(57)【要約】【目的】炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素から利用が容易な燃料を得ることができる燃料処理装置および燃料処理方法を提供する。【構成】炭素を主成分とした液体または固体の燃料１５と水素化反応を促進する触媒１４と５ＭＰａ以上の高圧水素とを収納してこれらを４５０°以上の高温に加熱することが可能な耐熱耐圧容器５を備え、耐熱耐圧容器内５で水素化反応を行うことにより熱および水素化合物燃料を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素化反応を促進する触媒と５ＭＰａ以上の高圧水素とを収納してこれらを４５０°以上の高温に加熱することが可能な耐熱耐圧容器を備え、前記耐熱耐圧容器内で水素化反応を行うことにより熱および水素化合物燃料を発生させる燃料処理装置。
【請求項２】
前記水素化反応を行わせながら前記水素化合物燃料を前記耐熱耐圧容器から取出し、前記取出した水素化合物燃料と等容量の水素を前記耐熱耐圧容器内に注入し前記耐熱耐圧容器内の圧力と温度を略一定に保って前記水素化反応を行う請求項１の燃料処理装置。
【請求項３】
前記水素化反応により発生した熱と前記水素化合物燃料を燃焼させた熱を利用して熱交換器により蒸気を発生させる請求項２の燃料処理装置。
【請求項４】
炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素化反応を促進する触媒と５ＭＰａ以上の高圧水素とを収納してこれらを４５０°以上の高温に加熱することが可能な耐熱耐圧容器内で前記炭素を主成分とした燃料の燃料水素化反応を行うことにより熱および水素化合物燃料を発生させる燃料処理方法。
【請求項５】
前記水素化反応を行わせながら前記水素化合物燃料を前記耐熱耐圧容器から取出し、前記取出した水素化合物燃料と等容量の水素を前記耐熱耐圧容器内に注入し、前記耐熱耐圧容器内の圧力と温度を略一定に保って前記水素化反応を行う請求項４の燃料処理方法。
【請求項６】
前記炭素を主成分とした燃料が硫黄成分を含んでいることを特徴とする請求項４または５の燃料処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料処理装置および燃料処理方法に関し、特に水素および炭素を主成分とした液体または固体の燃料を利用することを容易とする燃料処理装置および燃料処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からクレオソート油、重油、軽油、固形炭素等の炭素を主成分とした液体または固体の炭素燃料や水素が燃料として使用されていた。しかしながらこれらの燃料単体またはこれらを混合した燃料を利用するためには、燃焼装置の構造が複雑となり高価なものとなるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素から利用が容易な燃料を得ることができる燃料処理装置および燃料処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明の燃料処理装置は、炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素化反応を促進する触媒と５ＭＰａ以上の高圧水素とを収納してこれらを４５０°以上の高温に加熱することが可能な耐熱耐圧容器を備え、前記耐熱耐圧容器内で水素化反応を行うことにより熱および水素化合物燃料を発生させるものである。
【０００５】
また、前記燃料処理装置において、前記水素化反応を行わせながら前記水素化合物燃料を前記耐熱耐圧容器から取出し、前記取出した水素化合物燃料と等容量の水素を前記耐熱耐圧容器内に注入し前記耐熱耐圧容器内の圧力と温度を略一定に保って前記水素化反応を行うものである。
【０００６】
また、前記燃料処理装置において、前記水素化反応により発生した熱と前記水素化合物燃料を燃焼させた熱を利用して熱交換器により蒸気を発生させるものである。
【０００７】
この発明の燃料処理方法は、炭素を主成分とした液体または固体の燃料と水素化反応を促進する触媒と５ＭＰａ以上の高圧水素とを収納してこれらを４５０°以上の高温に加熱することが可能な耐熱耐圧容器内で前記炭素を主成分とした燃料の燃料水素化反応を行うことにより熱および水素化合物燃料を発生させるものである。
【０００８】
また、前記燃料処理方法において、前記水素化反応を行わせながら前記水素化合物燃料を前記耐熱耐圧容器から取出し、前記取出した水素化合物燃料と等容量の水素を前記耐熱耐圧容器内に注入し、前記耐熱耐圧容器内の圧力と温度を略一定に保って前記水素化反応を行うものである。
【０００９】
また、前記各燃料処理方法において、前記炭素を主成分とした燃料が硫黄成分を含んでいるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によると、炭素を主成分とする液体または固体の燃料を使用して、高温・高圧下のリアクタ内で水素化反応を促進して反応熱を発生させ、さらに反応生成ガスをリアクタ外部に取出し燃焼させることにより、非常に高い効率で燃料を利用でき、また、燃料の燃焼が簡単な装置で行えるようになる。従って、二酸化炭素等の温暖化ガスの削減に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下この発明を実施するための最良の形態を実施例に即して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１はこの発明の実施例１である燃料処理装置を示す構成図である。図に示す１は材質がインコネル６２５で形成された外径５６ｍｍ、内径２６ｍｍ、内容積９０ｃｃの容器であり、容器１と蓋２が金属平形ガスケット３を挟むようにしてボルト４で締付けられて密閉容器状のリアクタ５が構成されている。
【００１３】
リアクタ５内には供給バルブ９を介して水素ガスが供給され、排出バルブ１０を介して生成ガスが取出されるように構成され、さらに、リアクタ５の外側に配置されたカバー６内に電源８により電力が供給されるヒータ７が設けられている。なお、電源８をオンオフするスイッチは図示していない。
【００１４】
リアクタ５の内部には熱電対１１が配置され、リアクタ５の外壁部に熱電対１２が配置されており、熱電対１１および熱電対１２の起電力はパーソナルコンピュータ１３に入力され、パーソナルコンピュータ１３によりリアクタ５の内部および外部の温度が測定記録される。
【００１５】
リアクタ５の内部に１５ｃｃのクレオソート油１５とメッシュ状の白金金網触媒１４が入れられ、さらに、排出バルブ１０を開いた状態で供給バルブ９を開き水素ガスが供給され、リアクタ５内部の空気が完全に排除された後、排出バルブ１０を閉じて、図示していない圧力計で測定するリアクタ５内部の圧力が１０ＭＰａ（メガパスカル）となるまで水素ガスを充填して供給バルブ９を閉じてリアクタ５内部を完全に密封した。その後、電源８のスイッチを入れて加熱を開始した。
【００１６】
図２に上記リアクタ内部温度の測定結果を示す。図の横軸は６０分間の時間経過を示し、縦軸に温度を示している。グラフのＡはリアクタ５内部に１０ＭＰａの水素ガスのみを充填してヒータ７により加熱しリアクタ５内部の温度が５５０°Ｃとなったときにヒータ７の電源をオフとしたときの温度変化を示す。電源をオフとしても加熱されたヒータ７およびリアクタ５外壁からの伝熱により３０°Ｃ程度の温度上昇が見られる。
【００１７】
図２のグラフのＢはリアクタ５内部に１５ｃｃのクレオソート油とメッシュ状の白金金網触媒１４を入れ、さらに、１０ＭＰａの水素ガスを充填してヒータ７により加熱しリアクタ５内部の温度が５５０°Ｃとなったときにヒータ７の電源をオフとしたときの温度変化を示す。ＢのグラフをＡのグラフと比較すると、最高温度で４０°Ｃ以上高くなり、３０分間程度の発熱現象が観察された後、急速な温度降下が起こっている。温度降下が急となった時点で発熱が停止したものと判断できる。
【実施例２】
【００１８】
図３は実施例２の燃料処理方法による水素化反応の発熱量を推定するためにリアクタ内部の温度と外壁温度を６０分間に亘り測定した結果を示す。この例では、図１の装置のリアクタ５内部に１２ｃｃのコールタールとメッシュ状の白金金網触媒１４を入れ、１０ＭＰａの圧力となるまで水素ガスを充填してヒータ７により加熱し、リアクタ５内部の温度が５７０°Ｃとなったときにヒータ７の電源をオフとした。
【００１９】
Ａのグラフはリアクタ外壁面の温度を示し、Ｂのグラフはリアクタ内部の温度を示している。ＢのグラフとＡのグラフとの温度差から本実験での発熱量の概算が可能である。同グラフより発熱時間帯でのリアクタ内外の温度差を５０°Ｃとし、発熱持続時間１０分間を定常発熱として計算すると、総発熱量１１０ｋｃａｌ、出力８００Ｗの数値が得られる。この発熱量は充填したコールタール１２ｃｃが完全燃焼した場合の発熱量と略同等である。
【００２０】
この実験を終了してから３日後にリアクタ５内の残留ガスを採取し、成分分析した結果、メタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）等の炭化水素および窒素（Ｎ2 ）、硫化水素（Ｈ2 Ｓ）が検出された。さらに、リアクタ５内部には固形の硬質カーボンの塊が残っていた。
【実施例３】
【００２１】
図４にこの発明の実施例３である燃料処理方法に用いられる燃料および触媒を示す。図に示す燃料容器１７には多数の小径の通気孔１７ａが設けられて内部に顆粒状炭素燃料１８と触媒１９が詰められている。触媒１９は水素化反応を促進する性質のもので、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）等が適している。
【００２２】
顆粒状炭素燃料１８と触媒１９の接触面積を調整することにより反応速度を制御することができる。顆粒状炭素燃料１８と触媒１９の形状やサイズは任意に選ぶことができ、大きな反応速度を得るためには顆粒状炭素燃料１８と触媒１９の粒径を小さくすることが有効である。
【００２３】
本実施例では、実施例２の実験の後、リアクタ５内部に残留していた硬質カーボンの塊を細かく粉砕し、平均粒径０．５ｍｍの顆粒状炭素燃料１８を得た。この顆粒状炭素燃料１８と直径２ｍｍ、高さ２ｍｍの円柱状白金触媒１９を混合してステンレス製の燃料容器１７に充填し、図１に示すリアクタ５内に挿入して実施例２と同様の水素化反応実験を実施した。その結果液体燃料と略同等の発熱現象が確認できた。
【００２４】
さらに、その他の燃料として重油および軽油を用いて同じ実験を行った結果、略同等の発熱現象が生じることが確認された。各種燃料を使用したこれら一連の実験では、燃料中の硫黄（Ｓ）の含有量が多いほど発熱量が大きい傾向が見られた。また、有効な水素化反応熱を発生させるための必要条件として、初期加熱温度が４５０°Ｃ以上必要であり、かつ、常温での初期水素充填圧力が５ＭＰａ以上必要であることが判明した。
【実施例４】
【００２５】
図５はこの発明の実施例４である燃料処理装置を示す構成図である。この例では燃料処理装置での発熱と発生した生成ガスの燃焼熱を発電のための蒸気の発生に利用する。この実施例に用いられるリアクタ２１の側壁にはヒータ７が埋め込まれ、リアクタ２１の側壁外部にジャケット２１ａが形成されている。ジャケット２１ａの内部は熱交換媒体である１次流体２６の流路となっている。なお、実施例１と同様にヒータ７には電源からの電流が流され、リアクタ２１は容器と蓋で構成されているが、これらは図５に図示していない。
【００２６】
リアクタ２１内には供給バルブ９を介して水素ガスが供給され、排出バルブ１０を介して生成ガスが取出される。排出バルブ１０で取出された生成ガスは貯溜槽２３に蓄えられ、さらに、流量調整バルブ２４で流量調整されてボイラ２５のバーナ２５ａに供給されて燃焼される。
【００２７】
この実施例では１次流体２６として加圧水が用いられており、１次流体２６は１次流体ポンプ２７によりリアクタ２１のジャケット２１ａ、ボイラ２５、熱交換器である蒸気発生器２２間を循環される。蒸気発生器２２に供給された水は１次流体２６によ加熱されて蒸気となり、発電機のタービンを駆動する。１次流体２６としては加圧水の代わりに液体ナトリウムも用いることができる。
【００２８】
図５に示す装置のリアクタ２１に顆粒状炭素燃料と触媒の充填された燃料容器１７が挿入され、さらに、排出バルブ１０を開いた状態で供給バルブ９を開き水素ガスが供給され、リアクタ２１内部の空気が完全に排除された後、排出バルブ１０を閉じて、リアクタ２１内部の圧力が１０ＭＰａとなるまで水素ガスを充填して供給バルブ９を閉じてリアクタ２１内部を完全に密封する。次にヒータ７に通電し、リアクタ２１の内部温度が５００°Ｃ以上となるまで加熱し、燃料の水素化反応を促進して反応熱を発生させる。
【００２９】
リアクタ２１内部温度が最高温度に達し下降し始めてから、排出バルブ１０を開け、リアクタ２１の底部に溜まった反応生成ガス（炭化水素、硫化水素等）の一部を排出する。このとき、リアクタ２１内部の圧力と温度が急激に低下しないように微小量の排出に止めておくことが重要である。
【００３０】
次に、排出ガス量と等量の水素ガスを供給バルブ９から注入し、再び水素化反応を促進して温度上昇を図る。図６は上記操作中におけるリアクタ２１の内部温度の変化を模式的に示したものである。図に矢印で示すところで反応生成ガスの排出と水素ガスの注入が間欠的に行われている。
【００３１】
このように反応生成ガスの排出と水素ガスの注入を間欠的に行うことにより、排出された反応生成ガスは一旦貯溜槽２３に蓄えられた後、流量調整バルブ２４を通りバーナ２５ａで連続燃焼される。そして、ボイラ２５とジャケット２１ａで加熱された１次流体は蒸気発生器で水を加熱して蒸気を発生させる。
【００３２】
上記構成において、供給バルブ９を供給流量を設定する流量調整バルブとし、排出バルブ１０をコントローラで流量が制御される流量調整バルブとし、コントローラにはリアクタ２１の内部の圧力計測値が入力されて圧力計測値を所定値とするように排出ガス流量を調整する流量調整バルブを制御するようにすれば水素化反応を連続的に行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施例１である燃料処理装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施例１である燃料処理装置を使用したときの温度測定結果を示すグラフである。
【図３】この発明の実施例２である燃料処理方法により燃料を処理したときの温度測定結果を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例３である燃料処理方法に用いられる燃料および触媒を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施例４である燃料処理装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施例４である燃料処理装置を使用したときの温度測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  容器
２  蓋
３  金属平形ガスケット
４  ボルト
５  リアクタ
６  カバー
７  ヒータ
８  電源
９  供給バルブ
１０  排出バルブ
１１、１２  熱電対
１３  パーソナルコンピュータ
１４  白金金網触媒
１５  クレオソート油
１７  燃料容器、１７ａ  通気孔
１８  顆粒状炭素燃料
１９  触媒
２１  リアクタ、２１ａ  ジャケット
２２  蒸気発生器
２３  貯溜槽
２４  流量調整バルブ
２５  ボイラ、２５ａ  バーナ
２６  １次流体
２７  １次流体ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
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