JP2020083740A - Hydrogen production apparatus and hydrogen production method - Google Patents

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Abstract

To provide a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method, which prevent supply of a reformed gas that does not reach a predetermined hydrogen concentration at the time of start of a reformer, and improve a thermal efficiency of entire apparatus.SOLUTION: A hydrogen gas production apparatus 10, when a reformed gas in the reformer 12 does not reach a predetermined hydrogen concentration, closes a first on-off valve 102 and opens a second on-off valve 104 to supply the reformed gas to an off-gas tank 112 and supply to a burner 26 of the reformer 12 via an off-gas reflux pipe 110 to burn in a combustion chamber 25. Thus, the reformed gas that does not reach a predetermined hydrogen concentration is supplied to a hydrogen purifier 90 to prevent the purity of produced hydrogen from decreasing, and to supply to the burner 26 of the reformer 12 as a combustion gas to improve a thermal efficiency of an entire hydrogen production apparatus.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水素製造装置及び水素製造方法に関し、特に、炭化水素原料を改質して水素を製造する水素製造装置及び水素製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method, and more particularly to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method for reforming a hydrocarbon raw material to produce hydrogen.

従来、水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を改質装置で改質ガスに(水蒸気)改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置(水素精製器)へ供給するものが知られている。PSAで改質ガスから不純物と分離された水素が取り出される。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a hydrogen production device for obtaining hydrogen, one that feeds a raw material hydrocarbon to a reformed gas (steam) by a reformer and then supplies it to a PSA (Pressure Swing Adsorption) device (hydrogen purifier) Are known. Hydrogen separated from impurities by the PSA is extracted from the reformed gas.

改質装置では、原料炭化水素から水蒸気改質された改質ガスの水素濃度等が所定の濃度に達していないことがある。例えば、改質装置の起動時には、改質装置の内部温度が所定温度まで上昇せず、水蒸気改質された改質ガスが所定の水素濃度に達しない(一酸化炭素濃度が高い)ことがある。そこで、特許文献1の水素製造装置では、改質装置で生成される所定の水素濃度に達していない改質ガスをフレアに供給している。すなわち、改質装置で生成された所定の水素濃度に達していない改質ガスを水素精製器に供給しないことにより、所定品質に到達していない製品水素が製造されることを防止している。 In the reformer, the hydrogen concentration of the reformed gas obtained by steam reforming the raw material hydrocarbon may not reach the predetermined concentration. For example, when the reformer is started, the internal temperature of the reformer may not rise to a predetermined temperature, and the steam-reformed reformed gas may not reach a predetermined hydrogen concentration (high carbon monoxide concentration). .. Therefore, in the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, the reformed gas generated in the reformer and having a hydrogen concentration not reaching a predetermined level is supplied to the flare. That is, by not supplying the reformed gas generated in the reformer and having not reached the predetermined hydrogen concentration to the hydrogen purifier, it is possible to prevent production of product hydrogen that has not reached the predetermined quality.

特開2009−149466号公報JP, 2009-149466, A

特許文献1記載の水素製造装置は、所定品質に到達していない製品水素の製造を防止するという観点では優れているが、水素製造装置の熱効率の点で改善の余地がある。 The hydrogen production apparatus described in Patent Document 1 is excellent from the viewpoint of preventing production of product hydrogen that has not reached a predetermined quality, but there is room for improvement in terms of the thermal efficiency of the hydrogen production apparatus.

本発明の課題は、所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させた水素製造装置及び水素製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method in which a reformed gas which has not reached a predetermined hydrogen concentration is prevented from being supplied to a hydrogen purifier and which improves the thermal efficiency of the entire apparatus. That is.

請求項1記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、を備える。 The hydrogen producing apparatus according to claim 1, which is connected to a reformer that reforms hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. And switching means for disconnecting the other.

この水素製造装置では、改質器の内部温度が所定温度に到達していないと、改質器で水蒸気改質が十分に行われず、所定の水素濃度に達していない改質ガスが生成される。 In this hydrogen production device, if the internal temperature of the reformer does not reach the predetermined temperature, steam reforming is not sufficiently performed in the reformer and reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration is generated. ..

例えば、改質器の起動時に内部温度が所定温度に到達するまでは、改質器で所定の水素濃度に達していない改質ガスが生成される。この際、水素製造装置では、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させることができる。これにより、改質器で生成された改質ガスはオフガスタンクに供給され、オフガスタンクから改質器の燃焼室に燃料として供給され、改質器の加熱に供される。 For example, when the reformer is started up, the reformer produces reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration until the internal temperature reaches the predetermined temperature. At this time, in the hydrogen production device, the upstream side and the downstream side of the reformed gas flow path can be blocked by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch flow path can be communicated with each other. As a result, the reformed gas generated in the reformer is supplied to the off-gas tank, is supplied from the off-gas tank to the combustion chamber of the reformer as fuel, and is used for heating the reformer.

すなわち、改質器で生成された所定の水素濃度に達しない改質ガスが水素精製器に到達することが防止されると共に、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する装置と比較して装置全体の熱効率が向上する。 That is, the reformed gas generated in the reformer that does not reach the predetermined hydrogen concentration is prevented from reaching the hydrogen purifier, and the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration is supplied to the flare. In comparison, the thermal efficiency of the entire device is improved.

一方、例えば、改質器の起動時間から所定時間経過すると、改質器の内部温度が上昇して所定温度に到達し、改質器で所定の水素濃度に達した改質ガスが生成される。この際、水素製造装置では、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させることができる。これにより、改質ガスが改質器から水素精製器に到達し、所定品質の製品水素が製造されると共に、水素精製器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室にオフガスが燃料として戻され、改質器の加熱に供される。この場合にも、オフガスを改質器に燃料として供給しない水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が向上する。 On the other hand, for example, after a lapse of a predetermined time from the start-up time of the reformer, the internal temperature of the reformer rises and reaches a predetermined temperature, and the reformer produces a reformed gas having a predetermined hydrogen concentration. .. At this time, in the hydrogen production device, the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage can be communicated by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch passage can be blocked. As a result, the reformed gas reaches the hydrogen purifier from the reformer to produce product hydrogen of a predetermined quality, and the off gas returns from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer as fuel through the offgas tank. And is used for heating the reformer. Also in this case, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved as compared with the hydrogen production apparatus that does not supply the offgas as fuel to the reformer.

さらに、この切換時に、改質ガスが水素精製器に到達し、水素精製器で改質ガスから分離されたオフガスがオフガスタンクに到達するまでの間、オフガスタンクに貯留されていた改質ガスを改質器の燃焼室に供給することができる。したがって、切換時における改質器の燃焼室に対する燃料供給を安定的に維持し、改質器の加熱に供することができる。 Furthermore, at the time of this switching, the reformed gas stored in the off-gas tank until the reformed gas reaches the hydrogen purifier and the off-gas separated from the reformed gas in the hydrogen purifier reaches the off-gas tank. It can be fed to the combustion chamber of the reformer. Therefore, the fuel supply to the combustion chamber of the reformer at the time of switching can be stably maintained and the reformer can be heated.

これにより、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が一層向上する。 Thereby, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is further improved as compared with the hydrogen production apparatus that supplies the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration to the flare.

請求項2記載の水素製造装置は、請求項1記載の水素製造装置において、前記改質器における前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、を備える。 A hydrogen producing apparatus according to claim 2 is the hydrogen producing apparatus according to claim 1, wherein temperature detecting means for detecting a temperature of the reformed gas in the reformer, and the reforming detected by the temperature detecting means. A control unit that controls the switching unit based on the temperature of the gas.

この水素製造装置では、制御部が温度検出手段で検出された改質ガスの温度に基づいて生成された改質ガスが所定品質であるか否かを判定し、切換手段を切り換えている。 In this hydrogen production device, the control unit determines whether the reformed gas generated based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection unit has a predetermined quality, and switches the switching unit.

制御部は、温度検出手段で検出された改質ガスの温度に基づいて、改質ガスの水素濃度が所定濃度に達しているか否かを判定している。制御部は、例えば、改質ガスの温度が所定温度未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。 The control unit determines whether or not the hydrogen concentration of the reformed gas has reached a predetermined concentration based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection means. For example, when the temperature of the reformed gas is lower than the predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has not reached the predetermined hydrogen concentration, and the switching unit determines the upstream side and the downstream side of the reformed gas flow path. Is cut off, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are connected. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer through the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

一方、制御部は、改質器の改質ガスの温度が所定温度以上の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させている。これによって、所定の水素濃度に達した改質ガスを水素精製器に供給し、製品水素を製造する。 On the other hand, when the temperature of the reformed gas in the reformer is equal to or higher than the predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has reached the predetermined hydrogen concentration, and the switching unit upstream side of the reformed gas flow path. And the downstream side are communicated with each other, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are blocked. As a result, the reformed gas that has reached the predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier to produce product hydrogen.

このように、制御部では改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。 In this way, the control unit determines whether or not the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and controls the switching means based on this, so that the product The thermal efficiency of the entire apparatus can be improved while maintaining the quality of hydrogen.

請求項3記載の水素製造装置は、請求項2記載の水素製造装置において、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御して前記空気流量を調整する。 The hydrogen producing apparatus according to claim 3 is the hydrogen producing apparatus according to claim 2, wherein the off gas flow path is provided downstream of the off gas tank in the off gas flow passage, and a gas flow rate detecting unit for detecting a gas flow rate is provided. An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reactor, and an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of air supplied to the combustion chamber, and the control unit includes: Based on the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means, the air flow rate adjusting valve is controlled to adjust the air flow rate.

この水素製造装置では、改質ガスの温度に基づいて切換手段が切換られることにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路に設けられたガス流量検出手段で改質ガスの流量が検出され、制御部は、この改質ガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持している。 In this hydrogen production device, the switching means is switched based on the temperature of the reformed gas, so that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the flow rate of the reformed gas is detected by the gas flow rate detection means provided in the off-gas flow path, and the control unit adjusts the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the reformed gas flow rate. By doing so, the combustibility of the combustion chamber is maintained well.

請求項4記載の水素製造装置は、請求項2記載の水素製造装置において、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する。 The hydrogen production apparatus according to claim 4 is the hydrogen production apparatus according to claim 2, wherein the reforming is provided in the off-gas passage downstream of the off-gas tank, and detects gas flow rate, and the reformer. An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reactor, and an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber, and the control unit, Based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means, the air flow rate is adjusted by controlling the air flow rate adjusting valve.

この水素製造装置では、改質ガスの温度に基づいて切換手段が切換られることにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路に設けられたガス流量検出手段で改質ガスの流量が検出され、制御部ではこの改質ガスの流量と温度に基づいて改質器の燃焼室に流れる空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持している。 In this hydrogen production device, the switching means is switched based on the temperature of the reformed gas, so that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the flow rate of the reformed gas is detected by the gas flow rate detection means provided in the off-gas flow path, and the control section adjusts the flow rate of the air flowing into the combustion chamber of the reformer based on the flow rate and the temperature of the reformed gas. By doing so, the combustibility of the combustion chamber is maintained well.

特に、制御部では、改質ガスの流量のみならず改質ガスの温度を参照することで、温度によって異なる改質ガスの組成に対応して燃焼室に供給する空気流量を調整するため、燃焼室の燃焼性が一層良好になる。
請求項5記載の水素製造方法は、請求項1記載の水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された前記改質ガスの水素濃度が所定の水素濃度に達していない場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの水素濃度が所定の水素濃度に到達した場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させる。
この水素製造方法では、改質器で生成された改質ガスの水素濃度が所定の水素濃度に達していない場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、改質器で生成された改質ガスはオフガスタンクに供給され、オフガスタンクから改質器の燃焼室に燃料として供給され、改質器の加熱に供される。
In particular, the control unit refers to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas to adjust the flow rate of the air supplied to the combustion chamber in accordance with the composition of the reformed gas that varies depending on the temperature. The combustibility of the chamber is further improved.
The hydrogen production method according to claim 5 is the hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein when the hydrogen concentration of the reformed gas produced in the reformer has not reached a predetermined hydrogen concentration, By the switching means, the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel are blocked, and the upstream side and the reformed gas branch channel are communicated with each other, When the hydrogen concentration of the reformed gas generated in the reformer reaches a predetermined hydrogen concentration, the switching unit causes the reformed gas passage to branch to the reformed gas branch passage from the branch position. Also connects the upstream side and the downstream side, and blocks the upstream side and the reformed gas branch flow path.
In this hydrogen production method, when the hydrogen concentration of the reformed gas generated in the reformer does not reach the predetermined hydrogen concentration, the switching means shuts off the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage. , The upstream side and the reformed gas branch passage are communicated with each other. As a result, the reformed gas generated in the reformer is supplied to the off-gas tank, is supplied from the off-gas tank to the combustion chamber of the reformer as fuel, and is used for heating the reformer.

すなわち、改質器で生成された所定の水素濃度に達しない改質ガスが水素精製器に到達することが防止されると共に、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する装置と比較して装置全体の熱効率が向上する。 That is, the reformed gas generated in the reformer that does not reach the predetermined hydrogen concentration is prevented from reaching the hydrogen purifier, and the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration is supplied to the flare. In comparison, the thermal efficiency of the entire device is improved.

一方、改質器で生成された改質ガスが所定の水素濃度に到達すると、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させる。これにより、改質ガスが改質器から水素精製器に到達し、所定品質の製品水素が製造されると共に、水素精製器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室にオフガスが燃料として戻され、改質器の加熱に供される。この場合にも、オフガスを改質器に燃料として供給しない水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が向上する。 On the other hand, when the reformed gas generated in the reformer reaches a predetermined hydrogen concentration, the switching means connects the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage, and the upstream side and the reformed gas branch passage. Shut off. As a result, the reformed gas reaches the hydrogen purifier from the reformer to produce product hydrogen of a predetermined quality, and the off gas returns from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer as fuel through the offgas tank. And is used for heating the reformer. Also in this case, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved as compared with the hydrogen production apparatus that does not supply the offgas as fuel to the reformer.

さらに、この切換時に、改質ガスが水素精製器に到達し、水素精製器で改質ガスから分離されたオフガスがオフガスタンクに到達するまでの間、オフガスタンクに貯留されていた改質ガスを改質器の燃焼室に供給することができる。したがって、切換時における改質器の燃焼室に対する燃料供給を安定的に維持し、改質器の加熱に供することができる。 Furthermore, at the time of this switching, the reformed gas stored in the off-gas tank until the reformed gas reaches the hydrogen purifier and the off-gas separated from the reformed gas in the hydrogen purifier reaches the off-gas tank. It can be fed to the combustion chamber of the reformer. Therefore, the fuel supply to the combustion chamber of the reformer at the time of switching can be stably maintained and the reformer can be heated.

これにより、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が一層向上する。
請求項6記載の水素製造方法は、請求項1記載の水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させる。
この水素製造方法では、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。
Thereby, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is further improved as compared with the hydrogen production apparatus that supplies the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration to the flare.
A hydrogen producing method according to claim 6 is the hydrogen producing apparatus according to claim 1, wherein when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than a threshold value, the reforming is performed by the switching means. Generated by the reformer by blocking the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the gas channel, connecting the upstream side and the reformed gas branch channel. When the temperature of the reformed gas is equal to or higher than a threshold value, the switching means connects the upstream side and the downstream side of a branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, The upstream side and the reformed gas branch flow path are blocked.
In this hydrogen production method, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than the threshold value, it is determined that the reformed gas has not reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching means changes the reformed gas flow path. The upstream side and the downstream side are blocked, and the upstream side and the reformed gas branch passage are communicated. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer through the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

一方、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させている。これによって、所定の水素濃度に達した改質ガスを水素精製器に供給し、製品水素を製造する。 On the other hand, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than the threshold value, it is determined that the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching means causes the reformed gas passage to have an upstream side and a downstream side. The upstream side and the reformed gas branch flow path are cut off from each other. As a result, the reformed gas that has reached the predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier to produce product hydrogen.

このように、この水素製造方法では、改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
請求項7記載の水素製造方法は、請求項6記載の水素製造方法において、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
請求項8記載の水素製造方法は、請求項6記載の水素製造方法において、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、改質ガスの温度とオフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
Thus, in this hydrogen production method, it is determined whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and the switching means is controlled based on this. Therefore, the thermal efficiency of the entire device can be improved while maintaining the quality of the product hydrogen.
The hydrogen production method according to claim 7, wherein in the hydrogen production method according to claim 6, at least when the temperature of the reformed gas is lower than a threshold value, a gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the above.
In this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage are shut off by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch passage are connected. Communicate. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the combustibility of the combustion chamber can be favorably maintained by adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. it can.
The hydrogen production method according to claim 8 is the hydrogen production method according to claim 6, wherein at least when the temperature of the reformed gas is lower than a threshold value, the temperature of the reformed gas and the off-gas in the off-gas passage are changed. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the gas flow rate on the downstream side of the gas tank.
In this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage are shut off by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch passage are connected. Communicate. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the combustibility of the combustion chamber is improved by adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. Can be maintained well.

請求項1、2記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production device according to the invention of claims 1 and 2 has the above-mentioned configuration, reformed gas which has not reached a predetermined hydrogen concentration can be supplied to the hydrogen purifier when the reformer is started. In addition to being prevented, the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項3、4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen producing device according to the invention of claims 3 and 4 has the above-mentioned configuration, the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber can be improved.

さらに、請求項5、6記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Further, since the hydrogen production method according to the invention of claims 5 and 6 has the above-mentioned configuration, the reformed gas which has not reached the predetermined hydrogen concentration when the reformer is started is supplied to the hydrogen purifier. This can be prevented and the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項7、8記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen producing method according to the invention of claims 7 and 8 has the above-mentioned configuration, the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber can be improved.

本発明の第1実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る多重筒型改質器を示した断面図である。It is a sectional view showing a multi-cylinder type reformer concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る水素製造装置の制御構成を示したブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the hydrogen production device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is a schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る水素製造装置の制御構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control structure of the hydrogen production apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る水素製造装置及び水素製造方法の一例を図1及び図2を参照して説明する。
[First Embodiment]
An example of the hydrogen production apparatus and the hydrogen production method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

〈水素製造装置〉
水素製造装置10は、図1に示すように、炭化水素(都市ガス)から水蒸気改質した改質ガスを生成する多重筒型改質器(以下、「改質器」という場合がある)12と、改質ガスを圧縮する圧縮機80と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製する水素精製器90と、を備えている。また、水素製造装置10は、圧縮機80の上流側、下流側でそれぞれ改質ガスから水分を分離・除去する昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60と、改質器12の後述する燃焼排ガスから水分を分離・除去する燃焼排ガス水分離部70と、を備えている。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, the hydrogen production device 10 includes a multi-cylinder reformer (hereinafter, may be referred to as a “reformer”) 12 that produces a reformed gas obtained by steam reforming hydrocarbons (city gas). A compressor 80 for compressing the reformed gas, and a hydrogen purifier 90 for purifying hydrogen gas by removing impurities from the compressed reformed gas. The hydrogen production device 10 includes a pre-pressurization water separation unit 50, a post-pressurization water separation unit 60, which separates and removes water from the reformed gas on the upstream side and the downstream side of the compressor 80, respectively, and a reformer 12 which will be described later. Combustion exhaust gas water separation unit 70 for separating and removing water from the combustion exhaust gas.

なお、この水素製造装置10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。 The hydrogen producing apparatus 10 produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and in the present embodiment, a case where city gas containing methane as a main component is used as an example of the hydrocarbon raw material will be described.

(多重筒型改質器)
多重筒型改質器12は、図2に示すように、多重に配置された複数の筒状壁21、22、23、24(以下、「筒状壁21〜24」という場合がある)を有している。複数の筒状壁21〜24は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁21〜24のうち内側から一番目の筒状壁21の内部には、燃焼室25が形成されており、この燃焼室25の上部には、バーナー26が下向きに配置されている。この多重筒型改質器12は、改質器の一例である。
(Multiple cylinder reformer)
As shown in FIG. 2, the multi-tubular reformer 12 has a plurality of tubular walls 21, 22, 23, 24 (hereinafter, may be referred to as “cylindrical walls 21-24”) arranged in multiple layers. Have The plurality of cylindrical walls 21 to 24 are formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptic cylindrical shape. A combustion chamber 25 is formed inside the first cylindrical wall 21 from the inner side among the plurality of cylindrical walls 21 to 24, and a burner 26 is arranged downward on the combustion chamber 25. There is. The multi-tubular reformer 12 is an example of a reformer.

さらに、この燃焼室25の上端部には、外部から燃焼用空気を供給するための空気供給管40が接続されている。バーナー26には、さらに都市ガスを供給するための原料供給管33から分岐された原料分岐管33Aが接続されている。原料分岐管33Aには、空気供給管40から分岐された空気分岐管40Aが接続されている。したがって、バーナー26には、都市ガスに空気が混合された気体が、供給される構成である。なお、空気供給管40が「空気供給流路」に相当する。 Further, an air supply pipe 40 for supplying combustion air from the outside is connected to the upper end of the combustion chamber 25. A raw material branch pipe 33A branched from a raw material supply pipe 33 for further supplying city gas is connected to the burner 26. An air branch pipe 40A branched from the air supply pipe 40 is connected to the raw material branch pipe 33A. Therefore, the burner 26 is configured to be supplied with gas in which city gas is mixed with air. The air supply pipe 40 corresponds to the “air supply passage”.

一番目の筒状壁21と二番目の筒状壁22との間には、燃焼排ガス流路27が形成されている。燃焼排ガス流路27の下端部は、燃焼室25と連通されており、燃焼排ガス流路27の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管28が接続されている。燃焼室25から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路27を下側から上側に流れ、ガス排出管28を通じて燃焼排ガス水分離部70へ送出される構成である。 A combustion exhaust gas passage 27 is formed between the first tubular wall 21 and the second tubular wall 22. A lower end portion of the combustion exhaust gas passage 27 communicates with the combustion chamber 25, and a gas exhaust pipe 28 for exhausting gas is connected to an upper end portion of the combustion exhaust gas passage 27. The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 flows from the lower side to the upper side in the combustion exhaust gas flow path 27 and is sent to the combustion exhaust gas water separation unit 70 through the gas discharge pipe 28.

また、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、第1流路31が形成されている。この第1流路31の上部は、予熱流路32として形成されており、この予熱流路32の上端部には、都市ガスを供給するための原料供給管33と、改質用水を供給するための改質用水供給管34とが接続されている。さらに、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、螺旋部材35が設けられており、この螺旋部材35により、予熱流路32は、螺旋状に形成されている。 A first flow path 31 is formed between the second tubular wall 22 and the third tubular wall 23. An upper portion of the first flow passage 31 is formed as a preheating flow passage 32, and a raw material supply pipe 33 for supplying city gas and reforming water are supplied to an upper end portion of the preheating flow passage 32. Is connected to the reforming water supply pipe 34. Further, a spiral member 35 is provided between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23, and the preheating flow passage 32 is formed in a spiral shape by the spiral member 35. There is.

予熱流路32には、都市ガスが原料供給管33から供給可能とされ、さらに、改質用水が改質用水供給管34から供給可能とされている。都市ガス及び改質用水は、予熱流路32を上側から下側に流れ、二番目の筒状壁22を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される構成である。この予熱流路32では、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される構成である。 City gas can be supplied to the preheating channel 32 from the raw material supply pipe 33, and further reforming water can be supplied from the reforming water supply pipe 34. The city gas and the reforming water flow from the upper side to the lower side in the preheating channel 32, and are heat-exchanged with the combustion exhaust gas through the second cylindrical wall 22 to vaporize the water. In the preheating channel 32, the mixed gas is generated by mixing the city gas and the vapor-phase reforming water (steam).

また、第1流路31における予熱流路32の下側には、改質触媒層36が設けられており、予熱流路32にて生成された混合ガスは、改質触媒層36へ供給される構成である。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、混合ガスが水蒸気改質反応することによって、水素を主成分とする改質ガスが生成される構成である。 A reforming catalyst layer 36 is provided below the preheating channel 32 in the first channel 31, and the mixed gas generated in the preheating channel 32 is supplied to the reforming catalyst layer 36. It is a configuration. The reforming catalyst layer 36 receives heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27 and undergoes a steam reforming reaction of the mixed gas to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component.

なお、第1流路31において、改質触媒層36の下流側には、生成された改質ガスの温度を検出する温度センサ37が配設されている。温度センサ37の検出信号は、後述する制御部106に出力される。なお、温度センサ37が「温度検出手段」に相当する。 A temperature sensor 37 that detects the temperature of the generated reformed gas is disposed downstream of the reforming catalyst layer 36 in the first flow path 31. The detection signal of the temperature sensor 37 is output to the control unit 106 described later. The temperature sensor 37 corresponds to "temperature detecting means".

さらに、三番目の筒状壁23と四番目の筒状壁24との間には、第2流路42が形成されている。第2流路42の下端部は、第1流路31の下端部と連通されている。第2流路42の下部は、改質ガス流路43として形成されており、第2流路42の上端部には、改質ガス排出管44が接続されている。 Further, a second flow path 42 is formed between the third tubular wall 23 and the fourth tubular wall 24. The lower end of the second flow path 42 communicates with the lower end of the first flow path 31. A lower portion of the second flow passage 42 is formed as a reformed gas flow passage 43, and a reformed gas discharge pipe 44 is connected to an upper end portion of the second flow passage 42.

また、第2流路42における改質ガス流路43よりも上側には、CO変成触媒層45が設けられており、改質触媒層36で生成された改質ガスは、改質ガス流路43を通過した後、CO変成触媒層45へ供給される構成である。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して水素と二酸化炭素に変換され(水性シフト反応)、改質ガス中の一酸化炭素が低減可能とされている。 Further, a CO shift catalyst layer 45 is provided above the reformed gas passage 43 in the second passage 42, and the reformed gas generated in the reformed catalyst layer 36 is the reformed gas passage. After passing through 43, the CO conversion catalyst layer 45 is supplied. In the CO conversion catalyst layer 45, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with steam to be converted into hydrogen and carbon dioxide (aqueous shift reaction), and carbon monoxide in the reformed gas can be reduced. ..

さらに、CO変成触媒層45の上側には、酸化剤ガス供給管46が接続されており、第2流路42におけるCO変成触媒層45よりも上側には、CO選択酸化触媒層47が設けられている。酸化剤ガス供給管46を通じて取り入れられた酸化剤ガス(例えば空気)、及び、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、CO選択酸化触媒層47へ供給される構成である。CO選択酸化触媒層47では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去可能とされている。CO変成触媒層45及びCO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44を通じて排出される構成である。 Further, an oxidant gas supply pipe 46 is connected to the upper side of the CO shift catalyst layer 45, and a CO selective oxidation catalyst layer 47 is provided above the CO shift catalyst layer 45 in the second flow path 42. ing. The oxidant gas (for example, air) introduced through the oxidant gas supply pipe 46 and the reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 45 are supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47. In the CO selective oxidation catalyst layer 47, carbon monoxide reacts with oxygen and is converted into carbon dioxide on a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium, and carbon monoxide can be removed. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO shift catalyst layer 45 and the CO selective oxidation catalyst layer 47 is discharged through the reformed gas discharge pipe 44.

多重筒型改質器12において生成された改質ガスは、図1に示すように、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、多重筒型改質器12、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90がこの順番で配置されている。 As shown in FIG. 1, the reformed gas generated in the multi-tubular reformer 12 passes through the pre-pressurization water separation unit 50, the compressor 80, the post-pressurization water separation unit 60, and the hydrogen purifier 90 in this order. Flowing. That is, in the gas flow direction, from the upstream side to the downstream side, the multi-tubular reformer 12, the pre-pressurization water separation unit 50, the compressor 80, the post-pressurization water separation unit 60, and the hydrogen purifier 90 are arranged in this order. It is arranged.

(昇圧前水分離部)
昇圧前水分離部50には、多重筒型改質器12から改質ガスG1を流入させる改質ガス排出管44の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管59が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管56が接続されている。改質ガスG1は、昇圧前水分離部50の上流の改質ガス排出管44に配置された熱交換器HE1において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧前水分離部50の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管59へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG2は、連絡流路管56へ送出される構成である。
(Pre-pressurization water separator)
The downstream end of a reformed gas discharge pipe 44, into which the reformed gas G1 flows from the multi-cylinder reformer 12, is connected to the pre-pressurization water separation unit 50. A water recovery pipe 59 is connected to the bottom of the pre-pressurization water separation unit 50, and a communication channel pipe 56 is connected to the top of the pre-pressurization water separation unit 50. The reformed gas G1 is condensed and separated in the heat exchanger HE1 arranged in the reformed gas discharge pipe 44 upstream of the pre-pressurization water separation unit 50 by cooling by heat exchange with cooling water, and before the pressurization. Water (liquid phase) can be stored under the water separation unit 50. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G2 after the water is condensed is sent to the communication flow path pipe 56.

なお、連絡流路管56は、途中で分岐管100の上流端が接続されている。分岐管100の下流端は、後述するオフガスタンク112に接続されている。また、連絡流路管56において、分岐管100との分岐位置よりも下流側には、昇圧前水分離部50と圧縮機80とを連通又は遮断する第1開閉弁102が配設されている。さらに、分岐管100には、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とを連通又は遮断する第2開閉弁104が配設されている。なお、分岐管100が「改質ガス分岐流路」に相当する。また、第1開閉弁102、第2開閉弁104が「切換手段」に相当する。 The connecting flow pipe 56 is connected to the upstream end of the branch pipe 100 midway. The downstream end of the branch pipe 100 is connected to an offgas tank 112 described later. Further, in the communication flow path pipe 56, a first opening/closing valve 102 that connects or disconnects the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 is disposed on the downstream side of the branch position with the branch pipe 100. .. Further, the branch pipe 100 is provided with a second opening/closing valve 104 that connects or disconnects the pre-pressurization water separation unit 50 and the offgas tank 112. The branch pipe 100 corresponds to the “reformed gas branch flow path”. The first on-off valve 102 and the second on-off valve 104 correspond to "switching means".

この第1開閉弁102、第2開閉弁104は、図3に示すように、制御部106からの制御信号によって開閉されるように構成されている。 As shown in FIG. 3, the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104 are configured to be opened/closed by a control signal from the control unit 106.

具体的には、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁される構成である。すなわち、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが遮断され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112が連通される構成である。 Specifically, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is lower than the threshold value, the first opening/closing valve 102 is closed and the second opening/closing valve 104 is opened. That is, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are shut off, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the offgas tank 112 are connected.

一方、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁される構成である。すなわち、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが連通され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112が遮断される構成である。 On the other hand, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold value, the first opening/closing valve 102 is opened and the second opening/closing valve 104 is closed. That is, the pre-pressurizing water separator 50 and the compressor 80 are communicated with each other, and the pre-pressurizing water separator 50 and the offgas tank 112 are shut off.

(圧縮機)
圧縮機80には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG2が流れる連絡流路管56と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管66とが接続されている。圧縮機80は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG2を圧縮し、昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
(Compressor)
In the compressor 80, there are a communication flow passage pipe 56 through which the reformed gas G2 from the pre-pressurization water separation unit 50 flows, and a communication flow passage pipe 66 through which the reformed gas G2 supplied to the post-pressurization water separation unit 60 flows. It is connected. The compressor 80 is capable of compressing the reformed gas G2 supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 and supplying it to the post-pressurization water separation unit 60.

(昇圧後水分離部)
昇圧後水分離部60には、圧縮機80から改質ガスG2を流入させる連絡流路管66の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管69が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管68が接続されている。改質ガスG2は、昇圧後水分離部60の上流の連絡流路管66に配置された熱交換器HE2において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧後水分離部60の下部に水(液相)が貯留可能されている。当該水(液相)は、水回収管69へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG3は、連絡流路管68へ送出される構成である。
(Water separation unit after pressurization)
To the post-pressurization water separation unit 60, a downstream end of a communication flow pipe 66 that allows the reformed gas G2 to flow from the compressor 80 is connected. A water recovery pipe 69 is connected to the bottom of the post-pressurization water separation unit 60, and a communication channel pipe 68 is connected to the top of the post-pressurization water separation unit 60. The reformed gas G2 is condensed and separated by cooling by heat exchange with cooling water in the heat exchanger HE2 arranged in the communication flow path pipe 66 upstream of the post-pressurization water separation section 60, and the post-pressurization water is separated. Water (liquid phase) can be stored under the separation unit 60. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G3 after the water is condensed is sent to the communication flow path pipe 68.

(水素精製器)
水素精製器90には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG3が流れる連絡流路管68の下流端と、精製された水素が送出される水素供給管92の上流端と、水素精製器90で分離されたオフガスが送出されるオフガス還流管110の上流端とが接続されている。
(Hydrogen refiner)
The hydrogen purifier 90 has a downstream end of a communication flow pipe 68 through which the reformed gas G3 from the post-pressurization water separation unit 60 flows, an upstream end of a hydrogen supply pipe 92 to which purified hydrogen is delivered, and hydrogen purification. The upstream end of the off-gas recirculation pipe 110 to which the off-gas separated by the vessel 90 is delivered is connected.

水素精製器90は、一例として、PSA装置が使用されている。この水素精製器90では、一対の吸着槽を備え、一方の吸着槽で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着槽で吸着剤に吸着した不純物を脱着させる脱着工程を行い、次に一方の吸着槽で脱着工程、他方の吸着槽で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスG3を水素と一酸化炭素を含む不純物(オフガスOG)とに連続的に分離して、水素が精製される構成である。精製された水素は、水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送出可能とされている。 As the hydrogen purifier 90, a PSA device is used as an example. The hydrogen purifier 90 includes a pair of adsorption tanks, one adsorption tank performs an adsorption step of adsorbing impurities on the adsorbent, and the other adsorption tank performs a desorption step of desorbing the impurities adsorbed on the adsorbent, Next, the desorption process is performed in one adsorption tank, and the adsorption process is performed in the other adsorption tank. By repeating this periodically, the reformed gas G3 is continuously separated into hydrogen and impurities containing carbon monoxide (off gas OG), and hydrogen is purified. The purified hydrogen is sent to the hydrogen supply pipe 92, can be stored in a tank (not shown), or can be sent to the hydrogen supply line.

水素精製器90のオフガスは、オフガス還流管110を介して改質器12の燃焼室25に設けられたバーナー26に供給可能とされている。なお、オフガス還流管110が「オフガス流路」に相当する。また、改質器12から水素精製器90に到る改質ガスの流路、具体的には、改質ガス排出管44、昇圧前水分離部50、連絡流路管56、圧縮機80、連絡流路管66、昇圧後水分離部60、連絡流路管68が「改質ガス流路」に相当する。 The off gas of the hydrogen purifier 90 can be supplied to the burner 26 provided in the combustion chamber 25 of the reformer 12 via the off gas recirculation pipe 110. The offgas recirculation pipe 110 corresponds to the “offgas flow path”. In addition, the flow path of the reformed gas from the reformer 12 to the hydrogen purifier 90, specifically, the reformed gas discharge pipe 44, the pre-pressurizing water separator 50, the communication flow pipe 56, the compressor 80, The communication flow path pipe 66, the post-pressurization water separation unit 60, and the communication flow path pipe 68 correspond to the “reformed gas flow path”.

(燃焼排ガス水分離部)
燃焼排ガス水分離部70には、改質器12の燃焼排ガス流路27から燃焼排ガスを導くガス排出管28の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管78が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管76が接続されている。燃焼室25から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部70の上流のガス排出管28に配置された熱交換器HE3において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、燃焼排ガス水分離部70の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管78へ送出される構成である。水が凝縮された後の燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される構成である。
(Combustion exhaust gas water separation unit)
The downstream end of a gas exhaust pipe 28 that guides the combustion exhaust gas from the combustion exhaust gas flow path 27 of the reformer 12 is connected to the combustion exhaust gas water separation unit 70. A water recovery pipe 78 is connected to the bottom of the combustion exhaust gas water separation unit 70, and a gas discharge pipe 76 is connected to the upper portion of the combustion exhaust gas water separation unit 70. The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 is separated and condensed in the heat exchanger HE3 arranged in the gas discharge pipe 28 upstream of the combustion exhaust gas water separation unit 70 by cooling by heat exchange with cooling water. Water (liquid phase) can be stored under the combustion exhaust gas water separation unit 70. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 78. The combustion exhaust gas after the water has been condensed is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air.

水回収管59、69、78の各々の下流端は、改質用水供給管34に接続されている。改質用水供給管34には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)34Aが設けられている。また、改質用水供給管34には、外部水供給部17が接続されている。外部水供給部17から改質用水供給管34に、例えば純水または市水が供給される構成である。 The downstream ends of the water recovery pipes 59, 69, and 78 are connected to the reforming water supply pipe 34. The reforming water supply pipe 34 is provided with a water treatment device (ion exchange resin) 34A for removing dissolved ion components. The external water supply unit 17 is connected to the reforming water supply pipe 34. For example, pure water or city water is supplied from the external water supply unit 17 to the reforming water supply pipe 34.

さらに、改質用水供給管34には、ポンプP1が設けられている。昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70で分離された水、又は外部水供給部17から供給された水は、ポンプP1によって多重筒型改質器12へ供給される構成である。 Further, the reforming water supply pipe 34 is provided with a pump P1. The water separated by the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, the combustion exhaust gas water separation unit 70, or the water supplied from the external water supply unit 17 is sent to the multi-tubular reformer 12 by the pump P1. It is a configuration to be supplied.

〈オフガスタンク〉
オフガスタンク112は、水素精製器90と改質器12のバーナー26とを連通するオフガス還流管110上に設けられている。また、オフガスタンク112には、分岐管100の下流端が接続されている。
<Off gas tank>
The offgas tank 112 is provided on the offgas reflux pipe 110 that connects the hydrogen purifier 90 and the burner 26 of the reformer 12 to each other. Further, the downstream end of the branch pipe 100 is connected to the offgas tank 112.

したがって、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁された場合には、水素精製器90から供給されたオフガスがオフガスタンク112に一旦貯留され、流量や組成が平準化された後、改質器12のバーナー26に供給される構成である。 Therefore, when the first on-off valve 102 is opened and the second on-off valve 104 is closed, the off gas supplied from the hydrogen purifier 90 is temporarily stored in the off gas tank 112, and the flow rate and composition are leveled. After that, it is supplied to the burner 26 of the reformer 12.

一方、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁された場合には、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスがオフガスタンク112に一旦貯留された後、オフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に供給される構成である。 On the other hand, when the first opening/closing valve 102 is closed and the second opening/closing valve 104 is opened, after the reformed gas supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 is temporarily stored in the off-gas tank 112, It is configured to be supplied to the burner 26 of the reformer 12 via the off-gas recirculation pipe 110.

(制御部)
続いて、第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉制御を行う制御部106について説明する。
(Control unit)
Next, the control unit 106 that controls the opening/closing of the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104 will be described.

制御部106は、図3に示すように、温度センサ37の検出信号が入力されると共に、第1開閉弁102と第2開閉弁104に制御信号(開弁信号、閉弁信号)が出力される構成である。特に、制御部106は、第1開閉弁102と第2開閉弁104のいずれか一方に開弁信号、他方に閉弁信号を出力するものである。 As shown in FIG. 3, the control unit 106 receives the detection signal of the temperature sensor 37 and outputs control signals (a valve opening signal and a valve closing signal) to the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104. It is a configuration. In particular, the control unit 106 outputs a valve opening signal to one of the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104 and a valve closing signal to the other.

制御部106は、図示しない改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定する改質ガスの温度の閾値を記憶している。すなわち、制御部106は、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が入力されると、改質ガスの温度と記憶されている閾値と比較する構成である。 The control unit 106 stores a temperature threshold value of the reformed gas that determines whether or not the reformed gas (not shown) has reached a predetermined hydrogen concentration. That is, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is input, the control unit 106 is configured to compare the temperature of the reformed gas with the stored threshold value.

制御部106は、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、制御部106は所定の水素濃度に達した改質ガスが生成されたと判定して、第1開閉弁102に開弁信号、第2開閉弁104に閉弁信号を出力する構成である。 When the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold value, the control unit 106 determines that the reformed gas that has reached a predetermined hydrogen concentration is generated, and then performs the first opening/closing operation. The valve 102 outputs a valve opening signal and the second opening/closing valve 104 outputs a valve closing signal.

逆に、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、制御部106は所定の水素濃度に達していない改質ガスが生成されたと判定して、第1開閉弁102に閉弁信号、第2開閉弁104に開弁信号を出力する構成である。 On the contrary, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is lower than the threshold value, the control unit 106 determines that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is generated, and determines the first on-off valve. A valve closing signal is output to 102 and a valve opening signal is output to the second opening/closing valve 104.

(作用)
次に、水素製造装置10及び水素製造方法の作用について説明する。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production device 10 and the hydrogen production method will be described.

都市ガスが、原料供給管33から多重筒型改質器12に供給される。図2に示すように、多重筒型改質器12へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器12の予熱流路32で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層36へ供給される。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、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が生成される。この改質ガスは、改質ガス流路43を通ってCO変成触媒層45へ供給される。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。 City gas is supplied from the raw material supply pipe 33 to the multi-cylinder reformer 12. As shown in FIG. 2, the city gas supplied to the multi-cylinder reformer 12 is heated while being mixed with the reforming water in the preheating channel 32 of the multi-cylinder reformer 12, and the reforming catalyst It is supplied to the layer 36. The reforming catalyst layer 36 receives heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27 and produces a reformed gas containing hydrogen as a main component from the mixed gas by the steam reforming reaction. The reformed gas is supplied to the CO shift catalyst layer 45 through the reformed gas passage 43. In the CO conversion catalyst layer 45, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with steam to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced.

さらに、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管46から供給される酸化ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層47へ供給され、貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44へ送出される。 Further, the reformed gas that has passed through the CO conversion catalyst layer 45 is supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47 together with the oxidizing gas (air) supplied from the oxidizing gas supply pipe 46, and carbon monoxide is converted into oxygen on the precious metal catalyst. Reacts with and is converted to carbon dioxide, and carbon monoxide is removed. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO selective oxidation catalyst layer 47 is sent to the reformed gas discharge pipe 44.

この際、多重筒型改質器12の燃焼室25では、原料分岐管33Aと空気分岐管40Aから供給された都市ガスと空気とが混合された気体がバーナー26によって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室25から燃焼排ガス流路27、ガス排出管28を介して燃焼排ガス水分離部70へ供給される。図1に示すように、燃焼排ガスに含まれる水は、熱交換器HE3での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部70に貯留され、水回収管78へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される。 At this time, in the combustion chamber 25 of the multi-cylinder reformer 12, the burner 26 burns a gas obtained by mixing the city gas and the air supplied from the raw material branch pipe 33A and the air branch pipe 40A. The combustion exhaust gas is supplied from the combustion chamber 25 to the combustion exhaust gas water separation unit 70 via the combustion exhaust gas flow passage 27 and the gas exhaust pipe 28. As shown in FIG. 1, the water contained in the combustion exhaust gas is cooled and condensed by heat exchange in the heat exchanger HE3, stored in the combustion exhaust gas water separation unit 70, and sent to the water recovery pipe 78. The combustion exhaust gas from which the water has been separated is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air.

ここで、水素製造装置10(改質器12)の起動時には、改質器12の燃焼室25でバーナー26が燃焼されることによって改質器内部の温度が所定温度に到達するまで時間を要する。この間、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスとの熱交換によって、改質触媒層36における水蒸気改質によって生成された改質ガスは所定の水素濃度に達していない。また、所定の水素濃度に達していない改質ガスの温度は、所定の水素濃度に達した改質ガスの温度と比較して低い。 Here, when the hydrogen generator 10 (reformer 12) is started, it takes time for the temperature inside the reformer to reach a predetermined temperature because the burner 26 is burned in the combustion chamber 25 of the reformer 12. .. During this period, the reformed gas generated by the steam reforming in the reforming catalyst layer 36 does not reach a predetermined hydrogen concentration due to heat exchange with the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27. The temperature of the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is lower than the temperature of the reformed gas that has reached the predetermined hydrogen concentration.

生成された改質ガスの温度は、第1流路31の改質触媒層36の下流側に設けられた温度センサ37で検出される。制御部106では、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上であるか否かを判定する。 The temperature of the generated reformed gas is detected by the temperature sensor 37 provided on the downstream side of the reforming catalyst layer 36 in the first flow path 31. The control unit 106 determines whether the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than a threshold value.

改質ガスの温度が閾値未満の場合には、所定の水素濃度に達していない改質ガスであると判定し、第1開閉弁102に閉弁信号を出力し、第2開閉弁104に開弁信号を出力する。 When the temperature of the reformed gas is less than the threshold value, it is determined that the reformed gas has not reached the predetermined hydrogen concentration, a valve closing signal is output to the first opening/closing valve 102, and the second opening/closing valve 104 is opened. Output valve signal.

これにより、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁される。この結果、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが遮断され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とが連通される。 As a result, the first opening/closing valve 102 is closed and the second opening/closing valve 104 is opened. As a result, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are shut off, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the off-gas tank 112 communicate with each other.

この状態で、改質器12から改質ガス排出管44に送出された所定の水素濃度に達していない改質ガスG1は、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。 In this state, the reformed gas G1 that has been sent from the reformer 12 to the reformed gas discharge pipe 44 and has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied to the pre-pressurization water separation unit 50. In the pre-pressurization water separation unit 50, water condensed by cooling by heat exchange in the heat exchanger HE1 is stored and sent to the water recovery pipe 59.

水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から分岐管100を介してオフガスタンク112に供給される。オフガスタンク112に一旦貯留された改質ガスG2は、オフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に供給され、燃焼室25で燃焼される(改質器12の加熱に供される)。 The reformed gas G2 from which the water has been separated is supplied from the communication flow path pipe 56 to the offgas tank 112 via the branch pipe 100. The reformed gas G2 once stored in the off-gas tank 112 is supplied to the burner 26 of the reformer 12 via the off-gas recirculation pipe 110 and burned in the combustion chamber 25 (used for heating the reformer 12). ).

一方、制御部106では、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上となった場合には、改質器12で生成された改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、第1開閉弁102に開弁信号、第2開閉弁104に閉弁信号を出力する。 On the other hand, the control unit 106 determines that the reformed gas generated in the reformer 12 has reached a predetermined hydrogen concentration when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold value. Then, a valve opening signal is output to the first opening/closing valve 102 and a valve closing signal is output to the second opening/closing valve 104.

これにより、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁される。この結果、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが連通され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とが遮断される。 As a result, the first opening/closing valve 102 is opened and the second opening/closing valve 104 is closed. As a result, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are communicated with each other, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the offgas tank 112 are shut off.

したがって、図1に示すように、改質器12から送出された所定品質の改質ガスG1は、改質ガス排出管44を経て、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から圧縮機80へ供給され、圧縮機80によって圧縮される。 Therefore, as shown in FIG. 1, the reformed gas G1 of a predetermined quality delivered from the reformer 12 is supplied to the pre-pressurized water separation unit 50 via the reformed gas discharge pipe 44. In the pre-pressurization water separation unit 50, water condensed by cooling by heat exchange in the heat exchanger HE1 is stored and sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G2 from which the water has been separated is supplied to the compressor 80 from the communication flow path pipe 56 and is compressed by the compressor 80.

圧縮された改質ガスG2は、連絡流路管66から昇圧後水分離部60へ供給される。昇圧後水分離部60では、熱交換器HE2での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管69へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、連絡流路管68から水素精製器90へ供給される。 The compressed reformed gas G2 is supplied from the communication flow path pipe 66 to the water separation unit 60 after pressurization. In the post-pressurization water separation unit 60, water condensed by cooling by heat exchange in the heat exchanger HE2 is stored and sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G3 from which water has been separated is supplied to the hydrogen purifier 90 from the communication flow path pipe 68.

なお、昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70からそれぞれ水回収管59、69、78に送出された水は、改質用水供給管34に戻される。ポンプP1の駆動により、改質用水供給管34から多重筒型改質器12に改質水として供給される。 The water sent from the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, and the combustion exhaust gas water separation unit 70 to the water recovery pipes 59, 69, and 78, respectively, is returned to the reforming water supply pipe 34. By driving the pump P1, the reforming water supply pipe 34 supplies the reforming water to the multi-cylinder reformer 12.

水素精製器90では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着槽の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着槽では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。水素精製器90では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着槽で一定の周期で繰り返すことにより、改質ガスG3から連続的に水素と不純物が分離されて水素が精製される。 The hydrogen purifier 90 employs a pressure swing method, in which one of the pair of adsorption tanks adsorbs impurities other than hydrogen in the adsorbent, and the other adsorption tank desorbs the impurities adsorbed in the adsorbent. .. In the hydrogen purifier 90, the adsorption step and the desorption step are repeated in each adsorption tank at a constant cycle to continuously separate hydrogen and impurities from the reformed gas G3 to purify hydrogen.

水素精製器90で精製された製品としての水素は水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られる。 Hydrogen as a product purified by the hydrogen purifier 90 is sent to the hydrogen supply pipe 92, stored in a tank (not shown), or sent to the hydrogen supply line.

一方、水素精製器90から排出されたオフガスOGは、オフガス還流管110を介して改質器12に供給される。すなわち、オフガス還流管110上に設けられたオフガスタンク112に一旦貯留された後、改質器12のバーナー26に供給される。 On the other hand, the offgas OG discharged from the hydrogen purifier 90 is supplied to the reformer 12 via the offgas reflux pipe 110. That is, after being temporarily stored in the off-gas tank 112 provided on the off-gas recirculation pipe 110, it is supplied to the burner 26 of the reformer 12.

なお、このオフガスOGには、改質器12で除去しきれなかった一酸化炭素と水素精製器90で分離しきれなかった水素が含有されている。したがって、オフガスは、バーナー26に供給されることにより燃焼室25内で燃焼される(改質器12の加熱に供される)。 The offgas OG contains carbon monoxide that could not be completely removed by the reformer 12 and hydrogen that could not be completely separated by the hydrogen purifier 90. Therefore, the off gas is combusted in the combustion chamber 25 by being supplied to the burner 26 (provided for heating the reformer 12).

ところで、第1開閉弁102を閉弁から開弁、第2開閉弁104を開弁から閉弁へ切り換えした時(以下、「切換時」という)には、改質ガスが昇圧前水分離部50から水素精製器90に到達し、水素精製器90で改質ガスG3から分離されたオフガスOGがオフガス還流管110を介してオフガスタンク112に到達するまで、時間を要する。 By the way, when the first opening/closing valve 102 is switched from the closed valve to the open valve and the second opening/closing valve 104 is switched from the open valve to the closed valve (hereinafter, referred to as “switching”), the reformed gas is pressurized before water separation unit. It takes time to reach the hydrogen purifier 90 from 50, and the off gas OG separated from the reformed gas G3 in the hydrogen purifier 90 reaches the off gas tank 112 through the off gas recirculation pipe 110.

この間、オフガスタンク112に供給される可燃ガス(改質ガスG2及びオフガスOG)はないが、オフガスタンク112に貯留されていた改質ガスG2がオフガスタンク112から改質器12のバーナー26に供給される。すなわち、バーナー26には、オフガスタンク112から燃料ガス(改質ガスG2又はオフガスOG)の供給が遮断されることになく継続される。したがって、バーナー26の燃焼状態が良好に維持される。 During this time, there is no combustible gas (reformed gas G2 and off gas OG) supplied to the off gas tank 112, but the reformed gas G2 stored in the off gas tank 112 is supplied from the off gas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12. To be done. That is, the supply of the fuel gas (the reformed gas G2 or the off gas OG) from the off gas tank 112 to the burner 26 is continued without being interrupted. Therefore, the combustion state of the burner 26 is maintained in good condition.

このように、水素製造装置10では、改質器12で生成される改質ガスが所定の水素濃度に達していない場合には、第1開閉弁102を閉弁、第2開閉弁104を開弁させることで、分岐管100を介してオフガス還流管110上に設けられたオフガスタンク112に供給することができる。この結果、所定の水素濃度に達していない改質ガスをオフガスタンク112から改質器12のバーナー26に燃料として供給し、燃焼室25で燃焼させている。 As described above, in the hydrogen production device 10, when the reformed gas generated in the reformer 12 does not reach the predetermined hydrogen concentration, the first opening/closing valve 102 is closed and the second opening/closing valve 104 is opened. By opening the valve, the gas can be supplied to the off-gas tank 112 provided on the off-gas recirculation pipe 110 via the branch pipe 100. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied from the off-gas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12 as fuel and burned in the combustion chamber 25.

したがって、所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器90に供給されることが防止され、水素精製器90で精製された(製品)水素の純度(品質)が低下することが防止される(製品水素の品質を高く維持することができる)。 Therefore, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is prevented from being supplied to the hydrogen purifier 90, and the purity (quality) of the (product) hydrogen purified by the hydrogen purifier 90 is prevented from being lowered. (High quality product hydrogen can be maintained).

また、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器12のバーナー26に供給して燃焼室25で燃焼させることにより、この改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置10の熱効率を向上させている。 In addition, compared with a hydrogen production apparatus that supplies the reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration to the burner 26 of the reformer 12 and burns it in the combustion chamber 25, the reformed gas is supplied to the flare. The thermal efficiency of the hydrogen production device 10 is improved.

さらに、制御部106は、改質ガスが所定品質に到達しているか否かを、温度センサ37で検出された改質ガスの温度に基づいて判定しているため、精度良く改質ガスの品質を判定することができる。 Further, since the control unit 106 determines whether or not the reformed gas has reached a predetermined quality based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37, the quality of the reformed gas can be accurately measured. Can be determined.

さらにまた、改質ガスがオフガスタンク112に供給されている状態からオフガスがオフガスタンク112に供給されている状態に切り換える場合(切換時)には、オフガスタンク112に対する改質ガスの供給が停止した状態からオフガスがオフガスタンク112に到達するまでの間、オフガスタンク112に貯留された改質ガスが改質器12のバーナー26に供給される。したがって、オフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断することはなく、バーナー26の燃焼性が良好に維持される。 Furthermore, when switching from the state where the reformed gas is being supplied to the offgas tank 112 to the state where the offgas is being supplied to the offgas tank 112 (during switching), the supply of the reformed gas to the offgas tank 112 has stopped. From the state until the off gas reaches the off gas tank 112, the reformed gas stored in the off gas tank 112 is supplied to the burner 26 of the reformer 12. Therefore, the supply of fuel gas (reforming gas or off gas) from the off-gas tank 112 to the burner 26 is not interrupted, and the burnability of the burner 26 is maintained good.

オフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断された場合には、バーナー26に都市ガスを供給すること、又は都市ガスの供給量を増加させることが必要となる。水素製造装置10では、切換時にオフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断することはないため、バーナー26に対する燃料ガス(改質ガス、オフガス、都市ガス)の流量制御が簡単になると共に、装置全体の熱効率が一層向上する。 When the supply of fuel gas (reforming gas or offgas) from the offgas tank 112 to the burner 26 is cut off, it is necessary to supply city gas to the burner 26 or to increase the supply amount of city gas. .. In the hydrogen production device 10, since the supply of the fuel gas (reformed gas or off gas) from the off gas tank 112 to the burner 26 is not interrupted at the time of switching, the fuel gas (reformed gas, off gas, city gas) to the burner 26 is not supplied. The flow rate control is simplified and the thermal efficiency of the entire device is further improved.

なお、オフガス還流管110の途中にオフガスタンク112を設け、オフガスタンク112にオフガスOGを一旦貯留することで、例えば水素精製器90がPSA装置である場合に周期的に変動するオフガスの流量や組成を平準化して改質器12のバーナー26に供給することができる。これによって、バーナー26の燃焼性を良好に維持できる。 An off-gas tank 112 is provided in the middle of the off-gas recirculation pipe 110, and the off-gas OG is temporarily stored in the off-gas tank 112, so that, for example, when the hydrogen purifier 90 is a PSA device, the flow rate and composition of the off-gas vary periodically. Can be leveled and supplied to the burner 26 of the reformer 12. Thereby, the burnability of the burner 26 can be favorably maintained.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る水素製造装置200及び水素製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、水素製造装置200は、水素製造装置10に流量検出器202と、流量制御弁204を追加したのみなので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第1実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
A hydrogen production apparatus 200 and a hydrogen production method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, since the hydrogen production apparatus 200 only has the flow rate detector 202 and the flow rate control valve 204 added to the hydrogen production apparatus 10, only the configuration and operation relating to the relevant portion will be described, and the same operational effect as the first embodiment will be described. Will not be described in detail.

(構成)
図4に示すように、水素製造装置200は、オフガス還流管110上においてオフガスタンク112の下流側にオフガス還流管110を流れるガス流量を検出する流量検出器202を設けている。図5に示すように、流量検出器202の検出信号が制御部106に出力される。なお、流量検出器202が「流量検出手段」に相当する。
(Constitution)
As shown in FIG. 4, the hydrogen production apparatus 200 is provided with a flow rate detector 202 on the offgas recirculation pipe 110 downstream of the offgas tank 112 for detecting the gas flow rate flowing through the offgas recirculation pipe 110. As shown in FIG. 5, the detection signal of the flow rate detector 202 is output to the control unit 106. The flow rate detector 202 corresponds to “flow rate detecting means”.

また、図4に示すように、空気供給管40上には、空気供給管40を流れる空気流量を調整する流量制御弁204が設けられている。図5に示すように、流量制御弁204は、制御部106からの制御信号が入力されることにより駆動され、空気供給管40を流れる空気流量を調整する。この流量制御弁204が「空気流量調整弁」に相当する。 Further, as shown in FIG. 4, a flow rate control valve 204 for adjusting the flow rate of the air flowing through the air supply pipe 40 is provided on the air supply pipe 40. As shown in FIG. 5, the flow rate control valve 204 is driven by receiving a control signal from the control unit 106, and adjusts the flow rate of air flowing through the air supply pipe 40. This flow control valve 204 corresponds to an “air flow control valve”.

図5に示すように、制御部106では、温度センサ37と流量検出器202の検出信号が入力されると共に、第1開閉弁102、第2開閉弁104、流量制御弁204に制御信号が出力される構成である。 As shown in FIG. 5, in the control unit 106, the detection signals of the temperature sensor 37 and the flow rate detector 202 are input, and the control signals are output to the first opening/closing valve 102, the second opening/closing valve 104, and the flow rate control valve 204. It is a configuration that is done.

また、制御部106には、流量検出器202と温度センサ37で検出された改質ガスの流量及び温度と、これらに対応した空気供給管40に流れる空気流量(空気流量調整弁の開度)との対応関係を示すテーブルが格納されている。これは、バーナー26に改質ガスが供給されることによって燃焼される場合、改質ガスの組成が改質ガスの温度によって異なることから、改質ガスの流量と温度に対応して燃焼室25に供給される空気流量を調整することで、燃焼室25における燃焼性(空燃比)を適切に調整するものである。 Further, the control unit 106 has a flow rate and a temperature of the reformed gas detected by the flow rate detector 202 and the temperature sensor 37, and an air flow rate flowing through the air supply pipe 40 corresponding thereto (opening degree of the air flow rate adjusting valve). A table indicating the correspondence relationship with is stored. This is because when the burner 26 is burned by supplying the reformed gas, the composition of the reformed gas differs depending on the temperature of the reformed gas, so that the combustion chamber 25 corresponds to the flow rate and the temperature of the reformed gas. The combustibility (air-fuel ratio) in the combustion chamber 25 is appropriately adjusted by adjusting the flow rate of air supplied to the.

したがって、制御部106では、温度センサ37で検出された温度と閾値を比較することにより、第1開閉弁102と第2開閉弁104に制御信号を出力して開閉制御すると共に、この開閉制御により改質ガスがオフガスタンク112に供給される場合に、図示しないテーブルを参照した制御信号を流量制御弁204に出力する構成である。 Therefore, the control unit 106 outputs a control signal to the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104 to perform opening/closing control by comparing the temperature detected by the temperature sensor 37 with a threshold value, and the opening/closing control When the reformed gas is supplied to the off-gas tank 112, a control signal referring to a table (not shown) is output to the flow rate control valve 204.

(作用)
次に、水素製造装置200及び水素製造方法の作用について説明する。
水素製造装置200の制御部106では、改質器12の起動時に、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満である場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、第1開閉弁102を閉弁信号、第2開閉弁104を開弁信号を出力する。これにより、第1開閉弁102が閉弁されると共に第2開閉弁104が開弁される。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 200 and the hydrogen production method will be described.
When the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is lower than the threshold when the reformer 12 is started, the control unit 106 of the hydrogen production apparatus 200 has reached a predetermined hydrogen concentration in the reformed gas. When it is determined that there is not, the first opening/closing valve 102 outputs a valve closing signal and the second opening/closing valve 104 outputs an opening signal. As a result, the first opening/closing valve 102 is closed and the second opening/closing valve 104 is opened.

この結果、装置の起動時に改質器12で生成され所定の水素濃度に達していない改質ガスが昇圧前水分離部50からオフガスタンク112に供給される。オフガスタンク112からオフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に改質ガスが供給される。この際、オフガス還流管110内を流れる改質ガスの流量が流量検出器202で検出される。 As a result, the reformed gas generated in the reformer 12 at the time of starting the apparatus and having not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 to the offgas tank 112. The reformed gas is supplied from the offgas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12 via the offgas reflux pipe 110. At this time, the flow rate detector 202 detects the flow rate of the reformed gas flowing in the off-gas recirculation pipe 110.

制御部106では、上記のように改質ガス温度が閾値未満の場合には、改質ガスが燃焼室25のバーナー26に供給されることから、図示しないテーブルを参照して温度センサ37と流量検出器202で検出された改質ガスの温度と流量から、流量制御弁204の開度を決定し、これに対応する制御信号を流量制御弁204に出力する。 In the control unit 106, when the reformed gas temperature is lower than the threshold value as described above, the reformed gas is supplied to the burner 26 of the combustion chamber 25. Therefore, the temperature sensor 37 and the flow rate are referred to by referring to a table (not shown). The opening of the flow rate control valve 204 is determined from the temperature and flow rate of the reformed gas detected by the detector 202, and a control signal corresponding to this is output to the flow rate control valve 204.

流量制御弁204は、制御信号に基づいて所定の開度に調整することにより、空気供給管40から燃焼室25に供給される空気流量が所定の流量とされる。この結果、燃焼室25においてバーナー26に供給された改質ガスの燃焼状態が一層良好に維持される。 The flow rate control valve 204 adjusts the opening degree to a predetermined value based on the control signal, so that the air flow rate supplied from the air supply pipe 40 to the combustion chamber 25 becomes a predetermined flow rate. As a result, the combustion state of the reformed gas supplied to the burner 26 in the combustion chamber 25 is more favorably maintained.

なお、この場合、改質ガスの流量だけでなく改質ガスの温度を参照することによって改質ガスの組成が考慮されるため、燃焼室25におけるバーナー26の燃焼性が一層良好になる。 In this case, since the composition of the reformed gas is considered by referring to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas, the burnability of the burner 26 in the combustion chamber 25 is further improved.

[その他]
水素製造装置10、200では、それぞれ改質器12を多重筒型改質器としたが、これに限定されるものではない。都市ガスから水素を主成分とする改質ガスに改質可能なものであれば良い。
[Other]
In each of the hydrogen production devices 10 and 200, the reformer 12 is a multi-cylinder reformer, but is not limited to this. It is sufficient that the city gas can be reformed into a reformed gas containing hydrogen as a main component.

また、水素製造装置10、200では、水素精製器90がPSA装置である場合について説明したが、改質ガスG3から水素を精製できるものであれば、これに限定するものではない。 Further, in the hydrogen producing apparatuses 10 and 200, the case where the hydrogen purifier 90 is a PSA apparatus has been described, but the hydrogen purifying apparatus 90 is not limited to this as long as hydrogen can be purified from the reformed gas G3.

さらに、水素製造装置10、200では、連絡流路管56上の分岐管100との分岐位置よりも下流側に第1開閉弁102、分岐管100上に第2開閉弁104を設けることにより、昇圧前水分離部50と圧縮機80又はオフガスタンク112を選択的に連通する構成としたが、連絡流路管56上の分岐管100との分岐位置に三方弁を設けることにより昇圧前水分離部50と圧縮機80又はオフガスタンク112を選択的に連通する構成としても良い。 Further, in the hydrogen production devices 10 and 200, by providing the first opening/closing valve 102 on the downstream side of the branch position with the branch pipe 100 on the communication flow path pipe 56 and the second opening/closing valve 104 on the branch pipe 100, Although the pre-pressurizing water separation unit 50 and the compressor 80 or the off-gas tank 112 are selectively communicated with each other, the pre-pressurizing water separation is provided by providing a three-way valve at a branch position with the branch pipe 100 on the communication flow path pipe 56. The configuration may be such that the section 50 and the compressor 80 or the off-gas tank 112 are selectively communicated with each other.

また、水素製造装置10、200では、温度センサ37で検出した改質ガスの温度に基づいて制御部106が改質ガスの水素濃度を判定し、この判定結果に基づいて第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉制御を行う構成としたが、運転員が改質ガスの温度に基づいて改質ガスの水素濃度を評価し、第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉を行う構成でも良い。 In the hydrogen producing devices 10 and 200, the control unit 106 determines the hydrogen concentration of the reformed gas based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37, and based on the determination result, the first on-off valve 102, Although the configuration is such that the opening/closing control of the second opening/closing valve 104 is performed, the operator evaluates the hydrogen concentration of the reformed gas based on the temperature of the reformed gas, and opens/closes the first opening/closing valve 102 and the second opening/closing valve 104. It may be configured to be performed.

さらに、制御部106において改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かの判定は、改質ガスの温度に基づいて行うものであれば良い。例えば、改質ガスの温度上昇率等に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定しても良い。 Furthermore, the control unit 106 may determine whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the temperature of the reformed gas. For example, whether or not the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration may be determined based on the rate of temperature rise of the reformed gas.

また、水素製造装置200では、制御部106で改質ガスの温度と流量から改質器12の燃焼室25に供給する空気流量を流量制御弁204で調整する構成としたが、改質ガスの流量のみに対応して燃焼室25に供給する空気流量を調整する構成でも良い。 In the hydrogen production apparatus 200, the control unit 106 adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber 25 of the reformer 12 by the flow rate control valve 204 based on the temperature and flow rate of the reformed gas. A configuration may be used in which the flow rate of air supplied to the combustion chamber 25 is adjusted according to only the flow rate.

さらに、水素製造装置200では、改質ガスを改質器12のバーナー26に供給する場合だけ、流量制御弁204を調整して燃焼室25に供給される空気流量を調整する構成としたが、オフガスをバーナー26に供給する場合も同様の調整をしても良い。ただし、この場合には、制御部106がオフガスの流量と、空気流量(流量制御弁204の開度)との対応関係を示すテーブルを記憶し、流量検出器202で検出されたオフガス流量からテーブルを参照して流量制御弁204を制御して空気流量を調整することが考えられる。 Furthermore, in the hydrogen production apparatus 200, the flow control valve 204 is adjusted to adjust the flow rate of the air supplied to the combustion chamber 25 only when the reformed gas is supplied to the burner 26 of the reformer 12. The same adjustment may be performed when the off gas is supplied to the burner 26. However, in this case, the control unit 106 stores a table showing the correspondence relationship between the flow rate of the off gas and the air flow rate (the opening degree of the flow rate control valve 204), and the table is obtained from the off gas flow rate detected by the flow rate detector 202. It is conceivable to control the flow rate control valve 204 with reference to to adjust the air flow rate.

また、水素製造装置10、200において分岐管100の一端は、昇圧前水分離部50に接続されているが、これに限定するものではない。すなわち、分岐管100の一端は、改質器12から水素精製器90を結ぶ管路(改質ガス排出管44、昇圧前水分離部50、連絡流路管56、圧縮機80、連絡流路管66、昇圧後水分離部60、連絡流路管68)に接続されていれば良い。ただし、分岐管100の一端が昇圧前水分離部50よりも下流側と接続されると、改質ガスをオフガスタンク112に供給するまでの流路が長くなるという点で本実施形態と比較して不利である。また、改質ガス排出管44からオフガスタンク112に分岐管100が接続された場合には、水蒸気(水分)を多く含む改質ガスが改質器12のバーナー26に供給される点で本実施形態よりも不利である。 In addition, one end of the branch pipe 100 in the hydrogen production devices 10 and 200 is connected to the pre-pressurization water separation unit 50, but the present invention is not limited to this. That is, one end of the branch pipe 100 has a pipe line (the reformed gas discharge pipe 44, the pre-pressurizing water separation unit 50, the communication flow pipe 56, the compressor 80, the communication flow passage) that connects the reformer 12 and the hydrogen purifier 90. It suffices if it is connected to the pipe 66, the post-pressurization water separation unit 60, and the connecting flow pipe 68). However, when one end of the branch pipe 100 is connected to the downstream side of the pre-pressurization water separation unit 50, the flow path until the reformed gas is supplied to the off-gas tank 112 becomes longer, which is a comparison with the present embodiment. Is disadvantageous. Further, when the branch pipe 100 is connected from the reformed gas discharge pipe 44 to the offgas tank 112, the reformed gas containing a large amount of steam (water) is supplied to the burner 26 of the reformer 12 in the present embodiment. It is more disadvantageous than the form.

さらに、分岐管100の他端は、オフガスタンク112に直接接続されていたが、これに限定するものではない。すなわち、分岐管100の他端は、オフガス還流管110においてオフガスタンク112よりも上流側に接続されるものであっても良い。 Furthermore, although the other end of the branch pipe 100 is directly connected to the offgas tank 112, the present invention is not limited to this. That is, the other end of the branch pipe 100 may be connected to the upstream side of the offgas tank 112 in the offgas recirculation pipe 110.

また、水素製造装置10、200では、改質器12(水素製造装置10、200)の起動時について説明したが、起動時に限定されず、所定の水素濃度に達しない改質ガスを改質器12のバーナー26に供給するものである。 Further, in the hydrogen production devices 10 and 200, the reformer 12 (hydrogen production devices 10 and 200) is described as being activated, but the reformed gas is not limited to the activation and reformed gas that does not reach a predetermined hydrogen concentration is reformed. It is supplied to twelve burners 26.

10、200 水素製造装置
12 多重筒型改質器(改質器)
37 温度センサ(温度検出手段)
40 空気供給管(空気供給流路)
44 改質ガス排出管(改質ガス流路)
50 昇圧前水分離部(改質ガス流路)
56 連絡流路管(改質ガス流路)
80 圧縮機(改質ガス流路)
66 連絡流路管(改質ガス流路)
60 昇圧後水分離部(改質ガス流路)
68 連絡流路管(改質ガス流路)
100 分岐管(改質ガス分岐流路)
102 第1開閉弁(切換手段)
104 第2開閉弁(切換手段)
106 制御部
110 オフガス還流管(オフガス流路)
112 オフガスタンク
202 流量検出器(流量検出手段)
204 流量制御弁(空気流量調整弁)
10, 200 Hydrogen production device 12 Multiple cylinder type reformer (reformer)
37 Temperature sensor (temperature detection means)
40 Air supply pipe (air supply flow path)
44 Reformed gas discharge pipe (reformed gas flow path)
50 Pre-pressurization water separation unit (reformed gas flow path)
56 Communication flow path pipe (reformed gas flow path)
80 Compressor (reformed gas flow path)
66 Communication flow path pipe (reformed gas flow path)
60 Water separation after pressure increase (reformed gas flow path)
68 Communication flow channel (reformed gas flow channel)
100 Branch pipe (reformed gas branch flow path)
102 First on-off valve (switching means)
104 Second on-off valve (switching means)
106 control unit 110 off-gas recirculation pipe (off-gas flow path)
112 Off-gas tank 202 Flow rate detector (flow rate detection means)
204 Flow rate control valve (air flow rate adjustment valve)

請求項1記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、を備える。 The hydrogen production apparatus according to claim 1, which is a reformer that reforms the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and reforms the hydrocarbon by steam reforming. A reformer having a high quality catalyst layer and a carbon monoxide removing unit that removes carbon monoxide from the reformed gas on the downstream side of the reforming catalyst layer, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, the switching means for shutting off the other and the reforming gas flow path of the reformer, which is disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing portion, the reforming gas The temperature detection means detects a temperature, and the control part which controls the switching means based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection means .

制御部は、温度検出手段で検出された改質ガスの温度に基づいて、改質ガスの水素濃度が所定濃度に達しているか否かを判定している。制御部は、例えば、改質ガスの温度が所定温度未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。The control unit determines whether or not the hydrogen concentration of the reformed gas has reached a predetermined concentration based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection means. For example, when the temperature of the reformed gas is lower than the predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has not reached the predetermined hydrogen concentration, and the switching unit determines the upstream side and the downstream side of the reformed gas flow path. Is cut off, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are connected. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer through the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

一方、制御部は、改質器の改質ガスの温度が所定温度以上の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させている。これによって、所定の水素濃度に達した改質ガスを水素精製器に供給し、製品水素を製造する。また、水素精製器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室にオフガスが燃料として戻され、改質器の加熱に供される。この場合にも、オフガスを改質器に燃料として供給しない水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が向上する。 On the other hand, when the temperature of the reformed gas in the reformer is equal to or higher than the predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has reached the predetermined hydrogen concentration, and the switching unit upstream side of the reformed gas flow path. And the downstream side are communicated with each other, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are blocked. As a result, the reformed gas that has reached the predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier to produce product hydrogen. Further, off-gas is returned from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer as fuel via the off-gas tank, and is used for heating the reformer. Also in this case, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved as compared with the hydrogen production apparatus that does not supply the offgas as fuel to the reformer.

これにより、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が一層向上する。
このように、制御部では改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
Thereby, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is further improved as compared with the hydrogen production apparatus that supplies the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration to the flare.
In this way, the control unit determines whether or not the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and controls the switching means based on this, so that the product The thermal efficiency of the entire apparatus can be improved while maintaining the quality of hydrogen.

請求項記載の水素製造装置は、請求項記載の水素製造装置において、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御して前記空気流量を調整する。 The hydrogen production apparatus according to claim 2 is the hydrogen production apparatus according to claim 1 , wherein the off gas passage is provided on a downstream side of the off gas tank, the gas flow rate detection means for detecting a gas flow rate, and the reforming. An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reactor, and an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber, and the control unit, Based on the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means, the air flow rate adjusting valve is controlled to adjust the air flow rate.

請求項記載の水素製造装置は、請求項記載の水素製造装置において、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する。 Hydrogen generating device according to claim 3, wherein, in the hydrogen generating device according to claim 1, wherein, provided on the downstream side of the off-gas tank of the off-gas channel, and the gas flow rate detection means for detecting the gas flow rate, the reforming An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reactor, and an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber, and the control unit, Based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means, the air flow rate is adjusted by controlling the air flow rate adjusting valve.

特に、制御部では、改質ガスの流量のみならず改質ガスの温度を参照することで、温度によって異なる改質ガスの組成に対応して燃焼室に供給する空気流量を調整するため、燃焼室の燃焼性が一層良好になる。 In particular, the control unit refers to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas to adjust the flow rate of the air supplied to the combustion chamber in accordance with the composition of the reformed gas that varies depending on the temperature. The combustibility of the chamber is further improved.
請求項4記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器における改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する。 The hydrogen production apparatus according to claim 4, which is connected to the reformer that reforms the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means and the temperature detecting means for detecting the temperature of the reformed gas in the reformer, the switching means, A control unit for controlling, a gas flow rate detection unit that is provided on the downstream side of the off-gas tank in the off-gas channel, detects gas flow rate, and an air supply channel that supplies air to the combustion chamber of the reformer. And an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber, wherein the control unit controls the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detecting means. Based on the detected gas flow rate, the air flow rate is adjusted by controlling the air flow rate adjusting valve.

請求項記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、前記改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させる
この水素製造方法では、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。
The hydrogen production method according to claim 5 , wherein the reformer reforms the hydrocarbon supplied as a raw material to produce a reformed gas containing hydrogen as a main component, and reforms the hydrocarbon by steam reforming. A reformer having a high quality catalyst layer and a carbon monoxide removing unit that removes carbon monoxide from the reformed gas on the downstream side of the reforming catalyst layer, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that separates a quality gas into product hydrogen and off gas that is an impurity to purify product hydrogen; an off gas flow path that returns the off gas as a fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer; An off-gas tank provided on an off-gas flow path, which temporarily stores the off-gas and then supplies it to the reformer, and a off-gas tank branched from a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier. To the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and one of the downstream side or the reformed gas branch channel. The reforming gas is provided between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing unit on the flow path of the reformer through which the reforming gas flows, the switching unit communicating with the reforming gas. When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is lower than a threshold value, the reforming gas flow path is changed by the switching unit. The upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch flow path in, the communication between the upstream side and the reformed gas branch flow path, and the reformer generated in the reformer. When the temperature of the quality gas is equal to or higher than a threshold value, the switching means connects the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and the upstream side. The reformed gas branch flow path is shut off .
In this hydrogen production method, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than the threshold value, it is determined that the reformed gas has not reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching means changes the reformed gas flow path. The upstream side and the downstream side are blocked, and the upstream side and the reformed gas branch passage are communicated. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer through the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

このように、この水素製造方法では、改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
請求項記載の水素製造方法は、請求項記載の水素製造方法において、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
請求項記載の水素製造方法は、請求項記載の水素製造方法において、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、改質ガスの温度とオフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
請求項8記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
Thus, in this hydrogen production method, it is determined whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and the switching means is controlled based on this. Therefore, the thermal efficiency of the entire device can be improved while maintaining the quality of the product hydrogen.
The hydrogen production method according to claim 6 , wherein in the hydrogen production method according to claim 5 , at least when the temperature of the reformed gas is lower than a threshold value, a gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the above.
In this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage are shut off by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch passage are connected. Communicate. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the combustibility of the combustion chamber can be favorably maintained by adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. it can.
The method of hydrogen production according to claim 7, wherein, in the process for producing hydrogen according to claim 5, when the temperature of at least the reformed gas is less than the threshold value, the temperature of the reformed gas, the off in the off-gas channel The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the gas flow rate on the downstream side of the gas tank.
In this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage are shut off by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch passage are connected. Communicate. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the combustibility of the combustion chamber is improved by adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. Can be maintained well.
The hydrogen production method according to claim 8, wherein a reformer for reforming the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component is connected to the reformer, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than the threshold value, the reforming gas flow path is changed by the switching unit. The upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch flow path in, the communication between the upstream side and the reformed gas branch flow path, and the reformer generated in the reformer. When the temperature of the quality gas is equal to or higher than a threshold value, the switching means connects the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and the upstream side. While blocking the reformed gas branch passage, at least when the temperature of the reformed gas is less than a threshold value, the temperature of the reformed gas, and the gas on the downstream side of the off gas tank in the off gas passage. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the flow rate.

請求項1、4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production apparatus according to the inventions of claims 1 and 4 has the above-mentioned configuration, reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration can be supplied to the hydrogen purifier when the reformer is started. In addition to being prevented, the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項2〜4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen production device according to the invention of claims 2 to 4 has the above-mentioned configuration, it is possible to improve the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber.

さらに、請求項5、8記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Further, since the hydrogen producing method according to the invention of claims 5 and 8 is configured as described above, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration when the reformer is started is supplied to the hydrogen purifier. This can be prevented and the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項6〜8記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen production method according to the inventions of claims 6 to 8 has the above-mentioned configuration, the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber can be improved.

請求項1記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整するThe hydrogen production apparatus according to claim 1, which is a reformer that reforms the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and reforms the hydrocarbon by steam reforming. A reformer having a high quality catalyst layer and a carbon monoxide removing unit that removes carbon monoxide from the reformed gas on the downstream side of the reforming catalyst layer, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, the switching means for shutting off the other and the reforming gas flow path of the reformer, which is disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing portion, the reforming gas Temperature detection means for detecting the temperature, based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection means, a control unit for controlling the switching means, downstream of the off-gas tank of the off-gas passage A gas flow rate detection unit that is provided to detect a gas flow rate, an air supply channel that supplies air to the combustion chamber of the reformer, and an air flow rate that is provided on the air supply channel and is supplied to the combustion chamber. And an air flow rate adjusting valve for adjusting the air flow rate adjusting valve, wherein the control unit controls the air flow rate adjusting valve based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting means. Adjust the air flow rate .

また、この水素製造装置では、改質ガスの温度に基づいて切換手段が切換られることにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路に設けられたガス流量検出手段で改質ガスの流量が検出され、制御部ではこの改質ガスの流量と温度に基づいて改質器の燃焼室に流れる空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持している。 Further, in this hydrogen production device, the switching means is switched based on the temperature of the reformed gas, so that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. It At this time, the flow rate of the reformed gas is detected by the gas flow rate detection means provided in the off-gas flow path, and the control section adjusts the flow rate of the air flowing into the combustion chamber of the reformer based on the flow rate and the temperature of the reformed gas. By doing so, the combustibility of the combustion chamber is maintained well.

特に、制御部では、改質ガスの流量のみならず改質ガスの温度を参照することで、温度によって異なる改質ガスの組成に対応して燃焼室に供給する空気流量を調整するため、燃焼室の燃焼性が一層良好になる。
請求項記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器における改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する。
In particular, the control unit refers to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas to adjust the flow rate of the air supplied to the combustion chamber in accordance with the composition of the reformed gas that varies depending on the temperature. The combustibility of the chamber is further improved.
The hydrogen production apparatus according to claim 2 is connected to a reformer that reforms hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means and the temperature detecting means for detecting the temperature of the reformed gas in the reformer, the switching means, A control unit for controlling, a gas flow rate detection unit that is provided on the downstream side of the off-gas tank in the off-gas channel, detects gas flow rate, and an air supply channel that supplies air to the combustion chamber of the reformer. And an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber, wherein the control unit controls the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detecting means. Based on the detected gas flow rate, the air flow rate adjusting valve is controlled to adjust the air flow rate.

請求項記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、前記改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する
この水素製造方法では、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。
The hydrogen producing method according to claim 3 , wherein the reformer reforms the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and reforms the hydrocarbon by steam reforming. A reformer having a high quality catalyst layer and a carbon monoxide removing unit that removes carbon monoxide from the reformed gas on the downstream side of the reforming catalyst layer, and the reformer is connected to the reformer. A hydrogen purifier that separates a quality gas into product hydrogen and off gas that is an impurity to purify product hydrogen; an off gas flow path that returns the off gas as a fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer; An off-gas tank provided on an off-gas flow path, which temporarily stores the off-gas and then supplies it to the reformer, and a off-gas tank branched from a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier. To the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and one of the downstream side or the reformed gas branch channel. The reforming gas is provided between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing unit on the flow path of the reformer through which the reforming gas flows, the switching unit communicating with the reforming gas. When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is lower than a threshold value, the reforming gas flow path is changed by the switching unit. The upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch flow path in, the communication between the upstream side and the reformed gas branch flow path, and the reformer generated in the reformer. When the temperature of the quality gas is equal to or higher than the threshold value, the switching means connects the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and the upstream side. While blocking the reformed gas branch passage , at least when the temperature of the reformed gas is less than a threshold value, the temperature of the reformed gas, and the gas on the downstream side of the off gas tank in the off gas passage. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the flow rate .
In this hydrogen production method, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is lower than the threshold value, it is determined that the reformed gas has not reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching means changes the reformed gas flow path. The upstream side and the downstream side are blocked, and the upstream side and the reformed gas branch passage are communicated. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer via the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

このように、この水素製造方法では、改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
また、この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、改質ガスの温度とオフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
請求項記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
Thus, in this hydrogen production method, it is determined whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and the switching means is controlled based on this. Therefore, the thermal efficiency of the entire device can be improved while maintaining the quality of the product hydrogen.
Further, in this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the switching means shuts off the upstream side and the downstream side of the reformed gas passage, and the upstream side and the reformed gas branch passage. And communicate with. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, the combustibility of the combustion chamber is improved by adjusting the flow rate of the air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. Can be maintained well.
The hydrogen production method according to claim 4 , wherein a reformer for reforming the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a reformer connected to the reformer, A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and off gas that is an impurity, an off gas flow path that returns the off gas as fuel from the hydrogen refiner to the combustion chamber of the reformer, and the off gas An off-gas tank that is provided on the flow path and temporarily stores the off-gas, and then supplies the off-gas to the reformer, and a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier to branch to the off-gas tank. The reformed gas branch passage reaching the upstream side of the branch position to the reformed gas branch passage in the reformed gas passage, and one of the downstream side and the reformed gas branch passage. However, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than the threshold value, the reforming gas flow path is changed by the switching unit. The upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch flow path in, the communication between the upstream side and the reformed gas branch flow path, and the reformer generated in the reformer. When the temperature of the quality gas is equal to or higher than a threshold value, the switching means connects the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, and the upstream side. While blocking the reformed gas branch passage, at least when the temperature of the reformed gas is less than a threshold value, the temperature of the reformed gas, and the gas on the downstream side of the off gas tank in the off gas passage. The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the flow rate.

請求項1、記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production apparatus according to the first and second aspects of the present invention is configured as described above, reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration at the time of starting the reformer can be supplied to the hydrogen purifier. In addition to being prevented, the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項1、2記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen production device according to the invention of claims 1 and 2 has the above-mentioned configuration, it is possible to improve the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber.

さらに、請求項3、4記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Further, since the method for producing hydrogen according to the third and fourth aspects of the present invention is configured as described above, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration when the reformer is started is supplied to the hydrogen purifier. This can be prevented and the thermal efficiency of the entire device can be improved.

また、請求項3、4記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Further, since the hydrogen producing method according to the inventions of claims 3 and 4 has the above-mentioned configuration, the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber can be improved.

Claims (8)

原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、
前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、
前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、
前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、
を備える水素製造装置。
A reformer for reforming the hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component,
A hydrogen purifier that is connected to the reformer and separates the reformed gas into product hydrogen and off gas that is an impurity to purify product hydrogen;
An offgas flow path for returning the offgas as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer,
An off-gas tank provided on the off-gas channel, which temporarily stores the off-gas and then supplies the off-gas to the reformer,
A reformed gas branch passage branched from the reformed gas passage from the reformer to the hydrogen purifier to the off-gas tank,
An upstream side of a branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, a switching unit that communicates with either the downstream side or the reformed gas branch channel, and shuts off from the other.
Hydrogen production device equipped with.
前記改質器における改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、
を備える請求項1記載の水素製造装置。
Temperature detection means for detecting the temperature of the reformed gas in the reformer,
Based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detection means, a control unit for controlling the switching means,
The hydrogen production apparatus according to claim 1, further comprising:
前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、
前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、
を備え、前記制御部は、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御して前記空気流量を調整する請求項2記載の水素製造装置。
A gas flow rate detection unit that is provided on the downstream side of the off gas tank in the off gas flow path and detects a gas flow rate,
An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reformer,
An air flow rate adjusting valve that is provided on the air supply flow path and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber,
3. The hydrogen production apparatus according to claim 2, further comprising: a control unit configured to control the air flow rate adjusting valve to adjust the air flow rate based on the gas flow rate detected by the gas flow rate detecting unit.
前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、
前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、
を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記改質ガスの流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する請求項2記載の水素製造装置。
A gas flow rate detection unit that is provided on the downstream side of the off gas tank in the off gas flow path and detects a gas flow rate,
An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reformer,
An air flow rate adjusting valve that is provided on the air supply flow path and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber,
The control unit adjusts the air flow rate by controlling the air flow rate control valve based on the temperature of the reformed gas and the flow rate of the reformed gas detected by the gas flow rate detection means. Item 2. The hydrogen production device according to item 2.
請求項1記載の水素製造装置を用いて、
前記改質器で生成された前記改質ガスの水素濃度が所定の水素濃度に達していない場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、
前記改質器で生成された前記改質ガスの水素濃度が所定の水素濃度に到達した場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させる水素製造方法。
Using the hydrogen production apparatus according to claim 1,
When the hydrogen concentration of the reformed gas generated in the reformer has not reached a predetermined hydrogen concentration, the switching position of the reformed gas flow passage to the reformed gas branch flow passage in the reformed gas flow passage by the switching unit. The upstream side and the downstream side are cut off from each other, and the upstream side and the reformed gas branch passage are communicated with each other,
When the hydrogen concentration of the reformed gas generated in the reformer reaches a predetermined hydrogen concentration, the switching unit causes the reformed gas passage to branch to the reformed gas branch passage from the branch position. Also, a method for producing hydrogen in which the upstream side and the downstream side are communicated with each other and the upstream side and the reformed gas branch flow path are blocked from each other.
請求項1記載の水素製造装置を用いて、
前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、
前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させる水素製造方法。
Using the hydrogen production apparatus according to claim 1,
When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is lower than a threshold value, the switching means upstream and downstream of the branch position of the reformed gas passage to the reformed gas branch passage. And to connect the upstream side and the reformed gas branch flow path,
When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than a threshold value, upstream and downstream of the branch position in the reformed gas flow passage in the reformed gas flow passage by the switching unit. And a reformed gas branch flow path are cut off from each other.
少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する請求項6記載の水素製造方法。 At least when the temperature of the reformed gas is lower than a threshold value, the flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. Item 6. The method for producing hydrogen according to Item 6. 少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する請求項6記載の水素製造方法。 When the temperature of the reformed gas is at least lower than the threshold value, the reformed gas is introduced into the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate on the downstream side of the offgas tank in the offgas passage. The method for producing hydrogen according to claim 6, wherein the flow rate of the supplied air is adjusted.
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