JP2023175382A - Moisture removal method and moisture removal apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a moisture removal method and a moisture removal apparatus that can remove moisture from hydrogen gas containing moisture without reducing the recovery rate of hydrogen gas.SOLUTION: The moisture removal method uses a pair of adsorption towers 10A, 10B each filled with an adsorbent and repeatedly performs a cycle in each absorption tower such that an adsorption step is performed in one of the adsorption towers and a step other than the adsorption step is performed in the other adsorption tower, the moisture removal method including: an absorption step of supplying a target gas containing hydrogen gas and moisture to one of the adsorption towers, and separating the moisture from the target gas by causing the adsorbent to adsorb the moisture; a heating regeneration step of desorbing moisture from the adsorbent by heating and supplying a part of the target gas to the adsorption tower after the adsorption step; and a cooling step of cooling the adsorbent to a temperature at which the adsorbent become absorbable by supplying a part of the target gas to the adsorption tower after the heating regeneration step without heating.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、水分除去方法および水分除去装置に関する。 The present disclosure relates to a moisture removal method and a moisture removal device.

近年、クリーンエネルギーとして水素ガスが注目されている。水素ガスを発生させる方法としては、水蒸気改質法等が一般的であるが、このような方法では水素ガスの発生と共に二酸化炭素も発生する。脱炭素化の観点から、二酸化炭素を発生しない水素ガスの発生方法が求められる。 In recent years, hydrogen gas has attracted attention as a clean energy source. A common method for generating hydrogen gas is a steam reforming method, but in such a method, carbon dioxide is also generated in addition to hydrogen gas. From the viewpoint of decarbonization, a method of generating hydrogen gas that does not generate carbon dioxide is required.

二酸化炭素を発生しない水素ガスの発生方法としては、例えば、水電解法が挙げられる。しかし、水電解法では、電解セルから発生する水素ガスに多くの水分が含まれ、燃焼させてエネルギー利用する際には、熱効率の観点から除湿処理を実施する必要がある。また、水素ガスに水分が多く含まれていると、配管が詰まる等のハンドリング上の不具合があるとの観点からも、除湿処理を実施する必要がある。例えば、特許文献１（特開２０１９－２３３２８号公報）には、水分を吸着する吸着剤が充填された一対の吸着筒に水素ガスを供給することで、水素ガスから水分を吸着する方法が開示されている。 Examples of methods for generating hydrogen gas that do not generate carbon dioxide include water electrolysis. However, in the water electrolysis method, the hydrogen gas generated from the electrolysis cell contains a large amount of water, and when it is burned to use energy, it is necessary to perform dehumidification treatment from the viewpoint of thermal efficiency. Further, if hydrogen gas contains a large amount of water, it is necessary to carry out dehumidification treatment also from the viewpoint that handling problems such as clogging of pipes may occur. For example, Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-23328) discloses a method of adsorbing moisture from hydrogen gas by supplying hydrogen gas to a pair of adsorption cylinders filled with an adsorbent that adsorbs moisture. has been done.

特開２０１９－２３３２８号公報JP2019-23328A

特許文献１に記載の方法では、一方の吸着筒で除湿した水素ガスの一部を他方の吸着筒に分配することで、吸着剤の再生に利用している。しかし、このように利用された水素ガスは汚染され、圧力も失っているため、製品として使用することができない。その結果、水素ガスの回収率は低下する。 In the method described in Patent Document 1, a part of the hydrogen gas dehumidified in one adsorption column is distributed to the other adsorption column, thereby being used for regenerating the adsorbent. However, the hydrogen gas used in this way is contaminated and has lost pressure, so it cannot be used as a product. As a result, the recovery rate of hydrogen gas decreases.

本開示の目的は、水素ガスの回収率を低下させることなく、水分を含む水素ガスから水分を除去することができる水分除去方法および水分除去装置を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a moisture removal method and a moisture removal device that can remove moisture from hydrogen gas containing moisture without reducing the recovery rate of hydrogen gas.

〔１〕吸着剤が各々充填された一対の吸着塔を用いて、対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、を含む混合ガスから水分を除去する水分除去方法であって、
前記対象ガス、前記第１対象ガスおよび前記第２対象ガスは、水素ガスおよび水分を含み、
前記吸着塔に前記混合ガスを供給し、水分を前記吸着剤に吸着させることにより、前記混合ガスから水分を分離する吸着工程と、
前記吸着工程後の前記吸着塔に対し、前記対象ガスの一部を加熱して供給することにより、前記吸着剤から水分を脱着させて、前記第１対象ガスを排出する加熱再生工程と、
前記加熱再生工程後の前記吸着塔に対し、前記対象ガスの一部を加熱しないで供給することにより、前記吸着剤を吸着可能となる温度まで冷却させて、前記第２対象ガスを排出する冷却工程と、
を含む吸着サイクルを、各吸着塔においてそれぞれ繰り返し行い、
一方の吸着塔で前記吸着工程が行われている間は、他方の吸着塔で前記吸着工程以外の工程を行う、水分除去方法。 [1] A moisture removal method for removing moisture from a mixed gas containing a target gas, a first target gas, and a second target gas using a pair of adsorption towers each filled with an adsorbent, the method comprising:
The target gas, the first target gas, and the second target gas include hydrogen gas and moisture,
an adsorption step of separating moisture from the mixed gas by supplying the mixed gas to the adsorption tower and adsorbing the moisture onto the adsorbent;
a heating regeneration step of heating and supplying a portion of the target gas to the adsorption tower after the adsorption step, thereby desorbing water from the adsorbent and discharging the first target gas;
Cooling of supplying a portion of the target gas without heating to the adsorption tower after the heating regeneration step, cooling the adsorbent to a temperature at which it can be adsorbed, and discharging the second target gas. process and
The adsorption cycle including the above is repeated in each adsorption tower,
A water removal method, wherein while the adsorption step is being performed in one adsorption tower, a step other than the adsorption step is performed in the other adsorption tower.

〔２〕前記対象ガスよりも水分を多く含む原料ガスを凝縮して、前記対象ガスを得る凝縮工程をさらに備える、〔１〕に記載の水分除去方法。 [2] The moisture removal method according to [1], further comprising a condensation step of obtaining the target gas by condensing a raw material gas containing more water than the target gas.

〔３〕前記対象ガスは、前記原料ガスを圧縮後、冷却し水分を凝縮除去したものである、〔２〕に記載の水分除去方法。 [3] The moisture removal method according to [2], wherein the target gas is obtained by compressing the source gas, cooling it, and condensing and removing moisture.

〔４〕前記原料ガスは、水の電気分解により得られるガスである、〔２〕または〔３〕に記載の水分除去方法。 [4] The water removal method according to [2] or [3], wherein the raw material gas is a gas obtained by electrolysis of water.

〔５〕〔１〕から〔４〕のいずれか１項に記載の水分除去方法に用いられる水分除去装置であって、
前記一対の吸着塔のうち、前記吸着工程を行う一方の吸着塔には、前記混合ガスを供給し、前記吸着工程以外の工程を行う他方の吸着塔には、前記混合ガスを供給しない混合ガス供給手段と、
前記加熱再生工程中の前記吸着塔に、加熱された前記対象ガスを供給する第１導入路と、
前記第１導入路に接続され、前記対象ガスを加熱する加熱手段と、
前記冷却工程中の前記吸着塔に、加熱されていない前記対象ガスを供給する第２導入路と、を備え、
前記第１導入路および前記第２導入路は、前記混合ガス供給手段に接続されている、水分除去装置。 [5] A moisture removal device for use in the moisture removal method according to any one of [1] to [4],
Of the pair of adsorption towers, one adsorption tower that performs the adsorption process is supplied with the mixed gas, and the other adsorption tower that performs a process other than the adsorption process is not supplied with the mixed gas. supply means;
a first introduction path for supplying the heated target gas to the adsorption tower during the heating regeneration step;
heating means connected to the first introduction path and heating the target gas;
a second introduction path for supplying the unheated target gas to the adsorption tower during the cooling step,
A moisture removal device, wherein the first introduction path and the second introduction path are connected to the mixed gas supply means.

〔６〕前記対象ガスよりも水分を多く含む原料ガスを凝縮して、前記対象ガスを得る凝縮手段をさらに備える、〔５〕に記載の水分除去装置。 [6] The moisture removal device according to [5], further comprising a condensing means for obtaining the target gas by condensing a raw material gas containing more water than the target gas.

〔７〕前記原料ガスを凝縮する圧縮式冷却器を備える、〔６〕に記載の水分除去装置。 [7] The moisture removal device according to [6], comprising a compression cooler that condenses the raw material gas.

〔８〕前記原料ガスは、水の電気分解により得られるガスである、〔６〕または〔７〕に記載の水分除去装置。 [8] The water removal device according to [6] or [7], wherein the raw material gas is a gas obtained by electrolysis of water.

本開示によれば、水素ガスの回収率を低下させることなく、水分を含む水素ガスから水分を除去することができる水分除去方法および水分除去装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a moisture removal method and a moisture removal device that can remove moisture from hydrogen gas containing moisture without reducing the recovery rate of hydrogen gas.

図１は、実施形態１に係る水分除去装置の構成の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a moisture removal device according to a first embodiment. 図２は、実施形態１に係る水分除去方法の各ステップについて、各吸着塔で行われる工程および水分除去装置におけるガス流れの状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the steps performed in each adsorption tower and the state of gas flow in the moisture removal device for each step of the moisture removal method according to the first embodiment. 図３は、実施形態１に係る水分除去方法におけるステップ１でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 1 of the moisture removal method according to the first embodiment. 図４は、実施形態１に係る水分除去方法におけるステップ２でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 2 of the moisture removal method according to the first embodiment. 図５は、実施形態１に係る水分除去方法におけるステップ３でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 3 of the moisture removal method according to the first embodiment. 図６は、実施形態１に係る水分除去方法におけるステップ４でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 4 in the moisture removal method according to the first embodiment. 図７は、実施形態２に係る水分除去装置の構成の一例を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a moisture removal device according to the second embodiment. 図８は、実施形態３に係る水分除去装置の構成の一例を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a moisture removal device according to the third embodiment. 図９は、実施形態３に係る水分除去方法におけるステップ１でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 1 in the moisture removal method according to the third embodiment. 図１０は、実施形態３に係る水分除去方法におけるステップ２でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 2 in the moisture removal method according to the third embodiment. 図１１は、実施形態３に係る水分除去方法におけるステップ３でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 3 in the moisture removal method according to the third embodiment. 図１２は、実施形態３に係る水分除去方法におけるステップ４でのガス流れの状態を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the state of gas flow in step 4 in the moisture removal method according to the third embodiment. 図１３は、実施形態４に係る水分除去装置の構成の一例を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a moisture removal device according to Embodiment 4.

以下、本開示の実施形態が説明される。ただし以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below. However, the following description does not limit the scope of the claims.

［実施形態１］
＜水分除去装置＞
図１を参照して、本実施形態の水分除去装置１は、水分を吸着する吸着剤が各々充填された第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの２塔を少なくとも用いて、温度スイング吸着法により、対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、を含む混合ガスから水分を除去する装置である。対象ガス、第１対象ガスおよび第２対象ガスは、水素ガスおよび水分を含む。水分除去装置１は、一対の吸着塔のうち、吸着工程を行う一方の吸着塔には、混合ガスを供給し、吸着工程以外の工程を行う他方の吸着塔には、混合ガスを供給しない混合ガス供給手段２２（混合ガス供給路２２Ａ、２２Ｂ）と、加熱再生工程中の吸着塔に、加熱された対象ガスを供給する第１導入路２３と、第１導入路２３に接続され、対象ガスを加熱する加熱手段１３と、冷却工程中の吸着塔に、加熱されていない対象ガスを供給する第２導入路２４と、を備える。また、第１導入路２３および第２導入路２４は、混合ガス供給手段２２に接続されている。 [Embodiment 1]
<Moisture removal device>
Referring to FIG. 1, the water removal apparatus 1 of the present embodiment uses at least two towers, a first adsorption tower 10A and a second adsorption tower 10B each filled with an adsorbent that adsorbs water, to perform temperature swing adsorption. This is an apparatus for removing moisture from a mixed gas containing a target gas, a first target gas, and a second target gas by a method. The target gas, the first target gas, and the second target gas contain hydrogen gas and moisture. The water removal device 1 is configured to supply a mixed gas to one of the pair of adsorption towers that performs an adsorption process, and not supply the mixed gas to the other adsorption tower that performs a process other than the adsorption process. The gas supply means 22 (mixed gas supply paths 22A, 22B) and the first introduction path 23 that supplies the heated target gas to the adsorption tower during the heating regeneration process. and a second introduction path 24 for supplying unheated target gas to the adsorption tower during the cooling process. Further, the first introduction path 23 and the second introduction path 24 are connected to the mixed gas supply means 22.

以下、実施形態１に係る水分除去装置について説明する。なお、本実施形態では２塔の吸着塔を用いて水分を除去する装置および方法を説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、３塔以上の吸着塔を用いてもよい。 The moisture removal device according to Embodiment 1 will be described below. Note that although this embodiment describes an apparatus and method for removing water using two adsorption towers, the present invention is not limited to this, and for example, three or more adsorption towers may be used. .

本実施形態において、「対象ガス」とは、少なくとも水素ガスと、水分と、を含むガスを示す。対象ガス中に含まれる水分の濃度は、８．０体積％以下であることが好ましく、２．０体積％以下であることがより好ましい。対象ガスとしては、例えば、二酸化炭素を発生しない水素ガスの発生方法である水電解法により発生したガスが挙げられる。 In this embodiment, "target gas" refers to a gas containing at least hydrogen gas and moisture. The concentration of water contained in the target gas is preferably 8.0% by volume or less, more preferably 2.0% by volume or less. Examples of the target gas include gases generated by water electrolysis, which is a method of generating hydrogen gas that does not generate carbon dioxide.

本実施形態において、「第１対象ガス」とは、少なくとも水素ガスと、水分と、を含み、加熱再生工程において使用した後の対象ガスを示す。具体的には、図１に示す水分除去装置１において、第１対象ガスは、対象ガス分岐路２１から第１導入路２３を通り、加熱手段１３によって加熱され、吸着塔（第１吸着塔１０Ａまたは第２吸着塔１０Ｂ）を通り、混合ガス供給手段２２に供給される。 In the present embodiment, the "first target gas" refers to a target gas that includes at least hydrogen gas and moisture and is used in the heating regeneration process. Specifically, in the moisture removal apparatus 1 shown in FIG. Alternatively, it passes through the second adsorption tower 10B) and is supplied to the mixed gas supply means 22.

本実施形態において、「第２対象ガス」とは、少なくとも水素ガスと、水分と、を含み、冷却工程において使用した後の対象ガスを示す。具体的には、図１に示す水分除去装置１において、第２対象ガスは、対象ガス分岐路２１から第２導入路２４を通り、吸着塔（第１吸着塔１０Ａまたは第２吸着塔１０Ｂ）を通り、混合ガス供給手段２２に供給される。 In the present embodiment, the "second target gas" refers to a target gas that includes at least hydrogen gas and moisture and is used in the cooling process. Specifically, in the moisture removal apparatus 1 shown in FIG. 1, the second target gas passes from the target gas branch path 21 through the second introduction path 24 and is transferred to the adsorption tower (first adsorption tower 10A or second adsorption tower 10B). , and is supplied to the mixed gas supply means 22.

本実施形態において、「混合ガス」とは、対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、を含むガスを示す。混合ガスは、実質的に対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、からなる。 In this embodiment, "mixed gas" refers to a gas containing a target gas, a first target gas, and a second target gas. The mixed gas substantially consists of a target gas, a first target gas, and a second target gas.

吸着剤は、水分を吸着可能であり、加熱されることで吸着した水分が放出されて水分吸着性能が回復する再生可能な吸着剤である。このような吸着剤としては、例えば、合成ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられる。 The adsorbent is a renewable adsorbent that can adsorb moisture, and when heated, the adsorbed moisture is released and the moisture adsorption performance is restored. Examples of such adsorbents include synthetic zeolite, silica gel, activated alumina, and the like.

対象ガスの供給路として、対象ガス供給路２０および対象ガス分岐路２１が設けられている。対象ガス分岐路２１は、さらに第１導入路２３および第２導入路２４に分岐する。 A target gas supply path 20 and a target gas branch path 21 are provided as target gas supply paths. The target gas branch path 21 further branches into a first introduction path 23 and a second introduction path 24 .

対象ガス供給路２０は、混合ガス供給路２２に連通している。対象ガス供給路２０には、弁体１８が設けられており、対象ガスが弁体１８を通過する際に圧力を損失させることで、第１対象ガスと、第２対象ガスと、円滑に合流することができる。 The target gas supply path 20 communicates with a mixed gas supply path 22 . The target gas supply path 20 is provided with a valve body 18, and by causing a pressure loss when the target gas passes through the valve body 18, the first target gas and the second target gas are smoothly merged. can do.

混合ガス供給路２２には、混合ガス冷却器１１および混合ガス気液分離器１２が設けられている。混合ガス冷却器１１は、混合ガスを冷却し、温度を調整する機能を有する。混合ガス気液分離器１２は、混合ガス中に含まれている水素ガスと液体となった水分の混合流体を、凝縮した水分を捕集分離することにより気液分離する機能を有する。 The mixed gas supply path 22 is provided with a mixed gas cooler 11 and a mixed gas gas-liquid separator 12 . The mixed gas cooler 11 has a function of cooling the mixed gas and adjusting the temperature. The mixed gas vapor-liquid separator 12 has a function of separating a mixed fluid of hydrogen gas and liquid water contained in the mixed gas into gas and liquid by collecting and separating condensed water.

第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔底部には、混合ガス供給手段２２としての混合ガス供給路２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ連通されている。混合ガス供給路２２Ａ、２２Ｂには、それぞれ開閉弁１０１Ａ、１０１Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂへの混合ガスの供給とその停止を制御する。なお、混合ガス供給路２２Ａ、２２Ｂは、混合ガス供給路２２から分流したものである。 Mixed gas supply paths 22A and 22B as mixed gas supply means 22 are communicated with the bottoms of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B, respectively. The mixed gas supply paths 22A and 22B are provided with on-off valves 101A and 101B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, the supply of the mixed gas to the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B and its stop are controlled. control. Note that the mixed gas supply paths 22A and 22B are branched from the mixed gas supply path 22.

また、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔頂部には、精製された水素ガス（以下、「製品ガス」とも称する。）を排出するための製品ガス排出路２５Ａ、２５Ｂがそれぞれ連通している。製品ガス排出路２５Ａ、２５Ｂには、それぞれ開閉弁１０６Ａ、１０６Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂから製品ガスの排出とその停止を制御する。なお、製品ガス排出路２５Ａ、２５Ｂは製品ガス排出路２５に合流するように連通されている。 Further, product gas discharge passages 25A and 25B for discharging purified hydrogen gas (hereinafter also referred to as "product gas") are connected to the tops of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B, respectively. are doing. The product gas discharge paths 25A and 25B are provided with on-off valves 106A and 106B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, the product gas is discharged and stopped from the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. Control. Note that the product gas exhaust paths 25A and 25B are communicated so as to merge with the product gas exhaust path 25.

第１導入路２３および第２導入路２４には、それぞれ開閉弁１００、１０２Ａが設けられており、これらを開閉制御することにより、対象ガス分岐路２１から対象ガスの排出とその停止を制御する。 The first introduction path 23 and the second introduction path 24 are provided with on-off valves 100 and 102A, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, discharge of the target gas from the target gas branch path 21 and its stop are controlled. .

第１導入路２３には、加熱手段１３が設けられている。加熱手段１３は、対象ガスを加熱する機能を有する。加熱手段１３としては、特に限定されず、例えば、ガスヒーターが挙げられる。ガスヒーターとしては、例えば、電気式ステンレスシーズヒーター、蒸気式ヒーター等を使用することができる。 A heating means 13 is provided in the first introduction path 23 . The heating means 13 has a function of heating the target gas. The heating means 13 is not particularly limited, and includes, for example, a gas heater. As the gas heater, for example, an electric type stainless steel sheathed heater, a steam type heater, etc. can be used.

第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔頂部には、加熱された対象ガスを供給するための第１導入路２３Ａ、２３Ｂがそれぞれ連通されている。第１導入路２３Ａ、２３Ｂには、それぞれ開閉弁１０４Ａ、１０４Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂへの加熱された対象ガスの供給とその停止を制御する。なお、第１導入路２３Ａ、２３Ｂは、第１導入路２３から分流したものである。 The tops of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B are communicated with first introduction passages 23A and 23B, respectively, for supplying heated target gas. The first introduction paths 23A and 23B are provided with on-off valves 104A and 104B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, the heated target gas is supplied to the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. and its stopping. Note that the first introduction paths 23A and 23B are branched from the first introduction path 23.

第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔底部には、吸着剤の加熱再生に使用された第１対象ガスを排出するための第１対象ガス排出路２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ連通されている。第１対象ガス排出路２６Ａ、２６Ｂには、それぞれ開閉弁１０３Ａ、１０３Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂから第１対象ガスの排出とその停止を制御する。なお、第１対象ガス排出路２６Ａ、２６Ｂは第１対象ガス排出路２６に合流するように連通されている。 The bottoms of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B are connected to first target gas discharge paths 26A and 26B, respectively, for discharging the first target gas used for thermal regeneration of the adsorbent. . The first target gas discharge paths 26A and 26B are provided with on-off valves 103A and 103B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, the first target gas is discharged from the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. and its stopping. Note that the first target gas exhaust paths 26A and 26B are communicated so as to merge with the first target gas exhaust path 26.

第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔底部には、加熱されていない対象ガスを供給するための第２導入路２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ連通されている。第２導入路２４Ａ、２４Ｂには、それぞれ開閉弁１０３Ａ、１０３Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂへの加熱されていない対象ガスの供給とその停止を制御する。なお、第２導入路２４Ａ、２４Ｂは、第２導入路２４から分流したものである。 The bottoms of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B are connected to second introduction passages 24A and 24B, respectively, for supplying unheated target gas. The second introduction paths 24A and 24B are provided with on-off valves 103A and 103B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, unheated target gas is supplied to the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. Control supply and its outage. Note that the second introduction paths 24A and 24B are branched from the second introduction path 24.

第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの塔頂部には、吸着剤の冷却に使用された第２対象ガスを排出するための第２対象ガス排出路２７Ａ、２７Ｂがそれぞれ連通されている。第２対象ガス排出路２７Ａ、２７Ｂには、それぞれ開閉弁１０５Ａ、１０５Ｂが設けられており、これらを開閉制御することにより、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂから第２対象ガスの排出とその停止を制御する。なお、第２対象ガス排出路２７Ａ、２７Ｂは第２対象ガス排出路２７に合流するように連通されている。 Second target gas discharge paths 27A and 27B for discharging the second target gas used for cooling the adsorbent are connected to the tops of the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B, respectively. The second target gas discharge paths 27A and 27B are provided with on-off valves 105A and 105B, respectively, and by controlling the opening and closing of these valves, the second target gas is discharged from the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. and its stopping. Note that the second target gas exhaust paths 27A and 27B are communicated so as to merge with the second target gas exhaust path 27.

第１対象ガス排出路２６および第２対象ガス排出路２７は、混合ガス供給路２２に合流するように連通している。 The first target gas exhaust path 26 and the second target gas exhaust path 27 are in communication so as to merge with the mixed gas supply path 22 .

＜水分除去方法＞
本実施形態の水分除去方法は、水分を吸着する吸着剤が各々充填された第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂの２塔を少なくとも用いて、温度スイング吸着法により、対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、を含む混合ガスから水分を除去する方法である。対象ガス、第１対象ガスおよび第２対象ガスは、水素ガスおよび水分を含む。水分除去方法は、吸着塔に混合ガスを供給し、水分を吸着剤に吸着させることにより、混合ガスから水分を分離する吸着工程と、吸着工程後の吸着塔に対し、対象ガスの一部を加熱して供給することにより、吸着剤から水分を脱着させて、第１対象ガスを排出する加熱再生工程と、加熱再生工程後の吸着塔に対し、対象ガスの一部を加熱しないで供給することにより、吸着剤を吸着可能となる温度まで冷却させて、第２対象ガスを排出する冷却工程と、を含む吸着サイクルを、各吸着塔においてそれぞれ繰り返し行う。また、一方の吸着塔で吸着工程が行われている間は、他方の吸着塔で吸着工程以外の工程を行う。
以下、本実施形態の水分除去方法について説明する。 <Moisture removal method>
The water removal method of this embodiment uses at least two towers, a first adsorption tower 10A and a second adsorption tower 10B, each filled with an adsorbent that adsorbs water, to remove the target gas and the second adsorption tower by a temperature swing adsorption method. This is a method of removing moisture from a mixed gas containing a first target gas and a second target gas. The target gas, the first target gas, and the second target gas contain hydrogen gas and moisture. The moisture removal method consists of an adsorption step in which a mixed gas is supplied to an adsorption tower and moisture is adsorbed by an adsorbent to separate moisture from the mixed gas, and a part of the target gas is transferred to the adsorption tower after the adsorption step. A heating regeneration step in which moisture is desorbed from the adsorbent and the first target gas is discharged by heating and supplying, and a part of the target gas is supplied without heating to the adsorption tower after the heating regeneration step. As a result, an adsorption cycle including a cooling step of cooling the adsorbent to a temperature at which it can be adsorbed and discharging the second target gas is repeated in each adsorption tower. Moreover, while the adsorption process is being performed in one adsorption tower, a process other than the adsorption process is performed in the other adsorption tower.
The moisture removal method of this embodiment will be explained below.

本実施形態の水分除去方法は、温度スイング吸着法により実施されるものであり、各吸着塔においては、（１）吸着工程、（２）加熱再生工程、（３）冷却工程、の吸着サイクルを順次繰り返す。また、一方の吸着塔で吸着工程が行われている間は、他方の吸着塔で加熱再生工程および冷却工程が行われ、このような切り換えを行いながら、２つの吸着塔を稼働させることにより、連続的かつ効率的に水分の除去を可能にしている。 The water removal method of this embodiment is carried out by a temperature swing adsorption method, and each adsorption tower carries out an adsorption cycle of (1) adsorption step, (2) heating regeneration step, and (3) cooling step. Repeat sequentially. In addition, while the adsorption process is being performed in one adsorption tower, the heating regeneration process and cooling process are performed in the other adsorption tower, and by operating the two adsorption towers while performing such switching, It enables continuous and efficient removal of moisture.

（吸着工程）
吸着工程とは、吸着塔に混合ガスを供給し、水分を吸着剤に吸着させることにより、混合ガスから水分を分離する工程である。 (Adsorption process)
The adsorption step is a step in which water is separated from the mixed gas by supplying the mixed gas to an adsorption tower and allowing the adsorbent to adsorb the water.

図１に示す水分除去装置１において、混合ガスからの水分の分離は、内部に吸着剤が充填された第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂにおいて実施される。混合ガスを各吸着塔の塔底部から導入し、吸着剤に接触させることにより水分のみを吸着させる。 In the moisture removal apparatus 1 shown in FIG. 1, separation of moisture from the mixed gas is performed in a first adsorption tower 10A and a second adsorption tower 10B, each of which is filled with an adsorbent. The mixed gas is introduced from the bottom of each adsorption tower and brought into contact with the adsorbent to adsorb only moisture.

供給する混合ガスの流量は、水分除去装置１の規模によって適宜設定される。また、供給する混合ガスの温度は、混合ガス冷却器１１によって調整され、例えば、１５℃以下となるように調整される。さらに、冷却により凝縮した水分は、混合ガス気液分離器１２によって除去される。また、本工程の実施期間は特に限定されない。 The flow rate of the mixed gas to be supplied is appropriately set depending on the scale of the water removal device 1. Further, the temperature of the mixed gas to be supplied is adjusted by the mixed gas cooler 11, and is adjusted to, for example, 15° C. or less. Further, moisture condensed by cooling is removed by the mixed gas vapor-liquid separator 12. Moreover, the implementation period of this step is not particularly limited.

（加熱再生工程）
加熱再生工程とは、吸着工程後の吸着塔に対し、対象ガスの一部を加熱して供給することにより、吸着剤から水分を脱着させて、第１対象ガスを排出する工程である。換言すると、加熱再生工程は、吸着塔内に充填された吸着剤を再使用可能な状態にする工程である。 (Heating regeneration process)
The heating regeneration step is a step in which a portion of the target gas is heated and supplied to the adsorption tower after the adsorption step, thereby desorbing moisture from the adsorbent and discharging the first target gas. In other words, the heating regeneration step is a step of making the adsorbent filled in the adsorption tower reusable.

具体的には、対象ガス分岐路２１から第１導入路２３に供給されてきた対象ガスは、加熱手段１３によって加熱され、吸着塔内に充填された吸着剤に接触させることにより、吸着剤に吸着している水分を脱着させる。本工程により、吸着剤は再生される。 Specifically, the target gas supplied from the target gas branch path 21 to the first introduction path 23 is heated by the heating means 13 and brought into contact with the adsorbent filled in the adsorption tower, thereby converting it into an adsorbent. Desorbs adsorbed moisture. This step regenerates the adsorbent.

また、本工程により排出される第１対象ガスは、加熱されているものの、実質的に対象ガスである。したがって、第１対象ガスは、冷却することで吸着工程に利用することができ、水素ガスの回収率を向上させることができる。 Furthermore, although the first target gas discharged in this step is heated, it is substantially the target gas. Therefore, the first target gas can be used in the adsorption step by being cooled, and the recovery rate of hydrogen gas can be improved.

対象ガス供給路２０に供給される対象ガスと対象ガス分岐路２１に供給される対象ガスとの割合は、水分除去装置１の規模によって適宜設定される。対象ガス分岐路２１に供給される対象ガスの割合は、例えば、５％以上５０％以下である。本割合は、後述する冷却工程においても同様である。 The ratio of the target gas supplied to the target gas supply path 20 and the target gas supplied to the target gas branch path 21 is appropriately set depending on the scale of the moisture removal device 1. The ratio of the target gas supplied to the target gas branch path 21 is, for example, 5% or more and 50% or less. This ratio also applies to the cooling process described below.

本工程での吸着剤に対する加熱は、水分が気化する温度になるまで行われる。加熱手段１３による対象ガスの加熱温度は、１７０℃以上であることが好ましい。また、本工程の実施期間は特に限定されないが、吸着工程の実施期間と、本工程および冷却工程の実施期間とが略同一期間となるように調整すればよい。 In this step, the adsorbent is heated until it reaches a temperature at which water vaporizes. The heating temperature of the target gas by the heating means 13 is preferably 170° C. or higher. Further, the implementation period of this step is not particularly limited, but may be adjusted so that the implementation period of the adsorption step and the implementation period of this step and the cooling step are approximately the same period.

（冷却工程）
冷却工程とは、加熱再生工程後の吸着塔に対し、対象ガスの一部を加熱しないで供給することにより、吸着剤を吸着可能となる温度まで冷却させて、第２対象ガスを排出する工程である。 (cooling process)
The cooling process is a process in which a part of the target gas is supplied without heating to the adsorption tower after the heating regeneration process, thereby cooling the adsorbent to a temperature at which it can be adsorbed, and discharging the second target gas. It is.

具体的には、対象ガス分岐路２１から第２導入路２４に供給されてきた対象ガスを吸着塔内に充填された吸着剤に接触させることにより、吸着剤を冷却させる。本工程により、吸着剤は水分の吸着が可能となる。 Specifically, the target gas supplied from the target gas branch path 21 to the second introduction path 24 is brought into contact with the adsorbent filled in the adsorption tower, thereby cooling the adsorbent. This step enables the adsorbent to adsorb moisture.

また、本工程により排出される第２対象ガスは、加熱された吸着塔を通過しているため、温度は上昇しているものの、実質的に対象ガスである。したがって、第２対象ガスは、冷却することで吸着工程に利用することができる。 Further, since the second target gas discharged in this step has passed through the heated adsorption tower, the second target gas is substantially the target gas, although its temperature has increased. Therefore, the second target gas can be used in the adsorption step by being cooled.

本工程での吸着剤に対する冷却は、例えば、４０℃以下としてもよい。また、本工程の実施期間は特に限定されないが、吸着工程の実施期間と、本工程および加熱再生工程の実施期間とが略同一期間となるように調整すればよい。 The adsorbent in this step may be cooled to, for example, 40° C. or lower. Further, the implementation period of this step is not particularly limited, but may be adjusted so that the implementation period of the adsorption step and the implementation period of this step and the heating regeneration step are approximately the same period.

以上の吸着サイクルにより水分が除去された製品ガスは、原料である対象ガス中の水素ガスを系外に排出することなく回収することができるため、水素ガスの回収率を向上させることができる。 The product gas from which moisture has been removed through the above adsorption cycle can be recovered without discharging the hydrogen gas in the target gas, which is the raw material, to the outside of the system, so that the recovery rate of hydrogen gas can be improved.

以上の吸着サイクルにおける各工程と上述の水分除去装置１の動作とを併せて、図２～６を参照しながらさらに以下に説明する。図２に示すように、第１吸着塔１０Ａおよび第２吸着塔１０Ｂは、ステップ１～４の各段階で上記の各工程のいずれかを行う。 Each step in the adsorption cycle described above and the operation of the water removal device 1 described above will be further explained below with reference to FIGS. 2 to 6. As shown in FIG. 2, the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B perform one of the above steps at each stage of steps 1 to 4.

（ステップ１）
図２および図３に示すように、ステップ１の第１吸着塔１０Ａにおいては、吸着工程が行われる。すなわち、開閉弁１０１Ａは開弁され、混合ガス供給路２２、２２Ａから第１吸着塔１０Ａの塔底部に対し混合ガスが供給される。混合ガスは、第１吸着塔１０Ａ内で水分が吸着剤により吸着分離されることにより、製品ガスとなる。製品ガスは、塔頂部から製品ガス排出路２５、２５Ａを介して排出される。なお、製品ガス排出路２５Ａにおける開閉弁１０６Ａは開弁されている。 (Step 1)
As shown in FIGS. 2 and 3, an adsorption step is performed in the first adsorption tower 10A in step 1. That is, the on-off valve 101A is opened, and the mixed gas is supplied from the mixed gas supply paths 22 and 22A to the bottom of the first adsorption tower 10A. The mixed gas becomes a product gas by adsorbing and separating moisture with an adsorbent in the first adsorption tower 10A. Product gas is discharged from the top of the tower via product gas discharge passages 25 and 25A. Note that the on-off valve 106A in the product gas discharge path 25A is opened.

一方、第２吸着塔１０Ｂにおいては、加熱再生工程が行われる。すなわち、開閉弁１００が開弁され、対象ガスが第１導入路２３に供給される。また、加熱手段１３を駆動させ、対象ガスの加熱を行う。開閉弁１０４Ｂが開弁され、加熱された対象ガスが第２吸着塔１０Ｂ内の吸着剤に接触すると、吸着剤の温度が上昇し、水分の脱着が行われる。第２吸着塔１０Ｂを通過した加熱された対象ガス、すなわち、第１対象ガスは、塔底部から第１対象ガス排出路２６、２６Ｂを介して混合ガス供給路２２に供給される。なお、第１対象ガス排出路２６Ｂにおける開閉弁１０２Ｂ、１０３Ｂは開弁されている。第２吸着塔１０Ｂの塔底部における温度が設定温度に到達すると、開閉弁１００、１０４Ｂを閉じ、加熱手段１３を停止する。これにより、加熱再生工程が終了する。なお、対象ガスの加熱温度は、１７０℃以上であることが好ましい。 On the other hand, in the second adsorption tower 10B, a heating regeneration step is performed. That is, the on-off valve 100 is opened and the target gas is supplied to the first introduction path 23. Further, the heating means 13 is driven to heat the target gas. When the on-off valve 104B is opened and the heated target gas comes into contact with the adsorbent in the second adsorption tower 10B, the temperature of the adsorbent increases and moisture is desorbed. The heated target gas, that is, the first target gas, which has passed through the second adsorption tower 10B, is supplied from the bottom of the tower to the mixed gas supply path 22 via the first target gas exhaust paths 26 and 26B. Note that the on-off valves 102B and 103B in the first target gas discharge path 26B are opened. When the temperature at the bottom of the second adsorption tower 10B reaches the set temperature, the on-off valves 100 and 104B are closed and the heating means 13 is stopped. This completes the heating regeneration process. Note that the heating temperature of the target gas is preferably 170° C. or higher.

（ステップ２）
図２および図４に示すように、ステップ２の第１吸着塔１０Ａにおいては、引き続き吸着工程が行われる。 (Step 2)
As shown in FIGS. 2 and 4, in the first adsorption tower 10A of step 2, the adsorption step is subsequently performed.

一方、第２吸着塔１０Ｂにおいては、冷却工程が行われる。すなわち、開閉弁１０２Ａが開弁され、対象ガスが第２導入路２４に供給される。開閉弁１０３Ｂが開弁され、加熱されていない対象ガスが第２吸着塔１０Ｂ内の吸着剤に接触すると、吸着剤の温度が下降し、吸着剤が再生する。第２吸着塔１０Ｂを通過した加熱されていない対象ガス、すなわち、第２対象ガスは、塔頂部から第２対象ガス排出路２７、２７Ｂ介して混合ガス供給路２２に供給される。なお、第２対象ガス排出路２７Ｂにおける開閉弁１０５Ｂは開弁されている。第２吸着塔１０Ｂの塔頂部における温度が設定温度に到達すると、開閉弁１０１Ａ、１０３Ｂを閉じ、冷却工程が終了する。 On the other hand, a cooling process is performed in the second adsorption tower 10B. That is, the on-off valve 102A is opened and the target gas is supplied to the second introduction path 24. When the on-off valve 103B is opened and the unheated target gas comes into contact with the adsorbent in the second adsorption tower 10B, the temperature of the adsorbent decreases and the adsorbent is regenerated. The unheated target gas that has passed through the second adsorption tower 10B, that is, the second target gas, is supplied from the top of the tower to the mixed gas supply path 22 via the second target gas exhaust paths 27 and 27B. Note that the on-off valve 105B in the second target gas discharge path 27B is opened. When the temperature at the top of the second adsorption tower 10B reaches the set temperature, the on-off valves 101A and 103B are closed, and the cooling process ends.

（ステップ３～４）
図２に示すように、ステップ３～４においては、第１吸着塔１０Ａと第２吸着塔１０Ｂにおいて吸着サイクルが切り替わる。すなわち、ステップ３の終了と共に、第１吸着塔１０Ａにおける吸着工程が終了し、第２吸着塔１０Ｂにおいて吸着工程が開始される。ステップ３～４における水素除去装置１の詳細な動作については、図５～６に示す通りであり、ステップ１～２と同様の操作を、第１吸着塔１０Ａと第２吸着塔１０Ｂにおいて逆にして行う。したがって、詳細は省略する。 (Steps 3-4)
As shown in FIG. 2, in steps 3 and 4, the adsorption cycle is switched between the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. That is, upon completion of step 3, the adsorption process in the first adsorption tower 10A ends, and the adsorption process begins in the second adsorption tower 10B. The detailed operation of the hydrogen removal apparatus 1 in steps 3 to 4 is as shown in FIGS. I will do it. Therefore, details will be omitted.

（ガス流れ）
図３～６に示すように、本実施形態においては、後述する実施形態３とは異なり、加熱再生工程におけるガスの流れと、冷却工程におけるガスの流れとは、逆向きである。すなわち、加熱再生工程における加熱した対象ガスは、吸着塔の塔頂部から供給され、冷却工程における加熱していない対象ガスは、吸着塔の塔底部から供給される。このようなガスの流れとすることで、製品ガスの出口側である吸着塔の塔頂部を高温に保つことができ、吸着剤の再生が促進される。また、対象ガスの入口側である吸着塔の塔底部に水分が多く付着しているため、吸着塔の外部に水分が追い出され易くなる。 (gas flow)
As shown in FIGS. 3 to 6, in this embodiment, unlike Embodiment 3 described later, the gas flow in the heating regeneration process and the gas flow in the cooling process are in opposite directions. That is, the heated target gas in the heating regeneration step is supplied from the top of the adsorption tower, and the unheated target gas in the cooling step is supplied from the bottom of the adsorption tower. With such a gas flow, the top of the adsorption tower, which is the exit side of the product gas, can be kept at a high temperature, and regeneration of the adsorbent is promoted. Furthermore, since a large amount of moisture adheres to the bottom of the adsorption tower, which is the inlet side of the target gas, the moisture is likely to be expelled to the outside of the adsorption tower.

［実施形態２］
＜水分除去装置＞
図７を参照して、本実施形態の水分除去装置２は、原料ガスから対象ガスを製造する対象ガス製造装置３（原料ガス凝縮手段）をさらに備える点で、実施形態１の水分除去装置とは異なる。以下、対象ガス製造装置３について説明する。なお、実施形態１に係る水分除去装置１と同様の機能を有する構成要素については、説明を省略する。 [Embodiment 2]
<Moisture removal device>
Referring to FIG. 7, the moisture removal device 2 of this embodiment is different from the moisture removal device of Embodiment 1 in that it further includes a target gas production device 3 (raw material gas condensing means) that produces target gas from raw material gas. is different. The target gas production apparatus 3 will be explained below. Note that explanations of components having the same functions as those of the moisture removal device 1 according to Embodiment 1 will be omitted.

本実施形態において、「原料ガス」とは、少なくとも水素ガスと、水分と、を含むガスを示す。原料ガス中に含まれる水分の濃度は、対象ガス中に含まれる水分の濃度よりも大きければ特に制限はない。原料ガスとしては、例えば、二酸化炭素を発生しない水素ガスの発生方法である水電解法により発生したガスが挙げられる。 In the present embodiment, "raw material gas" refers to a gas containing at least hydrogen gas and moisture. The concentration of moisture contained in the source gas is not particularly limited as long as it is greater than the concentration of moisture contained in the target gas. Examples of the raw material gas include gas generated by water electrolysis, which is a hydrogen gas generation method that does not generate carbon dioxide.

対象ガス製造装置３には、原料ガスタンク１４、原料ガス圧縮機１５、原料ガス圧縮機後段冷却器１６および原料ガス吐出気液分離器１７が設けられている。原料ガスタンク１４は、原料ガス圧縮機１５にて圧縮する前の原料ガスから水分を除去する機能を有する。原料ガス圧縮機１５は、原料ガスタンク１４を通過した原料ガスを圧縮する機能を有する。原料ガス圧縮機後段冷却器１６は、原料ガスを冷却し、熱を取り除くと同時に、水分を凝縮させる機能を有する。原料ガス吐出気液分離器１７は、原料ガス中に含まれている水素ガスと液体となった水分の混合流体を、凝縮した水分を捕集分離することにより気液分離する機能を有する。なお、原料ガス圧縮機１５の保護の観点から、対象ガス製造装置３に導入される原料ガスは、常温付近であることが好ましい。 The target gas production apparatus 3 is provided with a raw material gas tank 14, a raw material gas compressor 15, a raw material gas compressor post-cooler 16, and a raw material gas discharge gas-liquid separator 17. The raw material gas tank 14 has a function of removing water from the raw material gas before being compressed by the raw material gas compressor 15. The raw material gas compressor 15 has a function of compressing the raw material gas that has passed through the raw material gas tank 14. The raw material gas compressor post-cooler 16 has the function of cooling the raw material gas, removing heat, and condensing moisture. The raw material gas discharge gas-liquid separator 17 has a function of separating a mixed fluid of hydrogen gas contained in the raw material gas and liquid water into gas-liquid by collecting and separating condensed water. In addition, from the viewpoint of protecting the raw material gas compressor 15, it is preferable that the raw material gas introduced into the target gas production apparatus 3 is at around room temperature.

なお、対象ガス製造装置３は、原料ガス凝縮手段として原料ガス圧縮機後段冷却器１６および原料ガス吐出気液分離器１７を設けていればよく、原料ガスタンク１４および原料ガス圧縮機１５は必ずしも設けられていなくてもよい。原料ガスタンク１４および原料ガス圧縮機１５を設けることで、原料ガス中の水分の凝縮および除去がし易くなり、また、原料ガスの体積を低下させることで水分除去装置１がコンパクトになる。 Note that the target gas production apparatus 3 only needs to be provided with a raw material gas compressor post-cooler 16 and a raw material gas discharge gas-liquid separator 17 as raw material gas condensing means, and the raw material gas tank 14 and raw material gas compressor 15 are not necessarily provided. It doesn't have to be. By providing the raw material gas tank 14 and the raw material gas compressor 15, it becomes easier to condense and remove moisture in the raw material gas, and the moisture removal device 1 becomes more compact by reducing the volume of the raw material gas.

＜水分除去方法＞
本実施形態の水分除去方法は、原料ガスを圧縮後、冷却し水分を凝縮除去して、対象ガスを得る凝縮工程をさらに備える点で実施形態１の水分除去方法とは異なる。以下、凝縮工程について説明する。なお、実施形態１に係る水分除去方法と同様の説明は省略する。 <Moisture removal method>
The moisture removal method of this embodiment differs from the moisture removal method of Embodiment 1 in that it further includes a condensation step to obtain a target gas by compressing the source gas, cooling it, and condensing and removing moisture. The condensation process will be explained below. Note that the same explanation as the moisture removal method according to Embodiment 1 will be omitted.

（凝縮工程）
凝縮工程とは、原料ガスを圧縮後、冷却し水分を凝縮除去することで、対象ガスを製造する工程である。 (condensation process)
The condensation process is a process in which the target gas is produced by compressing the raw material gas, cooling it, and condensing and removing moisture.

図７に示す対象ガス製造装置３において、原料ガス圧縮機後段冷却器１６により原料ガスを冷却し、熱を取り除くと同時に、水分を凝縮させる。冷却により凝縮した水分は、原料ガス吐出気液分離器１７によって除去される。冷却温度は、適宜設定されるが、例えば、４０℃以下に冷却することが好ましい。 In the target gas production apparatus 3 shown in FIG. 7, the raw material gas is cooled by the raw material gas compressor downstream cooler 16 to remove heat and condense moisture. Moisture condensed by cooling is removed by the raw material gas discharge gas-liquid separator 17. Although the cooling temperature is appropriately set, it is preferable to cool to 40° C. or lower, for example.

（圧縮工程）
本実施形態の水分除去方法は、凝縮工程前に圧縮工程を備えていてもよい。圧縮工程とは、原料ガスを圧縮する工程である。 (compression process)
The moisture removal method of this embodiment may include a compression step before the condensation step. The compression process is a process of compressing raw material gas.

図７に示す対象ガス製造装置３において、原料ガス圧縮機１５により原料ガスを圧縮する。圧縮は、例えば、０．０１ＭＰａＧ程度の原料ガスを、例えば、０．５ＭＰａＧ以上０．８ＭＰａＧ以下に圧縮してもよい。 In the target gas production apparatus 3 shown in FIG. 7, the raw material gas is compressed by the raw material gas compressor 15. For example, the compression may be performed by compressing the source gas of about 0.01 MPaG to, for example, 0.5 MPaG or more and 0.8 MPaG or less.

［実施形態３］
＜水分除去方法＞
本実施形態の水分除去方法は、ガス流れの点で実施形態１の水分除去方法とは異なる。以下、本実施形態における実施形態１との相違点を、図２および８～１２を参照しながら説明する。なお、図８に示す本実施形態の水分除去装置の構成に関しては、図１に示す実施形態１の水分除去装置と同様であるため、説明を省略する。 [Embodiment 3]
<Moisture removal method>
The moisture removal method of this embodiment differs from the moisture removal method of Embodiment 1 in terms of gas flow. Hereinafter, differences in this embodiment from Embodiment 1 will be explained with reference to FIGS. 2 and 8 to 12. Note that the configuration of the moisture removal device of this embodiment shown in FIG. 8 is the same as that of the moisture removal device of Embodiment 1 shown in FIG. 1, and therefore the description thereof will be omitted.

（ステップ１）
図２および図９に示すように、ステップ１の第１吸着塔１０Ａにおいては、吸着工程が行われる。すなわち、開閉弁１１０Ａは開弁され、混合ガス供給路２２、２２Ａから第１吸着塔１０Ａの塔底部に対し混合ガスが供給される。混合ガスは、第１吸着塔１０Ａ内で水分が吸着剤により吸着分離されることにより、製品ガスとなる。製品ガスは、塔頂部から製品ガス排出路２５、２５Ａを介して排出される。なお、製品ガス排出路２５Ａにおける開閉弁１１３Ａは開弁されている。 (Step 1)
As shown in FIGS. 2 and 9, an adsorption process is performed in the first adsorption tower 10A in step 1. That is, the on-off valve 110A is opened, and the mixed gas is supplied from the mixed gas supply paths 22 and 22A to the bottom of the first adsorption tower 10A. The mixed gas becomes a product gas by adsorbing and separating moisture with an adsorbent in the first adsorption tower 10A. Product gas is discharged from the top of the tower via product gas discharge passages 25 and 25A. Note that the on-off valve 113A in the product gas discharge path 25A is opened.

一方、第２吸着塔１０Ｂにおいては、加熱再生工程が行われる。すなわち、開閉弁１１１Ｂが開弁され、対象ガスが第１導入路２３に供給される。また、加熱手段１３を駆動させ、対象ガスの加熱を行う。加熱された対象ガスが第２吸着塔１０Ｂ内の吸着剤に接触すると、吸着剤の温度が上昇し、水分の脱着が行われる。第２吸着塔１０Ｂを通過した加熱された対象ガス、すなわち、第１対象ガスは、塔頂部から第１対象ガス排出路２６、２６Ｂを介して混合ガス供給路２２に供給される。なお、第１対象ガス排出路２６Ｂにおける開閉弁１１２Ｂは開弁されている。第２吸着塔１０Ｂの塔頂部における温度が設定温度に到達すると、開閉弁１００、１１１Ｂを閉じ、加熱手段１３を停止する。これにより、加熱再生工程が終了する。なお、対象ガスの加熱温度は、１７０℃以上であることが好ましい。 On the other hand, in the second adsorption tower 10B, a heating regeneration step is performed. That is, the on-off valve 111B is opened and the target gas is supplied to the first introduction path 23. Further, the heating means 13 is driven to heat the target gas. When the heated target gas contacts the adsorbent in the second adsorption tower 10B, the temperature of the adsorbent increases and moisture is desorbed. The heated target gas that has passed through the second adsorption tower 10B, that is, the first target gas, is supplied from the top of the tower to the mixed gas supply path 22 via the first target gas discharge paths 26, 26B. Note that the on-off valve 112B in the first target gas discharge path 26B is opened. When the temperature at the top of the second adsorption tower 10B reaches the set temperature, the on-off valves 100 and 111B are closed and the heating means 13 is stopped. This completes the heating regeneration process. Note that the heating temperature of the target gas is preferably 170° C. or higher.

（ステップ２）
図２および図１０に示すように、ステップ２の第１吸着塔１０Ａにおいては、引き続き吸着工程が行われる。 (Step 2)
As shown in FIGS. 2 and 10, in the first adsorption tower 10A of step 2, the adsorption step is subsequently performed.

一方、第２吸着塔１０Ｂにおいては、冷却工程が行われる。すなわち、開閉弁１１１Ｂが開弁され、対象ガスが第２導入路２４に供給される。加熱されていない対象ガスが第２吸着塔１０Ｂ内の吸着剤に接触すると、吸着剤の温度が下降し、吸着剤が再生する。第２吸着塔１０Ｂを通過した加熱されていない対象ガス、すなわち、第２対象ガスは、塔頂部から第２対象ガス排出路２７、２７Ｂ介して混合ガス供給路２２に供給される。なお、第２対象ガス排出路２７Ｂにおける開閉弁１１２Ｂは開弁されている。第２吸着塔１０Ｂの塔頂部における温度が設定温度に到達すると、開閉弁１００、１１１Ｂを閉じ、冷却工程が終了する。 On the other hand, a cooling process is performed in the second adsorption tower 10B. That is, the on-off valve 111B is opened and the target gas is supplied to the second introduction path 24. When the unheated target gas contacts the adsorbent in the second adsorption tower 10B, the temperature of the adsorbent decreases and the adsorbent is regenerated. The unheated target gas that has passed through the second adsorption tower 10B, that is, the second target gas, is supplied from the top of the tower to the mixed gas supply path 22 via the second target gas exhaust paths 27 and 27B. Note that the on-off valve 112B in the second target gas discharge path 27B is opened. When the temperature at the top of the second adsorption tower 10B reaches the set temperature, the on-off valves 100 and 111B are closed, and the cooling process ends.

（ステップ３～４）
図２に示すように、ステップ３～４においては、第１吸着塔１０Ａと第２吸着塔１０Ｂにおいて吸着サイクルが切り替わる。すなわち、ステップ３の終了と共に、第１吸着塔１０Ａにおける吸着工程が終了し、第２吸着塔１０Ｂにおいて吸着工程が開始される。ステップ３～４における水素除去装置１の詳細な動作については、図１１～１２に示す通りであり、ステップ１～２と同様の操作を、第１吸着塔１０Ａと第２吸着塔１０Ｂにおいて逆にして行う。したがって、詳細は省略する。 (Steps 3-4)
As shown in FIG. 2, in steps 3 and 4, the adsorption cycle is switched between the first adsorption tower 10A and the second adsorption tower 10B. That is, upon completion of step 3, the adsorption process in the first adsorption tower 10A ends, and the adsorption process begins in the second adsorption tower 10B. The detailed operation of the hydrogen removal apparatus 1 in steps 3 and 4 is as shown in FIGS. I will do it. Therefore, details will be omitted.

（ガス流れ）
図９～１２に示すように、本実施形態においては、上述の実施形態１とは異なり、加熱再生工程におけるガスの流れと、冷却工程におけるガスの流れとは、順向きである。すなわち、加熱再生工程における加熱した対象ガスおよび冷却工程における加熱していない対象ガスは、吸着塔の塔底部から供給される。 (gas flow)
As shown in FIGS. 9 to 12, in this embodiment, unlike the first embodiment described above, the gas flow in the heating regeneration step and the gas flow in the cooling step are in the forward direction. That is, the heated target gas in the heating regeneration step and the unheated target gas in the cooling step are supplied from the bottom of the adsorption tower.

［実施形態４］
本実施形態の水分除去装置は、実施形態２と同様に、原料ガスから対象ガスを製造する対象ガス製造装置３をさらに備える点で、実施形態３の水分除去装置とは異なる。なお、本実施形態の対象ガス製造装置３は、実施形態２の対象ガス製造装置３と同様の機能を有するため、説明を省略する。 [Embodiment 4]
The moisture removal device of this embodiment differs from the moisture removal device of Embodiment 3 in that, similarly to Embodiment 2, it further includes a target gas production device 3 that manufactures target gas from raw material gas. In addition, since the target gas production apparatus 3 of this embodiment has the same function as the target gas production apparatus 3 of Embodiment 2, description is omitted.

また、本実施形態の水分除去方法は、実施形態２と同様に、原料ガスを凝縮して、対象ガスを得る凝縮工程をさらに備える点で実施形態３の水分除去方法とは異なる。なお、凝縮工程は、実施形態２の凝縮工程と同様の工程であるため、説明を省略する。 Moreover, the moisture removal method of this embodiment differs from the moisture removal method of Embodiment 3 in that, similarly to Embodiment 2, it further includes a condensation step of condensing the source gas to obtain a target gas. Note that the condensation process is a process similar to the condensation process of Embodiment 2, so the explanation will be omitted.

以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Examples are described below. However, the following examples do not limit the scope of the claims.

＜実施例１＞
図７に示す水分除去装置２を用いて、原料ガスからの対象ガスの製造および図２～６に示す吸着サイクルを繰り返すことにより、原料ガスおよび対象ガスからの水分の除去および製品ガスの精製のシミュレーションを行った。 <Example 1>
Using the moisture removal device 2 shown in FIG. 7, by repeating the production of target gas from raw material gas and the adsorption cycles shown in Figures 2 to 6, the removal of moisture from raw material gas and target gas and the purification of product gas are performed. A simulation was performed.

原料ガスとしては、水電解法により発生した、水分を含む水素ガスを使用した。図７に示す対象ガス製造装置３により、原料ガスから水分を圧縮および凝集することで、対象ガスを製造した。具体的には、原料ガスは、０．０１ＭＰａＧ、４０℃で原料ガスタンク１４に供給後、原料ガス圧縮機１５にて０．５ＭＰａＧまで圧縮された。圧縮された原料ガスは、原料ガス圧縮機後段冷却器１６にて２０℃以下に冷却され、水分が凝縮された。凝縮された水分は、原料ガス吐出気液分離器１７によって除去され、対象ガスを得た。対象ガスは、水分を約２体積％含んでいた。 As the raw material gas, hydrogen gas containing water generated by water electrolysis was used. The target gas was produced by compressing and coagulating water from the raw material gas using the target gas production apparatus 3 shown in FIG. Specifically, the raw material gas was supplied to the raw material gas tank 14 at 0.01 MPaG and 40° C., and then compressed by the raw material gas compressor 15 to 0.5 MPaG. The compressed raw material gas was cooled to 20° C. or lower in the raw material gas compressor post-cooler 16, and water was condensed. The condensed water was removed by the raw material gas discharge gas-liquid separator 17 to obtain a target gas. The target gas contained about 2% by volume of water.

次に、図７に示す水分除去装置２により、対象ガスから水分を除去することで、製品ガスを精製した。吸着剤としては、ゼオライトを使用した。吸着サイクルの各工程の条件は、以下のように設定した。吸着サイクル時間（１サイクル）は、１２時間とした。 Next, the product gas was purified by removing moisture from the target gas using the moisture removal device 2 shown in FIG. Zeolite was used as the adsorbent. The conditions for each step of the adsorption cycle were set as follows. The adsorption cycle time (one cycle) was 12 hours.

（吸着工程）
吸着時間 ：１２時間
流量 ：５０Ｎｍ３／ｈ
塔内圧力 ：０．８ＭＰａＧ
対象ガス温度：２０℃ (Adsorption process)
Adsorption time: 12 hours Flow rate: 50Nm 3 /h
Inner tower pressure: 0.8MPaG
Target gas temperature: 20℃

（加熱再生工程）
加熱再生時間 ：６時間
塔底部温度 ：１７０℃
第１対象ガス流量：２０Ｎｍ３／ｈ
塔内圧力 ：０．８ＭＰａＧ (Heating regeneration process)
Heating regeneration time: 6 hours Tower bottom temperature: 170℃
First target gas flow rate: 20Nm 3 /h
Inner tower pressure: 0.8MPaG

（冷却工程）
冷却時間 ：６時間
塔頂部温度 ：２０℃
第２対象ガス流量：２０Ｎｍ３／ｈ
塔内圧力 ：０．８ＭＰａＧ (cooling process)
Cooling time: 6 hours Tower top temperature: 20℃
Second target gas flow rate: 20Nm 3 /h
Inner tower pressure: 0.8MPaG

上述の条件でシミュレーションを行った結果、製品ガス中における水分含有濃度は２．３ｐｐｍであった。また、製品ガスの回収率は９９．８％であった。 As a result of performing a simulation under the above conditions, the moisture content concentration in the product gas was 2.3 ppm. Moreover, the recovery rate of product gas was 99.8%.

なお、製品ガスの回収率の値は、以下の式（１）より算出した。
製品ガス回収率（％）＝（１サイクル当りに吸着塔に供給される対象ガス量－１サイクル当りに吸着塔から排出される製品ガス量）／（１サイクル当りに吸着塔に供給される対象ガス量）×１００・・・（１） Note that the value of the recovery rate of the product gas was calculated using the following formula (1).
Product gas recovery rate (%) = (Amount of target gas supplied to the adsorption tower per cycle - Amount of product gas discharged from the adsorption tower per cycle) / (Amount of target gas supplied to the adsorption tower per cycle) gas amount) x 100...(1)

実施例１のシミュレーション結果から、上述の水分除去装置１を用いることで、水分を大幅に除去できることが示された。また、製品ガスの回収率も９９．８％であり、水素ガスの回収率の低下を抑制できることも確認された。 The simulation results of Example 1 showed that moisture can be removed to a large extent by using the moisture removal device 1 described above. Furthermore, the recovery rate of product gas was 99.8%, and it was also confirmed that a decrease in the recovery rate of hydrogen gas could be suppressed.

このように、本開示に記載の水分除去方法および水分除去装置を用いることによって、水素ガスの回収率を低下させることなく、水分を含む水素ガスから水分を除去することができる。また、本開示に記載の水素ガスの発生方法は、二酸化炭素を発生させないことから、地球温暖化ガスを削減することができ、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の一部活動に貢献することができる。 In this manner, by using the moisture removal method and the moisture removal apparatus described in the present disclosure, moisture can be removed from hydrogen gas containing moisture without reducing the recovery rate of hydrogen gas. Furthermore, since the hydrogen gas generation method described in this disclosure does not generate carbon dioxide, it is possible to reduce global warming gases and contribute to some activities of the Sustainable Development Goals (SDGs). can.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

１，２ 水分除去装置、３ 対象ガス製造装置、１０Ａ 第１吸着塔、１０Ｂ 第２吸着塔、１１ 混合ガス冷却器、１２ 混合ガス気液分離器、１３ 加熱手段、１４ 原料ガスタンク、１５ 原料ガス圧縮機、１６ 原料ガス圧縮機後段冷却器、１７ 原料ガス吐出気液分離器、１８ 弁体、２０ 対象ガス供給路、２１ 対象ガス分岐路、２２，２２Ａ，２２Ｂ 混合ガス供給路（混合ガス供給手段）、２３，２３Ａ，２３Ｂ 第１導入路、２４，２４Ａ，２４Ｂ 第２導入路、２５，２５Ａ，２５Ｂ 製品ガス排出路、２６，２６Ａ，２６Ｂ 第１対象ガス排出路、２７，２７Ａ，２７Ｂ 第２対象ガス排出路、１００，１０１Ａ～１０６Ａ，１０１Ｂ～１０６Ｂ，１１０Ａ～１１３Ａ，１１０Ｂ～１１３Ｂ 開閉弁。 1, 2 moisture removal device, 3 target gas production device, 10A first adsorption tower, 10B second adsorption tower, 11 mixed gas cooler, 12 mixed gas gas-liquid separator, 13 heating means, 14 raw material gas tank, 15 raw material gas Compressor, 16 Raw material gas compressor post-cooler, 17 Raw material gas discharge gas-liquid separator, 18 Valve body, 20 Target gas supply path, 21 Target gas branch path, 22, 22A, 22B Mixed gas supply path (mixed gas supply Means), 23, 23A, 23B First introduction path, 24, 24A, 24B Second introduction path, 25, 25A, 25B Product gas exhaust path, 26, 26A, 26B First target gas exhaust path, 27, 27A, 27B Second target gas exhaust path, 100, 101A to 106A, 101B to 106B, 110A to 113A, 110B to 113B on-off valve.

Claims (8)

吸着剤が各々充填された一対の吸着塔を用いて、対象ガスと、第１対象ガスと、第２対象ガスと、を含む混合ガスから水分を除去する水分除去方法であって、
前記対象ガス、前記第１対象ガスおよび前記第２対象ガスは、水素ガスおよび水分を含み、
前記吸着塔に前記混合ガスを供給し、水分を前記吸着剤に吸着させることにより、前記混合ガスから水分を分離する吸着工程と、
前記吸着工程後の前記吸着塔に対し、前記対象ガスの一部を加熱して供給することにより、前記吸着剤から水分を脱着させて、前記第１対象ガスを排出する加熱再生工程と、
前記加熱再生工程後の前記吸着塔に対し、前記対象ガスの一部を加熱しないで供給することにより、前記吸着剤を吸着可能となる温度まで冷却させて、前記第２対象ガスを排出する冷却工程と、
を含む吸着サイクルを、各吸着塔においてそれぞれ繰り返し行い、
一方の吸着塔で前記吸着工程が行われている間は、他方の吸着塔で前記吸着工程以外の工程を行う、水分除去方法。 A moisture removal method for removing moisture from a mixed gas containing a target gas, a first target gas, and a second target gas using a pair of adsorption towers each filled with an adsorbent, the method comprising:
The target gas, the first target gas, and the second target gas include hydrogen gas and moisture,
an adsorption step of separating moisture from the mixed gas by supplying the mixed gas to the adsorption tower and adsorbing the moisture onto the adsorbent;
a heating regeneration step of heating and supplying a portion of the target gas to the adsorption tower after the adsorption step, thereby desorbing water from the adsorbent and discharging the first target gas;
Cooling of supplying a portion of the target gas without heating to the adsorption tower after the heating regeneration step, cooling the adsorbent to a temperature at which it can be adsorbed, and discharging the second target gas. process and
The adsorption cycle including the above is repeated in each adsorption tower,
A water removal method, wherein while the adsorption step is being performed in one adsorption tower, a step other than the adsorption step is performed in the other adsorption tower. 前記対象ガスよりも水分を多く含む原料ガスを凝縮して、前記対象ガスを得る凝縮工程をさらに備える、請求項１に記載の水分除去方法。 The moisture removal method according to claim 1, further comprising a condensation step of obtaining the target gas by condensing a source gas containing more water than the target gas. 前記対象ガスは、前記原料ガスを圧縮後、冷却し水分を凝縮除去したものである、請求項２に記載の水分除去方法。 3. The moisture removal method according to claim 2, wherein the target gas is obtained by compressing the raw material gas, cooling it, and condensing and removing moisture. 前記原料ガスは、水の電気分解により得られるガスである、請求項２または請求項３に記載の水分除去方法。 The water removal method according to claim 2 or 3, wherein the raw material gas is a gas obtained by electrolysis of water. 請求項１に記載の水分除去方法に用いられる水分除去装置であって、
前記一対の吸着塔のうち、前記吸着工程を行う一方の吸着塔には、前記混合ガスを供給し、前記吸着工程以外の工程を行う他方の吸着塔には、前記混合ガスを供給しない混合ガス供給手段と、
前記加熱再生工程中の前記吸着塔に、加熱された前記対象ガスを供給する第１導入路と、
前記第１導入路に接続され、前記対象ガスを加熱する加熱手段と、
前記冷却工程中の前記吸着塔に、加熱されていない前記対象ガスを供給する第２導入路と、を備え、
前記第１導入路および前記第２導入路は、前記混合ガス供給手段に接続されている、水分除去装置。 A moisture removal device used in the moisture removal method according to claim 1, comprising:
Of the pair of adsorption towers, one adsorption tower that performs the adsorption process is supplied with the mixed gas, and the other adsorption tower that performs a process other than the adsorption process is not supplied with the mixed gas. supply means;
a first introduction path for supplying the heated target gas to the adsorption tower during the heating regeneration step;
heating means connected to the first introduction path and heating the target gas;
a second introduction path for supplying the unheated target gas to the adsorption tower during the cooling step,
A moisture removal device, wherein the first introduction path and the second introduction path are connected to the mixed gas supply means. 前記対象ガスよりも水分を多く含む原料ガスを凝縮して、前記対象ガスを得る凝縮手段をさらに備える、請求項５に記載の水分除去装置。 The moisture removal apparatus according to claim 5, further comprising a condensing means for obtaining the target gas by condensing a raw material gas containing more water than the target gas. 前記原料ガスを凝縮する圧縮式冷却器を備える、請求項６に記載の水分除去装置。 The moisture removal device according to claim 6, further comprising a compression cooler that condenses the raw material gas. 前記原料ガスは、水の電気分解により得られるガスである、請求項６または請求項７に記載の水分除去装置。 The water removal device according to claim 6 or 7, wherein the raw material gas is a gas obtained by electrolysis of water.
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