JP6380426B2

JP6380426B2 - Reformer

Info

Publication number: JP6380426B2
Application number: JP2016035477A
Authority: JP
Inventors: 禎司齊藤; 亜加音野村; 彰守川; 勇平敷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017149625A

Description

この発明は、原料ガスを改質して改質ガスを生成する改質装置に関し、特に炭化水素を含む原料ガスを改質して水素を含む改質ガスを生成する改質装置に関する。 The present invention relates to a reformer that reforms a raw material gas to generate a reformed gas, and more particularly to a reformer that reforms a raw material gas containing hydrocarbons to generate a reformed gas containing hydrogen.

原料ガスを改質して目的とする所望の改質ガスを生成する改質方法が知られている。また、このような改質方法として、改質反応を促すために反応熱を必要とする方法が知られている。 A reforming method for reforming a raw material gas to produce a desired desired reformed gas is known. As such a reforming method, a method that requires reaction heat to promote the reforming reaction is known.

水蒸気改質方法では、例えば、改質容器内に改質触媒を充填し、炭化水素を含む原料ガスと水分子を含む水蒸気とを混合させた混合ガスを生成し、生成した混合ガスと充填した改質触媒とを高温下（８００℃〜１０００℃）で反応させ、原料ガスを改質させる。 In the steam reforming method, for example, a reforming catalyst is filled in a reforming vessel, a mixed gas in which a raw material gas containing hydrocarbons and steam containing water molecules are mixed is generated, and the generated mixed gas is filled. The raw material gas is reformed by reacting with the reforming catalyst at a high temperature (800 ° C. to 1000 ° C.).

水蒸気改質方法を用いてメタンを含む原料ガスを改質する場合、以下の（１）式に記す反応が生じ、水素が発生する。
ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２−１６５ｋＪ／ｍｏｌ・・・（１） When reforming the raw material gas containing methane using the steam reforming method, the reaction described in the following formula (1) occurs, and hydrogen is generated.
CH ₄ + 2H ₂ O → 4H ₂ + CO ₂ −165 kJ / mol (1)

（１）式では、１分子のメタンと２分子の水とが反応し、４分子の水素と１分子の二酸化炭素とが発生する。４分子の水素と１分子の二酸化炭素とが発生する際には、１６５ｋＪ／ｍｏｌの熱が奪われる。つまり、水蒸気改質方法を用いてメタンから水素を発生させる上記の改質反応は、吸熱反応である。水蒸気改質方法によってメタンを水素に改質する改質反応を促すためには、反応熱を外部から供給する必要がある。 In the formula (1), one molecule of methane and two molecules of water react to generate four molecules of hydrogen and one molecule of carbon dioxide. When four molecules of hydrogen and one molecule of carbon dioxide are generated, 165 kJ / mol of heat is lost. That is, the above reforming reaction for generating hydrogen from methane using the steam reforming method is an endothermic reaction. In order to promote a reforming reaction for reforming methane to hydrogen by the steam reforming method, it is necessary to supply reaction heat from the outside.

原料ガスの改質反応に対して外部から反応熱を供給する反応熱供給手段として、改質容器の外側に誘電コイルを巻き、その巻いた誘電コイルを用いる加熱手段が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。誘電コイルを用いた電磁誘導加熱によって、改質容器内の原料ガスに対する改質を行い、目的とする所望の改質ガスの生成を促す。 As a reaction heat supply means for supplying reaction heat from the outside to the reforming reaction of the raw material gas, a heating means using a dielectric coil wound around the outside of the reforming container and using the wound dielectric coil is known (for example, (See Patent Documents 1 to 3). By reforming the raw material gas in the reforming vessel by electromagnetic induction heating using a dielectric coil, the target desired reformed gas is generated.

特開昭６１−２７５１０JP 61-27510 A 特開２００４−２５０２５５JP 2004-250255 A 特開２０１０−１３９４５JP2010-13945

導電コイルに交流電流を流して電磁誘導加熱を実施する場合、導電コイルに近い位置で電流密度が高くなり、導電コイルから離れた位置で電流密度が低くなる。このような現象は、表皮効果として知られている。 When performing induction heating by passing an alternating current through the conductive coil, the current density increases at a position close to the conductive coil, and the current density decreases at a position away from the conductive coil. Such a phenomenon is known as the skin effect.

改質容器の外側に巻いた導電コイルに交流電流を流して電磁誘導加熱を実施する場合、電磁誘導特有の表皮効果により、導電コイルが巻かれた改質容器の外周部近傍で電流密度が高くなるが、外周部から離れた改質容器の中央近傍で電流密度が低くなる。そのため、改質容器の外周部近傍と改質容器の中央近傍とでは、電流密度に差異が生じる。したがって、導電コイルが巻かれている改質容器の外周部近傍に位置する金属の温度が高くなり、中央近傍に位置する金属の温度が低くなり、改質容器全体の加熱温度にムラが生じる虞がある。原料ガスに対する改質反応能力を高めるべく印加する電圧の周波数を高めた場合、導電コイルの近傍へと電流が集中することになる。そのため、改質容器全体の加熱温度に対して生じたムラが増大する虞がある。 When electromagnetic induction heating is performed by passing an alternating current through a conductive coil wound outside the reforming vessel, the current density is high in the vicinity of the outer periphery of the reforming vessel wound with the conductive coil due to the skin effect peculiar to electromagnetic induction. However, the current density decreases near the center of the reforming vessel away from the outer periphery. Therefore, there is a difference in current density between the vicinity of the outer peripheral portion of the reforming container and the vicinity of the center of the reforming container. Therefore, the temperature of the metal located near the outer peripheral portion of the reforming vessel around which the conductive coil is wound increases, the temperature of the metal located near the center decreases, and the heating temperature of the entire reforming vessel may be uneven. There is. When the frequency of the voltage to be applied is increased in order to increase the reforming reaction capacity for the raw material gas, the current is concentrated in the vicinity of the conductive coil. Therefore, there is a possibility that unevenness generated with respect to the heating temperature of the entire reforming container increases.

容器全体の加熱温度に対して生じたムラが増大した場合、原料ガスから目的とする改質ガスを発生させる改質反応を実行する際に、不純物となる副生成物の発生が増大する虞がある。例えば、メタンに対し水蒸気改質方法を用いて水素を発生させる上記の改質反応の場合、副生成物として一酸化炭素の発生が増大する虞がある。また、副生成物として二酸化炭素の発生が増大する虞もある。容器全体の加熱温度に対して生じたムラが増大した場合、加熱を行うために投入したエネルギーに対する目的改質ガスの生成効率が低下する虞がある。従来の改質装置では、上述したような改質容器全体の加熱温度に対して生じるムラについて、改良の余地があった。また、目的改質ガスの生成効率について、改良の余地があった。 When the unevenness generated with respect to the heating temperature of the entire container increases, the generation of by-products that become impurities may increase when the reforming reaction for generating the target reformed gas from the raw material gas is performed. is there. For example, in the case of the above reforming reaction in which hydrogen is generated from methane by using a steam reforming method, there is a concern that the generation of carbon monoxide as a by-product increases. Moreover, there is a possibility that the generation of carbon dioxide as a by-product increases. When unevenness generated with respect to the heating temperature of the entire container increases, there is a risk that the generation efficiency of the target reformed gas with respect to the energy input for heating is reduced. In the conventional reforming apparatus, there is room for improvement with respect to the unevenness generated with respect to the heating temperature of the entire reforming container as described above. Moreover, there was room for improvement in the generation efficiency of the target reformed gas.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電磁誘電加熱特有の表皮効果による加熱温度ムラを抑制し、延いては、目的改質ガスの生成効率を向上させる改質装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses heating temperature unevenness due to the skin effect peculiar to electromagnetic heating, thereby improving the generation efficiency of the target reformed gas. An object is to provide a reformer.

この発明に係る改質装置は、誘電コイルを用いた加熱によって改質容器中の原料ガスを改質した改質ガスを排出する。またこの発明に係る改質装置は、原料ガスを改質容器の内部に取り込む入口部と、改質ガスを排出する出口部とを備える。入口部は、導電性を有し、改質容器の内部に延設してある。 The reformer according to the present invention discharges the reformed gas obtained by reforming the raw material gas in the reformer vessel by heating using the dielectric coil. In addition, the reforming apparatus according to the present invention includes an inlet portion for taking the raw material gas into the reforming vessel and an outlet portion for discharging the reformed gas. The inlet portion has conductivity and extends inside the reforming vessel.

この発明によれば、導電性を有する部材が改質容器の内部に配置してあるため、誘導コイルに近い改質容器の外周部近傍と誘導コイルから遠い改質容器の中央部近傍との加熱温度ムラを抑制することができ、延いては、目的改質ガスの生成効率を向上することができる。 According to this invention, since the conductive member is disposed inside the reforming vessel, heating is performed in the vicinity of the outer peripheral portion of the reforming vessel close to the induction coil and in the vicinity of the central portion of the reforming vessel far from the induction coil. Temperature unevenness can be suppressed, and as a result, the production efficiency of the target reformed gas can be improved.

本発明の実施の形態１に係る改質装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a reformer according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る改質装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the reforming apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る改質装置の変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the reforming apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 改質装置の比較例を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the comparative example of a reformer. 本発明の実施の形態１に係る改質装置の一具体例と比較例との実験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental result of one specific example and comparative example of the reformer which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係る改質装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the reforming apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る改質装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the reforming apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

以下、添付図面を参照して、本願が開示する改質装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態では、メタン等の炭化水素を含む原料ガスを改質し、目的の改質ガスとして水素を生成する改質装置を一例として記載しているが、他の原料ガスを改質して他の目的改質ガスを生成するように構成してもよく、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a reformer disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the embodiment shown below, a reformer that reforms a raw material gas containing a hydrocarbon such as methane and generates hydrogen as a target reformed gas is described as an example. However, the present invention is not limited by these embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る改質装置を示す概略図である。図１に例示する改質装置は、改質容器１、ガス入口部２、ガス出口部３、複数の改質触媒粒子４、複数の導電性金属粒子５、第１粒子支持部６ａ、第２粒子支持部６ｂ、誘電コイル７、高周波電源８、及びガス誘導室９等を備える。改質装置は、これらの構成要素を用いて水蒸気改質方法を行い、メタンを含む原料ガスを水素に改質する改質反応を実行する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a reforming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The reforming apparatus illustrated in FIG. 1 includes a reforming vessel 1, a gas inlet 2, a gas outlet 3, a plurality of reforming catalyst particles 4, a plurality of conductive metal particles 5, a first particle support 6a, a second A particle support 6b, a dielectric coil 7, a high frequency power supply 8, a gas induction chamber 9, and the like are provided. The reformer performs a steam reforming method using these components, and executes a reforming reaction that reforms a raw material gas containing methane into hydrogen.

改質容器１は、円状の下側表面と円状の上側表面と下側表面および上側表面を繋ぐ曲面状の外周側面とを有する円筒状筐体であり、改質触媒粒子４、導電性金属粒子５、第１粒子支持部６ａ、第２粒子支持部６ｂ、及びガス誘導室９等を内部に備える。改質容器１は、内部に流入した原料ガスを目的とする改質ガスへと改質する改質反応を実行するための空間を提供する。具体的には、メタンを含む原料ガスを目的とする水素へと改質する改質反応を実行するための空間を提供する。改質容器１は、改質反応で必要な加熱処理を考慮し、具体的には後述する誘電コイル７を用いた電磁誘導を考慮し、導電性を備えており、ステンレス鋼体であるＳＵＳ３１６を用いて製造される。つまり、改質容器１は、後述する誘電コイル７及び高周波電源８を用いた電磁誘導によって発熱する。 The reforming vessel 1 is a cylindrical housing having a circular lower surface, a circular upper surface, a curved outer peripheral side surface connecting the lower surface and the upper surface, and the reforming catalyst particles 4, conductivity The metal particle 5, the 1st particle support part 6a, the 2nd particle support part 6b, the gas induction | guidance | derivation chamber 9, etc. are provided in an inside. The reforming container 1 provides a space for performing a reforming reaction for reforming the raw material gas that has flowed into the target reformed gas. Specifically, a space for executing a reforming reaction for reforming a raw material gas containing methane into a target hydrogen is provided. The reforming container 1 takes into consideration the heat treatment necessary for the reforming reaction, specifically, considers electromagnetic induction using a dielectric coil 7 described later, has conductivity, and is made of SUS316, which is a stainless steel body. Manufactured using. That is, the reforming container 1 generates heat by electromagnetic induction using a dielectric coil 7 and a high-frequency power source 8 described later.

改質容器１の形状は、円筒体に限定されるものではなく、長方体等の多角形でも良い。しかしながら、均等に伝熱しやすい特性を考慮し、円筒体が好ましい。改質容器１の材質は、耐熱性と加工性のしやすさを有すれば特に限定するものではなく、ステンレス鋼、タングステン、インコネル、セラミックや石英ガラス等でもよい。 The shape of the reforming container 1 is not limited to a cylindrical body, and may be a polygon such as a rectangular parallelepiped. However, a cylindrical body is preferable in consideration of the characteristics that facilitate heat transfer evenly. The material of the reforming container 1 is not particularly limited as long as it has heat resistance and ease of workability, and may be stainless steel, tungsten, inconel, ceramic, quartz glass, or the like.

ガス入口部２は、メタンを含む原料ガスを改質容器１の内部へと導く管部材であり、改質容器１の下側表面を貫通し、一端が改質容器１の下方へと突出し、他端が改質容器１の上方へと延設してある。原料ガスは、ガス入口部２を通過することによって、改質容器１内の下方から上方へと移動する。つまりガス入口部２は、改質容器１の下方に位置する一端側から上方に位置する他端側に向かって原料ガスを取り込むように構成してある。ガス入口部２は、改質反応で必要な加熱処理を考慮し、具体的には後述する誘電コイル７を用いた電磁誘導を考慮し、導電性を備えており、ＳＵＳ３１６を用いて製造される。つまり、ガス入口部２は、後述する誘電コイル７及び高周波電源８を用いた電磁誘導によって発熱する。 The gas inlet 2 is a pipe member that guides the raw material gas containing methane to the inside of the reforming vessel 1, penetrates the lower surface of the reforming vessel 1, and one end protrudes below the reforming vessel 1. The other end extends above the reforming vessel 1. The source gas moves from the lower side to the upper side in the reforming container 1 by passing through the gas inlet 2. That is, the gas inlet portion 2 is configured to take in the source gas from one end side located below the reforming vessel 1 toward the other end side located above. The gas inlet portion 2 is provided with conductivity in consideration of heat treatment necessary for the reforming reaction, specifically, electromagnetic induction using a dielectric coil 7 described later, and is manufactured using SUS316. . That is, the gas inlet portion 2 generates heat by electromagnetic induction using a dielectric coil 7 and a high-frequency power source 8 described later.

図１に示す一例では、改質容器１の中央部にガス入口部２が配置してある。しかしながら、改質容器１の内部を通ってガス誘導室９まで達していれば特に限定されない。 In the example shown in FIG. 1, a gas inlet 2 is disposed in the center of the reforming vessel 1. However, there is no particular limitation as long as it reaches the gas induction chamber 9 through the inside of the reforming vessel 1.

ガス出口部３は、改質反応によって原料ガスから生成した目的改質ガスである水素を改質容器１の外部へと導く管部材であり、改質容器１の下側表面と連通しており、改質容器１の下方へと突出している。つまりガス出口部３は、改質容器１の他端側から一端側に向かって改質ガスを排出するように構成してある。ガス出口部３は、ガス入口部２と同様に改質容器１の下方へと突出しているが、ガス入口部２から離隔してある。 The gas outlet portion 3 is a pipe member that guides hydrogen, which is the target reformed gas generated from the raw material gas by the reforming reaction, to the outside of the reforming vessel 1 and communicates with the lower surface of the reforming vessel 1. , Protruding downward of the reforming vessel 1. That is, the gas outlet portion 3 is configured to discharge the reformed gas from the other end side of the reforming vessel 1 toward the one end side. The gas outlet 3 protrudes downward from the reforming vessel 1 similarly to the gas inlet 2, but is separated from the gas inlet 2.

改質触媒粒子４は、ガス入口部２によって改質容器１の内部に導かれた原料ガスの改質を促す触媒の粒子であり、水素への改質を促す。改質触媒粒子４は、改質容器１の外周側面と後述する第１粒子支持部６ａ及び第２粒子支持部６ｂとを用いて形成された改質容器１の内部空間に配置してある。 The reforming catalyst particles 4 are catalyst particles that promote reforming of the raw material gas introduced into the reforming container 1 by the gas inlet 2 and promote reforming to hydrogen. The reforming catalyst particles 4 are arranged in the internal space of the reforming container 1 formed by using the outer peripheral side surface of the reforming container 1 and first particle support portions 6a and second particle support portions 6b described later.

改質触媒粒子４は、原料ガスに含まれるメタンから目的改質ガスである水素を生成する改質反応の反応速度を速めるが自身は反応前後で変化しない触媒を含んだ単一粒子であってもよく、そのような触媒を高分散状態で表面に担持させている粒子であってもよい。改質触媒粒子４の粒子形状は、円筒形状であってもよく、多角形状であってもよい。水素への改質を促す実施の形態１において、改質触媒粒子４は、担持体であるアルミナ粒子に改質触媒であるルテニウムを担持させた粒子であり、所定の平均寸法を有している。改質触媒は、炭化水素を含む原料ガスを改質できれば特に限定するものではなく、ルテニウム以外として、銅、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン等や白金族元素であるロジウム、パラジウム、プラチナ、オスミウム、イリジウムなどの単体やそれら複合物を用いても良い。また、担持体は、改質触媒を担持できれば特に限定するものではなく、アルミナ以外として、活性炭、シリカ、酸化チタン、ゼオライトなどの単体やそれら複合物を用いても良い。 The reforming catalyst particle 4 is a single particle containing a catalyst that accelerates the reaction rate of the reforming reaction that generates hydrogen, which is the target reforming gas, from methane contained in the raw material gas, but does not change before and after the reaction. Alternatively, particles having such a catalyst supported on the surface in a highly dispersed state may be used. The particle shape of the reforming catalyst particle 4 may be a cylindrical shape or a polygonal shape. In Embodiment 1 in which reforming to hydrogen is promoted, the reforming catalyst particles 4 are particles in which ruthenium as a reforming catalyst is supported on alumina particles as a support, and have a predetermined average size. . The reforming catalyst is not particularly limited as long as the raw material gas containing hydrocarbon can be reformed, and other than ruthenium, copper, iron, cobalt, nickel, molybdenum, etc. and platinum group elements such as rhodium, palladium, platinum, osmium, A simple substance such as iridium or a composite thereof may be used. The support is not particularly limited as long as it can support the reforming catalyst. In addition to alumina, a simple substance such as activated carbon, silica, titanium oxide, zeolite, or a composite thereof may be used.

導電性金属粒子５は、電気を通す性質を有する金属の粒子であり、後述する誘電コイル７及び高周波電源８を用いた電磁誘導によって発熱する。導電性金属粒子５は、改質容器１の外周側面と第１粒子支持部６ａ及び第２粒子支持部６ｂとを用いて形成された改質容器１の内部空間に配置してある。つまり、改質触媒粒子４と共に、同じ内部空間内に配置してある。導電性金属粒子５は、ＳＵＳ３１６を用いて構成してあり、所定の平均寸法を有している。導電性金属粒子５の平均寸法は、改質触媒粒子４の平均寸法よりも小さくなるように構成してある。導電性金属粒子５は、金、銀、銅、アルミニウムなどといった電磁誘導による導電性を有し、平均寸法が改質触媒粒子４の平均寸法以下の部材であれば特に限定しない。 The conductive metal particles 5 are metal particles having a property of conducting electricity, and generate heat by electromagnetic induction using a dielectric coil 7 and a high-frequency power source 8 described later. The conductive metal particles 5 are arranged in the internal space of the reforming container 1 formed by using the outer peripheral side surface of the reforming container 1 and the first particle support portion 6a and the second particle support portion 6b. That is, it is arranged in the same internal space together with the reforming catalyst particles 4. The conductive metal particles 5 are made of SUS316 and have a predetermined average dimension. The average size of the conductive metal particles 5 is configured to be smaller than the average size of the reforming catalyst particles 4. The conductive metal particles 5 are not particularly limited as long as the conductive metal particles 5 are electrically induced by electromagnetic induction, such as gold, silver, copper, and aluminum, and have an average dimension that is equal to or less than the average dimension of the reforming catalyst particles 4.

導電性金属粒子５は、導電性を有する金属の単一粒子であってもよく、そのような金属を高分散状態で表面に担持させている粒子であってもよい。導電性金属粒子５の粒子形状は、円筒形状であってもよく、多角形状であってもよい。 The conductive metal particles 5 may be single particles of conductive metal, or may be particles having such a metal supported on the surface in a highly dispersed state. The conductive metal particles 5 may have a cylindrical shape or a polygonal shape.

第１粒子支持部６ａは、改質容器１の内部であって上側表面の近傍に設置されたＳＵＳ３１６製の金属メッシュである。つまり、第１粒子支持部６ａは、後述する誘電コイル７及び高周波電源８を用いた電磁誘導によって発熱する。第１粒子支持部６ａは、空気を通す通気孔を有しており、後述するガス誘導室９を上側表面との間に形成するように配置してある。そのため、ガス入口部２を介して改質容器１の内部のガス誘導室９に運ばれた原料ガスは、第１粒子支持部６ａを通り、改質容器１の内部空間に配置してある改質触媒粒子４および導電性金属粒子５に向けて移動することができる。第１粒子支持部６ａの位置および材質は、改質触媒粒子４と導電性金属粒子５とを内部空間に固定できて耐熱性を有すれば特に限定しない。第１粒子支持部６ａは、金属以外の石英ウールといった綿状の耐熱材を用いてもよい。 The first particle support 6a is a metal mesh made of SUS316 installed in the reforming container 1 and in the vicinity of the upper surface. That is, the first particle support 6a generates heat by electromagnetic induction using a dielectric coil 7 and a high frequency power source 8 described later. The 1st particle support part 6a has a ventilation hole which lets air pass, and is arranged so that gas guidance room 9 mentioned below may be formed between the upper surface. Therefore, the raw material gas carried to the gas induction chamber 9 inside the reforming vessel 1 through the gas inlet portion 2 passes through the first particle support portion 6a and is modified in the internal space of the reforming vessel 1. It can move toward the catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5. The position and material of the first particle support 6a are not particularly limited as long as the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 can be fixed in the internal space and have heat resistance. The first particle support 6a may use a cotton-like heat-resistant material such as quartz wool other than metal.

第１粒子支持部６ａの通気孔の大きさは、改質触媒粒子４の平均寸法および導電性金属粒子５の平均寸法よりも小さい。そのため、改質容器１の内部空間に配置してある改質触媒粒子４および導電性金属粒子５が第１粒子支持部６ａよりも上方へ移動する事態を回避し、ガス誘導室９の領域を確保することができる。 The size of the air holes of the first particle support portion 6 a is smaller than the average size of the reforming catalyst particles 4 and the average size of the conductive metal particles 5. Therefore, the situation where the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 arranged in the internal space of the reforming vessel 1 move upward from the first particle support portion 6a is avoided, and the region of the gas induction chamber 9 is reduced. Can be secured.

第２粒子支持部６ｂは、改質容器１の内部であって下側表面の近傍に設置されたＳＵＳ３１６製の金属メッシュである。つまり、第２粒子支持部６ｂは、後述する誘電コイル７及び高周波電源８を用いた電磁誘導によって発熱する。改質容器１の内部において、第２粒子支持部６ｂとガス出口部３との間には、空間が確保してある。第２粒子支持部６ｂは、空気を通す通気孔を有しており、後述するガス誘導室９を上側表面との間に形成するように配置してある。そのため、改質容器１の内部空間に配置してある改質触媒粒子４と導電性金属粒子５との隙間を通って改質した目的の改質ガスは、第２粒子支持部６ｂを通って改質容器１のガス出口部３へと移動することができる。第２粒子支持部６ｂの位置および材質は、改質触媒粒子４と導電性金属粒子５とを内部空間に固定できて耐熱性を有すれば特に限定しない。第２粒子支持部６ｂは、金属以外の石英ウールといった綿状の耐熱材を用いてもよい。 The second particle support 6b is a metal mesh made of SUS316 installed in the reforming vessel 1 and in the vicinity of the lower surface. That is, the second particle support 6b generates heat by electromagnetic induction using a dielectric coil 7 and a high-frequency power source 8 described later. Inside the reforming vessel 1, a space is secured between the second particle support 6 b and the gas outlet 3. The 2nd particle support part 6b has a vent hole which lets air pass, and is arrange | positioned so that the gas induction chamber 9 mentioned later may be formed between upper side surfaces. Therefore, the target reformed gas reformed through the gap between the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 disposed in the internal space of the reforming vessel 1 passes through the second particle support portion 6b. It can move to the gas outlet 3 of the reforming vessel 1. The position and material of the second particle support portion 6b are not particularly limited as long as the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 can be fixed in the internal space and have heat resistance. The second particle support 6b may use a cotton-like heat-resistant material such as quartz wool other than metal.

第２粒子支持部６ｂの通気孔の大きさは、改質触媒粒子４の平均寸法および導電性金属粒子５の平均寸法よりも小さい。そのため、改質容器１の内部空間に配置してある改質触媒粒子４および導電性金属粒子５が第２粒子支持部６ｂよりも下方へ移動する事態を回避し、ガス出口部３を介して改質触媒粒子４および導電性金属粒子５が排出される事態を回避することができる。 The size of the air holes of the second particle support 6 b is smaller than the average size of the reforming catalyst particles 4 and the average size of the conductive metal particles 5. Therefore, the situation where the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 arranged in the internal space of the reforming vessel 1 move downward from the second particle support portion 6b is avoided, and the gas outlet portion 3 is interposed. A situation in which the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 are discharged can be avoided.

上述したように、また図１に例示してあるように、改質容器１の外周側面と第１粒子支持部６ａ及び第２粒子支持部６ｂとを用いて形成された改質容器１の内部空間には、複数の改質触媒粒子４と複数の導電性金属粒子５とが配置してある。改質触媒粒子４の平均寸法は、導電性金属粒子５の平均寸法以上となっている。そのような平均寸法となっているため、改質触媒粒子４と改質触媒粒子４との隙間に導電性金属粒子５を配置することができる。つまり、導電性金属粒子５の平均寸法は、改質触媒粒子４と改質触媒粒子４との隙間に配置可能な寸法である。そのため、限られた領域である改質容器１の内部空間に多数の改質触媒粒子４および多数の導電性金属粒子５を効率的に充填することが可能となり、改質反応の効率を可及的に高めることができる。 As described above and as illustrated in FIG. 1, the interior of the reforming vessel 1 formed using the outer peripheral side surface of the reforming vessel 1 and the first particle support portion 6 a and the second particle support portion 6 b. In the space, a plurality of reforming catalyst particles 4 and a plurality of conductive metal particles 5 are arranged. The average dimension of the reforming catalyst particles 4 is equal to or greater than the average dimension of the conductive metal particles 5. Because of such average dimensions, the conductive metal particles 5 can be arranged in the gaps between the reforming catalyst particles 4 and the reforming catalyst particles 4. That is, the average size of the conductive metal particles 5 is a size that can be disposed in the gap between the reforming catalyst particles 4 and the reforming catalyst particles 4. Therefore, it becomes possible to efficiently fill the internal space of the reforming vessel 1 which is a limited region with a large number of reforming catalyst particles 4 and a large number of conductive metal particles 5, thereby improving the efficiency of the reforming reaction. Can be enhanced.

原料ガスは、第１粒子支持部６ａと第２粒子支持部６ｂとで規定されており複数の改質触媒粒子４と複数の導電性金属粒子５とが配置してある改質容器１の内部空間おいて、目的の改質ガスへと改質される。そのため、この内部空間を改質部と呼ぶ。 The source gas is defined by the first particle support portion 6a and the second particle support portion 6b, and the inside of the reforming vessel 1 in which a plurality of reforming catalyst particles 4 and a plurality of conductive metal particles 5 are arranged. In space, it is reformed to the target reformed gas. Therefore, this internal space is called a reforming part.

誘電コイル７は、改質容器１の外周に沿って改質容器１の上下方向に巻かれた加熱手段であり、銅やステンレス鋼等の材料で製造してある。誘電コイル７は、後述する高周波電源８に両端線が接続してある。高周波電源８からへ誘電コイル７に交流電流が流れた場合、誘電コイル７の周囲に対して電磁誘導加熱を行うことができる。 The dielectric coil 7 is a heating means wound in the vertical direction of the reforming vessel 1 along the outer periphery of the reforming vessel 1 and is made of a material such as copper or stainless steel. Both ends of the dielectric coil 7 are connected to a high frequency power source 8 to be described later. When an alternating current flows from the high frequency power supply 8 to the dielectric coil 7, electromagnetic induction heating can be performed on the periphery of the dielectric coil 7.

高周波電源８は、高周波を出力する電源であり、誘電コイル７と接続してある。図１で示す改質装置の一例では、改質容器１の右側に配置してある。しかしながら、改質容器１の左側、上側、または下側であってもよい。また、誘電コイル７を介して電磁誘導加熱を行うことができるのであれば、他の電源であってもよい。 The high frequency power supply 8 is a power supply that outputs a high frequency, and is connected to the dielectric coil 7. In the example of the reformer shown in FIG. 1, it is arranged on the right side of the reformer vessel 1. However, it may be the left side, upper side, or lower side of the reforming vessel 1. Other power sources may be used as long as electromagnetic induction heating can be performed via the dielectric coil 7.

ガス誘導室９は、第１粒子支持部６ａと改質容器１の上側表面とで規定された内部領域であり、ガス入口部２から取り込まれて下方から上方へ移動する原料ガスを左右方向へ拡散し、拡散した原料ガスを上方から下方へ向けて第１粒子支持部６ａへと導く。ガス誘導室９の内部には、改質容器１の下方に位置する一端側から改質部を貫通して延設されたガス入口部２の一部が位置する。 The gas induction chamber 9 is an internal region defined by the first particle support portion 6a and the upper surface of the reforming vessel 1, and feeds the source gas that is taken in from the gas inlet portion 2 and moves upward from below in the left-right direction. The diffused source gas is guided from the upper side to the lower side to the first particle support portion 6a. Inside the gas guiding chamber 9, a part of the gas inlet portion 2 extending through the reforming portion from one end side located below the reforming vessel 1 is located.

本発明の実施の形態１に係る改質装置の動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る改質装置の動作を示すフローチャートである。 The operation of the reformer according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the reformer according to Embodiment 1 of the present invention.

改質装置は、高周波電源８を作動させ、誘電コイル７に高周波電流を供給する（ステップＳ１）。高周波電流が供給された誘電コイル７は、電磁誘導によって改質容器１の外枠、ガス入口部２、導電性金属粒子５、第１粒子支持部６ａ、および第２粒子支持部６ｂを加熱する。改質装置は、加熱されたガス入口部２を介し、メタンを含む原料ガスを下方から改質容器１内へと取り込む（ステップＳ２）。改質装置は、改質容器１内へと取り込まんだ原料ガスを、改質容器１内の上方に位置するガス誘導室９へ導く（ステップＳ３）。改質装置は、下方から上方に向かってガス誘導室９へと導かれた原料ガスを、誘導室９で反転して上方から下方へと向けて、第１粒子支持部６ａを通過させる（ステップＳ４）。 The reformer operates the high frequency power supply 8 to supply a high frequency current to the dielectric coil 7 (step S1). The dielectric coil 7 supplied with the high-frequency current heats the outer frame of the reforming vessel 1, the gas inlet 2, the conductive metal particles 5, the first particle support 6a, and the second particle support 6b by electromagnetic induction. . The reformer takes in the raw material gas containing methane from below into the reforming vessel 1 through the heated gas inlet 2 (step S2). The reformer guides the raw material gas taken into the reforming container 1 to the gas guiding chamber 9 located above the reforming container 1 (step S3). The reformer reverses the source gas guided to the gas induction chamber 9 from below to the gas induction chamber 9 and passes through the first particle support 6a from above to below from the top (step). S4).

改質装置は、第１粒子支持部６ａを通過させた原料ガスを、第１粒子支持部６ａと第２粒子支持部６ｂとで規定された改質容器１の改質部に導く。改質装置は、改質部に導かれた原料ガスを、改質触媒粒子４に接触させる（ステップＳ５）。改質触媒粒子４と接触した原料ガスには、電磁誘導によって加熱された改質容器１の外枠、ガス入口部２、導電性金属粒子５、および第１粒子支持部６ａから熱が伝えられる。そのため、改質反応が進み、目的とする改質ガスである水素を生成する（ステップＳ６）。改質装置は、生成した改質ガスである水素を、ガス出口部３を介して改質容器１外へと排出する（ステップＳ７）。 The reformer guides the raw material gas that has passed through the first particle support 6a to the reformer of the reforming vessel 1 defined by the first particle support 6a and the second particle support 6b. The reformer brings the raw material gas guided to the reforming unit into contact with the reforming catalyst particles 4 (step S5). Heat is transmitted to the source gas in contact with the reforming catalyst particles 4 from the outer frame of the reforming vessel 1 heated by electromagnetic induction, the gas inlet portion 2, the conductive metal particles 5, and the first particle support portion 6a. . Therefore, the reforming reaction proceeds, and hydrogen that is the target reformed gas is generated (step S6). The reformer discharges the generated reformed gas, hydrogen, out of the reforming vessel 1 through the gas outlet 3 (step S7).

本発明の実施の形態１に係る改質装置は、ステップＳ２からステップＳ７を連続的におよび同時的に繰り返すことができる。上述した一連の動作によって所望量の改質ガスをガス出口部３から排出した場合、改質装置は、動作を停止し得る。動作開始から動作停止までは、時間に基づいて設定される構成としてもよい。また、ガス出口部３から排出されるガス量のモニタリング値に基づいて設定される構成としてもよい。また、ガス入口部２から取り込まれる原料ガス量のモニタリング値に基づいて設定される構成としてもよい。 The reformer according to Embodiment 1 of the present invention can repeat steps S2 to S7 continuously and simultaneously. When a desired amount of the reformed gas is discharged from the gas outlet 3 by the series of operations described above, the reformer can stop the operation. It is good also as a structure set based on time from an operation start to an operation | movement stop. Moreover, it is good also as a structure set based on the monitoring value of the gas amount discharged | emitted from the gas exit part 3. FIG. Moreover, it is good also as a structure set based on the monitoring value of the amount of raw material gas taken in from the gas inlet part 2. FIG.

実施の形態１に係る改質装置では、加熱されたガス入口部２内を通って原料ガスが改質容器１内へと取り込まれる。そのため、加熱されたガス入口部２を用いて、改質対象となる原料ガスを改質反応前に予備加熱できる。この構成によって、改質反応の効率向上が可能となる。 In the reforming apparatus according to Embodiment 1, the raw material gas is taken into the reforming container 1 through the heated gas inlet 2. Therefore, using the heated gas inlet 2, the raw material gas to be reformed can be preheated before the reforming reaction. With this configuration, the efficiency of the reforming reaction can be improved.

実施の形態１に係る改質装置では、改質容器１の下方から上方へ向けガス入口部２を通過して予備加熱された原料ガスが、ガス誘導室９において改質容器１の左右方向に拡散して改質部へと導かれる。そのため、改質部へと導かれる原料ガス温度を可及的に均一化することができる。この構成によって、改質反応で生じ得る副生成物の抑制が可能となる。 In the reformer according to the first embodiment, the raw material gas preliminarily heated after passing through the gas inlet portion 2 from the lower side to the upper side of the reforming vessel 1 is moved in the left-right direction of the reforming vessel 1 in the gas induction chamber 9. It diffuses and is led to the reforming section. Therefore, the raw material gas temperature led to the reforming section can be made as uniform as possible. With this configuration, it is possible to suppress by-products that may be generated in the reforming reaction.

暖められた気体は軽くなり上方へ移動する。しかしながら実施の形態１に係る改質装置では、予備加熱によって暖められ軽くなった原料ガスが改質容器１の上方から下方へ向けて改質部内を移動する構成としてある。そのため、暖められ軽くなった原料ガスが改質容器１の下方から上方へ向けて改質部内を移動する構成と比較し、原料ガスが改質部内での改質反応に付される時間を長くすることができる。この構成によって、改質反応の効率向上が可能となる。 The warmed gas becomes lighter and moves upward. However, the reformer according to Embodiment 1 is configured such that the raw material gas that has been warmed and lightened by the preheating moves in the reforming section from the upper side to the lower side of the reforming vessel 1. Therefore, as compared with the configuration in which the warmed and lightened source gas moves in the reforming section from the lower side to the upper side of the reforming vessel 1, the time for the source gas to be subjected to the reforming reaction in the reforming section is increased. can do. With this configuration, the efficiency of the reforming reaction can be improved.

実施の形態１に係る改質装置では、高周波電流が供給された誘電コイル７に起因する電磁誘導によって、改質容器１の外枠だけでなく、ガス入口部２、導電性金属粒子５、第１粒子支持部６ａ、および第２粒子支持部６ｂも加熱される。そのため、改質容器１の内部において、誘電コイル７に近い部分と遠い部分との温度差を減少することができる。この構成によって、電磁誘電加熱特有の表皮効果による加熱温度ムラを抑制することが可能となる。 In the reforming apparatus according to the first embodiment, not only the outer frame of the reforming vessel 1 but also the gas inlet portion 2, the conductive metal particles 5, the first electrode, due to electromagnetic induction caused by the dielectric coil 7 supplied with the high-frequency current. The 1 particle support part 6a and the 2nd particle support part 6b are also heated. Therefore, the temperature difference between the portion close to the dielectric coil 7 and the portion far from the dielectric coil 7 can be reduced inside the reforming vessel 1. With this configuration, it is possible to suppress heating temperature unevenness due to the skin effect peculiar to electromagnetic dielectric heating.

実施の形態１に係る改質装置では、改質触媒粒子４と改質触媒粒子４よりも平均寸法が小さい導電性金属粒子５とが改質部内に充填してある。そのため、改質触媒粒子４と改質触媒粒子４との間に生じる隙間に導電性金属粒子５が配置された構成を実現することが可能となる。この構成によって、改質部内を通過する原料ガスの流路が狭められ、原料ガスと改質触媒粒子４との接触機会が増加する。したがって、改質反応の効率向上が可能となる。 In the reforming apparatus according to Embodiment 1, the reforming part is filled with the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 having an average dimension smaller than that of the reforming catalyst particles 4. Therefore, it is possible to realize a configuration in which the conductive metal particles 5 are arranged in the gap generated between the reforming catalyst particles 4 and the reforming catalyst particles 4. With this configuration, the flow path of the raw material gas passing through the reforming section is narrowed, and the opportunity for contact between the raw material gas and the reforming catalyst particles 4 is increased. Therefore, the efficiency of the reforming reaction can be improved.

図１に例示した改質装置では、ガス入口部２とガス出口部３とが共に、改質容器１の下方で改質容器１の外部へ向けて突設してある。この構成は、ガス入口部２で予備加熱した原料ガスの比重が周囲の空気の比重より軽い場合に特に有効である。原料ガスの改質部での流れ方向が原料ガスの自然上昇方向と逆向きになるため、改質部における原料ガスの滞留時間を制御しやすいからである。また、原料ガスの取り込みを停止したときに、原料ガスおよび改質ガスがガス出口３方向へ自然流出される事態を回避し得るからである。 In the reformer illustrated in FIG. 1, both the gas inlet portion 2 and the gas outlet portion 3 are projected downward from the reformer vessel 1 toward the outside of the reformer vessel 1. This configuration is particularly effective when the specific gravity of the source gas preheated at the gas inlet 2 is lighter than the specific gravity of the surrounding air. This is because the flow direction of the raw material gas in the reforming section is opposite to the natural rising direction of the raw material gas, so that the residence time of the raw material gas in the reforming section can be easily controlled. In addition, it is possible to avoid a situation where the raw material gas and the reformed gas naturally flow out toward the gas outlet 3 when the intake of the raw material gas is stopped.

図３は、本発明の実施の形態１に係る改質装置の変形例を示す概略図である。図１に例示した改質装置と比較し、図３に例示した改質装置では、ガス入口部２とガス出口部３とが共に、改質容器１の上方で改質容器１の外部へ向けて延設してある。また、第１粒子支持部６ａが改質容器１の下側表面近傍にあり、第２粒子支持部６ｂが改質容器１の上側表面近傍にある。第１粒子支持部６ａと改質容器１の下側表面とで規定された内部領域としてガス誘導室９が形成してある。ガス入口部２から取り込まれて上方から下方へ移動する原料ガスを左右方向へ拡散し、拡散した原料ガスを下方から上方へ向けて第１粒子支持部６ａへと導く。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the reformer according to Embodiment 1 of the present invention. Compared with the reformer illustrated in FIG. 1, in the reformer illustrated in FIG. 3, both the gas inlet 2 and the gas outlet 3 are directed above the reformer 1 and to the outside of the reformer 1. It is extended. Further, the first particle support 6 a is near the lower surface of the reforming container 1, and the second particle support 6 b is near the upper surface of the reforming container 1. A gas induction chamber 9 is formed as an internal region defined by the first particle support 6a and the lower surface of the reforming vessel 1. The raw material gas taken in from the gas inlet 2 and moving downward from above is diffused in the left-right direction, and the diffused raw material gas is guided from below to above to the first particle support 6a.

図３に例示した変形例の改質装置は、ガス入口部２で予備加熱した原料ガスの比重が周囲の空気の比重より重い場合に特に有効である。原料ガスの改質部での流れ方向が原料ガスの自然下降方向と逆向きになるため、改質部における原料ガスの滞留時間を制御しやすいからである。また、原料ガスの取り込みを停止したときに、原料ガスおよび改質ガスがガス出口３方向へ自然流出される事態を回避し得るからである。 The reformer of the modified example illustrated in FIG. 3 is particularly effective when the specific gravity of the raw material gas preheated at the gas inlet 2 is heavier than the specific gravity of the surrounding air. This is because the flow direction of the raw material gas in the reforming portion is opposite to the natural lowering direction of the raw material gas, so that the residence time of the raw material gas in the reforming portion can be easily controlled. In addition, it is possible to avoid a situation where the raw material gas and the reformed gas naturally flow out toward the gas outlet 3 when the intake of the raw material gas is stopped.

図１に例示した改質装置の一具体例では、原料ガスとして、水蒸気と９９．９９９％濃度のメタンガスとの混合ガスを使用する。水蒸気とメタンガスとの混合モル比が３である。メタンガス１モルに対して水蒸気３モルである。改質容器１は、ＳＵＳ３１６を用いた金属円筒であり、外径が２インチであり、上下方向の長さが３００ｍｍである。ガス入口部２は、改質容器１の上側表面から下方へ１０ｍｍ離れた位置に一端があり、改質容器１の下側表面から下方へ５０ｍｍ離れた位置に他端がある外径３／８インチの金属円筒である。ガス出口部３は、外径３／８インチの金属円筒であり、改質容器１の下側表面から下方へ長さ５０ｍｍ延設してある。第１粒子支持部６ａは、ＳＵＳ３１６製の金属メッシュであり、改質容器１の上側表面から下方へ２０ｍｍ離れた位置に固定してある。第２粒子支持部６ｂは、ＳＵＳ３１６製の金属メッシュであり、改質容器１の下側表面から上方へ２０ｍｍ離れた位置に固定してある。改質触媒粒子４は、担持体であるφ３ｍｍのアルミナ粒子に改質触媒であるルテニウムを担持させた粒子である。導電性金属粒子５は、ＳＵＳ３１６を用いて構成されたφ０．４ｍｍの金属粒子であり、平均寸法が改質触媒粒子４の平均寸法よりも小さい。高周波電源８は、電磁誘導によって改質部内の温度を８００℃に調整するように、１ＫＨｚの高周波を印加して高周波電流を誘電コイル７に供給する。原料ガスは、ガス流量が空間速度ＳＶ（ＳｐａｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙ）１００ｈｒ^−１となるように供給される。 In one specific example of the reformer illustrated in FIG. 1, a mixed gas of water vapor and 99.999% methane gas is used as the raw material gas. The mixing molar ratio of water vapor and methane gas is 3. 3 moles of water vapor per mole of methane gas. The reforming container 1 is a metal cylinder using SUS316, has an outer diameter of 2 inches, and a vertical length of 300 mm. The gas inlet 2 has one end at a position 10 mm downward from the upper surface of the reforming vessel 1 and an outer diameter 3/8 having the other end at a position 50 mm below the lower surface of the reforming vessel 1. Inch metal cylinder. The gas outlet portion 3 is a metal cylinder having an outer diameter of 3/8 inch and extends downward from the lower surface of the reforming vessel 1 by a length of 50 mm. The first particle support 6a is a metal mesh made of SUS316, and is fixed at a position 20 mm away from the upper surface of the reforming vessel 1. The second particle support 6b is a metal mesh made of SUS316, and is fixed at a position 20 mm away from the lower surface of the reforming vessel 1 upward. The reforming catalyst particles 4 are particles in which ruthenium as a reforming catalyst is supported on alumina particles having a diameter of 3 mm as a support. The conductive metal particle 5 is a metal particle having a diameter of 0.4 mm that is configured using SUS316, and the average dimension is smaller than the average dimension of the reforming catalyst particle 4. The high frequency power supply 8 applies a high frequency of 1 KHz and supplies a high frequency current to the dielectric coil 7 so as to adjust the temperature in the reforming section to 800 ° C. by electromagnetic induction. The source gas is supplied such that the gas flow rate is a space velocity SV (Space Velocity) 100 hr ⁻¹ .

図４は、改質装置の比較例を示す概要図である。図４に例示した改質装置は、上述した一具体例との比較に使用する一比較例である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a comparative example of the reformer. The reformer illustrated in FIG. 4 is a comparative example used for comparison with the above-described specific example.

図４に例示した改質装置の一比較例では、原料ガスとして、水蒸気と９９．９９９％濃度のメタンガスとの混合ガスを使用する。水蒸気とメタンガスとの混合モル比が３である。改質容器１は、ＳＵＳ３１６を用いた金属円筒であり、外径が２インチであり、上下方向の長さが３００ｍｍである。ガス入口部２は、外径３／８インチの金属円筒であり、改質容器１の上側表面から上方へ長さ５０ｍｍ延設してある。ガス出口部３は、外径３／８インチの金属円筒であり、改質容器１の下側表面から下方へ長さ５０ｍｍ延設してある。第１粒子支持部６ａは、ＳＵＳ３１６製の金属メッシュであり、改質容器１の上側表面から下方へ２０ｍｍ離れた位置に固定してある。第２粒子支持部６ｂは、ＳＵＳ３１６製の金属メッシュであり、改質容器１の下側表面から上方へ２０ｍｍ離れた位置に固定してある。改質触媒粒子４は、担持体であるφ３ｍｍのアルミナ粒子に改質触媒であるルテニウムを担持させた粒子である。導電性金属粒子５は、ＳＵＳ３１６を用いて構成されたφ４ｍｍの金属粒子であり、平均寸法が改質触媒粒子４の平均寸法よりも大きい。高周波電源８は、１ＫＨｚの高周波を印加して高周波電流を誘電コイル７に供給する。原料ガスは、ガス流量が空間速度ＳＶ（ＳｐａｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙ）１００ｈｒ^−１となるように供給される。 In one comparative example of the reformer illustrated in FIG. 4, a mixed gas of water vapor and 99.999% methane gas is used as the raw material gas. The mixing molar ratio of water vapor and methane gas is 3. The reforming container 1 is a metal cylinder using SUS316, has an outer diameter of 2 inches, and a vertical length of 300 mm. The gas inlet 2 is a metal cylinder having an outer diameter of 3/8 inch and extends upward from the upper surface of the reforming vessel 1 by a length of 50 mm. The gas outlet portion 3 is a metal cylinder having an outer diameter of 3/8 inch and extends downward from the lower surface of the reforming vessel 1 by a length of 50 mm. The first particle support 6a is a metal mesh made of SUS316, and is fixed at a position 20 mm away from the upper surface of the reforming vessel 1. The second particle support 6b is a metal mesh made of SUS316, and is fixed at a position 20 mm away from the lower surface of the reforming vessel 1 upward. The reforming catalyst particles 4 are particles in which ruthenium as a reforming catalyst is supported on alumina particles having a diameter of 3 mm as a support. The conductive metal particles 5 are φ4 mm metal particles configured using SUS316, and the average dimension is larger than the average dimension of the reforming catalyst particles 4. The high frequency power source 8 applies a high frequency of 1 KHz and supplies a high frequency current to the dielectric coil 7. The source gas is supplied such that the gas flow rate is a space velocity SV (Space Velocity) 100 hr ⁻¹ .

図５は、本発明の実施の形態１に係る改質装置の一具体例と一比較例との実験結果を示す表である。一具体例および一比較例において、ガス入口部２から取り込まれる原料ガスの成分とガス出口部３から流出する生成ガスの成分とは、ガスクロマトグラフィーを用いて分析した。図５中のメタン転換率とは、原料ガスに含まれるメタンガスが他の生成ガスに改質された比率を示す。図５中の水素生成率とは、生成ガス量中の水素ガス量の比率を示す。図５中のエネルギー効率とは、投入エネルギーとその投入エネルギーに対して生成したガスの発熱量との比率を示している。 FIG. 5 is a table showing experimental results of one specific example and one comparative example of the reformer according to Embodiment 1 of the present invention. In one specific example and one comparative example, the component of the raw material gas taken in from the gas inlet 2 and the component of the product gas flowing out from the gas outlet 3 were analyzed using gas chromatography. The methane conversion rate in FIG. 5 indicates a ratio in which methane gas contained in the raw material gas is reformed to other product gas. The hydrogen production rate in FIG. 5 indicates the ratio of the amount of hydrogen gas in the amount of product gas. The energy efficiency in FIG. 5 indicates the ratio between the input energy and the calorific value of the generated gas with respect to the input energy.

上述した一具体例では、メタン転換率が７５％であり、水素生成率が６８％であり、エネルギー効率が７２％であった。一方、上述した一比較例では、メタン転換率が６４％であり、水素生成率が５１％であり、エネルギー効率が４６％であった。一具体例におけるメタン転換率、水素生成率、およびエネルギー効率はそれぞれ、一比較例におけるメタン転換率、水素生成率、およびエネルギー効率よりも大幅に上回った。また、改質容器１の温度が安定して改質ガスの生成量が定常状態になるまで、一比較例では４時間強を要したが、一具体例では２時間弱であった。つまり、一具体例における改質装置は、一比較例における改質装置よりも、目的改質ガスの生成効率が向上していた。 In one specific example described above, the methane conversion rate was 75%, the hydrogen production rate was 68%, and the energy efficiency was 72%. On the other hand, in the comparative example described above, the methane conversion rate was 64%, the hydrogen production rate was 51%, and the energy efficiency was 46%. The methane conversion rate, hydrogen generation rate, and energy efficiency in one specific example were significantly higher than the methane conversion rate, hydrogen generation rate, and energy efficiency in one comparative example, respectively. In addition, it took 4 hours or more in one comparative example until the temperature of the reforming vessel 1 was stabilized and the amount of reformed gas produced reached a steady state, but it was less than 2 hours in one specific example. That is, the reforming apparatus in one specific example has improved the generation efficiency of the target reforming gas as compared with the reforming apparatus in one comparative example.

上述した一比較例においては、電磁誘導加熱の表皮効果によって誘電コイル７近傍との温度差が最も大きくなる改質容器１の中央部分に、中央部分の周囲と同様に改質触媒粒子４および導電性金属粒子５が配置してある。一方、上述した一具体例においては、電磁誘導加熱の表皮効果によって誘電コイル７近傍との温度差が最も大きくなる改質容器１の中央部分に、改質触媒粒子４および導電性金属粒子５の代わりとして、ガス入口部２が設けてある。ガス入口部２は誘電コイル７の電磁誘導によって発熱するため、一具体例においては、改質部における誘電コイル６近傍と中央部分との温度ムラを低減できる。また、ガス入口部２によって原料ガスを予備加熱することができるため、一具体例においては、必要な反応熱が得られずに不純物となる副生成物を多量に発生させる事態を可及的に回避することができ、原料ガスから目的とする改質ガスを多量に得ることが可能となる。更に、本改質装置の前段に原料ガスの予備加熱装置を別途設ける必要もない。 In the comparative example described above, the reforming catalyst particles 4 and the conductive material are formed in the central portion of the reforming vessel 1 where the temperature difference from the vicinity of the dielectric coil 7 is the largest due to the skin effect of electromagnetic induction heating, as in the periphery of the central portion. Metal particles 5 are arranged. On the other hand, in the above-described specific example, the reforming catalyst particles 4 and the conductive metal particles 5 are disposed in the central portion of the reforming vessel 1 where the temperature difference from the vicinity of the dielectric coil 7 is the largest due to the skin effect of electromagnetic induction heating. As an alternative, a gas inlet 2 is provided. Since the gas inlet portion 2 generates heat by electromagnetic induction of the dielectric coil 7, in one specific example, temperature unevenness between the vicinity of the dielectric coil 6 and the central portion in the reforming portion can be reduced. In addition, since the raw material gas can be preheated by the gas inlet 2, in one specific example, a situation in which a necessary amount of reaction heat is not obtained and a large amount of by-products that become impurities is generated as much as possible. Therefore, a large amount of the target reformed gas can be obtained from the raw material gas. Further, it is not necessary to separately provide a raw material gas preheating device upstream of the reformer.

上述した一比較例においては、改質触媒粒子４の平均寸法と導電性金属粒子５の平均寸法とが同程度である。一方、上述した一具体例においては、改質触媒粒子４の平均寸法が導電性金属粒子５の平均寸法よりも十分に大きく、隣接する改質触媒粒子４の隙間に導電性金属粒子５が入り込むよう構成してある。隣接する改質触媒粒子４の隙間に位置する導電性金属粒子５によって実質的に均一な導電性金属粒子５の混在状態を実現し得るため、一具体例では、導電性金属粒子５が改質部内に偏って配置される事態を可及的に回避する効果が期待でき、導電性金属粒子５の偏り配置に依存した加熱ムラを可及的に抑制する効果が期待できる。また、隣接する改質触媒粒子４の隙間に位置する導電性金属粒子５によって原料ガスの流路が狭められているため、一具体例では、改質触媒粒子４と原料ガスとの接触機会を増加し、未反応のままガス出口部３から流出する原料ガスの量を低減でき、目的とする改質ガスの生成量を増加させることができる。 In the comparative example described above, the average dimension of the reforming catalyst particles 4 and the average dimension of the conductive metal particles 5 are approximately the same. On the other hand, in the specific example described above, the average size of the reforming catalyst particles 4 is sufficiently larger than the average size of the conductive metal particles 5, and the conductive metal particles 5 enter the gaps between the adjacent reforming catalyst particles 4. It is configured as follows. In one specific example, the conductive metal particles 5 are reformed because the conductive metal particles 5 located in the gaps between the adjacent reforming catalyst particles 4 can realize a substantially uniform mixed state of the conductive metal particles 5. The effect of avoiding as much as possible the situation of being unevenly arranged in the part can be expected, and the effect of suppressing the heating unevenness depending on the uneven arrangement of the conductive metal particles 5 can be expected. Further, since the flow path of the raw material gas is narrowed by the conductive metal particles 5 located in the gap between the adjacent reforming catalyst particles 4, in one specific example, the opportunity for contact between the reforming catalyst particles 4 and the raw material gas is increased. The amount of the raw material gas that increases and flows out of the gas outlet portion 3 while remaining unreacted can be reduced, and the amount of target reformed gas produced can be increased.

上述した一具体例では、上述した一比較例と比べ、隣接する改質触媒粒子４の隙間に導電性金属粒子５が入り込む構成によって、改質部中の隙間領域が小さくなる。そのため一具体例では、隙間領域に依存した伝熱ロスの抑制が可能となる。 In the above-described specific example, the gap region in the reforming portion is reduced by the configuration in which the conductive metal particles 5 enter the gap between the adjacent reforming catalyst particles 4 as compared with the above-described comparative example. Therefore, in one specific example, heat transfer loss depending on the gap region can be suppressed.

上述したような構成によって、本発明に係る改質装置は、加熱ムラを抑制し、原料ガスの予備加熱で昇温時間を短縮することができる。そのため、エネルギー効率が向上した省エネで小型な改質装置を提供することができる。また、改質ガスの生成量を増加できるため、高効率的な改質装置を提供することができる。 With the configuration as described above, the reformer according to the present invention can suppress uneven heating and shorten the temperature raising time by preheating the source gas. Therefore, an energy-saving and small reformer with improved energy efficiency can be provided. Moreover, since the amount of reformed gas produced can be increased, a highly efficient reformer can be provided.

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る改質装置を示す概略図である。図６に示す改質装置は、図１に示す実施の形態１に係る改質装置と異なり、改質部を通るガス入口部２の流路内に導電性金属粒子５を充填してある。また、ガス入口部２内における改質容器１の上側表面近傍に第１導電性金属粒子支持部１０ａを設け、ガス入口部２内における改質容器１の下側表面近傍に第２導電性金属粒子支持部１０ｂを設け、流路内の導電性金属粒子５を支えるように構成してある。流路内の導電性金属粒子５は誘電コイル６に応じて発熱するため、本発明に係る発熱部材として機能する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a reforming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The reformer shown in FIG. 6 differs from the reformer according to Embodiment 1 shown in FIG. 1 in that the conductive metal particles 5 are filled in the flow path of the gas inlet 2 passing through the reformer. Also, a first conductive metal particle support 10 a is provided in the vicinity of the upper surface of the reforming vessel 1 in the gas inlet 2, and a second conductive metal is provided in the vicinity of the lower surface of the reforming vessel 1 in the gas inlet 2. A particle support portion 10b is provided to support the conductive metal particles 5 in the flow path. Since the conductive metal particles 5 in the flow path generate heat according to the dielectric coil 6, they function as a heat generating member according to the present invention.

本発明の実施の形態２に係る上記の改質装置について、実施の形態１と同様の実験を行った。実施の形態２に係る改質装置では、メタン転換率が７６％であり、水素生成率が７１％であり、エネルギー効率が７６％であった。つまり、実施の形態１に係る一具体例と比較し、実施の形態２に係る改質装置では、メタン転換率が１％上昇し、水素生成率が３％上昇し、エネルギー効率が４％上昇した。また、改質容器１の温度が安定して改質ガスの生成量が定常状態になるまで、実施の形態１に係る一具体例では２時間弱であったが、実施の形態２に係る改質装置では１．５時間程度であった。 With respect to the above reformer according to Embodiment 2 of the present invention, an experiment similar to that of Embodiment 1 was performed. In the reformer according to Embodiment 2, the methane conversion rate was 76%, the hydrogen production rate was 71%, and the energy efficiency was 76%. That is, compared with the specific example according to the first embodiment, in the reformer according to the second embodiment, the methane conversion rate is increased by 1%, the hydrogen production rate is increased by 3%, and the energy efficiency is increased by 4%. did. Further, in one specific example according to the first embodiment, the temperature of the reforming vessel 1 is stabilized and the amount of reformed gas generated is in a steady state. The quality device took about 1.5 hours.

実施の形態１に係る一具体例においては、電磁誘導加熱の表皮効果によって誘電コイル７近傍との温度差が最も大きくなる改質容器１の中央部分にガス入口部２が設けてある。一方、実施の形態２に係る改質装置では、中央部分に設けたガス入口部２の流路内に更に導電性金属粒子５を充填してある。そのため実施の形態２に係る改質装置では、改質部における誘電コイル６近傍と中央部分との温度ムラを更に低減できる。また、ガス入口部２によって原料ガスを予備加熱する能力を更に高めることができる。したがって、実施の形態２に係る改質装置では、必要な反応熱が得られずに不純物となる副生成物を多量に発生させる事態を更に回避することができ、原料ガスから目的とする改質ガスを更に多量に得ることが可能となる。 In one specific example according to the first embodiment, the gas inlet 2 is provided in the central portion of the reforming vessel 1 where the temperature difference from the vicinity of the dielectric coil 7 is the largest due to the skin effect of electromagnetic induction heating. On the other hand, in the reformer according to the second embodiment, the conductive metal particles 5 are further filled in the flow path of the gas inlet portion 2 provided in the central portion. Therefore, in the reformer according to Embodiment 2, the temperature unevenness between the vicinity of the dielectric coil 6 and the central portion in the reforming section can be further reduced. Further, the ability to preheat the source gas by the gas inlet 2 can be further enhanced. Therefore, in the reformer according to Embodiment 2, it is possible to further avoid a situation in which a necessary amount of reaction heat is not obtained and a large amount of by-products as impurities are generated, and the target reforming is performed from the raw material gas. A larger amount of gas can be obtained.

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る改質装置を示す概略図である。図７に示す改質装置は、改質部の外周に誘電コイル７が巻かれていた図１に示す実施の形態１に係る改質装置と異なり、ガス誘導室９の外周にも誘電コイル７が巻かれている。また、ガス誘導室９にも導電性金属粒子５が充填してある。ガス誘導室９内の導電性金属粒子５は、誘電コイル６に応じて発熱するため、本発明に係る発熱部材として機能する。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a reforming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 7 is different from the reforming apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in which the dielectric coil 7 is wound around the outer periphery of the reforming section, the dielectric coil 7 is also provided at the outer periphery of the gas induction chamber 9. Is wound. The gas induction chamber 9 is also filled with conductive metal particles 5. Since the conductive metal particles 5 in the gas induction chamber 9 generate heat according to the dielectric coil 6, they function as a heat generating member according to the present invention.

本発明の実施の形態３に係る上記の改質装置について、実施の形態１と同様の実験を行った。実施の形態３に係る改質装置では、メタン転換率が７７％であり、水素生成率が７２％であり、エネルギー効率が７８％であった。つまり、実施の形態１に係る一具体例と比較し、実施の形態２に係る改質装置では、メタン転換率が２％上昇し、水素生成率が４％上昇し、エネルギー効率が６％上昇した。また、改質容器１の温度が安定して改質ガスの生成量が定常状態になるまで、実施の形態１に係る一具体例では２時間弱であったが、実施の形態２に係る改質装置では１．３時間程度であった。 With respect to the above reformer according to Embodiment 3 of the present invention, an experiment similar to that of Embodiment 1 was performed. In the reformer according to Embodiment 3, the methane conversion rate was 77%, the hydrogen production rate was 72%, and the energy efficiency was 78%. That is, in comparison with the specific example according to the first embodiment, in the reformer according to the second embodiment, the methane conversion rate is increased by 2%, the hydrogen production rate is increased by 4%, and the energy efficiency is increased by 6%. did. Further, in one specific example according to the first embodiment, the temperature of the reforming vessel 1 is stabilized and the amount of reformed gas generated is in a steady state. The quality device took about 1.3 hours.

実施の形態１に係る一具体例においては、改質容器１の改質部のみに導電性金属粒子５が配置してある。一方、実施の形態３に係る改質装置では、ガス誘導室９内にも導電性金属粒子５を配置し、ガス誘導室９も加熱されるように構成してある。そのため実施の形態３に係る改質装置では、ガス入口部２によって原料ガスを予備加熱する能力を更に高めることができる。したがって、実施の形態２に係る改質装置では、必要な反応熱が得られずに不純物となる副生成物を多量に発生させる事態を更に回避することができ、原料ガスから目的とする改質ガスを更に多量に得ることが可能となる。 In one specific example according to Embodiment 1, conductive metal particles 5 are arranged only in the reforming section of the reforming vessel 1. On the other hand, in the reformer according to Embodiment 3, the conductive metal particles 5 are also arranged in the gas induction chamber 9 so that the gas induction chamber 9 is also heated. Therefore, in the reformer according to Embodiment 3, the ability to preheat the source gas by the gas inlet 2 can be further enhanced. Therefore, in the reformer according to Embodiment 2, it is possible to further avoid a situation in which a necessary amount of reaction heat is not obtained and a large amount of by-products as impurities are generated, and the target reforming is performed from the raw material gas. A larger amount of gas can be obtained.

上述したような構成によって、本発明に係る改質装置は、加熱ムラを抑制しつつ、原料ガスの予備加熱で昇温時間を短縮することができる。そのため、エネルギー効率が向上した省エネで小型な改質装置を提供することができる。また、改質ガスの生成量を増加できるため、高効率的な改質装置を提供することができる。 With the configuration as described above, the reformer according to the present invention can shorten the heating time by preheating the raw material gas while suppressing heating unevenness. Therefore, an energy-saving and small reformer with improved energy efficiency can be provided. Moreover, since the amount of reformed gas produced can be increased, a highly efficient reformer can be provided.

本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 The invention is not limited to the specific details and exemplary embodiments described and described above. Variations and effects that can be easily derived by those skilled in the art are also included in the invention. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the claims and their equivalents.

１改質容器、２ガス入口部、３ガス出口部、４改質触媒粒子、５導電性金属粒子、６ａ第１粒子支持部、６ｂ第２粒子支持部、７誘電コイル、８高周波電源、９ガス誘導室、１０ａ第１導電性金属粒子支持部、１０ｂ第１導電性金属粒子支持部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming container, 2 Gas inlet part, 3 Gas outlet part, 4 Reforming catalyst particle, 5 Conductive metal particle, 6a 1st particle support part, 6b 2nd particle support part, 7 Dielectric coil, 8 High frequency power supply, 9 Gas induction chamber, 10a first conductive metal particle support, 10b first conductive metal particle support

Claims

In a reformer that discharges a reformed gas obtained by reforming a raw material gas in a reformer vessel by heating using a dielectric coil,
An inlet for taking the source gas into the reforming vessel;
An outlet for discharging the reformed gas,
The inlet portion has a conductive, Ri is extended to the inside of the reforming vessel tare,
The inlet portion takes in the raw material gas from one end side to the other end side of the reforming vessel,
The outlet portion discharges the reformed gas from the other end side toward the one end side,
The reforming vessel includes a reforming unit having a plurality of reforming catalyst particles that promote reforming of the raw material gas inside the reforming vessel,
The reforming vessel further includes a gas induction chamber between the surface on the other end side and the reforming unit,
The reforming apparatus characterized in that the inlet portion extends from the one end side through the reforming portion to the inside of the gas induction chamber .

The modified part has a plurality of conductive particles having conductivity,
The average size of the plurality of conductive particles A reformer according to claim 1, characterized in that less than the average size of the plurality of reforming catalyst particles.

The source gas includes a hydrocarbon,
The reformed gas reformer of claim 1 or 2, characterized in that it comprises a hydrogen.

The reformer according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a heat generating member that generates heat in accordance with the dielectric coil.

The gas guiding chamber, reformer according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a heating member for generating heat in response to the coil.