WO2019189409A1 - 液体水素製造設備及び水素ガス製造設備 - Google Patents
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Definitions
- the liquid hydrogen production facility of Patent Document 1 includes a hydrogen gas generation device that generates hydrogen gas from natural gas obtained by vaporizing liquefied natural gas, and a hydrogen liquefaction device that liquefies the generated hydrogen gas.
- the liquid hydrogen production facility further includes a heat exchanger provided between the hydrogen gas generator and the hydrogen liquefaction device. The heat exchanger supplies the hydrogen liquefying apparatus with hydrogen gas precooled by heat exchange between the liquefied natural gas and the generated hydrogen gas.
- heat exchange is performed between nitrogen gas discharged from the hydrogen liquefier at a relatively low temperature and carbon dioxide generated in the process of generating hydrogen gas, thereby liquefying the carbon dioxide.
- the cold heat of the nitrogen gas can be used as a cold heat source. Therefore, the carbon dioxide can be efficiently liquefied in the liquid hydrogen production facility.
- FIG. 2 shows a liquid hydrogen production facility 10B according to a second embodiment of the present invention.
- the liquid hydrogen production facility 10B according to the present embodiment has the same structure as the liquid hydrogen production facility 10A according to the first embodiment in many respects. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the same description will not be repeated.
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Abstract
Description
(全体構成)
図1に、本発明の第1実施形態に係る液体水素製造設備10Aを示す。本実施形態に係る液体水素製造設備10Aは、液化天然ガス(Liquefied Natural Gas、いわゆる「LNG」)に主成分として含まれるメタンCH4(L)(炭化水素)を改質して水素ガスH2(G)を生成する改質器20と、当該水素ガスH2(G)を液化して液体水素H2(L)を生成する水素液化装置30と、当該液体水素H2(L)を貯えるための貯蔵器40と、を備える。また、液体水素製造設備10Aは、貯蔵器40内で生じるボイルオフガスと、水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させて当該二酸化炭素CO2(G)を液化する熱交換器60を備える。
改質器20は、水蒸気H2O(G)を用いて、上記メタンCH4(L)を改質して水素ガスH2(G)を生成する。すなわち、改質器20は、水蒸気改質によって上記メタンCH4(L)から水素ガスH2(G)を生成する。改質器20で生成された水素ガスH2(G)は、水素液化装置30へと送られる。また、水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)は、後述するガス圧縮器50へと送られる。
水素液化装置30は、液体窒素N2(L)の気化熱を利用して改質器20で生成された水素ガスH2(G)を冷却することで、当該水素ガスH2(G)を液化して液体水素H2(L)を生成する。水素液化装置30で生成された液体水素H2(L)は、貯蔵器40へと送られる。例えば、水素液化装置30は、液体窒素N2(L)の気化熱を利用して水素ガスH2(G)を冷却したあと、ヒートポンプを用いて前記水素ガスH2(G)をさらに冷却し、そのあと前記水素ガスH2(G)を断熱膨張させることで、前記水素ガスH2(G)を液化して液体水素H2(L)を生成してもよい。
貯蔵器40は、水素液化装置30で生成された液体水素H2(L)を貯える。当該液体水素H2(L)は、約-253°Cという極低温状態であるので、貯蔵器40は断熱保冷性能を有するが、このように断熱保冷性能を有していたとしても、液体水素H2(L)は貯蔵器40内で少量ずつ自然蒸発する。すなわち、貯蔵器40内でボイルオフガス(すなわち、水素ガスH2(G))が生じる。当該ボイルオフガスは、熱交換器60へと送られる。
熱交換器60は、貯蔵器40内で生じたボイルオフガスと、改質器20で水素ガスH2(G)を生成する過程で生じた二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させて前記二酸化炭素CO2(G)を液化する。二酸化炭素CO2(G)は、常温常圧の状態では液化しないので、ガス圧縮器50で圧縮されてから熱交換器60に供給される。
本実施形態に係る液体水素製造設備10Aは、液体水素H2(L)を貯えるための貯蔵器40内で生じるボイルオフガスと、水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させることで、前記二酸化炭素CO2(G)を液化するための冷熱源として前記ボイルオフガスの冷熱を利用することができる。したがって、液体水素製造設備10Aにおいて前記二酸化炭素CO2(G)を効率良く液化することが可能となる。
図2に、本発明の第2実施形態に係る液体水素製造設備10Bを示す。なお、本実施形態に係る液体水素製造設備10Bは、多くの点で上記第1実施形態に係る液体水素製造設備10Aと同じ構造を有する。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
本実施形態では、熱交換器60は、水素液化装置30から排出される窒素ガスN2(G)と、改質器20で水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させて前記二酸化炭素CO2(G)を液化する。二酸化炭素CO2(G)を液化する過程で、前記液体窒素N2(L)が気化して窒素ガスN2(G)が生じる。当該窒素ガスN2(G)は、低温状態であるので、例えば、所定の温度まで加熱されたあと、大気中へと排出されてもよい。
本実施形態に係る液体水素製造設備10Bは、水素液化装置30から比較的低温な状態で排出される窒素ガスN2(G)と、水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させることで、前記二酸化炭素CO2(G)を液化するための冷熱源として前記窒素ガスN2(G)の冷熱を利用することができる。したがって、液体水素製造設備10Bにおいて前記二酸化炭素CO2(G)を効率良く液化することが可能となる。
本発明は、液体水素製造設備だけでなく、水素ガス製造設備にも適用可能である。この場合の一例を図3に示す。図3に示すように、本実施形態に係る水素ガス製造設備12は、水素液化装置30及びそれに付随する各種ラインを備えないことを除き、上記第1実施形態に係る液体水素製造設備10Aと同じ構造を有する。したがって、同一部分には同じ参照番号を付し、同様となる説明は繰り返さない。
本実施形態に係る水素ガス製造設備12は、外部から供給される液体水素H2(L)を貯えるための貯蔵器40内で生じるボイルオフガスと、水素ガスH2(G)を生成する過程で生じる二酸化炭素CO2(G)と、を熱交換させることで、前記二酸化炭素CO2(G)を液化するための冷熱源として前記ボイルオフガスの冷熱を利用することができる。したがって、貯蔵器40から液体水素H2(L)を抽出しなくても前記二酸化炭素CO2(G)を液化することができる。その結果、貯蔵器40内の液体水素H2(L)を需要者に供給する場合に、需要者に供給すべき液体水素H2(L)を減少させずに、前記二酸化炭素CO2(G)を液化することが可能となる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
12 水素ガス製造設備
20 改質器
30 水素液化装置
40 貯蔵器
50 ガス圧縮器
60 熱交換器
70 発電器
80 CCSサイト
Claims (5)
- 炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、
前記水素ガスを液化して液体水素を生成する水素液化装置と、
前記液体水素を貯えるための貯蔵器と、
前記貯蔵器内で生じるボイルオフガスと、前記水素ガスを生成する過程で生じる二酸化炭素と、を熱交換させて前記二酸化炭素を液化する熱交換器と、
を備えることを特徴とする、液体水素製造設備。 - 炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、
液体窒素の気化熱を利用して前記水素ガスを冷却することで、前記水素ガスを液化して液体水素を生成する水素液化装置と、
前記水素液化装置から排出される窒素ガスと、前記水素ガスを生成する過程で生じる二酸化炭素と、を熱交換させて前記二酸化炭素を液化する熱交換器と、
を備えることを特徴とする、液体水素製造設備。 - 前記炭化水素は、液化天然ガスに主成分として含まれるメタンである、請求項1又は2に記載の液体水素製造設備。
- 前記改質は水蒸気改質である、請求項1乃至3のいずれかに記載の液体水素製造設備。
- 炭化水素を改質して水素ガスを生成する改質器と、
外部から供給される液体水素を貯えるための貯蔵器と、
前記貯蔵器内で生じるボイルオフガスと、前記水素ガスを生成する過程で生じる二酸化炭素と、を熱交換させて前記二酸化炭素を液化する熱交換器と、
を備えることを特徴とする、水素ガス製造設備。
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