WO2021186924A1 - 水素製造装置 - Google Patents

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WO2021186924A1
WO2021186924A1 PCT/JP2021/003762 JP2021003762W WO2021186924A1 WO 2021186924 A1 WO2021186924 A1 WO 2021186924A1 JP 2021003762 W JP2021003762 W JP 2021003762W WO 2021186924 A1 WO2021186924 A1 WO 2021186924A1
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storage tank
hydrogen
unit
heating furnace
hydrogen production
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陽介 坪井
裕信 藤吉
玉平 劉
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株式会社Ihi
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    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus

Definitions

  • an apparatus including a reactor, a raw material gas supply source, and a heating unit is disclosed (for example, Patent Document 1), and the reactor houses a catalyst.
  • the raw material gas supply source supplies hydrocarbons to the reactor.
  • the heating unit is provided around the reactor and heats the inside of the reactor.
  • the thermal decomposition reaction of hydrocarbons proceeds efficiently at 800 ° C. or higher by using a catalyst.
  • the thermal decomposition reaction of hydrocarbons is an endothermic reaction, it is necessary to supply heat from the outside. Therefore, in the technique of heating the reactor from the outside as in Patent Document 1, it is necessary to heat the furnace wall of the reactor to 1000 ° C or higher in order to raise the temperature of the inside of the reactor to 800 ° C or higher. .. Then, the reactor must be constructed of a material having a heat resistance of 1000 ° C. or higher, and there is a problem that the cost required for the reactor increases.
  • the present disclosure aims to provide a hydrogen production apparatus capable of thermally decomposing hydrocarbons at low cost.
  • the hydrogen production apparatus is connected to a heating furnace that burns the fuel supplied by the fuel supply unit to heat the catalyst particles and a downstream side of the heating furnace.
  • a cyclone that separates the catalyst particles and the combustion exhaust gas
  • a storage tank that houses the catalyst particles separated by the cyclone
  • a raw material gas introduction unit that introduces a raw material gas containing at least hydrocarbons from the lower part of the storage tank. It is equipped with a thermal decomposition furnace having the above.
  • a hydrogen separation unit that separates hydrogen from the mixed gas sent from the storage tank may be provided, and the fuel supply unit may supply the hydrogen separated by the hydrogen separation unit to the heating furnace as fuel.
  • a hydrogen separation unit for separating hydrogen from the mixed gas sent from the storage tank may be provided, and the fuel supply unit may supply the mixed gas after the hydrogen is separated by the hydrogen separation unit to the heating furnace as fuel. ..
  • a carbon recovery unit for removing solid carbon from the mixed gas sent from the storage tank may be provided, and the fuel supply unit may supply the mixed gas from which the solid carbon has been removed to the heating furnace as fuel.
  • the storage tank is located between the particle introduction port where the catalyst particles separated by the cyclone are guided, the first outlet where the mixed gas generated in the storage tank is sent out, and the particle introduction port and the first outlet.
  • the fuel supply unit has a second outlet for sending out the mixed gas generated in the storage tank, and the fuel supply unit uses the mixed gas sent out from the storage tank as fuel through the heating furnace. May be supplied to.
  • a partition plate for partitioning the inside of the storage tank may be provided in the first room provided in the storage tank and provided with the first outlet and the second room provided with the second outlet.
  • a first heat exchange unit that heat-exchanges the combustion exhaust gas separated by the cyclone and the oxidant, and an oxidant supply unit that supplies the oxidant that has been heat-exchanged by the first heat exchange unit to the heating furnace are provided. You may prepare.
  • a second heat exchange unit for heat exchange between the mixed gas sent from the storage tank and the raw material gas is provided, and the raw material gas introduction unit introduces the raw material gas heat exchanged by the second heat exchange unit into the storage tank. You may.
  • hydrocarbons can be thermally decomposed at low cost.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a hydrogen production apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a purification apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a fuel supply unit according to the first modification.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a fuel supply unit according to the second modification.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a heating furnace, a cyclone, and a pyrolysis furnace according to a third modification.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a hydrogen production apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a purification apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the reaction time in which methane, which is a raw material gas, is aerated through the catalyst particles and the amount of gas produced in the storage tank.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a hydrogen production apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the hydrogen production apparatus 100 includes a heating furnace 110, a first pipe 112, a second pipe 114, a cyclone 120, a communication pipe 122, a pyrolysis furnace 130, and a first delivery pipe 134.
  • a purification device 150, a dust removing device 160, a third pipe 162, an oxidizing agent supply unit 170, a first heat exchange unit 180, and a fuel supply unit 190 are included.
  • the solid arrow indicates the gas flow.
  • the dashed arrow indicates the flow of the catalyst particle CAT.
  • the heating furnace 110 has a tubular shape.
  • the first pipe 112 connects the lower part of the heating furnace 110 to the pyrolysis furnace 130 (side surface of the storage tank 132) described later.
  • the first pipe 112 is provided with a loop seal (not shown).
  • the catalyst particle CAT is introduced into the heating furnace 110 from the pyrolysis furnace 130 through the first pipe 112 and the loop seal.
  • the catalyst particle CAT is a catalyst that promotes the thermal decomposition reaction represented by the following formula (1). CH 4 ⁇ C + 2H 2 ... Equation (1)
  • the catalyst particle CAT is, for example, an iron-based catalyst (iron, iron ore).
  • the particle size of the catalyst particle CAT is, for example, 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the heating furnace 110 heats the catalyst particle CAT to about 900 ° C. by burning the fuel FG supplied by the fuel supply unit 190, which will be described later, with air.
  • the second pipe 114 connects the upper part of the heating furnace 110 to the cyclone 120, which will be described later.
  • the catalyst particle CAT and the combustion exhaust gas EX heated in the heating furnace 110 are sent to the cyclone 120 through the second pipe 114.
  • the cyclone 120 is provided above the pyrolysis furnace 130.
  • the cyclone 120 is connected to the downstream side of the heating furnace 110 via the second pipe 114.
  • the cyclone 120 solid-gas separates the mixture of the catalyst particle CAT and the combustion exhaust gas EX introduced from the heating furnace 110 through the second pipe 114.
  • the communication pipe 122 connects the bottom of the cyclone 120 and the pyrolysis furnace 130 (accommodation tank 132). Further, the communication pipe 122 is provided with a loop seal (not shown). The high-temperature catalyst particle CAT separated by the cyclone 120 passes through the communication pipe 122 and the loop seal and is introduced into the pyrolysis furnace 130.
  • the pyrolysis furnace 130 is, for example, a bubble fluidized bed (bubbling fluidized bed) furnace.
  • the pyrolysis furnace 130 fluidizes the high-temperature catalyst particle CAT introduced from the cyclone 120 by the raw material gas GG.
  • the raw material gas GG contains at least hydrocarbons (eg, methane).
  • the raw material gas GG is, for example, liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • the pyrolysis furnace 130 includes a storage tank 132 and a raw material gas introduction unit 140.
  • the storage tank 132 is a container for containing the high-temperature catalyst particle CAT separated by the cyclone 120.
  • a particle introduction port 132a and a first delivery port 132b are provided on the upper surface of the storage tank 132.
  • the first outlet 132b is provided on the downstream side of the particle introduction port 132a in the flow direction of the catalyst particle CAT.
  • a communication pipe 122 is connected to the particle introduction port 132a.
  • the first delivery pipe 134 is connected to the first delivery port 132b.
  • a particle discharge port 132c is provided on the side surface of the storage tank 132.
  • the first pipe 112 is connected to the particle discharge port 132c.
  • the bottom surface of the storage tank 132 is composed of a breathable dispersion plate 142a.
  • the raw material gas introduction unit 140 introduces the raw material gas GG from the lower part of the storage tank 132.
  • the raw material gas introduction unit 140 includes a wind box 142 and a blower 144.
  • the wind box 142 is provided below the storage tank 132.
  • the upper part of the wind box 142 is composed of the dispersion plate 142a.
  • the dispersion plate 142a partitions the storage tank 132 and the air box 142.
  • the blower 144 supplies the raw material gas GG to the air box 142.
  • the suction side of the blower 144 is connected to the supply source of the raw material gas GG through the raw material supply pipe 146.
  • the discharge side of the blower 144 is connected to the air box 142 through the raw material delivery pipe 148.
  • the raw material gas GG supplied to the air box 142 by the blower 144 is introduced into the storage tank 132 from the bottom surface (dispersion plate 142a) of the storage tank 132.
  • the high-temperature catalyst particle CAT introduced from the cyclone 120 through the particle introduction port 132a is fluidized by the raw material gas GG, and a fluidized bed R (bubble fluidized bed) is formed in the accommodating tank 132. Further, the thermal decomposition furnace 130 thermally decomposes the raw material gas GG with the heat of the fluidized bed R (catalyst particle CAT). That is, the thermal decomposition reaction represented by the above formula (1) proceeds in the storage tank 132.
  • the mixed gas MG containing hydrogen (H 2 ), unreacted methane (CH 4 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and solid carbon (SC) is produced. Will be generated.
  • the mixed gas MG generated in the pyrolysis furnace 130 is introduced into the purification apparatus 150 through the first delivery port 132b and the first delivery pipe 134.
  • the purification device 150 separates hydrogen from the mixed gas MG.
  • the purification apparatus 150 will be described in detail later.
  • the catalyst particle CAT fluidized in the pyrolysis furnace 130 is returned to the heating furnace 110 through the particle discharge port 132c and the first pipe 112.
  • the catalyst particle CAT includes the heating furnace 110, the second pipe 114, the cyclone 120, the communication pipe 122, the pyrolysis furnace 130 (containment tank 132), and the first pipe 112. Are moved in this order and introduced into the heating furnace 110 again to circulate them.
  • the dust remover 160 is connected to the upper part of the cyclone 120 through the third pipe 162.
  • the dust remover 160 removes the combustion exhaust gas EX.
  • the dust remover 160 is, for example, a bug filter.
  • the combustion exhaust gas EX dust removed by the dust remover 160 is released to the atmosphere.
  • the oxidant supply unit 170 supplies air to the heating furnace 110.
  • the oxidant supply unit 170 includes a blower 172 and an oxidant supply pipe 174.
  • the suction side of the blower 172 is opened to the atmosphere.
  • the discharge side of the blower 172 is connected to the oxidant supply pipe 174.
  • the oxidant supply pipe 174 connects the blower 172 to the bottom of the heating furnace 110.
  • the first heat exchange unit 180 exchanges heat between the combustion exhaust gas EX (combustion exhaust gas EX passing through the third pipe 162) separated by the cyclone 120 and the air passing through the oxidant supply pipe 174. As a result, heat is removed (cooled) from the combustion exhaust gas EX, and the air is heated. In this way, the cooled combustion exhaust gas EX is guided to the dust removing device 160. Further, the heated air is guided to the heating furnace 110 by the oxidant supply unit 170.
  • the fuel supply unit 190 supplies the fuel FG to the heating furnace 110.
  • the fuel supply unit 190 will be described in detail later.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the purification apparatus 150 according to the first embodiment.
  • the refining apparatus 150 includes a cyclone 210, a fourth pipe 212, a carbon recovery unit 220, a fifth pipe 222, a compressor 230, a sixth pipe 232, a hydrogen separation unit 240, and the like.
  • the seventh pipe 242, the eighth pipe 244, and the second heat exchange unit 250 are included.
  • the cyclone 210 is connected to the first delivery port 132b of the storage tank 132 via the first delivery pipe 134.
  • the cyclone 210 firmly separates the mixed gas MG delivered from the storage tank 132 through the first delivery pipe 134.
  • the solid matter (catalyst particle CAT and solid carbon SC) separated by the cyclone 210 is used as a nanocarbon material or mixed with a structural material such as asphalt or concrete.
  • the fourth pipe 212 connects the upper part of the cyclone 210 and the carbon recovery unit 220.
  • the mixed gas MG after the solid matter is separated by the cyclone 210 is guided to the carbon recovery unit 220 through the fourth pipe 212.
  • the carbon recovery unit 220 removes the solid carbon SC from the mixed gas MG.
  • the carbon capture unit 220 is, for example, a bag filter or a cyclone.
  • the solid carbon SC removed by the carbon recovery unit 220 is transported to the solid carbon utilization facility in the subsequent stage.
  • the fifth pipe 222 connects the carbon recovery unit 220 and the suction side of the compressor 230.
  • the compressor 230 boosts the mixed gas MG from which the solid carbon SC has been removed by the carbon recovery unit 220 and sends it to the hydrogen separation unit 240.
  • the compressor 230 also functions as a fuel supply unit 190.
  • the sixth pipe 232 connects the discharge side of the compressor 230 and the hydrogen separation unit 240.
  • the hydrogen separation unit 240 separates hydrogen from the mixed gas MG.
  • the hydrogen separation unit 240 is, for example, an apparatus using Pressure Swing Adsorption (PSA) or a deep cold separation apparatus.
  • PSA Pressure Swing Adsorption
  • the seventh pipe 242 connects the hydrogen separation unit 240 and the hydrogen utilization equipment in the subsequent stage.
  • the hydrogen separated by the hydrogen separation unit 240 (for example, with a purity of 99% or more) is sent to the hydrogen utilization facility.
  • the eighth pipe 244 connects the hydrogen separation unit 240 and the raw material supply pipe 146.
  • the mixed gas MG after hydrogen is separated by the hydrogen separation unit 240 is mixed with the raw material gas GG derived from the raw material gas supply source and supplied to the storage tank 132. That is, the mixed gas MG after hydrogen is separated by the hydrogen separation unit 240 is guided to the storage tank 132 as the raw material gas GG.
  • the mixed gas MG after hydrogen has been separated by the hydrogen separator 240 contains at least unreacted methane and hydrogen.
  • the fuel supply unit 190 includes a compressor 230 and a fuel supply pipe 192.
  • the fuel supply pipe 192 connects the seventh pipe 242 and the heating furnace 110 (see FIG. 1). Therefore, in the present embodiment, the fuel supply unit 190 supplies the hydrogen separated by the hydrogen separation unit 240 to the heating furnace 110 as the fuel FG.
  • the second heat exchange unit 250 exchanges heat between the mixed gas MG solidly separated by the cyclone 210 and the raw material gas GG.
  • the second heat exchange unit 250 exchanges heat between the mixed gas MG passing through the fourth pipe 212 and the raw material gas GG passing through the raw material delivery pipe 148.
  • heat is removed (cooled) from the mixed gas MG, and the raw material gas GG is heated.
  • the cooled mixed gas MG is guided to the carbon recovery unit 220.
  • the heated raw material gas GG is guided to the pyrolysis furnace 130 (accommodation tank 132) by the raw material gas introduction unit 140.
  • the hydrogen production apparatus 100 includes a heating furnace 110 and a pyrolysis furnace 130. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can thermally decompose methane (hydrocarbon) by the heat of the catalyst particle CAT heated by the heating furnace 110.
  • the heated catalyst particle CAT is introduced into the pyrolysis furnace 130 (inside the storage tank 132). Therefore, the inside of the storage tank 132 is heated substantially uniformly by the catalyst particle CAT. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 does not need to heat the pyrolysis furnace 130 from the outside. As a result, the hydrogen production apparatus 100 does not need to form the furnace wall of the pyrolysis furnace 130 with a material having heat resistance of 1000 ° C. or higher, and the production cost of the pyrolysis furnace 130 can be reduced. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can thermally decompose methane (hydrocarbon) at low cost. In other words, the hydrogen production apparatus 100 can produce hydrogen at low cost.
  • the hydrogen production apparatus 100 can make the temperature inside the storage tank 132 uniform as compared with the conventional technique of heating the inside of the pyrolysis furnace from the outside. This makes it possible for the hydrogen production apparatus 100 to avoid a situation in which the temperature of the catalyst particle CAT is locally lowered in the storage tank 132. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can efficiently thermally decompose methane (hydrocarbon). Further, since the hydrogen production apparatus 100 can make the temperature inside the storage tank 132 uniform, it is possible to increase the size of the storage tank 132. As a result, the hydrogen production apparatus 100 can produce a large amount of hydrogen at low cost.
  • the raw material gas introduction unit 140 forms the fluidized bed R of the catalyst particle CAT in the storage tank 132.
  • the pyrolysis furnace 130 can slide the catalyst particle CATs in the accommodation tank 132. Therefore, the pyrolysis furnace 130 can desorb the solid carbon SC grown on the surface of the catalyst particle CAT. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can omit a dedicated apparatus (for example, a chemical cleaning apparatus) for separating the solid carbon SC from the catalyst particle CAT.
  • the hydrogen production apparatus 100 includes a hydrogen separation unit 240 and a fuel supply unit 190.
  • the hydrogen production apparatus 100 can burn the hydrogen as the fuel FG to heat the catalyst particle CAT. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can prevent the generation of carbon dioxide in the heating of the catalyst particle CAT. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can produce carbon dioxide-free hydrogen.
  • the hydrogen production apparatus 100 includes the first heat exchange unit 180, and the oxidant supply unit 170 supplies the air heated by the first heat exchange unit 180 to the heating furnace 110. That is, the hydrogen production apparatus 100 can preheat the air supplied to the heating furnace 110. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can reduce the amount of fuel FG required to heat the catalyst particle CAT to a desired temperature (for example, 900 ° C.). Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can heat the catalyst particle CAT at low cost. Further, the first heat exchange unit 180 can cool the combustion exhaust gas EX before supplying it to the dust removing device 160. Therefore, the hydrogen production device 100 can prevent the dust removing device 160 from being damaged.
  • the first heat exchange unit 180 can cool the combustion exhaust gas EX before supplying it to the dust removing device 160. Therefore, the hydrogen production device 100 can prevent the dust removing device 160 from being damaged.
  • the hydrogen production apparatus 100 includes the second heat exchange unit 250, and the raw material gas introduction unit 140 heats the raw material gas GG heated by the second heat exchange unit 250 into the pyrolysis furnace 130 (accommodation tank). It is introduced in 132). That is, the hydrogen production apparatus 100 can preheat the raw material gas GG supplied to the pyrolysis furnace 130. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can suppress a decrease in the temperature of the pyrolysis furnace 130. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can reduce the heating amount (fuel FG amount) of the catalyst particle CAT in the heating furnace 110. Further, the hydrogen production apparatus 100 can suppress the non-uniformity of the temperature in the pyrolysis furnace 130.
  • the hydrogen production apparatus 100 can efficiently thermally decompose methane (hydrocarbon). Further, the second heat exchange unit 250 can cool the mixed gas MG before supplying it to the carbon recovery unit 220. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 can prevent the carbon recovery unit 220 from being damaged.
  • the configuration in which the fuel supply unit 190 supplies the hydrogen separated by the hydrogen separation unit 240 as the fuel FG to the heating furnace 110 is given as an example.
  • the fuel supply unit may supply another gas as a fuel FG to the heating furnace 110.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the fuel supply unit 310 according to the first modification.
  • the fuel supply unit 310 according to the first modification includes a compressor 230 and a fuel supply pipe 312.
  • the fuel supply pipe 312 connects the raw material delivery pipe 148 and the heating furnace 110 (see FIG. 1). Therefore, in the first modification, the fuel supply unit 310 supplies the mixed gas MG after the hydrogen is removed by the hydrogen separation unit 240 to the heating furnace 110 as the fuel FG.
  • the mixed gas MG after hydrogen has been removed by the hydrogen separator 240 contains unreacted methane and hydrogen.
  • the fuel supply unit 310 supplies the mixed gas MG to the heating furnace 110 instead of hydrogen. That is, unlike the first embodiment, the fuel supply unit 310 does not use the hydrogen produced by the hydrogen separation unit 240 for combustion of the heating furnace 110. Therefore, the fuel supply unit 310 can increase the amount of hydrogen produced per unit amount of raw material gas GG as compared with the first embodiment. Therefore, the hydrogen production apparatus 100 provided with the fuel supply unit 310 can produce hydrogen at low cost.
  • the fuel supply units 190 and 310 supply the hydrogen or mixed gas MG separated by the hydrogen separation unit 240 as the fuel FG to the heating furnace 110.
  • the fuel supply unit may supply another gas as a fuel FG to the heating furnace 110.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the fuel supply unit 320 according to the second modification.
  • the fuel supply unit 320 according to the second modification includes a compressor 230 and a fuel supply pipe 322.
  • the fuel supply pipe 322 connects the sixth pipe 232 and the heating furnace 110 (see FIG. 1). Therefore, in the second modification, the fuel supply unit 320 supplies the mixed gas MG from which the solid carbon has been removed by the carbon recovery unit 220 to the heating furnace 110 as fuel.
  • the mixed gas MG from which solid carbon has been removed by the carbon recovery unit 220 contains unreacted methane and hydrogen.
  • the fuel supply unit 320 can reduce the amount of the mixed gas MG guided to the hydrogen separation unit 240 as compared with the first embodiment. This makes it possible to reduce the hydrogen separation power of the hydrogen separation unit 240. Further, the main component of the mixed gas MG guided to the hydrogen separation unit 240 is hydrogen. Therefore, when the fuel supply unit 320 uses the mixed gas MG as the fuel FG, the amount of carbon dioxide generated can be reduced as compared with the case where the hydrocarbon is used as the fuel FG.
  • the configuration in which the loop seal is provided in the first pipe 112 and the communication pipe 122 is given as an example.
  • the loop seal can be omitted.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a heating furnace 110, a cyclone 120, and a pyrolysis furnace 130 according to a third modification.
  • the broken line indicates the upper surface of the fluidized bed R of the catalyst particle CAT.
  • the communication pipe 122 penetrates the upper surface of the storage tank 132 and extends to the inside of the storage tank 132.
  • the lower opening 122a of the communication pipe 122 is located in the fluidized bed R formed in the storage tank 132.
  • the side surface of the storage tank 132 and the side surface of the heating furnace 110 communicate with each other through the opening 110a.
  • a first partition plate 350 and a second partition plate 352 are provided in the storage tank 132.
  • the first partition plate 350 is a plate extending vertically (standing) from the dispersion plate 142a to the upper end 350a and extending over both side surfaces.
  • the upper end 350a (tip) of the first partition plate 350 is separated from the upper surface of the storage tank 132.
  • the first delivery pipe 134 is connected between the communication pipe 122 and the first partition plate 350 on the upper surface of the storage tank 132.
  • the second partition plate 352 is provided between the first partition plate 350 and the opening 110a.
  • the second partition plate 352 is a plate extending vertically from the upper surface of the storage tank 132 to the lower end 352a and extending over both side surfaces.
  • the lower end 352a (tip) of the second partition plate 352 is separated from the dispersion plate 142a.
  • the upper end 350a of the first partition plate 350 is located above the lower end 352a of the second partition plate 352.
  • the lower end 352a of the second partition plate 352 is located below the lower end 110b of the opening 110a.
  • the lower end 110b of the opening 110a is located below the upper end 350a of the first partition plate 350.
  • a third partition plate 142b is provided in the wind box 142 of the third modification.
  • the third partition plate 142b is provided at a position corresponding to the first partition plate 350 in the air box 142.
  • the third partition plate 142b partitions the inside of the air box 142 so that the raw material gas GG cannot be distributed or is difficult to distribute.
  • the raw material delivery pipe 148 is connected between the communication pipe 122 and the first partition plate 350 in the air box 142, and between the first partition plate 350 and the opening 110a.
  • the communication pipe 122 according to the third modification penetrates the upper surface of the storage tank 132 and extends to the inside of the storage tank 132.
  • the communication pipe 122 of the third modification can omit the loop seal.
  • the heating furnace 110 and the pyrolysis furnace 130 according to the third modification include an opening 110a, a first partition plate 350, and a second partition plate 352.
  • the heating furnace 110 and the pyrolysis furnace 130 can omit the first pipe 112 and the loop seal.
  • the loop seal and the device attached to the loop seal can be omitted. Therefore, in the third modification, the hydrogen production apparatus 100 as a whole can be made compact, and the hydrogen production apparatus 100 can be reduced in cost.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the hydrogen production apparatus 400 according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the purification apparatus 450 according to the second embodiment.
  • the hydrogen production apparatus 400 includes a heating furnace 110, a first pipe 112, a second pipe 114, a cyclone 120, a communication pipe 122, a heat decomposition furnace 430, and a first delivery pipe 134.
  • a second delivery pipe 136, a purification device 450, a dust removing device 160, a third pipe 162, an oxidant supply unit 170, a first heat exchange unit 180, and a fuel supply unit 490 are included. Further, as shown in FIG.
  • the purification apparatus 450 includes a cyclone 210, a fourth pipe 212, a carbon recovery unit 220, a fifth pipe 222, a compressor 230, a sixth pipe 232, and a hydrogen separation unit 240.
  • the seventh pipe 242, the eighth pipe 244, the second heat exchange unit 250, the cyclone 460, and the second heat exchange unit 470 are included.
  • FIGS. 6 and 7 indicate the gas flow.
  • the dashed arrow indicates the flow of the catalyst particle CAT.
  • the components substantially the same as those of the hydrogen production apparatus 100 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the pyrolysis furnace 430 includes a storage tank 132, a partition plate 434, and a raw material gas introduction unit 140.
  • a particle introduction port 132a, a first delivery port 132b, and a second delivery port 432a are provided on the upper surface of the storage tank 132.
  • the second outlet 432a is provided between the particle introduction port 132a and the first outlet 132b. That is, the second outlet 432a is provided on the downstream side in the flow direction of the catalyst particle CAT with respect to the particle introduction port 132a. Further, the second outlet 432a is provided on the upstream side of the first outlet 132b in the flow direction of the catalyst particle CAT.
  • a second delivery pipe 136 is connected to the second delivery port 432a.
  • the partition plate 434 is provided in the storage tank 132.
  • the partition plate 434 is a plate extending vertically from the upper surface to the lower end of the accommodating tank 132 and extending over both side surfaces.
  • the lower end (tip) of the partition plate 434 is separated from the dispersion plate 142a (bottom).
  • the partition plate 434 divides the inside of the storage tank 132 into a first chamber 432A provided with the first outlet 132b and a second chamber 432B provided with the particle introduction port 132a and the second outlet 432a.
  • the lower end of the partition plate 434 is located in the fluidized bed R formed of the catalyst particles CAT. That is, the partition plate 434 divides the freeboard area formed in the storage tank 132 into two.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the reaction time in which methane, which is the raw material gas GG, is aerated through the catalyst particle CAT, and the amount of gas produced in the storage tank 132.
  • the horizontal axis shows the passage of reaction time for methane decomposition.
  • the vertical axis indicates the amount of gas produced in the storage tank 132.
  • white circles indicate methane.
  • white squares indicate hydrogen.
  • black squares indicate carbon monoxide.
  • black circles indicate carbon dioxide.
  • methane decreases with the progress of the thermal decomposition reaction until the residence time of the catalyst particle CAT reaches the time Ta.
  • methane gradually increases when the residence time of the catalyst particle CAT exceeds the time Ta.
  • the amount of hydrogen produced increases with the progress of the thermal decomposition reaction of methane until the residence time of the catalyst particle CAT reaches the time Ta. In addition, the amount of hydrogen produced gradually decreases beyond the time Ta.
  • the amount of carbon monoxide produced increases until the residence time of the catalyst particle CAT reaches Tb, which is shorter than the time Ta, and gradually decreases when the time Tb is exceeded. Further, when the time Ta is exceeded, the amount of carbon monoxide produced becomes about 0.
  • the amount of carbon dioxide produced is slightly generated before the residence time of the catalyst particle CAT reaches the time Tb, but when the time Ta is exceeded, the amount of carbon dioxide produced becomes about 0. That is, as shown in FIG. 8, it can be seen that carbon monoxide and carbon dioxide are produced by the time the residence time of the catalyst particle CAT reaches the time Ta.
  • the heating furnace 110 At least a part of the catalyst particle CAT is oxidized by oxygen contained in the air used for burning the fuel FG, and the oxidized catalyst particle CAT is guided to the pyrolysis furnace 130. Then, the catalyst particle CAT oxidized in the pyrolysis furnace 130 is reduced by methane to produce carbon monoxide and carbon dioxide.
  • the catalyst particle CAT is guided into the storage tank 132 through the particle introduction port 132a and discharged from the storage tank 132 through the particle discharge port 132c. That is, the catalyst particle CAT moves in the storage tank 132 from the right side to the left side in FIG. Therefore, the partition plate 434 is installed at a position in the storage tank 132 where the residence time of the catalyst particle CAT corresponds to a predetermined time of time Ta or more.
  • the partition plate 434 restricts the movement of the mixed gas MGb containing carbon monoxide and carbon dioxide produced by the reduction of the catalyst particles CAT to the first chamber 432A in the second chamber 432B. Can be done.
  • the reduced catalyst particle CAT passes below the partition plate 434 and moves to the first chamber 432A. Therefore, the pyrolysis furnace 430 can generate a mixed gas MGa containing hydrogen and methane in the first chamber 432A.
  • the mixed gas MGb containing methane, hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide produced in the second chamber 432B is sent to the cyclone 460 through the second delivery port 432a and the second delivery pipe 136.
  • the mixed gas MGa containing methane and hydrogen produced in the first chamber 432A is sent to the cyclone 210 through the first delivery port 132b and the first delivery pipe 134.
  • the cyclone 460 is connected to the second delivery port 432a of the storage tank 132 via the second delivery pipe 136.
  • the cyclone 460 solid-gas separates the mixed gas MGb delivered from the storage tank 132 through the second delivery pipe 136.
  • the solid matter (catalyst particle CAT and solid carbon SC) separated by the cyclone 460 is used as a nanocarbon material or mixed with a structural material such as asphalt or concrete.
  • the fuel supply unit 490 includes a ninth pipe 492, a carbon recovery unit 494, a tenth pipe 496, a blower 498, and a fuel supply pipe 500.
  • the ninth pipe 492 connects the upper part of the cyclone 460 and the carbon capture unit 494.
  • the mixed gas MGb after the solid matter is separated by the cyclone 460 is guided to the carbon recovery unit 494 through the ninth pipe 492.
  • the carbon recovery unit 494 removes the solid carbon SC from the mixed gas MGb.
  • the carbon capture unit 494 is, for example, a bag filter or a cyclone.
  • the solid carbon SC removed by the carbon recovery unit 494 is transported to the solid carbon utilization facility in the subsequent stage.
  • the tenth pipe 496 connects the carbon recovery unit 494 and the suction side of the blower 498.
  • the blower 498 boosts the mixed gas MGb from which the solid carbon SC has been removed by the carbon recovery unit 494 and sends it to the heating furnace 110.
  • the fuel supply pipe 500 connects the discharge side of the blower 498 and the heating furnace 110.
  • the fuel supply unit 490 supplies the mixed gas MGb separated by the cyclone 460 to the heating furnace 110 as the fuel FG.
  • the second heat exchange unit 470 exchanges heat between the mixed gas MGb passing through the ninth pipe 492 and the raw material gas GG passing through the raw material delivery pipe 148. Then, the second heat exchange unit 250 exchanges heat between the raw material gas GG heated by the second heat exchange unit 470 and the mixed gas MGa passing through the fourth pipe 212.
  • the hydrogen production apparatus 400 includes a partition plate 434 and a second delivery pipe 136.
  • the hydrogen production apparatus 400 can separate carbon monoxide and carbon dioxide generated by the reduction of the catalyst particle CAT from the mixed gas MGa. Therefore, the hydrogen production apparatus 400 can increase the hydrogen concentration in the mixed gas MGa guided to the hydrogen separation unit 240. Therefore, the hydrogen production apparatus 400 can reduce the size of the hydrogen separation unit 240. As a result, the hydrogen production apparatus 400 can reduce the cost of the hydrogen separation unit 240. Therefore, the hydrogen production apparatus 400 can produce hydrogen at low cost.
  • the configuration in which the fuel supply unit 190 supplies only hydrogen as the fuel FG to the heating furnace 110 is given as an example.
  • the fuel supply unit 190 may supply hydrocarbons as fuel FG to the heating furnace 110 in addition to hydrogen.
  • the configuration in which the oxidant supply unit 170 supplies air to the heating furnace 110 is given as an example. ..
  • the oxidant supply unit 170 may supply the oxidant to the heating furnace 110.
  • the oxidant supply unit 170 may supply the oxygen-enriched gas to the heating furnace 110, for example.
  • the hydrogen production apparatus 100 and 400 include the first heat exchange unit 180 as an example. rice field. However, the first heat exchange unit 180 is not an indispensable configuration. Similarly, in the first embodiment, the first modification, the second modification, and the second embodiment, the hydrogen production apparatus 100 and 400 include the second heat exchange unit 250 as an example. Listed in. However, the second heat exchange unit 250 is not an indispensable configuration. Further, in the second embodiment, the configuration in which the hydrogen production apparatus 400 includes the second heat exchange unit 470 is given as an example. However, the second heat exchange unit 470 is not an indispensable configuration.
  • the partition plate 434 is not an essential configuration.
  • the case where the inside of one storage tank 132 is divided into two by the partition plate 434 is taken as an example.
  • it may be provided with two storage tanks 132.
  • the first delivery pipe 134 and the first pipe 112 are connected to the first storage tank 132.
  • the communication pipe 122 and the second delivery pipe 136 are connected to the second storage tank 132.
  • a pipe and a loop seal connecting the side surface of the first storage tank 132 and the side surface of the second storage tank 132 are provided. That is, the first storage tank 132 functions as the first chamber 432A, and the second storage tank 132 functions as the second chamber 432B.
  • the configuration in which the second heat exchange unit 250 exchanges heat with the raw material gas GG after the heat exchange by the second heat exchange unit 470 is given as an example.
  • the second heat exchange unit 470 may exchange heat with the raw material gas GG after the heat exchange by the second heat exchange unit 250.
  • the fuel supply unit includes hydrogen separated by the hydrogen separation unit 240, a mixed gas after hydrogen is separated by the hydrogen separation unit 240, a mixed gas from which solid carbon has been removed by the carbon recovery unit 220, and a second fuel supply unit. Two or more kinds of mixed gases sent out from the accommodating tank 132 through the delivery port 432a may be supplied to the heating furnace 110 as fuel.
  • the hydrogen production devices 100 and 400 may be provided with a soot blower or a device for supplying a gas jet in the accommodating tank 132.
  • the solid carbon SC can be efficiently desorbed from the catalyst particle CAT.
  • the catalyst particle CAT is appropriately added to the hydrogen production apparatus 100. It is preferable that the catalyst particle CAT is added to the accommodating tank 132 through the heating furnace 110, the first pipe 112, the second pipe 114, the cyclone 120, and the communication pipe 122. As a result, the new catalyst particle CAT can be efficiently heated. Therefore, it is possible to avoid a situation in which new catalyst particle CAT at about room temperature is supplied to the storage tank 132. Therefore, it is possible to avoid suppressing the thermal decomposition reaction by the new catalyst particle CAT at about room temperature.
  • Hydrogen production equipment 110 Heating furnace 120: Cyclone 130: Thermal decomposition furnace 132: Containment tank 132a: Particle introduction port 132b: First outlet 140: Raw material gas introduction part 170: Oxidating agent supply part 180: First heat exchange Part 190: Fuel supply part 220: Carbon recovery part 240: Hydrogen separation part 250: Second heat exchange part 310: Fuel supply part 320: Fuel supply part 400: Hydrogen production equipment 430: Thermal decomposition furnace 432A: First room 432B: Room 2 432a: 2nd outlet 434: Partition plate 490: Fuel supply unit

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Abstract

水素製造装置１００は、燃料供給部１９０によって供給される燃料を燃焼させて、触媒粒子ＣＡＴを加熱する加熱炉１１０と、加熱炉１１０の下流側に接続され、触媒粒子ＣＡＴと、燃焼排ガスＥＸとを分離するサイクロン１２０と、サイクロン１２０によって分離された触媒粒子ＣＡＴを収容する収容槽１３２と、収容槽１３２の下部から、少なくとも炭化水素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部１４０と、を有する熱分解炉１３０と、を備える。

Description

水素製造装置
　本開示は、水素製造装置に関する。本出願は２０２０年３月１９日に提出された日本特許出願第２０２０－０４９２９１号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。
　水素を製造する技術として、メタン等の炭化水素を水蒸気改質する技術が知られている。しかし、水蒸気改質は、水素の製造過程で二酸化炭素が生じてしまう。そこで、炭化水素を熱分解して、炭素を固体として生成することで、二酸化炭素を排出しない水素を製造することが考えられる。
　炭化水素を熱分解する技術として、反応炉と、原料ガス供給源と、加熱部とを備える装置が開示されている（例えば、特許文献１）、反応炉は、触媒を収容する。原料ガス供給源は、反応炉に炭化水素を供給する。加熱部は、反応炉の周囲に設けられ、反応炉内を加熱する。
特許第５８６２５５９号公報
　炭化水素の熱分解反応は、触媒を用いることによって８００℃以上で効率よく進行する。しかし、炭化水素の熱分解反応は吸熱反応であるため、外部から熱を供給する必要がある。このため、上記特許文献１のような、反応炉を外部から加熱する技術において、反応炉の内部を８００℃以上にするためには、反応炉の炉壁を１０００℃以上に加熱する必要がある。そうすると、１０００℃以上の耐熱性を有する材料で反応炉を構成しなければならず、反応炉に要するコストが高くなってしまうという課題がある。
　そこで、本開示は、このような課題に鑑み、炭化水素を低コストで熱分解させることが可能な水素製造装置を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る水素製造装置は、燃料供給部によって供給される燃料を燃焼させて、触媒粒子を加熱する加熱炉と、加熱炉の下流側に接続され、触媒粒子と、燃焼排ガスとを分離するサイクロンと、サイクロンによって分離された触媒粒子を収容する収容槽と、収容槽の下部から、少なくとも炭化水素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部と、を有する熱分解炉と、を備える。
　また、収容槽から送出された混合ガスから水素を分離する水素分離部を備え、燃料供給部は、水素分離部によって分離された水素を燃料として加熱炉に供給してもよい。
　また、収容槽から送出された混合ガスから水素を分離する水素分離部を備え、燃料供給部は、水素分離部によって水素が分離された後の混合ガスを燃料として加熱炉に供給してもよい。
　また、収容槽から送出された混合ガスから固体炭素を除去する炭素回収部を備え、燃料供給部は、固体炭素が除去された混合ガスを燃料として加熱炉に供給してもよい。
　また、収容槽は、サイクロンによって分離された触媒粒子が導かれる粒子導入口と、収容槽において生成された混合ガスが送出される第１送出口と、粒子導入口と第１送出口との間に設けられ、収容槽において生成された混合ガスが送出される第２送出口と、を有し、燃料供給部は、第２送出口を通じて、収容槽から送出された混合ガスを燃料として加熱炉に供給してもよい。
　また、収容槽内に設けられ、第１送出口が設けられる第１室と、第２送出口が設けられる第２室とに収容槽内を区画する仕切板を備えてもよい。
　また、サイクロンによって分離された燃焼排ガスと、酸化剤とを熱交換する第１熱交換部と、第１熱交換部によって熱交換された酸化剤を加熱炉に供給する酸化剤供給部と、を備えてもよい。
　また、収容槽から送出された混合ガスと、原料ガスとを熱交換する第２熱交換部を備え、原料ガス導入部は、第２熱交換部によって熱交換された原料ガスを収容槽に導入してもよい。
　本開示によれば、炭化水素を低コストで熱分解させることが可能となる。
図１は、第１の実施形態に係る水素製造装置を説明する図である。 図２は、第１の実施形態に係る精製装置を説明する図である。 図３は、第１の変形例に係る燃料供給部を説明する図である。 図４は、第２の変形例に係る燃料供給部を説明する図である。 図５は、第３の変形例に係る加熱炉、サイクロン、熱分解炉を説明する図である。 図６は、第２の実施形態に係る水素製造装置を説明する図である。 図７は、第２の実施形態に係る精製装置を説明する図である。 図８は、触媒粒子に原料ガスであるメタンを通気した反応時間と、収容槽におけるガスの生成量との関係を説明する図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
［第１の実施形態：水素製造装置１００］
　図１は、第１の実施形態に係る水素製造装置１００を説明する図である。図１に示すように、水素製造装置１００は、加熱炉１１０と、第１配管１１２と、第２配管１１４と、サイクロン１２０と、連通管１２２と、熱分解炉１３０と、第１送出管１３４と、精製装置１５０と、除塵装置１６０と、第３配管１６２と、酸化剤供給部１７０と、第１熱交換部１８０と、燃料供給部１９０とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。図１中、破線の矢印は、触媒粒子ＣＡＴの流れを示す。
　加熱炉１１０は、筒形状である。第１配管１１２は、加熱炉１１０の下部と、後述する熱分解炉１３０（収容槽１３２の側面）とを接続する。なお、第１配管１１２には、不図示のループシールが設けられている。加熱炉１１０には、第１配管１１２、ループシールを通じて、熱分解炉１３０から触媒粒子ＣＡＴが導入される。
　触媒粒子ＣＡＴは、下記式（１）で示す熱分解反応を促進する触媒である。
ＣＨ４　→Ｃ　＋　２Ｈ２　　　…式（１）
触媒粒子ＣＡＴは、例えば、鉄系の触媒（鉄、鉄鉱石）である。触媒粒子ＣＡＴの粒径は、例えば、５０μｍ以上１０００μｍ以下であり、好ましくは、１００μｍ以上３００μｍ以下である。
　加熱炉１１０は、後述する燃料供給部１９０によって供給される燃料ＦＧを空気で燃焼させて、触媒粒子ＣＡＴを９００℃程度に加熱する。第２配管１１４は、加熱炉１１０の上部と、後述するサイクロン１２０とを接続する。加熱炉１１０において加熱された触媒粒子ＣＡＴおよび燃焼排ガスＥＸは、第２配管１１４を通じて、サイクロン１２０に送出される。
　サイクロン１２０は、熱分解炉１３０の上方に設けられる。サイクロン１２０は、第２配管１１４を介して、加熱炉１１０の下流側に接続される。サイクロン１２０は、第２配管１１４を通じて加熱炉１１０から導入された、触媒粒子ＣＡＴと燃焼排ガスＥＸとの混合物を固気分離する。
　連通管１２２は、サイクロン１２０の底部と熱分解炉１３０（収容槽１３２）とを接続する。また、連通管１２２には、不図示のループシールが設けられている。サイクロン１２０で分離された高温の触媒粒子ＣＡＴは、連通管１２２、ループシールを通過して、熱分解炉１３０に導入される。
　熱分解炉１３０は、例えば、気泡流動層（バブリング流動層）炉である。熱分解炉１３０は、サイクロン１２０から導入された高温の触媒粒子ＣＡＴを、原料ガスＧＧによって流動化する。原料ガスＧＧは、少なくとも炭化水素（例えば、メタン）を含む。原料ガスＧＧは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）である。以下、炭化水素としてメタンを例に挙げる。
　具体的に説明すると、熱分解炉１３０は、収容槽１３２と、原料ガス導入部１４０とを含む。収容槽１３２は、サイクロン１２０によって分離された、高温の触媒粒子ＣＡＴを収容する容器である。収容槽１３２の上面には、粒子導入口１３２ａと、第１送出口１３２ｂが設けられる。第１送出口１３２ｂは、粒子導入口１３２ａよりも触媒粒子ＣＡＴの流れ方向の下流側に設けられる。
　粒子導入口１３２ａには、連通管１２２が接続される。第１送出口１３２ｂには、第１送出管１３４が接続される。また、収容槽１３２の側面には、粒子排出口１３２ｃが設けられる。粒子排出口１３２ｃには、第１配管１１２が接続される。収容槽１３２の底面は、通気可能な分散板１４２ａで構成される。
　原料ガス導入部１４０は、収容槽１３２の下部から原料ガスＧＧを導入する。本実施形態において、原料ガス導入部１４０は、風箱１４２と、ブロワ１４４とを含む。風箱１４２は、収容槽１３２の下方に設けられる。風箱１４２の上部は、分散板１４２ａで構成されている。換言すれば、分散板１４２ａは、収容槽１３２と風箱１４２とを区画する。ブロワ１４４は、風箱１４２に原料ガスＧＧを供給する。ブロワ１４４は、吸入側が原料供給管１４６を通じて、原料ガスＧＧの供給源に接続される。ブロワ１４４は、吐出側が原料送出管１４８を通じて、風箱１４２に接続される。ブロワ１４４によって風箱１４２に供給された原料ガスＧＧは、収容槽１３２の底面（分散板１４２ａ）から当該収容槽１３２内に導入される。
　したがって、粒子導入口１３２ａを通じてサイクロン１２０から導入された高温の触媒粒子ＣＡＴは、原料ガスＧＧによって流動化し、収容槽１３２内において流動層Ｒ（気泡流動層）が形成される。また、熱分解炉１３０は、流動層Ｒ（触媒粒子ＣＡＴ）が有する熱で、原料ガスＧＧを熱分解する。つまり、収容槽１３２内において、上記式（１）に示す熱分解反応が進行する。
　こうして、熱分解炉１３０において、水素（Ｈ２）、未反応のメタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および、固体炭素（ＳＣ）を含む混合ガスＭＧが生成される。熱分解炉１３０で生成された混合ガスＭＧは、第１送出口１３２ｂ、第１送出管１３４を通じて、精製装置１５０に導入される。精製装置１５０は、混合ガスＭＧから水素を分離する。精製装置１５０については、後に詳述する。
　一方、上記したように、熱分解炉１３０において流動化された触媒粒子ＣＡＴは、粒子排出口１３２ｃ、第１配管１１２を通じて加熱炉１１０に戻される。
　このように、本実施形態に係る水素製造装置１００において、触媒粒子ＣＡＴは、加熱炉１１０、第２配管１１４、サイクロン１２０、連通管１２２、熱分解炉１３０（収容槽１３２）、第１配管１１２を、この順に移動し、再度加熱炉１１０に導入されることにより、これらを循環することとなる。
　除塵装置１６０は、第３配管１６２を通じてサイクロン１２０の上部に接続される。除塵装置１６０は、燃焼排ガスＥＸを除塵する。除塵装置１６０は、例えば、バグフィルタである。除塵装置１６０によって除塵された燃焼排ガスＥＸは、大気に放散される。
　酸化剤供給部１７０は、加熱炉１１０に空気を供給する。酸化剤供給部１７０は、ブロワ１７２と、酸化剤供給管１７４とを含む。ブロワ１７２は、吸入側が大気開放される。ブロワ１７２は、吐出側が酸化剤供給管１７４に接続される。酸化剤供給管１７４は、ブロワ１７２と加熱炉１１０の底部とを接続する。
　第１熱交換部１８０は、サイクロン１２０によって分離された燃焼排ガスＥＸ（第３配管１６２を通過する燃焼排ガスＥＸ）と、酸化剤供給管１７４を通過する空気とを熱交換する。これにより、燃焼排ガスＥＸから熱が奪われ（冷却され）、空気が加熱される。こうして、冷却された燃焼排ガスＥＸは、除塵装置１６０に導かれる。また、加熱された空気は、酸化剤供給部１７０によって加熱炉１１０に導かれる。
　燃料供給部１９０は、加熱炉１１０に燃料ＦＧを供給する。燃料供給部１９０については、後に詳述する。
［精製装置１５０］
　図２は、第１の実施形態に係る精製装置１５０を説明する図である。図２に示すように、精製装置１５０は、サイクロン２１０と、第４配管２１２と、炭素回収部２２０と、第５配管２２２と、コンプレッサ２３０と、第６配管２３２と、水素分離部２４０と、第７配管２４２と、第８配管２４４と、第２熱交換部２５０とを含む。
　サイクロン２１０は、第１送出管１３４を介して、収容槽１３２の第１送出口１３２ｂに接続される。サイクロン２１０は、第１送出管１３４を通じて収容槽１３２から送出された混合ガスＭＧを固気分離する。サイクロン２１０で分離された固形物（触媒粒子ＣＡＴおよび固体炭素ＳＣ）は、ナノ炭素材料として利用されたり、アスファルト、コンクリート等の構造材料に混合されたりする。
　第４配管２１２は、サイクロン２１０の上部と炭素回収部２２０とを接続する。サイクロン２１０によって固形物が分離された後の混合ガスＭＧは、第４配管２１２を通じて、炭素回収部２２０に導かれる。
　炭素回収部２２０は、混合ガスＭＧから固体炭素ＳＣを除去する。炭素回収部２２０は、例えば、バグフィルタ、または、サイクロンである。炭素回収部２２０によって除去された固体炭素ＳＣは、後段の固体炭素利用設備に搬送される。
　第５配管２２２は、炭素回収部２２０とコンプレッサ２３０の吸入側とを接続する。コンプレッサ２３０は、炭素回収部２２０によって固体炭素ＳＣが除去された混合ガスＭＧを昇圧して水素分離部２４０に送出する。コンプレッサ２３０は、燃料供給部１９０としても機能する。第６配管２３２は、コンプレッサ２３０の吐出側と水素分離部２４０とを接続する。
　水素分離部２４０は、混合ガスＭＧから水素を分離する。水素分離部２４０は、例えば、圧力スイング吸着（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）を利用した装置、または、深冷分離装置である。
　第７配管２４２は、水素分離部２４０と、後段の水素利用設備とを接続する。水素分離部２４０によって分離された水素（例えば、純度９９％以上）は、水素利用設備に送出される。
　第８配管２４４は、水素分離部２４０と、原料供給管１４６とを接続する。水素分離部２４０によって水素が分離された後の混合ガスＭＧは、原料ガスの供給源から導かれる原料ガスＧＧに混合され、収容槽１３２に供給される。つまり、水素分離部２４０によって水素が分離された後の混合ガスＭＧは、原料ガスＧＧとして、収容槽１３２に導かれる。水素分離部２４０によって水素が分離された後の混合ガスＭＧは、未反応のメタンおよび水素を少なくとも含む。
　燃料供給部１９０は、コンプレッサ２３０と、燃料供給管１９２とを含む。燃料供給管１９２は、第７配管２４２と加熱炉１１０（図１参照）とを接続する。したがって、本実施形態において、燃料供給部１９０は、水素分離部２４０によって分離された水素を燃料ＦＧとして加熱炉１１０に供給する。
　第２熱交換部２５０は、サイクロン２１０によって固気分離された混合ガスＭＧと、原料ガスＧＧとを熱交換する。本実施形態において、第２熱交換部２５０は、第４配管２１２を通過する混合ガスＭＧと、原料送出管１４８を通過する原料ガスＧＧとを熱交換する。これにより、混合ガスＭＧから熱が奪われ（冷却され）、原料ガスＧＧが加熱される。こうして、冷却された混合ガスＭＧは、炭素回収部２２０に導かれる。また、加熱された原料ガスＧＧは、原料ガス導入部１４０によって、熱分解炉１３０（収容槽１３２）に導かれる。
　以上説明したように、本実施形態に係る水素製造装置１００は、加熱炉１１０と、熱分解炉１３０とを備える。このため、水素製造装置１００は、加熱炉１１０によって加熱された触媒粒子ＣＡＴの熱でメタン（炭化水素）を熱分解することができる。
　また、水素製造装置１００では、加熱された触媒粒子ＣＡＴが熱分解炉１３０（収容槽１３２内）に導入される。このため、収容槽１３２の内部は、触媒粒子ＣＡＴによって実質的に均一に加熱される。したがって、水素製造装置１００は、熱分解炉１３０を外部から加熱する必要がない。これにより、水素製造装置１００は、１０００℃以上の耐熱性を有する材質で熱分解炉１３０の炉壁を構成する必要がなくなり、熱分解炉１３０の製造コストを低減することができる。したがって、水素製造装置１００は、メタン（炭化水素）を低コストで熱分解させることが可能となる。換言すれば、水素製造装置１００は、低コストで水素を製造することができる。
　また、熱分解炉内を外部から加熱する従来技術は、熱分解炉の内部温度を均一にすることが難しく、熱分解炉の大型化が困難である。これに対し、水素製造装置１００は、熱分解炉内を外部から加熱する従来技術と比較して、収容槽１３２内の温度を均一化することができる。これにより、水素製造装置１００は、収容槽１３２内において、触媒粒子ＣＡＴの温度が局所的に低下してしまう事態を回避することが可能となる。したがって、水素製造装置１００は、効率よくメタン（炭化水素）を熱分解することができる。また、水素製造装置１００は、収容槽１３２の内部の温度を均一化できるため、収容槽１３２を大型化することも可能である。これにより、水素製造装置１００は、大量の水素を安価に製造することができる。
　また、上記したように、原料ガス導入部１４０は、収容槽１３２内に触媒粒子ＣＡＴの流動層Ｒを形成する。これにより、熱分解炉１３０は、収容槽１３２内において触媒粒子ＣＡＴ同士を摺動させることができる。したがって、熱分解炉１３０は、触媒粒子ＣＡＴの表面に成長した固体炭素ＳＣを脱着させることが可能となる。このため、水素製造装置１００は、触媒粒子ＣＡＴから固体炭素ＳＣを分離するため専用の装置（例えば、化学洗浄装置）を省略することができる。
　また、上記したように、水素製造装置１００は、水素分離部２４０および燃料供給部１９０を備える。これにより、水素製造装置１００は、水素を燃料ＦＧとして燃焼させて、触媒粒子ＣＡＴを加熱することができる。したがって、水素製造装置１００は、触媒粒子ＣＡＴの加熱において二酸化炭素の発生を防止することが可能となる。このため、水素製造装置１００は、二酸化炭素フリーの水素を製造することができる。
　また、上記したように、水素製造装置１００は、第１熱交換部１８０を備え、酸化剤供給部１７０は、第１熱交換部１８０によって加熱された空気を加熱炉１１０に供給する。つまり、水素製造装置１００は、加熱炉１１０に供給する空気を予熱することができる。このため、水素製造装置１００は、触媒粒子ＣＡＴを所望の温度（例えば、９００℃）に加熱するために必要な燃料ＦＧの量を削減することが可能となる。したがって、水素製造装置１００は、低コストで触媒粒子ＣＡＴを加熱することができる。また、第１熱交換部１８０は、除塵装置１６０に供給する前の燃焼排ガスＥＸを冷却することが可能となる。したがって、水素製造装置１００は、除塵装置１６０の破損を防止することができる。
　また、上記したように、水素製造装置１００は、第２熱交換部２５０を備え、原料ガス導入部１４０は、第２熱交換部２５０によって加熱された原料ガスＧＧを熱分解炉１３０（収容槽１３２）に導入する。つまり、水素製造装置１００は、熱分解炉１３０に供給する原料ガスＧＧを予熱することができる。このため、水素製造装置１００は、熱分解炉１３０の温度の低下を抑制することができる。したがって、水素製造装置１００は、加熱炉１１０における触媒粒子ＣＡＴの加熱量（燃料ＦＧの量）を低減することが可能となる。また、水素製造装置１００は、熱分解炉１３０内の温度の不均一化を抑制することができる。したがって、水素製造装置１００は、効率よくメタン（炭化水素）を熱分解することが可能となる。また、第２熱交換部２５０は、炭素回収部２２０に供給する前の混合ガスＭＧを冷却することが可能となる。したがって、水素製造装置１００は、炭素回収部２２０の破損を防止することができる。
［第１の変形例］
　上記第１の実施形態では、燃料供給部１９０が、水素分離部２４０によって分離された水素を燃料ＦＧとして、加熱炉１１０に供給する構成を例に挙げた。しかし、燃料供給部は、他のガスを燃料ＦＧとして、加熱炉１１０に供給してもよい。
　図３は、第１の変形例に係る燃料供給部３１０を説明する図である。図３に示すように、第１の変形例に係る燃料供給部３１０は、コンプレッサ２３０と、燃料供給管３１２とを含む。燃料供給管３１２は、原料送出管１４８と、加熱炉１１０（図１参照）とを接続する。したがって、第１の変形例において、燃料供給部３１０は、水素分離部２４０によって水素が取り除かれた後の混合ガスＭＧを燃料ＦＧとして加熱炉１１０に供給する。水素分離部２４０によって水素が取り除かれた後の混合ガスＭＧには、未反応のメタン、および、水素が含まれる。
　燃料供給部３１０は、第１の実施形態とは異なり、水素に代えて、混合ガスＭＧを加熱炉１１０に供給する。つまり、燃料供給部３１０は、第１の実施形態とは異なり、水素分離部２４０によって製造される水素を加熱炉１１０の燃焼に用いない。したがって、燃料供給部３１０は、第１の実施形態と比較して、単位原料ガスＧＧ量あたりの水素の製造量を増加させることができる。したがって、燃料供給部３１０を備える水素製造装置１００は、低コストで水素を製造することが可能となる。
［第２の変形例］
　上記第１の実施形態および第１の変形例では、燃料供給部１９０、３１０が、水素分離部２４０によって分離された、水素または混合ガスＭＧを燃料ＦＧとして、加熱炉１１０に供給する構成を例に挙げた。しかし、燃料供給部は、他のガスを燃料ＦＧとして、加熱炉１１０に供給してもよい。
　図４は、第２の変形例に係る燃料供給部３２０を説明する図である。図４に示すように、第２の変形例に係る燃料供給部３２０は、コンプレッサ２３０と、燃料供給管３２２とを含む。燃料供給管３２２は、第６配管２３２と、加熱炉１１０（図１参照）とを接続する。したがって、第２の変形例において、燃料供給部３２０は、炭素回収部２２０によって固体炭素が除去された混合ガスＭＧを燃料として加熱炉１１０に供給する。炭素回収部２２０によって固体炭素が除去された混合ガスＭＧには、未反応のメタン、および、水素が含まれる。
　これにより、燃料供給部３２０は、水素分離部２４０に導かれる混合ガスＭＧの量を第１の実施形態よりも低減することができる。これにより、水素分離部２４０の水素分離動力を低減させることが可能となる。また、水素分離部２４０に導かれる混合ガスＭＧの主成分は、水素である。このため、燃料供給部３２０が混合ガスＭＧを燃料ＦＧとして用いることにより、炭化水素を燃料ＦＧとして用いるよりも、二酸化炭素の発生量を低減することが可能となる。
［第３の変形例］
　上記第１の実施形態では、第１配管１１２および連通管１２２にループシールが設けられる構成を例に挙げた。しかし、ループシールを省略することもできる。
　図５は、第３の変形例に係る加熱炉１１０、サイクロン１２０、熱分解炉１３０を説明する図である。図５中、破線は、触媒粒子ＣＡＴの流動層Ｒの上面を示す。
　図５に示すように、第３の変形例において、連通管１２２は、収容槽１３２の上面を貫通し、収容槽１３２の内部まで延在する。連通管１２２の下部開口１２２ａは、収容槽１３２に形成される流動層Ｒ内に位置する。
　また、収容槽１３２の側面と、加熱炉１１０の側面とは、開口１１０ａを通じて連通する。
　収容槽１３２内には、第１仕切板３５０と、第２仕切板３５２とが設けられる。第１仕切板３５０は、分散板１４２ａから上端３５０ａまで鉛直方向に延在し（立設し）、両側面に亘って延在した板である。第１仕切板３５０の上端３５０ａ（先端）は、収容槽１３２の上面から離隔する。第３の変形例において、第１送出管１３４は、収容槽１３２の上面のうち、連通管１２２と第１仕切板３５０との間に接続される。
　第２仕切板３５２は、第１仕切板３５０と開口１１０ａとの間に設けられる。第２仕切板３５２は、収容槽１３２の上面から下端３５２ａまで鉛直方向に延在し、両側面に亘って延在した板である。第２仕切板３５２の下端３５２ａ（先端）は、分散板１４２ａから離隔する。
　第１仕切板３５０の上端３５０ａは、第２仕切板３５２の下端３５２ａよりも上方に位置する。第２仕切板３５２の下端３５２ａは、開口１１０ａの下端１１０ｂよりも下方に位置する。開口１１０ａの下端１１０ｂは、第１仕切板３５０の上端３５０ａより下方に位置する。
　また、第３の変形例の風箱１４２内には、第３仕切板１４２ｂが設けられる。第３仕切板１４２ｂは、風箱１４２内における第１仕切板３５０に対応する位置に設けられる。第３仕切板１４２ｂは、原料ガスＧＧが流通不可能、または、流通困難に風箱１４２内を区画する。なお、原料送出管１４８は、風箱１４２における連通管１２２と第１仕切板３５０との間、および、第１仕切板３５０と開口１１０ａとの間に接続される。
　このように、第３の変形例に係る連通管１２２は、収容槽１３２の上面を貫通し、収容槽１３２の内部まで延在する。これにより、第３の変形例は、第３配管１６２の燃焼排ガスＥＸが収容槽１３２に混入してしまう事態を回避することが可能となる。このため、第３の変形例の連通管１２２は、上記第１の実施形態とは異なり、ループシールを省略することができる。
　また、第３の変形例に係る加熱炉１１０および熱分解炉１３０は、開口１１０ａ、第１仕切板３５０、第２仕切板３５２を備える。これにより、第３の変形例は、収容槽１３２の混合ガスＭＧが加熱炉１１０に混入してしまう事態を回避することが可能となる。このため、加熱炉１１０および熱分解炉１３０は、上記第１の実施形態とは異なり、第１配管１１２およびループシールを省略することができる。
　このように、第３の変形例は、ループシールおよびループシールに付随する機器を省略することができる。このため、第３の変形例は、水素製造装置１００全体のコンパクト化を図ることができ、水素製造装置１００を低コスト化することが可能となる。
［第２の実施形態：水素製造装置４００］
　図６は、第２の実施形態に係る水素製造装置４００を説明する図である。図７は、第２の実施形態に係る精製装置４５０を説明する図である。図６に示すように、水素製造装置４００は、加熱炉１１０と、第１配管１１２と、第２配管１１４と、サイクロン１２０と、連通管１２２と、熱分解炉４３０と、第１送出管１３４と、第２送出管１３６と、精製装置４５０と、除塵装置１６０と、第３配管１６２と、酸化剤供給部１７０と、第１熱交換部１８０と、燃料供給部４９０とを含む。また、図７に示すように、精製装置４５０は、サイクロン２１０と、第４配管２１２と、炭素回収部２２０と、第５配管２２２と、コンプレッサ２３０と、第６配管２３２と、水素分離部２４０と、第７配管２４２と、第８配管２４４と、第２熱交換部２５０と、サイクロン４６０と、第２熱交換部４７０とを含む。
　なお、図６および図７中、実線の矢印は、ガスの流れを示す。図６中、破線の矢印は、触媒粒子ＣＡＴの流れを示す。また、上記水素製造装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　熱分解炉４３０は、収容槽１３２と、仕切板４３４と、原料ガス導入部１４０とを含む。収容槽１３２の上面には、粒子導入口１３２ａと、第１送出口１３２ｂと、第２送出口４３２ａが設けられる。第２送出口４３２ａは、粒子導入口１３２ａと第１送出口１３２ｂとの間に設けられる。つまり、第２送出口４３２ａは、粒子導入口１３２ａよりも触媒粒子ＣＡＴの流れ方向の下流側に設けられる。また、第２送出口４３２ａは、第１送出口１３２ｂよりも触媒粒子ＣＡＴの流れ方向の上流側に設けられる。第２送出口４３２ａには、第２送出管１３６が接続される。
　仕切板４３４は、収容槽１３２内に設けられる。仕切板４３４は、収容槽１３２の上面から下端まで鉛直方向に延在し、両側面に亘って延在した板である。仕切板４３４の下端（先端）は、分散板１４２ａ（底部）から離隔する。仕切板４３４は、第１送出口１３２ｂが設けられる第１室４３２Ａと、粒子導入口１３２ａおよび第２送出口４３２ａが設けられる第２室４３２Ｂとに収容槽１３２内を区画する。
　なお、水素製造装置１００の運転中において、仕切板４３４の下端は、触媒粒子ＣＡＴで形成される流動層Ｒ内に位置する。つまり、仕切板４３４は、収容槽１３２内に形成されるフリーボード領域を２つに区画する。
　図８は、触媒粒子ＣＡＴに原料ガスＧＧであるメタンを通気した反応時間と、収容槽１３２におけるガスの生成量との関係を説明する図である。図８中、横軸は、メタン分解の反応時間の経過を示す。図８中、縦軸は、収容槽１３２におけるガスの生成量を示す。また、図８中、白い丸は、メタンを示す。図８中、白い四角は、水素を示す。図８中、黒い四角は、一酸化炭素を示す。図８中、黒い丸は、二酸化炭素を示す。
　図８に示すように、メタンは、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａに到達するまでは、熱分解反応の進行に伴って減少する。また、メタンは、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａを超えると、わずかに漸増する。一方、水素の生成量は、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａに到達するまでは、メタンの熱分解反応の進行に伴って増加する。また、水素の生成量は、時間Ｔａを超えると、わずかに漸減する。
　一酸化炭素の生成量は、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａよりも短い時間Ｔｂに到達するまでは増加し、時間Ｔｂを超えると漸減する。また、一酸化炭素は、時間Ｔａを超えると、生成量が約０になる。二酸化炭素の生成量は、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔｂに到達するまでにわずかに生成されるものの、時間Ｔａを超えると、生成量が約０になる。つまり、図８に示すように、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａに到達するまでに、一酸化炭素および二酸化炭素が生成されることがわかる。
　加熱炉１１０において、燃料ＦＧを燃焼させる際に用いる空気に含まれる酸素によって、触媒粒子ＣＡＴの少なくとも一部が酸化され、酸化された触媒粒子ＣＡＴが熱分解炉１３０に導かれる。そうすると、熱分解炉１３０において酸化された触媒粒子ＣＡＴがメタンによって還元され、一酸化炭素および二酸化炭素が生成されることになる。
　上記したように、触媒粒子ＣＡＴは、粒子導入口１３２ａを通じて収容槽１３２内に導かれ、粒子排出口１３２ｃを通じて収容槽１３２内から排出される。つまり、触媒粒子ＣＡＴは、収容槽１３２内を図６中、右側から左側に移動する。そこで、仕切板４３４は、収容槽１３２内における、触媒粒子ＣＡＴの滞留時間が時間Ｔａ以上の所定の時間に相当する箇所に設置される。
　これにより、仕切板４３４は、第２室４３２Ｂにおいて、触媒粒子ＣＡＴが還元されることにより生成される、一酸化炭素および二酸化炭素を含む混合ガスＭＧｂの第１室４３２Ａへの移動を制限することができる。
　また、第２室４３２Ｂにおいて、還元された触媒粒子ＣＡＴは、仕切板４３４の下方を通過し、第１室４３２Ａに移動する。このため、熱分解炉４３０は、第１室４３２Ａにおいて、水素およびメタンを含む混合ガスＭＧａを生成することができる。
　こうして、第２室４３２Ｂにおいて生成された、メタン、水素、一酸化炭素、および、二酸化炭素を含む混合ガスＭＧｂは、第２送出口４３２ａ、第２送出管１３６を通じて、サイクロン４６０に送出される。一方、第１室４３２Ａにおいて生成された、メタンおよび水素を含む混合ガスＭＧａは、第１送出口１３２ｂ、第１送出管１３４を通じて、サイクロン２１０に送出される。
　図７に示すように、サイクロン４６０は、第２送出管１３６を介して、収容槽１３２の第２送出口４３２ａに接続される。サイクロン４６０は、第２送出管１３６を通じて収容槽１３２から送出された混合ガスＭＧｂを固気分離する。サイクロン４６０で分離された固形物（触媒粒子ＣＡＴおよび固体炭素ＳＣ）は、ナノ炭素材料として利用されたり、アスファルト、コンクリート等の構造材料に混合されたりする。
　燃料供給部４９０は、第９配管４９２と、炭素回収部４９４と、第１０配管４９６と、ブロワ４９８と、燃料供給管５００とを含む。
　第９配管４９２は、サイクロン４６０の上部と炭素回収部４９４とを接続する。サイクロン４６０によって固形物が分離された後の混合ガスＭＧｂは、第９配管４９２を通じて、炭素回収部４９４に導かれる。
　炭素回収部４９４は、混合ガスＭＧｂから固体炭素ＳＣを除去する。炭素回収部４９４は、例えば、バグフィルタ、または、サイクロンである。炭素回収部４９４によって除去された固体炭素ＳＣは、後段の固体炭素利用設備に搬送される。
　第１０配管４９６は、炭素回収部４９４とブロワ４９８の吸入側とを接続する。ブロワ４９８は、炭素回収部４９４によって固体炭素ＳＣが除去された混合ガスＭＧｂを昇圧して加熱炉１１０に送出する。燃料供給管５００は、ブロワ４９８の吐出側と加熱炉１１０とを接続する。
　したがって、本実施形態において、燃料供給部４９０は、サイクロン４６０によって分離された混合ガスＭＧｂを燃料ＦＧとして加熱炉１１０に供給する。
　第２熱交換部４７０は、第９配管４９２を通過する混合ガスＭＧｂと、原料送出管１４８を通過する原料ガスＧＧとを熱交換する。そして、第２熱交換部２５０は、第２熱交換部４７０によって加熱された原料ガスＧＧと、第４配管２１２を通過する混合ガスＭＧａとを熱交換する。
　以上説明したように、本実施形態に係る水素製造装置４００は、仕切板４３４および第２送出管１３６を備える。これにより、水素製造装置４００は、触媒粒子ＣＡＴの還元によって生じた、一酸化炭素および二酸化炭素を、混合ガスＭＧａから分離することができる。したがって、水素製造装置４００は、水素分離部２４０に導かれる混合ガスＭＧａ中の水素濃度を増加させることが可能となる。このため、水素製造装置４００は、水素分離部２４０を小型化することができる。これにより、水素製造装置４００は、水素分離部２４０のコストを低減することが可能となる。したがって、水素製造装置４００は、低コストで水素を製造することが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上述した第１の実施形態において、燃料供給部１９０が水素のみを燃料ＦＧとして加熱炉１１０に供給する構成を例に挙げた。しかし、燃料供給部１９０は、水素に加えて、炭化水素を燃料ＦＧとして加熱炉１１０に供給してもよい。
　また、上記第１の実施形態、第１の変形例、第２の変形例、および、第２の実施形態において、酸化剤供給部１７０が空気を加熱炉１１０に供給する構成を例に挙げた。しかし、酸化剤供給部１７０は、酸化剤を加熱炉１１０に供給すればよい。酸化剤供給部１７０は、例えば、酸素富化ガスを加熱炉１１０に供給してもよい。
　また、上記第１の実施形態、第１の変形例、第２の変形例、および、第２の実施形態において、水素製造装置１００、４００が第１熱交換部１８０を備える構成を例に挙げた。しかし、第１熱交換部１８０は必須の構成ではない。同様に、上記第１の実施形態、第１の変形例、第２の変形例、および、第２の実施形態において、水素製造装置１００、４００が、第２熱交換部２５０を備える構成を例に挙げた。しかし、第２熱交換部２５０は必須の構成ではない。また、第２の実施形態において、水素製造装置４００が、第２熱交換部４７０を備える構成を例に挙げた。しかし、第２熱交換部４７０は必須の構成ではない。
　また、上記第２の実施形態において、熱分解炉４３０が仕切板４３４を備える場合を例に挙げた。しかし、仕切板４３４は必須の構成ではない。
　また、上記第２の実施形態において、仕切板４３４によって、１つの収容槽１３２の内部を２つに仕切る場合を例に挙げた。しかし、２つの収容槽１３２を備えてもよい。この場合、第１送出管１３４および第１配管１１２は、第１の収容槽１３２に接続される。また、連通管１２２および第２送出管１３６は、第２の収容槽１３２に接続される。そして、第１の収容槽１３２の側面と、第２の収容槽１３２の側面とを接続する配管およびループシールが設けられる。つまり、第１の収容槽１３２が第１室４３２Ａとして機能し、第２の収容槽１３２が第２室４３２Ｂとして機能する。
　また、上記第２の実施形態において、第２熱交換部２５０は、第２熱交換部４７０によって熱交換された後の原料ガスＧＧを熱交換する構成を例に挙げた。しかし、第２熱交換部４７０は、第２熱交換部２５０によって熱交換された後の原料ガスＧＧを熱交換してもよい。
　また、燃料供給部は、水素分離部２４０によって分離された水素、水素分離部２４０によって水素が分離された後の混合ガス、炭素回収部２２０によって固体炭素が除去された混合ガス、および、第２送出口４３２ａを通じて収容槽１３２から送出された混合ガスのうちの２種類以上のガスを燃料として加熱炉１１０に供給してもよい。
　また、水素製造装置１００、４００は、スートブロワ、または、ガスの噴流を供給する装置を収容槽１３２に備えてもよい。これにより、触媒粒子ＣＡＴから固体炭素ＳＣの脱着を効率よく行うことができる。
　また、上記したように、混合ガスＭＧ、ＭＧａ、ＭＧｂの流れに伴い、熱分解炉１３０から触媒粒子ＣＡＴの一部が送出される。このため、水素製造装置１００に触媒粒子ＣＡＴが適宜追加されるとよい。なお、加熱炉１１０、第１配管１１２、第２配管１１４、サイクロン１２０、連通管１２２を通じて、収容槽１３２内に触媒粒子ＣＡＴが追加されるとよい。これにより、新規の触媒粒子ＣＡＴを効率よく加熱することができる。したがって、常温程度の新規の触媒粒子ＣＡＴが収容槽１３２に供給される事態を回避することが可能となる。このため、常温程度の新規の触媒粒子ＣＡＴによる熱分解反応の抑制を回避することができる。
１００：水素製造装置　１１０：加熱炉　１２０：サイクロン　１３０：熱分解炉　１３２：収容槽　１３２ａ：粒子導入口　１３２ｂ：第１送出口　１４０：原料ガス導入部　１７０：酸化剤供給部　１８０：第１熱交換部　１９０：燃料供給部　２２０：炭素回収部　２４０：水素分離部　２５０：第２熱交換部　３１０：燃料供給部　３２０：燃料供給部　４００：水素製造装置　４３０：熱分解炉　４３２Ａ：第１室　４３２Ｂ：第２室　４３２ａ：第２送出口　４３４：仕切板　４９０：燃料供給部

Claims (8)

  1. 　燃料供給部によって供給される燃料を燃焼させて、触媒粒子を加熱する加熱炉と、
    　前記加熱炉の下流側に接続され、前記触媒粒子と、燃焼排ガスとを分離するサイクロンと、
    　前記サイクロンによって分離された前記触媒粒子を収容する収容槽と、前記収容槽の下部から、少なくとも炭化水素を含む原料ガスを導入する原料ガス導入部と、を有する熱分解炉と、
    を備える水素製造装置。
  2. 　前記収容槽から送出された混合ガスから水素を分離する水素分離部を備え、
    　前記燃料供給部は、前記水素分離部によって分離された前記水素を前記燃料として前記加熱炉に供給する請求項１に記載の水素製造装置。
  3. 　前記収容槽から送出された混合ガスから水素を分離する水素分離部を備え、
    　前記燃料供給部は、前記水素分離部によって水素が分離された後の前記混合ガスを前記燃料として前記加熱炉に供給する請求項１または２に記載の水素製造装置。
  4. 　前記収容槽から送出された混合ガスから固体炭素を除去する炭素回収部を備え、
    　前記燃料供給部は、前記固体炭素が除去された前記混合ガスを前記燃料として前記加熱炉に供給する請求項１から３のいずれか１項に記載の水素製造装置。
  5. 　前記収容槽は、
    　前記サイクロンによって分離された前記触媒粒子が導かれる粒子導入口と、
    　前記収容槽において生成された混合ガスが送出される第１送出口と、
    　前記粒子導入口と前記第１送出口との間に設けられ、前記収容槽において生成された混合ガスが送出される第２送出口と、を有し、
    　前記燃料供給部は、前記第２送出口を通じて、前記収容槽から送出された前記混合ガスを前記燃料として前記加熱炉に供給する請求項１から４のいずれか１項に記載の水素製造装置。
  6. 　前記収容槽内に設けられ、前記第１送出口が設けられる第１室と、前記第２送出口が設けられる第２室とに前記収容槽内を区画する仕切板を備える請求項５に記載の水素製造装置。
  7. 　前記サイクロンによって分離された前記燃焼排ガスと、酸化剤とを熱交換する第１熱交換部と、
    　前記第１熱交換部によって熱交換された前記酸化剤を前記加熱炉に供給する酸化剤供給部と、
    を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の水素製造装置。
  8. 　前記収容槽から送出された混合ガスと、前記原料ガスとを熱交換する第２熱交換部を備え、
    　前記原料ガス導入部は、前記第２熱交換部によって熱交換された前記原料ガスを前記収容槽に導入する請求項１から７のいずれか１項に記載の水素製造装置。
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