KR20160047472A - 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법 - Google Patents

Abstract

연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급하도록 하면서, 흡착 대상 성분의 회수 효율을 높일 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공하는 저렴화와 연소 운전의 효율화 등을 도모할 수 있는 관형 버너를 제공한다. 탈착 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 흡착탑(1)의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크 T에 배출하는 감압 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 부압(負壓) 상태로 조정된 진공 탱크 S에 의해, 흡착탑(1)의 내부 가스를 흡인하는 탱크 흡인 공정, 및 진공 펌프 P에 의해 흡착탑(1)을 흡인하는 펌프 흡인 공정을 순차적으로 행하고, 단위 처리 기간의 종기(終期)에 있어서, 진공 펌프 P에 의해 진공 탱크 S를 흡인 작용시켜, 진공 탱크 S 내의 오프 가스의 배출 및 진공 탱크 S의 부압 상태로의 조정을 행한다.

Description

압력 변동 흡착식 수소 제조 방법{METHOD FOR HYDROGEN PRODUCTION BY PRESSURE SWING ADSORPTION}

본 발명은, 수소 성분 및 수소 성분 이외의 가연성 성분을 포함하는 원료 가스로부터 수소 성분 이외의 흡착 대상 성분을 흡착제에 흡착시켜 제품 가스를 생성하는 4개의 흡착탑, 및 상기 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 회수하고 또한 회수한 오프 가스를 연소 장치에 공급하는 오프 가스 탱크가 설치되고, 4개의 상기 흡착탑 중 1개에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행하고, 상기 흡착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 균압용 배출 공정을 행하고, 상기 균압용 배출 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 탈착 공정을 행하고, 상기 탈착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 상기 흡착 공정의 전 공정으로서의 복압(腹壓) 공정을 행하고, 또한 상기 탈착 공정을 행하는 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 상기 오프 가스 탱크에 회수하는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 관한 것이다.

전술한 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법(PSA법: Pressure Swing Adsorption)은, 수소 성분 및 수소 성분 이외의 가연성 성분을 포함하는 원료 가스로부터 수소 성분 이외의 흡착 대상 성분을 흡착제에 흡착함으로써, 수소 농도가 높은 제품 가스를 제조하는 것이며, 또한, 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스에는, 가연성 성분이 포함되어 있으므로, 오프 가스 탱크에 회수한 오프 가스를 연소 장치에 공급하여 연소시키도록 한 것이다.

이와 같은 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 종래예로서, 도시가스를 개질(改質) 처리하는 개질기로부터 공급되는 개질 가스를 원료 가스로 하여 제품 가스를 제조하고, 제품 가스를 연료 전지에 공급하고, 개질기를 가열하는 연소 장치에 오프 가스를 공급하도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서는, 탈착 공정으로서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크에 배출하는 블로우 공정, 및 균압용 배출 공정의 흡착탑의 내부 가스를 탈착 공정의 흡착탑을 통해 유동시키고, 오프 가스로서 오프 가스 탱크에 배출하는 퍼지(purge) 공정을 순차적으로 행하게 되어 있다.

또한, 특허 문헌 1에는 기재되어 있지 않지만, 퍼지 공정에 있어서, 흡착 공정의 흡착탑으로부터 공급되는 제품 가스의 일부를 탈착 공정의 흡착탑을 통해 유동시키고, 오프 가스로서 오프 가스 탱크에 배출하도록 하는 예도 있다.

일본공개특허 제2002-355522호 공보

압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서는, 탈착 공정에 있어서, 탈착 공정의 흡착탑의 흡착제에 흡착된 흡착 대상 성분을 정확하게 이탈시키는 것에 의해, 흡착 대상 성분의 회수 효율을 높이는 것이 요구된다.

이를 위한 방법으로서, 탈착 공정의 흡착탑에 대하여 흡인 작용하는 진공 펌프를 설치함으로써, 흡착 대상 성분을 정확하게 이탈시키도록 하는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 고려할 수 있지만, 이 방법에 있어서는, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급할 수 없게 될 우려가 있다.

즉, 본원의 발명자는, 진공 펌프에 의해 탈착 공정의 흡착탑을 흡인하는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 고려하였지만, 단지, 진공 펌프에 의해 흡착탑을 흡인하는 것만으로는, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급할 수 없게 될 우려가 있는 것을 발견하였다.

이하, 진공 펌프를 이용한 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급할 수 없게 될 우려가 있는 것에 대하여, 본원의 발명자가 창출한 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법(이하, 비교 방법이라고 칭함)을 구체적으로 설명하면서 상세하게 설명한다. 그리고, 비교 방법은, 본원의 출원시에 있어서 공개적으로 알려진 발명은 아니다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 4개의 흡착탑(1)으로서, A탑, B탑, C탑, D탑이 설치되고, 4개의 흡착탑(1)의 하부에는, 압축기(2)에 의해 압축된 원료 가스 G를 공급하는 원료 가스 공급로(3), 및 오프 가스를 배출하는 오프 가스 배출로(4)가 접속되어 있다.

그리고, 4개의 흡착탑(1)의 각각에 대응하여, 원료 가스 공급로(3)를 개폐하는 원료 가스 공급 밸브 A1, B1, C1, D1, 및 오프 가스 배출로(4)를 개폐하는 오프 가스 배출 밸브 A5, B5, C5, D5가 설치되어 있다.

그리고, 원료 가스 공급로(3)에서의 압축기(2)의 하류측 개소(箇所)에는, 수소 가스 제조 운전을 정지시킬 때 폐쇄되는 원 가스 밸브(3A)가 설치되어 있다.

4개의 흡착탑(1)의 상부에는, 제품 가스 H를 송출하는 제품 가스 송출로(5), 이 제품 가스 송출로(5)로부터 분기하여, 제품 가스 송출로(5)를 유동하는 제품 가스 H의 일부를 흡착탑(1)에 환류하는 환류로(6), 및 4개의 흡착탑(1)을 서로 연통 접속하기 위한 탑 연통로(7)가 접속되어 있다.

그리고, 4개의 흡착탑(1)의 각각에 대응하여, 제품 가스 송출로(5)를 개폐하는 제품 가스 송출 밸브 A2, B2, C2, D2, 환류로(6)를 개폐하는 제품 가스 환류 밸브 A3, B3, C3, D3, 및 탑 연통로(7)를 개폐하는 연통 단속 밸브 A4, B4, C4, D4가 설치되어 있다.

오프 가스 배출로(4)에는, 오프 가스를 회수하고 또한 회수한 오프 가스를 연소 장치로서의 버너(8)에 공급하는 오프 가스 탱크 T가 설치되어 있다.

이 비교 방법에 있어서는, 오프 가스 탱크 T로서, 제1 탱크 T1과, 제2 탱크 T2가 설치되고, 오프 가스 배출로(4)에서의 오프 가스 탱크 T를 설치하는 탱크 설치 부분이, 제1 배출로(4a)와 제2 배출로(4b)를 병렬 형태로 구비하고, 제1 탱크 T1이, 제1 배출로(4a)에 설치되고, 제2 탱크 T2가, 제2 배출로(4b)에 설치되어 있다.

펌프 설치 유로(9)가, 오프 가스 배출로(4)에서의 탱크 설치 부분보다 상류측 개소와 제2 배출로(4b)에서의 제2 탱크 T2의 상류측 개소를 접속하는 상태로 설치되고, 이 펌프 설치 유로(9)에, 진공 펌프 P가 설치되어 있다.

그리고, 오프 가스 배출로(4)에서의 펌프 설치 유로(9)의 진공 펌프 P보다 상류측 부분에, 제1 개폐 밸브 V1이 설치되고, 제1 배출로(4a)의 제1 탱크 T1보다 상류측 부분에, 제2 개폐 밸브 V2가 설치되고, 제2 배출로(4b)에서의 펌프 설치 유로(9)의 접속 개소보다 상류측 부분에, 제3 개폐 밸브 V3가 설치되어 있다.

따라서, 제1 개폐 밸브 V1∼제3 개폐 밸브 V3 중, 제2 개폐 밸브 V2를 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 13에 나타낸 바와 같이, 흡착탑(1)으로부터의 오프 가스를 제1 탱크 T1에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제1 유동 상태를 나타낼 수 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제3 개폐 밸브 V3 중, 제3 개폐 밸브 V3를 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 14에 나타낸 바와 같이, 흡착탑(1)으로부터의 오프 가스를 제2 탱크 T2에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제2 유동 상태를 나타낼 수 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제3 개폐 밸브 V3 중, 제1 개폐 밸브 V1을 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 15에 나타낸 바와 같이, 진공 펌프 P에 의해 흡착탑(1)을 흡인하여, 진공 펌프 P에 의해 공급되는 오프 가스를 제2 탱크 T2에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제3 유동 상태를 나타낼 수 있다.

또한, 제1 배출로(4a)에서의 제1 탱크 T1보다 하류측 부분에, 제1 유량 제어 밸브 R1이 설치되고, 제2 배출로(4b)에서의 제2 탱크 T2보다 하류측 부분에, 제2 유량 제어 밸브 R2가 설치되어 있고, 이들 제1 유량 제어 밸브 R1 및 제2 유량 제어 밸브 R2의 유량 제어에 의해, 버너(8)에 공급하는 오프 가스의 유량이 과대하게 되거나 과소하게 되는 것이 억제된다.

즉, 제1 유동 상태에 있어서는, 제1 유량 제어 밸브 R1에 의해, 오프 가스의 유량이 제어되고, 제2 유동 상태 및 제3 유동 상태에 있어서는, 기본적으로는, 제2 유량 제어 밸브 R2에 의해 오프 가스의 유량이 제어되고, 오프 가스의 유량이 부족할 때는, 제1 탱크 T1에 회수한 오프 가스를 보급하기 위하여, 제1 유량 제어 밸브 R1이 제어된다.

그리고, 이 비교 방법에 있어서는, 도 12에 나타낸 운전 사이클을 채용하였다.

또한, 4개의 흡착탑(1)중 1개에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행하고, 흡착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑(1)에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 균압용 배출 공정을 행하고, 균압용 배출 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑(1)에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 탈착 공정을 행하고, 탈착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑(1)에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정의 전 공정으로서의 복압 공정을 행하게 된다.

즉, 4개의 흡착탑(1)의 각각은, 흡착 공정, 균압용 배출 공정, 탈착 공정, 복압 공정을, 단위 처리 기간이 경과할 때마다 다음 공정으로 전환하는 형태로, 순차적으로 행하게 된다.

이와 같이, 4개의 흡착탑(1)의 각각은, 흡착 공정, 균압용 배출 공정, 탈착 공정, 복압 공정을 순차적으로 행하게 되지만, 이하의 설명에 있어서는, 4개의 흡착탑(1) 중, A탑이 흡착 공정을 행하고, B탑이 복압 공정을 행하고, C탑이 탈착 공정을 행하고, D탑이 균압용 배출 공정을 행하는 경우에 대하여 설명한다.

즉, A탑에 대응하는 원료 가스 공급 밸브 A1 및 제품 가스 송출 밸브 A2를 개방하고, A탑에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행한다.

균압용 배출 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑의 내부의 가스를 복압 공정의 B탑에 공급하는 전단계(前段階) 배출 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 종기(終期)에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑의 내부 가스를 탈착 공정의 C탑에 공급하는 후단계(後段階) 배출 공정을 행한다.

또한, 전단계 배출 공정이나 후단계 배출 공정에 있어서는, 연통(連通) 단속 밸브 A4, B4, C4, D4를 선택적으로 개방하게 된다.

탈착 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 탈착 공정의 C탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크 T에 배출하는 감압 공정을 후술하는 바와 같이 행하고, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 상기한 제3 유동 상태에서, 진공 펌프 P에 의해 탈착 공정의 C탑을 흡인하는 펌프 흡인 공정을 행하고(도 15 참조), 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑으로부터 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 탈착 공정의 C탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행한다(도 16 참조).

이 비교 방법에 있어서는, 감압 공정으로서, 상기한 제1 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제1 탱크 T1을 연통시키는 제1 감압 공정(도 13 참조), 및 상기한 제2 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제2 탱크 T2를 연통시키는 제2 감압 공정(도 14 참조)을 순차적으로 행하고, 이어서, 전술한 탱크 흡인 공정을 행하게 된다.

복압 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑으로부터 전단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 복압 공정의 B탑에 받아들이는 전단계 수용 공정을 행하고, 그 후, 흡착 공정의 A탑에 의해 생성된 제품 가스 H의 일부를 복압 공정의 B탑에 받아들이는 승압 공정을 행한다.

또한, 승압 공정을 행하는 경우에는, 제품 가스 환류 밸브 A3, B3, C3, D3 중, B탑에 대응하는 제품 가스 환류 밸브 B3를 개방하게 된다.

또한, 이 비교 방법에 있어서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 단위 처리 기간이, 제1 스텝으로부터 제5 스텝으로 구분되어 있다.

그리고, 전단계 수용 공정과 전단계 배출 공정이, 제1 스텝과 제2 스텝에서 행해지고, 승압 공정과 펌프 흡인 공정이, 제3 스텝와 제4 스텝에서 행해지고, 제1 감압 공정이 제1 스텝에서 행해지고, 제2 감압 공정이 제2스텝에서 행해지고, 후단계 수용 공정과 후단계 배출 공정이, 제5 스텝에서 행해진다.

또한, B탑의 복압 공정에서는, 제5 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지(休止) 상태가 되고, 마찬가지로, D탑의 균압용 배출 공정에서는, 제3 스텝 및 제4 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지 상태가 된다.

그리고, 제1 스텝∼제5 스텝의 각 스텝의 시간적인 길이는, 반드시 동일한 길이는 아니며, 각각의 공정을 행하기 에 적합한 길이로 설정한다.

도 17은, 상기한 비교 방법을 실시한 경우의, 제1 탱크 T1이나 제2 탱크 T2의 압력의 변화, 오프 가스 배출로(4)를 통해 버너(8)를 향해 유동하는 오프 가스 유량의 변화, 및 흡착탑(1)(C탑)의 압력의 변화를 나타낸 것이다. 또한, 제2 탱크 T2의 압력은, 진공 펌프 P의 토출 압력에 대응한다.

그리고, 도 17에 있어서는, 제1 감압 공정의 개시를 「제1 감압 개시」로 기재하고, 제2 감압 공정의 개시를 「제2 감압 개시」로 기재하고, 펌프 흡인 공정의 개시를 「진공 공정 개시」로 기재하고, 펌프 흡인 공정의 종료를 「진공 공정 종료」로 기재한다.

또한, 도 17은, 흡착 공정의 흡착탑(1)의 내부 압력이, 약 750 kPaG이며, 후단계 배출 공정을 행한 단계의 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 약 150 kPaG인 경우의 변화를 나타낸 것이다.

그리고, 탈착 공정을 개시할 때의 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력(약 150 kPaG)이, 제1 감압 공정을 행하면, 약 150 kPaG로부터 약 70 kPaG 정도로 감소하고, 제2 감압 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 대기압 정도(약 10 kPaG 정도)까지 감소하고, 그리고, 펌프 흡인 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 약 -90 kPaG 정도로 감소하는 것을 나타내고 있다.

도 17에 있어서, 오프 가스량의 변화에 주목하면, 펌프 흡인 공정을 개시하면, 오프 가스량이 급격하게 증가하게 되고, 또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서는, 오프 가스량이 극단적으로 적어지는 것을 알 수 있다.

펌프 흡인 공정을 개시함으로써, 오프 가스량이 급격하게 증가하는 이유는, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이 대기압보다 높은(약 10 kPaG 정도) 상태에서, 흡착탑(1)(C탑)에 대하여 진공 펌프 P가 흡인 작용하는 것이 그 원인이다.

또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서, 오프 가스량이 극단적으로 적어지는 것은, 제1 탱크 T1 및 제2 탱크 T2에서의 오프 가스의 회수량이 감소하고 있음에도 불구하고, 제1 탱크 T1 및 제2 탱크 T2에 대하여 오프 가스가 공급되지 않는 상태이기 때문이다.

즉, 제1 탱크 T1 및 제2 탱크 T2에서의 오프 가스의 회수량이 감소하고 있는 상태에서, 제1 탱크 T1 및 제2 탱크 T2로 회수하고 있는 오프 가스를 버너(8)에 공급하게 되므로, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서, 오프 가스량이 극단적으로 적어지기 때문이다.

그리고, 펌프 흡인 공정의 개시에 의해, 오프 가스량이 급격하게 증가할 때나, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서, 오프 가스량이 극단적으로 적어질 때, 버너(8)의 연소 상태가 불안정하게 될 우려가 있다.

요컨대, 비교 방법의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서는, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급할 수 없게 될 우려가 있어, 개선할 필요가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급하도록 하면서, 흡착 대상 성분의 회수 효율을 높일 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공하는 점에 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법은, 수소 성분 및 수소 성분 이외의 가연성 성분을 포함하는 원료 가스로부터 수소 성분 이외의 흡착 대상 성분을 흡착제에 흡착시켜 제품 가스를 생성하는 4개의 흡착탑, 및 상기 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 회수하고 또한 회수한 오프 가스를 연소 장치에 공급하는 오프 가스 탱크가 설치되고,

4개의 상기 흡착탑 중 1개에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행하고, 상기 흡착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 균압용 배출 공정을 행하고, 상기 균압용 배출 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 탈착 공정을 행하고, 상기 탈착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 상기 흡착 공정의 전 공정으로서의 복압 공정을 행하고, 또한 상기 탈착 공정을 행하는 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 상기 오프 가스 탱크에 회수하는 방법으로서, 그 제1 특징적 방법은,

상기 흡착탑으로부터 흡인한 오프 가스를 상기 연소 장치에 공급하는 진공 펌프가, 상기 흡착탑에 대하여 흡인 작용하는 흡착탑 작용 상태와, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환 가능하게 설치되고,

상기 진공 탱크가, 상기 흡착탑과 연통되는 연통 상태와 상기 흡착탑과의 연통이 차단된 차단 상태로 전환 가능하게 설치되고,

상기 균압용 배출 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑의 내부의 가스를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 공급하는 전단계 배출 공정을 행하고, 상기 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 공급하는 후단계 배출 공정을 행하고,

상기 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태로 전환한 상기 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 상기 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 상기 진공 탱크의 부압(負壓) 상태로의 조정을 행하고,

상기 탈착 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 상기 오프 가스 탱크에 배출하는 감압 공정을 행하고, 상기 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 상기 부압 상태로 조정된 상기 진공 탱크를 상기 연통 상태로 전환하여, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 상기 진공 탱크에 흡인하는 탱크 흡인 공정, 및 상기 진공 탱크를 상기 차단 상태로 전환하고 또한 상기 연통 상태로 전환한 상기 진공 펌프에 의해 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑을 흡인하는 펌프 흡인 공정을 순차적으로 실행하고, 상기 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑으로부터 상기 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행하고,

상기 복압 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑으로부터 상기 전단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 전단계 수용 공정을 행하고, 그 후, 상기 흡착 공정의 상기 흡착탑에 의해 생성된 상기 제품 가스의 일부를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 승압 공정을 행하는 점을 특징으로 한다.

즉, 균압용 배출 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 흡착탑의 내부의 가스를 복압 공정의 흡착탑에 공급하는 전단계 배출 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 흡착탑의 내부 가스를 탈착 공정의 흡착탑에 공급하는 후단계 배출 공정을 행하게 된다.

또한, 복압 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 흡착탑으로부터 전단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 복압 공정의 흡착탑에 받아들이는 전단계 수용 공정을 행하고, 그 후, 흡착 공정의 상기 흡착탑에 의해 생성된 제품 가스의 일부를 복압 공정의 흡착탑에 받아들이는 승압 공정을 행하게 된다.

그리고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해, 흡착탑과의 연통을 차단하는 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 행하게 된다.

또한, 진공 펌프의 흡인 작용에 의해 진공 탱크로부터 배출되는 오프 가스는, 연소 장치에 공급된다.

또한, 탈착 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크에 배출하는 감압 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 탱크 흡인 공정, 및 펌프 흡인 공정을 순차적으로 행하고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 흡착탑으로부터 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 탈착 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행하게 된다.

탈착 공정에서의 탱크 흡인 공정은, 전술한 바와 같이, 단위 처리 기간의 종기에 있어서 진공 펌프의 흡인에 의해 부압 상태로 조정된 진공 탱크를, 탈착 공정의 흡착탑과 연통되는 연통 상태로 전환하여, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 진공 탱크에 흡인하는 공정이며, 펌프 흡인 공정은, 진공 탱크를 흡착탑과의 연통을 차단하는 차단 상태로 전환하고, 또한 탈착 공정의 흡착탑과 연통되는 연통 상태로 전환한 진공 펌프에 의해 탈착 공정의 흡착탑을 흡인하는 공정이다.

따라서, 본 발명의 제1 특징적 방법에 의하면, 탈착 공정의 흡착탑으로부터의 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

즉, 단위 처리 기간의 초기에 있어서는, 탈착 공정에서의 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크에 배출하므로, 오프 가스 탱크에 회수된 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

단위 처리 기간의 중기에 있어서, 탈착 공정에서의 탱크 흡인 공정을 행할 때는, 부압 상태의 진공 탱크가 탈착 공정의 흡착탑에 대하여 흡인 작용하게 되어, 탈착 공정의 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 연소 장치에 공급할 수는 없지만, 단위 처리 기간의 초기의 감압 공정에 의해 오프 가스 탱크에는, 다량의 오프 가스가 회수되어 있으므로, 이 회수되어 있는 오프 가스를 연소 장치에 공급함으로써, 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

또한, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 탈착 공정에서의 펌프 흡인 공정을 행할 때는, 탈착 공정의 흡착탑에 대하여 진공 펌프가 흡인 작용하는 것에 의해, 탈착 공정의 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 연소 장치에 공급하는 상태로 되므로, 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

단위 처리 기간의 종기에 있어서, 탈착 공정에서의 후단계 수용 공정을 행할 때는, 탈착 공정의 흡착탑으로부터는 오프 가스가 배출되지 않지만, 이 단위 처리 기간의 종기에 있어서는, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해, 흡착탑과의 연통을 차단하는 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 행하게 되므로, 탱크 흡인 공정에 있어서 진공 탱크 내에 회수한 오프 가스를 연소 장치에 공급하는 상태로 되므로, 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

또한, 단위 처리 기간의 중기에 있어서는, 탱크 흡인 공정을 행한 후, 펌프 흡인 공정이 행해지므로, 펌프 흡인 공정을 개시할 때는, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 압력을, 먼저 행해진 탱크 흡인 공정에 의해, 대기압보다 낮은 압력으로 조정할 수 있으므로, 펌프 흡인 공정을 개시한 직후에 있어서, 연소 장치에 공급하는 오프 가스의 양이 급증하는 것을 억제하여, 오프 가스를 연소 장치에 적절하게 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 특징적 방법에 의하면, 탈착 공정에서의 탱크 흡인 공정 및 펌프 흡인 공정에 있어서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부를 흡인하여, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 압력을 대기압보다 낮은 압력으로 만들기 때문에, 흡착탑의 흡착제에 흡착된 흡착 대상 성분을 정확하게 이탈시킬 수 있게 되므로, 흡착 대상 성분의 회수 효율을 높일 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제1 특징적 방법에 의하면, 연소 장치에 대하여 오프 가스를 적절하게 공급하도록 하면서, 흡착 대상 성분의 회수 효율을 높일 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제2 특징적 방법은, 상기 제1 특징적 방법에 더하여, 상기 오프 가스 탱크로서, 제1 탱크와 제2 탱크가 설치되고, 상기 감압 공정으로서, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑과 상기 제1 탱크를 연통시키는 제1 감압 공정, 및 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑과 상기 제2 탱크를 연통시키는 제2 감압 공정을 순차적으로 행하고, 이어서, 상기 탱크 흡인 공정을 행하는 점을 특징으로 한다.

즉, 탈착 공정에서의 감압 공정으로서, 제1 탱크에, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 회수하는 제1 감압 공정과, 제2 탱크에, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 회수하는 제2 감압 공정을 순차적으로 행하고, 이 제2 감압 공정에 이어서, 탱크 흡인 공정을 행하게 된다.

이와 같이, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를, 제1 탱크와 제2 탱크에 순차적으로 회수하므로, 1개의 오프 가스 탱크를 사용하여 오프 가스를 회수하는 것보다, 제1 탱크나 제2 탱크가 큰 용량의 탱크가 되는 것을 회피하면서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 적절히 회수시시킬 수 있다.

더 설명하면, 탈착 공정의 흡착탑의 감압 공정을 개시할 때의 내부압, 환언하면, 탈착 공정을 개시할 때의 내부압은, 균압용 배출 공정에 의해, 흡착 공정에서의 내부압(예를 들면, 약 750 kPaG)보다 저하되어 있지만, 매우 고압(예를 들면, 약 150 kPaG)이다.

따라서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이 대기압보다 높은 목표 압력(예를 들면, 약 40 kPaG)으로 저하될 때까지, 1개의 오프 가스 탱크에 의해 오프 가스를 회수하는 경우에는, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스가 고압(예를 들면, 약 150 kPaG)으로부터 목표 압력(예를 들면, 약 40 kPaG)으로 팽창하는 것을 허용하는 용량을, 오프 가스 탱크에 구비시키기 때문에, 오프 가스 탱크가 극단적으로 큰 용량의 탱크가 되는 문제가 있다.

본 발명의 제2 특징적 방법에 의하면, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이, 감압 공정을 개시할 때(탈착 공정을 개시할 때)의 초기압으로부터 대기압보다 매우 높은 압력(예를 들면, 약 70 kPaG)이 될 때까지는, 제1 탱크에 의해 오프 가스를 회수하고, 그 후, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이, 대기압보다 높은 목표 압력(예를 들면, 약 40 kPaG)이 될 때까지는, 제2 탱크에 의해 오프 가스를 회수함으로써, 제1 탱크나 제2 탱크가 큰 용량의 탱크가 되는 것을 회피하면서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 적절하게 회수시킬 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제2 특징적 방법에 의하면, 상기 제1 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 오프 가스 탱크로서 극단적으로 큰 용량의 탱크를 구비시키는 것을 회피하면서, 탈착 공정의 흡착탑의 내부 가스를 적절하게 회수시킬 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제3 특징적 방법은, 상기 제2 특징적 방법에 더하여, 상기 진공 펌프가, 상기 제2 탱크에 오프 가스를 공급하도록 구성되어 있는 점을 특징으로 한다.

즉, 진공 펌프로부터 토출되는 오프 가스가, 제2 탱크에 일단 저류(貯留)된 후 연소 장치에 공급되므로, 진공 펌프로부터 토출되는 고압의 오프 가스를, 적정한 압력으로 압력이 안정된 가스로 조정할 수 있으므로, 적정한 압력으로 압력이 안정된 오프 가스가 연소 장치에 공급된다.

이와 같이, 진공 펌프로부터 토출되는 오프 가스가, 적정한 압력으로 압력이 안정된 상태로 연소 장치에 공급되므로, 연소 장치의 연소 상태의 안정화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제3 특징적 방법에 의하면, 연소 장치의 연소 상태의 안정화를 도모할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제4 특징적 방법은, 상기 제2 또는 제3 특징적 방법에 더하여,

상기 제1 감압 공정을 행할 때, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태의 상기 진공 탱크를 흡인 작용하도록 하는 점을 특징으로 한다.

즉, 제1 감압 공정을 행할 때, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해, 흡착탑과의 연통을 차단하는 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시킨다.

즉, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 행하게 되지만, 이어서, 단위 처리 기간의 초기의 제1 감압 공정을 행할 때도, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시키는 것을 계속한다.

이와 같이, 단위 처리 기간의 종기에 더하여, 단위 처리 기간의 초기의 제1 감압 공정을 행할 때도, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시키는 것을 계속하므로, 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 정확하게 행하게 하여, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행하게 할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제4 특징적 방법에 의하면, 상기 제2 또는 제3 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 정확하게 행하게 하여, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행하게 할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제5 특징적 방법은, 상기 제1 특징적 방법에 더하여,

상기 감압 공정에 의해, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압이 상기 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하되고,

상기 감압 공정에 이어서, 상기 탱크 흡인 공정을 행하는 점을 특징으로 한다.

즉, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하되고, 이 감압 공정에 이어서, 탱크 흡인 공정이 행해지게 된다.

예를 들면, 초기압이, 150 kPaG인 경우에는, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이, 60∼90 kPaG로 감압되고, 탱크 흡인 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이, 대기압보다 낮은 부압 상태로 감압된다.

이와 같이, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압이 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하시키므로, 오프 가스 탱크가 큰 용량이 되는 것을 회피하면서, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행할 수 있다.

즉, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압을, 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 60%를 초과한 낮은 압력으로 저하시키는 경우에는, 오프 가스 탱크의 용량이 극단적으로 커지는 문제가 있다.

또한, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압을, 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40% 미만으로 되는 압력으로 저하시키는 경우에는, 오프 가스 탱크의 용량이 극단적으로 커지는 것을 회피할 수 있지만, 탱크 흡인 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압을 부압 상태로 감압시키기 어렵게 된다.

참고로 말하면, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압을, 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40% 미만이 되는 압력으로 저하시키는 경우에도, 큰 용량의 진공 탱크나 큰 능력의 흡인 펌프를 준비하면, 탱크 흡인 공정에 있어서 탈착 공정의 흡착탑의 내부압을 부압 상태로 감압시킬 수 있지만, 설비 비용이 증대하는 문제가 있다.

요컨대, 본 발명의 제5 특징적 방법에 의하면, 상기 제1 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 오프 가스 탱크가 큰 용량이 되는 것을 회피하면서, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제6 특징적 방법은, 상기 제5 특징적 방법에 더하여,

상기 감압 공정을 행할 때, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태의 상기 진공 탱크를 흡인 작용하도록 하는 점을 특징으로 한다.

즉, 감압 공정을 행할 때, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해, 흡착탑과의 연통을 차단하는 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시킨다.

즉, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 행하게 되지만, 이어서, 단위 처리 기간의 초기의 감압 공정을 행할 때도, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시키는 것을 계속한다.

이와 같이, 단위 처리 기간의 종기에 더하여, 단위 처리 기간의 초기의 감압 공정을 행할 때도, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프에 의해 차단 상태로 전환한 진공 탱크를 흡인 작용시키는 것을 계속하므로, 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 정확하게 행하게 하여, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행하게 할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제6 특징적 방법에 의하면, 상기 제5 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 진공 탱크의 부압 상태로의 조정을 정확하게 행하게 하여, 탱크 흡인 공정을 적절하게 행하게 할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제7 특징적 방법은, 상기 제5 또는 제6 특징적 방법에 더하여, 상기 오프 가스 탱크로서, 상기 감압 공정에 있어서 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 접속되는 제1 탱크와, 제2 탱크가 설치되고, 상기 진공 펌프가, 상기 제2 탱크에 오프 가스를 공급하도록 구성되어 있는 점을 특징으로 한다.

즉, 오프 가스 탱크로서, 제1 탱크와, 제2 탱크가 설치된다. 그리고, 제1 탱크가, 감압 공정에 있어서 탈착 공정의 흡착탑에 접속되어, 오프 가스의 회수를 행하게 되고, 진공 펌프가 제2 탱크에 오프 가스를 공급하게 된다.

이와 같이, 제1 탱크에 의해, 감압 공정에 있어서 탈착 공정의 흡착탑으로부터의 오프 가스를 회수하므로, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 흡착탑의 내부압이 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하되는 상태로, 오프 가스를 회수하는 것을 적절하게 행할 수 있다.

또한, 진공 펌프로부터 토출되는 오프 가스가, 제2 탱크에 의해 일단 저류된 후 연소 장치에 공급되므로, 진공 펌프로부터 토출되는 고압의 오프 가스를, 적정한 압력으로 압력이 안정된 가스로 조정할 수 있으므로, 적정한 압력으로 압력이 안정된 오프 가스가 연소 장치에 공급되는 것에 의해, 연소 장치의 연소 상태의 안정화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제7 특징적 방법에 의하면, 상기 제5 또는 제6 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 감압 공정에 있어서 오프 가스를 적절하게 회수하고, 또한 연소 장치의 연소 상태의 안정화를 도모할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제8 특징적 방법은, 상기 제1∼제7 특징적 방법 중 어느 하나에 더하여, 상기 진공 탱크에, 상기 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 흡착하는 오프 가스용 흡착제가 장전되어 있는 점을 특징으로 한다.

즉, 진공 탱크는, 진공 펌프에 흡인되는 것에 의해 저압이 되는 상태와, 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스가 도입되는 것에 의해 고압이 되는 상태를 반복하므로, 오프 가스용 흡착제가 진공 탱크에 장전되어 있으면, 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스는, 진공 탱크에 도입될 때, 오프 가스용 흡착제에 흡착된다.

그리고, 오프 가스용 흡착제에 흡착된 오프 가스는, 진공 펌프가 진공 탱크를 흡인할 때, 오프 가스용 흡착제로부터 이탈하여, 진공 탱크로부터 배출된다.

이와 같이, 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스가, 오프 가스용 흡착제에 흡착된 상태로 진공 탱크에 수납되므로, 오프 가스용 흡착제를 장전하지 않는 경우에 비교하여, 진공 탱크의 용적을 감소시켜도, 오프 가스를 진공 탱크에 소정대로 수납시킬 수 있으므로, 진공 탱크의 소형화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제8 특징적 방법에 의하면, 상기 제1∼제7 특징적 방법에 의한 작용 효과에 더하여, 진공 탱크의 소형화를 도모할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 제9 특징적 방법은, 상기 제8 특징적 방법에 더하여,

상기 원료 가스가, 메탄을 주성분으로 하는 피처리 가스를 개질 처리하여, 수소 성분, 수소 성분 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 일산화탄소, 질소, 이산화탄소, 수분을 포함하는 상태로 생성된 것이며,

상기 흡착탑에 장전되는 상기 흡착제가, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체(molecular sieves), 및 수분을 흡착하는 활성 알루미나를 포함하는 형태로 구성되며,

상기 오프 가스용 흡착제가, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체인 점을 특징으로 한다.

즉, 원료 가스가, 수소 성분, 수소 성분 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 일산화탄소, 질소, 이산화탄소, 수분을 포함하는 것에 대응시켜, 흡착탑에 장전하는 흡착제가, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체, 및 수분을 흡착하는 활성 알루미나를 포함하는 형태로 구성되어 있으므로, 수소 이외의 흡착 대상 성분을 흡착제에 의해 적절하게 흡착시켜, 수소 농도가 높은 제품 가스를 정확하게 제조할 수 있다.

그리고, 원료 가스가, 메탄을 주성분으로 하는 피처리 가스를 개질 처리하여 생성된 것인 경우에는, 오프 가스에는, 메탄 및 이산화탄소가 많이 포함되는 것을 감안하여, 진공 탱크에 장전하는 오프 가스용 흡착제를, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체로 하므로, 진공 탱크에 장전하는 오프 가스용 흡착제의 간소화를 도모할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 제9 특징적 방법에 의하면, 진공 탱크에 장전하는 오프 가스용 흡착제의 간소화를 도모할 수 있는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시하는 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 운전 사이클을 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 감압 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 제2 감압 공정을 나타낸 도면이다.
도 5는 탱크 흡인 공정을 나타낸 도면이다.
도 6은 펌프 흡인 공정을 나타낸 도면이다.
도 7은 후단계 수용 공정을 나타낸 도면이다.
도 8은 오프 가스 유량의 변화, 흡착탑 압력의 변화 등을 나타낸 그래프이다.
도 9는 다른 실시형태의 운전 사이클을 나타낸 도면이다.
도 10은 다른 실시형태의 오프 가스 유량의 변화, 흡착탑 압력 변화 등을 나타낸 그래프이다.
도 11은 비교 방법을 실시하는 장치를 나타낸 개략도이다.
도 12는 비교 방법의 운전 사이클을 나타낸 도면이다.
도 13은 비교 방법의 제1 감압 공정을 나타낸 도면이다.
도 14는 비교 방법의 제2 감압 공정을 나타낸 도면이다.
도 15는 비교 방법의 펌프 흡인 공정을 나타낸 도면이다.
도 16은 비교 방법의 후단계 수용 공정을 나타낸 도면이다.
도 17은 비교 방법의 오프 가스 유량의 변화, 흡착탑 압력의 변화 등을 나타낸 그래프이다.

이하에서, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

(압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시하는 장치의 전체 구성)

본 발명의 실시형태는, 전술한 비교 방법을 개조한 것이므로, 전술한 비교 방법과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 도면에 부여하여, 상세한 설명을 생략하고, 비교 방법과 상이한 부분에 대해 상세하게 설명한다.

또한, 원료 가스는, 메탄을 주성분으로 하는 피처리 가스로서의 도시가스를 개질 처리하여 생성한 개질 가스이며, 수소, 수소 가스 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분, 및 질소를 포함하는 것이며, 수소 이외의 흡착 대상 성분으로서, 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분, 및 질소가, 흡착탑(1)의 흡착제에 흡착된다.

즉, 흡착제가, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체, 및 수분을 흡착하는 활성 알루미나를 포함하는 형태로 구성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 전술한 비교 방법과 마찬가지로, 4개의 흡착탑(1)으로서, A탑, B탑, C탑, D탑이 설치되고, 오프 가스 탱크 T로서, 제1 탱크 T1과 이 제1 탱크 T1보다 용량이 작은 제2 탱크 T2가 설치되고, 진공 펌프 P가 설치되어 있다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, 탱크 설치 유로(10)가, 오프 가스 배출로(4)에서의 펌프 설치 유로(9)의 접속 개소보다 상류측 부분과, 펌프 설치 유로(9)에서의 진공 펌프 P와 제1 개폐 밸브 V1의 사이의 유로 부분을 접속하는 상태로 설치되어 있다.

탱크 설치 유로(10)에는, 진공 탱크 S가 설치되고, 탱크 설치 유로(10)에서의 진공 탱크 S보다 상류측 부분에는, 제4 개폐 밸브 V4가 설치되고, 탱크 설치 유로(10)에서의 진공 탱크 S보다 하류측 부분에는, 제5 개폐 밸브 V5가 설치되어 있다.

따라서, 제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5 중, 제2 개폐 밸브 V2를 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 3에 나타낸 바와 같이, 흡착탑(1)으로부터의 오프 가스를 제1 탱크 T1에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제1 유동 상태를 나타낼 수 있다.

또한, 도 3에 있어서는, 제2 개폐 밸브 V2에 더하여, 제5 개폐 밸브 V5를 개방하고 또한 진공 펌프 P를 흡인 작동시키는 상태를 나타내고, 후술하는 바와 같이, 진공 펌프 P에 의해 진공 탱크 S를 흡인 작동시킴으로써, 진공 탱크 S를 정확하게 부압 상태로 조정하도록 되어 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5 중, 제3 개폐 밸브 V3를 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 흡착탑(1)으로부터의 오프 가스를 제2 탱크 T2에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제2 유동 상태를 나타낼 수 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5 중, 제1 개폐 밸브 V1을 개방하고, 그 외를 폐쇄하고, 또한 진공 펌프 P를 흡인 작동시키는 것에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 진공 펌프 P에 의해 흡착탑(1)을 흡인하여, 진공 펌프 P에 의해 공급되는 오프 가스를 제2 탱크 T2에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제3 유동 상태를 나타낼 수 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5 중, 제4 개폐 밸브 V4를 개방하고, 그 외를 폐쇄하는 것에 의해, 도 5에 나타낸 바와 같이, 후술하는 바와 같이 부압 상태로 조정된 진공 탱크 S에 의해 흡착탑(1)을 흡인하여, 흡착탑(1)으로부터의 오프 가스를 진공 탱크 S에 회수하고, 또한 제1 탱크 T1이나 제2 탱크 T2에 회수한 오프 가스를 버너(8)에 공급하는 제4 유동 상태를 나타낼 수 있다.

제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5 중, 제5 개폐 밸브 V5를 개방하고, 그 외를 폐쇄하고, 또한 진공 펌프 P를 흡인 작동시키는 것에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 진공 탱크 S에 회수된 오프 가스를 진공 펌프 P에 의해 흡인하여, 진공 펌프 P에 의해 공급되는 오프 가스를 제2 탱크 T2에 회수하면서 버너(8)에 공급하는 제5 유동 상태를 나타낼 수 있다.

또한, 이 제5 유동 상태에 있어서는, 진공 탱크 S가, 회수한 오프 가스를 배출한 후에도, 계속, 진공 펌프 P에 의해 흡인되는 것에 의해, 부압 상태로 조정된다.

참고로, 본 실시형태에 있어서는, 제3 유동 상태가, 진공 펌프 P가 흡착탑(1)에 대하여 흡인 작용하는 흡착탑 작용 상태에 대응하고, 제5 유동 상태가, 진공 펌프 P가 진공 탱크 S에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태에 대응하게 된다.

즉, 본 실시형태에 있어서는, 제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5를 선택적으로 개폐 작동시키는 것에 의해, 흡착탑 작용 상태와 탱크 작용 상태로 전환할 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제4 유동 상태가, 진공 탱크 S를 흡착탑(1)과 연통시키는 연통 상태에 대응하고, 제1∼제3 유동 상태, 및 제5 유동 상태가, 진공 탱크 S와 흡착탑(1)과의 연통을 차단하는 차단 상태에 대응하게 된다.

즉, 본 실시형태에 있어서는, 제1 개폐 밸브 V1∼제5 개폐 밸브 V5를 선택적으로 개폐 작동시키는 것에 의해, 연통 상태와 차단 상태로 전환할 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 전술한 비교 방법과 마찬가지로, 제1 배출로(4a)에서의 제1 탱크 T1보다 하류측 부분에, 제1 유량 제어 밸브 R1이 설치되고, 제2 배출로(4b)에서의 제2 탱크보다 하류측 부분에, 제2 유량 제어 밸브 R2가 설치되고, 이들 제1 유량 제어 밸브 R1 및 제2 유량 제어 밸브 R2의 유량 제어에 의해, 버너(8)에 공급하는 오프 가스의 유량이 과대나 과소로 되는 것이 억제되게 된다.

즉, 제1 유동 상태에 있어서는, 제1 유량 제어 밸브 R1에 의해, 오프 가스의 유량이 제어되고, 제2 유동 상태∼제5 유동 상태에 있어서는, 기본적으로는, 제2 유량 제어 밸브 R2에 의해 오프 가스의 유량이 제어되고, 오프 가스의 유량이 부족할 때는, 제1 탱크 T1에 회수한 오프 가스를 보급하기 위하여, 제1 유량 제어 밸브 R1이 제어된다.

(압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 운전 사이클)

본 실시형태의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서는, 도 2에 나타낸 운전 사이클이 행해지게 된다.

또한, 4개의 흡착탑(1)의 각각은, 흡착 공정, 균압용 배출 공정, 탈착 공정, 복압 공정을, 단위 처리 기간이 경과할 때마다 다음 공정으로 전환하는 형태로, 순차적으로 행하지만, 이하의 설명에 있어서는, 4개의 흡착탑(1) 중, A탑이 흡착 공정을 행하고, B탑이 복압 공정을 행하고, C탑이 탈착 공정을 행하고, D탑이 균압용 배출 공정을 행하는 경우에 대하여 설명한다.

즉, A탑에 대응하는 원료 가스 공급 밸브 A1 및 제품 가스 송출 밸브 A2를 개방하여, A탑에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행한다.

균압용 배출 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑의 내부의 가스를 복압 공정의 B탑에 공급하는 전단계 배출 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑의 내부 가스를 탈착 공정의 C탑에 공급하는 후단계 배출 공정을 행한다.

또한, 전단계 배출 공정이나 후단계 배출 공정에 있어서는, 연통 단속 밸브 A4, B4, C4, D4를 선택적으로 개방하게 된다.

탈착 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 탈착 공정의 C탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크 T에 배출하는 감압 공정을 후술하는 바와 같이 행하고, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 상기한 제4 유동 상태에서, 진공 탱크 S에 의해 탈착 공정의 C탑을 흡인하는 탱크 흡인 공정(도 5 참조), 및 상기한 제3 유동 상태에서, 진공 펌프 P에 의해 탈착 공정의 C탑을 흡인하는 펌프 흡인 공정(도 6 참조)을 순차적으로 행하고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑으로부터 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 탈착 공정의 C탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행하게 된다(도 7 참조).

본 실시형태에 있어서는, 감압 공정으로서, 상기한 제1 유동 상태로, 탈착 공정의 C탑과 제1 탱크 T1을 연통시키는 제1 감압 공정(도 3 참조), 및 상기한 제2 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제2 탱크 T2를 연통시키는 제2 감압 공정(도 4 참조)을 순차적으로 행하고, 이어서, 탱크 흡인 공정을 행하게 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 단위 처리 기간의 종기, 즉 균압용 배출 공정에서의 후단계 배출 공정이나 탈착 공정에서의 후단계 수용 공정을 행할 때, 제5 유동 상태에서, 진공 탱크 S 내의 오프 가스를 제2 탱크 T2에 배출하는 것 및 진공 탱크 S를 부압 상태로 조정하는 것을 행하게 된다(도 7 참조).

또한, 본 실시형태에서는, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기한 제1 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제1 탱크 T1을 연통시키는 제1 감압 공정을 행할 때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제5 유동 상태로 하여, 진공 탱크 S를 정확하게 부압 상태로 조정하게 되어 있다.

복압 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑으로부터 전단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 복압 공정의 B탑에 받아들이는 전단계 수용 공정을 행하고, 그 후, 흡착 공정의 A탑에서 생성된 제품 가스 H의 일부를 복압 공정의 B탑에 받아들이는 승압 공정을 행한다.

또한, 승압 공정을 행하는 경우에는, 제품 가스 환류 밸브 A3, B3, C3, D3 중, B탑에 대응하는 제품 가스 환류 밸브 B3를 개방하게 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 단위 처리 기간이, 제1 스텝으로부터 제5 스텝으로 구분되어 있다.

그리고, 전단계 수용 공정과 전단계 배출 공정이, 제1 스텝과 제2 스텝에서 행해지고, 승압 공정이, 제3 스텝과 제4 스텝에서 행해지고, 탱크 흡인 공정이 제3 스텝에서 행해지고, 펌프 흡인 공정이 제4 스텝에서 행해지고, 제1 감압 공정이 제1 스텝에서 행해지고, 제2 감압 공정이 제2 스텝에서 행해지고, 후단계 수용 공정과 후단계 배출 공정이, 제5 스텝에서 행해진다.

또한, B탑의 복압 공정에서는, 제5 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지 상태로 되고, 마찬가지로, D탑의 균압용 배출 공정에서는, 제3 스텝 및 제4 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지 상태로 된다.

그리고, 제1 스텝∼제5 스텝의 각 스텝의 시간적인 길이는 동일한 길이가 아닌, 각각의 공정을 행하기에 적합하는 길이로 설정된다.

(압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 대한 고찰)

도 8은, 본 실시형태의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시한 경우의, 제1 탱크 T1이나 제2 탱크 T2의 압력의 변화, 오프 가스 배출로(4)를 통해 버너(8)를 향해 유동하는 오프 가스 유량의 변화, 흡착탑(1)(C탑)의 압력의 변화, 및 진공 탱크 S의 압력의 변화를 나타낸 것이다. 또한, 제2 탱크 T2의 압력은, 진공 펌프 P의 토출 압력에 대응한다.

그리고, 도 8에 있어서는, 제1 감압 공정의 개시를 「제1 감압 개시」로 기재하고, 제2 감압 공정의 개시를 「제2 감압 개시」로 기재하고, 탱크 흡인 공정의 개시를 「진공 균압 개시」로 기재하고, 또한, 펌프 흡인 공정의 개시를 「진공 공정 개시」로 기재하고, 펌프 흡인 공정의 종료를 「진공 공정 종료」로 기재한다.

또한, 도 8은, 흡착 공정의 흡착탑(1)의 내부 압력이, 약 750 kPaG이며, 후단계 배출 공정을 행한 단계의 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 약 150 kPaG인 경우의 변화를 나타낸 것이다.

그리고, 제1 감압 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 탈착 공정을 개시했을 때의 압력(약 150 kPaG)으로부터 약 70 kPaG 정도로 감소하고, 제2 감압 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 약 40 kPaG 정도로 감소하고, 그리고, 탱크 흡인 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 대기압보다 낮은 압력으로 저하되고, 펌프 흡인 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 약 -90 kPaG의 정도로 감소하는 것을 나타내고 있다.

도 8에 있어서, 오프 가스량의 변화에 주목하면, 펌프 흡인 공정을 개시해도, 오프 가스량이 급격하게 증가하는 것이 억제되고, 또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서도, 오프 가스량이 충분히 큰 양으로 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

펌프 흡인 공정을 개시해도, 오프 가스량이 급격하게 증가하지 않는 것은, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이 대기압보다 낮은 상태에서, 흡착탑(1)(C탑)에 대하여 진공 펌프 P가 흡인 작용하기 때문이다.

또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서, 오프 가스량이 충분히 큰 양으로 유지되므로, 탱크 흡인 공정에 있어서 진공 탱크 S에 회수한 오프 가스를, 제5 스텝에서 제2 탱크에 배출하기 때문이다.

또한, 탱크 흡인 공정에 있어서는, 흡착탑(1)(C탑)으로부터 회수하는 오프 가스가 오프 가스 배출로(4)에는 배출되지 않게 되며, 탱크 흡인 공정이 행해지는 제3 스텝에서는, 제1 스텝이나 제2 스텝에서 제1 탱크 T1이나 제2 탱크 T2로 회수되어 있는 오프 가스를, 오프 가스 배출로(4)에 유동시키는 것에 의해, 오프 가스량이 적어지지는 않게 된다.

[다른 실시형태]

다음으로, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법의 다른 실시형태를 설명하지만, 이 다른 실시형태는, 상기 실시형태의 운전 사이클의 변형예를 나타낸 것이며, 기본적인 구성은 상기 실시형태와 동일하므로, 이하의 설명에서는, 상기 실시형태와 상이한 점에 대하여 상세하게 설명한다.

이 다른 실시형태의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 있어서는, 도 9에 나타낸 운전 사이클이 행해지게 된다.

또한, 4개의 흡착탑(1)의 각각은, 흡착 공정, 균압용 배출 공정, 탈착 공정, 복압 공정을, 단위 처리 기간이 경과할 때마다 다음 공정으로 전환하는 형태로, 순차적으로 행하는 것이지만, 이하의 설명에 있어서는, 4개의 흡착탑(1) 중, A탑이 흡착 공정을 행하고, B탑이 복압 공정을 행하고, C탑이 탈착 공정을 행하고, D탑이 균압용 배출 공정을 행하는 경우에 대하여 설명한다.

이 다른 실시형태에 있어서는, 흡착 공정, 복압 공정, 균압용 배출 공정이, 상기 실시형태와 동일하게 행해지지만, 탈착 공정이, 상기 실시형태와는 상이한 형태로 행해지게 된다.

또한, 이 다른 실시형태에 있어서는, 상기 실시형태와 마찬가지로, 단위 처리 기간의 종기, 즉 균압용 배출 공정에서의 후단계 배출 공정이나 탈착 공정에서의 후단계 수용 공정을 행할 때, 제5 유동 상태에서, 진공 탱크 S 내의 오프 가스를 제2 탱크 T2로 배출하는 것 및 진공 탱크 S를 부압 상태로 조정하는 것이 행해진다(도 7 참조).

(다른 실시형태의 탈착 공정)

이하에서, 이 다른 실시형태에서의 탈착 공정에 대하여 설명한다.

즉, 탈착 공정으로서, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 탈착 공정의 C탑의 내부 가스를 오프 가스로서 오프 가스 탱크 T에 배출하는 감압 공정을 행하고, 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 상기한 제4 유동 상태에서, 진공 탱크 S에 의해 탈착 공정의 C탑을 흡인하는 탱크 흡인 공정(도 5 참조), 및 상기한 제3 유동 상태에서, 진공 펌프 P에 의해 탈착 공정의 C탑을 흡인하는 펌프 흡인 공정(도 6 참조)을 순차적으로 행하고, 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 균압용 배출 공정의 D탑으로부터 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 탈착 공정의 C탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행하게 된다(도 7 참조).

이 다른 실시형태에 있어서는, 감압 공정으로서, 상기한 제1 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제1 탱크 T1을 연통시키는 공정(도 3 참조)을 행하고, 이 감압 공정에 이어서, 탱크 흡인 공정을 행하게 된다.

또한, 감압 공정에 의해, 탈착 공정의 C탑의 내부압이 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하되도록 되어 있다.

또한, 이 다른 실시형태에서는, 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기한 제1 유동 상태에서, 탈착 공정의 C탑과 제1 탱크 T1을 연통시키는 감압 공정을 행할 때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 진공 탱크 S를 진공 펌프 P에 의해 흡인함으로써, 진공 탱크 S를 정확하게 부압 상태로 조정하도록 되어 있다.

또한, 이 다른 실시형태에서는, 상기 실시형태에서의 제2 감압 공정이 생략되므로, 제4 개폐 밸브 V4, 및 이 제4 개폐 밸브 V4가 설치된 제2 배출로(4b)의 상류측 부분을 생략할 수 있다.

그리고, 제2 배출로(4b)의 상류측 부분은, 제2 배출로(4b)에서의 펌프 설치 유로(9)가 접속되는 개소보다 상류측 부분이다.

이 다른 실시형태에 있어서도, 도 9에 나타낸 바와 같이, 단위 처리 기간이, 제1 스텝으로부터 제5 스텝으로 구분되어 있다.

그리고, 전단계 수용 공정과 전단계 배출 공정이, 제1 스텝과 제2 스텝에서 행해지고, 승압 공정이, 제3 스텝과 제4 스텝에서 행해지고, 후단계 수용 공정과 후단계 배출 공정이, 제5 스텝에서 행해지는 점은, 상기 실시형태와 동일하다.

또한, B탑의 복압 공정에서는, 제5 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지 상태로 되고, 마찬가지로, D탑의 균압용 배출 공정에서는, 제3 스텝 및 제4 스텝에서는, 특별한 공정을 실시하지 않는 휴지 상태로 되는 점도, 상기 실시형태와 동일하다.

이 다른 실시형태에 있어서는, 감압 공정이 제1 스텝에서 행해지고, 탱크 흡인 공정이 제2스텝에서 행해지고, 펌프 흡인 공정이 제3 스텝 및 제4 스텝에서 행해지게 된다.

그리고, 제1 스텝∼제5 스텝의 각 스텝의 시간적인 길이는 동일한 길이가 아닌, 각각의 공정을 행하기에 적합한 길이로 설정된다.

(다른 실시형태의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법에 대한 고찰)

도 10은, 다른 실시형태의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시한 경우의, 제1 탱크 T1이나 제2 탱크 T2의 압력의 변화, 오프 가스 배출로(4)를 통해 버너(8)를 향해 유동하는 오프 가스 유량의 변화, 흡착탑(1)(C탑)의 압력의 변화, 및 진공 탱크 S의 압력의 변화를 나타낸 것이다.

그리고, 도 10에 있어서는, 감압 공정의 개시를 「감압 개시」로 기재하고, 탱크 흡인 공정의 개시를 「진공균압 개시」로 기재하고, 펌프 흡인 공정의 개시를 「진공 공정 개시」로 기재하고, 펌프 흡인 공정의 종료를 「진공 공정 종료」로 기재한다.

또한, 도 10은, 흡착 공정의 흡착탑(1)의 내부 압력이, 750 kPaG이며, 후단계 배출 공정을 행한 단계의 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 150 kPaG인 경우의 변화를 나타낸 것이다.

그리고, 감압 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압(150 kPaG)으로부터 40∼60 %의 압력인 70 kPaG로 저하되고 있다.

또한, 감압 공정에 이어서, 탱크 흡인 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, 대기압보다 저하되고, 펌프 흡인 공정을 행하면, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이, -90 kPaG 정도까지 감소하는 것을 나타내고 있다.

도 10에 있어서, 오프 가스량의 변화에 주목하면, 펌프 흡인 공정을 개시해도, 오프 가스량이 급격하게 증가하는 것이 억제되고, 또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서도, 오프 가스량이 충분히 큰 양으로 유지되고 있는 것을 알 수 있다.

펌프 흡인 공정을 개시해도, 오프 가스량이 급격하게 증가하지 않는 것은, 흡착탑(1)(C탑)의 내부 압력이 대기압보다 낮은 상태에서, 흡착탑(1)(C탑)에 대하여 진공 펌프 P가 흡인 작용하기 때문이다.

또한, 단위 처리 기간의 제5 스텝의 종기에 있어서, 오프 가스량이 충분히 큰 양으로 유지되므로, 탱크 흡인 공정에 있어서 진공 탱크 S에 회수한 오프 가스를, 제5 스텝에서 제2 탱크 T2를 경유하여 공급하기 때문이다.

[진공 탱크의 개조 구성]

다음으로, 진공 탱크 S를 개조한 구성에 대하여 설명한다.

즉, 진공 탱크 S에, 흡착탑(1)으로부터 배출되는 오프 가스를 흡착하는 오프 가스용 흡착제가 장전되어 있다.

구체적으로는, 원료 가스가, 수소, 수소 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 일산화탄소, 질소, 이산화탄소, 수분을 포함하는 것에 대응하여, 전술한 바와 같이, 흡착탑(1)에 장전하는 흡착제가, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체, 및 수분을 흡착하는 활성 알루미나를 포함하는 형태로 구성되어 있다.

이에 대하여, 오프 가스에는, 메탄 및 이산화탄소가 70% 정도까지 포함되는 경우가 있는 것에 대응하여, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체에 의해 구성된 오프 가스용 흡착제가, 진공 탱크 S에 장전되어 있다.

오프 가스용 흡착제를 진공 탱크 S에 장전하면 흡착탑(1)으로부터 배출되는 오프 가스는, 진공 탱크 S에 도입될 때, 오프 가스용 흡착제에 흡착 되게 되고, 그리고, 오프 가스용 흡착제에 흡착된 오프 가스는, 진공 펌프 P가 진공 탱크 S를 흡인할 때, 오프 가스용 흡착제로부터 이탈하여, 진공 탱크 S로부터 배출되게 된다.

즉, 진공 탱크는, 진공 펌프 P에 흡인되는 것에 의해 저압이 되는 상태와, 흡착탑(1)으로부터 배출되는 오프 가스가 도입되는 것에 의해 고압이 되는 상태를 반복하므로, 오프 가스용 흡착제가 진공 탱크 S에 장전되어 있으면, 흡착탑(1)으로부터 배출되는 오프 가스는, 진공 탱크 S에 도입될 때, 오프 가스용 흡착제에 흡착된다.

그리고, 오프 가스용 흡착제에 흡착된 오프 가스는, 진공 펌프 P가 진공 탱크 S를 흡인할 때, 오프 가스용 흡착제로부터 이탈하여, 진공 탱크 S로부터 배출된다.

이와 같이, 흡착탑(1)으로부터 배출되는 오프 가스가, 오프 가스용 흡착제에 흡착된 상태에서 진공 탱크 S에 수납되므로, 오프 가스용 흡착제를 장전하지 않는 경우에 비교하여, 진공 탱크 S의 용적을 감소시켜도, 오프 가스를 진공 탱크 S에 소정대로 수납시킬 수 있으므로, 진공 탱크 S의 소형화를 도모할 수 있다.

즉, 오프 가스에 포함되는 메탄 및 이산화탄소가 오프 가스용 흡착제에 흡착되는 결과, 오프 가스용 흡착제를 장전하지 않는 경우와 비교하여, 진공 탱크 S의 용적을 감소(예를 들면, 60% 정도 감소)시켜도, 오프 가스를 소정대로 진공 탱크 S에 회수 가능한 것이다.

[그 외의 다른 실시형태]

다음으로, 그 외의 다른 실시형태를 열기(列記)한다.

(1) 상기 실시형태에 있어서는, 탈착 공정에서의 제1 감압 공정을 행할 때, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프 P에 의해 차단 상태의 진공 탱크 S를 흡인 작용하는 경우에 대하여 예시했지만, 이것을 생략하는 형태로 실시할 수도 있다.

(2) 상기 다른 실시형태에 있어서는, 탈착 공정에서의 감압 공정을 행할 때, 탱크 작용 상태로 전환된 진공 펌프 P에 의해 차단 상태의 진공 탱크 S를 흡인 작용하는 경우에 대하여 예시했지만, 이것을 생략하는 형태로 실시할 수도 있다.

(3) 상기 실시형태 및 다른 실시형태에 있어서는, 원료 가스가, 수소, 수소 가스 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 및 질소를 포함하는 경우에 대하여 예시했지만, 본 발명의 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법은, 수소 및 수소 성분 이외의 가연성 성분을 포함하는 각종 가스를 원료 가스로서 적용할 수 있는 것이다.

(4) 상기 실시형태 및 다른 실시형태에서는, 본 발명에 따른 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시하는 장치로서, 4개의 흡착탑(1)을 구비하는 장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시하는 장치로서, 4개 이상의 흡착탑(1)을 구비시키고, 이들 흡착탑(1) 중 특정한 4개의 흡착탑(1)에 의해, 흡착 공정, 균압용 배출 공정, 탈착 공정, 복압 공정을 행하게 하는 형태로, 본 발명에 따른 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법을 실시할 수도 있다.

(5) 상기한 진공 탱크 S의 개조 구성에 있어서는, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체에 의해 구성된 오프 가스용 흡착제를, 진공 탱크 S에 장전하는 경우에 대하여 예시했지만, 흡착탑(1)과 마찬가지로, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체, 및 수분을 흡착하는 활성 알루미나를, 오프 가스용 흡착제로 하여, 진공 탱크 S에 장전하도록 할 수도 있다.

1: 흡착탑
8: 연소 장치
P: 진공 펌프
S: 진공 탱크
T: 오프 가스 탱크
T1: 제1 탱크
T2: 제2 탱크

Claims (9)

1. 수소 성분 및 수소 성분 이외의 가연성 성분을 포함하는 원료 가스로부터 수소 성분 이외의 흡착 대상 성분을 흡착제에 흡착시켜 제품 가스를 생성하는 4개의 흡착탑, 및 상기 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 회수하고 또한 회수한 오프 가스를 연소 장치에 공급하는 오프 가스 탱크가 설치되고,
   4개의 상기 흡착탑 중 1개에 대해서는, 단위 처리 기간 동안은 흡착 공정을 행하고, 상기 흡착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 균압용 배출 공정을 행하고, 상기 균압용 배출 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 탈착 공정을 행하고, 상기 탈착 공정에 계속되는 공정을 행하는 흡착탑에 대해서는, 상기 단위 처리 기간 동안은 상기 흡착 공정의 전(前) 공정으로서의 복압(復壓) 공정을 행하고, 또한 상기 탈착 공정을 행하는 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 상기 오프 가스 탱크에 회수하는 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법으로서,
   상기 흡착탑으로부터 흡인한 오프 가스를 상기 연소 장치에 공급하는 진공 펌프가, 상기 흡착탑에 대하여 흡인 작용하는 흡착탑 작용 상태와, 진공 탱크에 대하여 흡인 작용하는 탱크 작용 상태로 전환 가능하게 설치되고,
   상기 진공 탱크가, 상기 흡착탑과 연통되는 연통 상태와 상기 흡착탑과의 연통이 차단된 차단 상태로 전환 가능하게 설치되고,
   상기 균압용 배출 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 공급하는 전단계(前段階) 배출 공정을 행하고, 상기 단위 처리 기간의 종기(終期)에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 공급하는 후단계(後段階) 배출 공정을 행하고,
   상기 단위 처리 기간의 종기에 있어서, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태로 전환한 상기 진공 탱크를 흡인 작용시켜, 상기 진공 탱크 내의 오프 가스의 배출 및 상기 진공 탱크의 부압(負壓) 상태로의 조정을 행하고,
   상기 탈착 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 오프 가스로서 상기 오프 가스 탱크에 배출하는 감압 공정을 행하고, 상기 단위 처리 기간의 중기에 있어서, 상기 부압 상태로 조정된 상기 진공 탱크를 상기 연통 상태로 전환하여, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부 가스를 상기 진공 탱크에 흡인하는 탱크 흡인 공정, 및 상기 진공 탱크를 상기 차단 상태로 전환하고 또한 상기 연통 상태로 전환한 상기 진공 펌프에 의해 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑을 흡인하는 펌프 흡인 공정을 순차적으로 행하고, 상기 단위 처리 기간의 종기에 있어서,
   상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑으로부터 상기 후단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 후단계 수용 공정을 행하고,
   상기 복압 공정으로서, 상기 단위 처리 기간의 초기에 있어서, 상기 균압용 배출 공정의 상기 흡착탑으로부터 상기 전단계 배출 공정에 의해 공급되는 가스를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 전단계 수용 공정을 행하고, 그 후, 상기 흡착 공정의 상기 흡착탑에 의해 생성된 상기 제품 가스의 일부를 상기 복압 공정의 상기 흡착탑에 받아들이는 승압 공정을 행하는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오프 가스 탱크로서, 제1 탱크와 제2 탱크가 설치되고,
   상기 감압 공정으로서, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑과 상기 제1 탱크를 연통시키는 제1 감압 공정, 및 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑과 상기 제2 탱크를 연통시키는 제2 감압 공정을 순차적으로 행하고, 이어서, 상기 탱크 흡인 공정을 행하는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 진공 펌프가, 상기 제2 탱크에 오프 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 감압 공정을 행할 때, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태의 상기 진공 탱크를 흡인 작용하도록 하는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 감압 공정에 의해, 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑의 내부압이 상기 탈착 공정을 개시했을 때의 초기압으로부터 40∼60 %의 압력으로 저하되고,
   상기 감압 공정에 이어서, 상기 탱크 흡인 공정을 행하는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 감압 공정을 행할 때, 상기 탱크 작용 상태로 전환된 상기 진공 펌프에 의해 상기 차단 상태의 상기 진공 탱크를 흡인 작용하도록 하는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 오프 가스 탱크로서, 상기 감압 공정에 있어서 상기 탈착 공정의 상기 흡착탑에 접속되는 제1 탱크와, 제2 탱크가 설치되고,
   상기 진공 펌프가, 상기 제2 탱크에 오프 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공 탱크에, 상기 흡착탑으로부터 배출되는 오프 가스를 흡착하는 오프 가스용 흡착제가 장전되어 있는, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 원료 가스가, 메탄을 주성분으로 하는 피처리 가스를 개질(改質) 처리하여, 수소 성분, 수소 성분 이외의 가연성 성분으로서의 메탄, 일산화탄소, 질소, 이산화탄소, 수분을 포함하는 상태로 생성된 것이며,
   상기 흡착탑에 장전되는 상기 흡착제가, 일산화탄소 및 질소를 흡착하는 제올라이트, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체(molecular sieves), 및, 수분을 흡착하는 활성 알루미나를 포함하는 형태로 구성되며,
   상기 오프 가스용 흡착제가, 메탄 및 이산화탄소를 흡착하는 카본 분자체인, 압력 변동 흡착식 수소 제조 방법.
   

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