(57)【要約】【課題】水素ガスを精製する際、副生する水素粗ガスを回収し、エネルギー資源として有効利用できる高純度高圧水素供給システムを提供する。【解決手段】高純度高圧水素供給システム１では、ＰＳＡ装置３より副生する定圧水素粗ガス６１を水素エンジン７１の動力源として供給できるので、定圧水素粗ガス６１から電気等の高品位エネルギーとして回収できる。よって、定圧水素粗ガス６１を焼却処理する場合に比べて、エネルギー資源として有効に利用することができる。また、定圧水素粗ガス６１から得られる電力７２を圧縮機５の稼動電力８１として利用するので、高純度高圧水素供給システム１内で有効にエネルギーを利用することができる。よって、高純度高圧水素供給システム１全体としてのエネルギー効率を良好なものとすることができ、ランニングコストを削減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造所において発生する低純度水素ガスを高純度かつ高圧な水素ガスにする高純度高圧水素供給システムであって、
前記低純度水素ガスを精製する精製装置と、前記精製装置から生成される高純度水素ガスを高圧化する昇圧装置と、前記精製装置から副生される水素粗ガスを燃料とする駆動装置と、前記駆動装置を駆動源として電気または熱を生成するエネルギー供給装置と、を備え、
前記エネルギー供給装置より得られる電力または熱を前記昇圧装置の駆動源として利用することを特徴とする高純度高圧水素供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の高純度高圧水素供給システムであって、
前記精製装置は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置または膜分離装置であることを特徴とする高純度高圧水素供給システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高純度高圧水素供給システムであって、
前記駆動装置は、水素エンジンであることを特徴とする高純度高圧水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度かつ高圧の水素を製造供給するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、石油精製および石油化学産業では、石油コンビナートにおいて精製オフガスを原料とした水素製造のほか、ナフサの熱分解や水蒸気改質に伴い発生する大量の水素を回収し、産業用水素ガスとして需要者へ供給している。
この際、回収される水素ガスは純度が約７５〜９５％の低純度な水素ガスである。一方、産業用水素ガスは、通常純度が４Ｎ（９９．９９％）〜６Ｎ（９９．９９９９％）程度であるため、コンビナートで回収される水素ガスを精製し高純度化している。
また、産業用水素ガスは需要者への供給効率の観点から高圧ガス（例えば、２０ＭＰａ）として供給されているので、高純度化された水素ガスを圧縮し、高圧化している（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２６３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、水素ガスを精製する際、高純度化された水素ガスが生成される一方、低純度な水素粗ガスが副生されるが、この副生した水素粗ガスは従来、余剰ガスとして焼却処理されており、エネルギー資源として有効利用されていない。
【０００５】
本発明の目的は、精製する際、副生される水素粗ガスを有効利用できる高純度高圧水素供給システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に記載の高純度高圧水素供給システムは、製造所において発生する低純度水素ガスを高純度かつ高圧な水素ガスにする高純度高圧水素供給システムであって、前記低純度水素ガスを精製する精製装置と、前記精製装置から生成される高純度水素ガスを高圧化する昇圧装置と、前記精製装置から副生される水素粗ガスを燃料とする駆動装置と、前記駆動装置を駆動源として電気または熱を生成するエネルギー供給装置と、を備え、前記エネルギー供給装置より得られる電力または熱を前記昇圧装置の駆動源として利用することを特徴とする高純度高圧水素供給システムである。
【０００７】
この発明では、精製装置より副生する水素粗ガスを駆動装置の駆動燃料として供給するので、水素粗ガスから電気等の高品位エネルギーとして回収できる。よって、水素粗ガスを焼却処理する場合に比べて、エネルギー資源として有効に利用することができる。
また、水素粗ガスから得られる電力や熱を昇圧装置の駆動源として利用するので、高純度高圧水素供給システム内で有効にエネルギーを利用することができる。よって、高純度高圧水素供給システム全体としてのエネルギー効率を良好なものとすることができる。従って、高純度高圧水素供給システムのランニングコストを削減することができる。
【０００８】
本発明では、前記精製装置は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置または膜分離装置である構成が好ましい。
この発明では、一般的に使用されているガス精製装置を用いることができるので、特殊なガス精製装置を用いる必要がなく、設備費を安価に抑えることができ、本発明を容易に実施することができる。
【０００９】
本発明では、前記駆動装置は、水素エンジンである構成が好ましい。
この発明では、水素エンジンを駆動装置として使用するので、精製装置から副生した水素粗ガスを駆動装置の動力源として、そのまま供給し、使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［第１実施形態における高純度高圧水素供給システムの構成］
以下に、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
図１には、第１実施形態における高純度高圧水素供給システムの概略構成図が示されている。
図１に示すように、高純度高圧水素供給システム１は、石油コンビナートＰＣ内の製造所としての製造設備Ｆで発生する低純度水素ガス２を分離精製する精製装置としてのＰＳＡ装置３と、このＰＳＡ装置３が有する図示しない吸着剤が充填された複数本の吸着塔３１と、定圧化するバッファータンク４と、定圧高純度水素ガス４１を圧縮して高圧化する昇圧装置としての圧縮機５と、定圧化するバッファータンク６と、定圧水素粗ガス６１を動力源として発電するエネルギー供給装置としての発電装置７と、この発電装置７が有する駆動装置としての水素エンジン７１と、電力７２と電力９とを受け入れる受電設備８とを備えている。
【００１１】
なお、高純度高圧水素供給システム１の各構成における物理量（流量、圧力など）の一例を以下に示す。
【表１】
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【００１２】
［第１実施形態における高純度高圧水素供給システムの動作］
高純度高圧水素供給システム１では、石油コンビナートＰＣ内の製造設備Ｆで発生する低純度水素ガス２はＰＳＡ装置３へ配管を介して流入される。そして、図示しないガスポンプ等により高圧と低圧とに交互に変化させるように低純度水素ガス２を吸着塔３１内に供給させて、低純度水素ガス２に含まれるメタン、ＣＯ、炭酸ガス、スチーム等の不純物ガスを、水素ガス圧と排出する不純物ガス圧との分圧差により物理的に吸着分離して高純度水素ガス３２を得ている。
ＰＳＡ装置３より得られた高純度水素ガス３２は、吸着塔３１の圧力変動の影響を受け圧力が安定しないため、バッファータンク４へ移送され定圧化される。この定圧化された定圧高純度水素ガス４１が、圧縮機５へと移送されることで、高圧化され、高純度高圧水素ガス５１が得られる。その後、高純度高圧水素ガス５１は、トレーラＴに充填され、産業用水素ガスとして需要者へと提供される。
【００１３】
一方、ＰＳＡ装置３より排出される水素粗ガス３３は、吸着塔３１の圧力変動の影響を受け圧力が安定しないので、バッファータンク６へ移送され定圧化される。この定圧化された定圧水素粗ガス６１は、発電装置７へと供給される。この発電装置７は、水素エンジン７１を有しており、この水素エンジン７１の動力源として定圧水素粗ガス６１が用いられている。そして、発電装置７により発電された電力７２は受電設備８へと供給される。また、これとは別に石油コンビナートＰＣの他の設備から供給される電力９も受電設備８へと供給され、これら電力７２及び電力９が圧縮機５の稼動電力８１として圧縮機５へと供給されている。
なお、水素エンジン７１へ供給された定圧水素粗ガス６１は燃焼され、オフガス７３として図示しない排ガス処理装置へ搬送され処理される。
【００１４】
図２には、第１実施形態における高純度高圧水素供給システムを簡略化した模式図が示されている。
図２に示すように、第１実施形態における高純度高圧水素供給システム１の要点を抽出した模式図では、以下のように要約される。
高純度高圧水素供給システム１は、石油コンビナートＰＣ内の各製造設備Ｆより発生する低純度水素ガス２をＰＳＡ装置３において定圧高純度水素ガス４１と定圧水素粗ガス６１とに分離精製する。次に、発電装置７では、定圧水素粗ガス６１を動力源に稼動電力８１を得て、圧縮機５では、稼動電力８１を利用して定圧高純度水素ガス４１を圧縮加圧して高純度高圧水素ガス５１を得ている。そして、高純度高圧水素ガス５１は産業用水素ガスとして充填され出荷される。
【００１５】
［第１実施形態における高純度高圧水素供給システムの作用効果］
上述したような第１実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
【００１６】
（１）高純度高圧水素供給システム１は、製造設備Ｆで発生する低純度水素ガス２をＰＳＡ装置３により高純度水素ガス３２と水素粗ガス３３とに分離し、水素粗ガス３３を発電装置７へと供給する。そして、発電した電力７２を受電設備８へと供給し、その後、圧縮機５の稼動電力８１として圧縮機５へと供給されている。
このため、第１実施形態の高純度高圧水素供給システム１では、ＰＳＡ装置３より副生する定圧水素粗ガス６１を水素エンジン７１の動力源として供給するので、定圧水素粗ガス６１から電気等の高品位エネルギーとして回収できる。よって、定圧水素粗ガス６１を焼却処理する場合に比べて、エネルギー資源として有効に利用することができる。
また、定圧水素粗ガス６１から得られる電力を圧縮機５の稼動電力８１として利用するので、高純度高圧水素供給システム１内で有効にエネルギーを利用することができる。よって、高純度高圧水素供給システム１全体としてのエネルギー効率を良好なものとすることができる。従って、高純度高圧水素供給システム１のランニングコストを削減することができる。
さらに、水素を燃焼させることで電力を発生させているので、化石燃料や他の廃棄物を燃焼させて電力を発生させる場合に比べてＣＯ２排出量を少なくすることができる。よって、高純度高圧水素供給システム１を環境にやさしい、クリーンなものとすることができる。
【００１７】
（２）高純度高圧水素供給システム１は、製造設備Ｆで発生する低純度水素ガス２をＰＳＡ装置３により高純度水素ガス３２と水素粗ガス３３とに分離している。
このため、一般的に使用されているガス精製装置を用いることができるので、特殊なガス精製装置を用いる必要がなく、設備費を安価に抑えることができ、容易に実施することができる。
【００１８】
（３）発電装置７は、水素エンジン７１を有しており、この水素エンジン７１の動力源として定圧水素粗ガス６１が供給され、圧縮機５の稼動電力８１を得ている。
このため、水素エンジン７１を駆動装置として使用できるので、ＰＳＡ装置３から副生した定圧水素粗ガス６１を水素エンジン７１の動力源として、そのまま供給し、使用することができる。よって、本来、高純度高圧水素供給システム１から発生する排気ガスとして処理される定圧水素粗ガス６１を電力７２に転換することができ、高純度高圧水素供給システム１を省エネルギーで運転することができる。
【００１９】
（４）高純度水素ガス３２および水素粗ガス３３は、吸着塔３１の圧力変動の影響を受け圧力が安定しないため、それぞれバッファータンク４，６へ移送され定圧化される。
このため、バッファータンク４，６より下流側の圧縮機５および発電装置７へ定圧高純度水素ガス４１および定圧水素粗ガス６１を安定して供給することができる。
【００２０】
（５）定圧高純度水素ガス４１が、圧縮機５へと移送され、高圧化されることで、高純度高圧水素ガス５１が得られる。その後、高純度高圧水素ガス５１は、トレーラＴに充填され、産業用水素ガスとして需要者へと提供される。
このため、圧縮機５により高圧化された高純度高圧水素ガス５１をトレーラＴに充填することができるので、トレーラＴ１台当たりの水素ガス充填量を増大させることができる。よって、高純度高圧水素ガス５１の搬送効率を高めることができ、効率よく需要者へと提供することができる。
【００２１】
［第２実施形態における高純度高圧水素供給システムの構成］
図３には、第２実施形態における高純度高圧水素供給システムの概略構成図が示されている。
図３に示すように、第２実施形態の高純度高圧水素供給システム１は、製造設備Ｆでで発生する低純度水素ガス２を精製する精製装置としての膜分離装置３Ａを備えており、この膜分離装置３Ａは、複数本の膜モジュール３１Ａを有している。そして、それ以外の構成は第１実施形態と同様の構成となっている。
【００２２】
［第２実施形態における高純度高圧水素供給システムの動作］
第２実施形態の高純度高圧水素供給システム１は、製造設備Ｆで発生する低純度水素ガス２を膜分離装置３Ａへ配管を介して流入され、高純度水素ガス３２と水素粗ガス３３とに分離している。そして、これ以外の動作は第１実施形態と同様の動作となっている。
【００２３】
［第２実施形態における高純度高圧水素供給システムの作用効果］
上述したような第２実施形態では、上記（１）〜（５）の作用効果を奏することができる。
【００２４】
［実施形態の変形例］
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。
【００２５】
第１実施形態および第２実施形態では、高純度高圧水素ガス５１をトレーラＴに充填するとしたが、これに限らない。例えば、水素カードルに高純度高圧水素ガス５１を充填する構成としてもよい。
【００２６】
第１実施形態および第２実施形態では、駆動装置として水素エンジン７１を駆動させることにより電力７２を発生させたが、これに限らず、発電装置７が定圧水素粗ガス６１を用いて電力７２を発生することができる構成であればいずれの駆動装置でもよい。
【００２７】
第１実施形態および第２実施形態では、発電装置７により電力７２を得たが、これに限らず、燃焼により発生する燃焼熱を利用する構成としてもよく、定圧水素粗ガス６１を有効利用できるものであればいずれでもよい。
【００２８】
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、石油コンビナートにおける水素出荷事業所のみならず、同様な水素粗ガス３３を副生する小規模事業所、例えば、オンサイト型の水素供給ステーションなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態における高純度高圧水素供給システムの概略構成図。
【図２】第１実施形態における高純度高圧水素供給システムを簡略化した模式図。
【図３】第２実施形態における高純度高圧水素供給システムの概略構成図。
【符号の説明】
【００３１】
１…高純度高圧水素供給システム
２…低純度水素ガス
３…ＰＳＡ装置（精製装置）
５…圧縮機（昇圧装置）
７…発電装置（エネルギー供給システム）
３２…高純度水素ガス
３３…水素粗ガス
４１…定圧高純度水素ガス
５１…高純度高圧水素ガス（高純度かつ高圧な水素ガス）
６１…定圧水素粗ガス
７１…水素エンジン（駆動装置）
８１…稼動電力（駆動源）
ＰＣ…石油コンビナート
Ｆ…製造設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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