JP6924596B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus.
従来、水素を得るための水素製造装置としては、改質装置で原料である炭化水素と水蒸気(水)を反応させて改質ガスに改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置へ供給するものが知られている。 Conventionally, as a hydrogen production device for obtaining hydrogen, a hydrocarbon as a raw material is reacted with steam (water) in a reformer to reform it into a reformed gas, and then supplied to a PSA (Pressure Swing Adsorption) device. Things are known.
このような水素製造装置において、装置内で発生する水を改質器の反応側に供給することによって、水素の製造を行っている。また、装置内の水が不足した場合には、外部の水道水から装置内に水を補給して改質ガス(水素)の製造性能を維持している。 In such a hydrogen production apparatus, hydrogen is produced by supplying water generated in the apparatus to the reaction side of the reformer. In addition, when the water in the device is insufficient, water is replenished in the device from external tap water to maintain the production performance of the reformed gas (hydrogen).
この際、水道水中のナトリウムイオンを含むカチオン成分等不純物を除去するために水処理器(カチオン交換樹脂)を水道水供給ラインに設けることが記載されている(例えば、特許文献1参照)。このように、水道水中のパーティクルやイオン化物質を水道水補給ラインで除去することにより、改質器に供給する水供給ライン上に設けられた水処理器(カチオン交換樹脂)の負荷を低減することができるとされている。 At this time, it is described that a water treatment device (cation exchange resin) is provided in the tap water supply line in order to remove impurities such as cation components containing sodium ions in tap water (see, for example, Patent Document 1). In this way, by removing particles and ionized substances in tap water at the tap water supply line, the load on the water treatment device (cation exchange resin) provided on the water supply line supplied to the reformer can be reduced. Is said to be possible.
しかし、上記特許文献1記載の水素製造装置は、水道水補給ライン上に新たに水処理器を設けなければならない。 However, in the hydrogen production apparatus described in Patent Document 1, a new water treatment device must be provided on the tap water supply line.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、装置内の水が不足した場合に、水道水を補給することなく水素製造性能を維持できる水素製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus capable of maintaining hydrogen production performance without replenishing tap water when the water in the apparatus is insufficient. ..
第1態様では、炭化水素を原料として供給されると共に、原料である炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも下流側の前記改質ガスの流路を介して前記改質器と接続され、前記改質ガスの除湿を行う第1除湿器と、前記改質ガスの流路を介して前記第1除湿器と接続され、前記第1除湿器で除湿された前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記改質ガスの流路を介して前記圧縮機と接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの除湿を行う第2除湿器と、前記改質ガスの流路を介して前記第2除湿器と接続され、前記第2除湿器で除湿された前記改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、前記第1除湿器、前記第2除湿器及び前記改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水を貯留する回収水タンクと、前記回収水タンクから前記改質器の反応側に連通する回収水供給流路と、前記改質器の反応側に酸素を供給する反応用酸素供給流路と、前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通又は遮断する切替手段と、を備える。 In a first aspect, the hydrocarbon is supplied as a raw material, a reformer for generating a reformed gas to hydrocarbon as a raw material is reformed as a main component hydrogen, than the reformer A first dehumidifier that is connected to the reformer via the flow path of the reforming gas on the downstream side and dehumidifies the reforming gas, and the first dehumidifier via the flow path of the reforming gas. And a compressor that compresses the reformed gas dehumidified by the first dehumidifier, and the modified gas that is connected to the compressor via the flow path of the reformed gas and compressed by the compressor. A second dehumidifier that dehumidifies the quality gas and the reformed gas that is connected to the second dehumidifier via the flow path of the reformed gas and dehumidified by the second dehumidifier are converted into impurities and hydrogen. A hydrogen purifier that separates and purifies hydrogen, a recovered water tank that stores recovered water recovered from the flow path of combustion exhaust gas of the first dehumidifier, the second dehumidifier, and the reformer, and the above. The recovered water supply flow path communicating from the recovered water tank to the reaction side of the reformer, the reaction oxygen supply flow path for supplying oxygen to the reaction side of the reformer, the reaction oxygen supply flow path, and the above. A switching means for communicating with or shutting off the reaction side of the reformer is provided.
第1態様によれば、改質器よりも下流側の第1除湿器、第2除湿器及び改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水が回収水タンクに貯留される。回収水タンクから回収水供給流路に供給された水は、原料である炭化水素と共に改質器に供給され、水蒸気改質反応によって改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、それ自体を最終製品としても良いし、さらに水素濃度を高めるために精製しても良い。 According to the first aspect, the recovered water recovered from the flow path of the combustion exhaust gas of the first dehumidifier, the second dehumidifier, and the reformer on the downstream side of the reformer is stored in the recovered water tank. The water supplied from the recovered water tank to the recovered water supply channel is supplied to the reformer together with the hydrocarbon as a raw material, and a reforming gas is generated by a steam reforming reaction. The reformed gas produced may itself be a final product, or may be purified to further increase the hydrogen concentration.
ところで、水蒸気改質反応で改質ガスを生成する能力(水素製造性能)が装置内の水量(水不足)で制限される場合、あるいは制限されるおそれが大きい場合には、切替手段により反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、燃料用酸素が改質器の反応側に供給され、炭化水素と酸素により部分酸化改質反応を生じる。すなわち、装置全体で水が不足してきた場合には、水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することによって、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。 By the way, if the ability to generate reformed gas in the steam reforming reaction (hydrogen production performance) is limited by the amount of water in the device (water shortage), or if there is a high possibility that it will be limited, oxygen for reaction is used by the switching means. The supply flow path and the reaction side of the reformer are communicated with each other. As a result, oxygen for fuel is supplied to the reaction side of the reformer, and the hydrocarbon and oxygen cause a partial oxidation reforming reaction. That is, when water becomes insufficient in the entire device, hydrogen production performance is maintained without supplying tap water to the device by producing a reformed gas by both the steam reforming reaction and the partial oxidation reforming reaction. can do.
一方で、水が十分にある時は、切替手段により反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを遮断し、水蒸気改質反応を主に運転することで、改質ガス中の不純成分を減らし水素濃度を高く運転することができる。 On the other hand, when there is sufficient water, the oxygen supply channel for reaction and the reaction side of the reformer are blocked by the switching means, and the steam reforming reaction is mainly operated to impure the reformed gas. It is possible to reduce the components and operate at a high hydrogen concentration.
第2態様では、前記回収水タンクの水位が第1閾値以下となった場合に、前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通させ、前記水位が第2閾値を超えている場合には前記切替手段を駆動して前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを遮断させる制御手段を備える。 In the second aspect, when the water level of the recovered water tank becomes equal to or lower than the first threshold value, the switching means is driven to communicate the reaction oxygen supply flow path with the reaction side of the reformer. When the water level exceeds the second threshold value, a control means for driving the switching means to shut off the reaction oxygen supply flow path and the reaction side of the reformer is provided.
第2態様によれば、回収水タンクの水位が第1閾値以下となった場合には、制御手段が切替手段を駆動して反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、燃料用酸素が改質器の反応側に供給され、炭化水素と酸素により部分酸化改質反応を生じる。すなわち、装置全体で水が不足してきた場合には、水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することによって、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。 According to the second aspect, when the water level of the recovered water tank becomes equal to or lower than the first threshold value, the control means drives the switching means to communicate the reaction oxygen supply flow path with the reaction side of the reformer. .. As a result, oxygen for fuel is supplied to the reaction side of the reformer, and the hydrocarbon and oxygen cause a partial oxidation reforming reaction. That is, when water becomes insufficient in the entire device, hydrogen production performance is maintained without supplying tap water to the device by producing a reformed gas by both the steam reforming reaction and the partial oxidation reforming reaction. can do.
一方、回収水タンクの水位が第2閾値を超えた場合には、制御手段が切替手段を駆動して反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを遮断させる。これにより、水蒸気改質反応を主に改質器を運転することで、改質ガス中の不純成分を減らし水素濃度を高く運転することができる。 On the other hand, when the water level of the recovered water tank exceeds the second threshold value, the control means drives the switching means to shut off the reaction oxygen supply flow path and the reaction side of the reformer. As a result, by mainly operating the reformer for the steam reforming reaction, it is possible to reduce the impure component in the reformed gas and operate the hydrogen concentration at a high level.
また、回収水タンクの水位によって反応を切り替えることにより、水素製造装置が水切れをおこすことなく自動で運転を継続することができる。 Further, by switching the reaction according to the water level of the recovered water tank, the hydrogen production apparatus can automatically continue the operation without running out of water.
第3態様では、前記回収水タンクには、水位を検出する水位検出手段を備え、前記制御手段は、前記水位検出手段が検出した水位に基づいて前記切替手段を切り替える。 In the third aspect, the recovered water tank is provided with a water level detecting means for detecting the water level, and the controlling means switches the switching means based on the water level detected by the water level detecting means.
第3態様によれば、水位検出手段で検出された回収水タンクの水位が第1閾値以下の場合には、制御手段が切替手段を切り替えて反応用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させる。これにより、改質器において水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の両方によって改質ガスを製造することができ、装置に水道水を補給することなく水素製造性能を維持することができる。 According to the third aspect, when the water level of the recovered water tank detected by the water level detecting means is equal to or lower than the first threshold value, the control means switches the switching means to switch the reaction oxygen supply flow path and the reaction side of the reformer. To communicate with. As a result, the reformed gas can be produced by both the steam reforming reaction and the partial oxidation reforming reaction in the reformer, and the hydrogen production performance can be maintained without supplying tap water to the apparatus.
第4態様では、前記反応用酸素供給流路は、前記改質器の燃焼側に酸素を供給する燃焼用酸素供給路と前記改質器の反応側とを連通させている。 In the fourth aspect, the reaction oxygen supply flow path communicates the combustion oxygen supply path for supplying oxygen to the combustion side of the reformer with the reaction side of the reformer.
第4態様によれば、反応用酸素供給流路は燃焼用酸素供給流路と改質器の反応側とを連通させている。したがって、改質器の反応側に供給する酸素と、改質器の燃焼側に供給する酸素を同一の供給源から供給することができる。 According to the fourth aspect, the reaction oxygen supply flow path communicates the combustion oxygen supply flow path with the reaction side of the reformer. Therefore, the oxygen supplied to the reaction side of the reformer and the oxygen supplied to the combustion side of the reformer can be supplied from the same source.
第5態様では、前記改質器で生成された改質ガスに対して前記炭化水素と前記酸素との部分酸化反応により生ずる改質ガスが占める割合に応じて水素精製度を維持するように前記水素精製器を制御する。 In the fifth aspect, the degree of hydrogen purification is maintained according to the ratio of the reformed gas generated by the partial oxidation reaction between the hydrocarbon and the oxygen to the reformed gas generated by the reformer. Control the hydrogen purifier.
第5態様によれば、部分酸化反応を行うと、改質ガス中の不純物成分が増える。そこで、改質器で生成された改質ガスに対して部分酸化反応で生成された改質ガスが占める割合に応じて水素精製器の制御(運転パターンの変更)を行う。これにより、改質器で部分酸化改質反応がない場合と同様の精製水素濃度を維持することができる。 According to the fifth aspect, when the partial oxidation reaction is carried out, the impurity component in the reformed gas increases. Therefore, the hydrogen purifier is controlled (change of operation pattern) according to the ratio of the reformed gas generated by the partial oxidation reaction to the reformed gas generated by the reformer. As a result, the purified hydrogen concentration can be maintained in the reformer as in the case where there is no partial oxidation reforming reaction.
本態様では、装置内の水が不足した場合に、水道水を補給することなく水素製造性能を維持できる。 In this embodiment, when the water in the apparatus is insufficient, the hydrogen production performance can be maintained without replenishing tap water.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る水素製造装置10は、多重筒型改質器12(以下、「改質器12」という場合がある)と、第1除湿器14と、圧縮機16と、第2除湿器18と、水素精製器20と、回収水タンク22とを備えている。この水素製造装置10は、炭化水素原料から水素を製造するものである。本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、多重筒型改質器12は、多重に配置された複数の筒状壁30、32、34、36(以下、「複数の筒状壁30〜36」という)を有して構成されている。複数の筒状壁30〜36は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁30〜36のうち内側から一番目の筒状壁30の内部には、燃焼室38が形成されており、この燃焼室38の上部には、バーナ40が下向きに配置されている。バーナ40には、後述するオフガス供給流路70から燃料ガスが供給されると共に、燃焼用空気供給管72から空気が供給されるものである。なお、この燃焼室38及びバーナ40を改質器12の燃焼側という場合がある。
As shown in FIG. 2, the
一番目の筒状壁30と二番目の筒状壁32との間には、燃焼排出ガス流路42が形成されている。燃焼排出ガス流路42の下端部は、燃焼室38と連通されており、燃焼排出ガス流路42の上端部には、ガス排出管44が接続されている。燃焼室38から排出された燃焼排出ガスは、燃焼排出ガス流路42を下側から上側に流れ、ガス排出管44を通じて外部に排出される。
A combustion exhaust
二番目の筒状壁32と三番目の筒状壁34との間には、第一流路46が形成されている。この第一流路46の上部は、予熱流路48として形成されており、この予熱流路48の上端部には、原料供給管50及び改質用水供給管52が接続されている。二番目の筒状壁32と三番目の筒状壁34との間には、螺旋部材54が設けられており、この螺旋部材54により、予熱流路48は、螺旋状に形成されている。なお、第一流路46を改質器12の反応側という場合がある。
A
この予熱流路48には、原料供給管50から都市ガスが供給されると共に、改質用水供給管52から改質用水が供給される。都市ガス及び改質用水は、予熱流路48を上側から下側に流れると共に、二番目の筒状壁32を介して燃焼排出ガスと熱交換され水が気化される。この予熱流路48では、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される。
City gas is supplied to the preheating
第一流路46における予熱流路48の下側には、改質触媒層56が設けられており、予熱流路48にて生成された混合ガスは、改質触媒層56に供給される。改質触媒層56では、燃焼排出ガス流路42を流れる燃焼排出ガスからの熱を受けて混合ガスが水蒸気改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。
A reforming
三番目の筒状壁34と四番目の筒状壁36との間には、第二流路58が形成されている。第二流路58の下端部は、第一流路46の下端部と連通されている。第二流路58の下部は、改質ガス流路60として形成されており、第二流路58の上端部には、改質ガス排出管62が接続されている。
A
第二流路58における改質ガス流路60よりも上側には、CO変成触媒層64が設けられており、改質触媒層56にて生成された改質ガスは、改質ガス流路60を通過した後、CO変成触媒層64に供給される。CO変成触媒層64では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。
A CO
CO変成触媒層64の上側には、酸化剤ガス供給管66が設けられており、第二流路58におけるCO変成触媒層64よりも上側には、CO除去触媒層68が設けられている。酸化剤ガス供給管66を通じて取り入れられた酸化剤ガス、及び、CO変成触媒層64を通過した改質ガスは、CO除去触媒層68に供給される。CO除去触媒層68では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO変成触媒層64及びCO除去触媒層68で一酸化炭素が除去された改質ガスは、改質ガス排出管62を通じて排出される。
An oxidant
なお、図1に示すように、改質器12には、バーナ40に空気を供給する燃焼用空気供給管72が連通されている。また、反応用空気供給管74は、燃焼用空気供給管72と原料供給管50とを連通させている。反応用空気供給管74には、燃焼用空気供給管72と原料供給管50とを連通又は遮断させる電磁切替弁76が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
また、改質器12のガス排出管44には、第3除湿器78が設けられてする。したがって、ガス排出管44において燃焼排出ガスは除湿された後、外部に排出される。第3除湿器78は、多重筒型改質器12から排出された燃焼排出ガスを冷却する機能を有し、燃焼排出ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレインから排出することで、燃焼排出ガスから水蒸気を分離する(除湿する)ものである。
A
第1除湿器14は、図1に示すように、多重筒型改質器12にて生成された改質ガスが送られるものである。第1除湿器14は、多重筒型改質器12から送られた改質ガスを冷却する機能を有し、改質ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレンから排出することで、改質ガスから水蒸気を分離する(除湿する)ものである。
As shown in FIG. 1, the
圧縮機16は、第1除湿器14から送られた改質ガスをポンプで圧縮し、改質ガスの圧力を高めて送り出すものである。
The
第2除湿器18は、図1に示すように、圧縮機16で圧縮された改質ガスが送られるものである。第2除湿器18は、圧縮機16から送られた改質ガスを冷却する機能を有し、改質ガスに含まれた水蒸気を冷却時に凝結して結露させ、その結露水をドレンから排出することで、改質ガスから水蒸気を分離する(除湿する)ものである。
As shown in FIG. 1, the
水素精製器20には、一例として、PSA装置が使用されている。水素精製器20は、第2除湿器18で除湿された改質ガスが送り込まれるものである。この水素精製器20では、改質ガス中の不純物が吸着部に吸着されることにより改質ガスが不純物と水素とに分離され、水素が精製されて製品としての純水素が製造される。なお、吸着部に吸着された不純物は、吸着部の圧抜きをすることにより吸着部から脱離される。また、水素精製器20からのオフガスには、製品水素として用いられなかった残余の水素等が含まれ、改質器12まで連通する還流流路としてのオフガス供給流路70を介して改質器12に供給されバーナ40(図2参照)の燃料として利用される。
As an example, a PSA device is used in the
なお、第1除湿器14、第2除湿器18、第3除湿器78で発生する結露水は、図1に示すように、回収水タンク22に回収される構成である。
As shown in FIG. 1, the condensed water generated in the
回収水タンク22は、改質器12と改質用水供給管52で連通されている。この改質用水供給管52には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)80が設けられている。すなわち、第1除湿器14、第2除湿器18、第3除湿器78から回収された水は、回収水タンク22から水処理器80を経て改質器12の反応側に改質用の水として供給される構成とされている。
The recovered
また、回収水タンク22には、タンク内部の水位を検出する水位検出センサ82が設けられている。
Further, the recovered
さらに、水素製造装置10には、制御部84が設けられており、水位検出センサ82で検出された水位が第1閾値以下となった場合に、電磁切替弁76に操作信号を出力して開弁させ燃焼用空気供給管72と原料供給管50を連通させるものである。
Further, the
一方、水位検出センサ82で検出された水位が第2閾値を上回った場合には、電磁切替弁76に操作信号を出力して閉弁させ燃焼用空気供給管72と原料供給管50を遮断させるものである。この第1閾値と第2閾値は異なる値でも同一の値でも良い。
On the other hand, when the water level detected by the water
以上の水素製造装置10は、例えば、燃料電池システムに適用され、水素製造装置10で製造された水素は、燃料電池システム中の燃料電池に供給され、燃料電池による発電に利用される。あるいは、水素製造装置10で製造された水素が水素タンクに貯留される。
The above
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
水素製造装置10では、多重筒型改質器12の第一流路46(反応側)に、原料供給管50から都市ガスが供給されると共に、改質用水供給管52から改質用の水が供給される。この状態で、多重筒型改質器12ではバーナ40によって加熱されることにより、水蒸気改質反応を生じ、水素を主成分とする改質ガスが生成される。
In the
水素製造装置10の多重筒型改質器12で生成された改質ガスは、第1除湿器14で除湿後、圧縮機16で昇圧される。圧縮機16で昇圧された改質ガスは、第2除湿器18で除湿後、水素精製器20で不純物と水素とに分離され水素が精製される。これにより、水素濃度が99%以上の純水素が製品として得られる。
The reformed gas generated by the
また、改質器12のガス排出管44から排出される燃焼排出ガスは、第3除湿器78で除湿された後、外部に排出される。
Further, the combustion exhaust gas discharged from the
なお、第1除湿器14、第2除湿器18、第3除湿器78で結露された水は回収水タンク22に回収され、水処理器80でカチオン等の溶存イオンが除去された後、改質用水供給管52から改質器12の第一流路46(反応側)に供給されることより、改質器12の改質用水として利用されている。
The water condensed in the
この際、回収水タンク22の水位が水位検出センサ82で検出されている。制御部84では検出された水位が閾値を上回っている場合には、電磁切替弁76を閉弁させたまま維持させる。
At this time, the water level of the recovered
一方、検出された水位が第1閾値以下となった場合には、制御部84は装置全体が水不足である、又は水不足のおそれがあると判定し、電磁切替弁76に操作信号を出力して電磁切替弁76を開弁させる。これにより、燃焼用空気供給管72は原料供給管50と連通し、原料供給管50を介して改質器12と連通する。したがって、燃焼用空気供給管72から反応用空気供給管74、原料供給管50を介して改質器12の第一流路46(反応側)に、燃焼用空気の一部が燃料として供給される。これにより、原料供給管50から改質器12の第一流路46に供給された都市ガス中の炭化水素と空気中の酸素によって部分酸化改質反応を生じる。
On the other hand, when the detected water level becomes equal to or lower than the first threshold value, the
すなわち、水素製造装置10の全体の水が不足して水素製造能力が減少するおそれのある場合には、燃焼用空気の一部を改質器12の反応側に供給することによって改質器12で部分酸化反応を生じさせる。この結果、改質器12では、改質用水と都市ガスによる水蒸気改質反応と部分酸化改質反応によって水素製造性能を維持することができる。
That is, when the entire
このとき、改質器12における水消費量が減少するため改質用水の供給量を減らすことができる。また、改質器12で部分酸化改質反応に用いられなかった空気中の水分(水蒸気)が改質ガス排出管62に供給される。さらに、製造水素量が少ない時や、起動直後には回収水が多くなる。
At this time, since the water consumption in the
この結果、水位検出センサ82で検出された水位が第2閾値を超えた場合には、制御部84は装置全体に十分な水があると判定し、電磁切替弁76に操作信号を出力し、電磁切替弁76を閉弁させる。これにより、燃焼用空気供給管72と原料供給管50が遮断され、改質器12の反応側に空気が供給されることはなくなる。すなわち、改質器12では水蒸気改質反応で改質ガスが生成されるようになる。
As a result, when the water level detected by the water
このように、水素製造装置10では、装置全体で水が不足する(おそれがある)ことを水位検出センサ82の検出値(回収水タンク22の水位)に基づいて制御部84が検出し、電磁切替弁76を開弁させる。これにより、改質器12の反応側に空気を供給して、都市ガス(炭化水素)と空気(酸素)による部分酸化改質反応によって改質ガスの生産量(水素製造性能)の不足分を補うことができる。
In this way, in the
すなわち、第1除湿器14、第2除湿器18、第3除湿器78から回収された水が不足することによって改質器12の水蒸気改質による改質ガスの生産量が不足する場合に、水道水の補給が不要となる。これにより、水道水補給の場合に必要となる水道水用の水処理器等も不要となって装置が簡略化される。
That is, when the amount of reformed gas produced by steam reforming of the
また、燃焼用空気供給管72と原料供給管50を結ぶ反応用空気供給管74に電磁切替弁76を設けているため、必要なとき(回収水が不足した場合)のみ電磁切替弁76を開弁することによって部分酸化改質反応(空気消費量)を最小限に抑制することができ、効率の良い水蒸気改質反応を主に運転することができる。
Further, since the reaction
さらに、制御部84では、水位検出センサ82が検出した回収水タンク22の水位と閾値を比較し、水位が閾値以下となっている場合に装置全体の水が不足していると判断し、電磁切替弁76を開弁して改質器12の反応側に空気を供給している。したがって、装置全体の水不足を精度良く検出することができ、検出された水不足に基づいて改質器12の反応側に水を供給しているため、効率的に部分酸化反応を用いることができる。
Further, the
部分酸化反応を行うと、空気中の窒素も改質ガスに含まれるため、改質ガスの不純物成分が増える。したがって、部分酸化反応と水蒸気改質反応の割合に応じて水素精製器20の運転パターンを変更することで、精製水素濃度を99%以上に保つことができる。例えば、部分酸化反応(不純物)の割合が増加した場合には、水素精製器20の吸着部で圧抜きを行う時間の割合を増加させることで、不純物を吸着部で確実に吸着できるようにすることが考えられる。不純物の種類等によって吸着部に対する吸着状態は異なるため、不純物の種類によって異なる制御で対応することが考えられる。
When the partial oxidation reaction is carried out, nitrogen in the air is also contained in the reformed gas, so that the impurity component of the reformed gas increases. Therefore, the purified hydrogen concentration can be maintained at 99% or more by changing the operation pattern of the
次に、本実施形態の変形例について説明する。 Next, a modified example of this embodiment will be described.
本実施形態では、燃料用空気を反応用空気供給管74から原料供給管50を介して改質器12の反応側に供給する構成としたが、反応用空気供給管74から改質器12の反応側に直接供給する構成としても良い。
In the present embodiment, the fuel air is supplied from the reaction
また、本実施形態では、燃焼用空気供給管72と原料供給管50とを連通する反応用空気供給管74を設けることによって、燃焼用空気の一部を燃料用空気として改質器12の反応側に供給する構成とした。しかし、燃料用の空気を燃焼用空気供給管72と別(燃焼用空気供給管72と非連通)の反応用空気供給管74で原料供給管50又は改質器12の反応側に供給する構成としても良い。
Further, in the present embodiment, by providing the reaction
さらに、本実施形態では、回収水タンク22の水位検出手段として水位検出センサ82を用いたが、これに限定するものではない。例えば、回収水タンク22の閾値(水位)の位置にスイッチを設け、水位低下によりフロートが接触することによりON信号を制御部84に出力し、このON信号に基づいて制御部84が電磁切替弁76を開弁させる構成としても良い。あるいは、回収水タンク22の重量からタンク内部の水位を検出する構成としても良い。
Further, in the present embodiment, the water
また、上記スイッチからの信号を直接電磁切替弁76に出力して電磁切替弁76の開閉を切り替える構成としても良い。この場合には、制御部84を不要とすることができる。
Further, the signal from the switch may be directly output to the
さらに、本実施形態では、水素製造装置10に水素精製器20を設けているが、水素製造装置10は、水素精製器20がない構成でも良い。この場合には、改質ガスを最終製品として用いても良いし、他の場所で水素精製器等によって改質ガスを精製することも考えられる。
Further, in the present embodiment, the
また、上記実施形態では、炭化水素原料の一例として都市ガスが用いられているが、メタンを主成分とする都市ガス以外の炭化水素原料、例えば、プロパンなどの炭化水素を主成分とするガスや、炭化水素系液体が用いられても良い。 Further, in the above embodiment, city gas is used as an example of a hydrocarbon raw material, but a hydrocarbon raw material other than city gas containing methane as a main component, for example, a gas containing a hydrocarbon as a main component such as propane, or , Hydrocarbon-based liquids may be used.
さらに、都市ガス以外の炭化水素原料が用いられる場合に、多重筒型改質器12は、上記以外の構造(使用される炭化水素原料に適した構造)に変更されても良い。
Further, when a hydrocarbon raw material other than city gas is used, the
また、上記実施形態では、水素精製器20として、PSA装置が使用されているが、例えば水素分離膜を有する水素精製装置などが使用されても良い。
Further, in the above embodiment, the PSA device is used as the
さらに、本実施形態に係る水素製造装置10は、燃料電池システムに好適に用いられるが、燃料電池システム以外の機器やシステムに用いられても良い。
Further, although the
また、本実施形態では、圧縮機16の上流側と下流側の双方に第1除湿器14、第2除湿器18を設けたが、圧縮機16の上流側又は下流側のいずれか一方にのみ除湿器を設けても良い。また、第1除湿器14、第2除湿器18がなく、第3除湿器78のみの構成でも良い。さらに、改質ガスの水蒸気を減少させるために、水蒸気分離膜や吸湿剤を利用しても良い。
Further, in the present embodiment, the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and it goes without saying that the present invention can be variously modified and implemented within a range not deviating from the gist thereof. Is.
10…水素製造装置、12…多重筒型改質器(改質器)、20…水素精製器、22…回収水タンク、44…ガス排出管(燃焼排出ガスの流路)50…原料供給管(原料供給流路)、72…燃焼用空気供給管(燃焼用酸素供給流路)、74…反応用空気供給管(反応用酸素供給流路)、76、電磁切替弁(切替手段)、82…水位検出センサ(水位検出手段)、84…制御部(制御手段) 10 ... Hydrogen production equipment, 12 ... Multiple cylinder type reformer (reformer), 20 ... Hydrogen purifier, 22 ... Recovery water tank, 44 ... Gas discharge pipe (combustion exhaust gas flow path) 50 ... Raw material supply pipe (Raw material supply flow path), 72 ... Combustion air supply pipe (combustion oxygen supply flow path), 74 ... Reaction air supply pipe (reaction oxygen supply flow path), 76, Electromagnetic switching valve (switching means), 82 ... Water level detection sensor (water level detection means), 84 ... Control unit (control means)
Claims (5)
前記改質器よりも下流側の前記改質ガスの流路を介して前記改質器と接続され、前記改質ガスの除湿を行う第1除湿器と、
前記改質ガスの流路を介して前記第1除湿器と接続され、前記第1除湿器で除湿された前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記改質ガスの流路を介して前記圧縮機と接続され、前記圧縮機で圧縮された前記改質ガスの除湿を行う第2除湿器と、
前記改質ガスの流路を介して前記第2除湿器と接続され、前記第2除湿器で除湿された前記改質ガスを不純物と水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、
前記第1除湿器、前記第2除湿器及び前記改質器の燃焼排出ガスの流路から回収された回収水を貯留する回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記改質器の反応側に連通する回収水供給流路と、
前記改質器の反応側に酸素を供給する反応用酸素供給流路と、
前記反応用酸素供給流路と前記改質器の反応側とを連通又は遮断する切替手段と、
を備える水素製造装置。 The hydrocarbon is supplied as a raw material, a reformer for generating a reformed gas mainly composed of hydrogen hydrocarbons by reforming a raw material,
A first dehumidifier that is connected to the reformer via a flow path of the reformed gas on the downstream side of the reformer and dehumidifies the reformed gas.
A compressor that is connected to the first dehumidifier via the flow path of the reformed gas and compresses the reformed gas that has been dehumidified by the first dehumidifier.
A second dehumidifier that is connected to the compressor via the flow path of the reformed gas and dehumidifies the reformed gas compressed by the compressor.
A hydrogen purifier that is connected to the second dehumidifier via the flow path of the reformed gas and separates the reformed gas dehumidified by the second dehumidifier into impurities and hydrogen to purify hydrogen.
A recovery water tank for storing the recovered water recovered from the flow path of the combustion exhaust gas of the first dehumidifier, the second dehumidifier, and the reformer.
A reclaimed water supply flow path communicating from the reclaimed water tank to the reaction side of the reformer,
A reaction oxygen supply flow path that supplies oxygen to the reaction side of the reformer,
A switching means for communicating or shutting off the reaction oxygen supply flow path and the reaction side of the reformer.
A hydrogen production device equipped with.
前記制御手段は、前記水位検出手段が検出した水位に基づいて前記切替手段を切り替える請求項2記載の水素製造装置。 The recovered water tank is provided with a water level detecting means for detecting the water level.
The hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the control means switches the switching means based on the water level detected by the water level detecting means.
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