JP3912214B2 - 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、大気圧で一定の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、管体内を衝撃波による衝撃圧縮によって反応性物質とガスとの反応に充分な高温状態とするために衝撃圧縮の圧縮比を高くするには高圧ガスの圧力を高くする必要がある。その結果、反応性物質との反応に必要なガス量よりも余計にガスが管体内に供給され、この余剰ガスは反応性物質と反応することなく排出され無駄となってしまう。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、高圧ガスの使用量の低減化を図り衝撃波を発生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、該圧縮室内を減圧する減圧手段と、該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、上記減圧手段によって減圧された状態の上記圧縮室内に該衝撃波発生手段が高圧水蒸気又は水を瞬間的に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、減圧手段によって圧縮室内が減圧されると、該圧縮室内の気圧と衝撃波発生手段の高圧水蒸気の圧力との差が大きくなるので、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、より強い衝撃波を発生させる。この衝撃波は、上記圧縮室内に伝播して上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子が水蒸気と反応して水素含有ガスを生成する。
【0011】
本発明においては、減圧手段として、例えば真空ポンプを用いることができる。特に、反応物質としての水蒸気が真空ポンプ内のシール用液体に侵入して真空ポンプの性能を低下させることを防止するため、水封式真空ポンプを適用するのが望ましい。
【0012】
【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。
【0013】
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。
【0014】
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、収束管2内を減圧する後述の真空ポンプ13の接続のための減圧口11とが形成されている。この減圧口11には、所定時に開放される制御弁12が設けられている。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
次に、減圧口11には、収束管2内の気体、すなわち空気等を収束管2内への反応性粒子供給後前かつ高圧水蒸気供給前に吸引して収束管2内を減圧する真空ポンプ13が接続されている。本実施形態では、真空ポンプ13は水封式真空ポンプであるので、反応物質である水蒸気によるシール用液体の希釈に伴う真空性能の悪化の防止が図られている。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
▲1▼ 先ず、制御弁12が開かれると共に真空ポンプ13によって減圧口11から収束管2内の気体が吸引されて収束管2内が所望に減圧される。この減圧後、制御弁12は閉じられる。次に、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。
【0023】
▲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。衝撃波による衝撃圧縮後の収束管2の温度は衝撃圧縮の圧縮比で決まる。本実施形態では、真空ポンプ13によって収束管2内を減圧した状態で収束管2内へ高圧水蒸気が噴射されて供給されるので、高圧水蒸気の圧力をそれぼど大きくしなくても圧縮比を大きくすることができ、より強力な衝撃波を発生できる。
【0024】
▲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。
【0025】
▲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。
【0026】
尚、本実施形態では減圧手段として真空ポンプ13を収束管2の減圧口11に直接接続したが、真空ポンプによって減圧された比較的大容量の減圧タンクを開閉弁を介して減圧口に接続し、該開閉弁を閉状態から開状態にすることにより圧縮室内を減圧するようにすると、圧縮室内を素早く減圧できるので好ましい。
【0027】
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。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、以上のごとく、減圧手段によって大気圧よりも減圧された状態の圧縮室内に衝撃波発生手段が高圧水蒸気を供給するので、高圧水蒸気の圧力を高くしなくても衝撃波による衝撃圧縮の圧縮比を大きくでき、これにより高圧ガスとしての高圧水蒸気の使用量の低減化を図りつつ強力な衝撃波を発生させることができる。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。
【0029】
特に、減圧手段として水封式真空ポンプを用いることにより、該水封式真空ポンプのシール用液体が水であるため、反応物質である水蒸気によるシール用液体の希釈に伴う真空性能の悪化を防止できる。
【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 真空ポンプ(減圧手段)
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 constant tube at atmospheric pressure to generate a shock wave. In order to increase the compression ratio of the impact compression in order to obtain a high temperature state sufficient for the reaction with, it is necessary to increase the pressure of the high-pressure gas. As a result, more gas is supplied into the tube than the amount of gas required for reaction with the reactive substance, and this excess gas is exhausted without reacting with the reactive substance and is wasted. 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 capable of producing hydrogen by generating a shock wave by reducing the amount of high-pressure gas that is simple in structure and capable of being reduced in size. And
[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. Hydrogen is separated from the hydrogen-containing gas.
[0009]
In such a hydrogen production apparatus, a reaction chamber for containing a mixture of reactive particles and water vapor to compress the impact, a decompression means for depressurizing the compression chamber, and a reaction for supplying the reactive particles into the compression chamber And a shock wave generating means for generating a shock wave by intermittently supplying high-pressure steam or water into the compression chamber, the shock wave generating means being decompressed by the pressure reducing means. Is characterized by supplying high-pressure steam or water instantaneously.
[0010]
In the present invention having such a configuration, when the pressure in the compression chamber is reduced by the pressure reducing means, the difference between the pressure in the compression chamber and the pressure of the high-pressure steam in the shock wave generating means increases. When high pressure steam or water is supplied by the generating means, a stronger shock wave is generated. This shock wave propagates into the compression chamber, impact-compresses the mixture in the compression chamber, and heats it to a high temperature, whereby reactive particles in the mixture react with water vapor to generate a hydrogen-containing gas.
[0011]
In the present invention, for example, a vacuum pump can be used as the decompression means. In particular, it is desirable to apply a water ring vacuum pump in order to prevent water vapor as a reactant from entering the sealing liquid in the vacuum pump and degrading the performance of the vacuum pump.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
1 has a converging tube 2 having a large diameter at the upper end, a small diameter at the lower end, and a converging
[0014]
A
[0015]
1 is connected to other apparatuses for producing hydrogen gas as shown in FIG.
[0016]
The
[0017]
Next, a vacuum pump for reducing the pressure in the converging tube 2 by sucking the gas in the converging tube 2, that is, air or the like after supplying reactive particles into the converging tube 2 and before supplying high-pressure steam to the
[0018]
Connected to the reactive
[0019]
On the other hand, the
[0020]
The
[0021]
In the apparatus of this embodiment, hydrogen gas is produced in the following manner.
[0022]
(1) First, the
[0023]
(2) Next, the
[0024]
(3) Next, the
[0025]
{Circle around (4)} Thereafter, the
[0026]
In this embodiment, the
[0027]
Moreover, as reactive particles, substances containing hydrocarbons and carbon such as powder coke can be used in addition to waste plastic powder.
[0028]
【The invention's effect】
In the present invention, as described above, since the shock wave generating means supplies high-pressure steam into the compression chamber that has been depressurized from the atmospheric pressure by the pressure reducing means, compression of shock compression by shock waves without increasing the pressure of the high-pressure steam. The ratio can be increased, whereby a powerful shock wave can be generated while reducing the amount of high-pressure steam used as the high-pressure gas. 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.
[0029]
In particular, by using a water-sealed vacuum pump as the pressure reducing means, the sealing liquid of the water-sealed vacuum pump is water, so that deterioration of the vacuum performance due to dilution of the sealing liquid with water vapor as a reactant is prevented. it can.
[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 Vacuum pump (pressure reduction means)
17 Feeder (reactive particle supply means)
Claims (3)
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2002
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