JPS6340703A - 水素ガスの精製方法 - Google Patents

水素ガスの精製方法

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JPS6340703A
JPS6340703A JP61181954A JP18195486A JPS6340703A JP S6340703 A JPS6340703 A JP S6340703A JP 61181954 A JP61181954 A JP 61181954A JP 18195486 A JP18195486 A JP 18195486A JP S6340703 A JPS6340703 A JP S6340703A
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Japan
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heat
heat exchanger
hydrogen
valve
hydrogen gas
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JP61181954A
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Kotaro Chiba
千葉 康太郎
Tatsuo Hasegawa
長谷川 龍雄
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Japan Steel Works Ltd
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Japan Steel Works Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、水素ガスの精製方法に関するものである。
(ロ)従来の技術 水素ガスを含む原料ガスから水素ガスのみを労連して精
製する1方法として、例えば特開昭61−86401号
公報に示されるような水素貯蔵合金を用いる方法がある
。水素貯蔵合金の水素ガス平衡圧力は温度の上昇に応じ
て高くなる。
従って、まず容器内に充てんされた水素貯蔵合金の平衡
圧力が回収すべき水素ガスの圧力以下となる温度に保持
した状態で容器内に水素ガスを送り込む。これにより水
素ガスは水素貯蔵合金に吸収される。次いで、水素貯蔵
合金を加熱すると水素貯蔵合金から水素ガスが放出され
る。これにより純度の高い水素ガスを得ることができる
(ハ)発明が解決しようとする問題点 しかし、上記のような従来の水素ガスの精製方法では、
水素貯蔵合金に水素ガスを吸収させる際に冷却を行う必
要があり、逆に水素を放出させる際には加熱する必要が
ある。このため、加熱及び冷却のために多大なエネルギ
ーを必要とする(熱源を使用しない場合には水素ガスの
放出量が非常に少なく、効率か悪いものとなる)。また
、水素ガスの放出か間欠的なものとなり、連続的に水素
ガスを精製することが困難である。本発明は、このよう
な問題点を解決することを目的としている。
(ニ)問題点を解決するための手段 本発明は、水素貯蔵合金を充て/v シた3個以上の熱
交換器を用い、各熱交換器の運転サイクルの位相をずら
すことにより上記問題点を解決する。
すなわち、本発明による水素ガスの特製方法は、水素貯
蔵合金を充てんした3個以上の熱交換器と、各熱交換器
への原料ガス供給路を開閉可能な供給用バルブと、各熱
交換器からの特製水素ガス取出路の開閉を制御可能な精
製ガス取出用バルブと、精製水素ガス取出路と並列に設
けられるガス排出路の開閉を制御可能な排出用バルブと
、温度調節機構付きの熱媒体タンクと、熱媒体タンク内
の熱媒体を各熱交換器を通して循環させるように接続さ
れたポンプ及び熱媒体用配管とを設け、ポンプは常に作
動させて熱媒体を各熱交換器内に循環させ、各熱交換器
の供給用バルブ、排出用バルブ及び精製ガス取出用バル
ブはこの順序で1つのバルブのみが開となるように順次
切換え、複数の熱交換器のバルブの開閉のサイクルの関
係は順次熱交換器の数の逆数だけ位相をずらした状態と
することを要旨としている。
(ホ)作用 上述のように各熱交換器の供給用バルブ、排出用バルブ
、精製ガス取出用バルブの開閉を制御することにより、
1つの熱交換器においては原料ガスの吸収が行われ、別
の熱交換器においては°濃縮されている不純物ガスを水
素ガスと共に排出させ、更に別の熱交換器では吸収され
ている水素の取出しが行われる。この状態を例えば3つ
の熱交換器について位相をずらして順次切り換えていく
ことにより、常にいずれか1つの熱交換器から精製され
た水素ガスが取り出されることになり、連続的に水素ガ
スを精製することができる。
また、ポンプによって各熱交換器に熱媒体が循環されて
いるため、発熱状態にある熱交換器から吸熱状態にある
熱交換器へ熱の移動が行われ、熱媒体用タンクの温度調
節機構は発熱と吸熱とのビステリシス分の熱及び配管等
における熱損失だけを補充すればよい。これにより非常
に熱効率も高いものとなる。
(へ)実施例 第1図に本発明の実施例を示す。原料ガスは例えば電解
槽により構成される水素ガス発生装置10から管路12
に供給される。管路12に設けられたバルブ14の下流
側は並列に設けられた3本の管路に分岐しており、各管
路は供給用バルブ16a、16b及び16cを介して熱
交換器18a、18b及び18cの人口側と接続されて
いる。熱交換器18a、18b及び18cの出口側には
、それぞれ並列に精製ガス取出用バルブ20a、20b
及び20cと排出用バルブ22a、22b及び22cが
設けられている。精製ガス取出用バルブ20a、20b
及び20cは管路24により精製水素ガス用の容器26
と接続されている。また、排出用バルブ22a、22b
及び22cは管路28により不純物ガス排出用の容器3
0と接続されている。なお、管路24には運転開始時の
ガス排出用のバルブ32及び真空ポンプ33が設けられ
ている。また、前述の管路12のバルブ14の下流側に
は、装置の緊急遮断用のアルゴンガスが充てんされたボ
ンベ34がバルブ36を介して接続されており、またバ
ルブ38を介して真空ポンプ40が連結されている。
管状の水素貯蔵合金用の熱交換器18a、18b及び1
8c内にはCaN1MmAl系の水素貯蔵合金の200
〜50メツシュ程度の粒径のものが充てんされている。
熱交換器18a、18b及び18cは、直径165mm
、長さ600mmの円筒形のものであり、水素貯蔵合金
は約5kg充てんされる(充てん率約70%)、)熱交
換器18a、18b及び18cの水素ガスの人[I及び
出口には合金の飛散を防止するため数ミクロンメートル
の穴径の金属焼結体のフィルター42a、42b及び4
2c、及び44a、44b及び44cが設けられている
。また、熱交換器18a、18b及び18cにはガス圧
力の異常上昇を防止する安全弁45a、45b及び45
cが設けられている。熱交換器18a、18b及び18
cの熱媒体通路46a、46b及び46cには熱媒体用
管路48が接続されており、この熱媒体用管路48には
熱媒体タンク50からポンプ52によって供給される熱
媒体が循環するよう゛ にな)ている。熱媒体タンク5
0には給水源52から水を補給可能であり、また熱媒体
タンク50には蒸気源54から蒸気を供給可能であり、
これにより熱媒体タンク50内の熱媒体の温度を調節可
能としである。
次にこの実施例の作用について説明する。水素ガス発生
装置10は純度99.9%程度の原料ガスを発生する。
運転開始時にはバルブ14、バルブ36、供給用バルブ
16a、16b及び16c、精製ガス取出用バルブ20
a、20b及び20c、排出用バルブ22a、22b及
び22c、及びバルブ32を開とし、熱交換器18a、
18b及び18c及びすべての管路内に水素ガスを流し
、次いでバルブ38及びバルブ32を開くと共に真空ポ
ンプ40及び33を作動させ、熱交換器18a、18b
及び18c、及び管路内の不純物ガスを水素ガスと共に
排気する。
次いで、バルブ36、バルブ38及びバルブ32を閉と
する。また、この間にポンプ52からの熱媒体タンク5
0への水の供給及び蒸気源54からの蒸気の供給を調整
して熱媒体タンク50内の熱媒体の温度を所定温度にし
ておく。次いで、ポンプ52を作動させ熱媒体用管路4
8内を熱媒体を循環させ、熱交換器18a、18b及び
18c内の水素貯蔵合金の温度を一定温度にする。次い
で、バルブ14を開とし、また供給用バルブ16aを開
とする。これにより熱交換器18a内の水素貯蔵合金に
水素が吸収される。熱交換器18aの水素ガスが飽和状
態になると供給用バルブf6aを閉じる。これと同時に
排出用バルブ22aを開き、不純物ガスを含む水素ガス
を管路28を通して排出する。管路28を通して排出さ
れる水素ガスの純度が必要とする精製水素ガスの純度(
例えば、99.999%)に達すると、排出用バルブ2
2aを閉じ、同時に特製ガス取出用バルブ20aを開く
。これにより管路24を介して容器26に精製水素ガス
が回収される。熱交換器18aの水素ガス圧力が所定値
まで低下すると精製ガス取出用バルブ20aを閉じ、再
び供給用バルブ16aを開いて原料ガスを入れる。この
熱交換器18aについては以下同様のサイクルを繰り返
す。熱交換器18bについても上記熱交換器18aと同
様のサイクルを行わせるが、熱交換器18aとは位相が
ずれた状態でサイクルが実行される。すなわち、供給用
バルブ16bが開かれるのは、熱交換器18aの水素ガ
スが飽和状態に達して供給用バルブ16aが閉じられた
時点となるようにしである。熱交換器tSCについても
同様のサイクルが繰り返されるが、これも熱交換器18
bに対して位相かずれた状態となっている。すなわち、
供給用バルブ16cが開かれて熱交換器fsc内に原料
ガスが入り始めるのは、熱交換器18bの水素ガスが飽
和状態に達して供給用バルブ16bが閉じられたときで
ある。熱交換器18cの水素ガスか飽和状態に達したと
き、供給用バルブ16aが開かれて熱交換器18a内に
原料ガスが入り始める。従って、熱交換器18a、18
b及び18cは運転サイクルの位相が1/3ずつずれて
おり、いずれか1つは水素ガスを吸収中であり、残りの
うちの1つは不純物を含む水素ガスを排出中であり、残
りのもう1つのものは特製された水素ガスを取出し中で
ある。
なお、不純物ガスを含む水素ガスを排出中の熱交換器の
水素ガス純度が比較的早く精製水素ガス純度に達したと
きには、2つの熱交換器から精製水素ガスの取出しか行
われる状態としてもよい。こわにより3つの熱交換器1
8a、18b及び18cのいずれか1つには常に水素ガ
ス発生装置10から原料ガスが供給さね、また少なくと
も1つの熱交換器から特製水素ガスの取出しが行われる
ことになるので、連続的に原料ガスが送られると共に連
続的に特製水素ガスが得られることになる。また、上記
のような特製動作中に熱媒体タンク50内の熱媒体の温
度を一定に保持するために蒸気源54からの熱量の供給
は非常に少なくてよい。これは熱交換器18a、18b
及び18cのいずれか1つでは水素が吸収されており、
熱媒体側に熱が流れるのに対して、残りの2つの熱交換
器では水素の放出が行われており、熱媒体側から水素貯
蔵合金側へ熱が流れるため、全体としては熱の収支はほ
ぼバランスしており、吸熱と発熱とのヒステリシス分と
管路や熱交換器における熱損失を補うだけで熱媒体タン
ク50内の熱媒体の温度を一定値に保持することができ
る。従って、非常にエネルギー効率の高いものとなって
いる。水素貯蔵合金の有効水素吸収量を、吸収圧力6気
圧、温度60℃の条件で110jZ/kgとし、この装
置を用いて1時間当りlNm3の精製水素ガス(純度9
9.999%)を得ることができ、連続1500回稼動
させて回収率は80%以上となった。
(ト)発明の詳細 な説明してきたように、本発明によると、水素貯蔵合金
を内蔵した3以上の熱交換器を組み合せ、運転サイクル
の位相をずらした状態で作動させるようにしたので、原
料ガスを連続的に精製して純度の高い水素ガスを得るこ
とができる。
また、吸熱状態にある熱交換器と発熱状態にある熱交換
器とで相互に熱が補われるので、必要な熱エネルギーは
非常に少なくなっている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す図である。 10・・・水素ガス発生装置、16a。 16b、16cm−−供給用バルブ、18a。 18b、18c・・−熱交換器、20a。 20b、20c・・・精製ガス取出用バルブ、22a、
22b、22c −−−排出用ハルツ、48・・・熱媒
体用管路、5o・・・熱媒体タンク、52・・・ポンプ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 原料ガスを精製して精製水素ガスを得る水素ガスの精製
    方法において、 水素貯蔵合金を充てんした3個以上の熱交換器と、各熱
    交換器への原料ガス供給路を開閉可能な供給用バルブと
    、各熱交換器からの精製水素ガス取出路の開閉を制御可
    能な精製ガス取出用バルブと、精製水素ガス取出路と並
    列に設けられるガス排出路の開閉を制御可能な排出用バ
    ルブと、温度調節機構付きの熱媒体タンクと、熱媒体タ
    ンク内の熱媒体を各熱交換器を通して循環させるように
    接続されたポンプ及び熱媒体用配管とを設け、ポンプは
    常に作動させて熱媒体を各熱交換器内に循環させ、各熱
    交換器の供給用バルブ、排出用バルブ及び精製ガス取出
    用バルブはこの順序で1つのバルブのみが開となるよう
    に順次切換え、複数の熱交換器のバルブの開閉のサイク
    ルの関係は順次熱交換器の数の逆数だけ位相をずらした
    状態とすることを特徴とする水素ガスの精製方法。
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Cited By (4)

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