JP6571588B2 - 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 - Google Patents
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Description
図1の当該水素ガス製造装置は、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う反応器1と、反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスから冷却により芳香族化合物を気液分離する分離器2と、分離器2で分離した混合ガス(水素リッチガスB)を精製する吸着塔3と、水素リッチガスBの精製により得られる高純度水素ガスを貯蔵する製品ガスバッファタンク4とを主に備える。また、当該水素ガス製造装置は、水素リッチガスの精製を停止する間、複数の吸着塔3のうち1の吸着塔3内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔3内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔3間で残留ガスをスイングする制御を行う制御機構(図示省略)をさらに備える。
反応器1は、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う脱水素反応器である。具体的には、反応器1は、有機ハイドライドAの脱水素反応を促進する脱水素反応触媒を有し、有機ハイドライドAを加熱すると共に脱水素反応触媒と接触させることによって、有機ハイドライドAから水素を分離する酸化反応を生じさせる。これにより、芳香族化合物及び水素の混合ガスが発生する。なお、有機ハイドライドAとしてMCHを用いた場合には、混合ガス中に未反応のMCHや副生物であるメタン、ベンゼン等も含まれる可能性がある。
分離器2は、反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスを冷却により芳香族化合物及び水素の混合ガスに気液分離し、水素リッチガスBを得る。分離器2は、内部に流通するガスを冷却する冷却機構を有する。分離器2の内部でガスが冷却されることで、沸点が比較的高いMCH、芳香族化合物等が混合ガスから分離し易くなり、分離後のガス中のトルエンを含む芳香族化合物濃度が低減される。液体として分離された芳香族化合物は、分離器2からドレンDとして排出される。
吸着塔3は、分離器2で分離された混合ガス(水素リッチガスB)を精製し、高純度の水素ガスを製品ガスEとして得る。具体的には、吸着塔3にはTSA法又はPSA法で再生可能な吸着剤が充填されており、有機ハイドライドからの脱水素反応において生成する副反応物の炭化水素ガスなど、水素リッチガスB中に含まれる不純物を吸着除去する。
製品ガスバッファタンク4は、吸着塔3から排出される高純度水素ガスである製品ガスEを貯蔵し、水素自動車等に供給する。
当該水素ガス製造装置が備える制御機構は、水素リッチガスの精製を停止する間、複数の吸着塔3のうち1の吸着塔3内の残留ガスを水素リッチガスBの入口側から排出し他の吸着塔3内に水素リッチガスBの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔3間で残留ガスをスイングする制御を行う。なお、図1及び図2では、水素リッチガスBの入口側は吸着塔3の下方であり、水素リッチガスBの出口側は吸着塔3の上方である。つまり、水素リッチガスBは、吸着塔3の内部を下から上に向かって流れる。
次に、図1の水素ガス製造装置を用いて、当該水素ガス製造方法について説明する。
脱水素反応工程では、反応器1を用いて、触媒存在下の加熱により有機ハイドライドAの脱水素反応を行う。
気液分離工程では、分離器2を用いて、上記反応器1から排出される芳香族化合物及び水素の混合ガスを芳香族化合物及び水素を含む混合ガスに気液分離し、水素リッチガスBを得る。この気液分離は、分離器2内部に流通するガスを冷媒により冷却しながら行う。このように気液分離工程で分離器2の内部に流通するガスを冷却することで、芳香族化合物と水素とが分離し易くなり、分離後のガス中の芳香族化合物濃度が低減される。
水素リッチガス精製工程では、吸着塔3を用いて、水素リッチガスBを精製し、高純度の水素ガスを得る。水素リッチガス精製工程では、吸着塔3に流通するガスを冷媒により冷却しながら水素ガスの精製を行うとよい。このように吸着時に吸着塔3内部に流通するガスを冷却することで、吸着剤による不純物の有効吸着量が増加し、吸着剤の必要量が低減され装置を小型化することができる。
吸着塔再生工程では、吸着塔3をパージガスとしての高純度の水素ガスを用いて再生し、オフガスを排出する。パージガスとして使用する水素ガスは、当該水素ガス製造方法で得たものでもよいし、予め用意した水素ガスであってもよい。
スイング工程は、水素リッチガスBの精製の停止中に行われ、精製の停止直後から、精製再開までの間に行われる。
当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置によれば、精製停止中に水素リッチガスの入口側からの出し入れにより残留ガスをスイングすることで、各吸着塔の吸着剤に形成された吸着破過部分を一定の大きさに保つことができる。その結果、精製停止中の不純物の拡散が抑制され、停止再開後に排出される精製ガスへの不純物の混入が抑制される。その結果、当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置は、水素ガスの回収率低下を抑制すると共に水素ガス供給までの立ち上げ時間を短縮できる。
本発明の水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置は、上記実施形態に限定されるものではない。
2 分離器
3、3a、3b 吸着塔
4 製品ガスバッファタンク
101 スイングライン
102 平衡ライン
A 有機ハイドライド
B 水素リッチガス
D ドレン
E 製品ガス
P1 スイング用ポンプ
Q 吸着破過部分
Claims (6)
- 水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから複数の吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする工程を備えることを特徴とする水素ガス製造方法。 - 上記スイング工程で、上記残留ガスを排出する吸着塔及び残留ガスを供給する吸着塔の水素リッチガスの出口側同士を流通させる請求項1に記載の水素ガス製造方法。
- 上記複数の吸着塔がPSA型であり、
上記スイング工程で、吸着塔内の圧力を精製時よりも高くする請求項1又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。 - 上記複数の吸着塔がTSA型であり、
上記スイング工程で、吸着塔内の温度を精製時よりも低くする請求項1又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。 - 触媒存在下の加熱により有機ハイドライドの脱水素反応を行う工程をさらに備え、
上記水素リッチガスが上記脱水素反応工程で排出されるガスである請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。 - 水素ガス及び水素以外の不純物ガスを含む水素リッチガスから吸着塔による精製で高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
上記水素リッチガスの精製を停止する間、上記複数の吸着塔のうち1の吸着塔内の残留ガスを水素リッチガスの入口側から排出し他の吸着塔内に水素リッチガスの入口側から供給する手順を繰り返すことで、上記複数の吸着塔間で残留ガスをスイングする制御を行う制御機構を備えることを特徴とする水素ガス製造装置。
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