JP2002226201A - 水素の製造法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価な水及び安価な固形状炭素材を原料とし
て、低コストで水素の大量生産を可能と水素製造法およ
びその装置を提供する。 【解決手段】 アークプラズマ反応装置１４内に多相交
流電極３６，３８，４０を配置し、アーク反応室３４内
に固形状炭素材を充填して、炭素材の隙間に多量の微小
アーク通路３５を形成し、その中にアークプラズマを発
生させ、微小アーク通路内に水蒸気を供給しながら炭素
と接触反応させることにより、水素リッチガスを生成
し、Ｃｏ，ＣＯ２等の不純物不純物除去装置１５，１７
でＣｏ，ＣＯ２除去して高純度水素Ｈ２を生成する。
て、低コストで水素の大量生産を可能と水素製造法およ
びその装置を提供する。 【解決手段】 アークプラズマ反応装置１４内に多相交
流電極３６，３８，４０を配置し、アーク反応室３４内
に固形状炭素材を充填して、炭素材の隙間に多量の微小
アーク通路３５を形成し、その中にアークプラズマを発
生させ、微小アーク通路内に水蒸気を供給しながら炭素
と接触反応させることにより、水素リッチガスを生成
し、Ｃｏ，ＣＯ２等の不純物不純物除去装置１５，１７
でＣｏ，ＣＯ２除去して高純度水素Ｈ２を生成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は水素製造法および
その装置に関し、とくに、燃料または化学工業用原料と
して有用な水素の製造法およびその装置に関する。
その装置に関し、とくに、燃料または化学工業用原料と
して有用な水素の製造法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、石油資源枯渇化ならび排ガスに
よる地球温暖化防止の有効な対策として水素製造法の研
究開発が活発化している。
よる地球温暖化防止の有効な対策として水素製造法の研
究開発が活発化している。
【０００３】 米国特許第５，０３０，６６１号には天
然ガスのスチームリフォーミングによる水素製造法が提
案されている。この水素製造法では出発原料として天然
ガスを使用するため、原料コストが高い。さらに、スチ
ームリフォーミングのために大型の加熱炉を必要とし、
また、そのための大量の熱エネルギーを消費する。した
がって、水素製造プラントが大型化して、プラント運転
が複雑化し、運転コストも高いという欠点がある。さら
に、加熱炉からはＣＯ２が排出されるため、環境負荷が
高くなって、地球温暖化の原因ともなる。
然ガスのスチームリフォーミングによる水素製造法が提
案されている。この水素製造法では出発原料として天然
ガスを使用するため、原料コストが高い。さらに、スチ
ームリフォーミングのために大型の加熱炉を必要とし、
また、そのための大量の熱エネルギーを消費する。した
がって、水素製造プラントが大型化して、プラント運転
が複雑化し、運転コストも高いという欠点がある。さら
に、加熱炉からはＣＯ２が排出されるため、環境負荷が
高くなって、地球温暖化の原因ともなる。
【０００４】 米国特許第５，１５９，９００号にはタ
ンク内の水中で炭素電極を対向させ、電極間でアークを
発生させることにより、水素リッチガスを発生させる装
置が提案されている。この装置において、反応室内に水
を貯めて水中に対向電極を配置しているがこの構造では
アークの発生効率が悪く、したがって、水素の生成効率
が極めて低い。しかも、アークの発生を容易にするた
め、対向電極を移動させるための構造が採用されている
が、必然的に装置が大型化する欠点がある。
ンク内の水中で炭素電極を対向させ、電極間でアークを
発生させることにより、水素リッチガスを発生させる装
置が提案されている。この装置において、反応室内に水
を貯めて水中に対向電極を配置しているがこの構造では
アークの発生効率が悪く、したがって、水素の生成効率
が極めて低い。しかも、アークの発生を容易にするた
め、対向電極を移動させるための構造が採用されている
が、必然的に装置が大型化する欠点がある。
【０００５】 米国特許第５，５１３，６００号には電
解槽内に多数の対向電極を配置した構造が開示されてい
る。この構造において、電解作用時に電極表面に多量の
水素、酸素ガスが泡として付着し、これら泡によって水
に対する接触効率が著しく劣化し、電解効率が低下す
る。そのため、単位電気エネルギー当りの水素生成効率
が極めて低い。
解槽内に多数の対向電極を配置した構造が開示されてい
る。この構造において、電解作用時に電極表面に多量の
水素、酸素ガスが泡として付着し、これら泡によって水
に対する接触効率が著しく劣化し、電解効率が低下す
る。そのため、単位電気エネルギー当りの水素生成効率
が極めて低い。
【０００６】 米国特許第５，６９０，９０２号には鉄
粉からなる触媒をチューブに充填した水素発生装置が提
案されている。この構造において、触媒表面に高温水を
作用させて金属表面の酸化により水素を発生させている
が、反応と同時に鉄粉表面に水酸化皮膜が形成されて反
応が劣化する。したがって、連続的に水素を高効率で製
造することができない。
粉からなる触媒をチューブに充填した水素発生装置が提
案されている。この構造において、触媒表面に高温水を
作用させて金属表面の酸化により水素を発生させている
が、反応と同時に鉄粉表面に水酸化皮膜が形成されて反
応が劣化する。したがって、連続的に水素を高効率で製
造することができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】 従来の水素製造装置
では装置が大型で性能が低く、しかも水素生成効率が低
いため、低コストで連続的に水素を製造することができ
ない。
では装置が大型で性能が低く、しかも水素生成効率が低
いため、低コストで連続的に水素を製造することができ
ない。
【０００８】 そこで、本発明は安価な水および安価な
固形状炭素材を出発原料として水素を極めて高効率で連
続的に大量生産することが可能な水素製造法およびその
装置を提供することを目的とする。
固形状炭素材を出発原料として水素を極めて高効率で連
続的に大量生産することが可能な水素製造法およびその
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 本発明の第１概念によ
れば、水素製造法が原料水供給口と水素リッチガス取出
口とを有する絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形
成されたアークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応
室に配置されたアーク電極とを備えたアークプラズマ反
応装置を準備する工程と；アークプラズマ反応室内に固
形状炭素材を充填して固形状炭素材の隙間に多数の微小
アーク通路を形成する工程と；アーク電極にアーク電力
を供給して微小アーク通路内に微小アークプラズマを発
生させる工程と；原料水供給口から原料水または水蒸気
を多数の微小流に分割して微小アーク通路内にそれぞれ
通過させ、アークプラズマの存在下で水蒸気の微小流と
固形状炭素材の炭素とを接触反応させて水素リッチガス
を生成する工程と；より成ることにより達成される。
れば、水素製造法が原料水供給口と水素リッチガス取出
口とを有する絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形
成されたアークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応
室に配置されたアーク電極とを備えたアークプラズマ反
応装置を準備する工程と；アークプラズマ反応室内に固
形状炭素材を充填して固形状炭素材の隙間に多数の微小
アーク通路を形成する工程と；アーク電極にアーク電力
を供給して微小アーク通路内に微小アークプラズマを発
生させる工程と；原料水供給口から原料水または水蒸気
を多数の微小流に分割して微小アーク通路内にそれぞれ
通過させ、アークプラズマの存在下で水蒸気の微小流と
固形状炭素材の炭素とを接触反応させて水素リッチガス
を生成する工程と；より成ることにより達成される。
【０００９】 本発明の第２概念によれば、炭素材原料
投入口と、原料水供給口と、水素リッチガス用アウトレ
ットとを有する円筒状絶縁ケーシングと；円筒状絶縁ケ
ーシング内に形成されたアークプラズマ反応室と；絶縁
ケーシングに支持された絶縁性電極ホルダーと；電極ホ
ルダーに支持されてアークプラズマ反応室内に延びてい
て、プラズマ電源から供給されたアーク電力によりアー
クプラズマを発生させるアーク電極と；アークプラズマ
反応室内に充填されていてその隙間にスパークによる微
小アークプラズマを発生させるとともに、原料水または
水蒸気を多数の微小流に分割する多量の微小アーク通路
を備え、原料水またはスチームの微小流がが微小アーク
通路を通過する間に微小アークプラズマの存在下で炭素
と接触反応して水素リッチガスを生成する固形状炭素材
とを備えることにより達成される。
投入口と、原料水供給口と、水素リッチガス用アウトレ
ットとを有する円筒状絶縁ケーシングと；円筒状絶縁ケ
ーシング内に形成されたアークプラズマ反応室と；絶縁
ケーシングに支持された絶縁性電極ホルダーと；電極ホ
ルダーに支持されてアークプラズマ反応室内に延びてい
て、プラズマ電源から供給されたアーク電力によりアー
クプラズマを発生させるアーク電極と；アークプラズマ
反応室内に充填されていてその隙間にスパークによる微
小アークプラズマを発生させるとともに、原料水または
水蒸気を多数の微小流に分割する多量の微小アーク通路
を備え、原料水またはスチームの微小流がが微小アーク
通路を通過する間に微小アークプラズマの存在下で炭素
と接触反応して水素リッチガスを生成する固形状炭素材
とを備えることにより達成される。
【００１０】
【作用】 本発明の水素製造法およびその装置によれ
ば、アークプラズマリアクタ内に形成された微小アーク
通路を固形状炭素材により構成して、微小アーク通路内
に連続的に電離イオンを発生させながら、スパークによ
る微小アークプラズマを大量に発生させ、水蒸気を微小
アーク通路内に導入してアークプラズマの存在下で水蒸
気と炭素材の炭素とを接触反応させることにより、安定
したアークを連続的に発生させながら、次式で示される
ように水素リッチガスを効率的に生成する。
ば、アークプラズマリアクタ内に形成された微小アーク
通路を固形状炭素材により構成して、微小アーク通路内
に連続的に電離イオンを発生させながら、スパークによ
る微小アークプラズマを大量に発生させ、水蒸気を微小
アーク通路内に導入してアークプラズマの存在下で水蒸
気と炭素材の炭素とを接触反応させることにより、安定
したアークを連続的に発生させながら、次式で示される
ように水素リッチガスを効率的に生成する。
【００１１】 Ｃ＋Ｈ２Ｏ→Ｃｏ＋Ｈ２ （１） Ｃｏ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ （２）
【００１２】
【発明の実施の形態】 以下本発明の望ましい実施例に
よる水素製造装置につき図面を参照しながら説明する。
図１において、水素製造装置１０は固形状炭素材を供給
するための炭素原料投入装置１２と、水原料供給ポンプ
Ｐ１と、炭素材と水原料から水素リッチガスを生成する
アークプラズマリアクタＡＰＲと、原料水と水素リッチ
ガスを熱交換して原料水を予熱するための熱交換器Ｈ
と、水素リッチガスを冷却するための冷却器Ｃと、気水
分離装置Ｓと、リサイクルライン１９と、循環ポンプＰ
２と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５と、第１リアクタ１５および第
２リアクタ１７からなるＣｏ，Ｃｏ２の不純物を除去す
る不純物除去装置と備える。気液分離槽Ｓは水素リッチ
ガスから水分を分離してリサイクルライン１９を介して
アークプラズマ反応装置１４に循環してリサイクル原料
として再利用する。
よる水素製造装置につき図面を参照しながら説明する。
図１において、水素製造装置１０は固形状炭素材を供給
するための炭素原料投入装置１２と、水原料供給ポンプ
Ｐ１と、炭素材と水原料から水素リッチガスを生成する
アークプラズマリアクタＡＰＲと、原料水と水素リッチ
ガスを熱交換して原料水を予熱するための熱交換器Ｈ
と、水素リッチガスを冷却するための冷却器Ｃと、気水
分離装置Ｓと、リサイクルライン１９と、循環ポンプＰ
２と、開閉弁Ｖ１〜Ｖ５と、第１リアクタ１５および第
２リアクタ１７からなるＣｏ，Ｃｏ２の不純物を除去す
る不純物除去装置と備える。気液分離槽Ｓは水素リッチ
ガスから水分を分離してリサイクルライン１９を介して
アークプラズマ反応装置１４に循環してリサイクル原料
として再利用する。
【００１３】 図２において、水素製造装置１０は炭素
原料投入装置１２に接続されたアークプラズマ反応装置
１４と、プラズマ電源１６と、冷却器Ｈとを備える。原
料投入装置１２は粉末状、ペレット状または塊状黒鉛、
粒状活性炭、球状炭素あるいはカーボンパウダー等の固
形状炭素原料を貯蔵するホッパ２０と、スクリューフィ
ーダ２２と、ロータリバルブ２４とを備え、プラズマ反
応装置１４内に炭素原料を投入する。プラズマ反応装置
１４は耐熱性のセラミックからなる円筒状外部絶縁ケー
シング２６と、アークプラズマ反応室３４を備える内部
絶縁ケーシング３２とを備え、その上端部にボルト３０
により装着された絶縁性電極ホルダー２８を備える。ア
ークプラズマ反応室３４内に粒状炭素材が充填される
と、炭素材の隙間に多数の微小アーク通路３５が形成さ
れ、これらによりスチームが多数の微小流に分割される
とともに、アーク電極に電力が供給されたときに微小ア
ーク通路内にスパークによる多量の微小プラズマアーク
が均一に発生する。原料水はプラズマアーク反応室３４
の上流側で高温により水蒸気となり、この水蒸気の微小
流が微小アーク通路を通過する間に炭素材の炭素と接触
反応して前述の反応式の如く水素リッチガスが生成され
る。
原料投入装置１２に接続されたアークプラズマ反応装置
１４と、プラズマ電源１６と、冷却器Ｈとを備える。原
料投入装置１２は粉末状、ペレット状または塊状黒鉛、
粒状活性炭、球状炭素あるいはカーボンパウダー等の固
形状炭素原料を貯蔵するホッパ２０と、スクリューフィ
ーダ２２と、ロータリバルブ２４とを備え、プラズマ反
応装置１４内に炭素原料を投入する。プラズマ反応装置
１４は耐熱性のセラミックからなる円筒状外部絶縁ケー
シング２６と、アークプラズマ反応室３４を備える内部
絶縁ケーシング３２とを備え、その上端部にボルト３０
により装着された絶縁性電極ホルダー２８を備える。ア
ークプラズマ反応室３４内に粒状炭素材が充填される
と、炭素材の隙間に多数の微小アーク通路３５が形成さ
れ、これらによりスチームが多数の微小流に分割される
とともに、アーク電極に電力が供給されたときに微小ア
ーク通路内にスパークによる多量の微小プラズマアーク
が均一に発生する。原料水はプラズマアーク反応室３４
の上流側で高温により水蒸気となり、この水蒸気の微小
流が微小アーク通路を通過する間に炭素材の炭素と接触
反応して前述の反応式の如く水素リッチガスが生成され
る。
【００１４】 絶縁ホルダー２８は棒状多相交流電極３
６、３８、４０を支持する。絶縁ケーシング３２の下部
にはアーク発生用熱電子を放出するための円板状接地電
極４２が配置される。内部絶縁ケーシング３２の内部に
円筒状アークプラズマ反応室３４が形成される。接地電
極４２は絶縁ケーシング２６の下端部に形成された電極
ホルダー７８により支持され、ボルト８０で固定され
る。電極ホルダー２８は炭素原料投入装置１２に接続さ
れた炭素材供給口５０を備える。絶縁ケーング２６の上
部には原料水または水蒸気を導入するための原料水供給
口５２がアーク電極３６、３８、４０の上部付近に隣接
して配置される。その理由は、原料水または水蒸気によ
ってアーク電極を効果的に冷却してアーク電極の異常温
度上昇を防止するためである。内部ケーシン３２の外周
にはスパイラル状冷却通路５４からなる予熱部６３が形
成され、これら冷却通路は連通路６４により互いに連通
している。絶縁ケーシング２６はインレット７４および
アウトレット７６を備え、インレット７４は原料水供給
ポンプに連結され、アウトレット７６は原料水供給口５
２と連通している。絶縁ケーシング２６の下端部を構成
するフランジ部７８にはボルト８０を介してエンドプレ
ート８２が固定され、これらの間にシール材８３が配置
される。アークプラズマ反応室３４の下端部には０．２
乃至０．５μｍの平均開口を有するフイルタ８４がエン
ドプレート８２により支持されている。エンドプレート
８２は水素リッチガスアウトレット８６を備える。符号
８８は電極ホルダー２８とケーシング２６，３２との間
に配置されたシール部材を示す。
６、３８、４０を支持する。絶縁ケーシング３２の下部
にはアーク発生用熱電子を放出するための円板状接地電
極４２が配置される。内部絶縁ケーシング３２の内部に
円筒状アークプラズマ反応室３４が形成される。接地電
極４２は絶縁ケーシング２６の下端部に形成された電極
ホルダー７８により支持され、ボルト８０で固定され
る。電極ホルダー２８は炭素原料投入装置１２に接続さ
れた炭素材供給口５０を備える。絶縁ケーング２６の上
部には原料水または水蒸気を導入するための原料水供給
口５２がアーク電極３６、３８、４０の上部付近に隣接
して配置される。その理由は、原料水または水蒸気によ
ってアーク電極を効果的に冷却してアーク電極の異常温
度上昇を防止するためである。内部ケーシン３２の外周
にはスパイラル状冷却通路５４からなる予熱部６３が形
成され、これら冷却通路は連通路６４により互いに連通
している。絶縁ケーシング２６はインレット７４および
アウトレット７６を備え、インレット７４は原料水供給
ポンプに連結され、アウトレット７６は原料水供給口５
２と連通している。絶縁ケーシング２６の下端部を構成
するフランジ部７８にはボルト８０を介してエンドプレ
ート８２が固定され、これらの間にシール材８３が配置
される。アークプラズマ反応室３４の下端部には０．２
乃至０．５μｍの平均開口を有するフイルタ８４がエン
ドプレート８２により支持されている。エンドプレート
８２は水素リッチガスアウトレット８６を備える。符号
８８は電極ホルダー２８とケーシング２６，３２との間
に配置されたシール部材を示す。
【００１５】 三相交流電極３６、３８、４０はプラズ
マ電源１６に接続され、この中性点に接地電極４２が接
続される。プラズマ電源１６から三相交流電極３６、３
８、４０と中性電極４２との間に、出力周波数５０−６
０Ｈｚ、出力電圧３０−２４０Ｖ，出力電流５０−２０
０Ａの三相交流電力が給電される。このとき、三相交流
電極３６、３８、４０のうち、２つの電極と３つの電極
から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素原料の隙間
にスパークによるアークプラズマが発生する。三相交流
電流の位相に応じて、プラズマアークの発生位置が連続
的に変化し、炭素原料の隙間には常時多量の電離イオン
が供給され、接地電極４２からは常時熱電子が放出され
るため、プラズマアークが常に安定して連続的に発生す
る。
マ電源１６に接続され、この中性点に接地電極４２が接
続される。プラズマ電源１６から三相交流電極３６、３
８、４０と中性電極４２との間に、出力周波数５０−６
０Ｈｚ、出力電圧３０−２４０Ｖ，出力電流５０−２０
０Ａの三相交流電力が給電される。このとき、三相交流
電極３６、３８、４０のうち、２つの電極と３つの電極
から交互に中性電極４２に電流が流れ、炭素原料の隙間
にスパークによるアークプラズマが発生する。三相交流
電流の位相に応じて、プラズマアークの発生位置が連続
的に変化し、炭素原料の隙間には常時多量の電離イオン
が供給され、接地電極４２からは常時熱電子が放出され
るため、プラズマアークが常に安定して連続的に発生す
る。
【００１６】 図１に戻って、不純物除去装置の第１リ
アクタ１５は一対のリアクタ１５０，１５０‘を備え、
これらは開閉弁Ｖ２〜Ｖ５を介して交互に運転される。
リアクタ１５０，１５０’内にはそれぞれ活性炭１５０
ａおよび、例えば、（株）日揮ケミカルにより商品名
“Ｎ９３８”で市販されているコバルト／モリブデン触
媒からなるＣｏ転化触媒１５０ｂとを備え、水素リッチ
ガス中のＣｏをＣＯ２に転換する。ＣＯ２吸着塔１７は
公知のＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓ
ｏｒｐｔｉｏｎ）の如く、活性炭を充填した高圧吸着塔
と低圧吸着塔とを備え、残留Ｃｏ，ＣＯ２を吸着して高
純度水素ガスＨ２として排出される。また、Ｃｏ２吸着
塔１７は例えば、特開平１１−２４４６５２号に開示さ
れた炭酸ガス吸着剤を塔内に充填してこの中に水素リッ
チガスを通過させてＣＯ２を吸着させても良い。
アクタ１５は一対のリアクタ１５０，１５０‘を備え、
これらは開閉弁Ｖ２〜Ｖ５を介して交互に運転される。
リアクタ１５０，１５０’内にはそれぞれ活性炭１５０
ａおよび、例えば、（株）日揮ケミカルにより商品名
“Ｎ９３８”で市販されているコバルト／モリブデン触
媒からなるＣｏ転化触媒１５０ｂとを備え、水素リッチ
ガス中のＣｏをＣＯ２に転換する。ＣＯ２吸着塔１７は
公知のＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓ
ｏｒｐｔｉｏｎ）の如く、活性炭を充填した高圧吸着塔
と低圧吸着塔とを備え、残留Ｃｏ，ＣＯ２を吸着して高
純度水素ガスＨ２として排出される。また、Ｃｏ２吸着
塔１７は例えば、特開平１１−２４４６５２号に開示さ
れた炭酸ガス吸着剤を塔内に充填してこの中に水素リッ
チガスを通過させてＣＯ２を吸着させても良い。
【００１７】 図１に基づいて本発明による望ましい実
施例による水素製造法につき、以下の通り説明する。
施例による水素製造法につき、以下の通り説明する。
【００１８】 ステップ１（以下、ＳＴと略す）：原料
水供給口５２と水素リッチガス取出口８６と、絶縁ケー
シング３２と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプ
ラズマ反応室３４と、アークプラズマ反応室３４に配置
された多相交流電極３６、３８、４０と接地電極４２と
を備えたアークプラズマ反応装置１４を準備する。
水供給口５２と水素リッチガス取出口８６と、絶縁ケー
シング３２と、絶縁ケーシング内に形成されたアークプ
ラズマ反応室３４と、アークプラズマ反応室３４に配置
された多相交流電極３６、３８、４０と接地電極４２と
を備えたアークプラズマ反応装置１４を準備する。
【００１９】 ＳＴ２： アークプラズマ反応室内３４
に固形状炭素材を充填して炭素材の隙間に微小アーク通
路３５を形成する。
に固形状炭素材を充填して炭素材の隙間に微小アーク通
路３５を形成する。
【００２０】 ＳＴ３： アーク電極３６、３８、４０
と接地電極４２との間に多相交流電力を供給して微小ア
ーク通路内３５内に微小アークプラズマを発生させる。
このとき、反応室内の温度を８００〜２２００℃の範囲
となるように入力電圧を制御する。このとき、反応温度
が高いほど水素含有量が増加する。
と接地電極４２との間に多相交流電力を供給して微小ア
ーク通路内３５内に微小アークプラズマを発生させる。
このとき、反応室内の温度を８００〜２２００℃の範囲
となるように入力電圧を制御する。このとき、反応温度
が高いほど水素含有量が増加する。
【００２１】 ＳＴ４： 原料水供給口５２から原料水
または水蒸気Ｈ２Ｏを微小アーク通路３５内に通過させ
てアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを
接触反応させ、前述の反応式（１）、（２）の如く水素
リッチガスを生成する。
または水蒸気Ｈ２Ｏを微小アーク通路３５内に通過させ
てアークプラズマの存在下で水蒸気と炭素材の炭素とを
接触反応させ、前述の反応式（１）、（２）の如く水素
リッチガスを生成する。
【００２２】 ＳＴ５： 水素リッチガスを第１リアク
タ１５に通過させてＣｏをＣＯ２に転化し、ＣＯ２吸収
塔１７でＣＯ２を吸着して高純度水素ガスＨ２を生成す
る。
タ１５に通過させてＣｏをＣＯ２に転化し、ＣＯ２吸収
塔１７でＣＯ２を吸着して高純度水素ガスＨ２を生成す
る。
【００２３】 次に、図１の水素製造装置１０の作用に
つき説明する。図１において、先ず、スクリューフイー
ダ２２およびロータリバルブ２４を駆動して、アークプ
ラズマ反応装置１４内に粒状活性炭等の炭素材を所定レ
ベルまで充填する。そのとき、ロータリバルブ２４およ
びスクリューフイーダ２２を停止する。次に、原料水を
給水ポンプＰ１により予熱部６３を通過させた後、原料
水供給口５２に供給するとともに、アークプラズマ反応
装置１４のアーク電極に三相交流電力を供給する。この
時、原料水供給口５２からアークプラズマ反応室３４に
供給された原料水はその上流付近で高温により水蒸気に
変換されて多量の微小流に分割されて多量の微小アーク
通路内に流入し、水蒸気の微小流はアークプラズマ反応
室の上流から下流にかけて通過する。このとき、水蒸気
の微小流は微小アーク通路３５を通過しながら炭素と接
触反応して水素リッチガスが生成され、アウトレット８
６から排出される。
つき説明する。図１において、先ず、スクリューフイー
ダ２２およびロータリバルブ２４を駆動して、アークプ
ラズマ反応装置１４内に粒状活性炭等の炭素材を所定レ
ベルまで充填する。そのとき、ロータリバルブ２４およ
びスクリューフイーダ２２を停止する。次に、原料水を
給水ポンプＰ１により予熱部６３を通過させた後、原料
水供給口５２に供給するとともに、アークプラズマ反応
装置１４のアーク電極に三相交流電力を供給する。この
時、原料水供給口５２からアークプラズマ反応室３４に
供給された原料水はその上流付近で高温により水蒸気に
変換されて多量の微小流に分割されて多量の微小アーク
通路内に流入し、水蒸気の微小流はアークプラズマ反応
室の上流から下流にかけて通過する。このとき、水蒸気
の微小流は微小アーク通路３５を通過しながら炭素と接
触反応して水素リッチガスが生成され、アウトレット８
６から排出される。
【００２４】 上記実施例において、三相交流電極もし
くは絶縁ケーシングに温度センサを装着して温度信号を
発生させ、コンピュータに記憶させた最適基準温度信号
と比較してインバータからなる三相交流電源の出力周波
数または出力電圧を所定レベルに制御することによりア
ークプラズマ反応室内の作動温度を常時安定したレベル
に維持するようにしてもよい。
くは絶縁ケーシングに温度センサを装着して温度信号を
発生させ、コンピュータに記憶させた最適基準温度信号
と比較してインバータからなる三相交流電源の出力周波
数または出力電圧を所定レベルに制御することによりア
ークプラズマ反応室内の作動温度を常時安定したレベル
に維持するようにしてもよい。
【００２５】 本発明の水素製造法およびその装置によ
れば、次のような利点を備える。 （１）水素の出発原料として天然ガスの代わりに極めて
安価な水と安価な固形状炭素材とを利用するため、原料
コストを大幅に低減して、水素の大幅コストダウンが図
れる。 （２）小型高性能のアークプラズマ反応装置を用いて、
大量の水素リッチガスを生成するようにしたため、水素
の生産効率が高い。 （３）炭素材は全て水素生成用にのみ利用され、改質器
の燃焼用燃料として利用されないため、原料の利用効率
が極めて高い。 （４）アークプラズマ反応装置は、リアクタ反応室内の
作動温度を８００℃以上に維持することにより、水素リ
ッチガス中のＨ２比率を高められるため、水素製造プラ
ントの運転制御の最適化が容易となる。 （５）従来のスチームリフォーミング法によれば炭化水
素燃料を燃焼させる複雑なプロセスが必要であるが、本
発明方法及び装置ではこれらの複雑な工程が不要なた
め、水素製造プラントの運転制御が極めて簡略化され、
運転コストも大幅コストダウンが可能となる。 （６）本発明では炭素材の隙間に多数の微小アーク通路
を形成するとともに、水蒸気を多数の微小流に分割して
多数の微小通路内にそれぞれ通過させながら、連続的に
電離イオンを発生させて微小アークを発生させたため、
水蒸気の微小流とアークとの接触効率を改善し、水素リ
ッチガスの生成効率が飛躍的に向上する。 （７）本発明方式では、アーク電極への電力の供給遮断
とポンプの電源のオンオフのみで製造プラントの立ち上
げ並びに運転停止を瞬時に実行することが可能となり、
特に、地震その他の緊急対策時に極めて安全となり、周
辺住民への安全対策上有利である （８）本発明の製造装置は小型、コンパクト、高性能で
あり、しかも、製造プロセスが簡略化されているため、
投資回収を短期間にできる。 （９）本発明の水素製造プラントは小型高性能で安全で
あるため、最終プロダクト合成プラントに隣接して設置
が可能となり、その分、水素の輸送コストを削減可能と
し、しかも、水素のトラック輸送に伴う環境破壊の防止
が実現可能となる。
れば、次のような利点を備える。 （１）水素の出発原料として天然ガスの代わりに極めて
安価な水と安価な固形状炭素材とを利用するため、原料
コストを大幅に低減して、水素の大幅コストダウンが図
れる。 （２）小型高性能のアークプラズマ反応装置を用いて、
大量の水素リッチガスを生成するようにしたため、水素
の生産効率が高い。 （３）炭素材は全て水素生成用にのみ利用され、改質器
の燃焼用燃料として利用されないため、原料の利用効率
が極めて高い。 （４）アークプラズマ反応装置は、リアクタ反応室内の
作動温度を８００℃以上に維持することにより、水素リ
ッチガス中のＨ２比率を高められるため、水素製造プラ
ントの運転制御の最適化が容易となる。 （５）従来のスチームリフォーミング法によれば炭化水
素燃料を燃焼させる複雑なプロセスが必要であるが、本
発明方法及び装置ではこれらの複雑な工程が不要なた
め、水素製造プラントの運転制御が極めて簡略化され、
運転コストも大幅コストダウンが可能となる。 （６）本発明では炭素材の隙間に多数の微小アーク通路
を形成するとともに、水蒸気を多数の微小流に分割して
多数の微小通路内にそれぞれ通過させながら、連続的に
電離イオンを発生させて微小アークを発生させたため、
水蒸気の微小流とアークとの接触効率を改善し、水素リ
ッチガスの生成効率が飛躍的に向上する。 （７）本発明方式では、アーク電極への電力の供給遮断
とポンプの電源のオンオフのみで製造プラントの立ち上
げ並びに運転停止を瞬時に実行することが可能となり、
特に、地震その他の緊急対策時に極めて安全となり、周
辺住民への安全対策上有利である （８）本発明の製造装置は小型、コンパクト、高性能で
あり、しかも、製造プロセスが簡略化されているため、
投資回収を短期間にできる。 （９）本発明の水素製造プラントは小型高性能で安全で
あるため、最終プロダクト合成プラントに隣接して設置
が可能となり、その分、水素の輸送コストを削減可能と
し、しかも、水素のトラック輸送に伴う環境破壊の防止
が実現可能となる。
【００２５】 上記実施例において、アークプラズマリ
アクタは原料水を上流から供給して合成ガスを下流に設
けた合成ガスアウトレットから取出すものとして説明し
たが、炭素材の種類によってスラグの発生量が多いとき
は原料水供給口をリアクタの下流側に設け、合成ガスア
ウトレットをリアクタの上流に設けてサイクロンでスラ
グと合成ガスを分離するようにしても良い。また、プラ
ズマアーク反応装置は棒状の三相交流電極を利用したも
のとして説明したが、三相交流電極を軸方向に間隔を置
いて配置された円筒状電極とその中央部に配置された棒
状接地電極により構成しても良い。
アクタは原料水を上流から供給して合成ガスを下流に設
けた合成ガスアウトレットから取出すものとして説明し
たが、炭素材の種類によってスラグの発生量が多いとき
は原料水供給口をリアクタの下流側に設け、合成ガスア
ウトレットをリアクタの上流に設けてサイクロンでスラ
グと合成ガスを分離するようにしても良い。また、プラ
ズマアーク反応装置は棒状の三相交流電極を利用したも
のとして説明したが、三相交流電極を軸方向に間隔を置
いて配置された円筒状電極とその中央部に配置された棒
状接地電極により構成しても良い。
【００２６】
【発明の効果】 以上より、明らかなように、本発明の
水素製造法および製造装置によれば、極めて低コストで
水素の大量生産が可能であり、実用上の貢献度が極めて
高い。
水素製造法および製造装置によれば、極めて低コストで
水素の大量生産が可能であり、実用上の貢献度が極めて
高い。
【図１】本発明に係る望ましい実施例による水素製造装
置の概略図を示す。
置の概略図を示す。
【図２】図１のアークプラズマ反応装置の断面図を示
す。
す。
１２ 炭素材投入装置、１４ アークプラズマ反応装
置、２４ ロータリバルブ、２６ 外部ケーシング、２
８ 電極ホルダー、３２ 外部ケーシング、３４ アー
クプラズマ反応装置、３５ 微小アーク通路、６３ 予
熱部
置、２４ ロータリバルブ、２６ 外部ケーシング、２
８ 電極ホルダー、３２ 外部ケーシング、３４ アー
クプラズマ反応装置、３５ 微小アーク通路、６３ 予
熱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｊ 3/02 Ｃ１０Ｊ 3/02 Ｊ Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】 原料水供給口と水素リッチガス取出口と
を有する絶縁ケーシングと、絶縁ケーシング内に形成さ
れたアークプラズマ反応室と、アークプラズマ反応室に
配置されたアーク電極とを備えたアークプラズマ反応装
置を準備する工程と；アークプラズマ反応室内に固形状
炭素材を充填して固形状炭素材の隙間に多数の微小アー
ク通路を形成する工程と；アーク電極にアーク発生電力
を供給して微小アーク通路内に微小アークプラズマを発
生させる工程と；原料水供給口から原料水または水蒸気
を多数の微小流に分割して多数の微小アーク通路内にそ
れぞれ通過させ、アークプラズマの存在下で微小流の水
蒸気と固形状炭素材の炭素とを接触反応させて水素リッ
チガスを生成する工程と；より成ることを特徴とする水
素の製造法。 - 【請求項２】 請求項１において、さらに、水素リッチ
ガスを冷却して水分を回収する工程と、水分をアークプ
ラズマ反応装置にリサイクルする工程と、水素リッチガ
スからＣｏおよびＣｏ２からなる不純物を除去する工程
とをさらに備える水素の製造法。 - 【請求項３】 請求項１において、アーク電極が絶縁ケ
ーシングにより支持された三相交流電極と、三相交流電
極から間隔を置いて配置された接地電極とを備え、三相
電極と接地電極との間で同時に複数のアークプラズマが
回転しながら発生することを特徴とする水素の製造法。 - 【請求項４】 炭素材原料投入口と、原料水供給口と、
水素リッチガス用アウトレットとを有する円筒状絶縁ケ
ーシングと；円筒状絶縁ケーシング内に形成されたアー
クプラズマ反応室と；絶縁ケーシングに支持された絶縁
性電極ホルダーと；電極ホルダーに支持されてアークプ
ラズマ反応室内に延びていて、プラズマ電源から供給さ
れたアーク電力によりアークプラズマを発生させるアー
ク電極と；アークプラズマ反応室内に充填されていてそ
の隙間にスパークによる微小アークプラズマを発生させ
るとともに、原料水またはスチームを多数の微小流に分
割するための多数の微小アーク通路を備え、スチームの
微小流が微小アーク通路を通過する間に微小アークプラ
ズマの存在下で炭素と接触反応して水素リッチガスを生
成する固形上炭素材と；を備える水素製造装置。 - 【請求項５】 請求項４において、水素リッチガスから
水分を分離する気液分離槽と、回収した水分をアークプ
ラズマ反応装置に循環させるリサイクルラインと、水素
リッチガスから不純物を分離する工程とをさらに備える
水素製造装置。 - 【請求項６】 請求項４において、絶縁ケーシングが同
心的な内部ケーシングと外部ケーシングと、内部ケーシ
ングと外部ケーシングとの間に配置されて原料水を予熱
するための予熱部とを備える水素製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059208A JP2002226201A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 水素の製造法およびその装置 |
| US10/058,842 US20020100215A1 (en) | 2001-01-29 | 2002-01-28 | Method and system for producing hydrogen from solid carbon and water |
| CN02106210A CN1370732A (zh) | 2001-01-29 | 2002-01-29 | 由固体碳和水生产氢气的方法和系统 |
| EP02250603A EP1227142A3 (en) | 2001-01-29 | 2002-01-29 | Method and system for producing hydrogen from solid carbon materials and water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001059208A JP2002226201A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 水素の製造法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002226201A true JP2002226201A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18918807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001059208A Pending JP2002226201A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 水素の製造法およびその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020100215A1 (ja) |
| EP (1) | EP1227142A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002226201A (ja) |
| CN (1) | CN1370732A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101594350B1 (ko) * | 2015-06-30 | 2016-02-16 | 주식회사 윈테크에너지 | 스팀 플라즈마를 이용한 수소 제조장치 및 수소 제조방법 |
| KR20200131924A (ko) * | 2019-05-14 | 2020-11-25 | 주식회사 고도이엔지 | 플라즈마 장치 및 이를 포함하는 개질 시스템 |
| KR20200131922A (ko) * | 2019-05-14 | 2020-11-25 | 주식회사 고도이엔지 | 수소 정제 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2424805C (en) * | 2003-04-04 | 2009-05-26 | Pyrogenesis Inc. | Two-stage plasma process for converting waste into fuel gas and apparatus therefor |
| FR2874023B1 (fr) * | 2004-08-04 | 2007-06-08 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication d'un gaz combustible par action d'un plasma immerge sur de la matiere organique en milieu aqueux |
| DE102006007457B4 (de) * | 2006-02-17 | 2007-12-27 | Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Gas aus kohlenstoffhaltigem Material |
| DE102006007458B4 (de) * | 2006-02-17 | 2010-07-08 | Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material sowie Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie |
| ES2317728B1 (es) * | 2006-04-19 | 2010-02-09 | Antonio Victor De La Vega Montero | Metodo de obtencion de hidrogeno por disociacion de agua. |
| KR100861004B1 (ko) | 2006-12-18 | 2008-09-30 | 조선대학교산학협력단 | 합성 가스 생성용 글라이드 아크 플라즈마 개질장치 및 연료 개질방법 |
| US8236150B2 (en) * | 2010-07-01 | 2012-08-07 | Magnegas Corporation | Plasma-arc-through apparatus and process for submerged electric arcs |
| CN102009949B (zh) * | 2010-09-28 | 2013-03-20 | 周开根 | 一种用水产生合成气的方法 |
| US10214417B2 (en) * | 2016-02-25 | 2019-02-26 | Ge Aviation Systems Llc | Solid hydrogen reaction system and method of liberation of hydrogen gas |
| CN109110730B (zh) * | 2018-09-11 | 2020-06-09 | 浙江工业职业技术学院 | 用于新能源汽车的动力制取装置 |
Family Cites Families (4)
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