JP6987099B2 - ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置 - Google Patents
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Description
請求項5記載のガス精製装置は、請求項1〜4いずれか1項記載のガス精製装置において、前記吸着塔から下流側へ前記精製ガスが送出される精製ガス流路と、前記精製ガス流路から分岐して外部に連通するベント流路と、前記ベント流路上に配設され、所定圧力以上となった場合には開弁するリリーフ弁と、前記精製ガス流路において、前記ベント流路との分岐位置よりも下流側に配設され、前記吸着塔と前記下流側とを連通又は遮断させる開閉弁と、前記精製ガスの純度を検出する純度検出手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記純度検出手段で検出された前記精製ガスの純度が所定純度未満の場合には、前記開閉弁を閉弁させる。
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、前記均圧工程を挟んで直ちに切り換える。
請求項11記載のガス精製装置の制御方法は、請求項7〜10のいずれか1項記載のガス精製装置の制御方法において、前記吸着塔から下流側へ前記精製ガスが送出される精製ガス流路と、前記精製ガス流路から分岐して外部に連通するベント流路と、前記ベント流路上に配設され、所定圧力以上となった場合には開弁するリリーフ弁と、前記精製ガス流路において、前記ベント流路との分岐位置よりも下流側に配設され、前記吸着塔と前記下流側とを連通又は遮断させる開閉弁と、をさらに備えたガス精製装置において、前記精製ガスの純度が所定純度未満の場合には、前記開閉弁を閉弁する。
水素製造装置10は、図1に示すように、炭化水素(都市ガス)から水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器20と、改質ガスを圧縮する圧縮機30と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製するPSA装置40と、を備えている。
改質器20は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスG1を生成する改質触媒層とを備えている。改質ガスG1には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。
昇圧前水分離部50には、改質器20から改質ガスG2を流入させる改質ガス排出管24の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管52が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管54が接続されている。
圧縮機30には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG3が流れる連絡流路管54と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG3が圧縮された改質ガスG4が流れる連絡流路管32とが接続されている。圧縮機30は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG3を圧縮し、圧縮された改質ガスG4を昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
昇圧後水分離部60には、圧縮機30から改質ガスG4を流入させる連絡流路管32の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管62が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管64が接続されている。
PSA装置40には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG5が流れる連絡流路管64の下流端と、精製された水素(ガス)が送出される水素供給管42の上流端と、PSA装置40で分離されたオフガスが送出されるオフガス供給管44の上流端とが接続されている。さらに、PSA装置40には、内部の水素(ガス)圧力が過剰となった場合に、水素製造装置10の外部に水素を排出するベント管45の上流端が接続されている。
燃焼排ガス水分離部70には、改質器20の燃焼室22から燃焼排ガスを導くガス排出管26の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管72が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管74が接続されている。
PSA装置40の内部構造について図2を参照して詳細に説明する。
ベント流路154が設けられている。ベント流路154には、所定圧力以上の場合のみ開放される逆止(リリーフ)弁156が設けられている。
PSA装置40は、PSA制御部170を有している。PSA制御部170は、図3に示すように、電磁開閉弁114A、114B、120A、120B、124A、124B、132A、132B、138A、138B、142A、142B、152(以下、「電磁開閉弁114A〜152」という)、圧力センサ160、162、164、166、及び水素ガス分析装置159と図示しない信号線で接続されており、後述する制御プログラムに沿って圧力センサ162、164の検出値や水素ガス分析装置159で検出された水素ガスの純度等に基づいて各電磁開閉弁114A〜152を開閉制御するものである。
次に、水素製造装置10及びPSA装置40の作用について説明する。先ず、水素製造装置10の作用について説明する。
先ず、PSA装置40の定格運転について図5〜図12を参照して説明する。この場合には、PSA制御部170は、定格運転制御プログラムをストレージ178から読み出し、実行することにより、電磁開閉弁114A〜152の開閉制御を行うものである。
次に、PSA装置40を起動させる場合について、図13〜図17を参照して説明する。
続いて、PSA装置40において、精製された製品水素ガスの水素純度が所定純度未満に低下した場合の運転について説明する。
このように、PSA装置40では、定格運転の設定時間に基づいて各工程(吸着工程、脱着工程、均圧工程)や各過程(昇圧過程、水素送出過程、パージ過程、排気停止過程)等を切り換えることにより、簡単な制御で所定の純度の水素を製造することができる。
本実施形態では、PSA装置40を水素製造装置10に適用したものであり、PSA装置40は改質ガスG5から水素(ガス)を精製していたが、これに限定するものではない。PSA装置が原料ガスから不純物を除去して精製ガスに精製するものであれば、適用可能である。
20 改質器
30 圧縮機
40 PSA装置(ガス精製装置)
102 第1吸着塔
104 第2吸着塔
106 水素ガス貯留タンク(精製ガス貯留タンク)
114A 電磁開閉弁(制御手段)
114B 電磁開閉弁(制御手段)
120A 電磁開閉弁(制御手段)
120B 電磁開閉弁(制御手段)
124A 電磁開閉弁(制御手段)
124B 電磁開閉弁(制御手段)
126 製品水素ガス送出流路(精製ガス流路)
132A 電磁開閉弁(制御手段)
132B 電磁開閉弁(制御手段)
138A 電磁開閉弁(制御手段)
138B 電磁開閉弁(制御手段)
142A 電磁開閉弁(制御手段)
142B 電磁開閉弁(制御手段)
144 製品水素ガス供給流路(精製ガス流路)
152 電磁開閉弁(制御手段、開閉弁)
154 ベント流路
156 逆止弁(リリーフ弁)
159 水素ガス分析装置(純度検出手段)
162 圧力センサ(圧力検出手段)
164 圧力センサ(圧力検出手段)
170 PSA制御部(制御手段)
Claims (11)
- 原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填されており、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する吸着工程と、前記吸着剤から前記不純物を除去する脱着工程が行われる複数の吸着塔と、
各前記吸着塔内の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを直ちに切り換える制御手段と、
を備えるガス精製装置。 - 原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填されており、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する吸着工程と、前記吸着剤から前記不純物を除去する脱着工程が行われる複数の吸着塔と、
各前記吸着塔内の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、前記均圧工程を挟んで直ちに切り換える制御手段と、
を備えるガス精製装置。 - 前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクをさらに備え、
前記制御手段は、装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する請求項1又は2記載のガス精製装置。 - 前記制御手段は、前記起動運転期間中に各前記吸着塔と精製ガス貯留タンクとの連通を遮断した状態を維持させたまま、各前記吸着塔に吸着工程と脱着工程を少なくとも一回行わせる請求項3記載のガス精製装置。
- 前記吸着塔から下流側へ前記精製ガスが送出される精製ガス流路と、
前記精製ガス流路から分岐して外部に連通するベント流路と、
前記ベント流路上に配設され、所定圧力以上となった場合には開弁するリリーフ弁と、
前記精製ガス流路において、前記ベント流路との分岐位置よりも下流側に配設され、前記吸着塔と前記下流側とを連通又は遮断させる開閉弁と、
前記精製ガスの純度を検出する純度検出手段と、
をさらに備え、前記制御手段は、前記純度検出手段で検出された前記精製ガスの純度が所定純度未満の場合には、前記開閉弁を閉弁させる請求項1〜4のいずれか1項記載のガス精製装置。 - 炭化水素を水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項1〜5記載のいずれか1項記載のガス精製装置と、
を備える水素製造装置。 - 複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する吸着工程と、前記複数の吸着塔のうちの他の一部の吸着塔の前記吸着剤から前記不純物を除去する脱着工程とが行われるガス精製装置において、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを直ちに切り換えるガス精製装置の制御方法。 - 複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する吸着工程と、前記複数の吸着塔のうちの他の一部の吸着塔の前記吸着剤から前記不純物を除去する脱着工程とが行われるガス精製装置において、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔内の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを、前記均圧工程を挟んで直ちに切り換えるガス精製装置の制御方法。 - 前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクをさらに備えたガス精製装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する請求項7又は8記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記起動運転期間中に各前記吸着塔と精製ガス貯留タンクとの連通を遮断した状態を維持したまま、各前記吸着塔に吸着工程と脱着工程を少なくとも一回行う請求項9記載のガス精製装置の制御方法。
- 前記吸着塔から下流側へ前記精製ガスが送出される精製ガス流路と、
前記精製ガス流路から分岐して外部に連通するベント流路と、
前記ベント流路上に配設され、所定圧力以上となった場合には開弁するリリーフ弁と、
前記精製ガス流路において、前記ベント流路との分岐位置よりも下流側に配設され、前記吸着塔と前記下流側とを連通又は遮断させる開閉弁と、
をさらに備えたガス精製装置において、
前記精製ガスの純度が所定純度未満の場合には、前記開閉弁を閉弁する請求項7〜10のいずれか1項記載のガス精製装置の制御方法。
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