JP2020079177A - 多重筒型改質器及び水素製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態に係る多重筒型改質器及び水素製造装置の一例を図1及び図2を参照して説明する。
水素製造装置10は、図1に示すように、炭化水素(都市ガス)から水蒸気改質した改質ガスを生成する多重筒型改質器(以下、「改質器」という場合がある)12と、改質ガスを圧縮する圧縮機80と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製する水素精製器90と、を備えている。また、水素製造装置10は、圧縮機80の上流側、下流側でそれぞれ改質ガスから水分を分離・除去する昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60と、改質器12の後述する燃焼排ガスから水分を分離・除去する燃焼排ガス水分離部70と、を備えている。
多重筒型改質器12は、図2に示すように、多重に配置された複数の筒状壁21、22、23、24(以下、「筒状壁21〜24」という場合がある)を有している。複数の筒状壁21〜24は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁21〜24のうち内側から一番目の筒状壁21の内部には、燃焼室25が形成されており、この燃焼室25の上部には、バーナー26が下向きに配置されている。
昇圧前水分離部50には、多重筒型改質器12から改質ガスG1を流入させる改質ガス排出管44の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管59が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管56が接続されている。改質ガスG1は、昇圧前水分離部50の上流の改質ガス排出管44に配置された熱交換器HE1において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧前水分離部50の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管59へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG2は、連絡流路管56へ送出される構成である。
圧縮機80には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG2が流れる連絡流路管56と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管66とが接続されている。圧縮機80は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG2を圧縮し、昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
昇圧後水分離部60には、圧縮機80から改質ガスG2を流入させる連絡流路管66の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管69が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管68が接続されている。改質ガスG2は、昇圧後水分離部60の上流の連絡流路管66に配置された熱交換器HE2において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧後水分離部60の下部に水(液相)が貯留可能されている。当該水(液相)は、水回収管69へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG3は、連絡流路管68へ送出される構成である。
水素精製器90には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG3が流れる連絡流路管68の下流端と、水素精製器90のオフガスが流れるオフガス還流管100の上流端とが接続されている。
水素精製器90から改質器12の燃焼室25のバーナー26に連通するオフガス還流管100の途中には、オフガスタンク102が設けられている。水素精製器90から送出されたオフガスはオフガスタンク102に一旦貯留され、平準化されてバーナー26に供給される構成である。
燃焼排ガス水分離部70には、改質器12の燃焼排ガス流路27から燃焼排ガスを導くガス排出管28の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管78が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管76が接続されている。燃焼室25から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部70の上流のガス排出管28に配置された熱交換器HE3において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、燃焼排ガス水分離部70の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管78へ送出される構成である。水が凝縮された後の燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される構成である。
次に、水素製造装置10(多重筒型改質器12)の作用について説明する。
本発明の第2実施形態に係る多重筒型改質器及び水素製造装置の一例を図1及び図3を参照して説明する。なお、第1実施形態と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、第1実施形態と異なるのは、多重筒型改質器におけるバーナーの位置のみなので、該当部分のみ説明し、他の説明は省略する。
図3に示すように、水素製造装置200の多重筒型改質器202では、燃焼室25に配設されたバーナー204の軸方向長さが第1実施形態のバーナー26と比較して長くされている。すなわち、バーナー204のノズル206の先端206Aが改質触媒層36の内側に位置するように、バーナー204が燃焼室25に配設されている。
このように構成された水素製造装置200では、第1実施形態の水素製造装置10と同様の作用を奏する。
一実施形態に係る水素製造装置10では、水素精製器90がPSA装置である場合について説明したが、改質ガスG3から水素を精製できるものであれば、これに限定するものではない。
12、202 多重筒型改質器
27 燃焼排ガス流路(排ガス流路)
31 第1流路(原料流路)
32 予熱流路(予熱部)
36 改質触媒層(改質部)
42 第2流路(一酸化炭素除去流路)
45 CO変成触媒層(シフト反応部)
90 水素精製器
204 バーナー
206 ノズル
206A 先端
G0 改質ガス(一次改質ガス)
G1 改質ガス(二次改質ガス)
Claims (3)
- 炭化水素と水が原料として供給されると共に、炭化水素と水蒸気からなる混合気を水蒸気改質することにより水素を主成分とする一次改質ガスを生成し、前記一次改質ガスから一酸化炭素を削減した二次改質ガスを生成する多重筒型改質器であって、
一端側から供給された炭化水素と水が加熱されて混合ガスとされる予熱部と、前記予熱部の下流側に形成され、前記混合ガスが水蒸気改質されることによって水素と一酸化炭素とを含む一次改質ガスが生成される改質部と、を有する原料流路と、
前記原料流路の内側に隣接して配設され、燃料ガスを燃焼させた燃焼排ガスを流す排ガス流路と、
前記原料流路の外側に隣接して配設され、前記予熱部の外側全域に配置され前記一次改質ガスに含まれる水と一酸化炭素を水性シフト反応で二酸化炭素と水素に変換して前記二次改質ガスを生成するシフト反応部のみが設けられた一酸化炭素除去流路と、
を備える多重筒型改質器。 - 前記多重筒型改質器の前記排ガス流路の内側には、前記燃料ガスを燃焼させるバーナーが配設された燃焼室が形成されており、前記バーナーのノズルの先端が前記改質部の内側に位置している請求項1記載の多重筒型改質器。
- 請求項1又は2記載の多重筒型改質器と、
前記多重筒型改質器と接続され、前記二次改質ガスを製品水素と不純物とに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
を備える水素製造装置。
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