JP7006886B2 - Hydrogen production equipment and hydrogen production method - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニアから水素ガスを製造する水素製造装置及び水素製造方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method for producing hydrogen gas from ammonia.
水素ガスは、究極のクリーンエネルギー源として期待されている。例えば、水素ガスは燃料電池用の燃料ガスとして用いられる。
この水素ガスの原料として、アンモニアを用いることも行われている。アンモニアは、水素の貯蔵及び輸送を容易にする化学物質(水素キャリア)として注目されている。アンモニアは室温、1MPa以下で圧縮することで容易に液化する。液体アンモニアは重量水素密度が17.8質量%と極めて高く、体積水素密度が液体水素の1.5~2.5倍という非常に優れた水素キャリアである。Hydrogen gas is expected to be the ultimate source of clean energy. For example, hydrogen gas is used as a fuel gas for a fuel cell.
Ammonia is also used as a raw material for this hydrogen gas. Ammonia is attracting attention as a chemical substance (hydrogen carrier) that facilitates the storage and transportation of hydrogen. Ammonia is easily liquefied by compressing it at room temperature of 1 MPa or less. Liquid ammonia is an extremely excellent hydrogen carrier having an extremely high weight hydrogen density of 17.8% by mass and a volumetric hydrogen density of 1.5 to 2.5 times that of liquid hydrogen.
ところで、水素ガスが不純物として未分解のアンモニアを含有すると、アンモニアが燃料電池内の電解質膜や触媒層に悪影響を与える。そのため、アンモニアを分解してアンモニア分解ガスを得た後、当該分解ガスをアンモニア吸着器へ導入してアンモニアを除去することが行われている。 By the way, when hydrogen gas contains undecomposed ammonia as an impurity, the ammonia adversely affects the electrolyte membrane and the catalyst layer in the fuel cell. Therefore, after decomposing ammonia to obtain an ammonia decomposing gas, the decomposing gas is introduced into an ammonia adsorbent to remove ammonia.
例えば、特許文献1には、アンモニアをアンモニア分解装置に供給して水素(H2)と窒素(N2)に分解した後、アンモニア吸着器に供給して未反応アンモニアを除去する技術が開示されている。また、特許文献1には、アンモニア吸着器で未反応アンモニアを除去した後のガスから水素以外のガスを分離することで、水素として用いることができることも記載されている。更に特許文献1には、複数のアンモニア吸着器を並列に設置し、一のアンモニア吸着器がアンモニアを吸着する時に他のアンモニア吸着器がアンモニアの脱着を行うことを繰り返すこと(スイッチング方式)も記載されている。For example,
特許文献1には、アンモニア吸着器で未反応アンモニアを除去した後のガスから水素を分離することで、水素を製造することが記載されている。しかし、水素を除去した後のオフガスの活用方法に関する具体的な記載はない。
本発明は、当該オフガスを有効利用し得る水素製造装置及び水素製造方法に関する。
The present invention relates to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method capable of effectively utilizing the off-gas.
本発明者等は鋭意検討した結果、アンモニア分解ガスから未反応アンモニアを除去した後に更に水素を分離した後のオフガスを、アンモニア吸着器内に収納されたアンモニア吸着剤の再生に用いると共に、脱着したアンモニアを含む当該オフガスを燃焼させて燃焼熱を利用することにより、当該オフガスを有効利用し得ることを見出した。
すなわち本発明は、以下の[1]~[25]に関する。As a result of diligent studies, the present inventors used the off-gas after removing unreacted ammonia from the ammonia decomposition gas and further separating hydrogen to regenerate the ammonia adsorbent stored in the ammonia adsorbent and desorbed it. It has been found that the off-gas can be effectively used by burning the off-gas containing ammonia and utilizing the heat of combustion.
That is, the present invention relates to the following [1] to [25].
[1]アンモニア供給装置と、前記アンモニア供給装置に接続されており、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する分解ガスを生成するアンモニア分解装置と、前記アンモニア分解装置に接続されており、前記分解ガスを冷却する分解ガス冷却装置と、前記分解ガス冷却装置に接続されており、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去してアンモニア除去後ガスを流出するアンモニア吸着装置と、前記アンモニア吸着装置に接続されており、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する水素回収装置と、前記アンモニア分解装置を加熱する加熱機器と、を有しており、前記アンモニア吸着装置は、並列に配設された複数のアンモニア吸着器を有しており、前記分解ガス冷却装置からの分解ガスを前記複数のアンモニア吸着器のうち任意の一部に供給可能とされている水素製造装置であって、前記水素回収装置に接続されており、前記オフガスを加熱するオフガス加熱装置と、一端が前記オフガス加熱装置に接続され、他端が前記複数のアンモニア吸着器に接続されており、前記オフガスを使用済みのアンモニア吸着器に供給してアンモニア吸着器を再生可能なオフガス流路と、複数の前記アンモニア吸着器に接続されており、前記使用済みのアンモニア吸着器から流出する吸着材再生ガスを流通する吸着材再生ガス流路と、前記吸着材再生ガス流路に接続されており、前記吸着材再生ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する燃焼反応装置と、一端が前記燃焼反応装置に接続され、他端が前記加熱機器に接続された燃焼ガス流路と、を有する水素製造装置。 [1] Connected to an ammonia supply device and an ammonia decomposition device which is connected to the ammonia supply device and decomposes ammonia to generate a decomposition gas containing hydrogen, nitrogen and unreacted ammonia, and the ammonia decomposition device. A decomposition gas cooling device that cools the decomposition gas, and an ammonia adsorption device that is connected to the decomposition gas cooling device and adsorbs and removes unreacted ammonia from the decomposition gas and discharges the gas after removing the ammonia. A hydrogen recovery device that is connected to the ammonia adsorbing device and separates hydrogen from the ammonia after removing the ammonia and discharges the remaining off-gas, and a heating device that heats the ammonia decomposition device. The ammonia adsorbing device has a plurality of ammonia adsorbers arranged in parallel, and the decomposing gas from the decomposing gas cooling device is applied to any part of the plurality of ammonia adsorbers. A hydrogen production device that can be supplied and is connected to the hydrogen recovery device, the off-gas heating device for heating the off-gas, and one end connected to the off-gas heating device, and the other end is the plurality of ammonia. An off-gas flow path that is connected to an adsorbent and supplies the off-gas to a used ammonia adsorber to regenerate the ammonia adsorbent, and is connected to a plurality of the ammonia adsorbers and the used ammonia. A combustion reaction device that is connected to the adsorbent reclaimed gas flow path through which the adsorbent regenerated gas flowing out of the adsorber flows and the adsorbent regenerated gas flow path, and burns the adsorbent regenerated gas to discharge the combustion gas. A hydrogen production device having a combustion gas flow path having one end connected to the combustion reaction device and the other end connected to the heating device.
当該水素製造装置によると、アンモニアから水素を製造できると共に、水素回収装置から流出するオフガスを、アンモニア吸着器内のアンモニア吸着材の再生用ガスとして有効利用できる。また、水素回収装置から流出するオフガスは、窒素及び水素を含んでおり、また、当該オフガスをアンモニア吸着材の再生に利用した後の吸着材再生ガスは、窒素、水素及びアンモニアを含んでいる。これら窒素、水素及びアンモニアを含む吸着材再生ガスを燃焼反応装置で燃焼させることにより、高温の燃焼ガスを得ることができ、当該高温の燃焼ガスを用いてアンモニア分解装置を十分に加熱することができる。 According to the hydrogen production apparatus, hydrogen can be produced from ammonia, and the off gas flowing out from the hydrogen recovery apparatus can be effectively used as a regenerating gas for the ammonia adsorbent in the ammonia adsorber. Further, the off-gas flowing out from the hydrogen recovery device contains nitrogen and hydrogen, and the adsorbent regeneration gas after the off-gas is used for regeneration of the ammonia adsorbent contains nitrogen, hydrogen and ammonia. A high-temperature combustion gas can be obtained by burning the adsorbent regenerated gas containing nitrogen, hydrogen, and ammonia in a combustion reactor, and the high-temperature combustion gas can be used to sufficiently heat the ammonia decomposition device. can.
[2]前記分解ガス冷却装置と前記オフガス加熱装置とは同一の熱交換器であり、前記アンモニア分解装置から流出する前記分解ガスと前記水素回収装置から流出する前記オフガスとの間で熱交換可能とされている、上記[1]に記載の水素製造装置。
この熱交換器により、分解ガスの熱をオフガスに授与することができ、熱効率が向上する。[2] The decomposition gas cooling device and the off-gas heating device are the same heat exchanger, and heat can be exchanged between the decomposition gas flowing out of the ammonia decomposition device and the off-gas flowing out of the hydrogen recovery device. The hydrogen production apparatus according to the above [1].
With this heat exchanger, the heat of the decomposition gas can be imparted to the off-gas, and the thermal efficiency is improved.
[3]一端が前記加熱機器に接続され、他端が前記吸着材再生ガス流路に接続された循環ガス流路を有する、上記[1]又は[2]に記載の水素製造装置。
当該循環ガス流路を用いることにより、アンモニア分解装置の加熱に用いられた燃焼ガスの一部又は全部を、前述の吸着材再生ガスと混合して燃焼させて、再度アンモニア分解装置の加熱に利用することができる。これにより、アンモニア分解装置に供給する燃焼ガスの流量を多くし、これにより熱効率を向上させることができる。
また、燃焼反応装置から流出する燃焼ガスは、燃焼済みであるため、水素、アンモニア等の可燃性ガスの含有量は少ない。そして、当該燃焼ガスを、アンモニア分解装置の加熱に使用した後に循環ガスとして利用し、前述の吸着材再生ガスと混合して燃焼反応装置で燃焼させる。これにより、燃焼反応装置に供給されるガスを水素の爆発範囲に入らないように調整することができる。[3] The hydrogen production apparatus according to the above [1] or [2], wherein one end is connected to the heating device and the other end is connected to the adsorbent recycled gas flow path.
By using the circulating gas flow path, a part or all of the combustion gas used for heating the ammonia decomposition device is mixed with the above-mentioned adsorbent regenerated gas and burned, and then used again for heating the ammonia decomposition device. can do. As a result, the flow rate of the combustion gas supplied to the ammonia decomposition device can be increased, thereby improving the thermal efficiency.
Further, since the combustion gas flowing out from the combustion reaction device has already been burned, the content of combustible gas such as hydrogen and ammonia is small. Then, the combustion gas is used as a circulating gas after being used for heating the ammonia decomposition device, mixed with the above-mentioned adsorbent reclaimed gas, and burned in the combustion reaction device. This makes it possible to adjust the gas supplied to the combustion reactor so that it does not fall within the hydrogen explosion range.
[4]前記吸着材再生ガス流路及び前記循環ガス流路の一方又は双方に、酸素供給装置が接続されている、上記[3]に記載の水素製造装置。
当該酸素供給装置から酸素含有ガスを供給し、前述の吸着材再生ガス、循環ガス、及び酸素含有ガスを混合して組成を調整後の混合ガスを燃焼反応装置に供給することにより、燃焼反応装置内においてガスをほぼ完全燃焼させることができる。[4] The hydrogen production apparatus according to the above [3], wherein an oxygen supply device is connected to one or both of the adsorbent regenerated gas flow path and the circulating gas flow path.
By supplying an oxygen-containing gas from the oxygen supply device and supplying the mixed gas after adjusting the composition by mixing the above-mentioned adsorbent regenerated gas, circulating gas, and oxygen-containing gas to the combustion reaction device, the combustion reaction device The gas can be burned almost completely inside.
[5]前記循環ガス流路と交差する水流路と、前記循環ガス流路と前記水流路との交差点に設置された温水加熱用熱交換器と、前記水流路の下流端に設けられた加熱水供給装置とを有し、該加熱水供給装置から流出した加熱水を用いて前記アンモニア供給装置を加温する、上記[3]又は[4]に記載の水素製造装置。
当該加熱水供給装置から前述のアンモニア供給装置に温水を放出することにより、アンモニア供給装置内の液体アンモニアを気化させることができる。[5] A water flow path that intersects the circulating gas flow path, a heat exchanger for heating hot water installed at the intersection of the circulating gas flow path and the water flow path, and heating provided at the downstream end of the water flow path. The hydrogen production device according to the above [3] or [4], which has a water supply device and heats the ammonia supply device using the heated water flowing out from the heated water supply device.
By discharging hot water from the heated water supply device to the above-mentioned ammonia supply device, the liquid ammonia in the ammonia supply device can be vaporized.
[6]前記循環ガス流路のうち前記温水加熱用熱交換器よりも下流に、前記循環ガス流路を流通する循環ガス中の水を除去するためのドレンポットを有する、上記[5]に記載の水素製造装置。
当該ドレンポットで水を除去することで、燃焼反応装置で発生した水分を循環ガス系内から排出できる。[6] In the above [5], a drain pot for removing water in the circulating gas flowing through the circulating gas flow path is provided downstream of the hot water heating heat exchanger in the circulating gas flow path. The hydrogen production apparatus described.
By removing the water in the drain pot, the water generated in the combustion reaction device can be discharged from the circulating gas system.
[7]前記循環ガス流路のうち前記温水加熱用熱交換器よりも上流に位置する第1ポイントと前記ドレンポットよりも下流に位置する第2ポイントとが交差して交差点となっており、前記循環ガス流路のうち前記第1ポイントと前記第2ポイントとの間の部分が環状流路となっており、前記交差点に循環ガス用熱交換器が設置されている、上記[6]に記載の水素製造装置。
[8]前記循環ガス流路たとえば環状流路のうち前記ドレンポットよりも下流に、循環ガスの循環機を有する、上記[6]又は[7]に記載の水素製造装置。[7] The first point of the circulating gas flow path located upstream of the hot water heating heat exchanger and the second point located downstream of the drain pot intersect to form an intersection. In the above [6], a portion of the circulating gas flow path between the first point and the second point is an annular flow path, and a heat exchanger for circulating gas is installed at the intersection. The hydrogen production apparatus described.
[8] The hydrogen production apparatus according to the above [6] or [7], which has a circulating gas circulator downstream of the drain pot in the circulating gas flow path, for example, an annular flow path.
[9]前記循環ガス流路たとえば前記環状流路の途中に、前記循環ガスの一部又は全部を排出するためのガス廃棄流路が接続されている、上記[7]に記載の水素製造装置。
当該ガス廃棄流路から、循環ガスの一部又は全部を排出することにより、燃焼反応装置に供給されるガスの組成及び流量を調整することができる。
[9] The hydrogen production apparatus according to the above [7], wherein a gas waste flow path for discharging a part or all of the circulating gas is connected in the middle of the circulating gas flow path, for example, the annular flow path. ..
By discharging a part or all of the circulating gas from the gas waste flow path, the composition and flow rate of the gas supplied to the combustion reaction device can be adjusted.
[10]前記ガス廃棄流路が、一端が前記環状流路に接続された第1のガス廃棄流路と、前記第1のガス廃棄流路の他端に接続された補助アンモニア吸着装置と、前記補助アンモニア吸着装置に接続され、前記補助アンモニア吸着装置から排出されるガスを流通させる第2のガス廃棄流路と、を備えたアンモニア除害設備を有する、上記[9]に記載の水素製造装置。
アンモニア除害装置でガス中のアンモニアを除害することにより、より環境負荷の少ないガスを系外に排出させることができる。[10] The gas waste flow path includes a first gas waste flow path whose one end is connected to the annular flow path, and an auxiliary ammonia adsorption device connected to the other end of the first gas waste flow path. The hydrogen production according to the above [9], which is connected to the auxiliary ammonia adsorbing device and has an ammonia abatement facility provided with a second gas waste flow path for flowing gas discharged from the auxiliary ammonia adsorbing device. Device.
By detoxifying the ammonia in the gas with the ammonia abatement device, the gas with less environmental load can be discharged to the outside of the system.
[11]前記補助アンモニア吸着装置が、並列に配設された複数の補助アンモニア吸着器を有しており、前記第1のガス廃棄流路は、上流端が前記環状流路に接続され、下流端が分岐して第1分岐流路となって前記複数の補助アンモニア吸着器に接続されており、前記第2のガス廃棄流路の上流端は、分岐して第2分岐流路となって前記複数の補助アンモニア吸着器に接続されており、前記アンモニア除害設備は、更に、前記複数の補助アンモニア吸着器に再生ガスを供給する再生ガス供給装置、一端が前記再生ガス供給装置に接続され、他端が分岐して前記第2分岐流路に接続された再生ガス流路、前記再生ガス流路の途中に設けられており、前記再生ガスを加熱する再生ガス加熱器、一端が分岐して前記第1分岐流路に接続されている脱着ガス流路、前記脱着ガス流路の他端に接続されており、前記複数の補助アンモニア吸着器の各々から排出された吸着材脱着ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する廃ガス燃焼反応器、及び前記廃ガス燃焼反応器から排出された燃焼ガスを前記第2のガス廃棄流路に返送する返送流路、を有するアンモニア除害設備である、上記[10]に記載の水素製造装置。
[12]前記廃ガス燃焼反応器が、前記燃焼反応装置である、上記[11]に記載の水素製造装置。
[13]前記返送流路に設けられており、前記廃ガス燃焼反応器から流出された前記燃焼ガスを冷却する、廃ガス冷却器を有する、上記[11]又は[12]に記載の水素製造装置。
[14]前記水素回収装置に接続されており、前記水素回収装置で分離した水素を流出する水素流路と、前記水素流路に設置された圧力制御弁と、を有する、上記[1]~[13]のいずれかに記載の水素製造装置。
当該圧力制御弁により、水素回収装置、アンモニア吸着装置、及びアンモニア分解装置の圧力を、調整することができる。
[11] The auxiliary ammonia adsorber has a plurality of auxiliary ammonia adsorbers arranged in parallel, and the upstream end of the first gas waste flow path is connected to the annular flow path and is downstream. The end branches to form a first branch flow path and is connected to the plurality of auxiliary ammonia adsorbers, and the upstream end of the second gas waste flow path branches to become a second branch flow path. It is connected to the plurality of auxiliary ammonia adsorbers, and the ammonia abatement facility is further connected to a regenerated gas supply device for supplying regenerated gas to the plurality of auxiliary ammonia adsorbents, and one end thereof is connected to the regenerated gas supply device. , The regenerated gas flow path is branched at the other end and connected to the second branch flow path, the regenerated gas heater provided in the middle of the regenerated gas flow path, and one end is branched. The desorbing gas flow path connected to the first branch flow path and the adsorbent desorption gas connected to the other end of the desorption gas flow path and discharged from each of the plurality of auxiliary ammonia adsorbers. An ammonia abatement facility having a waste gas combustion reactor that burns and flows out the combustion gas, and a return flow path that returns the combustion gas discharged from the waste gas combustion reactor to the second gas waste flow path. The hydrogen production apparatus according to the above [10].
[12] The hydrogen production apparatus according to the above [11], wherein the waste gas combustion reactor is the combustion reactor.
[13] The hydrogen production according to the above [11] or [12], which is provided in the return flow path and has a waste gas cooler for cooling the combustion gas flowing out of the waste gas combustion reactor. Device.
[14] The above [1] to the above [1] to have a hydrogen flow path connected to the hydrogen recovery device and flowing out hydrogen separated by the hydrogen recovery device, and a pressure control valve installed in the hydrogen flow path. The hydrogen production apparatus according to any one of [13].
The pressure control valve can adjust the pressure of the hydrogen recovery device, the ammonia adsorption device, and the ammonia decomposition device.
[15]前記アンモニア供給装置と前記アンモニア分解装置とを接続するアンモニア流路と、前記アンモニア流路に設置された流量制御弁と、を有する上記[1]~[14]のいずれかに記載の水素製造装置。
当該流量制御弁により、アンモニア供給装置からアンモニア分解装置に供給するアンモニア流量を制御することができる。[15] The above-mentioned [1] to [14], which has an ammonia flow path connecting the ammonia supply device and the ammonia decomposition device, and a flow rate control valve installed in the ammonia flow path. Hydrogen production equipment.
The flow rate control valve can control the flow rate of ammonia supplied from the ammonia supply device to the ammonia decomposition device.
[16]前記アンモニア流路に設置されたアンモニア加熱用熱交換器と、前記アンモニア分解装置と前記アンモニア吸着装置とを接続する分解ガス流路と、を有しており、前記分解ガス流路の途中が前記アンモニア加熱用熱交換器に流通しており、前記分解ガス流路のうち前記アンモニア加熱用熱交換器の設置位置よりも上流側に、前記分解ガス冷却装置が設置されている、上記[15]に記載の水素製造装置。 [16] It has a heat exchanger for heating ammonia installed in the ammonia flow path, and a decomposition gas flow path connecting the ammonia decomposition device and the ammonia adsorption device, and the decomposition gas flow path of the decomposition gas flow path. The decomposition gas cooling device is installed on the upstream side of the decomposition gas flow path on the upstream side of the installation position of the ammonia heating heat exchanger. The hydrogen production apparatus according to [15].
[17]前記アンモニア分解装置と前記複数のアンモニア吸着器とを接続する分解ガス流路と、前記複数のアンモニア吸着器と前記水素回収装置とを接続するアンモニア除去後ガス流路と、を有しており、前記分解ガス流路の途中に前記分解ガス冷却装置が設置されており、前記分解ガス流路及び前記アンモニア除去後ガス流路が加圧装置を有しない、上記[1]~[16]のいずれかに記載の水素製造装置。
このように、加圧装置を有しないため、設備コスト及び運転コストが低減される。[17] It has a decomposition gas flow path connecting the ammonia decomposition device and the plurality of ammonia adsorbents, and a gas flow path after removing ammonia connecting the plurality of ammonia adsorbents and the hydrogen recovery device. The decomposition gas cooling device is installed in the middle of the decomposition gas flow path, and the decomposition gas flow path and the gas flow path after removing ammonia do not have a pressurizing device. ] The hydrogen production apparatus according to any one of.
As described above, since the pressurizing device is not provided, the equipment cost and the operating cost are reduced.
[18]上記[1]~[17]のいずれかに記載の水素製造装置を用いた水素製造方法であって、前記アンモニア供給装置からの前記アンモニアを前記アンモニア分解装置に流通させ、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する前記分解ガスを生成するアンモニア分解工程、前記アンモニア分解装置から流出する前記分解ガスを、前記分解ガス冷却装置に流通させて冷却した後、前記複数のアンモニア吸着器の一部に流通させて、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去して前記アンモニア除去後ガスを得るアンモニア吸着工程、前記複数のアンモニア吸着器の前記一部から流出する前記アンモニア除去後ガスを、前記水素回収装置に流通させて、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する水素回収工程、前記水素回収装置から流出する前記オフガスを、前記オフガス加熱装置、及び前記複数のアンモニア吸着器の残部のうちの一部又は全部に流通させてアンモニア吸着器を再生させるアンモニア吸着器再生工程、並びに、前記アンモニア吸着器から流出する吸着材再生ガスを、前記燃焼反応装置、前記燃焼ガス流路、及び前記加熱機器に流通させて前記アンモニア分解装置を加熱するアンモニア分解装置の加熱工程、を実施する、水素製造方法。 [18] A hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to any one of the above [1] to [17], wherein the ammonia from the ammonia supply device is circulated to the ammonia decomposition device to decompose the ammonia. Then, in the ammonia decomposition step of generating the decomposition gas containing hydrogen, nitrogen and unreacted ammonia, the decomposition gas flowing out of the ammonia decomposition apparatus is circulated to the decomposition gas cooling apparatus to be cooled, and then the plurality of said. Ammonia adsorption step in which unreacted ammonia is adsorbed and removed from the decomposed gas to obtain a gas after removing the ammonia, and the ammonia flowing out from the part of the plurality of ammonia adsorbers is distributed to a part of the ammonia adsorber. A hydrogen recovery step in which the removed gas is circulated to the hydrogen recovery device to separate hydrogen from the ammonia removed gas and flow out, and the remaining off gas is discharged, and the off gas flowing out from the hydrogen recovery device is used. The off-gas heating device, the ammonia adsorber regeneration step of regenerating the ammonia adsorber by circulating it to a part or all of the rest of the plurality of ammonia adsorbers, and the adsorbent regenerating gas flowing out from the ammonia adsorber. A hydrogen production method for carrying out a heating step of an ammonia decomposition device, which is distributed to the combustion reaction device, the combustion gas flow path, and the heating device to heat the ammonia decomposition device.
当該水素製造装置によると、アンモニアから水素を製造できると共に、水素回収装置から流出するオフガスを、アンモニア吸着器内のアンモニア吸着材の再生用ガスとして有効利用できる。また、水素回収装置から流出するオフガスは、窒素及び水素を含んでおり、また、当該オフガスをアンモニア吸着材の再生に利用した後の吸着材再生ガスは、窒素、水素及びアンモニアを含んでいる。これら窒素、水素及びアンモニアを含む吸着材再生ガスを燃焼反応装置で燃焼させることにより、高温の燃焼ガスを得ることができ、当該高温の燃焼ガスを用いてアンモニア分解装置を十分に加熱することができる。 According to the hydrogen production apparatus, hydrogen can be produced from ammonia, and the off gas flowing out from the hydrogen recovery apparatus can be effectively used as a regenerating gas for the ammonia adsorbent in the ammonia adsorber. Further, the off-gas flowing out from the hydrogen recovery device contains nitrogen and hydrogen, and the adsorbent regeneration gas after the off-gas is used for regeneration of the ammonia adsorbent contains nitrogen, hydrogen and ammonia. A high-temperature combustion gas can be obtained by burning the adsorbent regenerated gas containing nitrogen, hydrogen, and ammonia in a combustion reactor, and the high-temperature combustion gas can be used to sufficiently heat the ammonia decomposition device. can.
[19]前記オフガス加熱装置は、前記分解ガス冷却装置であり、前記分解ガス冷却装置により、前記分解ガスの熱を前記オフガスに授与して前記オフガスを加熱する、上記[18]に記載の水素製造方法。
この熱交換器により、分解ガスの熱をオフガスに授与することができ、熱効率が向上する。[19] The hydrogen according to the above [18], wherein the off-gas heating device is the decomposition gas cooling device, and the heat of the decomposition gas is imparted to the off-gas by the decomposition gas cooling device to heat the off-gas. Production method.
With this heat exchanger, the heat of the decomposition gas can be imparted to the off-gas, and the thermal efficiency is improved.
[20]一端が前記加熱機器に接続され、他端が前記吸着材再生ガス流路に接続された循環ガス流路を有しており、前記燃焼ガスを、前記燃焼ガス流路、前記加熱機器及び前記循環ガス流路を介して前記吸着材再生ガス流路に流通させて、前記吸着材再生ガスとの混合ガスとし、前記混合ガスを前記燃焼反応装置に流通させて燃焼させる、上記[18]又は[19]に記載の水素製造方法。
当該循環ガス流路を用いることにより、アンモニア分解装置の加熱に用いられた燃焼ガスの一部又は全部を、前述の吸着材再生ガスと混合して燃焼させて、再度アンモニア分解装置の加熱に利用することができる。これにより、アンモニア分解装置に供給する燃焼ガスの流量を多くし、これにより熱効率を向上させることができる。
また、燃焼反応装置から流出する燃焼ガスは、燃焼済みであるため、水素、アンモニア等の可燃性ガスの含有量は少ない。そして、当該燃焼ガスを、アンモニア分解装置の加熱に使用した後に循環ガスとして利用し、前述の吸着材再生ガスと混合して燃焼反応装置で燃焼させる。これにより、燃焼反応装置に供給されるガスを水素の爆発範囲に入らないように調整することができる。[20] One end has a circulating gas flow path connected to the heating device and the other end connected to the adsorbent regenerated gas flow path, and the combustion gas is used in the combustion gas flow path and the heating device. And, it is circulated to the adsorbent reclaimed gas flow path through the circulating gas flow path to form a mixed gas with the adsorbent regenerated gas, and the mixed gas is circulated to the combustion reaction device to be burned. ] Or [19].
By using the circulating gas flow path, a part or all of the combustion gas used for heating the ammonia decomposition device is mixed with the above-mentioned adsorbent regenerated gas and burned, and then used again for heating the ammonia decomposition device. can do. As a result, the flow rate of the combustion gas supplied to the ammonia decomposition device can be increased, thereby improving the thermal efficiency.
Further, since the combustion gas flowing out from the combustion reaction device has already been burned, the content of combustible gas such as hydrogen and ammonia is small. Then, the combustion gas is used as a circulating gas after being used for heating the ammonia decomposition device, mixed with the above-mentioned adsorbent reclaimed gas, and burned in the combustion reaction device. This makes it possible to adjust the gas supplied to the combustion reactor so that it does not fall within the hydrogen explosion range.
[21]前記吸着材再生ガス流路及び前記循環ガス流路の一方又は双方に、酸素供給装置が接続されており、前記酸素供給装置から供給される酸素含有ガスを、前記循環ガスと前記吸着材再生ガスとの混合ガスとし、前記混合ガスを前記燃焼反応装置に流通させて燃焼させる、上記[20]に記載の水素製造方法。
当該酸素供給装置から酸素含有ガスを供給し、前述の吸着材再生ガス、循環ガス、及び酸素含有ガスを混合して組成を調整後の混合ガスを燃焼反応装置に供給することにより、燃焼反応装置内においてガスをほぼ完全燃焼させることができる。[21] An oxygen supply device is connected to one or both of the adsorbent regenerated gas flow path and the circulating gas flow path, and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen supply device is adsorbed with the circulating gas. The hydrogen production method according to the above [20], wherein the mixed gas is used as a mixed gas with the recycled material gas, and the mixed gas is circulated through the combustion reactor and burned.
By supplying an oxygen-containing gas from the oxygen supply device and supplying the mixed gas after adjusting the composition by mixing the above-mentioned adsorbent regenerated gas, circulating gas, and oxygen-containing gas to the combustion reaction device, the combustion reaction device The gas can be burned almost completely inside.
[22]前記循環ガス流路と交差する水流路と、前記循環ガス流路と前記水流路との交差点に設置された温水加熱用熱交換器と、前記水流路の下流端に設けられた加熱水供給装置とを有しており、水または温水を前記温水加熱用熱交換器に流通して加熱水にした後、前記加熱水供給装置から前記アンモニア供給装置に加熱水を供給して、アンモニアを気化させる、上記[20]又は[21]に記載の水素製造方法。
当該加熱水供給装置から前述のアンモニア供給装置に加熱水を放出することにより、アンモニア供給装置内の液体アンモニアを気化させることができる。[22] A water flow path that intersects the circulating gas flow path, a heat exchanger for heating hot water installed at the intersection of the circulating gas flow path and the water flow path, and heating provided at the downstream end of the water flow path. It has a water supply device, and after flowing water or hot water to the hot water heating heat exchanger to make heated water, the heated water supply device supplies the heated water to the ammonia supply device to generate ammonia. The hydrogen production method according to the above [20] or [21].
By discharging the heated water from the heated water supply device to the above-mentioned ammonia supply device, the liquid ammonia in the ammonia supply device can be vaporized.
[23]前記循環ガス流路のうち前記温水加熱用熱交換器よりも下流に、前記循環ガス中の水を除去するためのドレンポットを有しており、前記循環ガスを、前記ドレンポットに流通させて水を除去した後に、前記吸着材再生ガスと共に前記燃焼反応装置に流通させて燃焼させる、上記[22]に記載の水素製造方法。
当該ドレンポットで水を除去することで、燃焼反応装置で発生した水分を循環ガス系内から排出できる。[23] A drain pot for removing water in the circulating gas is provided downstream of the hot water heating heat exchanger in the circulating gas flow path, and the circulating gas is transferred to the drain pot. The hydrogen production method according to the above [22], wherein after the water is circulated and the water is removed, the hydrogen is circulated to the combustion reactor together with the adsorbent regenerated gas and burned.
By removing the water in the drain pot, the water generated in the combustion reaction device can be discharged from the circulating gas system.
[24]前記水素回収装置に接続されており、前記水素回収装置で分離した水素を流出する水素流路と、前記水素流路に設置された圧力制御弁と、を有しており、前記圧力制御弁を制御することにより、前記アンモニア分解装置の圧力P1、前記アンモニア吸着装置の圧力P2、及び前記水素回収装置の圧力P3の各々を、
P1≧P2≧P3
という関係を満たす所定の圧力範囲に制御する、上記[18]~[23]のいずれかに記載の水素製造方法。
このように、P1≧P2≧P3とすることにより、加圧装置が不要となり、設備コスト及び運転コストが低減される。
当該酸素供給装置から酸素含有ガスを供給し、前述の吸着材再生ガス及び酸素含有ガスを混合して組成を調整後の混合ガスを燃焼反応装置に供給することにより、燃焼反応装置内においてガスをほぼ完全燃焼させることができる。
[25]前記水素製造装置は上記[10]~[13]のいずれかに記載の水素製造装置であり、前記ガス廃棄流路を流通するガスを前記アンモニア除害設備に供給してアンモニアを除害するアンモニア除害工程を有する、[18]~[24]のいずれかに記載の水素製造方法。[24] It has a hydrogen flow path that is connected to the hydrogen recovery device and discharges hydrogen separated by the hydrogen recovery device, and a pressure control valve installed in the hydrogen flow path, and has the pressure. By controlling the control valve, each of the pressure P1 of the ammonia decomposition device, the pressure P2 of the ammonia adsorption device, and the pressure P3 of the hydrogen recovery device can be reduced.
P1 ≧ P2 ≧ P3
The hydrogen production method according to any one of the above [18] to [23], which is controlled to a predetermined pressure range satisfying the above relationship.
By setting P1 ≧ P2 ≧ P3 in this way, the pressurizing device becomes unnecessary, and the equipment cost and the operating cost are reduced.
By supplying an oxygen-containing gas from the oxygen supply device and supplying the mixed gas after adjusting the composition by mixing the above-mentioned adsorbent regenerated gas and the oxygen-containing gas to the combustion reaction device, the gas is supplied in the combustion reaction device. It can be burned almost completely.
[25] The hydrogen production apparatus is the hydrogen production apparatus according to any one of the above [10] to [13], and the gas flowing through the gas waste flow path is supplied to the ammonia abatement facility to remove ammonia. The hydrogen production method according to any one of [18] to [24], which comprises a harmful ammonia abatement step.
本発明によれば、アンモニアを分解して水素ガスを製造したときに発生するオフガスを有効利用することが可能な、水素製造装置及び水素製造方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there is provided a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method capable of effectively utilizing off-gas generated when ammonia is decomposed to produce hydrogen gas.
[第1の実施の形態]
<水素製造装置>
図1は、第1の実施の形態に係る水素製造装置1の概略図である。
本実施の形態に係る水素製造装置1は、アンモニア供給装置2と、当該アンモニア供給装置2に接続されており、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する分解ガスを生成するアンモニア分解装置3と、当該アンモニア分解装置3に接続されており、分解ガスを冷却する分解ガス冷却装置4aと、当該分解ガス冷却装置4aに接続されており、分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去して水素ガスと窒素ガスを主成分とするアンモニア除去後ガスを流出するアンモニア吸着装置5と、当該アンモニア吸着装置5に接続されており、アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、水素ガスと窒素ガスを含む残りのオフガスを排出する水素回収装置6と、前記アンモニア分解装置を加熱する加熱機器8と、を有している。[First Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 1 is a schematic view of the
The
当該アンモニア吸着装置5は、並列に配設された複数のアンモニア吸着器5a、5bを有しており、前記分解ガス冷却装置4aからの分解ガスを当該複数のアンモニア吸着器5a、5bのうち任意の一方に供給可能とされている。
なお、本実施の形態では、アンモニア吸着器5a、5bの数は2個であるが、3個以上でもよい。The
In the present embodiment, the number of
水素製造装置1は、更に、前記水素回収装置6に接続されており、前記オフガスを加熱するオフガス加熱装置4bを有する。
なお、本実施の形態では、当該オフガス加熱装置4bと前記分解ガス冷却装置4aとは同一の熱交換器(分解ガス冷却用熱交換器)4であり、前記アンモニア分解装置3から流出する前記分解ガスと前記水素回収装置6から流出する前記オフガスとの間で熱交換可能とされている。これにより、熱効率が向上する。The
In the present embodiment, the off-
前記アンモニア供給装置2と前記アンモニア分解装置3とは、アンモニア流路11を介して接続されている。
前記アンモニア分解装置3と前記アンモニア吸着装置5とは、分解ガス流路12を介して接続されており、当該分解ガス流路12の途中に前記分解ガス冷却装置4aが接続されている。なお、当該分解ガス流路12の下流端は、複数本(本実施の形態では2本)の分岐流路12a、12bに分岐して複数(本実施の形態では2個)のアンモニア吸着器5a、5bの総てに接続されている。
前記アンモニア吸着装置5と前記水素回収装置6とは、アンモニア除去後ガス流路14を介して接続されている。なお、アンモニア除去後ガス流路14の上流端は、複数本(本実施の形態では2本)の分岐流路14a、14bに分岐して複数(本実施の形態では2個)のアンモニア吸着器5a、5bの総てに接続されている。これら分岐流路12a、12b及び分岐流路14a、14bのそれぞれは、開閉弁を有している。
前記水素製造装置1は、更に、前記水素回収装置6に接続されており、アンモニア除去後ガスから分離した水素を流出する水素流路15と、アンモニア除去後ガスから水素を分離した後に残るオフガスを流出する接続流路21とを有する。この接続流路21の一端(上流端)は水素回収装置6に接続され、他端(下流端)は前記オフガス加熱装置4b(分解ガス冷却用熱交換器4)に接続されている。The
The
The
The
また、水素製造装置1は、一端が当該オフガス加熱装置4b(分解ガス冷却用熱交換器4)に接続され、他端が前記複数のアンモニア吸着器5a、5bに接続されており、前記オフガスを使用済みのアンモニア吸着器5a、5bに供給してアンモニア吸着器を再生可能なオフガス流路22と、複数の前記アンモニア吸着器5a、5bに接続されており、前記使用済みのアンモニア吸着器5a、5bから流出する吸着材再生ガス(主成分は、水素ガス、窒素ガス、及びアンモニア)を流通する吸着材再生ガス流路23と、当該吸着材再生ガス流路23に接続されており、前記吸着材再生ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する燃焼反応装置7と、一端が前記燃焼反応装置7に接続され、他端が前記加熱機器8に接続された燃焼ガス流路24と、を有する。
上記オフガス流路22の下端は、複数本(本実施の形態では2本)の分岐流路22a、22bに分岐して、複数本(本実施の形態では2本)の分岐流路14a、14bのうち開閉弁よりも上流側に接続されている。吸着材再生ガス流路23の上流端は、複数本(本実施の形態では2本)の分岐流路23a、23bに分岐して複数(本実施の形態では2個)の分岐流路12a、12bのうち開閉弁よりも下流側に接続されている。これら分岐流路22a、22b及び分岐流路23a、23bのそれぞれは、開閉弁を有している。Further, the
The lower end of the off-
なお、本実施の形態では、前記分解ガス流路12及び前記アンモニア除去後ガス流路14が、加圧装置を有しない。これにより、設備コスト及び運転コストを削減できる。なお、本実施の形態では、水素製造装置1が加圧装置を有しない。
ただし、分解ガス流路12及びアンモニア除去後ガス流路14の少なくとも一方に、加圧装置を設けてもよい。これにより、アンモニア分解装置3の圧力を低くしてアンモニア分解効率を向上させると共に、水素回収装置6に流入するアンモニア除去後ガスの圧力を高くして水素回収効率を向上させることができる。当該加圧装置を設ける場合には、分解ガス流路12及びアンモニア除去後ガス流路14のうちアンモニア除去後ガス流路14のみに設けることが好ましい。In this embodiment, the decomposed
However, a pressurizing device may be provided in at least one of the decomposition
(アンモニア供給装置2)
本実施の形態において、アンモニア供給装置2は、液体アンモニアタンクを有する。(Ammonia supply device 2)
In the present embodiment, the
(アンモニア分解装置3)
アンモニア分解装置3は、アンモニア分解触媒を収納している。
アンモニア分解触媒としては、アンモニア分解反応に触媒活性を有するものであれば特に制限はないが、例えば、卑金属系遷移金属(鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン等)、希土類系(ランタン、セリウム、ネオジム等)、貴金属系(ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金等)を組成として含む触媒が挙げられる。上記卑金属系遷移金属は金属単体、合金、窒化物、炭化物、酸化物、複合酸化物として用いることができ、上記希土類系は酸化物として用いることができ、当該卑金属系遷移金属及び当該希土類系ともに、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア等の高い比表面積を有する担体に担持して用いることができる。また、上記貴金属系も、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニア等の高い比表面積を有する担体に担持して用いることができる。また、上記遷移金属系及び/又は上記希土類系に、少量の上記貴金属系を含有させて用いることもできる。これらの触媒は単体で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。(Ammonia decomposition device 3)
The
The ammonia decomposition catalyst is not particularly limited as long as it has catalytic activity in the ammonia decomposition reaction, but for example, base metal transition metals (iron, cobalt, nickel, molybdenum, etc.), rare earths (lanthanum, ruthenium, neodymium, etc.), etc. ), A catalyst containing a noble metal system (ruthenium, rhodium, iridium, palladium, platinum, etc.) as a composition. The base metal transition metal can be used as a single metal, an alloy, a nitride, a carbide, an oxide, or a composite oxide, and the rare earth system can be used as an oxide. Both the base metal transition metal and the rare earth system can be used. , Alumina, silica, magnesia, zirconia, titania and the like, and can be supported on a carrier having a high specific surface area. Further, the noble metal system can also be used by supporting it on a carrier having a high specific surface area such as alumina, silica, magnesia, zirconia, and titania. Further, the transition metal system and / or the rare earth system may be used by containing a small amount of the noble metal system. These catalysts may be used alone or in combination of two or more.
(アンモニア吸着装置5)
アンモニア吸着装置5を構成するアンモニア吸着器5a、5bは、アンモニア吸着材を収納している。
アンモニア吸着材としては、分解ガス中のアンモニアを除去でき且つ再生可能であるものであれば特に制限はなく、好ましくは、ゼオライト、活性炭、アルミナ、シリカ、複合酸化物である。(Ammonia adsorption device 5)
The
The ammonia adsorbent is not particularly limited as long as it can remove ammonia in the decomposition gas and is reproducible, and is preferably zeolite, activated carbon, alumina, silica, or a composite oxide.
(水素回収装置6)
水素回収装置6は、アンモニアを分解してなる分解ガス(主成分:水素ガス及び窒素ガス)から、水素を分取し得るものであれば特に限定はない。例えば、水素回収装置6は、圧力変動吸着分離装置(PSA装置)、温度変動吸着分離装置(TSA装置)、水素分離膜を有する水素分離膜装置等が挙げられる。(Hydrogen recovery device 6)
The
(燃焼反応装置7)
燃焼反応装置7は、再生中のアンモニア吸着器5a、5bから流出する吸着材再生ガスを燃焼し得るものであれば特に限定はなく、例えば、内部に燃焼触媒を収納する燃焼反応装置、直接燃焼装置等が挙げられる。
燃焼反応装置で用いられる触媒としては、パラジウム、白金等が挙げられるが、コストの観点から、パラジウムが好ましい。また、直接燃焼装置の場合は、吸着材再生ガスに灯油、天然ガス等を混合し燃焼することも可能である。
(加熱機器8)
加熱機器8は、燃焼反応装置7からの燃焼ガスをアンモニア分解装置3の周囲に供給してアンモニア分解装置3を加熱する機器である。
加熱機器8としては、アンモニア分解装置3の周囲を覆うジャケットに燃焼ガスを供給する装置や、燃焼ガスが通る配管をアンモニア分解装置3の周囲に巻きつけたものなどを例示できる。(Combustion reactor 7)
The
Examples of the catalyst used in the combustion reactor include palladium, platinum and the like, but palladium is preferable from the viewpoint of cost. Further, in the case of a direct combustion device, it is also possible to mix kerosene, natural gas or the like with the regenerated gas of the adsorbent and burn it.
(Heating equipment 8)
The
Examples of the
<水素製造方法>
次に、前述した水素製造装置1を用いた水素製造方法の一例について説明する。
本実施の形態に係る水素製造方法では、後述する第1の運転と第2の運転とを繰り返す。<Hydrogen production method>
Next, an example of a hydrogen production method using the above-mentioned
In the hydrogen production method according to the present embodiment, the first operation and the second operation, which will be described later, are repeated.
(第1の運転)
第1の運転では、アンモニア吸着器5aを用いて水素ガスの製造を実施すると共に、アンモニア吸着器5b内のアンモニア吸着材の再生を実施する。
すなわち、第1の運転は、後述するアンモニア分解工程、アンモニア吸着工程、水素回収工程、アンモニア吸着器再生工程、及び、アンモニア分解装置の加熱工程、を有する。(First operation)
In the first operation, hydrogen gas is produced using the
That is, the first operation includes an ammonia decomposition step, an ammonia adsorption step, a hydrogen recovery step, an ammonia adsorber regeneration step, and a heating step of the ammonia decomposition apparatus, which will be described later.
〔アンモニア分解工程〕
アンモニア分解工程は、前記アンモニア供給装置2からのアンモニアを前記アンモニア分解装置3に流通させ、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する前記分解ガスを生成する工程である。
アンモニア分解装置3内の温度は、好ましくは400~800℃である。当該温度が400℃以上であると、アンモニアの分解が促進され、分解ガス中における未反応アンモニアの含有量が少なくなる。また、当該温度が800℃以下であると、アンモニア分解触媒の劣化が抑制され、また、消費エネルギー量が抑制される。当該観点から、アンモニア分解装置3内の温度は、より好ましくは430~650℃、更に好ましくは450~550℃、より更に好ましくは480~520℃である。[Ammonia decomposition process]
The ammonia decomposition step is a step of circulating the ammonia from the
The temperature inside the
アンモニア分解装置3内の圧力は、好ましくは0.0~1.0MPaG(ゲージ圧)である。当該圧力が0.0MPaG以上であると、装置への大気の漏れ込みが防止される。当該圧力が1.0MPaG以下であると、アンモニア分解反応は分子数が増える平衡反応であるため、分解ガス中における未反応アンモニアの含有量を低減することができる。
当該観点から、アンモニア分解装置3内の圧力は、より好ましくは0.2~0.8MPaG、更に好ましくは0.3~0.7MPaG、より更に好ましくは0.45~0.55MPaGである。The pressure in the
From this point of view, the pressure in the
〔アンモニア吸着工程〕
アンモニア吸着工程は、前記アンモニア分解工程の実施により、前記アンモニア分解装置3から流出する前記分解ガスを、前記分解ガス冷却装置4a(分解ガス冷却用熱交換器4)に流通させて冷却した後、前記複数のアンモニア吸着器5a、5bの一方(アンモニア吸着器5a)に流通させて、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去して前記アンモニア除去後ガスを得る工程である。
アンモニア吸着器5a内の温度は、好ましくは10~100℃である。当該温度が10℃以上であると、ガスの冷却装置が不要となり、エネルギー消費量を削減できる。また、当該温度が100℃以下であると、アンモニアの吸着量が大きくなる。
当該観点から、アンモニア吸着器5a内の温度は、より好ましくは15~80℃、更に好ましくは20~60℃、より更に好ましくは25~50℃である。[Ammonia adsorption process]
In the ammonia adsorption step, the decomposition gas flowing out from the
The temperature in the
From this point of view, the temperature inside the
アンモニア吸着器5a内の圧力は、好ましくは0.1~1.0MPaGである。当該圧力が0.1MPaG以上であると、アンモニア吸着材の単位量当たりのアンモニア吸着量が大きくなる。また、当該圧力が1.0MPaG以下であると、ガスの昇圧のためのエネルギー消費を削減できる。
当該観点から、アンモニア吸着器5a内の圧力は、より好ましくは0.15~0.8MPaG、更に好ましくは0.2~0.6MPaG、より更に好ましくは0.25~0.5MPaGである。The pressure in the
From this point of view, the pressure in the
また、前記アンモニア分解装置3の圧力P1、及びアンモニア吸着器5a内の圧力P2を、
P1≧P2
としてもよい。これにより、アンモニア分解装置3とアンモニア吸着器5aとの間に、加圧装置を設ける必要がなくなり、運転コスト及び設備コストが抑制される。
また、当該アンモニア吸着器5aの圧力を利用して、下流の水素回収装置6において水素回収を行う観点からは、アンモニア吸着器5a内の圧力は、より好ましくは0.2~0.8MPaG、更に好ましくは0.25~0.6MPaG、より更に好ましくは0.3~0.5MPaGである。Further, the pressure P1 of the
P1 ≧ P2
May be. This eliminates the need to provide a pressurizing device between the
Further, from the viewpoint of recovering hydrogen in the downstream
〔水素回収工程〕
水素回収工程は、前記複数のアンモニア吸着器5a、5bの前記一方(アンモニア吸着器5a)から流出する前記アンモニア除去後ガスを、前記水素回収装置6に流通させて、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する工程である。[Hydrogen recovery process]
In the hydrogen recovery step, the gas after removing ammonia flowing out from one of the plurality of
水素回収装置6内の温度は、好ましくは10~60℃である。
水素回収装置6内の圧力は、好ましくは0.1~1.0MPaGである。
前記アンモニア分解装置3の圧力P1、前記アンモニア吸着装置5(アンモニア吸着器5a)の圧力P2、及び前記水素回収装置6の圧力P3の各々は、
P1≧P2≧P3
という関係を満たしてもよい。これにより、アンモニア分解装置3とアンモニア吸着器5aとの間、及びアンモニア吸着器5aと水素回収装置6との間に、加圧装置を設ける必要がなくなり、運転コスト及び設備コストが抑制される。The temperature inside the
The pressure in the
Each of the pressure P1 of the
P1 ≧ P2 ≧ P3
May be satisfied. As a result, it is not necessary to provide a pressurizing device between the
〔アンモニア吸着器再生工程〕
アンモニア吸着器再生工程は、前記水素回収装置6から流出する前記オフガスを、前記オフガス加熱装置4b(分解ガス冷却用熱交換器4)、及び前記複数のアンモニア吸着器5a及び5bの残部(たとえばアンモニア吸着器5aを使用中の場合は、アンモニア吸着器5b)に流通させてアンモニア吸着器(アンモニア吸着器5b)を再生させる工程である。アンモニア吸着器5が3個以上存在する場合は、アンモニア吸着中ではない装置群のうちの少なくとも1つにこの再生工程を適用できる。
前述のとおり、水素回収装置6に供給されるアンモニア除去後ガスは、アンモニア吸着装置5において、アンモニア分解ガス(水素、窒素及び未反応アンモニア)からアンモニアが除去されている。したがって、水素回収装置6から流出するオフガス中におけるアンモニア含有量は少量である。したがって、当該オフガスを加熱した後にアンモニア吸着器5bに流通させることにより、アンモニア吸着材に吸着したアンモニアを良好に脱着させて、アンモニア吸着材を再生させることができる。
また、アンモニア吸着器5bを再生させている間、アンモニア吸着器5aを用いて分解ガスからアンモニアを吸着除去することができる。[Ammonia adsorber regeneration process]
In the ammonia adsorber regeneration step, the off-gas flowing out of the
As described above, in the ammonia-removed gas supplied to the
Further, while the
アンモニアを脱着させるときのアンモニア吸着器5b内の温度は、好ましくは100~500℃である。当該温度が100℃以上であると、アンモニア吸着材を十分に再生させることができる。また、当該温度が500℃以上であると、吸着材の劣化が懸念される。当該観点から、アンモニア吸着器5b内の温度は、より好ましくは200~450℃、更に好ましくは300~430℃、より更に好ましくは380~420℃である。
The temperature inside the
アンモニア吸着器5b内の圧力は、好ましくは0.0~0.5MPaGである。当該圧力が0.0MPaG以上であると、真空引きが不要となりエネルギーを要しない。また、当該圧力が0.5MPaG以下であると、十分にアンモニアを脱着することができる。当該観点から、アンモニア吸着器5b内の圧力は、より好ましくは0.0~0.45MPaG、更に好ましくは0.0~0.4MPaG、より更に好ましくは0.0~0.3MPaGである。
The pressure in the
〔アンモニア分解装置の加熱工程〕
アンモニア分解装置の加熱工程は、前記アンモニア吸着器5bから流出する吸着材再生ガスを、前記燃焼反応装置7にて燃焼させることで熱エネルギーを生じさせ、この燃焼ガスを、前記燃焼ガス流路24を介して前記加熱機器8に流通させて前記アンモニア分解装置3を加熱する工程である。
前記アンモニア吸着器5bから流出する吸着材再生ガスは、前記アンモニア吸着器5bから脱着されたアンモニアを含んでいる。また、水素回収装置6で回収されずにオフガス中に含有する水素も含んでいる。したがって、当該吸着材再生ガスを燃焼反応装置7で燃焼させることにより、高温の燃焼ガスを得ることができる。また、この高温の燃焼ガスを用いてアンモニア分解装置3を加熱することにより、アンモニア分解装置3を十分に加熱することができる。[Heating process of ammonia decomposition device]
In the heating step of the ammonia decomposition device, heat energy is generated by burning the adsorbent regenerated gas flowing out from the
The adsorbent reclaimed gas flowing out of the
(第2の運転)
前述の第1の運転を継続した後に、下記の第2の運転を実施する。
第2の運転では、第1の運転で再生させたアンモニア吸着器の一部又は全部(アンモニア吸着器5b)を用いてアンモニア吸着工程を行い、また、第1の運転で、アンモニア吸着工程で使用していたアンモニア吸着器(アンモニア吸着器5a)に対してアンモニア吸着器再生工程を実施する。なお、その他の工程、すなわち、アンモニア分解工程、水素回収工程、及びアンモニア分解装置の加熱工程は、第1の運転と同様である。
このように、第1の運転と第2の運転とを繰り返すことにより、連続運転を行うことができる。(Second operation)
After continuing the above-mentioned first operation, the following second operation is carried out.
In the second operation, the ammonia adsorption step is performed using a part or all of the ammonia adsorber regenerated in the first operation (
In this way, continuous operation can be performed by repeating the first operation and the second operation.
[第2の実施の形態]
<水素製造装置>
図2は、第2の実施の形態に係る水素製造装置30の概略図であり、図3は、図2の水素製造装置30を用いた第1の運転を説明する概略図である。
本実施の形態に係る水素製造装置30は、アンモニア供給装置31、アンモニア分解装置32、分解ガス冷却装置33a(分解ガス冷却用熱交換器33)、アンモニア吸着装置34、水素回収装置35、及び加熱機器38、を有する。
当該アンモニア吸着装置34は、並列に配設された複数(本実施の形態では2個)のアンモニア吸着器34a、34bを有している。
これらの装置31、32、33a(33)、34、35、38の詳細は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
後述するとおり、本実施の形態では、分解ガス冷却装置33aは、分解ガス冷却用熱交換器33であり、オフガス加熱装置33bを兼ねている。[Second Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 2 is a schematic diagram of the
The
The
Details of these
As will be described later, in the present embodiment, the decomposition
また、水素製造装置30は、アンモニア供給装置31とアンモニア分解装置32とを接続するアンモニア流路41、アンモニア分解装置32とアンモニア吸着装置34とを接続する分解ガス流路42、アンモニア吸着装置34と水素回収装置35とを接続するアンモニア除去後ガス流路43、及び水素回収装置35で分離された水素を流出させる水素流路44を有する。
上記分解ガス流路42は、一端(上流端)がアンモニア分解装置32に接続され、他端側が分岐して分岐流路42a、42bとなり、分岐流路42aがアンモニア吸着器34aに接続され、分岐流路42bがアンモニア吸着器34bに接続されている。分岐流路42a、42bのそれぞれは、開閉弁を有している。
また、上記アンモニア除去後ガス流路43は、一端(上流端)が分岐して分岐流路43a、43bとなり、分岐流路43aがアンモニア吸着器34aに接続され、分岐流路43bがアンモニア吸着器34bに接続されている。また、アンモニア除去後ガス流路43の他端は、合流して水素回収装置35に接続されている。分岐流路43a、43bのそれぞれは、開閉弁を有している。
上記アンモニア流路41には、流量制御弁V1が設けられている。また、上記水素流路44には、圧力制御弁V2が設けられている。Further, the
One end (upstream end) of the decomposition
Further, in the
The flow rate control valve V1 is provided in the
上記アンモニア流路41のうち流量制御弁V1よりも下流側には、上流側(アンモニア供給装置31側)から順に、アンモニア加熱用熱交換器51及びアンモニア補助加熱用熱交換器52が設けられている。
上記分解ガス流路42のうち分岐路42a、42bよりも上流側には、上流側(アンモニア分解装置32側)から順に、分解ガス冷却装置33a(分解ガス冷却用熱交換器33)、上記アンモニア加熱用熱交換器51、及び水加熱用熱交換器54が設けられている。
すなわち、上記アンモニア流路41と分解ガス流路42とが交差しており、当該交差箇所に、上記アンモニア加熱用熱交換器51が設けられている。したがって、上記アンモニア加熱用熱交換器51のチューブ側及びシェル側の一方にアンモニアが流通し、他方に分解ガスが流通し、アンモニアと分解ガスとの間で熱交換可能とされている。Ammonia
Of the decomposition
That is, the
更に、水素製造装置30は、水素回収装置35に接続された接続流路61と、当該接続流路61を介して水素回収装置35に接続されており、水素回収装置35から接続流路61を介して流出するオフガスを加熱するオフガス加熱装置33b(分解ガス冷却用熱交換器33)を有する。
本実施の形態では、前記分解ガス冷却装置33aと当該オフガス加熱装置33bとは同一の熱交換器(分解ガス冷却用熱交換器33)であり、アンモニア分解装置32から流出する分解ガスと前記水素回収装置35から流出するオフガスとの間で熱交換可能とされている。Further, the
In the present embodiment, the decomposition
また、水素製造装置30は、一端がオフガス加熱装置33b(分解ガス冷却用熱交換器33)に接続され、他端が分岐して前記複数のアンモニア吸着器34a、34bに接続されており、前記オフガスを使用済みのアンモニア吸着器に供給してアンモニア吸着器を再生可能なオフガス流路62を有する。
すなわち、当該オフガス流路62の一端(上流端)は上記オフガス加熱装置33b(分解ガス冷却用熱交換器33)に接続されており、他端は分岐して分岐流路62a、62bとなり、分岐流路62aが上記アンモニア除去後ガス流路43の分岐流路43aのうち開閉弁よりも上流側に接続され、分岐流路62bが上記アンモニア除去後ガス流路43の分岐流路43bのうち開閉弁よりも上流側に接続されている。これら分岐流路43a、43bのそれぞれは、開閉弁を有している。Further, one end of the
That is, one end (upstream end) of the off-
また、水素製造装置30は、複数の前記アンモニア吸着器34a、34bに接続されており、前記使用済みのアンモニア吸着器から流出する吸着材再生ガスを流通する吸着材再生ガス流路63と、吸着材再生ガス流路63に接続されており、前記吸着材再生ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する燃焼反応装置36と、一端が前記燃焼反応装置36に接続され、他端が前記加熱機器38に接続された燃焼ガス流路64と、を有する。
詳しくは、当該吸着材再生ガス流路63は、一端(上流端)が分岐して分岐流路63a63bとなっており、分岐流路63aが前述の分解ガス流路42の分岐流路42aのうち開閉弁よりも下流側に接続されており、分岐流路63bが前述の分解ガス流路42の分岐流路42bのうち開閉弁よりも下流側に接続されている。すなわち、吸着材再生ガス流路63は、前述の分解ガス流路42の分岐流路42a、42bを介してアンモニア吸着器34a、34bに接続されている。当該吸着材再生ガス流路63は、他端が合流して燃焼反応装置36に接続されている。これら分岐流路63a、63bのそれぞれは、開閉弁を有している。Further, the
Specifically, the adsorbent regenerated
本実施の形態では、当該吸着材再生ガス流路63のうち分岐流路63a、63bよりも下流の位置に、酸素供給装置37が設けられている。
In the present embodiment, the
更に水素製造装置30は、一端が前記加熱機器38に接続され、他端が前記吸着材再生ガス流路63に接続された循環ガス流路71を有する。
前記吸着材再生ガス流路63及び前記循環ガス流路71の一方又は双方に、酸素供給装置37が接続されている。なお、本実施の形態では、吸着材再生ガス流路63に酸素供給装置37が接続されている。Further, the
The
水素製造装置30は、加熱水供給装置80を有する。当該加熱水供給装置80は、前記循環ガス流路71と交差する水流路81と、当該循環ガス流路71と当該水流路81との交差点に設置された温水加熱用熱交換器73と、当該水流路の81下流端に設けられたシャワーヘッド82とを有する。したがって、この温水加熱用熱交換器73のチューブ側及びシェル側の一方に循環ガスが流通し、他方に温水が通過することにより、循環ガスと温水との間で熱交換可能とされ、当該水流路81を流れる温水が加熱されて加熱水となる。
なお、水加熱用熱交換器54から温水加熱用熱交換器73までに存在する内部流体を“温水”と呼び、それよりも下流の内部流体を“加熱水”と呼ぶこととする。The
The internal fluid existing from the water
また、水流路81のうち当該温水加熱用熱交換器73よりも上流位置が、前述の分解ガス流路42のうち分岐して分岐流路42a、42bになるよりも上流かつアンモニア加熱用熱交換器51よりも下流の位置と交差して交差点となっており、当該交差点に水加熱用熱交換器54が設置されている。この水加熱用熱交換器54のチューブ側及びシェル側の一方に分解ガスが流通し、他方に水が通過することにより、分解ガスと水との間で熱交換可能とされている。
前記循環ガス流路71のうち前記温水加熱用熱交換器73よりも下流に、前記循環ガス中の水を除去するためのドレンポット74を有する。Further, the position upstream of the hot water
A
前記循環ガス流路71は、その前記温水加熱用熱交換器73よりも上流に位置する第1ポイントと前記ドレンポット74よりも下流に位置する第2ポイントとが交差して交差点となっており、前記循環ガス流路71のうち前記第1ポイントと前記第2ポイントとの間の部分が環状流路71aとなっており、当該交差点に循環ガス用熱交換器72が設置されている。したがって、燃焼ガス流路64から加熱機器38を介して循環ガス流路71に流入した燃焼ガス(循環ガス)は、循環ガス用熱交換器72のチューブ側及びシェル側の一方を通過した後、循環ガス流路71のうちの環状流路71aを流通し、次いで、循環ガス用熱交換器72のチューブ側及びシェル側の他方を通過することが可能とされている。
この環状流路71aには、前述の温水加熱用熱交換器73、ドレンポット74、及び循環機75が、上流側からこの順に設けられている。The circulating
The above-mentioned
また、当該循環ガス流路71のうちドレンポット74の下流かつ循環機75の上流側の位置からは、ガス廃棄流路76が分岐している。但し、当該ガス廃棄流路76は、当該循環ガス流路71のどの位置から分岐してもよい。
Further, the gas
前述の燃焼ガス流路64の途中箇所と、前述の循環ガス流路71のうち前記循環ガス用熱交換器72よりも上流の箇所に、それぞれ、バイパス流路77の一端及び他端が接続されている。
当該バイパス流路77は、前述のアンモニア流路41と交差しており、当該交差点に、前述のアンモニア補助加熱用熱交換器52が設けられている。したがって、このアンモニア補助加熱用熱交換器52のチューブ側及びシェル側の一方にアンモニアが流通し、他方に燃焼ガスが通過することにより、アンモニアと燃焼ガスとの間の熱交換によってアンモニアを加熱することができる。One end and the other end of the
The
なお、本実施の形態では、前記分解ガス流路42及び前記アンモニア除去後ガス流路43が、加圧装置を有しない。これにより、設備コスト及び運転コストを削減できる。
ただし、分解ガス流路42及びアンモニア除去後ガス流路43の少なくとも一方に、加圧装置を設けてもよい。これにより、アンモニア分解装置32の圧力を低くしてアンモニア分解効率を向上させると共に、水素回収装置35に流入するアンモニア除去後ガスの圧力を高くして水素回収効率を向上させることができる。当該加圧装置を設ける場合には、分解ガス流路42及びアンモニア除去後ガス流路43のうちアンモニア除去後ガス流路43のみに設けることが好ましい。In this embodiment, the decomposed
However, a pressurizing device may be provided in at least one of the decomposition
(燃焼反応装置)
燃焼反応装置36は、水素及びアンモニアを燃焼し得るものであれば特に制限されないが、効率よく燃焼させる観点から、燃焼触媒を収納するものであることが好ましい。
燃焼反応装置で用いられる触媒としては、パラジウム、白金等が挙げられるが、コストの観点から、パラジウムが好ましい。(Combustion reactor)
The
Examples of the catalyst used in the combustion reactor include palladium, platinum and the like, but palladium is preferable from the viewpoint of cost.
(酸素供給装置)
酸素供給装置37から供給される酸素含有ガスには、特に制限はなく、空気、酸素ボンベ等から供給される酸素等が挙げられるが、安全性及び経済性の観点から、空気が好ましい。
酸素供給装置37は、吸着材再生ガス流路63に酸素を供給し得るものであれば特に制限はなく、各種圧縮機が挙げられる。
(循環機)
循環機75には特に制限はなく、ブロア、ファン、各種圧縮機が挙げられる。
(加熱水供給装置)
加熱水供給装置80は、前述のとおり、水流路81と、水流路81の先端に設けられたシャワーヘッド82と、水流路81に設けられた水加熱用熱交換器54及び温水加熱用熱交換器73とを有している。この装置によって、加熱された水をアンモニア供給装置31に供給して内部のアンモニアを加温することができる。(Oxygen supply device)
The oxygen-containing gas supplied from the
The
(Circulator)
The
(Heating water supply device)
As described above, the heated
<水素製造方法>
次に、前述した水素製造装置30を用いた水素製造方法の一例について説明する。
本実施の形態に係る水素製造方法では、後述する第1の運転と第2の運転とを繰り返す。<Hydrogen production method>
Next, an example of a hydrogen production method using the
In the hydrogen production method according to the present embodiment, the first operation and the second operation, which will be described later, are repeated.
(第1の運転)
第1の運転では、アンモニア吸着器34aを用いて水素ガスの製造を実施すると共に、アンモニア吸着器34b内のアンモニア吸着材の再生を実施する。
すなわち、第1の運転は、後述するアンモニア分解工程、アンモニア吸着工程、水素回収工程、アンモニア吸着器再生工程、アンモニア分解装置の加熱工程、燃焼ガス循環工程、及び水加熱工程を有する。(First operation)
In the first operation, hydrogen gas is produced using the
That is, the first operation includes an ammonia decomposition step, an ammonia adsorption step, a hydrogen recovery step, an ammonia adsorber regeneration step, a heating step of the ammonia decomposition device, a combustion gas circulation step, and a water heating step, which will be described later.
〔アンモニア分解工程〕
アンモニア分解工程は、前記アンモニア供給装置31からのアンモニアを前記アンモニア分解装置32に流通させ、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する前記分解ガスを生成する工程である。
すなわち、まずアンモニア分解工程に先立って、後述する水加熱工程で説明している通りに、加熱水供給装置80のシャワーヘッド82からアンモニア供給装置31に加熱水を供給する。これにより、アンモニア供給装置31内の液体アンモニアが気化して、アンモニア流路41を流通する。
アンモニア流路41内のアンモニアは、流量制御弁V1により流量調整された後、アンモニア加熱用熱交換器51及びアンモニア補助加熱用熱交換器52にて加熱され、次いでアンモニア分解装置32に流通する。当該アンモニア分解装置32内で、アンモニアが分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する前記分解ガスが生成される。
アンモニア分解装置32内の温度及び圧力に関しては、第1の実施の形態で説明したとおりである。[Ammonia decomposition process]
The ammonia decomposition step is a step of circulating the ammonia from the
That is, first, prior to the ammonia decomposition step, the heated water is supplied from the
The ammonia in the
The temperature and pressure in the
〔アンモニア吸着工程〕
アンモニア吸着工程は、前記アンモニア分解工程の実施により、前記アンモニア分解装置32から流出する前記分解ガスを、前記分解ガス冷却装置33a(分解ガス冷却用熱交換器33)、アンモニア加熱用熱交換器51、及び水加熱用熱交換器54に流通させて冷却した後、前記複数のアンモニア吸着器34a、34bの一方(アンモニア吸着器34a)に流通させて、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去して前記アンモニア除去後ガスを得る工程である。
アンモニア吸着器34a内の温度及び圧力については、前述の第1の実施の形態で説明したとおりである。[Ammonia adsorption process]
In the ammonia adsorption step, the decomposition gas flowing out from the
The temperature and pressure in the
〔水素回収工程〕
水素回収工程は、前記複数のアンモニア吸着器34a、34bの前記一方(アンモニア吸着器34a)から流出する前記アンモニア除去後ガスを、前記水素回収装置35に流通させて、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する工程である。
水素回収装置35内の温度及び圧力については、前述の第1の実施の形態で説明したとおりである。[Hydrogen recovery process]
In the hydrogen recovery step, the gas after removing ammonia flowing out from one of the plurality of
The temperature and pressure in the
なお、本実施の形態では、前記水素回収装置35に接続されており、前記水素回収装置35で分離した水素を流出する水素流路44と、水素流路44に設置された圧力制御弁V2と、を有する。また、本実施の形態では、アンモニア供給装置31から、アンモニア流路41、アンモニア分解装置32、分解ガス流路42、アンモニア吸着装置34、及びアンモニア除去後ガス流路43までの流路には、熱交換器以外の加熱装置、すなわちエネルギー供給タイプのヒーター類が存在しない。したがって、圧力制御弁V2を制御することにより、前記アンモニア分解装置32の圧力P1、前記アンモニア吸着装置34(アンモニア吸着器34a)の圧力P2、及び前記水素回収装置35の圧力P3の各々を、
P1≧P2≧P3
という関係を満たす所定の圧力範囲に制御することができる。In the present embodiment, the
P1 ≧ P2 ≧ P3
It is possible to control the pressure within a predetermined pressure range that satisfies the above relationship.
〔アンモニア吸着器再生工程〕
アンモニア吸着器再生工程は、前記水素回収装置35から流出する前記オフガスを、前述の前記オフガス加熱装置33b(分解ガス冷却用熱交換器33)に流通させて加熱した後、前記複数のアンモニア吸着器34a及び34bの残部(たとえばアンモニア吸着器34aを使用中のときはアンモニア吸着器34b)に流通させてアンモニアを脱着させてアンモニア吸着器(アンモニア吸着器34b)を再生させる工程である。[Ammonia adsorber regeneration process]
In the ammonia adsorber regeneration step, the off-gas flowing out of the
前述のとおり、水素回収装置35に供給されるアンモニア除去後ガスは、その上流のアンモニア吸着装置34において、アンモニア分解ガス(水素、窒素及び未反応アンモニア)からアンモニアが除去されている。したがって、水素回収装置35から流出するオフガス中におけるアンモニア含有量は少量である。したがって、当該オフガスを加熱した後にアンモニア吸着器34bに流通させることにより、アンモニア吸着材に吸着したアンモニアを良好に脱着させて、再生させることができる。
また、アンモニア吸着器34bを再生させている間、アンモニア吸着器34aを用いて分解ガスからアンモニアを吸着除去することができる。
アンモニア吸着器34b内の温度及び圧力については、前述の第1の実施の形態で説明したとおりである。As described above, in the ammonia-removed gas supplied to the
Further, while the
The temperature and pressure in the
〔アンモニア分解装置の加熱工程〕
アンモニア分解装置32の加熱工程においては、まず前記アンモニア吸着器34bから流出する吸着材再生ガスを、酸素供給装置37からの酸素含有ガス及び後述する循環ガス流路71からの循環ガスと混合して混合ガスとする。次いで、当該混合ガスを前記燃焼反応装置36に供給して燃焼し、高温の燃焼ガスを得る。次いで、当該燃焼ガスを、燃焼ガス流路64を介して加熱機器38に流通させる。
このように、本実施の形態では、吸着材再生ガス、後述する循環ガス、及び酸素含有ガスを混合した混合ガスを、燃焼反応装置36で燃焼させている。したがって、循環ガス、及び酸素含有ガスの混合量を調整して混合ガスの組成を調整することにより、当該混合ガスを効率よく燃焼させることができる。また、循環ガスの一部又は全部を利用することにより、アンモニア分解装置32と熱交換を行うガス量を増量させることができ、これによりエネルギー効率を向上させることができる。
燃焼反応装置36に供給される吸着材再生ガスの温度、燃焼反応装置36内の温度、及び燃焼反応装置36内の圧力については、前述の第1の実施の形態で説明したとおりである。[Heating process of ammonia decomposition device]
In the heating step of the
As described above, in the present embodiment, the mixed gas in which the adsorbent regenerated gas, the circulating gas described later, and the oxygen-containing gas are mixed is burned by the
The temperature of the adsorbent regenerated gas supplied to the
〔燃焼ガス循環工程〕
燃焼ガス循環工程は、前記アンモニア分解装置32を加熱した後の前記燃焼ガスを、循環ガスとして、循環ガス用熱交換器72及び温水加熱用熱交換器73に流通させて冷却させた後、冷却により凝縮した水をドレンポット74で除去し、次いで冷却後の循環ガスの一部又は全部を再度循環ガス用熱交換器72に流通させて加熱し、前記吸着材再生ガス及び酸素含有ガスと共に前記燃焼反応装置36に流通させて燃焼させる工程である。
このように循環ガスを冷却することにより、循環ガスの体積を低減することができ、これにより、循環機75を小型化することができる。
なお、当該アンモニア分解装置32を加熱した後の前記循環ガスの一部を、前記吸着材再生ガスと共に前記燃焼反応装置36に流通させて燃焼させる場合には、当該循環ガスの残部を、ガス廃棄流路76を介して系外に排出すればよい。
ここで、燃焼ガスがアンモニア分解装置を通過した後に、循環ガス流路を流通するガスを循環ガスと呼ぶ。[Combustion gas circulation process]
In the combustion gas circulation step, the combustion gas after heating the
By cooling the circulating gas in this way, the volume of the circulating gas can be reduced, and thereby the
When a part of the circulating gas after heating the
Here, the gas that flows through the circulating gas flow path after the combustion gas has passed through the ammonia decomposition device is called a circulating gas.
前記燃焼反応装置36にて前記混合ガスを燃焼させると、混合ガス中の水素及びアンモニアの少なくとも1種と酸素とが反応して水が生成する。したがって、本実施の形態では、前記循環ガス流路71に設けられたドレンポット74により、当該水を除去した後に、前記吸着材再生ガスと共に前記燃焼反応装置36に流通させて燃焼させる。
When the mixed gas is burned in the
〔水加熱工程〕
水加熱工程は、加熱水でアンモニアを加熱する工程であり、より具体的には、水を前記水加熱用熱交換器54及び温水加熱用熱交換器73に流通して加熱水にした後、前記シャワーヘッド82から前記アンモニア供給装置31に加熱水を供給して、アンモニアを気化させる工程である。
シャワーヘッド82から流出させる加熱水の温度は、好ましくは0~80℃、より好ましくは10~60℃、更に好ましくは20~50℃、より更に好ましくは30~45℃である。[Water heating process]
The water heating step is a step of heating ammonia with heated water, and more specifically, after water is circulated to the water
The temperature of the heated water flowing out from the
(第2の運転)
前述の第1の運転を継続した後に、下記の第2の運転を実施する。
第2の運転では、第1の運転で再生させたアンモニア吸着器34bを用いてアンモニア吸着工程を行い、また、第1の運転でアンモニア吸着工程を行っていたアンモニア吸着器34aを用いてアンモニア吸着器再生工程を実施する。なお、その他の工程、すなわち、アンモニア分解工程、水素回収工程、及びアンモニア分解装置の加熱工程は、第1の運転と同様である。
このように、第1の運転と第2の運転とを繰り返すことにより、連続運転を行うことができる。(Second operation)
After continuing the above-mentioned first operation, the following second operation is carried out.
In the second operation, the ammonia adsorption step is performed using the
In this way, continuous operation can be performed by repeating the first operation and the second operation.
[第3の実施の形態]
<水素製造装置>
図4は、第3の実施の形態に係る水素製造装置30Aの概略図である。
図4の水素製造装置30Aは、図2及び図3の水素製造装置30において、燃焼ガスを循環利用することなく、つまりアンモニア分解装置32を加熱する加熱機器38を通過した燃焼ガスを再び燃焼反応装置36に戻すことなく水素製造装置外に廃棄し、かつ吸着剤再生ガス及び酸素含有ガスの混合ガスを燃焼反応装置36に供給して燃焼させるように改造したものである。
すなわち、水素製造装置30Aは、水素製造装置30において、循環ガス流路71と、当該循環ガス流路71に設置された配管及び装置類と、酸素供給装置37とを省略し、かつ後述する配管及び装置類を設置したものである。[Third Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 4 is a schematic view of the
In the
That is, in the
(水素製造装置30Aには無い装置類)
すなわち、図4の水素製造装置30Aは、水素製造装置30における循環ガス流路71、循環ガス用熱交換器72、温水加熱用熱交換器73、ドレンポット74、循環機75、ガス廃棄流路76、及び酸素供給装置37を有しない。(Devices not included in the
That is, the
(水素製造装置30Aで追加された装置類)
図4に示すとおり、水素製造装置30Aは、一端が加熱機器38に接続され、他端がドレンポット74Aに接続された熱回収流路71Aを有する。また、ドレンポット74Aにはガス廃棄流路76Aが接続されている。
熱回収流路71Aが、酸素供給流路37Bと交差しており、当該交差点に、酸素ガス加熱用熱交換器72Aが設置されている。当該酸素ガス加熱用熱交換器72Aのチューブ側及びシェル側の一方に熱回収流路71A内のガスが通され、他方に酸素供給流路37B内のガスが通される。当該酸素供給流路37Bの一端は酸素供給装置37Aに接続され、他端は吸着剤再生ガス流路63のうち分岐流路63a63bよりも下流側に接続されている。
また、熱回収流路71Aのうち前記酸素ガス加熱用熱交換器72Aよりも下流側の箇所が、水流路81のうち水加熱用熱交換器54よりも下流側の箇所と交差しており、当該交差点に、温水加熱用熱交換器73Aが設置されている。当該温水加熱用熱交換器73Aのチューブ側及びシェル側の一方に熱回収流路71A内のガスが通され、他方に水流路81内の温水が通される。当該水流路81の下流端は、シャワーヘッド82に接続されている。
なお、水加熱用熱交換器54から温水加熱用熱交換器73Aまでに存在する内部流体を“温水”と呼び、それよりも下流の内部流体を“加熱水”と呼ぶこととする。
水素製造装置30Aの上記以外の構成は水素製造装置30と同様であり、同一符号は同一の装置又は配管類を意味する。(Equipment added in
As shown in FIG. 4, the
The heat
Further, the portion of the heat
The internal fluid existing from the water
The configuration of the
<水素製造方法>
次に、前述した水素製造装置30Aを用いた水素製造方法の一例について説明する。
本実施の形態に係る水素製造方法では、後述する第1の運転と第2の運転とを繰り返す。<Hydrogen production method>
Next, an example of a hydrogen production method using the above-mentioned
In the hydrogen production method according to the present embodiment, the first operation and the second operation, which will be described later, are repeated.
(第1の運転)
第1の運転では、アンモニア吸着器34aを用いて水素ガスの製造を実施すると共に、アンモニア吸着器34b内のアンモニア吸着材の再生を実施する。
すなわち、第1の運転は、後述するアンモニア分解工程、アンモニア吸着工程、水素回収工程、アンモニア吸着器再生工程、アンモニア分解装置の加熱工程、熱回収工程、及び水加熱工程を有する。(First operation)
In the first operation, hydrogen gas is produced using the
That is, the first operation includes an ammonia decomposition step, an ammonia adsorption step, a hydrogen recovery step, an ammonia adsorber regeneration step, a heating step of the ammonia decomposition device, a heat recovery step, and a water heating step, which will be described later.
〔アンモニア分解工程〕
第2の実施の形態と同じである。
〔アンモニア吸着工程〕
第2の実施の形態と同じである。
〔水素回収工程〕
第2の実施の形態と同じである。
〔アンモニア吸着器再生工程〕
第2の実施の形態と同じである。[Ammonia decomposition process]
It is the same as the second embodiment.
[Ammonia adsorption process]
It is the same as the second embodiment.
[Hydrogen recovery process]
It is the same as the second embodiment.
[Ammonia adsorber regeneration process]
It is the same as the second embodiment.
〔アンモニア分解装置の加熱工程〕
アンモニア分解装置32の加熱工程においては、まず前記アンモニア吸着器34bから流出する吸着材再生ガスを、酸素供給装置37Aからの酸素含有ガスと混合して混合ガスとする。次いで、当該混合ガスを前記燃焼反応装置36に供給して燃焼し、高温の燃焼ガスを得る。次いで、当該燃焼ガスを、燃焼ガス流路64を介して加熱機器38に流通させることにより、アンモニア分解装置32を加熱する。
このように、本実施の形態では、吸着材再生ガス及び酸素含有ガスを混合した混合ガスを、燃焼反応装置36で燃焼させている。したがって、酸素含有ガスの量を調整して混合ガスの組成を調整することにより、当該混合ガスを効率よく燃焼させることができる。
燃焼反応装置36に供給される吸着材再生ガスの温度、燃焼反応装置36内の温度、及び燃焼反応装置36内の圧力については、前述の第1の実施の形態で説明したとおりである。[Heating process of ammonia decomposition device]
In the heating step of the
As described above, in the present embodiment, the mixed gas in which the adsorbent regenerated gas and the oxygen-containing gas are mixed is burned by the
The temperature of the adsorbent regenerated gas supplied to the
〔熱回収工程〕
熱回収工程は、前記アンモニア分解装置32を加熱した後の前記燃焼ガスを、酸素ガス加熱用熱交換器72A及び温水加熱用熱交換器73Aに流通させて冷却させた後、冷却により凝縮した水をドレンポット74Aで除去し、次いでガス廃棄流路76Aを介して系外に排出する工程である。[Heat recovery process]
In the heat recovery step, the combustion gas after heating the
前記燃焼反応装置36にて前記混合ガスを燃焼させると、混合ガス中の水素及びアンモニアの少なくとも1種と酸素とが反応して水が生成する。したがって、本実施の形態では、前記熱回収流路71Aに設けられたドレンポット74Aにより、当該水を除去した後に、系外に排出する。
When the mixed gas is burned in the
〔水加熱工程〕
水加熱工程は、加熱水でアンモニアを加熱する工程であり、より具体的には、水を前記水加熱用熱交換器54及び温水加熱用熱交換器73Aに流通して加熱水にした後、前記シャワーヘッド82から前記アンモニア供給装置31に加熱水を供給して、アンモニアを気化させる工程である。
シャワーヘッド82から流出させる加熱水の温度は、好ましくは0~80℃、より好ましくは10~60℃、更に好ましくは20~50℃、より更に好ましくは30~45℃である。[Water heating process]
The water heating step is a step of heating ammonia with heated water, and more specifically, after water is circulated to the water
The temperature of the heated water flowing out from the
(第2の運転)
前述の第1の運転を継続した後に、下記の第2の運転を実施する。
第2の運転では、第1の運転で再生させたアンモニア吸着器34bを用いてアンモニア吸着工程を行い、また、第1の運転でアンモニア吸着工程を行っていたアンモニア吸着器34aを用いてアンモニア吸着器再生工程を実施する。なお、その他の工程は、第1の運転と同様である。
このように、第1の運転と第2の運転とを繰り返すことにより、連続運転を行うことができる。(Second operation)
After continuing the above-mentioned first operation, the following second operation is carried out.
In the second operation, the ammonia adsorption step is performed using the
In this way, continuous operation can be performed by repeating the first operation and the second operation.
[第4の実施の形態]
<水素製造装置>
図5は、第4の実施の形態に係る水素製造装置30Bの概略図である。
図5の水素製造装置30Bは、図2及び図3の水素製造装置30において、ガス廃棄流路76に、アンモニア除害設備90を設けたものである。[Fourth Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 5 is a schematic view of the
In the
すなわち、ガス廃棄流路76は、一端が環状流路71aに接続された第1のガス廃棄流路91と、第1のガス廃棄流路91の他端に接続された補助アンモニア吸着装置92と、補助アンモニア吸着装置92に接続され、補助アンモニア吸着装置92から排出されるガスを流通させる第2のガス廃棄流路93と、を備えたアンモニア除害設備90を有する。
That is, the gas
本実施の形態では、前記補助アンモニア吸着装置92は、並列に配設された複数(2個)の補助アンモニア吸着器92a、92bを有している。
前記第1のガス廃棄流路91は、上流端が前記環状流路71aに接続され、下流端が分岐して複数(2本)の第1分岐流路91a、91bとなって前記複数の補助アンモニア吸着器92a、92bに接続されている。
前記第2のガス廃棄流路93の上流端は、分岐して複数(2本)の第2分岐流路93a、93bとなって前記複数の補助アンモニア吸着器92a、92bに接続されている。In the present embodiment, the
The upstream end of the first gas
The upstream end of the second gas
アンモニア除害設備90は、更に、前記複数の補助アンモニア吸着器92a、92bに再生ガスを供給する再生ガス供給装置94と、一端が前記再生ガス供給装置94に接続され、他端が複数(2本)に分岐して前記第2分岐流路93a、93bに接続された再生ガス流路96(96a、96b)と、前記再生ガス流路96の途中に設けられており、前記再生ガスを加熱する再生ガス加熱器95とを有する。
また、アンモニア除害設備90は、一端が複数(2本)に分岐して前記第1分岐流路91a、91bに接続されている脱着ガス流路97(97a、97b)、前記脱着ガス流路97の他端に接続されており、前記複数の補助アンモニア吸着器92a、92bの各々から排出された吸着材脱着ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する廃ガス燃焼反応器98、及び前記廃ガス燃焼反応器98から排出された燃焼ガスを前記第2のガス廃棄流路93に返送する返送流路100、を有する。
返送流路100に、前記廃ガス燃焼反応器から流出された前記燃焼ガスを冷却する、廃ガス冷却器99が設けられている。
また、アンモニア除害設備90は、一端が第1のガス廃棄流路91に接続され、他端が第2のガス廃棄流路93に接続されたバイパス流路101を有している。
The
Further, the
The
Further, the
<水素製造方法>
本実施の形態では、第2の実施の形態と同様の水素製造方法を実施することができることに加え、次のアンモニア除害工程、補助アンモニア吸着器の再生工程、及びバイパス運転工程を実施することができる。<Hydrogen production method>
In the present embodiment, in addition to being able to carry out the same hydrogen production method as in the second embodiment, the next ammonia detoxification step, the auxiliary ammonia adsorber regeneration step, and the bypass operation step are carried out. Can be done.
(アンモニア除害工程)
アンモニア除害工程は、前記ガス廃棄流路76を流通するガスを、アンモニア除害設備90に供給してアンモニアを除害する工程である。本実施の形態では、補助アンモニア吸着器92aを用いてアンモニアを除害する場合と、補助アンモニア吸着器92bを用いてアンモニアを除害する場合とがある。
例えば、ガス廃棄流路76を流通するガスを、第1のガス廃棄流路91及び第1分岐流路91aを介して補助アンモニア吸着器92aに供給し、アンモニアを除害した後、第2分岐流路93a、第2のガス廃棄流路93を介して排出してもよい。
また、ガス廃棄流路76を流通するガスを、第1のガス廃棄流路91及び第1分岐流路91bを介して補助アンモニア吸着器92bに供給し、アンモニアを除害した後、第2分岐流路93b、第2のガス廃棄流路93を介して排出してもよい。(Ammonia detoxification process)
The ammonia abatement step is a step of supplying the gas flowing through the gas
For example, the gas flowing through the gas
Further, the gas flowing through the gas
アンモニア除害工程において、補助アンモニア吸着器92a又は92bにおける運転条件(温度、圧力等)は、前述のアンモニア吸着器5a、5bによるアンモニア吸着工程における運転条件と同様である。
In the ammonia abatement step, the operating conditions (temperature, pressure, etc.) in the
なお、通常は、ガス廃棄流路76内のガス中におけるアンモニア濃度は、そのまま廃棄しても環境上問題ないレベルである。したがって、水素製造装置30Bの運転開始作業時や運転停止作業時等の非定常時に、必要に応じて、当該アンモニア除害工程が実施されてもよい。これにより、系外へのアンモニアの流出を確実に防止できる。
第2のガス廃棄流路93を介して系外に排出されるガスにおけるアンモニア量は、25体積ppm以下であることが好ましい。したがって、第1のガス廃棄流路91中におけるガスにおけるアンモニア量が25体積ppmを超えている場合に、当該アンモニア除害工程を実施するのが好ましい。Normally, the ammonia concentration in the gas in the gas
The amount of ammonia in the gas discharged to the outside of the system via the second gas
(補助アンモニア吸着器の再生工程)
補助アンモニア吸着器の再生工程は、上記アンモニア除害工程において使用された補助アンモニア吸着器92a、92bを、再生させる工程である。
例えば、補助アンモニア吸着器92aを再生させる場合、再生ガス供給装置94からの酸素含有ガスを、再生ガス加熱器95によって加熱した後、再生ガス流路96、96a、第2分岐流路93aを介して補助アンモニア吸着器92aに供給し、補助アンモニア吸着器92aを再生させる。当該補助アンモニア吸着器92aから排出したガスは、第1分岐流路91a、脱着ガス流路97a、97を介して廃ガス燃焼反応器98に供給され、ガス中の可燃性ガスが燃焼される。燃焼後のガスは、廃ガス冷却器99によって冷却された後、返送流路100及び第2のガス廃棄流路93を介して排出される。
また、補助アンモニア吸着器92bを再生させる場合、再生ガス供給装置94からの酸素含有ガスを、再生ガス加熱器95によって加熱した後、再生ガス流路96、96b、第2分岐流路93bを介して補助アンモニア吸着器92bに供給し、補助アンモニア吸着器92bを再生させる。当該補助アンモニア吸着器92bから排出したガスは、第1分岐流路91b、脱着ガス流路97b、97を介して廃ガス燃焼反応器98に供給され、ガス中の可燃性ガスが燃焼される。燃焼後のガスは、廃ガス冷却器99によって冷却された後、返送流路100及び第2のガス廃棄流路93を介して排出される。(Regeneration process of auxiliary ammonia adsorber)
The step of regenerating the auxiliary ammonia adsorber is a step of regenerating the
For example, when the
When the
補助アンモニア吸着器の再生工程において、補助アンモニア吸着器92a又は92bの再生条件(温度、圧力等)は、前述のアンモニア吸着器5a、5bの再生を行うアンモニア吸着器再生工程における運転条件と同様である。
また、廃ガス燃焼反応器98の運転条件(温度、圧力等)は、前述した燃焼反応装置36の運転条件と同様である。In the regeneration step of the auxiliary ammonia adsorber, the regeneration conditions (temperature, pressure, etc.) of the
The operating conditions (temperature, pressure, etc.) of the waste
(バイパス運転工程)
前述のとおり、非定常時に、必要に応じてアンモニア除害工程を実施するのが好ましく、また、定常時には、バイパス運転工程を実施するのが好ましい。
バイパス運転工程では、ガス廃棄流路76を流通するガスを、第1のガス廃棄流路91及びバイパス流路101を介して第2のガス廃棄流路93に供給し、第2のガス廃棄流路93からガスを排出させる。
これにより、アンモニア除害設備90への負荷が低減される。(Bypass operation process)
As described above, it is preferable to carry out the ammonia detoxification step as needed in the unsteady state, and it is preferable to carry out the bypass operation step in the steady state.
In the bypass operation step, the gas flowing through the gas
As a result, the load on the
[第5の実施の形態]
<水素製造装置>
図6は、第5の実施の形態に係る水素製造装置30Cの概略図である。
図6の水素製造装置30Cは、図5の水素製造装置30Bにおいて、アンモニア除害設備90に代えて、アンモニア除害設備90Aを設けたものである。
アンモニア除害設備90Aは、アンモニア除害設備90における廃ガス燃焼反応器98に代えて燃焼反応装置36を用いたものである。
すなわち、アンモニア除害設備90Aにおいて、当該脱着ガス配管97の一端は、複数(2本:97a、97b)に分岐して、第1分岐流路91a、91bに接続されている。また、当該脱着ガス配管97の他端は、吸着材再生ガス流路63のうち酸素供給装置37の接続位置と燃焼反応装置36の接続位置との間の位置に接続されている。
また、燃焼ガス流路64と第2のガス廃棄流路93とが、廃ガス冷却器103を備えた廃ガス流路104を介して接続されている。[Fifth Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 6 is a schematic view of the
The
The
That is, in the
Further, the combustion
<水素製造方法>
本実施の形態では、第2の実施の形態と同様の水素製造方法を実施することができることに加え、次のアンモニア除害工程、補助アンモニア吸着器の再生工程、及びバイパス運転工程を実施することができる。<Hydrogen production method>
In the present embodiment, in addition to being able to carry out the same hydrogen production method as in the second embodiment, the next ammonia detoxification step, the auxiliary ammonia adsorber regeneration step, and the bypass operation step are carried out. Can be done.
(アンモニア除害工程)
第4の実施の形態と同様である。(Ammonia detoxification process)
It is the same as the fourth embodiment.
(補助アンモニア吸着器の再生工程)
補助アンモニア吸着器の再生工程は、上記アンモニア除害工程において使用された補助アンモニア吸着器92a、92bを、再生させる工程である。
補助アンモニア吸着器92aを再生させる場合、再生ガス供給装置94からの酸素含有ガスを、再生ガス加熱器95によって加熱した後、再生ガス流路96、96a、第2分岐流路93aを介して補助アンモニア吸着器92aに供給し、補助アンモニア吸着器92aを再生させる。当該補助アンモニア吸着器92aから排出したガスは、第1分岐流路91a、脱着ガス配管97a、97及び吸着材再生ガス流路63を介して燃焼反応装置36に供給され、ガス中の可燃性ガスが燃焼される。燃焼反応装置36から排出されるガスの一部は、廃ガス冷却器103によって冷却された後、第2のガス廃棄流路93を介して排出される。
また、補助アンモニア吸着器92bを再生させる場合、再生ガス供給装置94からの酸素含有ガスを、再生ガス加熱器95によって加熱した後、再生ガス流路96、96b、第2分岐流路93bを介して補助アンモニア吸着器92bに供給し、補助アンモニア吸着器92bを再生させる。当該補助アンモニア吸着器92bから排出したガスは、第1分岐流路91b、脱着ガス配管97b、97及び吸着材再生ガス流路63を介して燃焼反応装置36に供給され、ガス中の可燃性ガスが燃焼される。燃焼反応装置36から排出されるガスの一部は、廃ガス冷却器103によって冷却された後、第2のガス廃棄流路93を介して排出される。
ただし、燃焼反応装置36から排出されるガスの全部が、燃焼ガス流路64を介して加熱機器38に供給されてもよい。その場合、廃ガス冷却器103を備えた廃ガス流路104は省略されてもよい。(Regeneration process of auxiliary ammonia adsorber)
The step of regenerating the auxiliary ammonia adsorber is a step of regenerating the
When the
When the
However, all of the gas discharged from the
(バイパス運転工程)
第4の実施の形態と同様である。(Bypass operation process)
It is the same as the fourth embodiment.
[第6の実施の形態]
<水素製造装置>
図7は、第6の実施の形態に係る水素製造装置30Dの概略図である。
図7の水素製造装置30Dは、図4の水素製造装置30Aにおいて、アンモニア除害設備90Bを設けたものである。
当該アンモニア除害設備90Bは、第4の実施の形態におけるアンモニア除害設備90と同様である。[Sixth Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 7 is a schematic view of the
The
The
<水素製造方法>
本実施の形態では、第3の実施の形態と同様の水素製造方法を実施することができる。
また、本実施の形態では、アンモニア除害工程、補助アンモニア吸着器の再生工程、及びバイパス運転工程を実施することができる。なお、これらの工程は、第4の実施の形態と同様である。<Hydrogen production method>
In the present embodiment, the same hydrogen production method as in the third embodiment can be carried out.
Further, in the present embodiment, the ammonia detoxification step, the regeneration step of the auxiliary ammonia adsorber, and the bypass operation step can be carried out. In addition, these steps are the same as the 4th Embodiment.
[第7の実施の形態]
<水素製造装置>
図8は、第7の実施の形態に係る水素製造装置30Eの概略図である。
図8の水素製造装置30Eは、図4の水素製造装置30Aにおいて、アンモニア除害設備90Cを設けたものである。
当該アンモニア除害設備90Cは、第5の実施の形態におけるアンモニア除害設備90Aと同様である。[7th Embodiment]
<Hydrogen production equipment>
FIG. 8 is a schematic view of the
The
The
<水素製造方法>
本実施の形態では、第3の実施の形態と同様の水素製造方法を実施することができる。
また、本実施の形態では、アンモニア除害工程、補助アンモニア吸着器の再生工程、及びバイパス運転工程を実施することができる。なお、これらの工程は、第5の実施の形態と同様である。<Hydrogen production method>
In the present embodiment, the same hydrogen production method as in the third embodiment can be carried out.
Further, in the present embodiment, the ammonia detoxification step, the regeneration step of the auxiliary ammonia adsorber, and the bypass operation step can be carried out. In addition, these steps are the same as the 5th Embodiment.
1 水素製造装置
2 アンモニア供給装置
3 アンモニア分解装置
4 分解ガス冷却用熱交換器
4a 分解ガス冷却装置
4b オフガス加熱装置
5 アンモニア吸着装置
5a、5b アンモニア吸着器
6 水素回収装置
7 燃焼反応装置
8 加熱機器
11 アンモニア流路
12 分解ガス流路
14 アンモニア除去後ガス流路
15 水素流路
21 接続流路
22 オフガス流路
23 吸着材再生ガス流路
24 燃焼ガス流路
30 水素製造装置
31 アンモニア供給装置
32 アンモニア分解装置
33 分解ガス冷却用熱交換器
33a 分解ガス冷却装置
33b オフガス加熱装置
34 アンモニア吸着装置
34a、34b アンモニア吸着器
35 水素回収装置
36 燃焼反応装置
37 酸素供給装置
38 加熱機器
41 アンモニア流路
42 分解ガス流路
43 アンモニア除去後ガス流路
44 水素流路
51 アンモニア加熱用熱交換器
52 アンモニア補助加熱用熱交換器
54 水加熱用熱交換器
61 接続流路
62 オフガス流路
63 吸着材再生ガス流路
64 燃焼ガス流路
71 循環ガス流路
71a 環状流路
72 循環ガス用熱交換器
73 温水加熱用熱交換器
74 ドレンポット
75 循環機
76 ガス廃棄流路
77 バイパス流路
80 加熱水供給装置
81 水流路
82 シャワーヘッド
V1 流量制御弁
V2 圧力制御弁
30A 水素製造装置
37A 酸素供給装置
37B 酸素供給流路
71A 熱回収流路
72A 酸素ガス加熱用熱交換器
73A 温水加熱用熱交換器
74A ドレンポット
76A ガス廃棄流路1 Hydrogen production device 2 Ammonia supply device 3 Ammonia decomposition device 4 Decomposition gas cooling heat exchanger 4a Decomposition gas cooling device 4b Off-gas heating device 5 Ammonia adsorption device 5a 5b Ammonia adsorption device 6 Hydrogen recovery device 7 Burning reaction device 8 Heating equipment 11 Ammonia flow path 12 Decomposition gas flow path 14 Gas flow path after removing ammonia 15 Hydrogen flow path 21 Connection flow path 22 Off gas flow path 23 Adsorbent regeneration gas flow path 24 Combustion gas flow path 30 Hydrogen production device 31 Hydrogen supply device 32 Ammonia Decomposition device 33 Decomposition gas cooling heat exchanger 33a Decomposition gas cooling device 33b Off-gas heating device 34 Ammonia adsorption device 34a, 34b Ammonia adsorption device 35 Hydrogen recovery device 36 Burning reaction device 37 Oxygen supply device 38 Heating device 41 Ammonia flow path 42 Decomposition Gas flow path 43 Gas flow path after removing ammonia 44 Hydrogen flow path 51 Heat exchanger for heating ammonia 52 Heat exchanger for auxiliary heating of ammonia 54 Heat exchanger for water heating 61 Connection flow path 62 Off gas flow path 63 Adsorbent regenerated gas flow Road 64 Combustion gas flow path 71 Circulating gas flow path 71a Circular flow path 72 Heat exchanger for circulating gas 73 Heat exchanger for hot water heating 74 Drain pot 75 Circulator 76 Gas waste flow path 77 Bypass flow path 80 Heating water supply device 81 Water flow path 82 Shower head V1 Flow control valve V2 Pressure control valve 30A Hydrogen production device 37A Oxygen supply device 37B Oxygen supply flow path 71A Heat recovery flow path 72A Oxygen gas heating heat exchanger 73A Hot water heating heat exchanger 74A Drain pot 76A Gas disposal channel
Claims (20)
前記アンモニア供給装置に接続されており、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する分解ガスを生成するアンモニア分解装置と、
前記アンモニア分解装置に接続されており、前記分解ガスを冷却する分解ガス冷却装置と、
前記分解ガス冷却装置に接続されており、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去してアンモニア除去後ガスを流出するアンモニア吸着装置と、
前記アンモニア吸着装置に接続されており、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する水素回収装置と、
前記アンモニア分解装置を加熱する加熱機器と、
を有しており、
前記アンモニア吸着装置は、並列に配設された複数のアンモニア吸着器を有しており、前記分解ガス冷却装置からの分解ガスを前記複数のアンモニア吸着器のうち任意の一部に供給可能とされている水素製造装置であって、
前記水素回収装置に接続されており、前記オフガスを加熱するオフガス加熱装置と、
一端が前記オフガス加熱装置に接続され、他端が前記複数のアンモニア吸着器に接続されており、前記オフガスを使用済みのアンモニア吸着器に供給してアンモニア吸着器を再生可能なオフガス流路と、
複数の前記アンモニア吸着器に接続されており、前記使用済みのアンモニア吸着器から流出する吸着材再生ガスを流通する吸着材再生ガス流路と、
前記吸着材再生ガス流路に接続されており、前記吸着材再生ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する燃焼反応装置と、
一端が前記燃焼反応装置に接続され、他端が前記加熱機器に接続された燃焼ガス流路と、
を有する水素製造装置。 Ammonia supply device and
An ammonia decomposition device connected to the ammonia supply device, which decomposes ammonia to generate a decomposition gas containing hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia.
A decomposition gas cooling device connected to the ammonia decomposition device and cooling the decomposition gas, and a decomposition gas cooling device.
An ammonia adsorption device connected to the decomposition gas cooling device, which adsorbs and removes unreacted ammonia from the decomposition gas and discharges the gas after removing the ammonia.
A hydrogen recovery device that is connected to the ammonia adsorption device, separates hydrogen from the gas after removing the ammonia and flows out, and discharges the remaining off-gas.
A heating device that heats the ammonia decomposition device, and
Have and
The ammonia adsorber has a plurality of ammonia adsorbers arranged in parallel, and the decomposition gas from the decomposition gas cooling device can be supplied to any part of the plurality of ammonia adsorbers. It is a hydrogen production device that is
An off-gas heating device that is connected to the hydrogen recovery device and heats the off-gas,
An off-gas flow path in which one end is connected to the off-gas heating device and the other end is connected to the plurality of ammonia adsorbers, and the off-gas is supplied to a used ammonia adsorber to regenerate the ammonia adsorber.
An adsorbent reclaimed gas flow path that is connected to the plurality of the ammonia adsorbents and circulates the adsorbent reclaimed gas flowing out of the used ammonia adsorber.
A combustion reaction device that is connected to the adsorbent reclaimed gas flow path and burns the adsorbent reclaimed gas to discharge the combustion gas.
A combustion gas flow path having one end connected to the combustion reactor and the other end connected to the heating device.
Hydrogen production equipment with.
前記循環ガス流路と前記水流路との交差点に設置された温水加熱用熱交換器と、
前記水流路の下流端に設けられた加熱水供給装置とを有し、該加熱水供給装置から流出した加熱水を用いて前記アンモニア供給装置を加温する、請求項3又は4に記載の水素製造装置。 A water flow path that intersects the circulating gas flow path and
A heat exchanger for heating hot water installed at an intersection of the circulating gas flow path and the water flow path,
The hydrogen according to claim 3 or 4, which has a heated water supply device provided at a downstream end of the water flow path, and heats the ammonia supply device using the heated water flowing out of the heated water supply device. Manufacturing equipment.
前記交差点に循環ガス用熱交換器が設置されている、請求項6に記載の水素製造装置。 The first point of the circulating gas flow path located upstream of the hot water heating heat exchanger and the second point located downstream of the drain pot intersect to form an intersection, and the circulating gas is formed. The portion of the flow path between the first point and the second point is an annular flow path.
The hydrogen production apparatus according to claim 6, wherein a heat exchanger for circulating gas is installed at the intersection.
一端が前記環状流路に接続された第1のガス廃棄流路と、
前記第1のガス廃棄流路の他端に接続された補助アンモニア吸着装置と、
前記補助アンモニア吸着装置に接続され、前記補助アンモニア吸着装置から排出されるガスを流通させる第2のガス廃棄流路と、
を備えたアンモニア除害設備を有する、請求項9に記載の水素製造装置。 The gas waste flow path
A first gas waste flow path whose one end is connected to the annular flow path,
Auxiliary ammonia adsorption device connected to the other end of the first gas waste flow path,
A second gas disposal flow path connected to the auxiliary ammonia adsorbing device and flowing the gas discharged from the auxiliary ammonia adsorbing device, and a second gas disposal flow path.
9. The hydrogen production apparatus according to claim 9, further comprising an ammonia abatement facility.
前記第1のガス廃棄流路は、上流端が前記環状流路に接続され、下流端が分岐して第1分岐流路となって前記複数の補助アンモニア吸着器に接続されており、
前記第2のガス廃棄流路の上流端は、分岐して第2分岐流路となって前記複数の補助アンモニア吸着器に接続されており、
前記アンモニア除害設備は、更に、
前記複数の補助アンモニア吸着器に再生ガスを供給する再生ガス供給装置、
一端が前記再生ガス供給装置に接続され、他端が分岐して前記第2分岐流路に接続された再生ガス流路、
前記再生ガス流路の途中に設けられており、前記再生ガスを加熱する再生ガス加熱器、
一端が分岐して前記第1分岐流路に接続されている脱着ガス流路、
前記脱着ガス流路の他端に接続されており、前記複数の補助アンモニア吸着器の各々から排出された吸着材脱着ガスを燃焼して燃焼ガスを流出する廃ガス燃焼反応器、及び
前記廃ガス燃焼反応器から排出された燃焼ガスを前記第2のガス廃棄流路に返送する返送流路、
を有するアンモニア除害設備である、請求項10に記載の水素製造装置。 The auxiliary ammonia adsorber has a plurality of auxiliary ammonia adsorbers arranged in parallel.
The first gas waste flow path has an upstream end connected to the annular flow path, and the downstream end branches to form a first branch flow path, which is connected to the plurality of auxiliary ammonia adsorbers.
The upstream end of the second gas waste flow path branches into a second branch flow path and is connected to the plurality of auxiliary ammonia adsorbers.
The ammonia abatement equipment is further enhanced.
A regenerated gas supply device that supplies regenerated gas to the plurality of auxiliary ammonia adsorbers,
A regenerated gas flow path, one end of which is connected to the regenerated gas supply device and the other end of which is branched and connected to the second branch flow path.
A regenerated gas heater provided in the middle of the regenerated gas flow path to heat the regenerated gas,
Desorption gas flow path, one end of which is branched and connected to the first branch flow path,
A waste gas combustion reactor connected to the other end of the desorption gas flow path and burning the adsorbent desorption gas discharged from each of the plurality of auxiliary ammonia adsorbents to discharge the combustion gas, and the waste gas. A return flow path for returning the combustion gas discharged from the gas combustion reactor to the second gas waste flow path,
The hydrogen production apparatus according to claim 10, which is an ammonia abatement facility comprising the above.
前記水素流路に設置された圧力制御弁と、
を有する、請求項1~13のいずれか1項に記載の水素製造装置。 A hydrogen flow path connected to the hydrogen recovery device and flowing out hydrogen separated by the hydrogen recovery device,
The pressure control valve installed in the hydrogen flow path and
The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 13.
前記アンモニア流路に設置された流量制御弁と、
を有する請求項1~14のいずれか1項に記載の水素製造装置。 An ammonia flow path connecting the ammonia supply device and the ammonia decomposition device,
The flow control valve installed in the ammonia flow path and
The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 14.
前記アンモニア分解装置と前記アンモニア吸着装置とを接続する分解ガス流路と、を有しており、
前記分解ガス流路の途中が前記アンモニア加熱用熱交換器に流通しており、
前記分解ガス流路のうち前記アンモニア加熱用熱交換器の設置位置よりも上流側に、前記分解ガス冷却装置が設置されている、請求項15に記載の水素製造装置。 Ammonia heating heat exchanger installed in the ammonia flow path,
It has a decomposition gas flow path that connects the ammonia decomposition device and the ammonia adsorption device.
The middle of the decomposition gas flow path is distributed to the heat exchanger for heating ammonia.
The hydrogen production apparatus according to claim 15, wherein the decomposed gas cooling device is installed on the upstream side of the decomposition gas flow path from the installation position of the ammonia heating heat exchanger.
前記複数のアンモニア吸着器と前記水素回収装置とを接続するアンモニア除去後ガス流路と、
を有しており、
前記分解ガス流路の途中に前記分解ガス冷却装置が設置されており、
前記分解ガス流路及び前記アンモニア除去後ガス流路が加圧装置を有しない、請求項1~16のいずれか1項に記載の水素製造装置。 A decomposition gas flow path connecting the ammonia decomposition device and the plurality of ammonia adsorbents,
A gas flow path after removing ammonia connecting the plurality of ammonia adsorbers and the hydrogen recovery device,
Have and
The decomposition gas cooling device is installed in the middle of the decomposition gas flow path, and the decomposition gas cooling device is installed.
The hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 16, wherein the decomposed gas flow path and the gas flow path after removing ammonia do not have a pressurizing device.
前記アンモニア供給装置からの前記アンモニアを前記アンモニア分解装置に流通させ、アンモニアを分解して、水素、窒素及び未反応アンモニアを含有する前記分解ガスを生成するアンモニア分解工程、
前記アンモニア分解装置から流出する前記分解ガスを、前記分解ガス冷却装置に流通させて冷却した後、前記複数のアンモニア吸着器の一部に流通させて、前記分解ガスから未反応アンモニアを吸着除去して前記アンモニア除去後ガスを得るアンモニア吸着工程、
前記複数のアンモニア吸着器の前記一部から流出する前記アンモニア除去後ガスを、前記水素回収装置に流通させて、前記アンモニア除去後ガスから水素を分離して流出すると共に、残りのオフガスを排出する水素回収工程、
前記水素回収装置から流出する前記オフガスを、前記オフガス加熱装置、及び前記複数のアンモニア吸着器の残部のうちの一部又は全部に流通させてアンモニア吸着器を再生させるアンモニア吸着器再生工程、並びに、
前記アンモニア吸着器から流出する吸着材再生ガスを、前記燃焼反応装置、前記燃焼ガス流路、及び前記加熱機器に流通させて前記アンモニア分解装置を加熱するアンモニア分解装置の加熱工程、
を実施する、水素製造方法。 The hydrogen production method using the hydrogen production apparatus according to any one of claims 1 to 17.
Ammonia decomposition step of circulating the ammonia from the ammonia supply device to the ammonia decomposition device and decomposing the ammonia to generate the decomposition gas containing hydrogen, nitrogen and unreacted ammonia.
The decomposition gas flowing out of the ammonia decomposition device is circulated to the decomposition gas cooling device to be cooled, and then circulated to a part of the plurality of ammonia adsorbers to adsorb and remove unreacted ammonia from the decomposition gas. Ammonia adsorption step to obtain gas after removing ammonia,
The gas after removing ammonia flowing out from the part of the plurality of ammonia adsorbers is circulated to the hydrogen recovery device to separate hydrogen from the gas after removing ammonia and flow out, and the remaining off-gas is discharged. Hydrogen recovery process,
An ammonia adsorber regeneration step in which the off-gas flowing out of the hydrogen recovery device is circulated through the off-gas heating device and a part or all of the rest of the plurality of ammonia adsorbers to regenerate the ammonia adsorber, and
The heating step of the ammonia decomposition device, in which the regenerated gas of the adsorbent flowing out of the ammonia adsorber is circulated to the combustion reaction device, the combustion gas flow path, and the heating device to heat the ammonia decomposition device.
A hydrogen production method.
前記水素流路に設置された圧力制御弁と、
を有しており、
前記圧力制御弁を制御することにより、前記アンモニア分解装置の圧力P1、前記アンモニア吸着装置の圧力P2、及び前記水素回収装置の圧力P3の各々を、
P1≧P2≧P3
という関係を満たす所定の圧力範囲に制御する、請求項18に記載の水素製造方法。 A hydrogen flow path connected to the hydrogen recovery device and flowing out hydrogen separated by the hydrogen recovery device,
The pressure control valve installed in the hydrogen flow path and
Have and
By controlling the pressure control valve, each of the pressure P1 of the ammonia decomposition device, the pressure P2 of the ammonia adsorption device, and the pressure P3 of the hydrogen recovery device can be changed.
P1 ≧ P2 ≧ P3
The hydrogen production method according to claim 18, wherein the hydrogen production method is controlled to a predetermined pressure range satisfying the above relationship.
前記ガス廃棄流路を流通するガスを前記アンモニア除害設備に供給してアンモニアを除害するアンモニア除害工程を有する、18又は19に記載の水素製造方法。 The hydrogen production apparatus is the hydrogen production apparatus according to any one of claims 10 to 13.
The hydrogen production method according to 18 or 19, further comprising an ammonia abatement step of supplying a gas flowing through the gas disposal flow path to the ammonia abatement facility to attenuate ammonia.
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