(57)【要約】【課題】脱水素反応器を加熱する熱媒体を熱媒ボイラによって加熱した際に発生する燃焼排ガスの熱エネルギーを有効利用して装置全体のエネルギー効率を高めること。【解決手段】ＭＣＨを加熱して水素と脱水素物質とに分解する脱水素反応器１０が生成した脱水素反応物に対して水素精製器３０が水素Ｖ３１と第１水素含有物Ｇ３１とに分離する水素製造装置であって、脱水素反応器１０を加熱する熱媒体Ｌ１１を加熱する熱媒ボイラ２１と、熱媒ボイラ２１の燃焼排ガスの熱エネルギーを水素精製器３０のケース４５内に供給して水素精製器３０を保温する供給ラインＬＮ４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水素反応器により、有機ハイドライドを加熱し、水素と炭化水素を含有するガスを生成し、前記炭化水素を含有するガスから水素精製器によって高純度水素ガスを得る水素製造装置であって、
前記脱水素反応器を加熱する熱媒体を加熱する熱媒ボイラと、
前記熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを水素製造装置内の加熱機器に供給して前記加熱機器を保温する供給ラインと、
を備えたことを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記加熱機器は、前記水素精製器のケースであり、
前記供給ラインは、前記熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを前記水素精製器のケース内に供給して前記水素精製器を保温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】
前記燃焼排ガスの経路に、前記燃焼排ガスの熱を採取する熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記燃焼排ガスの経路に空気予熱器が設けられ、前記熱交換器は、前記空気予熱器の上流または下流に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記供給ラインは、燃焼排ガスを直接、前記水素精製器のケース内に供給して前記水素精製器を保温することを特徴とする請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項６】
脱水素反応器により、有機ハイドライドを加熱し、水素と炭化水素を含有するガスを生成し、前記炭化水素を含有するガスから水素精製器によって高純度水素ガスを生成する水素製造方法であって、
前記脱水素反応器を加熱する熱媒体を加熱する熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを水素製造装置内の加熱機器に供給して前記加熱機器を保温することを特徴とする水素製造方法。
【請求項７】
前記加熱機器は、前記水素製造装置のケースであり、前記熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを前記水素精製器のケース内に供給して前記水素精製器を保温することを特徴とする請求項６に記載の水素製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水素反応器を加熱する熱媒体を熱媒ボイラによって加熱した際に発生する燃焼排ガスの熱エネルギーを有効利用して装置全体のエネルギー効率を高めることができる水素製造装置及び水素製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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を加熱して水素と脱水素物質とに分解する脱水素反応器によって生成された脱水素反応物を水素精製器によって水素を精製する水素ステーションなどの水素製造装置が知られている。水素精製器は、水素分離器と言う場合もある。
【０００３】
ここで、特許文献１には、冷却分離手段によって、脱水素反応後の脱水素反応物から水素を分離し、さらに膜分離手段によって水素と非透過ガスとに分離する高純度水素製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、脱水素反応器は、吸熱反応であるため、脱水素反応器を加熱する必要がある。この脱水素反応器の加熱手段としては、熱媒体を介して脱水素反応器を加熱するものがある。熱媒ボイラは、脱水素反応器を経由して循環する熱媒体を加熱する。このような熱媒体を用いた加熱手段を採用すると、例えばバーナーにより直接加熱する加熱手段に比べて、より均一に脱水素反応器を加熱することができるため、脱水素反応器の温度制御をより安定して行うことができる。
【０００６】
この熱媒ボイラからは燃焼排ガスが導出される。この燃焼排ガスは、一般的に外気に放出されるが、燃焼排ガスの温度は、４００℃近いため、燃焼排ガス経路に熱交換器としての空気予熱器を設け、熱媒ボイラに導入される空気温度を予熱するものがある。
【０００７】
しかし、空気予熱器を経由した燃焼排ガスの温度は、２００℃程度もあり、この熱エネルギーを用いて装置全体のエネルギー効率を高めることが要望されている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、脱水素反応器を加熱する熱媒体を熱媒ボイラによって加熱した際に発生する燃焼排ガスの熱エネルギーを有効利用して装置全体のエネルギー効率を高めることができる水素製造装置及び水素製造方法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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる水素製造装置は、脱水素反応器により、有機ハイドライドを加熱して水素と檀家水素を含有するガスを生成し、炭化水素を含有するガスから水素精製器によって高純度水素ガスを得る水素製造装置であって、脱水素反応器を加熱する熱媒体を加熱する熱媒ボイラと、前記熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを水素製造装置内の加熱機器に供給し、加熱機器を保温する供給ラインと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる水素製造装置は、上記の発明において、前記加熱機器は、前記水素精製器のケースであり、前記供給ラインは、前記熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを前記水素精製器のケース内に供給して前記水素精製器を保温することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる水素製造装置は、上記の発明において、燃焼排ガスの経路に空気予熱器が設けられ、熱交換器は、空気予熱器の上流または下流に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる水素製造装置は、上記の発明において、供給ラインは、燃焼排ガスを直接、水素分離器のケース内に供給して水素精製器を保温することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる水素製造方法は、有機ハイドライドを加熱して水素と脱水素物質とに分解する脱水素反応器が生成した脱水素反応物に対して水素精製器が水素とオフガスとに分離する水素製造方法であって、脱水素反応器を加熱する熱媒体を加熱する熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを、加熱機器、例えば水素精製器のケース内に供給して前記水素精製器を保温することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、脱水素反応器を加熱する熱媒体を加熱する熱媒ボイラの燃焼排ガスの熱エネルギーを、加熱機器、例えば水素精製器のケース内に供給して水素精製器を保温するようにしているので、熱媒ボイラによって加熱した際に発生する燃焼排ガスの熱エネルギーを有効利用して装置全体のエネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１である水素製造装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、水素精製器の導入・導出成分流量の関係を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２である水素製造装置の構成を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３である水素製造装置の構成を示す回路図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４である水素製造装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１である水素製造装置１の構成を示す回路図である。この水素製造装置１は、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装置であり、例えば燃料電池自動車や水素エンジン車などに水素を供給する水素ステーションに採用されるものである。図１に示すように、水素製造装置１は、脱水素反応系１Ａと水素分離系１Ｂとを有する。脱水素反応系１Ａは、脱水素反応器１０によって有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解し、当該水素および当該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導出する。水素分離系１Ｂは、脱水素反応系１Ａから導出された脱水素反応物から水素分離器３０によって水素を分離して外部に導出する。
【００１８】
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、常温常圧下で液体状のものが好ましく、このようなものを採用する場合、ガソリンなどと同様に液体燃料としてローリーなどによって水素ステーションなどの水素製造装置１へ輸送することができる。本実施の形態１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）を用いて説明するが、これには限られない。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、常温常圧下で液状であ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、貯蔵性およ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。
【００１９】
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、ケトン類などが挙げられる。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、ドデセンなどが挙げられる。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，イソプレンなどが挙げられる。アセチレン類としては、アセチレン、プロピン、ビニルアセチレンなどが挙げられる。炭素鎖置換芳香族類としては、アルキル置換芳香族類などが挙げられる。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、安息香酸などが挙げられる。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−ジメチルアニリンなどが挙げられる。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、アズレンなどが挙げられる。シフ塩基類としては、2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexaneなどが挙げられる。ヘテロ芳香族類としては、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリンなどが挙げられる。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、イミダゾールなどが挙げられる。キノン類としては、ベンゾキノン、ナフトキノンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。なお、言うまでもないことであるが、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。
【００２０】
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」と記載する。）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。
【００２１】
［脱水素反応系］
図１に示すように、ローリーなどによって輸送されたＭＣＨは、タンクＴ１内に貯留される。貯留されたＭＣＨは、ポンプＰ１によって吸い上げられる。ポンプＰ１からの吐出流量は、フローコントローラ１００によって制御される。ポンプＰ１から吐出されたＭＣＨ（Ｌ１）は、予熱器１１によって、例えば室温近くの２０℃から、１１０℃〜１２０℃に昇温される。昇温された液状のＭＣＨ（Ｌ２）は、蒸発器１２によって蒸発され、例えば１７０℃〜１９０℃、好ましくは１８０℃程度の気化されたＭＣＨ（Ｖ１）となる。ＭＣＨ（Ｖ１）は、さらに加熱器１３によって例えば２９０℃〜３１０℃、好ましくは３００℃程度に昇温され、ＭＣＨ（Ｖ２）として脱水素反応器１０に導入される。
【００２２】
脱水素反応器１０内には、熱媒油などの熱媒体が通る管が蛇行して配置される。また、脱水素反応器１０内には、脱水素触媒が取り付けられる。ＭＣＨ（Ｖ２）の脱水素反応は吸熱反応であるため、熱媒体としては例えば３４０℃〜３６０℃、好ましくは３５０℃程度のものを用いて、脱水素反応器１０内を通過するＭＣＨ（Ｖ２）の脱水素触媒の熱による劣化が穏やかである２９０℃〜３１０℃、好ましくは３００℃程度に維持できるように脱水素反応器１０内を加熱する。脱水素反応器１０内に導入されたＭＣＨ（Ｖ２）は、水素とトルエンとに分解され、水素とトルエンと未分解のＭＣＨを含む脱水素反応物Ｖ３として例えば３２０℃〜３４０℃、好ましくは３３０℃程度で脱水素反応器１０から導出される。
【００２３】
脱水素反応物Ｖ３は、加熱器１３において、加熱器１３に導入されるＭＣＨ（Ｖ１）と熱交換を行う。熱交換された脱水素反応物Ｖ３は、例えば２００℃〜２２０℃、好ましくは２１５℃程度に降温した脱水素反応物Ｖ４となる。この脱水素反応物Ｖ４は、予熱器１１において、予熱器１１に導入されるＭＣＨ（Ｌ１）と熱交換を行う。この予熱器１１において、脱水素反応物Ｖ４とＭＣＨ（Ｌ１）とを熱交換することによって、後段の蒸発器１２での熱交換量を減らすことができる。すなわち、このような構成とすることによって、後述するように、熱媒体を加熱するためのエネルギー消費を抑制することができるため、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。この予熱器１１において熱交換されたＭＣＨ（Ｖ５）は、１３９℃まで降温し、その後、水素分離系１Ｂに導出される。
【００２４】
脱水素反応器１０に導入される熱媒体Ｌ１１は、熱媒ボイラ２１において加熱される。脱水素反応器１０内で吸熱された熱媒体Ｌ１２は、蒸発器１２においてＭＣＨ（Ｌ１）と熱交換してＭＣＨ（Ｌ１）を蒸発させて、例えば１７０℃〜１９０℃、好ましくは１８０℃まで昇温する。その後、降温した熱媒体Ｌ１３は、ポンプＰ２によって再び熱媒ボイラ２１に導入されて加熱される。本実施形態１において熱媒体は、伝熱効率の観点から熱媒油を採用しているが、これには限られない。なお、熱媒体は、タンクＴ２に貯留され、熱媒体の循環系において熱媒体が不足する場合には当該循環系を構成する管路に熱媒体が補給され、熱媒体が多い場合には当該循環系を構成する管路から引き抜かれる。
【００２５】
熱媒ボイラ２１は、ラインＬＮ１１を流れるＬＰガスＧ１とラインＬＮ１２を流れる空気Ｇ２とが流入し、ＬＰガスＧ１を燃焼することによって熱媒体Ｌ１３を加熱する。空気Ｇ２は、ブロア２２によって吸引され、空気予熱器２３によって予熱された後、熱媒ボイラ２１に導入される。熱媒ボイラ２１で燃焼した燃焼排ガスＧ３は、空気予熱器２３で空気Ｇ２と熱交換を行った後、燃焼排ガスとして大気に排出される。この空気予熱器２３を用いた空気予熱によってエネルギー効率を高めることができる。なお、熱媒ボイラ２１による熱媒体の加熱制御は、温度コントローラ２００が脱水素反応器１０内の温度を検出し、この検出温度をもとにポンプＰ２による熱媒ボイラ２１への熱媒体流量を調整するとともに、温度コントローラ２０１が検出する脱水素反応器１０に流入する熱媒体Ｌ１１の温度を検出し、この検出温度をもとに、フローコントローラ１０３を介して、熱媒ボイラ２１で燃焼するＬＰガスＧ１の流量を調整することによってなされる。フローコントローラ１０３は、バルブＶＬ１０３の開閉制御を行う。
【００２６】
なお、本実施の形態１では、熱媒ボイラ２１を用いて熱媒体を加熱し、この加熱された熱媒体によって脱水素反応器１０の加熱を行っている。このような熱媒体を用いた加熱機構を採用すると、例えばバーナーにより直接加熱する加熱機構に比べて、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できる。熱媒体を用いた加熱機構としては、液体状の熱媒体を用いたものには限られず、例えばＬＰガスをバーナーなどによって燃焼した燃焼ガスを脱水素反応器１０内の配管に流入してＭＣＨ（Ｖ２）を加熱するような気体状の熱媒体を用いたものでもよい。また、加熱機構としては、熱媒体を用いたものには限られず、同様の効果があれば他の機構を採用しても良い。
【００２７】
本実施の形態１による脱水素反応系１Ａでは、脱水素反応器１０から導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に流入するＭＣＨ（Ｖ１）を加熱するとともに、蒸発器１２の前段に配置された予熱器１１が、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、蒸発前の液状のＭＣＨ（Ｌ１）を予熱するようにしている。この結果、蒸発器１２においてＭＣＨ（Ｌ１）の蒸発に消費される熱媒体Ｌ１２の熱エネルギーを減少することができる。この熱媒体Ｌ１２から失われる熱エネルギーの減少は、熱媒ボイラ２１で消費されるエネルギーの減少をもたらし、結果的に装置全体のエネルギー効率を向上させることができる。
【００２８】
［水素精製系］
一方、予熱器１１を介した脱水素反応物Ｖ５は、水素精製系１Ｂに流入する。脱水素反応物Ｖ５は、冷却器３１で例えば１３５℃〜１４０℃から、４０℃程度にまで冷却され、気液分離器３５によって気液分離される。気液分離器３５で液状物質として分離されない、水素含有量が高い脱水素反応物Ｖ６は、さらに冷却器３２で４０℃から１５℃程度まで冷却され、気液分離器３６によって気液分離される。気液分離器３６で液状物質として分離されず、水素含有量がさらに高まった脱水素反応物Ｖ７は、コンプレッサＰ３によって加圧された脱水素反応物Ｖ３０として水素精製器３０に導入される。なお、コンプレッサＰ３によって加圧された脱水素反応物Ｖ３０は、加圧によって温度上昇するため、水素精製器３０に導入する前に、冷却器３３によって例えば８０〜１００℃、好ましくは９０℃まで冷却される。
【００２９】
水素精製器３０は、脱水素反応物Ｖ３０から水素を選択的に精製する機能を有するものであり、水素濃度が製品水素の基準濃度未満の第１水素含有物と、水素濃度が製品水素の基準濃度以上の第２水素含有物を外部に導出する。本実施の形態１では、水素精製器３０は、膜分離機構を用いたものが採用される。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から導入される圧力に耐え得る（例えば９００ｋＰａ以上の耐圧性がある）膜として、カーボン膜、パラジウム膜、ゼオライト膜などが挙げられるが、耐圧性や小さい差圧での実用化の観点ではカーボン膜およびゼオライト膜が比較的好ましく、中でもカーボン膜が振動に対する機械的強度の観点で特に好ましい。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など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している。コンプレッサＰ３は、２００ｋＰａの脱水素反応物Ｖ７を９００ｋＰａまで昇圧した脱水素反応物Ｖ３０として水素精製器３０に導出する。水素精製器３０における水素精製時の差圧は、２００ｋＰａであるため、精製された水素Ｖ３１は、９０℃で７００ｋＰａとなる。水素Ｖ３１は、冷却器３４で、４０℃まで冷却し、フローコントローラ１０１で調整して７００ｋＰａの水素Ｖ３２として外部に導出される。すなわち、要求された外部圧力及び温度をもつ製品水素として外部に供給される。
【００３０】
ここで、圧力コントローラ４００は、コンプレッサＰ３が導出する圧力が所定圧となるように制御する。この所定圧は、圧力損失を考慮し、水素分離器３０における水素分離により生じる差圧２００ｋＰａと、水素分離器３０によって分離された水素Ｖ３１の外部に導出する圧力７００ｋＰａとを合わせた圧力９００ｋＰａよりも高い圧力にする。コンプレッサＰ３が導出する圧力をこのような所定圧にすることによって、水素精製器３０の後段に従来設けていた、製品水素として必要な圧力に昇圧するための製品水素の導出専用のコンプレッサを設ける必要がなくなる。この結果、装置全体をコンパクトにすることができる。また、コンプレッサを分散配置せず、大型のコンプレッサに集約することによって圧力効率を高めることができ、結果的に、水素精製器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なエネルギーのトータルエネルギーを削減することができる。
【００３１】
なお、気液分離器３５，３６において液状物質として分離されたトルエン含有量が大きく水素が含まれる液化不純物Ｌ２１，Ｌ２２は、タンクＴ３に捕集され、回収トルエンとして用いられる。回収トルエンは、再び水素と反応させることにより水素化物（ＭＣＨ）として繰り返し使用することができる。
【００３２】
水素精製器３０における膜分離機構の水素分離膜を透過しなかった第１水素含有物Ｇ３１は、供給ラインＬＮ１を介して脱水素反応器１０の導入側に導入される。水素分離膜以外を用いた場合も、高純度水素以外の炭化水素を含むガスを第１水素含有物とする。本実施の形態１では、第１水素含有物Ｇ３１の加熱を効果的に行うために、第１水素含有物Ｇ３１は、蒸発器１２と加熱器１３との間の配管内に導入される。この第１水素含有物Ｇ３１には水素分離膜を透過できなかった水素が含まれる。第１水素含有物Ｇ３１内の水素が脱水素反応器１０に導入されると、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。特に、本実施の形態１で示すように、第１水素含有物Ｇ３１を脱水素反応器１０の導入側（上流側）から導入することにより、相対的に水素の存在量が少ない当該導入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。
【００３３】
図２は、水素精製器３０の導入・導出成分流量の関係を示す模式図である。図２に示すように、水素精製器３０に導入される脱水素反応物Ｖ３０は、水素：１６．５ｋｍｏｌ／ｈ、その他：０．２ｋｍｏｌ／ｈの流量配分であり、水素含有量が高い。水素精製器３０によって精製される水素Ｖ３１は、水素：１３．４ｋｍｏｌ／ｈであり、水素精製器３０によって精製されなかった第１水素含有物Ｇ３１は、水素：３．１ｋｍｏｌ／ｈ、その他：０．２ｋｍｏｌ／ｈの流量配分となる。すなわち、第１水素含有物Ｇ３１には、水素分離膜を透過できなかった水素が含まれており、この水素を脱水素反応器１０の導入側に導入することによって、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。
【００３４】
なお、図１において、温度コントローラ２０２〜２０４は、冷却器３１〜３３から導出されたガス温度を検出し、各冷却器３１〜３３に流入する冷却水の流量を調整することによって温度制御を行っている。ここで、冷却器３１，３３，３４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おり、冷却器３２は、必要冷却能力が大きいため、チラーを介して強制的に電気冷却した冷却水を用いている。なお、クーリングタワーを有効活用し、冷却器３１，３２による多段冷却を行うことによって強制冷却による電力消費が抑えられるため、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。
【００３５】
また、気液分離器３５，３６の液化したトルエンの排出は、それぞれレベルコントローラ３０１，３０２によって排出制御される。すなわち、レベルコントローラ３０１，３０２は、それぞれ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。また、フローコントローラ１０１は、水素Ｖ３２の導出流量が所定流量となるように、バルブを制御する。さらに、フローコントローラ１０２は、第１水素含有物Ｇ３１の流量が所定流量となるように、バルブを制御する。
【００３６】
［燃焼排ガス利用］
熱媒ボイラ２１からの燃焼排ガスＧ３の温度は、約４００℃であり、空気予熱器２３の下流の温度は、約２００℃である。そこで、熱媒ボイラ２１の燃焼排ガスＧ３の経路上であって空気予熱器２３の上流に熱交換器４０を設ける。供給ラインＬＮ４０は、熱交換器４０と水素精製器３０のケース４５内との間を接続して、熱交換された媒体の熱エネルギーをケース４５内に供給する。膜分離方式の水素精製器３０は、約９０℃に保温すると、精製効率が高まる。
【００３７】
本実施の形態１では、燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを水素精製器３０の保温に用いるとともに、この保温によって水素精製器３０による水素精製処理効率が高まることになる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、熱交換器４０を空気予熱器２３の上流に配置したが、本実施の形態２では、図３に示すように、空気予熱器２３の下流に熱交換器５０を配置し、約２００℃の燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを、供給ラインＬＮ５０を介して水素精製器３０のケース４５内に供給している。
【００３９】
本実施の形態２では、燃焼排ガスＧ３の温度が約２００℃であり熱エネルギーは低いが、水素精製器３０を約９０℃に保温するには十分な熱エネルギーである。
【００４０】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、熱交換器４０，５０を用いて熱エネルギーを水素精製器３０側に供給していたが、本実施の形態３では、図４に示すように、熱交換器４０，５０及び媒体を用いず、直接、燃焼排ガスＧ３を、供給ラインＬＮ６０を介して水素精製器３０側に供給している。燃焼排ガスＧ３は、気体であるが、燃焼排ガスＧ３が温度低下しても、水素精製器３０の保温には十分な熱エネルギーを供給することができる。なお、この場合、燃焼排ガスＧ３は、熱媒ボイラ２１から排出された直後の高温のものを用いることが好ましい。また、燃焼排ガスＧ３を引き出す位置は、水素精製器３０の保温を制御しなくてもよい位置であることが好ましい。
【００４１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを水素精製器３０に供給して水素精製器３０の加熱に利用していたが、水素製造装置１内の他の加熱機器にも供給することができる。図５に示すように、加熱器１３の周囲をケース５５で覆い、ケース５５に熱媒供給ラインＬＮ７０により燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを加熱器１３に供給することが可能である。予熱器１１や蒸発器１２についても、ケース５５と同様の構造を設置し、燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを供給することが可能である。また、実施の形態３のように、直接、燃焼排ガスＧ３を、供給ラインを介して、予熱器１１や蒸発器１２、加熱器１３の加熱に利用してもよい。
【００４２】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５について説明する。例えば、熱媒体Ｌ１２のラインに熱交換器を設け、この熱交換器と燃焼排ガスＧ３とを接続する熱媒供給ラインを介して、燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを熱媒体Ｌ１２の加熱に利用し、蒸発器１２に熱を供給することができる。また、熱媒体Ｌ１３のラインに熱交換器を設けて、燃焼排ガスＧ３の熱エネルギーを熱媒体Ｌ１３に供給し、脱水素反応器１０に供給される熱媒体Ｌ１１の予熱に利用してもよい。
【００４３】
また、本システム内の熱バランスが取れる範囲であれば、空気予熱器２３を不要とするシステムの場合、燃焼排ガスＧ３を、供給ラインを介して、脱水素反応器１０の加熱に用いることも可能である。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１〜５の構成要素は適宜選択して組み合わせても良い。また、空気予熱器２３を削除した構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  水素製造装置
１Ａ  脱水素反応系
１Ｂ  水素精製系
１０  脱水素反応器
１１  予熱器
１２  蒸発器
１３  加熱器
２１  熱媒ボイラ
２２  ブロア
２３  空気予熱器
３０  水素精製器
３１，３２，３３，３４  冷却器
３５，３６  気液分離器
４０，５０  熱交換器
４５，５５  ケース
１００，１０１，１０２，１０３  フローコントローラ
２００，２０１，２０２，２０３，２０４  温度コントローラ
３０１，３０２  レベルコントローラ
４００  圧力コントローラ
Ｓ１  濃度センサ
Ｇ１  ＬＰガス
Ｇ２  空気
Ｇ３  燃焼排ガス
Ｇ３１  第１水素含有物
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３  熱媒体
Ｌ２１，Ｌ２２  液化不純物
Ｐ１，Ｐ２  ポンプ
Ｐ３  コンプレッサ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  タンク
Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ３０  脱水素反応物
Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ３３  水素
ＶＬ１０３  バルブ
ＬＮ１，ＬＮ４０，ＬＮ５０，ＬＮ６０，ＬＮ７０  供給ライン
ＬＮ１１，ＬＮ１２  ライン
【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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