JPH092804A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
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- JPH092804A JPH092804A JP7153322A JP15332295A JPH092804A JP H092804 A JPH092804 A JP H092804A JP 7153322 A JP7153322 A JP 7153322A JP 15332295 A JP15332295 A JP 15332295A JP H092804 A JPH092804 A JP H092804A
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- hydrogen
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- reaction chamber
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- 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
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (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】直立状バーナ装置１と、バーナ装置を囲繞し上
端を開口した燃焼室１５を形成する直立円筒状輻射板２
と、輻射板の外周を囲繞し輻射板との間に都市ガスの流
路を形成する内筒３と、内筒の外周を囲繞し内筒との間
に天井板５および密閉状反応室１１を形成する外筒４
と、反応室１１の内部に配置され上端を密閉された複数
本の直立状水素透過管６と、反応室１１の内部に配置さ
れ上端を開放された複数本の直立状オフガス管１０と、
水素透過管の内部に直立状に設けられ上端を開口した複
数本のスイープガス管７と、外筒４の上部および側部を
間隙を隔てて密閉状に覆い且つ前記内筒３の内部に連通
する最外筒８と、反応室１１の内部において水素透過管
６およびオフガス管１０の周囲に挿入された改質触媒９
Ａと、最外筒８と外筒４との間に挿入された燃焼触媒９
Ｂを包含する。
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】直立状バーナ装置１と、バーナ装置を囲繞し上
端を開口した燃焼室１５を形成する直立円筒状輻射板２
と、輻射板の外周を囲繞し輻射板との間に都市ガスの流
路を形成する内筒３と、内筒の外周を囲繞し内筒との間
に天井板５および密閉状反応室１１を形成する外筒４
と、反応室１１の内部に配置され上端を密閉された複数
本の直立状水素透過管６と、反応室１１の内部に配置さ
れ上端を開放された複数本の直立状オフガス管１０と、
水素透過管の内部に直立状に設けられ上端を開口した複
数本のスイープガス管７と、外筒４の上部および側部を
間隙を隔てて密閉状に覆い且つ前記内筒３の内部に連通
する最外筒８と、反応室１１の内部において水素透過管
６およびオフガス管１０の周囲に挿入された改質触媒９
Ａと、最外筒８と外筒４との間に挿入された燃焼触媒９
Ｂを包含する。
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水素製造装
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水素製造装
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。
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。
【０００５】図３は従来提案されているメンブレンリア
クタ方式水素製造装置の原理を示す図である。
クタ方式水素製造装置の原理を示す図である。
【０００６】これらの先願では、図３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。
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。
【０００７】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。
【０００８】
【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
立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口し
た燃焼室を形成する直立円筒状輻射板と、前記輻射板の
外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガスの流路を形成す
る内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該内筒との間に天井
板および密閉状反応室を形成する外筒と、前記反応室の
内部に配置され上端を密閉された複数本の直立状水素透
過管と、前記反応室の内部に配置され上端を開放された
複数本の直立状オフガス管と、前記水素透過管の内部に
直立状に設けられ上端を開口した複数本のスイープガス
管と、前記外筒の上部および側部を間隙を隔てて密閉状
に覆い且つ前記内筒の内部に連通する最外筒と、前記反
応室の内部において前記水素透過管およびオフガス管の
周囲に挿入された改質触媒と、前記最外筒と外筒との間
に挿入された燃焼触媒と、を包含することを特徴とす
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
立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口し
た燃焼室を形成する直立円筒状輻射板と、前記輻射板の
外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガスの流路を形成す
る内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該内筒との間に天井
板および密閉状反応室を形成する外筒と、前記反応室の
内部に配置され上端を密閉された複数本の直立状水素透
過管と、前記反応室の内部に配置され上端を開放された
複数本の直立状オフガス管と、前記水素透過管の内部に
直立状に設けられ上端を開口した複数本のスイープガス
管と、前記外筒の上部および側部を間隙を隔てて密閉状
に覆い且つ前記内筒の内部に連通する最外筒と、前記反
応室の内部において前記水素透過管およびオフガス管の
周囲に挿入された改質触媒と、前記最外筒と外筒との間
に挿入された燃焼触媒と、を包含することを特徴とす
る。
【０００９】また、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、直立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞
し上端を開口した燃焼室を形成する直立円筒状輻射板
と、前記輻射板の外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガ
スの流路を形成する内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該
内筒との間に天井板および密閉状反応室を形成する外筒
と、前記反応室の内部に配置され上端を密閉された複数
本の直立状水素透過管と、前記水素透過管の内部に直立
状に設けられ上端を開口した複数本のスイープガス管
と、前記外筒の上部および側部を間隙を隔てて密閉状に
覆い且つ前記内筒の内部に連通する最外筒と、前記反応
室の内部において前記水素透過管の周囲に挿入された改
質触媒と、前記最外筒と外筒との間に挿入された燃焼触
媒とを包含し、前記内筒と水素透過管との間で該内筒を
囲繞する仕切筒を設け、該仕切筒の高さを前記反応室の
天井板より低くしたことを特徴とする。
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、直立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞
し上端を開口した燃焼室を形成する直立円筒状輻射板
と、前記輻射板の外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガ
スの流路を形成する内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該
内筒との間に天井板および密閉状反応室を形成する外筒
と、前記反応室の内部に配置され上端を密閉された複数
本の直立状水素透過管と、前記水素透過管の内部に直立
状に設けられ上端を開口した複数本のスイープガス管
と、前記外筒の上部および側部を間隙を隔てて密閉状に
覆い且つ前記内筒の内部に連通する最外筒と、前記反応
室の内部において前記水素透過管の周囲に挿入された改
質触媒と、前記最外筒と外筒との間に挿入された燃焼触
媒とを包含し、前記内筒と水素透過管との間で該内筒を
囲繞する仕切筒を設け、該仕切筒の高さを前記反応室の
天井板より低くしたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明の水素製造装置は改質触媒、燃焼触媒、
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）、触媒燃焼管、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、反応室内の改質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改質触媒層に輻射熱を効率良
く均等に伝え、且つバーナの高温の燃焼排ガスが反応室
の上方と周囲から降り注いで改質触媒層に対流熱と伝導
熱を均等に伝える。反応室の外側に燃焼触媒を充填し、
ここに都市ガス等の燃料ガスと含酸素ガスを通過させ、
改質触媒層を加熱し、改質触媒層の温度分布の不均一を
改善し、炭化水素の転化率を向上させ、水素製造量を増
加させる。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１
５０〜２００℃低下させることができる。
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）、触媒燃焼管、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、反応室内の改質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改質触媒層に輻射熱を効率良
く均等に伝え、且つバーナの高温の燃焼排ガスが反応室
の上方と周囲から降り注いで改質触媒層に対流熱と伝導
熱を均等に伝える。反応室の外側に燃焼触媒を充填し、
ここに都市ガス等の燃料ガスと含酸素ガスを通過させ、
改質触媒層を加熱し、改質触媒層の温度分布の不均一を
改善し、炭化水素の転化率を向上させ、水素製造量を増
加させる。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１
５０〜２００℃低下させることができる。
【００１１】
【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。
【００１２】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。
【００１３】図１の水素製造装置はその外周に取付けら
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。
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。
【００１４】図１において環状の耐火材で構築された底
部バーナタイル１２の中央孔から吹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ガスを発生す
る直立円筒状バーナ装置１が水素製造装置の中心に設け
られている。
部バーナタイル１２の中央孔から吹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ガスを発生す
る直立円筒状バーナ装置１が水素製造装置の中心に設け
られている。
【００１５】直立円筒状の輻射板２がバーナ装置１の中
心軸線を中心にしてその外周を囲繞して燃焼室１５を形
成する。、バーナ装置１により燃焼室１５内に発生した
高温の燃焼ガスは輻射板２に輻射熱を与え、且つ輻射板
２の上部開口から矢印Ａ方向に最外筒８の内部へ流入す
るよう構成されている。
心軸線を中心にしてその外周を囲繞して燃焼室１５を形
成する。、バーナ装置１により燃焼室１５内に発生した
高温の燃焼ガスは輻射板２に輻射熱を与え、且つ輻射板
２の上部開口から矢印Ａ方向に最外筒８の内部へ流入す
るよう構成されている。
【００１６】内筒３が輻射板２の外周を囲繞し該輻射板
２との間に都市ガスの流路１６を形成している。内筒３
の下部マニホルドに都市ガス流路１６に連通する都市ガ
スの入口２５が設けられている。
２との間に都市ガスの流路１６を形成している。内筒３
の下部マニホルドに都市ガス流路１６に連通する都市ガ
スの入口２５が設けられている。
【００１７】外筒４が内筒３の外周を囲繞し該内筒３と
の間に天井板５および密閉状反応室１１を形成してい
る。反応室１１の下部マニホルドに都市ガスおよび水蒸
気の入口２０が設けられている。
の間に天井板５および密閉状反応室１１を形成してい
る。反応室１１の下部マニホルドに都市ガスおよび水蒸
気の入口２０が設けられている。
【００１８】複数本の直立状オフガス管１０が反応室１
１の内部に配置され、それらの上端は反応室１１の内部
に開放されている。オフガス管１０の下部マニホルドに
プロセスオフガスの出口２４が形成されている。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
のガスである。
１の内部に配置され、それらの上端は反応室１１の内部
に開放されている。オフガス管１０の下部マニホルドに
プロセスオフガスの出口２４が形成されている。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
のガスである。
【００１９】複数本の直立状水素透過管６が反応室１１
の内部においてバーナ装置１を中心にした円周上に適当
な間隔で直立状に配置され、その上端は密閉されてい
る。水素透過管６は多孔質担体にパラジウムを無電解メ
ッキ方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。水素透過管６の下部マニホルドに水
素およびスイープガスの出口２２が形成されている。
の内部においてバーナ装置１を中心にした円周上に適当
な間隔で直立状に配置され、その上端は密閉されてい
る。水素透過管６は多孔質担体にパラジウムを無電解メ
ッキ方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。水素透過管６の下部マニホルドに水
素およびスイープガスの出口２２が形成されている。
【００２０】複数本のスイープガス管７が水素透過管６
の内部に直立状に設けられ、それらの上端は水素透過管
６の内部に開口している。スイープガス管７の下部マニ
ホルドにスイープガスの入口２１が形成されている。ス
イープガスは水素透過管６で生成した水素を掃気するた
めのガスである。
の内部に直立状に設けられ、それらの上端は水素透過管
６の内部に開口している。スイープガス管７の下部マニ
ホルドにスイープガスの入口２１が形成されている。ス
イープガスは水素透過管６で生成した水素を掃気するた
めのガスである。
【００２１】最外筒８が外筒４の上部および側部を間隙
を隔てて密閉状に覆っている。最外筒８の内部は内筒３
の内部に連通している。最外筒８の下部マニホルドに燃
焼ガスの出口２３が形成されている。
を隔てて密閉状に覆っている。最外筒８の内部は内筒３
の内部に連通している。最外筒８の下部マニホルドに燃
焼ガスの出口２３が形成されている。
【００２２】改質触媒９Ａが反応室１１の内部において
前記水素透過管６およびオフガス管１０の周囲に挿入さ
れている。改質触媒９Ａ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。
前記水素透過管６およびオフガス管１０の周囲に挿入さ
れている。改質触媒９Ａ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。
【００２３】また、燃焼触媒９Ｂが最外筒８と外筒４と
の間に挿入されている。ここに入口２５から都市ガス流
路１６を経て流入する都市ガスと含酸素ガスを通過さ
せ、燃焼触媒９Ｂによる加熱により改質触媒層の加熱温
度分布の均一化を図っている。
の間に挿入されている。ここに入口２５から都市ガス流
路１６を経て流入する都市ガスと含酸素ガスを通過さ
せ、燃焼触媒９Ｂによる加熱により改質触媒層の加熱温
度分布の均一化を図っている。
【００２４】上記構成になる図１の水素製造装置は次の
ように作動する。
ように作動する。
【００２５】下方から供給される燃料をバーナ装置１で
燃焼することにより高温の燃焼ガスが輻射板２の内側の
燃焼室１５に発生し充満する。この燃焼ガスは、矢印Ａ
の方向に、輻射板２の上部周縁から天井板５を超えて最
外筒８と外筒４との隙間に流入し、反応室１１をその内
側および外側から加熱する。さらに入口２５から都市ガ
ス流路１６を経て流入する都市ガスと含酸素ガスを燃焼
触媒９Ｂに通過させ、燃焼触媒９Ｂによる加熱により反
応室１１を加熱する。かくして、反応室１１の中の改質
触媒層を加熱する。その結果反応室１１の中の改質触媒
９Ａおよび水素透過管６の中の反応流体としての改質ガ
スが加熱されるようになる。燃焼ガスは出口２３から排
出される。
燃焼することにより高温の燃焼ガスが輻射板２の内側の
燃焼室１５に発生し充満する。この燃焼ガスは、矢印Ａ
の方向に、輻射板２の上部周縁から天井板５を超えて最
外筒８と外筒４との隙間に流入し、反応室１１をその内
側および外側から加熱する。さらに入口２５から都市ガ
ス流路１６を経て流入する都市ガスと含酸素ガスを燃焼
触媒９Ｂに通過させ、燃焼触媒９Ｂによる加熱により反
応室１１を加熱する。かくして、反応室１１の中の改質
触媒層を加熱する。その結果反応室１１の中の改質触媒
９Ａおよび水素透過管６の中の反応流体としての改質ガ
スが加熱されるようになる。燃焼ガスは出口２３から排
出される。
【００２６】スイープガスが入口２１からスイープガス
管７に供給されて上昇し、水素透過管６の中を下降し、
後述する生成水素と共に出口２２から外部へ排出され
る。
管７に供給されて上昇し、水素透過管６の中を下降し、
後述する生成水素と共に出口２２から外部へ排出され
る。
【００２７】原料ガスとしての都市ガスおよび水蒸気の
混合物は原料ガス入口２０から矢印方向に供給され、反
応室１１の改質触媒９Ａの内部に侵入する。原料ガスが
改質触媒９Ａの内部を通過する間に、バーナ装置１での
燃料ガスの燃焼および燃焼触媒９Ｂによる燃焼で発生す
る熱で水蒸気改質されて水素を生成する。この時の反応
式は、メタンの例で示すと、次のようである。 生成した水素は水素透過管６の中に矢印Ｂ方向に透過侵
入し、ここでスイープガスに乗って水素透過管６の中を
下降し、出口２２から矢印方向に外部へ押し出される。
混合物は原料ガス入口２０から矢印方向に供給され、反
応室１１の改質触媒９Ａの内部に侵入する。原料ガスが
改質触媒９Ａの内部を通過する間に、バーナ装置１での
燃料ガスの燃焼および燃焼触媒９Ｂによる燃焼で発生す
る熱で水蒸気改質されて水素を生成する。この時の反応
式は、メタンの例で示すと、次のようである。 生成した水素は水素透過管６の中に矢印Ｂ方向に透過侵
入し、ここでスイープガスに乗って水素透過管６の中を
下降し、出口２２から矢印方向に外部へ押し出される。
【００２８】また、反応室１１の中の炭酸ガスのような
オフガスは管１０の中を下降し出口２４から矢印方向に
外部へ排出される。
オフガスは管１０の中を下降し出口２４から矢印方向に
外部へ排出される。
【００２９】上記実施例の装置に使用した水素透過管６
の環状列数を増減することも、また、１本の環状列内の
水素透過管６の数を増減することも可能である。
の環状列数を増減することも、また、１本の環状列内の
水素透過管６の数を増減することも可能である。
【００３０】上記実施例の装置を逆さにして、バーナ装
置に燃料を上方から吹込んで燃焼させ、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。
置に燃料を上方から吹込んで燃焼させ、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。
【００３１】図２は本発明の水素製造装置の別の実施例
の概略構成を示す縦断面図である。
の概略構成を示す縦断面図である。
【００３２】図２において、バーナ装置１、輻射板２、
内筒３、外筒４、水素透過管６、スイープガス管７およ
び最外筒８の構成および作用は図１の実施例と同一であ
る。
内筒３、外筒４、水素透過管６、スイープガス管７およ
び最外筒８の構成および作用は図１の実施例と同一であ
る。
【００３３】図１のオフガス管１０は図２の実施例には
配置されていない。したがって、プロセスオフガスは反
応室１１の改質触媒９Ａの中を下降して、反応室１１の
下部マニホルドの出口２４から排出される。
配置されていない。したがって、プロセスオフガスは反
応室１１の改質触媒９Ａの中を下降して、反応室１１の
下部マニホルドの出口２４から排出される。
【００３４】内筒３を囲繞する仕切筒１３を内筒３と水
素透過管６との間に設けている。原料ガスとしての都市
ガスおよび水蒸気の混合物は仕切筒１３の下部に設けた
入口２０より供給され、仕切筒１３と内筒３との間隙に
充填されている改質触媒９Ａの中を上昇し、仕切筒１３
の上縁を超え、水素透過管６の周囲に挿入されている改
質触媒９Ａの中を下降する。このため、仕切筒１３の高
さを前記反応室１１の天井板５より低くしてある。原料
ガスが改質触媒９Ａの内部を通過する間に、燃料ガスの
燃焼および燃焼触媒９Ｂにより発生する熱で水蒸気改質
されて水素を生成することや、水素とスイープガスの排
出は図１の実施例と同様に行われる。
素透過管６との間に設けている。原料ガスとしての都市
ガスおよび水蒸気の混合物は仕切筒１３の下部に設けた
入口２０より供給され、仕切筒１３と内筒３との間隙に
充填されている改質触媒９Ａの中を上昇し、仕切筒１３
の上縁を超え、水素透過管６の周囲に挿入されている改
質触媒９Ａの中を下降する。このため、仕切筒１３の高
さを前記反応室１１の天井板５より低くしてある。原料
ガスが改質触媒９Ａの内部を通過する間に、燃料ガスの
燃焼および燃焼触媒９Ｂにより発生する熱で水蒸気改質
されて水素を生成することや、水素とスイープガスの排
出は図１の実施例と同様に行われる。
【００３５】また、図１の実施例と同様に、燃焼触媒９
Ｂが最外筒８と外筒４との間に挿入されている。入口２
５から流路１６を経て流入する都市ガスと、含酸素ガス
を燃焼触媒９Ｂに通過させ、燃焼触媒９Ｂによる加熱作
用により改質触媒層の温度分布の均一化を図っている。
Ｂが最外筒８と外筒４との間に挿入されている。入口２
５から流路１６を経て流入する都市ガスと、含酸素ガス
を燃焼触媒９Ｂに通過させ、燃焼触媒９Ｂによる加熱作
用により改質触媒層の温度分布の均一化を図っている。
【００３６】その他の構成および作用は図１の実施例と
同様であるから説明を省略する。
同様であるから説明を省略する。
【００３７】
【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）バーナ装置、輻射板、内筒、水素透過管、外筒、
最外筒、改質触媒および燃焼触媒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
一にしやすい。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）反応後の分離、精製工程が省略される。 （５）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。 （６）最外筒と外筒の間に燃焼触媒を挿入し、これに都
市ガスと含酸素ガスを通過させることにより改質触媒層
を外側から加熱し温度分布の均一化を図ることができ
る。 （７）温度分布の改善により、炭化水素の転化率が向上
し、水素製造量が増加する。 （８）温度分布の改善により、水素透過管の伸びや曲が
り等の変形が減少し、水素分離膜の破れや水素透過管の
破壊を防止し、水素製造装置の耐久性を向上させること
ができる。
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）バーナ装置、輻射板、内筒、水素透過管、外筒、
最外筒、改質触媒および燃焼触媒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
一にしやすい。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）反応後の分離、精製工程が省略される。 （５）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。 （６）最外筒と外筒の間に燃焼触媒を挿入し、これに都
市ガスと含酸素ガスを通過させることにより改質触媒層
を外側から加熱し温度分布の均一化を図ることができ
る。 （７）温度分布の改善により、炭化水素の転化率が向上
し、水素製造量が増加する。 （８）温度分布の改善により、水素透過管の伸びや曲が
り等の変形が減少し、水素分離膜の破れや水素透過管の
破壊を防止し、水素製造装置の耐久性を向上させること
ができる。
【図１】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。
図である。
【図２】本発明の水素製造装置の別の実施例の概略構成
を示す縦断面図である。
を示す縦断面図である。
【図３】従来提案されているメンブレンリアクタ方式水
素製造装置の原理を示す図である。
素製造装置の原理を示す図である。
１ バーナ装置 ２ 輻射板 ３ 内筒 ４ 外筒 ５ 天井板 ６ 水素透過管 ７ スイープガス管 ８ 最外筒 ９Ａ 改質触媒 ９Ｂ 燃焼触媒 １０ オフガス管 １１ 反応室 １２ 底部バーナタイル １５ 燃焼室 １６ 都市ガス流路 ２０ 原料ガス入口 ２１ スイープガス入口 ２２ 水素およびスイープガス出口 ２３ 燃焼ガス出口 ２４ オフガス出口 ２５ 都市ガス入口
フロントページの続き (72)発明者 井上 恭一 神奈川県横浜市鶴見区岸谷１−３−25− 504 (72)発明者 黒田 健之助 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 小林 一登 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 太田 眞輔 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内
Claims (2)
- 【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、
直立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口
した燃焼室を形成する直立円筒状輻射板と、前記輻射板
の外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガスの流路を形成
する内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該内筒との間に天
井板および密閉状反応室を形成する外筒と、前記反応室
の内部に配置され上端を密閉された複数本の直立状水素
透過管と、前記反応室の内部に配置され上端を開放され
た複数本の直立状オフガス管と、前記水素透過管の内部
に直立状に設けられ上端を開口した複数本のスイープガ
ス管と、前記外筒の上部および側部を間隙を隔てて密閉
状に覆い且つ前記内筒の内部に連通する最外筒と、前記
反応室の内部において前記水素透過管およびオフガス管
の周囲に挿入された改質触媒と、前記最外筒と外筒との
間に挿入された燃焼触媒と、を包含することを特徴とす
る水素製造装置。 - 【請求項２】 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、
直立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口
した燃焼室を形成する直立円筒状輻射板と、前記輻射板
の外周を囲繞し該輻射板との間に都市ガスの流路を形成
する内筒と、前記内筒の外周を囲繞し該内筒との間に天
井板および密閉状反応室を形成する外筒と、前記反応室
の内部に配置され上端を密閉された複数本の直立状水素
透過管と、前記水素透過管の内部に直立状に設けられ上
端を開口した複数本のスイープガス管と、前記外筒の上
部および側部を間隙を隔てて密閉状に覆い且つ前記内筒
の内部に連通する最外筒と、前記反応室の内部において
前記水素透過管の周囲に挿入された改質触媒と、前記最
外筒と外筒との間に挿入された燃焼触媒とを包含し、前
記内筒と水素透過管との間で該内筒を囲繞する仕切筒を
設け、該仕切筒の高さを前記反応室の天井板より低くし
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 |
|---|---|---|---|
| JP7153322A JPH092804A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7153322A JPH092804A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 水素製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH092804A true JPH092804A (ja) | 1997-01-07 |
Family
ID=15559967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7153322A Withdrawn JPH092804A (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH092804A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1408003A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator and electric generator using the same |
| CN114400354A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-04-26 | 清华大学 | 一种燃料前处理装置及燃料电池系统 |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP7153322A patent/JPH092804A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1408003A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator and electric generator using the same |
| CN114400354A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-04-26 | 清华大学 | 一种燃料前处理装置及燃料电池系统 |
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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: 20020903 |