JPH09227103A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
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- JPH09227103A JPH09227103A JP8039459A JP3945996A JPH09227103A JP H09227103 A JPH09227103 A JP H09227103A JP 8039459 A JP8039459 A JP 8039459A JP 3945996 A JP3945996 A JP 3945996A JP H09227103 A JPH09227103 A JP H09227103A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プレート改質器を用いて、高純度の水素を高
効率で製造することができ、かつ全体が小型で軽量な水
素製造装置を提供する。 【解決手段】 平板状の改質室と燃焼室が交互に積層さ
れたプレート改質器１２と、水素以外の余剰ガスを高圧
で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製する水素精製装
置１４と、水素精製装置で分離された余剰ガス１３をプ
レート改質器に導入する余剰ガス循環ライン１６と、を
備え、プレート改質器により余剰ガスの燃焼熱を用いて
炭化水素２を水蒸気改質して水素を含む改質ガス４を製
造し、水素精製装置により改質ガスから水素９を分離精
製する。また、プレート型シフトコンバータ１８を更に
備え、反応室に改質ガスを流し、空気室に低温空気を流
して、空気量で反応室温度をシフト反応に適した温度に
冷却し、加熱された空気をプレート改質器の燃焼に用い
る。
効率で製造することができ、かつ全体が小型で軽量な水
素製造装置を提供する。 【解決手段】 平板状の改質室と燃焼室が交互に積層さ
れたプレート改質器１２と、水素以外の余剰ガスを高圧
で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製する水素精製装
置１４と、水素精製装置で分離された余剰ガス１３をプ
レート改質器に導入する余剰ガス循環ライン１６と、を
備え、プレート改質器により余剰ガスの燃焼熱を用いて
炭化水素２を水蒸気改質して水素を含む改質ガス４を製
造し、水素精製装置により改質ガスから水素９を分離精
製する。また、プレート型シフトコンバータ１８を更に
備え、反応室に改質ガスを流し、空気室に低温空気を流
して、空気量で反応室温度をシフト反応に適した温度に
冷却し、加熱された空気をプレート改質器の燃焼に用い
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素製造装置に係わ
り、更に詳しくは、プレート型機器を用いて小型化を図
り、水素分離装置の余剰ガスを用いて高効率化を図った
小型で高効率の水素製造装置に関する。
り、更に詳しくは、プレート型機器を用いて小型化を図
り、水素分離装置の余剰ガスを用いて高効率化を図った
小型で高効率の水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素の需要分野は弱電、油脂化学、ガラ
ス製造、金属製造等の多方面に及び、特に地球温暖化の
防止等の見地から近年益々需要が伸びつつある。一方、
水素の供給元は、従来主に電解ソーダ工業であり、電解
ソーダ工業の副生品として安価に製造されている。しか
し、製造された水素は、圧力容器に圧縮充填して需要先
に供給されるため、近年、供給元から需要先までの輸送
距離の増大と交通事情の悪化により輸送コストが大幅に
増加している。従って、副生品としての安価な水素に替
わり、需要先で都市ガス等から安価かつ安全に高純度の
水素が得られる水素製造装置が産業界で強く要望されて
いる。
ス製造、金属製造等の多方面に及び、特に地球温暖化の
防止等の見地から近年益々需要が伸びつつある。一方、
水素の供給元は、従来主に電解ソーダ工業であり、電解
ソーダ工業の副生品として安価に製造されている。しか
し、製造された水素は、圧力容器に圧縮充填して需要先
に供給されるため、近年、供給元から需要先までの輸送
距離の増大と交通事情の悪化により輸送コストが大幅に
増加している。従って、副生品としての安価な水素に替
わり、需要先で都市ガス等から安価かつ安全に高純度の
水素が得られる水素製造装置が産業界で強く要望されて
いる。
【０００３】都市ガス等から水素を製造する装置として
は、プラント用のチューブラー型改質器が広く知られて
おり、更に、これを発展させたものとして、特公平３−
３５７７８号，特公平５−９３６２号，特開昭６２−２
７３０３号等が燃料電池用として既に提案されている。
しかし、これらのチューブラー型改質器は、体積当たり
の伝熱面積が小さくかつ大型の圧力容器を必要とするた
め、非常に大型になる問題点があった。
は、プラント用のチューブラー型改質器が広く知られて
おり、更に、これを発展させたものとして、特公平３−
３５７７８号，特公平５−９３６２号，特開昭６２−２
７３０３号等が燃料電池用として既に提案されている。
しかし、これらのチューブラー型改質器は、体積当たり
の伝熱面積が小さくかつ大型の圧力容器を必要とするた
め、非常に大型になる問題点があった。
【０００４】一方、上述した従来のチューブラー改質器
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図６の原理図に例示するように、改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Ｃｏには、粒子状の燃焼触媒５が
平板状に充填され、外部マニホールド６ａ，６ｂから供
給される燃料ガス１と燃焼用空気７とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒５の作用により反応（燃焼）し
て発熱し、燃焼排ガス８が反対側の外部マニホールド６
ｃから排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改
質触媒３が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
６ｄから供給される原料ガス２が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒３の作用により原料ガス２を改質し、
改質ガス４が、反対側の外部マニホールド６ｅから排出
されるようになっている。
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図６の原理図に例示するように、改質室Ｒｅと燃
焼室Ｃｏをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Ｃｏには、粒子状の燃焼触媒５が
平板状に充填され、外部マニホールド６ａ，６ｂから供
給される燃料ガス１と燃焼用空気７とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒５の作用により反応（燃焼）し
て発熱し、燃焼排ガス８が反対側の外部マニホールド６
ｃから排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改
質触媒３が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
６ｄから供給される原料ガス２が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒３の作用により原料ガス２を改質し、
改質ガス４が、反対側の外部マニホールド６ｅから排出
されるようになっている。
【０００５】このプレート改質器はチューブラー改質器
と比較すると、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に
小型軽量にできる特徴を有しており、燃料電池用ばかり
でなく、その他の分野（例えば水素製造等）への適用が
要望されている。本発明はかかる要望に応え、プレート
改質器を用いた小型軽量の水素製造装置を提供しようと
するものである。
と比較すると、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に
小型軽量にできる特徴を有しており、燃料電池用ばかり
でなく、その他の分野（例えば水素製造等）への適用が
要望されている。本発明はかかる要望に応え、プレート
改質器を用いた小型軽量の水素製造装置を提供しようと
するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】プレート改質器を用い
て水素を製造する場合に、改質器を出た改質ガス中には
水素以外の不純物（ＣＯ，メタン等）が大量に含まれて
いる。従って、高純度の水素を製造するためには、これ
らの不純物を精度よく分離除去する必要がある問題点が
あった。
て水素を製造する場合に、改質器を出た改質ガス中には
水素以外の不純物（ＣＯ，メタン等）が大量に含まれて
いる。従って、高純度の水素を製造するためには、これ
らの不純物を精度よく分離除去する必要がある問題点が
あった。
【０００７】また、分離除去した不純物をそのまま大気
放出すると大気汚染の要因となるばかりでなく、装置の
大幅な効率低下をもたらす。そのため、不純物は可能な
限り低減し、かつ有効利用する必要がある。更に、改質
器自体は小型軽量であっても、その他の機器（例えば熱
交換器）との組合せ、機器間の配管、各部の保温等で装
置全体が大型になりやすい。従って、これらを効率的に
行い全体としても小型軽量にする必要がある。
放出すると大気汚染の要因となるばかりでなく、装置の
大幅な効率低下をもたらす。そのため、不純物は可能な
限り低減し、かつ有効利用する必要がある。更に、改質
器自体は小型軽量であっても、その他の機器（例えば熱
交換器）との組合せ、機器間の配管、各部の保温等で装
置全体が大型になりやすい。従って、これらを効率的に
行い全体としても小型軽量にする必要がある。
【０００８】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プレ
ート改質器を用いて、高純度の水素を高効率で製造する
ことができ、かつ全体が小型で軽量な水素製造装置を提
供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プレ
ート改質器を用いて、高純度の水素を高効率で製造する
ことができ、かつ全体が小型で軽量な水素製造装置を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、炭化水
素を水蒸気改質して水素を製造する水素製造装置におい
て、それぞれ平板状の改質室と燃焼室が交互に積層され
たプレート改質器と、水素以外の余剰ガスを高圧で吸着
し低圧で脱着して水素を分離精製する水素精製装置と、
水素精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器に
導入する余剰ガス循環ラインと、を備え、プレート改質
器により余剰ガスの燃焼熱を用いて炭化水素を水蒸気改
質して水素を含む改質ガスを製造し、水素精製装置によ
り改質ガスから水素を分離精製する、ことを特徴とする
水素製造装置が提供される。
素を水蒸気改質して水素を製造する水素製造装置におい
て、それぞれ平板状の改質室と燃焼室が交互に積層され
たプレート改質器と、水素以外の余剰ガスを高圧で吸着
し低圧で脱着して水素を分離精製する水素精製装置と、
水素精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器に
導入する余剰ガス循環ラインと、を備え、プレート改質
器により余剰ガスの燃焼熱を用いて炭化水素を水蒸気改
質して水素を含む改質ガスを製造し、水素精製装置によ
り改質ガスから水素を分離精製する、ことを特徴とする
水素製造装置が提供される。
【００１０】上記本発明の構成によれば、水素以外の余
剰ガスを高圧で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製す
る水素精製装置（例えば、Ｈ2 −ＰＳＡ装置）を用いる
ので高純度の水素を製造することができ、水素精製装置
で分離された余剰ガスの燃焼熱を用いてプレート改質器
により水素を含む改質ガスを製造するので、不純物（余
剰ガス）の大気放出がなく大気汚染を防止し、かつ熱効
率を高めることができる。更に、本質的に小型軽量のプ
レート改質器を用いているので、全体を小型で軽量にす
ることができる。
剰ガスを高圧で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製す
る水素精製装置（例えば、Ｈ2 −ＰＳＡ装置）を用いる
ので高純度の水素を製造することができ、水素精製装置
で分離された余剰ガスの燃焼熱を用いてプレート改質器
により水素を含む改質ガスを製造するので、不純物（余
剰ガス）の大気放出がなく大気汚染を防止し、かつ熱効
率を高めることができる。更に、本質的に小型軽量のプ
レート改質器を用いているので、全体を小型で軽量にす
ることができる。
【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、それ
ぞれ平板状の反応室と空気室が交互に積層され、反応室
にシフトコンバータ触媒が充填されたプレート型シフト
コンバータを更に備え、反応室に改質ガスを流し、空気
室に低温空気を流して、該空気量で反応室温度をシフト
反応に適した温度に冷却し、加熱された空気をプレート
改質器の燃焼に用いる。
ぞれ平板状の反応室と空気室が交互に積層され、反応室
にシフトコンバータ触媒が充填されたプレート型シフト
コンバータを更に備え、反応室に改質ガスを流し、空気
室に低温空気を流して、該空気量で反応室温度をシフト
反応に適した温度に冷却し、加熱された空気をプレート
改質器の燃焼に用いる。
【００１２】この構成により、改質ガス中の一酸化炭素
をシフト反応により水素に転換することができ、水素濃
度を高め余剰ガス量を低減して、水素の製造効率を高め
ることができる。
をシフト反応により水素に転換することができ、水素濃
度を高め余剰ガス量を低減して、水素の製造効率を高め
ることができる。
【００１３】更に、プレート改質器を出た改質ガスによ
り原料ガスを予熱する第１プレート熱交換器と、プレー
ト型シフトコンバータを出た改質ガスを水素精製装置に
適した温度まで水冷する第２プレート熱交換器と、水素
精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器の燃焼
排ガスで予熱する第３プレート熱交換器と、更に燃焼排
ガスで水を蒸発させるプレート型排熱回収器と、を備え
ることが好ましい。
り原料ガスを予熱する第１プレート熱交換器と、プレー
ト型シフトコンバータを出た改質ガスを水素精製装置に
適した温度まで水冷する第２プレート熱交換器と、水素
精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器の燃焼
排ガスで予熱する第３プレート熱交換器と、更に燃焼排
ガスで水を蒸発させるプレート型排熱回収器と、を備え
ることが好ましい。
【００１４】この構成により、コンパクトな熱交換器を
用いて各ガス温度を最適温度に調節することができ、か
つ改質反応に必要な水蒸気を排ガスから製造することが
でき、熱効率を一層高めることができる。
用いて各ガス温度を最適温度に調節することができ、か
つ改質反応に必要な水蒸気を排ガスから製造することが
でき、熱効率を一層高めることができる。
【００１５】また、前記プレート改質器、プレート型シ
フトコンバータ、及び少なくとも１つのプレート熱交換
器が一体に積層される、ことが好ましい。この構成によ
り、作動温度の近い複数の機器を実質的に一体化するこ
とができ、機器間の配管や各部の保温を小型化し装置全
体を一層小型にすることができる。
フトコンバータ、及び少なくとも１つのプレート熱交換
器が一体に積層される、ことが好ましい。この構成によ
り、作動温度の近い複数の機器を実質的に一体化するこ
とができ、機器間の配管や各部の保温を小型化し装置全
体を一層小型にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明による水素製造装置の全体構成図である。この図にお
いて、本発明の水素製造装置１０は、プレート改質器１
２と、水素精製装置１４と、余剰ガス循環ライン１６
と、を備え、原料ガス２を水蒸気改質して水素ガス９を
製造するようになっている。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発
明による水素製造装置の全体構成図である。この図にお
いて、本発明の水素製造装置１０は、プレート改質器１
２と、水素精製装置１４と、余剰ガス循環ライン１６
と、を備え、原料ガス２を水蒸気改質して水素ガス９を
製造するようになっている。
【００１７】プレート改質器１２は、それぞれ平板状の
改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏが交互に積層された改質器であ
り、このプレート改質器１２により水素精製装置１４で
発生する余剰ガス１３（ＣＯ，メタン等を含む）の燃焼
熱を用いて炭化水素２を水蒸気改質して水素を含む改質
ガス４を製造するようになっている。このプレート改質
器１２は、それぞれ平板状の改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏが
交互に積層された改質器本体１２ａと、改質器本体１２
ａの外部に設置され燃焼室Ｃｏに燃焼ガス８ａを供給す
る一次燃焼器１２ｂとからなる。燃焼室Ｃｏは、燃焼ガ
ス入口と燃焼排ガス出口との間に設けられ外部より燃料
ガスが流入するようになったガス中間流入手段（例え
ば、燃焼室を横断する孔空きチャンネルとこのチャンネ
ルに連通する配管口）と、ガス中間流入手段の下流側に
設けられた二次燃焼器１７と、を備えている。
改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏが交互に積層された改質器であ
り、このプレート改質器１２により水素精製装置１４で
発生する余剰ガス１３（ＣＯ，メタン等を含む）の燃焼
熱を用いて炭化水素２を水蒸気改質して水素を含む改質
ガス４を製造するようになっている。このプレート改質
器１２は、それぞれ平板状の改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏが
交互に積層された改質器本体１２ａと、改質器本体１２
ａの外部に設置され燃焼室Ｃｏに燃焼ガス８ａを供給す
る一次燃焼器１２ｂとからなる。燃焼室Ｃｏは、燃焼ガ
ス入口と燃焼排ガス出口との間に設けられ外部より燃料
ガスが流入するようになったガス中間流入手段（例え
ば、燃焼室を横断する孔空きチャンネルとこのチャンネ
ルに連通する配管口）と、ガス中間流入手段の下流側に
設けられた二次燃焼器１７と、を備えている。
【００１８】上述したプレート改質器１２は、必要な燃
料ガス１の一部を過剰空気を用いて一次燃焼器１２ｂで
燃焼させ、これにより改質器の隔壁を過熱しない温度の
燃焼ガスを燃焼室に供給して改質を部分的に行わせ、次
いで改質により低温化した燃焼ガス中にガス中間流入手
段を介して燃焼ガスの残部を二次燃焼器１７に供給する
ことにより、予め入れられた過剰空気により燃焼ガスを
隔壁を過熱しない温度で燃焼させることができる。従っ
て、この二段燃焼により、燃焼触媒の劣化や隔壁の許容
応力の低下を引き起こすことなく、必要な燃焼ガスの熱
量を燃焼室から改質室に効率的に伝熱することができ
る。
料ガス１の一部を過剰空気を用いて一次燃焼器１２ｂで
燃焼させ、これにより改質器の隔壁を過熱しない温度の
燃焼ガスを燃焼室に供給して改質を部分的に行わせ、次
いで改質により低温化した燃焼ガス中にガス中間流入手
段を介して燃焼ガスの残部を二次燃焼器１７に供給する
ことにより、予め入れられた過剰空気により燃焼ガスを
隔壁を過熱しない温度で燃焼させることができる。従っ
て、この二段燃焼により、燃焼触媒の劣化や隔壁の許容
応力の低下を引き起こすことなく、必要な燃焼ガスの熱
量を燃焼室から改質室に効率的に伝熱することができ
る。
【００１９】水素精製装置１４は、水素以外の余剰ガス
１３を高圧で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製する
装置である。余剰ガス循環ライン１６は、水素精製装置
１４で分離された余剰ガス１３をプレート改質器１２に
導入するようになっている。
１３を高圧で吸着し低圧で脱着して水素を分離精製する
装置である。余剰ガス循環ライン１６は、水素精製装置
１４で分離された余剰ガス１３をプレート改質器１２に
導入するようになっている。
【００２０】図１において、本発明の水素製造装置１０
は、プレート型シフトコンバータ１８を更に備える。こ
のプレート型シフトコンバータ１８は、それぞれ平板状
の反応室１８ａと空気室１８ｂが交互に積層され、反応
室１８ａにシフトコンバータ触媒１８ｃが充填された装
置であり、反応室１８ａに改質ガス４を流し、空気室１
８ｂにコンプレッサ１９により低温空気７を流して、低
温空気７の空気量で反応室温度をシフト反応に適した温
度に冷却し、加熱された空気をプレート改質器１２の燃
焼に用いるようになっている。
は、プレート型シフトコンバータ１８を更に備える。こ
のプレート型シフトコンバータ１８は、それぞれ平板状
の反応室１８ａと空気室１８ｂが交互に積層され、反応
室１８ａにシフトコンバータ触媒１８ｃが充填された装
置であり、反応室１８ａに改質ガス４を流し、空気室１
８ｂにコンプレッサ１９により低温空気７を流して、低
温空気７の空気量で反応室温度をシフト反応に適した温
度に冷却し、加熱された空気をプレート改質器１２の燃
焼に用いるようになっている。
【００２１】更に、本発明の水素製造装置１０は、第１
プレート熱交換器２２、第２プレート熱交換器２４、第
３プレート熱交換器２６、及びプレート型排熱回収器２
８を備える。第１プレート熱交換器２２は、プレート改
質器１２を出た改質ガス４により原料ガス２を予熱す
る。また、第２プレート熱交換器２４は、プレート型シ
フトコンバータ１８を出た改質ガス４を水素精製装置１
４に適した温度まで水冷する。更に、第３プレート熱交
換器２６は、水素精製装置１４で分離された余剰ガス１
３をプレート改質器１２の燃焼排ガス８ｂで予熱する。
また、プレート型排熱回収器２８は、燃焼排ガス８ｂで
水１１を蒸発させるようになっている。
プレート熱交換器２２、第２プレート熱交換器２４、第
３プレート熱交換器２６、及びプレート型排熱回収器２
８を備える。第１プレート熱交換器２２は、プレート改
質器１２を出た改質ガス４により原料ガス２を予熱す
る。また、第２プレート熱交換器２４は、プレート型シ
フトコンバータ１８を出た改質ガス４を水素精製装置１
４に適した温度まで水冷する。更に、第３プレート熱交
換器２６は、水素精製装置１４で分離された余剰ガス１
３をプレート改質器１２の燃焼排ガス８ｂで予熱する。
また、プレート型排熱回収器２８は、燃焼排ガス８ｂで
水１１を蒸発させるようになっている。
【００２２】図１において、燃料ガス１（例えば都市ガ
ス）は合流点Ａでプレート型排熱回収器２８（廃熱ボイ
ラ）で発生された水蒸気１１ａと混合してプロセスガス
２（原料ガス）となり、第１プレート熱交換器２２の低
温側２２ａに入り、加熱された後、プレート改質器１２
に流入する。プレート改質器１２に流入したプロセスガ
ス２は改質器１２の燃焼室Ｃｏからの燃焼熱によって改
質反応が促進され、水素及び一酸化炭素を含む改質ガス
４に改質される。
ス）は合流点Ａでプレート型排熱回収器２８（廃熱ボイ
ラ）で発生された水蒸気１１ａと混合してプロセスガス
２（原料ガス）となり、第１プレート熱交換器２２の低
温側２２ａに入り、加熱された後、プレート改質器１２
に流入する。プレート改質器１２に流入したプロセスガ
ス２は改質器１２の燃焼室Ｃｏからの燃焼熱によって改
質反応が促進され、水素及び一酸化炭素を含む改質ガス
４に改質される。
【００２３】改質ガス４は第１プレート熱交換器２２の
高温側２２ｂに入り、冷却された後、プレート型シフト
コンバータ１８に入る。シフトコンバータ１８の低温側
には燃用空気７が流入し、約２２０℃前後まで冷却す
る。シフトコンバータ１８には低温用シフトコンバータ
触媒（Ｃｕ−Ｚｎ系）を充填した層を設け、改質器から
の改質ガスを通すことにより、一酸化炭素を水素に変換
し、一酸化炭素の濃度を０．５ｖｏｌ％以下にする。
高温側２２ｂに入り、冷却された後、プレート型シフト
コンバータ１８に入る。シフトコンバータ１８の低温側
には燃用空気７が流入し、約２２０℃前後まで冷却す
る。シフトコンバータ１８には低温用シフトコンバータ
触媒（Ｃｕ−Ｚｎ系）を充填した層を設け、改質器から
の改質ガスを通すことにより、一酸化炭素を水素に変換
し、一酸化炭素の濃度を０．５ｖｏｌ％以下にする。
【００２４】図２は、低温用シフトコンバータ触媒（Ｃ
ｕ−Ｚｎ系）を用いたシフトコンバータ出口温度とＣＯ
濃度の関係図である。この図から明らかなように、シフ
トコンバータ１８の出口温度（すなわち反応温度）を約
２１０〜２３０℃に制御することにより、改質ガス中の
一酸化炭素の濃度を約０．５ｖｏｌ％以下に低減するこ
とができ、水素濃度を高め余剰ガス量を低減して、水素
の製造効率を高めることができる。
ｕ−Ｚｎ系）を用いたシフトコンバータ出口温度とＣＯ
濃度の関係図である。この図から明らかなように、シフ
トコンバータ１８の出口温度（すなわち反応温度）を約
２１０〜２３０℃に制御することにより、改質ガス中の
一酸化炭素の濃度を約０．５ｖｏｌ％以下に低減するこ
とができ、水素濃度を高め余剰ガス量を低減して、水素
の製造効率を高めることができる。
【００２５】シフトコンバータ１８からの改質ガス４は
第２プレート熱交換器２４の高温側２４ａに流入する。
第２プレート熱交換器２４の低温側２４ｂには冷却水１
１が流れている。温度の上昇した冷却水１１は、冷却塔
１５で大気と熱交換された後、ポンプ１５ａで第２プレ
ート熱交換器２４の低温側２４ｂに送られる。第２プレ
ート熱交換器２４を出た改質ガス４は分岐点Ｂで水分を
除去された後、水素精製装置１４に流入する。
第２プレート熱交換器２４の高温側２４ａに流入する。
第２プレート熱交換器２４の低温側２４ｂには冷却水１
１が流れている。温度の上昇した冷却水１１は、冷却塔
１５で大気と熱交換された後、ポンプ１５ａで第２プレ
ート熱交換器２４の低温側２４ｂに送られる。第２プレ
ート熱交換器２４を出た改質ガス４は分岐点Ｂで水分を
除去された後、水素精製装置１４に流入する。
【００２６】水素精製装置１４は、例えば吸着精製原理
を応用し、圧力変動によるガスの吸着性能の相違により
ガスを分離精製するＨ2 −ＰＡＳ (Pressure Swing Abs
orber)である。水素９の回収効率は圧力を上げるほど高
くなるが、運転圧力を１０ａｔａ以下にすると回収効率
は約７５％である。ＰＳＡ１４の排ガスには水素、一酸
化炭素及びメタンが含まれており、これは改質器１２の
加熱用燃料として利用される。ＰＳＡ１４からの排ガス
（水素以外の余剰ガス１３）は、第３プレート熱交換器
２６の低温側２６ａに流入し、高温側２６ｂを流れる改
質器１２の排ガス８ａから熱を受け加熱された後、一次
燃焼器１２ｂに流入し、シフトコンバータ１８からの燃
焼用空気７と混合し、燃焼される。熱量的にはＰＳＡ１
４からの排ガス１３では不足するため、付加的な燃料ガ
ス１（都市ガス）が必要になるので、合流点ＣでＰＳＡ
１４の排ガス１３と混合する。なお、図に矢印Ｅで示す
ように、燃料ガス１を熱交換器２６の上流側で排ガス１
３に混合してもよい。
を応用し、圧力変動によるガスの吸着性能の相違により
ガスを分離精製するＨ2 −ＰＡＳ (Pressure Swing Abs
orber)である。水素９の回収効率は圧力を上げるほど高
くなるが、運転圧力を１０ａｔａ以下にすると回収効率
は約７５％である。ＰＳＡ１４の排ガスには水素、一酸
化炭素及びメタンが含まれており、これは改質器１２の
加熱用燃料として利用される。ＰＳＡ１４からの排ガス
（水素以外の余剰ガス１３）は、第３プレート熱交換器
２６の低温側２６ａに流入し、高温側２６ｂを流れる改
質器１２の排ガス８ａから熱を受け加熱された後、一次
燃焼器１２ｂに流入し、シフトコンバータ１８からの燃
焼用空気７と混合し、燃焼される。熱量的にはＰＳＡ１
４からの排ガス１３では不足するため、付加的な燃料ガ
ス１（都市ガス）が必要になるので、合流点ＣでＰＳＡ
１４の排ガス１３と混合する。なお、図に矢印Ｅで示す
ように、燃料ガス１を熱交換器２６の上流側で排ガス１
３に混合してもよい。
【００２７】一次燃焼器１２ｂの排ガス温度を８００℃
以下になるように流量調整弁１２ｃを設け一次燃焼器１
２ｂへの燃料流量を制御している。残りの燃料は改質器
本体１２ａに内蔵する二次燃焼器１７で燃焼される。こ
の際、二次燃焼の断熱火炎温度（燃料ガスの酸化ガスが
断熱状態で燃焼するときの燃焼ガス温度）が８００℃以
下になるように酸化ガス量（この場合は空気流量７）を
決めている。
以下になるように流量調整弁１２ｃを設け一次燃焼器１
２ｂへの燃料流量を制御している。残りの燃料は改質器
本体１２ａに内蔵する二次燃焼器１７で燃焼される。こ
の際、二次燃焼の断熱火炎温度（燃料ガスの酸化ガスが
断熱状態で燃焼するときの燃焼ガス温度）が８００℃以
下になるように酸化ガス量（この場合は空気流量７）を
決めている。
【００２８】第３プレート熱交換器２６を出たプレート
改質器１２からの燃焼ガス８は排熱回収器２８に入り水
蒸気発生に利用された後大気に放出される。プレート改
質器１２の改質側には改質触媒の充填層が設けられ、プ
ロセスガス（原料ガス２）がこの充填層を通過する時、
燃焼側からの熱を受けとり改質反応が進行する。プレー
ト改質器１２に内在する二次燃焼器１７には燃焼触媒が
充填された層があり、この層を通過することにより効率
の良い燃焼が確保される。
改質器１２からの燃焼ガス８は排熱回収器２８に入り水
蒸気発生に利用された後大気に放出される。プレート改
質器１２の改質側には改質触媒の充填層が設けられ、プ
ロセスガス（原料ガス２）がこの充填層を通過する時、
燃焼側からの熱を受けとり改質反応が進行する。プレー
ト改質器１２に内在する二次燃焼器１７には燃焼触媒が
充填された層があり、この層を通過することにより効率
の良い燃焼が確保される。
【００２９】図３は、二次燃焼器１７による二次燃焼前
の改質室温度（横軸）と二次燃焼器１７による二次燃焼
時の断熱火炎温度と空気流量（縦軸）との関係図であ
る。なおこの図は、都市ガスを水蒸気改質し、酸化ガス
として空気を使用する場合を示しており、かつ、一次燃
焼器１２ｂから供給される燃焼ガス８ａの温度（すなわ
ち一次燃焼器１２ｂにおける断熱火炎温度）を８００℃
としている。
の改質室温度（横軸）と二次燃焼器１７による二次燃焼
時の断熱火炎温度と空気流量（縦軸）との関係図であ
る。なおこの図は、都市ガスを水蒸気改質し、酸化ガス
として空気を使用する場合を示しており、かつ、一次燃
焼器１２ｂから供給される燃焼ガス８ａの温度（すなわ
ち一次燃焼器１２ｂにおける断熱火炎温度）を８００℃
としている。
【００３０】図３から、二次燃焼器１７による二次燃焼
時の断熱火炎温度を隔壁を過熱しない温度（例えば８０
０℃）以下にするためには、二次燃焼前の改質室温度を
低くし（例えば５８５℃以下）、かつ空気流量を高くす
るのがよいことがわかる。すなわち、二次燃料吹き込み
箇所における改質ガス温度を低くすると、二次燃料吹き
込み箇所から改質出口までに改質反応に必要な熱量が増
加するので、一次燃焼器１２ｂにおける空気流量が増加
する。また、空気流量の増加に伴い、一次燃焼器１２ｂ
の断熱火炎温度を８００℃に保持すると、一次燃焼器１
２ｂの燃料流量が増加し、二次燃焼器１７の燃料流量が
低下するので、二次燃焼時の断熱火炎温度は低下する。
時の断熱火炎温度を隔壁を過熱しない温度（例えば８０
０℃）以下にするためには、二次燃焼前の改質室温度を
低くし（例えば５８５℃以下）、かつ空気流量を高くす
るのがよいことがわかる。すなわち、二次燃料吹き込み
箇所における改質ガス温度を低くすると、二次燃料吹き
込み箇所から改質出口までに改質反応に必要な熱量が増
加するので、一次燃焼器１２ｂにおける空気流量が増加
する。また、空気流量の増加に伴い、一次燃焼器１２ｂ
の断熱火炎温度を８００℃に保持すると、一次燃焼器１
２ｂの燃料流量が増加し、二次燃焼器１７の燃料流量が
低下するので、二次燃焼時の断熱火炎温度は低下する。
【００３１】図４は、一次燃焼器１２ｂの燃料比率（全
体に対する流量比率）と二次燃焼器１７による二次燃焼
前の改質ガス温度との関係を示す。この図から、二次燃
焼前の改質ガス温度が低下すると一次燃焼器１２ｂの燃
料比率が増加することがわかる。また、二次燃焼器の断
熱火炎温度が８００℃の場合に、一次燃焼器の燃料流量
比率は７０％であり、残りの３０％は二次燃焼器で燃焼
する。
体に対する流量比率）と二次燃焼器１７による二次燃焼
前の改質ガス温度との関係を示す。この図から、二次燃
焼前の改質ガス温度が低下すると一次燃焼器１２ｂの燃
料比率が増加することがわかる。また、二次燃焼器の断
熱火炎温度が８００℃の場合に、一次燃焼器の燃料流量
比率は７０％であり、残りの３０％は二次燃焼器で燃焼
する。
【００３２】図５は、プレート改質器１２、シフトコン
バータ１８及び熱交換器２２，２６を一体パイル化した
斜視図である。すなわちこの図は、プレート改質器１
２、プレート型シフトコンバータ１８、及び２つのプレ
ート熱交換器２２，２６を一体に積層した水素製造装置
１０をそれぞれ分離した状態で示している。なお、排熱
回収器２８、他の熱交換器２４，２８も一括してパイル
化することも考えられるが、ここでは除外している。各
々の機器は作動温度が異なるので、機器と機器との間に
は断熱材（図示せず）が必要である。また、シフトコン
バータ１８と改質器１２との燃料空気ラインに一次燃焼
器１２ｂが設置されている。シフトコンバータ１８から
の予熱された燃焼用空気７とＰＳＡ１４からの予熱され
た燃料（排ガス１３）及び追炊用燃料ガス１の一部がこ
の一次燃焼器１２ｂで混合後燃焼する。
バータ１８及び熱交換器２２，２６を一体パイル化した
斜視図である。すなわちこの図は、プレート改質器１
２、プレート型シフトコンバータ１８、及び２つのプレ
ート熱交換器２２，２６を一体に積層した水素製造装置
１０をそれぞれ分離した状態で示している。なお、排熱
回収器２８、他の熱交換器２４，２８も一括してパイル
化することも考えられるが、ここでは除外している。各
々の機器は作動温度が異なるので、機器と機器との間に
は断熱材（図示せず）が必要である。また、シフトコン
バータ１８と改質器１２との燃料空気ラインに一次燃焼
器１２ｂが設置されている。シフトコンバータ１８から
の予熱された燃焼用空気７とＰＳＡ１４からの予熱され
た燃料（排ガス１３）及び追炊用燃料ガス１の一部がこ
の一次燃焼器１２ｂで混合後燃焼する。
【００３３】空気流量は一次燃焼器１２ｂの出口燃焼ガ
ス温度が８００℃以上にならないように決定されている
ので余剰酸素は十分であり、改質器１２に内蔵された二
次燃焼器１７で残りの燃料ガスと混合後再び燃焼のため
に利用される。一次燃焼器１２ｂの出口ガス温度が８０
０℃を越えないように熱電対で検知され、この信号を利
用し、燃料制御弁１２ｃによってコントロールされる。
ス温度が８００℃以上にならないように決定されている
ので余剰酸素は十分であり、改質器１２に内蔵された二
次燃焼器１７で残りの燃料ガスと混合後再び燃焼のため
に利用される。一次燃焼器１２ｂの出口ガス温度が８０
０℃を越えないように熱電対で検知され、この信号を利
用し、燃料制御弁１２ｃによってコントロールされる。
【００３４】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】上述した本発明の水素製造装置の構成に
よれば、水素以外の余剰ガスを高圧で吸着し低圧で脱着
して水素を分離精製する水素精製装置（例えば、Ｈ2 −
ＰＳＡ装置）を用いるので高純度の水素を製造すること
ができ、水素精製装置で分離された余剰ガスの燃焼熱を
用いてプレート改質器により水素を含む改質ガスを製造
するので、不純物（余剰ガス）の大気放出がなく大気汚
染を防止し、かつ熱効率を高めることができる。更に、
本質的に小型軽量のプレート改質器を用いているので、
全体を小型で軽量にすることができる。
よれば、水素以外の余剰ガスを高圧で吸着し低圧で脱着
して水素を分離精製する水素精製装置（例えば、Ｈ2 −
ＰＳＡ装置）を用いるので高純度の水素を製造すること
ができ、水素精製装置で分離された余剰ガスの燃焼熱を
用いてプレート改質器により水素を含む改質ガスを製造
するので、不純物（余剰ガス）の大気放出がなく大気汚
染を防止し、かつ熱効率を高めることができる。更に、
本質的に小型軽量のプレート改質器を用いているので、
全体を小型で軽量にすることができる。
【００３６】また、プレート型シフトコンバータにより
改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により水素に転換
することができ、水素濃度を高め余剰ガス量を低減し
て、水素の製造効率を高めることができる。更に、コン
パクトなプレート熱交換器を用いて各ガス温度を最適温
度に調節することができ、かつ改質反応に必要な水蒸気
を排ガスから製造することができ、熱効率を一層高める
ことができる。
改質ガス中の一酸化炭素をシフト反応により水素に転換
することができ、水素濃度を高め余剰ガス量を低減し
て、水素の製造効率を高めることができる。更に、コン
パクトなプレート熱交換器を用いて各ガス温度を最適温
度に調節することができ、かつ改質反応に必要な水蒸気
を排ガスから製造することができ、熱効率を一層高める
ことができる。
【００３７】また、プレート改質器、プレート型シフト
コンバータ、及びプレート熱交換器の一体積層により、
作動温度の近い複数の機器を実質的に一体化することが
でき、機器間の配管や各部の保温を小型化し装置全体を
一層小型にすることができる。
コンバータ、及びプレート熱交換器の一体積層により、
作動温度の近い複数の機器を実質的に一体化することが
でき、機器間の配管や各部の保温を小型化し装置全体を
一層小型にすることができる。
【００３８】従って、本発明の水素製造装置は、高純度
の水素を高効率で製造することができ、かつ全体が小型
で軽量である、等の優れた効果を有する。
の水素を高効率で製造することができ、かつ全体が小型
で軽量である、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による水素製造装置の全体構成図であ
る。
る。
【図２】シフトコンバータ出口温度とＣＯ濃度の関係図
である。
である。
【図３】二次燃焼前の改質室温度と二次燃焼時の断熱火
炎温度及び空気流量との関係図である。
炎温度及び空気流量との関係図である。
【図４】一次燃焼器の燃料比率と二次燃焼器による二次
燃焼前の改質ガス温度との関係図である。
燃焼前の改質ガス温度との関係図である。
【図５】プレート改質器、シフトコンバータ及び２つの
熱交換器を一体パイル化した斜視図である。
熱交換器を一体パイル化した斜視図である。
【図６】従来のプレート改質器の原理図である。
１ 燃料ガス ２ 原料ガス（プロセスガス） ３ 改質触媒 ４ 改質ガス ５ 燃焼触媒 ６ａ〜６ｅ 外部マニホールド ７ 燃焼用空気 ８ａ 燃焼ガス ８ｂ 燃焼排ガス ９ 水素ガス １０ 水素製造装置 １１ 給水 １１ａ 水蒸気 １２ プレート改質器 １２ａ 改質器本体 １２ｂ 一次燃焼器 １２ｃ 流量調整弁 １３ 余剰ガス（排ガス） １４ 水素精製装置（ＰＳＡ） １５ 冷却塔 １６ 余剰ガス循環ライン １７ 二次燃焼器 １８ プレート型シフトコンバータ ２２ 第１プレート熱交換器 ２４ 第２プレート熱交換器 ２６ 第３プレート熱交換器 ２８ プレート型排熱回収器 Ｒｅ 改質室 Ｃｏ 燃焼室
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化水素を水蒸気改質して水素を製造す
る水素製造装置において、 それぞれ平板状の改質室と燃焼室が交互に積層されたプ
レート改質器と、 水素以外の余剰ガスを高圧で吸着し低圧で脱着して水素
を分離精製する水素精製装置と、 水素精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器に
導入する余剰ガス循環ラインと、を備え、 プレート改質器により余剰ガスの燃焼熱を用いて炭化水
素を水蒸気改質して水素を含む改質ガスを製造し、水素
精製装置により改質ガスから水素を分離精製する、こと
を特徴とする水素製造装置。 - 【請求項２】 それぞれ平板状の反応室と空気室が交互
に積層され、反応室にシフトコンバータ触媒が充填され
たプレート型シフトコンバータを更に備え、 反応室に改質ガスを流し、空気室に低温空気を流して、
該空気量で反応室温度をシフト反応に適した温度に冷却
し、加熱された空気をプレート改質器の燃焼に用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。 - 【請求項３】 更に、プレート改質器を出た改質ガスに
より原料ガスを予熱する第１プレート熱交換器と、プレ
ート型シフトコンバータを出た改質ガスを水素精製装置
に適した温度まで水冷する第２プレート熱交換器と、水
素精製装置で分離された余剰ガスをプレート改質器の燃
焼排ガスで予熱する第３プレート熱交換器と、更に燃焼
排ガスで水を蒸発させるプレート型排熱回収器と、を備
えることを特徴とする請求項２に記載の水素製造装置。 - 【請求項４】 前記プレート改質器、プレート型シフト
コンバータ、及び少なくとも１つのプレート熱交換器が
一体に積層される、ことを特徴とする請求項３に記載の
水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8039459A JPH09227103A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8039459A JPH09227103A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 水素製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09227103A true JPH09227103A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12553636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8039459A Pending JPH09227103A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09227103A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538097A (ja) * | 2005-03-29 | 2008-10-09 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 熱統合水素発生システムのための方法及び装置 |
| JP2011514873A (ja) * | 2008-02-14 | 2011-05-12 | コンパクトジーティーエル パブリック リミテッド カンパニー | 触媒反応モジュール |
| JP2012206904A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Osaka Gas Co Ltd | 水素含有ガス生成装置 |
| JP2013212936A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 改質器および燃料電池発電装置 |
| JP2018162197A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 東京瓦斯株式会社 | 水素製造装置 |
-
1996
- 1996-02-27 JP JP8039459A patent/JPH09227103A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538097A (ja) * | 2005-03-29 | 2008-10-09 | テキサコ ディベラップメント コーポレイション | 熱統合水素発生システムのための方法及び装置 |
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