特開 2024-140405 水素製造システムの製造方法及び水素製造システム

(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】P2024140405

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】水素製造システムの製造方法及び水素製造システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20241003BHJP

   C01B 3/56 20060101ALI20241003BHJP

   C01C 1/12 20060101ALI20241003BHJP

   B01J 23/755 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

C01B3/56 Z

C01C1/12 B

B01J23/755 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051534

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000222174

【氏名又は名称】東洋エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】橋口 誠

(72)【発明者】

【氏名】吉田 延弘

【テーマコード（参考）】

4G140

4G169

【Ｆターム（参考）】

4G140FA02

4G140FB06

4G140FC03

4G140FE01

4G169AA03

4G169BB02

4G169BB04

4G169BC09

4G169BC16

4G169BC68

4G169CB81

4G169DA05

4G169FB13

(57)【要約】

【課題】炭化水素から水素を製造する水素製造システムからアンモニアから水素を製造する水素製造システムに容易に改造できる製造方法を提供する。
【解決手段】炭化水素から水素を製造する第１水素製造システム１０を改造してアンモニアから水素を製造する第２水素製造システム２０を製造する。第１水素製造システムは、ＳＭＲによって水素を含む合成ガスを生成する改質ユニット１２と、合成ガスから水素を分離する第１ＰＳＡユニット１４とを備える。第２水素製造システムは、気化ユニット２１と、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニット２２と、アンモニア分解ガスから水素を分離する第２ＰＳＡユニット２４とを備える。そして、空間１１に気化ユニット２１を新設し、改質ユニット１２を分解ユニット２２に改造し、第１ＰＳＡユニット１４を第２ＰＳＡユニット２４に改造する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素から水素を製造する第１水素製造システムを改造してアンモニアから前記水素を製造する第２水素製造システムを製造する水素製造システムの製造方法であって、
前記第１水素製造システムは、空きの空間と、前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットと、を備え、
前記第２水素製造システムは、液体アンモニアを気化する気化ユニットと、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットと、を備え、
前記製造方法は、前記空間に前記気化ユニットを新設する工程と、
前記改質ユニットを前記分解ユニットに改造する工程と、
を備える水素製造システムの製造方法。

【請求項2】

前記分解ユニットは、前記改質ユニットで使用する触媒と同種の触媒を含んでいる
請求項１に記載の水素製造システムの製造方法。

【請求項3】

前記第１水素製造システムは、圧力変動吸着法によって前記合成ガスから前記水素を分離する第１ＰＳＡユニットを更に備え、
前記第２水素製造システムは、前記圧力変動吸着法によって前記アンモニア分解ガスから前記水素を分離する第２ＰＳＡユニットを更に備え、
前記製造方法は、前記第１ＰＳＡユニットを前記第２ＰＳＡユニットに改造する工程を更に備える
請求項１に記載の水素製造システムの製造方法。

【請求項4】

前記第１水素製造システムは、前記改質ユニットと前記第１ＰＳＡユニットの間に、前記合成ガスにおける一酸化炭素を転化する転化ユニットを更に備え、
前記第２水素製造システムは、前記分解ユニットと前記第２ＰＳＡユニットの間に、前記アンモニア分解ガスから前記アンモニアを回収する回収ユニットを更に備え、
前記製造方法は、前記転化ユニットを撤去して、前記回収ユニットを新設する工程を更に備える
請求項３に記載の水素製造システムの製造方法。

【請求項5】

前記回収ユニットで回収された前記アンモニアは、前記気化ユニットに戻される
請求項４に記載の水素製造システムの製造方法。

【請求項6】

前記第１水素製造システムは、前記第１ＰＳＡユニットの後段に、取り出した前記水素を圧縮する第１圧縮ユニットを備え、
前記第２水素製造システムは、前記第２ＰＳＡユニットの後段に、取り出した前記水素を圧縮する第２圧縮ユニットを備え、
前記製造方法は、前記第１圧縮ユニットを前記第２圧縮ユニットに改造する工程を更に備える
請求項３または４に記載の水素製造システムの製造方法。

【請求項7】

アンモニアから水素を製造する水素製造システムへの改造を可能とした、炭化水素から前記水素を製造する水素製造システムであって、
液体アンモニアを気化する気化ユニットを新設するための空間と、
前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットであって、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットへの改造を可能とした前記改質ユニットと、を備える
水素製造システム。

【請求項8】

炭化水素から水素を製造する水素製造システムを改造した、アンモニアから前記水素を製造する水素製造システムであって、
液体アンモニアを気化する気化ユニットと、
前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットを改造した、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットと、を備える
水素製造システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素製造システムの製造方法及び水素製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃焼してもＣＯ_２を発生させない水素を燃料として使用することが注目されている。水素を製造するには、炭化水素等を含む天然ガスから水素を製造する水素製造システム（特許文献１参照）と、アンモニアから水素を製造する水素製造システム（特許文献２参照）と、がある。現在、天然ガスは、国際的な供給網が確立している。このため、水素を製造するには、天然ガスから水素を製造する水素製造システムが用いられることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－３３８２０６号公報

【特許文献2】特開平５－３３０８０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アンモニアからの水素の製造は、天然ガスから水素を製造するよりも二酸化炭素の排出を抑えることができる。また、アンモニアは、天然ガスに比べて比較的容易に液体にすることができるため、運搬や貯蔵が容易である点で水素キャリアとして優れている。

【0005】

しかしながら、現在のところ、アンモニアは、国際的な供給網が天然ガスほどに発達していない。したがって、水素の需要が高まる中、当面の間、水素の製造は、天然ガスから水素が製造され、アンモニアの国際的な供給網が発達した段階で、多くの水素がアンモニアから製造されるようになることが予想される。アンモニアから水素を製造する水素製造システムが普及してくると、天然ガスから水素を製造する水素製造システムは座礁資産となるおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための水素製造システムの製造方法は、炭化水素から水素を製造する第１水素製造システムを改造してアンモニアから前記水素を製造する第２水素製造システムを製造する水素製造システムの製造方法である。この製造方法において、前記第１水素製造システムは、空きの空間と、前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットと、を備える。前記第２水素製造システムは、液体アンモニアを気化する気化ユニットと、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットと、を備える。前記製造方法は、前記空間に前記気化ユニットを新設する工程と、前記改質ユニットを前記分解ユニットに改造する工程と、を備える。

【0007】

上記構成によれば、改質ユニットを分解ユニットに改造することで、第１水素製造システムを第２水素製造システムに容易に改造することができる。第２水素製造システムを製造するときには、気化ユニットを新設する。気化ユニットは、第１水素製造システムを新設するときに、予め空間を用意しておくことで、その空間を使って容易に新設することができる。

【0008】

上記水素製造システムの製造方法において、前記分解ユニットは、前記改質ユニットで使用する触媒と同種の触媒を含んでいる構成としてもよい。上記構成によれば、第１水素製造システムの改質ユニットで使用する触媒を第２水素製造システムの分解ユニットに流用することもできる。例えば、改質ユニットで使用するバーナを分解ユニットで使用するバーナとして流用することができる。

【0009】

上記水素製造システムの製造方法において、前記第１水素製造システムは、圧力変動吸着法によって前記合成ガスから前記水素を分離する第１ＰＳＡユニットを更に備える。前記第２水素製造システムは、必要とされる水素純度によっては、前記圧力変動吸着法によって前記アンモニア分解ガスから前記水素を分離する第２ＰＳＡユニットを更に備える場合もある。そして、前記製造方法は、前記第１ＰＳＡユニットを前記第２ＰＳＡユニットに改造する工程を更に備える構成としてもよい。上記構成によれば、第１ＰＳＡユニットを第２ＰＳＡユニットに改造することで、第１水素製造システムを第２水素製造システムに容易に改造することができる。

【0010】

上記水素製造システムの製造方法において、前記第１水素製造システムは、前記改質ユニットと前記第１ＰＳＡユニットの間に、前記合成ガスにおける一酸化炭素を転化する転化ユニットを更に備える。前記第２水素製造システムは、前記分解ユニットと前記第２ＰＳＡユニットの間に、前記アンモニア分解ガスから前記アンモニアを回収する回収ユニットを更に備える。そして、前記製造方法は、前記転化ユニットを撤去して、前記回収ユニットを新設する工程を更に備える構成としてもよい。上記構成によれば、回収ユニットを分解ユニットと第２ＰＳＡユニットの間に設けることができる。そして、転化ユニットを撤去して回収ユニットを新設する場合であっても、転化ユニットの付帯設備は流用しながら改造して使用することができる。

【0011】

上記水素製造システムにおいて、前記回収ユニットで回収されたアンモニアは、前記気化ユニットに戻されるように構成してもよい。上記構成によれば、回収ユニットで回収されたアンモニアをリサイクルできる。

【0012】

上記水素製造システムにおいて、前記第１水素製造システムは、前記第１ＰＳＡユニットの後段に、取り出した前記水素を圧縮する第１圧縮ユニットを備える。前記第２水素製造システムは、前記第２ＰＳＡユニットの後段に、取り出した前記水素を圧縮する第２圧縮ユニットを備える。そして、前記製造方法は、前記第１圧縮ユニットを前記第２圧縮ユニットに改造する工程を更に備えるように構成してもよい。上記構成によれば、第１圧縮ユニットを第２圧縮ユニットに改造することで、第１水素製造システムを第２水素製造システムに容易に改造することができる。

【0013】

また、上記課題を解決するための水素製造システムは、アンモニアから水素を製造する水素製造システムへの改造を可能とした、炭化水素から前記水素を製造する水素製造システムである。そして、液体アンモニアを気化する気化ユニットを新設するための空間と、前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットであって、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットへの改造を可能とした前記改質ユニットと、を備える。上記構成によれば、炭化水素から前記水素を製造する水素製造システムからアンモニアから水素を製造する水素製造システムへの改造を容易に行うことができる。

【0014】

また、上記課題を解決するための水素製造システムは、炭化水素から水素を製造する水素製造システムを改造した、アンモニアから前記水素を製造する水素製造システムである。そして、液体アンモニアを気化する気化ユニットと、前記炭化水素と水蒸気との吸熱反応によって前記水素を含む合成ガスを生成する改質ユニットを改造した、気化アンモニアを吸熱反応によって分解することで前記水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する分解ユニットと、を備える。上記構成によれば、アンモニアから水素を製造する水素製造システムを炭化水素から前記水素を製造する水素製造システムに改造して製造できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、天然ガスから水素を製造する水素製造システムからアンモニアから水素を製造する水素製造システムに容易に改造できる。また、アンモニアから水素を製造する水素製造システムに改造が容易な天然ガスから水素を製造する水素製造システムを提供できる。更に、水素を製造する水素製造システムを改造したアンモニアから水素を製造する水素製造システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、アンモニアから水素を製造する水素製造システムへの改造を可能とした、天然ガスから水素を製造する水素製造システムの構成図である。

【図2】図２は、天然ガスの改質ユニットの構成図である。

【図3】図３は、第１ＰＳＡユニット及び第２ＰＳＡユニットの構成図である。

【図4】図４は、天然ガスから水素を製造する水素製造システムを改造した、アンモニアから水素を製造する水素製造システムの構成図である。

【図5】図５は、アンモニアの分解ユニットの構成図である。

【図6】図６は、アンモニアの回収ユニットの構成図である。

【図7】図７は、天然ガスから水素を製造する水素製造システムをアンモニアから水素を製造する水素製造システムに改造する方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明が適用された水素製造システムについて図面を参照して説明する。
〔概要〕
水素製造システムは、天然ガスから水素を製造する第１水素製造システム１０（図１参照）である。また、水素製造システムは、アンモニアから水素を製造する第２水素製造システム２０である（図４参照）。第１水素製造システム１０は、天然ガスを吸熱反応によって改質することで水素を含む合成ガスを生成し、その後、圧力変動吸着法（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）によって水素を分離するシステムである。第２水素製造システム２０は、アンモニアから窒素及び水素を含むアンモニア分解ガスを生成し、その後、ＰＳＡによって水素を分離するシステムである。第１水素製造システム１０と第２水素製造システム２０とは、共に、原料から吸熱反応によって水素を含むガスを生成し、その後、ＰＳＡによって水素を分離するシステムである点で共通している。第１水素製造システム１０は、第２水素製造システム２０への改造を想定して製造されたシステムである（図１参照）。

【0018】

〔第１水素製造システム〕
図１に示すように、第１水素製造システム１０は、空間１１と、改質ユニット１２と、転化ユニット１３と、第１ＰＳＡユニット１４と、第１圧縮ユニット１５と、を備えている。

【0019】

空間１１は、第２水素製造システム２０における原料の液体アンモニアを気化する気化ユニット２１の新設を想定して用意された空間である。空間１１は、建屋内の空間として用意されていてもよいし、土地として用意されていてもよい。空間１１は、第２水素製造システム２０において、分解ユニット２２でのアンモニアの分解工程の前に行うアンモニアの気化工程を行う気化ユニット２１を設けるに適した場所である。例えば、この場所は、第２水素製造システム２０において、気化ユニット２１と分解ユニット２２とをパイプラインで繋ぐ際に、パイプラインが必要以上に長くならない場所であったり、最短距離又はそれに近い距離となる位置である。

【0020】

第１水素製造システム１０において、原料ガスは、天然ガスである。具体的に、原料の天然ガスは、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）等の炭化水素、並びに窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の成分を含むガスである。

【0021】

原料となる天然ガスは、付臭剤として硫黄成分が微量添加されている。硫黄成分は、改質ユニット１２の改質触媒の活性を低下させるおそれがある。そこで、改質ユニット１２には、脱硫された原料ガスが供給される。原料の天然ガスを脱硫する脱硫ユニットでは、例えばＣｏ－Ｍｏ触媒の存在下において、天然ガス中の有機硫黄が硫化水素に転換され、生成された硫化水素が酸化亜鉛（ＺｎＯ）に吸着されて脱硫される。脱硫ユニットは、空間１１に設置されていてもよいし、空間１１と異なる場所に設置されていてもよい。改質ユニット１２には、脱硫された天然ガスがガス供給ライン１２ａ（図２参照）を通じて供給される。

【0022】

改質ユニット１２は、水蒸気改質プロセスによって、天然ガスから水素を含む合成ガスを生成する。改質ユニット１２は、下記の反応式のように天然ガスと水蒸気とを反応させて、水素と一酸化炭素とに変える水蒸気改質を行う（ＳＭＲ：Steam Methane Reforming）。このとき、生成された一酸化炭素の一部は、更に水蒸気と反応することによって、水素と二酸化炭素に変わる。ここでの水蒸気改質は、吸熱反応である。

【0023】

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２
図２に示すように、改質ユニット１２は、ガス供給ライン１２ａと、改質器１２ｂと、排出ライン１２ｃと、水蒸気供給ライン１２ｇと、予熱部１２ｈと、を備えている。更に、改質ユニット１２は、加熱炉１２ｄと、バーナ１２ｅと、を備えている。ガス供給ライン１２ａは、加熱炉１２ｄ内を通って、天然ガスを改質器１２ｂに供給する。ガス供給ライン１２ａは、水蒸気供給ライン１２ｇから水蒸気が供給される。ガス供給ライン１２ａは、天然ガスと水蒸気とを、混合状態で改質器１２ｂに供給する。原料となる天然ガスと水蒸気は、改質器１２ｂに供給される前に、加熱炉１２ｄの排熱を利用した予熱部１２ｈで予熱される。バーナ１２ｅは、燃料ライン１２ｆを通じて燃料となる例えば天然ガスが供給される。バーナ１２ｅは、改質器１２ｂを加熱すると共に、加熱炉１２ｄを加熱する。

【0024】

改質器１２ｂに配置される触媒は、天然ガスを合成ガスに改質する反応を促進させる。改質器１２ｂで使用されている触媒は、例えばニッケル系触媒であって、活性成分が担体に担持されている。一例として、担体は、酸化カルシウム（ＣａＯ）と、酸化カルシウムと酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）との化合物と、を含んでいる。また、触媒は、活性成分としてニッケルを含んでいる。改質ユニット１２は、排出ライン１２ｃから水素、一酸化炭素、二酸化炭素等を含む合成ガスを排出する。合成ガスは、更に、メタン、水蒸気等の不純物が含まれている。合成ガスは、排出ライン１２ｃを通じて転化ユニット１３に供給される。

【0025】

転化ユニット１３は、例えば以下の反応式のように、合成ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に転化する。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２
転化ユニット１３は、ＣＯ転化触媒を備えている。転化ユニット１３は、一酸化炭素の量が低減された合成ガスを第１ＰＳＡユニット１４に供給する。

【0026】

第１ＰＳＡユニット１４は、昇圧工程と、吸着工程と、減圧工程と、を周期的に行う。図３は、第１ＰＳＡユニット１４の構成を示している。第１ＰＳＡユニット１４は、例えば４つの塔（第１塔１４ａ，第２塔１４ｂ，第３塔１４ｃ，第４塔１４ｄ）を備えている。塔１４ａ～１４ｄの各々は、繰り返し３つの工程を行う。

【0027】

このような４つ塔１４ａ～１４ｄを備える場合、次のような運転が可能である。例えば、第１塔１４ａ～第３塔１４ｃが吸着している間、残りの第４塔１４ｄが減圧、昇圧工程後、４つのすべての塔１４ａ～１４ｄが吸着工程となる。次に、第２塔１４ｂ～第４塔１４ｄは吸着工程のまま、第１塔１４ａだけを減圧させ、昇圧後、吸着工程とする。そして次に、第２塔１４ｂだけを減圧させる。

【0028】

昇圧工程は、減圧工程終了後の塔に対して、転化ユニット１３から供給された合成ガス、減圧工程で得られる排出ガス、水素ガス等を用いて塔内を昇圧する。吸着工程は、加圧下において、水素以外のガス成分を吸着除去する。減圧工程は、吸着工程の後、塔内を例えば大気圧まで減圧する。これにより、吸着剤に吸着されている水素以外のガス成分（レストガス）は、排出ガスとして脱着される。排出ガスは、燃料として使用されたり、他の目的に使用されたり、又は廃棄される。取り出された水素ガスは、第１圧縮ユニット１５に供給される。

【0029】

第１圧縮ユニット１５は、水素ガスを高圧に圧縮にして、ボンベ等で輸送・貯蔵を可能とする。第１圧縮ユニット１５は、水素ガスを、例えば、４５ＭＰａ以上、若しくは、７０ＭＰａ以上など所定の圧力以上に昇圧する。

【0030】

〔第２水素製造システム〕
図４に示すように、第２水素製造システム２０は、気化ユニット２１と、分解ユニット２２と、回収ユニット２３と、第２ＰＳＡユニット２４と、第２圧縮ユニット２５と、を備えている。

【0031】

気化ユニット２１は、液体アンモニアを気化する（ＮＨ_３（Ｌ）→ＮＨ_３（Ｇ））。気化ユニット２１は、原料として供給される液体アンモニアの他、回収ユニット２３で回収された液体アンモニアもリターンライン２３ｅを通じて戻される。第１水素製造システム１０を改造する場合、気化ユニット２１は、空間１１に新設されるユニットである。

【0032】

分解ユニット２２は、例えば以下の反応式のように、原料となる気化アンモニアから水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを生成する。アンモニア分解ガスは、水素及び窒素の他に、残留した気化アンモニアも含む。

【0033】

２ＮＨ_３→３Ｈ_２＋Ｎ_２
図５に示すように、分解ユニット２２は、供給ライン２２ａと、分解器２２ｂと、排出ライン２２ｃと、を備えている。更に、分解ユニット２２は、加熱炉２２ｄと、バーナ２２ｅと、予熱部２２ｆと、燃料ライン２２ｇと、を備えている。供給ライン２２ａは、加熱炉２２ｄ内を通って、気化アンモニアを分解器２２ｂに供給する。気化アンモニアは、分解器２２ｂに供給される前に、加熱炉２２ｄの排熱を利用して予熱部２２ｆで予熱される。バーナ２２ｅは、燃料ライン２２ｇを通じて燃料ガスが供給される。燃料ライン２２ｇは、燃料ガスとして主に排出ガスライン２４ｘからの燃料が供給される。排出ガスライン２４ｘは、第２ＰＳＡユニット２４からの排出ガスである窒素、水素、アンモニア等を燃料ライン２２ｇに燃料として供給される。また、排出ガスライン２４ｘには、燃料としてのアンモニアも供給される場合もある。バーナ２２ｅは、これらの供給された燃料を燃焼することで、分解器２２ｂを加熱すると共に、加熱炉２２ｄを加熱する。バーナ２２ｅの燃料は、水素を主燃料ガスとし、アンモニア等も混合されることで、二酸化炭素の排出が抑えられる。

【0034】

分解器２２ｂに配置される触媒は、例えばニッケル系触媒であって、活性成分が担体に担持されている。一例として、担体は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２、シリカ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２、チタニア）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セシウム（Ｃｓ_２Ｏ）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ_６Ｏ_１１）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）等である。また、触媒は、活性成分としてニッケルを含んでいる。分解ユニット２２は、排出ライン２２ｃから水素及び窒素を含むアンモニア分解ガスを排出する。アンモニア分解ガスは、更に、未反応のアンモニア等も含まれている。アンモニア分解ガスは、排出ライン２２ｃを通じて回収ユニット２３に供給される。

【0035】

図６に示すように、回収ユニット２３は、アブソーバ２３ａと、ストリッパ２３ｂと、を備えている。アブソーバ２３ａには、分解ユニット２２からアンモニア分解ガスが供給される。アブソーバ２３ａは、アンモニアを水に溶解して捕捉し、窒素ガス及び水素ガスを取り出す。窒素ガス及び水素ガスは、第２ＰＳＡユニット２４に供給される。ストリッパ２３ｂは、熱交換器２３ｆで予熱された、アンモニアを捕捉したアンモニア捕捉水が供給される。ストリッパ２３ｂは、リボイラ２３ｃでアンモニア捕捉水を加熱してアンモニアを気化する。気化されたアンモニアは、コンデンサ２３ｄで冷却されて液体の状態で取り出される。液体アンモニアは、リターンライン２３ｅ（図４参照）を通じて気化ユニット２１に戻されリサイクルされる。また、ストリッパ２３ｂからのアンモニアが取り出された水は、熱交換器２３ｆでアブソーバ２３ａからストリッパ２３ｂに供給されるアンモニア捕捉水と熱交換された後、アブソーバ２３ａに戻される。

【0036】

第２ＰＳＡユニット２４も、昇圧工程と、吸着工程と、減圧工程と、を周期的に行う。図３に示すように、第２ＰＳＡユニット２４は、例えば４つの塔（第１塔２４ａ，第２塔２４ｂ，第３塔２４ｃ，第４塔２４ｄ）を備えている。塔２４ａ～２４ｄの各々は、繰り返し３つの工程を行う。

【0037】

このような４つ塔２４ａ～２４ｄを備える場合、次のような運転が可能である。例えば、第１塔２４ａ～第３塔２４ｃが吸着している間、残りの第４塔２４ｄが減圧、昇圧工程後、４つのすべての塔２４ａ～２４ｄが吸着工程となる。次に、第２塔２４ｂ～第４塔２４ｄは吸着工程のまま、第１塔２４ａだけを減圧させ、昇圧後、吸着工程とする。そして次に、第２塔２４ｂだけを減圧させる。

【0038】

昇圧工程は、減圧工程終了後の塔に対して、回収ユニット２３から供給された水素ガス及び窒素ガス、減圧工程で得られる排出ガス等を用いて塔内を昇圧する。吸着工程は、加圧下において、水素以外のガス成分を吸着除去する。すなわち、回収ユニット２３で残留した窒素ガス、アンモニア等を除去する。減圧工程は、吸着工程の後、塔内を例えば大気圧まで減圧する。これにより、吸着剤に吸着されている水素以外のガス成分（窒素ガス、水素ガス、アンモニア等の排出ガス）は、脱着される。排出ガスは、燃料として使用されたり、他の目的に使用されたり、又は廃棄される。取り出された水素ガスは、第２圧縮ユニット２５に供給される。

【0039】

第２圧縮ユニット２５は、水素ガスを高圧に圧縮にして、ボンベ等で輸送・貯蔵を可能とする。第２圧縮ユニット２５は、水素ガスを、例えば、４５ＭＰａ以上、若しくは、７０ＭＰａ以上など所定の圧力以上に昇圧する。

【0040】

〔改造方法（第２水素製造システム２０の製造方法）〕
図７に示すように、第１水素製造システム１０は、次のような考え方で、第２水素製造システム２０に改造される。すなわち、改造方法は、空間１１に気化ユニット２１を新設する工程と、改質ユニット１２を分解ユニット２２に改造する工程と、を備えている。更に、改造方法は、転化ユニット１３を撤去して、回収ユニット２３を新設する工程と、第１ＰＳＡユニット１４を第２ＰＳＡユニット２４に改造する工程と、第１圧縮ユニット１５を第２圧縮ユニット２５に改造する工程と、を備えている。

【0041】

空間１１に気化ユニット２１を新設する工程において、気化ユニット２１は、空間１１に新設される。具体的に、気化ユニット２１は、第１水素製造システム１０を構成する建屋内の空間１１に設けたり、第１水素製造システム１０に含まれる土地である空間１１に設けられる。空間１１は、第２水素製造システム２０において、分解ユニット２２でのアンモニアの分解工程より前の工程を行うのに適した場所である。したがって、気化ユニット２１と分解ユニット２２とをパイプラインで繋ぐ際、パイプラインは、必要以上に長くならず、例えば最短距離又はそれに近い距離となる。

【0042】

改質ユニット１２と分解ユニット２２とは、吸熱反応に耐え得る耐熱性を有する設備である点で共通している。改質ユニット１２を分解ユニット２２に改造する工程において、分解ユニット２２は、改質ユニット１２を構成する建屋、配管等を、できるだけ流用しながら改造して製造される。また、改質ユニット１２の加熱炉１２ｄ及びバーナ１２ｅは、できるだけ部材を流用しながら改造して、分解ユニット２２の加熱炉２２ｄ及びバーナ２２ｅとされる。更に、改質ユニット１２の改質器１２ｂは、その容器や配管等をできるだけ流用しながら改造して、分解ユニット２２の分解器２２ｂの容器や配管等とされる。

【0043】

改質ユニット１２が行う天然ガスの改質工程も、分解ユニット２２が行うアンモニアの分解工程も、水素を製造する工程の中で前半の工程である。したがって、分解ユニット２２の位置は、気化ユニット２１が行う気化工程の次工程を行うユニットとして、最適な位置に設けられることになる。更に、改質器１２ｂに使用するニッケル系触媒も、分解器２２ｂに使用するニッケル系触媒に使用することもできる。また、バーナ１２ｅは、バーナ２２ｅとしてそのまま流用することもできる。また、バーナ１２ｅは、軽微な改造だけでバーナ２２ｅとして流用することができる。

【0044】

回収ユニット２３を新設する工程において、回収ユニット２３は、転化ユニット１３を撤去して、転化ユニット１３の位置に新設される。改質ユニット１２は、分解ユニット２２に改造され、かつ、後述のように第１ＰＳＡユニット１４は、第２ＰＳＡユニット２４に改造される。したがって、回収ユニット２３は、分解ユニット２２の位置と第２ＰＳＡユニット２４の位置の間に新設することができる。この際、転化ユニット１３の付帯設備は流用又は改造して使用することもできる。そして、分解ユニット２２と回収ユニット２３とを繋ぐパイプラインも、必要以上に長くならず、例えば最短距離又はそれに近い距離となる。

【0045】

第１ＰＳＡユニット１４を第２ＰＳＡユニット２４に改造する工程において、共に、各塔では、昇圧工程と、吸着工程と、減圧工程と、を周期的に行う。したがって、第１ＰＳＡユニット１４は、塔１４ａ～１４ｄ等を流用しながら改造して第２ＰＳＡユニット２４の塔２４ａ～２４ｄとされる。第１ＰＳＡユニット１４が行うＰＳＡ工程も、第２ＰＳＡユニット２４が行うＰＳＡ工程も、水素を製造する工程の中で後半の工程である。したがって、第２ＰＳＡユニット２４は、回収ユニット２３が行うアンモニアの回収工程の次工程として、最適な位置に設けられることになる。したがって、回収ユニット２３と第２ＰＳＡユニット２４とを繋ぐパイプラインも、必要以上に長くならず、例えば最短距離又はそれに近い距離となる。

【0046】

第１圧縮ユニット１５を第２圧縮ユニット２５に改造する工程において、第１圧縮ユニット１５及び第２圧縮ユニット２５は、共に、水素ガスを高圧に圧縮にして、ボンベ等で輸送・貯蔵を可能とするユニットである。したがって、第１圧縮ユニット１５は、流用又は改造して第２圧縮ユニット２５とされる。第１圧縮ユニット１５が行う水素の圧縮工程も、第２圧縮ユニット２５が行う水素の圧縮工程も、水素を製造する工程の中でＰＳＡ工程に次ぐ工程である。したがって、第２圧縮ユニット２５の位置は、第２ＰＳＡユニット２４が行うＰＳＡ工程の次工程として、最適な位置に設けられることになる。したがって、第２圧縮ユニット２５と第２圧縮ユニット２５とを繋ぐパイプラインも、必要以上に長くならず、例えば最短距離又はそれに近い距離となる。

【0047】

〔実施形態の効果〕
以上のような実施形態は、以下のように列挙する効果を得ることができる。
（１）空間１１に新設された気化ユニット２１は、アンモニアから水素を製造する工程の中で前半の工程の最適な位置に設けることができる。分解ユニット２２も、改質ユニット１２を改造することで、液体アンモニアの気化工程に次ぐ分解工程を行うユニットとして、最適な場所に設けることができる。回収ユニット２３も、転化ユニット１３の位置に新設することで、アンモニアの分解工程に次ぐ回収工程を行うユニットとして、最適な場所に設けることができる。更に、第２ＰＳＡユニット２４も、第１ＰＳＡユニット１４を改造することで、アンモニアの回収工程に次ぐＰＳＡ工程を行うユニットとして、最適な場所に設けることができる。更に、第２圧縮ユニット２５も、第１圧縮ユニット１５を改造することで、ＰＳＡ工程に次ぐ圧縮工程を行うユニットとして、最適な場所に設けることができる。

【0048】

すなわち、分解ユニット２２は、改質ユニット１２を改造するにあたって、場所変更等は不要である。また、第２ＰＳＡユニット２４も、第１ＰＳＡユニット１４を改造するにあたって、場所変更等は不要である。更に、第２圧縮ユニット２５も、第１圧縮ユニット１５を改造するにあたって、場所変更等は不要である。また、各ユニットを接続するパイプラインも、必要以上に長くならないようにできたり、最短長さ又はそれに近い長さとすることができる。これにより、第１水素製造システム１０は、第２水素製造システム２０に容易に改造することができる。

【0049】

したがって、アンモニアの国際的な供給網が発達した段階で、第１水素製造システム１０から第２水素製造システム２０に切り替えることになっても、第１水素製造システム１０が座礁資産になることを抑制できる。また、第２水素製造システム２０は、第１水素製造システム１０を改造することで、製造コストを抑制することができる。

【0050】

（２）第１水素製造システム１０から第２水素製造システム２０を製造するときに新設するユニットは、少なくとも気化ユニット２１である。気化ユニット２１は、第１水素製造システム１０を新設するときに、予め空間１１を用意しておくことで、その空間１１を使って容易に新設することができる。

【0051】

（３）改質ユニット１２と第１ＰＳＡユニット１４との間にある転化ユニット１３を除去することで、分解ユニット２２と第２ＰＳＡユニット２４の間に、回収ユニット２３を新設することができる。この際、転化ユニット１３の付帯設備は流用しながら改造して使用することもできる。

【0052】

（４）回収ユニット２３で回収されたアンモニアをリターンライン２３ｅによってリサイクルできる。リターンライン２３ｅは、第１水素製造システム１０のパイプラインを流用しながら改造して使用できる。

【0053】

（５）第１圧縮ユニット１５を第２圧縮ユニット２５に改造することで、第１水素製造システム１０を第２水素製造システム２０に容易に改造することができる。すなわち、第２圧縮ユニット２５の改造では、第１圧縮ユニット１５の建屋は圧縮設備等を流用できる。

【0054】

（６）天然ガスから水素を製造する第１水素製造システム１０は、アンモニアから水素を製造する第２水素製造システムに容易に改造することができる。したがって、第２水素製造システム２０を製造するにあたっての、工事時間や製造コストを削減することができる。

【0055】

（７）第２水素製造システム２０は、第１水素製造システム１０を改造して製造することで、短い工期で製造し、更に、製造コストを抑えることができる。
なお、本実施形態は、更に、以下のように適宜変更して実施することもできる。

【0056】

・第１ＰＳＡユニット１４及び第２ＰＳＡユニット２４で生成された水素ガスは、トルエン等の有機物に化合させて有機ハイドライドの形で輸送・貯蔵を可能とするユニットに供給されてもよい。また、水素ガスは、パイプラインで輸送するようにしてもよい。このようなユニットは、第１圧縮ユニット１５及び第２圧縮ユニット２５に対して追加して設けてもよいし、第１圧縮ユニット１５及び第２圧縮ユニット２５に代えて設けるようにしてもよい。

【0057】

・回収ユニット２３で回収されたアンモニアは、リサイクルされなくてもよい。
・分解ユニット２２でアンモニアが残留しても、残留アンモニアを第２ＰＳＡユニット２４で除去できるのであれば、回収ユニット２３は省略してもよい。転化ユニット１３で残留した一酸化炭素が残留しても、第１ＰＳＡユニット１４で除去できるのであれば、転化ユニット１３は省略してもよい。

【0058】

・第１水素製造システム１０が第１ＰＳＡユニット１４を備える場合であっても、第２水素製造システム２０を製造するときに、第２ＰＳＡユニット２４を設けないようにしてもよい。また、第１ＰＳＡユニット１４があった場所に他のユニットを設けるようにしてもよい。更に、第１水素製造システム１０が第１ＰＳＡユニット１４を備えない場合は、第２水素製造システム２０を製造するときに第２ＰＳＡユニット２４をそのまま設けないようにしてもよい。また、第２ＰＳＡユニット２４を追加で新設してもよい。

【0059】

・第１ＰＳＡユニット１４における各塔１４ａ～１４ｄの運転方法及び第２ＰＳＡユニット２４における各塔２４ａ～２４ｄの運転方法は、上述の例に限定されるものではない。ＰＳＡユニット１４，２４の塔の数も限定されるものではない。

【0060】

・第１水素製造システム１０の改質ユニット１２及び第２水素製造システム２０の分解ユニット２２において、使用する触媒は、同種の触媒であればよく、ニッケル系以外にも、白金族金属等であってもよい。また、第１水素製造システム１０の改質ユニット１２及び第２水素製造システム２０の分解ユニット２２において、使用する触媒は、別種でもよい。

【符号の説明】

【0061】

１０…第１水素製造システム
１１…空間
１２…改質ユニット
１２ａ…ガス供給ライン
１２ｂ…改質器
１２ｃ…排出ライン
１２ｄ…加熱炉
１２ｅ…バーナ
１２ｆ…燃料ライン
１２ｇ…水蒸気供給ライン
１２ｈ…予熱部
１３…転化ユニット
１４…第１ＰＳＡユニット
１５…第１圧縮ユニット
２０…第２水素製造システム
２１…気化ユニット
２２…分解ユニット
２２ａ…供給ライン
２２ｂ…分解器
２２ｃ…排出ライン
２２ｄ…加熱炉
２２ｅ…バーナ
２２ｆ…予熱部
２２ｇ…燃料ライン
２３…回収ユニット
２３ａ…アブソーバ
２３ｂ…ストリッパ
２３ｃ…リボイラ
２３ｄ…コンデンサ
２３ｅ…リターンライン
２３ｆ…熱交換器
２４…第２ＰＳＡユニット
２４ｘ…排出ガスライン
２５…第２圧縮ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】