特開 2022-152353 圧力変動吸着式ガス精製装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022152353

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】圧力変動吸着式ガス精製装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/047 20060101AFI20221004BHJP

   C01B 3/36 20060101ALI20221004BHJP

   G05D 16/20 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

B01D53/047

C01B3/36

G05D16/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021055092

(22)【出願日】2021-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】森 理嗣

(72)【発明者】

【氏名】松村 南月

(72)【発明者】

【氏名】中神 翔

(72)【発明者】

【氏名】松尾 日向子

(72)【発明者】

【氏名】池田 耕一郎

【テーマコード（参考）】

4D012

4G140

5H316

【Ｆターム（参考）】

4D012CA07

4D012CB16

4D012CD07

4D012CE01

4D012CE02

4D012CF02

4D012CF03

4D012CF10

4D012CH03

4D012CJ01

4D012CJ03

4D012CJ06

4D012CK03

4G140EA03

4G140EA06

4G140EB37

5H316AA02

5H316BB05

5H316CC01

5H316DD04

(57)【要約】

【課題】製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流動状態の大きな変動を抑制できる圧力変動吸着式ガス精製装置を提供する。
【解決手段】原料ガスから精製対象ガス成分以外の吸着対象成分を吸着して製品ガスを生成する複数の吸着塔１を備え、当該複数の吸着塔１の夫々において、原料ガスを供給して吸着塔１から製品ガスを製品ガス路５に排出する吸着工程、吸着塔１から残存ガスを排出する減圧工程、製品ガスを吸着塔の内部を通して流動させる洗浄工程、吸着塔１に製品ガスを供給して昇圧する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で繰り返し行わせるように構成され、製品ガス路５に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁Ｖが設けられ、洗浄工程において製品ガスを吸着塔１に供給する洗浄流路９が、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖの下流側に接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスから精製対象ガス成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する複数の吸着塔を備え、当該複数の吸着塔の夫々において、前記原料ガスを供給して前記吸着塔から前記精製対象ガス成分の濃度が高い製品ガスを製品ガス路に排出する吸着工程、前記吸着塔から残存ガスを排出する減圧工程、前記製品ガスを前記吸着塔の内部を通して流動させる洗浄工程、前記吸着塔に製品ガスを供給して昇圧する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で繰り返し行わせるように構成され、
前記製品ガス路に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁が設けられた圧力変動吸着式ガス精製装置であって、
前記洗浄工程において前記製品ガスを前記吸着塔に供給する洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁の下流側に接続されている圧力変動吸着式ガス精製装置。

【請求項2】

前記製品ガス路における前記圧力制御弁の下流側を流動する前記製品ガスを貯留する製品ガスタンクが設けられ、
前記洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁と前記製品ガスタンクとの間の流路部分に接続されている請求項１に記載の圧力変動吸着式ガス精製装置。

【請求項3】

前記洗浄工程において前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を設定目標値に維持すべく、前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を検出する流量センサ検出値に基づいて、前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を調節する流量調節弁を制御する流量制御部が設けられている請求項１又は２に記載の圧力変動吸着式ガス精製装置。

【請求項4】

起動運転用洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁の上流側箇所に接続され、
前記起動運転用洗浄流路を通して前記製品ガスを流動させる起動運転状態と、前記洗浄流路を通して前記製品ガスを流動させる定常運転状態とに切換える洗浄状態切換部が設けられている請求項１～３のいずれか１項に記載の圧力変動吸着式ガス精製装置。

【請求項5】

複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で前記運転サイクルを繰り返し行わせる運転制御部が、運転を停止した状態から運転を開始する際に、前記洗浄工程を前記起動運転状態にて実行した後に前記洗浄工程を前記定常運転状態にて実行するように前記洗浄状態切換部を制御する請求項４に記載の圧力変動吸着式ガス精製装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原料ガスから精製対象ガス成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する複数の吸着塔を備え、当該複数の吸着塔の夫々において、前記原料ガスを供給して前記吸着塔から前記精製対象ガス成分の濃度が高い製品ガスを製品ガス路に排出する吸着工程、前記吸着塔から残存ガスを排出する減圧工程、前記製品ガスを前記吸着塔の内部を通して流動させる洗浄工程、前記吸着塔に製品ガスを供給して昇圧する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で繰り返し行わせるように構成され、
前記製品ガス路に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁が設けられた圧力変動吸着式ガス精製装置に関する。

【背景技術】

【0002】

かかる圧力変動吸着式ガス精製装置は、例えば、都市ガスを水蒸気改質処理する改質処理装置から供給される改質ガスを原料ガスとして、精製対象ガス成分としての水素成分の濃度が高い製品ガスを精製することや、炭鉱ガスを原料ガスとして、精製対象ガス成分としてのメタン分の濃度が高い製品ガスを精製することを行うことになる。
ちなみに、製品ガス路に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁が設けられることにより、吸着工程において吸着対象成分を吸着剤に吸着するための圧力に吸着塔の内部圧を適切に維持できるなど、運転サイクルを適切に行わせることができる。

【0003】

圧力変動吸着式ガス精製装置の従来例として、洗浄工程において洗浄ガスを吸着塔に供給する洗浄流路が、製品ガス路における圧力制御弁の上流側に接続されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６３０５９３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の圧力変動吸着式ガス精製装置においては、洗浄工程において、製品ガス路における圧力制御弁の上流側部分から洗浄ガスが流動されることにより、圧力制御弁の上流側部分の圧力が大きく低下することに起因して、圧力制御弁の上流側部分の圧力が大きな範囲で変動することになり、その結果、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流動状態（流量や圧力）が大きく変動する不都合があり、改善が望まれるものであった。

【0006】

つまり、圧力制御弁の上流側部分の圧力が低下すると、圧力制御弁が上流側部分の圧力を上昇させるために閉動作を行うことになるが、圧力制御弁の上流側部分から洗浄ガスが流動されると、圧力制御弁の上流側部分の圧力が急激に大きく低下することになるため、圧力制御弁の閉動作がオーバーシュートを生じる形態で行われ、その結果、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流動状態（流量や圧力）が大きく変動する不都合があり、改善が望まれるものであった。

【0007】

ちなみに、原料ガスの供給量を低流量に設定して運転するときには、圧力制御弁の上流側部分から洗浄ガスが流動されると、圧力制御弁の閉動作が全閉状態になるまでオーバーシュートを生じ、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流量が零になる状態が瞬間的に現出される虞もあった。
そして、製品ガス路からの製品ガスを圧縮機にて他装置に供給する場合において、圧力制御弁の開度が全閉状態になる事態が生じると、圧縮機が故障する等のトラブルを招くことになるため、この点からも改善が望まれるものであった。

【0008】

また、都市ガス等の炭化水素系ガスを水蒸気改質処理する改質処理装置から供給される改質ガスを原料ガスとして、精製対象ガス成分としての水素成分の濃度が高い製品ガスを精製する場合においては、圧力制御弁の上流側部分の圧力が大きな範囲で変動すると、改質処理装置の内部流路の圧力も大きく変動することになる。その結果、原料ガスに水蒸気を混合させるにあたり、Ｓ／Ｃ(スチーム／カーボン比)を適正値に維持しながら混合し難いものとなる等、改質処理装置の水蒸気改質処理に悪影響を与える虞があり、この点からも改善が望まれるものであった。

【0009】

本発明は、かかる実情に鑑みて為されたものであって、その目的は、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流動状態の大きな変動を抑制できる圧力変動吸着式ガス精製装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置は、原料ガスから精製対象ガス成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを生成する複数の吸着塔を備え、当該複数の吸着塔の夫々において、前記原料ガスを供給して前記吸着塔から前記精製対象ガス成分の濃度が高い製品ガスを製品ガス路に排出する吸着工程、前記吸着塔から残存ガスを排出する減圧工程、前記製品ガスを前記吸着塔の内部を通して流動させる洗浄工程、前記吸着塔に製品ガスを供給して昇圧する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で繰り返し行わせるように構成され、
前記製品ガス路に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁が設けられたものであって、その特徴構成は、
前記洗浄工程において前記製品ガスを前記吸着塔に供給する洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁の下流側に接続されている点にある。

【0011】

すなわち、洗浄工程において、製品ガス路における圧力制御弁の下流側に接続されている洗浄流路を通して、洗浄用の製品ガスが吸着塔に供給されるから、製品ガス路における圧力制御弁の上流側部分の圧力は、洗浄工程が行われても変動することがなくなるため、製品ガス路における圧力制御弁の上流側部分の圧力が急激に大きく変動することがなくなる。
その結果、圧力制御弁がオーバーシュートを起こす状態で閉動作することがなくなるため、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流量や圧力の大きな変動を抑制できることになる。

【0012】

ちなみに、都市ガス等の炭化水素系ガスを水蒸気改質処理する改質処理装置から供給される改質ガスを原料ガスとして、精製対象ガス成分としての水素成分の濃度が高い製品ガスを精製する場合においても、圧力制御弁の上流側部分の圧力が大きな範囲で変動しないものとなるから、改質処理装置の内部流路の圧力も大きく変動しないことになり、その結果、原料ガスに水蒸気を混合させるにあたり、Ｓ／Ｃ(スチーム／カーボン比)を適正値に維持しながら混合できるものとなる。

【0013】

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の特徴構成によれば、製品ガス路における圧力制御弁の下流側部分を流動する製品ガスの流動状態の大きな変動を抑制できる。

【0014】

本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成は、前記製品ガス路における前記圧力制御弁の下流側を流動する前記製品ガスを貯留する製品ガスタンクが設けられ、
前記洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁と前記製品ガスタンクとの間の流路部分に接続されている点にある。

【0015】

すなわち、圧力制御弁の下流側を流動する製品ガスの流動状態（流量や圧力）は、圧力制御弁の作動により変動することになるが、圧力制御弁の下流側を流動する製品ガスを貯留する製品ガスタンクが設けられているから、圧力制御弁の下流側を流動する製品ガスの流動状態（流量や圧力）の大きな変動を抑制できる。

【0016】

その結果、洗浄工程において、洗浄用の製品ガスを、洗浄流路を通して適切に流動させることができるものとなり、洗浄用の製品ガスを適切に流動させながら洗浄工程を良好に行うことができる。

【0017】

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成によれば、洗浄用の製品ガスを適切に流動させながら洗浄工程を良好に行うことができる。

【0018】

本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成は、前記洗浄工程において前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を設定目標値に維持すべく、前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を検出する流量センサ検出値に基づいて、前記洗浄流路を流動する前記製品ガスの流量を調節する流量調節弁を制御する流量制御部が設けられている点にある。

【0019】

すなわち、洗浄工程において、流量センサ検出値に基づいて流量調節弁が制御されることにより、洗浄流路を流動する製品ガスの流量が設定目標値に維持されるから、洗浄工程を行う吸着塔に対して洗浄用の製品ガスを過不足なく流動させることができる。

【0020】

従って、洗浄工程を行う吸着塔に対して洗浄用の製品ガスを過不足なく流動させて、洗浄工程を行う吸着塔を一層適切に洗浄することができる。

【0021】

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成によれば、洗浄工程を行う吸着塔を一層適切に洗浄することができる。

【0022】

本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成は、起動運転用洗浄流路が、前記製品ガス路における前記圧力制御弁の上流側箇所に接続され、
前記起動用洗浄流路を通して前記製品ガスを流動させる起動運転状態と、前記洗浄流路を通して前記製品ガスを流動させる定常運転状態とに切換える洗浄状態切換部が設けられている点にある。

【0023】

すなわち、運転を停止した状態から運転を再開する際には、先ず、起動運転用洗浄流路を通して製品ガスを流動させる起動運転状態にて洗浄工程を行い、その後、洗浄流路を通して製品ガスを流動させる定常運転状態にて洗浄工程を行うことができるため、運転を再開する際にも、洗浄工程を適切に行うことができる。

【0024】

つまり、運転を停止した状態から運転を再開する際には、製品ガス路における圧力制御弁の下流側箇所には、製品ガスが流動しない等、洗浄流路を通して洗浄用の製品ガスを適切に流動させることができないものとなるが、製品ガス路における圧力制御弁の上流側箇所に接続される起動運転用洗浄流路を通して製品ガスを流動させる起動運転状態にて洗浄工程を行うことにより、運転を停止した状態から運転を再開する際にも、洗浄工程を行う吸着塔に対して洗浄用の製品ガスを不足なく流動させて、洗浄工程を行う吸着塔を適切に洗浄させることができる。

【0025】

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成によれば、運転を停止した状態から運転を再開する際にも、洗浄工程を行う吸着塔を適切に洗浄させることができる。

【0026】

本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成は、複数の前記吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で前記運転サイクルを繰り返し行わせる運転制御部が、運転を停止した状態から運転を開始する際に、前記洗浄工程を前記起動運転状態にて実行した後に前記洗浄工程を前記定常運転状態にて実行するように前記洗浄状態切換部を制御する点にある。

【0027】

すなわち、運転を停止した状態から運転を開始する際に、複数の吸着塔の運転位相を互いに異ならせた状態で運転サイクルを繰り返し行わせる運転制御部が、先ず、起動運転用洗浄流路を通して製品ガスを流動させる起動運転状態にて洗浄工程を行った後に、洗浄流路を通して製品ガスを流動させる定常運転状態にて洗浄工程を行うことになる。

【0028】

このように、運転を停止した状態から運転を開始する際に、運転制御部が、先ず、起動運転状態にて洗浄工程を行った後に、定常運転状態にて洗浄工程を行うことになるから、運転を停止した状態から運転を再開する際に、洗浄工程を良好に行うことができる。

【0029】

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置の更なる特徴構成によれば、運転を停止した状態から運転を再開する際に、洗浄工程を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】圧力変動吸着式水素製造装置を示す概略図である。

【図2】単位処理期間の運転サイクルを説明する図である。

【図3】第１ステップのガス流動状態を示す図である。

【図4】第２ステップのガス流動状態を示す図である。

【図5】第３ステップのガス流動状態を示す図である。

【図6】第２ステップの起動運転状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（圧力変動吸着式水素製造装置の全体構成）
図１に示すように、例示する圧力変動吸着式水素製造装置（圧力変動吸着式ガス精製装置の一例）は、都市ガス等の炭化水素系ガスＣＧを改質装置Ｋによって水蒸気改質処理した改質ガスを原料ガスとして、４つの吸着塔１によって、水素成分の濃度が高い製品ガスを生成するように構成されている。

【0032】

改質ガスは、水素成分以外に、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素を含むものであり、水素以外の吸着対象成分として、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素が、吸着塔１の吸着剤に吸着されることになる。
つまり、吸着塔１が、改質ガスから精製対象ガス成分としての水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着して製品ガスを精製するように構成されている。

【0033】

説明を加えると、４つの吸着塔１の運転を制御する運転制御部Ｍが設けられている。この運転制御部Ｍが、複数（４つ）の吸着塔１の夫々において、改質ガスを供給して吸着塔１から水素成分の濃度が高い製品ガスを製品ガス路５に排出する吸着工程、吸着塔１から残存ガスをオフガス排出路４に排出する減圧工程、製品ガスを吸着塔１の内部を通して流動させる洗浄工程、吸着塔１に製品ガスを供給して昇圧する昇圧工程を含む運転サイクルを、複数の吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で繰り返し行わせることによって、水素成分を含む改質ガスから水素成分以外の吸着対象成分を吸着剤に吸着させて製品ガスを生成するように構成されている。

【0034】

具体的に説明すると、図１に示すように、４つの吸着塔１として、Ａ塔、Ｂ塔、Ｃ塔、Ｄ塔が設けられ、４つの吸着塔１の下部には、改質装置Ｋから圧送される改質ガスを供給する原料ガス供給路３、及び、オフガスを排出するオフガス排出路４が接続されている。

【0035】

４つの吸着塔１の上部には、４つの吸着塔１を互いに連通する製品ガス送出用連通路５Ａ、４つの吸着塔１を互いに連通する昇圧用連通路６Ａ、及び、４つの吸着塔１を互いに連通する洗浄用連通路７Ａが設けられている。
そして、製品ガス路５が、製品ガス送出用連通路５Ａに連通接続される状態で設けられている。

【0036】

製品ガス路５に、上流側の圧力を設定圧力に維持する圧力制御弁Ｖが設けられている。
圧力制御弁Ｖは、周知の構成であるので詳細な説明は省略するが、当該圧力制御弁Ｖの上流側の圧力が入力される調節計Ｖａにより、上流側の圧力を設定圧力に維持するように開度が制御される。
また、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖの下流側を流動する製品ガスを貯留する製品ガスタンクＴ２が設けられている。

【0037】

洗浄工程において洗浄ガスとしての製品ガスを吸着塔１に供給する洗浄流路９が、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖの下流側に接続されている。つまり、本実施形態では、洗浄流路９が、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖと製品ガスタンクＴ２との間の流路部分に接続されている。
また、起動運転用洗浄流路７が、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖの上流側箇所に接続されている。
そして、起動運転用洗浄流路７を通して製品ガスを流動させる起動運転状態と洗浄流路９を通して製品ガスを流動させる定常運転状態とに切換える洗浄状態切換部Ｑが設けられている。

【0038】

原料ガス供給路３に供給される改質ガスは、炭化水素系ガスＣＧを改質装置Ｋに供給する圧縮機２の供給圧を用いて、原料ガス供給路３に供給されるように構成されている。
そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、原料ガス供給路３を開閉する原料ガス供給弁Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、及び、オフガス排出路４を開閉するオフガス排出弁Ａ５、Ｂ５、Ｃ５、Ｄ５が設けられている。
尚、原料ガス供給路３における改質装置Ｋの下流側箇所には、水素ガス製造運転を停止する際に閉じる元ガス弁３Ａが設けられている。

【0039】

製品ガス路５を流動する製品ガスの一部を昇圧用連通路６Ａに導く昇圧用流路６が、製品ガス路５と昇圧用連通路６Ａとを接続する状態で設けられている。
また、昇圧用連通路６Ａ及び洗浄用連通路７Ａは、均圧用流路として兼用されるものであって、昇圧用連通路６Ａと洗浄用連通路７Ａとの間には、均圧用接続路８が接続されている。

【0040】

そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、製品ガス送出用連通路５Ａとの連通を断続する製品ガス送出弁Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、昇圧用連通路６Ａとの連通を断続する第１断続弁Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、及び、洗浄用連通路７Ａとの連通を断続する第２断続弁Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４が設けられている。

【0041】

昇圧用流路６には、当該昇圧用流路６を開閉する昇圧用開閉弁６ａ及び当該昇圧用流路６の開度を調節する昇圧調節弁６ｂが設けられている。
均圧用接続路８には、当該均圧用接続路８を開閉する均圧用開閉弁８ａ及び当該均圧用接続路８の開度を調節する均圧調節弁８ｂが設けられている。

【0042】

洗浄流路９には、当該洗浄流路９を開閉する洗浄用開閉弁９ａ、製品ガスの流量を調節する流量調節弁９ｂ、及び、当該洗浄流路９を流動する製品ガスの流量を検出する流量センサ９ｃが設けられている。
同様に、起動運転用洗浄流路７には、当該起動運転用洗浄流路７を開閉する起動運転用洗浄開閉弁７ａ、製品ガスの流量を調節する起動運転用流量調節弁７ｂ、及び、当該起動運転用洗浄流路７を流動する製品ガスの流量を検出する起動運転用流量センサ７ｃが設けられている。
本実施形態においては、洗浄状態切換部Ｑが、洗浄用開閉弁９ａ及び起動運転用洗浄開閉弁７ａを主要部として構成される。

【0043】

オフガス排出路４には、オフガスを回収しかつ回収したオフガスを燃焼装置としてのバーナＢに供給するオフガスタンクＴ１が設けられている。ちなみに、このバーナＢは、詳細な説明は省略するが、上述した改質装置Ｋが備える改質器の改質反応管を昇温させるためのものである。

【0044】

改質装置Ｋは、周知の構成であるので詳細な説明は省略するが、炭化水素系ガスＣＧを脱硫処理する脱硫器、脱硫処理後の炭化水素系ガスＣＧに水蒸気を供給する水蒸気供給部、水蒸気が供給された脱硫処理後の炭化水素系ガスＣＧを水蒸気改質処理する改質器、改質器からの改質ガスに含まれる一酸化炭素を変成処理するＣＯ変成器等を備えるものである。
そして、圧縮機２による供給圧力により、脱硫器、改質器、ＣＯ変成器を一連に接続する流路を通して、ガス（炭化水素系ガスＣＧ及び改質後の改質ガス）が流動されて、原料ガス供給路３に供給されるように構成されている。
ちなみに、脱硫処理後の炭化水素系ガスＣＧに供給する水蒸気量が、適正なＳ／Ｃ（スチーム／カーボン比）となるように調整されることになる。

【0045】

（運転サイクルの詳細）
本実施形態の圧力変動吸着式水素製造装置は、運転制御部Ｍが、上述した原料ガス供給弁Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１等の弁類を制御して、吸着工程、均圧用排出工程、減圧工程、洗浄工程、均圧受入工程、昇圧工程を含む運転サイクルを、４つの吸着塔１の運転位相を互いに異ならせた状態で、複数（４つ）の吸着塔１の夫々において繰り返し行わせるものである。

【0046】

つまり、図２に示すように、単位処理期間の間は、４つの吸着塔１のうちの１つについては、吸着工程を行い、吸着工程に続く工程を行う吸着塔１については、前段排出工程及び後段排出工程を含む均圧用排出工程を行い、均圧用排出工程に続く工程を行う吸着塔１については、減圧工程、洗浄工程及び均圧受入工程のうちの後段受入工程を含む脱着工程を行い、脱着工程に続く工程を行う吸着塔１については、均圧受入工程のうちの前段受入工程及び昇圧工程を含む復圧工程を行うことになる。

【0047】

ちなみに、図２においては、Ａ塔が吸着工程を行い、Ｂ塔が復圧工程を行い、Ｃ塔が脱着工程を行い、Ｄ塔が均圧用排出工程を行う場合を例示する。
つまり、４つの吸着塔１を備える場合においては、４つの単位処理期間を備えることになり、図示は省略するが、Ｂ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ｃ塔が復圧工程を行い、Ｄ塔が脱着工程を行い、Ａ塔が均圧用排出工程を行うことになる。

【0048】

同様に、Ｃ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ｄ塔が復圧工程を行い、Ａ塔が脱着工程を行い、Ｂ塔が均圧用排出工程を行うことになる。
また、Ｄ塔が吸着工程を行う単位処理期間においては、Ａ塔が復圧工程を行い、Ｂ塔が脱着工程を行い、Ｃ塔が均圧用排出工程を行うことになる。

【0049】

単位処理期間は、第１ステップから第３ステップまでの３段階のステップに区分され、例えば、第１ステップの長さが、２０秒に設定され、第２ステップの長さが、１６０秒に設定され、第３ステップの長さが２０秒に設定されている。

【0050】

４つの吸着塔１の夫々は、吸着工程、均圧用排出工程、脱着工程、復圧工程を順次行うことになるが、以下の説明においては、４つの吸着塔１のうち、Ａ塔が吸着工程を行い、Ｂ塔が復圧工程を行い、Ｃ塔が脱着工程を行い、Ｄ塔が均圧用排出工程を行う場合を代表として説明する。

【0051】

次に、図３～図６に基づいて、第１ステップ～第３ステップにおけるガス流動状態を説明するが、各図においては、ガスが流動するガス流動状態の流路は太線で示し、ガスが流動しないガス非流動状態の流路は細線で示す。
図３～図６に示すように、第１ステップ～第３ステップにおいて、Ａ塔に対応する原料ガス供給弁Ａ１及び製品ガス送出弁Ａ２を開いて、Ａ塔については、単位処理期間の間は吸着工程を行う。

【0052】

図３に示すように、第１ステップでは、Ｄ塔の第２断続弁Ｄ４、Ｂ塔の第１断続弁Ｂ３、及び、均圧用開閉弁８ａの夫々を開いて、Ｄ塔の内部ガスをＢ塔に供給する処理を行うことになり、この処理は、Ｄ塔については、均圧用排出工程のうちの前段排出工程に相当し、Ｂ塔については、均圧受入工程のうちの前段受入工程に相当する。
また、第１ステップでは、Ｃ塔のオフガス排出弁Ｃ５を開き、脱着工程のＣ塔と製品ガスタンクＴ２とを連通させる減圧工程を行う。

【0053】

続く、第２ステップの起動運転では、図６に示すように、Ｂ塔の第１断続弁Ｂ３及び昇圧用開閉弁６ａを開いて、製品ガスをＢ塔に供給する昇圧工程を行い、且つ、Ｃ塔のオフガス排出弁Ｃ５、Ｃ塔の第２断続弁Ｃ４及び起動運転用洗浄開閉弁７ａの夫々を開いて、製品ガスをＣ塔の内部を通して流動させる洗浄工程を行うことになる。
ちなみに、Ｃ塔から排出されるオフガスは、オフガスタンクＴ１に回収されながら、バーナＢに供給される。

【0054】

同様に、第２ステップの定常運転では、図４に示すように、Ｂ塔の第１断続弁Ｂ３及び昇圧用開閉弁６ａを開いて、製品ガスをＢ塔に供給する昇圧工程を行い、且つ、Ｃ塔のオフガス排出弁Ｃ５、Ｃ塔の第２断続弁Ｃ４及び洗浄用開閉弁９ａ夫々を開いて、製品ガスをＣ塔の内部を通して流動させる洗浄工程を行うことになる。
ちなみに、Ｃ塔から排出されるオフガスは、オフガスタンクＴ１に回収されながら、バーナＢに供給される。

【0055】

また、第３ステップでは、図５に示すように、Ｄ塔の第２断続弁Ｄ４、Ｃ塔の第１断続弁Ｃ３、及び、均圧用開閉弁８ａの夫々を開いて、Ｄ塔の内部ガスをＣ塔に供給する処理を行うことになり、この処理は、Ｄ塔については、均圧用排出工程のうちの後段排出工程に相当し、Ｃ塔については、均圧受入工程のうちの後段受入工程に相当する。
ちなみに、第３ステップでは、オフガスタンクＴ１に貯留されているオフガスがバーナＢに供給されることになる。

【0056】

（起動運転から定常運転への切換について）
複数（４つ）の吸着塔１の夫々にて生成される製品ガスについて、当該製品ガスに含まれる吸着対象成分の濃度である吸着対象成分濃度を計測する濃度計測部Ｎが設けられている。
本実施形態においては、吸着対象成分濃度として、一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を計測するように構成されている。つまり、濃度計測部Ｎが、一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を計測するＣＯセンサを用いて構成されている。

【0057】

また、本実施形態においては、濃度計測部Ｎが、複数（４つ）の吸着塔１の夫々に接続された製品ガス路５を流動する製品ガスの吸着対象成分濃度を計測するように設けられている。つまり、濃度計測部Ｎが、製品ガス路５における製品ガス送出用連通路５Ａとの接続部に近い箇所に設けられている。
そして、濃度計測部Ｎの検出情報が運転制御部Ｍに入力されている。

【0058】

運転制御部Ｍが、複数（４つ）の吸着塔１の夫々における運転サイクルの進み状況に基づいて、製品ガス路５を流動する製品ガスと当該製品ガスを生成した吸着塔１とを対応付けるよう構成されている。
つまり、第１ステップ～第３ステップからなら単位処理期間は、２００秒であり、その単位処理期間が経過するごとに、異なる吸着塔１からの製品ガスが製品ガス路５を流動することになるものの、単位処理期間の間は、１つの吸着塔１が吸着工程を行うことになるから、同じ吸着塔１からの製品ガスが製品ガス路５を流動することになる。

【0059】

したがって、運転制御部Ｍが、製品ガス路５を流動する製品ガスと吸着工程を実行している吸着塔１との関係を時間経過に基づいて対応付けることによって、製品ガス路５を流動する製品ガスの吸着対象成分濃度と当該製品ガスを生成した吸着塔１とを対応付けるように構成されている。
ちなみに、吸着塔１から排出された製品ガスが濃度計測部Ｎの設置箇所に流動するには、数秒程度の遅れが発生するものとなるから、製品ガス路５を流動する製品ガスと吸着工程を実行している吸着塔１との関係を時間経過に基づいて対応付ける際には、その遅れ時間を考慮することになる。

【0060】

又、図１に示すように、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖよりも下流側箇所には、濃度計測部Ｎにて計測された吸着対象成分濃度が設定濃度（例えば、０．１ｐｐｍ）よりも高い未完成の製品ガスを外部に放出する放出路１０が設けられ、当該放出路１０を開閉する放出弁１０Ａが設けられている。
また、製品ガス路５における放出路１０の分岐箇所よりも下流側箇所に、製品ガス路５を開閉する製品ガス弁５ａが設けられている。

【0061】

そして、運転制御部Ｍが、洗浄用開閉弁９ａ及び起動運転用洗浄開閉弁７ａを開閉制御して洗浄工程を実行することになる。
つまり、運転制御部Ｍが、運転を停止した運転停止状態から起動させる起動運転を行うときには、図６に示す如く、洗浄用開閉弁９ａを閉じかつ起動運転用洗浄開閉弁７ａを開き、且つ、製品ガス弁５ａを閉じかつ放出弁１０Ａを開いて、起動運転用洗浄流路７を通して製品ガスを流動させる状態で洗浄工程を行うように構成されている。
そして、その起動運転を行うときには、未完成の製品ガスが放出路１０を通して外部に放出されるように構成されている。

【0062】

また、運転制御部Ｍが、起動運転を行った後の定常運転を行うときには、洗浄用開閉弁９ａを開きかつ起動運転用洗浄開閉弁７ａを閉じ、且つ、製品ガス弁５ａを開きかつ放出弁１０Ａを閉じて、洗浄流路９を通して製品ガスを流動させる状態で洗浄工程を行うように構成されている。

【0063】

すなわち、運転制御部Ｍが、運転を停止した運転停止状態から起動運転を行うときには、第１ステップ～第３ステップを繰り返し行うことになるが、洗浄工程については、起動運転用洗浄流路７を通して製品ガスを流動させる状態で行い、そして、圧力制御弁Ｖを通して排出される製品ガスを、放出路１０を通して放出するように構成されている。

【0064】

そして、運転制御部Ｍが、起動運転を行っているときに、４つの吸着塔１の夫々について濃度計測部Ｎにて計測された吸着対象成分濃度の全てが設定濃度よりも低くなると、起動運転状態から定常運転状態に切換えるように構成されている。
具体的には、本実施形態では、起動運転を行っているときに、４つの吸着塔１の夫々について濃度計測部Ｎにて計測された吸着対象成分濃度の全てが設定濃度よりも低くなるに伴って、直ちに、製品ガス弁５ａを開きかつ放出弁１０Ａを閉じて、製品ガスを製品ガスタンクＴ２に貯留することになるが、単位処理期間が設定回数繰り返されるまでは、洗浄用開閉弁９ａを閉じかつ起動運転用洗浄開閉弁７ａを開く状態にて洗浄工程を実行するように構成されている。

【0065】

つまり、製品ガスが製品ガスタンクＴ２に設定量以上貯留される状態になるまで、洗浄用開閉弁９ａを閉じかつ起動運転用洗浄開閉弁７ａを開く状態にて洗浄工程を実行し、製品ガスが製品ガスタンクＴ２に設定量以上貯留される状態になると、洗浄用開閉弁９ａを開きかつ起動運転用洗浄開閉弁７ａを閉じる形態にて洗浄工程を実行するように構成されている。
ちなみに、図示は省略するが、製品ガスタンクＴ２に貯留された製品ガスは、例えば、製品ガス供給用圧縮機を用いてガス消費機器に供給される等、各種用途に使用される。

【0066】

また、起動運転を行うときには、起動運転用洗浄流路７を流動する製品ガスの流量を設定目標値に維持すべく、運転制御部Ｍが、起動運転用流量センサ７ｃの検出情報に基づいて起動運転用流量調節弁７ｂを制御するように構成されている。
同様に、定常運転を行うときには、洗浄流路９を流動する製品ガスの流量を設定目標値に維持すべく、運転制御部Ｍが、流量センサ９ｃの検出情報に基づいて流量調節弁９ｂを制御するように構成されている。
本実施形態では、流量調節弁９ｂや起動運転用流量調節弁７ｂを制御する流量制御部Ｐが、運転制御部Ｍにて構成される場合を例示するが、流量制御部Ｐと運転制御部Ｍとを別々に設ける形態で実施してもよい。

【0067】

ちなみに、製品ガスの生産量を検出する構成として、製品ガス路５における圧力制御弁Ｖと起動運転用洗浄流路７との間の流路部分に設けた流量センサの検出値から流量センサ９ｃの検出値を減算する構成を採用することができ、また、別の構成として、製品ガス路５における洗浄流路９の分岐位置よりも下流側の流路部分に流量センサを設けて、当該流量センサの検出値から求める構成を採用することができる。

【0068】

〔別実施形態〕
次に、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態においては、吸着対象成分の濃度として、一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を計測する場合を例示したが、例えば、窒素（Ｎ）等、他の吸着対象成分の濃度を計測する形態で実施してもよい。

【0069】

（２）上記実施形態においては、原料ガスとしての改質ガスから水素成分の濃度が高い製品ガスを製造する場合を例示したが、本発明の圧力変動吸着式ガス精製装置は、原料ガスとしての炭鉱ガスからメタン濃度の高い製品ガスを製造するのに適用する等、種々のガスを原料ガスとして適用できるものである。

【0070】

（３）上記実施形態では、圧力変動吸着式水素製造装置として、４つの吸着塔１を備える装置を説明したが、本発明は、３つや５つ以上の吸着塔１を備える圧力変動吸着式水素製造装置にも適用できるものである。

【0071】

（４）上記実施形態では、複数（４つ）の吸着塔１に対して１つの濃度計測部Ｎを装備する場合を例示したが、複数（４つ）の吸着塔１に対して各別に濃度計測部Ｎを装備する形態で実施してもよい。

【0072】

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【符号の説明】

【0073】

１ 吸着塔
５ 製品ガス路
７ 起動運転用洗浄流路
９ 洗浄流路
９ｂ 流量調節弁
９ｃ 流量センサ
Ｔ２ 製品ガスタンク
Ｑ 洗浄状態切換部
Ｖ 圧力制御弁
Ｍ 運転制御部
Ｎ 濃度計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】