JP2020100540A - Hydrogen producing apparatus - Google Patents

Hydrogen producing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2020100540A
JP2020100540A JP2018241769A JP2018241769A JP2020100540A JP 2020100540 A JP2020100540 A JP 2020100540A JP 2018241769 A JP2018241769 A JP 2018241769A JP 2018241769 A JP2018241769 A JP 2018241769A JP 2020100540 A JP2020100540 A JP 2020100540A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
refrigerant
hydrogen
gas
reformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018241769A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7129332B2 (en
Inventor
晃平 江口
Kohei Eguchi
晃平 江口
拓人 櫛
Takuto Kushi
拓人 櫛
広基 飯沼
Hiroki Iinuma
広基 飯沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP2018241769A priority Critical patent/JP7129332B2/en
Publication of JP2020100540A publication Critical patent/JP2020100540A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7129332B2 publication Critical patent/JP7129332B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

To provide a hydrogen producing apparatus improved in thermal efficiency in the whole apparatus.SOLUTION: In a hydrogen producing apparatus 10, a compressor 80 is cooled with a refrigerant which flows through a refrigerant circulating flow passage 112 of a cooling mechanism 110. The refrigerant heated by cooling the compressor 80 is cooled through heat exchange with modifying water by using a heat exchanger HE4. After additionally cooled with a radiator 116, the refrigerant is supplied to the compressor 80 again to cool the compressor 80. Meanwhile, the modifying water heated through the heat exchange with the refrigerant in HE4 is supplied to a modifier 12 through a modifying water-supplying pipe 34 and is heated, thereby being gasified and then being a mixed gas formed by the mixture with a city gas. Accordingly, thermal efficiency of the hydrogen producing apparatus 10 is improved.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素製造装置に関し、特に、炭化水素原料を改質して水素を製造する水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus, and more particularly to a hydrogen production apparatus that reforms a hydrocarbon raw material to produce hydrogen.

特許文献1には、改質器に水蒸気と原料炭化水素を供給して水蒸気改質することにより改質ガスを生成する水素製造装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a hydrogen production device that produces a reformed gas by supplying steam and a raw material hydrocarbon to a reformer to perform steam reforming.

特開2001−261306号公報JP, 2001-261306, A

このような水素製造装置は、改質ガスを水素精製器で製品水素と不純物(オフガス)に分離することで製品水素を精製しているが、水素精製器に供給する前に圧縮機で改質ガスを圧縮する(高圧にする)ことによって水素精製器で精製される水素の純度向上を図っている。 Such hydrogen production equipment purifies product hydrogen by separating the reformed gas into product hydrogen and impurities (off gas) in a hydrogen purifier, but reforms it in a compressor before supplying it to the hydrogen purifier. By compressing the gas (increasing the pressure), the purity of hydrogen purified by the hydrogen purifier is improved.

ところで、圧縮機はその駆動により圧縮機自体が昇温されるため、循環型の冷媒等によって冷却されている。圧縮機によって加熱された冷媒の熱を外部に排出している場合には、装置全体の熱効率の点で改善の余地がある。 By the way, since the compressor itself is heated by its driving, it is cooled by a circulation type refrigerant or the like. When the heat of the refrigerant heated by the compressor is discharged to the outside, there is room for improvement in terms of the thermal efficiency of the entire device.

一方、改質器に供給される水は、加熱により水蒸気とされ、炭化水素の水蒸気改質に用いられる。しかし、この水を装置外部から供給された燃料の燃焼によって加熱する場合には、装置全体の熱効率の点で改善の余地がある。 On the other hand, the water supplied to the reformer is turned into steam by heating and used for steam reforming of hydrocarbons. However, when this water is heated by the combustion of the fuel supplied from the outside of the device, there is room for improvement in terms of the thermal efficiency of the entire device.

本発明の課題は、装置全体の熱効率を向上させた水素製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production device with improved thermal efficiency of the entire device.

請求項1記載の水素製造装置は、炭化水素と水が原料として供給され、前記炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素に精製する水素精製器と、前記昇圧手段の熱を前記改質器に供給される水で回収する熱回収手段と、を備える。 The hydrogen producing apparatus according to claim 1, wherein a hydrocarbon and water are supplied as raw materials, the reformer reforms the hydrocarbon to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and the reformer. A boosting means connected to the boosting means for boosting the reformed gas; a hydrogen purifier connected to the boosting means for separating the reformed gas into product hydrogen and off-gas as impurities to purify the product hydrogen. Heat recovery means for recovering the heat of the means by the water supplied to the reformer.

この水素製造装置によれば、改質器で生成された改質ガスが昇圧手段で圧縮され、水素精製器に供給されることにより製品水素とオフガスに分離され、製品水素が精製される。 According to this hydrogen production device, the reformed gas generated in the reformer is compressed by the pressure increasing means and supplied to the hydrogen purifier to be separated into product hydrogen and off-gas, and the product hydrogen is purified.

ところで、昇圧手段は改質ガスを圧縮することにより昇温する。昇圧手段の熱は、熱回収手段において改質器に原料として供給される水(以下、「改質用水」という)に回収される。すなわち、改質用水が加熱される。 By the way, the pressure increasing means raises the temperature by compressing the reformed gas. The heat of the pressurizing means is recovered by the heat recovery means into water supplied to the reformer as a raw material (hereinafter referred to as “reforming water”). That is, the reforming water is heated.

このように、改質用水は改質器に供給される前に、昇圧手段の熱により加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 As described above, since the reforming water is heated by the heat of the pressure increasing means before being supplied to the reformer, the amount of heat for heating the reforming water by other means to generate the reformed gas is reduced. It

すなわち、昇圧手段の熱の少なくとも一部を外部に排出することなく、改質用水の加熱に用いているため、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 That is, since at least part of the heat of the booster is used for heating the reforming water without being discharged to the outside, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.

請求項2記載の水素製造装置は、請求項1記載の水素製造装置において、前記熱回収手段は、前記昇圧手段を冷却した冷媒が流れる冷媒流路と、前記冷媒流路上に設けられ、前記改質器に供給される水と前記冷媒とが熱交換される第1熱交換器と、を備える。 The hydrogen production apparatus according to claim 2 is the hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the heat recovery means is provided on a refrigerant flow path through which the refrigerant that has cooled the pressure increasing means flows, and on the refrigerant flow path. A first heat exchanger for exchanging heat between water supplied to the quality control device and the refrigerant.

この水素製造装置では、昇圧手段が改質ガスを圧縮することにより昇温するため、冷媒で冷却されている。冷媒は、昇圧手段を冷却することにより加熱され、昇温した状態で冷媒流路を流れる。 In this hydrogen production device, the pressure rising means compresses the reformed gas to raise the temperature, so that it is cooled by the refrigerant. The refrigerant is heated by cooling the pressure increasing means, and flows in the refrigerant flow path in a state of being heated.

この冷媒流路上には第1熱交換器が配設されている。したがって、第1熱交換器で昇温した冷媒と改質用水とが熱交換され、改質用水が加熱される。 A first heat exchanger is arranged on this refrigerant channel. Therefore, the refrigerant heated in the first heat exchanger and the reforming water are heat-exchanged with each other to heat the reforming water.

このように、改質用水は改質器に供給される前に、昇圧手段を冷却することによって昇温した冷媒と熱交換することにより加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 As described above, the reforming water is heated by exchanging heat with the refrigerant whose temperature is raised by cooling the pressurizing means before being supplied to the reformer, so that the reforming gas is reformed to generate the reformed gas. The amount of heat for heating the water by other means is reduced.

すなわち、昇圧手段の熱の少なくとも一部を外部に排出することなく、冷媒を介して改質用水の加熱に用いているため、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 That is, since at least a part of the heat of the booster is used for heating the reforming water via the refrigerant without being discharged to the outside, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.

請求項3記載の水素製造装置は、請求項2記載の水素製造装置において、前記冷媒流路は、循環流路である。 A hydrogen producing apparatus according to a third aspect is the hydrogen producing apparatus according to the second aspect, wherein the refrigerant channel is a circulation channel.

この水素製造装置では、昇圧手段を冷却する冷媒が循環型であり、第1熱交換器における改質用水との熱交換により昇温した冷媒が冷却される。したがって、昇温した冷媒を冷却するために他の手段が不要となり、又は他の手段で冷媒を冷却する熱量が低減され、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 In this hydrogen production device, the refrigerant that cools the pressurizing means is a circulation type, and the refrigerant that has been heated by the heat exchange with the reforming water in the first heat exchanger is cooled. Therefore, other means for cooling the heated refrigerant is unnecessary, or the amount of heat for cooling the refrigerant by other means is reduced, and the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.

請求項4記載の水素製造装置は、請求項1記載の水素製造装置において、前記熱回収手段は、前記昇圧手段に設けられ、前記改質器に供給される水と前記昇圧手段とが熱交換される第2熱交換器である。 The hydrogen production apparatus according to claim 4 is the hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the heat recovery means is provided in the pressure increasing means, and water supplied to the reformer and the pressure increasing means exchange heat. Is a second heat exchanger.

この水素製造装置では、昇圧手段が改質ガスを圧縮することにより昇温する。昇圧手段には、改質用水と熱交換する第2熱交換器が設けられている。したがって、昇圧手段は、第2熱交換器で改質用水と熱交換されることにより冷却される。 In this hydrogen production device, the pressure rising means compresses the reformed gas to raise the temperature. The pressurizing means is provided with a second heat exchanger that exchanges heat with the reforming water. Therefore, the booster is cooled by exchanging heat with the reforming water in the second heat exchanger.

一方、改質用水は、第2熱交換器で昇圧手段と熱交換されることにより加熱され、改質器に供給される。 On the other hand, the reforming water is heated by being heat-exchanged with the pressure increasing means in the second heat exchanger and supplied to the reformer.

このように、第2熱交換器において昇圧手段と改質用水とが熱交換されるため、昇圧手段を冷却するための他の冷却手段が不要になる。 In this way, since the pressure increasing means and the reforming water are heat-exchanged in the second heat exchanger, another cooling means for cooling the pressure increasing means becomes unnecessary.

また、改質用水は、改質器に供給される前に昇圧手段と熱交換することにより加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 Further, since the reforming water is heated by exchanging heat with the pressure increasing means before being supplied to the reformer, the amount of heat for heating the reforming water by other means to generate the reformed gas is reduced. To be done.

すなわち、水素製造装置の熱効率を向上させることができる。 That is, the thermal efficiency of the hydrogen production device can be improved.

請求項1〜4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production device according to the invention described in claims 1 to 4 has the above configuration, the thermal efficiency of the entire device can be improved.

本発明の第1実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る多重筒型改質器を示した断面図である。It is a sectional view showing a multi-cylinder type reformer concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る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。
[First Embodiment]
An example of the hydrogen production device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

〈水素製造装置〉
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。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus 10 includes a multi-cylinder reformer (hereinafter, may be referred to as a “reformer”) 12 that produces a reformed gas obtained by steam reforming hydrocarbons (city gas). A compressor 80 for compressing the reformed gas, and a hydrogen purifier 90 for purifying hydrogen gas by removing impurities from the compressed reformed gas. The hydrogen production device 10 includes a pre-pressurization water separation unit 50, a post-pressurization water separation unit 60, which separates and removes water from the reformed gas on the upstream side and the downstream side of the compressor 80, respectively, and a reformer 12 to be described later. And a combustion exhaust gas water separation unit 70 for separating and removing water from the combustion exhaust gas.

なお、この水素製造装置10は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。 The hydrogen production device 10 produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and in the present embodiment, a case where city gas containing methane as a main component is used as an example of the hydrocarbon raw material will be described.

(多重筒型改質器)
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。この多重筒型改質器12は、改質器の一例である。
(Multiple cylinder reformer)
As shown in FIG. 2, the multi-tubular reformer 12 includes a plurality of tubular walls 21, 22, 23, 24 (hereinafter, may be referred to as “cylindrical walls 21-24”) arranged in multiple layers. Have The plurality of cylindrical walls 21 to 24 are formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptic cylindrical shape. A combustion chamber 25 is formed inside the first cylindrical wall 21 from the inner side among the plurality of cylindrical walls 21 to 24, and a burner 26 is arranged downward on the combustion chamber 25. There is. The multi-tubular reformer 12 is an example of a reformer.

さらに、この燃焼室25の上端部には、外部から燃焼用空気を供給するための空気供給管40が接続されている。バーナー26には、さらに外部から都市ガスを供給するための原料供給管33から分岐された原料分岐管33Aが接続されている。原料分岐管33Aには、空気供給管40から分岐された空気分岐管40Aが接続されている。したがって、バーナー26には、都市ガスに空気が混合された気体が、供給される構成である。 Further, an air supply pipe 40 for supplying combustion air from the outside is connected to the upper end of the combustion chamber 25. A raw material branch pipe 33A branched from a raw material supply pipe 33 for supplying city gas from the outside is further connected to the burner 26. An air branch pipe 40A branched from the air supply pipe 40 is connected to the raw material branch pipe 33A. Therefore, the burner 26 is configured to be supplied with gas in which city gas is mixed with air.

一番目の筒状壁21と二番目の筒状壁22との間には、燃焼排ガス流路27が形成されている。燃焼排ガス流路27の下端部は、燃焼室25と連通されており、燃焼排ガス流路27の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管28が接続されている。燃焼室25から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路27を下側から上側に流れ、ガス排出管28を通じて燃焼排ガス水分離部70へ送出される構成である。 A combustion exhaust gas passage 27 is formed between the first tubular wall 21 and the second tubular wall 22. A lower end portion of the combustion exhaust gas passage 27 communicates with the combustion chamber 25, and a gas exhaust pipe 28 for exhausting gas is connected to an upper end portion of the combustion exhaust gas passage 27. The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 flows from the lower side to the upper side in the combustion exhaust gas flow path 27 and is sent to the combustion exhaust gas water separation unit 70 through the gas discharge pipe 28.

また、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、第1流路31が形成されている。この第1流路31の上部は、予熱流路32として形成されており、この予熱流路32の上端部には、外部から都市ガスを供給するための原料供給管33と、改質用水を供給するための改質用水供給管34とが接続されている。さらに、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、螺旋部材35が設けられており、この螺旋部材35により、予熱流路32は、螺旋状に形成されている。 A first flow path 31 is formed between the second tubular wall 22 and the third tubular wall 23. An upper portion of the first flow passage 31 is formed as a preheating flow passage 32. A raw material supply pipe 33 for supplying city gas from the outside and reforming water are formed at an upper end portion of the preheating flow passage 32. The reforming water supply pipe 34 for supplying the water is connected. Further, a spiral member 35 is provided between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23, and the preheating flow passage 32 is formed in a spiral shape by the spiral member 35. There is.

予熱流路32には、都市ガスが原料供給管33から供給可能とされ、さらに、改質用水が改質用水供給管34から供給可能とされている。都市ガス及び改質用水は、予熱流路32を上側から下側に流れ、二番目の筒状壁22を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される構成である。この予熱流路32では、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される構成である。 City gas can be supplied to the preheating channel 32 from the raw material supply pipe 33, and further reforming water can be supplied from the reforming water supply pipe 34. The city gas and the reforming water flow from the upper side to the lower side in the preheating channel 32, and are heat-exchanged with the combustion exhaust gas through the second cylindrical wall 22 to vaporize the water. In the preheating channel 32, the mixed gas is generated by mixing the city gas and the reforming water (steam) in the vapor phase.

また、第1流路31における予熱流路32の下側には、改質触媒層36が設けられており、予熱流路32にて生成された混合ガスは、改質触媒層36へ供給される構成である。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、混合ガスが水蒸気改質反応することによって、水素を主成分とする改質ガスが生成される構成である。 A reforming catalyst layer 36 is provided below the preheating channel 32 in the first channel 31, and the mixed gas generated in the preheating channel 32 is supplied to the reforming catalyst layer 36. It is a configuration. The reforming catalyst layer 36 receives heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27 and undergoes a steam reforming reaction of the mixed gas to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component.

さらに、三番目の筒状壁23と四番目の筒状壁24との間には、第2流路42が形成されている。第2流路42の下端部は、第1流路31の下端部と連通されている。第2流路42の下部は、改質ガス流路43として形成されており、第2流路42の上端部には、改質ガス排出管44が接続されている。 Further, a second flow path 42 is formed between the third cylindrical wall 23 and the fourth cylindrical wall 24. The lower end of the second flow path 42 communicates with the lower end of the first flow path 31. A lower portion of the second flow passage 42 is formed as a reformed gas flow passage 43, and a reformed gas discharge pipe 44 is connected to an upper end portion of the second flow passage 42.

また、第2流路42における改質ガス流路43よりも上側には、CO変成触媒層45が設けられており、改質触媒層36で生成された改質ガスは、改質ガス流路43を通過した後、CO変成触媒層45へ供給される構成である。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して水素と二酸化炭素に変換され(水性シフト反応)、改質ガス中の一酸化炭素が低減可能とされている。 Further, a CO shift catalyst layer 45 is provided above the reformed gas passage 43 in the second passage 42, and the reformed gas generated in the reformed catalyst layer 36 is the reformed gas passage. After passing through 43, the CO conversion catalyst layer 45 is supplied. In the CO shift catalyst layer 45, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with steam to be converted into hydrogen and carbon dioxide (aqueous shift reaction), and carbon monoxide in the reformed gas can be reduced. ..

さらに、CO変成触媒層45の上側には、酸化剤ガス供給管46が接続されており、第2流路42におけるCO変成触媒層45よりも上側には、CO選択酸化触媒層47が設けられている。酸化剤ガス供給管46を通じて取り入れられた酸化剤ガス(例えば空気)、及び、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、CO選択酸化触媒層47へ供給される構成である。CO選択酸化触媒層47では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去可能とされている。CO変成触媒層45及びCO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44を通じて排出される構成である。 Further, an oxidant gas supply pipe 46 is connected to the upper side of the CO shift catalyst layer 45, and a CO selective oxidation catalyst layer 47 is provided above the CO shift catalyst layer 45 in the second flow path 42. ing. The oxidant gas (for example, air) introduced through the oxidant gas supply pipe 46 and the reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 45 are supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47. In the CO selective oxidation catalyst layer 47, carbon monoxide reacts with oxygen and is converted into carbon dioxide on a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium, and carbon monoxide can be removed. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO shift catalyst layer 45 and the CO selective oxidation catalyst layer 47 is discharged through the reformed gas discharge pipe 44.

多重筒型改質器12において生成された改質ガスは、図1に示すように、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、多重筒型改質器12、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90がこの順番で配置されている。 As shown in FIG. 1, the reformed gas generated in the multi-tubular reformer 12 passes through the pre-pressurization water separation unit 50, the compressor 80, the post-pressurization water separation unit 60, and the hydrogen purifier 90 in this order. Flowing That is, in the gas flow direction, from the upstream side to the downstream side, the multi-tubular reformer 12, the pre-pressurization water separation unit 50, the compressor 80, the post-pressurization water separation unit 60, and the hydrogen purifier 90 are arranged in this order. It is arranged.

(昇圧前水分離部)
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、冷媒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。なお、熱交換器HE1は、例えば、チラーである。
(Water separator before pressurization)
The downstream end of the reformed gas discharge pipe 44, into which the reformed gas G1 flows from the multi-cylinder reformer 12, is connected to the pre-pressurization water separation unit 50. A water recovery pipe 59 is connected to the bottom of the pre-pressurization water separation unit 50, and a communication channel pipe 56 is connected to the top of the pre-pressurization water separation unit 50. The reformed gas G1 is condensed and separated in the heat exchanger HE1 arranged in the reformed gas discharge pipe 44 upstream of the pre-pressurized water separation unit 50 by cooling by heat exchange with the refrigerant, and the pre-pressurized water is separated. Water (liquid phase) can be stored under the separation unit 50. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G2 after the water is condensed is sent to the communication flow path pipe 56. The heat exchanger HE1 is, for example, a chiller.

(圧縮機)
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。
(Compressor)
In the compressor 80, there are provided a communication flow passage pipe 56 through which the reformed gas G2 from the pre-pressurization water separation unit 50 flows, and a communication flow passage pipe 66 through which the reformed gas G2 supplied to the post-pressurization water separation unit 60 flows. It is connected. The compressor 80 is capable of compressing the reformed gas G2 supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 and supplying it to the post-pressurization water separation unit 60.

また、圧縮機80には冷却機構110が設けられており、圧縮動作によって昇温した圧縮機80が冷却機構110によって冷却される構成である。なお、圧縮機80が「昇圧手段」に相当する。 Further, the compressor 80 is provided with a cooling mechanism 110, and the compressor 80 having a temperature raised by the compression operation is cooled by the cooling mechanism 110. The compressor 80 corresponds to the “pressurizing means”.

(冷却機構)
冷却機構110は、圧縮機80を冷却する冷媒、例えば冷却水が循環するように設けられた冷媒循環流路112を有する。冷媒循環流路112上には、改質用水供給管34の改質用水と熱交換可能とされた熱交換器HE4と、冷媒を循環させるポンプ114と、ラジエータ116とが配設されている。
(Cooling mechanism)
The cooling mechanism 110 has a refrigerant circulation flow path 112 provided so that a refrigerant that cools the compressor 80, for example, cooling water circulates. A heat exchanger HE4 capable of exchanging heat with the reforming water in the reforming water supply pipe 34, a pump 114 for circulating a refrigerant, and a radiator 116 are arranged on the refrigerant circulation flow path 112.

ラジエータ116には、圧縮機80との熱交換により高温となった冷媒を冷却するためのファン118が設けられている。 The radiator 116 is provided with a fan 118 for cooling the refrigerant having a high temperature due to heat exchange with the compressor 80.

すなわち、冷却機構110は、圧縮機80を冷却することにより昇温した冷媒が、熱交換器HE4で改質用水との熱交換により冷却され、ラジエータ116でさらに冷却された後、再び圧縮機80に供給され、圧縮機80を冷却する構成である。 That is, the cooling mechanism 110 cools the refrigerant whose temperature has risen by cooling the compressor 80 by heat exchange with the reforming water in the heat exchanger HE4 and further cools it in the radiator 116, and then again the compressor 80. And is configured to cool the compressor 80.

なお、熱交換器HE4及び冷媒循環流路112が「熱回収手段」に相当する。また、熱交換器HE4及び冷媒循環流路112がそれぞれ「第1熱交換器」、「冷媒流路」に相当する。 The heat exchanger HE4 and the refrigerant circulation passage 112 correspond to "heat recovery means". Further, the heat exchanger HE4 and the refrigerant circulation flow passage 112 correspond to the "first heat exchanger" and the "refrigerant flow passage", respectively.

(昇圧後水分離部)
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、冷媒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。なお、熱交換器HE2は、例えば、チラーである。
(Water separation unit after pressurization)
To the post-pressurization water separation unit 60, a downstream end of a communication flow pipe 66 that allows the reformed gas G2 to flow from the compressor 80 is connected. A water recovery pipe 69 is connected to the bottom of the post-pressurization water separation unit 60, and a communication channel pipe 68 is connected to the top of the post-pressurization water separation unit 60. The reformed gas G2 is condensed and separated in the heat exchanger HE2 arranged in the communication flow path pipe 66 upstream of the post-pressurization water separation unit 60 by cooling by heat exchange with the refrigerant, and the post-pressurization water separation is performed. Water (liquid phase) can be stored under the portion 60. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G3 after the water is condensed is sent to the communication flow path pipe 68. The heat exchanger HE2 is, for example, a chiller.

(水素精製器)
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、精製された水素が送出される水素供給管92の上流端と、水素精製器90で分離されたオフガスが送出されるオフガス還流管100の上流端とが接続されている。
(Hydrogen refiner)
In the hydrogen purifier 90, the downstream end of the communication flow pipe 68 through which the reformed gas G3 from the post-pressurization water separation unit 60 flows, the upstream end of the hydrogen supply pipe 92 to which purified hydrogen is delivered, and the hydrogen purification The upstream end of the off-gas recirculation pipe 100 to which the off-gas separated by the vessel 90 is delivered is connected.

水素精製器90は、一例として、PSA装置が使用されている。この水素精製器90では、一対の吸着槽を備え、一方の吸着槽で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着槽で吸着剤に吸着した不純物を脱着させる脱着工程を行い、次に一方の吸着槽で脱着工程、他方の吸着槽で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスG3を水素と一酸化炭素を含む不純物(オフガスOG)とに連続的に分離して、水素が精製される構成である。精製された水素は、水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留される、あるいは水素供給ラインへ送出可能とされている。 As the hydrogen purifier 90, a PSA device is used as an example. The hydrogen purifier 90 includes a pair of adsorption tanks, one adsorption tank performs an adsorption step of adsorbing impurities on the adsorbent, and the other adsorption tank performs a desorption step of desorbing impurities adsorbed on the adsorbent, Next, the desorption process is performed in one adsorption tank, and the adsorption process is performed in the other adsorption tank. By repeating this periodically, the reformed gas G3 is continuously separated into hydrogen and impurities containing carbon monoxide (off gas OG), and hydrogen is purified. The purified hydrogen is sent to the hydrogen supply pipe 92, stored in a tank (not shown), or can be sent to the hydrogen supply line.

水素精製器90のオフガスは、オフガス還流管100を介して改質器12の燃焼室25に設けられたバーナー26に供給可能とされている。 The off gas of the hydrogen purifier 90 can be supplied to the burner 26 provided in the combustion chamber 25 of the reformer 12 via the off gas recirculation pipe 100.

〈オフガスタンク〉
水素精製器90と改質器12のバーナー26とを連通するオフガス還流管100上には、オフガスタンク102が設けられている。したがって、水素精製器90から供給されたオフガスがオフガスタンク102に一旦貯留され、流量や組成が平準化された後、改質器12のバーナー26に供給される構成である。
<Off gas tank>
An offgas tank 102 is provided on the offgas reflux pipe 100 that connects the hydrogen purifier 90 and the burner 26 of the reformer 12. Therefore, the off-gas supplied from the hydrogen purifier 90 is temporarily stored in the off-gas tank 102, leveled in flow rate and composition, and then supplied to the burner 26 of the reformer 12.

(燃焼排ガス水分離部)
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、冷媒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。なお、熱交換器HE3は、例えば、チラーである。
(Combustion exhaust gas water separation section)
A downstream end of a gas exhaust pipe 28 that guides the combustion exhaust gas from the combustion exhaust gas flow path 27 of the reformer 12 is connected to the combustion exhaust gas water separation unit 70. A water recovery pipe 78 is connected to the bottom of the combustion exhaust gas water separation unit 70, and a gas discharge pipe 76 is connected to the upper portion of the combustion exhaust gas water separation unit 70. The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 is separated and condensed in the heat exchanger HE3 arranged in the gas discharge pipe 28 upstream of the combustion exhaust gas water separation unit 70 by cooling by heat exchange with the refrigerant. Water (liquid phase) can be stored under the combustion exhaust gas water separation unit 70. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 78. The combustion exhaust gas after the water is condensed is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air. The heat exchanger HE3 is, for example, a chiller.

(改質用供給管)
水回収管59、69、78の各々の下流端は、改質用水供給管34に接続されている。改質用水供給管34には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)34Aが設けられている。また、改質用水供給管34には、外部水供給部17が接続されている。外部水供給部17から改質用水供給管34に、例えば純水または市水が供給される構成である。
(Supply pipe for reforming)
The downstream ends of the water recovery pipes 59, 69, and 78 are connected to the reforming water supply pipe 34. The reforming water supply pipe 34 is provided with a water treatment device (ion exchange resin) 34A for removing dissolved ionic components. The external water supply unit 17 is connected to the reforming water supply pipe 34. For example, pure water or city water is supplied from the external water supply unit 17 to the reforming water supply pipe 34.

また、改質用水供給管34には、ポンプP1が設けられている。昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70で分離された水、又は外部水供給部17から供給された水は、ポンプP1によって多重筒型改質器12へ供給される構成である。 Further, the reforming water supply pipe 34 is provided with a pump P1. The water separated by the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, the combustion exhaust gas water separation unit 70, or the water supplied from the external water supply unit 17 is sent to the multi-tubular reformer 12 by the pump P1. It is a configuration to be supplied.

さらに、改質用水供給管34のポンプP1、水処理器34Aの下流側、最も改質器12側に熱交換器HE4が配設されている。すなわち、熱交換器HE4において、冷媒循環流路112を流れる昇温した冷媒と熱交換されることによって、改質器12に供給される改質用水が予め加熱される構成である。 Further, the heat exchanger HE4 is arranged on the pump P1 of the reforming water supply pipe 34, on the downstream side of the water treatment device 34A, and on the most reformer 12 side. That is, in the heat exchanger HE4, the reforming water supplied to the reformer 12 is preheated by exchanging heat with the heated refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage 112.

(作用)
次に、水素製造装置10の作用について説明する。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production device 10 will be described.

図2に示すように、都市ガスが原料供給管33から、改質用水が改質用水供給管34からそれぞれ多重筒型改質器12の予熱流路32に供給される。多重筒型改質器12へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器12の予熱流路32で改質用水と混合されつつ加熱されて混合ガスとされ、改質触媒層36へ供給される。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、水蒸気改質反応によって混合ガスから水素を主成分とする改質ガスが生成される。この改質ガスは、改質ガス流路43を通ってCO変成触媒層45へ供給される。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。 As shown in FIG. 2, city gas is supplied from the raw material supply pipe 33, and reforming water is supplied from the reforming water supply pipe 34 to the preheating passage 32 of the multi-tubular reformer 12, respectively. The city gas supplied to the multi-cylinder reformer 12 is heated while being mixed with the reforming water in the preheating passage 32 of the multi-cylinder reformer 12 to be a mixed gas, which is supplied to the reforming catalyst layer 36. To be done. In the reforming catalyst layer 36, heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27 is received, and a reforming gas containing hydrogen as a main component is generated from the mixed gas by the steam reforming reaction. This reformed gas is supplied to the CO shift catalyst layer 45 through the reformed gas flow path 43. In the CO conversion catalyst layer 45, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with steam to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced.

さらに、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管46から供給される酸化剤ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層47へ供給され、貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44へ送出される。 Further, the reformed gas that has passed through the CO conversion catalyst layer 45 is supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47 together with the oxidant gas (air) supplied from the oxidant gas supply pipe 46, and carbon monoxide is generated on the noble metal catalyst. It reacts with oxygen and is converted to carbon dioxide, which removes carbon monoxide. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO selective oxidation catalyst layer 47 is sent to the reformed gas discharge pipe 44.

この際、多重筒型改質器12の燃焼室25では、原料分岐管33Aと空気分岐管40Aから供給された都市ガスと空気とが混合された気体がバーナー26によって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室25から燃焼排ガス流路27、ガス排出管28を介して燃焼排ガス水分離部70へ供給される。図1に示すように、燃焼排ガスに含まれる水(水蒸気)は、熱交換器HE3での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部70に水が貯留され、水回収管78へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される。 At this time, in the combustion chamber 25 of the multi-cylinder reformer 12, the burner 26 combusts a gas obtained by mixing the city gas and air supplied from the raw material branch pipe 33A and the air branch pipe 40A. The combustion exhaust gas is supplied from the combustion chamber 25 to the combustion exhaust gas water separation unit 70 via the combustion exhaust gas passage 27 and the gas exhaust pipe 28. As shown in FIG. 1, the water (steam) contained in the combustion exhaust gas is cooled and condensed by heat exchange in the heat exchanger HE3, the water is stored in the combustion exhaust gas water separation unit 70, and the water is recovered in the water recovery pipe 78. Sent out. The combustion exhaust gas from which the water has been separated is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air.

一方、図1に示すように、改質器12から送出された所定品質の改質ガスG1は、改質ガス排出管44を経て、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から圧縮機80へ供給され、圧縮機80によって圧縮される。 On the other hand, as shown in FIG. 1, the reformed gas G1 of a predetermined quality delivered from the reformer 12 is supplied to the pre-pressurized water separation unit 50 via the reformed gas discharge pipe 44. In the pre-pressurization water separation unit 50, water condensed by cooling by heat exchange in the heat exchanger HE1 is stored and sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G2 from which the water has been separated is supplied to the compressor 80 from the communication flow path pipe 56 and is compressed by the compressor 80.

この際、圧縮機80は駆動(圧縮動作)により昇温されるが、冷却機構110の冷媒循環流路112を流れる冷媒によって十分に冷却され、性能が維持される。一方、圧縮機80の冷却によって加熱された冷媒は、冷媒循環流路112上に配設された熱交換器HE4において改質用水との熱交換により冷却され、さらにラジエータ116で冷却された後、圧縮機80に供給され、再び圧縮機80の冷却に供される。 At this time, although the temperature of the compressor 80 is raised by driving (compressing operation), the compressor 80 is sufficiently cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage 112 of the cooling mechanism 110, and the performance is maintained. On the other hand, the refrigerant heated by the cooling of the compressor 80 is cooled by heat exchange with the reforming water in the heat exchanger HE4 arranged on the refrigerant circulation passage 112, and further cooled by the radiator 116, It is supplied to the compressor 80 and is again used for cooling the compressor 80.

圧縮機80により圧縮された改質ガスG2は、連絡流路管66から昇圧後水分離部60へ供給される。昇圧後水分離部60では、熱交換器HE2での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管69へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、連絡流路管68から水素精製器90へ供給される。 The reformed gas G2 compressed by the compressor 80 is supplied from the communication flow path pipe 66 to the post-pressurized water separation unit 60. In the post-pressurization water separation unit 60, the water condensed by cooling by heat exchange in the heat exchanger HE2 is stored and sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G3 from which the water has been separated is supplied to the hydrogen purifier 90 from the communication flow path pipe 68.

なお、昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70からそれぞれ水回収管59、69、78に送出された水は、改質用水供給管34に戻される。ポンプP1の駆動により、改質用水供給管34から多重筒型改質器12に改質用水として供給される。 The water sent from the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, and the combustion exhaust gas water separation unit 70 to the water recovery pipes 59, 69, and 78 is returned to the reforming water supply pipe 34. By driving the pump P1, the reforming water is supplied from the reforming water supply pipe 34 to the multi-tubular reformer 12 as reforming water.

この際、熱交換器HE4で昇温した冷媒との熱交換により改質用水供給管34を流れる改質用水が加熱された後、改質器12に供給される。したがって、改質器12の予熱流路32において改質用水が都市ガスとの混合ガスとされる(気化される)ために必要な熱量が低減される。 At this time, the reforming water flowing through the reforming water supply pipe 34 is heated by heat exchange with the refrigerant whose temperature has been raised in the heat exchanger HE4, and then supplied to the reformer 12. Therefore, the amount of heat required for the reforming water to be mixed gas (vaporized) with the city gas in the preheating passage 32 of the reformer 12 is reduced.

一方、水素精製器90では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着槽の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着槽では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。水素精製器90では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着槽で一定の周期で繰り返すことにより、改質ガスG3から連続的に水素と不純物が分離されて水素が精製される。 On the other hand, in the hydrogen purifier 90, the pressure swing method is adopted, and impurities other than hydrogen are adsorbed by the adsorbent in one of the pair of adsorption tanks, and the impurities adsorbed by the adsorbent are desorbed in the other adsorption tank. ing. In the hydrogen purifier 90, the adsorption step and the desorption step are repeated in each adsorption tank at a constant cycle to continuously separate hydrogen and impurities from the reformed gas G3 to purify hydrogen.

水素精製器90で精製された製品としての水素は水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留される、あるいは水素供給ラインへ送られる。 Hydrogen as a product purified by the hydrogen purifier 90 is sent to the hydrogen supply pipe 92, stored in a tank (not shown), or sent to the hydrogen supply line.

一方、水素精製器90から排出されたオフガスOGは、オフガス還流管100を介して改質器12に供給される。すなわち、オフガス還流管100上に設けられたオフガスタンク102に一旦貯留された後、改質器12のバーナー26に供給される。 On the other hand, the offgas OG discharged from the hydrogen purifier 90 is supplied to the reformer 12 via the offgas reflux pipe 100. That is, after being temporarily stored in the offgas tank 102 provided on the offgas recirculation pipe 100, it is supplied to the burner 26 of the reformer 12.

このように、水素製造装置10では、熱交換器HE4において圧縮機80の冷却のために昇温した冷媒と改質用水とが熱交換されることにより冷媒循環型である冷却機構110の冷媒の冷却と改質用水の加熱が行われるため、水素製造装置10の熱効率を向上させることができる。 As described above, in the hydrogen production device 10, the refrigerant which has been heated for cooling the compressor 80 in the heat exchanger HE4 and the reforming water are heat-exchanged with each other, so that the refrigerant of the cooling mechanism 110 which is a refrigerant circulation type is cooled. Since the cooling and the heating of the reforming water are performed, the thermal efficiency of the hydrogen production device 10 can be improved.

また、冷媒循環型の冷却機構110において、熱交換器HE4で改質用水との熱交換により冷媒の冷却を行っているため、冷媒を冷却するためのラジエータ116、ファン118の負荷を低減することができる。 In the refrigerant circulation type cooling mechanism 110, since the refrigerant is cooled by heat exchange with the reforming water in the heat exchanger HE4, the load on the radiator 116 and the fan 118 for cooling the refrigerant should be reduced. You can

なお、熱交換器HE4における熱交換量(冷媒の冷却量)が十分に大きい場合には、ラジエータ116、ファン118を不要とすることができる。 When the heat exchange amount (cooling amount of the refrigerant) in the heat exchanger HE4 is sufficiently large, the radiator 116 and the fan 118 can be omitted.

さらに、改質器12の予熱流路32で加熱される改質用水を、改質器12に供給される前に熱交換器HE4で加熱しているため、改質器12の予熱流路32で改質用水を気化させるために必要な熱量が抑制される。 Further, since the reforming water heated in the preheat passage 32 of the reformer 12 is heated in the heat exchanger HE4 before being supplied to the reformer 12, the preheat passage 32 of the reformer 12 is heated. Thus, the amount of heat required to vaporize the reforming water is suppressed.

特に、熱交換器HE4での加熱により改質用水の一部が気化している場合には、気化熱により冷媒を一層冷却することができる。 In particular, when a part of the reforming water is vaporized by heating in the heat exchanger HE4, the refrigerant can be further cooled by the vaporization heat.

また、熱交換器HE4における改質用水との熱交換により冷却機構110の冷媒が冷却されるため、冷媒によって圧縮機80を十分に冷却でき、圧縮機80の性能を維持することができる。 Further, since the refrigerant of the cooling mechanism 110 is cooled by heat exchange with the reforming water in the heat exchanger HE4, the compressor 80 can be sufficiently cooled by the refrigerant and the performance of the compressor 80 can be maintained.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る水素製造装置200について、図3を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素について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、水素製造装置200は、水素製造装置10の冷却機構110を熱交換器HE5に変更した点のみ異なるので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第1実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
A hydrogen production apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the hydrogen production apparatus 200 is different only in that the cooling mechanism 110 of the hydrogen production apparatus 10 is changed to the heat exchanger HE5, and therefore only the configuration and operation regarding the relevant portion will be described, and the same operation and effect as those of the first embodiment will be described. Will not be described in detail.

(構成)
図3に示すように、水素製造装置200では、改質用水供給管34上に熱交換器HE5を設けている。熱交換器HE5は、圧縮機80の外周にウォータージャケットタイプで形成されたものであり、改質用水と圧縮機80が熱交換するものである。
(Constitution)
As shown in FIG. 3, in the hydrogen production device 200, the heat exchanger HE5 is provided on the reforming water supply pipe 34. The heat exchanger HE5 is formed in a water jacket type on the outer periphery of the compressor 80, and the heat of the reforming water and the compressor 80 is exchanged.

すなわち、熱交換器HE5において、改質用水と圧縮機80が熱交換されることにより、改質用水が加熱されると共に圧縮機80が冷却される構成である。なお、熱交換器HE5が「熱回収手段」、「第2熱交換器」に相当する。 That is, in the heat exchanger HE5, the reforming water and the compressor 80 are heat-exchanged to heat the reforming water and cool the compressor 80. The heat exchanger HE5 corresponds to “heat recovery means” and “second heat exchanger”.

(作用)
水素製造装置200では、駆動によって昇温した圧縮機80が熱交換器HE5における改質用水との熱交換により冷却されている。
(Action)
In the hydrogen production device 200, the compressor 80, which has been heated by driving, is cooled by heat exchange with the reforming water in the heat exchanger HE5.

また、改質用水供給管34では、改質用水が熱交換器HE5において圧縮機80との熱交換により加熱された後、改質器12の予熱流路32に供給されて加熱されることにより、都市ガスとの混合ガスとされる。 Further, in the reforming water supply pipe 34, after the reforming water is heated by heat exchange with the compressor 80 in the heat exchanger HE5, it is supplied to the preheating passage 32 of the reformer 12 and heated. , Mixed gas with city gas.

このように、水素製造装置200では、熱交換器HE5で圧縮機80と改質用水が熱交換されることにより、圧縮機80の冷却と改質用水の加熱が行われる。したがって、水素製造装置200の熱効率を向上させることができる。 Thus, in the hydrogen production device 200, the heat exchanger HE5 exchanges heat between the compressor 80 and the reforming water, whereby the compressor 80 is cooled and the reforming water is heated. Therefore, the thermal efficiency of the hydrogen production device 200 can be improved.

特に、熱交換器HE5で、圧縮機80と改質用水が冷媒を介することなく直接熱交換しているため、熱交換の効率が向上し、水素製造装置200の熱効率が一層向上する。 In particular, in the heat exchanger HE5, the compressor 80 and the reforming water directly exchange heat without passing through the refrigerant, so the efficiency of heat exchange is improved, and the thermal efficiency of the hydrogen production device 200 is further improved.

また、圧縮機80を冷却するのにウォータージャケットタイプの熱交換器HE5を設けるだけで良いので、水素製造装置200の構成が簡略化される。 Further, since it is sufficient to provide the water jacket type heat exchanger HE5 to cool the compressor 80, the configuration of the hydrogen production apparatus 200 is simplified.

[その他]
水素製造装置10、200では、それぞれ改質器12を多重筒型改質器としたが、これに限定されるものではない。都市ガスから水素を主成分とする改質ガスに改質可能なものであれば良い。
[Other]
In each of the hydrogen producing devices 10 and 200, the reformer 12 is a multi-cylinder type reformer, but is not limited to this. It is only necessary that the city gas can be reformed into a reformed gas containing hydrogen as a main component.

また、水素製造装置10、200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。 Further, in the hydrogen production apparatuses 10 and 200, the case where the hydrogen purifier 90 is the PSA apparatus has been described, but the hydrogen purifier 90 is not limited to this as long as hydrogen can be purified from the reformed gas G3.

さらに、水素製造装置10の冷却機構110では、冷媒が循環する冷媒循環型としたが、冷媒が循環しない冷媒非循環型でも良い。この場合には、冷媒流路において、圧縮機80よりも下流側に熱交換器HE4を配設すれば良い。この場合でも、冷媒(圧縮機80)の熱で改質用水を加熱できるため、水素製造装置10の全体の熱効率が向上する。 Further, the cooling mechanism 110 of the hydrogen production apparatus 10 is of a refrigerant circulation type in which a refrigerant circulates, but may be a refrigerant non-circulation type in which a refrigerant does not circulate. In this case, the heat exchanger HE4 may be arranged on the downstream side of the compressor 80 in the refrigerant passage. Even in this case, since the reforming water can be heated by the heat of the refrigerant (compressor 80), the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus 10 is improved.

10、200 水素製造装置
12 多重筒型改質器(改質器)
80 圧縮機(昇圧手段)
90 水素精製器
112 冷媒循環流路(熱回収手段、冷媒流路)
HE4 熱交換器(熱回収手段、第1熱交換器)
HE5 熱交換器(熱回収手段、第2熱交換器)
10, 200 Hydrogen production device 12 Multiple cylinder reformer (reformer)
80 Compressor (pressurizing means)
90 Hydrogen purifier 112 Refrigerant circulation flow path (heat recovery means, refrigerant flow path)
HE4 heat exchanger (heat recovery means, first heat exchanger)
HE5 heat exchanger (heat recovery means, second heat exchanger)

Claims (4)

炭化水素と水が原料として供給され、前記炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧手段と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素に精製する水素精製器と、
前記昇圧手段の熱を前記改質器に供給される水で回収する熱回収手段と、
を備える水素製造装置。
Hydrocarbon and water are supplied as raw materials, a reformer for reforming the hydrocarbon to produce a reformed gas containing hydrogen as a main component,
A pressure-increasing unit connected to the reformer and increasing the pressure of the reformed gas;
A hydrogen purifier that is connected to the pressure increasing means and separates the reformed gas into product hydrogen and off-gas that is an impurity to refine the product hydrogen.
Heat recovery means for recovering the heat of the pressurizing means with water supplied to the reformer;
Hydrogen production device equipped with.
前記熱回収手段は、前記昇圧手段を冷却した冷媒が流れる冷媒流路と、
前記冷媒流路上に設けられ、前記改質器に供給される水と前記冷媒とが熱交換される第1熱交換器と、
を備える請求項1記載の水素製造装置。
The heat recovery means, a refrigerant flow path through which the refrigerant that has cooled the pressure increasing means flows,
A first heat exchanger provided on the refrigerant flow path, in which water supplied to the reformer and the refrigerant exchange heat;
The hydrogen production apparatus according to claim 1, further comprising:
前記冷媒流路は、循環流路である請求項2記載の水素製造装置。 The hydrogen production device according to claim 2, wherein the refrigerant channel is a circulation channel. 前記熱回収手段は、前記昇圧手段に設けられ、前記改質器に供給される水と前記昇圧手段とが熱交換される第2熱交換器である請求項1記載の水素製造装置。 2. The hydrogen production device according to claim 1, wherein the heat recovery means is a second heat exchanger provided in the pressure increasing means and exchanging heat between the water supplied to the reformer and the pressure increasing means.
JP2018241769A 2018-12-25 2018-12-25 Hydrogen production equipment Active JP7129332B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018241769A JP7129332B2 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Hydrogen production equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018241769A JP7129332B2 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Hydrogen production equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020100540A true JP2020100540A (en) 2020-07-02
JP7129332B2 JP7129332B2 (en) 2022-09-01

Family

ID=71141005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018241769A Active JP7129332B2 (en) 2018-12-25 2018-12-25 Hydrogen production equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7129332B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08257340A (en) * 1995-03-07 1996-10-08 Praxair Technol Inc Heat recovery in pressure swing type method for adsorption
JP2007501178A (en) * 2003-07-23 2007-01-25 ハイラディックス,インク. Operation method of hydrogen generator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08257340A (en) * 1995-03-07 1996-10-08 Praxair Technol Inc Heat recovery in pressure swing type method for adsorption
JP2007501178A (en) * 2003-07-23 2007-01-25 ハイラディックス,インク. Operation method of hydrogen generator

Also Published As

Publication number Publication date
JP7129332B2 (en) 2022-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101162255B1 (en) Hydrogen production system and reforming apparatus
JP4903339B2 (en) Method for producing carbon monoxide by catalytic reverse conversion
KR20050121754A (en) A fuel cell system with recycle of anode exhaust gas
JP5748272B2 (en) Helium gas purification method and purification apparatus
JP6530123B1 (en) Hydrogen production equipment
JP2019055892A (en) Hydrogen production equipment
WO2020100463A1 (en) Hydrogen production apparatus
JP5729765B2 (en) Helium gas purification method and purification apparatus
JP7129332B2 (en) Hydrogen production equipment
JP7181080B2 (en) Hydrogen production equipment
JP6764384B2 (en) Hydrogen production equipment
JP2004075439A (en) Hydrogen generating apparatus
JP2019151537A (en) Hydrogen production device
JP7197374B2 (en) Hydrogen production system
JP2013155091A (en) Method and apparatus for purifying argon gas
JP2013203624A (en) Method and system for producing hydrogen
JP2012106904A (en) Method and apparatus for purifying argon gas
JP2016184456A (en) Gas manufacturing apparatus
JP2020079176A (en) Hydrogen production system
JP2010248037A (en) Hydrogen purification method and reaction vessel for hydrogen-storage alloy
JP2020079175A (en) Hydrogen production apparatus
JP2020100534A (en) Hydrogen production apparatus
JP7082939B2 (en) Hydrogen production equipment
JP2005285626A (en) Fuel gas manufacturing power generation system
JP2002274811A (en) Hydrogen preparation process and device used for the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210609

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220621

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220802

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220822

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7129332

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150