[发明专利]氢产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及以天然气、丙烷气体、汽油、石脑油、煤油、甲醇、生物气体等烃系化合物气体和水及空气或氧为原料，用于向燃料电池等氢利用装置供给氢的氢产生装置及方法。

背景技术

作为代替化石燃料的能源的有利候补之一，氢受到人们关注，但为其有效利用，需要氢管线等社会基础设施的完备。作为其一种方法，研究了利用天然气、其他化石燃料、酒精等现有构筑的运送、输送等的基础设施，在需要氢的场所，将这些燃料改性，从而产生氢气的方法。

作为如上所述的氢产生装置，公开了例如下述的专利文献1中所示的装置。该氢产生装置将烃气体与水蒸气的混合气体作为原料导入改性器中，利用基于催化剂的改性反应得到富含氢的改性气体，并从中分离提炼氢气。该氢产生装置的改性反应是吸热反应，所以改性器具备燃烧器，从外部供给改性反应所需要的热能。

专利文献1：特开2002-53307号公报

但是，在所述专利文献1的氢产生装置中，需要在改性器周围设置具备燃烧器的加热炉，所以存在如下的问题：改性器自身的结构变得复杂，并且具有耐热性或耐久性的结构也变得复杂，设备成本提高，此外，维修也需要花费工夫和成本。此外，因为从外部供给改性反应所需要的热能，所以存在如下的问题：热效率也差，能量成本也提高，此外，产生氮氧化物或硫氧化物。

发明内容

本发明正是为了解决此种问题而作出的，其目的在于提供一种能量效率优良，并且能够节俭设备成本的氢产生装置及方法。

为达到所述目的，本发明提供一种氢产生装置，其对烃系气体进行改性，生成富含氢的改性气体，其中，具备：改性器，其使所述烃系气体与氧一起和催化剂进行接触反应，进行烃气体的燃烧和改性；第一热交换器，其在设置于所述改性器的下游侧的改性气体路中进行改性气体与烃系气体的热交换，加热导入所述改性器中的烃系气体。

此外，为达到所述目的，本发明提供一种氢产生方法，其对烃系气体进行改性，生成富含氢的改性气体，其中，具备：改性工序，其使所述烃系气体与氧一起和催化剂进行接触反应，进行烃气体的燃烧和改性；主热交换工序，其在所述改性工序的下游侧，进行改性气体与烃系气体的热交换，加热所述改性工序中导入的烃系气体。

本发明在改性器中使所述烃系气体与氧一起和催化剂进行接触反应，进行烃气体的燃烧与改性，并且在设置于该改性器的下游侧的改性气体路中进行改性气体与原料气体的热交换，加热导入改性器中的原料气体。如此，不是利用燃烧器等从外部供给改性所需要的热能，而是利用进行燃烧与改性得到的改性气体的热量来加热导入改性器中的原料气体，所以能量效率极高。此外，不需要在改性器周围设置具有燃烧器的加热炉，改性器自身的结构简单化，并且具有耐热性或耐久性的结构也简单化，所以也能够降低设备成本。

在本发明中，所述第一热交换器加热作为原料气体的烃系气体与水蒸气的混合气体的情况下，在第一热交换器中对加热需要比较大的热能的烃气体与水蒸气进行加热后，导入改性器中，所以能够使原料气体上升到改性器入口所需要的气体温度。

在本发明中，在所述改性气体路的比第一热交换器更下游侧，具备进行改性气体与将成为水蒸气的水的热交换，加热所述水的第三热交换器、和将所述加热后的水形成为水蒸气的水蒸气产生装置的情况下，将由于在第一热交换器中与原料气体进行热交换而温度降低某种程度后的改性气体进一步在第三热交换器中与水进行热交换，由此能够进一步使能量效率提高。

在本发明中，在所述改性气体路的比第一热交换器更下游侧，具备进行改性气体与烃系气体的热交换，加热烃系气体的第二热交换器的情况下，将由于在第一热交换器中与原料气体进行热交换而温度降低某种程度后的改性气体进一步在第二热交换器中与烃系气体进行热交换，由此能够进一步使能量效率提高。