JP6667382B2 - 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 - Google Patents
水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6667382B2 JP6667382B2 JP2016122181A JP2016122181A JP6667382B2 JP 6667382 B2 JP6667382 B2 JP 6667382B2 JP 2016122181 A JP2016122181 A JP 2016122181A JP 2016122181 A JP2016122181 A JP 2016122181A JP 6667382 B2 JP6667382 B2 JP 6667382B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- adsorption tower
- rich
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の水素ガス製造装置及び水素ガス製造方法の実施形態を詳説する。
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)を精製する主吸着塔3と、水素リッチガスの精製停止後の主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを主吸着塔3で精製する前の水素リッチガスBに混合する排出ガス混合ライン4とを主に備える。また、当該水素ガス製造装置は、分離器2より排出される水素リッチガスB及び排出ガス混合ライン4から供給される排出ガスCを貯蔵する水素リッチガスバッファタンク5と、排出ガスCの水素ガス以外のガス濃度によって排出ガスCの水素リッチガスBへの混合を停止する制御機構(図示省略)とをさらに備える。
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。
水素リッチガスバッファタンク5は、分離器2より排出される水素リッチガスBを一次貯蔵して流量の変動を吸収し、主吸着塔3に安定して供給するために水素リッチガス供給ライン101に設けられる。具体的には、分離器2より排出される水素リッチガスBはコンプレッサ(図示省略)で圧縮され、水素リッチガスバッファタンク5に貯蔵される。また、水素リッチガスバッファタンク5には、排出ガス混合ライン4から供給される排出ガスCも貯蔵される。排出ガスCは、排出ガス混合ライン4に設けられたコンプレッサ6で圧縮され、水素リッチガスバッファタンク5内で水素リッチガスBと混合される。
主吸着塔3は、分離器2で分離された混合ガス(水素リッチガスB)及び排出ガスCを精製し、水素リッチガスBよりも純度の高い高純度の水素ガスを製品ガスEとして得る。具体的には、主吸着塔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、水素リッチガス中に含まれる不純物を吸着除去する。また、装置を小型化する観点から主吸着塔3はPSA型とすることが好ましい。
(1)4つの主吸着塔3の内の1つ(主吸着塔3a)に水素リッチガスBを供給することにより、不純物を吸着除去して高純度水素ガスを製造する吸着ステップ
(2)吸着ステップを終了した主吸着塔3a内に残存するガスの一部を後述する第2均圧ステップの終了した主吸着塔3cに移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3cとの内圧を均圧にする第1均圧ステップ
(3)第1均圧ステップでの均圧状態を保持する保持ステップ
(4)保持ステップが終了した主吸着塔3a内に残存するガスの一部を、主吸着塔3dに移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3dとの内圧を均圧にする第2均圧ステップ
(5)第2均圧ステップを終了した主吸着塔3a内に残存するガスをオフガスバッファタンク8に移送し、内圧を大気圧まで減圧する第1減圧ステップ
(6)第1減圧ステップで大気圧まで減圧した主吸着塔3aをさらに真空ポンプP1を用いて大気圧未満まで減圧する第2減圧ステップ
(7)第2減圧ステップで主吸着塔3aを大気圧未満に減圧した状態で、製品ガスバッファタンク7又は他の主吸着塔3から高純度ガスEを供給して、主吸着塔3aの吸着剤に吸着された不純物を脱着させる吸着剤再生ステップ
(8)吸着剤再生ステップで吸着剤の再生が終了した主吸着塔3aに保持ステップの終了した主吸着塔3b内に残存するガスの一部を移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3bとの内圧を均圧にする第2均圧ステップ
(9)吸着ステップの終了した主吸着塔3c内に残存するガスの一部を移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3cとの内圧を均圧にする第1均圧ステップ
(10)主吸着塔3a内に高純度水素ガスEを導入し、主吸着塔3a内の圧力を吸着ステップを行う圧力まで昇圧する昇圧ステップ
(1)3つの主吸着塔3の内の1つ(主吸着塔3a)に水素リッチガスBを供給することにより、不純物を吸着除去して高純度水素ガスを製造する吸着ステップ
(2)吸着ステップを終了した主吸着塔3a内に残存するガスの一部を後述する再生ステップの終了した主吸着塔3cに移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3cとの内圧を均圧にする均圧ステップ
(3)均圧ステップを終了した主吸着塔3a内に残存するガスをオフガスバッファタンク8に移送し、内圧を大気圧まで減圧する第1減圧ステップ
(4)第1減圧ステップで大気圧まで減圧した主吸着塔3aをさらに真空ポンプP1を用いて大気圧未満まで減圧する第2減圧ステップ
(5)第2減圧ステップで主吸着塔3aを大気圧未満に減圧した状態で、製品ガスバッファタンク7又は他の主吸着塔3から高純度ガスEを供給して、主吸着塔3aの吸着剤に吸着された不純物を脱着させる吸着剤再生ステップ
(6)吸着剤再生ステップで吸着剤の再生が終了した主吸着塔3aに吸着ステップの終了した主吸着塔3b内に残存するガスの一部を移送し、主吸着塔3aと主吸着塔3bとの内圧を均圧にする均圧ステップ
(7)主吸着塔3a内に高純度水素ガスEを導入し、主吸着塔3a内の圧力を吸着ステップを行う圧力まで昇圧する昇圧ステップ
排出ガス混合ライン4は、水素リッチガスBの精製を停止してから再開するまでに主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを主吸着塔3で精製する前の水素リッチガスBに混合するためのラインであり、主吸着塔3の精製後のガスの排出口と水素リッチガス供給ライン101とを接続する。具体的には、排出ガス混合ライン4は、主吸着塔3と水素リッチガスバッファタンク5とを接続する。
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してから再開するまでに、主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを主吸着塔3で精製する前の水素リッチガスBに混合し、さらに排出ガスCの水素ガス以外のガス濃度によって排出ガスCの水素リッチガスBへの混合を停止する制御を行う。この制御は例えば排出ガス混合ライン4に設けた排出ガス制御弁V6の開閉により行うことができる。
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、主吸着塔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、主吸着塔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主吸着塔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。
主吸着塔再生工程では、主吸着塔3を上述した均圧ライン104、洗浄ライン105及びオフガス排出ライン103と、パージガスとしての高純度の水素ガスとを用いて再生し、オフガスF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。
排出ガス混合工程は、水素リッチガスBの精製の停止後に行われる。排出ガス混合工程では、水素リッチガスBの精製を停止してから再開するまでに、主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを水素リッチガスBに混合する。混合後の排出ガスCは、この水素リッチガスBの一部として主吸着塔3で精製され、高純度水素ガスとなる。
当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置によれば、水素リッチガスの精製の再開までに、吸着塔内の残留ガスを排出し、この残留ガスを含むガスを水素リッチガスに混合して吸着塔で精製することで、排出ガスに含まれる残留ガス及び水素ガスを高純度水素ガスとして回収することができる。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できる。
次に、本発明の別の実施形態の水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置について説明する。
図2の当該水素ガス製造装置は、反応器1と、分離器2と、主吸着塔3と、排出ガス混合ライン4と、水素リッチガスバッファタンク5と、排出ガスCの水素ガス以外のガス濃度によって排出ガスCの水素リッチガスBへの混合を停止する制御機構(図示省略)と、排出ガスC中の不純物ガスを除去する残留ガス用吸着塔9とを主に備える。
残留ガス用吸着塔9は、排出ガス混合ライン4に配設され、水素リッチガスの精製停止後の主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを精製し、不純物を除去する。具体的には、残留ガス用吸着塔9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、排出ガス混合ライン4で供給される排出ガスC中に含まれる水素ガス以外の不純物を吸着除去する。残留ガス用吸着塔9は主に精製再開時のみ(例えば1日当たり1時間以上2時間以下)使用されるため、それ以外の時間(例えば1日当たり22時間以上23時間以下)に再生を行うことができる。そのため、残留ガス用吸着塔9の数は1台でよいが、複数台としてもよい。
図2の水素ガス製造装置を用いた水素ガス製造方法は、上記第一実施形態の水素ガス製造方法に加え、排出ガス精製工程と、残留ガス用吸着塔再生工程とを備える。
排出ガス精製工程では、水素リッチガスの精製停止後の主吸着塔3内から排出される残留ガスを含む排出ガスCを残留ガス用吸着塔9で精製し、不純物を除去する。
残留ガス用吸着塔再生工程では、主吸着塔3と同様の手順で、残留ガス用吸着塔9を再生し、オフガスを排出する。
当該水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置によれば、排出ガスを精製してから水素リッチガスに混合するので主吸着塔の再生頻度を低減でき、結果として水素ガスの回収率を向上できる。
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、3c、3d 主吸着塔
4 排出ガス混合ライン
5 水素リッチガスバッファタンク
6 コンプレッサ
7 製品ガスバッファタンク
8 オフガスバッファタンク
9 残留ガス用吸着塔
101 水素リッチガス供給ライン
102 製品ガス排出ライン
103 オフガス排出ライン
104 均圧ライン
105 洗浄ライン
203 第二オフガス排出ライン
A 有機ハイドライド
B 水素リッチガス
C 排出ガス
D ドレン
E 製品ガス
F オフガス
V1a、V1b、V1c、V1d 水素リッチガス供給弁
V2a、V2b、V2c、V2d 製品ガス排出弁
V3a、V3b、V3c、V3d オフガス排出弁
V4a、V4b、V4c、V4d 均圧弁
V5a、V5b、V5c、V5d 洗浄弁
V6 排出ガス制御弁
V7 オフガス制御弁
P1 真空ポンプ
Claims (8)
- 水素ガス製造装置によって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、
上記水素ガス製造装置が、
上記吸着塔における上記高純度水素ガスの排出口側と上記水素リッチガスの供給口側とを接続する排出ガス混合ラインと、
上記排出ガス混合ラインから分岐するオフガス排出ラインと
を有し、
上記吸着塔による水素リッチガスの精製を停止してから再開するまでに、上記吸着塔内の残留ガスを上記吸着塔の排出口から排出する工程と、
上記残留ガスを含む排出ガス中の水素ガス以外のガス濃度を測定する工程と
を備え、
上記ガス濃度の測定値によって、上記排出ガスを排出ガス混合ラインで上記水素リッチガスに混合、又は上記排出ガスを上記オフガス排出ラインでオフガスとして排出を選択することを特徴とする水素ガス製造方法。 - 上記水素ガス製造装置が、製品ガス排出ラインをさらに有し、
上記ガス濃度が設定されている閾値以下で上記排出ガスを上記製品ガス排出ラインに供給する工程をさらに備える請求項1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又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。 - 上記排出ガス混合工程で、上記排出ガスの水素ガス以外のガス濃度によって排出ガスの上記水素リッチガスへの混合を停止する請求項1、請求項2又は請求項3に記載の水素ガス製造方法。
- 上記混合工程で、上記排出ガス及び水素リッチガスをバッファタンクに供給する請求項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。
- 上記混合工程前に、上記排出ガス中の不純物ガスを残留ガス用吸着塔で除去する工程をさらに備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。
- 上記吸着塔に充填される吸着剤が、ゼオライト、活性炭、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、又は金属有機構造体である請求項1から請求項6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装置であって、
上記水素リッチガスの精製停止後の上記吸着塔内から排出される残留ガスを含む排出ガスを吸着塔で精製する前の上記水素リッチガスに混合するラインと、
上記排出ガス混合ラインから分岐するオフガス排出ラインと、
上記残留ガスを含む排出ガス中の水素ガス以外のガス濃度を測定するガス濃度測定部と、
上記ガス濃度の測定値によって、上記排出ガスを排出ガス混合ラインで上記水素リッチガスに混合、又は上記排出ガスを上記オフガス排出ラインでオフガスとして排出を選択する制御機構と
を備え、
上記吸着塔が精製した製品ガスを排出する製品ガス排出ラインをさらに有し、
上記製品ガス排出ラインと上記排出ガス混合ラインとが接続されていることを特徴とする水素ガス製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016122181A JP6667382B2 (ja) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016122181A JP6667382B2 (ja) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017226562A JP2017226562A (ja) | 2017-12-28 |
JP6667382B2 true JP6667382B2 (ja) | 2020-03-18 |
Family
ID=60890912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016122181A Active JP6667382B2 (ja) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6667382B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2581385B (en) * | 2019-02-15 | 2021-08-04 | Amtech As | Gas turbine fuel and gas turbine system |
WO2020196530A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | Jxtgエネルギー株式会社 | 水素ガス供給装置および水素ガス供給方法 |
DE102020200674A1 (de) | 2020-01-22 | 2021-07-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen eines Fluids zum Betrieb einer Brennstoffzelle |
JP7148748B1 (ja) | 2022-03-11 | 2022-10-05 | 大陽日酸株式会社 | ガス精製装置 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001347125A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-18 | Mitsubishi Kakoki Kaisha Ltd | 圧力変動吸着装置による高純度ガスの製造方法 |
JP4167997B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2008-10-22 | 本田技研工業株式会社 | 燃料ガス製造装置及びその始動方法 |
JP4669506B2 (ja) * | 2007-12-26 | 2011-04-13 | 本田技研工業株式会社 | ガス製造装置の停止方法 |
US8790618B2 (en) * | 2009-12-17 | 2014-07-29 | Dcns Sa | Systems and methods for initiating operation of pressure swing adsorption systems and hydrogen-producing fuel processing systems incorporating the same |
JP2014073922A (ja) * | 2012-10-03 | 2014-04-24 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | 水素供給システム |
-
2016
- 2016-06-20 JP JP2016122181A patent/JP6667382B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017226562A (ja) | 2017-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0750361B1 (en) | Method of removing CO from CO + H2 gases and fuel cell system using method | |
US7892328B2 (en) | PSA apparatus for producing high-purity hydrogen gas | |
JP6523134B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP6667382B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP6571588B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
AU2016420899A1 (en) | Method for recovering hydrogen from biomass pyrolysis gas | |
JP2011167629A (ja) | 水素ガスの分離方法、および水素ガス分離装置 | |
JP2013124193A (ja) | ヘリウムガスの精製方法および精製装置 | |
JP4814024B2 (ja) | 高純度水素ガス製造用psa装置 | |
JP5690165B2 (ja) | Psa方式高純度水素製造方法 | |
JP3947752B2 (ja) | 高純度水素製造方法 | |
JP5875111B2 (ja) | 一酸化炭素の分離回収方法および分離回収装置 | |
JP5748272B2 (ja) | ヘリウムガスの精製方法および精製装置 | |
JP2019048731A (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP6640660B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP6619687B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP2007209868A (ja) | 圧力スイング吸着装置の安定運転方法 | |
JP6646526B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP5462763B2 (ja) | 高純度水素ガス製造用psa装置の運転方法 | |
JP2005256899A (ja) | 水素貯蔵及び/又は導出装置 | |
JP2004075439A (ja) | 水素製造装置 | |
JP6667381B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 | |
JP4187569B2 (ja) | 水素製造装置 | |
JP6058472B2 (ja) | 水素製造装置の使用方法及び水素製造装置 | |
JP6585545B2 (ja) | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190924 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191001 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191224 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200225 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6667382 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |