(57)【要約】【課題】触媒の劣化を抑制して稼働することが可能な脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法を提供する。【解決手段】脱水素システム１は、有機ハイドライドを貯留する貯留部１０と、蒸発部２０と、脱水素触媒を保持する反応部３０と、分離部４０と、主流路１１０と、主流路１１０を開閉自在に仕切る第１開閉弁Ｖ１と、主流路１１０に不活性ガスを圧送する不活性ガス圧送手段７０と、主流路１１０から分岐して貯留部１０に接続する排出流路１２０とを備えている。脱水素システムの運転停止方法は、システム停止時に、蒸発部１０への有機ハイドライドの供給を停止すると共に、蒸発部１０と反応部３０との間の主流路１１０を閉鎖することで、主流路１１０の上流側に不活性ガスを圧送して、主流路１１０に残留している有機ハイドライドを貯留部１０に排出させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライドを貯留する貯留部と、
前記貯留部から供給される有機ハイドライドを気化させる蒸発部と、
前記有機ハイドライドの脱水素反応を触媒する脱水素触媒を保持する反応部と、
前記脱水素反応によって生成した水素と前記有機ハイドライドの脱水素化物とを分離する分離部と、
前記貯留部、前記蒸発部、前記反応部及び前記分離部をこの順に接続している主流路と、
前記蒸発部と前記反応部との間の前記主流路を開閉自在に仕切る第１開閉弁と、
前記第１開閉弁よりも上流側の前記主流路に不活性ガスを圧送する不活性ガス圧送手段と、
前記第１開閉弁よりも上流側の前記主流路から分岐して前記貯留部に接続する排出流路と、を備えることを特徴とする脱水素システム。
【請求項２】
前記不活性ガス圧送手段が、前記蒸発部の出口と前記第１開閉弁との間の前記主流路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の脱水素システム。
【請求項３】
前記貯留部と前記蒸発部との間の前記主流路に設置され、前記有機ハイドライドを前記蒸発部に供給する供給ポンプをさらに備え、
前記排出流路が、前記供給ポンプと前記蒸発部の入口との間の前記主流路から分岐していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脱水素システム。
【請求項４】
前記排出流路を開閉自在に仕切る第２開閉弁と、
前記不活性ガス圧送手段及び前記供給ポンプの稼働と前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁の開閉とを制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、システム停止時に、前記供給ポンプの稼働を停止し、前記第１開閉弁を閉じると共に前記第２開閉弁を開いた後に前記不活性ガス圧送手段を稼働させて前記不活性ガスを前記主流路に圧送し、前記主流路に残留している前記有機ハイドライドを前記貯留部に排出させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の脱水素システム。
【請求項５】
前記蒸発部における前記有機ハイドライドの出口温度を計測する出口温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、前記蒸発部の出口温度が前記有機ハイドライドの沸点以上であるときに前記不活性ガス圧送手段を稼働させることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記出口温度の上昇の時間変化率があらかじめ設定されている閾値以上になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項５に記載の脱水素システム。
【請求項７】
前記蒸発部は、熱交換型の加熱装置であって、前記蒸発部に流入する熱媒温度を把握できる熱媒上流側温度計測手段と、前記蒸発部から流出する熱媒温度を把握できる熱媒下流側温度計測手段と、をさらに備え、
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記熱媒上流側温度と前記熱媒下流側温度との温度差があらかじめ設定されている閾値以下になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項５に記載の脱水素システム。
【請求項８】
前記蒸発部における前記有機ハイドライドの入口温度を計測する入口温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記入口温度が前記有機ハイドライドの沸点以上になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項５に記載の脱水素システム。
【請求項９】
前記蒸発部における前記有機ハイドライドの出口温度を計測する出口温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、前記蒸発部の出口温度が前記有機ハイドライドの沸点未満であるときに前記不活性ガス圧送手段を稼働させることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項１０】
前記蒸発部における出口圧力を計測する圧力計測手段をさらに備え、
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記出口圧力の降下の時間変化率があらかじめ設定されている閾値以下になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項９に記載の脱水素システム。
【請求項１１】
前記排出流路における液体の通流を検知する液体検知手段をさらに備え、
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記排出流路において液体が検知されなくなったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、圧送される前記不活性ガスの延べ体積が前記第１開閉弁と前記供給ポンプとの間の前記主流路の総体積以上になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項１３】
前記蒸発部における前記有機ハイドライドの液量を検出する液面計をさらに備え、
前記制御部は、前記不活性ガス圧送手段を起動した後、前記液面計により計測される液位があらかじめ設定されている閾値以下になったときに前記不活性ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項１４】
前記排出流路に排出された前記有機ハイドライドを凝縮させる凝縮手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の脱水素システム。
【請求項１５】
前記第１開閉弁よりも上流側の前記主流路に水素ガスを圧送する水素ガス圧送手段と、
前記排出流路から分岐した放出流路とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の脱水素システム。
【請求項１６】
前記水素ガス圧送手段が、前記蒸発部の出口と前記第１開閉弁との間の前記主流路に接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の脱水素システム。
【請求項１７】
前記放出流路を開閉自在に仕切る第３開閉弁と、
前記不活性ガス圧送手段、前記供給ポンプ及び前記水素ガス圧送手段の稼働と前記第１開閉弁、前記第２開閉弁及び前記第３開閉弁の開閉とを制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、システム停止時に、前記供給ポンプの稼働を停止し、前記第１開閉弁及び前記第３開閉弁を閉じると共に前記第２開閉弁を開いた後に前記不活性ガス圧送手段を稼働させて前記不活性ガスを前記主流路に圧送し、前記主流路に残留している前記有機ハイドライドを前記貯留部に排出させた後、前記不活性ガス圧送手段の稼働を停止し、前記第３開閉弁を開いた後に前記水素ガス圧送手段を稼働させて前記水素ガスを前記主流路及び前記排出流路に圧送し、前記主流路及び前記排出流路に残留している前記不活性ガスを前記水素ガスと共に系外に放出させることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の脱水素システム。
【請求項１８】
前記制御部は、前記水素ガス圧送手段を起動した後、圧送される前記水素ガスの延べ体積が前記第１開閉弁と前記供給ポンプとの間の前記主流路と前記排出流路とを合わせた総体積以上になったときに前記水素ガス圧送手段を停止させることを特徴とする請求項１７に記載の脱水素システム。
【請求項１９】
有機ハイドライドを貯留する貯留部と、
前記貯留部から供給される有機ハイドライドを気化させる蒸発部と、
前記有機ハイドライドの脱水素反応を触媒する脱水素触媒を保持する反応部と、
前記脱水素反応によって生成した水素と前記有機ハイドライドの脱水素化物とを分離する分離部と、
前記貯留部、前記蒸発部、前記反応部及び前記分離部をこの順に接続している主流路と、を備える脱水素システムの運転停止方法であって、
システム停止時に、
前記蒸発部への前記有機ハイドライドの供給を停止すると共に、
前記蒸発部と前記反応部との間の前記主流路を閉鎖することで、
閉鎖されている前記主流路の上流側に不活性ガスを圧送して、前記主流路を掃気すると共に、前記主流路に残留している前記有機ハイドライドを前記貯留部に排出させることを特徴とする脱水素システムの運転停止方法。
【請求項２０】
前記主流路に残留している前記有機ハイドライドを前記不活性ガスと共に前記貯留部に排出させた後、前記主流路を系外と連通すると共に、閉鎖されている前記主流路の上流側に水素ガスを圧送して、前記主流路を掃気すると共に、前記主流路に残留している前記不活性ガスを前記水素ガスと共に前記系外に放出させることを特徴とする請求項１９に記載の脱水素システムの運転停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ハイドライドを脱水素して水素を取り出す脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ源として有用な水素を、有機ハイドライドをキャリアとして貯蔵・輸送する技術の開発が進められている。シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の有機ハイドライドは、水素の貯蔵密度が高く、液体としての取り扱いも容易であることから、水素を低コストで大量に貯蔵・輸送することが可能なキャリアとして有望視されている。
【０００３】
水素が利用される消費地には、有機ハイドライドに水添されている水素を脱水素反応によって取り出すための脱水素システムが設置される。脱水素システムとしては、貯蔵や輸送に適した液体の有機ハイドライドを気化させた後に反応器に導入し、反応器に保持されている脱水素触媒によって脱水素化を行う形態のシステムが開発されている。
【０００４】
この種の脱水素システムは、一般に、有機ハイドライドを加熱して気化させる蒸発器と、脱水素反応を行う反応器と、脱水素反応によって生成した水素を気液分離する気液分離器とを備えている。液体の有機ハイドライドを気化し、脱水素触媒の存在下に脱水素反応させることによって、水素ガスと有機ハイドライドの脱水素化物とが生成される。
【０００５】
有機ハイドライドの脱水素反応は、吸熱反応である。そのため、脱水素システムに備えられる反応器は、２５０℃〜４００℃程度の高温に加熱されて運転されることが多い。このようにして反応器が高温になると、有機ハイドライドや水添反応において副生成して混入している不純物等に由来して触媒の被毒（コーキング）を生じることが知られている。そこで、被毒の原因物質を除去することによって脱水素触媒の劣化を抑制する技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、水素化芳香族化合物を生成する水素化反応装置と、水素化反応装置の生成物を水素化芳香族化合物の沸点以上に維持した状態で気液分離する第１分離装置と、第１分離装置によって分離された気体に含まれる水素化芳香族化合物を分離する第２分離装置とを備えた水素化システムと、第２分離装置によって分離された水素化芳香族化合物から水素を生成する脱水素反応装置とを備える水素貯蔵・輸送システムについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１４５３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
脱水素システムの運転を停止する際には、原料としての有機ハイドライドの供給を停止する操作と、蒸発器や反応器における加熱を中止する操作とを、併せて行うのが一般的である。高温に加熱されていた蒸発器や反応器は、このような操作が実行された後、自然放冷されて平温に戻り、次回の再起動に向けて待機する状態となる。
【０００９】
ところが、このような操作を経て脱水素システムの運転を停止する場合、有機ハイドライドの供給を停止したとしても、既に投入した有機ハイドライドの一部については、反応器に到達すること無く、未反応のままライン内に残留することになる。また、蒸発器や反応器は、加熱を停止したとしても直ちには除熱されず、暫くの間は余熱を保った状態であり続ける。
【００１０】
そのため、システム停止時の脱水素システムのラインは、蒸発器の加熱が停止される前に既に気化し、排出されずに残っていた高温の有機ハイドライドや、蒸発器の加熱が停止された後に余熱によって新たに気化した高温の有機ハイドライド等が少なからず残存した状態となる。
【００１１】
そして、こうした高温の有機ハイドライドは、熱分解によってコークを生じたり、反応器に流入して意図しない触媒反応を生じたりして、脱水素触媒のコーキングを進行させる。すなわち、システム停止時にライン内に残存している有機ハイドライド等によって、脱水素触媒の耐用寿命や反応効率が損なわれるという課題がある。
【００１２】
特許文献１に記載されているような水素貯蔵・輸送システムによると、脱水素触媒の被毒物質が水素化システムから混入して脱水素システム内で濃縮するのを防止することが可能である。しかしながら、脱水素システムは、一般に、起動と停止とを断続的に繰り返して、長期にわたって継続的に稼働される。そのため、システム停止の都度に進行するコーキングは、水素化システムから混入する不純物等に起因する劣化と比較しても影響が大きいものである。
【００１３】
また、脱水素システムのシステム停止時にライン内に供給済みの有機ハイドライドが残存していると、脱水素システムを再起動して新たに有機ハイドライドを供給するときに、ライン内に残存していた有機ハイドライドも反応器に投入されてしまう。このようにして有機ハイドライドの現実の投入量が、予定していた設計量よりも過剰になると、触媒の劣化が不用意に進んでしまうという課題もある。
【００１４】
そこで、本発明は、触媒の劣化を抑制して稼働することが可能な脱水素システム及び脱水素システムの運転停止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】
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に係る脱水素システムは、有機ハイドライドを貯留する貯留部と、前記貯留部から供給される有機ハイドライドを気化させる蒸発部と、前記有機ハイドライドの脱水素反応を触媒する脱水素触媒を保持する反応部と、前記脱水素反応によって生成した水素と前記有機ハイドライドの脱水素化物とを分離する分離部と、前記貯留部、前記蒸発部、前記反応部及び前記分離部をこの順に接続している主流路と、前記蒸発部と前記反応部との間の前記主流路を開閉自在に仕切る第１開閉弁と、前記第１開閉弁よりも上流側の前記主流路に不活性ガスを圧送する不活性ガス圧送手段と、前記第１開閉弁よりも上流側の前記主流路から分岐して前記貯留部に接続する排出流路とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この脱水素システムは、第１開閉弁を備えているため、脱水素反応を休止しているときに反応器を供給済みの有機ハイドライドから隔離することができる。そのため、脱水素システムの運転を休止しているときに、主流路に残存している有機ハイドライドが反応部に流入するのを防止することができる。また、不活性ガス圧送手段と排出流路とを備えているため、第１開閉弁よりも上流側の主流路に残存している有機ハイドライドを不活性ガスで圧送することによって排出することができる。そのため、脱水素システムの運転を再起動したときに、主流路に残存していた有機ハイドライドが反応部に流入するのを防止することができる。よって、この脱水素システムによると、コーキングによる触媒の劣化を抑制して、長期にわたって良好な反応効率を保って稼働を続けることが可能となる。また、貯留部に排出した有機ハイドライドを原料として再利用することができるため、有機ハイドライドの使用効率が優れている。
【００１７】
また、本発明に係る脱水素システムの運転停止方法は、有機ハイドライドを貯留する貯留部と、前記貯留部から供給される有機ハイドライドを気化させる蒸発部と、前記有機ハイドライドの脱水素反応を触媒する脱水素触媒を保持する反応部と、前記脱水素反応によって生成した水素と前記有機ハイドライドの脱水素化物とを分離する分離部と、前記貯留部、前記蒸発部、前記反応部及び前記分離部をこの順に接続している主流路とを備える脱水素システムの運転停止方法であって、システム停止時に、前記蒸発部への前記有機ハイドライドの供給を停止すると共に、前記蒸発部と前記反応部との間の前記主流路を閉鎖することで、閉鎖されている前記主流路の上流側に不活性ガスを圧送して、前記主流路を掃気すると共に、前記主流路に残留している前記有機ハイドライドを前記貯留部に排出させることを特徴とする。
【００１８】
この脱水素システムの運転停止方法によると、脱水素システムのシステム停止時に、有機ハイドライドの供給が停止された後に主流路が閉鎖される。そのため、脱水素システムの運転を休止しているときに、主流路に残存している有機ハイドライドが反応器に流入するのを防止することができる。そして、有機ハイドライドの供給が停止された後に主流路の上流側に残存している供給済みの有機ハイドライドは、圧送される不活性ガスによって主流路から排除される。これにより、脱水素システムの運転を再起動したときに、主流路に残存していた有機ハイドライドが反応器に流入するのを防止することができる。よって、この脱水素システムの運転停止方法によると、コーキングによる触媒の劣化を抑制して、長期にわたって良好な反応効率を保って脱水素システムを稼働させることが可能である。また、主流路に残存していた有機ハイドライドは貯留部に排出されるため、原料として再利用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、触媒の劣化を抑制して稼働することが可能な脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る脱水素システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る脱水素システムの運転の流れを示すフローチャートである。
【図３】不活性ガス供給器の運転を停止する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る脱水素システムの概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る脱水素システムの運転の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
はじめに、本発明の第１実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの停止方法について説明する。なお、以下の図において共通する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る脱水素システムの概略構成を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る脱水素システム１は、原料タンク（貯留部）１０と、蒸発器（蒸発部）２０と、反応器（反応部）３０と、気液分離器（分離部）４０と、水素タンク５０と、液体タンク６０と、不活性ガス供給器（不活性ガス圧送手段）７０と、凝縮器（凝縮手段）８０と、制御装置（制御部）１００と、主流路１１０と、排出流路１２０と、供給ポンプｐ１と、ブロワｐ２と、主流路開閉弁（第１開閉弁）Ｖ１と、排出流路開閉弁（第２開閉弁）Ｖ２と、を備えている。
【００２３】
脱水素システム１は、液体の有機ハイドライドを気化し、気化させた有機ハイドライドを脱水素触媒によって脱水素反応させて水素を生成し、脱水素反応によって生成した水素と有機ハイドライドの脱水素化物とを気液分離して水素を回収する装置である。有機ハイドライドから取り出された水素は、各種の用途に利用される一方で、気液分離された有機ハイドライドの脱水素化物は、水素を貯蔵するキャリアとして再利用される。
【００２４】
有機ハイドライドとしては、具体的には、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、１−メチルデカリン、２−メチルデカリン、２−エチルデカリン等の芳香族炭化水素の水素化物が好適に用いられる。
【００２５】
有機ハイドライドは、水素吸蔵合金をキャリアとする場合や、水素単体を貯蔵・輸送する場合と比較して、重量当たり及び体積当たりの水素貯蔵密度を高密度にすることが可能なキャリアである。そのため、有機ハイドライドは、貯蔵・輸送を行う設備機器等について小型化により低コスト性や省スペース性を確保しつつ、高い貯蔵量や搬送量をも両立させることができる点で、有利なキャリアとなっている。
【００２６】
有機ハイドライドの一種であるメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）は、常圧における沸点が約１０１℃である。ＭＣＨは、脱水素反応することによって、水素と常圧における沸点が約１１０℃であるトルエンとを生成する。キャリアとしてのＭＣＨは、毒性が比較的低く、常圧付近における広い温度域で液体として取り扱いが可能であるという利点を有している。そこで、以下においては、有機ハイドライドとしてＭＣＨを用いる場合を例にとって説明を行う。
【００２７】
脱水素システム１は、図１に示すように、原料タンク１０、蒸発器２０、反応器３０及び気液分離器４０をこの順に直列状に接続している主流路１１０を有している。主流路１１０は、水素生成の原料として供給される液体のＭＣＨや、気化したＭＣＨや、ＭＣＨに由来する水素等の生成物をはじめとして、気体及び液体のうち少なくとも一方が通流可能な流路となっている。主流路１１０は、配管等によって形成されており、原料タンク１０から、蒸発器２０や反応器３０を貫通して気液分離器４０に達している。
【００２８】
原料タンク１０は、水素生成の原料となるＭＣＨを貯留するための容器である。原料タンク１０には、例えば、生産地等から搬送されてきたＭＣＨが投入され、液体の状態で貯留されるようになっている。原料タンク１０の出口は、主流路１１０を介して蒸発器２０の入口と接続されている。
【００２９】
供給ポンプｐ１は、原料タンク１０と蒸発器２０との間の主流路１１０に設置されている。原料タンク１０に貯留されている液体のＭＣＨは、供給ポンプｐ１によって引き抜かれて昇圧され、主流路１１０を通じて蒸発器２０に供給されるようになっている。
【００３０】
供給ポンプｐ１は、制御部１００と不図示の信号線を介して接続されている。供給ポンプｐ１は、例えば、インバータ駆動によってポンプの駆動回転数を制御可能に設けられる。供給ポンプｐ１の作動及び停止や、供給ポンプｐ１によるＭＣＨの移送量は、制御部１００によって制御される。
【００３１】
蒸発器２０は、液体のＭＣＨを気化させるために備えられている。蒸発器２０としては、シェルアンドチューブ型等の熱交換型の加熱装置が好適に用いられる。シェルアンドチューブ型の加熱装置は、シェル側が熱媒流通可能となっており、多管のＭＣＨ配管（チューブ）がシェルを貫通した構造を有している。蒸発器２０のチューブには、原料タンク１０から液体のＭＣＨが導入され、シェル内には、熱媒配管から熱媒が供給される。そして、チューブ内（受熱空間）にあるＭＣＨは、熱媒との熱交換によって加熱されて蒸発する。
【００３２】
図１に示すように、蒸発器２０の上流側には、蒸発器２０に導入されるＭＣＨの入口温度を計測する蒸発器入口温度センサ（入口温度計測手段）Ｔ１、蒸発器２０の蒸気出口の下流側には、蒸発器２０から排出されるＭＣＨの出口温度を計測する蒸発器出口温度センサ（出口温度計測手段）Ｔ２をそれぞれ設置することができる。
【００３３】
また、図１に示すように、蒸発器２０に備えられる熱交換器の熱媒の供給側には、蒸発器２０に流入する熱媒温度を把握できる熱媒上流側温度センサ（熱媒上流側温度計測手段）Ｔ３、熱媒の排出側には、蒸発器２０から流出する熱媒温度を把握できる熱媒下流側温度センサ（熱媒下流側温度計測手段）Ｔ４をそれぞれ設置することができる。
【００３４】
また、図１に示すように、蒸発器２０の受熱空間には、加熱されているＭＣＨの液量を検出する液面計Ｌ１、蒸発器２０の蒸気出口の下流側には、気化したＭＣＨの出口圧力を計測する蒸発器出口圧力センサ（出口圧力計測手段）Ｐ１をそれぞれ設置することができる。これらの各計測器は、制御部１００との間で計測値や指示を伝送可能に設けられる。
【００３５】
蒸発器２０においては、液体のＭＣＨに蒸発潜熱が与えられ、沸点近傍の温度に達して蒸発するまでの加熱が少なくとも行われる。蒸発器２０の蒸気出口は、主流路１１０を介して反応器３０の入口と接続されており、蒸発器２０において気化したＭＣＨは、主流路１１０を通じて反応器３０に導入されるようになっている。
【００３６】
蒸発器２０における加熱の目標温度は、ＭＣＨの沸点近傍に設定される一方で、脱水素反応の至適温度は、通常、２５０℃〜４００℃程度である。そのため、蒸発器２０において蒸発潜熱が与えられたＭＣＨは、脱水素反応に供される以前に必要に応じて過熱されて顕熱が与えられる。
【００３７】
反応器３０は、ＭＣＨの脱水素反応を触媒する脱水素触媒を保持している。反応器３０としては、多管式等の固定床熱交換型の反応器が好適に用いられる。ＭＣＨの脱水素反応は、反応生成物の総モル数の増加を伴う吸熱反応である。そのため、反応器３０における反応雰囲気は、ゲージ圧で１．０ＭＰａＧ以下程度の常圧付近の低圧力の下で、不図示の燃焼バーナで温められたガス、熱媒等の加熱手段によって高温に加熱される。
【００３８】
脱水素触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ニッケル、スズ、レニウム、ロジウム、イリジウム等の適宜の活性金属を用いることができる。また、活性金属を担持する触媒担体としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、酸化スズ、ゼオライト等の適宜の担体を用いることが可能である。触媒担体については、粒状、モノリス状、ペレット状、プレート状、ハニカム状等の適宜の形態としてよい。
【００３９】
反応器３０においては、脱水素触媒の存在下、低圧且つ高温条件の下でＭＣＨが効率的に脱水素反応し、水素と、水素が脱離した脱水素化物、すなわちトルエンが生成する。反応器３０の出口は、主流路１１０を介して気液分離器４０の入口と接続されており、反応器３０において生成した水素とトルエンとは、主流路１１０を通じて気液分離器４０に導入されるようになっている。
【００４０】
気液分離器４０は、脱水素反応によって生成した水素と、ＭＣＨの脱水素化物であるトルエン及び未反応のＭＣＨを気液分離するために備えられている。気液分離器４０では、例えば、反応器３０において生成した高温の生成物を、トルエンの沸点未満の温度、好ましくはＭＣＨの沸点未満の温度に冷却し、トルエン、未反応のＭＣＨ、副生成物等を液化させて水素ガスと気液分離させる。気液分離器４０の気体出口は、水素タンク５０と接続されている一方で、凝縮液を排出する液出口は、液体タンク６０と接続されている。
【００４１】
ブロワｐ２は、気液分離器４０の排気口と水素タンク５０との間の気体の流路に設置されている。気液分離器４０において分離された水素は、ブロワｐ２によって吸引され、水素タンク５０に回収されるようになっている。
【００４２】
水素タンク５０は、脱水素反応によって生成した水素を回収するための容器である。ＭＣＨに結合した状態で貯蔵・輸送された後、脱水素反応によってＭＣＨから取り出された水素は、水素タンク５０に回収される。そして、回収された水素は、一般燃料、発電用燃料、燃料電池用燃料等の各種の用途に利用される。
【００４３】
液体タンク６０は、水素から気液分離された脱水素化物等の液体を回収するための容器である。液体タンク６０に回収されたトルエンは、精製された後、水素を貯蔵するためのキャリアとして再利用される。例えば、水素の生産地に向けて液体の状態で輸送され、生産地において水添反応を受けて再びＭＣＨに変換される。そして、生産地と消費地との間を結ぶ水素の貯蔵・輸送サイクルにおいて、水素のキャリアとして繰り返し利用される。
【００４４】
主流路開閉弁Ｖ１は、蒸発器２０の出口と反応器３０の入口との間の主流路１１０に設けられている。主流路開閉弁Ｖ１は、蒸発器２０と反応器３０との間の主流路１１０を開閉自在に仕切っている。主流路開閉弁Ｖ１は、開いた状態では、蒸発器２０から反応器３０への気体や液体の通流を可能にする。その一方で、全閉の状態では、蒸発器２０が位置する主流路１１０の上流側と反応器３０が位置する主流路１１０の下流側との間について気体や液体の通流を遮断する。
【００４５】
主流路開閉弁Ｖ１は、図１に示すように、制御部１００と信号線を介して接続されており、主流路開閉弁Ｖ１の開閉は、制御部１００によって制御されるようになっている。主流路開閉弁Ｖ１は、脱水素システム１のシステム停止時に閉鎖され、主流路１１０に供給済みのＭＣＨが反応器３０に流入するのを防止する。
【００４６】
不活性ガス供給器７０は、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０に不活性ガスを圧送するために備えられている。不活性ガス供給器７０は、例えば、加圧圧縮された不活性ガスを貯留するガスタンク、そのガスタンクを閉止している制御弁を開閉するパージユニット等を備えて構成される。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス等を用い得るが、生成容易である点で窒素ガスが特に好適である。
【００４７】
不活性ガス供給器７０は、制御部１００と信号線を介して接続されており、不活性ガス供給器７０による不活性ガスの圧送及び圧送の停止は、制御部１００によって制御されるようになっている。不活性ガス供給器７０は、脱水素システム１のシステム停止時に作動し、主流路１１０を形成する配管等の内部に不活性ガスを圧送する。主流路１１０は、不活性ガスが圧送されることによって掃気され、配管等の内部に存在していた液体のＭＣＨが押し出されると共に、残留していた気体等が排除されて不活性ガス雰囲気に置換される。
【００４８】
不活性ガス供給器７０は、図１において、蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０に接続されている。不活性ガス供給器７０がこのような配置を採ることにより、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０の略全長に対して不活性ガスを圧送させることができるようになっている。つまり、供給ポンプｐ１によって主流路１１０に供給された後、反応器３０に到達すること無く主流路１１０に残留しているＭＣＨ等を、遺漏少なく主流路１１０から排除することができる。
【００４９】
排出流路１２０は、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０から分岐して原料タンク１０に接続している。排出流路１２０は、不活性ガス供給器７０が圧送する不活性ガスや、液体のＭＣＨや、気化したＭＣＨをはじめとして、気体及び液体の両方が通流可能な流路である。排出流路１２０は、配管等によって形成されており、凝縮器８０を貫通して原料タンク１０の上部に接続されている。
【００５０】
排出流路開閉弁Ｖ２は、排出流路１２０に設けられている。詳細には、排出流路開閉弁Ｖ２は、主流路１１０と排出流路１２０との接続位置の近傍に設置されている。排出流路開閉弁Ｖ２は、主流路１１０との接続位置の近傍において排出流路１２０を開閉自在に仕切っている。排出流路開閉弁Ｖ２は、全閉の状態では、主流路１１０と排出流路１２０との間について気体や液体の通流を遮断する。その一方で、開いた状態では、主流路１１０と原料タンク１０との間を連通し、排出流路１２０を介した主流路１１０から原料タンク１０への気体や液体の通流を可能にする。
【００５１】
排出流路開閉弁Ｖ２は、図１に示すように、制御部１００と信号線を介して接続されており、排出流路開閉弁Ｖ２の開閉は、制御部１００によって制御されるようになっている。排出流路１２０は、脱水素システム１のシステム停止時に開放される。システム停止時に不活性ガス供給器７０が主流路１１０に不活性ガスを圧送すると、主流路１１０に残存している液体のＭＣＨや気化したＭＣＨ等は、不活性ガスと共に排出流路１２０に排出され、排出流路１２０を通って原料タンク１０に返送される。
【００５２】
凝縮器８０は、主流路１１０から排出流路１２０に排出された有機ハイドライドを凝縮させる機能を有している。凝縮器８０では、主流路１１０から排出流路１２０に排出された気体をＭＣＨの沸点未満の温度にまで冷却し、主流路１１０に気体の状態で残存していたＭＣＨを凝縮させる。凝縮したＭＣＨは、その後、原料タンク１０に返送され、水素生成の原料として再び蒸発器２０に供給される。
【００５３】
図１に示すように、凝縮器８０の下流側には、排出流路１２０における液体の通流を検知する液体検知手段Ｅ１を設置することができる。凝縮器８０の下流側で液体の通流を検知することにより、主流路１１０にＭＣＨが残存しているか否かを間接的に把握することが可能である。液体検知手段Ｅ１は、制御部１００との間で計測値や指示を伝送可能に設けられる。
【００５４】
液体検知手段Ｅ１としては、具体的には、屈折計、密度計、流量計、分光光度計等を利用することができる。インライン型等の屈折計によって、排出流路１２０を通流する流体の屈折率を計測し、気体と液体の屈折率差に基いて液体の有無を検知することが可能である。また、インライン型の振動式、放射線式等の密度計によって、排出流路１２０を通流する物質の密度を計測することで液体の有無を検知することが可能である。
【００５５】
また、コリオリ式、サーマル式等の質量流量計によって、気体と液体の密度差や熱容量変化を計測したり、タービン式、電磁式、超音波式等の流量計によって、排出流路１２０を通流する液体の流量を計測したりして、液体の有無を検知することが可能である。或いは、赤外分光光度計等によって、ＭＣＨに固有な吸収波長の吸収強度を計測し、液体のＭＣＨの有無を直接的に検知してもよい。
【００５６】
制御部１００は、開閉弁やポンプ等の各種機器を制御する運転制御部、各種計測器からの出力を参照して各種機器の制御量等を演算する演算部、制御プログラムや各種の変数を記憶する記憶部等を備える構成とされる。制御部１００は、例えば、制御プログラムを実行するＣＰＵ、各種変数等を記憶するメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって実現される。また、制御部１００は、操作者による指示を受け付けるキーボードやマウス等の入力手段や、システムの状態、各種演算結果、各種計測結果等を表示するディスプレイ等の不図示の表示手段や、各種機器を制御するコントローラ等と接続される。
【００５７】
制御部１００は、不活性ガス供給器７０、供給ポンプｐ１、主流路開閉弁Ｖ１、排出流路開閉弁Ｖ２、蒸発器２０、反応器３０等の動作を制御する機能を有している。具体的には、不活性ガス供給器７０についての起動、停止、不活性ガス放出流量や、供給ポンプｐ１についての起動、停止、駆動回転数や、主流路開閉弁Ｖ１の開閉や、排出流路開閉弁Ｖ２の開閉や、蒸発器２０及び反応器３０についての加熱の起動、停止、加熱熱量等が、操作者からの指示や制御プログラムに基いて制御される。
【００５８】
ここで、本発明の第１実施形態に係る脱水素システムの運転停止方法について説明する。
【００５９】
図２は、本発明の第１実施形態に係る脱水素システムの運転の流れを示すフローチャートである。
脱水素システム１の運転は、水素生成の原料としてのＭＣＨが原料タンク１０に投入されている状態で開始される。このとき、主流路開閉弁Ｖ１は開いた状態であり、排出流路開閉弁Ｖ２は全閉の状態である。
【００６０】
脱水素システム１の制御部１００は、操作者によるシステム起動の指示を受け付けると、蒸発器２０の加熱と、反応器３０の加熱とを開始する（ステップＳ１０）。蒸発器２０の加熱の目標温度については、例えば、１００℃以上４００℃以下の範囲であり、好ましくは反応器３０と同等ないし同じ温度、反応器３０の加熱の目標温度については、例えば、３００℃以上４００℃以下の範囲で設定される。すなわち、このような目標温度に向けて蒸発器２０及び反応器３０の予熱を開始する。
【００６１】
続いて、制御部１００は、供給ポンプｐ１を起動する（ステップＳ１１）。反応器３０に液体のＭＣＨが導入されると、所定温度以下では反応開始効率が低下してしまうため、供給ポンプｐ１を起動は、蒸発器２０及び反応器３０のそれぞれの内部温度が所定温度に昇温した段階で行うことが好ましい。供給ポンプｐ１が稼働すると、原料タンク１０に貯留されている液体のＭＣＨは、蒸発器２０に供給されて気化し、気化したＭＣＨは、高温に予熱されている反応器３０に導入されて脱水素反応する。
【００６２】
脱水素反応によって生成した水素とトルエンとは、気液分離器４０に導入されて気液分離された後、水素タンク５０及び液体タンク６０のそれぞれに回収される。脱水素システム１では、このような脱水素反応を半連続的に行い、原料タンク１０に貯留されているＭＣＨから水素を取り出す定常運転を行う。
【００６３】
脱水素システム１は、その後、定常運転の停止を指示するシステム停止指示が有るとシステムの停止の処理を開始する。脱水素システム１のシステム停止時には、蒸発器２０内の受熱空間や、蒸発器２０よりも上流側の主流路１１０に、供給ポンプｐ１によって既に投入された液体のＭＣＨが残留している。このような液体のＭＣＨは、蒸発器２０の余熱によって気化する可能性がある。また、蒸発器２０の下流側にかけては、蒸発器２０の受熱空間において既に気化した高温のＭＣＨが、未だ脱水素反応すること無く残存している。
【００６４】
脱水素システム１のシステム停止時に、このような高温のＭＣＨが残存していると、熱分解によってコークを生じたり、余熱を持っている反応器３０に流入して望まれない触媒反応を生じたりする虞がある。そして、脱水素システム１の稼働を停止し、水素の回収を中断しているにも関わらず、脱水素触媒の表面にコーク等の堆積を生じ、脱水素触媒のコーキングが進行してしまう。
【００６５】
また、脱水素システム１のシステム停止時に主流路１１０にＭＣＨが残存していると、脱水素システム１を再起動したときに、供給ポンプｐ１によって新たに供給されるＭＣＨと共に、残存していたＭＣＨも反応器３０に投入されることになる。このようにしてＭＣＨの投入量が過剰になると、転化率が低下すると共に副反応が増加し、脱水素触媒のコーキングによる劣化がさらに進行してしまう。
【００６６】
そこで、脱水素システム１の制御部１００は、システム停止時に、主流路１１０に残存しているＭＣＨを排除する処理を実行する。詳細には、反応器３０に導入されること無く主流路１１０に残存しているＭＣＨを主流路１１０から原料タンク１０に排出し、排出したＭＣＨについては原料としての再利用を図る処理である。
【００６７】
脱水素システム１の制御部１００は、反応器３０の運転中において、システム停止指示が有るか否かを判定する（ステップＳ１２）。システム停止指示は、例えば、操作者により入力手段を介して制御部１００に入力される。或いは、原料タンク１０における液量、主流路１１０を通流したＭＣＨの総流量、供給ポンプｐ１の稼働時間等が、あらかじめ設定されている所定値に達したときに動作信号として制御部１００に入力される。
【００６８】
脱水素システム１の制御部１００は、システム停止指示を受け付けていないと（ステップＳ１２；ＮＯ）、供給ポンプｐ１の稼働や反応器３０の加熱を続ける。そして、制御部１００は、システム停止指示が有るか否かの判定を継続する（ステップＳ１２）。
【００６９】
その一方で、制御部１００は、システム停止指示を受け付けると（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、反応器３０の加熱を停止する（ステップＳ１３）。反応器３０の加熱が停止されると、反応器３０の温度は、脱水素反応による吸熱と自然放冷とによって次第に低下していく。
【００７０】
続いて、制御部１００は、供給ポンプｐ１の稼働を停止する（ステップＳ１４）。供給ポンプｐ１の稼働を停止すると、蒸発器２０へのＭＣＨの供給が停止する。主流路１１０に既に供給済みのＭＣＨの一部は、蒸発器２０において気化し、残部は、液体のまま主流路１１０に残留することになる。
【００７１】
続いて、制御部１００は、主流路開閉弁Ｖ１を閉じる共に排出流路開閉弁Ｖ２を開く（ステップＳ１５）。主流路開閉弁Ｖ１が閉じられ、蒸発器２０と反応器３０との間の主流路１１０が全閉の状態とされると、反応器３０に保持されている脱水素触媒は、主流路１１０に既に供給済みのＭＣＨ等から隔離される。すなわち、脱水素触媒のコーキングの進行が阻止される。一方、排出流路開閉弁Ｖ２が開かれると、主流路１１０の上流側は、排出流路１２０を介して原料タンク１０と連通する。
【００７２】
続いて、制御部１００は、不活性ガス供給器７０を起動する（ステップＳ１６）。不活性ガス供給器７０は、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であるときに起動して稼働させてもよいし、沸点未満に放冷されてから起動して稼働させてもよい。不活性ガス供給器７０が稼働すると、主流路１１０を形成する配管等の内部に不活性ガスが圧送され、主流路１１０は、排出流路１２０に向けて掃気される。
【００７３】
その結果、主流路１１０の上流側に残存している液体のＭＣＨは、不活性ガスによって押し出されて原料タンク１０に向けて排出流路１２０を流れ、原料タンク１０に排出される。また、気体のＭＣＨは、排出流路１２０に備えられる凝縮器８０に導入されて凝縮した後に原料タンク１０に排出される。
【００７４】
脱水素システム１の制御部１００は、不活性ガス供給器７０が稼働している間に、不活性ガスによる掃気の停止を指示する掃気停止指示が有るか否かを判定する（ステップＳ１７）。掃気停止指示は、例えば、操作者により入力手段を介して制御部１００に入力される。或いは、不活性ガスによる主流路１１０の掃気が完了したことが各種の計測器によって間接的に検知されたときに動作信号として制御部１００に入力される。
【００７５】
制御部１００は、掃気停止指示を受け付けていないと（ステップＳ１７；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、掃気停止指示が有るか否かの判定を継続する（ステップＳ１７）。
【００７６】
その一方で、制御部１００は、掃気停止指示を受け付けると（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【００７７】
図３は、不活性ガス供給器の運転を停止する処理の詳細を示すフローチャートである。図３（ａ）は、蒸発器出口温度を参照して行う処理を示し、図３（ｂ）は、蒸発器出口温度に依存しない処理を示す。
図３（ａ）に示すように、脱水素システム１の制御部１００は、不活性ガスによる主流路１１０の掃気が完了したか否かを判定するにあたって（図２のステップＳ１７参照）、蒸発器出口温度と、蒸発器２０におけるＭＣＨの残存状態を間接的に示す変数とを参照することができる。
【００７８】
詳細には、脱水素システム１の制御部１００は、蒸発器出口温度に基いて、蒸発器２０の受熱空間に存在しているＭＣＨの蒸発の程度を把握し、その結果に応じて蒸発器２０内におけるＭＣＨの残存状態を間接的に示す変数を各種計測器を介して取得する。そして、その変数を参照することによって、主流路１１０にＭＣＨが残存しているか否かを推定し、不活性ガス供給器７０の運転を制御する。このような処理によって、不活性ガスによる主流路１１０の掃気の終了時期が、適切な時期に制御される。
【００７９】
脱水素システム１の制御部１００は、具体的には、図３（ａ）に示すように、不活性ガス供給器７０が稼働している間（ステップＳ１６の後）に、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７１）。蒸発器出口温度は、例えば、蒸発器出口温度センサＴ２によって計測され、温度に対応する出力電圧が制御部１００に入力される。
【００８０】
制御部１００は、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であると（ステップＳ１７１；ＹＥＳ）、ＭＣＨの蒸発の終了時期を間接的に示す所定の変数が、あらかじめ設定されている閾値以上になったか否か、又は、閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ１７２）。なお、蒸発器２０の加熱を継続しているとき、又は、加熱を停止した蒸発器２０が十分に放冷されていないときには、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であり得る。図３における各変数は、並列の関係にあり、閾値との判定にはいずれか一つが使用される。
【００８１】
蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であるとき、蒸発器２０の受熱空間に残存している液体のＭＣＨは、沸騰して速やかに気化する。気体のＭＣＨについては、掃気によって容易に排除することが可能である。そのため、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であるときには、液体の状態で残存しているＭＣＨの蒸発の終了時期を推定することで、掃気の適切な終了時期を導出することができる。
【００８２】
蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点以上であるときに参照することができる変数としては、図３のステップＳ１７２に示すように、例えば、蒸発器出口温度の上昇の時間変化率（蒸発器出口温度変化率）、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差（熱媒入出温度差）、蒸発器入口温度等が挙げられる。或いは、後記するとおり、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積（不活性ガスパージ量）、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量（蒸発器内液量）を参照することも可能である。
【００８３】
変数として蒸発器出口温度変化率を用いる場合、制御部１００は、蒸発器出口温度の上昇の時間変化率（蒸発器出口温度変化率）があらかじめ設定されている閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１７２）。
【００８４】
蒸発器出口温度は、供給ポンプｐ１と蒸発器２０とが稼働している間には、通常、設計に基く所定範囲内の値を示す。例えば、ＭＣＨの流量や蒸発器２０への伝熱量が一定に制御されている定常運転時であれば、蒸発器出口温度は略一定し、温度上昇を示すことは殆ど無い。つまり、蒸発器出口温度の時間変化は略無い。これに対して、蒸発器２０へのＭＣＨの供給を停止し、供給済みの液体のＭＣＨの全てが気化すると、蒸発による吸熱が無くなる。その結果、蒸発器２０への伝熱量が一定に制御されていたとしても、蒸発器出口温度が上昇に向かう。つまり、残存していたＭＣＨの蒸発が終了することにより、蒸発器出口温度の上昇の時間変化率は、増大する側に変位を生じることになる。
【００８５】
そのため、制御部１００に、蒸発器出口温度の時間変化率の有意な増大を検知するための所定閾値をあらかじめ設定しておき、蒸発器出口温度センサＴ２の出力に基いて蒸発器出口温度変化率を演算し、判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。蒸発器出口温度変化率に基くと、主流路１１０に残存しているＭＣＨの略全部が蒸発した時期を比較的精密に推定できる点で有利である。
【００８６】
制御部１００は、蒸発器出口温度の上昇の時間変化率が閾値以上になっていないと（ステップＳ１７２；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器出口温度の監視を継続する（ステップＳ１７１）。
【００８７】
その一方で、制御部１００は、蒸発器出口温度の上昇の時間変化率が閾値以上になっていると（ステップＳ１７２；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【００８８】
或いは、変数として熱媒入出温度差を用いる場合、制御部１００は、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差（熱媒入出温度差）があらかじめ設定されている閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ１７２）。
【００８９】
熱媒入出温度差は、供給ポンプｐ１と蒸発器２０とが稼働している間には、通常、設計に基く所定範囲内の値を示す。例えば、ＭＣＨの流量や熱媒の流量が一定に制御されている定常時であれば、熱媒からＭＣＨへの伝熱量は運転中で最大となるため、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差は大きな値をとる。これに対して、蒸発器２０へのＭＣＨの供給を停止し、供給済みの液体のＭＣＨの全てが気化すると、蒸発による熱媒からの吸熱が無くなる。その結果、熱媒は十分に冷却されないまま蒸発器２０から流出するようになり、熱媒入出温度差は、気体のＭＣＨと熱媒との熱交換による最小値に達する。
【００９０】
そのため、制御部１００に、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差の運転中の最小値に相当する所定閾値をあらかじめ設定しておき、熱媒上流側温度センサＴ３及び熱媒下流側温度センサＴ４の出力に基いて熱媒入出温度差を演算し、判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。具体的には、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差が５℃以下になったとき、ＭＣＨの全てが蒸発したものと判定することができる。熱媒入出温度差に基くと、ＭＣＨの蒸発が完了する時期に合わせて蒸発器２０の運転を停止することができるため、蒸発器２０の稼働コストを削減し得る点で有利である。
【００９１】
制御部１００は、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差が閾値以下になっていないと（ステップＳ１７２；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器出口温度の監視を継続する（ステップＳ１７１）。
【００９２】
その一方で、制御部１００は、蒸発器２０に流入する熱媒温度と蒸発器２０から流出する熱媒温度との温度差が閾値以下になっていると（ステップＳ１７２；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【００９３】
或いは、変数として蒸発器入口温度を用いる場合、制御部１００は、蒸発器入口温度があらかじめ設定されている閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１７２）。
【００９４】
蒸発器入口温度は、供給ポンプｐ１と蒸発器２０とが稼働している間には、通常、原料タンク１０に貯留されているＭＣＨの液温と略同値を示す。その後、供給ポンプｐ１を停止すると、蒸発器入口温度は、蒸発器２０の受熱空間からの伝熱によって上昇し、ＭＣＨの沸点以上になることがある。蒸発器入口温度がＭＣＨの沸点以上であるとき、蒸発器２０の受熱空間に残存している液体のＭＣＨについては、略蒸発が完了している状態であり、蒸発器２０の上流側に残存している液体のＭＣＨについては、沸騰して速やかに蒸発している状態にある。つまり、主流路１１０の上流側に残存していた液体のＭＣＨの大半について、蒸発が完了したものと判定することができる。
【００９５】
そのため、制御部１００に、ＭＣＨの沸点に相当する所定閾値をあらかじめ設定しておき、蒸発器入口温度センサＴ１の出力による蒸発器入口温度を参照して判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。蒸発器入口温度に基くと、蒸発器２０に残存しているＭＣＨの略全部が蒸発した時期を比較的精密に推定できる点で有利である。
【００９６】
制御部１００は、蒸発器入口温度が閾値以上になっていないと（ステップＳ１７２；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器出口温度の監視を継続する（ステップＳ１７１）。
【００９７】
その一方で、制御部１００は、蒸発器入口温度が閾値以上になっていると（ステップＳ１７２；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【００９８】
これに対して、制御部１００は、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点未満であると（ステップＳ１７１；ＮＯ）、ＭＣＨの排液の終了時期を間接的に示す所定の変数が、あらかじめ設定されている閾値以下になったか否か、又は、排出流路１２０において液体が検知されているか否かを判定する（ステップＳ１７３）。なお、加熱を停止した蒸発器２０が十分に放冷されているときには、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点未満であり得る。図３における各種変数は、並列の関係にあり、閾値との判定にはいずれか一つが使用される。
【００９９】
蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点未満であるとき、蒸発器２０に残存している液体のＭＣＨは、沸点未満で緩やかに気化するか、或いは、一部が気化し、残部が液体として残留する。液体のＭＣＨについては、掃気によって確実に主流路１１０から排液されるべきである。一方、気体のＭＣＨについては、液体のＭＣＨの排液に付随して、容易に排除することができる。そのため、蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点未満であるときには、液体のＭＣＨの排液の終了時期を計測に基いて推定することで、掃気の適切な終了時期を導出することができる。
【０１００】
蒸発器出口温度がＭＣＨの沸点未満であるときに参照することができる変数としては、図３のステップＳ１７３に示すように、例えば、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率（蒸発器出口圧力変化率）、排出流路１２０に設置される液体検知手段Ｅ１による計測に基く変数（排液の検知）等が挙げられる。或いは、後記するとおり、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積（不活性ガスパージ量）、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量（蒸発器内液量）を参照することも可能である。
【０１０１】
変数として蒸発器出口圧力変化率を用いる場合、制御部１００は、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率（蒸発器出口圧力変化率）があらかじめ設定されている閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ１７３）。
【０１０２】
蒸発器出口圧力は、供給ポンプｐ１と蒸発器２０とが稼働している間には、通常、ＭＣＨの蒸気圧付近の値を示す。これに対して、蒸発器２０へのＭＣＨの供給を停止し、不活性ガス供給器７０を起動すると、蒸発器出口圧力は、不活性ガスの流入によって急激に低下する。つまり、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率は最大値を示す。その後、蒸発器２０内に存在する液体のＭＣＨは、流入した不活性ガスと共に蒸発器２０から排出され、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率は、次第に小さくなっていく。そして、蒸発器出口圧力は、液体のＭＣＨが蒸発器２０の受熱空間から完全に排出されることにより、原料タンク１０の内圧と略同等の圧力に達して安定する。つまり、蒸発器出口圧力の時間変化は略無くなる。
【０１０３】
そのため、制御部１００に、蒸発器出口圧力の時間変化が実質的に無くなったことを検知するための所定閾値をあらかじめ設定しておき、蒸発器出口圧力センサＰ１の出力に基いて蒸発器出口圧力変化率を演算し、判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。蒸発器出口圧力変化率に基くと、蒸発器２０に残存しているＭＣＨの略全部が排出される時期を比較的精密に推定できる点で有利である。
【０１０４】
制御部１００は、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率が閾値以下になっていないと（ステップＳ１７３；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器出口温度の監視を継続する（ステップＳ１７１）。
【０１０５】
その一方で、制御部１００は、蒸発器出口圧力の降下の時間変化率が閾値以下になっていると（ステップＳ１７３；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【０１０６】
或いは、液体検知手段Ｅ１による排液の検知を用いる場合、制御部１００は、排出流路１２０において液体が検知されていないか否かを判定する（ステップＳ１７３）。
【０１０７】
例えば、液体検知手段Ｅ１によって計測される屈折率、密度、流量、吸収強度等が、個々にあらかじめ設定されている閾値以下に低下し、液体が検知されなくなったとき、主流路１１０から排出流路１２０への液体の排出についても終了したものと判定することができる。すなわち、主流路１１０に残存していたＭＣＨの全てが、凝縮器８０において凝縮して原料タンク１０に排出されており、主流路１１０からは完全に排除されていると見做せる。
【０１０８】
そのため、制御部１００に、液体検知手段Ｅ１による液体の検知の条件をあらかじめ設定しておき、液体検知手段Ｅ１の出力に基いて判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。液体検知手段Ｅ１による液体の検知に基くと、主流路１１０に残存しているＭＣＨの略全部が蒸発した時期を比較的精密に推定できる点で有利である。
【０１０９】
制御部１００は、排出流路１２０において液体が検知されていると（ステップＳ１７３；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器出口温度の監視を継続する（ステップＳ１７１）。
【０１１０】
その一方で、制御部１００は、排出流路１２０において液体が検知されていないと（ステップＳ１７３；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【０１１１】
或いは、図３（ｂ）に示すように、脱水素システム１の制御部１００は、不活性ガス供給器７０が稼働している間に掃気停止指示が有るか否かを判定するにあたって（図２のステップＳ１７参照）、蒸発器出口温度に依存すること無く、不活性ガスによる主流路１１０の掃気の終了時期を制御する処理を行うことも可能である。
【０１１２】
蒸発器出口温度に依存すること無く用いることができる変数としては、例えば、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積（不活性ガスパージ量）、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量（蒸発器内液量）等が挙げられる。これらは、並列の関係にあり、閾値との判定にはいずれか一つが使用される。
【０１１３】
変数として不活性パージ量を用いる場合、制御部１００は、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積（不活性ガスパージ量）があらかじめ設定されている閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１７６）。
【０１１４】
不活性ガスが圧送される流路は、詳細には、主流路１１０についての供給ポンプｐ１の吐出側から主流路開閉弁Ｖ１の一次側（上流側）までの区間と、排出流路１２０についての全区間とを合わせた領域に相当する。例えば、不活性ガスが圧送される流路が常温であると仮定し、所定圧力下における不活性ガス流量や不活性ガス供給器７０を循環させようとする予定時間に基いて、必要量の不活性ガスパージ量を設定することができる。
【０１１５】
そのため、制御部１００に、必要量の不活性ガスパージ量に相当する所定閾値を設定しておくことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。不活性ガスパージ量は、残存しているＭＣＨを遺漏少なく排除する観点から、不活性ガスが圧送される流路の総体積以上となるように設定することが好ましい。
【０１１６】
制御部１００は、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積が閾値以上になっていないと（ステップＳ１７６；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、不活性ガスパージ量の監視を継続する（ステップＳ１７６）。
【０１１７】
その一方で、制御部１００は、不活性ガス供給器７０によって圧送される不活性ガスの延べ体積が閾値以上になっていると（ステップＳ１７６；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【０１１８】
或いは、変数として蒸発器内液量を用いる場合、制御部１００は、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量（蒸発器内液量）があらかじめ設定されている閾値以下になったか否かを判定する（ステップＳ１７６）。
【０１１９】
蒸発器内液量は、供給ポンプｐ１が稼働している間には、通常、所定値以上に保たれている。蒸発器２０は、主流路１１０のうち、液体のＭＣＨが多量に残存し易い領域である。その後、供給ポンプｐ１を停止すると、蒸発器２０に供給済みの液体のＭＣＨは、蒸発器２０によって加熱されて気化し、受熱空間における液量は次第に減少していくことになる。
【０１２０】
そのため、制御部１００に、蒸発器２０の受熱空間に液体が存在していないことを示すための液位に相当する所定閾値をあらかじめ設定しておき、液面計Ｌ１の出力に基いて判定を行うことによって、不活性ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。蒸発器内液量に基くと、蒸発器２０に残存しているＭＣＨの略全部が蒸発した時期を精密に推定できる点で有利である。
【０１２１】
制御部１００は、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量が閾値以下になっていないと（ステップＳ１７６；ＮＯ）、不活性ガス供給器７０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、蒸発器内液量の監視を継続する（ステップＳ１７６）。
【０１２２】
その一方で、制御部１００は、蒸発器２０の受熱空間におけるＭＣＨの液量が閾値以下になっていると（ステップＳ１７６；ＹＥＳ）、主流路１１０の掃気が完了しているとして、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１８）。
【０１２３】
そして、脱水素システム１の制御部１００は、供給ポンプｐ１、反応器３０、不活性ガス供給器７０と共に、蒸発器２０、ブロワｐ２も停止した状態として、脱水素システム１の運転停止の処理を終了する。蒸発器２０、反応器３０、主流路１１０等は、自然放冷により平温に戻り、脱水素システム１は、運転を休止した状態となる。
【０１２４】
以上の実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法によると、システム停止時に、主流路開閉弁Ｖ１によって主流路１１０を閉鎖することができ、脱水素システムの運転を休止しているときに、反応器３０を供給済みの有機ハイドライドから隔離することができる。そして、不活性ガス供給器７０により不活性ガスを圧送することで、主流路１１０の上流側に残存している有機ハイドライドを排除することができる。そのため、システム停止してから再起動を行うまでの運転を休止している間に、主流路１１０に残存している有機ハイドライドが反応器３０に流入するのを防止することができる。
【０１２５】
その結果、有機ハイドライドに起因するコーキングによる触媒の劣化が抑制され、触媒の耐用寿命や反応効率等が長期にわたって維持される。すなわち、脱水素システムを、触媒の劣化を抑制して長期にわたって稼働させることが可能となる。この脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法は、脱水素反応の温度が３００℃以上４００℃以下の高温域に設定され、触媒のコーキングが進行し易い場合に特に有効である。
【０１２６】
また、前記の実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法によると、脱水素システムを再起動するときに、主流路１１０に残存していた有機ハイドライドが、供給ポンプｐ１によって新たに供給した有機ハイドライドに同伴して反応器３０に導入されることが無くなる。そのため、設計上の供給量を超える過剰な有機ハイドライドが反応器３０に供給されるのを防止することができる。すなわち、システムの停止と再起動を断続的に繰り返したとしても、有機ハイドライドに起因するコーキングによる触媒の劣化が最小限に抑制される。
【０１２７】
さらに、前記の実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法によると、主流路１１０に残存している有機ハイドライドは、圧送される不活性ガスによって原料タンク１０に排出される。そのため、主流路１１０に残存している有機ハイドライドを回収して原料として再利用することが可能であり、投入量に対するキャリアの使用効率を向上させることができる。
【０１２８】
また、前記の脱水素システムは、不活性ガス供給器７０の不活性ガスを放出する流路が蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０に接続されている。また、排出流路１２０が、供給ポンプｐ１と蒸発器２０の入口との間の主流路１１０から分岐している。そのため、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０の略全長にわたって、不活性ガスを圧送させることが可能となっている。つまり、供給ポンプｐ１によって主流路１１０に供給された後、反応器３０に到達すること無く主流路１１０に残留しているＭＣＨ等を、遺漏少なく主流路１１０から掃気することができる。
【０１２９】
また、前記の脱水素システムは、蒸発器出口温度が有機ハイドライドの沸点以上であるときに不活性ガス供給器７０を稼働させることができる。そのため、蒸発器２０が高温に保たれている状態において、液体の有機ハイドライドを急速に蒸発させつつ主流路１１０から除去することが可能であり、短時間で脱水素システムの運転を停止させて待機状態にすることができる。
【０１３０】
また、前記の脱水素システムは、蒸発器出口温度が有機ハイドライドの沸点未満であるときに不活性ガス供給器７０を稼働させることもできる。そのため、蒸発器２０の加熱を停止する時期が制約され難く有利である。
【０１３１】
また、前記の脱水素システムにおいては、蒸発器出口温度が有機ハイドライドの沸点以上であるか沸点未満であるかに応じて、より正確性が高い計測器に基いて不活性ガスによる掃気の終了時期を制御することができる。そのため、不活性ガス量を節約することが可能であるし、システムの停止の処理時間を最小限に短縮することができる。
【０１３２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの停止方法について説明する。
【０１３３】
図４は、本発明の第２実施形態に係る脱水素システムの概略構成を示す図である。
図４に示すように、第２実施形態に係る脱水素システム２は、前記の脱水素システム１と同様に、原料タンク（貯留部）１０と、蒸発器（蒸発部）２０と、反応器（反応部）３０と、気液分離器（分離部）４０と、水素タンク５０と、液体タンク６０と、不活性ガス供給器（不活性ガス圧送手段）７０と、凝縮器（凝縮手段）８０と、制御装置（制御部）１００と、主流路１１０と、排出流路１２０と、供給ポンプｐ１と、ブロワｐ２と、主流路開閉弁（第１開閉弁）Ｖ１と、排出流路開閉弁（第２開閉弁）Ｖ２と、を備えている。
【０１３４】
第２実施形態に係る脱水素システム２が、前記の脱水素システム１と異なる点は、さらに、水素ガス供給器（水素ガス圧送手段）９０と、放出流路１３０と、放出流路開閉弁（第３開閉弁）Ｖ３とを備えている点である。脱水素システム２は、前記の脱水素システム１と同様に、液体の有機ハイドライドを気化し、気化させた有機ハイドライドを脱水素触媒によって脱水素反応させて水素を生成し、脱水素反応によって生成した水素と有機ハイドライドの脱水素化物とを気液分離して水素を回収する装置である。
【０１３５】
水素ガス供給器９０は、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０や排出流路１２０に水素ガスを圧送するために備えられている。水素ガス供給器９０は、例えば、加圧圧縮された水素ガスを貯留するガスタンク、そのガスタンクを閉止している制御弁を開閉するパージユニット等を備えて構成される。水素ガスとしては、例えば、反応器４０においてＭＣＨから取り出された一部が利用され得る。
【０１３６】
水素ガス供給器９０は、制御部１００と信号線を介して接続されており、水素ガス供給器９０による水素ガスの圧送及び圧送の停止は、制御部１００によって制御されるようになっている。水素ガス供給器９０は、不活性ガス供給器７０が稼働した後に作動し、主流路１１０や排出流路１２０を形成する配管等の内部に水素ガスを圧送する。主流路１１０及び排出流路１２０は、水素ガスが圧送されることによって掃気され、配管等の内部に存在していた不活性ガス等が排除されて水素ガス雰囲気に置換される。
【０１３７】
水素ガス供給器９０は、蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０に接続されている。水素ガス供給器９０は、図４に示すように、不活性ガス供給器７０よりも下流側に配置されることが望ましい。水素ガス供給器９０がこのような配置を採ることにより、主流路１１０等のみならず、水素ガス供給器９０の水素ガスを放出する流路の近傍についても、水素ガスによって確実に掃気することができる。つまり、主流路１１０に残留している不活性ガスを、遺漏少なく主流路１１０から排除することができる。
【０１３８】
放出流路１３０は、排出流路１２０から分岐して脱水素システム２の系外に繋がっている。放出流路１３０は、水素ガス供給器９０が圧送する水素ガスや、不活性ガス供給器７０が放出した不活性ガスをはじめとして、気体が通流可能な流路である。放出流路１３０は、配管等によって形成されている。
【０１３９】
放出流路開閉弁Ｖ３は、放出流路１３０に設けられている。放出流路開閉弁Ｖ３は、放出流路１３０を開閉自在に仕切っている。放出流路開閉弁Ｖ３は、全閉の状態では、排出流路１２０と脱水素システム２の系外との間について気体の通流を遮断する。その一方で、開いた状態では、排出流路１２０と脱水素システム２の系外との間を連通し、放出流路１３０を介した排出流路１２０から脱水素システム２の系外への気体の通流を可能にする。
【０１４０】
放出流路開閉弁Ｖ３は、図４に示すように、制御部１００と信号線を介して接続されており、放出流路開閉弁Ｖ３の開閉は、制御部１００によって制御されるようになっている。放出流路１３０は、不活性ガス供給器７０が稼働した後に開放される。水素ガス供給器９０が主流路１１０や排出流路１２０に水素ガスを圧送すると、システム停止時に不活性ガス供給器７０が圧送して主流路１１０や排出流路１２０に残留している不活性ガスは水素ガスと共に放出流路１３０に排気される。そして、主流路１１０や排出流路１２０は、不活性ガスが排除されて水素ガス雰囲気に置換される。
【０１４１】
ここで、本発明の第２実施形態に係る脱水素システムの運転停止方法について説明する。
【０１４２】
図５は、本発明の第２実施形態に係る脱水素システムの運転の流れを示すフローチャートである。
図５に示すように、脱水素システム２の定常運転は、前記の脱水素システム１と同様にして行われる（ステップＳ１０〜ステップＳ１１）。そして、脱水素システム２の制御部１００は、脱水素システム２の運転中において、システム停止指示を受け付けると（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、反応器３０の加熱と、供給ポンプｐ１の稼働とを停止し（ステップＳ１３〜ステップＳ１４）、不活性ガスによる掃気を行った後、不活性ガス供給器７０の稼働を停止する（ステップＳ１５〜ステップＳ１８）。
【０１４３】
不活性ガス供給器７０を停止したとき、主流路１１０や排出流路１２０には、不活性ガス供給器７０によって既に放出された不活性ガスが残留している。脱水素システムの稼働を休止した後に再起動するときに、このような不活性ガスが主流路１１０に残存していると、脱水素反応によって生成させた水素に不活性ガスが混入し、水素タンク５０に回収される水素の純度が低下してしまう。
【０１４４】
そこで、脱水素システム２においては、不活性ガスによる掃気を完了した後に、不活性ガスが残存している主流路１１０及び排出流路１２０を水素ガスで掃気する処理を実行する。なお、以降の処理は、脱水素システム２の運転を停止し、不活性ガスによる掃気を完了した後に直ちに行ってもよいし、或いは、不活性ガスによる掃気を完了した後、脱水素システム２の運転を休止し、その後に再起動させるときに行ってもよい。
【０１４５】
脱水素システム２の制御部１００は、具体的には、不活性ガス供給器７０の稼働を停止した後（ステップＳ１８）、操作者による指示又は制御プログラムにしたがった適時に、放出流路開閉弁Ｖ３を開く（ステップＳ１９）。このとき、主流路開閉弁Ｖ１は全閉の状態、排出流路開閉弁Ｖ２は開いた状態のままである。放出流路開閉弁Ｖ３が開かれると、主流路１１０の上流側及び排出流路１２０は、放出流路１３０を介して脱水素システム２の系外と連通する。
【０１４６】
続いて、制御部１００は、水素ガス供給器９０を起動する（ステップＳ２０）。水素ガス供給器９０が稼働すると、主流路１１０を形成する配管等の内部に水素ガスが圧送され、主流路１１０については排出流路１２０に向けて掃気されると共に、排出流路１２０については放出流路１３０に向けて掃気される。この間に、主流路１１０や排出流路１２０に残留している不活性ガスは、水素ガスと共に脱水素システム２の系外に放出される。
【０１４７】
脱水素システム１の制御部１００は、水素ガス供給器９０が稼働している間に、掃気停止指示が有るか否かを判定する（ステップＳ２１）。掃気停止指示は、例えば、操作者により入力手段を介して制御部１００に入力される。或いは、水素パージ量が所定量に達したときに、動作信号として制御部１００に入力される。
【０１４８】
水素ガスが圧送される流路は、詳細には、主流路１１０についての供給ポンプｐ１の吐出側から主流路開閉弁Ｖ１の一次側（上流側）までの区間と、排出流路１２０についての全区間とを合わせた領域に相当する。例えば、所定圧力下における水素ガス流量や水素ガス供給器９０を稼働させようとする予定時間に基いて、必要量の水素ガスパージ量を設定することができる。
【０１４９】
そのため、制御部１００に、必要量の水素パージ量に相当する所定閾値を設定しておくことによって、水素ガスによる掃気の終了時期を適切な時期に制御することができる。水素パージ量は、残存している不活性ガスを遺漏少なく排除する観点から、水素ガスが圧送される流路の総体積以上となるように設定することが好ましい。
【０１５０】
制御部１００は、掃気停止指示を受け付けていないと（ステップＳ２１；ＮＯ）、水素ガス供給器９０の稼働を続ける。そして、制御部１００は、掃気停止指示が有るか否かの判定を継続する（ステップＳ２１）。
【０１５１】
その一方で、制御部１００は、掃気停止指示を受け付けると（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、水素ガス供給器９０の稼働を停止する（ステップＳ２２）。
【０１５２】
そして、脱水素システム２の制御部１００は、供給ポンプｐ１、反応器３０、不活性ガス供給器７０、水素ガス供給器９０と共に、蒸発器２０、ブロワｐ２も停止した状態として、脱水素システム２を再起動可能な状態とする。主流路開閉弁Ｖ１は主流路１１０が水素ガス雰囲気に置換された状態で開かれ、排出流路開閉弁Ｖ２と放出流路開閉弁Ｖ３とは閉じられる。
【０１５３】
以上の実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法によると、不活性ガスによる掃気を終えた後に、水素ガス供給器９０により水素ガスを圧送することで、主流路１１０に残存している不活性ガスを排除することができる。そのため、脱水素システムを再起動したときに、主流路１１０等に残存している不活性ガスが脱水素反応によって生成される水素に混入するのを防止することができる。すなわち、不活性ガスによって触媒の劣化を抑制しながらも、回収される水素の純度を高くして、水素の品質を向上させることができる。
【０１５４】
また、前記の脱水素システムによると、水素ガスによる掃気の終了時期を水素パージ量に応じて制御することができる。そのため、水素ガス量を節約することが可能であるし、システムの再起動を可能にするまでの処理時間を最小限に短縮することができる。
【０１５５】
また、前記の脱水素システムは、水素ガス供給器９０の水素ガスを放出する流路が蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０に接続されている。また、放出流路１３０が、排出流路１２０の凝縮器８０よりも原料タンク１０の側から分岐している。そのため、主流路開閉弁Ｖ１よりも上流側の主流路１１０の略全長と、排出流路１２０の略全長とにわたって、水素ガスを圧送させることが可能となっている。つまり、不活性ガス供給器７０が放出し、主流路１１０に残留している不活性ガス等を、遺漏少なく主流路１１０から掃気することができる。
【０１５６】
［変形例］
なお、本発明に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法には、前記の実施形態のほか種々の変形例が含まれる。具体的には、前記の或る実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法の一部の構成を、他の実施形態に係る脱水素システム及び脱水素システムの運転停止方法の構成と置き換えることが可能である。また、その他の構成を追加、置換等したり、一部の構成を削除したりすることが可能である。
【０１５７】
例えば、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、不活性ガス供給器７０や、水素ガス供給器９０が、蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０に接続されている。また、排出流路１２０が、供給ポンプｐ１と蒸発器２０の入口との間の主流路１１０から分岐し、放出流路１３０が、排出流路１２０の凝縮器８０よりも原料タンク１０の側から分岐している。しかしながら、不活性ガス供給器７０、水素ガス供給器９０、排出流路１２０及び放出流路１３０は、主流路１１０に連通した適宜の位置に配置してよい。例えば、不活性ガス供給器７０及び水素ガス供給器９０の少なくとも一方を、供給ポンプｐ１と蒸発器２０の入口との間の主流路１１０に接続してもよい。また、排出流路１２０を、蒸発器２０の出口と主流路開閉弁Ｖ１との間の主流路１１０から分岐させてもよい。また、放出流路１３０を、このような排出流路１２０から分岐させてもよいし、主流路１１０から分岐させてもよい。
【０１５８】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、反応器３０と気液分離器４０とが別体に設けられている。しかしながら、反応器と気液分離器とを一体に設けることもできる。具体的には、内部空間が水素分離膜によって隔てられた反応器において、脱水素反応と生成した水素の気液分離とを連続的に行うことが可能である。
【０１５９】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、反応器３０の前段に蒸発器２０のみが備えられている。しかしながら、蒸発器２０と反応器３０との間には、過熱器（スーパーヒータ）を備えることもできる。蒸発器２０で気化した有機ハイドライドを過熱器によって再加熱することで、転化率や反応速度を向上させたり、気化後に凝結した微量の有機ハイドライドを再蒸発させたりすることが可能である。過熱器が備えられる場合、主流路開閉弁Ｖ１、不活性ガス供給器７０及び水素ガス供給器９０は、蒸発器２０と過熱器との間に設置してもよいし、過熱器と反応器３０との間に設置してもよい。蒸発器２０と過熱器との間であれば、液体のＭＣＨが多量に残存し易い蒸発器２０に対して圧力損失少なくガスを圧送することができる。一方、過熱器と反応器３０との間であれば、主流路１１０に残留しているＭＣＨ等を遺漏少なく排除することができる。
【０１６０】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、気液分離器４０において脱水素反応の生成物の冷却が行われるものとされている。しかしながら、脱水素反応の生成物の冷却は、反応器３０と気液分離器４０との間の区間に設置される熱交換器において行ってもよい。この熱交換器においては、脱水素反応の生成物による放熱を、原料の有機ハイドライドの蒸発や過熱に用いることも可能である。気液分離器４０は、単段及び多段のいずれの構成としてもよい。
【０１６１】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、気液分離器４０の後段に水素タンク５０が備えられている。しかしながら、気液分離器４０と水素タンク５０との間には、単一器又は複数器の水素精製装置を備えることもできる。
【０１６２】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、排出流路開閉弁Ｖ２よりも原料タンク１０の側の排出流路１２０に凝縮器８０が備えられている。しかしながら、凝縮器は、排出流路開閉弁Ｖ２よりも主流路１１０側に配置してもよい。また、凝縮器８０に代えて、放熱フィンを備えることもできる。放熱フィンは、例えば、排出流路１２０を通流する有機ハイドライド等が常温に冷却されるように排出流路１２０を形成する配管等に設ければよい。
【０１６３】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムにおいては、各種の計測器を所定位置に設置することができるとされている。しかしながら、各計測器の配置や計測対象は、同等の位置における同一の物理量を演算やモデル式等に基いて把握し得る限り、適宜の配置や適宜の計測対象で代替してもよい。例えば、熱媒上流側温度センサＴ３や熱媒下流側温度センサＴ４により計測される熱媒温度については、計測器の厳密な位置に依らず、距離や熱媒流量から推定可能である。また、過去の実績や、モデル試験に基いて把握することも可能である。
【０１６４】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムの運転停止方法においては、制御部１００が、供給ポンプｐ１の稼働を停止した後に（ステップＳ１４）、主流路開閉弁Ｖ１を閉じる共に排出流路開閉弁Ｖ２を開くものとされている（ステップＳ１５）。しかしながら、これらの処理は併せて実行されてもよい。
【０１６５】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムの運転停止方法においては、蒸発器２０が適時に停止されるものとされている。しかしながら、蒸発器２０の加熱の停止は、制御部１００がシステム停止指示を受け付けた後であって不活性ガス供給器７０の稼働を停止する前に行ってもよいし、不活性ガス供給器７０の稼働を停止した後に行ってもよい（ステップＳ１８）。或いは、不活性ガス供給器７０の稼働を停止した後であって水素ガス供給器９０の稼働を停止する前に行ってもよいし、水素ガス供給器９０の稼働を停止した後に行ってもよい（ステップＳ２２）。
【０１６６】
また、前記の実施形態に係る脱水素システムの運転停止方法においては、制御部１００が、掃気停止指示が有るか否かを判定するにあたって、蒸発器出口温度変化率、熱媒入出温度差、蒸発器入口温度、蒸発器出口圧力変化率、液体検知手段Ｅ１による計測、不活性ガスパージ量、又は、蒸発器内液量を変数として参照するものとされている（ステップＳ１７２、ステップＳ１７３、ステップＳ１７６）。しかしながら、精密な判定を行う観点から、これらの変数のうちの複数を参照し、複数条件が満たされたときに掃気停止指示が有ったと判定するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１６７】
１  脱水素システム
１０  原料タンク（貯留部）
２０  蒸発器（蒸発部）
３０  反応器（反応部）
４０  気液分離器（分離部）
５０  水素タンク
６０  液体タンク
７０  不活性ガス供給器（不活性ガス圧送手段）
８０  凝縮器（凝縮手段）
９０  水素ガス供給器（水素ガス圧送手段）
１００  制御装置（制御部）
１１０  主流路
１２０  排出流路
１３０  放出流路
Ｅ１  液体検知器（液体検知手段）
Ｌ１  液面計
ｐ１  供給ポンプ
ｐ２  ブロワ
Ｐ１  蒸発器出口圧力センサ（出口圧力計測手段）
Ｔ１  蒸発器入口温度センサ（入口温度計測手段）
Ｔ２  蒸発器出口温度センサ（出口温度計測手段）
Ｔ３  熱媒上流側温度センサ（熱媒上流側温度計測手段）
Ｔ４  熱媒下流側温度センサ（熱媒下流側温度計測手段）
Ｖ１  主流路開閉弁（第１開閉弁）
Ｖ２  排出流路開閉弁（第２開閉弁）
Ｖ３  放出流路開閉弁（第３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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【図５】
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