JP2018002566A - 水素製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ハイドライドの加熱に関し、水素製造装置内でエネルギー効率を高めることができる水素製造装置を提供すること。
【解決手段】有機ハイドライドを加熱する第１熱交換器１２と、加熱された有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器１０と、脱水素反応物から水素を精製する水素精製器３０と、精製された水素を圧縮して高圧水素を生成する高圧水素圧縮機４０と、前記高圧水素を冷却して外部に導出する第２熱交換器４１と、第１熱交換器１２と第２熱交換器４１との間で媒体を循環させる循環ラインＬＮ４０と、脱水素反応器１０及び第１熱交換器１２に供給する熱媒体を加熱する熱媒ボイラ２１と、を備え、第１熱交換器１２は、装置の起動運転時に熱媒ボイラ２１が加熱した熱媒体を用いて加熱し、装置の定常運転時に循環ラインＬＮ４０を介した前記高圧水素の排熱を用いて加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ハイドライドの加熱に関し、水素製造装置内でエネルギー効率を高めることができる水素製造装置に関する。

従来から、有機ハイドライドの一種である芳香族炭化水素の水素化物を加熱して水素と脱水素物質とに分解する脱水素反応器によって生成された脱水素反応物を水素精製器によって水素を精製する水素ステーションなどの水素製造装置が知られている。水素ステーションでは、精製された水素を圧縮機によって圧縮して貯蔵し、貯蔵された水素をディスペンサによって製品水素として供給する。

ここで、特許文献１には、エンジンやタービンなどの燃焼機関から供給される熱を利用して水素を供給する水素供給装置と、燃焼機関の動力を利用して供給された水素を圧縮する圧縮機とを有し、圧縮機で圧縮した水素を水素貯蔵タンクに貯蔵する水素貯蔵システムが記載されている。

また、特許文献２には、触媒を用いて有機ハイドライドから水素を生成する水素生成装置と、水素生成装置によって生成された水素を燃焼させて動力を得る動力変換装置とを備え、動力変換装置の排ガスを用いて有機ハイドライドを加熱する動力変換システムが記載されている。

特開２０１０−８３６８７号公報 特開２０１３−６７５８８号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載されたものは、いずれも燃焼機関や動力変換装置を必要とし、水素製造装置内でのエネルギー効率を高めるものではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、有機ハイドライドの加熱に関し、水素製造装置内でエネルギー効率を高めることができる水素製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる水素製造装置は、導入される有機ハイドライドを加熱する第１熱交換器と、前記第１熱交換器で加熱された有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、前記水素および前記脱水素物質を含んでなる脱水素反応物から水素を精製する水素精製器と、精製された水素を圧縮して高圧水素を生成する圧縮機と、前記高圧水素を冷却して外部に導出する第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で媒体を循環させ前記高圧水素の排熱を回収する循環ラインと、前記脱水素反応器及び前記第１熱交換器に熱を供給する熱媒体を加熱する熱媒ボイラと、を備え、前記第１熱交換器は、水素製造装置の起動運転時に前記熱媒ボイラが加熱した熱媒体を用いて有機ハイドライドを加熱し、前記水素製造装置の定常運転時に前記循環ラインを介した前記高圧水素の排熱を用いて前記有機ハイドライドを加熱することを特徴とする。

また、本発明にかかる水素製造装置は、上記の発明において、前記第１熱交換器に導入される有機ハイドライドを加熱するヒータを備え、前記第１熱交換器は、装置の起動時に前記ヒータを用いて前記有機ハイドライドを加熱し、装置の定常運転時に前記循環ラインを介した前記高圧水素の排熱を用いて前記有機ハイドライドを加熱することを特徴とする。

また、本発明にかかる水素製造装置は、上記の発明において、前記高圧水素の排熱回収量を監視する監視部と、前記排熱回収量をもとに前記熱媒ボイラによる熱媒体の加熱量を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、有機ハイドライドの加熱に関し、水素製造装置内でエネルギー効率を高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態１である水素製造装置の全体構成を示す回路図である。 図２は、制御部による熱交換部内のバルブ制御処理を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態２の制御部の開度調整制御による熱媒体ライン内の媒体の熱量の変化と循環ライン内の媒体の熱量の変化を示すタイムチャートである。 図４は、本発明の実施の形態３である水素製造装置の全体構成を示す回路図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１である水素製造装置１の全体構成を示す回路図である。この水素製造装置１は、脱水素反応により有機ハイドライドから水素を製造する装置であり、例えば燃料電池自動車や水素エンジン車などに水素を供給する水素ステーションに採用されるものである。図１に示すように、水素製造装置１は、脱水素反応系１Ａと水素精製系１Ｂと高圧水素圧縮系１Ｃとを有する。脱水素反応系１Ａは、脱水素反応器１０によって有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解し、当該水素および当該脱水素物質と分解されなかった未分解反応物とを含む脱水素反応物を出力する。水素精製系１Ｂは、脱水素反応系１Ａから導出された脱水素反応物から水素精製器３０によって水素を分離して外部出力する。高圧水素圧縮系１Ｃは、水素分離系１Ｂから供給された水素を高圧水素圧縮機４０によって水素を圧縮し蓄圧器４２に貯蔵する。なお、高圧水素圧縮系１Ｃには、蓄圧器４２に貯蔵された水素を製品水素として供給するディスペンサ４３と、ディスペンサ４３によって製品水素を水素供給先に供給する際、断熱圧縮による水素供給先のタンクの温度上昇を抑えるため、製品水素を予め冷却するプレクーラ４４とを有する。

有機ハイドライドは、不飽和結合を有する有機化合物の水素化物であり、脱水素触媒を用いて、水素と脱水素物質（不飽和結合を有する有機化合物）とを含む脱水素反応物に分解することができる。有機ハイドライドは、常温常圧下で液体状のものが好ましく、このようなものを採用する場合、ガソリンなどと同様に液体燃料としてローリーなどによって水素ステーションなどの水素製造装置１へ輸送することができる。本実施の形態１では、有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下、ＭＣＨと称する）を用いて説明するが、これには限られない。なお、不飽和結合を有する有機化合物とは、二重結合あるいは三重結合を分子内に一つ以上有し、常温常圧下で液状である有機化合物である。二重結合としては、炭素−炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）、炭素−窒素二重結合（Ｃ＝Ｎ）、炭素−酸素二重結合（Ｃ＝Ｏ）、窒素−酸素二重結合（Ｎ＝Ｏ）が例示される。三重結合としては、炭素−炭素三重結合、炭素−窒素三重結合が例示される。不飽和結合を有する有機化合物としては、貯蔵性および輸送性の観点から、常温常圧下で液体状の有機化合物であることが好ましい。

不飽和結合を有する有機化合物としては、例えばオレフィン類、ジエン類、アセチレン類、ベンゼン、炭素鎖置換芳香族類、へテロ置換芳香族類、多環芳香族類、シフ塩基類、ヘテロ芳香族類、ヘテロ５員環化合物類、キノン類、ケトン類などが挙げられる。オレフィン類としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセンなどが挙げられる。ジエン類としては、アレン、ブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、へブタジエン、オクタジエン、ピペリレン，イソプレンなどが挙げられる。アセチレン類としては、アセチレン、プロピン、ビニルアセチレンなどが挙げられる。炭素鎖置換芳香族類としては、アルキル置換芳香族類などが挙げられる。アルキル置換芳香族類としては、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、安息香酸などが挙げられる。へテロ置換芳香族類としては、アニソール、ジメトキシベンゼン、フェノール、アニリン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリンなどが挙げられる。多環芳香族類としては、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナントレン、テトラリン、アズレンなどが挙げられる。シフ塩基類としては、2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexaneなどが挙げられる。ヘテロ芳香族類としては、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリンなどが挙げられる。ヘテロ５員環化合物類としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾールなどが挙げられる。キノン類としては、ベンゾキノン、ナフトキノンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。なお、言うまでもないことであるが、二酸化炭素や一酸化炭素は不飽和結合を有しているが一般に有機化合物とは見なされないので、本実施形態１における不飽和結合を有する有機化合物から除外される。

上記の不飽和化合物の中でも、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン、テトラリンなど（以下、「ベンゼン等」と記載する。）は、水素化の前後において非水溶性であり、水と相分離可能であるため、生成物としての回収が非常に容易である点において、アセトン等の水溶性の有機化合物よりも好ましい。これらベンゼン等として、純粋な化合物を用いても良いし、複数の化合物の混合物を用いても良い。

［脱水素反応系］
図１に示すように、ローリーなどによって輸送されたＭＣＨは、図示しないタンク内に貯留される。貯留されたＭＣＨは、ポンプＰ１によって吸い上げられ、ラインＬＮ１０に導出される。ポンプＰ１から吐出されたＭＣＨは、予熱器１１によって２０〜１２０℃に昇温される。昇温された液状のＭＣＨは、熱交換部５０内で蒸発器として機能する第１熱交換器１２によって蒸発され、１８０℃の気化されたＭＣＨとなる。ＭＣＨは、さらに加熱器１３によって３００℃に昇温され、脱水素反応器１０に入力される。

脱水素反応器１０は、管状の筐体内に、触媒が詰められた触媒層１５を柱状に形成した触媒管１４が並列配置され、触媒管１４の周囲に熱媒体が流れる。有機ハイドライドは、脱水素反応器１０の上部に設けられた、ラインＬＮ１０に接続される有機ハイドライド導入口１０ａから導入され、触媒層１５に導入される。触媒層１５を介した脱水素反応物は、脱水素反応器の下部に設けられた、ラインＬＮ１１に接続される脱水素反応物導出口１０ｂから導出される。一方、熱媒体は、脱水素反応器１０の下部に設けられた、熱媒体ラインＬＮ２１に接続された熱媒体導入口２０ａから導入され、触媒管１４の周囲を通って脱水素反応器１０の上部に設けられた、熱媒体ラインＬＮ２２に接続される熱媒体導出口２０ｂから導出される。すなわち、有機ハイドライドの流動方向と熱媒体の流動方向とを対向させている。

脱水素反応器１０内のＭＣＨの脱水素反応は吸熱反応であり、導入された熱媒体によって脱水素反応器１０内が加熱される。熱媒体としては例えば３５０℃程度のものを用いて、脱水素反応器１０内を通過するＭＣＨの脱水素反応が効率良く行われる３００℃程度に維持できるように脱水素反応器１０内を加熱する。脱水素反応器１０内に導入されたＭＣＨは、水素とトルエンとに分解され、水素とトルエンと未分解のＭＣＨを含む脱水素反応物として３３０℃程度で脱水素反応器１０の脱水素反応物導出口１０ｂから導出される。

脱水素反応物導出口１０ｂから導出された脱水素反応物は、加熱器１３において、加熱器１３に導入されるラインＬＮ１０上のＭＣＨと熱交換を行う。熱交換された脱水素反応物は、例えば２１０℃〜２２０℃程度に降温した脱水素反応物となる。この脱水素反応物は、予熱器１１において、予熱器１１に入力されるラインＬＮ１０上のＭＣＨと熱交換を行う。この予熱器１１において、脱水素反応物とＭＣＨとを熱交換することによって、後段の第１熱交換器１２での熱交換量を減らすことができる。すなわち、このような構成とすることによって、熱媒体を加熱するためのエネルギー消費を抑制することができるため、装置全体のエネルギー効率を高めることができる。この予熱器１１において熱交換された脱水素反応物は、例えば１３０℃〜１４０℃まで降温し、その後、水素精製系１Ｂに導出される。

熱媒体ラインＬＮ２１を介して脱水素反応器１０に導入される熱媒体は、熱媒ボイラ２１において加熱される。脱水素反応器１０内で吸熱された熱媒体は、第１熱交換器１２においてＭＣＨと熱交換してＭＣＨを蒸発させて１８０℃程度まで昇温する。その後、降温した熱媒体は、熱媒体ラインＬＮ２２を介してポンプＰ２に戻り、ポンプＰ２によって再び熱媒ボイラ２１に入力されて加熱される。本実施形態１において熱媒体は、伝熱効率の観点から熱媒油を採用しているが、これには限られない。なお、熱媒体は、図示しないタンクに貯留され、熱媒体の循環系において熱媒体が不足する場合には当該循環系を構成する熱媒体ラインＬＮ２０に熱媒体が補給され、熱媒体が多い場合には当該循環系を構成する熱媒体ラインＬＮ２０から引き抜かれる。

熱媒ボイラ２１には、バルブＶＬ３０を介したＬＰガスとブロア２２を介した空気Ｇ２とが流入する。熱媒ボイラ２１は、ＬＰガスＧ１を燃焼することによって熱媒体を加熱する。熱媒ボイラ２１で燃焼した燃焼ガスＧ３は、図示しない空気予熱器で空気Ｇ２と熱交換を行った後、燃焼排ガスとして大気に排出される。この空気予熱器を用いた空気予熱によってエネルギー効率を高めることができる。なお、熱媒ボイラ２１による熱媒体の加熱制御は、制御部Ｃによってなされる。制御部Ｃは、触媒層温度センサＴ１が検出する脱水素反応器１０内の温度をもとに、ポンプＰ２による熱媒ボイラ２１への熱媒体流量を調整するとともに、熱媒ボイラ２１で燃焼するＬＰガスＧ１の流量をバルブＶＬ３０の開度制御によって調整する。

なお、本実施の形態１では、熱媒ボイラ２１を用いて熱媒体を加熱し、この加熱された熱媒体によって脱水素反応器１０の加熱を行っている。このような熱媒体を用いた加熱機構を採用すると、例えばバーナーにより直接加熱する加熱機構に比べて、より均一に加熱することができるため、脱水素反応器１０の温度制御をより安定して行うことができる。熱媒体を用いた加熱機構としては、液体状の熱媒体を用いたものには限られず、例えばＬＰガスをバーナーなどによって燃焼した燃焼ガスを直接、脱水素反応器１０内に流入してＭＣＨを加熱するような気体状の熱媒体を用いたものでもよい。また、加熱機構としては、熱媒体を用いたものには限られず、例えばバーナーにより直接加熱する機構を採用しても良い。

［水素精製系］
一方、予熱器１１を介した脱水素反応物は、水素精製系１Ｂに流入する。脱水素反応物は、冷却器１６で例えば１４０℃から４０℃程度まで冷却され、気液分離器などの凝縮器２４によって気液分離される。凝縮器２４で液状物質として分離されない、水素含有量が高い脱水素反応物は、さらに図示しない冷却器で例えば４０℃から１５℃程度まで冷却されて気液分離される。凝縮器２４で液状物質として分離されず、水素含有量がさらに高まった脱水素反応物は、コンプレッサＰ３によって加圧された脱水素反応物として水素精製器３０に入力される。なお、コンプレッサＰ３によって加圧された脱水素反応物は、加圧によって温度上昇するため、水素精製器３０に導入する前に、冷却器１７によって例えば８０℃〜１００℃まで冷却される。

水素精製器３０は、導入される脱水素反応物から水素を選択的に分離する機能を有するものであり、本実施の形態１では膜分離機構を用いたものが採用される。膜分離機構に採用される水素分離膜としては、コンプレッサＰ３から導入される圧力に耐え得る（例えば９００ｋＰａ以上の耐圧性がある）膜として、カーボン膜、パラジウム膜、ゼオライト膜などが挙げられるが、耐圧性や小さい差圧での実用化の観点ではカーボン膜およびゼオライト膜が比較的好ましく、中でもカーボン膜が振動に対する機械的強度の観点で特に好ましい。カーボン膜は、分子量の小さい水素を透過させ、トルエンや未分解物質などの相対的に分子量の大きいものを透過させない機能を有している。コンプレッサＰ３は、２００ｋＰａの脱水素反応物を９００ｋＰａまで昇圧した脱水素反応物として水素精製器３０に出力する。水素精製器３０における水素分離時の差圧は、２００ｋＰａであるため、分離された水素Ｖ３１は、９０℃で７００ｋＰａとなる。水素Ｖ３１は、図示しない冷却器で、４０℃まで冷却し、７００ｋＰａの水素として高圧水素圧縮系１Ｃの高圧水素圧縮機４０に導出される。すなわち、要求された外部圧力及び温度をもつ水素Ｖ３１としてラインＬＮ３０に導出される。

水素精製器３０における膜分離機構の水素分離膜を透過しなかった非透過ガスＧ３１は、ラインＬＮ３１を介して脱水素反応器１０の導入側に入力してもよい。非透過ガスＧ３１には水素分離膜を透過できなかった水素が含まれる。非透過ガスＧ３１内の水素が脱水素反応器１０に導入されると、脱水素反応器１０内の脱水素触媒の劣化を抑制することができる。

［高圧水素圧縮系］
高圧水素圧縮機４０は、導入された水素Ｖ３１を圧縮し、第２熱交換器４１を介して蓄圧器４２に貯蔵する。高圧水素圧縮機４０は、導入された水素Ｖ３１を８０ＭＰａまで圧縮する。高圧水素圧縮機４０から導出される水素は９００℃程度となる。そして、第２熱交換器４１を介した水素は、圧力８０ＭＰａを維持したまま、５００〜６００℃程度まで冷却される。この冷却された水素が蓄圧器４２に貯蔵される。その後、蓄圧器４２に貯蔵された水素は、ディスペンサ４３によって製品水素として外部に供給される。

［熱交換部と循環ラインの構成］
循環ラインＬＮ４０は、第１熱交換器１２と第２熱交換器４１との間で媒体を循環させる。すなわち、循環ラインＬＮ４０は、第２熱交換器４１において高圧水素圧縮機４０で圧縮された高圧水素の排熱を回収し、第１熱交換器１２に供給する。循環ラインＬＮ４０内に流れる媒体の流量は、ポンプＰ４によって調整される。この流量調整は、制御部Ｃによって行われる。

熱交換部５０は、第１熱交換器１２を有し、第１熱交換器１２は、ラインＬＮ１０内を流れるＭＣＨと、熱媒体ラインＬＮ２０内を流れる熱媒体または循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体と熱交換する。なお、熱媒体ラインＬＮ２０内を流れる熱媒体と循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体とは同じ媒体を用いている。

熱交換部５０内で、熱媒体ラインＬＮ２０は、第１熱交換器１２の上流側にバルブＶＬ２１を設け、第１熱交換器１２の下流側にバルブＶＬ２２を設けている。また、熱媒体ラインＬＮ２０には、バルブＶＬ２１の上流側とバルブＶＬ２２の下流側とを接続する熱媒体バイパスラインＬＮ２０ａが設けられている。熱媒体バイパスラインＬＮ２０ａには、バルブＶＬ２３が設けられている。

また、熱交換部５０内で、循環ラインＬＮ４０は、第１熱交換器１２の上流側にバルブＶＬ４１を設け、第１熱交換器１２の下流側にバルブＶＬ４２を設けている。また、循環ラインＬＮ４０には、バルブＶＬ４１の上流側とバルブＶＬ４２の下流側とを接続する循環バイパスラインＬＮ４０ａが設けられている。循環バイパスラインＬＮ４０ａには、バルブＶＬ４３が設けられている。

バルブＶＬ２１〜ＶＬ２３，ＶＬ４１〜ＶＬ４３は、制御部Ｃに接続される。制御部Ｃは、バルブＶＬ２１〜ＶＬ２３，ＶＬ４１〜ＶＬ４３の開閉制御を行う。装置起動時は、高圧水素圧縮機４０に導入される水素量が少ないため、第２熱交換器４１による排熱回収量が少ない。このため、制御部Ｃは、装置起動時においてバルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を閉とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を開とし、熱媒体ラインＬＮ２０を介して導入される媒体を用いて有機ハイドライドを加熱し、装置起動後、装置が定常運転となった場合、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を開とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を閉とし、循環ラインＬＮ４０を介し、第２熱交換器４１によって回収された高圧水素の排熱を用いて有機ハイドライドを加熱する。

なお、循環ラインＬＮ４０上には、制御部Ｃに接続される監視部６０が設けられる。監視部６０は、循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体の流量及び温度を測定し、第２熱交換器４１による回収熱量を求めて制御部Ｃに通知する。

また、制御部Ｃは、ラインＬＮ１０の第１熱交換器１２の下流に設けられて有機ハイドライド加熱センサＴ２が検出する温度をもとに有機ハイドライドが蒸発されているか否かを検出する。制御部Ｃは、有機ハイドライドが蒸発されていない場合、第１熱交換器１２に供給する総熱量を増大して有機ハイドライドを蒸発させる制御を行う。

［制御部によるバルブ制御処理］
つぎに、図２に示すフローチャートを参照して、制御部Ｃによる熱交換部５０内のバルブ制御処理について説明する。まず、制御部Ｃは、装置起動時に、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を閉とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を開とし、熱媒体ラインＬＮ２０を流れる媒体によって有機ハイドライドを加熱する（ステップＳ１０１）。

その後、制御部Ｃは、監視部６０が求めた回収熱量が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。この所定値は、例えば、第１熱交換器１２に導入される有機ハイドライドを蒸発させることができる回収熱量の値である。あるいは、所定値は、装置が定常運転に移行した時の回収熱量である。回収熱量が所定値以上でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、ステップＳ１０１に移行し、現在のバルブ開閉状態を維持する。一方、回収熱量が所定値以上である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を開とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を閉とし、循環ラインＬＮ４０を介し、第２熱交換器４１によって回収された高圧水素の排熱を用いて有機ハイドライドを加熱し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０２に移行する。

なお、熱媒体ラインＬＮ２０内を流れる熱媒体と循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体とは異なる媒体であってもよい。この場合、ラインＬＮ１０内を流れるＭＣＨと熱媒体ラインＬＮ２０内を流れる熱媒体との熱交換と、ラインＬＮ１０内を流れるＭＣＨと循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体との熱交換とは、個別に行われる。すなわち、熱媒体ラインＬＮ２０と循環ラインＬＮ４０とは合流しない個別のラインとする。

また、ラインＬＮ１０内を流れるＭＣＨと熱媒体ラインＬＮ２０内を流れる熱媒体との熱交換と、ラインＬＮ１０内を流れるＭＣＨと循環ラインＬＮ４０内を流れる媒体との熱交換とを物理的に分離した２つの熱交換器で構成してもよい。

本実施の形態１では、高圧水素の排熱を回収し、この回収熱量を用いて有機ハイドライドを加熱するようにしているので、装置全体としてのエネルギー効率を高めることができる。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、制御部ＣがバルブＶＬ２１〜ＶＬ２３，ＶＬ４１〜ＶＬ４３の開閉制御を行い、熱媒体ラインＬＮ２０を流れる熱媒体の熱量あるいは循環ラインＬＮ４０を流れる媒体の熱量を排他的に用いるものであったが、この実施の形態２では、制御部ＣがバルブＶＬ２１〜ＶＬ２３，ＶＬ４１〜ＶＬ４３の開度調整制御を行うようにしている。本実施の形態２では、熱媒体ラインＬＮ２０と循環ラインＬＮ４０とはそれぞれ独立したラインとしている。したがって、熱媒体ラインＬＮ２０を流れる媒体と循環ラインＬＮ４０を流れる媒体とは異なっていてもよい。

制御部Ｃは、装置起動時に、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を閉とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を開とし、熱媒体ラインＬＮ２０内の媒体のみによって有機ハイドライドを加熱する。その後、制御部Ｃは、監視部６０が求めた回収熱量の増大とともに、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２の開度を大きくし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３の開度を小さくする。そして、装置が定常状態に達した時点で、バルブＶＬ２３，ＶＬ４１，ＶＬ４２を開とし、バルブＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ４３を閉として、循環ラインＬＮ４０の媒体のみによって有機ハイドライドを加熱する。

図３は、実施の形態２の制御部Ｃの開度調整制御による熱媒体ラインＬＮ２０内の媒体の熱量Ｑ１の変化と循環ラインＬＮ４０内の媒体の熱量Ｑ２の変化を示すタイムチャートである。図３に示すように、装置起動開始の時点ｔ０における熱媒体ラインＬＮ２０が供給する熱量Ｑ１は、脱水素反応器１０に供給する熱量Ｑａと第１熱交換器１２に供給する熱量Ｑｃとの和である熱量Ｑｃである。また、装置起動開始の時点ｔ０における循環ラインＬＮ４０の熱量は０である。

その後、装置が定常運転状態となる時点ｔ１までの間、循環ラインＬＮ４０内の媒体の熱量Ｑ２は徐々に増大し、時点ｔ１で熱量Ｑｂとなる。一方、装置が定常運転状態となる時点ｔ１までの間、熱媒体ラインＬＮ２０内の媒体の熱量Ｑ１は、徐々に減少し、時点ｔ１以降は、脱水素反応器１０のみに供給する熱量Ｑａとなる。なお、時点ｔ０〜ｔ１の間において、熱媒体ラインＬＮ２０が第１熱交換器１２に供給する熱エネルギーΔＱ１は、循環ラインＬＮ４０のみで第１熱交換器１２に供給する不足分を補う熱エネルギーΔＱ２となる。

このような開度調整制御を行うことによって、装置が定常状態となるまでの装置起動時において循環ラインＬＮ４０が回収する熱量を有効利用することができる。

（実施の形態３）
上述した実施の形態１，２では、熱媒ボイラ２１によって加熱された媒体が熱媒体ラインＬＮ２０を介して脱水素反応器１０及び第１熱交換器１２を経由するようにしていたが、この実施の形態３では、図４に示すように、循環ラインＬＮ２０は、脱水素反応器１０のみを経由し、第１熱交換器１２を経由していない。そして、第１熱交換器１２における有機ハイドライドの加熱は、熱交換部５０内に設けたヒータ５１を用いている。

制御部Ｃは、装置起動時に、ヒータ５１を用いて第１熱交換器１２に、有機ハイドライドの蒸発に必要な熱量を供給し、装置起動後における循環ラインＬＮ４０を介した回収熱量の増大に伴って、蒸発に必要な熱量の不足分をヒータ５１から供給するようにしている。

なお、ヒータ５１は、電気式ヒータであっても、蒸気式ヒータであってもよい。さらには、燃焼式ヒータであってもよい。要は、独立して第１熱交換器１２に熱量を供給できるものであればよい。

１ 水素製造装置
１Ａ 脱水素反応系
１Ｂ 水素精製系
１Ｃ 高圧水素圧縮系
１０ 脱水素反応器
１０ａ 有機ハイドライド導入口
１０ｂ 脱水素反応物導出口
１１ 予熱器
１２ 第１熱交換器
１３ 加熱器
１４ 触媒管
１５ 触媒層
１６，１７ 冷却器
２０ａ 熱媒体導入口
２０ｂ 熱媒体導出口
２１ 熱媒ボイラ
２２ ブロア
２４ 凝縮器
３０ 水素精製器
４０ 高圧水素圧縮機
４１ 第２熱交換器
４２ 蓄圧器
４３ ディスペンサ
４４ プレクーラ
５０ 熱交換部
５１ ヒータ
６０ 監視部
Ｃ 制御部
Ｇ１ ＬＰガス
Ｇ２ 空気
Ｇ３ 燃焼ガス
Ｇ３１ 非透過ガス
ＬＮ１０，ＬＮ１１，ＬＮ３０，ＬＮ３１ ライン
ＬＮ２０，ＬＮ２１，ＬＮ２２ 熱媒体ライン
ＬＮ２０ａ 熱媒体バイパスライン
ＬＮ４０ 循環ライン
ＬＮ４０ａ 循環バイパスライン
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４ ポンプ
Ｐ３ コンプレッサ
Ｔ１ 触媒層温度センサ
Ｔ２ 有機ハイドライド加熱センサ
Ｖ３１ 水素
ＶＬ２１，ＶＬ２２，ＶＬ２３，ＶＬ３０，ＶＬ４１，ＶＬ４２，ＶＬ４３ バルブ

Claims (3)

1. 導入される有機ハイドライドを加熱する第１熱交換器と、
   前記第１熱交換器で加熱された有機ハイドライドを水素と脱水素物質とに分解する脱水素触媒を有する脱水素反応器と、
   前記水素および前記脱水素物質を含んでなる脱水素反応物から水素を精製する水素精製器と、
   精製された水素を圧縮して高圧水素を生成する圧縮機と、
   前記高圧水素を冷却して外部に導出する第２熱交換器と、
   前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で媒体を循環させ前記高圧水素の排熱を回収する循環ラインと、
   前記脱水素反応器及び前記第１熱交換器に熱を供給する熱媒体を加熱する熱媒ボイラと、
   を備え、
   前記第１熱交換器は、水素製造装置の起動運転時に前記熱媒ボイラが加熱した熱媒体を用いて有機ハイドライドを加熱し、前記水素製造装置の定常運転時に前記循環ラインを介した前記高圧水素の排熱を用いて前記有機ハイドライドを加熱することを特徴とする水素製造装置。
2. 前記第１熱交換器に導入される有機ハイドライドを加熱するヒータを備え、
   前記第１熱交換器は、装置の起動時に前記ヒータを用いて前記有機ハイドライドを加熱し、装置の定常運転時に前記循環ラインを介した前記高圧水素の排熱を用いて前記有機ハイドライドを加熱することを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
3. 前記高圧水素の排熱回収量を監視する監視部と、
   前記排熱回収量をもとに前記熱媒ボイラによる熱媒体の加熱量を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水素製造装置。

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