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JP2003165704A - Hydrogen production system - Google Patents

Hydrogen production system

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Publication number
JP2003165704A
JP2003165704A JP2001362687A JP2001362687A JP2003165704A JP 2003165704 A JP2003165704 A JP 2003165704A JP 2001362687 A JP2001362687 A JP 2001362687A JP 2001362687 A JP2001362687 A JP 2001362687A JP 2003165704 A JP2003165704 A JP 2003165704A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
production system
hydrogen production
power generation
natural gas
Prior art date
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Granted
Application number
JP2001362687A
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Japanese (ja)
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JP2003165704A5 (en
JP3964657B2 (en
Inventor
Kimichika Fukushima
公親 福島
Yohei Nishiguchi
洋平 西口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JP2003165704A publication Critical patent/JP2003165704A/en
Publication of JP2003165704A5 publication Critical patent/JP2003165704A5/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a utilization efficiency of energy by manufacturing hydrogen through the use of an electricity generation system, in particular an atomic power generation system. <P>SOLUTION: Hydrogen is generated by decomposing methane, a component in a natural gas to carbon and hydrogen by heat or by reforming synthesizable dimethyl ether from the natural gas by water vapor. In the water vapor reforming of the dimethyl ether, a heat supplying line 32 to supply heat from an atomic reactor 31 as water vapor, a fuel supplying line 34 to supply a fuel composed of the dimethyl ether and water vapor and a water vapor reformer 33, are equipped. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は水素製造システムに
関するものであり、更に詳しくは、発電システム、特に
原子炉で生成された熱または電気ヒーターの熱を用いて
メタン等の水素含有化合物から水素等を製造するシステ
ムや、原子炉で生成された熱または電気ヒーターの熱を
用いてジメチルエーテル等の水素含有化合物から水素等
を製造するシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen production system, and more particularly, to a hydrogen-containing compound such as methane using a heat generated by a power generation system, particularly a nuclear reactor or an electric heater. And a system for producing hydrogen or the like from a hydrogen-containing compound such as dimethyl ether using heat generated in a nuclear reactor or heat of an electric heater.

【0002】[0002]

【従来の技術】20世紀になって人類のエネルギー消費
量は歴史的に例を見ない程加速され、原子力発電や天然
ガスその他の発電の比率を上げたり、エネルギー節約が
行われて今日の大量に消費されるエネルギーがまかなわ
れている。また、エネルギー源の一部を水素エネルギー
に転換することが、地球規模で計画され始めている。
2. Description of the Related Art In the twentieth century, human energy consumption has accelerated to an unprecedented rate, the ratio of nuclear power generation, natural gas, and other power generation has been increased, and energy conservation has been carried out. The energy consumed by is covered. Also, the conversion of some of the energy sources to hydrogen energy is beginning to be planned globally.

【0003】水素エネルギーの利用システムとしては、
燃料電池や水素タービンが挙げられる。燃料電池は水素
と酸素を電気化学的に反応させ、このとき発生する電気
エネルギーを取り出すシステムである。従来、自動車は
ガソリンを燃焼させて走行しているが、今後は燃料電池
を利用した電気自動車に切替えることが考えられてい
る。また、タービンを利用した発電では、これまで石
油、石炭、天然ガスを燃焼させていたが、水素タービン
は水素を燃焼させようというものである。
As a system for utilizing hydrogen energy,
Examples include fuel cells and hydrogen turbines. A fuel cell is a system in which hydrogen and oxygen are electrochemically reacted and electric energy generated at this time is taken out. Conventionally, automobiles burn gasoline to run, but in the future, it is considered to switch to electric automobiles using fuel cells. Further, in power generation using a turbine, petroleum, coal, and natural gas have been burned until now, but a hydrogen turbine intends to burn hydrogen.

【0004】これらの水素エネルギー利用システムでは
利用生成物が無害の水であり、水素エネルギー利用シス
テムは21世紀のエネルギー機器の一翼を担うと期待さ
れている。特に、2020年頃からは燃料電池自動車や
定置用燃料電池が広く普及することが予想され、大量の
水素需要が見込まれており、大規模水素製造システムの
出現が待たれている。
In these hydrogen energy utilization systems, the product used is harmless water, and the hydrogen energy utilization system is expected to play a role in energy equipment in the 21st century. In particular, fuel cell vehicles and stationary fuel cells are expected to become widespread around 2020, and a large demand for hydrogen is expected, and the appearance of a large-scale hydrogen production system is awaited.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池や
水素タービン等の水素利用システムでは、燃料として水
素が必要である。燃料の水素は、水を電気分解したり、
天然ガスの成分であるメタンに水蒸気を加えて生成する
ことが考えられている。水の電気分解では、図4に示す
ようなシステムが用いられている。1は水に溶解した電
解質または、水を含有する電解質である。電解質として
は、水酸化ナトリウムのような水に溶解するものや、固
体電解質のように水を含有するものがある。2は陽極、
3は陰極で、陽極で発生した酸素は酸素捕集部4で集め
られ酸素取り出し口5から取り出される。また、陰極で
発生した水素は水素捕集部6で集められ水素取り出し口
7から取り出される。
By the way, a hydrogen utilization system such as a fuel cell or a hydrogen turbine requires hydrogen as a fuel. Hydrogen as a fuel electrolyzes water,
It is considered to generate by adding steam to methane which is a component of natural gas. A system as shown in FIG. 4 is used in the electrolysis of water. 1 is an electrolyte dissolved in water or an electrolyte containing water. As the electrolyte, there are one that dissolves in water such as sodium hydroxide and one that contains water such as a solid electrolyte. 2 is the anode,
Reference numeral 3 denotes a cathode, and oxygen generated at the anode is collected by the oxygen collector 4 and taken out from the oxygen take-out port 5. Further, the hydrogen generated at the cathode is collected by the hydrogen collector 6 and taken out from the hydrogen take-out port 7.

【0006】水の電気分解では、必要なコストの大半は
電力である。現在の原子力発電システムや火力発電シス
テムでは、熱に変換される核分裂エネルギーや石油、石
炭、天然ガスの燃焼エネルギーの 50% 前後しか電力に
変換できていない。特に、原子炉発電システムでの熱利
用効率は30数%である。このため、電力を利用する水の
電気分解では、これよりエネルギー利用効率を上げるこ
とはできず効率は高くはないという課題がある。
In electrolysis of water, the majority of the cost required is electricity. In current nuclear power generation systems and thermal power generation systems, only about 50% of the fission energy that is converted into heat and the combustion energy of oil, coal and natural gas can be converted into electricity. In particular, the heat utilization efficiency of the nuclear power generation system is 30% or more. Therefore, in the electrolysis of water using electric power, there is a problem that the energy use efficiency cannot be improved and efficiency is not high.

【0007】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、発電システム、特に、原子力発電シス
テムで生成された熱またはヒーターの熱を使って加熱し
た天然ガスの成分であるメタン等水素含有化合物を、充
填材で高温分解して炭素を分離することにより水素を生
成する水素等の製造システムや、原子力発電システムで
生成された熱またはヒーターの熱を使って加熱したジメ
チルエーテルを水蒸気改質して水素を発生する水素製造
システムを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and is methane, which is a component of natural gas heated by using heat generated by a power generation system, particularly a nuclear power generation system or heat of a heater. A hydrogen-containing compound is decomposed at a high temperature by a filler to separate carbon to produce hydrogen, and a system for producing hydrogen, etc., or dimethyl ether heated using the heat generated by a nuclear power generation system or the heat of a heater is converted into steam. It is an object of the present invention to provide a hydrogen production system that produces hydrogen by producing quality.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、次のような手段によって水素製造システ
ムを構成する。請求項1に対応する発明は、発電システ
ムで生成された熱やヒーター熱を使って、メタン等水素
含有化合物を高温分解して炭素を分離することにより水
素を生成することを特徴とする水素製造システムであ
る。請求項2に対応する発明は、発電システムが原子力
発電システムである、請求項1の水素製造システムであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention constitutes a hydrogen production system by the following means. The invention corresponding to claim 1 uses a heat generated by a power generation system or a heater heat to decompose a hydrogen-containing compound such as methane at high temperature to separate carbon to generate hydrogen. System. The invention corresponding to claim 2 is the hydrogen production system according to claim 1, wherein the power generation system is a nuclear power generation system.

【0009】請求項3に対応する発明は、天然ガス中の
成分のメタンを利用した、請求項1の水素製造システム
である。請求項4に対応する発明は、天然ガス中から深
冷法で分離した成分のメタンを利用した、請求項1の水
素製造システムである。
The invention corresponding to claim 3 is the hydrogen production system according to claim 1, which utilizes methane as a component in natural gas. The invention corresponding to claim 4 is the hydrogen production system according to claim 1, which utilizes methane as a component separated from the natural gas by a deep-cooling method.

【0010】請求項5に対応する発明は、水素発生のた
めに水素分離装置を具備した、請求項1の水素製造シス
テムである。請求項6に対応する発明は、水素分離装置
は、水素透過膜、または水素吸蔵材、もしくは水素透過
膜とポンプを有する、請求項5の水素製造システムであ
る。
The invention corresponding to claim 5 is the hydrogen production system according to claim 1, which is equipped with a hydrogen separator for generating hydrogen. The invention corresponding to claim 6 is the hydrogen production system according to claim 5, wherein the hydrogen separation device has a hydrogen permeable membrane, a hydrogen storage material, or a hydrogen permeable membrane and a pump.

【0011】請求項7に対応する発明は、原子力発電シ
ステムで生成された熱を使って、ジメチルエーテルを水
蒸気改質し、水素を生成することを特徴とする水素製造
システムである。請求項8に対応する発明は、原子力発
電システムは、軽水炉、高速増殖炉、高温ガス炉、沸騰
水型原子炉のいずれかである、請求項7の水素製造シス
テムである。
The invention corresponding to claim 7 is a hydrogen production system characterized in that dimethyl ether is steam-reformed by using heat generated in a nuclear power generation system to generate hydrogen. The invention corresponding to claim 8 is the hydrogen production system according to claim 7, wherein the nuclear power generation system is any one of a light water reactor, a fast breeder reactor, a high temperature gas reactor, and a boiling water reactor.

【0012】請求項9に対応する発明は、ジメチルエー
テルは、天然ガスおよび炭層ガスの少なくとも一方を水
蒸気または二酸化炭素改質して生成した、請求項7記載
の水素製造システムである。請求項10に対応する発明
は、ジメチルエーテルは、石炭をガス化して生成した、
請求項7の水素製造システムである。
The invention corresponding to claim 9 is the hydrogen production system according to claim 7, wherein dimethyl ether is produced by reforming at least one of natural gas and coal bed gas by steam or carbon dioxide. The invention corresponding to claim 10 is that dimethyl ether is produced by gasifying coal.
The hydrogen production system according to claim 7.

【0013】メタンを炭素と水素に分解するシステムで
は、二酸化炭素を発生することなく例えばメタンから水
素を生成するため、水素利用システムで必要な水素が取
り出せ、天然ガスを有効に利用できる。また、水素等の
製造に必要なエネルギーの大半は熱エネルギーで供給さ
れるため、熱に変換したエネルギー、特に、核分裂エネ
ルギーを効率よく利用できる。さらに、ジメチルエーテ
ルは低温で水蒸気改質できるため、軽水炉や高速増殖炉
や高温ガス炉の熱源、特に、低温熱源を利用して水素製
造を行うことができる。ジメチルエーテルは、中小ガス
田・炭層ガスおよびCO2含有量の多い大規模ガス田で、
メタンから製造する。大規模ガス田では、天然ガスを圧
縮・冷却してLNG船で輸送している。一方、ジメチル
エーテルは、常圧でLNG船より高温のLPG船で輸送
したり、一定圧にすると常温の通常タンカーでも輸送で
きる。このため、天然ガス液化用の大規模設備が利用で
きない中小ガス田では、天然ガス液化よりジメチルエー
テル化の方が経済的に有利である。
In the system for decomposing methane into carbon and hydrogen, for example, hydrogen is produced from methane without generating carbon dioxide, so that hydrogen required in the hydrogen utilization system can be taken out and natural gas can be effectively utilized. Moreover, since most of the energy required for producing hydrogen and the like is supplied by thermal energy, the energy converted into heat, particularly the fission energy, can be efficiently used. Furthermore, since dimethyl ether can be steam-reformed at a low temperature, hydrogen can be produced by utilizing a heat source of a light water reactor, a fast breeder reactor or a high temperature gas reactor, particularly a low temperature heat source. Dimethyl ether is a large-scale gas field with small and medium gas fields, coal bed gas and large CO 2 content,
Manufactured from methane. In large-scale gas fields, natural gas is compressed / cooled and transported by LNG carrier. On the other hand, dimethyl ether can be transported by an LPG ship, which is hotter than the LNG ship at normal pressure, or by a normal tanker at room temperature, if the pressure is kept constant. Therefore, in small and medium-sized gas fields where large-scale facilities for natural gas liquefaction cannot be used, dimethyl etherification is economically more advantageous than natural gas liquefaction.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明による水素製造シス
テムの第1の実施の形態を示す構成図である。ガス入口
部11から天然ガス等を導入し、天然ガス等の成分であ
るメタン等水素含有化合物12等を、核分裂等による熱
を利用して、加熱部13で加熱する。加熱には、原子力
発電システム等で発電した電力を利用したヒーターを用
いることもできる。加熱部の下流側の熱分解部14には
金属等から成る充填材15が充填されており、メタンが
熱分解部を通過する場合、例えば、500℃あれば炭素と
水素に分解し、生成した水素はガス出口部16から取り
出される。また、原子炉では、熱を輸送する冷却材の出
口温度をガス炉では950℃にしたり、高速増殖炉では650
℃にすることが可能である。ガス炉では発電をした後の
冷却ガスの出口温度を650℃にしたりできる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a hydrogen production system according to the present invention. Natural gas or the like is introduced from the gas inlet portion 11, and the hydrogen-containing compound 12 such as methane, which is a component of the natural gas or the like, is heated by the heating portion 13 by utilizing heat from nuclear fission or the like. A heater using electric power generated by a nuclear power generation system or the like can also be used for heating. The thermal decomposition part 14 on the downstream side of the heating part is filled with a filler 15 made of metal or the like, and when methane passes through the thermal decomposition part, for example, if it is 500 ° C., it is decomposed into carbon and hydrogen, and generated. Hydrogen is taken out from the gas outlet section 16. Also, in the nuclear reactor, the outlet temperature of the coolant that transports heat is set to 950 ° C in the gas reactor and 650 in the fast breeder reactor.
It is possible to set the temperature to ° C. In the gas furnace, the outlet temperature of the cooling gas after power generation can be set to 650 ° C.

【0015】このようなシステムでは、二酸化炭素 の
発生もない。また、水素等の製造に必要なエネルギーの
大半は熱エネルギーで供給され電気に変換する必要がな
く、熱に変換した核分裂エネルギー等がそのまま利用で
きるため、エネルギーの利用効率を上げることが可能で
ある。
In such a system, no carbon dioxide is generated. Further, most of the energy required for manufacturing hydrogen and the like is supplied by thermal energy and does not need to be converted into electricity, and the fission energy converted into heat can be used as it is, so it is possible to improve the energy utilization efficiency. .

【0016】図2は、本発明による水素製造システムの
第2の実施の形態を示す構成図で、原子炉21として、
冷却材22にヘリウムガスを使ったガス炉を用い、原子
炉出口23の温度を950℃とし、水素ガス製造システム
24のガス入口部11から導入したメタン等水素含有化
合物12を含む天然ガスを、加熱部13で950℃まで昇
温する。ガス導入部に、天然ガス等を深冷法等で液化
し、メタン等を分離するシステム(図示せず)を具備し
てもよい。メタン等の昇温過程では、さらにヒーター
(図示せず)で熱することにより、1000℃やそれ以上ま
で上昇させることもできる。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the hydrogen production system according to the present invention. As a nuclear reactor 21,
A gas furnace using helium gas as the coolant 22 is used, the temperature of the reactor outlet 23 is set to 950 ° C., and natural gas containing the hydrogen-containing compound 12 such as methane introduced from the gas inlet portion 11 of the hydrogen gas production system 24, The heating unit 13 raises the temperature to 950 ° C. The gas introduction part may be equipped with a system (not shown) for liquefying natural gas or the like by a deep-cooling method or the like to separate methane or the like. In the process of raising the temperature of methane or the like, the temperature can be raised to 1000 ° C or higher by further heating with a heater (not shown).

【0017】次に、充填材15を充填した熱分解部14
に天然ガスを導き、天然ガスの成分であるメタンを炭素
と水素に分解する。充填する材料は、ニッケルの他、
鉄、コバルト等であっても、ニッケル、鉄、コバルト等
をシリカやチタニア、グラファイト等で担持したもの等
であってもよい。
Next, the thermal decomposition section 14 filled with the filling material 15
Guides natural gas to and decomposes methane, a component of natural gas, into carbon and hydrogen. The material to be filled is nickel,
It may be iron, cobalt or the like, or may be nickel, iron, cobalt or the like supported by silica, titania, graphite or the like.

【0018】メタンの分解によって生成した水素は、ガ
ス出口16から取り出す。このガス出口へ水素ガスを取
り出す場合、ニッケル製の水素透過膜(図示せず)を通
せば純粋水素を取り出すことができる。水素透過膜の材
料は、パラジウム、窒化ケイ素やそれ以外の材料から成
る水素透過膜であってもよい。また、水素透過膜での水
素透過速度を上げるには、透過膜の外側にポンプやラン
タン−ニッケル系の水素吸蔵材を使うことができる。水
素吸蔵材は、チタン系等の材料であってもよい。
Hydrogen produced by the decomposition of methane is taken out from the gas outlet 16. When hydrogen gas is taken out to this gas outlet, pure hydrogen can be taken out through a hydrogen permeable membrane (not shown) made of nickel. The material of the hydrogen permeable film may be a hydrogen permeable film made of palladium, silicon nitride or another material. Further, in order to increase the hydrogen permeation rate in the hydrogen permeable membrane, a pump or a lanthanum-nickel based hydrogen storage material can be used outside the permeable membrane. The hydrogen storage material may be a titanium-based material or the like.

【0019】このシステムでは、二酸化炭素を発生する
ことなく天然ガスから水素を製造することができ、天然
ガスを有効に利用できる。水の電気分解では電気分解に
必要なコストの大半は電力で、現在の原子力発電システ
ムでは、熱に変換される核分裂エネルギーの30数%しか
電力に変換できていないので、この電力を利用した水の
電気分解では電気分解の効率が100%であっても核分裂
エネルギーを30数%しか利用できない。一方、本システ
ムでは、水素等の製造に必要なエネルギーは熱エネルギ
ーで供給するため、熱に変換した核分裂エネルギーを30
数%以上利用でき、核分裂エネルギーを効率よく利用で
きる。
In this system, hydrogen can be produced from natural gas without generating carbon dioxide, and natural gas can be effectively used. In the electrolysis of water, most of the cost required for electrolysis is electricity, and the current nuclear power generation system can convert only 30% or more of fission energy that is converted into heat into electricity. In the electrolysis of, even if the efficiency of electrolysis is 100%, only 30% of the fission energy can be used. On the other hand, in this system, the energy required for producing hydrogen etc. is supplied by thermal energy, so the fission energy converted to heat is
It can be used for several percent or more, and the fission energy can be used efficiently.

【0020】図2に示す本発明による水素製造システム
の第3の実施の形態では、原子炉21として、冷却材2
2にナトリウム等の液体金属を使った高速増殖炉を用
い、原子炉出口23の温度を650℃とし、水素ガス製造
システム24のガス入口部11から導入したメタン等水
素含有化合物12を含む天然ガスを、加熱部13で 950
℃まで昇温する。ガス導入部に、天然ガス等を深冷法等
で液化し、メタン等を分離するシステム(図示せず)を
具備してもよい。メタン等の昇温過程では、さらにヒー
ター(図示せず)で熱することにより、1000℃やそれ以
上まで上昇させることもできる。
In the third embodiment of the hydrogen production system according to the present invention shown in FIG. 2, as the reactor 21, the coolant 2 is used.
A natural gas containing a hydrogen-containing compound 12 such as methane introduced from the gas inlet 11 of the hydrogen gas production system 24, using a fast breeder reactor using liquid metal such as sodium for 2 and setting the temperature of the reactor outlet 23 to 650 ° C. In the heating section 13 at 950
Raise the temperature to ℃. The gas introduction part may be equipped with a system (not shown) for liquefying natural gas or the like by a deep-cooling method or the like to separate methane or the like. In the process of raising the temperature of methane or the like, the temperature can be raised to 1000 ° C or higher by further heating with a heater (not shown).

【0021】次に、充填材15を充填した熱分解部14
に天然ガスを導き、天然ガスの成分であるメタンを炭素
と水素に分解する。充填する材料は、ニッケルの他、
鉄、コバルト等であっても、ニッケル、鉄、コバルト等
をシリカやチタニア、グラファイト等で担持したもの等
であってもよい。
Next, the thermal decomposition section 14 filled with the filling material 15
Guides natural gas to and decomposes methane, a component of natural gas, into carbon and hydrogen. The material to be filled is nickel,
It may be iron, cobalt or the like, or may be nickel, iron, cobalt or the like supported by silica, titania, graphite or the like.

【0022】メタンの分解によって生成した水素は、ガ
ス出口16から取り出す。このガス出口へ水素ガスを取
り出す場合、ニッケル製の水素透過膜(図示せず)を通
せば純粋水素を取り出すことができる。水素透過膜の材
料は、パラジウム、窒化ケイ素やそれ以外の材料から成
る水素透過膜であってもよい。また、水素透過膜での水
素透過速度を上げるには、透過膜の外側にポンプやラン
タン−ニッケル系の水素吸蔵材を使うことができる。水
素吸蔵材は、チタン系等の材料であってもよい。
Hydrogen produced by the decomposition of methane is taken out from the gas outlet 16. When hydrogen gas is taken out to this gas outlet, pure hydrogen can be taken out through a hydrogen permeable membrane (not shown) made of nickel. The material of the hydrogen permeable film may be a hydrogen permeable film made of palladium, silicon nitride or another material. Further, in order to increase the hydrogen permeation rate in the hydrogen permeable membrane, a pump or a lanthanum-nickel based hydrogen storage material can be used outside the permeable membrane. The hydrogen storage material may be a titanium-based material or the like.

【0023】このシステムでは、二酸化炭素を発生する
ことなく天然ガスから水素を製造することができ、天然
ガスを有効に利用できる。水の電気分解では電気分解に
必要なコストの大半は電力で、現在の原子力発電システ
ムでは、熱に変換される核分裂エネルギーの30数%しか
電力に変換できていないので、水の電気分解では核分裂
エネルギーを30数%しか利用できない。一方、本システ
ムでは、水素等の製造に必要なエネルギーは熱エネルギ
ーで供給するため、熱に変換した核分裂エネルギーを30
数%以上利用でき、核分裂エネルギーを効率よく利用で
きる。
In this system, hydrogen can be produced from natural gas without generating carbon dioxide, and natural gas can be effectively used. In the electrolysis of water, most of the cost required for electrolysis is electric power, and in the present nuclear power generation system, only 30% or more of the fission energy converted into heat can be converted into electric power. Only 30% of energy is available. On the other hand, in this system, the energy required for producing hydrogen etc. is supplied by thermal energy, so the fission energy converted to heat is
It can be used for several percent or more, and the fission energy can be used efficiently.

【0024】図3は、本発明による水素製造システムの
第4の実施の形態の構成図である。この水素製造システ
ムでは、軽水炉31で発生した約285℃の水蒸気は、熱
供給系32から水蒸気改質器33へ供給される。また、
水素製造用燃料のジメチルエーテルと水蒸気は、燃料供
給装置34から熱交換器35を通して水蒸気改質器33
へ供給され、約285℃まで昇温される。また、改質器に
は、Cu-Znで例示される改質触媒が充填されている。こ
のような構成であれば、ジメチルエーテルは70気圧より
低圧にすることにより気化しやすくなり、次式で表され
る水蒸気改質反応CH3OCH3 + 3H2O → 6H2 + 2CO2
高い改質が起こり、水素とCO2が生成される。水素やCO2
といった反応生成物は、熱交換器35を通して反応物回
収系36から取り出すことができる。
FIG. 3 is a block diagram of the fourth embodiment of the hydrogen production system according to the present invention. In this hydrogen production system, the steam at about 285 ° C. generated in the light water reactor 31 is supplied from the heat supply system 32 to the steam reformer 33. Also,
Dimethyl ether and steam, which are fuels for hydrogen production, pass through a heat exchanger 35 from a fuel supply device 34 and a steam reformer 33.
And is heated to about 285 ° C. The reformer is filled with a reforming catalyst such as Cu-Zn. With such a structure, dimethyl ether is easily vaporized by lowering the pressure below 70 atm, and the steam reforming reaction CH 3 OCH 3 + 3H 2 O → 6H 2 + 2CO 2 represented by the following formula is highly modified. Quality occurs and hydrogen and CO 2 are produced. Hydrogen and CO 2
The reaction product such as can be taken out from the reactant recovery system 36 through the heat exchanger 35.

【0025】水素とCO2の分離は、ゼオライトで例示さ
れるCO2吸蔵材でCO2を選択的に吸蔵したり、La-Ni系合
金で例示される水素吸蔵材で選択的に吸蔵したり、パラ
ジウムで例示される水素透過膜で水素を透過させること
により、行うことができる(図示せず)。
The separation of hydrogen and CO 2 is or selectively absorbing CO 2 at a CO 2 absorbing material exemplified by zeolite, or selectively absorbing hydrogen storage material exemplified by La-Ni alloy This can be done by permeating hydrogen with a hydrogen permeable membrane exemplified by palladium (not shown).

【0026】このシステムでは、天然ガスから生成でき
るジメチルエーテルから水素を製造することができ、天
然ガスを有効に利用できる。水の電気分解では電気分解
に必要なコストの大半は電力で、現在の原子力発電シス
テムでは、熱に変換される核分裂エネルギーの30数%し
か電力に変換できていないので、水の電気分解では核分
裂エネルギーを30数%しか利用できない。一方、本シス
テムでは、水素等の製造に必要なエネルギーは熱エネル
ギーで供給するため、熱に変換した核分裂エネルギーを
30数%以上利用でき、核分裂エネルギーを効率よく利用
できる。
In this system, hydrogen can be produced from dimethyl ether that can be produced from natural gas, and natural gas can be effectively used. In the electrolysis of water, most of the cost required for electrolysis is electric power, and in the present nuclear power generation system, only 30% or more of the fission energy converted into heat can be converted into electric power. Only 30% of energy is available. On the other hand, in this system, the energy required for producing hydrogen etc. is supplied by thermal energy, so the fission energy converted into heat is used.
30% or more can be used, and fission energy can be used efficiently.

【0027】このように、ジメチルエーテルの水蒸気改
質により軽水炉で水素製造が可能で、熱エネルギーの高
効率利用と化学エネルギー貯蔵ができる。尚、本発明は
軽水炉に限定されるものではなく、高速増殖炉や高温ガ
ス炉にも適用できる。
As described above, hydrogen can be produced in a light water reactor by steam reforming of dimethyl ether, and highly efficient utilization of heat energy and chemical energy storage can be achieved. The present invention is not limited to light water reactors, but can be applied to fast breeder reactors and high temperature gas reactors.

【0028】ところで、ジメチルエーテルは加圧(約6
ata)により常温で液化し貯蔵・運搬が容易である。受
け入れ設備が簡単で受け入れコストはLNGと同等また
はそれ以下となると予想されている。現在、ディーゼル
エンジン車の燃料である軽油の代替燃料として注目され
ているとともに、将来の水素輸送媒体となりうる。特に
ジメチルエーテルの改質条件は300℃程度と緩和であ
り、原子力と組み合わせるには安全上非常に有利であ
る。ジメチルエーテル(DME)の利用は下記のような
フローで表される。 中小ガス田や炭層の天然ガス→(CH4改質)→H2,CO→
(DME合成)→DME→(液化タンカー輸送、貯蔵)
→(DME改質)→H2+CO2(回収) つまり、中小ガス田や炭層の天然ガスの改質反応は、 CH4+H2O = CO + 3H2 CH4+CO2 = 2CO + 3H2 で表わされ、生成されたCOと水素からジメチルエーテル
を以下の反応で合成する。 2CO + 4H2 = CH3OCH3 + H2O 3CO + 6H2 = CH3OCH3 + CO2 このジメチルエーテルを一定圧にした通常タンカーや液
化タンカーで輸送し、ジメチルエーテルを水蒸気改質す
る。最後に発生した水素とCO2を分離し、水素を回収す
る。
By the way, dimethyl ether is pressurized (about 6
Liquefaction at room temperature by ata) makes it easy to store and transport. The receiving facility is simple and the receiving cost is expected to be equal to or less than that of LNG. At present, it is attracting attention as an alternative fuel for diesel fuel, which is a fuel for diesel engine vehicles, and can be a hydrogen transportation medium in the future. In particular, the conditions for reforming dimethyl ether are mild, about 300 ° C, which is very advantageous in terms of safety when combined with nuclear power. The use of dimethyl ether (DME) is represented by the following flow. Natural gas from small and medium-sized gas fields and coal seams → (CH 4 reforming) → H 2 , CO →
(DME synthesis) → DME → (liquefied tanker transportation and storage)
→ (DME reforming) → H 2 + CO 2 (recovery) In other words, the reforming reaction of natural gas in small and medium-sized gas fields and coal beds is CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 CH 4 + CO 2 = 2CO + It is represented by 3H 2 , and dimethyl ether is synthesized from the generated CO and hydrogen by the following reaction. 2CO + 4H 2 = CH3OCH3 + H 2 O 3CO + 6H 2 = CH3OCH3 + CO 2 This dimethyl ether is transported by a regular tanker or a liquefied tanker at a constant pressure to reform the dimethyl ether with steam. Hydrogen and CO 2 generated at the end are separated to recover hydrogen.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の水素等
製造システムでは、熱に変換した核分裂エネルギーを利
用して天然ガス等の成分であるメタンを炭素と水素に分
解することができる。
As described above, in the hydrogen production system of the present invention, methane, which is a component of natural gas or the like, can be decomposed into carbon and hydrogen using the nuclear fission energy converted into heat.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】原子炉を利用した本発明の水素製造システムの
第1の実施の形態を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a hydrogen production system of the present invention using a nuclear reactor.

【図2】原子炉を利用した本発明の水素製造システムの
第2、第3の実施の形態を示す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing second and third embodiments of the hydrogen production system of the present invention using a nuclear reactor.

【図3】原子炉を利用した本発明の水素製造システムの
第4の実施の形態を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a hydrogen production system of the present invention using a nuclear reactor.

【図4】一般的な水の電気分解システムを示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a general water electrolysis system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電解質、2…陽極、3…陰極、4…酸素捕集部、5
…酸素取り出し口、6…水素捕集部、7…水素取り出し
口、11…ガス入口部、12…メタン等水素含有化合
物、13…加熱部、14…熱分解部、15…充填材、1
6…ガス出口部、21…原子炉、22…冷却材、23…
原子炉出口、24…水素ガス等製造システム、31…軽
水炉、32…熱供給系、33…水蒸気改質器、34…燃
料供給装置、35…熱交換器、36…反応物回収系。
1 ... Electrolyte, 2 ... Anode, 3 ... Cathode, 4 ... Oxygen scavenger, 5
... Oxygen outlet, 6 ... Hydrogen trap, 7 ... Hydrogen outlet, 11 ... Gas inlet, 12 ... Hydrogen-containing compound such as methane, 13 ... Heating section, 14 ... Pyrolysis section, 15 ... Filler, 1
6 ... Gas outlet part, 21 ... Reactor, 22 ... Coolant, 23 ...
Nuclear reactor outlet, 24 ... Hydrogen gas production system, 31 ... Light water reactor, 32 ... Heat supply system, 33 ... Steam reformer, 34 ... Fuel supply device, 35 ... Heat exchanger, 36 ... Reactant recovery system.

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Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発電システムで生成された熱を使って、
水素含有化合物を高温分解して炭素を分離することによ
り水素を生成することを特徴とする水素製造システム。
1. Using the heat generated in the power generation system,
A hydrogen production system characterized in that hydrogen is produced by decomposing a hydrogen-containing compound at a high temperature to separate carbon.
【請求項2】 発電システムは原子力発電システムであ
ることを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。
2. The hydrogen production system according to claim 1, wherein the power generation system is a nuclear power generation system.
【請求項3】 天然ガス中の成分のメタンを利用するこ
とを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。
3. The hydrogen production system according to claim 1, wherein methane, which is a component in natural gas, is used.
【請求項4】 天然ガス中から深冷法で分離した成分の
メタンを利用することを特徴する請求項1記載の水素製
造システム。
4. The hydrogen production system according to claim 1, wherein methane, which is a component separated from natural gas by a cryogenic method, is used.
【請求項5】 水素発生のために水素分離装置を具備し
たことを特徴とする請求項1記載の水素製造システム。
5. The hydrogen production system according to claim 1, further comprising a hydrogen separator for generating hydrogen.
【請求項6】 水素分離装置は、水素透過膜、または水
素吸蔵材、もしくは水素透過膜とポンプを有することを
特徴とする請求項5記載の水素製造システム。
6. The hydrogen production system according to claim 5, wherein the hydrogen separation device has a hydrogen permeable membrane, a hydrogen storage material, or a hydrogen permeable membrane and a pump.
【請求項7】 原子力発電システムで生成された熱を使
って、ジメチルエーテルを水蒸気改質し、水素を生成す
ることを特徴とする水素製造システム。
7. A hydrogen production system, characterized in that dimethyl ether is steam-reformed to produce hydrogen by using heat produced in a nuclear power generation system.
【請求項8】 前記原子力発電システムは、軽水炉、高
速増殖炉、高温ガス炉、沸騰水型原子炉のいずれかであ
ることを特徴とする請求項7記載の水素製造システム。
8. The hydrogen production system according to claim 7, wherein the nuclear power generation system is any one of a light water reactor, a fast breeder reactor, a high temperature gas reactor, and a boiling water reactor.
【請求項9】 ジメチルエーテルは、天然ガスおよび炭
層ガスの少なくとも一方を水蒸気または二酸化炭素改質
して生成することを特徴とする請求項7記載の水素製造
システム。
9. The hydrogen production system according to claim 7, wherein dimethyl ether is produced by reforming at least one of natural gas and coal seam gas with steam or carbon dioxide.
【請求項10】 ジメチルエーテルは、石炭をガス化し
て生成することを特徴とする請求項7記載の水素製造シ
ステム。
10. The hydrogen production system according to claim 7, wherein dimethyl ether is produced by gasifying coal.
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