(57)【要約】【課題】高いエネルギー利用効率をもってグリセリンの改質が図れ、有価ガスに転換することが可能なグリセリン改質装置および改質方法を提供する。【解決手段】本発明のグリセリン改質装置１は、内部に触媒が収容され、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて水蒸気改質反応を生じさせ、グリセリンを改質する改質反応器２と、水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器７と、燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器６と、が備えられ、燃焼器６から得られる燃焼排ガスの熱によって改質反応器２内が加熱される構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に触媒が収容され、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で前記触媒を用いて水蒸気改質反応を生じさせ、前記グリセリンを改質する改質反応器と、
前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、
燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器と、が備えられ、
前記燃焼器から得られる前記燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内が加熱されることを特徴とするグリセリン改質装置。
【請求項２】
前記反応用ガスとして、前記水蒸気に加えて空気もしくは酸素が前記改質反応器内に供給されることを特徴とする請求項１に記載のグリセリン改質装置。
【請求項３】
前記改質反応器を収容する容器が備えられるとともに、前記容器の内部に前記燃焼排ガスが導入され、前記燃焼排ガスの熱により前記改質反応器内が加熱されることを特徴とする請求項１または２に記載のグリセリン改質装置。
【請求項４】
前記容器の内部に、前記反応用ガスの予熱を行うための加熱器が備えられたことを特徴とする請求項３に記載のグリセリン改質装置。
【請求項５】
前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、前記水蒸気を生成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項６】
前記冷却・熱回収器によって冷却された前記改質後ガスから水素を精製するガス精製器が備えられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項７】
前記ガス精製器から排出される排ガスが燃料として前記燃焼器に供給されることを特徴とする請求項６に記載のグリセリン改質装置。
【請求項８】
前記改質反応器の内部に、前記改質後ガスから水素を分離する水素分離膜が備えられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項９】
前記冷却・熱回収器が、前記水素分離膜で分離された水素ガスを水で冷却する一方、前記水素ガスが持つ熱によって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成する第１冷却・熱回収器と、前記改質反応器から排出される改質後ガスを前記グリセリンで冷却する一方、前記改質後ガスが持つ熱によって前記グリセリンを予熱する第２冷却・熱回収器と、を有し、
前記第２冷却器から排出された改質後ガスが燃料として前記燃焼器に供給されることを特徴とする請求項８に記載のグリセリン改質装置。
【請求項１０】
改質反応器の外部で燃料を燃焼させたときに得られる燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内を加熱しつつ、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて水蒸気改質反応を進行させ、前記グリセリンを改質するとともに、前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収することを特徴とするグリセリン改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリセリン改質装置および改質方法に関し、例えば植物油などからバイオディーゼル燃料を生産する際の副生成物であるグリセリンを有価物に改質する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大豆油、菜種油、ひまわり油等の植物性油脂を原料として、バイオディーゼル燃料を生産する方法が提案されている。バイオディーゼル燃料の一般的な生産方法として、油脂にメタノールとアルカリ触媒を加えてエステル交換反応を起こさせた後、これに酸を加えて中和させ、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離する。分離した脂肪酸メチルエステルから触媒を取り除き、さらにメタノールを除去すると、バイオディーゼル燃料となる。このように、アルカリ触媒を用いた方法では、原理的にグリセリンの発生を抑制することは難しく、原料油脂の１０％程度のグリセリンが副生する。
【０００３】
グリセリンは現在、医薬品分野や化粧品、樹脂、塗料などといった分野で消費されているが、その消費量は限定されている。一方、地球温暖化対策として期待が高まっているバイオディーゼル燃料の生産量増加に伴い、副生グリセリンが余剰となることが予測される。現在、副生グリセリンはその多くが焼却処分により熱回収されているのが現状である。以上の背景の下、副生グリセリンの市場において、グリセリンの余剰量がますます拡大すること、焼却処分によって資源の利用価値が低下すること、などが課題となっている。
【０００４】
そこで、下記の特許文献1には、副生した粗グリセリンとこれを更に精製した精製グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置を備えた廃棄物処理システムが開示されている。この特許文献１によれば、この廃棄物処理システムの使用により、バイオディーゼル燃料を生産できるとともに、副生グリセリンから水素ガスを生成でき、水素燃料電池として有効利用できる、と記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２０９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置と記載されているだけであって、水素ガス発生装置の具体的な構成については記載されていない。したがって、グリセリンを改質して有価ガスに転換するための具体的な装置及び方法の提供が望まれている。
【０００６】
さらに、特許文献1には、水素ガス発生装置内でグリセリンの加熱気化に用いる熱源として、油脂を含む廃棄物の残部を高温溶融させる還元ガス化溶融炉の排熱を利用することで電力を削減できる、と記載されている。ただし、これは還元ガス化溶融炉と水素ガス発生装置が一体化したバイオディーゼル燃料製造システム全体として得られる効果である。したがって、グリセリン改質装置単体としても、エネルギー利用効率の高い装置の提供が求められている。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高いエネルギー利用効率をもってグリセリンの改質が図れ、有価ガスに転換することが可能なグリセリン改質装置および改質方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のグリセリン改質装置は、内部に触媒が収容され、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で前記触媒を用いて水蒸気改質反応を生じさせ、前記グリセリンを改質する改質反応器と、前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器と、が備えられ、前記燃焼器から得られる前記燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内が加熱されることを特徴とする。
【０００９】
本発明のグリセリン改質装置において、前記反応用ガスとして、前記水蒸気に加えて空気もしくは酸素が前記改質反応器内に供給される構成が採用できる。
【００１０】
本発明のグリセリン改質装置において、前記改質反応器を収容する容器が備えられるとともに、前記容器の内部に前記燃焼排ガスが導入され、前記燃焼排ガスの熱により前記改質反応器内が加熱される構成が採用できる。
【００１１】
本発明のグリセリン改質装置において、前記容器の内部に、前記反応用ガスの予熱を行うための加熱器が備えられた構成が採用できる。
【００１２】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、前記水蒸気を生成する構成が採用できる。
【００１３】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器によって冷却された前記改質後ガスから水素を精製するガス精製器が備えられた構成が採用できる。
【００１４】
本発明のグリセリン改質装置において、前記ガス精製器から排出される排ガスが燃料として前記燃焼器に供給される構成が採用できる。
【００１５】
本発明のグリセリン改質装置において、前記改質反応器の内部に、前記改質後ガスから水素を分離する水素分離膜が備えられた構成が採用できる。
【００１６】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が、前記水素分離膜で分離された水素ガスを水で冷却する一方、前記水素ガスが持つ熱によって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成する第１冷却・熱回収器と、前記改質反応器から排出される改質後ガスを前記グリセリンで冷却する一方、前記改質後ガスが持つ熱によって前記グリセリンを予熱する第２冷却・熱回収器と、を有し、前記第２冷却器から排出された改質後ガスが燃料として前記燃焼器に供給される構成が採用できる。
【００１７】
本発明のグリセリン改質方法は、改質反応器の外部で燃料を燃焼させたときに得られる燃焼排ガスの熱によって前記改質反応器内を加熱しつつ、グリセリンと、少なくとも水蒸気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて水蒸気改質反応を進行させ、前記グリセリンを改質するとともに、前記水蒸気改質反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のグリセリン改質装置によれば、改質反応器内において、触媒の作用によりグリセリンと反応用ガス中に含まれる水蒸気との間で水蒸気改質反応が生じる。この反応を経てグリセリンが改質され、グリセリンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。このようにグリセリンを有価ガスに転換することにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。そして、副生グリセリンを水素や一酸化炭素等のガスとして回収することにより、これらのガスを水素燃料や化学合成品の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電が可能となる。その他、水素利用分野への転用が可能となる。
【００１９】
また、グリセリンの水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を促進するためには改質反応器内の加熱が必要である。そこで、本発明のグリセリン改質装置においては、燃料を燃焼させて燃焼排ガスを発生させる燃焼器が備えられているため、燃焼器から得られる燃焼排ガスの熱により改質反応器内の加熱が可能である。燃焼器は改質反応器とは別体であり、種々の燃料を自由に選択できるため、改質反応器内の温度を効率良く、かつ精度良く制御することができる。
【００２０】
上記の水蒸気改質反応は例えば数百℃といった高温で進行するため、相当の高温の改質後ガスが改質反応器から排出される。ここで、本発明のグリセリン改質装置においては、冷却・熱回収器を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、熱を回収することによりこの熱を本装置内で有効利用できる。そのため、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。例えば、冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、反応用ガスである水蒸気を生成することができる。この構成とすれば、水蒸気を生成する際に必要な外部の熱を削減できる。あるいは、外部の熱源を不要とすることができる。
【００２１】
また、反応用ガスとして空気や酸素が改質反応器内に供給される構成とすれば、水蒸気改質反応に加えて部分酸化改質反応（もしくは完全酸化改質反応）が起こることになる。部分酸化改質反応によっても、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスが生成される。部分酸化改質反応は発熱反応であるため、水蒸気改質反応に必要な熱を部分酸化改質反応時に発生する熱で賄うことができ、外部の燃焼器から供給する熱が少なく済む。また、グリセリンの水蒸気改質反応では、触媒上に炭素が析出し、触媒が劣化することが一つの問題となっている。これに対し、空気や酸素が改質反応器内に供給される構成であれば、炭素の析出を抑制することができる。
【００２２】
また、改質反応器を収容する容器が備えられ、容器内に燃焼排ガスが導入される構成によれば、改質反応器と容器とにより一つの熱交換器が構成されることになる。その場合、改質反応器の壁面を通じて熱が伝達され、改質反応器内の加熱が効率良く行われる。さらに、容器の内部に反応用ガス予熱用の加熱器が備えられた構成であれば、燃焼排ガスが持つ熱を無駄なく回収することができる。その結果、反応用ガスの予熱のために外部から供給する熱を削減でき、エネルギー効率の高い装置を実現できる。
【００２３】
また、改質後ガスから水素を精製するガス精製器を備えた構成とすれば、より高純度の水素ガスを得ることができる。一方、水素ガスを精製した後、ガス精製器からは一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが排出されるが、その排ガスを燃焼器での燃料としてリサイクルすることでエネルギー効率の高い装置を実現できる。
【００２４】
あるいは、改質反応器の内部に水素分離膜を備えた構成によれば、反応器内で改質後ガスから水素が分離されることにより改質後ガス中の水素分圧が逐次低下するため、水蒸気改質反応がより促進される。さらに本構成の場合、改質反応器から排出される改質後ガスは水素が分離された後の一酸化炭素、二酸化炭素等のガスとなる。これらのガスをグリセリンで冷却する一方、改質後ガスが持つ熱によりグリセリンを予熱する第２冷却・熱回収器を備えた構成によれば、グリセリンの予熱が効率良く行える。また、第２冷却・熱回収器から排出された一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを燃焼器での燃料としてリサイクルすることができる。
【００２５】
本発明のグリセリン改質方法によれば、上述したように、グリセリンを改質して水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。これにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
［第1実施形態］
以下、本発明の第1実施形態のグリセリン改質装置および改質方法について図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【００２７】
本実施形態のグリセリン改質装置１は、図1に示すように、改質反応器２および加熱器３，４を内部に収容する熱交換器５と、燃焼器６と、冷却・熱回収器７と、ガス精製器８とから概略構成されている。熱交換器５は、熱交換器５の筐体となる容器９と、容器９の内部に収容された改質反応器２および加熱器３，４とから構成されている。容器９の頂部には、後述する燃焼器６からの燃焼排ガスを導入するための燃焼排ガス導入配管１１が接続されている。
【００２８】
容器９の内部には、容器９の底面から、グリセリンを改質反応器２に導入するためのグリセリン導入配管１２、水蒸気を改質反応器２に導入するための水蒸気導入配管１３、空気を改質反応器２に導入するための空気導入配管１４がそれぞれ装入され、これら配管１２，１３，１４が改質反応器２の底部に接続されている。この構成により、改質反応器２内にグリセリンと、水蒸気、空気を含む反応用ガスとが供給される。また、容器９の内部において、グリセリン導入配管１２と水蒸気導入配管１３の途中にはグリセリン、水蒸気（水）を予熱するための加熱器３，４がそれぞれ設置されている。なお、ここでは改質反応器２内に空気を導入することとするが、空気に代えて酸素を導入しても良い。
【００２９】
グリセリン導入配管１２は途中で分岐しており、一方の配管１２ａは熱交換器５内の改質反応器２に接続され、他方の配管１２ｂは燃焼器６に接続されている。また、燃焼器６には空気導入配管１５が接続されている。したがって、燃焼器６ではグリセリンと空気が燃料として燃焼し、燃焼器６からは高温の燃焼排ガスが排出される。なお、本実施形態では、燃料としてグリセリンと空気を用いたが、その他、都市ガス、ＬＰＧ、水素ガス等を用いても良い。また、必ずしもグリセリンを導入しなくてもよい。燃焼器６の設置場所については、熱交換器５の外部に限らず、内部でも良く、例えば容器９の内部に配置しても良い。
【００３０】
改質反応器２の内部では、グリセリンと上記の反応用ガスにより、グリセリンの水蒸気改質反応（下記の反応式（１））、部分酸化改質反応（下記の反応式（２））、完全酸化改質反応（下記の反応式（３））の３種類の改質反応が同時に起こり、グリセリンと上記反応用ガスが水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含む改質後ガスに変換される。改質反応器２での反応温度は、使用する触媒によって異なるが、２００℃〜９００℃に調整される。なお、空気（もしくは酸素）の供給量によっては部分酸化改質反応のみが起こり、完全酸化改質反応が起こらない場合もあるが、それでも差し支えない。
Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｏ  →  ５Ｈ２＋２ＣＯ＋ＣＯ２  …（１）
Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋２Ｏ２  →  ４Ｈ２Ｏ＋３ＣＯ       …（２）
２Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋７Ｏ２  →  ８Ｈ２Ｏ＋６ＣＯ２    …（３）
【００３１】
ただし、実際は、改質反応器２内への空気の供給量に対して水蒸気の供給量の方が十分多いため、上述の３種類の改質反応のうち、水蒸気改質反応が支配的となる。水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、水蒸気改質反応を促進するためには熱が必要である。そこで、燃焼器６で得られた高温の燃焼排ガスを、燃焼排ガス導入配管１１を通じて熱交換器５の容器９内に供給する。これにより、改質反応器２の壁面を介して熱交換がなされ、改質反応器２内の温度を２００℃〜９００℃に昇温することができる。また、僅かに生じる部分酸化改質反応は発熱反応であるため、部分酸化改質反応による熱も昇温に寄与する。さらに、改質反応器２内に空気を供給することで炭素の析出を抑制することができる。
【００３２】
このように、容器９内を頂部から底部に向けて流れる燃焼排ガスは、容器９の上部（上流側）に配置された改質反応器２に熱を奪われた後も未だ十分な熱を有している。よって、燃焼排ガスは、容器９の下部（下流側）に配置された加熱器３，４に到達すると、加熱器３，４内のグリセリンおよび水の加熱に用いられる。このとき、水は、蒸発して水蒸気の状態となって改質反応器２内に供給されることが望ましい。グリセリンの沸点は２９０℃程度であり、グリセリンは液体状で供給されても良いし、グリセリン蒸気の状態で供給されても良い。加熱器３，４と熱交換した後の燃焼ガスは、排気管１６から熱交換器５の外部に排出される。
【００３３】
また、水蒸気改質反応には触媒が必要であるため、改質反応器２内に触媒が収容され、触媒層が形成されている。ここで用いる触媒としては、例えばＮｉ／Ａｌ２Ｏ３、Ｒｈ／ＣｅＯ２／Ａｌ２Ｏ３、Ｎｉ／ＭｇＯ、Ｒｈ／Ｐｔ／ＣｅＯ２、Ｒｕ／Ｙ２Ｏ３などを用いることができる。ただし、グリセリンの水蒸気改質反応を行う際には、触媒上への炭素析出による劣化が一つの問題となっている。したがって、炭素を極力析出させないために、スチームカーボン比（水蒸気と一酸化炭素の量論比）を２〜１０とすることが望ましい。また、炭素析出が生じにくい触媒として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属を担持させたＭｇＯ触媒（貴金属／ＭｇＯ触媒）、ＮｉとＭｇＯの固溶体であるＮｉ−ＭｇＯ触媒、貴金属／ＭｇＯ触媒とＮｉ−ＭｇＯ触媒の物理混合触媒などを用いることが望ましい。触媒反応を効率良く進めるため、触媒層が充填層の形態を取るようにするのが望ましい。あるいは、流動層を用いることもできる。
【００３４】
改質反応器２と冷却・熱回収器７とは改質後ガス輸送配管１７で接続されており、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含む改質後ガスは、改質後ガス輸送配管１７を通じて改質反応器２から排出され、冷却・熱回収器７に導入される。改質後ガスは清浄であるため、冷却・熱回収器７の形態としては、シェル＆チューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器等、周知のものが使用可能である。冷却・熱回収器７には冷媒として水が供給され、水と改質後ガスとの間で熱交換がなされる。すなわち、２００℃〜９００℃の改質反応器２から排出された改質後ガスはまだ相当の高温を保っているため、冷却・熱回収器７によって改質後ガスが冷却されるとともに、冷媒である水によって熱が回収される。このとき、水が蒸発して水蒸気が生成され、この水蒸気が加熱器４に導入される。あるいは、全てが水蒸気にならなくても、高温の水が加熱器４に導入される構成であればよい。
【００３５】
冷却・熱回収器７とガス精製器８とは改質後ガス輸送配管１７で接続されており、冷却・熱回収器７を経て冷却された改質後ガスはガス精製器８に導入される。ガス精製器８は、例えばＰＳＡ（Pressure  Swing  Adsorption）等、周知のものが使用可能である。ガス精製器８により例えば改質後ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素等が吸着除去され、高純度の水素ガスを得ることができる。バイオディーゼル燃料の製造時に用いる油脂原料によっては副生グリセリンにアルカリが含まれ、改質後ガス中にもアルカリが含まれる場合もある。その場合、ガス精製器８がアルカリを除去する機能を有していれば、アルカリフリーの高純度の有価ガスを得ることができる。アルカリの除去方法としては、フィルタ方式、スプレー洗浄方式、溶媒吸収方式等を用いることができる。なお、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスがガス精製器８から排出される構成であれば、それらのガスを燃焼器６に供給して燃料としてリサイクルしても良い。
【００３６】
本実施形態のグリセリン改質装置１によれば、改質反応器２内において、触媒の作用によりグリセリンと水蒸気との間の水蒸気改質反応、グリセリンと酸素との間の部分酸化改質反応が生じる。これらの反応を経てグリセリンが改質され、グリセリンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。これにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。また、グリセリンを水素や一酸化炭素等の有価ガスとして回収することによって、これらのガスを水素燃料や化学合成品（例えばＦＴ合成油、メタノール、合成天然ガス、化学肥料等）の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電等、水素利用分野への転用が可能となる。
【００３７】
また、本実施形態のグリセリン改質装置１によれば、冷却・熱回収器７を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、改質後ガスから回収した熱によって水蒸気の生成、グリセリンや空気の予熱等が行え、改質後ガスが持つ熱を本装置内で有効利用できる。これにより、反応用ガスの予熱を行うための外部熱源を削減できる。このようにして、小型のシステムを構築できるとともに、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。さらに、燃焼器６から得られる燃焼排ガスの熱により改質反応器２内を加熱する構成であり、種々の燃料を自由に選択できるため、改質反応器２内の温度を効率良く、かつ精度良く制御することができる。特に本実施形態では、グリセリンや空気等の改質反応で用いる原料を燃料としているため、他の燃料を準備する必要がない。
【００３８】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
本実施形態のグリセリン改質装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、改質後ガスの精製のための構成が第１実施形態と異なるのみである。したがって、図２において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施形態のグリセリン改質装置２１は、図２に示すように、改質反応器２の内部に触媒が収容されるとともに、水素分離膜２３が設置されている。水素分離膜２３は、セラミック分離膜、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｄ−Ｃｕ等からなる金属分離膜等で構成されている。このように、改質反応器２の内部に水素分離膜２３が設置されたことによって、改質後ガスは改質反応器２の内部で水素と一酸化炭素、二酸化炭素とに分離される。したがって、本実施形態では、第1実施形態と異なり、改質反応器２の後段に水素ガスを精製するためのガス精製器が設置されていない。
【００４０】
改質反応器２内の水素分離膜２３から水素排出配管２４を通じて高温の水素ガスが排出され、第１冷却・熱回収器２５に導入される。第１冷却・熱回収器２５では、水と水素ガスとの間で熱交換が生じ、水によって水素ガスが冷却される一方、水素ガスの熱によって水が加熱され、水蒸気が生成される。
【００４１】
改質反応器２から改質後ガス排出配管２６を通じて高温の一酸化炭素及び二酸化炭素が排出され、第２冷却・熱回収器２７に導入される。第２冷却・熱回収器２７では、グリセリンと一酸化炭素及び二酸化炭素ガスとの間で熱交換が生じ、グリセリンによって一酸化炭素及び二酸化炭素ガスが冷却される一方、一酸化炭素及び二酸化炭素ガスの熱によってグリセリンが加熱される。すなわち、第２冷却・熱回収器２７を通ることによりグリセリンが予熱された後、熱交換器２８内の加熱器３に導入される。一方、第２冷却・熱回収器２７を通った後の一酸化炭素及び二酸化炭素ガスは燃料として燃焼器６に供給される。
【００４２】
図１に示す第１実施形態では、水素と一酸化炭素、二酸化炭素を一括して改質後ガスとして改質反応器２から排出し、冷却・熱回収器７を通した後、ガス精製器８にて水素ガスを精製していた。これに対して、本実施形態では、改質反応器２内の水素分離膜２３で水素と一酸化炭素、二酸化炭素とを分離し、これらを別々に取り出して第１冷却・熱回収器２５、第２冷却・熱回収器２７にそれぞれ供給している。そして、第１冷却・熱回収器２５では水素ガスの持つ熱を水蒸気の生成に有効利用し、第２冷却・熱回収器２７では一酸化炭素、二酸化炭素ガスの持つ熱をグリセリンの予熱に有効利用している。さらに、第２冷却・熱回収器２７でグリセリンの予熱に使った後の一酸化炭素、二酸化炭素ガスを燃焼器６での燃料としてリサイクルしている。このように、本実施形態においても、極めてエネルギー効率の高いグリセリン改質装置を実現することができる。
【００４３】
また、改質反応器２内で逐次、改質後ガスから水素が分離されるため、上記の反応式（１）に従って水蒸気改質反応が進行しつつ、水素分離膜に水素が取り込まれ、改質後ガス中の水素分圧が逐次低下する。そのため、水蒸気改質反応は、平衡状態から反応式（１）の右辺に向かう方向により進みやすくなる。すなわち、本構成によれば、水蒸気改質反応がより促進されて水素の生成速度が向上する、という効果が得られる。
【００４４】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態ではグリセリンと、水蒸気、空気（もしくは酸素）を含む反応用ガスとを改質反応器に導入する構成とした。これに加えて、生成された水素ガスの一部を改質反応器内に戻す構成としても良い。その場合、水素によるグリセリンの熱分解反応も合わせて起こり、グリセリンの改質が可能である。また、燃焼器からの燃焼排ガスの熱を改質反応器に供給するための構成として、改質反応器の外部を囲む容器を設け、容器内に燃焼排ガスを流す構成としたが、この構成に代えて、例えば改質反応器の内部に燃焼排ガスを流す配管を引き回す等の構成を採用しても良い。その他、装置内の各要素の具体的な構成、配置等に関しては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，２１…グリセリン改質装置、２…改質反応器、３，４…加熱器、５，２８…熱交換器、６…燃焼器、７…冷却・熱回収器、８…ガス精製器、９…容器、２３…水素分離膜、２５…第１冷却・熱回収器、２７…第２冷却・熱回収器。
【図１】
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【図２】
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