(57)【要約】【課題】製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を開始でき、しかも、製品ガス製造運転を開始するまでの時間の短縮化を図ることができる水素製造装置の運転方法を提供する。【解決手段】製品ガス製造運転を停止する際に、圧力変動吸着部ＢＳについては、吸着塔１の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、改質処理部ＡＫについては、加熱バーナＮによる改質器２の加熱を継続する状態で、改質処理部ＡＫに充填した製品ガスＨを循環させる待機運転を行い、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から原料ガスＧ及び水蒸気を改質器２に供給して改質ガスＫを生成し、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫを吸着塔１に供給して製品ガスＨを製造する初期運転処理を実行し、その後、製品ガスＨを製品ガスタンクＵに回収する製品ガス製造運転を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給用の圧縮機、及び、加熱バーナにて改質用温度に加熱された状態で前記原料ガスを水蒸気改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質器を備えた改質処理部と、
前記改質ガスから前記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しかつ前記吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、
前記製品ガスを回収する製品ガスタンクと、
前記オフガスを燃焼用燃料として前記加熱バーナに供給するオフガス供給路と、が設けられ、
前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行するように構成された水素製造装置の運転方法であって、
前記改質処理部から前記圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、前記圧力変動吸着部については、前記吸着塔の前記吸着剤を、前記吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、前記改質処理部については、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記改質処理部に充填した前記製品ガスを、返送ラインを通して前記圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転を行い、
前記待機運転を停止して前記製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造し、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が前記設定値以上になると、前記製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行う水素製造装置の運転方法。
【請求項２】
前記製品ガス製造運転を停止する際に、前記加熱バーナにて前記改質器を加熱しかつ前記水蒸気を前記改質器に供給する状態を継続した状態で、前記原料ガスに代えて前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記改質ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する水蒸気パージ処理、及び、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記製品ガスを、前記吸着塔に供給する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行う請求項１に記載の水素製造装置の運転方法。
【請求項３】
前記圧力変動吸着運転が、前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを生成する吸着工程、前記吸着塔の内部ガスを排出する減圧工程、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔の前記吸着剤を再生する再生工程、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを供給する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行わせるものであり、
前記初期運転処理において、前記圧縮機にて前記原料ガスを供給する供給量に対する前記運転サイクルを行う時間を、前記製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくする請求項１又は２に記載の水素製造装置の運転方法。
【請求項４】
水素成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給用の圧縮機、及び、加熱バーナにて改質用温度に加熱された状態で前記原料ガスを水蒸気改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質器を備えた改質処理部と、
前記改質ガスから前記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しかつ前記吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、
前記製品ガスを回収する製品ガスタンクと、
前記オフガスを燃焼用燃料として前記加熱バーナに供給するオフガス供給路と、
運転制御部と、が設けられ、
前記運転制御部が、前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行するように構成された水素製造装置であって、
前記運転制御部が、前記改質処理部から前記圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、前記圧力変動吸着部については、前記吸着塔の前記吸着剤を、前記吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、前記改質処理部については、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記改質処理部に充填した前記製品ガスを、返送ラインを通して前記圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転を行い、且つ、
前記待機運転を停止して前記製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造し、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が前記設定値以上になると、前記製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行う水素製造装置。
【請求項５】
前記運転制御部が、前記製品ガス製造運転を停止する際に、前記加熱バーナにて前記改質器を加熱しかつ前記水蒸気を前記改質器に供給する状態を継続した状態で、前記原料ガスに代えて前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記改質ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する水蒸気パージ処理、及び、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記製品ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行う請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記圧力変動吸着運転が、前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを生成する吸着工程、前記吸着塔の内部ガスを排出する減圧工程、前記吸着塔の前記吸着剤を再生する再生工程、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを供給する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行わせるものであり、
前記初期運転処理において、前記圧縮機にて前記原料ガスを供給する供給量に対する前記運転サイクルを行う時間を、前記製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくする請求項４又は５に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給用の圧縮機、及び、加熱バーナにて改質用温度に加熱された状態で前記原料ガスを水蒸気改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質器を備えた改質処理部と、前記改質ガスから前記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しかつ前記吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、前記製品ガスを回収する製品ガスタンクと、前記オフガスを燃焼用燃料として前記加熱バーナに供給するオフガス供給路と、が設けられ、前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行するように構成された水素製造装置の運転方法、及び、前記製品ガス製造運転を実行する運転制御部が設けられた水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる水素製造装置は、改質部によって、天然ガスやナフサ等の炭化水素系ガスである原料ガスを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質し、圧力変動吸着部によって、水素成分及び水素成分以外の吸着対象成分を含む改質ガスから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。
【０００３】
圧力変動吸着部から排出されるオフガスには、可燃成分が含まれているから、圧力変動吸着部から排出されるオフガスを、改質器を加熱する加熱バーナに供給して、燃料ガスとして燃焼させることが行われている。
【０００４】
かかる水素製造装置の運転方法の従来例として、製品ガス製造運転を停止する際に、改質処理部から圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、圧力変動吸着部については、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、改質処理部については、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナによる改質器の加熱を継続する状態で、改質処理部に充填した製品ガスを、改質処理部から排出されると返送ラインを通して圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転を行うことによって、製品ガス製造運転の再開に備えるものがある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ちなみに、特許文献１においては、製品ガス製造運転を停止する際に、上記待機運転の前に、改質処理部から圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、加熱バーナにて改質器を加熱しかつ水蒸気を改質器に供給する状態を継続した状態で、原料ガスに代えて製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機にて改質器に供給し、且つ、改質処理部からの改質ガスを、外部に廃棄する水蒸気パージ処理、及び、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナによる改質器の加熱を継続する状態で、製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機にて改質器に供給し、且つ、改質処理部からの製品ガスを、外部に廃棄する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行ない、その後、待機運転を行うことが記載されている。
【０００６】
特許文献１においては、詳細な説明は省略されているが、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、従来一般に行われている如く、製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機にて供給して昇圧する昇圧処理を行い、昇圧処理が終了すると、製品ガスに代えて原料ガスを圧縮機にて供給する原料導入処理を行い、当該原料導入処理により改質ガスが適正に生成される状態になると、圧力変動吸着部への改質ガスの供給を開始して、圧力変動吸着運転により製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する純度出し処理を実行し、その後、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスを製品ガスタンクに回収する製品ガス製造運転を行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の水素製造装置の運転方法においては、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際に、昇圧処理、原料導入処理、純度出し処理を順次実行することになるから、製品ガス製造運転が開始されるまでに、製品ガスが消費され、また、原料ガスが無駄に消費される不都合があり、しかも、製品ガス製造運転が開始されるまでの時間が長くなる不都合があり、改善が望まれるものであった。
【０００９】
つまり、製品ガスが昇圧処理にて消費されることになる。
ちなみに、特許文献１においては、待機運転を行う際に、製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機に供給して、改質処理部を循環する製品ガスの圧力を上昇させているため、昇圧工程において消費される製品ガスの消費量は減少することになるものの、待機運転において製品ガスを消費することになるため、結果的に、製品ガスの消費量が多い。
【００１０】
また、原料導入処理においては、水素成分を含む改質ガスが順次生成されるものとなるにも拘わらず、例えば、原料導入処理において生成される改質ガスを、改質器を加熱する加熱バーナに供給して燃焼させる等、改質ガスを製品ガスの製造に使用しないことになる結果、原料導入処理において原料ガスが無駄に消費されるものであった。
【００１１】
さらには、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際に、昇圧処理、原料導入処理、純度出し処理を順次実行することになるから、製品ガス製造運転が開始されるまでの時間が長くなるものであった。
【００１２】
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、製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を開始でき、しかも、製品ガス製造運転を開始するまでの時間の短縮化を図ることができる水素製造装置の運転方法及びその運転方法を実行する水素製造装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の水素製造装置の運転方法は、水素成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給用の圧縮機、及び、加熱バーナにて改質用温度に加熱された状態で前記原料ガスを水蒸気改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質器を備えた改質処理部と、
前記改質ガスから前記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しかつ前記吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、
前記製品ガスを回収する製品ガスタンクと、
前記オフガスを燃焼用燃料として前記加熱バーナに供給するオフガス供給路と、が設けられ、
前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行するように構成されたものであって、その特徴構成は、
前記改質処理部から前記圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、前記圧力変動吸着部については、前記吸着塔の前記吸着剤を、前記吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、前記改質処理部については、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記改質処理部に充填した前記製品ガスを、返送ラインを通して前記圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転を行い、
前記待機運転を停止して前記製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造し、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が前記設定値以上になると、前記製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行う点にある。
【００１４】
すなわち、製品ガス製造運転の開始に備えて待機する待機運転として、改質処理部から圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、圧力変動吸着部については、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、改質処理部については、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナによる改質器の加熱を継続する状態で、改質処理部に充填した製品ガスを、当該改質処理部を流動させ、かつ、当該改質処理部から排出されると返送ラインを通して圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転が行われることになる。
【００１５】
そして、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行うことになる。
【００１６】
つまり、待機運転が行われることによって、改質処理部については、加熱バーナによる改質器の加熱が継続されているため、直ちに、水蒸気改質処理を開始できる状態にあり、また、圧力変動吸着部については、吸着塔の吸着剤が吸着対象成分を脱着した状態に維持されているため、直ちに、圧力変動吸着運転を開始できる状態にある。
【００１７】
そこで、待機運転が行われることに鑑みて、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を行うようにする。
そして、初期運転処理を行うことによって、製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行うようにすることになる。
【００１８】
このように、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造するようにするものであるから、製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を開始できることになる。
また、製品ガス製造運転を開始するまでの時間を短縮させることができる。
【００１９】
要するに、本発明の水素製造装置の運転方法の特徴構成によれば、製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を開始でき、しかも、製品ガス製造運転を開始するまでの時間の短縮化を図ることができる。
【００２０】
本発明の水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成は、前記製品ガス製造運転を停止する際に、前記加熱バーナにて前記改質器を加熱しかつ前記水蒸気を前記改質器に供給する状態を継続した状態で、前記原料ガスに代えて前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記改質ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する水蒸気パージ処理、及び、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記製品ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行う点にある。
【００２１】
すなわち、製品ガス製造運転を停止する際に、パージ運転として、水蒸気パージ処理及び製品ガスパージ処理が順次行われる。
したがって、このパージ運転に続いて、待機運転に移行できることになる。
【００２２】
つまり、水蒸気処理においては、加熱バーナにて改質器を加熱しかつ水蒸気を改質器に供給する状態を継続した状態で、原料ガスに代えて製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機にて改質器に供給し、且つ、改質処理部からの改質ガスを、圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔に供給するものであるから、改質器等に残存する原料ガスを水蒸気改質処理して改質ガスを生成しながら、生成した改質ガスを、圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔に供給することによって、改質処理部からの改質ガスに含まれる水素成分の濃度が高いガスが製品ガスとして回収され、且つ、改質処理部からの改質ガスに含まれる水素成分の濃度が低いガス（吸着対象成分の濃度が高いガス）を、オフガスとして、改質器を加熱する加熱バーナに燃焼用燃料として供給するため、水蒸気パージ処理において、水素成分が外部に廃棄されることを抑制できる。
【００２３】
また、製品ガスパージ処理においては、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナによる改質器の加熱を継続する状態で、製品ガスタンクからの製品ガスを圧縮機にて改質器に供給し、且つ、改質処理部からの製品ガスを、圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔に供給するものであるから、改質処理部からの製品ガスに含まれる水素成分の濃度が高いガスが製品ガスとして回収され、且つ、改質処理部からの製品ガスに含まれる水素成分の濃度が低いガス（吸着対象成分の濃度が高いガス）を、オフガスとして、改質器を加熱バーナに燃焼用燃料として供給するため、水蒸気パージ処理において、水素成分が外部に廃棄されることを抑制できる。
【００２４】
そして、製品ガスパージ処理においては、製品ガスタンクからの製品ガスを、改質処理部における改質器等の内部に充填させるようにしながら、改質処理部からの製品ガスを吸着塔に流動させて、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態にすることができることになるから、その後、待機運転に適切に移行することができる。
【００２５】
要するに、本発明の水素製造装置の運転方法の特徴構成によれば、多量の水素成分がパージ運転において外部に廃棄されること抑制でき、しかも、待機運転に適切に移行することができる。
【００２６】
本発明の水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成は、前記圧力変動吸着運転が、前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを生成する吸着工程、前記吸着塔の内部ガスを排出する減圧工程、前記吸着塔の前記吸着剤を再生する再生工程、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを供給する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行わせるものであり、
前記初期運転処理において、前記初期運転処理において、前記圧縮機にて前記原料ガスを供給する供給量に対する前記運転サイクルを行う時間を、前記製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくする点にある。
【００２７】
すなわち、圧力変動吸着運転として、吸着工程、再生工程、昇圧工程を含む運転サイクルが、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行われることになる。
【００２８】
そして、運転サイクルを行う時間は、圧縮機にて原料ガスを供給する供給量が多くなるほど短くする関係に定められることになり、製品ガス製造運転においては、吸着工程において吸着剤が吸着対象成分を許容限度まで吸着する時間に応じて定められることになる。
【００２９】
これに対して、初期運転処理において、圧縮機にて原料ガスを供給する供給量に対する運転サイクルを行う時間を、製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくするものであるから、例えば、初期運転処理の初期において生成される改質ガスの水素成分の濃度が低いことにより、吸着塔の吸着剤が許容限度を超えて吸着対象成分を吸着することがあっても、運転サイクルを短時間で繰り返すことにより、再生工程の頻度を増加させて、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した適切な状態に迅速に戻すようにして、製品ガス製造運転に迅速に移行させるようにすることができる。
【００３０】
要するに、本発明の水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成によれば、製品ガス製造運転により製品ガスを適切に製造する状態に迅速に移行させることができる。
【００３１】
本発明の水素製造装置は、水素成分を含む原料ガスを供給する原料ガス供給用の圧縮機、及び、加熱バーナにて改質用温度に加熱された状態で前記原料ガスを水蒸気改質処理して水素成分が多い改質ガスを生成する改質器を備えた改質処理部と、
前記改質ガスから前記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しかつ前記吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、
前記製品ガスを回収する製品ガスタンクと、
前記オフガスを燃焼用燃料として前記加熱バーナに供給するオフガス供給路と、
運転制御部と、が設けられ、
前記運転制御部が、前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行するように構成されたものであって、その特徴構成は、
前記運転制御部が、前記改質処理部から前記圧力変動吸着部へのガス供給ラインを遮断した状態で、前記圧力変動吸着部については、前記吸着塔の前記吸着剤を、前記吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、前記改質処理部については、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記改質処理部に充填した前記製品ガスを、返送ラインを通して前記圧縮機に戻す形態で循環させる待機運転を行い、且つ、
前記待機運転を停止して前記製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から前記原料ガス及び水蒸気を前記改質器に供給して前記改質ガスを生成し、前記改質処理部からの前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを製造し、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された前記製品ガスの前記水素成分の濃度が前記設定値以上になると、前記製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行う点にある。
【００３２】
本発明の水素製造装置は、上記した水素製造装置の運転方法の特徴構成と同様な特徴構成を備えるものであるから、上記した水素製造装置の運転方法の特徴構成と同様な作用効果を奏するものである。
【００３３】
すなわち、運転制御部が、製品ガス製造運転の開始に備えて待機する待機運転を行い、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際に、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を実行し、その後、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行うことになる。
【００３４】
つまり、待機運転が行われることによって、改質処理部については、加熱バーナによる改質器の加熱が継続されているため、直ちに、水蒸気改質処理を開始できる状態にあり、また、圧力変動吸着部については、吸着塔の吸着剤が吸着対象成分を脱着した状態に維持されているため、直ちに、圧力変動吸着運転を開始できる状態にある。
【００３５】
そこで、待機運転が行われることに鑑みて、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する初期運転処理を行うようにする。
そして、初期運転処理を行うことによって、製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスを前記製品ガスタンクに回収する前記製品ガス製造運転を行うようにすることになる。
【００３６】
このように、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、開始直後から原料ガス及び水蒸気を改質器に供給して改質ガスを生成し、改質処理部からの改質ガスを吸着塔に供給して製品ガスを製造するようにするものであるから、製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を開始できることになる。
また、製品ガス製造運転を開始するまでの時間を短縮させることができる。
【００３７】
要するに、本発明の水素製造装置の特徴構成によれば、製品ガス製造運転を開始するまでの時間製品ガスの消費を抑制し且つ原料ガスの無駄な消費を抑制しながら製品ガス製造運転を再開できる。
【００３８】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記製品ガス製造運転を停止する際に、前記加熱バーナにて前記改質器を加熱しかつ前記水蒸気を前記改質器に供給する状態を継続した状態で、前記原料ガスに代えて前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記改質ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する水蒸気パージ処理、及び、前記水蒸気の供給を停止しかつ前記加熱バーナによる前記改質器の加熱を継続する状態で、前記製品ガスタンクからの前記製品ガスを前記圧縮機にて前記改質器に供給し、且つ、前記改質処理部からの前記製品ガスを、前記圧力変動吸着運転を行う複数の前記吸着塔に供給する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行う点にある。
【００３９】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、上記した水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成と同様な特徴構成を備えるものであるから、上記した水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成と同様な作用効果を奏するものである。
【００４０】
すなわち、運転制御部が、製品ガス製造運転を停止する際に、パージ運転として、水蒸気パージ処理及び製品ガスパージ処理を順次行うことになる。
したがって、このパージ運転に続いて、待機運転に移行できることになる。
【００４１】
つまり、水蒸気処理においては、改質器等に残存する原料ガスを水蒸気改質処理して改質ガスを生成しながら、生成した改質ガスを、圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔に供給することによって、改質処理部からの改質ガスに含まれる水素成分の濃度が高いガスが製品ガスとして回収され、且つ、改質処理部からの改質ガスに含まれる水素成分の濃度が低いガス（吸着対象成分の濃度が高いガス）を、オフガスとして、改質器を加熱バーナに燃焼用燃料として供給するため、水蒸気パージ処理において、水素成分が外部に廃棄されることを抑制できる。
【００４２】
また、製品ガスパージ処理においては、改質処理部からの製品ガスに含まれる水素成分の濃度が高いガスが製品ガスとして回収され、且つ、改質処理部からの製品ガスに含まれる水素成分の濃度が低いガス（吸着対象成分の濃度が高いガス）を、オフガスとして、改質器を加熱バーナに燃焼用燃料として供給するため、水蒸気パージ処理において、水素成分が外部に廃棄されることを抑制できる。
【００４３】
そして、製品ガスパージ処理においては、製品ガスタンクからの製品ガスを、改質処理部における改質器等の内部に充填させるようにしながら、改質処理部からの製品ガスを吸着塔に流動させて、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態にすることができることになるから、その後、待機運転に適切に移行することができる。
【００４４】
要するに、本発明の水素製造装置の更なる特徴構成によれば、多量の水素成分がパージ運転において外部に廃棄されること抑制でき、しかも、待機運転に適切に移行することができる。
【００４５】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、前記圧力変動吸着運転が、前記改質ガスを前記吸着塔に供給して前記製品ガスを生成する吸着工程、前記吸着塔の内部ガスを排出する減圧工程、前記吸着塔の前記吸着剤を再生する再生工程、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを供給する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行わせるものであり、
前記初期運転処理において、前記圧縮機にて前記原料ガスを供給する供給量に対する前記運転サイクルを行う時間を、前記製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくする点にある。
【００４６】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、上記した水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成と同様な特徴構成を備えるものであるから、上記した水素製造装置の運転方法の更なる特徴構成と同様な作用効果を奏するものである。
【００４７】
つまり、圧力変動吸着運転として、吸着工程、再生工程、昇圧工程を含む運転サイクルが、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の前記吸着塔の夫々において繰り返し行われることになる。
【００４８】
そして、運転サイクルを行う時間は、圧縮機にて原料ガスを供給する供給量が多くなるほど短くする関係に定められることになり、製品ガス製造運転においては、吸着工程において吸着剤が吸着対象成分を許容限度まで吸着する時間に応じて定められることになる。
【００４９】
これに対して、初期運転処理において、圧縮機にて原料ガスを供給する供給量に対する運転サイクルを行う時間を、製品ガス製造運転を行うときの時間よりも少なくするものであるから、例えば、初期運転処理の初期において生成される改質ガスの水素成分の濃度が低いことにより、吸着塔の吸着剤が許容限度を超えて吸着対象成分を吸着することがあっても、運転サイクルを短時間で繰り返すことにより、再生工程の頻度を増加させて、吸着塔の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した適切な状態に迅速に戻すようにして、製品ガス製造運転に迅速に移行させるようにすることができる。
【００５０】
要するに、本発明の水素製造装置の更なる特徴構成によれば、製品ガス製造運転により製品ガスを適切に製造する状態に迅速に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】水素製造装置を示す全体図である。
【図２】圧力変動吸着部を示す概略図である。
【図３】圧力変動吸着部の運転サイクルを示す図である。
【図４】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図である。
【図５】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図である。
【図６】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図である。
【図７】水蒸気パージ処理を示す図である。
【図８】製品ガスパージ処理を示す図である。
【図９】待機運転を示す図である。
【図１０】初期運転処理の昇圧処理を示す図である。
【図１１】初期運転処理の純度出し処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
〔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。
（水素製造装置の全体構成）
図１に示すように、水素製造装置には、天然ガスやナフサ等の炭化水素系ガスである原料ガスＧを水素成分が多い改質ガスＫに改質する改質処理部ＡＫと、当該改質処理部ＡＫからの改質ガスＫ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Ｈを生成する吸着塔１を備えた圧力変動吸着部ＢＳと、当該圧力変動吸着部ＢＳにて生成された製品ガスＨを回収する製品ガスタンクＵと、圧力変動吸着部ＢＳから排出されるオフガスを回収するオフガスタンクＴと、改質処理部ＡＫ及び圧力変動吸着部ＢＳの運転を制御する運転制御部Ｍが設けられている。
【００５３】
原料ガスＧは、水素成分以外に、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素を含むものであり、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、及び、窒素が、吸着塔１の吸着剤に吸着されることになる。
【００５４】
（改質処理部の詳細）
改質処理部ＡＫには、原料ガスＧに水蒸気を混合する水蒸気混合部Ｊ、原料ガスＧを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質する改質器としての改質反応管２、及び、当該改質反応管２を改質反応用温度（例えば、７００℃）に加熱する加熱バーナＮが備えられている。
【００５５】
そして、オフガスタンクＴに貯留されたオフガスを加熱バーナＮに供給するオフガス供給路４が設けられ、また、送風機等の空気供給部５からの燃焼用空気を加熱バーナＮに供給する空気供給路５ａが設けられている。
また、原料ガスＧを燃料ガスとして加熱バーナＮに供給する補助燃料ガス路３が設けられている。
尚、オフガス供給路４には、当該オフガス供給路４を開閉するオフガス開閉弁４Ａが設けられ、補助燃料ガス路３には、当該補助燃料ガス路３を開閉する燃料ガス弁３Ａが設けられている。
【００５６】
ガス導入ライン７Ａを通して導入される原料ガスＧを、送出ライン７Ｄを通して脱硫器６に送り出す圧縮機７が設けられ、脱硫器６にて脱硫処理した原料ガスＧを水混合部８に搬送する混合部搬送ライン９が設けられている。
水混合部８は、脱硫処理後の原料ガスＧと水供給部１０から供給される水（純水）とを混合するように構成されている。
尚、ガス導入ライン７Ａに対する原料ガスＧの供給を断続する原料ガス供給弁Ｇａが設けられている。
【００５７】
水混合部８にて水が混合された原料ガスＧを蒸発用熱交換部１１に向けて搬送する蒸発用搬送ライン１２が設けられ、原料ガスＧに混合された水が蒸発用熱交換部１１にて加熱されて水蒸気とな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、水蒸気混合部Ｊが、水混合部８及び蒸発用熱交換部１１を主要部として構成される。
【００５８】
そして、蒸発用熱交換部１１にて水蒸気を含む状態（水蒸気が混合された状態）となるように加熱された原料ガスＧが、反応管搬送ライン１３にて改質反応管２に搬送されて、水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質されるように構成されている。
つまり、改質反応管２の内部には、改質触媒が充填され、上述の如く、加熱バーナＮにより改質反応用温度（例えば、７００℃）に加熱されることにより、水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質するように構成されている。
【００５９】
ちなみに、本実施形態においては、加熱バーナＮの燃焼ガスは、改質反応管２を加熱した後に、蒸発用熱交換部１１に向けて流動して、蒸発用熱交換部１１を加熱した後に、排ガス路１４を通して排出されるように構成されている。
【００６０】
改質反応管２からの改質ガスＫをＣＯ変成器１５に搬送する変成器搬送ライン１６が設けられ、改質ガスＫに含まれている一酸化炭素がＣＯ変成器１５にて二酸化炭素に変成処理されるように構成されている。
そして、ＣＯ変成器１５にて変成処理された改質ガスＫが、改質ガス供給ライン１７を通して圧力変動吸着部ＢＳに供給されるように構成されている。
改質ガス供給ライン１７には、余分な水分を改質ガスＫから除去する水分離器１８が設けられ、また、改質ガス供給ライン１７における水分離器１８の下流側箇所には、供給断続弁１７Ａが設けられている。
【００６１】
また、水分離器１８にて水分が除去された改質ガスＫを、脱硫器６における脱硫処理用の水素ガスとして供給すべく、改質ガス供給ライン１７を流動する改質ガスＫを圧縮機７の上流側箇所、つまり、ガス導入ライン７Ａに導くリサイクルガスライン１９が設けられている。当該リサイクルガスライン１９には、ライン開閉弁１９Ａが設けられている。
また、製品ガスタンクＵとリサイクルガスライン１９の途中箇所を接続する連通ラインＬが設けられ、当該連通ラインＬを開閉する連通開閉弁Ｌａ、及び、当該連通ラインＬの流路抵抗（開度）を調節する連通抵抗調節弁Ｌｂが設けられている。
尚、連通抵抗調節弁Ｌｂは、例えば、ニードルバルブを用いて構成される。
【００６２】
（圧力変動吸着部の詳細）
本実施形態の圧力変動吸着部ＢＳは、吸着塔１として、第１吸着塔Ａ、第２吸着塔Ｂ、第３吸着塔Ｃを備えている。
図２に示すように、３つの吸着塔１の夫々の下部が、改質ガス供給ライン１７に対して、第１供給弁２０ａを備えた第１供給用分岐路２１ａ、第２供給弁２０ｂを備えた第２供給用分岐路２１ｂ、第３供給弁２０ｃを備えた第３供給用分岐路２１ｃを介して接続されている。
【００６３】
各吸着塔１には、水素成分以外の吸着対象成分を改質ガスＫから吸着する吸着剤が装填充填されている。
尚、水素成分以外の吸着対象成分とは、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素等であり、一酸化炭素及びメタンは、可燃成分である。
【００６４】
また、３つの吸着塔１の夫々の上部が、製品タンクＵに接続された製品ガス排出ライン２２に対して、第１排出弁２３ａを備えた第１排出用分岐路２２ａ、第２排出弁２３ｂを備えた第２排出用分岐路２２ｂ、第３排出弁２３ｃを備えた第３排出用分岐路２２ｃを介して接続されている。
【００６５】
図１に示すように、製品ガス排出ライン２２には、製品ガス放出ラインＱが分岐され、当該製品ガス放出ラインＱを開閉する製品ガス放出弁Ｑａが設けられ、また、製品ガス排出ライン２２における製品ガス放出ラインＱの分岐箇所よりも下流側部分には、製品ガス排出ライン２２を開閉する製品ガス弁２２Ａが設けられている。
尚、図２においては、製品ガス放出ラインＱ、製品ガス放出弁Ｑａ、及び、製品ガス弁２２Ａの記載を省略する。
【００６６】
また、図２に示すように、３つの吸着塔１の夫々の上部が、均圧ライン２４に対して、第１均圧弁２５ａを備えた第１均圧用分岐路２４ａ、第２均圧弁２５ｂを備えた第２均圧用分岐路２４ｂ、第３均圧弁２５ｃを備えた第３均圧用分岐路２４ｃを介して接続されている。
また、製品ガス排出ライン２２を流動する製品ガスＨを均圧ライン２４に流動させる洗浄ライン２６が設けられ、その洗浄ライン２６には、洗浄弁２７が配設されている。
【００６７】
さらに、図２に示すように、３つの吸着塔１の夫々の下部が、オフガス排出ライン２８に対して、第１オフガス弁２９ａを備えた第１オフガス用分岐路２８ａ、第２オフガス弁２９ｂを備えた第２オフガス用分岐路２８ｂ、第３オフガス弁２９ｃを備えた第３オフガス用分岐路２８ｃを介して接続され、オフガス排出ライン２８が、オフガスタンクＴに接続されている。
【００６８】
圧力変動吸着部ＢＳは、運転制御部Ｍによる運転制御により、３つの吸着塔１の夫々において、図３に示すように、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、再生工程としての洗浄工程、均圧受入工程、昇圧工程からなる運転サイクルを、運転位相を異ならせた状態で、繰り返し行うことによって、改質ガスＫから水素ガス成分を高純度で含む製品ガスＨを生成するように構成されている。
【００６９】
つまり、運転サイクルとして、第１吸着塔Ａが吸着工程を行う第１単位周期、第２吸着塔Ｂが吸着工程を行う第２単位周期、及び、第３吸着塔Ｃが吸着工程を行う第３単位周期を繰り返し実行するように構成されている。
【００７０】
吸着工程は、改質ガスＫを吸着塔１に供給して製品ガスＨを生成する工程である。
均圧排出工程は、吸着工程を終了した吸着塔１の内部ガスを均圧ガスとして排出する工程である。
減圧工程は、均圧排出工程を終了した吸着塔１の内部ガスをオフガス排出ライン２８に排出する工程である。
洗浄工程は、減圧工程を終了した吸着塔１の内部に製品ガスＨを流動させて、吸着対象成分を脱着させた状態に吸着剤を再生する工程であり、洗浄ガスとして、吸着塔１を流動した製品ガスＨがオフガス排出ライン２８に排出される。
均圧受入工程は、洗浄工程を終了した吸着塔１に対して均圧排出工程にて排出される均圧ガスを受入れる工程である。
昇圧工程は、均圧受入工程を終了した吸着塔１の内部に製品ガスＨを供給して昇圧する工程である。
【００７１】
第１単位周期、第２単位周期、及び、第３単位周期は同様であるので、第１単位周期を代表にして、図４〜図６に基づいて説明を加える。
尚、図４〜図６においては、各種の流路部分のうちで実際にガスが流動している流路部分を太線で記載し、ガスが流動していない流路部分を細線で記載する。
したがって、太線で記載した流路部分に対応する弁類は開き状態にあり、細線で記載した流路部分に対応する弁類は閉じ状態にあることが明らかであるため、以下の説明においては、各流路部分に設けた弁類の開閉状態の説明は、代表的な弁類についての開閉のみを説明する。
【００７２】
図４〜図６に示すように、第１吸着塔Ａが吸着工程を行う第１単位周期においては、第１供給弁２０ａ及び第１排出弁２３ａが開弁されて、改質ガスＫに含まれる吸着対象成分を吸着する吸着工程が実行され、第１吸着塔Ａからは製品ガスＨが製品ガス排出ライン２２に排出される。
【００７３】
図４に示すように、第１単位周期の初期においては、第２吸着塔Ｂの第２均圧弁２５ｂ及び第３吸着塔Ｃの第３均圧弁２５ｃが開弁されて、第３吸着塔Ｃの内部ガスを均圧ガスとして第２吸着塔Ｂに供給する均圧処理が行われることになる。
この均圧処理は、第３吸着塔Ｃにおいては、均圧排出工程に相当し、第２吸着塔Ｂにおいては、均圧受入工程に相当する。
【００７４】
図５に示すように、第１単位周期の中期においては、第２吸着塔Ｂについては、第２均圧弁２５ｂを閉じて、第２排出弁２３ｂを開弁することにより、第１吸着塔Ａから排出される製品ガスＨを導入する昇圧工程が実行され、この昇圧工程が、第１単位周期の後期においても実行される（図６参照）。
【００７５】
図５に示すように、第１単位周期の中期においては、第３吸着塔Ｃについては、第３均圧弁２５ｃを閉じて、第３オフガス弁２９ｃを開弁することにより、第３吸着塔Ｃの内部ガスをオフガス排出ライン２８に排出する減圧工程が実行される。
その後、図６に示すように、第１単位周期の後期においては、第３オフガス弁２９ｃを開弁したまま、第３均圧弁２５ｃ及び洗浄弁２７を開弁して、洗浄ライン２６から製品ガスＨを流動させる洗浄工程が実行される。
【００７６】
ちなみに、減圧工程及び洗浄工程においてオフガス排出ライン２８に排出されたオフガスは、オフガスタンクＴに回収された後、オフガス供給路４を通して、改質処理部ＡＫの加熱バーナＮに供給されることになる。
尚、オフガスには、可燃成分として、一酸化炭素、メタン及び水素が含まれることになる。
【００７７】
以上の如く、圧力変動吸着部ＢＳは、複数（３つ）の吸着塔１を用いて、改質ガスＫ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Ｈを生成しかつ吸着対象成分をオフガスとして排出する圧力変動吸着運転を行うことになる。
そして、圧力変動吸着運転として、改質ガスＫを吸着塔１に供給して製品ガスＨを生成する吸着工程、吸着塔１の内部ガスを排出する減圧工程、吸着塔１の吸着剤を再生する再生工程としての洗浄工程、吸着塔１の内部に製品ガスＨを供給する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数の吸着塔の１夫々において繰り返し行わせる運転が実行されるように構成されている。
【００７８】
（運転制御の概要）
運転制御部Ｍが、原料ガスＧ及び水蒸気を改質反応管２に供給して改質ガスＫを生成し、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫを吸着塔１に供給して製品ガスを製造する製品ガス製造運転を実行することになる。
当該製品ガス製造運転においては、改質反応管２が加熱バーナＮにて加熱され、且つ、圧力変動吸着部ＢＳが圧力変動吸着運転を行うことになる。
【００７９】
そして、運転制御部Ｍが、製品ガス製造運転を停止する際には、水蒸気パージ処理、及び、製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行い、その後、待機運転を行うことになる。
また、運転制御部Ｍが、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際には、初期運転処理を実行し、その後、製品ガス製造運転を開始するように構成されている。
【００８０】
次に、図７〜図１１に基づいて、水蒸気パージ処理、製品ガスパージ処理、待機運転、及び、初期運転処理について説明するが、図７〜図１１においては、ガスが流動する流路を太線にて示し、ガスが流動しない流路を細線にて示す。したがって、ガスが流動する流路に関する弁類が開状態で、ガスが流動しない流路に関する弁類が閉じ状態であることが明らかであるため、弁類の開閉制御の説明は必要な部分についてのみ説明する。
【００８１】
（水蒸気バージ処理の詳細）
水蒸気パージ処理は、図７に示すように、加熱バーナＮにて改質反応管２を加熱しかつ水蒸気を改質反応管２に供給する状態を継続した状態で、原料ガスＧに代えて製品ガスタンクＵからの製品ガスＨを圧縮機７にて改質反応管２に供給し、且つ、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫを、圧力変動吸着運転を行う複数の吸着塔１に供給する処理である。
この水蒸気パージ処理は、圧力変動吸着部ＢＳが第１単位周期、第２単位周期及び第３単位周期を含む運転サイクルを少なくとも１回行う程度継続される。
【００８２】
説明を加えると、製品ガス製造運転を停止して水蒸気パージ処理を行う際には、加熱バーナＮの燃焼が継続され、水供給部１０からの水（純水）の供給が継続されて、水蒸気混合部Ｊからの水蒸気の供給が継続され、また、圧力変動吸着部ＢＳの圧力変動吸着運転が継続される。
ちなみに、加熱バーナＮには、オフガスが燃料ガスとして供給されることになるが、オフガスの量が不足する場合には、燃料ガス弁３Ａを開いて、原料ガスＧを燃料ガスとして供給することになる。
【００８３】
そして、原料ガス供給弁Ｇａを閉じて原料ガスＧの供給を停止した状態において、連通開閉弁Ｌａを開いて、製品ガスタンクＵからの製品ガスを、連通ラインＬ及びリサイクルガスライン１９の一部を通して、ガス導入ライン７Ａに流動させることになる。
ちなみに、連通抵抗調節弁Ｌｂの抵抗により、連通ラインＬを通して流動する製品ガスＨの圧力が低下されて、圧縮機７の入口側の圧力が、例えば、０．２５ＭＰａＧ程度になり、かつ、圧縮機７の出口側の圧力が、例えば、０．７５ＭＰａＧ程度になる。
【００８４】
したがって、水蒸気パージ処理においては、脱硫器６や改質反応管２等に残存する原料ガスＧを水蒸気改質処理して改質ガスＫを生成し、生成した改質ガスＫを含む製品ガスＨを、製品ガス製造運転と同様に、圧力変動吸着部ＢＳに供給して、複数の吸着塔１にて圧力変動吸着運転を行ないながら、製品ガスＨを生成する処理が行われることになる。
尚、図７においては、第１吸着塔Ａが吸着工程を行い、第３吸着塔Ｃが減圧工程を行う状態を示す。
【００８５】
（製品ガスパージ処理の詳細）
製品ガスパージ処理は、図８に示すように、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナＮによる改質反応管２の加熱を継続する状態で、製品ガスタンクＵからの製品ガスＨを圧縮機７にて改質反応管２に供給し、且つ、改質処理部ＡＫからの製品ガスＨを吸着塔１に供給する処理である。
この製品ガスパージ処理は、圧力変動吸着部ＢＳが第１単位周期、第２単位周期及び第３単位周期を含む運転サイクルを少なくとも１回以上行う程度継続される。
【００８６】
説明を加えると、水蒸気パージ処理を停止して製品ガスパージ処理を行う際には、加熱バーナＮの燃焼が継続され、水供給部１０からの水（純水）の供給を停止して、水蒸気混合部Ｊからの水蒸気の供給が停止され、また、圧力変動吸着部ＢＳの圧力変動吸着運転が継続される。
ちなみに、加熱バーナＮには、燃料ガス弁３Ａを開いて、原料ガス供給弁Ｇａを開いて原料ガスＧを燃料ガスとして供給することになる。
【００８７】
そして、水蒸気パージ処理に続いて、原料ガス供給弁Ｇａを閉じて原料ガスＧの供給を停止し、且つ、連通開閉弁Ｌａを開いて、製品ガスタンクＵからの製品ガスを、連通ラインＬ及びリサイクルガスライン１９の一部を通して、ガス導入ライン７Ａに流動させることになる。
ちなみに、連通抵抗調節弁Ｌｂの抵抗により、連通ラインＬを通して流動する製品ガスＨの圧力が低下されて、圧縮機７の入口側の圧力が、例えば、０．２５ＭＰａＧ程度になり、かつ、圧縮機７の出口側の圧力が、例えば、０．７５ＭＰａＧ程度になる。
【００８８】
したがって、製品ガスパージ処理においては、脱硫器６、改質反応管２、ＣＯ変成器１５等を通して製品ガスＨを流動させ、改質処理部ＡＫからの製品ガスＨを、製品ガス製造運転と同様に、圧力変動吸着部ＢＳに供給して、複数の吸着塔１にて圧力変動吸着運転を行ないながら、製品ガスＨを生成する処理が行われることになる。
尚、図８においては、第１吸着塔Ａが吸着工程を行い、第３吸着塔Ｃが減圧工程を行う状態を示す。
【００８９】
そして、製品ガスパージ処理を実行することにより、製品ガスＨが改質処理部ＡＫに充填され、且つ、改質処理部ＡＫが水蒸気改質処理を行う状態と同様な高温状態に維持されることになり、また、圧力変動吸着部ＢＳの複数の吸着塔１の吸着剤が、製品ガスＨに対して圧力変動吸着運転を行うことによって、吸着剤が吸着対象成分を吸着しない脱着状態に再生されることになる。
【００９０】
（待機運転の詳細）
待機運転は、図９に示すように、改質処理部ＡＫから圧力変動吸着部ＢＳへのガス供給ラインとしての改質ガス供給ライン１７を遮断した状態で、圧力変動吸着部ＢＳについては、吸着塔１の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、改質処理部ＡＫについては、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナＮによる改質反応管２の加熱を継続する状態で、改質処理部ＡＫに充填した製品ガスＨを、当該改質処理部ＡＫから排出されると、返送ラインとしてのリサイクルガスライン１９を通して圧縮機７に戻す形態で循環させる運転である。
【００９１】
説明を加えると、製品ガスパージ処理を停止して待機運転を行う際には、加熱バーナＮの燃焼が継続され、水供給部１０からの水（純水）の供給を停止して、水蒸気混合部Ｊからの水蒸気の供給が停止され、また、改質ガス供給ライン１７の供給断続弁１７Ａを閉じて、改質ガス供給ライン１７と３つの吸着塔１との連通が遮断される。
ちなみに、加熱バーナＮには、燃料ガス弁３Ａを開いて、原料ガス供給弁Ｇａを開いて原料ガスＧを燃料ガスとして供給することになる。
【００９２】
そして、改質ガス供給ライン１７と３つの吸着塔１との連通を遮断することにより、改質処理部ＡＫに充填されている製品ガスＨが、リサイクルガスライン１９を通して圧縮機７に戻る形態で循環されることになる。
尚、この循環状態においては、水蒸気パージ処理や製品ガスパージ処理よりも、流路抵抗が少ない状態で、改質処理部ＡＫに充填されている製品ガスＨが循環することになるので、圧縮機７の出口側の圧力が、０．７５ＭＰａＧよりも低い圧力になる。
【００９３】
さらに、圧力変動吸着部ＢＳにおける第１供給弁２０ａ、第２供給弁２０ｂ、及び、第３供給弁２０ｃの夫々を閉じて、圧力変動吸着部ＢＳの圧力変動吸着運転が停止される。
また、圧力変動吸着部ＢＳの他の弁類、つまり、第１排出弁２３ａ、第２排出弁２３ｂ、第３排出弁２３ｃ、第１均圧弁２５ａ、第２均圧弁２５ｂ、第３均圧弁２５ｃ、第１オフガス弁２９ａ、第２オフガス弁２９ｂ、第３オフガス弁２９ｃを全て閉じ状態にして、圧力変動吸着部ＢＳについては、吸着塔１の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させることになる。
【００９４】
したがって、待機運転においては、改質処理部ＡＫに充填された製品ガスＨが、脱硫器６、改質反応管２、ＣＯ変成器１５等を通して循環流動され、且つ、改質処理部ＡＫが水蒸気改質処理を行う状態と同様な高温状態に維持されることになる。
また、圧力変動吸着部ＢＳについては、吸着塔１の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持されることになる。
【００９５】
（初期運転処理の詳細）
初期運転処理は、待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する際の処理であって、開始直後から原料ガスＧ及び水蒸気を改質反応管２に供給して改質ガスＫを生成し、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫを吸着塔１に供給して製品ガスＨを製造し、当該製造された製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスＨを廃棄する処理である。
そして、初期運転処理を行うことにより、その後、当該製造された製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスＨを製品ガスタンクＵに回収する製品ガス製造運転に移行することになる。
【００９６】
本実施形態においては、初期運転処理として、先ず、改質処理部ＡＫの内部圧力や圧力変動吸着部ＢＳにおける最初に改質ガスＫを供給する吸着塔１を昇圧する昇圧処理が実行され、その後、圧力変動吸着部ＢＳにおいて圧力変動運転を行いながら製品ガスＨを製造し、当該製造された製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスＨを廃棄する純度出し処理が実行されるように構成されている。
【００９７】
説明を加えると、待機運転を停止して昇圧処理を行う際には、図１０に示すように、加熱バーナＮの燃焼が継続され、水供給部１０からの水（純水）の供給を開始して、水蒸気混合部Ｊからの水蒸気の供給が開始される。
また、改質ガス供給ライン１７の供給断続弁１７が開かれることになる。
ちなみに、加熱バーナＮには、燃料ガス弁３Ａを開いて、原料ガスＧを燃料ガスとして供給することになる。
【００９８】
そして、圧力変動吸着部ＢＳの圧力変動吸着運転が停止されるものの、圧力変動吸着部ＢＳにおける最初に改質ガスＫを供給する吸着塔１、例えば、第１吸着塔Ａにおける第１供給弁２０ａを開きかつ第１排出弁２３ａを閉じるようにする。
また、ライン開閉弁１９Ａにて、リサイクルガスライン１９を閉じるようにする。ちなみに、リサイクルガスライン１９を閉じることに代えて、例えば、開閉弁１９Ａを半開状態にする等により、リサイクルガスライン１９の流路抵抗を増大させてもよい。
【００９９】
したがって、改質処理部ＡＫにおいて改質ガスＫが生成され、その改質ガスＫが、圧力変動吸着部ＢＳにおける最初に改質ガスＫを供給する吸着塔１、例えば、第１吸着塔Ａに供給されることになり、且つ、当該第１吸着塔Ａの第１排出弁２３ａが閉じられているので、改質処理部ＡＫの内部圧及び最初に改質ガスＫを供給される第１吸着塔Ａの内部圧が、設定圧（例えば、０.７５ＭＰａＧ）に昇圧されることになる。
【０１００】
改質処理部ＡＫの内部圧及び最初に改質ガスＫを供給される第１吸着塔Ａの内部圧が、設定圧に昇圧されると、図１１に示すように、純度出し処理が実行されることになる。
説明を加えると、純度出し処理を行う際には、製品ガス弁２２Ａを閉じ、かつ、製品ガス放出弁Ｑａを開いた状態で、圧力変動吸着部ＢＳの圧力変動吸着運転が開始されることになる。
また、ライン開閉弁１９Ａを開いて、リサイクルガスライン１９を開くようにする。
【０１０１】
したがって、改質処理部ＡＫから圧力変動吸着部ＢＳに改質ガスＫが供給されると、圧力変動吸着運転により製品ガスＨが製造され、製造された製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスＨが製品ガス放出ラインＱを通して廃棄されることになる。
【０１０２】
そして、当該製造された製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガス放出弁Ｑａを閉じて、製品ガス弁２２Ａを開いた状態にすることにより、製品ガスを製品ガスタンクＵに回収する製品ガス製造運転に移行することになる。
【０１０３】
本実施形態においては、初期運転処理において、圧縮機７にて原料ガスＧを供給する供給量を、製品ガス製造運転における最大供給量の４０％とし、しかも、圧縮機７にて原料ガスＧを供給する供給量に対する運転サイクルを行う時間を、製品ガス製造運転を行うときの時間よりも、例えば、２０％程度少なくするように構成されている。
【０１０４】
ちなみに、図示は省略するが、吸着塔１の内部圧を検出する圧力センサが設けられて、昇圧処理において、吸着塔１の内部圧が設定圧（例えば、０.７５ＭＰａＧ）に昇圧された状態であることが検出されるように構成されている。
また、製品ガス排出ライン２２における製品ガス放出ラインＱの分岐箇所よりも上流側部分に、製品ガスＨの水素成分の濃度を検出する濃度センサが設けられて、純度出し処理において、製品ガスＨの水素成分の濃度が設定値以上であるか否かが検出されるように構成されている。
【０１０５】
さらに、改質反応管２の内部には、改質触媒の温度を検出する温度センサが設けられており、その検出温度が改質反応用温度（例えば、７００℃）になるように、加熱バーナＮの燃焼量が制御されることになる。
つまり、オフガス供給路４を通して供給される燃料ガスとしのオフガスの供給量や補助燃料ガス路３を通して供給される燃料ガスとしての原料ガスＧの供給量を制御して、加熱バーナＮの燃焼量が制御されることになり、燃料ガス供給量に合わせて、空気供給路５ａを通して供給される空気量が調整されることになる。
【０１０６】
（本発明構成と従来構成との対比）
上記実施形態に記載した本発明構成と下記の従来構成とを対比すると、本発明構成は、停止運転時及び起動運転時に消費する原料ガスＧの消費量及び製品ガスＨの消費量を削減することができる。
【０１０７】
すなわち、従来構成は次の通りである。
製品ガス製造運転を停止する停止運転時には、先ず、改質処理部ＡＫから圧力変動吸着部ＢＳへの改質ガス供給ライン１７を遮断した状態で、加熱バーナＮにて改質反応管２を加熱しかつ水蒸気を改質反応管２に供給する状態を継続した状態で、原料ガスＧに代えて製品ガスタンクＵからの製品ガスＨを圧縮機７にて脱硫器６を通して改質反応管２に供給し、且つ、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫを、外部に廃棄する水蒸気パージ処理、及び、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナＮによる改質反応管２の加熱を継続する状態で、製品ガスタンクＵからの製品ガスＨを圧縮機７にて脱硫器６を通して改質反応管２に供給し、且つ、改質処理部ＡＫからの製品ガスを、外部に廃棄する製品ガスパージ処理を順次行うパージ運転を行う。
【０１０８】
その後、改質処理部ＡＫから圧力変動吸着部ＢＳへの改質ガス供給ライン１７を遮断した状態で、圧力変動吸着部ＢＳについては、吸着塔１の吸着剤を、吸着対象成分を脱着した状態に維持させ、且つ、改質処理部ＡＫについては、水蒸気の供給を停止しかつ加熱バーナＮによる改質反応器２の加熱を継続する状態で、改質処理部ＡＫに充填した製品ガスＨを、リサイクルガスライン１９を通して圧縮機７に戻す形態で循環させる待機運転を行う。
【０１０９】
待機運転を停止して製品ガス製造運転を開始する起動運転時には、製品ガスタンクＵからの製品ガスＨを圧縮機７にて供給して昇圧する昇圧処理を行い、昇圧処理が終了すると、製品ガスＨに代えて原料ガスＧを圧縮機７にて供給する原料導入処理を行い、当該原料導入処理により改質ガスＫが適正に生成される状態になると、圧力変動吸着部ＢＳへの改質ガスの供給を開始して、圧力変動吸着運転により製品ガスを製造し、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値未満のときには、当該製品ガスを廃棄する純度出し処理を実行し、その後、当該製造された製品ガスの水素成分の濃度が設定値以上になると、製品ガスＨを製品ガスタンクＵに回収する製品ガス製造運転を行う。
【０１１０】
停止運転時において、従来構成では、原料ガスＧを、例えば、７Ｎｍ３、製品ガスＨを、例えば、２１Ｎｍ３消費するのに対して、本発明構成では、原料ガスＧの消費量が零となり、製品ガスＨを、例えば、３Ｎｍ３消費することになり、原料ガスＧの消費量及び製品ガスＨの消費量を削減することができる。
【０１１１】
起動運転時において、従来構成では、原料ガスＧを、例えば、１８Ｎｍ３、製品ガスＨを、例えば、１９Ｎｍ３消費するのに対して、本発明構成では、原料ガスＧを、例えば、１３Ｎｍ３消費し、製品ガスの消費量が零となり、原料ガスＧの消費量及び製品ガスＨの消費量を削減することができる。
【０１１２】
〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、圧力変動吸着部ＢＳとして、３つの吸着塔１を備えるものを例示したが、本発明は、圧力変動吸着部ＢＳを、２つ又は４つ以上の吸着塔１を備える形態に構成する場合にも適用できるものである。
【０１１３】
（２）上記実施形態では、再生工程として洗浄工程を行う形態に構成した圧力変動吸着部ＢＳを例示したが、本発明は、圧力変動吸着部ＢＳが、洗浄工程に代えて、真空ポンプにて吸着塔１の内部を吸引する吸引工程を再生工程として行う場合にも適用できるものである。
【０１１４】
（３）上記実施形態においては、水蒸気混合部Ｊが、原料ガスＧに水を混合させた後に、混合させた水を蒸発用熱交換部１１にて蒸発させるように構成される場合を例示したが、水蒸気混合部Ｊとしては、予め生成した水蒸気を原料ガスＧに混合させる形態に構成して実施してもよい。
【０１１５】
（４）上記実施形態では、初期運転処理の昇圧処理において、改質処理部ＡＫからの改質ガスＫのみにて昇圧させる場合を例示したが、例えば、改質ガスＫを最初に供給する吸着塔１に対して製品ガスＨを供給しながら昇圧させる等、初期運転処理の具体構成は種々変更できる。
【０１１６】
（５）上記実施形態では、改質ガス供給ライン１７に供給断続弁１７Ａを設けるようにしたが、圧力変動吸着部ＢＳにおける第１供給弁２０ａ、第２供給弁２０ｂ、及び、第３供給弁２０ｃの夫々を閉じることによって、改質ガス供給ライン１７と吸着塔１との連通を断続することにより、供給断続弁１７Ａを省略する形態で実施してもよい。
【０１１７】
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。
【符号の説明】
【０１１８】
１        吸着塔
２        改質器
４        オフガス供給路
７        圧縮機
１７      ガス供給ライン
１９      返送ライン
Ａ        改質処理部
Ｂ        圧力変動吸着部
Ｇ        原料ガス
Ｈ        製品ガス
Ｋ        改質ガス
Ｍ        運転制御部
Ｎ        加熱バーナ
Ｕ        製品ガスタンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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