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JP6602941B1 - Hydrogen production apparatus and hydrogen production method - Google Patents

Hydrogen production apparatus and hydrogen production method Download PDF

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JP6602941B1
JP6602941B1 JP2018225671A JP2018225671A JP6602941B1 JP 6602941 B1 JP6602941 B1 JP 6602941B1 JP 2018225671 A JP2018225671 A JP 2018225671A JP 2018225671 A JP2018225671 A JP 2018225671A JP 6602941 B1 JP6602941 B1 JP 6602941B1
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Abstract

【課題】改質器の起動時に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることを防止すると共に、装置全体の熱効率を向上させた水素製造装置及び水素製造方法を提供する。【解決手段】水素製造装置10は、改質器12のおける改質ガスが所定の水素濃度に達していない場合には、第1開閉弁102を閉弁し、第2開閉弁104を開弁することによって、当該改質ガスをオフガスタンク112に供給し、オフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に供給して燃焼室25で燃焼させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器90に供給されて製品水素の純度が低下することが防止とされると共に、燃料ガスとして改質器12のバーナー26に供給されることで、水素製造装置全体の熱効率が向上する。【選択図】図1To provide a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method that prevent a reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration at the time of starting a reformer from being supplied to a hydrogen purifier and improve the thermal efficiency of the entire apparatus. provide. When a reformed gas in a reformer 12 does not reach a predetermined hydrogen concentration, a hydrogen production apparatus 10 closes a first on-off valve 102 and opens a second on-off valve 104. As a result, the reformed gas is supplied to the offgas tank 112, supplied to the burner 26 of the reformer 12 through the offgas recirculation pipe 110, and burned in the combustion chamber 25. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is prevented from being supplied to the hydrogen purifier 90 and the purity of the product hydrogen is prevented from being lowered, and supplied to the burner 26 of the reformer 12 as fuel gas. As a result, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、水素製造装置及び水素製造方法に関し、特に、炭化水素原料を改質して水素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, and more particularly to a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method for producing hydrogen by reforming a hydrocarbon raw material.

従来、水素を得るための水素製造装置としては、原料炭化水素を改質装置で改質ガスに(水蒸気)改質した後、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置(水素精製器)へ供給するものが知られている。PSAで改質ガスから不純物と分離された水素が取り出される。   Conventionally, as a hydrogen production apparatus for obtaining hydrogen, a raw material hydrocarbon is reformed into reformed gas (steam) by a reformer and then supplied to a pressure swing adsorption (PSA) apparatus (hydrogen purifier). Are known. Hydrogen separated from impurities from the reformed gas by PSA is taken out.

改質装置では、原料炭化水素から水蒸気改質された改質ガスの水素濃度等が所定の濃度に達していないことがある。例えば、改質装置の起動時には、改質装置の内部温度が所定温度まで上昇せず、水蒸気改質された改質ガスが所定の水素濃度に達しない(一酸化炭素濃度が高い)ことがある。そこで、特許文献1の水素製造装置では、改質装置で生成される所定の水素濃度に達していない改質ガスをフレアに供給している。すなわち、改質装置で生成された所定の水素濃度に達していない改質ガスを水素精製器に供給しないことにより、所定品質に到達していない製品水素が製造されることを防止している。   In the reformer, the hydrogen concentration or the like of the reformed gas steam-reformed from the raw material hydrocarbon may not reach a predetermined concentration. For example, when the reformer is started, the internal temperature of the reformer does not rise to a predetermined temperature, and the reformed gas subjected to steam reforming may not reach a predetermined hydrogen concentration (carbon monoxide concentration is high). . Therefore, in the hydrogen production apparatus of Patent Document 1, the reformed gas generated in the reformer that does not reach the predetermined hydrogen concentration is supplied to the flare. That is, by preventing the reformed gas generated in the reformer from reaching the predetermined hydrogen concentration from being supplied to the hydrogen purifier, product hydrogen that does not reach the predetermined quality is prevented from being produced.

特開2009−149466号公報JP 2009-149466 A

特許文献1記載の水素製造装置は、所定品質に到達していない製品水素の製造を防止するという観点では優れているが、水素製造装置の熱効率の点で改善の余地がある。   The hydrogen production apparatus described in Patent Document 1 is excellent in terms of preventing production of product hydrogen that does not reach a predetermined quality, but there is room for improvement in terms of thermal efficiency of the hydrogen production apparatus.

本発明の課題は、所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させた水素製造装置及び水素製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus and a hydrogen production method in which reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration is prevented from being supplied to a hydrogen purifier and the thermal efficiency of the entire apparatus is improved. That is.

請求項1記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整するThe hydrogen production apparatus according to claim 1 is a reformer that reforms hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, and reforms the steam to reform the hydrocarbon. A reformer having a carbonaceous catalyst layer, and a carbon monoxide removal section for removing carbon monoxide from the reformed gas downstream of the reforming catalyst layer, and connected to the reformer, the reforming A hydrogen purifier that separates the gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify the product hydrogen; an off-gas passage that returns the off-gas as fuel to the combustion chamber of the reformer from the hydrogen purifier; and the off-gas An offgas tank that is provided on a flow path and temporarily stores the offgas, and then supplies the reformer to the reformer, and a branch from a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier. Reaching the reformed gas branch flow path and the reformed gas flow Switching means for communicating with either the upstream side of the branch position to the reformed gas branch flow path, the downstream side or the reformed gas branch flow path, and blocking the other, and the reformer A temperature detection unit that is disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removal unit on the flow path through which the reformed gas flows, and that detects the temperature of the reformed gas, and is detected by the temperature detection unit. A controller for controlling the switching means based on the temperature of the reformed gas, a gas flow rate detecting means for detecting a gas flow rate provided downstream of the offgas tank in the offgas flow path, and the modified An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the gasifier, and an air flow rate adjusting valve provided on the air supply flow path for adjusting the flow rate of air supplied to the combustion chamber, The temperature of the reformed gas and the gas flow rate detecting means In on the basis of the detected gas flow rate, adjusting the air flow the air flow control valve as a control.

この水素製造装置では、改質器の内部温度が所定温度に到達していないと、改質器で水蒸気改質が十分に行われず、所定の水素濃度に達していない改質ガスが生成される。   In this hydrogen production apparatus, if the internal temperature of the reformer does not reach a predetermined temperature, steam reforming is not sufficiently performed in the reformer, and a reformed gas that does not reach a predetermined hydrogen concentration is generated. .

制御部は、温度検出手段で検出された改質ガスの温度に基づいて、改質ガスの水素濃度が所定濃度に達しているか否かを判定している。制御部は、例えば、改質ガスの温度が所定温度未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。The control unit determines whether or not the hydrogen concentration of the reformed gas has reached a predetermined concentration based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means. For example, when the temperature of the reformed gas is less than a predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has not reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching unit upstream and downstream of the reformed gas flow path. And the upstream side and the reformed gas branch flow path are communicated. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer via the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

すなわち、改質器で生成された所定の水素濃度に達しない改質ガスが水素精製器に到達することが防止されると共に、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する装置と比較して装置全体の熱効率が向上する。   That is, the reformed gas generated in the reformer that does not reach the predetermined hydrogen concentration is prevented from reaching the hydrogen purifier, and the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration is supplied to the flare. In comparison, the thermal efficiency of the entire apparatus is improved.

一方、制御部は、改質器の改質ガスの温度が所定温度以上の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させている。これによって、所定の水素濃度に達した改質ガスを水素精製器に供給し、製品水素を製造する。また、水素精製器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室にオフガスが燃料として戻され、改質器の加熱に供される。この場合にも、オフガスを改質器に燃料として供給しない水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が向上する。 On the other hand, when the temperature of the reformed gas in the reformer is equal to or higher than the predetermined temperature, the control unit determines that the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration, and the switching unit upstream of the reformed gas channel. And the downstream side are in communication with each other, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are blocked. Thus, the reformed gas that has reached a predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier to produce product hydrogen. Further, off-gas is returned as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer through the off-gas tank, and is used for heating the reformer. Also in this case, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is improved as compared with a hydrogen production apparatus that does not supply off-gas as fuel to the reformer.

さらに、この切換時に、改質ガスが水素精製器に到達し、水素精製器で改質ガスから分離されたオフガスがオフガスタンクに到達するまでの間、オフガスタンクに貯留されていた改質ガスを改質器の燃焼室に供給することができる。したがって、切換時における改質器の燃焼室に対する燃料供給を安定的に維持し、改質器の加熱に供することができる。   Further, at the time of this switching, the reformed gas stored in the off-gas tank until the reformed gas reaches the hydrogen purifier and the off-gas separated from the reformed gas by the hydrogen purifier reaches the off-gas tank. It can be supplied to the combustion chamber of the reformer. Accordingly, the fuel supply to the combustion chamber of the reformer at the time of switching can be stably maintained and used for heating the reformer.

これにより、所定の水素濃度に達しない改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置全体の熱効率が一層向上する。
このように、制御部では改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
Thereby, the thermal efficiency of the entire hydrogen production apparatus is further improved as compared with the hydrogen production apparatus that supplies the reformed gas that does not reach the predetermined hydrogen concentration to the flare.
In this way, the control unit determines whether or not the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and controls the switching means based on this, so that the product The thermal efficiency of the entire apparatus can be improved while maintaining the quality of hydrogen.

また、この水素製造装置では、改質ガスの温度に基づいて切換手段が切換られることにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、オフガス流路に設けられたガス流量検出手段で改質ガスの流量が検出され、制御部ではこの改質ガスの流量と温度に基づいて改質器の燃焼室に流れる空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持している。 Further, in this hydrogen production apparatus, the switching means is switched based on the temperature of the reformed gas, so that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the offgas tank. The At this time, the flow rate of the reformed gas is detected by the gas flow rate detecting means provided in the off-gas flow path, and the control unit adjusts the flow rate of the air flowing into the combustion chamber of the reformer based on the flow rate and temperature of the reformed gas. By doing so, the combustibility of the combustion chamber is maintained well.

特に、制御部では、改質ガスの流量のみならず改質ガスの温度を参照することで、温度によって異なる改質ガスの組成に対応して燃焼室に供給する空気流量を調整するため、燃焼室の燃焼性が一層良好になる。
請求項記載の水素製造装置は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器における改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する。
In particular, the control unit refers to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas, and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber in accordance with the composition of the reformed gas depending on the temperature. The chamber is more flammable.
The hydrogen production apparatus according to claim 2 , wherein the reformer is connected to the reformer for reforming hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, and the reformer A hydrogen purifier that separates the gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify the product hydrogen; an off-gas passage that returns the off-gas as fuel to the combustion chamber of the reformer from the hydrogen purifier; and the off-gas An offgas tank that is provided on a flow path and temporarily stores the offgas, and then supplies the reformer to the reformer, and a branch from a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier. The reformed gas branch channel, the upstream side of the reformed gas channel with respect to the branch position to the reformed gas branch channel, and the downstream side or the reformed gas branch channel. Switching means for shutting off from the other, and the reforming A temperature detecting means for detecting the temperature of the reformed gas, a control unit for controlling the switching means based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means, and the off gas tank in the off gas passage. A gas flow rate detecting means for detecting a gas flow rate, an air supply channel for supplying air to the combustion chamber of the reformer, and an air supply channel provided on the air supply channel. An air flow rate adjustment valve for adjusting a flow rate of supplied air, and the control unit adjusts the air flow rate based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detection means. The air flow rate is adjusted by controlling the valve.

請求項記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、前記改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する
この水素製造方法では、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これによって、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器からオフガスタンクを介して改質器の燃焼室に燃料として供給する。すなわち、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器の加熱に供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a reformer for reforming a hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component, the reformer for steam reforming the hydrocarbon. A reformer having a carbonaceous catalyst layer, and a carbon monoxide removal unit that removes carbon monoxide from the reformed gas downstream of the reforming catalyst layer. A hydrogen purifier that purifies the product hydrogen by separating the gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity; an off-gas passage that returns the off-gas as fuel to the combustion chamber of the reformer from the hydrogen purifier; An off-gas tank provided on an off-gas flow path, temporarily storing the off-gas and then supplying the reformer, and a branch from the reformed gas flow path leading from the reformer to the hydrogen purifier The reformed gas branch flow path leading to the Switching means for communicating with either the upstream side of the branching position to the reformed gas branching channel in the channel, the downstream side, or the reformed gas branching channel, and blocking the other, and the reformer A hydrogen production apparatus comprising: a temperature detection unit that is disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removal unit on the flow path through which the reformed gas flows, and detects the temperature of the reformed gas. When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than a threshold value, the switching means is upstream of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel. The switching means in the case where the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than a threshold value. Branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel. Also communicates an upstream side and a downstream side, causes blocked with said reformed gas branch flow path and the upstream side, if the temperature of at least the reformed gas is less than the threshold value, the temperature of the reformed gas The flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer is adjusted based on the gas flow rate downstream of the off gas tank in the off gas flow path .
In this hydrogen production method, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than the threshold value, it is determined that the reformed gas has not reached the predetermined hydrogen concentration, and the reformed gas flow path is switched by the switching means. The upstream side and the downstream side are blocked, and the upstream side and the reformed gas branch flow path are communicated. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the reformer to the combustion chamber of the reformer via the offgas tank. That is, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is used for heating the reformer.

一方、改質器で生成された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを連通させ、上流側と改質ガス分岐流路とを遮断させている。これによって、所定の水素濃度に達した改質ガスを水素精製器に供給し、製品水素を製造する。   On the other hand, when the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than the threshold value, it is determined that the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration, and the upstream and downstream sides of the reformed gas channel are switched by the switching means. The upstream side and the reformed gas branch flow path are shut off. Thus, the reformed gas that has reached a predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier to produce product hydrogen.

このように、この水素製造方法では、改質器の改質ガス温度に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定し、これに基づいて切換手段を制御しているため、製品水素の品質を維持しつつ、装置全体の熱効率を向上させることができる。
また、この水素製造方法では、少なくとも改質ガスの温度が閾値未満の場合には、切換手段によって改質ガス流路の上流側と下流側とを遮断させ、上流側と改質ガス分岐流路とを連通させる。これにより、所定の水素濃度に達していない改質ガスがオフガスタンクを経由して改質器に燃料として供給される。この際、改質ガスの温度とオフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量に基づいて改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整することで、燃焼室の燃焼性を良好に維持することができる。
請求項記載の水素製造方法は、原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、を備える水素製造装置を用いて、前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する。
Thus, in this hydrogen production method, it is determined whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the reformed gas temperature of the reformer, and the switching means is controlled based on this. Therefore, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved while maintaining the quality of product hydrogen.
Further, in this hydrogen production method, at least when the temperature of the reformed gas is lower than the threshold, the upstream side and the downstream side of the reformed gas channel are blocked by the switching means, and the upstream side and the reformed gas branch channel To communicate with. Thereby, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel to the reformer via the off-gas tank. At this time, by adjusting the flow rate of air supplied to the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate downstream of the offgas tank in the offgas flow path, the combustibility of the combustion chamber is improved. It can be maintained well.
The hydrogen production method according to claim 4 , wherein the reformer is connected to the reformer for reforming hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, and the reformer A hydrogen purifier that separates the gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify the product hydrogen; an off-gas passage that returns the off-gas as fuel to the combustion chamber of the reformer from the hydrogen purifier; and the off-gas An offgas tank that is provided on a flow path and temporarily stores the offgas, and then supplies the reformer to the reformer, and a branch from a reformed gas flow path from the reformer to the hydrogen purifier. The reformed gas branch channel, the upstream side of the reformed gas channel with respect to the branch position to the reformed gas branch channel, and the downstream side or the reformed gas branch channel. And switching means for blocking from the other When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is less than a threshold value using an element manufacturing apparatus, the branching position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel by the switching means If the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than a threshold, the upstream side and the downstream side are blocked, the upstream side and the reformed gas branch flow path are communicated, The switching means causes the upstream side and the downstream side of the reformed gas flow path to communicate with the reformed gas branch flow path, and shuts off the upstream side and the reformed gas branch flow path. When at least the temperature of the reformed gas is less than the threshold, the reformer combustion chamber is based on the reformed gas temperature and the gas flow rate downstream of the offgas tank in the offgas passage. The flow rate of air supplied to is adjusted.

請求項1、記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Since the hydrogen production apparatus according to the first and second aspects of the present invention has the above-described configuration, a reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration when the reformer is started may be supplied to the hydrogen purifier. In addition to being prevented, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved.

また、請求項1、2記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 The hydrogen production apparatus according to the invention of claim 1, wherein, since the above-described configuration, it is possible to improve the combustion of the reformed gas in the combustion chamber.

さらに、請求項3、4記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、改質器の起動時等に所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器に供給されることが防止されると共に、装置全体の熱効率を向上させることができる。 Furthermore, since the hydrogen production method according to the third and fourth aspects of the present invention has the above-described configuration, a reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration is supplied to the hydrogen purifier when the reformer is started up. In addition, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved.

また、請求項3、4記載の発明に係る水素製造方法は、上記構成としたので、燃焼室における改質ガスの燃焼性を良好にすることができる。 Moreover, since the hydrogen production method according to the third and fourth aspects of the present invention has the above-described configuration, the combustibility of the reformed gas in the combustion chamber can be improved.

本発明の第1実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る多重筒型改質器を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the multiple cylinder type | mold reformer which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る水素製造装置の制御構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control structure of the hydrogen production apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る水素製造装置を示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the hydrogen production apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る水素製造装置の制御構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control structure of the hydrogen production apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る水素製造装置及び水素製造方法の一例を図1及び図2を参照して説明する。
[First Embodiment]
An example of the hydrogen production apparatus and the hydrogen production method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

〈水素製造装置〉
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多重筒型改質器(以下、「改質器」という場合がある)12と、改質ガスを圧縮する圧縮機80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水素精製器90と、を備えている。また、水素製造装置10は、圧縮機80の上流側、下流側でそれぞれ改質ガスから水分を分離・除去する昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60と、改質器12の後述する燃焼排ガスから水分を分離・除去する燃焼排ガス水分離部70と、を備えている。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, the hydrogen production apparatus 10 includes a multi-cylinder reformer (hereinafter sometimes referred to as “reformer”) 12 that generates a reformed gas obtained by steam reforming from a hydrocarbon (city gas). And a compressor 80 that compresses the reformed gas, and a hydrogen purifier 90 that purifies hydrogen gas by removing impurities from the compressed reformed gas. In addition, the hydrogen production apparatus 10 includes a pre-pressurization water separation unit 50 and a post-pressurization water separation unit 60 that separate and remove moisture from the reformed gas on the upstream side and the downstream side of the compressor 80, respectively. A combustion exhaust gas water separation unit 70 for separating and removing moisture from the combustion exhaust gas.

なお、この水素製造装置10は、炭化水素原料から水素を製造するものであり、本実施形態では、炭化水素原料の一例としてメタンを主成分とする都市ガスが用いられる場合について説明する。   In addition, this hydrogen production apparatus 10 produces hydrogen from a hydrocarbon raw material, and this embodiment demonstrates the case where the city gas which has methane as a main component is used as an example of a hydrocarbon raw material.

(多重筒型改質器)
多重筒型改質器12は、図2に示すように、多重に配置された複数の筒状壁21、22、23、24(以下、「筒状壁21〜24」という場合がある)を有している。複数の筒状壁21〜24は、例えば円筒状や楕円筒状に形成される。複数の筒状壁21〜24のうち内側から一番目の筒状壁21の内部には、燃焼室25が形成されており、この燃焼室25の上部には、バーナー26が下向きに配置されている。この多重筒型改質器12は、改質器の一例である。
(Multiple cylinder reformer)
As shown in FIG. 2, the multiple cylindrical reformer 12 includes a plurality of cylindrical walls 21, 22, 23, and 24 (hereinafter sometimes referred to as “cylindrical walls 21 to 24”) arranged in multiple. Have. The plurality of cylindrical walls 21 to 24 are formed in, for example, a cylindrical shape or an elliptical cylindrical shape. A combustion chamber 25 is formed inside the first cylindrical wall 21 from the inside out of the plurality of cylindrical walls 21 to 24, and a burner 26 is disposed downward on the upper portion of the combustion chamber 25. Yes. This multi-cylinder reformer 12 is an example of a reformer.

さらに、この燃焼室25の上端部には、外部から燃焼用空気を供給するための空気供給管40が接続されている。バーナー26には、さらに都市ガスを供給するための原料供給管33から分岐された原料分岐管33Aが接続されている。原料分岐管33Aには、空気供給管40から分岐された空気分岐管40Aが接続されている。したがって、バーナー26には、都市ガスに空気が混合された気体が、供給される構成である。なお、空気供給管40が「空気供給流路」に相当する。   Further, an air supply pipe 40 for supplying combustion air from the outside is connected to the upper end portion of the combustion chamber 25. The burner 26 is further connected to a raw material branch pipe 33A branched from a raw material supply pipe 33 for supplying city gas. An air branch pipe 40A branched from the air supply pipe 40 is connected to the raw material branch pipe 33A. Therefore, the burner 26 is configured to be supplied with a gas obtained by mixing air with city gas. The air supply pipe 40 corresponds to an “air supply flow path”.

一番目の筒状壁21と二番目の筒状壁22との間には、燃焼排ガス流路27が形成されている。燃焼排ガス流路27の下端部は、燃焼室25と連通されており、燃焼排ガス流路27の上端部には、ガスを排出するためのガス排出管28が接続されている。燃焼室25から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路27を下側から上側に流れ、ガス排出管28を通じて燃焼排ガス水分離部70へ送出される構成である。   A flue gas flow path 27 is formed between the first cylindrical wall 21 and the second cylindrical wall 22. A lower end portion of the combustion exhaust gas passage 27 communicates with the combustion chamber 25, and a gas exhaust pipe 28 for discharging gas is connected to the upper end portion of the combustion exhaust gas passage 27. The combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 flows from the lower side to the upper side through the combustion exhaust gas channel 27 and is sent to the combustion exhaust gas water separation unit 70 through the gas discharge pipe 28.

また、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、第1流路31が形成されている。この第1流路31の上部は、予熱流路32として形成されており、この予熱流路32の上端部には、都市ガスを供給するための原料供給管33と、改質用水を供給するための改質用水供給管34とが接続されている。さらに、二番目の筒状壁22と三番目の筒状壁23との間には、螺旋部材35が設けられており、この螺旋部材35により、予熱流路32は、螺旋状に形成されている。   A first flow path 31 is formed between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23. The upper part of the first flow path 31 is formed as a preheating flow path 32, and a raw material supply pipe 33 for supplying city gas and reforming water are supplied to the upper end portion of the preheating flow path 32. For this purpose, a reforming water supply pipe 34 is connected. Further, a spiral member 35 is provided between the second cylindrical wall 22 and the third cylindrical wall 23, and the preheating channel 32 is formed in a spiral shape by the spiral member 35. Yes.

予熱流路32には、都市ガスが原料供給管33から供給可能とされ、さらに、改質用水が改質用水供給管34から供給可能とされている。都市ガス及び改質用水は、予熱流路32を上側から下側に流れ、二番目の筒状壁22を介して燃焼排ガスと熱交換され水が気化される構成である。この予熱流路32では、都市ガス及び気相の改質用水(水蒸気)が混合されることにより、混合ガスが生成される構成である。   The preheating channel 32 can be supplied with city gas from the raw material supply pipe 33, and the reforming water can be supplied from the reforming water supply pipe 34. The city gas and the reforming water flow from the upper side to the lower side through the preheating channel 32, and are configured to heat-exchange with the combustion exhaust gas through the second cylindrical wall 22 to vaporize the water. The preheating channel 32 is configured to generate a mixed gas by mixing the city gas and the reforming water (steam) in the gas phase.

また、第1流路31における予熱流路32の下側には、改質触媒層36が設けられており、予熱流路32にて生成された混合ガスは、改質触媒層36へ供給される構成である。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、混合ガスが水蒸気改質反応することによって、水素を主成分とする改質ガスが生成される構成である。   The reforming catalyst layer 36 is provided below the preheating channel 32 in the first channel 31, and the mixed gas generated in the preheating channel 32 is supplied to the reforming catalyst layer 36. This is a configuration. The reforming catalyst layer 36 has a configuration in which reformed gas containing hydrogen as a main component is generated by receiving heat from the flue gas flowing through the flue gas passage 27 and causing the gas mixture to undergo a steam reforming reaction.

なお、第1流路31において、改質触媒層36の下流側には、生成された改質ガスの温度を検出する温度センサ37が配設されている。温度センサ37の検出信号は、後述する制御部106に出力される。なお、温度センサ37が「温度検出手段」に相当する。   In the first flow path 31, a temperature sensor 37 that detects the temperature of the generated reformed gas is disposed on the downstream side of the reforming catalyst layer 36. The detection signal of the temperature sensor 37 is output to the control unit 106 described later. The temperature sensor 37 corresponds to “temperature detection means”.

さらに、三番目の筒状壁23と四番目の筒状壁24との間には、第2流路42が形成されている。第2流路42の下端部は、第1流路31の下端部と連通されている。第2流路42の下部は、改質ガス流路43として形成されており、第2流路42の上端部には、改質ガス排出管44が接続されている。   Further, a second flow path 42 is formed between the third cylindrical wall 23 and the fourth cylindrical wall 24. The lower end portion of the second flow path 42 is in communication with the lower end portion of the first flow path 31. A lower portion of the second flow path 42 is formed as a reformed gas flow path 43, and a reformed gas discharge pipe 44 is connected to an upper end portion of the second flow path 42.

また、第2流路42における改質ガス流路43よりも上側には、CO変成触媒層45が設けられており、改質触媒層36で生成された改質ガスは、改質ガス流路43を通過した後、CO変成触媒層45へ供給される構成である。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して水素と二酸化炭素に変換され(水性シフト反応)、改質ガス中の一酸化炭素が低減可能とされている。   Further, a CO shift catalyst layer 45 is provided above the reformed gas channel 43 in the second channel 42, and the reformed gas generated in the reformed catalyst layer 36 is reformed gas channel. After passing through 43, the CO conversion catalyst layer 45 is supplied. In the CO shift catalyst layer 45, carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas react to be converted into hydrogen and carbon dioxide (aqueous shift reaction), and carbon monoxide in the reformed gas can be reduced. .

さらに、CO変成触媒層45の上側には、酸化剤ガス供給管46が接続されており、第2流路42におけるCO変成触媒層45よりも上側には、CO選択酸化触媒層47が設けられている。酸化剤ガス供給管46を通じて取り入れられた酸化剤ガス(例えば空気)、及び、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、CO選択酸化触媒層47へ供給される構成である。CO選択酸化触媒層47では、例えば白金やルテニウム等の貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去可能とされている。CO変成触媒層45及びCO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44を通じて排出される構成である。   Further, an oxidant gas supply pipe 46 is connected to the upper side of the CO shift catalyst layer 45, and a CO selective oxidation catalyst layer 47 is provided above the CO shift catalyst layer 45 in the second flow path 42. ing. The oxidant gas (for example, air) introduced through the oxidant gas supply pipe 46 and the reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 45 are supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47. In the CO selective oxidation catalyst layer 47, for example, carbon monoxide reacts with oxygen on a noble metal catalyst such as platinum or ruthenium and is converted into carbon dioxide, so that carbon monoxide can be removed. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO shift catalyst layer 45 and the CO selective oxidation catalyst layer 47 is configured to be discharged through the reformed gas discharge pipe 44.

多重筒型改質器12において生成された改質ガスは、図1に示すように、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90をこの順番で流れる。つまり、ガスの流れ方向において、上流側から下流側に、多重筒型改質器12、昇圧前水分離部50、圧縮機80、昇圧後水分離部60、及び水素精製器90がこの順番で配置されている。   As shown in FIG. 1, the reformed gas generated in the multi-cylinder reformer 12 is supplied to the pre-pressurization water separator 50, the compressor 80, the post-pressurization water separator 60, and the hydrogen purifier 90 in this order. Flowing. That is, in the gas flow direction, from the upstream side to the downstream side, the multiple cylinder reformer 12, the pre-pressurization water separation unit 50, the compressor 80, the post-pressurization water separation unit 60, and the hydrogen purifier 90 are arranged in this order. Has been placed.

(昇圧前水分離部)
昇圧前水分離部50には、多重筒型改質器12から改質ガスG1を流入させる改質ガス排出管44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59が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管56が接続されている。改質ガスG1は、昇圧前水分離部50の上流の改質ガス排出管44に配置された熱交換器HE1において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧前水分離部50の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管59へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG2は、連絡流路管56へ送出される構成である。
(Water separation part before pressurization)
The downstream end of the reformed gas discharge pipe 44 through which the reformed gas G1 flows from the multi-cylinder reformer 12 is connected to the pre-pressurization water separator 50. A water recovery pipe 59 is connected to the bottom of the pre-pressurization water separation section 50, and a communication flow path pipe 56 is connected to the top of the pre-pressurization water separation section 50. In the heat exchanger HE1 disposed in the reformed gas discharge pipe 44 upstream of the pre-pressurization water separation unit 50, the reformed gas G1 is condensed and separated by cooling by heat exchange with the cooling water. Water (liquid phase) can be stored in the lower part of the water separation unit 50. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G <b> 2 after the water has been condensed is configured to be sent to the communication channel pipe 56.

なお、連絡流路管56は、途中で分岐管100の上流端が接続されている。分岐管100の下流端は、後述するオフガスタンク112に接続されている。また、連絡流路管56において、分岐管100との分岐位置よりも下流側には、昇圧前水分離部50と圧縮機80とを連通又は遮断する第1開閉弁102が配設されている。さらに、分岐管100には、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とを連通又は遮断する第2開閉弁104が配設されている。なお、分岐管100が「改質ガス分岐流路」に相当する。また、第1開閉弁102、第2開閉弁104が「切換手段」に相当する。   In addition, the upstream end of the branch pipe 100 is connected to the connecting flow path pipe 56 on the way. The downstream end of the branch pipe 100 is connected to an offgas tank 112 described later. Further, in the communication channel pipe 56, a first on-off valve 102 that communicates or shuts off the pre-pressurized water separation unit 50 and the compressor 80 is disposed downstream of the branch position with the branch pipe 100. . Further, the branch pipe 100 is provided with a second on-off valve 104 for communicating or blocking the pre-pressurized water separation unit 50 and the off-gas tank 112. The branch pipe 100 corresponds to a “reformed gas branch flow path”. The first on-off valve 102 and the second on-off valve 104 correspond to “switching means”.

この第1開閉弁102、第2開閉弁104は、図3に示すように、制御部106からの制御信号によって開閉されるように構成されている。   As shown in FIG. 3, the first on-off valve 102 and the second on-off valve 104 are configured to be opened and closed by a control signal from the control unit 106.

具体的には、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁される構成である。すなわち、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが遮断され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112が連通される構成である。   Specifically, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is less than the threshold value, the first on-off valve 102 is closed and the second on-off valve 104 is opened. That is, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are shut off, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the off-gas tank 112 are communicated.

一方、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁される構成である。すなわち、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが連通され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112が遮断される構成である。   On the other hand, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold value, the first on-off valve 102 is opened and the second on-off valve 104 is closed. That is, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are communicated with each other, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the off-gas tank 112 are shut off.

(圧縮機)
圧縮機80には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG2が流れる連絡流路管56と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG2が流れる連絡流路管66とが接続されている。圧縮機80は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG2を圧縮し、昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
(Compressor)
The compressor 80 includes a communication channel pipe 56 through which the reformed gas G2 from the pre-pressurization water separation unit 50 flows, and a communication channel pipe 66 through which the reformed gas G2 supplied to the post-pressurization water separation unit 60 flows. It is connected. The compressor 80 compresses the reformed gas G <b> 2 supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 and can supply it to the post-pressurization water separation unit 60.

(昇圧後水分離部)
昇圧後水分離部60には、圧縮機80から改質ガスG2を流入させる連絡流路管66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69が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管68が接続されている。改質ガスG2は、昇圧後水分離部60の上流の連絡流路管66に配置された熱交換器HE2において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、昇圧後水分離部60の下部に水(液相)が貯留可能されている。当該水(液相)は、水回収管69へ送出される構成である。水が凝縮された後の改質ガスG3は、連絡流路管68へ送出される構成である。
(Water separation part after pressurization)
The post-pressurization water separation unit 60 is connected to the downstream end of a communication flow channel 66 through which the reformed gas G <b> 2 flows from the compressor 80. A water recovery pipe 69 is connected to the bottom of the post-pressurization water separation section 60, and a communication channel pipe 68 is connected to the top of the post-pressurization water separation section 60. The reformed gas G2 is condensed and separated by cooling by heat exchange with the cooling water in the heat exchanger HE2 disposed in the communication channel pipe 66 upstream of the post-pressurization water separation unit 60, and the post-pressurization water Water (liquid phase) can be stored in the lower part of the separation unit 60. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G <b> 3 after the water is condensed is configured to be sent to the connecting flow path pipe 68.

(水素精製器)
水素精製器90には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG3が流れる連絡流路管68の下流端と、精製された水素が送出される水素供給管92の上流端と、水素精製器90で分離されたオフガスが送出されるオフガス還流管110の上流端とが接続されている。
(Hydrogen purifier)
The hydrogen purifier 90 includes a downstream end of a communication channel pipe 68 through which the reformed gas G3 from the post-pressurization water separation unit 60 flows, an upstream end of a hydrogen supply pipe 92 through which purified hydrogen is sent, and hydrogen purification. The upstream end of the off-gas recirculation pipe 110 to which off-gas separated by the vessel 90 is sent is connected.

水素精製器90は、一例として、PSA装置が使用されている。この水素精製器90では、一対の吸着槽を備え、一方の吸着槽で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着槽で吸着剤に吸着した不純物を脱着させる脱着工程を行い、次に一方の吸着槽で脱着工程、他方の吸着槽で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスG3を水素と一酸化炭素を含む不純物(オフガスOG)とに連続的に分離して、水素が精製される構成である。精製された水素は、水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送出可能とされている。   As an example, the hydrogen purifier 90 uses a PSA apparatus. The hydrogen purifier 90 includes a pair of adsorption tanks, performs an adsorption process for adsorbing impurities on the adsorbent in one adsorption tank, and performs a desorption process for desorbing impurities adsorbed on the adsorbent in the other adsorption tank, Next, the desorption process is performed in one adsorption tank, and the adsorption process is performed in the other adsorption tank. By repeating this periodically, the reformed gas G3 is continuously separated into hydrogen and impurities containing carbon monoxide (off-gas OG), and hydrogen is purified. The purified hydrogen is sent to a hydrogen supply pipe 92 and stored in a tank (not shown) or sent to a hydrogen supply line.

水素精製器90のオフガスは、オフガス還流管110を介して改質器12の燃焼室25に設けられたバーナー26に供給可能とされている。なお、オフガス還流管110が「オフガス流路」に相当する。また、改質器12から水素精製器90に到る改質ガスの流路、具体的には、改質ガス排出管44、昇圧前水分離部50、連絡流路管56、圧縮機80、連絡流路管66、昇圧後水分離部60、連絡流路管68が「改質ガス流路」に相当する。   The off gas of the hydrogen purifier 90 can be supplied to the burner 26 provided in the combustion chamber 25 of the reformer 12 via the off gas recirculation pipe 110. The off gas recirculation pipe 110 corresponds to an “off gas flow path”. Further, the reformed gas flow path from the reformer 12 to the hydrogen purifier 90, specifically, the reformed gas discharge pipe 44, the pre-pressurization water separator 50, the communication flow path pipe 56, the compressor 80, The communication channel pipe 66, the post-pressurization water separation unit 60, and the communication channel pipe 68 correspond to the “reformed gas channel”.

(燃焼排ガス水分離部)
燃焼排ガス水分離部70には、改質器12の燃焼排ガス流路27から燃焼排ガスを導くガス排出管28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78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76が接続されている。燃焼室25から排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス水分離部70の上流のガス排出管28に配置された熱交換器HE3において、冷却水との熱交換による冷却により水が凝縮されて分離され、燃焼排ガス水分離部70の下部に水(液相)が貯留可能とされている。当該水(液相)は、水回収管78へ送出される構成である。水が凝縮された後の燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される構成である。
(Combustion exhaust gas water separation part)
A downstream end of a gas exhaust pipe 28 that leads the combustion exhaust gas from the combustion exhaust gas passage 27 of the reformer 12 is connected to the combustion exhaust gas water separation unit 70. A water recovery pipe 78 is connected to the bottom of the combustion exhaust gas water separator 70, and a gas discharge pipe 76 is connected to the top of the combustion exhaust gas water separator 70. Combustion exhaust gas discharged from the combustion chamber 25 is condensed and separated by cooling by heat exchange with cooling water in the heat exchanger HE3 disposed in the gas exhaust pipe 28 upstream of the combustion exhaust gas water separation unit 70. The water (liquid phase) can be stored in the lower part of the combustion exhaust gas water separation unit 70. The water (liquid phase) is sent to the water recovery pipe 78. The combustion exhaust gas after the water is condensed is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air.

水回収管59、69、78の各々の下流端は、改質用水供給管34に接続されている。改質用水供給管34には、溶存イオン成分を除去するための水処理器(イオン交換樹脂)34Aが設けられている。また、改質用水供給管34には、外部水供給部17が接続されている。外部水供給部17から改質用水供給管34に、例えば純水または市水が供給される構成である。   The downstream ends of the water recovery pipes 59, 69, 78 are connected to the reforming water supply pipe 34. The reforming water supply pipe 34 is provided with a water treatment device (ion exchange resin) 34A for removing dissolved ion components. An external water supply unit 17 is connected to the reforming water supply pipe 34. For example, pure water or city water is supplied from the external water supply unit 17 to the reforming water supply pipe 34.

さらに、改質用水供給管34には、ポンプP1が設けられている。昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70で分離された水、又は外部水供給部17から供給された水は、ポンプP1によって多重筒型改質器12へ供給される構成である。   Further, the reforming water supply pipe 34 is provided with a pump P1. The water separated by the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, the combustion exhaust gas water separation unit 70, or the water supplied from the external water supply unit 17 is supplied to the multiple cylinder reformer 12 by the pump P1. It is the structure supplied.

〈オフガスタンク〉
オフガスタンク112は、水素精製器90と改質器12のバーナー26とを連通するオフガス還流管110上に設けられている。また、オフガスタンク112には、分岐管100の下流端が接続されている。
<Off gas tank>
The offgas tank 112 is provided on an offgas reflux pipe 110 that communicates the hydrogen purifier 90 and the burner 26 of the reformer 12. Further, the downstream end of the branch pipe 100 is connected to the off gas tank 112.

したがって、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁された場合には、水素精製器90から供給されたオフガスがオフガスタンク112に一旦貯留され、流量や組成が平準化された後、改質器12のバーナー26に供給される構成である。   Therefore, when the first on-off valve 102 is opened and the second on-off valve 104 is closed, the off-gas supplied from the hydrogen purifier 90 is temporarily stored in the off-gas tank 112, and the flow rate and composition are leveled. Then, it is configured to be supplied to the burner 26 of the reformer 12.

一方、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁された場合には、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスがオフガスタンク112に一旦貯留された後、オフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に供給される構成である。   On the other hand, when the first on-off valve 102 is closed and the second on-off valve 104 is opened, after the reformed gas supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 is temporarily stored in the off-gas tank 112, In this configuration, the gas is supplied to the burner 26 of the reformer 12 through the off-gas reflux pipe 110.

(制御部)
続いて、第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉制御を行う制御部106について説明する。
(Control part)
Next, the control unit 106 that performs opening / closing control of the first opening / closing valve 102 and the second opening / closing valve 104 will be described.

制御部106は、図3に示すように、温度センサ37の検出信号が入力されると共に、第1開閉弁102と第2開閉弁104に制御信号(開弁信号、閉弁信号)が出力される構成である。特に、制御部106は、第1開閉弁102と第2開閉弁104のいずれか一方に開弁信号、他方に閉弁信号を出力するものである。   As shown in FIG. 3, the control unit 106 receives a detection signal from the temperature sensor 37 and outputs control signals (a valve opening signal and a valve closing signal) to the first on-off valve 102 and the second on-off valve 104. This is a configuration. In particular, the control unit 106 outputs a valve opening signal to one of the first opening / closing valve 102 and the second opening / closing valve 104 and a valve closing signal to the other.

制御部106は、図示しない改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定する改質ガスの温度の閾値を記憶している。すなわち、制御部106は、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が入力されると、改質ガスの温度と記憶されている閾値と比較する構成である。   The controller 106 stores a reformed gas temperature threshold value for determining whether or not a reformed gas (not shown) has reached a predetermined hydrogen concentration. That is, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is input, the control unit 106 is configured to compare the temperature of the reformed gas with a stored threshold value.

制御部106は、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上の場合には、制御部106は所定の水素濃度に達した改質ガスが生成されたと判定して、第1開閉弁102に開弁信号、第2開閉弁104に閉弁信号を出力する構成である。   When the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold, the control unit 106 determines that the reformed gas that has reached a predetermined hydrogen concentration has been generated, and performs the first opening / closing. A valve opening signal is output to the valve 102 and a valve closing signal is output to the second on-off valve 104.

逆に、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、制御部106は所定の水素濃度に達していない改質ガスが生成されたと判定して、第1開閉弁102に閉弁信号、第2開閉弁104に開弁信号を出力する構成である。   Conversely, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is less than the threshold value, the control unit 106 determines that the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration has been generated, and the first on-off valve A valve closing signal is output to 102 and a valve opening signal is output to the second on-off valve 104.

(作用)
次に、水素製造装置10及び水素製造方法の作用について説明する。
(Function)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 10 and the hydrogen production method will be described.

都市ガスが、原料供給管33から多重筒型改質器12に供給される。図2に示すように、多重筒型改質器12へ供給された都市ガスは、多重筒型改質器12の予熱流路32で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層36へ供給される。改質触媒層36では、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスからの熱を受け、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が生成される。この改質ガスは、改質ガス流路43を通ってCO変成触媒層45へ供給される。CO変成触媒層45では、改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素と二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が低減される。   City gas is supplied from the raw material supply pipe 33 to the multiple cylinder reformer 12. As shown in FIG. 2, the city gas supplied to the multi-cylinder reformer 12 is heated while being mixed with reforming water in the preheating flow path 32 of the multi-cylinder reformer 12, and the reforming catalyst Supplied to layer 36. In the reforming catalyst layer 36, heat from the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27 is received, and a reformed gas containing hydrogen as a main component is generated from the mixed gas by a steam reforming reaction. The reformed gas is supplied to the CO shift catalyst layer 45 through the reformed gas channel 43. In the CO conversion catalyst layer 45, carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas react to be converted into hydrogen and carbon dioxide, and carbon monoxide is reduced.

さらに、CO変成触媒層45を通過した改質ガスは、酸化剤ガス供給管46から供給される酸化ガス(空気)と共にCO選択酸化触媒層47へ供給され、貴金属触媒上で一酸化炭素が酸素と反応して二酸化炭素に変換され、一酸化炭素が除去される。CO選択酸化触媒層47で一酸化炭素が低減された改質ガスG1は、改質ガス排出管44へ送出される。   Further, the reformed gas that has passed through the CO shift catalyst layer 45 is supplied to the CO selective oxidation catalyst layer 47 together with the oxidizing gas (air) supplied from the oxidant gas supply pipe 46, and carbon monoxide is oxygenated on the noble metal catalyst. It is converted into carbon dioxide by reaction with carbon monoxide. The reformed gas G1 in which carbon monoxide is reduced in the CO selective oxidation catalyst layer 47 is sent to the reformed gas discharge pipe 44.

この際、多重筒型改質器12の燃焼室25では、原料分岐管33Aと空気分岐管40Aから供給された都市ガスと空気とが混合された気体がバーナー26によって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室25から燃焼排ガス流路27、ガス排出管28を介して燃焼排ガス水分離部70へ供給される。図1に示すように、燃焼排ガスに含まれる水は、熱交換器HE3での熱交換により冷却されて凝縮され、燃焼排ガス水分離部70に貯留され、水回収管78へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管76から外気中へ排出される。   At this time, in the combustion chamber 25 of the multi-cylinder reformer 12, a gas in which the city gas and air supplied from the raw material branch pipe 33A and the air branch pipe 40A are mixed is burned by the burner 26. The combustion exhaust gas is supplied from the combustion chamber 25 to the combustion exhaust gas water separation unit 70 via the combustion exhaust gas channel 27 and the gas exhaust pipe 28. As shown in FIG. 1, the water contained in the combustion exhaust gas is cooled and condensed by heat exchange in the heat exchanger HE 3, stored in the combustion exhaust gas water separation unit 70, and sent to the water recovery pipe 78. The combustion exhaust gas from which water has been separated is discharged from the gas discharge pipe 76 into the outside air.

ここで、水素製造装置10(改質器12)の起動時には、改質器12の燃焼室25でバーナー26が燃焼されることによって改質器内部の温度が所定温度に到達するまで時間を要する。この間、燃焼排ガス流路27を流れる燃焼排ガスとの熱交換によって、改質触媒層36における水蒸気改質によって生成された改質ガスは所定の水素濃度に達していない。また、所定の水素濃度に達していない改質ガスの温度は、所定の水素濃度に達した改質ガスの温度と比較して低い。   Here, when the hydrogen production apparatus 10 (reformer 12) is started, it takes time until the temperature inside the reformer reaches a predetermined temperature by burning the burner 26 in the combustion chamber 25 of the reformer 12. . During this time, the reformed gas generated by the steam reforming in the reforming catalyst layer 36 does not reach a predetermined hydrogen concentration by heat exchange with the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas passage 27. Further, the temperature of the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is lower than the temperature of the reformed gas that has reached the predetermined hydrogen concentration.

生成された改質ガスの温度は、第1流路31の改質触媒層36の下流側に設けられた温度センサ37で検出される。制御部106では、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上であるか否かを判定する。   The temperature of the generated reformed gas is detected by a temperature sensor 37 provided on the downstream side of the reforming catalyst layer 36 of the first flow path 31. The control unit 106 determines whether the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than a threshold value.

改質ガスの温度が閾値未満の場合には、所定の水素濃度に達していない改質ガスであると判定し、第1開閉弁102に閉弁信号を出力し、第2開閉弁104に開弁信号を出力する。   When the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, it is determined that the reformed gas does not reach the predetermined hydrogen concentration, a valve closing signal is output to the first on-off valve 102, and the second on-off valve 104 is opened. The valve signal is output.

これにより、第1開閉弁102が閉弁され、第2開閉弁104が開弁される。この結果、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが遮断され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とが連通される。   As a result, the first on-off valve 102 is closed and the second on-off valve 104 is opened. As a result, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are disconnected, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the off-gas tank 112 are communicated.

この状態で、改質器12から改質ガス排出管44に送出された所定の水素濃度に達していない改質ガスG1は、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。   In this state, the reformed gas G 1 that has not reached the predetermined hydrogen concentration sent from the reformer 12 to the reformed gas discharge pipe 44 is supplied to the pre-pressurization water separation unit 50. In the pre-pressurization water separation unit 50, water condensed by cooling due to heat exchange in the heat exchanger HE <b> 1 is stored and sent to the water recovery pipe 59.

水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から分岐管100を介してオフガスタンク112に供給される。オフガスタンク112に一旦貯留された改質ガスG2は、オフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に供給され、燃焼室25で燃焼される(改質器12の加熱に供される)。   The reformed gas G2 from which the water has been separated is supplied from the communication channel pipe 56 to the off-gas tank 112 via the branch pipe 100. The reformed gas G2 once stored in the offgas tank 112 is supplied to the burner 26 of the reformer 12 through the offgas recirculation pipe 110 and burned in the combustion chamber 25 (used for heating the reformer 12). ).

一方、制御部106では、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値以上となった場合には、改質器12で生成された改質ガスが所定の水素濃度に達したと判定し、第1開閉弁102に開弁信号、第2開閉弁104に閉弁信号を出力する。   On the other hand, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is equal to or higher than the threshold value, the control unit 106 determines that the reformed gas generated by the reformer 12 has reached a predetermined hydrogen concentration. The valve opening signal is output to the first opening / closing valve 102 and the valve closing signal is output to the second opening / closing valve 104.

これにより、第1開閉弁102が開弁され、第2開閉弁104が閉弁される。この結果、昇圧前水分離部50と圧縮機80とが連通され、昇圧前水分離部50とオフガスタンク112とが遮断される。   As a result, the first on-off valve 102 is opened and the second on-off valve 104 is closed. As a result, the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 are communicated, and the pre-pressurization water separation unit 50 and the off-gas tank 112 are shut off.

したがって、図1に示すように、改質器12から送出された所定品質の改質ガスG1は、改質ガス排出管44を経て、昇圧前水分離部50へ供給される。昇圧前水分離部50では、熱交換器HE1での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管59へ送出される。水が分離された改質ガスG2は、連絡流路管56から圧縮機80へ供給され、圧縮機80によって圧縮される。   Therefore, as shown in FIG. 1, the reformed gas G1 of a predetermined quality sent from the reformer 12 is supplied to the pre-pressurization water separation unit 50 via the reformed gas discharge pipe 44. In the pre-pressurization water separation unit 50, water condensed by cooling due to heat exchange in the heat exchanger HE <b> 1 is stored and sent to the water recovery pipe 59. The reformed gas G <b> 2 from which water has been separated is supplied to the compressor 80 from the communication flow path pipe 56 and is compressed by the compressor 80.

圧縮された改質ガスG2は、連絡流路管66から昇圧後水分離部60へ供給される。昇圧後水分離部60では、熱交換器HE2での熱交換による冷却により凝縮された水が貯留され、水回収管69へ送出される。水が分離された改質ガスG3は、連絡流路管68から水素精製器90へ供給される。   The compressed reformed gas G2 is supplied from the communication channel pipe 66 to the post-pressurization water separation unit 60. In the post-pressurization water separation unit 60, water condensed by cooling due to heat exchange in the heat exchanger HE <b> 2 is stored and sent to the water recovery pipe 69. The reformed gas G3 from which water has been separated is supplied to the hydrogen purifier 90 from the connecting flow path pipe 68.

なお、昇圧前水分離部50、昇圧後水分離部60、燃焼排ガス水分離部70からそれぞれ水回収管59、69、78に送出された水は、改質用水供給管34に戻される。ポンプP1の駆動により、改質用水供給管34から多重筒型改質器12に改質水として供給される。   The water sent from the pre-pressurization water separation unit 50, the post-pressurization water separation unit 60, and the combustion exhaust gas water separation unit 70 to the water recovery pipes 59, 69, and 78, respectively, is returned to the reforming water supply pipe 34. By driving the pump P1, the reforming water supply pipe 34 supplies the multi-tubular reformer 12 as reforming water.

水素精製器90では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着槽の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着槽では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。水素精製器90では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着槽で一定の周期で繰り返すことにより、改質ガスG3から連続的に水素と不純物が分離されて水素が精製される。   The hydrogen purifier 90 employs a pressure swing method, in which one of the pair of adsorption tanks adsorbs impurities other than hydrogen to the adsorbent, and the other adsorption tank desorbs impurities adsorbed to the adsorbent. . In the hydrogen purifier 90, hydrogen and impurities are continuously separated from the reformed gas G3 and purified by repeating this adsorption step and desorption step in each adsorption tank at a constant cycle.

水素精製器90で精製された製品としての水素は水素供給管92へ送出され、不図示のタンクへ貯留されたり、水素供給ラインへ送られる。   Hydrogen as a product purified by the hydrogen purifier 90 is sent to a hydrogen supply pipe 92 and stored in a tank (not shown) or sent to a hydrogen supply line.

一方、水素精製器90から排出されたオフガスOGは、オフガス還流管110を介して改質器12に供給される。すなわち、オフガス還流管110上に設けられたオフガスタンク112に一旦貯留された後、改質器12のバーナー26に供給される。   On the other hand, the off-gas OG discharged from the hydrogen purifier 90 is supplied to the reformer 12 through the off-gas recirculation pipe 110. That is, the gas is once stored in an offgas tank 112 provided on the offgas recirculation pipe 110 and then supplied to the burner 26 of the reformer 12.

なお、このオフガスOGには、改質器12で除去しきれなかった一酸化炭素と水素精製器90で分離しきれなかった水素が含有されている。したがって、オフガスは、バーナー26に供給されることにより燃焼室25内で燃焼される(改質器12の加熱に供される)。   This off-gas OG contains carbon monoxide that could not be removed by the reformer 12 and hydrogen that could not be separated by the hydrogen purifier 90. Accordingly, the off gas is burned in the combustion chamber 25 by being supplied to the burner 26 (used for heating the reformer 12).

ところで、第1開閉弁102を閉弁から開弁、第2開閉弁104を開弁から閉弁へ切り換えした時(以下、「切換時」という)には、改質ガスが昇圧前水分離部50から水素精製器90に到達し、水素精製器90で改質ガスG3から分離されたオフガスOGがオフガス還流管110を介してオフガスタンク112に到達するまで、時間を要する。   By the way, when the first on-off valve 102 is switched from closed to open and the second on-off valve 104 is switched from open to closed (hereinafter referred to as “switching”), the reformed gas is supplied to the pre-pressurization water separation unit. It takes time until the off-gas OG that has been separated from the reformed gas G3 by the hydrogen purifier 90 reaches the off-gas tank 112 via the off-gas recirculation pipe 110.

この間、オフガスタンク112に供給される可燃ガス(改質ガスG2及びオフガスOG)はないが、オフガスタンク112に貯留されていた改質ガスG2がオフガスタンク112から改質器12のバーナー26に供給される。すなわち、バーナー26には、オフガスタンク112から燃料ガス(改質ガスG2又はオフガスOG)の供給が遮断されることになく継続される。したがって、バーナー26の燃焼状態が良好に維持される。   During this time, there is no combustible gas (reformed gas G2 and offgas OG) supplied to the offgas tank 112, but the reformed gas G2 stored in the offgas tank 112 is supplied from the offgas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12. Is done. That is, the supply of fuel gas (reformed gas G2 or offgas OG) from the offgas tank 112 to the burner 26 is continued without being cut off. Therefore, the combustion state of the burner 26 is maintained well.

このように、水素製造装置10では、改質器12で生成される改質ガスが所定の水素濃度に達していない場合には、第1開閉弁102を閉弁、第2開閉弁104を開弁させることで、分岐管100を介してオフガス還流管110上に設けられたオフガスタンク112に供給することができる。この結果、所定の水素濃度に達していない改質ガスをオフガスタンク112から改質器12のバーナー26に燃料として供給し、燃焼室25で燃焼させている。   As described above, in the hydrogen production apparatus 10, when the reformed gas generated in the reformer 12 does not reach a predetermined hydrogen concentration, the first on-off valve 102 is closed and the second on-off valve 104 is opened. By turning the valve, it can be supplied to the off-gas tank 112 provided on the off-gas recirculation pipe 110 via the branch pipe 100. As a result, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is supplied as fuel from the off-gas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12 and burned in the combustion chamber 25.

したがって、所定の水素濃度に達していない改質ガスが水素精製器90に供給されることが防止され、水素精製器90で精製された(製品)水素の純度(品質)が低下することが防止される(製品水素の品質を高く維持することができる)。   Therefore, the reformed gas that has not reached the predetermined hydrogen concentration is prevented from being supplied to the hydrogen purifier 90, and the purity (quality) of the (product) hydrogen purified by the hydrogen purifier 90 is prevented from decreasing. (Product hydrogen quality can be kept high).

また、所定の水素濃度に達していない改質ガスを改質器12のバーナー26に供給して燃焼室25で燃焼させることにより、この改質ガスをフレアに供給する水素製造装置と比較して水素製造装置10の熱効率を向上させている。   Further, compared with a hydrogen production apparatus that supplies reformed gas that has not reached a predetermined hydrogen concentration to the burner 26 of the reformer 12 and burns it in the combustion chamber 25 to supply this reformed gas to the flare. The thermal efficiency of the hydrogen production apparatus 10 is improved.

さらに、制御部106は、改質ガスが所定品質に到達しているか否かを、温度センサ37で検出された改質ガスの温度に基づいて判定しているため、精度良く改質ガスの品質を判定することができる。   Further, since the control unit 106 determines whether or not the reformed gas has reached a predetermined quality based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37, the quality of the reformed gas is accurately determined. Can be determined.

さらにまた、改質ガスがオフガスタンク112に供給されている状態からオフガスがオフガスタンク112に供給されている状態に切り換える場合(切換時)には、オフガスタンク112に対する改質ガスの供給が停止した状態からオフガスがオフガスタンク112に到達するまでの間、オフガスタンク112に貯留された改質ガスが改質器12のバーナー26に供給される。したがって、オフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断することはなく、バーナー26の燃焼性が良好に維持される。   Furthermore, when switching from the state in which the reformed gas is supplied to the offgas tank 112 to the state in which the offgas is supplied to the offgas tank 112 (at the time of switching), the supply of the reformed gas to the offgas tank 112 is stopped. Until the off gas reaches the off gas tank 112 from the state, the reformed gas stored in the off gas tank 112 is supplied to the burner 26 of the reformer 12. Therefore, the supply of the fuel gas (reformed gas or off gas) from the off gas tank 112 to the burner 26 is not shut off, and the combustibility of the burner 26 is maintained well.

オフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断された場合には、バーナー26に都市ガスを供給すること、又は都市ガスの供給量を増加させることが必要となる。水素製造装置10では、切換時にオフガスタンク112からバーナー26へ燃料ガス(改質ガス又はオフガス)の供給が遮断することはないため、バーナー26に対する燃料ガス(改質ガス、オフガス、都市ガス)の流量制御が簡単になると共に、装置全体の熱効率が一層向上する。   When the supply of fuel gas (reformed gas or off gas) from the off gas tank 112 to the burner 26 is interrupted, it is necessary to supply city gas to the burner 26 or increase the supply amount of city gas. . In the hydrogen production apparatus 10, since the supply of fuel gas (reformed gas or off gas) from the off gas tank 112 to the burner 26 is not interrupted at the time of switching, the fuel gas (reformed gas, off gas, city gas) to the burner 26 is not interrupted. The flow rate control is simplified and the thermal efficiency of the entire apparatus is further improved.

なお、オフガス還流管110の途中にオフガスタンク112を設け、オフガスタンク112にオフガスOGを一旦貯留することで、例えば水素精製器90がPSA装置である場合に周期的に変動するオフガスの流量や組成を平準化して改質器12のバーナー26に供給することができる。これによって、バーナー26の燃焼性を良好に維持できる。   Note that an offgas tank 112 is provided in the middle of the offgas recirculation pipe 110, and the offgas OG is temporarily stored in the offgas tank 112. For example, when the hydrogen purifier 90 is a PSA device, the flow rate and composition of the offgas periodically fluctuate. Can be supplied to the burner 26 of the reformer 12. Thereby, the combustibility of the burner 26 can be maintained satisfactorily.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態に係る水素製造装置200及び水素製造方法について、図4及び図5を参照して説明する。第1実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、水素製造装置200は、水素製造装置10に流量検出器202と、流量制御弁204を追加したのみなので、当該部分に関する構成及び作用のみを説明し、第1実施形態と同様の作用効果については詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
A hydrogen production apparatus 200 and a hydrogen production method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In addition, since the hydrogen production apparatus 200 has only the flow rate detector 202 and the flow rate control valve 204 added to the hydrogen production apparatus 10, only the configuration and operation relating to the part will be described, and the same operational effects as in the first embodiment will be described. Will not be described in detail.

(構成)
図4に示すように、水素製造装置200は、オフガス還流管110上においてオフガスタンク112の下流側にオフガス還流管110を流れるガス流量を検出する流量検出器202を設けている。図5に示すように、流量検出器202の検出信号が制御部106に出力される。なお、流量検出器202が「流量検出手段」に相当する。
(Constitution)
As shown in FIG. 4, the hydrogen production apparatus 200 is provided with a flow rate detector 202 that detects the flow rate of the gas flowing through the offgas recirculation pipe 110 on the offgas recirculation pipe 110 on the downstream side of the offgas tank 112. As shown in FIG. 5, the detection signal of the flow rate detector 202 is output to the control unit 106. The flow rate detector 202 corresponds to “flow rate detection means”.

また、図4に示すように、空気供給管40上には、空気供給管40を流れる空気流量を調整する流量制御弁204が設けられている。図5に示すように、流量制御弁204は、制御部106からの制御信号が入力されることにより駆動され、空気供給管40を流れる空気流量を調整する。この流量制御弁204が「空気流量調整弁」に相当する。   As shown in FIG. 4, a flow control valve 204 that adjusts the flow rate of air flowing through the air supply pipe 40 is provided on the air supply pipe 40. As shown in FIG. 5, the flow control valve 204 is driven by a control signal from the control unit 106 and adjusts the flow rate of air flowing through the air supply pipe 40. This flow control valve 204 corresponds to an “air flow adjustment valve”.

図5に示すように、制御部106では、温度センサ37と流量検出器202の検出信号が入力されると共に、第1開閉弁102、第2開閉弁104、流量制御弁204に制御信号が出力される構成である。   As shown in FIG. 5, the control unit 106 receives detection signals from the temperature sensor 37 and the flow rate detector 202 and outputs control signals to the first on-off valve 102, the second on-off valve 104, and the flow rate control valve 204. It is the composition which is done.

また、制御部106には、流量検出器202と温度センサ37で検出された改質ガスの流量及び温度と、これらに対応した空気供給管40に流れる空気流量(空気流量調整弁の開度)との対応関係を示すテーブルが格納されている。これは、バーナー26に改質ガスが供給されることによって燃焼される場合、改質ガスの組成が改質ガスの温度によって異なることから、改質ガスの流量と温度に対応して燃焼室25に供給される空気流量を調整することで、燃焼室25における燃焼性(空燃比)を適切に調整するものである。   Further, the control unit 106 includes a flow rate and temperature of the reformed gas detected by the flow rate detector 202 and the temperature sensor 37, and an air flow rate flowing through the air supply pipe 40 corresponding thereto (opening degree of the air flow rate adjustment valve). Is stored. This is because when the reformed gas is supplied to the burner 26 and combusted, the composition of the reformed gas varies depending on the temperature of the reformed gas, so that the combustion chamber 25 corresponds to the flow rate and temperature of the reformed gas. The combustibility (air-fuel ratio) in the combustion chamber 25 is appropriately adjusted by adjusting the air flow rate supplied to the combustion chamber 25.

したがって、制御部106では、温度センサ37で検出された温度と閾値を比較することにより、第1開閉弁102と第2開閉弁104に制御信号を出力して開閉制御すると共に、この開閉制御により改質ガスがオフガスタンク112に供給される場合に、図示しないテーブルを参照した制御信号を流量制御弁204に出力する構成である。   Therefore, the control unit 106 compares the temperature detected by the temperature sensor 37 with a threshold value to output a control signal to the first on-off valve 102 and the second on-off valve 104 to perform on-off control. When the reformed gas is supplied to the off-gas tank 112, a control signal referring to a table (not shown) is output to the flow control valve 204.

(作用)
次に、水素製造装置200及び水素製造方法の作用について説明する。
水素製造装置200の制御部106では、改質器12の起動時に、温度センサ37で検出された改質ガスの温度が閾値未満である場合には、改質ガスが所定の水素濃度に達していないと判定し、第1開閉弁102を閉弁信号、第2開閉弁104を開弁信号を出力する。これにより、第1開閉弁102が閉弁されると共に第2開閉弁104が開弁される。
(Function)
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 200 and the hydrogen production method will be described.
In the control unit 106 of the hydrogen production apparatus 200, when the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37 is less than the threshold when the reformer 12 is started, the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration. It is determined that the first on-off valve 102 is closed, and the second on-off valve 104 is output as a valve opening signal. As a result, the first on-off valve 102 is closed and the second on-off valve 104 is opened.

この結果、装置の起動時に改質器12で生成され所定の水素濃度に達していない改質ガスが昇圧前水分離部50からオフガスタンク112に供給される。オフガスタンク112からオフガス還流管110を介して改質器12のバーナー26に改質ガスが供給される。この際、オフガス還流管110内を流れる改質ガスの流量が流量検出器202で検出される。   As a result, the reformed gas that is generated in the reformer 12 and does not reach a predetermined hydrogen concentration when the apparatus is started is supplied from the pre-pressurization water separation unit 50 to the off-gas tank 112. Reformed gas is supplied from the off gas tank 112 to the burner 26 of the reformer 12 through the off gas recirculation pipe 110. At this time, the flow rate of the reformed gas flowing in the off gas recirculation pipe 110 is detected by the flow rate detector 202.

制御部106では、上記のように改質ガス温度が閾値未満の場合には、改質ガスが燃焼室25のバーナー26に供給されることから、図示しないテーブルを参照して温度センサ37と流量検出器202で検出された改質ガスの温度と流量から、流量制御弁204の開度を決定し、これに対応する制御信号を流量制御弁204に出力する。   In the control unit 106, when the reformed gas temperature is lower than the threshold value as described above, the reformed gas is supplied to the burner 26 of the combustion chamber 25. Therefore, the temperature sensor 37 and the flow rate are referred to by referring to a table (not shown). The opening degree of the flow control valve 204 is determined from the temperature and flow rate of the reformed gas detected by the detector 202, and a control signal corresponding to this is output to the flow control valve 204.

流量制御弁204は、制御信号に基づいて所定の開度に調整することにより、空気供給管40から燃焼室25に供給される空気流量が所定の流量とされる。この結果、燃焼室25においてバーナー26に供給された改質ガスの燃焼状態が一層良好に維持される。   The flow rate control valve 204 adjusts to a predetermined opening based on the control signal, so that the air flow rate supplied from the air supply pipe 40 to the combustion chamber 25 becomes a predetermined flow rate. As a result, the combustion state of the reformed gas supplied to the burner 26 in the combustion chamber 25 is better maintained.

なお、この場合、改質ガスの流量だけでなく改質ガスの温度を参照することによって改質ガスの組成が考慮されるため、燃焼室25におけるバーナー26の燃焼性が一層良好になる。   In this case, the composition of the reformed gas is taken into account by referring to not only the flow rate of the reformed gas but also the temperature of the reformed gas, so that the burnability of the burner 26 in the combustion chamber 25 is further improved.

[その他]
水素製造装置10、200では、それぞれ改質器12を多重筒型改質器としたが、これに限定されるものではない。都市ガスから水素を主成分とする改質ガスに改質可能なものであれば良い。
[Others]
In the hydrogen production apparatuses 10 and 200, the reformer 12 is a multi-cylinder reformer, but the present invention is not limited to this. Any gas can be used as long as it can be reformed from city gas into a reformed gas mainly composed of hydrogen.

また、水素製造装置10、200では、水素精製器90がPSA装置である場合について説明したが、改質ガスG3から水素を精製できるものであれば、これに限定するものではない。   Further, in the hydrogen production apparatuses 10 and 200, the case where the hydrogen purifier 90 is a PSA apparatus has been described, but the present invention is not limited to this as long as hydrogen can be purified from the reformed gas G3.

さらに、水素製造装置10、200では、連絡流路管56上の分岐管100との分岐位置よりも下流側に第1開閉弁102、分岐管100上に第2開閉弁104を設けることにより、昇圧前水分離部50と圧縮機80又はオフガスタンク112を選択的に連通する構成としたが、連絡流路管56上の分岐管100との分岐位置に三方弁を設けることにより昇圧前水分離部50と圧縮機80又はオフガスタンク112を選択的に連通する構成としても良い。   Furthermore, in the hydrogen production apparatuses 10 and 200, by providing the first on-off valve 102 on the downstream side of the branch position with the branch pipe 100 on the communication flow path pipe 56 and the second on-off valve 104 on the branch pipe 100, Although the pre-pressurization water separation unit 50 and the compressor 80 or the off-gas tank 112 are selectively communicated with each other, the pre-pressurization water separation is provided by providing a three-way valve at a branch position with the branch pipe 100 on the communication flow path pipe 56. The unit 50 and the compressor 80 or the off-gas tank 112 may be selectively communicated with each other.

また、水素製造装置10、200では、温度センサ37で検出した改質ガスの温度に基づいて制御部106が改質ガスの水素濃度を判定し、この判定結果に基づいて第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉制御を行う構成としたが、運転員が改質ガスの温度に基づいて改質ガスの水素濃度を評価し、第1開閉弁102、第2開閉弁104の開閉を行う構成でも良い。   In the hydrogen production apparatuses 10 and 200, the control unit 106 determines the hydrogen concentration of the reformed gas based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature sensor 37, and the first on-off valve 102, Although the opening / closing control of the second opening / closing valve 104 is performed, the operator evaluates the hydrogen concentration of the reformed gas based on the temperature of the reformed gas, and opens / closes the first opening / closing valve 102 and the second opening / closing valve 104. The structure to perform may be sufficient.

さらに、制御部106において改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かの判定は、改質ガスの温度に基づいて行うものであれば良い。例えば、改質ガスの温度上昇率等に基づいて改質ガスが所定の水素濃度に達しているか否かを判定しても良い。   Furthermore, the control unit 106 may determine whether or not the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the temperature of the reformed gas. For example, it may be determined whether the reformed gas has reached a predetermined hydrogen concentration based on the temperature rise rate of the reformed gas or the like.

また、水素製造装置200では、制御部106で改質ガスの温度と流量から改質器12の燃焼室25に供給する空気流量を流量制御弁204で調整する構成としたが、改質ガスの流量のみに対応して燃焼室25に供給する空気流量を調整する構成でも良い。   In the hydrogen production apparatus 200, the control unit 106 adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber 25 of the reformer 12 from the temperature and flow rate of the reformed gas by the flow rate control valve 204. The structure which adjusts the air flow volume supplied to the combustion chamber 25 corresponding to only a flow volume may be sufficient.

さらに、水素製造装置200では、改質ガスを改質器12のバーナー26に供給する場合だけ、流量制御弁204を調整して燃焼室25に供給される空気流量を調整する構成としたが、オフガスをバーナー26に供給する場合も同様の調整をしても良い。ただし、この場合には、制御部106がオフガスの流量と、空気流量(流量制御弁204の開度)との対応関係を示すテーブルを記憶し、流量検出器202で検出されたオフガス流量からテーブルを参照して流量制御弁204を制御して空気流量を調整することが考えられる。   Further, in the hydrogen production apparatus 200, only when the reformed gas is supplied to the burner 26 of the reformer 12, the flow rate control valve 204 is adjusted to adjust the flow rate of air supplied to the combustion chamber 25. The same adjustment may be made when off-gas is supplied to the burner 26. However, in this case, the control unit 106 stores a table indicating the correspondence relationship between the off-gas flow rate and the air flow rate (the opening degree of the flow control valve 204), and the table is obtained from the off-gas flow rate detected by the flow rate detector 202. It is considered that the air flow rate is adjusted by controlling the flow rate control valve 204 with reference to FIG.

また、水素製造装置10、200において分岐管100の一端は、昇圧前水分離部50に接続されているが、これに限定するものではない。すなわち、分岐管100の一端は、改質器12から水素精製器90を結ぶ管路(改質ガス排出管44、昇圧前水分離部50、連絡流路管56、圧縮機80、連絡流路管66、昇圧後水分離部60、連絡流路管68)に接続されていれば良い。ただし、分岐管100の一端が昇圧前水分離部50よりも下流側と接続されると、改質ガスをオフガスタンク112に供給するまでの流路が長くなるという点で本実施形態と比較して不利である。また、改質ガス排出管44からオフガスタンク112に分岐管100が接続された場合には、水蒸気(水分)を多く含む改質ガスが改質器12のバーナー26に供給される点で本実施形態よりも不利である。   Moreover, in the hydrogen production apparatuses 10 and 200, one end of the branch pipe 100 is connected to the pre-pressurization water separation unit 50, but is not limited thereto. That is, one end of the branch pipe 100 is connected to a pipe line (the reformed gas discharge pipe 44, the pre-pressurization water separation unit 50, the communication channel pipe 56, the compressor 80, the communication channel) connecting the reformer 12 and the hydrogen purifier 90. It only has to be connected to the pipe 66, the post-pressurization water separation section 60, and the connecting flow path pipe 68). However, when one end of the branch pipe 100 is connected to the downstream side of the pre-pressurization water separation unit 50, the flow path until the reformed gas is supplied to the off-gas tank 112 becomes longer than in the present embodiment. It is disadvantageous. In addition, when the branch pipe 100 is connected from the reformed gas discharge pipe 44 to the off-gas tank 112, the reformed gas containing a large amount of water vapor (water) is supplied to the burner 26 of the reformer 12. Disadvantageous over form.

さらに、分岐管100の他端は、オフガスタンク112に直接接続されていたが、これに限定するものではない。すなわち、分岐管100の他端は、オフガス還流管110においてオフガスタンク112よりも上流側に接続されるものであっても良い。   Furthermore, although the other end of the branch pipe 100 is directly connected to the off-gas tank 112, the present invention is not limited to this. That is, the other end of the branch pipe 100 may be connected to the upstream side of the offgas tank 112 in the offgas recirculation pipe 110.

また、水素製造装置10、200では、改質器12(水素製造装置10、200)の起動時について説明したが、起動時に限定されず、所定の水素濃度に達しない改質ガスを改質器12のバーナー26に供給するものである。   Further, in the hydrogen production apparatuses 10 and 200, the start-up of the reformer 12 (hydrogen production apparatuses 10 and 200) has been described. However, the reformer is not limited to the start-up and does not reach a predetermined hydrogen concentration. 12 burners 26 are supplied.

10、200 水素製造装置
12 多重筒型改質器(改質器)
37 温度センサ(温度検出手段)
40 空気供給管(空気供給流路)
44 改質ガス排出管(改質ガス流路)
50 昇圧前水分離部(改質ガス流路)
56 連絡流路管(改質ガス流路)
80 圧縮機(改質ガス流路)
66 連絡流路管(改質ガス流路)
60 昇圧後水分離部(改質ガス流路)
68 連絡流路管(改質ガス流路)
100 分岐管(改質ガス分岐流路)
102 第1開閉弁(切換手段)
104 第2開閉弁(切換手段)
106 制御部
110 オフガス還流管(オフガス流路)
112 オフガスタンク
202 流量検出器(流量検出手段)
204 流量制御弁(空気流量調整弁)
10, 200 Hydrogen production equipment 12 Multiple cylinder reformer (reformer)
37 Temperature sensor (temperature detection means)
40 Air supply pipe (air supply flow path)
44 Reformed gas discharge pipe (reformed gas flow path)
50 Water separator before pressurization (reformed gas flow path)
56 Communication channel (reformed gas channel)
80 Compressor (reformed gas flow path)
66 Communication channel (reformed gas channel)
60 Water separator after pressurization (reformed gas flow path)
68 Connecting channel pipe (reformed gas channel)
100 branch pipe (reformed gas branch flow path)
102 1st on-off valve (switching means)
104 Second on-off valve (switching means)
106 Control part 110 Off-gas recirculation pipe (off-gas flow path)
112 Off-gas tank 202 Flow rate detector (flow rate detection means)
204 Flow control valve (air flow control valve)

Claims (4)

原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、
前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、
前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、
前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、
前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、
前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、
前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、
を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する水素製造装置。
A reformer for reforming a hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, comprising a reforming catalyst layer for steam reforming the hydrocarbon, and a reforming catalyst layer A reformer having a carbon monoxide removal section for removing carbon monoxide from the reformed gas on the downstream side,
A hydrogen purifier that is connected to the reformer and separates the reformed gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify product hydrogen;
An offgas passage for returning the offgas as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer;
An off-gas tank provided on the off-gas flow path, temporarily storing the off-gas, and then supplying the reformer;
A reformed gas branch channel that branches from the reformed gas channel leading from the reformer to the hydrogen purifier and reaches the off-gas tank;
Switching means for communicating with either the upstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, the downstream side or the reformed gas branch channel, and blocking the other;
A temperature detecting unit disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing unit on the flow path through which the reformed gas of the reformer flows, and detecting the temperature of the reformed gas;
A control unit for controlling the switching means based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means;
A gas flow rate detecting means provided downstream of the offgas tank in the offgas flow path for detecting a gas flow rate;
An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reformer;
An air flow rate adjusting valve that is provided on the air supply flow path and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber;
And the control unit adjusts the air flow rate by controlling the air flow rate adjustment valve based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detection means .
原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、
前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、
前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、
前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、
前記改質器における改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段で検出された前記改質ガスの温度に基づいて、前記切換手段を制御する制御部と、
前記オフガス流路の前記オフガスタンクよりも下流側に設けられ、ガス流量を検出するガス流量検出手段と、
前記改質器の燃焼室に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路上に設けられ、前記燃焼室に供給される空気流量を調整する空気流量調整弁と、
を備え、前記制御部は、前記改質ガスの温度と、前記ガス流量検出手段で検出された前記ガス流量に基づいて、前記空気流量調整弁を制御として前記空気流量を調整する水素製造装置。
A reformer for reforming hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A hydrogen purifier that is connected to the reformer and separates the reformed gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify product hydrogen;
An offgas passage for returning the offgas as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer;
An off-gas tank provided on the off-gas flow path, temporarily storing the off-gas, and then supplying the reformer;
A reformed gas branch channel that branches from the reformed gas channel leading from the reformer to the hydrogen purifier and reaches the off-gas tank;
Switching means for communicating with either the upstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, the downstream side or the reformed gas branch channel, and blocking the other;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the reformed gas in the reformer;
A control unit for controlling the switching means based on the temperature of the reformed gas detected by the temperature detecting means;
A gas flow rate detecting means provided downstream of the offgas tank in the offgas flow path for detecting a gas flow rate;
An air supply flow path for supplying air to the combustion chamber of the reformer;
An air flow rate adjusting valve that is provided on the air supply flow path and adjusts the flow rate of air supplied to the combustion chamber;
And the control unit adjusts the air flow rate by controlling the air flow rate adjustment valve based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate detected by the gas flow rate detection means.
原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器であって、前記炭化水素を水蒸気改質する改質触媒層と、前記改質触媒層よりも下流側で前記改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部と、を有する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、
前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、
前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、
前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、
前記改質器の前記改質ガスが流れる流路上で、前記改質触媒層と前記一酸化炭素除去部との間に配設され、前記改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
を備える水素製造装置を用いて、
前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、
前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、
少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する水素製造方法。
A reformer for reforming a hydrocarbon supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen, a reforming catalyst layer for steam reforming the hydrocarbon, and the reforming catalyst layer A reformer having a carbon monoxide removal unit for removing carbon monoxide from the reformed gas at a downstream side,
A hydrogen purifier that is connected to the reformer and separates the reformed gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify product hydrogen;
An offgas passage for returning the offgas as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer;
An off-gas tank provided on the off-gas flow path, temporarily storing the off-gas, and then supplying the reformer;
A reformed gas branch channel that branches from the reformed gas channel leading from the reformer to the hydrogen purifier and reaches the off-gas tank;
Switching means for communicating with either the upstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, the downstream side or the reformed gas branch channel, and blocking the other;
A temperature detecting unit disposed between the reforming catalyst layer and the carbon monoxide removing unit on the flow path through which the reformed gas of the reformer flows, and detecting the temperature of the reformed gas;
Using a hydrogen production apparatus comprising:
When the temperature of the reformed gas generated by the reformer is less than a threshold value, the switching means causes the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel. And communicating the upstream side and the reformed gas branch flow path,
When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than a threshold value, the switching means causes the reformed gas channel to be upstream and downstream of the branch position to the reformed gas branch channel. And the upstream side and the reformed gas branch flow path are shut off ,
If at least the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the reformer gas enters the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate downstream of the offgas tank in the offgas passage. A hydrogen production method for adjusting the flow rate of supplied air .
原料として供給された炭化水素を改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と接続され、前記改質ガスを製品水素と不純物であるオフガスとに分離して製品水素を精製する水素精製器と、
前記水素精製器から前記改質器の燃焼室に前記オフガスを燃料として戻すオフガス流路と、
前記オフガス流路上に設けられ、前記オフガスを一旦貯留した後、前記改質器に供給するオフガスタンクと、
前記改質器から前記水素精製器に到る改質ガス流路から分岐して前記オフガスタンクに到る改質ガス分岐流路と、
前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と、下流側又は前記改質ガス分岐流路のいずれか一方と連通し、他方と遮断する切換手段と、
を備える水素製造装置を用いて、
前記改質器で生成された改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを遮断させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを連通させ、
前記改質器で生成された前記改質ガスの温度が閾値以上の場合には、前記切換手段によって前記改質ガス流路における前記改質ガス分岐流路への分岐位置よりも上流側と下流側とを連通させ、前記上流側と前記改質ガス分岐流路とを遮断させると共に、
少なくとも前記改質ガスの温度が閾値未満の場合には、前記改質ガスの温度と、前記オフガス流路において前記オフガスタンクよりも下流側のガス流量とに基づいて前記改質器の燃焼室に供給される空気流量を調整する水素製造方法。
A reformer for reforming hydrocarbons supplied as a raw material to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen;
A hydrogen purifier that is connected to the reformer and separates the reformed gas into product hydrogen and an off-gas that is an impurity to purify product hydrogen;
An offgas passage for returning the offgas as fuel from the hydrogen purifier to the combustion chamber of the reformer;
An off-gas tank provided on the off-gas flow path, temporarily storing the off-gas, and then supplying the reformer;
A reformed gas branch channel that branches from the reformed gas channel leading from the reformer to the hydrogen purifier and reaches the off-gas tank;
Switching means for communicating with either the upstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel, the downstream side or the reformed gas branch channel, and blocking the other;
Using a hydrogen production apparatus comprising:
When the temperature of the reformed gas generated by the reformer is less than a threshold value, the switching means causes the upstream side and the downstream side of the branch position to the reformed gas branch channel in the reformed gas channel. And communicating the upstream side and the reformed gas branch flow path,
When the temperature of the reformed gas generated in the reformer is equal to or higher than a threshold value, the switching means causes the reformed gas channel to be upstream and downstream of the branch position to the reformed gas branch channel. And the upstream side and the reformed gas branch flow path are shut off,
If at least the temperature of the reformed gas is lower than the threshold value, the reformer gas enters the combustion chamber of the reformer based on the temperature of the reformed gas and the gas flow rate downstream of the offgas tank in the offgas passage. A hydrogen production method for adjusting the flow rate of supplied air.
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