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公開番号2024163509
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-22
出願番号2023079197
出願日2023-05-12
発明の名称水素製造装置
出願人個人
代理人個人
主分類C01B 3/02 20060101AFI20241115BHJP(無機化学)
要約【課題】高いエネルギー投資効率で水素を製造することができる水素製造装置を提供する。
【解決手段】水素製造装置1は、バイオマス原料Bを無酸素又は低酸素状態で加熱して熱分解することで水素ガスを含む生成ガスGを生成するガス生成部10と、ガス生成部10で生成された生成ガスGから水素ガスを分離する水素ガス分離器30とを備える。ガス生成部10は、バイオマス原料Bを熱分解する熱分解炉50と、熱分解炉50に外気が流入するのを抑制する外気流入抑制手段とを含む。熱分解炉50は、ロータリキルン51と、ロータリキルン51を加熱するヒータ52とを有する。ヒータ52は、ロータリキルン51の内部を1000℃から1100℃に加熱するように構成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バイオマス原料を無酸素又は低酸素状態で加熱して熱分解することで水素ガスを含む生成ガスを生成するガス生成部と、
前記ガス生成部で生成された前記生成ガスから前記水素ガスを分離する水素ガス分離器と
を備える、水素製造装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ガス生成部は、
前記バイオマス原料を無酸素又は低酸素状態で加熱して熱分解する熱分解炉と、
前記熱分解炉に外気が流入するのを抑制する外気流入抑制手段と
を含む、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記ガス生成部は、前記バイオマス原料を前記熱分解炉に供給する原料供給部をさらに含み、
前記原料供給部は、
前記バイオマス原料が投入されるホッパと、
前記バイオマス原料を前記ホッパから前記熱分解炉に供給可能なシリンダと
前記シリンダに接続される吸引ポンプと
を含み、
前記吸引ポンプは、前記外気流入抑制手段として機能する、
請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記ガス生成部は、前記バイオマス原料を無酸素又は低酸素状態で加熱して熱分解する熱分解炉を含み、
前記熱分解炉は、
炉本体と、
前記炉本体を加熱するヒータと
を有する、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記熱分解炉の前記ヒータは、前記炉本体の内部を１０００℃から１１００℃に加熱するように構成される、請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記ガス生成部は、バイオマス燃料を用いて電力を生成する発電部をさらに含み、
前記発電部により生成された前記電力の少なくとも一部は前記ヒータに供給される、
請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記ガス生成部は、前記水素ガス分離器で分離された前記水素ガスを用いて電力を生成する発電部をさらに含み、
前記発電部により生成された前記電力の少なくとも一部は前記ヒータに供給される、
請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記水素ガス分離器は、
前記生成ガスを供給する供給ポートと、前記生成ガス中の水素ガスを排出する水素排出ポートとを有するハウジングと、
前記生成ガス中の前記水素ガスを透過させるが、前記生成ガス中の少なくとも１種のガスは透過させない水素ガス透過膜と
を含み、
前記水素ガス透過膜は、前記供給ポートを通じて前記生成ガスが供給される第１の空間と、前記水素排出ポートに連通する第２の空間とを互いに隔絶するように前記ハウジング内に収容される、
請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項９】
前記水素ガス分離器の前記水素ガス透過膜はシリカ膜から形成される、請求項８に記載の水素製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造装置に係り、特にバイオマス原料から水素を製造する水素製造装置に関するものである。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、次世代のクリーンエネルギー源として水素が注目されており、将来的に水素の需要が増えることが予想される。水素の原料として石油や天然ガスなどの化石燃料を用いると、水素の製造時に二酸化炭素が排出されるため、カーボンニュートラルの観点からバイオマス原料から水素を製造する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された装置は、予熱したアルミナ、セラミック、鋼などの熱担持媒体をバイオマス原料に供給して熱分解ガスを生成する熱分解器と、この熱分解ガスに水蒸気と酸素を供給して昇温して水素に富む改質ガスを生成する改質器とを備えている。しかしながら、この水素製造装置における熱分解器の温度は中低温（６８０℃～７４０℃）であるため、反応速度が遅く、生成ガス中の水素含有率も５割程度に留まり、エネルギー投資効率が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／００８６２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高いエネルギー投資効率で水素を製造することができる水素製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、高いエネルギー投資効率で水素を製造することができる水素製造装置が提供される。この水素製造装置は、バイオマス原料を無酸素又は低酸素状態で加熱して熱分解することで水素ガスを含む生成ガスを生成するガス生成部と、上記ガス生成部で生成された上記生成ガスから上記水素ガスを分離する水素ガス分離器とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の第１の実施形態における水素製造装置を示す概念図である。
図２は、図１に示す水素製造装置における水素ガス分離器の構成を示す概念図である。
図３は、本発明の第２の実施形態における水素製造装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明に係る水素製造装置の実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。図１から図３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図３においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態における水素製造装置１を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態における水素製造装置１は、バイオマス原料Ｂを熱分解して水素を含む生成ガスＧを生成するガス生成部１０と、ガス生成部１０で生成された生成ガスＧを洗浄及び処理するスクラバ２０と、スクラバ２０で処理された生成ガスＧから水素を分離する水素ガス分離器３０と、スクラバ２０で処理された生成ガスＧを水素ガス分離器３０に移送する吸引ポンプ２２と、水素ガス分離器３０により分離された水素ガスを捕集する水素ガス捕集タンク４０と、水素ガス分離器３０により水素ガスから分離された残存ガスを捕集する残存ガス捕集タンク４２とを備えている。バイオマス原料Ｂは動植物から生まれた有機性資源であり、このようなバイオマス原料Ｂの例としては、木屑、紙屑、繊維屑、木材、農林水産物、稲わら、籾殻、食品廃棄物、生ゴミ、動物の死骸、動物の糞尿、プランクトンなどが挙げられるが、これらに限られるものではない。
【０００９】
ガス生成部１０は、バイオマス原料Ｂを熱分解する熱分解炉５０と、熱分解炉５０にバイオマス原料Ｂを供給する原料供給部６０と、熱分解炉５０で生成された生成ガスＧと熱分解後の残留物Ｒとを排出する排出部７０とを含んでいる。熱分解炉５０は、図示しないモータにより軸周りに回転駆動されるロータリキルン５１（炉本体）と、ロータリキルン５１の外周に取り付けられるヒータ５２とを有している。このヒータ５２としては電気により発熱する電気式加熱器を用いることができる。ヒータ５２は、ロータリキルン５１の内部を１０００℃～１１００℃に加熱できる能力を有することが好ましい。また、ロータリキルン５１内の温度を測定する温度検出器を設け、検出された温度に応じてヒータ５２による加熱を制御してもよい。なお、図１においては、ロータリキルン５１が水平に置かれているように示されているが、ロータリキルン５１の下流側（図１において右側）の端部が上流側（図１において左側）の端部よりも下方に位置するようにロータリキルン５１を傾斜させて配置して、バイオマス原料Ｂが下流側に向かって流れやすくなるようにすることが好ましい。
【００１０】
原料供給部６０は、バイオマス原料Ｂを貯留するホッパ６１と、ホッパ６１にバイオマス原料Ｂを搬送するコンベア６２と、ロータリキルン５１の上流側の端部に接続されるシリンダ６３と、シリンダ６３内で軸方向に移動可能なピストン６４と、ピストン６４を軸方向に移動させる駆動部６５と、ホッパ６１の下部から供給されるバイオマス原料Ｂを混合しつつシリンダ６３に移送するスクリュコンベア６６と、スクリュコンベア６６を回転駆動させるモータ６７とを有している。水素製造装置１は、必要に応じて、ホッパ６１に投入する前のバイオマス原料を適切な大きさに粉砕する粉砕器１２を有していてもよい。この場合には、バイオマス原料Ｂは粉砕器１２により粉砕された後にコンベア６２によってホッパ６１に投入される。
（【００１１】以降は省略されています）

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