JP5640415B2 - 水素ガスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、天然ガスを水蒸気改質して水素ガスを製造する方法に関し、特に、高温状態で凝固した鉄鋼スラグを水蒸気改質器に投入して水素ガスを製造する方法に関する。
一般に、高炉や転炉などで発生した鉄鋼スラグは、溶融状態で１３００℃〜１５００℃の熱エネルギーを保有している。そのため、製鉄所では、高炉や転炉などで発生した鉄鋼スラグを水砕してコンクリート用細骨材等に資源化する際に、その熱エネルギーを利用して温水を製造している（特許文献１参照）。しかし、鉄鋼スラグの水砕時に得られる温水の温度が６０℃〜９０℃程度と低いため、温水の形態で回収された鉄鋼スラグの熱エネルギーを水蒸気やフロン蒸気を発生させる熱源として利用できないなどの難点がある。そこで、鉄鋼スラグの熱エネルギーを温水や水蒸気の製造以外に利用するため、天然ガスを水蒸気改質する水蒸気改質器に高温状態で凝固した鉄鋼スラグを投入し、天然ガスのメタン（ＣＨ４）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）とを反応させて水素ガス（Ｈ２）を製造するときの熱源として鉄鋼スラグの熱エネルギーを利用することが検討されている。
しかしながら、高温状態で凝固した鉄鋼スラグを水蒸気改質器に投入すると、熱源として寄与する部分は鉄鋼スラグの表面のみであるため、天然ガスを効率的に水蒸気改質することが難しいという問題点があった。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、天然ガスを効率的に水蒸気改質して水素ガスを製造することのできる水素ガスの製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、天然ガスを効率的に水蒸気改質して水素ガスを製造することのできる水素ガスの製造方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明に係る水素ガスの製造方法は、天然ガスを水蒸気改質する水蒸気改質器に高温状態で凝固した鉄鋼スラグを投入し、前記天然ガスに含まれるメタンと水蒸気とを前記鉄鋼スラグの熱エネルギーにより反応せしめて水素ガスを製造する方法であって、前記水蒸気改質器の内部に前記鉄鋼スラグの流動層が形成されるように前記鉄鋼スラグを細粒化した後、前記鉄鋼スラグを前記水蒸気改質器に投入し、前記水蒸気改質器から排出された前記鉄鋼スラグを熱交換器に供給し、該熱交換器内で空気を前記鉄鋼スラグの熱エネルギーにより昇温することを特徴とするものである。
本発明に係る水素ガスの製造方法によると、水蒸気改質器内で天然ガスと接触する鉄鋼スラグの表面積が増大し、これにより、鉄鋼スラグから熱エネルギーを受熱しやすくなる。したがって、高温状態で凝固した鉄鋼スラグを細粒化しないで水蒸気改質器に投入した場合と比較して、天然ガスを効率的に水蒸気改質して水素ガスを製造することができる。
以下、図面を参照して本発明に係る水素ガスの製造方法について説明する。
本発明に係る水素ガスの製造方法に用いられる水素ガス製造設備の一例を図１に示す。図１に示される水素ガス製造設備は上下方向に沿って円筒状に形成された水蒸気改質器１を備えており。この水蒸気改質器１には、天然ガスと水蒸気との混合ガスが水蒸気改質器１の下部に接続された原料ガス導入管２から原料ガスとして導入されるとともに、高温状態（例えば８５０℃）で凝固した鉄鋼スラグ（以下「高温凝固スラグ」という。）３がホッパー４から供給されるようになっている。
本発明に係る水素ガスの製造方法に用いられる水素ガス製造設備の一例を図１に示す。図１に示される水素ガス製造設備は上下方向に沿って円筒状に形成された水蒸気改質器１を備えており。この水蒸気改質器１には、天然ガスと水蒸気との混合ガスが水蒸気改質器１の下部に接続された原料ガス導入管２から原料ガスとして導入されるとともに、高温状態（例えば８５０℃）で凝固した鉄鋼スラグ（以下「高温凝固スラグ」という。）３がホッパー４から供給されるようになっている。
また、図１に示される水素ガス製造設備はホッパー４の下部にクラッシャー５を備えており、ホッパー４から水蒸気改質器１に供給される高温凝固スラグ３はクラッシャー５により細粒状に破砕されてから水蒸気改質器１に供給されるようになっている。
また、図１に示される水素ガス製造設備はクラッシャー５の下部にコンベヤ６をクラッシャー５の下部に備えており、クラッシャー５により細粒化された高温凝固スラグ３はコンベヤ６によって水蒸気改質器１に投入されるようになっている。
また、図１に示される水素ガス製造設備はクラッシャー５の下部にコンベヤ６をクラッシャー５の下部に備えており、クラッシャー５により細粒化された高温凝固スラグ３はコンベヤ６によって水蒸気改質器１に投入されるようになっている。
また、図１に示される水素ガス製造設備はホッパー４の上部にスラグ投入装置７を備えており、このスラグ投入装置７は第１のコンベヤ８、第１の搬送装置収容筐体９、第２のコンベヤ１０、第２の搬送装置収容筐体１１、第１のスラグ供給路形成体１２、スラグ投入路形成体１３、第１の開閉ゲート１４、第２の開閉ゲート１５、第３の開閉ゲート１６、第１の排気装置１７、第２の排気装置１８、第１の燃焼処理器１９、第１のパージガス供給管２０、第３のコンベヤ２１、第３の搬送装置収容筐体２２、第２のスラグ供給路形成体２３、第４の開閉ゲート２４、第５の開閉ゲート２５、第３の排気装置２６、第４の排気装置２７、第２の燃焼処理器２８及び第２のパージガス供給管２９を有している。
第１のコンベヤ８はホッパー４から水蒸気改質器１に投入される高温凝固スラグ３を搬送するものであって、無端状のコンベヤベルト８１と、このコンベヤベルト８１を駆動するベルト駆動機構（図示せず）とから構成されている。
第１の搬送装置収容筐体９は第１のコンベヤ８を気密に収容するものであって、この第１の搬送装置収容筐体９の図中右側端壁部に第１のスラグ供給路形成体１２の一端部が接続されている。
第１の搬送装置収容筐体９は第１のコンベヤ８を気密に収容するものであって、この第１の搬送装置収容筐体９の図中右側端壁部に第１のスラグ供給路形成体１２の一端部が接続されている。
第２のコンベヤ１０は第１のコンベヤ８により搬送された高温凝固スラグ３を搬送するものであって、第１のコンベヤ８と同様に、無端状のコンベヤベルト１０１と、このコンベヤベルト１０１を駆動するベルト駆動機構（図示せず）とから構成されている。
第２の搬送装置収容筐体１１は第２のコンベヤ１０を気密に収容するものであって、この第２の搬送装置収容筐体１１の図中右側端壁部に第１のスラグ供給路形成体１２の他端部が接続されている。
第２の搬送装置収容筐体１１は第２のコンベヤ１０を気密に収容するものであって、この第２の搬送装置収容筐体１１の図中右側端壁部に第１のスラグ供給路形成体１２の他端部が接続されている。
第１のスラグ供給路形成体１２は第１のコンベヤ８により搬送された高温凝固スラグ３を第２のコンベヤ１０に供給するためのスラグ供給路を第１の搬送装置収容筐体９と第２の搬送装置収容筐体１１との間に気密に形成するものであって、この第１のスラグ供給路形成体１２により形成されたスラグ供給路の途中に第２の開閉ゲート１５が設けられている。
スラグ投入路形成体１３は第２のコンベヤ１０により搬送された高温凝固スラグ３を水蒸気改質器１に投入するためのスラグ投入路を水蒸気改質器１と第２の搬送装置収容筐体１１との間に気密に形成するものであって、このスラグ投入路形成体１３の途中に第３の開閉ゲート１６が設けられている。
スラグ投入路形成体１３は第２のコンベヤ１０により搬送された高温凝固スラグ３を水蒸気改質器１に投入するためのスラグ投入路を水蒸気改質器１と第２の搬送装置収容筐体１１との間に気密に形成するものであって、このスラグ投入路形成体１３の途中に第３の開閉ゲート１６が設けられている。
第１の開閉ゲート１４は第１の搬送装置収容筐体９に形成された第１のスラグ搬入口を開閉するものであって、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第２の開閉ゲート１５は第１のスラグ供給路形成体１２により形成されたスラグ供給路を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第２の開閉ゲート１５は第１のスラグ供給路形成体１２により形成されたスラグ供給路を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第３の開閉ゲート１６はスラグ投入路形成体１３により形成されたスラグ投入路を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４及び第２の開閉ゲート１５と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第１の排気装置１７は第１の搬送装置収容筐体９に形成された第１のスラグ搬入口から第１の搬送装置収容筐体９に流入した空気を排気するものであって、この第１の排気装置１７から排出された空気は、空気供給管３１を介して第１の燃焼処理器１９に供給されるようになっている。
第１の排気装置１７は第１の搬送装置収容筐体９に形成された第１のスラグ搬入口から第１の搬送装置収容筐体９に流入した空気を排気するものであって、この第１の排気装置１７から排出された空気は、空気供給管３１を介して第１の燃焼処理器１９に供給されるようになっている。
第２の排気装置１８は水蒸気改質器１から第２の搬送装置収容筐体１１に流入したＨ２などの燃料ガスを排気するものであって、この第２の排気装置１８から排出された燃料ガスは、燃料ガス供給管３２を介して第１の燃焼処理器１９に供給されるようになっている。
第１の燃焼処理器１９は第１の排気装置１７から排出された空気中の酸素と第２の排気装置１８から排出された燃料ガスとを燃焼処理するものであって、この第１の燃焼処理器１９で発生した燃焼排ガスは、空気追出し用ガスとして第１の搬送装置収容筐体９に第１のパージガス供給管２０を介して供給されるようになっている。
第１の燃焼処理器１９は第１の排気装置１７から排出された空気中の酸素と第２の排気装置１８から排出された燃料ガスとを燃焼処理するものであって、この第１の燃焼処理器１９で発生した燃焼排ガスは、空気追出し用ガスとして第１の搬送装置収容筐体９に第１のパージガス供給管２０を介して供給されるようになっている。
第３のコンベヤ２１はホッパー４から水蒸気改質器１に投入される高温凝固スラグ３を搬送するものであって、前述した第１のコンベヤ８と並列に配置されている。
第３の搬送装置収容筐体２２は第３のコンベヤ２１を気密に収容するものであって、この第３の搬送装置収容筐体２２の図中右側端壁部に第２のスラグ供給路形成体２３の一端部が接続されている。
第２のスラグ供給路形成体２３は第３のコンベヤ２１により搬送された高温凝固スラグ３を第２のコンベヤ１０に供給するためのスラグ供給路を第２の搬送装置収容筐体１１と第３の搬送装置収容筐体２２との間に気密に形成するものであって、この第２のスラグ供給路形成体２３により形成されたスラグ供給路の途中に第５の開閉ゲート２５が設けられている。
第３の搬送装置収容筐体２２は第３のコンベヤ２１を気密に収容するものであって、この第３の搬送装置収容筐体２２の図中右側端壁部に第２のスラグ供給路形成体２３の一端部が接続されている。
第２のスラグ供給路形成体２３は第３のコンベヤ２１により搬送された高温凝固スラグ３を第２のコンベヤ１０に供給するためのスラグ供給路を第２の搬送装置収容筐体１１と第３の搬送装置収容筐体２２との間に気密に形成するものであって、この第２のスラグ供給路形成体２３により形成されたスラグ供給路の途中に第５の開閉ゲート２５が設けられている。
第４の開閉ゲート２４は第３の搬送装置収容筐体２２に形成された第２のスラグ搬入口を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４、第２の開閉ゲート１５及び第３の開閉ゲート１６と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第５の開閉ゲート２５は第２のスラグ供給路形成体２３により形成されたスラグ供給路を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４、第２の開閉ゲート１５、第３の開閉ゲート１６及び第４の開閉ゲート２４と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第５の開閉ゲート２５は第２のスラグ供給路形成体２３により形成されたスラグ供給路を開閉するものであって、第１の開閉ゲート１４、第２の開閉ゲート１５、第３の開閉ゲート１６及び第４の開閉ゲート２４と同様に、図示しないゲート駆動機構により開閉駆動されるようになっている。
第３の排気装置２６は第３の搬送装置収容筐体２２に形成された第２のスラグ搬入口から第３の搬送装置収容筐体２２に流入した空気を排気するものであって、この第３の排気装置２６から排出された空気は、空気供給管３３を介して第２の燃焼処理器２８に供給されるようになっている。
第４の排気装置２７は水蒸気改質器１から第２の搬送装置収容筐体１１に流入したＨ２などの燃料ガスを排気するものであって、この第４の排気装置２７から排出された燃料ガスは、燃料ガス供給管３４を介して第２の燃焼処理器２８に供給されるようになっている。
第２の燃焼処理器２８は第３の排気装置２６から排出された空気中の酸素と第４の排気装置２７から排出された燃料ガスとを燃焼処理するものであって、この第２の燃焼処理器２８で発生した燃焼排ガスは、空気追出し用ガスとして第３の搬送装置収容筐体２２に第２のパージガス供給管２９を介して供給されるようになっている。
第４の排気装置２７は水蒸気改質器１から第２の搬送装置収容筐体１１に流入したＨ２などの燃料ガスを排気するものであって、この第４の排気装置２７から排出された燃料ガスは、燃料ガス供給管３４を介して第２の燃焼処理器２８に供給されるようになっている。
第２の燃焼処理器２８は第３の排気装置２６から排出された空気中の酸素と第４の排気装置２７から排出された燃料ガスとを燃焼処理するものであって、この第２の燃焼処理器２８で発生した燃焼排ガスは、空気追出し用ガスとして第３の搬送装置収容筐体２２に第２のパージガス供給管２９を介して供給されるようになっている。
また、図１に示される水素ガス製造設備は上下方向に沿って円筒状に形成された熱交換器３６を水蒸気改質器１の下部に備えており、水蒸気改質器１から排出された高温凝固スラグ３は空気を高温（例えば４００℃〜６００℃）に昇温する熱源として熱交換器３６に供給されるようになっている。
図１に示される水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する場合は、水蒸気改質器１の下部に接続された原料ガス導入管２から天然ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質器１に導入するとともに、水蒸気改質器１に導入された天然ガスを水蒸気改質する熱源として高温凝固スラグ３をホッパー４から水蒸気改質器１に投入する。このとき、ホッパー４に供給された高温凝固スラグ３はクラッシャー５により細粒化された後、コンベヤ６により水蒸気改質器１に投入される。このとき、水蒸気改質器１に投入された高温凝固スラグ３は水蒸気改質器１の内部で流動層３７を形成するため、高温凝固スラグ３を細粒化しないで水蒸気改質器１に投入した場合と比較して、天然ガスを効率的に水蒸気改質することが可能となる。
図１に示される水素ガス製造設備を用いて水素ガスを製造する場合は、水蒸気改質器１の下部に接続された原料ガス導入管２から天然ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質器１に導入するとともに、水蒸気改質器１に導入された天然ガスを水蒸気改質する熱源として高温凝固スラグ３をホッパー４から水蒸気改質器１に投入する。このとき、ホッパー４に供給された高温凝固スラグ３はクラッシャー５により細粒化された後、コンベヤ６により水蒸気改質器１に投入される。このとき、水蒸気改質器１に投入された高温凝固スラグ３は水蒸気改質器１の内部で流動層３７を形成するため、高温凝固スラグ３を細粒化しないで水蒸気改質器１に投入した場合と比較して、天然ガスを効率的に水蒸気改質することが可能となる。
したがって、天然ガスを水蒸気改質する水蒸気改質器１に高温凝固スラグ３を投入し、天然ガスに含まれるメタンと水蒸気とを高温凝固スラグ３の熱エネルギーにより反応せしめて水素ガスを製造するに際して、水蒸気改質器１の内部に高温凝固スラグ３の流動層３７が形成されるように高温凝固スラグ３を細粒化した後、高温凝固スラグ３を水蒸気改質器１に投入することで、天然ガスを効率的に水蒸気改質して水素ガスを製造することができる。
また、高温凝固スラグ３を水蒸気改質器１に水蒸気改質反応熱源として投入する際に、図１に示したスラグ投入装置７を用いてスラグを水蒸気改質器１に供給すると、水蒸気改質器１内に外気が入り込むことがないため、水蒸気改質器１に高温凝固スラグ３を安全に投入することができる。
また、水蒸気改質器１から排出された高温凝固スラグ３を熱交換器３６内に供給し、この熱交換器３６内で空気を高温凝固スラグ３の熱エネルギーにより高温に昇温するようにしたことで、高温凝固スラグ３の熱エネルギーを有効に利用することができる。
また、水蒸気改質器１から排出された高温凝固スラグ３を熱交換器３６内に供給し、この熱交換器３６内で空気を高温凝固スラグ３の熱エネルギーにより高温に昇温するようにしたことで、高温凝固スラグ３の熱エネルギーを有効に利用することができる。
１…水蒸気改質器、２…原料ガス導入管、３…高温凝固スラグ、４…ホッパー、５…クラッシャー、６…コンベヤ、７…スラグ投入装置、８…第１のコンベヤ、９…第１の搬送装置収容筐体、１０…第２のコンベヤ、１１…第２の搬送装置収容筐体、１２…第１のスラグ供給路形成体、１３…スラグ投入路形成体、１４…第１の開閉ゲート、１５…第２の開閉ゲート、１６…第３の開閉ゲート、１７…第１の排気装置、１８…第２の排気装置、１９…第１の燃焼処理器、２０…第１のパージガス供給管、２１…第３のコンベヤ、２２…第３の搬送装置収容筐体、２３…第２のスラグ供給路形成体、２４…第４の開閉ゲート、２５…第５の開閉ゲート、２６…第３の排気装置、２７…第４の排気装置、２８…第２の燃焼処理器、２９…第２のパージガス供給管、３１…空気供給管、３２…燃料ガス供給管、３３…空気供給管、３４…燃料ガス供給管、３６…熱交換器、３７…流動層。
Claims (1)
- 天然ガスを水蒸気改質する水蒸気改質器に高温状態で凝固した鉄鋼スラグを投入し、前記天然ガスに含まれるメタンと水蒸気とを前記鉄鋼スラグの熱エネルギーにより反応せしめて水素ガスを製造する方法であって、
前記水蒸気改質器の内部に前記鉄鋼スラグの流動層が形成されるように前記鉄鋼スラグを細粒化した後、前記鉄鋼スラグを前記水蒸気改質器に投入し、
前記水蒸気改質器から排出された前記鉄鋼スラグを熱交換器に供給し、該熱交換器内で空気を前記鉄鋼スラグの熱エネルギーにより昇温することを特徴とする水素ガスの製造方法。
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