(57)【要約】【課題】燃焼排ガスとともに放出される熱量を減少させることができる水素製造装置を提供する。【解決手段】原料ガスＧを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質する改質反応部２及び当該改質反応部２を加熱する燃焼部３を備えた改質部Ａと、当該改質部Ａからの改質ガスＫに含まれる水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスＨを生成する圧力変動吸着部Ｂと、当該圧力変動吸着部Ｂから排出されるオフガスを燃焼部３に供給するオフガス供給路４とが設けられ、制御部Ｍが、オフガス供給量検出部３６にて検出されるオフガス供給量と、濃度検出部Ｎにて検出される水素の濃度及びメタンの濃度とに基づいて、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を燃焼部３に供給するフィードフォワード制御を実行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】
炭化水素系ガスである原料ガスを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質する改質反応部及び当該改質反応部を加熱する燃焼部を備えた改質部と、当該改質部からの前記改質ガスに含まれる水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、当該圧力変動吸着部から排出されるオフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給路とが設けられ、
前記燃焼部の作動を制御する制御部が、前記改質反応部を改質反応温度に加熱すべく、前記オフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給量を制御しかつ燃焼用空気を前記燃焼部に供給する燃焼用空気供給量を制御するように構成された水素製造装置であって、
前記オフガス供給量を検出するオフガス供給量検出部と、前記燃焼部に供給する前記オフガスに含まれる水素の濃度及びメタンの濃度を検出する濃度検出部とが設けられ、
前記制御部が、前記オフガス供給量検出部にて検出される前記オフガス供給量と、前記濃度検出部にて検出される前記水素の濃度及び前記メタンの濃度とに基づいて、前記オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を求めて、求めた目標燃焼用空気量を前記燃焼部に供給するフィードフォワード制御を実行するように構成されている水素製造装置。
【請求項２】
前記濃度検出部が、前記オフガスの比重を計測する比重検出部、前記水素の濃度を検出する水素濃度検出部、及び、前記オフガスの比重及び前記水素の濃度に基づいて、前記メタンの濃度を求めるメタン濃度演算部を備えている請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの残存酸素濃度を検出する残存酸素濃度検出部が設けられ、
前記制御部が、前記残存酸素濃度検出部にて検出される前記残存酸素濃度が設定目標値になるように前記目標燃焼用空気量を補正するフィードバック制御を実行するように構成されている請求項１又は２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記オフガスの不足を検出するオフガス不足検出部にて前記オフガスが不足することが検出された場合には、前記改質ガスを前記オフガス供給路に供給するように構成され、
前記濃度検出部が、前記オフガス供給路における前記改質ガスの供給箇所よりも下流側を流動する前記オフガスに含まれる前記水素の濃度及び前記メタンの濃度を検出するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
炭化水素系ガスである原料ガスを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質する改質反応部及び当該改質反応部を加熱する燃焼部を備えた改質部と、当該改質部からの前記改質ガスに含まれる水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、当該圧力変動吸着部から排出されるオフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給路とが設けられ、
前記燃焼部の作動を制御する制御部が、前記改質反応部を改質反応温度に加熱すべく、前記オフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給量を制御しかつ燃焼用空気を前記燃焼部に供給する燃焼用空気供給量を制御するように構成された水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる水素製造装置は、改質部によって、天然ガスやナフサ等の炭化水素系ガスである原料ガスを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質し、圧力変動吸着部によって、水素成分及び水素成分以外の吸着対象成分を含む改質ガスから吸着対象成分を吸着剤に吸着することにより、水素濃度の高い製品ガスを製造するものである。
【０００３】
圧力変動吸着部から排出されるオフガスには、水素、メタン、一酸化炭素が可燃成分として含まれているから、改質反応部を改質反応用温度に加熱するために、圧力変動吸着部から排出されるオフガスを、改質部の改質反応部を加熱する燃焼部に供給して燃焼させることが行われている（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２００２−５３３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オフガスには、可燃成分として、水素、メタン、一酸化炭素が含まれるが、オフガスに含まれている水素の濃度及びメタンの濃度が運転状況等によって、種々変更することになる。
ちなみに、一般に、改質ガスはＣＯ変成器に供給されて、改質ガスに含まれている一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理され、変成処理された改質ガスが圧力変動吸着部に供給されることになるため、オフガスに含まれる一酸化炭素の量は、微量でかつ大きく変動することがない。
【０００６】
従来では、オフガスに含まれている可燃成分の状態として、例えば、メタンの濃度が高い状態等、最も多量の燃焼用空気を必要とする状態を想定して、その想定した状態の可燃成分を燃焼するために必要となる多目の燃焼用空気量を、オフガスを燃焼させるバーナに供給するようにしていたため、多量の燃焼用空気を必要としない場合にも多目の燃焼用空気が供給されることがあった。
【０００７】
つまり、燃焼用空気量は、燃焼部に供給するオフガス供給量が増加するほど増加させることになるが、オフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量を、オフガスに含まれている可燃成分の状態として、最も多量の燃焼用空気を必要とする状態を想定して、その想定した状態の可燃成分を燃焼するために必要となる多目の燃焼用空気量に設定していた。
【０００８】
このため、オフガスに含まれている可燃成分を燃焼させる燃焼用空気量として、多量の燃焼用空気を必要としない場合にも、必要以上に多目の燃焼用空気が供給されることがあり、そのような場合には、多量に発生する燃焼排ガスとともに、多く熱量が無駄に放出される不都合が発生する虞があった。
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、燃焼排ガスとともに放出される熱量を減少させることができる水素製造装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水素製造装置は、炭化水素系ガスである原料ガスを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質する改質反応部及び当該改質反応部を加熱する燃焼部を備えた改質部と、当該改質部からの前記改質ガスに含まれる水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する吸着塔を備えた圧力変動吸着部と、当該圧力変動吸着部から排出されるオフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給路とが設けられ、
前記燃焼部の作動を制御する制御部が、前記改質反応部を改質反応温度に加熱すべく、前記オフガスを前記燃焼部に供給するオフガス供給量を制御しかつ燃焼用空気を前記燃焼部に供給する燃焼用空気供給量を制御するように構成されたものであって、その特徴構成は、
前記オフガス供給量を検出するオフガス供給量検出部と、前記燃焼部に供給する前記オフガスに含まれる水素の濃度及びメタンの濃度を検出する濃度検出部とが設けられ、
前記制御部が、前記オフガス供給量検出部にて検出される前記オフガス供給量と、前記濃度検出部にて検出される前記水素の濃度及び前記メタンの濃度とに基づいて、前記オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を求めて、求めた目標燃焼用空気量を前記燃焼部に供給するフィードフォワード制御を実行するように構成されている点にある。
【００１１】
すなわち、燃焼部に供給されるオフガス供給量、オフガスに含まれる水素の濃度及びメタンの濃度が検出され、それらの検出結果に基づいて、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を求めて、求めた目標燃焼用空気量を燃焼部に供給するフィードフォワード制御が実行されることになる。
【００１２】
説明を加えると、オフガスには、水素、メタン、一酸化炭素が可燃成分として含まれるが、オフガスに含まれる一酸化炭素の量は、微量でかつ大きく変動することがないため、オフガスに含まれる一酸化炭素を燃焼させるための燃焼用空気量は、一定の値に定めることができる。
つまり、一般に、改質ガスはＣＯ変成器に供給されて、改質ガスに含まれている一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理され、変成処理された改質ガスが圧力変動吸着部に供給されることになるため、オフガスに含まれる一酸化炭素の量は、微量でかつ大きく変動することがない。
【００１３】
したがって、オフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量は、水素の濃度に応じて求める燃焼用空気量と、メタンの濃度に応じて求める燃焼用空気量と、一酸化炭素を燃焼させるための一定に設定する燃焼用空気量との和として求めることができる。
そして、求めたオフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量とオフガス供給量との積により、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための理論燃焼用空気量を求めることができ、その理論燃焼用空気量に対して燃焼を完結させるための過剰係数（＞１）を乗算した値として、目標燃焼用空気量を求めることができる。
【００１４】
したがって、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるために適正な目標燃焼用空気量が燃焼部に供給されることになるから、オフガスを燃焼部にて適切に燃焼させながらも、燃焼排ガスとともに多く熱量が無駄に放出されることを抑制できる。
【００１５】
要するに、本発明の水素製造装置の特徴構成によれば、燃焼排ガスとともに放出される熱量を減少させることができる。
【００１６】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、  前記濃度検出部が、前記オフガスの比重を計測する比重検出部、前記水素の濃度を検出する水素濃度検出部、及び、前記オフガスの比重及び前記水素の濃度に基づいて、前記メタンの濃度を求めるメタン濃度演算部を備えている点にある。
【００１７】
すなわち、計測されたオフガスの比重と計測された水素の濃度とに基づいて、メタン濃度演算部にてメタンの濃度が求められることになる。
つまり、オフガスには、水素、メタン、一酸化炭素が可燃成分として含まれ、その他、窒素や二酸化炭素が含まれることになるが、オフガスに含まれる一酸化炭素や窒素の濃度は、微量で且つ大きく変動しないため、一定であると仮定することができる。
【００１８】
そして、オフガスの比重は、水素のオフガス中の割合と水素の比重との積、メタンのオフガス中の割合とメタンの比重との積、二酸化炭素のオフガス中の割合と二酸化炭素の比重との積、一酸化炭素のオフガス中の割合と一酸化炭素の比重との積、及び、窒素のオフガス中の割合と窒素の比重との積を加えた値である。（以下、オフガスの比重と各成分の比重との関係を定める式を、比重関係式と呼称する。）
【００１９】
また、水素のオフガス中の割合、メタンのオフガス中の割合、二酸化炭素のオフガス中の割合、一酸化炭素のオフガス中の割合、及び、窒素のオフガス中の割合を加えた値は１である。（以下、各成分の割合の関係を定める式を割合関係式と呼称する。）
【００２０】
そして、一酸化炭素や窒素の濃度を一定であると仮定するものであるから、一酸化炭素のオフガス中の割合と一酸化炭素の比重との積、及び、窒素のオフガス中の割合と窒素の比重との積が定数となり、同様に、一酸化炭素のオフガス中の割合、及び、窒素のオフガス中の割合が定数となる。
したがって、メタン濃度演算部が、上記した比重関係式、及び、上記した割合関係式を用いて、計測されたオフガスの比重と計測された水素の濃度とに基づいて、メタンのオフガス中の割合（メタンの濃度に相当）を求めることができる。
【００２１】
ところで、メタンの濃度は、メタンの濃度を検出するメタン濃度検出センサを用いて検出することができるが、オフガスには燃焼成分として水素が含まれているため、オフガス中のメタン濃度は、メタン濃度検出センサにては適切に検出し難い虞があるが、オフガスの比重と水素の濃度とを計測して、メタンの濃度を求めることによって、メタンの濃度を適切に求めることができる。
【００２２】
要するに、本発明の水素製造装置の更なる特徴構成によれば、メタンの濃度を適切に求めて、燃焼排ガスとともに放出される熱量を減少させることができる。
【００２３】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、前記燃焼部から排出される燃焼排ガスの残存酸素濃度を検出する残存酸素濃度検出部が設けられ、
前記制御部が、前記残存酸素濃度検出部にて検出される前記残存酸素濃度が設定目標値になるように前記目標燃焼用空気量を補正するフィードバック制御を実行するように構成されている点にある。
【００２４】
すなわち、燃焼部から排出される燃焼排ガスの残存酸素濃度を検出して、残存酸素濃度が設定目標値になるように目標燃焼用空気量を補正するフィードバック制御が実行されるから、燃焼部に供給する燃焼用空気の量が、過不足となることを回避して、燃焼部に供給されるオフガスを燃焼させるために好適となる量に適切に調整されることになる。
【００２５】
つまり、燃焼部に供給されるオフガス供給量、オフガス中の水素の濃度、及び、オフガス中のメタンの濃度に基づいて、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を求めて、求めた目標燃焼用空気量を燃焼部に供給するフィードフォワード制御が実行されても、燃焼部に供給する燃焼用空気量が、燃焼部に供給されるオフガスを燃焼させるために好適となる量からずれる虞があるが、そのようにずれた場合においても、燃焼部に供給する燃焼用空気の量を、燃焼部に供給されるオフガスを燃焼させるために好適となる量に適切に調整することができる。
【００２６】
要するに、本発明の水素製造装置の更なる特徴構成によれば、燃焼部に供給する燃焼用空気の量を、燃焼部に供給されるオフガスを燃焼させるために好適となる量に適切に調整することができる。
【００２７】
本発明の水素製造装置の更なる特徴構成は、前記制御部が、前記オフガスの不足を検出するオフガス不足検出部にて前記オフガスが不足することが検出された場合には、前記改質ガスを前記オフガス供給路に供給するように構成され、
前記濃度検出部が、前記オフガス供給路における前記改質ガスの供給箇所よりも下流側を流動する前記オフガスに含まれる前記水素の濃度及び前記メタンの濃度を検出するように構成されている点にある。
【００２８】
すなわち、製品ガスの生成量を増加させるために、改質部に供給する原料ガスの供給量を増加させた直後等においては、圧力変動吸着部では、改質部に供給する原料ガスの供給量を増加させる前に改質処理された改質ガスを処理することになるため、圧力変動吸着部から排出されるオフガスの量が、改質部の改質反応部を改質反応用温度に加熱するために必要とする量よりも不足することがある。
【００２９】
このような場合には、オフガス不足検出部にてオフガスの不足が検出されて、改質ガスがオフガス供給路に供給されることになるため、改質部の改質反応部を改質反応用温度に適切に加熱しながら、原料ガスを適正通り水蒸気改質処理することができる。
【００３０】
しかも、濃度検出部が、オフガス供給路における改質ガスの供給箇所よりも下流側を流動するオフガスに含まれる水素の濃度及びメタンの濃度を検出するように構成されているから、オフガスの不足により、改質ガスをオフガス供給路に供給した状態においても、オフガスに含まれる燃焼成分を適切に燃焼させることができる。
【００３１】
要するに、本発明の水素製造装置の更なる特徴構成によれば、改質ガスをオフガス供給路に供給する状態においても、オフガスに含まれる燃焼成分を適切に燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】水素製造装置を示す全体図
【図２】圧力変動吸着部を示す概略図
【図３】圧力変動吸着部の運転サイクルを示す図
【図４】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図５】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【図６】圧力変動吸着部の運転状態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
〔実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（水素製造装置の全体構成）
図１に示すように、水素製造装置には、天然ガスやナフサ等の炭化水素系ガスである原料ガスＧを水素成分が多い改質ガスに改質する改質部Ａと、当該改質部Ａからの改質ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスＨを生成する吸着塔１を備えた圧力変動吸着部Ｂと、当該圧力変動吸着部Ｂから排出されるオフガスを回収するオフガスタンクＴと、改質部Ａ及び圧力変動吸着部Ｂの運転を制御する制御部Ｍが設けられている。
【００３４】
改質部Ａには、原料ガスＧに混合する水蒸気のモル数の原料ガス中の炭素のモル数に対する比を目標比（Ｓ／Ｃ）にするように水蒸気を混合する水蒸気混合部Ｊ、原料ガスＧを水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスに改質する改質反応部としての改質反応管２、及び、当該改質反応管２を改質反応用温度に加熱する燃焼部としてのバーナ３が備えられている。
そして、圧力変動吸着部Ｂから排出されるオフガスをバーナ３に供給するオフガス供給路４が設けられ、当該オフガス供給路４に、上述のオフガスタンクＴが配設されている。
つまり、オフガスタンクＴに貯留されたオフガスが、バーナ３に供給され、また、燃焼用空気をバーナ３に供給する空気供給路５が設けられている。
【００３５】
原料ガスＧを脱硫器６に搬送する原料ガス供給ライン７が設けられ、脱硫器６にて脱硫処理した原料ガスＧを水混合部８に搬送する混合部搬送ライン９が設けられている。
水混合部８は、水供給ライン１０を通して搬送される水を供給して、脱硫処理後の原料ガスＧに混合するように構成されている。
【００３６】
水混合部８にて水が混合された原料ガスＧを蒸発用熱交換部１１に向けて搬送する蒸発用搬送ライン１２が設けられ、原料ガスＧに混合された水が蒸発用熱交換部１１にて加熱されて水蒸気となるように構成されている。
ちなみに、本実施形態においては、水蒸気混合部Ｊが、水混合部８及び蒸発用熱交換部１１を主要部として構成される。
【００３７】
そして、蒸発用熱交換部１１にて水蒸気を含む状態（水蒸気が混合された状態）となるように加熱された原料ガスＧが、反応管搬送ライン１３にて改質反応管２に搬送されて、水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質されるように構成されている。
つまり、改質反応管２の内部には、改質触媒が充填され、上述の如く、バーナ３により改質反応用温度（例えば、７５０℃）に加熱されることにより、水蒸気改質処理により水素成分が多い改質ガスＫに改質するように構成されている。
【００３８】
ちなみに、本実施形態においては、バーナ３の燃焼ガスは、改質反応管２を加熱した後に、蒸発用熱交換部１１に向けて流動して、蒸発用熱交換部１１を加熱した後に、排ガス路１４を通して排出されるように構成されている。
【００３９】
改質反応管２からの改質ガスＫをＣＯ変成器１５に搬送する変成器搬送ライン１６が設けられ、改質ガスＫに含まれている一酸化炭素がＣＯ変成器１５にて二酸化炭素に変成処理されるように構成されている。
そして、ＣＯ変成器１５にて変成処理された改質ガスＫが、改質ガス供給ライン１７を通して圧力変動吸着部Ｂに供給されている。
尚、改質ガス供給ライン１７には、水冷器１８ａ及び気水分離器１８ｂを備える水分離部１８が備えられて、余分な水分を改質ガスＫから除去するように構成されている。
【００４０】
（圧力変動吸着部の詳細）
本実施形態の圧力変動吸着部Ｂは、吸着塔１として、第１吸着塔１Ａ、第２吸着塔１Ｂ、第３吸着塔１Ｃを備えている。
図２に示すように、３つの吸着塔１の夫々の下部が、改質ガス供給ライン１７に対して、第１供給弁２０ａを備えた第１供給用分岐路２１ａ、第２供給弁２０ｂを備えた第２供給用分岐路２１ｂ、第３供給弁２０ｃを備えた第３供給用分岐路２１ｃを介して接続されている。
【００４１】
各吸着塔１には、水素成分以外の吸着対象成分を改質ガスＫから吸着する吸着剤が装填充填されている。
尚、水素成分以外の吸着対象成分とは、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、窒素等であり、一酸化炭素及びメタンは、可燃成分である。
【００４２】
また、３つの吸着塔１の夫々の上部が、製品ガス排出ライン２２に対して、第１排出弁２３ａを備えた第１排出用分岐路２２ａ、第２排出弁２３ｂを備えた第２排出用分岐路２２ｂ、第３排出弁２３ｃを備えた第３排出用分岐路２２ｃを介して接続されている。
【００４３】
また、３つの吸着塔１の夫々の上部が、均圧ライン２４に対して、第１均圧弁２５ａを備えた第１均圧用分岐路２４ａ、第２均圧弁２５ｂを備えた第２均圧用分岐路２４ｂ、第３均圧弁２５ｃを備えた第３均圧用分岐路２４ｃを介して接続されている。
また、製品ガス排出ライン２２を流動する製品ガスＨを均圧ライン２４に流動させる洗浄ライン２６が設けられ、その洗浄ライン２６には、洗浄弁２７が配設されている。
【００４４】
さらに、３つの吸着塔１の夫々の下部が、オフガス排出ライン２８に対して、第１オフガス弁２９ａを備えた第１オフガス用分岐路２８ａ、第２オフガス弁２９ｂを備えた第２オフガス用分岐路２８ｂ、第３オフガス弁２９ｃを備えた第３オフガス用分岐路２８ｃを介して接続され、オフガス排出ライン２８が、オフガスタンクＴに接続されている。
【００４５】
圧力変動吸着部Ｂは、制御部Ｍによる運転制御により、３つの吸着塔１の夫々において、図３に示すように、吸着工程、均圧（排出）工程、減圧工程、洗浄工程、均圧（受入）工程、昇圧工程からなる運転サイクルを、運転位相を異ならせた状態で、繰り返し行うことによって、改質ガスＫから高純度で水素ガスを含む製品ガスＨを生成するように構成されている。
【００４６】
つまり、第１吸着塔１Ａが吸着工程を行う第１単位周期、第２吸着塔１Ｂが吸着工程を行う第２単位周期及び第３吸着塔１Ｃが吸着工程を行う第３単位周期を繰り返し実行するように構成されている。
【００４７】
説明を加えると、第１吸着塔１Ａが吸着工程を行う第１単位周期においては、第１供給弁２０ａ及び第１排出弁２３ａが開弁されて、改質ガスＫに含まれる吸着対象成分を吸着する吸着工程が実行され（図４〜図６参照）、第１吸着塔１Ａからは製品ガスＨが製品ガス排出ライン２２に排出される。
【００４８】
第１単位周期の初期においては、第２吸着塔１Ｂの第２均圧弁２５ｂ及び第３吸着塔１Ｃの第３均圧弁２５ｃが開弁されて、第３吸着塔１Ｃの内部ガスを第２吸着塔１Ｂに供給する均圧工程が行われることになる（図４参照）。
尚、この均圧工程は、第３吸着塔１Ｃにおいては、均圧（排出）工程に相当し、第２吸着塔１Ｂにおいては、均圧（受入）工程に相当する。
【００４９】
第２吸着塔１Ｂにおいては、上記均圧工程が終了すると、第２均圧弁２５ｂを閉じて、第２排出弁２３ｂを開弁することにより、第１吸着塔１Ａから排出される製品ガスＨを導入する昇圧工程が、第１単位周期が終了するまで実行される（図５及び図６参照）。
【００５０】
第３吸着塔１Ｃにおいては、上記均圧工程が終了すると、第３均圧弁２５ｃを閉じて、第３オフガス弁２９ｃを開弁することにより、第３吸着塔１Ｃの内部ガスをオフガス排出ライン２８に排出する減圧工程が実行され（図５参照）、その後、第３オフガス弁２９ｃを開弁したまま、第３均圧弁２５ｃ及び洗浄弁２７を開弁して、洗浄ライン２６から製品ガスＨを流動させる洗浄工程が実行される（図６参照）。
【００５１】
また、減圧工程及び洗浄工程においてオフガス排出ライン２８に排出されたオフガスは、オフガスタンクＴに回収された後、オフガス供給路４を通して、改質部Ａのバーナ３に供給されることになる。
尚、オフガスには、可燃成分として、一酸化炭素、メタン及び水素が含まれることになる。
【００５２】
オフガスタンクＴに貯留されるオフガス貯留量は、圧力変動吸着部Ｂの運転に伴って繰り返し増減することになる。
つまり、第１単位周期、第２単位周期、及び、第３単位周期の夫々において、減圧工程が開始されるとオフガス貯留量が急増し、その後洗浄工程が行われるときも、オフガス貯留量が増加し、均圧工程が行われると、オフガス貯留量が漸減する状態で、オフガス貯留量が繰り返し増減することになる。
【００５３】
ちなみに、オフガスタンクＴに貯留されているオフガス貯留量を検出するオフガス量検出部として、オフガスタンクＴの内部圧力を検出する圧力センサＰＳが設けられている。
また、図１に示すように、オフガスタンクＴに貯留されるオフガス貯留量が不足するときに、改質ガス供給ライン１７からの改質ガスＫをオフガスタンクＴに供給する補給ライン１９が設けられ、その補給ライン１９を開閉する補給弁１９Ａが設けられている。
そして、オフガスタンクＴに貯留されるオフガス貯留量が不足することが圧力センサＰＳにて検出されたときには、補給弁１９Ａを開いて、オフガスタンクＴに貯留されるオフガス貯留量が設定基準量になることが圧力センサＰＳにて検出されるまで、改質ガスＫをオフガスタンクＴに補給するように構成されている。
尚、本実施形態においては、圧力センサＰＳが、オフガスの不足を検出するオフガス不足検出部として機能することになる。
【００５４】
第１吸着塔１Ａが吸着工程を行う第１単位周期においては、上記の通り、第２吸着塔１Ｂについては、均圧（受入）工程、及び、昇圧工程が順次実行され、第３吸着塔１Ｃについては、均圧（排出）工程、減圧工程、洗浄工程が順次実行されることになる。
尚、第２吸着塔１Ｂが吸着工程を行う第２単位周期及び第３吸着塔１Ｃが吸着工程を行う第３単位周期は、第１吸着塔１Ａが吸着工程を行う第１単位周期と同様に行われるものであるから、本実施形態においては、第２単位周期及び第３単位周期の詳細な説明を省略する。
【００５５】
（改質部の運転制御）
原料ガス供給ライン７には、原料ガスＧを供給し且つ供給量を調節自在な原料ガス供給部３０、及び、原料ガスＧの供給量を検出する原料ガスセンサ３１が設けられている。
そして、制御部Ｍが、製品ガスＨの目標生産量を示す指示情報に基づいて、目標生産量の製品ガスＨを製造するために必要となる目標原料ガス供給量の原料ガスＧを供給すべく、原料ガス供給部３０の作動を制御するように構成されている。
つまり、原料ガスセンサ３１にて検出される原料ガスＧの供給量が目標原料ガス供給量となるように、原料ガス供給部３０の作動を制御するように構成されている。
【００５６】
ちなみに、本実施形態においては、原料ガス供給部３０が、原料ガスＧを供給する圧縮機３０ａと、圧縮機３０ａにて供給される原料ガスＧの一部を圧縮機３０ａの上流側に戻す流量調節弁３０ｂとを備える形態に構成されている。
【００５７】
水供給ライン１０は、水処理部３２にて純水に処理された水を水混合部８に供給するものであって、水供給ライン１０には、水を供給する水供給ポンプ３３、水供給ライン１０を通して供給される水の流量を検出する水流量センサ３４、及び、水供給量を調節する水流量調節弁３５が設けられている。
尚、水供給ポンプ３３には、水供給圧力を設定圧力に制御する圧力制御弁３３ａが装備されている。
【００５８】
そして、制御部Ｍが、原料ガスＧに供給する水蒸気のモル数の原料ガスＧ中の炭素のモル数に対する比である目標比（Ｓ／Ｃ）を、基準運転用比（例えば、３．０）にすべく、水流量調節弁３５の作動を制御するように構成されている。
つまり、原料ガスＧが目標原料供給量にて供給される状態において、目標比（Ｓ／Ｃ）を基準運転用比（例えば、３．０）にする目標水供給量を求めて、水流量センサ３４にて検出される流量が目標水供給量となるように、水流量調節弁３５の作動を制御するように構成されている。
【００５９】
（バーナの燃焼制御）
改質反応管２の内部温度を検出する温度センサＴＳが設けられている。
オフガス供給路４には、バーナ３に供給するオフガス供給量に相当するオフガス流量を検出するオフガス流量センサ３６（オフガス供給量検出部の一例）、及び、オフガス流量を調節するオフガス流量調節弁３７が設けられている。
空気供給路５には、空気を供給し且つ供給量を調節自在な送風機３８、及び、空気供給路５を流動する空気量を検出する空気流量センサ３９が設けられている。
【００６０】
そして、制御部Ｍが、改質反応管２を改質反応用温度（例えば、７５０℃）に加熱すべく、オフガスをバーナ３に供給するオフガス供給量を制御しかつ燃焼用空気をバーナ３に供給する燃焼用空気供給量を制御するように構成されている。
つまり、制御部Ｍが、温度センサＴＳにて検出される検出温度と改質反応用温度とに基づいて、バーナ３に供給する目標オフガス供給量を求めて、オフガス流量センサ３６にて検出されるオフガス流量が目標オフガス供給量となるように、オフガス流量調節弁３７の作動を制御するように構成されている。
【００６１】
また、制御部Ｍが、目標オフガス供給量のオフガスを燃焼させるのに必要となる目標燃焼用空気量を求めて、空気流量センサ３９にて検出される空気量が目標燃焼用空気量となるように、送風機３８の作動を制御するように構成されている。
【００６２】
（目標燃焼用空気量の詳細）
次に、制御部Ｍによる目標燃焼用空気量を求める処理について説明する。
バーナ３に供給するオフガスに含まれる水素の濃度及びメタンの濃度を検出する濃度検出部Ｎが設けられている。
そして、制御部Ｍが、オフガス流量センサ３６にて検出されるオフガス流量（オフガス供給量）と、濃度検出部Ｎにて検出される水素の濃度及びメタンの濃度とに基づいて、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための目標燃焼用空気量を求めて、求めた目標燃焼用空気量をバーナ３に供給するフィードフォワード制御を実行するように構成されている。
【００６３】
つまり、本実施形態においては、一酸化炭素の濃度が一定であると仮定して、オフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量を、水素の濃度に応じて求める水素用の燃焼用空気量と、メタンの濃度に応じて求めるメタン用の燃焼用空気量と、一酸化炭素を燃焼させるための一定に設定する一酸化炭素用の燃焼用空気量との和として求めるように構成されている。
【００６４】
ちなみに、単位量の水素を燃焼させるのに必要な酸素量は、単位量の水素の１／２の酸素量であり、その酸素量の５倍の空気量を、単位量の水素を燃焼させるのに必要な燃焼用空気量とすることができる。
同様に、単位量のメタンを燃焼させるのに必要な酸素量は、単位量のメタンの２倍の酸素量であり、その酸素量の５倍の空気量を、単位量のメタンを燃焼させるのに必要な燃焼用空気量とすることができる。
さらに、単位量の一酸化炭素を燃焼させるのに必要な酸素量は、単位量の一酸化炭素の１／２の酸素量であり、その酸素量の５倍の空気量を、単位量の一酸化炭素を燃焼させるのに必要な燃焼用空気量とすることができる。
【００６５】
そして、求めたオフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量とオフガス流量（オフガス供給量）との積により、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための理論燃焼用空気量を求め、その理論燃焼用空気量に対して燃焼を完結させるための過剰係数（＞１）を乗算した値を、目標燃焼用空気量とするように構成されている。
【００６６】
また、バーナ３から排出される燃焼排ガスの残存酸素濃度を検出する残存酸素濃度検出部としての残存酸素濃度検出センサ４３が、排ガス路１４に設けられている。
そして、制御部Ｍが、残存酸素濃度検出センサ４３にて検出される残存酸素濃度が設定目標値になるように目標燃焼用空気量を補正するフィードバック制御を実行するように構成されている。
本実施形態においては、設定目標値としての目標範囲が設定され、フィードバック制御として、残存酸素濃度検出センサ４３にて検出される残存酸素濃度が、目標範囲の上限値や下限値を外れると、目標燃焼用空気量を設定量減少させる制御や設定量増加させる制御を実行するように構成されている。
【００６７】
（濃度検出部の詳細）
本実施形態においては、濃度検出部Ｎが、水素の濃度を検出する水素濃度検出部としての水素濃度検出センサ４０、オフガスの比重を計測する比重検出部としての比重検出センサ４１、及び、オフガスの比重及び水素の濃度に基づいて、メタンの濃度を求めるメタン濃度演算部４２を備える形態に設定されている。
【００６８】
つまり、オフガスには、水素、メタン、一酸化炭素が可燃成分として含まれ、その他、窒素や二酸化炭素が含まれることになるが、オフガスに含まれる一酸化炭素や窒素の濃度は、微量で且つ大きく変動しないため、一定であると仮定する。
【００６９】
そして、オフガスの比重は、水素のオフガス中の割合と水素の比重との積、メタンのオフガス中の割合とメタンの比重との積、二酸化炭素のオフガス中の割合と二酸化炭素の比重との積、一酸化炭素のオフガス中の割合と一酸化炭素の比重との積、及び、窒素のオフガス中の割合と窒素の比重との積を加えた値である。（以下、オフガスの比重と各成分の比重との関係を定める式を、比重関係式と呼称する。）
【００７０】
また、水素のオフガス中の割合、メタンのオフガス中の割合、二酸化炭素のオフガス中の割合、一酸化炭素のオフガス中の割合、及び、窒素のオフガス中の割合を加えた値は１である。（以下、各成分の割合の関係を定める式を、割合関係式と呼称する。）
【００７１】
そして、一酸化炭素や窒素の濃度が一定であると仮定するものであるから、一酸化炭素のオフガス中の割合と一酸化炭素の比重との積、及び、窒素のオフガス中の割合と窒素の比重との積が定数となり、同様に、一酸化炭素のオフガス中の割合、及び、窒素のオフガス中の割合が定数となる。
【００７２】
従って、メタン濃度演算部４２が、上記した比重関係式、及び、上記した割合関係式を用いて、オフガスの比重及び水素の濃度に基づいて、メタンのオフガス中の割合（メタンの濃度に相当）を求めるように構成されている。
尚、メタン濃度演算部４２は、本実施形態においては、制御部Ｍを用いて構成されている。
【００７３】
また、本実施形態においては、水素濃度検出センサ４０及び比重検出センサ４１が、オフガスタンクＴから供給されるオフガスに対して検出作用するように構成されている。
したがって、水素濃度検出センサ４０及び比重検出センサ４１が、オフガスが不足した場合において、オフガス供給路４における改質ガスＫの供給箇所よりも下流側を流動するオフガスに対して検出作用することになるから、オフガスが不足して改質ガスＫがオフガス供給路４に供給される際にも、適正な目標燃焼用空気量を求めることができる。
【００７４】
〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、圧力変動吸着部Ｂとして、３つの吸着塔１を備えるものを例示したが、本発明は、圧力変動吸着部Ｂを、２つあるいは４つ以上の吸着塔１を備える形態に構成する場合にも適用できるものである。
【００７５】
（２）上記実施形態では、圧力変動吸着部Ｂとして、洗浄工程を行う形態に構成するものを例示したが、本発明は、圧力変動吸着部Ｂが、洗浄工程に代えて、真空ポンプにて吸着塔１の内部を吸引する吸引工程を行う場合にも適用できるものである。
【００７６】
（３）上記実施形態においては、水蒸気混合部Ｊが、原料ガスＧに水を混合させた後に、混合させた水を蒸発用熱交換部１１にて蒸発させるように構成される場合を例示したが、水蒸気混合部Ｊとしては、予め生成した水蒸気を原料ガスＧに混合させる形態に構成して実施してもよい。
【００７７】
（４）上記実施形態では、オフガス不足検出部として、オフガスタンクの内部圧力を検出する圧力センサＰＳを設ける場合を例示したが、オフガス不足検出部としては、オフガスタンクＴに回収されるオフガスの流量を積算して、オフガスタンクＴに回収されるオフガスの回収積算量を求め、オフガスタンクＴから排出されるオフガスの流量を積算して、オフガスタンクＴから排出されるオフガスの排出積算量を求め、回収積算量と排出積算量とからオフガスの不足を検出する形態で実施してもよい。
【００７８】
（５）上記実施形態では、メタンの濃度を、水素の濃度とオフガスの比重とに基づいて、メタン濃度演算部４２にて演算する場合を例示したが、メタン濃度検出センサにて計測する形態で実施してもよい。
【００７９】
（６）上記実施形態では、オフガスの単位量当たりに供給する燃焼用空気量を求めて、その燃焼用空気量とオフガス流量（オフガス供給量）との積により、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための理論燃焼用空気量を求めるようにしたが、バーナ３に供給するオフガス供給量に含まれる水素量を燃焼させる水素用の燃焼用空気量と、バーナ３に供給するオフガス供給量に含まれるメタン量を燃焼させるメタン用の燃焼用空気量と、バーナ３に供給するオフガス供給量に含まれる一酸化炭素量を燃焼させる一酸化炭素用の燃焼用空気量とを加えて、オフガスに含まれる燃焼成分を燃焼させるための理論燃焼用空気量を求めるようにする形態で実施してもよい。
【００８０】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１        吸着塔
２        改質反応部
３        燃焼部
４        オフガス供給路
３６      オフガス供給量検出部
４０      水素濃度検出部
４１      比重検出部
４２      メタン濃度演算部
４３      残存酸素濃度検出部
Ａ        改質部
Ｂ        圧力変動吸着部
Ｇ        原料ガス
Ｈ        製品ガス
Ｋ        改質ガス
Ｍ        制御部
ＰＳ      オフガス不足検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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