JP7213156B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production device.
従来、水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を改質装置で改質ガスに改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置へ供給するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の水素製造装置では、都市ガスと共に改質水を改質器へ供給し、水蒸気改質により水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを水素精製器で精製することにより、純度の高い製品水素を製造している。 Conventionally, as a hydrogen production apparatus for obtaining hydrogen, there is known one in which raw hydrocarbon is reformed into a reformed gas in a reformer and then supplied to a PSA (Pressure Swing Adsorption) device (for example, patent Reference 1). In the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, reformed water is supplied to the reformer together with city gas, a reformed gas containing hydrogen is generated by steam reforming, and the reformed gas is purified by a hydrogen purifier. , which produces high-purity product hydrogen.
ところで、製品水素については、高い水素純度が求められており、PSAで精製された水素ガスの水素濃度を測定する場合がある。水素濃度の測定に用いられた水素ガスは、通常大気へ放散されているが、放散される水素ガスが多いと、原料に対して製造できる製品水素水の割合が低くなり、水素製造装置の運転効率が低下する。 By the way, product hydrogen is required to have high hydrogen purity, and the hydrogen concentration of hydrogen gas purified by PSA may be measured. The hydrogen gas used to measure the hydrogen concentration is normally released into the atmosphere. Less efficient.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、水素製造装置の運転効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することの可能な水素製造装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hydrogen production apparatus capable of measuring the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in operating efficiency of the hydrogen production apparatus. .
請求項1に係る水素製造装置は、原料を改質し水素を主成分とした改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを水素ガスと水素以外の不純物を含むオフガスとに分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離された水素ガスの一部が流入され、前記水素ガスの水素濃度を測定する水素濃度測定器と、水素濃度測定後に前記水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスを、装置の運転に用いる水素利用部と、を備えている。 A hydrogen production apparatus according to claim 1 includes a reformer that reforms a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a reformer that separates the reformed gas into a hydrogen gas and an off-gas containing impurities other than hydrogen. a hydrogen separator, into which part of the hydrogen gas separated by the hydrogen separator is flowed, a hydrogen concentration measuring device that measures the hydrogen concentration of the hydrogen gas, and a hydrogen concentration measuring device that measures the hydrogen concentration, and is sent out from the hydrogen concentration measuring device and a hydrogen utilization unit that uses the hydrogen gas whose concentration has been measured for operation of the device.
請求項1に係る水素製造装置は、改質器と水素分離器を備えている。改質器では、原料を改質して水素を主成分とした改質ガスが生成される。水素分離器では、改質ガスから水素ガスが分離される。水素分離器で分離された水素ガスは、水素濃度測定器へ流入して水素濃度が測定される。水素濃度測定器へ流入する水素ガスは、水素分離器で分離された水素ガスの一部である。水素濃度が測定された後に、水素濃度測定器から水素ガスが送出され(濃度測定後水素ガス)、当該濃度測定後水素ガスは、水素利用部で、装置の運転に用いられる。このように、濃度測定に用いられた水素ガスを装置の運転に用いることにより、水素製造装置の運転効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することができる。 A hydrogen production apparatus according to claim 1 comprises a reformer and a hydrogen separator. The reformer reforms the raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component. The hydrogen separator separates hydrogen gas from the reformed gas. The hydrogen gas separated by the hydrogen separator flows into the hydrogen concentration measuring device and the hydrogen concentration is measured. The hydrogen gas flowing into the hydrogen concentration measuring device is part of the hydrogen gas separated by the hydrogen separator. After the hydrogen concentration is measured, hydrogen gas is delivered from the hydrogen concentration measuring device (post-concentration measurement hydrogen gas), and the post-concentration measurement hydrogen gas is used in the operation of the device in the hydrogen utilizing section. In this way, by using the hydrogen gas used for the concentration measurement in the operation of the device, it is possible to measure the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in the operating efficiency of the hydrogen production device.
請求項2に係る水素製造装置は、前記水素利用部へ向かって前記濃度測定後水素ガスを送出するブロワを含んでいる。 The hydrogen production apparatus according to claim 2 includes a blower for sending the hydrogen gas after the concentration measurement toward the hydrogen utilization unit.
請求項2に係る水素製造装置によれば、水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスをブロワで昇圧するので、供給先との圧力差があってもスムーズに濃度測定後水素ガスを供給することができる。 According to the hydrogen production apparatus according to claim 2, since the pressure of the hydrogen gas after the concentration measurement sent from the hydrogen concentration measuring device is increased by the blower, even if there is a pressure difference with the supply destination, the hydrogen gas after the concentration measurement is smoothly supplied. can supply.
請求項3に係る水素製造装置は、前記水素利用部は、前記水素分離器で水素ガスと分離された不純物を含むオフガスを一時貯留するオフガスタンクと、前記改質器に設けられ、前記オフガスタンクから供給されるオフガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼部と、前記濃度測定後水素ガスを前記オフガスタンクへ供給するオフガス合流配管を含んでいる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 3, the hydrogen utilization unit includes an offgas tank for temporarily storing an offgas containing impurities separated from the hydrogen gas by the hydrogen separator, and an offgas tank provided in the reformer. and an offgas junction pipe for supplying the hydrogen gas after the concentration measurement to the offgas tank.
請求項3に係る水素製造装置によれば、濃度測定後水素ガスを改質器加熱用燃料として利用することができる。 According to the hydrogen production apparatus of claim 3, the hydrogen gas after concentration measurement can be used as fuel for heating the reformer.
請求項4に係る水素製造装置は、前記水素利用部は、前記改質器よりも上流側に設けられ、前記原料の脱硫処理を行う脱硫器を含んでいる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 4, the hydrogen utilization unit includes a desulfurizer that is provided upstream of the reformer and performs desulfurization of the raw material.
請求項4に係る水素製造装置によれば、濃度測定後水素ガスを脱硫のために利用することができる。 According to the hydrogen production apparatus of claim 4, the hydrogen gas after concentration measurement can be used for desulfurization.
本発明によれば、水素製造装置の運転効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the density|concentration of product hydrogen can be measured, suppressing the fall of the operating efficiency of a hydrogen production apparatus.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る水素製造装置の一例を図1、図2に従って説明する。
<First embodiment>
An example of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
本実施形態に係る水素製造装置10Aは、図1に示されるように、脱硫器60、改質器12、圧縮機14、水素精製器16、及び、オフガスタンク18を備えている。また、昇圧前水分離部30、昇圧後水分離部32、及び、燃焼排ガス水分離部34を備えている。さらに、水素濃度測定器としての分析装置52を備えている。この水素製造装置10Aは、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。なお、図1では、水素製造装置10Aの構成を概略的に示しており、水素製造装置10Aは、他の構成を含んでいてもよい。
A
(脱硫器)
脱硫器60は、原料ガス中の硫黄分を水添脱硫により除去するものであり、原料として都市ガスを供給するための原料供給管P1、及び、水素ガスを供給するための濃度測定後水素ガス分岐管P14Aが接続されている。図2に示されるように、脱硫器60の内部には、触媒部62、及び触媒部62よりも下流側に除去部64が設けられている。濃度測定後水素ガス分岐管P14Aの他端は、触媒部62と接続されており、濃度測定後水素ガス分岐管P14Aから触媒部62へ、後述する水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスが供給される。脱硫手段として、水添脱硫を採用することにより、常温脱硫よりも脱硫器の小型化を図ることができる。
(Desulfurizer)
The
触媒部62には、都市ガスに含まれる硫黄化合物を水素と反応させて、炭化水素化合物と硫化水素に変換するための触媒が収納されている。触媒部62における反応で、都市ガスに含まれる硫黄化合物は、硫化水素と炭化水素化合物に変換される。
The
除去部64には、硫化水素を取り込むための酸化金属剤が収納されている。除去部64において、硫化水素は、水と硫化金属に変換され、硫化金属は除去部64に留まることにより、都市ガスから除去される。除去部64の出口側には、脱硫後の都市ガスを送出する、原料供給管P1が接続されている。原料供給管P1は、原料分岐管P1A、P1Bに分岐されている。原料分岐管P1Aは、後述する燃焼部28と接続され、原料分岐管P1Bは、改質器12と接続されている。
The
(改質器)
改質器12は、脱硫後の都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路22と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスG1を生成する改質触媒層24とを備える。また、改質反応の熱源となる燃焼部28を備える。改質ガスG1には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。また、改質器12は、改質ガスG1に含まれる一酸化炭素と水蒸気とを反応させて、水素と二酸化炭素とに変換するCO変成触媒層26を備える。改質ガスG2では、改質ガスG1に比べ、一酸化炭素が低減される。改質器12としては、筒状の部材を同心円状に配置して構成される多重筒型改質器等を用いることができる。
(reformer)
The
改質器12の予熱流路22には、脱硫器60から都市ガスを供給するための原料供給管P1B、及び、改質水を供給するための改質水供給管P9が接続されている。予熱流路22には、原料供給管P1Bから都市ガスが供給され、改質水供給管P9から改質水が供給される。都市ガス及び改質水は、予熱流路22を流れ、燃焼部28からの熱により加熱され、水が気化され、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される。
A raw material supply pipe P1B for supplying city gas from the
予熱流路22を経た混合ガスは、改質触媒層24へ供給される。改質触媒層24には、都市ガスを水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成するための触媒が設けられている。予熱流路22にて生成された混合ガスは、改質触媒層24で燃焼部28からの熱により加熱され、水蒸気改質反応、二酸化炭素改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスG1が生成される。
The mixed gas that has passed through the preheating
改質触媒層24で生成された改質ガスG1は、CO変成触媒層26へ送出される。CO変成触媒層26では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。なお、CO変成触媒層26よりも下流に、更に一酸化炭素を除去するためのCO選択酸化触媒層を設けてもよい。CO変成触媒層26、またはCO変成触媒層26及びCO選択酸化触媒層を経た改質ガスG2は、改質ガス排出管P3へ送出される。
The reformed gas G<b>1 produced in the reforming
燃焼部28には、オフガス管P7が接続されており、後述するオフガスがオフガス管P7から燃料として供給される。さらに、この燃焼部28の上端部には、燃焼用空気を供給するための空気供給管P2が接続されている。また、燃焼部28には、さらに原料供給管P1から分岐された原料分岐管P1Aが接続されている。原料分岐管P1Aには、空気供給管P2から分岐された空気分岐管P2Aが接続されている。燃焼部28には、都市ガスに空気が混合された気体が、オフガスとは別に供給される。燃焼用のオフガスと都市ガスは、いずれか一方、または両方が、必要に応じて供給される。
An off-gas pipe P7 is connected to the
燃焼部28からの燃焼排ガスは、改質器12内での熱交換のための流路(不図示)へ送出される。熱交換後の燃焼排ガスは、改質器12の外のガス排出管P10へ排出される。
The combustion exhaust gas from the
改質器12から改質ガス排出管P3へ送出された改質ガスは、図1に示すように、昇圧前水分離部30、圧縮機14、昇圧後水分離部32、及び水素精製器16をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、改質器12、昇圧前水分離部30、圧縮機14、昇圧後水分離部32、及び水素精製器16がこの順番で配置されている。
As shown in FIG. 1, the reformed gas sent from the
(昇圧前分離部)
昇圧前水分離部30は、上部が気体室30Aとされ、下部が液体室30Bとされている。気体室30Aには、改質ガス排出管P3の下流端が接続されている。また、気体室30Aには、連絡流路管P4の上流端が接続されている。液体室30Bの底部には、改質ガス水配管P8Aが接続されている。改質ガス中の水蒸気は、昇圧前水分離部30の上流に配置された熱交換器HE1において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスから分離された水は、液体室30Bに貯留され、改質ガス水配管P8Aへ送出される。
(separation section before boosting)
The pre-pressurization
(圧縮機)
圧縮機14には、昇圧前水分離部30からの改質ガスが流れる連絡流路管P4と、昇圧後水分離部32へ供給される改質ガスが流れる連絡流路管P5とが接続されている。圧縮機14は、昇圧前水分離部30から供給された改質ガスを圧縮して昇圧し、昇圧後水分離部32へ供給する。
(Compressor)
Connected to the
圧縮機14よりも上流側、昇圧前水分離部30よりも下流側には、バッファタンク35が設けられている。バッファタンク35は、昇圧前水分離部30から供給される改質ガスを蓄積する。バッファタンク35で一旦蓄積された改質ガスが、圧縮機14へ送出される。また、バッファタンク35には、後述する、濃度測定後水素ガス排出管P14が接続されている。
A
(昇圧後分離部)
昇圧後水分離部32は、上部が気体室32Aとされ、下部が液体室32Bとされている。気体室32Aには、連絡流路管P5の下流端が接続されている。また、気体室32Aには、連絡流路管P6の上流端が接続されている。液体室32Bの底部には、改質ガス水配管P8Bが接続されている。改質ガス中の水蒸気は、昇圧後水分離部32の上流に配置された熱交換器HE2において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスから分離された水は、液体室32Bに貯留され、改質ガス水配管P8Bへ送出される。
(separation section after boosting)
The post-pressurization
昇圧後水分離部32よりも下流側、水素精製器16よりも上流側には、バッファタンク36が設けられている。バッファタンク36は、昇圧後水分離部32から供給される改質ガスを蓄積する。バッファタンク36で一旦蓄積された改質ガスは、水素精製器16へ送出される。
A
(水素精製器)
水素分離器としての水素精製器16には、昇圧後水分離部32から送出された改質ガスが流れる連絡流路管P6の下流端が接続されている。水素精製器16には、一例として、PSA装置が使用される。この水素精製器16により改質ガスが水素ガス(製品水素ガス)と水素以外の不純物を含むオフガスに分離される。水素精製器16には、製品水素配管P11が接続されており、精製された製品水素ガスは製品水素配管P11へ送出される。オフガスは、後述するオフガス管P7へ送出される。
(hydrogen purifier)
To the
製品水素配管P11は、2分岐されており、一方の製品水素本配管P11Aは、製品水素タンク50と接続されている。他方の製品水素分析用配管P11Bは、水素濃度測定器としての分析装置52と接続されている。製品水素分析用配管P11Bには、流量調整バルブ48が設けられている。流量調整バルブ48により、分析装置52へ送出される製品水素ガスの流量が調整される。
The product hydrogen pipe P11 is branched into two, and one main product hydrogen pipe P11A is connected to the
(分析装置)
分析装置52は、水素濃度を測定可能な装置であり、例えば、薄膜円筒の共振周波数が周囲のガス密度により変化することを原理として用いた水素純度計や、光学的に水素の純度を測定するセンサ等、水素濃度が測定可能であれば何れの装置を用いてもよい。また、水素濃度測定は、対象気体から直接水素濃度を測定してもよいし、対象気体における水素以外の不純物を測定することにより行ってもよい。流量調整バルブ48では、分析装置52で濃度測定に必要とされる製品水素ガスの流量が分析装置52へ送出されるように製品水素分析用配管P11Bへ分岐させる流量が調整される。分析装置52での水素濃度の測定は、常時行ってもよいし、一定時間毎に間欠的に行ってもよい。
(Analysis equipment)
The
分析装置52の出口側には、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスが送出される濃度測定後水素ガス排出管P14の一端側が接続されている。濃度測定後水素ガス排出管P14の他端側は、2分岐されており、分岐された一方の濃度測定後水素ガス分岐管P14Aは、脱硫器60の触媒部62に接続されている。濃度測定後水素ガス分岐管P14Aには、流量調整バルブ49Aが設けられており、脱硫器60へ供給する製品水素ガスの流量が調整される。分岐された他方の濃度測定後水素ガス分岐管P14Bは、後述するオフガスタンク18に接続されている。濃度測定後水素ガス排出管P14には、ブロワ56が設けられている。ブロワ56により、濃度測定に用いられた後の製品水素ガスに所定の圧力が加えられ、脱硫器60へ送出される。
One end of a post-concentration measurement hydrogen gas discharge pipe P14 through which product hydrogen gas after being used for hydrogen concentration measurement is delivered is connected to the outlet side of the
水素精製器16のオフガスを排出する側には、オフガス管P7の上流端が接続されている。オフガス管P7の下流端は、改質器12の燃焼部28と接続されている。水素精製器16からは、水素精製により分離されたオフガスが、オフガス管P7へ送出される。オフガス管P7には、オフガスタンク18が設けられている。オフガスは、オフガスタンク18に一時貯留される。また、オフガスタンク18には、濃度測定後水素ガス分岐管P14Bが接続されており、濃度測定に用いられた後の製品水素ガスが、オフガスと混合されてオフガスタンク18に一時貯留される。
An upstream end of an offgas pipe P7 is connected to the side of the
オフガスタンク18の出口側に接続されたオフガス管P7は、改質器12の燃焼部28と接続されており、オフガス管P7を流れるオフガスは、燃焼部28へ供給される。
The offgas pipe P7 connected to the outlet side of the
(燃焼排ガス水分離部)
燃焼排ガス水分離部34は、上部が気体室34Aとされ、下部が液体室34Bとされている。気体室34Aには、ガス排出管P10の下流端が接続されている。また、気体室34Aには、外部排出管P12が接続されている。液体室34B底部には、燃焼排ガス水配管P8Cが接続されている。
(Combustion exhaust gas water separator)
The combustion exhaust
燃焼排ガスは、燃焼部28からガス排出管P10へ送出される。燃焼排ガス中の水蒸気は、燃焼排ガス水分離部34の上流に配置された熱交換器HE3において冷却されることによって凝縮される。凝縮により燃焼排ガスから分離された水は、液体室34Bに貯留され、燃焼排ガス水配管P8Cへ送出される。水が分離された後の燃焼排ガスは、外部排出管P12から外部へ排出される。
Combustion exhaust gas is delivered from the
水素製造装置10Aの底部には、水タンク40が配置されている。水タンク40には、水流入口40Aが形成されており、改質ガス水配管P8A、P8B、及び燃焼排ガス水配管P8Cは、合流後に水流入口40Aと接続されている。合流後の配管を水流入管P8と称する。水流入管P8の内径は、燃焼排ガス水配管P8Cの内径よりも大径とされている。
A
水タンク40は、昇圧前水分離部30、昇圧後水分離部32、及び燃焼排ガス水分離部34において貯留可能な水の総量よりも大容量とされており、昇圧前水分離部30、昇圧後水分離部32、及び燃焼排ガス水分離部34よりも鉛直方向下側に配置されている。ここで、「水タンク40が昇圧前水分離部30、昇圧後水分離部32、及び、燃焼排ガス水分離部34よりも鉛直方向下側に配置されている」とは、液体室30Bの底部、液体室32Bの底部、及び液体室34Bの底部が、水タンク40の水流入口40Aよりも鉛直方向上側に配置されていることを意味する。
The
水タンク40には、改質水供給管P9の上流端が接続されている。改質水供給管P9には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)42が設けられている。また、改質水供給管P9には、ポンプ44が設けられており、ポンプ44の駆動により、水タンク40に貯留された水が水処理器42を経て改質器12へ供給される。改質水供給管P9の水処理器42よりも下流側、ポンプ44よりも上流側には、純水供給管P13が接続されている。純水供給管P13からは改質器12へ、改質水供給管P9を経て、必要に応じ純水が供給される。
The upstream end of the reforming water supply pipe P9 is connected to the
(作用)
次に、水素製造装置10Aの作用について説明する。
(action)
Next, the action of the
水素製造運転時には、原料供給管P1Aから脱硫器60へ都市ガスが供給される。脱硫器60の触媒部62では、都市ガスに含まれる硫黄化合物が硫化水素と炭化水素化合物に変換される。除去部64において、硫化水素は、水と硫化金属に変換され、都市ガスから除去される。除去部64からは、脱硫処理後の都市ガスが、原料供給管P1Bへ送出される。
During the hydrogen production operation, city gas is supplied to the
原料供給管P1から改質器12へ脱硫処理後の都市ガスが供給され、改質水供給管P9から改質器12へ改質水が供給される。予熱流路22で都市ガス、改質水が混合されつつ加熱され、混合ガスとなって改質触媒層24へ供給される。
Town gas after desulfurization treatment is supplied to the
改質触媒層24では、燃焼部28からの燃焼排ガスにより加熱されて、混合ガスが水蒸気改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。CO変成触媒層26へ供給され、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。CO変成触媒層26を通過した改質ガスは、改質ガス排出管P3へ送出される。
In the reforming
改質ガスは、改質ガス排出管P3に設けられた熱交換器HE1を経て、昇圧前水分離部30の気体室30Aへ供給される。気体室30Aへ供給された改質ガスに含まれる水は、熱交換器HE1での冷却により凝縮されて液体室30Bへ貯留され、改質ガス水配管P8Aを経て水タンク40へ送出される。気体室30Aから、水が分離された改質ガスが、連絡流路管P4を流れてバッファタンク35へ供給される。バッファタンク35では、改質器12からの改質ガスを一時貯留して圧力変動を緩和し、当該改質ガスを圧縮機14へ供給する。圧縮機14では、改質ガスが圧縮される。
The reformed gas is supplied to the
圧縮された改質ガスは、連絡流路管P6を流れ熱交換器HE2を経て昇圧後水分離部32の気体室32Aへ供給される。気体室32Aへ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、熱交換器HE2での冷却により凝縮されて液体室32Bへ貯留され、改質ガス水配管P8Bを経て水タンク40へ送出される。気体室32Aから、水が分離された改質ガスが、連絡流路管P6を流れて水素精製器16へ供給される。
The compressed reformed gas flows through the connecting flow pipe P6, passes through the heat exchanger HE2, and is supplied to the
水素精製器16では、改質ガスが水素ガス(製品水素ガス)と、不純物を含むオフガスと、に分離され、製品水素ガスは水素供給配管P11へ送出される。送出された製品水素ガスは、製品水素本配管P11Aと製品水素分析用配管P11Bに分流される。製品水素本配管P11Aを経た製品水素ガスは、製品水素タンク50に貯留される。製品水素分析用配管P11Bへ分岐された製品水素ガスは、分析装置52へ供給される。分析装置52では、供給された製品水素ガスの水素濃度が測定される。測定された水素濃度値は出力され、例えば、ディスプレイに表示することができる。また、コントローラへ製品水素濃度データとして出力してもよい。
In the
水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、脱硫器60の触媒部62及びオフガスタンク18へ供給される。
The product hydrogen gas after being used for hydrogen concentration measurement is supplied to the
改質ガスから分離された水素以外の不純物を含むオフガスは、オフガス管P7を流れてオフガスタンク18へ一時貯留される。オフガスタンク18では、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスがオフガスと混合される。オフガスタンク18からは、オフガス(水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスを含む)が送出され、当該オフガスは、オフガス管P7を経て、燃料として改質器12の燃焼部28へ供給される。
The off-gas separated from the reformed gas and containing impurities other than hydrogen flows through the off-gas pipe P7 and is temporarily stored in the off-
改質器12の燃焼部28では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管P10を介して燃焼排ガス水分離部34の気体室34Aへ供給される。気体室34Aへ供給された燃焼排ガスに含まれる水蒸気は、熱交換器HE3での冷却により凝縮されて液体室34Bへ貯留され、燃焼排ガス水配管P8Cを経て水タンク40へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、外部排出管P12を経て外部へ排出される。
In the
本実施形態の水素製造装置10Aでは、水素精製器16から送出された製品水素ガスの水素濃度を、分析装置52で測定することができる。また、水素濃度の測定用に用いられた製品水素ガスは、脱硫器60へ供給され、水添脱硫に利用される。また、水素濃度の測定用に用いられた製品水素ガスは、オフガスタンク18へ供給され、改質器12の燃焼部28での燃焼用の燃料として用いられる。これにより、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスを有効利用することができ、水素製造装置10Aの運転効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。
In the
特に、分析装置52で水素濃度測定に用いられる製品水素ガスの流量が、水素製造装置10Aの定常運転時に製造される製造水素ガスの流量(水素精製器16から製品水素配管P11へ送出される製品水素ガスの流量)の10%以上となる場合に、水素製造装置10Aの運転効率の低下の抑制に、寄与する。水素製造装置10Aが、比較的小規模な分散型である場合が想定される。
In particular, the flow rate of the product hydrogen gas used for hydrogen concentration measurement in the
なお、本実施形態では、濃度測定後水素ガス排出管P14を2分岐させて、脱硫器60とオフガスタンク18へ、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスを送出したが、いずれか一方にのみ送出してもよい。
In this embodiment, after the concentration measurement, the hydrogen gas discharge pipe P14 is branched into two, and the product hydrogen gas used for the measurement of the hydrogen concentration is sent to the
また、本実施形態では、濃度測定後水素ガス排出管P14にブロワ56を設けたが、本実施形態のように、比較的低圧のオフガスタンク18や脱硫器60へ水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスを送出する場合、ブロワ56は必ずしも必要ではない。ブロワ56を設けることにより、供給先との圧力差があってもスムーズに水素濃度の測定に用いられた後の製品水素ガスを供給することができる。
Further, in this embodiment, the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the invention will be described. Parts similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の水素製造装置10Bは、図3に示されるように、濃度測定後水素ガス排出管P14がさらに分岐され、濃度測定後水素ガス分岐管P14Cがバッファタンク35に接続され、濃度測定後水素ガス分岐管P14Dが製品水素タンク50に接続されている。濃度測定後水素ガス分岐管P14Cには流量調整バルブ49Bが設けられ、濃度測定後水素ガス分岐管P14Dには流量調整バルブ49Cが設けられている。流量調整バルブ49Bにより、バッファタンク35に送出される製品水素ガスの流量が調整され、流量調整バルブ49Cにより、製品水素タンク50に送出される製品水素ガスの流量が調整される。
In the
本実施形態の水素製造装置10Bでは、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、濃度測定後水素ガス分岐管P14Cを経て、バッファタンク35で改質ガスと合流され、再度、圧縮機14を経て、水素精製器16へ送出され、精製後に製品水素ガスとして、製品水素タンク50へ貯留することができる。これにより、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。
In the
また、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、濃度測定後水素ガス分岐管P14Dを経て、製品水素タンク50に供給されるので、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。
In addition, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is supplied to the
10A、10B 水素製造装置
12 改質器
16 水素精製器(水素分離器)
18 オフガスタンク(水素利用部)
28 燃焼部(水素利用部)
35 バッファタンク
50 製品水素タンク
52 分析装置(水素濃度測定器)
56 ブロワ
60 脱硫器(水素利用部)
P14 濃度測定後水素ガス排出管
P14A 濃度測定後水素ガス分岐管
P14B 濃度測定後水素ガス分岐管(オフガス合流配管)
10A, 10B
18 off-gas tank (hydrogen utilization part)
28 combustion part (hydrogen utilization part)
35
56
P14 Post-concentration measurement hydrogen gas discharge pipe P14A Post-concentration measurement hydrogen gas branch pipe P14B Post-concentration measurement hydrogen gas branch pipe (off-gas merging pipe)
Claims (4)
前記改質ガスを水素ガスと水素以外の不純物を含むオフガスとに分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離された水素ガスの一部が流入され、前記水素ガスの水素濃度を測定する水素濃度測定器と、
水素濃度測定後に前記水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスを、装置の運転に用いる水素利用部と、
を備えた水素製造装置。 a reformer that reforms the raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component;
a hydrogen separator for separating the reformed gas into hydrogen gas and an off-gas containing impurities other than hydrogen;
a hydrogen concentration measuring device into which a part of the hydrogen gas separated by the hydrogen separator is flowed and which measures the hydrogen concentration of the hydrogen gas;
a hydrogen utilization unit that uses the hydrogen gas after concentration measurement sent from the hydrogen concentration measuring device after the hydrogen concentration measurement for operation of the device;
Hydrogen production equipment with
前記水素分離器で水素ガスと分離された不純物を含むオフガスを一時貯留するオフガスタンクと、
前記改質器に設けられ、前記オフガスタンクから供給されるオフガスを燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼部と、
前記濃度測定後水素ガスを前記オフガスタンクへ供給するオフガス合流配管を含んでいる、
請求項1または請求項2に記載の水素製造装置。 The hydrogen utilization unit is
an off-gas tank for temporarily storing the off-gas containing impurities separated from the hydrogen gas by the hydrogen separator;
a combustion unit provided in the reformer for burning the off-gas supplied from the off-gas tank to heat the reformer;
including an offgas junction pipe that supplies hydrogen gas after concentration measurement to the offgas tank;
The hydrogen production device according to claim 1 or 2.
The hydrogen production device according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrogen utilization unit includes a desulfurizer that is provided upstream of the reformer and performs desulfurization treatment of the raw material. .
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