(57)【要約】【課題】水素除去後に得られるオフガスを使用して、自立運転可能な水素製造装置を得る。【解決手段】原料を水蒸気改質して水素と二酸化炭素とを含む改質ガスに改質する改質部１と、得られた改質ガスを二酸化炭素を含むオフガスと水素とに分離して水素を製造する水素分離部２を備え、当該水素分離部２において得られたオフガスを改質部１に備えられる燃焼装置１２ｂに燃料ガスとして送るオフガス供給路Ｌ４を備えるとともに、オフガス供給路Ｌ４を流れるオフガスの流量を検出するオフガス流量検出器３５を備え、オフガス流量検出器３５により検出されるオフガス流量に基づいて、燃焼装置１２ｂに酸素含有ガス供給路Ｌ３０を介して供給する酸素含有ガスの量を制御する自立運転時制御手段４０ａｂを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンを主成分とする原料ガスが供給される改質器と、当該改質器で改質されたガスが供給されるＣＯ変成器とを備え、前記改質器において、当該改質器に備えられる燃焼装置で燃料ガスを燃焼させて発生される熱で、前記原料ガスを水蒸気改質するとともに、前記ＣＯ変成器において、前記改質器で水蒸気改質して得られるガスに含有される一酸化炭素をＣＯ変成して水素と二酸化炭素とを含む改質ガスを得る改質部を備え、
前記改質部で得られた前記改質ガスから水素を分離して製品ガスを得る水素分離部を備え、水素を分離後のガスをオフガスとして回収する水素製造装置において、
前記オフガスの全量を前記燃料ガスとして前記燃焼装置に送るオフガス供給路を備え、前記オフガス供給路を流れるオフガスの流量を検出するオフガス流量検出器を備えるとともに、前記燃焼装置にオフガス供給路より供給されてくるオフガスの燃焼に必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路を備え、
前記オフガス流量検出器により検出されるオフガス流量に基づいて、前記燃焼装置に酸素含有ガス供給路を介して供給する酸素含有ガスの量を制御する自立運転時制御手段を備えた水素製造装置。
【請求項２】
前記オフガス供給路に、当該流路を流れるオフガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離部を備え、
前記オフガス流量検出器が、前記二酸化炭素分離部において二酸化炭素を分離後のオフガスの流量を検出する請求項１記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記原料ガスに含まれるメタンの含有量が８５体積％以上であり、
前記二酸化炭素分離部に導入されるオフガスに含まれる二酸化炭素の含有量が３５〜４５体積％であり、
前記二酸化炭素分離部で、二酸化炭素を分離後のオフガスに含まれる二酸化炭素の含有量を５〜１５体積％まで低減する請求項２記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記水素分離部と前記オフガス流量検出器との間に、オフガスタンクを備える請求項１〜３のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記オフガス供給路に装置外から燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を備え、
前記改質部の運転開始時に、前記燃料ガス供給路及び前記オフガス供給路を介して前記燃焼装置に燃料ガスを供給するとともに、当該燃料ガスの燃焼に必要な酸素含有ガスを前記酸素含有ガス供給路を介して供給し、
前記改質部の始動を実行する始動運転時制御手段を備えた請求項１〜４のいずれか一項記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記改質部の温度を検出する温度検出器を備え、
前記温度検出器により検出される改質部の温度が所定の自立運転温度に到達した時点または、当該自立運転温度に到達した時点から予め設定された所定時間経過後に、前記始動運転時制御手段による燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段による燃焼制御状態に移行する請求項５記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記始動運転時制御手段により前記燃焼装置の燃焼を開始してから予め設定された所定時間経過後、前記始動運転時制御手段による燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段による燃焼制御状態に移行する請求項５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、炭化水素を含む原料を水蒸気改質して水素を含む改質ガスに改質する改質部を備え、当該改質部で得られた改質ガスから水素を分離して製品ガスを製造する水素分離部を備えた水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この様な水素製造装置に採用される水素回収方法の一例が、特許文献１に示されている。特許文献１に開示の方法では、二酸化炭素を多量に含む水素ガスから水素を回収するために、ＰＳＡ装置を備え、そのＰＳＡ装置から放出されるオフガス（水素除去後のガス）から二酸化炭素を除去する。二酸化炭素を除去後のガスは、水素を製造するための原料ガスの一部として使用されるとともに、その一部は改質反応を発生するための燃料ガスの一部として使用される（特許文献１、図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の水素製造装置では、メタン、天然ガス、ブタン、ナフサ等の炭化水素を原料ガスとして、製品ガスとしての水素ガスが製造されるが、反応器１における熱の発生に外部から燃料４０を供給する。従って、この文献に記載の技術では、この燃料４０にオフガスの一部が混合されて利用されると理解される（図１）。
原料ガスを装置内に取り込んで、水蒸気改質、水素分離を行なう水素製造装置において、例えば、原料ガスの取り込みのみで水素製造が行うことができると、制御が簡便になるとともに、各機器の運転状態、さらには製品の品質も安定する。このような観点からすると、特許文献１に開示の技術は、例えば、都市ガス等のメタンを主成分とする原料ガスを使用して水素を製造する場合に、水素製造状態が確立した場合にあっても、当該都市ガス等を改質用の燃料としても使用する必要があり、改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、都市ガス等のメタンを主成分とする原料ガスを改質して改質ガスを得るとともに、当該改質ガスから水素を分離して水素を製造する水素製造装置において、原料ガスの供給のみにより自立運転可能な水素製造装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の水素製造装置は、
メタンを主成分とする原料ガスが供給される改質器と、当該改質器で改質されたガスが供給されるＣＯ変成器とを備え、前記改質器において、当該改質器に備えられる燃焼装置で燃料ガスを燃焼させて発生される熱で、前記原料ガスを水蒸気改質するとともに、前記ＣＯ変成器において、前記改質器で水蒸気改質して得られるガスに含有される一酸化炭素をＣＯ変成して水素と二酸化炭素とを含む改質ガスを得る改質部を備え、
前記改質部で得られた前記改質ガスから水素を分離して製品ガスを得る水素分離部を備え、水素を分離後のガスをオフガスとして回収する水素製造装置において、
前記オフガスの全量を前記燃料ガスとして前記燃焼装置に送るオフガス供給路を備え、前記オフガス供給路を流れるオフガスの流量を検出するオフガス流量検出器を備えるとともに、前記燃焼装置にオフガス供給路より供給されてくるオフガスの燃焼に必要な酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路を備え、
前記オフガス流量検出器により検出されるオフガス流量に基づいて、前記燃焼装置に酸素含有ガス供給路を介して供給する酸素含有ガスの量を制御する自立運転時制御手段を備えた点にある。
【０００７】
〔作用効果１〕
上記構成によると、メタンを主成分とする原料ガスを、前記改質部にて、水蒸気改質、ＣＯ変成して、水素を含む改質ガスを生成することができるとともに、前記水素分離部にて、生成した改質ガスから水素を分離して、高純度の製品ガスを得ることができる。従って、例えば、その製品ガスをオンサイトで、一酸化炭素の影響を心配することなく燃料電池等の水素消費装置に供給することができる。
【０００８】
水素分離部では、水素の分離後に、燃料成分であるメタン、水素等を含有するオフガスが生成される。そして、このオフガスの全量を燃焼装置に、水素製造装置内部から発生する燃料ガスとして送ることで、この燃料ガスの燃焼により発生する熱で改質反応を維持することができる。
【０００９】
発明者らの検討によると、このように燃料ガスとしてオフガスの全量を使用し、それのみで自立運転可能とする場合、オフガスの組成変動、流量変動等の要因が、燃焼装置における燃焼に影響する場合がある。
【００１０】
しかしながら、本願にあっては、少なくともオフガス流量検出器によりオフガス量を検出し、その量に見合ったオフガスの好適な燃焼に必要な量（オフガスの組成がある程度変動したとしても、空燃比が燃焼を適切に維持できる空燃比の範囲内に収まる量）の酸素含有ガスを燃焼装置に供給することにより、燃焼を安定させるとともに、改質器の温度を適切に維持することができる。結果、自立運転が可能となる。ここで、本願にあっては、ＣＯ変成器を備えるため、改質ガスに含有される不燃成分としての二酸化炭素の量が多くなりがちであるが、燃焼装置に供給する酸素含有ガスの量を、オフガス量を考慮して制御するため、装置における燃焼を良好に保つことができる。
【００１１】
〔構成２〕
上記構成において
前記オフガス供給路に、当該流路を流れるオフガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離部を備え、
前記オフガス流量検出器が、前記二酸化炭素分離部において二酸化炭素を分離後のオフガスの流量を検出することが好ましい。
【００１２】
〔作用効果２〕
この構成では、改質器に備えられる燃焼装置に供給されるオフガスから、不燃成分である二酸化炭素を除去する。結果、改質ガス中の可燃性の成分（水素・メタン等）が濃縮される。さらに、燃焼装置に供給されるオフガスの流量（体積）自体も低減する。従って、オフガスの流量に見合って供給される酸素含有ガス（例えば空気）の量が低減されるため、通常、常温で供給される酸素含有ガスの昇温のために必要となる熱量が低減することで、まず、この点から改質器の効率が上昇できる。さらに、オフガス中の不燃成分が低減されているため、燃焼により発生する熱を改質反応に有効に利用でき、この点からも改質器の効率が上昇する。
よって、二酸化炭素を除去するだけで改質器の効率が向上するため、オフガスの全量を改質用の熱発生に使用する場合でも、オフガスのみを燃料ガスとして安定的に自立運転することが可能となる。即ち、発明者らの検討によれば、燃焼装置における改質器反応管壁面の温度変化が緩和することで、改質反応が安定する。
【００１３】
〔構成３〕
上記構成において、前記原料ガスに含まれるメタンの含有量が８５体積％以上であり、前記二酸化炭素分離部に導入されるオフガスに含まれる二酸化炭素の含有量が３５〜４５体積％であり、前記二酸化炭素分離部で、二酸化炭素を分離後のオフガスに含まれる二酸化炭素の含有量を５〜１５体積％まで低減することが好ましい。
【００１４】
〔作用効果３〕
二酸化炭素分離部での二酸化炭素の分離後にオフガスに含まれる二酸化炭素の量を、上記範囲とすることで、燃焼装置における燃焼を自立運転可能な安定度の高いものとできる。二酸化炭素分離後のオフガスにおける残余の成分は主に、メタン・水素となる。二酸化炭素の含有量を５体積％未満とすることは、二酸化炭素分離部の負荷が大きくなりすぎ不経済である。一方、１５体積％より大きい場合は、先に説明した改質器の効率向上の効果が低くなる場合がある。
【００１５】
〔構成４〕
前記水素分離部と前記オフガス流量検出器との間に、オフガスタンクを備えることが好ましい。
【００１６】
〔作用効果４〕
上記構成において、燃焼装置に供給されるオフガスの組成を均一・安定化することができ、燃焼装置での燃焼の安定に寄与することができる。
【００１７】
〔構成５〕
また、上記構成に加えて、前記オフガス供給路に装置外から燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を備え、前記改質部の運転開始時に、前記燃料ガス供給路及び前記オフガス供給路を介して前記燃焼装置に燃料ガスを供給するとともに、当該燃料ガスの燃焼に必要な酸素含有ガスを前記酸素含有ガス供給路を介して供給し、前記改質部の始動を実行する始動運転時制御手段を備えることが好ましい。
【００１８】
〔作用効果５〕
このような構成を備えると、改質部の運転開始時には、水素製造装置外から充分な燃料ガスを得て、早期に改質器の運転を定常運転にもっていくことができる。
【００１９】
〔構成６〕
また前記改質部の温度を検出する温度検出器を備え、
前記温度検出器により検出される改質部の温度が所定の自立運転温度に到達した時点または、当該自立運転温度に到達した時点から予め設定された所定時間経過後に、前記始動運転時制御手段による燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段による燃焼制御状態に移行することが好ましい。
【００２０】
〔作用効果６〕
このような構成にしてあれば、自立運転への移行のタイミングを改質器の温度を基準に適切に決定できる。ここで、自立運転温度に到達した時点で移行すると、比較的早いタイミングで自立運転へ移行することができ、その時点から予め設定された所定時間経過後に移行とする場合は、改質器の温度が自立運転温度以上で安定したタイミングで移行できる。
【００２１】
〔構成７〕
また、前記始動運転時制御手段により前記燃焼装置の燃焼を開始してから予め設定された所定時間経過後、前記始動運転時制御手段による燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段による燃焼制御状態に移行することもできる。
【００２２】
〔作用効果７〕
このように構成すると、外部から燃料ガスを得る始動運転から、外部から燃料ガスを得ることなく運転可能な自立運転へ時間の管理だけで良好に移行できる。
【発明の効果】
【００２３】
したがって、改質器の昇温が完了し、改質反応、ＣＯ変成反応、水素分離動作を安定的に行うことができる状態で、水素製造装置にメタンを主成分とする原料ガスを取り込むだけで、水素製造を良好にできるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の水素製造装置のフロー図
【図２】別構成例のフロー図
【図３】二酸化炭素分離部の別構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の水素製造装置を説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２６】
〔水素製造装置〕
水素製造装置は、図１に示すように、都市ガス等の原料ガスを改質して水素を含有する改質ガスとする改質部１と、改質部１を経た改質ガスから水素を分離する水素分離部２と、水素分離部２で水素が分離された後のオフガスから二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素回収部３とを備える。ここで、原料ガスとして使用する都市ガスは、メタンを主成分とする原料ガスの一例であり、通常、８５体積％以上のメタンを含有する。
【００２７】
〔改質部〕
前記改質部１としては、原料ガスに水蒸気を混合し、加熱して改質ガスを得るものであれば公知の反応炉を使用できる。本例においては、改質部１には、供給される原料ガスを脱硫する脱硫器１１と、脱硫後の原料ガスに水蒸気（純水）を混合し加熱して改質ガスを得る改質器１２と、改質器１２からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素を得るＣＯ変成器１３とを備える。
【００２８】
〔改質器〕
前記改質器１２には改質触媒が充填されており、その改質触媒としては、ニッケル系触媒を主として用いることができる。また、改質器１２には、原料ガスと水蒸気との混合ガスを供給する供給路Ｌ１および生成した改質ガスを取り出す改質ガス路Ｌ２が備えられている。
改質器１２で行う改質反応は７００〜８００℃の高温での反応となるため改質器１２には前記原料ガスと水蒸気（純水）との混合ガスが送り込まれ、前記改質触媒が収納された改質反応管１２ａを加熱するための加熱装置１２ｂが備えられている。本願にあっては、この加熱装置１２ｂを水素製造状態に適合して好適に運転すべく独特の構成が採用されている。
【００２９】
燃焼装置１２ｂには装置外から燃料ガスをオフガス供給路Ｌ４を介して供給する燃料ガス供給路Ｌ３が接続されている。さらに、後述の二酸化炭素回収部３からのオフガスを燃料ガスとして供給するオフガス供給路Ｌ４が接続されている。
一方、燃焼装置１２ｂでの燃焼のための酸素含有ガスを燃焼装置１２ｂに供給する酸素含有ガス供給路Ｌ３０が備えられている。また、改質器１２で燃焼したガスが燃焼排ガスとして排出するための排ガス路Ｌ５が接続されている。
前記燃料ガス供給路Ｌ３には、この供給路Ｌ３を介する燃料ガスの供給を断続する遮断弁３１が備えられるとともに、供給燃料ガス量を調整するための流量調整弁３２が備えられている。
前記酸素含有ガス供給路Ｌ３０にも、この供給路Ｌ３０を介する酸素含有ガスの供給を断続する遮断弁３３が備えられるとともに、酸素含有ガス量を調整するための流量調整弁３４が備えられている。
【００３０】
一方、図１からも判明するように、オフガス供給路Ｌ４にも、この供給路Ｌ４を介するオフガスの供給を断続する遮断弁３１´が備えられている。これら、遮断弁３１、３１´、３３及び流量調整弁３２、３４は、後述する制御装置４０の制御を受けて働くように構成されている。
さらに、オフガス供給路Ｌ４を流れるオフガスの流量を検出するオフガス流量検出器３５を備え、この検出器３５による検出結果が前記制御装置４０に送られる構成が採用されている。
【００３１】
原料ガスは、脱硫器１１を介して前記改質器１２に供給される。前記脱硫器１１には、Ｎｉ−Ｍｏ系、ＺｎＯ系等の脱硫触媒が充填されており、原料ガス中の付臭剤等の硫黄成分を除去し、改質器１２に充填された改質触媒を劣化させにくい性状にして改質器１２に供給される。
【００３２】
改質器１２では、原料炭化水素の水蒸気改質反応が生起し、発生する改質ガスは、改質器１２に接続された改質ガス路Ｌ２を通過して、ＣＯ変成器１３に供給される。
【００３３】
ＣＯ変成器１３では、改質器１２からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素を得るものであれば公知のものを使用できる。ＣＯ変成器１３には一酸化炭素転化触媒が充填され、改質ガス中の一酸化炭素が水蒸気と反応して水素と二酸化炭素に変換される。一酸化炭素変成触媒としては高温用、中温用、低温用があり、運転温度に応じて適当なものを使用できる。運転温度が３００〜４５０℃の高温用触媒としては、例えば、鉄−クロム系触媒が挙げられ、運転温度が１８０〜４５０℃の中温用触媒、および、１９０〜２５０℃の低温用触媒としては、例えば、銅−亜鉛系触媒が挙げられる。また、これら高温用、中温用および低温用の触媒は、２種以上を組み合わせて用いることができる。ＣＯ変成器１３での反応により、改質ガスは水素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンを含む混合ガスとなる。その水素濃度が６４〜９６体積％となり約３００℃でＣＯ変成器１３より排出され、水素分離部２に導かれる。
以上より、改質部１では比較的高温で改質ガスが生成されるプロセスが実行される。
【００３４】
〔水素分離部〕
前記水素分離部２は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ＰＳＡ型水素分離装置を使用する。
水素分離部２としてのＰＳＡ型水素分離装置は複数の吸着塔２１，２１，２１を備えており、各吸着塔２１，２１，２１には吸着材２２としてゼオライト系吸着材、活性炭、シリカゲルなどを組み合わせたものが充填されている。各吸着塔２１，２１，２１では、「吸着」、「減圧」、「パージ（洗浄）」および「昇圧」のプロセスを繰り返し、複数の吸着塔２１，２１，２１で位相を異ならせることによって連続プロセスを行う。このような吸着材２２として、水素に対して他のガスを優先的に吸着する吸着材を使用する場合の特定の吸着塔２１の動きを説明すると、「吸着」において、他のガスが吸着材に吸着され、水素が水素ガス路Ｌ６に放出される。「減圧」においては、ポンプＰ２の働きにより吸着材に吸着された他のガスがオフガス路Ｌ８に減圧吸引される。そして、「パージ（洗浄）」にあっては、水素ガス路Ｌ６から水素が塔内に導入され、オフガス路Ｌ８に他のガスが押し出される。引き続いて、当該吸着塔２１の「昇圧」が例えば他の吸着塔２１との均圧操作により実行される。ＰＳＡ型水素分離装置からの生成水素ガスとしては、水素濃度が９５〜ほぼ９９．９体積％の水素ガスが得られる。この水素ガスは、水素分離部２に設けられた水素ガス路Ｌ６から取り出される。
【００３５】
水素分離部２で水素が分離された後のオフガス（上述の他のガス）は、主には、水素、メタンおよび二酸化炭素の混合ガスであり、そのオフガスは水素分離部２に接続されたオフガス路Ｌ７に設けられたオフガスタンク２３に一時貯留される。オフガスタンク２３に貯留されたオフガスは、オフガス供給路Ｌ８から、二酸化炭素回収部３に供給される。供給前のオフガスの組成の例を挙げると、二酸化炭素の含有量が３５〜４５体積％であり、残余の成分として、水素、メタン等が６５〜５５体積％である。
【００３６】
〔二酸化炭素回収部〕
二酸化炭素回収部３は、二酸化炭素を回収可能なシステムであれば任意のシステムを採用できるが、例えば、水素分離部２で水素が分離された後のオフガスを二酸化炭素用吸収液と接触させて二酸化炭素をその吸収液に吸収させる吸収部３８を備えるとともに、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する分離回収部３９を備えて構成することができる。分離回収部３９における回収に際しては、図１、図３（ａ）に示すような高温分離を行える他、図３（ｂ）に示すように分離膜による分離を行なってもよい。さらに、図３（ｃ）に示すように、二酸化炭素吸着材を収納した吸着塔３７を使用する、所謂、ＰＳＡ型二酸化炭素分離装置を使用する構成としてもよい。無論、これら化学吸着法、物理吸着法を採用する他、膜分離・吸着分離を併用するハイブリッド分離法を採用してもよい。
二酸化炭素分離部３で、二酸化炭素を分離後のオフガスに含まれる二酸化炭素の含有量は５〜１５体積％となり、残余の成分として、水素、メタン等が９５〜８５体積％含まれる。従って、二酸化炭素分離によって、二酸化炭素を３５体積％から５体積％に低下させる場合は二酸化炭素の約８６％を分離していることとなり、二酸化炭素を４５体積％から１５体積％に低下させる場合は二酸化炭素の約６７％を分離していることとなる。
【００３７】
本例にあっては、オフガスに含有される二酸化炭素の内、少なくとも６５％以上、さらに好ましくは７５％以上を当該二酸化炭素回収部３で回収する。このように少なくとも６５％、好ましくは７５％以上を回収することで、改質器１２に備えられる燃焼装置１２ｂでの燃焼を無駄のない効率的且つ安定的な燃焼とすることができる。
【００３８】
このような運転条件で、水素製造装置を運転した場合、改質器１２の効率（反応管入熱／オフガスの低位発熱量）は、４４．１％となり、二酸化炭素回収を行わない場合に比較して、６．３％効率が向上した。一方、１Ｎｍ3／ｈｒの水素を得るために必要な原料ガス流量である「原料原単位（原料ガス流量／製品ガス流量）」は、０．３９となり、二酸化炭素回収を行わない場合に比較して、０．０２低減できた。
【００３９】
さらに、改質器１２の改質器反応管壁面の温度変化ΔＴは３５℃となった。これに対して二酸化炭素回収を行わない場合は５０℃となっていた。さらに、オフガス流量の検出を行わない場合は５０℃以上となり、燃焼の安定維持に難があった。また、改質反応に利用できる熱が増加するため、改質触媒層の温度も、二酸化炭素分離を行わない場合より１０℃上昇した。これらの点からも、本願構成を採用することにより、燃焼装置１２ｂから発生する熱の有効利用が図られていることが判る。
【００４０】
〔制御装置〕
図１に示すように、本願に係る水素製造装置は、改質部１、水素分離部２及び二酸化炭素回収部３の動作を制御する制御装置４０が備えられている。この制御装置４０には、改質部制御手段４０ａ、水素分離部制御手段４０ｂ、二酸化炭素回収部制御手段４０ｃが備えられている。
改質部制御手段４０ａは、原料ガスの水素製造装置内への取り込みに係るポンプＰ１の発停をするとともに、改質器１２に備えられる燃焼装置１２ｂの運転を制御する。
水素分離部制御装置４０ｂは、各吸着塔２１に動作（「吸着」、「減圧」、「パージ（洗浄）」および「昇圧」）を各吸着塔２１の流入部及び流出部に備えられる開閉弁（図示省略）の制御で制御する。
二酸化炭素回収部制御手段４０ｃは、吸収部３８、分離回収部３９間における吸収液の循環を制御するとともに、分離回収部３９の運転状態を公知の手法に基づいて制御する。
【００４１】
〔自立運転を実現するための構成〕
以下、本願に係る水素製造装置の特徴である自立運転を実現するために制御装置４０に備えられる構成に関して説明する。
改質器１２の運転に関して、水素製造装置の立上初期である運転開始時に始動運転制御を実行する始動運転時制御手段４０ａａと、水素製造装置が立ち上がり水素製造が定常的に行われ、自立運転（原料ガスが水素製造装置に取り込まれ、燃焼装置１２ｂにオフガスのみを燃料ガスとして供給し、別途燃料ガス供給路Ｌ３から外部の燃料ガスを供給しない運転状態）している時に自立運転制御とを実行する自立運転時制御手段４０ａｂを備えている。
【００４２】
〔始動運転時制御手段〕
始動運転時制御手段４０ａａは、改質部の運転開始時に、燃料ガス供給路Ｌ３を介して水素製造装置の外部から燃焼装置１２ｂに燃料ガスを供給するとともに、当該燃料ガスの燃焼に必要な酸素含有ガスを酸素含有ガス供給路Ｌ３０を介して供給し、改質器１２の始動をできるだけ短時間で実現するように構成され、充分な燃料ガスの供給を可能なことから、例えば、空気比（酸素含有ガスとして空気を使用するとした場合の〔実空気量／理論空気量〕）を１．０程度にて燃焼装置１２ｂの燃焼を行うように構成されている。
【００４３】
〔自立運転時制御手段〕
自立運転時制御手段４０ａｂは、先に説明したオフガス流量検出器３５により検出されるオフガス流量に基づいて、燃焼装置１２ｂに酸素含有ガス供給路Ｌ３０を介して供給する酸素含有ガスの量を制御するように構成されている。
この自立運転時には、水素分離部２での作動に伴って、オフガス供給路Ｌ４を介して送られてくるオフガス量が変動する。従って、このオフガス量の変動を伴っても燃焼装置１２ｂにおける燃焼を良好に継続すべく、自立運転時制御手段４０ａｂが働くように構成されている。そして、例えば、空気比を１．０から１．５程度にて燃焼装置１２ｂの燃焼を行うように構成されている。このような自立運転時には、オフガス供給路Ｌ４から供給されてくるオフガスの組成が変動するが、自立運転時制御手段４０ａｂにおける制御では、オフガスとして、経験的に判明しているオフガス組成から、可燃成分割合が最も高い状態（他の成分は非可燃成分）から最も低い状態にまで変化した場合にも、燃焼装置１２ｂにおける燃焼を良好に維持することができるように、燃焼装置１２ｂに供給される酸素含有ガスの量が決まるように、オフガス量と対応する酸素含有ガスの量との比が決定されている。この自立運転時には、水素製造装置の外部から燃焼ガスを取り込むことはなく、オフガスのみが燃料ガスの役割を担う。
【００４４】
さらに、改質器１２には、始動運転から自立運転への切替を良好に行うために、改質器１２内の温度を検出する温度検出器１２ｃが備えられている。そして、温度検出器１２ｃにより検出される改質器１２の温度が所定の自立運転温度（例えば７５０℃）に到達した時点または、当該自立運転温度に到達した時点から予め設定された所定時間経過後に、前記始動運転時制御手段４０ａａによる燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段４０ａｂによる燃焼制御状態に移行するように構成されている。
結果、改質器１２内の温度が所定の改質可能温度域に到達した時点あるいは、その温度域で温度が安定した時点で、自立運転を開始できる。
このような切替制御をおこなうことなく、始動運転時制御手段４０ａａによる燃焼装置１２ｂの燃焼を開始してから予め設定された所定時間経過後に、始動運転時制御手段４０ａａによる燃焼制御状態から前記自立運転時制御手段４０ａｂによる燃焼制御状態に移行することとしてもよい。
【００４５】
〔別実施形態〕
（１）
上記の実施形態においては、オフガス供給路Ｌ４に、当該流路を流れるオフガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離部３を備える構成を示したが、自立運転への移行後、燃焼装置１２ｂの燃焼を良好に行うためには、本願に係る制御構造（オフガスの流量に従って、燃焼装置に供給する酸素含有ガスの量を、燃焼可能な適切な空燃比に保つ）を採用すればよく、二酸化炭素分離部を必ずしも必要とするわけではない。図２にこの場合の構成を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
都市ガス等のメタンを主成分とする炭化水素含有ガスを改質して改質ガスを得るとともに、当該改質ガスから水素を分離して水素を製造する水素製造装置において、原料ガスの供給のみにより自立運転可能な水素製造装置を得ることができた。
【符号の説明】
【００４７】
１        ：改質部
１２      ：改質器
１３      ：ＣＯ変成器
２        ：水素分離部
３        ：二酸化炭素回収部
４０      ：制御装置
Ｌ１      ：供給路
Ｌ２      ：改質ガス路
Ｌ３      ：燃料ガス供給路
Ｌ４      ：オフガス供給路
Ｌ５      ：排ガス路
Ｌ６      ：水素ガス路
Ｌ７      ：オフガス路
Ｌ８      ：オフガス供給路
Ｌ３０    ：酸素含有ガス供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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