JP6987098B2 - ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置 - Google Patents
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Description
吸着行程で開始する場合と比較して相対的に純度の高い精製ガスが精製ガス貯留タンクに供給されることになる。この結果、ガス精製貯留タンクに貯留される精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間、すなわち、ガス精製装置の再起動時間が短縮される。
第1実施形態に係るPSA装置、及びそのPSA装置が適用された水素製造装置を図1〜図15を参照して説明する。
水素製造装置10は、図1に示すように、炭化水素(都市ガス)から水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器20と、改質ガスを圧縮する圧縮機30と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製するPSA装置40と、を備えている。なお、PSA装置40が「ガス精製装置」に相当する。
改質器20は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスG1を生成する改質触媒層とを備えている。改質ガスG1には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。
昇圧前水分離部50には、改質器20から改質ガスG2を流入させる改質ガス排出管24の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管52が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管54が接続されている。
圧縮機30には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG3が流れる連絡流路管54と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG3が圧縮された改質ガスG4が流れる連絡流路管32とが接続されている。圧縮機30は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG3を圧縮し、圧縮された改質ガスG4を昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
昇圧後水分離部60には、圧縮機30から改質ガスG4を流入させる連絡流路管32の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管62が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管64が接続されている。
PSA装置40には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG5が流れる連絡流路管64の下流端と、精製された水素が送出される水素供給管42の上流端と、PSA装置40で分離されたオフガスが送出されるオフガス供給管44の上流端とが接続されている。さらに、PSA装置40には、内部の水素(ガス)圧力が過剰となった場合に、水素製造装置10の外部に水素を排出するベント管45の上流端が接続されている。
燃焼排ガス水分離部70には、改質器20の燃焼室22から燃焼排ガスを導くガス排出管26の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管72が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管74が接続されている。
PSA装置40の内部構造について図2を参照して詳細に説明する。
PSA装置40は、PSA制御部170を有している。PSA制御部170は、図3に示すように、電磁開閉弁114A、114B、120A、120B、124A、124B、132A、132B、138A、138B、142A、142B、152(以下、「電磁開閉弁114A〜152」という)及び圧力センサ162、164と図示しない信号線で接続されており、後述する停止制御プログラムに沿って圧力センサ162、164の検出値等に基づいて各電磁開閉弁114A〜152を開閉制御するものである。
次に、水素製造装置10及びPSA装置40の作用について説明する。先ず、水素製造装置10の作用について説明する。
先ず、PSA装置40の定格運転について図5〜図11を参照して説明する。この場合には、PSA制御部170は、定格運転制御プログラムをストレージ178から読み出し、実行することにより、電磁開閉弁114A〜152の開閉制御を行うものである。
次に、定格運転中にPSA装置40を停止させる場合について、図12〜図15を参照して説明する。なお、本実施形態において「PSA装置40の停止」とは、PSA装置40の電源がOFFされて、電磁開閉弁114A〜152が切換不可とされた状態のことを意味する。また、本実施形態において、「PSA装置40を停止させる際」とは、PSA装置40のPSA制御部170に停止信号が入力されてから、PSA装置40が停止されるまでの期間をさす。
このように、PSA装置40では、定格運転中に停止信号が入力した際、電磁開閉弁152を直ちに閉弁させることにより、水素ガス利用者側への製品水素ガスの送出を直ちに停止することができる。
本発明の第2実施形態に係るPSA装置及び水素製造装置200について、図16〜図18を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、PSA装置及び水素製造装置200は、停止制御の一部のみを変更したのみなので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第1実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。
本実施形態では、PSA装置40を水素製造装置10に適用したものであり、PSA装置40は改質ガスG5から水素を精製していたが、これに限定するものではない。PSA装置が原料ガスから不純物を除去して精製ガスに精製するものであれば、適用可能である。
20 改質器
30 圧縮機
40 PSA装置
102 第1吸着塔
104 第2吸着塔
106 水素ガス貯留タンク(精製ガス貯留タンク)
108 原料ガス供給流路
114A 電磁開閉弁(圧力維持手段)
114B 電磁開閉弁(圧力維持手段)
116 オフガス排出流路(オフガス流路)
120A 電磁開閉弁(圧力維持手段)
120B 電磁開閉弁(圧力維持手段)
132A 電磁開閉弁(圧力維持手段)
132B 電磁開閉弁(圧力維持手段)
170 PSA制御部(圧力維持手段)
Claims (14)
- 原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填され、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する複数の吸着塔と、
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給流路と、
前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、
前記不純物を含有するオフガスが前記吸着塔から排出されるオフガス流路と、
装置の電源がオフされる装置停止中は、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断し、各前記吸着塔の内部圧力を第1所定値以上に維持する圧力維持手段と、
を備え、前記装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始するガス精製装置。 - 前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第2所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項1記載のガス精製装置。
- 前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる請求項1又は2記載のガス精製装置。
- 前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項3記載のガス精製装置。
- 前記圧力維持手段は、装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から前記吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項1又は2記載のガス精製装置。
- 前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項5記載のガス精製装置。
- 炭化水素を水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項1〜6記載のいずれか1項記載のガス精製装置と、
を備える水素製造装置。 - 前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断するまで、前記改質器と前記圧縮機の運転を継続する請求項7記載の水素製造装置。
- 複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガス供給流路から原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを精製ガス貯留タンクに送出すると共に、前記複数の吸着塔のうちの他の一部の吸着塔内部に充填された吸着剤から不純物を含有するオフガスをオフガス流路に排出するガス精製装置において、
前記ガス精製装置の電源がオフされる停止中には、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔と遮断すると共に、各吸着塔の内部圧力を第1所定値以上に維持し、
前記ガス精製装置の再起動時には、停止直前に脱着工程であった吸着塔を吸着工程で運転を開始するガス精製装置の制御方法。 - 前記ガス精製装置を停止させる際、一部の吸着塔の内部圧力が第2所定値に到達するまで装置の運転を継続した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項9記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記ガス精製装置を停止させる際、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断した状態で、その遮断直前に吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔と、脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔とを連通させる請求項9又は10記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記吸着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記吸着工程であった各吸着塔であり、前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項11記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記ガス精製装置を停止させる際、吸着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔を前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと遮断、又は前記原料ガス供給流路から当該吸着塔に原料ガスを供給すると共に、脱着工程であった少なくとも一部の前記吸着塔に、前記原料ガス供給流路から原料ガスを供給した後、前記原料ガス供給流路、前記オフガス流路、前記精製ガス貯留タンクと各前記吸着塔とを遮断する請求項9又は10記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記脱着工程であった少なくとも一部の吸着塔は、前記脱着工程であった各吸着塔である請求項13記載のガス精製装置の制御方法。
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