WO2021200727A1 - Hydrogen supply system - Google Patents
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Abstract
A hydrogen supply system for supplying hydrogen, said system comprising a dehydrogenation reaction unit for subjecting a starting material containing a hydride to a dehydrogenation reaction to thereby give a hydrogen-containing gas, a gas-liquid separation unit for separating a dehydrogenation product that is a liquid component from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit, and a storage unit for storing the dehydrogenation product separated in the gas-liquid separation unit, wherein a removal unit for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation unit and the storage unit.
Description
本開示は、水素の供給を行う水素供給システムに関する。
This disclosure relates to a hydrogen supply system that supplies hydrogen.
従来の水素供給システムとして、例えば特許文献１に挙げるものが知られている。特許文献１の水素供給システムは、原料の芳香族炭化水素の水素化物を貯蔵するタンクと、当該タンクから供給された原料を脱水素反応させることによって水素を得る脱水素反応部と、脱水素反応部で得られた水素を気液分離する気液分離部と、気液分離された水素を精製する水素精製部と、を備える。
As a conventional hydrogen supply system, for example, the one listed in Patent Document 1 is known. The hydrogen supply system of Patent Document 1 includes a tank for storing hydrides of aromatic hydrocarbons as a raw material, a dehydrogenation reaction unit for obtaining hydrogen by dehydrogenating the raw material supplied from the tank, and a dehydrogenation reaction. A gas-liquid separation unit for gas-liquid separation of the hydrogen obtained in the unit and a hydrogen purification unit for purifying the gas-liquid separated hydrogen are provided.
上述したような水素供給システムにおいて、気液分離部によって分離されたトルエンなどの液体成分である脱水素生成物は、施設の地下などに設けられた貯留部に貯留される場合がある。ここで、気液分離部で分離された脱水素生成物には、水素が溶存している場合がある。この場合、貯留部において水素ガスが発生する可能性がある。このような貯留部に存在する水素ガスの量は低減されることが求められている。
In the hydrogen supply system as described above, the dehydrogenation product, which is a liquid component such as toluene separated by the gas-liquid separation unit, may be stored in a storage unit provided in the basement of the facility. Here, hydrogen may be dissolved in the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation section. In this case, hydrogen gas may be generated in the storage unit. It is required to reduce the amount of hydrogen gas present in such a reservoir.
本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、脱水素生成物の貯留部に存在する水素ガスの量を低減することができる水素供給システムを提供することを目的とする。
The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a hydrogen supply system capable of reducing the amount of hydrogen gas present in the storage portion of the dehydrogenation product.
上記課題の解決のため、本開示に係る水素供給システムは、水素の供給を行う水素供給システムであって、水素化物を含む原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、脱水素反応部で得られた水素含有ガスから、液体成分である脱水素生成物を分離する気液分離部と、気液分離部で分離された脱水素生成物を貯留する貯留部と、を備え、気液分離部と貯留部との間には、脱水素生成物に溶存する水素を除去する除去部が設けられる。
In order to solve the above problems, the hydrogen supply system according to the present disclosure is a hydrogen supply system that supplies hydrogen, and is a dehydrogenation reaction unit that obtains a hydrogen-containing gas by dehydrogenating a raw material containing a hydride. A gas-liquid separation unit that separates the dehydrogenation product, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit, and a storage unit that stores the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit. A removal section for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation section and the storage section.
水素供給システムにおいて、気液分離部は、脱水素反応部で得られた水素含有ガスから、液体成分である脱水素生成物を分離する。また、貯留部は、気液分離部で分離された脱水素生成物を貯留する。ここで、気液分離部と貯留部との間には、脱水素生成物に溶存する水素を除去する除去部が設けられる。従って、気液分離部で分離された脱水素生成物に水素が溶存していた場合であっても、除去部が当該水素を除去することができる。そのため、貯留部に対しては、溶存水素が低減された状態の脱水素生成物が供給される。以上により、脱水素生成物の貯留部に存在する水素ガスの量を低減することができる。
In the hydrogen supply system, the gas-liquid separation unit separates the dehydrogenation product, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit. In addition, the storage unit stores the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit. Here, a removing section for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation section and the storage section. Therefore, even when hydrogen is dissolved in the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit, the removal unit can remove the hydrogen. Therefore, the dehydrogenation product in a state where the dissolved hydrogen is reduced is supplied to the storage portion. As described above, the amount of hydrogen gas present in the storage portion of the dehydrogenation product can be reduced.
この水素供給システムにおいて、除去部は、脱気膜分離器によって構成されてよい。これにより、除去部は、脱水素生成物から効率よく水素を除去することができる。
In this hydrogen supply system, the removing part may be composed of a degassing membrane separator. As a result, the removing unit can efficiently remove hydrogen from the dehydrogenation product.
本開示によれば、脱水素生成物の貯留部に存在する水素ガスの量を低減することができる水素供給システムを提供することができる。
According to the present disclosure, it is possible to provide a hydrogen supply system capable of reducing the amount of hydrogen gas present in the storage portion of the dehydrogenation product.
以下、図面を参照しながら、本開示に係る水素供給システムの好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
Hereinafter, a preferred embodiment of the hydrogen supply system according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts will be designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図１は、本開示の実施形態に係る水素供給システムの構成を示すブロック図である。水素供給システム１００は、有機化合物（常温で液体）を原料として用いる。なお、水素精製の過程では、原料である有機化合物（常温で液体）を脱水素した、脱水素生成物（有機化合物（常温で液体））が除去される。原料の有機化合物として、例えば、有機ハイドライドが挙げられる。有機ハイドライドは、製油所で大量に生産されている水素を芳香族炭化水素と反応させた水素化物が好適な例である。また、有機ハイドライドは、芳香族の水素化化合物に限らず、２－プロパノール（水素とアセトンが生成される）の系もある。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム１００へ輸送することができる。本実施形態では有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨと称する）を用いる。その他、有機ハイドライドとしてシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン、ジメチルデカリン、エチルデカリンなど芳香物炭化水素の水素化物を適用することができる。なお、芳香族化合物は特に水素含有量の多い好適な例である。水素供給システム１００は、燃料電池自動車（ＦＣＶ）や水素エンジン車に水素を供給することができる。なお、メタンを主成分とした天然ガスやプロパンを主成分としたＬＰＧ、あるいはガソリン、ナフサ、灯油、軽油といった液体炭化水素原料から水素を製造する場合にも適用可能である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hydrogen supply system according to an embodiment of the present disclosure. The hydrogen supply system 100 uses an organic compound (liquid at room temperature) as a raw material. In the process of hydrogen purification, the dehydrogenated product (organic compound (liquid at room temperature)) obtained by dehydrogenating the organic compound (liquid at room temperature) as a raw material is removed. Examples of the organic compound as a raw material include organic hydride. A suitable example of the organic hydride is a hydride obtained by reacting hydrogen produced in large quantities in a refinery with an aromatic hydrocarbon. In addition, the organic hydride is not limited to aromatic hydrogenated compounds, but also has a 2-propanol system (hydrogen and acetone are produced). The organic hydride can be transported to the hydrogen supply system 100 as a liquid fuel by a tank lorry or the like like gasoline or the like. In this embodiment, methylcyclohexane (hereinafter referred to as MCH) is used as the organic hydride. In addition, hydrides of aromatic hydrocarbons such as cyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, decalin, methyldecalin, dimethyldecalin, and ethyldecalin can be applied as the organic hydride. The aromatic compound is a suitable example having a particularly high hydrogen content. The hydrogen supply system 100 can supply hydrogen to a fuel cell vehicle (FCV) or a hydrogen engine vehicle. It can also be applied to the production of hydrogen from natural gas containing methane as a main component, LPG containing propane as a main component, or liquid hydrocarbon raw materials such as gasoline, naphtha, kerosene, and light oil.
図１に示すように、本実施形態に係る水素供給システム１００は、液体移送ポンプ１、熱交換部２、脱水素反応部３、加熱部４、気液分離部６、圧縮部７、及び水素精製部８を備えている。このうち、液体移送ポンプ１、熱交換部２、及び脱水素反応部３は、水素含有ガスを製造する水素製造部１０に属する。また、気液分離部６、圧縮部７、及び水素精製部８は、水素の純度を高める水素純度調整部１１に属する。また、水素供給システム１００は、ラインＬ１～Ｌ１２を備えている。なお、本実施形態では、原料としてＭＣＨを採用し、水素精製の過程で除去される脱水素生成物がトルエンである場合を例として説明する。なお、実際には、トルエンのみならず、未反応のＭＣＨと少量の副生成物及び不純物も存在するが、本実施形態中では、これらはトルエンに混じって当該トルエンと同じ挙動を示すとみなす。従って、以下の説明において、「トルエン」と称して説明するものには、未反応のＭＣＨや副生成物も含むものとする。
As shown in FIG. 1, the hydrogen supply system 100 according to the present embodiment includes a liquid transfer pump 1, a heat exchange unit 2, a dehydrogenation reaction unit 3, a heating unit 4, a gas-liquid separation unit 6, a compression unit 7, and hydrogen. The purification unit 8 is provided. Of these, the liquid transfer pump 1, the heat exchange unit 2, and the dehydrogenation reaction unit 3 belong to the hydrogen production unit 10 that produces a hydrogen-containing gas. Further, the gas-liquid separation unit 6, the compression unit 7, and the hydrogen purification unit 8 belong to the hydrogen purity adjusting unit 11 that enhances the purity of hydrogen. Further, the hydrogen supply system 100 includes lines L1 to L12. In this embodiment, a case where MCH is used as a raw material and the dehydrogenation product removed in the process of hydrogen purification is toluene will be described as an example. In reality, not only toluene but also unreacted MCH and a small amount of by-products and impurities are present, but in the present embodiment, these are considered to be mixed with toluene and exhibit the same behavior as the toluene. Therefore, in the following description, what is referred to as "toluene" includes unreacted MCH and by-products.
ラインＬ１～Ｌ１２は、ＭＣＨ、トルエン、水素含有ガス、オフガス、高純度水素、または加熱媒体が通過する流路である。ラインＬ１は、液体移送ポンプ１が図示されないＭＣＨタンクからＭＣＨをくみ上げるためのラインであり、液体移送ポンプ１とＭＣＨタンクを接続する。ラインＬ２は、液体移送ポンプ１と脱水素反応部３とを接続する。ラインＬ３は、脱水素反応部３と気液分離部６とを接続する。ラインＬ４は、気液分離部６と図示されないトルエンタンクとを接続する。ラインＬ５は、気液分離部６と圧縮部７とを接続する。ラインＬ６は、圧縮部７と水素精製部８とを接続する。ラインＬ７は、水素精製部８とオフガスの供給先とを接続する。ラインＬ８は、水素精製部８と図示されない精製ガスの供給装置とを接続する。ラインＬ１１，Ｌ１２は、加熱部４と脱水素反応部３とを接続する。ラインＬ１１，Ｌ１２は、熱媒体を流通させる。
Lines L1 to L12 are channels through which MCH, toluene, hydrogen-containing gas, off-gas, high-purity hydrogen, or a heating medium passes. The line L1 is a line for the liquid transfer pump 1 to pump up the MCH from the MCH tank (not shown), and connects the liquid transfer pump 1 and the MCH tank. The line L2 connects the liquid transfer pump 1 and the dehydrogenation reaction unit 3. The line L3 connects the dehydrogenation reaction unit 3 and the gas-liquid separation unit 6. The line L4 connects the gas-liquid separation unit 6 and a toluene tank (not shown). The line L5 connects the gas-liquid separation unit 6 and the compression unit 7. The line L6 connects the compression unit 7 and the hydrogen purification unit 8. The line L7 connects the hydrogen purification unit 8 and the off-gas supply destination. The line L8 connects the hydrogen purification unit 8 and a purification gas supply device (not shown). The lines L11 and L12 connect the heating unit 4 and the dehydrogenation reaction unit 3. The lines L11 and L12 circulate a heat medium.
液体移送ポンプ１は、原料となるＭＣＨを脱水素反応部３へ供給する。なお、外部からタンクローリーなどで輸送されたＭＣＨは、ＭＣＨタンクにて貯留される。ＭＣＨタンクに貯留されているＭＣＨは、液体移送ポンプ１によってラインＬ１，Ｌ２を介して脱水素反応部３へ供給される。
The liquid transfer pump 1 supplies the raw material MCH to the dehydrogenation reaction unit 3. The MCH transported from the outside by a tank lorry or the like is stored in the MCH tank. The MCH stored in the MCH tank is supplied to the dehydrogenation reaction unit 3 via the lines L1 and L2 by the liquid transfer pump 1.
熱交換部２は、ラインＬ２を流通するＭＣＨとラインＬ３を流通する水素含有ガスとの間で熱交換を行う。脱水素反応部３から出てきた水素含有ガスの方がＭＣＨよりも高温である。従って、熱交換部２では、水素含有ガスの熱によってＭＣＨが加熱される。これにより、ＭＣＨは、温度が上昇した状態で脱水素反応部３へ供給される。なお、ＭＣＨは、ラインＬ７を介して水素精製部８から供給されたオフガスと合わせて、脱水素反応部３へ供給される。
The heat exchange unit 2 exchanges heat between the MCH flowing through the line L2 and the hydrogen-containing gas flowing through the line L3. The hydrogen-containing gas emitted from the dehydrogenation reaction unit 3 has a higher temperature than the MCH. Therefore, in the heat exchange unit 2, the MCH is heated by the heat of the hydrogen-containing gas. As a result, the MCH is supplied to the dehydrogenation reaction unit 3 in a state where the temperature has risen. The MCH is supplied to the dehydrogenation reaction unit 3 together with the off-gas supplied from the hydrogen purification unit 8 via the line L7.
脱水素反応部３は、ＭＣＨを脱水素反応させることによって水素を得る機器である。すなわち、脱水素反応部３は、脱水素触媒を用いた脱水素反応によってＭＣＨから水素を取り出す機器である。脱水素触媒は、特に制限されないが、例えば、白金触媒、パラジウム触媒及びニッケル触媒から選ばれる。これら触媒は、アルミナ、シリカ及びチタニア等の担体上に担持されていてもよい。有機ハイドライドの反応は可逆反応であり、反応条件（温度、圧力）によって反応の方向が変わる（化学平衡の制約を受ける）。一方、脱水素反応は、常に吸熱反応で分子数が増える反応である。従って、高温、低圧の条件が有利である。脱水素反応は吸熱反応であるため、脱水素反応部３は加熱部４からラインＬ１１，Ｌ１２を循環する熱媒体を介して熱を供給される。脱水素反応部３は、脱水素触媒中を流れるＭＣＨと加熱部４からの熱媒体との間で熱交換可能な機構を有している。脱水素反応部３で取り出された水素含有ガスは、ラインＬ３を介して気液分離部６へ供給される。ラインＬ３の水素含有ガスは、液体であるトルエンを混合物として含んだ状態で、気液分離部６へ供給される。
The dehydrogenation reaction unit 3 is a device that obtains hydrogen by dehydrogenating MCH. That is, the dehydrogenation reaction unit 3 is a device that extracts hydrogen from the MCH by a dehydrogenation reaction using a dehydrogenation catalyst. The dehydrogenation catalyst is not particularly limited, and is selected from, for example, a platinum catalyst, a palladium catalyst, and a nickel catalyst. These catalysts may be supported on carriers such as alumina, silica and titania. The reaction of organic hydride is a reversible reaction, and the direction of the reaction changes depending on the reaction conditions (temperature, pressure) (subject to chemical equilibrium). On the other hand, the dehydrogenation reaction is a reaction in which the number of molecules increases due to an endothermic reaction. Therefore, high temperature and low pressure conditions are advantageous. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, the dehydrogenation reaction unit 3 is supplied with heat from the heating unit 4 via a heat medium circulating in the lines L11 and L12. The dehydrogenation reaction unit 3 has a mechanism capable of heat exchange between the MCH flowing in the dehydrogenation catalyst and the heat medium from the heating unit 4. The hydrogen-containing gas taken out by the dehydrogenation reaction unit 3 is supplied to the gas-liquid separation unit 6 via the line L3. The hydrogen-containing gas of line L3 is supplied to the gas-liquid separation unit 6 in a state of containing toluene, which is a liquid, as a mixture.
加熱部４は、熱媒体を加熱すると共に、当該熱媒体をラインＬ１１を介して脱水素反応部３へ供給する。加熱後の熱媒体は、ラインＬ１２を介して加熱部４に戻される。熱媒体は特に限定されないが、オイルなどが採用されてよい。なお、加熱部４は、脱水素反応部３を加熱することができるものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、加熱部４は、脱水素反応部３を直接加熱するものであってもよく、例えばラインＬ２を加熱することによって脱水素反応部３に供給されるＭＣＨを加熱してもよい。また、加熱部４は、脱水素反応部３と、脱水素反応部３へ供給されるＭＣＨの両方を加熱してもよい。例えば、加熱部４としてバーナーやエンジンを採用することができる。
The heating unit 4 heats the heat medium and supplies the heat medium to the dehydrogenation reaction unit 3 via the line L11. The heat medium after heating is returned to the heating unit 4 via the line L12. The heat medium is not particularly limited, but oil or the like may be adopted. As the heating unit 4, any one may be used as long as it can heat the dehydrogenation reaction unit 3. For example, the heating unit 4 may directly heat the dehydrogenation reaction unit 3, or may heat the MCH supplied to the dehydrogenation reaction unit 3 by heating the line L2, for example. Further, the heating unit 4 may heat both the dehydrogenation reaction unit 3 and the MCH supplied to the dehydrogenation reaction unit 3. For example, a burner or an engine can be adopted as the heating unit 4.
気液分離部６は、水素含有ガスからトルエンを分離するタンクである。気液分離部６は、混合物としてトルエンを含む水素含有ガスを貯留することによって、気体である水素と液体であるトルエンとを気液分離する。また、気液分離部６に供給される水素含有ガスは、熱交換部２で冷却される。なお、気液分離部６は、冷熱源からの冷却媒体によって冷却されてよい。この場合、気液分離部６は、気液分離部６中の水素含有ガスと冷熱源からの冷却媒体との間で熱交換可能な機構を有している。気液分離部６で分離されたトルエンは、ラインＬ４を介して後述のトルエン地下タンク２３（貯留部）へ供給される。トルエン地下タンク２３については後述する。気液分離部６で分離された水素含有ガスは、圧縮部７の圧力によりラインＬ５，Ｌ６を介して水素精製部８へ供給される。なお、水素含有ガスを冷やすと当該ガスの一部（トルエン）は液化し、気液分離部６によって、液化しないガス（水素）と分離することができる。ガスを低温とした方が、分離の効率は良くなり、圧力を上げると更に、トルエンの液化が進む。
The gas-liquid separation unit 6 is a tank that separates toluene from the hydrogen-containing gas. The gas-liquid separation unit 6 separates hydrogen as a gas and toluene as a liquid by storing a hydrogen-containing gas containing toluene as a mixture. Further, the hydrogen-containing gas supplied to the gas-liquid separation unit 6 is cooled by the heat exchange unit 2. The gas-liquid separation unit 6 may be cooled by a cooling medium from a cold heat source. In this case, the gas-liquid separation unit 6 has a mechanism capable of exchanging heat between the hydrogen-containing gas in the gas-liquid separation unit 6 and the cooling medium from the cold heat source. The toluene separated by the gas-liquid separation unit 6 is supplied to the toluene underground tank 23 (storage unit) described later via the line L4. The toluene underground tank 23 will be described later. The hydrogen-containing gas separated by the gas-liquid separation unit 6 is supplied to the hydrogen purification unit 8 via the lines L5 and L6 by the pressure of the compression unit 7. When the hydrogen-containing gas is cooled, a part of the gas (toluene) is liquefied and can be separated from the non-liquefied gas (hydrogen) by the gas-liquid separation unit 6. The lower the temperature of the gas, the better the separation efficiency, and the higher the pressure, the further the liquefaction of toluene progresses.
水素精製部８は、脱水素反応部３で得られると共に気液分離部６で気液分離された水素含有ガスから、脱水素生成物（本実施形態ではトルエン）を除去する。これによって、水素精製部８は、当該水素含有ガスを精製して高純度水素（精製ガス）を得る。得られた精製ガスは、ラインＬ８へ供給される。なお、水素精製部８で生じたオフガスは、ラインＬ７を介して脱水素反応部３へ供給される。
The hydrogen purification unit 8 removes the dehydrogenation product (toluene in the present embodiment) from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit 3 and separated in the gas-liquid separation unit 6. As a result, the hydrogen purification unit 8 purifies the hydrogen-containing gas to obtain high-purity hydrogen (purified gas). The obtained purified gas is supplied to line L8. The off-gas generated in the hydrogen purification unit 8 is supplied to the dehydrogenation reaction unit 3 via the line L7.
水素精製部８は、採用する水素精製方法によって異なる。具体的には、水素精製方法として膜分離を用いる場合には、水素精製部８は、水素分離膜を備える水素分離装置である。また、水素精製方法としてＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法又はＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法を用いる場合には、水素精製部８は、不純物を吸着する吸着材を格納する吸着塔を複数備えた吸着除去装置である。
The hydrogen purification unit 8 differs depending on the hydrogen purification method adopted. Specifically, when membrane separation is used as the hydrogen purification method, the hydrogen purification unit 8 is a hydrogen separation device including a hydrogen separation membrane. When the PSA (Pressure swing attachment) method or the TSA (Temperature swing attachment) method is used as the hydrogen purification method, the hydrogen purification unit 8 is provided with a plurality of adsorption towers for adsorbing impurities. It is a device.
水素精製部８が膜分離を用いる場合について説明する。この方法では、所定温度に加熱された膜に、圧縮部（不図示）によって所定圧力に加圧された水素含有ガスを透過させることによって、脱水素生成物を除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得ることができる。膜を透過したガスの圧力は、膜を透過する前の圧力と比べて低下する。一方、膜を透過しなかったガスの圧力は、膜を透過する前の所定圧力と略同一である。このとき、膜を透過しなかったガスが、水素精製部８のオフガスに該当する。
The case where the hydrogen purification unit 8 uses membrane separation will be described. In this method, dehydrogenation products are removed by permeating a film heated to a predetermined temperature with a hydrogen-containing gas pressurized to a predetermined pressure by a compression unit (not shown) to remove high-purity hydrogen gas (not shown). Purified gas) can be obtained. The pressure of the gas permeating the membrane is lower than the pressure before permeating the membrane. On the other hand, the pressure of the gas that did not permeate the membrane is substantially the same as the predetermined pressure before permeating the membrane. At this time, the gas that did not permeate the membrane corresponds to the off-gas of the hydrogen purification unit 8.
水素精製部８に適用される膜の種類は特に限定されず、多孔質膜（分子流によって分離するもの、表面拡散流によって分離するもの、毛管凝縮作用によって分離するもの、分子ふるい作用によって分離するものなど）や、非多孔質膜を適用することができる。水素精製部８に適用される膜として、例えば、金属膜（ＰｂＡｇ系、ＰｄＣｕ系、Ｎｂ系など）、ゼオライト膜、無機膜（シリカ膜、カーボン膜など）、高分子膜（ポリイミド膜など）を採用することができる。
The type of membrane applied to the hydrogen purification unit 8 is not particularly limited, and is a porous membrane (separated by molecular flow, separated by surface diffusion flow, separated by capillary condensing action, separated by molecular sieving action). , Etc.) and non-porous membranes can be applied. Examples of the membrane applied to the hydrogen purification unit 8 include a metal membrane (PbAg-based, PdCu-based, Nb-based, etc.), a zeolite membrane, an inorganic membrane (silica membrane, carbon membrane, etc.), and a polymer membrane (polyimide membrane, etc.). Can be adopted.
水素精製部８の除去方法として、ＰＳＡ法を採用する場合について説明する。ＰＳＡ法で用いられる吸着材は、高圧下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、低圧下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。ＰＳＡ法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を高圧にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得る。吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を低圧にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した精製ガスの一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する。このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製部８からのオフガスに該当する。
The case where the PSA method is adopted as the method for removing the hydrogen purification unit 8 will be described. The adsorbent used in the PSA method has the property of adsorbing toluene contained in the hydrogen-containing gas under high pressure and desorbing the adsorbed toluene under low pressure. The PSA method utilizes such properties of the adsorbent. That is, by increasing the pressure inside the adsorption tower, toluene contained in the hydrogen-containing gas is adsorbed on the adsorbent and removed to obtain a high-purity hydrogen gas (purified gas). When the adsorption function of the adsorbent deteriorated, the toluene adsorbed on the adsorbent was desorbed by lowering the pressure inside the adsorption tower, and a part of the purified gas removed at the same time was backflowed to desorb the toluene. By removing toluene from the adsorption tower, the adsorption function of the adsorbent is regenerated. At this time, the hydrogen-containing gas containing at least hydrogen and toluene discharged by removing toluene from the adsorption tower corresponds to the off-gas from the hydrogen purification unit 8.
水素精製部８の除去方法として、ＴＳＡ法を採用する場合について説明する。ＴＳＡ法で用いられる吸着材は、常温下では水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着し、高温下では吸着したトルエンを脱着する性質を持つ。ＴＳＡ法は、吸着材のこのような性質を利用するものである。すなわち、吸着塔内を常温にすることにより、水素含有ガスに含まれるトルエンを吸着材に吸着させて除去し、高純度の水素ガス（精製ガス）を得る。吸着材の吸着機能が低下した場合には、吸着塔内を高温にすることにより、吸着材に吸着したトルエンを脱着し、併せて除去した高純度水素の一部を逆流させることにより当該脱着されたトルエンを吸着塔内から除去することで、吸着材の吸着機能を再生する。このとき、トルエンを吸着塔内から除去することで排出される少なくとも水素とトルエンを含む水素含有ガスが、水素精製部８からのオフガスに該当する。
The case where the TSA method is adopted as the removal method of the hydrogen purification unit 8 will be described. The adsorbent used in the TSA method has the property of adsorbing toluene contained in the hydrogen-containing gas at room temperature and desorbing the adsorbed toluene at high temperature. The TSA method utilizes such properties of the adsorbent. That is, by keeping the inside of the adsorption tower at room temperature, toluene contained in the hydrogen-containing gas is adsorbed on the adsorbent and removed to obtain a high-purity hydrogen gas (purified gas). When the adsorption function of the adsorbent deteriorates, the toluene adsorbed on the adsorbent is desorbed by raising the temperature inside the adsorption tower, and a part of the removed high-purity hydrogen is backflowed to desorb the toluene. By removing the toluene from the adsorption tower, the adsorption function of the adsorbent is regenerated. At this time, the hydrogen-containing gas containing at least hydrogen and toluene discharged by removing toluene from the adsorption tower corresponds to the off-gas from the hydrogen purification unit 8.
続いて、上述した水素供給システム１００の特徴的な部分について説明する。
Next, the characteristic parts of the hydrogen supply system 100 described above will be described.
水素供給システム１００は、トルエン地下タンク２３（貯留部）を更に備えている。上述のように、気液分離部６は、脱水素反応部３で得られた水素含有ガスから、液体成分であるトルエンを分離した。これに対し、トルエン地下タンク２３は、気液分離部６で分離されたトルエンを貯留する。トルエン地下タンク２３は、水素供給システム１００の施設の地下に設けられる。なお、本実施形態では、トルエンを貯留する貯留部として、地下タンクを例示したが、貯留部の位置は特に限定されず、地上に配置されていてよい。なお、本実施形態のように貯留部を地下に配置した場合、気液分離部６のトルエンが自重でトルエン地下タンク２３へ移送される。地上に貯留部が存在する場合、ラインＬ４にポンプを設置し、気液分離部６のトルエンを地上の貯留部へ移送する。
The hydrogen supply system 100 further includes a toluene underground tank 23 (storage unit). As described above, the gas-liquid separation unit 6 separated toluene, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit 3. On the other hand, the toluene underground tank 23 stores the toluene separated by the gas-liquid separation unit 6. The toluene underground tank 23 is provided underground in the facility of the hydrogen supply system 100. In the present embodiment, an underground tank is illustrated as a storage unit for storing toluene, but the position of the storage unit is not particularly limited and may be arranged on the ground. When the storage unit is arranged underground as in the present embodiment, the toluene in the gas-liquid separation unit 6 is transferred to the toluene underground tank 23 by its own weight. If there is a reservoir on the ground, a pump is installed on line L4 to transfer the toluene from the gas-liquid separation section 6 to the reservoir on the ground.
気液分離部６とトルエン地下タンク２３との間には、トルエンに溶存する水素を除去する除去部２１が設けられる。除去部２１は、ラインＬ４に設けられる。従って、気液分離部６は、ラインＬ４ａを介して除去部２１にトルエンを供給する。除去部２１は、気液分離部６からのトルエンから水素を除去し、溶存水素を低減した状態で、ラインＬ４ｂを介してトルエン地下タンク２３へ供給する。なお、ラインＬ４ｂには、バルブ２２が設けられている。バルブ２２は、気液分離部６からトルエン地下タンク２３に供給されるトルエンの量を調整し、供給及び停止を切り替えることができる。
Between the gas-liquid separation unit 6 and the toluene underground tank 23, a removal unit 21 for removing hydrogen dissolved in toluene is provided. The removing portion 21 is provided on the line L4. Therefore, the gas-liquid separation unit 6 supplies toluene to the removal unit 21 via the line L4a. The removing unit 21 removes hydrogen from the toluene from the gas-liquid separation unit 6 and supplies the dissolved hydrogen to the toluene underground tank 23 via the line L4b in a state of reducing the dissolved hydrogen. A valve 22 is provided on the line L4b. The valve 22 can adjust the amount of toluene supplied from the gas-liquid separation unit 6 to the toluene underground tank 23, and can switch between supply and stop.
除去部２１は、トルエンから水素を除去できる機器によって構成される。具体的に、除去部２１は、脱気膜分離器によって構成されてよい。脱気膜分離器は、脱気膜を用いてトルエンから水素を除去する機器である。脱気膜分離器は、脱気膜にトルエンを通過させることで、当該トルエンと水素とを分離する。なお、除去部２１は、除去した水素を除去部２１から外部へ排出する。そして、除去部２１は、水素を除去したトルエンをトルエン地下タンク２３へ供給する。
The removing unit 21 is composed of a device capable of removing hydrogen from toluene. Specifically, the removing unit 21 may be configured by a degassing membrane separator. A degassing membrane separator is a device that removes hydrogen from toluene using a degassing membrane. The degassing membrane separator separates the toluene and hydrogen by passing toluene through the degassing membrane. The removing unit 21 discharges the removed hydrogen from the removing unit 21 to the outside. Then, the removing unit 21 supplies the toluene from which hydrogen has been removed to the toluene underground tank 23.
なお、除去部２１を構成する機器は脱気膜分離器に限定されない。例えば、除去部２１として遠心分離法、及び超音波分離法などによる機器を採用してもよい。
The equipment constituting the removal unit 21 is not limited to the degassing membrane separator. For example, a device such as a centrifugal separation method or an ultrasonic separation method may be adopted as the removing unit 21.
次に、本実施形態に係る水素供給システム１００の作用・効果について説明する。
Next, the action / effect of the hydrogen supply system 100 according to the present embodiment will be described.
まず、比較例として、上述のような除去部２１を有さない水素供給システムについて説明する。このような水素供給システムにおいて、気液分離部６によって分離されたトルエンは、施設の地下などに設けられたトルエン地下タンク２３に貯留される場合がある。ここで、気液分離部６で分離されたトルエンには、水素が溶存している場合がある。この場合、トルエン地下タンク２３において水素ガスが発生する可能性がある。このようなトルエン地下タンク２３に存在する水素ガスの量は低減されることが求められている。
First, as a comparative example, a hydrogen supply system that does not have the removal unit 21 as described above will be described. In such a hydrogen supply system, the toluene separated by the gas-liquid separation unit 6 may be stored in a toluene underground tank 23 provided underground of the facility or the like. Here, hydrogen may be dissolved in the toluene separated by the gas-liquid separation unit 6. In this case, hydrogen gas may be generated in the toluene underground tank 23. It is required to reduce the amount of hydrogen gas existing in such a toluene underground tank 23.
これに対し、本実施形態に係る水素供給システム１００は、水素の供給を行う水素供給システム１００であって、水素化物を含む原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部３と、脱水素反応部３で得られた水素含有ガスから、液体成分である脱水素生成物を分離する気液分離部６と、気液分離部６で分離された脱水素生成物を貯留するトルエン地下タンク２３と、を備え、気液分離部６とトルエン地下タンク２３との間には、脱水素生成物に溶存する水素を除去する除去部２１が設けられる。
On the other hand, the hydrogen supply system 100 according to the present embodiment is a hydrogen supply system 100 that supplies hydrogen, and is a dehydrogenation reaction unit 3 that obtains a hydrogen-containing gas by dehydrogenating a raw material containing a hydride. And the gas-liquid separation unit 6 that separates the dehydrogenation product, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained by the dehydrogenation reaction unit 3, and the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit 6 are stored. A toluene underground tank 23 is provided, and a removing unit 21 for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation unit 6 and the toluene underground tank 23.
水素供給システム１００において、気液分離部６は、脱水素反応部３で得られた水素含有ガスから、液体成分である脱水素生成物を分離する。また、トルエン地下タンク２３は、気液分離部６で分離された脱水素生成物を貯留する。ここで、気液分離部６とトルエン地下タンク２３との間には、脱水素生成物に溶存する水素を除去する除去部２１が設けられる。従って、気液分離部６で分離された脱水素生成物に水素が溶存していた場合であっても、除去部２１が当該水素を除去することができる。そのため、トルエン地下タンク２３に対しては、溶存水素が低減された状態の脱水素生成物が供給される。以上により、トルエン地下タンク２３に存在する水素ガスの量を低減することができる。
In the hydrogen supply system 100, the gas-liquid separation unit 6 separates the dehydrogenation product, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained by the dehydrogenation reaction unit 3. Further, the toluene underground tank 23 stores the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit 6. Here, a removal unit 21 for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation unit 6 and the toluene underground tank 23. Therefore, even when hydrogen is dissolved in the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit 6, the removal unit 21 can remove the hydrogen. Therefore, the dehydrogenation product in a state where the dissolved hydrogen is reduced is supplied to the toluene underground tank 23. As described above, the amount of hydrogen gas existing in the toluene underground tank 23 can be reduced.
この水素供給システム１００において、除去部２１は、脱気膜分離器によって構成されてよい。これにより、除去部２１は、脱水素生成物から効率よく水素を除去することができる。
In this hydrogen supply system 100, the removing unit 21 may be configured by a degassing membrane separator. As a result, the removing unit 21 can efficiently remove hydrogen from the dehydrogenation product.
本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、水素供給システムとしてＦＶＣのための水素ステーションを例示したが、例えば家庭用電源や非常用電源などの分散電源のための水素供給システムであってもよい。
The present disclosure is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the hydrogen station for FVC is illustrated as the hydrogen supply system, but for example, it may be a hydrogen supply system for a distributed power source such as a household power source or an emergency power source.
３…脱水素反応部、６…気液分離部、２１…除去部、２３…トルエン地下タンク（貯留部）、１００…水素供給システム。
3 ... Dehydrogenation reaction part, 6 ... Gas-liquid separation part, 21 ... Removal part, 23 ... Toluene underground tank (storage part), 100 ... Hydrogen supply system.
Claims (2)
- 水素の供給を行う水素供給システムであって、
水素化物を含む原料を脱水素反応させることによって水素含有ガスを得る脱水素反応部と、
前記脱水素反応部で得られた水素含有ガスから、液体成分である脱水素生成物を分離する気液分離部と、
前記気液分離部で分離された前記脱水素生成物を貯留する貯留部と、を備え、
前記気液分離部と前記貯留部との間には、前記脱水素生成物に溶存する水素を除去する除去部が設けられる、水素供給システム。 A hydrogen supply system that supplies hydrogen
A dehydrogenation reaction unit that obtains a hydrogen-containing gas by dehydrogenating a raw material containing a hydride,
A gas-liquid separation unit that separates a dehydrogenation product, which is a liquid component, from the hydrogen-containing gas obtained in the dehydrogenation reaction unit.
A storage unit for storing the dehydrogenation product separated by the gas-liquid separation unit is provided.
A hydrogen supply system in which a removal unit for removing hydrogen dissolved in the dehydrogenation product is provided between the gas-liquid separation unit and the storage unit. - 前記除去部は、脱気膜分離器によって構成される、請求項１に記載の水素供給システム。 The hydrogen supply system according to claim 1, wherein the removing unit is composed of a degassing membrane separator.
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