(57)【要約】      （修正有）【課題】停止状態にある冷却された装置は余熱や廃熱を循環して予熱され、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときに外部熱源からの熱媒が供給される水素製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置は、酸素含有炭化水素気化器６と、水蒸気発生器５と、酸素含有炭化水素・水蒸気混合器７と、酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを予熱する混合ガス予熱器２と、改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器１と、改質反応器１を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源２１と、外部熱源２１から隔離され、改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５及び酸素含有炭化水素気化器６から選択された少なくとも１個の容器に接続され伝熱媒体が循環する熱媒循環ライン３７と、熱媒循環ライン３７に設けられ伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワ３５と、熱媒循環ライン３７に設けられ伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータ３６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、
水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、
気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、
前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、
この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、
この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、
この外部熱源から隔離され、前記改質反応器、前記混合ガス予熱器、前記水蒸気発生器及び前記酸素含有炭化水素気化器から選択された少なくとも１個の容器に接続され伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、
この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、
前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、
を有することを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、
水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、
気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、
前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、
この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、
この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、
この改質反応器に並行して設けられ、前記改質反応器の温度を制御する伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、
この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、
前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、
を有することを特徴とする水素製造装置。
【請求項３】
前記酸素含有炭化水素が、ジメチルエーテル及びメタノールから選択された少なくとも１種からなること、を特徴とする請求項１又は２記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記外部熱源が、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱を用いるものであること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記外部熱源が、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱と熱交換してなる熱媒を利用するものであること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記外部熱源が、発電所、廃棄物焼却施設又はその他産業において発生する廃熱又は余熱を利用するものであること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジメチルエーテルを用いて水蒸気を改質する水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
未来社会の１つのビジョンとして水素をエネルギー媒体とした水素エネルギー社会の実現が注目されており、いくつかの有力な水素製造方法が考えられている。
【０００３】
現在主流の水素製造方法は、天然ガスや液化石油ガス等を原料にして、７００℃以上の反応温度で、触媒の存在の下で、水蒸気改質法により水素を製造するものである。この方法は、原料が硫黄等の不純物を含むために、この不純物を処理するために前処理が必要である。さらに、反応温度が高いために、反応器構造材として耐熱性の高い材料を用いる必要もある。
【０００４】
上述のように、従来の水素製造において加熱する熱は、７００℃以上の高温が必要である。この熱源として、化石燃料の燃焼熱を利用している。このため、水蒸気改質法による水素製造においては、燃料改質に伴い生成される二酸化炭素の他に、熱源としての化石燃料燃焼により二酸化炭素が発生する。
【０００５】
この水素製造方法により生成された水素は、エネルギー源として利用する際に、燃焼時には地球温暖化ガスである二酸化炭素が発生しない特徴がある。しかし、現状ではこの水素製造には、二酸化炭素発生を伴っている。また、この熱源に化石燃料の燃焼熱を利用した際には、二酸化炭素の他に、硫黄酸化物等の大気汚染物質が同時に生成される。
【０００６】
一方、ジメチルエーテルを用いた水蒸気改質は、ジメチルエーテルが合成燃料であるので、天然ガスや液化石油ガス等と比較して硫黄等の不純物が少ない。また、従来法と比較して低い温度で、すなわち、４００℃以下の温度で水素を製造するものである。
【０００７】
この環境負荷軽減の可能性の高いジメチルエーテルを用いる水素製造方法については、水素製造の際に用いられる水蒸気改質触媒に関する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、天然ガスと比較して低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用して、原動機燃料とする技術が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００９】
さらに、上述した天然ガスと比べて低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、また、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用する場合に、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用い、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。
【００１０】
しかし、これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が日中のみ稼動又は逆に夜間のみ稼動といった事情がある。
【００１１】
この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱に係る熱媒体を導入して、水素製造装置を加熱し、昇温する起動運転が必要となる。
【００１２】
このとき、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料であるジメチルエーテルと水を供給すると、触媒が有機物で汚染する可能性がある。このため、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することになる。そうすると、起動に時間がかかり過ぎ、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使用できなくなる。
【００１３】
このために、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池急速起動装置」が知られている（例えば、特許文献４参照）。この「燃料電池急速起動装置」は、燃料電池に改質ガスを供給する改質器を有している。この改質器は、燃料と水を蒸発する蒸発部と、蒸発した燃料と水とを改質ガスにする改質部と、改質ガスに含まれるＣＯを除去するＣＯ処理部とを備えている。この蒸発部とＣＯ処理部に伝熱媒体を循環させる循環ラインは、伝熱媒体を循環するポンプと、伝熱媒体の温度を調整する温度調整器と、伝熱媒体を蓄えるタンクとを備え、タンクには温度維持熱源が設けられている。
【００１４】
また、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料改質装置およびその始動方法」が知られている（例えば、特許文献５参照）。この「燃料改質装置およびその始動方法」は、燃料ガスと水蒸気と酸素含有ガスとが供給されて水素含有ガスを生成する改質器と、改質器へ燃焼ガスを供給する燃焼器と、燃焼器と改質器との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環系とを備えた燃料改質装置であり、熱媒体の温度が低いときは、改質器に酸素含有ガスを供給して部分酸化反応を促進させ、燃焼器と改質器との間で熱媒体を循環させ、熱媒体は部分酸化反応の反応熱によって加熱させるものである。
【００１５】
また、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池用水素製造装置」が知られている（例えば、特許文献６参照）。この「燃料電池用水素製造装置」は、炭化水素系燃料を原料とし、原料の部分酸化と水蒸気改質反応とによって水素を得る燃料電池用水素製造装置である。この「燃料電池用水素製造装置」は、水蒸気改質反応を行う改質反応器の外周に補助燃焼室を設け、起動時において、補助燃焼室で補助燃料を燃焼することによって、補助燃焼室から改質反応室に熱が供給され、改質反応室の起動時間を短縮し、また定常時においては、改質反応室の外周から放散する熱を抑えるものである。
【特許文献１】特開２００３−３８９５７号公報
【特許文献２】特開平１１−１０６７７０号公報
【特許文献３】特開２００３−１６５７０４号公報
【特許文献４】特開２０００−３０７２４号公報
【特許文献５】特開２００１−２０６７０１号公報
【特許文献６】特開２００３−１２３８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、天然ガスと比べて低温で水素生成するジメチルエーテルの特性を利用し、また、外部の熱源をジメチルエーテルの水蒸気改質熱に利用する場合に、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用い、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。
【００１７】
しかし、これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が日中のみ稼動又は逆に夜間のみ稼動といった事情がある。この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱に係る熱媒体を導入して、水素製造装置を予熱し、昇温して起動運転を行う必要がある。
【００１８】
しかし、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料であるジメチルエーテルと水を供給すると、触媒が有機物で汚染する等の不具合が生じるという課題があった。
【００１９】
このために、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することになる。そうすると、起動に時間がかかり過ぎると、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使用できないという課題があった。
【００２０】
そこで、水素製造装置の起動時の昇温時間を短縮して急速に起動できるようにする手段として、「燃料電池急速起動装置」（特許文献４参照）、「燃料改質装置およびその始動方法」（特許文献５参照）及び「燃料電池用水素製造装置」（特許文献６参照）が知られている。
【００２１】
しかし、「燃料電池急速起動装置」（特許文献４参照）においては、熱源とは別の伝熱媒体が必要であり、この伝熱媒体を循環させるためのタンク、ポンプ等の機器、温度を維持するための熱源等がさらに必要となり、設備が大掛かりとなるという課題があった。
【００２２】
また、「燃料改質装置およびその始動方法」（特許文献５参照）においては、熱媒体の温度が低いときは、改質器に酸素含有ガスを供給して部分酸化反応を促進させるが、このための酸素含有ガス供給設備が必要となり、設備が大型化するという課題があった。
【００２３】
また、「燃料電池用水素製造装置」（特許文献６参照）においては、水蒸気改質反応を行う改質反応器の外周に補助燃焼室を設け、補助燃焼室への補助燃料の供給設備が必要となり、補助設備が必要となるという課題があった。
【００２４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、外部熱源から隔離できる熱媒循環ラインを設け、停止状態にある冷却された装置はこの熱媒循環ラインを経由して余熱や廃熱を循環して予熱され、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときに、外部熱源からの熱媒が供給される水素製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明の水素製造装置においては、原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、この外部熱源から隔離され、前記改質反応器、前記混合ガス予熱器、前記水蒸気発生器及び前記酸素含有炭化水素気化器から選択された少なくとも１個の容器に接続され伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記目的を達成するため、本発明の水素製造装置においては、原料となる酸素含有炭化水素をガス状にするための酸素含有炭化水素気化器と、水蒸気を発生させる水蒸気発生器と、気化したガス状の前記酸素含有炭化水素と水蒸気を混合する酸素含有炭化水素・水蒸気混合器と、前記酸素含有炭化水素と水蒸気の混合ガスを所定の改質器供給温度に予熱する混合ガス予熱器と、この混合ガスが導入され改質触媒を充填した反応管を含む改質反応器と、この改質反応器を伝熱媒体を用いて加熱する外部熱源と、この改質反応器に並行して設けられ、前記改質反応器の温度を制御する伝熱媒体が循環する熱媒循環ラインと、この熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を循環する循環ポンプ又は循環ブロワと、前記熱媒循環ラインに設けられ前記伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータと、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の水素製造装置によれば、外部熱源から隔離できる熱媒循環ラインを設け、停止状態にある冷却された装置はこの熱媒循環ラインを経由して余熱や廃熱を循環して予熱され、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときに、外部熱源からの熱媒が供給されることにより、これまでに使われていなかった余熱や捨てられていた廃熱を熱源として用いることができ、水素製造の効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る水素製造装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図である。
【００３０】
まず、水素製造装置の基本構成について、図１を用いて説明する。
【００３１】
図１に示すように、水素製造装置は、導入された原料である酸素含有炭化水素１２をガス状にする酸素含有炭化水素気化器６を有する。また、原料となる水１１が導入され水蒸気１７を発生させる水蒸気発生器５を有する。この気化したガス状の酸素含有炭化水素１２及び水蒸気１７は酸素含有炭化水素・水蒸気混合器７に導入され混合されて酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１３となる。この酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１３からなる混合ガスは、所定の改質器供給温度に予熱するために混合ガス予熱器２に導入される。この混合ガス予熱器２で余熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１４は、改質触媒を充填した反応管を備えた改質反応器１に導入される。この改質反応器１で改質された改質ガス１５は、この改質ガス１５から熱回収して原料である水１１を予熱するための水予熱器３及び酸素含有炭化水素１２を予熱するための酸素含有炭化水素予熱器４に導入され、次工程へ改質ガス１６として導出される。
【００３２】
次に、本実施の形態の水素製造装置の熱媒循環ライン３７について、図１を用いて説明する。
【００３３】
図１に示すように、水素製造装置の熱媒循環ライン３７は、改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５及び酸素含有炭化水素気化器６の少なくとも１容器と接続する配管で連結され、これらの容器を加熱できる伝熱媒体が循環している。ここでは、熱媒循環ライン３７は、改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５及び酸素含有炭化水素気化器６の全ての容器に接続されている例を示す。
【００３４】
この伝熱媒体は、外部熱源２１から外部熱源入口隔離弁３１を介して熱媒循環ライン３７に導入される。熱交換された伝熱媒体は、外部熱源出口隔離弁３２を介して外部熱源２２に導出される。
【００３５】
このように構成された本実施の形態において、酸素含有炭化水素１２は、酸素含有炭化水素予熱器４、酸素含有炭化水素気化器６を経由してガス状になり酸素含有炭化水素・水蒸気混合器７に供給される。また、水１１は、水予熱器３、水蒸気発生器５を経由して蒸気となり、酸素含有炭化水素・水蒸気混合器７に供給され酸素含有炭化水素１２と混合される。
【００３６】
酸素含有炭化水素・水蒸気混合器７を経由した酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１３は、混合ガス予熱器２で所定の改質器供給温度に予熱される。予熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１４は改質反応器１に供給される。
【００３７】
改質反応器１では、原料ガスである酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス１３が改質反応器の内部に充填された改質触媒層を通過する際に、水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガス１５となり改質反応器１から導出される。この改質ガス１５は、水予熱器３、酸素含有炭化水素予熱器４でそれぞれ原料である水１１、酸素含有炭化水素１２と熱交換して次工程へ改質ガス１６として排出される。
【００３８】
また、外部熱源２１からの伝熱媒体は、まず改質反応器１で水蒸気改質反応に必要な熱量を熱交換した後に、混合ガス予熱器２でプロセスガスと熱交換し、その後、水蒸気発生器５で水１１と熱交換し、酸素含有炭化水素気化器６で原料酸素含有炭化水素１２と熱交換し、それぞれの機器で必要な熱量が供給される。
【００３９】
上述のように、これまでに使用されていなかった余熱や捨てられていた廃熱が熱源として用いられ、これらの余熱や廃熱を水素として回収することが考えられる。これらの余熱や廃熱は常時定常的に発生しているとは限らず、例えば、生産設備が稼動している日中のみ又は逆に夜間のみ稼動といった事情が考えられる。
【００４０】
この常時定常的に発生しているとは限らない余熱や廃熱を利用して、水蒸気改質反応により水素製造するには、停止状態にある冷却された装置に余熱や廃熱を導入して、水素製造装置を加熱、昇温する起動運転が必要となる。
【００４１】
この際に、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達しないまま、原料である酸素含有炭化水素１２と水１１を供給すると、触媒が有機物で汚染する等の不具合が生じるため、水蒸気改質に使われる触媒の温度が反応温度に到達するまで十分な時間をかけて、水素製造装置を加熱、昇温することが必要となる。一方、起動に時間がかかりすぎると、余熱や廃熱の発生時間は限られているので水素を製造する時間が十分にとれず、廃熱を回収しての水素製造量が少なく、水素製造設備を有効に使えないという懸念がある。
【００４２】
この対策として本実施の形態においては、水素製造装置を構成する改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５及び酸素含有炭化水素気化器６は、熱媒循環ライン３７で接続され、この熱媒循環ライン３７を介して伝熱媒体が循環している。この伝熱媒体は、外部熱源２１、２２から導入され、熱媒循環ライン入口弁３３、熱媒循環ライン出口弁３４を介して隔離できるようになっている。また、この熱媒循環ライン３７は、外部熱源入口隔離弁３１及び外部熱源出口隔離弁３２を介して、外部熱源２１、２２から隔離できるようになっている。この熱媒循環ライン３７には、熱媒循環ライン入口弁３３、熱媒循環ライン出口弁３４、循環ポンプ又はブロワ３５、熱媒ヒータ３６が設けられている。この熱媒循環ライン入口弁３３、熱媒循環ライン出口弁３４を開放し、循環ポンプ又はブロワ３５、熱媒ヒータ３６を稼動させて、熱媒循環ライン３７内で伝熱媒体を循環している。
【００４３】
次に、本実施の形態の水素製造装置の実施例について説明する。
【００４４】
本図に示す構成の試験装置を試作し、自家発電設備の３５０℃の排ガスを外部熱源として、酸素含有炭化水素としてジメチルエーテル（ＤＭＥ）を用いて水素製造試験を実施した。本試験装置は、水素製造流量として３Ｎｍ３／ｈである。本試験装置に接続して設置された自家発電設備は、毎日、起動、停止を行った。
【００４５】
水素製造のための改質反応器１内の触媒層の温度条件は３００℃である。前日、自家発電設備の停止に合わせて、本試験装置を停止すると、夜間、試験装置全体が徐々に温度低下し、次の日に自家発電設備の始動に合わせて本装置を起動する際には、１５０℃程度にまで低下した。この状態で、自家発電設備の排ガスを試験装置に導入し、試験装置を昇温すると、改質反応器１内の触媒層の温度が３００℃に到達するのにおよそ３時間を要した。また、週末を経て起動する際には、試験装置の温度は５０℃程度にまで低下しているため、改質反応器内の触媒層の温度が３００℃に到達するのにおよそ５時間を要した。
【００４６】
これに対し、外部熱源２１、２２から外部熱源入口隔離弁３１及び外部熱源出口隔離弁３２を介して隔離できる熱媒循環ライン３７を有する試験装置を用いて水素製造試験を実施した。
【００４７】
試験装置の起動時には、図１に示す外部熱源入口隔離弁３１、外部熱源出口隔離弁３２を閉じて、熱媒循環ライン入口弁３３、熱媒循環ライン出口弁３４を開き、循環ブロワ３５、熱媒ヒータ３６を駆動し、改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５、酸素含有炭化水素気化器６で構成される試験装置を昇温した。
【００４８】
熱媒ヒータ３６の熱出力１０ｋＷの条件の下で、およそ１時間で改質反応器１内の触媒層の温度が３００℃に到達した。停止状態にある冷却された装置を加熱し、昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときには、外部熱源２１からの熱媒供給を開始する。すなわち、外部熱源入口隔離弁３１及び外部熱源出口隔離弁３２を開放し、熱媒循環ライン入口弁３３及び熱媒循環ライン出口弁３４を閉じ、循環ブロワ３５、熱媒ヒータ３６を停止して、自家発電設備の排ガスを外部熱源２１として水素を生成することができた。
【００４９】
自家発電設備の排ガスだけを使用して試験装置を昇温した場合と比較して、水素製造条件まで昇温する時間が２時間短縮でき、その分、より多くの水素を製造することができる。本試験装置の場合は、３Ｎｍ３／ｈ×２ｈ＝６Ｎｍ３の水素が製造可能である。
【００５０】
水素の燃焼エネルギーは２８６ｋＪ／ｍｏｌであり、１ｍｏｌの気体の標準状態における容積は０．０２２４１ｍ３／ｍｏｌであるので、６Ｎｍ３の水素が保有するエネルギーは、以下の（１）式が示すように、Ｅ＝７．６６×１０４ｋＪとなる。
【００５１】
Ｅ＝２８６ｋＪ／ｍｏｌ×[１／（０．０２２４１ｍ３／ｍｏｌ）]×６Ｎｍ３
＝７．６６×１０４ｋＪ                                        （１）
この生成された６Ｎｍ３の水素が保有するエネルギーＥ＝７．６６×１０４ｋＪは、この試験装置の昇温に使用した熱エネルギー１０ｋＷ×１ｈ＝３．６×１０４ｋＪより十分に大きいので、本実施例が有効であることを確認することができた。
【００５２】
なお、ここでは、酸素含有炭化水素としてジメチルエーテル（ＤＭＥ）を用いて水素製造試験を実施したが、酸素含有炭化水素としてメタノールを使用することができる。
【００５３】
本実施の形態によれば、停止状態にある冷却された改質反応器１、混合ガス予熱器２、水蒸気発生器５及び酸素含有炭化水素気化器６等の容器を、熱媒循環ライン３７を用いて系統内の余熱や廃熱を循環させて予熱することができる。水素製造装置が昇温し起動運転する際の水素製造条件に到達したときには、外部熱源２１からの熱媒の供給を開始する。かくして、これまで捨てられていた廃熱や有効利用されていなかった余熱から効率的に水素製造することが可能となり、水素製造装置の起動時間を短縮することができる。また、水素製造量を安定的に増加させることができる。さらに、製品水素純度を安定的に向上させることができる。
【００５４】
図２は、本発明の第２の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００５５】
図２に示すように、本実施の形態に係る水素製造装置においては、改質反応器１の出口及び入口の間には、改質反応器１を加熱するために改質反応器１と並行して熱媒ライン４０が設けられている。この熱媒ライン４０には、伝熱媒体を循環する循環ポンプ又はブロワ３８、伝熱媒体を加熱する熱媒ヒータ３９が設置されている。
【００５６】
改質反応器１において、酸素含有炭化水素１２を原料にして水蒸気改質反応で水素を製造するときに、水素製造量や製造ガスの成分は、改質反応器１内の改質触媒層の温度に影響されるため、この温度制御が重要である。
【００５７】
このように構成された本実施の形態において、改質反応器１内の改質触媒層の温度を監視し、所定の温度より低いときには、改質反応器１と並行して設置された循環ポンプ又はブロワ３８、熱媒ヒータ３９を駆動することにより、改質反応器１内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持することができる。また、改質反応器１を起動する場合に、装置全体の温度が低いときには、循環ポンプ又はブロワ３８、熱媒ヒータ３９を駆動して、改質反応器１内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持しながら、外部熱源２１から伝熱媒体を供給すれば、改質反応器１を短時間で起動することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、改質反応器１と並行して設けられた熱媒循環ライン４０に介在する循環ポンプ又はブロワ３８、熱媒ヒータ３９を稼動することにより、改質反応器１内の改質触媒層の温度を所定の温度に維持しながら、外部熱源２１から伝熱媒体を供給すれば、改質反応器１を短時間で起動することができる。かくして、これまで捨てられていた廃熱や有効利用されていなかった余熱から効率的に水素製造することが可能となり、水素製造装置の起動時間を短縮することができる。また、水素製造量を安定的に増加させることができる。さらに、製品水素純度を安定的に向上させることができる。
【００５９】
なお、外部熱源２１として、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱を用いて効率的に水素を製造することができる。また、発電所で発生する熱、廃棄物焼却施設で発生する熱又はその他産業において発生する熱と熱交換してなる熱媒を利用してもよいし、発電所、廃棄物焼却施設又はその他産業において発生する廃熱又は余熱を利用しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００６０】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の水素製造装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６２】
１…改質反応器、２…混合ガス予熱器、３…水予熱器、４…酸素含有炭化水素予熱器、５…水蒸気発生器、６…酸素含有炭化水素気化器、７…酸素含有炭化水素・水蒸気混合器、１１…水、１２…酸素含有炭化水素、１３…酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス、１４…予熱された酸素含有炭化水素・水蒸気混合ガス、１５…改質ガス、１６…改質ガス、１７…水蒸気、２１…外部熱源、２２…外部熱源、３１…外部熱源入口隔離弁、３２…外部熱源出口隔離弁、３３…熱媒循環ライン入口弁、３４…熱媒循環ライン出口弁、３５，３８…循環ポンプ又はブロワ、３６，３９…熱媒ヒータ、３７，４０…熱媒循環ライン。
【図１】
2009292661.tif 000003
【図２】
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