JP7539155B2

JP7539155B2 - Dehydrogenation system, Hydrogenation system

Info

Publication number: JP7539155B2
Application number: JP2021078162A
Authority: JP
Inventors: 豊嗣近藤
Original assignee: Tatsumi Corp
Current assignee: Tatsumi Corp
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2024-08-23
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: JP2022171487A

Description

本発明は、脱水素システム、及び水素添加システムに関する。 The present invention relates to a dehydrogenation system and a hydrogenation system.

従来、特許文献１のように、脱水素システムが提案されている。 Conventionally, dehydrogenation systems have been proposed, such as those in Patent Document 1.

特許５６３２０５０号公報Patent No. 5632050

しかし、脱水素反応で発生した熱が特に有効に用いられていない However, the heat generated during the dehydrogenation reaction is not being used effectively.

したがって本発明の目的は、発生した熱を有効に活用出来る脱水素システムなどを提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to provide a dehydrogenation system that can effectively utilize the generated heat.

本発明に係る脱水素システムは、反応容器と、反応容器の側面に設けられた磁界発生部と、反応容器の内側に設けられ、磁界発生部からの磁力線に基づいて発熱する被加熱部と、被加熱部を保護する保護部と、反応容器の内側に設けられ、脱水素反応を活性化させる触媒を担持する触媒保持部と、管状に形成され、管の内部には、熱交換用の液体が流れる熱交換管部と、を備える。
反応容器からは、脱水素反応により水素と水素が脱離した物質が排出される。
熱交換管部は、反応容器の側面に設けられた第１領域と、水素が脱離する前の水素添加物を貯蔵する水素添加物タンクの内部で水素添加物と接する第２領域とで、循環回路を形成する。 The dehydrogenation system of the present invention comprises a reaction vessel, a magnetic field generating unit provided on a side of the reaction vessel, a heated portion provided inside the reaction vessel and generating heat based on magnetic field lines from the magnetic field generating unit, a protective unit for protecting the heated portion, a catalyst holding unit provided inside the reaction vessel and supporting a catalyst that activates the dehydrogenation reaction, and a heat exchange tube portion formed in a tubular shape inside which a heat exchange liquid flows.
Hydrogen and substances from which hydrogen has been desorbed by the dehydrogenation reaction are discharged from the reaction vessel.
The heat exchange tube section forms a circulation circuit with a first region provided on the side of the reaction vessel and a second region that comes into contact with the hydrogen additive inside the hydrogen additive tank that stores the hydrogen additive before hydrogen is desorbed.

誘導加熱を用いることにより、燃焼など他の加熱装置を用いる形態に比べて、短時間での加熱が可能になる。
熱交換管部を使って、誘導加熱により高温になった反応容器及び熱交換管部の管の熱を吸収し、水素添加物タンクの水素添加物の保温若しくは加熱に利用することが可能になる。 By using induction heating, heating can be performed in a short time compared to a form using other heating devices such as combustion.
The heat exchange tube section can be used to absorb the heat from the reaction vessel and the tubes of the heat exchange tube section, which have become hot due to induction heating, and to utilize the heat for keeping the hydrogenated material in the hydrogenated material tank warm or for heating the hydrogenated material.

好ましくは、磁界発生部のコイルは、反応容器の側面に巻き付けられる。
熱交換管部の第１領域は、コイルと接する。
熱交換管部の管は、非導電性材料で構成される。
熱交換管部の管の外壁の少なくとも一部に導電性材料が設けられ、導電性材料が磁界発生部として機能する。 Preferably, the coil of the magnetic field generating unit is wound around a side surface of the reaction vessel.
A first region of the heat exchange tube contacts the coil.
The tubes of the heat exchange tube section are constructed of a non-conductive material.
An electrically conductive material is provided on at least a portion of the outer wall of the heat exchange tube portion, and the electrically conductive material functions as a magnetic field generating portion.

熱交換管部の反応容器を巻き付ける領域の外側が、磁界発生部のコイルとして活用され、当該領域の内側が、熱交換用の液体の通路として有効活用することが可能になる。 The outside of the area where the reaction vessel is wrapped around the heat exchange tube is utilized as the coil for the magnetic field generating section, and the inside of that area can be effectively utilized as a passage for the liquid used for heat exchange.

また、好ましくは、磁界発生部のコイルは、反応容器の側面に巻き付けられる。
熱交換管部の第１領域は、コイルと接する。
熱交換管部の管は、導電性材料で構成され、熱交換管部の管が磁界発生部として機能する。
第１領域には電流が流れ、第２領域には電流が流れないように、熱交換管部の管には、非導電性材料で構成された領域が設けられる。 Also, preferably, the coil of the magnetic field generating unit is wound around a side surface of the reaction vessel.
A first region of the heat exchange tube contacts the coil.
The tubes of the heat exchange tube section are made of a conductive material, and the tubes of the heat exchange tube section function as a magnetic field generating section.
The tubes of the heat exchange tube section are provided with regions constructed of a non-conductive material such that a current flows through the first regions and no current flows through the second regions.

さらに好ましくは、被加熱部は、螺旋状のフィンを含む。
保護部は、フィンの表面に形成される。
触媒保持部は、保護部のフィンを覆う領域に形成される。 More preferably, the heated portion includes a spiral fin.
The protective portion is formed on the surface of the fin.
The catalyst holding portion is formed in a region that covers the fins of the protective portion.

さらに好ましくは、保護部は、被加熱部の表面にガラス質の釉薬を高温で焼き付けて構成される。 More preferably, the protective portion is constructed by baking a glassy glaze onto the surface of the heated portion at high temperature.

反応容器に取り込まれた水素添加物は、フィンに沿って、渦巻き状に回転しながら、移動する。このため、被反応物質が直線状に移動する形態に比べて、水素添加物が触媒と接触する領域を多くすることが可能になり、脱水素反応を行いやすく出来る。 The hydride introduced into the reaction vessel moves along the fins while rotating in a spiral shape. This allows the hydride to come into contact with the catalyst in a larger area than in a reaction vessel where the reactant moves in a straight line, making it easier to carry out the dehydrogenation reaction.

本発明に係る水素添加システムは、反応容器と、反応容器の側面に設けられた磁界発生部と、反応容器の内側に設けられ、磁界発生部からの磁力線に基づいて発熱する被加熱部と、被加熱部を保護する保護部と、反応容器の内側に設けられ、脱水素反応を活性化させる触媒を担持する触媒保持部と、管状に形成され、管の内部には、熱交換用の液体が流れる熱交換管部と、を備える。
反応容器からは、水素添加反応により水素が添加された水素添加物が排出される。
熱交換管部は、反応容器の側面に設けられた第１領域と、水素添加反応により水素が添加される前の被添加物を貯蔵する被添加物タンクの内部で被添加物と接する第２領域とで、循環回路を形成する。 The hydrogenation system of the present invention comprises a reaction vessel, a magnetic field generating unit provided on a side of the reaction vessel, a heated portion provided inside the reaction vessel and generating heat based on magnetic field lines from the magnetic field generating unit, a protective unit for protecting the heated portion, a catalyst holding unit provided inside the reaction vessel and supporting a catalyst that activates the dehydrogenation reaction, and a heat exchange tube portion formed in a tubular shape, inside which a heat exchange liquid flows.
A hydrogenated product to which hydrogen has been added by the hydrogenation reaction is discharged from the reaction vessel.
The heat exchange tube section forms a circulation circuit with a first region provided on the side of the reaction vessel and a second region that comes into contact with the additive inside the additive tank that stores the additive before hydrogen is added by a hydrogen addition reaction.

誘導加熱を用いることにより、燃焼など他の加熱装置を用いる形態に比べて、短時間での加熱が可能になる。
熱交換管部を使って、誘導加熱により高温になった反応容器の熱を吸収し、被添加物タンクの被添加物の保温若しくは加熱に利用することが可能になる。 By using induction heating, heating can be performed in a short time compared to a form using other heating devices such as combustion.
The heat exchange tube section can absorb the heat from the reaction vessel, which has become hot due to induction heating, and use it to keep the additive in the additive tank warm or to heat it.

以上のように本発明によれば、発生した熱を有効に活用出来る脱水素システムなどを提供することができる。 As described above, the present invention can provide a dehydrogenation system that can effectively utilize the generated heat.

第１実施形態における脱水素システムの構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a dehydrogenation system in a first embodiment. 第１実施形態における反応容器の第１タンクに近い側のものの断面構成図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the reaction vessel near the first tank in the first embodiment. 第２実施形態における脱水素システムの構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a dehydrogenation system in a second embodiment. 第３実施形態における反応容器の第１タンクに近い側のものの断面構成図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a reaction vessel in a third embodiment, the reaction vessel being closer to a first tank. 第４実施形態における水素添加システムの構成を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen addition system in a fourth embodiment.

以下、第１実施形態について、図を用いて説明する。
なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。また、各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが出来る。 The first embodiment will be described below with reference to the drawings.
The embodiments are not limited to the following embodiments. In principle, the contents described in one embodiment are also applicable to other embodiments. The embodiments and modifications can be combined as appropriate.

第１実施形態における脱水素システム１は、メチルシクロヘキサンなどの有機ハイドライド（飽和縮合環炭化水素）から水素を取り出し、当該水素を外部の電力発生装置（不図示）などに供給する装置である。 The dehydrogenation system 1 in the first embodiment is a device that extracts hydrogen from an organic hydride (saturated condensed ring hydrocarbon) such as methylcyclohexane and supplies the hydrogen to an external power generation device (not shown) or the like.

脱水素システム１は、第１タンク５、導入管６、加熱部７、脱水素反応部１０、排出管５０、吸引ポンプ６０、水素抽出部７０、水素タンク８１、第２タンク８２、検知部９１、制御部９３を備える（図１、図２参照）。 The dehydrogenation system 1 includes a first tank 5, an inlet pipe 6, a heating section 7, a dehydrogenation reaction section 10, an exhaust pipe 50, a suction pump 60, a hydrogen extraction section 70, a hydrogen tank 81, a second tank 82, a detection section 91, and a control section 93 (see Figures 1 and 2).

（第１タンク５）
第１タンク５は、水素添加物タンクとして、有機ハイドライドを貯蔵するタンクで、第１タンク５に貯蔵された有機ハイドライドは、原料ポンプ（不図示）、加熱部７を介して、脱水素反応部１０の反応容器１１に供給され、脱水素反応部１０における脱水素反応で、トルエンなどの芳香族化合物と水素に分離される。
なお、原料ポンプと、後述する吸引ポンプ６０は、いずれか一方だけが設けられる形態であってもよい。 (First tank 5)
The first tank 5 is a hydrogen additive tank that stores an organic hydride. The organic hydride stored in the first tank 5 is supplied to a reaction vessel 11 of the dehydrogenation reaction section 10 via a raw material pump (not shown) and a heating section 7, and is separated into aromatic compounds such as toluene and hydrogen by a dehydrogenation reaction in the dehydrogenation reaction section 10.
It should be noted that only one of the raw material pump and the suction pump 60 described below may be provided.

（導入管６）
導入管６は、第１タンク５、加熱部７、反応容器１１を繋ぐ管であり、内部には、有機ハイドライドが流れる。 (Inlet tube 6)
The introduction pipe 6 is a pipe that connects the first tank 5, the heating unit 7, and the reaction vessel 11, and an organic hydride flows inside the introduction pipe 6.

（加熱部７）
加熱部７は、有機ハイドライドを加熱し、液体から気体に状態変化させ、後段の脱水素反応部１０に気化した有機ハイドライドを供給する。
なお、加熱部７を省略し、脱水素反応部１０の前段（第１タンク５に近い側の反応容器１１）で、有機ハイドライドを液体から気体への状態変化させる形態であってもよい。 (Heating section 7)
The heating section 7 heats the organic hydride, changing its state from liquid to gas, and supplies the vaporized organic hydride to the downstream dehydrogenation reaction section 10 .
In addition, the heating section 7 may be omitted, and the organic hydride may be changed from a liquid state to a gas state in the upstream stage of the dehydrogenation reaction section 10 (the reaction vessel 11 closer to the first tank 5).

（脱水素反応部１０）
脱水素反応部１０は、反応容器１１、磁界発生部１３、熱交換管部１４、被加熱部１５、保護部１７、触媒保持部１９を有する。 (Dehydrogenation reaction section 10)
The dehydrogenation reaction section 10 has a reaction vessel 11 , a magnetic field generating section 13 , a heat exchange tube section 14 , a heated section 15 , a protective section 17 , and a catalyst holding section 19 .

（反応容器１１）
反応容器１１は、琺瑯で構成され、有機ハイドライド（被反応物質）について、触媒保持部１９に担持された触媒を介して、水素と芳香族化合物（水素が脱離した物質）に分離させる脱水素反応を促進する容器である。
反応容器１１の導入口１１ａには、導入管６が取り付けられ、導入口１１ａは、導入管６を介して、加熱部７と連通する。
反応容器１１の排出口１１ｂは、排出管５０が取り付けられ、排出口１１ｂは、排出管５０を介して、吸引ポンプ６０と連通する。
第１実施形態では、３つの反応容器１１が設けられる例を示すが、反応容器の数は３つの限るものではなく、１つだけで構成されてもよいし、複数設けられてもよい。
また、第１実施形態では、３つの反応容器１１が直列に並べられる例を示すが、並列に並べられてもよい。 (Reaction vessel 11)
The reaction vessel 11 is made of enamel and is a vessel that promotes a dehydrogenation reaction in which an organic hydride (a reactant) is separated into hydrogen and aromatic compounds (substances from which hydrogen has been released) via a catalyst supported on a catalyst holding portion 19.
An inlet 11 a of the reaction vessel 11 is attached with an inlet pipe 6 , and the inlet 11 a communicates with a heating unit 7 via the inlet pipe 6 .
An exhaust pipe 50 is attached to the exhaust port 11 b of the reaction vessel 11 , and the exhaust port 11 b is connected to a suction pump 60 via the exhaust pipe 50 .
In the first embodiment, an example is shown in which three reaction vessels 11 are provided, but the number of reaction vessels is not limited to three, and the reaction vessel may be configured with only one, or multiple reaction vessels may be provided.
In addition, although the first embodiment shows an example in which the three reaction vessels 11 are arranged in series, they may be arranged in parallel.

（磁界発生部１３）
磁界発生部１３は、誘導加熱用のコイルを含み、反応容器１１の外壁近傍に巻き付けられる。
磁界発生部１３は、ケーブル１３ａを介して、交流電源１３ｂと接続される。 (Magnetic Field Generator 13)
The magnetic field generating unit 13 includes a coil for induction heating, and is wound around the vicinity of the outer wall of the reaction vessel 11 .
The magnetic field generating unit 13 is connected to an AC power source 13b via a cable 13a.

（熱交換管部１４）
熱交換管部１４は、磁界発生部１３のコイルに沿って、管状に形成され、管の内部には、熱交換用の液体（冷媒）が充填される。
熱交換管部１４を構成する管は、反応容器１１の外壁近傍に巻き付けられる第１領域１４ａから、第１タンク５の内部の有機ハイドライドと接する第２領域１４ｂに延びる。第１領域１４ａと第２領域１４ｂとで循環回路が形成される。
熱交換管部１４を構成する管の内部の液体は、循環ポンプ１４ｃを介して、循環回路内を循環する。
熱交換管部１４を構成する管を流れる液体は、第１領域１４ａで温められ、第２領域１４ｂで冷却される。
第２領域１４ｂでは、第１タンク５の内部の有機ハイドライドが温められる。 (Heat exchange tube section 14)
The heat exchange tube portion 14 is formed in a tubular shape along the coil of the magnetic field generating portion 13, and the inside of the tube is filled with a liquid (refrigerant) for heat exchange.
The tube constituting the heat exchange tube section 14 extends from a first region 14a wrapped around the vicinity of the outer wall of the reaction vessel 11 to a second region 14b in contact with the organic hydride inside the first tank 5. The first region 14a and the second region 14b form a circulation circuit.
The liquid inside the tubes that make up the heat exchange tube section 14 circulates in a circulation circuit via a circulation pump 14c.
The liquid flowing through the tubes that make up the heat exchange tube section 14 is heated in the first region 14a and cooled in the second region 14b.
In the second region 14b, the organic hydride inside the first tank 5 is heated.

（磁界発生部１３と熱交換管部１４の構成）
熱交換管部１４を構成する管は、非導電性材料で構成され、当該管の外壁の少なくとも一部に導電性材料が設けられる。当該導電性材料が磁界発生部１３として機能し、ケーブル１３ａを介して交流電源１３ｂと電気的に接続される。 (Configuration of magnetic field generating unit 13 and heat exchange tube unit 14)
The tubes constituting the heat exchange tube section 14 are made of a non-conductive material, and a conductive material is provided on at least a part of the outer wall of the tubes. The conductive material functions as the magnetic field generating section 13, and is electrically connected to an AC power source 13b via a cable 13a.

（被加熱部１５）
被加熱部１５は、鉄、ステンレスなど発熱効率が高い導電性材料で構成され、円柱形状を有し、側部が磁界発生部１３のコイルに囲まれるようにして、反応容器１１の内部に設けられる。
磁界発生部１３のコイルに交流の電流が流れると、当該コイルの周りには磁力線が発生し、被加熱部１５にはうず電流が流れ、被加熱部１５が発熱する。 (Heated portion 15)
The heated portion 15 is made of a conductive material with high heat generation efficiency, such as iron or stainless steel, has a cylindrical shape, and is provided inside the reaction vessel 11 with its sides surrounded by the coil of the magnetic field generating portion 13.
When an alternating current flows through the coil of the magnetic field generating unit 13, magnetic field lines are generated around the coil, and eddy currents flow through the heated portion 15, causing the heated portion 15 to generate heat.

（保護部１７）
保護部１７は、琺瑯などで構成され、被加熱部１５の周囲を覆う。
保護部１７は、被加熱部１５の表面にガラス質の釉薬を高温で焼き付けて構成される。ただし、保護部１７を容器状に形成し、保護部１７の内側に被加熱部１５を挿入して、保護部１７が被加熱部１５を保持する形態であってもよい。 (Protection section 17)
The protective portion 17 is made of enamel or the like, and covers the periphery of the heated portion 15 .
The protective part 17 is formed by baking a vitreous glaze at high temperature onto the surface of the heated part 15. However, the protective part 17 may be formed in a container shape, the heated part 15 may be inserted inside the protective part 17, and the heated part 15 may be held by the protective part 17.

（触媒保持部１９）
触媒保持部１９は、保護部１７の周囲に設けられ、円筒形状を有する。
触媒保持部１９は、炭素繊維不織布などで構成され、脱水素反応の触媒として使用される白金などを担持する。 (Catalyst holding section 19)
The catalyst holding portion 19 is provided around the protection portion 17 and has a cylindrical shape.
The catalyst support 19 is made of a carbon fiber nonwoven fabric or the like, and supports platinum or the like used as a catalyst for the dehydrogenation reaction.

（排出管５０）
排出管５０は、反応容器１１、吸引ポンプ６０、水素抽出部７０、水素タンク８１、第２タンク８２を繋ぐ管であり、内部には、水素、芳香族化合物、有機ハイドライドが流れる。 (Exhaust pipe 50)
The exhaust pipe 50 is a pipe that connects the reaction vessel 11, the suction pump 60, the hydrogen extraction section 70, the hydrogen tank 81, and the second tank 82, and hydrogen, aromatic compounds, and organic hydrides flow inside the exhaust pipe 50.

（吸引ポンプ６０）
吸引ポンプ６０は、反応容器１１から気体を吸引し、水素抽出部７０に誘導する。
吸引ポンプ６０は、排出管５０を介して、第１分離部７１と連通する。
吸引ポンプ６０は、図１に示すように、反応容器１１と第１分離部７１の間に設けられる形態であってもよいし、第１分離部７１と第２分離部７２の間、若しくは第２分離部７２と水素タンク８１の間に設けられる形態であってもよい。また、吸引ポンプ６０が、反応容器１１と第１分離部７１の間、第１分離部７１と第２分離部７２の間、第２分離部７２と水素タンク８１の間の２箇所以上に設けられる形態であってもよい。 (Suction pump 60)
The suction pump 60 draws gas from the reaction vessel 11 and guides it to the hydrogen extraction section 70 .
The suction pump 60 communicates with the first separation section 71 via the exhaust pipe 50 .
1, the suction pump 60 may be provided between the reaction vessel 11 and the first separation section 71, or between the first separation section 71 and the second separation section 72, or between the second separation section 72 and the hydrogen tank 81. Alternatively, the suction pump 60 may be provided at two or more locations, between the reaction vessel 11 and the first separation section 71, between the first separation section 71 and the second separation section 72, or between the second separation section 72 and the hydrogen tank 81.

（水素抽出部７０）
水素抽出部７０は、第１分離部７１、第２分離部７２を有する。 (Hydrogen extraction unit 70)
The hydrogen extraction section 70 has a first separation section 71 and a second separation section 72 .

第１分離部７１は、冷却装置と、気液分離器を含む。
第１分離部７１の冷却装置は、チラーなどで構成され、反応容器１１からの気体を冷却する。
第１分離部７１の気液分離器は、第１分離部７１の冷却装置で冷却された物質を液体と気体とに分離する。
第１分離部７１で分離された液体（液化した有機ハイドライド、及び液化した芳香族化合物）は、第２タンク８２に供給される。
第１分離部７１で分離された気体（水素、液化していない有機ハイドライド、液化していない芳香族化合物、及び不純物）は、第２分離部７２に供給される。 The first separation section 71 includes a cooling device and a gas-liquid separator.
The cooling device of the first separation section 71 is composed of a chiller or the like, and cools the gas from the reaction vessel 11 .
The gas-liquid separator of the first separation section 71 separates the substance cooled by the cooling device of the first separation section 71 into a liquid and a gas.
The liquid (liquefied organic hydride and liquefied aromatic compound) separated in the first separation section 71 is supplied to the second tank 82.
The gases (hydrogen, unliquefied organic hydrides, unliquefied aromatic compounds, and impurities) separated in the first separation section 71 are supplied to the second separation section 72 .

第１分離部７１の気体排出口は、排出管５０を介して、第２分離部７２と連通する。
第１分離部７１の液体排出口は、排出管５０を介して、第２タンク８２と連通する。 The gas exhaust port of the first separation section 71 communicates with the second separation section 72 via an exhaust pipe 50 .
The liquid outlet of the first separation section 71 communicates with the second tank 82 via a discharge pipe 50 .

第２分離部７２は、水素と、水素以外の他の物質とを分離するための水素分離膜を有する。
第１分離部７１の気液分離器から排出された気体について、水素を他の物質と分離するように、第２分離部７２の水素分離膜は、第１分離部７１の気液分離器に対して気体の流れの下流に配置される。
第２分離部７２で分離された水素、すなわち水素分離膜を通過した水素は、水素タンク８１に供給される。
第２分離部７２で分離された水素以外の物質、すなわち水素分離膜を通過しなかった物質は、第２タンク８２若しくは、他のタンク（不図示）に供給される。 The second separation section 72 has a hydrogen separation membrane for separating hydrogen from substances other than hydrogen.
The hydrogen separation membrane of the second separation section 72 is positioned downstream of the gas flow relative to the gas-liquid separator of the first separation section 71 so as to separate hydrogen from other substances in the gas discharged from the gas-liquid separator of the first separation section 71.
The hydrogen separated in the second separation section 72 , i.e., the hydrogen that has passed through the hydrogen separation membrane, is supplied to the hydrogen tank 81 .
Substances other than hydrogen separated in the second separation section 72, i.e., substances that do not pass through the hydrogen separation membrane, are supplied to a second tank 82 or another tank (not shown).

第２分離部７２の水素分離膜を通過した側の排出口は、排出管５０を介して、水素タンク８１と連通する。
第２分離部７２の水素分離膜を通過しなかった側の排出口は、排出管５０を介して、第２タンク８２若しくは他のタンクと連通する。 An outlet on the side of the second separation section 72 that has passed through the hydrogen separation membrane communicates with a hydrogen tank 81 via an exhaust pipe 50 .
An outlet on the side of second separation section 72 where the hydrogen has not passed through the hydrogen separation membrane communicates with second tank 82 or another tank via an exhaust pipe 50 .

（水素タンク８１）
水素タンク８１は、反応容器１１で精製され、水素抽出部７０で抽出された水素を貯蔵する。
水素タンク８１は、水素を供給可能な状態で電力発生装置（不図示）と連通してもよい。
当該電力発生装置は、水素タンク８１から供給された水素に基づいて電力を発生させ、蓄電装置（不図示）や電気機器（不図示）に電力を供給する。
また、水素タンク８１を設けずに、水素抽出部７０で抽出された水素が、直接電力発生装置に供給される形態であってもよい。 (Hydrogen tank 81)
The hydrogen tank 81 stores the hydrogen that is refined in the reaction vessel 11 and extracted by the hydrogen extraction section 70 .
The hydrogen tank 81 may be in communication with an electric power generation device (not shown) so that hydrogen can be supplied.
The power generation device generates electricity based on hydrogen supplied from the hydrogen tank 81, and supplies the electricity to a power storage device (not shown) and electrical equipment (not shown).
Alternatively, the hydrogen tank 81 may not be provided, and the hydrogen extracted by the hydrogen extractor 70 may be directly supplied to the power generation device.

（第２タンク８２）
第２タンク８２は、反応容器１１から排出された水素以外の物質（有機ハイドライド、芳香族化合物など）を貯蔵する。 (Second tank 82)
The second tank 82 stores substances other than hydrogen (organic hydrides, aromatic compounds, etc.) discharged from the reaction vessel 11 .

なお、反応容器１１から排出された水素以外の物質（有機ハイドライド、芳香族化合物など）の一部又は全部は、第２タンク８２を介して、もしくは第２タンク８２を介さずに、反応容器１１の導入口１１ａに戻されて、再度の脱水素反応に用いられてもよい。 In addition, some or all of the substances other than hydrogen (organic hydrides, aromatic compounds, etc.) discharged from the reaction vessel 11 may be returned to the inlet 11a of the reaction vessel 11 via the second tank 82 or without passing through the second tank 82, and used again in the dehydrogenation reaction.

（検知部９１）
検知部９１は、温度センサなどで、反応容器１１の内部であって、触媒保持部１９の近傍に設けられ、触媒保持部１９の近傍の温度に関する情報を取得する。 (Detection Unit 91)
The detection unit 91 is a temperature sensor or the like that is provided inside the reaction vessel 11 in the vicinity of the catalyst holding unit 19 and obtains information regarding the temperature in the vicinity of the catalyst holding unit 19 .

（制御部９３）
制御部９３は、磁界発生部１３の交流電源１３ｂ、吸引ポンプ６０など、脱水素システム１を構成する電気機器を制御する。
特に、制御部９３は、検知部９１で得られた触媒保持部１９の近傍の温度に関する情報に基づいて、交流電源１３ｂの調整、即ち、磁界発生部１３のコイルへの電力供給を調整する。
磁界発生部１３のコイルへの電力供給の調整により、被加熱部１５の発熱量が調整される。 (Control unit 93)
The control unit 93 controls the electrical devices that constitute the dehydrogenation system 1, such as the AC power supply 13b of the magnetic field generating unit 13 and the suction pump 60.
In particular, the control unit 93 adjusts the AC power supply 13 b , that is, adjusts the power supply to the coil of the magnetic field generating unit 13 , based on information about the temperature in the vicinity of the catalyst holding unit 19 obtained by the detection unit 91 .
The amount of heat generated by the heated portion 15 is adjusted by adjusting the power supply to the coil of the magnetic field generating portion 13 .

（水素抽出手順）
次に、第１実施形態における脱水素システム１を使った水素の抽出手順を説明する。
予め、反応容器１１には、磁界発生部１３、熱交換管部１４、及び被加熱部１５が取り付けられている。
磁熱交換管部１４の管には、液体（冷媒）が充填されている。
第１タンク５には、有機ハイドライドが充填されている。 Hydrogen Extraction Procedure
Next, a procedure for extracting hydrogen using the dehydrogenation system 1 in the first embodiment will be described.
A magnetic field generating unit 13, a heat exchange tube unit 14, and a heated unit 15 are attached to the reaction vessel 11 in advance.
The tubes of the magnetic heat exchange tube section 14 are filled with a liquid (refrigerant).
The first tank 5 is filled with an organic hydride.

制御部９３は、交流電源１３ｂから、磁界発生部１３に電力供給を行わせる。
誘導加熱により、被加熱部１５が発熱し、触媒保持部１９に担持された触媒が被加熱部１５からの熱で温められる。
触媒保持部１９に担持された触媒が所定の温度（例えば、２００℃）になると、脱水素反応が活性化可能な状態となる。
制御部９３は、加熱部７を動作させ、第１タンク５から供給された有機ハイドライドを温め、気化させる。
制御部９３は、吸引ポンプ６０を動作させ、加熱部７で気化した有機ハイドライドを、反応容器１１の内部に誘導する。
気化した有機ハイドライドは、反応容器１１の内部で触媒保持部１９に担持された触媒と接触する。
このときに、脱水素反応により、有機ハイドライドは、水素と芳香族化合物に分離される。
反応容器１１の内部の気体（有機ハイドライド、芳香族化合物、水素）は、排出管５０を通って、水素抽出部７０に送られる。 The control unit 93 controls the AC power supply 13b to supply power to the magnetic field generating unit 13.
The heated portion 15 generates heat due to induction heating, and the catalyst supported on the catalyst holding portion 19 is warmed by the heat from the heated portion 15 .
When the catalyst supported on the catalyst support portion 19 reaches a predetermined temperature (for example, 200° C.), the dehydrogenation reaction becomes active.
The control unit 93 operates the heating unit 7 to heat and vaporize the organic hydride supplied from the first tank 5 .
The control unit 93 operates the suction pump 60 to guide the organic hydride vaporized in the heating unit 7 into the reaction vessel 11 .
The vaporized organic hydride comes into contact with the catalyst supported on the catalyst support portion 19 inside the reaction vessel 11 .
At this time, the organic hydride is separated into hydrogen and aromatic compounds by a dehydrogenation reaction.
The gases (organic hydrides, aromatic compounds, hydrogen) inside the reaction vessel 11 are sent to the hydrogen extraction section 70 through the exhaust pipe 50 .

水素抽出部７０の第１分離部７１では、気体が冷却された後、気体（主に水素）と液体（主に有機ハイドライドと芳香族化合物）に分離される。
第１分離部７１で分離された気体は、第２分離部７２に送られる。
第１分離部７１で分離された液体は、第２タンク８２に送られる。 In the first separation section 71 of the hydrogen extraction section 70, the gas is cooled and then separated into a gas (mainly hydrogen) and a liquid (mainly organic hydrides and aromatic compounds).
The gas separated in the first separation section 71 is sent to the second separation section 72 .
The liquid separated in the first separation section 71 is sent to the second tank 82.

水素抽出部７０の第２分離部７２では、水素分離膜を通った水素と、水素分離膜を通らなかった他の物質とに分離される。
第２分離部７２で分離された水素は、水素タンク８１に送られる。
第２分離部７２で分離された水素以外の物質は、第２タンク８２（若しくは他のタンク）に送られる。 In the second separation section 72 of the hydrogen extraction section 70, the hydrogen is separated into hydrogen that has passed through the hydrogen separation membrane and other substances that have not passed through the hydrogen separation membrane.
The hydrogen separated in the second separation section 72 is sent to a hydrogen tank 81 .
Substances other than hydrogen separated in the second separation section 72 are sent to a second tank 82 (or another tank).

水素タンク８１には、反応容器１１で発生した水素が貯蔵される。
第２タンク８２には、有機ハイドライドや芳香族化合物が貯蔵される。 The hydrogen tank 81 stores the hydrogen generated in the reaction vessel 11 .
The second tank 82 stores an organic hydride or an aromatic compound.

（誘導加熱を用いることの効果）
誘導加熱を用いることにより、燃焼など他の加熱装置を用いる形態に比べて、短時間での加熱が可能になる。 (Effect of using induction heating)
By using induction heating, heating can be performed in a short time compared to a form using other heating devices such as combustion.

（熱交換管部１４を用いることの効果）
熱交換管部１４を使って、誘導加熱により高温になった反応容器１１及び熱交換管部１４の管の熱を吸収し、第１タンク５の有機ハイドライド（水素添加物）の保温若しくは加熱に利用することが可能になる。 (Effects of using the heat exchange tube portion 14)
The heat exchange tube section 14 can be used to absorb the heat from the reaction vessel 11 and the tubes of the heat exchange tube section 14 that have become hot due to induction heating, and can be used to keep the organic hydride (hydrogen additive) in the first tank 5 warm or to heat it.

（磁界発生部１３と熱交換管部１４を一体的に構成することの効果）
熱交換部１４の反応容器１１を巻き付ける領域の外側が、磁界発生部１３のコイルとして活用され、当該領域の内側が、熱交換用の液体の通路として有効活用することが可能になる。 (Effect of integrally configuring the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14)
The outside of the region of the heat exchanger 14 around which the reaction vessel 11 is wound is utilized as the coil of the magnetic field generating unit 13, and the inside of said region can be effectively utilized as a passage for the liquid for heat exchange.

（磁界発生部１３と熱交換管部１４の構成の応用例）
第１実施形態では、熱交換管部１４の管が非導電性材料で構成される例を説明した。
しかしながら、熱交換管部１４の管が、導電性材料で構成され、管の一部が磁界発生部１３として機能してもよい（図３参照、第２実施形態）。この場合、熱交換管部１４がケーブル１３ａを介して交流電源１３ｂと電気的に接続される。図３では、熱交換管部１４の磁界発生部１３として機能する部分を黒で示す。
ただし、この場合は、第１領域１４ａに交流電源１３ｂからの電流が流れ、且つ第２領域１４ｂに交流電源１３ｂからの電流が流れないようにするため、熱交換管部１４の一部であって、磁界発生部１３として機能しない部分、すなわち、誘導加熱用のコイルとして電流を流さない部分（例えば、循環ポンプ１４ｃの近傍）に、非導電性材料で構成された領域（非導電領域１４ｄ）が設けられる。 (Application example of the configuration of the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14)
In the first embodiment, an example has been described in which the tubes of the heat exchange tube portion 14 are made of a non-conductive material.
However, the tube of the heat exchange tube section 14 may be made of a conductive material, and a part of the tube may function as the magnetic field generator 13 (see FIG. 3, second embodiment). In this case, the heat exchange tube section 14 is electrically connected to an AC power source 13b via a cable 13a. In FIG. 3, the part of the heat exchange tube section 14 that functions as the magnetic field generator 13 is shown in black.
However, in this case, in order to prevent current from the AC power supply 13b from flowing to the first region 14a and current from the AC power supply 13b from flowing to the second region 14b, a region made of a non-conductive material (non-conductive region 14d) is provided in a part of the heat exchange tube section 14 that does not function as the magnetic field generating section 13, i.e., a part that does not pass current as a coil for induction heating (for example, in the vicinity of the circulation pump 14c).

また、磁界発生部１３と熱交換管部１４とは、少なくとも一部が接触し、一体的に構成される例を説明した。しかしながら、磁界発生部１３と熱交換管部１４は、接触せずに、別体で構成されてもよい。 Also, an example has been described in which the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14 are at least partially in contact with each other and are constructed as an integrated unit. However, the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14 may be constructed as separate bodies without being in contact with each other.

（磁界発生部１３と熱交換管部１４の形状の応用例）
第１実施形態及び第２実施形態では、磁界発生部１３、及び熱交換管部１４の反応容器１１の側面に設けられる部分が、当該側面を巻くコイル状に形成される例を説明した。しかしながら、コイル状の領域は、反応容器１１の側面に巻き付けられずに、当該側面の近傍に設けられる形態であってもよい。 (Examples of application of shapes of the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14)
In the first and second embodiments, an example has been described in which the magnetic field generating unit 13 and the heat exchange tube unit 14 are formed in a coil shape that wraps around the side surface of the reaction vessel 11. However, the coil-shaped region may be provided in the vicinity of the side surface of the reaction vessel 11 without being wrapped around the side surface.

（被加熱部１５の形状の応用例）
第１実施形態及び第２実施形態では、被加熱部１５が略柱形状（例えば、円柱形状）であるとして説明した。
しかしながら、被加熱部１５は、略柱形状の本体の側部にフィン１５ａが設けられてもよい（第３実施形態、図４参照）。フィン１５ａは、例えば、螺旋状に形成される。
この場合、保護部１７は、フィン１５ａの表面にも形成される。また、触媒保持部１９は、保護部１７のフィン１５ａを覆う領域にも形成される。
フィン１５ａを設けた場合には、略柱形状の本体が省略されてもよい。 (Examples of application of the shape of the heated portion 15)
In the first and second embodiments, the heated portion 15 has been described as having a substantially columnar shape (for example, a cylindrical shape).
However, the heated portion 15 may have fins 15a provided on the side of a substantially columnar body (third embodiment, see FIG. 4). The fins 15a are formed, for example, in a spiral shape.
In this case, the protective portion 17 is also formed on the surfaces of the fins 15a. The catalyst holding portion 19 is also formed in the area of the protective portion 17 that covers the fins 15a.
When the fins 15a are provided, the substantially columnar main body may be omitted.

略柱形状の本体にフィン１５ａが追加された場合、フィン１５ａは、銅、アルミニウムなど発熱効率が低い（磁力線によって発熱しにくい）材料で構成されるのが望ましい。
略柱形状の本体を省略し、フィン１５ａだけで被加熱部１５が構成された場合、フィン１５ａは、鉄、ステンレスなど発熱効率が高い（磁力線によって発熱しやすい）材料で構成される。 When fins 15a are added to the generally columnar body, it is preferable that the fins 15a are made of a material with low heat generation efficiency (that is, material that does not easily generate heat due to magnetic field lines), such as copper or aluminum.
When the generally columnar body is omitted and the heated portion 15 is composed of only the fins 15a, the fins 15a are made of a material with high heat generation efficiency (easily heated by magnetic lines of force), such as iron or stainless steel.

（フィン１５ａを設けたことの効果）
反応容器１１に取り込まれた有機ハイドライドなど被反応物質は、フィン１５ａに沿って、渦巻き状に回転しながら、移動する。このため、被反応物質が直線状に移動する形態に比べて、被反応物質が触媒と接触する領域を多くすることが可能になり、脱水素反応を行いやすく出来る。 (Effect of providing fins 15a)
The reactant such as organic hydride taken into the reaction vessel 11 moves along the fins 15a while rotating in a spiral shape. Therefore, compared to a case where the reactant moves linearly, it is possible to increase the area where the reactant comes into contact with the catalyst, making it easier to carry out the dehydrogenation reaction.

（脱水素システム１の水素添加物の応用例）
また、本実施形態では、脱水素システム１の水素添加物が環炭化水素で、水素が脱離した物質が芳香族化合物であるとして説明したが、触媒を用いて水素を脱離させる他の物質を水素添加物として用いても良い。
例えば、エタノールやメタノールなどの鎖状炭化水素が、脱水素システム１の水素添加物として用いられてもよいし、アンモニアが、脱水素システム１の水素添加物として用いられても良い。なお、アンモニアを水素添加物として用いる場合は、常温で気化した状態であるため、加熱部７は設けなくてもよい。 (Application example of hydrogenated product in dehydrogenation system 1)
In addition, in this embodiment, the hydrogenated product of the dehydrogenation system 1 is described as a cyclic hydrocarbon, and the substance from which hydrogen has been desorbed is an aromatic compound. However, other substances from which hydrogen is desorbed using a catalyst may also be used as the hydrogenated product.
For example, a chain hydrocarbon such as ethanol or methanol may be used as the hydrogen additive in the dehydrogenation system 1, or ammonia may be used as the hydrogen additive in the dehydrogenation system 1. When ammonia is used as the hydrogen additive, the heating unit 7 does not need to be provided because ammonia is in a vaporized state at room temperature.

（水素添加システム２への応用例）
本実施形態では、反応容器１１が脱水素システム１として使用される、すなわち、反応容器１１が脱水素反応に使用されるものとして説明した。しかしながら、反応容器１１が水素添加システム２として使用されてもよい（第４実施形態、図５参照）。この場合、第１タンク５は、被添加物タンクとして、芳香族化合物など水素が添加される前の物質（被添加物）を貯蔵し、反応容器１１は、水素添加反応に使用され、第２タンク８２は、水素添加物タンクとして、有機ハイドライドなどの水素添加物を貯蔵し、水素タンク８１は、反応容器１１の導入口１１ａと連通する。 (Application example to hydrogen addition system 2)
In the present embodiment, the reaction vessel 11 is used as the dehydrogenation system 1, that is, the reaction vessel 11 is used for the dehydrogenation reaction. However, the reaction vessel 11 may be used as the hydrogenation system 2 (fourth embodiment, see FIG. 5). In this case, the first tank 5 serves as a tank for a substance to be added, and stores a substance (a substance to be added) such as an aromatic compound before hydrogen is added, the reaction vessel 11 is used for the hydrogenation reaction, the second tank 82 serves as a tank for a substance to be added, and stores a hydrogenation product such as an organic hydride, and the hydrogen tank 81 is connected to the inlet 11a of the reaction vessel 11.

なお、水素添加反応は発熱反応であるため、水素添加反応が活性化するまでは、磁界発生部１３を用いた誘導加熱が必要になるが、活性化した後は、誘導加熱はあまり必要でない。ただし、第１タンク５の被添加物を加熱しておく必要があり、熱交換管部１４を使った第１領域１４ａから第２領域１４ｂへの熱伝達が特に有効となる。
一方、脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応が活性化した後も、反応容器１１を温め続ける必要があるし、熱交換管部１４を使った第１領域１４ａから第２領域１４ｂへの熱伝達を使って第１タンク５の水素添加物を加熱しておく必要もある。 Since the hydrogenation reaction is an exothermic reaction, induction heating using the magnetic field generating unit 13 is necessary until the hydrogenation reaction is activated, but after activation, induction heating is not so necessary. However, it is necessary to heat the substance to be added in the first tank 5, and heat transfer from the first region 14a to the second region 14b using the heat exchange tube unit 14 is particularly effective.
On the other hand, since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, it is necessary to continue to heat the reaction vessel 11 even after the dehydrogenation reaction is activated, and it is also necessary to heat the hydrogenated material in the first tank 5 by using heat transfer from the first region 14a to the second region 14b via the heat exchange tube section 14.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

１脱水素システム
２水素添加システム
５第１タンク
６導入管
７加熱部
１０脱水素反応部
１１反応容器
１１ａ導入口
１１ｂ排出口
１３磁界発生部
１３ａケーブル
１３ｂ交流電源
１４熱交換管部
１４ａ第１領域
１４ｂ第２領域
１４ｃ循環ポンプ
１４ｄ非導電領域
１５被加熱部
１７保護部
１９触媒保持部
５０排出管
６０吸引ポンプ
７０水素抽出部
７１第１分離部
７２第２分離部
８１水素タンク
８２第２タンク
９１検知部
９３制御部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Dehydrogenation system 2 Hydrogen addition system 5 First tank 6 Inlet pipe 7 Heating section 10 Dehydrogenation reaction section 11 Reaction vessel 11a Inlet 11b Outlet 13 Magnetic field generating section 13a Cable 13b AC power supply 14 Heat exchange tube section 14a First region 14b Second region 14c Circulation pump 14d Non-conductive region 15 Heated section 17 Protective section 19 Catalyst holding section 50 Outlet pipe 60 Suction pump 70 Hydrogen extraction section 71 First separation section 72 Second separation section 81 Hydrogen tank 82 Second tank 91 Detection section 93 Control section

Claims

A reaction vessel;
a magnetic field generating unit provided on a side surface of the reaction vessel;
a heated portion provided inside the reaction vessel and generating heat based on magnetic field lines from the magnetic field generating portion;
A protective part for protecting the heated part;
a catalyst support portion provided inside the reaction vessel and supporting a catalyst for activating a dehydrogenation reaction;
a heat exchange tube portion formed in a tubular shape, in which a heat exchange liquid flows inside the tube;
a hydrogen additive tank for storing the hydrogen additive before hydrogen is desorbed;
Hydrogen and a substance from which hydrogen has been desorbed by the dehydrogenation reaction are discharged from the reaction vessel,
the heat exchange tube portion forms a circulation circuit with a first region provided on a side surface of the reaction vessel and a second region in contact with the hydrogen additive inside the hydrogen additive tank,
the coil of the magnetic field generating unit is wound around a side surface of the reaction vessel,
The first region of the heat exchange tube section is in contact with the coil.

The tubes of the heat exchange tube section are made of a non-conductive material,
The dehydrogenation system according to claim 1 , wherein at least a portion of an outer wall of the heat exchange tube section is provided with a conductive material, and the conductive material functions as the magnetic field generating section.

The tube of the heat exchange tube section is made of a conductive material, and the tube of the heat exchange tube section functions as the magnetic field generating section,
2. The dehydrogenation system of claim 1, wherein the tubes of the heat exchange tube section are provided with regions constructed of a non-conductive material such that electrical current flows through the first region and no electrical current flows through the second region.

The heated portion includes a spiral fin,
The protective portion is formed on a surface of the fin,
The dehydrogenation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst holding portion is formed in an area of the protection portion that covers the fins.

The dehydrogenation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the protective part is formed by baking a glassy glaze onto the surface of the heated part at high temperature.

A reaction vessel;
a magnetic field generating unit provided on a side surface of the reaction vessel;
a heated portion provided inside the reaction vessel and generating heat based on magnetic field lines from the magnetic field generating portion;
A protective part for protecting the heated part;
A catalyst support portion provided inside the reaction vessel and supporting a catalyst for activating a hydrogenation reaction;
a heat exchange tube portion formed in a tubular shape, in which a heat exchange liquid flows inside the tube;
a tank for storing the material to be added before hydrogen is added by the hydrogen addition reaction;
A hydrogenated product to which hydrogen has been added by the hydrogenation reaction is discharged from the reaction vessel,
The heat exchange tube portion forms a circulation circuit with a first region provided on a side surface of the reaction vessel and a second region in contact with the additive inside the additive tank,
the coil of the magnetic field generating unit is wound around a side surface of the reaction vessel,
The first region of the heat exchange tube is in contact with the coil.