(57)【要約】【課題】副生水素を用いてエネルギーの利用効率が改善された副生水素利用システムを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態は、水素ガスが副次的に生成される生産設備と、水素ガス以外の燃料が供給され、前記生産設備に熱を供給する熱供給源と、前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給されて発電し、前記生産設備に電力を供給する固体高分子型燃料電池と、を備えた副生水素利用システムである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスが副次的に生成される生産設備と、
水素ガス以外の燃料が供給され、前記生産設備に熱を供給する熱供給源と、
前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給されて発電し、前記生産設備に電力を供給する固体高分子型燃料電池と、
を備えた副生水素利用システム。
【請求項２】
前記固体高分子型燃料電池は、前記発電により発生した、加熱された水を、前記熱供給源に供給する請求項１に記載の副生水素利用システム。
【請求項３】
前記熱供給源は、供給された前記燃料を燃焼し、前記生産設備に水蒸気又は加熱された水を供給する請求項１又は請求項２に記載の副生水素利用システム。
【請求項４】
前記固体高分子型燃料電池は、前記生産設備から供給された水素ガスを予め精製する精製装置を備え、前記精製装置で精製された水素ガスを反応させて発電する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の副生水素利用システム。
【請求項５】
前記水素ガスの流通方向における前記固体高分子型燃料電池の下流に、更に、前記固体高分子型燃料電池から排出された排出ガス中の水素ガスを利用する水素利用設備を備えた請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の副生水素利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副生水素利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
稼働している工業プラントには、副次的に水素ガスが生成されるプロセスを経るプラントが数多くある。具体的な例として、ポリエチレンやポリプロピレン等の原料であるエチレン、プロピレン等の化学製品を生産する石油化学プラントでは、一連のプロセスの中で水素が副生し、副生した水素を回収して一部を下流プラントで使用している。また、製鉄所では、石炭を乾留してコークスを得るプロセスで水素が副生し、苛性ソーダを電解生成するソーダ電解プラントでは、苛性ソーダと塩素を得るプロセスで水素が副生する（例えば、非特許文献１〜２参照）。
【０００３】
このように副生した水素（副生水素）は、化学合成用の原料として利用されるほか、工業プラント内に設置されたボイラ等の熱源に必要とされる熱用燃料として利用される割合が高い。また、外販用に製造されるボンベへの充填用途にも利用されている。そのため、必ずしも余剰の副生水素が無駄に排出ないし消費されている状況ともいえないのが現状である。
【０００４】
一方、近年は、燃料電池を搭載した車両等をはじめ、水素を利用したエネルギー環境が重要視され、整備されつつある状況にあり、水素を効率的にエネルギーに変換することができ、より大きなエネルギーとして利用できれば、水素利用環境におけるエネルギー利用効率が飛躍的に改善されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「食塩電解工業における副生水素利用の現状」、福岡正雄著、水素エネルギーシステムＶｏｌ．２８，Ｎｏ．１，ｐ．１６〜２２（２００３）
【非特許文献２】「石油・化学業界の既存設備を活用した高純度水素の供給可能性と石油業界の位置付け」、早内義隆、石倉雅裕共著、水素エネルギーシステムＶｏｌ．２８，Ｎｏ．１，ｐ．２３〜２８（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、数ある工業プラントで副生される副生水素の多くは、副生母体であるプラントに併設されている熱源用の燃料として利用されているのが実情である。つまり、水素を燃焼用燃料として利用し、熱交換装置を備えた例えばボイラ等において、燃焼熱を水と熱交換し、水蒸気又は温水もしくは熱水の形態で熱エネルギーとして利用している。そのため、水素のエネルギーとしての利用効率は必ずしも高くない。
【０００７】
本開示は、上記に鑑みなされたものであり、副生水素を用いてエネルギーの利用効率が改善された副生水素利用システムを提供することを目的とし、この目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、以下の知見に基づいて達成されたものである。
従来、副生水素は、熱源の熱用燃料として利用され、熱エネルギーとして取り出されて利用されてきたが、例えばボイラの蒸気回収効率が約９５％であるとしても、副生水素の新たなを利用形態として、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ，Polymer Electrolyte Fuel Cell）を工業生産システムに配設して水素を電池用燃料として利用する場合、従来のボイラで得られる蒸気量から換算される一次エネルギーに比べ、燃料電池で得られる電力量から換算される一次エネルギーの方が大きく、水素のエネルギーとしての利用効率が飛躍的に改善されるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本開示に係る副生水素利用システムは、
＜１＞  水素ガスが副次的に生成される生産設備と、水素ガス以外の燃料が供給され、前記生産設備に熱を供給する熱供給源と、前記生産設備で生成された前記水素ガスが供給されて発電し、前記生産設備に電力を供給する固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣと略記することがある。）と、を備えている。
【００１０】
従来、生産設備で副次的に生成された水素（以下、副生水素）は、化学合成用の原料又は外販用ボンベの充填用ガスとして用いられるほか、多くは、図５に示されるように、工業生産システム４００内に副生水素発生プラント４１０に併設された蒸気ボイラ４２０等の熱供給源に供給され、熱用燃料として利用されてきた。そのため、余剰水素として廃棄される副生水素こそ少ないものの、エネルギーとしての利用効率の点では必ずしも高いとは言い難い状況にあった。
一方、ＰＥＦＣでは、純度の比較的高い水素の供給が求められることから、水素ガスに対する代替燃料は考え難いところ、ボイラ等の熱供給源で使用される燃料は、水素から水素以外の燃料に代替が可能である。
上記の状況に鑑みて、本開示の副生水素利用システムでは、熱供給源に使用する燃料を水素ガスから水素ガス以外の燃料（例えば、都市ガス、天然ガス、重油、灯油、軽油等の燃料）に代え、かつ、副次的に生成された副生水素を利用するためのＰＥＦＣを新たに配設する。すなわち、副生水素の供給先を、従来のボイラ等（熱供給源）からＰＥＦＣに代え、ＰＥＦＣで発電された電力を生産設備に供給し、かつ、ボイラ等の燃料には水素ガス以外の燃料を用いる供給系統とする。
これにより、比較的純度の高い副生水素は、ＰＥＦＣに供給されて発電用途として消費されることで、熱エネルギーとしてではなく、電気エネルギーとして生産設備に必要とされるエネルギーの一部を賄う。ＰＥＦＣでの水素の発電効率は、ボイラ等での水素の蒸気変換効率に比べると高いとは言い難いものの、二次エネルギーである電力から換算される一次エネルギーは２．５倍を超えるため、同様に二次エネルギーである蒸気から換算される一次エネルギーに対し、プラント全体のエネルギー効率は大幅に改善され、一定量の副生水素に基づいて得られるエネルギー量を高めることができる。
副生水素を発電用燃料として用いることによって、水素のエネルギー価値を高めることが可能になるのである。
【００１１】
ＰＥＦＣは、常温で起動し、作動温度も低く、かつ、発電効率に優れている観点から、副生水素利用システムのエネルギー効率を効果的に向上させるのに適している。
【００１２】
＜２＞  前記＜１＞に記載の本開示に係る副生水素利用システムは、ＰＥＦＣが発電により発生した、加熱された水が、前記熱供給源に供給される態様が好ましい。
【００１３】
ＰＥＦＣでは、供給された副生水素が反応して発電し、電気エネルギーが得られると同時に、熱エネルギーも発生する。この熱エネルギーを水と熱交換することで、加熱された水（すなわち温水もしくは熱水）として取り出すことができる。温水もしくは熱水として取り出した熱エネルギーを熱供給源に供給し、燃焼の一助となることで全体でのエネルギー効率を高めることができる。
【００１４】
＜３＞  前記＜１＞又は前記＜２＞に記載の本開示に係る副生水素利用システムは、熱供給源が、供給された前記燃料を燃焼し、前記生産設備に加熱された水を供給する態様が好ましい。
【００１５】
従来、ボイラ等の熱供給源では、生産設備（プラント）で副生した副生水素を燃料として燃焼することで、熱を生産設備へ供給してきたが、本開示に係る副生水素利用システムでは、システム全体のエネルギー効率を高め得る副生水素を熱用燃料とせず、燃料として水素以外の燃料を燃焼させることで、熱供給源による熱の供給を継続しつつ、システム全体のエネルギー効率を改善できる。
【００１６】
＜４＞  前記＜１＞〜前記＜３＞のいずれか１つに記載の本開示に係る副生水素利用システムは、ＰＥＦＣが、前記生産設備から供給された水素ガスを予め精製する精製装置を備え、前記精製装置で精製された水素ガスを反応させて発電する態様であることが好ましい。
【００１７】
生産設備で副生される副生水素の純度は様々である一方、ＰＥＦＣに供給する水素には高い純度が要求されることから、必要に応じて、ＰＥＦＣに供給される前の副生水素をあらかじめ精製することにより、発電効率を高く維持し、燃料電池の耐久性を維持、改善することができる。
【００１８】
＜５＞  前記＜１＞〜前記＜４＞のいずれか１つに記載の本開示に係る副生水素利用システムは、前記ＰＥＦＣの前記水素ガスの流通方向下流に、更に、前記ＰＥＦＣ（特にアノード側）から排出された排出ガス（特にアノードオフガス）中の水素ガスを利用する水素利用設備を備えている態様も好ましい。
【００１９】
ＰＥＦＣを配設して副生水素利用システムを構築する場合、副生水素の一部をＰＥＦＣで利用し、ＰＥＦＣで利用されなかった副生水素を、ＰＥＦＣの下流に配設された水素利用装置（即ち、化学物質の合成や、磁性材料の製造、合成石英の製造などを行う併設プラント）で利用できるように構築されていることが好ましい。生産設備と、生産設備とは別の水素利用装置と、の間にＰＥＦＣを配設し、ＰＥＦＣで必要なもしくは可能な限りの副生水素を利用した後、燃料電池から排出される排出ガス（特にアノード側で排出されるアノードオフガス）中に残存する水素ガスを、下流の水素利用装置に供給して利用することで、エネルギー効率の向上効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本開示によれば、副生水素を用いてエネルギーの利用効率が改善された副生水素利用システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るＰＥＦＣシステムの概略構成を示すシステム構成図である。
【図２】ＰＥＦＣを利用した場合と従来のボイラを利用した場合とにおける水素のエネルギー価値を示すグラフである。
【図３】本発明のＰＥＦＣシステムの変形例の構成を示すシステム構成図である。
【図４】本発明のＰＥＦＣシステムの他の変形例の構成を示すシステム構成図である。
【図５】従来システムの構成を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本開示の副生水素利用システムの実施形態について具体的に説明する。但し、本開示は、以下に示す実施形態に制限されるものではない。
【００２３】
本発明の副生水素利用システムの一実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態では、副生水素利用システムとして、ＰＥＦＣを備え、生産設備の熱を賄う熱供給源として蒸気ボイラを備え、かつ、蒸気ボイラに供給する燃料として都市ガスを用いたＰＥＦＣシステム（生産システム）を一例に詳細に説明する。なお、本実施形態の生産設備は、副生水素が副生される副生水素発生プラントである
【００２４】
本実施形態のシステム１００は、図１に示すように、副生水素が生成される生産設備である副生水素発生プラント１０と、副生水素発生プラントの熱供給源である蒸気ボイラ２０と、副生水素で発電する燃料電池の一例である固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）３０と、を備えている。
【００２５】
副生水素発生プラント１０は、一部の生産プロセスで水素が副次的に生成されてくる設備であれば、制限されるものではなく、水素生成量の多いプラントがエネルギーの改善効率が高まる点で好ましい。
【００２６】
副生水素発生プラントの例としては、エチレン、プロピレン等の化学製品を生産する石油化学プラント、製鉄所、苛性ソーダを電解生成するソーダ電解プラント、等を挙げることができる。
【００２７】
蒸気ボイラ２０は、副生水素発生プラント１０内の被加熱部を加熱するのに必要な熱を賄うための燃焼装置（熱供給源）であり、蒸気ボイラ２０には、燃焼用燃料として都市ガスを供給するために外部設備と繋がるガス供給管２２が接続されている。
本実施形態では、燃料として、副生水素発生プラント１０から排出された副生水素が蒸気ボイラ２０に供給されるのではなく、外部設備よりガス供給管２２を通じて都市ガスが供給されるようになっている。外部設備より供給された都市ガスが燃焼されることで熱を生成し、生成熱を水との熱交換により水蒸気として取り出し、副生水素発生プラント１０及び蒸気ボイラ２０間を繋ぐ水蒸気流通管２４によって、取り出した水蒸気が副生水素発生プラント１０へ送られるようになっている。
【００２８】
燃料としては、水素ガス以外の、燃焼させ得る燃料から適宜選択することができ、例えば、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、消化ガス、重油、灯油、軽油等の燃料が挙げられる。
【００２９】
なお、水蒸気とは、気体の状態になっている水、及びこれが空気中で凝結して細かい水滴となったものを包含する意味である。
【００３０】
本実施形態では、熱供給源として蒸気ボイラを備えた態様を示したが、蒸気ボイラのほか、ガスタービン等を用いてもよい。
【００３１】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）３０は、副生水素流通管１２によって副生水素発生プラント１０と連通されている。副生水素発生プラント１０で副生した副生水素は、副生水素流通管１２を通じて、ＰＥＦＣ３０のアノード側に供給される。
ＰＥＦＣ３０は、一般に、高分子電解質膜をアノード極（燃料極）及びカソード極（酸素極）で挟んだセルを更にセパレータで挟んだ構造を有する。供給された副生水素を燃料としてアノード側で水素イオンが生成され（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）、生成された水素イオンは高分子電解質膜中をカソード側へ移動し、カソード側で水素イオンが酸素と反応して水を生成する反応（1/2Ｏ２＋2Ｈ＋＋ｅ−→Ｈ２Ｏ）が生じ、発電する。
Ｈ２＋１／２Ｏ２ → Ｈ２Ｏ  （全反応）
発電された電力は、電力系統３４を介して副生水素発生プラント１０へ供給される。これにより、外部の電力系統からの電力を供給して作動させていた従来の副生水素発生プラントは、ＰＥＦＣ３０からの電力供給により、外部の電力系統から供給しなければならない電力量を削減することができる。
【００３２】
また、ＰＥＦＣ３０では、発電に加えて熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは、図示しないが水と熱交換することで生成された温水として、配管３２を通じて蒸気ボイラ２０に送られ、蒸気ボイラにて利用されるようになっている。これにより、ＰＥＦＣからの熱エネルギー分の燃料の削減が期待できる。
【００３３】
ＰＥＦＣ３０は、上記のように、セパレータ／燃料極／高分子電解質膜／酸素極／セパレータの積層構造を有する単セルを備える燃料電池を指し、必要に応じて、更に、水素を改質生成する改質器を備えた燃料電池であってもよい。
【００３４】
次に、ＰＥＦＣを備えた副生水素利用システムの本実施形態（ＰＥＦＣシステム）において、水素のエネルギー価値を見積もったシミュレーション結果を従来システムと対比して以下に示す。従来システムは、熱供給源として蒸気ボイラを用いた場合を例に挙げて示す。
【００３５】
水素のエネルギー価値とは、エネルギーとしての利用価値のことであり、水素ガスをエネルギー源として利用する際に実際に得られるエネルギーの大きさのことを指す。例えば、システムに導入する水素ガス（一次エネルギー）の量ａを使用して得られる二次エネルギーが、ａ（等倍）のままの使用法と、２ａとなる使用法とでは、実質的なエネルギー量が異なり、同量の水素（一次エネルギー）でも、後者はエネルギーとしての利用価値が２倍高いといえる。
【００３６】
（１）ＰＥＦＣ単体
まず、蒸気ボイラを利用した場合と、ＰＥＦＣを利用した場合と、における水素の一次エネルギーとしての価値を対比する。
ＰＥＦＣの発電効率、蒸気ボイラの蒸気回収効率をそれぞれ５５％、９５％と仮定し、蒸気及び電力の一次エネルギー換算値（単位：ギガジュール［ＧＪ］）をそれぞれ以下の値と仮定する。一次エネルギー換算値は、いずれも日本ガス協会の公開値（「電気の使用に係るＣＯ２排出係数を考える  ＣＯ２削減対策の評価に用いる電気のＣＯ２排出係数について ＜２０１０年施行温対法対応版＞ 」一般社団法人日本ガス協会）である。なお、電力の一次エネルギー換算値（9.63GJ/MWh）は、昼間の9.97GJ/MWhと夜間の9.28GJ/MWhの平均値である。
【００３７】
【表１】
2017098039.tif 000002
【００３８】
上記表１の条件下、供給する水素ガスの量をエネルギー換算で１００ギガジュール（ＧＪ）と仮定した場合、二次エネルギー、及び二次エネルギーから換算した一次エネルギーの値は以下のようになる。
例えばＰＥＦＣを利用した場合、単位当たりの二次エネルギーである電力を得るのに必要な一次エネルギーは２．６７ＧＪ／ＧＪのため、下記式から、一次エネルギー換算値は１４７．０ＧＪとなる。ボイラを利用する場合も同様に算出できる。
（１００ＧＪ×０．５５）×２．６７ＧＪ／ＧＪ）＝１４７．０ＧＪ
【００３９】
【表２】
2017098039.tif 000003
【００４０】
得られた一次エネルギー換算値を、水素のエネルギー価値として図２に示す。
単体での水素ガスの利用効率は、ＰＥＦＣを利用する場合に比べて蒸気ボイラを利用する場合の方が高いが、表２及び図２に示されるように、同量の水素から得られる二次エネルギーより換算される一次エネルギーを対比すると、ＰＥＦＣを利用した場合の一次エネルギーは、蒸気ボイラを利用した場合の一次エネルギーに比べて約１．５倍高いことがわかる。
【００４１】
上記を一般化するため、蒸気ボイラの蒸気回収効率をＡ％とし、ＰＥＦＣの発電効率をＢ％とし、かつ、供給する水素ガスの量をエネルギー換算でＸ（ＧＪ）とすると、以下のように示すことができる。
供給燃料として水素ガスのエネルギー量を任意に変化させた場合、下記表３に示す式からエネルギー（一次エネルギー換算値）を算出することができる。この場合の蒸気ボイラによるエネルギーも表３に示す式の通りである。
【００４２】
【表３】
2017098039.tif 000004
【００４３】
（２）ＰＥＦＣシステム
次に、蒸気ボイラを備えた従来システムと、ＰＥＦＣを備えた副生水素利用システム（ＰＥＦＣシステム）と、における水素の一次エネルギーとしての価値を対比する。
【００４４】
上記と同様に、ＰＥＦＣの発電効率、蒸気ボイラの蒸気回収効率をそれぞれ５５％、９５％と仮定し、蒸気及び電力の一次エネルギー換算値を表１に示す値と仮定する。そして、表１の条件下、供給する水素ガス及び都市ガスの量をエネルギー換算で１００ギガジュール（ＧＪ）と仮定した場合、従来システム、ＰＥＦＣシステムの各々における一次エネルギー換算値は、以下のようになる。
【００４５】
【表４】
2017098039.tif 000005
【００４６】
ＰＥＦＣシステムでは、水素ガス及び都市ガスの供給で合計２００ＧＪを使用した場合、ＰＥＦＣによる発電電力５５ＧＪ分を差し引くと、システム全体として運転に必要なエネルギー量は、一次エネルギー換算値で５３ＧＪとなるのに対し、従来システムでは運転に１００ＧＪのエネルギーが必要とされる。
したがって、下記表５に示すように、ＰＥＦＣシステムでは、従来システムに対して、エネルギー利用効率が約２倍になっており、４７％の燃料削減を達成することが可能である。
また、水素ガス１００ＧＪと都市ガス１００ＧＪを消費するケースを想定した場合、ＰＥＦＣシステムは、従来システムに対して一次エネルギー換算量で４７ＧＪの削減が図れることになる。
【００４７】
【表５】
2017098039.tif 000006
【００４８】
以上のように、副生水素を蒸気ボイラ２０に供給して水蒸気を生成して熱エネルギーを得る従来の工業生産システムに比べて、ＰＥＦＣを備え、副生水素をＰＥＦＣに供給して発電し、かつ、蒸気ボイラには水素ガス以外の燃料を用いて電気エネルギーを得る本実施形態の副生水素利用システムでは、水素ガスは約２倍のエネルギー価値を有することになる。結果、消費する燃料の大幅な削減に繋がる。
【００４９】
上記を一般化するため、蒸気ボイラの蒸気回収効率をＡ％とし、ＰＥＦＣの発電効率をＢ％とし、かつ、供給する水素ガスの量をエネルギー換算でＸ（ＧＪ）とすると、以下のように示すことができる。
【００５０】
【表６】
2017098039.tif 000007
【００５１】
上記した通り、ＰＥＦＣシステムでは、水素ガス及び都市ガスが合計で２Ｘ［ＧＪ］供給された場合、ＰＥＦＣより得られる発電電力「２．６７×Ｘ×Ｂ／１００」ＧＪ分を差し引くと、システム全体として必要なエネルギー量は、一次エネルギー換算値で２Ｘ−（２．６７×Ｘ×Ｂ／１００）ＧＪとなる。従来システムでは、Ｘ［ＧＪ］のエネルギーが必要となる。
導入される燃料として水素ガス、都市ガスのエネルギー量を任意に変化させた場合、上記表６に示す式に基づいてシステム全体のエネルギー（一次エネルギ換算値）を算出することができる。この場合の従来システムと対比したエネルギー効率は、下記表７に示す式から求められる。
【００５２】
【表７】
2017098039.tif 000008
【００５３】
以上のように、本実施形態では、副生水素発生プラントで副生された副生水素を燃料電池に供給し、熱供給源である蒸気ボイラには都市ガスを供給することで、プラント全体でのエネルギー効率が飛躍的に改善されることが明らかである。
【００５４】
（変形例）
次に、上記した実施形態の変形例を示す。変形例を図３に示す。なお、図３に示す変形例では、上記の実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
変形例は、図３に示すＰＥＦＣシステム２００のように、副生水素発生プラント１０とＰＥＦＣ３０とを連通する副生水素供給管１２に、副生水素を精製するための精製装置４０が取り付けられている。供給された副生水素の純度が低い場合、精製装置４０で不純物が取り除かれ、純度を高めた後の副生水素がＰＥＦＣ３０に供給される。
これにより、ＰＥＦＣ３０での発電効率が維持、向上するとともに、ＰＥＦＣ３０自体の耐用年数を維持、向上させることができる。
【００５６】
副生水素中の不純物としては、メタンガス等の炭化水素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄等が挙げられる。
【００５７】
精製装置４０は、水素ガス中に混入している不純物を除去することができる装置を適宜選択すればよい。精製装置４０の具体例としては、圧力変動吸着法（ＰＳＡ法）を利用して加圧、減圧を繰り返す際のガス成分の着脱によりガス分離を行うＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置、二酸化炭素を選択的に分離する二酸化炭素分離膜、硫黄を吸着する活性炭もしくは合金粒子等の脱硫剤などを挙げることができる。
【００５８】
また、主要プラントで副生した水素ガスを回収し、その一部を他の生産プラントで流用する複合プラントに、燃料電池を併設してシステムを構築する場合、燃料電池の配設位置は、エネルギーの利用効率に影響を与えやすい。具体的な例として、苛性ソーダを電解生成するソーダ電解プラントが挙げられる。ソーダ電解プラントでは、苛性ソーダの生産に合わせて電解槽より塩素と水素が生成されるため、一般に他の生産プラントとして、生成された水素と塩素とから塩化水素を生成するプラントや、生成した水素を用いてジアミノトルエン、アニリン等の化学物質を合成するプラント、生成した水素を用いて磁性材料の製造、合成石英の製造等を行うプラント、生成した塩化水素を用いて塩化鉄、塩酸、クロロスルホン酸等の化学物質を合成するプラントなどが配置されている。
このような複合プラントでは、通常、最後に残った余剰の水素を有効利用するために、水素ガスの流通経路の最終段階に燃料電池を設置し、余剰の水素ガスを有効に利用することが考えられている。ところが、水素ガスの有効利用を図るには、電解槽で塩素と水素が生成される初期プロセスで水素が燃料電池へ供給されるように、燃料電池を設置されていることが好ましい。
【００５９】
かかる観点より、以下に説明する変形例に構成されてもよい。
例えば図４に示すＰＥＦＣシステム３００ように、燃料電池の配設位置は、副生水素発生プラント１０と、他の水素利用設備である水素利用プラント５０と、の間であることが望ましい。つまり、副生水素発生プラント１０から排出された副生水素が供給されるＰＥＦＣ３０の、副生水素の流通方向下流に、他の水素利用プラントである水素利用プラント５０が配置され、副生水素をまずＰＥＦＣ３０で消費し、ＰＥＦＣ３０で消費されなかった水素が下流の他の生産プラントで消費されるシステムに構築されていることが好ましい。燃料電池の水素利用率は、一般的に１００％を下回るため、副生水素の多くを上記の実施形態のように燃料電池で使用してシステム全体のエネルギー効率を高めることができ、かつ、消費されない水素で下流システムでの水素利用も可能になる。
これにより、副生水素の利用効率、ひいてはシステム全体のエネルギーの利用効率が飛躍的に改善される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本開示の副生水素利用システムは、エチレン、プロピレン等の化学製品を生産する石油化学プラント、製鉄所、ソーダ電解プラント等の、副次的に水素ガスが生成されるプロセスを有する工業プラントにおいて好適である。
【符号の説明】
【００６１】
１０・・・副生水素発生プラント
１２・・・副生水素供給管
２０・・・ボイラ（熱供給源）
３０・・・ＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）
４０・・・精製装置
５０・・・水素利用プラント（水素利用設備）
１００，２００，３００・・・ＰＥＦＣシステム（副生水素利用システム）
【図１】
2017098039.tif 000009
【図２】
2017098039.tif 000010
【図３】
2017098039.tif 000011
【図４】
2017098039.tif 000012
【図５】
2017098039.tif 000013