JPH10291801A - 水素製造方法およびそれに用いる装置 - Google Patents
水素製造方法およびそれに用いる装置Info
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- JPH10291801A JPH10291801A JP10049897A JP10049897A JPH10291801A JP H10291801 A JPH10291801 A JP H10291801A JP 10049897 A JP10049897 A JP 10049897A JP 10049897 A JP10049897 A JP 10049897A JP H10291801 A JPH10291801 A JP H10291801A
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Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】炭化水素原料の一部を燃料として消費すること
がなく、しかも、ＮＯX除去塔を設置する必要がなく、
水蒸気改質用触媒の取り替えピッチを長くすることがで
き、水素発生効率が高い水素製造方法を提供する。 【解決手段】第１原料導入パイプ１０〜１２により炭化
水素原料と酸素とスチームを反応器１の部分酸化部２に
導入し、この部分酸化部２における部分酸化により水素
と一酸化炭素との合成ガスを生成させ、この生成した合
成ガスを連結パイプ６に通し、この連結パイプ６に炭化
水素原料を第２原料導入パイプ１３を介して導入し、こ
れを水蒸気改質部５に導入し、上記部分酸化による発熱
量を利用して水蒸気改質部５における水蒸気改質を行
い、この水蒸気改質部５で生成した合成ガスを製品ガス
として取り出すようにしている。
がなく、しかも、ＮＯX除去塔を設置する必要がなく、
水蒸気改質用触媒の取り替えピッチを長くすることがで
き、水素発生効率が高い水素製造方法を提供する。 【解決手段】第１原料導入パイプ１０〜１２により炭化
水素原料と酸素とスチームを反応器１の部分酸化部２に
導入し、この部分酸化部２における部分酸化により水素
と一酸化炭素との合成ガスを生成させ、この生成した合
成ガスを連結パイプ６に通し、この連結パイプ６に炭化
水素原料を第２原料導入パイプ１３を介して導入し、こ
れを水蒸気改質部５に導入し、上記部分酸化による発熱
量を利用して水蒸気改質部５における水蒸気改質を行
い、この水蒸気改質部５で生成した合成ガスを製品ガス
として取り出すようにしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気改質法と部
分酸化法を組み合わせることにより、両方法の欠点を改
善するようにした水素製造方法およびそれに用いる装置
に関するものである。
分酸化法を組み合わせることにより、両方法の欠点を改
善するようにした水素製造方法およびそれに用いる装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、水素の製造方法としては、Ｌ
ＰＧ等を原料とした水蒸気改質法、重質油等を原料とし
た部分酸化法、水の電気分解法、メタノール分解法等が
広く用いられている。これらの方法のうち、炭化水素か
ら水素を製造する方法として、水蒸気改質法と部分酸化
法がある。水蒸気改質法は、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ナフサ等
を原料として用い、これらを８００〜９００℃の高温
下、Ｎｉ（ニッケル）触媒上でスチームと反応させ、水
素，一酸化炭素等を含有する合成ガスを発生させるもの
である。その反応は、理論的には、下記の式（１）（原
料はブタン）で示される。
ＰＧ等を原料とした水蒸気改質法、重質油等を原料とし
た部分酸化法、水の電気分解法、メタノール分解法等が
広く用いられている。これらの方法のうち、炭化水素か
ら水素を製造する方法として、水蒸気改質法と部分酸化
法がある。水蒸気改質法は、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ナフサ等
を原料として用い、これらを８００〜９００℃の高温
下、Ｎｉ（ニッケル）触媒上でスチームと反応させ、水
素，一酸化炭素等を含有する合成ガスを発生させるもの
である。その反応は、理論的には、下記の式（１）（原
料はブタン）で示される。
【０００３】
【化１】 Ｃ4 Ｈ10＋４Ｈ2 Ｏ＝４ＣＯ＋９Ｈ2 ……（１）
【０００４】この場合、理論的には原料１モルから９モ
ルの水素が発生する。この反応は強い吸熱反応であり、
その熱量を補うために炭化水素消費量の３０％前後が燃
料として空気と混合され、Ｎｉ触媒塔の外部で燃焼され
る。また、この燃焼によりＮＯX が発生するため、ＮＯ
X 除去塔が設置されている。このような水蒸気改質法で
は、Ｓ／Ｃ比（スチーム／炭素モル比）は、理論的に
１．０であるが、一般的には炭化水素のコークス化を避
けるために３．０〜３．５で運転される。
ルの水素が発生する。この反応は強い吸熱反応であり、
その熱量を補うために炭化水素消費量の３０％前後が燃
料として空気と混合され、Ｎｉ触媒塔の外部で燃焼され
る。また、この燃焼によりＮＯX が発生するため、ＮＯ
X 除去塔が設置されている。このような水蒸気改質法で
は、Ｓ／Ｃ比（スチーム／炭素モル比）は、理論的に
１．０であるが、一般的には炭化水素のコークス化を避
けるために３．０〜３．５で運転される。
【０００５】一方、部分酸化法は、重質油等を原料とし
て用い、炭化水素の完全燃焼に必要な酸素量の３０〜４
０％に相当する量の純酸素または空気で原料を燃焼さ
せ、水素，一酸化炭素等を含む合成ガスを発生させるも
のである。その反応は、理論的には、下記の式（２）
（原料はブタン）で示される。
て用い、炭化水素の完全燃焼に必要な酸素量の３０〜４
０％に相当する量の純酸素または空気で原料を燃焼さ
せ、水素，一酸化炭素等を含む合成ガスを発生させるも
のである。その反応は、理論的には、下記の式（２）
（原料はブタン）で示される。
【０００６】
【化２】 Ｃ4 Ｈ10＋２Ｏ2 ＝４ＣＯ＋５Ｈ2 ……（２）
【０００７】この場合、理論的には原料１モルから５モ
ルの水素が発生する。この反応は強い発熱反応であり、
反応炉内が１３００〜１５００℃の高温に達するため、
温度調節用にスチームを用いる場合がある。
ルの水素が発生する。この反応は強い発熱反応であり、
反応炉内が１３００〜１５００℃の高温に達するため、
温度調節用にスチームを用いる場合がある。
【０００８】水素製造を目的とする場合には、上述した
反応により得られた合成ガスを一酸化炭素転化反応器に
導入することが行われる。この反応器には、高温（３２
０〜５１０℃）で行う高温転化反応器と、低温（１８０
〜２９０℃）で行う低温転化反応器がある。高温反応に
は、一般に酸化鉄−酸化クロム系触媒が用いられ、硫黄
の被毒に強いが、低温では活性が低いという特徴があ
る。この高温反応では、一酸化炭素含有量を約３〜４％
まで低減することができる。一方、低温反応には酸化銅
−酸化亜鉛系触媒が用いられ、耐被毒性、耐熱性に劣る
が、低温で強い活性を示すという特徴がある。この低温
反応では、一酸化炭素含有量を０．２％程度まで低減す
ることができる。工業的には、両方の反応が組み合わせ
て使用されている。
反応により得られた合成ガスを一酸化炭素転化反応器に
導入することが行われる。この反応器には、高温（３２
０〜５１０℃）で行う高温転化反応器と、低温（１８０
〜２９０℃）で行う低温転化反応器がある。高温反応に
は、一般に酸化鉄−酸化クロム系触媒が用いられ、硫黄
の被毒に強いが、低温では活性が低いという特徴があ
る。この高温反応では、一酸化炭素含有量を約３〜４％
まで低減することができる。一方、低温反応には酸化銅
−酸化亜鉛系触媒が用いられ、耐被毒性、耐熱性に劣る
が、低温で強い活性を示すという特徴がある。この低温
反応では、一酸化炭素含有量を０．２％程度まで低減す
ることができる。工業的には、両方の反応が組み合わせ
て使用されている。
【０００９】上記のような水蒸気改質法に用いる装置の
概略を、図２に示す。図において、２１は原料導入パイ
プであり、炭化水素原料と水を熱交換器２２に導入し、
この熱交換器２２（を通る後述の燃焼ガス）で炭化水素
原料を所定温度に昇温させるとともに水をスチームに変
え、その状態で反応器２３の２つのＮｉ触媒塔２４に供
給する。このＮｉ触媒塔２４で、炭化水素原料とスチー
ムが反応して水素，一酸化炭素を含む合成ガスを発生さ
せる。２５は燃料供給パイプであり、炭化水素燃料と空
気を反応器２３の周壁に設けたバーナー２６に導入して
燃焼させ、この燃焼熱で両Ｎｉ触媒塔２４を外部から加
熱する。２７は燃焼ガス流出パイプであり、反応器２３
内の燃焼ガスを上記熱交換器２２に導入したのち、ＮＯ
X 除去塔２８に送り、このＮＯX 除去塔２８で燃焼ガス
中のＮＯX を除去する。２９はガス導出パイプであり、
Ｎｉ触媒塔２４を経て得られた合成ガスを熱交換器３０
に導入し、この熱交換器３０（を通る冷却水）で所定温
度に降温させたのち、一酸化炭素転化反応器３１に送
り、この一酸化炭素転化反応器３１に充填した一酸化炭
素転化触媒で一酸化炭素をシフト転化させる。３２は一
酸化炭素転化反応器３１で得られた製品水素を取り出す
製品水素取出しパイプである。
概略を、図２に示す。図において、２１は原料導入パイ
プであり、炭化水素原料と水を熱交換器２２に導入し、
この熱交換器２２（を通る後述の燃焼ガス）で炭化水素
原料を所定温度に昇温させるとともに水をスチームに変
え、その状態で反応器２３の２つのＮｉ触媒塔２４に供
給する。このＮｉ触媒塔２４で、炭化水素原料とスチー
ムが反応して水素，一酸化炭素を含む合成ガスを発生さ
せる。２５は燃料供給パイプであり、炭化水素燃料と空
気を反応器２３の周壁に設けたバーナー２６に導入して
燃焼させ、この燃焼熱で両Ｎｉ触媒塔２４を外部から加
熱する。２７は燃焼ガス流出パイプであり、反応器２３
内の燃焼ガスを上記熱交換器２２に導入したのち、ＮＯ
X 除去塔２８に送り、このＮＯX 除去塔２８で燃焼ガス
中のＮＯX を除去する。２９はガス導出パイプであり、
Ｎｉ触媒塔２４を経て得られた合成ガスを熱交換器３０
に導入し、この熱交換器３０（を通る冷却水）で所定温
度に降温させたのち、一酸化炭素転化反応器３１に送
り、この一酸化炭素転化反応器３１に充填した一酸化炭
素転化触媒で一酸化炭素をシフト転化させる。３２は一
酸化炭素転化反応器３１で得られた製品水素を取り出す
製品水素取出しパイプである。
【００１０】ところが、上記の水蒸気改質法では、水素
源である炭化水素の一部を燃料として消費する必要があ
り、また、その燃焼により生じるＮＯX を除去するため
にＮＯX 除去塔２８を設置しなければならない。しか
も、Ｎｉ触媒を用いているため、数年ごとにＮｉ触媒を
取り替える必要がある。一方、部分酸化法では、水蒸気
改質法と比較して、理論的に水素発生量が少なく、低効
率である。
源である炭化水素の一部を燃料として消費する必要があ
り、また、その燃焼により生じるＮＯX を除去するため
にＮＯX 除去塔２８を設置しなければならない。しか
も、Ｎｉ触媒を用いているため、数年ごとにＮｉ触媒を
取り替える必要がある。一方、部分酸化法では、水蒸気
改質法と比較して、理論的に水素発生量が少なく、低効
率である。
【００１１】そこで、炭化水素原料の一部を燃料として
消費する必要がなく、しかも、ＮＯ X の除去設備を必要
としない方法が提案されている。この方法は、水蒸気改
質法と部分酸化法を１段の反応器で行う内熱式改質法と
呼ばれるものである。この内熱式改質法では、図３に示
すように、反応原料となる炭化水素，酸素（あるいは空
気）およびスチームが予熱されたのち、反応器３５の頂
部のバーナー３６を通して部分酸化部３７に導入され
る。この部分酸化部３７では、炭化水素と酸素が発熱反
応である部分酸化反応を起こし、１１００〜１２００℃
の高温下、水素，一酸化炭素を含む合成ガスを発生す
る。この合成ガスには、上記反応で未反応の炭化水素も
含まれており、これらがスチームとともに部分酸化部３
７の下部の水蒸気改質部（Ｎｉ触媒層）３８に導入さ
れ、この水蒸気改質部３８でスチームと水蒸気改質反応
を起こし、さらに水素，一酸化炭素を発生する。吸熱反
応である水蒸気改質反応に必要な熱量は、部分酸化反応
での発熱量によりまかなわれる。こうして発生される水
素，一酸化炭素を含む合成ガスは、水素製造を目的とす
る場合には、一酸化炭素転化反応器に送られる。
消費する必要がなく、しかも、ＮＯ X の除去設備を必要
としない方法が提案されている。この方法は、水蒸気改
質法と部分酸化法を１段の反応器で行う内熱式改質法と
呼ばれるものである。この内熱式改質法では、図３に示
すように、反応原料となる炭化水素，酸素（あるいは空
気）およびスチームが予熱されたのち、反応器３５の頂
部のバーナー３６を通して部分酸化部３７に導入され
る。この部分酸化部３７では、炭化水素と酸素が発熱反
応である部分酸化反応を起こし、１１００〜１２００℃
の高温下、水素，一酸化炭素を含む合成ガスを発生す
る。この合成ガスには、上記反応で未反応の炭化水素も
含まれており、これらがスチームとともに部分酸化部３
７の下部の水蒸気改質部（Ｎｉ触媒層）３８に導入さ
れ、この水蒸気改質部３８でスチームと水蒸気改質反応
を起こし、さらに水素，一酸化炭素を発生する。吸熱反
応である水蒸気改質反応に必要な熱量は、部分酸化反応
での発熱量によりまかなわれる。こうして発生される水
素，一酸化炭素を含む合成ガスは、水素製造を目的とす
る場合には、一酸化炭素転化反応器に送られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
内熱式改質法では、水素源となる全ての炭化水素原料を
反応器３５の頂部から導入するため、部分酸化部３７で
はある程度の炭化水素を未反応のまま残存させておき、
この残存炭化水素を水蒸気改質部３８へ導入する必要が
ある。このことから、部分酸化部３７においては、Ｏ2
に対して炭化水素の割合がかなり高くなり、最適な燃焼
状態であるとはいえない。つまり、部分酸化反応の発熱
量で水蒸気改質反応の吸熱量をまかなうためにはかなり
の割合の炭化水素が理論的に効率の悪い部分酸化部３７
で反応しなければならず、水素発生効率が悪い。
内熱式改質法では、水素源となる全ての炭化水素原料を
反応器３５の頂部から導入するため、部分酸化部３７で
はある程度の炭化水素を未反応のまま残存させておき、
この残存炭化水素を水蒸気改質部３８へ導入する必要が
ある。このことから、部分酸化部３７においては、Ｏ2
に対して炭化水素の割合がかなり高くなり、最適な燃焼
状態であるとはいえない。つまり、部分酸化反応の発熱
量で水蒸気改質反応の吸熱量をまかなうためにはかなり
の割合の炭化水素が理論的に効率の悪い部分酸化部３７
で反応しなければならず、水素発生効率が悪い。
【００１３】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、炭化水素原料の一部を燃料として消費すること
がなく、しかも、ＮＯX を除去するための設備を設置す
る必要がなく、水蒸気改質用触媒の取り替えピッチを長
くすることができ、水素発生効率が高い水素製造方法お
よびそれに用いる装置の提供をその目的とする。
もので、炭化水素原料の一部を燃料として消費すること
がなく、しかも、ＮＯX を除去するための設備を設置す
る必要がなく、水蒸気改質用触媒の取り替えピッチを長
くすることができ、水素発生効率が高い水素製造方法お
よびそれに用いる装置の提供をその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、炭化水素原料と、酸素または空気と、水
蒸気を反応器の部分酸化部に導入し、この部分酸化部に
おける部分酸化により水素と一酸化炭素との合成ガスを
生成させ、この生成した合成ガスを水蒸気とともに部分
酸化部から取り出したのち上記合成ガスに炭化水素原料
を供給して反応器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸
化による発熱を利用して上記水蒸気改質部における水蒸
気改質を行い、上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを
製品ガスとして取り出すようにした水素製造方法を第１
の要旨とし、炭化水素原料と、酸素または空気を反応器
の部分酸化部に導入し、この部分酸化部における部分酸
化により水素と一酸化炭素との合成ガスを生成させ、こ
の生成した合成ガスを上記部分酸化部から取り出したの
ち上記合成ガスに炭化水素原料と水蒸気を供給して反応
器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸化による発熱を
利用して上記水蒸気改質部における水蒸気改質を行い、
上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを製品ガスとして
取り出すようにした水素製造方法を第２の要旨とし、内
部に燃焼器付き部分酸化部と水蒸気改質部を直列に配設
した反応器と、炭化水素原料と、酸素または空気と、水
蒸気を上記部分酸化部の燃焼器に導入する第１の原料導
入路と、上記部分酸化部と水蒸気改質部を連結する連結
路と、この連結路に炭化水素原料を導入する第２の原料
導入路と、上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭
素の合成ガスを製品ガスとして取り出す製品ガス取出し
路とを設けた水素製造装置を第３の要旨とし、内部に燃
焼器付き部分酸化部と水蒸気改質部を直列に配設した反
応器と、炭化水素原料と、酸素または空気を上記部分酸
化部の燃焼器に導入する第１の原料導入路と、上記部分
酸化部と水蒸気改質部を連結する連結路と、この連結路
に炭化水素原料と水蒸気を導入する第２の原料導入路
と、上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭素の合
成ガスを製品ガスとして取り出す製品ガス取出し路とを
設けた水素製造装置を第４の要旨とする。
め、本発明は、炭化水素原料と、酸素または空気と、水
蒸気を反応器の部分酸化部に導入し、この部分酸化部に
おける部分酸化により水素と一酸化炭素との合成ガスを
生成させ、この生成した合成ガスを水蒸気とともに部分
酸化部から取り出したのち上記合成ガスに炭化水素原料
を供給して反応器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸
化による発熱を利用して上記水蒸気改質部における水蒸
気改質を行い、上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを
製品ガスとして取り出すようにした水素製造方法を第１
の要旨とし、炭化水素原料と、酸素または空気を反応器
の部分酸化部に導入し、この部分酸化部における部分酸
化により水素と一酸化炭素との合成ガスを生成させ、こ
の生成した合成ガスを上記部分酸化部から取り出したの
ち上記合成ガスに炭化水素原料と水蒸気を供給して反応
器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸化による発熱を
利用して上記水蒸気改質部における水蒸気改質を行い、
上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを製品ガスとして
取り出すようにした水素製造方法を第２の要旨とし、内
部に燃焼器付き部分酸化部と水蒸気改質部を直列に配設
した反応器と、炭化水素原料と、酸素または空気と、水
蒸気を上記部分酸化部の燃焼器に導入する第１の原料導
入路と、上記部分酸化部と水蒸気改質部を連結する連結
路と、この連結路に炭化水素原料を導入する第２の原料
導入路と、上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭
素の合成ガスを製品ガスとして取り出す製品ガス取出し
路とを設けた水素製造装置を第３の要旨とし、内部に燃
焼器付き部分酸化部と水蒸気改質部を直列に配設した反
応器と、炭化水素原料と、酸素または空気を上記部分酸
化部の燃焼器に導入する第１の原料導入路と、上記部分
酸化部と水蒸気改質部を連結する連結路と、この連結路
に炭化水素原料と水蒸気を導入する第２の原料導入路
と、上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭素の合
成ガスを製品ガスとして取り出す製品ガス取出し路とを
設けた水素製造装置を第４の要旨とする。
【００１５】すなわち、本発明の第１の水素製造方法
は、まず、水素源となる炭化水素原料の一部と、酸素ま
たは空気と、スチームを反応器の部分酸化部に導入し、
この部分酸化部で水素と一酸化炭素を含む合成ガスを発
生させ、つぎに、この合成ガスに、水素源となる炭化水
素原料の残部を供給し、そののち、これらを反応器の水
蒸気改質部に導入する。上記部分酸化室での部分酸化は
発熱反応であるため、この発熱量を利用し、部分酸化と
水蒸気改質部における水蒸気改質を同時に行い、水素と
一酸化炭素を含む合成ガスを水蒸気改質部で発生させ
る。このように、本発明では、部分酸化反応用の炭化水
素原料と水蒸気改質反応用の炭化水素原料を分割して反
応器に導入する点に、特徴がある。これにより、部分酸
化部での反応と水蒸気改質部での反応を最適な条件で行
わせることができ、効率よく水素および一酸化炭素を発
生することが可能となる。しかも、部分酸化反応と水蒸
気改質反応それぞれ最適な条件下で行うことができ、制
御も簡単である。さらに、従来例と同様に、簡単な構造
である。さらに、部分酸化反応では、ＮＯX が発生しな
いため、従来例のようなＮＯX 除去塔２８が不要にな
る。さらに、水蒸気改質部に導入する炭化水素原料の量
が大幅に減少するため、水蒸気改質用触媒の消費量が大
幅に減少し、触媒の取り替えピッチを大幅に長くするこ
とができる。また、本発明の第２の水素製造方法では、
炭化水素原料と、酸素または空気を反応器の部分酸化部
に供給し、この部分酸化部で生成させた合成ガスに炭化
水素原料と水蒸気を供給している。この方法でも、上記
の第１の水素製造方法と同様の作用・効果を奏する。一
方、本発明の水素製造装置によれば、本発明の方法を容
易に達成することができる。なお、本発明では、部分酸
化反応は水蒸気改質反応の吸熱量とのバランス，生成物
の組成等を考慮して，酸素量，スチーム量を調節して最
適な条件で行われる。また、水蒸気改質反応用の炭化水
素原料の量は水蒸気改質反応の条件が最適となるように
調整される。
は、まず、水素源となる炭化水素原料の一部と、酸素ま
たは空気と、スチームを反応器の部分酸化部に導入し、
この部分酸化部で水素と一酸化炭素を含む合成ガスを発
生させ、つぎに、この合成ガスに、水素源となる炭化水
素原料の残部を供給し、そののち、これらを反応器の水
蒸気改質部に導入する。上記部分酸化室での部分酸化は
発熱反応であるため、この発熱量を利用し、部分酸化と
水蒸気改質部における水蒸気改質を同時に行い、水素と
一酸化炭素を含む合成ガスを水蒸気改質部で発生させ
る。このように、本発明では、部分酸化反応用の炭化水
素原料と水蒸気改質反応用の炭化水素原料を分割して反
応器に導入する点に、特徴がある。これにより、部分酸
化部での反応と水蒸気改質部での反応を最適な条件で行
わせることができ、効率よく水素および一酸化炭素を発
生することが可能となる。しかも、部分酸化反応と水蒸
気改質反応それぞれ最適な条件下で行うことができ、制
御も簡単である。さらに、従来例と同様に、簡単な構造
である。さらに、部分酸化反応では、ＮＯX が発生しな
いため、従来例のようなＮＯX 除去塔２８が不要にな
る。さらに、水蒸気改質部に導入する炭化水素原料の量
が大幅に減少するため、水蒸気改質用触媒の消費量が大
幅に減少し、触媒の取り替えピッチを大幅に長くするこ
とができる。また、本発明の第２の水素製造方法では、
炭化水素原料と、酸素または空気を反応器の部分酸化部
に供給し、この部分酸化部で生成させた合成ガスに炭化
水素原料と水蒸気を供給している。この方法でも、上記
の第１の水素製造方法と同様の作用・効果を奏する。一
方、本発明の水素製造装置によれば、本発明の方法を容
易に達成することができる。なお、本発明では、部分酸
化反応は水蒸気改質反応の吸熱量とのバランス，生成物
の組成等を考慮して，酸素量，スチーム量を調節して最
適な条件で行われる。また、水蒸気改質反応用の炭化水
素原料の量は水蒸気改質反応の条件が最適となるように
調整される。
【００１６】本発明において、製品ガス（水素と一酸化
炭素を含む合成ガス）中の一酸化炭素を水素に転化する
ことにより水素を富化するようにした場合には、高純度
水素を主成分とした製品ガスが得られる。一方、製品ガ
ス中に含まれる多量の一酸化炭素を主製品とする場合
は、そのまま精製装置へ送ることが行われる。
炭素を含む合成ガス）中の一酸化炭素を水素に転化する
ことにより水素を富化するようにした場合には、高純度
水素を主成分とした製品ガスが得られる。一方、製品ガ
ス中に含まれる多量の一酸化炭素を主製品とする場合
は、そのまま精製装置へ送ることが行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて詳しく説明する。
面にもとづいて詳しく説明する。
【００１８】図１は本発明の水素製造装置の一実施の形
態を示している。図において、１は反応器であり、２は
上記反応器１の上部に設けた部分酸化部である。この部
分酸化部２は、その上壁にバーナー３（燃焼器）を取り
付けた部分酸化反応室４で構成されている。上記バーナ
ー３には、そのガス入口（図示せず）に、炭化水素原料
（水素源となる炭化水素原料の一部）と酸素（または空
気）とスチームが供給される。このような炭化水素原
料，酸素およびスチームの供給は、図１に示すように、
それぞれ別々に、３本の第１原料導入パイプ１０〜１２
を用いて行ってもよいし、２本もしくは１本の第１原料
導入パイプを用いて行ってもよい。５は部分酸化部２の
下壁２ａとの間に所定の隙間をあけて設けられた水蒸気
改質部であり、Ｎｉ触媒が充填されたＮｉ触媒塔で構成
されている。このような水蒸気改質部５は、部分酸化部
２が１３００〜１５００℃である時に８００〜９００℃
となるように設計されている。６は部分酸化部２に設け
たガス出口（図示せず）と水蒸気改質部５の上端部に設
けたガス入口（図示せず）とを連結する連結パイプであ
り、部分酸化部２で生成された合成ガスを水蒸気改質部
５に導入する。１３は連結パイプ６に炭化水素原料（水
素源となる炭化水素原料の残部）を供給する第２原料導
入パイプである。１４は製品ガス取出しパイプであり、
水蒸気改質部５で生成された合成ガスを取り出し、一酸
化炭素転化反応器（図示せず）に送る。
態を示している。図において、１は反応器であり、２は
上記反応器１の上部に設けた部分酸化部である。この部
分酸化部２は、その上壁にバーナー３（燃焼器）を取り
付けた部分酸化反応室４で構成されている。上記バーナ
ー３には、そのガス入口（図示せず）に、炭化水素原料
（水素源となる炭化水素原料の一部）と酸素（または空
気）とスチームが供給される。このような炭化水素原
料，酸素およびスチームの供給は、図１に示すように、
それぞれ別々に、３本の第１原料導入パイプ１０〜１２
を用いて行ってもよいし、２本もしくは１本の第１原料
導入パイプを用いて行ってもよい。５は部分酸化部２の
下壁２ａとの間に所定の隙間をあけて設けられた水蒸気
改質部であり、Ｎｉ触媒が充填されたＮｉ触媒塔で構成
されている。このような水蒸気改質部５は、部分酸化部
２が１３００〜１５００℃である時に８００〜９００℃
となるように設計されている。６は部分酸化部２に設け
たガス出口（図示せず）と水蒸気改質部５の上端部に設
けたガス入口（図示せず）とを連結する連結パイプであ
り、部分酸化部２で生成された合成ガスを水蒸気改質部
５に導入する。１３は連結パイプ６に炭化水素原料（水
素源となる炭化水素原料の残部）を供給する第２原料導
入パイプである。１４は製品ガス取出しパイプであり、
水蒸気改質部５で生成された合成ガスを取り出し、一酸
化炭素転化反応器（図示せず）に送る。
【００１９】上記装置を用い、水素を製造する場合に
は、まず、第１原料導入パイプ１０〜１２により炭化水
素原料と酸素とスチームをバーナー３に導入し、導入し
た炭化水素原料の一部と酸素を燃焼させる。この燃焼熱
により残存炭化水素原料を部分酸化反応室４で部分酸化
させ、水素と一酸化炭素を含む合成ガスを生成させる。
この生成させた合成ガスをスチームとともにガス出口か
ら送り出して連結パイプ６に導入したのち、第２原料導
入パイプ１３により供給される炭化水素原料と合流さ
せ、水蒸気改質部５に導入する。この水蒸気改質部５で
はＮｉ触媒の作用により炭化水素原料をスチームと水蒸
気改質させ、水素と一酸化炭素を含む合成ガスを生成さ
せる。この水蒸気改質を部分酸化による燃焼熱を利用し
て、部分酸化と同時に行う。このようにして生成させた
合成ガスを製品ガス取出しパイプ１４により取り出した
のち、一酸化炭素転化反応器に送り、この一酸化炭素転
化反応器で一酸化炭素を水素にシフト転化し、高純度水
素を得る。
は、まず、第１原料導入パイプ１０〜１２により炭化水
素原料と酸素とスチームをバーナー３に導入し、導入し
た炭化水素原料の一部と酸素を燃焼させる。この燃焼熱
により残存炭化水素原料を部分酸化反応室４で部分酸化
させ、水素と一酸化炭素を含む合成ガスを生成させる。
この生成させた合成ガスをスチームとともにガス出口か
ら送り出して連結パイプ６に導入したのち、第２原料導
入パイプ１３により供給される炭化水素原料と合流さ
せ、水蒸気改質部５に導入する。この水蒸気改質部５で
はＮｉ触媒の作用により炭化水素原料をスチームと水蒸
気改質させ、水素と一酸化炭素を含む合成ガスを生成さ
せる。この水蒸気改質を部分酸化による燃焼熱を利用し
て、部分酸化と同時に行う。このようにして生成させた
合成ガスを製品ガス取出しパイプ１４により取り出した
のち、一酸化炭素転化反応器に送り、この一酸化炭素転
化反応器で一酸化炭素を水素にシフト転化し、高純度水
素を得る。
【００２０】上記のように、この実施の形態では、部分
酸化における燃焼熱を利用して水蒸気改質を行うため、
炭化水素原料をすべて水素源として有効に利用すること
ができる。しかも、部分酸化部２での反応と水蒸気改質
部５での反応を最適な条件で行わせることができ、高効
率に水素および一酸化炭素を発生することができる。さ
らに、部分酸化反応では、ＮＯX が発生しないため、Ｎ
ＯX 除去用の設備が不要になる。さらに、水蒸気改質部
５のＮｉ触媒の消費量が大幅に減少する。
酸化における燃焼熱を利用して水蒸気改質を行うため、
炭化水素原料をすべて水素源として有効に利用すること
ができる。しかも、部分酸化部２での反応と水蒸気改質
部５での反応を最適な条件で行わせることができ、高効
率に水素および一酸化炭素を発生することができる。さ
らに、部分酸化反応では、ＮＯX が発生しないため、Ｎ
ＯX 除去用の設備が不要になる。さらに、水蒸気改質部
５のＮｉ触媒の消費量が大幅に減少する。
【００２１】なお、上記実施の形態では、部分酸化部２
に酸素を導入しているが、これに限定するものではな
く、酸素に代えて空気を導入してもよい。また、部分酸
化部２に炭化水素原料と酸素とスチームを導入し、連結
パイプ６に炭化水素原料を導入しているが、これに限定
するものではなく、部分酸化部２に炭化水素原料と酸素
を導入し、連結パイプ６に炭化水素原料とスチームを導
入してもよい。
に酸素を導入しているが、これに限定するものではな
く、酸素に代えて空気を導入してもよい。また、部分酸
化部２に炭化水素原料と酸素とスチームを導入し、連結
パイプ６に炭化水素原料を導入しているが、これに限定
するものではなく、部分酸化部２に炭化水素原料と酸素
を導入し、連結パイプ６に炭化水素原料とスチームを導
入してもよい。
【００２２】図１に示す装置において、炭化水素原料と
してブタンを用いた場合を例に挙げて、理論的算出によ
り、その有効性を確認した。その結果を下記の表１に示
す。下記の表１から明らかなように、本発明の方が従来
例に比較して、高効率で水素を発生できることがわか
る。
してブタンを用いた場合を例に挙げて、理論的算出によ
り、その有効性を確認した。その結果を下記の表１に示
す。下記の表１から明らかなように、本発明の方が従来
例に比較して、高効率で水素を発生できることがわか
る。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明は、部分酸化反応
用の炭化水素原料と水蒸気改質反応用の炭化水素原料を
分割して反応器に導入する点に、特徴があり、これによ
り、部分酸化部での反応と水蒸気改質部での反応を最適
な条件で行わせることができ、効率よく水素および一酸
化炭素を発生することが可能となる。しかも、部分酸化
反応と水蒸気改質反応それぞれ最適な条件下で行うこと
ができ、制御も簡単である。さらに、従来例と同様に、
簡単な構造である。さらに、部分酸化反応では、ＮＯX
が発生しないため、従来例のようなＮＯX 除去塔２８が
不要になる。さらに、水蒸気改質部に導入する炭化水素
原料の量が大幅に減少するため、水蒸気改質用触媒の消
費量が大幅に減少し、触媒の取り替えピッチを大幅に長
くすることができる。また、本発明の第２の水素製造方
法では、炭化水素原料と、酸素または空気を反応器の部
分酸化部に供給し、この部分酸化部で生成させた合成ガ
スに炭化水素原料と水蒸気を供給している。この方法で
も、上記の第１の水素製造方法と同様の作用・効果を奏
する。一方、本発明の水素製造装置によれば、本発明の
方法を容易に達成することができる。
用の炭化水素原料と水蒸気改質反応用の炭化水素原料を
分割して反応器に導入する点に、特徴があり、これによ
り、部分酸化部での反応と水蒸気改質部での反応を最適
な条件で行わせることができ、効率よく水素および一酸
化炭素を発生することが可能となる。しかも、部分酸化
反応と水蒸気改質反応それぞれ最適な条件下で行うこと
ができ、制御も簡単である。さらに、従来例と同様に、
簡単な構造である。さらに、部分酸化反応では、ＮＯX
が発生しないため、従来例のようなＮＯX 除去塔２８が
不要になる。さらに、水蒸気改質部に導入する炭化水素
原料の量が大幅に減少するため、水蒸気改質用触媒の消
費量が大幅に減少し、触媒の取り替えピッチを大幅に長
くすることができる。また、本発明の第２の水素製造方
法では、炭化水素原料と、酸素または空気を反応器の部
分酸化部に供給し、この部分酸化部で生成させた合成ガ
スに炭化水素原料と水蒸気を供給している。この方法で
も、上記の第１の水素製造方法と同様の作用・効果を奏
する。一方、本発明の水素製造装置によれば、本発明の
方法を容易に達成することができる。
【００２５】本発明において、製品ガス（水素と一酸化
炭素を含む合成ガス）中の一酸化炭素を水素に転化する
ことにより水素を富化するようにした場合には、高純度
水素を主成分とした製品ガスが得られる。一方、製品ガ
ス中に含まれる多量の一酸化炭素を主製品とする場合
は、そのまま精製装置へ送ることが行われる。
炭素を含む合成ガス）中の一酸化炭素を水素に転化する
ことにより水素を富化するようにした場合には、高純度
水素を主成分とした製品ガスが得られる。一方、製品ガ
ス中に含まれる多量の一酸化炭素を主製品とする場合
は、そのまま精製装置へ送ることが行われる。
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略説明図であ
る。
る。
【図２】従来例の概略説明図である。
【図３】他の従来例の概略説明図である。
１ 反応器 ２ 部分酸化部 ５ 水蒸気改質部 ６ 連結パイプ １０〜１２ 第１原料導入パイプ １３ 第２原料導入パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末長 純也 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内 (72)発明者 宮本 英樹 大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほ くさん株式会社堺工場内
Claims (6)
- 【請求項１】 炭化水素原料と、酸素または空気と、水
蒸気を反応器の部分酸化部に導入し、この部分酸化部に
おける部分酸化により水素と一酸化炭素との合成ガスを
生成させ、この生成した合成ガスを水蒸気とともに部分
酸化部から取り出したのち上記合成ガスに炭化水素原料
を供給して反応器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸
化による発熱を利用して上記水蒸気改質部における水蒸
気改質を行い、上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを
製品ガスとして取り出すようにしたことを特徴とする水
素製造方法。 - 【請求項２】 炭化水素原料と、酸素または空気を反応
器の部分酸化部に導入し、この部分酸化部における部分
酸化により水素と一酸化炭素との合成ガスを生成させ、
この生成した合成ガスを上記部分酸化部から取り出した
のち上記合成ガスに炭化水素原料と水蒸気を供給して反
応器の水蒸気改質部に導入し、上記部分酸化による発熱
を利用して上記水蒸気改質部における水蒸気改質を行
い、上記水蒸気改質部で生成した合成ガスを製品ガスと
して取り出すようにしたことを特徴とする水素製造方
法。 - 【請求項３】 上記製品ガス中の一酸化炭素を水素に転
化することにより水素を富化するようにした請求項１ま
たは２記載の水素製造方法。 - 【請求項４】 内部に燃焼器付き部分酸化部と水蒸気改
質部を直列に配設した反応器と、炭化水素原料と、酸素
または空気と、水蒸気を上記部分酸化部の燃焼器に導入
する第１の原料導入路と、上記部分酸化部と水蒸気改質
部を連結する連結路と、この連結路に炭化水素原料を導
入する第２の原料導入路と、上記水蒸気改質部で生成し
た水素と一酸化炭素の合成ガスを製品ガスとして取り出
す製品ガス取出し路とを設けたことを特徴とする水素製
造装置。 - 【請求項５】 内部に燃焼器付き部分酸化部と水蒸気改
質部を直列に配設した反応器と、炭化水素原料と、酸素
または空気を上記部分酸化部の燃焼器に導入する第１の
原料導入路と、上記部分酸化部と水蒸気改質部を連結す
る連結路と、この連結路に炭化水素原料と水蒸気を導入
する第２の原料導入路と、上記水蒸気改質部で生成した
水素と一酸化炭素の合成ガスを製品ガスとして取り出す
製品ガス取出し路とを設けたことを特徴とする水素製造
装置。 - 【請求項６】 上記製品ガス取出し路に一酸化炭素転化
手段を設け、この一酸化炭素転化手段により製品ガス中
の一酸化炭素を水素に転化するようにした請求項４また
は５記載の水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049897A JP3947266B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 水素製造方法およびそれに用いる装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049897A JP3947266B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 水素製造方法およびそれに用いる装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291801A true JPH10291801A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3947266B2 JP3947266B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=14275606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10049897A Expired - Fee Related JP3947266B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | 水素製造方法およびそれに用いる装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3947266B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101472767B1 (ko) * | 2007-05-24 | 2014-12-24 | 에어 워터 가부시키가이샤 | 일산화탄소 가스 발생 장치 및 방법 |
| CN106006553A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-10-12 | 大连理工大学 | 甲醇氧化与水蒸汽重整分段结合在线产氢方法及设备 |
-
1997
- 1997-04-17 JP JP10049897A patent/JP3947266B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101472767B1 (ko) * | 2007-05-24 | 2014-12-24 | 에어 워터 가부시키가이샤 | 일산화탄소 가스 발생 장치 및 방법 |
| CN106006553A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-10-12 | 大连理工大学 | 甲醇氧化与水蒸汽重整分段结合在线产氢方法及设备 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3947266B2 (ja) | 2007-07-18 |
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