JP2006111469A - 水素製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反応性にすぐれた効率のよい水素製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】 高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させ、該衝撃波を反応室に導入して反応室内の原料を衝撃圧縮して水素含有ガス生成反応を行わせる反応装置７１と、反応室７３に原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を前記原料として供給するエマルジョン油供給装置７４と、を備えた。
また、反応装置７１にて生成された生成ガスの水素濃度を分析する分析装置９６と、分析装置９６の分析値に基づいてエマルジョン油中の水の添加率を調整する水分添加率調整手段９７を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭化水素化合物と水蒸気を反応させて水素を製造する水素製造方法及び装置に関する。

炭化水素を原料とする水素の製造方法としては、原料となる炭化水素と水蒸気とを触媒の存在下において高温で反応させる水蒸気改質方法が知られている。
このような水蒸気改質方法として、水蒸気導入路と、原料導入路が設けられた水蒸気改質装置に、前記原料導入路から灯油等を、水蒸気導入路から水蒸気をそれぞれ導入して６００℃で水蒸気改質反応を行うものがある（特許文献１参照）。

また、他の例として、高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させてその衝撃波によって例えば廃油等と水蒸気を化学反応させて水素を製造する方法がある（特許文献２参照）。
特開平６-３０５７０１号公報（［００１８］、［００２１］参照） 特開２００４−２０２４１２号公報（［０００１］、［００３９］参照）

上記特許文献１、２においては、いずれも原料となる炭化水素に水蒸気を別途供給して化学反応を生じさせるものである。
しかしながら、炭化水素に水蒸気を別途供給するのでは、両者の混合が不十分となり反応性が悪く効率のよい水素製造を行うことは難しいという問題がある。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、反応性にすぐれた効率のよい水素製造方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る水素製造方法は、原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を加熱して水素含有ガス生成反応により水素含有ガスを製造することを特徴とするものである。
原料油とは、灯油、軽油、重油等の軽質油、重質油および廃油をいう。ここで重質油とは、常温では流動性に乏しく高温に加熱しないと流動しない油で、好ましくは常圧での沸点３４０℃以上の成分を９０重量％以上含む次に示す油が含まれる。石油系アスファルト類およびその油の混合物、石油系アスファルト各種処理物、その中間製品、残渣及びそれらの混合物、常温で流動しない高流動点油あるいは原油、石油系タールピッチ及びその油混合物、ビチューメン類、天然アスファルト、オリノコタール、タール、残渣油。
また、エマルジョン油とは、原料油に水を添加して攪拌混合して乳化させたものである。なお、エマルジョン油を製造後、乳化分散状態を保つ必要がある場合には乳化剤を添加する。

（２）本発明に係る水素製造装置は、高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させ、該衝撃波を反応室に導入して反応室内の原料を衝撃圧縮して水素含有ガス生成反応を行わせる反応装置と、前記反応室に原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を前記原料として供給するエマルジョン油供給装置と、を備えたことを特徴とするものである。

（３）また、加熱手段を有し、該加熱手段によって反応室を加熱して反応室内の原料に水素含有ガス生成反応を行わせる反応装置と、該反応室に原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を前記原料として供給するエマルジョン油供給装置と、を備えたことを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）または（２）に記載のものにおいて、反応装置にて生成された生成ガスの水素濃度を分析する分析装置と、該分析装置の分析値に基づいてエマルジョン油中の水の添加率を調整する水分添加率調整手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を加熱して水素含有ガス生成反応により水素含有ガスを製造するようにしたので、原料油と水とが予め均一状態になっており、また、エマルジョン油のミクロ爆発の効果によって液滴が微粒化されることにより、反応性にすぐれた効率のよい水素製造が実現できる。

［実施の形態１］
図１は本発明の一実施の形態に係る水素製造装置の説明図である。
本実施の形態に係る水素製造装置は、エマルジョン油を製造して反応装置に供給するエマルジョン油製造系１と、供給されたエマルジョン油から水蒸気改質反応によって水素含有ガスを製造する水蒸気改質反応系３と、該水蒸気改質反応系３によって製造された水素含有ガスの成分を分析して該分析結果をエマルジョン油製造系１にフィードバックしてエマルジョン油の水分添加量を制御する制御系５と、を備えている。以下、各系統を構成する機器について系統ごとに詳細に説明する。
エマルジョン油は、軽質油、重質油、廃油等の原料油に水と乳化剤を添加して攪拌混合して乳化させたものである。もっとも、エマルジョン油を製造後、直ぐに使用する場合など、乳化分散状態を保つ必要がない場合には乳化剤の添加を省略してもよい。

＜エマルジョン油製造系＞
エマルジョン油製造系１は、添加水と原料油と乳化剤の供給を受けてこれらを混合して乳化分散する攪拌装置７を主な構成機器としている。
攪拌装置７には、攪拌装置７に原料油を供給する原料油供給管９、添加水を供給する添加水供給管１１、乳化剤を供給する乳化剤供給管１３がそれぞれ接続されている。

原料油供給管９の基端側に原料油を貯留する原料油貯蔵タンク１５が設けられており、原料油供給管９には原料油貯蔵タンク１５内の原料油を移送する原料油移送ポンプ１７と、原料油の流量を計測する流量計１９が設けられている。

添加水供給管１１の基端側は添加水供給源に連結されており、また添加水供給管１１の途中には添加水供給管１１を流れる添加水の流量を検出する流量計２１、添加水を移送する移送ポンプ２３、添加水供給管を流れる添加水の流量を調整する流量調整弁２５が設けられている。
なお、添加水供給管１１には添加水を加熱して８０℃〜１２０℃に調整できる添加水加熱手段（図示なし）を設けることにより、粘度の高い重質油を原料油として利用することが可能となる。
乳化剤供給管１３の基端側には乳化剤を貯留する乳化剤貯留槽２７が設けられ、乳化剤供給管１３の途中には乳化剤貯留槽２７内の乳化剤を移送する移送ポンプ２９と、乳化剤の流量を計測する流量計３１が設けられている。

攪拌装置７としては、種々のものを適用可能である。もっとも、水素含有ガスを連続的に製造する水素製造装置においては、エマルジョン油を連続的に製造できるものが好ましい。
エマルジョン油を連続的に製造可能な攪拌装置７としては、例えば図２に示すように、原料油、添加水、乳化剤の混液を混液供給管３３を介して攪拌容器４１に供給して第１の旋回流６１を形成する噴射ノズル４３と、第１の旋回流６１の旋回径よりも小径の第２の旋回流６５を第１の旋回流６１の下方に形成する攪拌翼４５と、を備えてなるものが好ましい。以下、攪拌装置７の構成をさらに詳細に説明する。

（１）攪拌容器
攪拌容器４１は、略円筒形の容器本体部４７と、その上方に形成された上方に向って縮径する縮径ノズル部４９と、容器本体部４７の下方に形成された縮径部５１から構成される。
縮径ノズル部４９は、上方に向って延びる内側に凸の滑らかな曲面で構成され、その上端部が液体（エマルジョン油又はエマルジョン化される前の混液等）の出口になっている。
縮径ノズル部４９の出口側には制御弁５３が設けられ、縮径ノズル部４９から排出される液体を、水蒸気改質反応系３側に供給する供給管５５または噴射ノズル４３側に戻す戻り配管５７に適宜振り分ける。

（２）噴射ノズル
噴射ノズル４３は、図２のＡ−Ａ断面図である図３に示すように、容器本体部４７の上部周壁に、該噴射ノズル４３から噴射される液体によって容器本体内の液体に水平方向の旋回流が形成できるように設置されている。具体的には、噴射ノズル４３は、噴射ノズル４３から噴射される液体の噴射方向が、攪拌容器内径Ｄの０．７〜０．９倍の径ｄ_１の同心円５９の接線方向に向くように設置されている。
このように設置された噴射ノズル４３には、予混合槽１側から原料油、添加水、乳化剤を含む混液が供給され、供給された混液が噴射ノズル４３から噴射されると、攪拌容器内に液体が満たされた状態では、噴射ノズル４３からの噴射流によって攪拌容器内に第１の旋回流６１が発生する。
噴射ノズル４３から噴射される液体の噴射方向が、攪拌容器内径Ｄの０．７〜０．９倍の径ｄ_１の同心円５９の接線方向に向くように設置すると、第１の旋回流６１の旋回平均径が攪拌容器内径の０．７〜０．９倍となる。

噴射ノズル４３に連結される混液供給管３３には制御弁３４が設置されており、戻り配管５７から戻された混液、または、新たに供給される原料油、添加水、乳化剤を含む混液が選択的に供給される。なお、制御弁３４は図示しない制御手段によって制御される。

（３）攪拌翼
攪拌翼４５は、容器本体底部に設置され、容器本体底部の外側に設置されたモータ６３によって回転可能に設置されている。攪拌翼４５を回転させることによって容器本体下部に第２の旋回流６５が発生するが、この第２の旋回流６５の平均旋回径ｄ_２は攪拌容器内径Ｄの０．１〜０．３倍であることが望ましい。
ここで、攪拌翼４５の直径ｄｆと平均旋回径ｄ_２の間には、図４に示すように、ｄ_２＝ｄｆ／２の関係がある。したがって、第２の旋回流６５の平均旋回径を攪拌容器内径Ｄの０．１〜０．３倍にするには、攪拌翼４５の直径ｄｆを攪拌容器内径の０．２〜０．６倍にすればよい。
攪拌翼４５の直径ｄｆをこのような径にすることで、攪拌翼４５の負荷を軽減して消費電力を軽減でき、また、攪拌翼４５の損耗を抑制でき、メンテナンスコストを低減できる。

＜水蒸気改質反応系＞
水蒸気改質反応系３は、反応装置７１と反応装置７１に作動用の蒸気を供給するボイラ７３と、反応装置７１で製造された水素含有ガスを一旦貯留するバッファタンク７２を備えている。
反応装置７１は、衝撃波を導入して水素含有ガス製造反応を行う反応室装置７３と、該反応室装置７３の入口側に設けられて水素製造反応の原料となるエマルジョン油を該反応室装置７３に供給するエマルジョン油供給装置７４と、衝撃波を発生させて反応室装置７３に導入する衝撃波発生装置７６と、を備えている。

エマルジョン油供給装置７４は、攪拌装置７によって製造されたエマルジョン油の供給を受けて反応室装置７３へのエマルジョン油の供給タイミング及び供給量を制御する。
エマルジョン油供給装置７４は、例えばエマルジョン油を霧状にして噴射する噴射弁によって構成される。

図５は本実施形態にかかる反応室装置７３の説明図であり、図５（Ａ）は反応室装置７３の軸線に沿う断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
以下、図５に基づいて反応室装置７３を詳細に説明する。
この反応室装置７３は、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）にて横方向に延びる軸線７７まわりに回転する回転体７９に、周方向の複数位置で、軸線７７に平行に延びて回転体７９の軸線方向両端にて開口する反応室７９Ａが形成されている。各反応室７９Ａは、上述のエマルジョン油供給装置７４から原料となるエマルジョン油の供給を受け、後述の衝撃波発生装置７６から衝撃波を導入し、この衝撃波のエネルギーを利用してエマルジョン油中の炭化水素と水とを反応させるための空間である。反応室７９Ａでは、衝撃波によって霧状になったエマルジョン油を衝撃圧縮して高温とすることにより、水素含有ガス生成反応を生じさせて、水素含有ガスを生成させる。

この回転体７９の両端面に対向する位置には、回転体７９の回転を許容するよう該端面に対して微小間隙をもって蓋状の開閉部材８０，８１が非回転でそれぞれ配設されている。この開閉部材８０，８１と回転体７９の端部周面との間はこれらの相対回転を許容しつつシール部材８３によってシールされている。また、シールの他の例としてはラビリンスシール、オイルシールまたは水封装置を用いてもよい。

供給側（図５（Ａ）にて左側）の開閉部材８０には、回転体７９の半径方向で互いに対向する位置に、上述のエマルジョン油供給装置７４に連通せる一つの供給開口８０Ａと、衝撃波発生装置７６の出口開口端部と連通する一つの衝撃波導入開口８０Ｂとが形成されている。

また、排出側（図５（Ａ）にて右側）の開閉部材８１には、図１に示すバッファタンク７２に連通する一つの排出口８１Ａが形成されている。該排出口８１Ａは、反応室７９Ａ内の反応生成ガスを排出する排出手段を構成し、また排出口８１Ａは、図１に見られるように、制御弁８４により開閉されるようになっている。

回転体７９は、図５に示されるごとく、軸受等の支持部材８５によって回転自在に支持され、駆動手段（図示せず）によって、各反応室７９Ａの開口が供給開口８０Ａに順次一致して連通するように、間欠的に回転されるようになっている。すなわち、本実施形態では、回転体７９には８つの反応室７９Ａが形成されているので、回転体７９が４５°ずつ間欠回転して、順次各反応室７９Ａの開口が供給開口８０Ａと一致する。

具体的には、回転体７９の回転により、複数の反応室のうち一つの反応室７９Ａの開口が供給開口８０Ａと一致するときには、該一つの反応室７９Ａとエマルジョン油供給装置７４とが供給開口８０Ａを介して連通される。このとき、該供給開口８０Ａと半径方向で対向する衝撃波導入開口８０Ｂには、一つの反応室７９Ａと半径方向反対側の他の反応室７９Ａの開口が一致する。その後、回転体７９が４５°ずつ４回、すなわち１８０°回転したときに、衝撃波導入開口８０Ｂと一つの反応室７９Ａが一致して、該一つの反応室７９Ａと衝撃波発生装置７６の出口開口端部とが衝撃波導入開口８０Ｂを介して連通される。１８０°回転の間に一つの反応室７９Ａの開口が供給開口８０Ａ及び衝撃波導入開口８０Ｂと一致せずに開閉部材８０の蓋面（壁面）に対面するときには、該蓋面によって一つの反応室７９Ａの左端開口が閉ざされる。その結果、該一つの反応室７９Ａとエマルジョン油供給装置７４及び衝撃波噴射口との連通が実質的に遮断される。

また、上述のごとく一つの反応室７９Ａの左端開口が衝撃波導入開口８０Ｂと一致するときには、該一つの反応室７９Ａは排出側で排出口８１Ａと一致し、図１に示す制御弁８４を介してバッファタンク７２と連通可能な状態となる。また、一つの反応室７９Ａが排出口８１Ａと一致せずに開閉部材８１の蓋面に対面するときには、該蓋面によって該反応室７９Ａの右端開口が実質的に閉ざされる。

このように、複数の反応室７９Ａは、回転体７９の間欠回転によって、供給側で供給開口８０Ａと一致しかつ排出側で開閉部材８１の蓋面に対面したときの一つの反応室７９Ａが原料の供給を順次断続的に受ける。そして、原料の供給を受けたその反応室７９Ａの開口が回転体７９の１８０°回転後に衝撃波導入開口８０Ｂと一致する位置にきたときに、図１の制御弁８４が閉状態のままで、衝撃波発生装置７６からの衝撃波が反応室７９Ａ内に伝播するようになっている。衝撃波により反応室７９Ａ内で霧状のエマルジョン油が衝撃圧縮されて高温となって、該エマルジョン油中の炭化水素と水蒸気が反応し、水素含有ガスを生成する。その後、制御弁８４が開状態とされて、該反応室７９Ａから開閉部材８１の排出口８１Ａを経て水素含有ガスが排出され、バッファタンク７２へ収容される。

バッファタンク７２は、比較的大容量に形成されていて、反応室７９Ａからの高圧の水素含有ガスを急激に圧力緩和させる。また、バッファタンク７２には、バッファタンク７２内で圧力変動が緩和された水素含有ガスから水素を分離する水素分離装置（例えば、ＰＳＡ）８６が接続されている。水素分離装置８６で分離された水素は、それぞれ適した用途に用いることができる。水素分離装置８６には、水素含有ガスから水素を分離した後の残ガス（主として一酸化炭素）をボイラ７３に供給して燃料として利用するため、水素分離装置とボイラとを接続する帰還路８７を設けてもよい。
なお、バッファタンク７２内の水素含有ガスを上述のボイラ７３の燃料として帰還させて有効利用してもよい。

なお、本実施形態では反応装置７１は上述のごとく構成されているが、特にその形態に限定はない。例えば、反応器は上述のような回転する形式でなくとも非回転であってもよい。すなわち、反応室の数や形状も任意であり、衝撃波発生装置７６からの衝撃波を受けてエマルジョン油中の炭化水素と水蒸気が衝撃圧縮されるのに適した反応室を有していればよい。

＜衝撃波発生装置＞
衝撃波発生装置７６は、図６（Ａ）に示すように、高圧蒸気が導入される蒸気室８８と、該蒸気室内に設置される作動弁８９と、衝撃波を収束によって高圧化する収束室９０を備えてなるものである。
蒸気室８８は、図中左右に移動可能な作動弁８９によって二室９１，９２に仕切られ、一方の室９２に先端に向かって断面が収束する収束室９０が設けられている。また、収束室９０の基端側には作動弁８９がバネ９３によって押し付けられている。

上記のように構成された衝撃波発生装置７６においては、左右の蒸気室９１，９２にボイラ７３で発生した蒸気を左右の蒸気室内の蒸気圧がバランスするように充填しておく。この状態で、作動弁８９の前面、すなわち室９２に高圧の蒸気を注入する。これによって、両室９１，９２の圧力バランスを崩す力を瞬間的に発生させ、作動弁８９を１ｍｓ前後の瞬間的な時間内で開放することで高圧蒸気を瞬間的に開放して衝撃波を発生させる（図６（Ｂ）参照）。発生した衝撃波は収束室９０内を進み、収束されてより高圧となって、前述の反応装置５０側に導入される。

＜制御系＞
制御系５は、制御情報を取得するための制御情報取得手段として、反応室装置７３の排出口８１Ａから排出される水素含有ガスの温度を検知する温度検知手段９４と、同じく反応室装置７３の排出口８１Ａから排出される水素含有ガスを分析して該水素含有ガス中の水素濃度を検出する生成ガス分析装置９６を備えている。
また、制御系５は、温度検知手段９４から取得した温度情報及び生成ガス分析装置９６から取得した水素濃度情報を入力して、これらの情報に基づいて添加水の流量を調整する流量調整弁２５の開度を調整するコントローラ９７を備えている。

＜動作説明＞
上記のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
まず、図２〜図４に基づいて、攪拌装置７によるエマルジョン油の製造方法を説明する。
制御弁５３によって縮径ノズル４９の出口と戻り配管５７を連通させ、制御弁３４によって供給管３３と噴射ノズル４３とを連通させる。
この状態で、原料油と、添加水と、乳化剤とが所定の割合で混合された混液を噴射ノズル４３に供給し、噴射ノズル４３から攪拌容器内に混液を噴射する。噴射ノズル４３から供給された混液が攪拌容器４１の攪拌翼４５よりも上位置にくると、モータ６３を稼動して攪拌翼４５を回転させる。このとき、攪拌翼４５の回転数は図示しない制御手段によって適宜最適値に調整する。攪拌容器内が混液で満たされた状態になると、制御弁３４を操作して混液供給経路を閉止し、戻り配管５７と噴射ノズル４３を連通させ、噴射ノズル４３、攪拌容器４１、戻り配管５７、噴射ノズル４３という循環経路を形成する。そして、混液を、循環経路内に循環させながら攪拌容器４１内で攪拌してエマルジョン化する。

ここで、攪拌容器４１内におけるエマルジョン化のメカニズムを図２に基づいて説明する。
噴射ノズル４３から混液が攪拌容器内に噴射されることによって、攪拌容器内の混液に第１の旋回流６１が形成される。また、攪拌翼４５を回転することによって、第１の旋回流６１の平均旋回径よりも小径の第２の旋回流６５が第１の旋回流６１の下方に形成される。
このように、第１の旋回流６１と第２の旋回流６５からなる二重旋回流が形成されることで、図２に示すように、第１の旋回流６１の外周側から攪拌容器底部へ向かうと共に、第２の旋回流６５の内側を通過して上方に向う二次流れ９５が形成される。

第１の旋回流６１によって混液の攪拌がなされるが、このとき大きな液滴あるいは水を多く含む液滴のように質量の大きいものが遠心力によって外周側に移動し、これが二次流れ９５によって下方に移動し、攪拌翼４５によって攪拌される。このとき、攪拌翼４５のせん断作用によって液滴がさらに微粒化されて再び上方に移動し、第１の旋回流６１によって攪拌される。このような攪拌容器４１内での循環により、混液は原料油中に水滴のあるいわゆるＷ／Ｏ型エマルジョン油になる。このＷ／Ｏ型エマルジョン油のうち、微粒径のものは質量が小さいので、第１の旋回流６１の遠心力で周方向に移動することなく、上方の縮径ノズル側に流れる上向流に乗って排出口へと移動する。このとき、縮径ノズル４９は下流側、すなわち上方に行くに従って縮径していることから、下流側に進行するに従って液体は旋回速度を増し、せん断力が作用して微粒化が促進され乳化分散される。

一定時間上記のような循環を行なった後、Ｗ／Ｏ型エマルジョン油が形成されたら、縮径ノズル４９の先端部の制御弁５３を噴射ポンプ側に開放する。これによって、エマルジョン油が縮径ノズル４９から排出され、エマルジョン油供給装置７４に供給され、さらに反応装置７１に供給される。

反応装置７１側では、エマルジョン油供給装置７４によって反応室７９Ａ内に噴霧状になったエマルジョン油が供給される。そして、すでにエマルジョン油が供給された反応室７９Ａ内に、開閉部材８０の衝撃波導入開口８０Ｂを介して衝撃波発生装置７６で発生した衝撃波が伝播されると、反応室７９Ａ内のエマルジョン油がこの衝撃波によって反応室７９Ａの排出側の端部（図５にて右端部）に向けて衝撃圧縮されて高温、例えば１５００Ｋとなる。
このとき、エマルジョン油液滴は、高温に加熱されたとき、原料油中の水が瞬時に沸騰して、さらに微粒化され（ミクロ爆発）、急激に加熱されてエマルジョン油中の炭化水素と水蒸気が瞬時に反応する。

炭化水素は一般に化学式Ｃ_2nＨ_4nで表され、このときの反応室７９Ａ内で生じる主反応はＣ_2nＨ_4n＋２ｎＨ₂Ｏ→２ｎＣＯ＋４ｎＨ₂であり、水素とＣＯが生成される。この反応は、上記のように、ミクロ爆発の効果により瞬時に行われるので、水素含有ガスが高効率で生成されることになる。
このような反応を回転体７９の間欠的な回転により次々に衝撃波導入開口８０Ｂに連通した各反応室７９Ａ内で行い、その都度、水素含有ガスを生成する。

反応室７９Ａ内で生成された水素含有ガスは、制御弁８４の開放によりバッファタンク７２内に噴出されて一旦収容される。このとき、バッファタンク７２内に高速噴出された高温の水素含有ガスは断熱のもとで急冷却されるので、逆反応が阻止される。又、バッファタンク７２は、大容量となっており、バッファタンク７２内へ噴射された高圧の水素含有ガスが一旦収容されることにより、該水素含有ガスの圧力変動が緩和されて安定した低圧となる。このように、本実施形態では、生成時には高温高圧であった水素含有ガスの圧力及び温度をバッファタンク７２にて低下させることにより逆反応を阻止して、反応室７９Ａ内での水素含有ガスの生成効率を高めている。

水素含有ガスが生成され、バッファタンク７２側に排出されると温度検知手段９４から取得した温度情報及び生成ガス分析装置９６から取得した水素濃度情報がコントローラ９７に入力される。コントローラ９７では、これらの入力情報に基づいて添加水の流量を調整する流量調整弁２５の開度を調整する。具体的には、水素含有ガスの水素濃度が低いときには添加水の量を増やすべく、流量調整弁２５の開度を大きくする制御をする。また、温度が低い場合には、添加水の量が多すぎると判断し、流量調整弁２５の開度を小さくする制御をする。

以上説明したように、本実施の形態によれば、原料油と水を含むエマルジョン油を反応室内に噴霧し、これに衝撃波を伝播させてこれを衝撃圧縮することにより、急激に高温加熱して、水素含有ガスを生成させるようにしたので、原料油と水とが予め均一化されていることに加え、エマルジョン油液滴に生ずるミクロ爆発によって液滴が微粒化されることにより急激に加熱されるため、高効率で水素含有ガスの製造ができる。

また、反応に必要な熱を衝撃波による衝撃加熱によって与えるようにしたので、反応に必要十分な熱を短時間で効率よく供給できる。このため、反応器内を予め高温とする必要がなく、立ち上げ工程や立ち下げ工程でのエネルギーロスが軽減され、運転費が安価となる。
また、装置が立上げから立ち下げまで連続して長時間に亘って高温状態とはならず、反応に必要な時間及び領域だけ高温にするので、耐火物を多用する必要がなく、設備費が安価な装置となり、さらにはエネルギーロスが軽減されるだけでなく時間的ロスも軽減されるので、小規模生産あるいは所望時の短時間生産が可能となる。

［実施の形態２］
図７は本発明の実施の形態２の説明図であり、図１と同一部分には同一の符号を付して、説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、加熱手段を有し、該加熱手段によって反応室を加熱して反応室内の原料に水蒸気改質反応を生じさせる反応装置９８のものを用いた点である。

本実施の形態に係る反応装置９８は、攪拌装置７で製造されたエマルジョン油を導入して、
内蔵する改質触媒による水蒸気改質反応により水素含有ガスを製造する改質触媒層９８ａと、改質触媒層９８ａの水蒸気改質反応に必要な熱を供給する加熱室９８ｂとを交互に複数組積層して構成されている。この加熱室９８ｂには加熱源となるバーナ９９が設けられている

上記のように構成された本実施の形態においては、エマルジョン油を改質触媒層９８ａに連続的に導入して水素含有ガスを生成できる。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、エマルジョン油のミクロ爆発の効果によって、高効率の水素製造ができる。

なお、図７に示すように、加熱室９８ｂから排出される排ガスを熱源とする熱交換器１０１を設けて、該熱交換器１０１によって水を加熱して蒸気にして改質触媒層９８ａに補助的に導入するようにしてもよい。
熱交換器１０１に導入された排ガスは排ガス処理装置１０３で処理され、誘引ファン１０５によって煙突１０７に誘引されて大気放散される。

なお、バーナ９９として、パルスバーナを用いれば、パルス燃焼で発生する脈動流による攪拌作用と温度境界層剥離作用によって加熱室９８ｂから改質触媒層９８ａへの伝熱が効果的に行われ、さらに効率よく水素含有ガスの製造ができる。

本発明の一実施の形態に係る水素製造装置の説明図である。 図１に示した攪拌装置の説明図である。 図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。 図２に示した攪拌翼と該攪拌翼によって形成される第２の旋回流の平均旋回径の関係を説明する説明図である。 図１に示した反応装置の構成の一部を説明する説明図である（その１）。 図１に示した反応装置の構成の一部を説明する説明図である（その２）。 本発明の実施の形態２の説明図である。

符号の説明

７ 攪拌装置
７１ 反応装置
９７ コントローラ

Claims (4)

1. 原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を加熱して水素含有ガス生成反応により水素含有ガスを製造することを特徴とする水素製造方法。
2. 高圧ガスを瞬間的に開放して衝撃波を発生させ、該衝撃波を反応室に導入して反応室内の原料を衝撃圧縮して水素含有ガス生成反応を行わせる反応装置と、前記反応室に原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を前記原料として供給するエマルジョン油供給装置と、を備えたことを特徴とする水素製造装置。
3. 加熱手段を有し、該加熱手段によって反応室を加熱して反応室内の原料に水素含有ガス生成反応を行わせる反応装置と、該反応室に原料油と水を含む混液を攪拌して製造したエマルジョン油を前記原料として供給するエマルジョン油供給装置と、を備えたことを特徴とする水素製造装置。
4. 反応装置にて生成された生成ガスの水素濃度を分析する分析装置と、該分析装置の分析値に基づいてエマルジョン油中の水の添加率を調整する水分添加率調整手段を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の水素製造装置。

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