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JPH092802A - Hydrogen production equipment - Google Patents

Hydrogen production equipment

Info

Publication number
JPH092802A
JPH092802A JP15332095A JP15332095A JPH092802A JP H092802 A JPH092802 A JP H092802A JP 15332095 A JP15332095 A JP 15332095A JP 15332095 A JP15332095 A JP 15332095A JP H092802 A JPH092802 A JP H092802A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
reaction chamber
pipe
radiation plate
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP15332095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirokuni Oota
洋州 太田
Yoshinori Shirasaki
義則 白▲崎▼
Kyoichi Inoue
恭一 井上
Kennosuke Kuroda
健之助 黒田
Kazuto Kobayashi
一登 小林
Shinsuke Ota
眞輔 太田
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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 Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP15332095A priority Critical patent/JPH092802A/en
Publication of JPH092802A publication Critical patent/JPH092802A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のプロセスに使用されていた改質器、一酸
化炭素変成器及び水素精製器の反応を一まとめに実施
し、高純度の水素を製造することができる、いわゆるメ
ンブレンリアクタ方式の実用性高い水素製造装置を提供
すること。 【構成】直立状バーナ装置1と、バーナ装置を囲繞した
円筒状輻射板2と、密閉された環状の天井板10を有し
円筒状輻射板を囲繞して輻射板との間に反応室11を形
成する内筒3と、反応室11の内部において上部を反応
室内に開口13した原料供給管4と、反応室11の内部
に設けられ上部を密閉した直立状水素透過管5と、水素
透過管5の内部に直立したスイープガス管7と、内筒3
の外周を密閉状に覆い燃焼室15に連通する外筒部6
と、水素透過管5を貫通して直立状に配置された触媒燃
焼管8と、反応室11の内部において水素透過管5の周
囲に挿入された改質触媒9Aと、触媒燃焼管8の内部に
挿入された燃焼触媒9Bとを包含する。
(57) [Summary] [Objective] The reactions of a reformer, a carbon monoxide shift converter and a hydrogen purifier used in a conventional process can be collectively carried out to produce high purity hydrogen. To provide a so-called membrane reactor type hydrogen production device with high practicality. An upright burner device 1, a cylindrical radiation plate 2 surrounding the burner device, and a closed annular ceiling plate 10 are enclosed, and a reaction chamber 11 is provided between the cylindrical radiation plate and the radiation plate. An inner cylinder 3 which forms the inside of the reaction chamber 11, a raw material supply pipe 4 having an upper portion opened into the reaction chamber 11 inside the reaction chamber 11, an upright hydrogen permeation pipe 5 which is provided inside the reaction chamber 11 and has a closed upper portion, and a hydrogen permeation pipe. Sweep gas pipe 7 standing upright inside pipe 5, and inner cylinder 3
The outer cylindrical portion 6 that covers the outer periphery of the airtightly and communicates with the combustion chamber 15.
A catalytic combustion pipe 8 penetrating the hydrogen permeable pipe 5 and arranged upright; a reforming catalyst 9A inserted around the hydrogen permeable pipe 5 inside the reaction chamber 11; And the combustion catalyst 9B inserted in the.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は炭化水素およびまたはア
ルコール類を水蒸気改質して水素を製造する装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for steam reforming hydrocarbons and / or alcohols to produce hydrogen.

【0002】[0002]

【従来技術】炭化水素およびまたはアルコール類等より
水蒸気改質反応を利用して改質器で水素を製造する方法
は工業上広く使用されている。一方、約200℃以下で
作動する燃料電池においては、電極の白金などの触媒が
COにより被毒されるため、該燃料電池に供給する水素
含有ガス中のCO濃度は、1%以下にする必要がある。
200℃以下の比較的低温で作動する燃料電池として
は、150〜230℃で作動するリン酸型、100℃以
下で作動する固体高分子膜型、アルカリ型などがある
が、特に100℃以下で作動する固体高分子膜型では、
燃料電池に供給する水素含有ガス中のCO濃度は10pp
m 以下にする必要があると言われている。このため従来
の方法により製造した水素を上述の燃料電池用の燃料ガ
スとして利用するには、当該粗製水素を一酸化炭素変成
器及び水素精製器により更に精製して高純度とし(約C
O10ppm 以下)、固体高分子膜型燃料電池(ポリマー
燃料電池)に使用することが考えられる。この際生ずる
反応は、メタンの例で示すと、次のようである。
2. Description of the Related Art A method for producing hydrogen in a reformer by utilizing a steam reforming reaction from hydrocarbons and / or alcohols is widely used industrially. On the other hand, in a fuel cell that operates at about 200 ° C. or lower, the catalyst such as platinum in the electrode is poisoned by CO, so the CO concentration in the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell must be 1% or lower. There is.
Fuel cells that operate at a relatively low temperature of 200 ° C. or less include phosphoric acid type that operates at 150 to 230 ° C., solid polymer membrane type that operates at 100 ° C. or less, and alkaline type, but especially at 100 ° C. or less. In the working solid polymer membrane type,
The CO concentration in the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell is 10 pp
It is said that it must be less than m. Therefore, in order to utilize the hydrogen produced by the conventional method as the fuel gas for the above-mentioned fuel cell, the crude hydrogen is further purified by a carbon monoxide shift converter and a hydrogen purifier to obtain high purity (about C
O of 10 ppm or less), it is considered to be used for a solid polymer membrane fuel cell (polymer fuel cell). The reaction that takes place in this case is as follows in the case of methane.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来水素を高
純度にするための上記プロセスは工程が複雑であり、装
置全体が大型であり、多量の高温熱エネルギーを要し、
また、装置の効率が悪く、必然的に水素製造コストが高
くなる欠点を有し、都市ガス等から直接固体高分子膜型
燃料電池に供給するような高純度の水素を製造すること
は経済性も考慮すると極めて困難である。
However, the above-mentioned process for purifying hydrogen in high purity has complicated steps, the entire apparatus is large, and a large amount of high-temperature heat energy is required.
In addition, the efficiency of the device is low, and the hydrogen production cost is inevitably high. It is economical to produce high-purity hydrogen that is directly supplied from a city gas or the like to a solid polymer membrane fuel cell. It is extremely difficult to consider.

【0004】このため、水素を選択的に透過する水素分
離膜(メンブレン)を改質反応場に共存させることによ
って改質反応と水素精製を同時に処理するメンブレンリ
アクタの概念が、すでに特開昭61−17401号およ
び特願平4−321502号などで提案されている。し
かしながら、これらの先願では、リアクタの基本原理の
提案のみにとどまっており、大型化が容易な実用的リア
クタ構成、特に加熱方式、各流体の供給排出方式の具体
例は示されていない。
For this reason, the concept of a membrane reactor that simultaneously processes a reforming reaction and hydrogen purification by allowing a hydrogen separation membrane (membrane) that selectively permeates hydrogen to coexist in the reforming reaction field has already been proposed. No. 17401 and Japanese Patent Application No. 4-321502. However, in these prior applications, only the basic principle of the reactor is proposed, and a practical reactor configuration that can be easily increased in size, in particular, a heating method and a supply / discharge method of each fluid are not shown.

【0005】図4は従来提案されているメンブレンリア
クタ方式水素製造装置の原理を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of a conventionally proposed membrane reactor type hydrogen production apparatus.

【0006】これらの先願では、図4に示すように水素
を選択的に透過する水素透過管を内管として、その外部
に触媒反応管を外管として同心円筒状に配置し、当該内
管と外管の間の円環状空間に改質触媒を充填し、外管壁
を適当な熱媒体で加熱することが示されているだけであ
る。
In these prior applications, as shown in FIG. 4, a hydrogen permeation tube that selectively permeates hydrogen is used as an inner tube, and a catalytic reaction tube is arranged as an outer tube in a concentric cylindrical shape outside the inner tube. It has only been shown to fill the annular space between the outer tube and the outer tube with the reforming catalyst and to heat the outer tube wall with a suitable heating medium.

【0007】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、従来のプロセスに使用されていた改質器、一酸化
炭素変成器及び水素精製器の反応を一まとめに実施し、
高純度の水素を製造することができる、いわゆるメンブ
レンリアクタ方式の実用性高い水素製造装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above points, and the reactions of the reformer, the carbon monoxide shift converter and the hydrogen purifier used in the conventional process are collectively carried out,
An object of the present invention is to provide a so-called membrane reactor type highly practical hydrogen production apparatus capable of producing high-purity hydrogen.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は炭化水素およびまたはアルコール類等から
水蒸気改質反応により水素を製造する装置において、直
立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口し
た燃焼室を形成する円筒状輻射板と、前記輻射板の外周
を囲繞し該輻射板との間に環状天井板および密閉状反応
室を形成する内筒と、前記反応室の内部において前記輻
射板を囲繞し且つ上部を反応室内に開口した原料供給管
と、前記反応室の内部において前記輻射板の外方に設け
られ上部を密閉した複数本の直立状水素透過管と、前記
水素透過管の内部に直立状に設けられ上端を開口した複
数本のスイープガス管と、前記内筒の外周を空間を隔て
て密閉状に覆い且つ前記輻射板の内部の燃焼室に連通す
る外筒部と、前記水素透過管を貫通して前記反応室の内
部に直立状に配置され且つ上端が前記外筒部内に開口し
た複数本の触媒燃焼管と、前記反応室の内部において前
記水素透過管の周囲に挿入された改質触媒と、前記触媒
燃焼管の内部に挿入された燃焼触媒とを包含することを
特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an apparatus for producing hydrogen from hydrocarbons and / or alcohols by a steam reforming reaction. In the apparatus, an upright burner apparatus and the burner apparatus are surrounded. And a cylindrical radiating plate forming a combustion chamber having an open upper end, and an inner cylinder that surrounds the outer periphery of the radiating plate and forms an annular ceiling plate and a sealed reaction chamber between the radiating plate and the reaction chamber. A raw material supply pipe that surrounds the radiation plate inside and has an upper portion opened into the reaction chamber, and a plurality of upright hydrogen permeation pipes that are provided outside the radiation plate inside the reaction chamber and that seal the upper portion, A plurality of sweep gas pipes provided upright inside the hydrogen permeation pipe and having an open upper end, and the outer periphery of the inner cylinder is hermetically covered with a space therebetween and communicates with a combustion chamber inside the radiation plate. Outer tube part and the water A plurality of catalytic combustion tubes penetrating the permeation tube and arranged upright inside the reaction chamber and having an upper end opened into the outer cylinder portion, and inserted inside the reaction chamber around the hydrogen permeation tube. The reforming catalyst and the combustion catalyst inserted inside the catalytic combustion tube are included.

【0009】また、本発明は前記触媒燃焼管が前記スイ
ープガス管の中を通ることを特徴とする。
The present invention is also characterized in that the catalytic combustion pipe passes through the sweep gas pipe.

【0010】また、本発明は前記触媒燃焼管が前記反応
室内の改質触媒中を通ることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the catalytic combustion tube passes through the reforming catalyst in the reaction chamber.

【0011】[0011]

【作用】本発明の水素製造装置は改質触媒、燃焼触媒、
水素透過管(パラジウムやパラジウム合金で形成した薄
膜など)、触媒燃焼管、加熱用バーナ等で構成された水
素透過膜方式の改質器であり、炭化水素およびまたはア
ルコール類等から直接高純度水素を造ることができる。
すなわち、反応室内の触媒層を貫通させて水素透過管を
設けることにより簡便に高純度水素を得る。中央にバー
ナを設けかつバーナの周囲に輻射板を設けることによ
り、その輻射板の周囲の改質触媒層に輻射熱を効率良く
均等に伝え、且つバーナの高温の燃焼排ガスが反応室の
上方と周囲から降り注いで改質触媒層に対流熱と伝導熱
を均等に伝える。水素透過管の内側に触媒燃焼管を設置
し、ここに都市ガス等の燃料ガス及び空気を通過させ、
改質触媒層を内側からも加熱し、改質触媒層の温度分布
の不均一を改善し、スイープガスは上昇流として供給さ
れ触媒層中のガスの下降流に対し対向流となるので、水
素透過が効率的に行われる。また、水素透過管を使用す
ることにより化学平衡がずれるため、改質温度(700
〜800℃)を150〜200℃低下させることができ
る。
The hydrogen producing apparatus of the present invention includes a reforming catalyst, a combustion catalyst,
A hydrogen permeable membrane type reformer consisting of a hydrogen permeation tube (such as a thin film made of palladium or a palladium alloy), a catalytic combustion tube, and a heating burner. It is a high-purity hydrogen directly from hydrocarbons and / or alcohols. Can be built.
That is, high-purity hydrogen can be easily obtained by providing a hydrogen permeation tube through the catalyst layer in the reaction chamber. By providing a burner in the center and a radiant plate around the burner, the radiant heat is efficiently and evenly transmitted to the reforming catalyst layer around the radiant plate, and the hot combustion exhaust gas of the burner is located above and around the reaction chamber. Convection heat and conduction heat are evenly transferred to the reforming catalyst layer by pouring from the bottom. A catalytic combustion tube is installed inside the hydrogen permeation tube, and fuel gas such as city gas and air are allowed to pass through it.
The reforming catalyst layer is also heated from the inside to improve the non-uniformity of the temperature distribution in the reforming catalyst layer, and the sweep gas is supplied as an upflow and becomes a counterflow to the downflow of gas in the catalyst layer, Transmission is efficient. Also, since the chemical equilibrium shifts by using a hydrogen permeation tube, the reforming temperature (700
˜800 ° C.) can be reduced by 150-200 ° C.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の水素製造装置の概略構成を
示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic structure of the hydrogen production apparatus of the present invention.

【0014】図1の水素製造装置はその外周に取付けら
れる補助具類や断熱材層、防護カバー材を取外した状態
で示している。
The hydrogen production apparatus of FIG. 1 is shown with the auxiliary tools, heat insulating material layer and protective cover material attached to the outer periphery thereof removed.

【0015】図1において環状の耐火材で構築された底
部バーナタイル12の中央孔から吹込まれる都市ガスや
天然ガス等の燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生す
る直立円筒状バーナ装置1が水素製造装置の中心に設け
られている。
In FIG. 1, an upright cylindrical burner device 1 for burning a fuel such as city gas or natural gas blown from a central hole of a bottom burner tile 12 constructed of an annular refractory material to generate a high temperature combustion gas. Is installed at the center of the hydrogen production equipment.

【0016】円筒形の輻射板2がバーナ装置1の中心軸
線を中心にしてその外周を囲繞して燃焼室15を形成す
る。、バーナ装置1により燃焼室15内に発生した高温
の燃焼ガスは輻射板2に輻射熱を与え、且つ輻射板2の
上部開口13から矢印A方向に外筒部6へ流入するよう
構成されている。
A cylindrical radiation plate 2 surrounds the outer periphery of the burner device 1 around the central axis of the burner device 1 to form a combustion chamber 15. The high temperature combustion gas generated in the combustion chamber 15 by the burner device 1 is configured to give radiant heat to the radiant plate 2 and to flow from the upper opening 13 of the radiant plate 2 into the outer cylinder part 6 in the direction of arrow A. .

【0017】外筒部6は水素製造装置の最も外側の側壁
を構成し、内筒3の側部および上部を気密状に密閉し、
輻射板2の内部すなわち燃焼室15にその上部開口13
で連通している。外筒部6と内筒3の間を高温の燃焼ガ
スが流動し、外筒部6の下部マニホルドに燃焼ガス出口
23が設けられている。
The outer cylinder portion 6 constitutes the outermost side wall of the hydrogen production apparatus, and hermetically seals the side portion and the upper portion of the inner cylinder 3,
The upper opening 13 is provided inside the radiation plate 2, that is, in the combustion chamber 15.
In communication. High-temperature combustion gas flows between the outer cylinder portion 6 and the inner cylinder 3, and a combustion gas outlet 23 is provided in the lower manifold of the outer cylinder portion 6.

【0018】内筒3は輻射板2の外周を囲繞する側壁と
なり、輻射板2との間に環状の天井板10と密閉状の反
応室11を形成している。内筒3の下部マニホルドに原
料の都市ガス及び水蒸気の入口20が設けられている。
また、内筒3の下部マニホルドにプロセスオフガスの出
口24が設けられている。プロセスオフガスは生成した
ガスから水素を透過除去した残りのガスである。
The inner cylinder 3 serves as a side wall surrounding the outer circumference of the radiation plate 2, and an annular ceiling plate 10 and a closed reaction chamber 11 are formed between the inner cylinder 3 and the radiation plate 2. The lower manifold of the inner cylinder 3 is provided with an inlet 20 for raw city gas and water vapor.
Further, an outlet 24 for process off gas is provided in the lower manifold of the inner cylinder 3. The process off gas is the remaining gas obtained by permeating and removing hydrogen from the generated gas.

【0019】原料供給管4が反応室11の内部において
輻射板2を同心に囲繞し、輻射板2との間に原料供給通
路を形成し、且つ上部を反応室11の内部に開口してい
る。
The raw material supply pipe 4 concentrically surrounds the radiation plate 2 inside the reaction chamber 11, forms a raw material supply passage between the radiation plate 2 and the radiation plate 2, and opens the upper part inside the reaction chamber 11. .

【0020】複数本の水素透過管5が反応室11の内部
において輻射板2の外方に、バーナ装置1を中心にした
円周上に適当な間隔で直立状に設けられ、これらの水素
透過管5の上部は密閉されている。水素透過管5は多孔
質担体にパラジウムを無電解メッキ方法により成膜して
調製したものなど、水素を選択的に透過でき、かつ50
0〜600℃の耐熱性を有するものが使用できる。その
他の部材は主としてステンレススチールで作られてい
る。スイープガス入口21が水素透過管5の下部マニホ
ルドに設けられている。スイープガスは水素透過管5で
生成した水素を掃気するためのガスである。
A plurality of hydrogen permeation tubes 5 are provided inside the reaction chamber 11 outside the radiation plate 2 in an upright manner on a circumference centered on the burner device 1 at appropriate intervals. The top of the tube 5 is sealed. The hydrogen permeation tube 5 is capable of selectively permeating hydrogen, such as one prepared by depositing palladium on a porous carrier by an electroless plating method, and 50
Those having a heat resistance of 0 to 600 ° C. can be used. The other components are mainly made of stainless steel. A sweep gas inlet 21 is provided in the lower manifold of the hydrogen permeation tube 5. The sweep gas is a gas for scavenging hydrogen generated in the hydrogen permeation tube 5.

【0021】複数本のスイープガス管7が水素透過管5
の内部に直立状に設けられ、それらの上端は開口してい
る。スイープガス管7の下部マニホルドに水素およびス
イープガス出口22が設けられている。
A plurality of sweep gas pipes 7 are hydrogen permeation pipes 5.
Are provided in an upright shape inside, and their upper ends are open. The lower manifold of the sweep gas pipe 7 is provided with a hydrogen and sweep gas outlet 22.

【0022】複数本の触媒燃焼管8が反応室11の内部
において、バーナ装置1を中心にした円周上に適当な間
隔で直立状に設けられ、その上端16は内筒3の天井板
10に開口し、外筒部6に連通している。触媒燃焼管8
の内部に燃焼触媒9Bが挿入されている。また、触媒燃
焼管8の下部マニホルドに燃焼用の都市ガスおよび空気
の入口25が設けられている。図1の実施例では、水素
透過管5の内側に触媒燃焼管8を設置し、ここに都市ガ
スおよび空気を通過させ、改質触媒層9Aを内側からも
加熱して温度分布の均一化を図っている。
A plurality of catalytic combustion tubes 8 are provided inside the reaction chamber 11 upright on a circumference centered on the burner device 1 at appropriate intervals, and their upper ends 16 are provided at the ceiling plate 10 of the inner cylinder 3. And is communicated with the outer tubular portion 6. Catalytic combustion tube 8
A combustion catalyst 9B is inserted inside the. Further, a lower manifold of the catalytic combustion pipe 8 is provided with an inlet 25 for city gas and air for combustion. In the embodiment of FIG. 1, a catalytic combustion pipe 8 is installed inside the hydrogen permeation pipe 5, city gas and air are passed therethrough, and the reforming catalyst layer 9A is also heated from the inside to make the temperature distribution uniform. I am trying.

【0023】改質触媒9Aが反応室11の内部において
水素透過管5の周囲に挿入されている。改質触媒9Aは
原料供給管4の内部にも挿入されている。改質触媒とし
ては第VIII族金属(Fe,Co,Ni,Ru,Rh,P
d,Pt等)を含有する触媒が好ましく、Ni,Ru,
Rhを担持した触媒またはNiO含有触媒が特に好まし
い。
The reforming catalyst 9A is inserted inside the reaction chamber 11 around the hydrogen permeation pipe 5. The reforming catalyst 9A is also inserted inside the raw material supply pipe 4. The reforming catalyst is a Group VIII metal (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, P
d, Pt, etc.) are preferred, and Ni, Ru,
A catalyst carrying Rh or a NiO-containing catalyst is particularly preferred.

【0024】上記構成になる本発明の水素製造装置は次
のように作動する。
The hydrogen production apparatus of the present invention having the above-mentioned structure operates as follows.

【0025】下方から供給される燃料をバーナ装置1で
燃焼することにより高温の燃焼ガスが輻射板2の内側に
発生し充満する。この燃焼ガスは、矢印Aの方向に、輻
射板2の上部周縁から外筒部6へ流入し、反応室11を
その内側および外側から加熱し、外筒部6の燃焼ガス排
出口23から外部へ排出される。かくして、反応室11
の中の改質触媒9Aおよび水素透過管5の中の反応流体
としての改質ガスが加熱されるようになる。
By burning the fuel supplied from below in the burner device 1, high-temperature combustion gas is generated and filled inside the radiation plate 2. This combustion gas flows from the upper peripheral edge of the radiation plate 2 into the outer cylinder portion 6 in the direction of arrow A, heats the reaction chamber 11 from the inside and the outside, and from the combustion gas discharge port 23 of the outer cylinder portion 6 to the outside. Is discharged to. Thus, the reaction chamber 11
The reforming catalyst 9A and the reforming gas as the reaction fluid in the hydrogen permeation pipe 5 are heated.

【0026】触媒燃焼管8にその下部の入口25から燃
焼用の都市ガスおよび空気が供給されて燃焼触媒9Bが
高温を発生し、改質触媒層9Aを内部から加熱してその
温度分布を均一化する。
The city gas for combustion and air are supplied to the catalytic combustion pipe 8 from the inlet 25 at the lower part thereof to generate a high temperature in the combustion catalyst 9B, and the reforming catalyst layer 9A is heated from the inside to make its temperature distribution uniform. Turn into.

【0027】スイープガスがスイープガス入口21から
水素透過管5の中に供給されて上昇し、スイープガス管
7の中を下降し、水素およびスイープガス出口22から
外部へ排出される。
The sweep gas is supplied from the sweep gas inlet 21 into the hydrogen permeation pipe 5, rises, descends in the sweep gas pipe 7, and is discharged from the hydrogen and the sweep gas outlet 22 to the outside.

【0028】原料ガスとしての都市ガスおよび水蒸気の
混合物が原料ガス入口20から矢印方向に供給され、原
料供給管4を通じて反応室11の改質触媒9Aの内部に
侵入する。原料ガスが改質触媒9Aの内部を通過する間
に、燃料ガスの燃焼および燃料触媒により発生する熱で
原料ガスを水蒸気改質して水素を生成する。この時の反
応式は、メタンの例で示すと、次のようである。 生成した水素は水素透過管5の中に矢印B方向に透過侵
入し、ここでスイープガスに乗ってスイープガス管7の
中を下降し水素およびスイープガス出口22から矢印方
向に外部へ押し出される。
A mixture of city gas and steam as a raw material gas is supplied from the raw material gas inlet 20 in the direction of the arrow and enters the reforming catalyst 9A in the reaction chamber 11 through the raw material supply pipe 4. While the raw material gas passes through the inside of the reforming catalyst 9A, the raw material gas is steam-reformed with heat generated by the combustion of the fuel gas and the fuel catalyst to generate hydrogen. The reaction formula at this time is as follows, when an example of methane is shown. The generated hydrogen permeates into the hydrogen permeation pipe 5 in the direction of arrow B, where it rides on the sweep gas and descends through the sweep gas pipe 7, and is pushed out from the hydrogen and sweep gas outlet 22 in the direction of the arrow.

【0029】また、反応室11の中の炭酸ガスのような
オフガスは出口24から矢印方向に外部へ排出される。
この際、改質触媒9Aの充填層中のオフガスの排出方向
(下降)は水素透過管5の中のスイープガスの流入方向
(上昇)に対し対向方向であるから、改質触媒9Aの充
填層内を流れる改質ガスの中から水素を水素透過管5へ
効率良く透過させることができる。 上記実施例の装置
に使用した水素透過管5の環状列数を増減することも、
また、1本の環状列内の水素透過管5の数を増減するこ
とも可能である。
Further, the off gas such as carbon dioxide gas in the reaction chamber 11 is discharged from the outlet 24 in the direction of the arrow.
At this time, the discharge direction (downward) of the off gas in the packed bed of the reforming catalyst 9A is opposite to the inflow direction (upward) of the sweep gas in the hydrogen permeation pipe 5, so the packed bed of the reforming catalyst 9A is Hydrogen can be efficiently permeated to the hydrogen permeation pipe 5 from the reformed gas flowing therein. It is also possible to increase or decrease the number of annular rows of the hydrogen permeation tubes 5 used in the apparatus of the above embodiment.
It is also possible to increase or decrease the number of hydrogen permeation tubes 5 in one annular row.

【0030】上記実施例の装置を逆さにして、バーナ装
置に燃料を上方から吹込んで燃焼させ、スイープガスや
原料ガス、水蒸気を上部から流入させ、水素やオフガス
を上部から排出するように構成することもできる。
The apparatus of the above embodiment is turned upside down so that fuel is blown into the burner apparatus from above for combustion, and sweep gas, raw material gas, and steam are introduced from above and hydrogen and off-gas are discharged from above. You can also

【0031】図2は本発明の水素製造装置の別の実施例
の概略構成を示す縦断面図である。図2の水素製造装置
では、触媒燃焼管8がスイープガス管7の中に配置され
ている点以外はすべて図1の実施例と構成が同一であ
り、作用も類似しているので、説明を省略する。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing the schematic construction of another embodiment of the hydrogen producing apparatus of the present invention. The hydrogen production apparatus of FIG. 2 has the same structure as that of the embodiment of FIG. 1 except that the catalytic combustion pipe 8 is arranged in the sweep gas pipe 7, and the operation is similar. Omit it.

【0032】図3は本発明の水素製造装置の別の実施例
の概略構成を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the schematic construction of another embodiment of the hydrogen producing apparatus of the present invention.

【0033】図3の水素製造装置では、触媒燃焼管8を
反応室内で水素透過管5の外、改質触媒9Aの中に配置
し、温度分布の均一化を図った点以外はすべて図1の実
施例と構成が同一であり、作用も類似しているので、説
明を省略する。
In the hydrogen production apparatus of FIG. 3, the catalytic combustion tube 8 is arranged inside the reaction chamber, outside the hydrogen permeation tube 5 and inside the reforming catalyst 9A, except that the temperature distribution is made uniform. The configuration is the same as that of the first embodiment and the operation is similar, and thus the description thereof is omitted.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
記のような優れた効果が得られる。 (1)炭化水素およびまたはアルコール類から直接に高
純度の水素を造ることができる。 (2)バーナ装置、輻射板、内筒、原料供給管、水素透
過管、外筒部、触媒燃焼管、改質触媒および燃焼触媒が
効率的に配置され、伝熱性が向上し、発生熱エネルギー
が有効に利用され、省エネルギープロセスが実現し、水
素製造能力が向上し、装置全体の構成が簡素化されコン
パクトになる。 (3)中央部に火炉を設けていることから、輻射による
半径方向の伝熱速度が大きくなり、かつ熱流束分布を均
一にしやすい。従って、水素透過管と改質触媒の耐熱温
度を超過するようなホットスポットの発生を防止し得
る。 (4)水素透過管内の流通するスイープガスと、改質触
媒層内を流れる改質ガスとを水素透過管壁を介して向流
接触により物質移動させていることから、改質ガス中水
素の回収率を高めるとともに、透過ガス中の水素濃度を
高くすることを可能としている。 (5)反応後の分離、精製工程が省略される。 (6)水素透過管により化学平衡をずらし、改質温度を
従来より150〜200℃低下させ、装置の製作に使用
する材料の選択範囲を拡大し、価格を低廉にし、装置の
耐久性を向上させる。 (7)水素透過管の内側または改質触媒層内に触媒燃焼
管を設置し、この中に燃焼触媒を配置し、都市ガスと空
気を通過させることにより、改質触媒層を内側から加熱
するので温度分布が均一化される。 (8)温度分布の改善により、炭化水素の転化率が向上
し、水素製造量が増加する。 (9)温度分布の改善により、水素透過管の伸びや曲が
り等の変形が減少し、水素分離膜の破れや水素透過管の
破壊を防止することができる。したがって、水素製造装
置の耐久性が向上する。
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained. (1) High-purity hydrogen can be directly produced from hydrocarbons and / or alcohols. (2) The burner device, the radiation plate, the inner cylinder, the raw material supply pipe, the hydrogen permeation pipe, the outer cylinder part, the catalytic combustion pipe, the reforming catalyst and the combustion catalyst are efficiently arranged, the heat transfer property is improved, and the generated heat energy is generated. Is effectively used, an energy-saving process is realized, hydrogen production capacity is improved, and the configuration of the entire device is simplified and made compact. (3) Since the furnace is provided in the central portion, the heat transfer rate in the radial direction due to radiation is increased, and the heat flux distribution is easily made uniform. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of hot spots that exceed the heat resistant temperatures of the hydrogen permeation tube and the reforming catalyst. (4) Since the sweep gas flowing in the hydrogen permeable pipe and the reformed gas flowing in the reforming catalyst layer are mass-transferred by countercurrent contact through the hydrogen permeable pipe wall, It is possible to increase the recovery rate and increase the hydrogen concentration in the permeated gas. (5) The separation and purification steps after the reaction are omitted. (6) The chemical equilibrium is shifted by the hydrogen permeation tube, the reforming temperature is lowered by 150 to 200 ° C compared with the conventional method, the selection range of materials used for manufacturing the device is expanded, the cost is reduced, and the durability of the device is improved. Let (7) A catalytic combustion tube is installed inside the hydrogen permeation tube or inside the reforming catalyst layer, the combustion catalyst is arranged in this, and the reforming catalyst layer is heated from the inside by passing city gas and air. Therefore, the temperature distribution is made uniform. (8) The improvement of the temperature distribution improves the conversion rate of hydrocarbons and increases the amount of hydrogen produced. (9) By improving the temperature distribution, the hydrogen permeation tube can be prevented from being deformed such as stretched or bent, and the hydrogen separation membrane can be prevented from being broken or the hydrogen permeation tube can be prevented from being broken. Therefore, the durability of the hydrogen production device is improved.

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

【図1】本発明の水素製造装置の概略構成を示す縦断面
図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a hydrogen production device of the present invention.

【図2】本発明の水素製造装置の別の実施例の概略構成
を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen production device of the present invention.

【図3】本発明の水素製造装置の別の実施例の概略構成
を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of another embodiment of the hydrogen production device of the present invention.

【図4】従来提案されているメンブレンリアクタ方式水
素製造装置の原理を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of a conventionally proposed membrane reactor type hydrogen production apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バーナ装置 2 輻射板 3 内筒 4 原料供給管 5 水素透過管 6 外筒部 7 スイープガス管 8 触媒燃焼管 9A 改質触媒 9B 燃焼触媒 10 天井板 11 反応室 12 底部バーナタイル 13 上部開口 15 燃焼室 16 上端 20 原料ガス入口 21 スイープ入口 23 燃焼ガス出口 24 オフガス出口 25 都市ガスおよび空気入口 1 Burner Device 2 Radiant Plate 3 Inner Cylinder 4 Raw Material Supply Pipe 5 Hydrogen Permeation Pipe 6 Outer Cylinder 7 Sweep Gas Pipe 8 Catalyst Combustion Pipe 9A Reforming Catalyst 9B Combustion Catalyst 10 Ceiling Plate 11 Reaction Chamber 12 Bottom Burner Tile 13 Upper Opening 15 Combustion chamber 16 Upper end 20 Raw material gas inlet 21 Sweep inlet 23 Combustion gas outlet 24 Off gas outlet 25 City gas and air inlet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 恭一 神奈川県横浜市鶴見区岸谷1−3−25− 504 (72)発明者 黒田 健之助 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 小林 一登 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 太田 眞輔 広島県広島市西区観音新町四丁目6番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kyoichi Inoue 1-3-25-504 Kishitani, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture (72) Kennosuke Kuroda 2-5-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Heavy Industries Co., Ltd. In-company (72) Inventor Kazuto Kobayashi 4-6-22 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Research Laboratory (72) Inventor Shinsuke Ota 4-6-22 Kannon-shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Inside Mitsubishi Heavy Industries Hiroshima Works

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素およびまたはアルコール類等か
ら水蒸気改質反応により水素を製造する装置において、
直立状バーナ装置と、該バーナ装置を囲繞し上端を開口
した燃焼室を形成する円筒状輻射板と、前記輻射板の外
周を囲繞し該輻射板との間に環状天井板および密閉状反
応室を形成する内筒と、前記反応室の内部において前記
輻射板を囲繞し且つ上部を反応室内に開口した原料供給
管と、前記反応室の内部において前記輻射板の外方に設
けられ上部を密閉した複数本の直立状水素透過管と、前
記水素透過管の内部に直立状に設けられ上端を開口した
複数本のスイープガス管と、前記内筒の外周を空間を隔
てて密閉状に覆い且つ前記輻射板の内部の燃焼室に連通
する外筒部と、前記水素透過管を貫通して前記反応室の
内部に直立状に配置され且つ上端が前記外筒部内に開口
した複数本の触媒燃焼管と、前記反応室の内部において
前記水素透過管の周囲に挿入された改質触媒と、前記触
媒燃焼管の内部に挿入された燃焼触媒とを包含すること
を特徴とする水素製造装置。
1. An apparatus for producing hydrogen from a hydrocarbon and / or alcohol by a steam reforming reaction,
An upright burner device, a cylindrical radiation plate that surrounds the burner device and forms a combustion chamber with an open upper end, and an annular ceiling plate and a closed reaction chamber that surrounds the outer periphery of the radiation plate and the radiation plate. Forming an inner cylinder, a raw material supply pipe that surrounds the radiation plate inside the reaction chamber and has an upper portion opened into the reaction chamber, and an upper portion that is provided outside the radiation plate inside the reaction chamber and seals the upper portion. A plurality of upright hydrogen permeation pipes, a plurality of sweep gas pipes provided upright inside the hydrogen permeation pipe and having an open upper end, and the outer circumference of the inner cylinder is hermetically covered by a space and An outer cylinder part communicating with a combustion chamber inside the radiation plate, and a plurality of catalytic combustions penetrating the hydrogen permeation tube and arranged upright inside the reaction chamber and having an upper end opened into the outer cylinder part. A tube and the hydrogen permeation tube inside the reaction chamber. Hydrogen production apparatus characterized in that it comprises a reforming catalyst inserted in the enclosed, and a combustion catalyst that is inserted inside the catalytic combustion tube.
【請求項2】 前記触媒燃焼管が前記スイープガス管の
中を通ることを特徴とする請求項1に記載の水素製造装
置。
2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the catalytic combustion pipe passes through the sweep gas pipe.
【請求項3】 前記触媒燃焼管が前記反応室内の改質触
媒中を通ることを特徴とする請求項1に記載の水素製造
装置。
3. The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the catalytic combustion pipe passes through a reforming catalyst in the reaction chamber.
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