JP4429674B2 - 水素製造装置および該装置を用いた高純度水素製造方法 - Google Patents
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Description
水素製造装置X1における本体部1のジャケット管14は、200Aのステンレス管(長さ:600mm、外径:216mm、内径:208mm)、反応器外管13は、150Aのステンレス管(長さ:500mm、外径:165mm、内径:158mm)、内管12は、50Aのステンレス管(長さ:400mm、外径:60mm、内径:55mm)である。また、水素分離管11は、水素分離膜がパラジウム合金膜で作られた管(長さ:300mm、径:50mm)である。このとき、水素分離管11と内管12との間の隙間(第1環状空間)15の幅wは、2.5mmとなる。反応器外管13と内管12との間の第2環状空間16には、銅、亜鉛系の酸化物である改質触媒10を6L充填した。
原料ガスMは、メタノールおよび水蒸気が各々0.2kmol/hr(メタノール)、0.3kmol/hr(水蒸気)の流量で供給される混合ガスである。
反応器外管13と内管12との間の第2環状空間16に、銅、亜鉛系の酸化物である触媒とγ−アルミナ触媒とを物理混合した改質触媒10を6L充填した以外は、実施例1と同様の構成である。
原料ガスMは、ジメチルエーテルおよび水蒸気が各々0.05kmol/hr(ジメチルエーテル)、0.225kmol/hr(水蒸気)の流量で供給される混合ガスである。
水素製造装置X2における本体部1’のジャケット管14’は、200Aのステンレス管(長さ:600mm、外形:216mm、内径:208mm)、反応器外管13は、150Aのステンレス管(長さ:500mm、外径:165mm、内径:158mm)、内管12’は、50Aのステンレス管(長さ:400mm、外径:60mm、内径:55mm)である。また、水素分離管11は、水素分離膜がパラジウム合金膜で作られた管(長さ:300mm、径:50mm)である。このとき、水素分離管11と内管12’との間の隙間(第1環状空間)15の幅wは、2.5mmとなる。反応器外管13と内管12’との間の第2環状空間16には、銅、亜鉛系の酸化物である改質触媒10を6L充填した。反応器外管13とジャケット管14’との間の第3環状空間17に、白金系の酸化触媒である燃焼触媒20を5L(充填高さ400mm)充填した。
原料ガスMは、メタノールおよび水蒸気が各々0.2kmol/hr(メタノール)、0.3kmol/hr(水蒸気)の流量で供給される混合ガスである。
M 原料ガス
S 水蒸気改質ガス
H 水素ガス
U 未透過ガス
E 燃焼排ガス
1,1’ 本体部
2 燃焼部
3 第1熱交換器(排ガス熱交換手段)
4 第2熱交換器(水素ガス熱交換手段)
5 第3熱交換器(水素ガス熱交換手段)
10 改質触媒(改質手段)
11 水素分離管(水素分離手段)
12,12’ 内管(隔離手段)
13 反応器外管(反応器)
14,14’ ジャケット管(ジャケット部)
15 第1環状空間(隙間)
16 第2環状空間
17 第3環状空間(空間部)
18,19 多孔板
20 燃焼触媒(燃焼触媒層)
Claims (9)
- 改質触媒を有し、当該改質触媒を用いて原料ガスを水蒸気改質反応させることにより、水素ガスを含む水蒸気改質ガスを発生させるための改質手段と、上記水蒸気改質ガスから選択的に水素ガスを分離するための水素分離手段とを備え、上記改質手段および上記水素分離手段が1つの反応器内に収容されている水素製造装置であって、
上記改質手段の上記改質触媒と上記水素分離手段とを隔離するための隔離手段をさらに備え、上記隔離手段と上記水素分離手段との間には、上記水蒸気改質ガスが通過するための隙間が設けられており、
上記隔離手段は隔離壁であり、当該隔離壁の存在により、上記反応器内に第1空間部および第2空間部が区分けされ、
上記改質手段は、上記第1空間部内において上記改質触媒が充填されてなるものであり、
上記水素分離手段は、上記隔離壁との間に上記隙間が設けられつつ上記第2空間部側に配されている、水素製造装置。 - 上記隙間の幅は、1〜50mmである、請求項1に記載の水素製造装置。
- 上記隙間を通過する水蒸気改質ガスのうち上記水素分離手段を透過しない未透過ガスを空気とともに触媒燃焼させることにより得られる燃焼熱を熱源として上記反応器を加熱するための加熱手段をさらに備える、請求項1または2に記載の水素製造装置。
- 上記加熱手段は、上記反応器の周囲に空間部を形成しつつ当該反応器を取り囲むジャケット部と、上記空間部に燃焼触媒を充填することにより形成される燃焼触媒層とを有し、上記未透過ガスおよび空気が上記燃焼触媒層を通過するように構成されている、請求項3に記載の水素製造装置。
- 上記加熱手段における触媒燃焼により得られる燃焼排ガスの熱エネルギを上記空気の加熱に用いるための排ガス熱交換手段をさらに備える、請求項3または4に記載の水素製造装置。
- 上記水素分離手段により上記水蒸気改質ガスから分離精製された水素ガスの熱エネルギを上記原料ガスおよび/または上記空気の加熱に用いるための水素ガス熱交換手段をさらに備える、請求項3から5のいずれか1つに記載の水素製造装置。
- 請求項1から6のいずれか1つに記載の水素製造装置を用いて、精製された水素を製造することを特徴とする、高純度水素製造方法。
- 上記改質手段の上記改質触媒中の反応温度は、200〜350℃である、請求項7に記載の高純度水素製造方法。
- 上記改質手段の上記改質触媒中の反応圧力は、0.5〜4.0MPaである、請求項7または8に記載の高純度水素製造方法。
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