JP5057683B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、炭化水素ガスを原料として高純度の水素ガスを生成する水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus that generates high-purity hydrogen gas using hydrocarbon gas as a raw material.
燃料電池などの燃料として水素ガスを利用するために、炭化水素ガスとしての例えば都市ガスから高純度の水素ガスを生成する水素製造装置が提案され実用に供されている(例えば、特許文献1参照)。この種の水素製造装置は、例えば、図2に示す構成であり、改質装置2、昇圧装置4、水素精製装置6、水素貯蔵タンク8及びオフガス用タンク10を備えている。改質装置2においては、炭化水素ガスとしての都市ガスと水蒸気とを用いて改質反応が行われて水素リッチガスが生成される。水素リッチガスは第1送給流路12を介して昇圧装置4に送給され、この昇圧装置4により昇圧される。昇圧された水素リッチガスは第2送給流路14を通して水素精製装置6に送給され、水素精製装置6にて不純物が除去され、高純度水素ガスが水素貯蔵タンク8に貯蔵され、このようにして水素ガスが精製される。
In order to use hydrogen gas as fuel for a fuel cell or the like, a hydrogen production apparatus that generates high-purity hydrogen gas from, for example, city gas as hydrocarbon gas has been proposed and put into practical use (see, for example, Patent Document 1). ). This type of hydrogen production apparatus has, for example, the configuration shown in FIG. 2, and includes a reformer 2, a booster 4, a hydrogen purifier 6, a hydrogen storage tank 8, and an
このような水素製造装置では、第1送給流路12と第2送給流路14との間に昇圧装置4をバイパスしてバイパス流路16が設けられ、このバイパス流路16に圧力調整弁18が配設されている。圧力調整弁18は第2送給流路14に配設された圧力検知手段20の検知圧力に基づいて開閉制御され、第2送給流路14の水素リッチガスの圧力が所定圧力を超えると、圧力調整弁18が開放されて第2送給流路14の水素リッチガスの一部がバイパス流路16を通して第1送給流路12に戻される。また、第2送給流路14には流量制御弁22が配設され、この流量制御弁22は第2送給流路14に配設された流量検出手段24の検出流量に基づいて開閉制御される。
In such a hydrogen production apparatus, a
上述した水素製造装置では、水素精製装置6の精製効率を高めるためには、水素精製装置の流入側圧力を高く保持するのが望ましい。一方、安全上の観点から、第2送給流路14の水素リッチガスは、圧力調整弁18によって所定圧力(例えば、0.98Mpa)に維持されるように構成されるが、この第2送給流路14に圧力検出手段20、流量制御弁22及び流量検出手段24が配設されているので、これらが第2送給流路14を流れる水素リッチガスの抵抗となって圧力損失が生じ、このことに起因して、水素精製装置6の流入側圧力が幾分低下し、水素精製装置6の精製効率が低下するという問題がある。
In the hydrogen production apparatus described above, in order to increase the purification efficiency of the hydrogen purification apparatus 6, it is desirable to keep the inflow pressure of the hydrogen purification apparatus high. On the other hand, from the viewpoint of safety, the hydrogen-rich gas in the
本発明は、第2送給流路における圧力損失をできる限り少なくし、水素精製装置の精製効率を高めることができる水素製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that can reduce the pressure loss in the second supply flow path as much as possible and increase the purification efficiency of the hydrogen purification apparatus.
本発明の請求項1に記載の水素製造装置は、炭化水素ガスを改質反応させて水素リッチガスを生成するための改質装置と、前記改質装置にて改質された水素リッチガスを圧縮して昇圧するための昇圧装置と、昇圧された水素リッチガスに含まれた不純物を除去して高純度水素ガスを生成するための水素精製装置と、精製された高純度水素ガスを貯蔵するための水素貯蔵タンクと、を備えた水素製造装置であって、
前記昇圧装置をバイパスしてバイパス流路が設けられ、前記バイパス流路の一端側は前記改質装置と前記昇圧装置を接続する第1送給流路に接続され、その他端側は前記昇圧装置と前記水素精製装置とを接続する第2送給流路に接続され、
前記バイパス流路には流量制御弁が設けられ、前記流量制御弁は前記第1送給流路を流れる水素リッチガスの流量及び前記第2送給流路を流れる水素リッチガスの圧力に基づいて開閉制御されることを特徴とする。
A hydrogen production apparatus according to claim 1 of the present invention includes a reformer for generating a hydrogen rich gas by reforming a hydrocarbon gas, and compressing the hydrogen rich gas reformed by the reformer. Boosting device for boosting the pressure, hydrogen purifying device for removing impurities contained in the boosted hydrogen-rich gas to generate high-purity hydrogen gas, and hydrogen for storing the purified high-purity hydrogen gas A hydrogen production apparatus comprising a storage tank,
A bypass channel is provided to bypass the booster, and one end of the bypass channel is connected to a first feed channel that connects the reformer and the booster, and the other end is the booster. And a second feed flow channel connecting the hydrogen purification device,
The bypass flow path is provided with a flow rate control valve, and the flow rate control valve is controlled to open and close based on the flow rate of the hydrogen rich gas flowing through the first supply flow path and the pressure of the hydrogen rich gas flowing through the second supply flow path. It is characterized by being.
また、本発明の請求項2に記載の水素製造装置では、前記第1送給流路には流量検出手段が設けられ、前記第2送給流路には圧力検出手段が設けられ、前記流量制御弁は、前記流量検出手段及び前記圧力検出手段の検出信号に基づいて開閉制御されることを特徴とする。 In the hydrogen production apparatus according to claim 2 of the present invention, the first supply flow path is provided with a flow rate detection means, the second supply flow path is provided with a pressure detection means, and the flow rate The control valve is controlled to open and close based on detection signals from the flow rate detection means and the pressure detection means.
本発明の請求項1に記載の水素製造装置によれば、昇圧装置をバイパスしてバイパス流路が設けられ、このバイパス流路に流量制御弁が設けられ、この流量制御弁が第1送給流路を流れる水素リッチガスの流量及び第2送給流路を流れる水素リッチガスの圧力に基づいて開閉制御される。そして、第2送給流路の水素リッチガスの圧力が所定圧力(例えば、0.98MPa)を超えると、流量制御弁が開放されて(流量制御弁が開放されているときには、その開度が更に大きくなる)水素リッチガスの一部が第2送給流路からバイパス流路を通して第1送給流路に流れるので、第2送給流路の水素リッチガスの圧力を所定圧力に維持することができる。また、第1送給流路を通して流れる水素リッチガスの流量が所定量より多くなる(又は少なくなる)と、流量制御弁の開度が大きくなり(又は小さくなり)、第2送給流路からバイパス流路を通して第1送給流路に流れる戻り流量が多くなり(又は少なくなり)、これによって水素精製装置に送られる水素リッチガスの送給量が減少(又は増加)する。このような水素製造装置では、従来の水素製造装置に設けられていた圧力調整弁及び流路制御弁をバイパス流路に設けた流量制御弁に置き換えることができ、これによって、第2送給流路における圧力損失を小さくすることができ、その結果、水素精製装置での精製効率を高めることができる。 According to the hydrogen production device of the first aspect of the present invention, the bypass device is bypassed to provide the bypass flow path, the flow rate control valve is provided in the bypass flow path, and the flow rate control valve is the first feed. Opening / closing control is performed based on the flow rate of the hydrogen rich gas flowing through the flow path and the pressure of the hydrogen rich gas flowing through the second supply flow path. Then, when the pressure of the hydrogen rich gas in the second supply channel exceeds a predetermined pressure (for example, 0.98 MPa), the flow control valve is opened (when the flow control valve is opened, the opening degree is further increased). Part of the hydrogen-rich gas (which increases) flows from the second feed channel to the first feed channel through the bypass channel, so that the pressure of the hydrogen-rich gas in the second feed channel can be maintained at a predetermined pressure. . Further, the flow rate of the hydrogen rich gas flowing through the first feeding passage is more than a predetermined amount (or less), opening size no longer flow control valve (or small no longer), the second feeding passage The return flow rate flowing from the first through the bypass flow path to the first supply flow path increases (or decreases), thereby decreasing (or increasing) the supply amount of the hydrogen-rich gas sent to the hydrogen purifier. In such a hydrogen production apparatus, the pressure regulating valve and the flow path control valve provided in the conventional hydrogen production apparatus can be replaced with a flow rate control valve provided in the bypass flow path, whereby the second feed flow The pressure loss in the channel can be reduced, and as a result, the purification efficiency in the hydrogen purifier can be increased.
また、本発明の請求項2に記載の水素製造装置によれば、第1送給流路に流量検出手段が設けられ、第2送給流路に圧力検出手段が設けられるので、これら流量検出手段の検知流量及び圧力検出手段の検知圧力に基づいて流量制御弁を開閉制御することによって、第2送給流路における水素リッチガスの圧力を所定圧力に維持することができるとともに、第2送給流路を通して水素精製装置に送給される水素リッチガスの流量を所定流量に維持することができる。 Moreover, according to the hydrogen production apparatus of the second aspect of the present invention, the flow rate detecting means is provided in the first supply flow path, and the pressure detection means is provided in the second supply flow path. By controlling the opening and closing of the flow rate control valve based on the detected flow rate of the means and the detected pressure of the pressure detecting means, the pressure of the hydrogen rich gas in the second supply passage can be maintained at a predetermined pressure, and the second supply The flow rate of the hydrogen rich gas fed to the hydrogen purifier through the flow path can be maintained at a predetermined flow rate.
以下、図1を参照して、本発明に従う水素製造装置の一実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の水素製造装置を簡略的に示す簡略図である。
図1において、図示の水素製造装置は、炭化水素ガスを改質する改質装置102、例えばコンプレッサから構成される昇圧装置104、水素リッチガスを精製して高純度水素ガスを生成する水素精製装置106と、生成された高純度水素ガスを貯蔵するための水素貯蔵タンク108と、水素精製装置106からのオフガスを一時的に貯蔵するためのオフガス貯蔵タンク110と、を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a simplified diagram schematically illustrating the hydrogen production apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 1, the illustrated hydrogen production apparatus includes a
改質装置102は燃焼バーナ112を備え、この燃焼バーナ112の燃焼ガスの熱を利用して改質装置102が750℃前後の高温に維持される。この改質装置102には原料供給流路114及び水蒸気供給流路116が接続され、この原料供給流路114を通して原料である炭化水素ガス、例えば都市ガス(例えば、都市ガス13A)が供給されるとともに、水蒸気供給流路116を通して水蒸気が供給される。また、原料供給流路114から分岐して燃料供給流路118が設けられ、原料供給流路114を流れる炭化水素ガスの一部が燃料供給流路118を通して燃焼バーナ112に供給される。改質装置102には改質触媒が充填され、炭化水素ガス及び水蒸気が高温状態下で改質反応し、水素成分が多い水素リッチガスが生成される。
The
改質装置102と昇圧装置104とは第1送給流路120を介して接続され、昇圧装置104と水素精製装置106とは第2送給流路122を介して接続されている。改質装置102にて改質された水素リッチガスは第1送給流路120を通して昇圧装置104に送給され、この昇圧装置104にて所定圧力に昇圧された後に第2送給流路122を通して水素精製装置106に送給される。改質装置102にて改質された水素リッチガスは、例えば0.15MPa又はそれより幾分高い圧力状態であり、このような圧力状態のものが昇圧装置104によって例えば0.98MPaに昇圧される。
The
水素精製装置106はそれ自体周知のものであり、例えば、活性アルミナ、カーボンモレキュラーシープ(CMS)、ゼオライトなどの吸着剤を充填した圧力スイング式の水素精製装置である。この水素精製装置106は、加圧下において水素リッチガスからこれに含まれた水、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の水素ガスを精製し、またその吸着した不純物を減圧下において吸着剤から脱着させる。このような水素精製装置106としては、例えば、3塔の水素精製部を備え、各水素精製部において吸着、均圧、減圧、洗浄、昇圧の各工程を順に繰り返すことによって、高純度の水素を連続的に精製することができる。
The
水素精製装置106と水素貯蔵タンク108とは第3送給流路124を介して接続され、この第3送給流路124に開閉弁126が配設されている。開閉弁126が開状態のときには、水素精製装置106にて精製された高純度水素ガスが第3送給流路124を通して水素貯蔵タンク108に送給され、この水素貯蔵タンク108に貯蔵される。また、開閉弁126が閉状態のときには、水素精製装置106と水素貯蔵タンク108との連通が遮断され、水素貯蔵タンク108に貯蔵された高純度水素ガスが水素精製装置106側に流れることはない。尚、水素貯蔵タンク108に貯蔵された高純度水素ガスは、需要に応じて水素ガス送出流路128を通して送出される。
The
水素精製装置106とオフガスタンク110とはオフガス送給流路130を介して接続され、このオフガスタンク110と燃料供給流路118とがオフガス供給流路132を介して接続されている。水素精製装置106にて生じるオフガスは、オフガス送給流路130を通してオフガス貯蔵タンク110に一時的に貯えられ、このオフガス貯蔵タンク110のオフガスは、オフガス供給流路132を通して燃料供給流路118に供給され、燃料供給流路118を通して供給される炭化水素ガスに混合されて燃焼バーナ112に供給され、炭化水素ガスとともに燃焼される。
The
この水素製造装置には、更に、昇圧装置104をバイパスしてバイパス流路134が設けられ、その一端側が第1送給流路120に接続され、その他端側が第2送給流路122に接続されている。このバイパス流路134には流量制御弁136が設けられ、流量制御弁136はコントローラ138によって開閉制御されるように構成されている。
The hydrogen production apparatus further includes a
この実施形態では、第1送給流路120には流量検出手段140が設けられ(具体的には、バイパス流路134の一端側の接続部位よりも上流側に設けられる)、また第2送給流路122には圧力検出手段142が設けられ(具体的には、バイパス流路134の他端側の接続部位よりも下流側に設けられる)、流量検出手段140及び圧力検出手段142からの検出信号がコントローラ138に送給され、コントローラ138は流量検出手段140の検知流量及び圧力検出手段142の検知圧力に基づいて流量制御弁を開閉制御する。
In this embodiment, the flow rate detecting means 140 is provided in the first supply flow path 120 (specifically, provided on the upstream side of the connection portion on one end side of the bypass flow path 134), and the second
この水素製造装置において、流量制御弁136の開閉制御は、次の通りにして行われる。例えば、昇圧装置104にて昇圧されて第2送給流路122を流れる水素リッチガスの圧力が所定圧力(例えば、0.98MPa)を超えると、圧力検出手段142からの検出信号に基づいてコントローラ138は開信号を生成し、この開信号に基づいて流量制御弁136を開放する。例えば、流量制御弁136が閉状態のときには、この開信号に基づいて開放され、また流量制御弁がある開度のときには、この開度より幾分大きい開度となる。このように開放されると、第2送給流路122を流れる水素リッチガスの一部がバイパス流路134を通して第1送給流路120に流れ、これによって、第2送給流路122の水素リッチガスの圧力が下がり、第2送給流路122の水素リッチガスの圧力を所定圧力に維持し、所定圧力を超える圧力上昇を防止することができる。
In this hydrogen production apparatus, the opening / closing control of the
また、第1送給流路120を通して流れる水素リッチガスの流量が所定量より多くなる(又は少なくなる)と、流量検出手段140からの検出信号に基づいてコントローラ138は開信号(又は閉信号)を生成し、この開信号(又は閉信号)に基づいて流量制御弁136の開度が大きくなり(又は小さくなり)、第2送給流路122からバイパス流路134を通して第1送給流路120に戻る水素リッチガスの流量が多くなり(又は少なくなり)、これによって水素精製装置106に送られる水素リッチガスの送給量が減少(又は増加)し、水素精製装置106に送給される水素リッチガスの流量を所定流量に維持することができる。
Further, the flow rate of the hydrogen rich gas flowing through the
上述した水素製造装置では、バイパス流路134に流量制御弁136を設け、この流量制御弁136を流量検出手段140及び圧力検出手段142によって開閉制御することによって、水素精製装置106に送給される水素リッチガスの流量及び圧力を所望の通りに制御することができる。
In the hydrogen production apparatus described above, the flow
また、このような水素製造装置では、図1と従来の水素製造装置を示す図2とを対比することによって容易に理解される如く、従来の水素製造装置においてバイパス流路に設けられていた圧力調整弁と第2送給流路に設けられていた流量制御弁とを、バイパス流路134に設けた流量制御弁136に置き換えることができ、これによって、従来存在していた第2送給流路の流量制御弁及びこれに関連する部材を省略することができる。従って、第2送給流路122における圧力損失を小さくすることができ、その結果、水素精製装置の流入側における水素リッチガスの圧力を高く維持でき、これによって、水素精製装置の精製効率を高めることができる。
Moreover, in such a hydrogen production apparatus, as easily understood by comparing FIG. 1 with FIG. 2 showing a conventional hydrogen production apparatus, the pressure provided in the bypass channel in the conventional hydrogen production apparatus. The control valve and the flow control valve provided in the second supply flow path can be replaced with the
以上、本発明に従う水素製造装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。 As mentioned above, although one embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention has been described, the present invention is not limited to such an embodiment, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
上述した実施形態では、特に図示していないが、昇圧装置104と水素精製装置106との間に、水素リッチガス中の一酸化炭素を水素ガスに変成するための一酸化炭素変成装置を設けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, although not particularly illustrated, a carbon monoxide conversion device for converting carbon monoxide in the hydrogen-rich gas into hydrogen gas is provided between the
102 改質装置
104 昇圧装置
106 水素精製装置
108 水素貯蔵タンク
120 第1送給流路
122 第2送給流路
134 バイパス流路
136 流量制御弁
138 コントローラ
140 流量検出手段
142 圧力検出手段
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記昇圧装置をバイパスしてバイパス流路が設けられ、前記バイパス流路の一端側は前記改質装置と前記昇圧装置を接続する第1送給流路に接続され、その他端側は前記昇圧装置と前記水素精製装置とを接続する第2送給流路に接続され、
前記バイパス流路には流量制御弁が設けられ、前記流量制御弁は前記第1送給流路を流れる水素リッチガスの流量及び前記第2送給流路を流れる水素リッチガスの圧力に基づいて開閉制御されることを特徴とする水素製造装置。 A reformer for generating a hydrogen-rich gas by reforming a hydrocarbon gas, a booster for compressing and boosting the hydrogen-rich gas reformed by the reformer, and a boosted hydrogen-rich gas A hydrogen production apparatus comprising: a hydrogen purification device for removing impurities contained in the gas to produce high-purity hydrogen gas; and a hydrogen storage tank for storing the purified high-purity hydrogen gas,
A bypass channel is provided to bypass the booster, and one end of the bypass channel is connected to a first feed channel that connects the reformer and the booster, and the other end is the booster. And a second feed flow channel connecting the hydrogen purification device,
The bypass flow path is provided with a flow rate control valve, and the flow rate control valve is controlled to open and close based on the flow rate of the hydrogen rich gas flowing through the first supply flow path and the pressure of the hydrogen rich gas flowing through the second supply flow path. A hydrogen production apparatus.
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