JPH0532402A - 液体水素の製造方法 - Google Patents

液体水素の製造方法

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JPH0532402A
JPH0532402A JP19307891A JP19307891A JPH0532402A JP H0532402 A JPH0532402 A JP H0532402A JP 19307891 A JP19307891 A JP 19307891A JP 19307891 A JP19307891 A JP 19307891A JP H0532402 A JPH0532402 A JP H0532402A
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hydrogen gas
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compressor
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JP19307891A
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Seiji Taguchi
Takeshi Uchiyama
武 内山
整司 田口
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Kawasaki Steel Corp
川崎製鉄株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低温の工場排熱を利用して、水素吸蔵合金を用
いた水素ガス圧縮機を作動させ、電力や燃料を用いるこ
となく、液体水素を得る。 【構成】製鉄所の95℃の工場排熱1と20℃の冷却水
を利用して水素吸蔵合金の熱交換器からなる水素ガス圧
縮機5を作動させる。高純度水素ガス3とリサイクルガ
ス14をガス圧縮機5に送り、絶対圧力7atmに昇圧
し、熱交換器9に導入して−189℃に冷却し膨張弁1
0に導き、さらに温度を−253℃まで下げて液化させ
液体水素11を得る。一方、熱交換器9から出た残りの
水素ガスを水素膨張仕事機12で膨張仕事をさせて、圧
力を絶対圧力で1.9atmまで低下させ、温度を−2
19℃まで低下させた後、前記熱交換器9に導入して、
水素ガス圧縮機5より送られる水素ガスと熱交換させ約
10℃の水素ガスとし、原料ガスと混合して循環使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は精製された水素ガスを用
いて液体水素を製造する方法に関する。

【0002】

【従来の技術】従来の液体水素を製造する方法は、図3
に示すように、水31及びメタノール32を原料とし
て、これを加熱炉35で燃料34を用いて加熱気化さ
せ、高温反応器36に導入して次の(1)式の反応を生
じさせ、H2 、CO、CO2 の混合ガスを得る。

【0003】 n・CH3 OH+H2 O →(2n+1)H2 +(n−1)CO+CO2 …(1) 次にこのガスを水素ガス分離精製装置41に導入して高
純度・高圧の水素ガスを得て、これをヘリウムガスを作
動媒体とする冷凍機42に導入して、水素を液化させ、
液体水素貯留タンク44に貯留し、製品45として出荷
する。冷凍機42は、ヘリウムガス冷凍系43から供給
される低温ヘリウムを用いている。ヘリウムガスは電動
コンプレッサにより昇圧され、得られた高圧のヘリウム
ガスはヘリウムガス膨張タービンにより膨張仕事をしな
がら自身の温度を低下させ、低温のヘリウムガスとな
る。水素の液化は冷凍機42内においてこの低温ヘリウ
ムガスとの熱交換による冷却と最終段階での高圧水素ガ
スの断熱自由膨張による水素ガス自体の温度低下によっ
て行われる。すなわちこの方法によれば高圧の水素混合
ガスを生成するために加熱炉35や反応器36で燃料の
燃焼熱を必要とし、またヘリウムガスを高圧にするため
ヘリウム冷凍系42で電動コンプレッサに電力を必要と
する。

【0004】一方、水素吸蔵合金を用いて水素ガスを昇
圧する方法としては、例えば特開昭61−151001
号公報にもあるように低温で水素ガスを水素吸蔵合金に
吸蔵させ、しかる後に合金自体を昇温することによって
高い圧力の水素ガスを放出するという原理によるものが
既に公表されている。この特性を利用して中・低温の産
業排熱もしくは熱源を利用して水素吸蔵合金を用いた
「温度差発電装置」が特開昭52−15946号公報に
提案されている。ここでは得られた高温高圧の水素ガス
を水素タービン発電機に導入して電力を得るものであ
る。同様な趣旨で特開昭52−39044号公報に「熱
エネルギー変換方法及びその装置」が開示されている。
これらはいずれも熱源として50℃〜300℃の比較的
低い温度のエネルギーを機械的エネルギーに変換して利
用しようとするものであるが、熱力学の教える原理によ
り、その理論効率は低いものになってしまう。例えば2
00℃の熱源を用いてもその実プラントエネルギー効率
は高々数%の程度となり、設備投資の費用の回収に見合
うメリットが得難いという欠点があった。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】製鉄所においては省エ
ネルギー化が進み回収可能な排熱エネルギーは燃料ガス
や空気の予熱、あるいは水蒸気としての回収などほとん
ど利用され尽くしてきた。しかし200℃以下のような
低温の排熱エネルギーを効率よく回収する手段はその投
資設備コストとの関係からなかなか実現が難しい。

【0006】本発明は最近の地球環境問題特に産業上の
CO2 ガス発生の抑制の観点から液体水素を製造するに
あたって低温の排熱エネルギーあるいは熱源を有効に利
用し、燃料や電力を使わないあるいは僅かに使用する製
造方法を提供するものである。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明は既に発明者らの
出願になる特開平3−111668号公報にある水素吸
蔵合金を利用した一定圧力、一定流量の水素ガス移動方
法及び装置を水素ガス圧縮機として利用し、この水素ガ
ス圧縮機によって100℃程度の低温のエネルギーで水
素ガスを圧力10atm程度に昇圧することが可能であ
る点に着目した。

【0008】本発明者らは、鋭意研究の結果、水素膨張
仕事による水素ガス自身の温度低下に必要な入口水素ガ
ス圧力Piと出口水素ガス圧力Poとの比Pi/Poが
3程度以上であれば本発明構成に従って水素の液化が可
能であることを見出し、低温の熱エネルギーとしては8
0〜100℃の熱と冷却水として20℃程度の水により
製鉄副生ガスである高純度の水素ガスを原料として燃料
や電力を用いずに液体水素を造ることができる。

【0009】本発明は、水素吸蔵合金を内蔵した水素ガ
ス圧縮機に工場排熱による熱源を供給して水素吸蔵合金
から高圧水素ガスを脱蔵させ、この高圧水素ガスを熱交
換器を通して冷却した後、水素膨張仕事をさせて低圧低
温水素ガスとし、この低圧低温水素ガスを前記熱交換器
にて前記高圧水素ガスと熱交換させた後、前記水素ガス
圧縮機内の水素吸蔵合金に吸蔵させる一連のクローズド
サーキットを形成して前記熱交換器を冷却し、該クロー
ズドサーキットの水素ガス圧縮機の吸入側に高純度水素
ガスを補給し、前記水素ガス圧縮機の吐出側から一部の
水素ガスを抽気し、この抽気した水素ガスを前記熱交換
器を通して冷却した後膨張弁にて膨張させて液化するこ
とを特徴とする液体水素の製造方法である。

【0010】

【作用】プロセスの構成要件は以下の如くなる(図2参
照)。 (1)系内に供給される水素ガスは水素吸蔵合金に吸収
させ昇温後高圧化させることが可能であることが要件
で、純度99%以上のものであれば前記水素膨張仕事を
させるに必要な入口水素圧力と出口水素との圧力比が3
以上を達成できる。 (2)水素ガスの圧縮機としての水素吸蔵合金と加熱及
び冷却用流体との熱交換容器は連続的に水素ガスを移送
するため吸収状態(吸蔵)と放出状態(脱蔵)のペアを
複数個準備して順次切換えながら用いる。 (3)上記圧縮機から水素膨張仕事機への水素ガス移送
経路の途中に分岐を設けて、断熱膨張して液化する水素
ガス経路(経路Aと称す)と膨張仕事機を通って圧縮機
にリサイクル経路(経路Bという)に分ける。 (4)経路A、Bの水素ガスの流量及び圧力を所定値に
制御する。 (5)気体熱交換器を設けて経路A及び経路Bの膨張仕
事機へ入る側の高圧の水素ガスと膨張仕事機より出てく
る低温、低圧のリサイクル水素ガスとの熱交換を行わ
せ、高圧水素ガスを低温に下げる。 (6)熱交換器内で低温となり、液化した水素以外の不
純成分ガスは外部へ取り出す。 (7)経路Aを通って熱交換器で低温となった高圧水素
ガスは断熱膨張弁を通して、さらに温度を下げて液化
し、取り出す。 (8)経路Bを通って膨張仕事機で低温、低圧となった
水素ガスは前記気体熱交換器を出た後水素圧縮機入側に
リサイクルされ、系外より供給される水素ガスと混合し
て圧縮機に入る。

【0011】

【実施例】図1によって説明する。製鉄所の工場排熱1
を95℃の熱水として、また冷却水2として20℃の水
を利用して水素吸蔵合金の熱交換器4基からなる水素ガ
ス圧縮機5を作動させた。水素吸蔵合金としては図4に
示す水素解離圧曲線を有するLaNi5 合金を用い、各
熱交換器に540kgづつ充填した。このときの水素ガ
ス圧縮機のサイクルは図5に示すものである。原料ガス
として、コークス炉ガスから圧力揺動法によって分離精
製した純度99.999%の高純度水素ガス3を毎時5
0Nm3 供給し、これにリサイクルガス14を毎時55
0Nm3 を併せて水素ガス圧縮機5に送り、絶対圧力7
atmに昇圧し送り出した。この水素ガスを熱交換器9
に導入して−189℃に冷却した後毎時50Nm3 だけ
の水素を膨張弁10に導き、さらに温度を−253℃ま
で下げて液化させ毎時65リットルの液体水素11を取
り出した。なお、図には示さないが熱交換器内の水素ガ
スラインには液化効率を上昇させるため、オルソ水素を
パラ水素に変換する触媒層を設けている。

【0012】一方、熱交換器9から出た残りの550N
3 /時の水素ガスは水素膨張仕事機12で膨張仕事を
させて、圧力を絶対圧力で1.9atmまで低下させ、
温度を−219℃まで低下させた後、前記熱交換器9に
導入して、水素ガス圧縮機5より送られる水素ガスと熱
交換させ約10℃の水素ガスとなった。これを原料ガス
(高純度水素ガス3)と混合して再度水素ガス圧縮機5
へ送り込み循環使用した。

【0013】

【発明の効果】これまでの液体水素の製造に必要であっ
た原料の水素混合ガスの加熱生成や高圧化に必要な燃料
を使用せず、またヘリウムガスの高圧化に必要な電動コ
ンプレッサへの電力も使用せず、工場の低温度の排熱の
みを使って液体水素を造ることに成功した。

【0014】このことにより液体水素を造るに要したエ
ネルギーを新たに消費することなく、これまで利用価値
のなかった100℃程度の排熱エネルギーのみによって
利用価値の高い液体水素の製造が可能になり、産業上の
省エネルギー、CO2 発生量の削減にも大きく寄与する
ことができる。得られた液体水素はロケットや自動車な
どの燃料としてだけでなく、最近の超電導機器への冷却
媒体として使用可能であり、広範な利用に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】図1は本発明による液体水素の製造方法のフロ
ーシートである。

【図2】図2は実施例を示す。

【図3】図3はこれまでの液体水素の製造方法のフロー
シートである。

【図4】図4は金属水素化物の解離圧曲線を示す。

【図5】水素吸蔵合金によるガス圧縮サイクル特性を示
す。

【符号の説明】

1 工場排熱 2 冷却水 3 高純度水素ガス 4 入口管 5 水素ガス圧縮機 6 出口管 7、8 制御弁 9 熱交換器 10 膨張弁 11 液体水素 12 水素膨張仕事機 13 制御弁 14 リサイクルガス 21 コークス炉発生ガス 22 PSA回収水素ガス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 水素吸蔵合金を内蔵した水素ガス圧縮機
    に工場排熱による熱源を供給して水素吸蔵合金から高圧
    水素ガスを脱蔵させ、該高圧水素ガスを所定圧力、所定
    流量に制御しつつ熱交換器を通して冷却後、水素膨張仕
    事をさせて低圧低温水素ガスとし、該低圧低温水素ガス
    を前記熱交換器にて前記高圧水素ガスと熱交換させた
    後、前記水素ガス圧縮機内の水素吸蔵合金に吸蔵させる
    一連のクローズドサーキットを形成して前記熱交換器を
    冷却し、 該クローズドサーキットの水素ガス圧縮機の吸入側に高
    純度水素ガスを補給し、前記水素ガス圧縮機の吐出側か
    ら一部の水素ガスを抽気し、該抽気を前記熱交換器を通
    して冷却した後膨張弁にて膨張させて液化することを特
    徴とする液体水素の製造方法。
JP19307891A 1991-08-01 1991-08-01 液体水素の製造方法 Withdrawn JPH0532402A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104321538A (zh) * 2012-04-16 2015-01-28 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于压缩湿气流的装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104321538A (zh) * 2012-04-16 2015-01-28 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于压缩湿气流的装置

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