JP2011126765A

JP2011126765A - 炭化水素の自己熱分解法

Info

Publication number: JP2011126765A
Application number: JP2009299506A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Yamazaki; 知機山崎
Original assignee: NIPPON SUISO KK
Current assignee: NIPPON SUISO KK
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】ＣＯ_２をできるだけ副生させないで、熱効率よく炭素と水素とに熱分解、分離し、水素を得る方法を提供する。
【解決手段】炭化水素の熱分解炉２より発生する廃熱を持った熱水素に適量の酸素を吹き込み、熱水素の一部を燃焼させて、１２００〜１６００℃の高熱にし、これに新たな炭化水素を当てて、これを分解する。これを複数回くり返して熱水素ガスの濃度と容量を増加させ、これを冷却して粗水素を得る炭化水素の自己熱分解法。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭化水素を原料として水素を製造する熱分解法に関するものである。

酸素を用いて炭化水素を酸化改質する部分酸化法並びに自己熱改質法は１９５０年代に米国で開発され、水素の製造法としては水蒸気改質に次いで実績がある。このプロセスでは、酸素を用いて原料の一部を燃焼させ、発生した熱によって残りの原料を改質する。この方法は、反応温度が１，２００〜１，６００℃と非常に高いため、反応器材料が高価で大型になるなどして、水素製造法して最近ではあまり利用されていない。しかし、最近では反応器材料の高質化と単純な構造の装置なので注目されている。

１）中村仁：水素製造装置ＰＥＴＲＯ−ＴＥＣＨ、２３、１、ｐ８２〜８９（２０００）
２）太田時男監修：水素エネルギー最前線：文部科学省科学技術政策研究所編工業調査会発行ｐ１５２（２００３）
３）「触媒活用大字典」編集委員会編：触媒活用大事典ｐ５２２（２００４，１２）
４）水素燃料電池ハンドブック編委員会：水素燃料電池ハンドブックｐ６６８（平１８、９）

発明が解決しようとする課題

この発明は、炭化水素を炭素と水素に熱分解することが、課題である。

上記方法を車上で操作できるモバイル式であること。

課題を解決するための手段

炭化水素の熱分解のためには１２００〜１６００℃の高熱が必要なため、炉を複数個設け、炭化水素がその全ての炉を通過する間に適量の酸素と炭化水素を追加し、自ずから１２００〜１６００℃の高温の維持と前炉で生成した熱水素ガスの高温を利用して追加の炭化水素を熱分解する方法をとっている。

発明の効果

この発明は、それぞれの炉で発生した高熱水素の全量を次の炉に通し、その一部に適量の酸素を供給し、高熱水素を更に燃焼させ、１２００〜１６００℃の高温を維持し、この温度で新しく吹込まれた炭化水素を分解する。この方法を繰かえすことによって、新たなＣＯ_２の発生なしに水素の製造は濃度と容量を増加できる。

この発明の一例を示すと、図１に示すように断熱材１で覆われた筒状の第一熱分解炉２は酸素吹入口３と炭化水素吹入口５がついている。生成ガス排出口８は、酸素吹入口１５のついた煙道１１とつながって図２のように第２熱分解炉９と結合され、第１熱分解炉２で発生した生成ガスは第２熱分解炉９に導かれる。

図１の酸素吹入口３と炭化水素吹入口５より矢印４，７のように第１熱分解炉２にガスを吹きこみ点火する。炉内が１２００〜１６００℃になると酸素の供給量を減じ、炉内を不完全燃焼の状態にする。炉内で生成するガスは炭化水素に含まれる水分にもよるが、おおよそ、Ｈ_２５０％程度の粗水素を期待できる。

上記によって生成したガスは排出口８をとおって煙道１１を経て、図２に示す第２熱分解炉９に入る。煙道１１の途中に設けられた酸素吹入口１５から煙道１１を通過する生成ガスの温度が１２００〜１６００℃になるように、適量の酸素を矢印１３のように生成ガス中の水素を燃焼させ、昇温、炉内の温度の維持をはかる。

図２に示すように第２熱分解炉９の炭化水素吹入口１６より矢印２４のように計算量の炭化水素を吹込み、第２熱分解炉９に、前炉より導かれた生成ガスに炭化水素を当てて、これを熱分解する。生成したガスは、煙道１２をとおって、第３熱分解炉１０に入る。煙道１２に設けられた追加酸素吹入口１７より矢印１４のように、適量の酸素が吹込まれ、第３熱分解炉１０の温度が１２００〜１６００℃に昇温される。第３熱分解炉１０では、炭化水素吹込口１９より矢印１８のように炭化水素が吹こまれ高熱水素を含む生成ガスに当てられて、熱分解され、Ｈ_２，Ｃ，ＣＯ，ＣＯ_２となる。この生成ガスは更に次の炉に向かうべく出口２０より、矢印２１のように移動される。符号６，２２，２３は炎である。

上記のような操作を繰り返すことによって、炭化水素の分解が進み、生成ガス中の水素濃度は高くなり、水素の容量も大きくなる。５〜７個の熱分解炉を回った生成ガスは、高い粗水素を含むことが期待できる。

この発明の水素製造法は、はじめの部分は、水蒸気改質法と部分酸化法、自己熱改質法と似ているが炭化水素から炭素をそのまま分解できるという点で自己熱分解法というべきである。

この発明は、各炉での生成ガスの高温と高熱水素の高反応性を利用したもので、炭化水素を炭素と水素、並びにその他の副生物に分解できるという点で、脱炭素という現代の技術目標に近いものである。また、小型の熱分解炉を横に並べられるという点で、モバイル式として、車載が可能であり、また各熱分解炉にＮｉやＰｔを担持したアルミナその他の触媒を使用すれば５〜１０％の熱効率の向上も見込めることは確実である。また、酸素の代わりに空気を使用することも可能であるが、生成ガス中の水素濃度が低くなるので、生成ガスを冷却し、脱炭素してのち高分子膜を使用して濃度を高めれば、燃料電池にも使用できる高純度の水素もできる。

この発明の第１熱分解炉の縦断面図この発明の全体の縦断面図

Claims

この発明は、断熱材で覆われた独立した熱分解炉を複数個直列につなぎ、それぞれの炉で発生する熱水素を最後尾の炉まで通り抜けさせる。各炉には、酸素と炭化水素の吹き込み口をつけ、前炉で生成した熱水素の一部を、上記吹き込み口よりの酸素で再燃焼させ、１２００〜１６００℃の温度を維持させる。この炉内に、新たに炭化水素を吹き込んでこれを炭素と水素に熱分解する。この操作を以下のそれぞれの炉でくりかえし、熱水素の濃度と容量を増加させ、最後尾の炉より熱水素を補集し、冷却して粗水素とする炭化水素の自己熱分解方法とした。