JP2015038015A - 圧力変動吸着式水素製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼装置に対してオフガスを適切に供給するようにしながら、吸着対象成分の回収効率を高めることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供する低廉化や燃焼運転の効率化を図ることができる管状バーナを提供する。【解決手段】脱着工程として、単位処理期間の初期において、吸着塔1の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクTに排出する減圧工程を行い、単位処理期間の中期において、負圧状態に調整された真空タンクSにて、吸着塔1の内部ガスを吸引するタンク吸引工程、及び、真空ポンプPにて吸着塔1を吸引するポンプ吸引工程を順次行い、単位処理期間の終期において、真空ポンプPにて真空タンクSを吸引作用して、真空タンクS内のオフガスの排出及び真空タンクSの負圧状態への調整を行う。【選択図】図1
Description
本発明は、水素成分及び水素成分以外の可燃性成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する4つの吸着塔、及び、前記吸着塔から排出されるオフガスを回収しかつ回収したオフガスを燃焼装置に供給するオフガスタンクが設けられ、
4つの前記吸着塔のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行い、且つ、前記脱着工程を行う前記吸着塔から排出されるオフガスを前記オフガスタンクに回収する圧力変動吸着式水素製造方法に関する。
4つの前記吸着塔のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行い、且つ、前記脱着工程を行う前記吸着塔から排出されるオフガスを前記オフガスタンクに回収する圧力変動吸着式水素製造方法に関する。
かかる圧力変動吸着式水素製造方法は、水素成分及び水素成分以外の可燃性成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着することにより、水素濃度の高い製品ガスを製造するものであり、また、吸着塔から排出されるオフガスには、可燃性成分が含まれているため、オフガスタンクに回収したオフガスを燃焼装置に供給して燃焼させるようにしたものである。
このような圧力変動吸着式水素製造方法の従来例として、都市ガスを改質処理する改質器から供給される改質ガスを原料ガスとして製品ガスを製造し、製品ガスを燃料電池に供給し、改質器を加熱する燃焼装置にオフガスを供給するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1の圧力変動吸着式水素製造方法においては、脱着工程として、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクに排出するブロー工程、及び、均圧用排出工程の吸着塔の内部ガスを脱着工程の吸着塔を通して流動させて、オフガスとしてオフガスタンクに排出するパージ工程を順次行うようになっている。
ちなみに、特許文献1には記載されてはいないが、パージ工程において、吸着工程の吸着塔から供給される製品ガスの一部を脱着工程の吸着塔を通して流動させて、オフガスとしてオフガスタンクに排出するようにする例もある。
ちなみに、特許文献1には記載されてはいないが、パージ工程において、吸着工程の吸着塔から供給される製品ガスの一部を脱着工程の吸着塔を通して流動させて、オフガスとしてオフガスタンクに排出するようにする例もある。
圧力変動吸着式水素製造方法においては、脱着工程において、脱着工程の吸着塔の吸着剤に吸着された吸着対象成分を的確に離脱させることによって、吸着対象成分の回収効率を高めることが望まれるものである。
そのための方法として、脱着工程の吸着塔に対して吸引作用する真空ポンプを設けることによって、吸着対象成分を的確に離脱させるようにする圧力変動吸着式水素製造方法が考えられるが、この方法においては、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があった。
そのための方法として、脱着工程の吸着塔に対して吸引作用する真空ポンプを設けることによって、吸着対象成分を的確に離脱させるようにする圧力変動吸着式水素製造方法が考えられるが、この方法においては、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があった。
すなわち、本願の発明者は、真空ポンプによって脱着工程の吸着塔を吸引する圧力変動吸着式水素製造方法を考えたが、単に、真空ポンプによって吸着塔を吸引するだけでは、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があることを見出した。
以下、真空ポンプを利用した圧力変動吸着式水素製造方法において、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があることについて、本願の発明者が創出した圧力変動吸着式水素製造方法(以下、比較方法と呼称する)を具体的に説明しながら詳述する。
図11に示すように、4つの吸着塔1として、A塔、B塔、C塔、D塔が設けられ、4つの吸着塔1の下部には、圧縮機2にて圧縮された原料ガスGを供給する原料ガス供給路3、及び、オフガスを排出するオフガス排出路4が接続されている。
そして、4つの吸着塔1の夫々に対応して、原料ガス供給路3を開閉する原料ガス供給弁A1、B1、C1、D1、及び、オフガス排出路4を開閉するオフガス排出弁A5、B5、C5、D5が設けられている。
尚、原料ガス供給路3における圧縮機2の下流側箇所には、水素ガス製造運転を停止する際に閉じる元ガス弁3Aが設けられている。
尚、原料ガス供給路3における圧縮機2の下流側箇所には、水素ガス製造運転を停止する際に閉じる元ガス弁3Aが設けられている。
4つの吸着塔1の上部には、製品ガスHを送出する製品ガス送出路5、その製品ガス送出路5から分岐して、製品ガス送出路5を流動する製品ガスHの一部を吸着塔1に還流する還流路6、及び、4つの吸着塔1を互いに連通接続するための塔連通路7が接続されている。
そして、4つの吸着塔1の夫々に対応して、製品ガス送出路5を開閉する製品ガス送出弁A2、B2、C2、D2、還流路6を開閉する製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3、及び、塔連通路7を開閉する連通断続弁A4、B4、C4、D4が設けられている。
そして、4つの吸着塔1の夫々に対応して、製品ガス送出路5を開閉する製品ガス送出弁A2、B2、C2、D2、還流路6を開閉する製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3、及び、塔連通路7を開閉する連通断続弁A4、B4、C4、D4が設けられている。
オフガス排出路4には、オフガスを回収しかつ回収したオフガスを燃焼装置としてのバーナ8に供給するオフガスタンクTが設けられている。
この比較方法においては、オフガスタンクTとして、第1タンクT1と、第2タンクT2とが設けられ、オフガス排出路4におけるオフガスタンクTを設置するタンク設置部分が、第1排出路4aと第2排出路4bとを並列形態で備え、第1タンクT1が、第1排出路4aに配設され、第2タンクT2が、第2排出路4bに配設されている。
この比較方法においては、オフガスタンクTとして、第1タンクT1と、第2タンクT2とが設けられ、オフガス排出路4におけるオフガスタンクTを設置するタンク設置部分が、第1排出路4aと第2排出路4bとを並列形態で備え、第1タンクT1が、第1排出路4aに配設され、第2タンクT2が、第2排出路4bに配設されている。
ポンプ配設流路9が、オフガス排出路4におけるタンク設置部分よりも上流側箇所と第2排出路4bにおける第2タンクT2の上流側箇所とを接続する状態で設けられ、このポンプ配設流路9に、真空ポンプPが配設されている。
そして、オフガス排出路4におけるポンプ配設流路9の真空ポンプPよりも上流側部分に、第1開閉弁V1が設置され、第1排出路4aの第1タンクT1よりも上流側部分に、第2開閉弁V2が設置され、第2排出路4bにおけるポンプ配設流路9の接続箇所よりも上流側部分に、第3開閉弁V3が設置されている。
したがって、第1開閉弁V1〜第3開閉弁V3のうち、第2開閉弁V2を開き、その他を閉じることによって、図13に示すように、吸着塔1からのオフガスを第1タンクT1に回収しながらバーナ8に供給する第1流動状態を現出できる。
第1開閉弁V1〜第3開閉弁V3のうち、第3開閉弁V3を開き、その他を閉じることによって、図14に示すように、吸着塔1からのオフガスを第2タンクT2に回収しながらバーナ8に供給する第2流動状態を現出できる。
第1開閉弁V1〜第3開閉弁V3のうち、第1開閉弁V1を開き、その他を閉じることによって、図15に示すように、真空ポンプPによって吸着塔1を吸引して、真空ポンプPにて供給されるオフガスを第2タンクT2に回収しながらバーナ8に供給する第3流動状態を現出できる。
また、第1排出路4aにおける第1タンクT1よりも下流側部分に、第1流量制御弁R1が設置され、第2排出路4bにおける第2タンクよりも下流側部分に、第2流量制御弁R2が設置されており、これら第1流量制御弁R1及び第2流量制御弁R2の流量制御によって、バーナ8へ供給するオフガスの流量が過大や過少になることが抑制される。
つまり、第1流動状態においては、第1流量制御弁R1によって、オフガスの流量が制御され、第2流動状態及び第3流動状態においては、基本的には、第2流量制御弁R2によってオフガスの流量が制御され、オフガスの流量が不足するときには、第1タンク1に回収したオフガスを補給すべく、第1流量制御弁R1が制御されることになる。
そして、この比較方法においては、図12に示す運転サイクルを採用した。
ちなみに、4つの吸着塔1のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、吸着工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、均圧用排出工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は吸着工程の前工程としての復圧工程を行うことになる。
ちなみに、4つの吸着塔1のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、吸着工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、均圧用排出工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔1については、単位処理期間の間は吸着工程の前工程としての復圧工程を行うことになる。
つまり、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を、単位処理期間が経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うことになる。
このように、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を順次行うことになるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
このように、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を順次行うことになるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
すなわち、A塔に対応する原料供給弁A1及び製品ガス送出弁A2を開いて、A塔については、単位処理期間の間は吸着工程を行う。
均圧用排出工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔の内部のガスを復圧工程のB塔に供給する前段排出工程を行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔の内部ガスを脱着工程のC塔に供給する後段排出工程を行う。
ちなみに、前段排出工程や後段排出工程においては、連通断続弁A4、B4、C4、D4を選択的に開くことになる。
均圧用排出工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔の内部のガスを復圧工程のB塔に供給する前段排出工程を行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔の内部ガスを脱着工程のC塔に供給する後段排出工程を行う。
ちなみに、前段排出工程や後段排出工程においては、連通断続弁A4、B4、C4、D4を選択的に開くことになる。
脱着工程として、単位処理期間の初期において、脱着工程のC塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクTに排出する減圧工程を後述の如く行い、単位処理期間の中期において、上記した第3流動状態で、真空ポンプPにて脱着工程のC塔を吸引するポンプ吸引工程を行い(図15参照)、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔から後段排出工程によって供給されるガスを脱着工程のC塔に受入れる後段受入工程を行う(図16参照)。
この比較方法においては、減圧工程として、上記した第1流動状態で、脱着工程のC塔と第1タンクT1とを連通させる第1減圧工程(図13参照)、及び、上記した第2流動状態で、脱着工程のC塔と第2タンクT2とを連通させる第2減圧工程(図14参照)を順次行い、続いて、上述のタンク吸引工程を行うことになる。
復圧工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔から前段排出工程によって供給されるガスを復圧工程のB塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、吸着工程のA塔にて生成された製品ガスHの一部を復圧工程のB塔に受入れる昇圧工程を行う。
ちなみに、昇圧工程を行う場合には、製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3のうち、B塔に対応する製品ガス還流弁B3を開くことになる。
ちなみに、昇圧工程を行う場合には、製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3のうち、B塔に対応する製品ガス還流弁B3を開くことになる。
ちなみに、この比較方法においては、図12に示すように、単位処理期間が、第1ステップから第5ステップに区分けされている。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程とポンプ吸引工程とが、第3ステップと第4ステップとで行われ、第1減圧工程が第1ステップで行われ、第2減圧工程が第2ステップで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程とポンプ吸引工程とが、第3ステップと第4ステップとで行われ、第1減圧工程が第1ステップで行われ、第2減圧工程が第2ステップで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる。
また、B塔の復圧工程では、第5ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となり、同様に、D塔の均圧用排出工程では、第3ステップ及び第4ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となる。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは、必ずしも同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定する。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは、必ずしも同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定する。
図17は、上記した比較方法を実施した場合における、第1タンクT1や第2タンクT2の圧力の変化、オフガス排出路4を通してバーナ8に向けて流動するオフガス流量の変化、及び、吸着塔1(C塔)の圧力の変化を示すものである。ちなみに、第2タンクT2の圧力は、真空ポンプPの吐出圧力に対応する。
尚、図17においては、第1減圧工程の開始を「第1減圧開始」と記載し、第2減圧工程の開始を「第2減圧開始」と記載し、ポンプ吸引工程の開始を「真空工程開始」と記載し、ポンプ吸引工程の終了を「真空工程終了」と記載する。
尚、図17においては、第1減圧工程の開始を「第1減圧開始」と記載し、第2減圧工程の開始を「第2減圧開始」と記載し、ポンプ吸引工程の開始を「真空工程開始」と記載し、ポンプ吸引工程の終了を「真空工程終了」と記載する。
ちなみに、図17は、吸着工程の吸着塔1の内部圧力が、約750KPaGであり、後段排出工程を行った段階の吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約150KPaGである場合の変化を示すものである。
そして、脱着工程を開始する際の吸着塔1(C塔)の内部圧力(約150KPaG)が、第1減圧工程を行うと、約150KPaGから約70KPaGの近くに減少し、第2減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、大気圧の近く(約10KPaG程度)に減少し、そして、ポンプ吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約−90KPaGの近くに減少することを示している。
そして、脱着工程を開始する際の吸着塔1(C塔)の内部圧力(約150KPaG)が、第1減圧工程を行うと、約150KPaGから約70KPaGの近くに減少し、第2減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、大気圧の近く(約10KPaG程度)に減少し、そして、ポンプ吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約−90KPaGの近くに減少することを示している。
図17において、オフガス量の変化に着目すると、ポンプ吸引工程を開始すると、オフガス量が急激に増加することになり、また、単位処理期間の第5ステップの終期においては、オフガス量が極端に少なくなることが分かる。
ポンプ吸引工程を開始することによって、オフガス量が急激に増加するのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも高い(約10KPaG程度)状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することが原因である。
ポンプ吸引工程を開始することによって、オフガス量が急激に増加するのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも高い(約10KPaG程度)状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することが原因である。
また、単位処理期間の第5ステップの終期において、オフガス量が極端に少なくなるのは、第1タンクT1及び第2タンクT2におけるオフガスの回収量が減少しているのにもかかわらず、第1タンクT1及び第2タンクT2に対してオフガスが供給されない状態であるからである。
つまり、第1タンクT1及び第2タンクT2におけるオフガスの回収量が減少している状態で、第1タンクT1及び第2タンクT2に回収しているオフガスをバーナ8に供給することになるため、単位処理期間の第5ステップの終期において、オフガス量が極端に少なくなるのである。
そして、ポンプ吸引工程の開始によって、オフガス量が急激に増加するときや、単位処理期間の第5ステップの終期において、オフガス量が極端に少なくなるときに、バーナ8の燃焼状態が不安定になる虞がある。
要するに、比較方法の圧力変動吸着式水素製造方法においては、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があり、改善する必要がある。
要するに、比較方法の圧力変動吸着式水素製造方法においては、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給できない虞があり、改善する必要がある。
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給するようにしながら、吸着対象成分の回収効率を高めることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供する点にある。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法は、水素成分及び水素成分以外の可燃性成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する4つの吸着塔、及び、前記吸着塔から排出されるオフガスを回収しかつ回収したオフガスを燃焼装置に供給するオフガスタンクが設けられ、
4つの前記吸着塔のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行い、且つ、前記脱着工程を行う前記吸着塔から排出されるオフガスを前記オフガスタンクに回収する方法であって、その第1特徴方法は、
前記吸着塔から吸引したオフガスを前記燃焼装置に供給する真空ポンプが、前記吸着塔に対して吸引作用する吸着塔作用状態と、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態とに切換え自在に設けられ、
前記真空タンクが、前記吸着塔に連通する連通状態と前記吸着塔との連通が遮断された遮断状態とに切換え自在に設けられ、
前記均圧用排出工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段排出工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段排出工程を行い、
前記単位処理期間の終期において、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態に切換えた前記真空タンクを吸引作用して、前記真空タンク内のオフガスの排出及び前記真空タンクの負圧状態への調整を行い、
前記脱着工程として、前記単位処理期間の初期において、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスをオフガスとして前記オフガスタンクに排出する減圧工程を行い、前記単位処理期間の中期において、前記負圧状態に調整された前記真空タンクを前記連通状態に切換えて、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスを前記真空タンクに吸引するタンク吸引工程、及び、前記真空タンクを前記遮断状態に切換えかつ前記連通状態に切換えた前記真空ポンプにて前記脱着工程の前記吸着塔を吸引するポンプ吸引工程を順次実行し、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記後段排出工程によって供給されるガスを前記脱着工程の前記吸着塔に受入れる後段受入工程を行い、
前記復圧工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記前段排出工程によって供給されるガスを前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、前記吸着工程の前記吸着塔にて生成された前記製品ガスの一部を前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる昇圧工程を行う点を特徴とする。
4つの前記吸着塔のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行い、且つ、前記脱着工程を行う前記吸着塔から排出されるオフガスを前記オフガスタンクに回収する方法であって、その第1特徴方法は、
前記吸着塔から吸引したオフガスを前記燃焼装置に供給する真空ポンプが、前記吸着塔に対して吸引作用する吸着塔作用状態と、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態とに切換え自在に設けられ、
前記真空タンクが、前記吸着塔に連通する連通状態と前記吸着塔との連通が遮断された遮断状態とに切換え自在に設けられ、
前記均圧用排出工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段排出工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段排出工程を行い、
前記単位処理期間の終期において、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態に切換えた前記真空タンクを吸引作用して、前記真空タンク内のオフガスの排出及び前記真空タンクの負圧状態への調整を行い、
前記脱着工程として、前記単位処理期間の初期において、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスをオフガスとして前記オフガスタンクに排出する減圧工程を行い、前記単位処理期間の中期において、前記負圧状態に調整された前記真空タンクを前記連通状態に切換えて、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスを前記真空タンクに吸引するタンク吸引工程、及び、前記真空タンクを前記遮断状態に切換えかつ前記連通状態に切換えた前記真空ポンプにて前記脱着工程の前記吸着塔を吸引するポンプ吸引工程を順次実行し、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記後段排出工程によって供給されるガスを前記脱着工程の前記吸着塔に受入れる後段受入工程を行い、
前記復圧工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記前段排出工程によって供給されるガスを前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、前記吸着工程の前記吸着塔にて生成された前記製品ガスの一部を前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる昇圧工程を行う点を特徴とする。
すなわち、均圧用排出工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程の吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に供給する前段排出工程を行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程の吸着塔の内部ガスを脱着工程の吸着塔に供給する後段排出工程を行うことになる。
また、復圧工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程の吸着塔から前段排出工程によって供給されるガスを復圧工程の吸着塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、吸着工程の前記吸着塔にて生成された製品ガスの一部を復圧工程の吸着塔に受入れる昇圧工程を行うことになる。
また、復圧工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程の吸着塔から前段排出工程によって供給されるガスを復圧工程の吸着塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、吸着工程の前記吸着塔にて生成された製品ガスの一部を復圧工程の吸着塔に受入れる昇圧工程を行うことになる。
そして、単位処理期間の終期において、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて、吸着塔との連通を遮断する遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用して、真空タンク内のオフガスの排出及び真空タンクの負圧状態への調整を行うことになる。
ちなみに、真空ポンプの吸引作用によって真空タンクから排出されるオフガスは、燃焼装置に供給されることになる。
ちなみに、真空ポンプの吸引作用によって真空タンクから排出されるオフガスは、燃焼装置に供給されることになる。
また、脱着工程として、単位処理期間の初期において、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクに排出する減圧工程を行い、単位処理期間の中期において、タンク吸引工程、及び、ポンプ吸引工程を順次行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程の吸着塔から後段排出工程によって供給されるガスを脱着工程の前記吸着塔に受入れる後段受入工程を行うことになる。
脱着工程におけるタンク吸引工程は、上述の如く、単位処理期間の終期において真空ポンプの吸引により負圧状態に調整された真空タンクを、脱着工程の吸着塔に連通する連通状態に切換えて、脱着工程の吸着塔の内部ガスを真空タンクに吸引する工程であり、ポンプ吸引工程は、真空タンクを吸着塔との連通を遮断する遮断状態に切換え、かつ、脱着工程の吸着塔に連通する連通状態に切換えた真空ポンプにて脱着工程の吸着塔を吸引する工程である。
したがって、本発明の第1特徴方法によれば、脱着工程の吸着塔からのオフガスを燃焼装置に適正通り供給することができるのである。
つまり、単位処理期間の初期においては、脱着工程における減圧工程によって、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクに排出するため、オフガスタンクに回収されたオフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
つまり、単位処理期間の初期においては、脱着工程における減圧工程によって、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクに排出するため、オフガスタンクに回収されたオフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
単位処理期間の中期において、脱着工程におけるタンク吸引工程を行うときには、負圧状態の真空タンクが脱着工程の吸着塔に対して吸引作用することになり、脱着工程の吸着塔から排出されるオフガスを燃焼装置に供給することはできないものの、単位処理期間の初期の減圧工程によってオフガスタンクには、多量のオフガスが回収されているため、その回収されているオフガスを燃焼装置に供給することにより、オフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
また、単位処理期間の中期において、脱着工程におけるポンプ吸引工程を行うときには、脱着工程の吸着塔に対して真空ポンプが吸引作用することによって、脱着工程の吸着塔から排出されるオフガスを燃焼装置に供給する状態となるため、オフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
単位処理期間の終期において、脱着工程における後段受入工程を行うときには、脱着工程の吸着塔からはオフガスが排出されないものの、この単位処理期間の終期においては、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて、吸着塔との連通を遮断する遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用して、真空タンク内のオフガスの排出及び真空タンクの負圧状態への調整を行うことになるから、タンク吸引工程において真空タンク内に回収したオフガスを燃焼装置に供給する状態となるため、オフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
また、単位処理期間の中期においては、タンク吸引工程が行われた後で、ポンプ吸引工程が行われるものであるから、ポンプ吸引工程を開始するときには、脱着工程の吸着塔の内部圧力を、先に行われたタンク吸引工程によって、大気圧よりも低い圧力に調整することができるため、ポンプ吸引工程を開始した直後において、燃焼装置に供給するオフガスの量が急増することを抑制して、オフガスを燃焼装置に適正通り供給することができる。
また、本発明の第1特徴方法によれば、脱着工程におけるタンク吸引工程及びポンプ吸引工程において、脱着工程の吸着塔の内部を吸引して、脱着工程の吸着塔の内部圧力を大気圧よりも低い圧力にするから、吸着塔の吸着剤に吸着された吸着対象成分を的確に離脱させることができものとなるため、吸着対象成分の回収効率を高めることができる。
要するに、本発明の第1特徴方法によれば、燃焼装置に対してオフガスを適切に供給するようにしながら、吸着対象成分の回収効率を高めることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第2特徴方法は、上記第1特徴方法に加えて、
前記オフガスタンクとして、第1タンクと第2タンクとが設けられ、
前記減圧工程として、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第1タンクとを連通させる第1減圧工程、及び、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第2タンクとを連通させる第2減圧工程を順次行い、続いて、前記タンク吸引工程を行う点を特徴とする。
前記オフガスタンクとして、第1タンクと第2タンクとが設けられ、
前記減圧工程として、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第1タンクとを連通させる第1減圧工程、及び、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第2タンクとを連通させる第2減圧工程を順次行い、続いて、前記タンク吸引工程を行う点を特徴とする。
すなわち、脱着工程における減圧工程として、第1タンクに、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとして回収する第1減圧工程と、第2タンクに、脱着工程の吸着塔の内部ガスをオフガスとして回収する第2減圧工程とを順次行い、この第2減圧工程に続いて、タンク吸引工程を行うことになる。
このように、脱着工程の吸着塔の内部ガスを、第1タンクと第2タンクとに順次回収するものであるから、一つのオフガスタンクを用いてオフガスを回収するよりも、第1タンクや第2タンクが大きな容量のタンクになることを回避しながら、脱着工程の吸着塔の内部ガスを適切に回収させことができる。
説明を加えると、脱着工程の吸着塔の減圧工程を開始するとき内部圧、換言すれば、脱着工程を開始するときの内部圧は、均圧用排出工程によって、吸着工程での内部圧(例えば、約750KPaG)よりも低下されてはいるものの、かなりの高圧(例えば、約150KPaG)である。
したがって、脱着工程の吸着塔の内部圧が大気圧よりも高い目標圧力(例えば、約40KPaG)に低下するまで、一つのオフガスタンクにてオフガスを回収する場合には、脱着工程の吸着塔の内部ガスが高圧(例えば、約150KPaG)から目標圧力(例えば、約40KPaG)に膨張することを許容する容量を、オフガスタンクに備えさせるために、オフガスタンクが極端に大きな容量のタンクになる不都合がある。
本発明の第2特徴方法によれば、脱着工程の吸着塔の内部圧が、減圧工程を開始するとき(脱着工程を開始するとき)の初期圧から大気圧よりもかなり高い圧力(例えば、約70KPaG)になるまでは、第1タンクにてオフガスを回収し、その後、脱着工程の吸着塔の内部圧が、大気圧よりも高い目標圧力(例えば、約40KPaG)になるまでは、第2タンクにてオフガスを回収することによって、第1タンクや第2タンクが大きな容量のタンクになることを回避しながら、脱着工程の吸着塔の内部ガスを適切に回収させことができる。
要するに、本発明の第2特徴方法によれば、上記第1特徴方法による作用効果に加えて、オフガスタンクとして極端に大きな容量のタンクを備えさせることを回避しながら、脱着工程の吸着塔の内部ガスを適切に回収させことができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第3特徴方法は、上記第2特徴方法に加えて、
前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている点を特徴とする。
前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている点を特徴とする。
すなわち、真空ポンプから吐出されるオフガスが、第2タンクにて一旦貯留されてから燃焼装置に供給されることになるから、真空ポンプから吐出される高圧のオフガスを、適正な圧力で圧力の安定したガスに調整することができるため、適正な圧力で圧力の安定したオフガスが燃焼装置に供給されることになる。
このように、真空ポンプから吐出されるオフガスが、適正な圧力で圧力が安定した状態で燃焼装置に供給されることになるので、燃焼装置の燃焼状態の安定化を図ることができる。
要するに、本発明の第3特徴方法によれば、燃焼装置の燃焼状態の安定化を図ることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第4特徴方法は、上記第2又は第3特徴方法に加えて、
前記第1減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする点を特徴とする。
前記第1減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする点を特徴とする。
すなわち、第1減圧工程を行うときに、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて、吸着塔との連通を遮断する遮断状態に切換えた記真空タンクを吸引作用する。
つまり、単位処理期間の終期において、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用して、真空タンク内のオフガスの排出及び真空タンクの負圧状態への調整を行うことになるが、続いて、単位処理期間の初期の第1減圧工程を行うときにも、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用することを継続させる。
このように、単位処理期間の終期に加えて、単位処理期間の初期の第1減圧工程を行うときにも、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用することを継続させるものであるから、真空タンクの負圧状態への調整を的確に行わせて、タンク吸引工程を適切に行わせることができる。
要するに、本発明の第4特徴方法によれば、上記第2又は第3特徴方法による作用効果に加えて、真空タンクの負圧状態への調整を的確に行わせて、タンク吸引工程を適切に行わせることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第5特徴方法は、上記第1特徴方法に加えて、
前記減圧工程によって、前記脱着工程の前記吸着塔の内部圧が前記脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下され、
前記減圧工程に続いて、前記タンク吸引工程を行う点を特徴とする。
前記減圧工程によって、前記脱着工程の前記吸着塔の内部圧が前記脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下され、
前記減圧工程に続いて、前記タンク吸引工程を行う点を特徴とする。
すなわち、減圧工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧が脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下され、この減圧工程に続いて、タンク吸引工程が行われることになる。
例えば、初期圧が、150KPaGである場合には、減圧工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧が、60〜90KPaGに減圧され、タンク吸引工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧が、大気圧よりも低い負圧状態に減圧されることになる。
このように、減圧工程によって、脱着工程の前記吸着塔の内部圧が脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下させるものであるから、オフガスタンクが大きな容量になることを回避しながら、タンク吸引工程を適切に行うことができる。
つまり、減圧工程によって、脱着工程の前記吸着塔の内部圧を、脱着工程を開始したときの初期圧から60%を超えた低い圧力に低下させる場合には、オフガスタンクの容量が極端に大きくなる不都合がある。
また、減圧工程によって、脱着工程の前記吸着塔の内部圧を、脱着工程を開始したときの初期圧から40%未満となる圧力で低下させる場合には、オフガスタンクの容量が極端に大きくなること回避できるものの、タンク吸引工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧を負圧状態に減圧させ難いものとなる。
また、減圧工程によって、脱着工程の前記吸着塔の内部圧を、脱着工程を開始したときの初期圧から40%未満となる圧力で低下させる場合には、オフガスタンクの容量が極端に大きくなること回避できるものの、タンク吸引工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧を負圧状態に減圧させ難いものとなる。
ちなみに、減圧工程によって、脱着工程の前記吸着塔の内部圧を、脱着工程を開始したときの初期圧から40%未満となる圧力で低下させる場合においても、大きな容量の真空タンクや大きな能力の吸引ポンプを用意すれば、タンク吸引工程において脱着工程の吸着塔の内部圧を負圧状態に減圧させることができるものであるが、設備コストが増大する不都合がある。
要するに、本発明の第5特徴方法によれば、上記第1特徴方法による作用効果に加えて、オフガスタンクが大きな容量になることを回避しながら、タンク吸引工程を適切に行うことができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第6特徴方法は、上記第5特徴方法に加えて、
前記減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする点を特徴とする。
前記減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする点を特徴とする。
すなわち、減圧工程を行うときに、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて、吸着塔との連通を遮断する遮断状態に切換えた記真空タンクを吸引作用する。
つまり、単位処理期間の終期において、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用して、真空タンク内のオフガスの排出及び真空タンクの負圧状態への調整を行うことになるが、続いて、単位処理期間の初期の減圧工程を行うときにも、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用することを継続させる。
このように、単位処理期間の終期に加えて、単位処理期間の初期の減圧工程を行うときにも、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプにて遮断状態に切換えた真空タンクを吸引作用することを継続させるものであるから、真空タンクの負圧状態への調整を的確に行わせて、タンク吸引工程を適切に行わせることができる。
要するに、本発明の第6特徴方法によれば、上記第5特徴方法による作用効果に加えて、真空タンクの負圧状態への調整を的確に行わせて、タンク吸引工程を適切に行わせることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第7特徴方法は、上記第5又は第6特徴方法に加えて、
前記オフガスタンクとして、前記減圧工程において前記脱着工程の前記吸着塔に接続される第1タンクと、第2タンクとが設けられ、
前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている点を特徴する。
前記オフガスタンクとして、前記減圧工程において前記脱着工程の前記吸着塔に接続される第1タンクと、第2タンクとが設けられ、
前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている点を特徴する。
すなわち、オフガスタンクとして、第1タンクと、第2タンクとが設けられる。
そして、第1タンクが、減圧工程において脱着工程の吸着塔に接続されて、オフガスの回収を行うことになり、真空ポンプが第2タンクにオフガスを供給することになる。
そして、第1タンクが、減圧工程において脱着工程の吸着塔に接続されて、オフガスの回収を行うことになり、真空ポンプが第2タンクにオフガスを供給することになる。
このように、第1タンクにて、減圧工程において脱着工程の吸着塔からのオフガスを回収するものであるから、減圧工程によって、脱着工程の吸着塔の内部圧が脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下する状態で、オフガスを回収することを適切に行うことができる。
また、真空ポンプから吐出されるオフガスが、第2タンクにて一旦貯留されてから燃焼装置に供給されることになるから、真空ポンプから吐出される高圧のオフガスを、適正な圧力で圧力の安定したガスに調整することができるため、適正な圧力で圧力の安定したオフガスが燃焼装置に供給されることになり、燃焼装置の燃焼状態の安定化を図ることができる。
要するに、本発明の第7特徴方法によれば、上記第5又は第6特徴方法による作用効果に加えて、減圧工程においてオフガスを適切に回収し、しかも、燃焼装置の燃焼状態の安定化を図ることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第8特徴方法は、上記第1〜第7特徴方法のいずれかに加えて、前記真空タンクに、前記吸着塔から排出されるオフガスを吸着するオフガス用吸着剤が装填されている点を特徴とする。
すなわち、真空タンクは、真空ポンプに吸引されることにより低圧になる状態と、吸着塔から排出されるオフガスが導入されることにより高圧になる状態とを繰り返すものであるから、オフガス用吸着剤が真空タンクに装填されていると、吸着塔から排出されるオフガスは、真空タンクに導入される際に、オフガス用吸着剤に吸着されることになる。
そして、オフガス用吸着剤に吸着されたオフガスは、真空ポンプが真空タンクを吸引する際に、オフガス用吸着剤から離脱して、真空タンクから排出されることになる。
そして、オフガス用吸着剤に吸着されたオフガスは、真空ポンプが真空タンクを吸引する際に、オフガス用吸着剤から離脱して、真空タンクから排出されることになる。
このように、吸着塔から排出されるオフガスが、オフガス用吸着剤に吸着された状態で真空タンクに収納されるものとなるから、オフガス用吸着剤を装填しない場合に較べて、真空タンクの容積を減少させても、オフガスを真空タンクに所定通り収納させることができるため、真空タンクの小型化を図ることができるのである。
要するに、本発明の第8特徴方法によれば、上記第1〜第7特徴方法による作用効果に加えて、真空タンクの小型化を図ることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
本発明の圧力変動吸着式水素製造方法の第9特徴方法は、上記第8特徴方法に加えて、
前記原料ガスが、メタンを主成分とする被処理ガスを改質処理して、水素成分、水素成分以外の可燃性成分としてのメタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水分を含む状態に生成されたものであり、
前記吸着塔に装填される前記吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成され、
前記オフガス用吸着剤が、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブである点を特徴とする。
前記原料ガスが、メタンを主成分とする被処理ガスを改質処理して、水素成分、水素成分以外の可燃性成分としてのメタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水分を含む状態に生成されたものであり、
前記吸着塔に装填される前記吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成され、
前記オフガス用吸着剤が、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブである点を特徴とする。
すなわち、原料ガスが、水素成分、水素成分以外の可燃性成分としてのメタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水分を含むことに対応させて、吸着塔に装填する吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成されているから、水素以外の吸着対象成分を吸着剤にて適切に吸着させて、水素濃度の高い製品ガスを的確に製造することができる。
そして、原料ガスが、メタンを主成分とする被処理ガスを改質処理して生成されたものである場合には、オフガスには、メタン及び二酸化炭素が多く含まれることになることになることに鑑みて、真空タンクに装填するオフガス用吸着剤を、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブとするから、真空タンクに装填するオフガス用吸着剤の簡素化を図ることができる。
要するに、本発明の第9特徴方法によれば、真空タンクに装填するオフガス用吸着剤の簡素化を図ることができる圧力変動吸着式水素製造方法を提供できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(圧力変動吸着式水素製造方法を実施する装置の全体構成)
本発明の実施形態は、上述した比較方法を改造したものであるため、上述した比較方法と同様な構成については、同じ符号を図面に付して、詳細な説明を省略し、比較方法と異なる部分について詳述する。
(圧力変動吸着式水素製造方法を実施する装置の全体構成)
本発明の実施形態は、上述した比較方法を改造したものであるため、上述した比較方法と同様な構成については、同じ符号を図面に付して、詳細な説明を省略し、比較方法と異なる部分について詳述する。
ちなみに、原料ガスは、メタンを主成分とする被処理ガスとしての都市ガスを改質処理して生成した改質ガスであり、水素、水素ガス以外の可燃性成分としてのメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水分、及び、窒素を含むものであり、水素以外の吸着対象成分として、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水分、及び、窒素が、吸着塔1の吸着剤に吸着されることになる。
つまり、吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成されている。
つまり、吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成されている。
図1に示すように、上述した比較方法と同様に、4つの吸着塔1として、A塔、B塔、C塔、D塔が設けられ、オフガスタンクTとして、第1タンクT1と、この第1タンクT1よりも容量が小さな第2タンクT2とが設けられ、真空ポンプPが設けられている。
そして、本実施形態においては、タンク配設流路10が、オフガス排出路4におけるポンプ配設流路9の接続箇所よりも上流側部分と、ポンプ配設流路9における真空ポンプPと第1開閉弁V1との間の流路部分とを接続する状態で設けられている。
タンク配設流路10には、真空タンクSが配設され、タンク配設流路10における真空タンクSよりも上流側部分には、第4開閉弁V4が配設され、タンク配設流路10における真空タンクSよりも下流側部分には、第5開閉弁V5が配設されている。
したがって、第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5のうち、第2開閉弁V2を開き、その他を閉じることによって、図3に示すように、吸着塔1からのオフガスを第1タンクT1に回収しながらバーナ8に供給する第1流動状態を現出できる。
ちなみに、図3においては、第2開閉弁V21に加えて、第5開閉弁V5を開きかつ真空ポンプPを吸引作動させる状態を示しており、後述の如く、真空ポンプPにて真空タンクSを吸引作動させることにより、真空タンクSを的確に負圧状態に調整するようになっている。
第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5のうち、第3開閉弁V3を開き、その他を閉じることによって、図4に示すように、吸着塔1からのオフガスを第2タンクT2に回収しながらバーナ8に供給する第2流動状態を現出できる。
第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5のうち、第1開閉弁V1を開き、その他を閉じ、かつ、真空ポンプPを吸引作動させることによって、図6に示すように、真空ポンプPによって吸着塔1を吸引して、真空ポンプPにて供給されるオフガスを第2タンクT2に回収しながらバーナ8に供給する第3流動状態を現出できる。
第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5のうち、第4開閉弁V4を開き、その他を閉じることによって、図5に示すように、後述の如く負圧状態に調整された真空タンクSにて吸着塔1を吸引して、吸着塔1からのオフガスを真空タンクSに回収し、かつ、第1タンクT1や第2タンクT2に回収したオフガスをバーナ8に供給する第4流動状態を現出できる。
第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5のうち、第5開閉弁V5を開き、その他を閉じ、かつ、真空ポンプPを吸引作動させることによって、図7に示すように、真空タンクSに回収されたオフガスを真空ポンプPによって吸引して、真空ポンプPにて供給されるオフガスを第2タンクT2に回収しながらバーナ8に供給する第5流動状態を現出できる。
また、この第5流動状態においては、真空タンクSが、回収したオフガスを排出した後においても、引き続き、真空ポンプPにて吸引されることによって、負圧状態に調整されることになる。
また、この第5流動状態においては、真空タンクSが、回収したオフガスを排出した後においても、引き続き、真空ポンプPにて吸引されることによって、負圧状態に調整されることになる。
ちなみに、本実施形態においては、第3流動状態が、真空ポンプPが吸着塔1に対して吸引作用する吸着塔作用状態に対応し、第5流動状態が、真空ポンプPが真空タンクSに対して吸引作用するタンク作用状態に対応することになる。
つまり、本実施形態においては、第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5を選択的に開閉作動させることによって、吸着塔作用状態とタンク作用状態とに切換えることができるようになっている。
つまり、本実施形態においては、第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5を選択的に開閉作動させることによって、吸着塔作用状態とタンク作用状態とに切換えることができるようになっている。
また、本実施形態においては、第4流動状態が、真空タンクSを吸着塔1に連通させる連通状態に対応し、第1〜第3流動状態、及び、第5流動状態が、真空タンクSと吸着塔1との連通を遮断する遮断状態に対応することになる。
つまり、本実施形態においては、第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5を選択的に開閉作動させることによって、連通状態と遮断状態とに切換えることができるようになっている。
つまり、本実施形態においては、第1開閉弁V1〜第5開閉弁V5を選択的に開閉作動させることによって、連通状態と遮断状態とに切換えることができるようになっている。
また、本実施形態においては、上述の比較方法と同様に、第1排出路4aにおける第1タンクT1よりも下流側部分に、第1流量制御弁R1が設置され、第2排出路4bにおける第2タンクよりも下流側部分に、第2流量制御弁R2が設置されて、これら第1流量制御弁R1及び第2流量制御弁R2の流量制御によって、バーナ8へ供給するオフガスの流量が過大や過少になることが抑制されることになる。
つまり、第1流動状態においては、第1流量制御弁R1によって、オフガスの流量が制御され、第2流動状態〜第5流動状態においては、基本的には、第2流量制御弁R2によってオフガスの流量が制御され、オフガスの流量が不足するときには、第1タンクT1に回収したオフガスを補給すべく、第1流量制御弁R1が制御されることになる。
(圧力変動吸着式水素製造方法の運転サイクル)
本実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法においては、図2に示す運転サイクルが行われることになる。
ちなみに、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を、単位処理期間が経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うものであるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
本実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法においては、図2に示す運転サイクルが行われることになる。
ちなみに、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を、単位処理期間が経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うものであるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
すなわち、A塔に対応する原料供給弁A1及び製品ガス送出弁A2を開いて、A塔については、単位処理期間の間は吸着工程を行う。
均圧用排出工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔の内部のガスを復圧工程のB塔に供給する前段排出工程を行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔の内部ガスを脱着工程のC塔に供給する後段排出工程を行なう。
ちなみに、前段排出工程や後段排出工程においては、連通断続弁A4、B4、C4、D4を選択的に開くことになる。
均圧用排出工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔の内部のガスを復圧工程のB塔に供給する前段排出工程を行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔の内部ガスを脱着工程のC塔に供給する後段排出工程を行なう。
ちなみに、前段排出工程や後段排出工程においては、連通断続弁A4、B4、C4、D4を選択的に開くことになる。
脱着工程として、単位処理期間の初期において、脱着工程のC塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクTに排出する減圧工程を後述の如く行ない、単位処理期間の中期において、上記した第4流動状態で、真空タンクSにて脱着工程のC塔を吸引するタンク吸引工程(図5参照)、及び、上記した第3流動状態で、真空ポンプPにて脱着工程のC塔を吸引するポンプ吸引工程(図6参照)を順次行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔から後段排出工程によって供給されるガスを脱着工程のC塔に受入れる後段受入工程を行うことになる(図7参照)。
本実施形態においては、減圧工程として、上記した第1流動状態で、脱着工程のC塔と第1タンクT1とを連通させる第1減圧工程(図3参照)、及び、上記した第2流動状態で、脱着工程のC塔と第2タンクT2とを連通させる第2減圧工程(図4参照)を順次行い、続いて、タンク吸引工程を行うことになる。
また、本実施形態においては、単位処理期間の終期、つまり、均圧用排出工程における後段排出工程や脱着工程における後段受入工程を行うときに、第5流動状態で、真空タンクS内のオフガスを第2タンクT2に排出すること及び真空タンクSを負圧状態に調整することを行うことになる(図7参照)。
さらに、本実施形態では、単位処理期間の初期において、上記した第1流動状態で、脱着工程のC塔と第1タンクT1とを連通させる第1減圧工程を行うときに、図3に示すように、第5流動状態を現出させて、真空タンクSを的確に負圧状態に調整するようにしてある。
復圧工程として、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程のD塔から前段排出工程によって供給されるガスを復圧工程のB塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、吸着工程のA塔にて生成された製品ガスHの一部を復圧工程のB塔に受入れる昇圧工程を行う。
ちなみに、昇圧工程を行う場合には、製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3のうち、B塔に対応する製品ガス還流弁B3を開くことになる。
ちなみに、昇圧工程を行う場合には、製品ガス還流弁A3、B3、C3、D3のうち、B塔に対応する製品ガス還流弁B3を開くことになる。
ちなみに、本実施形態においては、図2に示すように、単位処理期間が、第1ステップから第5ステップに区分けされている。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程が、第3ステップと第4ステップとで行われ、タンク吸引工程が第3ステップで行われ、ポンプ吸引工程が第4ステップで行われ、第1減圧工程が第1ステップで行われ、第2減圧工程が第2ステップで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程が、第3ステップと第4ステップとで行われ、タンク吸引工程が第3ステップで行われ、ポンプ吸引工程が第4ステップで行われ、第1減圧工程が第1ステップで行われ、第2減圧工程が第2ステップで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる。
また、B塔の復圧工程では、第5ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となり、同様に、D塔の均圧用排出工程では、第3ステップ及び第4ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となる。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定される。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定される。
(圧力変動吸着式水素製造方法の考察)
図8は、本実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法を実施した場合における、第1タンクT1や第2タンクT2の圧力の変化、オフガス排出路4と通してバーナ8に向けて流動するオフガス流量の変化、吸着塔1(C塔)の圧力の変化、及び、真空タンクSの圧力の変化を示すものである。ちなみに、第2タンクT2の圧力は、真空ポンプPの吐出圧力に対応する。
図8は、本実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法を実施した場合における、第1タンクT1や第2タンクT2の圧力の変化、オフガス排出路4と通してバーナ8に向けて流動するオフガス流量の変化、吸着塔1(C塔)の圧力の変化、及び、真空タンクSの圧力の変化を示すものである。ちなみに、第2タンクT2の圧力は、真空ポンプPの吐出圧力に対応する。
尚、図8においては、第1減圧工程の開始を「第1減圧開始」と記載し、第2減圧工程の開始を「第2減圧開始」と記載し、タンク吸引工程の開始を「真空均圧開始」と記載し、また、ポンプ吸引工程の開始を「真空工程開始」と記載し、ポンプ吸引工程の終了を「真空工程終了」と記載する。
ちなみに、図8は、吸着工程の吸着塔1の内部圧力が、約750KPaGであり、後段排出工程を行った段階の吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約150KPaGである場合の変化を示すものである。
そして、第1減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、脱着工程を開始したときの圧力(約150KPaG)から約70KPaGの近くに減少し、第2減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約40KPaG程度に減少し、そして、タンク吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、大気圧よりも低い圧力に低下し、ポンプ吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約−90KPaGの近くに減少することを示している。
そして、第1減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、脱着工程を開始したときの圧力(約150KPaG)から約70KPaGの近くに減少し、第2減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約40KPaG程度に減少し、そして、タンク吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、大気圧よりも低い圧力に低下し、ポンプ吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、約−90KPaGの近くに減少することを示している。
図8において、オフガス量の変化に着目すると、ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加することが抑制され、また、単位処理期間の第5ステップの終期においても、オフガス量が十分に大きな量に維持されていることが分かる。
ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加しないのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも低い状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することになるからである。
ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加しないのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも低い状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することになるからである。
また、単位処理期間の第5ステップの終期において、オフガス量が十分に大きな量に維持されるのは、タンク吸引工程において真空タンクSに回収したオフガスを、第5ステップにおいて第2タンクに排出するからである。
ちなみに、タンク吸引工程においては、吸着塔1(C塔)から回収するオフガスがオフガス排出路4には排出されないものとなるが、タンク吸引工程が行わる第3ステップにおいては、第1ステップや第2ステップにて第1タンクT1や第2タンクT2に回収されているオフガスを、オフガス排出路4に流動させることによって、オフガス量が少なくなることはない。
〔別実施形態〕
次に、圧力変動吸着式水素製造方法の別実施形態を説明するが、この別実施形態は、上記実施形態の運転サイクルの変形例を示すものであって、基本的な構成は上記実施形態と同様であるから、以下の説明においては、上記実施形態と異なる点を詳述する。
次に、圧力変動吸着式水素製造方法の別実施形態を説明するが、この別実施形態は、上記実施形態の運転サイクルの変形例を示すものであって、基本的な構成は上記実施形態と同様であるから、以下の説明においては、上記実施形態と異なる点を詳述する。
この別施形態の圧力変動吸着式水素製造方法においては、図9に示す運転サイクルが行われることになる。
ちなみに、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を、単位処理期間が経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うものであるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
ちなみに、4つの吸着塔1の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を、単位処理期間が経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うものであるが、以下の説明においては、4つの吸着塔1のうち、A塔が吸着工程を行い、B塔が復圧工程を行い、C塔が脱着工程を行い、D塔が均圧用排出工程を行う場合を説明する。
この別実施形態においては、吸着工程、復圧工程、均圧用排出工程が、上記実施形態と同様に行われるが、脱着工程が、上記実施形態とは異なる形態で行われることになる。
また、この別実施形態においては、上記実施形態と同様に、単位処理期間の終期、つまり、均圧用排出工程における後段排出工程や脱着工程における後段受入工程を行うときに、第5流動状態で、真空タンクS内のオフガスを第2タンクT2に排出すること及び真空タンクSを負圧状態に調整することが行われる(図7参照)。
また、この別実施形態においては、上記実施形態と同様に、単位処理期間の終期、つまり、均圧用排出工程における後段排出工程や脱着工程における後段受入工程を行うときに、第5流動状態で、真空タンクS内のオフガスを第2タンクT2に排出すること及び真空タンクSを負圧状態に調整することが行われる(図7参照)。
(別実施形態の脱着工程)
以下、この別実施形態における脱着工程について説明する。
すなわち、脱着工程として、単位処理期間の初期において、脱着工程のC塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクTに排出する減圧工程を行ない、単位処理期間の中期において、上記した第4流動状態で、真空タンクSにて脱着工程のC塔を吸引するタンク吸引工程(図5参照)、及び、上記した第3流動状態で、真空ポンプPにて脱着工程のC塔を吸引するポンプ吸引工程(図6参照)を順次行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔から後段排出工程によって供給されるガスを脱着工程のC塔に受入れる後段受入工程を行うことになる(図7参照)。
以下、この別実施形態における脱着工程について説明する。
すなわち、脱着工程として、単位処理期間の初期において、脱着工程のC塔の内部ガスをオフガスとしてオフガスタンクTに排出する減圧工程を行ない、単位処理期間の中期において、上記した第4流動状態で、真空タンクSにて脱着工程のC塔を吸引するタンク吸引工程(図5参照)、及び、上記した第3流動状態で、真空ポンプPにて脱着工程のC塔を吸引するポンプ吸引工程(図6参照)を順次行い、単位処理期間の終期において、均圧用排出工程のD塔から後段排出工程によって供給されるガスを脱着工程のC塔に受入れる後段受入工程を行うことになる(図7参照)。
この別実施形態においては、減圧工程として、上記した第1流動状態で、脱着工程のC塔と第1タンクT1とを連通させる工程(図3参照)を行い、この減圧工程に続いて、タンク吸引工程を行うことになる。
また、減圧工程によって、脱着工程のC塔の内部圧が脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下されるようになっている。
また、減圧工程によって、脱着工程のC塔の内部圧が脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下されるようになっている。
さらに、この別実施形態では、単位処理期間の初期において、上記した第1流動状態で、脱着工程のC塔と第1タンクT1とを連通させる減圧工程を行うときに、図3に示すように、真空タンク5を真空ポンプPにて吸引することにより、真空タンクSを的確に負圧状態に調整するようにしてある。
ちなみに、この別実施形態では、上記実施形態における第2減圧工程が省略されるものであるから、第4開閉弁V4、及び、この第4開閉弁V4が配設された第2排出路4bの上流側部分を省略できる。
尚、第2排出路4bの上流側部分とは、第2排出路4bにおけるポンプ配設流路9が接続される箇所よりも上流側部分である。
尚、第2排出路4bの上流側部分とは、第2排出路4bにおけるポンプ配設流路9が接続される箇所よりも上流側部分である。
この別実施形態においても、図9に示すように、単位処理期間が、第1ステップから第5ステップに区分けされている。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程が、第3ステップと第4ステップとで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる点は、上記実施形態と同様である。
そして、前段受入工程と前段排出工程とが、第1ステップと第2ステップとで行われ、昇圧工程が、第3ステップと第4ステップとで行われ、後段受入工程と後段排出工程とが、第5ステップで行われる点は、上記実施形態と同様である。
また、B塔の復圧工程では、第5ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となり、同様に、D塔の均圧用排出工程では、第3ステップ及び第4ステップにおいては、特別な工程を実施しない休止状態となる点も、上記実施形態と同様である。
この別実施形態においては、減圧工程が第1ステップで行われ、タンク吸引工程が第2ステップで行われ、ポンプ吸引工程が第3ステップ及び第4ステップで行われることになる。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定される。
尚、第1ステップ〜第5ステップの各ステップの時間的な長さは同じ長さではなく、各工程を行うのに適する長さに設定される。
(別実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法の考察)
図10は、別実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法を実施した場合における、第1タンクT1や第2タンクT2の圧力の変化、オフガス排出路4と通してバーナ8に向けて流動するオフガス流量の変化、吸着塔1(C塔)の圧力の変化、及び、真空タンクSの圧力の変化を示すものである。
図10は、別実施形態の圧力変動吸着式水素製造方法を実施した場合における、第1タンクT1や第2タンクT2の圧力の変化、オフガス排出路4と通してバーナ8に向けて流動するオフガス流量の変化、吸着塔1(C塔)の圧力の変化、及び、真空タンクSの圧力の変化を示すものである。
尚、図10においては、減圧工程の開始を「減圧開始」と記載し、タンク吸引工程の開始を「真空均圧開始」と記載し、ポンプ吸引工程の開始を「真空工程開始」と記載し、ポンプ吸引工程の終了を「真空工程終了」と記載する。
ちなみに、図10は、吸着工程の吸着塔1の内部圧力が、750KPaGであり、後段排出工程を行った段階の吸着塔1(C塔)の内部圧力が、150KPaGである場合の変化を示すものである。
そして、減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、脱着工程を開始したときの初期圧(150KPaG)から40〜60%の圧力としての70KPaGに低下されるようになっている。
そして、減圧工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、脱着工程を開始したときの初期圧(150KPaG)から40〜60%の圧力としての70KPaGに低下されるようになっている。
また、減圧工程に続いてタンク吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、大気圧よりも低下し、ポンプ吸引工程を行うと、吸着塔1(C塔)の内部圧力が、−90KPaGの近くに減少することを示している。
図10において、オフガス量の変化に着目すると、ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加することが抑制され、また、単位処理期間の第5ステップの終期においても、オフガス量が十分に大きな量に維持されていることが分かる。
ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加しないのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも低い状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することになるからである。
ポンプ吸引工程を開始しても、オフガス量が急激に増加しないのは、吸着塔1(C塔)の内部圧力が大気圧よりも低い状態で、吸着塔1(C塔)に対して真空ポンプPが吸引作用することになるからである。
また、単位処理期間の第5ステップの終期において、オフガス量が十分に大きな量に維持されるのは、タンク吸引工程において真空タンクSに回収したオフガスを、第5ステップにおいて第2タンクT2を経由して供給するからである。
〔真空タンクの改造構成〕
次に、真空タンクSを改造した構成について説明する。
すなわち、真空タンクSに、吸着塔1から排出されるオフガスを吸着するオフガス用吸着剤が装填されている。
次に、真空タンクSを改造した構成について説明する。
すなわち、真空タンクSに、吸着塔1から排出されるオフガスを吸着するオフガス用吸着剤が装填されている。
具体的には、原料ガスが、水素、水素以外の可燃性成分としてのメタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水分を含むものであることに対応して、上述の如く、吸着塔1に装填する吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成されている。
これに対して、オフガスには、メタン及び二酸化炭素が70%程度まで含まれることがあることに対応して、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブにて構成されたオフガス用吸着剤が、真空タンクSに装填されている。
オフガス用吸着剤を真空タンクSに装填すると、吸着塔1から排出されるオフガスは、真空タンクSに導入される際に、オフガス用吸着剤に吸着されることになり、そして、オフガス用吸着剤に吸着されたオフガスは、真空ポンプPが真空タンクSを吸引する際に、オフガス用吸着剤から離脱して、真空タンクSから排出されることになる。
つまり、真空タンクは、真空ポンプPに吸引されることにより低圧になる状態と、吸着塔1から排出されるオフガスが導入されることにより高圧になる状態とを繰り返すものであるから、オフガス用吸着剤が真空タンクSに装填されていると、吸着塔1から排出されるオフガスは、真空タンクSに導入される際に、オフガス用吸着剤に吸着されることになる。
そして、オフガス用吸着剤に吸着されたオフガスは、真空ポンプPが真空タンクSを吸引する際に、オフガス用吸着剤から離脱して、真空タンクSから排出されることになる。
そして、オフガス用吸着剤に吸着されたオフガスは、真空ポンプPが真空タンクSを吸引する際に、オフガス用吸着剤から離脱して、真空タンクSから排出されることになる。
このように、吸着塔1から排出されるオフガスが、オフガス用吸着剤に吸着された状態で真空タンクSに収納されるものとなるから、オフガス用吸着剤を装填しない場合に較べて、真空タンクSの容積を減少させても、オフガスを真空タンクSに所定通り収納させることができるため、真空タンクSの小型化を図ることができるのである。
つまり、オフガスに含まれるメタン及び二酸化炭素がオフガス用吸着剤に吸着される結果、オフガス用吸着剤を装填しない場合に較べて、真空タンクSの容積を減少(例えば、60%程度減少)させても、オフガスを所定通り真空タンクSに回収できるのである。
つまり、オフガスに含まれるメタン及び二酸化炭素がオフガス用吸着剤に吸着される結果、オフガス用吸着剤を装填しない場合に較べて、真空タンクSの容積を減少(例えば、60%程度減少)させても、オフガスを所定通り真空タンクSに回収できるのである。
〔その他の別実施形態〕
次に、その他の別実施形態を列記する。
(1)上記実施形態においては、脱着工程における第1減圧工程を行うときに、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプPにて遮断状態の真空タンクSを吸引作用する場合を例示したが、これを省略する形態で実施してもよい。
次に、その他の別実施形態を列記する。
(1)上記実施形態においては、脱着工程における第1減圧工程を行うときに、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプPにて遮断状態の真空タンクSを吸引作用する場合を例示したが、これを省略する形態で実施してもよい。
(2)上記別実施形態においては、脱着工程における減圧工程を行うときに、タンク作用状態に切換えられた真空ポンプPにて遮断状態の真空タンクSを吸引作用する場合を例示したが、これを省略する形態で実施してもよい。
(3)上記実施形態及び別の実施形態においては、原料ガスが、水素、水素ガス以外の可燃性成分としてのメタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素を含む場合を例示したが、本発明の圧力変動吸着式水素製造方法は、水素及び水素成分以外の可燃性成分を含む種々のガスを原料ガスとして適用できるものである。
(4)上記実施形態及び別実施形態では、本発明に係る圧力変動吸着式水素製造方法を実施する装置として、4つの吸着塔1を備える装置を説明したが、本発明に係る圧力変動吸着式水素製造方法を実施する装置として、4つ以上の吸着塔1を備えさせて、それらの吸着塔1のうちの特定の4つの吸着塔1にて、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を行わせる形態で、本発明に係る圧力変動吸着式水素製造方法を実施してもよい。
(5)上記の真空タンクSの改造構成においては、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブにて構成されたオフガス用吸着剤を、真空タンクSに装填する場合を例示したが、吸着塔1と同様に、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを、オフガス用吸着剤として、真空タンクSに装填するようにしてもよい。
1 吸着塔
8 燃焼装置
P 真空ポンプ
S 真空タンク
T オフガスタンク
T1 第1タンク
T2 第2タンク
8 燃焼装置
P 真空ポンプ
S 真空タンク
T オフガスタンク
T1 第1タンク
T2 第2タンク
Claims (9)
- 水素成分及び水素成分以外の可燃性成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する4つの吸着塔、及び、前記吸着塔から排出されるオフガスを回収しかつ回収したオフガスを燃焼装置に供給するオフガスタンクが設けられ、
4つの前記吸着塔のうちの1つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行い、且つ、前記脱着工程を行う前記吸着塔から排出されるオフガスを前記オフガスタンクに回収する圧力変動吸着式水素製造方法であって、
前記吸着塔から吸引したオフガスを前記燃焼装置に供給する真空ポンプが、前記吸着塔に対して吸引作用する吸着塔作用状態と、真空タンクに対して吸引作用するタンク作用状態とに切換え自在に設けられ、
前記真空タンクが、前記吸着塔に連通する連通状態と前記吸着塔との連通が遮断された遮断状態とに切換え自在に設けられ、
前記均圧用排出工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段排出工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段排出工程を行い、
前記単位処理期間の終期において、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態に切換えた前記真空タンクを吸引作用して、前記真空タンク内のオフガスの排出及び前記真空タンクの負圧状態への調整を行い、
前記脱着工程として、前記単位処理期間の初期において、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスをオフガスとして前記オフガスタンクに排出する減圧工程を行い、前記単位処理期間の中期において、前記負圧状態に調整された前記真空タンクを前記連通状態に切換えて、前記脱着工程の前記吸着塔の内部ガスを前記真空タンクに吸引するタンク吸引工程、及び、前記真空タンクを前記遮断状態に切換えかつ前記連通状態に切換えた前記真空ポンプにて前記脱着工程の前記吸着塔を吸引するポンプ吸引工程を順次行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記後段排出工程によって供給されるガスを前記脱着工程の前記吸着塔に受入れる後段受入工程を行い、
前記復圧工程として、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔から前記前段排出工程によって供給されるガスを前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる前段受入工程を行い、その後、前記吸着工程の前記吸着塔にて生成された前記製品ガスの一部を前記復圧工程の前記吸着塔に受入れる昇圧工程を行う圧力変動吸着式水素製造方法。 - 前記オフガスタンクとして、第1タンクと第2タンクとが設けられ、
前記減圧工程として、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第1タンクとを連通させる第1減圧工程、及び、前記脱着工程の前記吸着塔と前記第2タンクとを連通させる第2減圧工程を順次行い、続いて、前記タンク吸引工程を行う請求項1記載の圧力変動吸着式水素製造方法。 - 前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている請求項2記載の圧力変動吸着式水素製造方法。
- 前記第1減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする請求項2又は3記載の圧力変動吸着式水素製造方法。
- 前記減圧工程によって、前記脱着工程の前記吸着塔の内部圧が前記脱着工程を開始したときの初期圧から40〜60%の圧力に低下され、
前記減圧工程に続いて、前記タンク吸引工程を行う請求項1記載の圧力変動吸着式水素製造方法。 - 前記減圧工程を行うときに、前記タンク作用状態に切換えられた前記真空ポンプにて前記遮断状態の前記真空タンクを吸引作用するようにする請求項5記載の圧力変動吸着式水素製造方法。
- 前記オフガスタンクとして、前記減圧工程において前記脱着工程の前記吸着塔に接続される第1タンクと、第2タンクとが設けられ、
前記真空ポンプが、前記第2タンクにオフガスを供給するように構成されている請求項5又は6に記載の圧力変動吸着式水素製造方法。 - 前記真空タンクに、前記吸着塔から排出されるオフガスを吸着するオフガス用吸着剤が装填されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧力変動吸着式水素製造方法。
- 前記原料ガスが、メタンを主成分とする被処理ガスを改質処理して、水素成分、水素成分以外の可燃性成分としてのメタン、一酸化炭素、窒素、二酸化炭素、水分を含む状態に生成されたものであり、
前記吸着塔に装填される前記吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成され、
前記オフガス用吸着剤が、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブである請求項8記載の圧力変動吸着式水素製造方法。
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