(57)【要約】【課題】コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることができる脱水素化システムを提供する。【解決手段】脱水素化システム３は、脱水素化反応器３０と、脱水素化反応器３０に熱を供給する加熱機構２２とを備える。脱水素化反応器３０は、ＭＣＨを含む原料が内部を流通する反応容器３１Ａ，３１Ｂ、及び、反応容器内に位置しＭＣＨを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒３２Ａ，３２Ｂを有する。脱水素化反応器３０における第１部分３０Ａは、第１熱源４１Ａで所定の加熱温度まで加熱された熱媒体が第１熱交換器４２Ａに供給されて加熱され、第１部分３０Ａよりも原料の流通方向における下流側の第２部分３０Ｂは、第２熱源４１Ｂで第１熱源４１Ａの加熱温度より高い加熱温度まで加熱された熱媒体が第２熱交換器４２Ｂに供給されて加熱される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライドを含む原料が内部を流通する反応容器、及び、前記反応容器内に位置し、前記有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒を有する脱水素化反応器と、
前記脱水素化反応器に熱を供給する加熱部と、を備え、
前記加熱部は、
前記脱水素化反応器における第１部分を加熱する第１加熱部と、
前記脱水素化反応器における前記第１部分よりも前記原料の流通方向における下流側の第２部分を加熱する第２加熱部と、を有し、
前記第２加熱部の加熱温度は、前記第１加熱部の加熱温度よりも高い、脱水素化システム。
【請求項２】
前記反応容器は、第１容器及び第２容器を有し、
前記第１容器は、前記脱水素化反応器における前記第１部分に位置し、
前記第２容器は、前記脱水素化反応器における前記第２部分に位置する、請求項１に記載の脱水素化システム。
【請求項３】
前記第２部分に位置する前記反応容器の内部を流通する前記原料を含む流体の平均流速は、前記第１部分に位置する前記反応容器の内部を流通する前記原料を含む流体の平均流速よりも大きくなるように構成されている、請求項１又は２に記載の脱水素化システム。
【請求項４】
前記第２部分に位置する前記反応容器の内部圧力は、前記第１部分に位置する前記反応容器の内部圧力よりも低くなるように構成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の脱水素化システム。
【請求項５】
前記第２部分に位置する前記反応容器の内部圧力は、前記第１部分に位置する前記反応容器の内部圧力よりも高くなるように構成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の脱水素化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水素化反応を行う脱水素化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の脱水素化システムとしては、供給装置によって供給されるメチルシクロヘキサンを、脱水素化反応器における脱水素化触媒で脱水素化反応させることによって水素を生成するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された脱水素化システムは、脱水素化反応器に熱を供給する加熱機構を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５１８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、脱水素化システムにおいては、原料から水素への転化率のさらなる向上が期待されている。脱水素化反応は吸熱反応であるため、特許文献１に記載された脱水素化システムにおいて転化率を向上させるためには、加熱機構による脱水素化反応器への熱供給を増大させて当該脱水素化反応器の加熱温度を高めることが考えられる。しかし、当該加熱温度を高めると、脱水素化触媒の表面における炭素の析出（コーキング）が発生しやすくなる傾向がある。
【０００５】
本発明は、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることができる脱水素化システム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】
【０００６】
本発明に係る脱水素化システムは、有機ハイドライドを含む原料が内部を流通する反応容器、及び、反応容器内に位置し、有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒を有する脱水素化反応器と、脱水素化反応器に熱を供給する加熱部と、を備え、加熱部は、脱水素化反応器における第１部分を加熱する第１加熱部と、脱水素化反応器における第１部分よりも原料の流通方向における下流側の第２部分を加熱する第２加熱部と、を有し、第２加熱部の加熱温度は、第１加熱部の加熱温度よりも高い。
【０００７】
この脱水素化システムでは、第２加熱部の加熱温度が第１加熱部の加熱温度より高いことにより、第２部分における脱水素化反応の活性を第１部分における脱水素化反応の活性よりも高めることができる。また、第２部分を流通する流体には、第１部分での脱水素化反応により得られた水素が含まれるため、第１部分の加熱温度よりも第２部分の加熱温度を上げても、コーキングの発生を抑制することができる。したがって、本発明によれば、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。
【０００８】
本発明に係る脱水素化システムにおいて、反応容器は、第１容器及び第２容器を有し、第１容器は、脱水素化反応器における第１部分に位置し、第２容器は、脱水素化反応器における第２部分に位置してもよい。このような構成によると、例えば第２部分内に位置する脱水素化触媒が劣化した場合に、第２容器のみを選択的に取り替えることが可能となるため、例えば第２部分の加熱温度をさらに高くして転化率をより向上させつつ、第１容器内に位置する脱水素化触媒を有効活用することが可能となる。
【０００９】
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第２部分に位置する反応容器の内部を流通する原料を含む流体の平均流速は、第１部分に位置する反応容器の内部を流通する原料を含む流体の平均流速よりも大きくなるように構成されていてもよい。このような構成によると、第２部分に位置する反応容器内において、一般的にコーキングが発生し易い領域である境膜の厚さをより薄くすることができるため、コーキングをさらに抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。
【００１０】
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第２部分に位置する反応容器の内部圧力は、第１部分に位置する反応容器の内部圧力よりも低くなるように構成されていてもよい。このような構成によると、コーキングを抑制しつつ転化率をさらに高めることができる。
【００１１】
本発明に係る脱水素化システムにおいて、第２部分に位置する反応容器の内部圧力は、第１部分に位置する反応容器の内部圧力よりも高くなるように構成されていてもよい。このような構成によると、第２部分におけるコーキングをより抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コーキングを抑制しつつ転化率を向上できる脱水素化システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る脱水素化システムを備える水素供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る脱水素化システムの構成を示すブロック図である。
【図３】第２実施形態に係る脱水素化システムの構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は第３実施形態に係る脱水素化システムの一部を示すブロック図であり、（ｂ）は第４実施形態に係る脱水素化システムの一部を示すブロック図である。
【図５】第５実施形態に係る脱水素化システムの一部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る脱水素化システムを備えた水素供給システムの構成を示すブロック図である。図１に示す水素供給システム１００は、供給する水素を生成するための原料として有機ハイドライドを用いるものである。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などによって水素供給システム１００へ輸送することができる。
【００１６】
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、脱水素化触媒を用いて、水素と脱水素化物（不飽和結合を有する有機化合物）とを含む脱水素化反応物に変換することができる。本実施形態では、有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下「ＭＣＨ」とする。）を用いて説明するが、これには限られない。なお、有機ハイドライドを生成するために使用される水素としては、例えば、製油所等で大量に生産される水素、自然エネルギーを用いた水の電気分解により発生する水素等が挙げられるが、これらには限られない。
【００１７】
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する有機化合物である。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。
【００１８】
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。なお、言うまでもないが、二酸化炭素や一酸化炭素は、不飽和結合を有しているが一般に有機化合物とは見なされないので、本実施形態における不飽和結合を有する有機化合物から除外される。
【００１９】
上記の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、テトラリンなど（以下「ベンゼン等」とする。）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容易性の観点で、アセトン等の水溶性の有機化合物よりも好ましい。非水溶性の有機化合物としては、ベンゼン等のうちの１種の化合物でもよいし、２種以上の化合物の混合物でもよい。
【００２０】
水素供給システム１００は、例えば燃料電池自動車（以下「ＦＣＶ」とする。）や水素エンジン車に水素を供給する機能を有している。
【００２１】
本実施形態では、水素供給システム１００として、ＦＣＶに高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図１に示すように、本実施形態に係る水素供給システム１００は、原料タンク１、気化器２、脱水素化システム３、分離器４、回収タンク５、水素精製器６、圧縮機７、蓄圧器８、ディスペンサ９、及び冷熱源１３を備えており、各構成要素はラインＬ１〜Ｌ９を介して接続されている。
【００２２】
ラインＬ１は、原料タンク１と気化器２とを接続する。ラインＬ２は、気化器２と脱水素化システム３とを接続する。ラインＬ３は、脱水素化システム３と分離器４とを接続する。ラインＬ４は、分離器４と水素精製器６とを接続する。ラインＬ５は、分離器４と回収タンク５とを接続する。ラインＬ６は、水素精製器６と圧縮機７とを接続する。ラインＬ７は、水素精製器６と気化器２とを接続する。ラインＬ８は、圧縮機７と蓄圧器８とを接続する。ラインＬ９は、蓄圧器８とディスペンサ９とを接続する。
【００２３】
原料タンク１は、本実施形態において原料となるＭＣＨを貯留する機能を有する。原料タンク１に貯留されるＭＣＨは、外部からタンクローリーなどで輸送され、例えば図示しない圧縮機によってラインＬ１を介して気化器２に供給される。
【００２４】
気化器２は、原料タンク１から供給されたＭＣＨを気化する機能を有する。気化器２によって気化されたＭＣＨは、ラインＬ２を介して脱水素化システム３へ供給される。
【００２５】
脱水素化システム３は、ＭＣＨを脱水素化反応させることによって脱水素化反応物（水素含有ガス）を生成する機能を有する。本実施形態に係る脱水素化反応物は、ＭＣＨを脱水素化反応させることによって生成する水素及びトルエン（脱水素化物）を主成分とするものであり、場合によっては脱水素化反応をしなかったＭＣＨ（未反応物）や不純物を含んでいる。脱水素化システム３で生成された脱水素化反応物は、ラインＬ３を介して分離器４へ供給される。
【００２６】
分離器４は、脱水素化反応物から脱水素化物であるトルエンを分離する機能を有するものであり、例えば気液分離器が挙げられる。分離器４として気液分離器を採用する場合、例えば脱水素化システム３からラインＬ３を介して供給される脱水素化反応物を冷却することにより、脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨを優先的に液化させることができるため、相対的に液化し難い水素と気液分離することができる。この気液分離器における冷却温度は、分離効率の観点から低い（例えば５０℃以下）方が好ましい。また、この気液分離器における圧力は、脱水素化物であるトルエンの液化を進める観点から高い（例えば０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ）方が好ましい。分離器４で分離された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨは、ラインＬ５を介して回収タンク５へ供給される。分離器４でトルエンやＭＣＨを分離することにより得られた水素含有ガスは、ラインＬ４を介して水素精製器６へ供給される。
【００２７】
回収タンク５は、分離器４で分離されたトルエンやＭＣＨを貯留する機能を有する。回収タンク５に回収されたトルエン等は、例えばタンクローリーで製油所等に輸送し、再度水素化してＭＣＨに変換される。
【００２８】
水素精製器６は、分離器４から供給される水素含有ガスから、さらに脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨ等を除去し、例えばＦＣＶ等において要求される程度まで水素純度を高める機能を有する。水素精製器６によって得られた高純度水素（精製ガス）は、ラインＬ６を介して直接的あるいは間接的に圧縮機７へ供給される。ここで、間接的とは、例えば高純度水素をタンク等に一旦貯留することなどを意味する。一方、水素精製器６によって除去された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨ等を含むオフガスは、水素精製器６において精製ガスとして回収できなかった水素とともに、ラインＬ７へ供給される。ラインＬ７へ供給されたオフガスは、例えば図示しない圧縮機を介して気化器２に供給され、原料タンク１から供給され且つ気化器２で気化された原料（ＭＣＨ）とともに、ラインＬ２を介して脱水素化システム３に供給される。なお、原料にオフガスを混在させて脱水素化システム３に供給する場合でも、単に「原料を脱水素化システム３に供給する」といったような表現で説明をする場合がある。
【００２９】
水素精製器６としては、例えば、水素分離膜を含んでなる膜分離装置、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法又はＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法を用いる吸着除去装置などが挙げられる。
【００３０】
圧縮機７は、水素精製器６で得られた高純度水素をより高圧（例えば２０ＭＰａ〜９０ＭＰａ）にする機能を有する。圧縮機７によって高圧状態とされた高純度水素は、ラインＬ８を介して蓄圧器８に供給される。なお、本実施形態では、圧縮機７によって高圧状態とされた高純度水素を蓄圧器８に供給する構成としているが、これには限られず、例えば当該高圧状態の高純度水素を直接的にディスペンサ９に供給してもよい。
【００３１】
蓄圧器８は、高純度水素を高圧状態で蓄える機能を有する。蓄圧器８に高圧状態で蓄えられた高純度水素は、ラインＬ９を介して、ディスペンサ９によってＦＣＶに供給される。本実施形態では、例えばＦＣＶへの水素供給速度を高めることを可能にする観点から、ラインＬ９を通過する高純度水素を冷熱源１３によって冷却する構成としているが、これには限られず、冷熱源１３を採用しない構成としてもよい。
【００３２】
次に、上記脱水素化システム３の構成について具体的に説明する。
【００３３】
図２は、第１実施形態に係る脱水素化システム３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、脱水素化システム３は、脱水素化反応器３０と、原料供給機構２１と、加熱機構２２と、減圧弁２３と、制御部２４とを備えている。
【００３４】
脱水素化反応器３０は、原料供給機構２１から供給される原料の流通方向において、上流側に位置する第１部分３０Ａと、第１部分３０Ａよりも下流側に位置する第２部分３０Ｂとに分かれて構成されている。脱水素化反応器３０において第１部分３０Ａと第２部分３０Ｂとを区切る位置は、例えば第２部分３０Ｂにおける圧力や温度等の反応条件を踏まえて設定されるが、第２部分３０Ｂでのコーキングをより適切に抑制する観点から第１部分３０Ａの下流端におけるＭＣＨの転化率が５０％以上、特に第２部分３０Ｂにおける温度を例えば石油由来の炭化水素の熱分解が加速する温度（例えば３５０℃）を超える温度に設定する場合には当該転化率が７０％以上の位置に設定するのが好適である。なお、本実施形態における脱水素化反応器３０は、第１部分３０Ａ及び第２部分３０Ｂの２つの部分に分かれた構成とされているが、これには限られず、３つ以上に部分に分かれた構成としてもよい。
【００３５】
脱水素化反応器３０は、反応容器３１Ａ，３１Ｂと、脱水素化触媒３２Ａ，３２Ｂと、分配部３４Ａ，３４Ｂと、集約部３７Ａ，３７Ｂと、連通管３８と、を備えている。脱水素化反応器３０において、反応容器３１Ａと脱水素化触媒３２Ａと分配部３４Ａと集約部３７Ａとは第１部分３０Ａに位置しており、反応容器３１Ｂと脱水素化触媒３２Ｂと分配部３４Ｂと集約部３７Ｂとは第２部分３０Ｂに位置している。
【００３６】
反応容器３１Ａは、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器３１Ａは、並列配置された複数の反応管３５Ａを含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管３５Ａの形状は、円筒状であるが、これには限られず、例えば二重管状、箱型状、ハニカム状でもよい。
【００３７】
脱水素化触媒３２Ａは、ＭＣＨを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒３２Ａは、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａの内部に位置している。脱水素化触媒３２Ａとしては、アルミナ等の多孔質担体に、例えば白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、スズ、レニウム又はゲルマニウム等の触媒金属を担持したものが挙げられる。脱水素化触媒３２Ａの形状としては、特に限られず、例えば円柱状やハニカム状などが挙げられる。
【００３８】
分配部３４Ａは、原料供給機構２１により供給量を調整しつつ、ラインＬ２を介して気化器２（図１参照）から供給される原料を、各反応管３５Ａへ分配する機能を有するものであり、第１部分３０Ａにおける各反応管３５Ａの上流側の端部に位置している。分配部３４Ａは、ラインＬ２を介して原料供給機構２１から供給される原料が流入する流入口３６を有している。
【００３９】
集約部３７Ａは、反応容器３１Ａ内に位置する脱水素化触媒３２Ａで原料の一部を脱水素化反応することによって生成され、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａから排出される原料及び脱水素化反応物（水素含有ガス）を含む第１流体を集約する機能を有するものであり、第１部分３０Ａにおける各反応管３５Ａの下流側の端部に位置している。集約部３７Ａは、上述の第１流体を連通管３８に排出する排出口３３Ａを有している。
【００４０】
反応容器３１Ｂは、連通管３８を介して第１部分３０Ａから供給される上述の第１流体が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器３１Ｂは、並列配置された複数の反応管３５Ｂを含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管３５Ｂの形状は、円筒状であるが、例えば二重管状、箱型状、ハニカム状でもよい。なお、本実施形態において、反応容器３１Ａを構成する反応管３５Ａと反応容器３１Ｂを構成する反応管３５Ｂとは、管数及び管径がそれぞれ同一となるように構成されている。
【００４１】
脱水素化触媒３２Ｂは、ＭＣＨを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒３２Ｂは、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂの内部に位置している。脱水素化触媒３２Ｂとしては、アルミナ等の多孔質担体に、例えば白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、スズ、レニウム又はゲルマニウム等の触媒金属を担持したものが挙げられる。脱水素化触媒３２Ｂの形状としては、特に限られず、例えば円柱状やハニカム状などが挙げられる。なお、本実施形態において、反応容器３１Ｂ内に位置する脱水素化触媒３２Ｂの触媒量は、コーキングの抑制やエネルギー効率の低下抑制の観点から、反応容器３１Ａ内に位置する脱水素化触媒３２Ａの触媒量より少ない構成とされている。
【００４２】
分配部３４Ｂは、連通管３８を介して第１部分３０Ａから供給される上述の第１流体を、各反応管３５Ｂへ分配する機能を有するものであり、第２部分３０Ｂにおける各反応管３５Ｂの上流側の端部に位置している。分配部３４Ｂは、連通管３８が接続され、上述の第１流体が供給される供給口３３Ｂを有している。
【００４３】
集約部３７Ｂは、反応容器３１Ｂ内に位置する脱水素化触媒３２Ｂで原料を脱水素化反応することによって生成され、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂから排出される脱水素化反応物（水素含有ガス）を含む第２流体を集約する機能を有するものであり、第２部分３０Ｂにおける各反応管３５Ｂの下流側の端部に位置している。集約部３７Ｂは、上述の第２流体をラインＬ３に排出する排出口３９を有している。
【００４４】
原料供給機構２１は、制御部２４からの制御信号に基づき、脱水素化反応器３０における流入口３６への原料供給を調整する機能を有するものである。本実施形態における原料供給機構２１は、ラインＬ１を介して原料タンク１から原料を供給するためのポンプ（図示せず）、及び原料の供給量を調整するための流量調整弁（図示せず）を含んで構成されているが、このような構成には限られない。
【００４５】
加熱機構２２は、脱水素化反応器３０に熱を供給する機能を有するものである。本実施形態における加熱機構２２は、第１熱源４１Ａと、第２熱源４１Ｂと、第１熱交換器（第１加熱部）４２Ａと、第２熱交換器（第２加熱部）４２Ｂと、を含んで構成されている。
【００４６】
第１熱源４１Ａは、第１熱交換器４２Ａに供給される熱媒体を加熱する機能を有するものである。第１熱源４１Ａでの熱媒体の加熱温度は、脱水素化反応器３０の第１部分３０ＡにおけるＭＣＨの最終転化率が所定の基準値（例えば５０％〜９５％）となるように設定され、例えば第１熱交換器４２Ａの流入口４３Ａ（後述）において３４０℃〜３５０℃とされる。また、本実施形態における第１熱源４１Ａは、第１熱源４１Ａで加熱された熱媒体を第１熱交換器４２Ａに供給する機能を有しているが、このような構成には限られず、第１熱交換器４２Ａに熱媒体を供給するポンプを第１熱源４１Ａとは別体として配置してもよい。なお、本実施形態では、脱水素化反応器３０の第１部分３０ＡにおけるＭＣＨの最終転化率の制御容易性の観点から、第１熱源４１Ａでの熱媒体の加熱温度として、流入口４３Ａにおける熱媒体の温度を採用したが、これには限られず、排出口４４Ａにおける熱媒体の温度を採用してもよいし、流入口４３Ａ及び排出口４４Ａの両方における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよいし、１又は複数の任意箇所における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよい。
【００４７】
第１熱交換器４２Ａは、第１熱源４１Ａから供給される熱媒体と、第１部分３０Ａの反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａ（ひいては、各反応管３５Ａ内に位置する脱水素化触媒３２Ａ等）との間で熱交換する機能を有するものである。第１熱交換器４２Ａは、流入口４３Ａ及び排出口４４Ａを有し、反応容器３１Ａにおける脱水素化触媒３２Ａが位置する領域を取り囲むように位置している。なお、第１熱交換器４２Ａは、熱媒体と各反応管３５Ａとの熱交換を適切に行うために、バッフル板やフィンなどの構成を有していてもよい。
【００４８】
流入口４３Ａは、第１熱源４１Ａから供給される熱媒体を第１熱交換器４２Ａ内に流入させるためのものであり、反応容器３１Ａの下流側の端部付近に位置している。排出口４４Ａは、第１熱交換器４２Ａ内の熱媒体を第１熱交換器４２Ａ外に排出させるためのものであり、反応容器３１Ａの上流側の端部付近に位置している。このような構成によると、反応容器３１Ａの上流側に比べて下流側の温度を高い状態とすることができるため、ＭＣＨの転化率を高める上で好適である。なお、第１熱交換器４２Ａの構成は、上述のものに限られず、例えば流入口４３Ａを反応容器３１Ａの上流側の端部付近に配置し、排出口４４Ａを反応容器３１Ａの下流側の端部付近に配置する構成としてもよい。
【００４９】
第２熱源４１Ｂは、第２熱交換器４２Ｂに供給される熱媒体を加熱する機能を有するものである。第２熱源４１Ｂでの熱媒体の加熱温度は、脱水素化反応器３０の第２部分３０ＢにおけるＭＣＨの最終転化率が所定の基準値（例えば９０％〜９９％）となるように、第１熱源４１Ａでの熱媒体の加熱温度より高く設定され、例えば第２熱交換器４２Ｂの流入口４３Ｂ（後述）において３７０℃〜３８０℃とされる。また、本実施形態における第２熱源４１Ｂは、第２熱源４１Ｂで加熱された熱媒体を第２熱交換器４２Ｂに供給する機能を有しているが、このような構成には限られず、第２熱交換器４２Ｂに熱媒体を供給するポンプを第２熱源４１Ｂとは別体として配置してもよい。なお、本実施形態では、脱水素化反応器３０の第２部分３０ＢにおけるＭＣＨの最終転化率の制御容易性の観点から、第２熱源４１Ｂでの熱媒体の加熱温度として、流入口４３Ｂにおける熱媒体の温度を採用したが、これには限られず、排出口４４Ｂにおける熱媒体の温度を採用してもよいし、流入口４３Ｂ及び排出口４４Ｂの両方における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよいし、１又は複数の任意箇所における熱媒体の温度に基づく温度を採用してもよい。
【００５０】
第２熱交換器４２Ｂは、第２熱源４１Ｂから供給される熱媒体と、第２部分３０Ｂの反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ（ひいては、各反応管３５Ｂ内に位置する脱水素化触媒３２Ｂ等）との間で熱交換する機能を有するものである。第２熱交換器４２Ｂは、流入口４３Ｂ及び排出口４４Ｂを有し、反応容器３１Ｂにおける脱水素化触媒３２Ｂが位置する領域を取り囲むように位置している。なお、第２熱交換器４２Ｂは、熱媒体と各反応管３５Ｂとの熱交換を適切に行うために、バッフル板やフィンなどの構成を有していてもよい。
【００５１】
流入口４３Ｂは、第２熱源４１Ｂから供給される熱媒体を第２熱交換器４２Ｂ内に流入させるためのものであり、反応容器３１Ｂの下流側の端部付近に位置している。排出口４４Ｂは、第２熱交換器４２Ｂ内の熱媒体を第２熱交換器４２Ｂ外に排出させるためのものであり、反応容器３１Ｂの上流側の端部付近に位置している。このような構成によると、反応容器３１Ｂの上流側に比べて下流側の温度を高い状態とすることができるため、ＭＣＨの転化率を高めるうえで好適である。なお、第２熱交換器４２Ｂの構成は、上述のものに限られず、例えば流入口４３Ｂを反応容器３１Ｂの上流側の端部付近に配置し、排出口４４Ｂを反応容器３１Ｂの下流側の端部付近に配置する構成としてもよい。
【００５２】
加熱機構２２としては、第１部分３０Ａを加熱する加熱温度より、第２部分３０Ｂを加熱する加熱温度が高くなるように構成されていれば、上述のような構成には限られず、例えば第１部分３０Ａ及び第２部分３０Ｂの所定箇所を取り囲むように配置された電気ヒータによる構成としてもよい。
【００５３】
減圧弁２３は、脱水素化反応器３０において、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を、第１部分３０Ａに位置する反応容器３１Ａの内部圧力よりも低くなるように調整する機能を有するものであり、集約部３７Ａと分配部３４Ｂとを接続する連通管３８に位置している。本実施形態における減圧弁２３は、連通管３８の流路を絞ることにより、その上流側と下流側との間で圧力差（圧力損失）を付与し、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を低下させる。また、本実施形態における減圧弁２３は、当該減圧弁２３の下流側の圧力に応じて弁開度を変化させる機能を有しており、当該下流側の圧力が変動する場合であっても、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力が第１部分３０Ａの内部圧力よりも低くなるように制御される。
【００５４】
脱水素化システム３においては、ＭＣＨを脱水素化反応させて脱水素化反応物を生成する際、減圧弁２３が駆動され、連通管３８を介して第１部分３０Ａから第２部分３０Ｂへ流通する流体が当該減圧弁２３により減圧される。これにより、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ内を流通する流体の圧力は、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａ内を流通する流体の圧力よりも低くなる。なお、減圧弁２３としては、例えば直動式及びパイロット式の何れのものを採用することができる。
【００５５】
なお、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を低下させるものであれば、減圧弁２３に代えて、他の機構や構成を採用してもよい。例えば、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を検出する圧力センサと、第１部分３０Ａから第２部分３０Ｂへの流体の流路を絞るコントロールバルブとを備え、当該圧力センサの検出値に基づいて第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力が低くなるようにコントロールバルブの弁開度を制御してもよい。また、減圧弁２３に加えて、排出口３９の後段に、吸引ポンプや圧縮機などを設けて、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を第１部分３０Ａに位置する反応容器３１Ａの内部圧力とは独立に制御するようにしてもよい。
【００５６】
制御部２４は、脱水素化システム３を構成する各構成要素を制御する制御信号を送信する機能を有するものであり、例えば中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶媒体及び表示装置を含んで構成されている。本実施形態における制御部２４は、例えば脱水素化システム３のシステム運転中において、脱水素化反応器３０での脱水素化反応に関する制御を行う。具体的には、制御部２４は、原料供給機構２１を制御することによって脱水素化反応器３０へ原料を供給すると共に、第１熱源４１Ａ及び第２熱源４１Ｂを制御することによって各熱媒体を介して脱水素化反応器３０に熱を供給する。なお、制御部２４は、図１に示す水素供給システム１００全体を制御するための機能を有していてもよい。
【００５７】
次に、本実施形態に係る脱水素化システム３の作用・効果について説明する。
【００５８】
以上のように構成された脱水素化システム３では、脱水素化反応器３０の第１部分３０Ａ（ここでは、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａ）が、第１熱源４１Ａで所定の加熱温度まで加熱された熱媒体によって加熱され、脱水素化反応器３０の第２部分３０Ｂ（ここでは、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ）が、第２熱源４１Ｂで第１熱源４１Ａの加熱温度より高い加熱温度まで加熱された熱媒体によって加熱される。これにより、第１部分３０Ａにおける脱水素化反応の活性よりも、第２部分３０Ｂにおける脱水素化反応の活性を高めることができる。また、第２部分３０Ｂには、第１部分３０Ａにおける脱水素化反応により得られた水素とともに原料が供給されるため、第２部分３０Ｂの加熱温度を上げた場合であっても、コーキングが発生し難い。したがって、脱水素化システム３によれば、コーキングを抑制しつつ、転化率を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、脱水素化システム３では、第１部分３０Ａにおける脱水素化反応の活性より、第２部分３０Ｂにおける脱水素化反応の活性を高めることができるため、例えば脱水素化反応器３０の第１部分３０Ａ及び第２部分３０Ｂをともに第１熱源４１Ａでの加熱温度で加熱する場合に比べて、所定の目標転化率とするのに必要な脱水素化触媒３２Ａ，３２Ｂの触媒量を低減できる。例えば、脱水素化反応器３０の第２部分３０ＢにおけるＭＣＨの最終転化率を９５％、水素の製造量を３００ｍ３／ｈ、第１熱源４１Ａでの加熱温度を３５０℃、第２熱源４１Ｂでの加熱温度を３８０℃とした場合には、必要な脱水素化触媒３２Ａ，３２Ｂの触媒量を約４０％低減できることが確認された。したがって、脱水素化システム３では、システムの小型化を図ることができる。
【００６０】
脱水素化システム３の脱水素化反応器３０は、第１部分３０Ａに位置する反応容器３１Ａと、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂとに分けて構成されている。したがって、脱水素化システム３では、例えば第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの脱水素化触媒３２Ｂが劣化した場合に、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂのみを選択的に取り替えることが可能となるため、例えば第２部分３０Ｂの加熱温度をさらに高くして転化率をより向上させつつ、反応容器３１Ａ内に位置する脱水素化触媒３２Ａを有効活用することが可能となる。
【００６１】
脱水素化反応器における反応容器の内部圧力（水素分圧）を低下させた場合には、転化率が向上する一方でコーキングは発生しやすくなるという傾向がある。脱水素化システム３における第２部分３０Ｂでは、上述したように、第１部分３０Ａにおける脱水素化反応により得られた水素とともに原料が供給されることから、当該第２部分３０Ｂにおける反応容器３１Ｂの内部圧力を低下させてもコーキングが発生し難くなっている。したがって、脱水素化システム３では、減圧弁２３によって第２部分３０Ｂにおける反応容器３１Ｂの内部圧力を低下させることにより、コーキングを抑制しつつ、第２部分３０Ｂの加熱温度を相対的に高く設定することによる転化率向上と併せて、転化率をより高めることができる。なお、本実施形態における脱水素化システム３は減圧弁２３を備えた構成としているが、必ずしも減圧弁２３を備える必要はない。
【００６２】
脱水素化システム３では、第１部分３０Ａが集約部３７Ａを有している。これにより、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａから排出される第１流体を、第２部分３０Ｂへ流入させる前に集約部３７Ａで混合することができるため、最終的に第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂから排出される第２流体における温度や組成のバラつきを低減することができる。その結果、脱水素化システム３では、転化率を向上させることが可能となる。
【００６３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る脱水素化システム２０３について説明する。以下においては、第１実施形態に係る脱水素化システム３と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
【００６４】
図３は、第２実施形態に係る脱水素化システム２０３の構成を示すブロック図である。図３に示すように、脱水素化システム２０３は、脱水素化反応器３０及び加熱機構２２（図２参照）に代えて脱水素化反応器２３０及び加熱機構２２２を採用する点において脱水素化システム３と異なる。脱水素化システム２０３の他の構成については、脱水素化システム３に関して上述したものと同様である。
【００６５】
脱水素化反応器２３０は、原料供給機構２１から供給される原料の流通方向において、上流側に位置する第１部分３０Ａと、第１部分３０Ａより下流側に位置する第２部分３０Ｂとが一体的に構成されている。脱水素化反応器２３０において第１部分３０Ａと第２部分３０Ｂとを区切る位置は、例えば第２部分３０Ｂにおける圧力や温度などの反応条件を踏まえて設定されるが、第２部分３０Ｂでのコーキングを抑制する観点から第１部分３０Ａの下流端におけるＭＣＨの転化率が５０％以上、特に第２部分３０Ｂにおける温度を例えば石油由来の炭化水素の熱分解が加速する温度（例えば３５０℃）を超える温度に設定する場合には当該転化率が７０％以上の位置に設定するのが好適である。
【００６６】
脱水素化反応器２３０は、反応容器３１と、脱水素化触媒３２と、分配部３４と、集約部３７と、を備えている。脱水素化反応器２３０において、反応容器３１及び脱水素化触媒３２の上流側と、分配部３４とは第１部分３０Ａに位置しており、反応容器３１及び脱水素化触媒３２の下流側と、集約部３７とは第２部分３０Ｂに位置している。
【００６７】
反応容器３１は、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器３１は、並列配置された複数の反応管３５を含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管３５としては、反応管３５Ａ，３５Ｂと同様のものが挙げられる。
【００６８】
脱水素化触媒３２は、ＭＣＨを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒３２は、反応容器３１を構成する各反応管３５の内部に位置している。脱水素化触媒３２としては、脱水素化触媒３２Ａ，３２Ｂと同様のものが挙げられる。
【００６９】
分配部３４は、原料供給機構２１により供給量を調整しつつ、ラインＬ２を介して気化器２（図１参照）から供給される原料を、各反応管３５へ分配する機能を有するものであり、各反応管３５Ａの上流側の端部に位置している。分配部３４は、ラインＬ２を介して原料供給機構２１から供給される原料が流入する流入口３６を有している。
【００７０】
集約部３７は、反応容器３１内に位置する脱水素化触媒３２で原料を脱水素化反応することによって生成され、反応容器３１を構成する各反応管３５から排出される脱水素化反応物（水素含有ガス）を含む流体を集約する機能を有するものであり、各反応管３５の下流側の端部に位置している。集約部３７は、上述の流体をラインＬ３に排出する排出口３９を有している。
【００７１】
加熱機構２２２は、脱水素化反応器３０に熱を供給する機能を有するものである。本実施形態における加熱機構２２２は、第１熱源４１Ａと、第２熱源４１Ｂと、第１熱交換器（第１加熱部）４２Ａと、第２熱交換器（第２加熱部）４２Ｂと、を含んで構成されている。本実施形態における加熱機構２２２は、第１熱交換器４２Ａ及び第２熱交換器４２Ｂが隣接配置されている点で加熱機構２２（図２参照）と異なる。
【００７２】
第１熱交換器４２Ａは、第１熱源４１Ａから供給される熱媒体と、第１部分３０Ａにおける反応容器３１を構成する各反応管３５（ひいては、各反応管３５内に位置する脱水素化触媒３２等）との間で熱交換する機能を有するものである。第１熱交換器４２Ａは、流入口４３Ａ及び排出口４４Ａを有し、第１部分３０Ａにおける反応容器３１を構成する各反応管３５を取り囲むように位置している。
【００７３】
第２熱交換器４２Ｂは、第２熱源４１Ｂから供給される熱媒体と、第２部分３０Ｂにおける反応容器３１を構成する各反応管３５（ひいては、各反応管３５内に位置する脱水素化触媒３２等）との間で熱交換する機能を有するものである。第２熱交換器４２Ｂは、流入口４３Ｂ及び排出口４４Ｂを有し、第２部分３０Ｂにおける反応容器３１を構成する各反応管３５を取り囲むように位置している。
【００７４】
本実施形態に係る脱水素化システム２０３においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム３と同様の作用効果が奏される。
【００７５】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る脱水素化システム３０３について説明する。以下においては、第１実施形態に係る脱水素化システム３と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
【００７６】
図４（ａ）は、第３実施形態に係る脱水素化システム３０３の一部を示すブロック図である。図４（ａ）に示すように、脱水素化システム３０３は、反応容器３１Ｂ（図２参照）に代えて反応容器３３１Ｂを採用する点において脱水素化システム３とは異なる。脱水素化システム３０３の他の構成については、脱水素化システム３に関して上述したものと同様である。
【００７７】
反応容器３３１Ｂは、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器３３１Ｂは、並列配置された複数の反応管３５Ｂを含んで構成されている。本実施形態では、反応容器３３１Ｂを構成する反応管３５Ｂ内を流通する原料を含む流体の平均流速が、反応容器３１Ａを構成する反応管３５Ａ内を流通する原料を含む流体の平均流速よりも大きくなるように、反応容器３３１Ｂを構成する全ての反応管３５Ｂの断面積の総和が、反応容器３１Ａを構成する全ての反応管３５Ａの断面積の総和より小さくされて構成されている。ここで、断面積とは、各反応管３５Ａ，３５Ｂの軸方向に垂直な断面の面積を意味する。具体的には、各反応管３５Ａ及び各反応管３５Ｂの断面積が実質的に同一である場合に、反応容器３３１Ｂを構成する反応管３５Ｂの数を、反応容器３１Ａを構成する反応管３５Ａの数より少なくする。なお、平均流速とは、反応容器を構成する全ての反応管に対して単位時間あたりに供給される流体の供給量を、反応容器を構成する全ての反応管の断面積の総和で割ることにより算出される流速である。
【００７８】
本実施形態に係る脱水素化システム３０３においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム３と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム３０３では、反応容器３３１Ｂを構成する反応管３５Ｂ内を流通する流体の平均流速が、反応容器３１Ａを構成する反応管３５Ａ内を流通する流体の平均流速よりも大きいため、反応管３５Ｂ内における境膜の厚さを薄く（境膜の体積を少なく）することができる。境膜は一般的にコーキングが発生しやすい領域であることから、脱水素化システム３０３ではコーキングをさらに抑制することが可能となる。したがって、脱水素化システム３０３では、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３３１Ｂをより高温にしたり、より低圧にしたりすることが可能となる。
【００７９】
なお、反応容器３３１Ｂを構成する反応管３５Ｂ内を流通する流体の平均流速を、反応容器３１Ａを構成する反応管３５Ａ内を流通する流体の平均流速よりも大きくする構成としては、上述したものに代えて他の構成を採用してもよく、例えば、反応容器３３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂの径を、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａの径よりも小さくする構成を採用してもよい。
【００８０】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る脱水素化システム４０３について説明する。以下においては、第１実施形態に係る脱水素化システム３と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
【００８１】
図４（ｂ）は、第４実施形態に係る脱水素化システム４０３の一部を示すブロック図である。図４（ｂ）に示すように、脱水素化システム４０３は、減圧弁２３（図２参照）に代えて圧縮機５１を採用する点において脱水素化システム３とは異なる。脱水素化システム４０３の他の構成については、脱水素化システム３に関して上述したものと同様である。
【００８２】
圧縮機５１は、脱水素化反応器３０において、第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂの内部圧力を、第１部分３０Ａに位置する反応容器３１Ａの内部圧力よりも高くなるように調整する機能を有するものであり、本実施形態では、連通管３８に位置している。圧縮機５１は、制御部２４に接続されており、その駆動が制御部２４により制御される。
【００８３】
脱水素化システム４０３においては、ＭＣＨを脱水素化反応させて脱水素化反応物を生成する際、制御部２４により圧縮機５１が駆動され、連通管３８を介して第１部分３０Ａから第２部分３０Ｂへ流通する流体が当該圧縮機５１により昇圧される。これにより、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ内を流通する流体の圧力は、反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａ内を流通する流体の圧力よりも高くなる。
【００８４】
本実施形態に係る脱水素化システム４０３においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム３と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム４０３では、圧縮機５１によって、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ内を流通する流体の圧力が反応容器３１Ａを構成する各反応管３５Ａ内を流通する流体の圧力よりも高くなることから、反応容器３１Ｂにおいて炭化水素から水素及び炭素への分解反応を進行し難くできる。したがって、脱水素化システム４０３は、反応容器３１Ｂでのコーキングを一層発生し難くでき、コーキングをさらに抑制することが可能となる。なお、反応容器３１Ｂを構成する各反応管３５Ｂ内を流通する流体の圧力を高くする構成としては、上述したものに代えて他の構成を採用してもよい。
【００８５】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係る脱水素化システム５０３について説明する。以下においては、第１実施形態に係る脱水素化システム３と異なる点を説明し、重複する説明を省略する場合がある。
【００８６】
図５は、第５実施形態に係る脱水素化システム５０３の一部を示すブロック図である。図５に示すように、脱水素化システム５０３は、第３部分３０Ｃ及び第３熱交換器４２Ｃをさらに備えている点において脱水素化システム３とは異なる。脱水素化システム５０３の他の構成については、脱水素化システム３に関して上述したものと同様である。
【００８７】
第３部分３０Ｃは、第２部分３０Ｂと並列に接続され、原料の流通方向において第１部分３０Ａよりも下流側に位置している。第３部分３０Ｃは、第２部分３０Ｂと同様に構成されており、反応容器３１Ｂと脱水素化触媒３２Ｂと分配部３４Ｂと集約部３７Ｂとを有している。第３熱交換器４２Ｃは、第２熱交換器４２Ｂと同様に構成されている。
【００８８】
本実施形態における連通管３８は、原料の流通方向において減圧弁２３の下流側に切替弁６１を有している。切替弁６１は、第２部分３０Ｂと第３部分３０Ｃとの間で流体の流通を切り替える機能を有するものであり、例えば三方弁が挙げられる。また、本実施形態における連通管３８には、分岐管６２が接続されている。分岐管６２は、その一端が切替弁６１を介して連通管３８に接続され、その他端が第３部分３０Ｃにおける分配部３４Ｂに接続されている。これにより、第１部分３０Ａの集約部３７Ａから排出される流体は、第２部分３０Ｂ又は第３部分３０Ｃの何れかへ選択的に流通される。
【００８９】
本実施形態では、第２熱源４１Ｂにおいて加熱された熱媒体の供給ラインに切替弁６３を有している。切替弁６３は、第２部分３０Ｂと第３部分３０Ｃとの間で熱媒体の供給を切り替える機能を有するものであり、例えば三方弁が挙げられる。これにより、第２熱源４１Ｂにおいて加熱された熱媒体は、切替弁６３を介して、第２熱交換器４２Ｂ又は第３熱交換器４２Ｃの何れかへ選択的に供給される。
【００９０】
本実施形態の制御部２４は、脱水素化反応器３０の第２部分３０Ｂを利用して運転する場合には、切替弁６１を制御することにより、第１部分３０Ａから流出した流体を第２部分３０Ｂへ流通させると共に、切替弁６３を制御することにより、第２熱源４１Ｂにおいて加熱された熱媒体を第２部分３０Ｂに位置する第２熱交換器４２Ｂの流入口４３Ｂへ供給させる。他方、本実施形態の制御部２４は、脱水素化反応器３０の第３部分３０Ｃを利用して運転する場合には、切替弁６１を制御することにより、第１部分３０Ａから流出した流体を第３部分３０Ｃへ流通させると共に、切替弁６３を制御することにより、第２熱源４１Ｂにおいて加熱された熱媒体を第３部分３０Ｃに位置する第３熱交換器４２Ｃの流入口４３Ｂへ供給させる。
【００９１】
本実施形態に係る脱水素化システム５０３においても、コーキングを抑制しつつ転化率を向上させるという脱水素化システム３と同様の作用効果が奏される。また、脱水素化システム５０３では、脱水素化反応器３０の第２部分３０Ｂと第３部分３０Ｃとを切替えて運転することが可能となるため、例えば第２部分３０Ｂに位置する反応容器３１Ｂ内の脱水素化触媒３２Ｂが交換を要する程度に劣化したとしても、第２部分３０Ｂから第３部分３０Ｃに切り替えることにより、脱水素化反応を継続させることができる。したがって、脱水素化システム５０３は、水素の製造を長期間維持することが可能となる。
【００９２】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００９３】
例えば、脱水素化反応器を加熱する熱交換器の構成は上述の実施形態のようなものに限られない。また、脱水素化反応器の構成は上記実施形態のような多管式のものに限定されず、単管式のものを採用してもよい。
【００９４】
例えば、脱水素化触媒３２Ａと脱水素化触媒３２Ｂとは、同種のものを採用してもよいし、異種のものを採用してもよい。特に、脱水素化触媒３２Ｂは脱水素化触媒３２Ａよりも高い温度で使用されるため、相対的に脱水素化反応の活性が低いものであっても、充分に高い反応速度が維持することが可能である。したがって、脱水素化触媒３２Ａとしては、コーキングをより抑制する観点から、脱水素化触媒３２Ａよりも貴金属担持量の少ないものを採用したり、被毒物質の影響を抑制する観点から、当初から被毒物質によって活性を調整したものを採用したりしてもよい。
【００９５】
例えば、第１熱源４１Ａでの熱媒体の加熱温度として、流入口４３Ａにおける熱媒体の温度を採用する場合は、第２熱源４１Ｂでの熱媒体の加熱温度として、流入口４３Ｂにおける熱媒体の温度を採用するというように、前段と後段との間で対応する部分の温度を採用するのが好ましい。
【００９６】
例えば、水素精製器６から排出されるオフガス（精製ガスとして回収できなかった水素含む）は、気化器２に供給せずに、加熱機構の燃料として使用してもよい。
【符号の説明】
【００９７】
３，２０３，３０３，４０３，５０３…脱水素化システム、２２，２２２…加熱機構、２３…減圧弁、３０，２３０…脱水素化反応器、３０Ａ…第１部分、３０Ｂ…第２部分、３０Ｃ…第３部分、３１…反応容器、３１Ａ…反応容器（第１容器）、３１Ｂ，３３１Ｂ…反応容器（第２容器）、３２，３２Ａ，３２Ｂ…脱水素化触媒、４１Ａ…第１熱源、４１Ｂ…第２熱源、４２Ａ…第１熱交換器（第１加熱部）、４２Ｂ…第２熱交換器（第２加熱部）、４２Ｃ…第３熱交換器、５１…圧縮機。
【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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