JP5237870B2 - 高純度水素製造方法 - Google Patents
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Description
実施形態の一例を図1のフロー図に示す。本実施形態では、CO吸着剤の吸着/再生の切り替え操作を雰囲気圧力の昇降(すなわち、圧力スイング)で行い、水素吸蔵材料の水素吸蔵/水素放出の切り替え操作を雰囲気圧力の昇降(圧力スイング)に加えて反応温度の昇降(すなわち、温度スイング)により行う例を示す。
CO含有水素リッチガスとしての変成ガスを製造するための改質・変成工程には、例えば通常用いられる水蒸気改質器と変成器(いずれも図示せず)との組合せ(「改質・変成器」と総称する。)を用いればよい。改質器において天然ガス等の炭化水素含有燃料を水蒸気で改質してH2およびCOを主成分とする改質ガスとした後、変成器においてこの改質ガスにさらに水蒸気を添加して変成しH2を主成分とする(水素リッチな)変成ガスBを生成する。この変成ガスB中には、H2の他、CO2、少量のCH4、H2Oなどとともに、0.5容積%(以下、単に「%」と表示する。)程度のCOが残留している。
本実施形態のCO吸着除去工程には、CO吸着剤を充填したCO吸着塔2基(2a,2b)からなるCO除去器2を用いる。以下、CO吸着塔1基ごとの運転パターンについて図2を参照しつつ説明した後、さらにCO除去器2(CO吸着塔2基)における運転パターンの切り替え操作について図3を参照しつつ説明する。
CO吸着塔としては代表として2aに着目し、図2を参照しつつ説明を行う。
各CO吸着塔2a,2bにつき、CO吸着除去ステップ→雰囲気置換ステップ→減圧ステップ→CO吸着剤再生ステップ→昇圧ステップ→CO吸着除去ステップの順序でこのサイクルを繰り返すように各ステップを順次切り替える必要があるが、連続的に高純度水素を製造するためには(すなわち、連続的にCO除去ガスCを得るためには)、2塔2a,2bのうちいずれか1塔は常にCO吸着除去ステップとしておく必要がある。
図1に戻り、本実施形態の水素分離回収工程には、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵材料容器3個(3a,3b,3c)からなる水素分離回収装置3を用いる。以下、水素吸蔵材料容器1個ごとの運転パターンについて説明した後、さらに水素分離回収装置3(水素吸蔵材料容器3個)における運転パターンの切り替え操作について説明する。
水素吸蔵材料容器としては代表として3aに着目し、図2を参照しつつ説明を行う。
上記実施形態では、CO吸着除去工程の雰囲気置換ステップにおいて、CO吸着塔から排気されたCO除去ガスC’は、水素吸蔵準備ステップにある水素吸蔵材料容器内のみに放出する例を示したが、水素放出ステップ以外のステップであれば、いずれのステップにある水素吸蔵材料容器内に放出してもよく、水素吸蔵ステップにある水素吸蔵材料容器内のみ、あるいは、水素吸蔵準備ステップにある水素吸蔵材料容器内および水素吸蔵ステップにある水素吸蔵材料容器内の双方に放出することも可能である。
2a,2b…CO吸着塔
3…水素分離回収装置
3a,3b,3c…水素吸蔵材料容器
7…真空ポンプ
8…バッファタンク
B…変成ガス(COを含有する水素リッチガス)
C…CO除去ガス
D…高純度水素
E…オフガス
F…CO非含有ガス(COを実質的に含まないガス)
Claims (3)
- CO吸着剤を充填してなるCO吸着塔を1または複数有するCO除去器と、その後段に、水素吸蔵材料を充填した水素吸蔵材料容器を1または複数有する水素分離回収装置を備えた高純度水素製造装置を用いて、COを含有する水素リッチガス(以下、「CO含有水素リッチガス」という。)から高純度水素を製造する方法であって、
前記CO含有水素リッチガスを前記CO除去器でCOを除去してCO除去ガスを得るCO吸着除去工程と、前記CO除去ガスに含まれる水素を前記水素吸蔵材料に吸蔵させた後、この吸蔵された水素を前記吸蔵材料から放出させることにより高純度水素を得る水素分離回収工程とを備え、
前記水素分離回収工程は、各水素吸蔵材料容器について、少なくとも、前記CO除去ガスに含まれる水素を前記水素吸蔵材料に吸蔵させる水素吸蔵ステップと、この吸蔵された水素を前記吸蔵材料から放出させる水素放出ステップとを含むものであり、
前記CO吸着除去工程は、各CO吸着塔について、前記CO含有水素リッチガスを流通させてCOを吸着除去しCO除去ガスを得るCO吸着ステップと、COを実質的に含まないガス(以下、「CO非含有ガス」という。)を導入して当該CO吸着塔内に滞留したCO除去ガスを排気して前記水素放出ステップ以外のステップにある水素吸蔵材料容器内に放出する雰囲気置換ステップと、前記CO非含有ガスを流通させつつCO吸着剤を再生するCO吸着剤再生ステップと、をその順序で繰り返すものである、
ことを特徴とする高純度水素製造方法。 - 前記雰囲気置換ステップにおいて、前記CO非含有ガスとして、前記水素吸蔵材料容器から排出される、前記水素吸蔵ステップで吸蔵されなかったオフガスを用いるに際し、前記CO吸着塔内の雰囲気圧力を該オフガスの圧力より低下させてから該オフガスを当該CO吸着塔内に流通させる請求項1に記載の高純度水素製造方法。
- 前記CO吸着剤が、シリカ、アルミナ、活性炭、グラファイトおよびポリスチレン系樹脂よりなる群から選択される1種以上の担体に、ハロゲン化銅(I)および/またはハロゲン化銅(II)を担持させた材料であることを特徴とする請求項1または2に記載の高純度水素製造方法。
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