(57)【要約】【課題】水素を安定して製造可能な水素製造装置を提供すること。【解決手段】有機ハイドライドを脱水素反応により分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、前記脱水素反応器において分解された脱水素反応物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器により分離された気体成分を精製して水素を分離する精製器と、前記脱水素反応器内の前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出される前記脱水素触媒の温度変化に基づいて運転条件を変更する制御部と、を有する水素製造装置。【選択図】図３
2018052778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライドを脱水素反応により分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器において分解された脱水素反応物を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器により分離された気体成分を精製して水素を分離する精製器と、
前記脱水素反応器内の前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出される前記脱水素触媒の温度変化に基づいて運転条件を変更する制御部と、を有する
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記精製器により精製された水素の流量を検出する流量検出器を有し、
前記制御部は、前記流量検出器により検出された流量に基づいて前記運転条件を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記運転条件は、前記脱水素反応器に供給する前記有機ハイドライドの流量、前記脱水素反応器に供給する熱媒の温度、及び前記熱媒の流量の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
有機ハイドライドを脱水素反応により分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器において分解された脱水素反応物を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器により分離された気体成分を精製して水素を分離する精製器と、を有する水素製造装置における水素製造方法であって、
前記脱水素反応器内の前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップにより検出される前記脱水素触媒の温度変化に基づいて運転条件を変更する制御ステップと、を有する
ことを特徴とする水素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造装置及び水素製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ハイドライドの一種である芳香族炭化水素の水素化物の脱水素反応により得られる脱水素反応物から水素を精製する水素製造装置が知られている。水素製造装置において脱水素触媒を収容する脱水素反応器では、有機ハイドライドが供給される入口付近で脱水素反応が急激に進行することにより、入口付近の脱水素触媒が著しく劣化して寿命が低下する場合がある。
【０００３】
そこで、脱水素触媒の劣化を抑制するために、第１脱水素反応装置と、第１脱水素反応装置の生成物が供給される第２脱水素反応装置とを有し、第１脱水素反応装置の第１触媒の量を第２脱水素反応装置の第２触媒の量以下とした水素製造システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６８６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１における水素製造システムでは、脱水素触媒の劣化が抑制されるものの、脱水素触媒の劣化が徐々に進行していくことは避けられない。このため、脱水素触媒の劣化に伴って脱水素反応の効率が低下して水素を安定して製造できなくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、水素を安定して製造可能な水素製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様における水素製造装置によれば、有機ハイドライドを脱水素反応により分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、前記脱水素反応器において分解された脱水素反応物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器により分離された気体成分を精製して水素を分離する精製器と、前記脱水素反応器内の前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出される前記脱水素触媒の温度変化に基づいて運転条件を変更する制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、水素を安定して製造可能な水素製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における水素製造装置の構成を例示する図である。
【図２】実施形態における制御装置を含む構成を例示する図である。
【図３】実施形態における運転制御処理のフローチャートを例示する図である。
【図４】実施形態における触媒温度の変化率の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１１】
図１は、本実施形態における水素製造装置１の構成を例示する図である。水素製造装置１は、例えば燃料電池自動車や水素エンジン車等に水素を供給する水素ステーション等に設けられ、脱水素反応により有機ハイドライドから水素を製造する。
【００１２】
図１に示されるように、水素製造装置１は、脱水素反応系１Ａ及び水素分離系１Ｂを有する。脱水素反応系１Ａは、脱水素反応器１０により有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解し、分解された水素及び脱水素物質と分解されなかった未分解反応物とを含む脱水素反応物を出力する。水素分離系１Ｂは、脱水素反応系１Ａから出力される脱水素反応物から気液分離器３５及び精製器３０により水素を分離・精製して製品水素を出力する。
【００１３】
有機ハイドライドは、不飽和結合を有する有機化合物の水素化物であり、脱水素触媒を用いて水素と脱水素物質（不飽和結合を有する有機化合物）とを含む脱水素反応物に分解することができる。有機ハイドライドは、ガソリン等と同様に液体燃料としてタンクローリー等で水素製造装置１に輸送することができるため、常温常圧下で液体状のものが好ましい。以下では、有機ハイドライドとしてメチルシクロヘキサン（以下、「ＭＣＨ」と称する）を用いた場合について説明するが、有機ハイドライドはこれに限られるものではない。
【００１４】
なお、不飽和結合を有する有機化合物とは、二重結合あるいは三重結合を分子内に一つ以上有し、常温常圧下で液状の有機化合物である。二重結合としては、炭素−炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）、炭素−窒素二重結合（Ｃ＝Ｎ）、炭素−酸素二重結合（Ｃ＝Ｏ）、窒素−酸素二重結合（Ｎ＝Ｏ）が例示される。三重結合としては、炭素−炭素三重結合、炭素−窒素三重結合が例示される。不飽和結合を有する有機化合物としては、貯蔵性及び輸送性の観点から、常温常圧下で液体状の有機化合物であることが好ましい。
【００１５】
不飽和結合を有する有機化合物としては、例えばオレフィン類、ジエン類、アセチレン類、ベンゼン、炭素鎖置換芳香族類、へテロ置換芳香族類、多環芳香族類、シフ塩基類、ヘテロ芳香族類、ヘテロ５員環化合物類、キノン類、ケトン類等が挙げられる。オレフィン類としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセン等が挙げられる。ジエン類としては、アレン、ブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、へブタジエン、オクタジエン、ピペリレン、イソプレン等が挙げられる。アセチレン類としては、アセチレン、プロピン、ビニルアセチレン等が挙げられる。炭素鎖置換芳香族類としては、アルキル置換芳香族類等が挙げられる。アルキル置換芳香族類としては、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、安息香酸等が挙げられる。へテロ置換芳香族類としては、アニソール、ジメトキシベンゼン、フェノール、アニリン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリン等が挙げられる。多環芳香族類としては、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナントレン、テトラリン、アズレン等が挙げられる。シフ塩基類としては、2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexane等が挙げられる。ヘテロ芳香族類としては、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン等が挙げられる。ヘテロ５員環化合物類としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール等が挙げられる。キノン類としては、ベンゾキノン、ナフトキノン等が挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
【００１６】
上記した不飽和化合物の中でも、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン、テトラリン等（以下、「ベンゼン等」と称する）は、水素化の前後において非水溶性であり、水と相分離可能であるため、生成物としての回収が非常に容易である点において、アセトン等の水溶性の有機化合物よりも好ましい。これらベンゼン等として、純粋な化合物を用いても良いし、複数の化合物の混合物を用いても良い。
【００１７】
図１に示されるように、タンクローリー等により輸送されたＭＣＨは、タンクＴ１に貯留される。タンクＴ１に貯留されているＭＣＨは、ポンプＰ１により吸い上げられて脱水素反応系１Ａに供給される。ポンプＰ１からの吐出流量は、フローコントローラ１００により制御される。
【００１８】
ポンプＰ１から吐出されたＭＣＨ（Ｌ１）は、予熱器１１により例えば２０〜１２０℃に加熱される。予熱器１１により加熱された液状のＭＣＨ（Ｌ２）は、蒸発器１２によりさらに加熱されて蒸発し、例えば１８０℃の気化されたＭＣＨ（Ｖ１）となる。蒸発器１２により気化されたＭＣＨ（Ｖ１）は、加熱器１３により例えば３００℃まで加熱され、ＭＣＨ（Ｖ２）として脱水素反応器１０に供給される。
【００１９】
脱水素反応器１０は、例えばシリコン系オイル等の熱媒体が流される流路を有し、脱水素触媒が充填されてＭＣＨ（Ｖ２）が供給される複数の配管が設けられている。脱水素反応器１０は、熱媒ボイラ２１から供給される熱媒体により加熱される。熱媒体は、例えば、脱水素反応器１０内がＭＣＨ（Ｖ２）の脱水素反応が効率良く行われる３００℃程度となるように、熱媒ボイラ２１により３５０℃程度に加熱されて脱水素反応器１０に供給される。
【００２０】
脱水素反応器１０に供給されたＭＣＨ（Ｖ２）は、水素とトルエンに分解され、水素、トルエン、及び未分解のＭＣＨを含む脱水素反応物Ｖ３として、例えば３３０℃程度の温度で脱水素反応器１０から排出される。
【００２１】
脱水素反応物Ｖ３は、加熱器１３において、加熱器１３を通るＭＣＨ（Ｖ１）と熱交換を行う。加熱器１３において熱交換した脱水素反応物Ｖ３は、例えば２１５℃程度に温度が下がった脱水素反応物Ｖ４となる。加熱器１３を通った脱水素反応物Ｖ４は、予熱器１１において、予熱器１１を通るＭＣＨ（Ｌ１）と熱交換を行う。予熱器１１において熱交換された脱水素反応物Ｖ５は、例えば１４０℃程度まで温度が下がった状態で水素分離系１Ｂに出力される。
【００２２】
予熱器１１において脱水素反応物Ｖ４とＭＣＨ（Ｌ１）とが熱交換することで、蒸発器１２におけるＭＣＨ（Ｌ２）と熱媒体との熱交換量を減らすことができ、熱媒体を加熱するためのエネルギー消費を抑制し、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。
【００２３】
脱水素反応器１０に供給される熱媒体Ｌ１１は、熱媒ボイラ２１において加熱される。脱水素反応器１０を通って脱水素反応により吸熱された熱媒体Ｌ１２は、蒸発器１２においてＭＣＨ（Ｌ２）と熱交換してＭＣＨを加熱気化させる。蒸発器１２において温度が下がった熱媒体Ｌ１３は、ポンプＰ２により再び熱媒ボイラ２１に供給されて加熱される。
【００２４】
本実施形態では、熱媒体としてシリコン系オイルを用いているが、熱媒体はこれに限られるものではない。熱媒体は、タンクＴ２に貯留されており、熱媒体の循環系において熱媒体が不足する場合に適宜補給され、循環系において熱媒体が多い場合にはタンクＴ２に戻される。
【００２５】
熱媒ボイラ２１は、供給されるＬＰガスＧ１及び空気Ｇ２を燃焼して熱媒体Ｌ１３を加熱する。空気Ｇ２は、ブロア２２により吸引されて熱媒ボイラ２１に供給される。熱媒ボイラ２１で燃焼した燃焼ガスＧ３は、燃焼排ガスとして装置外に排出される。熱媒ボイラ２１により加熱された熱媒体は、脱水素反応器１０及び蒸発器１２等を通り、脱水素反応器１０やＭＣＨを加熱する。熱媒ボイラ２１は、加熱器の一例であり、上記したように脱水素反応器１０を含む脱水素反応系１Ａを加熱する。
【００２６】
熱媒ボイラ２１に供給される熱媒体の流量は、脱水素反応器１０内の温度に基づいて温度コントローラ２００により制御される。温度コントローラ２００は、温度検出器の一例であり、脱水素反応器１０内の脱水素触媒の温度（以下、「触媒温度」と称する）を検出する温度センサを有し、検出した触媒温度に基づいてポンプＰ２を制御して熱媒体の流量を調整する。
【００２７】
また、熱媒ボイラ２１に供給されるＬＰガスＧ１の流量は、脱水素反応器１０に供給される熱媒体Ｌ１１の温度に基づいて温度コントローラ２０１により制御される。温度コントローラ２０１は、例えば熱媒体Ｌ１１の温度を検出する温度センサを有し、熱媒体Ｌ１１の温度に基づいて制御弁を制御して熱媒ボイラ２１で燃焼させるＬＰガスＧ１の流量を調整する。
【００２８】
なお、本実施形態では、熱媒ボイラ２１により加熱した熱媒体で脱水素反応器１０を加熱している。脱水素反応器１０を熱媒体で加熱することで、例えばバーナーにより直接加熱する構成に比べて、脱水素反応器１０をより均一に加熱することができるため脱水素反応器１０の温度制御をより安定して行うことが可能になる。
【００２９】
本実施形態における脱水素反応系１Ａでは、脱水素反応器１０から排出される脱水素反応物Ｖ３の熱エネルギーを用いて加熱器１３で脱水素反応器１０に供給されるＭＣＨ（Ｖ１）を加熱する。また、加熱器１３による熱交換後の脱水素反応物Ｖ４の熱エネルギーを用いて予熱器１１で蒸発器１２に供給されるＭＣＨ（Ｌ１）を予熱する。このように、脱水素反応物Ｖ３、Ｖ４の熱エネルギーを用いることで、熱媒体がＭＣＨを加熱するのに必要なエネルギーを低減し、装置全体のエネルギー効率を向上させることが可能になっている。
【００３０】
加熱器１３を通って予熱器１１から排出された脱水素反応物Ｖ５は、水素分離系１Ｂに供給される。脱水素反応物Ｖ５は、冷却器３１により例えば４０℃程度まで冷却され、気液分離器３５により気液分離される。気液分離器３５で液状物質から分離されて水素含有量が高められた気体成分である脱水素反応物Ｖ６は、コンプレッサＰ３により加圧される。脱水素反応物Ｖ６は、加圧されることで温度が上昇するが、冷却器３３により例えば９０℃程度まで冷却される。
【００３１】
冷却器３３により冷却された脱水素反応物Ｖ３０は、精製器３０に供給される。精製器３０は、例えば膜分離機構等により、脱水素反応物Ｖ３０を水素濃度が基準値未満の第１水素含有物と水素濃度が基準値以上の第２水素含有物とに分離する。
【００３２】
膜分離機構に採用される水素分離膜としては、コンプレッサＰ３から入力される圧力（例えば９００ｋＰａ以上）に耐え得るものが好ましく、例えば、カーボン膜、パラジウム膜、ゼオライト膜等が挙げられる。耐圧性や小さい差圧での実用化の観点ではカーボン膜及びゼオライト膜が比較的好ましく、振動に対する機械的強度の観点からカーボン膜が特に好ましい。カーボン膜は、分子量の小さい水素を透過させ、トルエンや未分解物質等の相対的に分子量の大きいものを透過させない機能を有する。
【００３３】
コンプレッサＰ３は、例えば２００ｋＰａの脱水素反応物Ｖ６を９００ｋＰａまで昇圧し、脱水素反応物Ｖ３０として精製器３０に供給する。精製器３０における分離時の差圧は例えば２００ｋＰａであり、精製器３０により例えば９０℃で７００ｋＰａの第２水素含有物Ｖ３１が精製される。精製器３０により精製された第２水素含有物Ｖ３１は、冷却器３４及びフローコントローラ１０１により、圧力及び温度が調整されて製品水素として水素製造装置１から外部に供給される。フローコントローラ１０１は、流量検出器の一例であり、冷却器３４から排出される第２水素含有物Ｖ３１の流量を検出し、外部に排出する製品水素の流量を調整する。
【００３４】
ここで、圧力コントローラ４００は、脱水素反応物Ｖ６を所定の圧力まで加圧するようにコンプレッサＰ３を制御する。所定の圧力は、例えば、圧力損失を考慮して精製器３０における水素分離により生じる差圧２００ｋＰａと、精製器３０により分離された第２水素含有物Ｖ３１の外部出力の圧力７００ｋＰａとを合わせた圧力９００ｋＰａ以上に設定される。
【００３５】
コンプレッサＰ３が脱水素反応物Ｖ６を加圧する圧量を上記した所定の圧力に設定することで、精製器３０の後段に製品水素として必要な圧力に昇圧させるためのコンプレッサを設ける必要がなくなり、装置全体を小型化することができる。また、コンプレッサを分散配置することなく、大型のコンプレッサに集約することにより圧力効率を高めることができるため、精製器３０による水素精製処理に必要なエネルギー及び製品水素の供給処理に必要となるトータルエネルギーを削減することができる。
【００３６】
なお、気液分離器３５及び精製器３０において液状物質として分離されたトルエン含有量の大きい液化物Ｌ２１、Ｌ２２は、タンクＴ３に回収される。タンクＴ３に回収された回収トルエンは、水素と反応させることにより水素化物（ＭＣＨ）として再び使用することができる。
【００３７】
また、精製器３０において分離された水素濃度が基準値未満の第１水素含有物Ｇ３１は、フローコントローラ１０２により圧力が調整されて加熱器１３を通って脱水素反応器１０に供給される。第１水素含有物Ｇ３１を脱水素反応器１０に供給することで、脱水素反応器１０内の脱水素触媒の劣化を抑制することができる。本実施形態では、第１水素含有物Ｇ３１を脱水素反応器１０の入力側（上流側）から入力することで、相対的に水素量が少ない入力側におけるコーキング現象の発生をより効果的に抑制することができる。なお、第１水素含有物Ｇ３１をＬＰガスと共に熱媒ボイラ２１に供給し、熱媒体Ｌ１３を加熱する燃料として用いてもよい。
【００３８】
水素製造装置１に設けられている温度コントローラ２０２、２０３は、冷却器３１、３３から排出される脱水素反応物Ｖ６、Ｖ３０の温度を検出し、各冷却器３１、３３に流入する冷却水の流量を調整することで温度制御を行っている。冷却器３１、３３は、必要冷却能力が小さいため、クーリングタワーを介して自然冷却した冷却水を用いている。
【００３９】
気液分離器３５において液化したトルエンの排出量は、レベルコントローラ３０１により制御される。レベルコントローラ３０１は、検出する液面が所定高さ以上となった場合にバルブを開いてトルエンをタンクＴ３に排出する。
【００４０】
図２は、本実施形態における水素製造装置１の制御装置５０を含む構成を例示する図である。
【００４１】
制御装置５０は、熱媒ボイラ２１、精製器３０、フローコントローラ１００〜１０２、温度コントローラ２００〜２０３、及び圧力コントローラ４００に接続され、各部の動作を制御する。
【００４２】
制御装置５０は、制御部５１、温度変化算出部５２、及び記憶部５３を有する。制御装置５０が有する各部の機能は、例えば、ＣＰＵにより実行されるプログラムやメモリ、複数の回路等により実現される。
【００４３】
制御部５１は、熱媒体が所定の温度に加熱されるように熱媒ボイラ２１を制御する。より具体的には、制御部５１は、熱媒ボイラ２１へのＬＰガスや空気の供給量、熱媒体の流量等を制御する。また、制御部５１は、脱水素反応物Ｖ３０から水素が精製されるように精製器３０に設けられているポンプや冷却器、凝縮器等を制御する。
【００４４】
また、制御部５１は、フローコントローラ１００〜１０２、温度コントローラ２００〜２０３、及び圧力コントローラ４００を制御し、各部を流れるＭＣＨ、熱媒体、脱水素反応物、及び製品水素等の温度や流量、圧力を制御する。
【００４５】
温度変化算出部５２は、温度コントローラ２００から制御装置５０に送信される脱水素反応器１０内の触媒温度から、脱水素触媒の温度変化を算出する。温度コントローラ２００は、水素製造装置１が水素を製造する運転中に脱水素反応器１０内の触媒温度を検出して制御装置５０に送信する。
【００４６】
脱水素反応器１０内の脱水素触媒は、熱媒体により加熱されると共にＭＣＨとの脱水素反応により吸熱される。脱水素触媒が劣化していない初期状態では、脱水素反応の反応効率が高いため脱水素反応による吸熱量が大きくなる。これに対して、脱水素触媒が劣化した状態では、脱水素反応の反応効率が低下するため脱水素反応による吸熱量が小さくなる。したがって、脱水素反応器１０に同じ温度及び流量で熱媒体を供給し続けた場合、脱水素触媒の劣化に伴って触媒温度が上がっていくことになる。
【００４７】
そこで、制御部５１は、温度変化算出部５２により算出される触媒温度の変化に基づいて、製品水素を所定の流量で供給できるように水素製造装置１の運転条件を変更する。制御部５１は、例えば、脱水素反応器１０に供給するＭＣＨの流量、脱水素反応器１０に供給する熱媒体の温度及び流量等といった水素製造装置１の運転条件を変更する。
【００４８】
記憶部５３は、温度コントローラ２００から送信される触媒温度を記憶する。また、記憶部５３は、触媒温度の変化に応じて予め設定されている運転条件を記憶している。制御部５１は、温度変化算出部５２により算出される触媒温度の変化に対応する運転条件を記憶部５３から取得し、水素製造装置１の運転条件を変更する。
【００４９】
図３は、本実施形態における運転制御処理のフローチャートを例示する図である。本実施形態における水素製造装置１では、図３に例示される運転制御処理が所定の周期で実行される。
【００５０】
まずステップＳ１０１では、温度コントローラ２００が脱水素反応器１０内の脱水素触媒の温度を検出し、検出した触媒温度を制御装置５０に送信する。次にステップＳ１０２では、温度変化算出部５２が、脱水素反応器１０内の脱水素触媒の温度変化として、触媒温度の変化率を算出する。
【００５１】
図４は、実施形態における触媒温度の変化率の算出方法を説明するための図である。図４に例示されているグラフは、横軸が水素製造装置１の運転時間であり、縦軸が温度コントローラ２００により検出される触媒温度である。なお、運転時間は、水素製造装置１が稼働して製品水素を製造した累積時間である。
【００５２】
脱水素反応器１０内の脱水素触媒が劣化すると脱水素反応の効率が低下して吸熱量が小さくなるため、図４に示されるように、触媒温度は運転時間と共に上昇していく。
【００５３】
ここで、温度変化算出部５２は、例えば運転時間ｔ１における触媒温度の変化率を、以下の式（１）に基づいて求める。
【００５４】
触媒温度の変化率＝ΔＴＣ１／ｔ１    ・・・（１）
なお、運転時間ｔ１における触媒温度の変化量ΔＴＣ１は、運転時間ｔ１における触媒温度ＴＣ１と運転開始時における触媒温度ＴＣ０との差である。
【００５５】
図３に示すフローチャートに戻り、ステップＳ１０３では、制御部５１が、温度変化算出部５２により算出された触媒温度の変化率に対応する運転条件を記憶部５３から取得し、運転条件を変更するか否かを判定する。
【００５６】
現状の運転条件と記憶部５３から取得した運転条件とが異なり、運転条件を変更する場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、制御部５１が、記憶部５３から取得した運転条件に基づいて、例えば、脱水素反応器１０に供給するＭＣＨの流量、脱水素反応器１０に供給する熱媒体の温度及び流量等の何れか１つ以上を変更する。
【００５７】
例えば、脱水素触媒が劣化して触媒温度の変化率が上昇した場合には、脱水素反応器１０に供給するＭＣＨの流量を上げる、および／または脱水素反応器１０に供給する熱媒体の温度及び流量を上げるように運転条件を変更する。制御部５１は、フローコントローラ１００及び温度コントローラ２００、２０１を介して、ＭＣＨの流量や熱媒体の温度及び流量を制御する。
【００５８】
本実施形態における水素製造装置１は、上記した運転制御処理を所定の周期で実行し、脱水素反応器１０内の脱水素触媒の劣化により変化する触媒温度の変化率に応じて運転条件を変更することで、水素を安定して製造し続けることができる。
【００５９】
なお、脱水素反応器１０にＭＣＨ（Ｖ２）が供給される供給口付近では、脱水素反応が急激に進行するため脱水素触媒が他の部分よりも早く劣化していく。そこで、脱水素触媒の劣化に応じて感度良く運転条件を変更するために、温度コントローラ２００は、脱水素反応器１０にＭＣＨ（Ｖ２）が供給される供給口付近の触媒温度を検出することが好ましい。例えば、ＭＣＨ供給口の入口から５０ｍｍ程度内部の所の触媒温度を検出してもよい。または、加熱器１３と反応器１０の間にあるＭＣＨ（Ｖ２）の温度より低い温度となっている触媒温度を示す場所が好ましい。また、温度コントローラ２００は、脱水素反応器１０の供給口付近を含む複数箇所で触媒温度を検出してもよい。
【００６０】
以上で説明したように、本実施形態における水素製造装置１によれば、触媒温度の変化に応じて運転条件を変更することで、所定の流量で水素を安定して製造し続けることができる。
【００６１】
なお、上記した実施形態では、触媒温度の変化率に基づいて運転条件を変更したが、例えば、運転開始時からの触媒温度の変化量（図４に示されるΔＴＣ１）や、単位時間当たりの触媒温度の変化率等といった脱水素触媒の温度変化に基づいて運転条件を変更してもよい。
【００６２】
また、脱水素触媒の温度変化に加えて、精製器３０により精製された水素の流量に基づいて運転条件を変更してもよい。例えば、フローコントローラ１０１において検出される第２水素含有物Ｖ３１の流量を精製器３０により精製された水素の流量として、フローコントローラ１０１により検出される流量に基づいて運転条件を変更してもよい。
【００６３】
この場合には、精製された水素の流量に応じた運転条件が記憶部５３に記憶され、制御部５１が水素の流量に対応する運転条件を記憶部５３から取得して各部を制御する。制御部５１は、例えば、フローコントローラ１００〜１０２、温度コントローラ２００〜２０３、及び圧力コントローラ４００を水素の流量に基づいて制御し、各部を流れるＭＣＨ、熱媒体、脱水素反応物、及び製品水素等の温度や流量、圧力を制御する。
【００６４】
例えば、精製器３０により精製された水素の流量が低下した場合には、脱水素反応器１０に供給するＭＣＨの流量を上げると共に、脱水素反応器１０に供給する熱媒体の温度や流量を上げるように各部を制御する。また、制御部５１は、精製器３０に設けられているポンプや冷却器、凝縮器等の運転条件を変更してもよい。
【００６５】
以上、実施形態に係る水素製造装置及び水素製造方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。なお、上記した実施形態の各部における温度や圧力等は、例示した値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１  水素製造装置
１Ａ  脱水素反応系
１Ｂ  水素分離系
１０  脱水素反応器
２１  熱媒ボイラ（加熱器）
３０  精製器
３５  気液分離器
５０  制御装置
５１  制御部
５２  温度変化算出部
５３  記憶部
１００、１０１、１０２  フローコントローラ
２００、２０１、２０２、２０３  温度コントローラ（温度検出器）
３０１  レベルコントローラ
４００  圧力コントローラ
Ｃ１  コンプレッサ（圧縮機）
Ｐ１、Ｐ２  ポンプ
Ｐ３  コンプレッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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