JP2003165704A - 水素製造システム - Google Patents
水素製造システムInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】発電システム、特に、原子力発電システムを利
用して水素を製造し、エネルギーの利用効率を向上させ
る。 【解決手段】天然ガス成分メタンを熱で炭素と水素に分
解したり、天然ガスから合成可能なジメチルエーテルを
水蒸気改質して水素を生成する。ジメチルエーテルの水
蒸気改質では、原子炉３１の熱を水蒸気で供給する熱供
給系３２や、ジメチルエーテルや水蒸気から成る燃料を
供給する燃料供給器３４や、水蒸気改質器３３を備え
る。
用して水素を製造し、エネルギーの利用効率を向上させ
る。 【解決手段】天然ガス成分メタンを熱で炭素と水素に分
解したり、天然ガスから合成可能なジメチルエーテルを
水蒸気改質して水素を生成する。ジメチルエーテルの水
蒸気改質では、原子炉３１の熱を水蒸気で供給する熱供
給系３２や、ジメチルエーテルや水蒸気から成る燃料を
供給する燃料供給器３４や、水蒸気改質器３３を備え
る。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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で
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。
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で
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
第１の実施の形態を示す構成図。
【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。
第２、第３の実施の形態を示す構成図。
【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。
第４の実施の形態を示す構成図。
【図４】一般的な水の電気分解システムを示す構成図。
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。
…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。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｒ
Ｆターム(参考） 4G040 DA03 DB03 EA01 EA06 EA09
EB03 EB12 FA02 FB09 FC01
FC02 FD04 FE01
5H027 AA02 BA00 DD01 DD05
Claims (10)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001362687A JP3964657B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 水素製造システム |
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| JP2001362687A JP3964657B2 (ja) | 2001-11-28 | 2001-11-28 | 水素製造システム |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003165704A true JP2003165704A (ja) | 2003-06-10 |
| JP2003165704A5 JP2003165704A5 (ja) | 2005-06-16 |
| JP3964657B2 JP3964657B2 (ja) | 2007-08-22 |
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Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005330170A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Toshiba Corp | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| JP2006347810A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 水素製造装置および水素製造方法 |
| JP2007008756A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 水素・電力併産プラント |
| JP2007063066A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 水素製造方法および装置 |
| CN100361338C (zh) * | 2004-09-24 | 2008-01-09 | 株式会社东芝 | 燃料箱、燃料电池系统和氢气发生器 |
| JP2015190761A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 放射性物質の保管容器 |
| JP2016000678A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| CN113224360A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-06 | 华能（天津）煤气化发电有限公司 | 一种煤和生物质共气化制氢发电的方法和系统 |
| JP2022157170A (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-14 | 三菱重工業株式会社 | 水素キャリア製造システムおよび水素キャリア製造方法 |
| JP2022157169A (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-14 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造システムおよび水素製造方法 |
| JP2024050044A (ja) * | 2022-09-29 | 2024-04-10 | 三菱重工業株式会社 | 水素製造装置、及び水素製造システム |
-
2001
- 2001-11-28 JP JP2001362687A patent/JP3964657B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN100361338C (zh) * | 2004-09-24 | 2008-01-09 | 株式会社东芝 | 燃料箱、燃料电池系统和氢气发生器 |
| JP2006347810A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 水素製造装置および水素製造方法 |
| JP2007008756A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Toshiba Corp | 水素・電力併産プラント |
| JP2007063066A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 水素製造方法および装置 |
| JP2015190761A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 放射性物質の保管容器 |
| JP2016000678A (ja) * | 2014-06-12 | 2016-01-07 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 水素製造装置及び水素製造方法 |
| JP2022157170A (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-14 | 三菱重工業株式会社 | 水素キャリア製造システムおよび水素キャリア製造方法 |
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