WO2018168985A1

WO2018168985A1 - 圧力変動吸着式水素製造装置

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Publication number: WO2018168985A1
Application number: PCT/JP2018/010134
Authority: WO
Inventors: 阿曽沼飛昂; 清水翼
Original assignee: 大阪瓦斯株式会社
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-09-20
Also published as: EP3597592A1; EP3597592A4; US20200122080A1; AU2018236554B2; EP3597592B1; US11369915B2; CN110382408A; KR20190127713A; AU2018236554A1; CN110382408B; JP6692315B2; JP2018154518A

Abstract

製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を向上することができる圧力変動吸着式水素製造装置を提供する。　吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、及び、復圧工程を順次繰り返す状態で、原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する吸着塔１の作動を制御する工程制御部Ｐが、単位処理期間の初期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部のガスを復圧工程の吸着塔１に供給する前段均圧工程を行い単位処理期間の終期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部ガスを脱着工程の吸着塔１に供給する後段均圧工程を行い、且つ、復圧工程として、前段均圧工程の後に続いて製品ガスＨを投入して昇圧する昇圧工程を行うように構成され、且つ、昇圧工程を後段均圧工程と重複して実行させる形態で、吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

Description

圧力変動吸着式水素製造装置

　本発明は、水素成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する４又は５つの吸着塔が設けられ、
　前記吸着塔のうちの１つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行う形態で、前記吸着塔の作動を制御する工程制御部が設けられ、
　前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段均圧工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段均圧工程を行い、且つ、前記復圧工程として、前記前段均圧工程の後に続いて前記製品ガスを投入して昇圧する昇圧工程を行うように構成された圧力変動吸着式水素製造装置に関する。

　かかる圧力変動吸着式水素製造装置は、水素成分及び水素成分以外の吸着対象成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着することにより、水素濃度の高い製品ガスを製造するものである。
　例えば、都市ガスを改質処理する改質器から供給される改質ガスを原料ガスとして、水素成分以外の吸着対象成分（一酸化炭素、メタン等）を分離し、水素成分の濃度が高い製品ガスを製造する。そして、製品ガスを燃料電池に供給し、また、脱着工程を行う吸着塔から排出されるオフガスを、改質器を加熱する燃焼装置に供給して燃焼させるようにしたものがある

　かかる圧力変動吸着式水素製造装置の従来例として、復圧工程における前段均圧工程に続く昇圧工程を、後段均圧工程が開始される直前にて停止させる形態に構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５－３８０１５号公報

　圧力変動吸着式水素製造装置においては、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を向上することが望まれる。
　つまり、圧力変動吸着式水素製造装置においては、前段均圧工程や後段均圧工程を行うことによって、製品回収率を向上させることが行われているが、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を一層向上させることが望まれる。

　本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を向上することができる圧力変動吸着式水素製造装置を提供する点にある。

　本発明の圧力変動吸着式水素製造装置は、水素成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する４又は５つの吸着塔が設けられ、
　前記吸着塔のうちの１つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行う形態で、前記吸着塔の作動を制御する工程制御部が設けられ、
　前記工程制御部が、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段均圧工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段均圧工程を行い、且つ、前記復圧工程として、前記前段均圧工程の後に続いて前記製品ガスを投入して昇圧する昇圧工程を行うように構成されたものであって、その特徴構成は、
　前記工程制御部が、前記昇圧工程を前記後段均圧工程と重複して実行させる形態で、前記吸着塔の作動を制御するように構成されている点にある。

　上記の「前記単位処理期間の初期」とは、単位処理期間の開始時点から始まる期間を意味し、上記の「前記単位処理期間の終期」とは、単位処理期間の終了時点に終了する期間を意味する。
　また、吸着塔が４つの場合には、１つの吸着塔が、脱着工程に対応する複数の処理を順次行うことになり、吸着塔が５つの場合には、２つの吸着塔が、脱着工程に対応する複数の処理を順次行うことになり、脱着工程に対する後段均圧工程は、脱着工程に対応する複数の処理の後で行なわれることになる。
　さらに、昇圧工程を後段均圧工程と重複して実行させるとは、製品ガスの一部を昇圧のために吸着塔に供給することを、均圧のために吸着塔の内部ガスを他の吸着塔に供給することと、並行して行うことを意味する。

　すなわち、工程制御部が、復圧工程における前段均圧工程に続く昇圧工程を、後段均圧工程と重複して実行させる形態で、吸着塔の作動を制御することになるので、昇圧工程を適切に行いながらも、昇圧工程を後段均圧工程と重複して実行させることにより、前段均圧工程を実行する時間を長くすることができる。

　前段均圧工程を実行する時間が長くなると、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に供給する時間が長くなるから、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させる移動速度を低速にして、吸着塔の内部のガスが吸着塔の内部を流動する速度を低くすることができるため、均圧用排出工程を実行する吸着塔に装填されている吸着剤に吸着されている水素成分以外の吸着対象成分が、吸着塔の内部のガスの流動に伴って流動して、復圧工程の吸着塔に移動することを抑制できる。
　その結果、均圧用排出工程を実行する吸着塔の吸着剤に吸着されている水素成分以外の吸着対象成分が、復圧工程の吸着塔に移動することを抑制できるため、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を向上することができる。

　特に、前段均圧工程においては、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部圧が高い状態であるから、前段均圧工程を実行する時間が短いと、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させる移動速度がかなり高速になって、吸着塔の吸着剤に吸着されている水素成分以外の吸着対象成分が、移動するガスに伴って復圧工程の吸着塔に移動する現象が生じ易いが、前段均圧工程を実行する時間を長くして、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させる移動速度を低速にすることによって、製品純度の低下を的確に抑制することができる。

　ちなみに、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させるには、つまり、前段均圧工程や後段均圧工程を行うには、吸着塔同士を接続する均圧用流路を設けることになる。そして、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させる移動速度を低速にするためには、均圧用流路に速度制御用の弁（例えば、ニードル弁）を設けることになる。
　従って、前段均圧工程において、均圧用排出工程を実行する吸着塔の内部のガスを復圧工程の吸着塔に移動させる移動速度を低速にすると、後段均圧工程においても、ガスの移動速度が低速になるため、後段均圧工程を行う時間をも長く設定することになる。

　ところで、前段均圧工程を実行する時間を長くするにあたり、従来例と同様に、復圧工程における前段均圧工程に続く昇圧工程を、後段均圧工程が開始される直前にて停止させる形態としながら、昇圧工程を実行する時間を短くして、前段均圧工程を実行する時間を長くすることが考えられるが、この場合、昇圧工程を短時間で行うことに起因して、装置の各部で圧力変動が生じて、水素製造を適切に行い難くなる虞がある。

　つまり、昇圧工程は、一般に、吸着塔から製品ガス送出路を通して排出される製品ガスの一部を吸着塔に供給する形態で行われるが、昇圧工程を短時間で行うようにすると、例えば、製品ガス送出路から多量の製品ガスを急激に取り出すために、製品ガス送出路に大きな圧力変動が生じ、それに伴って吸着工程を行う吸着塔の内部圧が大きく変動する等の不都合をきたすことになり、その結果、水素製造を適切に行い難くなる虞がある。
　本特徴構成によれば、昇圧工程を後段均圧工程と重複して実行させることにより、必要な時間を掛けて昇圧工程を適切に行いながらも、前段均圧工程を実行する時間を長くすることができるのである。

　要するに、本発明の圧力変動吸着式水素製造装置の特徴構成によれば、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を向上することができる。

　本発明の圧力変動吸着式水素製造装置の更なる特徴構成は、前記工程制御部が、前記復圧工程において、前記前段均圧工程と前記昇圧工程とを前記単位処理期間の全体に分散させる形態で、前記吸着塔の作動を制御するように構成されている点にある。

　すなわち、工程制御部が、復圧工程において、前段均圧工程と昇圧工程とを単位処理期間の全体に分散させる形態で、吸着塔の作動を制御するから、単位処理期間の全体を利用して、昇圧工程と前段均圧工程とを行わせることができる。

　したがって、単位処理期間の全体を利用しながら、昇圧工程を、必要な時間を掛けて適切に行いながらも、前段均圧工程を実行する時間を十分に長くして、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を一層向上することができる。

　要するに、本発明の圧力変動吸着式水素製造装置の特徴構成によれば、製品純度を低下させることのない状態で製品回収率を一層向上することができる。

は、圧力変動吸着式水素製造装置を示す概略図である。は、単位処理期間の運転形態を示す図である。は、運転サイクルを示す図である。は、別実施形態の圧力変動吸着式水素製造装置を示す概略図である。は、別実施形態の単位処理期間の運転形態を示す図である。

　〔実施形態〕
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　（全体構成）
　図１に示すように、５つの吸着塔１として、Ａ塔、Ｂ塔、Ｃ塔、Ｄ塔、Ｅ塔が並列状態で設けられ、５つの吸着塔１の下部には、圧縮機２にて圧縮された原料ガスＧを供給する原料ガス供給路３、及び、オフガスを排出するオフガス排出路４が接続されている。
　オフガス排出路４として、タンク側オフガス排出路４Ａとポンプ側オフガス排出路４Ｂとが並列状態で設けられている。

　本実施形態においては、炭化水素を含む都市ガスを改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質部Ｕからの改質ガスが、原料ガスＧとして供給されるように構成されている。
　そして、吸着塔１が、水素成分を含む原料ガスＧから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成するように構成されている。
　すなわち、原料ガスには、水素以外の吸着対象成分として、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水分、及び、窒素を含むものであり、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、水分、及び、窒素が、吸着塔１の吸着剤に吸着されることになる。
　つまり、吸着剤が、一酸化炭素及び窒素を吸着するゼオライト、メタン及び二酸化炭素を吸着するカーボンモレキュラーシーブ、及び、水分を吸着する活性アルミナを含む形態に構成されている。

　そして、５つの吸着塔１の夫々に対応して、原料ガス供給路３を開閉する原料ガス供給弁Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、タンク側オフガス排出路４Ａを開閉するタンク側オフガス排出弁Ａ５、Ｂ５、Ｃ５、Ｄ５、Ｅ５、及び、ポンプ側オフガス排出路４Ｂを開閉するポンプ側オフガス排出弁Ａ６、Ｂ６、Ｃ６、Ｄ６、Ｅ６が設けられている。
　尚、原料ガス供給路３における圧縮機２の下流側箇所には、水素ガス製造運転を停止する際に閉じる元ガス弁３Ａが設けられている。

　５つの吸着塔１の上部には、製品ガスＨを製品タンクＨＴに向けて送出する製品ガス送出路５、その製品ガス送出路５から分岐して、製品ガス送出路５を流動する製品ガスＨの一部を吸着塔１に還流する昇圧用流路６、及び、５つの吸着塔１を互いに連通接続するための均圧用流路７が接続されている。
　そして、５つの吸着塔１の夫々に対応して、製品ガス送出路５との連通を開閉する製品ガス送出弁Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２、昇圧用流路６との連通を開閉する昇圧弁Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、Ｅ３，及び、均圧用流路７との連通を開閉する均圧調整弁Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４、Ｅ４が設けられている。

　また、昇圧用流路６には、当該昇圧用流路６を開閉する昇圧開閉弁６Ａ、及び、当該昇圧用流路６を流動する製品ガスＨの流速を調整する昇圧調整弁６Ｂが設けられている。
　また、均圧用流路７には、５つの吸着塔１の夫々に対応して、当該均圧用流路７を流動するガスの速度を調整する均圧調整弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅが設けられている。

　タンク側オフガス排出路４Ａが、第１オフガス路４ａと第２オフガス路４ｂとに分岐され、それら第１オフガス路４ａ及び第２オフガス路４ｂが、改質部Ｕを加熱するためのバーナ１０にオフガスを供給するように構成されている。
　第１オフガス路４ａには、当該第１オフガス路４ａを開閉する第１オフガス弁８ａ及び第１オフガスタンク９ａが設けられ、第２オフガス路４ｂには、当該第２オフガス路４ｂを開閉する第２オフガス弁８ｂ及び第２オフガスタンク９ｂが設けられている。

　また、ポンプ側オフガス排出路４Ｂには、第３オフガスタンク９ｃ及び真空ポンプ１１が設けられ、ポンプ側オフガス排出路４Ｂを流動するオフガスも、第１オフガス路４ａ及び第２オフガス路４ｂを流動するオフガスと同様に、改質部Ｕを加熱するバーナ１０に供給されるように構成されている。

　（運転制御について）
　５つの吸着塔１の作動を制御する工程制御部Ｐが設けられ、この工程制御部Ｐが、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、及び、復圧工程を順次繰り返す状態で、５つの吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

　すなわち、図２及び図３に示すように、吸着塔１のうちの１つについては、単位処理期間Ｋの間は吸着工程を行い、吸着工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は均圧用排出工程を行い、均圧用排出工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は吸着工程の前工程としての復圧工程を行う形態で、工程制御部Ｐが５つの吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

　ちなみに、本実施形態においては、５つの吸着塔１を備えることに対応させて、脱着工程として、先に行う脱着工程Ｉと、脱着工程Ｉの後で行う脱着工程ＩＩとを備えるように構成されている。
　そして、５つの吸着塔１が、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程Ｉ、脱着工程ＩＩ、復圧工程を、単位処理期間Ｋが経過するごとに次の工程に切換える形態で、順次行うように構成されている。

　ちなみに、本実施形態においては、単位処理期間Ｋが７０秒であり、そして、単位処理期間Ｋが、４つのｓｔｅｐ（ステップ）にて構成されている。
　本実施形態においては、５つの吸着塔１について、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程（脱着工程Ｉ、脱着工程ＩＩ）、及び、復圧工程を順次繰り返すものであるから、図３に示すように、５つの単位処理期間Ｋに対して、ｓｔｅｐ１からｓｔｅｐ２０までの２０のｓｔｅｐ（ステップ）を備える運転サイクルを実行するように構成されている。

　そして、工程制御部Ｐが、単位処理期間Ｋの初期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部のガスを復圧工程の吸着塔１に供給する前段均圧工程としての均圧Ｉを行い、単位処理期間Ｋの終期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部ガスを脱着工程（脱着工程ＩＩ）の吸着塔１に供給する後段均圧工程としての均圧ＩＩを行うように構成されている。
　ちなみに、「単位処理期間Ｋの初期」とは、単位処理期間Ｋの開始時点から始まる期間を意味し、「単位処理期間Ｋの終期」とは、単位処理期間Ｋの終了時点に終了する期間を意味する。

　また、工程制御部Ｐが、復圧工程として、前段均圧工程（均圧Ｉ）の後に続いて製品ガスＨを投入して昇圧する昇圧工程を行うように構成されている。
　加えて、工程制御部Ｐが、昇圧工程を後段均圧工程（均圧ＩＩ）と重複して実行させる形態で、吸着塔１の作動を制御するように構成されている。
　本実施形態においては、工程制御部Ｐが、復圧工程において、前段均圧工程（均圧Ｉ）と昇圧工程とを単位処理期間Ｋの全体に分散させる形態で、吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

　（単位処理期間の運転形態の詳細）
　上述の如く、５つの吸着塔１の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程Ｉ、脱着工程ＩＩ、復圧工程を順次行うことになるが、以下の説明においては、５つの吸着塔１のうち、Ａ塔が吸着工程を行い、Ｂ塔が復圧工程を行い、Ｃ塔が脱着工程ＩＩを行い、Ｄ塔が脱着工程Ｉを行い、Ｅ塔が均圧用排出工程を行う場合を代表として、図２に基づいて、単位処理期間Ｋの運転形態の詳細を説明する。

　すなわち、単位処理期間Ｋの間は、Ａ塔に対応する原料ガス供給弁Ａ１及び製品ガス送出弁Ａ２を開いて、Ａ塔については吸着工程を行う。
　単位処理期間Ｋの初期において、Ｂ塔に対応する均圧調整弁Ｂ４及びＥ塔に対応する均圧調整弁Ｅ４を開いて、均圧用排出工程のＥ塔の内部のガスを復圧工程のＢ塔に供給する均圧Ｉ（前段排出工程）を行う。

　単位処理期間Ｋの終期において、Ｃ塔に対応する均圧調整弁Ｃ４及びＥ塔に対応する均圧調整弁Ｅ４を開いて、均圧用排出工程のＥ塔の内部ガスを脱着工程ＩＩのＣ塔に供給する均圧ＩＩ（後段排出工程）を行う。
　つまり、均圧用排出工程を実行するＥ塔においては、均圧Ｉ（前段排出工程）の（出）、及び、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（出）が行われることになる。
　ちなみに、均圧Ｉの（出）が、ｓｔｅｐ１及びｓｔｅｐ２で実行され、均圧ＩＩの（出）が、ｓｔｅｐ４で実行され、均圧Ｉの（出）と均圧ＩＩの（出）との間には、ｓｔｅｐ３に対応する休止がある。

　均圧Ｉ（前段排出工程）に続いて、Ｂ塔に対応する昇圧弁Ｂ３を開き、かつ、昇圧用流路６の昇圧開閉弁６Ａを開いて、Ｂ塔を昇圧する昇圧を、単位処理期間Ｋが終了するまで行う。
　つまり、復圧工程を実行するＢ塔においては、均圧Ｉ（前段排出工程）の（入）、及び、昇圧が順次行われる。
　そして、均圧Ｉ（前段排出工程）の（入）が、ｓｔｅｐ１及びｓｔｅｐ２で実行され、続いて、昇圧が、ｓｔｅｐ３及びｓｔｅｐ４で実行されるものであるから、昇圧が、均圧ＩＩ（後段排出工程）と重複しながら単位処理期間Ｋが終了するまで行われる。

　単位処理期間Ｋの初期において、Ｄ塔に対応するタンク側オフガス排出弁Ｄ５を開き、かつ、第１オフガス弁８ａを開いて、Ｄ塔の内部ガスをオフガスとして第１オフガス路４ａを通して第１オフガスタンク９ａに排出する減圧Ｉを行う。
　減圧Ｉに続いて、タンク側オフガス排出弁Ｄ５を開き状態に維持したまま、第１オフガス弁８ａに代えて、第２オフガス弁８ｂを開いて、Ｄ塔の内部ガスをオフガスとして第２オフガス路４ｂを通して第２オフガスタンク９ｂに排出する減圧ＩＩを行う。

　減圧ＩＩに続いて、タンク側オフガス排出弁Ｄ５に代えて、ポンプ側オフガス排出弁Ｄ６を開いて、Ｄ塔の内部ガスをオフガスとしてポンプ側オフガス排出路４Ｂを通して、真空ポンプ１１にて吸引されている第３オフガスタンク９ｃに排出する真空を行う。
　つまり、脱着工程Ｉを実行するＤ塔においては、減圧Ｉ、減圧ＩＩ、及び、真空の各処理が順次行われることになる。
　そして、減圧Ｉがｓｔｅｐ１で実行され、減圧ＩＩが、ｓｔｅｐ２及びｓｔｅｐ３で実行され、真空がｓｔｅｐ４で実行されることになる。

　単位処理期間Ｋの初期において、Ｃ塔に対応するポンプ側オフガス排出弁Ｄ６を開いて、Ｃ塔の内部ガスをオフガスとしてポンプ側オフガス排出路４Ｂを通して、真空ポンプ１１にて吸引されている第３オフガスタンク９ｃに排出する真空を行う。
　つまり、脱着工程ＩＩを実行するＣ塔においては、真空、及び、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（入）の各処理が順次行われることになる。
　そして、真空がｓｔｅｐ１～ｓｔｅｐ３で実行され、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（入）が、ｓｔｅｐ３で実行される。

　尚、Ａ塔の内部の圧力は、吸着工程を実行するときには、０．７ＭＰａＧ程度であるが、図３に示す如く、均圧Ｉの（出）、均圧ＩＩの（出）、減圧Ｉ、減圧ＩＩ、真空の各処理が実行されるごとに、漸次低下して、大気圧以下となる。
　そして、均圧ＩＩの（入）、均圧Ｉの（入）、昇圧の各処理が実行されるごとに、Ａ塔の内部の圧力は漸次上昇して、０．７ＭＰａＧ程度に復帰することになる。

　〔別実施形態〕
　次に、圧力変動吸着式水素製造方法の別実施形態を説明するが、この別実施形態は、吸着塔１が、Ａ塔、Ｂ塔、Ｃ塔、Ｄ塔の４塔であり、上記実施形態における真空の処理に代えて、洗浄の処理を行うものであるが、基本的な構成は上記実施形態と同様であるから、以下の説明においては、上記実施形態と異なる点を詳述する。

　（全体構成）
　この別施形態の圧力変動吸着式水素製造装置においては、図４に示すように、吸着塔１の下部に、１つのオフガス排出路４が設けられ、そのオフガス排出路４に、１つのオフガスタンク９が設けられている。
　４つの吸着塔１の夫々に対応して、原料ガス供給路３を開閉する原料ガス供給弁Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、及び、オフガス排出路４を開閉するオフガス排出弁Ａ７、Ｂ７、Ｃ７、Ｄ７が設けられている。

　４つの吸着塔１の上部には、製品ガスＨを製品タンクＨＴに向けて送出する製品ガス送出路５、その製品ガス送出路５から分岐して、製品ガス送出路５を流動する製品ガスＨの一部を吸着塔１に還流する昇圧用流路６、及び、４つの吸着塔１を互いに連通接続するための均圧用流路７が接続されている。
　そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、製品ガス送出路５との連通を開閉する製品ガス送出弁Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、昇圧用流路６との連通を開閉する昇圧弁Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、及び、均圧用流路７との連通を開閉する均圧調整弁Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４が設けられている。

　また、昇圧用流路６には、当該昇圧用流路６を開閉する昇圧開閉弁６Ａ、及び、当該昇圧用流路６を流動する製品ガスＨの流速を調整する昇圧調整弁６Ｂが設けられている。
　また、均圧用流路７には、４つの吸着塔１の夫々に対応して、当該均圧用流路７を流動するガスの速度を調整する均圧調整弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが設けられている。

　加えて、４つの吸着塔１の上部には、製品ガス送出路５から分岐して、製品ガス送出路５を流動する製品ガスＨの一部を洗浄のために吸着塔１に流動させる洗浄用流路１２が設けられ、４つの吸着塔１の夫々に対応して、洗浄用流路１２との連通を開閉する洗浄用弁Ａ８、Ｂ８、Ｃ８、Ｄ８が設けられ、また、洗浄用流路１２を通流する製品ガスＨの流量を調整する洗浄調整弁１２Ａが設けられている。

　（運転制御について）
　４つの吸着塔１の作動を制御する工程制御部Ｐが設けられ、この工程制御部Ｐが、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、及び、復圧工程を順次繰り返す状態で、４つの吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

　すなわち、図５に示すように、吸着塔１のうちの１つについては、単位処理期間Ｋの間は吸着工程を行い、吸着工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は均圧用排出工程を行い、均圧用排出工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔１については、単位処理期間Ｋの間は吸着工程の前工程としての復圧工程を行う形態で、工程制御部Ｐが４つの吸着塔１の作動を制御するように構成されている。

　ちなみに、本実施形態においては、単位処理期間Ｋが１３０秒であり、そして、単位処理期間Ｋが、４つのｓｔｅｐ（ステップ）にて構成されている。
　本実施形態においては、４つの吸着塔１について、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、及び、復圧工程を順次繰り返すものであるから、図示は省略するが、４つの単位処理期間Ｋに対して、ｓｔｅｐ１からｓｔｅｐ１６までの１６のｓｔｅｐ（ステップ）を備える運転サイクルを実行するように構成されている。

　つまり、図３においては、単位処理期間Ｋにおいて、Ａ塔が吸着工程を実行し、Ｄ塔が均圧用排出工程をし、Ｃ塔が脱着工程を実行し、Ｂ塔が復圧工程を実行する場合を例示するが、単位処理期間Ｋが経過するごとに、吸着塔１を異ならせる状態で、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、及び、復圧工程が順次繰り返されることになる。
　尚、本別実施形態の吸着塔１は、上記実施形態の吸着塔１に較べて容量が大きな大型に構成されるものであるため、各ｓｔｅｐの時間が、上記実施形態に較べて長く設定されている。

　そして、工程制御部Ｐが、単位処理期間Ｋの初期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部のガスを復圧工程の吸着塔１に供給する前段均圧工程としての均圧Ｉを行い、単位処理期間Ｋの終期において、均圧用排出工程の吸着塔１の内部ガスを脱着工程の吸着塔１に供給する後段均圧工程としての均圧ＩＩを行うように構成されている。
　ちなみに、「単位処理期間Ｋの初期」とは、単位処理期間Ｋの開始時点から始まる期間を意味し、「単位処理期間Ｋの終期」とは、単位処理期間Ｋの終了時点に終了する期間を意味する。

　（単位処理期間の運転形態の詳細）
　上述の如く、４つの吸着塔１の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を順次行うことになるが、以下の説明においては、４つの吸着塔１のうち、Ａ塔が吸着工程を行い、Ｂ塔が復圧工程を行い、Ｃ塔が脱着工程を行い、Ｄ塔が均圧用排出工程を行う場合を代表として、図５に基づいて、単位処理期間Ｋの運転形態の詳細を説明する。

　すなわち、単位処理期間Ｋの間は、Ａ塔に対応する原料ガス供給弁Ａ１及び製品ガス送出弁Ａ２を開いて、Ａ塔については吸着工程を行う。
　単位処理期間Ｋの初期において、Ｂ塔に対応する均圧調整弁Ｂ４及びＤ塔に対応する均圧調整弁Ｄ４を開いて、均圧用排出工程のＤ塔の内部のガスを復圧工程のＢ塔に供給する均圧Ｉ（前段排出工程）を行う。

　単位処理期間Ｋの終期において、Ｃ塔に対応する均圧調整弁Ｃ４及びＤ塔に対応する均圧調整弁Ｄ４を開いて、均圧用排出工程のＤ塔の内部ガスを脱着工程のＣ塔に供給する均圧ＩＩ（後段排出工程）を行う。
　つまり、均圧用排出工程を実行するＤ塔においては、均圧Ｉ（前段排出工程）の（出）、及び、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（出）が行われることになる。
　ちなみに、均圧Ｉの（出）が、ｓｔｅｐ１及びｓｔｅｐ２で実行され、均圧ＩＩの（出）が、ｓｔｅｐ４で実行され、均圧Ｉの（出）と均圧ＩＩの（出）との間には、ｓｔｅｐ３に対応する休止がある。

　単位処理期間Ｋの初期において、Ｃ塔に対応するオフガス排出弁Ｃ７を開いて、Ｃ塔の内部ガスをオフガスとしてオフガス排出路４を通してオフガスタンク９に排出する減圧を行う。
　減圧に続いて、オフガス排出弁Ｃ７を開き状態に維持したまま、Ｃ塔に対応する洗浄用弁Ｃ８を開いて、洗浄用流路１２からの製品ガスＨを洗浄ガスとしてＣ塔の内部を流動させる洗浄を行う。尚、洗浄後の洗浄ガスは、オフガス排出路４を通してオフガスタンク９に排出される。

　つまり、脱着工程を実行するＣ塔においては、減圧、洗浄、及び、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（入）の各処理が順次行われることになる。
　そして、減圧がｓｔｅｐ１で実行され、洗浄が、ｓｔｅｐ２及びｓｔｅｐ３で実行され、均圧ＩＩ（後段排出工程）の（入）が、ｓｔｅｐ４で実行される。

　〔その他の別実施形態〕
　次に、その他の別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態及び別実施形態においては、工程制御部Ｐが、復圧工程において、前段均圧工程（均圧Ｉ）と昇圧工程とを単位処理期間Ｋの全体に分散させる形態で、吸着塔１の作動を制御する場合を例示したが、昇圧工程を後段均圧工程（均圧ＩＩ）と重複して実行させる形態で、単位処理期間Ｋの終了時点よりも前に、昇圧工程を終了する状態で実施してもよい。

（２）上記実施形態及び別の実施形態においては、原料ガスが、水素、水素ガス以外の吸着対象成分として、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素を含む場合を例示したが、本発明の圧力変動吸着式水素製造装置は、水素及び水素成分以外の吸着対象成分を含む種々のガスを原料ガスとして適用できるものである。

（３）上記実施形態では、５つの吸着塔１を備える場合において、脱着工程において真空の処理を行う場合を例示し、別実施形態では、４つの吸着塔１を備える場合において、脱着工程において洗浄の処理を行う場合を例示したが、５つの吸着塔１を備える場合において、脱着工程において洗浄の処理を行うようにしてもよく、また、４つの吸着塔１を備える場合において、脱着工程において真空の処理を行うようにしてもよい。

　なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１　　　　吸着塔
Ｋ　　　　単位処理期間
Ｐ　　　　工程制御部

Claims

　水素成分を含む原料ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する４又は５つの吸着塔が設けられ、
　前記吸着塔のうちの１つについては、単位処理期間の間は吸着工程を行い、前記吸着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は均圧用排出工程を行い、前記均圧用排出工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は脱着工程を行い、前記脱着工程に続く工程を行う前記吸着塔については、前記単位処理期間の間は前記吸着工程の前工程としての復圧工程を行う形態で、前記吸着塔の作動を制御する工程制御部が設けられ、
　前記工程制御部が、前記単位処理期間の初期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部のガスを前記復圧工程の前記吸着塔に供給する前段均圧工程を行い、前記単位処理期間の終期において、前記均圧用排出工程の前記吸着塔の内部ガスを前記脱着工程の前記吸着塔に供給する後段均圧工程を行い、且つ、前記復圧工程として、前記前段均圧工程の後に続いて前記製品ガスを投入して昇圧する昇圧工程を行うように構成された圧力変動吸着式水素製造装置であって、
　前記工程制御部が、前記昇圧工程を前記後段均圧工程と重複して実行させる形態で、前記吸着塔の作動を制御するように構成されている圧力変動吸着式水素製造装置。
　前記工程制御部が、前記復圧工程において、前記前段均圧工程と前記昇圧工程とを前記単位処理期間の全体に分散させる形態で、前記吸着塔の作動を制御するように構成されている請求項１記載の圧力変動吸着式水素製造装置。