JPH06345406A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
- Publication number
- JPH06345406A JPH06345406A JP16635093A JP16635093A JPH06345406A JP H06345406 A JPH06345406 A JP H06345406A JP 16635093 A JP16635093 A JP 16635093A JP 16635093 A JP16635093 A JP 16635093A JP H06345406 A JPH06345406 A JP H06345406A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- burner
- reaction
- tube
- upright
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
- C01B3/34—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen-containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0405—Purification by membrane separation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 改質器、一酸化炭素変成器及び水素精製器の
各反応を一まとめに実施し高純度の水素を製造すること
ができる水素製造装置を提供すること。 【構成】 炭化水素およびまたはアルコール類等から水
蒸気改質反応により水素を製造する装置において、直立
状バーナ１と、バーナを囲繞し上端を開口した円筒状輻
射板２と、輻射板から一定の間隔を空けて輻射板の外周
に環状に配置され且つ下端がオフガス排出口３ａに通ず
る複数本の直立密閉状反応管３と、バーナ及び反応管を
覆い且つ下部に燃焼排ガスの排出口１ａを有する密閉状
ケース４とを具備し、反応管が上端が反応管の内部に開
口し下端が原料供給口１０ａに通ずる直立状の原料供給
管１０と、原料供給管の外周側面を囲繞し且つ上端が開
口し下端が水素排出口１１ａに通ずる直立状の水素取出
管１１と、水素取出管の外周を囲繞し且つ上端が閉鎖さ
れ下端がスイープガス供給口１２ａに通ずる直立密閉状
の水素透過管１２とを内包し、水素透過管と反応管との
間に改質触媒５を充填した。
各反応を一まとめに実施し高純度の水素を製造すること
ができる水素製造装置を提供すること。 【構成】 炭化水素およびまたはアルコール類等から水
蒸気改質反応により水素を製造する装置において、直立
状バーナ１と、バーナを囲繞し上端を開口した円筒状輻
射板２と、輻射板から一定の間隔を空けて輻射板の外周
に環状に配置され且つ下端がオフガス排出口３ａに通ず
る複数本の直立密閉状反応管３と、バーナ及び反応管を
覆い且つ下部に燃焼排ガスの排出口１ａを有する密閉状
ケース４とを具備し、反応管が上端が反応管の内部に開
口し下端が原料供給口１０ａに通ずる直立状の原料供給
管１０と、原料供給管の外周側面を囲繞し且つ上端が開
口し下端が水素排出口１１ａに通ずる直立状の水素取出
管１１と、水素取出管の外周を囲繞し且つ上端が閉鎖さ
れ下端がスイープガス供給口１２ａに通ずる直立密閉状
の水素透過管１２とを内包し、水素透過管と反応管との
間に改質触媒５を充填した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭化水素およびまたはア
ルコール類を水蒸気改質して水素を製造する装置に関す
る。
ルコール類を水蒸気改質して水素を製造する装置に関す
る。
【０００２】
【従来技術】炭化水素およびまたはアルコール類等より
水蒸気改質反応を利用して改質器で水素を製造する方法
は工業上広く使用されている。一方、約２００℃以下で
作動する燃料電池においては、電極の白金などの触媒が
ＣＯにより被毒されるため、該燃料電池に供給する水素
含有ガス中のＣＯ濃度は、１％以下にする必要がある。
２００℃以下の比較的低温で作動する燃料電池として
は、１５０〜２３０℃で作動するリン酸型、１００℃以
下で作動する固体高分子膜型、アルカリ型などがある
が、特に１００℃以下で作動する固体高分子膜型では、
燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃度は１０pp
m 以下にする必要があると言われている。このため従来
の方法により製造した水素を上述の燃料電池用の燃料ガ
スとして利用するには、当該粗製水素を一酸化炭素変成
器及び水素精製器により更に精製して高純度とし（約Ｃ
Ｏ１０ppm 以下）、固体高分子膜型燃料電池（ポリマー
燃料電池）に使用することが考えられる。この際生ずる
反応は、メタンの例で示すと、次のようである。
水蒸気改質反応を利用して改質器で水素を製造する方法
は工業上広く使用されている。一方、約２００℃以下で
作動する燃料電池においては、電極の白金などの触媒が
ＣＯにより被毒されるため、該燃料電池に供給する水素
含有ガス中のＣＯ濃度は、１％以下にする必要がある。
２００℃以下の比較的低温で作動する燃料電池として
は、１５０〜２３０℃で作動するリン酸型、１００℃以
下で作動する固体高分子膜型、アルカリ型などがある
が、特に１００℃以下で作動する固体高分子膜型では、
燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃度は１０pp
m 以下にする必要があると言われている。このため従来
の方法により製造した水素を上述の燃料電池用の燃料ガ
スとして利用するには、当該粗製水素を一酸化炭素変成
器及び水素精製器により更に精製して高純度とし（約Ｃ
Ｏ１０ppm 以下）、固体高分子膜型燃料電池（ポリマー
燃料電池）に使用することが考えられる。この際生ずる
反応は、メタンの例で示すと、次のようである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来水素を高
純度にするための上記プロセスは工程が複雑であり、装
置全体が大型であり、多量の高温熱エネルギーを要し、
また、装置の効率が悪く、必然的に水素製造コストが高
くなる欠点を有し、都市ガス等から直接固体高分子膜型
燃料電池に供給するような高純度の水素を製造すること
は経済性も考慮すると極めて困難である。
純度にするための上記プロセスは工程が複雑であり、装
置全体が大型であり、多量の高温熱エネルギーを要し、
また、装置の効率が悪く、必然的に水素製造コストが高
くなる欠点を有し、都市ガス等から直接固体高分子膜型
燃料電池に供給するような高純度の水素を製造すること
は経済性も考慮すると極めて困難である。
【０００４】このため、水素を選択的に透過する水素分
離膜（メンブレン）を改質反応場に共存させることによ
って改質反応と水素精製を同時に処理するメンブレンリ
アクタの概念が、すでに特開昭６１−１７４０１号およ
び特願平４−３２１５０２号などで提案されている。し
かしながら、これらの先願では、リアクタの基本原理の
提案のみにとどまっており、大型化が容易な実用的リア
クタ構成、特に加熱方式、各流体の供給排出方式の具体
例は示されていない。すなわち、これらの先願では、図
４に示すように水素を選択的に透過する水素透過管を内
管として、その外部に触媒反応管を外管として同心円筒
状に配置し、当該内管と外管の間の円環状空間に改質触
媒を充填し、外管壁を適当な熱媒体で加熱することが示
されているだけである。
離膜（メンブレン）を改質反応場に共存させることによ
って改質反応と水素精製を同時に処理するメンブレンリ
アクタの概念が、すでに特開昭６１−１７４０１号およ
び特願平４−３２１５０２号などで提案されている。し
かしながら、これらの先願では、リアクタの基本原理の
提案のみにとどまっており、大型化が容易な実用的リア
クタ構成、特に加熱方式、各流体の供給排出方式の具体
例は示されていない。すなわち、これらの先願では、図
４に示すように水素を選択的に透過する水素透過管を内
管として、その外部に触媒反応管を外管として同心円筒
状に配置し、当該内管と外管の間の円環状空間に改質触
媒を充填し、外管壁を適当な熱媒体で加熱することが示
されているだけである。
【０００５】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、従来のプロセスに使用されていた改質器、一酸化
炭素変成器及び水素精製器の反応を一まとめに実施し、
高純度の水素を製造することができる、いわゆるメンブ
レンリアクタ方式の実用性高い水素製造装置を提供する
ことを目的とする。
ので、従来のプロセスに使用されていた改質器、一酸化
炭素変成器及び水素精製器の反応を一まとめに実施し、
高純度の水素を製造することができる、いわゆるメンブ
レンリアクタ方式の実用性高い水素製造装置を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は炭化水素およびまたはアルコール類等から
水蒸気改質反応により水素を製造する装置において、直
立状バーナと、該バーナを囲繞し上端を開口した円筒状
輻射板と、該輻射板から一定の間隔を空けて該輻射板の
外周に環状に配置され且つ下端がプロセスオフガス排出
口に通ずる複数本の直立円筒状密閉反応管と、前記バー
ナ及び前記反応管を覆い且つ下部に燃焼排ガスの排出口
を有する円筒状密閉ケースとを具備し、前記反応管が上
端が反応管の内部に開口し下端が材料供給口に通ずる直
立円筒状の原料供給管と、該原料供給管の外周側面を囲
繞し且つ上端が開口し下端が水素排出口に通ずる直立円
筒状の水素取出管と、該水素取出管の外周を囲繞し且つ
上端が閉鎖され下端がスイープガス供給口に通ずる直立
円筒状の水素透過管とを内包し、該水素透過管と前記反
応管との間に改質触媒を充填したことを特徴とする。
め、本発明は炭化水素およびまたはアルコール類等から
水蒸気改質反応により水素を製造する装置において、直
立状バーナと、該バーナを囲繞し上端を開口した円筒状
輻射板と、該輻射板から一定の間隔を空けて該輻射板の
外周に環状に配置され且つ下端がプロセスオフガス排出
口に通ずる複数本の直立円筒状密閉反応管と、前記バー
ナ及び前記反応管を覆い且つ下部に燃焼排ガスの排出口
を有する円筒状密閉ケースとを具備し、前記反応管が上
端が反応管の内部に開口し下端が材料供給口に通ずる直
立円筒状の原料供給管と、該原料供給管の外周側面を囲
繞し且つ上端が開口し下端が水素排出口に通ずる直立円
筒状の水素取出管と、該水素取出管の外周を囲繞し且つ
上端が閉鎖され下端がスイープガス供給口に通ずる直立
円筒状の水素透過管とを内包し、該水素透過管と前記反
応管との間に改質触媒を充填したことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の水素製造装置は改質触媒、水素透過管
（パラジウムやパラジウム合金で形成した薄膜など）、
加熱用バーナ等で構成された水素透過膜方式の改質器で
あり、炭化水素およびまたはアルコール類等から直接高
純度水素を造ることができる。すなわち、反応管内の触
媒層を貫通させて水素透過管を設けることにより簡便に
高純度水素を得る。中央にバーナを設けかつバーナの周
囲に輻射板を設けることにより、その輻射板の周囲の複
数の反応管に輻射熱を効率良く均等に伝え、且つバーナ
の高温の燃焼排ガスが各反応管の上方と周囲から降り注
いで各反応管に対流熱と伝導熱を均等に伝える。スイー
プガスは上昇流として供給され触媒層中のガスの下降流
に対し対向流となるので、水素透過が効率的に行われ
る。また、水素透過管を使用することにより化学平衡が
ずれるため、改質温度（７００〜８００℃）を１５０〜
２００℃低下させることができる。
（パラジウムやパラジウム合金で形成した薄膜など）、
加熱用バーナ等で構成された水素透過膜方式の改質器で
あり、炭化水素およびまたはアルコール類等から直接高
純度水素を造ることができる。すなわち、反応管内の触
媒層を貫通させて水素透過管を設けることにより簡便に
高純度水素を得る。中央にバーナを設けかつバーナの周
囲に輻射板を設けることにより、その輻射板の周囲の複
数の反応管に輻射熱を効率良く均等に伝え、且つバーナ
の高温の燃焼排ガスが各反応管の上方と周囲から降り注
いで各反応管に対流熱と伝導熱を均等に伝える。スイー
プガスは上昇流として供給され触媒層中のガスの下降流
に対し対向流となるので、水素透過が効率的に行われ
る。また、水素透過管を使用することにより化学平衡が
ずれるため、改質温度（７００〜８００℃）を１５０〜
２００℃低下させることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【０００９】図１は本発明の水素製造装置の概略構成を
示す縦断面図である。
示す縦断面図である。
【００１０】図２は図１のII−II断面図である。
【００１１】図１および図２において環状の耐火材で構
築された底部バーナタイル７の中央孔から吹き込まれる
都市ガスや天然ガス等の燃料を燃焼させて高温の燃焼排
ガスを発生する直立円筒状バーナ１が水素製造装置の中
心に設けられている。図の水素製造装置はその外周に取
り付けられる補助具類や断熱材層、防護カバー材を取外
した状態で示している。
築された底部バーナタイル７の中央孔から吹き込まれる
都市ガスや天然ガス等の燃料を燃焼させて高温の燃焼排
ガスを発生する直立円筒状バーナ１が水素製造装置の中
心に設けられている。図の水素製造装置はその外周に取
り付けられる補助具類や断熱材層、防護カバー材を取外
した状態で示している。
【００１２】該バーナ１を中心にして、その外周に円筒
形の輻射板２が設けられ、バーナ１の高温の燃焼排ガス
は輻射板２に輻射熱を与え、且つ輻射板２の上部開口か
ら外方へ矢印Ｄ方向に流動するよう構成されている。
形の輻射板２が設けられ、バーナ１の高温の燃焼排ガス
は輻射板２に輻射熱を与え、且つ輻射板２の上部開口か
ら外方へ矢印Ｄ方向に流動するよう構成されている。
【００１３】輻射板２の外周に、この輻射板２から一定
の間隙をおいて、複数個（図２の実施例において８個）
の反応管３が環状に等間隔に配置されている。
の間隙をおいて、複数個（図２の実施例において８個）
の反応管３が環状に等間隔に配置されている。
【００１４】ケース４がバーナ１及び反応管３のすべて
の上方と側方から、それらとの間に間隙を設けて密閉状
に覆われている。上記間隙にバーナで発生した高温の燃
焼排ガスが流入し、更に、各反応管３の上から降り注ぎ
且つこれらの周囲を流動するよう構成されている。密閉
状ケース４はその下部に排出口１ａを備え、ここから使
用済みの燃焼排ガスが矢印Ｄ方向に排出される。
の上方と側方から、それらとの間に間隙を設けて密閉状
に覆われている。上記間隙にバーナで発生した高温の燃
焼排ガスが流入し、更に、各反応管３の上から降り注ぎ
且つこれらの周囲を流動するよう構成されている。密閉
状ケース４はその下部に排出口１ａを備え、ここから使
用済みの燃焼排ガスが矢印Ｄ方向に排出される。
【００１５】図３は図１の一部の拡大図であり、反応管
３の詳細構造を示す縦断面図である。
３の詳細構造を示す縦断面図である。
【００１６】図３において反応管３は直立円筒状の密閉
タンクであり、天井が閉鎖され、下端がプロセスオフガ
ス排出口３ａに連通している。反応管３はその内部に、
中心となる原料供給管１０と、その外側の水素取出管１
１と、更にその外側の水素透過管１２を内包している。
これらの管１０、１１、１２は半径方向に互いに間隔を
置いて同心多重円筒状に直立して配置されている。水素
透過管１２は多孔質担体にパラジウムを無電解メッキ法
により成膜して調製したものなど、水素を選択的に透過
でき、かつ５００〜６００℃の耐熱性を有するものが使
用できる。その他の部材は主としてステンレススチール
で作られている。
タンクであり、天井が閉鎖され、下端がプロセスオフガ
ス排出口３ａに連通している。反応管３はその内部に、
中心となる原料供給管１０と、その外側の水素取出管１
１と、更にその外側の水素透過管１２を内包している。
これらの管１０、１１、１２は半径方向に互いに間隔を
置いて同心多重円筒状に直立して配置されている。水素
透過管１２は多孔質担体にパラジウムを無電解メッキ法
により成膜して調製したものなど、水素を選択的に透過
でき、かつ５００〜６００℃の耐熱性を有するものが使
用できる。その他の部材は主としてステンレススチール
で作られている。
【００１７】原料供給管１０は上端が反応管３の内部に
開口し、下端が原料供給口１０ａに連通している。水素
取出管１１は原料供給管１０の外周を囲繞し且つ上端が
水素透過管１２の内部に開口し、下端が水素排出口１１
ａに連通している。水素透過管１２は水素取出管１１の
外周と天井を、それらとの間に間隙を設けて密閉状に囲
繞し、下端がスイープガス供給口１２ａに連通してい
る。
開口し、下端が原料供給口１０ａに連通している。水素
取出管１１は原料供給管１０の外周を囲繞し且つ上端が
水素透過管１２の内部に開口し、下端が水素排出口１１
ａに連通している。水素透過管１２は水素取出管１１の
外周と天井を、それらとの間に間隙を設けて密閉状に囲
繞し、下端がスイープガス供給口１２ａに連通してい
る。
【００１８】原料の都市ガス及び水蒸気はマニホルド６
から入り水素製造装置の下部中央の穴から上向きに吹き
上げられ、スイープガスはマニホルド６から入り装置の
下部中央の環状入口から上向きに吹き上げられる。同様
に水素とスイープガスの混合体及びプロセスオフガスは
装置の下部中央のそれぞれの環状出口からマニホルド６
を経て排出される構造となっている。
から入り水素製造装置の下部中央の穴から上向きに吹き
上げられ、スイープガスはマニホルド６から入り装置の
下部中央の環状入口から上向きに吹き上げられる。同様
に水素とスイープガスの混合体及びプロセスオフガスは
装置の下部中央のそれぞれの環状出口からマニホルド６
を経て排出される構造となっている。
【００１９】ケース４の燃焼排ガス排出口１ａ、反応管
３のプロセスオフガス排出口３ａ、水素透過管１２のス
イープガス供給口１２ａ、水素取出管１１の水素排出口
１１ａ、原料供給管１０の原料供給口１０ａはすべてマ
ニホルド６にまとめられている。なお、プロセスオフガ
スは生成したガスから水素を透過除去した残りガスであ
り、スイープガスは水素透過管１２で生成した水素を掃
気するためのガスである。
３のプロセスオフガス排出口３ａ、水素透過管１２のス
イープガス供給口１２ａ、水素取出管１１の水素排出口
１１ａ、原料供給管１０の原料供給口１０ａはすべてマ
ニホルド６にまとめられている。なお、プロセスオフガ
スは生成したガスから水素を透過除去した残りガスであ
り、スイープガスは水素透過管１２で生成した水素を掃
気するためのガスである。
【００２０】水素透過管１２と各反応管３との間隙に改
質触媒５を充填している。改質触媒としては第VIII族金
属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等）を
含有する触媒が好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを担持した
触媒またはＮｉＯ含有触媒が特に好ましい。
質触媒５を充填している。改質触媒としては第VIII族金
属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等）を
含有する触媒が好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを担持した
触媒またはＮｉＯ含有触媒が特に好ましい。
【００２１】上記構成になる本発明の水素製造装置は次
のように作動する。
のように作動する。
【００２２】下方から供給される燃料をバーナ１で燃焼
することにより高温の燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガ
スは、矢印Ｄの方向に、バーナ１の周囲の輻射板２の上
部周縁からケース４の内部に流入し、各反応管３の上か
ら降り注ぎ、更に輻射板２とケース４の間に流入して対
流および伝導伝熱的に各反応管３に熱を伝える。同時に
バーナ１の燃焼熱は輻射熱を輻射板２を介してその周り
の各反応管３に均等に伝える。かくして、各反応管３の
中の改質触媒５および反応流体としての改質ガスが加熱
される。
することにより高温の燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガ
スは、矢印Ｄの方向に、バーナ１の周囲の輻射板２の上
部周縁からケース４の内部に流入し、各反応管３の上か
ら降り注ぎ、更に輻射板２とケース４の間に流入して対
流および伝導伝熱的に各反応管３に熱を伝える。同時に
バーナ１の燃焼熱は輻射熱を輻射板２を介してその周り
の各反応管３に均等に伝える。かくして、各反応管３の
中の改質触媒５および反応流体としての改質ガスが加熱
される。
【００２３】スイープガスが供給口１２ａから水素透過
管１２に矢印Ｂ方向に送りこまれる。
管１２に矢印Ｂ方向に送りこまれる。
【００２４】原料ガスとしてのメタン等および水蒸気の
混合物が供給口１０ａから矢印Ａ方向に送入され、原料
供給管１０を通じて各反応管３の改質触媒５の上部から
内部に侵入する。当該原料ガスが改質触媒５の内部を通
過する間に、燃料ガスの燃焼により発生する熱でメタン
等の原料ガスを水蒸気改質して水素を生成する。この時
の反応式は、メタンの例で示すと、次のようである。
混合物が供給口１０ａから矢印Ａ方向に送入され、原料
供給管１０を通じて各反応管３の改質触媒５の上部から
内部に侵入する。当該原料ガスが改質触媒５の内部を通
過する間に、燃料ガスの燃焼により発生する熱でメタン
等の原料ガスを水蒸気改質して水素を生成する。この時
の反応式は、メタンの例で示すと、次のようである。
【００２５】生成した水素は水素透過管１２の中に矢印
Ｃ方向に透過侵入し、ここでスイープガスに乗ってＢの
方向に上昇したのち水素取出管１１の中を矢印Ｅ方向に
進行し排出口１１ａから矢印Ｅ方向に外部へ押し出され
る。
Ｃ方向に透過侵入し、ここでスイープガスに乗ってＢの
方向に上昇したのち水素取出管１１の中を矢印Ｅ方向に
進行し排出口１１ａから矢印Ｅ方向に外部へ押し出され
る。
【００２６】また、反応管３の中の炭酸ガスのようなオ
フガスは排出口３ａから矢印Ｆ方向に外部へ排出され
る。この際、改質触媒５の充填層中のオフガスの排出方
向（下降）は水素透過管１２の中のスイープガスの流入
方向（上昇）に対し対向方向であるから、改質触媒５の
充填層内を流れる改質ガスの中から水素を水素透過管１
２へ効率良く透過させることができる。
フガスは排出口３ａから矢印Ｆ方向に外部へ排出され
る。この際、改質触媒５の充填層中のオフガスの排出方
向（下降）は水素透過管１２の中のスイープガスの流入
方向（上昇）に対し対向方向であるから、改質触媒５の
充填層内を流れる改質ガスの中から水素を水素透過管１
２へ効率良く透過させることができる。
【００２７】上記実施例の装置に使用した反応管３の環
状列の数を増減することも、また、１本の環状列内の反
応管３の数を増減することも可能である。
状列の数を増減することも、また、１本の環状列内の反
応管３の数を増減することも可能である。
【００２８】上記実施例の装置を逆さにして、バーナに
燃料を上方から吹き込んで燃焼させ、スイープガスや原
料ガス、水蒸気を上部から流入させ、水素やオフガスを
上部から排出するように構成することもできる。
燃料を上方から吹き込んで燃焼させ、スイープガスや原
料ガス、水蒸気を上部から流入させ、水素やオフガスを
上部から排出するように構成することもできる。
【００２９】
【実施の具体例】本発明の実施の具体例を以下に説明す
る。 （１）装置構成 反応管３（内径３５．５mm） 水素透過管１２（外径２０mm） 水素取出管１１（外径１２mm） 原料供給管１０（外径６mm）より成る有効長１０００mm
の多重同心円筒状の反応管構造体を構成し、これらの計
２４本をケース４の内部の外周側に円周方向に等間隔に
て直立配置した。ケース４は外径３５０mm×有効高さ１
４５０mmであり、その内部の輻射板２は外径１００mm×
有効高さ１０００mmである。水素透過管１２は、パラジ
ウム系の薄膜より成るメンブレンを用い、改質触媒５と
しては、ニッケル系触媒（平均粒子径２mmφ）を使用し
た。 （２）操作条件 ・原料ガス供給量： メタン１．４Ｎｍ3 ／ｈ ・改質用スチーム供給量： ４．２Ｎｍ3 ／ｈ （スチーム／メタンのモル比Ｓ／Ｃ＝３．１） ・スイープガス（スチーム）供給量：５．６ｋｇ／ｈ ・スイープガス圧力： 大気圧 ・触媒層温度： ５３３〜５３７℃ ・触媒層圧力： ６．２ｋｇ／cm2-abs. なお、火炉側の燃焼条件は触媒層温度が上述の値になる
ように調整された。 （３）水素生成試験結果 上述の操作条件下で、メタン１．１６Ｎｍ3 ／ｈを原料
として、スイープガスに同伴されて得られた水素量は
３．８Ｎｍ3 ／ｈであり、水素中の不純物としてのＣＯ
は１ppm 以下であった。メタンの反応転化率としても約
８０％が達成された。水素透過管を採用しない従来型の
リフォーマでは、操作温度と圧力の関係から化学平衡の
壁があるために転化率は２５％である。
る。 （１）装置構成 反応管３（内径３５．５mm） 水素透過管１２（外径２０mm） 水素取出管１１（外径１２mm） 原料供給管１０（外径６mm）より成る有効長１０００mm
の多重同心円筒状の反応管構造体を構成し、これらの計
２４本をケース４の内部の外周側に円周方向に等間隔に
て直立配置した。ケース４は外径３５０mm×有効高さ１
４５０mmであり、その内部の輻射板２は外径１００mm×
有効高さ１０００mmである。水素透過管１２は、パラジ
ウム系の薄膜より成るメンブレンを用い、改質触媒５と
しては、ニッケル系触媒（平均粒子径２mmφ）を使用し
た。 （２）操作条件 ・原料ガス供給量： メタン１．４Ｎｍ3 ／ｈ ・改質用スチーム供給量： ４．２Ｎｍ3 ／ｈ （スチーム／メタンのモル比Ｓ／Ｃ＝３．１） ・スイープガス（スチーム）供給量：５．６ｋｇ／ｈ ・スイープガス圧力： 大気圧 ・触媒層温度： ５３３〜５３７℃ ・触媒層圧力： ６．２ｋｇ／cm2-abs. なお、火炉側の燃焼条件は触媒層温度が上述の値になる
ように調整された。 （３）水素生成試験結果 上述の操作条件下で、メタン１．１６Ｎｍ3 ／ｈを原料
として、スイープガスに同伴されて得られた水素量は
３．８Ｎｍ3 ／ｈであり、水素中の不純物としてのＣＯ
は１ppm 以下であった。メタンの反応転化率としても約
８０％が達成された。水素透過管を採用しない従来型の
リフォーマでは、操作温度と圧力の関係から化学平衡の
壁があるために転化率は２５％である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記のような優れた効果が得られる。 （１）炭化水素およびまたはアルコール類から直接に高
純度の水素を造ることができる。 （２）バーナ、輻射板、原料供給管、反応管、改質触媒
層、水素透過管、水素取出管、ケースが効率的に配置さ
れ、伝熱性が向上し、発生熱エネルギーが有効に利用さ
れ、省エネルギープロセスが実現し、水素製造能力が向
上し、装置全体の構成が簡素化されコンパクトになる。 （３）中央部に火炉を設けていることから、輻射による
半径方向の伝熱速度が大きくなり、かつ熱流束分布を均
一にし易い。従って、水素透過管と改質触媒の耐熱温度
を超過するようなホットスポットの発生を防止し得る。 （４）水素透過管内の流通するスイープガスと、改質触
媒層内を流れる改質ガスとを水素透過管壁を介して向流
接触により物質移動させていることから、改質ガス中水
素の回収率を高めるとともに、透過ガス中の水素濃度を
高くすることを可能としている。 （５）反応後の分離、精製工程が省略される。 （６）水素透過管により化学平衡をずらし、改質温度を
従来より１５０〜２００℃低下させ、装置の製作に使用
する材料の選択範囲を拡大し、価格を低廉にし、装置の
耐久性を向上させる。
記のような優れた効果が得られる。 （１）炭化水素およびまたはアルコール類から直接に高
純度の水素を造ることができる。 （２）バーナ、輻射板、原料供給管、反応管、改質触媒
層、水素透過管、水素取出管、ケースが効率的に配置さ
れ、伝熱性が向上し、発生熱エネルギーが有効に利用さ
れ、省エネルギープロセスが実現し、水素製造能力が向
上し、装置全体の構成が簡素化されコンパクトになる。 （３）中央部に火炉を設けていることから、輻射による
半径方向の伝熱速度が大きくなり、かつ熱流束分布を均
一にし易い。従って、水素透過管と改質触媒の耐熱温度
を超過するようなホットスポットの発生を防止し得る。 （４）水素透過管内の流通するスイープガスと、改質触
媒層内を流れる改質ガスとを水素透過管壁を介して向流
接触により物質移動させていることから、改質ガス中水
素の回収率を高めるとともに、透過ガス中の水素濃度を
高くすることを可能としている。 （５）反応後の分離、精製工程が省略される。 （６）水素透過管により化学平衡をずらし、改質温度を
従来より１５０〜２００℃低下させ、装置の製作に使用
する材料の選択範囲を拡大し、価格を低廉にし、装置の
耐久性を向上させる。
【図１】本発明の水素の製造装置の概略構成を示す縦断
面図である。
面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１の一部の拡大図であり、反応管内の詳細構
造を示す。
造を示す。
【図４】これまでに提案されているメンブレンリアクタ
方式の水素製造装置の原理を示す図である。
方式の水素製造装置の原理を示す図である。
１ バーナ １ａ 燃焼排ガス排出口 ２ 輻射板 ３ 反応管 ３ａ プロセスオフガス排出口 ４ ケース ５ 改質触媒 ６ マニホルド ７ 底部バーナタイル １０ 原料供給管 １０ａ 原料供給口 １１ 水素取出管 １１ａ 水素排出口 １２ 水素透過管 １２ａ スイープガス供給口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 洋 神奈川県横浜市緑区あざみ野３−２−15− 106 (72)発明者 黒田 健之助 東京都新宿区富久町15−１ 三菱重工業株 式会社エンジニアリングセンター内 (72)発明者 内田 敏之 広島県広島市西区観音新町４−６−22 三 菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 小林 一登 広島県広島市西区観音新町４−６−22 三 菱重工業株式会社広島研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化水素およびまたはアルコール類等か
ら水蒸気改質反応により水素を製造する装置において、
直立状バーナと、該バーナを囲繞し上端を開口した円筒
状輻射板と、該輻射板から一定の間隔を空けて該輻射板
の外周に環状に配置され且つ下端がプロセスオフガス排
出口に通ずる複数本の直立円筒状密閉反応管と、前記バ
ーナ及び前記反応管を覆い且つ下部に燃焼排ガスの排出
口を有する円筒状密閉ケースとを具備し、前記反応管が
上端が反応管の内部に開口し下端が原料ガス供給口に通
ずる直立円筒状の原料供給管と、該原料供給管の外周側
面を囲繞し且つ上端が開口し下端が水素排出口に通ずる
直立円筒状の水素取出管と、該水素取出管の外周を囲繞
し且つ上端が閉鎖され下端がスイープガス供給口に通ず
る直立円筒状の水素透過管とを内包し、該水素透過管と
前記反応管との間に改質触媒を充填したことを特徴とす
る水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16635093A JPH06345406A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16635093A JPH06345406A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 水素製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06345406A true JPH06345406A (ja) | 1994-12-20 |
Family
ID=15829754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16635093A Withdrawn JPH06345406A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06345406A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002068710A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Ｃｏ除去装置とこれを用いた燃料電池発電装置 |
| US20100254865A1 (en) * | 2007-11-01 | 2010-10-07 | Jae Suk Choi | Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction |
| JP2011195349A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素製造装置 |
| CN114620684A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 洛阳沃达节能科技有限公司 | 一种制氢系统以及制氢方法 |
| CN119327368A (zh) * | 2023-07-20 | 2025-01-21 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种蒽醌法生产过氧化氢的氢化反应器及氢化方法 |
-
1993
- 1993-06-11 JP JP16635093A patent/JPH06345406A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002068710A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Ｃｏ除去装置とこれを用いた燃料電池発電装置 |
| US20100254865A1 (en) * | 2007-11-01 | 2010-10-07 | Jae Suk Choi | Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction |
| JP2011195349A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素製造装置 |
| CN114620684A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 洛阳沃达节能科技有限公司 | 一种制氢系统以及制氢方法 |
| CN114620684B (zh) * | 2020-12-10 | 2023-10-31 | 洛阳沃达节能科技有限公司 | 一种制氢系统以及制氢方法 |
| CN119327368A (zh) * | 2023-07-20 | 2025-01-21 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种蒽醌法生产过氧化氢的氢化反应器及氢化方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0615949B1 (en) | Hydrogen producing apparatus | |
| US6171574B1 (en) | Method of linking membrane purification of hydrogen to its generation by steam reforming of a methanol-like fuel | |
| US8273314B2 (en) | Internal combustion exchanger-reactor for fixed bed endothermic reaction | |
| JP4184037B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| US7481857B2 (en) | Carbon monoxide conversion process and reactor | |
| KR20230026392A (ko) | 막 반응기를 이용하는 수소 제조 | |
| JPS6117401A (ja) | 石炭或は炭化水素を用いた水蒸気転化の方法及びその装置 | |
| CA2428548C (en) | Methanol-steam reformer | |
| JP3406021B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3839598B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3197095B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH06345405A (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH06345406A (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3202442B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3839599B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3197097B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3202441B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH092804A (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH092801A (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH06219704A (ja) | 改質装置 | |
| JP2000128504A (ja) | 水素製造装置 | |
| JPH092802A (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3197098B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| JP2755685B2 (ja) | 燃料電池用水素製造方法 | |
| JP3197096B2 (ja) | 水素製造装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |