JP5165832B2 - 水素発生装置および方法 - Google Patents
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Description
上記炭化水素系ガスを水蒸気および酸素とともに触媒と接触反応させて炭化水素ガスの燃焼と改質とを行う改質器を備え、
上記改質器の下流側に設けられた改質ガス路には、
改質ガスとの熱交換により、水蒸気源としての水を加熱する水加熱用熱交換器と、
改質ガスとの熱交換により、炭化水素系ガスを加熱する炭化水素系ガス加熱用熱交換器が設けられ、
さらに、上記改質ガス路における水加熱用熱交換器および炭化水素系ガス加熱用熱交換器の上流側に、改質ガスとの熱交換により、上記炭化水素系ガス加熱用熱交換器で加熱された炭化水素系ガスと水加熱用熱交換器で加熱された水から得られた水蒸気との混合ガスである原料ガスを加熱する原料ガス加熱用熱交換器が設けられ、
さらに、上記原料ガスを供給する原料ガス供給路には、改質器が充分に温度上昇していない水素発生装置の稼動初期において、改質器に導入する原料ガスを加熱する原料ヒータが設けられ、
上記水加熱用熱交換器、炭化水素系ガス加熱用熱交換器、原料ガス加熱用熱交換器および原料ヒータには酸素ガスを導入せずに、原料ガス供給路に酸素ガスを導入することを要旨とする。
上記炭化水素系ガスを水蒸気および酸素とともに触媒と接触反応させて炭化水素ガスの燃焼と改質とを行う改質工程と、
上記改質工程の下流側において、
改質ガスとの熱交換により、水蒸気源としての水を加熱する水加熱用熱交換工程と、
改質ガスとの熱交換により、炭化水素系ガスを加熱する炭化水素系ガス加熱用熱交換工程を行ない、
さらに、上記改質ガス路における水加熱用熱交換工程および炭化水素系ガス加熱用熱交換工程の上流側において、改質ガスとの熱交換により、上記炭化水素系ガス加熱用熱交換工程で加熱された炭化水素系ガスと水加熱用熱交換工程で加熱された水から得られた水蒸気との混合ガスである原料ガスを加熱する原料ガス加熱用熱交換工程を行い、
さらに、上記原料ガスを供給する原料ガス供給段階において、改質器が充分に温度上昇していない水素発生装置の稼動初期において、改質器に導入する原料ガスを加熱する原料加熱工程を行い、
上記水加熱用熱交換工程、炭化水素系ガス加熱用熱交換工程、原料ガス加熱用熱交換工程および原料加熱工程では酸素ガスを導入せずに、上記原料ガス供給段階において酸素ガスを導入することを要旨とする。
また、上記改質ガス路における水加熱用熱交換器および炭化水素系ガス加熱用熱交換器の上流側に、改質ガスとの熱交換により、上記炭化水素系ガス加熱用熱交換器で加熱された炭化水素系ガスと水加熱用熱交換器で加熱された水から得られた水蒸気との混合ガスである原料ガスを加熱する原料ガス加熱用熱交換器が設けられていることから、加熱するために比較的大きな熱エネルギーを要する炭化水素ガスと水蒸気を原料ガス加熱用熱交換器で加熱してから改質器に導入することから、原料ガスを改質器入口に必要なガス温度に上昇させることができる。
また、改質ガスとの熱交換により、水蒸気源としての水を加熱する水加熱用熱交換器が設けられていることから、原料ガス加熱用熱交換器における原料ガスとの熱交換で、ある程度温度が低下した改質ガスを、さらに水加熱用熱交換器で水と熱交換することにより、さらにエネルギー効率を向上させることができる。
また、改質ガスとの熱交換により、炭化水素系ガスを加熱する炭化水素系ガス加熱用熱交換器が設けられていることから、原料ガス加熱用熱交換器における原料ガスとの熱交換で、ある程度温度が低下した改質ガスを、さらに炭化水素系ガス加熱用熱交換器で炭化水素系ガスと熱交換することにより、さらにエネルギー効率を向上させることができる。
また、原料ガス供給路には、改質器が充分に温度上昇していない水素発生装置の稼動初期において、改質器に導入する原料ガスを加熱する原料ヒータが設けられている。これにより、水素発生装置の稼動初期において、改質器が充分に温度上昇しておらず、熱交換器での原料ガスの加熱が充分行えない段階に、上記原料ヒータによって原料ガスを加熱することができ、装置の稼動初期においても、改質器内の昇温不足から改質反応が低下するのを防止して充分な改質反応を担保できる。
CH4+2O2→4CO+8H2 (1)
CH4+2O2→CO2+2H2O (2)
CH4+CO2→2CO+2H2 (3)
2CH4+2H2O→2CO+6H2 (4)
CO+H2O→CO2+H2
2CO+O2→2CO2
CH4+2O2=CO2+2H2O・・・(2)
このときの反応は発熱反応であり、燃料電池で必要とされる水素が発生するという利点がある。
すなわち、改質触媒において蒸気と残りの原料ガスとが反応すると、水素リッチな改質ガスが生成されることになる。
2 原料ヒータ
3 第1熱交換器
4 CO変成器
5 吸着装置
6 スチームヒータ
7 脱硫器
8 予熱ヒータ
9 第2熱交換器
10 原料ガス供給路
11 第3熱交換器
12 純水装置
13 純水ポンプ
14 第4熱交換器
15 第5熱交換器
16 純水ヒータ
17 第6熱交換器
18 気液分離器
19 圧縮機
20a 第1吸着塔
20b 第2吸着塔
21 真空ポンプ
22 天然ガス供給路
23 水供給路
23a スチーム供給路
24 酸素供給路
25 改質ガス路
26 変成ガス路
27 排水路
29 製品ガス路
31 改質触媒
32 触媒座
32a 流通孔
33 外側ケース
34 内筒
35 導入筒
36a フランジ
36b フランジ
36c フランジ
37 断熱空間
38 支受筒
39 盤状部材
40 所定隙間
41 燃焼触媒
42 改質触媒
Claims (5)
- 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する水素発生装置であって、
上記炭化水素系ガスを水蒸気および酸素とともに触媒と接触反応させて炭化水素ガスの燃焼と改質とを行う改質器を備え、
上記改質器の下流側に設けられた改質ガス路には、
改質ガスとの熱交換により、水蒸気源としての水を加熱する水加熱用熱交換器と、
改質ガスとの熱交換により、炭化水素系ガスを加熱する炭化水素系ガス加熱用熱交換器が設けられ、
さらに、上記改質ガス路における水加熱用熱交換器および炭化水素系ガス加熱用熱交換器の上流側に、改質ガスとの熱交換により、上記炭化水素系ガス加熱用熱交換器で加熱された炭化水素系ガスと水加熱用熱交換器で加熱された水から得られた水蒸気との混合ガスである原料ガスを加熱する原料ガス加熱用熱交換器が設けられ、
さらに、上記原料ガスを供給する原料ガス供給路には、改質器が充分に温度上昇していない水素発生装置の稼動初期において、改質器に導入する原料ガスを加熱する原料ヒータが設けられ、
上記水加熱用熱交換器、炭化水素系ガス加熱用熱交換器、原料ガス加熱用熱交換器および原料ヒータには酸素ガスを導入せずに、原料ガス供給路に酸素ガスを導入することを特徴とする水素発生装置。 - 上記水加熱用熱交換器は、改質ガス路において複数設けられている請求項1記載の水素発生装置。
- 上記炭化水素系ガス加熱用熱交換器は、改質ガス路において複数設けられている請求項1または2記載の水素発生装置。
- 上記改質ガス中の不純分を吸着する吸着装置を備え、上記吸着装置が加圧真空圧力スイング吸着装置である請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素発生装置。
- 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する水素発生方法であって、
上記炭化水素系ガスを水蒸気および酸素とともに触媒と接触反応させて炭化水素ガスの燃焼と改質とを行う改質工程と、
上記改質工程の下流側において、
改質ガスとの熱交換により、水蒸気源としての水を加熱する水加熱用熱交換工程と、
改質ガスとの熱交換により、炭化水素系ガスを加熱する炭化水素系ガス加熱用熱交換工程を行ない、
さらに、上記改質ガス路における水加熱用熱交換工程および炭化水素系ガス加熱用熱交換工程の上流側において、改質ガスとの熱交換により、上記炭化水素系ガス加熱用熱交換工程で加熱された炭化水素系ガスと水加熱用熱交換工程で加熱された水から得られた水蒸気との混合ガスである原料ガスを加熱する原料ガス加熱用熱交換工程を行い、
さらに、上記原料ガスを供給する原料ガス供給段階において、改質器が充分に温度上昇していない水素発生装置の稼動初期において、改質器に導入する原料ガスを加熱する原料加熱工程を行い、
上記水加熱用熱交換工程、炭化水素系ガス加熱用熱交換工程、原料ガス加熱用熱交換工程および原料加熱工程では酸素ガスを導入せずに、上記原料ガス供給段階において酸素ガスを導入することを特徴とする水素発生方法。
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