(57)【要約】【課題】芳香族化合物の水素化に用いられる水素を水電解によって生成する場合に、水電解の原料水の製造に消費されるエネルギーを安定かつ低コストに取得する。【解決手段】水素製造システム１が、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置１１と、電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解装置１２と、水素化反応により水素を芳香族化合物に付加して、有機ハイドライドを生成する水素化装置１４と、蒸発法に基づき原料水を製造する造水装置１３とを備え、造水装置は、原料水の製造において水素化装置における反応熱を利用する構成とする。【選択図】図１
2015113240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置と、
前記電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解装置と、
水素化反応により前記水素を芳香族化合物に付加して、有機ハイドライドを生成する水素化装置と、
蒸発法に基づき前記原料水を製造する造水装置と
を備え、
前記造水装置は、前記原料水の製造において前記水素化装置における反応熱を利用することを特徴とする水素製造システム。
【請求項２】
前記再生可能エネルギーは、太陽光、風力、及び水力のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の水素製造システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水素製造システムと、
前記水素製造システムから供給された前記有機ハイドライドの脱水素反応によって水素を生成する脱水素システムとを備えたことを特徴とする水素貯蔵・輸送システム。
【請求項４】
再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電工程と、
前記電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解工程と、
水素化反応により前記水素を芳香族化合物に付加して、有機ハイドライドを生成する水素化工程と、
蒸発法に基づき前記原料水を製造する造水工程と
を有し、
前記造水工程は、前記原料水の製造において前記水素化工程における反応熱を利用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、芳香族化合物の水素化に用いられる水素を水の電気分解によって生成する水素製造システム及びこれを備えた水素貯蔵・輸送システム並びに水素製造方法に関し、特に、有機ハイドライドの状態で水素の貯蔵や輸送を行う有機ケミカルハイドライド法への適用に好適な水素製造システム及びこれを備えた水素貯蔵・輸送システム並びに水素製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トルエンなどの芳香族化合物を水素化し、有機ハイドライド（水素化芳香族化合物）の状態で水素の貯蔵や輸送を行う有機ケミカルハイドライド法が開発されている。この手法によれば、水素は、生産地において有機ハイドライドに転換され、有機ハイドライドの形態で輸送される。そして、都市等の水素使用地に隣接したプラントや水素ステーション等において、有機ハイドライドの脱水素反応により水素と芳香族化合物とが生成される。脱水素反応によって生じた芳香族化合物は、再び水素生産地に輸送され、水素化反応に利用される。
【０００３】
上記芳香族化合物の水素化に使用される水素の製造方法については、いくつかの既存技術が存在し、特に、石炭や天然ガスなどの化石燃料を原料とする水蒸気改質法が主流となっている。しかしながら、水蒸気改質法に用いられる化石燃料には限りがあり、また、水蒸気改質反応では、水素と共に二酸化炭素が発生するという不都合がある。そこで、従来、再生可能エネルギー（風力、太陽光、太陽熱、及び水力等）に基づく電力によって水の電気分解を実施し、これにより得られた水素を芳香族化合物の水素化などに用いる技術が知られている（特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３６８０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】江守肇、外３名、「循環型再生可能エネルギーシステム」、日立評論、２０１２年９月、第９４巻、第９号、ｐ６４８−６４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のような水電解法では、原料水として高純度の水を必要とするが、上記特許文献１及び上記非特許文献１に記載の従来技術では、原料水の確保については特段の考慮はなされていなかった。しかしながら、水の確保が難しい地域において水素を製造する場合には、海水を淡水化するなどして原料水を製造する必要が生じる。
【０００７】
一方で、原料水の製造には、電気や熱等のエネルギーを必要とするが、上記従来技術においては、原料水の製造のためのエネルギーを別途確保する必要がある。例えば、原料水の製造に再生可能エネルギー由来の電力を用いる場合には、供給される電力の変動が大きく、また、水素製造に使用可能な電力量（すなわち、水電解によって得られる水素発生量）が低下してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、芳香族化合物の水素化に用いられる水素を水電解によって生成する構成において、水電解の原料水の製造に消費されるエネルギーを安定かつ低コストに取得可能とする水素製造システム及びこれを備えた水素貯蔵・輸送システム並びに水素製造方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面では、水素製造システムにおいて、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置（１１）と、前記電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解装置（１２）と、水素化反応により前記水素を芳香族化合物に付加して、有機ハイドライドを生成する水素化装置（１４）と、蒸発法に基づき前記原料水を製造する造水装置（１３）とを備え、前記造水装置は、前記原料水の製造において前記水素化装置における反応熱を利用することを特徴とする。
【００１０】
この第１の側面による水素製造システムでは、水素化装置における水素化反応（発熱反応）の反応熱を利用して水電解の原料水を製造する構成としたため、水電解の原料水の製造に消費されるエネルギーを安定かつ低コストに取得することが可能となる。これにより、原料水の確保が難しい環境においても安定的な水素製造が可能となる。
【００１１】
本発明の第２の側面では、上記第１の側面に関し、前記再生可能エネルギーは、太陽光、風力、及び水力のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００１２】
この第２の側面による水素製造システムでは、太陽光、風力、及び水力のように直接熱源として利用することのない再生可能エネルギーを利用可能な環境において水素製造を行う場合でも、新たな熱源を準備する必要なく、水素化装置における水素化反応の反応熱を利用して安定的な水素製造が可能となる。
【００１３】
本発明の第３の側面では、水素貯蔵・輸送システムにおいて、上記第１および第２の側面のいずれかに関する水素製造システム（２）と、前記水素製造システムから供給された前記有機ハイドライドの脱水素反応によって水素を生成する脱水素システム（３）とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の側面では、水素製造方法において、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電工程と、前記電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解工程と、水素化反応により前記水素を芳香族化合物に付加して、有機ハイドライドを生成する水素化工程と、蒸発法に基づき前記原料水を製造する造水工程と
を有し、前記造水工程は、前記原料水の製造において前記水素化工程における反応熱を利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このように本発明によれば、芳香族化合物の水素化に用いられる水素を水電解によって生成する構成において、水電解の原料水の製造に消費されるエネルギーを安定かつ低コストに取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る水素貯蔵・輸送システムの概略構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る水素貯蔵・輸送システムの構成の変形例を示すブロック図
【図３】第２実施形態に係る水素貯蔵・輸送システムの概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る水素貯蔵・輸送システム１の概略構成を示すブロック図であり、図２は水素貯蔵・輸送システムの構成の変形例を示すブロック図である。水素貯蔵・輸送システム１は、芳香族化合物（ここでは、トルエン）に水素を付加することにより貯蔵・輸送用としての有機ハイドライド（ここでは、メチルシクロヘキサン）を生成する水素製造システム２と、その有機ハイドライドの脱水素により水素と芳香族化合物とを生成する脱水素システム３とから主として構成される。
【００１９】
水素製造システム２は、再生可能エネルギーを利用して電力を発生する発電装置１１と、発電装置１１からの電力を利用して原料水の電気分解により水素を生成する水電解装置１２と、水電解装置１２で使用する原料水を蒸発法に基づき製造する造水装置１３と、水素化反応によりトルエン（ＴＯＬ）に水素を付加して、有機ハイドライドを生成する水素化装置１４と、水素化装置１４によって生成されたメチルシクロヘキサン（以下「ＭＣＨ」という。）を貯蔵する第１ＭＣＨ貯蔵装置１５とを主として備える。
【００２０】
発電装置１１は、太陽光を電力に変換する公知の太陽光発電装置、風力エネルギーを電力に変換する公知の風力発電装置、水の落下エネルギーを電力に変換する水力発電装置等から構成される。発電装置１１は、常時稼働することが可能であり、水電解装置１２に供給する電力を発生させる（発電工程）。図１では、再生可能エネルギーとして太陽光、風力及び水力を示しているが、水素製造システム２では、これらを単独であるいは複数組み合わせて用いることが可能である。また、再生可能エネルギーとして、太陽光、風力及び水力以外の他の再生可能エネルギー（例えば、地熱）が含まれる構成であってもよい。さらに、発電装置１１は、水電解装置１２への電力供給を平準化するための公知の蓄電機能や、電圧の変換及び調整ならびに交流と直流との変換等を行うための公知の変電機能を有するものであってもよい。
【００２１】
本実施形態では、発電装置１１が発生する電力は、全て水電解装置１２に供給され、再生可能エネルギーが水素に変換される。しかしながら、これに限らず、発生した電力の一部を必要に応じて水素貯蔵・輸送システム１内の他の装置で利用してもよい。また、送電ロス等が小さい場合には、発生した電力の一部を水素貯蔵・輸送システム１外における他の用途（例えば、住宅用）に利用することもできる。
【００２２】
水電解装置１２は、発電装置１１から電力（直流電力）の供給を受けると共に、造水装置１３から原料水（高純度の水）の供給を受けることにより、アルカリ水電気分解法に基づき原料水の電気分解を行う（水電解工程）。水電解装置１２では、例えば電解質として水酸化カリウムが用いられ、電極間に電圧が印加されることにより、陽極および陰極からそれぞれ酸素および水素が発生する。水電解装置１２の電極の材料については、供給される電力の変動による劣化等を考慮して公知の材料から適宜選択することができる。また、水電解装置１２は、アルカリ水電気分解法に限らず、他の周知の手法（固体高分子電解質を利用する方法や、固体酸化物電解質を利用する方法など）を採用してもよい。ただし、水電解の手法としては、比較的電解温度が低い場合でも外部からの熱供給を少なくして高い効率を実現できるものがより好ましい。なお、水電解装置１２の効率を高めるために、電解温度を上げる必要がある場合には、後述する水素化装置１４の反応熱の一部を利用することができる。
【００２３】
また、再生可能エネルギーとして太陽光を用いる場合には、光触媒を用いた水分解技術も適用することが可能である。この場合、図２に示すように、図１に示した発電装置１１及び水電解装置１２の代わりに公知の光触媒水分解装置２５を用いることができる。光触媒水分解装置２５は、太陽光の吸収により励起される光触媒によって、造水装置１３からの原料水を水素および酸素に分解する。なお、図２の変形例による水素貯蔵・輸送システム１は、光触媒水分解装置２５を除けば、図１の水素貯蔵・輸送システム１と同様の構成を有する。
【００２４】
本実施形態では、水電解装置１２において発生した高純度の水素は、水素化装置１４に送られるが、水素化装置１４に供給される水素量を平準化するために、水素を高圧ガスや液体水素として貯留タンク（図示せず）等に一時的に貯留してもよい。また、発生した水素の一部を水素貯蔵・輸送システム１外における水素需要先で利用することも可能である。
【００２５】
造水装置１３は、多段フラッシュ法に基づく公知の構成を有しており、複数の減圧室やブラインヒータ等を備える。造水装置１３は、後述する水素化装置１４から熱の供給を受けることにより海水を淡水化して高純度の水を生成する（造水工程）。造水装置１３のブラインヒータには、海水を加熱するための熱媒体として、水素化装置１４において加熱された蒸気が熱媒体循環ラインＬ１を介して導入される。この蒸気は、海水との熱交換の後、再び熱媒体循環ラインＬ１を介して水素化装置１４に循環される。造水装置１３における造水比（製造水量ｋｇ／蒸気量ｋｇ）は８〜１０程度である。なお、造水装置１３は、多段フラッシュ法に限らず、少なくとも海水等（塩分濃度や汚染度の高い水）を蒸発させて高純度の水を取得可能な限りにおいて、他の蒸発法（例えば、多重効用法）に基づく構成を採用してもよい。他の蒸発法を用いた場合にも、同様に水素化装置１４から熱の供給を受ける構成とするとよい。
【００２６】
造水装置１３において生成された高純度の水は、水電解装置１２に供給され、そこで水電解の原料水として利用される。造水装置１３で生成される水には、水電解装置１２での水電解を大きく阻害しない程度の不純物が残留していてもよい。また、水素製造システム２では、水素化装置１４において発生する反応熱を造水に利用するため、水電解装置１２で使用する原料水の必要量を超えた水を造水装置１３において製造可能である。造水装置１３において製造された水が余剰した場合には、その余剰水を例えば太陽光パネルの洗浄水や、周辺地域の生活用水として利用することができる。
【００２７】
水素化装置１４では、触媒存在下における水素化反応により、水電解装置１２から供給された水素がトルエンに付加されてＭＣＨが生成される（水素化工程）。水素化装置１４の生成物（ＭＣＨを主生成物とし、未反応の残留水素及び副生成物等を含む）は、公知の構成を有する気液分離装置（図示せず）においてＭＣＨの沸点以下に維持した状態で気液分離され、分離されたＭＣＨ（液体）は、第１ＭＣＨ貯蔵装置１５に送られる。第１ＭＣＨ貯蔵装置１５は、水素化装置１４からのＭＣＨを常温で収容可能な貯留タンクを有している。なお、上記気液分離装置において気体として分離された残留物の少なくとも一部（未反応の残留水素等）は、水素化装置１４に循環させることができる。
【００２８】
水素化装置１４では、以下の化学反応式（１）に基づく水素化反応により水素をトルエン（Ｃ７Ｈ８）に化学的に付加する。この水素化反応は発熱反応（ΔH298＝-205kJ/mol）である。これにより、トルエンは、ＭＣＨ（Ｃ７Ｈ１４）に転換される。
【化１】
2015113240.tif 000003
【００２９】
ここで、水素化反応の反応温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲内にあり、より好ましくは１６０℃〜２２０℃の範囲内にある。水素化反応の反応圧力は、０．１ＭＰａＧ〜５ＭＰａＧの範囲内にあり、より好ましくは０．５ＭＰａＧ〜３ＭＰａＧの範囲内にある。トルエンおよび水素の水素化装置１４への供給量比（トルエン／水素（モル比））は、化学量論比では１／３となるが、１／２〜１／１０とすることが好ましく、より好ましくは１／２．５〜１／５である。特に、１／３〜１／４とすることが好ましい。ここで、トルエンおよび水素の水素化装置１４への供給量比の下限を最適化することにより、トルエンを十分に反応させることができる一方、供給量比の上限を最適化することにより、上述の気液分離装置において気体として分離される残留物の量が過大となることを抑制できる。
【００３０】
詳細は図示しないが、水素化装置１４は、熱交換型の固定床多管式反応器からなり、水素化触媒（固体触媒）を充填された複数の反応管がシェル内に収容された公知の構成を有している。水素化反応は発熱反応であるため、反応温度の上昇による平衡転化率の低下を回避するために、反応熱を適切に除去する必要がある。固定床多管式反応器のシェルには冷却用ジャケットが設けられており、この冷却用ジャケットには熱媒体（ここでは、蒸気）が流通する。水素化反応の反応熱により加熱された熱媒体は、熱媒体循環ラインＬ１を介して造水装置１３に送られ、そこで冷却された後に熱媒体循環ラインＬ１を介して固定床多管式反応器に循環される。このような水素化装置１４の冷却機構により、水素化反応の反応温度が適切に調整されると共に、造水装置１３に対する熱の供給が行われる。なお、水素化反応の反応熱量が過剰な場合には、反応熱の一部を造水装置１３以外の他の用途に利用してもよい。
【００３１】
水素化装置１４での水素化に用いられる芳香族化合物は、特にトルエンに限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、キシレン等の単環式芳香族化合物や、ナフタレン、テトラリン、メチルナフタレン等の２環式芳香族化合物や、アントラセン等の３環式芳香族化合物を単独で、或いは２種以上の混合物として用いることができる。
【００３２】
また、水素化装置１４の主生成物である有機ハイドライドは、上記芳香族化合物を水素化したものであり、メチルシクロヘキサンのみならず、シクロヘキサン等の単環式有機ハイドライドや、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等の２環式有機ハイドライドや、テトラデカヒドロアントラセン等の３環式有機ハイドライド等の単独、或いは２種以上の混合物となる。有機ハイドライドとしては、貯蔵や輸送の便宜を考慮して、常温、常圧で安定な液体として取り扱うことができるものを選択するとよい。
【００３３】
また、水素化触媒は、アルミナ、シリカアルミナ、及びシリカから選ばれた担体に、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、及びルテニウム（Ｒｕ）から選ばれた少なくとも１種の活性金属を担持されたものであるが、これに限らず、芳香族化合物を水素化するために使用される公知の触媒を用いることができる。
【００３４】
一方、脱水素システム３は、水素製造システム２によって生成されたＭＣＨを貯蔵する第２ＭＣＨ貯蔵装置２１と、ＭＣＨの脱水素反応によって水素を生成する脱水素反応装置２２と、脱水素反応装置２２において水素と共に生成されたトルエンを貯蔵するトルエン（ＴＯＬ）貯蔵装置２３とを主として備える。水素製造システム２において第１ＭＣＨ貯蔵装置１５に貯蔵されたＭＣＨは、ＭＣＨ輸送ラインＬ２を介して貯蔵タンクを有する第２ＭＣＨ貯蔵装置２１に輸送される（貯蔵・輸送工程）。ここで、ＭＣＨ輸送ラインＬ２は、第１ＭＣＨ貯蔵装置１５と第２ＭＣＨ貯蔵装置２１とを接続する配管（パイプライン等）からなるが、ＭＣＨ輸送ラインＬ２は、配管のように必ずしも常設されている形態である必要はない。例えば、第１ＭＣＨ貯蔵装置１５と第２ＭＣＨ貯蔵装置２１との間でＭＣＨを輸送可能な公知の輸送手段（例えば、タンク車等の車両やタンカー等の船舶）をＭＣＨ輸送ラインＬ２に適用することができる。第２ＭＣＨ貯蔵装置２１に貯蔵されたＭＣＨは、脱水素反応装置２２に供給される。
【００３５】
脱水素反応装置２２では、触媒存在下における脱水素反応によってＭＣＨから水素およびトルエンを主として発生させる（脱水素反応工程）。脱水素反応装置２２は、熱交換型の固定床多管式反応器からなり、脱水素触媒（固体触媒）が充填された複数の反応管がシェル内に収容された公知の構成を有している。脱水素反応装置２２の各反応管に供給されたＭＣＨは、触媒に接触しながら流れる。シェルには、図示しない熱輸送ラインから熱供給媒体（高温の蒸気やホットオイル）が供給され、これにより、反応管との間で熱交換が行われ、ＭＣＨおよび脱水素触媒が加熱される。脱水素反応装置２２における脱水素反応は、上述の化学反応式（１）の逆反応に基づく。
【００３６】
脱水素触媒は、アルミナ、シリカアルミナ、及びシリカから選ばれた担体に、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、及びルテニウム（Ｒｕ）から選ばれた少なくとも１種の活性金属を担持されたものであるが、これに限らず、有機ハイドライドの脱水素反応に用いられる公知の触媒を用いることができる。
【００３７】
特に、脱水素触媒としては、均一型高分散金属触媒が有効である。均一型高分散金属触媒では、触媒担体の断面全体に亘って略均一に硫黄又は硫黄化合物を予め分散させておくことにより、この硫黄又は硫黄化合物の分布に略一致して触媒金属が担持され、結果として触媒金属が担体断面全体に亘って、略均一に分散して担持される。
【００３８】
とりわけ、触媒担体がアルミナである場合には、アルミニウム塩の中和により生成した水酸化アルミニウムのスラリーを濾過洗浄し、得られたアルミナヒドロゲルを脱水洗浄した後、４００〜８００℃で１〜６時間程度焼成することにより得られた多孔性γ−アルミナ担体が好ましく、さらには、アルミナヒドロゲルのｐＨ値をアルミナヒドロゲル溶解ｐＨ領域とベーマイトゲル沈殿ｐＨ領域との間で交互に変動させるとともに、少なくともいずれか一方のｐＨ領域から他方のｐＨ領域へのｐＨ変動に際してアルミナヒドロゲル形成物質を添加してアルミナヒドロゲルの結晶を成長させるｐＨスイング工程を経て得られた多孔性γ−アルミナ担体がより好ましい。このような多孔性γ−アルミナ担体は、細孔分布の均一性に優れた成形後のアルミナペレットにおいても物理性状のばらつきが少なく、個々のペレット毎の物理性状が安定しているという点で優れている。結果として、本件の脱水素反応にとって、触媒活性や選択性に優れた触媒となり、加えて長期に亘る寿命においてより優れた機能を発揮できる触媒となる。
【００３９】
脱水素反応装置２２で生成された水素は、都市等の水素使用地に送られる。或いは、脱水素反応装置２２で生成された水素を火力発電所（水素混焼発電所）の燃料として用いて再び電力を発生させることにより、時間的な変動が大きい再生可能エネルギー由来の電力の実質的な平準化が図れるという利点がある。
【００４０】
一方、脱水素反応装置２２で生成されたトルエンは、貯蔵タンクを有するトルエン貯蔵装置２３に貯蔵される。このトルエン貯蔵装置２３は、トルエン循環ラインＬ３を介して再び水素化装置１４に供給され、水素化反応の反応物として利用される。なお、トルエン循環ラインＬ３は、上述のＭＣＨ輸送ラインＬ２と同様に構成することができる。
【００４１】
なお、水素貯蔵・輸送システム１において、有機ハイドライドの貯蔵、及びその有機ハイドライドから水素を発生する方法については、有機ケミカルハイドライド法に基づき行うことができる。
【００４２】
有機ケミカルハイドライド法の詳細については、例えば、岡田 佳巳 他, 有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発(Development of dehydrogenation catalyst for organic chemical hydride method), 触媒, 2004, 46(6), p510-512, ISSN 05598958.、岡田 佳巳 他, 有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発と水素エネルギー・チェーン構想(Dehydrogenation catalyst development for organic chemical hydride method and hydrogen energy chain vision), 触媒, 2009, 51(6), p496-498, ISSN 05598958.、岡田 佳巳 他, 水素エネルギーの大量長距離貯蔵輸送技術の確立を目指した有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発, 化学工学, 2010, 74(9), p468-470, ISSN 03759253.、岡田 佳巳 他, 水素貯蔵・輸送における有機ケミカルハイドライド法脱水素触媒の開発 （新春特集 GSCシンポジウム2005）, ファインケミカル, 2006,  35(1), p5-13, ISSN 09136150.を参照して明細書の記載内容を省略する。
【００４３】
このように、第１実施形態に係る水素製造システム２では、水素化装置１４における水素化反応（発熱反応）の反応熱を利用して水電解装置１２における水電解の原料水を蒸発法によって製造する構成としたため、造水に用いられるエネルギーを安定かつ低コストに取得することができる。これにより、原料水の確保が難しい環境（例えば、雨水、河川・湖沼水、地下水などに恵まれない地域）においても安定的な水素製造が可能となる。また、水素製造システム２によれば、再生可能エネルギーに由来する電力が水電解の原料水の製造のために大量に消費されて、水素製造に使用可能な電力量（すなわち、水電解によって得られる水素発生量）が低下するなどの不都合もない。
【００４４】
また、この水素製造システム２は、特に、太陽光、風力、水力などの直接熱源として利用することのない再生可能エネルギーを利用する場合に特に好適である。つまり、水素製造システム２では、直接熱源として利用することのない再生可能エネルギーを利用可能な環境において水素製造を行う場合でも、新たな熱源を準備する必要なく、水素化装置１４における水素化反応の反応熱を利用して安定的な水素製造が可能となるという利点がある。
【００４５】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る水素貯蔵・輸送システム１の概略構成を示すブロック図である。図３では、上述の第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してある。また、第２実施形態については、以下で特に言及する事項を除いて、第１実施形態と同様とする。
【００４６】
第２実施形態に係る水素貯蔵・輸送システム１は、第１実施形態における発電装置１１および水電解装置１２が省略され、新たに炭化水素の水蒸気改質を行う改質装置３１と、改質装置３１からの改質ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる炭酸ガス（ＣＯ２）回収装置３２とが設けられている。
【００４７】
改質装置３１では、メタンを高温（例えば、500℃〜900℃）中の触媒（例えば、ニッケル系触媒）存在下で水蒸気と反応させることにより改質工程が実施される。水蒸気改質は、主として以下の化学反応式（２）、（３）に基づく。
【化２】
2015113240.tif 000004
【００４８】
また、改質ガス中の水素濃度を上げるため、シフト反応により、触媒存在下で一酸化炭素と水蒸気から水素および二酸化炭素が生成される。シフト反応の温度は、シフト反応の反応速度及び生成物の組成比を考慮して適宜設定することができる。ここでは、比較的高温（約３５０〜４２０℃）でのシフト反応および比較的低温（約２００〜３００℃）でのシフト反応の２段階に分けて一酸化炭素の濃度を低下させる。シフト反応は、主として以下の化学反応式（４）に基づく。
【化３】
2015113240.tif 000005
【００４９】
上記のような水蒸気改質プロセスとしては、ＩＣＩ（Imperial Chemical Industries, Ltd.）法やトプソ（Haldor Topsoe）法などの周知の技術を用いることができる。また、シフト反応において、メタンを水素および一酸化炭素を主成分とするガスに転換する方法として部分酸化改質を用いてもよい。
【００５０】
上記改質装置３１での反応に用いられる水は、水素化装置１４の反応熱を利用する造水装置１３から供給される。改質装置３１よって生成された改質ガスは、冷却装置によって冷却された後、気液分離装置によって凝縮水が分離される（ともに図示せず）。凝縮水が分離された後のガスは、炭酸ガス回収装置３２に供給される。
【００５１】
炭酸ガス回収装置３２は、化学吸収法に基づく二酸化炭素分離回収技術を利用した装置である。炭酸ガス回収装置３２は、二酸化炭素を選択的に溶解するアルカノールアミン水溶液を吸収液（吸収剤）として使用する化学吸収法を用いる。吸収液としてのアルカノールアミンとしては、本実施形態ではモノエタノールアミンを使用するが、これに限らずジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノールなどを用いることができる。なお、炭酸ガス回収装置３２において炭酸ガスが除去された後の改質ガス（水素を主成分とする）は、水素化装置１４に供給され、そこで水素化反応に用いられる。
【００５２】
このように、第２実施形態に係る水素製造システム２では、水素化装置１４における水素化反応（発熱反応）の反応熱を利用して改質装置３１での反応に使用する水を蒸発法によって製造する構成としたため、造水に用いられるエネルギーを安定かつ低コストに取得することができ、造水のためのエネルギー源を別途準備する必要がないという利点がある。
【００５３】
なお、第２実施形態における改質装置３１および炭酸ガス回収装置３２を、第１実施形態の構成に付加することも可能である。その場合、造水装置１３は、水電解装置１２および改質装置３１に対して水を供給し、また、水素化装置１４には、水電解装置１２および炭酸ガス回収装置３２からの水素が供給される。
【００５４】
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上述の実施形態に示した本発明に係る水素製造システム及びこれを備えた水素貯蔵・輸送システム並びに水素製造方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。また、上述の実施形態に示した複数の装置の機能を有する複合的な装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１  水素貯蔵・輸送システム
２  水素製造システム
３  脱水素システム
１１  発電装置
１２  水電解装置
１３  造水装置
１４  水素化装置
１５  第１ＭＣＨ貯蔵装置
２１  第２ＭＣＨ貯蔵装置
２２  脱水素反応装置
２３  トルエン貯蔵装置
３１  改質装置
３２  炭酸ガス回収装置
【図１】
2015113240.tif 000006
【図２】
2015113240.tif 000007
【図３】
2015113240.tif 000008