JPH0437862Y2 - - Google Patents
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- JPH0437862Y2 JPH0437862Y2 JP5888886U JP5888886U JPH0437862Y2 JP H0437862 Y2 JPH0437862 Y2 JP H0437862Y2 JP 5888886 U JP5888886 U JP 5888886U JP 5888886 U JP5888886 U JP 5888886U JP H0437862 Y2 JPH0437862 Y2 JP H0437862Y2
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Description
(1) 産業上の利用分野
本考案はメタノール改質水素製造装置に係り、
構成の単純化、軽量小型化に好適な装置に関す
る。 (2) 従来の技術 従来技術によるメタノール改質システムのフロ
ーを第５図に示す。 原料となるメタノールはポンプ２２で、純水は
ポンプ２３でシステムに供給され気化器２４で気
化したのちメタノール改質器２５で反応し、水素
リツチの改質ガスとなる。改質ガスはクーラ２６
で冷却され気水分離器２７で水分を除去した後ガ
ス精製装置２８に供給される。ガス精製には一般
にPSA、膜分離等が使われ、後続プロセスで必
要な純度に精製される。 ガス精製装置で発生したオフガスには最大で30
％程度の水素が含まれ、これはブロワー３０で供
給された空気とともに燃焼器３１で燃焼され、原
料の気化熱及び改質器の反応熱の供給源となる。 気化器及び改質器の加熱方法として、ダウサム
等の熱媒加熱が一般に用いられる。 熱媒循環ポンプ３３で駆動された熱媒はヒータ
３２で加熱された後、改質器２５、気化器２４の
外熱部を循環し、プロセス側に熱を供給する。 (3) 考案が解決しようとする問題点 上記従来技術はシステムの単純化、小型化の点
について配慮がなされておらず、小規模システム
の製作やシステムの小型化追求に関しては限界が
あつた。これは熱媒ヒータがボイラと同一の構造
であり、気化器とほぼ同一の容積を必要とするこ
とによる。また改質器の温度を燃焼量と助燃量で
制御するため制御方式が複雑となること。熱媒油
が熱で劣化するため、交換、再生のメンテナンス
が必要等の問題がある。 上記問題を解決するには、プロセスを燃焼ガス
で直接加熱すればよいが、メタノール改質触媒の
耐熱性の問題が生ずる。 メタノール改質触媒には第１表に示す様にCu
−Zn系、Cu−Zn−Cr系のものがあるが、活性成
分のCu元素は熱に弱く270〜300℃の耐熱限界を
越えて使用するとシンタリングを起こし劣化す
る。
構成の単純化、軽量小型化に好適な装置に関す
る。 (2) 従来の技術 従来技術によるメタノール改質システムのフロ
ーを第５図に示す。 原料となるメタノールはポンプ２２で、純水は
ポンプ２３でシステムに供給され気化器２４で気
化したのちメタノール改質器２５で反応し、水素
リツチの改質ガスとなる。改質ガスはクーラ２６
で冷却され気水分離器２７で水分を除去した後ガ
ス精製装置２８に供給される。ガス精製には一般
にPSA、膜分離等が使われ、後続プロセスで必
要な純度に精製される。 ガス精製装置で発生したオフガスには最大で30
％程度の水素が含まれ、これはブロワー３０で供
給された空気とともに燃焼器３１で燃焼され、原
料の気化熱及び改質器の反応熱の供給源となる。 気化器及び改質器の加熱方法として、ダウサム
等の熱媒加熱が一般に用いられる。 熱媒循環ポンプ３３で駆動された熱媒はヒータ
３２で加熱された後、改質器２５、気化器２４の
外熱部を循環し、プロセス側に熱を供給する。 (3) 考案が解決しようとする問題点 上記従来技術はシステムの単純化、小型化の点
について配慮がなされておらず、小規模システム
の製作やシステムの小型化追求に関しては限界が
あつた。これは熱媒ヒータがボイラと同一の構造
であり、気化器とほぼ同一の容積を必要とするこ
とによる。また改質器の温度を燃焼量と助燃量で
制御するため制御方式が複雑となること。熱媒油
が熱で劣化するため、交換、再生のメンテナンス
が必要等の問題がある。 上記問題を解決するには、プロセスを燃焼ガス
で直接加熱すればよいが、メタノール改質触媒の
耐熱性の問題が生ずる。 メタノール改質触媒には第１表に示す様にCu
−Zn系、Cu−Zn−Cr系のものがあるが、活性成
分のCu元素は熱に弱く270〜300℃の耐熱限界を
越えて使用するとシンタリングを起こし劣化す
る。
【表】
一方改質器の反応管壁には第３図に示す温度分
布が生ずる。この温度分布は反応管壁における境
膜抵抗によるものであるが、反応温度TRに対し
て管壁の温度TWを第１表に示す触媒の反応温度
上限以下に押えるためには、燃焼ガス温度TGを
ある一定の温度以下に押えねばならない。 しかるに、第４図におけるガス精製装置オフガ
スはH2を30％程度含み、（PSA方式、水素回収率
85％時）燃焼温度も1200℃近くあるため、単に燃
焼ガスを改質器外熱部に流しても、管壁温度TW
を許容値以下に押えることはできない。 (4) 問題点を解決するための手段 上記目的は、改質された水素リツチガスの一部
を触媒燃焼により燃焼させ、燃焼ガスをまず水、
メタノールの気化器外熱部に通し、更にその燃焼
ガスを改質器の外熱部に通すことにより達成され
る。 (5) 作用 メタノール改質水素製造装置において、メタノ
ールと純水を混合して気化させると、その総合気
化熱は改質反応吸熱量の約２倍の熱量になる。 従つて、改質ガスの一部であるガス精製装置オ
フガスを触媒燃焼と空燃比コントロールにより低
温燃焼し（800〜1000℃）気化器でプロセスに熱
を与えると、出口燃焼ガス温度は300〜400℃とな
る。そこでこの燃焼ガスを補助触媒燃焼器でわず
かな助燃を加え、ガス温度400〜500℃で改質器外
熱部に通すため改質器反応管壁温度を改質触媒の
耐熱限界以下に押えることができる。 (6) 考案の実施例（具体例） 本考案によるメタノール改質水素製造装置の実
施例を第１図に示す。 反応部プロセスは従来方式と同一構成である。 燃焼部においてガス精製装置７で発生したオフ
ガスは触媒燃焼器１１に供給される。一方燃焼用
空気はブロワ９で供給され、空気予熱器１０で昇
温したのち触媒燃焼器１１に入る。発生した燃焼
ガスはまず、メタノール、純水からなる原料気化
器３の外熱部に入り反応部を予熱する。気化器を
出た燃焼ガスは、補助の触媒燃焼器１２に入る。
補助燃焼器１２には助燃用メタノールの一部が供
給され、燃焼ガス中の残O2によつて触媒燃焼し、
ガス温度を上昇させる。この燃焼ガスはメタノー
ル改質器４の外熱部に入る。改質器を出た燃焼ガ
スは空気予熱器１１で燃焼用空気を予熱した後系
外に排出される。制御方法として、主触媒燃焼器
１１の燃焼ガス温度を温度調節器１３で検出し、
主燃焼器の助燃メタノール量を調節する。 補助燃焼器１２の温度調節法として、改質器４
出口の改質ガス温度を温度調節器１４で検出し、
補助燃焼器に供給するメタノール量を調節する。 一般にメタノール改質で用いられるCu−Zn触
媒は反応温度220℃でメタノール転化率が最高点
で飽和し、それ以上温度を上げても転化率は変化
しない。 従つて、反応温度の設定温度250℃に対し、改
質ガス温度が230〜240℃に下がつた場合に、補助
燃焼器が作動するように制御する。 メタノール改質で水素を発生させる場合、先ず
メタノールと水を気化させ次に触媒層で反応させ
る。水とメタノールの気化潜熱は539kcal／kg，
284kcal／kgあるこれに対し改質反応熱はメタノ
ール分解反応がCH3OH→CO＋2H2−
23500kcal／kgmol COシフト反応がCO＋H2Ｏ→CO2＋H2＋
9400kcal／kgmolで総合すると必要吸熱量は
13700kcal／kgmolである。 一般に気化器では常温の原料を170℃の気化原
料まで加熱する。以上の条件のもとで、水、メタ
ノールの混合比を１：２（mol比）反応温度を250
℃とすると、気化器と改質器の必要吸熱量は約
２：１となる。 またガス精製装置のオフガスは発熱量が約
950kcal／Ｎm3と低いため、弱干の助燃メタノー
ルを加え、940℃で気化器に通すと、気化器出口
で燃焼ガス温度は約350〜500℃となる。従つて、
補助触媒燃焼器で温度を調節し、改質器外熱部に
並行流となる様に通すと、反応管壁温度を、改質
触媒の耐熱限界温度以下に押えることができる。 気化器と改質器廻りの温度バランスを第２図
に、メタノール改質器における温度プロフイルを
第３図に示す。 (7) 考案の他の実施例 本考案は、常圧型のリン酸型燃料電池システム
への適用可能である。リン酸型燃料電池では原料
のメタノールと水の気化を電池の冷却系で行なう
ため、気化器の代りに熱併給用の熱交換器を設置
する。第４図にフローを示す。 (8) 考案の効果 本考案の効果を示す。 １ メタノール改質装置の加熱源に燃焼ガスが直
接利用でき従来の熱媒循環系及びそのコントロ
ール系統を省略でき、システムが簡略化され
る。 ２ 燃焼ガスで直接プロセスを加熱するため、熱
媒体を使用する方法より熱損失を低減でき、効
率の向上が可能である。 ３ 熱媒の再生等のメンテナンスが不要となる。
布が生ずる。この温度分布は反応管壁における境
膜抵抗によるものであるが、反応温度TRに対し
て管壁の温度TWを第１表に示す触媒の反応温度
上限以下に押えるためには、燃焼ガス温度TGを
ある一定の温度以下に押えねばならない。 しかるに、第４図におけるガス精製装置オフガ
スはH2を30％程度含み、（PSA方式、水素回収率
85％時）燃焼温度も1200℃近くあるため、単に燃
焼ガスを改質器外熱部に流しても、管壁温度TW
を許容値以下に押えることはできない。 (4) 問題点を解決するための手段 上記目的は、改質された水素リツチガスの一部
を触媒燃焼により燃焼させ、燃焼ガスをまず水、
メタノールの気化器外熱部に通し、更にその燃焼
ガスを改質器の外熱部に通すことにより達成され
る。 (5) 作用 メタノール改質水素製造装置において、メタノ
ールと純水を混合して気化させると、その総合気
化熱は改質反応吸熱量の約２倍の熱量になる。 従つて、改質ガスの一部であるガス精製装置オ
フガスを触媒燃焼と空燃比コントロールにより低
温燃焼し（800〜1000℃）気化器でプロセスに熱
を与えると、出口燃焼ガス温度は300〜400℃とな
る。そこでこの燃焼ガスを補助触媒燃焼器でわず
かな助燃を加え、ガス温度400〜500℃で改質器外
熱部に通すため改質器反応管壁温度を改質触媒の
耐熱限界以下に押えることができる。 (6) 考案の実施例（具体例） 本考案によるメタノール改質水素製造装置の実
施例を第１図に示す。 反応部プロセスは従来方式と同一構成である。 燃焼部においてガス精製装置７で発生したオフ
ガスは触媒燃焼器１１に供給される。一方燃焼用
空気はブロワ９で供給され、空気予熱器１０で昇
温したのち触媒燃焼器１１に入る。発生した燃焼
ガスはまず、メタノール、純水からなる原料気化
器３の外熱部に入り反応部を予熱する。気化器を
出た燃焼ガスは、補助の触媒燃焼器１２に入る。
補助燃焼器１２には助燃用メタノールの一部が供
給され、燃焼ガス中の残O2によつて触媒燃焼し、
ガス温度を上昇させる。この燃焼ガスはメタノー
ル改質器４の外熱部に入る。改質器を出た燃焼ガ
スは空気予熱器１１で燃焼用空気を予熱した後系
外に排出される。制御方法として、主触媒燃焼器
１１の燃焼ガス温度を温度調節器１３で検出し、
主燃焼器の助燃メタノール量を調節する。 補助燃焼器１２の温度調節法として、改質器４
出口の改質ガス温度を温度調節器１４で検出し、
補助燃焼器に供給するメタノール量を調節する。 一般にメタノール改質で用いられるCu−Zn触
媒は反応温度220℃でメタノール転化率が最高点
で飽和し、それ以上温度を上げても転化率は変化
しない。 従つて、反応温度の設定温度250℃に対し、改
質ガス温度が230〜240℃に下がつた場合に、補助
燃焼器が作動するように制御する。 メタノール改質で水素を発生させる場合、先ず
メタノールと水を気化させ次に触媒層で反応させ
る。水とメタノールの気化潜熱は539kcal／kg，
284kcal／kgあるこれに対し改質反応熱はメタノ
ール分解反応がCH3OH→CO＋2H2−
23500kcal／kgmol COシフト反応がCO＋H2Ｏ→CO2＋H2＋
9400kcal／kgmolで総合すると必要吸熱量は
13700kcal／kgmolである。 一般に気化器では常温の原料を170℃の気化原
料まで加熱する。以上の条件のもとで、水、メタ
ノールの混合比を１：２（mol比）反応温度を250
℃とすると、気化器と改質器の必要吸熱量は約
２：１となる。 またガス精製装置のオフガスは発熱量が約
950kcal／Ｎm3と低いため、弱干の助燃メタノー
ルを加え、940℃で気化器に通すと、気化器出口
で燃焼ガス温度は約350〜500℃となる。従つて、
補助触媒燃焼器で温度を調節し、改質器外熱部に
並行流となる様に通すと、反応管壁温度を、改質
触媒の耐熱限界温度以下に押えることができる。 気化器と改質器廻りの温度バランスを第２図
に、メタノール改質器における温度プロフイルを
第３図に示す。 (7) 考案の他の実施例 本考案は、常圧型のリン酸型燃料電池システム
への適用可能である。リン酸型燃料電池では原料
のメタノールと水の気化を電池の冷却系で行なう
ため、気化器の代りに熱併給用の熱交換器を設置
する。第４図にフローを示す。 (8) 考案の効果 本考案の効果を示す。 １ メタノール改質装置の加熱源に燃焼ガスが直
接利用でき従来の熱媒循環系及びそのコントロ
ール系統を省略でき、システムが簡略化され
る。 ２ 燃焼ガスで直接プロセスを加熱するため、熱
媒体を使用する方法より熱損失を低減でき、効
率の向上が可能である。 ３ 熱媒の再生等のメンテナンスが不要となる。
第１図 本考案によるメタノール改質水素製造
装置系統図。第２図 気化器、改質器廻り温度バ
ランス説明図。第３図 メタノール改質器温度プ
ロフイル図。第４図 燃料電池への適用例系統
図。第５図 従来方式によるメタノール改質水素
製造装置系統図。
装置系統図。第２図 気化器、改質器廻り温度バ
ランス説明図。第３図 メタノール改質器温度プ
ロフイル図。第４図 燃料電池への適用例系統
図。第５図 従来方式によるメタノール改質水素
製造装置系統図。
Claims (1)
- 水及びメタノールからなる原料を気化する原料
気化器、気化したガスを改質するメタノール改質
器、及び該メタノール改質器から生成される水素
リツチガスの一部を燃焼する燃焼器からなる水素
製造装置において、前記燃焼器を触媒燃焼器と
し、該触媒燃焼器で発生した燃焼ガスを前記気化
器の外熱部に通すラインと、前記気化器の外熱部
に通した後の燃焼ガスをメタノール改質器の外熱
部に通すラインを設けたことを特徴とするメタノ
ール改質水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5888886U JPH0437862Y2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5888886U JPH0437862Y2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62170728U JPS62170728U (ja) | 1987-10-29 |
| JPH0437862Y2 true JPH0437862Y2 (ja) | 1992-09-04 |
Family
ID=30889866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5888886U Expired JPH0437862Y2 (ja) | 1986-04-21 | 1986-04-21 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0437862Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4599635B2 (ja) * | 1999-08-24 | 2010-12-15 | 株式会社Ｉｈｉ | 蒸発器 |
-
1986
- 1986-04-21 JP JP5888886U patent/JPH0437862Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62170728U (ja) | 1987-10-29 |
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