(57)【要約】【課題】オフガスの大気放出を回避しながらも、吸引工程において吸着塔の塔内圧力を十分に低く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。【解決手段】運転制御部が、複数の吸着塔１の全てに対して運転サイクルを行う運転周期を実行する間における、複数の吸着塔１の夫々に対応する塔内圧力検出センサＱにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値よりも低い場合において、大気放出作動検出部にてオフガスの大気放出作動が検出されたときに、吸引工程における漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させ、且つ、最大最低値が設定目標値以上のときには、漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させるように構成されている。【選択図】図２
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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複数の吸着塔、及び、当該吸着塔の運転を制御する運転制御部が設けられ、
前記運転制御部が、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、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ように構成され、
前記吸引工程が、真空ポンプにて前記吸着塔の内部を吸引し且つ吸引したオフガスをオフガスタンクに供給する工程であり、
前記運転制御部が、前記吸引工程において、前記真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行し、その後、前記設定目標吸引力に維持する状態を前記吸引工程が終了するまで継続する継続処理を実行する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、
複数の前記吸着塔の夫々に塔内圧力を検出する塔内圧力検出センサが設けられ、
前記オフガスタンクに、タンク内圧が設定上限圧力以上になると、貯留している前記オフガスを大気放出する放出弁及び当該放出弁の大気放出作動を検出する大気放出作動検出部が設けられ、
前記運転制御部が、
複数の前記吸着塔の全てに対して前記運転サイクルを行う運転周期を実行する間における、複数の前記吸着塔の夫々に対応する前記塔内圧力検出センサにて検出される前記塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値よりも低い場合において、前記大気放出作動検出部にて前記大気放出作動が検出されたときに、前記漸増処理において前記吸引力を前記設定目標吸引力に漸増させる漸増時間を設定単位漸増時間だけ増加させ、且つ、
前記最大最低値が前記設定目標値以上のときには、前記漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させるように構成されている圧力変動吸着式水素製造装置。
【請求項２】
前記設定目標値として、前記漸増時間の減少のために前記最大最低値と比較する上限側目標値と、当該上限側目標値よりも低く設定されて、前記漸増時間の増加のために前記最大最低値と比較する下限側目標値とが設定されている請求項１に記載の圧力変動吸着式水素製造装置。
【請求項３】
前記運転制御部が、前記最大最低値を、前記運転周期を複数回実行するうちの最終の前記運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から求めるように構成されている請求項１又は２に記載の圧力変動吸着式水素製造装置。
【請求項４】
炭化水素系ガスである改質用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する改質反応部及び当該改質反応部を改質反応用温度に加熱する燃焼部を備えた改質部が設けられ、
前記原料ガスが、前記改質部から供給される改質ガスであり、
前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスが、燃焼用燃料として前記燃焼部に供給される請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式水素製造装置。
【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複数の吸着塔、及び、当該吸着塔の運転を制御する運転制御部が設けられ、
前記運転制御部が、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、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ように構成され、
前記吸引工程が、真空ポンプにて前記吸着塔の内部を吸引し且つ吸引したオフガスをオフガスタンクに供給する工程であり、
前記運転制御部が、前記吸引工程において、前記真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行し、その後、前記設定目標吸引力に維持する状態を前記吸引工程が終了するまで継続する継続処理を実行する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。
【背景技術】
【０００２】
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。
そして、真空ポンプにて吸着塔の内部を吸引し且つ吸引したオフガスをオフガスタンクに供給する吸引工程を行うことにより、吸着剤に吸着された吸着対象成分を的確に除去して、水素濃度の高い製品ガスを適切に製造できる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１には記載されていないが、運転制御部が、吸引工程において、真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行し、その後、設定目標吸引力に維持する状態を吸引工程が終了するまで継続する継続処理を実行することになる。
つまり、オフガスタンクには、タンク内圧が設定上限圧力以上になると、貯留しているオフガスを大気放出する放出弁が設けられているが、真空ポンプの吸引力を、漸増させることなく、設定目標吸引力に一挙に増加させると、オフガスタンクのタンク内圧が設定上限圧力を超えて上昇する虞があるため、運転制御部が、吸引工程において、真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行することになる。
【０００４】
ちなみに、炭化水素系ガスである改質用原料ガス（例えば、天然ガス）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する改質反応部及び当該改質反応部を改質反応用温度に加熱する燃焼部を備えた改質部が設けられて、原料ガスとして、改質部から供給される改質ガスを用いることが行われている。
また、吸着塔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、オフガスタンクに貯留したオフガスを、改質反応部を加熱する燃焼部に燃焼用燃料として供給して燃焼させることが行われている。
【０００５】
そして、オフガスタンクに貯留されているオフガスが大気放出されると、本来は、改質反応部を加熱する燃焼部に燃焼用燃料として用いられるオフガスが無駄に消費されることになるが、運転制御部が、吸引工程において、真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行することにより、オフガスタンクに貯留されているオフガスが大気放出されることが極力抑制されることになる。
【０００６】
尚、特許文献１においては、吸引工程に続いて、吸着塔に製品ガスを流動させる洗浄工程を行うように構成されているが、吸引工程を行う場合には、通常、洗浄工程が省略される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６３１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間は、従来では、実験により定めていた。
つまり、圧力変動吸着式水素製造装置の運転レート（原料ガスの単位当たりの供給量）は、最大レート（１００％）から最小レート（例えば、４０％）に変更されることになるが、運転レートが最大レートである場合において、実験により、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間の最適な時間を求め、その求めた時間を漸増時間として定めるようにしていた。
【０００９】
ちなみに、圧力変動吸着式水素製造装置の運転レートが変更されると、複数の吸着塔の全てに対して運転サイクル（吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、昇圧工程を含む運転サイクル）を行う運転周期が、運転レートが低くなるほど長くなるように調整されて、運転レートの高低に拘わらず、吸着工程において吸着塔の吸着剤に吸着対象成分が吸着される量を均一化する、換言すれば、製品ガスにおける水素成分の濃度の均一化を図ることになる。
【００１０】
漸増時間の最適な時間について説明を加えると、漸増処理における漸増時間が長くなるほど、その後の継続処理において吸引工程を終了するまで継続する継続時間が短くなり、吸着塔を吸引する総吸引時間が短くなるから、吸着塔の塔内圧力が十分に低くなる状態となるようにして、吸着剤に吸着された吸着対象成分を的確に除去するためには、漸増処理における漸増時間を極力短くすることが好都合である。
特に、運転レートが高いほど、継続処理を実行する継続時間が短くなるから、運転レートが高い場合には漸増処理における漸増時間を極力短くすることが望まれる。
【００１１】
これに対して、漸増処理における漸増時間が短くなるほど、オフガスタンクのタンク内圧が高くなり易いものであるから、漸増処理における漸増時間は、タンク内圧が設定上限圧力以上になることを回避しながらも、極力短い時間に調整することが必要となる。
このような状況に鑑みて、従来では、運転レートが最大レートである場合において、実験により、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間の最適な時間を求め、その求めた時間を漸増時間として定めるようにしていた。
【００１２】
しかしながら、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間を一定に維持すると、原料ガスの水素成分の濃度が低い（吸着対象成分の濃度が高い）等の運転条件の変動により、オフガスタンクのタンク内圧が設定上限圧力以上になり、オフガスを大気放出してしまう虞や、真空ポンプの経年劣化により、吸引工程において吸着塔の塔内圧力を十分に低くなる状態に吸引できない状態となって、製品ガスの水素濃度の低下が発生する虞等の不都合を招く虞があった。
【００１３】
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、オフガスのオフガスタンクからの大気放出を回避しながらも、吸引工程において吸着塔の塔内圧力を十分に低く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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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複数の吸着塔、及び、当該吸着塔の運転を制御する運転制御部が設けられ、
前記運転制御部が、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、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ように構成され、
前記吸引工程が、真空ポンプにて前記吸着塔の内部を吸引し且つ吸引したオフガスをオフガスタンクに供給する工程であり、
前記運転制御部が、前記吸引工程において、前記真空ポンプの吸引力を設定目標吸引力に漸増する漸増処理を実行し、その後、前記設定目標吸引力に維持する状態を前記吸引工程が終了するまで継続する継続処理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、
複数の前記吸着塔の夫々に塔内圧力を検出する塔内圧力検出センサが設けられ、
前記オフガスタンクに、タンク内圧が設定上限圧力以上になると、貯留している前記オフガスを大気放出する放出弁及び当該放出弁の大気放出作動を検出する大気放出作動検出部が設けられ、
前記運転制御部が、
複数の前記吸着塔の全てに対して前記運転サイクルを行う運転周期を実行する間における、複数の前記吸着塔の夫々に対応する塔内圧力検出センサにて検出される前記塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値よりも低い場合において、前記大気放出作動検出部にて前記大気放出作動が検出されたときに、前記漸増処理において前記吸引力を前記設定目標吸引力に漸増させる漸増時間を前記設定単位増加時間だけ増加させ、且つ、
前記最大最低値が前記設定目標値以上のときには、前記漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させるように構成されている点にある。
【００１５】
すなわち、複数の吸着塔の全てに対して運転サイクルを行う運転周期を実行する間における、複数の吸着塔の夫々に対応する塔内圧力検出センサにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値よりも低い場合において、大気放出作動検出部にて大気放出作動が検出されたときには、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力に漸増させる漸増時間が設定単位増加時間だけ増加されることになる。
【００１６】
つまり、運転周期を実行する間において、複数の吸着塔の夫々に対応する塔内圧力検出センサにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値よりも低い場合とは、吸引工程において吸着塔の塔内圧力を十分に低くなる状態に吸引できている状態であるが、大気放出作動検出部にて大気放出作動が検出される場合とは、漸増処理における漸増時間が短すぎる状態であるから、漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させて、オフガスタンクからのオフガスの大気放出を回避するようにする。
【００１７】
ちなみに、漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させても、最大最低値が設定目標値よりも低く且つ大気放出作動検出部にて大気放出作動が検出される場合には、漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させることを繰り返すことになる。
【００１８】
また、運転周期を実行する間において、複数の吸着塔の夫々に対応する塔内圧力検出センサにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値以上のときには、漸増処理における漸増時間が設定単位減少時間だけ減少されることになる。
【００１９】
つまり、運転周期を実行する間において、複数の吸着塔の夫々に対応する塔内圧力検出センサにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値が、設定目標値以上の場合とは、吸引工程において吸着塔の塔内圧力が十分に低くなっていない虞がある状態であるから、漸増処理における漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させて、吸引工程において吸着塔の塔内圧力が設定目標値よりも低くなる状態となるようにする。
【００２０】
ちなみに、漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させても、最大最低値が設定目標値以上のときには、漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させることを繰り返すことになる。
【００２１】
したがって、最大最低値が設定目標値よりも低い場合において、大気放出作動検出部にて大気放出作動が検出されたときには、漸増処理における漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させ、且つ、最大最低値が設定目標値以上のときには、漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させることにより、オフガスタンクのタンク内圧が設定上限圧力以上になることを回避しながらも、吸引工程において吸着塔の塔内圧力が設定目標値よりも低い状態となるようにすることができるのである。
【００２２】
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、オフガスのオフガスタンクからの大気放出を回避しながらも、吸引工程において吸着塔の塔内圧力を十分に低くすることができる。
【００２３】
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、前記設定目標値として、前記漸増時間の減少のために前記最大最低値と比較する上限側目標値と、当該上限側目標値よりも低く設定されて、前記漸増時間の増加のために前記最大最低値と比較する下限側目標値とが設定されている点にある。
【００２４】
すなわち、最大最低値が設定目標値としての下限側目標値よりも低い場合において、大気放出作動検出部にて大気放出作動が検出されたときには、漸増処理における漸増時間を設定単位増加時間だけ増加させ、且つ、最大最低値が設定目標値としての上限側目標値以上のときには、漸増時間を設定単位減少時間だけ減少させることにより、オフガスタンクのタンク内圧が設定上限圧力以上になることを回避しながらも、吸引工程において吸着塔の塔内圧力が設定目標値よりも低い状態となるようにする。
【００２５】
このように、設定目標値として、上限側目標値とそれよりも低い下限側目標値とを設定することにより、吸着塔の塔内圧力の最大最低値が上限側目標値よりも低くかつ下限側目標値以上のときには、漸増処理における漸増時間の増減が行われないものとなり、漸増処理における漸増時間が必要以上に繰り返し増減されることを抑制して、吸引工程の安定化を図ることができる。
【００２６】
要するに、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によれば、漸増処理における漸増時間が必要以上に繰り返し増減されることを抑制して、吸引工程の安定化を図ることができる。
【００２７】
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、前記運転制御部が、前記最大最低値を、前記運転周期を複数回実行するうちの最終の前記運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から求めるように構成されている点にある。
【００２８】
すなわち、最大最低値が運転周期を複数回実行するうちの最終の前記運転周期を実行する間における塔内圧力の最低値から求められるものであるから、漸増処理における漸増時間を増減調整することが、運転周期を複数回実行するごとに行われることになる。
【００２９】
このように、最大最低値を、運転周期を複数回実行するうちの最終の運転周期を実行する間における塔内圧力の最低値から求めるものであるから、漸増処理における漸増時間が増減調整された場合において、その増減調整により塔内圧力が変化する途中の塔内圧力ではなく、増減調整により変化した後の塔内圧力の最低値から最大最低値を求めることができるものとなり、漸増処理における漸増時間が不必要に増減されることを抑制して、吸引工程の一層の安定化を図ることができる。
【００３０】
要するに、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によれば、漸増処理における漸増時間が不必要に増減されることを抑制して、吸引工程の一層の安定化を図ることができる。
【００３１】
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、炭化水素系ガスである改質用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する改質反応部及び当該改質反応部を改質反応用温度に加熱する燃焼部を備えた改質部が設けられ、
前記原料ガスが、前記改質部から供給される改質ガスであり、
前記オフガスタンクに貯留された前記オフガスが、燃焼用燃料として前記燃焼部に供給される点にある。
【００３２】
すなわち、天然ガス等の改質用原料ガスを改質した改質ガスが改質部から供給されて、その改質ガスを原料ガスとして製品ガスが製造されることになる。
そして、オフガスタンクに貯留されたオフガスが、改質反応部を改質反応用温度に加熱する燃焼部に供給されるから、燃焼部にて用いる燃焼用燃料ガスとして、外部から燃料ガスを導入するにしても、その導入量を削減して、省エネルギー化を図ることができる。
【００３３】
特に、上述の如く、オフガスタンクに貯留されたオフガスの大気放出が極力抑制されるものであるから、オフガスタンクに貯留されたオフガスを燃焼部にて用いる燃焼用燃料ガスとして極力利用することにより、省エネルギー化を一層向上することができる。
【００３４】
要するに、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によれば、改質部から供給される改質ガスを原料ガスとして製品ガスを製造しながら、オフガスタンクに貯留されたオフガスを、改質反応部を改質反応用温度に加熱する燃焼部の燃焼用燃料ガスとして利用することにより、省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】水素製造装置を示す全体図
【図２】圧力変動吸着部を示す概略図
【図３】圧力変動吸着部の運転サイクルを示す図
【図４】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図５】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図６】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図７】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図８】制御構成を示すブロック図
【図９】真空ポンプの駆動形態を示すグラフ
【図１０】制御作動を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００３６】
〔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改質用原料ガスＧを水素成分が多い改質ガスＫに改質する改質部Ｗと、当該改質部Ｗからの改質ガスＫを原料ガスとして、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を生成する吸着塔１を備えた圧力変動吸着部Ｙ（圧力変動吸着式水素製造装置の一例）と、当該圧力変動吸着部Ｙ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、改質部Ｗ及び圧力変動吸着部Ｙの運転を制御する運転制御部Ｍが設けられている。
【００３７】
すなわち、改質用原料ガスＧを改質処理した改質ガスＫが、改質部Ｗから圧力変動吸着部Ｙに供給され、圧力変動吸着部Ｙにおいて、改質ガスＫに含まれる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を生成するように構成されている。
ちなみに、運転制御部Ｍが、製品ガスＨの生成のために各部の運転を制御することになる。
【００３８】
（改質部の詳細）
改質部Ｗには、改質用原料ガスＧに混合する水蒸気のモル数の原料ガス中の炭素のモル数に対する比を目標比（Ｓ／Ｃ）にするように水蒸気を混合する水蒸気混合部Ｊ、改質用原料ガスＧを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質する改質反応部としての改質反応管１２、及び、当該改質反応管１２を改質反応用温度に加熱する燃焼部としてのバーナ１３が備えられている。
そして、オフガスタンクＴに貯留されたオフガスをバーナ１３に供給するオフガス供給路１４が設けられ、また、送風機等の空気供給部１５からの燃焼用空気をバーナ１３に供給する空気供給路１５ａが設けられている。
【００３９】
改質用原料ガスＧを脱硫器１６に送り出す圧縮機を備えたガス供給部１７が設けられ、脱硫器１６にて脱硫処理した改質用原料ガスＧを水混合部１８に搬送する混合部搬送ライン１９が設けられている。
水混合部１８は、脱硫処理後の改質用原料ガスＧと水供給部２０から搬送される水とを混合するように構成されている。
【００４０】
水混合部１８にて水が混合された改質用原料ガスＧを蒸発用熱交換部２１に向けて搬送する蒸発用搬送ライン２２が設けられ、改質用原料ガスＧに混合された水が蒸発用熱交換部２１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１８及び蒸発用熱交換部２１を主要部として構成される。
【００４１】
そして、蒸発用熱交換部２１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改質用原料ガスＧが、反応管搬送ライン２３にて改質反応管１２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１２の内部には、改質触媒が充填され、上述の如く、バーナ１３により改質反応用温度（例えば、７５０℃）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。
【００４２】
ちなみに、本実施形態においては、バーナ１３の燃焼ガスは、改質反応管１２を加熱した後に、蒸発用熱交換部２１に向けて流動して、蒸発用熱交換部２１を加熱した後に、排ガス路２４を通して排出されるように構成されている。
【００４３】
改質反応管１２からの改質ガスＫをＣＯ変成器２５に搬送する変成器搬送ライン２６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２５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２５にて変成処理された改質ガスＫが、改質ガス供給ライン２７を通して圧力変動吸着部Ｙ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２７には、余分な水分を改質ガスＫから除去する水分離器２８が設けられている。
【００４４】
（改質部の運転制御）
運転制御部Ｍが、製品ガスＨの目標生産量を示す指示情報に基づいて、目標生産量の製品ガスＨを製造するために必要となる目標原料ガス供給量の改質用原料ガスＧを供給すべく、ガス供給部１７の作動を制御するように構成されている。
【００４５】
つまり、改質用原料ガスＧの供給量を検出する原料ガスセンサ３０が設けられて、運転制御部Ｍが、原料ガスセンサ３０にて検出される改質用原料ガスＧの供給量が目標原料ガス供給量となるように、ガス供給部１７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、製品ガスＨの目標生産量（運転レート）が最大量の１００％と、最小量の４０％の間で変更されるように構成されている。
【００４６】
ちなみに、改質用原料ガスＧの供給量の調節に伴って、水蒸気混合部Ｊによる水蒸気混合量が増減調節されることになるが、本実施形態では詳細な説明を省略する。
【００４７】
また、改質反応管１２の内部温度を検出する温度センサＴＳが設けられている。
オフガス供給路１４には、オフガス流量を検出するオフガス流量センサ３１、及び、オフガス流量を調節するオフガス流量調節弁３２が設けられている。
【００４８】
そして、運転制御部Ｍが、温度センサＴＳにて検出される改質反応管１２の改質反応用温度を基準目標温度（例えば、７５０℃）にすべく、温度センサＴＳと基準目標温度とに基づいて、バーナ１３に供給するオフガス目標量を求めて、オフガス流量センサ３１にて検出されるオフガス流量がオフガス目標量となるように、オフガス流量調節弁３２の作動を制御するように構成されている。
【００４９】
また、運転制御部Ｍが、オフガス目標量のオフガスを燃焼させるのに必要となる目標燃焼空気量を求めて、バーナ１３に供給される空気量が目標燃焼空気量となるように、空気供給部１５の作動を制御するように構成されている。
【００５０】
（圧力変動吸着部の詳細）
図１に示すように、例示する圧力変動吸着部Ｙは、改質ガスＫを原料ガスとして、４つの吸着塔１によって、製品ガスＨを生成するように構成されている。
改質ガスＫ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、水素成分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。
【００５１】
つまり、４つの吸着塔１の運転を制御する運転制御部Ｍが、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、昇圧工程を含む運転サイクルを、複数（４つ）の吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数（４つ）の吸着塔１の夫々において繰り返し行わせることによって、水素成分を含む改質ガスＫから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着させて製品ガスＨを生成するように構成されている。
【００５２】
尚、図１は、オフガスタンクＴの一部のみを示し、また、後述する真空ポンプＰの記載を省略する等、圧力変動吸着部Ｙの概略構成を示すものであり、圧力変動吸着部Ｙの詳細な構成は、図２に記載する。
【００５３】
図２に示すように、４つの吸着塔１として、Ａ塔、Ｂ塔、Ｃ塔、Ｄ塔が設けられ、４つの吸着塔１の下部には、圧縮機２にて圧送される改質ガスＫ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。
そして、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Ａ５、Ｂ５、Ｃ５、Ｄ５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。
【００５４】
４つの吸着塔１の上部には、４つの吸着塔１を互いに連通する製品ガス送出用連通路５Ａ、４つの吸着塔１を互いに連通する昇圧用連通路６Ａ、及び、４つの吸着塔１を互いに連通する均圧用連通路７が設けられている。
そして、製品ガスＨを送出する製品ガス路５が、製品ガス送出用連通路５Ａに連通接続される状態で設けられ、製品ガス路５を流動する製品ガスＨの一部を昇圧用連通路６Ａに導く昇圧用流路６が、製品ガス路５と昇圧用連通路６Ａとを接続する状態で設けられている。
【００５５】
また、昇圧用連通路６Ａ及び均圧用連通路７との間に、均圧用接続路８が接続され、昇圧用連通路６Ａ、均圧用連通路７及び均圧用接続路８とから、均圧用流路が構成されている。
【００５６】
そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、製品ガス送出用連通路５Ａとの連通を断続する製品ガス送出弁Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、昇圧用連通路６Ａとの連通を断続する第１断続弁Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、及び、均圧用連通路７との連通を断続する第２断続弁Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４が設けられている。
【００５７】
昇圧用流路６には、当該昇圧用流路６を開閉する昇圧用開閉弁６ａ及び当該昇圧用流路６の開度を調節する昇圧調節弁６ｂが設けられている。
均圧用接続路８には、当該均圧用接続路８を開閉する均圧用開閉弁８ａ及び当該均圧用接続路８の開度を調節する均圧調節弁８ｂが設けられている。
【００５８】
オフガス排出路４に接続されるオフガスタンクＴとして、本実施形態においては、第１タンクＴ１と第２タンクＴ２とが設けられ、オフガス排出路４におけるオフガスタンクＴを設置するタンク設置部分が、第１排出路４ａと第２排出路４ｂとを並列形態で備え、第１タンクＴ１が、第１排出路４ａに配設され、第２タンクＴ２が、第２排出路４ｂに配設されている。
【００５９】
ポンプ配設流路９が、オフガス排出路４におけるタンク設置部分よりも上流側箇所と第２排出路４ｂにおける第２タンクＴ２の上流側箇所とを接続する状態で設けられ、このポンプ配設流路９に、真空ポンプＰが配設されている。
そして、オフガス排出路４におけるポンプ配設流路９の真空ポンプＰよりも上流側部分に、第１開閉弁Ｖ１が設置され、第１排出路４ａの第１タンクＴ１よりも上流側部分に、第２開閉弁Ｖ２が設置され、第２排出路４ｂにおけるポンプ配設流路９の接続箇所よりも上流側部分に、第３開閉弁Ｖ３が設置されている。
【００６０】
したがって、第１開閉弁Ｖ１〜第３開閉弁Ｖ３のうち、第２開閉弁Ｖ２を開き、その他を閉じることによって、図４に示すように、吸着塔１からのオフガスを第１タンクＴ１に回収しながらバーナ１３に供給する第１流動状態を現出できる。
【００６１】
第１開閉弁Ｖ１〜第３開閉弁Ｖ３のうち、第３開閉弁Ｖ３を開き、その他を閉じることによって、図５に示すように、吸着塔１からのオフガスを第２タンクＴ２に回収しながらバーナ１３に供給する第２流動状態を現出できる。
【００６２】
第１開閉弁Ｖ１〜第３開閉弁Ｖ３のうち、第１開閉弁Ｖ１を開き、その他を閉じることによって、図６に示すように、真空ポンプＰによって吸着塔１を吸引して、真空ポンプＰにて供給されるオフガスを第２タンクＴ２に回収しながらバーナ１３に供給する第３流動状態（吸引工程）を現出できる。
【００６３】
また、第１排出路４ａにおける第１タンクＴ１よりも下流側部分に、第１圧力制御弁Ｒ１が設置され、第２排出路４ｂにおける第２タンクＴ２よりも下流側部分に、第１圧力制御弁Ｒ１よりも高圧に設定された第２圧力制御弁Ｒ２が設置されており、これら第１圧力制御弁Ｒ１及び第２圧力制御弁Ｒ２の制御によって、バーナ１３へ供給するオフガスの流量が過大や過少になることが抑制される。
【００６４】
つまり、第１流動状態においては、第１圧力制御弁Ｒ１によって、オフガスの流量が制御され、第２流動状態及び第３流動状態においては、基本的には、第２圧力制御弁Ｒ２によってオフガスの流量が制御され、オフガスの流量が不足するときには、第１圧力制御弁Ｒ１を通して、第１タンクＴ１に回収したオフガスが流動されることになる。
【００６５】
（運転サイクルについて）
本実施形態の圧力変動吸着部Ｙは、運転制御部Ｍが、吸着工程、均圧排出工程、減圧工程、吸引工程、均圧受入工程、昇圧工程を含む運転サイクルを、複数（４つ）の吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数（４つ）の吸着塔１の夫々において繰り返し行わせるものである。
【００６６】
すなわち、図３に示すように、単一の運転サイクルを実行する単位処理期間の間は、４つの吸着塔１のうちの１つについては、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、前段排出工程及び後段排出工程を含む均圧排出工程を行い、均圧排出工程に続く工程を行う吸着塔１については、減圧工程、吸引工程及び均圧受入工程のうちの後段受入工程を含む脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔１については、均圧受入工程のうちの前段受入工程及び昇圧工程を含む復圧工程を行うことになる。
【００６７】
本実施形態においては、図３に示すように、脱着工程における減圧工程として、第１減圧工程（図４参照）と第２減圧工程（図５参照）とが備えられることになる。
【００６８】
ちなみに、図３においては、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塔が均圧排出工程を行う場合を例示する。
すなわち、４つの吸着塔１を備える場合においては、４つの単位処理期間を備えることになり、図示は省略するが、Ｂ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ｃ塔が復圧工程を行い、Ｄ塔が脱着工程を行い、Ａ塔が均圧排出工程を行うことになる。
【００６９】
同様に、Ｃ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ｄ塔が復圧工程を行い、Ａ塔が脱着工程を行い、Ｂ塔が均圧排出工程を行うことになる。
また、Ｄ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ａ塔が復圧工程を行い、Ｂ塔が脱着工程を行い、Ｃ塔が均圧排出工程を行うことになる。
つまり、４つの吸着塔１を備える場合においては、４つの単位処理期間が、４つの吸着塔１の全てに対して運転サイクルを行う運転周期に相当することになる。
【００７０】
単位処理期間は、第１ステップから第４ステップまでの４段階のステップに区分され、例えば、第１ステップ及び第２ステップの夫々の長さが、１０秒に設定され、第３ステップの長さが、１６０秒に設定され、第４ステップの長さが、２０秒に設定されている。
【００７１】
（運転サイクルの詳細）
４つの吸着塔１の夫々は、吸着工程、均圧排出工程、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塔が均圧排出工程を行う場合における運転サイクルについて説明する。
【００７２】
図４〜図７に示すように、第１ステップ〜第４ステップにおいて、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、単位処理期間の間は吸着工程が行われる。
【００７３】
図４及び図５に示すように、第１ステップ及び第２ステップでは、Ｄ塔の第２断続弁Ｄ４、Ｂ塔の第１断続弁Ｂ３、及び、均圧用開閉弁８ａの夫々を開いて、Ｄ塔の内部ガスをＢ塔に供給する処理を行うことになり、この処理は、Ｄ塔については、均圧排出工程のうちの前段排出工程に相当し、Ｂ塔については、均圧受入工程のうちの前段受入工程に相当する。
【００７４】
また、第１ステップ及び第２ステップでは、Ｃ塔のオフガス排出弁Ｃ５を開き、そして、第１ステップでは、図４に示すように、減圧工程として、上記した第１流動状態で、脱着工程のＣ塔と第１タンクＴ１とを連通させる第１減圧工程を行い、第２ステップでは、図５に示すように、上記した第２流動状態で、脱着工程のＣ塔と第２タンクＴ２とを連通させる第２減圧工程を行なうことになる。
【００７５】
また、第３ステップでは、図６に示すように、Ｂ塔の第１断続弁Ｂ３及び昇圧用開閉弁６ａを開いて、製品ガスＨをＢ塔に供給する昇圧工程を行い、また、Ｃ塔のオフガス排出弁Ｃ５を開いて、真空ポンプＰによって吸着塔１を吸引して、真空ポンプＰにて供給されるオフガスを第２タンクＴ２に回収しながらバーナ１３に供給する第３流動状態（吸引工程）を行うことになる。
【００７６】
また、第４ステップでは、図７に示すように、Ｄ塔の第２断続弁Ｄ４、Ｃ塔の第１断続弁Ｃ３、及び、均圧用開閉弁８ａの夫々を開いて、Ｄ塔の内部ガスをＣ塔に供給する処理を行うことになり、この処理は、Ｄ塔については、均圧排出工程のうちの後段排出工程に相当し、Ｃ塔については、均圧受入工程のうちの後段受入工程に相当する。
ちなみに、第５ステップでは、第１タンクＴ１や第２タンクＴ２に貯留されているオフガスがバーナ１３に供給されることになる。
【００７７】
ちなみに、図１に示すように、オフガスタンクＴとしての第２タンクＴ２に貯留されているオフガス貯留量を検出するオフガス量検出部として、第２タンクＴ２の内部圧力を検出する圧力センサＰＳが設けられている。
また、第２タンクＴ２に貯留されるオフガス貯留量が不足するときに、改質ガス供給ライン２７からの改質ガスＫを第２タンクＴ２に供給する補給ライン２９が設けられ、その補給ライン２９を開閉する補給弁２９Ａが設けられている。
尚、図２及び図４〜図７においては、補給ライン２９及び補給弁２９Ａの記載を省略する。
【００７８】
そして、第２タンクＴ２に貯留されるオフガス貯留量が不足することが圧力センサＰＳにて検出されたときには、補給弁２９Ａを開いて、第２タンクＴ２に貯留されるオフガス貯留量が設定基準量になることが圧力センサＰＳにて検出されるまで、改質ガスＫを第２タンクＴ２に補給するように構成されている。
【００７９】
（真空ポンプ出力補正処理）
図９に示すように、運転制御部Ｍが、吸引工程において、真空ポンプＰの吸引力を設定目標吸引力（１００％）に漸増する漸増処理を実行し、その後、設定目標吸引力に維持する状態を吸引工程が終了するまで継続する継続処理を実行するように構成されている。
ちなみに、漸増処理において真空ポンプＰの吸引力を設定目標吸引力（１００％）に漸増する漸増時間Ｚの初期値は、圧力変動吸着部Ｙの設置時において、製品ガスＨの目標生産量（運転レート）が最大量（１００％）となるときの適正値を実験により求めて、その適正値に定められている。
【００８０】
本実施形態においては、真空ポンプＰを駆動するポンプ駆動回路３５（図８参照）が、インバータ制御により真空ポンプＰの駆動回転数を調節することによって、真空ポンプＰの吸引力を変更調節する場合を例示するが、例えば、真空ポンプＰを定速度にて駆動しながら、真空ポンプＰと吸引対象箇所との連通開度を変更する開度調節弁を設けて、真空ポンプＰの吸引力を変更調節する等、真空ポンプＰの吸引力を変更調節するための具体構成は各種変更できる。
【００８１】
図１及び図２に示すように、複数（４つ）の吸着塔１の夫々に塔内圧力を検出する塔内圧力検出センサＱが設けられている。
そして、図８に示すように、４つの塔内圧力検出センサＱの検出情報が、運転制御部Ｍに入力されている。
また、オフガスタンクＴとしての第２タンクＴ２に、タンク内圧が設定上限圧力以上になると、貯留しているオフガスを大気放出する放出弁３３が設けられている。
そして、図８に示すように、圧力センサＰＳの検出情報が、運転制御部Ｍに入力されて、運転制御部Ｍが、圧力センサＰＳにて検出されるタンク内圧が設定上限圧力以上になると、放出弁３３を開放作動させるように構成されている。
尚、図４〜図７においては、放出弁３３及び圧力センサＰＳの記載を省略する。
【００８２】
ちなみに、本実施形態においては、運転制御部Ｍが、圧力センサＰＳの検出情報により放出弁３３を開放作動させることに基づいて、放出弁３３の大気放出作動を検出する大気放出作動検出部３４として機能するように構成されているが、放出弁３３が、第２タンクＴ２のタンク内圧が設定上限圧力以上になると自動的に開放作動する圧力制御式に構成される場合には、大気放出作動検出部３４を、放出弁３４に対して検出作用して、大気放出作動を検出する形態に構成してもよい。
【００８３】
そして、運転制御部Ｍが、複数（４つ）の吸着塔１の全てに対して運転サイクルを行う運転周期を実行する間における、複数（４つ）の吸着塔１の夫々に対応する塔内圧力検出センサＱにて検出される塔内圧力の最低値のうちの最も高い最大最低値Ｓが、設定目標値Ｕよりも低い場合において、大気放出作動検出部３４にて大気放出作動が検出されたときに、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力（１００％）に漸増させる漸増時間Ｚを設定単位増加時間（例えば、１秒）だけ増加させ、且つ、最大最低値Ｓが設定目標値Ｕ以上のときには、漸増処理において吸引力を設定目標吸引力（１００％）に漸増させる漸増時間Ｚを設定単位減少時間（例えば、１秒）だけ減少させるように構成されている。
【００８４】
また、本実施形態においては、設定目標値Ｕとして、漸増時間Ｚの減少のために最大最低値Ｓと比較する上限側目標値Ｕｂと、当該上限側目標値Ｕｂよりも低く設定されて、漸増時間Ｚの増加のために最大最低値Ｓと比較する下限側目標値Ｕｄとが設定されている。
さらに、本実施形態においては、運転制御部Ｍが、最大最低値Ｓを、運転周期を複数回（本実施形態では２回）実行するうちの最終の運転周期を実行する間における塔内圧力の最低値から求めるように構成されている。
【００８５】
（制御作動の詳細）
次に、運転制御部Ｍが実行する真空ポンプ出力補正処理について、図１０に示すフローチャートに基づいて説明を加える。
先ず、運転周期カウント数等の諸々の計測値を初期化する初期化処理を実行し（＃１）、続いて、圧力変動吸着部Ｙが定常運転中であるか否か、つまり、立ち上げ運転やメンテナンス運転ではない定常運転を実行しているか否かを判断し（＃２）、定常運転中ではない場合には、定常運転が開始されるまで待機する。
【００８６】
＃２の処理にて、定常運転中であると判断した場合には、１つの運転周期が終了する毎に運転周期カウント数を加算する運転周期カウント処理を実行する（＃３）。
続いて、運転周期カウント数が２以上であるか否かを判別し（＃４）、運転周期カウント数が２未満である場合には、４つの塔内圧力検出センサＱの検出情報を読み込む計測処理を実行する（＃５）
【００８７】
＃５の処理を終了した後は、定常運転が終了しているか否かを判別し（＃９）、定常運転が終了していない場合には、＃３の運転周期カウント処理に移行し、定常運転が終了している場合には、＃１の初期化処理に移行する。
【００８８】
＃４の処理にて、運転周期カウント数が２以上であると判別した場合には、運転周期カウント数を０（零）に設定する処理を実行し（＃６）、続いて、運転周期を２回実行するうちの最終の運転周期を実行する間における４つの塔内圧力検出センサＱに検出される塔内圧力のうちで最も高い最大最低値Ｓが、上限側目標値Ｕｂ以上であるか否かを判別する（＃７）。
【００８９】
＃７の処理にて、最大最低値Ｓが上限側目標値Ｕｂ以上であると判別した場合には、吸着塔１の塔内圧力の低下が不足しているため、漸増処理を実行する漸増時間Ｚを設定単位減少時間だけ減少する処理を実行し（＃８）、その後、＃９の処理に移行する。
【００９０】
＃７の処理にて、最大最低値Ｓが上限側目標値Ｕｂ未満であると判別した場合には、続いて、最大最低値Ｓが下限側目標値Ｕｄ未満であるか否かを判別し（＃１０）、最大最低値Ｓが下限側目標値Ｕｄ未満でない場合には、＃９の処理に移行する。
【００９１】
＃１０の処理にて、最大最低値Ｓが下限側目標値Ｕｄ未満であると判別した場合には、続いて、放出弁３３の大気放出作動を実行したか否かを判別し（＃１１）、大気放出作動実行していないと判別した場合には、＃９の処理に移行する。
【００９２】
＃１１の処理にて、大気放出作動を実行したと判別した場合には、漸増処理を実行する漸増時間Ｚを設定単位増加時間だけ増加する処理を実行し（＃１２）、その後、＃９の処理に移行する。
【００９３】
〔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Ｙとして、４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Ｙを、２つあるいは３つ、又は、５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。
【００９４】
（２）上記実施形態では、圧力変動吸着部Ｙが、オフガスタンクＴとして、第１タンクＴ１と第２タンクＴ２との２つのタンクを備える形態を例示したが、オフガスタンクＴとして、１つのタンクや３つ以上のタンクを備える形態で実施してもよい。
【００９５】
（３）上記実施形態では、２回の運転周期を実行するうちの最終の運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から最大最低値Ｓを求める場合を例示したが、単一の運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から最大最低値Ｓを求めるようにしてもよい。
あるいは、３回以上の複数回の運転周期を実行するうちの最終の運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値や、３回以上の複数回の運転周期を実行するうちの最初の運転周期を除いた複数回の運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から最大最低値Ｓを求めるようにする等、運転周期を実行する間における前記塔内圧力の最低値から最大最低値Ｓを求める形態は各種変更できる。
【００９６】
（４）上記実施形態では、設定単位増加時間と設定単位減少時間とを同じ値に設定する場合を例示したが、設定単位増加時間と設定単位減少時間とを異なる値に設定する形態で実施してもよい。
【００９７】
（５）上記実施形態においては、改質部Ｗの水蒸気混合部Ｊが、改質用原料ガス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２１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改質用原料ガスＧに混合させる形態に構成する等、圧力変動吸着部Ｙに改質ガスＫを供給する改質部Ｗの具体構成は各種変更できる。
【００９８】
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】
【００９９】
１        吸着塔
１２      改質反応部
１３      燃焼部
３３      放出弁
３４      大気放出作動検出部
Ｗ        改質部
Ｇ        改質用原料ガス
Ｋ        原料ガス
Ｈ        製品ガス
Ｍ        運転制御部
Ｐ        真空ポンプ
Ｑ        塔内圧力検出センサ
Ｓ        最大最低値
Ｔ        オフガスタンク
Ｕ        設定目標値
Ｕｂ      上限側目標値
Ｕｄ      下限側目標値
Ｚ        漸増時間
【図１】
2020147471.tif 000003
【図２】
2020147471.tif 000004
【図３】
2020147471.tif 000005
【図４】
2020147471.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020147471.tif 000008
【図７】
2020147471.tif 000009
【図８】
2020147471.tif 000010
【図９】
2020147471.tif 000011
【図１０】
2020147471.tif 000012