JP2016124759A - 水素製造装置の運転方法および水素製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
脱硫器と改質器とCO変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法および水素製造装置に関する。
当該水素製造装置の一例として、圧送装置により圧送される原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱して改質ガスを得る改質器と、当該改質器からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素リッチガスを得るCO変成器と、当該水素リッチガスから水素以外の不純物を分離して水素を精製する水素精製部(たとえば、PSA方式を用いた装置)とを備えたものが知られている。
また、他の水素製造装置として、原料ガスに水蒸気を混合し加熱して改質ガスを得る改質器と、当該改質ガスを昇圧させる昇圧装置と、昇圧された改質ガスを水素と水素以外のオフガスとに分離するPSA式の水素精製部と、を備えたものが知られている(特許文献1を参照)。
上記目的を達成するための本発明に係る水素製造装置の運転方法の特徴構成は、
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器と、当該CO変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び前記圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う点にある。
上記特徴構成によれば、脱硫器と改質器とCO変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けてあるので、加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給し、水素精製部にて水素ガスを精製する水素精製運転を行うことができる。
そのため、このように内部圧力が低下した状態で、水素精製運転に先立って、加熱手段を駆動してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行っても(加熱手段及び圧送装置を駆動して、パージガスを閉循環回路内に循環搬送しても)、加熱手段によりパージガスに与えられた熱は、脱硫器、CO変成器に伝達されにくくなり、脱硫器、CO変成器を十分に加熱するまでにより多くの時間を要することになる。
このように、起動運転において昇圧工程を行うと、パージ工程において低下した閉循環回路の内部圧力を昇圧することができるので、閉循環回路内を流通するガス量を増加させることができ、加熱手段によりパージガスに与えられた熱を、パージガスにより効率よく運搬し、脱硫器、改質器、CO変成器に伝達することができる。したがって、起動運転において、脱硫器、改質器、CO変成器を昇温するのに必要な熱が加熱手段より効率よく供給されるようになって、脱硫器、改質器、CO変成器を迅速に昇温できるようになった。
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設け、
前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行う点にある。
上記特徴構成によれば、閉循環回路における水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けるので、絞り部を流路抵抗を大とする絞り状態に切り換えた状態で、ガスを圧送装置により閉循環回路に流通させると、当該絞り部において圧力損失を受けて、当該閉循環回路において絞り部よりも上流側の圧力を下流側の圧力に比べて昇圧できるようになる。
また、閉循環回路において絞り部の上流側が下流側に比べて昇圧されると、絞り部の下流側は、絞り部の上流側に比べて低圧状態となるから、絞り部の下流側において製品タンクからパージガス供給路を経てガス流通路にパージガスが移動するのを補助して、パージガスの供給を促進することができる。そのため、起動運転における昇圧工程において、パージガスを容易に昇圧して供給することができ、簡便に十分な圧力まで昇圧できるとともに、閉循環回路の熱運搬効率を高く維持できるので、水素精製運転の再開を迅速にできる。
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記閉循環回路内における内圧を検知する圧力検知部を備え、前記起動運転を行う際に、前記圧力検知部の検知圧力が所定圧力よりも低い場合に、前記パージガス供給路からパージガスを前記閉循環回路内に供給する点にある。
このように構成すると、起動運転時における閉循環回路内の圧力を、所定圧力よりも高い状態に維持できる。そのため、熱搬送効率が十分高い状態を維持しながら起動運転を行えることになり、起動運転に要する時間の短縮を図ることができる。
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記パージガスが水素精製部で精製され、製品タンクに貯留された水素ガスである点にある。
パージガスが水素ガスであると、起動運転時に昇圧工程を行い迅速に昇温された後に、パージガス供給路から水素精製部に供給されるガスが水素ガスとなるから、水素精製部の起動時に速やかに水素精製部より水素を製造できるようになる。また、この水素ガスとして、水素精製部で精製され、製品タンクに貯留されたた水素ガスを利用することにより、パージガスを容易に調達できるとともに、別途用意するのに比べて水素精製部から製品タンクに製品水素を導く配管を有効に利用してパージガス供給路を構成することができる。
また、本発明に係る水素製造装置の特徴構成は、
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器と、当該CO変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び圧送装置を停止する停止運転と、を順に行う制御装置を設けてある水素製造装置であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記制御装置は、前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記制御装置は、前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う点にある。
上記特徴構成によれば、脱硫器と改質器とCO変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けてあるので、制御装置は、加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給し、水素精製部にて水素ガスを精製する水素精製運転を行うことができる。
そのため、このように内部圧力が低下した状態で、水素精製運転に先立って、加熱手段を駆動してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行っても(加熱手段及び圧送装置を駆動して、パージガスを閉循環回路内に循環搬送しても)、加熱手段によりパージガスに与えられた熱は、脱硫器、CO変成器に伝達されにくくなり、脱硫器、CO変成器を十分に加熱するまでにより多くの時間を要することになる。
このように、起動運転において昇圧工程を行うと、パージ工程において低下した閉循環回路の内部圧力を昇圧することができるので、閉循環回路内を流通するガス量を増加させることができ、加熱手段によりパージガスに与えられた熱を、パージガスにより効率よく運搬し、脱硫器、改質器、CO変成器に伝達することができる。したがって、起動運転において、脱硫器、改質器、CO変成器を昇温するのに必要な熱が加熱手段より効率よく供給されるようになって、脱硫器、改質器、CO変成器を迅速に昇温できるようになった。
また、本発明に係る水素製造装置のさらなる特徴構成は、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第1返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第2返送路とを並列に設け、
前記第1返送路に設けた第1開閉弁を開き且つ前記第2返送路に設けた第2開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも前記第2返送路に設けた第2開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けて、
前記制御装置が、前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行う点にある。
上記特徴構成によると、水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路として、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第1返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第2返送路とを並列に設けてあるから、第1返送路に設けた第1開閉弁を開き且つ第2返送路に設けた第2開閉弁を閉じて返送路の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも第2返送路に設けた第2開閉弁を開いて返送路の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換えることができる。これにより、各流路の単純な開閉動作により、効率よく絞り状態と絞り解除状態とを切り換えて、絞り状態において昇圧工程を行うことができる。また、絞り状態において、単純に返送路を閉鎖するのではなく、ある程度の閉循環回路内のガスを循環させておくことができる。そのため、絞り状態においても、返送路にはパージガスの流れが維持されることになり、閉循環回路を脱硫器、改質器、CO変成器の順にガスが流れるのを整流する効果が得られる。
本実施形態に係る水素製造装置100を、図1〜4に示す。図中、原料ガス等の各種ガスが流通している流通路については太線で示し、流通していない流通路については細線で示している。また、流通路を開閉するバルブに関し、開放状態にあるものは白抜きで示し、閉止状態にあるものは黒塗りで示している。
圧送装置11により圧送される炭化水素を含む原料ガス(例えば、メタンを主成分とする都市ガス13A)を脱硫する脱硫器12と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段14により加熱して改質ガスを得る改質器13と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器17と、を設けた改質部10を備え、
当該CO変成器17にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部22と、製品タンク23およびオフガスタンク21と、を設けた水素分離部20を備え、
圧送装置11、脱硫器12、改質器13、CO変成器17及び水素精製部22にガスを記載の順序で流通させるガス流通路を備え、
ガス流通動作を制御する切換装置として機能し、後述の水素精製部22を構成するPSA装置のバルブ開閉動作を含めて、水素製造装置100全体の動作をプログラムに基づいて制御する制御装置30を備えている。
また、水素精製部22を迂回して脱硫器12と改質器13とCO変成器17との順に圧送装置11によりガスを返送循環する返送路L10を備えた閉循環回路Cをガス流通路に設け、製品タンク23からガス流通路における圧送装置11の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路L11を設けて構成する。
制御装置30は、加熱手段14及び圧送装置11を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、加熱手段14及び圧送装置11を停止する停止運転と、を順に行う。
制御装置30は、停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
制御装置30は、水素精製運転に先立って行う、加熱手段14を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、閉循環回路Cにパージガス供給路L11からのパージガス供給を行い、閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う。
上述のように、改質部10は、圧送装置11により圧送される炭化水素を含む原料ガス(例えば、メタンを主成分とする都市ガス13A)を脱硫する脱硫器12と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段14により加熱して改質ガスを得る改質器13と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器17とを設けて構成される。
改質部10は、ガス流通路を構成する第1流路L1より圧縮機等からなる圧送装置11にて圧縮された原料ガスの供給を受け、その原料ガスを脱硫する脱硫器12を備える。
脱硫器12には、Ni−Mo系、ZnO系等の脱硫触媒が充填されており、当該脱硫触媒により、原料ガス中の付臭剤等の硫黄成分を除去している。これにより、原料ガスを、改質器13に充填された改質触媒を劣化させにくい性状としている。
脱硫後の原料ガスはガス流通路を構成する第2流路L2により改質器13に供給される。改質器13は、改質器13に充填される改質触媒(例えば、ニッケル系触媒)を触媒活性温度に維持するべく、外部から供給される燃料ガス(例えば、都市ガス13A)を燃焼させて改質触媒を加熱するバーナ装置等からなる加熱手段14を備えている。
改質器13に原料ガスを供給する第2流路L2には、純水をその排ガスの熱により加熱する第1熱交換器15にて加熱され気化した水蒸気と原料ガスとを混合する混合部16が設けられており、原料ガスへの水蒸気の混合を促進している。改質器13では、水蒸気の混合された原料ガスを加熱し、改質触媒により改質して改質ガスを得る。
改質器13で得られた改質ガスは、ガス流通路を構成する第3流路L3により改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器17に供給される。CO変成器17には、一酸化炭素変成触媒が充填され、改質ガス中の一酸化炭素が水蒸気と反応して水素と二酸化炭素に変換される。一酸化炭素変成触媒としては、高温用、中温用、低温用があり、運転温度に応じて適当なものが使用される。運転温度が300〜450℃の高温用触媒としては、例えば、鉄−クロム系触媒が挙げられ、運転温度が180〜450℃の中温用触媒、および、190〜250℃の低温用触媒としては、例えば、銅−亜鉛系触媒が挙げられる。また、これら高温用、中温用、低温用の触媒は、2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、第5流路L5には、水素精製部22を迂回して脱硫器12と改質器13とCO変成器17との順に圧送装置11によりガスを返送循環する返送路L10を分岐して設けて、第1流路L1〜第5流路L5、返送路L10により、CO変成器17を通過したガスを、脱硫器12、改質器13、CO変成器17、圧送装置11に返送循環する閉循環回路Cを形成可能に構成してある。これにより、CO変成器17を通過したガスを、水素精製部22を迂回して圧送装置11の上流側に返送可能となっている。
また、ガス流通路における圧送装置11の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路L11を設けて、ガス流通路における圧送装置11の上流側にパージガスを供給自在に構成してある。具体的には、パージガス供給路L11は、製品タンク23と返送路L10における後述の絞り部Sの下流側で且つ圧送装置11の上流側の箇所とに接続される。
第1返送路L10aには第1開閉弁V10bが設けられ、第2返送路L10bには第2開閉弁V10aが設けられ、第1開閉弁V10bを開き且つ第2開閉弁V10aを閉じて返送路L10の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも第2返送路L10bに設けた第2開閉弁V10aを開いて返送路L10の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部Sを設けて構成してある。これにより、返送路L10を、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換えることができる。
水素分離部20は、改質部10にて改質された改質ガスから水素以外の不純物を分離すべく、圧力スイング式吸着法(以下、PSA法等と略称することがある)を実行可能な、複数(当該実施形態では3つ)の吸着塔20a、20b、20cを備えたPSA装置からなる水素精製部22と、製品タンク23と、オフガスタンク21とを備えている。
水素精製部22における各吸着塔20a、20b、20cには、吸着材としてゼオライト系吸着材、活性炭、シリカゲルなどを組み合わせたものが充填されている。各吸着塔20a、20b、20cでは、通常のPSA法と同様に、吸着工程、減圧工程、パージ工程、および昇圧工程のプロセスを、複数の吸着塔20a、20b、20cで位相を異ならせて実行することにより、連続的に水素リッチガスを第6流路L6に製品水素として供給可能に構成されている。詳細な説明は省略するが、上述のプロセスは、制御装置30により、特に複数の吸着塔20a、20b、20cに接続される各流通路に設けられる複数のバルブ(図示略)の開閉を行って、順次実行される。
なお、図1では、吸着塔20aに変成ガスを流通して製品水素を得る吸着工程が行われている状態を示している。
一方、水素分離部20で水素が分離された後のオフガスは、水素分離部20に第7流路L7のバルブV7を介して接続されたオフガスタンク21に一時貯留される。オフガスタンク21に貯留されたオフガスは、水素、メタン等の可燃性ガスを含むため、適宜、オフガス流通路L8を介して加熱手段14へ導かれ、燃料ガスとして用いられる。
図1では、製品水素である水素リッチガス側の流れのみを示しているが、製品水素の送出と、オフガスの送出は、異なった吸着塔20a、20b、20cを対象として、同時に行われるタイミングが存在する。
上述の構成により、本実施形態に係る水素製造装置100にあっては、後述の起動運転の後、図1に示すように、バルブV1、V5、V6を開成するとともに、第2開閉弁V10aを閉成するとともに第1開閉弁V10bを開成し、加熱手段14及び圧送装置11を駆動させて、圧送装置11による原料ガス供給を行う。
これにより、原料ガスは、バルブV1を通過した後、圧送装置11にて圧送され、第1流路L1を流通して脱硫器12に導かれ脱硫され、水蒸気を混合する混合部16が設けられる第2流路L2を介して改質器13に導かれて改質され、第3流路L3を流通してCO変成器17で変成され、第2熱交換器18が配設される第4流路L4を介して気液分離部19に導かれた後、第5流路L5を介して水素分離部20に導いて水素精製運転を実行可能に構成される。水素精製運転時には、上記PSA装置(水素精製部22)により、水素精製部22が水素以外の不純物を吸着除去する吸着材を用いた圧力揺動吸着運転により水素精製を行う。また、水素精製運転時には、第1開閉弁V10bを開成しているから、CO変成器17を通過して水素含有率の高められたガスの一部が、常時、脱硫器12に供給される状態となっており、脱硫器12における触媒の再生を図るようになっている。なお、ここでは、制御装置30が、各バルブV1〜V12の開閉制御を行う構成をもって、加熱手段14及び圧送装置11を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転を実行する状態と、圧送装置11及び改質器13の加熱手段14の駆動を停止する停止運転を実行する状態とを切り換える。
水素精製運転状態にある水素製造装置100を運転停止する場合には、改質器13の加熱手段14及び圧送装置11の駆動を停止する。
そして、停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行う。パージ工程においては、水素精製部22のパージ工程と改質部10のパージ工程とを行う。
水素製造装置100の稼働を停止する際には、まず第6流路L6のバルブV6および第7流路L7におけるバルブV7を開成し、第5流路L5のバルブV5を閉成する。その後、返送路L10の第2開閉弁V10aを開成するとともに、原料供給路のバルブV1を閉成することによって、上記閉循環回路Cを形成し、水素精製部22に対して製品タンク23から水素ガスをパージガスとして供給する。製品タンク23から水素精製部22への水素ガス供給は、水素精製運転時に脱圧再生を行っておらず、次に水素精製運転を再開する場合に、最初に吸着工程を行う吸着塔20a、20b、20cに対して水素供給を行うとともに、吸着塔20a、20b、20c内部のガスをオフガスタンク21に回収する、もしくは廃棄する。
水素製造装置100を長期にわたって(たとえば数日程度)停止する場合には、上述した水素精製部22のパージ工程を行った後、改質部10において、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程(改質部のパージ工程)を行う。改質部10におけるパージ工程は、図2に示すように、改質部10に対する原料ガスの供給を停止して、バルブV1、V5、V7を閉成し、バルブV11、V12を開成したのち、第1開閉弁V10b及び第2開閉弁V10aを閉成して、改質部10に製品タンク23からパージガス供給路L11及び返送路L10を介してパージガスとしての水素ガス(0.5MPaG程度)を供給する。改質部10のパージ工程では、改質部10内部のガスは開成されたバルブV12を介して外部に排気する。その後、改質器13の加熱手段14による加熱や、水蒸気の供給、さらには、圧送装置11の駆動も停止して、装置全体を停止状態とする。改質部10のパージ工程が行われた後の停止運転では、閉循環回路Cの内部圧力は、0.2MPaG程度となっている。
装置全体が停止状態になったのち、再度、水素精製運転を再開する場合には、水素精製運転に先立って、改質器13の加熱手段14を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行う。起動運転において、閉循環回路Cにパージガス供給路L11からのパージガス供給を行って、閉循環回路C内の圧力を水素製造装置100の運転停止時の圧力(例えば、0.2MPaG程度)よりも高くする昇圧工程(例えば、0.7MPaG〜1.0MPaG程度)を行い、その昇圧工程と干渉しないタイミングで、改質器13を加熱手段14により加熱する昇温工程を開始する。
起動運転において、昇圧工程は、製品タンク23からのパージガスとしての水素ガス(0.5MPaG程度)を、パージガス供給路L11からガス流通路における圧送装置11の上流側に供給する。この時、図3に示すように、バルブV1、V5、V12を閉成し、バルブV11を開成し、第1開閉弁V10bを閉成し、第2開閉弁V10aを開成することにより、返送路L10(絞り部S)の流路抵抗を小とする絞り解除状態として、パージガスの供給によりガス流通路内の圧力が製品タンク23の内圧で昇圧可能な範囲では、製品タンク23の内圧によりガス流通路にパージガスが供給される。パージガスによるガス流通路の内圧がある程度上昇すると、第1開閉弁V10bを開成し、第2開閉弁V10aを閉成することにより、返送路L10の流路抵抗を大とする絞り状態として、圧送装置11によりパージガスをガス流通路内に供給して昇圧する。具体的には、製品タンク23からのパージガス供給を持続した状態で、圧送装置11の動作を開始することにより閉循環回路C内の絞り部Sよりも上流側で且つ圧送装置11の下流側の内圧を上昇することができる。このとき、絞り部Sの下流側で且つ圧送装置11の上流側は、絞り部Sの上流側に比べて低圧状態となるから、絞り部Sの下流側において製品タンク23からパージガス供給路L11を経て閉循環回路Cにパージガスが移動するのを補助して、パージガスの供給を促進することができる。
その後、ガス流通路内のガスを閉循環回路C内に循環させ、加熱手段14に燃料ガスを供給して改質部10の加熱を開始する。具体的には、図4に示すように、第1開閉弁V10bを閉成し、第2開閉弁V10aを開成することにより、返送路L10の流路抵抗を小とする絞り解除状態の閉循環回路Cを形成し、圧送装置11により閉循環回路C内のパージガスを循環させる。
(1)上記実施形態では、原料ガスとして、都市ガスを用いる例を示したが、例えば、他の例としては、ガス状炭化水素から最終沸点240℃程度の重質ナフサ等も用いることができる。
また、上記絞り部Sにおける絞り解除状態では、少なくとも第2開閉弁V10bを開いて前記返送路の流路抵抗を小とする構成とすればよく、第1開閉弁V10bを閉じない構成とすることもできる。
11 :圧送装置
12 :脱硫器
13 :改質器
13A :都市ガス
14 :加熱手段
15 :第1熱交換器
16 :混合部
17 :CO変成器
18 :第2熱交換器
19 :気液分離部
20 :水素分離部
20a :吸着塔
20b :吸着塔
20c :吸着塔
21 :オフガスタンク
22 :水素精製部
23 :製品タンク
30 :制御装置
100 :水素製造装置
C :閉循環回路
L1〜7 :第1〜第7流路
L8 :オフガス流通路
L10 :返送路
L10a :第1返送路
L10b :第2返送路
L11 :パージガス供給路
L12 :排気路
P :圧力検知部
S :絞り部
V1〜12:バルブ
V10a :第1開閉弁
V10b :第2開閉弁
Claims (6)
- 原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器と、当該CO変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び前記圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う水素製造装置の運転方法。 - 前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設け、
前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行う請求項1に記載の水素製造装置の運転方法。 - 前記閉循環回路内における内圧を検知する圧力検知部を備え、前記起動運転を行う際に、前記圧力検知部の検知圧力が所定圧力よりも低い場合に、前記パージガス供給路からパージガスを前記閉循環回路内に供給する請求項1または2に記載の水素製造装置の運転方法。
- 前記パージガスが水素精製部で精製され、製品タンクに貯留された水素ガスである請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素製造装置の運転方法。
- 原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるCO変成器と、当該CO変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び圧送装置を停止する停止運転と、を順に行う制御装置を設けてある水素製造装置であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記CO変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記制御装置は、前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記制御装置は、前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う水素製造装置。 - 前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第1返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第2返送路とを並列に設け、
前記第1返送路に設けた第1開閉弁を開き且つ前記第2返送路に設けた第2開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも前記第2返送路に設けた第2開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けて、
前記制御装置が、前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行う請求項5に記載の水素製造装置。
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