JP5688238B2 - 熱交換型有機ハイドライド脱水素システム - Google Patents

Description

本発明は、有機ハイドライドを脱水素して、水素を取り出す熱交換型有機ハイドライド脱水素システムに関する。

従来の脱水素システムとして、熱交換を行って炭化水素を脱水素することによって水素を取り出すものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような脱水素システムにおいては、チューブ型（円筒型）の反応器が用いられている。すなわち、従来の反応器は、チューブ内に粒形状の触媒を充填することによって形成される触媒層を備え、当該触媒層に対して内壁側または外壁側から加熱用ガスを流通させることによって熱を供給している。このとき、反応器の内壁や外壁が熱交換部材として機能する。

特開２０００−８６２０１号公報 特開２００１−３５４４０３号公報

しかしながら、上述の脱水素システムにあっては、充填された触媒の表面積（各粒の表面の面積）に比して、熱交換に係る部分の面積が狭い。従って、脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことができないという問題があった。また、このように熱の供給が非効率であることにより、システム起動時から脱水素反応の開始までの間に時間がかかるという問題が生じる。

そこで、本発明は、脱水素反応に対して効率よく熱を供給することができる熱交換型有機ハイドライド脱水素システムを提供することを課題とする。

本発明に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムは、反応器で有機ハイドライドを脱水素する熱交換型有機ハイドライド脱水素システムであって、反応器は、板状の脱水素触媒と板状部材とを積層させることによって構成されると共に、脱水素触媒に沿って有機ハイドライドが流れる第一流路と、脱水素反応に対して熱を供給する流体が流れる第二流路と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムは、板状の脱水素触媒と板状部材とを積層させる構成となっている。このような積層構成では、第一流路と第二流路とが板状部材を介して隣り合うように積層される構成とすることができる。有機ハイドライドは、第一流路内を脱水素触媒に沿って流れることによって、脱水素反応が行われる。また、脱水素反応に対して熱を供給する流体は、積層構造内における第二流路を流れることができる。第二流路を流れる流体は、板状部材を熱交換用の部材として、第一流路における有機ハイドライドの脱水素反応に対して熱を供給することができる。積層構造とした場合、脱水素反応のための触媒の表面積（すなわち板状の脱水素触媒の表面積）と、熱交換に係る部分の面積（すなわち板状部材の表面積）とが、等しくなるように構成することができる。従って、脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことができる。また、脱水素触媒と板状部材との間の隙間を狭くすることによって、脱水素反応のためのスペースを狭くすることも可能となる。従来のチューブ型の反応器においては、粒状の触媒が充填されている全体が脱水素反応のためのスペースとなるため、熱交換後の熱の拡散の影響が大きくなる。一方、本発明においては、脱水素反応のためのスペースを狭くすることで、熱交換後の熱の拡散の影響を小さくすることができる。従って、脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことができる。脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことが可能となることにより、システム起動時から脱水素反応の開始までに要する時間を大幅に短くすることができる。更に、システム停止後に再び運転を開始する場合も、速やかに運転再開することが可能となる。更に、熱供給に係るエネルギーのロスを少なくすることができるため、システムの起動エネルギーを削減することができる。また、効率的な伝熱構造とすることで、反応器を小さくすることが可能となる。更に、脱水素触媒は板状であって積層される構造であるため、脱水素触媒の交換も容易になる。

また、本発明に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムでは、第二流路への流体の供給を停止すると共に第一流路への有機ハイドライドの供給を継続することによって、余熱による有機ハイドライドの脱水素を行う余熱脱水素手段と、第一流路への有機ハイドライドの供給を停止すると共に、第一流路への空気の供給を行うことによって、脱水素触媒の触媒再生を行う触媒再生手段と、を備えることが好ましい。このように余熱を用いた脱水素反応や触媒再生を行うことで、エネルギーを効率的に利用することができる。また、このようなシステム停止時におけるエネルギーの効率的な利用は、反応器における熱供給を効率的に行い、熱供給に係るエネルギーのロスを削減できることによって可能となる。

また、本発明に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムにおいて、反応器は、熱電供給機器から熱を供給されることが好ましい。熱と電力を発生することのできる熱電供給器を用いることで、脱水素反応のための熱が反応器に供給されると共に、例えば、システム運転などのために電力を有効に利用することができる。

具体的には、熱電供給機器として、ＳＯＦＣまたはエンジン発電機を用いることができる。

また、有機ハイドライドがメチルシクロヘキサンであり、その脱水素化物がトルエンであることが好ましい。

有機ハイドライド型水素ステーションは、上述の熱交換型有機ハイドライド脱水素システムを備えている。これによって、有機ハイドライド型水素ステーションは、上述と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、脱水素反応に対して効率よく熱を供給することができる。

本発明の実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムを適用した有機ハイドライド型水素ステーションの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムのブロック構成及びリアクタの構成を示す図である。 システム起動時におけるリアクタの熱履歴を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムのシステム停止処理の内容を示すフローチャートである。 システム停止時によって高温ガスの供給が停止された後におけるリアクタの熱履歴を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムを適用した有機ハイドライド型水素ステーションの構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システムのブロック構成及びリアクタの構成を示す図である。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物である。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてローリーなどによって熱電供給型有機ハイドライドステーション１００へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨと称する）を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる。

図１に示すように、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１が適用された熱電供給型有機ハイドライドステーション１００は、燃料電池自動車、及び水素エンジン車に水素を供給することができる。なお、熱電供給型有機ハイドライドステーション１００は、有機ハイドライド自動車に対しては、有機ハイドライドを供給することができる。熱電供給型有機ハイドライドステーション１００は、脱水素反応器２、水素精製器３、バッファタンク４、水素圧縮機５、蓄圧器６、ディスペンサ７、熱電供給機器８、ＭＣＨ供給装置９、燃料供給装置１０、制御装置（余熱脱水素手段、触媒再生手段）１１を備えて構成されている。

脱水素反応器２は、脱水素触媒を用いた脱水素反応によってＭＣＨから水素を取り出すと共に、取り出した水素と脱水素化物であるトルエンを分離する機器である。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応器２は熱電供給機器８から高温ガス（流体）を介して熱を供給される。脱水素反応器２は、取り出した水素を水素精製器３に供給し、分離されたトルエンを回収する。

水素精製器３は、脱水素反応器２で取り出された水素を更に精製する機器である。バッファタンク４は、精製された水素を貯留することのできるタンクである。水素圧縮機５は、バッファタンク４に貯留された水素を圧縮することのできる機器である。水素圧縮機５は、熱電供給型有機ハイドライドステーション１００の中でも特に電力が必要とされる機器である。蓄圧器６は、水素圧縮機５で圧縮された水素を高圧状態にて貯留しておくことのできる機器である。ディスペンサ７は、蓄圧器６に貯留されている高圧水素を燃料電池車などに供給することのできる機器である。

熱電供給機器８は、熱と電気を同時に供給することのできる機器であり、例えばＳＯＦＣやエンジン発電機を適用することができる。熱電供給機器８は、例えば、排ガス用の配管を介して脱水素反応器２と接続されている。これによって、熱電供給機器８は、脱水素反応器２に高温ガスを供給することによって、当該脱水素反応器２に熱を供給することができる。また、熱電供給機器８は、発生させた電力を水素圧縮機５、及び熱電供給型有機ハイドライドステーション１００の他の機器に供給することができる（なお、熱電供給型有機ハイドライドステーション１００内の各機器は、外部の系統電力から電力を供給されることもできる）。更に、熱電供給機器８は、発生させた電力を、電気自動車に電力を供給するための蓄電器に供給し、あるいは売電することもできる。

ＭＣＨ供給装置９は、脱水素反応器２にＭＣＨを供給することのできる機器であり、ポンプなどによって構成されている。燃料供給装置１０は、熱電供給機器８に対して燃料を供給することのできる機器である。ＭＣＨ供給装置９及び燃料供給装置１０は、運転状況にあわせて供給量を制御することが可能である。

制御装置１１は、熱電供給型有機ハイドライドステーション１００及び熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１の全体的な制御を行うことのできる装置である。制御装置１１は、熱電供給型有機ハイドライドステーション１００内の各機器、及び図示されていない機器やセンサのぞれぞれと電気的に接続されており、システム内における入力信号を取得すると共に、各機器に対して制御信号を出力することができる。なお、図１においては制御装置１１と各機器の電気的な接続関係は省略されている。

図２に示すように、熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は、熱電供給機器８、ＭＣＨ供給装置９、燃料供給装置１０、制御装置１１、空気供給装置１２、リアクタ（反応器）２０、温度センサ１９を備えている。空気供給装置１２は、リアクタ２０に対して空気を供給することのできる装置である。リアクタ２０及び温度センサ１９は、脱水素反応器２に組み込まれている。温度センサ１９は、リアクタ２０の温度を検出し、当該検出信号を制御装置１１に出力することができる。本実施形態においてリアクタ２０の温度とは、触媒層入口部分の温度である。なお、制御装置１１は、燃料供給装置１０による燃料供給量を調整することでリアクタ２０に対する高温ガスの供給開始・供給停止・供給量調整を行ってもよく、あるいは熱電供給機器８を制御（例えばバルブの調整など）することで高温ガスの供給開始・供給停止・供給量調整を行ってもよい。

リアクタ２０は、ＭＣＨを脱水素することによって水素を取り出すことのできる反応器である。なお、説明のために、紙面における上下方向に基づいて「上」や「下」などの語を用いるが、リアクタ２０をシステム内に組み込むときは、特に上下方向は限定されず、リアクタ２０は、どのような姿勢で組み込まれてもよい。リアクタ２０は、上壁２０ａ、下壁２０ｂ、側壁２０ｃ，２０ｄで囲まれた内部空間に、板状の脱水素触媒プレート（板状の脱水素触媒）２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、伝熱プレート（板状部材）２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄと、仕切プレート（板状部材）２３Ａ，２３Ｂとを積層させることによって構成されている。各プレートは、同形状、同面積となるように構成されており、互いに水平となるように積層されている。

具体的には、上から順に脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが配置されている。仕切プレート２３Ａは、脱水素触媒プレート２１Ａと脱水素触媒プレート２１Ｂとの間に配置され、仕切プレート２３Ｂは、脱水素触媒プレート２１Ｃと脱水素触媒プレート２１Ｄとの間に配置される。また、伝熱プレート２２Ａは、脱水素触媒プレート２１Ａと離間して隣り合うように当該脱水素触媒プレート２１Ａの上側に配置される。伝熱プレート２２Ｂは、脱水素触媒プレート２１Ｂと離間して隣り合うように当該脱水素触媒プレート２１Ｂの下側に配置される。伝熱プレート２２Ｃは、脱水素触媒プレート２１Ｃと離間して隣り合うように当該脱水素触媒プレート２１Ｃの上側に配置される。伝熱プレート２２Ｄは、脱水素触媒プレート２１Ｄと離間して隣り合うように当該脱水素触媒プレート２１Ｄの下側に配置される。

以上により、リアクタ２０には、ＭＣＨが流れるＭＣＨ流路（第一流路）２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ，２４Ｈと、高温ガス流路（第二流路）２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが形成される。ＭＣＨ流路は、脱水素触媒プレートに沿って延びている。すなわち、ＭＣＨ流路内を流れるＭＣＨが、脱水素触媒プレートと接触して脱水素反応をしながら流れる。また、高温ガス流路は、伝熱プレートに沿って延びている。すなわち、高温ガス流路が、伝熱プレートと接触することによって、ＭＣＨ流路を流れるＭＣＨに熱を供給しながら流れる。

具体的に、ＭＣＨ流路２４Ａは、伝熱プレート２２Ａと脱水素触媒プレート２１Ａとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｂは、仕切プレート２３Ａと脱水素触媒プレート２１Ａとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｃは、仕切プレート２３Ａと脱水素触媒プレート２１Ｂとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｄは、脱水素触媒プレート２１Ｂと伝熱プレート２２Ｂとの間に形成される。また、ＭＣＨ流路２４Ｅは、伝熱プレート２２Ｃと脱水素触媒プレート２１Ｃとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｆは、仕切プレート２３Ｂと脱水素触媒プレート２１Ｃとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｇは、仕切プレート２３Ｂと脱水素触媒プレート２１Ｄとの間に形成される。ＭＣＨ流路２４Ｈは、脱水素触媒プレート２１Ｄと伝熱プレート２２Ｄとの間に形成される。

更に、高温ガス流路２５Ａは、上壁２０ａと伝熱プレート２２Ａとの間に形成される。高温ガス流路２５Ｂは、伝熱プレート２２Ｂと伝熱プレート２２Ｃとの間に形成される。高温ガス流路２５Ｃは、伝熱プレート２２Ｄと下壁２０ｂとの間に形成される。

リアクタ２０のリアクタ容積は、１ｍ^３以下に設定することができる。すなわち、リアクタ２０の大きさを従来のチューブ型のリアクタに比して大幅に小さくすることができる。なお、リアクタ容積とは、上壁２０ａ、下壁２０ｂ、側壁２０ｃ，２０ｄ、及びリアクタ２０の長手方向における図示されない端壁（ＭＣＨ流路及び高温ガス流路の供給口側の端部と出口側の端部における端壁）に取り囲まれる内部空間の容積である。本実施形態に係る熱電供給型有機ハイドライドステーション１００は、標準的な水素ステーションのステーションサイズである３００Ｎｍ^３／ｈ級の水素発生が可能であり、このときのリアクタ２０に対するＭＣＨ流量は、約６００Ｌ／ｈである。

ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈにおける反応スペースの大きさ、すなわち各プレート同士の間の隙間の大きさは、２０μｍ以上、１００μｍ以下に設定することができる。このように、反応スペースを狭く設定することによって、熱交換後の熱の拡散の影響を少なくすることができる。高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの通過スペースの大きさ、すなわち各プレート同士の間の隙間の大きさは、１０００μｍ程度に設定することができる。脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、陽極酸化アルミナプレート上に白金を担持したものである。脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの製造方法は、アルミニウムプレートの両面を陽極酸化処理することでアルミナとし、その上に白金前駆体溶液を含浸し、乾燥、焼成する工程を有する。この他、活性金属として、パラジウム、ニッケル、スズ、レニウム、ロジウム、イリジウムなどが、プレート担体としては、チタニア、ジルコニア、セリア、シリカなどが適用できる。また、伝熱プレート２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ及び仕切プレート２３Ａ，２３Ｂの材質として、アルミニウム、ＳＵＳ、ニッケル、チタン、ジルコニウムなどを適用することができる。脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ、伝熱プレート２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ及び仕切プレート２３Ａ，２３Ｂの厚みは、２００〜１０００μｍに設定することができる。リアクタ２０の上壁２０ａ、下壁２０ｂ、側壁２０ｃ，２０ｄも伝熱プレート２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ及び仕切プレート２３Ａ，２３Ｂと同じ材質・厚みで構成してもよい。

このようなリアクタ２０に対して、制御装置１１は、ＭＣＨ供給装置９を制御してＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨへのＭＣＨの供給及び供給停止を行うことができる。また、制御装置１１は、空気供給装置１２を制御してＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈへの空気の供給及び供給停止を行うことができる。また、制御装置１１は、燃料供給装置１０や熱電供給機器８を制御して高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃへの高温ガスの供給・停止を行うことができる。更に、システム停止時において、制御装置１１は、高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃへの高温ガスの供給を停止すると共にＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨへのＭＣＨの供給を継続することによって、余熱によるＭＣＨの脱水素を行うことができる。更に、その後、制御装置１１は、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨへのＭＣＨの供給を停止すると共に、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈへの空気の供給を行うことによって、脱水素触媒の触媒再生を行うことができる。

次に、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１の運転方法について説明する。以下の説明では、３００Ｎｍ^３／ｈ級の熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１であって、熱電供給機器８として、エンジン発電機を適用した場合における例について説明する。

まず、システム起動時において、制御装置１１は、燃料供給装置１０を起動させて熱電供給機器８で高温ガスを発生させることによって、高温ガスをリアクタ２０の高温ガス流路２５Ａ,２５Ｂ，２５Ｃに流す。制御装置１１は、温度センサ１９の検出信号に基づいて、リアクタ２０の温度が３００℃程度になったタイミングで、ＭＣＨ供給装置９を起動させてリアクタ２０のＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨにＭＣＨを流す。図３は、システム起動時におけるリアクタ２０の熱履歴の実験結果を示すグラフである。図３に示すように、６〜７分程度でＭＣＨ投入可能な温度まで昇温可能であり、約１０分程度で水素が発生したことが確認された。

次に、停止時の運転方法について図４及び図５を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１のシステム停止処理の内容を示すフローチャートである。図４の処理は、システム停止時において、制御装置１１内において所定のタイミングで実行される。図５は、システム停止時によって高温ガスの供給が停止された後におけるリアクタ２０の熱履歴の実験結果を示すグラフである。図４に示すように、制御装置１１は、高温ガス流路２５Ａ,２５Ｂ，２５Ｃに対する高温ガスの供給を停止する一方で、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈに対するＭＣＨの供給を継続する（ステップＳ１０）。このとき、リアクタ２０内の余熱によって、ＭＣＨの脱水素反応が継続して行われる。制御装置１１は、リアクタ２０の温度が所定の閾値以下となっているか否かの判定を行う（ステップＳ２０）。Ｓ２０においてリアクタ２０の温度が閾値以下となっていないと判定した場合、制御装置１１は、ＭＣＨの供給を継続する。図５に示す実験において、制御装置１１は、リアクタ２０の温度が３５０℃程度となるまで、ＭＣＨの供給を継続した。本実験では、余熱によって約２．５Ｎｍ^３の水素が得られた。

Ｓ２０においてリアクタ２０の温度が閾値（約３５０℃）以下となったと判定した場合、制御装置１１は、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈに対するＭＣＨの供給を停止する（ステップＳ３０）。更に、制御装置１１は、空気供給装置１２を起動させ、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈに対して空気を供給する（ステップＳ４０）。脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面には、脱水素反応によってコークや硫黄分等が付着する。Ｓ４０で空気を流すことによって、脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのコークや硫黄分等は、空気と反応することで除去される。これによって、脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの触媒再生が行われる。制御装置１１は、リアクタ２０の温度が所定の閾値以下となっているか否かの判定を行う（ステップＳ５０）。Ｓ５０においてリアクタ２０の温度が閾値以下となっていないと判定した場合、制御装置１１は、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈに対する空気の供給を継続する。Ｓ５０において、リアクタ２０の温度が閾値（約２００℃）以下となっていると判定した場合、制御装置１１は、熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１のシステムを停止する（ステップＳ６０）。システムが停止することにより、図４に示す処理が終了する。図５に示すように、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は、従来のチューブ型のリアクタに比してリアクタ２０の温度が下がるのに、非常に長い時間がかかる。従って、その間に余熱による脱水素反応や再生処理を十分に行うことができる。

本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は、熱交換の効率が良く、速やかにリアクタ２０の温度を昇温することができる。従って、熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は、システム停止処理の途中に運転再開の指令が入った場合であっても、速やかに脱水素反応を再開することができる。図５には、システム停止処理中の各タイミングにおける回復時間が示されている。回復時間とは、運転再開の指令が入り、制御装置１１が再び高温ガスをリアクタ２０に供給してから、リアクタ２０が脱水素反応可能となる温度となるまでに要する時間である。例えば、リアクタ２０の温度低下が始まってから１００分経過した後でも、６分程度で速やかに回復することができる。このように熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は停止状態から速やかに回復することができるため、停止と起動が頻繁に繰り返されるような使用状況に対応することができる。

次に、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１の作用・効果について説明する。

熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１において、ＭＣＨは、ＭＣＨ流路２４Ａ内を脱水素触媒プレート２１Ａに沿って流れることによって、脱水素反応が行われる。また、脱水素反応に対して熱を供給する高温ガスは、積層構造内における高温ガス流路２５Ａを流れることができる。高温ガス流路２５Ａを流れる高温ガスは、伝熱プレート２２Ａを熱交換用の部材として、ＭＣＨ流路２４ＡにおけるＭＣＨの脱水素反応に対して熱を供給することができる。他の脱水素触媒プレート、伝熱プレート、ＭＣＨ流路、高温ガス流路においても、同様の作用となる。

ここで、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１は、板状の脱水素触媒プレート２１Ａ〜２１Ｄと伝熱プレート２２Ａ〜２２Ｄ、及び仕切プレート２３Ａ，２３Ｂを積層させる構成となっている。このような積層構成では、ＭＣＨ流路２４Ａと高温ガス流路２５Ａとが伝熱プレート２２Ａを介して隣り合うような構成とすることができる。また、ＭＣＨ流路２４Ｄと高温ガス流路２５Ｂとが伝熱プレート２２Ｂを介して隣り合うような構成とすることができる。また、ＭＣＨ流路２４Ｅと高温ガス流路２５Ｂとが伝熱プレート２２Ｃを介して隣り合うような構成とすることができる。また、ＭＣＨ流路２４Ｈと高温ガス流路２５Ｃとが伝熱プレート２２Ｄを介して隣り合うような構成とすることができる。なお、ＭＣＨ流路２４Ｂ，２４Ｃは高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂと直接隣り合ってはいない。しかし、伝熱効率の良い積層構造によって、ＭＣＨ流路２４Ｂ，２４Ｃを流れるＭＣＨは、伝熱プレート２２Ａ，２２Ｂ、脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ、仕切プレート２３Ａを介して、高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂからの熱を効率よく受け取ることができる。このとき、伝熱プレート２２Ａ，２２Ｂ、脱水素触媒プレート２１Ａ，２１Ｂ、仕切プレート２３Ａはいずれも熱交換用の部材として機能することができる。同様に、ＭＣＨ流路２４Ｆ，２４Ｇを流れるＭＣＨは、伝熱プレート２２Ｃ，２２Ｄ、脱水素触媒プレート２１Ｃ，２１Ｄ、仕切プレート２３Ｂを介して、高温ガス流路２５Ｂ，２５Ｃからの熱を効率よく受け取ることができる。このとき、伝熱プレート２２Ｃ，２２Ｄ、脱水素触媒プレート２１Ｃ，２１Ｄ、仕切プレート２３Ｂはいずれも熱交換用の部材として機能することができる。

本実施形態のような積層構造とした場合、脱水素反応のための触媒の表面積（すなわち板状の脱水素触媒プレートの表面積）と、熱交換に係る部分の面積（すなわち各プレートの表面積）とが、等しくなるように構成することができる。従って、脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことができる。また、脱水素触媒プレートと伝熱プレートや仕切プレートとの間の隙間を狭くすることによって、脱水素反応のためのスペースであるＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈが狭く構成されている。従来のチューブ型の反応器においては、粒状の触媒が充填されている部分の全体が脱水素反応のためのスペースとなるため、熱交換後の熱の拡散の影響が大きくなる。一方、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１においては、脱水素反応のためのスペースを狭くすることで、熱交換後の熱の拡散の影響を小さくすることができる。従って、脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことができる。脱水素反応に対する熱の供給を効率的に行うことが可能となることにより、システム起動時から脱水素反応の開始までに要する時間を大幅に短くすることができる。更に、システム停止後に再び運転を開始する場合も、速やかに運転再開することが可能となる。更に、伝熱に係るエネルギーのロスを少なくすることができるため、システムの起動エネルギーを削減することができる。また、効率的な伝熱構造とすることで、リアクタ２０を小さくすることが可能となる。

また、本実施形態に係る熱交換型有機ハイドライド脱水素システム１では、システム停止時において、高温ガス流路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃへの高温ガスの供給が停止されると共にＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨへのＭＣＨの供給が継続される（ステップＳ２０）。これによって、余熱によるＭＣＨの脱水素反応が継続して行われる。また、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４ＨへのＭＣＨの供給が停止される（ステップＳ３０）と共に、ＭＣＨ流路２４Ａ〜２４Ｈへの空気の供給が行われる（ステップＳ４０）。これによって、脱水素触媒プレート２１Ａ〜２１Ｄの触媒再生が行われる。このように余熱を用いた脱水素反応や触媒再生を行うことで、エネルギーを効率的に利用することができる。また、このようなシステム停止時におけるエネルギーの効率的な利用は、リアクタ２０における熱供給を効率的に行い、熱供給に係るエネルギーのロスを削減できることによって可能となる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、リアクタ２０の各プレートの積層枚数は限定されず、図２に示すものより、更に脱水素触媒プレート、伝熱プレート、仕切プレートを積層させてもよい。また、各プレートの積層パタンも図２に示すものに限定されない。例えば、積層方向の一方から他方へ向かって、高温ガス流路、伝熱プレート、ＭＣＨ流路、脱水素触媒プレート、ＭＣＨ流路、伝熱プレート、高温ガス流路という順番の積層パタンとしてもよい。あるいは、仕切プレートをなくし、積層方向において脱水素触媒プレートのみで挟まれるＭＣＨ流路を形成してもよい。

また、上述の実施形態においては、有機ハイドライド型水素ステーションとして、高温ガス及び電気を供給することのできる熱電供給機器８を適用した熱電供給型有機ハイドライドステーション１００について説明したが、これに限定されない。すなわち、熱電供給機器に代えて電気を発生せずに高温ガスのみを供給することのできるガス加熱器を適用した有機ハイドライド型水素ステーションであってもよい。

１…熱交換型有機ハイドライド脱水素システム、８…熱電供給機器、１１…制御装置（余熱脱水素手段、触媒再生手段）、２０…リアクタ（反応器）、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…脱水素触媒プレート（板状の脱水素触媒）、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…伝熱プレート（板状部材）、２３Ａ，２３Ｂ…仕切プレート（板状部材）、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ，２４Ｈ…ＭＣＨ流路（第一流路）、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…高温ガス流路（第二流路）、１００…熱電供給型有機ハイドライドステーション（有機ハイドライド型水素ステーション）。

Claims (6)

1. 反応器で有機ハイドライドを脱水素する熱交換型有機ハイドライド脱水素システムであって、
   前記反応器は、
   板状の脱水素触媒と板状部材とを積層させることによって構成されると共に、
   互いに対向する前記板状の脱水素触媒と前記板状部材との間に形成され、前記脱水素触媒に沿って前記有機ハイドライドが流れる第一流路と、
   前記板状部材を介して前記第一流路と隣り合い、脱水素反応に対して熱を供給する流体が、前記脱水素反応に対して熱を供給することのできる温度とされた状態で供給されて流れる第二流路と、を有することを特徴とする熱交換型有機ハイドライド脱水素システム。
2. 前記第二流路への前記流体の供給を停止すると共に前記第一流路への前記有機ハイドライドの供給を継続することによって、余熱による前記有機ハイドライドの脱水素を行う余熱脱水素手段と、
   前記第一流路への前記有機ハイドライドの供給を停止すると共に、前記第一流路への空気の供給を行うことによって、前記脱水素触媒の触媒再生を行う触媒再生手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換型有機ハイドライド脱水素システム。
3. 前記反応器は、熱電供給機器から熱を供給されることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換型有機ハイドライド脱水素システム。
4. 前記熱電供給機器がＳＯＦＣまたはエンジン発電機であることを特徴とする請求項３記載の熱交換型有機ハイドライド脱水素システム。
5. 前記有機ハイドライドがメチルシクロヘキサンであり、その脱水素化物がトルエンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の熱交換型有機ハイドライド脱水素システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の熱交換型有機ハイドライド脱水素システムを備える有機ハイドライド型水素ステーション。

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