(57)【要約】【課題】  洗浄工程時に発生するオフガスの特性を有効に利用して水素精製塔を合理的に冷却し、たとえ外気温の高い夏季においても、吸着剤による不純物の吸着を所望どおりに行うことのできる水素製造装置。【解決手段】  吸着剤を収容する水素精製塔１ａ〜１ｃとオフガスを貯蔵するオフガスタンク２ａ〜２ｃを備え、水素精製塔１ａ〜１ｃにおいて加圧下で吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスをオフガスタンク２ａ〜２ｃに貯蔵する水素製造装置で、オフガスタンク２ａ〜２ｃのオフガス貯蔵空間３ａ〜３ｃが、水素精製塔１ａ〜１ｃの外周部に接するように構成されている。【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オフガスを貯蔵するオフガスタンクを備え、前記水素精製塔において加圧下で前記吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で前記吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスを前記オフガスタンクに貯蔵するように構成されている水素製造装置であって、
前記オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部に接するように構成されている水素製造装置。
【請求項２】
前記水素精製塔の外周部壁体が、前記オフガスタンクの壁体の一部を兼用している請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記オフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されている請求項１または２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記水素精製塔とオフガスタンクがそれぞれ複数あって、各オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、各水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されている請求項３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オフガスを貯蔵するオフガスタンクを備え、前記水素精製塔において加圧下で前記吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で前記吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスを前記オフガスタンクに貯蔵するように構成さ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から高純度水素ガスを連続的に製造し、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ためのもので、従来の水素製造装置では、オフガスタンクが水素精製塔とは無関係に別個に設けられていた（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】
したがって、従来の水素製造装置では、通常、水素精製塔が外気に曝されており、特に外気温度の高い夏季などでは、水素精製塔自体の温度が高くなって吸着剤による不純物の吸着能が低下するという問題があった。
すなわち、吸着剤が水素リッチガス中の不純物を吸着する吸着工程は発熱を伴い、しかも、高温下においては、吸着剤の吸着能が低下するという特質があるため、外気温度の高い夏季などでは不純物が所望どおりに吸着されないおそれがある。
【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、洗浄工程時に発生するオフガスの特性を有効に利用して水素精製塔を合理的に冷却し、たとえ外気温の高い夏季においても、吸着剤による不純物の吸着を所望どおりに行う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オフガスを貯蔵するオフガスタンクを備え、前記水素精製塔において加圧下で前記吸着剤に水素リッチガス中の不純物を吸着させて高純度水素を精製する吸着工程と、減圧下で前記吸着剤に吸着された不純物を取り除く洗浄工程を実行し、その洗浄工程時に発生するオフガスを前記オフガスタンクに貯蔵するように構成されている水素製造装置であって、前記オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部に接するように構成さ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、洗浄工程時に発生するオフガスを貯蔵するオフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、水素精製塔の外周部に接するように構成されているので、オフガスによって水素精製塔の温度上昇を抑制することができる。
すなわち、洗浄工程は減圧下で行われるため、減圧によってオフガスの温度は低下し、発熱を伴う吸着工程時における温度よりも低くなる。その低い温度のオフガスを水素精製塔の外周部に接するオフガス貯蔵空間に供給することによって、水素精製塔を冷却することが可能となる。
その結果、オフガスの特性を有効に利用して水素精製塔を合理的に冷却し、たとえ外気温の高い夏季においても、吸着剤による不純物の吸着を所望どおりに行うことができる。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、前記水素精製塔の外周部壁体が、前記オフガスタンクの壁体の一部を兼用し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、水素精製塔の外周部壁体が、オフガスタンクの壁体の一部を兼用しているので、壁体の兼用による構造の簡素化を図り得るのは勿論のこと、オフガスによる水素精製塔の外周部壁体の冷却がより一層効果的に行われて、吸着剤による不純物の吸着が一層確実となる。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、前記オフガス貯蔵空間が、前記水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているところにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、オフガス貯蔵空間が、水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているので、オフガスによって水素精製塔の外周部全周を冷却することが可能となり、吸着剤による不純物の吸着は確実なものとなる。
【００１２】
本発明の第４の特徴構成は、前記水素精製塔とオフガスタンクがそれぞれ複数あって、各オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、各水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているところにある。
【００１３】
本発明の第４の特徴構成によれば、水素精製塔とオフガスタンクがそれぞれ複数あるので、その複数の水素精製塔により高純度水素を連続的に製造することも可能となり、しかも、各オフガスタンクのオフガス貯蔵空間が、各水素精製塔の外周部の全周に接するように構成されているので、複数の水素製造塔における吸着工程も所望どおりに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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１ａ，１ｂ，１ｃを備え、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部には、第１から第３のオフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃがそれぞれジャケット化されて配置されている。
すなわち、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部壁体が、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃの壁体の一部を兼用する状態で、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃのオフガス貯蔵空間３ａ，３ｂ，３ｃが、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部の全周にわたって接するように構成されている。
【００１５】
各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃ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、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。その水素リッチガスは、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１ａ，１ｂ，１ｃ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。
【００１６】
各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃ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１ａ，１ｂ，１ｃ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１ｃ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。
【００１７】
各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの供給用分岐路４ａ，４ｂ，４ｃには、それぞれオフガス排出路１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続され、第１水素精製塔１ａのオフガス排出路１１ａが第２オフガスタンク２ｂに、第２水素精製塔１ｂのオフガス排出路１１ｂが第３オフガスタンク２ｃに、第３水素精製塔１ｃのオフガス排出路１１ｃが第１オフガスタンク２ａにそれぞれ接続されるとともに、各オフガス排出路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。そして、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃには、図外のバーナにオフガスを供給するオフガス供給路１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されて、オフガス供給路１３ａ，１３ｂ，１３ｃにオフガス供給用電磁弁１４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１５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、および、オフガス供給用電磁弁１４などを開閉制御するように構成されている。
【００１８】
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１ａ，１ｂ，１ｃ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１ａにおいて精製される場合であれば、供給用電磁弁５ａの開弁によって第１水素精製塔１ａ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。
【００１９】
この第１水素精製塔１ａにおける吸着工程実行の際、第２水素精製塔１ｂ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、その後、均圧電磁弁１０ｂ，１０ｃが閉弁されるとともに、排出用電磁弁７ｂが開弁されて、図３の（イ）に示すように、第１水素精製塔１ａからの高純度水素が供給されて昇圧工程が実行される。
第３水素精製塔１ｃにおいては、上述した均圧工程が終了した後、オフガス電磁弁１２ｃの開弁に伴って減圧工程が実行され、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路１１ｃを通って第１オフガスタンク２ａに貯蔵される。その後、図３の（イ）に示すように、第１水素精製塔１ａ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第１オフガスタンク２ａに貯蔵される。
【００２０】
その後、第１水素精製塔１ａにおいては、均圧工程、減圧工程、洗浄工程が実行され、減圧工程と洗浄工程時に発生したオフガスが、図３の（ロ）に示すように、第２オフガスタンク２ｂに貯蔵される。そのとき、第２水素精製塔１ｂは吸着工程にあり、第３水素精製塔１ｃは均圧工程から昇圧工程にある。
その後、第１水素精製塔１ａにおいては、均圧工程、昇圧工程が実行され、第２水素精製塔１ｂにおいては、均圧工程、減圧工程、洗浄工程が実行され、減圧工程と洗浄工程時に発生したオフガスが、図３の（ハ）に示すように、第３オフガスタンク２ｃに貯蔵され、そのとき、第３水素精製塔１ｃにおいては、吸着工程が実行される。
そして、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃ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、必要に応じて、オフガス供給用電磁弁１４が開弁されて、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃに貯蔵されたオフガスが図外のバーナへ供給されて燃焼されるのである。
【００２１】
〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃのオフガス貯蔵空間３ａ，３ｂ，３ｃが、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部全周に接するように構成した例を示したが、各オフガス貯蔵空間３ａ，３ｂ，３ｃが、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部の一部に接するように構成して実施することもできる。
また、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部壁体が、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃの壁体の一部を兼用するように構成した例を示したが、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃ内のオフガスと各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃとの間で所望する熱伝導が可能であれば、各水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃの外周部壁体が、各オフガスタンク２ａ，２ｂ，２ｃの壁体の一部を兼用するように構成する必要はない。
【００２２】
（２）先の実施形態では、合計３つの水素精製塔１ａ，１ｂ，１ｃ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、例えば、水素精製塔をひとつだけ備えた水素製造装置において適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】
【００２４】
１ａ〜１ｃ  水素精製塔
２ａ〜２ｃ  オフガスタンク
３ａ〜３ｃ  オフガス貯蔵空間
【図１】
2006282459.tif 000003
【図２】
2006282459.tif 000004
【図３】
2006282459.tif 000005