CN102428024A - 氢制造方法及氢制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢制造方法及氢制造系统，目的在于提供一种即使在以低品位煤作为燃料的情况下也能够容易地制造高纯度氢的方法。又，本发明的目的在于提供一种利用该高纯度氢的制造方法，在低品位煤等的产地进行高纯度氢的制造以及能够实现二氧化碳固定化的氢制造系统。本发明的氢制造方法是在将低品位煤等作为燃料使其气化，制造氢的情况下，利用水煤气变换反应使混合气体中的一氧化碳尽可能变成二氧化碳，接着利用一氧化碳选择氧化催化剂使水煤气变换反应后残存的一氧化碳氧化为二氧化碳。其结果是，可以利用气体分离装置容易得到高纯度氢。

Description

氢制造方法及氢制造系统
技术领域
本发明涉及从低品位煤、生物资源等低品质燃料制造高纯度的氢气的方法。又，本发明涉及由煤炭或低品位煤制造高纯度氢气，在煤炭或低品位煤产地以外的场所使用液态氢的氢气制造系统。
背景技术
作为氢的制造方法，已知有在高温高压下使水蒸汽作用于煤炭、重油等，生成氢、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等的混合气体的技术。从一氧化碳出发，利用CO+H2O→CO2+H2（水煤气变换反应，也就是置换反应）这一化学反应还可以生成氢。这样的已有的氢制造方法，将二氧化碳全部排放到大气中，但近年来为了防止全球变暖，尝试不向大气中排放二氧化碳。
专利文献1中公开了将水煤气变换反应后的包含二氧化碳及水蒸汽的气体导入深海，使二氧化碳溶解到海水中，选择性地取得氢气的技术。又，专利文献2中公开了利用无烟煤催化剂气化反应的氢制造方法，该氢制造方法中的无烟煤使用来自褐煤或次烟煤（亚沥青煤）的无烟煤，而且气化温度采用600～650℃，催化剂使用碳酸钾。
专利文献3中公开了以生物资源制造氢的方法，具有4个工序，即（i）使生物资源气化，生成含有碳氢化合物、氢、一氧化碳的混合气体的第一工序、（ii）精制在第一工序中得到的气体混合物的第二工序、（iii）将包含于第二工序中得到的气体混合物中的碳氢化合物转化为氢和一氧化碳的第三工序、以及（iv）从在第三工序中得到的气体混合物回收氢的第四工序。
作为去除混合气体中的一氧化碳的方法，也存在使用Ru/Al2O3等钌系催化剂，在60～210℃的温度下使其与混合气体接触，有选择地使一氧化碳氧化为二氧化碳的技术（专利文献4）。
在这里，煤化程度高的无烟煤和烟煤（沥青煤）也被称为高品位煤，煤化程度不高的次烟煤、褐煤、泥煤也被称为低品位煤。低品位煤的煤化程度低，是水分和氧含量多的低品位煤，水分过多，将其作为微粉煤锅炉的燃料往往会超出粉碎/烘干机的能力，由于每单位重量的发热量低，因此使运送成本增加，如果进行脱水，则变得容易自燃，成为不容易处理的煤炭。因此，低品位煤尽管有丰富的埋藏量，但由于运输困难，仅限于在矿山附近的发电等情况下使用。
另一方面，专利文献5公开了将多孔质煤与混合有重油成分以及溶剂油成分的混合油作为原料浆液，使多孔质煤的细孔内含浸混合油，通过脱水处理增大低品位煤的发热量，提高输送效率的技术。
又，专利文献6公开了将从煤层产出的煤层气（含有甲烷的气体）或天然气合成为更容易输送的二甲醚进行输送，在输送目的地使二甲醚分解，制造氢气，回收二氧化碳以液化二氧化碳输送到二甲醚生产地（煤炭产地），注入煤层进行处置的技术。
专利文献1：特开平3－242301号公报；
专利文献2：日本特开2009－13320号公报；
专利文献3：日本特开2004－182501号公报；
专利文献4：日本特许第2869525号公报；
专利文献5：日本特开2008－144113号公报；
专利文献6：日本特开2005－330170号公报。
发明内容
将以气体排放或即将排放到大气中的二氧化碳人为集中，封闭在地下、水中等地方，被称为二氧化碳贮留（CCS：Carbon dioxide Capture and Storage）。如上所述，用煤炭等制造氢气的技术中，不仅要重视氢气制造效率，也要重视CCS。
专利文献1中公开的将二氧化碳导入深海的方法能够不将来自煤炭等的二氧化碳向大气中排放地制造氢气，但是为了利用将含有氢、二氧化碳以及水蒸汽的气体压入设置于深海的压力容器内以取出氢气，会产生氢的制造被限于沿海的问题。因此，从经济观点考虑，特别是利用内陆地区存在的煤炭等制造氢有困难。又，该海洋隔离技术现在也被伦敦条约1996年议定书以及海洋污染防止法所禁止。
又，专利文献5公开的多孔质煤改性方法能够提高多孔质煤的输送效率，发挥提高多孔质煤的发热量的效果，但是由于改性的多孔质煤中依然含有碳，有必要在改性的多孔质煤的消费地分离并回收二氧化碳。因此，改性的多孔质煤的利用被限定于具备CCS设备的大型火力发电厂等。
又，专利文献6公开的利用二甲醚的技术，也有必要在分解二甲醚制造氢时，分解并回收产生的二氧化碳，作为液化二氧化碳输送到二甲醚产地以及煤炭产地。
这样，用煤炭等化石燃料制造氢的现有技术，甚至含有CCS的情况下，也受到煤炭等的产地的限制，大量存在的低品位煤等的大多数依然得不到利用。
又，现有的多孔质煤炭的改性技术，有必要在改性的多孔质煤炭的消费地分离并回收二氧化碳，不具备CCS设备的分散型用途不能够广泛利用，因此要谋求促进低品位煤的利用是有困难的。
另一方面，在高温高压下使水蒸汽作用于低品位煤使其气化的情况下，产生的混合气体的组成通常是氢（H2）37.5％、一氧化碳（CO）19％、二氧化碳（CO2）16.6％、水蒸汽（H2O）25.3％、甲烷（CH4）1.6％的比例。利用上述水煤气变换反应（置换反应）能够减少一氧化碳浓度，但是会残留8.9％的一氧化碳。
又，专利文献3公开了一氧化碳置换反应器（用于使其起置换反应用的反应器）作为将一氧化碳转化为二氧化碳和氢用的手段，但是一氧化碳残留的问题难以彻底解决。
在将氢气与二氧化碳分离的情况下，也可以利用变压吸附法（PSA法）或膜分离法，但从大量混合气体中连续分离氢气，在耐久性和维护费用方面都是不利的。因此，考虑利用分离动力小的深冷分离法，但是常压下的沸点为，H2：-254℃、CO：-190℃、CO2的常压下的升华点为-78.5℃。因此，分离氢气与二氧化碳是容易的，但是氢气与一氧化碳的分离，如果也考虑两者的气体分压，则因为沸点接近而并非容易。
在从大量混合气体连续分离氢时，也同样可以使用分离动力小的碱吸收法。碱吸收法是使碱性吸收液吸收二氧化碳加以回收的方法，通过加热吸收液使其释放二氧化碳而得到再生，冷却后反复使用于二氧化碳的吸收。
因此，即使是想要利用深冷分离方法从水煤气变换反应后的混合气体分离出氢气，也因为一氧化碳作为不纯物容易混入，得到利用价值高的高纯度氢气是困难的。
本发明人在使用低品位煤等作为燃料使其气化制造氢气的情况下，发现利用水煤气变换反应使混合气体中的一氧化碳尽可能变为氢和二氧化碳，接着，利用一氧化碳选择氧化催化剂使水煤气变换反应后残留的一氧化碳氧化为二氧化碳，通过将氢气与二氧化碳分离，能够借助于深冷分离容易地得到高纯度氢气。
具体地说，本发明的氢制造方法，具备：
在存在水蒸汽的条件下加热燃料的加热工序、
加热工序中得到的生成气体中，使一氧化碳与水蒸汽反应，以转化为二氧化碳与氢的转化工序、
对转化工序后的生成气体进行冷却后，使其与一氧化碳选择的氧化催化剂接触形成为改性气体的改性工序、以及
利用气体分离装置从所述改性气体中分离氢的氢分离工序，
在所述氢制造方法中，所述一氧化碳选择的氧化催化剂利用冷却水冷却；
冷却所述一氧化碳选择的氧化催化剂的冷却水回收的热能被使用于对转化工序提供的水蒸汽的制造中。
所述燃料最好是煤炭、低品位碳或生物资源。又，在这里所谓生物资源是指树木、柴草、木炭等与煤炭或与低品位煤一样，能够利用加热工序产生氢气的物体。
最好是，所述一氧化碳选择的氧化催化剂为钌系催化剂，利用冷却水冷却到60℃以上210℃以下。
所述气体分离装置最好是利用碱吸收法吸收二氧化碳的碱吸收装置。
在碱吸收装置中，
通过从吸收塔向再生塔压送加压的吸收液，再生塔内维持于二氧化碳的临界压力附近或临界压力以上；
从再生塔向吸收塔输送吸收液时，最好利用压力调整装置进行减压。
所述气体分离装置也最好是深冷分离装置。
最好是，在深冷分离装置中，压缩蒸馏塔内产生的液化二氧化碳，以此将液化二氧化碳的压力维持于二氧化碳的临界压力附近或临界压力以上；
使用蒸馏塔内产生的液化二氧化碳和从蒸馏塔取出的氢，在膨胀前对所述改性气体进行预冷。
本发明的氢制造方法使用煤炭、低品位煤或生物资源作为燃料使其气化，在制造氢气的情况下，进行水煤气变换反应（置换反应）后，利用一氧化碳选择氧化催化剂将生成气体中残留的一氧化碳氧化为二氧化碳，容易用气体分离装置分离氢和一氧化碳。其结果是，即使是使用低品位煤作为燃料的情况下，也能够制造高纯度氢。
又，本发明的氢制造方法，其特征在于，形成如下所述结构，即所述一氧化碳选择的氧化催化剂先利用冷却水进行冷却，冷却所述一氧化碳选择的氧化催化剂的冷却水回收的热能被利用于提供给转化工序的水蒸汽的制造。
使一氧化碳氧化为二氧化碳的反应为发热反应，有必要使加热工序·转化工序后的生成气体冷却，以使一氧化碳选择的氧化催化剂的温度在适于起催化作用的温度范围内。现有技术中，也从废热回收锅炉向实施转化工序的置换反应器内提供水蒸汽，但是本发明利用冷却水间接冷却一氧化碳选择的氧化催化剂，回收的热能作为废热回收锅炉的补给水的预热源加以利用，因此能够在实施一氧化碳选择的氧化催化剂的温度调整时，同时谋求利用热回收增加水蒸汽产生量。
最好是，使用二氧化碳贮留装置贮留在所述氢分离工序中与氢分离的二氧化碳。
利用二氧化碳贮留装置贮留与氢分离的二氧化碳，能够防止二氧化碳排放到大气中。如果采用本发明的氢制造方法，能够在低品位煤等的产地容易地制造高纯度氢气，因此可以将分离的二氧化碳贮留于低品位煤的采掘层等。
又，本发明提供一种使燃料气化产生氢的氢制造系统，
氢气是在存在水蒸汽的条件下通过加热煤炭或低品位煤，使产生的生成气体在60℃以上210℃以下的温度与钌系催化剂接触，然后利用气体分离装置与其他气体分离得到的；
所述氢制造系统具备：
将气体分离装置分离出的氢输送到氢气消费地的氢输送单元、以及
将所述其他气体中的二氧化碳固定于煤炭或低品位煤产地的含水层、煤层或采掘层加以贮留的二氧化碳贮留单元。
又，本发明提供一种使燃料煤或低品位碳气化产生氢的氢制造系统，
氢是在存在水蒸汽的条件下加热煤炭或低品位煤，使产生的生成气体在60℃以上210℃以下的温度与钌系催化剂接触，然后利用气体分离深冷装置与其他气体分离得到的；
所述氢制造系统具备：
使氢液化的氢液化单元、
将液态氢贮藏于煤炭或低品位煤产地的产地贮藏单元、
将贮藏的液态氢输送到液态氢消费地的输送单元、
将液态氢贮藏于液态氢消费地的消费地贮藏单元，以及
将所述其他气体中的二氧化碳固定于煤炭或低品位煤产地的含水层、煤层或采掘层加以固定、贮留的二氧化碳贮留单元。 
如上所述，本发明的氢气制造方法在使用次烟煤、褐煤、泥煤等低品位煤做燃料的情况下，也可以容易地制造高纯度氢气。低品位煤往往输送困难，因此最好是在低品位煤的产地制造氢气，将氢气或根据需要液化为液态氢然后输送到氢消费地。如果采用本发明的氢气制造系统，能够容易地在低品位煤产地制造高纯度氢气，将氢气或液态氢输送到氢消费地，即使在氢消费地使用氢气，在氢消费地也不会产生二氧化碳。
又，在低品位煤等的产地，能够将制氢时分离并贮留的二氧化碳固定于含水层、煤层或采掘层，因此与以往的低品位煤等的输送·消费系统或氢制造系统不同，如果在低品位煤等的产地制氢时分离并贮留二氧化碳，就没必要在氢消费地回收并贮留二氧化碳。其结果是，能够实现例如氢气汽车或氢气燃气轮机发电、氢引擎等分散型利用。
如果采用本发明的氢制造方法，即使使用低品位煤或生物资源这样的低品位燃料制造氢，也能够容易地制造出利用价值高的高纯度氢。又，如果采用本发明的氢制造系统，一边在低品位煤等的产地制造高纯度氢，一边将二氧化碳固定于低品位煤等的产地，借助于此，能够在消费地使用无碳的高纯度氢气。
附图说明
图1是现有的氢气制造方法的说明图；
图2是本发明实施形态1的说明图；
图3表示在本发明的氢制造方法中较适宜使用的喷流床型气化炉的一个例子；
图4是从原料煤出发调制燃料浆液的方法的概念图；
图5是本发明实施形态2的说明图；
图6是本发明实施形态3的说明图；
图7是在本发明中较适宜使用的碱吸收装置的说明图；
图8是在本发明中较适宜使用的深冷分离装置的说明图；
图9是作为制氧装置在本发明中较适宜使用的深冷分离装置的说明图。
具体实施方式
下面适当参照附图对本发明的实施形态进行说明。还有，本发明不限于下述记载。
（现有技术）
下面根据图1说明以煤炭、低品位煤、生物资源（biomass）等作为燃料，使用气化炉制氢的现有技术。首先，煤炭等燃料使用混炼机形成为浆液。这时，根据原来的燃料的含水量添加适量水。燃料的浆液利用泵提供给气化炉。对气化炉提供燃料浆液的同时提供来自氧分离装置的氧。
气化炉先与置换反应器连接，在气化炉内通过燃料的气化产生氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷。反应后的燃料残渣作为炉渣废弃，生成的气体利用气体冷却器冷却到约100～200℃。置换反应器与废热回收连接，废热回收锅炉制造的水蒸汽（过热水蒸汽，约260～600℃）被提供到置换反应器内。在置换反应器内，一氧化碳的一部分与水蒸汽反应，利用水煤气变换反应（置换反应）变为氢和二氧化碳。
由于生成气体的冷却而产生的废水去除后，生成气体被提供给气体分离装置，分离为氢和氢以外的气体。这时，如上所述，分离氢和一氧化碳是困难的，因此在由低品位煤和生物资源制造氢的情况下，由于生成气体中的一氧化碳的比例高，所以制造高纯度的氢是困难的。
与氢分离容易的二氧化碳由气体分离装置从其他途径回收，转变为液化二氧化碳等容易贮留的状态进行贮留，最终处理方式是固定于低品位煤产地的含水层、煤层或采掘层、深海等。
（实施形态1）
下面根据图2对本发明实施形态的一个例子进行说明。从将低品位煤等形成为燃料浆液，到对气化炉产生的生成气体进行冷却为止的工序，与图1所示的现有技术相同。本发明的氢制造方法，使生成气体冷却后，使用陶瓷过滤器、旋风集尘器等除尘装置去除生成气体中的微粒等，然后使生成气体与一氧化碳选择的氧化催化剂接触，将生成气体中的一氧化碳氧化为二氧化碳，借助于此，能够使生成气体中的一氧化碳的比例降到极低的水平。
作为一氧化碳选择的氧化催化剂，最好是钌系催化剂（Ru/Al2O3：以氧化铝作为载体的钌）能够将反应热使用于废热回收锅炉的补给水的预热。在使用钌系催化剂的情况下，有必要将催化剂温度调整到60℃以上210℃以下，例如在气化压力20MPa的饱和温度为212℃，能够将反应热有效利用于废热回收锅炉的补给水的预热。
冷却一氧化碳选择的氧化催化剂后的冷却水被提供给对置换反应器提供水蒸汽的废热回收锅炉，作为预热的锅炉供给水利用。其结果是，与现有技术相比，由于一氧化碳的反应热作为水蒸汽的热能被投入到置换反应器，因此未使置换反应器的反应温度下降，能够投入更多的水蒸汽，结果能够得到更多的氢。
通过充填一氧化碳选择的氧化催化剂的催化剂装置的生成气体中几乎不含一氧化碳。因此，容易利用气体分离装置分离氢与氢以外的气体（二氧化碳、水蒸汽、甲烷等）。其结果是，即使在使用低品位煤作为燃料的情况下，也可以容易地制造高纯度氢。
利用气体分离装置得到的高纯度氢气通过管线等氢输送单元（氢气输送单元）从低品位煤等的产地输送到远处的氢消费地（氢气消费地）。另一方面，从气体分离装置排出的二氧化碳作为主成分的气体，作为合适的液化二氧化碳贮藏于二氧化碳贮留装置内。贮藏一定量的液化二氧化碳后，将其贮留（固定）于低品位煤等的产地的含水层、煤层或采掘层等贮留层。这样，在本发明中，在低品位煤等的产地能够分离、回收并固定二氧化碳，所以不必在氢消费地分离、回收并固定二氧化碳，可以在消费地使用无碳的高纯度氢气。
又，作为气化炉，已知有固定床型、流动床型以及喷流床型这三种主要类型。表1表示各种类型气化炉的燃料粒径、滞留时间、气化温度以及与灰熔点的关系。
表1
Figure 592663DEST_PATH_IMAGE001
。
喷流床型的情况下，在灰熔点以上的高温下进行气化，因此在固定床型及流动床型的情况下不可能实现的焦油部分的分解也能够实现。又，由于容易去除产生的炉渣，所以也适于连续运行。
在这里，图3表示本发明的氢制造方法中较适宜使用的喷流床型气化炉的一个例子。图3的喷流床型气化炉从在上面设置的供给口向炉内提供燃料浆液以及氧化剂（氧气等）。喷流床型气化炉的上部内侧用埋设水管（传热管）的耐火墙（耐火砖等）覆盖，在其内部将燃料浆液加热到约1500℃使其气化。
水管与附属于喷流床型气化炉的蒸汽包连接，形成水在水管与蒸汽包的内部循环的结构。其结果是，炉内的热能的一部分利用循环于水管内的水回收，蒸汽包内能贮存高温水和高温蒸汽。蒸汽包内的高温蒸汽能够作为混炼低品位煤等形成燃料浆液时的加热源加以利用。
也就是说，燃料浆液如图4所示，是在用粉碎器粉碎原料煤后，使用混炼机，一边加热粉碎的原料煤一边进行混炼得到的，但是作为该加热源可以使用由图3的蒸汽包提供的蒸汽。又，作为加热源，也可以使用来自废热回收锅炉的蒸汽。
图3的喷流床型气化炉在用耐火墙覆盖内侧的上部的正下方附近设置蒸汽供给口，从该处将水蒸汽作为冷却剂提供给炉内。通过提供该水蒸汽，在气化炉下部引起水煤气变换反应（置换反应）。同时炉内气体的温度降低到约1200℃，由燃料浆液产生的炉渣积蓄在气化炉底部。又，作为冷却剂提供的水蒸汽，也可以是由蒸汽包提供的蒸汽。
从喷流床型气化炉的下部取出的生成气体，经过冷却后利用除尘装置（图3中描述的陶瓷过滤器）去除微粒子等。陶瓷过滤器有必要定期从下游侧使气体逆向流动以进行逆向清洗，但是作为该逆向清洗的气体，也可以是由蒸汽包提供的蒸汽。
利用除尘装置除尘后的生成气体再次冷却后提供给置换反应路径。
（实施形态2）
下面根据图5对本实施形态的另外例子进行说明。到利用气体分离装置得到高纯度氢气为止，与图2所示的实施形态1相同，对从气体分离装置排出的二氧化碳的处理方法也相同。因此只对与实施形态1不同的部分进行说明。
实施形态2中，利用气体分离装置得到的高纯度氢在利用氢液化装置（氢液化单元）液化为液态氢后，贮藏于氢贮藏装置（产地贮藏单元）内。氢贮藏装置内贮藏的液态氢利用油轮、铁路等输送单元输送到液态氢消费地内的氢贮藏装置（消费地贮藏单元）。该实施形态2中，也能够在低品位煤等的产地进行二氧化碳的分离、回收以及固定，因此没有必要在氢消费地进行二氧化碳的分离、回收以及固定，所以能够在氢消费地（主要是大型发电厂或钢铁厂等）使用无碳的高纯度氢气。
（实施形态3）
下面根据图6对本实施形态的再一个例子进行说明。与图5所示的实施形态2一样的是在氢贮藏装置（产地贮藏单元）内贮藏液态氢，利用油轮、铁路等运输单元（第一运输单元）输送到液态氢消费地的氢贮藏装置（消费地贮藏单元），对从气体分离装置排出的二氧化碳的处理方法也相同。因此只对与实施形态2不同的部分进行说明。
实施形态3中，利用油轮、铁路等第一运输单元将液态氢输送到液态氢消费地的氢贮藏装置（消费地贮藏单元）。再利用油罐车（タンクローリー）等第二输送单元输送到氢站、氢气站等分散型氢贮藏装置（分散型氢贮藏单元），贮藏在那里。
分散型氢贮藏装置将液态氢提供给合适的工厂、氢气汽车等，在这里即使所提供的氢气燃烧也不产生二氧化碳，因此在液态氢消费地，不需要随着氢气消费进行二氧化碳的分离和回收，能够作为无碳的氢气使用。
实施例
设想将低品位煤作为燃料，利用图2所示的工序制造氢，通过计算机模拟计算出制造的氢的组成。使用的低品位煤的性状如表2所示，假定为褐煤，但即使是组成相近的泥煤或生物资源也相同。气化炉的条件为，气化压力2.0MPa、O2/C=0.56，氧化剂使用纯度为99.5％的氧气。
生成气体利用热回收锅炉/气体冷却器冷却到100℃～200℃后，一边将钌系催化剂（Ru/Al2O3）冷却到60℃～210℃，一边使其接触生成气体进行改性。又，气体分离装置假定为使用托盘式蒸馏塔的深冷分离装置。又，表2的数值为除了水分以外干燥的重量基本值。
表2
Figure 2010800214157100002DEST_PATH_IMAGE002
。 
比较例
共通部分采用与实施例相同的条件，假定利用图1所示的工序制造氢，进行计算机模拟，计算制造出的氢的组成。
提供给实施例与比较例的气化炉的燃料、氧化剂、水蒸汽量、得到的产品气体（氢气）中的氢含氢量示于表3。
表3
Figure 385170DEST_PATH_IMAGE003
。
根据表3可以确认，即使是将相同的低品位煤作为燃料使用，也是实施例的水蒸汽量多，氢气产生量也多。
又，提供给深冷分离装置之前的阶段的气体组成的模拟结果示于表4。又，由深冷分离装置分离得到的产品气体（氢气）的组成示于表5。
表4
。
表5
。
根据表4对提供给深冷分离装置之前的阶段（钌系催化剂产生的一氧化碳选择的氧化后的阶段）的气体组成进行比较。又，H2O在实施例与比较例中浓度大致相同，又，如果形成冷凝水则容易分离，因此对其他浓度进行比较。对于实施例，一氧化碳仅为0.03％，为了得到高纯度氢气只分离CO2即可。另一方面，比较例中，CO含量为8.9％，有必要分离CO2及CO。
根据表5对在深冷分离装置中分离得到的产品气体（氢气）的组成作比较，在比较例中产品气体中含有21.4％的CO，作为无碳的高纯度氢是不理想的。在比较例中，再追加深冷分离装置以提高氢气的纯度是可能的，但深冷分离装置变得过大，而且需要追加分离动力，而且分离的CO的发热量也不能有效利用。另一方面，在实施例中，H2为97.2％，证明了能够得到比比较例更高纯度的氢气。
气体分离装置的理想例1
在本发明中使用的气体分离装置为碱吸收装置的情况下，最好是如图7所示那样的结构。图7的碱吸收装置，其特征在于，在吸收二氧化碳后，利用高压泵加压二氧化碳吸收后的吸收液，将其提供给再生塔，并将再生后的吸收液送回吸收塔，这时利用膨胀阀、阀门等压力调整装置降压。
现有的碱吸收装置，尽管将二氧化碳吸收到低温的吸收液中的吸收塔与加热吸收二氧化碳的吸收液并使其放出二氧化碳的再生塔在吸收液的循环路径连接，两者的压力相等。但是，图7所示的碱吸收装置利用高压泵对吸收塔内的吸收液加压，将其提供给再生塔，而且由于在吸收液从再生塔返回吸收塔的路径上具备压力调整阀，因此能够将再生塔内的压力维持于比吸收塔内的压力高的压力。
在这里，通过煤等的气化得到的氢可以在常压下使用，即使是使用于高压力比的汽轮机的情况下，只要有3.5MPa左右的压力也就足够了。另一方面，为了长期稳定地贮留二氧化碳，在常温下需要形成7.4MPa以上而且31℃以上温度的超临界状态。因此，由于现有的方法从碳等产生的氢和二氧化碳的压力为3.5MPa以下，所以在贮留二氧化碳（CCS）时为了将二氧化碳加压到7.4MPa以上需要很多能量。
但是图7所示的碱吸收装置中，由于用高压泵对吸收二氧化碳的吸收液加压，能够使再生塔内维持在7.4MPa以上，所以与将二氧化碳加压到7.4MPa以上的情况相比，只要用很少的能量就够了。例如，根据计算，将1吨二氧化碳从2.0MPa加压到7.4MPa的压缩动力为26.7kWh（假定η＝80％），将10吨吸收液压缩到相同的压力的动力为19.9kWh，因此只要0.74倍就足够了。
假定吸收塔内的压力为2.0MPa，再生塔内的压力为7.4MPa的情况下，吸收塔内的温度约为50℃，再生塔内的温度约为125℃。用高压泵加压到7.4MPa以上的吸收液与从再生塔返回吸收塔的吸收液利用热交换器进行热交换是理想的。借助于热交换器预冷，再利用冷却器冷却到约50℃的吸收液，利用压力调整阀使压力从7.4MPa减压到2.0MPa。
气体分离装置的理想例2
本发明中使用的气体分离装置为深冷分离装置的情况下，最好是采用图8所示的结构。图8的深冷分离装置的特征在于，利用高压泵在蒸馏塔内将液化的液态二氧化碳加压到7.4MPa以上。
氢和二氧化碳的混合气体（改性气体）在去除水分之后，根据需要进行压缩和冷却，然后利用气体膨胀式涡轮输送到蒸馏塔内，沸点较高的二氧化碳作为液态二氧化碳贮留在蒸馏塔底部。将这种液态二氧化碳从蒸馏塔取出时，用高压泵将其加压到7.4MPa以上，这样能够向二氧化碳贮留装置输送超临界状态的二氧化碳。
将1吨液态二氧化碳从2.0MPa压缩到7.4MPa的情况下，计算得出所需要的动力为1.95kWh，因此与在相同情况下压缩二氧化碳气体的情况相比，只要0.07倍就足够了。
还有，利用高压泵加压的液态二氧化碳，为了对压缩后的混合气体进行预冷提供给热交换器之后，作为高压常温的二氧化碳（超临界状态）输送到二氧化碳贮留装置。
与二氧化碳分离的氢作为氢冷气体被从蒸馏塔上部取出，但是作为液态氢的情况下提供给液化装置。另一方面，作为氢气用管线输送的情况下，也可以将氢冷气体提供给热交换器，用于对压缩后的混合气体进行预冷。
氧气发生装置的理想例
应用图9所示的深冷分离装置制造作为氧化剂向气化炉提供的氧（氧气）也是理想的。基本结构与图8所示的深冷分离装置相同。作为原料的空气利用压缩机压缩，冷却并除湿后，利用膨胀式涡轮向蒸馏塔内输送，沸点较高的氧作为液态氧贮留在蒸馏塔底部。这种液态氧从蒸馏塔取出时，用高压泵加压到气化炉内压力以上的压力，这样能够将氧气作为氧化剂提供给气化炉内。这时，加压后的液态氧被提供给热交换器用于对压缩空气进行预冷，然后作为高压常温的氧气提供给气化炉。
与液态氧分离的氮气作为氮冷气体从蒸馏塔上部被取出，提供给热交换器用于压缩空气的预冷，然后作为氮气释放到大气中。
工业应用性
本发明的氢制造方法以及氢制造系统在能量领域以及利用氢的广大范围的工业领域中是有用的。 

Claims (10)

1.一种氢制造方法，具备下述工序：
在存在水蒸汽的条件下加热燃料的加热工序、
加热工序中得到的生成气体中，通过使一氧化碳与水蒸汽反应，以转化为二氧化碳与氢的转化工序、
对转化工序后的生成气体进行冷却后，使其与一氧化碳选择的氧化催化剂接触形成为改性气体的改性工序、以及
利用气体分离装置从所述改性气体分离氢的氢分离工序，其特征在于，
在所述氢制造方法中，所述一氧化碳选择的氧化催化剂利用冷却水进行冷却；
冷却所述一氧化碳选择的氧化催化剂的冷却水回收的热能被使用于对转化工序提供的水蒸汽的制造中。
2.根据权利要求1所述的氢制造方法，其特征在于，所述燃料为煤炭、低品位煤或生物资源。
3.根据权利要求1所述的氢制造方法，其特征在于，所述一氧化碳选择的氧化催化剂为钌系催化剂，利用冷却水冷却到60℃以上210℃以下。
4.根据权利要求1所述的氢制造方法，其特征在于，所述气体分离装置是利用碱吸收法吸收二氧化碳的碱吸收装置。
5.根据权利要求4所述的氢制造方法，其特征在于，
在所述碱吸收装置中，
通过从吸收塔向再生塔输送加压的吸收液，再生塔内维持于二氧化碳的临界压力附近或临界压力以上；
从再生塔向吸收塔输送吸收液时，利用压力调整装置进行减压。
6.根据权利要求1所述的氢制造方法，其特征在于，所述气体分离装置为深冷分离装置。
7.根据权利要求6所述的氢制造方法，其特征在于，
在所述深冷分离装置中，
通过对蒸馏塔内产生的液化二氧化碳进行压缩，将液化二氧化碳的压力维持于二氧化碳的临界压力附近或临界压力以上；
使用蒸馏塔内产生的液化二氧化碳和从蒸馏塔取出的氢，在膨胀前对所述改性气体进行预冷。
8.根据权利要求1所述的氢制造方法，其特征在于，使用二氧化碳贮留装置贮留在所述氢分离工序中与氢分离的二氧化碳。
9.一种氢制造系统，是使燃料气化产生氢的氢制造系统，其特征在于，
氢是在存在水蒸汽的条件下通过加热煤炭或低品位煤，使产生的生成气体在60℃以上210℃以下的温度与钌系催化剂接触，然后利用气体分离装置与其他气体分离得到的；
所述氢制造系统具备：
将气体分离装置分离出的氢输送到氢消费地的氢输送单元、以及
将所述其他气体中的二氧化碳固定于煤炭或低品位煤产地的含水层、煤层或采掘层加以贮留的二氧化碳贮留单元。
10.一种氢制造系统，是使燃料气化产生氢的氢制造系统；其特征在于，
氢是在存在水蒸汽的条件下通过加热煤炭或低品位煤，使产生的生成气体在60℃以上210℃以下的温度与钌系催化剂接触，然后利用气体分离装置与其他气体分离得到的；
所述氢制造系统具备：
将氢液化的氢液化单元、
将液态氢贮藏于煤炭或低品位煤产地的产地贮藏单元、
将贮藏的液态氢输送到液态氢消费地的输送单元、
将液态氢贮藏于液态氢消费地的消费地贮藏单元，以及
将所述其他气体中的二氧化碳固定于煤炭或低品位煤产地的含水层、煤层或采掘层加以贮留的二氧化碳贮留手段。
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