JP5531168B2 - 水素生成装置 - Google Patents
水素生成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5531168B2 JP5531168B2 JP2013556444A JP2013556444A JP5531168B2 JP 5531168 B2 JP5531168 B2 JP 5531168B2 JP 2013556444 A JP2013556444 A JP 2013556444A JP 2013556444 A JP2013556444 A JP 2013556444A JP 5531168 B2 JP5531168 B2 JP 5531168B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrodesulfurizer
- reformer
- heat
- temperature
- heat insulating
- 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.)
- Active
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 82
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 82
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 77
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 80
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 57
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 46
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 34
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 7
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 6
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 25
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 25
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 25
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 8
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017518 Cu Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017752 Cu-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017943 Cu—Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 and in particular Substances 0.000 description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
- B01J8/0461—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
- B01J8/0465—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0492—Feeding reactive fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
- B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
- B01J2208/00044—Temperature measurement
- B01J2208/00061—Temperature measurement of the reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00203—Coils
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
- B01J2208/00221—Plates; Jackets; Cylinders comprising baffles for guiding the flow of the heat exchange medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
- B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0872—Methods of cooling
- C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
- C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
- C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
- C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/16—Controlling the process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
- C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、少なくとも炭素（Ｃ）と水素（Ｈ）を含む炭化水素化合物を原料として発電する燃料電池発電装置に関し、特に、原料中に含まれるイオウ化合物を除去する水添脱硫器を有する水素生成装置に関するものである。
燃料電池発電装置は、燃料電池と、燃料電池に水素を含んだ燃料ガスを供給する水素生成装置と、燃料電池の発電部で発電した直流電力を交流電力へ変換するインバーター回路、およびそれらを制御する制御装置などによって構成されている。燃料電池には種々の方式が用いられているが、現在は固体高分子形の燃料電池が普及段階にある。また、水素生成装置に用いる改質器にも幾つかの方式があるが、原料となる炭化水素化合物と水蒸気を高温で触媒反応させて水素を得る水蒸気改質方式が高効率であるために主流となっている。
なお、原料としては、天然ガスからなる都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、ガソリン、灯油、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、その他の炭化水素（２種以上の炭化水素の混合物を含む）が使用されるが、それらにメタノール等のアルコール類やエーテル類が混合されていてもよい。
しかし、これらの原料の中には付臭剤として添加されたイオウ化合物、あるいは原料中に元々含まれていたイオウ化合物が混入している。これらのイオウ化合物は改質器に使用される触媒を被毒し、その活性を奪ってしまう。
そのため、原料中のイオウ化合物は改質器へ供給される前に脱硫装置によって除去する必要がある。
脱硫装置としては現在、吸着脱硫方式と水添脱硫方式の２つの方式が用いられている。吸着脱硫方式とは、イオウ化合物を吸着する吸着剤を充填した吸着脱硫器内に原料を通過させて脱硫するもので、常温で吸着脱硫を行うので取り扱いが非常に簡便であるという長所がある。
一方、水添脱硫方式は、例えば特許文献１に示されているように、吸着剤の硫黄分の吸着容量が吸着脱硫方式の吸着剤より大きいことから長期間運転でも吸着剤を交換する必要がなく、化学反応によって安定して脱硫することが可能であるという長所がある。その反面、水添脱硫方式では、例えば２００〜４００℃に昇温された脱硫触媒を充填した水添脱硫器に水素を加えた原料を通過させることにより、イオウ化合物を吸着されやすい硫化水素に変化させ、生成した硫化水素を吸着剤により吸着除去するものであるため、脱硫触媒を昇温する必要がある。そこで水添脱硫器を水素生成装置内、あるいは水素生成装置近傍に配置することによって、水素生成装置の熱により水添脱硫器を動作温度まで加熱する構成が採用されている。例えば、特許文献１に開示された技術では、水素生成装置の改質器が位置する外周に断熱材層を配置し、当該断熱材層の外周に水添脱硫器を配置することによって水添脱硫器を加熱昇温している。
このように水添脱硫器は昇温する必要があるものの、水添温度が高すぎると脱硫触媒が熱劣化してしまい、逆に水添温度が低すぎると反応が起こりにくく脱硫触媒量が多く必要となってしまう。脱硫触媒量を多量に搭載した水素生成装置は、容積が大きくなるばかりではなく、熱容量も大きくなるために昇温時間が長くなり起動時間が長くかかってしまうという問題がある。そこで脱硫触媒の搭載量を極力少なくする必要があり、そのためには脱硫触媒の全体の温度を上限に近いほぼ均一な温度に維持する必要がある。すなわち、上述の例では脱硫触媒全体の温度を２５０℃から３００℃の温度差５０℃程度、あるいは可能であれば２７０℃から３００℃の温度差３０℃程度に維持することが望ましい。
上記従来技術では、水素生成装置の改質器における改質触媒部の外周の、改質器から流出してＣＯ除去器へ流入する改質ガスの流路の外周に断熱層を配置し、当該断熱層の外周に水添脱硫器を配置している。
この断熱層は熱を完全に遮断するものではなく、改質器を流出してＣＯ除去器へ流入する改質ガスの流路の改質器の熱の一部を水添脱硫器に伝える役目をしており水添脱硫器を昇温加熱している。
一方、水素生成装置の改質器やＣＯ除去器は反応に最適な温度に保持されているので、改質器を流出する改質ガスの温度は６００℃から７００℃であり、ＣＯ除去器へ流入する改質ガスの温度は３００℃以下となるように水素生成装置は設計されている。
そのため改質器からＣＯ除去器までの流路を流れる改質ガスの温度は、約７００℃以上から３００℃以下まで低下することになる。すなわち水添脱硫器は、断熱層を介して４００℃程度の温度差のある流路の周囲に配置されており、その結果として、改質触媒出口側の高温の改質ガス流路側の脱硫触媒温度は高温になり、ＣＯ除去器流入側の低温の改質ガス流路側の脱硫触媒温度は低温となる。そのために脱硫触媒の全体の温度を上記のほぼ均一な温度に維持することができず、脱硫触媒の搭載量を増やさざるを得ないという課題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で脱硫触媒の全体の温度を均一化かつ適正化させ、脱硫触媒の搭載量を最小限に抑えることができる水素生成装置を提供するものである。
上述の従来技術の課題を解決するために本発明の水素生成装置は、炭化水素成分を含む原料が供給されて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置であって、前記原料と水蒸気との混合ガスを改質反応させる改質器と、可燃性ガスを燃焼して前記改質部を加熱する燃焼器と、前記改質器から熱が供給されるように構成され、前記改質器に供給される原料中の硫黄を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器と前記改質器との間に配置されている第１断熱材と、前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている均熱板と、前記均熱板に接触して配置され、冷却流体を通流して前記均熱板を冷却する冷却流路と、を備える。
これにより、改質器の熱を水添脱硫器へ伝えて水添脱硫部の加熱昇温を行う際に、第１断熱材を介して水添脱硫器に伝わる熱を均熱板で受熱して改質器の上流部と下流部との間で生じる温度差を均熱板の熱伝導において緩和して水添脱硫器へ伝えることができるため、水添脱硫器の全体の温度を均一化することができる。また、水添脱硫器そのもの上部と下部で生じる温度差を均熱板の熱伝導によって緩和することができるため、水添脱硫器の全体の温度を均一化することができる。そして、均熱板を冷却流路により冷却することにより温度調節した後に水添脱硫器へ熱を伝えるので水添脱硫器全体の温度を適正化することができる。
前記改質器および前記水添脱硫器の外側に配置されている第２断熱材を更に備え、前記水添脱硫器は、前記改質器の外側に形成されており、前記均熱板は、前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている第１均熱部と、前記第１均熱部と熱交換を行うとともに前記水添脱硫部と前記第２断熱材との間に配置されている第２均熱部と、を備えていてもよい。
これにより、改質器の熱を水添脱硫器へ伝えて水添脱硫器の加熱昇温を行う際に、均熱板の第１均熱部で受熱した熱を第２均熱部に熱交換して水添脱硫器の外側から水添脱硫器へ伝えるので水添脱硫器の内外部の温度も均一化することができる。
また、本発明の水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが通流し、前記改質器を加熱するための燃焼排ガス流路を更に備え、前記冷却流路は、前記均熱板のうちの前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分を冷却するよう構成されていてもよい。
これにより、断熱材での熱分布の偏りをより均一化し、その結果水添脱硫器の温度をより均一化することができる。つまり、改質器の燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、改質器の燃焼排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高い。そのため、断熱材及び均熱板の前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、断熱材及び均熱板の燃排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高い。そのため、水添脱硫器の燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、水添脱硫器の燃焼排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高くなる。前記均熱板のうちの前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分を冷却するよう冷却流路を構成することにより、均熱板では、面方向の熱分布の偏りがあっても、より均一化することができる。
本発明の技術を用いることにより、改質器の熱を水添脱硫器へ伝えて水添脱硫器の加熱昇温を行う際に、改質器の上流部と下流部との間で生じる温度差が断熱材では熱分布の偏りとなるが均熱板で熱を均一化させて分散して水添脱硫器へ熱を伝えるので水添脱硫器の全体の温度を均一化することができる。
これによって、簡単な構成で水添脱硫器の全体の温度を均一化かつ適正化することができるので脱硫触媒の搭載量を最小限に抑えることができ、小型で低コストである水素生成装置を得ることができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
第１の発明の水素生成装置は、炭化水素成分を含む原料が供給されて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置であって、前記原料と水蒸気との混合ガスを改質反応させる改質器と、可燃性ガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器と、前記改質器から熱が供給されるように構成され、前記改質器に供給される原料中の硫黄を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、前記水添脱硫器と前記改質器との間に配置されている第１断熱材と、前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている均熱板と、前記均熱板に接触して配置され、冷却流体を通流して前記均熱板を冷却する冷却流路と、を備える。
を備える。
を備える。
これにより、改質器の熱を水添脱硫器へ伝えて水添脱硫部の加熱昇温を行う際に、第１断熱材を介して水添脱硫器に伝わる熱を均熱板で受熱して改質器の上流部と下流部との間で生じる温度差を均熱板の熱伝導において緩和して水添脱硫器へ伝えることができるため、水添脱硫器の全体の温度を均一化することができる。また、水添脱硫器そのもの上部と下部で生じる温度差を均熱板の熱伝導によって緩和することができるため、水添脱硫器の全体の温度を均一化することができる。そして、均熱板を冷却流路により冷却することにより温度調節した後に水添脱硫器へ熱を伝えるので水添脱硫器全体の温度を適正化することができる。
第２の発明の水素生成装置は、前記改質器および前記水添脱硫器の外側に配置されている第２断熱材を更に備え、前記水添脱硫器は、前記改質器の外側に形成されており、前記均熱板は、前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている第１均熱部と、前記第１均熱部と熱交換を行うとともに前記水添脱硫器と前記第２断熱材との間に配置されている第２均熱部と、を備えていてもよい。
これにより、改質器の熱を水添脱硫器へ伝えて水添脱硫器の加熱昇温を行う際に、均熱板の第１均熱部で受熱した熱を第２均熱部に熱交換して水添脱硫器の外側から水添脱硫器へ伝えるので水添脱硫器の内外部の温度も均一化することができる。
第３の発明の水素生成装置は、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが通流し、前記改質器を加熱するための燃焼排ガス流路を更に備え、前記冷却流路は、前記均熱板のうちの前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分を冷却するよう構成されている。
これにより、断熱材での熱分布の偏りをより均一化し、その結果水添脱硫器の温度をより均一化することができる。つまり、改質器の燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、改質器の燃焼排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高い。そのため、断熱材及び均熱板の前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、断熱材及び均熱板の燃焼排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高い。そのため、水添脱硫器の燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分は、水添脱硫器の燃焼排ガス流路の下流側に対応する部分に比べて温度が高くなる。前記均熱板のうちの前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分を冷却するよう冷却流路を構成することにより、均熱板では、面方向の熱分布の偏りがあっても、より均一化することができるように構成されている。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１のブロック図である。図１に示すように、水素生成装置１は、炭化水素成分を含む原料が供給されて水素を含む燃料ガスを生成するものである。水素生成装置１は、原料と水蒸気との混合ガスを改質反応させる改質器１０と、可燃性ガスを燃焼して改質器１０を加熱する燃焼器２と、改質器１０から熱が供給されるように構成され、改質器１０に供給される原料中の硫黄を水素と反応させて除去する水添脱硫器１４と、水添脱硫器１４と改質器１０との間に配置されている第１断熱材１３と、水添脱硫器１４と第１断熱材１３との間に配置されている均熱板１８とを備える。図１の点線は、水素生成装置１における熱の流れを示している。
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１のブロック図である。図１に示すように、水素生成装置１は、炭化水素成分を含む原料が供給されて水素を含む燃料ガスを生成するものである。水素生成装置１は、原料と水蒸気との混合ガスを改質反応させる改質器１０と、可燃性ガスを燃焼して改質器１０を加熱する燃焼器２と、改質器１０から熱が供給されるように構成され、改質器１０に供給される原料中の硫黄を水素と反応させて除去する水添脱硫器１４と、水添脱硫器１４と改質器１０との間に配置されている第１断熱材１３と、水添脱硫器１４と第１断熱材１３との間に配置されている均熱板１８とを備える。図１の点線は、水素生成装置１における熱の流れを示している。
実施の形態１の水素生成装置の適用対象は、水添脱硫器１４が改質器１０から熱を供給されるように構成されている水素生成装置であれば、特に限定されない。種々のタイプの水素生成装置に対して実施の形態１の水素生成装置を適用することができる。
このように構成された実施の形態１の水素生成装置１によれば、改質器１０の熱を水添脱硫器１４へ伝えて水添脱硫器１４の加熱昇温を行う際に、第１断熱材１３を介して水添脱硫器１４に伝わる熱を均熱板１８で受熱して改質器の上流部と下流部との間で生じる温度差を均熱板１８の熱伝導において緩和して水添脱硫器１４へ伝えることができるため、水添脱硫器１４の全体の温度を均一化することができる。また、水添脱硫器１４そのもの上部と下部で生じる温度差を均熱板１８の熱伝導によって緩和することができるため、水添脱硫器１４の全体の温度を均一化することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における水素生成装置１の概略構成図を示すものである。
図２は本発明の実施の形態２における水素生成装置１の概略構成図を示すものである。
実施の形態２の水素生成装置は、実施の形態１の水素生成装置を具体化した水素生成装置の一例である。
図２において、水素生成装置１の中心軸上に燃焼器２が配置され、燃焼器２の中央部に下向きに火炎を形成するバーナ３が備えられている。
さらに、水素生成装置１は、複数の同心円状の多重管形状を有し、内側から順に、燃焼筒４、内内筒５、内筒６、外筒７から構成されている。
バーナ３は、燃焼筒４内に燃焼ガスを放出するように構成されており、燃焼筒４と内内筒５との環状空間により燃焼ガス流路８が形成される。
次に、内内筒５と内筒６との環状空間の一部に改質水蒸発器９が設けられ、改質水蒸発器９には内筒の外面に沿って周方向に螺旋状に周回する水流路規定部が形成されている。
改質器１０は、改質水蒸発器９の下流側の内内筒５と内筒６との環状空間に設けられる。改質器１０には、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属やＮｉなどの卑金属の改質触媒が充填されている。改質器１０は、前記燃焼ガスの熱を利用して加熱され、原料と水蒸気との水蒸気改質反応によりＣＯを含んだ水素濃度が高い改質ガスを生成する。
改質器１０の下流の内内筒５と内筒６との環状空間に改質ガスの折り返し流路１１が設けられている。折り返し流路１１の下流側の内筒６と外筒７との環状空間にはＣＯ除去器１２が設けられている。ＣＯ除去器１２には、Ｐｔなどの貴金属やＦｅ−ＣｒやＣｕ−ＺｎなどのＣＯ除去触媒が充填されている。ＣＯ除去器１２は、供給された改質ガスに含まれるＣＯをシフト変成反応や酸素の供給による選択酸化反応などにより除去する。
改質ガスの折り返し流路１１の外周には第１断熱材１３が配置される。第１断熱材１３はシリカやガラスクロス等からなる。第１断熱材１３の外周に二重管形状に区切られた環状空間に水添脱硫器１４が設けられている。水添脱硫器１４には、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｚｎ０などを主成分とした触媒の単一仕様や、それらを組み合わせた複数仕様で構成した脱硫触媒が充填されている。水添脱硫器１４は、原料に含まれる硫黄化合物を水素との反応により化学吸着する。
水添脱硫器１４には原料供給器１５と原料管１６が設けられている。原料供給器１５は、水添脱硫器１４に原料を供給し、原料管１６は、水添脱硫器１４により脱硫された原料を改質水蒸発器９に供給する。
また改質水蒸発器９には改質水を供給する改質水供給器１７が設けられている。水添脱硫器１４と第１断熱材１３との間には均熱板１８が配置されている。均熱板１８は例えば、断熱層より熱伝導度の高い材料が好ましく、特に銅や真鍮やアルミニウム等の金属が好ましい。また、均熱板１８は、一枚の金属板で構成されていても、複数枚の金属板で構成されていてもよい。
ＣＯ除去器１２の下流には改質ガス管１９が設けられている。改質ガス管１９は、燃料電池の発電部と接続しており、燃料電池に燃料ガスを供給する。また、燃料電池の発電部で消費されなかった燃料ガスを可燃性ガスとしてバーナ３に供給できるようにオフガス管２０が設けられている。第２断熱材２１は改質器１０および水添脱硫器１４の外側に配置されている。
続いて、本発明による燃料電池システムの作用について説明する。
原料供給器１５から水添脱硫器１４に供給された原料は、脱硫触媒で脱硫された後に原料管１６を通って改質水蒸発器９に供給され、同じく改質水供給器１７から供給された改質水と改質水蒸発器９で混合と加熱をされて改質器１０に供給される。改質器１０において水蒸気改質反応が生じ、水素と炭酸ガスと一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。
改質ガスは折り返し流路１１を通ってＣＯ除去器１２に入り、シフト変成反応や選択酸化反応によって一酸化炭素濃度が低減され、改質ガス管１９を通じて燃料電池の発電部へ供給されて発電に使用される。
燃料電池の発電で消費されなかった改質オフガスは、オフガス管２０を介してバーナ３へ戻り、水素生成装置１を加熱する熱源として利用される。
バーナ３は、オフガス管２０から供給される燃料電池から戻る改質オフガス、あるいは改質ガス管１９から供給される改質器１０を流通した原料、及び改質ガスを可燃性ガスとして燃焼させて高温の燃焼ガスを燃焼筒４に排出する。燃焼ガス流路８を流通する燃焼ガスの熱は改質水蒸発器９および改質器１０に伝わり、水素生成装置１の改質器１０やＣＯ除去器１２の温度は反応に最適な温度に保持される。
そのため改質器１０の下流部は６００から７００℃の高温に加熱されるため、改質器１０から流出した改質ガスも６００から７００℃の高温状態にあり、この改質ガスが折り返し流路１１を流通する。
一方、ＣＯ除去器１２の動作温度は２００℃から３００℃であるため、改質ガスは折り返し流路１１内の熱を改質器１０に与えるとともに、折り返し流路１１の外筒７側への放熱により冷却されている。
また、折り返し流路１１を流通する改質ガスの熱を水添脱硫器１４へ伝えて水添脱硫器１４を加熱することで水添脱硫器１４の温度を高めているので水添脱硫器１４の温度は折り返し流路１１の温度に依存することになる。
このように構成された水添脱硫器１４と、均熱板１８の作用を以下に説明する。
図２の水素生成装置１を動作させた場合では、例えば、図２の折り返し流路１１内の点Ａの温度はおよそ６５０℃、点Ｂの温度はおよそ４００℃程度となる。折り返し流路１１内においては中心軸方向に２５０℃程度の温度差が生じる。第１断熱材１３が緩衝材となって水添脱硫器１４に熱を伝える場合にこの温度差が影響する。そのため、第１断熱材１３と水添脱硫器１４の間に均熱板１８を設けない場合には、折り返し流路１１に対して第１断熱材１３を介して対向する水添脱硫器１４の点Ｃの温度は約３５０℃となり、点Ｄの温度は約２５０℃となる。このため、水添脱硫器１４においては中心軸方向に約１００℃程度の温度差が生じてしまう。
また、水素生成装置１においては、このような温度差は水添脱硫器１４の中心軸方向だけではなく、周方向でも顕著なものとなる。
そこで、本発明では、第１断熱材１３と水添脱硫器１４の間に均熱板１８を配置する。均熱板１８は、銅や真鍮やアルミニウム等の熱伝導性のよい材料で構成されているので温度差を緩和することができる。
これにより、水素生成装置１の熱を水添脱硫器１４へ伝えて水添脱硫器１４の加熱昇温を行う際に、第１断熱材１３の外側の温度差のある熱を均熱板１８で受熱し均一化することができる。
その上で水添脱硫器１４へ熱を伝えるので、例えば点Ｃの温度は約３００℃に、点Ｄの温度は約２７０℃まで低下する。よって、水添脱硫器１４においては中心軸方向の温度差を約３０℃程度に減少させることができる。
これにより、水添脱硫器１４全体にわたって温度を均一化することができるので脱硫触媒の搭載量を最小限に抑えることができ、小型でかつ低コストである水素生成装置１を得ることができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における水素生成装置について説明する。
次に、本発明の実施の形態３における水素生成装置について説明する。
実施の形態３は、図２に示した実施の形態２と同じ構成の水素生成装置において、実施の形態２と同じ動作を行うことで水素を生成するものである。
図３は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の概略構成図を示すものである。
なお、図３において、前述の実施の形態２と同じ構成要素には同じ番号を付与している。図３に示した実施の形態３と前述の図２の実施の形態１との違いは、均熱板１８は、水添脱硫器１４と第１断熱材１３との間に配置されている第１均熱部２２と、水添脱硫器１４と第２断熱材２１との間に配置されている第２均熱部２３とを備え、第１均熱部２２と第２均熱部２３は熱交換を行う点である。
本実施の形態３では、第１均熱部２２と第２均熱部２３は、水添脱硫器１４の中心軸方向の上下で連結している。
これにより、水素生成装置１の熱を水添脱硫器１４へ伝えて水添脱硫器１４の加熱昇温を行う際に、均熱板１８の第１均熱部２２で受熱した熱を第２均熱部２３に熱交換して水添脱硫器１４の外側から水添脱硫器１４へ伝えるので水添脱硫器１４の内外部の温度も均一化することができる。
これによって、水添脱硫器１４全体にわたって温度を均一化することができるので脱硫触媒の搭載量を最小限に抑えることができ、小型で低コストな水素生成装置１を得ることができる。
尚、本実施の形態３では、均熱板１８は、水添脱硫器１４と第１断熱材１３との間に配置されている第１均熱部２２と、水添脱硫器１４と第２断熱材２１との間に配置されている第２均熱部２３とを備えたが、これに限られるものではない。
図４は、本発明の実施の形態３の変形例における水素生成装置の概略構成図である。図４に示すように、均熱板１８は、改質器１０と第１断熱材１３の間に配置される第３均熱部２４を更に備えてもよい。これにより、改質器の熱を水添脱硫器１４へ伝えて水添脱硫器１４の加熱昇温を行う際に、均熱板１８の第３均熱部２４でも受熱されるので、水添脱硫器１４の内外部の温度がより均一化される。また、均熱板１８が複数枚の金属板で構成されている場合は、第１均熱部２２、第２均熱部２３、第３均熱部２４は互いに分離した金属板で構成されていてもよい。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における水素生成装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の概略構成図である。尚、図５において、上記実施の形態と同じ構成要素には同じ番号を付与している。図５に示した実施の形態４と前述の図２の実施の形態２との違いは、冷却流体を通流して均熱板１８を冷却する冷却流路５０を均熱板１８に接触して配置する点である。
次に、本発明の実施の形態４における水素生成装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態４における水素生成装置の概略構成図である。尚、図５において、上記実施の形態と同じ構成要素には同じ番号を付与している。図５に示した実施の形態４と前述の図２の実施の形態２との違いは、冷却流体を通流して均熱板１８を冷却する冷却流路５０を均熱板１８に接触して配置する点である。
このような構成としたことで、冷却流路５０により均熱板１８を冷却することにより温度調節した後に水添脱硫器１４へ熱が伝わるので、実施の形態２による効果に加えて、水添脱硫器１４全体の温度を更に適正化することができる。
尚、本実施の形態４では、冷却流路５０に冷却流体を供給及び排出する配管は水素生成装置１本体の側面部に接続されている。このような構成により、水素生成装置１内部で配管の引き回しが容易となる。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における水素生成装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態５における水素生成装置の概略構成図である。尚、図６において、前述の実施の形態４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。図６に示した実施の形態５と前述の図５の実施の形態４との違いは、冷却流路５０は、均熱板１８のうちの燃焼ガス流路８の上流側に対応する部分を冷却するよう構成されている点である。
次に、本発明の実施の形態５における水素生成装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態５における水素生成装置の概略構成図である。尚、図６において、前述の実施の形態４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。図６に示した実施の形態５と前述の図５の実施の形態４との違いは、冷却流路５０は、均熱板１８のうちの燃焼ガス流路８の上流側に対応する部分を冷却するよう構成されている点である。
これにより、冷却流路５０により水素生成装置１の高い温度の部分を効率的に冷却することができるので、上記実施の形態４と比較しても、水添脱硫器１４の温度をより均一化することができる。
なお、上記各実施の形態では、水添脱硫器１４、均熱板１８、第１断熱材１３は環状であり、かつ改質器１０は筒状であることを想定して説明したが、水添脱硫器１４及び改質器１０がプレート状で構成されるときや、水添脱硫器１４及び改質器１０が一体のモジュール化されている構成であっても同様の効果が得られるのは明白で、本発明の範囲を超えるものではない。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の水素生成装置は、水添脱硫剤全体の温度分布を小さくすることができるので、水添脱硫剤の使用量を最小限に抑えることができる。
１ 水素生成装置
２ 燃焼器
３ バーナ
４ 燃焼筒
５ 内内筒
６ 内筒
７ 外筒
８ 燃焼ガス流路
９ 改質水蒸発器
１０ 改質器
１１ 折り返し流路
１２ ＣＯ除去器
１３ 第１断熱材
１４ 水添脱硫器
１５ 原料供給器
１６ 原料管
１７ 改質水供給器
１８ 均熱板
１９ 改質ガス管
２０ オフガス管
２１ 第２断熱材
５０ 冷却流路
２ 燃焼器
３ バーナ
４ 燃焼筒
５ 内内筒
６ 内筒
７ 外筒
８ 燃焼ガス流路
９ 改質水蒸発器
１０ 改質器
１１ 折り返し流路
１２ ＣＯ除去器
１３ 第１断熱材
１４ 水添脱硫器
１５ 原料供給器
１６ 原料管
１７ 改質水供給器
１８ 均熱板
１９ 改質ガス管
２０ オフガス管
２１ 第２断熱材
５０ 冷却流路
Claims (3)
- 炭化水素成分を含む原料が供給されて水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置であって、
前記原料と水蒸気との混合ガスを改質反応させる改質器と、
可燃性ガスを燃焼して前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器から熱が供給されるように構成され、前記改質器に供給される原料中の硫黄を水素と反応させて除去する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器と前記改質器との間に配置されている第１断熱材と、
前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている均熱板と、
前記均熱板に接触して配置され、冷却流体を通流して前記均熱板を冷却する冷却流路と、
を備える、水素生成装置。 - 前記改質器および前記水添脱硫器の外側に配置されている第２断熱材を更に備え、
前記水添脱硫器は、前記改質器の外側に形成されており、
前記均熱板は、前記水添脱硫器と前記第１断熱材との間に配置されている第１均熱部と、
前記第１均熱部と熱交換を行うとともに前記水添脱硫器と前記第２断熱材との間に配置されている第２均熱部と、
を備える、請求項１に記載の水素生成装置。 - 前記燃焼器から排出される燃焼排ガスが通流し、前記改質器を加熱するための燃焼排ガス流路を更に備え、
前記冷却流路は、前記均熱板のうちの前記燃焼排ガス流路の上流側に対応する部分を冷却するよう構成されている、請求項１に記載の水素生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013556444A JP5531168B2 (ja) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | 水素生成装置 |
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012086125 | 2012-04-05 | ||
| JP2012086125 | 2012-04-05 | ||
| JP2013056335 | 2013-03-19 | ||
| JP2013056335 | 2013-03-19 | ||
| PCT/JP2013/002342 WO2013150798A1 (ja) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | 水素生成装置 |
| JP2013556444A JP5531168B2 (ja) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | 水素生成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP5531168B2 true JP5531168B2 (ja) | 2014-06-25 |
| JPWO2013150798A1 JPWO2013150798A1 (ja) | 2015-12-17 |
Family
ID=49300300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013556444A Active JP5531168B2 (ja) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | 水素生成装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150044102A1 (ja) |
| EP (1) | EP2835343A4 (ja) |
| JP (1) | JP5531168B2 (ja) |
| WO (1) | WO2013150798A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150303502A1 (en) * | 2012-12-17 | 2015-10-22 | Panasonic Intellectual Property Management Management Co., Ltd. | Hydrogen generator |
| JP6387521B2 (ja) * | 2014-08-05 | 2018-09-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システム |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08293315A (ja) * | 1995-04-21 | 1996-11-05 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置用脱硫器 |
| JP2000034103A (ja) * | 1998-07-21 | 2000-02-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2006008459A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置、および燃料電池システム |
| JP2006111766A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Nippon Oil Corp | 脱硫装置および水素製造装置 |
| JP2010058995A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Tokyo Gas Co Ltd | 水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器 |
| JP2012020898A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Panasonic Corp | 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム |
| JP2012041238A (ja) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Panasonic Corp | 水素生成装置及び燃料電池システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4063430B2 (ja) * | 1998-12-15 | 2008-03-19 | 大阪瓦斯株式会社 | 流体処理装置 |
| WO2008056724A1 (fr) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Reformeur, unité de reformage et système de pile à combustible |
| US20100176346A1 (en) * | 2009-01-13 | 2010-07-15 | Musich Nicholas Michael | Process and system for conducting isothermal low-temperature shift reaction using a compact boiler |
-
2013
- 2013-04-04 EP EP13772684.0A patent/EP2835343A4/en not_active Withdrawn
- 2013-04-04 WO PCT/JP2013/002342 patent/WO2013150798A1/ja active Application Filing
- 2013-04-04 JP JP2013556444A patent/JP5531168B2/ja active Active
- 2013-04-04 US US14/346,649 patent/US20150044102A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08293315A (ja) * | 1995-04-21 | 1996-11-05 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置用脱硫器 |
| JP2000034103A (ja) * | 1998-07-21 | 2000-02-02 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2006008459A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素生成装置、および燃料電池システム |
| JP2006111766A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Nippon Oil Corp | 脱硫装置および水素製造装置 |
| JP2010058995A (ja) * | 2008-09-01 | 2010-03-18 | Tokyo Gas Co Ltd | 水添脱硫器一体型円筒式水蒸気改質器 |
| JP2012020898A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Panasonic Corp | 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム |
| JP2012041238A (ja) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Panasonic Corp | 水素生成装置及び燃料電池システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2013150798A1 (ja) | 2015-12-17 |
| EP2835343A4 (en) | 2015-04-08 |
| US20150044102A1 (en) | 2015-02-12 |
| WO2013150798A1 (ja) | 2013-10-10 |
| EP2835343A1 (en) | 2015-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010272333A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5468713B1 (ja) | 水素生成装置および燃料電池システム | |
| JP4754242B2 (ja) | 水素製造装置および燃料電池システム | |
| JP5531168B2 (ja) | 水素生成装置 | |
| JP5600460B2 (ja) | 水素製造装置及び燃料電池システム | |
| JP5539754B2 (ja) | 燃料電池用脱硫器の加熱方法及び燃料電池システム | |
| JP4764651B2 (ja) | 水素製造装置および燃料電池システム | |
| JP5161621B2 (ja) | 燃料電池用改質装置 | |
| JP2008285355A (ja) | 改質器および間接内部改質型高温型燃料電池 | |
| JP5879552B2 (ja) | 水素生成装置、それを備える燃料電池システム、水素生成装置の運転方法、及び燃料電池システムの運転方法 | |
| JP2019099443A (ja) | 水素生成装置 | |
| JP5329944B2 (ja) | 燃料電池用水蒸気改質装置 | |
| JP6142286B2 (ja) | 水素生成装置 | |
| JP5584022B2 (ja) | 燃料電池システム及びその起動方法 | |
| JP5938580B2 (ja) | 水素生成装置 | |
| JP5948605B2 (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2017077992A (ja) | 水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム | |
| JP6089210B2 (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2017001922A (ja) | 水素発生装置と水素発生方法 | |
| JP2013234076A (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2019210182A (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2016222497A (ja) | 水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システム | |
| JP2017039626A (ja) | 水素生成装置 | |
| JP2016181369A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2013203615A (ja) | 水素生成装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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: 20140415 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140421 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5531168 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |