JP3844227B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は水素製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子を収容する反応室内に水を供給し、反応室内を高温化して反応性粒子と水とを反応させて水素ガスを生成する水素製造装置は公知である。
【0003】
一方、所定の反応性物質を収容せる反応室たる管体内のガスを衝撃波で急激圧縮して高温として反応性物質とガスとを反応させて所望のガスを生成する装置が、米国特許第2832666号に開示されている。この公知の装置は、反応器として回転軸に平行な複数の管体を有しており、一つの管体へ一端側から原料たる反応性物質が供給され、上記回転軸まわりに回転して上記管体が所定位置にくるとそこで管体内に高圧ガスが供給されて衝撃波を生じ、この衝撃波によってガスを衝撃圧縮して高温化し反応性物質が該ガスと反応し、所望のガスが生成される。他の管体には、その間に、次のガス生成のために反応性物質が供給される。
【0004】
かかる装置には、複数の管体のそれぞれに、回転軸の回転位置に対応して所定のプロセスを行なうように開閉弁を両端で備え、又その開閉のための制御装置を有している。さらには、複数の管が回転軸まわりに回転することを許容しつつ、高圧ガスや反応性物質の供給、生成ガスの取出そして排気を各管で次々に行なうための機構をも有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記米国特許第2832666号の公知装置にあっては、空気と共に反応性物質を収容する管体内に高圧のガスが噴射されて衝撃波を発生させるので、空気の密度があまり高くないために衝撃波による衝撃圧縮によって管体内を超高温状態とすることは難しい。又、水素ガスを生成するには、どのように装置を構成すればよいのか明らかではない。
【0006】
更に、多くの管体及びそれぞれ開閉弁を必要とすること、これらを回転させる装置を必要とすること、回転位置に合わせて開閉動作を行なわなくてはならないこと、さらには、管体の回転を許容しつつ原料や高圧ガスの供給そして生成ガスの取出や排気を行なわなくてはならないこと、に起因して、機構が複雑化、大型化し、ひいては装置そして生成ガスのコストアップにつながる。
【0007】
本発明は、かかる事情に鑑み、構成が簡単で小型化を可能とし、衝撃波による衝撃圧縮によって容易に超高温状態を達成して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を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる水素製造装置は、炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させ、該水素含有ガスから水素を分離するようになっている。
【0009】
かかる水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部に代えて水蒸気よりも高密度な高密度気体を上記圧縮室に供給する高密度気体供給手段と、上記圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に高圧水蒸気又は水を間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記高密度気体供給手段による上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部の高密度気体との置換時に上記圧縮室内へ該衝撃波発生手段が高圧水蒸気又は水を供給することを特徴とする。
【0010】
このような構成の本発明では、上記高密度気体供給手段によって上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部が高密度気体に置換されると、圧縮室内が高密度化されるので、この状態で上記圧縮室内に衝撃波発生手段によって高圧水蒸気又は水が供給されると衝撃波によって上記圧縮室内が衝撃圧縮されて容易に超高温状態となる。これにより混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。
【0011】
本発明において、高密度気体は、反応性粒子と水蒸気との水素製造反応に関して不活性であることが望ましく、例えばアルゴン又は二酸化炭素であることが望ましい。
【0012】
又、圧縮室には該圧縮室内を減圧する減圧手段が接続され、高密度気体供給手段は、該減圧手段による減圧時に上記圧縮室内へ高密度気体を供給するようにすると、圧縮室内の気体と高密度気体の置換が容易であり、全置換も可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【0014】
図1の反応装置1は、上端で大径、下端で小径、そして中間部に収束部2Aをなす収束管2を有しており、該収束管2の内部空間が反応室としての圧縮室を形成している。該収束管2は上端に半径方向に張り出すフランジ部2Bを有し、ここにノズル取付体3がボルト(図示せず)等により取り付けられている。上記の取付体3には、複数のノズル4が互いの間隔が等しくなるようにそして収束管に対して全体に分布するように設けられている。これらの複数のノズル4は共通な一つの間欠噴射ポンプ5に接続されている。該間欠噴射ポンプ5は、後述する廃熱ボイラから高圧水蒸気の供給を受け、これを所定の瞬時に上記ノズル4から収束管2内、すなわち反応室たる圧縮室の内方へ噴射せしめる。
【0015】
上記収束管2の下端部には、ガス取出口6そして排気口7が形成されており、ここには所定時に開放される制御弁8,9が設けられている。さらに、これらのガス取出口6そして排気口7よりも若干上方の位置に、反応性粒子を収束管2内へ供給するための反応性粒子供給口10と、反応性粒子と水蒸気との水素製造反応に関して不活性な高密度気体であるアルゴン(Ar)を収束管2内へ供給するための高密度気体供給口11とが形成されている。この高密度気体供給口11のには、所定時に開放される制御弁12が設けられている。
【0016】
このような図1の反応装置1は水素ガスの製造のための他諸装置と図2のごとく接続されている。
【0017】
反応装置1の間欠噴射ポンプ5は、例えばごみ焼却炉等の大型熱プロセス設備14の廃熱ボイラ15から高圧水蒸気を受けるべく該廃熱ボイラ15に接続されている。
【0018】
次に、高密度気体供給口11には、収束管2内にArを供給するためArを収容するアルゴン収容タンク13が接続されている。
【0019】
反応性粒子供給口10には、反応性粒子としての廃プラスチックを他物質と分離後に破砕そして粉砕して廃プラスチック粉とした後に、これを所定時に制御弁16を介して供給するフィーダ17が接続されている。
【0020】
一方、ガス取出口6は制御弁8を介して除塵機18そして分離機(PSA)19接続されている。除塵機18水素含有ガスから未反応の反応性粒子等を除去するものであり、除去された未反応の反応性粒子を帰還させて再利用するため、上述のフィーダ17に接続されている。分離機19は水素含有ガスを水素ガスとCOガスとに分離してそれぞれ取り出すためのものであり、圧力振動吸着(PSA)装置が用いられている。又、水素の分離は圧力振動吸着法にかぎらず膜分離等の他の方法を用いてもよい。
【0021】
又、排気口7は制御弁9を介して排気管20が接続されており、反応後に残留している水蒸気を排出するものである。
【0022】
かかる本実施形態装置にあっては、水素ガスは次の要領で製造される。
【0023】
▲1▼ 先ず、反応性粒子供給口10から反応性粒子としての廃プラスチック粉が反応室たる収束管2内へ供給される。この反応性粒子の供給後、反応性粒子供給口10の制御弁16は閉じられる。この時点では、他の制御弁8,9は依然として閉状態にある。そして、一旦制御弁9が開かれ、この時点で、制御弁12が開かれることによってアルゴン収容タンク13によって高密度気体供給口11から収束管2内にArの気体が供給されると共に収束管2内の気体の一部が排気口7から排出されてArに置換される。この置換後、制御弁9,12は閉じられる。
【0024】
▲2▼ 次に、間欠噴射ポンプ5が瞬間的に開き、廃熱ボイラ12からの高圧水蒸気を複数のノズル4からパルス状ジェットとして噴射する。複数ノズル4から噴射された高圧水蒸気は、衝撃波を発生する。衝撃波が収束管2の下端へ向け進行する際に、収束管2Aで合流収束しさらに高圧となる。この収束衝撃波は、収束管2の下端へ進行し、反応室たる収束管2内で水蒸気を反応性粒子と共に急激圧縮して昇温せしめ、例えば3000°Kに達する。それによって反応が生じ、水素ガスそしてCOガスが生成される。本実施形態では、上述したように収束管2内の気体の一部が水蒸気よりも高密度なアルゴンに置換されているので、収束管2内の空間が高密度化されて、衝撃波による衝撃圧縮によって超高温となる。
【0025】
▲3▼ 次に、制御弁8が開き、水素ガスとCOガスが混在する水素含有ガスがガス取出口6から取り出され、除塵機18にて未反応の反応性粒子等が除去され、水素含有ガスは分離機19にて水素ガスとCOガスとに分離されてそれぞれ取り出される。
【0026】
▲4▼ しかる後、制御弁8は閉じられると共に、制御弁9が開放されて、収束管2内の水蒸気等が残留ガスとして排気管20を経て排気される。かくして、水素ガス生成のための一回のサイクルを終了し、次のサイクルへ備える。このとき、収束管2内の気体のほぼ全ては水蒸気である。本実施形態では、以上のサイクルを繰り返すことにより連続的に水素ガスが生成されるので、収束管2内の水蒸気の一部がアルゴン収容タンク13からのArに置換されることとなる。
【0027】
尚、本実施形態では、高密度気体としてアルゴンを用いたが、水蒸気よりも高密度でかつ水素製造反応において不活性であれば、CO2等他の気体でもよい。又、本実施形態では、圧縮室内の水蒸気の一部を高密度気体と置換したが、圧縮室内の水蒸気の全部を高密度気体と置換すると更に圧縮室内の高密度化がより高くなるので好ましい。この場合、圧縮室内を減圧する減圧手段としての真空ポンプ等で圧縮室内を真空状態にした後に高密度気体を該圧縮室内に供給するとよい。
【0028】
又、反応性粒子としては廃プラスチック粉の他に粉コークスなど炭化水素や炭素を含有する物質を利用可能である。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、以上のごとく、高密度気体供給手段によって水蒸気よりも高密度な高密度気体によって圧縮室内の少なくとも一部の水蒸気が置換されるので、圧縮室内が高密度化されて、上記圧縮室内を衝撃波によって衝撃圧縮することによって超高温とすることができる。又、反応性粒子を収容する圧縮室内へ高圧水蒸気を瞬間的に供給するだけで衝撃波を発生させこれによって水素ガスを生成できるので、装置がきわめて簡単で小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての水素製造装置のための反応装置を示す断面図である。
【図2】図1の反応装置を用いた水素製造装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
1 反応装置
2 収束管(圧縮室)
5 間欠噴射ポンプ(衝撃波発生手段)
13 アルゴン収容タンク(高密度気体供給手段)
17 フィーダ(反応性粒子供給手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen production apparatus.
[0002]
[Prior art]
A hydrogen production apparatus is known in which water is supplied into a reaction chamber containing reactive particles containing hydrocarbons or carbon, and the reaction chamber is heated to react the reactive particles with water to generate hydrogen gas.
[0003]
On the other hand, an apparatus for generating a desired gas by reacting a reactive substance and a gas at a high temperature by abruptly compressing a gas in a tube serving as a reaction chamber containing a predetermined reactive substance with a shock wave is disclosed in US Pat. No. 2,832,666. Is disclosed. This known apparatus has a plurality of pipes parallel to a rotation axis as a reactor, and a reactive substance as a raw material is supplied to one pipe from one end side, and rotates around the rotation axis. When the pipe body is in a predetermined position, a high-pressure gas is supplied into the pipe body to generate a shock wave, and the shock wave compresses and compresses the gas to a high temperature, and the reactive substance reacts with the gas to generate a desired gas. . In the meantime, the other tubes are fed with reactive substances for the next gas production.
[0004]
In such a device, each of the plurality of pipes is provided with an opening / closing valve at both ends so as to perform a predetermined process corresponding to the rotational position of the rotating shaft, and has a control device for opening and closing the valve. Furthermore, it has a mechanism for supplying a high-pressure gas and a reactive substance, taking out a generated gas, and exhausting each pipe one after another while allowing a plurality of pipes to rotate around the rotation axis.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the known apparatus of U.S. Pat. No. 2,832,666, a high-pressure gas is injected into a tube containing a reactive substance together with air to generate a shock wave, so the density of air is not so high. It is difficult to bring the tube into an ultra-high temperature state by impact compression due to. Also, it is not clear how to configure the device to generate hydrogen gas.
[0006]
Furthermore, many tubes and their respective open / close valves are required, a device for rotating them is required, the opening / closing operation must be performed in accordance with the rotational position, and the tube is rotated. Due to the fact that raw materials and high-pressure gas must be supplied and the generated gas must be taken out and exhausted while allowing, the mechanism becomes complicated and large in size, which leads to an increase in the cost of the apparatus and the generated gas.
[0007]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that is simple in structure and can be reduced in size, and that can easily achieve an ultra-high temperature state by shock compression using a shock wave to produce hydrogen. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The hydrogen production apparatus according to the present invention generates a hydrogen-containing gas by reacting the reactive particles with the water vapor by heating a mixture of the reactive particles containing hydrocarbon or carbon and the water vapor to a high temperature. And hydrogen is separated from the hydrogen-containing gas.
[0009]
In such a hydrogen production apparatus, in order to shock compress the mixture of reactive particles and water vapor, a compression chamber containing the mixture, and a high-density gas higher in density than water vapor instead of at least part of the water vapor in the compression chamber A high-density gas supply means for supplying gas to the compression chamber, a reactive particle supply means for supplying reactive particles into the compression chamber, and a high-pressure steam or water are intermittently supplied into the compression chamber to generate shock waves. Shock wave generating means for supplying the high-pressure steam or water to the compression chamber when the high-density gas supply means replaces at least a portion of the water vapor in the compression chamber with high-density gas. Features.
[0010]
In the present invention having such a configuration, when at least a part of the water vapor in the compression chamber is replaced with the high-density gas by the high-density gas supply means, the compression chamber is densified. When high-pressure steam or water is supplied into the room by the shock wave generating means, the compression chamber is shock-compressed by the shock wave and easily enters an ultra-high temperature state. As a result, the reactive particles in the mixture are reacted with water vapor to generate a hydrogen-containing gas.
[0011]
In the present invention, the high-density gas is desirably inert with respect to a hydrogen production reaction between reactive particles and water vapor, and is desirably argon or carbon dioxide, for example.
[0012]
The compression chamber is connected to decompression means for decompressing the compression chamber, and the high-density gas supply means supplies the high-density gas to the compression chamber when decompressed by the decompression means. High-density gas replacement is easy, and total replacement is also possible.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0014]
1 has a converging tube 2 having a large diameter at the upper end, a small diameter at the lower end, and a converging
[0015]
A
[0016]
1 is connected to various apparatuses for producing hydrogen gas as shown in FIG.
[0017]
The
[0018]
Next, in order to supply Ar into the converging tube 2, an
[0019]
Connected to the reactive
[0020]
On the other hand, the
[0021]
The
[0022]
In the apparatus of this embodiment, hydrogen gas is produced in the following manner.
[0023]
(1) First, waste plastic powder as reactive particles is supplied from the reactive
[0024]
(2) Next, the
[0025]
(3) Next, the
[0026]
{Circle around (4)} Thereafter, the
[0027]
In this embodiment, argon is used as the high-density gas. However, other gas such as CO 2 may be used as long as it has a higher density than water vapor and is inert in the hydrogen production reaction. Further, in the present embodiment, a part of the water vapor in the compression chamber is replaced with the high-density gas. However, it is preferable to replace all the water vapor in the compression chamber with the high-density gas because the density in the compression chamber is further increased. In this case, it is preferable to supply the high-density gas into the compression chamber after the compression chamber is evacuated with a vacuum pump or the like as decompression means for decompressing the compression chamber.
[0028]
Moreover, as reactive particles, substances containing hydrocarbons or carbon such as powdered coke can be used in addition to waste plastic powder.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since at least a part of the water vapor in the compression chamber is replaced by the high-density gas having a density higher than that of the water vapor by the high-density gas supply means, Can be made extremely hot by shock compression with shock waves. In addition, a shock wave can be generated simply by supplying high-pressure steam instantaneously into the compression chamber containing the reactive particles, thereby generating hydrogen gas. Therefore, the apparatus can be extremely simple and downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a reaction apparatus for a hydrogen production apparatus as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a hydrogen production apparatus using the reaction apparatus of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Reactor 2 Converging tube (compression chamber)
5 Intermittent injection pump (shock wave generating means)
13 Argon storage tank (high density gas supply means)
17 Feeder (reactive particle supply means)
Claims (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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