JP2023144657A - 水素発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生装置を提供する。【解決手段】この水素発生装置は、それぞれのバーナー21が、内壁面20aに固定され、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VLとし、バーナー21の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VLとを一致させた状態から、バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VLを含む仮想水平面に沿って、バーナー放射中心線BLがずれた位置に、バーナー21が設けられている。【選択図】図3
Description
この発明は、天然ガス等の炭化水素系ガスと水および空気(または酸素)を原料とし、化学工場や水素ステーション等の水素利用設備に供給する水素を発生する水素発生装置に関するものである。
化石燃料に替わるエネルギー源の有力候補の一つとして水素が注目されている。水素は、天然ガス等の炭化水素系ガスに、水および空気(または酸素)を添加して改質することにより製造することができる。
炭化水素系ガスとしては、天然ガスだけでなく、プロパンガス,ガソリン、ナフサ、灯油等のその他化石燃料、メタノール等のアルコール、バイオガス等を用いることができる。このような水素の製造には、炭化水素系ガスの移送など、現状既に構築されているインフラを利用し、水素を必要とする場所で上記の原料を改質して水素を発生させることが行なわれている。
このような水素発生装置は、原料ガスを改質器で改質して水素リッチな改質ガスを生成し、水素精製部において製品水素を単離するものが多く稼働しており、化学工場などの産業設備や水素ステーションにおいて利用されている。
水素のエネルギー利用と水素需要が拡大するに従い、水素発生装置の高効率化が求められている。特に、高温高圧条件で運転される改質器の熱効率を向上させることは、装置全体のコスト低減と装置の高効率化に大きく寄与する。
このような水素発生装置に関する先行技術文献として、本出願人は下記の特許文献1から特許文献3を把握している。
特許文献1には、改質炉に関する技術が開示されている。この改質炉の構成に基づけば、改質炉内でバーナーが下向きになるように設置されている。この構成では、バーナーの数が少ない事により、コンパクトな改質炉になり得る。
特許文献2には、水素製造装置、水素製造装置の作動方法及び作動プログラムに関する技術が開示されている。改質炉に関する構成は、特許文献1に開示される改質炉の構成と類似しており、バーナーは上から下向きに燃焼する構成が採用されている。
特許文献3には、水素発生装置に関する技術が開示されている。水素発生装置に用いられる触媒を充填した改質領域の加熱に関しては、バーナーの火口が、改質領域に向かって複数設けられていることが開示されており、バーナーは炉内の下部から上部に向けて設置されている。
特許文献1および特許文献2に開示されるバーナーの配置構成は、炉内のおおよそ中心あたりで、下向きに一点しかなく、改質炉および反応管を均等に加熱することに課題がある。そのため加熱効率の低下、天然ガス原単位の低下に繋がるおそれがある。
特許文献3に開示されるバーナーの配置構成は、下部から上部に向けて複数のバーナーを用いて改質領域を加熱している。しかし、炉内の温度を均一に最適な加熱状態にするための制御が容易ではない。
この発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生装置を提供することを目的とする。
本開示に基づく水素発生装置は、炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質触媒が充填され、その内部において上記改質反応が行なわれる改質器と、上記改質器の改質領域が収容される内壁面を有する燃焼室と、上記燃焼室内において、上記改質器の内部において上記改質反応を行なわせる反応熱を付与する2以上のバーナーと、を備える。
それぞれの上記バーナーは、上記内壁面に固定され、上記燃焼室の中心から上記内壁面の方向に延びる線を仮想直線とし、上記バーナーの放射中心を、仮想バーナー放射中心線とした場合、上記仮想バーナー放射中心線と上記仮想直線とを一致させた状態から、上記バーナー放射中心線および上記仮想直線を含む仮想水平面に沿って、上記バーナー放射中心線がずれた位置に、上記バーナーが設けられている。
他の形態における水素発生装置においては、上記バーナーのずれる方向は、すべて同じ方向である。
他の形態における水素発生装置においては、上記仮想直線を含む仮想水平面で見た場合に、全ての上記バーナー放射中心線は、上記仮想水平面に含まれている。
他の形態における水素発生装置においては、上記燃焼室の底面から上記仮想バーナー放射中心線までのバーナー垂直高さ距離よりも、上記仮想バーナー放射中心線から上記改質器の底部までの間隔距離の方が大きく設けられている。
他の形態における水素発生装置においては、上記バーナー垂直高さ距離に対して上記間隔距離は、2倍以上である。
この開示によれば、改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生装置の提供を可能とする。
本発明に基づいた各実施の形態の水素発生装置について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
(全体構成:水素発生装置1000)
図1を参照して、本実施の形態の水素発生装置1000の全体構成について説明する。図1は、本実施の形態の水素発生装置1000の全体構成を説明する構成図である。
図1を参照して、本実施の形態の水素発生装置1000の全体構成について説明する。図1は、本実施の形態の水素発生装置1000の全体構成を説明する構成図である。
この水素発生装置は、炭化水素系ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成し、必要に応じてさらに水素を生成する。
炭化水素系ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のような飽和炭化水素だけでなく、天然ガス、ガソリン、ナフサ、灯油等のその他化石燃料、バイオガス等の炭化水素を主成分とするガスや、メタノール等のアルコールガス等を使用することができる。以下の説明では、炭化水素系ガスとして天然ガスを使用した例を説明する。
水素発生装置は、改質ユニット1と水素精製ユニット2を備えている。改質ユニット1は、炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成する。水素精製ユニット2は、改質ガスから水素以外の不純分を除去して水素を精製する。
改質ユニット1には、炭化水素系ガスを導入する炭化水素導入路41が接続され、炭化水素導入路41には、水蒸気を導入する水蒸気導入路42が合流している。水蒸気導入路42は、水蒸気発生器30を介して純水導入路43とつながっている。
改質ユニット1には、改質ガスを排出する改質ガス路44が接続されている。改質ガス路44の下流が、水素精製ユニット2に接続されている。
水素精製ユニット2には、精製された水素を取り出す水素取出路45が接続されている。水素精製ユニット2には、オフガスを取り出すオフガス路47が接続されている。
(改質ユニット1)
改質ユニット1は、改質器10と燃焼室20とを備える。改質器10には、改質触媒(図示省略)が充填されている。改質器10および燃焼室20についての詳細は後述する。
改質ユニット1は、改質器10と燃焼室20とを備える。改質器10には、改質触媒(図示省略)が充填されている。改質器10および燃焼室20についての詳細は後述する。
改質器10には、上述したように炭化水素導入路41が接続され、炭化水素系ガスを改質器10に導入する。炭化水素導入路41には、その上流から脱硫器41A、圧縮機41Bおよび流量調節器41Cが設けられている。脱硫器41Aは、炭化水素系ガスから硫黄分を取り除く。圧縮機41Bは、炭化水素系ガスを昇圧する。流量調節器41Cは、炭化水素系ガスの流量をコントロールする。
炭化水素導入路41には、上述したように水蒸気導入路42が合流し、水蒸気を改質器10に導入する。水蒸気導入路42には、純水導入路43に導入された純水が水蒸気となって導入される。純水導入路43は予熱器44Aおよび水蒸気発生器30を経由し、水蒸気発生器30で純水が気化して水蒸気が発生する。
改質器10には、上述したように改質ガス路44が接続され、高温の改質ガスを排出する。改質ガス路44には、その上流から予熱器44A、冷却器44Bが設けられている。予熱器44Aは、改質ガス路44を流れる改質ガスと、純水導入路43を流れる純水との熱交換により、純水を予熱する。冷却器44Bは、冷却水路44Cを流れる冷却水で改質ガスを冷却する。
燃焼室20には、バーナー21が設けられている。バーナー21で燃料ガスを燃焼させた燃焼熱を改質器10に付与し、改質反応に反応熱を付与するようになっている。
バーナー21には、燃料ガス供給路21Aが接続されている。燃料ガス供給路21Aは、炭化水素導入路41から分岐しており、燃料ガスとして炭化水素系ガスをバーナー21に供給する。バーナー21には、空気ブロア21Cから延びる空気供給路21Bが接続されている。空気供給路21Bは空気加熱器46Aを経由しており、バーナー21に供給する空気をあらかじめ加熱する。バーナー21には、上述したオフガス路47が接続され、水素精製ユニット2から取り出されたオフガスをバーナー21に供給する。
燃焼室20には、排ガス路46が接続されている。排ガス路46から燃焼室20内の排ガスを取り出し、燃焼室20内の排熱を回収する。排ガス路46には、その上流側から水蒸気発生器30、空気加熱器46Aが設けられている。水蒸気発生器30では、燃焼室20から取り出した排ガスによって純水導入路43を流れてきた純水を、気化した後に加熱し過熱蒸気を発生する。空気加熱器46Aでは、排ガスによって空気供給路21Bを流れるガスを加熱する。
(水素精製ユニット2)
水素精製ユニット2は、複数の吸着槽2A,2B,2C,2Dを有するPVSA(Pressure Vacuum Swing Adsorption)装置である。各吸着槽2A,2B,2C,2Dには、改質ガス内の不純分を吸着する吸着材が充填されている。
水素精製ユニット2は、複数の吸着槽2A,2B,2C,2Dを有するPVSA(Pressure Vacuum Swing Adsorption)装置である。各吸着槽2A,2B,2C,2Dには、改質ガス内の不純分を吸着する吸着材が充填されている。
各吸着槽2A,2B,2C,2Dの低純度側には、改質器10から排出された改質ガスが流れる改質ガス路44が接続される。改質ガス路44には、上述した冷却器44Bの下流に、気液分離器44Dが設けられている。気液分離器44Dは、原料の一部として導入した水蒸気に由来する水分を除去する。気液分離器44Dで除去された水分はドレン管44Eから排出される。
各吸着槽2A,2B,2C,2Dの高純度側には、精製された水素を取り出す水素取出路45が接続される。水素取出路45には、フレアスタックに排出するフレアスタック路45Aが分岐している。
各吸着槽2A,2B,2C,2Dの低純度側には、オフガス路47が接続されている。オフガス路47には、その上流側から真空ポンプ47A、オフガスホルダ47Bが設けられている。真空ポンプ47Aは、各吸着槽2A,2B,2C,2Dを減圧する事により、吸着材に吸着された不純分を脱着して吸着材を再生する。オフガスホルダ47Bは、吸着材から脱着された不純分を含むガスを一時的に貯留する。オフガス路47の下流は上述したバーナー21に接続されている。オフガスホルダ47Bから出たオフガスは、燃料ガスの一部としてバーナー21で燃焼される。
(改質ユニット1)
次に、図2および図3を参照して、改質ユニット1の構成について説明する。図2は、改質ユニット1の全体構成を説明する縦断面図、図3は、図2中III-III線矢視断面図である。
次に、図2および図3を参照して、改質ユニット1の構成について説明する。図2は、改質ユニット1の全体構成を説明する縦断面図、図3は、図2中III-III線矢視断面図である。
図2を参照して、改質ユニット1は、改質器10および燃焼室20を有する。改質ユニット1では、上記改質器10のうち少なくとも上記改質反応を行う改質領域12が、上記燃焼室20の内部に配置されている。
改質ユニット1は、筒状の炉体下部3および筒状の炉体上部4を有する。炉体下部3と炉体上部4との境界には、断熱層5が設けられている。炉体下部3の上端周囲には下部フランジ3fが設けられ、炉体上部4の下端周囲には上部フランジ4fが設けられている。下部フランジ3fと上部フランジ4fとは、ボルト等の締結部材により緊結されている。改質ユニット1の現場への搬入時、改質ユニット1のメンテナンス時には、炉体下部3と炉体上部4との分割が可能である。
炉体下部3の底部には、断熱材22が敷き詰められている。炉体下部3の側部内周面は、断熱材23により覆われている。同様に、炉体上部4の側部内周面も断熱材36により覆われている。
(改質器10)
図2では、説明の便宜上4本の改質器10を示しているが、実際には、10本から20本程度の改質器10が、要求される性能に応じて適宜最適な本数が選択し配置される。改質器10に改質触媒(図示省略)が充填されている。改質器10は、改質器外管14および改質器内管15の2重構造である。
図2では、説明の便宜上4本の改質器10を示しているが、実際には、10本から20本程度の改質器10が、要求される性能に応じて適宜最適な本数が選択し配置される。改質器10に改質触媒(図示省略)が充填されている。改質器10は、改質器外管14および改質器内管15の2重構造である。
炭化水素導入路41に連結された原料ガス入口16から導入された炭化水素は、改質器外管14の内側と改質器内管15の外側によって構成される管路を下方に向かって流れ、改質器10の下部に設けられたガス反転部18において流れ方向が変換され、改質器内管15の内側の管路を上方に向かって流れる。
管路内には、様々な改質触媒(図示省略)が充填されており、炭化水素が改質触媒を通過することで、改質ガスが得られる。改質ガスは、改質ガス路44に連結された改質ガス出口17から改質ガス路44に送り出される。
ここで、改質器10の内部では、改質触媒により上記改質反応が行なわれる。具体的には、改質器10の内部空間には、伝熱層、予備改質層、改質層、空間層、および、高温CO変成層が設けられている。なお、改質器10において、高温CO変成層が設けられていない場合もある。また、改質ガス路44(予熱器44Aの一次側)には、低温CO変成層が設けられている。
原料ガス入口16からガス反転部18にかけて、上流側から、伝熱層、予備改質層、および改質層が配置されている。伝熱層は、改質器10の外部領域13に位置し、予備改質層および改質層は、改質器10の改質領域12に位置している。
ガス反転部18から改質ガス出口17にかけて、上流側から、伝熱層、高温CO変成層、および、空間層が設けられている。また、上流側から、伝熱層および空間層であってもよい。
予備改質層と改質層は、改質触媒が充填されている。改質触媒には、たとえば、Ru系またはNi系の改質触媒を使用することができる。予備改質層と改質層では、下記の式(1)(メタンの場合)に示す改質反応により、炭化水素をH2とCOに変換する。
CH4+H2O→CO+3H2・・・式(1)
予備改質層における予備改質温度の範囲は、350~600℃程度に設定するのが好ましい。改質層における改質温度の範囲は、500~900℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、予備改質温度よりも改質温度が高くなるように設定される。
予備改質層における予備改質温度の範囲は、350~600℃程度に設定するのが好ましい。改質層における改質温度の範囲は、500~900℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、予備改質温度よりも改質温度が高くなるように設定される。
空間層は、粒子などが充填されていない空間である。高温CO変成層と低温CO変成層は、CO変成触媒が充填されている。CO変成触媒には、たとえば、Fe-Cr系またはCu-Zn系のCO変成触媒を使用するとよい。高温CO変成層と低温CO変成層では、下記の式(2)に示すCO変成反応により、COをH2に変成する。
CO+H2O→CO2+H2・・・式(2)
高温CO変成層における高温CO変成温度の範囲は、200~500℃程度に設定するのが好ましい。低温CO変成層における低温CO変成温度の範囲は、150~300℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、低温CO変成温度よりも高温CO変成温度が高くなるように設定される。
高温CO変成層における高温CO変成温度の範囲は、200~500℃程度に設定するのが好ましい。低温CO変成層における低温CO変成温度の範囲は、150~300℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、低温CO変成温度よりも高温CO変成温度が高くなるように設定される。
上記改質器10では、上記の改質触媒による改質反応およびCO変成触媒によるCO変成反応により、酸素を導入することなく、炭化水素系ガスと水蒸気から水素リッチな改質ガスを得ることができる。
(燃焼室20)
上記燃焼室20は、燃料ガスを燃焼させて上記改質反応に付与する反応熱を得る。上記式(1)の反応は吸熱反応であるため、外部から改質触媒に熱を付与し、反応を連続的に進行させる。
上記燃焼室20は、燃料ガスを燃焼させて上記改質反応に付与する反応熱を得る。上記式(1)の反応は吸熱反応であるため、外部から改質触媒に熱を付与し、反応を連続的に進行させる。
燃焼室20は、耐熱材の壁面で囲われた筒状を呈している。上記燃焼室20には、天井部を構成する断熱層5を貫通するように改質器10が配置される。改質器10の改質領域12を燃焼室20の内部に存在させ、外部領域13を燃焼室20の外部に存在させるよう、改質器10が配置されている。
図3を参照して、燃焼室20は、上記燃料ガスを燃焼させて改質領域12に燃焼熱を付与するための複数のバーナー21を備えている。バーナー21は、燃焼室20の内壁面20aに固定されている。
本実施の形態では、4つのバーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214が用いられている。バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214には、それぞれ燃料ガス供給路21Aおよび空気供給路21Bが接続され、燃焼用の燃料ガスと空気が供給される。燃料ガスには炭化水素系ガスを用いることができる。バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214には、それぞれオフガス路47が接続され、燃料ガスにオフガスを合流させている。
バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214は、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VL1,VL2とし、各バーナー211,212,213,214の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL1,VL2とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VL1,VL2を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線BLがずれた位置に、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214が設けられている。
仮想直線VL1,VL2を含む仮想水平面VHで見た場合に、好ましくは、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214の仮想バーナー放射中心線BLは、仮想水平面VHに含まれているとよい。
具体的には、バーナー211においては、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VL1とし、バーナー211の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL1とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VL1を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線BLが所定距離S平行移動しずれた位置に、バーナー211が設けられている。
バーナー212においては、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VL2とし、バーナー212の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL2とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VL2を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線BLが所定距離S平行移動しずれた位置に、バーナー212が設けられている。
バーナー213においては、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VL1とし、バーナー213の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL1とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VL1を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線BLが所定距離S平行移動しずれた位置に、バーナー213が設けられている。
バーナー214においては、燃焼室20の中心CPから内壁面20aの方向に延びる線を仮想直線VL2とし、バーナー214の放射中心を、仮想バーナー放射中心線BLとした場合、仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL2とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線BLおよび仮想直線VL2を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線BLが所定距離S平行移動しずれた位置に、バーナー214が設けられている。
上記において、仮想直線VL1と仮想直線VL2とは、燃焼室20の中心CPにおいて直角に交差していることから、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214は、90度ピッチで配置されている。さらに、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214は、燃焼室20の中心CPから等しい位置に配置されている。
たとえば、断熱材23の内径D1(図2参照)が、約1800mm程度の場合に、所定距離Sは、10mm~50mm程度である。平行移動方向としては、中心CPから見た場合には、反時計回転方向である。平行移動方向として、時計回転方向であってもよい。
さらに、再び、図2を参照して、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214の、燃焼室20の底面20bから仮想バーナー放射中心線BLまでのバーナー垂直高さ距離H1よりも、仮想バーナー放射中心線BLから改質器10の底部10bまでの間隔距離H2の方が大きく設けられているとよい。好ましくは、バーナー垂直高さ距離H1に対して間隔距離H2は、2倍以上、好ましくは、3倍以上であるとよい。一例として、バーナー垂直高さ距離H1は、約400mmから500mm程度、間隔距離H2は、約1600mmから1700mm程度である。
ここで、仮想バーナー放射中心線BLが仮想直線と一致している場合には、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214から放射される火炎は、燃焼室20の中心CPに向くこととなる。その結果、燃焼室20の内部においては、温度のムラが発生しやすくなる。
他方、本開示におけるバーナー21は、仮想バーナー放射中心線BLが仮想直線に対して平行移動しずれた位置に設けられている。その結果、バーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214から放射される火炎の仮想バーナー放射中心線BLがずれることとなる。これにより、燃焼炉20内で燃焼ガスの流れを生じさせることができる。これにより、改質器10の温度幅が最小になるような調整が可能となり、それぞれの改質器10に均一に熱供給でき、熱の供給効率を向上させることが期待できる。
さらに、バーナー垂直高さ距離H1よりも、仮想バーナー放射中心線BLから改質器10の底部10bまでの間隔距離H2の方を大きく設けることで、上記構成により得られた燃焼ガスの流れに加え、適切な燃焼室20の高さを確保することとなり、燃焼排ガスの温度ばらつきが抑制されて均一な状態となり、改質器10への熱の供給を安定化させることも期待できる。
(他の実施の形態)
図4から図6を参照して、他の実施の形態の燃焼室20の形態について説明する。図4は、図2中III-III線矢視断面に相当する他の形態を示す断面図、図5は、図2中III-III線矢視断面に相当するさらに他の形態を示す断面図である。図6は、バーナー21の他の配置を示す模式図である。
図4から図6を参照して、他の実施の形態の燃焼室20の形態について説明する。図4は、図2中III-III線矢視断面に相当する他の形態を示す断面図、図5は、図2中III-III線矢視断面に相当するさらに他の形態を示す断面図である。図6は、バーナー21の他の配置を示す模式図である。
上記した実施の形態における燃焼室20においては、4つのバーナー211、バーナー212、バーナー213およびバーナー214を用いた場合について説明したが、バーナー21の数量は、4つには限定されない、たとえば、図4に示すように、2つのバーナー211およびバーナー212を用いるようにしてもよい。この場合には、仮想直線VL1に対して、バーナー211およびバーナー212が、所定距離S平行移動しずれた位置に配置されている。
さらに他の形態として、図5に示すように、3つのバーナー211、バーナー212およびバーナー213を用いるようにしてもよい。この場合には、仮想直線VL1に対して、バーナー211が所定距離S平行移動しずれた位置に配置され、仮想直線VL2に対して、バーナー212が所定距離S平行移動しずれた位置に配置され、仮想直線VL3に対して、バーナー213が所定距離S平行移動しずれた位置に配置されている。仮想直線VL1、仮想直線VL2および仮想直線VL3は、120度ピッチで配置されている。
さらに、上記実施の形態として、各バーナーの仮想直線に対するずれる方向として、平行移動する場合について説明しているが、平行移動には限定されない。図6を参照して、たとえば、バーナー211を参照した場合に、バーナー211の仮想バーナー放射中心線BLと仮想直線VL1とを一致させた状態から、バーナー211の火炎口211tを回転中心としてバーナー211を所定角度(α度)回転させることにより、仮想バーナー放射中心線BLがずれた位置に、バーナー211を設けるようにしてもよい。他のバーナーも同様である。
上記した他の形態においても、改質器10の温度幅が最小になるような調整が可能となり、それぞれの改質器10に均一に熱供給でき、熱の供給効率を向上させることが期待できる。
上記各実施の形態において、図2中のIII-III線断面で見た場合に、燃焼室20の内壁面20aの形態が略円形であることから、仮想直線VL1、仮想直線VL2、および、仮想直線VL3は、いずれも、円形状の内壁面20aの中心CP(円の中心)を起点として内壁面20aの方向に延びる直線とした。しかし、燃焼室20の内壁面20aの形態は円形には限られないことから、燃焼室20の中心CPとは、平面視における内壁面20aの形態における重心位置を意味するものとする。
このように、上記開示の改質ユニットおよび水素発生装置を用いることによって、熱エネルギーを効率的に利用して水素ガスを製造することができる。そのため、地球温暖化ガスを削減することができ、持続可能な開発目標(SDGs)の一部活動に貢献することができる。
以上、実施の形態において本開示の改質ユニットおよび水素発生装置について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
1 改質ユニット、2 水素精製ユニット、2A,2B,2C,2D 吸着槽、3 炉体下部、3f 下部フランジ、4 炉体上部、4f 上部フランジ、5 断熱層、10 改質器、10b 底部、12 改質領域、13 外部領域、14 改質器外管、15 改質器内管、16 原料ガス入口、17 改質ガス出口、18 ガス反転部、20 燃焼室、20a 内壁面、20b 底面、21,211,212,213,214 バーナー、21A 燃料ガス供給路、21B 空気供給路、21C 空気ブロア、22,23,36 断熱材、30 水蒸気発生器、41 炭化水素導入路、41A 脱硫器、41B 圧縮機、41C 流量調節器、42 水蒸気導入路、43 純水導入路、44 改質ガス路、44A 予熱器、44B 冷却器、44C 冷却水路、44D 気液分離器、44E ドレン管、45 水素取出路、45A フレアスタック路、46 排ガス路、46A 空気加熱器、47 オフガス路、47A 真空ポンプ、47B オフガスホルダ、211t 火炎口、1000 水素発生装置。
Claims (5)
- 炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質触媒が充填され、その内部において前記改質反応が行なわれる改質器と、
前記改質器の改質領域が収容される内壁面を有する燃焼室と、
前記燃焼室内において、前記改質器の内部において前記改質反応を行なわせる反応熱を付与する2以上のバーナーと、
を備え、
それぞれの前記バーナーは、前記内壁面に固定され、
前記燃焼室の中心から前記内壁面の方向に延びる線を仮想直線とし、前記バーナーの放射中心を、仮想バーナー放射中心線とした場合、
前記仮想バーナー放射中心線と前記仮想直線とを一致させた状態から、前記バーナー放射中心線および前記仮想直線を含む仮想水平面に沿って、前記バーナー放射中心線がずれた位置に、前記バーナーが設けられている、
水素発生装置。 - 前記バーナーのずれる方向は、すべて同じ方向である、
請求項1に記載の水素発生装置。 - 前記仮想直線を含む仮想水平面で見た場合に、
全ての前記バーナー放射中心線は、前記仮想水平面に含まれている、
請求項1または請求項2に記載の水素発生装置。 - 前記燃焼室の底面から前記仮想バーナー放射中心線までのバーナー垂直高さ距離よりも、前記仮想バーナー放射中心線から前記改質器の底部までの間隔距離の方が大きく設けられている、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の水素発生装置。 - 前記バーナー垂直高さ距離に対して前記間隔距離は、2倍以上である、
請求項4に記載の水素発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022051747A JP2023144657A (ja) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 水素発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2023144657A true JP2023144657A (ja) | 2023-10-11 |
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Family Applications (1)
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JP2022051747A Pending JP2023144657A (ja) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 水素発生装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2023144657A (ja) |
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2022
- 2022-03-28 JP JP2022051747A patent/JP2023144657A/ja active Pending
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