[go: up one dir, main page]

JPH11116202A - Pressurized reformer - Google Patents

Pressurized reformer

Info

Publication number
JPH11116202A
JPH11116202A JP9283305A JP28330597A JPH11116202A JP H11116202 A JPH11116202 A JP H11116202A JP 9283305 A JP9283305 A JP 9283305A JP 28330597 A JP28330597 A JP 28330597A JP H11116202 A JPH11116202 A JP H11116202A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reforming
chamber
hydrogen
gas
permeation
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.)
Pending
Application number
JP9283305A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukitaka Hamada
行貴 濱田
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.)
IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries 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 Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd filed Critical Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority to JP9283305A priority Critical patent/JPH11116202A/en
Publication of JPH11116202A publication Critical patent/JPH11116202A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転温度を高めることなく、加圧下において
高い改質効率を得ることができる加圧改質装置を提供す
る。 【解決手段】 改質触媒3が充填されかつ原料ガス2が
供給される改質室12と、改質室との間を熱伝導板14
aで仕切られかつ高温ガスが供給される加熱室14と、
改質室との間を水素分離膜16aで仕切られかつスイー
プガス15が供給される透過室16とからなり、これに
より、改質室内で原料ガスを水素を含む改質ガスに改質
し、発生した水素を水素分離膜を通して透過室からスイ
ープガスと共に排出する。スイープガス流量は、改質室
の水素分圧が透過室より常に高くなるように設定され
る。
(57) [Problem] To provide a pressurized reforming apparatus capable of obtaining high reforming efficiency under pressure without increasing operating temperature. A heat transfer plate (14) is provided between a reforming chamber (12) filled with a reforming catalyst (3) and supplied with a source gas (2), and a reforming chamber.
a heating chamber 14 partitioned by a and supplied with a high-temperature gas;
A permeation chamber 16 which is separated from the reforming chamber by a hydrogen separation membrane 16a and to which a sweep gas 15 is supplied, whereby the raw material gas is reformed into a reformed gas containing hydrogen in the reforming chamber, The generated hydrogen is discharged together with the sweep gas from the permeation chamber through the hydrogen separation membrane. The sweep gas flow rate is set such that the hydrogen partial pressure in the reforming chamber is always higher than in the permeation chamber.

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、加圧下で高い改質
率を維持する加圧改質装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure reformer for maintaining a high reforming rate under pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図5に模式的に示す天然
ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改
質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室
Coと改質室Reからなり、燃焼室Coで燃料ガス1
(例えば燃料電池からのアノード排ガス)を燃焼させ、
その熱で改質室Reを加熱し、その内部に充填された改
質触媒3により改質室を流れる原料ガス2を水素を含む
ガス4(以下、改質ガスという)に改質するようになっ
ている。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features not found in conventional power generation equipment, such as high efficiency and little impact on the environment, and are attracting attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. Are being researched and developed in various countries around the world. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, a reformer is used to reform a source gas such as natural gas schematically shown in FIG. 5 into a gas containing hydrogen. . The reformer includes a combustion chamber Co and a reforming chamber Re separated by a partition wall.
(For example, anode exhaust gas from a fuel cell),
The reforming chamber Re is heated by the heat, and the raw material gas 2 flowing through the reforming chamber is reformed into a gas 4 containing hydrogen (hereinafter, referred to as a reformed gas) by the reforming catalyst 3 filled therein. Has become.

【0003】かかる改質器として、従来のプラント用の
チューブラー型を発展させたものとしては、特公平3−
35778号,特公平5−9362号,特開昭62−2
7303号等が燃料電池用として既に提案されている。
[0003] As such a reformer, a tubular type developed for a conventional plant has been developed as disclosed in
No. 35778, JP-B-5-9362, JP-A-62-2
No. 7303 has already been proposed for use in fuel cells.

【0004】一方、上述した従来のチューブラー改質器
とは全く異なる構成のプレート改質器が本願出願人から
既に提案され一部で用いられている。このプレート改質
器は、図6の原理図に例示するように、改質室Reと燃
焼室Coをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したも
のであり、この燃焼室Coには、粒子状の燃焼触媒5が
平板状に充填され、外部マニホールド6a,6bから供
給される燃料ガス1と燃焼用空気7とが、図に破線で示
すように流れ、燃焼触媒5の作用により反応(燃焼)し
て発熱し、燃焼排ガス8が反対側の外部マニホールド6
cから排出される。一方、改質室Reには、粒子状の改
質触媒3が同様に平板状に充填され、外部マニホールド
6dから供給される原料ガス2が、図に実線で示すよう
に流れ、改質触媒3の作用により原料ガス2を改質し、
改質ガス4が、反対側の外部マニホールド6eから排出
されるようになっている。
On the other hand, a plate reformer having a configuration completely different from the above-mentioned conventional tubular reformer has already been proposed by the applicant of the present invention and is partially used. As illustrated in the principle diagram of FIG. 6, the plate reformer is configured such that the reforming chamber Re and the combustion chamber Co are each configured in a plate shape and are alternately stacked. The combustion catalyst 5 is filled in a flat plate shape, and the fuel gas 1 and the combustion air 7 supplied from the external manifolds 6a and 6b flow as indicated by broken lines in FIG. ) And heat is generated, and the flue gas 8 is discharged to the external manifold 6 on the opposite side.
discharged from c. On the other hand, the reforming chamber Re is similarly filled with a particulate reforming catalyst 3 in a plate shape, and the raw material gas 2 supplied from the external manifold 6d flows as shown by a solid line in the drawing, and The raw material gas 2 is reformed by the action of
The reformed gas 4 is discharged from the external manifold 6e on the opposite side.

【0005】更に、図6の燃料室Coを高温ガスが流れ
る加熱室Hに置き換え、別の独立した燃焼器(例えば触
媒燃焼器)からこの加熱室Hに高温の燃焼排ガスを供給
する燃焼器別置きのプレート改質器も開発されている。
かかるプレート改質器はチューブラー改質器と比較する
と、体積当たりの伝熱面積が大きく、非常に小型軽量に
できる特徴を有しており、燃料電池用ばかりでなく、そ
の他の分野(例えば水素製造等)への適用が要望されて
いる。
Further, the fuel chamber Co shown in FIG. 6 is replaced with a heating chamber H through which a high-temperature gas flows, and a separate combustion chamber (for example, a catalytic combustor) for supplying high-temperature combustion exhaust gas to the heating chamber H from another combustor. Other plate reformers have also been developed.
Compared with the tubular reformer, such a plate reformer has a large heat transfer area per volume and has a feature that it can be made very small and lightweight, and is not only used for fuel cells but also used in other fields (for example, hydrogen). Application).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述したプレート改質
器において、運転圧力の高圧化はプラント効率の向上と
コンパクト化に有効である。このため、プレート改質器
の運転圧力を燃料電池の運転圧力に併せて、数ata程
度まで高めることが望まれている。しかし、メタンの改
質反応は、CH4 +H2 O→3H2 +CO..(式)
の主反応式で表され、反応によりモル数(体積)が増加
する反応であるため、高圧力化により平衡定数が低くな
り、従って改質率が低下する問題点がある。
In the plate reformer described above, increasing the operating pressure is effective for improving plant efficiency and reducing the size. Therefore, it is desired to increase the operating pressure of the plate reformer to about several ata in accordance with the operating pressure of the fuel cell. However, the reforming reaction of methane is CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO. . (formula)
And the number of moles (volume) increases by the reaction, the equilibrium constant decreases due to the increase in pressure, and the reforming rate decreases.

【0007】一方、改質温度の上昇で改質率の改善を図
ることは原理的には可能であるが、プレート改質器で
は、隔壁の温度制限から、改質温度を高くすると、高価
で加工性の悪い耐熱材料(例えばセラミックス材)を用
いる必要が生じ、実用的ではない。
On the other hand, it is possible in principle to improve the reforming rate by increasing the reforming temperature. However, in a plate reformer, if the reforming temperature is increased due to the temperature limitation of the partition walls, it is expensive. It is necessary to use a heat-resistant material (for example, a ceramic material) having poor workability, which is not practical.

【0008】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、運転
温度を高めることなく、加圧下において高い改質効率を
得ることができる加圧改質装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a pressurized reforming apparatus capable of obtaining high reforming efficiency under pressure without increasing the operating temperature.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、改質触
媒が充填されかつ水蒸気を含む炭化水素ガスが供給され
る改質室と、改質室との間を熱伝導性の高い薄板で仕切
られかつ高温ガスが供給される加熱室と、改質室との間
を水素分離膜で仕切られかつスイープガスが供給される
透過室とからなり、これにより、改質室内で炭化水素ガ
スを水素を含む改質ガスに改質し、発生した水素を水素
分離膜を通して透過室からスイープガスと共に排出す
る、ことを特徴とする加圧改質装置が提供される。
According to the present invention, a thin plate having high thermal conductivity is provided between a reforming chamber filled with a reforming catalyst and supplied with a hydrocarbon gas containing steam. And a permeation chamber partitioned between the reforming chamber and a hydrogen separation membrane and supplied with a sweep gas, thereby providing a hydrocarbon gas in the reforming chamber. Is reformed into a reformed gas containing hydrogen, and the generated hydrogen is discharged through a hydrogen separation membrane together with a sweep gas from a permeation chamber.

【0010】この構成により、水素分離膜で改質室と透
過室の隔壁が構成されるので、改質室で改質された改質
ガス中の水素がその場で水素分離膜を通して選択的に分
離されるので、水素濃度が低下し、改質室におけるメタ
ン改質反応(式)が促進され、比較的低い温度でも、
平衡定数に制限されずに高い改質率を達成することがで
きる。
[0010] With this configuration, since the partition walls of the reforming chamber and the permeation chamber are constituted by the hydrogen separation membrane, hydrogen in the reformed gas reformed in the reforming chamber is selectively passed through the hydrogen separation membrane in situ. Since the hydrogen is separated, the hydrogen concentration decreases, the methane reforming reaction (formula) in the reforming chamber is promoted, and even at a relatively low temperature,
A high reforming rate can be achieved without being limited by the equilibrium constant.

【0011】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
改質室の圧力は透過室より高く保持され、かつスイープ
ガスの流量は改質室の水素分圧が、透過室より常に高く
なるように設定される。この構成により、改質室の水素
分圧が透過室より低い場合に生じる逆透過を回避し、水
素の透過率を高めると共に、改質率を高めることができ
る。
According to a preferred embodiment of the present invention, the pressure in the reforming chamber is maintained higher than that in the permeation chamber, and the flow rate of the sweep gas is such that the hydrogen partial pressure in the reforming chamber is always higher than that in the permeation chamber. Is set. With this configuration, it is possible to avoid reverse permeation that occurs when the hydrogen partial pressure of the reforming chamber is lower than that of the permeation chamber, increase the hydrogen permeability, and increase the reforming rate.

【0012】前記水素分離膜は、温度約400℃以上に
保持された膜厚20μm以上のバラジウム合金膜であ
る、ことが好ましい。この構成により、水素分離膜によ
る水素の選択分離を安定して行うことができる。
It is preferable that the hydrogen separation membrane is a palladium alloy membrane having a thickness of 20 μm or more maintained at a temperature of about 400 ° C. or more. With this configuration, the selective separation of hydrogen by the hydrogen separation membrane can be stably performed.

【0013】更に、改質室を通過したガスを改質室の入
口側に戻すリサイクルラインを備えることが好ましい。
この構成によりリサイクルラインを介して改質ガスの一
部を改質器の入口側にリサイクルすることにより、改質
室内の水素分圧を高め、水素分離膜における膜透過速度
を高めることができる。
Further, it is preferable to provide a recycling line for returning the gas passing through the reforming chamber to the inlet side of the reforming chamber.
With this configuration, a part of the reformed gas is recycled to the inlet side of the reformer through the recycling line, so that the partial pressure of hydrogen in the reforming chamber can be increased, and the membrane permeation rate in the hydrogen separation membrane can be increased.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本発
明による加圧改質装置の構成図である。この図におい
て、本発明の加圧改質装置10は、水蒸気を含む炭化水
素ガス(原料ガス2)が供給される改質室12と、高温
ガス11が供給される加熱室14と、スイープガス15
が供給される透過室16とからなる。改質室12、加熱
室14及び透過室16は、改質室12を中心にその両側
に加熱室14と透過室16が位置した状態で、複数が積
層され、前述したプレート改質器を構成するようになっ
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common parts are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure reformer according to the present invention. In FIG. 1, a pressurized reforming apparatus 10 of the present invention includes a reforming chamber 12 to which a hydrocarbon gas containing steam (source gas 2) is supplied, a heating chamber 14 to which a high-temperature gas 11 is supplied, and a sweep gas. Fifteen
Is supplied to the transmission chamber 16. A plurality of the reforming chambers 12, the heating chambers 14, and the permeation chambers 16 are stacked with the heating chambers 14 and the permeation chambers 16 positioned on both sides of the reforming chambers 12 to constitute the above-described plate reformer. It is supposed to.

【0015】使用する炭化水素ガスは、例えばメタンを
主成分とする都市ガスである。また、高温ガス11は、
燃焼器(図示せず)から供給される燃焼ガスであるのが
よい。更に、スイープガス15は、水蒸気或いは窒素ガ
スであるのがよい。
The hydrocarbon gas used is, for example, city gas containing methane as a main component. The high-temperature gas 11 is
It may be combustion gas supplied from a combustor (not shown). Further, the sweep gas 15 is preferably steam or nitrogen gas.

【0016】図1において、改質室12には改質触媒3
が充填されている。また、加熱室14と改質室12との
間は熱伝導性の高い薄板14a(熱伝導板)で仕切られ
ている。この熱伝導板14aは、気密性を有する金属
板、例えば耐熱鋼板、銅合金、ステンレス等であるのが
よい。更に、透過室16と改質室12との間は水素分離
膜16aで仕切られている。この水素分離膜16aは、
温度約400℃以上に保持された膜厚数μmのバラジウ
ム合金膜であり、透過性を有するセラミックス等の表面
に設けられ、耐圧性を有するようになっているのがよ
い。
In FIG. 1, a reforming catalyst 3 is provided in a reforming chamber 12.
Is filled. Further, the heating chamber 14 and the reforming chamber 12 are separated by a thin plate 14a (heat conductive plate) having high thermal conductivity. The heat conductive plate 14a is preferably an airtight metal plate, for example, a heat-resistant steel plate, a copper alloy, stainless steel, or the like. Further, the permeation chamber 16 and the reforming chamber 12 are partitioned by a hydrogen separation membrane 16a. This hydrogen separation membrane 16a
It is a palladium alloy film having a film thickness of several μm maintained at a temperature of about 400 ° C. or higher, which is preferably provided on a surface of a permeable ceramic or the like and has a pressure resistance.

【0017】図1において、本発明の加圧改質装置10
は、更に、改質室12を通過したガス(改質ガス)を改
質室の入口側に戻すリサイクルライン18を備えてい
る。このリサイクルライン18には、リサイクルブロア
18aが設けられ、必要な流量の改質ガスを上流側に戻
せるようになっている。更に、改質室12の圧力は透過
室16より高く保持され、かつスイープガス15の流量
は改質室12の水素分圧が、透過室16より常に高くな
るように設定又は制御されている。
Referring to FIG. 1, a pressure reforming apparatus 10 according to the present invention is shown.
Further includes a recycling line 18 for returning the gas (reformed gas) that has passed through the reforming chamber 12 to the inlet side of the reforming chamber. A recycle blower 18a is provided in the recycle line 18 so that a required flow rate of the reformed gas can be returned to the upstream side. Further, the pressure of the reforming chamber 12 is maintained higher than that of the permeation chamber 16, and the flow rate of the sweep gas 15 is set or controlled so that the hydrogen partial pressure of the reforming chamber 12 is always higher than that of the permeation chamber 16.

【0018】上述した構成により、改質室12内で炭化
水素ガス2を水素を含む改質ガスに改質し、発生した水
素を水素分離膜16aを通して透過室16からスイープ
ガス15と共に排出することができる。スイープガス1
5として水蒸気を用いる場合には、これを凝縮分離する
ことにより、純度の高い水素ガスを得ることができる。
また、窒素ガス等をスイープガスとして用い、これを加
圧ポンプ等で加圧してそのまま燃料電池のアノード側に
供給してもよい。
With the above-described structure, the hydrocarbon gas 2 is reformed into a reformed gas containing hydrogen in the reforming chamber 12, and the generated hydrogen is discharged together with the sweep gas 15 from the permeation chamber 16 through the hydrogen separation membrane 16a. Can be. Sweep gas 1
When water vapor is used as 5, high-purity hydrogen gas can be obtained by condensing and separating this.
Alternatively, nitrogen gas or the like may be used as a sweep gas, which may be pressurized by a pressure pump or the like and supplied as it is to the anode side of the fuel cell.

【0019】図2は、水素分離膜の原理図である。バラ
ジウム及びバラジウム合金膜が水素を選択的に透過する
特性を有していることが知られている。この水素透過機
構は、以下のように考えられている。 水素分子がバラジウム膜に吸着する。 吸着水素分子が水素原子に解離する。吸熱反応なの
で、膜を加熱するか、原料ガスを加熱して用いると容易
に原子状水素を膜の表面で作り得る。 水素原子がイオン化しプロトンとエレクトロンに分か
れる。原子状水素はプロトン(陽子)とエレクトロン
(電子)であり、バラジウムは最外周殻に電子が2個不
足しているので、容易に水素の電子を奪いとることがで
きる。 プロトンがバラジウムの表面から裏面へと拡散する。
この移動のためには表面/原料ガス側の水素濃度(水素
分圧)が裏面/精製水素側の水素濃度(水素分圧)より
大きくなければならない。 裏面に到達したプロトンがバラジウム膜面でエレクト
ロンと再結合して水素原子となる。 水素原子が結合して水素分子となる。バラジウム膜面
の触媒能力によって分子状に会合される。 水素分子がパレット膜より脱着する。以上の過程を経
て水素が透過する。
FIG. 2 shows the principle of the hydrogen separation membrane. It is known that palladium and palladium alloy films have a property of selectively transmitting hydrogen. This hydrogen permeation mechanism is considered as follows. Hydrogen molecules are adsorbed on the palladium film. The adsorbed hydrogen molecules dissociate into hydrogen atoms. Since the reaction is an endothermic reaction, atomic hydrogen can be easily formed on the surface of the film when the film is heated or the raw material gas is heated and used. Hydrogen atoms are ionized and split into protons and electrons. Atomic hydrogen is a proton (proton) and an electron (electron), and since palladium lacks two electrons in the outermost shell, it can easily take off hydrogen electrons. Protons diffuse from the front surface of the palladium to the back surface.
For this movement, the hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) on the front surface / source gas side must be higher than the hydrogen concentration (hydrogen partial pressure) on the back surface / purified hydrogen side. The protons that have reached the back surface recombine with the electrons on the palladium film surface to become hydrogen atoms. Hydrogen atoms combine to form hydrogen molecules. It is molecularly associated with the catalytic ability of the palladium film surface. Hydrogen molecules are desorbed from the pallet membrane. Hydrogen permeates through the above process.

【0020】このようにプロトンの状態となり得る水素
のみがバラジウム膜を透過することから、このような状
態となり得ない他の分子はバラジウム膜を透過できな
い。見かけ上、水素が原子状で透過するので、原子篩
(Atomic Sieves )とも言われている。バラジウム膜の
水素透過速度は、圧力、温度、膜厚などの因子によって
変化するが、分圧差が大きいほど、温度が高いほど、膜
厚が薄いほど透過量が大きい。
Since only hydrogen which can be in a proton state permeates the palladium film in this manner, other molecules which cannot be in such a state cannot permeate the palladium film. It is also called atomic sieves because hydrogen appears to be transmitted in atomic form. The hydrogen permeation rate of the palladium film changes depending on factors such as pressure, temperature, and film thickness. The permeation amount increases as the partial pressure difference increases, as the temperature increases, and as the film thickness decreases.

【0021】[0021]

【実施例】図3は、本発明の加圧改質装置における水素
分離特性を示す解析結果であり、透過室圧力が1at
a、改質室圧力が3ata、水素分離膜の膜厚が20μ
mの場合における(A)水素分圧分布と(B)水素透過
流量分布を示している。図3(A)において、横軸は入
口からの距離、縦軸は水素分圧であり、実線は透過室、
破線は改質室を示している。また、対になった実線と破
線のうち、上側の対は、スイープガスがない場合、中間
の対はスイープガス/メタンの流量比が1の場合、下側
の対はその比が3の場合である。
FIG. 3 is an analysis result showing the hydrogen separation characteristics in the pressurized reformer of the present invention.
a, reforming chamber pressure is 3 ata, hydrogen separation membrane thickness is 20μ
In the case of m, (A) hydrogen partial pressure distribution and (B) hydrogen permeation flow rate distribution are shown. In FIG. 3A, the horizontal axis represents the distance from the inlet, the vertical axis represents the hydrogen partial pressure, the solid line represents the permeation chamber,
The broken line indicates the reforming chamber. In the paired solid line and broken line, the upper pair has no sweep gas, the middle pair has a sweep gas / methane flow ratio of 1, and the lower pair has a sweep gas / methane flow ratio of 3. It is.

【0022】また、図3(B)において、縦軸は水素透
過量の全体量であり、図中の3本の曲線は、下から、ス
イープガスがない場合、スイープガス/メタン流量比が
1の場合、その比が3の場合を示している。
In FIG. 3B, the vertical axis represents the total amount of hydrogen permeation, and the three curves in the figure indicate that the sweep gas / methane flow ratio is 1 when no sweep gas is present. , The case where the ratio is 3 is shown.

【0023】図3の(A)(B)の解析結果から、スイ
ープガスがない場合(上側)は、X=0.2m付近まで
は改質室の水素分圧が透過室の水素分圧より低いために
逆透過が起こり、水素透過流量がマイナスとなることが
わかる。また、スイープガス流量を増加することによ
り、透過側の水素分圧が下がり、水素透過量の全体量が
増大することがわかる。
From the analysis results of FIGS. 3A and 3B, when there is no sweep gas (upper side), the hydrogen partial pressure in the reforming chamber is lower than the hydrogen partial pressure in the permeation chamber until X = about 0.2 m. It can be seen that reverse permeation occurs due to the low flow rate, and the hydrogen permeation flow rate becomes negative. In addition, it can be seen that by increasing the flow rate of the sweep gas, the partial pressure of hydrogen on the permeation side decreases, and the total amount of hydrogen permeation increases.

【0024】従って、改質室の圧力を透過室より高く保
持し、かつスイープガスの流量を改質室の水素分圧が、
透過室より常に高くなるように設定又は制御することに
より、改質室の水素分圧が透過室より低い場合に生じる
逆透過を回避し、水素の透過率を高めると共に、改質率
を高めることができることがわかる。
Therefore, the pressure of the reforming chamber is maintained higher than that of the permeation chamber, and the flow rate of the sweep gas is controlled by the hydrogen partial pressure of the reforming chamber.
By setting or controlling to be always higher than the permeation chamber, it is possible to avoid reverse permeation that occurs when the hydrogen partial pressure in the reforming chamber is lower than that in the permeation chamber, to increase the hydrogen permeability, and to increase the reforming rate. You can see that you can do it.

【0025】図4は、本発明の加圧改質装置の改質率と
水素回収率を示す解析結果であり、(A)はスイープガ
ス/メタン流量比と改質率との関係、(B)は改質出口
温度と改質率の関係を示している。図4(A)から、ス
イープガス流量を増大させることにより、改質率及び回
収率が向上することがわかる。これはスイープガス流量
を増大することにより透過側の水素分圧が下がるためと
考えられる。更に、この図から、従来の改質器における
特性とは逆に、改質室圧力上げることにより改質率が上
昇することがわかる。これは、改質室圧力を上げること
により平衡改質率は下がるが、改質室の水素分圧が上昇
するからであると考えられる。
FIG. 4 is an analysis result showing the reforming rate and the hydrogen recovery rate of the pressurized reformer of the present invention. FIG. 4A shows the relationship between the sweep gas / methane flow ratio and the reforming rate, and FIG. ) Shows the relationship between the reforming outlet temperature and the reforming rate. FIG. 4A shows that the reforming rate and the recovery rate are improved by increasing the sweep gas flow rate. This is considered to be because the partial pressure of hydrogen on the permeation side is reduced by increasing the flow rate of the sweep gas. Further, from this figure, it can be seen that, contrary to the characteristics of the conventional reformer, the reforming rate is increased by increasing the pressure of the reforming chamber. This is considered to be because the equilibrium reforming rate is lowered by increasing the reforming chamber pressure, but the hydrogen partial pressure in the reforming chamber is increased.

【0026】更に、図4(B)から、改質出口温度を上
げることにより改質率及び水素透過流量の両方が上昇す
ることがわかる。一方、水素回収率は改質出口温度によ
らず90〜93%程度の比較的高い値を維持することが
できる。従って、パラジューム膜を用いて、約550℃
付近において改質率約93%、水素回収率約92%を達
成することができる。
Further, from FIG. 4 (B), it can be seen that increasing the reforming outlet temperature increases both the reforming rate and the hydrogen permeation flow rate. On the other hand, the hydrogen recovery rate can maintain a relatively high value of about 90 to 93% regardless of the reforming outlet temperature. Therefore, using a palladium membrane, about 550 ° C.
In the vicinity, a reforming rate of about 93% and a hydrogen recovery rate of about 92% can be achieved.

【0027】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述したように、本発明の構成により、
改質室で改質された改質ガス中の水素がその場で水素分
離膜を通して選択的に分離されるので、水素濃度が低下
し、改質室における改質反応が促進され、比較的低い温
度でも、平衡定数に制限されずに高い改質率を達成する
ことができる。
As described above, according to the structure of the present invention,
Since the hydrogen in the reformed gas reformed in the reforming chamber is selectively separated in situ through the hydrogen separation membrane, the hydrogen concentration is reduced, the reforming reaction in the reforming chamber is promoted, and relatively low. Even at temperature, a high reforming rate can be achieved without being limited by the equilibrium constant.

【0029】また、改質室の圧力を透過室より高く保持
し、かつスイープガスの流量を改質室の水素分圧が、透
過室より常に高くなるように設定することにより、改質
室の水素分圧が透過室より低い場合に生じる逆透過を回
避し、水素の透過率を高めると共に、改質率を高めるこ
とができる。更に、改質室を通過したガスを改質室の入
口側に戻すリサイクルラインを備えることにより、リサ
イクルラインを介して改質ガスの一部を改質器の入口側
にリサイクルすることにより、改質室内の水素分圧を高
め、水素分離膜における膜透過速度を高めることができ
る。
Further, by maintaining the pressure of the reforming chamber higher than that of the permeation chamber and setting the flow rate of the sweep gas such that the hydrogen partial pressure of the reforming chamber is always higher than that of the permeation chamber, Reverse permeation, which occurs when the hydrogen partial pressure is lower than that in the permeation chamber, can be avoided, and the hydrogen permeability and the reforming rate can be increased. Furthermore, by providing a recycle line for returning the gas that has passed through the reforming chamber to the inlet side of the reforming chamber, a part of the reformed gas is recycled to the inlet side of the reformer via the recycling line, so that the gas is reformed. The partial pressure of hydrogen in the chamber can be increased, and the membrane permeation rate in the hydrogen separation membrane can be increased.

【0030】従って、本発明の加圧改質装置は、プレー
ト改質器の運転温度を高めることなく、加圧下において
高い改質効率を得ることができる等の優れた効果を有す
る。
Therefore, the pressurized reforming apparatus of the present invention has an excellent effect such that a high reforming efficiency can be obtained under pressure without increasing the operating temperature of the plate reformer.

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

【図1】本発明による加圧改質装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure reformer according to the present invention.

【図2】水素分離膜の原理図である。FIG. 2 is a principle view of a hydrogen separation membrane.

【図3】本発明の加圧改質装置における水素分離特性を
示す解析結果である。
FIG. 3 is an analysis result showing hydrogen separation characteristics in the pressurized reformer of the present invention.

【図4】本発明の加圧改質装置の改質率と水素回収率を
示す解析結果である。
FIG. 4 is an analysis result showing a reforming rate and a hydrogen recovery rate of the pressure reforming apparatus of the present invention.

【図5】従来の改質器の模式的構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional reformer.

【図6】従来のプレート改質器の原理図である。FIG. 6 is a principle diagram of a conventional plate reformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス 2 原料ガス(プロセスガス) 3 改質触媒 4 改質ガス 5 燃焼触媒 6a〜6e 外部マニホールド 7 燃焼用空気 8 燃焼ガス 9 水素ガス 10 加圧改質装置 11 高温ガス 12 改質室 14 加熱室 14a 熱伝導板 15 スイープガス 16 透過室 16a 水素透過膜 18 リサイクルライン 18a リサイクルブロア Reference Signs List 1 fuel gas 2 raw material gas (process gas) 3 reforming catalyst 4 reforming gas 5 combustion catalyst 6a to 6e external manifold 7 combustion air 8 combustion gas 9 hydrogen gas 10 pressurized reformer 11 high temperature gas 12 reforming chamber 14 Heating chamber 14a Heat conducting plate 15 Sweep gas 16 Permeation chamber 16a Hydrogen permeable membrane 18 Recycle line 18a Recycle blower

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 改質触媒が充填されかつ水蒸気を含む炭
化水素ガスが供給される改質室と、改質室との間を熱伝
導性の高い薄板で仕切られかつ高温ガスが供給される加
熱室と、改質室との間を水素分離膜で仕切られかつスイ
ープガスが供給される透過室とからなり、これにより、
改質室内で炭化水素ガスを水素を含む改質ガスに改質
し、発生した水素を水素分離膜を通して透過室からスイ
ープガスと共に排出する、ことを特徴とする加圧改質装
置。
1. A reforming chamber filled with a reforming catalyst and supplied with a hydrocarbon gas containing steam, and a reforming chamber is partitioned by a thin plate having high thermal conductivity and supplied with a high-temperature gas. The heating chamber is composed of a permeation chamber partitioned between the reforming chamber and the hydrogen separation membrane and supplied with a sweep gas.
A pressurized reforming apparatus characterized in that a hydrocarbon gas is reformed into a reformed gas containing hydrogen in a reforming chamber, and the generated hydrogen is discharged together with a sweep gas from a permeation chamber through a hydrogen separation membrane.
【請求項2】 前記改質室の圧力は透過室より高く保持
され、かつスイープガスの流量は改質室の水素分圧が、
透過室より常に高くなるように設定される、ことを特徴
とする請求項1に記載の加圧改質装置。
2. The pressure of the reforming chamber is maintained higher than that of the permeation chamber, and the flow rate of the sweep gas is such that the hydrogen partial pressure of the reforming chamber is:
The pressure reforming apparatus according to claim 1, wherein the pressure reforming apparatus is set to be always higher than the permeation chamber.
【請求項3】 前記水素分離膜は、温度約400℃以上
に保持された膜厚数μmのバラジウム合金膜である、こ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の加圧改質装置。
3. The pressure reforming apparatus according to claim 1, wherein the hydrogen separation membrane is a barium alloy film having a thickness of several μm and maintained at a temperature of about 400 ° C. or higher.
【請求項4】 更に、改質室を通過したガスを改質室の
入口側に戻すリサイクルラインを備える、ことを特徴と
する請求項1又は2に記載の加圧改質装置。
4. The pressurized reforming apparatus according to claim 1, further comprising a recycle line for returning gas passing through the reforming chamber to an inlet side of the reforming chamber.
JP9283305A 1997-10-16 1997-10-16 Pressurized reformer Pending JPH11116202A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9283305A JPH11116202A (en) 1997-10-16 1997-10-16 Pressurized reformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9283305A JPH11116202A (en) 1997-10-16 1997-10-16 Pressurized reformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11116202A true JPH11116202A (en) 1999-04-27

Family

ID=17663741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9283305A Pending JPH11116202A (en) 1997-10-16 1997-10-16 Pressurized reformer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11116202A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999065097A1 (en) * 1998-06-09 1999-12-16 Mobil Oil Corporation Method and system for supplying hydrogen for use in fuel cells
EP1187241A3 (en) * 2000-09-11 2004-02-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell power plant
WO2004031073A3 (en) * 2002-10-03 2004-08-05 Genesis Fueltech Inc Reforming and hydrogen purification system
JP2011251865A (en) * 2010-06-01 2011-12-15 Ihi Corp Ammonia synthesizer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999065097A1 (en) * 1998-06-09 1999-12-16 Mobil Oil Corporation Method and system for supplying hydrogen for use in fuel cells
EP1187241A3 (en) * 2000-09-11 2004-02-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell power plant
US6841280B2 (en) * 2000-09-11 2005-01-11 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell power plant
WO2004031073A3 (en) * 2002-10-03 2004-08-05 Genesis Fueltech Inc Reforming and hydrogen purification system
JP2006502070A (en) * 2002-10-03 2006-01-19 ジェネシス・フューエルテック・インコーポレーテッド Reforming and hydrogen purification equipment
JP2011251865A (en) * 2010-06-01 2011-12-15 Ihi Corp Ammonia synthesizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4184037B2 (en) Hydrogen production equipment
US20240294376A1 (en) Ammonia Cracking Process
CA2473449C (en) Solid oxide fuel cell system
US7686856B2 (en) Method and apparatus for producing synthesis gas
US20110142722A1 (en) Method and apparatus for producing synthesis gas
JP2016513867A5 (en)
MX2014000291A (en) Method and apparatus for producing synthesis gas.
CN112811390B (en) A methanol-water fuel reforming hydrogen production system
CN112912338B (en) Fuel cell system and exhaust gas regeneration method
JP4056755B2 (en) Integrated catalytic heat exchanger for solid oxide fuel cells
CN103946153B (en) The hydrogen using integrated reaction/separation method produces module and uses the hydrogen of this module to produce reactor
NO317382B1 (en) Method for carrying out a catalytic or non-catalytic process
CN107021455B (en) System and method for producing hydrogen and fuel cell
Baniasadi et al. Performance analysis of a gas-to-power system based on protonic-ceramic electrochemical compressor
JP4008051B2 (en) Power generation method
JPH11116202A (en) Pressurized reformer
KR20250021383A (en) Steam-hydrocarbon reforming with reduced carbon dioxide emissions
JPH08287932A (en) Power generation method with heat utilization system
JP3928674B2 (en) Pressure reformer
JP2001010804A (en) Fuel reformer and fuel cell system equipped with the same
JP2755685B2 (en) Hydrogen production method for fuel cell
JPH1171101A (en) High pressure reformer
US11859147B2 (en) Single stage process for production of hydrogen enriched gas
JP3680936B2 (en) Fuel reformer
JP4314558B2 (en) Reforming reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040628

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070201

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070531