(57)【要約】【課題】  従来の装置に少し改良を加えるだけで、水素精製塔における実行工程の如何にかかわらず、オフガス使用機器に安定した圧力でオフガスを供給できる水素製造装置。【解決手段】  水素精製塔１〜３と、オフガスを貯蔵するオフガスタンク１３とオフガス使用機器１５を備え、水素精製塔１〜３とオフガスタンク１３を接続するオフガス排出路１１，１１ａ〜１１ｃにオフガス排出弁１４が設けられ、オフガスタンク１３とオフガス使用機器１５を接続するオフガス供給路１６に減圧弁１７ａが設けられ、オフガス排出弁１４、オフガスタンク１３、および、減圧弁１７ａをバイパスしてオフガス排出路１１とオフガス供給路１６を接続するオフガスバイパス路１８にオフガスバイパス弁１９が設けられている水素製造装置で、オフガスバイパス路１８とオフガス供給路１６との接続箇所より下流側のオフガス供給路１６に第２の減圧弁１７ｂが設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着剤を収容する水素精製塔と、その水素精製塔からのオフガスを貯蔵するオフガスタンクとオフガスを使用するオフガス使用機器を備え、前記水素精製塔とオフガスタンクを接続するオフガス排出路にオフガス排出弁が設けられ、前記オフガスタンクとオフガス使用機器を接続するオフガス供給路に減圧弁が設けられて、前記オフガス排出弁、オフガスタンク、および、減圧弁をバイパスして前記オフガス排出路とオフガス供給路を接続するオフガスバイパス路にオフガスバイパス弁が設けられている水素製造装置であって、
前記オフガスバイパス路とオフガス供給路との接続箇所より下流側のオフガス供給路に第２の減圧弁が設けられている水素製造装置。
【請求項２】
前記水素精製塔を複数備え、それら複数の水素精製塔が前記オフガス排出路に並列に接続されている請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記オフガス使用機器が、オフガスを燃料とするバーナである請求項１または２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、吸着剤を収容する水素精製塔と、その水素精製塔からのオフガスを貯蔵するオフガスタンクとオフガスを使用するオフガス使用機器を備え、前記水素精製塔とオフガスタンクを接続するオフガス排出路にオフガス排出弁が設けられ、前記オフガスタンクとオフガス使用機器を接続するオフガス供給路に減圧弁が設けられて、前記オフガス排出弁、オフガスタンク、および、減圧弁をバイパスして前記オフガス排出路とオフガス供給路を接続するオフガスバイパス路にオフガスバイパス弁が設けられている水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような水素製造装置は、例えば、１３Ａなどの都市ガスを原料として改質、変成された水素リッチガスを使用し、吸着剤を収容する水素精製塔において、吸着、減圧、洗浄などの工程を繰り返しながら高純度水素ガスを連続的に製造し、減圧工程や洗浄工程時に発生するオフガスをオフガスタンクに一時的に貯蔵しておいて、例えば、バーナの燃料として利用するものである。
従来、このような水素製造装置では、オフガス排出弁、オフガスタンク、および、減圧弁をバイパスしてオフガス排出路とオフガス供給路を接続するオフガスバイパス路において、その上流側にオフガスバイパス弁を設け、下流側に第２の減圧弁を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９９９９４号公報（図１、図２、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に記載の従来技術によれば、例えば、水素精製塔が吸着工程を実行している際には、オフガスタンク内のオフガスが、オフガス供給路に設けられた減圧弁を通ってバーナに供給され、水素精製塔が洗浄工程を実行している際には、その水素精製塔からのオフガスが、オフガスバイパス路に設けられた第２の減圧弁を通ってバーナに供給されることになる。
したがって、バーナに供給されるオフガスは、水素精製塔の吸着工程時と洗浄工程時にそれぞれ別の減圧弁を通ることになってオフガスに圧力変動が発生し、そのため、バーナの燃焼が不安定になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、従来の装置に少し改良を加えるだけで、水素精製塔における実行工程の如何にかかわらず、バーナなどのオフガス使用機器に対して常に安定した圧力でオフガスを供給することのできる水素製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴構成は、吸着剤を収容する水素精製塔と、その水素精製塔からのオフガスを貯蔵するオフガスタンクとオフガスを使用するオフガス使用機器を備え、前記水素精製塔とオフガスタンクを接続するオフガス排出路にオフガス排出弁が設けられ、前記オフガスタンクとオフガス使用機器を接続するオフガス供給路に減圧弁が設けられて、前記オフガス排出弁、オフガスタンク、および、減圧弁をバイパスして前記オフガス排出路とオフガス供給路を接続するオフガスバイパス路にオフガスバイパス弁が設けられている水素製造装置であって、前記オフガスバイパス路とオフガス供給路との接続箇所より下流側のオフガス供給路に第２の減圧弁が設けられているところにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成によれば、水素精製塔とオフガスタンクを接続するオフガス排出路にオフガス排出弁が設けられ、オフガスタンクとオフガス使用機器を接続するオフガス供給路に減圧弁が設けられ、オフガス排出弁、オフガスタンク、および、減圧弁をバイパスしてオフガス排出路とオフガス供給路を接続するオフガスバイパス路にオフガスバイパス弁が設けられている水素製造装置で、オフガスバイパス路とオフガス供給路との接続箇所より下流側のオフガス供給路に第２の減圧弁が設けられているので、例えば、水素精製塔が吸着工程を実行している際には、オフガスタンク内のオフガスは、オフガス供給路に設けられた減圧弁を通り、さらに、第２の減圧弁を通ってオフガス使用機器に供給される。そして、水素精製塔が洗浄工程を実行している際には、その水素精製塔からのオフガスも、オフガスバイパス路を通った後、同じ第２の減圧弁を通ってオフガス使用機器に供給される。
すなわち、オフガス使用機器に供給されるオフガスは、水素精製塔における実行工程の如何にかかわらず、常に同じ第２の減圧弁を通ってオフガス使用機器に供給されるので、オフガス使用機器に対して常に安定した圧力でオフガスを供給することが可能となる。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、前記水素精製塔を複数備え、それら複数の水素精製塔が前記オフガス排出路に並列に接続されているところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴構成によれば、水素精製塔を複数備え、それら複数の水素精製塔がオフガス排出路に並列に接続されているので、複数の水素精製塔において吸着工程、減圧工程、洗浄工程などを繰り返して実行することにより、高純度水素を連続的に製造することも、また、オフガス使用機器に対して安定した圧力のオフガスを連続的に供給することも可能となる。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、前記オフガス使用機器が、オフガスを燃料とするバーナであるところにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、オフガス使用機器が、オフガスを燃料とするバーナであるから、水素製造時に発生するオフガスを燃料として利用することができ、その燃料としてのオフガスをバーナに対して安定した圧力で供給し、バーナにおいて安定した燃焼を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明による水素製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この水素製造装置は、水素リッチガスから高純度水素を製造するもので、図１に示すように、第１から第３までの３つの水素精製塔１，２，３を備え、各水素精製塔１，２，３は、水素リッチガス供給路４に対してそれぞれ供給用分岐路４ａ，４ｂ，４ｃを介して互いに並列に接続されている。各供給用分岐路４ａ，４ｂ，４ｃには、それぞれ供給用電磁弁５ａ，５ｂ，５ｃが設けられ、水素リッチガス供給路４には、水素リッチガスが供給される。
【００１３】
水素リッチガス供給路４に供給される水素リッチガスは、例えば、１３Ａなどの都市ガスを原料とし、昇圧した都市ガスから硫黄分をｐｐｂレベルにまで除去し、水蒸気改質用の触媒によって水素リッチガスに改質するとともに、変成用の触媒によって水素リッチガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成し、さらに、余分な水分を除去した後の水素リッチガスである。
そして、各水素精製塔１，２，３には、加圧下においてその水素リッチガスから水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素などの不純物を吸着除去して高純度水素を精製する適切な吸着剤が収容されている。
【００１４】
各水素精製塔１，２，３は、高純度水素排出路６に対してそれぞれ排出用分岐路６ａ，６ｂ，６ｃを介して互いに並列に接続され、各排出用分岐路６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ排出用電磁弁７ａ，７ｂ，７ｃが設けられ、高純度水素排出路６には水素貯蔵タンク８が接続されている。
さらに、各水素精製塔１，２，３は、均圧用分岐路９ａ，９ｂ，９ｃを介して均圧路９に互いに並列に接続され、各均圧用分岐路９ａ，９ｂ，９ｃにはそれぞれ均圧用電磁弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設けられ、均圧路９の端部は、第３水素精製塔３における排出用分岐路６ｃとの接続箇所より下流側において高純度水素排出路６に接続され、その接続箇所より上流側の均圧路９にも均圧用電磁弁１０ｄが設けられている。
【００１５】
各水素精製塔１，２，３の供給用分岐路４ａ，４ｂ，４ｃには、オフガス排出路の一部となるオフガス分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続され、各水素精製塔１，２，３が、そのオフガス分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃを介してオフガス排出路１１に並列に接続されるとともに、各オフガス分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃにそれぞれオフガス電磁弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。
そのオフガス排出路１１には、オフガスタンク１３が接続され、オフガスタンク１３より上流側のオフガス排出路１１にオフガス排出弁としてのオフガス排出電磁弁１４が設けられ、そのオフガスタンク１３とオフガス使用機器の一例であるバーナ１５がオフガス供給路１６により接続されている。
【００１６】
そのオフガス供給路１６には、第１の減圧弁１７ａが設けられ、オフガス排出電磁弁１４、オフガスタンク１３、および、第１の減圧弁１７ａをバイパスしてオフガス排出路１１とオフガス供給路１６を接続するオフガスバイパス路１８が設けられている。そして、そのオフガスバイパス路１８には、オフガスバイパス弁としてのオフガスバイパス電磁弁１９が設けられ、オフガスバイパス路１８の接続箇所よりも下流側のオフガス供給路１６に第２の減圧弁１７ｂが設けられている。
このような構成からなる水素製造装置は、その作動の全てが自動制御されるように構成され、そのため、制御手段２０が、供給用電磁弁５ａ〜５ｃ、排出用電磁弁７ａ〜７ｃ、均圧用電磁弁１０ａ〜１０ｄ、オフガス電磁弁１２ａ〜１２ｃ、オフガス排出電磁弁１４、および、オフガスバイパス電磁弁１９などを開閉制御するように構成されている。
【００１７】
つぎに、この水素製造装置の作動と運転方法につき、図２の運転工程図と図３の運転説明図を参照しながら説明する。
水素リッチガス供給路４からの水素リッチガスは、第１〜第３の水素精製塔１，２，３のいずれかに供給されて高純度水素に精製される。
例えば、第１水素精製塔１において精製される場合であれば、図３の（イ）に示すように、供給用電磁弁５ａの開弁によって第１水素精製塔１に水素リッチガスが供給され、加圧下においてその水素リッチガス中に含まれる水、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素などの不純物を吸着剤に吸着させて高純度水素を精製する吸着工程を実行し、精製された高純度水素は、排出用電磁弁７ａの開弁に伴って排出用分岐路６ａと高純度水素排出路６を通って水素貯蔵タンク８へ送られて貯蔵される。
その際、第２水素精製塔２と第３水素精製塔３においては、均圧電磁弁１０ｂ，１０ｃの開弁に伴って均圧工程が実行され、バーナ１５へオフガスを供給する必要があれば、オフガスタンク１３内のオフガスは、第１の減圧弁１７ａと第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給される。
【００１８】
その後、均圧電磁弁１０ｂ，１０ｃの閉弁に伴って第２水素精製塔２と第３水素精製塔３における均圧工程が終了した後、図３の（ロ）に示すように、第２水素精製塔２においては、排出用電磁弁７ｂの開弁によって第１水素精製塔１からの高純度水素が供給されて昇圧工程が実行され、第３水素精製塔３においては、オフガス電磁弁１２ｃの開弁によって減圧（１）工程が実行される。
すなわち、第３水素精製塔３では、減圧下において吸着剤に吸着された不純物が脱離されて取り除かれ、その不純物を含むオフガスが、オフガス排出電磁弁１４の開弁に伴ってオフガス分岐路１１ｃとオフガス排出路１１を介してオフガスタンク１３へ供給されて貯蔵される。
その際、バーナ１８へオフガスを供給する必要があれば、オフガスタンク１３内のオフガスが、第１の減圧弁１７ａと第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給される。
【００１９】
そして、第３水素精製塔３内の圧力が設定値以下になると、図３の（ハ）に示すように、オフガス排出電磁弁１４が閉弁され、代わりにオフガスバイパス電磁弁１９が開弁されて、第３水素精製塔３において減圧（２）工程が実行される。
その際、第３水素精製塔３からのオフガスは、オフガスタンク１３をバイパスしてオフガスバイパス路１８を通流するため、第３水素精製塔３内は所望どおりに減圧され、第３水素精製塔３からのオフガスは、第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給される。
そして、オフガスタンク１３内のオフガスも、第１の減圧弁１７ａと第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給される。
【００２０】
その後、第３水素精製塔３においては、排出用電磁弁７ｃの開弁によって第１水素精製塔１からの高純度水素が供給されて洗浄工程が実行され、減圧下において吸着剤に吸着された不純物を脱離させて高純度水素で洗浄し、その洗浄工程の実行により発生したオフガスも、オフガスバイパス路１８と第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給され、この場合にも、オフガスタンク１３内のオフガスは、第１の減圧弁１７ａと第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給される。
そして、各水素精製塔１，２，３において、このような各工程が繰り返し実行されて、水素リッチガスから高純度水素が連続的に製造され、各水素精製塔１，２，３およびオフガスタンク１３からのオフガスは、少なくとも第２の減圧弁１７ｂを通ってバーナ１５へ供給されて燃焼される。
【００２１】
〔別実施形態〕
先の実施形態では、合計３つの水素精製塔１，２，３を備えた水素製造装置を例示して説明したが、水素精製塔の個数は任意であり、また、オフガス使用機器の一例としてバーナ１５を示したが、バーナ以外の各種のオフガス使用機器を備えた水素製造装置においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】水素製造装置の全体を示す概略構成図
【図２】水素製造装置の運転状態を示す工程図
【図３】水素製造装置の運転状態を示す説明図
【符号の説明】
【００２３】
１〜３  第１水素精製塔
１１，１１ａ〜１１ｃ  オフガス排出路
１３    オフガスタンク
１４    オフガス排出弁
１５    オフガス使用機器としてのバーナ
１６    オフガス供給路
１７ａ  第１の減圧弁
１７ｂ  第２の減圧弁
１８    オフガスバイパス路
１９    オフガスバイパス弁
【図１】
2006282460.tif 000003
【図２】
2006282460.tif 000004
【図３】
2006282460.tif 000005