JP5643706B2 - 水素含有ガス生成装置 - Google Patents
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Description
しかも、装置本体における容器の並び方向において、水予熱部用の容器を変成処理部用の容器に隣接し、かつ2つの変成処理部用の容器に挟まれて配置し、水予熱部用の容器には、原料水供給路から予熱されていない原料水が供給されるので、水予熱部を通流する水にて変成処理部用の容器を冷却させて変成処理部の冷却を行うことができるとともに、その変成処理部の冷却を行うことで水予熱部を通流する水については予熱されることになる。
以上のことから、装置の小型化及びコストの低減を図ることができながら、水予熱部での水の予熱を十分に行うことができ、変成処理部が過熱状態となるのを防止することも可能となる。
この水素含有ガス生成装置の装置本体1は、図1に示すように、流体を処理する処理空間を形成する容器Bを密接状態に複数並べて形成されている。装置本体1は、水素ガスを主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器(脱硫処理部2、水蒸気生成部3、燃焼部4、水蒸気改質部5、変成処理部6、選択酸化部7)を備えており、それら複数の反応器の夫々が装置本体1を形成する容器Bにて構成されている。図1は、装置本体1の断面図を示している。
図1に示すように、脱硫処理部2に原燃料ガス供給路21を接続しており、原燃料ガス供給路21を通して原燃料ガスを脱硫処理部2に供給している。原燃料ガス供給路21には、第1制御弁S1が備えられており、その第1制御弁S1の開度を制御することで、脱硫処理部2への原燃料ガスの供給を断続自在であり且つその供給量も調整自在に構成されている。そして、脱硫処理部2、被改質ガス予熱用熱交換器E1の被改質ガス通流部11、水蒸気改質部5、保温用通流部12、被改質ガス予熱用熱交換器E1の改質ガス通流部13、変成処理部6、原料水予熱用熱交換器E2の変成処理後改質ガス通流部16の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路22で接続している。原料水予熱用熱交換器E2の変成処理後改質ガス通流部16に変成処理後改質ガス排出路23を接続しており、変成処理後改質ガス通流部16を通流した変成処理後の改質ガスを変成処理後改質ガス排出路23にて装置本体1の外部に排出している。また、選択酸化部7に変成処理後改質ガス流入路24を接続して、装置本体1の外部に排出された変成処理後の改質ガスを変成処理後改質ガス流入路24にて選択酸化部7に供給している。
CH4+H2O→CO+3H2
〔化2〕
CH4+2H2O→CO2+4H2
CO+H2O→CO2+H2
次に、水蒸気生成部3の蒸発部15への原料水(水)の供給経路について説明する。
原料水予熱用熱交換器E2の原料水通流部17に原料水供給路28を接続して、原料水ポンプ42により原料水を原料水供給路28にて原料水予熱用熱交換器E2に供給する。原料水通流部17と水蒸気生成部3の蒸発部15とを原料水処理用流路29にて接続しており、原料水予熱用熱交換器E2にて予熱された原料水を原料水処理用流路29にて水蒸気生成部3の蒸発部15に供給している。
燃焼部4には、一対のパイプバーナ41が備えられており、一方のパイプバーナ41から燃焼用燃料ガスを噴出させ、他方のパイプバーナ41から燃焼用燃料ガスに衝突させるように燃焼用空気を噴出させて、火炎を形成する状態で燃焼させている。
上述の如く、パイプバーナ41に供給する燃焼用燃料ガスとしては、燃料電池Nから排出された排燃料ガス(発電反応に用いられなかった水素を含むガス)を用いることができ、必要に応じて原燃料ガスを追加することができる。原燃料ガス供給路21から分岐された原燃料ガス分岐路27をパイプバーナ41に接続して、原燃料ガスを原燃料ガス供給路21及び原燃料ガス分岐路27にてパイプバーナ41に供給している。原燃料ガス分岐路27には、第2制御弁S2が備えられ、第2制御弁S2の開度を制御することで、パイプバーナ41への原燃料ガスの供給を断続自在で且つその供給量も調整自在に構成されている。排燃料ガス路26には、その途中部位に逆止弁Gが備えられており、原燃料ガス分岐路27の途中部位に接続されている。これにより、燃料電池Nから排出された排燃料ガスを排燃料ガス路26及び原燃料ガス分岐路27にてパイプバーナ41に供給している。
図1において一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用空気供給路30をパイプバーナ41に接続して、燃焼用空気を燃焼用空気ブロア43から燃焼用空気供給路30にてパイプバーナ41に供給している。燃焼用空気ブロア43を作動させるか否か及び燃焼用空気ブロア43の回転速度を制御することで、パイプバーナ41への燃焼用空気の供給を断続自在で且つその供給量を調整自在に構成されている。
次に、装置本体1を通流するガスの熱交換について説明する。
装置本体1には、水蒸気改質部5から排出された高温の改質ガスを通流させて、水蒸気改質部5を保温する保温用通流部12と、高温の改質ガスにより水蒸気改質部5に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス予熱用熱交換器E1と、変成処理部6にて変成処理された改質ガスにより水蒸気生成部3に供給する原料水を予熱する原料水予熱用熱交換器E2(水予熱部に相当する)とが備えられている。また、図示は省略するが、変成処理部6及び選択酸化部7を冷却する冷却用ファンも設けられている。
原料水予熱用熱交換器E2では、変成処理部6にて変成処理された改質ガスを通流させる変成処理後改質ガス通流部16と、原料水供給路28にて供給される原料水を通流させる原料水通流部17との間で熱交換が行われる。
原燃料ガス供給路21から供給される原燃料ガスを脱硫処理部2で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと水蒸気路31からの水蒸気とを混合する。具体的には、図1に示すように、蒸発部15にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路31を、脱硫処理部2と被改質ガス予熱用熱交換器E1の被改質ガス通流部11とを接続するガス処理用流路22に接続する。これにより、ガス処理用流路22を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気が混合される。
図1において、破線矢印にて示すように、燃焼部4から排出された燃焼排ガスを、水蒸気生成部3の水蒸気生成用加熱通流部14に供給して通流させた後、装置本体1の外部に排出するように、燃焼部4と水蒸気生成用加熱通流部14とが燃焼排ガス路32により接続されている。そして、水蒸気生成用加熱通流部14においては、燃焼排ガスによって蒸発部15を加熱している。
図1及び図2に示すように、装置本体1に備えられる複数の反応器(脱硫処理部2、水蒸気生成部3、燃焼部4、水蒸気改質部5、変成処理部6、選択酸化部7)は、上記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとしての容器Bを用いて構成されている。図2は、平板型モジュールとしての容器Bについての斜視図である。また、装置本体1には、上述の複数の反応器だけでなく、熱交換器(被改質ガス予熱用熱交換器E1、原料水予熱用熱交換器E2)も備えられており、これらの熱交換器も平板型モジュールとしての容器Bを用いて構成されている。
(1)上記実施形態では、原料水予熱用熱交換器用の容器である第7容器B7の一方の処理空間に、予熱用流体として、変成処理部6にて変成処理された改質ガスを通流させるようにしているが、この改質ガスに代えて、水蒸気生成部3から排出される燃焼排ガスを通流させて、その燃焼排ガスが有する熱を活用して原料水の予熱を行うこともできる。
3 水蒸気生成部
4 燃焼部
5 水蒸気改質部
6 変成処理部
B 容器
B1 第1容器(水蒸気生成用の容器)
B2 第2容器(水蒸気改質部用の容器)
B6 第6容器(変成処理部用の容器)
B7 第7容器(原料水予熱用熱交換器用の容器、水予熱部用の容器)
B8 第8容器(変成処理部用の容器)
b1 容器形成用部材
b2 仕切り部材
E2 原料水予熱用熱交換器(水予熱部用の容器)
H ヒーター
Claims (3)
- 流体を処理する処理空間を形成する容器を密接状態に複数並べて装置本体が形成され、その装置本体を形成する前記容器として、供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成部を構成する水蒸気生成部用の容器と、供給される炭化水素系の原燃料を前記水蒸気生成部にて生成した水蒸気により改質処理して水素ガスを主成分とする改質ガスを生成する水蒸気改質部を構成する水蒸気改質部用の容器と、その水蒸気改質部にて生成された改質ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部を構成する2つの変成処理部用の容器と、燃焼用燃料を燃焼させて発生させた燃焼熱を前記水蒸気生成部と前記水蒸気改質部へ供給する燃焼部を構成する燃焼部用の容器とが備えられている水素含有ガス生成装置であって、
前記水蒸気生成部用の容器は、前記燃焼部用の容器に隣接して配置され、2つの前記変成処理部用の容器は、前記容器の並び方向において前記燃焼部用の容器に対して前記水蒸気生成部用の容器と反対側に配置され、
前記装置本体を形成する前記容器として、予熱用流体にて前記水蒸気生成部に供給する水を予熱する水予熱部を構成する水予熱部用の容器が備えられ、前記水予熱部用の容器には、原料水供給路から予熱されていない原料水が供給され、その水予熱部用の容器は、前記容器の並び方向において前記変成処理部用の容器に隣接し、かつ2つの前記変成処理部用の容器に挟まれて配置されている水素含有ガス生成装置。 - 前記装置本体には、前記容器の並び方向において、前記水予熱部用の容器とその水予熱部用の容器に隣接して位置する別の前記容器との間にヒーターが配置されている請求項1に記載の水素含有ガス生成装置。
- 前記水予熱部用の容器は、皿形状の一対の容器形成用部材を、それらの間に平板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続し、2つの前記処理空間を備えるように構成され、2つの前記処理空間の一方には前記水蒸気生成部に供給する水を通流させ、且つ、他方には前記予熱用流体として、前記変成処理部にて変成処理された改質ガス、又は、燃焼用燃料を燃焼用空気にて燃焼させて前記水蒸気改質部を加熱する燃焼部から排出される燃焼排ガスを前記水蒸気生成部に供給してその水蒸気生成部から排出される燃焼排ガスを通流させている請求項1又は2に記載の水素含有ガス生成装置。
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