JP2011111388A - 炭化水素多段階式熱分解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ_２の少ない炭化水素の熱分解による水素製造法を提供する。
【解決手段】炭化水素と酸素とを不完全燃焼させて得た熱水素に適量の酸素を吹き込んで熱水素の一部を更に燃焼させて炉内温度を１２００−１６００℃に上昇させ、そこに適量の炭化水素をふき込むことによって、これを熱分解して熱水素と炭素を発生せしめる。ここで生成した熱水素を、次の炉に送り、同様に炭化水素を分解すべく熱水素の温度を維持して、複数個の熱分解炉をとおして８０％以上の水素を得ることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、炭化水素を原料として水素を製造する熱分解法に関するものである。

酸素を用いて炭化水素を酸化改質する部分酸化法並びに自己熱改質法は１９５０年代に米国で開発され、水素の製造法としては水蒸気改質に次いで実績がある。このプロセスでは、酸素を用いて原料の一部を燃焼させ、発生した熱によって残りの原料を改質する。この方法は、反応温度が１，２００〜１，６００℃と非常に高いため、反応器材料が高価で大型になるなどして、水素製造法して最近ではあまり利用されていない。しかし、最近では反応器材料の高質化と単純な構造の装置なので注目されている。

１） 中村 仁：水素製造装置 ＰＥＴＲＯ−ＴＥＣＨ、２３、１、ｐ８２〜８９（２０００）
２） 太田時男監修：水素エネルギー最前線：文部科学省 科学技術政策研究所編 工業調査会発行ｐ１５２（２００３）
３） 「触媒活用大字典」編集委員会編：触媒活用大事典ｐ５２２（２００４，１２）
４） 水素燃料電池ハンドブック編委員会：水素燃料電池ハンドブックｐ６６８（平１８、９）

発明が解決しようとする課題

この発明は、炭化水素を炭素と水素に熱分解する際にＣＯとＣＯ_２の副成を極度に抑えることが、課題である。

上記方法を車上で操作できるモバイル式であること。

課題を解決するための手段

この発明は、炭化水素の熱分解を直列に並べた複数の熱分解炉で実施し、それぞれの分解炉で発生する高熱の水素の一部をつぎの分解炉で燃焼するようにする。この際、分解炉中の温度と水素濃度を測定しながら酸素を供給し、炉内の温度を１２００〜１６００℃に保ち、この温度で炭化水素を熱分解；最終炉よりＨ_２、ＣＯ_２の混合の粗水素を得る。なおこの発明では熱分解炉を直列に連結するので適当な長さの筒状の熱分解炉を得、モバイル式に利用することを得る。

発明の効果

この発明で、それぞれの分解炉で発生した高熱水素の一部に次の分解炉で酸素を供給すれば高熱水素を燃焼させ１２００℃〜１６００℃の高温を維持することができ、この温度中で炭化水素が連続的に分解でき、８０％程度の粗水素を得ることができる。

この発明は、水素を［部分酸化法］又は［自己熱改質法］で製造するための熱分解炉に関するものである。

一例をあげると、図１に示すように断熱材で覆われた長い筒状の熱分解炉２はその内部が孔のあいた隔壁板５，６，７，８で仕切られている。図２に示すように上記隔壁板で仕切られた第一熱分解炉９、第２熱分解炉１０、第３熱分解炉１１、第４熱分解炉１２、第５熱分解炉１３は、直列にならんで配置される。各隔壁板はあけられた孔により、ガスは矢印２７のように各熱分解炉を通り抜け、ガス出口４より矢印２８のように排出される。

図３に示すように、炭化水素と酸素、水蒸気の混合ガスは第一熱分解炉９のバーナー２１と２２で第一熱分解炉９に吹き込まれ、点火され、火焔２３によって、第一熱分解炉９は７００〜１０００℃に加熱され、一部の炭化水素は、Ｈ_２とＣＯ、ＣＯ２に熱分解され、第２熱分解炉１０に押し出される。

図３の隔壁板にあけられた孔１５より、前記Ｈ_２とＣＯ、ＣＯ_２ガスは第２熱分解炉１０に矢印２９のように入る。このガスは７００〜１０００℃の熱ガスであるが、これに炉の入口１５で酸素バーナー１８より酸素の供給をうけ、Ｈ_２とＣＯが燃焼；１２００〜１６００℃に昇温される。この時炉の別のバーナー３１で炭化水素が吹き込まれ、これが、熱分解され、Ｈ_２とＣＯ、ＣＯ_２が更に増えて、第３熱分解炉１１に向かう。

第３熱分解炉１１の入口１６では、矢印３０のように第２熱分解炉１０で発生したＨ_２とＣＯの高熱ガスに酸素バーナー２５より酸素の供給をうけ、１２００〜１６００℃を維持するように昇温される。ほぼ同時に第３熱分解炉１１の別のバーナー３２より炭化水素が吹き込まれ、これが熱分解されて、Ｈ_２が更に増えて、第４熱分解炉１２に向かう。符号１４，１７、３３、３４、３５は温度、Ｈ_２、ＣＯ、ＣＯ_２の測定端子で、この測定値によって酸素バーナーの酸素吸入量や炭化水素バーナーでの炭化水素の供給量が調節される。なお符号３６、３８は酸素バーナーで符号１９、２６は酸水素焔である。

上述のようにして第２熱分解炉以降は、前段で発生した熱水素の一部を燃料として熱分解炉の温度を維持しながら、同時に供給される炭化水素をＣＯ_２の新たな発生なしに水素の製造が増加され、最後尾の第５熱分解炉の発生ガス出口４より矢印２８より水素８０％以上の粗水素の製造ができる。

この発明は、熱水素の高反応性を利用したもので、熱分解炉の段数を増加し、途中より粗水素の一部を引き抜くなどすれば、僅少のＣＯ_２の発生で多量の粗水素の製造が可能であるばかりでなく、小型の熱分解炉を横につないだ多段式分解炉が可能で、モバイル式として、軽車両にも搭載可能である。分解炉で使用する酸素の代わりに空気を使うことも可能でこの時は、生成ガスを冷却したのち高分子膜を利用した水素分離という方法をとれば、粗水素から、直接、燃料電池にも使用できる高純度の水素の生産可能である。また各熱分解炉にニッケルと白金を担持した触媒を用いると分解温度を５〜１０％低くすることも可能である。

炭化水素多段階式熱分解炉の縦断面図 炭化水素多段階式熱分解炉の熱分解炉の配置図 炭化水素多段階式熱分解炉の熱分解炉の補機配置図

Claims (1)

1. この発明は、断熱材で覆われた長い筒状の熱分解炉で、その内部は孔のあいた隔壁板で複数の炉室に仕切られている。各炉室には、温度やガス成分をＩＴ制御するセンサーと、それに連動する酸素と炭化水素の電磁式バーナーをもっている。
   それぞれの炉室では、全炉室で生成された熱水素の一部に酸素をふき込んで燃焼させ、１２００〜１６００℃に昇温させ、ここに別のバーナーからふき込んだ炭化水素を加熱して熱分解させ、Ｈ_２、Ｃ、ＣＯ、ＣＯ_２を生成させる。このようにしてＨ_２を中心とする生成ガスを増加させ、最後尾の炉室から大量のＨ_２、Ｃ、ＣＯ、ＣＯ_２を排出する炭化水素多段式熱分解炉とした。

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