JP7129323B2 - Hydrogen production device, hydrogen production method, compressor life monitoring control program - Google Patents

Hydrogen production device, hydrogen production method, compressor life monitoring control program Download PDF

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Description

本発明は、特に、炭化水素原料を改質して水素を製造する水素製造装置、水素製造方法、及び水素精製器へ送出する改質ガスを加圧する圧縮機の寿命を監視するための圧縮機寿命監視制御プログラムに関する。 In particular, the present invention relates to a hydrogen production apparatus for reforming a hydrocarbon feedstock to produce hydrogen, a hydrogen production method, and a compressor for monitoring the life of a compressor for pressurizing reformed gas sent to a hydrogen purifier. It relates to a life monitoring control program.

水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を水蒸気改質装置で改質ガスに改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置へ供給する構成がある。この水素製造装置では、改質ガスを圧縮機で圧縮し、例えば、バッファタンクによって、所定の圧力で安定させた状態の改質ガスをPSA装置へ送り込み、PSA装置で水素を生成すると共にオフガスを改質器のバーナに供給して燃焼させている。PSA装置で精製された水素は、製品として基準を満たした純度の水素である。 As a hydrogen production device for obtaining hydrogen, there is a configuration in which a raw hydrocarbon is reformed into a reformed gas by a steam reformer and then supplied to a PSA (Pressure Swing Adsorption) device. In this hydrogen production apparatus, the reformed gas is compressed by a compressor, and the reformed gas is stabilized at a predetermined pressure by a buffer tank, for example, and is sent to the PSA apparatus, where hydrogen is generated and off-gas is produced. It is supplied to the burner of the reformer and burned. Hydrogen purified by the PSA unit is hydrogen of a purity that meets standards as a product.

ところで、PSA装置に送り込まれる改質ガスは所定の圧力に圧縮されることで、高純度の水素の製品を得ることができるため、圧縮機の圧縮能力は重要なファクタとなる。 By the way, the reformed gas sent to the PSA device is compressed to a predetermined pressure, so that a high-purity hydrogen product can be obtained, so the compression capacity of the compressor is an important factor.

特許文献1には、PSA装置へ供給する原料ガスの圧力変動を抑え、原料ガス圧縮機を比較的定常な連続運転状態とするPSA装置への原料ガス供給方法について記載されている。 Patent Literature 1 describes a method of supplying a source gas to a PSA device in which pressure fluctuations in the source gas to be supplied to the PSA device are suppressed and the source gas compressor is kept in a relatively steady state of continuous operation.

特許文献1では、原料ガス受入ラインからPSA装置に供給する原料ガスの圧力を必要な圧力まで高めるため、原料ガス圧縮機が設けられ、PSA装置で受け入れる量が少ないときは、原料ガスを原料ガス受槽へ受け入れる経路を構築し、PSA装置で受け入れる量が多いときは、通常の供給経路と共に原料ガス受槽内で加圧された原料ガスもPSA装置へ供給する経路を構築するようになっている。 In Patent Document 1, a raw material gas compressor is provided in order to raise the pressure of the raw material gas supplied from the raw material gas receiving line to the PSA apparatus to a required pressure. A path is constructed to receive the raw material gas into the receiving tank, and when the PSA apparatus receives a large amount of gas, a normal supply path and a path to supply the raw material gas pressurized in the raw material gas receiving tank to the PSA apparatus are constructed. .

特許文献2には、改質器の温度測定値が改質器の耐熱性の観点から定めた所定の設定値を超えた場合には、圧縮機の吐出圧力を測定する圧力計の測定値に基づき、圧縮機の吐出圧力を上昇させるように制御し、PSAにおける水素収率を向上させ、改質器の温度を設定値以下に低下させることが記載されている。 In Patent Document 2, when the temperature measurement value of the reformer exceeds a predetermined set value determined from the viewpoint of heat resistance of the reformer, the measured value of the pressure gauge that measures the discharge pressure of the compressor Based on this, it is described that the discharge pressure of the compressor is controlled to increase, the hydrogen yield in the PSA is improved, and the temperature of the reformer is lowered below the set value.

特開2001-205030号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-205030 特開2000-281308号公報JP-A-2000-281308

ここで、圧縮機を構成する部品、特にシール材等の消耗部品は、定期点検の点検項目とし、適宜交換する必要がある。 Here, parts constituting the compressor, particularly consumable parts such as sealing materials, are items to be inspected in periodic inspections, and need to be replaced as appropriate.

しかしながら、シール材等の消耗部品の交換が遅れると、圧縮機の気密性を保つことができない。消耗部品の寿命が固定的であれば定期的に交換すればよいが、水素製造量(改質ガス量)等によって寿命時期は変動し得るため、日常的な点検が望まれるが、作業効率の面から、作業員による日常的な点検は困難となる。 However, if the replacement of expendable parts such as sealing material is delayed, the airtightness of the compressor cannot be maintained. If the service life of consumable parts is fixed, they can be replaced periodically. This makes daily inspections by workers difficult.

また、消耗品が寿命に到達してかからの交換では、交換作業中の水素製造が滞ることになる。 Also, if the consumables are replaced after they have reached the end of their service life, the production of hydrogen during the replacement work will be delayed.

本発明は、PSA装置へ送り込む改質ガスの圧力を定常的に安定させることができる水素製造装置、水素製造方法、及び圧縮機寿命監視制御プログラムを得ることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to obtain a hydrogen production apparatus, a hydrogen production method, and a compressor life monitoring control program that can steadily stabilize the pressure of the reformed gas fed to the PSA apparatus.

本発明に係る水素製造装置は、原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出する改質器と、前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整する圧縮機と、前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、を備えた水素製造装置であって、前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する判定部とを有し、前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、及び炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、前記取得部で取得する状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出され、前記水素精製器における水素精製に依存して周期的に変化する前記検出値の微分値であり、前記判定部では、前記検出値の微分値における、正常な初期段階の値と、徐々に加圧能力が低下していく段階の値とを、継続的に比較する、ことを特徴としている。
また、本発明において、前記判定部が、前記検出値の微分値から、前記圧縮機により周期的に変化する圧力制御のピーク値を、前記状態情報として抽出することを特徴としている
A hydrogen production apparatus according to the present invention includes a reformer for steam reforming a feedstock hydrocarbon and releasing a reformed gas, and a compressor for adjusting the pressure of the reformed gas released from the reformer to a predetermined pressure. and a hydrogen purifier that receives the reformed gas discharged from the compressor and separates it into off-gas and hydrogen to purify hydrogen, wherein the reformed gas in the compressor an acquisition unit that acquires state information during hydrogen production that changes in correlation with the adjustment pressure of the compressor, and a determination unit that determines an abnormality in the compression capacity of the compressor based on the transition of the state information acquired by the acquisition unit. and the hydrogen purifier includes a pressure monitoring device for monitoring the pressure of the reformed gas received, and is triggered by a detected value of the pressure monitoring device, and alternately switches between pressurization and depressurization to perform the reforming. Off-gas containing carbon dioxide gas, carbon monoxide, and hydrocarbons is removed from the raw gas to separate and concentrate hydrogen, and the state information acquired by the acquisition unit is detected by the pressure monitoring device, and the hydrogen purifier It is a differential value of the detected value that changes periodically depending on the hydrogen refining in the determination unit, and the differential value of the detected value is a normal initial stage value and a gradual decrease in pressurization capacity. It is characterized in that it continuously compares the value of each step .
Further, in the present invention, the determination unit extracts, as the state information, a peak value of pressure control that periodically changes due to the compressor from the differential value of the detected value .

本発明によれば、取得部では、圧縮機における改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する。判定手段では、取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する。 According to the present invention, the acquisition unit acquires the state information during hydrogen production that changes in correlation with the regulated pressure of the reformed gas in the compressor. The judging means judges whether the compression capacity of the compressor is abnormal based on the transition of the state information acquired by the acquisition unit.

言い換えれば、圧縮機での圧力を直接検出しなくても、圧縮機の寿命時期よりも前に、例えば、消耗品交換の時期を認識することができ、例えば、寿命に到達する前の定常の運転休止中に、消耗品の交換等の作業を行うことができる。なお、水素精製装置は、PSA装置に限定されるものではない。 In other words, even if the pressure in the compressor is not directly detected, it is possible to recognize, for example, the time to replace consumables before the end of the life of the compressor. Work such as replacement of consumables can be performed while the operation is suspended. Incidentally, the hydrogen purification device is not limited to the PSA device.

PSA装置には、圧力を監視する圧力監視デバイスが予め設けられており、例えば、吸収剤を対象とした加圧、減圧の相互切り替えのトリガとして用いられている。この圧力監視デバイスから得た状態情報(圧力変化の履歴データ)を、圧縮機の寿命判定のための状態情報として用いることができる。 The PSA apparatus is preliminarily provided with a pressure monitoring device for monitoring the pressure, and is used, for example, as a trigger for switching between pressurization and depressurization of the absorbent. State information (historical data of pressure change) obtained from this pressure monitoring device can be used as state information for life determination of the compressor.

本発明において、前記判定部が、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴としている。 The present invention is characterized in that the determination unit analyzes the transition of the state information, identifies when the compression capacity of the compressor is abnormal from the transition of the state information after the present, and predicts the life of the compressor. there is

判定部では、状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する。 The judging unit analyzes the transition of the state information, identifies when the compression capacity of the compressor is abnormal based on the transition of the state information after the present, and predicts the life of the compressor.

本発明に係る水素製造方法は、改質器で原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出し、圧縮機で前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整し、水素精製器で前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素製造方法であって、前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、及び炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報として、前記圧力監視デバイスで検出され、前記水素精製器における水素精製に依存して周期的に変化する圧力の微分値を取得し、取得した前記圧力の微分値における、正常な初期段階と、徐々に加圧能力が低下していく段階とを、継続的に比較して、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する、ことを特徴としている。 In the method for producing hydrogen according to the present invention, the reformer steam-reforms the feedstock hydrocarbon to release a reformed gas, and the compressor adjusts the reformed gas released from the reformer to a predetermined pressure. 1. A hydrogen production method in which a hydrogen purifier receives the reformed gas discharged from the compressor and separates it into an off-gas and hydrogen to purify hydrogen, wherein the hydrogen purifier receives the reformed gas. A pressure monitoring device for monitoring pressure is provided, and pressurization and depressurization are alternately switched using a detection value of the pressure monitoring device as a trigger to remove off-gas containing carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrocarbons from the reformed gas. Hydrogen is separated and concentrated by removal, and is detected by the pressure monitoring device as status information during hydrogen production that changes in correlation with the regulated pressure of the reformed gas in the compressor, and hydrogen in the hydrogen purifier A differential value of the pressure that changes periodically depending on the refinement is obtained, and a normal initial stage and a stage in which the pressurization capacity gradually decreases are continuously performed in the obtained differential value of the pressure. It is characterized by comparing and judging abnormality of the compression capacity of the compressor.

本発明において、前記検出値の微分値から、前記圧縮機により周期的に変化する圧力制御のピーク値を、前記状態情報として抽出することを特徴としている。 The present invention is characterized in that a peak value of pressure control that periodically changes due to the compressor is extracted as the state information from the differential value of the detected value .

本発明において、前記判定では、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴としている。 In the present invention, the judgment is characterized in that the transition of the state information is analyzed, and from the transition of the state information after the present, a time when the compression capacity of the compressor is abnormal is specified, and the service life is predicted. .

本発明の圧縮機寿命監視制御プログラムは、コンピュータを、取得部及び判定部として機能させることを特徴としている。 A compressor life monitoring control program of the present invention is characterized by causing a computer to function as an acquisition unit and a determination unit.

以上説明したように本発明は、水素製造に関わる状態情報に基づいて、圧縮機の寿命を判定することができ、寿命の早期判定により、水素製造の運転に支障をきたすことなく、消耗品の交換作業等を行うことができる。 As described above, according to the present invention, the life of the compressor can be determined based on the state information related to hydrogen production. Replacement work, etc. can be performed.

以上説明した如く本発明では、PSA装置へ送り込む改質ガスの圧力を定常的に安定させることができる。 As described above, according to the present invention, the pressure of the reformed gas fed to the PSA apparatus can be steadily stabilized.

本実施の形態に係る水素製造装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to an embodiment; FIG. 本実施の形態に係るMCUで実行される、圧縮機の寿命を監視する寿命監視制御部を示す機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram showing a life monitoring control unit that monitors the life of a compressor, which is executed by the MCU according to the present embodiment; 本実施の形態に係る予熱制御ルーチンを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a preheating control routine according to the present embodiment; (A)はガス成分別の圧力-吸着率特性図、(B)はPSA装置での水素精製のための圧力制御タイミングチャートである。(A) is a pressure-adsorption rate characteristic diagram for each gas component, and (B) is a pressure control timing chart for hydrogen purification in a PSA apparatus.

図1に示される如く、水素製造装置10は、改質器12と、昇圧前水分離部(ドレンタンク)14と、圧縮機16と、昇圧後水分離部(ドレンタンク)18と、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置20とを備える。 As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus 10 includes a reformer 12, a pre-pressurization water separation section (drain tank) 14, a compressor 16, a post-pressurization water separation section (drain tank) 18, and a PSA ( and a Pressure Swing Adsorption) device 20 .

PSA装置20は、本発明の水素精製器の一例である。水素製造装置10は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。 PSA device 20 is an example of the hydrogen purifier of the present invention. The hydrogen production apparatus 10 produces hydrogen from a hydrocarbon feedstock, and in this embodiment, a case where city gas containing methane as a main component is used as an example of the hydrocarbon feedstock will be described.

(改質器12) (Reformer 12)

改質器12は、同心円上に異なる径寸法で多重に配置された複数の筒状壁で仕切られた複数の空間を有しており(多重円筒形状)、本実施の形態では、4層の空間が形成され、内側の2層が下端部で連通し、外側の2層が上端で連通している。 The reformer 12 has a plurality of spaces partitioned by a plurality of cylindrical walls concentrically arranged with different diameters (multiple cylindrical shape). A space is formed, with the inner two layers communicating at the lower end and the outer two layers communicating at the upper end.

空間は、内側から順に、燃焼室、燃焼排ガス流路、予熱流路、及び改質ガス流路とされている。なお、本実施の形態の多重円筒形状の改質器の構造は一例であり、当該構造が限定されるものではない。 The spaces are, in order from the inside, a combustion chamber, a flue gas channel, a preheating channel, and a reformed gas channel. The structure of the multiple cylindrical reformer of the present embodiment is an example, and the structure is not limited.

燃焼室にはバーナが配置され、都市ガス又はオフガスが燃料として供給され、燃焼室で空気と混合されて燃焼し、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路へ案内され、予熱流路に流入される原料としての都市ガスと、改質用の水とが予熱され、混合ガスが生成される。 A burner is placed in the combustion chamber, city gas or off-gas is supplied as fuel, mixed with air in the combustion chamber and combusted, flue gas is guided to the flue gas flow path, and flows into the preheating flow path as a raw material. city gas and reforming water are preheated to produce a mixed gas.

予熱流路には、上流側に螺旋部材が設けられ、下流側に改質触媒層が設けられている。混合ガスは、螺旋部材によって螺旋状に移動して燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、その後、改質触媒層において水蒸気改質反応することによって、水素を成分とする改質ガスG1が生成される。 The preheating channel is provided with a spiral member on the upstream side and a reforming catalyst layer on the downstream side. The mixed gas receives heat from the flue gas flowing through the flue gas flow path while moving helically by the helical member, and then undergoes a steam reforming reaction in the reforming catalyst layer, resulting in a reformed gas containing hydrogen as a component. G1 is generated.

改質ガスは、最外層の空間である改質ガス流路を通過するときに、CO変成触媒層(及び必要に応じてCO選択酸化触媒層)を通過することで、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減された改質ガスG2として排出される。なお、上記では、改質触媒層とCO変成触媒槽とが一体となる構造を想定しているが、改質触媒層とCO変成触媒槽とが一体ではない構造もとり得る。 The reformed gas is included in the reformed gas by passing through the CO conversion catalyst layer (and the CO selective oxidation catalyst layer as necessary) when passing through the reformed gas flow channel, which is the space of the outermost layer. Carbon monoxide and water vapor react to convert to hydrogen and carbon dioxide, and are discharged as reformed gas G2 with reduced carbon monoxide. In the above description, a structure in which the reforming catalyst layer and the CO conversion catalyst tank are integrated is assumed, but a structure in which the reforming catalyst layer and the CO conversion catalyst tank are not integrated is also possible.

改質器12は、流路管22を介して、昇圧前水分離部(ドレンタンク)14と接続されている。改質器12から流出する改質ガスG2は、熱交換部24(図1では、Heat Exchangerの略語として、「HEx」と称す。)において、液体室(チラー)26の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、昇圧前水分離部14へ流入する。 The reformer 12 is connected to a pre-pressurization water separator (drain tank) 14 via a flow pipe 22 . The reformed gas G2 flowing out of the reformer 12 is mixed with the cooling water in the cooling pipe of the liquid chamber (chiller) 26 in the heat exchange section 24 (referred to as "HEx" as an abbreviation for Heat Exchanger in FIG. 1). and flows into the pre-pressurization water separation section 14 .

昇圧前水分離部14は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧前水分離部14の気体室に流入した改質ガスG2は、水が凝縮されて分離され、貯留される。 The pre-pressurization water separation unit 14 has a gas chamber in the upper portion and a liquid chamber in the lower portion. In the reformed gas G2 that has flowed into the gas chamber of the pre-pressurization water separation section 14, water is condensed, separated, and stored.

貯留された水は、水回収管15へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。 The stored water is sent to the water recovery pipe 15 and returned to the reformer 12 as reforming water by driving a pump (not shown).

昇圧前水分離部14は、流路管28を介して、圧縮機16と接続されている。昇圧前水分離部14において、改質ガスG2から水が分離した改質ガスG3は、圧縮機16へ流入する。なお、流路管28には、バッファタンク30が介在されており、改質ガスG3は、このバッファタンク30で圧力(例えば、大気圧)が安定された状態で圧縮機16へ流入される。 The pre-pressurization water separation section 14 is connected to the compressor 16 via a flow pipe 28 . The reformed gas G<b>3 in which water is separated from the reformed gas G<b>2 in the pre-pressurization water separation section 14 flows into the compressor 16 . A buffer tank 30 is interposed in the passage pipe 28, and the reformed gas G3 flows into the compressor 16 in a state in which the pressure (for example, atmospheric pressure) is stabilized in the buffer tank 30.

圧縮機16は、昇圧前水分離部14から供給された改質ガスG3を図示しないポンプで圧縮する。なお、圧縮機16は、例えば、公共の水(市水32)によって冷却されるようになっている。 The compressor 16 compresses the reformed gas G3 supplied from the pre-pressurization water separation section 14 with a pump (not shown). The compressor 16 is cooled by, for example, public water (city water 32).

圧縮機16は、流路管34を介して、昇圧後水分離部(ドレンタンク)18と接続されている。圧縮機16で圧縮された改質ガスG4は、熱交換部36において、液体室(チラー)38の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、昇圧後水分離部18へ流入する。 The compressor 16 is connected to a post-pressurization water separator (drain tank) 18 via a flow pipe 34 . The reformed gas G4 compressed by the compressor 16 is cooled in the heat exchange section 36 by heat exchange with cooling water in the cooling pipe of the liquid chamber (chiller) 38, and flows into the water separation section 18 after being pressurized.

昇圧後水分離部18は、上部が気体室とされ、下部が液体室とされている。昇圧後水分離部18の気体室に流入する改質ガスG4は、水が凝縮されて分離され、貯留される。 The post-pressurization water separation unit 18 has an upper gas chamber and a lower liquid chamber. The reformed gas G4 that flows into the gas chamber of the water separator 18 after being pressurized has water condensed and separated, and is stored.

貯留された水は、水回収管19へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。 The stored water is sent to the water recovery pipe 19 and returned to the reformer 12 as reforming water by driving a pump (not shown).

昇圧後水分離部18は、流路管40を介して、バッファタンク42と接続されており、昇圧後水分離部18で改質ガスG4から水が分離した改質ガスG5は、バッファタンク42へ流入する。 The post-pressurization water separation unit 18 is connected to a buffer tank 42 via a channel pipe 40 , and the reformed gas G5 in which water is separated from the reformed gas G4 in the post-pressurization water separation unit 18 is sent to the buffer tank 42 . flow into

バッファタンク42は、昇圧後水分離部18から供給される改質ガスG5を蓄積する。バッファタンク42は、流路管44を介して、PSA装置20と接続されており、バッファタンク42で一旦蓄積されて一定の圧力とされた改質ガスG5は、PSA装置20へ流入する。 The buffer tank 42 accumulates the reformed gas G5 supplied from the post-pressurization water separator 18 . The buffer tank 42 is connected to the PSA device 20 via a flow pipe 44 , and the reformed gas G 5 once accumulated in the buffer tank 42 and kept at a constant pressure flows into the PSA device 20 .

(PSA装置20) (PSA device 20)

PSA装置20では、改質ガスG5を、圧力制御(図4参照)によって、不純物(可燃ガスを含むオフガス)と水素とに分離する(水素精製)。精製された水素は、水素供給配管46へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。 In the PSA device 20, the reformed gas G5 is separated into impurities (off-gas containing combustible gas) and hydrogen by pressure control (see FIG. 4) (hydrogen refining). The purified hydrogen is delivered to the hydrogen supply pipe 46, stored in a tank (not shown), or sent to a hydrogen supply line.

図4に従い、PSA装置20で水素精製の原理を説明する。 The principle of hydrogen refining with the PSA device 20 will be described with reference to FIG.

図4(A)に示される如く、圧力が高い状態では、水素は吸着されずにスルーするが、その他のガス成分(二酸化炭素、メタン、及び一酸化炭素等)は吸着されるので、所定の圧力を維持すれば、高純度の水素を精製することができる。 As shown in FIG. 4A, when the pressure is high, hydrogen passes through without being adsorbed, but other gas components (carbon dioxide, methane, carbon monoxide, etc.) are adsorbed. High-purity hydrogen can be produced by maintaining the pressure.

一方、圧力が低いときには、水素を含む全てのガス成分が吸着されずスルーしていく。これは、水素精製品にはならないので、オフガスとしてバッファタンク42へ回す。すなわち、圧力が高いときに吸着したガス成分が除去され、水素以外のガス成分を吸着する能力が復活する。 On the other hand, when the pressure is low, all gas components including hydrogen are not adsorbed and pass through. Since this does not become a refined hydrogen product, it is passed to the buffer tank 42 as offgas. That is, the gas components adsorbed when the pressure is high are removed, and the ability to adsorb gas components other than hydrogen is restored.

そこで、図4(B)に示される如く、PSA装置20において、圧力の上げ下げを繰り返す(圧力制御)ことで、PSA装置20での水素精製を継続することができる。 Therefore, as shown in FIG. 4B, in the PSA device 20, by repeatedly increasing and decreasing the pressure (pressure control), hydrogen refining in the PSA device 20 can be continued.

なお、参考として、水素供給配管46に送られた後の製品水素の搬送形態としては、以下の形態を挙げることができる。 As a reference, the following forms can be mentioned as the form of transportation of the product hydrogen after being sent to the hydrogen supply pipe 46 .

(1)高圧ガス (1) High pressure gas

例えば、水素の利用先が燃料電池自動車の場合には、最終的に、70Mpa以上に昇圧する必要があるため、許容される高圧ガスでの輸送は有効である。 For example, if hydrogen is to be used in a fuel cell vehicle, it is necessary to increase the pressure to 70 MPa or higher, so transportation using a permissible high-pressure gas is effective.

(2)液体水素 (2) Liquid hydrogen

水素は、-235℃で液化し、体積が1/800となるため、輸送に適している。 Hydrogen liquefies at −235° C. and its volume is reduced to 1/800, making it suitable for transportation.

(3)有機ハイドライド (3) Organic hydride

水素をトルエン等の有機物に化合させて有機ハイドライドの形で輸送(又は貯蔵)することで、体積を通常のガスに比べて1/600程度とすることができる。 By combining hydrogen with an organic substance such as toluene and transporting (or storing) it in the form of an organic hydride, the volume can be reduced to about 1/600 of that of a normal gas.

(4)パイプライン (4) Pipeline

都市ガスと同様にパイプラインで郵送することができる。 It can be mailed by pipeline in the same way as city gas.

図1に示される如く、PSA装置20で分離された水素以外のオフガスは、可燃ガス供給管48を流れて燃料として改質器12の燃焼室に設けられたバーナへ供給される。 As shown in FIG. 1, the off-gas other than hydrogen separated by the PSA device 20 flows through the combustible gas supply pipe 48 and is supplied as fuel to the burner provided in the combustion chamber of the reformer 12 .

すなわち、可燃ガス供給管48には、オフガスバッファタンク50が設けられている。オフガスバッファタンク50には、PSA装置20から可燃ガス供給管48を介してオフガスが流入され、蓄積される。オフガスバッファタンク50の上流側及び下流側には開閉弁50A、50Bが取り付けられ、オフガスバッファタンク50へのオフガスの流入及び流出が制御される。 That is, the combustible gas supply pipe 48 is provided with an offgas buffer tank 50 . The offgas is supplied from the PSA device 20 to the offgas buffer tank 50 through the combustible gas supply pipe 48 and accumulated therein. On-off valves 50A and 50B are attached to the upstream side and downstream side of the offgas buffer tank 50 to control the inflow and outflow of offgas to the offgas buffer tank 50 .

また、オフガスバッファタンク50の下流側には、流量調整部52が設けられている。この流量調整部52は、オフガスバッファタンク50に蓄積されたオフガスを改質器12へ供給する流量を調整する。 A flow rate adjusting section 52 is provided on the downstream side of the offgas buffer tank 50 . The flow rate adjusting unit 52 adjusts the flow rate of supplying the off-gas accumulated in the off-gas buffer tank 50 to the reformer 12 .

オフガスバッファタンク50の容量は、PSA装置20から送出されるオフガス量とバーナへ供給するオフガス量のバランスや、オフガスバッファタンク50内の圧力等を考慮して、設定されている The capacity of the offgas buffer tank 50 is set in consideration of the balance between the amount of offgas sent from the PSA device 20 and the amount of offgas supplied to the burner, the pressure inside the offgas buffer tank 50, and the like.

一方、改質器12の燃焼室で燃焼した後の燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路からガス排出管54に案内され、熱交換部56において、液体室(チラー)58の冷却管内の冷却水との熱交換によって冷却され、燃焼排ガス水分離部(ドレンタンク)60へ流入し、水が貯留され、排ガスが排気管62から外部へ排出される。 On the other hand, the flue gas after being burned in the combustion chamber of the reformer 12 is guided from the flue gas flow path to the gas discharge pipe 54, and in the heat exchange section 56, the cooling water in the cooling pipe of the liquid chamber (chiller) 58 and the is cooled by heat exchange, flows into a combustion exhaust gas water separator (drain tank) 60, water is stored, and the exhaust gas is discharged from an exhaust pipe 62 to the outside.

貯留された水は、水回収管64へ送出され、図示しないポンプの駆動によって、改質用の水として、改質器12へ戻される。 The stored water is sent to the water recovery pipe 64 and returned to the reformer 12 as reforming water by driving a pump (not shown).

なお、各所に設置した熱交換部24、36、及び56で適用されるチラー26、38、及び58は単一構成として、冷媒を共有するようにしてもよい。 The chillers 26, 38, and 58 applied to the heat exchange units 24, 36, and 56 installed at various locations may be of a single configuration and share the refrigerant.

(圧縮機16による改質ガス圧力) (Reformed gas pressure by compressor 16)

ところで、PSA装置20に送り込まれる改質ガスは所定の圧力に圧縮され、所定の圧力とすることで、高純度の水素の製品を得ることができる。従って、圧縮機16の圧縮能力を維持するため、圧縮機16を構成する部品、特にシール材等の消耗部品は、定期点検の点検項目とし、適宜交換する必要がある。言い換えれば、シール材等の消耗部品の交換が遅れると、圧縮機16の気密性を保つことができない。 By the way, the reformed gas fed into the PSA device 20 is compressed to a predetermined pressure, and by maintaining the predetermined pressure, a high-purity hydrogen product can be obtained. Therefore, in order to maintain the compression capacity of the compressor 16, the parts constituting the compressor 16, especially consumable parts such as sealing materials, should be included in periodic inspections and replaced as appropriate. In other words, the airtightness of the compressor 16 cannot be maintained if the replacement of expendable parts such as the sealing material is delayed.

このため、日常的な点検が望まれる反面、作業効率の面から、作業員による日常的な点検は難しい。また、圧縮機16で圧縮された改質ガスG4の圧力を自動的に監視するためには、当該改質ガスG4の圧力を検出する圧力センサ等が別途必要となり、部品点数の増加を招く。 For this reason, daily inspections are desired, but daily inspections by workers are difficult from the standpoint of work efficiency. In addition, in order to automatically monitor the pressure of the reformed gas G4 compressed by the compressor 16, a pressure sensor or the like for detecting the pressure of the reformed gas G4 is required separately, resulting in an increase in the number of parts.

そこで、本実施の形態では、PSA装置20に予め備わっている圧力を監視するデバイス(圧力センサ66)を利用し、圧縮機16で圧縮された改質ガスG4の圧力を監視する構成を構築した。 Therefore, in the present embodiment, a device (pressure sensor 66) provided in advance in the PSA apparatus 20 is used to monitor the pressure of the reformed gas G4 compressed by the compressor 16. .

PSA装置20に予め備わっている圧力センサ66を適用する課題として、以下の事が挙げられる。 Problems in applying the pressure sensor 66 provided in advance in the PSA device 20 include the following.

圧縮機16から出力される改質ガスG4をPSA装置20へ供給する流路管34、40、及び44には、熱交換部36、バッファタンク42、及び昇圧後水分離部18が設けられている。すなわち、改質ガスG4は、熱交換部36、バッファタンク42、及び昇圧後水分離部18を通過するため、改質ガスG4の圧力とPSA装置20で受ける改質ガスG5の圧力とは異なる。 Flow pipes 34, 40, and 44 for supplying the reformed gas G4 output from the compressor 16 to the PSA device 20 are provided with a heat exchange section 36, a buffer tank 42, and a post-pressurization water separation section 18. there is That is, since the reformed gas G4 passes through the heat exchange section 36, the buffer tank 42, and the post-pressurization water separation section 18, the pressure of the reformed gas G4 is different from the pressure of the reformed gas G5 received by the PSA device 20. .

そこで、本実施の形態では、PSA装置20に設けられた圧力センサ66から取り込んだ圧力検出値を累積記憶し、日時情報に基づく経時変化状態(圧力変化率)に基づいて、圧縮機16の寿命を判定するようにした。 Therefore, in the present embodiment, the pressure detection values taken in from the pressure sensor 66 provided in the PSA device 20 are accumulated and stored, and the life of the compressor 16 is estimated based on the time-dependent change state (pressure change rate) based on the date and time information. was determined.

より詳しくは、圧縮機16から排出される改質ガスG4の圧力変動よりも小さく、PSA装置20では許容範囲である僅かな圧力変化(圧力低下)であっても、圧力センサ66で検出した圧力の微分値、すなわち、経時的に変化する傾き(圧力変化率)に基づき(さらに、変化度合いを増幅してもよい)、圧縮機16の加圧能力を監視する。これにより、圧縮機16が正常な加圧能力を持つ初期段階と、消耗部品の劣化等に起因して徐々に加圧能力が低下していく段階とを、継続的に比較することができ、予め定めた純度以上の水素を精製するために必要な加圧能力を監視することができる。 More specifically, even if the pressure change (pressure drop) is smaller than the pressure fluctuation of the reformed gas G4 discharged from the compressor 16 and is within the allowable range for the PSA device 20, the pressure detected by the pressure sensor 66 , that is, the slope (pressure change rate) that changes with time (the degree of change may be amplified), the pressurization capability of the compressor 16 is monitored. As a result, it is possible to continuously compare the initial stage in which the compressor 16 has a normal pressurizing ability and the stage in which the pressurizing ability gradually decreases due to deterioration of consumable parts, etc. The pressurization capacity required to purify hydrogen above a predetermined purity can be monitored.

本実施の形態のように、PSA装置20に予め備わっている圧力センサ66を適用した場合、PSA装置内の圧力制御は、水素精製に依存して変化する(図4(B)に示す周期的変化参照)。 When the pressure sensor 66 provided in advance in the PSA device 20 is applied as in this embodiment, the pressure control in the PSA device changes depending on the hydrogen refining (periodic pressure shown in FIG. 4B). change).

そこで、一例として、図4(B)のように周期的に変化する圧力制御のピーク値を抽出して、当該ピーク値が徐々に低下していく状態(圧力変化)を監視することで、圧縮機20の寿命を判定することができる。 Therefore, as an example, as shown in FIG. 4B, by extracting the peak value of the pressure control that changes periodically and monitoring the state (pressure change) in which the peak value gradually decreases, compression The life of machine 20 can be determined.

なお、ピーク値の監視に限定されるものではなく、一定の周期毎の圧力値を抽出するようにしてもよいし、周期的に変化する圧力制御の積分値(図4(B)では、三角波の面積)の変化を監視することも可能である。 It should be noted that the monitoring is not limited to the peak value, and the pressure value may be extracted at regular intervals. It is also possible to monitor changes in the area of .

図2は、本実施の形態に係る圧縮機16の寿命を監視するための寿命監視制御部68の機能ブロック図である。なお、図2の各ブロックは、寿命監視に必要な機能をブロック化して分類したものであり、ハード構成を限定するものではない。 FIG. 2 is a functional block diagram of life monitoring control section 68 for monitoring the life of compressor 16 according to the present embodiment. It should be noted that each block in FIG. 2 is a block classification of the functions required for life monitoring, and does not limit the hardware configuration.

寿命監視制御部68は、水素製造装置10の全体を制御するMCU(マシンコントロールユニット)70の一部として機能する。寿命監視制御部68は、MCU70の不揮発性メモリに予め記憶された予熱制御プログラムで構築されてもよいし、ICチップに予熱制御を実行するプログラムを組み込んだASIC等であってもよい。さらには、論理回路に基づいて組み付けたリレーやダイオード等の電子部品を所定の配線パターンに配置したハード構成の制御基板であってもよい。 The life monitoring control unit 68 functions as part of an MCU (machine control unit) 70 that controls the entire hydrogen production apparatus 10 . The life monitoring control unit 68 may be configured with a preheating control program stored in advance in the non-volatile memory of the MCU 70, or may be an ASIC or the like in which a program for executing preheating control is incorporated in an IC chip. Furthermore, a control board having a hardware configuration in which electronic components such as relays and diodes assembled based on a logic circuit are arranged in a predetermined wiring pattern may be used.

PSA装置20に設けられた圧力センサ66は、寿命監視制御部68は、圧力情報取込部72に接続されている。 The pressure sensor 66 provided in the PSA device 20 and the life monitoring control section 68 are connected to the pressure information acquisition section 72 .

圧力情報取込部72では、日時情報管理部74で管理している日時情報に基づき、予め定めた時期(PSA装置20での加圧時期)に、圧力センサ66からの信号を取り込み、累積処理部76によってデータベース78に格納する。 Based on the date and time information managed by the date and time information management unit 74, the pressure information acquisition unit 72 acquires the signal from the pressure sensor 66 at a predetermined time (pressurization time in the PSA device 20), and performs cumulative processing. Stored in database 78 by unit 76 .

日時情報管理部74は、圧力変化率演算部80に接続されている。日時情報管理部74では、予め定めた期間毎に、圧力変化率演算部80に対して、圧縮機16の寿命判定の実行を指示する。 The date/time information manager 74 is connected to the pressure change rate calculator 80 . The date/time information management unit 74 instructs the pressure change rate calculation unit 80 to perform life determination of the compressor 16 for each predetermined period.

圧力変化率演算部80では、寿命判定指示を受けると、データベース78から過去の一定期間に蓄積された圧力情報を取り込み、当該圧力情報の変化率を演算する。なお、PSA装置20では圧力変動がバッファタンク30等により抑制されているため、演算した変化率を増幅してもよい。 Upon receipt of the life determination instruction, the pressure change rate calculation unit 80 takes in the pressure information accumulated in the past fixed period from the database 78 and calculates the change rate of the pressure information. Since pressure fluctuations are suppressed by the buffer tank 30 or the like in the PSA device 20, the calculated rate of change may be amplified.

圧力変化率演算部80は、比較部82に接続されており、演算結果を当該比較部82へ送出する。 The pressure change rate calculation unit 80 is connected to the comparison unit 82 and sends the calculation result to the comparison unit 82 .

比較部82では、しきい値格納部84からしきい値を読み出して比較する。比較部82での比較結果は、寿命判定部86へ送出される。寿命判定部86では、比較結果に基づき出力部88を介して、外部へ圧力異常であることを報知する。 The comparison unit 82 reads the threshold value from the threshold value storage unit 84 and compares it. A result of comparison by the comparison unit 82 is sent to the life determination unit 86 . Based on the comparison result, the life determination unit 86 notifies the outside of the pressure abnormality via the output unit 88 .

なお、寿命判定部86は、比較部82の比較結果によって寿命判定するが、1回の結果ではなく、例えば、複数回の比較結果を取り込んで、連続して圧力変化率がしきい値を超えている場合に異常判定する(例1)。すなわち、突発的な圧力変動は、寿命による異常ではないため、異常判定に猶予を持たせることが好ましい。突発的な圧力変動は、別途報知してもよい。 Note that the life determination unit 86 determines the life based on the comparison result of the comparison unit 82, but instead of taking in the result of one time, for example, the comparison result of a plurality of times, the pressure change rate continuously exceeds the threshold value. If it is, it is judged as abnormal (example 1). In other words, since sudden pressure fluctuations are not abnormal due to lifespan, it is preferable to give some time to the abnormality determination. Sudden pressure fluctuations may be reported separately.

また、寿命判定部86では、データベース78に格納された膨大な圧力変化率に関する情報と、比較結果とに基づいて機械学習し、圧縮機16の将来の寿命予測を行うようにしてもよい(例2)。 In addition, the life determination unit 86 may perform machine learning based on the huge amount of information about the pressure change rate stored in the database 78 and the comparison result, and predict the future life of the compressor 16 (for example, 2).

以下に、本実施の形態の作用を説明する。 The operation of this embodiment will be described below.

まず、水素製造装置10による水素製造工程の概略の流れを説明する。 First, the general flow of the hydrogen production process by the hydrogen production device 10 will be described.

都市ガスは、改質器12へ供給される。改質器12へ供給された都市ガスは、改質器12の予熱流路で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層へ供給される。改質触媒層では、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスからの熱を受けて混合ガスの水蒸気改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスG1が生成される。当該改質ガスは、改質ガス流路を通ってCO変成触媒層へ供給される。CO変成触媒層では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。 City gas is supplied to the reformer 12 . The city gas supplied to the reformer 12 is heated while being mixed with water for reforming in the preheating channel of the reformer 12, and is supplied to the reforming catalyst layer. In the reforming catalyst layer, a reformed gas G1 containing hydrogen as a main component is generated by a steam reforming reaction of the mixed gas upon receiving heat from the flue gas flowing through the flue gas passage. The reformed gas is supplied to the CO conversion catalyst layer through the reformed gas channel. In the CO conversion catalyst layer, carbon monoxide contained in the reformed gas reacts with water vapor to be converted into hydrogen and carbon dioxide, thereby reducing carbon monoxide.

さらに、CO変成触媒層を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管から供給される酸化ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層へ供給され、CO変成触媒層(及び必要に応じてCO選択酸化触媒層)を通過することで、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減された改質ガスG2として排出される。改質ガスG2は、流路管22へ送出される。 Furthermore, the reformed gas that has passed through the CO conversion catalyst layer is supplied to the CO selective oxidation catalyst layer together with the oxidizing gas (air) supplied from the oxidant gas supply pipe, and the CO conversion catalyst layer (and CO selective By passing through the oxidation catalyst layer), the carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas react with each other, are converted into hydrogen and carbon dioxide, and are discharged as a reformed gas G2 with reduced carbon monoxide. . The reformed gas G2 is delivered to the flow pipe 22 .

改質ガスG2は、流路管22を経て、昇圧前水分離部14へ供給される。昇圧前水分離部14では、熱交換部24での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管15へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、バッファタンク30を介して流路管28を流れ、圧縮機16へ供給されて、圧縮機16によって圧縮される。 The reformed gas G2 is supplied to the pre-pressurization water separation section 14 via the flow pipe 22 . In the pre-pressurization water separation unit 14 , the water condensed by cooling due to heat exchange in the heat exchange unit 24 is stored and sent to the water recovery pipe 15 . The reformed gas G3 from which water has been separated flows through the flow pipe 28 via the buffer tank 30, is supplied to the compressor 16, and is compressed by the compressor 16. FIG.

圧縮された改質ガスG4は、流路管34を流れて昇圧後水分離部18へ供給される。昇圧後水分離部18では、熱交換部36での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管19へ送出される。水が分離された改質ガスG5は、バッファタンク42を介して流路管40を流れてPSA装置20へ供給される。 The compressed reformed gas G4 flows through the flow pipe 34 and is supplied to the water separator 18 after being pressurized. In the post-pressurization water separation section 18 , water condensed by cooling due to heat exchange in the heat exchange section 36 is stored and sent to the water recovery pipe 19 . The reformed gas G5 from which water has been separated flows through the flow pipe 40 via the buffer tank 42 and is supplied to the PSA device 20 .

PSA装置20では、圧力制御(図4参照)により、改質ガスG5が不純物であるオフガスと水素とに分離され、水素は水素供給配管46へ送出される。送出された水素は、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。 In the PSA device 20 , the reformed gas G 5 is separated into off-gas, which is an impurity, and hydrogen by pressure control (see FIG. 4 ), and the hydrogen is sent to the hydrogen supply pipe 46 . The sent hydrogen is stored in a tank (not shown) or sent to a hydrogen supply line.

水素以外の不純物を含むオフガスは、可燃ガス供給管48を経てオフガスバッファタンク50へ流入される。オフガスバッファタンク50に貯留されたオフガスは、流量調整部52で流量調整されて、改質器12のバーナへ供給される。 The off-gas containing impurities other than hydrogen flows into the off-gas buffer tank 50 through the combustible gas supply pipe 48 . The off-gas stored in the off-gas buffer tank 50 is adjusted in flow rate by the flow rate adjusting section 52 and supplied to the burner of the reformer 12 .

改質器12の燃焼室では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管54を介して燃焼排ガス水分離部60へ供給される。燃焼排ガスに含まれる水は、熱交換部56での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部60に貯留され、水回収管64へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、排気管62を流れて外部へ排出される。 In the combustion chamber of the reformer 12 , the off-gas is combusted, and the combustion exhaust gas is supplied to the combustion exhaust gas water separator 60 through the gas discharge pipe 54 . Water contained in the flue gas is cooled and condensed by heat exchange in the heat exchange section 56 , stored in the flue gas water separation section 60 , and delivered to the water recovery pipe 64 . The combustion exhaust gas from which the water has been separated flows through the exhaust pipe 62 and is discharged to the outside.

図3は、本実施の形態に係る圧縮機16の寿命判定制御ルーチンを示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flow chart showing a life determination control routine for compressor 16 according to the present embodiment.

ステップ100では日時情報を取得し、次いで、ステップ102へ移行して、PSA装置20での加圧期間の適宜時期に、PSA装置20に設けられた圧力センサ66で検出した圧力情報を取り込み、ステップ104へ移行する。 In step 100, date and time information is acquired, and then the process proceeds to step 102, in which pressure information detected by the pressure sensor 66 provided in the PSA device 20 is taken in at an appropriate time during the pressurization period in the PSA device 20, and step 104.

ステップ104では、日時情報と圧力情報とを関連付けて、データベース78へ累積記憶し、ステップ106へ移行する。 At step 104 , the date and time information and the pressure information are associated and accumulated in the database 78 , and the process proceeds to step 106 .

ステップ106では、圧縮機16の寿命判定時期か否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ100へ移行して、上記工程を繰り返す。 In step 106, it is determined whether or not it is time to determine the life of the compressor 16. If the determination is negative, the process proceeds to step 100 and the above steps are repeated.

なお、このステップ106では、寿命判定時期を設定したが、消耗品交換直後又は交換直後の早い時期から寿命等を判定してもよい。 In step 106, the life determination timing is set, but the life and the like may be determined immediately after the replacement of the consumables or at an early time immediately after the replacement.

例えば、消耗部品の寿命時期が、新品で使用開始してからL時間(例えば、L=1000時間)後に設定され、L時間よりもx時間(例えば、x=200時間)前から寿命判定時期とした場合、L時間よりもy時間(x<y、例えば、y=900時間)前に寿命と同等の性能に低下したときの判定が遅れる場合がある(例えば、欠陥品等の発見の遅延)。 For example, the service life of a consumable part is set to L hours (for example, L=1000 hours) after the start of use of a new consumable part, and the life judgment time is set to x hours (for example, x=200 hours) before L hours. If this is the case, there may be a delay in determining when the performance has deteriorated to the same level as the life before y hours (x<y, e.g., y = 900 hours) before L hours (e.g., delay in finding defective products, etc.) .

このため、消耗部品の交換直後から常に監視するようなアルゴリズムとすれば、寿命に加え、欠陥品を含む、突発的な不具合(圧力低下)の監視にも適用可能となる。 For this reason, if an algorithm that constantly monitors consumable parts immediately after replacement is adopted, it can be applied to monitoring of sudden failures (pressure drop) including defects in addition to the service life.

また、ステップ106で肯定判定されると、ステップ108へ移行して、データベース78に累積記憶した一定期間の圧力情報を読み出し、次いでステップ110へ移行して、圧力変化率(dP/dt)を演算し、ステップ112へ移行する。 Further, if the determination in step 106 is affirmative, the process proceeds to step 108 to read the pressure information for a certain period accumulated in the database 78, and then to step 110 to calculate the pressure change rate (dP/dt). and go to step 112 .

ステップ112では、圧力変化率を比較するためのしきい値を読み出し、ステップ114へ移行して、圧力変化率としきい値とを比較し、ステップ116へ移行する。ステップ116では、比較結果に基づき、寿命判定を行う。 At step 112, a threshold value for comparing the pressure change rate is read out, the process proceeds to step 114, the pressure change rate is compared with the threshold value, and the process proceeds to step 116. FIG. In step 116, life judgment is performed based on the comparison result.

ステップ116の寿命判定では、例えば、1回の比較結果ではなく、例えば、複数回の比較結果から、連続して圧力変化率がしきい値を超えている場合に異常判定する。 In the life determination in step 116, for example, when the pressure change rate exceeds the threshold continuously from the results of comparison, not from the result of one comparison, for example, it is determined to be abnormal.

すなわち、所定期間以内に、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を与える程度の圧力低下が起きる可能性が有るか否かを判断する(例1)。 That is, it is determined whether or not there is a possibility that a pressure drop that affects the purity of the hydrogen purified by the PSA device 20 will occur within a predetermined period (Example 1).

また、単純に複数回の比較結果からではなく、データベース78に格納される、膨大な圧力情報による圧力変動の傾向と、比較結果等を機械学習し、正確な圧縮機16の寿命を予測するようにしてもよい(例2)。 In addition, machine learning is performed on pressure fluctuation trends, comparison results, etc. based on a huge amount of pressure information stored in the database 78, not simply from the results of multiple comparisons, to accurately predict the life of the compressor 16. (Example 2).

次のステップ118では、圧縮機16が寿命であるか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ100へ戻り、上記工程を繰り返す。 In the next step 118, it is determined whether or not the compressor 16 has reached the end of its life. If the determination is negative, the process returns to step 100 and repeats the above steps.

また、ステップ118で肯定判定された場合は、ステップ120へ移行して圧縮機16の寿命(消耗品の交換等)を報知し、ステップ122へ移行する。 If the determination in step 118 is affirmative, the process proceeds to step 120 to notify the life of the compressor 16 (replacement of consumables, etc.), and the process proceeds to step 122 .

ステップ122では、消耗品を交換した旨の履歴を取得したか否かを判断し、肯定判定されると、ステップ124へ移行して、報知をクリアし、このルーチンは終了する。 At step 122, it is determined whether or not a history indicating that the consumables have been replaced has been acquired. If the determination is affirmative, the process proceeds to step 124, the notification is cleared, and this routine ends.

以上説明したように本実施の形態では、圧縮機16の寿命、特に、シール材等の消耗部品の寿命を起因とする圧縮能力の低下が、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼすことを鑑み(図4参照)、既存の設備を用いて(PSA装置20に予め設けられた圧力センサ66を用いて)、圧縮機16の圧縮能力を監視し、寿命を監視することで、PSA装置20で精製される水素の純度に影響を及ぼす前に、消耗品交換等のメンテナンスを確実に行うことができる。 As described above, in the present embodiment, the deterioration of the compression capacity due to the life of the compressor 16, especially the life of consumable parts such as sealing materials, does not affect the purity of the hydrogen purified by the PSA device 20. In view of the influence (see FIG. 4), using existing equipment (using the pressure sensor 66 provided in advance in the PSA device 20), the compression capacity of the compressor 16 is monitored, and the life is monitored. Maintenance such as replacement of consumables can be reliably performed before the purity of hydrogen refined by the PSA device 20 is affected.

なお、本実施の形態では、圧縮機16の圧縮能力の監視を、PSA装置20に設けられた圧力センサ66を利用した。 In this embodiment, the pressure sensor 66 provided in the PSA device 20 is used to monitor the compression capacity of the compressor 16 .

圧力センサ66は、本発明の状態情報を取得する手段の内、圧力情報を取得する手段の一例である。圧力情報の取得は、当該圧力センサ66に限らず、他の既存の圧力センサを用いてもよい。 The pressure sensor 66 is an example of means for acquiring pressure information among means for acquiring state information of the present invention. Acquisition of pressure information is not limited to the pressure sensor 66, and other existing pressure sensors may be used.

また、状態情報を圧力情報(上記では、圧力センサ66を適用)としたが、圧力情報に限らず、状態情報を得るデバイスとして、流量センサや温度センサ等を用いてもよい。 Moreover, although the state information is pressure information (in the above description, the pressure sensor 66 is applied), a flow rate sensor, a temperature sensor, or the like may be used as a device for obtaining state information, not limited to pressure information.

G1~G5 改質ガス
10 水素製造装置
12 改質器
14 昇圧前水分離部
15 水回収管
16 圧縮機
18 昇圧後水分離部
19 水回収管
20 PSA装置(水素精製器)
22 流路管
24 熱交換部
26 液体室
28 流路管
30 バッファタンク
32 市水
34 流路管
36 熱交換部
38 液体室(チラー)
40 流路管
42 バッファタンク
44 流路管
46 水素供給配管
48 可燃ガス供給管
50 オフガスバッファタンク
50A、50B 開閉弁
52 流量調整部
54 ガス排出管
56 熱交換部
58 液体室(チラー)
60 燃焼排ガス水分離部(ドレンタンク)
62 排気管
64 水回収管
66 圧力センサ(圧力監視デバイス)
68 寿命監視制御部
70 MCU
72 圧力情報取込部(取得部)
74 日時情報管理部(取得部)
76 累積処理部(取得部)
78 データベース(取得部)
80 圧力変化率演算部(判定部)
82 比較部(判定部)
84 しきい値格納部(判定部)
86 寿命判定部(判定部)
88 出力部
G1 to G5 reformed gas 10 hydrogen production device 12 reformer 14 pre-pressurization water separation unit 15 water recovery pipe 16 compressor 18 post-pressurization water separation unit 19 water recovery pipe 20 PSA device (hydrogen purifier)
22 flow pipe 24 heat exchange section 26 liquid chamber 28 flow pipe 30 buffer tank 32 city water 34 flow pipe 36 heat exchange section 38 liquid chamber (chiller)
40 Flow pipe 42 Buffer tank 44 Flow pipe 46 Hydrogen supply pipe 48 Combustible gas supply pipe 50 Off gas buffer tank 50A, 50B On-off valve 52 Flow control unit 54 Gas discharge pipe 56 Heat exchange unit 58 Liquid chamber (chiller)
60 Combustion exhaust gas water separator (drain tank)
62 exhaust pipe 64 water recovery pipe 66 pressure sensor (pressure monitoring device)
68 life monitoring control unit 70 MCU
72 Pressure information acquisition unit (acquisition unit)
74 Date and time information management unit (acquisition unit)
76 accumulation processing unit (acquisition unit)
78 database (acquisition part)
80 Pressure change rate calculation unit (judgment unit)
82 comparison unit (determination unit)
84 threshold storage unit (determination unit)
86 life judgment unit (judgment unit)
88 Output section

Claims (7)

原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出する改質器と、前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整する圧縮機と、前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素精製器と、を備えた水素製造装置であって、
前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報を取得する取得部と、
前記取得部で取得した前記状態情報の推移に基づいて、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する判定部とを有し、
前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、及び炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、
前記取得部で取得する状態情報が、前記圧力監視デバイスで検出され、前記水素精製器における水素精製に依存して周期的に変化する前記検出値の微分値であり、
前記判定部では、前記検出値の微分値における、正常な初期段階の値と、徐々に加圧能力が低下していく段階の値とを、継続的に比較する、水素製造装置。
A reformer for steam reforming the feedstock hydrocarbon and releasing a reformed gas, a compressor for adjusting the pressure of the reformed gas released from the reformer to a predetermined pressure, and the a hydrogen purifier that receives a reformed gas and separates it into an off-gas and hydrogen to purify hydrogen,
an acquisition unit that acquires state information during hydrogen production that changes in correlation with the regulated pressure of the reformed gas in the compressor;
a determination unit that determines an abnormality in the compression capacity of the compressor based on the transition of the state information acquired by the acquisition unit ;
The hydrogen purifier includes a pressure monitoring device for monitoring the pressure of the received reformed gas, and is triggered by a detection value of the pressure monitoring device, and alternately switches between pressurization and depressurization to convert the reformed gas to carbon dioxide gas. , carbon monoxide, and off-gases containing hydrocarbons are removed to separate and concentrate hydrogen,
The state information acquired by the acquisition unit is a differential value of the detected value detected by the pressure monitoring device and periodically changing depending on hydrogen purification in the hydrogen purifier,
The hydrogen production apparatus , wherein the determination unit continuously compares a differential value of the detected value in a normal initial stage with a value in a stage in which the pressurization capability gradually decreases .
前記判定部が、前記検出値の微分値から、前記圧縮機により周期的に変化する圧力制御のピーク値を、前記状態情報として抽出する、請求項1記載の水素製造装置。2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein said determination unit extracts, as said state information, a peak value of pressure control that periodically changes due to said compressor from a differential value of said detected value. 前記判定部が、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の水素製造装置。 2. The judging unit analyzes the transition of the state information, identifies when the compression capacity of the compressor is abnormal based on the transition of the state information after the present, and predicts the life of the compressor. Or the hydrogen production apparatus according to claim 2. 改質器で原料炭化水素を水蒸気改質して改質ガスを放出し、圧縮機で前記改質器から放出された改質ガスを所定の圧力に調整し、水素精製器で前記圧縮機から排出された前記改質ガスを受け入れてオフガスと水素とに分離して水素を精製する水素製造方法であって、
前記水素精製器は、受け入れた改質ガスの圧力を監視する圧力監視デバイスを備え、当該圧力監視デバイスの検出値をトリガとして、加圧及び減圧を交互に切り替えて、前記改質ガスから炭酸ガス、一酸化炭素、及び炭化水素を含むオフガスを除去して水素を分離濃縮しており、
前記圧縮機における前記改質ガスの調整圧力に相関して変化する水素製造中の状態情報として、前記圧力監視デバイスで検出され、前記水素精製器における水素精製に依存して周期的に変化する圧力の微分値を取得し、
取得した前記圧力の微分値における、正常な初期段階と、徐々に加圧能力が低下していく段階とを、継続的に比較して、前記圧縮機の圧縮能力の異常を判定する、
ことを特徴とする水素製造方法。
The reformer steam-reforms the feedstock hydrocarbon to release the reformed gas, the compressor adjusts the reformed gas released from the reformer to a predetermined pressure, and the hydrogen purifier removes the gas from the compressor. A hydrogen production method for receiving the discharged reformed gas and separating it into off-gas and hydrogen to purify hydrogen,
The hydrogen purifier includes a pressure monitoring device for monitoring the pressure of the received reformed gas, and is triggered by a detection value of the pressure monitoring device, and alternately switches between pressurization and depressurization to convert the reformed gas to carbon dioxide gas. , carbon monoxide, and off-gases containing hydrocarbons are removed to separate and concentrate hydrogen,
Pressure detected by the pressure monitoring device and periodically changing depending on hydrogen purification in the hydrogen purifier as status information during hydrogen production that changes in correlation with the regulated pressure of the reformed gas in the compressor. get the differential value of
Continuously comparing a normal initial stage and a stage in which the pressurization capacity gradually decreases in the obtained differential value of the pressure to determine an abnormality in the compression capacity of the compressor;
A hydrogen production method characterized by:
前記検出値の微分値から、前記圧縮機により周期的に変化する圧力制御のピーク値を、前記状態情報として抽出する、請求項4記載の水素製造方法。5. The method for producing hydrogen according to claim 4, wherein a peak value of pressure control that periodically changes by said compressor is extracted as said state information from the differential value of said detected value. 前記判定では、前記状態情報の推移を解析して、現在以降の状態情報の推移から、前記圧縮機の圧縮能力の異常時期を特定し、寿命を予測する、ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の水素製造方法。 5. In the determination, transition of the state information is analyzed, and from the transition of the state information after the present, a time when the compression capacity of the compressor is abnormal is specified, and the life is predicted. The method for producing hydrogen according to claim 5. コンピュータを、
請求項1~請求項3の何れか1項記載の取得部及び判定部として機能させる、
圧縮機寿命監視制御プログラム。
the computer,
Functioning as the acquisition unit and determination unit according to any one of claims 1 to 3,
Compressor life monitoring control program.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001278605A (en) 2000-03-31 2001-10-10 Ngk Spark Plug Co Ltd Oxygen enricher
JP2002285974A (en) 2001-03-23 2002-10-03 Toshiba Corp Semiconductor manufacturing device, method for estimating life time of vacuum pump, and method for judging repair timing
JP2003091313A (en) 2001-09-17 2003-03-28 Hitachi Ltd Remote supervisory system for compressor
JP2008018307A (en) 2006-07-11 2008-01-31 Taiyo Nippon Sanso Corp Controller and method of detecting anomaly
JP2017088490A (en) 2015-11-09 2017-05-25 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001278605A (en) 2000-03-31 2001-10-10 Ngk Spark Plug Co Ltd Oxygen enricher
JP2002285974A (en) 2001-03-23 2002-10-03 Toshiba Corp Semiconductor manufacturing device, method for estimating life time of vacuum pump, and method for judging repair timing
JP2003091313A (en) 2001-09-17 2003-03-28 Hitachi Ltd Remote supervisory system for compressor
JP2008018307A (en) 2006-07-11 2008-01-31 Taiyo Nippon Sanso Corp Controller and method of detecting anomaly
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