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JP6523134B2 - Hydrogen gas production method and hydrogen gas production apparatus - Google Patents

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JP6523134B2 JP2015207483A JP2015207483A JP6523134B2 JP 6523134 B2 JP6523134 B2 JP 6523134B2 JP 2015207483 A JP2015207483 A JP 2015207483A JP 2015207483 A JP2015207483 A JP 2015207483A JP 6523134 B2 JP6523134 B2 JP 6523134B2
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Description

本発明は、水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen gas production method and a hydrogen gas production apparatus.

燃料電池の燃料等として使用される高純度の水素を製造する際、水蒸気改質器及び水素PSA(Pressure Swing Adsorption)装置が多用される。水蒸気改質器は、天然ガス等の炭化水素から水素リッチな改質ガスを製造する装置であり、水素PSA装置は、改質ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)、メタン(CH)、二酸化炭素(CO)等の不純物を除去し、高純度の水素を精製する装置である。 A steam reformer and a hydrogen pressure swing adsorption (PSA) apparatus are often used to produce high purity hydrogen used as fuel for fuel cells and the like. The steam reformer is an apparatus for producing a hydrogen-rich reformed gas from hydrocarbons such as natural gas, and the hydrogen PSA apparatus is carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ) contained in the reformed gas. It is an apparatus that removes impurities such as carbon dioxide (CO 2 ) and purifies hydrogen of high purity.

水蒸気改質器における反応温度は800℃程度と高温であり、また水蒸気改質反応は吸熱反応なので、水蒸気改質器は外部から熱を供給する必要がある。この水蒸気改質器の熱源として、天然ガス等の原料ガスの一部や水素PSA装置から排出されるオフガスが用いられる。このように、水蒸気改質器の熱源としてオフガスを利用することで、原料ガスの供給量を低減できる。   Since the reaction temperature in the steam reformer is as high as about 800 ° C. and the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the steam reformer needs to supply heat from the outside. As a heat source of the steam reformer, a part of a raw material gas such as natural gas or an off gas exhausted from a hydrogen PSA apparatus is used. As described above, by using the off gas as a heat source of the steam reformer, the supply amount of the source gas can be reduced.

しかし、水素PSA装置から排出されるオフガスを水蒸気改質器の熱源として利用する場合、このオフガスに不燃性ガスである二酸化炭素が含まれるため、二酸化炭素の顕熱分、燃焼効率が低下し易い。   However, when the off-gas discharged from the hydrogen PSA unit is used as a heat source of the steam reformer, since the off-gas contains carbon dioxide which is a nonflammable gas, the sensible heat component of carbon dioxide tends to lower the combustion efficiency. .

上記水蒸気改質法の他に、水素の製造方法としては部分酸化改質法、オートサーマル改質法がある。部分酸化改質は発熱反応であるため、外部からの加熱用の熱源は不要とできる。また、オートサーマル改質は水蒸気改質と部分酸化改質とを組み合わせる方法であり、水蒸気改質で必要な熱源を部分酸化改質で発生する熱源で補うため、同様に熱源は不要とできる。このような部分酸化改質、オートサーマル改質においては、水素PSA装置から排出されるオフガスを改質ガス製造原料の一部としてリサイクル利用することで、原料ガスの供給量を低減でき、水素製造コストを低減することができる。   Besides the above-mentioned steam reforming method, there are a partial oxidation reforming method and an autothermal reforming method as a method of producing hydrogen. Since partial oxidation reforming is an exothermic reaction, an external heat source for heating can be unnecessary. Further, autothermal reforming is a method of combining steam reforming and partial oxidation reforming, and a heat source necessary for steam reforming is supplemented with a heat source generated by partial oxidation reforming, so that the heat source can be similarly unnecessary. In such partial oxidation reforming and autothermal reforming, the supply amount of the raw material gas can be reduced by recycling the off gas discharged from the hydrogen PSA device as a part of the reformed gas production raw material, thereby producing hydrogen Cost can be reduced.

しかし、水素PSA装置から排出されるオフガスを改質ガス製造原料として利用する場合、オフガス中に不活性ガスである二酸化炭素が含まれるため、原料ガス中の炭化水素ガスの分圧が低下し改質器での反応効率が低下する。また、改質器の原料として利用する場合、二酸化炭素を多く含有する水素PSA装置のオフガスを導入すると、改質ガス中の二酸化炭素分圧が上昇し、水素PSA装置において二酸化炭素を除去するための負荷が増大する。このため、吸着塔サイズが大きくなると共に、水素回収率が低下し易い。   However, when the off-gas discharged from the hydrogen PSA unit is used as a raw material for producing a reformed gas, carbon dioxide which is an inert gas is contained in the off-gas, so the partial pressure of hydrocarbon gas in the raw material gas is lowered. The reaction efficiency in the treatment equipment is reduced. Moreover, when using as a raw material of a reformer, if the off-gas of the hydrogen PSA device containing a large amount of carbon dioxide is introduced, the carbon dioxide partial pressure in the reformed gas is increased, and the carbon dioxide is removed in the hydrogen PSA device. The load on the For this reason, while the adsorption tower size becomes large, the hydrogen recovery rate tends to decrease.

本発明者らは特許第5314408号公報や特許第4814024号公報において、水素回収率に優れ、水素製造コストの低減につながる水素PSA装置を提案している。しかしながら、水素PSA装置における水素回収率が高くなると、水素PSA装置のオフガス中の水素量が減少し、オフガスを燃料としてリサイクルする際の加熱効率の低下、及び改質器原料としてリサイクルする際の改質ガス中の二酸化炭素分圧の増加が顕著となる。このため、リサイクルによる水素製造コストの低減効果には改善の余地がある。   The present inventors have proposed a hydrogen PSA device which is excellent in hydrogen recovery rate and leads to reduction of hydrogen production cost in Japanese Patent No. 5314408 and Japanese Patent No. 4814024. However, when the hydrogen recovery rate in the hydrogen PSA unit increases, the amount of hydrogen in the off gas of the hydrogen PSA unit decreases, the heating efficiency decreases when recycling the off gas as fuel, and the improvement when recycling as a reformer raw material The increase in carbon dioxide partial pressure in the quality gas becomes significant. For this reason, there is room for improvement in the reduction effect of hydrogen production cost by recycling.

特許第5314408号公報Patent No. 5314408 gazette 特許第4814024号公報Patent No. 4814024 gazette

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、改質器の熱源又は原料ガスとして好適に利用できるようにオフガス中の二酸化炭素を減少させることで、水素の製造コストを低減できる水素ガス製造方法及び水素製造装置の提供を目的とする。   The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and reduces the production cost of hydrogen by reducing carbon dioxide in the off gas so that it can be suitably used as a heat source or source gas of a reformer. It is an object of the present invention to provide a hydrogen gas production method and a hydrogen production apparatus that can be produced.

上記課題を解決するためになされた本発明は、炭化水素含有ガスの水蒸気改質、部分酸化改質又はオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを用い、高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、水素PSA装置より排出されるオフガスからオフガス用吸着塔を用い、二酸化炭素を除去する工程と、上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスを熱源又は原料ガスとして利用する工程とを備えることを特徴とする。   The present invention, which has been made to solve the above problems, includes a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming, partial oxidation reforming or autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas, and the reformed gas A hydrogen gas production method for producing high purity hydrogen gas using a hydrogen PSA device for removing gases other than hydrogen from the off gas discharged from the hydrogen PSA device using an off gas adsorption tower and carbon dioxide And removing the carbon dioxide in the carbon dioxide removing step, and using the off gas as a heat source or a source gas.

当該水素ガス製造方法によれば、オフガスを改質器の熱源又は原料ガスとして用いるので、原料ガスの供給量を低減できる。また、当該水素ガス製造方法はオフガスから二酸化炭素を除去する工程を備えるので、オフガスを熱源として用いる際の燃焼効率及びオフガスを原料ガスとして用いる際の水素回収率が向上する。その結果、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率が向上するので、当該水素ガス製造方法を用いることで水素製造コストを低減することができる。   According to the hydrogen gas production method, since the off gas is used as the heat source or the source gas of the reformer, the supply amount of the source gas can be reduced. Further, since the hydrogen gas production method includes the step of removing carbon dioxide from the off gas, the combustion efficiency when using the off gas as a heat source and the hydrogen recovery rate when using the off gas as a source gas are improved. As a result, since the production efficiency of the product gas with respect to the supply amount of the source gas is improved, the hydrogen production cost can be reduced by using the hydrogen gas production method.

上記炭化水素含有ガスの改質が水蒸気改質であり、上記オフガス利用工程において、オフガスを改質器の加熱燃料として供給するとよい。このように上記炭化水素含有ガスの改質が水蒸気改質である場合に、上記オフガス利用工程において燃焼効率の向上したオフガスを加熱燃料として供給することにより、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率がより向上する。   The reforming of the hydrocarbon-containing gas may be steam reforming, and the off gas may be supplied as a heating fuel for the reformer in the off gas utilization step. As described above, when the reforming of the hydrocarbon-containing gas is steam reforming, the offgas utilized in the offgas utilizing step is supplied as the heating fuel with the offgas whose combustion efficiency is improved, thereby producing the product gas with respect to the supply amount of the raw material gas. Efficiency is further improved.

上記炭化水素含有ガスの改質がオートサーマル改質であり、上記オフガス利用工程において、オフガスを改質器に供給するスチームの生成用燃料として利用するとよい。このように上記炭化水素含有ガスの改質がオートサーマル改質である場合に、上記オフガス利用工程において燃焼効率の向上したオフガスをスチームの生成用燃料として供給することにより、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率がより向上する。   The reforming of the hydrocarbon-containing gas is autothermal reforming, and the offgas may be used as a fuel for generating steam to be supplied to the reformer in the offgas utilization step. As described above, when the reforming of the hydrocarbon-containing gas is autothermal reforming, the offgas with improved combustion efficiency is supplied as a fuel for generation of steam in the offgas utilization step, whereby the amount of the raw material gas supplied can be reduced. Product gas production efficiency is further improved.

上記炭化水素含有ガスの改質が部分酸化改質又はオートサーマル改質であり、上記オフガス利用工程において、オフガスを原料ガスとして改質器に供給するとよい。このように上記炭化水素含有ガスの改質が部分酸化改質又はオートサーマル改質である場合に、上記オフガス利用工程においてオフガスを二酸化炭素濃度の低い改質ガス製造原料として供給することにより、原料ガス供給量を低減できるので、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率がより向上する。   The reforming of the hydrocarbon-containing gas may be partial oxidation reforming or autothermal reforming, and the off gas may be supplied as a source gas to the reformer in the off gas utilization step. As described above, when the reforming of the hydrocarbon-containing gas is partial oxidation reforming or autothermal reforming, the raw material is supplied by supplying the off gas as a reformed gas production raw material having a low carbon dioxide concentration in the off gas utilization step. Since the gas supply amount can be reduced, the production efficiency of the product gas with respect to the supply amount of the source gas is further improved.

上記オフガス用吸着塔に、二酸化炭素を選択的に吸着するオフガス用吸着剤として活性炭が充填されているとよい。このようにオフガス用吸着剤を二酸化炭素の吸着容量が大きい活性炭とすることにより、オフガス用吸着塔のサイズを小型化することができるので、オフガス用吸着塔の設置コストを低減できる。   It is preferable that the above-described adsorption tower for off gas be filled with activated carbon as an adsorbent for off gas which selectively adsorbs carbon dioxide. By thus setting the offgas adsorbent as activated carbon having a large adsorption capacity of carbon dioxide, the size of the offgas adsorption tower can be reduced, so that the installation cost of the offgas adsorption tower can be reduced.

上記オフガス用吸着塔に、水分除去用吸着剤がさらに充填されているとよい。このようにオフガス用吸着塔に水分除去用吸着剤を充填することで、水分が活性炭に吸着することによる活性炭の二酸化炭素吸着容量の低下を抑止できる。   It is preferable that the above-described adsorption tower for off gas be further filled with a moisture removing adsorbent. As described above, by charging the adsorbent for removing water into the adsorption tower for off gas, it is possible to suppress the decrease of the carbon dioxide adsorption capacity of the activated carbon due to the adsorption of the water on the activated carbon.

上記水素PSA装置が、一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を有するとよい。このように水素PSA装置が一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を有することで、改質ガス中の一酸化炭素を除去するための吸着剤充填量をゼオライト等を使用する場合に比較して顕著に少なくすることができるので、吸着塔サイズのコンパクト化及び水素回収率の向上ができる。   The hydrogen PSA unit may include an adsorption tower packed with an adsorbent that selectively adsorbs carbon monoxide. As described above, the hydrogen PSA device has an adsorption tower packed with an adsorbent that selectively adsorbs carbon monoxide, whereby the adsorbent loading amount for removing carbon monoxide in the reformed gas is reduced to zeolite or the like. Since the amount can be significantly reduced as compared to the case of use, the size of the adsorption tower can be reduced and the hydrogen recovery rate can be improved.

上記一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、及びポリスチレンのうち1種以上の担体にハロゲン化銅(I)あるいはハロゲン化銅(II)を担持させた材料、この材料を還元処理した材料、又はゼオライト中のカチオンを1価の銅(Cu(I))にイオン交換した材料を主成分とするとよい。上記材料は一酸化炭素の吸着性能が大きいため、一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤を上記材料を主成分とするものとすることで、吸着剤使用量をさらに削減できると共に、水素回収率の向上を図ることができる。なお、「主成分」とは、最も含有量の多い成分をいい、例えば50質量%以上含有される成分をいう。   A material in which the above-mentioned adsorbent which selectively adsorbs carbon monoxide supports copper (I) halide or copper (II) halide supported on at least one of porous silica, porous alumina and polystyrene. It is preferable to use a material obtained by reducing this material or a material obtained by ion exchange of cations in zeolite to monovalent copper (Cu (I)). Since the above-mentioned material has a large adsorption capacity of carbon monoxide, by using an adsorbent which selectively adsorbs carbon monoxide as the main component, the amount of the adsorbent used can be further reduced and hydrogen is recovered. Rate can be improved. In addition, a "main component" means the component with most content, for example, the component contained 50 mass% or more.

水素PSA装置が吸着剤の再生時に常圧以下の減圧運転を行う、真空再生方式の水素PSA装置であるとよい。このように真空再生方式の水素PSA装置を用いることで、水素PSA装置の再生工程を容易に行うことができる。   It is preferable that the hydrogen PSA device is a vacuum regeneration hydrogen PSA device that performs a pressure reduction operation below normal pressure during regeneration of the adsorbent. As described above, by using the vacuum regeneration hydrogen PSA apparatus, the regeneration process of the hydrogen PSA apparatus can be easily performed.

上記水素PSA装置が、上記水素PSA装置の吸着塔を大気圧以下まで減圧する吸引ポンプを有するとよい。このように水素PSA装置が上記水素PSA装置の吸着塔を大気圧以下まで減圧する吸引ポンプを有することで、水素PSA装置の吸着塔の再生を容易に行うことができる。   The hydrogen PSA unit may have a suction pump for reducing the pressure of the adsorption column of the hydrogen PSA unit to atmospheric pressure or lower. As described above, since the hydrogen PSA unit has a suction pump for reducing the pressure of the adsorption column of the hydrogen PSA unit to the atmospheric pressure or less, the adsorption tower of the hydrogen PSA unit can be easily regenerated.

上記水素PSA装置の吸引ポンプによる上記オフガス用吸着塔の減圧によって上記オフガス用吸着剤を再生する工程をさらに備えるとよい。このように水素PSA装置の吸引ポンプでオフガス用吸着塔を減圧しオフガス用吸着剤を再生することで、オフガス中の二酸化炭素を除去するオフガスPSA装置の設置コスト及び運転コストを低減できる。   It is preferable to further include a step of regenerating the offgas adsorbent by reducing the pressure of the offgas adsorption tower by the suction pump of the hydrogen PSA device. Thus, by reducing the pressure of the adsorption tower for off gas with the suction pump of the hydrogen PSA device to regenerate the adsorbent for off gas, it is possible to reduce the installation cost and operation cost of the off gas PSA device for removing carbon dioxide in the off gas.

上記オフガス用吸着剤再生工程が、水素PSA装置で吸引ポンプが作動していないときに行われるとよい。このようにオフガス用吸着剤再生工程を水素PSA装置で吸引ポンプが作動していないときに行うことで、運転効率を向上できる。   The off-gas adsorbent regeneration step may be performed when the suction pump is not operating in the hydrogen PSA device. By thus performing the off-gas adsorbent regeneration process with the hydrogen PSA device when the suction pump is not operating, the operating efficiency can be improved.

複数の上記オフガス用吸着塔を用い、一のオフガス用吸着塔で上記二酸化炭素除去工程を行いつつ、他のオフガス用吸着塔で上記吸着剤再生工程を行うとよい。このように一のオフガス用吸着塔で二酸化炭素除去工程を行いつつ他のオフガス用吸着塔で吸着剤再生工程を行うことにより、オフガス中の二酸化炭素の除去を連続的に行って単位時間当たりのオフガスの処理量を増加させることができる。その結果、原料ガスの供給量をより低減できる。   The adsorbent regeneration step may be performed in another offgas adsorption tower while the carbon dioxide removal step is performed in one offgas adsorption tower using a plurality of the offgas adsorption towers. Thus, by performing the adsorbent regeneration step in the other off gas adsorption tower while performing the carbon dioxide removal step in the one off gas adsorption tower, the carbon dioxide in the off gas is continuously removed to perform the removal per unit time. The offgas throughput can be increased. As a result, the supply amount of source gas can be further reduced.

上記二酸化炭素除去工程において、常温常圧下でオフガスの二酸化炭素の除去を行うとよい。このようにオフガス用吸着塔を用いるオフガスの二酸化炭素の除去を常温常圧下で行うことで、オフガスを熱源として用いる際の燃焼効率及びオフガスを原料ガスとして用いる際の水素回収率をより低コストで向上できる。ここで、「常温」とは、例えば0℃以上40℃以下である。また、「常圧」とは特に減圧も加圧も行っていないときの圧力であり、通常大気圧(約1atm)に等しい圧力である。   In the carbon dioxide removing step, it is preferable to remove carbon dioxide of the off gas under normal temperature and normal pressure. Thus, the removal of carbon dioxide of the off gas using the adsorption tower for off gas is performed at normal temperature and normal pressure, so that the combustion efficiency at the time of using the off gas as a heat source and the hydrogen recovery rate at the time of using the off gas as source gas It can improve. Here, the “normal temperature” is, for example, 0 ° C. or more and 40 ° C. or less. Further, "atmospheric pressure" is a pressure when neither depressurization nor pressurization is performed, and is usually a pressure equal to atmospheric pressure (about 1 atm).

上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスを一時貯蔵する工程をさらに備えるとよい。このように二酸化炭素を除去したオフガスを一時貯蔵する工程を備えることにより、二酸化炭素を除去したオフガスの改質器への供給量及び圧力等を調整できるので、二酸化炭素を除去したオフガスを安定して改質器へ供給できる。   It is preferable to further include a step of temporarily storing the off gas from which the carbon dioxide has been removed in the carbon dioxide removal step. By thus temporarily storing the off gas from which carbon dioxide has been removed, it is possible to adjust the supply amount and pressure of the off gas from which carbon dioxide is removed to the reformer, etc., the off gas from which carbon dioxide is removed is stabilized. Can be supplied to the reformer.

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、炭化水素含有ガスの水蒸気改質、部分酸化改質又はオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを備える水素ガス製造装置であって、水素PSA装置より排出されるオフガスから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔と、上記オフガス用吸着塔により二酸化炭素が除去されたオフガスを熱源又は原料ガスとして利用するオフガス利用ラインとを備えることを特徴とする。   Another invention made to solve the above problems is a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by steam reforming, partial oxidation reforming or autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas, and An offgas adsorption tower for removing hydrogen gas from a reformed gas comprising a hydrogen PSA unit for removing a gas other than hydrogen and removing carbon dioxide from the offgas discharged from the hydrogen PSA unit; And an off gas utilization line that uses the off gas from which carbon dioxide has been removed by the tower as a heat source or a source gas.

当該水素製造装置は、オフガスを熱源又は原料ガスとして利用するオフガス利用ラインにより、オフガスを改質器の熱源又は原料ガスとして用いることができるので、原料ガスの供給量を低減できる。また、当該水素製造装置は、オフガス用吸着塔を備えているので、水素PSA装置より排出されるオフガスから不活性ガスである二酸化炭素を除去でき、オフガスを熱源として用いる際の燃焼効率及びオフガスを原料ガスとして用いる際の水素回収率が向上する。その結果、製品ガスの生産効率が向上するので、当該水素製造装置は、水素製造コストを低減することができる。   Since the said hydrogen production apparatus can use off gas as a heat source or source gas of a reformer by the off gas utilization line which utilizes off gas as a heat source or source gas, it can reduce supply_amount | feed_rate of source gas. Further, since the hydrogen production apparatus is equipped with an off-gas adsorption tower, carbon dioxide which is an inert gas can be removed from the off-gas discharged from the hydrogen PSA apparatus, and the combustion efficiency and off-gas when using the off gas as a heat source The hydrogen recovery rate when used as a source gas is improved. As a result, since the production efficiency of the product gas is improved, the hydrogen production apparatus can reduce the hydrogen production cost.

以上説明したように、本発明の水素ガス製造方法及び水素製造装置によれば、改質器の熱源として利用するオフガスの燃焼効率を向上させること、又はオフガスを原料ガスの一部としてリサイクル利用することによって製品水素ガスに対する燃料ガス、原料ガス等の供給量を低減でき、水素製造コストの低減が可能となる。   As described above, according to the hydrogen gas production method and the hydrogen production apparatus of the present invention, the combustion efficiency of the off gas used as the heat source of the reformer is improved, or the off gas is recycled as part of the source gas. As a result, the supply amount of fuel gas, raw material gas and the like to the product hydrogen gas can be reduced, and the hydrogen production cost can be reduced.

本発明の一実施形態に係る水蒸気改質による水素製造装置の水素ガス製造プロセスを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the hydrogen gas production process of the hydrogen production apparatus by steam reforming which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るオートサーマル改質による水素製造装置の水素ガス製造プロセスを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the hydrogen gas production process of the hydrogen production apparatus by auto thermal reforming which concerns on one Embodiment of this invention. 図1及び図2の水素PSA装置及びオフガスPSA装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the hydrogen PSA apparatus of FIG.1 and FIG.2, and an off gas PSA apparatus. 比較例における水蒸気改質による水素製造装置の水素ガス製造プロセスを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the hydrogen gas production process of the hydrogen production apparatus by steam reforming in a comparative example.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の水素製造装置及び水素ガス製造方法の実施形態を詳説する。   Hereinafter, embodiments of the hydrogen production apparatus and the hydrogen gas production method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[水素製造装置]
図1の水素製造装置は、原料ガスAである炭化水素ガスの水蒸気改質により水素リッチな改質ガスBを生成する改質器1と、この改質ガスB中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置2と、水素PSA装置2から排出されるオフガスCの二酸化炭素を除去するオフガスPSA装置3とを備える。
[Hydrogen production equipment]
The hydrogen production apparatus shown in FIG. 1 includes a reformer 1 that generates a hydrogen-rich reformed gas B by steam reforming of a hydrocarbon gas that is a raw material gas A, and removes gases other than hydrogen in the reformed gas B. And an off-gas PSA unit 3 for removing carbon dioxide of the off-gas C discharged from the hydrogen PSA unit 2.

また、図2の水素製造装置は、原料ガスAである炭化水素ガスのオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスBを生成する改質器1aと、この改質ガスB中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置2と、水素PSA装置2から排出されるオフガスCの二酸化炭素を除去するオフガスPSA装置3とを備える。   Further, in the hydrogen production apparatus of FIG. 2, a reformer 1 a that generates a hydrogen-rich reformed gas B by autothermal reforming of a hydrocarbon gas that is a source gas A, and hydrogen other than hydrogen in the reformed gas B A hydrogen PSA unit 2 for removing gas and an off gas PSA unit 3 for removing carbon dioxide of the off gas C discharged from the hydrogen PSA unit 2 are provided.

<改質器>
図1の水蒸気改質器1としては、例えば公知の水蒸気改質部と変成部とを組み合わせた改質器を用いることができる。水素リッチな改質ガスBは、天然ガス等の炭化水素を含有する原料ガスA及び水Hが供給される改質器1により原料ガスAが水蒸気改質されて得られる。具体的には、炭化水素を含有する原料ガスAを水蒸気改質部での改質反応により水蒸気で改質し、水素及び一酸化炭素を主成分とするガスとした後、さらに変成部で改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気で変成し、水素リッチな改質ガスBを生成する。この改質ガスB中には、水素の他、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等の未反応の天然ガス成分や水などの不純物が含まれる。上記水蒸気改質反応は吸熱反応なので、改質器バーナー4により改質器1を加熱して反応を促進させる。
<Reformer>
As the steam reformer 1 of FIG. 1, for example, a reformer in which a known steam reforming unit and a metamorphic unit are combined can be used. The hydrogen-rich reformed gas B is obtained by subjecting the raw material gas A to steam reforming by the reformer 1 to which the raw material gas A and water H containing hydrocarbons such as natural gas are supplied. Specifically, the raw material gas A containing hydrocarbon is reformed by steam by the reforming reaction in the steam reforming section, and after being converted to gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, it is further reformed by the shift section. The carbon monoxide in the quality gas is transformed with steam to produce a hydrogen-rich reformed gas B. The reformed gas B contains, in addition to hydrogen, impurities such as unreacted natural gas components such as carbon monoxide, carbon dioxide and methane, and water. Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the reformer burner 4 heats the reformer 1 to promote the reaction.

図2のオートサーマル改質器1aは、少なくとも一部に改質触媒が充填されている。オートサーマル改質器1aは、この改質触媒に原料ガスとスチームとの混合物を接触させて改質反応により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質層と、少なくとも一部に酸化触媒が充填されており、酸化用の原料ガスを酸化して熱を発生させる酸化発熱層とを備える改質器である。改質器1aに天然ガス等の炭化水素を含有する原料ガスA、スチームI及び酸素Jが供給されることで、原料ガスAが改質されて改質ガスBが得られる。改質ガスB中には、水蒸気改質と同様に水素の他、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン等の未反応の天然ガス成分や水などの不純物が含まれる。オートサーマル改質反応では酸素を供給することで水蒸気改質反応と同時に原料の酸化反応による発熱反応が同時起こるため、外部から改質器1aを加熱する必要はない。   The autothermal reformer 1a in FIG. 2 is at least partially filled with a reforming catalyst. The autothermal reformer 1a contacts a mixture of a raw material gas and steam with the reforming catalyst to form a reformed gas containing hydrogen as a main component by a reforming reaction, and at least a part of which is oxidized The reformer is provided with a catalyst and is provided with an oxidation exothermic layer which oxidizes a raw material gas for oxidation to generate heat. By supplying the raw material gas A containing hydrocarbons such as natural gas, steam I and oxygen J to the reformer 1a, the raw material gas A is reformed to obtain a reformed gas B. The reformed gas B contains not only hydrogen but also impurities such as unreacted natural gas components such as carbon monoxide, carbon dioxide and methane, and water as well as steam reforming. In the autothermal reforming reaction, the supply of oxygen simultaneously causes the steam reforming reaction and the exothermic reaction due to the oxidation reaction of the raw material to occur simultaneously, so there is no need to heat the reformer 1a from the outside.

(改質器バーナー)
図1の水蒸気改質器1に用いる改質器バーナー4は、その燃料として、原料ガスAの一部と、後述するオフガスPSA装置3から供給されるCO除去オフガスDが用いられる。改質器バーナー4により、原料ガスA及びCO除去オフガスDを空気Gと混合して燃焼させることにより、改質器1を加熱する。
(Reformer burner)
As a fuel for the reformer burner 4 used in the steam reformer 1 of FIG. 1, a part of the raw material gas A and a CO 2 removing off gas D supplied from the off gas PSA device 3 described later are used. The reformer 1 heats the reformer 1 by mixing the raw material gas A and the CO 2 removal off gas D with the air G and burning them by the reformer burner 4.

水蒸気改質器1の加熱温度の下限としては特に限定されないが、原料ガスAが天然ガスの場合には700℃が好ましく、750℃がより好ましい。加熱温度の上限としては900℃が好ましく、850℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満の場合、水蒸気改質反応の効率の低下や原料ガスの炭素析出による触媒性能の低下が生じるおそれがある。また、上記加熱温度が上記上限を超える場合も、水蒸気改質反応の効率の低下や原料ガスの炭素析出による触媒性能の低下が生じるおそれがある。上記触媒としては、例えばルテニウム系やニッケル系の触媒を挙げることができる。   The lower limit of the heating temperature of the steam reformer 1 is not particularly limited, but when the raw material gas A is a natural gas, 700 ° C. is preferable, and 750 ° C. is more preferable. As a maximum of heating temperature, 900 ° C is preferred and 850 ° C is more preferred. If the heating temperature is less than the above lower limit, the efficiency of the steam reforming reaction may decrease, and the catalyst performance may decrease due to carbon deposition of the raw material gas. Moreover, also when the said heating temperature exceeds the said upper limit, there exists a possibility that the fall of the efficiency of steam reforming reaction and the fall of the catalyst performance by carbon deposition of source gas may arise. As said catalyst, a ruthenium type and a nickel type catalyst can be mentioned, for example.

上記原料ガスAは、分子中に炭素と水素とを含む化合物又はその混合物から適宜選んで用いることができる。上記化合物は、酸素など他の元素を含んでもよい。また、原料ガスAの原料が液体の場合には、気化器により気化させて用いればよい。具体的には、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、ガソリン、ナフサ、灯油及び軽油などの炭化水素燃料、メタノール及びエタノールなどのアルコール、ジメチルエーテルなどのエーテル等を挙げることができる。これらの中でもコスト等から天然ガス及びLPGを好適に用いることができる。   The source gas A can be appropriately selected and used from a compound containing carbon and hydrogen in the molecule or a mixture thereof. The above compounds may contain other elements such as oxygen. When the raw material of the raw material gas A is a liquid, it may be vaporized by a vaporizer. Specifically, for example, hydrocarbon fuels such as methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), gasoline, naphtha, kerosene and light oil, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, etc. It can be mentioned. Among these, natural gas and LPG can be suitably used in view of cost and the like.

<水素PSA装置>
図3の水素PSA装置2は、改質ガスB中の特定成分を圧力スウィング吸着法により吸着除去する3つの吸着塔11a,11b,11cと、この3つの吸着塔11a,11b,11cに連通する改質ガス供給ライン101、製品ガス排出ライン201、吸着塔減圧ライン103及びオフガス排出ライン104と、吸着塔減圧ライン103内に配設される吸引ポンプ12と、吸着塔減圧ライン103とオフガス排出ライン104とを接続する接続ライン105とを備える。水素PSA装置2は、吸着剤の再生時に常圧以下の減圧運転を行う真空再生方式である。
<Hydrogen PSA unit>
The hydrogen PSA apparatus 2 shown in FIG. 3 communicates with the three adsorption towers 11a, 11b and 11c for adsorbing and removing specific components in the reformed gas B by the pressure swing adsorption method, and the three adsorption towers 11a, 11b and 11c. A reformed gas supply line 101, a product gas discharge line 201, an adsorption tower pressure reduction line 103, an off gas discharge line 104, a suction pump 12 disposed in the adsorption tower pressure reduction line 103, an adsorption tower pressure reduction line 103 and an off gas discharge line And a connection line 105 for connecting to the connection line 104. The hydrogen PSA device 2 is a vacuum regeneration system that performs a pressure reduction operation below atmospheric pressure at the time of regeneration of the adsorbent.

水素PSA装置2は、改質器1又は改質器1aで生成される改質ガスB中に含まれる水素以外の不純物を除去し、高純度の水素ガスを製品ガスEとして得る。水素PSA装置2により高純度の製品ガスEを得る方法について以下に説明する。   The hydrogen PSA apparatus 2 removes impurities other than hydrogen contained in the reformed gas B generated by the reformer 1 or the reformer 1 a, and obtains high purity hydrogen gas as the product gas E. The method for obtaining the high purity product gas E by the hydrogen PSA unit 2 will be described below.

改質ガスBは、改質ガス供給ライン101を通して3つの吸着塔11a,11b,11cに供給される。   The reformed gas B is supplied to the three adsorption towers 11 a, 11 b and 11 c through the reformed gas supply line 101.

3つの吸着塔11a,11b,11cは、改質ガスB中の上記不純物を吸着する吸着剤が充填されており、製品ガス排出ライン201から高純度の製品ガスEを排出する。これらの吸着塔11a,11b,11cは、それぞれ吸着、減圧、均圧及び洗浄、昇圧、並びに吸着の一連の工程を順次切り替えて運転される。吸着塔内の圧力を減圧する工程及び製品ガスEである水素ガスで洗浄する工程により、吸着した不純物を除去し、吸着剤を再生する。その後、吸着剤を再生した吸着塔を再び昇圧し水素精製に再び供する。水素PSA装置2の運転中、いずれかの吸着塔が吸着工程となるように上記一連の工程のタイミングを各吸着塔でずらして行うことで、吸着と再生とを異なる吸着塔で同時に行うことが可能となり、連続的に製品ガスEを製造できる。   The three adsorption towers 11a, 11b and 11c are filled with an adsorbent that adsorbs the above-mentioned impurities in the reformed gas B, and discharge the product gas E of high purity from the product gas discharge line 201. The adsorption towers 11a, 11b, and 11c are operated by sequentially switching a series of processes of adsorption, pressure reduction, pressure equalization and washing, pressure increase, and adsorption. The adsorbed impurities are removed and the adsorbent is regenerated by the steps of reducing the pressure in the adsorption column and the step of washing with hydrogen gas which is the product gas E. After that, the adsorbent which has regenerated the adsorbent is again pressurized and subjected to hydrogen purification again. During the operation of the hydrogen PSA apparatus 2, the adsorption and regeneration can be performed simultaneously in different adsorption towers by shifting the timing of the above series of steps in each adsorption tower so that one of the adsorption towers becomes an adsorption step. The product gas E can be produced continuously.

吸着塔11a,11b,11cには、改質ガスB中の主な不純物である一酸化炭素、二酸化炭素メタン及び水分を吸着可能な吸着剤が充填される。この吸着剤は各不純物をPSAにより吸着可能なものであれば特に限定されない。このような吸着剤としては、例えば一酸化炭素を特に吸着する5A型ゼオライト、二酸化炭素及びメタンを特に吸着する炭素系吸着剤、水分を特に吸着する活性アルミナ等を挙げることができる。これらの吸着剤は、単独で又は組み合わせて吸着塔11a,11b,11cに充填される。また、一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤(CO吸着剤)としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、及びポリスチレンのうち1種以上の担体にハロゲン化銅(I)あるいはハロゲン化銅(II)を担持させた材料、この材料を還元処理した材料、又はゼオライト中のカチオンを1価の銅(Cu(I))にイオン交換した材料を主成分とするものが好ましい。これらのCO吸着剤は改質ガスB中のCOを除去するための吸着剤充填量をゼオライトなど他の吸着剤を使用する場合に比較して顕著に少なくすることができ、吸着塔サイズのコンパクト化及び水素回収率の向上に寄与する。   The adsorption towers 11a, 11b, 11c are packed with an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide, carbon dioxide methane, which is the main impurities in the reformed gas B, and water. The adsorbent is not particularly limited as long as each impurity can be adsorbed by PSA. Examples of such an adsorbent include 5A-type zeolite which specifically adsorbs carbon monoxide, carbon-based adsorbents which particularly adsorb carbon dioxide and methane, and activated alumina which adsorbs water in particular. These adsorbents are loaded into the adsorption towers 11a, 11b and 11c alone or in combination. In addition, as an adsorbent (CO adsorbent) that selectively adsorbs carbon monoxide, it is possible to use copper (I) halide or copper halide (one or more of porous silica, porous alumina, and polystyrene) as an adsorbent (CO adsorbent). It is preferable to use a material on which II) is supported, a material obtained by reducing this material, or a material in which the cation in the zeolite is ion-exchanged to monovalent copper (Cu (I)) as the main component. These CO adsorbents can significantly reduce the adsorbent loading for removing CO in the reformed gas B as compared with the case of using other adsorbents such as zeolite, and the adsorption tower size is compact Contributes to the improvement of hydrogen and hydrogen recovery rate.

また、吸着塔11a,11b,11cに充填する吸着剤として、上述の一酸化炭素を選択的に吸着するCO吸着剤とともに、二酸化炭素を吸着できる吸着剤を充填する。二酸化炭素を吸着する吸着剤としては二酸化炭素吸着容量の大きい炭素系吸着剤が好適に利用できる。炭素吸着剤として、例えば活性炭やCMS(カーボンモレキュラーシーブ)が利用でき、特に、低コストの点で活性炭が好ましい。   Further, as an adsorbent to be packed into the adsorption towers 11a, 11b and 11c, an adsorbent capable of adsorbing carbon dioxide is packed together with the above-mentioned CO adsorbent which selectively adsorbs carbon monoxide. As an adsorbent that adsorbs carbon dioxide, a carbon-based adsorbent having a large carbon dioxide adsorption capacity can be suitably used. As a carbon adsorbent, for example, activated carbon or CMS (carbon molecular sieve) can be used, and in particular, activated carbon is preferable in view of low cost.

改質ガス供給ライン101は改質ガスBを吸着塔11a,11b,11cへ導入するためのラインである。改質ガス供給ライン101と3つの吸着塔11a,11b,11cとはそれぞれ改質ガス供給弁V1a,V1b,V1cを介して接続される。   The reformed gas supply line 101 is a line for introducing the reformed gas B into the adsorption towers 11a, 11b and 11c. The reforming gas supply line 101 and the three adsorption towers 11a, 11b, and 11c are connected via reforming gas supply valves V1a, V1b, and V1c, respectively.

製品ガス排出ライン201は吸着塔11a,11b,11cで改質ガスBの不純物を除去して得た製品ガスEの回収ラインであり、3つの吸着塔11a,11b,11cとはそれぞれ製品ガス排出弁V2a,V2b,V2cを介して接続される。回収した製品ガスEは製品ガス用バッファタンク13に一時的に貯蔵され、適宜供給される。なお、この製品ガスEは吸着塔11a,11b,11cの洗浄ガスとしても使用される。   The product gas discharge line 201 is a recovery line of the product gas E obtained by removing the impurities of the reformed gas B by the adsorption towers 11a, 11b and 11c, and the three adsorption towers 11a, 11b and 11c respectively discharge the product gas It is connected via the valves V2a, V2b, V2c. The recovered product gas E is temporarily stored in the product gas buffer tank 13 and appropriately supplied. The product gas E is also used as a cleaning gas for the adsorption towers 11a, 11b and 11c.

また、吸着塔11a,11b,11cの排出側には、それぞれ上記製品ガス排出ライン201の他に均圧ライン202及び洗浄ライン203が接続されている。均圧ライン202は、各吸着塔11a,11b,11cにそれぞれ均圧弁V4a,V4b,V4cを介して接続され、洗浄ライン203は、吸着塔11a,11b,11cにそれぞれ洗浄弁V5a,V5b,V5cを介して接続される。これらの製品ガス排出ライン201、均圧ライン202及び洗浄ライン203によって、1つの吸着塔から製品ガスEを回収しながら、他の1つの吸着塔に対して残りの吸着塔から製品ガスEを供給して、均圧及び洗浄工程を行うことができる。   In addition to the product gas discharge line 201, a pressure equalizing line 202 and a cleaning line 203 are connected to the discharge side of the adsorption towers 11a, 11b, 11c. The pressure equalizing line 202 is connected to the respective adsorption towers 11a, 11b and 11c via pressure equalizing valves V4a, V4b and V4c, and the washing line 203 is connected to the adsorption towers 11a, 11b and 11c with washing valves V5a, V5b and V5c, respectively. Connected through. While collecting product gas E from one adsorption tower by these product gas discharge line 201, pressure equalization line 202 and washing line 203, supply the product gas E from the remaining adsorption towers to the other adsorption tower And pressure equalization and cleaning steps can be performed.

吸着塔減圧ライン103及びオフガス排出ライン104は、吸着塔11a,11b,11cの再生時に吸着塔内を減圧するために用いるラインである。吸着塔減圧ライン103及びオフガス排出ライン104は、3つの吸着塔11a,11b,11cとオフガス排出弁V3a,V3b,V3cをそれぞれ介して接続される。この吸着塔減圧ライン103には吸着塔11a,11b,11cの再生時に大気圧以下まで減圧するための吸引ポンプ12の吸入側が吸引ポンプ接続弁V8を介して接続される。そして、吸着塔減圧ライン103及びオフガス排出ライン104にオフガスPSA装置3が接続される。   The adsorption tower depressurization line 103 and the off gas discharge line 104 are lines used to reduce the pressure in the adsorption tower during regeneration of the adsorption towers 11a, 11b and 11c. The adsorption tower depressurization line 103 and the off gas discharge line 104 are connected via three adsorption towers 11a, 11b and 11c and off gas discharge valves V3a, V3b and V3c, respectively. The suction side of a suction pump 12 for reducing the pressure to below the atmospheric pressure during regeneration of the adsorption towers 11a, 11b and 11c is connected to the adsorption tower depressurization line 103 via a suction pump connection valve V8. The off-gas PSA device 3 is connected to the adsorption tower depressurization line 103 and the off-gas discharge line 104.

また、吸着塔減圧ライン103の吸引ポンプ12の排出側には大気開放ライン102が接続され、オフガス排出ライン104に接続するオフガスPSA装置3の大気開放弁V7及び減圧制御弁V9を開けることで吸着塔内が大気開放される。   Further, the atmosphere open line 102 is connected to the discharge side of the suction pump 12 of the adsorption column depressurization line 103, and adsorption is performed by opening the atmosphere open valve V7 and the pressure reduction control valve V9 of the off gas PSA device 3 connected to the off gas exhaust line 104. The inside of the tower is open to the atmosphere.

オフガス排出ライン104から排出される吸着塔11a,11b,11cの特定成分等を含むオフガスCは、減圧制御弁V9及びオフガスタンク供給弁V10を介してオフガスPSA装置3へ供給される。また、吸着塔11a,11b,11cを減圧する際に吸引ポンプ12から排出されるオフガスCは、接続ライン105を介してオフガスPSA装置3へ供給される。   The off gas C including the specific components and the like of the adsorption towers 11a, 11b and 11c discharged from the off gas discharge line 104 is supplied to the off gas PSA device 3 via the pressure reduction control valve V9 and the off gas tank supply valve V10. Further, the off gas C discharged from the suction pump 12 when the pressure in the adsorption towers 11 a, 11 b and 11 c is reduced is supplied to the off gas PSA device 3 via the connection line 105.

<オフガスPSA装置>
図1及び図2のオフガスPSA装置3は、水素PSA装置2より排出されるオフガスCを貯蔵するオフガスタンク14と、オフガスタンク14より供給されるオフガスCから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔15a,15bと、オフガス用吸着塔15a,15bにより二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスDを改質器等に供給するオフガス利用ライン303とを主に備える。また、オフガスPSA装置3は、オフガス用吸着塔15a,15bを用いて二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスDを一時貯蔵するCO除去オフガス用バッファタンク16を備える。上記オフガス用吸着塔15a,15bには、二酸化炭素を吸着するオフガス用吸着剤及び水分を吸着する水分除去吸着剤が充填されている。
<Off-gas PSA system>
The off-gas PSA apparatus 3 of FIGS. 1 and 2 includes an off-gas tank 14 for storing the off-gas C discharged from the hydrogen PSA apparatus 2 and an off-gas adsorption tower 15 a for removing carbon dioxide from the off-gas C supplied from the off-gas tank 14. , 15b, and an off gas utilization line 303 for supplying a CO 2 removing off gas D from which carbon dioxide has been removed by the off gas adsorption towers 15a and 15 b to a reformer or the like. Also, off-gas PSA unit 3 is provided with a CO 2 removal offgas buffer tank 16 for storing offgas adsorption tower 15a, the CO 2 removal offgas D carbon dioxide has been removed using 15b time. The above off gas adsorption towers 15a and 15b are filled with an off gas adsorbent for adsorbing carbon dioxide and a water removal adsorbent for adsorbing water.

オフガスタンク14に接続するオフガス供給ライン301と2つのオフガス用吸着塔15a,15bとは、それぞれオフガス供給弁V12a,V12bを介して接続される。また、CO除去オフガス用バッファタンク16に接続するCO除去オフガス排出ライン302と2つのオフガス用吸着塔15a,15bとは、それぞれCO除去オフガス排出弁V13a,V13bを介して接続される。また、水素PSA装置2の吸着塔減圧ライン103に接続するオフガス用吸着塔減圧ライン304と2つのオフガス用吸着塔15a,15bとは、それぞれ排気ガス排出弁V14a,V14bを介して接続される。 The off gas supply line 301 connected to the off gas tank 14 and the two off gas adsorption towers 15a and 15b are connected via the off gas supply valves V12a and V12b, respectively. In addition, the CO 2 removal off gas discharge line 302 connected to the CO 2 removal off gas buffer tank 16 and the two off gas adsorption towers 15 a and 15 b are connected via the CO 2 removal off gas discharge valves V 13 a and V 13 b, respectively. The off-gas adsorption tower depressurization line 304 connected to the adsorption tower depressurization line 103 of the hydrogen PSA device 2 and the two off-gas adsorption towers 15a and 15b are connected via exhaust gas discharge valves V14a and V14b, respectively.

(オフガスタンク)
オフガスタンク14は、減圧工程及び洗浄工程で水素PSA装置2より排出されるオフガスCを一時貯蔵し、オフガス供給ライン301からオフガス用吸着塔15a,15bへオフガスCを供給する。
(Off gas tank)
The off gas tank 14 temporarily stores the off gas C discharged from the hydrogen PSA apparatus 2 in the pressure reduction step and the washing step, and supplies the off gas C from the off gas supply line 301 to the off gas adsorption towers 15a and 15b.

オフガスタンク14に貯蔵されるオフガスCは、吸着塔11a,11b,11cに吸着された一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンと、洗浄工程で流通させる製品ガスEの水素とを主に含有するガスであり、オフガスCの成分は、例えば二酸化炭素50体積%、水素40体積%、残部10体積%程度である。   The off gas C stored in the off gas tank 14 is a gas mainly containing carbon monoxide, carbon dioxide and methane adsorbed by the adsorption towers 11a, 11b and 11c, and hydrogen of the product gas E circulated in the washing step. The components of the off gas C are, for example, 50% by volume of carbon dioxide, 40% by volume of hydrogen, and the remaining 10% by volume.

(オフガス用吸着塔)
オフガス用吸着塔15a,15bは、二酸化炭素を吸着するオフガス用吸着剤及び水分を吸着する水分除去用吸着剤が充填されており、オフガスタンク14から供給されるオフガスC中の二酸化炭素の少なくとも一部と水分とを吸着により除去し、改質器の熱源又は原料ガスとして利用するCO除去オフガスDを精製する。
(Adsorption tower for off gas)
The off gas adsorption towers 15a and 15b are filled with an off gas adsorbent for adsorbing carbon dioxide and a water removal adsorbent for adsorbing water, and at least one of the carbon dioxide in the off gas C supplied from the off gas tank 14 The part and the water are removed by adsorption, and the CO 2 removed off gas D used as a heat source of the reformer or as a raw material gas is purified.

上記オフガス用吸着剤としては、二酸化炭素を選択的に吸着できる炭素系吸着剤が好ましく、例えば活性炭やCMS(カーボンモレキュラーシーブ)が利用できる。特に、コストの点で活性炭が好ましい。上記水分除去用吸着剤としては、例えば活性アルミナ及びシリカゲルが好適である。   As the above off-gas adsorbent, a carbon-based adsorbent capable of selectively adsorbing carbon dioxide is preferable. For example, activated carbon and CMS (carbon molecular sieve) can be used. In particular, activated carbon is preferable in terms of cost. As the water removing adsorbent, for example, activated alumina and silica gel are suitable.

オフガス用吸着塔の役割は、オフガスをリサイクルして改質器の加熱燃料や改質器の原料として利用する際に二酸化炭素を除くことで、オフガスの燃焼効率を高め、また原料として利用する際の原料への二酸化炭素混入を防止することである。ただし、オフガス用吸着塔ではオフガス中の二酸化炭素全てを除去する必要はなく、オフガス中の一部の二酸化炭素を除くだけでもリサイクルにおいて効果が期待できる。オフガス中の二酸化炭素を全て除去する場合、水素PSA装置2の1つの吸着塔に充填される二酸化炭素用吸着剤に対する1つのオフガス用吸着塔に充填されるオフガス用二酸化炭素用吸着剤の質量比の下限としては、0.6が好ましく、0.7がより好ましい。上記質量比の二酸化炭素用吸着剤をオフガス用吸着塔に充填することで、オフガス中の二酸化炭素をほぼ完全に除去することができる。   The role of the adsorption tower for off-gas is to enhance the combustion efficiency of off-gas and to use it as a raw material by removing the carbon dioxide when recycling the off-gas and using it as a heating fuel for the reformer or a raw material for the reformer. The purpose is to prevent carbon dioxide contamination in the raw materials of However, in the adsorption tower for off-gas, it is not necessary to remove all carbon dioxide in the off-gas, and it is possible to expect an effect in recycling only by removing a part of carbon dioxide in the off-gas. When removing all the carbon dioxide in the off gas, the mass ratio of the adsorbent for carbon dioxide for off-gas packed in one adsorption tower for off-gas to the adsorbent for carbon dioxide charged in one adsorption tower of hydrogen PSA unit 2 As a lower limit of, 0.6 is preferable and 0.7 is more preferable. By charging the adsorbent for carbon dioxide in the above mass ratio to the adsorption tower for off gas, carbon dioxide in the off gas can be almost completely removed.

(オフガス利用ライン)
オフガス利用ライン303は、二酸化炭素が除去されたオフガスを熱源又は原料ガスとして利用する配管である。図1の水蒸気改質器1の場合、熱源としてCO除去オフガスDを改質器バーナー4へ供給する。また、図2のオートサーマル改質器1aの場合、改質器に供給するスチームの生成用燃料としてCO除去オフガスDをスチーム生成器に供給する。さらに、図2のオートサーマル改質器1aの場合、CO除去オフガスDを原料ガスとして改質器に供給してもよい。
(Off gas utilization line)
The off gas utilization line 303 is a pipe that uses the off gas from which carbon dioxide has been removed as a heat source or a source gas. In the case of the steam reformer 1 of FIG. 1, a CO 2 removal off gas D is supplied to the reformer burner 4 as a heat source. Further, in the case of the auto thermal reformer 1 a of FIG. 2, the CO 2 removal off gas D is supplied to the steam generator as a fuel for generating steam supplied to the reformer. Furthermore, in the case of the auto thermal reformer 1a of FIG. 2, the CO 2 removal off gas D may be supplied to the reformer as a source gas.

(CO除去オフガス用バッファタンク)
CO除去オフガス用バッファタンク16は、オフガス用吸着塔15a,15bでオフガスC中から二酸化炭素が除去されたCO除去オフガスDを一時的に貯蔵する。CO除去オフガス用バッファタンク16を備えることにより、CO除去オフガスDを適時改質器バーナー4等へ供給できる。また、CO除去オフガス用バッファタンク16を備えることにより、CO除去オフガスDの流量を調整できるので、オフガス用吸着塔15a,15bの設計の自由度が大きくなり、プラントを設計する際に空き領域などを考慮してオフガス用吸着塔15a,15bを設置することができる。
(CO 2 removal off gas buffer tank)
The CO 2 removal off gas buffer tank 16 temporarily stores the CO 2 removal off gas D from which carbon dioxide has been removed from the off gas C by the off gas adsorption towers 15 a and 15 b. By providing the CO 2 removal off gas buffer tank 16, the CO 2 removal off gas D can be supplied to the reformer burner 4 or the like as appropriate. Free Further, by providing the CO 2 removing offgas buffer tank 16, it is possible to adjust the flow rate of the CO 2 removal offgas D, increases the flexibility of the offgas adsorption tower 15a, 15b of the design, when designing the plant The offgas adsorption towers 15a and 15b can be installed in consideration of the region and the like.

[水素ガス製造方法]
次に、図1の水素製造装置を用いて、当該水素ガス製造方法について説明する。
[Hydrogen gas production method]
Next, the hydrogen gas production method will be described using the hydrogen production apparatus of FIG.

当該水素ガス製造方法は、改質器1で炭化水素含有ガスの水蒸気改質により水素リッチな改質ガスBを生成する工程と、水素PSA装置2より改質器1で生成される改質ガスB中の水素以外のガスを除去する工程と、水素PSA装置2より排出されるオフガスCをオフガスタンク14に貯蔵する工程と、オフガス用吸着塔15a,15bを用い、上記オフガスタンク14に貯蔵したオフガスCから二酸化炭素を除去する工程と、上記水素PSA装置2の吸引ポンプ12によるオフガス用吸着塔15a,15bの減圧によってオフガス用吸着剤を再生する工程と、上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスDを改質器1に熱源として供給する工程とを備える。   The hydrogen gas production method includes a step of generating a hydrogen-rich reformed gas B by steam reforming of a hydrocarbon-containing gas in the reformer 1, and a reformed gas generated in the reformer 1 from the hydrogen PSA device 2. The step of removing the gas other than hydrogen in B, the step of storing the off gas C discharged from the hydrogen PSA apparatus 2 in the off gas tank 14, and the off gas tank 14 using the off gas adsorption towers 15a and 15b The step of removing carbon dioxide from the off gas C, the step of regenerating the off gas adsorbent by reducing the pressure of the off gas adsorption towers 15a and 15b by the suction pump 12 of the hydrogen PSA device 2, the carbon dioxide in the carbon dioxide removing step Supplying the removed off gas D to the reformer 1 as a heat source.

(改質ガス生成工程)
改質ガス生成工程では、改質器1に天然ガス等の原料ガスA及び水Hを供給する。改質器1は、水蒸気改質部と変成部とを有しており、上記水蒸気改質部は、水蒸気発生器と触媒とを有している。水蒸気改質部は、水蒸気発生器から供給された水蒸気と原料ガスAとに触媒を用いて下記式(1)の水蒸気改質反応を起こさせ、水素含有ガスを得る。
+nHO → nCO+(n+m/2)H ・・・(1)
(Reforming gas generation process)
In the reformed gas generation step, the reformer 1 is supplied with a source gas A such as natural gas and water H. The reformer 1 has a steam reforming unit and a shift unit, and the steam reforming unit has a steam generator and a catalyst. The steam reforming unit causes a steam reforming reaction of the following formula (1) to occur using a catalyst between the steam supplied from the steam generator and the raw material gas A to obtain a hydrogen-containing gas.
C n H m + n H 2 O → n CO + (n + m / 2) H 2 (1)

この水蒸気改質反応は吸熱反応なので、改質器バーナー4により改質器1中の雰囲気が改質温度となるよう加熱して反応を促進させる。上記水蒸気改質部の触媒としては、例えばルテニウム系やニッケル系の触媒を挙げることができる。   Since this steam reforming reaction is an endothermic reaction, the reaction is promoted by heating by the reformer burner 4 so that the atmosphere in the reformer 1 reaches the reforming temperature. As a catalyst of the said steam reforming part, the catalyst of a ruthenium type and a nickel type can be mentioned, for example.

変成部は触媒を有しており、上記水蒸気改質部により得た水素含有ガス中の水蒸気と一酸化炭素とに触媒によって下記式(2)のシフト反応を起こさせ、水素リッチな改質ガスBを生成する。
CO+HO → CO+H ・・・(2)
The shift section has a catalyst, and the shift reaction of the following formula (2) is caused by the catalyst by the steam and carbon monoxide in the hydrogen-containing gas obtained by the above steam reforming section to produce a hydrogen-rich reformed gas Generate B.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)

上記変成部の触媒としては、例えば鉄・クロム系触媒や銅・亜鉛系触媒を挙げることができる。この変成部中の雰囲気温度、すなわちシフト反応温度としては、鉄・クロム系触媒の場合には320℃以上450℃以下が好ましく、銅・亜鉛系触媒の場合には150℃以上300℃以下が好ましい。このようにして得られた改質ガスBは、昇圧された状態で水素PSA装置2に送られる。   Examples of the catalyst in the above-mentioned shift portion include iron-chromium catalysts and copper-zinc catalysts. The atmosphere temperature in the shift section, that is, the shift reaction temperature is preferably 320 ° C. or more and 450 ° C. or less in the case of iron / chromium-based catalyst, and 150 ° C. or more and 300 ° C. or less in the case of copper / zinc-based catalyst . The reformed gas B obtained in this manner is sent to the hydrogen PSA apparatus 2 in a pressurized state.

(水素PSA装置による不純物除去工程)
改質ガスB中の水素以外のガスを除去する不純物除去工程では、水素PSA装置2を用い、改質ガスB中の特定成分を圧力スウィング吸着法により吸着除去する。この吸着除去方法は、3つの吸着塔11a,11b,11cのうち1つの吸着塔で特定成分の吸着除去工程を行い、その間に残りの吸着塔で吸引ポンプ12での減圧による吸着剤の再生工程を行う。ここでは、表1を用いて、これらの工程について、第一の吸着塔11aで吸着除去工程を行っている間に、第二の吸着塔11b及び第三の吸着塔11cで再生工程を行う場合を例にとり具体的に説明する。
(Impurity removal process by hydrogen PSA device)
In the impurity removal step of removing gas other than hydrogen in the reformed gas B, the hydrogen PSA device 2 is used to adsorb and remove specific components in the reformed gas B by pressure swing adsorption. In this adsorption removal method, the adsorption removal step of the specific component is performed in one of the three adsorption towers 11a, 11b, 11c, and the adsorbent regeneration process by the pressure reduction in the suction pump 12 in the remaining adsorption towers in the meantime. I do. In this case, while performing the adsorption removal step in the first adsorption tower 11a for these steps using Table 1, the regeneration step is performed in the second adsorption tower 11b and the third adsorption tower 11c. This will be specifically described taking the example.

Figure 0006523134
Figure 0006523134

(ステップ0)
ステップ1の直前の状態(ステップ0)は、第一の吸着塔11aに改質ガスBが供給され、不純物が除去された製品ガスEが第一の吸着塔11aの製品ガス排出弁V2aを通して製品ガス排出ライン201から回収され、第二の吸着塔11bは再生工程中の製品ガスEによる洗浄が終わった直後の負圧状態であり、第三の吸着塔11cは吸着除去工程が終わった直後の加圧状態である。
(Step 0)
In the state immediately before step 1 (step 0), the reformed gas B is supplied to the first adsorption column 11a, and the product gas E from which impurities have been removed passes through the product gas discharge valve V2a of the first adsorption column 11a. The second adsorption column 11b is recovered from the gas discharge line 201, and is in a negative pressure state immediately after the cleaning with the product gas E in the regeneration step is finished, and the third adsorption column 11c is just after the adsorption removal step is finished It is in a pressurized state.

(ステップ1)
ステップ0の状態から、最初に第二の吸着塔11bと第三の吸着塔11cとの均圧が行われる。この均圧工程は、第二の吸着塔11bの均圧弁V4bと第三の吸着塔11cの均圧弁V4cとを開とし、第二の吸着塔11bと第三の吸着塔11cとを連通することにより第三の吸着塔11c内のガスを第二の吸着塔11bに移送して第二の吸着塔11bの内圧と第三の吸着塔11cの内圧とを等しくするものである。このとき、第二の吸着塔11bは昇圧され、第三の吸着塔11cは減圧される。
(Step 1)
From the state of Step 0, first, pressure equalization of the second adsorption tower 11b and the third adsorption tower 11c is performed. In this pressure equalization step, the pressure equalizing valve V4b of the second adsorption tower 11b and the pressure equalizing valve V4c of the third adsorption tower 11c are opened to connect the second adsorption tower 11b and the third adsorption tower 11c. Thus, the gas in the third adsorption column 11c is transferred to the second adsorption column 11b to equalize the internal pressure of the second adsorption column 11b and the internal pressure of the third adsorption column 11c. At this time, the pressure in the second adsorption column 11b is increased, and the pressure in the third adsorption column 11c is reduced.

(ステップ2)
第三の吸着塔11cの均圧弁V4cを閉じ、第三の吸着塔11c内のガスをオフガス排出弁V3c、減圧制御弁V9及び大気開放弁V7を開いて排出することで第三の吸着塔11cを大気圧まで一次減圧する。このとき、バッファタンク接続弁V6を開けることで第二の吸着塔11bには製品ガス用バッファタンク13から製品ガスEが供給され昇圧が行われる。この第二の吸着塔11bの昇圧は、吸着圧力となるまで継続される。
(Step 2)
The third adsorption tower 11c is closed by closing the pressure equalizing valve V4c of the third adsorption tower 11c and discharging the gas in the third adsorption tower 11c by opening the off gas discharge valve V3c, the pressure reduction control valve V9 and the atmosphere open valve V7. Primary pressure reduction to atmospheric pressure. At this time, by opening the buffer tank connection valve V6, the product gas E is supplied from the product gas buffer tank 13 to the second adsorption column 11b, and the pressure is increased. The pressure increase of the second adsorption tower 11b is continued until the adsorption pressure is reached.

(ステップ3)
減圧制御弁V9を閉じ、吸引ポンプ接続弁V8を開け、吸引ポンプ12を駆動させることで第三の吸着塔11c内のガスを吸引し、第三の吸着塔11cを大気圧からさらに減圧する。このとき、大気開放弁V7を閉じ、オフガスタンク供給弁V10を開けることで、吸引ポンプ12から排出されるオフガスCをオフガスPSA装置3のオフガスタンク14へ供給する。
(Step 3)
The pressure reduction control valve V9 is closed, the suction pump connection valve V8 is opened, and the suction pump 12 is driven to suck the gas in the third adsorption column 11c to further reduce the pressure of the third adsorption column 11c from the atmospheric pressure. At this time, the off gas C discharged from the suction pump 12 is supplied to the off gas tank 14 of the off gas PSA device 3 by closing the air release valve V7 and opening the off gas tank supply valve V10.

(ステップ4)
第三の吸着塔11c内の圧力が十分低下した状態で、第三の吸着塔11cのオフガス排出弁V3cを閉じると共に洗浄弁V5cを開け、製品ガスEを第三の吸着塔11c内に導入して吸着剤を洗浄し、再生する。このとき、製品ガスEの導入により第三の吸着塔11c内の圧力は上昇するが、吸引ポンプ12により減圧し続けることで、第三の吸着塔11c内を大気圧以下の圧力に保つ。なお、洗浄中の吸着塔内の圧力は低いほど好ましい。
(Step 4)
With the pressure in the third adsorption column 11c sufficiently lowered, the off gas exhaust valve V3c of the third adsorption column 11c is closed and the cleaning valve V5c is opened to introduce the product gas E into the third adsorption column 11c. The adsorbent is washed and regenerated. At this time, although the pressure in the third adsorption column 11c is increased by the introduction of the product gas E, the pressure in the third adsorption column 11c is maintained at a pressure less than the atmospheric pressure by continuing the pressure reduction by the suction pump 12. The lower the pressure in the adsorption column during washing, the better.

(ステップ5以降)
第三の吸着塔11cの再生工程が終了した時点で吸引ポンプ12を停止し、各弁の操作により吸着除去を行う吸着塔を第二の吸着塔11bに切り替え、第三の吸着塔11cの再生工程での昇圧を継続しつつ、第一の吸着塔11aの再生工程を始める。以降は、上記吸着除去工程及び再生工程を行う吸着塔を入れ替えながら繰り返し行う。このような吸着除去方法により、吸着と再生とを異なる吸着塔で同時に行うことが可能となり、連続的に製品ガスEを製造できる。
(After step 5)
When the regeneration process of the third adsorption column 11c is completed, the suction pump 12 is stopped, and the adsorption towers that perform adsorption removal are switched to the second adsorption column 11b by operating the respective valves, and the regeneration of the third adsorption column 11c While continuing the pressure increase in the process, the regeneration process of the first adsorption tower 11a is started. The subsequent steps are repeated while replacing the adsorption towers performing the adsorption removal step and the regeneration step. By such an adsorption removal method, it becomes possible to perform adsorption and regeneration simultaneously in different adsorption towers, and product gas E can be produced continuously.

(オフガス貯蔵工程)
オフガス貯蔵工程では、水素PSA装置2の減圧工程及び洗浄工程で排出されるオフガスCをオフガスタンク14内に一時貯蔵する。
(Off-gas storage process)
In the off gas storage process, the off gas C discharged in the depressurization process and the cleaning process of the hydrogen PSA device 2 is temporarily stored in the off gas tank 14.

上述のように、水素PSA装置2の減圧工程時及び洗浄工程時、大気開放弁V7を閉とし、オフガスタンク供給弁V10を開とすることにより、吸引ポンプ12から排出されるオフガスCをオフガスタンク14内へ供給する。減圧工程時のオフガスCには、吸着塔11a,11b,11cに吸着された一酸化炭素、二酸化炭素、メタン及び水分が主に含まれる。一方、洗浄工程では製品ガスEを吸着塔11a,11b,11cに流通させるので、洗浄工程時のオフガスCには水素が多く含まれる。   As described above, during the depressurization process and the cleaning process of the hydrogen PSA device 2, the offgas tank discharged from the suction pump 12 is closed by closing the air release valve V7 and opening the offgas tank supply valve V10. Supply into 14. The off gas C in the pressure reduction step mainly contains carbon monoxide, carbon dioxide, methane and water adsorbed by the adsorption towers 11a, 11b and 11c. On the other hand, since the product gas E is made to flow through the adsorption towers 11a, 11b and 11c in the cleaning step, the off gas C in the cleaning step contains a large amount of hydrogen.

(オフガス用PSA装置による二酸化炭素除去工程)
オフガスPSA装置3は、2つのオフガス用吸着塔15a,15bを備えており、一方のオフガス用吸着塔で二酸化炭素除去工程を行いつつ、他方のオフガス用吸着塔で吸着剤再生工程を行う。表1に示すように第一のオフガス用吸着塔15aで吸着除去工程を行っている間に、第二のオフガス用吸着塔15bで再生工程を行う場合を例にとり具体的に説明する。
(CO2 removal process by off-gas PSA system)
The off-gas PSA apparatus 3 includes two off-gas adsorption towers 15a and 15b, and one of the off-gas adsorption towers performs a carbon dioxide removal process, and the other off-gas adsorption tower performs an adsorbent regeneration process. The case where the regeneration process is performed in the second offgas adsorption tower 15b while the adsorption removal process is performed in the first offgas adsorption tower 15a as shown in Table 1 will be specifically described as an example.

(ステップ0)
ステップ1の直前の状態(ステップ0)は、排気ガス排出弁V14aを閉とすることで、第一のオフガス用吸着塔15aにオフガスCが供給され、CO除去オフガスが第一のオフガス用吸着塔15aのCO除去オフガス排出弁V13aを通して回収され、CO除去オフガス用バッファタンク16に貯蔵される。この時、第二のオフガス用吸着塔15bは吸着工程が終わった後の状態である。
(Step 0)
In the state immediately before step 1 (step 0), the offgas C is supplied to the first offgas adsorption tower 15a by closing the exhaust gas discharge valve V14a, and the CO 2 removal offgas is adsorbed for the first offgas. It is recovered through the CO 2 removal off gas exhaust valve V 13 a of the column 15 a and stored in the CO 2 removal off gas buffer tank 16. At this time, the second off-gas adsorption tower 15b is in a state after the adsorption process is completed.

(ステップ1及びステップ2)
第一のオフガス用吸着塔15aでは、第一のオフガス用吸着塔15aの排気ガス排出弁V14a、第二のオフガス用吸着塔15bのオフガス供給弁V12b及びCO除去オフガス排出弁V13bを閉とし、オフガスタンク排出弁V11、第一のオフガス用吸着塔15aのオフガス供給弁V12a及びCO除去オフガス排出弁V13aを開とする。これにより、オフガスタンク14内に貯蔵したオフガスCをオフガス供給ライン301から第一のオフガス用吸着塔15aへ供給することで二酸化炭素を吸着除去し、CO除去オフガスDがCO除去オフガス排出ライン302からCO除去オフガス用バッファタンク16内へ供給され、CO除去オフガス用バッファタンク16で一時貯蔵される。一方、水素PSA装置本体において停止状態にあり作動していない吸引ポンプ12を利用して、第二のオフガス用吸着塔15bを減圧再生する。この再生工程は、オフガス供給弁V12b及びCO除去オフガス排出弁V13bを閉とし、水素PSA本体の吸引ポンプ12を稼働させることで、第二のオフガス用吸着塔15bに吸着された二酸化炭素が脱離され、吸着塔が再生される。このとき、吸引ポンプ12によって第二のオフガス用吸着塔15b内から吸引されたガスは、大気開放弁V7を開けることで大気開放ライン102から排気ガスFとして排出される。二酸化炭素は減圧工程のみで脱離の進行が可能であり、オフガス用吸着剤再生中のオフガス用吸着塔内の圧力は低いほど好ましい。このように吸引ポンプ12を利用することで、吸引ポンプ12の遊休時間を排除し、吸引ポンプ12の利用効率を向上させることができる。
(Step 1 and Step 2)
In the first offgas adsorption tower 15a, the exhaust gas discharge valve V14a of the first offgas adsorption tower 15a, the offgas supply valve V12b of the second offgas adsorption tower 15b, and the CO 2 removal offgas discharge valve V13b are closed. The off gas tank discharge valve V11, the off gas supply valve V12a of the first off gas adsorption tower 15a, and the CO 2 removal off gas discharge valve V13a are opened. Thereby, carbon dioxide is adsorbed and removed by supplying the off gas C stored in the off gas tank 14 from the off gas supply line 301 to the first off gas adsorption tower 15a, and the CO 2 removal off gas D is a CO 2 removal off gas discharge line It is supplied into the buffer tank 16 for CO 2 removal off gas from 302 and temporarily stored in the buffer tank 16 for CO 2 removal off gas. On the other hand, the second off-gas adsorption tower 15b is regenerated under reduced pressure by using the suction pump 12 which is stopped and not operating in the hydrogen PSA apparatus main body. This regeneration step, the off-gas supply valve V12b and CO 2 removal off-gas exhaust valve V13b is closed, by operating the suction pump 12 of the hydrogen PSA body, carbon dioxide adsorbed in the second offgas adsorption tower 15b is removed Separated, the adsorption tower is regenerated. At this time, the gas sucked from the inside of the second off-gas adsorption tower 15b by the suction pump 12 is discharged as the exhaust gas F from the air release line 102 by opening the air release valve V7. Carbon dioxide can proceed with desorption only in the pressure reduction step, and the pressure in the adsorption tower for off gas during regeneration of the adsorbent for off gas is preferably as low as possible. Thus, by utilizing the suction pump 12, the idle time of the suction pump 12 can be eliminated and the utilization efficiency of the suction pump 12 can be improved.

(ステップ3及びステップ4以降)
水素PSA装置本体の再生工程が開始する時点で、第二のオフガス用吸着塔15bを再生工程から吸着工程に切り替える。排気ガス排出弁V14bを閉とし、オフガス供給弁V12b及びCO除去オフガス排出弁V13bを開とし、第二のオフガス用吸着塔15bにオフガスを供給させることで吸着工程に切り替わる。一方、吸着工程を終えた第一のオフガス用吸着塔15aは、オフガス供給弁V12a及びCO除去オフガス排出弁V13aを閉とすることで保持状態となる。水素PSA装置本体の吸引ポンプ12の稼働終了後、ステップ1及びステップ2と同様のバルブ操作を行い、第一のオフガス用吸着塔15aの再生を行う。以降は、上記吸着除去工程及び再生工程を行う吸着塔を入れ替えながら繰り返し行う。このような吸着除去方法により、吸着と再生とを異なる吸着塔で同時に行うことが可能となり、連続的にCO除去オフガスDを製造できる。
(From step 3 and step 4)
At the time when the regeneration process of the hydrogen PSA unit starts, the second off-gas adsorption tower 15b is switched from the regeneration process to the adsorption process. The exhaust gas discharge valve V14b is closed, the off gas supply valve V12b and the CO 2 removal off gas discharge valve V13b are opened, and the off gas is supplied to the second off gas adsorption tower 15b to switch to the adsorption step. On the other hand, the first off-gas adsorption tower 15a that has completed the adsorption step is brought into the holding state by closing the off-gas supply valve V12a and the CO 2 removal off-gas discharge valve V13a. After completion of the operation of the suction pump 12 of the hydrogen PSA apparatus main body, the same valve operation as in steps 1 and 2 is performed to regenerate the first off-gas adsorption tower 15a. The subsequent steps are repeated while replacing the adsorption towers performing the adsorption removal step and the regeneration step. By such an adsorption removal method, it becomes possible to perform adsorption and regeneration simultaneously in different adsorption towers, and CO 2 removal off gas D can be produced continuously.

なお、水素PSA装置2から排出されるオフガスCはオフガスタンク14で一時貯蔵されるため、貯蔵時間が長いとオフガスタンク14から供給されるオフガスCの温度はオフガスタンク14周囲の外気温に近い温度となる。外気温が常温の場合、オフガスタンク14内のオフガスCを温度制御せずにオフガス用吸着塔15a,15bへ供給しても、二酸化炭素用吸着剤の二酸化炭素の吸着容量は確保される。   Since the off-gas C discharged from the hydrogen PSA unit 2 is temporarily stored in the off-gas tank 14, the temperature of the off-gas C supplied from the off-gas tank 14 is close to the ambient temperature around the off-gas tank 14 when the storage time is long. It becomes. When the outside air temperature is normal temperature, the adsorption capacity of carbon dioxide of the carbon dioxide adsorbent is secured even if the offgas C in the offgas tank 14 is supplied to the offgas adsorption towers 15a and 15b without temperature control.

二酸化炭素除去工程におけるオフガス用吸着塔15a,15b内のオフガスCの圧力の下限としては、0.05MPaが好ましく、0.08MPaがより好ましい。オフガス用吸着塔15a,15b内のオフガスCの圧力が上記下限未満の場合、吸着効率が低下し、吸着剤量が増加するおそれがある。一方、オフガス用吸着塔15a,15b内のオフガスCの圧力が高すぎると、オフガスCを昇圧するためのコンプレッサー等が必要となり、設備コストが増加する。また、吸着時のオフガスCの温度が低いほど吸着剤の吸着容量が増加する。従って、二酸化炭素除去工程は常温常圧下で行うことが好ましい。   As a lower limit of the pressure of offgas C in adsorption towers 15a and 15b for offgases in a carbon dioxide removal process, 0.05 MPa is preferred and 0.08 MPa is more preferred. If the pressure of the off gas C in the off gas adsorption towers 15a and 15b is less than the above lower limit, the adsorption efficiency may be reduced, and the amount of adsorbent may be increased. On the other hand, if the pressure of the offgas C in the offgas adsorption towers 15a and 15b is too high, a compressor or the like for pressurizing the offgas C is required, and the equipment cost is increased. In addition, as the temperature of the off gas C at the time of adsorption is lower, the adsorption capacity of the adsorbent is increased. Therefore, it is preferable to carry out the carbon dioxide removal step at normal temperature and pressure.

各オフガス用吸着塔15a,15bにおいて、上述のようにそれぞれ二酸化炭素除去工程及び吸着剤再生工程を交互に繰り返し行う。1回の二酸化炭素除去工程で供給するオフガスCの流量の下限としては、水素PSA装置2の1回の吸着除去工程で排出されるオフガスCの排出量を1とした場合、0.8が好ましく、0.9がより好ましい。一方、上記オフガスCの流量の上限としては、水素PSA装置2の1回の吸着除去工程で排出されるオフガスCの排出量を1とした場合、1.2が好ましく、1.1がより好ましい。上記オフガスCの流量が上記下限未満の場合、CO除去オフガスの排出量が少なくなり、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率が十分に向上しないおそれがある。逆に、上記オフガスCの流量が上記上限を超える場合、オフガスPSA装置3が大型化すると共に、運転制御が困難となるおそれがある。1回の二酸化炭素除去工程で供給するオフガスCの流量を水素PSA装置2の1回の吸着除去工程で排出されるオフガスCの排出量と等しくすることにより、容易な運転制御で、原料ガスの供給量に対する製品ガスの生産効率の顕著な向上効果が得られる。 In each of the offgas adsorption towers 15a and 15b, as described above, the carbon dioxide removal step and the adsorbent regeneration step are alternately repeated. The lower limit of the flow rate of the off gas C supplied in one carbon dioxide removal step is preferably 0.8, where the discharge amount of the off gas C discharged in one adsorption removal step of the hydrogen PSA device 2 is 1. , 0.9 is more preferred. On the other hand, the upper limit of the flow rate of the off gas C is preferably 1.2, more preferably 1.1, when the discharge amount of the off gas C discharged in one adsorption removal step of the hydrogen PSA device 2 is 1. . When the flow rate of the off gas C is less than the lower limit, the amount of CO 2 removal off gas discharged decreases, and there is a possibility that the production efficiency of the product gas relative to the supply amount of the source gas may not be sufficiently improved. Conversely, when the flow rate of the off gas C exceeds the upper limit, the size of the off gas PSA device 3 may be increased, and operation control may be difficult. By making the flow rate of the off gas C supplied in one carbon dioxide removal step equal to the discharge amount of the off gas C discharged in one adsorption removal step of the hydrogen PSA device 2, the raw gas can be A remarkable improvement effect of the production efficiency of the product gas on the supply amount can be obtained.

(CO除去オフガス利用工程)
CO除去オフガス利用工程では、改質器1の熱源として、CO除去オフガス用バッファタンク16に貯蔵したCO除去オフガスDをオフガス利用ライン303から改質器1へ供給する。具体的には、例えばCO除去オフガスDが、改質器バーナー4の燃焼用の燃料として供給される。CO除去オフガスDは、二酸化炭素の除去により燃焼効率が高いので、改質器バーナー4の燃焼用の燃料のように直接燃焼させる用途として好適に用いることができる。
(CO 2 removal off gas utilization process)
The CO 2 removal offgas utilization process, as the heat source of the reformer 1, and supplies the CO 2 removal offgas D which were stored in CO 2 removing offgas buffer tank 16 from the off-gas utilization line 303 to the reformer 1. Specifically, for example, a CO 2 removal off gas D is supplied as a fuel for the combustion of the reformer burner 4. Since the CO 2 removal off gas D has a high combustion efficiency due to the removal of carbon dioxide, it can be suitably used as an application to be directly burned like a fuel for the combustion of the reformer burner 4.

<利点>
当該水素ガス製造方法によれば、二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスDを改質器1の熱源として用いるので、改質器1の熱源として用いる原料ガスAの供給量を低減でき、原料ガスAの供給量に対する製品ガスEの生産効率を向上できる。また、当該水素ガス製造方法は、二酸化炭素除去工程で用いるオフガス用吸着塔15a,15bに二酸化炭素を選択的に吸着するオフガス用吸着剤を充填している。これにより、水素PSA装置2より排出されるオフガスCから不活性ガスである二酸化炭素を効率よく除去でき、改質器1の熱源として利用するオフガスの燃焼効率を向上できる。
<Advantage>
According to the hydrogen gas production method, since the off gas D from which carbon dioxide is removed in the carbon dioxide removal step is used as a heat source of the reformer 1, the supply amount of the source gas A used as a heat source of the reformer 1 can be reduced. The production efficiency of the product gas E with respect to the supply amount of the source gas A can be improved. In the hydrogen gas production method, the offgas adsorption towers 15a and 15b used in the carbon dioxide removal step are filled with an offgas adsorbent that selectively adsorbs carbon dioxide. Thereby, carbon dioxide which is an inert gas can be efficiently removed from the off gas C discharged from the hydrogen PSA device 2, and the combustion efficiency of the off gas used as a heat source of the reformer 1 can be improved.

<その他の実施形態>
本発明の水素ガス製造方法及び水素製造装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、CO除去オフガスを一時貯蔵するCO除去オフガス用バッファタンク16を備えることとしたが、CO除去オフガス用バッファタンク16は必須の構成要素ではなく、オフガス用吸着塔から排出するCO除去オフガスを直接改質器へ供給してもよい。この場合でも、二酸化炭素除去工程において、オフガスタンクからオフガス用吸着塔へ供給するオフガスの圧力や流量を調整することにより、CO除去オフガスの供給量及び供給圧力を制御することができる。
<Other Embodiments>
The hydrogen gas production method and the hydrogen production apparatus of the present invention are not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the CO 2 removal off gas buffer tank 16 for temporarily storing the CO 2 removal off gas is provided, but the CO 2 removal off gas buffer tank 16 is not an essential component, and the off gas adsorption tower The discharged CO 2 removal off gas may be supplied directly to the reformer. Even in this case, in the carbon dioxide removal step, the supply amount and the supply pressure of the CO 2 removal off gas can be controlled by adjusting the pressure and the flow rate of the off gas to be supplied from the off gas tank to the off gas adsorption tower.

また、上記実施形態では、水蒸気改質及びオートサーマル改質による改質器を備えるものについて説明したが、部分酸化改質による改質器を用いた水素ガス製造方法及び水素ガス製造装置も本発明の意図する範囲内である。   Further, although the above embodiment has described the one provided with a reformer by steam reforming and auto thermal reforming, a hydrogen gas production method and a hydrogen gas production apparatus using a reformer by partial oxidation reforming are also disclosed. Within the intended scope of

また、上記実施形態では、オフガスPSA装置が2つのオフガス用吸着塔を備える構成について説明したが、オフガスPSA装置が1つ又は3つ以上のオフガス用吸着塔を備える構成としてもよい。オフガスPSA装置が備えるオフガス用吸着塔が1つのみの場合、CO除去オフガスを連続的にCO除去オフガス用バッファタンクへ供給することができないが、例えばCO除去オフガス用バッファタンクの貯蔵容量を増加させることにより、CO除去オフガスを連続的に改質器へ供給することができる。また、オフガスPSA装置が3つ以上のオフガス用吸着塔を備える場合、改質器の熱源として用いる原料ガス等の供給量をより低減でき、水素回収率をさらに向上できる。 In the above embodiment, the configuration in which the off-gas PSA apparatus includes two off-gas adsorption towers has been described, but the off-gas PSA apparatus may include one or more off-gas adsorption towers. If offgas adsorption tower offgas PSA apparatus provided in only one, it is not possible to supply the CO 2 removal offgas to continuously removing CO 2 off-gas buffer tank, for example, storage capacity of the CO 2 removing offgas buffer tank The CO 2 removal off gas can be continuously supplied to the reformer by increasing In addition, when the off-gas PSA apparatus includes three or more off-gas adsorption towers, the supply amount of raw material gas and the like used as a heat source of the reformer can be further reduced, and the hydrogen recovery rate can be further improved.

また、上記実施形態では、オフガス用吸着塔の減圧に水素PSA装置の吸引ポンプを利用することとしたが、水素PSA装置の吸引ポンプとは別にオフガスPSA装置にオフガス吸引ポンプを設けてもよい。オフガスPSA装置にオフガス吸引ポンプを設けることにより、オフガスPSA装置が水素PSA装置の動作と独立して動作でき、二酸化炭素除去の動作の制御がし易くなる。   In the above embodiment, although the suction pump of the hydrogen PSA device is used for depressurization of the off gas adsorption tower, the off gas suction pump may be provided in the off gas PSA device separately from the suction pump of the hydrogen PSA device. By providing the off-gas PSA apparatus with the off-gas suction pump, the off-gas PSA apparatus can operate independently of the operation of the hydrogen PSA apparatus, and it becomes easy to control the carbon dioxide removal operation.

また、上記実施形態では、炭化水素含有ガスの水蒸気改質による水素ガス製造方法について説明したが、炭化水素含有ガスの部分酸化改質又はオートサーマル改質を用いた水素ガス製造方法も本発明の意図する範囲内である。部分酸化改質又はオートサーマル改質を用いる場合、オフガスを原料ガスとして改質器に供給することができる。この時、コンプレッサーを用いてオフガスを昇圧して供給するとよい。また、オートサーマル改質を用いる場合、オフガス利用工程において、オフガスを改質器に供給するスチームの生成用燃料として利用することもできる。   In the above embodiment, the hydrogen gas production method by steam reforming of hydrocarbon-containing gas has been described, but a hydrogen gas production method using partial oxidation reforming or autothermal reforming of hydrocarbon-containing gas is also described in the present invention. It is within the intended range. When partial oxidation reforming or autothermal reforming is used, off gas can be supplied to the reformer as source gas. At this time, the off gas may be pressurized and supplied using a compressor. When auto thermal reforming is used, the off gas can be used as a fuel for generating steam supplied to the reformer in the off gas utilization step.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be more specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

[実施例1]
オフガス中のCOを除去するオフガスPSA装置3を備える図1に示す水素製造装置を実施例1とした。
Example 1
The hydrogen producing apparatus shown in FIG. 1 provided with the off gas PSA apparatus 3 for removing CO 2 in the off gas is referred to as Example 1.

[比較例1]
従来の構成として、オフガス中のCOを除去せずに改質器1の熱源として利用する図4の水素製造装置を比較例1とした。
Comparative Example 1
As a conventional configuration, the hydrogen production apparatus of FIG. 4 which is used as a heat source of the reformer 1 without removing CO 2 in the off gas is set as Comparative Example 1.

<燃焼効率の算出>
上記実施例1及び比較例1について、シミュレーションによりそれぞれの燃焼効率を比較した。
<Calculation of combustion efficiency>
About the said Example 1 and Comparative Example 1, each combustion efficiency was compared by simulation.

改質器バーナー4の燃料として、オフガスC又はCO除去オフガスDと原料ガスAとを用いるものとした場合、オフガスの燃焼効率が向上すると、改質器バーナー4の燃料として供給する原料ガスAの供給量が低減する。従って、上記燃焼効率として、改質器バーナー4の燃料として必要な原料ガスAの量を定常プロセスシミュレーター(invensys社の「PRO/II ver9.1」)を用いて算出した。 If off gas C or CO 2 removing off gas D and source gas A are used as fuel for the reformer burner 4, the source gas A supplied as fuel for the reformer burner 4 when the combustion efficiency of the off gas is improved. Supply is reduced. Therefore, as the combustion efficiency, the amount of the raw material gas A necessary as the fuel for the reformer burner 4 was calculated using a steady process simulator (“PRO / II ver 9.1” by invensys).

シミュレーション条件として、原料ガスAとして天然ガス(メタンガス)を用い、改質器1の改質温度800℃、シフト反応温度250℃、水素PSA装置2の吸着塔11a,11b,11cの水素回収率80%、オフガスPSA装置3のオフガス用吸着塔15a,15bの二酸化炭素回収率80%、改質器バーナー4の燃焼温度1100℃とした。なお、改質器バーナー4の燃料として、製品ガスEを1kmol/h得るために必要な天然ガスの供給量を算出した。   As simulation conditions, natural gas (methane gas) is used as the raw material gas A, the reforming temperature of the reformer 1 is 800 ° C., the shift reaction temperature is 250 ° C., and the hydrogen recovery rate of the adsorption towers 11a, 11b, 11c of the hydrogen PSA device 2 is 80 %, The carbon dioxide recovery rate of the offgas adsorption towers 15a and 15b of the offgas PSA apparatus 3 is 80%, and the combustion temperature of the reformer burner 4 is 1100.degree. The amount of natural gas supplied to obtain 1 kmol / h of product gas E as fuel for the reformer burner 4 was calculated.

上記シミュレーションの結果、製品ガスEを1kmol/h得るために改質器バーナー4の燃料として必要な天然ガスの供給量は、実施例1では0.0275kmol/h、比較例1では0.0305kmol/hであった。   As a result of the above simulation, the supply amount of natural gas necessary as a fuel for the reformer burner 4 to obtain 1 kmol / h of product gas E is 0.0275 kmol / h in Example 1 and 0.0305 kmol / h in Comparative Example 1. It was h.

この結果より、実施例1は比較例1に対して、改質器バーナー4の燃料として必要な天然ガスの供給量を9.84%低減できることがわかった。従って、従来の水素製造装置に対して、オフガスPSA装置3を備えることによりオフガスの燃焼効率を大幅に向上できるといえる。   From these results, it was found that Example 1 can reduce the supply amount of natural gas necessary as fuel for the reformer burner 4 by 9.84%, as compared with Comparative Example 1. Therefore, it can be said that the combustion efficiency of off gas can be greatly improved by providing the off gas PSA device 3 as compared with the conventional hydrogen production device.

以上説明したように、当該水素ガス製造方法及び水素製造装置は、改質器の熱源等として利用するオフガスの燃焼効率を向上させ、製品ガスに対する原料ガス等の供給量を低減できるので、高純度の水素を製造する水素製造装置等として好適に用いられる。   As described above, the hydrogen gas production method and the hydrogen production apparatus can improve the combustion efficiency of the off gas used as a heat source of the reformer and reduce the supply amount of the raw material gas and the like to the product gas, so high purity It is suitably used as a hydrogen production apparatus or the like for producing hydrogen.

1、1a 改質器
2 水素PSA装置
3 オフガスPSA装置
4 改質器バーナー
11a、11b、11c 吸着塔
12 吸引ポンプ
13 製品ガス用バッファタンク
14 オフガスタンク
15a、15b オフガス用吸着塔
16 CO除去オフガス用バッファタンク
101 改質ガス供給ライン
102 大気開放ライン
103 吸着塔減圧ライン
104 オフガス排出ライン
105 接続ライン
201 製品ガス排出ライン
202 均圧ライン
203 洗浄ライン
301 オフガス供給ライン
302 CO除去オフガス排出ライン
303 オフガス利用ライン
304 オフガス用吸着塔減圧ライン
V1a、V1b、V1c 改質ガス供給弁
V2a、V2b、V2c 製品ガス排出弁
V3a、V3b、V3c オフガス排出弁
V4a、V4b、V4c 均圧弁
V5a、V5b、V5c 洗浄弁
V6 バッファタンク接続弁
V7 大気開放弁
V8 吸引ポンプ接続弁
V9 減圧制御弁
V10 オフガスタンク供給弁
V11 オフガスタンク排出弁
V12a、V12b オフガス供給弁
V13a、V13b CO除去オフガス排出弁
V14a、V14b 排気ガス排出弁
A 原料ガス
B 改質ガス
C オフガス
D CO除去オフガス
E 製品ガス
F 排気ガス
G 空気
H 水
I スチーム
J 酸素
1, 1a Reformer 2 Hydrogen PSA unit 3 Offgas PSA unit 4 Reformer burner 11a, 11b, 11c Adsorption tower 12 Suction pump 13 Buffer tank for product gas 14 Offgas tank 15a, 15b Adsorption tower for offgas 16 CO 2 removal offgas For buffer tank 101 reformed gas supply line 102 atmosphere open line 103 adsorption tower pressure reduction line 104 off gas discharge line 105 connection line 201 product gas discharge line 202 pressure equalizing line 203 cleaning line 301 off gas supply line 302 CO 2 removal off gas discharge line 303 off gas Utilization line 304 Off-gas adsorption tower pressure reduction line V1a, V1b, V1c Reformed gas supply valve V2a, V2b, V2c Product gas discharge valve V3a, V3b, V3c Offgas discharge valve V4a, V4b, V4c average Valves V5a, V5b, V5c flush valve V6 buffer tank connected valve V7 atmosphere opening valve V8 suction pump connection valve V9 pressure reducing valve V10 off gas tank feed valve V11 off gas tank discharge valve V12a, V12B offgas supply valve V13a, V13b CO 2 removal off gas discharge Valve V14a, V14b Exhaust gas exhaust valve A Source gas B Reformed gas C Off gas D CO 2 removal off gas E Product gas F Exhaust gas G Air H Water I Steam J Oxygen

Claims (15)

炭化水素含有ガスのオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを用い、高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
水素PSA装置より排出されるオフガスからオフガス用吸着塔を用い、二酸化炭素を除去する工程と、
上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスを熱源又は原料ガスとして利用する工程とを備え
上記オフガス利用工程において、オフガスを改質器に供給するスチームの生成用燃料として利用することを特徴とする水素ガス製造方法。
Produces high-purity hydrogen gas using a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas and a hydrogen PSA unit that removes gases other than hydrogen in this reformed gas Hydrogen gas production method,
Removing carbon dioxide from the off-gas discharged from the hydrogen PSA unit using an off-gas adsorption tower;
Using the off gas from which carbon dioxide has been removed in the carbon dioxide removal step as a heat source or a source gas ,
A hydrogen gas production method characterized in that the off gas is used as a fuel for generating steam supplied to the reformer in the off gas utilization step .
炭化水素含有ガスの部分酸化改質又はオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを用い、高純度水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
水素PSA装置より排出されるオフガスからオフガス用吸着塔を用い、二酸化炭素を除去する工程と、
上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスを熱源又は原料ガスとして利用する工程とを備え、
上記オフガス利用工程において、オフガスを原料ガスとして改質器に供給することを特徴とする水素ガス製造方法。
Using a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by partial oxidation reforming or autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas, and a hydrogen PSA device that removes gases other than hydrogen in the reformed gas A hydrogen gas production method for producing purity hydrogen gas, comprising:
Removing carbon dioxide from the off-gas discharged from the hydrogen PSA unit using an off-gas adsorption tower;
Using the off gas from which carbon dioxide has been removed in the carbon dioxide removal step as a heat source or a source gas,
In the above-mentioned off gas utilization step, the off gas is supplied as a source gas to the reformer, and a hydrogen gas production method.
上記オフガス用吸着塔に、二酸化炭素を選択的に吸着するオフガス用吸着剤として活性炭が充填されている請求項1又は請求項2に記載の水素ガス製造方法。 The method for producing hydrogen gas according to claim 1 or 2 , wherein the offgas adsorption tower is filled with activated carbon as an offgas adsorbent for selectively adsorbing carbon dioxide. 上記オフガス用吸着塔に、水分除去用吸着剤がさらに充填されている請求項に記載の水素ガス製造方法。 The method for producing hydrogen gas according to claim 3 , wherein the adsorption tower for off gas is further filled with a moisture removing adsorbent. 上記水素PSA装置が、一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が充填された吸着塔を有する請求項1から請求項のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。 The method for producing hydrogen gas according to any one of claims 1 to 4 , wherein the hydrogen PSA device has an adsorption tower packed with an adsorbent which selectively adsorbs carbon monoxide. 上記一酸化炭素を選択的に吸着する吸着剤が、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、及びポリスチレンのうち1種以上の担体にハロゲン化銅(I)あるいはハロゲン化銅(II)を担持させた材料、この材料を還元処理した材料、又はゼオライト中のカチオンを1価の銅(Cu(I))にイオン交換した材料を主成分とする請求項に記載の水素ガス製造方法。 A material in which the above-mentioned adsorbent which selectively adsorbs carbon monoxide supports copper (I) halide or copper (II) halide supported on at least one of porous silica, porous alumina and polystyrene. 6. The method for producing hydrogen gas according to claim 5 , wherein a material obtained by reducing the material or a material obtained by ion exchange of cations in zeolite to monovalent copper (Cu (I)) is used as a main component. 水素PSA装置が吸着剤の再生時に常圧以下の減圧運転を行う、真空再生方式の水素PSA装置である請求項1から請求項のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。 The hydrogen gas production method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the hydrogen PSA device is a vacuum regeneration type hydrogen PSA device which performs a pressure reduction operation below normal pressure when the adsorbent is regenerated. 上記水素PSA装置が、上記水素PSA装置の吸着塔を大気圧以下まで減圧する吸引ポンプを有する請求項に記載の水素ガス製造方法。 The method for producing hydrogen gas according to claim 7 , wherein the hydrogen PSA device has a suction pump for reducing the pressure of the adsorption column of the hydrogen PSA device to atmospheric pressure or lower. 上記水素PSA装置の吸引ポンプによる上記オフガス用吸着塔の減圧によって上記オフガス用吸着剤を再生する工程をさらに備える請求項に記載の水素ガス製造方法。 The method for producing hydrogen gas according to claim 8 , further comprising the step of regenerating the adsorbent for off gas by pressure reduction of the adsorption tower for off gas by a suction pump of the hydrogen PSA device. 上記オフガス用吸着剤再生工程が、水素PSA装置で吸引ポンプが作動していないときに行われる請求項に記載の水素ガス製造方法。 10. The hydrogen gas production method according to claim 9 , wherein the offgas adsorbent regeneration step is performed when the suction pump is not operating in the hydrogen PSA device. 複数の上記オフガス用吸着塔を用い、一のオフガス用吸着塔で上記二酸化炭素除去工程を行いつつ、他のオフガス用吸着塔で上記吸着剤再生工程を行う請求項又は請求項10に記載の水素ガス製造方法。 The method according to claim 9 or 10 , wherein a plurality of the offgas adsorption towers are used and the one carbon dioxide removal process is performed in the one offgas adsorption tower while the adsorbent regeneration process is performed in the other offgas adsorption towers. Hydrogen gas production method. 上記二酸化炭素除去工程において、常温常圧下でオフガスの二酸化炭素の除去を行う請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。 The hydrogen gas production method according to any one of claims 1 to 11 , wherein in the carbon dioxide removing step, carbon dioxide of the off gas is removed under normal temperature and normal pressure. 上記二酸化炭素除去工程で二酸化炭素を除去したオフガスを一時貯蔵する工程をさらに備える請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の水素ガス製造方法。 The hydrogen gas production method according to any one of claims 1 to 12 , further comprising the step of temporarily storing the off gas from which carbon dioxide has been removed in the carbon dioxide removal step. 炭化水素含有ガスのオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを備える水素ガス製造装置であって、
水素PSA装置より排出されるオフガスから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔と、
上記オフガス用吸着塔により二酸化炭素が除去されたオフガスを熱源又は原料ガスとして利用するオフガス利用ラインとを備え
上記二酸化炭素が除去されたオフガスが上記改質器に供給されるスチームの生成用燃料として利用されることを特徴とする水素ガス製造装置。
A hydrogen gas producing apparatus comprising: a reformer for producing a hydrogen-rich reformed gas by autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas; and a hydrogen PSA device for removing a gas other than hydrogen in the reformed gas ,
An offgas adsorption tower for removing carbon dioxide from the offgas discharged from a hydrogen PSA unit;
And an off gas utilization line that uses the off gas from which carbon dioxide has been removed by the off gas adsorption tower as a heat source or a source gas ,
A hydrogen gas producing apparatus characterized in that the offgas from which the carbon dioxide is removed is used as a fuel for producing steam supplied to the reformer .
炭化水素含有ガスの部分酸化改質又はオートサーマル改質により水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質ガス中の水素以外のガスを除去する水素PSA装置とを備える水素ガス製造装置であって、Hydrogen gas provided with a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas by partial oxidation reforming or autothermal reforming of a hydrocarbon-containing gas, and a hydrogen PSA device that removes gases other than hydrogen in the reformed gas A manufacturing device,
水素PSA装置より排出されるオフガスから二酸化炭素を除去するオフガス用吸着塔と、An offgas adsorption tower for removing carbon dioxide from the offgas discharged from a hydrogen PSA unit;
上記オフガス用吸着塔により二酸化炭素が除去されたオフガスを熱源又は原料ガスとして利用するオフガス利用ラインとを備え、And an off gas utilization line that uses the off gas from which carbon dioxide has been removed by the off gas adsorption tower as a heat source or a source gas,
上記二酸化炭素が除去されたオフガスが原料ガスとして上記改質器に供給されることを特徴とする水素ガス製造装置。A hydrogen gas production apparatus characterized in that the off gas from which the carbon dioxide is removed is supplied as a source gas to the reformer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112169762A (en) * 2020-10-27 2021-01-05 山东津挚环保科技有限公司 Pressure swing adsorption hydrogen extraction adsorbent, preparation method and application

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6646526B2 (en) * 2016-06-10 2020-02-14 株式会社神戸製鋼所 Hydrogen gas production method and hydrogen gas production device
JP2019137589A (en) * 2018-02-13 2019-08-22 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production apparatus
JP6530122B1 (en) * 2018-11-12 2019-06-12 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production equipment
JP6505306B1 (en) * 2018-11-12 2019-04-24 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production equipment
JP7147727B2 (en) * 2019-10-08 2022-10-05 Jfeスチール株式会社 Gas separation and recovery method
US20240100470A1 (en) * 2021-02-04 2024-03-28 Indian Institute Of Science A system for separating hydrogen from a feed gas
KR102610150B1 (en) * 2023-06-23 2023-12-05 주식회사 에코시스텍 Hydrogen gas production system using organic waste resources

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4963339A (en) * 1988-05-04 1990-10-16 The Boc Group, Inc. Hydrogen and carbon dioxide coproduction
JP4814024B2 (en) * 2006-09-04 2011-11-09 株式会社神戸製鋼所 PSA equipment for high-purity hydrogen gas production
JP5314408B2 (en) * 2008-03-06 2013-10-16 株式会社神戸製鋼所 PSA equipment for high-purity hydrogen gas production
US8394174B2 (en) * 2009-05-18 2013-03-12 American Air Liquide, Inc. Processes for the recovery of high purity hydrogen and high purity carbon dioxide
FR2958280A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-07 Air Liquide PROCESS FOR HYDROGEN PRODUCTION WITH REDUCED CO2 EMISSIONS
JP5795280B2 (en) * 2012-03-29 2015-10-14 東京瓦斯株式会社 CO reduction system in CO2 gas in hydrogen production system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112169762A (en) * 2020-10-27 2021-01-05 山东津挚环保科技有限公司 Pressure swing adsorption hydrogen extraction adsorbent, preparation method and application

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