JP2022029452A - Method for producing hydrogen and production system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素の製造方法および製造システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen production method and a production system.
エタンまたはナフサなどの炭化水素を分解し、精製することにより、水素およびオレフィンを得る技術は、周知の技術である。このとき、炭化水素を分解して得られた、水素製造の原料となる低沸ガスは、通常、メタンを含んでいる。このメタンは、メタンを含むガスとして分離され、系内または系外で燃料として用いられている。 Techniques for obtaining hydrogen and olefins by decomposing and purifying hydrocarbons such as ethane or naphtha are well known techniques. At this time, the low boiling gas obtained by decomposing the hydrocarbon, which is a raw material for hydrogen production, usually contains methane. This methane is separated as a gas containing methane and used as a fuel in or out of the system.
近年、カーボンニュートラルを実現するために、温室効果ガスの排出を低減する技術が所望されている。上述のような従来技術では、副生するメタンを燃料として燃焼させる工程が、系におけるCO2の主な発生源となっている。 In recent years, in order to realize carbon neutrality, a technique for reducing greenhouse gas emissions has been desired. In the prior art as described above, the process of burning by-produced methane as fuel is the main source of CO 2 in the system.
本発明の一態様は、炭化水素を分解し、水素を得るプロセスにおいて、CO2の発生量を低減することを目的とする。 One aspect of the present invention is to reduce the amount of CO 2 generated in the process of decomposing hydrocarbons to obtain hydrogen.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る水素の製造方法は、炭化水素を分解し、分解ガスを得る分解工程と、前記分解ガスを圧縮する圧縮工程と、圧縮された前記分解ガスから水素およびメタンを含む水素原料ガスを分離する分離工程と、前記水素原料ガスから水素を精製する水素精製工程と、前記分離工程において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する熱分解工程と、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing hydrogen according to one aspect of the present invention comprises a decomposition step of decomposing a hydrocarbon to obtain a decomposition gas, a compression step of compressing the decomposition gas, and the compressed product. A separation step of separating hydrogen and a hydrogen raw material gas containing methane from a decomposition gas, a hydrogen purification step of purifying hydrogen from the hydrogen raw material gas, and a thermal decomposition of at least a part of a stream containing methane obtained in the separation step. Includes a thermal decomposition step.
また、本発明の一態様に係る水素の製造システムは、炭化水素を分解する分解装置と、炭化水素が分解された分解ガスを圧縮する圧縮装置と、圧縮された前記分解ガスから、水素およびメタンを含む水素原料ガスを分離する分離装置と、前記水素原料ガスから水素を精製する水素精製装置と、熱分解装置と、を含み、前記熱分解装置は、前記分離装置から排出される、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する。 Further, the hydrogen production system according to one aspect of the present invention comprises a decomposition device for decomposing hydrogen, a compression device for compressing the decomposition gas obtained by decomposing the hydrocarbon, and hydrogen and methane from the compressed decomposition gas. The thermal decomposition apparatus includes a separation device for separating the hydrogen raw material gas containing hydrogen, a hydrogen purification device for purifying hydrogen from the hydrogen raw material gas, and a thermal decomposition device, and the thermal decomposition device contains methane discharged from the separation device. Thermally decompose at least part of the containing stream.
本発明の一態様によれば、炭化水素を分解し、水素を得るプロセスにおいて、CO2の発生量を低減することができる。 According to one aspect of the present invention, the amount of CO 2 generated can be reduced in the process of decomposing hydrocarbons to obtain hydrogen.
〔実施形態1〕
以下、本発明の一実施形態である水素の製造方法について、これに用いる製造装置と併せて図面を用いて詳細に説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a method for producing hydrogen, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the production apparatus used for the method.
図1は、本実施形態に係る水素の製造方法の一例を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態に係る水素の製造方法は、分解工程S1と、圧縮工程S2と、分離工程S3と、水素製造工程S4とを含む。水素製造工程S4は、熱分解工程S41と、水素精製工程S42と、を含む。 FIG. 1 is a flowchart showing an example of a hydrogen production method according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the method for producing hydrogen according to the present embodiment includes a decomposition step S1, a compression step S2, a separation step S3, and a hydrogen production step S4. The hydrogen production step S4 includes a thermal decomposition step S41 and a hydrogen purification step S42.
分解工程S1は、炭化水素を分解し、分解ガスを得る工程である。圧縮工程S2は、分解ガスを圧縮する工程である。分離工程S3は、前記分解ガスを、水素およびメタンと、エチレン以上の高沸成分とに分離する工程である。水素製造工程S4は、分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームから水素を製造する工程である。熱分解工程S41は、分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する工程である。水素精製工程S42は、メタンを含むストリームの少なくとも一部である水素原料ガスから水素を精製する工程である。 The decomposition step S1 is a step of decomposing hydrocarbons to obtain a decomposed gas. The compression step S2 is a step of compressing the decomposition gas. The separation step S3 is a step of separating the decomposition gas into hydrogen and methane and a high boiling component of ethylene or higher. The hydrogen production step S4 is a step of producing hydrogen from the stream containing methane obtained in the separation step S3. The thermal decomposition step S41 is a step of thermally decomposing at least a part of the stream containing methane obtained in the separation step S3. The hydrogen purification step S42 is a step of purifying hydrogen from a hydrogen source gas which is at least a part of a stream containing methane.
本実施形態では、一例として図1に示すフローチャートおよび当該フローチャートに示される製造フローを実現する水素の製造システム101(以下、単に「製造システム101」と称する)について説明する。本明細書の図面に記載されている工程などは典型的な例を示すにすぎず、本発明の範囲を何ら限定するものではない。このことは、以下の他の実施形態においても同様である。
In the present embodiment, as an example, the flowchart shown in FIG. 1 and the hydrogen production system 101 (hereinafter, simply referred to as “
<製造システムの概要>
まず、実施形態1に係る水素の製造方法を実現するための製造システム101の構成について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施形態1に係る製造システム101の構成を模式的に示す系統図である。
<Overview of manufacturing system>
First, the configuration of the
本実施形態の製造システム101は、エタンまたはナフサなどの炭化水素を分解して得られる分解ガスを精製することにより、水素を製造するシステムである。図2に示すように、本実施形態の製造システム101は、分解装置1と、冷却装置2と、圧縮装置3と、分離装置4と、水素精製装置5と、テールガス圧縮装置6と、熱分解装置7と、各経路を備えて概略構成されている。各経路は配管によって形成されている。
The
経路L1は、炭化水素を分解装置1に供給するための経路である。経路L2は、分解装置1と冷却装置2との間に設けられる経路である。経路L3は、冷却装置2と圧縮装置3との間に設けられる経路である。経路L4は、圧縮装置3と分離装置4との間に設けられる経路である。経路L5は、分離装置4からエチレン以上の高沸成分を排出するための経路である。経路L6は、分離装置4から後述する燃料ガスG3を排出するための経路である。経路L61は、経路L6から分枝された経路であり、かつ分離装置4と熱分解装置7との間に設けられる経路である。経路L62は、熱分解装置7から炭素G9(固体炭素)を排出するための経路である。経路L63は、熱分解装置7から水素ガスG8を排出するための経路である。経路L60は、経路L6から分枝された経路であり、かつ分離装置4と分解装置1との間に設けられる経路である。経路L7は、分離装置4から、後述する水素原料ガスG4を排出するための経路である。経路L7は、分離装置4と水素精製装置5との間に設けられる経路である。経路L8は、分離装置4から、後述するリサイクルガスG5を排出するための経路である。経路L8は、分離装置4と、圧縮装置3との間に設けられる経路である。経路L9は、水素精製装置5から水素ガスG6を排出するための経路である。経路L10は、水素精製装置5からテールガスG7を排出するための経路である。図2において、各経路上に記載されている、四角で囲まれた符号の表示は、各経路を通るストリームが、符号によって示されるガスを含んでいることを示している。
The path L1 is a path for supplying the hydrocarbon to the decomposition apparatus 1. The path L2 is a path provided between the decomposition device 1 and the
分解装置1は、原料として供給される炭化水素を分解する装置である。すなわち、分解装置1は、原料として供給される炭化水素を分解して分解ガスG1を得る、分解工程S1を実施するための装置である。分解装置1としては、熱分解用管式加熱炉または接触分解装置が用いられ得る。本明細書において、熱分解という用語は、化合物(例えば炭化水素原料)が、酸化を伴わずに加熱のみによって、1または2以上の他の物質に変換されることを指して用いられる。 The decomposition device 1 is a device that decomposes a hydrocarbon supplied as a raw material. That is, the decomposition apparatus 1 is an apparatus for carrying out the decomposition step S1 in which the hydrocarbon supplied as a raw material is decomposed to obtain the decomposition gas G1. As the cracking device 1, a thermal cracking tube type heating furnace or a catalytic cracking device can be used. As used herein, the term pyrolysis is used to refer to a compound (eg, a hydrocarbon feedstock) being converted to one or more other substances by heating alone, without oxidation.
冷却装置2は、分解ガスG1を冷却する装置である。冷却装置2としては、二重管式熱交換器、多管式熱交換器、直接接触式熱交換器、プレート式熱交換器または空冷式熱交換器などの公知の冷却装置を用いることができる。
The
圧縮装置3は、分解ガスG1を圧縮する装置である。すなわち、圧縮装置3は、圧縮工程S2を実施するための装置である。圧縮装置3としては、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機、往復動式圧縮機などの公知の圧縮装置を用いることができる。
The
分離装置4は、分解ガスG1を、メタンを含むストリームと、エチレン以上の高沸成分(C2+ガスG2)とに分離する装置である。より具体的には、分離装置4は、高圧かつ低温の条件下で沸点差を利用することにより、分解ガスG1を、メタンを含むストリームと、エチレン以上の高沸成分とに分離することができる。このとき、水素は、メタンを含むストリームに含まれる。分離装置4としては、深冷分離器または脱メタン塔などの装置を用いることができる。
The
分離装置4によって分離されるメタンを含むストリームは、複数のストリームに分けて取り出されてもよい。本実施形態では、メタンを含むストリームは、例えば、燃料ガスG3、水素原料ガスG4およびリサイクルガスG5に分けて分離装置4から取り出され得る。燃料ガスG3、水素原料ガスG4およびリサイクルガスG5は、それぞれ分離装置4から排出された後の用途に適した組成を有している。なお、メタンを含むストリームが分けられる数は上記3つに限定されず、4つ以上であってもよい。
The stream containing methane separated by the
燃料ガスG3は、分解装置1に燃料として供給することのできるガスである。そのため、分離装置において分離されたメタンを多く含む組成となっている。燃料ガスG3は、メタンの他に水素、一酸化炭素などの酸化炭素、メタン以外の炭化水素を含んでいてもよい。燃料ガスG3は、経路L6を介して分離装置4から取り出される。また、燃料ガスG3のうち、少なくとも一部が経路L61を介して熱分解装置7に供給される。燃料ガスG3の一部は、経路L60を介して分解装置1に供給されてもよい。なお、分離装置4から取り出された燃料ガスG3は、全て熱分解装置7に供給されてもよい。この場合、経路L60は設けられなくてもよい。
The fuel gas G3 is a gas that can be supplied to the decomposition device 1 as fuel. Therefore, the composition contains a large amount of methane separated in the separation device. The fuel gas G3 may contain hydrogen, carbon monoxide such as carbon monoxide, and hydrocarbons other than methane in addition to methane. The fuel gas G3 is taken out from the
水素原料ガスG4は、水素を得るために水素精製装置5に供給されるガスである。そのため、分離装置4において分離された水素を多く含む組成となっている。水素原料ガスG4は、水素およびメタンを含んでいる。水素原料ガスG4は、水素およびメタンの他に、メタン以外の炭化水素、一酸化炭素などの酸化炭素を含んでいてもよい。水素原料ガスG4は、経路L7を介して分離装置4から取り出される。すなわち、分離装置4は、分解ガスG1から水素およびメタンを含む水素原料ガスG4を分離する分離工程S3を実施する装置であると言える。
The hydrogen raw material gas G4 is a gas supplied to the
リサイクルガスG5は、分離装置4においてリサイクルガスとして再利用され得るガスである。リサイクルガスG5は、経路L8を介して分離装置4から取り出される。
The recycled gas G5 is a gas that can be reused as a recycled gas in the
燃料ガスG3、水素原料ガスG4およびリサイクルガスG5は、例えば、各ガスの組成比に起因する重量の差または沸点の差を利用して、分離装置4からそれぞれ取り出され得る。この場合、各ガスの単位体積当たりの重量は、軽いものから水素原料ガスG4、燃料ガスG3、リサイクルガスG5となる。
The fuel gas G3, the hydrogen raw material gas G4, and the recycled gas G5 can be taken out from the
水素精製装置5は、水素精製装置5に供給されるガスに含まれる水素を精製し、高純度の水素を得る装置である。水素精製装置5は、水素原料ガスG4から水素を精製する、水素精製工程S42を実施する装置である。水素精製装置5としては、PSA(Pressure Swing Adsorption:圧力スイング吸着装置)、深冷分離器または膜分離装置などの公知のガス分離装置を用いることができる。水素精製装置5により、水素精製装置5に供給される水素原料ガスG4は、高純度の水素ガスG6と、水素原料ガスG4中の不純物を含むテールガスG7とに分離される。
The
テールガス圧縮装置6は、テールガスG7を圧縮する装置である。テールガス圧縮装置6としては、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機、往復動式圧縮機などの公知の圧縮装置を用いることができる。テールガス圧縮装置6によって圧縮されたテールガスG7は、燃料として用いられてもよい。
The tail
熱分解装置7は、メタンを含むガスを熱分解する装置である。すなわち、熱分解装置7は、分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を実施する装置である。なお、分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部と共に、炭化水素を分解して得られる成分のうち、メタンを含まない炭化水素ガスまたは炭化水素油も熱分解装置7に供給することができる。
熱分解装置7としては、管式反応器、固定床反応器、流動床反応器、バブリング型流動床反応器、循環流動床反応器、移動床反応器または循環移動床反応器などの公知の装置を用いることができる。また、熱分解装置7において用いられる熱分解法は、無触媒熱分解法、固体触媒を用いる熱分解法、または溶融塩もしくは溶融金属などの液体触媒を用いる熱分解法などの公知の方法であってよい。さらに、熱分解を行うための加熱装置として、加熱炉、スチームもしくは溶融塩などを熱媒とする熱交換装置、マイクロ波加熱装置、プラズマ加熱装置、誘導加熱装置または抵抗加熱装置などの公知の装置を用いることができる。メタンを含むストリームを熱分解することにより、炭素G9(固体炭素)と、水素ガスG8を得ることができる。
The thermal decomposition device 7 is a device that thermally decomposes a gas containing methane. That is, the thermal decomposition apparatus 7 is an apparatus for carrying out the thermal decomposition step S41 for thermally decomposing at least a part of the stream containing methane obtained in the separation step S3. Along with at least a part of the stream containing methane obtained in the separation step S3, among the components obtained by decomposing the hydrocarbon, the hydrocarbon gas or the hydrocarbon oil containing no methane is also supplied to the thermal decomposition apparatus 7. be able to.
Known devices such as a tubular reactor, a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, a bubbling type fluidized bed reactor, a circulating fluidized bed reactor, a moving bed reactor, or a circulating moving bed reactor are examples of the thermal decomposition apparatus 7. Can be used. The thermal decomposition method used in the thermal decomposition apparatus 7 is a known method such as a catalytic pyrolysis method, a thermal decomposition method using a solid catalyst, or a thermal decomposition method using a liquid catalyst such as a molten salt or a molten metal. It's okay. Further, as a heating device for performing thermal decomposition, a known device such as a heating furnace, a heat exchange device using steam or a molten salt as a heat medium, a microwave heating device, a plasma heating device, an induction heating device or a resistance heating device is used. Can be used. Carbon G9 (solid carbon) and hydrogen gas G8 can be obtained by thermally decomposing the stream containing methane.
実施形態1に係る製造システム101は、炭化水素を分解する分解装置1と、前記炭化水素が分解された分解ガスG1を圧縮する圧縮装置3と、圧縮された分解ガスG1から、水素およびメタンを含む水素原料ガスG4を分離する分離装置4と、水素原料ガスG4から水素を精製する水素精製装置5と、熱分解装置7と、を含む。熱分解装置7は、分離装置4から排出される、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する。
The
また、上述した製造システム101を用いて実施される水素の製造方法は以下のように記載され得る。
Further, the method for producing hydrogen carried out by using the above-mentioned
実施形態1に係る水素の製造方法は、炭化水素を分解し、分解ガスG1を得る分解工程S1と、分解ガスG1を圧縮する圧縮工程S2と、圧縮された分解ガスG1から水素およびメタンを含む水素原料ガスG4を分離する分離工程S3と、水素原料ガスG4から水素を精製する水素精製工程S42と、分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41と、を含む。 The method for producing hydrogen according to the first embodiment includes a decomposition step S1 for decomposing a hydrocarbon to obtain a decomposition gas G1, a compression step S2 for compressing the decomposition gas G1, and hydrogen and methane from the compressed decomposition gas G1. A separation step S3 for separating the hydrogen raw material gas G4, a hydrogen purification step S42 for purifying hydrogen from the hydrogen raw material gas G4, and a thermal decomposition step S41 for thermally decomposing at least a part of the stream containing methane obtained in the separation step S3. And, including.
メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解することにより、水素および固体炭素を得ることができる。炭化水素を分解して得られたメタンを含むストリームに含まれる炭素分の少なくとも一部が固体炭素として得られるため、製造システム101から排出されるCO2の量を低減することができる。さらにメタンを含むストリームから水素が得られるため、水素の生産量を向上させることができる。これにより、持続可能な開発目標(SDGs)の達成に貢献できる。
Hydrogen and solid carbon can be obtained by pyrolyzing at least a portion of the stream containing methane. Since at least a part of the carbon contained in the stream containing methane obtained by decomposing the hydrocarbon is obtained as solid carbon, the amount of CO 2 emitted from the
また、実施形態1に係る水素の製造方法は、分解工程S1の燃料として用いられる燃料ガスG3の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含む。 Further, the method for producing hydrogen according to the first embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the fuel gas G3 used as the fuel in the decomposition step S1.
炭化水素を分解して生じたメタンを多く含む燃料ガスG3を熱分解する熱分解工程を含むことにより、製造システム101から排出されるCO2の量を有意に低減することができる。また、メタンの含有量が多いため、水素の生成量を向上させることができる。
By including a pyrolysis step of thermally decomposing the fuel gas G3 containing a large amount of methane generated by decomposing hydrocarbons, the amount of CO 2 emitted from the
なお、本願発明は水素の製造方法として記載しているが、熱分解工程S41を含むことにより、炭素を得ることもできる。すなわち、本願発明は水素および炭素の製造方法として捉えることもできる。 Although the present invention is described as a method for producing hydrogen, carbon can also be obtained by including the thermal decomposition step S41. That is, the present invention can also be regarded as a method for producing hydrogen and carbon.
〔実施形態2〕
本発明の第2の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。以下の実施形態についても同様である。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described below. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated. The same applies to the following embodiments.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図3は、本発明の実施形態2に係る製造システム102の構成を模式的に示す系統図である。図3では、図2に記載されている経路L60を省略しているが、経路L60が設けられていてもよい。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 3 is a system diagram schematically showing the configuration of the
実施形態2は、熱分解装置7から得られた水素ガスG8(水素を含むストリーム)を、水素精製装置5に供給する水素原料ガスG4の一部として用いている点が実施形態1と異なる。具体的には、図3に示すように、製造システム102では、熱分解装置7から得られる水素ガスG8は、経路L64を介して排出され、水素精製装置5に供給されている。他の構成は実施形態1と同じである。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the hydrogen gas G8 (stream containing hydrogen) obtained from the pyrolysis apparatus 7 is used as a part of the hydrogen raw material gas G4 supplied to the
すなわち、実施形態2に係る水素の製造方法は、分解工程S1の燃料として用いられる燃料ガスG3の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、熱分解工程S41において得られる水素を含むストリームを、水素精製工程S42において、原料の一部として供給している。 That is, the method for producing hydrogen according to the second embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the fuel gas G3 used as a fuel in the decomposition step S1, and a stream containing hydrogen obtained in the thermal decomposition step S41. Is supplied as a part of the raw material in the hydrogen purification step S42.
当該構成により、製造システム102から排出されるCO2の量を有意に低減することができる。また、熱分解装置7から得られる低純度の水素ガスG8を水素精製装置5に供給することにより、高純度の水素ガスG6を増産することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態3〕
本発明の第3の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 3]
A third embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図4は、本発明の実施形態3に係る製造システム103の構成を模式的に示す系統図である。図4では、図2に記載されている経路L60を省略しているが、経路L60が設けられていてもよい。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム103では、水素精製装置5から得られ、圧縮されたテールガスG7の一部をリサイクルテールガスG10として熱分解装置7に供給している点が実施形態2と異なる。その他の構成は、実施形態2と同じである。リサイクルテールガスG10は、炭化水素を含むガスである。リサイクルテールガスG10は、経路L10から分枝される経路L11を通り、燃料ガスG3と合流され、熱分解装置7に供給される。
The
すなわち、実施形態3に係る水素の製造方法は、分解工程S1の燃料として用いられる燃料ガスG3の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、水素精製工程S42において分離される炭化水素を、熱分解工程に供給している。 That is, the method for producing hydrogen according to the third embodiment includes a pyrolysis step S41 for thermally decomposing at least a part of the fuel gas G3 used as a fuel in the decomposition step S1, and the hydrocarbon separated in the hydrogen purification step S42. , Supply to the pyrolysis process.
当該構成により、製造システム102から排出されるCO2の量を有意に低減することができる。また、水素精製装置5から得られるテールガスの一部を熱分解装置7に供給することにより、排出されるテールガス量を低減し、高純度の水素ガスG6を増産することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態4〕
本発明の第4の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 4]
A fourth embodiment of the present invention will be described below.
図5は、本発明の実施形態4に係る製造システム104の構成を模式的に示す系統図である。 FIG. 5 is a system diagram schematically showing the configuration of the manufacturing system 104 according to the fourth embodiment of the present invention.
製造システム104では、分離装置4から排出される燃料ガスG3は、分解装置1の燃料として用いられている。また、分離装置4から排出される水素原料ガスG4が、熱分解装置7に供給されている。燃料ガスG3は、経路L6を介して分解装置1に燃料として供給されている。水素原料ガスG4は、経路L71を介して熱分解装置7に供給されている。実施形態4は、上述した点が実施形態1と異なっており、それ以外の構成は実施形態1と同じである。
In the manufacturing system 104, the fuel gas G3 discharged from the
すなわち、実施形態4に係る水素の製造方法は、水素原料ガスG4の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含む。 That is, the method for producing hydrogen according to the fourth embodiment includes a thermal decomposition step S41 for thermally decomposing at least a part of the hydrogen raw material gas G4.
水素およびメタンを含む水素原料ガスG4を熱分解する熱分解工程を含むことにより、製造システム104から排出されるCO2の量を低減することができる。 By including a pyrolysis step of thermally decomposing the hydrogen raw material gas G4 containing hydrogen and methane, the amount of CO 2 emitted from the production system 104 can be reduced.
なお、製造システム104は、水素精製装置5を含んでいない。しかしながら、製造システム104の構成において、熱分解装置7は、(i)分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームから水素を製造する水素製造工程S4と、(ii)分離工程S3において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41の両方を実施する装置であると言える。つまり、製造システム104も本願発明の範囲内である。
The manufacturing system 104 does not include the
〔実施形態5〕
本発明の第5の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 5]
A fifth embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図6は、本発明の実施形態5に係る製造システム105の構成を模式的に示す系統図である。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 6 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム105では、熱分解装置7から得られた水素ガスG8を水素精製装置5に供給している点が実施形態4と異なっている。水素精製装置5に供給された水素ガスG8は、高純度の水素ガスG6と、水素ガスG8中の不純物を含むテールガスG7とに分離される。他の構成については実施形態4と同じである。
The
すなわち、実施形態5に係る水素の製造方法は、水素原料ガスG4の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、熱分解工程S41において得られる水素を含むストリームを、水素精製工程S42において、原料の一部として供給している。 That is, the method for producing hydrogen according to the fifth embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the hydrogen raw material gas G4, and a stream containing hydrogen obtained in the thermal decomposition step S41 is subjected to a hydrogen purification step S42. , Supply as part of the raw material.
当該構成により、製造システム105から排出されるCO2の量を低減することができる。また、また、熱分解した後の水素ガスG8を水素精製装置5に供給することにより、高純度の水素ガスG6を増産することができるとともに、テールガス発生量およびテールガス圧縮機動力を削減することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態6〕
本発明の第6の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 6]
A sixth embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図7は、本発明の実施形態6に係る製造システム106の構成を模式的に示す系統図である。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 7 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム106では、水素精製装置5から得られ、圧縮されたテールガスG7の一部をリサイクルテールガスG10として熱分解装置7に供給している点が実施形態5と異なる。リサイクルテールガスG10は、炭化水素を含むガスである。リサイクルテールガスG10は、経路L10から分枝される経路L11を介して熱分解装置7に供給される。その他の構成は、実施形態5と同じである。
The
すなわち、実施形態6に係る水素の製造方法は、水素原料ガスG4の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、水素精製工程S42において分離される炭化水素を、熱分解工程S41に供給している。 That is, the method for producing hydrogen according to the sixth embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the hydrogen raw material gas G4, and supplies the hydrocarbon separated in the hydrogen purification step S42 to the thermal decomposition step S41. is doing.
当該構成により、製造システム106から排出されるCO2の量を低減することができる。また、水素精製装置5から得られるテールガスの一部を熱分解装置7に供給することにより、排出されるテールガス量を低減し、高純度の水素ガスG6を増産することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態7〕
本発明の第7の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 7]
A seventh embodiment of the present invention will be described below.
図8は、本発明の実施形態7に係る製造システム107の構成を模式的に示す系統図である。
FIG. 8 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム107では、分離装置4から排出される燃料ガスG3は、分解装置1の燃料として用いられている。また、分離装置4から排出されるリサイクルガスG5が、熱分解装置7に供給されている。燃料ガスG3は、経路L6を介して分解装置1に燃料として供給されている。リサイクルガスG5は、経路L81を介して熱分解装置7に供給されている。実施形態7は、上述した点が実施形態1と異なっており、それ以外の構成は実施形態1と同じである。
In the
換言すると、実施形態7に係る水素の製造方法は、リサイクルガスG5の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含む。 In other words, the method for producing hydrogen according to the seventh embodiment includes a thermal decomposition step S41 for thermally decomposing at least a part of the recycled gas G5.
メタンを含むリサイクルガスG5を熱分解する熱分解工程S41を含むことにより、製造システム107から排出されるCO2の量を低減することができる。また、分離装置4へのリサイクルがなくなることにより、圧縮装置3の動力を低減することができる。
By including the pyrolysis step S41 that thermally decomposes the recycled gas G5 containing methane, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態8〕
本発明の第8の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 8]
An eighth embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図9は、本発明の実施形態8に係る製造システム108の構成を模式的に示す系統図である。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 9 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム108では、熱分解装置7から得られた水素ガスG8を水素精製装置5に供給している点が実施形態7と異なっている。他の構成については実施形態7と同じである。
The
実施形態8に係る水素の製造方法は、リサイクルガスG5の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、熱分解工程S41において得られる水素を含むストリームを、水素精製工程S42において、原料の一部として供給している。 The method for producing hydrogen according to the eighth embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the recycled gas G5, and a stream containing hydrogen obtained in the thermal decomposition step S41 is used as a raw material in the hydrogen purification step S42. It is supplied as a part.
当該構成により、製造システム108から排出されるCO2の量を低減することができる。また、また、熱分解した後の水素ガスG8を水素精製装置5に供給することにより、高純度の水素ガスG6を増産することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔実施形態9〕
本発明の第9の実施形態について、以下に説明する。
[Embodiment 9]
A ninth embodiment of the present invention will be described below.
本実施形態に係る水素の製造方法のフローチャートは、図1に示す実施形態1のフローチャートと同じフローチャートによって表すことができる。図10は、本発明の実施形態9に係る製造システム109の構成を模式的に示す系統図である。
The flowchart of the hydrogen production method according to the present embodiment can be represented by the same flowchart as the flowchart of the first embodiment shown in FIG. FIG. 10 is a system diagram schematically showing the configuration of the
製造システム109では、水素精製装置5から得られ、圧縮されたテールガスG7の一部をリサイクルテールガスG10として熱分解装置7に供給している点が実施形態5と異なる。リサイクルテールガスG10は、炭化水素を含むガスである。リサイクルテールガスG10は、経路L10から分枝される経路L11を介して熱分解装置7に供給される。その他の構成は、実施形態8と同じである。
The
換言すると、実施形態9に係る水素の製造方法は、リサイクルガスG5の少なくとも一部を熱分解する熱分解工程S41を含み、水素精製工程S42において分離される炭化水素を、熱分解工程に供給している。 In other words, the method for producing hydrogen according to the ninth embodiment includes a thermal decomposition step S41 that thermally decomposes at least a part of the recycled gas G5, and supplies the hydrocarbon separated in the hydrogen purification step S42 to the thermal decomposition step. ing.
当該構成により、製造システム109から排出されるCO2の量を低減することができる。また、水素精製装置5から得られるテールガスの一部を熱分解装置7に供給することにより、排出されるテールガス量を低減し、高純度の水素ガスG6を増産することができる。
With this configuration, the amount of CO 2 emitted from the
〔他の実施形態〕
上述の実施形態では、燃料ガスG3、水素原料ガスG4およびリサイクルガスG5のいずれか1つを熱分解装置7に供給する構成について説明した。しかしながら、熱分解装置7に供給するガスは、燃料ガスG3、水素原料ガスG4およびリサイクルガスG5のうち1つ以上を合流させたものであってもよい。
[Other embodiments]
In the above-described embodiment, a configuration for supplying any one of the fuel gas G3, the hydrogen raw material gas G4, and the recycled gas G5 to the pyrolysis apparatus 7 has been described. However, the gas supplied to the pyrolysis apparatus 7 may be a combination of one or more of the fuel gas G3, the hydrogen raw material gas G4, and the recycled gas G5.
当該構成の製造方法においても、排出されるCO2の量を低減することができる。また、水素の生成量を向上させることができる。 Even in the manufacturing method having this configuration, the amount of CO 2 emitted can be reduced. In addition, the amount of hydrogen produced can be improved.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
〔プロセスシミュレーションによる実証試験〕
以下に、本発明の範囲内の構成を有する実施例と、本発明の範囲外の構成を有する比較例について、マテリアルバランスをプロセスシミュレーションにより取得した結果について説明する。
[Demonstration test by process simulation]
Hereinafter, the results obtained by acquiring the material balance by process simulation will be described for an example having a configuration within the scope of the present invention and a comparative example having a configuration outside the scope of the present invention.
比較例は、本発明の範囲外の構成を有する製造システム900の構成を基に行ったシミュレーションである。図11は、比較例としての製造システム900の構成を模式的に示す系統図である。製造システム900は、上述した製造システム101~109と同様、エタンまたはナフサなどの炭化水素を分解して得られる分解ガスを精製することにより、水素を製造するシステムである。しかしながら、製造システム900は、熱分解装置を有していない。すなわち、製造システム900を用いた水素の製造方法は、熱分解工程S41に相当する工程を含まない。なお、図11において上述した実施形態にて説明した部材と同じ符号を付している部材は、上記実施形態と同じ機能を有する。
The comparative example is a simulation performed based on the configuration of the
実施例1~9は、それぞれ上述した製造システム101~109の構成を基に行ったシミュレーションである。
Examples 1 to 9 are simulations performed based on the configurations of the
比較例および各実施例についてのシミュレーションでは、以下の設定とした。
・分離装置4は、深冷分離器と脱メタン塔から構成される
・水素精製装置5は、PSA装置を使用する
・熱分解装置7から得られる水素ガスG8の水素濃度は89mol%(51wt%)である
・熱分解装置7におけるメタンの転化率は80%とする
・テールガスG7の一部をリサイクルする場合、水素精製装置5の出口から排出されるテールガスG7の半量を、リサイクルテールガスG10としてリサイクルする。
In the simulation for the comparative example and each embodiment, the following settings were used.
-The
<比較例>
比較例についてのシミュレーション結果として、各ガスの組成、CO2発生量、分解ガス圧縮機(圧縮装置3)動力およびテールガス圧縮機(テールガス圧縮装置6)動力を以下の表1に示す。
As simulation results for the comparative example, the composition of each gas, the amount of CO 2 generated, the power of the decomposed gas compressor (compressor 3) and the power of the tail gas compressor (tail gas compressor 6) are shown in Table 1 below.
<実施例1>
実施例1についてのシミュレーション結果を以下の表2に示す。
The simulation results for Example 1 are shown in Table 2 below.
<実施例2>
実施例2についてのシミュレーション結果を以下の表3に示す。
The simulation results for Example 2 are shown in Table 3 below.
<実施例3>
実施例3についてのシミュレーション結果を以下の表4に示す。
The simulation results for Example 3 are shown in Table 4 below.
<実施例4>
実施例4についてのシミュレーション結果を以下の表5に示す。
The simulation results for Example 4 are shown in Table 5 below.
<実施例5>
実施例5についてのシミュレーション結果を以下の表6に示す。
The simulation results for Example 5 are shown in Table 6 below.
<実施例6>
実施例6についてのシミュレーション結果を以下の表7に示す。
The simulation results for Example 6 are shown in Table 7 below.
<実施例7>
実施例7についてのシミュレーション結果を以下の表8に示す。
The simulation results for Example 7 are shown in Table 8 below.
<実施例8>
実施例8についてのシミュレーション結果を以下の表9に示す。
The simulation results for Example 8 are shown in Table 9 below.
<実施例9>
実施例9についてのシミュレーション結果を以下の表10に示す。
The simulation results for Example 9 are shown in Table 10 below.
1 分解装置
2 冷却装置
3 圧縮装置
4 分離装置
5 水素精製装置
6 テールガス圧縮装置
7 熱分解装置
101、102、103、104、105、106、107、108、109、900 製造システム
G1 分解ガス
G2 C2+ガス
G3 燃料ガス
G4 水素原料ガス
G5 リサイクルガス
G6 水素ガス(高純度)
G7 テールガス
G8 水素ガス(低純度)
G9 炭素
G10 リサイクルテールガス
S1 分解工程
S2 圧縮工程
S3 分離工程
S4 水素製造工程
S41 熱分解工程
S42 水素精製工程
1
G7 tail gas G8 hydrogen gas (low purity)
G9 Carbon G10 Recycled tail gas S1 Decomposition process S2 Compression process S3 Separation process S4 Hydrogen production process S41 Pyrolysis process S42 Hydrogen purification process
Claims (9)
前記分解ガスを圧縮する圧縮工程と、
圧縮された前記分解ガスから水素およびメタンを含む水素原料ガスを分離する分離工程と、
前記水素原料ガスから水素を精製する水素精製工程と、
前記分離工程において得られる、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する熱分解工程と、を含む、水素の製造方法。 A decomposition process that decomposes hydrocarbons to obtain decomposition gas,
The compression step of compressing the decomposition gas and
A separation step of separating the hydrogen raw material gas containing hydrogen and methane from the compressed decomposition gas, and
A hydrogen purification process for purifying hydrogen from the hydrogen raw material gas, and
A method for producing hydrogen, which comprises a thermal decomposition step of thermally decomposing at least a part of a stream containing methane obtained in the separation step.
前記炭化水素が分解された分解ガスを圧縮する圧縮装置と、
圧縮された前記分解ガスから、水素およびメタンを含む水素原料ガスを分離する分離装置と、
前記水素原料ガスから水素を精製する水素精製装置と、
熱分解装置と、を含み、
前記熱分解装置は、前記分離装置から排出される、メタンを含むストリームの少なくとも一部を熱分解する、水素の製造システム。 A decomposition device that decomposes hydrocarbons and
A compression device that compresses the decomposition gas in which the hydrocarbon is decomposed, and
A separation device that separates the hydrogen raw material gas containing hydrogen and methane from the compressed decomposition gas, and
A hydrogen purification device that purifies hydrogen from the hydrogen source gas, and
Including a pyrolyzer,
The pyrolysis apparatus is a hydrogen production system that thermally decomposes at least a part of a stream containing methane discharged from the separation apparatus.
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