製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸熱反応させて水素を製造する
水素製造装置であって、前記水素の少なくとも一部を用いた前記発熱反応で発生した熱エ
ネルギーを前記吸熱反応に供給する。
本発明の実施形態によれば、熱エネルギーを効率良く利用して水素および炭化水素を製
造できる。
造できる。
以下、実施形態に係る燃料製造システムについて、図１および図２を用いて説明する。
図１は、実施形態に係る燃料製造システムの概要図である。図１の実線は動作の順序を、
図１の一点鎖線は熱の流れをそれぞれ示す。図１に示すように、燃料製造システム１は、
水素製造装置２と、炭化水素製造装置３から構成される。
図１は、実施形態に係る燃料製造システムの概要図である。図１の実線は動作の順序を、
図１の一点鎖線は熱の流れをそれぞれ示す。図１に示すように、燃料製造システム１は、
水素製造装置２と、炭化水素製造装置３から構成される。
水素製造装置２は、水蒸気製造器２ａと、水素製造器２ｂから構成される。
水蒸気製造器２ａは、水に熱エネルギーを供給して水蒸気を製造する。この水蒸気は、
後述する水素製造器２ｂでの水素製造に適した温度まで昇温される。
後述する水素製造器２ｂでの水素製造に適した温度まで昇温される。
水素製造器２ｂは、水蒸気製造器２ａで製造された水蒸気に熱エネルギーを供給して、
高温水蒸気電解法により電気分解を行って水素を製造する。なお、ここでは例として高温
水蒸気電解法による水素の製造を説明しているが、水素製造器２ｂは、水蒸気を用いた吸
熱反応により水素を製造するものであればよい。
高温水蒸気電解法により電気分解を行って水素を製造する。なお、ここでは例として高温
水蒸気電解法による水素の製造を説明しているが、水素製造器２ｂは、水蒸気を用いた吸
熱反応により水素を製造するものであればよい。
炭化水素製造装置３は、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む気体と、
水素製造器２ｂで製造した水素の一部とを反応させてメタンを製造する。その際に、熱エ
ネルギーが発生する。ここで発生した熱エネルギーは、水蒸気製造器２ａおよび水素製造
器２ｂの少なくとも一方に供給される。
水素製造器２ｂで製造した水素の一部とを反応させてメタンを製造する。その際に、熱エ
ネルギーが発生する。ここで発生した熱エネルギーは、水蒸気製造器２ａおよび水素製造
器２ｂの少なくとも一方に供給される。
なお、炭化水素製造装置３は、水素を用いた発熱反応を引き起こして炭化水素を製造す
ると共に、熱エネルギーが発生するものであればよい。また、水素製造器２ｂで製造した
水素を全て用いてメタンを製造してもよい。
ると共に、熱エネルギーが発生するものであればよい。また、水素製造器２ｂで製造した
水素を全て用いてメタンを製造してもよい。
次に、図２を用いて燃料製造システム１の動作を説明する。図２は、実施形態に係る燃
料製造システムの動作フローである。図２に示すように、水蒸気製造器２ａに水および熱
エネルギーを供給して水蒸気を製造する（Ｓ１）。この水蒸気は、水蒸気製造器２ａまた
は水素製造器２ｂにおいて、水素製造器２ｂでの水素製造に適した温度まで昇温される。
料製造システムの動作フローである。図２に示すように、水蒸気製造器２ａに水および熱
エネルギーを供給して水蒸気を製造する（Ｓ１）。この水蒸気は、水蒸気製造器２ａまた
は水素製造器２ｂにおいて、水素製造器２ｂでの水素製造に適した温度まで昇温される。
水蒸気製造器２ａで製造された水蒸気が水素製造器２ｂへ導入されると、水素製造器２
ｂでは、高温水蒸気電解法により、この水蒸気を電気分解して水素を製造する（Ｓ２）。
炭化水素製造装置３が稼動していない状態でステップＳ１およびＳ２を実施する際には、
水素製造器２ｂに供給される熱エネルギーは、加熱器（図示していない）等の熱源から供
給される。炭化水素製造装置３が稼動した状態でステップＳ１およびＳ２を実施する場合
の水素製造器２ｂに供給される熱エネルギーについては、後述する。
ｂでは、高温水蒸気電解法により、この水蒸気を電気分解して水素を製造する（Ｓ２）。
炭化水素製造装置３が稼動していない状態でステップＳ１およびＳ２を実施する際には、
水素製造器２ｂに供給される熱エネルギーは、加熱器（図示していない）等の熱源から供
給される。炭化水素製造装置３が稼動した状態でステップＳ１およびＳ２を実施する場合
の水素製造器２ｂに供給される熱エネルギーについては、後述する。
水素製造器２ｂで製造された水素の一部が炭化水素製造装置３へ導入されると、炭化水
素製造装置３では、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む気体と、この水
素とを発熱反応させてメタンを製造する。この際に、熱エネルギーが発生する（Ｓ３）。
ここで製造されたメタンは、燃料として利用される。
素製造装置３では、一酸化炭素および二酸化炭素の少なくとも一方を含む気体と、この水
素とを発熱反応させてメタンを製造する。この際に、熱エネルギーが発生する（Ｓ３）。
ここで製造されたメタンは、燃料として利用される。
炭化水素製造装置３で発生した熱エネルギーは、水蒸気製造器２ａおよび水素製造器２
ｂの少なくとも一方に供給される（Ｓ４）。これにより、炭化水素製造装置３が稼動した
状態でステップＳ１およびＳ２を実施する際には、必要な熱エネルギーの一部または全部
をこの熱エネルギーで賄うことができる。この際に、水蒸気製造器２ａおよび水素製造器
２ｂの少なくとも一方を稼動するのに必要な熱エネルギーを、炭化水素製造装置３で発生
する熱エネルギーで全て賄える場合には、加熱器等の熱源からの熱エネルギーの供給を必
要としない。
ｂの少なくとも一方に供給される（Ｓ４）。これにより、炭化水素製造装置３が稼動した
状態でステップＳ１およびＳ２を実施する際には、必要な熱エネルギーの一部または全部
をこの熱エネルギーで賄うことができる。この際に、水蒸気製造器２ａおよび水素製造器
２ｂの少なくとも一方を稼動するのに必要な熱エネルギーを、炭化水素製造装置３で発生
する熱エネルギーで全て賄える場合には、加熱器等の熱源からの熱エネルギーの供給を必
要としない。
一方で、炭化水素製造装置３へ導入されなかった水素は、水素貯蔵器（図示していない
）で保存され、燃料として利用される。なお、炭化水素製造装置３へ導入される水素と水
素貯臓器で保存される水素の物質量比は特定の範囲に限定されず、例えば炭化水素製造装
置３へ導入される水素の物質量が、水素貯蔵器で保存される水素の物質量より少なくても
よい。
）で保存され、燃料として利用される。なお、炭化水素製造装置３へ導入される水素と水
素貯臓器で保存される水素の物質量比は特定の範囲に限定されず、例えば炭化水素製造装
置３へ導入される水素の物質量が、水素貯蔵器で保存される水素の物質量より少なくても
よい。
上述した実施形態によれば、燃料電池や火力発電設備を稼動する燃料である水素や炭化
水素を製造すると共に、炭化水素製造装置３で発生した熱エネルギーが、水蒸気製造器２
ａおよび水素製造器２ｂの少なくとも一方に供給されるため、熱エネルギーを効率良く利
用して水素および炭化水素を製造できる。
水素を製造すると共に、炭化水素製造装置３で発生した熱エネルギーが、水蒸気製造器２
ａおよび水素製造器２ｂの少なくとも一方に供給されるため、熱エネルギーを効率良く利
用して水素および炭化水素を製造できる。
なお、本実施形態では、水蒸気製造器２ａが水素製造装置２に含まれる場合を例として
説明したが、水素製造装置の構成として水蒸気製造器が含まれず、外部から水素製造器に
水蒸気を導入してもよい。その場合は、炭化水素製造装置で発生した熱エネルギーが水素
製造器に供給される。
説明したが、水素製造装置の構成として水蒸気製造器が含まれず、外部から水素製造器に
水蒸気を導入してもよい。その場合は、炭化水素製造装置で発生した熱エネルギーが水素
製造器に供給される。
また、本実施形態では、水蒸気製造器２ａ、水素製造器２ｂ、炭化水素製造装置３を順
次稼動させる場合を例示して説明したが、炭化水素製造装置３、水蒸気製造装置２ａ、水
素製造装置２ｂの順に稼動させてもよい。その場合において、水蒸気製造装置２ａおよび
水素製造装置２ｂが稼動していない状態では、外部から水素を供給して炭化水素製造装置
３を稼動させる。ただし、水蒸気製造装置２ａおよび水素製造装置２ｂが稼動した状態で
は、外部から炭化水素製造装置３に水素を供給せずともよい。
次稼動させる場合を例示して説明したが、炭化水素製造装置３、水蒸気製造装置２ａ、水
素製造装置２ｂの順に稼動させてもよい。その場合において、水蒸気製造装置２ａおよび
水素製造装置２ｂが稼動していない状態では、外部から水素を供給して炭化水素製造装置
３を稼動させる。ただし、水蒸気製造装置２ａおよび水素製造装置２ｂが稼動した状態で
は、外部から炭化水素製造装置３に水素を供給せずともよい。
さらに、本実施形態では、水素製造器２ｂにおいて水素を製造したが、水素製造器２ｂ
に二酸化炭素も供給し、水蒸気および二酸化炭素を電気分解反応させてもよい。その場合
には、二酸化炭素の電気分解反応によって一酸化炭素が製造され、水素、一酸化炭素、お
よび電気分解反応をしなかった二酸化炭素が炭化水素製造装置３に供給される。水素製造
器２ｂで一酸化炭素も製造することにより、炭化水素製造装置３での反応性が向上する。
これは、二酸化炭素に比べて一酸化炭素の方が、水素と反応しやすいからである。
に二酸化炭素も供給し、水蒸気および二酸化炭素を電気分解反応させてもよい。その場合
には、二酸化炭素の電気分解反応によって一酸化炭素が製造され、水素、一酸化炭素、お
よび電気分解反応をしなかった二酸化炭素が炭化水素製造装置３に供給される。水素製造
器２ｂで一酸化炭素も製造することにより、炭化水素製造装置３での反応性が向上する。
これは、二酸化炭素に比べて一酸化炭素の方が、水素と反応しやすいからである。
なお、水素製造器２ｂに供給される水蒸気および二酸化炭素の物質量比が特定の範囲に
限定されることはなく、例えば水蒸気に対して二酸化炭素の物質量が４倍以上となるよう
に供給量を調整してもよい。
限定されることはなく、例えば水蒸気に対して二酸化炭素の物質量が４倍以上となるよう
に供給量を調整してもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
１．燃料製造システム、２．水素製造装置、２ａ．水蒸気製造器、２ｂ．水素製造器、３
．炭化水素製造装置
．炭化水素製造装置
Claims (8)
- 発熱反応により炭化水素を製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸
熱反応させて水素を製造する水素製造装置であって、
前記水素の少なくとも一部を用いた前記発熱反応で発生した熱エネルギーを前記吸熱反応
に供給する水素製造装置。 - 発熱反応により炭化水素を製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸
熱反応させて水素を製造する水素製造装置であって、
水に熱エネルギーを供給して前記水蒸気を製造する水蒸気製造器と、
前記水蒸気を吸熱反応させて前記水素を製造する水素製造器と、
を備え、
前記発熱反応により発生する熱エネルギーを前記水および前記吸熱反応の少なくとも一方
に供給する水素製造装置。 - 二酸化炭素を吸熱反応させて一酸化炭素を製造可能とする請求項１に記載の水素製造装
置。 - 前記水素製造器は、二酸化炭素を吸熱反応させて一酸化炭素を製造可能とする請求項２
に記載の水素製造装置。 - 請求項１から４のいずれかに記載の水素製造装置と、
前記水素の少なくとも一部を前記発熱反応させて前記炭化水素を製造すると共に、前記発
熱反応で発生した熱エネルギーを前記水素製造装置に供給する炭化水素製造装置と、
を備える燃料製造システム。 - 発熱反応により炭化水素を製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸
熱反応させて水素を製造する水素製造方法において、
前記発熱反応で発生した熱エネルギーを前記吸熱反応に供給する水素製造方法。 - 発熱反応により炭化水素を製造する燃料製造システムに用いられると共に、水蒸気を吸
熱反応させて水素を製造する水素製造方法において、
水に熱エネルギーを供給して前記水蒸気を製造するステップと、
前記発熱反応で発生した熱エネルギーを前記水および前記吸熱反応の少なくとも一方に供
給するステップと、
からなる水素製造方法。 - 水素を発熱反応させて炭化水素を製造するステップと、
請求項６または７に記載の水素製造方法により水素を製造するステップと、
からなる燃料製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017241659A JP2019108238A (ja) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | 水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017241659A JP2019108238A (ja) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | 水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019108238A true JP2019108238A (ja) | 2019-07-04 |
Family
ID=67178977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017241659A Pending JP2019108238A (ja) | 2017-12-18 | 2017-12-18 | 水素製造装置、燃料製造システム、水素製造方法、および燃料製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2019108238A (ja) |
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-
2017
- 2017-12-18 JP JP2017241659A patent/JP2019108238A/ja active Pending
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