JP4753606B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、吸着剤を収容する水素精製塔とオフガスを貯蔵するオフガスタンクを備え、前記水素精製塔において加圧下で前記吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で前記吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスを前記オフガスタンクに貯蔵するように構成されている水素製造装置に関する。 The present invention includes a hydrogen purification tower for storing an adsorbent and an offgas tank for storing offgas, and the high purity hydrogen is purified by adsorbing impurities in the hydrogen rich gas to the adsorbent under pressure in the hydrogen purification tower. The present invention relates to a hydrogen production apparatus configured to perform a process and a cleaning process for removing impurities adsorbed on the adsorbent under reduced pressure, and store off-gas generated in the cleaning process in the off-gas tank.
このような水素製造装置は、例えば、13Aなどの都市ガスを原料として改質、変成された水素リッチガスから高純度水素ガスを連続的に製造し、洗浄工程時に発生するオフガスをオフガスタンクに一時的に貯蔵しておいて、例えば、バーナの燃料として利用するためのもので、従来の水素製造装置では、オフガスタンクが水素精製塔とは無関係に別個に設けられていた(例えば、特許文献1参照)。 Such a hydrogen production apparatus, for example, continuously produces high-purity hydrogen gas from reformed and modified hydrogen rich gas using city gas such as 13A as a raw material, and temporarily generates off-gas generated during the cleaning process in an off-gas tank. In the conventional hydrogen production apparatus, an off-gas tank is provided separately from the hydrogen purification tower (see, for example, Patent Document 1). ).
したがって、従来の水素製造装置では、通常、水素精製塔が外気に曝されており、特に外気温度の高い夏季などでは、水素精製塔自体の温度が高くなって吸着剤による不純物の吸着能が低下するという問題があった。
すなわち、吸着剤が水素リッチガス中の不純物を吸着する吸着工程は発熱を伴い、しかも、高温下においては、吸着剤の吸着能が低下するという特質があるため、外気温度の高い夏季などでは不純物が所望どおりに吸着されないおそれがある。
Therefore, in the conventional hydrogen production apparatus, the hydrogen purification tower is usually exposed to the outside air, and particularly in summer when the outside air temperature is high, the temperature of the hydrogen purification tower itself becomes high and the adsorption capacity of impurities by the adsorbent decreases. There was a problem to do.
In other words, the adsorption process in which the adsorbent adsorbs impurities in the hydrogen-rich gas is accompanied by heat generation, and the adsorption capacity of the adsorbent decreases at high temperatures. May not be adsorbed as desired.
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、洗浄工程時に発生するオフガスの特性を有効に利用して水素精製塔を合理的に冷却し、たとえ外気温の高い夏季においても、吸着剤による不純物の吸着を所望どおりに行うことのできる水素製造装置を提供することにある。 The present invention pays attention to such conventional problems, and its purpose is to rationally cool the hydrogen purification tower by effectively utilizing the characteristics of off-gas generated during the washing process, even if the outside temperature is high. An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus capable of adsorbing impurities with an adsorbent as desired even in summer.
本発明の第1の特徴構成は、吸着剤を収容する水素精製塔とオフガスを貯蔵するオフガスタンクを備え、前記水素精製塔において加圧下で前記吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で前記吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスを前記オフガスタンクに貯蔵するように構成されている水素製造装置であって、前記オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているところにある。 A first characteristic configuration of the present invention includes a hydrogen purification tower for storing an adsorbent and an offgas tank for storing offgas. The hydrogen purification tower adsorbs impurities in the hydrogen-rich gas to the adsorbent under pressure in the hydrogen purification tower. Hydrogen production configured to perform an adsorption step for purifying pure hydrogen and a washing step for removing impurities adsorbed on the adsorbent under reduced pressure, and store off-gas generated during the washing step in the off-gas tank In the apparatus, an off-gas storage space of the off-gas tank is configured to be in contact with the entire outer periphery of the hydrogen purification tower.
本発明の第1の特徴構成によれば、洗浄工程時に発生するオフガスを貯蔵するオフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているので、オフガスによって水素精製塔の温度上昇を抑制することができる。
すなわち、洗浄工程は減圧下で行われるため、減圧によってオフガスの温度は低下し、発熱を伴う吸着工程時における温度よりも低くなる。その低い温度のオフガスを水素精製塔の外周部の全周に接するオフガス貯蔵空間に供給することによって、水素精製塔の外周部全周を冷却することが可能となる。
その結果、オフガスの特性を有効に利用して水素精製塔を合理的に冷却し、たとえ外気温の高い夏季においても、吸着剤による不純物の吸着を所望どおりに行うことができる。
According to the first characteristic configuration of the present invention, the offgas storage space of the offgas tank that stores the offgas generated during the cleaning process is configured to be in contact with the entire circumference of the outer periphery of the hydrogen purification tower. An increase in the temperature of the hydrogen purification tower can be suppressed.
That is, since the cleaning process is performed under reduced pressure, the temperature of the off-gas is lowered by the reduced pressure, and becomes lower than the temperature during the adsorption process with heat generation. By supplying the off-gas storage space in contact with the lower temperature of the off-gas to the entire outer peripheral portion of the hydrogen purifying column, it is possible to cool the outer peripheral portion the entire circumference of the hydrogen purifying column.
As a result, the hydrogen purification tower can be rationally cooled by effectively utilizing the off-gas characteristics, and the adsorption of impurities by the adsorbent can be performed as desired even in the summer when the outside air temperature is high.
本発明の第2の特徴構成は、前記水素精製塔の外周部壁体が、前記オフガスタンクの壁体の一部を兼用しているところにある。 A second characteristic configuration of the present invention is that the outer peripheral wall of the hydrogen purification tower also serves as a part of the wall of the offgas tank.
本発明の第2の特徴構成によれば、水素精製塔の外周部壁体が、オフガスタンクの壁体の一部を兼用しているので、壁体の兼用による構造の簡素化を図り得るのは勿論のこと、オフガスによる水素精製塔の外周部壁体の冷却がより一層効果的に行われて、吸着剤による不純物の吸着が一層確実となる。 According to the second characteristic configuration of the present invention, since the outer peripheral wall of the hydrogen purification tower also serves as a part of the wall of the off-gas tank, the structure can be simplified by the shared use of the wall. Needless to say, the cooling of the outer peripheral wall of the hydrogen purification tower by off-gas is more effectively performed, and the adsorption of impurities by the adsorbent is further ensured.
本発明の第3の特徴構成は、前記水素精製塔とオフガスタンクがそれぞれ複数あって、各オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、各水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているところにある。 The third characteristic configuration of the present invention is configured such that there are a plurality of hydrogen purification towers and off-gas tanks, and the off-gas storage space of each off-gas tank is in contact with the entire circumference of the outer periphery of each hydrogen purification tower. By the way.
本発明の第3の特徴構成によれば、水素精製塔とオフガスタンクがそれぞれ複数あるので、その複数の水素精製塔により高純度水素を連続的に製造することも可能となり、しかも、各オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、各水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているので、複数の水素製造塔における吸着工程も所望どおりに行うことができる。 According to the third characteristic configuration of the present invention, since there are a plurality of hydrogen purification towers and off-gas tanks, high-purity hydrogen can be continuously produced by the plurality of hydrogen purification towers. Since the off-gas storage space is in contact with the entire circumference of the outer periphery of each hydrogen purification tower, the adsorption steps in the plurality of hydrogen production towers can be performed as desired.
本発明による水素製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この水素製造装置は、水素リッチガスから高純度水素を製造するもので、図1に示すように、第1から第3までの3つの水素精製塔1a,1b,1cを備え、各水素精製塔1a,1b,1cの外周部には、第1から第3のオフガスタンク2a,2b,2cがそれぞれジャケット化されて配置されている。
すなわち、各水素精製塔1a,1b,1cの外周部壁体が、各オフガスタンク2a,2b,2cの壁体の一部を兼用する状態で、各オフガスタンク2a,2b,2cのオフガス貯蔵空間3a,3b,3cが、各水素精製塔1a,1b,1cの外周部の全周にわたって接するように構成されている。
Embodiments of a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
This hydrogen production apparatus produces high-purity hydrogen from a hydrogen-rich gas. As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus includes three
That is, the off-gas storage space of each off-
各水素精製塔1a,1b,1cは、水素リッチガス供給路4に対してそれぞれ供給用分岐路4a,4b,4cを介して互いに並列に接続され、各供給用分岐路4a,4b,4cには、それぞれ供給用電磁弁5a,5b,5cが設けられ、水素リッチガス供給路4には、水素リッチガスが供給される。その水素リッチガスは、例えば、13Aなどの都市ガスを原料とし、昇圧した都市ガスから硫黄分をppbレベルにまで除去し、水蒸気改質用の触媒によって水素リッチガスに改質するとともに、変成用の触媒によって水素リッチガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成し、さらに、余分な水分を除去した後の水素リッチガスである。
そして、各水素精製塔1a,1b,1cには、加圧下においてその水素リッチガスから水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素などの不純物を吸着除去して高純度水素を精製する適切な吸着剤が収容されている。
The
Each of the
各水素精製塔1a,1b,1cは、高純度水素排出路6に対してそれぞれ排出用分岐路6a,6b,6cを介して互いに並列に接続され、各排出用分岐路6a,6b,6cにそれぞれ排出用電磁弁7a,7b,7cが設けられ、高純度水素排出路6には水素貯蔵タンク8が接続されている。
さらに、各水素精製塔1a,1b,1cは、均圧用分岐路9a,9b,9cを介して均圧路9に互いに並列に接続され、各均圧用分岐路9a,9b,9cにはそれぞれ均圧用電磁弁10a,10b,10cが設けられ、均圧路9の端部は、第3水素精製塔1cにおける排出用分岐路6cとの接続箇所より下流側において高純度水素排出路6に接続され、その接続箇所より上流側の均圧路9にも均圧用電磁弁10dが設けられている。
The
Further, each of the
各水素精製塔1a,1b,1cの供給用分岐路4a,4b,4cには、それぞれオフガス排出路11a,11b,11cが接続され、第1水素精製塔1aのオフガス排出路11aが第2オフガスタンク2bに、第2水素精製塔1bのオフガス排出路11bが第3オフガスタンク2cに、第3水素精製塔1cのオフガス排出路11cが第1オフガスタンク2aにそれぞれ接続されるとともに、各オフガス排出路11a,11b,11cにそれぞれオフガス電磁弁12a,12b,12cが設けられている。そして、各オフガスタンク2a,2b,2cには、図外のバーナにオフガスを供給するオフガス供給路13a,13b,13cが接続されて、オフガス供給路13a,13b,13cにオフガス供給用電磁弁14が設けられている。
このような構成からなる水素製造装置は、その作動の全てが自動制御されるように構成され、そのため、制御手段15が、供給用電磁弁5a〜5c、排出用電磁弁7a〜7c、均圧用電磁弁10a〜10d、オフガス電磁弁12a〜12c、および、オフガス供給用電磁弁14などを開閉制御するように構成されている。
Off-
The hydrogen production apparatus having such a configuration is configured such that all of its operations are automatically controlled. Therefore, the control means 15 includes
つぎに、この水素製造装置の作動と運転方法につき、図2の運転工程図と図3の運転説明図を参照しながら説明する。
水素リッチガス供給路4からの水素リッチガスは、第1〜第3の水素精製塔1a,1b,1cのいずれかに供給されて高純度水素に精製される。
例えば、第1水素精製塔1aにおいて精製される場合であれば、供給用電磁弁5aの開弁によって第1水素精製塔1aに水素リッチガスが供給され、加圧下においてその水素リッチガス中に含まれる水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素などの不純物を吸着剤に吸着させて高純度水素を精製する吸着工程を実行し、精製された高純度水素は、排出用電磁弁7aの開弁に伴って排出用分岐路6aと高純度水素排出路6を通って水素貯蔵タンク8へ送られて貯蔵される。
Next, the operation and operation method of this hydrogen production apparatus will be described with reference to the operation process diagram of FIG. 2 and the operation explanatory diagram of FIG.
The hydrogen rich gas from the hydrogen rich
For example, in the case of purification in the first
この第1水素精製塔1aにおける吸着工程実行の際、第2水素精製塔1bにおいては、均圧電磁弁10b,10cの開弁に伴って均圧工程が実行され、その後、均圧電磁弁10b,10cが閉弁されるとともに、排出用電磁弁7bが開弁されて、図3の(イ)に示すように、第1水素精製塔1aからの高純度水素が供給されて昇圧工程が実行される。
第3水素精製塔1cにおいては、上述した均圧工程が終了した後、オフガス電磁弁12cの開弁に伴って減圧工程が実行され、減圧下において吸着剤に吸着された不純物が脱離されて取り除かれ、その不純物を含むオフガスがオフガス排出路11cを通って第1オフガスタンク2aに貯蔵される。その後、図3の(イ)に示すように、第1水素精製塔1aからの高純度水素が供給されて洗浄工程が実行され、減圧下において吸着剤に吸着された不純物を脱離させて高純度水素で洗浄し、その洗浄工程の実行により発生したオフガスも第1オフガスタンク2aに貯蔵される。
When the adsorption process is performed in the first
In the third
その後、第1水素精製塔1aにおいては、均圧工程、減圧工程、洗浄工程が実行され、減圧工程と洗浄工程時に発生したオフガスが、図3の(ロ)に示すように、第2オフガスタンク2bに貯蔵される。そのとき、第2水素精製塔1bは吸着工程にあり、第3水素精製塔1cは均圧工程から昇圧工程にある。
その後、第1水素精製塔1aにおいては、均圧工程、昇圧工程が実行され、第2水素精製塔1bにおいては、均圧工程、減圧工程、洗浄工程が実行され、減圧工程と洗浄工程時に発生したオフガスが、図3の(ハ)に示すように、第3オフガスタンク2cに貯蔵され、そのとき、第3水素精製塔1cにおいては、吸着工程が実行される。
そして、各水素精製塔1a,1b,1cにおいて、このような各工程が繰り返し実行されて、水素リッチガスから高純度水素が連続的に製造され、必要に応じて、オフガス供給用電磁弁14が開弁されて、各オフガスタンク2a,2b,2cに貯蔵されたオフガスが図外のバーナへ供給されて燃焼されるのである。
Thereafter, in the first
Thereafter, a pressure equalization process and a pressure increase process are executed in the first
Then, in each of the
〔別実施形態〕
(1)先の実施形態では、各水素精製塔1a,1b,1cの外周部壁体が、各オフガスタンク2a,2b,2cの壁体の一部を兼用するように構成した例を示したが、各オフガスタンク2a,2b,2c内のオフガスと各水素精製塔1a,1b,1cとの間で所望する熱伝導が可能であれば、各水素精製塔1a,1b,1cの外周部壁体が、各オフガスタンク2a,2b,2cの壁体の一部を兼用するように構成する必要はない。
[Another embodiment]
(1) In the previous embodiment, an example in which the outer peripheral wall of each of the
(2)先の実施形態では、合計3つの水素精製塔1a,1b,1cを備えた水素製造装置を例示して説明したが、水素精製塔の個数は任意であり、例えば、水素精製塔をひとつだけ備えた水素製造装置において適用可能である。
(2) In the previous embodiment, the hydrogen production apparatus including a total of three
1a〜1c 水素精製塔
2a〜2c オフガスタンク
3a〜3c オフガス貯蔵空間
1a to 1c
Claims (3)
前記オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されている水素製造装置。 An adsorption process for purifying high-purity hydrogen by adsorbing impurities in the hydrogen-rich gas to the adsorbent under pressure in the hydrogen purification tower, comprising a hydrogen purification tower for storing the adsorbent and an off-gas tank for storing off-gas. A hydrogen production apparatus configured to execute a cleaning process for removing impurities adsorbed on the adsorbent below, and store off-gas generated during the cleaning process in the off-gas tank,
The hydrogen production apparatus comprised so that the off gas storage space of the said off gas tank may contact | connect the perimeter of the outer peripheral part of the said hydrogen purification tower.
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