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公開番号2024131551
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023041886
出願日2023-03-16
発明の名称水素供給システム及びその運転方法
出願人千代田化工建設株式会社
代理人弁理士法人大島特許事務所
主分類B01J 4/00 20060101AFI20240920BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】水素ガスの供給量を迅速に変化させることができる水素生成システム及びその運転方法を提供する。
【解決手段】水素供給システム1は、水素キャリアの供給を受け、水素キャリアの脱水素反応によって水素を生成する脱水素反応器4と、脱水素反応器の出口に接続されたメイン通路L6と、メイン通路を流れる流体から水素ガスを分離する気液分離装置5と、メイン通路における気液分離装置よりも下流側の部分に、メイン通路に対して分岐した第1接続通路L8を介して接続された水素ガスホルダ6とを有する。水素供給システムは、メイン通路における気液分離装置と第1接続通路との間の部分に設けられ、水素ガスを圧縮する圧縮機21B、21Cと、メイン通路における気液分離装置と圧縮機との間の部分と水素ガスホルダとを接続する第2接続通路L9とを有してもよい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水素供給システムであって、
水素キャリアの供給を受け、前記水素キャリアの脱水素反応によって水素を生成する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器の出口に接続されたメイン通路と、
前記メイン通路を流れる流体から水素ガスを分離する気液分離装置と、
前記メイン通路における前記気液分離装置よりも下流側の部分に、前記メイン通路に対して分岐した第１接続通路を介して接続された水素ガスホルダとを有する水素供給システム。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記メイン通路における前記気液分離装置と前記第１接続通路との間の部分に設けられ、前記水素ガスを圧縮する圧縮機と、
前記メイン通路における前記気液分離装置と前記圧縮機との間の部分と前記水素ガスホルダとを接続する第２接続通路とを有する請求項１に記載の水素供給システム。
【請求項３】
前記メイン通路の下流端に設けられ、水素を使用する水素使用装置に接続されたメイン流量制御弁と、
前記第１接続通路に設けられ、前記メイン通路から前記水素ガスホルダに流れる前記水素ガスの流量を制御する流入流量制御弁と、
前記第２接続通路に設けられ、前記水素ガスホルダから前記メイン通路に流れる前記水素ガスの流量を制御する戻し流量制御弁とを有する請求項２に記載の水素供給システム。
【請求項４】
液体の前記水素キャリアを気化し、前記脱水素反応器に供給する気化器と、
前記気化器及び前記メイン流量制御弁を少なくとも制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記水素使用装置が要求する要求水素ガス流量に基づいて前記メイン流量制御弁の開度を制御すると共に、前記要求水素ガス流量と前記水素ガスホルダの圧力とに基づいて、前記気化器の出口を流れる気化された前記水素キャリアの流量を調節するべく前記気化器を制御する請求項３に記載の水素供給システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記要求水素ガス流量が大きいほど前記気化器の前記出口を流れる気化された前記水素キャリアの流量が増加するように前記気化器を制御すると共に、前記水素ガスホルダの圧力が高いほど前記水素キャリアの流量が減少するように前記気化器を制御する請求項４に記載の水素供給システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記要求水素ガス流量に係数を乗じることによって目標気化原料流量を算出し、前記気化器の前記出口を流れる気化された前記水素キャリアの流量が前記目標気化原料流量となるように前記気化器を制御し、前記水素ガスホルダの圧力に基づいて前記係数を変更する請求項５に記載の水素供給システム。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記メイン通路の前記圧縮機と前記メイン流量制御弁との間の部分の圧力である下流側圧力が第１閾値以上であるときに、前記流入流量制御弁を開き、
前記下流側圧力が前記第１閾値未満であるときに、前記流入流量制御弁を閉じ、
前記メイン通路の前記気液分離装置と前記圧縮機との間の部分の圧力である上流側圧力が第２閾値未満であるときに、前記戻し流量制御弁を開き、
前記上流側圧力が前記第２閾値以上であるときに、前記戻し流量制御弁を閉じ、
前記要求水素ガス流量に係数を乗じることによって目標気化原料流量を算出し、前記気化器の前記出口を流れる気化された前記水素キャリアの流量が前記目標気化原料流量となるように前記気化器を制御し、
前記水素ガスホルダの圧力から前記水素ガスホルダの目標圧力を減算した値の増加に応じて前記係数を小さくし、
前記要求水素ガス流量の増加に応じて前記目標圧力を低下させる請求項５に記載の水素供給システム。
【請求項８】
前記メイン通路の前記下流端を流れる前記水素ガスの流量を測定する流量センサを有し、
前記制御装置は、前記要求水素ガス流量と前記流量センサによって取得された前記水素ガスの流量とに基づいて前記メイン流量制御弁を制御する請求項４に記載の水素供給システム。
【請求項９】
水素供給システムの運転方法であって、
水素供給システムは、
液体の水素キャリアを気化する気化器と、
前記気化器において気化された前記水素キャリアの供給を受け、前記水素キャリアの脱水素反応によって水素を生成する脱水素反応器と、
前記脱水素反応器の出口に接続されたメイン通路と、
前記メイン通路の前記気化器よりも下流側の部分に設けられ、前記メイン通路を流れる流体から水素ガスを分離する気液分離装置と、
前記メイン通路の前記気液分離装置よりも下流側の部分に設けられ、前記水素ガスを圧縮する圧縮機と、
前記メイン通路の下流端に設けられ、水素を使用する水素使用装置に接続されたメイン流量制御弁と、
前記メイン通路の前記圧縮機と前記メイン流量制御弁との間の部分に接続された第１接続通路と、
前記メイン通路の前記気液分離装置と前記圧縮機との間の部分に接続された第２接続通路と、
前記第１接続通路及び前記第２接続通路に接続された水素ガスホルダと、
前記第１接続通路に設けられ、前記メイン通路から前記水素ガスホルダに流れる前記水素ガスの流量を制御する流入流量制御弁と、
前記第２接続通路に設けられ、前記水素ガスホルダから前記メイン通路に流れる前記水素ガスの流量を制御する戻し流量制御弁とを有し、
前記水素使用装置が要求する要求水素ガス流量に基づいて前記メイン流量制御弁の開度を制御すると共に、前記要求水素ガス流量と前記水素ガスホルダの圧力とに基づいて、前記気化器の出口を流れる気化された前記水素キャリアの流量を調節するべく前記気化器を制御する水素供給システムの運転方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素供給システム及びその運転方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、有機ハイドライドを原料として水素ガスを製造する水素供給システムを開示している。水素供給システムは、有機ハイドライドを気化する気化器と、気化された有機ハイドライドの脱水素反応を行う脱水素反応器と、脱水素反応で生成した有機物から水素ガスを分離する気液分離装置とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第７１９８０４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素供給システムにガスタービン発電機等の水素使用装置を接続し、水素供給システムが生成した水素を水素使用装置が使用する場合、水素使用装置の要求水素ガス流量に応じて水素供給システムは水素ガスの生成量を変動させる必要がある。しかし、水素供給システムでは、原料である有機ハイドライドを気化するのに遅れが生ずるため、原料の供給量を制御しても水素ガスの供給量を迅速に変化させることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、水素ガスの供給量を迅速に変化させることができる水素生成システム及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、水素供給システム（１）であって、水素キャリアの供給を受け、前記水素キャリアの脱水素反応によって水素を生成する脱水素反応器（４）と、前記脱水素反応器の出口に接続されたメイン通路（Ｌ６）と、前記メイン通路を流れる流体から水素ガスを分離する気液分離装置（５）と、前記メイン通路における前記気液分離装置よりも下流側の部分に、前記メイン通路に対して分岐した第１接続通路（Ｌ８）を介して接続された水素ガスホルダ（６）とを有する。
【０００７】
この態様によれば、水素ガスホルダがメイン通路の下流部に設けられているため、要求水素ガス流量の変動に対応して水素ガスの供給量を迅速に変化させることができる。また、水素ガスホルダがメイン通路から分岐した位置に設けられているため、水素ガスホルダを小型化することができる。
【０００８】
上記の態様において、前記メイン通路における前記気液分離装置と前記第１接続通路との間の部分に設けられ、前記水素ガスを圧縮する圧縮機（２１Ｂ、２１Ｃ）と、前記メイン通路における前記気液分離装置と前記圧縮機との間の部分と前記水素ガスホルダとを接続する第２接続通路（Ｌ９）とを有してもよい。
【０００９】
この態様によれば、水素ガスホルダが圧縮機に対して並列に配置されているため、水素ガスホルダを小型化することができる。
【００１０】
上記の態様において、前記メイン通路の下流端に設けられ、水素を使用する水素使用装置（２０）に接続されたメイン流量制御弁（Ｖ５）と、前記第１接続通路に設けられ、前記メイン通路から前記水素ガスホルダに流れる前記水素ガスの流量を制御する流入流量制御弁（Ｖ８）と、前記第２接続通路に設けられ、前記水素ガスホルダから前記メイン通路に流れる前記水素ガスの流量を制御する戻し流量制御弁（Ｖ９）とを有してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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