JP2003012304A - 水素含有ガスの精製方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素精製効率を低下させることなく水素含有
ガスを簡便に精製する方法およびその装置を提案するこ
と。 【解決手段】 製鉄所等の化成設備から副生する水素含
有原料ガスから水素を精製分離する方法において、前記
原料ガス中に含有する不純物の吸・脱着処理の過程で、
被処理原料ガスの冷却に際し、複数台の熱交換器を交互
に用いて該原料ガスからの水素ガスの分離精製を行なう
こと。また、前記各熱交換器の清浄化には、その入り側
から水または蒸気を供給し、または、それに加えてさら
に不純物分解用薬剤を供給することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所や化学工場
などの化成設備で発生する水素を含有する副生ガスを原
料ガスとし、加熱炉や還元炉、水添設備などで使用され
る水素ガスを精製し、分離回収するための水素含有ガス
の精製方法ならびにその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製鉄所の化成設備のひとつであるコーク
ス炉から発生するコークス炉ガス等の副生ガスについて
は、需要先設備の腐食および不純物生成等を原因とする
トラブル防止、あるいは、燃焼排ガス成分の排出規制の
観点から、副生ガス（原料ガス）発生炉出側にガス中硫
黄分除去のための脱硫装置やアンモニア成分を回収する
脱安装置、あるいは軽油成分を回収除去する装置等を設
置して処理するのが普通である。

【０００３】この副生ガスからはまた、水素精製装置を
介して生成した水素を分離回収している。こうした副生
ガスを原料ガスとした水素精製処理は、一般に図１に示
すような水素含有ガスの精製装置で行なわれる。原料ガ
ス（水素含有ガス）は、まずミストセパレータ１に導入
され、ここで原料ガス中に含まれる液状不純物（ター
ル、凝縮水分など）がまず、除去される。次いで、処理
後の原料ガスは、吸着効率向上のために加圧する原料ガ
ス圧縮機２に導き、その後、タール、ナフタリンを除去
するための第１不純物吸着塔３を経て、ガスの露点を低
減するための第２不純物吸着塔４に導入した後、ガス冷
却設備９を経て、メタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭
素、ベンゼン、トルエン、キシレン、酸素、アルゴンを
分別除去をするための圧力揺動型吸着塔５に送り込んで
処理し、目標とするガス成分にまで精製している。な
お、微量の酸素分については、上記吸着過程では十分に
除去しきれないため、脱酸塔６を設けて導入し、触媒と
反応させて水蒸気化して除去し、さらにその後、脱湿塔
７に導入して乾燥し、需要先への要求に応じた水素ガス
を調整して供給する。

【０００４】上記水素含有ガスの精製装置において、熱
交換器１０および冷凍機１１にて構成される冷却設備９
は、処理ガスを冷却することにより、被処理ガスの分子
運動量を低減させ、ガス導入量の増量化を図るととも
に、吸着塔での不純物吸着量を向上させるために有効に
作用する。

【０００５】一方でこの冷却設備の存在は、ガス中に含
まれる不純物の融点がこのガス冷却設備９の温度調整範
囲内に入るような場合、ガスの導通部分に不純物が析出
して、付着するという問題があった。特に、この装置の
運転時間が長くなるときは、冷却設備の伝熱面の熱伝導
不良を招いたり、不純物の固化、付着によってガス導通
部が閉塞されて導通不良、不能となる等の冷却トラブル
が頻発していた。しかも、こうしたトラブルの発生は、
水素精製量の低下やガス冷却によるメリットが享受でき
ない場合が生じたり、水素の精製・製造効率の低下を招
いていた。こうした実情に鑑み、従来、その対応策とし
て、ガス精製ラインを定期的に停止し、冷却設備のガス
導通部位の付着物を熱水または高圧水によって洗浄し除
去していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の水素含有ガスの精製装置は、この装置内冷却設備のガ
ス導通部位を洗浄するとき、この精製ラインそのものを
停止する必要があった。しかも、その停止のタイミング
についても、需要先の稼動状況などに応じて決定するこ
と、また安定供給を考慮することが必要になるため、冷
却効率の低下を招き、そのために水素の精製量が減少し
た状態での長時間運転を強いられることもあった。

【０００７】本発明の目的は、水素精製効率を低下させ
ることなく水素含有ガスを簡便に精製する方法およびそ
の装置を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的の実現に向けた
研究の中で、発明者らは、水素含有ガスの精製装置の冷
却設備内に熱交換器を複数台設け、これらを交互に切り
換えて連続運転するようにしたところ、水素含有ガスの
精製装置を停止するまでもなく、前記ガス導通部位の洗
浄が可能になり、ひいては水素の精製（製造）効率を全
く低下させることなく分離・回収することができること
を知見し、本発明を開発するに到った。

【０００９】即ち、本発明は、化成設備から副生する水
素含有原料ガスから水素を精製分離する方法において、
前記原料ガス中に含有する不純物の吸・脱着処理の過程
で、被処理原料ガスの冷却に際し、複数台の熱交換器を
交互に用いて該原料ガスからの水素ガスの分離精製を行
なうことを特徴とする水素含有ガスの精製方法である。
なお、前記各熱交換器に、その入り側から水または蒸気
を供給し、または、それに加えてさらに不純物分解用薬
剤を供給することが好ましい。

【００１０】また、本発明は、化成設備から副生する水
素含有原料ガスから水素を精製して分離回収する精製装
置において、前記原料ガス中に含有する不純物の吸・脱
着設備とともに設けられる冷却設備が、交互に切り換え
て稼動させることの可能な複数台の熱交換器にて構成さ
れていることを特徴とする水素含有ガスの精製装置であ
る。なお、前記冷却設備の各熱交換器は、これらの入り
側から水または蒸気を供給する装置、または、さらに不
純物分解用薬剤を供給する装置を具えてなることが好ま
しい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、水素含有ガスの
精製装置内の冷却設備９について、その構成を、複数台
の熱交換器１０ａ、１０ｂを設け、精製する水素の純度
や原料ガスの流量などに基づいて、これらの熱交換器１
０ａ、１０ｂを交互に切り換えて操業することにある。
このような構成とすることにより、熱交換器１０ａ、１
０ｂの熱伝導の低下やガス導通部位に閉塞等のトラブル
が生じた場合においても、ガス精製ラインを停止するこ
となく、該熱交換器１０ａ、１０ｂおよびガス導通部位
の清浄化作業が可能になり、その結果、安定した原料ガ
スの処理、とくに水素の精製分離と需要先への安定した
水素ガスの供給が可能になる。

【００１２】なお、不純物の付着した熱交換器１０ａ、
１０ｂおよびガス導通部位の洗浄には、水または蒸気の
他、ナフタレン系や石油系、有機窒素化合物系溶剤など
の洗浄剤を用いることができる。すなわち、操業に用い
られていない熱交換器およびガス導通部位は、水、蒸気
または上記洗浄剤によりあらかじめ洗浄した上で、清浄
な状態で待機させておくことが望ましい。

【００１３】図２は、本発明に係る水素含有ガスの精製
方法を示すフロー図であり、図示の符号１〜１１につい
ては、図１と同一の構成を示すので説明を省略する。本
発明と従来の方法との違いは、原料ガス冷却設備の構成
にある。本発明の原料ガス冷却設備９は、複数台、図示
例では２台の熱交換器１０ａ、１０ｂを設けている点に
構成上の特徴がある。なお、図示の１２ａ、１２ｂは洗
浄ノズルであり、１３は原料ガス流量計であって、原料
ガスの入側においてミスト除去した後の原料ガス流量を
測定するものである。また、図示の１４は比較演算器で
あって、精製水素ガスの純度の測定値ならびに前記原料
ガス流量値を入力してラインの稼動を制御するために用
いられ、図示の１５の選択スイッチを使って、前記冷却
設備の熱交換器１０ａ、１０ｂの切り換え制御を行うの
に供される。

【００１４】以下、本発明に係る水素含有ガスの精製装
置による水素含有ガス精製方法について説明する。原料
ガスの流量およびガス中の水素の純度については、水素
純度計８および原料ガス流量計１３により常時計測する
こととし、その測定結果を比較演算器１４に伝送する。
そして、この比較演算器１４には、水素の精製および製
造効率の規定値から、原料ガス流量および水素純度の下
限値を求めておき、その値をあらかじめ入力しておく。

【００１５】次に、前記比較演算器１４を用いた冷却設
備９の具体的な制御方法について説明する。例えば、水
素純度計８の測定値または原料ガス流量計１３の測定値
が、予め設定した上記下限値よりも下回わった場合、比
較演算器１４より選択スイッチ１５を介して熱交換器１
０ａに付設された切換弁１６ａ、１６ｂ（熱交換器１０
ａガス側入口と冷却水側出口弁）へ閉の指示が出され
る。同時に、比較演算器１４より熱交換器１０ｂに付設
された切換弁１７ａ、１７ｂ（熱交換器１０ｂガス側入
口弁と冷却水側出口弁）へ開の指示が出される。つま
り、水素の純度低下および／または原料ガス流量の低下
から、熱交換器１０ａ側の伝熱不良またはガス導通部位
の閉塞を予測し、この冷却設備の運転を、待機中の熱交
換器１０ｂ側へ自動的に切り換えるのである。この操作
により、ガス精製装置は、原料ガスの冷却設備を停止す
ることなく、継続的に運転することができるようにな
る。なお、前記切換弁１６ａ、１６ｂおよび１７ａ、１
７ｂの切換は、ガス圧力ならびにガス流量の変動が極小
になるように、開閉速度が図示しないタイマーによって
コントロールされ、その切換タイミングが管理される。

【００１６】その切り換え後、所定時間を経過した後、
熱交換器１０ａに付設された洗浄ノズル１２ａの元バル
ブが開となり、熱交換器１０ａのガス導通部位に対して
洗浄液を噴射する。洗浄完了後、除去された洗浄物は、
図示しないガス導通部位に設けられたドレンノズルより
外部に排出され、この熱交換器１０ａは次の切り換えに
具えて待機状態に入る。

【００１７】

【実施例】原料ガスとしてコークス炉ガスを用いた場合
の本発明実施例について説明する。原料ガスの組成、各
成分の性状および運転条件を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】上記運転条件にて、冷却設備の切り換えな
しに1週間運転したところ、熱交換器のガス側伝熱面に
ベンゼンやキシレンなどが析出し、その他に生成したガ
ム状の物質とともに付着し、薄膜を形成していた。その
時の冷却設備９出口でのガス組成を表２に示す。ベンゼ
ン、キシレンの析出総量は、3,360(m³-N)/weekにまで達
し、このため熱交換器での伝熱不良と同時に水素の純度
の低下も確認された。この時点で、熱交換器の切り換え
を行ったところ、水素含有ガスの精製装置を停止するこ
となく、規定値以上の精製効率でさらに運転を継続する
ことができた。一方、切換によりオフラインの待機状態
におかれた熱交換器は、洗浄ノズルから洗浄液を噴射し
て洗浄を行なった。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
素含有ガスの精製装置、とくに冷却設備を全く停止する
ことなく、伝熱不良を起こしているガス導通部位に付着
する不純物を、簡便に分解除去することができる。その
ため、水素精製量の減少および冷却設備の効率低下を招
くことなく、水素含有ガスの精製装置の連続運転ができ
るという効果がある。また、冷却設備の保全コストの削
減も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の水素精製工程フロー図である。

【図２】 本願発明の実施例を示す水素精製工程フロー
図である。

【符号の説明】

１ ：ミストセパレータ ２ ：原料ガス圧縮機 ３ ：第１不純物吸着塔 ４ ：第２不純物吸着塔 ５ ：圧力揺動型吸着塔 ６ ：脱酸塔 ７ ：脱湿塔 ８ ：水素純度計 ９ ：冷却設備 １０：熱交換器 １１：冷凍機 １２：洗浄ノズル １３：原料ガス流量計 １４：比較演算器 １５：選択スイッチ １６：切換弁 １７：切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D012 CA03 CA07 CA11 CB11 CD07 CE01 CF04 CG06 4G040 FA02 FB09 FC02 FE06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化成設備から副生する水素含有原料ガス
   から水素を精製分離する方法において、前記原料ガス中
   に含有する不純物の吸・脱着処理の過程で、被処理原料
   ガスの冷却に際し、複数台の熱交換器を交互に用いて該
   原料ガスからの水素ガスの分離精製を行なうことを特徴
   とする水素含有ガスの精製方法。
2. 【請求項２】 前記各熱交換器に、その入り側から水ま
   たは蒸気を供給し、または、それに加えてさらに不純物
   分解用薬剤を供給することを特徴とする請求項１に記載
   の水素含有ガスの精製方法。
3. 【請求項３】 化成設備から副生する水素含有原料ガス
   から水素を精製して分離回収する精製装置において、前
   記原料ガス中に含有する不純物の吸・脱着設備とともに
   設けられる冷却設備が、交互に切り換えて稼動させるこ
   との可能な複数台の熱交換器にて構成されていることを
   特徴とする水素含有ガスの精製装置。
4. 【請求項４】 前記冷却設備の各熱交換器は、これらの
   入り側から水または蒸気を導入する装置、または、さら
   に不純物分解用薬剤を導入する装置を具えてなることを
   特徴とする請求項３に記載の水素含有ガスの精製装置。