JP2019119651A - Hydrogen production control system, method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素製造制御装置、水素製造制御方法、及び水素製造制御プログラムに関するものである。詳しくは、水素製造装置の各構成への改質ガスの流入を制御するための水素製造制御装置、水素製造制御方法、及び水素製造制御プログラムに関する。 The present invention relates to a hydrogen production control device, a hydrogen production control method, and a hydrogen production control program. Specifically, the present invention relates to a hydrogen production control device, a hydrogen production control method, and a hydrogen production control program for controlling the inflow of a reformed gas to each component of a hydrogen production device.
従来、水素を得るための水素製造装置として、原料炭化水素を水蒸気改質装置で改質ガスに改質した後、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置へ供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の水素製造装置では、水蒸気改質器を出た改質ガスは、冷却器で冷却された後、ＣＯ変成器に送られ、ＣＯ変成器を出た変成ガスは、冷却され、ドラムなどの脱水機で水分を除去された後、公知の吸着剤を充填したＰＳＡ装置に供給される。 Conventionally, as a hydrogen production apparatus for obtaining hydrogen, one that reforms raw material hydrocarbons into a reformed gas with a steam reforming apparatus and supplies it to a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus is known (for example, a patent) Reference 1). In the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, after the reformed gas leaving the steam reformer is cooled by the cooler, it is sent to the CO converter, and the reformed gas leaving the CO converter is cooled, and the drum is After dewatering with a dehydrator such as, etc., it is supplied to a known PSA-packed PSA unit.
ＰＳＡ装置に供給される改質ガスが、ＰＳＡ装置の定格の水素濃度を満たさない場合、すなわち、水素以外の不純物が多過ぎる場合、ＰＳＡ装置において、改質ガスに含まれる不純物を十分に吸着することができず、十分な濃度の水素を精製できない可能性があると共に、ＰＳＡ装置へ過度な負荷がかかるおそれがある。 If the reformed gas supplied to the PSA unit does not satisfy the rated hydrogen concentration of the PSA unit, that is, if there are too many impurities other than hydrogen, the PSA unit sufficiently adsorbs the impurities contained in the reformed gas In addition to the possibility of purifying hydrogen at a sufficient concentration, the PSA apparatus may be overloaded.
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、改質ガスが適切な状態で水素精製器へ流入するように制御することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned facts, and it is an object of the present invention to control a reformed gas to flow into a hydrogen purifier in an appropriate state.
上記目的を達成するために、本発明に係る水素製造制御装置は、改質器から送出される改質ガスが、前記改質器の下流側に設けられた水素精製器における定格の状態を満たすか否かを判定する判定部と、前記判定部により、前記改質ガスが前記定格の状態を満たすと判定された場合に、前記改質器から送出される改質ガスが、前記水素精製器側へ流入するように制御する制御部と、を含んで構成される。 In order to achieve the above object, in a hydrogen production control device according to the present invention, a reformed gas delivered from a reformer satisfies a rated state in a hydrogen purifier provided downstream of the reformer. If the reformed gas is determined to satisfy the rated condition by the judging unit that judges whether the hydrogen gas is discharged or not, the reformed gas delivered from the reformer is the hydrogen purifier. And a control unit that controls to flow into the side.
本発明に係る水素製造制御装置によれば、判定部が、改質器から送出される改質ガスが、改質器の下流側に設けられた水素精製器における定格の状態を満たすか否かを判定し、制御部が、判定部により、改質ガスが定格の状態を満たすと判定された場合に、改質器から送出される改質ガスが、水素精製器側へ流入するように制御する。これにより、改質ガスが適切な状態で水素精製器へ流入するように制御することができる。 According to the hydrogen production control device according to the present invention, the determination unit determines whether the reformed gas delivered from the reformer satisfies the rated condition in the hydrogen purifier provided on the downstream side of the reformer. If the control unit determines that the reformed gas satisfies the rated condition, the control unit controls the reformed gas delivered from the reformer to flow into the hydrogen purifier side. Do. Thereby, the reformed gas can be controlled to flow into the hydrogen purifier in an appropriate state.
また、本発明に係る水素製造制御装置の前記判定部は、前記改質器内の温度が、予め定めた温度範囲の場合に、前記改質ガスが、前記定格の状態を満たすと判定することができる。また、前記判定部は、前記改質器から送出された改質ガスを計測して得られる流量、及び前記改質器内の温度から推定される水素濃度、又は前記改質器から送出された改質ガスの組成を分析して得られる水素濃度が、予め定めた所定濃度以上の場合に、前記改質ガスが、前記定格の状態を満たすと判定してもよい。これにより、不純物を多く含む改質ガスが水素精製器に流入することを防止することができる。 Further, the determination unit of the hydrogen production control device according to the present invention determines that the reformed gas satisfies the state of the rating when the temperature in the reformer is in a predetermined temperature range. Can. In addition, the determination unit may measure the flow rate obtained by measuring the reformed gas delivered from the reformer, and the hydrogen concentration estimated from the temperature in the reformer, or may be delivered from the reformer. When the hydrogen concentration obtained by analyzing the composition of the reformed gas is equal to or higher than a predetermined predetermined concentration, it may be determined that the reformed gas satisfies the state of the rating. This can prevent the reformed gas containing a large amount of impurities from flowing into the hydrogen purifier.
また、本発明に係る水素製造制御装置の前記制御部は、前記改質器と後段の構成とを接続する流路に設けられたバルブの開閉を制御することにより、前記改質器から送出される改質ガスの前記水素精製器側への流入を制御することができる。これにより、水素製造装置に複雑な構成を追加することなく、改質ガスの流れを制御することができる。 Further, the control unit of the hydrogen production control device according to the present invention is sent from the reformer by controlling the opening and closing of a valve provided in a flow path connecting the reformer and the configuration of the latter stage. The flow of reformed gas into the hydrogen purifier side can be controlled. Thereby, the flow of the reformed gas can be controlled without adding a complicated configuration to the hydrogen production apparatus.
また、本発明に係る水素製造制御装置の前記制御部は、前記判定部により、前記改質ガスが前記定格の状態を満たさないと判定された場合、前記改質器から送出された改質ガスを排出するか、又は、前記改質器を駆動するための燃料として前記改質器に戻すように制御する。これにより、定格の状態を満たさない改質ガスが後段の構成へ流入することを防止することができると共に、改質ガスを改質器に戻す場合には、省エネルギーの効果もある。 In the hydrogen production control device according to the present invention, when the determination unit determines that the reformed gas does not satisfy the rated state, the control unit of the hydrogen production controller according to the present invention, the reformed gas delivered from the reformer Are controlled to be discharged to the reformer as fuel for driving the reformer. As a result, it is possible to prevent the reformed gas which does not satisfy the rated condition from flowing into the configuration of the latter stage, and there is also an energy saving effect when returning the reformed gas to the reformer.
また、本発明に係る水素製造制御装置の前記制御部は、前記改質器から送出される改質ガスが、前記水素精製器側へ流入するように制御する場合、前記水素精製器へ流入する改質ガスの圧力が定格以上となるように制御することができる。これにより、水素精製器が十分に機能しないような低い圧力の改質ガスが水素精製器に流入することを防止することができる。 Further, the control unit of the hydrogen production control device according to the present invention flows into the hydrogen purifier when the reformed gas delivered from the reformer is controlled to flow into the hydrogen purifier side. The pressure of the reformed gas can be controlled to be equal to or higher than the rating. Thereby, it is possible to prevent the reformed gas at a low pressure that the hydrogen purifier does not function sufficiently from flowing into the hydrogen purifier.
また、本発明に係る水素製造制御方法は、コンピュータが、改質器から送出される改質ガスが、前記改質器の下流側に設けられた水素精製器における定格の状態を満たすか否かを判定し、前記改質ガスが、前記定格の状態を満たすと判定された場合に、前記改質器から送出される改質ガスが、前記水素精製器側へ流入するように制御することを含む処理を実行する方法である。 Further, in the hydrogen production control method according to the present invention, whether or not the computer satisfies the condition of the rating in the hydrogen purifier provided downstream of the reformer whether the reformed gas delivered from the reformer is It is determined that the reformed gas delivered from the reformer flows into the hydrogen purifier when it is determined that the reformed gas satisfies the rated condition. It is a method of executing the process including.
また、本発明に係る水素製造制御プログラムは、コンピュータを、上記の水素製造制御装置の各部として機能させるためのプログラムである。 Further, a hydrogen production control program according to the present invention is a program for causing a computer to function as each part of the above-described hydrogen production control device.
本発明の水素製造制御装置、方法、及びプログラムによれば、改質器から送出される改質ガスが、改質器の下流側に設けられた水素精製器における定格の状態を満たす場合に、改質器から送出される改質ガスが、水素精製器側へ流入するように制御されるため、改質ガスが適切な状態で水素精製器へ流入するように制御することができる。 According to the hydrogen production control device, method, and program of the present invention, when the reformed gas delivered from the reformer meets the rated condition in the hydrogen purifier provided downstream of the reformer, Since the reformed gas delivered from the reformer is controlled to flow into the hydrogen purifier side, the reformed gas can be controlled to flow into the hydrogen purifier in an appropriate state.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る水素製造制御装置の一例について詳細に説明する。 Hereinafter, an example of a hydrogen production control device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に示すように、本実施形態に係る水素製造制御装置１０は、水素製造装置２０の各部と信号線２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅで接続されており、水素製造装置２０における改質ガスの流れを制御する。 As shown in FIG. 1, the hydrogen production control device 10 according to the present embodiment is connected to each part of the hydrogen production device 20 by signal lines 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, and reforming in the hydrogen production device 20 Control the flow of gas.
水素製造装置２０は、図１に概略的に示すように、改質器２４と、昇圧前水分離部２６と、圧縮機２８と、昇圧後水分離部３０と、バッファボリューム３２と、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置３４とを備える。ＰＳＡ装置３４は、本発明の水素精製器の一例である。水素製造装置２０は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。なお、図１では、水素製造装置２０の構成として、本実施形態に係る水素製造制御装置１０による改質ガスの流れの制御を説明するために必要な構成を概略的に示しており、水素製造装置２０は、他の構成を含んでいてもよい。 The hydrogen production apparatus 20, as schematically shown in FIG. 1, includes a reformer 24, a pre-pressurized water separation unit 26, a compressor 28, a post-pressurized water separation unit 30, a buffer volume 32, and a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus 34. The PSA apparatus 34 is an example of the hydrogen purifier of the present invention. The hydrogen production apparatus 20 produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and in the present embodiment, a case where a city gas mainly composed of methane is used as an example of the hydrocarbon raw material will be described. In addition, in FIG. 1, the structure required in order to demonstrate control of the flow of the reformed gas by the hydrogen production control apparatus 10 which concerns on this embodiment as a structure of the hydrogen production apparatus 20 is schematically shown, Device 20 may include other configurations.
改質器２４は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスＧ１を生成する改質触媒層とを備える。改質ガスＧ１には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。また、改質器２４は、改質ガスＧ１に含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素とに変換された改質ガスＧ２を生成するＣＯ変成触媒層を備える。改質ガスＧ２では、改質ガスＧ１に比べ、一酸化炭素が低減される。 The reformer 24 heats while mixing the city gas supplied as a raw material with water for reforming and generates a mixed gas, and a main stream from the mixed gas is generated by a steam reforming reaction. And a reforming catalyst layer that generates the reformed gas G1. The reformed gas G1 contains hydrogen, carbon monoxide, water vapor, and methane. In addition, the reformer 24 includes a CO shift catalyst layer that generates a reformed gas G2 converted from hydrogen and carbon dioxide by the reaction of carbon monoxide and steam contained in the reformed gas G1. In the reformed gas G2, carbon monoxide is reduced as compared to the reformed gas G1.
改質器２４は、流路管３６を介して、昇圧前水分離部２６と接続されており、改質器２４で生成された改質ガスＧ２は、昇圧前水分離部２６へ流入する。 The reformer 24 is connected to the pre-pressurization water separation unit 26 via the flow path pipe 36, and the reformed gas G2 generated by the reformer 24 flows into the pre-pressurization water separation unit 26.
昇圧前水分離部２６は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧前水分離部２６の気体室に流入した改質ガスＧ２は、液体室の図示しない冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、水が凝縮されて分離される。昇圧前水分離部２６は、流路管３８を介して、圧縮機２８と接続されており、昇圧前水分離部２６で、改質ガスＧ２から水が分離した改質ガスＧ３は、圧縮機２８へ流入する。 The upper part of the pre-pressurized water separation unit 26 is a gas chamber, and the lower part is a liquid chamber. The reformed gas G2 that has flowed into the gas chamber of the pre-pressurized water separation unit 26 is cooled by heat exchange with cooling water in a cooling pipe (not shown) of the liquid chamber, and the water is condensed and separated. The pre-pressurization water separation unit 26 is connected to the compressor 28 via the flow path pipe 38, and the reformed gas G3 in which water is separated from the reformed gas G2 in the pre-pressurization water separation unit 26 is a compressor It flows to 28.
圧縮機２８は、昇圧前水分離部２６から供給された大気圧の改質ガスＧ３をポンプで圧縮する。圧縮機２８は、流路管４０を介して、昇圧後水分離部３０と接続されており、圧縮機２８で圧縮された改質ガスＧ４は、昇圧後水分離部３０へ流入する。 The compressor 28 compresses the reformed gas G3 at atmospheric pressure supplied from the pre-pressurized water separation unit 26 with a pump. The compressor 28 is connected to the post-pressurization water separation unit 30 via the flow path pipe 40, and the reformed gas G4 compressed by the compressor 28 flows into the post-pressurization water separation unit 30.
昇圧後水分離部３０は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧後水分離部３０の気体室に流入した改質ガスＧ４は、液体室の図示しない冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、水が凝縮されて分離される。昇圧後水分離部３０は、流路管４２を介して、バッファボリューム３２と接続されており、昇圧後水分離部３０で、改質ガスＧ４から水が分離した改質ガスＧ５は、バッファボリューム３２へ流入する。 The upper part of the post-pressurized water separation unit 30 is a gas chamber, and the lower part is a liquid chamber. The reformed gas G4 that has flowed into the gas chamber of the water separation unit 30 after pressure increase is cooled by heat exchange with cooling water in a cooling pipe (not shown) of the liquid chamber, and the water is condensed and separated. The post-pressurization water separation unit 30 is connected to the buffer volume 32 through the flow path pipe 42, and the post-pressurization water separation unit 30 converts the reformed gas G5 from the reformed gas G4 into a buffer volume. It flows to 32.
バッファボリューム３２は、昇圧後水分離部３０から供給される改質ガスＧ５を蓄積する。バッファボリューム３２は、流路管４４を介して、ＰＳＡ装置３４と接続されており、バッファボリューム３２で一旦蓄積された改質ガスＧ５は、ＰＳＡ装置３４へ流入する。 The buffer volume 32 accumulates the reformed gas G5 supplied from the post-pressurization water separation unit 30. The buffer volume 32 is connected to the PSA device 34 via the flow path pipe 44, and the reformed gas G5 temporarily accumulated in the buffer volume 32 flows into the PSA device 34.
ＰＳＡ装置３４は、吸着剤のガスに対する吸着特性の違いを利用して、改質ガスＧ５を水素と不純物とに分離することで、水素を精製する。 The PSA unit 34 purifies hydrogen by separating the reformed gas G5 into hydrogen and impurities using the difference in the adsorption characteristics of the adsorbent with respect to the gas.
また、改質器２４内には温度計４６が設けられる。温度計４６は、例えば、改質器２４内の改質触媒層内部に設けられ、改質触媒層内部の温度を測定する。温度計４６は、信号線２２Ａを介して、水素製造制御装置１０と接続されている。 Further, a thermometer 46 is provided in the reformer 24. The thermometer 46 is provided, for example, inside the reforming catalyst layer in the reformer 24, and measures the temperature inside the reforming catalyst layer. The thermometer 46 is connected to the hydrogen production controller 10 via the signal line 22A.
また、バッファボリューム３２には、圧力計４８が設けられる。圧力計４８は、バッファボリューム３２内の圧力を測定する。圧力計４８は、信号線２２Ｄを介して、水素製造制御装置１０と接続されている。 Further, a pressure gauge 48 is provided in the buffer volume 32. The pressure gauge 48 measures the pressure in the buffer volume 32. The pressure gauge 48 is connected to the hydrogen production controller 10 via a signal line 22D.
また、昇圧前水分離部２６と圧縮機２８との間の流路管３８からは、排ガス管５０が分離している。排ガス管５０には、第１バルブ５２が設けられている。また、流路管３８には、第２バルブ５４が設けられている。また、バッファボリューム３２とＰＳＡ装置３４との間の流路管４４には、第３バルブ５６が設けられている。第１バルブ５２は、信号線２２Ｂを介して、水素製造制御装置１０と接続され、第２バルブ５４は、信号線２２Ｃを介して、水素製造制御装置１０と接続され、第３バルブ５６は、信号線２２Ｅを介して、水素製造制御装置１０と接続されている。 Further, an exhaust gas pipe 50 is separated from the flow path pipe 38 between the pre-pressurized water separation unit 26 and the compressor 28. The exhaust gas pipe 50 is provided with a first valve 52. In addition, the flow path pipe 38 is provided with a second valve 54. Further, a third valve 56 is provided in the flow path pipe 44 between the buffer volume 32 and the PSA device 34. The first valve 52 is connected to the hydrogen production controller 10 via the signal line 22B, the second valve 54 is connected to the hydrogen production controller 10 via the signal line 22C, and the third valve 56 is It is connected to the hydrogen production controller 10 via the signal line 22E.
第１バルブ５２、第２バルブ５４、及び第３バルブ５６の各々は、バルブを開閉するための駆動機構を備える。水素製造制御装置１０からの制御信号に基づいて、駆動機構が駆動制御され、各バルブの開閉が制御される。 Each of the 1st valve 52, the 2nd valve 54, and the 3rd valve 56 is provided with the drive mechanism for opening and closing a valve. The drive mechanism is driven and controlled based on the control signal from the hydrogen production controller 10 to control the opening and closing of each valve.
水素製造制御装置１０は、機能的には、図２に示すように、判定部１２と、制御部１４とを含んだ構成で表すことができる。 The hydrogen production control device 10 can be functionally represented by a configuration including the determination unit 12 and the control unit 14 as shown in FIG.
判定部１２は、温度計４６で測定された改質器２４内部の温度を取得し、取得した温度に基づいて、改質器２４から下流側の構成へ向けて流れる改質ガスＧ２が、ＰＳＡ装置３４における定格の状態を満たすか否かを判定する。 The determination unit 12 acquires the temperature inside the reformer 24 measured by the thermometer 46, and based on the acquired temperature, the reformed gas G2 flowing from the reformer 24 toward the configuration on the downstream side is PSA It is determined whether the rated condition in the device 34 is satisfied.
ＰＳＡ装置３４における定格の状態とは、例えば、ＰＳＡ装置３４に流入する改質ガスに含まれる水素の濃度が所定値以上の状態である。ＰＳＡ装置３４に流入する改質ガスに水素以外の不純物が多く含まれる場合には、吸着剤で不純物を十分に吸着することができず、精製される水素の濃度が定格の濃度を満たさないものとなる可能性があると共に、ＰＳＡ装置３４へ過度な負荷がかかるおそれがある。 The rated state in the PSA device 34 is, for example, a state in which the concentration of hydrogen contained in the reformed gas flowing into the PSA device 34 is equal to or higher than a predetermined value. When the reformed gas flowing into the PSA unit 34 contains a large amount of impurities other than hydrogen, the adsorbent can not sufficiently adsorb the impurities and the concentration of hydrogen to be purified does not satisfy the rated concentration And the PSA apparatus 34 may be overloaded.
また、水素製造装置２０の起動直後などでは、改質器２４の温度が十分に上昇しておらず、改質ガス生成のための反応が十分に進んでいない場合がある。そのような状態で生成された改質ガスは、水素以外の不純物を多く含むものとなっている。 Further, immediately after the start of the hydrogen production apparatus 20 or the like, the temperature of the reformer 24 may not rise sufficiently, and the reaction for generating the reformed gas may not proceed sufficiently. The reformed gas generated in such a state contains a large amount of impurities other than hydrogen.
そこで、ＰＳＡ装置３４に流入する改質ガスに含まれる水素の濃度として、ＰＳＡ装置３４が十分に機能する値を、定格の状態を示す所定値（例えば、改質ガスに含まれる水素の割合が７０％以上）として定めておく。また、事前の実験などにより、改質器２４から送出される改質ガスが、定格の状態を満たすときの改質器２４内の温度の範囲を特定して、閾値（例えば、６００℃以上）として設定しておく。 Therefore, as the concentration of hydrogen contained in the reformed gas flowing into the PSA apparatus 34, a value at which the PSA apparatus 34 functions sufficiently is a predetermined value indicating a rated state (for example, the ratio of hydrogen contained in the reformed gas is 70% or more). Also, the threshold (for example, 600 ° C. or more) is specified by specifying the range of the temperature in the reformer 24 when the reformed gas delivered from the reformer 24 satisfies the rated state by a preliminary experiment or the like. Set as.
判定部１２は、温度計４６から取得した温度が閾値の温度範囲に含まれる場合には、改質器２４から送出される改質ガスＧ２が、ＰＳＡ装置３４における定格の状態を満たすと判定する。一方、判定部１２は、温度計４６から取得した温度が閾値の温度範囲外の場合には、改質器２４から送出される改質ガスＧ２が、ＰＳＡ装置３４における定格の状態を満たさないと判定する。判定部１２は、判定結果を制御部１４に通知する。 If the temperature acquired from the thermometer 46 falls within the threshold temperature range, the determination unit 12 determines that the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 satisfies the rated state in the PSA device 34. . On the other hand, when the temperature acquired from the thermometer 46 is out of the threshold temperature range, the determination unit 12 determines that the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 does not satisfy the rated state in the PSA device 34. judge. The determination unit 12 notifies the control unit 14 of the determination result.
また、判定部１２は、圧力計４８で測定されたバッファボリューム３２内の圧力を取得し、取得した圧力が、ＰＳＡ装置３４へ流入する改質ガスの圧力の定格以上か否かを判定する。ＰＳＡ装置３４へ流入した改質ガスの圧力が低い場合、吸着剤への不純物の吸着が十分に行われない場合がある。 Further, the determination unit 12 acquires the pressure in the buffer volume 32 measured by the pressure gauge 48, and determines whether the acquired pressure is equal to or higher than the rating of the pressure of the reformed gas flowing into the PSA device 34. When the pressure of the reformed gas flowing into the PSA unit 34 is low, adsorption of impurities to the adsorbent may not be sufficiently performed.
そこで、判定部１２は、ＰＳＡ装置３４において、不純物が吸着剤に吸着するために十分な改質ガスの圧力を予め閾値として設定しておき、上述のように、この閾値と、圧力計４８から取得した圧力とを比較して、バッファボリューム３２内の圧力が閾値以上か否かを判定する。判定部１２は、判定結果を制御部１４に通知する。 Therefore, in the PSA unit 34, the determination unit 12 sets in advance the pressure of the reformed gas sufficient for the adsorption of impurities to the adsorbent as a threshold, and as described above, from this threshold and the pressure gauge 48 It is determined whether the pressure in the buffer volume 32 is equal to or higher than a threshold value by comparing with the acquired pressure. The determination unit 12 notifies the control unit 14 of the determination result.
制御部１４は、改質器２４から送出された改質ガスＧ２がＰＳＡ装置３４へ流入しない状態で水素製造装置２０を起動するための制御信号を、水素製造装置の各部に送信する。具体的には、制御部１４は、第１バルブ５２を開くための制御信号を第１バルブ５２へ送信し、第２バルブ５４を閉じるための制御信号を第２バルブ５４へ送信し、第３バルブ５６を閉じるための制御信号を第３バルブ５６へ送信した後、水素製造装置２０を起動させる。これにより、制御部１４は、水素製造装置２０の起動直後に、改質器２４から送出された改質ガスＧ２が後段の構成側へ流入しないように制御する。 The control unit 14 transmits a control signal for starting up the hydrogen production apparatus 20 to each part of the hydrogen production apparatus in a state where the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 does not flow into the PSA apparatus 34. Specifically, the control unit 14 transmits a control signal for opening the first valve 52 to the first valve 52, and transmits a control signal for closing the second valve 54 to the second valve 54, After transmitting a control signal for closing the valve 56 to the third valve 56, the hydrogen generator 20 is activated. Thus, the control unit 14 controls the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 not to flow into the configuration at the subsequent stage immediately after the start of the hydrogen producing apparatus 20.
また、制御部１４は、判定部１２から通知された改質器２４の温度についての判定結果が、定格の状態を満たさないことを示すものである間は、各バルブの開閉を制御することなく、改質器２４から送出された改質ガスＧ２が後段の構成側へ流入しない状態を維持する。これにより、改質器２４から送出された改質ガスＧ２は、昇圧前水分離部２６を経て改質ガスＧ３となった後、排ガス管５０から排出される。したがって、不純物が多く含まれる改質ガスＧ５がＰＳＡ装置３４へ流入することを防ぐことができる。 Further, while the control unit 14 indicates that the determination result about the temperature of the reformer 24 notified from the determination unit 12 indicates that the rated state is not satisfied, the control unit 14 does not control the opening and closing of each valve. The reformed gas G2 delivered from the reformer 24 is maintained in the state where it does not flow into the configuration side of the latter stage. As a result, the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 passes through the pre-pressurized water separation unit 26, becomes the reformed gas G3, and is then discharged from the exhaust gas pipe 50. Therefore, it is possible to prevent the reformed gas G5 containing a large amount of impurities from flowing into the PSA device 34.
一方、制御部１４は、判定部１２から、改質器２４の温度が定格の状態を満たすことを示す判定結果が通知された場合、改質器２４から送出された改質ガスＧ２が後段の構成側へ流入するように制御する。具体的には、制御部１４は、第２バルブ５４を開くための制御信号を第２バルブ５４へ送信した後、第１バルブ５２を閉じるための制御信号を第１バルブ５２へ送信する。これにより、改質器２４から送出された改質ガスＧ２は、昇圧前水分離部２６を経て改質ガスＧ３となり、流路管３８から圧縮機２８へ流入する。この段階では、第３バルブ５６が閉じた状態であるため、改質ガスＧ５はＰＳＡ装置３４へ流入しない。 On the other hand, when the control unit 14 is notified of the determination result indicating that the temperature of the reformer 24 satisfies the rated state from the determination unit 12, the reformed gas G2 sent out from the reformer 24 is in the latter stage. Control to flow into the component side. Specifically, after transmitting a control signal for opening the second valve 54 to the second valve 54, the control unit 14 transmits a control signal for closing the first valve 52 to the first valve 52. As a result, the reformed gas G2 delivered from the reformer 24 passes through the pre-pressurized water separation unit 26, becomes the reformed gas G3, and flows from the flow path pipe 38 into the compressor 28. At this stage, since the third valve 56 is closed, the reformed gas G5 does not flow into the PSA device 34.
さらに、制御部１４は、判定部１２から通知されたバッファボリューム３２の圧力についての判定結果が、定格の圧力未満であることを示すものである間は、第３バルブ５６の開閉を制御することなく、昇圧後水分離部３０から送出された改質ガスＧ５がＰＳＡ装置３４へ流入しない状態を維持する。これにより、昇圧後水分離部３０から送出された改質ガスＧ５は、バッファボリューム３２に蓄積される。したがって、低い圧力の改質ガスＧ５がＰＳＡ装置３４へ流入することを防ぐことができる。 Furthermore, the control unit 14 controls the opening and closing of the third valve 56 while the determination result of the pressure of the buffer volume 32 notified from the determination unit 12 indicates that the pressure is less than the rated pressure. Instead, the state in which the reformed gas G5 delivered from the water separation unit 30 after pressure increase does not flow into the PSA device 34 is maintained. As a result, the reformed gas G5 delivered from the post-pressurization water separation unit 30 is accumulated in the buffer volume 32. Therefore, the low pressure reformed gas G5 can be prevented from flowing into the PSA apparatus 34.
一方、制御部１４は、判定部１２から、バッファボリューム３２の圧力が定格以上であることを示す判定結果が通知された場合、バッファボリューム３２からＰＳＡ装置３４へ改質ガスＧ５が流入するように制御する。具体的には、制御部１４は、第３バルブ５６を開くための制御信号を第３バルブ５６へ送信する。これにより、水素濃度及び圧力がＰＳＡ装置３４の定格を満たす改質ガスＧ５がＰＳＡ装置３４へ流入することになる。 On the other hand, when the control unit 14 is notified of the determination result indicating that the pressure of the buffer volume 32 is equal to or higher than the rating from the determination unit 12, the reformed gas G5 flows from the buffer volume 32 into the PSA device 34. Control. Specifically, the control unit 14 transmits a control signal for opening the third valve 56 to the third valve 56. As a result, the reformed gas G5 whose hydrogen concentration and pressure satisfy the rating of the PSA unit 34 flows into the PSA unit 34.
水素製造制御装置１０は、図３に示すようなコンピュータ６０で実現することができる。コンピュータ６０は、ＣＰＵ６２と、水素製造制御処理を実行するためのプログラムが記憶されたＲＯＭ６４と、一時記憶領域としてのＲＡＭ６６と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）６８とを含む。入出力Ｉ／Ｆ６８には、信号線２２Ａ〜２２Ｅを介して、温度計４６、圧力計４８、第１バルブ５２、第２バルブ５４、及び第３バルブ５６が接続される。 The hydrogen production control device 10 can be realized by a computer 60 as shown in FIG. The computer 60 includes a CPU 62, a ROM 64 storing a program for executing hydrogen production control processing, a RAM 66 as a temporary storage area, and an input / output interface (I / F) 68. The thermometer 46, the pressure gauge 48, the first valve 52, the second valve 54, and the third valve 56 are connected to the input / output I / F 68 via the signal lines 22A to 22E.
次に、本実施形態に係る水素製造制御装置１０の作用について説明する。水素製造装置２０の起動が指示されると、水素製造制御装置１０において、図４に示す水素製造制御処理が実行される。なお、水素製造制御処理は、本発明の水素製造制御方法の一例である。 Next, the operation of the hydrogen production controller 10 according to the present embodiment will be described. When the start of the hydrogen production apparatus 20 is instructed, the hydrogen production control process shown in FIG. The hydrogen production control process is an example of the hydrogen production control method of the present invention.
ステップＳ１２で、制御部１４が、第１バルブ５２を開くための制御信号を第１バルブ５２へ送信し、第２バルブ５４を閉じるための制御信号を第２バルブ５４へ送信し、第３バルブ５６を閉じるための制御信号を第３バルブ５６へ送信した後、水素製造装置２０を起動させる。 In step S12, the control unit 14 transmits a control signal for opening the first valve 52 to the first valve 52, and transmits a control signal for closing the second valve 54 to the second valve 54, and the third valve After transmitting a control signal for closing the valve 56 to the third valve 56, the hydrogen generator 20 is activated.
次に、ステップＳ１４で、判定部１２が、温度計４６で測定された改質器２４内の温度を取得する。 Next, in step S14, the determination unit 12 acquires the temperature in the reformer 24 measured by the thermometer 46.
次に、ステップＳ１６で、判定部１２が、取得した改質器２４内の温度が、ＰＳＡ装置３４の定格の状態を満たす温度として予め定めた閾値の温度範囲内か否かを判定する。取得した温度が閾値の温度範囲内の場合には、判定部１２が、改質器２４内の温度が定格の状態を満たすことを示す判定結果を制御部１４に通知し、ステップＳ１８へ移行する。一方、取得した温度が閾値の温度範囲外の場合には、ステップＳ１４に戻る。 Next, in step S16, the determination unit 12 determines whether or not the acquired temperature in the reformer 24 is within a temperature range of a predetermined threshold as a temperature satisfying the rated state of the PSA device 34. If the acquired temperature is within the threshold temperature range, the determination unit 12 notifies the control unit 14 of the determination result indicating that the temperature in the reformer 24 satisfies the rated state, and the process proceeds to step S18. . On the other hand, if the acquired temperature is out of the threshold temperature range, the process returns to step S14.
ステップＳ１８では、制御部１４が、第２バルブ５４を開くための制御信号を第２バルブ５４へ送信し、次のステップＳ２０で、制御部１４が、第１バルブ５２を閉じるための制御信号を第１バルブ５２へ送信する。 In step S18, the control unit 14 transmits a control signal for opening the second valve 54 to the second valve 54, and in the next step S20, the control unit 14 controls a control signal for closing the first valve 52. Transmit to the first valve 52.
次に、ステップＳ２２で、判定部１２が、圧力計４８で測定されたバッファボリューム３２内の圧力を取得する。 Next, in step S22, the determination unit 12 acquires the pressure in the buffer volume 32 measured by the pressure gauge 48.
次に、ステップＳ２４で、判定部１２が、取得した圧力が、ＰＳＡ装置３４の定格の圧力として予め定めた閾値以上か否かを判定する。取得した圧力が閾値以上の場合には、判定部１２が、バッファボリューム３２内の圧力が定格以上であることを示す判定結果を制御部１４に通知し、ステップＳ２６へ移行する。一方、取得した圧力が閾値未満の場合には、ステップＳ２２に戻る。 Next, in step S24, the determination unit 12 determines whether the acquired pressure is equal to or higher than a predetermined threshold value as the rated pressure of the PSA apparatus 34. If the acquired pressure is equal to or higher than the threshold value, the determination unit 12 notifies the control unit 14 of a determination result indicating that the pressure in the buffer volume 32 is equal to or higher than the rating, and the process proceeds to step S26. On the other hand, when the acquired pressure is less than the threshold value, the process returns to step S22.
ステップＳ２６では、制御部１４が、第３バルブ５６を開くための制御信号を第３バルブ５６へ送信し、水素製造制御処理は終了する。 In step S26, the control unit 14 transmits a control signal for opening the third valve 56 to the third valve 56, and the hydrogen production control process ends.
以上説明したように、本実施形態に係る水素製造制御装置は、改質器内の温度が、ＰＳＡ装置における定格の状態を満たす温度範囲の場合に、改質器から送出される改質ガスがＰＳＡ装置側へ流入するように制御する。これにより、改質ガスが適切な状態でＰＳＡ装置へ流入するように制御することができる。 As described above, in the hydrogen production control device according to the present embodiment, when the temperature in the reformer is a temperature range satisfying the rated state in the PSA device, the reformed gas delivered from the reformer is Control to flow into the PSA device side. Thereby, the reformed gas can be controlled to flow into the PSA apparatus in an appropriate state.
なお、上記の水素製造制御処理では、水素製造装置２０の起動時の処理として説明したが、これに限定されない。温度計４６の測定値を常時監視し、改質器２４から送出された改質ガスがＰＳＡ装置３４側へ流入するように制御されている状態において、判定部１２により、改質器２４内の温度が定格の状態を満たさないと判定された際に、改質器２４から送出された改質ガスがＰＳＡ装置３４側へ流入しないように制御してもよい。これにより、改質器２４の異常などにより、不純物を多く含む改質ガスが改質器２４から送出されてしまった場合などにも、不適切な状態の改質ガスがＰＳＡ装置へ流入することを防止することができる。 In addition, although said hydrogen production control processing was demonstrated as a process at the time of starting of the hydrogen production apparatus 20, it is not limited to this. Under the condition that the measured value of the thermometer 46 is constantly monitored and the reformed gas delivered from the reformer 24 is controlled to flow into the PSA apparatus 34 side, the judgment unit 12 causes the reformer 24 to When it is determined that the temperature does not satisfy the rated condition, the reformed gas delivered from the reformer 24 may be controlled not to flow into the PSA apparatus 34 side. As a result, even when a reformed gas containing a large amount of impurities is delivered from the reformer 24 due to an abnormality in the reformer 24, etc., the reformed gas in an inappropriate state flows into the PSA apparatus. Can be prevented.
同様に、圧力計４８の測定値を常時監視し、バッファボリューム３２からＰＳＡ装置３４へ改質ガスが流入している状態で、判定部１２により、バッファボリューム３２の圧力が閾値以下になったことが判定された際に、バッファボリューム３２からＰＳＡ装置３４へ改質ガスが流入しないように制御してもよい。これにより、改質器２４からバッファボリューム３２に至る改質ガスの流路のいずれかの箇所において異常が生じた場合にも、圧力の低い改質ガスがＰＳＡ装置３４に流入することを防止することができる。 Similarly, in a state where the measured value of the pressure gauge 48 is constantly monitored, and the reformed gas is flowing from the buffer volume 32 to the PSA device 34, the pressure of the buffer volume 32 becomes equal to or less than the threshold value by the determination unit 12 When it is determined, the reformed gas may be controlled not to flow from the buffer volume 32 into the PSA device 34. This prevents the low pressure reformed gas from flowing into the PSA apparatus 34 even when an abnormality occurs in any part of the reformed gas flow path from the reformer 24 to the buffer volume 32. be able to.
また、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の位置は、上記実施形態で説明した位置に限定されない。改質器２４から送出された改質ガスのＰＳＡ装置３４への流入を制御できればよく、改質器２４とＰＳＡ装置３４との間のいずれかの箇所とすることができる。 Further, the positions of the first valve 52 and the second valve 54 are not limited to the positions described in the above embodiment. It is only necessary to control the inflow of the reformed gas delivered from the reformer 24 into the PSA unit 34, and it can be anywhere between the reformer 24 and the PSA unit 34.
また、上記実施形態では、改質器２４から送出された改質ガスをＰＳＡ装置３４側に流入させないように制御する場合、排ガス管５０から改質ガスを排出する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、流路管３８から分離した流路管２５０を改質器２４に接続し、改質ガスを改質器２４に供給し、改質器２４を駆動するための燃料として利用するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, when controlling the reformed gas delivered from the reformer 24 not to flow into the PSA device 34 side, the case where the reformed gas is discharged from the exhaust gas pipe 50 has been described. It is not limited. For example, as shown in FIG. 5, a flow path pipe 250 separated from the flow path pipe 38 is connected to the reformer 24, and a reformed gas is supplied to the reformer 24 to drive the reformer 24. It may be used as a fuel.
また、上記実施形態では、改質器２４内の温度に基づいて、改質器２４から送出される改質ガスの状態が、ＰＳＡ装置３４における定格の状態か否かを判定する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、図５に示すように、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の上流に、改質ガスの組成を分析する分析装置２４６を設け、この分析装置２４６の分析結果から得られる改質ガスの水素濃度に基づいて判定してもよい。また、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の上流に、改質ガスの流量を測定する流量計を設けて、流量計で測定された改質ガスの流量と、改質器内に設けられた温度計で測定された温度と、予め実験などにより特定しておいた、改質ガスの流量及び改質器内の温度と水素濃度との関係とに基づいて、改質ガスの水素濃度を推定し、推定結果に基づいて判定してもよい。 In the above embodiment, it has been described that it is determined whether the state of the reformed gas delivered from the reformer 24 is the rated state of the PSA device 34 based on the temperature in the reformer 24. However, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, an analyzer 246 for analyzing the composition of the reformed gas is provided upstream of the first valve 52 and the second valve 54, and the reformed gas obtained from the analysis result of the analyzer 246 is It may be determined based on the hydrogen concentration. Further, a flowmeter for measuring the flow rate of the reformed gas is provided upstream of the first valve 52 and the second valve 54, and the flow rate of the reformed gas measured by the flowmeter and the flowmeter provided in the reformer The hydrogen concentration of the reformed gas is estimated based on the temperature measured by the thermometer and the relation between the flow rate of the reformed gas and the temperature in the reformer and the hydrogen concentration, which are specified in advance by experiments etc. It may be determined based on the estimation result.
また、上記実施形態では、水素精製器の一例として、ＰＳＡ装置を用いる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、改質ガスから水蒸気を通過（透過）させる分離膜と、分離膜によって仕切られている供給室及び透過室とを有する分離器を、水素精製器として用いてもよい。図１又は図５の水素製造装置の構成において、ＰＳＡ装置の変わりに分離器を用いる場合、バッファボリュームから分離器の供給室へ改質ガスが供給され、改質ガスに含まれる水蒸気は、分離膜を通過して供給室から透過室へ流れる。そして、水蒸気が分離された改質ガスは、精製された水素として供給室から排出される。水素精製器として分離器を用いる場合であっても、上記実施形態と同様に、改質器内の温度や皆朱付から送出される水素濃度、及びバッファボリュームの圧力が、分離器の定格を満たす場合に、改質ガスが分離器に流入するように、改質ガスの流れを制御すればよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a PSA apparatus was used as an example of a hydrogen purifier, it is not limited to this. For example, a separator having a separation membrane for passing (permeating) water vapor from the reformed gas, and a supply chamber and a permeation chamber separated by the separation membrane may be used as a hydrogen purifier. In the configuration of the hydrogen production apparatus shown in FIG. 1 or 5, when a separator is used instead of the PSA apparatus, the reformed gas is supplied from the buffer volume to the supply chamber of the separator, and the water vapor contained in the reformed gas is separated It flows from the feed chamber to the permeation chamber through the membrane. Then, the reformed gas from which the steam has been separated is discharged from the supply chamber as purified hydrogen. Even when a separator is used as a hydrogen purifier, as in the above embodiment, the temperature in the reformer, the concentration of hydrogen delivered from the fuel, and the pressure of the buffer volume have rated the separator. When filled, the flow of the reformed gas may be controlled so that the reformed gas flows into the separator.
１０ 水素製造制御装置
１２ 判定部
１４ 制御部
２０ 水素製造装置
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ 信号線
２４ 改質器
２６ 昇圧前水分離部
２８ 圧縮機
３０ 昇圧後水分離部
３２ バッファボリューム
３４ ＰＳＡ装置
３６、３８、４０、４２、４４、２５０ 流路管
４６ 温度計
４８ 圧力計
５０ 排ガス管
５２ 第１バルブ
５４ 第２バルブ
５６ 第３バルブ
６０ コンピュータ
６２ ＣＰＵ
６４ ＲＯＭ
６６ ＲＡＭ
２４６ 分析装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydrogen production control apparatus 12 Determination part 14 Control part 20 Hydrogen production apparatus 22A, 22B, 22C, 22D, 22E Signal line 24 Reformer 26 Pre-pressurized water separation part 28 Compressor 30 Post-pressurized water separation part 32 Buffer volume 34 PSA Apparatus 36, 38, 40, 42, 44, 250 Flow path pipe 46 Thermometer 48 Pressure gauge 50 Exhaust gas pipe 52 First valve 54 Second valve 56 Third valve 60 Computer 62 CPU
64 ROM
66 RAM
246 Analyzer
Claims (8)
前記判定部により、前記改質ガスが前記定格の状態を満たすと判定された場合に、前記改質器から送出される改質ガスが、前記水素精製器側へ流入するように制御する制御部と、
を含む水素製造制御装置。 A determination unit that determines whether or not the reformed gas delivered from the reformer meets a rated state in a hydrogen purifier provided downstream of the reformer;
A control unit that controls the reformed gas delivered from the reformer to flow into the hydrogen purifier when it is determined by the judging unit that the reformed gas satisfies the rated state. When,
Production control equipment including hydrogen.
前記改質器から送出された改質ガスを計測して得られる流量、及び前記改質器内の温度から推定される水素濃度、又は
前記改質器から送出された改質ガスの組成を分析して得られる水素濃度が、
予め定めた所定濃度以上の場合に、前記改質ガスが、前記定格の状態を満たすと判定する
請求項１に記載の水素製造制御装置。 The determination unit is
The flow rate obtained by measuring the reformed gas delivered from the reformer, the hydrogen concentration estimated from the temperature in the reformer, or the composition of the reformed gas delivered from the reformer The hydrogen concentration obtained by
The hydrogen production control device according to claim 1, wherein it is determined that the reformed gas satisfies the state of the rating when the concentration is equal to or more than a predetermined predetermined concentration.
改質器から送出される改質ガスが、前記改質器の下流側に設けられた水素精製器における定格の状態を満たすか否かを判定し、
前記改質ガスが前記定格の状態を満たすと判定された場合に、前記改質器から送出される改質ガスが、前記水素精製器側へ流入するように制御する
ことを含む処理を実行する水素製造制御方法。 The computer is
It is determined whether the reformed gas delivered from the reformer meets the rated condition in the hydrogen purifier provided downstream of the reformer.
Performing a process including controlling the reformed gas delivered from the reformer to flow into the hydrogen purifier when it is determined that the reformed gas satisfies the rated state; Hydrogen production control method.
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