JP2017206421A - Method and apparatus for producing hydrogen gas - Google Patents

Method and apparatus for producing hydrogen gas Download PDF

Info

Publication number
JP2017206421A
JP2017206421A JP2016101258A JP2016101258A JP2017206421A JP 2017206421 A JP2017206421 A JP 2017206421A JP 2016101258 A JP2016101258 A JP 2016101258A JP 2016101258 A JP2016101258 A JP 2016101258A JP 2017206421 A JP2017206421 A JP 2017206421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
hydrogen
adsorption
adsorption tower
purification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016101258A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6571588B2 (en
Inventor
田中 丈晴
Takeharu Tanaka
丈晴 田中
岳史 山下
Takeshi Yamashita
岳史 山下
行伸 谷口
Yukinobu Taniguchi
行伸 谷口
広央 半谷
Hiroo Hanya
広央 半谷
中尾 昇
Noboru Nakao
昇 中尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2016101258A priority Critical patent/JP6571588B2/en
Publication of JP2017206421A publication Critical patent/JP2017206421A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6571588B2 publication Critical patent/JP6571588B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing hydrogen gas capable of suppressing reduction in recovery ratio of hydrogen gas and shortening start-up time when repeating stopping and restarting of hydrogen gas purification.SOLUTION: There is provided a method for producing hydrogen gas which produces high purity hydrogen gas by purification with a plurality of adsorption towers from hydrogen-rich gas containing hydrogen gas and impurity gas other than hydrogen gas, which comprises a step of swinging residual gas between the plurality of adsorption towers by repeating a procedure for discharging residual gas in one adsorption tower of the plurality of adsorption towers from the inlet side of hydrogen rich gas to supply the residual gas from the inlet side of hydrogen rich gas to other adsorption towers while stopping the purification of hydrogen rich gas. Further, there is provided an apparatus for producing hydrogen gas which has a control mechanism for controlling to swing residual gas between the plurality of adsorption towers by repeating a procedure for discharging residual gas in one adsorption tower from the inlet side to supply the residual gas to other adsorption towers while stopping the purification of hydrogen rich gas.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen gas production method and a hydrogen gas production apparatus.

近年、地球環境の改善につながる燃料電池用の燃料として、水素への期待が高まっている。水素製造方法の代表的なものとしては、炭化水素(天然ガス)の改質又は水素を含有する有機ハイドライドの脱水素化により得られる水素リッチガスに含まれる水素以外の不純物を水素精製器で除去する方法がある(特開2014−73922号公報参照)。この水素精製器としては、TSA(Temperature swing adsorption)法及びPSA(Pressure swing adsorption)法を用いた吸着塔がある。   In recent years, there is an increasing expectation for hydrogen as a fuel for fuel cells that leads to improvement of the global environment. As a typical hydrogen production method, impurities other than hydrogen contained in a hydrogen-rich gas obtained by reforming a hydrocarbon (natural gas) or dehydrogenating an organic hydride containing hydrogen are removed by a hydrogen purifier. There is a method (refer to JP 2014-73922 A). As this hydrogen purifier, there are adsorption towers using TSA (Temperature swing adsorption) method and PSA (Pressure swing adsorption) method.

上述のような水素製造装置は、一般に日中に水素を水素自動車等に供給し、夜間は水素の供給(精製)を停止するような運用が行われる。そのため、上記吸着塔による水素リッチガスの精製は夜間に停止される。水素リッチガスの精製を停止した吸着塔は、吸着剤の一部に水素以外の不純物ガスが吸着した状態で精製操作を終了することになるが、吸着した不純物成分は吸着平衡の状態にあり、吸着と脱離とを繰り返しているため、不純物成分が未吸着の吸着剤にも拡散し、最終的には吸着塔内に充填した全ての吸着剤に不純物が吸着した状態となる。そのため、水素リッチガスの精製停止後に精製を再開すると、吸着塔出口側の吸着剤も不純物成分が吸着した状態となっているため、吸着操作の初期より得られる水素ガスの純度が低下し、オフガスとして処理する必要が生じる。その結果、水素ガスの回収率が低下すると共に、水素ガスの供給までの立ち上げに時間を要するという不都合がある。   The above-described hydrogen production apparatus is generally operated so as to supply hydrogen to a hydrogen automobile during the day and stop the supply (purification) of hydrogen at night. Therefore, the purification of the hydrogen rich gas by the adsorption tower is stopped at night. The adsorption tower that has stopped the purification of the hydrogen-rich gas will finish the purification operation with an impurity gas other than hydrogen adsorbed on a part of the adsorbent, but the adsorbed impurity components are in an adsorption equilibrium state and are adsorbed. And the desorption are repeated, the impurity component diffuses to the unadsorbed adsorbent, and finally the adsorbent is adsorbed to all the adsorbent filled in the adsorption tower. Therefore, when refining is resumed after the purification of hydrogen-rich gas is stopped, the adsorbent on the adsorption tower outlet side is also in a state in which the impurity component is adsorbed. It needs to be processed. As a result, there are disadvantages that the recovery rate of hydrogen gas is reduced and it takes time to start up the supply of hydrogen gas.

特開2014−73922号公報JP 2014-73922 A

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、水素ガス精製の停止及び再開を繰り返す際に、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に立ち上げ時間を短縮できる水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置の提供を目的とする。   The present invention has been made based on the above circumstances, and a hydrogen gas production method capable of suppressing a reduction in the recovery rate of hydrogen gas and shortening the startup time when repeatedly stopping and restarting hydrogen gas purification. And it aims at provision of a hydrogen gas production device.

上記課題を解決するためになされた本発明は、水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから複数の吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする工程を備えることを特徴とする。   The present invention made to solve the above problems is a hydrogen gas production method for producing high-purity hydrogen gas by purification using a plurality of adsorption towers from hydrogen-rich gas containing hydrogen gas and impurity gas other than hydrogen, While the purification of the rich gas is stopped, the procedure of discharging the residual gas in one of the plurality of adsorption towers from the inlet side of the hydrogen rich gas and supplying the hydrogen gas into the other adsorption tower from the inlet side is repeated. The method further comprises the step of swinging the residual gas between the plurality of adsorption towers.

当該水素ガス製造方法によれば、精製停止中に水素リッチガスの入口側からの出し入れにより残留ガスをスイングすることで、各吸着塔の吸着剤に形成された吸着破過部分を一定の大きさに保つことができる。その結果、精製停止中の不純物の拡散が抑制され、停止再開後に排出される精製ガスへの不純物の混入が抑制される。その結果、当該水素ガス製造方法は、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に、水素ガス供給までの立ち上げ時間を短縮できる。なお、「スイング」とは、複数の吸着塔間でガスを流通させることで、各吸着塔内にガスを出し入れすることを意味する。   According to the hydrogen gas production method, the adsorption breakthrough portion formed in the adsorbent of each adsorption tower is made to have a constant size by swinging the residual gas by taking in and out the hydrogen rich gas from the inlet side during the purification stop. Can keep. As a result, the diffusion of impurities during the purification stop is suppressed, and the contamination of the impurities into the purified gas discharged after the restart of the stop is suppressed. As a result, the hydrogen gas production method can suppress a decrease in the recovery rate of hydrogen gas and shorten the startup time until hydrogen gas supply. The term “swing” means that gas is circulated between a plurality of adsorption towers so that the gas is taken in and out of each adsorption tower.

上記スイング工程で、上記残留ガスを排出する吸着塔及び残留ガスを供給する吸着塔の水素リッチガスの出口側同士を流通させるとよい。このような流通ラインを設けることで、吸着塔内の内圧の圧力変動を抑制しながらガスをスイングさせることができ、吸着破過部分の吸着塔出口側への移動を最小限に抑制することができる。   In the swing step, the hydrogen rich gas outlet sides of the adsorption tower for discharging the residual gas and the adsorption tower for supplying the residual gas may be circulated. By providing such a distribution line, the gas can be swung while suppressing the fluctuation of the internal pressure in the adsorption tower, and the movement of the adsorption breakthrough part to the adsorption tower outlet side can be minimized. it can.

上記複数の吸着塔がPSA型の場合、上記スイング工程で、吸着塔内の圧力を精製時よりも高くするとよい。このようにPSA型の吸着塔において、吸着塔内の圧力を精製時よりも高くすることでガス成分の拡散速度が低下する効果があり、より確実に不純物の拡散を抑制できる。その結果、水素ガスの回収率低下の抑制と水素ガス供給までの立ち上げ時間短縮とを促進できる。   When the plurality of adsorption towers are PSA type, the pressure in the adsorption tower may be higher than that during purification in the swing process. As described above, in the PSA type adsorption tower, by increasing the pressure in the adsorption tower as compared with that during the purification, there is an effect that the diffusion rate of the gas component is lowered, and the diffusion of impurities can be more reliably suppressed. As a result, it is possible to promote the suppression of the decrease in the recovery rate of hydrogen gas and the shortening of the startup time until the supply of hydrogen gas.

また、上記複数の吸着塔がTSA型の場合、上記スイング工程で、吸着塔内の温度を精製時よりも低くするとよい。このようにTSA型の吸着塔において、吸着塔内の温度を精製時よりも低くすることでガス成分の拡散速度が低下する効果があり、より確実に不純物の拡散を抑制できる。その結果、水素ガスの回収率低下の抑制と水素ガス供給までの立ち上げ時間短縮とを促進できる。   When the plurality of adsorption towers are TSA type, the temperature in the adsorption tower is preferably lower than that during purification in the swing step. Thus, in the TSA type adsorption tower, the diffusion rate of the gas component is reduced by lowering the temperature in the adsorption tower as compared with that during purification, and the diffusion of impurities can be more reliably suppressed. As a result, it is possible to promote the suppression of the decrease in the recovery rate of hydrogen gas and the shortening of the startup time until the supply of hydrogen gas.

当該水素ガス製造方法が触媒存在下の加熱により有機ハイドライドの脱水素反応を行う工程をさらに備え、上記水素リッチガスが上記脱水素反応工程で排出されるガスであるとよい。このように有機ハイドライドを水素リッチガスの輸送に用いることで、水素の輸送効率を高めることができる。   The hydrogen gas production method may further include a step of performing a dehydrogenation reaction of the organic hydride by heating in the presence of a catalyst, and the hydrogen rich gas may be a gas discharged in the dehydrogenation reaction step. As described above, by using the organic hydride for transport of the hydrogen-rich gas, the transport efficiency of hydrogen can be increased.

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする制御を行う制御機構を備えることを特徴とする。   Another invention made to solve the above-mentioned problems is a hydrogen gas production method for producing high-purity hydrogen gas by purification with an adsorption tower from hydrogen-rich gas containing hydrogen gas and impurity gas other than hydrogen, While the purification of the hydrogen rich gas is stopped, the procedure of discharging the residual gas in one of the plurality of adsorption towers from the hydrogen rich gas inlet side and supplying the remaining gas in the other adsorption tower from the hydrogen rich gas inlet side is repeated. Thus, a control mechanism for controlling the swing of the residual gas between the plurality of adsorption towers is provided.

当該水素ガス製造装置によれば、精製停止中に水素リッチガスの入口側からの出し入れにより残留ガスをスイングすることで、各吸着塔の吸着剤に形成された吸着破過部分を一定の大きさに保つことができる。その結果、精製停止中の不純物の拡散が抑制され、停止再開後に排出される精製ガスへの不純物の混入が抑制される。その結果、当該水素ガス製造装置は、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に、水素ガス供給までの立ち上げ時間を短縮できる。   According to the hydrogen gas production device, the adsorption breakthrough portion formed in the adsorbent of each adsorption tower is made to have a constant size by swinging the residual gas by taking in and out the hydrogen rich gas from the inlet side during the purification stop. Can keep. As a result, the diffusion of impurities during the purification stop is suppressed, and the contamination of the impurities into the purified gas discharged after the restart of the stop is suppressed. As a result, the hydrogen gas production apparatus can suppress a decrease in the recovery rate of hydrogen gas and shorten the startup time until the supply of hydrogen gas.

以上説明したように、本発明の水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置によれば、水素ガス精製の停止及び再開を繰り返す際に、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に立ち上げ時間を短縮できる。   As described above, according to the hydrogen gas production method and the hydrogen gas production apparatus of the present invention, when the hydrogen gas purification is repeatedly stopped and restarted, it is possible to suppress a decrease in the recovery rate of hydrogen gas and shorten the startup time. .

本発明の一実施形態の水素ガス製造装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the hydrogen gas manufacturing apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の水素ガス製造方法のスイング工程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the swing process of the hydrogen gas manufacturing method of one Embodiment of this invention.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の水素ガス製造装置及び水素ガス製造方法の実施形態を詳説する。   Hereinafter, embodiments of the hydrogen gas production apparatus and the hydrogen gas production method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[水素ガス製造装置]
図1の当該水素ガス製造装置は、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う反応器1と、反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスから冷却により芳香族化合物を気液分離する分離器2と、分離器2で分離した混合ガス(水素リッチガスB)を精製する吸着塔3と、水素リッチガスBの精製により得られる高純度水素ガスを貯蔵する製品ガスバッファタンク4とを主に備える。また、当該水素ガス製造装置は、水素リッチガスの精製を停止する間、複数の吸着塔3のうち1の吸着塔3内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔3内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔3間で残留ガスをスイングする制御を行う制御機構(図示省略)をさらに備える。
[Hydrogen gas production equipment]
The hydrogen gas production apparatus of FIG. 1 includes a reactor 1 that performs a dehydrogenation reaction of organic hydride A by heating in the presence of a catalyst, and an aromatic compound by cooling from a mixed gas of an aromatic compound and hydrogen discharged from the reactor 1. Separator 2 for gas-liquid separation of the compound, adsorption tower 3 for purifying the mixed gas (hydrogen rich gas B) separated by the separator 2, and product gas buffer for storing high purity hydrogen gas obtained by purification of hydrogen rich gas B A tank 4 is mainly provided. In addition, the hydrogen gas production apparatus discharges the residual gas in one adsorption tower 3 among the plurality of adsorption towers 3 from the inlet side of the hydrogen rich gas while stopping the purification of the hydrogen rich gas into the other adsorption tower 3. A control mechanism (not shown) is further provided for controlling the swinging of the residual gas between the plurality of adsorption towers 3 by repeating the procedure of supplying the hydrogen rich gas from the inlet side.

当該水素ガス製造装置で用いる有機ハイドライドAとしては、メチルシクロヘキサン(以下、MCHともいう)、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、エチルデカリン等の水素化芳香族化合物が挙げられる。例えば有機ハイドライドAとしてMCHを用いた場合、脱水素反応により、芳香族化合物であるトルエンに変換される。   Examples of the organic hydride A used in the hydrogen gas production apparatus include hydrogenated aromatic compounds such as methylcyclohexane (hereinafter also referred to as MCH), cyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, decalin, methyldecalin, dimethyldecalin, and ethyldecalin. It is done. For example, when MCH is used as the organic hydride A, it is converted to toluene which is an aromatic compound by a dehydrogenation reaction.

当該水素ガス製造装置は、水素自動車や燃料電池自動車などの水素を燃料とする車両等に水素を供給するためや燃料電池を利用した中大規模の発電に用いられる。   The hydrogen gas production apparatus is used for supplying hydrogen to hydrogen-powered vehicles such as hydrogen automobiles and fuel cell automobiles, and for medium- and large-scale power generation using fuel cells.

<反応器>
反応器1は、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う脱水素反応器である。具体的には、反応器1は、有機ハイドライドAの脱水素反応を促進する脱水素反応触媒を有し、有機ハイドライドAを加熱すると共に脱水素反応触媒と接触させることによって、有機ハイドライドAから水素を分離する酸化反応を生じさせる。これにより、芳香族化合物及び水素の混合ガスが発生する。なお、有機ハイドライドAとしてMCHを用いた場合には、混合ガス中に未反応のMCHや副生物であるメタン、ベンゼン等も含まれる可能性がある。
<Reactor>
The reactor 1 is a dehydrogenation reactor that performs a dehydrogenation reaction of the organic hydride A by heating in the presence of a catalyst. Specifically, the reactor 1 has a dehydrogenation reaction catalyst that promotes the dehydrogenation reaction of the organic hydride A. The reactor 1 is heated from the organic hydride A and brought into contact with the dehydrogenation reaction catalyst to generate hydrogen from the organic hydride A. Causes an oxidation reaction to separate Thereby, a mixed gas of an aromatic compound and hydrogen is generated. In addition, when MCH is used as the organic hydride A, there is a possibility that unreacted MCH and by-products such as methane and benzene are included in the mixed gas.

反応器1で用いられる上記脱水素反応触媒としては、例えば硫黄、セレン、微粒子白金を担持したアルミナ等が知られている。   As the dehydrogenation reaction catalyst used in the reactor 1, for example, alumina carrying sulfur, selenium, fine particle platinum or the like is known.

反応器1における有機ハイドライドAの加熱温度の下限としては、150℃が好ましく、200℃がより好ましい。一方、有機ハイドライドAの加熱温度の上限としては、400℃が好ましく、350℃がより好ましい。有機ハイドライドAの加熱温度が上記下限に満たないと、有機ハイドライドAの反応速度及び水素ガスの収率が不十分となるおそれがある。逆に、有機ハイドライドAの加熱温度が上記上限を超えると、加熱に要するエネルギーコストが不必要に大きくなるおそれがある。   As a minimum of heating temperature of organic hydride A in reactor 1, 150 ° C is preferred and 200 ° C is more preferred. On the other hand, the upper limit of the heating temperature of the organic hydride A is preferably 400 ° C., more preferably 350 ° C. If the heating temperature of the organic hydride A is less than the lower limit, the reaction rate of the organic hydride A and the yield of hydrogen gas may be insufficient. Conversely, if the heating temperature of the organic hydride A exceeds the upper limit, the energy cost required for heating may be unnecessarily increased.

<分離器>
分離器2は、反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスを冷却により芳香族化合物及び水素の混合ガスに気液分離し、水素リッチガスBを得る。分離器2は、内部に流通するガスを冷却する冷却機構を有する。分離器2の内部でガスが冷却されることで、沸点が比較的高いMCH、芳香族化合物等が混合ガスから分離し易くなり、分離後のガス中のトルエンを含む芳香族化合物濃度が低減される。液体として分離された芳香族化合物は、分離器2からドレンDとして排出される。
<Separator>
The separator 2 gas-liquid-separates the mixed gas of the aromatic compound and hydrogen discharged from the reactor 1 into a mixed gas of the aromatic compound and hydrogen by cooling to obtain a hydrogen rich gas B. The separator 2 has a cooling mechanism that cools the gas flowing inside. By cooling the gas inside the separator 2, it becomes easy to separate MCH, aromatic compounds, etc. having a relatively high boiling point from the mixed gas, and the concentration of aromatic compounds including toluene in the gas after separation is reduced. The The aromatic compound separated as a liquid is discharged from the separator 2 as drain D.

分離器2の出口における混合ガスの温度の下限としては、−40℃が好ましく、−35℃がより好ましい。一方、分離器2の出口における混合ガスの温度の上限としては、−10℃が好ましく、−15℃がより好ましい。分離器2の出口における混合ガスの温度が上記下限を下回ると、混合ガスの冷却に要するエネルギーが過大となるおそれがある。逆に、分離器2の出口における混合ガスの温度が上記上限を超えると、分離後の混合ガス中の芳香族化合物濃度が十分に低減されず、後段の吸着塔での吸着負荷が大きくなり、吸着剤の寿命が低下するおそれや水素ガスの回収率が低下するおそれがある。   As a minimum of the temperature of the mixed gas in the exit of the separator 2, -40 degreeC is preferable and -35 degreeC is more preferable. On the other hand, the upper limit of the temperature of the mixed gas at the outlet of the separator 2 is preferably −10 ° C., more preferably −15 ° C. If the temperature of the mixed gas at the outlet of the separator 2 is lower than the lower limit, the energy required for cooling the mixed gas may be excessive. Conversely, if the temperature of the mixed gas at the outlet of the separator 2 exceeds the above upper limit, the concentration of the aromatic compound in the mixed gas after separation is not sufficiently reduced, and the adsorption load in the subsequent adsorption tower increases. There exists a possibility that the lifetime of adsorbent may fall and the recovery rate of hydrogen gas may fall.

分離器2で分離後の混合ガス中の芳香族化合物濃度の下限としては、50ppmが好ましく、100ppmがより好ましい。一方、上記混合ガス中の芳香族化合物濃度の上限としては、800ppmが好ましく、600ppmがより好ましい。上記混合ガス中の芳香族化合物濃度が上記下限に満たないと、分離器2での冷却コストが著しく増加するおそれがある。逆に、上記混合ガス中の芳香族化合物濃度が上記上限を超えると、後段の吸着塔での吸着負荷が大きくなり、吸着剤の寿命が低下するおそれや水素ガスの回収率が低下するおそれがある。なお、本明細書での「濃度」は体積ベースの割合である。   The lower limit of the aromatic compound concentration in the mixed gas after separation by the separator 2 is preferably 50 ppm and more preferably 100 ppm. On the other hand, the upper limit of the aromatic compound concentration in the mixed gas is preferably 800 ppm and more preferably 600 ppm. If the aromatic compound concentration in the mixed gas is less than the lower limit, the cooling cost in the separator 2 may be significantly increased. On the other hand, if the concentration of the aromatic compound in the mixed gas exceeds the upper limit, the adsorption load in the subsequent adsorption tower increases, and the life of the adsorbent may be reduced or the hydrogen gas recovery rate may be reduced. is there. The “concentration” in this specification is a volume-based ratio.

<吸着塔>
吸着塔3は、分離器2で分離された混合ガス(水素リッチガスB)を精製し、高純度の水素ガスを製品ガスEとして得る。具体的には、吸着塔3にはTSA法又はPSA法で再生可能な吸着剤が充填されており、有機ハイドライドからの脱水素反応において生成する副反応物の炭化水素ガスなど、水素リッチガスB中に含まれる不純物を吸着除去する。
<Adsorption tower>
The adsorption tower 3 purifies the mixed gas (hydrogen rich gas B) separated by the separator 2 and obtains high-purity hydrogen gas as the product gas E. Specifically, the adsorption tower 3 is filled with an adsorbent that can be regenerated by the TSA method or the PSA method, and in the hydrogen-rich gas B such as a hydrocarbon gas as a by-product generated in the dehydrogenation reaction from the organic hydride. To remove impurities contained in

具体的には、当該水素ガス製造装置は、複数(図では2つ)の吸着塔3a,3bを備える。なお、吸着塔3の数は任意である。   Specifically, the hydrogen gas production apparatus includes a plurality (two in the figure) of adsorption towers 3a and 3b. The number of adsorption towers 3 is arbitrary.

吸着塔3は、水素リッチガスB中の上記不純物を吸着する吸着剤が充填されており、水素リッチガスの出口側から高純度の製品ガスEを排出する。複数の吸着塔3は、それぞれ吸着、減圧、洗浄及び均圧、昇圧、並びに吸着の一連の工程を順次切り替えて運転される。具体的には、吸着工程の終了後、吸着塔内の圧力を減圧する工程及び製品ガスEである水素ガスで洗浄する(パージする)工程により、吸着した不純物を除去し、吸着剤を再生する。その後、吸着剤を再生した吸着塔を再び昇圧し水素精製に再び供する。当該水素ガス製造装置の運転中、少なくとも1の吸着塔が吸着工程となるように上記一連の工程のタイミングを各吸着塔でずらして行うことで、吸着と再生とを異なる吸着塔で同時に行うことが可能となり、連続的に製品ガスEを製造できる。   The adsorption tower 3 is filled with an adsorbent that adsorbs the impurities in the hydrogen-rich gas B, and discharges a high-purity product gas E from the outlet side of the hydrogen-rich gas. The plurality of adsorption towers 3 are operated by sequentially switching a series of steps of adsorption, decompression, washing and pressure equalization, pressure increase, and adsorption. Specifically, after the adsorption step is completed, the adsorbed impurities are removed and the adsorbent is regenerated by reducing the pressure in the adsorption tower and cleaning (purging) with hydrogen gas, which is the product gas E. . Thereafter, the adsorption tower in which the adsorbent has been regenerated is pressurized again and subjected to hydrogen purification again. During operation of the hydrogen gas production apparatus, adsorption and regeneration are simultaneously performed in different adsorption towers by shifting the timing of the above series of steps in each adsorption tower so that at least one adsorption tower becomes an adsorption process. The product gas E can be produced continuously.

吸着塔3には、水素リッチガスB中の主な不純物であるMCH、トルエン、メタン、水分等を吸着可能な吸着剤が充填される。この吸着剤は各不純物を吸着可能で、TSA法又はPSA法で再生可能なものであれば特に限定されない。このような吸着剤としては、X型やA型のゼオライト、活性炭、多孔質シリカ、多孔質アルミナ及び金属有機構造体が特に好適に使用できる。   The adsorption tower 3 is filled with an adsorbent capable of adsorbing MCH, toluene, methane, moisture, and the like, which are main impurities in the hydrogen rich gas B. The adsorbent is not particularly limited as long as it can adsorb impurities and can be regenerated by the TSA method or the PSA method. As such an adsorbent, X-type or A-type zeolite, activated carbon, porous silica, porous alumina, and a metal organic structure can be particularly preferably used.

なお、複数種の不純物を除去する場合には、それぞれに適応した吸着剤を順に充填して対応することが可能である。具体的には、水素リッチガスBの導入側(入口側)から順に芳香族化合物吸着剤及び低級炭化水素吸着剤を充填するとよい。   In addition, when removing multiple types of impurities, it is possible to respond by sequentially filling adsorbents adapted to each. Specifically, the aromatic compound adsorbent and the lower hydrocarbon adsorbent are preferably filled in order from the introduction side (inlet side) of the hydrogen rich gas B.

<製品ガスバッファタンク>
製品ガスバッファタンク4は、吸着塔3から排出される高純度水素ガスである製品ガスEを貯蔵し、水素自動車等に供給する。
<Product gas buffer tank>
The product gas buffer tank 4 stores the product gas E, which is a high-purity hydrogen gas discharged from the adsorption tower 3, and supplies it to a hydrogen automobile or the like.

<制御機構>
当該水素ガス製造装置が備える制御機構は、水素リッチガスの精製を停止する間、複数の吸着塔3のうち1の吸着塔3内の残留ガスを水素リッチガスBの入口側から排出し他の吸着塔3内に水素リッチガスBの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔3間で残留ガスをスイングする制御を行う。なお、図1及び図2では、水素リッチガスBの入口側は吸着塔3の下方であり、水素リッチガスBの出口側は吸着塔3の上方である。つまり、水素リッチガスBは、吸着塔3の内部を下から上に向かって流れる。
<Control mechanism>
The control mechanism included in the hydrogen gas production apparatus discharges residual gas in one adsorption tower 3 from the inlet side of the hydrogen rich gas B among the plurality of adsorption towers 3 while stopping the purification of the hydrogen rich gas. By repeating the procedure of supplying the hydrogen rich gas B from the inlet side into the inside 3, the control of swinging the residual gas between the plurality of adsorption towers 3 is performed. 1 and 2, the inlet side of the hydrogen rich gas B is below the adsorption tower 3, and the outlet side of the hydrogen rich gas B is above the adsorption tower 3. That is, the hydrogen rich gas B flows in the adsorption tower 3 from the bottom to the top.

この制御は、図2に示すように、複数の吸着塔3の水素リッチガスの入口側同士を流通させるスイングライン101と、このスイングライン101に配設されるスイング用ポンプP1と、複数の吸着塔3の水素リッチガスの出口側同士を流通させる平衡ライン102とを用いて行われる。上記制御の具体的な手順については、後述の水素ガス製造方法で説明する。   As shown in FIG. 2, this control is performed by a swing line 101 that circulates between the hydrogen rich gas inlet sides of the plurality of adsorption towers 3, a swing pump P <b> 1 disposed in the swing line 101, and a plurality of adsorption towers. 3 and the equilibrium line 102 which distribute | circulates the exit sides of hydrogen rich gas. The specific procedure of the control will be described in the hydrogen gas production method described later.

[水素ガス製造方法]
次に、図1の水素ガス製造装置を用いて、当該水素ガス製造方法について説明する。
[Method for producing hydrogen gas]
Next, the hydrogen gas production method will be described using the hydrogen gas production apparatus of FIG.

当該水素ガス製造方法は、水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する。当該水素ガス製造方法は、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う工程(脱水素反応工程)と、上記脱水素反応工程で排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスから冷却により芳香族化合物を気液分離する工程(気液分離工程)と、上記気液分離工程で得られた水素リッチガスBを吸着塔3で精製する工程(水素リッチガス精製工程)と、吸着塔3を再生する工程(吸着塔再生工程)とを主に備える。また、当該水素ガス製造方法は、上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔3のうち1の吸着塔3内の残留ガスを水素リッチガスBの入口側から排出し他の吸着塔3内に水素リッチガスBの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔3間で残留ガスをスイングする工程(スイング工程)を備える。   The hydrogen gas production method produces high-purity hydrogen gas from a hydrogen-rich gas containing an impurity gas other than hydrogen gas and hydrogen by purification using an adsorption tower. The hydrogen gas production method includes a step of performing a dehydrogenation reaction of the organic hydride A by heating in the presence of a catalyst (dehydrogenation reaction step), and cooling from a mixed gas of the aromatic compound and hydrogen discharged in the dehydrogenation reaction step. The step of gas-liquid separation of the aromatic compound (gas-liquid separation step), the step of purifying the hydrogen-rich gas B obtained in the gas-liquid separation step with the adsorption tower 3 (hydrogen-rich gas purification step), and the adsorption tower 3 A regeneration step (adsorption tower regeneration step). Further, in the hydrogen gas production method, while the purification of the hydrogen rich gas is stopped, the residual gas in one adsorption tower 3 among the plurality of adsorption towers 3 is discharged from the inlet side of the hydrogen rich gas B, and the other adsorption towers are exhausted. 3 is provided with a step (swing step) of swinging the residual gas between the plurality of adsorption towers 3 by repeating the procedure of supplying the hydrogen rich gas B from the inlet side.

<脱水素反応工程>
脱水素反応工程では、反応器1を用いて、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う。
<Dehydrogenation reaction process>
In the dehydrogenation reaction step, the organic hydride A is dehydrogenated using the reactor 1 by heating in the presence of a catalyst.

<気液分離工程>
気液分離工程では、分離器2を用いて、上記反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスを芳香族化合物及び水素を含む混合ガスに気液分離し、水素リッチガスBを得る。この気液分離は、分離器2内部に流通するガスを冷媒により冷却しながら行う。このように気液分離工程で分離器2の内部に流通するガスを冷却することで、芳香族化合物と水素とが分離し易くなり、分離後のガス中の芳香族化合物濃度が低減される。
<Gas-liquid separation process>
In the gas-liquid separation step, the separator 2 is used to gas-liquid separate the mixed gas of the aromatic compound and hydrogen discharged from the reactor 1 into a mixed gas containing the aromatic compound and hydrogen to obtain a hydrogen rich gas B. . This gas-liquid separation is performed while the gas flowing through the separator 2 is cooled by the refrigerant. In this way, by cooling the gas flowing inside the separator 2 in the gas-liquid separation step, the aromatic compound and hydrogen are easily separated, and the concentration of the aromatic compound in the separated gas is reduced.

<水素リッチガス精製工程>
水素リッチガス精製工程では、吸着塔3を用いて、水素リッチガスBを精製し、高純度の水素ガスを得る。水素リッチガス精製工程では、吸着塔3に流通するガスを冷媒により冷却しながら水素ガスの精製を行うとよい。このように吸着時に吸着塔3内部に流通するガスを冷却することで、吸着剤による不純物の有効吸着量が増加し、吸着剤の必要量が低減され装置を小型化することができる。
<Hydrogen rich gas purification process>
In the hydrogen rich gas purification step, the hydrogen rich gas B is purified using the adsorption tower 3 to obtain high purity hydrogen gas. In the hydrogen rich gas purification step, the hydrogen gas may be purified while the gas flowing through the adsorption tower 3 is cooled by the refrigerant. Thus, by cooling the gas flowing through the adsorption tower 3 during adsorption, the effective adsorption amount of impurities by the adsorbent increases, the necessary amount of adsorbent is reduced, and the apparatus can be miniaturized.

なお、吸着塔3では、水素リッチガスB中の不純物が吸着剤に吸着し、吸着剤の飽和吸着部分が増加する。そこで、不純物を製品ガスEに混入させないためには、吸着剤の未吸着部分が残存している状態で吸着操作を停止する必要がある。   In the adsorption tower 3, impurities in the hydrogen rich gas B are adsorbed on the adsorbent, and the saturated adsorption portion of the adsorbent increases. Therefore, in order to prevent impurities from being mixed into the product gas E, it is necessary to stop the adsorption operation while the unadsorbed portion of the adsorbent remains.

<吸着塔再生工程>
吸着塔再生工程では、吸着塔3をパージガスとしての高純度の水素ガスを用いて再生し、オフガスを排出する。パージガスとして使用する水素ガスは、当該水素ガス製造方法で得たものでもよいし、予め用意した水素ガスであってもよい。
<Adsorption tower regeneration process>
In the adsorption tower regeneration step, the adsorption tower 3 is regenerated using high-purity hydrogen gas as a purge gas, and off-gas is discharged. The hydrogen gas used as the purge gas may be obtained by the hydrogen gas production method or may be a hydrogen gas prepared in advance.

具体的には、吸着塔の再生では、吸着塔内のガスがオフガス排出ラインより排出され、常圧までの減圧が行われる。このとき、吸着塔の製品ガス出口側に空隙部を設けておくことで、空隙部に存在する水素が吸着剤のパージに使用され、芳香族炭化水素等の不純物の脱着に寄与する。   Specifically, in the regeneration of the adsorption tower, the gas in the adsorption tower is discharged from the off-gas discharge line, and the pressure is reduced to normal pressure. At this time, by providing a void on the product gas outlet side of the adsorption tower, hydrogen present in the void is used for purging the adsorbent, contributing to desorption of impurities such as aromatic hydrocarbons.

常圧までの減圧後は真空ポンプにより吸着塔内のガスが吸引され、吸着塔が負圧に減圧される。その後、さらに真空ポンプを運転し、吸着塔内を負圧に維持しながらパージガスを吸着塔に導入することで吸着剤のさらなる再生が行われる。真空ポンプで吸引することで、吸着剤の間隙部に存在するガス中の不純物の一部が除去され、分圧が低下することにより、吸着平衡が脱着側に移行するため、パージ操作により吸着剤を再生し易くなる。また、この減圧吸引操作において、吸着剤の間隙に存在する水素ガス及び空隙部に存在する水素が排気側に移動することでパージガスとして作用し、不純物の着脱の進行に寄与する。吸着剤の再生後は、均圧操作を行い、その後吸着塔に製品ガスEを導入することにより再加圧した後、再度吸着操作が行われる。   After the pressure is reduced to normal pressure, the gas in the adsorption tower is sucked by a vacuum pump, and the adsorption tower is decompressed to a negative pressure. Thereafter, the adsorbent is further regenerated by operating the vacuum pump and introducing purge gas into the adsorption tower while maintaining the inside of the adsorption tower at a negative pressure. By suctioning with a vacuum pump, some of the impurities in the gas present in the gap of the adsorbent are removed, and the partial pressure decreases, so that the adsorption equilibrium shifts to the desorption side. It becomes easy to reproduce. In this vacuum suction operation, the hydrogen gas present in the gap between the adsorbents and the hydrogen present in the voids move to the exhaust side, thereby acting as purge gas, contributing to the progress of attachment / detachment of impurities. After regeneration of the adsorbent, a pressure equalizing operation is performed, and after that, after repressurization by introducing the product gas E into the adsorption tower, the adsorption operation is performed again.

パージの最終時点では、吸着剤は完全には再生されておらず、吸着した一部の不純物が残存した状態であるが、吸着終了時点と比較して、吸着剤の未飽和吸着部分が多くなり、再び吸着工程に移行しても十分な吸着容量を回復することになる。また、吸着、脱圧、減圧、及びパージの繰返しによる吸着剤の吸着容量の減少に対しては、吸着容量の減少に対応して吸着時間を短く設定することで、吸着時における製品ガスの純度を担保することができる。また、吸着時間を短く設定するのではなく、吸着塔に導入する水素リッチガスのガス量を低下させ、吸着塔におけるガスの線速度LVを低くする方法で製品ガスの純度を担保することも可能である。   At the end of the purge, the adsorbent is not completely regenerated and some of the adsorbed impurities remain, but the unsaturated adsorbed portion of the adsorbent increases compared to the end of adsorption. Even if the process moves to the adsorption process again, a sufficient adsorption capacity is recovered. In addition, to reduce the adsorption capacity of the adsorbent due to repeated adsorption, depressurization, decompression, and purge, the product gas purity at the time of adsorption can be reduced by setting a shorter adsorption time corresponding to the decrease in the adsorption capacity. Can be secured. It is also possible to ensure the purity of the product gas by reducing the amount of hydrogen-rich gas introduced into the adsorption tower and lowering the linear velocity LV of the gas in the adsorption tower, rather than setting the adsorption time short. is there.

なお、水素リッチガス精製工程と吸着塔再生工程とは、複数の吸着塔3a,3bでその周期をずらしながら交互に行われる。   The hydrogen-rich gas purification step and the adsorption tower regeneration step are alternately performed while shifting the cycle of the plurality of adsorption towers 3a and 3b.

<スイング工程>
スイング工程は、水素リッチガスBの精製の停止中に行われ、精製の停止直後から、精製再開までの間に行われる。
<Swing process>
The swing process is performed while the purification of the hydrogen rich gas B is stopped, and is performed immediately after the stop of the purification until the restart of the purification.

スイング工程では、まず図2の左図に示すように、1の吸着塔3a内の残留ガスをスイングライン101及びスイング用ポンプP1により他の吸着塔3b内に移送する。このとき、残留ガスは、排出側の吸着塔3aの水素リッチガスの入口側(下側)から排出され、供給側の吸着塔3bの水素リッチガスの入口側から供給される。また、これらの吸着塔の水素リッチガスの出口側(上側)同士は平衡ライン102で流通しているため、吸着塔の水素リッチガスの出口側に滞留しているガスが、残留ガスのスイング用ポンプP1による移送と反対向き(供給側の吸着塔3bから排出側の吸着塔3aへの向き)に移動し、2つの吸着塔間の圧力が平衡に保たれる。これにより、残留ガスの移送が容易に行える。   In the swing process, first, as shown in the left diagram of FIG. 2, the residual gas in one adsorption tower 3a is transferred into another adsorption tower 3b by the swing line 101 and the swing pump P1. At this time, the residual gas is discharged from the inlet side (lower side) of the hydrogen-rich gas of the discharge side adsorption tower 3a and supplied from the inlet side of the hydrogen-rich gas of the supply side adsorption tower 3b. Further, since the hydrogen rich gas outlet sides (upper side) of these adsorption towers circulate in the equilibrium line 102, the gas staying on the hydrogen rich gas outlet side of the adsorption tower is the residual gas swing pump P1. It moves in the direction opposite to the transfer by (direction from the supply-side adsorption tower 3b to the discharge-side adsorption tower 3a), and the pressure between the two adsorption towers is kept in equilibrium. Thereby, transfer of residual gas can be performed easily.

次に、図2の右図に示すように、残留ガスを逆向きに移送する。つまり、残留ガスを最初に供給した吸着塔3b内の残留ガスをスイングライン101及びスイング用ポンプP1によりもう一方の吸着塔3a内に移送する。この移送は、残留ガスの移動方向が逆になる以外は一度目の移送と全く同じ手順で行われる。   Next, as shown in the right figure of FIG. 2, the residual gas is transferred in the reverse direction. That is, the residual gas in the adsorption tower 3b to which the residual gas is first supplied is transferred into the other adsorption tower 3a by the swing line 101 and the swing pump P1. This transfer is performed in exactly the same procedure as the first transfer except that the moving direction of the residual gas is reversed.

上記移送を交互に繰り返すことで、複数の吸着塔3間で残留ガスのスイングが行われる。このスイングにより、吸着剤に形成された吸着破過部分Qの水素リッチガスの出口側の境界が塔の内部で上昇及び下降を繰り返すが、吸着破過部分Qは一定以下の大きさに抑制される。そのため、吸着剤からの不純物の拡散が抑制され、精製停止中に吸着塔内に遊離する不純物の量を低減できる。   By repeating the above transfer alternately, the residual gas swings between the plurality of adsorption towers 3. By this swing, the boundary of the hydrogen-rich gas outlet side of the adsorption breakthrough portion Q formed in the adsorbent repeatedly rises and falls inside the tower, but the adsorption breakthrough portion Q is suppressed to a certain size or less. . Therefore, the diffusion of impurities from the adsorbent is suppressed, and the amount of impurities released into the adsorption tower during the purification stop can be reduced.

スイング工程時の吸着塔内における線速度は、通常の水素リッチガス精製工程における線速度以下とすることが好ましい。例えば、上記線速度の下限としては、5%が好ましい。また、上記線速度の上限としては、90%が好ましく、50%がより好ましい。   The linear velocity in the adsorption tower at the time of the swing process is preferably set to be equal to or lower than the linear velocity in the normal hydrogen rich gas purification process. For example, the lower limit of the linear velocity is preferably 5%. Further, the upper limit of the linear velocity is preferably 90%, and more preferably 50%.

また、一回の移送でのガス移送量は、吸着塔内の空隙部分の体積以下とすることが好ましい。例えば、上記ガス移送量の下限としては、吸着塔内の空隙部分の体積の5%が好ましく、30%がより好ましい。また、上記ガス移送量の上限としては、95%が好ましく、60%がより好ましい。   Moreover, it is preferable that the gas transfer amount in one transfer is not more than the volume of the void portion in the adsorption tower. For example, the lower limit of the gas transfer amount is preferably 5% of the volume of the void portion in the adsorption tower, and more preferably 30%. Moreover, as an upper limit of the said gas transfer amount, 95% is preferable and 60% is more preferable.

スイングの間隔(一回の残留ガスの移送終了から次の残留ガスの移送開始までの間隔)は、吸着質と吸着剤との組み合わせや、温度、圧力等によって変えることができるが、例えば、水素リッチガス精製工程における吸着時間の10倍以下とすることが好ましく、3倍以下とすることがより好ましい。具体例を挙げると、水素リッチガス精製工程における吸着時間が5分であれば、スイング間隔は50分以下が好ましく、15分以下がより好ましい。   The swing interval (interval from the end of the transfer of one residual gas to the start of the transfer of the next residual gas) can be changed depending on the combination of adsorbate and adsorbent, temperature, pressure, etc. The adsorption time in the rich gas purification step is preferably 10 times or less, more preferably 3 times or less. As a specific example, if the adsorption time in the hydrogen rich gas purification step is 5 minutes, the swing interval is preferably 50 minutes or less, and more preferably 15 minutes or less.

スイング工程時の吸着塔内の圧力及び温度は、吸着質と吸着剤との組み合わせや、精製時の温度、圧力等に応じて変えることができる。圧力を高く、また温度を低くすることで、ガス成分の拡散速度を低下させられる。一方で、過度に圧力を高めると、装置コスト及び運転コストが大きくなる。そのため、スイング工程時の吸着塔内圧力の上限としては、1Mpaが好ましい。また、スイング工程時の吸着塔内圧力の下限としては、精製時の圧力+100Paが好ましく、+500Paがより好ましい。   The pressure and temperature in the adsorption tower during the swing process can be changed according to the combination of the adsorbate and the adsorbent, the temperature and pressure during the purification, and the like. By increasing the pressure and decreasing the temperature, the diffusion rate of the gas component can be reduced. On the other hand, when the pressure is increased excessively, the apparatus cost and the operating cost increase. Therefore, the upper limit of the pressure in the adsorption tower during the swing process is preferably 1 Mpa. Moreover, as a minimum of the adsorption tower internal pressure at the time of a swing process, the pressure +100 Pa at the time of refinement | purification is preferable, and +500 Pa is more preferable.

スイング工程時の吸着塔内温度としては、例えば、精製時の温度以下とすることができ、スイング工程時の吸着塔内温度の上限としては、精製時の温度−5℃が好ましく、精製時の温度−10℃がより好ましい。   The temperature in the adsorption tower at the time of the swing process can be, for example, not more than the temperature at the time of purification, and the upper limit of the temperature in the adsorption tower at the time of the swing process is preferably -5 ° C. at the time of purification. A temperature of −10 ° C. is more preferred.

なお、図2では2つの吸着塔を用いて説明したが、3つ以上の吸着塔を用いる場合、残留ガスを排出する吸着塔と供給する吸着塔とを順に入れ替えることで、スイング工程を行うことができる。また、4つ以上の吸着塔を用いる場合は、2組以上の吸着塔で同時に残留ガスの移送を行ってもよい。   In addition, although demonstrated using two adsorption towers in FIG. 2, when using three or more adsorption towers, a swing process is performed by switching the adsorption tower which discharges | emits residual gas, and the adsorption tower to supply in order. Can do. Moreover, when using four or more adsorption towers, you may transfer a residual gas simultaneously with two or more sets of adsorption towers.

また、吸着塔の水素リッチガスの出口側同士を流通させる平衡ライン102は必須ではなく、吸着塔内から残留ガスを排出し、別の吸着塔内に残留ガスを供給できれば省略が可能である。例えば吸着塔内を加圧すれば、平衡ライン102が無くとも残留ガスをスイングライン101から排出できる。   Further, the equilibrium line 102 that circulates the hydrogen rich gas outlet sides of the adsorption tower is not essential, and can be omitted if the residual gas can be discharged from the adsorption tower and supplied to another adsorption tower. For example, if the inside of the adsorption tower is pressurized, the residual gas can be discharged from the swing line 101 without the equilibrium line 102.

<利点>
当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置によれば、精製停止中に水素リッチガスの入口側からの出し入れにより残留ガスをスイングすることで、各吸着塔の吸着剤に形成された吸着破過部分を一定の大きさに保つことができる。その結果、精製停止中の不純物の拡散が抑制され、停止再開後に排出される精製ガスへの不純物の混入が抑制される。その結果、当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置は、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に水素ガス供給までの立ち上げ時間を短縮できる。
<Advantages>
According to the hydrogen gas production method and the hydrogen gas production apparatus, the adsorption breakthrough portion formed in the adsorbent of each adsorption tower can be obtained by swinging the residual gas by taking in and out the hydrogen rich gas from the inlet side during the purification stop. It can be kept at a certain size. As a result, the diffusion of impurities during the purification stop is suppressed, and the contamination of the impurities into the purified gas discharged after the restart of the stop is suppressed. As a result, the hydrogen gas production method and the hydrogen gas production apparatus can suppress a reduction in the recovery rate of hydrogen gas and shorten the startup time until hydrogen gas supply.

[その他の実施形態]
本発明の水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置は、上記実施形態に限定されるものではない。
[Other Embodiments]
The hydrogen gas production method and the hydrogen gas production apparatus of the present invention are not limited to the above embodiment.

上記実施形態では、脱水素反応後の混合ガスを気液分離するとしたが、この気液分離は必須ではなく、省略が可能である。つまり、脱水素反応によって排出される混合ガスをそのまま水素リッチガスとして吸着塔に供給してもよい。   In the embodiment described above, the mixed gas after the dehydrogenation reaction is gas-liquid separated. However, this gas-liquid separation is not essential and can be omitted. That is, the mixed gas discharged by the dehydrogenation reaction may be supplied as it is to the adsorption tower as a hydrogen rich gas.

また、上記実施形態では、水素リッチガスとして、有機ハイドライドから芳香族化合物を気液分離したものを用いたが、水素リッチガスとして炭化水素ガスの水蒸気改質、オートサーマル改質又は部分酸化改質により生成される改質ガスや水素含有量の高いプラントのオフガスなどを用いることも可能である。水素リッチガスとして改質ガスが用いられる場合、上記実施形態の反応器及び分離器に替えて、原料ガスを改質反応させる改質器が用いられ、必要に応じて熱源が改質器に供給される。   In the above embodiment, the hydrogen-rich gas is obtained by gas-liquid separation of an aromatic compound from organic hydride, but the hydrogen-rich gas is generated by steam reforming, autothermal reforming or partial oxidation reforming of hydrocarbon gas. It is also possible to use a reformed gas or a plant off-gas having a high hydrogen content. When reformed gas is used as the hydrogen-rich gas, a reformer that reforms the raw material gas is used instead of the reactor and separator of the above embodiment, and a heat source is supplied to the reformer as necessary. The

上記改質反応に用いる原料ガスとしては、分子中に炭素と水素とを含む化合物又はその混合物から適宜選んで用いることができる。上記化合物としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、ガソリン、ナフサ、灯油及び軽油などの炭化水素燃料、メタノール及びエタノールなどのアルコール、ジメチルエーテルなどのエーテル等を挙げることができる。   The raw material gas used for the reforming reaction can be appropriately selected from a compound containing carbon and hydrogen in the molecule or a mixture thereof. Examples of the compound include hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), gasoline, naphtha, kerosene and light oil, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, and the like. Can be mentioned.

以上説明したように、当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置は、水素ガス精製の停止及び再開を繰り返す際に、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に立ち上げ時間を短縮できるので、高純度の水素を供給する用途に好適に用いられる。   As described above, when the hydrogen gas production method and the hydrogen gas production apparatus repeatedly stop and restart the hydrogen gas purification, the hydrogen gas production rate and the hydrogen gas production apparatus can suppress the decrease in the recovery rate of hydrogen gas and shorten the startup time. It is suitably used for the purpose of supplying hydrogen.

1 反応器
2 分離器
3、3a、3b 吸着塔
4 製品ガスバッファタンク
101 スイングライン
102 平衡ライン
A 有機ハイドライド
B 水素リッチガス
D ドレン
E 製品ガス
P1 スイング用ポンプ
Q 吸着破過部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reactor 2 Separator 3, 3a, 3b Adsorption tower 4 Product gas buffer tank 101 Swing line 102 Equilibrium line A Organic hydride B Hydrogen rich gas D Drain E Product gas P1 Swing pump Q Adsorption breakthrough part

Claims (6)

水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから複数の吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする工程を備えることを特徴とする水素ガス製造方法。
A hydrogen gas production method for producing high-purity hydrogen gas by refining with a plurality of adsorption towers from hydrogen-rich gas containing impurity gas other than hydrogen gas and hydrogen,
While stopping the purification of the hydrogen-rich gas, a procedure for discharging the residual gas in one of the plurality of adsorption towers from the inlet side of the hydrogen-rich gas and supplying the other adsorption tower from the inlet side of the hydrogen-rich gas A hydrogen gas production method comprising a step of swinging residual gas between the plurality of adsorption towers by repeating.
上記スイング工程で、上記残留ガスを排出する吸着塔及び残留ガスを供給する吸着塔の水素リッチガスの出口側同士を流通させる請求項1に記載の水素ガス製造方法。   2. The method for producing hydrogen gas according to claim 1, wherein, in the swing step, the hydrogen rich gas outlet sides of the adsorption tower for discharging the residual gas and the adsorption tower for supplying the residual gas are circulated. 上記複数の吸着塔がPSA型であり、
上記スイング工程で、吸着塔内の圧力を精製時よりも高くする請求項1又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。
The plurality of adsorption towers are PSA type,
The method for producing hydrogen gas according to claim 1 or 2, wherein in the swing step, the pressure in the adsorption tower is made higher than that during purification.
上記複数の吸着塔がTSA型であり、
上記スイング工程で、吸着塔内の温度を精製時よりも低くする請求項1又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。
The plurality of adsorption towers are TSA type,
The method for producing hydrogen gas according to claim 1 or 2, wherein in the swing step, the temperature in the adsorption tower is made lower than that during purification.
触媒存在下の加熱により有機ハイドライドの脱水素反応を行う工程をさらに備え、
上記水素リッチガスが上記脱水素反応工程で排出されるガスである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。
Further comprising a step of dehydrogenating the organic hydride by heating in the presence of a catalyst,
The method for producing hydrogen gas according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogen-rich gas is a gas discharged in the dehydrogenation reaction step.
水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする制御を行う制御機構を備えることを特徴とする水素ガス製造装置。
A hydrogen gas production method for producing high-purity hydrogen gas by purification with an adsorption tower from hydrogen-rich gas containing impurity gas other than hydrogen gas and hydrogen,
While stopping the purification of the hydrogen-rich gas, a procedure for discharging the residual gas in one of the plurality of adsorption towers from the inlet side of the hydrogen-rich gas and supplying the other adsorption tower from the inlet side of the hydrogen-rich gas A hydrogen gas production apparatus comprising: a control mechanism that performs control to swing residual gas between the plurality of adsorption towers by repeating.
JP2016101258A 2016-05-20 2016-05-20 Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus Active JP6571588B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016101258A JP6571588B2 (en) 2016-05-20 2016-05-20 Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016101258A JP6571588B2 (en) 2016-05-20 2016-05-20 Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017206421A true JP2017206421A (en) 2017-11-24
JP6571588B2 JP6571588B2 (en) 2019-09-04

Family

ID=60416206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016101258A Active JP6571588B2 (en) 2016-05-20 2016-05-20 Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6571588B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020008735A1 (en) * 2018-07-04 2020-01-09 株式会社エスイー Power generation system using hydrogen, and hydrogen generator
JP2021030136A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas refining apparatus and control method for the same, and hydrogen production apparatus
JP2021030134A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas purification apparatus, control method for the same, and hydrogen production apparatus
JP2021030135A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas purification apparatus, control method for the same, and hydrogen production apparatus
CN114752719A (en) * 2022-04-26 2022-07-15 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 Pretreatment process based on hydrogen-rich metallurgical gas

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009154079A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Honda Motor Co Ltd Stopping method of gas production apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009154079A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Honda Motor Co Ltd Stopping method of gas production apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020008735A1 (en) * 2018-07-04 2020-01-09 株式会社エスイー Power generation system using hydrogen, and hydrogen generator
JP2020007173A (en) * 2018-07-04 2020-01-16 株式会社エスイー Power generation system using hydrogen and hydrogen generator
JP2021030136A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas refining apparatus and control method for the same, and hydrogen production apparatus
JP2021030134A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas purification apparatus, control method for the same, and hydrogen production apparatus
JP2021030135A (en) * 2019-08-21 2021-03-01 東京瓦斯株式会社 Gas purification apparatus, control method for the same, and hydrogen production apparatus
CN114752719A (en) * 2022-04-26 2022-07-15 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 Pretreatment process based on hydrogen-rich metallurgical gas
CN114752719B (en) * 2022-04-26 2023-07-07 酒泉钢铁(集团)有限责任公司 Pretreatment process based on hydrogen-rich metallurgical gas

Also Published As

Publication number Publication date
JP6571588B2 (en) 2019-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6571588B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus
TWI521056B (en) Methane recovery method and methane recovery unit
JP6523134B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus
JP6305868B2 (en) Hydrogen gas purification method and purification apparatus
JPWO2008056579A1 (en) Method and apparatus for separating hydrogen gas
JP2012051753A (en) Method and apparatus for purifying gas
JPWO2008047828A1 (en) Method and apparatus for separating hydrogen gas
JP6667382B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production device
JP2006342014A (en) Method for producing high purity hydrogen
JP2011167629A (en) Method and apparatus for separating hydrogen gas
AU2016420899A1 (en) Method for recovering hydrogen from biomass pyrolysis gas
JP2013124193A (en) Method and apparatus for purifying helium gas
JP6667362B2 (en) Hydrogen gas production method
JP5748272B2 (en) Helium gas purification method and purification apparatus
JP2008063152A (en) Psa apparatus for producing high purity hydrogen gas
JP2019048731A (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus
JP5457854B2 (en) Production method of high purity hydrogen
JP6619687B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus
KR101909291B1 (en) Purifying method and purifying apparatus for argon gas
JP6640660B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production device
JP6585545B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus
JP6646526B2 (en) Hydrogen gas production method and hydrogen gas production device
JP5357465B2 (en) High purity hydrogen production method
WO2022099350A1 (en) A process and plant for producing ultrahigh-purity hydrogen from low-grade hydrogen gas
JP6058472B2 (en) Method of using hydrogen production apparatus and hydrogen production apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181203

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190718

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190730

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190808

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6571588

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150