成果報告書詳細
管理番号20120000000023
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 水素製造・輸送・貯蔵システム等技術開発 水素製造機器要素技術に関する研究開発 水素製造装置の高性能化・低コスト化・コンパクト化に関する研究開発
公開日2012/3/13
報告書年度2008 - 2010
委託先名三菱化工機株式会社
プロジェクト番号P08003
部署名新エネルギー部
和文要約2015年頃の水素ステーション普及初期に実用的な水素ステーションの検討を行い、水素製造装置の仕様を決定した。(1)水素製造能力:300Nm3/h(2)設置面積:10m×5.5m(周囲メンテナンススペース含む)(3)装置コスト:90百万円以下(4)装置運用:起動時間1時間,DSS運用;高性能反応器の研究開発では、水素製造装置プロセス及び機器構成につき装置サイズを考慮し決定した。水蒸気改質におけるスチーム/カーボン比(S/C)を2.5、水素PSAの水素回収率を90%とした。S/C=2.5を達成するため、マイクロ試験設備にてS/C=2.5において十分な活性を有する改質触媒を探索し、Ni系触媒でもS/C=2.5で使用できることを見出した。水素製造装置の主要機器である改質器につき小型化検討を行い、占有容積が従来比1/5となる改質器構造を考案した。熱流動解析と模擬改質器による燃焼試験を実施し、考案した改質器構造が概ね妥当との結果を得た。高性能水素PSAの研究開発ではパイロット試験設備での検証試験を実施し、新規PSAシステムの各パラメータの影響傾向を把握し、PSAシステムのシーケンス設計データを入手し、実規模PSAシステムの検討を行い、真空再生方式の採用、高サイクル化により、水素回収率90%の達成できる見通しと、従来に比して1塔当りの吸着剤量を1/3に、PSAシステムとしては占有容積で1/2に縮小出来る見通しを得た。前述の要素開発を元にした水素製造装置の検証のため、75Nm3/h水素製造装置試作機を製作し運転を行った。延べ運転時間168時間,起動停止21回の運転を実施し、定格原料負荷にて水素製造量75Nm3/h、改質効率82.5%以上を確認した。ただし、水素回収率、製品水素純度は設計値に及ばなかったため、水素PSAのさらなる調整が必要である。また、起動時間も3時間を要したため、改質器昇温速度の改善、起動工程の調整が必要である。本試作機についてユーザの視点から評価を行い、装置の信頼性、耐久性、メンテナンス性等を向上させるべく、設計仕様に反映させ、試作機の運転結果から装置改善項目を抽出した。 商用水素製造装置の試設計を行い、概略装置サイズは、7.5m×3.2m×3.3mHとなり、目標設置面積収まる見通しを得た。装置コストは現状試算では1億円を超過し、目標9000万円を超える結果となったが、装置仕様の見直し及び生産基数増大効果を検討し、目標コストの達成を図る。
英文要約Title:Development of Technologies for Hydrogen Production, Delivery and Storage Systems. Development of Elemental Technologies for Hydrogen Production Components. Development of High Efficiency, Low Cost and Small Hydrogen Production Equipment (FY2008-FY2010) Final Report
We examined a practicable hydrogen station in the first stage of the hydrogen station spread in about 2015, and decided the specification of the hydrogen production equipment. (1)Hydrogen production capacity: 300Nm3/h (2)footprint of hydrogen production equipment was 5.5m x 10m including maintenance area (3)device cost is 90 million yen or less (4) equipment operation: DSS operation and start-up time:1 hour; We planned to get the efficiency of hydrogen production about 85%(HHV, based on supplied energy of feed gas) under the condition of steam-carbon ratio S/C 2.5 and H2-PSA efficiency 90%. As results of test of reformation catalyst at micro-reactor, Ni-based catalyst has possibility to use in commercial equipment at S/C 2.5. As results of examination of new type burner at the 50Nm3/h-class model furnace, the burner has good incineration performance. Investigating the reformer structure, the size of reformer is 1/5 of the past equipment. Based on the simulation and examination at micro-PSA apparatus, we adopted the vacuum desorption and high-cyclic H2-PSA. As results of designing of commercial-scale PSA system, the size of H2-PSA system became 1/2 of the past system. Based on the basic design of 300Nm3/h-class hydrogen production equipment, we designed and constructed the 75Nm3/h-class proto type hydrogen production equipment. We operated the proto type equipment during 168 hours in the total (start-up and shut-down was 21 times), and we got amount 75Nm3/h of the hydrogen and the reforming efficiency 82.5% or more at full load. However, because the H2-PSA efficiency and hydrogen purity did not reach the designed value, a further adjustment of H2-PSA is necessary. Moreover, because the start-up time of the equipment was 3 hours, it is necessary to improve the temperature rise speed of reformer and to adjust the start-up process. We reflects in the design specification to evaluate the prototype from user view, and to improve the equipment reliability, durability, and maintenance, etc. , and the device improvement item has been extracted from the driving result of the prototype. The results of trial design of the 300Nm3/h commercial hydrogen production equipment, the size of the equipment became 7.5m×3.2m×3.3mH. The estimated cost exceeded 100 million yen.
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