(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器と、当該ＣＯ変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び前記圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転して前記ガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記圧送装置を駆動させた状態で、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程と、前記圧送装置及び前記加熱手段を駆動させて昇温する昇温工程とを順次行い、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設け、
前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行い、且つ、前記絞り部を前記絞り解除状態に切り換えて、前記昇温工程を行う水素製造装置の運転方法。
【請求項２】
前記返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路とを並列に設け、
前記絞り部が、前記第１返送路に設けた第１開閉弁を開き且つ前記第２返送路に設けた第２開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする前記絞り状態と、少なくとも前記第２返送路に設けた第２開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする前記絞り解除状態とに切り換える請求項１に記載の水素製造装置の運転方法。
【請求項３】
前記閉循環回路内における内圧を検知する圧力検知部を備え、前記起動運転を行う際に、前記圧力検知部の検知圧力が所定圧力よりも低い場合に、前記パージガス供給路からパージガスを前記閉循環回路内に供給する請求項１または２に記載の水素製造装置の運転方法。
【請求項４】
前記パージガスが水素精製部で精製され、製品タンクに貯留された水素ガスである請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素製造装置の運転方法。
【請求項５】
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器と、当該ＣＯ変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び圧送装置を停止する停止運転と、を順に行う制御装置を設けてある水素製造装置であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記制御装置は、前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記制御装置は、前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転して前記ガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記圧送装置を駆動させた状態で、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程と、前記圧送装置及び前記加熱手段を駆動させて昇温する昇温工程とを順次を行い、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けて、
前記制御装置が、前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行い、且つ、前記絞り部を前記絞り解除状態に切り換えて、前記昇温工程を行う水素製造装置。
【請求項６】
前記返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路とを並列に設け、
前記絞り部が、前記第１返送路に設けた第１開閉弁を開き且つ前記第２返送路に設けた第２開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする前記絞り状態と、少なくとも前記第２返送路に設けた第２開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする前記絞り解除状態とに切り換える請求項５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、原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器と、当該ＣＯ変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
脱硫器と改質器とＣＯ変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法および水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、天然ガスや都市ガス等を原料ガスとして、水素を現場（オンサイト）で製造する水素製造装置の開発が行われている。このような水素製造装置は、工業用途として、鋼板等の金属の光輝焼鈍やガラス製造に利用される他、燃料電池自動車に水素を補給する水素ステーションとして、中部国際空港島内等へ設置されている。
当該水素製造装置の一例として、圧送装置により圧送される原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱して改質ガスを得る改質器と、当該改質器からの改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素リッチガスを得るＣＯ変成器と、当該水素リッチガスから水素以外の不純物を分離して水素を精製する水素精製部（たとえば、ＰＳＡ方式を用いた装置）とを備えたものが知られている。
【０００３】
当該水素精製装置にて、水素を製造する際には、脱硫器を２００〜３００℃程度に、改質器を７００〜８００℃程度に、ＣＯ変成器を２００〜４５０℃程度に維持する必要があるため、たとえば、外部から供給される燃料ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）を燃焼して改質器の触媒を昇温させる加熱装置を備え、昇温された改質器の触媒を通過して昇温された比較的高温の改質ガスを、ＣＯ変成器に導くことで当該ＣＯ変成器を昇温させるとともに、当該ＣＯ変成器に併設する脱硫器をも昇温させるように構成されている。
また、他の水素製造装置として、原料ガスに水蒸気を混合し加熱して改質ガスを得る改質器と、当該改質ガスを昇圧させる昇圧装置と、昇圧された改質ガスを水素と水素以外のオフガスとに分離するＰＳＡ式の水素精製部と、を備えたものが知られている（特許文献１を参照）。
【０００４】
水素製造装置においては、その起動時におけるタイムロスを低減することが、一つの技術的課題として広く認識されており、例えば、当該特許文献１に開示の水素製造装置では、脱硫器と改質器とＣＯ変成器とにガスを循環する閉循環回路を形成し、起動運転時に閉循環回路内にガスを循環させ、当該ガスを昇温した後、水素精製部にて水素精製運転を開始する構成とされている。これにより、水素精製部の起動時におけるタイムロスを軽減するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９９９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に開示の水素製造装置において水素精製運転および改質器の運転を停止する前には、閉循環回路のガスが水素リッチガスに置換され、当該閉循環回路内に水素リッチガスを充てんするパージ工程が行われる。当該パージ工程では、閉循環回路内に水素リッチガスが充填されることになるため、閉循環回路内の圧力は水素リッチガスの供給圧力の影響を大きく受けて、通常、比較的低圧状態（たとえば０．２ＭＰａＧ程度）となる。
【０００７】
閉循環回路内の圧力が比較的低圧状態となると、改質器における加熱手段により加熱されて閉循環回路内の熱搬送媒体となりえるガス量も少ない状態となる。すると、加熱手段により与えられる熱を、脱硫器、ＣＯ変成器まで、十分に運搬するのにより多くの時間を要することになる。そのため、脱硫器、ＣＯ変成器を迅速に昇温することが求められていた。
【０００８】
したがって、本発明は、水素製造装置の作動停止後、再度、水素製造装置を起動する場合に、迅速に脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を加熱する技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明に係る水素製造装置の運転方法の特徴構成は、
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器と、当該ＣＯ変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び前記圧送装置の駆動を停止する停止運転と、を順に行う水素製造装置の運転方法であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転して前記ガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記圧送装置を駆動させた状態で、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程と、前記圧送装置及び前記加熱手段を駆動させて昇温する昇温工程とを順次行い、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設け、
前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行い、且つ、前記絞り部を前記絞り解除状態に切り換えて、前記昇温工程を行う点にある。 
【００１０】
〔作用効果１〕
上記特徴構成によれば、脱硫器と改質器とＣＯ変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けてあるので、加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給し、水素精製部にて水素ガスを精製する水素精製運転を行うことができる。
【００１１】
また、ガス流通路における圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設けてあるので、加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行うことができ、閉循環回路内のガスをパージガスに置換することができる。これにより、パージガスを水素等の一般的に水素精製に不都合を生じにくいガスとしておくことで、ガス供給路に通じる各所において、原料ガスの改質により生じた一酸化炭素ガス等の拡散による悪影響を抑制することができる。
【００１２】
更に、ガス流通路に、水素精製部を迂回して脱硫器と改質器とＣＯ変成器との順にガスを返送循環する閉循環回路を設けてあるので、ＣＯ変成器を通過する閉循環回路内のガスを、圧送装置により、水素精製部を迂回して、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器に、再度循環させることができる。
【００１３】
ここで、上述のようにパージ工程を行うと、パージガスが充填されたガス流通路及び閉循環回路の内部圧力が低下する場合があり、当該パージ工程の後に行われる加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転においても、ガス流通路及び閉循環路の内部圧力が低下した状態のままとなる。
そのため、このように内部圧力が低下した状態で、水素精製運転に先立って、加熱手段を駆動してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行っても（加熱手段及び圧送装置を駆動して、パージガスを閉循環回路内に循環搬送しても）、加熱手段によりパージガスに与えられた熱は、脱硫器、ＣＯ変成器に伝達されにくくなり、脱硫器、ＣＯ変成器を十分に加熱するまでにより多くの時間を要することになる。
【００１４】
これに対して、上記特徴構成によれば、水素精製運転に先立って行う、加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、閉循環回路における圧送装置の上流側にパージガス供給路からのパージガス供給を行い、閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う。なお、起動運転では、閉循環回路において再循環されたガスが、改質器の加熱手段から得た熱量をＣＯ変成器、脱硫器に順次伝達する。
このように、起動運転において昇圧工程を行うと、パージ工程において低下した閉循環回路の内部圧力を昇圧することができるので、閉循環回路内を流通するガス量を増加させることができ、加熱手段によりパージガスに与えられた熱を、パージガスにより効率よく運搬し、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器に伝達することができる。したがって、起動運転において、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を昇温するのに必要な熱が加熱手段より効率よく供給されるようになって、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を迅速に昇温できるようになった。
【００１５】
また、昇圧工程にあたっては、閉循環回路にパージガス供給路からのパージガス供給を行うことにより、圧送装置の圧送力を利用して閉循環回路内を昇圧できるので、従来から水素製造装置に備わっている構成を有効利用して昇圧できる。
【００１６】
したがって、パージ工程及び停止運転を行った後、再度、水素精製運転を行う際に、迅速に装置全体を加熱でき、水素製造装置を素早く起動できるようになり、速やかに水素精製運転を行うことができ、迅速な水素の供給および製造を可能とする水素製造装置の運転方法を実現できる。
【００１８】
また、上記特徴構成によれば、閉循環回路における水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けるので、絞り部を流路抵抗を大とする絞り状態に切り換えた状態で、ガスを圧送装置により閉循環回路に流通させると、当該絞り部において圧力損失を受けて、当該閉循環回路において絞り部よりも上流側の圧力を下流側の圧力に比べて昇圧できるようになる。
また、閉循環回路において絞り部の上流側が下流側に比べて昇圧されると、絞り部の下流側は、絞り部の上流側に比べて低圧状態となるから、絞り部の下流側において製品タンクからパージガス供給路を経てガス流通路にパージガスが移動するのを補助して、パージガスの供給を促進することができる。そのため、起動運転における昇圧工程において、パージガスを容易に昇圧して供給することができ、簡便に十分な圧力まで昇圧できるとともに、閉循環回路の熱運搬効率を高く維持できるので、水素精製運転の再開を迅速にできる。
〔構成２〕
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路とを並列に設け、
前記絞り部が、前記第１返送路に設けた第１開閉弁を開き且つ前記第２返送路に設けた第２開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする前記絞り状態と、少なくとも前記第２返送路に設けた第２開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする前記絞り解除状態とに切り換える点にある。
【００１９】
〔構成３〕
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記閉循環回路内における内圧を検知する圧力検知部を備え、前記起動運転を行う際に、前記圧力検知部の検知圧力が所定圧力よりも低い場合に、前記パージガス供給路からパージガスを前記閉循環回路内に供給する点にある。
【００２０】
〔作用効果３〕
このように構成すると、起動運転時における閉循環回路内の圧力を、所定圧力よりも高い状態に維持できる。そのため、熱搬送効率が十分高い状態を維持しながら起動運転を行えることになり、起動運転に要する時間の短縮を図ることができる。
【００２１】
〔構成４〕
また、本発明に係る水素製造装置の運転方法のさらなる特徴構成は、
前記パージガスが水素精製部で精製され、製品タンクに貯留された水素ガスである点にある。
【００２２】
〔作用効果４〕
パージガスが水素ガスであると、起動運転時に昇圧工程を行い迅速に昇温された後に、パージガス供給路から水素精製部に供給されるガスが水素ガスとなるから、水素精製部の起動時に速やかに水素精製部より水素を製造できるようになる。また、この水素ガスとして、水素精製部で精製され、製品タンクに貯留されたた水素ガスを利用することにより、パージガスを容易に調達できるとともに、別途用意するのに比べて水素精製部から製品タンクに製品水素を導く配管を有効に利用してパージガス供給路を構成することができる。
【００２３】
また、本発明に係る水素製造装置の特徴構成は、
原料ガスを脱硫する脱硫器と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段により加熱して改質ガスを得る改質器と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器と、当該ＣＯ変成器にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部とを設け、
前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器と前記水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けるとともに、ガス流通路にガスを流通させる圧送装置を設けておき、
前記加熱手段及び前記圧送装置を駆動させて前記ガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、前記加熱手段及び圧送装置を停止する停止運転と、を順に行う制御装置を設けてある水素製造装置であって、
前記水素精製部を迂回して前記脱硫器と前記改質器と前記ＣＯ変成器との順に前記圧送装置によりガスを返送循環する閉循環回路を前記ガス流通路に設け、前記ガス流通路における前記圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設け、
前記制御装置は、前記停止運転の前に、前記ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、前記ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
前記制御装置は、前記水素精製運転に先立って行う、前記加熱手段を運転して前記ガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、前記圧送装置を駆動させた状態で、前記閉循環回路に前記パージガス供給路からのパージガス供給を行い、前記閉循環回路内を昇圧する昇圧工程と、前記圧送装置及び前記加熱手段を駆動させて昇温する昇温工程とを順次を行い、
前記閉循環回路における前記水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路に、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部を設けて、
前記制御装置が、前記絞り部を前記絞り状態に切り換えて、前記昇圧工程を行い、且つ、前記絞り部を前記絞り解除状態に切り換えて、前記昇温工程を行う点にある。 
【００２４】
〔作用効果５〕
上記特徴構成によれば、脱硫器と改質器とＣＯ変成器と水素精製部とに亘ってガスを流通するガス流通路を設けてあるので、制御装置は、加熱手段及び圧送装置を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給し、水素精製部にて水素ガスを精製する水素精製運転を行うことができる。
【００２５】
また、ガス流通路における圧送装置の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路を設けてあるので、制御装置は、加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行うことができ、閉循環回路内のガスをパージガスに置換することができる。これにより、パージガスを水素等の一般的に水素精製に不都合を生じにくいガスとしておくことで、ガス供給路に通じる各所において、原料ガスの改質により生じた一酸化炭素ガス等の拡散による悪影響を抑制することができる。
【００２６】
更に、ガス流通路に、水素精製部を迂回して脱硫器と改質器とＣＯ変成器との順にガスを返送循環する閉循環回路を設けてあるので、ＣＯ変成器を通過する閉循環回路内のガスを、圧送装置により、水素精製部を迂回して、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器に、再度循環させることができる。
【００２７】
ここで、上述のようにパージ工程を行うと、パージガスが充填されたガス流通路及び閉循環回路の内部圧力が低下する場合があり、当該パージ工程の後に行われる加熱手段及び圧送装置の駆動を停止する停止運転においても、ガス流通路及び閉循環路の内部圧力が低下した状態のままとなる。
そのため、このように内部圧力が低下した状態で、水素精製運転に先立って、加熱手段を駆動してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行っても（加熱手段及び圧送装置を駆動して、パージガスを閉循環回路内に循環搬送しても）、加熱手段によりパージガスに与えられた熱は、脱硫器、ＣＯ変成器に伝達されにくくなり、脱硫器、ＣＯ変成器を十分に加熱するまでにより多くの時間を要することになる。
【００２８】
これに対して、上記特徴構成によれば、制御装置は、水素精製運転に先立って行う、加熱手段を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、閉循環回路における圧送装置の上流側にパージガス供給路からのパージガス供給を行い、閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う。なお、起動運転では、閉循環回路において再循環されたガスが、改質器の加熱手段から得た熱量をＣＯ変成器、脱硫器に順次伝達する。
このように、起動運転において昇圧工程を行うと、パージ工程において低下した閉循環回路の内部圧力を昇圧することができるので、閉循環回路内を流通するガス量を増加させることができ、加熱手段によりパージガスに与えられた熱を、パージガスにより効率よく運搬し、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器に伝達することができる。したがって、起動運転において、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を昇温するのに必要な熱が加熱手段より効率よく供給されるようになって、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を迅速に昇温できるようになった。
【００２９】
また、昇圧工程にあたっては、閉循環回路にパージガス供給路からのパージガス供給を行うことにより、圧送装置の圧送力を利用して閉循環回路内を昇圧できるので、従来から水素製造装置に備わっている構成を有効利用して昇圧できる。
【００３０】
したがって、パージ工程及び停止運転を行った後、再度、水素精製運転を行う際に、迅速に装置全体を加熱でき、水素製造装置を素早く起動できるようになり、速やかに水素精製運転を行うことができ、迅速な水素の供給および製造を可能とする水素製造装置を実現できる。
【００３１】
〔構成６〕
また、本発明に係る水素製造装置のさらなる特徴構成は、
前記返送路に、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路とを並列に設け、
前記絞り部が、前記第１返送路に設けた第１開閉弁を開き且つ前記第２返送路に設けた第２開閉弁を閉じて前記返送路の流路抵抗を大とする前記絞り状態と、少なくとも前記第２返送路に設けた第２開閉弁を開いて前記返送路の流路抵抗を小とする前記絞り解除状態とに切り換える点にある。 
【００３２】
〔作用効果６〕
上記特徴構成によると、水素精製部を迂回してガスを返送循環する返送路として、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路と、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路とを並列に設けてあるから、第１返送路に設けた第１開閉弁を開き且つ第２返送路に設けた第２開閉弁を閉じて返送路の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも第２返送路に設けた第２開閉弁を開いて返送路の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換えることができる。これにより、各流路の単純な開閉動作により、効率よく絞り状態と絞り解除状態とを切り換えて、絞り状態において昇圧工程を行うことができる。また、絞り状態において、単純に返送路を閉鎖するのではなく、ある程度の閉循環回路内のガスを循環させておくことができる。そのため、絞り状態においても、返送路にはパージガスの流れが維持されることになり、閉循環回路を脱硫器、改質器、ＣＯ変成器の順にガスが流れるのを整流する効果が得られる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、水素製造装置の作動停止後、再度、水素製造装置を起動する場合に、迅速に脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を加熱することのできる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】水素製造装置の概略構成図であって、水素精製運転中のガスの流通状態を示す図
【図２】改質部のパージ工程中のガスの流通状態を示す図
【図３】起動運転（昇圧工程）中のガスの流通状態を示す図
【図４】起動運転（昇温工程）中のガスの流通状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施形態に係る水素製造装置を説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３６】
〔水素製造装置〕
本実施形態に係る水素製造装置１００を、図１〜４に示す。図中、原料ガス等の各種ガスが流通している流通路については太線で示し、流通していない流通路については細線で示している。また、流通路を開閉するバルブに関し、開放状態にあるものは白抜きで示し、閉止状態にあるものは黒塗りで示している。
【００３７】
本実施形態に係る水素製造装置１００は、図示するように、
圧送装置１１により圧送される炭化水素を含む原料ガス（例えば、メタンを主成分とする都市ガス１３Ａ）を脱硫する脱硫器１２と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段１４により加熱して改質ガスを得る改質器１３と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器１７と、を設けた改質部１０を備え、
当該ＣＯ変成器１７にて処理された後の変成ガスから水素以外の不純物を分離して水素ガスを精製する水素精製部２２と、製品タンク２３およびオフガスタンク２１と、を設けた水素分離部２０を備え、
圧送装置１１、脱硫器１２、改質器１３、ＣＯ変成器１７及び水素精製部２２にガスを記載の順序で流通させるガス流通路を備え、
ガス流通動作を制御する切換装置として機能し、後述の水素精製部２２を構成するＰＳＡ装置のバルブ開閉動作を含めて、水素製造装置１００全体の動作をプログラムに基づいて制御する制御装置３０を備えている。
また、水素精製部２２を迂回して脱硫器１２と改質器１３とＣＯ変成器１７との順に圧送装置１１によりガスを返送循環する返送路Ｌ１０を備えた閉循環回路Ｃをガス流通路に設け、製品タンク２３からガス流通路における圧送装置１１の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路Ｌ１１を設けて構成する。
制御装置３０は、加熱手段１４及び圧送装置１１を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転と、加熱手段１４及び圧送装置１１を停止する停止運転と、を順に行う。
制御装置３０は、停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行い、
制御装置３０は、水素精製運転に先立って行う、加熱手段１４を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転において、閉循環回路Ｃにパージガス供給路Ｌ１１からのパージガス供給を行い、閉循環回路内を昇圧する昇圧工程を行う。
【００３８】
〔改質部〕
上述のように、改質部１０は、圧送装置１１により圧送される炭化水素を含む原料ガス（例えば、メタンを主成分とする都市ガス１３Ａ）を脱硫する脱硫器１２と、脱硫後の原料ガスを水蒸気との混合状態で加熱手段１４により加熱して改質ガスを得る改質器１３と、改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器１７とを設けて構成される。
【００３９】
〔脱硫器〕
改質部１０は、ガス流通路を構成する第１流路Ｌ１より圧縮機等からなる圧送装置１１にて圧縮された原料ガスの供給を受け、その原料ガスを脱硫する脱硫器１２を備える。
脱硫器１２には、Ｎｉ−Ｍｏ系、ＺｎＯ系等の脱硫触媒が充填されており、当該脱硫触媒により、原料ガス中の付臭剤等の硫黄成分を除去している。これにより、原料ガスを、改質器１３に充填された改質触媒を劣化させにくい性状としている。
【００４０】
〔改質器〕
脱硫後の原料ガスはガス流通路を構成する第２流路Ｌ２により改質器１３に供給される。改質器１３は、改質器１３に充填される改質触媒（例えば、ニッケル系触媒）を触媒活性温度に維持するべく、外部から供給される燃料ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）を燃焼させて改質触媒を加熱するバーナ装置等からなる加熱手段１４を備えている。
改質器１３に原料ガスを供給する第２流路Ｌ２には、純水をその排ガスの熱により加熱する第１熱交換器１５にて加熱され気化した水蒸気と原料ガスとを混合する混合部１６が設けられており、原料ガスへの水蒸気の混合を促進している。改質器１３では、水蒸気の混合された原料ガスを加熱し、改質触媒により改質して改質ガスを得る。
【００４１】
〔ＣＯ変成器〕
改質器１３で得られた改質ガスは、ガス流通路を構成する第３流路Ｌ３により改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させるＣＯ変成器１７に供給される。ＣＯ変成器１７には、一酸化炭素変成触媒が充填され、改質ガス中の一酸化炭素が水蒸気と反応して水素と二酸化炭素に変換される。一酸化炭素変成触媒としては、高温用、中温用、低温用があり、運転温度に応じて適当なものが使用される。運転温度が３００〜４５０℃の高温用触媒としては、例えば、鉄−クロム系触媒が挙げられ、運転温度が１８０〜４５０℃の中温用触媒、および、１９０〜２５０℃の低温用触媒としては、例えば、銅−亜鉛系触媒が挙げられる。また、これら高温用、中温用、低温用の触媒は、２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４２】
当該ＣＯ変成器１７での反応により、改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素およびメタンを含むとともに、その水素濃度が６４〜９６体積％の混合された変成ガスとなり、約３００℃程度でＣＯ変成器１７より排出され、第４流路Ｌ４を経由して第２熱交換器１８にて冷却水と熱交換して降温した後、さらに、気液分離部１９にて水蒸気等が除去され、第５流路Ｌ５を経由して水素分離部２０に導かれる。
【００４３】
〔閉循環回路〕
また、第５流路Ｌ５には、水素精製部２２を迂回して脱硫器１２と改質器１３とＣＯ変成器１７との順に圧送装置１１によりガスを返送循環する返送路Ｌ１０を分岐して設けて、第１流路Ｌ１〜第５流路Ｌ５、返送路Ｌ１０により、ＣＯ変成器１７を通過したガスを、脱硫器１２、改質器１３、ＣＯ変成器１７、圧送装置１１に返送循環する閉循環回路Ｃを形成可能に構成してある。これにより、ＣＯ変成器１７を通過したガスを、水素精製部２２を迂回して圧送装置１１の上流側に返送可能となっている。
また、ガス流通路における圧送装置１１の上流側にパージガスを供給するパージガス供給路Ｌ１１を設けて、ガス流通路における圧送装置１１の上流側にパージガスを供給自在に構成してある。具体的には、パージガス供給路Ｌ１１は、製品タンク２３と返送路Ｌ１０における後述の絞り部Ｓの下流側で且つ圧送装置１１の上流側の箇所とに接続される。
【００４４】
返送路Ｌ１０には、流路抵抗を大とする流路断面積の小さな第１返送路Ｌ１０ｂと、流路抵抗を小とする流路断面積の大きな第２返送路Ｌ１０ａとが並列に設けられている。
第１返送路Ｌ１０ｂには第１開閉弁Ｖ１０ｂが設けられ、第２返送路Ｌ１０ａには第２開閉弁Ｖ１０ａが設けられ、第１開閉弁Ｖ１０ｂを開き且つ第２開閉弁Ｖ１０ａを閉じて返送路Ｌ１０の流路抵抗を大とする絞り状態と、少なくとも第２返送路Ｌ１０ａに設けた第２開閉弁Ｖ１０ａを開いて返送路Ｌ１０の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部Ｓを設けて構成してある。これにより、返送路Ｌ１０を、流路抵抗を大とする絞り状態と、流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換えることができる。
【００４５】
なお、通常、脱硫器１２における脱硫反応は発熱反応であり、ＣＯ変成器１７におけるＣＯ変成反応は、吸熱反応であるため、これらを一体の反応容器に格納することにより、互いに熱交換可能に構成して反応効率の向上を図ることができる。
【００４６】
〔水素分離部〕
水素分離部２０は、改質部１０にて改質された改質ガスから水素以外の不純物を分離すべく、圧力スイング式吸着法（以下、ＰＳＡ法等と略称することがある）を実行可能な、複数（当該実施形態では３つ）の吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備えたＰＳＡ装置からなる水素精製部２２と、製品タンク２３と、オフガスタンク２１とを備えている。
【００４７】
〔水素精製部〕
水素精製部２２における各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、吸着材としてゼオライト系吸着材、活性炭、シリカゲルなどを組み合わせたものが充填されている。各吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃでは、通常のＰＳＡ法と同様に、吸着工程、減圧工程、パージ工程、および昇圧工程のプロセスを、複数の吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃで位相を異ならせて実行することにより、連続的に水素リッチガスを第６流路Ｌ６に製品水素として供給可能に構成されている。詳細な説明は省略するが、上述のプロセスは、制御装置３０により、特に複数の吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続される各流通路に設けられる複数のバルブ（図示略）の開閉を行って、順次実行される。
なお、図１では、吸着塔２０ａに変成ガスを流通して製品水素を得る吸着工程が行われている状態を示している。
【００４８】
水素精製部２２にて精製された、水素濃度が９５〜９９．９９９９体積％の水素リッチガスは、第６流路Ｌ６のバルブＶ６を介して、製品水素として供給される。製品水素は、一旦製品タンク２３に貯留されたのち水素使用箇所へ安定供給される。また、閉循環回路Ｃ内において圧送装置１１の上流側とパージガス供給路Ｌ１１の接続箇所の下流側との間の内圧を検知する圧力検知部Ｐが、設けられている。圧力検知部Ｐは、製品タンク２３からパージガス供給路Ｌ１１を介して返送路Ｌ１０に供給されたパージガスとしての水素ガス、及び、閉循環回路Ｃの返送路Ｌ１０内を流通するガスとの混合流体の圧力を検知する。なお、製品タンク２３内の圧力は、例えば、約０．５ＭＰａＧとされている。
一方、水素分離部２０で水素が分離された後のオフガスは、水素分離部２０に第７流路Ｌ７のバルブＶ７を介して接続されたオフガスタンク２１に一時貯留される。オフガスタンク２１に貯留されたオフガスは、水素、メタン等の可燃性ガスを含むため、適宜、オフガス流通路Ｌ８を介して加熱手段１４へ導かれ、燃料ガスとして用いられる。
図１では、製品水素である水素リッチガス側の流れのみを示しているが、製品水素の送出と、オフガスの送出は、異なった吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃを対象として、同時に行われるタイミングが存在する。
【００４９】
〔水素精製運転〕
上述の構成により、本実施形態に係る水素製造装置１００にあっては、後述の起動運転の後、図１に示すように、バルブＶ１、Ｖ５、Ｖ６を開成するとともに、第２開閉弁Ｖ１０ａを閉成するとともに第１開閉弁Ｖ１０ｂを開成し、加熱手段１４及び圧送装置１１を駆動させて、圧送装置１１による原料ガス供給を行う。
これにより、原料ガスは、バルブＶ１を通過した後、圧送装置１１にて圧送され、第１流路Ｌ１を流通して脱硫器１２に導かれ脱硫され、水蒸気を混合する混合部１６が設けられる第２流路Ｌ２を介して改質器１３に導かれて改質され、第３流路Ｌ３を流通してＣＯ変成器１７で変成され、第２熱交換器１８が配設される第４流路Ｌ４を介して気液分離部１９に導かれた後、第５流路Ｌ５を介して水素分離部２０に導いて水素精製運転を実行可能に構成される。水素精製運転時には、上記ＰＳＡ装置（水素精製部２２）により、水素精製部２２が水素以外の不純物を吸着除去する吸着材を用いた圧力揺動吸着運転により水素精製を行う。また、水素精製運転時には、第１開閉弁Ｖ１０ｂを開成しているから、ＣＯ変成器１７を通過して水素含有率の高められたガスの一部が、常時、脱硫器１２に供給される状態となっており、脱硫器１２における触媒の再生を図るようになっている。なお、ここでは、制御装置３０が、各バルブＶ１〜Ｖ１２の開閉制御を行う構成をもって、加熱手段１４及び圧送装置１１を駆動させてガス流通路に原料ガスを供給する水素精製運転を実行する状態と、圧送装置１１及び改質器１３の加熱手段１４の駆動を停止する停止運転を実行する状態とを切り換える。
【００５０】
〔停止運転〕
水素精製運転状態にある水素製造装置１００を運転停止する場合には、改質器１３の加熱手段１４及び圧送装置１１の駆動を停止する。
そして、停止運転の前に、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程を行う。パージ工程においては、水素精製部２２のパージ工程と改質部１０のパージ工程とを行う。
【００５１】
〔水素精製部のパージ工程〕
水素製造装置１００の稼働を停止する際には、まず第６流路Ｌ６のバルブＶ６および第７流路Ｌ７におけるバルブＶ７を開成し、第５流路Ｌ５のバルブＶ５を閉成する。その後、返送路Ｌ１０の第２開閉弁Ｖ１０ａを開成するとともに、原料供給路のバルブＶ１を閉成することによって、上記閉循環回路Ｃを形成し、水素精製部２２に対して製品タンク２３から水素ガスをパージガスとして供給する。製品タンク２３から水素精製部２２への水素ガス供給は、水素精製運転時に脱圧再生を行っておらず、次に水素精製運転を再開する場合に、最初に吸着工程を行う吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対して水素供給を行うとともに、吸着塔２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内部のガスをオフガスタンク２１に回収する、もしくは廃棄する。
【００５２】
このような構成により、水素精製部２２の内部を水素ガスに置換しておくと、吸着塔内の空隙ガスは純度の高い水素ガスの充填された状態に維持される。よって、そのまま水素精製部２２の動作を停止させた場合には、吸着材にいったん吸着した水素ガス以外の雑ガスが拡散して、製品ガスの純度を低下させるというような状態が生じにくくなり、水素精製部２２の運転を再開した場合にも、速やかに高濃度の水素を供給できる状態で待機できることになる。
【００５３】
〔改質部のパージ工程〕
水素製造装置１００を長期にわたって（たとえば数日程度）停止する場合には、上述した水素精製部２２のパージ工程を行った後、改質部１０において、ガス流通路内のガスをパージガスに置換し、且つ、ガス流通路内にパージガスを充填するパージ工程（改質部のパージ工程）を行う。改質部１０におけるパージ工程は、図２に示すように、改質部１０に対する原料ガスの供給を停止して、バルブＶ１、Ｖ５、Ｖ７を閉成し、バルブＶ１１、Ｖ１２を開成したのち、第１開閉弁Ｖ１０ｂ及び第２開閉弁Ｖ１０ａを閉成して、改質部１０に製品タンク２３からパージガス供給路Ｌ１１及び返送路Ｌ１０を介してパージガスとしての水素ガス（０．５ＭＰａＧ程度）を供給する。改質部１０のパージ工程では、改質部１０内部のガスは開成されたバルブＶ１２を介して外部に排気する。その後、改質器１３の加熱手段１４による加熱や、水蒸気の供給、さらには、圧送装置１１の駆動も停止して、装置全体を停止状態とする。改質部１０のパージ工程が行われた後の停止運転では、閉循環回路Ｃの内部圧力は、０．２ＭＰａＧ程度となっている。
【００５４】
〔起動運転〕
装置全体が停止状態になったのち、再度、水素精製運転を再開する場合には、水素精製運転に先立って、改質器１３の加熱手段１４を運転してガス流通路内のガスを昇温させる起動運転を行う。起動運転において、閉循環回路Ｃにパージガス供給路Ｌ１１からのパージガス供給を行って、閉循環回路Ｃ内の圧力を水素製造装置１００の運転停止時の圧力（例えば、０．２ＭＰａＧ程度）よりも高くする昇圧工程（例えば、０．７ＭＰａＧ〜１．０ＭＰａＧ程度）を行い、その昇圧工程と干渉しないタイミングで、改質器１３を加熱手段１４により加熱する昇温工程を開始する。
【００５５】
〔昇圧工程〕
起動運転において、昇圧工程は、製品タンク２３からのパージガスとしての水素ガス（０．５ＭＰａＧ程度）を、パージガス供給路Ｌ１１からガス流通路における圧送装置１１の上流側に供給する。この時、図３に示すように、バルブＶ１、Ｖ５、Ｖ１２を閉成し、バルブＶ１１を開成し、第１開閉弁Ｖ１０ｂを閉成し、第２開閉弁Ｖ１０ａを開成することにより、返送路Ｌ１０（絞り部Ｓ）の流路抵抗を小とする絞り解除状態として、パージガスの供給によりガス流通路内の圧力が製品タンク２３の内圧で昇圧可能な範囲では、製品タンク２３の内圧によりガス流通路にパージガスが供給される。パージガスによるガス流通路の内圧がある程度上昇すると、第１開閉弁Ｖ１０ｂを開成し、第２開閉弁Ｖ１０ａを閉成することにより、返送路Ｌ１０の流路抵抗を大とする絞り状態として、圧送装置１１によりパージガスをガス流通路内に供給して昇圧する。具体的には、製品タンク２３からのパージガス供給を持続した状態で、圧送装置１１の動作を開始することにより閉循環回路Ｃ内の絞り部Ｓよりも上流側で且つ圧送装置１１の下流側の内圧を上昇することができる。このとき、絞り部Ｓの下流側で且つ圧送装置１１の上流側は、絞り部Ｓの上流側に比べて低圧状態となるから、絞り部Ｓの下流側において製品タンク２３からパージガス供給路Ｌ１１を経て閉循環回路Ｃにパージガスが移動するのを補助して、パージガスの供給を促進することができる。
【００５６】
この時、昇圧は返送路Ｌ１０に設けた圧力検知部Ｐの検知圧力に基づいて行われ、制御装置３０は、検知圧力が、所定圧よりも低い場合には、パージガス供給路Ｌ１１からパージガスを閉循環回路Ｃ内に供給する制御を行う。具体的には、水素精製運転時、ガス流通路には、０．５ＭＰａＧの原料ガスが供給され、停止運転後パージ工程において閉循環回路Ｃ内は大気圧に近い圧力（０．２ＭＰａＧ）となるが、昇圧工程において０．７ＭＰａＧにまで昇圧される。
【００５７】
〔昇温工程〕
その後、ガス流通路内のガスを閉循環回路Ｃ内に循環させ、加熱手段１４に燃料ガスを供給して改質部１０の加熱を開始する。具体的には、図４に示すように、第１開閉弁Ｖ１０ｂを閉成し、第２開閉弁Ｖ１０ａを開成することにより、返送路Ｌ１０の流路抵抗を小とする絞り解除状態の閉循環回路Ｃを形成し、圧送装置１１により閉循環回路Ｃ内のパージガスを循環させる。
【００５８】
すると、加熱手段１４により改質器１３に与えられた熱は、パージガスに伝達され、閉循環回路Ｃ内を循環しつつ、ＣＯ変成器１７、脱硫器１２の順に熱を供給する。これにより改質部１０全体（特に、ＣＯ変成器１７）の昇温が図られるとともに、原料ガスの改質が迅速に行われ、水素分離部２０において水素精製運転を開始できる状態とすることができる。具体的には、昇圧運転を行うことなく起動運転を行った場合、起動運転開始から昇温の完了まで３時間４５分の時間を要するところ、本実施形態に係る起動運転（昇圧運転有り）を行ったところ２時間３０分で昇温が完了できることが分かった。
【００５９】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、原料ガスとして、都市ガスを用いる例を示したが、例えば、他の例としては、ガス状炭化水素から最終沸点２４０℃程度の重質ナフサ等も用いることができる。
【００６０】
（２）圧送装置１１の場所、熱交換器の配置等については、上記実施形態の配置に限らず、種々公知のものを採用することができる。すなわち、図１、２においては、圧送装置１１を脱硫器１２よりも上流側（原料供給側）に設けたが、改質器１３の下流側にあってもよく、要するに水素精製運転において原料ガスを搬送でき、かつ、閉循環回路Ｃでガスを流通自在に設けられていればよい。また、圧送装置１１は複数あってもよい。また、脱硫器１２と、ＣＯ変成器１７とが熱交換するように配置したが、別々に設けてあってもよい。
【００６１】
（３）また、水素精製部２２としてはＰＳＡ装置を用いたが、膜分離装置や、深冷分離装置等種々の水素精製装置を単数あるいは複数組み合わせて設けることができる。また、ＰＳＡ装置の型式についても、３塔式のものを図示しているが、これに限らず２塔、あるいは４塔以上の構成であってもよく、その運転形態についても任意のものを採用することができる。
【００６２】
（４）上記実施形態では、パージガスを製品タンク２３からの水素ガスとしたが、水素ガスに限るものではなく、別途設けられる水素タンクから水素ガスを供給する形態でもよく、水素精製部２２から供給される水素ガスをそのまま用いる形態であってもよい。ただし、製品タンク２３を用いると、パージガスとしての水素を安定供給できるとともに、既存の配管に追加してパージガス供給路Ｌ１１を設けるだけでよいから、装置構成を比較的簡略化できるので好ましい。さらに水素に代えて不活性ガスを用いることもできる。ただし、不活性ガス等水素ガス以外のガスを用いた場合、起動運転後、水素精製運転の開始時に、不活性ガスが排出されるのに要する期間、水素精製部２２において水素精製が行われないことになるので、水素ガスを用いることが好ましい。
【００６３】
（５）上記実施の形態においては、閉循環回路Ｃにおける水素精製部２２を迂回してガスを返送循環する返送路Ｌ１０として、流路断面積の小さな第１返送路Ｌ１０ｂと、流路の大きな第２返送路Ｌ１０ａとを並列に設け、第１返送路Ｌ１０ｂに設けた第１開閉弁Ｖ１０ｂを開き且つ第２返送路Ｌ１０ａに設けた第２開閉弁Ｖ１０ａを閉じて返送路Ｌ１０の流路抵抗を大とする絞り状態と、第１開閉弁Ｖ１０ｂを閉じ且つ第２開閉弁Ｖ１０ａを開いて返送路Ｌ１０の流路抵抗を小とする絞り解除状態とに切り換える絞り部Ｓを構成したが、単一の返送路Ｌ１０に流量調整弁を設けることによって絞り部Ｓを構成することもできる。ただし、絞り状態と、絞り解除状態とを単に弁の開閉切換により切り換えることができること、小流量の絞り状態と、大流量の絞り解除状態とにわたって精度よく流量変更可能な流量調整弁は高価であり、制御も複雑にならざるを得ないという実情から、先の構成が好ましい。また、第２返送路Ｌ１０ｂを設けてあれば、脱硫器１２に脱硫触媒再生用の水素ガスを常時返送する返送路Ｌ１０として機能させることもできる。
また、上記絞り部Ｓにおける絞り解除状態では、少なくとも第２開閉弁Ｖ１０ｂを開いて前記返送路の流路抵抗を小とする構成とすればよく、第１開閉弁Ｖ１０ｂを閉じない構成とすることもできる。
【００６４】
（６）また、上記実施の形態では、起動運転において昇圧工程と、昇温工程とを順次行う形態としたが、昇圧の完了を待たずに加熱を開始することもできるし、同時に開始することもできる。昇圧工程と、昇温工程とを順次行う形態であれば、パージガスの熱膨張等を考慮することなく安全な運転が可能となり、同時に開始すると、迅速な起動運転が可能となる。なお、改質器１３に対する水蒸気の供給時期を考慮すると、昇圧工程においては水蒸気供給を行わず、昇温工程時に水蒸気供給を開始することが好ましいことから、昇圧工程と、昇温工程とは順次行う形態が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の水素製造装置、およびその運転方法は、水素製造装置の作動停止後、再度、水素製造装置を起動する場合に、迅速に脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を加熱する技術として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０      ：改質部
１１      ：圧送装置
１２      ：脱硫器
１３      ：改質器
１３Ａ    ：都市ガス
１４      ：加熱手段
１５      ：第１熱交換器
１６      ：混合部
１７      ：ＣＯ変成器
１８      ：第２熱交換器
１９      ：気液分離部
２０      ：水素分離部
２０ａ    ：吸着塔
２０ｂ    ：吸着塔
２０ｃ    ：吸着塔
２１      ：オフガスタンク
２２      ：水素精製部
２３      ：製品タンク
３０      ：制御装置
１００    ：水素製造装置
Ｃ        ：閉循環回路
Ｌ１〜７  ：第１〜第７流路
Ｌ８      ：オフガス流通路
Ｌ１０    ：返送路
Ｌ１０ａ  ：第１返送路
Ｌ１０ｂ  ：第２返送路
Ｌ１１    ：パージガス供給路
Ｌ１２    ：排気路
Ｐ        ：圧力検知部
Ｓ        ：絞り部
Ｖ１〜１２：バルブ
Ｖ１０ａ  ：第１開閉弁
Ｖ１０ｂ  ：第２開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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