JPH10291802A - 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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- JPH10291802A JPH10291802A JP10049797A JP10049797A JPH10291802A JP H10291802 A JPH10291802 A JP H10291802A JP 10049797 A JP10049797 A JP 10049797A JP 10049797 A JP10049797 A JP 10049797A JP H10291802 A JPH10291802 A JP H10291802A
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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
きる高効率な水素製造方法を提供する。 【解決手段】炭化水素原料と純酸素を第１の原料導入パ
イプ５を経由させて反応器１のバーナー３に導入し、部
分酸化反応室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、炭化水素原料とスチームを
第２の原料導入パイプ６を経由させて反応器１のＮｉ触
媒塔４に導入し、上記部分酸化による発熱量を利用して
Ｎｉ触媒塔４における水蒸気改質を行い、上記部分酸化
反応室２で生成した合成ガスと上記Ｎｉ触媒塔４で生成
した合成ガスを合流させ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
きる高効率な水素製造方法を提供する。 【解決手段】炭化水素原料と純酸素を第１の原料導入パ
イプ５を経由させて反応器１のバーナー３に導入し、部
分酸化反応室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、炭化水素原料とスチームを
第２の原料導入パイプ６を経由させて反応器１のＮｉ触
媒塔４に導入し、上記部分酸化による発熱量を利用して
Ｎｉ触媒塔４における水蒸気改質を行い、上記部分酸化
反応室２で生成した合成ガスと上記Ｎｉ触媒塔４で生成
した合成ガスを合流させ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３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３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】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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。
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。
【００１１】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
くすることができる高効率な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
くすることができる高効率な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。
【００１２】
【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、酸素または空気を第１
の原料導入路を経由させて反応器の部分酸化室に導入
し、この部分酸化室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、炭化水素原料と水蒸気
を第２の原料導入路を経由させ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、上記部分酸化室で
生成した合成ガスと上記水蒸気改質部で生成した合成ガ
スを合流させ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、内部に、触媒を充填した水蒸
気改質部および上記水蒸気改質部を取り囲む燃焼器付き
部分酸化室を設けた反応器と、炭化水素原料と、酸素ま
たは空気を上記反応器の部分酸化室の燃焼器に導入する
第１の原料導入路と、炭化水素原料と水蒸気を上記反応
器の水蒸気改質部に導入する第２の原料導入路と、上記
部分酸化室で生成した水素と一酸化炭素の合成ガスおよ
び上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭素の合成
ガスを合流させ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２の要旨とする。
め、本発明は、炭化水素原料と、酸素または空気を第１
の原料導入路を経由させて反応器の部分酸化室に導入
し、この部分酸化室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、炭化水素原料と水蒸気
を第２の原料導入路を経由させ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、上記部分酸化室で
生成した合成ガスと上記水蒸気改質部で生成した合成ガ
スを合流させ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、内部に、触媒を充填した水蒸
気改質部および上記水蒸気改質部を取り囲む燃焼器付き
部分酸化室を設けた反応器と、炭化水素原料と、酸素ま
たは空気を上記反応器の部分酸化室の燃焼器に導入する
第１の原料導入路と、炭化水素原料と水蒸気を上記反応
器の水蒸気改質部に導入する第２の原料導入路と、上記
部分酸化室で生成した水素と一酸化炭素の合成ガスおよ
び上記水蒸気改質部で生成した水素と一酸化炭素の合成
ガスを合流させ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２の要旨とする。
【００１３】すなわち、本発明の水素製造方法は、水素
源となる炭化水素原料の一部と酸素または空気を反応器
の部分酸化室に導入し、一方、水素源となる炭化水素原
料の残部と水蒸気を反応器の水蒸気改質部に導入する。
上記部分酸化室では、部分酸化により、水素と一酸化炭
素を含む水素リッチな合成ガスを発生させる。この部分
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水素リッチな合成ガスを水蒸気
改質部で発生させる。このように、本発明では、部分酸
化による発熱量で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、高効
率で水素および一酸化炭素を製造することができる。し
かも、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。
さらに、炭化水素原料としては、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ブタ
ン，ナフサ等の原料を用い、これを部分酸化室および水
蒸気改質部に導入する場合だけでなく、水蒸気改質と部
分酸化（低価格なナフサ級以上の重質油の利用も可能で
ある）で異なる炭化水素原料を使用することにより、さ
らに経済性を高めることができる。このように、本発明
の方法は、従来の水蒸気改質法と部分酸化法に変わる高
効率のプロセスである。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、部分酸化と水蒸気改質の比率は部分酸化による発
熱量と水蒸気改質による吸熱量のバランスが適切になる
ように決定される。また、部分酸化では、温度調節のた
めスチームを炭化水素原料，酸素に混合させることもで
きる。
源となる炭化水素原料の一部と酸素または空気を反応器
の部分酸化室に導入し、一方、水素源となる炭化水素原
料の残部と水蒸気を反応器の水蒸気改質部に導入する。
上記部分酸化室では、部分酸化により、水素と一酸化炭
素を含む水素リッチな合成ガスを発生させる。この部分
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水素リッチな合成ガスを水蒸気
改質部で発生させる。このように、本発明では、部分酸
化による発熱量で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、高効
率で水素および一酸化炭素を製造することができる。し
かも、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。
さらに、炭化水素原料としては、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ブタ
ン，ナフサ等の原料を用い、これを部分酸化室および水
蒸気改質部に導入する場合だけでなく、水蒸気改質と部
分酸化（低価格なナフサ級以上の重質油の利用も可能で
ある）で異なる炭化水素原料を使用することにより、さ
らに経済性を高めることができる。このように、本発明
の方法は、従来の水蒸気改質法と部分酸化法に変わる高
効率のプロセスである。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、部分酸化と水蒸気改質の比率は部分酸化による発
熱量と水蒸気改質による吸熱量のバランスが適切になる
ように決定される。また、部分酸化では、温度調節のた
めスチームを炭化水素原料，酸素に混合させることもで
きる。
【００１４】本発明において、製品ガス（水素と一酸化
炭素を含む水素リッチな合成ガス）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。
炭素を含む水素リッチな合成ガス）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。
【００１５】
【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。
【００１６】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、その
内部空間が部分酸化反応室２に形成されているととも
に、その上壁に複数（この実施の形態では、３つ）のバ
ーナー（燃焼器）３が取り付けられている。また、上記
部分酸化反応室２には、その内部に、Ｎｉ触媒が充填さ
れた複数（この実施の形態では、２つ）のＮｉ触媒塔
（水蒸気改質部）４が縦向きに配設されており、それぞ
れガス入口が反応器１の上壁に開口し、ガス出口が反応
器１の下壁に開口している。このようなＮｉ触媒塔４
は、その外部が部分酸化による燃焼熱により１３００〜
１５００℃で加熱されているときに、内部が８００〜９
００℃となるように、設計されている。５は炭化水素原
料（水素源となる炭化水素原料の一部）と純酸素（酸素
濃度は９５％以上であり、その量は、炭化水素の完全燃
焼に必要な酸素量の３０〜４０％に相当する量である）
を上記３つのバーナー３に導入する第１の原料導入パイ
プであり、その先端部から分岐する３つの分岐パイプが
各バーナー３に連結している。６は炭化水素原料（水素
源となる炭化水素原料の残部）とスチームを上記両Ｎｉ
触媒塔４に導入する第２の原料導入パイプであり、その
先端部から分岐する２つの分岐パイプが各Ｎｉ触媒塔４
のガス入口に連結している。７はＮｉ触媒塔４のガス出
口から延びる導出パイプであり、８は部分酸化室２の下
壁から延びる導出パイプであり、これら各導出パイプ
７，８が製品ガス導出パイプ９に連結している。この製
品ガス導出パイプ９には、熱交換器１０（製品ガス導出
パイプ９を通る製品ガスとパイプ１３を通る冷却水との
間で熱交換をする）と一酸化炭素転化反応器１１が設け
られている。１２は一酸化炭素転化反応器１１で得られ
た高純度水素を取り出す製品水素取出しパイプである。
態を示している。図において、１は反応器であり、その
内部空間が部分酸化反応室２に形成されているととも
に、その上壁に複数（この実施の形態では、３つ）のバ
ーナー（燃焼器）３が取り付けられている。また、上記
部分酸化反応室２には、その内部に、Ｎｉ触媒が充填さ
れた複数（この実施の形態では、２つ）のＮｉ触媒塔
（水蒸気改質部）４が縦向きに配設されており、それぞ
れガス入口が反応器１の上壁に開口し、ガス出口が反応
器１の下壁に開口している。このようなＮｉ触媒塔４
は、その外部が部分酸化による燃焼熱により１３００〜
１５００℃で加熱されているときに、内部が８００〜９
００℃となるように、設計されている。５は炭化水素原
料（水素源となる炭化水素原料の一部）と純酸素（酸素
濃度は９５％以上であり、その量は、炭化水素の完全燃
焼に必要な酸素量の３０〜４０％に相当する量である）
を上記３つのバーナー３に導入する第１の原料導入パイ
プであり、その先端部から分岐する３つの分岐パイプが
各バーナー３に連結している。６は炭化水素原料（水素
源となる炭化水素原料の残部）とスチームを上記両Ｎｉ
触媒塔４に導入する第２の原料導入パイプであり、その
先端部から分岐する２つの分岐パイプが各Ｎｉ触媒塔４
のガス入口に連結している。７はＮｉ触媒塔４のガス出
口から延びる導出パイプであり、８は部分酸化室２の下
壁から延びる導出パイプであり、これら各導出パイプ
７，８が製品ガス導出パイプ９に連結している。この製
品ガス導出パイプ９には、熱交換器１０（製品ガス導出
パイプ９を通る製品ガスとパイプ１３を通る冷却水との
間で熱交換をする）と一酸化炭素転化反応器１１が設け
られている。１２は一酸化炭素転化反応器１１で得られ
た高純度水素を取り出す製品水素取出しパイプである。
【００１７】上記装置を用い、水素を製造する場合に
は、まず、第１の原料導入パイプ５により炭化水素原料
と純酸素を上記３つのバーナー３に導入し、導入した炭
化水素原料の一部と純酸素を燃焼させる。この燃焼熱に
より残存炭化水素原料を部分酸化反応室２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。一
方、第２の原料導入パイプ６により炭化水素原料とスチ
ームを上記両Ｎｉ触媒塔４に導入し、両Ｎｉ触媒塔４で
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
せた合成ガスを導出パイプ７，８に取り出し、製品ガス
導出パイプ９で合流させたのち、熱交換器１０で所定温
度に降温させ、一酸化炭素転化反応器１１に送る。この
一酸化炭素転化反応器１１では一酸化炭素を水素に転化
し、高純度水素を製品水素取出しパイプ１２で取り出
す。
は、まず、第１の原料導入パイプ５により炭化水素原料
と純酸素を上記３つのバーナー３に導入し、導入した炭
化水素原料の一部と純酸素を燃焼させる。この燃焼熱に
より残存炭化水素原料を部分酸化反応室２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。一
方、第２の原料導入パイプ６により炭化水素原料とスチ
ームを上記両Ｎｉ触媒塔４に導入し、両Ｎｉ触媒塔４で
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
せた合成ガスを導出パイプ７，８に取り出し、製品ガス
導出パイプ９で合流させたのち、熱交換器１０で所定温
度に降温させ、一酸化炭素転化反応器１１に送る。この
一酸化炭素転化反応器１１では一酸化炭素を水素に転化
し、高純度水素を製品水素取出しパイプ１２で取り出
す。
【００１８】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、部分酸化反応では、ＮＯX が発生し
ないため、ＮＯX 除去用の設備が不要になる。さらに、
Ｎｉ触媒塔４のＮｉ触媒の消費量が大幅に減少する。さ
らに、一酸化炭素転化反応器１１を設けているため、高
純度の水素を製造することができる。
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、部分酸化反応では、ＮＯX が発生し
ないため、ＮＯX 除去用の設備が不要になる。さらに、
Ｎｉ触媒塔４のＮｉ触媒の消費量が大幅に減少する。さ
らに、一酸化炭素転化反応器１１を設けているため、高
純度の水素を製造することができる。
【００１９】図２は本発明の他の実施の形態を示してい
る。この実施の形態では、反応器１に設ける両Ｎｉ触媒
塔４のガス出口を部分酸化反応室２に開口している。ま
た、反応器１の側壁にバーナー３（図面では、１つしか
示されていない）を取り付けており、反応器１の下壁か
ら製品ガス導出パイプ９を延ばしている。このもので
は、両Ｎｉ触媒塔４で生成した合成ガスを部分酸化反応
室２に導出し、この部分酸化反応室２で生成した合成ガ
スと混合させたのち、製品ガス導出パイプ９から取り出
すようにしている。それ以外の部分は上記実施の形態と
同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。こ
の実施の形態でも、上記実施の形態と同様の作用・効果
を奏する。
る。この実施の形態では、反応器１に設ける両Ｎｉ触媒
塔４のガス出口を部分酸化反応室２に開口している。ま
た、反応器１の側壁にバーナー３（図面では、１つしか
示されていない）を取り付けており、反応器１の下壁か
ら製品ガス導出パイプ９を延ばしている。このもので
は、両Ｎｉ触媒塔４で生成した合成ガスを部分酸化反応
室２に導出し、この部分酸化反応室２で生成した合成ガ
スと混合させたのち、製品ガス導出パイプ９から取り出
すようにしている。それ以外の部分は上記実施の形態と
同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。こ
の実施の形態でも、上記実施の形態と同様の作用・効果
を奏する。
【００２０】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と、メタンを用いた場合を例に
挙げ、理論的算出により、その有効性を確認した。下記
の表１は、炭化水素原料としてブタンを用いた場合であ
り、表２はメタンを用いた場合である。また、両表にお
いて、「部分酸化に用いる酸素量」の欄における、理論
量の３５％とは、完全燃焼に必要な理論量の３５％とい
う意味である。
してブタンを用いた場合と、メタンを用いた場合を例に
挙げ、理論的算出により、その有効性を確認した。下記
の表１は、炭化水素原料としてブタンを用いた場合であ
り、表２はメタンを用いた場合である。また、両表にお
いて、「部分酸化に用いる酸素量」の欄における、理論
量の３５％とは、完全燃焼に必要な理論量の３５％とい
う意味である。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】上記の両表から明らかなように、本発明の
方が従来例（既存の水蒸気改質法）に比較して、１モル
の炭化水素からより多くの水素を発生することができる
ことがわかる。また、水素製造ではなく、一酸化炭素製
造を目的とする場合においても、従来例より高い効率で
一酸化炭素を製造することができることもわかる。な
お、上記両表中の数値は、代表的な数値があり、目的に
応じて、水蒸気改質と部分酸化の割合，部分酸化の用い
る酸素量，反応温度等が当然異なってくるものである。
方が従来例（既存の水蒸気改質法）に比較して、１モル
の炭化水素からより多くの水素を発生することができる
ことがわかる。また、水素製造ではなく、一酸化炭素製
造を目的とする場合においても、従来例より高い効率で
一酸化炭素を製造することができることもわかる。な
お、上記両表中の数値は、代表的な数値があり、目的に
応じて、水蒸気改質と部分酸化の割合，部分酸化の用い
る酸素量，反応温度等が当然異なってくるものである。
【００２４】なお、上記各実施の形態では、第１の原料
導入パイプ５により炭化水素原料と純酸素を各バーナー
３に導入するようにしているが、純酸素に代えて空気を
導入するようにしてもよい。
導入パイプ５により炭化水素原料と純酸素を各バーナー
３に導入するようにしているが、純酸素に代えて空気を
導入するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、部分酸
化による発熱量で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、高効
率で水素および一酸化炭素を製造することができる。し
かも、部分酸化反応では、ＮＯ X 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。
さらに、炭化水素原料としては、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ブタ
ン，ナフサ等の原料を用い、これを部分酸化室および水
蒸気改質部に導入する場合だけでなく、水蒸気改質と部
分酸化（低価格なナフサ級以上の重質油の利用も可能で
ある）で異なる炭化水素原料を使用することにより、さ
らに経済性を高めることができ。このように、本発明の
方法は、従来の水蒸気改質法と部分酸化法に変わる高効
率のプロセスである。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。
化による発熱量で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、高効
率で水素および一酸化炭素を製造することができる。し
かも、部分酸化反応では、ＮＯ X 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。
さらに、炭化水素原料としては、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ブタ
ン，ナフサ等の原料を用い、これを部分酸化室および水
蒸気改質部に導入する場合だけでなく、水蒸気改質と部
分酸化（低価格なナフサ級以上の重質油の利用も可能で
ある）で異なる炭化水素原料を使用することにより、さ
らに経済性を高めることができ。このように、本発明の
方法は、従来の水蒸気改質法と部分酸化法に変わる高効
率のプロセスである。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。
【００２６】本発明において、製品ガス（水素と一酸化
炭素を含む水素リッチな合成ガス）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。
炭素を含む水素リッチな合成ガス）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】本発明の他の一実施の形態を示す概略説明図で
ある。
ある。
【図３】従来例の概略説明図である。
１ 反応器 ２ 部分酸化反応室 ３ バーナー ４ Ｎｉ触媒塔 ５ 第１の原料導入パイプ ６ 第２の原料導入パイプ
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)
- 【請求項１】 炭化水素原料と、酸素または空気を第１
の原料導入路を経由させて反応器の部分酸化室に導入
し、この部分酸化室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、炭化水素原料と水蒸気
を第２の原料導入路を経由させ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、上記部分酸化室で
生成した合成ガスと上記水蒸気改質部で生成した合成ガ
スを合流させ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】 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記
載の水素製造方法。 - 【請求項３】 内部に、触媒を充填した水蒸気改質部お
よび上記水蒸気改質部を取り囲む燃焼器付き部分酸化室
を設けた反応器と、炭化水素原料と、酸素または空気を
上記反応器の部分酸化室の燃焼器に導入する第１の原料
導入路と、炭化水素原料と水蒸気を上記反応器の水蒸気
改質部に導入する第２の原料導入路と、上記部分酸化室
で生成した水素と一酸化炭素の合成ガスおよび上記水蒸
気改質部で生成した水素と一酸化炭素の合成ガスを合流
させ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４】 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３記載
の水素製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10049797A JPH10291802A (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 |
|---|---|---|---|
| JP10049797A JPH10291802A (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 (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291802A true JPH10291802A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14275577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10049797A Pending JPH10291802A (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) | JPH10291802A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113457444A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-01 | 重庆朗福环保科技有限公司 | 一种一氧化碳脱除系统 |
-
1997
- 1997-04-17 JP JP10049797A patent/JPH10291802A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113457444A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-10-01 | 重庆朗福环保科技有限公司 | 一种一氧化碳脱除系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040412 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061101 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070116 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070703 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |