特開 2023-144657 水素発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144657

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】水素発生装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20231003BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20231003BHJP

   F24C 3/08 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C01B3/38

C01B3/56 Z

F24C3/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051747

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000126115

【氏名又は名称】エア・ウォーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河原 伸哉

(72)【発明者】

【氏名】福永 峻之

(72)【発明者】

【氏名】寺井（田中） 真子

(72)【発明者】

【氏名】西川 智大

【テーマコード（参考）】

4G140

【Ｆターム（参考）】

4G140EA03

4G140EA06

4G140EB12

4G140EB32

4G140EB44

4G140FA02

4G140FC02

4G140FE01

(57)【要約】

【課題】改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生装置を提供する。
【解決手段】この水素発生装置は、それぞれのバーナー２１が、内壁面２０ａに固定され、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬとし、バーナー２１の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬとを一致させた状態から、バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬを含む仮想水平面に沿って、バーナー放射中心線ＢＬがずれた位置に、バーナー２１が設けられている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質触媒が充填され、その内部において前記改質反応が行なわれる改質器と、
前記改質器の改質領域が収容される内壁面を有する燃焼室と、
前記燃焼室内において、前記改質器の内部において前記改質反応を行なわせる反応熱を付与する２以上のバーナーと、
を備え、
それぞれの前記バーナーは、前記内壁面に固定され、
前記燃焼室の中心から前記内壁面の方向に延びる線を仮想直線とし、前記バーナーの放射中心を、仮想バーナー放射中心線とした場合、
前記仮想バーナー放射中心線と前記仮想直線とを一致させた状態から、前記バーナー放射中心線および前記仮想直線を含む仮想水平面に沿って、前記バーナー放射中心線がずれた位置に、前記バーナーが設けられている、
水素発生装置。

【請求項2】

前記バーナーのずれる方向は、すべて同じ方向である、
請求項１に記載の水素発生装置。

【請求項3】

前記仮想直線を含む仮想水平面で見た場合に、
全ての前記バーナー放射中心線は、前記仮想水平面に含まれている、
請求項１または請求項２に記載の水素発生装置。

【請求項4】

前記燃焼室の底面から前記仮想バーナー放射中心線までのバーナー垂直高さ距離よりも、前記仮想バーナー放射中心線から前記改質器の底部までの間隔距離の方が大きく設けられている、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水素発生装置。

【請求項5】

前記バーナー垂直高さ距離に対して前記間隔距離は、２倍以上である、
請求項４に記載の水素発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、天然ガス等の炭化水素系ガスと水および空気（または酸素）を原料とし、化学工場や水素ステーション等の水素利用設備に供給する水素を発生する水素発生装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

化石燃料に替わるエネルギー源の有力候補の一つとして水素が注目されている。水素は、天然ガス等の炭化水素系ガスに、水および空気（または酸素）を添加して改質することにより製造することができる。

【0003】

炭化水素系ガスとしては、天然ガスだけでなく、プロパンガス，ガソリン、ナフサ、灯油等のその他化石燃料、メタノール等のアルコール、バイオガス等を用いることができる。このような水素の製造には、炭化水素系ガスの移送など、現状既に構築されているインフラを利用し、水素を必要とする場所で上記の原料を改質して水素を発生させることが行なわれている。

【0004】

このような水素発生装置は、原料ガスを改質器で改質して水素リッチな改質ガスを生成し、水素精製部において製品水素を単離するものが多く稼働しており、化学工場などの産業設備や水素ステーションにおいて利用されている。

【0005】

水素のエネルギー利用と水素需要が拡大するに従い、水素発生装置の高効率化が求められている。特に、高温高圧条件で運転される改質器の熱効率を向上させることは、装置全体のコスト低減と装置の高効率化に大きく寄与する。

【0006】

このような水素発生装置に関する先行技術文献として、本出願人は下記の特許文献１から特許文献３を把握している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２０－１５８３３４号公報

【特許文献2】特開２０２０－９０４２６号公報

【特許文献3】特開２０１９－８５３１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１には、改質炉に関する技術が開示されている。この改質炉の構成に基づけば、改質炉内でバーナーが下向きになるように設置されている。この構成では、バーナーの数が少ない事により、コンパクトな改質炉になり得る。

【0009】

特許文献２には、水素製造装置、水素製造装置の作動方法及び作動プログラムに関する技術が開示されている。改質炉に関する構成は、特許文献１に開示される改質炉の構成と類似しており、バーナーは上から下向きに燃焼する構成が採用されている。

【0010】

特許文献３には、水素発生装置に関する技術が開示されている。水素発生装置に用いられる触媒を充填した改質領域の加熱に関しては、バーナーの火口が、改質領域に向かって複数設けられていることが開示されており、バーナーは炉内の下部から上部に向けて設置されている。

【0011】

特許文献１および特許文献２に開示されるバーナーの配置構成は、炉内のおおよそ中心あたりで、下向きに一点しかなく、改質炉および反応管を均等に加熱することに課題がある。そのため加熱効率の低下、天然ガス原単位の低下に繋がるおそれがある。

【0012】

特許文献３に開示されるバーナーの配置構成は、下部から上部に向けて複数のバーナーを用いて改質領域を加熱している。しかし、炉内の温度を均一に最適な加熱状態にするための制御が容易ではない。

【0013】

この発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生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】

【0014】

本開示に基づく水素発生装置は、炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスに改質する改質触媒が充填され、その内部において上記改質反応が行なわれる改質器と、上記改質器の改質領域が収容される内壁面を有する燃焼室と、上記燃焼室内において、上記改質器の内部において上記改質反応を行なわせる反応熱を付与する２以上のバーナーと、を備える。

【0015】

それぞれの上記バーナーは、上記内壁面に固定され、上記燃焼室の中心から上記内壁面の方向に延びる線を仮想直線とし、上記バーナーの放射中心を、仮想バーナー放射中心線とした場合、上記仮想バーナー放射中心線と上記仮想直線とを一致させた状態から、上記バーナー放射中心線および上記仮想直線を含む仮想水平面に沿って、上記バーナー放射中心線がずれた位置に、上記バーナーが設けられている。

【0016】

他の形態における水素発生装置においては、上記バーナーのずれる方向は、すべて同じ方向である。

【0017】

他の形態における水素発生装置においては、上記仮想直線を含む仮想水平面で見た場合に、全ての上記バーナー放射中心線は、上記仮想水平面に含まれている。

【0018】

他の形態における水素発生装置においては、上記燃焼室の底面から上記仮想バーナー放射中心線までのバーナー垂直高さ距離よりも、上記仮想バーナー放射中心線から上記改質器の底部までの間隔距離の方が大きく設けられている。

【0019】

他の形態における水素発生装置においては、上記バーナー垂直高さ距離に対して上記間隔距離は、２倍以上である。

【発明の効果】

【0020】

この開示によれば、改質炉における加熱効率の向上を可能とする水素発生装置の提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施の形態の水素発生装置の全体構成を説明する構成図である。

【図2】本実施の形態の改質ユニットの全体構成を説明する縦断面図である。

【図3】図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面図である。

【図4】図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面に相当する他の形態を示す断面図である。

【図5】図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面に相当するさらに他の形態を示す断面図である。

【図6】本実施の形態のバーナーの他の配置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明に基づいた各実施の形態の水素発生装置について、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

【0023】

（全体構成：水素発生装置１０００）
図１を参照して、本実施の形態の水素発生装置１０００の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態の水素発生装置１０００の全体構成を説明する構成図である。

【0024】

この水素発生装置は、炭化水素系ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成し、必要に応じてさらに水素を生成する。

【0025】

炭化水素系ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のような飽和炭化水素だけでなく、天然ガス、ガソリン、ナフサ、灯油等のその他化石燃料、バイオガス等の炭化水素を主成分とするガスや、メタノール等のアルコールガス等を使用することができる。以下の説明では、炭化水素系ガスとして天然ガスを使用した例を説明する。

【0026】

水素発生装置は、改質ユニット１と水素精製ユニット２を備えている。改質ユニット１は、炭化水素系ガスと水蒸気を改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成する。水素精製ユニット２は、改質ガスから水素以外の不純分を除去して水素を精製する。

【0027】

改質ユニット１には、炭化水素系ガスを導入する炭化水素導入路４１が接続され、炭化水素導入路４１には、水蒸気を導入する水蒸気導入路４２が合流している。水蒸気導入路４２は、水蒸気発生器３０を介して純水導入路４３とつながっている。

【0028】

改質ユニット１には、改質ガスを排出する改質ガス路４４が接続されている。改質ガス路４４の下流が、水素精製ユニット２に接続されている。

【0029】

水素精製ユニット２には、精製された水素を取り出す水素取出路４５が接続されている。水素精製ユニット２には、オフガスを取り出すオフガス路４７が接続されている。

【0030】

（改質ユニット１）
改質ユニット１は、改質器１０と燃焼室２０とを備える。改質器１０には、改質触媒（図示省略）が充填されている。改質器１０および燃焼室２０についての詳細は後述する。

【0031】

改質器１０には、上述したように炭化水素導入路４１が接続され、炭化水素系ガスを改質器１０に導入する。炭化水素導入路４１には、その上流から脱硫器４１Ａ、圧縮機４１Ｂおよび流量調節器４１Ｃが設けられている。脱硫器４１Ａは、炭化水素系ガスから硫黄分を取り除く。圧縮機４１Ｂは、炭化水素系ガスを昇圧する。流量調節器４１Ｃは、炭化水素系ガスの流量をコントロールする。

【0032】

炭化水素導入路４１には、上述したように水蒸気導入路４２が合流し、水蒸気を改質器１０に導入する。水蒸気導入路４２には、純水導入路４３に導入された純水が水蒸気となって導入される。純水導入路４３は予熱器４４Ａおよび水蒸気発生器３０を経由し、水蒸気発生器３０で純水が気化して水蒸気が発生する。

【0033】

改質器１０には、上述したように改質ガス路４４が接続され、高温の改質ガスを排出する。改質ガス路４４には、その上流から予熱器４４Ａ、冷却器４４Ｂが設けられている。予熱器４４Ａは、改質ガス路４４を流れる改質ガスと、純水導入路４３を流れる純水との熱交換により、純水を予熱する。冷却器４４Ｂは、冷却水路４４Ｃを流れる冷却水で改質ガスを冷却する。

【0034】

燃焼室２０には、バーナー２１が設けられている。バーナー２１で燃料ガスを燃焼させた燃焼熱を改質器１０に付与し、改質反応に反応熱を付与するようになっている。

【0035】

バーナー２１には、燃料ガス供給路２１Ａが接続されている。燃料ガス供給路２１Ａは、炭化水素導入路４１から分岐しており、燃料ガスとして炭化水素系ガスをバーナー２１に供給する。バーナー２１には、空気ブロア２１Ｃから延びる空気供給路２１Ｂが接続されている。空気供給路２１Ｂは空気加熱器４６Ａを経由しており、バーナー２１に供給する空気をあらかじめ加熱する。バーナー２１には、上述したオフガス路４７が接続され、水素精製ユニット２から取り出されたオフガスをバーナー２１に供給する。

【0036】

燃焼室２０には、排ガス路４６が接続されている。排ガス路４６から燃焼室２０内の排ガスを取り出し、燃焼室２０内の排熱を回収する。排ガス路４６には、その上流側から水蒸気発生器３０、空気加熱器４６Ａが設けられている。水蒸気発生器３０では、燃焼室２０から取り出した排ガスによって純水導入路４３を流れてきた純水を、気化した後に加熱し過熱蒸気を発生する。空気加熱器４６Ａでは、排ガスによって空気供給路２１Ｂを流れるガスを加熱する。

【0037】

（水素精製ユニット２）
水素精製ユニット２は、複数の吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを有するＰＶＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置である。各吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには、改質ガス内の不純分を吸着する吸着材が充填されている。

【0038】

各吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの低純度側には、改質器１０から排出された改質ガスが流れる改質ガス路４４が接続される。改質ガス路４４には、上述した冷却器４４Ｂの下流に、気液分離器４４Ｄが設けられている。気液分離器４４Ｄは、原料の一部として導入した水蒸気に由来する水分を除去する。気液分離器４４Ｄで除去された水分はドレン管４４Ｅから排出される。

【0039】

各吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの高純度側には、精製された水素を取り出す水素取出路４５が接続される。水素取出路４５には、フレアスタックに排出するフレアスタック路４５Ａが分岐している。

【0040】

各吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの低純度側には、オフガス路４７が接続されている。オフガス路４７には、その上流側から真空ポンプ４７Ａ、オフガスホルダ４７Ｂが設けられている。真空ポンプ４７Ａは、各吸着槽２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを減圧する事により、吸着材に吸着された不純分を脱着して吸着材を再生する。オフガスホルダ４７Ｂは、吸着材から脱着された不純分を含むガスを一時的に貯留する。オフガス路４７の下流は上述したバーナー２１に接続されている。オフガスホルダ４７Ｂから出たオフガスは、燃料ガスの一部としてバーナー２１で燃焼される。

【0041】

（改質ユニット１）
次に、図２および図３を参照して、改質ユニット１の構成について説明する。図２は、改質ユニット１の全体構成を説明する縦断面図、図３は、図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面図である。

【0042】

図２を参照して、改質ユニット１は、改質器１０および燃焼室２０を有する。改質ユニット１では、上記改質器１０のうち少なくとも上記改質反応を行う改質領域１２が、上記燃焼室２０の内部に配置されている。

【0043】

改質ユニット１は、筒状の炉体下部３および筒状の炉体上部４を有する。炉体下部３と炉体上部４との境界には、断熱層５が設けられている。炉体下部３の上端周囲には下部フランジ３ｆが設けられ、炉体上部４の下端周囲には上部フランジ４ｆが設けられている。下部フランジ３ｆと上部フランジ４ｆとは、ボルト等の締結部材により緊結されている。改質ユニット１の現場への搬入時、改質ユニット１のメンテナンス時には、炉体下部３と炉体上部４との分割が可能である。

【0044】

炉体下部３の底部には、断熱材２２が敷き詰められている。炉体下部３の側部内周面は、断熱材２３により覆われている。同様に、炉体上部４の側部内周面も断熱材３６により覆われている。

【0045】

（改質器１０）
図２では、説明の便宜上４本の改質器１０を示しているが、実際には、１０本から２０本程度の改質器１０が、要求される性能に応じて適宜最適な本数が選択し配置される。改質器１０に改質触媒（図示省略）が充填されている。改質器１０は、改質器外管１４および改質器内管１５の２重構造である。

【0046】

炭化水素導入路４１に連結された原料ガス入口１６から導入された炭化水素は、改質器外管１４の内側と改質器内管１５の外側によって構成される管路を下方に向かって流れ、改質器１０の下部に設けられたガス反転部１８において流れ方向が変換され、改質器内管１５の内側の管路を上方に向かって流れる。

【0047】

管路内には、様々な改質触媒（図示省略）が充填されており、炭化水素が改質触媒を通過することで、改質ガスが得られる。改質ガスは、改質ガス路４４に連結された改質ガス出口１７から改質ガス路４４に送り出される。

【0048】

ここで、改質器１０の内部では、改質触媒により上記改質反応が行なわれる。具体的には、改質器１０の内部空間には、伝熱層、予備改質層、改質層、空間層、および、高温ＣＯ変成層が設けられている。なお、改質器１０において、高温ＣＯ変成層が設けられていない場合もある。また、改質ガス路４４（予熱器４４Ａの一次側）には、低温ＣＯ変成層が設けられている。

【0049】

原料ガス入口１６からガス反転部１８にかけて、上流側から、伝熱層、予備改質層、および改質層が配置されている。伝熱層は、改質器１０の外部領域１３に位置し、予備改質層および改質層は、改質器１０の改質領域１２に位置している。

【0050】

ガス反転部１８から改質ガス出口１７にかけて、上流側から、伝熱層、高温ＣＯ変成層、および、空間層が設けられている。また、上流側から、伝熱層および空間層であってもよい。

【0051】

予備改質層と改質層は、改質触媒が充填されている。改質触媒には、たとえば、Ｒｕ系またはＮｉ系の改質触媒を使用することができる。予備改質層と改質層では、下記の式（１）（メタンの場合）に示す改質反応により、炭化水素をＨ_２とＣＯに変換する。

【0052】

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２・・・式（１）
予備改質層における予備改質温度の範囲は、３５０～６００℃程度に設定するのが好ましい。改質層における改質温度の範囲は、５００～９００℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、予備改質温度よりも改質温度が高くなるように設定される。

【0053】

空間層は、粒子などが充填されていない空間である。高温ＣＯ変成層と低温ＣＯ変成層は、ＣＯ変成触媒が充填されている。ＣＯ変成触媒には、たとえば、Ｆｅ－Ｃｒ系またはＣｕ－Ｚｎ系のＣＯ変成触媒を使用するとよい。高温ＣＯ変成層と低温ＣＯ変成層では、下記の式（２）に示すＣＯ変成反応により、ＣＯをＨ_２に変成する。

【0054】

ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・式（２）
高温ＣＯ変成層における高温ＣＯ変成温度の範囲は、２００～５００℃程度に設定するのが好ましい。低温ＣＯ変成層における低温ＣＯ変成温度の範囲は、１５０～３００℃程度に設定するのが好ましい。上記各温度範囲のなかで、低温ＣＯ変成温度よりも高温ＣＯ変成温度が高くなるように設定される。

【0055】

上記改質器１０では、上記の改質触媒による改質反応およびＣＯ変成触媒によるＣＯ変成反応により、酸素を導入することなく、炭化水素系ガスと水蒸気から水素リッチな改質ガスを得ることができる。

【0056】

（燃焼室２０）
上記燃焼室２０は、燃料ガスを燃焼させて上記改質反応に付与する反応熱を得る。上記式（１）の反応は吸熱反応であるため、外部から改質触媒に熱を付与し、反応を連続的に進行させる。

【0057】

燃焼室２０は、耐熱材の壁面で囲われた筒状を呈している。上記燃焼室２０には、天井部を構成する断熱層５を貫通するように改質器１０が配置される。改質器１０の改質領域１２を燃焼室２０の内部に存在させ、外部領域１３を燃焼室２０の外部に存在させるよう、改質器１０が配置されている。

【0058】

図３を参照して、燃焼室２０は、上記燃料ガスを燃焼させて改質領域１２に燃焼熱を付与するための複数のバーナー２１を備えている。バーナー２１は、燃焼室２０の内壁面２０ａに固定されている。

【0059】

本実施の形態では、４つのバーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４が用いられている。バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４には、それぞれ燃料ガス供給路２１Ａおよび空気供給路２１Ｂが接続され、燃焼用の燃料ガスと空気が供給される。燃料ガスには炭化水素系ガスを用いることができる。バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４には、それぞれオフガス路４７が接続され、燃料ガスにオフガスを合流させている。

【0060】

バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４は、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬ１，ＶＬ２とし、各バーナー２１１，２１２，２１３，２１４の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ１，ＶＬ２とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬ１，ＶＬ２を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線ＢＬがずれた位置に、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４が設けられている。

【0061】

仮想直線ＶＬ１，ＶＬ２を含む仮想水平面ＶＨで見た場合に、好ましくは、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４の仮想バーナー放射中心線ＢＬは、仮想水平面ＶＨに含まれているとよい。

【0062】

具体的には、バーナー２１１においては、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬ１とし、バーナー２１１の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ１とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬ１を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線ＢＬが所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に、バーナー２１１が設けられている。

【0063】

バーナー２１２においては、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬ２とし、バーナー２１２の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ２とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬ２を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線ＢＬが所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に、バーナー２１２が設けられている。

【0064】

バーナー２１３においては、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬ１とし、バーナー２１３の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ１とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬ１を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線ＢＬが所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に、バーナー２１３が設けられている。

【0065】

バーナー２１４においては、燃焼室２０の中心ＣＰから内壁面２０ａの方向に延びる線を仮想直線ＶＬ２とし、バーナー２１４の放射中心を、仮想バーナー放射中心線ＢＬとした場合、仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ２とを一致させた状態から、仮想バーナー放射中心線ＢＬおよび仮想直線ＶＬ２を含む仮想水平面に沿って、仮想バーナー放射中心線ＢＬが所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に、バーナー２１４が設けられている。

【0066】

上記において、仮想直線ＶＬ１と仮想直線ＶＬ２とは、燃焼室２０の中心ＣＰにおいて直角に交差していることから、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４は、９０度ピッチで配置されている。さらに、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４は、燃焼室２０の中心ＣＰから等しい位置に配置されている。

【0067】

たとえば、断熱材２３の内径Ｄ１（図２参照）が、約１８００ｍｍ程度の場合に、所定距離Ｓは、１０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。平行移動方向としては、中心ＣＰから見た場合には、反時計回転方向である。平行移動方向として、時計回転方向であってもよい。

【0068】

さらに、再び、図２を参照して、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４の、燃焼室２０の底面２０ｂから仮想バーナー放射中心線ＢＬまでのバーナー垂直高さ距離Ｈ１よりも、仮想バーナー放射中心線ＢＬから改質器１０の底部１０ｂまでの間隔距離Ｈ２の方が大きく設けられているとよい。好ましくは、バーナー垂直高さ距離Ｈ１に対して間隔距離Ｈ２は、２倍以上、好ましくは、３倍以上であるとよい。一例として、バーナー垂直高さ距離Ｈ１は、約４００ｍｍから５００ｍｍ程度、間隔距離Ｈ２は、約１６００ｍｍから１７００ｍｍ程度である。

【0069】

ここで、仮想バーナー放射中心線ＢＬが仮想直線と一致している場合には、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４から放射される火炎は、燃焼室２０の中心ＣＰに向くこととなる。その結果、燃焼室２０の内部においては、温度のムラが発生しやすくなる。

【0070】

他方、本開示におけるバーナー２１は、仮想バーナー放射中心線ＢＬが仮想直線に対して平行移動しずれた位置に設けられている。その結果、バーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４から放射される火炎の仮想バーナー放射中心線ＢＬがずれることとなる。これにより、燃焼炉２０内で燃焼ガスの流れを生じさせることができる。これにより、改質器１０の温度幅が最小になるような調整が可能となり、それぞれの改質器１０に均一に熱供給でき、熱の供給効率を向上させることが期待できる。

【0071】

さらに、バーナー垂直高さ距離Ｈ１よりも、仮想バーナー放射中心線ＢＬから改質器１０の底部１０ｂまでの間隔距離Ｈ２の方を大きく設けることで、上記構成により得られた燃焼ガスの流れに加え、適切な燃焼室２０の高さを確保することとなり、燃焼排ガスの温度ばらつきが抑制されて均一な状態となり、改質器１０への熱の供給を安定化させることも期待できる。

【0072】

（他の実施の形態）
図４から図６を参照して、他の実施の形態の燃焼室２０の形態について説明する。図４は、図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面に相当する他の形態を示す断面図、図５は、図２中ＩＩＩ－ＩＩＩ線矢視断面に相当するさらに他の形態を示す断面図である。図６は、バーナー２１の他の配置を示す模式図である。

【0073】

上記した実施の形態における燃焼室２０においては、４つのバーナー２１１、バーナー２１２、バーナー２１３およびバーナー２１４を用いた場合について説明したが、バーナー２１の数量は、４つには限定されない、たとえば、図４に示すように、２つのバーナー２１１およびバーナー２１２を用いるようにしてもよい。この場合には、仮想直線ＶＬ１に対して、バーナー２１１およびバーナー２１２が、所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に配置されている。

【0074】

さらに他の形態として、図５に示すように、３つのバーナー２１１、バーナー２１２およびバーナー２１３を用いるようにしてもよい。この場合には、仮想直線ＶＬ１に対して、バーナー２１１が所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に配置され、仮想直線ＶＬ２に対して、バーナー２１２が所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に配置され、仮想直線ＶＬ３に対して、バーナー２１３が所定距離Ｓ平行移動しずれた位置に配置されている。仮想直線ＶＬ１、仮想直線ＶＬ２および仮想直線ＶＬ３は、１２０度ピッチで配置されている。

【0075】

さらに、上記実施の形態として、各バーナーの仮想直線に対するずれる方向として、平行移動する場合について説明しているが、平行移動には限定されない。図６を参照して、たとえば、バーナー２１１を参照した場合に、バーナー２１１の仮想バーナー放射中心線ＢＬと仮想直線ＶＬ１とを一致させた状態から、バーナー２１１の火炎口２１１ｔを回転中心としてバーナー２１１を所定角度（α度）回転させることにより、仮想バーナー放射中心線ＢＬがずれた位置に、バーナー２１１を設けるようにしてもよい。他のバーナーも同様である。

【0076】

上記した他の形態においても、改質器１０の温度幅が最小になるような調整が可能となり、それぞれの改質器１０に均一に熱供給でき、熱の供給効率を向上させることが期待できる。

【0077】

上記各実施の形態において、図２中のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面で見た場合に、燃焼室２０の内壁面２０ａの形態が略円形であることから、仮想直線ＶＬ１、仮想直線ＶＬ２、および、仮想直線ＶＬ３は、いずれも、円形状の内壁面２０ａの中心ＣＰ（円の中心）を起点として内壁面２０ａの方向に延びる直線とした。しかし、燃焼室２０の内壁面２０ａの形態は円形には限られないことから、燃焼室２０の中心ＣＰとは、平面視における内壁面２０ａの形態における重心位置を意味するものとする。

【0078】

このように、上記開示の改質ユニットおよび水素発生装置を用いることによって、熱エネルギーを効率的に利用して水素ガスを製造することができる。そのため、地球温暖化ガスを削減することができ、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の一部活動に貢献することができる。

【0079】

以上、実施の形態において本開示の改質ユニットおよび水素発生装置について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0080】

１ 改質ユニット、２ 水素精製ユニット、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 吸着槽、３ 炉体下部、３ｆ 下部フランジ、４ 炉体上部、４ｆ 上部フランジ、５ 断熱層、１０ 改質器、１０ｂ 底部、１２ 改質領域、１３ 外部領域、１４ 改質器外管、１５ 改質器内管、１６ 原料ガス入口、１７ 改質ガス出口、１８ ガス反転部、２０ 燃焼室、２０ａ 内壁面、２０ｂ 底面、２１，２１１，２１２，２１３，２１４ バーナー、２１Ａ 燃料ガス供給路、２１Ｂ 空気供給路、２１Ｃ 空気ブロア、２２，２３，３６ 断熱材、３０ 水蒸気発生器、４１ 炭化水素導入路、４１Ａ 脱硫器、４１Ｂ 圧縮機、４１Ｃ 流量調節器、４２ 水蒸気導入路、４３ 純水導入路、４４ 改質ガス路、４４Ａ 予熱器、４４Ｂ 冷却器、４４Ｃ 冷却水路、４４Ｄ 気液分離器、４４Ｅ ドレン管、４５ 水素取出路、４５Ａ フレアスタック路、４６ 排ガス路、４６Ａ 空気加熱器、４７ オフガス路、４７Ａ 真空ポンプ、４７Ｂ オフガスホルダ、２１１ｔ 火炎口、１０００ 水素発生装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】