JP6106128B2 - Hydrogen supply system - Google Patents
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Description
本発明は、水素の供給を行う水素供給システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen supply system that supplies hydrogen.
従来の水素供給システムとして、例えば特許文献1に挙げるものが知られている。特許文献1の水素供給システムは、原料の芳香族炭化水素の水素化物を貯蔵するタンクと、当該タンクから供給された原料を脱水素反応させることによって水素を得る脱水素反応器と、反応器で得られた水素を気液分離する気液分離器と、気液分離された水素を精製する水素精製器と、を備える。 As a conventional hydrogen supply system, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. The hydrogen supply system of Patent Document 1 includes a tank for storing a raw material aromatic hydrocarbon hydride, a dehydrogenation reactor for obtaining hydrogen by dehydrogenating a raw material supplied from the tank, and a reactor. A gas-liquid separator that gas-liquid separates the obtained hydrogen and a hydrogen purifier that purifies the gas-liquid separated hydrogen are provided.
上述したような水素供給システムでは、水素精製器で精製された水素が製品として外部の水素消費装置に供給される水素であり、当該水素の品質の管理が重要となっている。水素の精製場所と供給場所とが異なる場合、精製場所で水素の品質を一括して検査して供給場所に出荷する方法を採り得る。しかしながら、例えば水素ステーションのように、精製した水素をその場でFCVに供給する場合には、その場で水素の品質を検査する方法が求められる。 In the hydrogen supply system as described above, the hydrogen purified by the hydrogen purifier is supplied to an external hydrogen consuming apparatus as a product, and the quality control of the hydrogen is important. When the hydrogen purification site and the supply location are different, a method may be used in which the quality of hydrogen is collectively checked at the purification location and shipped to the supply location. However, in the case where purified hydrogen is supplied to the FCV in situ, such as a hydrogen station, a method for inspecting the quality of the hydrogen in situ is required.
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、精製した水素の品質をその場で検査でき、水素消費装置に供給される水素の品質を常に管理できる水素供給システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a hydrogen supply system capable of inspecting the quality of purified hydrogen on the spot and constantly managing the quality of hydrogen supplied to a hydrogen consuming apparatus. With the goal.
上記課題の解決のため、本発明に係る水素供給システムは、水素の供給を行う水素供給システムであって、芳香族炭化水素の水素化物を含む原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、脱水素反応部で得られた水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る水素精製部と、水素精製部で得られた精製ガスを高圧状態とする圧縮部と、水素精製部から圧縮部に向かう精製ガスに含まれる炭化水素の含有量を検出する検出部と、を備える。 In order to solve the above problems, a hydrogen supply system according to the present invention is a hydrogen supply system that supplies hydrogen, and obtains a hydrogen-containing gas by dehydrogenating a raw material containing a hydride of an aromatic hydrocarbon. A dehydrogenation reaction section, a hydrogen purification section that removes the dehydrogenation product from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction section and obtains a purified gas containing high-purity hydrogen, and a purified gas obtained in the hydrogen purification section A compression unit configured to be in a high-pressure state; and a detection unit configured to detect the content of hydrocarbons contained in the purified gas from the hydrogen purification unit toward the compression unit.
この水素供給システムは、水素精製部から圧縮部に向かう精製ガスに含まれる炭化水素の含有量を検出する検出部を備えている。これにより、水素精製部で精製された精製ガスの品質をその場で検査することができ、外部の水素消費装置に供給される水素の品質を常に管理することが可能となる。また、この水素供給システムでは、圧縮部で圧縮される前の比較的低圧の精製ガスを検査の対象としている。したがって、検査にあたって精製ガスの極端な減圧を行う必要はなく、簡便に水素の品質を検査できる。 This hydrogen supply system includes a detection unit that detects the content of hydrocarbons contained in the purified gas from the hydrogen purification unit toward the compression unit. As a result, the quality of the purified gas purified by the hydrogen purification section can be inspected on the spot, and the quality of the hydrogen supplied to the external hydrogen consuming apparatus can be always managed. Further, in this hydrogen supply system, a relatively low-pressure purified gas before being compressed in the compression unit is a target for inspection. Therefore, it is not necessary to extremely reduce the pressure of the purified gas for the inspection, and the quality of hydrogen can be easily inspected.
検出部は、ガスクロマトグラフによって構成されていてもよい。この場合、精製ガスに含まれる炭化水素の含有量の検出を精度良く実施できる。 The detection unit may be configured by a gas chromatograph. In this case, it is possible to accurately detect the hydrocarbon content contained in the purified gas.
検出部は、水素炎イオン検出器によって構成されていてもよい。この場合、精製ガスに含まれる炭化水素の含有量の検出を精度良く実施できる。また、炭化水素と合わせて精製ガスに含まれる水分の含有量の検出も可能となり、水素の品質を好適に管理できる。 The detection unit may be constituted by a flame ion detector. In this case, it is possible to accurately detect the hydrocarbon content contained in the purified gas. In addition, it becomes possible to detect the content of moisture contained in the refined gas together with the hydrocarbon, so that the quality of hydrogen can be suitably managed.
検出部は、近赤外光又は紫外光を用いるガス分析計によって構成されていてもよい。この場合、精製ガスに含まれる炭化水素の含有量の検出を精度良く実施できる。また、炭化水素と合わせて精製ガスに含まれる水分の含有量の検出も可能となり、水素の品質を好適に管理できる。 The detection unit may be configured by a gas analyzer using near infrared light or ultraviolet light. In this case, it is possible to accurately detect the hydrocarbon content contained in the purified gas. In addition, it becomes possible to detect the content of moisture contained in the refined gas together with the hydrocarbon, so that the quality of hydrogen can be suitably managed.
水素供給システムは、検出部によって精製ガスに含まれる炭化水素の含有量が所定の閾値を超えていることが検出された場合に、水素精製部から圧縮部への精製ガスの流通を防止する流通防止部を備えていてもよい。これにより、精製ガスに脱水素生成物が混入した場合であっても、圧縮部よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことを防止できる。 The hydrogen supply system is a flow that prevents the flow of purified gas from the hydrogen purification unit to the compression unit when the detection unit detects that the hydrocarbon content in the purified gas exceeds a predetermined threshold. You may provide the prevention part. Thereby, even if it is a case where a dehydrogenation product mixes in refined gas, it can prevent that the gas line downstream from a compression part will be contaminated.
流通防止部は、水素精製部から圧縮部に向かう精製ガスの流通を遮断する遮断部であってもよい。遮断部によって精製ガスの流通を遮断することで、圧縮部よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことをより確実に防止できる。 The flow prevention unit may be a blocking unit that blocks the flow of the purified gas from the hydrogen purification unit to the compression unit. By blocking the flow of the purified gas by the blocking unit, it is possible to more reliably prevent the gas line downstream of the compression unit from being contaminated.
また、流通防止部は、水素精製部から圧縮部に向かう精製ガスの流通先を当該流通防止部よりも上流側に切り替える切替部であってもよい。切替部によって精製ガスの流通先を流通防止部の上流側に切り替えることで、圧縮部よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことをより確実に防止できる。 Further, the flow prevention unit may be a switching unit that switches the flow destination of the purified gas from the hydrogen purification unit toward the compression unit to the upstream side of the flow prevention unit. By switching the flow destination of the purified gas to the upstream side of the flow prevention unit by the switching unit, it is possible to more reliably prevent the gas line downstream of the compression unit from being contaminated.
本発明によれば、精製した水素の品質をその場で検査でき、水素消費装置に供給される水素の品質を常に管理できる。 According to the present invention, the quality of the purified hydrogen can be inspected on the spot, and the quality of the hydrogen supplied to the hydrogen consuming apparatus can always be managed.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る水素供給システムの好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1実施形態]
Hereinafter, preferred embodiments of a hydrogen supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[First Embodiment]
図1は、第1実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。第1実施形態に係る水素供給システム100は、有機化合物(常温で液体)を原料とするものである。なお、水素精製の過程では、原料である有機化合物(常温で液体)を脱水素した、脱水素生成物(有機化合物(常温で液体))が除去される。原料の有機化合物として、例えば、有機ハイドライドが挙げられる。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物が好適な例である。また、有機ハイドライドは、芳香族の水素化化合物に限らず、2−プロパノール(水素とアセトンが生成される)の系もある。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム100へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン(以下、MCHと称する)を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる(なお、芳香族化合物は特に水素含有量の多い好適な例である)。水素供給システム100は、燃料電池自動車(FCV)や水素エンジン車に水素を供給することができる。なお、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたLPG、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合にも適用可能である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen supply system according to the first embodiment. The
本実施形態では、水素供給システム100として、FCV10に高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図1に示すように、本実施形態に係る水素供給システム100は、MCHタンク1、気化器2、脱水素反応器(脱水素反応部)3、気液分離器4、トルエンタンク5、水素精製器(水素精製部)6、圧縮機(圧縮部)7、蓄圧器8、及びディスペンサ9、熱源11、冷熱源12、冷熱源13を備えている。また、水素供給システム100は、ラインL1〜L9を備えている。なお、本実施形態では、原料としてMCHを採用し、水素精製の過程で除去される脱水素生成物がトルエンである場合を例として説明する。なお、実際には、トルエンのみならず、未反応のMCHと少量の副生成物及び不純物も存在するが、本実施形態中では、トルエンに混じって当該トルエンと同じ挙動を示す。従って、以下の説明において、「トルエン」と称して説明するものには、未反応のMCHや副生成物も含むものとする。また、以下の説明において、「圧力」とは「ゲージ圧」を指すものとする。
In the present embodiment, the
ラインL1〜L9は、MCH、トルエン、水素含有ガス、オフガス、または高純度水素が通過する流路である。ラインL1は、MCHタンク1と気化器2とを接続する。ラインL2は、気化器2と脱水素反応器3とを接続する。ラインL3は、脱水素反応器3と気液分離器4とを接続する。ラインL4は、気液分離器4と水素精製器6とを接続する。ラインL5は、気液分離器4とトルエンタンク5とを接続する。ラインL6は、水素精製器6と圧縮機7とを接続する。ラインL7は、水素精製器6と気化器2とを接続する。ラインL7は、水素精製器6から排出されるオフガスを脱水素反応器3よりも上流側へ還流させるリサイクルラインとして機能する。以下の説明においては、ラインL7を「リサイクルラインL7」と称して説明する。ラインL8は、圧縮機7と蓄圧器8とを接続する。ラインL9は、蓄圧器8とディスペンサ9とを接続する。
Lines L1 to L9 are flow paths through which MCH, toluene, hydrogen-containing gas, off-gas, or high-purity hydrogen passes. Line L1 connects MCH tank 1 and
MCHタンク1は、原料となるMCHを貯留するタンクである。外部からタンクローリーなどで輸送されたMCHは、MCHタンク1にて貯留される。MCHタンク1に貯留されているMCHは、圧縮機(不図示)によってラインL1を介して気化器2へ供給される。
The MCH tank 1 is a tank that stores MCH as a raw material. MCH transported from outside by a tank lorry or the like is stored in the MCH tank 1. MCH stored in the MCH tank 1 is supplied to the
気化器2は、インジェクタなどを介してMCHタンク1から供給されたMCHを気化する機器である。気化されたMCHは、リサイクルラインL7を介して水素精製器6から供給されたオフガスと併せて、ラインL2を介して脱水素反応器3へ供給される。
The
脱水素反応器3は、MCHを脱水素反応させることによって水素を得る機器である。すなわち、脱水素反応器3は、脱水素触媒を用いた脱水素反応によってMCHから水素を取り出す機器である。脱水素触媒は、特に制限されないが、例えば、白金触媒、パラジウム触媒及びニッケル触媒から選ばれる。これら触媒は、アルミナ、シリカ及びチタニア等の担体上に担持されていてもよい。有機ハイドライドの反応は可逆反応であり、反応条件(温度、圧力)によって反応の方向が変わる(化学平衡の制約を受ける)。一方、脱水素反応は、常に吸熱反応で分子数が増える反応である。従って、高温、低圧の条件が有利である。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応器3は熱源11から熱媒体を介して熱を供給される。脱水素反応器3は、脱水素触媒中を流れるMCHと熱源11からの熱媒体との間で熱交換可能な機構を有している。熱源11は、脱水素反応器3を加熱することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、熱源11は、脱水素反応器3を直接加熱するものであってもよく、例えば気化器2やラインL1,L2を加熱することによって脱水素反応器3に供給されるMCHを加熱してもよい。また、熱源11は、脱水素反応器3と、脱水素反応器3へ供給されるMCHの両方を加熱してもよい。例えば、熱源11としてバーナーやエンジンを採用することができる。脱水素反応器3で取り出された水素含有ガスは、ラインL3を介して気液分離器4へ供給される。ラインL3の水素含有ガスは、液体であるトルエンを混合物として含んだ状態で、気液分離器4へ供給される。
The dehydrogenation reactor 3 is a device that obtains hydrogen by dehydrogenating MCH. That is, the dehydrogenation reactor 3 is a device that extracts hydrogen from MCH by a dehydrogenation reaction using a dehydrogenation catalyst. The dehydrogenation catalyst is not particularly limited, and is selected from, for example, a platinum catalyst, a palladium catalyst, and a nickel catalyst. These catalysts may be supported on a carrier such as alumina, silica and titania. The organic hydride reaction is a reversible reaction, and the direction of the reaction changes depending on the reaction conditions (temperature, pressure) (restricted by chemical equilibrium). On the other hand, the dehydrogenation reaction is a reaction in which the number of molecules is always increased by an endothermic reaction. Therefore, high temperature and low pressure conditions are advantageous. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, the dehydrogenation reactor 3 is supplied with heat from the
気液分離器4は、水素含有ガスからトルエンを分離するタンクである。気液分離器4は、混合物としてトルエンを含む水素含有ガスを貯留することによって、気体である水素と液体であるトルエンとを気液分離する。気液分離器4は、冷熱源12からの冷却媒体によって冷却される。気液分離器4は、気液分離器4中の水素含有ガスと冷熱源12からの冷却媒体との間で熱交換可能な機構を有している。冷熱源12は気液分離器4を冷却することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、冷熱源12としてチラー等の冷却器を採用することができる。気液分離器4で分離されたトルエンは、ラインL5を介してトルエンタンク5へ供給される。気液分離器4で分離された水素含有ガスは、ラインL4を介して水素精製器6へ供給される。なお、水素含有ガスを冷やすと当該ガスの一部(トルエン)は液化し、気液分離器4によって、液化しないガス(水素)と分離することができる。ガスを低温とした方が、分離の効率は良くなり、圧力を上げると更に、トルエンの液化が進む。
The gas-liquid separator 4 is a tank that separates toluene from the hydrogen-containing gas. The gas-liquid separator 4 gas-liquid separates hydrogen as a gas and toluene as a liquid by storing a hydrogen-containing gas containing toluene as a mixture. The gas-liquid separator 4 is cooled by a cooling medium from the
トルエンタンク5は、気液分離器4で分離された液体のトルエンを貯留するタンクである。トルエンタンク5に貯留されたトルエンは、回収して利用することが可能である。
The
水素精製器6は、脱水素反応器3で得られると共に気液分離器4で気液分離された水素含有ガスから、脱水素生成物(本実施形態ではトルエン)を除去する。これによって、水素精製器6は、当該水素含有ガスを精製して高純度水素(精製ガス)を得る。得られた高純度水素は、ラインL6へ供給され、水素及び脱水素生成物を含むオフガスは、リサイクルラインL7へ排出される。リサイクルラインL7へ供給されたオフガスは、図示されない圧縮機を介して気化器2へ供給され、ラインL2を介して脱水素反応器3へ供給される。
The
水素精製器6は、採用する水素精製方法によって異なるが、具体的には、水素精製方法として膜分離を用いる場合には、水素分離膜を備える水素分離装置であり、PSA(Pressure swing adsorption)法又はTSA(Temperature swing adsorption)法を用いる場合には、不純物を吸着する吸着材を格納する吸着塔を複数備えた吸着除去装置である。
The
水素精製器6が膜分離を用いる場合について説明する。この方法では、所定温度に加熱された膜に、圧縮機(不図示)によって所定圧力に加圧された水素含有ガスを透過させることによって、脱水素生成物を除去し、高純度の水素ガス(精製ガス)を得ることができる。膜を透過した透過ガスの圧力は、膜を透過する前の圧力と比べて低下する。一方、膜を透過しなかった非透過ガスの圧力は、膜を透過する前の所定圧力と略同一である。このとき、膜を透過しなかった非透過ガスが、水素精製器6のオフガスに該当する。
The case where the
水素精製器6に適用される膜の種類は特に限定されず、多孔質膜(分子流によって分離するもの、表面拡散流によって分離するもの、毛管凝縮作用によって分離するもの、分子ふるい作用によって分離するものなど)や、非多孔質膜を適用することができる。水素精製器6に適用される膜として、例えば、金属膜(PbAg系、PdCu系、Nb系など)、ゼオライト膜、無機膜(シリカ膜、カーボン膜など)、高分子膜(ポリイミド膜など)を採用することができる。
The type of membrane applied to the
膜分離による水素精製器6の水素回収率は、70〜90%である。水素精製器6で用いられる膜の「水素/トルエン」の分離係数は、1000以上であることが好ましく、10000以上であることがより好ましい。
The hydrogen recovery rate of the
水素精製器6の除去方法として、PSA法を採用する場合について説明する。PSA法で用いられる吸着材は、高圧下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、低圧下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。PSA法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を高圧にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス(精製ガス)を得る。吸着により吸着塔内の吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を低圧にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した精製ガスの一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する(このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製器6からのオフガスに該当する)。
A case where the PSA method is adopted as a method for removing the
吸着塔内の圧力の調整方法は特に限定されないが、例えば、吸着塔毎に備えられたバルブを閉めるなどの操作により、吸着塔毎に調節することができる。従って、吸着材の吸着機能が低下した吸着塔については、減圧により吸着材を再生させるとともにオフガスを排出する。一方、残りの吸着塔については、加圧により水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去するとともに高純度水素を得る。再生中の吸着塔についての吸着材再生が完了したら、当該吸着塔については、加圧によりトルエンの除去を開始するとともに高純度水素を得る。一方、トルエンの除去を行っていた吸着塔の全部または一部については、減圧により吸着材の再生を開始するとともにオフガスを排出する。このように、再生を行う吸着塔とトルエンの除去を行う吸着塔の切り替えを繰り返し行うことで、水素供給システム100全体として、連続的に高純度水素とオフガスとを得ることができる。水素精製器6がPSA法を採用する場合の水素回収率は、吸着塔の数によるが、約60〜90%である。
The method for adjusting the pressure in the adsorption tower is not particularly limited, and can be adjusted for each adsorption tower by, for example, closing a valve provided for each adsorption tower. Therefore, for the adsorption tower in which the adsorption function of the adsorbent is lowered, the adsorbent is regenerated by reducing the pressure and off-gas is discharged. On the other hand, with respect to the remaining adsorption tower, toluene contained in the hydrogen-containing gas is removed by being adsorbed to the adsorbent by pressurization and high-purity hydrogen is obtained. When the adsorbent regeneration for the adsorption tower being regenerated is completed, the adsorption tower starts to remove toluene by pressurization and obtains high-purity hydrogen. On the other hand, for all or part of the adsorption tower from which toluene has been removed, regeneration of the adsorbent is started by reducing the pressure and off-gas is discharged. Thus, by repeatedly switching the adsorption tower for regeneration and the adsorption tower for removing toluene, the
水素精製器6の除去方法として、TSA法を採用する場合について説明する。TSA法で用いられる吸着材は、常温下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、高温下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。TSA法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を常温にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス(高純度水素)を得る。吸着により吸着塔内の吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を高温にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した高純度水素の一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する(このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製器6からのオフガスに該当する)。
A case where the TSA method is employed as a method for removing the
吸着塔内の温度の調整方法は特に限定されないが、例えば、吸着塔毎に備えられたヒータのON/OFFを切り替えるなどの操作により、吸着塔毎に調節することができる。従って、吸着材の吸着機能が低下した吸着塔については、高温にすることにより吸着材を再生させるとともにオフガスを排出する。一方、残りの吸着塔については、常温に保つことにより水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去するとともに高純度水素を得る。再生中の吸着塔についての吸着材再生が完了したら、当該吸着塔については、吸着塔内を常温に保つことによりトルエンの除去を開始するとともに高純度水素を得る。一方、トルエンの除去を行っていた吸着塔の全部または一部については、吸着塔内を高温にすることにより吸着材の再生を開始するとともにオフガスを排出する。このように、再生を行う吸着塔とトルエンの除去を行う吸着塔の切り替えを繰り返し行うことで、水素供給システム100全体として、連続的に高純度水素とオフガスとを得ることができる。水素精製器6がTSA法を採用する場合の水素回収率は、吸着塔の数によるが、約60〜90%である。
The method for adjusting the temperature in the adsorption tower is not particularly limited. For example, the temperature can be adjusted for each adsorption tower by an operation such as switching ON / OFF of a heater provided for each adsorption tower. Therefore, for the adsorption tower in which the adsorption function of the adsorbent is lowered, the adsorbent is regenerated and the off-gas is discharged by raising the temperature. On the other hand, with respect to the remaining adsorption towers, toluene contained in the hydrogen-containing gas is removed by adsorbing the adsorbent by maintaining the temperature at room temperature. When the adsorbent regeneration for the adsorption tower being regenerated is completed, the removal of toluene is started and high purity hydrogen is obtained for the adsorption tower by keeping the inside of the adsorption tower at room temperature. On the other hand, for all or part of the adsorption tower from which toluene has been removed, regeneration of the adsorbent is started and the off-gas is discharged by raising the temperature in the adsorption tower. Thus, by repeatedly switching the adsorption tower for regeneration and the adsorption tower for removing toluene, the
圧縮機7は、水素精製器6で得られた高純度水素を高圧状態とする。圧縮機7は、例えば、20〜90MPaの圧力で高純度水素を高圧状態とする。圧縮機7は、高純度水素をFCV(水素消費装置)10へ供給可能とするために高圧状態にした上で、ラインL8を介して蓄圧器8へ供給する。なお、目的とする圧力に応じて、圧縮を行う圧縮ユニットを複数備え、段階的に圧縮を行う構成としてもよい。
The
蓄圧器8は、高純度水素を高圧状態のまま蓄える。蓄圧器8で蓄えられた高純度水素は、ラインL9を介して、ディスペンサ9によってFCV10に供給される。蓄圧器8により、水素供給システム100内にある程度の量の高純度水素を蓄えておくことができるため、FCV10へ水素を安定供給することが可能となる。ただし、蓄圧器8は、水素供給を行うために必須ではないため、省略してもよい。ラインL9を通過する高純度水素は、冷熱源13からの冷却媒体によって例えば−40℃程度に冷却される。ラインL9は、当該ラインL9を流れる高純度水素と冷熱源13からの熱媒体との間で熱交換可能な機構を有している。冷熱源13はラインL9を流れる高純度水素を冷却することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、冷熱源13としてチラー等の冷却器を採用することができる。
The
続いて、上述した水素供給システム100における高純度水素の品質管理機構について説明する。
Next, a quality control mechanism for high purity hydrogen in the
水素供給システム100では、上述したように、水素精製器6において水素含有ガスから脱水素生成物であるトルエンを除去して高純度水素が精製される。しかしながら、精製された高純度水素に僅かながらトルエンが残存する場合があり、トルエンの残存量が所定値を超えてしまうと、製品としてFCV10に供給される水素の品質が低下してしまうことが考えられる。そこで、水素供給システム100は、精製した高純度水素をその場でFCV10に供給するにあたり、その場で高純度水素の品質を検査する品質管理部21を備えている。
In the
品質管理部21は、図2に示すように、検出部22、制御部23、及び流通防止部24を備えている。検出部22は、水素精製器6で得られた高純度水素に含まれる成分を検出する。図2に示す例では、検出部22は、ガスクロマトグラフによって構成され、高純度水素中の炭化水素の含有量を検出する。検出部22には、水素精製器6から圧縮機7に高純度水素を流通させるラインL6から分岐するラインL10を介し、少量(例えば数cc)の検査用の高純度水素が導入される。ラインL6を流れる高純度水素の圧力(圧縮機7で高圧状態とされる前の圧力)は、例えば0.6MPa程度であるが、ラインL10に設けた減圧弁25によって検出部22に導入される高純度水素の圧力を例えば0.01MPa程度に減圧してもよい。検出部22は、検出の結果、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された閾値を超えている場合に、制御部23に結果信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the
検出部22としては、バリア放電イオン化検出器(BID)を用いてもよく、水素炎イオン検出器(FID)を用いてもよい。バリア放電イオン化検出器を用いる場合は、炭化水素の検出と同時に水分の検出を行うことも可能である。また、検出部22は、バッチ式のガスクロマトグラフを用いて検出を行ってもよく、オンライン式のガスクロマトグラフを用いて検出を行ってもよい。オンライン式のガスクロマトグラフを用いる場合、バッチ式に比べて検査用の高純度水素中に異物が混入することを防止でき、検査精度をより高めることができる。検出のタイミングは、任意のタイミングであってよく、例えば1時間に1回程度に設定することができる。ガスクロマトグラフィーに用いるキャリアガスに特に制限はなく、一般的なヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスを用いることができる。
As the
制御部23は、検出部22の検出結果に応じて流通防止部24を制御する。本実施形態において、流通防止部24は、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通を遮断する遮断部26として構成されている。遮断部26は、例えばラインL6に設けられた電磁弁を備えている。制御部23は、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された所定値を超えている旨を示す結果信号を検出部22から受信した場合に電磁弁を閉鎖し、ラインL6における高純度水素の流通を停止させる。
The
以上説明したように、この水素供給システム100は、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素に含まれる炭化水素の含有量を検出する検出部22を備えている。これにより、水素精製器6で精製された高純度水素の品質をその場で検査することができ、FCV10に供給される水素の品質を常に管理することが可能となる。また、この水素供給システム100では、圧縮機7で圧縮される前の比較的低圧の高純度水素を検査の対象としている。したがって、例えばディスペンサ9から放出される高純度水素を検査の対象とする場合と異なり、検査にあたって高純度水素の極端な減圧を行う必要はなく、簡便に水素の品質を検査できる。その一方、水素供給システム100においては、水素精製器6以降の構成要素において高純度水素に脱水素生成物が導入・混入することはないため、圧縮機7で圧縮される前の高純度水素を検査の対象とすることでディスペンサ9から放出される高純度水素を検査の対象とする場合と同等の品質管理を行うことができる。
As described above, the
また、水素供給システム100は、検出部22によって高純度水素に含まれる炭化水素の含有量が所定の閾値を超えていることが検出された場合に、水素精製器6から圧縮機7への高純度水素の流通を防止する流通防止部24を備えている。本実施形態では、流通防止部24は、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通を遮断する遮断部26によって構成されている。このように、遮断部26によって高純度水素の流通を遮断することで、高純度水素に閾値を超えるトルエンが混入した場合であっても、圧縮機7よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことを防止できる。
Further, the
流通防止部24は、図3に示すように、遮断部26に代えて、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通先を流通防止部24よりも上流側に切り替える切替部27を備えていてもよい。この場合、制御部23は、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された所定値を超えている旨を示す結果信号を検出部22から受信した場合に切替部27を制御し、高純度水素の流通経路をラインL6からバイパスラインBLに切り替える。バイパスラインBLの接続先は、気液分離器4と水素精製器6とを接続するラインL4であってもよく、水素精製器6と気化器2とを接続するラインL7であってもよい。このような構成においても、切替部27によって高純度水素の流通先が流通防止部24よりも上流側に切り替えられることで、高純度水素に閾値を超えるトルエンが混入した場合であっても、圧縮機7よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことを防止できる。
[第2実施形態]
As shown in FIG. 3, the
[Second Embodiment]
図4は、第2実施形態に係る水素供給システムにおける品質管理部の構成の一例を示す要部ブロック図である。第2実施形態に係る水素供給システム200では、品質管理部31において、ガスクロマトグラフに代えて、近赤外光又は紫外光を用いたガス分析計によってオンラインの検出部32を構成している点で第1実施形態と異なっている。
FIG. 4 is a principal block diagram showing an example of the configuration of the quality control unit in the hydrogen supply system according to the second embodiment. In the
より具体的には、図4に示すように、検出部32には、水素精製器6から圧縮機7に高純度水素を流通させるラインL6から分岐するラインL10を介し、少量(例えば数cc)の検査用の高純度水素が導入される。検出部32で検査を終えた高純度水素は、ラインL11によって再びラインL6に戻してもよい。ガス分析計は、例えば検査用の高純度水素が流通するガスセルと、基準用の水素が流通するガスセルと、ガスセルの一端側に配置された発光器と、ガスセルの他端側に配置された検出器とを備え、検出器で検出された近赤外光又は紫外光の吸収スペクトルに基づいて、検査用の高純度水素中の炭化水素の含有量をリアルタイムで検出する。ガス分析計では、炭化水素の検出と同時に水分の検出を行うことも可能である。検出部32は、検出の結果、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された閾値を超えている場合に、制御部23に結果信号を出力する。なお、検出部32としてガス分析計を用いる場合には、ラインL10に減圧弁25(図2参照)を設ける必要はなく、ラインL6を流通する高純度水素の圧力のまま検査用の高純度水素を検出部32に導入することができる。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
制御部23及び流通防止部24の機能は、第1実施形態と同様である。本実施形態において、流通防止部24は、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通を遮断する遮断部26として構成されている。遮断部26は、例えばラインL6に設けられた電磁弁を備えている。制御部23は、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された所定値を超えている旨を示す結果信号を検出部32から受信した場合に電磁弁を閉鎖し、ラインL6における高純度水素の流通を停止させる。
The functions of the
このような水素供給システム200においても、検出部32により、水素精製器6で精製された高純度水素の品質をその場で検査することができ、FCV10に供給される水素の品質を常に管理することが可能となる。また、この水素供給システム200においても、圧縮機7で圧縮される前の比較的低圧の高純度水素を検査の対象としている。したがって、例えばディスペンサ9から放出される高純度水素を検査の対象とする場合と異なり、検査にあたって高純度水素の極端な減圧を行う必要はなく、簡便に水素の品質を検査できる。水素供給システム200においても、水素精製器6以降の構成要素において高純度水素に脱水素生成物が導入・混入することはないため、圧縮機7で圧縮される前の高純度水素を検査の対象とすることでディスペンサ9から放出される高純度水素を検査の対象とする場合と同等の品質管理を行うことができる。
Also in such a
また、水素供給システム200においても、検出部32によって高純度水素に含まれる炭化水素の含有量が所定の閾値を超えていることが検出された場合に、水素精製器6から圧縮機7への高純度水素の流通を防止する流通防止部24を備えている。本実施形態では、流通防止部24は、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通を遮断する遮断部26によって構成されている。このように、遮断部26によって高純度水素の流通を遮断することで、高純度水素に閾値を超えるトルエンが混入した場合であっても、圧縮機7よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことを防止できる。
Also in the
なお、水素供給システム200においても、流通防止部24は、図5に示すように、遮断部26に代えて、水素精製器6から圧縮機7に向かう高純度水素の流通先を流通防止部24よりも上流側に切り替える切替部27を備えていてもよい。切替部27の機能は、第1実施形態の場合と同様であり、高純度水素中の炭化水素の含有量が予め設定された所定値を超えている場合に、高純度水素の流通経路をラインL6からバイパスラインBLに切り替える。切替部27によって高純度水素の流通先が切り替えられることで、高純度水素に閾値を超えるトルエンが混入した場合であっても、圧縮機7よりも下流側のガスラインが汚染されてしまうことを防止できる。
In the
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、水素供給システムとしてFVCのための水素ステーションを例示したが、例えば家庭用電源や非常用電源などの分散電源のための水素供給システムであってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the hydrogen station for FVC is exemplified as the hydrogen supply system. However, a hydrogen supply system for a distributed power source such as a household power source or an emergency power source may be used.
3…脱水素反応器(脱水素反応部)、6…水素精製器(水素精製部)、7…圧縮機(圧縮部)、22,32…検出部、24…流通防止部、26…遮断部、27…切替部、100,200…水素供給システム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Dehydrogenation reactor (dehydrogenation reaction part), 6 ... Hydrogen refiner (hydrogen purification part), 7 ... Compressor (compression part), 22, 32 ... Detection part, 24 ... Flow prevention part, 26 ... Shut off part , 27 ... switching unit, 100, 200 ... hydrogen supply system.
Claims (6)
芳香族炭化水素の水素化物を含む原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、
前記脱水素反応部で得られた前記水素含有ガスから脱水素生成物を除去し、高純度水素を含む精製ガスを得る水素精製部と、
前記水素精製部で得られた前記精製ガスを高圧状態とする圧縮部と、
前記水素精製部から前記圧縮部に向かう前記精製ガスに含まれる炭化水素の含有量を検出する検出部と、
前記検出部によって前記精製ガスに含まれる炭化水素の含有量が所定の閾値を超えていることが検出された場合に、前記水素精製部から前記圧縮部への前記精製ガスの流通を防止する流通防止部と、を備えた水素供給システム。 A hydrogen supply system for supplying hydrogen,
A dehydrogenation reaction section for obtaining a hydrogen-containing gas by dehydrogenating a raw material containing a hydride of an aromatic hydrocarbon;
A hydrogen purification unit for removing a dehydrogenation product from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit to obtain a purified gas containing high-purity hydrogen;
A compression section for bringing the purified gas obtained in the hydrogen purification section into a high-pressure state;
A detection unit for detecting the content of hydrocarbons contained in the purified gas from the hydrogen purification unit toward the compression unit;
A flow for preventing the flow of the purified gas from the hydrogen purification unit to the compression unit when the detection unit detects that the content of hydrocarbons contained in the purified gas exceeds a predetermined threshold. A hydrogen supply system comprising a prevention unit .
Priority Applications (2)
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