JP4964686B2 - 水素融通システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、敷地が隣接しあう企業間同士で互いに所有する余剰水素を融通しあうことを可能にする水素融通システムに関し、詳しくは、石油化学コンビナートを構成する石油精製会社と石油化学会社との間に用いられる好適な水素融通システムに関するものである。

石油化学コンビナートにおいては、石油精製会社、石油化学会社など多数の会社が隣接するように立地されている。
このような石油コンビナートを構成する石油精製会社では、軽油、重油などの脱硫装置や異性化装置において、高純度の水素が使用されている。このように石油精製会社では、多量の高純度の水素が必要であるため、水素製造装置を用いて９８％程度の高純度水素が製造されて、上記の脱硫装置、異性化装置に用いられている。

一方、上記石油精製会社に隣接する石油化学会社では、ナフサ分解分離装置、メチルエチルケトン合成装置などから高純度の水素含有ガスが副生成物として得られる。これら水素含有ガスにはオレフィンやアルコールなどの不純物が含まれていることがあり、高純度の水素含有ガスではあるもののそのまま石油精製会社の脱硫装置、異性化装置で使用することは出来ない。これはオレフィンやアルコールが異性化装置の触媒毒となり触媒の活性を劣化させるためである。そこで、石油化学会社ではこのような高純度の水素含有ガスを石油化学工場内の燃料ガスとして使用している。

つまり、石油化学会社において得られる高純度の水素含有ガスを、石油精製会社内の脱硫装置に用いることができれば、コンビナートなどの施設において水素を相互に有効利用できることになる。

また、石油精製会社においても、水素製造装置以外の水素含有ガスとして、接触改質装置によってリフォーマガスが得られ、これらのリフォーマガスが、ナフサ脱硫装置、灯油脱硫装置などに使用されている。しかし、リフォーマガスは水素純度が低い（水素純度約７０〜８０％）ため、その他の脱硫装置には使用できない状態である。また、石油精製会社においては、ガス洗浄装置によってスウィートガスも得られている。このスウィートガスは水素純度が低い（水素純度約６０％）とともに圧力も低いため、脱硫装置用の水素としては使用できない。このような低純度のスウィートガスは、加熱炉の燃料ガスとして使用されるのが現状である。

また、水素含有ガスを相互に融通しようとする際、配管が１本の場合では受入状態から供給状態に変更する場合、水素の流れる向きが変わるため両社間での事前調整や運転変更に伴う装置の変動が発生し管理が難しい。供給専用配管と受入専用配管の２本を敷設すれば流れる向きが変わることによる変動は軽減されるが、両社間が離れていた場合には多くの配管が必要となり経済的ではない。

このように水素含有ガスは、石油化学コンビナートに必須のガスであるものの全体としては有効利用されておらず、それぞれの会社が単独で必要な分量だけ製造したり消費したりすることが一般的であった（特許文献：特開２００３−３２７９６９号公報）。

本発明は、このような実情に鑑み、水素消費部と水素所有部との間で水素を有効利用することが可能な水素融通システムを提供することを目的としている。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の水素融通システムは、
水素消費部と、水素所有部との間を、水素を相互に融通しあうサークル状の融通配管で接続し、必要に応じて互いに水素を融通しあうことを特徴としている。

このような水素融通システムによれば、水素の必要に応じて水素消費部から水素所有部に、または水素所有部から水素消費部に水素を供給して、資源としての水素を融通しあうことができる。

また、配管がサークル状に接続されているため、供給時と受入時の切替えも大きな変動を与えることなく切り替えることが可能となる。
ここで、前記水素消費部は、石油化学コンビナートの一部を構成する石油精製会社であり、前記水素所有部は、石油化学コンビナートの一部を構成する石油化学会社であっても良い。

このような水素融通システムによれば、多量の水素を必要とする石油精製会社と、高純度の水素が得られる石油化学会社との間で、水素の有効利用を図ることができる。
さらに、本発明では、前記水素所有部から前記サークル状の融通配管に連絡する配管系には、他の水素消費部に水素を供給し得る配管が接続されていても良い。

このような構成であれば、複数の会社間で余剰水素の有効利用が図れるとともに、ある会社で水素製造ラインの定期点検やメンテナンスなどがある場合に、製品としての主要製造ラインを停止させずにそれを行なうことができる。

本発明によれば、水素消費部と水素所有部との間で、サークル状の融通配管を介して水素を融通しあうことができるので、互いの余剰水素を有効利用することができる。
また、このシステムを石油化学コンビナートを構成する石油精製会社と石油化学会社との間に適用すれば、水素資源を無駄なく活用することができる。

さらに、サークル状に配管が敷設されているため、水素の流れの向きが切り替わる際も装置に大きな変動を与えることなく切り替えることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る水素融通システムを、石油化学コンビナートに適用した場合のシステム図である。

石油化学コンビナートには、例えば石油精製会社であるＡ社と、石油化学会社であるＢ社と、水素を必要あるいは水素を他の会社に供給し得るＣ社などが隣接している。石油精製会社のＡ社には、原油タンカーで搬送された原油を蒸留して得られたナフサ、灯油、軽油などの液体成分中に含有される硫黄分を除去するための脱硫装置２ａ、２ｂ…が設置されている。これらの脱硫装置２ａ、２ｂ…（以下、脱硫装置２という）では、原料に水素を添加して原料中に含まれる硫黄分を硫化水素（H_２Ｓ）に変える脱硫反応によって、硫
黄分を除去して、石油製品を製造している。また、石油精製会社のＡ社では、公知の水素分離膜装置４が具備されている。この水素分離膜装置４は、例えば、高分子中空糸膜モジュールで構成され、分子の小さい水素分子は膜を透過して、分子の大きい、例えば、メタンなどのその他のガスは膜を透過しないものであって、これにより水素のみを高純度で回収できるように構成されている。

一方、石油化学会社であるＢ社には、メチルエチルケトン製造装置、ナフサ分解分離装置などが設置され、これらの装置から高純度の水素を副生成物として得ることができる。このように、石油精製会社のＡ社では、脱硫装置２に多量の高純度水素含有ガスが必要であり、石油化学会社のＢ社では、高純度の水素含有ガスが得られている。他のＣ社は、石油精製会社、石油化学会社、あるいは石油化学コンビナートを構成する他の製造会社であっても良い。

特に、石油精製会社であるＡ社と石油化学会社であるＢ社との間には、水素を互いに融通しあうための水素融通システムが構築されている。
すなわち、Ａ社とＢ社との配管ラインは、水素を融通しあうためのサークル状の融通配管６で接続されている。そして、このサークル状の融通配管６は、Ｂ社からの第１の配管８に接続されている。Ａ社の水素分離膜装置４は、Ｂ社からの第２の配管１０に接続されている。また、Ｃ社からの配管１２は、Ｂ社からの配管８と同様に、サークル状の融通配管６に接続されている。

上記サークル状の配管６には、それぞれコントロールバルブ１４，１６，１８が設置されるとともに、コントロールバルブ１６，１８の配管部にはチェックバルブ２０，２２が具備されている。これらのチェックバルブ２０，２２が介在されることにより、矢印a、b方向以外へのガスの逆流が防止されている。

そして、サークル状の融通配管６と脱硫装置２との間が配管２６で接続されている。また、水素分離膜装置４とサークル状の融通配管６との間に、コンプレッサ２８が設置されている。

本実施例による水素融通システムは上記のように構成されているが、以下に作用について説明する。
今、石油精製会社Ａでは、脱硫装置２が連続的に駆動され、高純度の水素を多量に必要としている。一方、石油化学会社Ｂでは、メチルエチルケトン製造装置からアルコールを不純物とする高純度水素が生成されるとともに、ナフサ分解分離装置からオレフィンを不純物とする高純度の水素が生成されている。

ここで、メチルエチルケトン製造装置、ナフサ分解分離装置からの水素供給ラインは、第２の配管１０に接続され、不純物を含まない高純度水素含有ガスの水素供給ラインは、第１の配管８に接続されている。このように、石油化学会社Ｂからの高純度水素は、不純物含有の有無により２系統の配管ラインで石油精製会社Ａに送られる。

石油化学会社Ｂから石油精製会社Ａにこれらの高純度の水素含有ガスが供給される場合に、先ず、融通配管６のコントロールバルブ１４が閉とされ、かつコントロールバルブ１６，１８が開とされる。このようなバルブ操作により、石油化学会社Ｂからの不純物を含んだ水素含有ガスは、第２の配管１０を通り水素分離膜装置４に供給され、この水素分離膜装置４により不純物が除去されて、石油精製会社の脱硫装置、異性化装置で使用可能な水素含有ガスに再生される。不純物が除かれた高純度水素含有ガスは、コンプレッサ２８により所定の圧力に昇圧され、コントロールバルブ１６、チェックバルブ２２、配管２６を通って脱硫装置２、異性化装置に供給される。

一方、石油化学会社Ｂから生成された不純物を含まない高純度の水素含有ガスは、第１の配管８を通り、融通配管６に送られ、さらにコントロールバルブ１８を通り脱硫装置２
、異性化装置に供給される。

よって、石油精製会社Ａにおいては、自社内での水素製造装置で製造された高純度水素の他に、石油化学会社Ｂから融通配管６を介して供給されてくる２通りの高純度の水素含有ガスを利用することができる。

なお、石油化学会社Ｂから石油精製会社Ａに水素含有ガスを送る場合に、他のＣ社にも石油化学会社Ｂから第１の配管８、配管１２を介して水素含有ガスを供給することもできる。

次に、石油精製会社Ａが、石油化学会社Ｂからの水素含有ガスを不要とし、隣接するＣ社がＡ社に代わって水素を必要としている場合について説明する。このような状況は、Ｃ社内に設置された水素製造装置などがメンテナンスのため使用不能で、どこからか水素を安定して供給しなければ、Ｃ社の生産ラインがストップしてしまうような場合に生じる。

このような場合には、図２に示したように、コントロールバルブ１８を閉止することで石油化学会社Bからの供給を停止し、コンプレッサ２８の吐出圧を構外送気可能な圧力ま
で昇圧し、コントロールバルブ１６を徐々に閉，コントロールバルブ１４を徐々に開とする。

このようなバルブ操作により、Ｂ社から送られてくる不純物含有の水素含有ガスは、第２の配管１０、水素分離膜装置４、コンプレッサ２８、コントロールバルブ１４を通り、配管１２を介してＣ社に送られる。また、このとき、Ｂ社から送られてくる不純物を含まない水素含有ガスは、第１の配管８を通り、配管１２に供給される。

このようにして、Ａ社は、他社からの水素を受け入れずに、Ｂ社の余剰水素含有ガスは、全てＣ社に送られる。
以上説明したように、本実施例による水素融通システムを採用することにより、水素が余剰しているところから、水素を必要としているところへ、必要に応じて水素含有ガスを安定供給することができるので、資源の有効利用が図れる。

また、本発明は上記実施例に何ら限定されない。例えば、上記実施例では、水素消費部を石油精製会社Ａとし、水素所有部を石油化学会社Ｂとして説明したが、これら水素消費部、水素所有部は、他の会社あるいは他の施設であってもよい。また、本発明は２社間あるいは３社間での融通システムに限定されず、複数の会社間で同様の融通配管を共有すれば、大規模な石油化学コンビナートの会社間で、余剰水素を融通しあうことができる。

図１は、本発明の一実施例に係る水素融通システムを石油精製会社と石油化学会社の間に適用した場合のシステム図で、水素が石油化学会社から石油精製会社に送られる場合の水素の流れを示した図である。 図２は、図１に示したシステム図で、水素が石油化学会社から他の会社に送られる場合の水素の流れを示した図である。

符号の説明

２ 脱硫装置
４ 水素分離膜装置
６ サークル状の融通配管
８ 第１の配管
１０ 第２の配管
１２ 配管
１４，１６，１８ コントロールバルブ
Ａ 石油精製会社
Ｂ 石油化学会社
Ｃ 他の会社

Claims (3)

1. 石油化学コンビナートの一部を構成する水素消費部としての石油精製会社（Ａ）と、石油化学コンビナートの一部を構成する水素所有部としての石油化学会社（Ｂ）との間を、サークル状の融通配管で接続する高純度水素融通システムであって、
   前記サークル状の融通配管に連絡する配管系には、石油化学会社（Ｂ）からの高純度水素の配管、石油精製会社（Ａ）の水素分離膜装置の出口からの配管および他の水素消費部に水素を供給し得る配管が接続されており、
   前記水素分離膜装置によって、石油精製会社（Ａ）が石油化学会社（Ｂ）から不純物を含む水素の供給を受けて高純度水素を得ることにより、
   必要に応じて互いに高純度水素を融通しあうことを特徴とする高純度水素融通システム 。
2. 前記他の水素消費部が該石油化学コンビナートの一部を構成する他の会社（Ｃ）であることを特徴とする請求項１に記載の高純度水素融通システム。
3. 前記サークル状の融通配管がコントロールバルブを有することを特徴とする請求項１または２に記載の高純度水素融通システム。

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