JP7129332B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水素製造装置に関し、特に、炭化水素原料を改質して水素を製造する水素製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogen production apparatus, and more particularly to a hydrogen production apparatus that reforms a hydrocarbon raw material to produce hydrogen.
特許文献1には、改質器に水蒸気と原料炭化水素を供給して水蒸気改質することにより改質ガスを生成する水素製造装置が記載されている。 Patent Literature 1 describes a hydrogen production apparatus that supplies steam and raw hydrocarbons to a reformer and steam reforms them to produce a reformed gas.
このような水素製造装置は、改質ガスを水素精製器で製品水素と不純物(オフガス)に分離することで製品水素を精製しているが、水素精製器に供給する前に圧縮機で改質ガスを圧縮する(高圧にする)ことによって水素精製器で精製される水素の純度向上を図っている。 In such a hydrogen production system, product hydrogen is purified by separating reformed gas into product hydrogen and impurities (off-gas) in a hydrogen purifier. The purity of the hydrogen refined by the hydrogen purifier is improved by compressing the gas (high pressure).
ところで、圧縮機はその駆動により圧縮機自体が昇温されるため、循環型の冷媒等によって冷却されている。圧縮機によって加熱された冷媒の熱を外部に排出している場合には、装置全体の熱効率の点で改善の余地がある。 By the way, since the compressor itself is heated by its driving, it is cooled by a circulating refrigerant or the like. If the heat of the refrigerant heated by the compressor is discharged to the outside, there is room for improvement in terms of the thermal efficiency of the entire device.
一方、改質器に供給される水は、加熱により水蒸気とされ、炭化水素の水蒸気改質に用いられる。しかし、この水を装置外部から供給された燃料の燃焼によって加熱する場合には、装置全体の熱効率の点で改善の余地がある。 On the other hand, the water supplied to the reformer is converted into steam by heating and used for steam reforming of hydrocarbons. However, if this water is heated by combustion of fuel supplied from the outside of the device, there is room for improvement in terms of the thermal efficiency of the entire device.
本発明の課題は、装置全体の熱効率を向上させた水素製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus with improved thermal efficiency of the entire apparatus.
請求項1記載の水素製造装置は、炭化水素と水が原料として供給され、前記炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスから水を分離する昇圧前水分離部と、前記昇圧前水分離部と接続され、前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段と接続され、前記改質ガスから水を分離する昇圧後水分離部と、前記昇圧後水分離部と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素に精製する水素精製器と、前記昇圧前水分離部と前記昇圧後水分離部で分離され前記改質器に供給される水で前記昇圧手段の熱を回収する熱回収手段と、を備える。 A hydrogen production apparatus according to claim 1, comprising: a reformer supplied with hydrocarbons and water as raw materials, reforming the hydrocarbons to produce a reformed gas containing hydrogen as a main component; and the reformer. a pre-pressurization water separation unit connected to separate water from the reformed gas; a pre-pressurization water separation unit connected to the pre-pressurization water separation unit to pressurize the reformed gas; a post-pressurization water separation unit for separating water from gas; and a hydrogen purifier connected to the post-pressurization water separation unit for separating the reformed gas into product hydrogen and off-gas, which is an impurity, and purifying the product hydrogen; a heat recovery means for recovering heat of the pressure increasing means with the water separated by the pre-pressurization water separation section and the post-pressurization water separation section and supplied to the reformer.
この水素製造装置によれば、改質器で生成された改質ガスが昇圧手段で圧縮され、水素精製器に供給されることにより製品水素とオフガスに分離され、製品水素が精製される。 According to this hydrogen production apparatus, the reformed gas produced by the reformer is compressed by the pressurizing means and supplied to the hydrogen purifier, where it is separated into product hydrogen and off-gas, and the product hydrogen is purified.
ところで、昇圧手段は改質ガスを圧縮することにより昇温する。昇圧手段の熱は、熱回収手段において改質器に原料として供給される水(以下、「改質用水」という)に回収される。すなわち、改質用水が加熱される。 By the way, the pressurizing means raises the temperature by compressing the reformed gas. The heat of the pressurizing means is recovered by the heat recovery means in water supplied as a raw material to the reformer (hereinafter referred to as "reforming water"). That is, the reforming water is heated.
このように、改質用水は改質器に供給される前に、昇圧手段の熱により加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 In this way, the reforming water is heated by the heat of the pressurizing means before it is supplied to the reformer, so that the amount of heat required to heat the reforming water by other means to generate the reformed gas is reduced. be.
すなわち、昇圧手段の熱の少なくとも一部を外部に排出することなく、改質用水の加熱に用いているため、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 That is, since at least part of the heat of the pressure increasing means is used for heating the reforming water without being discharged to the outside, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.
請求項2記載の水素製造装置は、請求項1記載の水素製造装置において、前記熱回収手段は、前記昇圧手段を冷却した冷媒が流れる冷媒流路と、前記冷媒流路上に設けられ、前記改質器に供給される水と前記冷媒とが熱交換される第1熱交換器と、を備える。 The hydrogen production apparatus according to claim 2 is the hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the heat recovery means is provided on a refrigerant flow path through which a refrigerant that has cooled the pressure increasing means flows, and on the refrigerant flow path. and a first heat exchanger in which heat is exchanged between the water supplied to the qualityr and the refrigerant.
この水素製造装置では、昇圧手段が改質ガスを圧縮することにより昇温するため、冷媒で冷却されている。冷媒は、昇圧手段を冷却することにより加熱され、昇温した状態で冷媒流路を流れる。 In this hydrogen production apparatus, since the pressurizing means compresses the reformed gas to raise the temperature, the reformed gas is cooled by a refrigerant. The coolant is heated by cooling the pressure increasing means, and flows through the coolant channel in a state of being heated.
この冷媒流路上には第1熱交換器が配設されている。したがって、第1熱交換器で昇温した冷媒と改質用水とが熱交換され、改質用水が加熱される。 A first heat exchanger is arranged on the refrigerant channel. Therefore, heat is exchanged between the refrigerant whose temperature has been raised in the first heat exchanger and the reforming water, and the reforming water is heated.
このように、改質用水は改質器に供給される前に、昇圧手段を冷却することによって昇温した冷媒と熱交換することにより加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 In this manner, before the reforming water is supplied to the reformer, the reforming water is heated by exchanging heat with the refrigerant heated by cooling the pressurizing means. The amount of heat required to heat the service water by other means is reduced.
すなわち、昇圧手段の熱の少なくとも一部を外部に排出することなく、冷媒を介して改質用水の加熱に用いているため、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 That is, since at least part of the heat of the pressure increasing means is used for heating the reforming water via the refrigerant without being discharged to the outside, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.
請求項3記載の水素製造装置は、請求項2記載の水素製造装置において、前記冷媒流路は、循環流路である。 The hydrogen production apparatus according to claim 3 is the hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the refrigerant channel is a circulation channel.
この水素製造装置では、昇圧手段を冷却する冷媒が循環型であり、第1熱交換器における改質用水との熱交換により昇温した冷媒が冷却される。したがって、昇温した冷媒を冷却するために他の手段が不要となり、又は他の手段で冷媒を冷却する熱量が低減され、水素製造装置全体の熱効率が向上する。 In this hydrogen production apparatus, the refrigerant that cools the pressurizing means is of a circulating type, and the refrigerant heated by heat exchange with the reforming water in the first heat exchanger is cooled. Therefore, another means for cooling the heated refrigerant is not required, or the amount of heat required to cool the refrigerant by other means is reduced, and the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved.
請求項4記載の水素製造装置は、請求項1記載の水素製造装置において、前記熱回収手段は、前記昇圧手段に設けられ、前記改質器に供給される水と前記昇圧手段とが熱交換される第2熱交換器である。 The hydrogen production apparatus according to claim 4 is the hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the heat recovery means is provided in the pressurizing means, and the water supplied to the reformer and the pressurizing means exchange heat. is the second heat exchanger.
この水素製造装置では、昇圧手段が改質ガスを圧縮することにより昇温する。昇圧手段には、改質用水と熱交換する第2熱交換器が設けられている。したがって、昇圧手段は、第2熱交換器で改質用水と熱交換されることにより冷却される。 In this hydrogen production apparatus, the pressurizing means compresses the reformed gas to raise the temperature. The pressurizing means is provided with a second heat exchanger that exchanges heat with the reforming water. Therefore, the pressurizing means is cooled by heat exchange with the reforming water in the second heat exchanger.
一方、改質用水は、第2熱交換器で昇圧手段と熱交換されることにより加熱され、改質器に供給される。 On the other hand, the reforming water is heated by exchanging heat with the pressurizing means in the second heat exchanger and supplied to the reformer.
このように、第2熱交換器において昇圧手段と改質用水とが熱交換されるため、昇圧手段を冷却するための他の冷却手段が不要になる。 Thus, heat is exchanged between the pressurizing means and the reforming water in the second heat exchanger, so that another cooling means for cooling the pressurizing means is not required.
また、改質用水は、改質器に供給される前に昇圧手段と熱交換することにより加熱されるため、改質ガスを生成するために改質用水を他の手段で加熱する熱量が低減される。 In addition, since the reforming water is heated by exchanging heat with the pressurizing means before being supplied to the reformer, the amount of heat required to heat the reforming water by other means to generate the reformed gas is reduced. be done.
すなわち、水素製造装置の熱効率を向上させることができる。 That is, it is possible to improve the thermal efficiency of the hydrogen production apparatus.
請求項1~4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production apparatus according to the inventions of claims 1 to 4 is configured as described above, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る水素製造装置の一例を図1及び図2を参照して説明する。
[First embodiment]
An example of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
〈水素製造装置〉
水素製造装置10は、図1に示すように、炭化水素(都市ガス)から水蒸気改質した改質ガスを生成する多重筒型改質器(以下、「改質器」という場合がある)12と、改質ガスを圧縮する圧縮機80と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製する水素精製器90と、を備えている。また、水素製造装置10は、圧縮機80の上流側、下流側でそれぞれ改質ガスから水分を分離・除去する昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60と、改質器12の後述する燃焼排ガスから水分を分離・除去する燃焼排ガス水分離部70と、を備えている。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, the
なお、この水素製造装置10は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。
The
(多重筒型改質器)
多重筒型改質器12は、図2に示すように、多重に配置された複数の筒状壁21、22、23、24(以下、「筒状壁21~24」という場合がある)を有している。複数の筒状壁21~24は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁21~24のうち内側から一番目の筒状壁21の内部には、燃焼室25が形成されており、この燃焼室25の上部には、バーナー26が下向きに配置されている。この多重筒型改質器12は、改質器の一例である。
(Multi-tube reformer)
As shown in FIG. 2, the multiple
さらに、この燃焼室25の上端部には、外部から燃焼用空気を供給するための空気供給管40が接続されている。バーナー26には、さらに外部から都市ガスを供給するための原料供給管33から分岐された原料分岐管33Aが接続されている。原料分岐管33Aには、空気供給管40から分岐された空気分岐管40Aが接続されている。したがって、バーナー26には、都市ガスに空気が混合された気体が、供給される構成である。
Furthermore, an
一番目の筒状壁21と二番目の筒状壁22との間には、燃焼排ガス流路27が形成されている。燃焼排ガス流路27の下端部は、燃焼室25と連通されており、燃焼排ガス流路27の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管28が接続されている。燃焼室25から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路27を下側から上側に流れ、ガス排出管28を通じて燃焼排ガス水分離部70へ送出される構成である。
A flue
また、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、第1流路31が形成されている。この第1流路31の上部は、予熱流路32として形成されており、この予熱流路32の上端部には、外部から都市ガスを供給するための原料供給管33と、改質用水を供給するための改質用水供給管34とが接続されている。さらに、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、螺旋部材35が設けられており、この螺旋部材35により、予熱流路32は、螺旋状に形成されている。
A first flow path 31 is formed between the second
予熱流路32には、都市ガスが原料供給管33から供給可能とされ、さらに、改質用水が改質用水供給管34から供給可能とされている。都市ガス及び改質用水は、予熱流路32を上側から下側に流れ、二番目の筒状壁22を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される構成である。この予熱流路32では、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される構成である。
City gas can be supplied to the preheating
また、第1流路31における予熱流路32の下側には、改質触媒層36が設けられており、予熱流路32にて生成された混合ガスは、改質触媒層36へ供給される構成である。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、混合ガスが水蒸気改質反応することによって、水素を主成分とする改質ガスが生成される構成である。
A reforming
さらに、三番目の筒状壁23と四番目の筒状壁24との間には、第2流路42が形成されている。第2流路42の下端部は、第1流路31の下端部と連通されている。第2流路42の下部は、改質ガス流路43として形成されており、第2流路42の上端部には、改質ガス排出管44が接続されている。
Furthermore, a
また、第2流路42における改質ガス流路43よりも上側には、CO変成触媒層45が設けられており、改質触媒層36で生成された改質ガスは、改質ガス流路43を通過した後、CO変成触媒層45へ供給される構成である。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して水素と二酸化炭素に変換され(水性シフト反応)、改質ガス中の一酸化炭素が低減可能とされている。
In addition, a CO
さらに、CO変成触媒層45の上側には、酸化剤ガス供給管46が接続されており、第2流路42におけるCO変成触媒層45よりも上側には、CO選択酸化触媒層47が設けられている。酸化剤ガス供給管46を通じて取り入れられた酸化剤ガス(例えば空気)、及び、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、CO選択酸化触媒層47へ供給される構成である。CO選択酸化触媒層47では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去可能とされている。CO変成触媒層45及びCO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44を通じて排出される構成である。
Furthermore, an oxidizing
多重筒型改質器12において生成された改質ガスは、図1に示すように、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、多重筒型改質器12、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90がこの順番で配置されている。
As shown in FIG. 1, the reformed gas generated in the
(昇圧前水分離部)
昇圧前水分離部50には、多重筒型改質器12から改質ガスG1を流入させる改質ガス排出管44の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管59が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管56が接続されている。改質ガスG1は、昇圧前水分離部50の上流の改質ガス排出管44に配置された熱交換器HE1において、冷媒との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧前水分離部50の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管59へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG2は、連絡流路管56へ送出される構成である。なお、熱交換器HE1は、例えば、チラーである。
(Pre-pressurization water separator)
The
(圧縮機)
圧縮機80には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG2が流れる連絡流路管56と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管66とが接続されている。圧縮機80は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG2を圧縮し、昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
(Compressor)
The
また、圧縮機80には冷却機構110が設けられており、圧縮動作によって昇温した圧縮機80が冷却機構110によって冷却される構成である。なお、圧縮機80が「昇圧手段」に相当する。
Further, the
(冷却機構)
冷却機構110は、圧縮機80を冷却する冷媒、例えば冷却水が循環するように設けられた冷媒循環流路112を有する。冷媒循環流路112上には、改質用水供給管34の改質用水と熱交換可能とされた熱交換器HE4と、冷媒を循環させるポンプ114と、ラジエータ116とが配設されている。
(cooling mechanism)
The
ラジエータ116には、圧縮機80との熱交換により高温となった冷媒を冷却するためのファン118が設けられている。
The
すなわち、冷却機構110は、圧縮機80を冷却することにより昇温した冷媒が、熱交換器HE4で改質用水との熱交換により冷却され、ラジエータ116でさらに冷却された後、再び圧縮機80に供給され、圧縮機80を冷却する構成である。
That is, in the
なお、熱交換器HE4及び冷媒循環流路112が「熱回収手段」に相当する。また、熱交換器HE4及び冷媒循環流路112がそれぞれ「第1熱交換器」、「冷媒流路」に相当する。
Note that the heat exchanger HE4 and the refrigerant
(昇圧後水分離部)
昇圧後水分離部60には、圧縮機80から改質ガスG2を流入させる連絡流路管66の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管69が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管68が接続されている。改質ガスG2は、昇圧後水分離部60の上流の連絡流路管66に配置された熱交換器HE2において、冷媒との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧後水分離部60の下部に水(液相)が貯留可能されている。当該水(液相)は、水回収管69へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG3は、連絡流路管68へ送出される構成である。なお、熱交換器HE2は、例えば、チラーである。
(Water separator after pressurization)
The post-pressurization
(水素精製器)
水素精製器90には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG3が流れる連絡流路管68の下流端と、精製された水素が送出される水素供給管92の上流端と、水素精製器90で分離されたオフガスが送出されるオフガス還流管100の上流端とが接続されている。
(hydrogen purifier)
The
水素精製器90は、一例として、PSA装置が使用されている。この水素精製器90では、一対の吸着槽を備え、一方の吸着槽で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着槽で吸着剤に吸着した不純物を脱着させる脱着工程を行い、次に一方の吸着槽で脱着工程、他方の吸着槽で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスG3を水素と一酸化炭素を含む不純物(オフガスOG)とに連続的に分離して、水素が精製される構成である。精製された水素は、水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留される、あるいは水素供給ラインへ送出可能とされている。
A PSA device is used as an example of the
水素精製器90のオフガスは、オフガス還流管100を介して改質器12の燃焼室25に設けられたバーナー26に供給可能とされている。
The off-gas from the
〈オフガスタンク〉
水素精製器90と改質器12のバーナー26とを連通するオフガス還流管100上には、オフガスタンク102が設けられている。したがって、水素精製器90から供給されたオフガスがオフガスタンク102に一旦貯留され、流量や組成が平準化された後、改質器12のバーナー26に供給される構成である。
<Off gas tank>
An
(燃焼排ガス水分離部)
燃焼排ガス水分離部70には、改質器12の燃焼排ガス流路27から燃焼排ガスを導くガス排出管28の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管78が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管76が接続されている。燃焼室25から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部70の上流のガス排出管28に配置された熱交換器HE3において、冷媒との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、燃焼排ガス水分離部70の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管78へ送出される構成である。水が凝縮された後の燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される構成である。なお、熱交換器HE3は、例えば、チラーである。
(Combustion exhaust gas water separator)
A downstream end of a
(改質用供給管)
水回収管59、69、78の各々の下流端は、改質用水供給管34に接続されている。改質用水供給管34には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)34Aが設けられている。また、改質用水供給管34には、外部水供給部17が接続されている。外部水供給部17から改質用水供給管34に、例えば純水または市水が供給される構成である。
(supply pipe for reforming)
A downstream end of each of the
また、改質用水供給管34には、ポンプP1が設けられている。昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70で分離された水、又は外部水供給部17から供給された水は、ポンプP1によって多重筒型改質器12へ供給される構成である。
Further, the reforming
さらに、改質用水供給管34のポンプP1、水処理器34Aの下流側、最も改質器12側に熱交換器HE4が配設されている。すなわち、熱交換器HE4において、冷媒循環流路112を流れる昇温した冷媒と熱交換されることによって、改質器12に供給される改質用水が予め加熱される構成である。
Furthermore, a heat exchanger HE4 is disposed on the downstream side of the pump P1 of the reforming
(作用)
次に、水素製造装置10の作用について説明する。
(action)
Next, the action of the
図2に示すように、都市ガスが原料供給管33から、改質用水が改質用水供給管34からそれぞれ多重筒型改質器12の予熱流路32に供給される。多重筒型改質器12へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器12の予熱流路32で改質用水と混合されつつ加熱されて混合ガスとされ、改質触媒層36へ供給される。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、水蒸気改質反応によって混合ガスから水素を主成分とする改質ガスが生成される。この改質ガスは、改質ガス流路43を通ってCO変成触媒層45へ供給される。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。
As shown in FIG. 2 , city gas is supplied from a raw
さらに、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管46から供給される酸化剤ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層47へ供給され、貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44へ送出される。
Furthermore, the reformed gas that has passed through the CO
この際、多重筒型改質器12の燃焼室25では、原料分岐管33Aと空気分岐管40Aから供給された都市ガスと空気とが混合された気体がバーナー26によって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室25から燃焼排ガス流路27、ガス排出管28を介して燃焼排ガス水分離部70へ供給される。図1に示すように、燃焼排ガスに含まれる水(水蒸気)は、熱交換器HE3での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部70に水が貯留され、水回収管78へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される。
At this time, in the
一方、図1に示すように、改質器12から送出された所定品質の改質ガスG1は、改質ガス排出管44を経て、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から圧縮機80へ供給され、圧縮機80によって圧縮される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the reformed gas G1 of a predetermined quality sent from the
この際、圧縮機80は駆動(圧縮動作)により昇温されるが、冷却機構110の冷媒循環流路112を流れる冷媒によって十分に冷却され、性能が維持される。一方、圧縮機80の冷却によって加熱された冷媒は、冷媒循環流路112上に配設された熱交換器HE4において改質用水との熱交換により冷却され、さらにラジエータ116で冷却された後、圧縮機80に供給され、再び圧縮機80の冷却に供される。
At this time, although the temperature of the
圧縮機80により圧縮された改質ガスG2は、連絡流路管66から昇圧後水分離部60へ供給される。昇圧後水分離部60では、熱交換器HE2での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管69へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、連絡流路管68から水素精製器90へ供給される。
The reformed gas G2 compressed by the
なお、昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70からそれぞれ水回収管59、69、78に送出された水は、改質用水供給管34に戻される。ポンプP1の駆動により、改質用水供給管34から多重筒型改質器12に改質用水として供給される。
Water sent from the pre-pressurization
この際、熱交換器HE4で昇温した冷媒との熱交換により改質用水供給管34を流れる改質用水が加熱された後、改質器12に供給される。したがって、改質器12の予熱流路32において改質用水が都市ガスとの混合ガスとされる(気化される)ために必要な熱量が低減される。
At this time, the reforming water flowing through the reforming
一方、水素精製器90では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着槽の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着槽では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。水素精製器90では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着槽で一定の周期で繰り返すことにより、改質ガスG3から連続的に水素と不純物が分離されて水素が精製される。
On the other hand, the
水素精製器90で精製された製品としての水素は水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留される、あるいは水素供給ラインへ送られる。
Hydrogen as a product purified by the
一方、水素精製器90から排出されたオフガスOGは、オフガス還流管100を介して改質器12に供給される。すなわち、オフガス還流管100上に設けられたオフガスタンク102に一旦貯留された後、改質器12のバーナー26に供給される。
On the other hand, the offgas OG discharged from the
このように、水素製造装置10では、熱交換器HE4において圧縮機80の冷却のために昇温した冷媒と改質用水とが熱交換されることにより冷媒循環型である冷却機構110の冷媒の冷却と改質用水の加熱が行われるため、水素製造装置10の熱効率を向上させることができる。
As described above, in the
また、冷媒循環型の冷却機構110において、熱交換器HE4で改質用水との熱交換により冷媒の冷却を行っているため、冷媒を冷却するためのラジエータ116、ファン118の負荷を低減することができる。
In addition, in the refrigerant circulation
なお、熱交換器HE4における熱交換量(冷媒の冷却量)が十分に大きい場合には、ラジエータ116、ファン118を不要とすることができる。
Note that if the amount of heat exchanged (cooling amount of refrigerant) in the heat exchanger HE4 is sufficiently large, the
さらに、改質器12の予熱流路32で加熱される改質用水を、改質器12に供給される前に熱交換器HE4で加熱しているため、改質器12の予熱流路32で改質用水を気化させるために必要な熱量が抑制される。
Furthermore, since the reforming water heated in the preheating
特に、熱交換器HE4での加熱により改質用水の一部が気化している場合には、気化熱により冷媒を一層冷却することができる。 In particular, when part of the reforming water is vaporized by heating in the heat exchanger HE4, the refrigerant can be further cooled by the heat of vaporization.
また、熱交換器HE4における改質用水との熱交換により冷却機構110の冷媒が冷却されるため、冷媒によって圧縮機80を十分に冷却でき、圧縮機80の性能を維持することができる。
Further, since the refrigerant in the
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る水素製造装置200について、図3を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、水素製造装置200は、水素製造装置10の冷却機構110を熱交換器HE5に変更した点のみ異なるので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第1実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
A
(構成)
図3に示すように、水素製造装置200では、改質用水供給管34上に熱交換器HE5を設けている。熱交換器HE5は、圧縮機80の外周にウォータージャケットタイプで形成されたものであり、改質用水と圧縮機80が熱交換するものである。
(Constitution)
As shown in FIG. 3, in the
すなわち、熱交換器HE5において、改質用水と圧縮機80が熱交換されることにより、改質用水が加熱されると共に圧縮機80が冷却される構成である。なお、熱交換器HE5が「熱回収手段」、「第2熱交換器」に相当する。
That is, in the heat exchanger HE5, heat is exchanged between the reforming water and the
(作用)
水素製造装置200では、駆動によって昇温した圧縮機80が熱交換器HE5における改質用水との熱交換により冷却されている。
(action)
In the
また、改質用水供給管34では、改質用水が熱交換器HE5において圧縮機80との熱交換により加熱された後、改質器12の予熱流路32に供給されて加熱されることにより、都市ガスとの混合ガスとされる。
Further, in the reforming
このように、水素製造装置200では、熱交換器HE5で圧縮機80と改質用水が熱交換されることにより、圧縮機80の冷却と改質用水の加熱が行われる。したがって、水素製造装置200の熱効率を向上させることができる。
In this manner, in the
特に、熱交換器HE5で、圧縮機80と改質用水が冷媒を介することなく直接熱交換しているため、熱交換の効率が向上し、水素製造装置200の熱効率が一層向上する。
In particular, in the heat exchanger HE5, heat is directly exchanged between the
また、圧縮機80を冷却するのにウォータージャケットタイプの熱交換器HE5を設けるだけで良いので、水素製造装置200の構成が簡略化される。
In addition, since it is only necessary to provide the water jacket type heat exchanger HE5 to cool the
[その他]
水素製造装置10、200では、それぞれ改質器12を多重筒型改質器としたが、これに限定されるものではない。都市ガスから水素を主成分とする改質ガスに改質可能なものであれば良い。
[others]
In the
また、水素製造装置10、200では、水素精製器90がPSA装置である場合について説明したが、改質ガスG3から水素を精製できるものであれば、これに限定するものではない。
Further, in the
さらに、水素製造装置10の冷却機構110では、冷媒が循環する冷媒循環型としたが、冷媒が循環しない冷媒非循環型でも良い。この場合には、冷媒流路において、圧縮機80よりも下流側に熱交換器HE4を配設すれば良い。この場合でも、冷媒(圧縮機80)の熱で改質用水を加熱できるため、水素製造装置10の全体の熱効率が向上する。
Furthermore, although the
10、200 水素製造装置
12 多重筒型改質器(改質器)
80 圧縮機(昇圧手段)
90 水素精製器
112 冷媒循環流路(熱回収手段、冷媒流路)
HE4 熱交換器(熱回収手段、第1熱交換器)
HE5 熱交換器(熱回収手段、第2熱交換器)
10, 200
80 compressor (boosting means)
90
HE4 heat exchanger (heat recovery means, first heat exchanger)
HE5 heat exchanger (heat recovery means, second heat exchanger)
Claims (4)
前記改質器と接続され、前記改質ガスから水を分離する昇圧前水分離部と、
前記昇圧前水分離部と接続され、前記改質ガスを昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧手段と接続され、前記改質ガスから水を分離する昇圧後水分離部と、
前記昇圧後水分離部と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素に精製する水素精製器と、
前記昇圧前水分離部と前記昇圧後水分離部で分離され前記改質器に供給される水で前記昇圧手段の熱を回収する熱回収手段と、
を備える水素製造装置。 a reformer supplied with hydrocarbons and water as raw materials and reforming the hydrocarbons to produce a reformed gas containing hydrogen as a main component;
a pre-pressurization water separation unit connected to the reformer and separating water from the reformed gas;
a pressurizing means connected to the pre-pressurization water separation unit for pressurizing the reformed gas;
a post-pressurization water separation unit connected to the pressurization means for separating water from the reformed gas;
a hydrogen purifier connected to the post-pressurization water separation unit for separating the reformed gas into product hydrogen and off-gas, which is an impurity, and purifying the product hydrogen;
heat recovery means for recovering the heat of the pressurization means with the water separated by the pre-pressurization water separation section and the post-pressurization water separation section and supplied to the reformer;
A hydrogen production device comprising a
前記冷媒流路上に設けられ、前記改質器に供給される水と前記冷媒とが熱交換される第1熱交換器と、
を備える請求項1記載の水素製造装置。 The heat recovery means includes a refrigerant channel through which a refrigerant cooled by the pressure increasing means flows;
a first heat exchanger that is provided on the refrigerant flow path and exchanges heat between the water supplied to the reformer and the refrigerant;
The hydrogen production device according to claim 1, comprising:
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