JP2017088490A - Hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
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、原料炭化水素を改質装置で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（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, hydrogen production apparatuses for obtaining hydrogen are known in which raw material hydrocarbons are reformed into reformed gas by a reformer and then supplied to a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus (for example, a patent) Reference 1).
また、改質後の改質ガスを昇圧してＰＳＡ装置へ供給する水素製造装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。 There is also known a hydrogen production apparatus that boosts the reformed gas after reforming and supplies the reformed gas to a PSA apparatus (for example, see Patent Document 2).
前述した特許文献１の水素製造装置は、高純度の水素が得られるという有効なものであるが、ＰＳＡ工程の吸着反応に必要な圧力で都市ガスを供給するために、中圧ガス設備がない場所には設置できないという問題がある。また、高圧下で効率よく水蒸気改質反応を進めるために改質触媒の温度を８００℃前後にする必要がある。 The above-described hydrogen production apparatus of Patent Document 1 is effective in that high-purity hydrogen can be obtained, but there is no medium-pressure gas facility for supplying city gas at a pressure necessary for the adsorption reaction in the PSA process. There is a problem that it cannot be installed in the place. Moreover, in order to advance the steam reforming reaction efficiently under high pressure, the temperature of the reforming catalyst needs to be around 800 ° C.
また、前述した特許文献２の水素製造装置は、改質ガスを昇圧するが、原料となるガスを昇圧するよりも改質ガスを昇圧する方がガス流量が多く昇圧に必要な動力が大きくなるという問題がある。 In the hydrogen production apparatus of Patent Document 2 described above, the pressure of the reformed gas is increased. However, the pressure of the reformed gas is higher than the pressure of the raw material gas, and the gas flow rate is higher and the power required for the pressure increase is increased. There is a problem.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、中圧設備がない場所であってもガスの昇圧動力を抑えつつ稼働可能とし、改質器の上流側に昇圧手段があるものと比べて、高温にしなくても改質反応を促進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 can be operated while suppressing the pressure-boosting power of the gas even in a place where there is no medium-pressure equipment, and has a pressure-rising means upstream of the reformer. In comparison, an object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that can promote the reforming reaction without increasing the temperature.
第一態様では、炭化水素原料を改質して水素を主成分とした改質ガスを生成する多重筒型改質器と、該多重筒型改質器の下流側に設けられ当該多重筒型改質器から送られた前記改質ガスに含まれる水蒸気を減少させる昇圧前除湿器と、該昇圧前除湿器の下流側に設けられ当該昇圧前除湿器から送られた前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段の下流側に設けられ昇圧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、を有する。 In the first aspect, a multi-cylinder reformer that reforms a hydrocarbon raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and the multi-cylinder type that is provided downstream of the multi-cylinder reformer. A pre-pressurization dehumidifier that reduces the water vapor contained in the reformed gas sent from the reformer, and the reformed gas sent from the pre-pressurization dehumidifier provided downstream of the pre-pressurization dehumidifier And a hydrogen purifier for purifying hydrogen by separating the boosted reformed gas into impurities and hydrogen.
すなわち、多重筒型改質器で生成された改質ガスは、含有した水蒸気が昇圧前除湿器で削減され昇圧手段で昇圧された後、水素精製器で不純物と水素とに分離され水素が精製される。 In other words, the reformed gas produced by the multi-cylinder reformer is reduced in the pre-pressurization dehumidifier and boosted by the pressurizing means after the contained steam is separated into impurities and hydrogen by the hydrogen purifier, and the hydrogen is purified. Is done.
このように、改質ガスを昇圧して水素精製器で精製できるので、中圧ガス設備がない場所であっても水素の精製が可能となる。 Thus, since the reformed gas can be pressurized and purified by a hydrogen purifier, hydrogen can be purified even in a place where there is no medium pressure gas facility.
このとき、昇圧手段の上流側には、昇圧前除湿器が設けられており、改質ガスに含まれた水蒸気を昇圧前除湿器で減少することで、昇圧手段で昇圧する改質ガスの流量が抑制される。これにより、昇圧する改質ガスの流量が多い場合と比較して、昇圧に必要な動力を抑えることができる。 At this time, a pre-pressurization dehumidifier is provided on the upstream side of the pressurization means, and the flow rate of the reformed gas to be boosted by the pressurization means by reducing the water vapor contained in the reformed gas by the pre-pressurization dehumidifier. Is suppressed. Thereby, compared with the case where there is much flow volume of the reformed gas to raise pressure | voltage, the motive power required for pressure | voltage rise can be suppressed.
そして、この昇圧手段は、多重筒型改質器より下流側に設けられている。このため、多重筒型改質器の上流側に昇圧手段があり多重筒型改質器が高圧となる場合と比較して、多重筒型改質器内を高温にしなくても改質反応を促進することができる。 And this pressure | voltage rise means is provided in the downstream from the multiple cylinder type | mold reformer. For this reason, compared with the case where there is a boosting means upstream of the multi-cylinder reformer and the multi-cylinder reformer is at a high pressure, the reforming reaction can be performed without increasing the temperature in the multi-cylinder reformer. Can be promoted.
第二態様では、前記昇圧手段及び前記水素精製器の間に前記改質ガスに含まれる水蒸気を減少させる昇圧後除湿器を有する。 In the second aspect, a post-pressurization dehumidifier for reducing water vapor contained in the reformed gas is provided between the pressurizing means and the hydrogen purifier.
すなわち、昇圧手段で昇圧された改質ガスは、含有した水蒸気が昇圧後除湿器によって削減されるので、昇圧後の改質ガス中の水蒸気の結露を抑制することができる。 In other words, the reformed gas boosted by the booster means that the contained water vapor is reduced by the post-pressurization dehumidifier, so that dew condensation of water vapor in the reformed gas after pressurization can be suppressed.
これにより、結露水による配管腐食を抑制できるとともに、結露水による水素精製器の性能低下を抑制することができる。 Thereby, while being able to suppress pipe corrosion by dew condensation water, the performance fall of the hydrogen purifier by dew condensation water can be suppressed.
本態様では、中圧設備がない場所であってもガスの昇圧動力を抑えつつ稼働可能とし、かつ高温にしなくても改質反応を促進できる。 In this aspect, even if it is a place where there is no medium pressure facility, it is possible to operate while suppressing the pressure increase power of the gas, and the reforming reaction can be promoted even if the temperature is not high.
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１に示されるように、本実施形態に係る水素製造装置１０は、複数の多重筒型改質器１２と、第１チラー１３と、圧縮機１４と、第２チラー１５と、水素精製器１６とを備える。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, a hydrogen production apparatus 10 according to this embodiment includes a plurality of multiple cylinder reformers 12, a first chiller 13, a compressor 14, a second chiller 15, and a hydrogen purifier. 16. This hydrogen production apparatus 10 produces hydrogen from a hydrocarbon raw material. This embodiment demonstrates the case where city gas is used as an example of a hydrocarbon raw material.
複数の多重筒型改質器１２は、互いに並列に接続されている。この複数の多重筒型改質器１２は、昇圧前除湿器の一例である第１チラー１３と、昇圧手段の一例である圧縮機１４と、昇圧後除湿器の一例である第２チラー１５とを介して水素精製器１６に接続されている。複数の多重筒型改質器１２の台数は、要求される水素製造量等に合せて任意に設定可能である。この複数の多重筒型改質器１２は、互いに同一の構成とされている。 The plurality of multi-cylinder reformers 12 are connected in parallel to each other. The plurality of multi-cylinder reformers 12 includes a first chiller 13 that is an example of a pre-pressurization dehumidifier, a compressor 14 that is an example of a boosting unit, and a second chiller 15 that is an example of a post-pressurization dehumidifier. Is connected to a hydrogen purifier 16. The number of the multiple cylindrical reformers 12 can be arbitrarily set according to the required amount of hydrogen production. The plurality of multiple cylindrical reformers 12 have the same configuration.
図２に示されるように、各多重筒型改質器１２は、多重に配置された複数の筒状壁２１〜２４を有して構成されている。複数の筒状壁２１〜２４は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁２１〜２４のうち内側から一番目の筒状壁２１の内部には、燃焼室２５が形成されており、この燃焼室２５の上部には、バーナ２６が下向きに配置されている。 As shown in FIG. 2, each multi-cylinder reformer 12 has a plurality of cylindrical walls 21 to 24 arranged in a multiplex manner. The plurality of cylindrical walls 21 to 24 are formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape. A combustion chamber 25 is formed inside the first cylindrical wall 21 from the inner side among the plurality of cylindrical walls 21 to 24, and a burner 26 is disposed downwardly on the upper portion of the combustion chamber 25. Yes.
一番目の筒状壁２１と二番目の筒状壁２２との間には、燃焼排ガス流路２７が形成されている。燃焼排ガス流路２７の下端部は、燃焼室２５と連通されており、燃焼排ガス流路２７の上端部には、ガス排出管２８が設けられている。燃焼室２５から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路２７を下側から上側に流れ、ガス排出管２８を通じて外部に排出される。 A flue gas flow path 27 is formed between the first cylindrical wall 21 and the second cylindrical wall 22. A lower end portion of the combustion exhaust gas passage 27 communicates with the combustion chamber 25, and a gas exhaust pipe 28 is provided at the upper end portion of the combustion exhaust gas passage 27. The flue gas discharged from the combustion chamber 25 flows from the lower side to the upper side through the flue gas passage 27 and is discharged to the outside through the gas discharge pipe 28.
二番目の筒状壁２２と三番目の筒状壁２３との間には、第一流路３１が形成されている。この第一流路３１の上部は、予熱流路３２として形成されており、この予熱流路３２の上端部には、原料供給管３３及び改質用水供給管３４（図１では図示省略）が接続されている。二番目の筒状壁２２と三番目の筒状壁２３との間には、螺旋部材３５が設けられており、この螺旋部材３５により、予熱流路３２は、螺旋状に形成されている。 A first flow path 31 is formed between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23. The upper part of the first flow path 31 is formed as a preheating flow path 32, and a raw material supply pipe 33 and a reforming water supply pipe 34 (not shown in FIG. 1) are connected to the upper end of the preheating flow path 32. Has been. A spiral member 35 is provided between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23, and the preheating channel 32 is formed in a spiral shape by the spiral member 35.
この予熱流路３２には、原料供給管３３から都市ガスが供給されると共に、改質用水供給管３４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３２を上側から下側に流れると共に、二番目の筒状壁２２を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される。この予熱流路３２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。 The preheating channel 32 is supplied with city gas from a raw material supply pipe 33 and is supplied with reforming water from a reforming water supply pipe 34. The city gas and the reforming water flow from the upper side to the lower side through the preheating flow path 32, and are heat-exchanged with the combustion exhaust gas through the second cylindrical wall 22 to vaporize the water. In the preheating channel 32, the mixed gas is generated by mixing the city gas and the reforming water (steam) in the gas phase.
第一流路３１における予熱流路３２の下側には、改質触媒層３６が設けられており、予熱流路３２にて生成された混合ガスは、改質触媒層３６に供給される。改質触媒層３６では、燃焼排ガス流路２７を流れる燃焼排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 catalyst layer 36 is provided below the preheating channel 32 in the first channel 31, and the mixed gas generated in the preheating channel 32 is supplied to the reforming catalyst layer 36. In the reforming catalyst layer 36, the mixed gas is steam reformed by receiving heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27, and a reformed gas mainly containing hydrogen is generated.
三番目の筒状壁２３と四番目の筒状壁２４との間には、第二流路４２が形成されている。第二流路４２の下端部は、第一流路３１の下端部と連通されている。第二流路４２の下部は、改質ガス流路４３として形成されており、第二流路４２の上端部には、改質ガス排出管４４が接続されている。 A second flow path 42 is formed between the third cylindrical wall 23 and the fourth cylindrical wall 24. The lower end of the second flow path 42 is in communication with the lower end of the first flow path 31. A lower portion of the second flow path 42 is formed as a reformed gas flow path 43, and a reformed gas discharge pipe 44 is connected to an upper end portion of the second flow path 42.
第二流路４２における改質ガス流路４３よりも上側には、ＣＯ変成触媒層４５が設けられており、改質触媒層３６にて生成された改質ガスは、改質ガス流路４３を通過した後、ＣＯ変成触媒層４５に供給される。ＣＯ変成触媒層４５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 shift catalyst layer 45 is provided above the reformed gas channel 43 in the second channel 42, and the reformed gas generated in the reformed catalyst layer 36 is reformed gas channel 43. And then supplied to the CO shift catalyst layer 45. In the CO conversion catalyst layer 45, carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas react to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced.
ＣＯ変成触媒層４５の上側には、酸化剤ガス供給管４６が設けられており、第二流路４２におけるＣＯ変成触媒層４５よりも上側には、ＣＯ除去触媒層４７が設けられている。酸化剤ガス供給管４６を通じて取り入れられた酸化剤ガス、及び、ＣＯ変成触媒層４５を通過した改質ガスは、ＣＯ除去触媒層４７に供給される。ＣＯ除去触媒層４７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４５及びＣＯ除去触媒層４７で一酸化炭素が除去された改質ガスは、改質ガス排出管４４を通じて排出される。 An oxidant gas supply pipe 46 is provided above the CO conversion catalyst layer 45, and a CO removal catalyst layer 47 is provided above the CO conversion catalyst layer 45 in the second flow path 42. The oxidant gas introduced through the oxidant gas supply pipe 46 and the reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 45 are supplied to the CO removal catalyst layer 47. In the CO removal catalyst layer 47, for example, carbon monoxide reacts with oxygen on a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium to be converted into carbon dioxide, and carbon monoxide is removed. The reformed gas from which carbon monoxide has been removed by the CO shift catalyst layer 45 and the CO removal catalyst layer 47 is discharged through the reformed gas discharge pipe 44.
各多重筒型改質器１２にて生成された改質ガスは、図１に示したように、第１チラー１３に送られる。第１チラー１３は、各多重筒型改質器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。これにより、改質ガスに含まれた水蒸気を減少させる。 The reformed gas generated in each multi-cylinder reformer 12 is sent to the first chiller 13 as shown in FIG. The first chiller 13 has a function of cooling the reformed gas sent from each multi-cylinder reformer 12, condenses the water vapor contained in the reformed gas during condensation, and condenses the condensed water. By discharging from the drain, water vapor is separated from the reformed gas. Thereby, water vapor contained in the reformed gas is reduced.
第１チラー１３で除湿された改質ガスは、圧縮機１４に送られる。圧縮機１４は、第１チラー１３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。 The reformed gas dehumidified by the first chiller 13 is sent to the compressor 14. The compressor 14 compresses the reformed gas sent from the first chiller 13 with a pump, and sends out the reformed gas with an increased pressure.
圧縮機１４からの改質ガスは、第２チラー１５に送られる。第２チラー１５は、圧縮機１４から送られた改質ガスを冷却する機能を有し、改質ガスに含まれる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。これにより、改質ガスに含まれた水蒸気を減少させる。第２チラー１３で除湿された改質ガスは、水素精製器１６に送られる。
なお、本実施形態では、第１チラー１３や第２チラー１５を用いて改質ガスに含まれた水蒸気を減少したが、これに限定されるものではない。例えば、水蒸気分離膜を利用して改質ガスに含まれた水蒸気を分離して減少させてもよい。シリカゲルのような吸湿剤を利用して改質ガスに含まれた水蒸気を減少させてもよい。
The reformed gas from the compressor 14 is sent to the second chiller 15. The second chiller 15 has a function of cooling the reformed gas sent from the compressor 14, condenses and condenses water vapor contained in the reformed gas, and discharges the condensed water from the drain. , Separating water vapor from the reformed gas. Thereby, water vapor contained in the reformed gas is reduced. The reformed gas dehumidified by the second chiller 13 is sent to the hydrogen purifier 16.
In the present embodiment, the water vapor contained in the reformed gas is reduced using the first chiller 13 and the second chiller 15, but the present invention is not limited to this. For example, the water vapor contained in the reformed gas may be separated and reduced using a water vapor separation membrane. The moisture contained in the reformed gas may be reduced using a hygroscopic agent such as silica gel.
水素精製器１６には、一例として、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置が使用されている。この水素精製器１６では、改質ガスが不純物と水素とに分離され、水素が精製される。水素精製器１６からのオフガスには、不純物が含まれ、このオフガスは、上述のバーナ２６（図２参照）の燃料として利用される。このバーナ２６に供給される燃料が足りない場合には、バーナ２６に図示しない補給経路から都市ガスが供給される。 As an example, a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus is used for the hydrogen purifier 16. In the hydrogen purifier 16, the reformed gas is separated into impurities and hydrogen, and the hydrogen is purified. The off gas from the hydrogen purifier 16 contains impurities, and this off gas is used as fuel for the burner 26 (see FIG. 2). When the fuel supplied to the burner 26 is insufficient, the city gas is supplied to the burner 26 from a supply route (not shown).
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、供給量測定部２０を介して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。 The hydrogen production apparatus 10 described above is applied to, for example, a fuel cell system, and the hydrogen produced by the hydrogen production apparatus 10 is supplied to the fuel cell in the fuel cell system via the supply amount measuring unit 20 and is produced by the fuel cell. Used for power generation.
この水素製造装置１０において、例えば、燃料電池システムのスペック（定格出力）に対応して要求される水素製造量が変わる場合には、多重筒型改質器１２の設置台数を調整することにより対応可能である。また、燃料電池の負荷変動に対応して燃料電池への水素の供給量を変えたい場合には、多重筒型改質器１２の稼働数を調整することにより対応可能である。 In this hydrogen production apparatus 10, for example, when the required amount of hydrogen production corresponding to the specifications (rated output) of the fuel cell system changes, it can be dealt with by adjusting the number of installed multi-cylinder reformers 12. Is possible. Further, when it is desired to change the supply amount of hydrogen to the fuel cell in response to the load fluctuation of the fuel cell, it can be dealt with by adjusting the number of operations of the multi-cylinder reformer 12.
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.
各多重筒型改質器１２で生成された改質ガスは、昇圧前除湿器を構成する第１チラー１３によって含有する水蒸気が削減された後、昇圧手段を構成する圧縮機１４で昇圧される。そして、圧縮機１４で昇圧された改質ガスは、昇圧後除湿器を構成する第２チラー１５によって含有する水蒸気が削減された後、水素精製器１６で不純物と水素とに分離され水素が精製される。 The reformed gas generated in each multi-cylinder reformer 12 is boosted by the compressor 14 constituting the boosting means after the water vapor contained by the first chiller 13 constituting the pre-pressurization dehumidifier is reduced. . The reformed gas pressurized by the compressor 14 is separated into impurities and hydrogen by the hydrogen purifier 16 after the water vapor contained in the second chiller 15 constituting the post-pressurization dehumidifier is reduced. Is done.
このように、改質ガスを圧縮機１４で昇圧して水素精製器１６で精製できるので、中圧ガス設備がない場所であっても水素の精製が可能となる。これにより、中圧ガス設備がない場所での設置が可能となり、設置の自由度が高まる。 As described above, the reformed gas can be pressurized by the compressor 14 and purified by the hydrogen purifier 16, so that hydrogen can be purified even in a place where there is no medium pressure gas facility. Thereby, the installation in a place where there is no medium pressure gas facility is possible, and the degree of freedom of installation is increased.
このとき、圧縮機１４の上流側には、第１チラー１３が設けられており、改質ガスに含まれた水蒸気を第１チラー１３で減少することで、圧縮機１４で昇圧する改質ガスの流量が抑制される。これにより、昇圧する改質ガスの流量が多い場合と比較して、昇圧に必要な動力を抑えることができ、圧縮機１４を駆動するポンプの消費電力を抑制することができる。 At this time, the first chiller 13 is provided on the upstream side of the compressor 14, and the reformed gas whose pressure is increased by the compressor 14 by reducing the water vapor contained in the reformed gas by the first chiller 13. The flow rate is suppressed. Thereby, compared with the case where there is much flow volume of the reformed gas to pressure-up, the motive power required for pressure | voltage rise can be suppressed and the power consumption of the pump which drives the compressor 14 can be suppressed.
また、圧縮機１４の内部や昇圧後の改質ガス中の水蒸気の結露を抑制することができる。これにより、結露水による圧縮機１４の故障や、配管の腐食、水素精製器１６での性能低下を抑制することができる。 Moreover, the dew condensation of the water vapor | steam in the inside of the compressor 14 or the reformed gas after pressure | voltage rise can be suppressed. Thereby, failure of the compressor 14 due to condensed water, corrosion of piping, and performance degradation in the hydrogen purifier 16 can be suppressed.
この圧縮機１４は、多重筒型改質器１２より下流側に設けられている。このため、多重筒型改質器１２への供給圧が高く多重筒型改質器１２が高圧となる構成上、改質反応を進めるために多重筒型改質器１２内を高温に保つ必要がある場合と比較して、多重筒型改質器１２内を高温にしなくても改質反応を促進することができる。 The compressor 14 is provided on the downstream side of the multiple cylinder reformer 12. For this reason, it is necessary to keep the inside of the multi-cylinder reformer 12 at a high temperature in order to advance the reforming reaction, because the supply pressure to the multi-cylinder reformer 12 is high and the multi-cylinder reformer 12 has a high pressure. Compared with the case where there is, the reforming reaction can be promoted without increasing the temperature inside the multi-cylinder reformer 12.
図３は、スチーム−カーボン比（Ｓ／Ｃ）が３．０のときの多重筒型改質器１２から送り出される改質ガスの背圧と、多重筒型改質器１２内での沸点及びメタン転化率との関係を示す図であり、背圧を低く維持できれば、沸点が低くなり、都市ガスの主成分であるメタンの転化率が向上する。メタン転化率とは、原料の炭化水素成分中の炭素原子がＣＯまたはＣＯ２に改質される割合をいう。 FIG. 3 shows the back pressure of the reformed gas sent out from the multi-cylinder reformer 12 when the steam-carbon ratio (S / C) is 3.0, the boiling point in the multi-cylinder reformer 12, and It is a figure which shows the relationship with the methane conversion rate, and if a back pressure can be maintained low, a boiling point will become low and the conversion rate of the methane which is a main component of city gas will improve. The methane conversion rate refers to the percentage of carbon atoms in the hydrocarbon component of the feedstock is reformed into CO or CO 2.
本実施形態では、多重筒型改質器１２への供給圧は上昇しないので（背圧＝０ｋＰａ）、沸点が１００℃ 程度となり、多重筒型改質器１２で使用する触謀を１００℃程度に冷却することができる。ここで、一酸化炭素選択酸化（ＰＲＯＸ：Preferential Oxidation）触媒は、１５０℃以下での使用が望ましいとされている。これにより、高いメタン転化率を維持でき、改質の転化率を高めることができる。 In this embodiment, since the supply pressure to the multi-cylinder reformer 12 does not increase (back pressure = 0 kPa), the boiling point is about 100 ° C., and the plot used in the multi-cylinder reformer 12 is about 100 ° C. Can be cooled to. Here, it is considered that a carbon monoxide selective oxidation (PROX) catalyst is desirably used at 150 ° C. or lower. Thereby, a high methane conversion rate can be maintained and the conversion rate of reforming can be increased.
このように、本実施形態の水素製造装置１０にあっては、中圧設備がない場所であっても改質ガスの昇圧動力を抑えつつ稼働可能とし、かつ多重筒型改質器１２を高温にしなくても改質反応を促進することができる。 As described above, in the hydrogen production apparatus 10 of the present embodiment, it is possible to operate while suppressing the boosting power of the reformed gas even in a place where there is no medium pressure facility, and the multiple cylinder reformer 12 is operated at a high temperature. Even if not, the reforming reaction can be promoted.
さらに、多重筒型改質器１２への供給圧を高めないので、多重筒型改質器１２の耐圧を上げる必要がなく、耐熱性も上げる必要が無い。よって、多重筒型改質器１２の製造コストを抑えることができ、装置全体を低コスト化し、経済性を向上することができる。また、改質ガスの露点が高いので、多重筒型改質器１２内部で結露も抑制することができる。 Furthermore, since the supply pressure to the multi-cylinder reformer 12 is not increased, it is not necessary to increase the pressure resistance of the multi-cylinder reformer 12, and it is not necessary to increase the heat resistance. Therefore, the manufacturing cost of the multi-cylinder reformer 12 can be suppressed, the entire apparatus can be reduced in cost, and the economic efficiency can be improved. Further, since the dew point of the reformed gas is high, dew condensation can be suppressed inside the multi-cylinder reformer 12.
そして、圧縮機１４と水素精製器１６との間には第２チラー１５が設けられており、圧縮機１４からの改質ガスに含まれた水蒸気を第２チラー１５によって削減できる。このため、昇圧後の改質ガス中の水蒸気の結露を抑制することができる。 A second chiller 15 is provided between the compressor 14 and the hydrogen purifier 16, and water vapor contained in the reformed gas from the compressor 14 can be reduced by the second chiller 15. For this reason, the dew condensation of the water vapor | steam in the reformed gas after pressure | voltage rise can be suppressed.
これにより、結露水による配管腐食を抑制できるとともに、結露水による水素精製器１６の性能低下を抑制することができる。 Thereby, while being able to suppress piping corrosion by dew condensation water, the performance fall of the hydrogen purifier 16 by dew condensation water can be suppressed.
次に、本実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of this embodiment will be described.
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。 In the above embodiment, city gas is used as an example of the hydrocarbon raw material, but hydrocarbon raw materials other than the city gas mainly containing methane, for example, gas mainly containing hydrocarbons such as propane, A hydrogen-based liquid may be used.
また、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。 Moreover, when hydrocarbon raw materials other than city gas are used, the multiple cylinder type | mold reformer 12 may be changed into structures other than the above (structure suitable for the hydrocarbon raw material to be used).
また、上記実施形態では、水素精製器１６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。 Moreover, in the said embodiment, although the PSA apparatus is used as the hydrogen purifier 16, for example, the hydrogen purification apparatus which has a hydrogen separation membrane etc. may be used.
また、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。 Moreover, although the hydrogen production apparatus 10 which concerns on this embodiment is used suitably for a fuel cell system, you may be used for apparatuses and systems other than a fuel cell system.
そして、本実施形態では、複数の多重筒型改質器１２を並列に接続した場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第２実施形態を示した図４（Ａ）や、第３実施形態を示した図４（Ｂ）のように、多重筒型改質器１２は単数であっても良いし、複数で直列に接続しても良い。 In the present embodiment, the case where a plurality of multi-cylinder reformers 12 are connected in parallel has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4 (A) showing the second embodiment and FIG. 4 (B) showing the third embodiment, the multiple cylindrical reformer 12 may be singular or plural. You may connect in series.
また、改質ガスに含まれる水蒸気を減少させるチラーは、図４（Ａ）に示したように、圧縮機１４の上流側に設けられた第１チラー１３のみで構成してもよい。あるいは、図４（Ｂ）に示したように、圧縮機１４の上流側に第１チラー１３を設け、圧縮機１４の下流側に第２チラー１５を設けてもよい。さらに、水蒸気を減少するために、水蒸気分離膜や吸湿剤を利用してもよい。 Further, the chiller for reducing the water vapor contained in the reformed gas may be composed of only the first chiller 13 provided on the upstream side of the compressor 14 as shown in FIG. Alternatively, as illustrated in FIG. 4B, the first chiller 13 may be provided on the upstream side of the compressor 14, and the second chiller 15 may be provided on the downstream side of the compressor 14. Furthermore, in order to reduce water vapor, a water vapor separation membrane or a hygroscopic agent may be used.
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 other various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.
１０…水素製造装置、１２…多重筒型改質器、１３…第１チラー（昇圧前除湿器）、１４…圧縮機（昇圧手段）、１５…第２チラー（昇圧後除湿器）、１６…水素精製器、１７…水素製造部、２１〜２４…筒状壁、２５…燃焼室、２６…バーナ、２７…燃焼排ガス流路、２８…ガス排出管、３１…第一流路、３２…予熱流路、３３…原料供給管、３４…改質用水供給管、３５…螺旋部材、３６…改質触媒層、４２…第二流路、４３…改質ガス流路、４４…改質ガス排出管、４５…ＣＯ変成触媒層、４６…酸化剤ガス供給管、４７…ＣＯ除去触媒層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen production apparatus, 12 ... Multiple cylinder type reformer, 13 ... 1st chiller (pre-pressurization dehumidifier), 14 ... Compressor (pressurization means), 15 ... 2nd chiller (depressurization dehumidifier), 16 ... Hydrogen purifier, 17 ... hydrogen production section, 21-24 ... cylindrical wall, 25 ... combustion chamber, 26 ... burner, 27 ... combustion exhaust gas passage, 28 ... gas exhaust pipe, 31 ... first passage, 32 ... preheat flow 33, raw material supply pipe, 34 ... reforming water supply pipe, 35 ... spiral member, 36 ... reforming catalyst layer, 42 ... second flow path, 43 ... reformed gas flow path, 44 ... reformed gas discharge pipe 45 ... CO shift catalyst layer, 46 ... oxidant gas supply pipe, 47 ... CO removal catalyst layer
Claims (2)
該多重筒型改質器の下流側に設けられ当該多重筒型改質器から送られた前記改質ガスに含まれる水蒸気を減少させる昇圧前除湿器と、
該昇圧前除湿器の下流側に設けられ当該昇圧前除湿器から送られた前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、
該昇圧手段の下流側に設けられ昇圧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、
を有する水素製造装置。 A multi-cylinder reformer that reforms a hydrocarbon raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A pre-pressurization dehumidifier that is provided downstream of the multi-cylinder reformer and reduces water vapor contained in the reformed gas sent from the multi-cylinder reformer;
A pressurizing means provided on the downstream side of the pre-pressurization dehumidifier and pressurizing the reformed gas sent from the pre-pressurization dehumidifier;
A hydrogen purifier provided on the downstream side of the pressurizing means to separate the pressure-reformed reformed gas into impurities and hydrogen to purify hydrogen;
A hydrogen production apparatus.
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