JP6530123B1 - Hydrogen production equipment - Google Patents
Hydrogen production equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP6530123B1 JP6530123B1 JP2018212513A JP2018212513A JP6530123B1 JP 6530123 B1 JP6530123 B1 JP 6530123B1 JP 2018212513 A JP2018212513 A JP 2018212513A JP 2018212513 A JP2018212513 A JP 2018212513A JP 6530123 B1 JP6530123 B1 JP 6530123B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- pipe
- reformed
- reformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 161
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 141
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 347
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 127
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 86
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 67
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 49
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 43
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 32
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 20
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 31
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 19
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 11
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
【課題】水素製造効率を向上させる水素製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置10Aでは、水素精製器16において、改質ガスが、水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離される。不純物を含んだオフガスは、オフガス路P7へ送出され、改質ガスと合流して、再度水素精製器16へ供給されて再精製される。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus that improves hydrogen production efficiency. In a hydrogen production apparatus (10A), a reformed gas is separated into a hydrogen gas and an off gas containing impurities in a hydrogen purifier (16). The off gas containing impurities is delivered to the off gas path P7, joined with the reformed gas, again supplied to the hydrogen purifier 16, and repurified. [Selected figure] Figure 1
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 apparatus for obtaining hydrogen, one that reforms raw material hydrocarbons into a reformed gas with a reformer and then supplies it to a PSA (Pressure Swing Adsorption) apparatus is known (for example, a patent) Reference 1). In the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, reforming water is supplied to a reformer together with city gas, steam reforming is performed to generate a reforming gas containing hydrogen, and the reforming gas is purified by a hydrogen purifier. Produces high purity product hydrogen.
ところで、特許文献1では、改質ガスを水素精製器で精製した時に排出される不純物を含むオフガスを、改質器のバーナに供給して燃料として利用している。現状、オフガスには水素ガスが含まれており、この水素ガスが多いと、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, in patent document 1, the off gas containing the impurity discharged | emitted when refine | purifying reformed gas with a hydrogen purifier is supplied to the burner of a reformer, and it is utilized as a fuel. At present, the off gas contains hydrogen gas, and if the amount of hydrogen gas is large, the ratio of product hydrogen water that can be produced to the raw material is low, and the hydrogen production efficiency is lowered.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、水素製造効率を向上させる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 that improves the 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、前記改質ガスを、水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離し、前記オフガスをオフガス路へ送出すると共に、前記水素ガスを水素ガス路へ送出する水素精製器と、前記改質器と前記水素精製器との間の流路に設けられ、前記改質ガスを昇圧する圧縮機と、
前記圧縮機よりも上流側かつ前記改質器よりも下流側に設けられ、前記改質器から送出された改質ガスから水を分離する水分離部と、前記オフガス路へ送出された前記オフガスを前記圧縮機よりも上流側かつ前記水分離部よりも下流側で前記改質ガスと合流させて直接または間接的に前記水素精製器へ供給する再精製用オフガス供給部と、を備えている。
The hydrogen production apparatus according to claim 1 separates the reformed gas into a hydrogen gas and an off gas containing an impurity, and a reformer that reforms the raw material and generates a reformed gas mainly composed of hydrogen, A hydrogen purifier for delivering the off gas to the off gas path and delivering the hydrogen gas to the hydrogen gas path, and a flow path between the reformer and the hydrogen purifier, for boosting the reformed gas The compressor to
A water separation unit provided upstream of the compressor and downstream of the reformer, for separating water from the reformed gas sent from the reformer, and the off gas sent to the off gas passage And a repurification off-gas supply unit which is combined with the reformed gas on the upstream side of the compressor and on the downstream side of the water separation unit to directly or indirectly supply the hydrogen purifier. .
請求項1に係る水素製造装置は、改質器と水素精製器を備えている。水素精製器で分離されオフガス路へ送出された不純物を含むオフガスは、再精製用オフガス供給部により水素精製器へ供給される。再精製用オフガス供給部による水素精製器へのオフガスの供給は、直接供給でもよいし、他の装置などを通過して処理された後の間接供給でもよい。水素精製器において、オフガスを水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離することにより、オフガスから製品水素を得ることができる。これにより、水素製造効率を向上させることができる。 The hydrogen production apparatus according to claim 1 includes a reformer and a hydrogen purifier. The offgas including the impurities separated by the hydrogen purifier and delivered to the offgas path is supplied to the hydrogen purifier by the repurification offgas supply unit. The offgas supply to the hydrogen purifier by the repurification offgas supply unit may be direct supply or may be indirect supply after being processed by passing through other devices and the like. Product hydrogen can be obtained from the off gas by separating the off gas into hydrogen gas and an off gas containing impurities in a hydrogen purifier. Thereby, hydrogen production efficiency can be improved.
請求項3に係る水素製造装置は、前記改質器は、可燃ガスを燃焼させる燃焼部を有し、前記オフガス路へ送出された前記オフガスを前記燃焼部へ供給する燃焼ガス供給部、を有する。 The hydrogen production apparatus according to claim 3 , wherein the reformer has a combustion unit that burns combustible gas, and has a combustion gas supply unit that supplies the off gas delivered to the off gas passage to the combustion unit. .
請求項3に係る水素製造装置によれば、オフガスを改質器の燃焼部へ供給することにより、改質器の熱源として用いることができる。 According to the hydrogen production apparatus of the third aspect , by supplying the off gas to the combustion unit of the reformer, it can be used as a heat source of the reformer.
請求項3に係る水素製造装置は、前記再精製用オフガス供給部が、前記オフガスを前記原料と合流させる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 3, the repurification off gas supply unit merges the off gas with the raw material.
請求項4に係る水素製造装置では、オフガスが原料と合流される。オフガスと原料との合流は、改質器より合流側であってもよいし、改質器内であってもよい。このように、オフガスを原料と合流させることにより、オフガスに含まれている未改質の原料ガスを改質器で改質することができる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 4 , the off gas is merged with the raw material. The merging of the off gas and the raw material may be on the merging side of the reformer or may be in the reformer. Thus, the unreformed raw material gas contained in the off gas can be reformed by the reformer by combining the off gas with the raw material.
請求項1に係る水素製造装置は、前記改質器と前記水素精製器との間の流路には、前記改質ガスを昇圧する圧縮機が設けられ、前記再精製用オフガス供給部は、前記圧縮機よりも上流側かつ前記改質器よりも下流側で前記オフガスを前記改質ガスと合流させている。 In the hydrogen production apparatus according to claim 1 , a compressor for pressurizing the reformed gas is provided in a flow path between the reformer and the hydrogen purifier, and the repurification off gas supply unit is The off-gas is merged with the reformed gas upstream of the compressor and downstream of the reformer.
請求項1に係る水素製造装置では、圧縮機よりも上流側でオフガスが改質ガスと合流するので、水素精製器における精製処理に適した昇圧をオフガスに施すことができる。 In the hydrogen production apparatus according to the first aspect , the off gas merges with the reformed gas on the upstream side of the compressor, so that the pressure increase suitable for the purification process in the hydrogen purifier can be applied to the off gas.
請求項2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、前記改質ガスを、水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離し、前記オフガスをオフガス路へ送出すると共に、前記水素ガスを水素ガス路へ送出する水素精製器と、前記オフガス路へ送出された前記オフガスを直接または間接的に前記水素精製器へ供給する再精製用オフガス供給部と、を備え、前記再精製用オフガス供給部は、前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素分離部を含んで構成され、前記二酸化炭素分離部で二酸化炭素が分離された後の二酸化炭素分離後オフガスが前記水素精製器へ供給される。 The hydrogen production apparatus according to claim 2 separates the reformed gas into a hydrogen gas and an off gas containing an impurity, and a reformer that reforms the raw material and generates a reformed gas mainly composed of hydrogen, A hydrogen purifier that delivers the off gas to the off gas path and a hydrogen purifier that delivers the hydrogen gas to the hydrogen gas path, and a repurification source that directly or indirectly supplies the off gas sent to the off gas path to the hydrogen purifier An off-gas supply unit, the re-purification off-gas supply unit including a carbon dioxide separation unit separating carbon dioxide gas from the off gas, the carbon dioxide separation unit separating the carbon dioxide in the carbon dioxide separation unit; After carbon dioxide separation, an off gas is supplied to the hydrogen purifier.
請求項2に係る水素製造装置では、二酸化炭素分離部によりオフガスから二酸化炭素が分離され、二酸化炭素分離後オフガスが水素精製器へ供給される。二酸化炭素分離後オフガスでは、オフガスよりも水素濃度が高いので、効率よく水素精製器での精製処理を行うことができる。 In the hydrogen production apparatus according to claim 2 , carbon dioxide is separated from the off gas by the carbon dioxide separation unit, and the carbon dioxide separated off gas is supplied to the hydrogen purifier. In the off gas after carbon dioxide separation, since the hydrogen concentration is higher than the off gas, the purification process can be efficiently performed by the hydrogen purifier.
本発明によれば、水素製造装置の水素製造効率を向上させることができる。 According to the present invention, the hydrogen production efficiency of the hydrogen production apparatus can be improved.
<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、図2に従って説明する。
First Embodiment
An example of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described according to FIGS. 1 and 2.
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、多重筒型改質器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。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。 The hydrogen production apparatus 10A according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, includes a multi-cylinder reformer 12, a compressor 14, a hydrogen purifier 16, and an off gas tank 18. Further, the pre-pressurization water separation unit 30, the post-pressurization water separation unit 32, and the combustion exhaust gas water separation unit 34 are provided. The hydrogen production apparatus 10A produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and in the present embodiment, a case where a town gas mainly composed of methane 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)
多重筒型改質器12は、図2に示されるように、多重に配置された複数の筒状壁20A、20B、20C、20Dを有している。複数の筒状壁20A、20B、20C、20Dは、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁20A、20B、20C、20Dのうち内側から一番目の筒状壁20Aの内部には、燃焼空間である燃焼部21が形成されている。一番目の筒状壁20Aと二番目の筒状壁20Bとの間には、燃焼排ガス流路23が形成されている。また、二番目の筒状壁20Bと三番目の筒状壁20Cとの間には、第一流路24が形成されている。さらに、三番目の筒状壁20Cと四番目の筒状壁20Dとの間には、第二流路25が形成されている。なお、多重筒型改質器12は、改質器の一例であり、他の形態の改質器が用いられてもよい。
(Reformer)
As shown in FIG. 2, the multi-cylinder reformer 12 has a plurality of cylindrical walls 20A, 20B, 20C, and 20D arranged in multiples. The plurality of cylindrical walls 20A, 20B, 20C, and 20D are formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape. A combustion portion 21 which is a combustion space is formed in the first cylindrical wall 20A from the inner side among the plurality of cylindrical walls 20A, 20B, 20C, and 20D. A combustion exhaust gas flow passage 23 is formed between the first cylindrical wall 20A and the second cylindrical wall 20B. Moreover, the 1st flow path 24 is formed between the 2nd cylindrical wall 20B and the 3rd cylindrical wall 20C. Furthermore, a second flow passage 25 is formed between the third cylindrical wall 20C and the fourth cylindrical wall 20D. The multi-cylinder reformer 12 is an example of a reformer, and other forms of reformer may be used.
第一流路24の上部は、予熱流路24Aとして形成されており、予熱流路24Aには螺旋部材24Bが設けられている。この螺旋部材24Bにより、予熱流路24Aは、螺旋状に形成されている。予熱流路24Aの上端部には、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24A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24Aを上側から下側に流れ、二番目の筒状壁20Bを介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される。この予熱流路24Aでは、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。 An upper portion of the first flow passage 24 is formed as a preheating flow passage 24A, and a spiral member 24B is provided in the preheating flow passage 24A. The preheating flow path 24A is formed in a spiral shape by the spiral member 24B. A raw material supply pipe P1 for supplying a city gas as a raw material and a reforming water supply pipe P9 for supplying reforming water are connected to an upper end portion of the preheating flow path 24A. To the preheating flow path 24A, the city gas is supplied from the raw material supply pipe P1, and the reforming water is supplied from the reforming water supply pipe P9. The city gas and the reforming water flow from the upper side to the lower side in the preheating flow path 24A, and are heat-exchanged with the combustion exhaust gas via the second cylindrical wall 20B to vaporize the water. In the preheating flow path 24A, a mixed gas is generated by mixing the city gas and the reforming water (steam) in the gas phase.
なお、本実施形態では、原料として都市ガスを用いるが、水蒸気改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、LPガス(液化石油ガス)、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。 In addition, in this embodiment, although city gas is used as a raw material, if it is a gas which can be steam-reformed, it will not be specifically limited, A hydrocarbon fuel can be used. Examples of hydrocarbon fuels include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reformed gas, and lower hydrocarbon gas.
また、原料供給管P1には、オフガス管P7Aが接続されている。オフガス管P7Aは、後述するオフガスタンク18と接続されており、予熱流路24Aに後述するオフガスを供給する。供給されたオフガスは、都市ガス、改質水と混合されて予熱流路24Aを流れる。 Further, an off gas pipe P7A is connected to the raw material supply pipe P1. The off gas pipe P7A is connected to an off gas tank 18 described later, and supplies an off gas described later to the preheating flow path 24A. The supplied off gas is mixed with the city gas and the reforming water and flows through the preheating flow path 24A.
第一流路24における予熱流路24Aの下側には、改質触媒層24Cが設けられている。改質触媒層24C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24Aにて生成された混合ガスは、改質触媒層24Cへ供給される。改質触媒層24Cでは、混合ガスが燃焼排ガス流路23を流れる燃焼排ガスにより加熱され、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が生成される。 A reforming catalyst layer 24C is provided below the preheating flow path 24A in the first flow path 24. The reforming catalyst layer 24C is provided with a catalyst for steam reforming city gas to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component. The mixed gas generated in the preheating flow path 24A is supplied to the reforming catalyst layer 24C. In the reforming catalyst layer 24C, the mixed gas is heated by the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas flow path 23, and a reforming gas containing hydrogen as a main component is generated by the steam reforming reaction and the carbon dioxide reforming reaction.
第二流路25は、第一流路24の径方向外側に配置されており、第二流路25の下端部は、第一流路24の下端部と連通されている。第二流路25には、予熱流路24Aに対応する位置にCO変成触媒層26及びCO選択酸化触媒層27が形成されている。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。 The second flow path 25 is disposed radially outside the first flow path 24, and the lower end portion of the second flow path 25 is in communication with the lower end portion of the first flow path 24. In the second flow path 25, a CO shift catalyst layer 26 and a CO selective oxidation catalyst layer 27 are formed at positions corresponding to the preheating flow path 24A. In the CO shift catalyst layer 26, carbon monoxide and steam contained in the reformed gas react with each other to convert them into hydrogen and carbon dioxide, thereby reducing carbon monoxide.
CO選択酸化触媒層27は、CO変成触媒層26よりも下流側に配置されている。CO変成触媒層26とCO選択酸化触媒層27の間には、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給管P2Bが接続されている。CO選択酸化触媒層27では、一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層27の下流側で第二流路25の上端部には、改質ガス排出管P3が接続されている。改質ガスは、CO選択酸化触媒層27で一酸化炭素が除去された後、改質ガス排出管P3から送出される。 The CO selective oxidation catalyst layer 27 is disposed downstream of the CO shift catalyst layer 26. Between the CO shift catalyst layer 26 and the CO selective oxidation catalyst layer 27, an oxidant gas supply pipe P2B for supplying an oxidant gas is connected. In the CO selective oxidation catalyst layer 27, carbon monoxide is reacted with oxygen to be converted to carbon dioxide, and carbon monoxide is removed. A reformed gas discharge pipe P3 is connected to the upper end portion of the second flow path 25 on the downstream side of the CO selective oxidation catalyst layer 27. The reformed gas is delivered from the reformed gas discharge pipe P3 after carbon monoxide is removed by the CO selective oxidation catalyst layer 27.
なお、本実施形態では、CO選択酸化触媒層27を設けたが、CO選択酸化触媒層27は必須ではなく、CO選択酸化触媒層27を設けない構成とすることもできる。この場合には、酸化剤ガス供給管P2Bも不要となる。 Although the CO selective oxidation catalyst layer 27 is provided in the present embodiment, the CO selective oxidation catalyst layer 27 is not essential, and the CO selective oxidation catalyst layer 27 may not be provided. In this case, the oxidant gas supply pipe P2B is also unnecessary.
燃焼部21の上部には、バーナ22が下向きに配置されている。バーナ22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21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。バーナ22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。バーナ22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。 A burner 22 is disposed downward at the top of the combustion unit 21. An off gas pipe P7 is connected to the burner 22, and an off gas described later is supplied as a fuel from the off gas pipe P7. Further, an air supply pipe P2 for supplying combustion air is connected to an upper end portion of the combustion unit 21. The burner 22 is further connected to a raw material branch pipe P1A branched from the raw material supply pipe P1. 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 the city gas is mixed with air is supplied to the burner 22 separately from the off gas. One or both of the offgas for combustion and the city gas are supplied as needed.
燃焼排ガス流路23は、燃焼部21の径方向外側に形成され、燃焼排ガス流路23の下端部は、燃焼部21と連通されている。燃焼排ガス流路23の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管P10が接続されている。ガス排出管P10は、多重筒型改質器12の上端面に接続されている。燃焼部21から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路23を下側から上側に流れ、ガス排出管P10を通じて多重筒型改質器12の外に排出される。 The combustion exhaust gas passage 23 is formed on the radially outer side of the combustion unit 21, and the lower end portion of the combustion exhaust gas passage 23 is in communication with the combustion unit 21. A gas discharge pipe P10 for discharging a gas is connected to an upper end portion of the combustion exhaust gas flow path 23. The gas discharge pipe P <b> 10 is connected to the upper end surface of the multi-cylinder reformer 12. The combustion exhaust gas discharged from the combustion section 21 flows upward from the lower side of the combustion exhaust gas flow path 23 and is discharged to the outside of the multi-tube reformer 12 through the gas discharge pipe P10.
多重筒型改質器12から改質ガス排出管P3へ送出された改質ガスは、図1に示したように、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、多重筒型改質器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。 The reformed gas delivered from the multi-cylinder reformer 12 to the reformed gas discharge pipe P3 is, as shown in FIG. 1, a pre-pressurization water separation unit 30, a compressor 14, a post-pressurization water separation unit 32, and The hydrogen purifier 16 flows in this order. That is, in the gas flow direction, from the upstream side to the downstream side, the multi-cylinder reformer 12, the pre-pressurized water separation unit 30, the compressor 14, the post-pressurized water separation unit 32, and the hydrogen purifier 16 are arranged in this order It is arranged.
(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の底部には水送出口30Cが形成されており、水送出口30C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。
(Separating part before boosting)
The upper part of the pre-pressurized water separation unit 30 is a gas chamber 30A, and the lower part is a liquid chamber 30B. The downstream end of the reformed gas discharge pipe P3 is connected to the gas chamber 30A. Further, the upstream end of the communication passage pipe P4 is connected to the gas chamber 30A. A water delivery port 30C is formed at the bottom of the liquid chamber 30B, and a reformed gas water pipe P8A is connected to the water delivery port 30C. The water vapor in the reformed gas is condensed by being cooled in the heat exchanger HE1 disposed upstream of the pre-pressurization water separation unit 30. The water separated from the reformed gas by condensation is stored in the liquid chamber 30B and delivered to the reformed 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)
Connected to the compressor 14 are a communication flow path pipe P4 through which the reformed gas from the pre-pressurization water separation unit 30 flows and a communication flow path pipe P5 through which the reforming gas supplied to the post-pressurization water separation unit 32 flows. ing. The compressor 14 compresses and boosts the reformed gas supplied from the pre-pressurization water separation unit 30, and supplies the reformed gas to the post-pressurization water separation unit 32.
(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の底部には水送出口32Cが形成されており、水送出口32C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。
(Separated part after boosting)
The upper part of the post-pressurized water separation unit 32 is a gas chamber 32A, and the lower part is a liquid chamber 32B. The downstream end of the communication passage pipe P5 is connected to the gas chamber 32A. Further, the upstream end of the communication passage pipe P6 is connected to the gas chamber 32A. A water delivery port 32C is formed at the bottom of the liquid chamber 32B, and a reformed gas water pipe P8B is connected to the water delivery port 32C. The water vapor in the reformed gas is condensed by being cooled in a heat exchanger HE2 disposed upstream of the water separation unit 32 after pressure increase. The water separated from the reformed gas by condensation is stored in the liquid chamber 32B and delivered to a reformed 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 downstream of the post-pressurized water separation unit 32 and upstream of the hydrogen purifier 16. The buffer tank 36 accumulates the reformed gas supplied from the post-pressurized water separation unit 32. The reformed gas once accumulated in the buffer tank 36 is delivered to the hydrogen purifier 16.
(水素精製器)
水素精製器16には、昇圧後水分離部32からの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により改質ガスを不純物と水素とに分離することで、水素が精製される。水素精製器16には、水素供給配管P11が接続されており、精製された水素は水素供給配管P11へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。
(Hydrogen purifier)
The hydrogen purifier 16 is connected to the downstream end of the communication flow pipe P6 through which the reformed gas from the post-pressurized water separation unit 32 flows. For the hydrogen purifier 16, a PSA device is used as an example. By separating the reformed gas into impurities and hydrogen by the hydrogen purifier 16, hydrogen is purified. A hydrogen supply pipe P11 is connected to the hydrogen purifier 16. The purified hydrogen is delivered to the hydrogen supply pipe P11, stored in a tank (not shown), or delivered to a hydrogen supply line.
水素精製器16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、多重筒型改質器12のバーナ22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 hydrogen purifier 16 is connected to the upstream end of the off gas pipe P7. The downstream end of the off gas pipe P7 is connected to the burner 22 of the multi-cylinder reformer 12. The hydrogen purifier 16 delivers the off gas separated by hydrogen purification 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、オフガス管P7A、P7Bに分岐されている。オフガス管P7Bは、多重筒型改質器12のバーナ22(図2参照)と接続されており、オフガス管P7Bを流れるオフガスは、バーナ22へ供給される。 The off gas pipe P7 connected to the outlet side of the off gas tank 18 is branched into off gas pipes P7A and P7B. The off gas pipe P7B is connected to the burner 22 (see FIG. 2) of the multi-cylinder reformer 12, and the off gas flowing through the off gas pipe P7B is supplied to the burner 22.
オフガス管P7Aは、原料供給管P1と合流されており、オフガス管P7Aを流れるオフガスは、原料と共に予熱流路24Aへ供給される。オフガス管P7Aには、流量調整弁48が設けられており、オフガス管P7からオフガス管P7Aへ分岐されるオフガスの流量が調整されている。流量調整弁48でのオフガス流量の調整は、多重筒型改質器12内の温度、オフガスタンク18の内圧力などに応じて行われる。例えば、水素製造装置10Aの起動時には、燃焼用のオフガスが必要となるため、オフガス管P7Aへ分岐されるオフガスの流量を少なくしたり、ゼロにしたりする制御を行うことができる。また、多重筒型改質器12内の温度が所定の定常温度よりも高くなった場合には、オフガス管P7からオフガス管P7Aへ分岐されるオフガスの流量を増加させるように制御を行うことができる。なお、オフガス管P7へ送出されるオフガス流量を一定にすることにより、オフガス管P7からオフガス管P7Aへ分岐されるオフガスの流量増減に伴って、オフガス管P7Bへ分岐されるオフガスの流量も変化する。 The off gas pipe P7A is joined with the raw material supply pipe P1, and the off gas flowing through the off gas pipe P7A is supplied to the preheating flow path 24A together with the raw material. The off gas pipe P7A is provided with a flow control valve 48, and the flow rate of the off gas branched from the off gas pipe P7 to the off gas pipe P7A is adjusted. Adjustment of the off gas flow rate by the flow rate adjustment valve 48 is performed according to the temperature in the multi-cylinder reformer 12, the internal pressure of the off gas tank 18, and the like. For example, since the offgas for combustion is required at the start of the hydrogen production apparatus 10A, control can be performed to reduce or zero the flow rate of the offgas branched to the off gas pipe P7A. Further, when the temperature in the multi-cylinder reformer 12 becomes higher than a predetermined steady-state temperature, control is performed to increase the flow rate of the off gas branched from the off gas pipe P7 to the off gas pipe P7A. it can. The flow rate of the off gas branched to the off gas pipe P7B also changes with the increase or decrease of the flow rate of the off gas branched from the off gas pipe P7 to the off gas pipe P7A by making the flow rate of the off gas sent to the off gas pipe P7 constant. .
(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、水送出口34Cが形成されており、水送出口34Cに燃焼排ガス水配管P8Cが接続されている。燃焼排ガス水分離部34は、昇圧前水分離部30及び昇圧後水分離部32よりも大容量とされている。
(Combustion exhaust water separation unit)
The upper part of the combustion exhaust gas water separation part 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 water delivery port 34C is formed at the bottom of the liquid chamber 34B, and a flue gas water pipe P8C is connected to the water delivery port 34C. The combustion exhaust water separation unit 34 has a larger capacity than the pre-pressurization water separation unit 30 and the post-pressurization water separation unit 32.
また、燃焼排ガス水分離部34は、昇圧前水分離部30及び昇圧後水分離部32よりも鉛直方向上側に配置されている。ここで、「燃焼排ガス水分離部34が昇圧前水分離部30及び昇圧後水分離部32よりも鉛直方向上側に配置されている」とは、液体室34Bの底部が、液体室30Bの底部、及び液体室32Bの底部よりも鉛直方向上側に配置されていることを意味する。なお、液体室34Bの底部は、昇圧前水分離部30及び昇圧後水分離部32の上端よりも鉛直方向上側に配置されていることが好ましい。 Further, the combustion exhaust water separation unit 34 is disposed vertically above the pre-pressurization water separation unit 30 and the post-pressurization water separation unit 32. Here, "the combustion exhaust gas water separation unit 34 is disposed vertically above the pre-pressurization water separation unit 30 and the post-pressurization water separation unit 32" means that the bottom of the liquid chamber 34B is the bottom of the liquid chamber 30B. , And vertically above the bottom of the liquid chamber 32B. The bottom of the liquid chamber 34B is preferably disposed vertically above the upper ends of the pre-pressurized water separation unit 30 and the post-pressurized water separation unit 32.
さらに、燃焼排ガス水配管P8Cの内径は、改質ガス水配管P8A、P8Bの内径よりも大きく設定されている。 Further, the inner diameter of the combustion exhaust gas water pipe P8C is set larger than the inner diameter of the reformed gas water pipes P8A and P8B.
燃焼排ガスは、燃焼部21から燃焼排ガス流路23を経てガス排出管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 delivered from the combustion unit 21 to the gas discharge pipe P10 through the combustion exhaust gas flow path 23. The steam in the combustion exhaust gas is condensed by being cooled in the heat exchanger HE3 disposed upstream of the combustion exhaust gas water separation unit 34. The water separated from the combustion exhaust gas by condensation is stored in the liquid chamber 34B and is delivered to the combustion exhaust water pipe P8C. The combustion exhaust gas after 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の天面には、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 disposed at the bottom of the hydrogen production apparatus 10A. A water inlet 40A is formed on the top surface of the water tank 40, and the reformed gas water pipes P8A and P8B and the flue gas water pipe P8C are connected to the water inlet 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 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 larger capacity than the total amount of water that can be stored in the pre-pressurized water separation unit 30, post-pressurized water separation unit 32, and the combustion exhaust gas water separation unit 34. It is disposed below the rear water separation unit 32 and the combustion exhaust water separation unit 34 in the vertical direction. Here, “the water tank 40 is disposed vertically lower than the pre-pressurized water separation unit 30, post-pressurized water separation unit 32, and the combustion exhaust water separation unit 34” means that the bottom of the liquid chamber 30B is This means that the bottom of the liquid chamber 32B and the bottom of the liquid chamber 34B are disposed 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を経て多重筒型改質器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からは多重筒型改質器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 water tank 40 is connected to the upstream end of the reforming water supply pipe P9. The reformed water supply pipe P9 is provided with a water processor (ion exchange resin) 42 for removing dissolved ion components. In addition, a pump 44 is provided in the reforming water supply pipe P9, and the water stored in the water tank 40 is supplied to the multi-tubular reformer 12 through the water processor 42 by driving the pump 44. Ru. A pure water supply pipe P13 is connected downstream of the water treatment device 42 of the reforming water supply pipe P9 and upstream of the pump 44. Pure water is supplied from the pure water supply pipe P13 to the multi-tubular reformer 12 through the reforming water supply pipe P9 as 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から多重筒型改質器12へ、都市ガス及び改質水が供給される。また、流量調整弁48により調整された量のオフガスがオフガス管P7Aから多重筒型改質器12へ供給される。予熱流路24Aで都市ガス、改質水、及びオフガスが混合されつつ加熱され、混合ガスとなって改質触媒層24Cへ供給される。 During the hydrogen production operation, the city gas and the reforming water are supplied from the raw material supply pipe P1 to the multi-tubular reformer 12. Further, the amount of off gas adjusted by the flow rate adjustment valve 48 is supplied from the off gas pipe P7A to the multi-cylinder reformer 12. The city gas, the reforming water, and the off gas are mixed while being heated in the preheating flow path 24A, and the mixed gas is supplied to the reforming catalyst layer 24C.
改質触媒層24Cでは、燃焼排ガス流路23を流れる燃焼排ガスからの熱を受け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。改質ガスには、オフガス中の水素ガスも含まれている。改質ガスは、改質ガス流路25を通ってCO変成触媒層26へ供給される。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。CO変成触媒層26を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管P2Bから供給される酸化ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層27へ供給され、触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層27で一酸化炭素が低減された改質ガスは、改質ガス排出管P3へ送出される。 In the reforming catalyst layer 24C, the mixed gas is steam-reformed by receiving heat from the flue gas flowing through the flue gas flow path 23, and a reformed gas mainly composed of hydrogen is generated. The reformed gas also contains hydrogen gas in the off gas. The reformed gas is supplied to the CO shift catalyst layer 26 through the reformed gas flow path 25. In the CO shift catalyst layer 26, carbon monoxide and steam contained in the reformed gas react with each other to convert them into hydrogen and carbon dioxide, thereby reducing carbon monoxide. The reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 26 is supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 27 together with the oxidizing gas (air) supplied from the oxidant gas supply pipe P2B, and carbon monoxide reacts with oxygen on the catalyst. It is converted to carbon dioxide and carbon monoxide is removed. The reformed gas whose carbon monoxide has been reduced by the CO selective oxidation catalyst layer 27 is delivered 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H1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H1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を流れて圧縮機14へ供給され、圧縮機14によって圧縮される。 The reformed gas is supplied to the gas chamber 30A of the pre-pressurization water separation unit 30 through the heat exchanger H1 provided in the reformed gas discharge pipe P3. Water contained in the reformed gas supplied to the gas chamber 30A is condensed by cooling in the heat exchanger H1 and stored in the liquid chamber 30B, and is delivered to the water tank 40 through the reformed gas water pipe P8A. From the gas chamber 30A, the reformed gas from which water has been separated flows through the communication flow pipe P4, is supplied to the compressor 14, and is compressed by the compressor 14.
圧縮された改質ガスは、連絡流路管P6を流れ熱交換器H2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H2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 reformed gas flows through the communication flow pipe P6, passes through the heat exchanger H2, and is supplied to the gas chamber 32A of the water separation unit 32 after pressure increase. The water vapor contained in the reformed gas supplied to the gas chamber 32A is condensed by cooling in the heat exchanger H2 and stored in the liquid chamber 32B, and is delivered to the water tank 40 through the reformed gas water pipe P8B. From the gas chamber 32A, the reformed gas from which water has been separated is supplied to the hydrogen purifier 16 through the communication passage pipe P6.
水素精製器16では、改質ガスが水素ガスと、不純物を含むオフガスと、に分離され、水素ガスは水素供給配管P11へ送出される。送出された水素ガスは、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られたりする。 In the hydrogen purifier 16, the reformed gas is separated into hydrogen gas and off gas containing impurities, and the hydrogen gas is delivered to the hydrogen supply pipe P11. The delivered hydrogen gas is stored in a tank (not shown) or sent to a hydrogen supply line.
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P7A、P7Bで分岐され、オフガス管P7Aを流れるオフガスは、多重筒型改質器12の予熱流路24Aへ供給される。オフガス管P7Bを流れるオフガスは、燃料として多重筒型改質器12のバーナ22へ供給される。 On the other hand, the off gas containing impurities other than hydrogen separated from the reformed gas flows through the off gas pipe P 7 and is temporarily stored in the off gas tank 18. The off gas delivered from the off gas tank 18 is branched by the off gas pipes P7A and P7B, and the off gas flowing through the off gas pipe P7A is supplied to the preheating flow path 24A of the multi-cylinder reformer 12. The off gas flowing through the off gas pipe P7B is supplied to the burner 22 of the multi-cylinder reformer 12 as a fuel.
多重筒型改質器12の燃焼部21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H3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 section 21 of the multi-cylinder reformer 12, the off gas is burned, and the combustion exhaust gas is supplied to the gas chamber 34A of the combustion exhaust water separator 34 via the gas discharge pipe P10. The steam contained in the flue gas supplied to the gas chamber 34A is condensed by cooling in the heat exchanger H3 and stored in the liquid chamber 34B, and is delivered to the water tank 40 through the flue gas water pipe P8C. The combustion exhaust gas from which the water has been separated is discharged to the outside through the external discharge pipe P12.
予熱流路24Aへ供給されたオフガスは、都市ガス、改質水と混合されて加熱され、混合ガスとなって改質触媒層24Cへ供給され、前述のように、改質される。 The off gas supplied to the preheating flow path 24A is mixed with the city gas and the reforming water and heated, and is supplied to the reforming catalyst layer 24C as a mixed gas, and is reformed as described above.
本実施形態の水素製造装置10Aでは、水素精製器16から送出された不純物を含むオフガスの一部を、多重筒型改質器12の改質触媒層24Cよりも上流側へ供給するので、オフガスに含まれる未改質の原料を再度改質して水素を得ることができる。また、オフガスに含まれる水素ガスは、多重筒型改質器12で改質された改質ガスと共に、再度、水素精製器16へ送出されて精製されるので、オフガスから製品水素を得ることができ、水素製造効率を向上させることができる。 In the hydrogen production apparatus 10A of the present embodiment, a part of the off gas containing impurities sent from the hydrogen purifier 16 is supplied to the upstream side of the reforming catalyst layer 24C of the multi-cylinder reformer 12, so the off gas The unreformed raw material contained in can be reformed again to obtain hydrogen. In addition, since the hydrogen gas contained in the off gas is again delivered to the hydrogen purifier 16 together with the reformed gas reformed by the multi-cylinder reformer 12 and purified, the product hydrogen can be obtained from the off gas. The hydrogen production efficiency can be improved.
なお、本実施形態では、オフガスを燃焼部21で燃焼させて、改質に必要な熱を得たが、使用可能な排熱等があれば、当該排熱を改質の熱源としてもよいし、他の熱源を用いてもよい。 In the present embodiment, the off gas is burned in the combustion section 21 to obtain the heat necessary for reforming, but if there is usable exhaust heat, etc., the exhaust heat may be used as the heat source for the reforming. Other heat sources may be used.
<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, a second embodiment of the present invention will be described. About the part similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態の水素製造装置10Bは、図3に示されるように、オフガス管P7から分岐されたオフガス管P7Aが連絡流路管P4と接続されている。本実施形態において、オフガス管P7Aの接続以外の構成については、第1実施形態と同様である。 In the hydrogen production apparatus 10B of this embodiment, as shown in FIG. 3, an off gas pipe P7A branched from an off gas pipe P7 is connected to the communication flow path pipe P4. In the present embodiment, the configuration other than the connection of the off gas pipe P7A is the same as that of the first embodiment.
オフガス管P7Aの下流端は、連絡流路管P4に合流接続されており、流量調整弁48で流量が調整されたオフガスは、多重筒型改質器12の下流側、かつ圧縮機14の上流側に供給される。 The downstream end of the off gas pipe P7A is joined to the communication flow pipe P4, and the off gas whose flow rate is adjusted by the flow rate adjustment valve 48 is downstream of the multi-cylinder reformer 12 and upstream of the compressor 14 Supplied to the side.
(作用)
次に、水素製造装置10Bの作用について説明する。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 10B will be described.
水素製造運転時には、原料供給管P1から多重筒型改質器12へ、都市ガス及び改質水が供給され、第1実施形態と同様に、原料の水蒸気改質が行われる。なお、本実施形態では、混合ガスにオフガスは含まれない。 During the hydrogen production operation, the city gas and the reforming water are supplied from the raw material supply pipe P1 to the multi-tubular reformer 12, and steam reforming of the raw material is performed as in the first embodiment. In the present embodiment, the mixed gas does not include the off gas.
多重筒型改質器12から改質ガス排出管P3へ送出された改質ガスは、熱交換器H1、昇圧前水分離部30を経て、オフガスと合流され、圧縮機14へ供給される。オフガス及び改質ガスは、圧縮機14で圧縮され、第1実施形態と同様に、昇圧後水分離部32を経て水素精製器16へ供給される。そして、水素精製器16で、改質ガスが水素ガスと、不純物を含むオフガスとに分離される。 The reformed gas delivered from the multi-cylinder reformer 12 to the reformed gas discharge pipe P3 passes through the heat exchanger H1 and the pre-pressurization water separation unit 30, is merged with the off gas, and is supplied to the compressor. The off gas and the reformed gas are compressed by the compressor 14 and are supplied to the hydrogen purifier 16 through the post-pressurized water separation unit 32 as in the first embodiment. Then, in the hydrogen purifier 16, the reformed gas is separated into hydrogen gas and off gas containing impurities.
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P7A、P7Bで分岐される。オフガス管P7Bへ分流されたオフガスは、多重筒型改質器12のバーナ22へ供給される。オフガス管P7Aへ分流されたオフガスは、連絡流路管P4で改質ガスと合流し、前述のように、改質ガスと共に水素精製器16へ供給され、精製される。 The off gas flows through the off gas pipe P 7 and is temporarily stored in the off gas tank 18. The off gas delivered from the off gas tank 18 is branched off by off gas pipes P7A and P7B. The off gas branched to the off gas pipe P7B is supplied to the burner 22 of the multi-cylinder reformer 12. The off gas divided into the off gas pipe P7A joins with the reformed gas in the communication flow pipe P4, and is supplied to the hydrogen purifier 16 together with the reformed gas and purified as described above.
本実施形態の水素製造装置10Bでは、水素精製器16から送出された不純物を含むオフガスの一部を、多重筒型改質器12よりも下流側、かつ圧縮機14よりも上流側へ供給するので、水素精製器16における精製処理に適した昇圧をオフガスに施すことができる。 In the hydrogen production apparatus 10B of the present embodiment, a part of the off gas containing impurities sent from the hydrogen purifier 16 is supplied to the downstream side of the multi-cylinder reformer 12 and the upstream side of the compressor 14 Therefore, a pressure increase suitable for the purification process in the hydrogen purifier 16 can be applied to the off gas.
<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. About the part similar to 1st, 2nd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態の水素製造装置10Cは、図4に示されるように、オフガス管P7から分岐されたオフガス管P7Aに、二酸化炭素分離装置54が設けられている。本実施形態では、二酸化炭素分離装置54及びその接続以外の構成については、第2実施形態と同様である。 In the hydrogen production apparatus 10C of the present embodiment, as shown in FIG. 4, a carbon dioxide separation device 54 is provided in the off gas pipe P7A branched from the off gas pipe P7. In the present embodiment, the configuration other than the carbon dioxide separator 54 and the connection thereof is the same as that of the second embodiment.
オフガス管P7から分離されたオフガス管P7Aの流量調整弁48よりも下流側には、二酸化炭素分離装置54が接続されている。二酸化炭素分離装置54は、オフガスから二酸化炭素ガスを分離する。二酸化炭素分離装置54としては、二酸化炭素分離膜等を用いることができる。分離された二酸化炭素ガスは、二酸化炭素管P14へ送出される。二酸化炭素管P14は、回収やその他の用途等のため、水素製造装置10Cの系外へ展開する。オフガス管P7Bと合流されている。二酸化炭素ガスが分離された後のオフガス(分岐オフガス)は、二酸化炭素分離装置54から合流管P15を経て連絡流路管P4と合流されている。 A carbon dioxide separator 54 is connected downstream of the flow control valve 48 of the off gas pipe P7A separated from the off gas pipe P7. The carbon dioxide separator 54 separates carbon dioxide gas from the off gas. A carbon dioxide separation membrane or the like can be used as the carbon dioxide separation device 54. The separated carbon dioxide gas is delivered to the carbon dioxide pipe P14. The carbon dioxide pipe P14 is expanded out of the system of the hydrogen production apparatus 10C for recovery, other uses, and the like. It joins with off gas pipe P7B. The off gas (branch off gas) after the carbon dioxide gas is separated is merged with the communication flow path pipe P4 from the carbon dioxide separator 54 through the merging pipe P15.
(作用)
次に、水素製造装置10Cの作用について説明する。
(Action)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 10C will be described.
水素製造運転時には、原料供給管P1から多重筒型改質器12へ、都市ガス及び改質水が供給され、第1実施形態と同様に、原料の水蒸気改質が行われる。本実施形態では、混合ガスにオフガスは含まれない。 During the hydrogen production operation, the city gas and the reforming water are supplied from the raw material supply pipe P1 to the multi-tubular reformer 12, and steam reforming of the raw material is performed as in the first embodiment. In the present embodiment, the mixed gas does not contain an off gas.
多重筒型改質器12から改質ガス排出管P3へ送出された改質ガスは、熱交換器H1、昇圧前水分離部30を経て、オフガスと合流され、圧縮機14へ供給される。オフガス及び改質ガスは、圧縮機14で圧縮され、第1実施形態と同様に、昇圧後水分離部32を経て水素精製器16へ供給される。そして、水素精製器16で、改質ガスが水素ガスと、不純物を含むオフガスとに分離される。 The reformed gas delivered from the multi-cylinder reformer 12 to the reformed gas discharge pipe P3 passes through the heat exchanger H1 and the pre-pressurization water separation unit 30, is merged with the off gas, and is supplied to the compressor. The off gas and the reformed gas are compressed by the compressor 14 and are supplied to the hydrogen purifier 16 through the post-pressurized water separation unit 32 as in the first embodiment. Then, in the hydrogen purifier 16, the reformed gas is separated into hydrogen gas and off gas containing impurities.
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P7A、P7Bで分岐される。オフガス管P7Bへ分流されたオフガスは、多重筒型改質器12のバーナ22へ供給される。 The off gas flows through the off gas pipe P 7 and is temporarily stored in the off gas tank 18. The off gas delivered from the off gas tank 18 is branched off by off gas pipes P7A and P7B. The off gas branched to the off gas pipe P7B is supplied to the burner 22 of the multi-cylinder reformer 12.
オフガス管P7Aへ分流されたオフガスは、二酸化炭素分離装置54で二酸化炭素が分離される。分離された二酸化炭素は、二酸化炭素管P14へ送出され、回収やその他の用途等のため、水素製造装置10Cの系外へ展開される。これにより、分離した二酸化炭素を有効に利用でき、省エネルギー性の高いシステムとすることができる。二酸化炭素が分離された後の分岐オフガスは、二酸化炭素分離装置54から合流管P15へ送出され、連絡流路管P4で改質ガスと合流する。そして、前述のように、改質ガスと共に水素精製器16へ供給され、精製される。 The off gas which has been diverted to the off gas pipe P7A is subjected to carbon dioxide separation by the carbon dioxide separation device 54. The separated carbon dioxide is sent to the carbon dioxide pipe P14, and is developed out of the system of the hydrogen production apparatus 10C for recovery, other uses, and the like. Thereby, the separated carbon dioxide can be used effectively, and a system with high energy saving can be obtained. After the carbon dioxide is separated, the branched off gas is delivered from the carbon dioxide separator 54 to the junction pipe P15, and merges with the reformed gas in the communication flow pipe P4. Then, as described above, the hydrogen is supplied to the hydrogen purifier 16 together with the reformed gas and purified.
本実施形態の水素製造装置10Cでは、水素精製器16から送出された不純物を含むオフガスについて、二酸化炭素を分離した後の分岐オフガスを、多重筒型改質器12よりも下流側、かつ圧縮機14よりも上流側へ供給する。したがって、二酸化炭素を分離する前のオフガスよりも高い水素濃度のガスを改質ガスと合流させて、水素精製器16へ供給することができ、水素精製器16において効率的に水素精製を行うことができる。 In the hydrogen production apparatus 10C of the present embodiment, with regard to the off gas containing impurities sent from the hydrogen purifier 16, the branched off gas after separating carbon dioxide is disposed downstream of the multi-cylinder reformer 12 and the compressor Supply upstream than 14. Therefore, a gas having a hydrogen concentration higher than the off gas before separating carbon dioxide can be combined with the reformed gas and supplied to the hydrogen purifier 16, and hydrogen purification can be efficiently performed in the hydrogen purifier 16. Can.
なお、本実施形態の合流管P15は、図5に示す水素精製装置10Dのように、原料供給管P1と合流させてもよい。この場合には、分岐オフガスに含まれる未改質原料を、再度改質して水素ガスを得ることができる。 Note that the merging pipe P15 of the present embodiment may be merged with the raw material supply pipe P1 as in the hydrogen purifier 10D shown in FIG. In this case, the unreformed raw material contained in the branched off gas can be reformed again to obtain hydrogen gas.
10A、10B、10C、10D 水素製造装置
12 多重筒型改質器(改質器)
14 圧縮機
16 水素精製器
18 オフガスタンク
21 燃焼部
54 二酸化炭素分離装置(二酸化炭素分離部)
P7 オフガス管(オフガス路)
P7A オフガス管(再精製用オフガス供給部)
P7B オフガス管(燃焼ガス供給部)
P11 水素供給配管(水素ガス路)
P15 合流管(再精製用オフガス供給部)
10A, 10B, 10C, 10D Hydrogen production equipment 12 Multi-cylinder reformer (reformer)
14 compressor 16 hydrogen purifier 18 off gas tank 21 combustion unit 54 carbon dioxide separation device (carbon dioxide separation unit)
P7 Off gas pipe (off gas path)
P7A off gas pipe (off gas supply unit for repurification)
P7B off gas pipe (combustion gas supply unit)
P11 Hydrogen supply piping (hydrogen gas passage)
P15 Merger (off gas supply unit for repurification)
Claims (4)
前記改質ガスを、水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離し、前記オフガスをオフガス路へ送出すると共に、前記水素ガスを水素ガス路へ送出する水素精製器と、
前記改質器と前記水素精製器との間の流路に設けられ、前記改質ガスを昇圧する圧縮機と、
前記圧縮機よりも上流側かつ前記改質器よりも下流側に設けられ、前記改質器から送出された改質ガスから水を分離する水分離部と、
前記オフガス路へ送出された前記オフガスを前記圧縮機よりも上流側かつ前記水分離部よりも下流側で前記改質ガスと合流させて直接または間接的に前記水素精製器へ供給する再精製用オフガス供給部と、
を備えた水素製造装置。 A reformer which reforms the raw material and generates a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A hydrogen purifier that separates the reformed gas into hydrogen gas and an off gas containing impurities, and delivers the off gas to an off gas passage and also delivers the hydrogen gas to a hydrogen gas passage;
A compressor provided in a flow path between the reformer and the hydrogen purifier to boost the reformed gas;
A water separation unit provided upstream of the compressor and downstream of the reformer for separating water from the reformed gas delivered from the reformer;
For repurification, the offgas delivered to the offgas path is merged with the reformed gas upstream of the compressor and downstream of the water separation unit and directly or indirectly supplied to the hydrogen purifier An off gas supply unit,
Hydrogen production equipment equipped with
前記改質ガスを、水素ガスと不純物を含むオフガスとに分離し、前記オフガスをオフガス路へ送出すると共に、前記水素ガスを水素ガス路へ送出する水素精製器と、
前記オフガス路へ送出された前記オフガスを直接または間接的に前記水素精製器へ供給する再精製用オフガス供給部と、
を備え、
前記再精製用オフガス供給部は、前記オフガスから二酸化炭素ガスを分離する二酸化炭素分離部を含んで構成され、
前記二酸化炭素分離部で二酸化炭素が分離された後の二酸化炭素分離後オフガスが前記水素精製器へ供給される、
水素製造装置。 A reformer which reforms the raw material and generates a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A hydrogen purifier that separates the reformed gas into hydrogen gas and an off gas containing impurities, and delivers the off gas to an off gas passage and also delivers the hydrogen gas to a hydrogen gas passage;
An offgas supply unit for repurification, which directly or indirectly supplies the offgas delivered to the offgas path directly or indirectly to the hydrogen purifier;
Equipped with
The repurification off gas supply unit includes a carbon dioxide separation unit that separates carbon dioxide gas from the off gas.
An off gas after carbon dioxide separation after carbon dioxide separation in the carbon dioxide separation unit is supplied to the hydrogen purifier,
Hydrogen production equipment.
前記オフガス路へ送出された前記オフガスを前記燃焼部へ供給する燃焼ガス供給部、を有する、
請求項1または請求項2に記載の水素製造装置。 The reformer has a combustion unit that burns combustible gas,
A combustion gas supply unit for supplying the offgas delivered to the offgas passage to the combustion unit;
The hydrogen production apparatus according to claim 1 or 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018212513A JP6530123B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Hydrogen production equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018212513A JP6530123B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Hydrogen production equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6530123B1 true JP6530123B1 (en) | 2019-06-12 |
JP2020079173A JP2020079173A (en) | 2020-05-28 |
Family
ID=66821724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018212513A Active JP6530123B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Hydrogen production equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6530123B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021004143A (en) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
JP2021004144A (en) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5864393B2 (en) * | 2012-10-03 | 2016-02-17 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Hydrogen supply system |
JP6068176B2 (en) * | 2013-02-12 | 2017-01-25 | 株式会社神戸製鋼所 | Hydrogen production equipment |
JP2016184456A (en) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 大阪瓦斯株式会社 | Gas manufacturing apparatus |
JP2016185895A (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | Jxエネルギー株式会社 | Hydrogen production system |
JP2018135244A (en) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Hydrogen utilization system |
JP6820219B2 (en) * | 2017-03-28 | 2021-01-27 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production system |
-
2018
- 2018-11-12 JP JP2018212513A patent/JP6530123B1/en active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021004143A (en) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
JP2021004144A (en) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
JP7213155B2 (en) | 2019-06-25 | 2023-01-26 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production equipment |
JP7213156B2 (en) | 2019-06-25 | 2023-01-26 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020079173A (en) | 2020-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2196448B1 (en) | Method of coproducing methanol and ammonia | |
ES2970247T3 (en) | Processes for the production of methanol from gaseous hydrocarbons | |
KR20230029615A (en) | How to produce hydrogen | |
JP6530123B1 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP2019055892A (en) | Hydrogen production equipment | |
JP6764384B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP7213156B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP6553273B1 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP6602941B1 (en) | Hydrogen production apparatus and hydrogen production method | |
EP3720813B1 (en) | System and process for production of synthesis gas | |
JP2018162195A (en) | Hydrogen production apparatus | |
JP4196249B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP2020079174A (en) | Hydrogen production apparatus | |
JP7197374B2 (en) | Hydrogen production system | |
JP6553272B1 (en) | Multi-tubular reformer and hydrogen production apparatus | |
JP2020079171A (en) | Hydrogen production apparatus, and hydrogen production system | |
JP7181080B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP7213155B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP2020079170A (en) | Hydrogen production system | |
JP2018162194A (en) | Hydrogen production apparatus | |
JP7129332B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP2019055891A (en) | Hydrogen production equipment | |
JP6570723B1 (en) | Hydrogen production apparatus, hydrogen production method, reuse control program | |
JP7082939B2 (en) | Hydrogen production equipment | |
JP2019137589A (en) | Hydrogen production apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190123 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20190123 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20190215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190305 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190329 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190507 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190515 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6530123 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |