JP2014073923A - Hydrogen purification system and hydrogen feeding system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素含有ガスから水素を精製する水素精製システム、及び水素の供給を行う水素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen purification system that purifies hydrogen from a hydrogen-containing gas, and a hydrogen supply system that supplies hydrogen.
従来の水素供給システムとして、例えば特許文献1に挙げるものが知られている。特許文献1の水素供給システムは、原料の芳香族炭化水素の水素化物を貯蔵するタンクと、当該タンクから供給された原料を脱水素反応させることによって水素を得る反応器と、反応器で得られた水素を気液分離する気液分離器と、気液分離された水素を膜分離によって精製する精製手段と、を備える。ここで、水素供給システムにおいて水素を精製する方法として、特許文献1に示すような水素分離膜を用いる方法のほか、PSA(Pressure swing adsorption)やTSA(Temperature swing adsorption)を用いる方法などが知られている。 As a conventional hydrogen supply system, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. The hydrogen supply system of Patent Document 1 is obtained by a tank for storing a raw material aromatic hydrocarbon hydride, a reactor for obtaining hydrogen by dehydrogenating a raw material supplied from the tank, and a reactor. A gas-liquid separator that separates hydrogen into gas and liquid, and purification means that purifies the gas-liquid separated hydrogen by membrane separation. Here, as a method for purifying hydrogen in the hydrogen supply system, in addition to a method using a hydrogen separation membrane as shown in Patent Document 1, a method using PSA (Pressure Swing Adsorption) or TSA (Temperature Swing Adsorption) is known. ing.
このように、従来の水素供給システムは、気液分離された水素を更に高純度とするための、水素分離膜、PSA、TSAなどを用いた水素精製部が必要となる。また、例えば燃料電池車(FCV)などに精製された水素を供給するために、水素を高圧状態とするための圧縮部や、水素を冷却状態とするための冷却部などが必要となる場合がある。ここで、近年、水素の利用が広まることにより、水素供給システムを更に小型にすることが要求されていた。 As described above, the conventional hydrogen supply system requires a hydrogen purification unit using a hydrogen separation membrane, PSA, TSA, or the like for further purifying the hydrogen gas-liquid separated. Further, for example, in order to supply purified hydrogen to a fuel cell vehicle (FCV), a compression unit for bringing hydrogen into a high pressure state, a cooling unit for bringing hydrogen into a cooling state, or the like may be required. is there. Here, in recent years, with the widespread use of hydrogen, it has been required to further reduce the size of the hydrogen supply system.
そこで、本発明は、水素供給システム全体の小型化を図ることができる水素精製システム及び水素供給システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the hydrogen purification system and hydrogen supply system which can achieve size reduction of the whole hydrogen supply system.
本発明に係る水素精製システムは、水素生成システムで生成された水素含有ガスから水素を精製する水素精製システムであって、水素含有ガスを高圧状態にする圧縮部と、水素含有ガスを冷却状態にする冷却部と、圧縮部の下流側で圧縮部と接続されると共に冷却部を通過し、水素含有ガスを流す第1流路と、高圧状態と冷却状態の少なくともいずれかの状態である水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、を備えることを特徴とする。 A hydrogen purification system according to the present invention is a hydrogen purification system for purifying hydrogen from a hydrogen-containing gas produced by a hydrogen generation system, wherein a compression unit that brings the hydrogen-containing gas into a high-pressure state, and a hydrogen-containing gas in a cooled state A cooling portion that is connected to the compression portion on the downstream side of the compression portion, passes through the cooling portion, and flows a hydrogen-containing gas, and contains hydrogen that is at least one of a high pressure state and a cooling state A gas-liquid separation unit that separates gas into liquid.
精製された水素をシステム外部の供給先へ供給するとき、当該水素を高圧状態とした後に、冷却状態として供給することが必要となる。一方、精製前の水素含有ガスを高温状態と冷却状態の少なくともいずれかの状態とした場合、効率よく気液分離を行うことが可能となり、水素含有ガスの水素の純度を高めることができる。ここで、本発明に係る水素精製システムは、水素含有ガスを高圧状態にする圧縮部と、水素含有ガスを冷却状態にする冷却部と、圧縮部の下流側で圧縮部と接続されると共に冷却部を通過し、水素含有ガスを流す第1流路を備える。従って、第1流路を流れる水素含有ガスは、圧縮部で高圧状態とされた後に、冷却部で冷却状態とされることにより、システム外部の供給先へ供給可能な状態となる。更に、気液分離部は、圧縮部による高圧状態と冷却部による冷却状態の少なくともいずれかの状態である水素含有ガスを気液分離することで、当該水素含有ガスの純度を高めることができる。従って、本発明に係る水素精製システムによれば、水素供給のために必要となる圧縮部及び冷却部とは別途設けられる水素精製用の専用装置を省略して、または小さくして、水素を精製することができる。以上により、システム全体の小型化を図ることができる。 When purified hydrogen is supplied to a supply destination outside the system, it is necessary to supply the hydrogen in a cooled state after setting the hydrogen to a high pressure state. On the other hand, when the hydrogen-containing gas before purification is in at least one of a high temperature state and a cooled state, gas-liquid separation can be performed efficiently, and the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas can be increased. Here, the hydrogen purification system according to the present invention is connected to the compression unit for bringing the hydrogen-containing gas into a high-pressure state, the cooling unit for bringing the hydrogen-containing gas into a cooling state, and connected to the compression unit on the downstream side of the compression unit and cooled. A first flow path through which the hydrogen-containing gas flows. Accordingly, the hydrogen-containing gas flowing through the first flow path is brought into a state where it can be supplied to a supply destination outside the system by being brought into a high pressure state by the compression unit and then being cooled by the cooling unit. Furthermore, the gas-liquid separation unit can increase the purity of the hydrogen-containing gas by gas-liquid separation of the hydrogen-containing gas that is at least one of the high pressure state by the compression unit and the cooling state by the cooling unit. Therefore, according to the hydrogen purification system of the present invention, hydrogen is purified by omitting or reducing the dedicated hydrogen purification apparatus separately provided from the compression unit and the cooling unit required for supplying hydrogen. can do. As described above, the entire system can be reduced in size.
本発明に係る水素精製システムにおいて、気液分離部は、第1流路上であって、冷却部の内部又は冷却部よりも下流側に設けられ、高圧状態及び冷却状態である水素含有ガスを気液分離することが好ましい。このような構成とすることにより、圧縮部及び冷却部を通過して高圧状態及び冷却状態とされた水素含有ガスを気液分離部で効率よく気液分離することができる。従って、本発明に係る水素精製システムによれば、水素供給のために必要となる圧縮部及び冷却部とは別途設けられる水素精製用の専用装置を省略して、または小さくして、水素を精製することができる。以上により、システム全体の小型化を図ることができる。 In the hydrogen purification system according to the present invention, the gas-liquid separation unit is provided on the first flow path and in the cooling unit or on the downstream side of the cooling unit, and gas containing the hydrogen-containing gas in a high pressure state and a cooling state is removed. Liquid separation is preferable. By setting it as such a structure, the hydrogen-containing gas which passed through the compression part and the cooling part and was made into the high pressure state and the cooling state can be efficiently gas-liquid separated by the gas-liquid separation part. Therefore, according to the hydrogen purification system of the present invention, hydrogen is purified by omitting or reducing the dedicated hydrogen purification apparatus separately provided from the compression unit and the cooling unit required for supplying hydrogen. can do. As described above, the entire system can be reduced in size.
また、本発明に係る水素精製システムにおいて、気液分離部は、第1流路上であって、冷却部よりも上流側に設けられ、高圧状態である水素含有ガスを気液分離する構成としてもよい。このような構成とすることにより、圧縮部を通過して高圧状態とされた水素含有ガスを気液分離部で効率よく気液分離することができる。従って、本発明に係る水素精製システムによれば、水素供給のために必要となる圧縮部及び冷却部とは別途設けられる水素精製用の専用装置を省略して、または小さくして、水素を精製することができる。以上により、システム全体の小型化を図ることができる。 In the hydrogen purification system according to the present invention, the gas-liquid separation unit is provided on the first flow path and upstream of the cooling unit, and may be configured to gas-liquid-separate the hydrogen-containing gas in a high-pressure state. Good. By setting it as such a structure, the hydrogen-containing gas which passed the compression part and was made into the high pressure state can be efficiently gas-liquid-separated by a gas-liquid separation part. Therefore, according to the hydrogen purification system of the present invention, hydrogen is purified by omitting or reducing the dedicated hydrogen purification apparatus separately provided from the compression unit and the cooling unit required for supplying hydrogen. can do. As described above, the entire system can be reduced in size.
また、本発明に係る水素精製システムにおいて、冷却部を通過すると共に圧縮部の上流側で圧縮部と接続され、水素含有ガスを流す第2流路を更に備え、気液分離部は、第2流路上であって、冷却部の内部又は冷却部よりも下流側に設けられ、冷却状態である水素含有ガスを気液分離する構成としてもよい。このような構成とすることにより、冷却部を通過して冷却状態とされた水素含有ガスを気液分離部で効率よく気液分離することができる。従って、本発明に係る水素精製システムによれば、水素供給のために必要となる圧縮部及び冷却部とは別途設けられる水素精製用の専用装置を省略して、または小さくして、水素を精製することができる。以上により、システム全体の小型化を図ることができる。 The hydrogen purification system according to the present invention further includes a second flow path that passes through the cooling unit and is connected to the compression unit on the upstream side of the compression unit, and allows the hydrogen-containing gas to flow. It is good also as a structure which is on a flow path and is provided in the inside of a cooling part, or the downstream rather than a cooling part, and gas-liquid separation of the hydrogen containing gas which is a cooling state. By setting it as such a structure, the hydrogen-containing gas which passed the cooling part and was made into the cooling state can be efficiently gas-liquid-separated by a gas-liquid separation part. Therefore, according to the hydrogen purification system of the present invention, hydrogen is purified by omitting or reducing the dedicated hydrogen purification apparatus separately provided from the compression unit and the cooling unit required for supplying hydrogen. can do. As described above, the entire system can be reduced in size.
また、本発明に係る水素精製システムにおいて、気液分離部からの水素含有ガスから不純物を吸着除去する吸着部を更に備えることが好ましい。高圧状態と冷却状態の少なくともいずれかの状態とされた水素含有ガスを気液分離部で気液分離することにより水素含有ガスの水素の純度を高めることができるが、微量の不純物が残っている場合がある。そこで、微量に残った不純物を吸着除去する吸着部を更に備えることにより、より水素含有ガスの水素の純度を高めることができる。 In the hydrogen purification system according to the present invention, it is preferable to further include an adsorption unit that adsorbs and removes impurities from the hydrogen-containing gas from the gas-liquid separation unit. The purity of the hydrogen-containing gas hydrogen can be increased by gas-liquid separation of the hydrogen-containing gas in a high-pressure state and / or a cooled state in the gas-liquid separation unit, but a trace amount of impurities remains. There is a case. Therefore, the hydrogen purity of the hydrogen-containing gas can be further increased by further providing an adsorption part that adsorbs and removes a small amount of impurities.
原料から水素含有ガスを生成する水素生成システムと、水素生成システムで生成された水素含有ガスから水素を精製する上記いずれかの水素精製システムとを備える水素供給システムを構成することができる。本発明に係る水素供給システムによれば、水素供給のために必要となる圧縮部及び冷却部とは別途設けられる水素精製用の専用装置を省略して、または小さくして、水素を精製することができる。以上により、システム全体の小型化を図ることができる。 A hydrogen supply system including a hydrogen generation system that generates a hydrogen-containing gas from a raw material and any of the hydrogen purification systems that purify hydrogen from the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generation system can be configured. According to the hydrogen supply system of the present invention, hydrogen can be purified by omitting or reducing the size of a dedicated device for purifying hydrogen separately from a compression unit and a cooling unit required for hydrogen supply. Can do. As described above, the entire system can be reduced in size.
本発明によれば、水素供給システム全体の小型化を図ることができる水素精製システム及び水素供給システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen purification system and hydrogen supply system which can achieve size reduction of the whole hydrogen supply system can be provided.
以下、図面を参照して本発明に係る水素精製システム及び水素供給システムの実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a hydrogen purification system and a hydrogen supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第一実施形態]
まず、第一実施形態に係る水素精製システム及び水素供給システムについて図1を用いて説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る水素精製システム120及び水素供給システム100の構成を示すブロック図である。水素供給システム100は、原料から水素含有ガスを生成する水素生成システム10と、水素生成システム10で生成された水素含有ガスから水素を精製する水素精製システム120とを備える。本実施形態に係る水素生成システム10は、有機化合物(常温で液体)を原料とする脱水素反応による水素生成方法を用いる場合を例にして説明する。なお、水素精製の過程では、原料である有機化合物(常温で液体)を脱水素した、脱水素生成物(常温で液体)(有機化合物(常温で液体))が除去される。原料の有機化合物として、例えば、有機ハイドライドが挙げられる。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物が好適な例である。また、有機ハイドライドは、芳香族の水素化化合物に限らず、2−プロパノール(水素とアセトンが生成される)の系もある。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム100へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン(以下、MCHと称する)を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる(なお、芳香族化合物は特に水素含有量の多い好適な例である)。なお、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたLPG、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合にも適用可能である。
[First embodiment]
First, a hydrogen purification system and a hydrogen supply system according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
本実施形態では、水素供給システム100として、FCV30に高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図1に示すように、水素供給システム100は、水素生成システム10、水素精製システム120、及びディスペンサ26とを備える。水素生成システム10は、MCHタンク11、気化器12、脱水素反応器13、気液分離器14、トルエンタンク15、燃料タンク16、及び熱源17とを備える。水素精製システム120は、圧縮機(圧縮部)21、蓄ガス器22、冷却器(冷却部)23、気液分離器(気液分離部)24、及び吸着剤(吸着部)25とを備える。
In the present embodiment, a hydrogen station that supplies high-purity hydrogen to the
まず、水素生成システム10について説明する。気化器12は、MCHタンク11から供給された原料であるMCHを気化し、脱水素反応器13へ供給する。脱水素反応器13は、脱水素触媒を用いた脱水素反応により、気化器12から供給されたMCHから水素含有ガスを取り出す。ここで、脱水素反応は吸熱反応であるため、熱源17は、加熱用高温ガスを介して脱水素反応器13へ熱を供給する。脱水素反応器13で取り出された水素含有ガスは、液体であるトルエンを混合物として含んだ状態で気液分離器14へ供給される。気液分離器14は、供給された水素含有ガスを気体である水素含有ガスと液体であるトルエンとに気液分離する。気液分離器14で分離された液体であるトルエンは、トルエンタンク15に貯留される。一方、気液分離器14で分離された気体である水素含有ガスは、水素精製システム120内の圧縮機21へ供給される。なお、水素精製システム120に供給されるときの水素含有ガスの純度は90〜99.5%であり、圧力は常温〜1.0MPaであり、温度は0〜50℃である。
First, the
次に、水素精製システム120について、図1及び図2を用いて詳しく説明する。図2は、本発明の第一実施形態に係る水素精製システム及び水素供給システムの構成を示すブロック図である。図2の水素生成システム10及び水素精製システム120は、それぞれ、図1の水素生成システム10及び水素精製システム120と同一のものである。水素精製システム120は、水素生成システム10で生成された水素含有ガスから水素を精製することで、99.97%以上の高純度水素を得ることができ、より好ましくは99.99%以上の高純度水素を得ることができる。
Next, the
水素精製システム120における水素含有ガスの流れについて説明する。水素生成システム10から水素精製システム120内の圧縮機21へ供給された水素含有ガスは、第1流路L1を介して、蓄ガス器22、冷却器23、気液分離器24、吸着剤25、ディスペンサ26、FCV30の順に供給される。
The flow of the hydrogen-containing gas in the
第1流路L1は、圧縮機21の下流側で当該圧縮機21と接続されると共に、冷却器23を通過して、水素含有ガスを流す流路である。第1流路L1は、圧縮機21から蓄ガス器22までのラインL11と、蓄ガス器22から冷却器23までのラインL12と、冷却器23内部を通過するラインL13と、冷却器23からFCV30までのラインL14とを備える。冷却器23内部を通過するラインL13は、熱交換によって水素含有ガスの冷却が行われる熱交換ラインL15と、当該熱交換ラインL15の下流側で当該熱交換ラインL15と接続されて冷却器23の外部まで延びる下流側ラインL16とを備える。
The first flow path L1 is a flow path that is connected to the
圧縮機21は、水素含有ガスを所定の圧力で圧送する機器である。圧縮機21は、20〜90MPaの圧力で水素含有ガスを高圧状態にする。圧縮機21は、水素含有ガスを、FCV30へ供給可能であると共に効率よく気液分離を行うことが可能な高圧状態にした上で、ラインL11を介して蓄ガス器22へ供給する。なお、本実施形態における圧縮機21は、圧縮を行う圧縮ユニットを二基備える二段構成のものを採用している。ただし、目的とする圧力が得られるのであれば一段構成としてもよい。逆に、目的とする圧力を得るために三段以上の多段構成としてもよい。
The
蓄ガス器22は、水素含有ガスを高圧状態のまま蓄えておくための機器である。蓄ガス器22で蓄えられた水素含有ガスは、ラインL12を介して冷却器23へと流れる。蓄ガス器22により、水素精製システム120内に、ある程度の量の水素含有ガスを高圧状態のまま蓄えておくことができるため、FCV30へ水素を安定供給することが可能となる。従って、水素精製システム120は、蓄ガス器22を備えることが好ましい。ただし、蓄ガス器22は、水素精製及び水素供給を行うために必須ではないため、省略してもよい。
The
冷却器23は、水素含有ガスを冷却する機器である。冷却器23は、熱交換ラインL15を流れる水素含有ガスを―60〜0℃にまで冷却する。これにより、冷却器23は、水素含有ガスを、FCV30へ供給可能であると共に効率よく気液分離を行うことが可能な冷却状態にする。なお、当該冷却器23の冷却温度は、従来の冷却を利用した分離法である深冷分離法での冷却温度よりも高い温度であるが、そのような温度であっても、本実施形態に係るシステム構成を採用することで高純度水素を得ることが可能である。
The cooler 23 is a device that cools the hydrogen-containing gas. The cooler 23 cools the hydrogen-containing gas flowing through the heat exchange line L15 to −60 to 0 ° C. Thereby, the cooler 23 is in a cooling state in which the hydrogen-containing gas can be supplied to the
気液分離器24は、水素含有ガスを気体である水素含有ガスと液体であるトルエンとに気液分離する。気液分離器24は、冷却器23の内部を通過するラインL13上の任意の位置に配置することができる。本実施形態では、気液分離器24は、ラインL16上であって、熱交換ラインL15の直後に設けられている。これにより、蓄ガス器22で高圧状態に保たれた水素含有ガスは、ラインL12を介して冷却器23へ流れ、熱交換ラインL15を通過することにより冷却状態とされてから、気液分離器24へ供給される。従って、気液分離器24へ供給された水素含有ガスは、効率よく気液分離を行うことが可能な高圧状態及び冷却状態にされているため、気液分離により水素含有ガスの水素の純度を高めることができる。すなわち、水素及び不純物(トルエン、メタンなど)を含む水素含有ガスが高圧状態となると、常圧下では気体の状態であった不純物が液化することにより、水素含有ガス中の不純物濃度が低下する。また、水素含有ガスが冷却状態となると、常温下では気体の状態であった不純物が液化することにより、水素含有ガス中の不純物濃度が低下する。このように不純物が液化された状態の水素含有ガスを気液分離器24で気液分離することにより、高純度水素を得ることができる。なお、気液分離器24は、水素含有ガスを十分に冷却した後に気液分離を行うことができる位置であれば、ラインL13上のどの位置に設けてもよく、ラインL16上の中途位置に設けてもよい。また、熱交換ラインL15の中途位置に設けてもよいが、十分に水素含有ガスを冷却するために、熱交換ラインL15の下流側、すなわちラインL16上に設けることが好ましい。なお、本実施形態では気液分離器24を冷却器23の内部であるラインL16上に配置する構成としているが、冷却状態を保つことができるのであれば、冷却器23の外側であるラインL14上に配置してもよい。その場合、気液分離器24内の水素含有ガスの温度が上昇しないように、冷却器23から気液分離器24までのライン及び気液分離器24の周囲に断熱材等を設けることが好ましい。
The gas-
吸着剤25は、水素含有ガスに含まれる不純物(トルエン、メタンなど)を吸着により除去する吸着剤である。気液分離器24により気液分離された水素含有ガスは、ラインL16及びラインL14を介して、吸着剤25へ供給される。ここで、吸着剤25へ供給された水素含有ガスには、微量の不純物が残っている場合がある。そこで、微量に残った不純物を吸着剤25が吸着除去することにより、より水素含有ガスの水素の純度を高めることができる。ただし、吸着剤25を用いずに目的とする純度の水素含有ガスが得られる場合には、吸着剤25を省略してもよい。
The adsorbent 25 is an adsorbent that removes impurities (toluene, methane, etc.) contained in the hydrogen-containing gas by adsorption. The hydrogen-containing gas that has been gas-liquid separated by the gas-
吸着剤25で不純物を吸着除去することにより得られた水素含有ガスは、ラインL14を介して、ディスペンサ26を用いてFCV30へ供給される。なお、本実施形態では水素供給先として燃料電池車(FCV)を想定しているが、水素供給先は、水素の供給を必要とし、水素の供給を受けるための機構を備えたものであれば何でもよく、FCVに限定されない。
The hydrogen-containing gas obtained by adsorbing and removing impurities with the adsorbent 25 is supplied to the
次に、第一実施形態に係る水素精製システム120の作用・効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
まず、比較例に係る水素供給システム50の構成について、図3を用いて説明する。比較例に係る水素供給システム50は、水素生成システム10、水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、水素精製器43、圧縮機21、蓄ガス器22、及び冷却器23とを備える。
First, the configuration of the
第一実施形態に係る水素供給システム100と比較例に係る水素供給システム50との主な相違点について説明する。
Main differences between the
比較例に係る水素供給システム50は、水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43を備える一方で、第一実施形態に係る水素精製システム120が備える気液分離器24及び吸着剤25を備えていない。水素精製器43は、採用する水素精製方法により異なるが、具体的には、水素精製方法として膜分離を用いる場合には、水素分離膜であり、PSAやTSAを用いる場合には、不純物を吸着する吸着剤を格納する吸着塔を複数備えた吸着除去装置である。
The
上述のように、比較例に係る水素供給システム50は、水素精製方法として、水素分離膜、PSA、TSAなどの従来の水素精製方法を用いるため、専用装置である水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43が必要となる。その一方で、水素供給システム50は、精製された高純度水素をFCV30に供給するために、圧縮機21、蓄ガス器22、冷却器23も必要となる。このように、比較例に係る水素供給システム50は、水素供給のために必要となる圧縮機21及び冷却器23に加えて、水素精製のためだけに必要となる専用装置が別途設けられている。これにより、当該専用装置の分、システム全体が大きくなる。
As described above, the
一方、第一実施形態に係る水素精製システム120は、上述のように、FCV30へ水素を供給するために必要となる圧縮機21及び冷却器23により水素含有ガスを高圧状態及び冷却状態にした上で、気液分離器24で効率よく気液分離することができる。すなわち、本実施形態における圧縮機21及び冷却器23は、FCV30への水素供給を行う装置としての機能に加え、水素精製を行う装置としての機能も兼ねることができる(なお、比較例に係る水素供給システム50における圧縮機21及び冷却器23は、FCV30への水素供給を行う装置としてのみ機能している)。これにより、水素供給のために必要となる圧縮機21及び冷却器23とは別途設けられる水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43を省略して、水素を精製することができる。以上により、水素供給システム100全体の小型化を図ることができる。
On the other hand, as described above, the
また、水素供給システム100において、気液分離器24と併せて吸着剤25を設けることによって、気液分離器24を単体で用いる場合よりも、FCV30へ供給することができる高純度水素が得やすくなる。
Further, in the
水素生成システム10と、上記のような水素精製システム120とを備える水素供給システム100を構成することにより、水素供給のために必要となる圧縮機21及び冷却器23とは別途設けられる水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43を省略して水素を精製することができる。以上により、水素供給システム全体の小型化を図ることができる。
By configuring the
なお、水素供給システム100は、上述したように、比較例に係る水素供給システム50が有さない気液分離器24及び吸着剤25を備えるが、これらは水素精製器43などの水素精製用の専用装置と比較して小規模のものであるため、水素供給システム全体としては、比較例に係る水素供給システム50よりも小型化することができる。
As described above, the
第一実施形態に係る水素精製システム120を用いて水素精製する場合の各条件についての一例を以下に挙げる。
An example of each condition when performing hydrogen purification using the
[第一実施形態の実施例]
水素生成システム10内において、30℃、0.18MPaGで気液分離された後の水素含有ガスの組成例は、「水素:トルエン:MCH:メタン=98:1.8:0.2:0.05」程度である。まず、この水素含有ガスを圧縮機21で70MPaまで圧縮し、トルエン+MCHの濃度を120ppm程度まで低減する。次に、冷却器23で水素含有ガスを−40℃まで冷却し、トルエン+MCHの濃度を1ppm程度まで低減する。最後に、気液分離器24での気液分離により液体であるトルエンを分離し、残った微量トルエンとメタンを吸着剤25で除去することにより、トルエン+MCHの濃度を0.28ppm以下にする。これにより得られた高純度水素を、ディスペンサ26を用いてFCV30へ供給する。
[Example of the first embodiment]
The composition example of the hydrogen-containing gas after gas-liquid separation at 30 ° C. and 0.18 MPaG in the
[第二実施形態]
次に、第二実施形態に係る水素精製システム及び水素供給システムについて図4を用いて説明する。図4は、本発明の第二実施形態に係る水素精製システム220及び水素供給システム200の構成を示すブロック図である。図4の水素生成システム10は、図1から図3までの水素生成システム10と同一のものである。
[Second Embodiment]
Next, a hydrogen purification system and a hydrogen supply system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
第二実施形態に係る水素精製システム220を構成する各構成要素の構成・機能は、図2に示す第一実施形態に係る水素精製システム120と同一であるが、気液分離器24が、第1流路L1上であって、冷却器23よりも上流側に設けられ、圧縮機21による高圧状態であって冷却状態ではない水素含有ガスを気液分離する点において、第一実施形態に係る水素精製システム120と主に相違する。以下、当該相違点の具体的な構成について説明する。
The configuration and function of each component constituting the
第二実施形態に係る水素精製システム220は、第一実施形態に係る水素精製システム120と同様に、圧縮機21、蓄ガス器22、冷却器23、気液分離器24、及び吸着剤25とを備える。ただし、気液分離器24及び吸着剤25は、圧縮機21の下流側であって蓄ガス器22より上流側のラインL11上に配置される。すなわち、第二実施形態に係る水素精製システム220においては、水素生成システム10から水素精製システム220内の圧縮機21へ供給された水素含有ガスは、第1流路L1を介して、気液分離器24、吸着剤25、蓄ガス器22、冷却器23、ディスペンサ26、FCV30の順に供給される。
Similar to the
第二実施形態に係る水素精製システム220は、水素含有ガスを圧縮機21により高圧状態にした上で、気液分離器24で効率よく気液分離することができる。これにより、水素供給のために必要となる圧縮機21及び冷却器23とは別途設けられる水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43を省略して、水素を精製することができる。以上により、水素供給システム200全体の小型化を図ることができる。
The
なお、圧縮機21が圧縮ユニットを二基以上備える多段構成である場合には、気液分離器24を、圧縮機21の最上流側に位置する圧縮ユニットと圧縮機21の最下流側に位置する圧縮ユニットとの間に配置してもよい。あるいは、圧縮ユニット同士の間に気液分離器24を配置し、更に、圧縮機21自体の下流側にも気液分離器24を配置してもよい。これらの場合には、圧縮機21の最上流側に位置する圧縮ユニットが本発明の請求項における「圧縮部」に相当する。また、圧縮ユニット同士を接続する流路は本発明の請求項における「第1流路」に含まれる。
When the
第二実施形態に係る水素精製システム220を用いて水素精製する場合の各条件についての一例を以下に挙げる。
An example of each condition when performing hydrogen purification using the
[第二実施形態の実施例]
水素生成システム10内において、30℃、0.18MPaGで気液分離された後の水素含有ガスの組成例は、「水素:トルエン:MCH:メタン=98:1.8:0.2:0.05」程度である。まず、この水素含有ガスを圧縮機21で70MPaまで圧縮し、トルエン+MCHの濃度を120ppm程度まで低減する。次に、気液分離器24での気液分離により液体であるトルエンを分離し、残った微量トルエンとメタンを吸着剤25で除去することにより、トルエン+MCHの濃度を1ppm程度に低減する。最後に、冷却器23で水素含有ガスを−40℃まで冷却し、トルエン+MCHの濃度を0.28ppm以下にする。これにより得られた高純度水素を、ディスペンサ26を用いてFCV30へ供給する。
[Example of the second embodiment]
The composition example of the hydrogen-containing gas after gas-liquid separation at 30 ° C. and 0.18 MPaG in the
[第三実施形態]
次に、第三実施形態に係る水素精製システム及び水素供給システムについて図5を用いて説明する。図5は、本発明の第三実施形態に係る水素精製システム320及び水素供給システム300の構成を示すブロック図である。図5の水素生成システム10は、図1から図4までの水素生成システム10と同一のものである。
[Third embodiment]
Next, a hydrogen purification system and a hydrogen supply system according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
第三実施形態に係る水素精製システム320を構成する各構成要素の構成・機能は、図2に示す第一実施形態に係る水素精製システム120と同一であるが、冷却器23を通過すると共に圧縮機21の上流側で圧縮機21と接続される第2流路L2を備え、気液分離器24が、第2流路L2上であって、冷却器23の内部に設けられ、冷却器23による冷却状態であって高圧状態ではない水素含有ガスを気液分離する点において、第一実施形態に係る水素精製システム120及び第二実施形態に係る水素精製システム220と主に相違する。以下、当該相違点の具体的な構成について説明する。
The configuration and function of each component constituting the
第三実施形態に係る水素精製システム320は、第一実施形態に係る水素精製システム120及び第二実施形態に係る水素精製システム220と同様に、圧縮機21、蓄ガス器22、冷却器23、気液分離器24、及び吸着剤25とを備える。ただし、冷却器23を通過すると共に圧縮機21の上流側で圧縮機21と接続され水素含有ガスを流す第2流路L2を更に備える。
Similar to the
ここで、第2流路L2は、水素生成システム10から冷却器23までのラインL21と、冷却器23内部を通過するラインL22と、冷却器23から圧縮機21までのラインL23とを備える。冷却器23内部を通過するラインL22は、熱交換によって水素含有ガスの冷却が行われる熱交換ラインL24と、当該熱交換ラインL24の下流側で当該熱交換ラインL24と接続されて冷却器23の外部まで延びる下流側ラインL25とを備える。
Here, the second flow path L2 includes a line L21 from the
第三実施形態に係る水素精製システム320では、気液分離器24がラインL25上に、吸着剤25がラインL23上に配置される。すなわち、第三実施形態に係る水素精製システム320においては、水素生成システム10から供給された水素含有ガスは、第2流路L2を介して、冷却器23、気液分離器24、吸着剤25、圧縮機21の順に供給され、さらに圧縮機21からは、第1流路L1を介して、蓄ガス器22、冷却器23、ディスペンサ26、FCV30の順に供給される。なお、第一実施形態に係る気液分離器24と同様に、第三実施形態に係る気液分離器24も、水素含有ガスを十分に冷却した後に気液分離を行うことができる位置であれば、ラインL22上のどの位置に設けてもよく、冷却状態を保つことができるのであれば、冷却器23の外側であるラインL23上に配置してもよい。
In the
なお、本実施形態では、蓄ガス器22からの水素含有ガスを、第1流路L1上の熱交換ラインL15を介して再度冷却器23で冷却することにより、FCV30へ供給可能な状態としているが、水素含有ガスを気液分離器24により気液分離する前に通過させる冷却器とディスペンサ26へ供給する直前に通過させる冷却器とを別機器としてもよい。ただし、システム規模の小型化及び設備コストの観点から、本実施形態のように同一の冷却器23を共有する構成とするのが好ましい。
In the present embodiment, the hydrogen-containing gas from the
第三実施形態に係る水素精製システム320は、水素含有ガスを冷却器23により冷却状態にした上で、気液分離器24で効率よく気液分離することができる。これにより、水素供給のために必要となる圧縮機21及び冷却器23とは別途設けられる水素精製用圧縮機41、水素精製用気液分離器42、及び水素精製器43を省略して、水素を精製することができる。以上により、水素供給システム300全体の小型化を図ることができる。特に、第三実施形態に係る水素精製システム320は、圧縮機21よりも上流側で高純度水素を得ることができるため、圧縮機21(及びそれより下流の機器)に対する負荷を低減することができる。
The
第三実施形態に係る水素精製システム320を用いて水素精製する場合の各条件についての一例を以下に挙げる。
An example of each condition when performing hydrogen purification using the
[第三実施形態の実施例]
水素生成システム10内において、30℃、0.18MPaGで気液分離された後の水素含有ガスの組成例は、「水素:トルエン:MCH:メタン=98:1.8:0.2:0.05」程度である。まず、この水素含有ガスを冷却器23で−40℃まで冷却し、トルエン+MCHの濃度を130ppm程度まで低減する。次に、気液分離器24による気液分離により液体であるトルエンを分離し、残った微量トルエンとメタンを吸着剤25で除去することにより、トルエン+MCHの濃度を0.28ppm程度に低減する。これにより得られた高純度水素を、ディスペンサ26を用いてFCV30へ供給する。
[Example of the third embodiment]
The composition example of the hydrogen-containing gas after gas-liquid separation at 30 ° C. and 0.18 MPaG in the
なお、本発明に係る水素精製システム及び水素供給システムは、上述の第一実施形態から第三実施形態に係る水素精製システム及び水素供給システムに限定されるものではない。例えば、各実施形態についての説明において詳しく述べたように、蓄ガス器22や吸着剤25を省略した構成としてもよいし、気液分離器24を冷却器23の外部に配置してもよい。また、上述の実施形態では、水素生成システム10は、脱水素反応によって水素含有ガスを生成していたが、当該方法に限らず、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたLPG、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合など、あらゆる水素生成方法を採用してもよい。なお、水素精製システム120、220、320による水素精製のみならず、従来のような水素精製器43を備えることにより、当該水素精製器43と水素精製システム120、220、320の両方で水素精製を行う構成としてもよい。その場合であっても、水素精製システム120、220、320が水素を精製する機能を備える分、水素精製器43の装置規模を従来よりも小さくすることができる。
The hydrogen purification system and the hydrogen supply system according to the present invention are not limited to the hydrogen purification system and the hydrogen supply system according to the third to third embodiments described above. For example, as described in detail in the description of each embodiment, the
上述した実施形態に係る水素供給システムは、どのような用途に用いられてもよく、例えば、上述の実施形態では、水素ステーションに適用した。すなわち、水素精製システムよりも下流側に、外部の水素消費装置(燃料電池自動車や水素自動車など)に対して水素を供給する水素供給装置(ここではディスペンサ)を接続することで、水素ステーションとして利用してよい。その他、水素精製システムよりも下流側に水素消費装置(電力発生装置など)を接続することで、直接的に水素消費装置に水素を供給してもよい。例えば、分散電源(例えば、家庭用電源や非常用電源など)のための水素供給システムとして利用してもよい。 The hydrogen supply system according to the above-described embodiment may be used for any application. For example, in the above-described embodiment, the hydrogen supply system is applied to a hydrogen station. In other words, it is used as a hydrogen station by connecting a hydrogen supply device (here, a dispenser) that supplies hydrogen to an external hydrogen consuming device (such as a fuel cell vehicle or a hydrogen vehicle) downstream from the hydrogen purification system. You can do it. In addition, hydrogen may be directly supplied to the hydrogen consuming device by connecting a hydrogen consuming device (such as a power generation device) downstream of the hydrogen purification system. For example, it may be used as a hydrogen supply system for a distributed power source (for example, a household power source or an emergency power source).
10…水素生成システム、11…MCHタンク、12…気化器、13…脱水素反応器、14…気液分離器、15…トルエンタンク、16…燃料タンク、17…熱源、21…圧縮機(圧縮部)、22…蓄ガス器、23…冷却器(冷却部)、24…気液分離器(気液分離部)、25…吸着剤(吸着部)、26…ディスペンサ、30…FCV、41…水素精製用圧縮機、42…水素精製用気液分離器、43…水素精製器、100、200、300…水素供給システム、120、220、320…水素精製システム、L1…第1流路、L2…第2流路。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記水素含有ガスを高圧状態にする圧縮部と、
前記水素含有ガスを冷却状態にする冷却部と、
前記圧縮部の下流側で前記圧縮部と接続されると共に前記冷却部を通過し、前記水素含有ガスを流す第1流路と、
前記高圧状態と前記冷却状態の少なくともいずれかの状態である前記水素含有ガスを気液分離する気液分離部と、
を備えることを特徴とする水素精製システム。 A hydrogen purification system for purifying hydrogen from a hydrogen-containing gas produced by a hydrogen production system,
A compression section for bringing the hydrogen-containing gas into a high-pressure state;
A cooling unit for cooling the hydrogen-containing gas;
A first flow path connected to the compression section on the downstream side of the compression section and passing through the cooling section to flow the hydrogen-containing gas;
A gas-liquid separator that gas-liquid separates the hydrogen-containing gas that is at least one of the high-pressure state and the cooling state;
A hydrogen purification system comprising:
前記気液分離部は、前記第2流路上であって、前記冷却部の内部又は前記冷却部よりも下流側に設けられ、前記冷却状態である前記水素含有ガスを気液分離する請求項1記載の水素精製システム。 A second flow path that passes through the cooling unit and is connected to the compression unit on the upstream side of the compression unit, and allows the hydrogen-containing gas to flow;
The gas-liquid separation unit is provided on the second flow path and is provided in the cooling unit or downstream of the cooling unit, and gas-liquid separation of the hydrogen-containing gas in the cooled state is performed. The described hydrogen purification system.
原料から水素含有ガスを生成する水素生成システムと、
前記水素生成システムで生成された前記水素含有ガスから水素を精製する請求項1〜5のいずれか一項記載の水素精製システムと、
を備えることを特徴とする水素供給システム。 A hydrogen supply system for supplying hydrogen,
A hydrogen generation system for generating a hydrogen-containing gas from a raw material;
The hydrogen purification system according to any one of claims 1 to 5, wherein hydrogen is purified from the hydrogen-containing gas generated by the hydrogen generation system;
A hydrogen supply system comprising:
The hydrogen purification system according to any one of claims 1 to 5, which is connected to a hydrogen consuming apparatus.
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