JP2021004143A - Hydrogen production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus.
従来、水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を改質装置で改質ガスに改質した後、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）装置へ供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の水素製造装置では、都市ガスと共に改質水を改質器へ供給し、水蒸気改質により水素を含む改質ガスを生成し、当該改質ガスを水素精製器で精製することにより、純度の高い製品水素を製造している。 Conventionally, as a hydrogen production device for obtaining hydrogen, a device in which a raw material hydrocarbon is reformed into a reformed gas by a reformer and then supplied to a PSA (Pressure Swing Adsorption) device is known (for example, a patent). Reference 1). In the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, reformed water is supplied to the reformer together with city gas, reformed gas containing hydrogen is generated by steam reforming, and the reformed gas is purified by the hydrogen purifier. , Produces high-purity product hydrogen.
ところで、製品水素については、高い水素純度が求められており、ＰＳＡで精製された水素ガスの水素濃度を測定する場合がある。水素濃度の測定に用いられた水素ガスは、通常大気へ放散されているが、放散される水素ガスが多いと、原料に対して製造できる製品水素水の割合が低くなり、水素製造効率が低下する。 By the way, high hydrogen purity is required for product hydrogen, and the hydrogen concentration of hydrogen gas purified by PSA may be measured. The hydrogen gas used to measure the hydrogen concentration is normally released to the atmosphere, but if the amount of hydrogen gas released is large, the ratio of product hydrogen water that can be produced to the raw material decreases, and the hydrogen production efficiency decreases. To do.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、水素製造効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することの可能な水素製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus capable of measuring the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
請求項１に係る水素製造装置は、原料を改質し水素を主成分とした改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスから水素ガスを分離する水素分離器と、前記水素分離器で分離された水素ガスが流入され、前記水素ガスの水素濃度を測定する水素濃度測定器と、前記水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスを直接または間接的に、製品水素と合流させる製品水素回収部と、を備えている。 The hydrogen production apparatus according to claim 1 includes a reformer that reforms a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, a hydrogen separator that separates hydrogen gas from the reformed gas, and the hydrogen separation. The hydrogen gas separated by the vessel flows in, and the hydrogen concentration measuring device that measures the hydrogen concentration of the hydrogen gas and the hydrogen gas after the concentration measurement sent from the hydrogen concentration measuring device are directly or indirectly combined with the product hydrogen. It is equipped with a product hydrogen recovery unit to be merged.
請求項１に係る水素製造装置は、改質器と水素分離器を備えている。改質器では、原料を改質して水素を主成分とした改質ガスが生成される。水素分離器では、改質ガスから水素ガスが分離される。水素分離器で分離された水素ガスは、水素濃度測定器へ流入して水素濃度が測定される。水素濃度測定器へ流入する水素ガスは、水素分離器で分離された水素ガスの一部である。水素濃度が測定された後に、水素濃度測定器から水素ガスが送出され（濃度測定後水素ガス）、当該濃度測定後水素ガスは、製品水素回収部によって、直接または間接的に製品水素と合流される。これにより、濃度測定に用いられた水素ガスを製品水素にすることができるため、水素製造効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することができる。 The hydrogen production apparatus according to claim 1 includes a reformer and a hydrogen separator. In the reformer, the raw material is reformed to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component. In the hydrogen separator, hydrogen gas is separated from the reforming gas. The hydrogen gas separated by the hydrogen separator flows into the hydrogen concentration measuring device and the hydrogen concentration is measured. The hydrogen gas flowing into the hydrogen concentration measuring instrument is a part of the hydrogen gas separated by the hydrogen separator. After the hydrogen concentration is measured, hydrogen gas is sent from the hydrogen concentration measuring device (hydrogen gas after concentration measurement), and the hydrogen gas after the concentration measurement is directly or indirectly merged with the product hydrogen by the product hydrogen recovery unit. To. As a result, the hydrogen gas used for the concentration measurement can be converted into product hydrogen, so that the concentration of product hydrogen can be measured while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
請求項２に係る水素製造装置は、前記製品水素回収部は、前記濃度測定後水素ガスを昇圧させるブロワを含んで形成されている。 In the hydrogen production apparatus according to claim 2, the product hydrogen recovery unit is formed to include a blower that boosts hydrogen gas after measuring the concentration.
請求項２に係る水素製造装置によれば、水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスをブロワで昇圧するので、供給先との圧力差があってもスムーズに濃度測定後水素ガスを供給することができる。 According to the hydrogen production apparatus according to claim 2, since the hydrogen gas sent from the hydrogen concentration measuring device is boosted by the blower after the concentration is measured, the hydrogen gas after the concentration is measured smoothly even if there is a pressure difference with the supply destination. Can be supplied.
請求項３に係る水素製造装置は、前記製品水素回収部は、前記濃度測定後水素ガスを前記原料と合流させる原料合流配管を含んでいる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 3, the product hydrogen recovery unit includes a raw material merging pipe for merging hydrogen gas with the raw material after measuring the concentration.
請求項３に係る水素製造装置によれば、濃度測定後水素ガスを原料として戻すことにより、最終的に製品水素とすることができる。 According to the hydrogen production apparatus according to claim 3, the product hydrogen can be finally obtained by returning the hydrogen gas as a raw material after measuring the concentration.
請求項４に係る水素製造装置は、前記改質器と前記水素分離器との間の改質ガス流路には、前記改質ガスを一時貯留する改質ガスタンク、及び、前記改質ガスタンクよりも下流側に前記改質ガスを昇圧する圧縮機が設けられ、前記製品水素回収部は、前記改質ガスタンクへ前記濃度測定後水素ガスを供給する、改質下流側合流配管を含んで形成されている。 The hydrogen production apparatus according to claim 4 has a reformed gas tank for temporarily storing the reformed gas and a reformed gas tank in the reformed gas flow path between the reformer and the hydrogen separator. A compressor for boosting the reformed gas is provided on the downstream side, and the product hydrogen recovery unit is formed including a reformed downstream side merging pipe that supplies hydrogen gas to the reformed gas tank after measuring the concentration. ing.
請求項４に係る水素製造装置によれば、濃度測定後水素ガスを改質ガスタンクへ供給することにより、最終的に製品水素とすることができる。また、改質ガスタンクの圧力変動を吸収して、安定して改質ガスを圧縮機へ供給することができる。 According to the hydrogen production apparatus according to claim 4, the product hydrogen can be finally obtained by supplying hydrogen gas to the reformed gas tank after measuring the concentration. Further, it is possible to absorb the pressure fluctuation of the reforming gas tank and stably supply the reforming gas to the compressor.
請求項５に係る水素製造装置は、前記製品水素回収部は、前記濃度測定後水素ガスを製品水素が貯留される製品水素タンクへ供給する製品水素タンク配管を含んでいる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 5, the product hydrogen recovery unit includes a product hydrogen tank pipe that supplies hydrogen gas to a product hydrogen tank in which product hydrogen is stored after measuring the concentration.
請求項５に係る水素製造装置によれば、製品水素タンク配管を介して濃度測定後水素ガスを製品水素タンクへ供給することにより、直接的に製品水素とすることができる。 According to the hydrogen production apparatus according to claim 5, the product hydrogen can be directly produced by supplying hydrogen gas to the product hydrogen tank after measuring the concentration through the product hydrogen tank pipe.
本発明によれば、水素製造効率の低下を抑制しつつ製品水素の濃度を測定することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る水素製造装置の一例を図１に従って説明する。
<First Embodiment>
An example of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態に係る水素製造装置１０Ａは、図１に示されるように、改質器１２、圧縮機１４、水素精製器１６、及び、オフガスタンク１８を備えている。また、昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び、燃焼排ガス水分離部３４を備えている。さらに、水素濃度測定器としての分析装置５２を備えている。この水素製造装置１０Ａは、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。なお、図１では、水素製造装置１０Ａの構成を概略的に示しており、水素製造装置１０Ａは、他の構成を含んでいてもよい。 As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus 10A according to the present embodiment includes a reformer 12, a compressor 14, a hydrogen purifier 16, and an off-gas tank 18. It also includes a pre-boost water separation unit 30, a post-boost water separation unit 32, and a combustion exhaust gas water separation unit 34. Further, the analyzer 52 as a hydrogen concentration measuring device is provided. The hydrogen production apparatus 10A produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and in the present embodiment, a case where a city gas containing methane as a main component is used as an example of the hydrocarbon raw material will be described. Note that FIG. 1 schematically shows the configuration of the hydrogen production apparatus 10A, and the hydrogen production apparatus 10A may include other configurations.
（改質器）
改質器１２は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路２２と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスＧ１を生成する改質触媒層２４とを備える。また、改質反応の熱源となる燃焼部２８を備える。改質ガスＧ１には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。また、改質器１２は、改質ガスＧ１に含まれる一酸化炭素と水蒸気とを反応させて、水素と二酸化炭素とに変換するＣＯ変成触媒層２６を備える。改質ガスＧ２では、改質ガスＧ１に比べ、一酸化炭素が低減される。改質器１２としては、筒状の部材を同心円状に配置して構成される多重筒型改質器等を用いることができる。
(Reformer)
The reformer 12 mainly heats hydrogen from the mixed gas by a steam reforming reaction and a preheating flow path 22 that heats the city gas supplied as a raw material while mixing it with water for reforming to generate the mixed gas. It includes a reforming catalyst layer 24 that produces a reforming gas G1 as a component. It also includes a combustion unit 28 that serves as a heat source for the reforming reaction. The reforming gas G1 contains hydrogen, carbon monoxide, water vapor, and methane. Further, the reformer 12 includes a CO transformation catalyst layer 26 that reacts carbon monoxide contained in the reforming gas G1 with water vapor to convert it into hydrogen and carbon dioxide. Carbon monoxide is reduced in the reformed gas G2 as compared with the reformed gas G1. As the reformer 12, a multi-cylindrical reformer or the like configured by arranging tubular members concentrically can be used.
改質器１２の予熱流路２２には、原料として都市ガスを供給するための原料供給管Ｐ１、及び、改質水を供給するための改質水供給管Ｐ９が接続されている。予熱流路２２には、原料供給管Ｐ１から都市ガスが供給され、改質水供給管Ｐ９から改質水が供給される。都市ガス及び改質水は、予熱流路２２を流れ、燃焼部２８からの熱により加熱され、水が気化され、都市ガス及び気相の改質用水（水蒸気）が混合されることにより、混合ガスが生成される。 A raw material supply pipe P1 for supplying city gas as a raw material and a reformed water supply pipe P9 for supplying reformed water are connected to the preheating flow path 22 of the reformer 12. City gas is supplied to the preheating flow path 22 from the raw material supply pipe P1, and reformed water is supplied from the reformed water supply pipe P9. The city gas and reformed water flow through the preheating flow path 22, are heated by the heat from the combustion unit 28, vaporize the water, and mix the city gas and the reforming water (steam) of the gas phase. Gas is produced.
予熱流路２２を経た混合ガスは、改質触媒層２４へ供給される。改質触媒層２４には、都市ガスを水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成するための触媒が設けられている。予熱流路２２にて生成された混合ガスは、改質触媒層２４で燃焼部２８からの熱により加熱され、水蒸気改質反応、二酸化炭素改質反応によって、水素を主成分とする改質ガスＧ１が生成される。 The mixed gas that has passed through the preheating flow path 22 is supplied to the reforming catalyst layer 24. The reforming catalyst layer 24 is provided with a catalyst for steam reforming the city gas to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component. The mixed gas generated in the preheating flow path 22 is heated by the heat from the combustion unit 28 in the reforming catalyst layer 24, and is a reforming gas containing hydrogen as a main component by the steam reforming reaction and the carbon dioxide reforming reaction. G1 is generated.
改質触媒層２４で生成された改質ガスＧ１は、ＣＯ変成触媒層２６へ送出される。ＣＯ変成触媒層２６では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。なお、ＣＯ変成触媒層２６よりも下流に、更に一酸化炭素を除去するためのＣＯ選択酸化触媒層を設けてもよい。ＣＯ変成触媒層２６、またはＣＯ変成触媒層２６及びＣＯ選択酸化触媒層を経た改質ガスＧ２は、改質ガス排出管Ｐ３へ送出される。 The reformed gas G1 generated in the reformed catalyst layer 24 is sent to the CO modified catalyst layer 26. In the CO metamorphic catalyst layer 26, carbon monoxide contained in the reforming gas reacts with water vapor to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced. A CO selective oxidation catalyst layer for removing carbon monoxide may be further provided downstream of the CO transformation catalyst layer 26. The reformed gas G2 that has passed through the CO-modified catalyst layer 26 or the CO-modified catalyst layer 26 and the CO selective oxidation catalyst layer is sent to the reformed gas discharge pipe P3.
燃焼部２８には、オフガス管Ｐ７が接続されており、後述するオフガスがオフガス管Ｐ７から燃料として供給される。さらに、この燃焼部２８の上端部には、燃焼用空気を供給するための空気供給管Ｐ２が接続されている。また、燃焼部２８には、さらに原料供給管Ｐ１から分岐された原料分岐管Ｐ１Ａが接続されている。原料分岐管Ｐ１Ａには、空気供給管Ｐ２から分岐された空気分岐管Ｐ２Ａが接続されている。燃焼部２８には、都市ガスに空気が混合された気体が、オフガスとは別に供給される。燃焼用のオフガスと都市ガスは、いずれか一方、または両方が、必要に応じて供給される。 An off-gas pipe P7 is connected to the combustion unit 28, and off-gas, which will be described later, is supplied as fuel from the off-gas pipe P7. Further, an air supply pipe P2 for supplying combustion air is connected to the upper end of the combustion unit 28. Further, a raw material branch pipe P1A branched from the raw material supply pipe P1 is further connected to the combustion unit 28. An air branch pipe P2A branched from the air supply pipe P2 is connected to the raw material branch pipe P1A. A gas in which air is mixed with city gas is supplied to the combustion unit 28 separately from the off-gas. Off-gas and city gas for combustion, either one or both, are supplied as needed.
燃焼部２８からの燃焼排ガスは、改質器１２内での熱交換のための流路（不図示）へ送出される。熱交換後の燃焼排ガスは、改質器１２の外のガス排出管Ｐ１０へ排出される。 The combustion exhaust gas from the combustion unit 28 is sent to a flow path (not shown) for heat exchange in the reformer 12. The combustion exhaust gas after heat exchange is discharged to the gas discharge pipe P10 outside the reformer 12.
改質器１２から改質ガス排出管Ｐ３へ送出された改質ガスは、図１に示すように、昇圧前水分離部３０、圧縮機１４、昇圧後水分離部３２、及び水素精製器１６をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、改質器１２、昇圧前水分離部３０、圧縮機１４、昇圧後水分離部３２、及び水素精製器１６がこの順番で配置されている。 As shown in FIG. 1, the reforming gas sent from the reformer 12 to the reforming gas discharge pipe P3 includes a pre-boost water separating unit 30, a compressor 14, a post-pressurizing water separating unit 32, and a hydrogen purifier 16. Flow in this order. That is, in the gas flow direction, the reformer 12, the pre-pressurizing water separating unit 30, the compressor 14, the post-pressurizing water separating unit 32, and the hydrogen purifier 16 are arranged in this order from the upstream side to the downstream side. There is.
（昇圧前分離部）
昇圧前水分離部３０は、上部が気体室３０Ａとされ、下部が液体室３０Ｂとされている。気体室３０Ａには、改質ガス排出管Ｐ３の下流端が接続されている。また、気体室３０Ａには、連絡流路管Ｐ４の上流端が接続されている。液体室３０Ｂの底部には、改質ガス水配管Ｐ８Ａが接続されている。改質ガス中の水蒸気は、昇圧前水分離部３０の上流に配置された熱交換器ＨＥ１において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスから分離された水は、液体室３０Ｂに貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ａへ送出される。
(Separation part before boosting)
The upper part of the pre-boost water separation unit 30 is a gas chamber 30A, and the lower part is a liquid chamber 30B. The downstream end of the reforming gas discharge pipe P3 is connected to the gas chamber 30A. Further, the upstream end of the connecting flow path pipe P4 is connected to the gas chamber 30A. A reformed gas water pipe P8A is connected to the bottom of the liquid chamber 30B. The water vapor in the reforming gas is condensed by being cooled in the heat exchanger HE1 arranged upstream of the pre-pressurizing water separation unit 30. The water separated from the reforming gas by the condensation is stored in the liquid chamber 30B and sent to the reforming gas water pipe P8A.
（圧縮機）
圧縮機１４には、昇圧前水分離部３０からの改質ガスが流れる連絡流路管Ｐ４と、昇圧後水分離部３２へ供給される改質ガスが流れる連絡流路管Ｐ５とが接続されている。圧縮機１４は、昇圧前水分離部３０から供給された改質ガスを圧縮して昇圧し、昇圧後水分離部３２へ供給する。
(Compressor)
The compressor 14 is connected to a connecting flow path pipe P4 through which the reforming gas from the pre-boost water separation unit 30 flows and a communication flow path pipe P5 through which the reforming gas supplied to the post-boostification water separation unit 32 flows. ing. The compressor 14 compresses and boosts the reforming gas supplied from the pre-boost water separation unit 30 and supplies it to the post-boost water separation unit 32.
圧縮機１４よりも上流側、昇圧前水分離部３０よりも下流側には、バッファタンク３５が設けられている。バッファタンク３５は、昇圧前水分離部３０から供給される改質ガスを蓄積する。バッファタンク３５で一旦蓄積された改質ガスが、圧縮機１４へ送出される。また、バッファタンク３５には、後述する、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４が接続されている。 A buffer tank 35 is provided on the upstream side of the compressor 14 and on the downstream side of the pre-boost water separation unit 30. The buffer tank 35 stores the reforming gas supplied from the pre-pressurizing water separation unit 30. The reforming gas once accumulated in the buffer tank 35 is sent to the compressor 14. Further, a hydrogen gas discharge pipe P14 after measuring the concentration, which will be described later, is connected to the buffer tank 35.
（昇圧後分離部）
昇圧後水分離部３２は、上部が気体室３２Ａとされ、下部が液体室３２Ｂとされている。気体室３２Ａには、連絡流路管Ｐ５の下流端が接続されている。また、気体室３２Ａには、連絡流路管Ｐ６の上流端が接続されている。液体室３２Ｂの底部には、改質ガス水配管Ｐ８Ｂが接続されている。改質ガス中の水蒸気は、昇圧後水分離部３２の上流に配置された熱交換器ＨＥ２において冷却されることによって凝縮される。凝縮により改質ガスから分離された水は、液体室３２Ｂに貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ｂへ送出される。
(Separation part after boosting)
The upper part of the pressurized water separation unit 32 is a gas chamber 32A, and the lower part is a liquid chamber 32B. The downstream end of the connecting flow path pipe P5 is connected to the gas chamber 32A. Further, the upstream end of the connecting flow path pipe P6 is connected to the gas chamber 32A. A reforming gas water pipe P8B is connected to the bottom of the liquid chamber 32B. The water vapor in the reforming gas is condensed by being cooled in the heat exchanger HE2 arranged upstream of the water separation unit 32 after boosting. The water separated from the reforming gas by condensation is stored in the liquid chamber 32B and sent to the reforming gas water pipe P8B.
昇圧後水分離部３２よりも下流側、水素精製器１６よりも上流側には、バッファタンク３６が設けられている。バッファタンク３６は、昇圧後水分離部３２から供給される改質ガスを蓄積する。バッファタンク３６で一旦蓄積された改質ガスは、水素精製器１６へ送出される。 A buffer tank 36 is provided on the downstream side of the water separation unit 32 after boosting and on the upstream side of the hydrogen purifier 16. The buffer tank 36 accumulates the reforming gas supplied from the water separation unit 32 after boosting. The reforming gas once accumulated in the buffer tank 36 is sent to the hydrogen purifier 16.
（水素精製器）
水素分離器としての水素精製器１６には、昇圧後水分離部３２から送出された改質ガスが流れる連絡流路管Ｐ６の下流端が接続されている。水素精製器１６には、一例として、ＰＳＡ装置が使用される。この水素精製器１６により改質ガスが水素ガス（製品水素ガス）と水素以外の不純物を含むオフガスに分離される。水素精製器１６には、製品水素配管Ｐ１１が接続されており、精製された製品水素ガスは製品水素配管Ｐ１１へ送出される。オフガスは、後述するオフガス管Ｐ７へ送出される。
(Hydrogen purifier)
The hydrogen purifier 16 as a hydrogen separator is connected to the downstream end of the connecting flow path pipe P6 through which the reforming gas sent out from the water separation unit 32 after boosting is flowed. As an example, a PSA device is used for the hydrogen purifier 16. The hydrogen refiner 16 separates the reforming gas into hydrogen gas (product hydrogen gas) and off-gas containing impurities other than hydrogen. The product hydrogen pipe P11 is connected to the hydrogen purifier 16, and the purified product hydrogen gas is sent to the product hydrogen pipe P11. The off-gas is sent to the off-gas pipe P7 described later.
製品水素配管Ｐ１１は、２分岐されており、一方の製品水素本配管Ｐ１１Ａは、製品水素タンク５０と接続されている。他方の製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂは、水素濃度測定器としての分析装置５２と接続されている。製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂには、流量調整バルブ４８が設けられている。流量調整バルブ４８により、分析装置５２へ送出される製品水素ガスの流量が調整される。 The product hydrogen pipe P11 is branched into two, and one product hydrogen main pipe P11A is connected to the product hydrogen tank 50. The other product, the hydrogen analysis pipe P11B, is connected to the analyzer 52 as a hydrogen concentration measuring instrument. The product hydrogen analysis pipe P11B is provided with a flow rate adjusting valve 48. The flow rate adjusting valve 48 adjusts the flow rate of the product hydrogen gas delivered to the analyzer 52.
（分析装置）
分析装置５２は、水素濃度を測定可能な装置であり、例えば、薄膜円筒の共振周波数が周囲のガス密度により変化することを原理として用いた水素純度計や、光学的に水素の純度を測定するセンサ等、水素濃度が測定可能であれば何れの装置を用いてもよい。また、水素濃度測定は、対象気体から直接水素濃度を測定してもよいし、対象気体における水素以外の不純物を測定することにより行ってもよい。流量調整バルブ４８では、分析装置５２で濃度測定に必要とされる製品水素ガスの流量が分析装置５２へ送出されるように製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂへ分岐させる流量が調整される。分析装置５２での水素濃度の測定は、常時行ってもよいし、一定時間毎に間欠的に行ってもよい。
(Analysis equipment)
The analyzer 52 is a device capable of measuring hydrogen concentration, for example, a hydrogen purity meter using the principle that the resonance frequency of a thin film cylinder changes depending on the ambient gas density, or optically measuring hydrogen purity. Any device such as a sensor may be used as long as the hydrogen concentration can be measured. Further, the hydrogen concentration measurement may be performed by directly measuring the hydrogen concentration from the target gas, or by measuring impurities other than hydrogen in the target gas. In the flow rate adjusting valve 48, the flow rate of branching to the product hydrogen analysis pipe P11B is adjusted so that the flow rate of the product hydrogen gas required for concentration measurement by the analyzer 52 is sent to the analyzer 52. The hydrogen concentration in the analyzer 52 may be measured constantly or intermittently at regular intervals.
分析装置５２の出口側には、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスが送出される濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４の一端側が接続されている。濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４の他端側は、バッファタンク３５に接続されている。濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４には、ブロワ５６が設けられている。ブロワ５６により、濃度測定に用いられた後の製品水素ガスに所定の圧力が加えられ、バッファタンク３５へ送出される。 One end side of the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement is connected to the outlet side of the analyzer 52 to which the product hydrogen gas used for the hydrogen concentration measurement is delivered. After measuring the concentration, the other end side of the hydrogen gas discharge pipe P14 is connected to the buffer tank 35. A blower 56 is provided on the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration is measured. A predetermined pressure is applied to the product hydrogen gas after being used for the concentration measurement by the blower 56, and the product is sent to the buffer tank 35.
水素精製器１６のオフガスを排出する側には、オフガス管Ｐ７の上流端が接続されている。オフガス管Ｐ７の下流端は、改質器１２の燃焼部２８と接続されている。水素精製器１６からは、水素精製により分離されたオフガスが、オフガス管Ｐ７へ送出される。オフガス管Ｐ７には、オフガスタンク１８が設けられている。オフガスは、オフガスタンク１８に一時貯留される。 The upstream end of the off-gas pipe P7 is connected to the side of the hydrogen purifier 16 that discharges off-gas. The downstream end of the off-gas pipe P7 is connected to the combustion portion 28 of the reformer 12. From the hydrogen purifier 16, the off-gas separated by hydrogen purification is sent to the off-gas pipe P7. An off-gas tank 18 is provided in the off-gas pipe P7. The off-gas is temporarily stored in the off-gas tank 18.
オフガスタンク１８の出口側に接続されたオフガス管Ｐ７は、改質器１２の燃焼部２８と接続されており、オフガス管Ｐ７を流れるオフガスは、燃焼部２８へ供給される。 The off-gas pipe P7 connected to the outlet side of the off-gas tank 18 is connected to the combustion unit 28 of the reformer 12, and the off-gas flowing through the off-gas pipe P7 is supplied to the combustion unit 28.
（燃焼排ガス水分離部）
燃焼排ガス水分離部３４は、上部が気体室３４Ａとされ、下部が液体室３４Ｂとされている。気体室３４Ａには、ガス排出管Ｐ１０の下流端が接続されている。また、気体室３４Ａには、外部排出管Ｐ１２が接続されている。液体室３４Ｂ底部には、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃが接続されている。
(Combustion exhaust gas water separation part)
The upper part of the combustion exhaust gas water separation unit 34 is a gas chamber 34A, and the lower part is a liquid chamber 34B. The downstream end of the gas discharge pipe P10 is connected to the gas chamber 34A. Further, an external discharge pipe P12 is connected to the gas chamber 34A. A combustion exhaust gas water pipe P8C is connected to the bottom of the liquid chamber 34B.
燃焼排ガスは、燃焼部２８からガス排出管Ｐ１０へ送出される。燃焼排ガス中の水蒸気は、燃焼排ガス水分離部３４の上流に配置された熱交換器ＨＥ３において冷却されることによって凝縮される。凝縮により燃焼排ガスから分離された水は、液体室３４Ｂに貯留され、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃへ送出される。水が分離された後の燃焼排ガスは、外部排出管Ｐ１２から外部へ排出される。 The combustion exhaust gas is sent from the combustion unit 28 to the gas discharge pipe P10. The water vapor in the combustion exhaust gas is condensed by being cooled in the heat exchanger HE3 arranged upstream of the combustion exhaust gas water separation unit 34. The water separated from the combustion exhaust gas by the condensation is stored in the liquid chamber 34B and sent to the combustion exhaust gas water pipe P8C. The combustion exhaust gas after the water is separated is discharged to the outside from the external discharge pipe P12.
水素製造装置１０Ａの底部には、水タンク４０が配置されている。水タンク４０には、水流入口４０Ａが形成されており、改質ガス水配管Ｐ８Ａ、Ｐ８Ｂ、及び燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃは、合流後に水流入口４０Ａと接続されている。合流後の配管を水流入管Ｐ８と称する。水流入管Ｐ８の内径は、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃの内径よりも大径とされている。 A water tank 40 is arranged at the bottom of the hydrogen production apparatus 10A. A water inflow port 40A is formed in the water tank 40, and the reformed gas water pipes P8A and P8B and the combustion exhaust gas water pipe P8C are connected to the water inflow port 40A after merging. The pipe after merging is referred to as a water inflow pipe P8. The inner diameter of the water inflow pipe P8 is larger than the inner diameter of the combustion exhaust gas water pipe P8C.
水タンク４０は、昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び燃焼排ガス水分離部３４において貯留可能な水の総量よりも大容量とされており、昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び燃焼排ガス水分離部３４よりも鉛直方向下側に配置されている。ここで、「水タンク４０が昇圧前水分離部３０、昇圧後水分離部３２、及び、燃焼排ガス水分離部３４よりも鉛直方向下側に配置されている」とは、液体室３０Ｂの底部、液体室３２Ｂの底部、及び液体室３４Ｂの底部が、水タンク４０の水流入口４０Ａよりも鉛直方向上側に配置されていることを意味する。 The water tank 40 has a capacity larger than the total amount of water that can be stored in the pre-boost water separation unit 30, the post-pressurization water separation unit 32, and the combustion exhaust gas water separation unit 34. It is arranged vertically below the rear water separation unit 32 and the combustion exhaust water separation unit 34. Here, "the water tank 40 is arranged vertically below the pre-pressurization water separation unit 30, the post-pressurization water separation unit 32, and the combustion exhaust gas water separation unit 34" means the bottom of the liquid chamber 30B. , The bottom of the liquid chamber 32B and the bottom of the liquid chamber 34B are arranged vertically above the water inlet 40A of the water tank 40.
水タンク４０には、改質水供給管Ｐ９の上流端が接続されている。改質水供給管Ｐ９には、溶存イオン成分を除去するための水処理器（イオン交換樹脂）４２が設けられている。また、改質水供給管Ｐ９には、ポンプ４４が設けられており、ポンプ４４の駆動により、水タンク４０に貯留された水が水処理器４２を経て改質器１２へ供給される。改質水供給管Ｐ９の水処理器４２よりも下流側、ポンプ４４よりも上流側には、純水供給管Ｐ１３が接続されている。純水供給管Ｐ１３からは改質器１２へ、改質水供給管Ｐ９を経て、必要に応じ純水が供給される。 The upstream end of the reformed water supply pipe P9 is connected to the water tank 40. The reformed water supply pipe P9 is provided with a water treatment device (ion exchange resin) 42 for removing the dissolved ion component. Further, the reforming water supply pipe P9 is provided with a pump 44, and the water stored in the water tank 40 is supplied to the reformer 12 via the water treatment device 42 by driving the pump 44. A pure water supply pipe P13 is connected to the downstream side of the reformed water supply pipe P9 from the water treatment device 42 and the upstream side from the pump 44. Pure water is supplied from the pure water supply pipe P13 to the reformer 12 via the reforming water supply pipe P9, if necessary.
（作用）
次に、水素製造装置１０Ａの作用について説明する。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 10A will be described.
水素製造運転時には、原料供給管Ｐ１から改質器１２へ都市ガスが供給され、改質水供給管Ｐ９から改質器１２へ改質水が供給される。予熱流路２２で都市ガス、改質水が混合されつつ加熱され、混合ガスとなって改質触媒層２４へ供給される。 During the hydrogen production operation, city gas is supplied from the raw material supply pipe P1 to the reformer 12, and reformed water is supplied from the reformed water supply pipe P9 to the reformer 12. City gas and reformed water are mixed and heated in the preheating flow path 22, and are supplied to the reforming catalyst layer 24 as a mixed gas.
改質触媒層２４では、燃焼部２８からの燃焼排ガスにより加熱されて、混合ガスが水蒸気改質され、水素を主成分とする改質ガスが生成される。ＣＯ変成触媒層２６へ供給され、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。ＣＯ変成触媒層２６を通過した改質ガスは、改質ガス排出管Ｐ３へ送出される。 In the reforming catalyst layer 24, the mixed gas is steam reformed by being heated by the combustion exhaust gas from the combustion unit 28, and a reforming gas containing hydrogen as a main component is generated. It is supplied to the CO transformation catalyst layer 26, and carbon monoxide contained in the reforming gas reacts with water vapor to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced. The reformed gas that has passed through the CO metamorphic catalyst layer 26 is sent to the reformed gas discharge pipe P3.
改質ガスは、改質ガス排出管Ｐ３に設けられた熱交換器ＨＥ１を経て、昇圧前水分離部３０の気体室３０Ａへ供給される。気体室３０Ａへ供給された改質ガスに含まれる水は、熱交換器ＨＥ１での冷却により凝縮されて液体室３０Ｂへ貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ａを経て水タンク４０へ送出される。気体室３０Ａから、水が分離された改質ガスが、連絡流路管Ｐ４を流れてバッファタンク３５へ供給される。バッファタンク３５では、改質器１２からの改質ガスを一時貯留して圧力変動を緩和し、当該改質ガスを圧縮機１４へ供給する。圧縮機１４では、改質ガスが圧縮される。 The reforming gas is supplied to the gas chamber 30A of the pre-boost water separation section 30 via the heat exchanger HE1 provided in the reforming gas discharge pipe P3. The water contained in the reforming gas supplied to the gas chamber 30A is condensed by cooling in the heat exchanger HE1 and stored in the liquid chamber 30B, and is sent to the water tank 40 via the reforming gas water pipe P8A. From the gas chamber 30A, the reforming gas from which water has been separated flows through the connecting flow path pipe P4 and is supplied to the buffer tank 35. In the buffer tank 35, the reforming gas from the reformer 12 is temporarily stored to mitigate the pressure fluctuation, and the reforming gas is supplied to the compressor 14. In the compressor 14, the reforming gas is compressed.
圧縮された改質ガスは、連絡流路管Ｐ６を流れ熱交換器ＨＥ２を経て昇圧後水分離部３２の気体室３２Ａへ供給される。気体室３２Ａへ供給された改質ガスに含まれる水蒸気は、熱交換器ＨＥ２での冷却により凝縮されて液体室３２Ｂへ貯留され、改質ガス水配管Ｐ８Ｂを経て水タンク４０へ送出される。気体室３２Ａから、水が分離された改質ガスが、連絡流路管Ｐ６を流れて水素精製器１６へ供給される。 The compressed reforming gas flows through the connecting flow path pipe P6, passes through the heat exchanger HE2, and is supplied to the gas chamber 32A of the water separation unit 32 after boosting. The water vapor contained in the reforming gas supplied to the gas chamber 32A is condensed by cooling in the heat exchanger HE2, stored in the liquid chamber 32B, and sent to the water tank 40 via the reforming gas water pipe P8B. From the gas chamber 32A, the reforming gas from which water has been separated flows through the connecting flow path pipe P6 and is supplied to the hydrogen purifier 16.
水素精製器１６では、改質ガスが水素ガス（製品水素ガス）と、不純物を含むオフガスと、に分離され、製品水素ガスは水素供給配管Ｐ１１へ送出される。送出された製品水素ガスは、製品水素本配管Ｐ１１Ａと製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂに分流される。製品水素本配管Ｐ１１Ａを経た製品水素ガスは、製品水素タンク５０に貯留される。製品水素分析用配管Ｐ１１Ｂへ分岐された製品水素ガスは、分析装置５２へ供給される。分析装置５２では、供給された製品水素ガスの水素濃度が測定される。測定された水素濃度値は出力され、例えば、ディスプレイに表示することができる。また、コントローラへ製品水素濃度データとして出力してもよい。 In the hydrogen purifier 16, the reforming gas is separated into a hydrogen gas (product hydrogen gas) and an off gas containing impurities, and the product hydrogen gas is sent to the hydrogen supply pipe P11. The delivered product hydrogen gas is divided into the product hydrogen main pipe P11A and the product hydrogen analysis pipe P11B. Product hydrogen The product hydrogen gas that has passed through the main pipe P11A is stored in the product hydrogen tank 50. The product hydrogen gas branched to the product hydrogen analysis pipe P11B is supplied to the analyzer 52. The analyzer 52 measures the hydrogen concentration of the supplied product hydrogen gas. The measured hydrogen concentration value is output and can be displayed on a display, for example. Further, it may be output to the controller as product hydrogen concentration data.
水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４へ送出され、ブロワ５６によりバッファタンク３５に供給される。 The product hydrogen gas used for the hydrogen concentration measurement is sent to the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement, and is supplied to the buffer tank 35 by the blower 56.
一方、改質ガスから分離された水素以外の不純物を含むオフガスは、オフガス管Ｐ７を流れてオフガスタンク１８へ一時貯留される。オフガスタンク１８から送出されたオフガスは、オフガス管Ｐ７を経て、燃料として改質器１２の燃焼部２８へ供給される。 On the other hand, the off-gas containing impurities other than hydrogen separated from the reforming gas flows through the off-gas pipe P7 and is temporarily stored in the off-gas tank 18. The off-gas delivered from the off-gas tank 18 is supplied as fuel to the combustion section 28 of the reformer 12 via the off-gas pipe P7.
改質器１２の燃焼部２８では、オフガスが燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管Ｐ１０を介して燃焼排ガス水分離部３４の気体室３４Ａへ供給される。気体室３４Ａへ供給された燃焼排ガスに含まれる水蒸気は、熱交換器ＨＥ３での冷却により凝縮されて液体室３４Ｂへ貯留され、燃焼排ガス水配管Ｐ８Ｃを経て水タンク４０へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、外部排出管Ｐ１２を経て外部へ排出される。 In the combustion unit 28 of the reformer 12, the off-gas is burned, and the combustion exhaust gas is supplied to the gas chamber 34A of the combustion exhaust gas water separation unit 34 via the gas discharge pipe P10. The water vapor contained in the combustion exhaust gas supplied to the gas chamber 34A is condensed by cooling in the heat exchanger HE3, stored in the liquid chamber 34B, and sent to the water tank 40 via the combustion exhaust gas water pipe P8C. The combustion exhaust gas from which water is separated is discharged to the outside through the external discharge pipe P12.
本実施形態の水素製造装置１０Ａでは、水素精製器１６から送出された製品水素ガスの水素濃度を、分析装置５２で測定することができる。また、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、バッファタンク３５へ供給される。バッファタンク３５で改質ガスと合流され、再度、圧縮機１４を経て、水素精製器１６へ送出され、精製後に製品水素ガスとして、製品水素タンク５０へ貯留することができる。これにより、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。 In the hydrogen production apparatus 10A of the present embodiment, the hydrogen concentration of the product hydrogen gas delivered from the hydrogen purifier 16 can be measured by the analyzer 52. Further, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is supplied to the buffer tank 35. It merges with the reforming gas in the buffer tank 35, is sent to the hydrogen purifier 16 again via the compressor 14, and can be stored in the product hydrogen tank 50 as the product hydrogen gas after purification. This makes it possible to measure the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
特に、分析装置５２で水素濃度測定に用いられる製品水素ガスの流量が、水素製造装置１０Ａの定常運転時に製造される製造水素ガスの流量（水素精製器１６から製品水素配管Ｐ１１へ送出される製品水素ガスの流量）の１０％以上となる場合に、水素製造装置１０Ａの運転効率の低下の抑制に、寄与する。水素製造装置１０Ａが、比較的小規模な分散型である場合が想定される。 In particular, the flow rate of the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration in the analyzer 52 is the flow rate of the product hydrogen gas produced during the steady operation of the hydrogen production device 10A (the product sent from the hydrogen purifier 16 to the product hydrogen pipe P11). When it becomes 10% or more of the flow rate of hydrogen gas), it contributes to the suppression of the decrease in the operating efficiency of the hydrogen production apparatus 10A. It is assumed that the hydrogen production apparatus 10A is a relatively small-scale distributed type.
また、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスが、バッファタンク３５へ供給されるので、バッファタンク３５の圧力変動が吸収され、改質ガスを安定して圧縮機１４へ送出することができる。 Further, since the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is supplied to the buffer tank 35, the pressure fluctuation of the buffer tank 35 is absorbed, and the reformed gas can be stably sent to the compressor 14. ..
なお、本実施形態では、バッファタンク３５へ濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４の他端側を接続したが、バッファタンク３５よりも上流側かつ昇圧前水分離部３０よりも下流側の連絡流路管Ｐ４に接続させてもよい。 In this embodiment, the other end side of the hydrogen gas discharge pipe P14 is connected to the buffer tank 35 after measuring the concentration, but the connecting flow path is on the upstream side of the buffer tank 35 and on the downstream side of the pre-boost water separation unit 30. It may be connected to the tube P4.
また、本実施形態では、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４にブロワ５６を設けたが、本実施形態のように、比較的低圧のバッファタンク３５へ水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスを送出する場合、ブロワ５６は必ずしも必要ではない。ブロワ５６を設けることにより、供給先との圧力差があってもスムーズに水素濃度の測定に用いられた後の製品水素ガスを供給することができる。 Further, in the present embodiment, the blower 56 is provided in the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement, but as in the present embodiment, the product hydrogen gas used for the measurement of the hydrogen concentration is supplied to the relatively low pressure buffer tank 35. When sending, the blower 56 is not always necessary. By providing the blower 56, it is possible to smoothly supply the product hydrogen gas after being used for measuring the hydrogen concentration even if there is a pressure difference with the supply destination.
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, the second embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の水素製造装置１０Ｂは、図２に示されるように、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４の他端が、バッファタンク３５ではなく、原料供給管Ｐ１に接続されている。水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４へ送出され、ブロワ５６により所定の圧力で原料供給管Ｐ１を流通している都市ガスと合流され、都市ガスと共に改質器１２の予熱流路２２に供給される。 In the hydrogen production apparatus 10B of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the other end of the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement is connected to the raw material supply pipe P1 instead of the buffer tank 35. The product hydrogen gas used for the hydrogen concentration measurement is sent to the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement, and is merged with the city gas flowing through the raw material supply pipe P1 at a predetermined pressure by the blower 56, and the city gas Is supplied to the preheating flow path 22 of the reformer 12.
本実施形態の水素製造装置１０Ｂでは、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、原料供給管Ｐ１で都市ガスと合流され、都市ガスと共に改質器１２の予熱流路２２に供給される。そして、再度、改質器１２、圧縮機１４を経て、水素精製器１６へ送出され、精製後に製品水素ガスとして、製品水素タンク５０へ貯留することができる。これにより、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。 In the hydrogen production apparatus 10B of the present embodiment, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is merged with the city gas at the raw material supply pipe P1 and supplied to the preheating flow path 22 of the reformer 12 together with the city gas. .. Then, it is sent to the hydrogen purifier 16 again via the reformer 12 and the compressor 14, and after purification, it can be stored in the product hydrogen tank 50 as the product hydrogen gas. This makes it possible to measure the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１、第２実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の水素製造装置１０Ｃは、図３に示されるように、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４の他端が、製品水素タンク５０に接続されている。水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４へ送出され、ブロワ５６により所定の圧力で製品水素タンク５０に供給される。 In the hydrogen production apparatus 10C of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the other end of the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement is connected to the product hydrogen tank 50. The product hydrogen gas used for the hydrogen concentration measurement is sent to the hydrogen gas discharge pipe P14 after the concentration measurement, and is supplied to the product hydrogen tank 50 at a predetermined pressure by the blower 56.
本実施形態の水素製造装置１０Ｃでは、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、製品水素タンク５０に供給されるので、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。 In the hydrogen production apparatus 10C of the present embodiment, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is supplied to the product hydrogen tank 50, so that the product hydrogen concentration is measured while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency. be able to.
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１〜第３実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態の水素製造装置１０Ｄは、図４に示されるように、ブロワ５６の下流側において、濃度測定後水素ガス排出管Ｐ１４が、三方バルブ５８Ａを介して第１排出管Ｐ１４Ａと第２排出管Ｐ１４Ｄに分岐されている。また、第１排出管Ｐ１４Ａの下流端は、三方バルブ５８Ｂを介して第１−１排出管Ｐ１４Ｂと第１−２排出管Ｐ１４Ｃに分岐されている。 In the hydrogen production apparatus 10D of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the hydrogen gas discharge pipe P14 after measuring the concentration is discharged from the first discharge pipe P14A and the second discharge pipe P14A via the three-way valve 58A on the downstream side of the blower 56. It is branched into a tube P14D. Further, the downstream end of the first discharge pipe P14A is branched into a 1-1 discharge pipe P14B and a 1-2 discharge pipe P14C via a three-way valve 58B.
三方バルブ５８Ａ、５８Ｂは、不図示の制御部により開閉が制御されている。三方バルブ５８Ａは、第１排出管Ｐ１４Ａ側又は第２排出管Ｐ１４Ｄ側のいずれかが開放され、第１排出管Ｐ１４Ａ側が開放される場合には、三方バルブ５８Ｂの第１−１排出管Ｐ１４Ｂ又は第１−２排出管Ｐ１４Ｄのいずれかが開放される。 The opening and closing of the three-way valves 58A and 58B is controlled by a control unit (not shown). When either the first discharge pipe P14A side or the second discharge pipe P14D side is opened and the first discharge pipe P14A side is opened, the three-way valve 58A is the 1-1 discharge pipe P14B or the three-way valve 58B. One of the 1-2 discharge pipes P14D is opened.
三方バルブ５８Ａの第２排出管Ｐ１４Ｄ側が開放される場合には、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、第２排出管Ｐ１４Ｄを通って製品水素タンク５０に供給される。三方バルブ５８Ａの第１排出管Ｐ１４Ａ側が開放され、三方バルブ５８Ｂの第１−１排出管Ｐ１４Ｂ側が開放される場合には、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、原料供給管Ｐ１を流通している都市ガスと合流され、都市ガスと共に改質器１２の予熱流路２２に供給される。三方バルブ５８Ａの第１排出管Ｐ１４Ａ側が開放され、三方バルブ５８Ｂの第１−２排出管Ｐ１４Ｃ側が開放される場合には、水素濃度測定に用いられた後の製品水素ガスは、バッファタンク３５へ供給される。 When the second discharge pipe P14D side of the three-way valve 58A is opened, the product hydrogen gas after being used for hydrogen concentration measurement is supplied to the product hydrogen tank 50 through the second discharge pipe P14D. When the first discharge pipe P14A side of the three-way valve 58A is opened and the 1-1 discharge pipe P14B side of the three-way valve 58B is opened, the product hydrogen gas after being used for hydrogen concentration measurement is the raw material supply pipe P1. Is merged with the circulating city gas and supplied to the preheating channel 22 of the reformer 12 together with the city gas. When the first discharge pipe P14A side of the three-way valve 58A is opened and the 1-2 discharge pipe P14C side of the three-way valve 58B is opened, the product hydrogen gas after being used for the hydrogen concentration measurement is sent to the buffer tank 35. Will be supplied.
本実施形態の水素製造装置１０Ｄでは、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスを、製品水素タンク５０、改質器１２、バッファタンク３５のいずれか、または複数箇所、またはすべてに、選択的に供給することができる。水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスの供給先については、水素製造装置１０Ｄの状態や、求められる製品水素ガス量等に応じて、決定することができる。水素製造装置１０Ｄでも、水素製造効率の低下を抑制しつつ、製品水素の濃度を測定することができる。 In the hydrogen production apparatus 10D of the present embodiment, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration is selectively applied to any, a plurality of locations, or all of the product hydrogen tank 50, the reformer 12, and the buffer tank 35. Can be supplied to. The supply destination of the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration can be determined according to the state of the hydrogen production apparatus 10D, the required amount of product hydrogen gas, and the like. The hydrogen production apparatus 10D can also measure the concentration of product hydrogen while suppressing a decrease in hydrogen production efficiency.
なお、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスは、図５に示されるように、流量調整バルブ４９により流量を調整して、オフガスタンク１８へも送出するようにしてもよい。また、水素濃度の測定に用いられた製品水素ガスのオフガスタンク１８への送出は、第１〜第３実施形態において行ってもよい。 As shown in FIG. 5, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration may be sent to the off-gas tank 18 by adjusting the flow rate by the flow rate adjusting valve 49. Further, the product hydrogen gas used for measuring the hydrogen concentration may be sent to the off-gas tank 18 in the first to third embodiments.
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 水素製造装置
１２ 改質器
１４ 圧縮機
１６ 水素精製器（水素分離器）
３５ バッファタンク（改質ガスタンク）
５２ 分析装置（水素濃度測定器）
５６ ブロワ
Ｐ１ 原料供給管
Ｐ３ 改質ガス排出管（改質ガス流路）
Ｐ１４ 濃度測定後水素ガス排出管
10A, 10B, 10C, 10D Hydrogen production equipment 12 Reformer 14 Compressor 16 Hydrogen purifier (hydrogen separator)
35 Buffer tank (reformed gas tank)
52 Analyzer (hydrogen concentration measuring instrument)
56 Blower P1 Raw material supply pipe P3 Reform gas discharge pipe (reform gas flow path)
P14 Hydrogen gas discharge pipe after concentration measurement
Claims (5)
前記改質ガスから水素ガスを分離する水素分離器と、
前記水素分離器で分離された水素ガスの一部が流入され、前記水素ガスの水素濃度を測定する水素濃度測定器と、
前記水素濃度測定器から送出された濃度測定後水素ガスを直接または間接的に、製品水素と合流させる製品水素回収部と、
を備えた水素製造装置。 A reformer that reforms raw materials to generate reformed gas containing hydrogen as the main component,
A hydrogen separator that separates hydrogen gas from the reformed gas,
A hydrogen concentration measuring device that measures the hydrogen concentration of the hydrogen gas by flowing in a part of the hydrogen gas separated by the hydrogen separator, and
A product hydrogen recovery unit that directly or indirectly merges hydrogen gas with product hydrogen after measuring the concentration sent from the hydrogen concentration measuring device.
Hydrogen production equipment equipped with.
前記製品水素回収部は、前記改質ガスタンクへ前記濃度測定後水素ガスを供給する、改質下流側合流配管を含んで形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の水素製造装置。 In the reforming gas flow path between the reformer and the hydrogen separator, the reforming gas tank for temporarily storing the reforming gas and the reforming gas are boosted to the downstream side of the reforming gas tank. A compressor is provided to
The product hydrogen recovery unit is formed according to any one of claims 1 to 3, wherein the product hydrogen recovery unit is formed including a reforming downstream side merging pipe that supplies hydrogen gas to the reforming gas tank after measuring the concentration. Hydrogen production equipment.
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