JP2005213087A - Method for producing high purity hydrogen - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing high purity hydrogen, e.g. of ≥99.99% purity, conveniently and efficiently, suitable for a small scale production, and a system for producing hydrogen. <P>SOLUTION: This method for producing high purity hydrogen comprises conducting a dehydrogenation reaction of a raw material oil containing a hydrocarbon in the presence of a catalyst to produce a mixture of hydrogen and a dehydrogenated oil containing an unsaturated hydrocarbon, cooling and separating/removing most part of the dehydrogenated oil from the mixture utilizing a cooling and separating means, and further separating/removing the dehydrogenated oil as an impermeable gas and taking out hydrogen as a permeable gas utilizing a membrane separation means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水素の製造方法に関し、とくに水素製造の分野において、主としてシクロヘキサン環を有する炭化水素からなる原料油を用いて脱水素反応により水素を発生させ、その水素中に含まれる炭化水素を冷却分離した後、膜分離を用いて除去することを特徴とする水素の製造方法及びシステムに関するものである。   The present invention relates to a method for producing hydrogen, and particularly in the field of hydrogen production, hydrogen is generated by a dehydrogenation reaction using a feedstock mainly composed of hydrocarbons having a cyclohexane ring, and the hydrocarbons contained in the hydrogen are cooled. The present invention relates to a method and system for producing hydrogen, characterized by being removed using membrane separation after separation.

水素は石油精製、化学産業などをはじめとしてあらゆる産業分野において広く用いられている。とくに近年、将来のエネルギーとして水素エネルギーが注目されてきており燃料電池を中心に研究が進められているが、水素ガスは熱量あたりの体積が大きく、また液化に必要なエネルギーも大きいため、水素の貯蔵、輸送のシステムが重要な課題となっている。また水素供給のためにあらたなインフラストラクチャーの整備が必要である(例えば非特許文献1を参照)。   Hydrogen is widely used in various industrial fields including the oil refining and chemical industries. In particular, in recent years, hydrogen energy has attracted attention as a future energy, and research is focused on fuel cells, but hydrogen gas has a large volume per calorie and also requires a large amount of energy for liquefaction. Storage and transport systems are an important issue. In addition, a new infrastructure is required for hydrogen supply (see Non-Patent Document 1, for example).

一方、液状の炭化水素は水素ガスに比べてエネルギー密度が大きく取り扱いやすいことに加え、既存のインフラストラクチャーが利用できるという利点もあることから、炭化水素を貯蔵、輸送し必要に応じてこの炭化水素から水素を製造する方法は重要である。
炭化水素から水素を製造する方法としては、メタンや軽質パラフィンの水蒸気改質法、自己熱改質法、部分酸化法など公知の技術により広く行われているが、これらの反応は高温を必要とする。更に、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池によるオンサイトでの発電を対象とした場合には、これら方法による水素製造の後段に、シフト反応器及びCO選択酸化もしくはメタネーションによる一酸化炭素除去器が必要となり、非常に複雑なプロセスとなる。また、自動車用の水素ステーションを対象とした場合には、圧力スイング吸着(PSA)による精製方法を用いて一酸化炭素を除去しなければならない。これはメタノールの改質方式においても同様で、オンサイトの場合ではシフト反応器及びCO選択酸化もしくはメタネーションによる一酸化炭素の除去器が必要であり、水素ステーションの場合にはPSAによる一酸化炭素の除去が必要となる。
Liquid hydrocarbons, on the other hand, have an energy density that is easier to handle than hydrogen gas, and also have the advantage of being able to use existing infrastructure, so hydrocarbons can be stored and transported and used as needed. The method of producing hydrogen from methane is important.
Methods for producing hydrogen from hydrocarbons are widely carried out by known techniques such as steam reforming of methane and light paraffin, autothermal reforming, and partial oxidation, but these reactions require high temperatures. To do. Furthermore, in the case of on-site power generation using a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell, carbon monoxide removal using a shift reactor and CO selective oxidation or methanation is performed after the hydrogen production by these methods. Equipment is required, which is a very complex process. In addition, when a hydrogen station for automobiles is targeted, carbon monoxide must be removed using a purification method by pressure swing adsorption (PSA). The same applies to the reforming system of methanol. In the case of on-site, a shift reactor and a carbon monoxide remover by CO selective oxidation or methanation are required. In the case of a hydrogen station, carbon monoxide by PSA is used. Need to be removed.

これに対し、炭化水素から水素を製造する方法の中でも、炭化水素、好ましくは液状の炭化水素を脱水素して水素を製造する方法は、反応が単純であることから製造プロセスも単純である。更に、その生成物は、気体である水素と常温では液体である不飽和炭化水素を主とするため、両者の分離が比較的容易であるという特長がある。特にシクロヘキサン環を有する炭化水素を原料とし、そのシクロヘキサン環を脱水素し芳香族環にする反応は、脱水素触媒の存在下で容易に反応が進行し、生成物である水素と芳香族炭化水素の分離も比較的に容易であるために、小規模の水素製造に適した方法である(例えば、非特許文献2を参照)。   On the other hand, among the methods for producing hydrogen from hydrocarbons, the method for producing hydrogen by dehydrogenating hydrocarbons, preferably liquid hydrocarbons, has a simple reaction because the reaction is simple. Furthermore, since the product is mainly composed of gaseous hydrogen and unsaturated hydrocarbon which is liquid at room temperature, the product has a feature that it is relatively easy to separate them. In particular, the reaction using a hydrocarbon having a cyclohexane ring as a raw material and dehydrogenating the cyclohexane ring into an aromatic ring proceeds easily in the presence of a dehydrogenation catalyst, and the product hydrogen and aromatic hydrocarbon Is relatively easy, and is suitable for small-scale hydrogen production (see, for example, Non-Patent Document 2).

化学反応原料用水素は、一般に高純度な水素が要求されることが多いが、しかし、上述の炭化水素の脱水素により水素を製造する方法には、得られた水素には不飽和炭化水素、たとえば芳香族炭化水素が必然的に混入しているので該芳香族炭化水素を除去・精製する必要がある。   In general, high purity hydrogen is often required for the chemical reaction raw material hydrogen. However, in the method for producing hydrogen by dehydrogenation of the hydrocarbon described above, the obtained hydrogen is unsaturated hydrocarbon, For example, since aromatic hydrocarbons are inevitably mixed, it is necessary to remove and purify the aromatic hydrocarbons.

ここで、大規模な、工業的な水素の精製方法は別にして、前述のように小規模で、簡便な水素の製造装置としては、未だ十分な提案はない。特に水素に含まれる小割合の不純物としての不飽和炭化水素、例えば芳香族炭化水素をターゲットとしてこれを選択的に主として分離・除去して高純度な水素を製造する小規模製造に適した簡便な方法の提案はほとんどされていない。
すなわち、水素の純度を高くする必要がある場合、たとえば99.99%以上に上げるような場合には水素と芳香族炭化水素の分離にも問題が生じてくる。生成した水素と芳香族炭化水素の温度を大気圧下、常温まで下げれば大部分の芳香族炭化水素は液化して水素と分離できるが、常温での蒸気圧に応じた量の芳香族炭化水素は水素ガス中に混入せざるを得ない。例えばトルエンの場合、15 ℃、大気圧下では約2.1 %の混入となる。この対策として冷却・分離する方法を採用することができる。
Here, apart from a large-scale industrial hydrogen purification method, there is not yet a sufficient proposal as a small-scale and simple hydrogen production apparatus as described above. Particularly suitable for small-scale production that produces high-purity hydrogen by selectively separating and removing unsaturated hydrocarbons as a small proportion of impurities contained in hydrogen, for example, aromatic hydrocarbons as targets. There has been little proposed method.
That is, when it is necessary to increase the purity of hydrogen, for example, when it is increased to 99.99% or more, a problem arises in the separation of hydrogen and aromatic hydrocarbons. Most aromatic hydrocarbons can be liquefied and separated from hydrogen by reducing the temperature of the generated hydrogen and aromatic hydrocarbons to normal temperature under atmospheric pressure, but the amount of aromatic hydrocarbons depends on the vapor pressure at normal temperature. Must be mixed in hydrogen gas. For example, in the case of toluene, it becomes about 2.1% contamination at 15 ° C. and atmospheric pressure. As a countermeasure, a cooling / separation method can be employed.

しかし冷却分離するとしても水素濃度99.99%以上を達成するためには、炭化水素の蒸気圧から計算すると常圧では−50℃程度まで低温に冷却する必要がある。冷却分離は基本的には簡便な方法ではあるが、冷凍機を用いて−50℃まで冷却するとなると、エネルギー効率が低く、設備も大きくなるため、好ましい除去方法ではない。   However, in order to achieve a hydrogen concentration of 99.99% or higher even if cooled and separated, it is necessary to cool to a low temperature of about −50 ° C. at normal pressure as calculated from the vapor pressure of the hydrocarbon. Although cooling separation is basically a simple method, cooling to −50 ° C. using a refrigerator is not a preferable removal method because energy efficiency is low and facilities are large.

分離の方法としては、この他に吸着剤に吸着させて分離する吸着分離の方法がある。この方法では吸着後の吸着剤から芳香族炭化水素を脱離させて回収するとともに吸着剤を再生することが必要である。この中で、圧力の変動により吸着および脱離を行わせる圧力スイング吸着法(PSA法)が吸着剤の再生が容易なところから有用として知られているが、水素ガスのリサイクル比及び全体の効率が低く、また昇圧、降圧などの操作が必要でシステムとして大きなものとなる欠点がある。   As another separation method, there is an adsorption separation method in which it is adsorbed by an adsorbent and separated. In this method, it is necessary to desorb and recover the aromatic hydrocarbon from the adsorbent after adsorption and to regenerate the adsorbent. Among them, the pressure swing adsorption method (PSA method) in which adsorption and desorption are performed by pressure fluctuation is known because it is easy to regenerate the adsorbent, but the hydrogen gas recycle ratio and overall efficiency are known. However, there is a disadvantage that the system is large because operations such as step-up and step-down are necessary.

上記以外の分離方法として、膜分離法が挙げられる。膜分離法はエネルギー効率が良いという特徴をもっており、膜分離法に使用される分離膜の種類としては、主に、パラジウム膜、高分子膜、セラミック膜、カーボン膜等がある。
膜分離法は、そのほか簡便でもあり好ましい方法ではある。
いくつか膜分離の技術は紹介されており、たとえば、特許文献1では、硫化水素と水素とを分離するのに、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素からなる多孔質セラミック膜を隔膜として用いて分離する方法が開示されている。非特許文献3では、ヘリウムと窒素、二酸化炭素と窒素の分離にSi粉を燒結した多孔質支持体上で、ポリシラザン(polysilzane)を熱分解して得たSi膜を用いている。さらに、特許文献2ではアルコール、低級炭化水素を水蒸気改質して得られる水素から一酸化炭素を除去するために、金属触媒を担持させた多孔質セラミック膜に形成した分離層により、水素から一酸化炭素を除去する技術の開示がある。金属触媒は一酸化炭素の酸化のためであり、多孔質セラミック膜の基材はα―アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等であり、そして分離層膜は、シリカ、シリカ・アルミナ、シリカ・ジルコニア、シリカ・チタニア等からなるものである。水蒸気改質からの水素中の一酸化炭素を分離・酸化除去する提案をしている。
As a separation method other than the above, there is a membrane separation method. The membrane separation method is characterized by high energy efficiency, and the types of separation membranes used in the membrane separation method mainly include palladium membranes, polymer membranes, ceramic membranes, and carbon membranes.
The membrane separation method is also a simple and preferable method.
Several membrane separation techniques have been introduced. For example, Patent Document 1 discloses a method for separating hydrogen sulfide and hydrogen by using a porous ceramic membrane made of silica, alumina, and silicon nitride as a diaphragm. Is disclosed. In Non-Patent Document 3, an Si 3 N 4 film obtained by pyrolyzing polysilazane on a porous support obtained by sintering Si 3 N 4 powder for separation of helium and nitrogen and carbon dioxide and nitrogen is used. ing. Further, in Patent Document 2, in order to remove carbon monoxide from hydrogen obtained by steam reforming alcohol and lower hydrocarbon, the separation layer formed on the porous ceramic membrane supporting the metal catalyst is used to remove the carbon monoxide. There is a disclosure of a technique for removing carbon oxides. The metal catalyst is for the oxidation of carbon monoxide, the substrate of the porous ceramic membrane is α-alumina, silica, titania, zirconia, etc., and the separation layer membrane is silica, silica-alumina, silica-zirconia, It consists of silica and titania. We propose to separate and oxidize and remove carbon monoxide in hydrogen from steam reforming.

しかしながら、例えば分離・除去の対象として芳香族に的を絞り、これを水素から膜分離する場合、水素/ベンゼン=3/1(容量比)の組成である反応ガスを 水素/ベンゼンの透過係数比1,500の膜(例えばセラミック膜やカーボン膜)を用い、リサイクル比20%で分離を行っても、水素濃度は99.954%程度までしか向上しないのが実際である。より過酷な操作方法を採用すればある程度は純度は向上するかもしれないが、無論実際的ではない。   However, for example, when focusing on aromatics as a target for separation / removal and membrane separation from hydrogen, a reaction gas having a composition of hydrogen / benzene = 3/1 (volume ratio) is converted to a hydrogen / benzene permeability coefficient ratio. Even if 1,500 membranes (for example, ceramic membranes and carbon membranes) are used and separation is performed at a recycling ratio of 20%, the hydrogen concentration is actually improved only to about 99.954%. If more rigorous operating methods are used, purity may improve to some extent, but of course not practical.

以上のように小規模でかつ簡便であり、しかも不飽和炭化水素、特に芳香族炭化水素の分離除去に的を絞った水素、例えば純度99.99%以上の高純度な水素の製造方法は未だ十分には提案されていない。
小林紀,季報エネルギー総合工学,第25巻第4号,73〜87頁(2003) 市川勝,工業材料,第51巻第4号,62〜69頁(2003) H.Mori.et.al.,J.Membrane Science 147(1998)23−33 特開昭53−99078号公報 特開2003−71287号公報
As described above, there is still a method for producing hydrogen that is small-scale and simple and that focuses on separation and removal of unsaturated hydrocarbons, particularly aromatic hydrocarbons, for example, high-purity hydrogen having a purity of 99.99% or more. Not fully proposed.
Kobayashi N, Seasonal Energy Engineering, Vol. 25, No. 4, pp. 73-87 (2003) Masaru Ichikawa, Industrial Materials, Vol. 51, No. 4, 62-69 (2003) H. Mori. et.al., J.A. Membrane Science 147 (1998) 23-33 JP-A-53-99078 JP 2003-71287 A

本発明の目的は、小規模製造に適しており、簡便に効率よく、たとえば純度99.99%以上の高純度な水素を製造する水素製造方法及び水素製造システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a hydrogen production method and a hydrogen production system which are suitable for small-scale production, and which produce high-purity hydrogen having a purity of 99.99% or more simply and efficiently.

本発明者らは上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、炭化水素を脱水素する反応により水素を発生させる水素発生器と、発生した水素中に含まれる炭化水素の冷却分離器及び冷却分離後に行なう膜分離器を組み合わせることにより、効率的に純度の高い水素を製造方法を見出したものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have developed a hydrogen generator that generates hydrogen by a reaction for dehydrogenating hydrocarbons, a cooling separator for hydrocarbons contained in the generated hydrogen, and The present inventors have found a method for efficiently producing high-purity hydrogen by combining a membrane separator to be performed after cooling separation.

すなわち、本発明の第1は、炭化水素を含む原料油を触媒存在下で脱水素反応させることにより生成した水素と不飽和炭化水素を含む脱水素油との混合物から脱水素油を分離して高純度水素を製造する方法において、該分離手段として冷却分離手段を用いて該混合物から大部分の脱水素油を分離・除去し、ついで更に膜分離手段により該脱水素油を非透過ガスとして分離・除去しそして水素は透過ガスとして取り出すことにより水素を製造することを特徴とする高純度水素の製造方法である。   That is, in the first aspect of the present invention, dehydrogenated oil is separated from a mixture of hydrogen produced by dehydrogenating a feedstock containing hydrocarbons in the presence of a catalyst and dehydrogenated oil containing unsaturated hydrocarbons to obtain high purity. In the method for producing hydrogen, a cooling separation means is used as the separation means to separate and remove most of the dehydrogenated oil from the mixture, and then the dehydrogenated oil is further separated and removed as a non-permeated gas by the membrane separation means. Hydrogen is a method for producing high-purity hydrogen, wherein hydrogen is produced by taking it out as a permeate gas.

本発明の第2の態様は、本発明の第1において、シクロヘキサン環を有する炭化水素を含む原料油を脱水素することにより生成した水素と芳香族系炭化水素を含む脱水素油との混合物から該芳香族系炭化水素を含む脱水素油を分離・除去することを特徴とする高純度水素の製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a mixture of hydrogen produced by dehydrogenating a feedstock containing hydrocarbons having a cyclohexane ring and dehydrogenated oil containing aromatic hydrocarbons is used. A method for producing high-purity hydrogen, characterized in that dehydrogenated oil containing an aromatic hydrocarbon is separated and removed.

本発明の第3の態様は、本発明の第1または第2において、メチルシクロヘキサンを含む原料油を脱水素することにより生成した水素とトルエンを含む脱水素油との混合物から該トルエンを含む脱水素油を分離・除去することを特徴とする高純度水素の製造方法である。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a dehydrogenated oil containing toluene from a mixture of hydrogen produced by dehydrogenating a feedstock containing methylcyclohexane and dehydrogenated oil containing toluene. Is a method for producing high-purity hydrogen, characterized by separating and removing hydrogen.

本発明の第4は、本発明の第1〜第3のいずれかにおいて、膜分離手段に用いる膜がセラミック膜であることを特徴とする高純度水素の製造方法である。   A fourth aspect of the present invention is the method for producing high purity hydrogen according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the membrane used for the membrane separation means is a ceramic membrane.

本発明の第5は、本発明の第1〜第3のいずれかにおいて、膜分離手段に用いる膜が高分子膜であることを特徴とする高純度水素の製造方法である。   A fifth aspect of the present invention is the method for producing high purity hydrogen according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the membrane used for the membrane separation means is a polymer membrane.

本発明の第6は、本発明の第1〜第3のいずれかにおいて、膜分離手段に用いる膜が炭素膜であることを特徴とする高純度水素の製造方法である。   A sixth aspect of the present invention is a method for producing high purity hydrogen according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the membrane used for the membrane separation means is a carbon membrane.

本発明の第7は、本発明の第1〜第6のいずれかにおいて、膜分離後の非透過ガスを冷却分離工程の前段にリサイクルさせることを特徴とする高純度水素の製造方法である。   A seventh aspect of the present invention is the method for producing high purity hydrogen according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, wherein the non-permeated gas after membrane separation is recycled to the front stage of the cooling separation step.

本発明の第8は、
原料油を脱水素し、脱水素油と水素からなる脱水素混合物とする脱水素反応器;
脱水素混合物を冷却することにより脱水素油を選択的に分離し、該分離した脱水素油は冷却分離器から系外へ排出、除去する冷却分離器;
冷却分離器で大部分の脱水素油が除去された脱水素混合物から更に脱水素油を除去して非透過ガス中に脱水素油を、また透過ガス中に水素をそれぞれ取り出す膜分離器;および、
膜分離器から排出された非透過ガスは冷却分離器へ戻すリサイクル手段、
からなることを特徴とする高純度水素の製造システムである。
The eighth of the present invention is
A dehydrogenation reactor that dehydrogenates the feedstock oil into a dehydrogenated mixture of dehydrogenated oil and hydrogen;
A cooling separator in which the dehydrogenated oil is selectively separated by cooling the dehydrogenated mixture, and the separated dehydrogenated oil is discharged from the cooling separator and removed from the system;
A membrane separator that further removes the dehydrogenated oil from the dehydrogenated mixture from which most of the dehydrogenated oil has been removed in the cooling separator to remove dehydrogenated oil in the non-permeate gas and hydrogen in the permeate gas; and
Recycling means for returning non-permeate gas discharged from the membrane separator to the cooling separator,
A high-purity hydrogen production system comprising:

本発明の第9は、本発明の第8の高純度水素の製造システムを利用した水素ステーションである。   The ninth of the present invention is a hydrogen station using the eighth high-purity hydrogen production system of the present invention.

主としてシクロヘキサン環を有する炭化水素から脱水素反応により水素を発生させ、その水素中に含まれる炭化水素を冷却分離した後、膜分離によって除去することを特徴とする本発明の方法によれば、簡便で小規模製造に適した方法でありながら、純度が99.99%以上の高純度な水素を効率よく製造できる。
シクロヘキサン環を含む炭化水素を脱水素原料に供すれば、ほとんどの原料が反応するとともに、反応した炭化水素は芳香族炭化水素に変換され、それ故得られる脱水素生成物中の炭化水素は実質的に芳香族炭化水素となり、本発明に特に適した方法となる。
膜分離にセラミック膜または炭素(カーボン)膜を使用することにより、脱水素油中に芳香族炭化水素が含まれる場合に有利に操作できる。
膜分離において膜を透過しない非透過ガスを、冷却分離工程にリサイクルすることにより、容易に水素の純度をさらに向上させることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
According to the method of the present invention, hydrogen is generated mainly from a hydrocarbon having a cyclohexane ring by dehydrogenation, and the hydrocarbon contained in the hydrogen is cooled and separated, and then removed by membrane separation. In addition, while being a method suitable for small-scale production, high-purity hydrogen having a purity of 99.99% or more can be efficiently produced.
If a hydrocarbon containing a cyclohexane ring is used as a dehydrogenation raw material, most of the raw material reacts, and the reacted hydrocarbon is converted into an aromatic hydrocarbon, so that the hydrocarbon in the resulting dehydrogenation product is substantially free. It becomes an aromatic hydrocarbon and becomes a method particularly suitable for the present invention.
By using a ceramic membrane or a carbon (carbon) membrane for membrane separation, it is possible to operate advantageously when an aromatic hydrocarbon is contained in the dehydrogenated oil.
By recycling the non-permeating gas that does not permeate the membrane in the membrane separation to the cooling separation step, the purity of hydrogen can be further improved easily.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明における水素の製造方法は炭化水素、好ましくは脂環族炭化水素、さらに好ましくはシクロヘキサン環を含む炭化水素を含む原料油を不飽和炭化水素、好ましくは芳香族を含む脱水素油に脱水素して、水素を発生させ、脱水素油を分離するものである。   In the method for producing hydrogen in the present invention, a feedstock containing hydrocarbons, preferably alicyclic hydrocarbons, more preferably hydrocarbons containing cyclohexane rings, is dehydrogenated to unsaturated hydrocarbons, preferably dehydrogenated oils containing aromatics. Thus, hydrogen is generated and the dehydrogenated oil is separated.

本発明の脱水素反応には通常触媒を用いる。該触媒には脱水素活性を有する任意の触媒を用いることができるが、該触媒として固体触媒を用い、反応形式としては固定床流通式反応の反応形式で脱水素反応を行うことが好ましい。該固体触媒は担体と触媒活性主成分からなり、該担体には通常安定で表面積の大きい金属酸化物を好適に用いることができる。
該触媒活性主成分は脱水素活性を有する金属を含む活性成分であり、任意に選択することができるが、好ましくは第8族元素、第9族元素および第10族元素であり、具体的には鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金である。さらに好ましくはニッケル、パラジウム、白金である。またこれらの元素の2種類以上を組み合わせても良い。なお本明細書において、周期表の族番号は国際純正および応用化学連合無機化学命名法委員会命名規則1990年版に基づく。
A catalyst is usually used for the dehydrogenation reaction of the present invention. Although any catalyst having dehydrogenation activity can be used as the catalyst, it is preferable to use a solid catalyst as the catalyst and perform the dehydrogenation reaction in a fixed bed flow type reaction mode. The solid catalyst comprises a carrier and a catalytically active main component, and a metal oxide that is usually stable and has a large surface area can be suitably used for the carrier.
The catalytically active main component is an active component containing a metal having dehydrogenation activity and can be arbitrarily selected, but is preferably a Group 8 element, a Group 9 element, or a Group 10 element, specifically Are iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum. More preferably, they are nickel, palladium, and platinum. Two or more of these elements may be combined. In the present specification, the group numbers in the periodic table are based on the International Pure and Applied Chemistry Union Inorganic Chemistry Nomenclature Nomenclature 1990 Edition.

この触媒活性主成分を担体と組み合わせて成形触媒に含有させる調製法は任意であり公知の方法を使用することができるが、この触媒活性主成分を担体に含浸させる含浸法が好ましく挙げられ、具体的にはIncipient Wetness法、蒸発乾固法などが挙げられる。含浸法に用いる元素の化合物は水溶性の塩が好ましく、水溶液として含浸することが好ましい。水溶性の塩としては、塩化物、硝酸塩、炭酸塩が好ましく挙げられる。
含浸させる該担体には機械的強度が高く熱的に安定で表面積が大きい点から、安定な金属酸化物が好ましく、具体的にはアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ・アルミナ等が挙げられ、さらに好ましくはアルミナ、シリカまたはこれらの混合物である。
The preparation method for incorporating this catalytically active main component into the formed catalyst in combination with the support is arbitrary, and a known method can be used, but an impregnation method for impregnating this catalytically active main component into the support is preferred, and specific examples Specific examples include the Incipient Wetness method and the evaporation to dryness method. The elemental compound used in the impregnation method is preferably a water-soluble salt, and is preferably impregnated as an aqueous solution. Preferred examples of the water-soluble salt include chlorides, nitrates and carbonates.
The carrier to be impregnated is preferably a stable metal oxide because it has high mechanical strength, is thermally stable and has a large surface area, and specifically includes alumina, silica, titania, zirconia, silica / alumina, and the like. More preferred is alumina, silica or a mixture thereof.

本発明の脱水素の触媒には必要に応じ添加物を共存させても良く、好ましい添加物として塩基性物質が挙げられる。塩基性物質が共存することにより、酸性に起因する分解などの副反応が抑制されるとともに、炭素質析出による触媒の劣化が抑制される。このような塩基性物質の種類は任意であるが、周期律表中第1族元素および第2族元素のいずれかの元素またはこれを含む化合物が好ましく、具体的にはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムの化合物が好ましい。さらに好ましくは第1族元素の化合物であり、具体的にはリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムの化合物が好ましい。該添加物としては、水溶性の物質が好ましい。水溶性塩としても塩化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩がさらに好ましい。該添加物の含有量は触媒活性主成分に対して重量比で0.1〜100の範囲が好ましい。該添加物を触媒体に含有させる調製法は任意であるが、含浸法が好ましく挙げられる。具体的には、Incipient Wetness法、蒸発乾固法などが挙げられる。触媒活性主成分を担体に含浸させる際に触媒活性主成分と共にまたはこれとは別個に含浸させることにより調製される。   The catalyst for dehydrogenation of the present invention may contain an additive if necessary, and a preferable substance is a basic substance. The coexistence of the basic substance suppresses side reactions such as decomposition caused by acidity, and suppresses deterioration of the catalyst due to carbonaceous deposition. The kind of the basic substance is arbitrary, but any element of Group 1 element and Group 2 element in the periodic table or a compound containing the element is preferable. Specifically, lithium, sodium, potassium, Compounds of rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium are preferred. More preferred are compounds of Group 1 elements, specifically, lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium compounds. As the additive, a water-soluble substance is preferable. As water-soluble salts, chlorides, sulfates, nitrates, and carbonates are more preferable. The content of the additive is preferably in the range of 0.1 to 100 by weight ratio with respect to the catalytically active main component. A preparation method for adding the additive to the catalyst body is arbitrary, but an impregnation method is preferable. Specific examples include the Incipient Wetness method and the evaporation to dryness method. It is prepared by impregnating the carrier with the catalytically active principal component together with or separately from the catalytically active principal component.

本発明における原料油は炭化水素を含むものであり、容易に脱水素されて不飽和炭化水素を生成する炭化水素が好ましく、かかる炭化水素は分子中に脂肪族環式炭化水素を含み、脱水素により容易に不飽和炭化水素、好ましくは芳香族炭化水素に変換するかまたは芳香族炭化水素を生成するような炭化水素である。このような炭化水素としては、好ましくはシクロヘキサン環を含む炭化水素である。好ましくは常温でまたは常温固体であっても適当な加温により液状となる炭化水素である。好ましい炭化水素に含まれるシクロヘキサン環は縮合または非縮合型であることができ、具体的な炭化水素にはシクロヘキサンおよびシクロヘキサンのアルキル置換体、デカリンおよびデカリンのアルキル置換体、テトラリンおよびテトラリンのアルキル置換体が挙げられ、さらに好ましくは、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン類、デカリン、メチルデカリン類であり、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンが好ましい。これらは混合物であることもできる。   The feedstock oil in the present invention contains hydrocarbons, preferably hydrocarbons that are easily dehydrogenated to produce unsaturated hydrocarbons, such hydrocarbons contain aliphatic cyclic hydrocarbons in the molecule, and are dehydrogenated. More easily unsaturated hydrocarbons, preferably hydrocarbons that convert to or produce aromatic hydrocarbons. Such a hydrocarbon is preferably a hydrocarbon containing a cyclohexane ring. Preferably, it is a hydrocarbon that becomes a liquid by appropriate heating even at room temperature or solid at room temperature. The cyclohexane ring contained in the preferred hydrocarbon can be condensed or non-condensed, and specific hydrocarbons include cyclohexane and cyclohexane alkyl substituents, decalin and decalin alkyl substituents, tetralin and tetralin alkyl substituents. More preferred are cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexanes, decalin, and methyldecalins, with cyclohexane and methylcyclohexane being preferred. These can also be mixtures.

脱水素に供する原料油としては、本発明の目的に支障のない範囲で他の物質、例えば炭化水素以外の有機化合物等を含むことができる。通常このような物質の含有量は50質量%未満の量である。
本発明における脱水素反応による生成物は、水素と脱水素油であり、脱水素油は不飽和炭化水素を含み、不飽和炭化水素は好ましくは主として芳香族系炭化水素であり、原料油中の炭化水素がシクロヘキサンの場合はベンゼン、メチルシクロヘキサンの場合はトルエンである。脱水素油は未反応の炭化水素を含むこともある。本発明の脱水素においては、ほとんどの原料が脱水素作用を受けて、不飽和炭化水素に変換する。特に好ましくはシクロヘキサン環を含む炭化水素では、実質的に原料炭化水素のほとんどが反応し、いずれも芳香族炭化水素に変換する。未反応炭化水素は実質的に含まれない。この結果、シクロヘキサン環を踏む炭化水素の脱水素反応から得られる水素は、含まれる炭化水素として実質的に芳香族炭化水素が主成分である。
The feedstock used for dehydrogenation can contain other substances, for example, organic compounds other than hydrocarbons, as long as the object of the present invention is not impaired. Usually the content of such substances is less than 50% by weight.
The products of the dehydrogenation reaction in the present invention are hydrogen and dehydrogenated oil, the dehydrogenated oil contains unsaturated hydrocarbons, and the unsaturated hydrocarbons are preferably mainly aromatic hydrocarbons, and hydrocarbons in the feedstock oil When is a cyclohexane, it is benzene, and when it is methylcyclohexane, it is toluene. The dehydrogenated oil may contain unreacted hydrocarbons. In the dehydrogenation of the present invention, most raw materials are subjected to a dehydrogenation action and converted to unsaturated hydrocarbons. Particularly preferably, in the hydrocarbon containing a cyclohexane ring, most of the raw material hydrocarbons react and all of them are converted to aromatic hydrocarbons. Unreacted hydrocarbons are substantially not included. As a result, the hydrogen obtained from the dehydrogenation reaction of hydrocarbons stepping on the cyclohexane ring is essentially composed of aromatic hydrocarbons as the contained hydrocarbons.

脱水素油は回収して再度水素化することにより、原料油として再利用ができる。さらに、脱水素油は必要に応じて脱水素反応に必要な熱源の燃料としても用いることができる。また芳香族炭化水素は一般にオクタン価が高いので、沸点が好適な物質はガソリン基材として用いることもできる。あるいは化学製品として用いることもできる。   The dehydrogenated oil can be reused as a raw material oil by collecting it and hydrogenating it again. Furthermore, the dehydrogenated oil can be used as a fuel for a heat source necessary for the dehydrogenation reaction, if necessary. In addition, since aromatic hydrocarbons generally have a high octane number, substances having a suitable boiling point can also be used as a gasoline base material. Alternatively, it can be used as a chemical product.

本発明の脱水素反応条件は、反応圧力、反応温度等を調整して行なうが、原料油の種類、触媒の種類等に応じて適宜選択することになる。シクロヘキサン環から芳香族環への脱水素反応は可逆反応であり、化学平衡上から脱水素反応を進行させるには高温、低圧またはこの両方の条件が好ましい。
具体的には本発明の脱水素反応の反応圧力は好ましくは0.1MPa以上、1.0MPa以下であり、さらに好ましくは0.1MPa以上、0.5MPa以下である。なお、本明細書においては、特に断らないかぎり圧力は絶対圧で示す。
本発明の脱水素反応の反応温度は化学平衡上高温が好ましいが、エネルギー効率の点では低温とするのが適当である。そのため好ましい反応温度は200℃以上、450℃以下であり、さらに好ましくは250℃以上、380℃以下である。
また本発明の脱水素反応においては、化学平衡上は不利であるが、触媒の失活を防ぐ目的あるいは装置の運転上の理由で原料に水素を加えても良い。原料油に水素を加える場合、水素と原料油の比は、モル比で0.01以上、1以下が好ましい。脱水素反応のLHSV(液空間速度)の好ましい範囲は、触媒の活性にもよるが、好ましくは0.2v/v/hr以上、20v/v/hr以下である。
The dehydrogenation reaction conditions of the present invention are carried out by adjusting the reaction pressure, reaction temperature, etc., but will be appropriately selected according to the type of feedstock, the type of catalyst, and the like. The dehydrogenation reaction from the cyclohexane ring to the aromatic ring is a reversible reaction, and high temperature, low pressure, or both conditions are preferred for the dehydrogenation reaction to proceed from the viewpoint of chemical equilibrium.
Specifically, the reaction pressure of the dehydrogenation reaction of the present invention is preferably 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less. In the present specification, unless otherwise specified, the pressure is an absolute pressure.
The reaction temperature of the dehydrogenation reaction of the present invention is preferably a high temperature in terms of chemical equilibrium, but is suitably a low temperature in terms of energy efficiency. Therefore, preferable reaction temperature is 200 degreeC or more and 450 degrees C or less, More preferably, it is 250 degreeC or more and 380 degrees C or less.
In the dehydrogenation reaction of the present invention, although it is disadvantageous in terms of chemical equilibrium, hydrogen may be added to the raw material for the purpose of preventing the deactivation of the catalyst or for operating the apparatus. When hydrogen is added to the feedstock, the molar ratio of hydrogen to feedstock is preferably 0.01 or more and 1 or less. A preferable range of LHSV (liquid space velocity) for the dehydrogenation reaction is preferably 0.2 v / v / hr or more and 20 v / v / hr or less, although it depends on the activity of the catalyst.

上述の脱水素反応により、水素と脱水素油の混合物(脱水素混合物ということがある)が得られる。脱水素油は不飽和炭化水素と未反応の炭化水素を含む。先に述べたように好ましい不飽和炭化水素は芳香族炭化水素であり、原料が好ましくいシクロヘキサン環を含む炭化水素では、ほとんどが芳香族炭化水素に変換し、未反応炭化水素は実質的に含まれない。
脱水素の反応が気相反応ならば、脱水素混合物は混合ガスの形態を取る。
By the above-described dehydrogenation reaction, a mixture of hydrogen and dehydrogenated oil (sometimes referred to as a dehydrogenated mixture) is obtained. Dehydrogenated oil contains unsaturated hydrocarbons and unreacted hydrocarbons. As described above, preferred unsaturated hydrocarbons are aromatic hydrocarbons, and hydrocarbons containing a cyclohexane ring, which is preferred as a raw material, are mostly converted into aromatic hydrocarbons and substantially free of unreacted hydrocarbons. I can't.
If the dehydrogenation reaction is a gas phase reaction, the dehydrogenation mixture takes the form of a mixed gas.

次に上述の混合物から、脱水素油を分離・除去し、高純度な水素を製造する。
本発明における脱水素混合物から水素と脱水素油を分離する方法としては冷却分離を使用し、その後さらに膜分離を使用する。
本発明における冷却分離の手段としては冷却分離器を使用することができる。冷却分離には、単に冷却するよりも、気体を圧縮して高圧下に冷却して液化成分を気液分離する方法を採用するのが好ましい。具体的には該冷却分離器は、通常圧縮機、冷却器(熱交換器)、気液セパレーターからなり、脱水素反応器で得られた脱水素混合物を圧縮・冷却して、脱水素油を分離・除去するものである。除去された脱水素油は系外に排出され、前記したように例えば水素化されて原料油として使用することができる。
Next, dehydrogenated oil is separated and removed from the above mixture to produce high-purity hydrogen.
As a method for separating hydrogen and dehydrogenated oil from the dehydrogenation mixture in the present invention, cooling separation is used, and then membrane separation is further used.
A cooling separator can be used as the cooling separation means in the present invention. Rather than simply cooling, it is preferable to employ a method of gas-liquid separation of the liquefied component by compressing the gas and cooling it under high pressure. Specifically, the cooling separator usually comprises a compressor, a cooler (heat exchanger), and a gas-liquid separator. The dehydrogenated mixture obtained in the dehydrogenation reactor is compressed and cooled to separate the dehydrogenated oil.・ To be removed. The removed dehydrogenated oil is discharged out of the system and, for example, hydrogenated as described above can be used as a raw material oil.

冷却分離の圧縮条件、温度条件は目標とする冷却分離器後の水素濃度によって適宜選択することができる。圧縮の圧力は高圧とすることは必要ではなく、好ましくは0.1MPa以上、80.0MPa以下、さらに好ましくは0.1MPa以上、30.0MPa以下である。冷却温度は好ましくは−50℃を超え、30℃以下であり、さらに好ましくは−20℃以上、20℃以下である。
該冷却分離工程においては、圧縮、冷却(熱交換)後、脱水素油を液化させ、気液混合から気液セパレーターにより、液化した脱水素油を分離・回収する。冷却(熱交換)器は適宜に、圧縮機の前にも設けることができる。
The compression condition and temperature condition of the cooling separation can be appropriately selected depending on the target hydrogen concentration after the cooling separator. The compression pressure is not required to be high, and is preferably 0.1 MPa or more and 80.0 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 30.0 MPa or less. The cooling temperature is preferably higher than −50 ° C. and 30 ° C. or lower, more preferably −20 ° C. or higher and 20 ° C. or lower.
In the cooling and separating step, after compression and cooling (heat exchange), the dehydrogenated oil is liquefied, and the liquefied dehydrogenated oil is separated and recovered from the gas-liquid mixture by the gas-liquid separator. A cooler (heat exchanger) can be provided in front of the compressor as appropriate.

液化した脱水素油の冷却分離後、脱水素混合物は好ましくは0.5%までの脱水素油を含むことができ、更に好ましくは0.1%まで含む脱水素混合物を次の膜分離工程へ移送する。言い換えれば、冷却分離により好ましくは0.5%以下、さらに好ましくは0.1%以下になるように上記冷却分離操作の条件等を選べばよいのである。また脱水素油のかかる濃度程度の分離・除去は、特別な冷却機等を要することなく、容易に本発明の冷却分離により達成することができる。
本発明の冷却分離器からは、上述のように好ましくは0.5%までの脱水素油を含む気体状の脱水素混合物が流出する。これから、さらに膜分離手段を用いることにより、脱水素油を分離・除去して高純度な水素を製造する。
After cooling separation of the liquefied dehydrogenated oil, the dehydrogenated mixture can preferably contain up to 0.5% dehydrogenated oil, and more preferably, the dehydrogenated mixture containing up to 0.1% is transferred to the next membrane separation step. . In other words, the conditions and the like of the cooling separation operation may be selected so that the cooling separation is preferably 0.5% or less, more preferably 0.1% or less. Separation / removal of dehydrogenated oil to such a concentration can be easily achieved by the cooling separation of the present invention without requiring a special cooling machine or the like.
From the cooling separator of the invention, a gaseous dehydrogenation mixture containing preferably up to 0.5% dehydrogenated oil flows out as described above. From this, by using a membrane separation means, high-purity hydrogen is produced by separating and removing the dehydrogenated oil.

本発明の膜分離の手段としては膜分離器を使用することができ、膜分離器は分離膜、支持体からなる。膜分離は冷却分離後の脱水素油を含んだ水素から、更に脱水素油を分離膜により除去するものである。膜分離器の前記支持体は管状に形成されてその外周に分離膜を形成して一体化して管状の膜分離器を形成することができる。該管状膜分離器の外側一端から脱水素混合物を導入し、他端から非透過ガスを取り出す。一方透過ガスは該管の内部へ通過して高純度の水素を取り出すことができる。
本発明の分離膜としては、水素を選択的に分離できる膜ならば特に限定なく使用することができる。
A membrane separator can be used as the means for membrane separation of the present invention, and the membrane separator comprises a separation membrane and a support. In the membrane separation, the dehydrogenated oil is further removed by the separation membrane from the hydrogen containing the dehydrogenated oil after the cooling separation. The support of the membrane separator is formed in a tubular shape, and a separation membrane is formed on the outer periphery thereof to be integrated to form a tubular membrane separator. A dehydrogenation mixture is introduced from one outer end of the tubular membrane separator, and a non-permeate gas is removed from the other end. On the other hand, the permeate gas can pass into the inside of the tube and take out high purity hydrogen.
As the separation membrane of the present invention, any membrane that can selectively separate hydrogen can be used without any particular limitation.

ここで水素の精製では、高純度水素精製の目的でパラジウム膜が工業的に実用化されている(中垣正幸監修,膜処理技術体系(上巻),フジ・テクノシステム,661〜662頁および922〜925頁(1991))(ただし、水素は炭化水素の脱水素からではなく、主として炭化水素の水蒸気改質や水の電気分解等からのものである)。しかしながらパラジウムは非常に高価であるため経済的でなく、資源的にも限界があることから適用範囲は特殊な目的に限られる。更に、この場合の膜分離過程には水素をプロトンと電子に解離・結合させるプロセスが伴うため、ある程度の動作温度が必要であり、室温付近では機能しない。しかし加熱するとしても250℃以下では水素吸収による膨張でパラジウム膜と支持体間の剥離が問題となる。
したがって、好ましくは、本発明においては多孔質膜形式の分離膜、特に分子篩作用により選択的ガス分離を行う膜を採用する。このような多孔質膜の孔径は0.3nm以上、0.7nm以下が好ましく、上限は0.5nm以下がさらに好ましい。
このような膜として具体的にはセラミック膜、高分子膜、炭素膜が好ましい。
Here, in the purification of hydrogen, a palladium membrane has been industrially put into practical use for the purpose of high-purity hydrogen purification (supervised by Masayuki Nakagaki, membrane treatment technology system (first volume), Fuji Techno System, pages 661 to 662 and 922- 925 (1991)) (however, hydrogen is not from hydrocarbon dehydrogenation, but mainly from steam reforming of hydrocarbons or electrolysis of water). However, since palladium is very expensive, it is not economical and has limited resources, so the applicable range is limited to special purposes. Furthermore, since the membrane separation process in this case involves a process of dissociating and bonding hydrogen to protons and electrons, a certain operating temperature is required and it does not function near room temperature. However, even when heated, peeling between the palladium membrane and the support becomes a problem due to expansion due to hydrogen absorption at 250 ° C. or lower.
Therefore, preferably, in the present invention, a porous membrane type separation membrane, particularly a membrane that performs selective gas separation by molecular sieve action is employed. The pore diameter of such a porous membrane is preferably 0.3 nm or more and 0.7 nm or less, and the upper limit is more preferably 0.5 nm or less.
Specifically, such a film is preferably a ceramic film, a polymer film, or a carbon film.

高分子膜の材質は高分子材料による多孔質膜ならば何れのものも使用できるが、好ましくはポリイミド、四フッ化エチレン、酢酸セルロース、ポリスルホン膜であり、ポリイミド膜がより好ましい。   Any material can be used as the material of the polymer film as long as it is a porous film made of a polymer material, but polyimide, tetrafluoroethylene, cellulose acetate, and polysulfone films are preferable, and a polyimide film is more preferable.

ところで高分子膜は液状の炭化水素、特に芳香族炭化水素に対する耐性が低く低濃度で使用するのが好ましい。本発明の冷却分離工程、たとえば気・液セパレータからのガスには微量ではあるが液成分が残留することがあり、また膜分離過程においても液が凝縮することがあるのが、高分子膜は低濃度ならば耐性に注意しながら使用することができる。
これに対して各種膜材料のうち、セラミック膜及びカーボン膜は耐薬品性が高く、好ましく芳香族炭化水素の分離に用いることができる。たとえば雑誌 「膜」,椿淳一郎,第19巻第3号,146〜154頁(1994)で紹介されているような芳香族炭化水素の分離に使用されるセラミック膜及びカーボン膜を利用することができる。
By the way, the polymer film has low resistance to liquid hydrocarbons, particularly aromatic hydrocarbons, and is preferably used at a low concentration. In the cooling separation process of the present invention, for example, the gas from the gas / liquid separator may contain a small amount of liquid components, but the liquid may be condensed during the membrane separation process. If the concentration is low, it can be used while paying attention to resistance.
On the other hand, among various membrane materials, ceramic membranes and carbon membranes have high chemical resistance, and can be preferably used for separation of aromatic hydrocarbons. For example, it is possible to use ceramic membranes and carbon membranes used for separation of aromatic hydrocarbons as introduced in the magazine “Membrane”, Soichiro, Vol. 19, No. 3, pages 146-154 (1994). it can.

好ましい膜材料としてのセラミック膜の材質は上記のほか公知のセラミック材料が使えるが、シリカ、アルミナ、チタニア、ガラス、炭化ケイ素、窒化ケイ素(例えば、Si)が好ましい。このセラミック膜は通常、機械的に膜を保持する支持体上に形成されるものである。この支持体には多孔質のセラミック支持体が好ましく、多孔質のアルミナ、シリカ、窒化ケイ素がさらに好ましく挙げられる。 As the material of the ceramic film as a preferable film material, known ceramic materials can be used in addition to the above, but silica, alumina, titania, glass, silicon carbide, and silicon nitride (for example, Si 3 N 4 ) are preferable. This ceramic film is usually formed on a support that mechanically holds the film. The support is preferably a porous ceramic support, more preferably porous alumina, silica, or silicon nitride.

炭素膜も、上記のほか多孔質の炭素(カーボン)膜ならば何れのものも利用できるが、通常はポリイミドを炭化することで調製される炭素膜を利用する。ポリイミドの炭化温度は好ましくは700℃以上、1300℃以下である。さらに好ましくは、900℃以上、1100℃以下である。   Any carbon film can be used as long as it is a porous carbon (carbon) film as described above. Usually, a carbon film prepared by carbonizing polyimide is used. The carbonization temperature of polyimide is preferably 700 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. More preferably, it is 900 degreeC or more and 1100 degrees C or less.

膜分離は、冷却分離工程からの混合ガスを加圧下に膜と接触させて水素を選択的に透過させ、透過ガスとして高純度な水素が得られ、脱水素油気体は非透過ガスとして膜を透過せずに残留する。
膜分離の分離条件は、脱水素油の種類、分離膜の性能、要求される水素の純度、分離膜のサイズ(長さ等)により変わるが、導入圧力、分離膜の差圧、温度について通常は以下のような範囲を適用することができる。
膜分離の導入圧力は通常0.2MPa以上、80MPa以下が好ましく、上限は30MPa以下がさらに好ましい。分離膜の差圧は0.01MPa以上、2MPa以下が好ましく、0.1MPa以上、1MPa以下がさらに好ましい。
膜分離の温度は膜の非透過側において脱水素油が凝縮しない条件が好ましく、通常−10℃以上、80℃以下、好ましくは10℃以上、50℃以下である。この目的のために適宜に加熱することができる。また、水素濃度が高い純度を要求される場合等、透過ガスの水素をさらに別個の膜分離工程により分離する2段以上の多段の分離操作を適宜に行うこともできる。
In the membrane separation, the mixed gas from the cooling separation process is brought into contact with the membrane under pressure to selectively permeate hydrogen to obtain high-purity hydrogen as a permeate gas, and the dehydrogenated oil gas permeates the membrane as a non-permeate gas. It remains without.
The separation conditions for membrane separation vary depending on the type of dehydrogenated oil, the performance of the separation membrane, the required hydrogen purity, and the size (length, etc.) of the separation membrane. The following ranges can be applied.
The introduction pressure for membrane separation is usually preferably 0.2 MPa or more and 80 MPa or less, and the upper limit is more preferably 30 MPa or less. The differential pressure of the separation membrane is preferably from 0.01 MPa to 2 MPa, more preferably from 0.1 MPa to 1 MPa.
The membrane separation temperature is preferably such that the dehydrogenated oil does not condense on the non-permeate side of the membrane, and is usually from −10 ° C. to 80 ° C., preferably from 10 ° C. to 50 ° C. It can be heated appropriately for this purpose. In addition, when a high purity is required for the hydrogen concentration, it is possible to appropriately perform a multistage separation operation of two or more stages in which the hydrogen of the permeated gas is further separated by a separate membrane separation process.

膜分離において水素は選択的に膜を透過し、脱水素油含有量がより少なくそして純度が高められた水素が製品水素として回収され、膜を透過しない残りの非透過ガスは適宜に系外に排気することができる。
例えばより高純度な水素を得る場合などには、好ましくは、非透過ガスは前述の冷却分離工程の前段に供給し、その圧縮機の手前で脱水素混合物と混合し冷却分離工程にリサイクルする。
In membrane separation, hydrogen selectively permeates through the membrane, hydrogen with less dehydrogenated oil content and higher purity is recovered as product hydrogen, and the remaining non-permeate gas that does not permeate the membrane is appropriately discharged out of the system. can do.
For example, when obtaining higher-purity hydrogen, preferably, the non-permeate gas is supplied to the preceding stage of the above-described cooling separation step, mixed with the dehydrogenated mixture before the compressor, and recycled to the cooling separation step.

ここで、冷却分離における脱水素油の除去率はその圧力と温度によって一義的に決定される。すなわちその温度、圧力下に一義的に決定される蒸気圧として定まる。従って、非透過ガスのリサイクル割合を変化させても、すなわちリサイクルさせる非透過性ガスの量に拘わらず、一定の圧力、温度条件下では冷却分離によって脱水素油を除去した後の脱水素混合物の脱水素油濃度は変化しない。そのため、膜分離における非透過ガスを冷却分離工程にリサイクルするとすれば、膜分離器後の透過ガスとしての製品水素濃度はこのリサイクル比で制御できることになる。すなわちより高純度な水素が必要ならば、リサイクル比を上げて、より多量の非透過ガスをリサイクルさせれば良い。この製品水素濃度の制御が容易である点は本発明の特徴の一つである。このリサイクル比は、適宜に決定できるが、例えば1〜99%の範囲の値とすることができる。   Here, the removal rate of dehydrogenated oil in the cooling separation is uniquely determined by the pressure and temperature. That is, it is determined as a vapor pressure that is uniquely determined under the temperature and pressure. Therefore, dehydration of the dehydrogenated mixture after removing the dehydrogenated oil by cooling separation under constant pressure and temperature conditions, regardless of changing the recycle rate of the nonpermeate gas, that is, regardless of the amount of nonpermeable gas to be recycled. The raw oil concentration does not change. Therefore, if the non-permeating gas in the membrane separation is recycled to the cooling separation step, the product hydrogen concentration as the permeating gas after the membrane separator can be controlled by this recycling ratio. In other words, if higher purity hydrogen is required, the recycle ratio can be increased and a larger amount of non-permeate gas can be recycled. It is one of the features of the present invention that the product hydrogen concentration can be easily controlled. Although this recycle ratio can be determined as appropriate, it can be set to a value in the range of 1 to 99%, for example.

なお、リサイクル比(%)は以下の値として定義することができる。
リサイクル比=非透過ガス中の水素の流量(単位時間当り)/膜分離に導入される水素の流量(単位時間当り)x100
=(1−高純度水素の流量(単位時間当り)/膜分離に導入される水素の流量(単位時間当り))x100
本発明の方法により、簡便に容易に、製品水素の水素濃度を99.99%以上にすることができる。好ましくは、水素濃度は99.999%以上、さらに好ましくは、99.9999%以上にすることができる。
The recycle ratio (%) can be defined as the following value.
Recycle ratio = flow rate of hydrogen in non-permeate gas (per unit time) / flow rate of hydrogen introduced into membrane separation (per unit time) × 100
= (1-high-purity hydrogen flow rate (per unit time) / hydrogen flow rate introduced into membrane separation (per unit time)) × 100
By the method of the present invention, the hydrogen concentration of product hydrogen can be made 99.99% or more easily and easily. Preferably, the hydrogen concentration can be 99.999% or more, more preferably 99.9999% or more.

本発明による水素製造システムの概念図を図1に示す。
図において原料油は脱水素反応器1に導入され、水素と好ましくは芳香族炭化水素を含む脱水素油からなる脱水素混合物が生成する。生成した脱水素混合物は圧縮機2において昇圧され、その後熱交換器3において冷却され、気液セパレーター4で気液分離によって好ましくは芳香族炭化水素であるほとんどの脱水素油が除去された後、脱水素混合物はガス状で次の膜分離器5に導入される。
A conceptual diagram of a hydrogen production system according to the present invention is shown in FIG.
In the figure, the feedstock is introduced into the dehydrogenation reactor 1 to produce a dehydrogenation mixture comprising dehydrogenation oil containing hydrogen and preferably aromatic hydrocarbons. The resulting dehydrogenated mixture is pressurized in the compressor 2 and then cooled in the heat exchanger 3, and most of the dehydrogenated oil, preferably aromatic hydrocarbons, is removed by gas-liquid separation in the gas-liquid separator 4, followed by dehydration. The elementary mixture is gaseous and is introduced into the next membrane separator 5.

膜分離器における膜を透過する透過ガスは、純度が高められた製品水素であり、膜を透過しない非透過ガスは、適宜の配管(図示せず)から系外に排出される。好ましい態様として膜を透過しない非透過ガスは圧縮機2の手前に適宜のリサイクル比でもってリサイクルさせ、脱水素混合物と混合させることにより再度冷却分離工程に供給する。
上記のような本発明の水素製造システムを利用すれば、水素ステーションを簡便に有効に構築することができる。
The permeate gas that permeates the membrane in the membrane separator is product hydrogen with increased purity, and the non-permeate gas that does not permeate the membrane is discharged out of the system through an appropriate pipe (not shown). In a preferred embodiment, the non-permeate gas that does not permeate the membrane is recycled at an appropriate recycle ratio before the compressor 2 and is mixed with the dehydrogenated mixture to be supplied to the cooling separation process again.
By using the hydrogen production system of the present invention as described above, a hydrogen station can be simply and effectively constructed.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the range of these Examples.

[分離膜]
以下の実施例、比較例で使用した分離膜A、B、Cはそれぞれ以下のとおりである。いずれも管状の膜分離器として使用した。
[Separation membrane]
The separation membranes A, B, and C used in the following examples and comparative examples are as follows. All were used as tubular membrane separators.

分離膜A
多孔質のアルミナでできたチューブ状の支持体の内表面にシリカ膜をコーティングしたもので、水素透過係数4.2 x 10−7 mol/m/sec/Pa、トルエン透過係数2.8 x 10―10 mol/m/sec/Paであり、膜面積0.0013mのセラミック膜を、分離膜Aとする。
Separation membrane A
The inner surface of a tubular support made of porous alumina is coated with a silica membrane, and has a hydrogen permeability coefficient of 4.2 × 10 −7 mol / m 2 / sec / Pa, a toluene permeability coefficient of 2.8 x a 10 -10 mol / m 2 / sec / Pa, ceramic membrane membrane area 0.0013M 2 a, the separation membrane a.

分離膜B
水素透過係数5.0 x 10−6 mol/m/sec/Pa、トルエン透過係数3.4 x 10―10 mol/m2/sec/Paであり、膜面積0.0002m2のポリイミド膜を、分離膜Bとする。
Separation membrane B
Hydrogen permeability coefficient 5.0 x 10 -6 mol / m 2 / sec / Pa, and toluene permeability coefficient 3.4 x 10 -10 mol / m 2 / sec / Pa, the polyimide film of the membrane area 0.0002 m 2 This is separation membrane B.

分離膜C
ポリイミドを高純度アルゴン下900℃、20分炭化処理を行うことにより得られた水素透過係数1.6 x 10−10 mol/m2/sec/Pa、トルエン透過係数2.7 x 10―13 mol/m2/sec/Pa、膜面積0.0126m2の炭素膜を、分離膜Cとする。
Separation membrane C
Hydrogen permeability coefficient obtained by carbonizing polyimide at 900 ° C. for 20 minutes under high purity argon, 1.6 × 10 −10 mol / m 2 / sec / Pa, toluene permeability coefficient 2.7 × 10 −13 mol / m 2 / sec / Pa, the carbon film of membrane area 0.0126m 2, the separation membrane C.

(比較例1)
γ−アルミナ担体に0.3 mass%の白金を担持した平均直径1.5mmの球状市販触媒40 ccを固定床流通式反応器に充填し、メチルシクロヘキサンを原料として0.305g/minで導入し、340℃、0.1MPaの条件下で脱水素反応を行った。得られた脱水素混合物を含む生成ガスを冷却分離器において15℃、3.0MPaで分離を行い、水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
(Comparative Example 1)
40 cc of a commercially available spherical catalyst having an average diameter of 1.5 mm, in which 0.3 mass% of platinum is supported on a γ-alumina carrier, is charged into a fixed bed flow reactor, and methylcyclohexane is introduced as a raw material at 0.305 g / min. The dehydrogenation reaction was performed under conditions of 340 ° C. and 0.1 MPa. The product gas containing the obtained dehydrogenation mixture was separated at 15 ° C. and 3.0 MPa in a cooling separator to produce hydrogen.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

(比較例2)
冷却分離器において−10℃で分離を行った以外は比較例1と同様に水素を製造した。分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
(Comparative Example 2)
Hydrogen was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that separation was performed at −10 ° C. in a cooling separator. The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

(比較例3)
γ−アルミナ担体に0.3 mass%の白金を担持した平均直径1.5mmの球状市販触媒40ccを固定床流通式反応器に充填し、メチルシクロヘキサンを原料として0.070 g/minで導入し、380℃、0.3MPaの条件下で脱水素反応を行った。得られた脱水素混合物を含む生成ガスを、分離膜Aを用いた膜分離器によって、入り口圧力0.3MPa、透過側圧力0.1MPa、リサイクル比80%、170℃の条件で分離を行い、水素を製造した。なお、膜分離における温度がかなり高温のため、脱水素反応器からの生成ガスを僅かに冷却する程度で膜分離器へ導入した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
(Comparative Example 3)
40 cc of a spherical commercial catalyst with an average diameter of 1.5 mm, in which 0.3 mass% of platinum is supported on a γ-alumina support, is charged into a fixed bed flow type reactor, and methylcyclohexane is introduced as a raw material at 0.070 g / min. The dehydrogenation reaction was performed at 380 ° C. and 0.3 MPa. The product gas containing the obtained dehydrogenation mixture is separated by a membrane separator using the separation membrane A under conditions of an inlet pressure of 0.3 MPa, a permeate pressure of 0.1 MPa, a recycle ratio of 80%, and 170 ° C., Hydrogen was produced. Since the temperature in the membrane separation was considerably high, the product gas from the dehydrogenation reactor was introduced into the membrane separator to such an extent that it was slightly cooled.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

γ−アルミナ担体に0.3 mass%の白金を担持した平均直径1.5mmの球状市販触媒40ccを固定床流通式反応器に充填し、メチルシクロヘキサンを原料として0.305 g/minで導入し、340 ℃、0.1MPaの条件下で脱水素反応を行った。得られた脱水素混合物を含む生成ガスを冷却分離器において15℃、3.0MPaで分離を行った後、分離膜Aを用いた膜分離器によって、入り口圧力3.0MPa、透過側圧力2.7MPa、リサイクル比80%、70℃の条件で分離を行い、水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
40 cc of a spherical commercial catalyst with an average diameter of 1.5 mm carrying 0.3 mass% platinum on a γ-alumina support was charged into a fixed bed flow reactor, and methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.305 g / min. The dehydrogenation reaction was performed under conditions of 340 ° C. and 0.1 MPa. The product gas containing the obtained dehydrogenation mixture is separated at 15 ° C. and 3.0 MPa in a cooling separator, and then the inlet pressure is 3.0 MPa and the permeation side pressure is 2. by the membrane separator using the separation membrane A. Separation was performed under conditions of 7 MPa, a recycle ratio of 80%, and 70 ° C. to produce hydrogen.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.510 g/minで導入し、膜分離器において透過側圧力2.5MPa、リサイクル比90 %の条件で分離を行った以外は実施例1と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 1 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.510 g / min, and separation was performed in a membrane separator under conditions of a permeate pressure of 2.5 MPa and a recycle ratio of 90%.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として1.03g/minで導入し膜分離器において透過側圧力2.0 MPa、リサイクル比90%の条件で分離を行った以外は実施例1と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 1 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 1.03 g / min and separation was performed in a membrane separator under conditions of a permeate pressure of 2.0 MPa and a recycle ratio of 90%.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.308g/minで導入し、冷却分離器において−10 ℃で分離を行った以外は実施例1同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 1 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.308 g / min and separation was performed at −10 ° C. in a cooling separator.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.514g/minで導入し膜分離器において透過側圧力2.5MPa、リサイクル比90%の条件で分離を行った以外は実施例4と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 4 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.514 g / min and separation was performed in a membrane separator under conditions of a permeate pressure of 2.5 MPa and a recycle ratio of 90%.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として1.030g/minで導入し膜分離器において透過側圧力2.0MPa、リサイクル比90%の条件で分離を行った以外は実施例4と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 4 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 1.030 g / min and separation was performed in a membrane separator under conditions of a permeation pressure of 2.0 MPa and a recycle ratio of 90%.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.343g/minで導入し膜分離器に分離膜Bを用い、透過側圧力2.5MPa、リサイクル比64%の条件で分離を行った以外は実施例1と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen as in Example 1 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.343 g / min, separation membrane B was used as a membrane separator, and separation was performed under conditions of a permeation pressure of 2.5 MPa and a recycle ratio of 64%. Manufactured.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.345g/minで導入し膜分離器に分離膜Bを用い、透過側圧力2.5MPa、リサイクル比92%の条件で分離を行った以外は実施例4と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
Hydrogen as in Example 4 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.345 g / min, separation membrane B was used as a membrane separator, and separation was performed under conditions of a permeate pressure of 2.5 MPa and a recycle ratio of 92%. Manufactured.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.004g/minで導入し、膜分離器に分離膜Cを用い、透過側圧力2.0MPa、リサイクル比90%の条件で分離を行った以外は実施例1と同様に水素を製造した。
分離後の水素濃度を求め、表1に示す。
As in Example 1 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.004 g / min, separation membrane C was used as a membrane separator, and separation was performed under conditions of a permeation pressure of 2.0 MPa and a recycle ratio of 90%. Hydrogen was produced.
The hydrogen concentration after separation is determined and shown in Table 1.

メチルシクロヘキサンを原料として0.004g/minで導入し、膜分離器に分離膜Cを用い、透過側圧力2.0MPa、リサイクル比90%の条件で分離を行った以外は実施例4と同様に水素を製造した。   As in Example 4 except that methylcyclohexane was introduced as a raw material at 0.004 g / min, separation membrane C was used as a membrane separator, and separation was performed under conditions of a permeate pressure of 2.0 MPa and a recycle ratio of 90%. Hydrogen was produced.

結果は表1に示す。

Figure 2005213087
The results are shown in Table 1.
Figure 2005213087

表1の比較例1〜3が示すとおり、冷却分離器のみ、膜分離器のみでは水素濃度99.99%以上にすることは容易ではない。
これに対し、冷却分離の後、AからCまでの各種分離膜による分離を行った実施例では、各条件とも水素濃度99.999%を容易に達成することができ、更に実施例6〜8では、水素濃度99.9999%までも達成することが可能である。
ここで、冷却分離のみにより水素濃度99.999%以上を達成するためには、−45 ℃、3.0 MPaという条件が必要であり、水素濃度99.9999%以上を達成するためには、−65 ℃、3.0 MPaという条件が必要となる。これに対し、−10℃程度の冷却分離後、膜分離する本発明では、エネルギー消費は遥かに少ないという点で本発明は優位性を有することは明らかである。
As Comparative Examples 1 to 3 in Table 1 show, it is not easy to make the hydrogen concentration 99.99% or more with only the cooling separator and only the membrane separator.
On the other hand, in the Example which performed the separation by various separation membranes from A to C after the cooling separation, the hydrogen concentration of 99.999% can be easily achieved under each condition. Thus, it is possible to achieve even a hydrogen concentration of 99.9999%.
Here, in order to achieve a hydrogen concentration of 99.999% or higher only by cooling separation, the conditions of −45 ° C. and 3.0 MPa are necessary, and in order to achieve a hydrogen concentration of 99.9999% or higher, The conditions of −65 ° C. and 3.0 MPa are required. On the other hand, in the present invention in which membrane separation is performed after cooling separation at about −10 ° C., it is clear that the present invention has an advantage in that energy consumption is much less.

また、本発明においては、好ましい態様として、膜分離器の非透過ガスは冷却分離工程の手前にリサイクルさせる。冷却分離における炭化水素の除去率はその圧力と温度によって一義的に決定されるため、冷却分離後の水素濃度はそのリサイクル量には依存しない。従って、膜分離器後の最終水素濃度はリサイクル比で容易に制御できる。   In the present invention, as a preferred embodiment, the non-permeate gas of the membrane separator is recycled before the cooling separation step. Since the hydrocarbon removal rate in the cooling separation is uniquely determined by the pressure and temperature, the hydrogen concentration after the cooling separation does not depend on the recycling amount. Therefore, the final hydrogen concentration after the membrane separator can be easily controlled by the recycle ratio.

本発明によれば小規模であるが簡便に容易に高純度な水素を製造することができ、例えばいわゆる水素ステーションとして本発明を利用することができる。   According to the present invention, high-purity hydrogen can be produced easily and easily on a small scale, and the present invention can be used as, for example, a so-called hydrogen station.

本発明による水素製造システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the hydrogen production system by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:脱水素反応器
2:圧縮機
3:熱交換器
4:気液セパレーター
5:膜分離器
1: Dehydrogenation reactor 2: Compressor 3: Heat exchanger 4: Gas-liquid separator 5: Membrane separator

Claims (9)

炭化水素を含む原料油を触媒存在下で脱水素反応させることにより生成した水素と不飽和炭化水素を含む脱水素油との混合物から脱水素油を分離して高純度水素を製造する方法において、該分離手段として冷却分離手段により該混合物から大部分の脱水素油を分離・除去し、ついで更に膜分離手段により該脱水素油を非透過ガスとして分離・除去し水素は透過ガスとして取り出すことにより水素を製造することを特徴とする高純度水素の製造方法。   In a method for producing high-purity hydrogen by separating dehydrogenated oil from a mixture of hydrogen produced by dehydrogenating a feedstock containing hydrocarbon in the presence of a catalyst and dehydrogenated oil containing unsaturated hydrocarbon, the separation As a means, most of the dehydrogenated oil is separated / removed from the mixture by the cooling separation means, and then the hydrogenated hydrogen is separated and removed as a non-permeate gas by the membrane separation means, and hydrogen is taken out as a permeate gas to produce hydrogen. A method for producing high-purity hydrogen characterized by the above. シクロヘキサン環を有する炭化水素を含む原料油を脱水素することにより生成した水素と芳香族系炭化水素を含む脱水素油との混合物から該芳香族系炭化水素を含む脱水素油を分離・除去することを特徴とする請求項1に記載の高純度水素の製造方法。   Separating and removing dehydrogenated oil containing aromatic hydrocarbons from a mixture of hydrogen produced by dehydrogenating a feedstock containing hydrocarbons having a cyclohexane ring and dehydrogenated oil containing aromatic hydrocarbons; The method for producing high-purity hydrogen according to claim 1, wherein メチルシクロヘキサンを含む原料油を脱水素することにより生成した水素とトルエンを含む脱水素油との混合物から該トルエンを含む脱水素油を分離・除去することを特徴とする請求項1または2に記載の高純度水素の製造方法。   3. The high dehydrogenation oil according to claim 1, wherein the dehydrogenation oil containing toluene is separated and removed from a mixture of hydrogen produced by dehydrogenation of the raw material oil containing methylcyclohexane and dehydrogenation oil containing toluene. A method for producing pure hydrogen. 膜分離手段に用いる膜がセラミック膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高純度水素の製造方法。   The method for producing high-purity hydrogen according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane used for the membrane separation means is a ceramic membrane. 膜分離手段に用いる膜が高分子膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高純度水素の製造方法。   The method for producing high-purity hydrogen according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane used for the membrane separation means is a polymer membrane. 膜分離手段に用いる膜が炭素膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高純度水素の製造方法。   The method for producing high-purity hydrogen according to any one of claims 1 to 3, wherein the membrane used for the membrane separation means is a carbon membrane. 膜分離後の非透過ガスを冷却分離工程の前段にリサイクルさせることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の高純度水素の製造方法。   The method for producing high-purity hydrogen according to any one of claims 1 to 6, wherein the non-permeate gas after membrane separation is recycled to the front stage of the cooling separation step. 原料油を脱水素し、脱水素油と水素からなる脱水素混合物とする脱水素反応器;
脱水素混合物を冷却することにより脱水素油を選択的に分離し、該分離した脱水素油は冷却分離器から系外へ排出、除去する冷却分離器;
冷却分離器で大部分の脱水素油が除去された脱水素混合物から更に脱水素油を除去して非透過ガス中に脱水素油を、また透過ガス中に水素をそれぞれ取り出す膜分離器;および、
膜分離器から排出された非透過ガスは冷却分離器へ戻すリサイクル手段、
からなることを特徴とする高純度水素の製造システム。
A dehydrogenation reactor that dehydrogenates the feedstock oil into a dehydrogenated mixture of dehydrogenated oil and hydrogen;
A cooling separator in which the dehydrogenated oil is selectively separated by cooling the dehydrogenated mixture, and the separated dehydrogenated oil is discharged from the cooling separator and removed from the system;
A membrane separator that further removes the dehydrogenated oil from the dehydrogenated mixture from which most of the dehydrogenated oil has been removed in the cooling separator to remove dehydrogenated oil in the non-permeate gas and hydrogen in the permeate gas; and
Recycling means for returning non-permeate gas discharged from the membrane separator to the cooling separator,
A high purity hydrogen production system comprising:
請求項8に記載の高純度な水素製造システムを利用した水素ステーション。   A hydrogen station using the high-purity hydrogen production system according to claim 8.
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