JP2021138557A - Hydrogen generation device - Google Patents

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清 田口
Kiyoshi Taguchi
清 田口
貴広 楠山
Takahiro Kusuyama
貴広 楠山
憲有 武田
Kenyu Takeda
憲有 武田
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Abstract

To provide a hydrogen generation device which suppresses energy for vaporization of water into steam for humidifying a raw material and energy for removal of water in exhaust gas, suppressing energy for collecting carbon dioxide from the exhaust gas.SOLUTION: A hydrogen generation device 41 in the present disclosure comprises: a reformer 1 which generates a hydrogen-containing gas from city gas and water; a heater 2 which combusts fuel to heat the reformer 1; an exhaust gas flow path 10 through which to feed exhaust gas discharged from the heater 2 to a first adsorber 21 or a second adsorber 22 mounted with a carbon dioxide adsorbent; a raw material flow path 8 through which to feed a raw material to the reformer 1; and a water permeation device 12 in which the exhaust gas flow path 10 and the raw material flow path 8 are divided by a water permeable membrane. Thereby, water in the exhaust gas moves into the city gas via the water permeable membrane of the water permeation device 12, enabling removal of the water in the exhaust gas and humidification of the city gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、水素生成装置に関する。 The present disclosure relates to a hydrogen generator.

特許文献1は、排ガスからの二酸化炭素の分離方法を開示する。 Patent Document 1 discloses a method for separating carbon dioxide from exhaust gas.

排ガスから二酸化炭素を分離する方法において、排ガスを水吸着材が搭載された除湿塔に供給して水分を除去し、次いで、除湿された排ガスを二酸化炭素吸着塔に供給して二酸化炭素を吸着分離し、二酸化炭素を取り除いた残ガスを排出する。 In the method of separating carbon dioxide from exhaust gas, the exhaust gas is supplied to a dehumidifying tower equipped with a water adsorbent to remove water, and then the dehumidified exhaust gas is supplied to the carbon dioxide adsorption tower to adsorb and separate carbon dioxide. Then, the residual gas from which carbon dioxide has been removed is discharged.

さらに、二酸化炭素吸着塔から排出される残ガスを除湿塔へ供給しながら真空ポンプで減圧し、水分が吸着した水吸着剤から水を脱離させることによって再生する。 Further, the residual gas discharged from the carbon dioxide adsorption tower is depressurized by a vacuum pump while being supplied to the dehumidification tower, and the water is regenerated by desorbing water from the water adsorbent on which the water is adsorbed.

特開平7−80246号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-80246

本開示は、原料の加湿のために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガスに含まれる水分を除去するためのエネルギーとを抑制し、排ガスから二酸化炭素を回収するためのエネルギーを抑制した水素生成装置を提供する。 In the present disclosure, the energy for evaporating water to make water vapor for humidifying the raw material and the energy for removing the water contained in the exhaust gas are suppressed, and the energy for recovering carbon dioxide from the exhaust gas is suppressed. A hydrogen generator is provided.

本開示における水素生成装置は、改質器から排出される排ガスを二酸化炭素吸着器に供給するための排ガス流路と、改質器に原料を供給するための原料流路とが、水透過膜によって仕切られた水透過器を備えている。 In the hydrogen generator in the present disclosure, the exhaust gas flow path for supplying the exhaust gas discharged from the reformer to the carbon dioxide adsorber and the raw material flow path for supplying the raw material to the reformer are water permeable membranes. It is equipped with a water permeator partitioned by.

本開示の水素生成装置では、排ガスに含まれる水分が、水透過器の水透過膜を介して、排ガスに比べて水分が少ない原料に移動するので、排ガスに含まれる水分が除去できるとともに、原料を加湿することができる。 In the hydrogen generator of the present disclosure, the water contained in the exhaust gas is transferred to the raw material having less water than the exhaust gas through the water permeable film of the water permeator, so that the water contained in the exhaust gas can be removed and the raw material can be removed. Can be humidified.

そのため、原料を加湿するために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガスに含まれる水分を除去するためのエネルギーとを抑制できる。 Therefore, it is possible to suppress the energy for evaporating water to make water vapor for humidifying the raw material and the energy for removing the water contained in the exhaust gas.

実施の形態1における水素生成装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the hydrogen generation apparatus in Embodiment 1. 実施の形態1における水素生成装置の起動動作を示すフローチャートA flowchart showing a start-up operation of the hydrogen generator according to the first embodiment. 実施の形態1における水素生成装置の二酸化炭素吸着運転動作を示すフローチャートA flowchart showing a carbon dioxide adsorption operation operation of the hydrogen generator according to the first embodiment. 実施の形態2における水素生成装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the hydrogen generation apparatus in Embodiment 2. 実施の形態3における水素生成装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the hydrogen generation apparatus in Embodiment 3.

(本開示の基礎になった知見等)
発明者らが本開示に想到するに至った当時、水素生成装置から排出される排ガスから二
酸化炭素を吸着剤に吸着させて分離するために、吸着剤の前段で水分を吸着して除去する水吸着剤を設置する構成が一般的であった。
(Findings, etc. that form the basis of this disclosure)
At the time when the inventors came up with the present disclosure, water that adsorbs and removes water before the adsorbent in order to adsorb and separate carbon dioxide from the exhaust gas discharged from the hydrogen generator by the adsorbent. The configuration in which the adsorbent was installed was common.

そして、水吸着剤には水分が強く吸着しているため、水吸着剤の水分を脱離して再生する際に、真空ポンプで減圧して水の分圧を下げてやる必要があった。 Since water is strongly adsorbed on the water adsorbent, it is necessary to reduce the partial pressure of water by reducing the pressure with a vacuum pump when the water adsorbent is desorbed and regenerated.

このように、排ガスに含まれる水分を除去するためには、真空ポンプの動作の電力などの大きなエネルギーが必要であった。 As described above, in order to remove the water contained in the exhaust gas, a large amount of energy such as electric power for operating the vacuum pump was required.

また、水素生成装置において水蒸気改質を行うために、蒸発器を用いて水を蒸発させ、原料を加湿させることが一般的であった。 Further, in order to carry out steam reforming in a hydrogen generator, it was common to evaporate water using an evaporator to humidify the raw material.

そうした状況下において、発明者らは、原料を加湿するために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガスに含まれる水分を除去するためのエネルギーと、を抑制するという課題があることを発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。 Under such circumstances, the inventors have discovered that there is a problem of suppressing the energy for evaporating water to make water vapor to humidify the raw material and the energy for removing the water contained in the exhaust gas. However, in order to solve the problem, the subject matter of the present disclosure has been constructed.

そこで、本開示は、原料を加湿するために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガスに含まれる水分を除去するためのエネルギーと、を抑制し、排ガスから二酸化炭素を回収するためのエネルギーを抑制した水素生成装置を提供する。 Therefore, the present disclosure suppresses the energy for evaporating water to make water vapor for humidifying the raw material and the energy for removing the water contained in the exhaust gas, and the energy for recovering carbon dioxide from the exhaust gas. Provided is a hydrogen generating apparatus in which the amount of carbon dioxide is suppressed.

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters or duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted.

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。 It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.

(実施の形態1)
以下、図1〜図3を用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

[1−1.構成]
図1に示すように水素生成装置41は、改質器1と、加熱器2と、原料供給器3と、水供給器4と、燃料供給器5と、空気供給器6と、排気弁7と、原料流路8と、水素含有ガス供給流路9と、排ガス流路10と、燃料流路11と、水透過器12と、温度検知器13と、第1吸着器21と、第2吸着器22と、第1吸着器上流弁23と、第1吸着器下流弁24と、第2吸着器上流弁25と、第2吸着器下流弁26と、制御器31と、を備える。
[1-1. composition]
As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 41 includes a reformer 1, a heater 2, a raw material supply device 3, a water supply device 4, a fuel supply device 5, an air supply device 6, and an exhaust valve 7. , The raw material flow path 8, the hydrogen-containing gas supply flow path 9, the exhaust gas flow path 10, the fuel flow path 11, the water permeator 12, the temperature detector 13, the first adsorber 21, and the second. It includes an adsorber 22, a first adsorber upstream valve 23, a first adsorber downstream valve 24, a second adsorber upstream valve 25, a second adsorber downstream valve 26, and a controller 31.

水素含有ガス供給流路9は、水素利用機器である燃料電池51に接続されている。 The hydrogen-containing gas supply flow path 9 is connected to the fuel cell 51, which is a hydrogen utilization device.

改質器1は、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。本実施の形態では、原料として、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。本実施の形態では、改質反応として、都市ガスと水蒸気を反応させる水蒸気改質を用いた。改質器1の内部には改質触媒(図示せず)が搭載されている。 The reformer 1 produces a hydrogen-containing gas by a reforming reaction using a raw material and steam. In this embodiment, city gas containing methane as a main component was used as a raw material. In the present embodiment, steam reforming in which city gas and steam are reacted is used as the reforming reaction. A reforming catalyst (not shown) is mounted inside the reformer 1.

加熱器2は、改質器1を加熱する燃焼器である。 The heater 2 is a combustor that heats the reformer 1.

原料供給器3は、都市ガスを改質器1に原料流路8を通じて供給するガス用ポンプである。 The raw material supply device 3 is a gas pump that supplies city gas to the reformer 1 through the raw material flow path 8.

水供給器4は、水を改質器1に供給する水用ポンプである。 The water supply device 4 is a water pump that supplies water to the reformer 1.

燃料供給器5は、燃料を加熱器2に供給するガス用ポンプであり、燃料流路11に接続されている。本実施の形態では、燃料として、メタンを主成分とする都市ガスを用いた。 The fuel supply device 5 is a gas pump that supplies fuel to the heater 2, and is connected to the fuel flow path 11. In this embodiment, city gas containing methane as a main component was used as the fuel.

空気供給器6は、加熱器2に燃焼用の空気を供給するファンである。 The air supply device 6 is a fan that supplies combustion air to the heater 2.

水素含有ガス供給流路9は、改質器1から排出された水素含有ガスを燃料電池51に導く流路である。 The hydrogen-containing gas supply flow path 9 is a flow path that guides the hydrogen-containing gas discharged from the reformer 1 to the fuel cell 51.

排ガス流路10は、加熱器2から排出される燃焼排ガスを排気する流路であり、排ガス流路10の途中には、排気弁7が設置されている。 The exhaust gas flow path 10 is a flow path for exhausting the combustion exhaust gas discharged from the heater 2, and an exhaust valve 7 is installed in the middle of the exhaust gas flow path 10.

燃料流路11は、加熱器2に燃料を供給する流路である。 The fuel flow path 11 is a flow path for supplying fuel to the heater 2.

水透過器12は、原料流路8を通流する都市ガスと排ガス流路10を通流する排ガスとが水透過膜を間に挟んで隣接するように、原料流路8及び排ガス流路10の途中に設けられ、排ガスと都市ガスとの水蒸気分圧差によって、排ガスから都市ガスに水分が移動するように構成している。本実施の形態では、水透過膜として、水を透過するポリイミド系膜を用いた。 The water permeator 12 has the raw material flow path 8 and the exhaust gas flow path 10 so that the city gas flowing through the raw material flow path 8 and the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 10 are adjacent to each other with the water permeation film in between. It is provided in the middle of the structure so that water moves from the exhaust gas to the city gas due to the difference in water vapor partial pressure between the exhaust gas and the city gas. In the present embodiment, a water-permeable polyimide-based membrane is used as the water-permeable membrane.

温度検知器13は、改質触媒の温度Trを測定する熱電対である。 The temperature detector 13 is a thermocouple that measures the temperature Tr of the reforming catalyst.

第1吸着器21と第2吸着器22は、加熱器2から排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を内部に搭載された吸着剤(図示せず)に吸着して除去する吸着器である。本実施の形態では、吸着剤として、二酸化炭素の吸着に一般的に用いられるNaX型ゼオライトを用いた。 The first adsorber 21 and the second adsorber 22 are adsorbers that adsorb and remove carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the heater 2 by an adsorbent (not shown) mounted inside. In this embodiment, NaX-type zeolite, which is generally used for adsorbing carbon dioxide, is used as an adsorbent.

第1吸着器上流弁23と、第1吸着器下流弁24は、それぞれ排ガス流路10の流れ方向に対して、第1吸着器21の上流と下流に設置された電磁弁である。 The first adsorber upstream valve 23 and the first adsorber downstream valve 24 are solenoid valves installed upstream and downstream of the first adsorber 21 with respect to the flow direction of the exhaust gas flow path 10, respectively.

第2吸着器上流弁25と、第2吸着器下流弁26は、それぞれ排ガス流路10の流れ方向に対して、第2吸着器22の上流と下流に設置された電磁弁である。 The second adsorber upstream valve 25 and the second adsorber downstream valve 26 are solenoid valves installed upstream and downstream of the second adsorber 22 with respect to the flow direction of the exhaust gas flow path 10, respectively.

制御器31は、水素生成装置41の運転を制御する。制御器31は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備える。 The controller 31 controls the operation of the hydrogen generating device 41. The controller 31 includes a signal input / output unit (not shown), an arithmetic processing unit (not shown), and a storage unit (not shown) for storing a control program.

燃料電池51は、水素含有ガス中の水素と空気から発電をおこなうデバイスである。 The fuel cell 51 is a device that generates electricity from hydrogen in a hydrogen-containing gas and air.

[1−2.動作]
以上のように構成された水素生成装置41について、その動作を以下に説明する。
[1-2. motion]
The operation of the hydrogen generating apparatus 41 configured as described above will be described below.

以下の動作は、制御器31が水素生成装置41を制御することによって行われる。 The following operations are performed by the controller 31 controlling the hydrogen generating device 41.

図2は、実施の形態1における水素生成装置の起動動作を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing the activation operation of the hydrogen generator according to the first embodiment.

水素生成装置41が起動する前は、水素生成装置41は停止しており、排気弁7、第1吸着器上流弁23、第1吸着器下流弁24、第2吸着器上流弁25、第2吸着器下流弁2
6は、それぞれ閉状態である。
Before the hydrogen generator 41 is started, the hydrogen generator 41 is stopped, and the exhaust valve 7, the first adsorber upstream valve 23, the first adsorber downstream valve 24, the second adsorber upstream valve 25, and the second Adsorber downstream valve 2
6 is a closed state, respectively.

まず、水素生成装置41を起動するために、排気弁7を開く(S101)。 First, the exhaust valve 7 is opened in order to start the hydrogen generator 41 (S101).

次に、燃料供給器5と空気供給器6に加熱器2への供給動作をさせて、加熱器2に点火動作をさせて、燃料と燃焼用の空気との混合物を、加熱器2で燃焼させることにより、改質器1の加熱を開始する(S102)。 Next, the fuel supply device 5 and the air supply device 6 are made to supply the heater 2 and the heater 2 is made to ignite, and the mixture of the fuel and the air for combustion is burned by the heater 2. The heating of the reformer 1 is started (S102).

このとき、燃料供給器5から加熱器2への都市ガスの供給量(流量)は、1L/minである。また、空気供給器6から加熱器2への空気の供給量(流量)は、20L/minである。 At this time, the supply amount (flow rate) of city gas from the fuel supply device 5 to the heater 2 is 1 L / min. The amount of air supplied (flow rate) from the air supply device 6 to the heater 2 is 20 L / min.

次に、原料供給器3を動作させることにより、改質器1への都市ガスの供給を開始する(S103)。このとき、原料供給器3から改質器1への都市ガスの供給量(流量)は、4L/minである。 Next, by operating the raw material supply device 3, the supply of city gas to the reformer 1 is started (S103). At this time, the supply amount (flow rate) of city gas from the raw material supply device 3 to the reformer 1 is 4 L / min.

次に、温度検知器13で検知する改質器1の改質温度Trが100℃以上に上昇したかを確認する(S104)。確認の結果、改質温度Trが100℃以上に上昇していなければ、改質温度Trが100℃以上に上昇するまで、S104を繰り返す。ここで100℃の改質温度とは、改質器1に水を供給しても改質器1で水が凝縮しない温度である。 Next, it is confirmed whether the reforming temperature Tr of the reformer 1 detected by the temperature detector 13 has risen to 100 ° C. or higher (S104). As a result of confirmation, if the reforming temperature Tr has not risen to 100 ° C. or higher, S104 is repeated until the reforming temperature Tr rises to 100 ° C. or higher. Here, the reforming temperature of 100 ° C. is a temperature at which water does not condense in the reformer 1 even if water is supplied to the reformer 1.

S104において、改質器1の改質温度Trが100℃以上に上昇したら、水供給器4を動作させることにより、改質器1への水の供給を開始する(S105)。このとき、水供給器4から改質器1への水の供給量(流量)は、11cc/minである、
11cc/minの水の供給量は、4L/minの供給量で都市ガスを改質器1に供給する場合に、改質用水蒸気(S)と都市ガスに含まれる炭素(C)のモル比であるS/C比が3となる値である。
In S104, when the reforming temperature Tr of the reformer 1 rises to 100 ° C. or higher, the water supply device 4 is operated to start supplying water to the reformer 1 (S105). At this time, the amount of water supplied (flow rate) from the water supply device 4 to the reformer 1 is 11 cc / min.
The water supply amount of 11 cc / min is the molar ratio of the reforming steam (S) and the carbon (C) contained in the city gas when the city gas is supplied to the reformer 1 at a supply amount of 4 L / min. This is a value at which the S / C ratio is 3.

次に、温度検知器13で検知する改質器1の改質温度Trが600℃以上に上昇したかを確認する(S106)。確認の結果、改質温度Trが600℃以上に上昇していなければ、改質温度Trが600℃以上に上昇するまで、S106を繰り返す。 Next, it is confirmed whether the reforming temperature Tr of the reformer 1 detected by the temperature detector 13 has risen to 600 ° C. or higher (S106). As a result of confirmation, if the reforming temperature Tr has not risen to 600 ° C. or higher, S106 is repeated until the reforming temperature Tr rises to 600 ° C. or higher.

ここで600℃の改質温度とは、予め実験的に取得した温度であり、改質器1で都市ガスから水素含有ガスを所定の転化率で生成でき、燃料電池51に供給するのに適した水素量が得られる温度である。 Here, the reforming temperature of 600 ° C. is a temperature obtained experimentally in advance, and the reformer 1 can generate hydrogen-containing gas from city gas at a predetermined conversion rate, which is suitable for supplying to the fuel cell 51. This is the temperature at which the amount of hydrogen can be obtained.

S106において、改質器1の改質温度Trが600℃以上に上昇したら、排気弁7を閉じて、第1吸着器上流弁23と第1吸着器下流弁24をそれぞれ開くことにより、排ガスを第1吸着器21に供給する(S107)。 In S106, when the reforming temperature Tr of the reformer 1 rises to 600 ° C. or higher, the exhaust valve 7 is closed and the first adsorber upstream valve 23 and the first adsorber downstream valve 24 are opened to release the exhaust gas. It is supplied to the first adsorber 21 (S107).

次に、燃料電池51で発電を開始し(S108)、水素生成装置41の起動を終了し、二酸化炭素吸着運転動作へ移行する。この時の燃料電池51の発電出力は1kWである。ここで1kWの発電出力とは、4L/minの供給量(流量)で都市ガスを燃料電池51に供給した場合に生成する水素量から燃料電池51を発電させるのに適した発電出力である。 Next, the fuel cell 51 starts power generation (S108), ends the start of the hydrogen generator 41, and shifts to the carbon dioxide adsorption operation operation. The power generation output of the fuel cell 51 at this time is 1 kW. Here, the power generation output of 1 kW is a power generation output suitable for generating the fuel cell 51 from the amount of hydrogen generated when the city gas is supplied to the fuel cell 51 with a supply amount (flow rate) of 4 L / min.

原料供給器3によって改質器1に供給される都市ガスは、原料流路8の途中に配置された水透過器12を通過する。また、加熱器2から排出された排ガスは、排ガス流路10の途中に配置された水透過器12を通過する。 The city gas supplied to the reformer 1 by the raw material supply device 3 passes through the water permeator 12 arranged in the middle of the raw material flow path 8. Further, the exhaust gas discharged from the heater 2 passes through the water permeator 12 arranged in the middle of the exhaust gas flow path 10.

水透過器12は、排ガス流路10と原料流路8と仕切る水透過膜を有しており、排ガスには水分が含まれるが、都市ガスには殆ど水分が含まれないので、排ガスに含まれる水分が、水透過膜を介して、都市ガスに移動する。 The water permeator 12 has a water permeation film that separates the exhaust gas flow path 10 and the raw material flow path 8, and the exhaust gas contains water, but the city gas contains almost no water, so that it is included in the exhaust gas. Moisture is transferred to the city gas through the water permeable membrane.

図3は、実施の形態1における水素生成装置41の二酸化炭素吸着運転動作を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a carbon dioxide adsorption operation operation of the hydrogen generating apparatus 41 according to the first embodiment.

まず、第1吸着器上流弁23を開いてからの経過時間T1が4時間以上になったかを確認する(S201)。確認の結果、第1吸着器上流弁23を開いてからの経過時間T1が4時間以上でなければ、経過時間T1が4時間以上となるまで、S201を繰り返す。 First, it is confirmed whether the elapsed time T1 after opening the first adsorber upstream valve 23 is 4 hours or more (S201). As a result of the confirmation, if the elapsed time T1 after opening the first suction device upstream valve 23 is not 4 hours or more, S201 is repeated until the elapsed time T1 becomes 4 hours or more.

ここで所定の時間である4時間とは、本実施の形態の第1吸着器21で排ガス中の二酸化炭素を除去することができる時間であり、その時間を超えると第1吸着器21で二酸化炭素を吸着しきれず、第1吸着器21の下流側に二酸化炭素が排出され始めるという時間である。 Here, the predetermined time of 4 hours is the time during which carbon dioxide in the exhaust gas can be removed by the first adsorber 21 of the present embodiment, and when that time is exceeded, the first adsorber 21 emits carbon dioxide. It is a time when carbon dioxide cannot be completely adsorbed and carbon dioxide starts to be discharged to the downstream side of the first adsorber 21.

S201において、第1吸着器上流弁23を開いてからの経過時間T1が4時間以上になると、第1吸着器上流弁23と第1吸着器下流弁24をそれぞれ閉じて、第2吸着器上流弁25と第2吸着器下流弁26をそれぞれ開くことにより、排ガスの供給先を第1吸着器21から第2吸着器22に切り替える(S202)。 In S201, when the elapsed time T1 from opening the first adsorber upstream valve 23 becomes 4 hours or more, the first adsorber upstream valve 23 and the first adsorber downstream valve 24 are closed, respectively, and the second adsorber upstream. By opening the valve 25 and the second adsorber downstream valve 26, respectively, the supply destination of the exhaust gas is switched from the first adsorber 21 to the second adsorber 22 (S202).

次に、第1吸着器21を再生品と交換する(S203)。ここで、再生品とは、二酸化炭素を吸着した吸着器を取り外し、ポンプをつないで吸着器内の圧力を下げることによって、吸着器に搭載された吸着剤から二酸化炭素を脱離させたもので、第1吸着器21や第2吸着器22に二酸化炭素を吸着させて再生したものと同じものである。 Next, the first adsorber 21 is replaced with a recycled product (S203). Here, the recycled product is a product in which carbon dioxide is desorbed from the adsorbent mounted on the adsorber by removing the adsorber that has adsorbed carbon dioxide and connecting a pump to reduce the pressure inside the adsorber. , The same as the one regenerated by adsorbing carbon dioxide on the first adsorber 21 and the second adsorber 22.

脱離した二酸化炭素は、回収貯留、または二酸化炭素ガスとして工業、農業、食品などに利用することができる。 The desorbed carbon dioxide can be recovered and stored, or used as carbon dioxide gas in industry, agriculture, food, and the like.

次に、第2吸着器上流弁25を開いてからの経過時間T1が4時間以上になったかを確認する(S204)。確認の結果、第2吸着器上流弁25を開いてからの経過時間T1が4時間以上でなければ、経過時間T1が4時間以上となるまで、S204を繰り返す。 Next, it is confirmed whether the elapsed time T1 after opening the second adsorber upstream valve 25 is 4 hours or more (S204). As a result of confirmation, if the elapsed time T1 after opening the second adsorber upstream valve 25 is not 4 hours or more, S204 is repeated until the elapsed time T1 becomes 4 hours or more.

S204において、第2吸着器上流弁25を開いてからの経過時間T1が4時間以上になると、第2吸着器上流弁25と第2吸着器下流弁26をそれぞれ閉じて、第1吸着器上流弁23と第1吸着器下流弁24をそれぞれ開くことにより、排ガスの供給先を第2吸着器22から第1吸着器21に切り替える(S205)。 In S204, when the elapsed time T1 from opening the second adsorber upstream valve 25 becomes 4 hours or more, the second adsorber upstream valve 25 and the second adsorber downstream valve 26 are closed, respectively, and the first adsorber upstream. By opening the valve 23 and the first adsorber downstream valve 24, respectively, the supply destination of the exhaust gas is switched from the second adsorber 22 to the first adsorber 21 (S205).

次に、第2吸着器22を再生品と交換して(S206)、S201に戻り、同じ運転動作を繰り返す。 Next, the second adsorber 22 is replaced with a recycled product (S206), the process returns to S201, and the same operation is repeated.

[1−3.効果等]
以上のように、本実施の形態の水素生成装置41は、都市ガスと水とから水素含有ガスを生成する改質器1と、改質器1を加熱する加熱器2と、加熱器2から排出される排ガスを第1吸着器21または第2吸着器22に供給する排ガス流路10と、改質器1に原料を供給する原料流路8と、排ガス流路10と原料流路8とを水透過膜で仕切った水透過器12と、を備える。
[1-3. Effect, etc.]
As described above, the hydrogen generator 41 of the present embodiment is composed of the reformer 1 that generates hydrogen-containing gas from city gas and water, the heater 2 that heats the reformer 1, and the heater 2. The exhaust gas flow path 10 that supplies the discharged exhaust gas to the first adsorber 21 or the second adsorber 22, the raw material flow path 8 that supplies the raw material to the reformer 1, and the exhaust gas flow path 10 and the raw material flow path 8. A water permeator 12 and a water permeator 12 are provided.

これにより、排ガスに含まれる水分が、水透過器12の水透過膜を介して、都市ガスに移動するので、排ガスに含まれる水分が除去できるとともに、都市ガスを加湿することが
できる。
As a result, the water contained in the exhaust gas moves to the city gas via the water permeable film of the water permeator 12, so that the water contained in the exhaust gas can be removed and the city gas can be humidified.

そのため、原料を加湿するために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガスに含まれる水分を除去するためのエネルギーとを抑制できる。 Therefore, it is possible to suppress the energy for evaporating water to make water vapor for humidifying the raw material and the energy for removing the water contained in the exhaust gas.

(実施の形態2)
以下、図4を用いて、実施の形態2を説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIG.

[2−1.構成]
図4に示すように、実施の形態2にかかる水素生成装置42は、実施の形態1の水素生成装置41の構成において、原料供給器3の位置を、水透過器12よりも上流側の原料流路8から、水透過器12よりも下流側の原料流路8に変更し、水素含有ガス供給流路9の接続先を、燃料電池51から水素タンク52に変更したものに相当する。
[2-1. composition]
As shown in FIG. 4, the hydrogen generating device 42 according to the second embodiment sets the position of the raw material supply device 3 as the raw material on the upstream side of the water permeator 12 in the configuration of the hydrogen generating device 41 of the first embodiment. The flow path 8 is changed to the raw material flow path 8 on the downstream side of the water permeator 12, and the connection destination of the hydrogen-containing gas supply flow path 9 is changed from the fuel cell 51 to the hydrogen tank 52.

[2−2.動作]
以上のように構成された水素生成装置42の基本的な動作は、実施の形態1と同じであるため、重複する説明を省略する。
[2-2. motion]
Since the basic operation of the hydrogen generation device 42 configured as described above is the same as that of the first embodiment, duplicate description will be omitted.

原料供給器3は、都市ガスを改質器1に搬送するガス用ポンプで構成されるので、原料供給器3よりも上流側の原料流路8内の都市ガスの圧力は、原料供給器3よりも下流側の原料流路8内の都市ガスの圧力よりも低くなる。 Since the raw material supply device 3 is composed of a gas pump that conveys the city gas to the reformer 1, the pressure of the city gas in the raw material flow path 8 on the upstream side of the raw material supply device 3 is the raw material supply device 3. It becomes lower than the pressure of the city gas in the raw material flow path 8 on the downstream side.

本実施の形態では、原料供給器3を水透過器12よりも下流側の原料流路8に配置したので、原料供給器3を水透過器12よりも上流側の原料流路8に配置した実施の形態1の水素生成装置41よりも、水透過膜の都市ガス側の水蒸気分圧が低くなる。 In the present embodiment, since the raw material supply device 3 is arranged in the raw material flow path 8 on the downstream side of the water permeator 12, the raw material supply device 3 is arranged in the raw material flow path 8 on the upstream side of the water permeator 12. The water vapor partial pressure on the city gas side of the water permeable film is lower than that of the hydrogen generating device 41 of the first embodiment.

そのため、本実施の形態の水素生成装置42は、実施の形態1の水素生成装置41よりも、水透過器12において、水透過膜を介して排ガス側から都市ガス側へ透過する水分量が多くなり、実施の形態1の水素生成装置41よりも、排ガスの除湿効果が高くなると同時に、都市ガスの加湿効果が高くなる。 Therefore, the hydrogen generating device 42 of the present embodiment has a larger amount of water permeating from the exhaust gas side to the city gas side through the water permeation film in the water permeator 12 than the hydrogen generating device 41 of the first embodiment. Therefore, the dehumidifying effect of the exhaust gas is higher than that of the hydrogen generating device 41 of the first embodiment, and at the same time, the humidifying effect of the city gas is higher.

[2−3.効果等]
以上のように、本実施の形態の水素生成装置42は、実施の形態1の水素生成装置41の構成において、都市ガスを改質器1に搬送するガス用ポンプからなる原料供給器3の位置を、水透過器12よりも上流側の原料流路8から、水透過器12よりも下流側の原料流路8に変更したことにより、水透過器12において、水透過膜の都市ガス側の圧力を、水透過膜の排ガス側の圧力よりも低くすることが可能になる。
[2-3. Effect, etc.]
As described above, the hydrogen generating device 42 of the present embodiment is the position of the raw material supply device 3 including the gas pump for transporting the city gas to the reformer 1 in the configuration of the hydrogen generating device 41 of the first embodiment. Was changed from the raw material flow path 8 on the upstream side of the water permeator 12 to the raw material flow path 8 on the downstream side of the water permeator 12, so that the water permeator 12 on the city gas side of the water permeation film The pressure can be made lower than the pressure on the exhaust gas side of the water permeable film.

また、都市ガスを改質器1に搬送するガス用ポンプからなる原料供給器3を、水透過器12よりも下流側の原料流路8に配置したことにより、実施の形態1の水素生成装置41よりも、水透過膜の都市ガス側の水蒸気分圧が低くなり、排ガス側から都市ガス側への水分の透過が促進される。 Further, by arranging the raw material supply device 3 including the gas pump for transporting the city gas to the reformer 1 in the raw material flow path 8 on the downstream side of the water permeator 12, the hydrogen generation device according to the first embodiment. The partial pressure of water vapor on the city gas side of the water permeable film is lower than that of 41, and the permeation of water from the exhaust gas side to the city gas side is promoted.

その結果、改質器1に供給される都市ガスが加湿され、二酸化炭素を吸着する吸着剤を搭載した第1吸着器21または第2吸着器22に供給される排ガス中の水分量が減少して吸着剤の水分による性能低下を抑制することができる。 As a result, the city gas supplied to the reformer 1 is humidified, and the amount of water in the exhaust gas supplied to the first adsorber 21 or the second adsorber 22 equipped with the adsorbent that adsorbs carbon dioxide is reduced. It is possible to suppress the deterioration of performance due to the moisture content of the adsorbent.

そのため、水素生成装置42は、都市ガスの加湿のために、水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガス中の水分除去のためのエネルギーとを抑制しながら、さらに吸着剤の水分による性能低下を抑制できる。 Therefore, the hydrogen generator 42 suppresses the energy for evaporating water to become water vapor for humidifying the city gas and the energy for removing water in the exhaust gas, and further deteriorates the performance due to the water content of the adsorbent. Can be suppressed.

(実施の形態3)
以下、図5を用いて、実施の形態3を説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIG.

[3−1.構成]
図5に示すように、実施の形態3にかかる水素生成装置43は、実施の形態1の水素生成装置41の構成において、原料供給器3よりも上流側の原料流路8に、都市ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器14を加えたものに相当する。
[3-1. composition]
As shown in FIG. 5, the hydrogen generation device 43 according to the third embodiment is used as a city gas in the raw material flow path 8 on the upstream side of the raw material supply device 3 in the configuration of the hydrogen generation device 41 of the first embodiment. It corresponds to the addition of a desulfurizer 14 for removing the contained sulfur component.

[3−2.動作]
以上のように構成された水素生成装置43の基本的な動作は、実施の形態1と同じであるため、重複する説明を省略する。
[3-2. motion]
Since the basic operation of the hydrogen generation device 43 configured as described above is the same as that of the first embodiment, duplicate description will be omitted.

[3−3.効果等]
以上のように、本実施の形態の水素生成装置43は、水透過器12よりも上流側の原料流路8に、都市ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器14を備えたことにより、都市ガスに含まれる硫黄成分が水透過膜を透過して排ガスに混入し、硫黄成分が吸着剤に供給されることで吸着剤が劣化することを抑制することができる。
[3-3. Effect, etc.]
As described above, the hydrogen generator 43 of the present embodiment is provided with the desulfurizer 14 for removing the sulfur component contained in the city gas in the raw material flow path 8 on the upstream side of the water permeator 12. The sulfur component contained in the city gas permeates the water permeable film and is mixed into the exhaust gas, and the sulfur component is supplied to the adsorbent, so that deterioration of the adsorbent can be suppressed.

そのため、水素生成装置43は、都市ガスの加湿のために水を蒸発させて水蒸気とするエネルギーと、排ガス中の水分除去のためのエネルギーとを抑制しながら、さらに硫黄成分が吸着剤に供給されることで吸着剤が劣化することを抑制できる。 Therefore, the hydrogen generator 43 further supplies the sulfur component to the adsorbent while suppressing the energy for evaporating water to make water vapor for humidifying the city gas and the energy for removing water in the exhaust gas. As a result, deterioration of the adsorbent can be suppressed.

(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1から実施の形態3を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1から実施の形態3で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(Other embodiments)
As described above, Embodiments 1 to 3 have been described as examples of the techniques disclosed in the present application. However, the technique in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, etc. have been made. It is also possible to combine the components described in the first to third embodiments to form a new embodiment.

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。 Therefore, other embodiments will be illustrated below.

実施の形態1から実施の形態3では、水透過器12の水透過膜として、ポリイミド系膜を用いたが、これに限らず、水透過膜は、排ガス中の水を都市ガスに移動させ、水以外の気体を透過しにくいものであれば良く、燃料電池等で用いられるフッ素系の膜や、ゼオライト膜やシリカ膜等の無機膜等を用いても良い。 In the first to third embodiments, a polyimide-based membrane is used as the water permeable membrane of the water permeator 12, but the water permeable membrane is not limited to this, and the water permeable membrane moves the water in the exhaust gas to the city gas. Any gas other than water may be used as long as it does not easily permeate, and a fluorine-based membrane used in a fuel cell or the like, an inorganic membrane such as a zeolite membrane or a silica membrane, or the like may be used.

また、実施の形態1から実施の形態3では、水透過器12で排ガスから都市ガスに移動する水の量が3cc/minで、トータル11cc/minの水が改質器1に供給されるように水供給器4から水を供給したが、水透過膜の面積や、排ガスと都市ガスの水の分圧差で排ガスから都市ガスに移動する水の量変化するため、水透過器12の設計に応じて、水供給器4から供給する水の量をトータル11cc/minとなるように増減させれば良い。 Further, in the first to third embodiments, the amount of water transferred from the exhaust gas to the city gas by the water permeator 12 is 3 cc / min, and a total of 11 cc / min of water is supplied to the reformer 1. However, since the area of the water permeable membrane and the difference in the partial pressure between the exhaust gas and the city gas change the amount of water that moves from the exhaust gas to the city gas, the water permeator 12 was designed. Therefore, the amount of water supplied from the water supply device 4 may be increased or decreased so as to have a total of 11 cc / min.

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Since the above-described embodiment is for exemplifying the technique in the present disclosure, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the equivalent scope thereof.

本開示は、排ガスから二酸化炭素を回収するためのエネルギーを抑制した水素生成装置
に適用可能である。具体的には、炭化水素を燃料とする水素製造装置、燃料電池発電システム、発電機などに、本開示は適用可能である。
The present disclosure is applicable to a hydrogen generator in which energy for recovering carbon dioxide from exhaust gas is suppressed. Specifically, the present disclosure is applicable to hydrogen production equipment using hydrocarbons as fuel, fuel cell power generation systems, generators, and the like.

1 改質器
2 加熱器
3 原料供給器
4 水供給器
5 燃料供給器
6 空気供給器
7 排気弁
8 原料流路
9 水素含有ガス供給流路
10 排ガス流路
11 燃料流路
12 水透過器
13 温度検知器
14 脱硫器
21 第1吸着器
22 第2吸着器
23 第1吸着器上流弁
24 第1吸着器下流弁
25 第2吸着器上流弁
26 第2吸着器下流弁
31 制御器
41,42,43 水素生成装置
51 燃料電池
52 水素タンク
1 Reformer 2 Heater 3 Raw material supply device 4 Water supply device 5 Fuel supply device 6 Air supply device 7 Exhaust valve 8 Raw material flow path 9 Hydrogen-containing gas supply flow path 10 Exhaust gas flow path 11 Fuel flow path 12 Water permeator 13 Temperature detector 14 Desulfurizer 21 1st adsorber 22 2nd adsorber 23 1st adsorber upstream valve 24 1st adsorber downstream valve 25 2nd adsorber upstream valve 26 2nd adsorber downstream valve 31 Controller 41, 42 , 43 Hydrogen generator 51 Fuel cell 52 Hydrogen tank

Claims (5)

原料と水とから水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器から排出される排ガスを二酸化炭素吸着器に供給するための排ガス流路と、
前記改質器に前記原料を供給するための原料流路と、
前記排ガス流路と前記原料流路とを水透過膜で仕切った水透過器と、
を備えた、水素生成装置。
A reformer that produces hydrogen-containing gas from raw materials and water,
An exhaust gas flow path for supplying the exhaust gas discharged from the reformer to the carbon dioxide adsorber,
A raw material flow path for supplying the raw material to the reformer, and
A water permeator in which the exhaust gas flow path and the raw material flow path are separated by a water permeation membrane,
A hydrogen generator equipped with.
前記排ガスは、燃料を燃焼して前記改質器を加熱する加熱器から排出される燃焼排ガスである、請求項1に記載の水素生成装置。 The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the exhaust gas is combustion exhaust gas discharged from a heater that burns fuel and heats the reformer. 前記水透過器において、前記水透過膜の前記原料ガス側の圧力が、前記水透過膜の前記排ガス側の圧力よりも低くなるように構成されている、請求項1または2に記載の水素生成装置。 The hydrogen generation according to claim 1 or 2, wherein in the water permeator, the pressure on the raw material gas side of the water permeation membrane is lower than the pressure on the exhaust gas side of the water permeation membrane. Device. 前記水透過器よりも下流側の前記原料流路に、前記原料を前記改質器に搬送する原料供給器を備えた、請求項3に記載の水素生成装置。 The hydrogen generating apparatus according to claim 3, further comprising a raw material supply device for transporting the raw material to the reformer in the raw material flow path on the downstream side of the water permeator. 前記水透過器よりも上流側の前記原料流路に、前記原料に含まれる硫黄成分を除去する脱硫器を備えた、請求項1から4のいずれか1項に記載の水素生成装置。 The hydrogen generating apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a desulfurizer for removing a sulfur component contained in the raw material in the raw material flow path on the upstream side of the water permeator.
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