JP6937087B2 - Gas purification equipment and its control method, and hydrogen production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置に関する。 The present invention relates to a gas purification apparatus, a control method thereof, and a hydrogen production apparatus.
従来、原料ガスから不純物を除去して精製ガスに精製するガス精製器としてPSA(Pressure Swing Adsorption)装置が知られている。 Conventionally, a PSA (Pressure Swing Adsorption) device is known as a gas purifier that removes impurities from a raw material gas and purifies it into a refined gas.
例えば、水素製造装置では、原料炭化水素を水蒸気改質装置で改質ガスに改質した後、PSA装置(水素精製器)へ供給し、改質ガスから不純物を除去して水素ガスに精製している。具体的には、PSA装置内にある吸着剤が配置された吸着塔に改質ガスを供給することによって、改質ガス中の不純物を吸着剤に吸着させて分離し、水素ガスに精製する。 For example, in a hydrogen production device, the raw material hydrocarbon is reformed into a reformed gas by a steam reformer, and then supplied to a PSA device (hydrogen refiner) to remove impurities from the reformed gas and purify it into hydrogen gas. ing. Specifically, by supplying the reforming gas to the adsorption tower in which the adsorbent is arranged in the PSA apparatus, impurities in the reforming gas are adsorbed by the adsorbent to be separated and purified into hydrogen gas.
特許文献1には、三つの吸着塔を有するPSA装置を含む水素製造装置が提案されている。このPSA装置では、出力変動を予測して原料ガスの導入量及び昇圧や均圧等の各工程の所要時間を制御している。 Patent Document 1 proposes a hydrogen production apparatus including a PSA apparatus having three adsorption towers. This PSA device predicts output fluctuations and controls the amount of raw material gas introduced and the time required for each process such as boosting and pressure equalization.
ところで、PSA装置は検査等で運転を停止させた後、再度起動させることがある。この場合、PSA装置の運転停止中に吸着塔の内部では吸着剤に付着した不純物が拡散する。この結果、PSA装置の起動時には、吸着塔で精製された精製ガスが所定純度に到達するまで時間を要する。 By the way, the PSA device may be restarted after being stopped for inspection or the like. In this case, impurities adhering to the adsorbent diffuse inside the adsorption tower while the operation of the PSA device is stopped. As a result, when the PSA apparatus is started, it takes time for the purified gas purified in the adsorption tower to reach a predetermined purity.
したがって、PSA装置の起動時に、精製ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮することが望まれている。 Therefore, it is desired to shorten the time required for the purified gas to reach a predetermined purity when the PSA apparatus is started.
本発明の課題は、ガス精製装置の起動時に精製ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮するガス精製装置及びその制御方法、並びに水素製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas purification apparatus, a control method thereof, and a hydrogen production apparatus that shorten the time required for the refined gas to reach a predetermined purity at the start of the gas purification apparatus.
請求項1記載のガス精製装置は、原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填され、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する複数の吸着塔と、前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する制御手段と、各前記吸着塔の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換える。 The gas purification apparatus according to claim 1 is filled with an adsorbent that adsorbs impurities in the raw material gas, and has a plurality of adsorption towers that send out a purified gas from which the impurities have been removed from the raw material gas, and purification that stores the purified gas. During the start-up operation period of the gas storage tank and the apparatus, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and during the start-up operation period, the adsorption tower during the adsorption process is purified to the adsorption tower during the desorption process. A control means for supplying gas and a plurality of pressure detecting means for detecting the pressure of each of the adsorption towers are provided , and the control means of each of the adsorption towers during the adsorption step within a set time of the adsorption step. When the pressure does not reach the threshold pressure, the suction step of the suction tower and the desorption step are switched when the set time elapses, and the pressure of each suction tower in the suction step reaches the threshold pressure within the set time. When it reaches, the adsorption step and the desorption step of the suction tower are switched when the threshold pressure is reached .
このガス精製装置では、装置の停止期間中に吸着塔内部の吸着剤に付着した不純物が拡散する。したがって、ガス精製装置の起動運転時に、吸着塔で精製される精製ガスの純度が所定の品質に到達するまで時間を要する。その間に精製された精製ガスは、所定の純度に到達していないため、精製ガスとして精製ガス貯留タンクに貯留することはできない。 In this gas purification apparatus, impurities adhering to the adsorbent inside the adsorption tower diffuse during the shutdown period of the apparatus. Therefore, it takes time for the purity of the purified gas purified in the adsorption tower to reach a predetermined quality during the start-up operation of the gas purification apparatus. Since the refined gas purified during that period has not reached a predetermined purity, it cannot be stored in the refined gas storage tank as a refined gas.
そこで、ガス精製装置の起動運転期間中、吸着塔と精製ガス貯留タンクの連通を遮断することにより、所定純度に到達しない精製ガスが精製ガス貯留タンクに貯留されることを防止する。 Therefore, during the start-up operation period of the gas purification device, the communication between the adsorption tower and the refined gas storage tank is cut off to prevent the refined gas that does not reach a predetermined purity from being stored in the refined gas storage tank.
また、ガス精製装置の起動運転期間中に、吸着工程中の吸着塔と脱着工程中の吸着塔を連通させることで、脱着工程中の吸着塔に吸着工程中の吸着塔から精製ガスを供給し、脱着工程中の吸着塔で吸着剤からの不純物の離脱を促進することができる。この結果、吸着塔の不純物の除去に要する時間が短縮される。 In addition, by communicating the adsorption tower during the adsorption process and the adsorption tower during the desorption process during the start-up operation period of the gas purification device, the purified gas is supplied to the adsorption tower during the desorption process from the adsorption tower during the adsorption process. , It is possible to promote the removal of impurities from the adsorbent in the adsorption tower during the desorption step. As a result, the time required for removing impurities in the adsorption tower is shortened.
すなわち、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、吸着塔から送出される精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間が短縮される。 That is, the start-up operation period of the gas purification device, that is, the time until the refined gas delivered from the adsorption tower reaches a predetermined purity is shortened.
このガス精製装置では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達すれば、閾値圧力到達時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を切り換えることによって、無駄時間が生ずることを防止できる。 In this gas purification device, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption process reaches the threshold pressure within the set time of the adsorption process, the adsorption process and the desorption process of the adsorption tower are switched when the threshold pressure is reached, resulting in wasted time. Can be prevented from occurring.
また、このガス精製装置では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、設定時間経過時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を切り換える。これにより、吸着工程中の吸着塔の圧力上昇速度が低い場合等に吸着工程や脱着工程が長時間かかることを抑制できる。 Further, in this gas purification apparatus, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are switched after the set time elapses. As a result, it is possible to prevent the suction step and the desorption step from taking a long time when the pressure rise rate of the suction tower during the suction step is low.
この結果、ガス精製装置は、起動運転期間中に各吸着塔の吸着工程と脱着工程の切り換えを効率的に行うことができる。すなわち、ガス精製装置の起動時間を短縮でき、所定純度に到達した精製ガスの生産性を向上させることができる。 As a result, the gas purification apparatus can efficiently switch between the adsorption step and the desorption step of each adsorption tower during the start-up operation period. That is, the start-up time of the gas purification apparatus can be shortened, and the productivity of the refined gas that has reached a predetermined purity can be improved.
請求項2記載のガス精製装置は、原料ガス中の不純物を吸着する吸着剤が充填され、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを送出する複数の吸着塔と、前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する制御手段と、各前記吸着塔の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを前記均圧工程を挟んで切り換える。 The gas purification apparatus according to claim 2 is filled with an adsorbent that adsorbs impurities in the raw material gas, and has a plurality of adsorption towers that send out purified gas from which impurities have been removed from the raw material gas, and purification that stores the purified gas. During the start-up operation period of the gas storage tank and the apparatus, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and during the start-up operation period, the adsorption tower during the adsorption process is purified to the adsorption tower during the desorption process. A control means for supplying gas and a plurality of pressure detecting means for detecting the pressure of each of the adsorption towers are provided, and the control means of each of the adsorption towers during the adsorption step within a set time of the adsorption step. When the pressure does not reach the threshold pressure, the suction step of the suction tower and the desorption step of the suction tower are switched with the pressure equalizing step in between, and each suction tower in the suction step is switched within the set time. When the pressure reaches the threshold pressure, the adsorption step and the desorption step of the suction tower are switched with the pressure equalization step in between when the threshold pressure is reached .
このガス精製装置では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達すれば、閾値圧力到達時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を均圧工程を挟んで切り換えることによって、無駄時間が生ずることを防止できる。 In this gas purification device, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step reaches the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are sandwiched between the pressure equalization steps when the threshold pressure is reached. By switching, it is possible to prevent wasted time.
一方、このガス精製装置では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、設定時間経過時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を均圧工程を挟んで切り換える。これにより、吸着工程中の吸着塔の圧力上昇速度が低い場合等に吸着工程や脱着工程が長時間かかることを抑制できる。 On the other hand, in this gas purification apparatus, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are equalized after the set time elapses. Switch across the process. As a result, it is possible to prevent the suction step and the desorption step from taking a long time when the pressure rise rate of the suction tower during the suction step is low.
この結果、ガス精製装置は、起動運転期間中に各吸着塔の吸着工程と脱着工程の均圧工程を挟んだ切り換えを効率的に行うことができる。すなわち、ガス精製装置の起動時間を短縮でき、所定純度に到達した精製ガスの生産性を向上させることができる。 As a result, the gas purification apparatus can efficiently switch between the adsorption step of each adsorption tower and the pressure equalizing step of the desorption step during the start-up operation period. That is, the start-up time of the gas purification apparatus can be shortened, and the productivity of the refined gas that has reached a predetermined purity can be improved.
なお、吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を挟むことにより、均圧工程前に脱着工程だった吸着塔の昇圧を迅速にすると共に、均圧工程前に吸着工程だった吸着塔の精製ガスを脱着工程だった吸着塔に移動させ、脱着工程だった吸着塔が次の吸着工程で精製ガスを次の用途に用いることができる。
請求項3記載のガス精製装置は、請求項1又は2記載のガス精製装置において、前記制御手段は、前記起動運転期間中に各前記吸着塔と精製ガス貯留タンクの連通を遮断した状態を維持させたまま、各前記吸着塔に吸着工程と脱着工程を少なくとも一回行わせる。
By sandwiching the pressure equalizing step between the adsorption step and the desorption step, the pressure rise of the adsorption tower, which was the desorption step before the pressure equalization step, is expedited, and the adsorption tower, which was the adsorption step before the pressure equalization step, is purified. The gas can be moved to the adsorption tower which was the desorption step, and the adsorption tower which was the desorption step can use the purified gas for the next application in the next adsorption step.
The gas purification apparatus according to claim 3 is the gas purification apparatus according to claim 1 or 2, wherein the control means maintains a state in which communication between the adsorption tower and the purification gas storage tank is cut off during the start-up operation period. With the gas remaining, each of the adsorption towers is allowed to perform the adsorption step and the desorption step at least once.
請求項4記載の水素製造装置は、炭化水素を水蒸気改質した改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項1〜3のいずれか1項記載のガス精製装置と、を備える。 The hydrogen production apparatus according to claim 4 comprises a reformer that produces a reformed gas obtained by steam reforming hydrocarbons, a compressor that compresses the reformed gas, and a reformed gas that is compressed by the compressor. The gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the raw material gas is used, and impurities are separated from the reformed gas to obtain hydrogen gas as the refined gas.
この水素製造装置では、原料ガスとして炭化水素を水蒸気改質した改質ガスが圧縮機で圧縮された後、ガス精製装置に供給される。ガス精製装置では、改質ガスが吸着塔に供給され、吸着工程の吸着塔から精製された製品水素ガスが精製ガス貯留タンクに貯留される。 In this hydrogen production apparatus, a reformed gas obtained by steam reforming hydrocarbons as a raw material gas is compressed by a compressor and then supplied to the gas purification apparatus. In the gas purification apparatus, the reforming gas is supplied to the adsorption tower, and the product hydrogen gas purified from the adsorption tower in the adsorption step is stored in the refined gas storage tank.
また、ガス精製装置では、上記のように、ガス精製装置の起動運転期間中、吸着塔と精製ガス貯留タンクとの連通を遮断させると共に、起動運転期間中に吸着工程の吸着塔から脱着工程の吸着塔に精製された所定純度に到達していない水素ガスを供給して吸着塔から不純物を除去させる。すなわち、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、水素ガスが所定の純度に到達するまでの時間を短縮することができると共に、所定純度に到達していない水素ガスが水素ガス貯留タンクに貯留されることを防止できる。 Further, in the gas purification device, as described above, during the start-up operation period of the gas purification device, the communication between the adsorption tower and the refined gas storage tank is cut off, and during the start-up operation period, the adsorption step is desorbed from the adsorption tower. Impurities are removed from the adsorption tower by supplying purified hydrogen gas that has not reached the predetermined purity to the adsorption tower. That is, the start-up operation period of the gas purification device, that is, the time until the hydrogen gas reaches a predetermined purity can be shortened, and the hydrogen gas that has not reached the predetermined purity is stored in the hydrogen gas storage tank. Can be prevented.
請求項5記載のガス精製装置の制御方法は、複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを精製ガス貯留タンクに送出するガス精製装置において、前記ガス精製装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給するガス精製装置の制御方法であって、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換える。
In the control method of the gas purification apparatus according to
このガス精製装置の制御方法では、起動運転期間中、吸着塔と精製ガス貯留タンクの連通を遮断することにより、所定純度に到達しない精製ガスが精製ガスとして精製ガス貯留タンクに貯留されることを防止する。 In the control method of this gas purification device, by blocking the communication between the adsorption tower and the refined gas storage tank during the start-up operation period, the refined gas that does not reach the predetermined purity is stored in the refined gas storage tank as the refined gas. To prevent.
一方、ガス精製装置の起動運転期間中に、吸着工程中の吸着塔と脱着工程中の吸着塔を連通させることで、吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給し、脱着工程中の吸着塔における不純物の離脱を促進することができる。この結果、吸着塔の不純物の除去に要する時間が短縮される。 On the other hand, during the start-up operation period of the gas purification device, the adsorption tower in the adsorption process and the adsorption tower in the desorption process are communicated with each other to supply the purified gas from the adsorption tower in the adsorption process to the adsorption tower in the desorption process. , It is possible to promote the removal of impurities in the adsorption tower during the desorption step. As a result, the time required for removing impurities in the adsorption tower is shortened.
この結果、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、吸着塔から送出される精製ガスが所定の純度に到達するまでの時間が短縮される。 As a result, the start-up operation period of the gas purification apparatus, that is, the time until the refined gas delivered from the adsorption tower reaches a predetermined purity is shortened.
このガス精製装置の制御方法では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達すれば、閾値圧力到達時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を切り換えることによって、無駄時間が生ずることを防止できる。 In the control method of this gas purification device, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step reaches the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are switched when the threshold pressure is reached. , It is possible to prevent wasted time.
一方、このガス精製装置の制御方法では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、設定時間経過時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を切り換える。これにより、吸着工程中の吸着塔の圧力上昇速度が低い場合等に吸着工程や脱着工程が長時間かかることを抑制できる。 On the other hand, in the control method of this gas purification apparatus, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower after the set time elapses. To switch. As a result, it is possible to prevent the suction step and the desorption step from taking a long time when the pressure rise rate of the suction tower during the suction step is low.
この結果、ガス精製装置の制御方法では、起動運転期間中に各吸着塔の吸着工程と脱着工程の切り換えを効率的に行うことができる。すなわち、ガス精製装置の起動運転期間を短縮でき、所定純度に到達した精製ガスの生産性を向上させることができる。 As a result, in the control method of the gas purification apparatus, it is possible to efficiently switch between the adsorption step and the desorption step of each adsorption tower during the start-up operation period. That is, the start-up operation period of the gas purification device can be shortened, and the productivity of the refined gas that has reached a predetermined purity can be improved.
請求項6記載のガス精製装置の制御方法は、複数の吸着塔のうちの一部の吸着塔に原料ガスを供給し、吸着塔内部に充填された吸着剤に不純物を吸着させて、前記原料ガスから不純物を除去した精製ガスを精製ガス貯留タンクに送出するガス精製装置において、前記ガス精製装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給するガス精製装置の制御方法であって、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを前記均圧工程を挟んで切り換える。 The control method of the gas purification apparatus according to claim 6 is to supply the raw material gas to a part of the suction towers among the plurality of suction towers and adsorb impurities to the adsorbent filled in the suction towers to adsorb the raw materials. In a gas refining device that sends a refined gas from which impurities have been removed from the gas to a refined gas storage tank, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off during the start-up operation period of the gas purification device, and the above-mentioned It is a control method of a gas purification device that supplies purified gas from the adsorption tower in the adsorption process to the adsorption tower in the desorption process during the start-up operation period. When the pressure does not reach the threshold pressure, the suction step of the suction tower and the desorption step of the suction tower are switched with the pressure equalizing step in between, and each suction tower in the suction step is switched within the set time. When the pressure reaches the threshold pressure, the adsorption step and the desorption step of the suction tower are switched with the pressure equalization step in between when the threshold pressure is reached .
このガス精製装置の制御方法では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達すれば、閾値圧力到達時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を均圧工程を挟んで切り換えることによって、無駄時間が生ずることを防止できる。 In the control method of this gas purification device, if the pressure of each adsorption tower in the adsorption step reaches the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are subjected to the pressure equalization step when the threshold pressure is reached. It is possible to prevent wasted time by switching between the two.
一方、このガス精製装置の制御方法では、吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、設定時間経過時にその吸着塔の吸着工程と脱着工程を均圧工程を挟んで切り換える。これにより、吸着工程中の吸着塔の圧力上昇速度が低い場合等に吸着工程や脱着工程が長時間かかることを抑制できる。 On the other hand, in the control method of this gas purification apparatus, if the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower after the set time elapses. Is switched across the pressure equalizing process. As a result, it is possible to prevent the suction step and the desorption step from taking a long time when the pressure rise rate of the suction tower during the suction step is low.
この結果、このガス精製装置の制御方法では、起動運転期間中に各吸着塔の吸着工程と脱着工程の均圧工程を挟んだ切り換えを効率的に行うことができる。すなわち、ガス精製装置の起動時間を短縮でき、所定純度に到達した精製ガスの生産性を向上させることができる。 As a result, in this control method of the gas purification apparatus, it is possible to efficiently switch between the adsorption step of each adsorption tower and the pressure equalizing step of the desorption step during the start-up operation period. That is, the start-up time of the gas purification apparatus can be shortened, and the productivity of the refined gas that has reached a predetermined purity can be improved.
なお、吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を挟むことにより、均圧工程前に脱着工程だった吸着塔の昇圧を迅速にすると共に、均圧工程前に吸着工程だった吸着塔の精製ガスを脱着工程だった吸着塔に移動させ、脱着工程だった吸着塔が次の吸着工程で精製ガスを次の用途に用いることができる。
請求項7記載のガス精製装置の制御方法は、請求項5又は6記載のガス精製装置の制御方法において、前記ガス精製装置において、前記起動運転期間中に各前記吸着塔と精製ガス貯留タンクの連通を遮断した状態を維持させたまま、各前記吸着塔に吸着工程と脱着工程を少なくとも一回行わせる。
By sandwiching the pressure equalizing step between the adsorption step and the desorption step, the pressure rise of the adsorption tower, which was the desorption step before the pressure equalization step, is expedited, and the adsorption tower, which was the adsorption step before the pressure equalization step, is purified. The gas can be moved to the adsorption tower which was the desorption step, and the adsorption tower which was the desorption step can use the purified gas for the next application in the next adsorption step.
The method for controlling the gas purification device according to claim 7 is the control method for the gas purification device according to
請求項1〜3記載の発明に係るガス精製装置では、上記構成としたので、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、精製ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮できる。 Since the gas purification apparatus according to the invention according to claims 1 to 3 has the above configuration, the start-up operation period of the gas purification apparatus, that is, the time until the purified gas reaches a predetermined purity can be shortened.
請求項4記載の発明に係る水素製造装置は、上記構成としたので、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、水素ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮できる。 Since the hydrogen production apparatus according to the fourth aspect of the invention has the above configuration, the start-up operation period of the gas purification apparatus, that is, the time until the hydrogen gas reaches a predetermined purity can be shortened.
請求項5〜7記載の発明に係るガス精製装置の制御方法では、上記構成としたので、ガス精製装置の起動運転期間、すなわち、精製ガスが所定純度に到達するまでの時間を短縮できる。
Since the control method of the gas purification device according to the invention according to
一実施形態に係るPSA装置、及びそのPSA装置が適用された水素製造装置を図1〜図16を参照して説明する。 A PSA apparatus according to an embodiment and a hydrogen production apparatus to which the PSA apparatus is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 16.
〈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改質器20と、改質ガスを圧縮する圧縮機30と、圧縮された改質ガスから不純物を除去して水素ガスを精製するPSA装置40と、を備えている。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, the
また、水素製造装置10は、圧縮機30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20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。
Further, the
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。
The
(改質器)
改質器20は、原料として供給される都市ガスと改質用の水とを混合しつつ加熱し、混合ガスを発生させる予熱流路と、水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素を主成分とする改質ガスG1を生成する改質触媒層とを備えている。改質ガスG1には、水素、一酸化炭素、水蒸気、メタンが含まれている。
(Reformer)
The
また、改質器20は、改質ガスG1に含まれる一酸化炭素と水蒸気とが反応して、水素と二酸化炭素とに変換された改質ガスG2を生成する(水性シフト反応が行われる)CO変成触媒層を備えている。改質ガスG2は、改質ガスG1に比べて一酸化炭素が低減される構成である。この改質ガスG2は、改質ガス排出管24に送出される構成である。
Further, the
さらに、改質器20には、バーナーが配置された燃焼室22が設けられており、バーナーに都市ガス又はオフガスが燃料として供給され、燃焼室22で空気と混合されて燃焼され、燃焼排ガスがガス排出管26へ案内される構成である。なお、この燃焼熱によって、水蒸気改質反応が促進される構成である。
Further, the
改質器20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30、昇圧後水分離部60、及びPSA装置40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、改質器20、昇圧前水分離部50、圧縮機30、昇圧後水分離部60、及びPSA装置40がこの順番で配置されている。
As shown in FIG. 1, the reforming gas generated in the
(昇圧前水分離部)
昇圧前水分離部50には、改質器20から改質ガスG2を流入させる改質ガス排出管24の下流端が接続されている。昇圧前水分離部50の底部には水回収管52が接続され、昇圧前水分離部50の上部には連絡流路管54が接続されている。
(Water separation part before boosting)
The downstream end of the reformed
改質ガス排出管24上には、チラー56で冷却された水と改質ガスG2とを熱交換する熱交換器HE1が設けられている。
A heat exchanger HE1 that exchanges heat between the water cooled by the
すなわち、改質ガスG2は、昇圧前水分離部50の上流の改質ガス排出管24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52へ送出される構成である。改質ガスG2から水が凝縮された後の改質ガスG3は、連絡流路管54へ送出される構成である。
That is, the reforming gas G2 is separated by condensing water by cooling by heat exchange with the cooling water in the heat exchanger HE1 arranged in the reforming
なお、連絡流路管54上において、昇圧前水分離部50と圧縮機30との間には、バッファタンク58が配設されている。
A
(圧縮機)
圧縮機30には、昇圧前水分離部50からの改質ガスG3が流れる連絡流路管54と、昇圧後水分離部60へ供給される改質ガスG3が圧縮された改質ガスG4が流れる連絡流路管32とが接続されている。圧縮機30は、昇圧前水分離部50から供給された改質ガスG3を圧縮し、圧縮された改質ガスG4を昇圧後水分離部60へ供給可能とされている。
(Compressor)
The
(昇圧後水分離部)
昇圧後水分離部60には、圧縮機30から改質ガスG4を流入させる連絡流路管32の下流端が接続されている。昇圧後水分離部60の底部には水回収管62が接続され、昇圧後水分離部60の上部には連絡流路管64が接続されている。
(Water separation part after boosting)
The downstream end of the connecting
連絡流路管32上には、チラー66で冷却された水と改質ガスG4とを熱交換する熱交換器HE2が設けられている。
A heat exchanger HE2 for heat exchange between the water cooled by the
すなわち、改質ガスG4は、昇圧後水分離部60の上流の連絡流路管32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62へ送出される構成である。改質ガスG4から水が凝縮された後の改質ガスG5は、連絡流路管64へ送出される構成である。
That is, the reforming gas G4 is separated by condensing water by cooling by heat exchange with the cooling water in the heat exchanger HE2 arranged in the connecting
なお、連絡流路管64上において、昇圧後水分離部60とPSA装置40との間には、バッファタンク68が配設されている。
A
(PSA装置(概略))
PSA装置40には、昇圧後水分離部60からの改質ガスG5が流れる連絡流路管64の下流端と、精製された水素(ガス)が送出される水素供給管42の上流端と、PSA装置40で分離されたオフガスが送出されるオフガス供給管44の上流端とが接続されている。さらに、PSA装置40には、内部の水素(ガス)圧力が過剰となった場合に、水素製造装置10の外部に水素を排出するベント管45の上流端が接続されている。
(PSA device (outline))
The
PSA装置40は、水素精製器として用いられるものである。このPSA装置40は、一対の吸着塔を備え、一方の吸着塔で吸着剤に不純物を吸着させる吸着工程を行い、他方の吸着塔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、次に一方の吸着塔で脱着工程、他方の吸着塔で吸着工程を行う。これを周期的に繰り返すことで、改質ガスG5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、精製された水素が水素供給管42に送出される構成である。
The
一方、オフガス供給管44は、改質器20の燃焼室22に連通している。また、オフガス供給管44上には、オフガスバッファタンク46が設けられている。したがって、オフガスOGは、オフガスバッファタンク46を介して改質器20の燃焼室22にバーナーの燃料として供給される構成である。
On the other hand, the off-
なお、PSA装置40の詳細については、後述する。また、PSA装置40が「ガス精製装置」に相当する。
The details of the
(燃焼排ガス水分離部)
燃焼排ガス水分離部70には、改質器20の燃焼室22から燃焼排ガスを導くガス排出管26の下流端が接続されている。燃焼排ガス水分離部70の底部には水回収管72が接続され、燃焼排ガス水分離部70の上部にはガス排出管74が接続されている。
(Combustion exhaust gas water separation part)
The downstream end of the
ガス排出管26上には、チラー76で冷却された水と燃焼排ガスとを熱交換する熱交換器HE3が設けられている。
A heat exchanger HE3 that exchanges heat between the water cooled by the
すなわち、燃焼室22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26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72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74から外気中へ排出される構成である。
That is, the combustion exhaust gas discharged from the
水回収管52、62、72の各々の下流端は、改質用水供給管80に接続されている。改質用水供給管80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)82が設けられている。また、改質用水供給管80には、外部水供給部84が接続されている。外部水供給部84から改質用水供給管80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
さらに、改質用水供給管80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84から供給された水は、ポンプP1によって改質器20へ供給される構成である。
Further, the reforming
(PSA装置(詳細))
PSA装置40の内部構造について図2を参照して詳細に説明する。
(PSA device (details))
The internal structure of the
図2に示すように、PSA装置40は、それぞれ改質ガスG5の不純物を吸着させる吸着剤が配置された第1吸着塔102と、第2吸着塔104と、改質ガスG5を精製して製造された製品水素ガスを貯留する水素ガス貯留タンク106と、を有する。なお、水素ガス貯留タンク106が「精製ガス貯留タンク」に相当する。
As shown in FIG. 2, the
PSA装置40において、第1吸着塔102と第2吸着塔104の原料ガス(改質ガスG5)供給側には、一端が連絡流路管64に接続される原料ガス供給流路108と、原料ガス供給流路108の他端から分岐された原料ガス供給分岐流路110A、110Bと、原料ガス供給分岐流路110A、110Bにそれぞれ接続される共通流路112A、112Bと、が配設されている。
In the
すなわち、第1吸着塔102には、原料ガス供給流路108、原料ガス供給分岐流路110A、共通流路112Aを介して連絡流路管64から改質ガスG5が供給可能に構成されている。
That is, the
同様に、第2吸着塔104には、原料ガス供給流路108、原料ガス供給分岐流路110B、共通流路112Bを介して連絡流路管64から改質ガスG5が供給可能に構成されている。
Similarly, the
また、原料ガス供給分岐流路110A、110Bには、それぞれ電磁開閉弁114A、114Bが配設されており、電磁開閉弁114A、114Bの開閉によって第1吸着塔102、第2吸着塔104と原料ガス供給流路108(連絡流路管64)とが連通又は遮断される構成である。
Further, electromagnetic on-off
PSA装置40において、第1吸着塔102と第2吸着塔104のオフガス排出側には、オフガス供給管44に一端が接続されたオフガス排出流路116と、オフガス排出流路116の他端で分岐されたオフガス排出分岐流路118A、118Bと、オフガス排出分岐流路118A、118Bがそれぞれ接続される共通流路112A、112Bと、が設けられている。なお、オフガス排出流路116が「オフガス流路」に相当する。
In the
すなわち、第1吸着塔102から排出されたオフガスは、共通流路112A、オフガス排出分岐流路118A、オフガス排出流路116を介してオフガス供給管44に送出可能に構成されている。
That is, the off-gas discharged from the
同様に、第2吸着塔104から排出されたオフガスは、共通流路112B、オフガス排出分岐流路118B、オフガス排出流路116を介してオフガス供給管44に送出可能に構成されている。
Similarly, the off-gas discharged from the
なお、オフガス排出分岐流路118A、118Bには、それぞれ電磁開閉弁120A、120Bが配設されており、電磁開閉弁120A、120Bの開閉によって第1吸着塔102、第2吸着塔104とオフガス排出流路116(オフガス供給管44)とが連通又は遮断される構成である。
Electromagnetic on-off
さらに、共通流路112Aと共通流路112Bは、連絡流路122で接続されている。
Further, the
したがって、第1吸着塔102と第2吸着塔104は、共通流路112A、連絡流路122、共通流路112Bを介して連通されている。
Therefore, the
なお、連絡流路122上には、一対の電磁開閉弁124A、124Bが配設されており、一対の電磁開閉弁124A、124Bの開閉によって第1吸着塔102と第2吸着塔104とが連通又は遮断される構成である。
A pair of electromagnetic on-off
第1吸着塔102、第2吸着塔104の精製ガス(製品水素ガス)の送出側には、水素ガス貯留タンク106に一端が接続された製品水素ガス送出流路126と、製品水素ガス送出流路126の他端が接続される製品水素ガス送出分岐流路128A、128Bと、製品水素ガス送出分岐流路128Aと第1吸着塔102とを連通させる共通流路130Aと、製品水素ガス送出分岐流路128Bと第2吸着塔104とを連通させる共通流路130Bと、が設けられている。
On the delivery side of the purified gas (product hydrogen gas) of the
なお、製品水素ガス送出分岐流路128A、128B上には、それぞれ電磁開閉弁132A、132Bが配設されており、電磁開閉弁132A、132Bを開閉することにより、第1吸着塔102、第2吸着塔104と水素ガス貯留タンク106とが連通又は遮断される構成である。
Electromagnetic on-off
また、共通流路130A、130B間には、両者を接続する連絡流路134が設けられている。連絡流路134の略中央には、局部的に縮径されたオリフィス136が設けられている。また、連絡流路134においてオリフィス136の両側には、それぞれ電磁開閉弁138A、138Bが配設されている。
Further, a connecting
したがって、電磁開閉弁138A、138Bを開閉することにより、第1吸着塔102と第2吸着塔104とが共通流路130A、連絡流路134(オリフィス136)、共通流路130Bを介して連通又は遮断される構成である。
Therefore, by opening and closing the electromagnetic on-off
また、連絡流路134において電磁開閉弁138Aよりも共通流路130A側と電磁開閉弁138Bよりも共通流路130B側とを連通させた連絡流路140が設けられており、連絡流路140上にも一対の電磁開閉弁142A、142Bが配設されている。
Further, in the
したがって、電磁開閉弁142A、142Bを開閉することにより、第1吸着塔102と第2吸着塔104とが連絡流路140を介して(オリフィス136を介さずに)連通又は遮断される構成である。
Therefore, by opening and closing the electromagnetic on-off
水素ガス貯留タンク106の下流側には、製品水素ガス供給流路144の一端が接続されており、製品水素ガス供給流路144の他端が水素供給管42に接続されている。
One end of the product hydrogen gas
製品水素ガス供給流路144上には、上流側からプレッシャーレギュレータ148、マスフロコントローラ150、電磁開閉弁152が配設されている。マスフロコントローラ150は省略しても良い。
A
プレッシャーレギュレータ148は、製品水素ガスを所定の圧力に調整して水素ガス利用者側に供給するものである。
The
マスフロコントローラ150は、製品水素ガスの流量を調整するものである。
The
電磁開閉弁152は、水素ガス貯留タンク106と水素供給管42とを連通又は遮断させるものである。すなわち、製品水素ガスを水素ガス利用者側に供給可能又は供給不能(遮断)とするものである。
The electromagnetic on-off
なお、製品水素ガス供給流路144においてプレッシャーレギュレータ148の上流側から分岐して、PSA装置40の外部のベント管45に接続されるベント流路154が設けられている。ベント流路154には、所定圧力以上の場合のみ開放される逆止(リリーフ)弁156が設けられている。
A
したがって、製品水素ガス供給流路144においてプレッシャーレギュレータ148の上流側の圧力が過剰となった場合に逆止弁156が開放され、製品水素ガスがベント流路154からベント管45を介して水素製造装置10の外部に排出される構成である。
Therefore, when the pressure on the upstream side of the
原料ガス供給流路108、第1吸着塔102、第2吸着塔104、製品水素ガス供給流路144には、それぞれ圧力センサ160、162、164、166が配設されている。なお、圧力センサ162、164が「圧力検出手段」に相当する。
原料ガス供給流路108に配設された圧力センサ160によってPSA装置40に供給された原料ガス、すなわち改質ガスG5の圧力が検出される構成である。
The
また、第1吸着塔102、第2吸着塔104にそれぞれ配設された圧力センサ162、164によって第1吸着塔102、第2吸着塔104の内部圧力がそれぞれ検出される構成である。
Further, the internal pressures of the
さらに、製品水素ガス供給流路144においてプレッシャーレギュレータ148とマスフロコントローラ150との間に配設された圧力センサ166によってPSA装置40から供給される製品水素ガスの圧力が検出される構成である。
Further, the pressure of the product hydrogen gas supplied from the
(制御部)
PSA装置40は、PSA制御部170を有している。PSA制御部170は、図3に示すように、電磁開閉弁114A、114B、120A、120B、124A、124B、132A、132B、138A、138B、142A、142B、152(以下、「電磁開閉弁114A〜152」という)及び圧力センサ162、164と図示しない信号線で接続されており、後述する制御プログラムに沿って圧力センサ162、164の検出値等に基づいて各電磁開閉弁114A〜152を開閉制御するものである。
(Control unit)
The
なお、PSA制御部170及び電磁開閉弁114A〜152が「制御手段」に相当する。
The
次に、PSA制御部170のハードウェア構成について説明する。
Next, the hardware configuration of the
図4に示すように、PSA制御部170は、CPU(CenTral Processing UniT:プロセッサ)172、ROM(Read Only Memory)174、RAM(Random Access Memory)176、ストレージ178、及びインタフェース180を含んで構成されている。各構成は、バス182を介して相互に通信可能に接続されている。
As shown in FIG. 4, the
CPU172は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU172は、ROM174又はストレージ178からプログラムを読み出し、RAM176を作業領域としてプログラムを実行する。CPU172は、ROM174又はストレージ178に記録されているプログラムに従って、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。
The
ROM174は、各種プログラムおよび各種データを格納する。RAM176は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ178は、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid STaTe Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。
インタフェース180は、PSA制御部170が他の機器と接続するためのインタフェースである。
The
(作用)
次に、水素製造装置10及びPSA装置40の作用について説明する。先ず、水素製造装置10の作用について説明する。
(Action)
Next, the operations of the
図1に示すように、水素製造装置10の改質器20へ供給された都市ガスは、予熱流路で改質用の水と混合されつつ加熱され、改質触媒層へ供給される。改質触媒層では、燃焼室22の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G1が生成される。この改質ガスG1は、改質ガス流路を通ってCO変成触媒層へ供給される。CO変成触媒層では、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た改質ガスG2は、改質ガス排出管24へ送出される。
As shown in FIG. 1, the city gas supplied to the
この際、改質器20の燃焼室22では、供給された都市ガス又はオフガスと空気とが混合された気体がバーナーによって燃焼される。燃焼排ガスは、燃焼室22からガス排出管26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72へ送出される。水が分離された燃焼排ガスは、ガス排出管74から外気中へ排出される。
At this time, in the
一方、図1に示すように、改質ガスG2は、改質ガス排出管24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52へ送出される。改質ガスG2から水が分離された改質ガスG3は、連絡流路管54からバッファタンク58を介して圧縮機30へ供給され、圧縮機30によって圧縮される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the reformed gas G2 is supplied to the pre-boost
改質ガスG3が圧縮された改質ガスG4は、連絡流路管32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62へ送出される。改質ガスG4から水が分離された改質ガスG5は、連絡流路管64からバッファタンク68を介してPSA装置40へ供給される。
The reformed gas G4 in which the reformed gas G3 is compressed is supplied from the connecting
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52、62、72に送出された水は、改質用水供給管80に戻される。ポンプP1の駆動により、改質用水供給管80から改質器20に改質水として供給される。
The water sent from the pre-boost
PSA装置40では、圧力スイング方式が採用されており、一対の吸着塔の一方では吸着剤に水素以外の不純物が吸着され、他方の吸着塔では吸着剤に吸着された不純物が脱着されている。PSA装置40では、この吸着工程と脱着工程をそれぞれの吸着塔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。
In the
続いて、PSA装置40の具体的動作について図5〜図15を参照して説明する。
Subsequently, the specific operation of the
図5は、第1吸着塔102、第2吸着塔104の工程と、電磁開閉弁114A〜152の開閉タイミングを記載したタイミングチャートと、その際の第1吸着塔102、104の圧力変化(実線が第1吸着塔102の圧力(圧力センサ162の検出値)、破線が第2吸着塔104圧力(圧力センサ164の検出値))を示したものである。
FIG. 5 shows a timing chart showing the steps of the
(定格運転)
先ず、PSA装置40の定格運転について図5〜図11を参照して説明する。この場合には、PSA制御部170は、定格運転制御プログラムをストレージ178から読み出し、実行することにより、電磁開閉弁114A〜152の開閉制御を行うものである。
(Rated operation)
First, the rated operation of the
なお、水素製造装置10の改質器20及び圧縮機30は連続的に運転され、改質器20で製造され、圧縮機30で圧縮された改質ガスG5が連続的にPSA装置40に供給されている。
The
第1吸着塔102で吸着工程が、第2吸着塔104で脱着工程が開始される状態から説明する。なお、各電磁開閉弁の開閉は、PSA制御部170からの制御信号によって制御されている。
The suction step will be described from the state where the suction step is started in the
図5及び図6に示すように、先ず、時刻T0において、PSA制御部170からの制御信号により電磁開閉弁114Aが開弁され、連絡流路管64から原料ガス供給流路108を介して第1吸着塔102に改質ガスG5が供給される。この際、第1吸着塔102の下流側に位置する電磁開閉弁132A、138A、142Aは全て閉弁している。この結果、第1吸着塔102内の圧力が上昇する(昇圧過程)。
As shown in FIGS. 5 and 6, first, at time T0, the electromagnetic on-off
なお、電磁開閉弁の開閉がPSA制御部170からの制御信号に基いて行われることは明らかであるため、以下の電磁開閉弁の開閉については「PSA制御部170からの制御信号により」の記述を省略する。
Since it is clear that the electromagnetic on-off valve is opened and closed based on the control signal from the
また、時刻T0において、電磁開閉弁120Bが開弁され、第2吸着塔104がオフガス排出流路116と連通される。これにより、第2吸着塔104からオフガス排出流路116を介してオフガス供給管44にオフガスOGが排出される。
Further, at time T0, the electromagnetic on-off
なお、図6において、PSA装置40の各流路のうち太線で記載されている部分が、ガスが流れている部分である。また、図6において、電磁開閉弁114A〜152を黒塗りで示した場合が閉弁状態を表し、電磁開閉弁114A〜152を白抜きで示した場合が開弁状態を表す。以下、他の図でも同様である。
In FIG. 6, the portion of each flow path of the
次に、図5及び図7に示すように、第1吸着塔102内の圧力が十分に上昇し、吸着剤が不純物を十分に吸着して所定の純度の水素ガスが送出可能となった時刻T1で電磁開閉弁132Aを開弁する。これにより、第1吸着塔102と水素ガス貯留タンク106とを連通させ、第1吸着塔102で精製された精製水素ガスを水素ガス貯留タンク106に供給する(水素送出過程)。
Next, as shown in FIGS. 5 and 7, the time when the pressure in the
なお、PSA装置40の定格運転中は、電磁開閉弁152は常時開弁されており、水素ガス貯留タンク106から送出された精製水素ガスは、プレッシャーレギュレータ148で所定圧力とされ、マスフロコントローラ150で所定流量とされた後、水素供給管42を介して水素ガス利用者側に供給される。
During the rated operation of the
さらに、図5及び図8に示すように、時刻T1から所定時間経過後の時刻T2で、電磁開閉弁138A、138Bを開放する。これにより、第1吸着塔102及び水素ガス貯留タンク106と第2吸着塔104とが、オリフィス136を介して連通する。これにより、第1吸着塔102又は水素ガス貯留タンク106から第2吸着塔104に精製された水素ガスが供給され、第2吸着塔104内の吸着剤に付着した不純物が水素ガスで除去され、オフガスとしてオフガス排出流路116からオフガス供給管44に排出される(パージ過程)。
Further, as shown in FIGS. 5 and 8, the electromagnetic on-off
また、図5及び図9に示すように、時刻T2から所定時間経過後の時刻T3で、電磁開閉弁120Bが閉弁される。すなわち、第2吸着塔104とオフガス排出流路116との連通が遮断される。これにより、第2吸着塔104では、オリフィス136から水素ガスが供給される一方、オフガスの排出が停止されるため、内部の圧力が上昇する(排気停止過程)。
Further, as shown in FIGS. 5 and 9, the electromagnetic on-off
さらに、図5及び図10に示すように、時刻T3から所定時間経過後の時刻T4で電磁開閉弁114A、132A、138A、138Bが閉弁される。これにより、第1吸着塔102が原料ガス供給流路108と遮断されると共に、水素ガス貯留タンク106及びオリフィス136と遮断される。
Further, as shown in FIGS. 5 and 10, the electromagnetic on-off
これにより、第1吸着塔102に改質ガスが供給されなくなると共に、第1吸着塔102から水素ガス貯留タンク106に精製された水素ガスが送出されることも停止される。
As a result, the reformed gas is no longer supplied to the
また、第1吸着塔102と第2吸着塔104とのオリフィス136介しての連通も遮断される。
Further, the communication between the
このタイミングで電磁開閉弁124A、124Bと電磁開閉弁142A、142Bが開弁される。これにより、第1吸着塔102の上流側と第2吸着塔104の上流側、第1吸着塔102の下流側と第2吸着塔104の下流側が連通される。
At this timing, the electromagnetic on-off
このように、第1吸着塔102と第2吸着塔104がオリフィス136を介さずに上流側と下流側で連通されることにより、圧力が均等化される(均圧工程)。
In this way, the pressure is equalized by communicating the
さらに、図5及び図11に示すように、時刻T4から所定時間経過後の時刻T5で、電磁開閉弁124A、124Bと電磁開閉弁142A、142Bが閉弁され、第1吸着塔102と第2吸着塔104との連通が遮断される。
Further, as shown in FIGS. 5 and 11, at the time T5 after a predetermined time elapses from the time T4, the electromagnetic on-off
同時に、電磁開閉弁114Bが開弁され、第2吸着塔104と原料ガス供給流路108とが連通され、連絡流路管64から原料ガス供給流路108を介して第2吸着塔104に改質ガスG5が供給される。
At the same time, the electromagnetic on-off
また、電磁開閉弁120Aが開弁され、第1吸着塔102とオフガス排出流路116とが連通され、第1吸着塔102からオフガス排出流路116を介してオフガス供給管44にオフガスが排出される。
Further, the electromagnetic on-off
以下、時刻T0から時刻T5までのタイミングと同様に、時刻T5から時刻T10までのタイミングで電磁開閉弁の開閉制御が行われることにより、第1吸着塔102で脱着工程と均圧工程が行われ、第2吸着塔104で吸着工程と均圧工程が行われる。これは、吸着塔を入れ替えただけで動作は同様であるので詳細な説明を省略する。
Hereinafter, as with the timing from time T0 to time T5, the opening / closing control of the electromagnetic on-off valve is performed at the timing from time T5 to time T10, so that the desorption step and the pressure equalizing step are performed in the
この後は、第1吸着塔102と第2吸着塔104を切換ながら、この制御を繰り返していく。
After that, this control is repeated while switching between the
なお、このPSA装置40には、図5に示すように、定格運転期間中における第1吸着塔102、第2吸着塔104の最大圧力値よりも少し高い圧力に閾値圧力Th1が設定されている。
As shown in FIG. 5, the
これは、PSA装置40の定格運転期間中に、何らかの異常により第1吸着塔102、第2吸着塔104の圧力が閾値圧力Th1よりも高まった場合には、逆止弁156が開弁されることにより、水素ガス貯留タンク106からベント流路154、ベント管45を介して水素製造装置10の外部に水素が排出される(水素がベントされる)構成とされている。
This is because the
したがって、PSA制御部170では、定格運転及び後述する起動運転において、吸着工程、脱着工程、均圧工程等の切り換えを基本的に設定時間に基づいて行うが、第1吸着塔102、第2吸着塔104の圧力(圧力センサ162、164の検出値)が設定時間以内に閾値圧力Th1に到達すると、吸着工程と脱着工程を直ちに切り換えることによって、第1吸着塔102、第2吸着塔104の圧力が閾値圧力Th1を超えてPSA装置40のベント流路154からベント管45を介して水素がベントされることを防止する構成である。本実施形態のように、吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を挟んでいる場合には、吸着工程又は脱着工程から均圧工程に直ちに移行する構成である。
Therefore, in the
なお、「PSA装置の定格運転」とは、第1吸着塔102と第2吸着塔104の一方が吸着工程を行い、他方が脱着工程を行い、次に一方が脱着工程を行い、他方が吸着工程を行うことを繰り返し行う運転のことをいう。本実施形態のように吸着塔(吸着工程と脱着工程)を切り換える際に、均圧工程を挟むものも含む。また、各工程の切換は、時間制御、圧力制御、時間圧力併用制御のいずれでも良い。
In the "rated operation of the PSA device", one of the
(起動運転)
次に、PSA装置40を起動させる場合について、図12〜図16を参照して説明する。
(Startup operation)
Next, the case of activating the
この際、水素製造装置10の図示しない制御部からPSA制御部170に起動信号が入力される。
At this time, a start signal is input to the
PSA制御部170では、起動信号が入力されると、起動運転制御プログラムをストレージ178から読み出し、実行することにより、電磁開閉弁114A〜152の開閉制御を行い、起動運転が行われる。なお、「PSA装置の起動運転」とは、PSA装置40の起動開始から少なくとも各吸着塔から所定の純度の水素ガスが送出可能となるまでのPSA装置40の運転をいう。
When the start-up signal is input, the
PSA制御部170では、起動運転制御プログラムに従って上記定格運転と同様に時間制御を基本として制御する。ただし、起動運転期間中、電磁開閉弁132A、132Bを閉弁した状態を維持することによって、所定純度に到達していない水素ガスが水素ガス貯留タンク106に貯蔵されることを防止するものである。このため、定格運転の吸着工程における水素送出過程を省略しているものである。なお、時間制御時において各過程の設定時間は、定格運転と同様である。
The
また、本実施形態のPSA装置40では、起動運転として、第1吸着塔102と第2吸着塔104が吸着工程と脱着工程をそれぞれ一回ずつ行った後、定格運転に移行するものである。
Further, in the
なお、水素製造装置10の改質器20及び圧縮機30は連続的に運転され、改質器20で製造され、圧縮機30で圧縮された改質ガスG5が連続的にPSA装置40に供給される。
The
なお、PSA制御部170では、PSA装置40の運転終了直前に脱着工程であった吸着塔を記憶しており、その吸着塔が吸着工程で開始するように起動される。
The
本実施形態では、第1吸着塔102が吸着工程、第2吸着塔104が脱着工程で開始される。なお、各電磁開閉弁の開閉は、PSA制御部170からの制御信号によって制御されている。
In the present embodiment, the
図12及び図13に示すように、先ず、時刻T11において、電磁開閉弁114Aが開弁され、連絡流路管64から原料ガス供給流路108を介して第1吸着塔102に改質ガスG5が供給される。この際、第1吸着塔102の下流側に位置する電磁開閉弁132A、138A、142Aは全て閉弁している。この結果、第1吸着塔102内の圧力が上昇する(昇圧過程)。
As shown in FIGS. 12 and 13, first, at time T11, the electromagnetic on-off
また、時刻T11において、電磁開閉弁120Bが開弁され、第2吸着塔104がオフガス排出流路116に連通される。これにより、第2吸着塔104からオフガス排出流路116を介してオフガス供給管44にオフガスOGが排出される。
Further, at time T11, the electromagnetic on-off
次に、図12及び図14に示すように、時刻T11から所定時間経過後の時刻T12で、電磁開閉弁138A、138Bを開放する。これにより、第1吸着塔102又は水素ガス貯留タンク106と第2吸着塔104とが、オリフィス136を介して連通する。これにより、第1吸着塔102又は水素ガス貯留タンク106から第2吸着塔104に精製された水素ガスが供給され、第2吸着塔104内の吸着剤に付着した不純物が水素ガスで除去され、オフガスとしてオフガス排出流路116からオフガス供給管44に排出される(パージ過程)。
Next, as shown in FIGS. 12 and 14, the electromagnetic on-off
なお、定格運転では、図5及び図7に示すように、第1吸着塔102内の圧力が十分に上昇した場合には(時刻T1で)、電磁開閉弁132Aを開弁し、第1吸着塔102で精製された精製水素ガスを水素ガス貯留タンク106に供給する水素送出過程が行われるが、起動運転期間中、図12に示すように、電磁開閉弁132Aの閉弁状態が維持され、水素送出過程が省略されている。
In the rated operation, as shown in FIGS. 5 and 7, when the pressure in the
これは、起動運転期間中は、PSA装置40の運転停止中に吸着塔内の吸着剤内部で不純物が拡散しており、精製された水素ガスの純度が所定純度まで到達していないからである。
This is because during the start-up operation period, impurities are diffused inside the adsorbent in the adsorption tower while the operation of the
また、PSA装置40の起動運転中は、電磁開閉弁152は常時閉弁されており、水素供給管42を介して水素ガス利用者側に供給されていない。
Further, during the start-up operation of the
ところで、上記パージ過程時には、定格運転と異なり、電磁開閉弁132Aが閉弁されているため、第1吸着塔102から送出された精製された水素ガスが水素ガス貯留タンク106に供給されることはないため、第1吸着塔102の圧力上昇速度が高い。したがって、プログラムに設定されたパージ過程の設定時間に到達する前に、時刻T13で第1吸着塔102の圧力が閾値圧力Th1に到達する(図12参照)。
By the way, during the purging process, unlike the rated operation, the electromagnetic on-off
PSA制御部170は、圧力センサ162の検出結果に基づいて第1吸着塔102の圧力が起動運転の吸着工程の設定時間Ts2以内で閾値圧力Th1に到達したことを検知すると、第1吸着塔102の吸着工程、第2吸着塔104の脱着工程を直ちに終了させ、均圧工程に移行させる。なお、本実施形態において、起動運転の吸着工程の設定時間Ts2とは、定格運転の吸着工程の設定時間Ts1(=T4−T0、図5参照)から水素送出過程を引いた時間である(Ts2=Ts1-(T2−T1)、図5、図12参照)。
When the
具体的には、図12及び図15に示すように、時刻T13において電磁開閉弁114A、138A、138Bが閉弁される。これにより、第1吸着塔102が原料ガス供給流路108と遮断されると共に、オリフィス136と遮断される。これにより、第1吸着塔102に改質ガスが供給されなくなる。
Specifically, as shown in FIGS. 12 and 15, the electromagnetic on-off
また、第1吸着塔102と第2吸着塔104とのオリフィス136介しての連通も遮断される。
Further, the communication between the
このタイミングで、図15に示すように、電磁開閉弁124A、124Bと電磁開閉弁142A、142Bが開弁される。これにより、第1吸着塔102の上流側と第2吸着塔104の上流側、第1吸着塔102の下流側と第2吸着塔104の下流側が連通される。
At this timing, as shown in FIG. 15, the electromagnetic on-off
このように、第1吸着塔102と第2吸着塔104がオリフィス136を介さずに上流側と下流側で連通されることにより、第1吸着塔102と第2吸着塔104の圧力が均等化される(均圧工程)。
In this way, the pressures of the
さらに、図12及び図16に示すように、時刻T13から所定時間経過後の時刻T14で、電磁開閉弁124A、124Bと電磁開閉弁142A、142Bが閉弁され、第1吸着塔102と第2吸着塔104との連通が遮断される(均圧工程が終了される)。
Further, as shown in FIGS. 12 and 16, at the time T14 after a predetermined time elapses from the time T13, the electromagnetic on-off
同時に、電磁開閉弁114Bが開弁され、第2吸着塔104と原料ガス供給流路108とが連通され、連絡流路管64から原料ガス供給流路108を介して第2吸着塔104に改質ガスG5が供給される。すなわち、第2吸着塔104で吸着工程が開始される。
At the same time, the electromagnetic on-off
また、電磁開閉弁120Aが開弁され、第1吸着塔102とオフガス排出流路116とが連通され、第1吸着塔102からオフガス排出流路116を介してオフガス供給管44にオフガスが排出される。すなわち、第1吸着塔102で脱着工程が開始される。
Further, the electromagnetic on-off
以下、時刻T11から時刻T14までのタイミングと同様に、時刻T14から時刻T17までのタイミングで電磁開閉弁の開閉制御が行われることにより、第1吸着塔102で脱着工程と均圧工程が行われ、第2吸着塔104で吸着工程と均圧工程が行われる。これは、吸着塔を入れ替えただけで動作は同様であるので詳細な説明を省略する。
Hereinafter, as with the timing from time T11 to time T14, the opening / closing control of the electromagnetic on-off valve is performed at the timing from time T14 to time T17, so that the desorption step and the pressure equalizing step are performed in the
このように、PSA装置40の全吸着塔、すなわち第1吸着塔102と第2吸着塔104が吸着工程と脱着工程をそれぞれ一回ずつ、すなわち一周期実施した段階で起動時運転が終了され、以下、定格運転が実施される。
In this way, the start-up operation is completed when all the adsorption towers of the
これは、第1吸着塔102、第2吸着塔104において、吸着剤内で拡散していた不純物が十分に除去され、改質ガスを精製することによって製造された水素ガスが所定の純度に到達したと判断して水素ガス貯留タンク106に送出するものである。
This is because the impurities diffused in the adsorbent are sufficiently removed in the
すなわち、定格運転の吸着工程の水素送出過程やパージ過程において、電磁開閉弁132A又は電磁開閉弁132Bが開弁されていることによって、第1吸着塔102又は第2吸着塔104で精製された水素ガスを水素ガス貯留タンク106に送出するため、吸着塔の圧力上昇速度が抑制される。したがって、第1吸着塔102又は第2吸着塔104の圧力が閾値圧力Th1に到達する前に定格運転の吸着工程の設定時間Ts1(=T4−T0)が経過し、設定時間経過時に(例えば、時刻T21で)次工程(均圧工程)に切り換えられるものである。
That is, hydrogen purified by the
この後は、第1吸着塔102と第2吸着塔104の吸着工程と脱着工程を切り換えながら、この制御を繰り返していく。
After that, this control is repeated while switching between the suction step and the desorption step of the
(効果)
このように、PSA装置40では、起動信号が入力した際、起動運転制御プログラムに従って定格運転(定格運転制御プログラム)と異なる運転を行うことにより、以下の効果がある。
(effect)
As described above, when the start signal is input, the
先ず、起動運転期間中、電磁開閉弁132A、132Bの閉弁状態を維持すること(「締切運転」という)により、吸着工程の吸着塔から水素ガス貯留タンク106に精製された水素ガスが供給されることが防止される。すなわち、起動運転期間中に所定純度に到達していない水素ガスが水素ガス貯留タンク106に送出され、水素ガス利用者側に供給されることを確実に防止できる。
First, by maintaining the closed state of the electromagnetic on-off
また、起動運転期間中にパージ過程を行うことによって、吸着工程中の吸着塔(例えば、第1吸着塔102)で精製された所定純度に到達していない水素ガスを脱着工程中の吸着塔(例えば、第2吸着塔104)に供給することにより、脱着工程中の吸着塔のパージに使用することができる。これにより、吸着塔内の吸着剤からの不純物の離脱を促進し、吸着塔で精製された水素ガスが所定の純度まで到達する時間を短縮することができる。また、所定純度に到達していない水素ガスをパージ過程に用いることにより、有効利用することができる。 Further, by performing the purging process during the start-up operation period, the adsorption tower (for example, the adsorption tower 102) during the adsorption step desorbs the hydrogen gas that has not reached the predetermined purity purified by the adsorption tower (for example, the first adsorption tower 102). For example, by supplying it to the second adsorption tower 104), it can be used for purging the adsorption tower during the desorption step. As a result, it is possible to promote the removal of impurities from the adsorbent in the adsorption tower and shorten the time for the hydrogen gas purified in the adsorption tower to reach a predetermined purity. Further, by using hydrogen gas that has not reached a predetermined purity in the purging process, it can be effectively used.
さらに、起動運転期間中に第1吸着塔102、第2吸着塔104のいずれもが少なくとも一回ずつ吸着工程と脱着工程を行う(少なくとも一周期実施する)ことにより、各吸着塔が少なくとも一回脱着工程を行うことになり、停止中に各吸着塔の吸着剤の内部で拡散していた不純物が除去され、精製水素ガスの純度を所定純度まで迅速に向上させることができる。
Further, during the start-up operation period, both the
また、起動運転期間中、締切運転することで、吸着工程中の吸着塔(例えば、第1吸着塔102)の圧力上昇速度が定格運転と比較して高くなり、パージ過程の設定時間内に閾値圧力Th1に到達してパージ過程(吸着工程)が終了され、直ちに均圧工程に切り換えられる。すなわち、起動運転における吸着工程(脱着工程)時間が定格運転と比較して短縮される。すなわち、起動運転における吸着工程と脱着工程の切り換え周期が定格運転と比較して短縮され、精製された水素が所定純度に到達するまでの時間が短縮される。 Further, by performing the deadline operation during the start-up operation period, the pressure rise rate of the suction tower (for example, the first suction tower 102) during the suction process becomes higher than that of the rated operation, and the threshold value is within the set time of the purge process. When the pressure Th1 is reached, the purging process (adsorption process) is completed, and the pressure equalization process is immediately switched to. That is, the adsorption process (desorption process) time in the start-up operation is shortened as compared with the rated operation. That is, the switching cycle between the adsorption step and the desorption step in the start-up operation is shortened as compared with the rated operation, and the time until the purified hydrogen reaches a predetermined purity is shortened.
さらに、起動運転は、定格運転の水素送出過程を省略しているため、定格運転と比較して吸着工程時間が短縮されても、パージ過程を十分に行うことができ、脱着工程中の吸着塔の吸着剤内に拡散していた不純物を十分に除去することができる。 Furthermore, since the start-up operation omits the hydrogen delivery process of the rated operation, the purging process can be sufficiently performed even if the adsorption process time is shortened as compared with the rated operation, and the adsorption tower during the desorption process can be sufficiently performed. Impurities diffused in the adsorbent can be sufficiently removed.
また、PSA制御部170は、PSA装置40の停止直前に脱着工程であった吸着塔を記憶しており、起動運転開始時に当該吸着塔の吸着工程から開始させるものである。これにより、停止直前に吸着工程であった吸着塔に対して、停止直前に脱着工程であった吸着塔で精製された水素ガスが供給されてパージされる。すなわち、起動運転開始時により純度の高い水素ガスが脱着工程中の吸着塔に供給され、不純物の除去が促進される。
Further, the
さらに、PSA装置40は、各吸着塔を外部と遮断した後に電磁開閉弁124A、124B、142A、142Bを開弁することで、第1吸着塔102と第2吸着塔104とをそれぞれ上流側、下流側で連通させて均圧化している。これにより、相対的に圧力が低い脱着工程側の吸着塔の圧力を上昇させ、当該吸着塔の吸着剤に付着した不純物の拡散が抑制される。すなわち、PSA装置40の起動運転期間、すなわち、吸着剤に付着した不純物を除去して所定の純度の製品水素ガスを精製するまでの時間を短縮することができる。
Further, the
(その他)
本実施形態では、PSA装置40を水素製造装置10に適用したものであり、PSA装置40は改質ガスG5から水素(ガス)を精製していたが、これに限定するものではない。PSA装置が原料ガスから不純物を除去して精製ガスに精製するものであれば、適用可能である。
(others)
In the present embodiment, the
また、本実施形態のPSA装置40では、定格運転に排気停止過程を含んでいたが、排気停止過程を省略しても良い。すなわち、パージ過程後、直ちに均圧工程となるように制御しても良い。
Further, in the
さらに、本実施形態のPSA装置40では、起動運転を各吸着塔の1周期分だけ実施するように制御しているが、2周期以上実施するようにしても良い。
Further, in the
また、本実施形態のPSA装置40では、起動運転の吸着工程において昇圧過程の次にパージ過程となるように制御することによって定格運転の水素送出過程(時間)を省略したが、その時間分、昇圧過程を延長しても良い。この場合には、パージ過程に到達する前に吸着工程中の吸着塔の圧力が閾値圧力(Th1)に到達しないことが望ましい。脱着工程中の吸着塔がパージ過程を経ずに脱着工程が終了すると、吸着剤中の不純物の除去が進まず、各吸着塔で精製される水素ガスの純度が所定純度に到達するまでの時間が長期化するおそれがあるためである。
Further, in the
なお、この場合には、起動運転における吸着工程の設定時間Ts2は、定格運転における吸着工程の設定時間Ts1と等しくなる(図5参照、Ts2=Ts1=T4−T0)。 In this case, the set time Ts2 of the adsorption process in the start-up operation is equal to the set time Ts1 of the adsorption process in the rated operation (see FIG. 5, Ts2 = Ts1 = T4-T0).
さらに、本実施形態のPSA装置40では、吸着工程と脱着工程の間に均圧工程を入れているが、均圧工程がないものでも良い。この場合には、起動運転期間中に吸着塔の圧力が吸着工程の設定時間Ts以内で閾値圧力Th1に到達した場合には、閾値圧力到達時に吸着工程から直接、脱着工程に切り換えられる。
Further, in the
また、本実施形態のPSA装置40は、第1吸着塔102と第2吸着塔104の2つの吸着塔を有する構成であったが、3以上の吸着塔を有するものでも良い。
Further, the
さらに、本実施形態のPSA装置40は、起動運転プログラムと定格運転プログラムを別プログラムとしたが、単一の運転プログラムで、例えば、起動運転のサブルーチンを有するものでも良い。
Further, although the
また、本実施形態のPSA装置40では、起動運転期間中に吸着工程の設定時間Ts2以内で第1吸着塔102、第2吸着塔104の圧力が閾値圧力Th1に到達する場合について説明したが、到達しない構成でも良い。この場合には、吸着工程の設定時間Ts2の経過時に第1吸着塔102、第2吸着塔104の吸着工程(脱着工程)が均圧工程に切り換えられ、均圧工程の設定時間経過後に脱着工程(吸着工程)とされる。
Further, in the
さらに、PSA装置40が均圧工程中にPSA制御部170で圧力センサ160の圧力をモニタリングすることにより、圧力センサ160で検出された圧力が閾値圧力以上となった場合に連絡流路管64から水素製造装置10の外部に改質ガスをベントする構成としても良い。
Further, the
10 水素製造装置
20 改質器
30 圧縮機
40 PSA装置(ガス精製装置)
102 第1吸着塔
104 第2吸着塔
106 水素ガス貯留タンク(精製ガス貯留タンク)
108 原料ガス供給流路
114A 電磁開閉弁(制御手段)
114B 電磁開閉弁(制御手段)
116 オフガス排出流路(オフガス流路)
120A 電磁開閉弁(制御手段)
120B 電磁開閉弁(制御手段)
132A 電磁開閉弁(制御手段)
132B 電磁開閉弁(制御手段)
162 圧力センサ(圧力検出手段)
164 圧力センサ(圧力検出手段)
170 PSA制御部(制御手段)
10
102
108 Raw material gas
114B electromagnetic on-off valve (control means)
116 Off-gas discharge flow path (off-gas flow path)
120A electromagnetic on-off valve (control means)
120B electromagnetic on-off valve (control means)
132A electromagnetic on-off valve (control means)
132B electromagnetic on-off valve (control means)
162 Pressure sensor (pressure detecting means)
164 Pressure sensor (pressure detecting means)
170 PSA control unit (control means)
Claims (7)
前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、
装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する制御手段と、
各前記吸着塔の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えるガス精製装置。 A plurality of adsorption towers filled with an adsorbent that adsorbs impurities in the raw material gas and sends out a purified gas from which impurities have been removed from the raw material gas.
A refined gas storage tank for storing the refined gas and
During the start-up operation period of the device, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and the refined gas is supplied from the adsorption tower during the start-up operation to the adsorption tower during the desorption process during the start-up operation period. Means and
A plurality of pressure detecting means for detecting the pressure of each of the suction towers,
Equipped with a,
If the pressure of each of the adsorption towers during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the control means will perform the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower when the set time elapses. A gas purification device that switches between the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower when the pressure of each adsorption tower in the adsorption step reaches the threshold pressure within the set time.
前記精製ガスを貯留する精製ガス貯留タンクと、
装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給する制御手段と、
各前記吸着塔の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各前記吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを前記均圧工程を挟んで切り換えるガス精製装置。 A plurality of adsorption towers filled with an adsorbent that adsorbs impurities in the raw material gas and sends out a purified gas from which impurities have been removed from the raw material gas.
A refined gas storage tank for storing the refined gas and
During the start-up operation period of the device, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and the refined gas is supplied from the adsorption tower during the start-up operation to the adsorption tower during the desorption process during the start-up operation period. Means and
A plurality of pressure detecting means for detecting the pressure of each of the suction towers,
With
If the pressure of each of the adsorption towers during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the control means will perform the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower when the set time elapses. When the pressure of each adsorption tower in the adsorption step reaches the threshold pressure within the set time, the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower are performed when the threshold pressure is reached. A gas purification device that switches between the above pressure equalization steps.
前記改質ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された改質ガスを前記原料ガスとし、前記改質ガスから不純物を分離して前記精製ガスとしての水素ガスを得る請求項1〜3のいずれか1項記載のガス精製装置と、
を備える水素製造装置。 A reformer that produces a reformed gas obtained by steam reforming hydrocarbons,
A compressor that compresses the reformed gas and
The gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the reforming gas compressed by the compressor is used as the raw material gas, and impurities are separated from the reforming gas to obtain hydrogen gas as the purification gas. When,
A hydrogen production device equipped with.
前記ガス精製装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給するガス精製装置の制御方法であって、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを切り換えるガス精製装置の制御方法。 A refined gas storage tank in which raw material gas is supplied to a part of the adsorption towers among the plurality of adsorption towers, impurities are adsorbed on the adsorbent filled in the adsorption towers, and impurities are removed from the raw material gas. In the gas purification equipment to be sent to
During the start-up operation period of the gas purification device, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and the refined gas is transferred from the adsorption tower during the adsorption step to the adsorption tower during the desorption step during the start-up operation period. It is a control method of the gas refining device that supplies
If the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the adsorption step of the adsorption tower and the desorption step are switched when the set time elapses, and the setting is performed. A method for controlling a gas purification device that switches between the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower when the pressure of each adsorption tower in the adsorption step reaches the threshold pressure within an hour.
前記ガス精製装置の起動運転期間中、各前記吸着塔と前記精製ガス貯留タンクとの連通を遮断すると共に、前記起動運転期間中に吸着工程中の吸着塔から脱着工程中の吸着塔に精製ガスを供給するガス精製装置の制御方法であって、
前記吸着工程の設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達しない場合には、前記設定時間経過時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを均圧工程を挟んで切り換えると共に、前記設定時間以内に吸着工程中の各吸着塔の圧力が閾値圧力に到達した場合には、閾値圧力到達時に当該吸着塔の前記吸着工程と前記脱着工程とを前記均圧工程を挟んで切り換えるガス精製装置の制御方法。 A refined gas storage tank in which raw material gas is supplied to a part of the adsorption towers among the plurality of adsorption towers, impurities are adsorbed on the adsorbent filled in the adsorption towers, and impurities are removed from the raw material gas. In the gas purification equipment to be sent to
During the start-up operation period of the gas purification device, the communication between each of the adsorption towers and the refined gas storage tank is cut off, and the refined gas is transferred from the adsorption tower during the adsorption step to the adsorption tower during the desorption step during the start-up operation period. It is a control method of the gas refining device that supplies
If the pressure of each adsorption tower during the adsorption step does not reach the threshold pressure within the set time of the adsorption step, the pressure equalizing step is sandwiched between the adsorption step and the desorption step of the adsorption tower when the set time elapses. If the pressure of each suction tower in the suction step reaches the threshold pressure within the set time, the suction step of the suction tower and the desorption step are performed in the pressure equalizing step when the threshold pressure is reached. A method of controlling a gas purification device that switches between sandwiches.
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