JP5078426B2 - 一酸化炭素除去器および水素製造装置 - Google Patents
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Description
該シフト反応器と選択酸化反応器とが一体化され、
該シフト反応器と選択酸化反応器との間に断熱手段を有することを特徴とするCO除去器が提供される。
前記選択酸化反応器が、該シフト反応器の外周側に配された該シフト反応器と同心の円環柱状であることが好ましい。ただし本発明のCO除去器は特にこの構成を有する。
また、前記貫通管がシフト反応触媒層の少なくとも一部を貫通することが好ましく、
前記シフト反応触媒層を加熱する加熱手段を前記貫通管の内部に有することが好ましい。
該CO除去器が、シフト反応によりCO濃度を低減するシフト反応器と、COの選択酸化反応によりCO濃度を低減する選択酸化反応器とを有し、該シフト反応器と選択酸化反応器とが一体化され、該シフト反応器と選択酸化反応器との間に断熱手段を有し、
該改質器と該CO除去器とが一体化されたことを特徴とする水素製造装置が提供される。
前記選択酸化反応器が、該シフト反応器の外周側に配された該シフト反応器と同心の円環柱状であることが好ましい。ただし本発明の水素製造装置は特にこの構成を有する。
また、前記貫通管がシフト反応触媒層の少なくとも一部を貫通することが好ましく、
前記シフト反応触媒層を加熱する加熱手段を前記貫通管の内部に有することが好ましい。
改質原料としては、水蒸気改質反応により水素含有ガスを得ることのできる公知の物質を用いることができる。例えば、天然ガスもしくは都市ガス、LPG(液化石油ガス)、ナフサ、灯油等の炭化水素系燃料を用いることができる。ナフサ、灯油などの液体燃料を用いる場合には、適宜気化して用いることができる。
シフト反応器では、供給されるガス中の一酸化炭素含有量(ドライベースのモル%)を好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下、さらに好ましくは0.5%以下までに落とす。
選択酸化反応器では、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅、銀、金などを含有する触媒を用い、残存する一酸化炭素モル数に対し好ましくは0.5〜10倍モル、より好ましくは0.7〜5倍モル、さらに好ましくは1〜3倍モルの酸素を添加することで一酸化炭素を選択的に二酸化炭素に転換することにより一酸化炭素濃度を好ましくは10ppm以下に低減させる。この場合、一酸化炭素の酸化と同時に共存する水素と反応させメタンを生成させることで一酸化炭素濃度の低減を図ることもできる。酸素源としては例えば空気を用いることができる。
水蒸気改質反応を行う改質器では、改質原料と水が反応して一酸化炭素と水素が得られる。メタンを例にすれば、CH4+H2O→3H2+COの反応が進む。この反応は大きな吸熱を伴う。この熱を供給するために、バーナ等の加熱手段を用いることができる。
水蒸気改質に必要な水蒸気を供給するために、水素製造装置は水蒸発器を備えることができる。また、安定運転の観点から、水蒸発器から発生した水蒸気を過熱するスーパーヒーターを有することもできる。
上記以外にも、CO除去器および水素製造装置の公知の構成要素は、必要に応じて適宜設けることができる。具体例を挙げれば、各種流体を加圧するためのポンプ、圧縮機、ブロワなどの加圧手段、流体の流量を調節するため、あるいは流体の流れを遮断/切り替えるためのバルブ等の流量調節手段や流路遮断/切り替え手段、熱交換・熱回収を行うための熱交換器、液体を気化する気化器、気体を凝縮する凝縮器、スチームなどで各種機器を外熱する加熱/保温手段、各種流体の貯蔵手段、計装用の空気や電気系統、制御用の信号系統、制御装置、動力用の電気系統などである。
2 シフト反応触媒層
3 電気ヒータ
4 シフト触媒層出口ガス集合用部材
5 貫通管
6 ガス混合器
11 選択酸化反応器
12 選択酸化反応触媒層
21 断熱材
22 冷却媒体流路
100 CO除去器
200 改質器
201 バーナ
202 燃焼筒
203 改質部
204 改質触媒層
205 底板
206 改質器底部の空隙
300 接続部材
Claims (6)
- シフト反応によりCO濃度を低減するシフト反応器と、COの選択酸化反応によりCO濃度を低減する選択酸化反応器とを有するCO除去器において、
該シフト反応器と選択酸化反応器とが一体化され、
該シフト反応器と選択酸化反応器との間に断熱手段を有し、
該シフト反応器との熱交換によって該シフト反応器を冷却するシフト反応器冷却手段、および該選択酸化反応器との熱交換によって該選択酸化反応器を冷却する選択酸化反応器冷却手段を有し、
該シフト反応器が円筒状であり、
該選択酸化反応器が、該シフト反応器の外周側に配された該シフト反応器と同心の円環柱状であり、
該選択酸化反応器冷却手段として、該選択酸化反応器の外周側に、水を冷却媒体とする冷却手段を有し、
該シフト反応器冷却手段として、選択酸化反応用空気および/または該シフト反応器のシフト反応触媒層出口ガスが流通可能に構成された、該シフト反応器内部を貫通する貫通管を有することを特徴とするCO除去器。 - 前記貫通管がシフト反応触媒層の少なくとも一部を貫通する請求項1記載のCO除去器。
- 前記シフト反応触媒層を加熱する加熱手段を前記貫通管の内部に有する請求項2記載のCO除去器。
- 改質原料を水蒸気改質して水素を含む改質ガスを得る改質器と、該改質ガス中のCO濃度を低減するCO除去器とを有する水素製造装置において、
該CO除去器が、シフト反応によりCO濃度を低減するシフト反応器と、COの選択酸化反応によりCO濃度を低減する選択酸化反応器とを有し、該シフト反応器と選択酸化反応器とが一体化され、該シフト反応器と選択酸化反応器との間に断熱手段を有し、
該シフト反応器との熱交換によって該シフト反応器を冷却するシフト反応器冷却手段、および該選択酸化反応器との熱交換によって該選択酸化反応器を冷却する選択酸化反応器冷却手段を有し、
該シフト反応器が円筒状であり、
該選択酸化反応器が、該シフト反応器の外周側に配された該シフト反応器と同心の円環柱状であり、
該選択酸化反応器冷却手段として、該選択酸化反応器の外周側に、水を冷却媒体とする冷却手段を有し、
該シフト反応器冷却手段として、選択酸化反応用空気および/または該シフト反応器のシフト反応触媒層出口ガスが流通可能に構成された、該シフト反応器内部を貫通する貫通管を有し、
該改質器と該CO除去器とが一体化されたことを特徴とする水素製造装置。 - 前記貫通管がシフト反応触媒層の少なくとも一部を貫通する請求項4記載の水素製造装置。
- 前記シフト反応触媒層を加熱する加熱手段を前記貫通管の内部に有する請求項5記載の水素製造装置。
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