JP2020093948A - 水素製造装置、水素製造方法、圧縮機寿命監視制御プログラム - Google Patents

水素製造装置、水素製造方法、圧縮機寿命監視制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】PSA装置へ送り込む改質ガスの圧力を定常的に安定させる。【解決手段】圧縮機16の寿命、特に、シール材等の消耗部品の寿命を起因とする圧縮能力の低下が、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼすことを鑑み、既存の設備を用いて(PSA装置20に予め設けられた圧力センサ66を用いて)、圧縮機16の圧縮能力を監視し、寿命を監視することで、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼす前に、消耗品交換等のメンテナンスを確実に行うことができる。【選択図】図2

Description

本発明は、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、水素製造方法、及び水素精製器へ送出する改質ガスを加圧する圧縮機の寿命を監視するための圧縮機寿命監視制御プログラムに関する。
水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を水蒸気改質装置で改質ガスに改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置へ供給する構成がある。この水素製造装置では、改質ガスを圧縮機で圧縮し、例えば、バッファタンクによって、所定の圧力で安定させた状態の改質ガスをPSA装置へ送り込み、PSA装置で水素を生成すると共にオフガスを改質器のバーナに供給して燃焼させている。PSA装置で精製された水素は、製品として基準を満たした純度の水素である。
ところで、PSA装置に送り込まれる改質ガスは所定の圧力に圧縮されることで、高純度の水素の製品を得ることができるため、圧縮機の圧縮能力は重要なファクタとなる。
特許文献1には、PSA装置へ供給する原料ガスの圧力変動を抑え、原料ガス圧縮機を比較的定常な連続運転状態とするPSA装置への原料ガス供給方法について記載されている。
特許文献1では、原料ガス受入ラインからPSA装置に供給する原料ガスの圧力を必要な圧力まで高めるため、原料ガス圧縮機が設けられ、PSA装置で受け入れる量が少ないときは、原料ガスを原料ガス受槽へ受け入れる経路を構築し、PSA装置で受け入れる量が多いときは、通常の供給経路と共に原料ガス受槽内で加圧された原料ガスもPSA装置へ供給する経路を構築するようになっている。
特許文献2には、改質器の温度測定値が改質器の耐熱性の観点から定めた所定の設定値を超えた場合には、圧縮機の吐出圧力を測定する圧力計の測定値に基づき、圧縮機の吐出圧力を上昇させるように制御し、PSAにおける水素収率を向上させ、改質器の温度を設定値以下に低下させることが記載されている。
特開2001−205030号公報 特開2000−281308号公報
ここで、圧縮機を構成する部品、特にシール材等の消耗部品は、定期点検の点検項目とし、適宜交換する必要がある。
しかしながら、シール材等の消耗部品の交換が遅れると、圧縮機の気密性を保つことができない。消耗部品の寿命が固定的であれば定期的に交換すればよいが、水素製造量(改質ガス量)等によって寿命時期は変動し得るため、日常的な点検が望まれるが、作業効率の面から、作業員による日常的な点検は困難となる。
また、消耗品が寿命に到達してかからの交換では、交換作業中の水素製造が滞ることになる。
本発明は、PSA装置へ送り込む改質ガスの圧力を定常的に安定させることができる水素製造装置、水素製造方法、及び圧縮機寿命監視制御プログラムを得ることにある。
本発明に係る水素製造装置は、原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出する改質器と、前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整する圧縮機と、前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、を備えた水素製造装置であって、前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する判定部と、を有している。
本発明によれば、取得部では、圧縮機における改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する。判定手段では、取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する。
言い換えれば、圧縮機での圧力を直接検出しなくても、圧縮機の寿命時期よりも前に、例えば、消耗品交換の時期を認識することができ、例えば、寿命に到達する前の定常の運転休止中に、消耗品の交換等の作業を行うことができる。なお、水素精製装置は、PSA装置に限定されるものではない。
本発明において、前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、前記取得部で取得する状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出する改質ガスの圧力情報であることを特徴としている。
PSA装置には、圧力を監視する圧力監視デバイスが予め設けられており、例えば、吸収剤を対象とした加圧、減圧の相互切り替えのトリガとして用いられている。この圧力監視デバイスから得た状態情報(圧力変化の履歴データ)を、圧縮機の寿命判定のための状態情報として用いることができる。
本発明において、前記判定部が、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴としている。
判定部では、状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する。
本発明に係る水素製造方法は、改質器で原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出し、圧縮機で前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整し、水素精製器で前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素製造方法であって、前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得し、取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する、ことを特徴としている。
本発明において、前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、前記状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出する改質ガスの圧力情報であることを特徴としている。
本発明において、前記判定では、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴としている。
本発明の圧縮機寿命監視制御プログラムは、コンピュータを、取得部及び判定部として機能させることを特徴としている。
以上説明したように本発明は、水素製造に関わる状態情報に基づいて、圧縮機の寿命を判定することができ、寿命の早期判定により、水素製造の運転に支障をきたすことなく、消耗品の交換作業等を行うことができる。
以上説明した如く本発明では、PSA装置へ送り込む改質ガスの圧力を定常的に安定させることができる。
本実施の形態に係る水素製造装置の構成を示す概略図である。 本実施の形態に係るMCUで実行される、圧縮機の寿命を監視する寿命監視制御部を示す機能ブロック図である。 本実施の形態に係る予熱制御ルーチンを示すフローチャートである。 (A)はガス成分別の圧力−吸着率特性図、(B)はPSA装置での水素精製のための圧力制御タイミングチャートである。
図1に示される如く、水素製造装置10は、改質器12と、昇圧前水分離部(ドレンタンク)14と、圧縮機16と、昇圧後水分離部(ドレンタンク)18と、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置20とを備える。
PSA装置20は、本発明の水素精製器の一例である。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。
(改質器12)
改質器12は、同心円上に異なる径寸法で多重に配置された複数の筒状壁で仕切られた複数の空間を有しており(多重円筒形状)、本実施の形態では、4層の空間が形成され、内側の2層が下端部で連通し、外側の2層が上端で連通している。
空間は、内側から順に、燃焼室、燃焼排ガス流路、予熱流路、及び改質ガス流路とされている。なお、本実施の形態の多重円筒形状の改質器の構造は一例であり、当該構造が限定されるものではない。
燃焼室にはバーナが配置され、都市ガス又はオフガスが燃料として供給され、燃焼室で空気と混合されて燃焼し、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路へ案内され、予熱流路に流入される原料としての都市ガスと、改質用の水とが予熱され、混合ガスが生成される。
予熱流路には、上流側に螺旋部材が設けられ、下流側に改質触媒層が設けられている。混合ガスは、螺旋部材によって螺旋状に移動して燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、その後、改質触媒層において水蒸気改質反応することによって、水素を成分とする改質ガスG1が生成される。
改質ガスは、最外層の空間である改質ガス流路を通過するときに、CO変成触媒層(及び必要に応じてCO選択酸化触媒層)を通過することで、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減された改質ガスG2として排出される。なお、上記では、改質触媒層とCO変成触媒槽とが一体となる構造を想定しているが、改質触媒層とCO変成触媒槽とが一体ではない構造もとり得る。
改質器12は、流路管22を介して、昇圧前水分離部(ドレンタンク)14と接続されている。改質器12から流出する改質ガスG2は、熱交換部24(図1では、Heat Exchangerの略語として、「HEx」と称す。)において、液体室(チラー)26の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、昇圧前水分離部14へ流入する。
昇圧前水分離部14は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧前水分離部14の気体室に流入した改質ガスG2は、水が凝縮されて分離され、貯留される。
貯留された水は、水回収管15へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。
昇圧前水分離部14は、流路管28を介して、圧縮機16と接続されている。昇圧前水分離部14において、改質ガスG2から水が分離した改質ガスG3は、圧縮機16へ流入する。なお、流路管28には、バッファタンク30が介在されており、改質ガスG3は、このバッファタンク30で圧力(例えば、大気圧)が安定された状態で圧縮機16へ流入される。
圧縮機16は、昇圧前水分離部14から供給された改質ガスG3を図示しないポンプで圧縮する。なお、圧縮機16は、例えば、公共の水(市水32)によって冷却されるようになっている。
圧縮機16は、流路管34を介して、昇圧後水分離部(ドレンタンク)18と接続されている。圧縮機16で圧縮された改質ガスG4は、熱交換部36において、液体室(チラー)38の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、昇圧後水分離部18へ流入する。
昇圧後水分離部18は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧後水分離部18の気体室に流入する改質ガスG4は、水が凝縮されて分離され、貯留される。
貯留された水は、水回収管19へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。
昇圧後水分離部18は、流路管40を介して、バッファタンク42と接続されており、昇圧後水分離部18で改質ガスG4から水が分離した改質ガスG5は、バッファタンク42へ流入する。
バッファタンク42は、昇圧後水分離部18から供給される改質ガスG5を蓄積する。バッファタンク42は、流路管44を介して、PSA装置20と接続されており、バッファタンク42で一旦蓄積されて一定の圧力とされた改質ガスG5は、PSA装置20へ流入する。
(PSA装置20)
PSA装置20では、改質ガスG5を、圧力制御(図4参照)によって、不純物(可燃ガスを含むオフガス)と水素とに分離する(水素精製)。精製された水素は、水素供給配管46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たりする。
図4に従い、PSA装置20で水素精製の原理を説明する。
図4(A)に示される如く、圧力が高い状態では、水素は吸着されずにスルーするが、その他のガス成分(二酸化炭素、メタン、及び一酸化炭素等)は吸着されるので、所定の圧力を維持すれば、高純度の水素を精製することができる。
一方、圧力が低いときには、水素を含む全てのガス成分が吸着されずスルーしていく。これは、水素精製品にはならないので、オフガスとしてバッファタンク42へ回す。すなわち、圧力が高いときに吸着したガス成分が除去され、水素以外のガス成分を吸着する能力が復活する。
そこで、図4(B)に示される如く、PSA装置20において、圧力の上げ下げを繰り返す(圧力制御)ことで、PSA装置20での水素精製を継続することができる。
なお、参考として、水素供給配管46に送られた後の製品水素の搬送形態としては、以下の形態を挙げることができる。
(1)高圧ガス
例えば、水素の利用先が燃料電池自動車の場合には、最終的に、70Mpa以上に昇圧する必要があるため、許容される高圧ガスでの輸送は有効である。
(2)液体水素
水素は、−235℃で液化し、体積が1/800となるため、輸送に適している。
(3)有機ハイドライド
水素をトルエン等の有機物に化合させて有機ハイドライドの形で輸送(又は貯蔵)することで、体積を通常のガスに比べて1/600程度とすることができる。
(4)パイプライン
都市ガスと同様にパイプラインで郵送することができる。
図1に示される如く、PSA装置20で分離された水素以外のオフガスは、可燃ガス供給管48を流れて燃料として改質器12の燃焼室に設けられたバーナへ供給される。
すなわち、可燃ガス供給管48には、オフガスバッファタンク50が設けられている。オフガスバッファタンク50には、PSA装置20から可燃ガス供給管48を介してオフガスが流入され、蓄積される。オフガスバッファタンク50の上流側及び下流側には開閉弁50A、50Bが取り付けられ、オフガスバッファタンク50へのオフガスの流入及び流出が制御される。
また、オフガスバッファタンク50の下流側には、流量調整部52が設けられている。この流量調整部52は、オフガスバッファタンク50に蓄積されたオフガスを改質器12へ供給する流量を調整する。
オフガスバッファタンク50の容量は、PSA装置20から送出されるオフガス量とバーナへ供給するオフガス量のバランスや、オフガスバッファタンク50内の圧力等を考慮して、設定されている
一方、改質器12の燃焼室で燃焼した後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路からガス排出管54に案内され、熱交換部56において、液体室(チラー)58の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、燃焼排ガス水分離部(ドレンタンク)60へ流入し、水が貯留され、排ガスが排気管62から外部へ排出される。
貯留された水は、水回収管64へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。
なお、各所に設置した熱交換部24、36、及び56で適用されるチラー26、38、及び58は単一構成として、冷媒を共有するようにしてもよい。
(圧縮機16による改質ガス圧力)
ところで、PSA装置20に送り込まれる改質ガスは所定の圧力に圧縮され、所定の圧力とすることで、高純度の水素の製品を得ることができる。従って、圧縮機16の圧縮能力を維持するため、圧縮機16を構成する部品、特にシール材等の消耗部品は、定期点検の点検項目とし、適宜交換する必要がある。言い換えれば、シール材等の消耗部品の交換が遅れると、圧縮機16の気密性を保つことができない。
このため、日常的な点検が望まれる反面、作業効率の面から、作業員による日常的な点検は難しい。また、圧縮機16で圧縮された改質ガスG4の圧力を自動的に監視するためには、当該改質ガスG4の圧力を検出する圧力センサ等が別途必要となり、部品点数の増加を招く。
そこで、本実施の形態では、PSA装置20に予め備わっている圧力を監視するデバイス(圧力センサ66)を利用し、圧縮機16で圧縮された改質ガスG4の圧力を監視する構成を構築した。
PSA装置20に予め備わっている圧力センサ66を適用する課題として、以下の事が挙げられる。
圧縮機16から出力される改質ガスG4をPSA装置20へ供給する流路管34、40、及び44には、熱交換部36、バッファタンク42、及び昇圧後水分離部18が設けられている。すなわち、改質ガスG4は、熱交換部36、バッファタンク42、及び昇圧後水分離部18を通過するため、改質ガスG4の圧力とPSA装置20で受ける改質ガスG5の圧力とは異なる。
そこで、本実施の形態では、PSA装置20に設けられた圧力センサ66から取り込んだ圧力検出値を累積記憶し、日時情報に基づく経時変化状態(圧力変化率)に基づいて、圧縮機16の寿命を判定するようにした。
より詳しくは、圧縮機16から排出される改質ガスG4の圧力変動よりも小さく、PSA装置20では許容範囲である僅かな圧力変化(圧力低下)であっても、圧力センサ66で検出した圧力の微分値、すなわち、経時的に変化する傾き(圧力変化率)に基づき(さらに、変化度合いを増幅してもよい)、圧縮機16の加圧能力を監視する。これにより、圧縮機16が正常な加圧能力を持つ初期段階と、消耗部品の劣化等に起因して徐々に加圧能力が低下していく段階とを、継続的に比較することができ、予め定めた純度以上の水素を精製するために必要な加圧能力を監視することができる。
本実施の形態のように、PSA装置20に予め備わっている圧力センサ66を適用した場合、PSA装置内の圧力制御は、水素精製に依存して変化する(図4(B)に示す周期的変化参照)。
そこで、一例として、図4(B)のように周期的に変化する圧力制御のピーク値を抽出して、当該ピーク値が徐々に低下していく状態(圧力変化)を監視することで、圧縮機20の寿命を判定することができる。
なお、ピーク値の監視に限定されるものではなく、一定の周期毎の圧力値を抽出するようにしてもよいし、周期的に変化する圧力制御の積分値(図4(B)では、三角波の面積)の変化を監視することも可能である。
図2は、本実施の形態に係る圧縮機16の寿命を監視するための寿命監視制御部68の機能ブロック図である。なお、図2の各ブロックは、寿命監視に必要な機能をブロック化して分類したものであり、ハード構成を限定するものではない。
寿命監視制御部68は、水素製造装置10の全体を制御するMCU(マシンコントロールユニット)70の一部として機能する。寿命監視制御部68は、MCU70の不揮発性メモリに予め記憶された予熱制御プログラムで構築されてもよいし、ICチップに予熱制御を実行するプログラムを組み込んだASIC等であってもよい。さらには、論理回路に基づいて組み付けたリレーやダイオード等の電子部品を所定の配線パターンに配置したハード構成の制御基板であってもよい。
PSA装置20に設けられた圧力センサ66は、寿命監視制御部68は、圧力情報取込部72に接続されている。
圧力情報取込部72では、日時情報管理部74で管理している日時情報に基づき、予め定めた時期(PSA装置20での加圧時期)に、圧力センサ66からの信号を取り込み、累積処理部76によってデータベース78に格納する。
日時情報管理部74は、圧力変化率演算部80に接続されている。日時情報管理部74では、予め定めた期間毎に、圧力変化率演算部80に対して、圧縮機16の寿命判定の実行を指示する。
圧力変化率演算部80では、寿命判定指示を受けると、データベース78から過去の一定期間に蓄積された圧力情報を取り込み、当該圧力情報の変化率を演算する。なお、PSA装置20では圧力変動がバッファタンク30等により抑制されているため、演算した変化率を増幅してもよい。
圧力変化率演算部80は、比較部82に接続されており、演算結果を当該比較部82へ送出する。
比較部82では、しきい値格納部84からしきい値を読み出して比較する。比較部82での比較結果は、寿命判定部86へ送出される。寿命判定部86では、比較結果に基づき出力部88を介して、外部へ圧力異常であることを報知する。
なお、寿命判定部86は、比較部82の比較結果によって寿命判定するが、1回の結果ではなく、例えば、複数回の比較結果を取り込んで、連続して圧力変化率がしきい値を超えている場合に異常判定する(例1)。すなわち、突発的な圧力変動は、寿命による異常ではないため、異常判定に猶予を持たせることが好ましい。突発的な圧力変動は、別途報知してもよい。
また、寿命判定部86では、データベース78に格納された膨大な圧力変化率に関する情報と、比較結果とに基づいて機械学習し、圧縮機16の将来の寿命予測を行うようにしてもよい(例2)。
以下に、本実施の形態の作用を説明する。
まず、水素製造装置10による水素製造工程の概略の流れを説明する。
都市ガスは、改質器12へ供給される。改質器12へ供給された都市ガスは、改質器12の予熱流路で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層へ供給される。改質触媒層では、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスからの熱を受けて混合ガスの水蒸気改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスG1が生成される。当該改質ガスは、改質ガス流路を通ってCO変成触媒層へ供給される。CO変成触媒層では、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。
さらに、CO変成触媒層を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管から供給される酸化ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層へ供給され、CO変成触媒層(及び必要に応じてCO選択酸化触媒層)を通過することで、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減された改質ガスG2として排出される。改質ガスG2は、流路管22へ送出される。
改質ガスG2は、流路管22を経て、昇圧前水分離部14へ供給される。昇圧前水分離部14では、熱交換部24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15へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、バッファタンク30を介して流路管28を流れ、圧縮機16へ供給されて、圧縮機16によって圧縮される。
圧縮された改質ガスG4は、流路管34を流れて昇圧後水分離部18へ供給される。昇圧後水分離部18では、熱交換部36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19へ送出される。水が分離された改質ガスG5は、バッファタンク42を介して流路管40を流れてPSA装置20へ供給される。
PSA装置20では、圧力制御(図4参照)により、改質ガスG5が不純物であるオフガスと水素とに分離され、水素は水素供給配管46へ送出される。送出された水素は、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たりする。
水素以外の不純物を含むオフガスは、可燃ガス供給管48を経てオフガスバッファタンク50へ流入される。オフガスバッファタンク50に貯留されたオフガスは、流量調整部52で流量調整されて、改質器12のバーナへ供給される。
改質器12の燃焼室では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管54を介して燃焼排ガス水分離部60へ供給される。燃焼排ガスに含まれる水は、熱交換部56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60に貯留され、水回収管64へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、排気管62を流れて外部へ排出される。
図3は、本実施の形態に係る圧縮機16の寿命判定制御ルーチンを示すフローチャートである。
ステップ100では日時情報を取得し、次いで、ステップ102へ移行して、PSA装置20での加圧期間の適宜時期に、PSA装置20に設けられた圧力センサ66で検出した圧力情報を取り込み、ステップ104へ移行する。
ステップ104では、日時情報と圧力情報とを関連付けて、データベース78へ累積記憶し、ステップ106へ移行する。
ステップ106では、圧縮機16の寿命判定時期か否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ100へ移行して、上記工程を繰り返す。
なお、このステップ106では、寿命判定時期を設定したが、消耗品交換直後又は交換直後の早い時期から寿命等を判定してもよい。
例えば、消耗部品の寿命時期が、新品で使用開始してからL時間(例えば、L=1000時間)後に設定され、L時間よりもx時間(例えば、x=200時間)前から寿命判定時期とした場合、L時間よりもy時間(x<y、例えば、y=900時間)前に寿命と同等の性能に低下したときの判定が遅れる場合がある(例えば、欠陥品等の発見の遅延)。
このため、消耗部品の交換直後から常に監視するようなアルゴリズムとすれば、寿命に加え、欠陥品を含む、突発的な不具合(圧力低下)の監視にも適用可能となる。
また、ステップ106で肯定判定されると、ステップ108へ移行して、データベース78に累積記憶した一定期間の圧力情報を読み出し、次いでステップ110へ移行して、圧力変化率(dP/dt)を演算し、ステップ112へ移行する。
ステップ112では、圧力変化率を比較するためのしきい値を読み出し、ステップ114へ移行して、圧力変化率としきい値とを比較し、ステップ116へ移行する。ステップ116では、比較結果に基づき、寿命判定を行う。
ステップ116の寿命判定では、例えば、1回の比較結果ではなく、例えば、複数回の比較結果から、連続して圧力変化率がしきい値を超えている場合に異常判定する。
すなわち、所定期間以内に、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を与える程度の圧力低下が起きる可能性が有るか否かを判断する(例1)。
また、単純に複数回の比較結果からではなく、データベース78に格納される、膨大な圧力情報による圧力変動の傾向と、比較結果等を機械学習し、正確な圧縮機16の寿命を予測するようにしてもよい(例2)。
次のステップ118では、圧縮機16が寿命であるか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ100へ戻り、上記工程を繰り返す。
また、ステップ118で肯定判定された場合は、ステップ120へ移行して圧縮機16の寿命(消耗品の交換等)を報知し、ステップ122へ移行する。
ステップ122では、消耗品を交換した旨の履歴を取得したか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ124へ移行して、報知をクリアし、このルーチンは終了する。
以上説明したように本実施の形態では、圧縮機16の寿命、特に、シール材等の消耗部品の寿命を起因とする圧縮能力の低下が、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼすことを鑑み(図4参照)、既存の設備を用いて(PSA装置20に予め設けられた圧力センサ66を用いて)、圧縮機16の圧縮能力を監視し、寿命を監視することで、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼす前に、消耗品交換等のメンテナンスを確実に行うことができる。
なお、本実施の形態では、圧縮機16の圧縮能力の監視を、PSA装置20に設けられた圧力センサ66を利用した。
圧力センサ66は、本発明の状態情報を取得する手段の内、圧力情報を取得する手段の一例である。圧力情報の取得は、当該圧力センサ66に限らず、他の既存の圧力センサを用いてもよい。
また、状態情報を圧力情報(上記では、圧力センサ66を適用)としたが、圧力情報に限らず、状態情報を得るデバイスとして、流量センサや温度センサ等を用いてもよい。
G1〜G5 改質ガス
10 水素製造装置
12 改質器
14 昇圧前水分離部
15 水回収管
16 圧縮機
18 昇圧後水分離部
19 水回収管
20 PSA装置(水素精製器)
22 流路管
24 熱交換部
26 液体室
28 流路管
30 バッファタンク
32 市水
34 流路管
36 熱交換部
38 液体室(チラー)
40 流路管
42 バッファタンク
44 流路管
46 水素供給配管
48 可燃ガス供給管
50 オフガスバッファタンク
50A、50B 開閉弁
52 流量調整部
54 ガス排出管
56 熱交換部
58 液体室(チラー)
60 燃焼排ガス水分離部(ドレンタンク)
62 排気管
64 水回収管
66 圧力センサ(圧力監視デバイス)
68 寿命監視制御部
70 MCU
72 圧力情報取込部(取得部)
74 日時情報管理部(取得部)
76 累積処理部(取得部)
78 データベース(取得部)
80 圧力変化率演算部(判定部)
82 比較部(判定部)
84 しきい値格納部(判定部)
86 寿命判定部(判定部)
88 出力部

Claims (7)

  1. 原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出する改質器と、前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整する圧縮機と、前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、を備えた水素製造装置であって、
    前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する取得部と、
    前記取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する判定部と、
    を有する水素製造装置。
  2. 前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、
    前記取得部で取得する状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出する改質ガスの圧力情報であることを特徴とする請求項1記載の水素製造装置。
  3. 前記判定部が、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の水素製造装置。
  4. 改質器で原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出し、圧縮機で前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整し、水素精製器で前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素製造方法であって、
    前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得し、
    取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する、
    ことを特徴とする水素製造方法。
  5. 前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、
    前記状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出する改質ガスの圧力情報であることを特徴とする請求項4記載の水素製造方法。
  6. 前記判定では、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の水素製造方法。
  7. コンピュータを、
    請求項1〜請求項3の何れか1項記載の取得部及び判定部として機能させる、
    圧縮機寿命監視制御プログラム。
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