(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールと水の混合蒸気を触媒の存在下に反応させて水素を製造するメタノール改質用反応器において、メタノールと水を加熱する際に、熱源として熱媒油の蒸気を使用することを特徴とするメタノール改質用反応器。
【請求項２】
熱媒油を電気ヒーターで加熱する請求項１に記載のメタノール改質用反応器。
【請求項３】
水素精製設備からの排ガスを燃焼させ、その燃焼熱で熱媒油を加熱する請求項１または２に記載のメタノール改質用反応器。
【請求項４】
反応器に供給するメタノールおよび水を熱媒油で予熱する請求項１〜３のいずれかに記載のメタノール改質用反応器。
【請求項５】
反応器に供給するメタノールおよび水をメタノール改質反応で生成した分解ガスで予熱する請求項１〜４のいずれかに記載のメタノール改質用反応器。
【請求項６】
混合蒸気中のメタノールと水のモル比が１：１〜１：１０である請求項１〜５のいずれかに記載のメタノール改質用反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタノールと水を小型装置で効率良く反応させて水素ガスを製造するメタノール改質反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素ガスは、石油精製工業での改質、脱硫用、化学工業での各種合成、水添用等、多くの産業分野で使用されており、最近では電子産業、食品工業、燃料電池用等の新規分野での利用が加わり、その使用分野が増大している。
メタノールを原料とする水素ガスの製造は、原料のメタノールの輸送および貯蔵が容易であること、比較的低い温度で反応が容易に行われること等から、最近では水素を消費する装置に隣接してメタノール改質装置を設置し、無人化運転を行うことが検討されている。
このメタノール改質用反応器には通常、多管式熱交換器が用いられ、反応管の内部に触媒を充填して外部より燃焼ガス、熱媒油および水蒸気などで加熱する方式が採られているが、できるだけ小型の装置で効率良く反応を行うために、例えば特開昭61-286204号公報、特開昭62-160134号公報、特開昭63-166701号公報等にはプレート型熱交換器を用いることが記載されており、特開昭63-25201号公報にはスパイラル型熱交換器を用いることが記載されている。また、特開平3-60401号公報には複数個のＵ字型反応管を設置し、胴側に熱媒油を供給して加熱する装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の熱交換器で加熱する方法では、一般には熱媒油が用いられている。この方法では、多量の熱媒油を必要とするので、起動時に時間を要し、また、発生水素量が多い場合には装置が大型化し、現実的ではない。
本発明の目的は、小型であり、かつ高発生水素量のメタノール改質用反応器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明者等は上記の如き課題を有するメタノール改質反応器について鋭意検討した結果、熱媒油の蒸発潜熱を利用して原料を加熱することにより、従来の顕熱のみを利用した場合に比べ熱媒油の使用量が少なく、小型で高発生水素量のメタノール改質反応器が得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、メタノールと水の混合蒸気を触媒の存在下に反応させるメタノール改質用反応器において、メタノールと水を加熱する際に、熱源として熱媒油の蒸気を使用することを特徴とするメタノール改質用反応器に関するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
メタノール改質装置では、原料であるメタノールおよび水を加熱、蒸発させ、触媒と接触させ、次式に示されるメタノール改質反応を進行させ、水素を発生させる。この反応が吸熱反応であるため、加熱して反応を促進させることで効率的な反応を行うことができる。また、反応生成物は未反応メタノール等を回収後、水素精製設備に送られ、高純度水素と排ガスとに分離される。
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  ＝  ＣＯ2＋  ２Ｈ2          （１）
ＣＯ2  ＋  Ｈ2        ＝  ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ         （２）
【０００６】
本発明では、メタノールと水を加熱するための熱源として、熱媒油の蒸気を用いる。即ち、熱媒油を蒸発させ、その蒸気と反応系との熱交換を行う。ここでは熱媒油の蒸発潜熱を利用するため、顕熱のみ利用する場合に比べ、単位熱媒油量当りの熱交換量が大きいので、熱媒油の使用量が少なくて済む。従って、装置も小型化することができる。
また、潜熱と顕熱を同時利用することもできる。
【０００７】
本発明で使用する熱媒油は、使用温度での変性が少なく、メタノール改質反応温度以下で蒸気を発生するものであれば特に制限されないが、サームＳ（商品名、新日鐡化学（株）製）等が好適である。
熱媒油の加熱方法は特に制限されないが、電気ヒーターを用いると温度制御が容易であり好適に実施できる。また、前述の水素精製設備で発生する排ガスを燃焼させ、その燃焼熱を利用することもできる。
【０００８】
メタノールおよび水を加熱、蒸発させる方法は特に制限されないが、熱媒油やその蒸気を用いると好適である。
また、熱媒油や、改質反応で生成した分解ガスにより、反応器に供給するメタノールおよび水を予熱することもできる。
【０００９】
本発明のメタノール改質反応は、２３０〜３００℃の温度で実施される。
供給するメタノールと水のモル比は、１：１〜１：１０の範囲である。
触媒としては種々のメタノール改質用触媒を使用できる。
反応器の形式は、熱媒油蒸気との熱交換が可能な構造であれば特に制限されない。例えば、Ｕ字型反応管や直管式反応器を用いることができる。
【００１０】
次に図を用いて本発明を説明する。
図１は本発明のメタノール改質用反応器の一例である。
図１において、メタノールと水の混合物は反応器内に設置された原料過熱器を経由し反応器に供給される。その際、該混合物はスーパーヒート状態となり、触媒を充填したＵ字型反応管に導入され、改質反応が行われる。
一方、熱媒油槽の熱媒油は電気ヒーターにより加熱され、蒸発した熱媒油は前述の混合物と熱交換され、凝縮した熱媒油は熱媒油槽に戻る。熱媒油の加熱に、水素精製設備で発生した排ガスの燃焼ガスを利用することでエネルギーの有効利用ができる。
【００１１】
【実施例】
次に実施例により本発明を更に具体的に説明する。但し本発明はこの実施例により制限されるものではない。
【００１２】
実施例１
図１に示される改質用反応器の熱交換部に銅系触媒を充填し、熱媒油（サームＳ）３００リットルを熱媒油槽に仕込んだ。
メタノールと水の混合蒸気（モル比１：２）を、圧力0.8ＭＰa、温度２６０℃、流量２５Ｎｍ3／Ｈで供給した。一方、熱媒油を電気ヒーターで２６０℃に加熱、蒸発させ、熱媒油蒸気と前述のメタノールと水の混合蒸気とで熱交換を行いながら連続的に水素を製造した。メタノールの分解率は１００％であり、分解ガス中のＣＯ濃度は0.8％以下であった。
【００１３】
特開平3-60401号公報に記載された、熱媒油の顕熱のみを利用する装置では、実施例１と同じ処理量を得るためには、熱媒油を約３０００リットル要する。
本発明では約1/10の熱媒油量で処理することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、熱媒油の蒸発潜熱を利用して、メタノール改質反応を行うと、熱媒油の使用量が少なく、装置も小型化できる。
従って本発明のメタノール改質用反応器は工業的に極めて有利な装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のメタノール改質用反応器の一例である。
【図１】
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