(57)【要約】【課題】オフガスの圧力変動が少なく、精製される水素ガスの純度が低下しにくく、かつ、装置の小型化を図ることができる水素ガス精製装置の運転方法、及び水素ガス精製装置を提供する。【解決手段】ＰＳＡ方式によって原料ガスから水素ガスを精製する装置であって、少なくとも一つ以上の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃと、前記吸着塔に接続され、再生中の前記吸着塔から排出されるオフガスを挿通するオフガス排出ライン２０と、前記オフガス排出ラインに設けられ、前記オフガスを貯留する第１のタンク２３と、前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクの二次側の部分に設けられた第２のタンク２５と、前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間に位置する部分に設けられた昇圧手段２４と、を備える、水素ガス精製装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＳＡ方式によって原料ガスから水素ガスを精製する装置であって、
少なくとも二つ以上の吸着塔と、
前記吸着塔に接続され、再生中の吸着塔または脱圧中の吸着塔から排出されるオフガスを挿通するオフガス排出ラインと、
前記オフガス排出ラインに設けられ、前記オフガスを貯留する第１のタンクと、
前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクの二次側の部分に設けられた第２のタンクと、
前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間に位置する部分に設けられた昇圧手段と、を備える、水素ガス精製装置。
【請求項２】
前記第１のタンク内の圧力が、大気圧に維持されている、請求項１に記載の水素ガス精製装置。
【請求項３】
前記第１のタンクと前記第２のタンクとを結ぶ、返送ラインが設けられている、請求項１又は２に記載の水素ガス精製装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水素ガス精製装置の運転方法であって、
精製された水素ガスを吸着塔内に導入して、オフガスを排出する再生工程と、
吸着塔内を減圧して、吸着塔内に残存する原料ガスをオフガスとして排出する脱圧工程とを含み、
前記第１のタンク内の圧力を大気圧に維持しながら、前記再生工程、及び脱圧工程を行う、水素ガス精製装置の運転方法。
【請求項５】
いずれかの吸着塔で行われている前記再生工程の途中から、他のいずれかの吸着塔で前記脱圧工程を開始する、請求項４に記載の水素ガス精製装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、工業用に使用される水素ガスは、石油プラントまたは化学プラントで製造されたものであるか、プラントで副次的に発生するガスが精製されたものである。水素ガスは、天然ガスまたはＬＰＧガスを改質することによっても製造されている。
近年、水素ガスを輸送する技術として、上記の各方法で製造された水素ガスを、不飽和炭化水素を含む化学物質と反応させて有機ハイドライドとして輸送する技術が開発されている。当該技術にあっては、液体状の有機ハイドライドを消費地で脱水素して得られる原料ガス中の水素ガスが精製されて、消費地で利用される。
【０００３】
上述の原料ガスには、水素ガスの他に、メタンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、飽和・不飽和炭化水素ガス等の不純物が含まれている。これらの不純物は、いわゆるＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式によって、水素ガスと分離・除去され、水素ガスが精製されている。
ＰＳＡ方式による水素ガス精製装置（以下、「ＰＳＡ装置」とも記す。）は、ＰＳＡ装置が備える吸着塔内に充填された吸着剤に、不純物を高圧下で吸着させて水素ガスを精製する。かかるＰＳＡ装置の運転方法として、精製後に吸着塔内を減圧し、吸着された不純物を吸着剤から脱離させて、吸着塔内に残存する原料ガスとともに排気する脱圧工程、及び精製された水素ガスの一部を、精製時とは逆方向に吸着塔内に導入して、脱離した不純物、及び原料ガスを排出する再生工程等、種々の工程が知られている。
また、上述の脱圧工程、及び再生工程については、不純物を強制的に脱離させ、吸着塔の吸着能を十分に回復するために、真空ポンプを用いて吸着塔を真空排気する手法が知られている。
【０００４】
脱圧工程、及び再生工程で吸着塔から排出されるオフガスは、水素ガスを含んでいる。そのため、オフガスは燃料として再利用することが可能である。燃料としてオフガスをバーナー等の燃焼装置に供給する際には、燃焼状態の安定性を確保する観点から、オフガスの流量、及び圧力を一定に保つ必要がある。
そこで特許文献１は、脱圧工程、及び再生工程にて、オフガスを排気する弁の開度を調節することによって、排気されるオフガスの流量を制御して、オフガスを貯留するタンク内の圧力変動を少なくし、オフガスの供給先であるバーナー等の燃焼状態の安定性を向上させる方法を開示している。
また、このようにオフガスを再利用するためにオフガスを貯留するタンクには、タンク内の圧力が一定であることに加え、水素ガスがタンクの外に漏れることを防ぐ観点から、気密性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１３６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、ＰＳＡ装置の運転中にオフガスの供給先であるバーナー等が失火することがある。すなわち、特許文献１の方法では、燃焼状態の安定性が十分に確保されておらず、オフガスの圧力を十分に制御できなかった。特に、脱圧工程と、再生工程とをそれぞれ異なる吸着塔で同時に実施すると、タンク内のオフガスの圧力が急激に変動することがあった。
【０００７】
また、特許文献１の方法は、脱圧工程でオフガスを排気する弁の開度を段階的に調節してオフガスを排気しているため、吸着塔の排気弁を一気に完全に開いた場合と比べると、吸着塔内の吸着剤に吸着された不純物が脱離されにくい。よって、特許文献１の方法は、オフガスの圧力を一定にすることができる代わりに、吸着剤の吸着能を十分に回復することができず、ひいては精製される水素ガスの純度の低下を引き起こしていた。
【０００８】
かかる水素ガスの純度の低下を防ぐための方法として、タンクの一次側に真空ポンプを設けて、吸着塔を真空排気する方法が考えられる。しかし、特許文献１の方法によると、タンク内の圧力が、大気圧程度に維持されず、真空ポンプの背圧が大気圧より高くなり、ポンプが正常に動作できる圧力を超えてしまう。
【０００９】
タンク内の圧力を大気圧程度に保つために、容量可変型のバルーン式のタンクを適用することも考えられるが、バルーン式のタンクは気密性が低いため、水素ガスがタンクの外に漏れてしまう危険性を伴う。そのためタンク内を大気圧程度に維持するには、タンクの容量をさらに大きく設計しなければならず、装置の小型化を図ることが困難である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、オフガスの圧力変動が少なく、精製される水素ガスの純度が低下しにくく、かつ、装置の小型化を図ることができる水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
［１］  ＰＳＡ方式によって原料ガスから水素ガスを精製する装置であって、少なくとも二つ以上の吸着塔と、前記吸着塔に接続され、再生中の吸着塔または脱圧中の吸着塔から排出されるオフガスを挿通するオフガス排出ラインと、前記オフガス排出ラインに設けられ、前記オフガスを貯留する第１のタンクと、前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクの二次側の部分に設けられた第２のタンクと、前記オフガス排出ラインのうち、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの間に位置する部分に設けられた昇圧手段と、を備える、水素ガス精製装置。
［２］  前記第１のタンク内の圧力が、大気圧に維持されている、［１］に記載の水素ガス精製装置。
［３］  前記第１のタンクと前記第２のタンクとを結ぶ、返送ラインが設けられている、［１］又は［２］に記載の水素ガス精製装置。
［４］  ［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の水素ガス精製装置の運転方法であって、精製された水素ガスを吸着塔内に導入して、オフガスを排出する再生工程と、吸着塔内を減圧して、吸着塔内に残存する原料ガスをオフガスとして排出する脱圧工程とを含み、前記第１のタンク内の圧力を大気圧に維持しながら、前記再生工程、及び脱圧工程を行う、水素ガス精製装置の運転方法。
［５］  いずれかの吸着塔で行われている前記再生工程の途中から、他のいずれかの吸着塔で前記脱圧工程を開始する、［４］に記載の水素ガス精製装置の運転方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法によれば、オフガスの圧力変動が少なく、精製される水素ガスの純度が低下しにくく、かつ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した一実施形態である水素ガス精製装置の構成の一例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「原料ガス」とは、水素ガスを含む混合ガスを意味する。原料ガスには、水素ガスの他に、不純物（メタンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、飽和・不飽和炭化水素ガス等）が含まれている。
「再生ガス」とは、再生工程で吸着塔内に残存する不純物等を排出するために導入される、精製された水素ガスを意味する。
「オフガス」とは、脱圧工程、または再生工程にある吸着塔内から排出されるガスを意味する。
「精製工程」とは、原料ガスに含まれる不純物を高圧下で吸着塔内に吸着させて、精製された水素ガスを回収する工程を意味する。
「脱圧工程」とは、精製工程後の吸着塔内を減圧し、吸着塔内に吸着された不純物を吸着剤から脱離させて、吸着塔内に残存する原料ガスとともに排出する工程を意味する。
「再生工程」とは、吸着塔内に残存する原料ガスを排出し（再生工程の前段）、精製工程で精製された水素ガスの一部を吸着塔内に導入して、不純物を当該原料ガスとともに排出する（再生工程の後段）工程を意味する。なお、再生工程が実施されている吸着塔を、「再生中の吸着塔」と記すこともある。
「減圧均圧工程」とは、精製工程を終えて脱圧工程を行う前の吸着塔が、再生工程を終えて精製工程を行う前の吸着塔内に、水素ガスを導出すること工程を意味する。
「加圧均圧工程」とは、再生工程を終えて精製工程を行う前の吸着塔が、精製工程を終えて脱圧工程を行う前の吸着塔から、水素ガスを導入される工程を意味する。
【００１５】
以下、本発明を適用した一実施形態である水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
＜水素ガス精製装置＞
図１は、本発明を適用した一実施形態である水素ガス精製装置１の構成の一例を示す系統図である。
まず、図１を用いて、水素ガス精製装置１を構成する、原料ガス供給ライン１０、オフガス排出ライン２０、脱圧ライン３０、水素ガス回収ライン４０、再生ガス導入ライン５０、均圧ライン６０、第１乃至第３の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃ、吸引ポンプ２２、第１のタンク２３、昇圧ポンプ２４、第２のタンク２５、バルブＶＡ−１〜ＶＡ−６，ＶＢ−１〜ＶＢ−６，ＶＣ−１〜ＶＣ−６，バルブＶ、及び返送ライン８０について説明する。
【００１７】
原料ガス供給ライン１０は、一端が原料ガス供給源１２と接続されており、他端が第１乃至第３の供給分岐ライン１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに分岐されている。
第１の供給分岐ライン１１Ａは、第１の吸着塔７０Ａの下端と接続された接続管７１Ａと接続されている。第１の供給分岐ライン１１Ａは、接続管７１Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの下端に原料ガスを供給する。
第２の供給分岐ライン１１Ｂは、第２の吸着塔７０Ｂの下端と接続された接続管７１Ｂと接続されている。第２の供給分岐ライン１１Ｂは、接続管７１Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの下端に原料ガスを供給する。
第３の供給分岐ライン１１Ｃは、第３の吸着塔７０Ｃの下端と接続された接続管７１Ｃと接続されている。第３の供給分岐ライン１１Ｃは、接続管７１Ｃを介して、第３の吸着塔７０Ｃの下端に原料ガスを供給する。
【００１８】
オフガス排出ライン２０は、再生中の各吸着塔から排出されるオフガスを挿通する。
オフガス排出ライン２０は、一端が第１乃至第３の排出分岐ライン２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに分岐されており、他端が、燃焼装置２７（バーナー等）と接続されている。
第１の排出分岐ライン２１Ａは、接続管７１Ａと接続されている。第１の排出分岐ライン２１Ａは、接続管７１Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの下端から排出されるオフガスを挿通する。
【００１９】
第２の排出分岐ライン２１Ｂは、接続管７１Ｂと接続されている。第２の排出分岐ライン２１Ｂは、接続管７１Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの下端から排出されるオフガスを挿通する。
第３の排出分岐ライン２１Ｃは、接続管７１Ｃと接続されている。第３の排出分岐ライン２１Ｃは、接続管７１Ｃを介して、第３の吸着塔７０Ｃの下端から排出されるオフガスを挿通する。
【００２０】
本実施形態に係る水素ガス精製装置１では、第１乃至第３の排出分岐ライン２１Ａ〜２１Ｃは、各吸着塔の下端に接続されており、オフガス排出ライン２０は、第１乃至第３の排出分岐ライン２１Ａ〜２１Ｃを介して、各吸着塔に、接続される。なお、各吸着塔が再生工程にあるとき、各吸着塔の上端が一次側であり、各吸着塔の下端が二次側（すなわち、オフガスの排出口側）となる。
【００２１】
オフガス排出ライン２０には、吸引ポンプ２２と、第１のタンク２３と、昇圧ポンプ２４と、第２のタンク２５とが、この順で直列に設けられている。
第２のタンク２５は、オフガス排出ライン２０のうち、第１のタンク２３の二次側の部分に設けられている。昇圧ポンプ２４は、オフガス排出ライン２０のうち、第１のタンク２３と第２のタンク２５との間の部分に設けられている。
【００２２】
吸引ポンプ２２は、オフガス排出ライン２０のうち、第１乃至第３の排出分岐ライン２１Ａ〜２１Ｃの分岐位置と第１のタンク２３との間に位置する部分に設けられている。吸引ポンプ２２は、オフガス排出ライン２０を介して、第１乃至第３の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃ内を吸引することで、オフガスを第１のタンク２３に導く。なお、吸引ポンプ２２は各吸着塔内を真空排気することもできる。
【００２３】
第１のタンク２３は、オフガス排出ライン２０に設けられている。具体的には、第１のタンク２３は、オフガス排出ライン２０のうち、吸引ポンプ２２と昇圧ポンプ２４との間に位置する部分に設けられている。第１のタンク２３は、オフガス排出ライン２０を介して、第１乃至第３の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃから排出されたオフガスを一時的に貯留するタンクである。第１のタンク２３は、オフガスを一時的に貯留した後、第２のタンク２５にオフガスを供給する。なお、図示はしないが、第１のタンク２３は圧力計を有してもよい。
【００２４】
昇圧ポンプ２４は、オフガス排出ライン２０のうち、第１のタンク２３と第２のタンク２５との間に位置する部分に設けられている。昇圧ポンプ２４は、オフガス排出ライン２０を介して、第１のタンク２３内に一時的に貯留されたオフガスを昇圧する昇圧手段の一例である。昇圧ポンプ２４によって昇圧されたオフガスは、第１のタンク２３から第２のタンク２５に圧送される。
【００２５】
第２のタンク２５は、オフガス排出ライン２０のうち、第１のタンク２３の二次側の部分に設けられている。具体的には、第２のタンク２５は、オフガス排出ライン２０のうち、昇圧ポンプ２４とバーナー等の燃焼装置２７との間に位置する部分に設けられている。第２のタンク２５は、第１のタンク２３を介して供給されたオフガスを一定の圧力に維持しながら貯留する。また、第２のタンク２５は、オフガスを燃料ガスとして、燃焼装置２７に供給する。なお、図示はしないが、第２のタンク２５は圧力計を有してもよい。
【００２６】
水素ガス生成装置１の運転中には、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持されていることが好ましい。特に、各吸着塔の少なくとも１つが脱圧工程、または再生工程の少なくとも一方を行っている間に、第１のタンク２３内の圧力が大気圧程度に維持されていることが好ましい。この場合、吸引ポンプ２２の二次側の圧力である背圧が大気圧程度に維持され、吸引ポンプ２２が正常に動作して各吸着塔内を吸引し、吸着塔内の不純物が脱離しやすくなるため好ましい。
なお、大気圧程度の圧力とは、大気圧より５０ＰａＧ小さい圧力値を下限値とし、大気圧より５０ＰａＧ大きい圧力値を上限値とする数値範囲にある圧力をいう。
【００２７】
第１のタンク２３内の圧力が大気圧程度に維持されやすくなる観点から、第１のタンク２３の容積は第２のタンク２５の容積より、大きいことが好ましい。
第１のタンク２３、及び第２のタンク２５は、水素ガスが各タンクの外部に漏れるのを防ぐために、気密性を有していることが好ましい。
なお、第２のタンク内の圧力は、オフガスを一定の圧力に維持しながら貯留しやすくなるため、第１のタンク２３内の圧力より高く維持されている。
【００２８】
脱圧ライン３０は、一端が第１乃至第３の脱圧分岐ライン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに分岐されており、他端が、第１のタンク２３と接続されている。第１の脱圧分岐ライン３１Ａは、接続管７１Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの下端から排出されるオフガスを挿通する。
【００２９】
第２の脱圧分岐ライン３１Ｂは、接続管７１Ｂと接続されている。第２の脱圧分岐ライン３１Ｂは、接続管７１Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの下端から排出されるオフガスを挿通する。
第３の脱圧分岐ライン３１Ｃは、接続管７１Ｃと接続されている。第３の脱圧分岐ライン３１Ｃは、接続管７１Ｃを介して、第３の吸着塔７０Ｃの下端から排出されるオフガスを挿通する。
【００３０】
脱圧ライン３０には、流量調節バルブ３２が設けられている。
流量調節バルブ３２は、脱圧ライン３０のうち、第１乃至第３の脱圧分岐ライン３１Ａ〜３１Ｃの分岐位置と第１のタンク２３との間に位置する部分に設けられている。流量調節バルブ３２は、脱圧ライン３０が挿通するオフガスの流量を制御する。
【００３１】
水素ガス回収ライン４０は、一端が第１乃至第３の回収分岐ライン４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃに分岐されており、他端が、水素ガス貯蔵タンク４２と接続されている。
第１の回収分岐ライン４１Ａは、接続管７２Ａと接続されている。第１の回収分岐ライン４１Ａは、接続管７２Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの上端から精製された水素ガスを回収する。
【００３２】
第２の回収分岐ライン４１Ｂは、接続管７２Ｂと接続されている。第２の回収分岐ライン４１Ｂは、接続管７２Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの上端から精製された水素ガスを回収する。
第３の回収分岐ライン４１Ｃは、接続管７２Ｃと接続されている。第３の回収分岐ライン４１Ｃは、接続管７２Ｃを介して、第３の吸着塔７０Ｃの上端から精製された水素ガスを回収する。
【００３３】
再生ガス導入ライン５０は、一端が第１乃至第３の導入分岐ライン５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに分岐されており、他端が、水素ガス回収ライン４０のうち、第１乃至第３の回収分岐ライン４１Ａ〜４１Ｃの分岐位置と、水素ガス貯蔵タンク４２との間に位置する接続点４３で、接続されている。第１の導入分岐ライン５１Ａは、接続管７２Ａと接続されている。第１の導入分岐ライン５１Ａは、接続管７２Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの上端に再生ガスを導入する。
【００３４】
第２の導入分岐ライン５１Ｂは、接続管７２Ｂと接続されている。第２の導入分岐ライン５１Ｂは、接続管７２Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの上端に再生ガスを導入する。
第３の導入分岐ライン５１Ｃは、接続管７２Ｃと接続されている。第３の導入分岐ライン５１Ｃは、接続管７２Ｃを介して、第３の吸着塔７０Ｃの上端に再生ガスを導入する。
【００３５】
再生ガス導入ライン５０には、流量調節バルブ５２が設けられている。
流量調節バルブ５２は、再生ガス導入ライン５０のうち、第１乃至第３の導入分岐ライン５１Ａ〜５１Ｃの分岐位置と、接続点４３との間に位置する部分に設けられている。流量調節バルブ５２は、水素ガス貯蔵タンク４２から、接続点４３、及び再生ガス導入ライン５０を介して、第１乃至第３の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃに導入される再生ガスの流量を制御する。
【００３６】
均圧ライン６０は、第１乃至第３の吸着塔７０Ａ〜７０Ｃの上端を接続するように分岐された第１乃至第３の均圧分岐ライン６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃを有する。
第１の均圧分岐ライン６１Ａは、接続管７２Ａと接続されている。第２の均圧分岐ライン６１Ｂは、第２の接続管７２Ｂと接続されている。第３の均圧分岐ライン６１Ｃは、接続管７２Ｃと接続されている。
【００３７】
第１の吸着塔７０Ａは、その下端が接続管７１Ａと接続されており、上端が接続管７２Ａと接続されている。第１の吸着塔７０Ａ内には、吸着剤７３Ａが充填されている。
第２の吸着塔７０Ｂは、その下端が接続管７１Ｂと接続されており、上端が接続管７２Ｂと接続されている。第１の吸着塔７０Ｂ内には、吸着剤７３Ｂが充填されている。
第３の吸着塔７０Ｃは、その下端が接続管７１Ｃと接続されており、上端が接続管７２Ｃと接続されている。第３の吸着塔７０Ｃ内には、吸着剤７３Ｃが充填されている。
【００３８】
吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃとしては、有機ハイドライド等の炭化水素を脱水素して得られるガスに含まれる水素以外の不純物ガス（メタンガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、飽和・不飽和炭化水素ガス等）を選択的に吸着できる剤が好ましい。具体的には、吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃとしては、活性炭、活性アルミナ、ゼオライト等を用いることができ、これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００３９】
活性炭としては、椰子殻由来の活性炭の破砕炭が好ましい。吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃに椰子殻由来の活性炭の破砕炭が含まれていると、吸着速度が比較的遅い炭素数が６以上の飽和・不飽和炭化水素ガスが効果的に吸着されやすくなる。吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃに椰子殻由来の活性炭の破砕炭が含まれていると、少ない充填量でも効果的に水素ガスを精製しやすいため、精製された水素ガスの回収量を増やすことができるため、コストの観点からも好ましい。
【００４０】
ゼオライトとしては、Ａ型ゼオライト又はＸ型ゼオライトが好ましく、リチウム又はカルシウムでイオン交換されていることがより好ましい。吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃにリチウム又はカルシウムでイオン交換されたＡ型ゼオライト又はＸ型ゼオライトが含まれていると、メタンガス、及び空気由来の窒素ガス等が除去されるため好ましい。
【００４１】
吸着剤７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃとしては、少なくとも二種以上の吸着剤を積層して充填することが好ましい。たとえば、第１の吸着塔７０Ａの下側に活性炭を充填し、その上にゼオライト等を積層して充填すると、飽和・不飽和炭化水素と同時にメタンガス、及び空気由来の窒素ガス等も同時に除去することが可能となり、好ましい。すなわち、炭化水素用の吸着剤と空気由来成分用の吸着剤を少なくとも二層以上に積層して充填することにより、両成分を効率的に除去することが可能であるため好ましい。
【００４２】
バルブＶＡ−１は、第１の供給分岐ライン１１Ａに設けられている。バルブＶＡ−２は、第１の排出分岐ライン２１Ａに設けられている。バルブＶＡ−３は、第１の脱圧分岐ライン３１Ａに設けられている。
バルブＶＡ−４は、第１の回収分岐ライン４１Ａに設けられている。バルブＶＡ−５は、第１の導入分岐ライン５１Ａに設けられている。バルブＶＡ−６は、第１の均圧分岐ライン６１Ａに設けられている。
【００４３】
バルブＶＢ−１は、第２の供給分岐ライン１１Ｂに設けられている。バルブＶＢ−２は、第２の排出分岐ライン２１Ｂに設けられている。バルブＶＢ−３は、第２の脱圧分岐ライン３１Ｂに設けられている。
バルブＶＢ−４は、第２の回収分岐ライン４１Ｂに設けられている。バルブＶＢ−５は、第２の導入分岐ライン５１Ｂに設けられている。バルブＶＢ−６は、第２の均圧分岐ライン６１Ｂに設けられている。
【００４４】
バルブＶＣ−１は、第３の供給分岐ライン１１Ｃに設けられている。バルブＶＣ−２は、第３の排出分岐ライン２１Ｃに設けられている。バルブＶＣ−３は、第３の脱圧分岐ライン３１Ｃに設けられている。
バルブＶＣ−４は、第３の回収分岐ライン４１Ｃに設けられている。バルブＶＣ−５は、第３の導入分岐ライン５１Ｃに設けられている。バルブＶＣ−６は、第３の均圧分岐ライン６１Ｃに設けられている。
バルブＶは、返送ライン８０に設けられている。バルブＶは、第２のタンク２５から第１のタンク２３にオフガスを導出する際に使用する。バルブＶとしては、例えば、流量コントロール用のニードルバルブ、または圧力調節器等を用いることができる。
【００４５】
返送ライン８０は、第１のタンク２３と第２のタンク２５とを結ぶ。返送ライン８０は、第２のタンク２５から、第１のタンク２３にオフガスを導出する。
【００４６】
また本発明の水素ガス精製装置は、上述した実施形態のように、３つの吸着塔を有する形態に限定されない。すなわち、吸着塔の数は、３に限定されない。水素ガスの精製効率の観点から、吸着塔の数は２〜８が好ましく、装置が複雑にならない点で２〜４がより好ましい。
【００４７】
＜水素ガス精製装置の運転方法＞
以下、本実施形態の水素ガス運転方法について説明する。本実施形態に係る水素ガス精製装置の運転方法は、本実施形態の水素ガス精製装置１を用いて、原料ガスから水素ガスを精製する方法であって、精製された水素ガスを吸着塔内に導入して、オフガスを排出する再生工程と、吸着塔内を減圧して、吸着塔内に残存する原料ガスをオフガスとして排出する脱圧工程とを含み、前記第１のタンク内の圧力を大気圧に維持しながら、前記再生工程、及び脱圧工程を行う。
【００４８】
表１は本実施形態の水素ガス運転方法を説明するための表である。以下、表１に示す各状態イ〜ヲについて順番に説明する。なお、表１中、網掛けを施された部分の期間は、該当するバルブが開いている状態を示し、網掛けが施されていない部分の期間は、バルブが閉じている状態を示す。
【００４９】
【表１】
2018177567.tif 000003
【００５０】
表１に示すように、本実施形態の水素ガス精製装置の運転方法は、各吸着塔で、精製工程と、減圧均圧工程と、脱圧工程と、再生工程と、加圧均圧工程の各工程を繰り返す方法となっている。ここでは一例として、表１中、水素ガス精製装置の状態が表１に示すイ〜ヲの各状態にあるときを説明する。ここでは、状態イの前に、第１の吸着塔７０Ａでは加圧均圧工程が行われ、第２の吸着塔７０Ｂでは脱圧工程が行われ、第３の吸着塔７０Ｃでは減圧均圧工程が行われていた場合を一例として以下の説明を行う。
【００５１】
まず、図１に示すすべてのバルブＶＡ−１〜ＶＡ−６，ＶＢ−１〜ＶＢ−６，ＶＣ−１〜ＶＣ−６，Ｖを閉じた状態から、水素ガス精製装置１が表１の状態イとなるように、バルブＶＡ−４を開けておく。水素ガス精製装置１が状態イとされている時間は、ｔ１秒である。ｔ１は例えば、０〜３０秒とすることができる。
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ロとなるように、状態イのときに開けたバルブＶＡ−４を開けた状態で、バルブＶＡ−１、バルブＶＢ−２を開く。
このとき、第１の吸着塔７０Ａは、その下端が原料ガス供給ライン１０と接続され、上端が水素ガス回収ライン４０と接続されている。よって、状態ロにある水素ガス精製装置１では、原料ガスが、原料ガス供給源１２から、原料ガス供給ライン１０、第１の供給分岐ライン１１Ａ、バルブＶＡ−１、及び接続管７１Ａを介して、第１の吸着塔７０Ａの下端から吸着剤７３Ａに供給され、第１の吸着塔７０Ａ内が加圧される。第１の吸着塔７０Ａ内に供給された原料ガスに含まれる不純物は、高圧下で吸着剤７３Ａに吸着される。こうして原料ガスから不純物が除去され、第１の吸着塔７０Ａから接続管７１Ａ、バルブＶＡ−４、及び第１の回収分岐ライン４１Ａを介して、精製された水素ガスが回収される。すなわち、状態ロにある第１の吸着塔７０Ａでは、精製された水素ガスを回収する精製工程が行われている。
【００５２】
第２の吸着塔７０Ｂ内には、脱圧工程を経て減圧された原料ガス（０．０１ＭＰａＧ程度）が残存している。そこでバルブＶＢ−２を開くことにより、第２の吸着塔７０Ｂの下端がオフガス排出ライン２０と接続される。すると、当該原料ガスは、吸引ポンプ２２によって第２の吸着塔７０Ｂから、接続管７１Ｂ、バルブＶＢ−２、及び第２の排出分岐ライン２１Ｂを介して、第１のタンク２３に、オフガスとして排出される。すなわち、状態ロにある第２の吸着塔７０Ｂでは、再生工程の前段が行われている。
【００５３】
本実施形態の水素ガス精製装置の運転方法では、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、再生工程、及び脱圧工程を行う。状態ロでは、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら第２の吸着塔７０Ｂで再生工程の前段を行う。
なお、大気圧程度の圧力とは、大気圧より５０ＰａＧ小さい圧力値を下限値とし、大気圧より５０ＰａＧ大きい圧力値を上限値とする数値範囲にある圧力をいう。
水素ガス精製装置１が状態ロとされている時間は、ｔ２秒である。ｔ２は例えば、１０〜２５０秒とすることができる。
【００５４】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ハとなるように、状態イ，ロのときに開けたバルブＶＡ−１，ＶＡ−４、及びバルブＶＢ−２を開けた状態で、バルブＶＢ−５、及びバルブＶＣ−３を同時に開く。
【００５５】
バルブＶＢ−５を開くことにより、第２の吸着塔７０Ｂは、その下端がオフガス排出ライン２０と接続され、上端が再生ガス導入ライン５０と接続される。よって、状態ハにある水素ガス精製装置１では、第２の導入分岐ライン５１Ｂ、バルブＶＢ−５、及び接続管７２Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂの上端から吸着剤７３Ｂに再生ガスが導入される。このとき、第２の吸着塔７０Ｂ内に残存する原料ガスと、吸着剤から脱離させた不純物とが、再生ガスとともに、接続管７１Ｂ、バルブＶＢ−２、及び第２の排出分岐ライン２１Ｂを介して、第１のタンク２３にオフガスとして排出される。すなわち、状態ハにある第２の吸着塔７０Ｂでは、再生工程の後段が行われている。
【００５６】
第３の吸着塔７０Ｃ内には、減圧均圧工程を経た相対的に高圧の原料ガスが残存している。バルブＶＣ−３を開くことにより、第３の吸着塔７０Ｃの下端が脱圧ライン３０と接続される。すると、第３の吸着塔７０Ｃに残存していた相対的に高圧の原料ガスは減圧される。そのため、吸着剤７３Ｃに吸着された不純物は吸着剤７３Ｃから脱離する。脱離した不純物は、第３の吸着塔７０Ｃ内から、接続管７１Ｃ、第３の脱圧分岐ライン３１Ｃ、バルブＶＣ−３、脱圧ライン３０、及び流量調節バルブ３２を介して、第１のタンク２３に排出される。すなわち、状態ハにある第３の吸着塔７０Ｃでは、脱圧工程が行われている。
【００５７】
本実施形態の水素ガス精製装置の運転方法では、第２の吸着塔７０Ｂで行われている再生工程の途中から、第３の吸着塔７０Ｃで脱圧工程を開始する。具体的には状態ハにおいて、第２の吸着塔７０Ｂで行われている再生工程の後段を開始すると同時に、第３の吸着塔７０Ｃで脱圧工程を開始する。このように、第２の吸着塔７０Ｂで行われている再生工程の途中から、第３の吸着塔７０Ｃで脱圧工程を開始すると、再生工程にある第２の吸着塔７０Ｂから排出されるオフガスの排出量が少なくなったときに、脱圧工程にある第３の吸着塔７０Ｃからオフガスの排出が行われる。
【００５８】
状態ロでは、再生工程の前段にある第２の吸着塔７０Ｂからオフガスが排出されると同時に、第１のタンク２３内の圧力は上昇し、第２の吸着塔７０Ｂから排出されるオフガスの排出量が少なくなってくると、第１のタンク２３内の圧力は徐々に減少を始める。しかし、状態ハで、再生工程の後段にある第２の吸着塔７０Ｂに再生ガスが導入されると同時に、脱圧工程にある第３の吸着塔７０Ｃからオフガスの排出が行われると、第１のタンク２３内の圧力は再び上昇し、大気圧程度に維持される。
このように、本実施形態における状態ハでは、第２の吸着塔７０Ｂが再生工程の前段から再生工程の後段に移行するのと同期して、第３の吸着塔７０Ｃから、脱圧ライン３０を介して、第１のタンク２３に、相対的に高圧の原料ガスを排出することを開始している。すると、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、第２の吸着塔７０Ｂで再生工程を、第３の吸着塔７０Ｃで脱圧工程を行いやすくなり、第１のタンク２３内の圧力の変動が抑えられる。
なお、本実施形態では状態ロから状態ハに切り替える際に、バルブＶＢ−５、及びバルブＶＣ−３を同時に開いているが、バルブＶＢ−５、及びバルブＶＣ−３を開くタイミングは同時でなくてもよい。たとえば、バルブＶＢ−５を先に開いて第２の吸着塔７０Ｂを再生工程の後段に切り替えてから、バルブＶＣ−３を開いても、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持される。
【００５９】
水素ガス精製装置１が状態ハにあるとき、第１の吸着塔７０Ａで、状態ロに引き続いて精製工程が行われている。そのため、状態ロ，ハを通して、第１の吸着塔７０Ａでは、精製された水素ガスを回収する精製工程が行われている。
精製工程にある第１の吸着塔７０Ａ内の圧力は、一般的なＰＳＡ方式の吸着工程における圧力（０．１〜１．０ＭＰａＧ程度）と同程度でよく、特に制限されない。
水素ガス精製装置１が状態ハとされている時間は、ｔ３秒である。ｔ３は例えば、１０〜３００秒とすることができる。
【００６０】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ニとなるように、状態イ，ロ，ハのときに開けたバルブＶＡ−１，ＶＡ−４、バルブＶＢ−２、バルブＶＢ−５、及びバルブＶＣ−３を閉じ、バルブＶＡ−６、及びバルブＶＢ−６を開く。これにより、第１の吸着塔７０Ａでは精製工程が終了し、第２の吸着塔７０Ｂでは再生工程の後段が終了し、第３の吸着塔７０Ｃでは脱圧工程が終了する。
【００６１】
バルブＶＡ−４を閉じ、バルブＶＡ−６を開くことにより、精製工程を終えた第１の吸着塔７０Ａ内から、高圧の水素ガスが導出される。この高圧の水素ガスは、接続管７２Ａ，第１の均圧分岐ライン６１Ａ、及びバルブＶＡ−６を介して、均圧ライン６０に導出される。一方、バルブＶＢ−５を閉じ、バルブＶＢ−６を開くことにより、再生工程を終えた第２の吸着塔７０Ｂは、均圧ライン６０に接続される。そのため、第１の吸着塔７０Ａ内から導出された高圧の水素ガスは、均圧ライン６０から、第２の均圧分岐ライン６１Ｂ、バルブＶＢ−６、及び接続管７２Ｂを介して、第２の吸着塔７０Ｂに導出される。よって、高圧の水素ガスが第１の吸着塔７０Ａ内から導出されると、第１の吸着塔７０Ａ内の圧力は、第２の吸着塔７０Ｂ内の圧力と均圧になるまで、減圧される。同時に、第２の吸着塔７０Ｂ内の圧力は、第１の吸着塔７０Ａ内の圧力と均圧になるまで、加圧される。
以上説明したように、状態ニにある第１の吸着塔７０Ａでは、減圧均圧工程が行われており、状態ニにある第２の吸着塔７０Ｂでは、加圧均圧工程が行われている。
水素ガス精製装置１が状態ニとされている時間は、ｔ４秒である。ｔ４は例えば、１〜１０秒とすることができる。
【００６２】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ホとなるように、状態ニのときに開けたバルブＶＡ−６、及びバルブＶＢ−６を閉じ、バルブＶＢ−４を開く。これにより、第１の吸着塔７０Ａでは減圧均圧工程が終了し、第２の吸着塔７０Ｂでは加圧均圧工程が終了する。水素ガス精製装置１が状態ホとされている時間は、ｔ５秒である。ｔ５は例えば、０〜３０秒とすることができる。
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ヘとなるように、状態ホのときに開けたバルブＶＢ−４を開けた状態で、バルブＶＢ−１、バルブＶＣ−２を開く。水素ガス精製装置１が状態ホのとき、第２の吸着塔７０Ｂでは、状態ロで説明した第１の吸着塔７０Ａと同様に、精製工程が行われる。
【００６３】
第３の吸着塔７０Ｃ内には、状態ハの脱圧工程を経て減圧された原料ガスが残存している。そこでバルブＶＣ−２を開くと、状態ロで説明した第２の吸着塔７０Ｂと同様に、当該原料ガスは、吸引ポンプ２２によって第３の吸着塔７０Ｃから、第１のタンク２３にオフガスとして排出される。すなわち、水素ガス精製装置１が状態ヘのとき、第３の吸着塔７０Ｃでは、再生工程の前段が行われている。
【００６４】
本実施形態の水素ガス精製装置の運転方法では、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、再生工程、及び脱圧工程を行う。具体的には状態ヘで、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら第３の吸着塔７０Ｃで再生工程の前段を行う。
【００６５】
本実施形態における状態ヘでは、オフガスを、第３の吸着塔７０Ｃから、オフガス排出ライン２０を介して、第１のタンク２３に排出している。状態ヘでオフガスを第３の吸着塔７０Ｃから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ロにおける第２の吸着塔７０Ｂで行われる再生工程の前段について説明した内容と同内容とすることができる。
水素ガス精製装置１が状態ヘとされている時間は、ｔ６秒である。ｔ６は例えば、１０〜２５０秒とすることができる。
【００６６】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態トとなるように、状態ホ，ヘのときに開けたバルブＶＢ−１，ＶＢ−４、及びバルブＶＣ−２を開けた状態で、バルブＶＡ−３、及びバルブＶＣ−５を同時に開く。このとき、第１の吸着塔７０Ａでは脱圧工程が行われており、第２の吸着塔７０Ｂでは精製工程が行われており、第３の吸着塔７０Ｃでは再生工程の後段が行われている。第１の吸着塔７０Ａ内には、状態イ，ロ，ハの精製工程と、状態ニの減圧均圧工程とを経た相対的に高圧の原料ガスが残存している。そこでバルブＶＡ−３を開くと、当該原料ガスが脱圧ライン３０を介して、第１のタンク２３に排出される。
【００６７】
状態トでオフガスを第３の吸着塔７０Ｃから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ハにおける第２の吸着塔７０Ｂで行われる再生工程の後段について説明した内容と同内容とすることができる。同様に、状態トで相対的に高圧の原料ガスを第１の吸着塔７０Ａから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ハにおける第３の吸着塔７０Ｃで行われる脱圧工程について説明した内容と同内容とすることができる。
【００６８】
つまり、本実施形態における状態トでは、第３の吸着塔７０Ｃで行われる再生工程の後段を開始すると同時に、第１の吸着塔７０Ａで脱圧工程を開始する。このように、第３の吸着塔７０Ｃで行われている再生工程の途中から、第１の吸着塔７０Ａで脱圧工程を開始すると、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持されやすくなる。
このように、本実施形態における状態トでは、第３の吸着塔７０Ｃが再生工程の前段から再生工程の後段に移行するのと同期して、第１の吸着塔７０Ａから、脱圧ライン３０を介して、第１のタンク２３に、相対的に高圧の原料ガスを排出することを開始している。すると、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、第３の吸着塔７０Ｃで再生工程を、第１の吸着塔７０Ａで脱圧工程を行いやすくなり、第１のタンク２３内の圧力の変動が抑えられる。
なお、本実施形態では状態ヘから状態トに切り替える際に、バルブＶＡ−３、及びバルブＶＣ−５を同時に開いているが、バルブＶＡ−３、及びバルブＶＣ−５を開くタイミングは同時でなくてもよい。たとえば、バルブバルブＶＣ−５を先に開いて第３の吸着塔７０Ｃを再生工程の後段に切り替えてから、ＶＡ−３を開いても、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持されやすくなる。
【００６９】
水素ガス精製装置１が状態トにあるとき、第２の吸着塔７０Ｂで、状態ヘに引き続いて精製工程が行われている。そのため、状態ヘ，トを通して、第２の吸着塔７０Ｂでは、精製された水素ガスを回収する精製工程が行われている。
精製工程にある第２の吸着塔７０Ｂ内の圧力は、一般的なＰＳＡ方式の吸着工程における圧力（０．１〜１．０ＭＰａＧ程度）と同程度でよく、特に制限されない。
水素ガス精製装置１が状態トとされている時間は、ｔ７秒である。ｔ７は例えば、１０〜３００秒とすることができる。
【００７０】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態チとなるように、状態ホ，ヘ，トのときに開けたバルブＶＡ−３、バルブＶＢ−１、ＶＢ−４、バルブＶＣ−２、及びバルブＶＣ−５を閉じ、バルブＶＢ−６、及びバルブＶＣ−６を開く。これにより、第１の吸着塔７０Ａでは脱圧工程が終了し、第２の吸着塔７０Ｂでは精製工程が終了し、第３の吸着塔７０Ｃでは再生工程の後段が終了する。
【００７１】
バルブＶＢ−４、及びバルブＶＣ−５を閉じ、バルブＶＢ−６、及びバルブＶＣ−６を開くことにより、精製工程を終えた第２の吸着塔７０Ｂから、高圧の水素ガスが、第３の吸着塔７０Ｃに導出される。すなわち、状態チにある第２の吸着塔７０Ｂでは、状態ニで説明した第１の吸着塔７０Ａと同様に、減圧均圧工程が行われている。また、状態チにある第３の吸着塔７０Ｃでは、状態ニで説明した第２の吸着塔７０Ｂと同様に、加圧均圧工程が行われている。
水素ガス精製装置１が状態チとされている時間は、ｔ８秒である。ｔ８は例えば、１〜１０秒とすることができる。
【００７２】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態リとなるように、状態チのときに開けたバルブＶＢ−６、及びバルブＶＣ−６を閉じ、バルブＶＣ−４を開く。これにより、第２の吸着塔７０Ｂでは減圧均圧工程が終了し、第３の吸着塔７０Ｃでは加圧均圧工程が終了する。水素ガス精製装置１が状態リとされている時間は、ｔ９秒である。ｔ９は例えば、０〜３０秒とすることができる。
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ヌとなるように、状態リのときに開けたバルブＶＣ−４を開けた状態で、バルブＶＡ−２、バルブＶＣ−１を開く。水素ガス精製装置１が状態リのとき、第３の吸着塔７０Ｃでは、状態ロで説明した第１の吸着塔７０Ａと同様に、精製工程が行われる。
【００７３】
第１の吸着塔７０Ａ内には、状態トの脱圧工程を経て減圧された原料ガスが残存している。そこでバルブＶＡ−２を開くと、状態ロで説明した第２の吸着塔７０Ｂと同様に、当該原料ガスは、吸引ポンプ２２によって第３の吸着塔７０Ｃから、第１のタンク２３にオフガスとして排出される。すなわち、水素ガス精製装置１が状態ヌにあるとき、第１の吸着塔７０Ａでは、再生工程の前段が行われている。
【００７４】
本実施形態の水素ガス精製装置の運転方法では、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、再生工程、及び脱圧工程を行う。具体的には状態ヌで、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら第１の吸着塔７０Ａで再生工程の前段を行う。
【００７５】
本実施形態における状態ヌでは、状態トの脱圧工程を経て減圧された原料ガスを、第１の吸着塔７０Ａから、オフガス排出ライン２０を介して、第１のタンク２３にオフガスとして排出している。状態ヌでオフガスを第１の吸着塔７０Ａから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ロで第２の吸着塔７０Ｂについて説明した内容と同内容とすることができる。
水素ガス精製装置１が状態ヌとされている時間は、ｔ１０秒である。ｔ１０は例えば、１０〜２５０秒とすることができる。
【００７６】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ルとなるように、状態リ，ヌのときに開けたバルブＶＡ−２、バルブＶＣ−１、及びＶＣ−４を開けた状態で、バルブＶＡ−５、及びバルブＶＢ−３を同時に開く。このとき、第１の吸着塔７０Ａでは再生工程の後段が行われており、第２の吸着塔７０Ｂでは脱圧工程が行われており、第３の吸着塔７０Ｃでは精製工程が行われている。第２の吸着塔７０Ｂ内には、状態ホ，ヘ，トの精製工程と、状態チの減圧均圧工程とを経た相対的に高圧の原料ガスが残存している。そこでバルブＶＢ−３を開くと、当該原料ガスが第１のタンク２３に排出される。
【００７７】
状態ルでオフガスを第１の吸着塔７０Ａから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ハにおける第２の吸着塔７０Ｂで行われる再生工程の後段について説明した内容と同内容とすることができる。同様に、状態ルで相対的に高圧の原料ガスを第２の吸着塔７０Ｂから第１のタンク２３に排出する際の詳細、及びその好ましい態様は、状態ハにおける第３の吸着塔７０Ｃで行われる脱圧工程について説明した内容と同内容とすることができる。
【００７８】
つまり、本実施形態における状態ルでは、第１の吸着塔７０Ａで行われる再生工程の後段を開始すると同時に、第２の吸着塔７０Ｂで脱圧工程を開始する。このように、第１の吸着塔７０Ａで行われている再生工程の途中から、第２の吸着塔７０Ｂで脱圧工程を開始すると、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持されやすくなる。
このように、本実施形態における状態ルでは、第１の吸着塔７０Ａが再生工程の前段から再生工程の後段に移行するのと同期して、第２の吸着塔７０Ｂから、脱圧ライン３０を介して、第１のタンク２３に、相対的に高圧の原料ガスを排出することを開始している。すると、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持しながら、第１の吸着塔７０Ａで再生工程を、第２の吸着塔７０Ｂで脱圧工程を行いやすくなり、第１のタンク２３内の圧力の変動が抑えられる。
なお、本実施形態では状態ヌから状態ルに切り替える際に、バルブＶＡ−５、及びバルブＶＢ−３を同時に開いているが、バルブＶＡ−５、及びバルブＶＢ−３を開くタイミングは同時でなくてもよい。たとえば、バルブＶＡ−５を先に開いて、第１の吸着塔７０Ａを再生工程の後段に切り替えてから、バルブＶＢ−３を開いても、第１のタンク２３内の圧力は、大気圧程度に維持されやすくなる。
【００７９】
水素ガス精製装置１が状態ルにあるとき、第３の吸着塔７０Ｃで、状態ヌに引き続いて精製工程が行われている。そのため、状態ヌ，ルを通して、第３の吸着塔７０Ｃでは、精製された水素ガスを回収する精製工程が行われている。
精製工程にある第３の吸着塔７０Ｃ内の圧力は、一般的なＰＳＡ方式の吸着工程における圧力（０．１〜１．０ＭＰａＧ程度）と同程度でよく、特に制限されない。
水素ガス精製装置１が状態ルとされている時間は、ｔ１１秒である。ｔ１１は例えば、１０〜３００秒とすることができる。
【００８０】
次に、水素ガス精製装置１が表１の状態ヲとなるように、状態リ，ヌ，ルのときに開けたバルブＶＡ−２、バルブＶＡ−５、バルブＶＢ−３、バルブＶＣ−１及びＶＣ−４を閉じ、バルブＶＡ−６、及びバルブＶＣ−６を開く。これにより、第１の吸着塔７０Ａでは再生工程（再生工程の後段）が終了し、第２の吸着塔７０Ｂでは脱圧工程が終了し、第３の吸着塔７０Ｃでは精製工程が終了する。
【００８１】
バルブＶＡ−５、及びバルブＶＣ−４を閉じ、バルブＶＡ−６、及びバルブＶＣ−６を開くことにより、精製工程を終えた第３の吸着塔７０Ｃから、高圧の水素ガスが、第１の吸着塔７０Ａに導出される。すなわち、状態ヲにある第１の吸着塔７０Ａでは、状態ニで説明した第２の吸着塔７０Ｂと同様に、加圧均圧工程が行われている。また、状態ヲにある第３の吸着塔７０Ｃでは、状態ニで説明した第１の吸着塔７０Ａと同様に、減圧均圧工程が行われている。
水素ガス精製装置１が状態ヲとされている時間は、ｔ１２秒である。ｔ１２は例えば、１〜１０秒とすることができる。
【００８２】
本実施形態に係る水素ガス精製装置の運転方法は、いずれかの吸着塔で行われている再生工程の途中から、他のいずれかの吸着塔で脱圧工程を開始する。ここで、他のいずれかの吸着塔で脱圧工程を開始する時期は、いれかの吸着塔で再生工程を開始してから、当該再生工程の全行程時間のうち、２０〜８０％が経過したときであることが好ましく、４０〜６０％が経過したときであることがより好ましい。
他のいずれかの吸着塔で脱圧工程を開始する時期が、前記下限値より後であれば、再生工程の開始とともに増加する第１のタンク２３内の圧力が、一度ピークを迎えた後に減少し始めてからでも、脱圧工程の開始によって圧力を回復しやすく、第１のタンク２３内の圧力を大気圧に維持しやすくなる。
他のいずれかの吸着塔で脱圧工程を開始する時期が、前記上限値より前であれば、再生工程の最中に一度増加してから減少した第１のタンク２３内の圧力が、大気圧以下に減少する前に、脱圧工程の開始によって圧力を回復しやすく、第１のタンク２３内の圧力を大気圧に維持しやすくなる。
【００８３】
状態イ〜ヲを通して、第１のタンク２３に排出されたオフガスの圧力の制御方法について説明する。
状態イ〜ヲ、特に、状態ロ、ハ、へ、ト、ヌ、ルにて各吸着塔から排出されたオフガスは、一時的に第１のタンク２３に貯留される。
第１のタンク２３内のオフガスは、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持するために、昇圧ポンプ２４によって第２のタンク２５に圧送される。こうして、状態イ〜ヲを通して、吸引ポンプ２２の背圧は大気圧より高くならないようにされている。そのため、上述した各吸着塔で繰り返される脱圧工程にて、吸引ポンプ２２は正常に動作し、吸着塔内を真空排気することができる。よって上述の精製工程で各吸着塔に吸着された不純物は脱離されやすく、再生工程、及び脱圧工程で各吸着塔の吸着剤の吸着能を十分に回復する。
第２のタンク２５に圧送されたオフガスは、第２のタンク２５で貯留される。
【００８４】
（作用効果）
以上説明した本発明の本実施形態に係る水素ガス精製装置の運転方法は、いずれかの吸着塔で行われている再生工程の途中から、他のいずれかの吸着塔で脱圧工程を開始するので、第１のタンク２３内の圧力の変動をおさえ、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持することができる。すると、吸引ポンプの背圧は大気圧より高くならず、吸引ポンプ２２は正常に動作し、吸着塔内を真空排気することができる。よって再生工程、及び脱圧工程で各吸着塔の吸着剤の吸着能は十分に回復するので、精製される水素ガスの純度が低下しにくい。
また、第２のタンクに圧送されたオフガスは、第１のタンクより高い圧力に保ちながら貯蔵することができるので、第２のタンクからバーナー等の燃焼装置２７に第２のタンクより低く、かつ、一定の圧力でオフガスを供給できる。よって、オフガスをバーナー等の燃焼装置の燃料として利用しても、燃焼装置が失火しにくい。
また、本実施形態に係る水素ガス精製装置の運転方法によれば、第１のタンク２３内の圧力を大気圧程度に維持できるので、容量可変型のバルーン式のタンクを適用する必要もなく気密性の高い小型の容器を第１のタンクとして採用することができ、水素ガス精製装置の小型化を図ることができる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、及び変更が加えられてよい。
本発明の水素ガス精製装置の運転方法の適用は、上述した実施形態のように、複数の吸着塔を有する装置に限定されない。すなわち、吸着塔の数は、１であってもよい。ただし、水素ガスの精製効率の観点から、吸着塔の数は２〜８が好ましく、装置が複雑にならない点で３〜４がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の水素ガス精製装置、及び水素ガス精製装置の運転方法は、原料ガス中に含まれる水素ガスを９９．９７％以上の純度で精製することが可能であり、各種工業用の水素ガスの精製、特に燃料電池自動車用の水素ガスの精製に適用する際に、利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００８７】
１…水素ガス精製装置、１０…原料ガス供給ライン、２０…オフガス排出ライン、２３…第１のタンク、２４…昇圧ポンプ、２５…第２のタンク、３０…脱圧ライン、４０…水素ガス回収ライン、５０…再生ガス導入ライン、６０…均圧ライン、７０…吸着塔、８０…返送ライン
【図１】
2018177567.tif 000004