JP6899787B2 - Catalytic reactor blockage detection method, blockage elimination method, and catalytic reactor - Google Patents

Catalytic reactor blockage detection method, blockage elimination method, and catalytic reactor Download PDF

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Description

本発明は、触媒反応器を好適な反応条件で運転させるための操業方法及びこれに用いられる装置に関し、特に触媒反応器の閉塞検知方法、閉塞解消方法、及び触媒反応装置に関するものである。 The present invention relates to an operating method for operating a catalytic reactor under suitable reaction conditions and an apparatus used therein, and more particularly to a method for detecting blockage of the catalytic reactor, a method for eliminating blockage, and a catalytic reactor.

外部から触媒反応器を加熱することで触媒反応に要する反応熱を触媒反応器に供給する外熱式触媒反応器では、加熱面積を十分に確保するために、触媒を固定床として充填した細管を触媒反応器として加熱炉内で並列に複数配置することが一般に行われる。並列に設けられた個々の触媒反応器は、共通の流入集合管と共通の流出集合管に接続される場合が多い。特許文献1、2には、このような触媒反応器の一例が記載されている。 In an externally heated catalytic reactor that supplies the reaction heat required for the catalytic reaction to the catalytic reactor by heating the catalytic reactor from the outside, in order to secure a sufficient heating area, a thin tube filled with a catalyst as a fixed bed is used. It is common practice to arrange a plurality of catalytic reactors in parallel in a heating furnace. The individual catalytic reactors installed in parallel are often connected to a common inflow collecting pipe and a common outflow collecting pipe. Patent Documents 1 and 2 describe an example of such a catalytic reactor.

特許文献1、2に記載される操業では、原料ガスが炭化水素ガスを含み、触媒反応が水蒸気改質反応であり、生成ガスが合成ガスとなっている。このような操業を行う場合、操業中に副反応である炭化水素ガスの接触分解反応によってコーク(固体の炭素または炭化水素)が生成する。そして、コークが触媒層(即ち、固定床)内に徐々に堆積して触媒層でのガスの通気を妨げる。コークの堆積量が増大していくと、ついには触媒反応器の入側と出側間に差圧を与えても、ガスがほとんど通気できない、いわゆる閉塞状態に達することがある。 In the operations described in Patent Documents 1 and 2, the raw material gas contains a hydrocarbon gas, the catalytic reaction is a steam reforming reaction, and the produced gas is a synthetic gas. When such an operation is performed, cork (solid carbon or hydrocarbon) is produced by a catalytic cracking reaction of hydrocarbon gas, which is a side reaction during the operation. Then, cork gradually accumulates in the catalyst layer (that is, the fixed bed) and hinders the aeration of gas in the catalyst layer. As the amount of cork deposited increases, a so-called blockage state may be reached in which the gas can hardly be aerated even if a differential pressure is finally applied between the inlet side and the outlet side of the catalytic reactor.

なお、触媒反応器が複数、並列に配置されている場合、一部の触媒反応器で閉塞を生じた場合でも、流体は未だ閉塞していない触媒反応器を通過できるので、単独の触媒反応器が閉塞した場合のような大きな圧力損失が流入集合管と流出集合管の間で発生するとは限らない。しかし、未だ閉塞しておらず、流れの集中する触媒反応器では空間速度(=流量/触媒体積)が増大するので原料を十分改質できず、生成ガス中に原料ガスが大量に残留する、所謂反応不良を引き起こしうる。このため、触媒反応器の閉塞が生じた場合には、速やかに閉塞状態を解除する操作が必要である。閉塞状態を操業中に解除する手段として、例えば、特許文献1,2には、触媒層の昇降機構が開示されている。 When a plurality of catalytic reactors are arranged in parallel, even if some of the catalytic reactors are blocked, the fluid can pass through the catalytic reactors that have not been blocked yet, so that it is a single catalytic reactor. A large pressure loss does not always occur between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe as in the case of the blockage. However, in a catalytic reactor that is not closed yet and the flow is concentrated, the space velocity (= flow rate / catalyst volume) increases, so the raw material cannot be sufficiently reformed, and a large amount of raw material gas remains in the produced gas. It can cause so-called poor reaction. Therefore, when the catalytic reactor is blocked, it is necessary to promptly release the blocked state. As a means for releasing the blocked state during operation, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose an elevating mechanism for the catalyst layer.

特開2017−56375号公報JP-A-2017-56375 特開2016−159264号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-159264

ここで問題になるのは、複数の触媒反応器のうち、どの触媒反応器が閉塞を生じているのかを検知する簡易な方法が従来存在しなかったことである。 The problem here is that, among the plurality of catalytic reactors, there has not been a simple method for detecting which catalytic reactor is clogged.

もし、触媒反応器の閉塞を検知することなく、閉塞状態を解除する技術を頻繁に使用すれば、確かに閉塞を生じにくくはなるものの、別の問題を生じる。例えば、特許文献2に記載の触媒層の昇降機構を閉塞状態の解除手段として用いる場合、触媒層の昇降の都度、一定割合で触媒が破損する。従って、過度に高頻度で触媒層の昇降を行うと触媒の破損が許容範囲を容易に超えてしまう問題を生じる。このため、閉塞状態を解除する手段は、触媒反応器の閉塞を検出したときのみに限定して適用すべきである。従って、個々の触媒反応器での閉塞を検知する方法が必要である。 If the technique of releasing the blocked state is frequently used without detecting the blockage of the catalytic reactor, the blockage is certainly less likely to occur, but another problem arises. For example, when the catalyst layer elevating mechanism described in Patent Document 2 is used as a means for releasing the blocked state, the catalyst is damaged at a constant rate each time the catalyst layer is elevated. Therefore, if the catalyst layer is moved up and down too frequently, there arises a problem that the catalyst is easily damaged beyond the permissible range. Therefore, the means for releasing the blocked state should be applied only when the blocked state of the catalytic reactor is detected. Therefore, there is a need for a method of detecting blockages in individual catalytic reactors.

単独の触媒反応器からなる触媒反応装置においては、触媒反応器が閉塞を生じた場合、流入集合管と流出集合管との間の差圧が上昇する。したがって、当該差圧を計測することで、容易に閉塞を検知できる。しかし、複数の触媒反応器が並列に配置された触媒反応装置においては、いずれかの触媒反応器が閉塞したとしても、当該触媒反応の触媒層を通過できなくなったガスが他の触媒反応器に容易に迂回する。このため、閉塞した触媒層の入側と出側の差圧はあまり変化せず、閉塞した触媒反応器での流量が低下する。このため、差圧の計測のみによって触媒反応器の閉塞を検知することは困難である。 In a catalytic reactor consisting of a single catalytic reactor, when the catalytic reactor is blocked, the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe increases. Therefore, the blockage can be easily detected by measuring the differential pressure. However, in a catalytic reactor in which a plurality of catalytic reactors are arranged in parallel, even if one of the catalytic reactors is blocked, the gas that cannot pass through the catalyst layer of the catalytic reaction is transferred to the other catalytic reactor. Easily detour. Therefore, the differential pressure between the entry side and the exit side of the closed catalyst layer does not change so much, and the flow rate in the closed catalyst reactor decreases. Therefore, it is difficult to detect the blockage of the catalytic reactor only by measuring the differential pressure.

あるいは、閉塞を生じた触媒反応器では流量が低下することを利用して、流量計を触媒反応器ごとに設ける方法は、原理的には機能しうる。例えば、触媒反応器ごとにオリフィスを設け、オリフィスの前後での差圧からベルヌイの原理に基づいて流速を算出する方法が考えられる。しかし、触媒反応器内の流速は、一般に数十cm/s程度と比較的小さい。したがって、この方法においてオリフィス前後で生じる差圧は極めて微小なものとなる。このため、計測誤差が大きくなるか、あるいは、高価な精密差圧計を多数配置する必要があるので経済的に現実的ではない。 Alternatively, a method of providing a flow meter for each catalytic reactor can function in principle by utilizing the fact that the flow rate decreases in the catalyst reactor in which the blockage occurs. For example, it is conceivable to provide an orifice for each catalytic reactor and calculate the flow velocity from the differential pressure before and after the orifice based on Bernui's principle. However, the flow velocity in the catalytic reactor is generally relatively small, about several tens of cm / s. Therefore, in this method, the differential pressure generated before and after the orifice is extremely small. For this reason, it is not economically realistic because the measurement error becomes large or it is necessary to arrange a large number of expensive precision differential pressure gauges.

また、微小な流速を検出可能な流速検出プローブ、例えば、カルマン渦流速計やコリオリ流速計を個々の触媒反応器内に設ける手法も考えられる。しかし、触媒反応器が全て高温の加熱炉内に配置されているため、上記の流速検出プローブにも高い耐熱性が求められる。このような計器は市販されていないか、あるいは、独自に製作すれば極めて高価な装置となるため、現実的でない。 It is also conceivable to provide a flow velocity detection probe capable of detecting a minute flow velocity, for example, a Karman vortex flow meter or a Koriori flow meter in each catalytic reactor. However, since all the catalytic reactors are arranged in a high-temperature heating furnace, the above-mentioned flow velocity detection probe is also required to have high heat resistance. Such an instrument is not practical because it is not commercially available, or if it is manufactured independently, it becomes an extremely expensive device.

従って、本発明では、加熱炉内に複数並列に配置される触媒反応器からなる触媒反応装置において、個々の触媒反応器に流量、または、計測手段を設けることなく、安価、かつ、簡易に個々の触媒反応器での閉塞を検出することを目的とする。 Therefore, in the present invention, in a catalytic reactor composed of a plurality of catalytic reactors arranged in parallel in a heating furnace, it is inexpensive and easy to use individually without providing a flow rate or measuring means for each catalytic reactor. The purpose is to detect blockage in the catalytic reactor.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、触媒反応装置内に並列に複数配置される触媒反応器内の固定床である触媒層内で、原料流体である非圧縮性流体を反応させて改質する際に、触媒層内に副生物が堆積することによって、触媒反応器が閉塞することを検知する触媒反応器の閉塞検知方法であって、触媒反応装置は、並列に配置された触媒反応器、全ての触媒反応器に流体を供給するための集合管である流入集合管、全ての触媒反応器から流出する流体を集めて下流に流出させるための集合管である流出集合管、全ての触媒反応器の触媒層内にそれぞれ設けられた触媒層温度計、および流入集合管の流体温度である流入温度を計測する流入温度計を備え、炉温調整可能な加熱炉内に配置される加熱炉内装置と、流入集合管に供給する流体を予熱する流体予熱装置と、流入集合管に供給する流体を原料流体と非反応性流体との間で切り替えるための流体切り替え装置と、流入集合管を通過する流量を測定する流量計と、を備え、触媒反応器の閉塞検知方法は、全ての触媒反応器に非反応性流体が通過するように流体切り替え装置を設定するとともに、流入温度計が第1の流入温度Tin1を示すように流体予熱装置を調整し、その際の流入集合管の流量Qおよび各々の触媒反応器の触媒層温度計にて計測された触媒層温度T1,iを記録する第1の操作と、流入温度計が第1の流入温度Tin1とは異なる第2の流入温度Tin2を示すように流体予熱装置を調整し、その際の各々の触媒反応器の触媒層温度計にて計測された触媒層温度T2,iを記録する第2の操作と、
i番目の触媒反応器において、
β=hLX/(ρC
h:熱貫流率
L:配管の周長
ρ:ガスの密度
Cp:ガスの定圧比熱
:i番目の触媒反応器における配管の長さ
なる式によって定義されるβを用いて、各触媒反応器での流量QiをTin2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数として算出する第3の操作と、流量Qが所定値よりも小さい場合に、流量Qに対応するi番目の触媒反応器が閉塞したものと判定する第4の操作と、を含むことを特徴とする、触媒反応器の閉塞検知方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, a non-compressible fluid which is a raw material fluid in a catalyst layer which is a fixed bed in a catalytic reactor arranged in parallel in a catalytic reactor. This is a method for detecting blockage of a catalytic reactor due to accumulation of by-products in the catalyst layer when reforming by reacting the above, and the catalytic reactors are arranged in parallel. Arranged catalytic reactors, inflow collecting tubes that are collecting tubes for supplying fluid to all catalytic reactors, and outflows that are collecting tubes for collecting fluids flowing out from all catalytic reactors and letting them flow downstream. Inside a heating furnace with adjustable furnace temperature, equipped with a collecting tube, a catalyst layer thermometer provided in each catalyst layer of all catalyst reactors, and an inflow thermometer that measures the inflow temperature, which is the fluid temperature of the inflow collecting tube. A fluid preheating device for preheating the fluid supplied to the inflow collecting pipe, and a fluid switching device for switching the fluid supplied to the inflow collecting pipe between the raw material fluid and the non-reactor fluid. And a flow meter that measures the flow rate passing through the inflow collecting pipe, and the blockage detection method of the catalytic reactor is to set the fluid switching device so that the non-reactive fluid passes through all the catalytic reactors. , inflow thermometer fluid preheater adjusted to exhibit a first inlet temperature T in1, measured at a flow rate Q T and each of the catalytic reactor of the catalyst layer thermometer inlet collector pipe when the catalyst The fluid preheater was adjusted so that the first operation of recording the layer temperatures T1 and i and the inflow reactor showed a second inflow temperature Tin2 different from the first inflow temperature Tin1. The second operation of recording the catalyst layer temperatures T2 and i measured by the catalyst layer thermometer of each catalyst reactor, and the second operation.
In the i-th catalytic reactor
β i = hLX i / (ρC p )
h: Heat transmission coefficient L: Circumferential length of pipe ρ: Gas density Cp: Constant pressure specific heat of gas X i : Length of pipe in i-th catalyst reactor Each catalyst uses β i defined by the equation. The third operation of calculating the flow rate Q i in the reactor as a function of Tin 2 , Tin 1 , T 1, i , T 2, i , and β i , and when the flow rate Q i is smaller than a predetermined value, characterized in that it comprises a fourth operation and determines that the i-th catalytic reactor which corresponds to the flow rate Q i are closed, the obstruction detection method of the catalytic reactor is provided.

ここで、第3の操作では、
in2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数を、
=−β/Ln[(T2,i−T1,i)/(Tin2−Tin1)]
とし、
βを固定値としてもよい。
Here, in the third operation,
Functions of T in 2 , Tin 1 , T 1, i , T 2, i , and β i,
Q i = -β i / Ln [(T 2, i −T 1, i ) / (T in2- T in1 )]
age,
β i may be a fixed value.

また、触媒反応装置は、流入集合管と流出集合管との間の差圧を測定する差圧計測装置をさらに備え、
第3の操作では、
η=△P/Q
△P:流入集合管と流出集合管との間の差圧
なる式で定義される抵抗係数ηと、
β=β0,i・(η/η0,iai
β0,i:βの初期値
:モデル定数
なる式と、によってβを得るとともに、
流量Qの関数を

Figure 0006899787
としてもよい。 Further, the catalytic reaction device further includes a differential pressure measuring device for measuring the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe.
In the third operation
η i = ΔP / Q i 2
ΔP: The resistance coefficient η i defined by the equation of the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe,
β i = β 0, i · (η i / η 0, i ) ai
β 0, i : Initial value of β i a i : Model constant In addition to obtaining β i,
The function of the flow rate Q i
Figure 0006899787
May be.

また、第3の操作にて算出した流量Qを全ての触媒反応器について積算した流量が流量Qと一致するように、流量Qを補正してもよい。 Further, the flow rate Q i may be corrected so that the flow rate Q i calculated in the third operation is integrated with the flow rate Q T for all the catalyst reactors.

また、原料流体は炭化水素を含んでいてもよい。 Further, the raw material fluid may contain hydrocarbons.

また、加熱炉内装置は、更に、触媒反応器内の堆積物を触媒反応器ごとに独立して除去するための触媒層内堆積物除去装置を備えていてもよい。 Further, the device in the heating furnace may further include a device for removing deposits in the catalyst layer for independently removing the deposits in the catalyst reactor for each catalyst reactor.

本発明の他の観点によれば、上記の触媒反応器の閉塞検知方法により、i番目の触媒反応器が閉塞したものと判定された場合に、触媒層の閉塞を解消するように、i番目の触媒反応器の触媒層内堆積物除去装置を作動させることを特徴とする、触媒反応器の閉塞解消方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, when the i-th catalyst reactor is determined to be clogged by the above-mentioned catalyst reactor blockage detection method, the i-th catalyst layer is clogged. A method for clearing a blockage of a catalyst reactor is provided, which comprises operating a deposit removing device in the catalyst layer of the catalyst reactor of the above.

本発明の他の観点によれば、並列に複数配置される触媒反応器内の固定床である触媒層内で、原料流体である非圧縮性流体を反応させて改質すると共に、触媒層内に副生物が堆積することによって、触媒反応器が閉塞することを検知する、触媒反応装置であって、並列に複数配置された触媒反応器、全ての触媒反応器に流体を供給するための集合管である流入集合管、全ての触媒反応器から流出する流体を集めて下流に流出させるための集合管である流出集合管、全ての触媒反応器の触媒層内にそれぞれ設けられた触媒層温度計、および流入集合管の流体温度である流入温度を計測する流入温度計を有し、炉温調整可能な加熱炉内に配置される加熱炉内装置と、流入集合管に供給する流体を予熱する流体予熱装置と、流入集合管に供給する流体を原料流体と非反応性流体との間で切り替えるための流体切り替え装置と、流入集合管を通過する流量を測定する流量計と、を備え、更に、全ての触媒反応器に非反応性流体が通過するように流体切り替え装置を設定するとともに、流入温度計が第1の流入温度Tin1を示すように流体予熱装置を調整し、その際の流入集合管の流量Qおよび各々の触媒反応器の触媒層温度計にて計測された触媒層温度T1,iを記録する第1の手段と、流入温度計が第1の流入温度Tin1とは異なる第2の流入温度Tin2を示すように流体予熱装置の炉温を調整し、その際の各々の触媒反応器の触媒層温度計にて計測された触媒層温度T2,iを記録する第2の手段と、
i番目の触媒反応器において、
β=hLX/(ρC
h:熱貫流率
L:配管の周長
ρ:ガスの密度
Cp:ガスの定圧比熱
:i番目の触媒反応器における配管の長さ
なる式によって定義されるβを用いて、各触媒反応器での流量QをTin2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数として算出する第3の手段と、流量Qが所定値よりも小さい場合に、流量Qに対応するi番目の触媒反応器が閉塞したものと判定する第4の手段と、を実行させる触媒反応器の閉塞検知判定装置を備える、ことを特徴とする触媒反応装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, in the catalyst layer which is a fixed bed in a plurality of catalyst reactors arranged in parallel, a non-compressible fluid which is a raw material fluid is reacted and reformed, and in the catalyst layer. A catalytic reactor that detects the blockage of catalytic reactors due to the accumulation of by-products in the reactor, and is a set of multiple catalytic reactors arranged in parallel to supply fluid to all catalytic reactors. Inflow collecting pipes, which are pipes, outflow collecting pipes, which are collecting pipes for collecting fluids flowing out from all catalytic reactors and flowing them downstream, and catalyst layer temperatures provided in the catalyst layers of all catalytic reactors. It has a meter and an inflow thermometer that measures the inflow temperature, which is the fluid temperature of the inflow collecting pipe. A fluid preheating device, a fluid switching device for switching the fluid supplied to the inflow collecting pipe between the raw material fluid and the non-reacting fluid, and a flow meter for measuring the flow rate passing through the inflow collecting pipe are provided. Furthermore, the fluid switching device is set so that the non-reactive fluid passes through all the catalytic reactors, and the fluid preheating device is adjusted so that the inflow thermometer shows the first inflow temperature Tin1. first means for recording the flow rate Q T and each of the catalytic reactor of the catalyst layer a catalyst layer temperatures T 1 which is measured by a thermometer, i of the inlet manifold pipe, the inflow thermometer first inlet temperature T in1 The furnace temperature of the fluid preheater is adjusted so as to indicate the second inflow temperature Tin 2 different from that of the above, and the catalyst layer temperatures T 2 and i measured by the catalyst layer thermometer of each catalyst reactor at that time are set. A second means of recording and
In the i-th catalytic reactor
β i = hLX i / (ρC p )
h: Heat transmission coefficient L: Circumferential length of pipe ρ: Gas density Cp: Constant pressure specific heat of gas X i : Length of pipe in i-th catalyst reactor Each catalyst uses β i defined by the equation. A third means of calculating the flow rate Q i in the reactor as a function of Tin 2 , Tin 1 , T 1, i , T 2, i , and β i , and when the flow rate Q i is smaller than a predetermined value. comprising the i-th catalytic reactor fourth determining is as that blockage of means corresponding to the flow rate Q i, the blockage detection determination unit of the catalytic reactor for the execution, the catalytic reactor is provided, characterized in that To.

ここで、加熱炉内装置は、更に、触媒反応器内の堆積物を触媒反応器ごとに独立して除去するための触媒層内堆積物除去装置を備えていてもよい。 Here, the device in the heating furnace may further include a device for removing deposits in the catalyst layer for independently removing the deposits in the catalyst reactor for each catalyst reactor.

(本発明の特徴)
本発明の特徴は、加熱炉内に配置される触媒反応器の温度分布の変化、具体的には、触媒反応器内に設置される触媒層の温度分布の変化という比較的容易な測定によって、並列に配置された複数の外熱式触媒反応器から閉塞の生じた特定の触媒反応器をオンラインで容易に判定可能なことである。この判定は上述した通り、従来では困難であった。
(Features of the present invention)
The feature of the present invention is a relatively easy measurement of a change in the temperature distribution of the catalyst reactor arranged in the heating reactor, specifically, a change in the temperature distribution of the catalyst layer installed in the catalyst reactor. It is possible to easily determine a specific catalytic reactor in which a blockage has occurred from a plurality of externally heated catalytic reactors arranged in parallel online. As described above, this determination has been difficult in the past.

特に、本発明者は、触媒反応器内での副生成物(例えばコーク)の堆積によって生じる抵抗係数(圧力損失係数)ηの変化が触媒反応器における熱貫流率hと一意の関係を持つという従来知られていなかった知見を見出した。本発明では、このような新規の知見と、上記の温度分布変化とに基づいて、各触媒反応器における流量をより正確に予測できる。 In particular, the present inventor states that the change in drag coefficient (pressure loss coefficient) η caused by the deposition of by-products (for example, cork) in the catalytic reactor has a unique relationship with the heat transmission coefficient h in the catalytic reactor. We found a previously unknown finding. In the present invention, the flow rate in each catalytic reactor can be predicted more accurately based on such a novel finding and the above-mentioned temperature distribution change.

特定の触媒反応器の閉塞を判定するための方法として、各触媒反応器での流量を直接に測定することが最も確実なものではある。しかし、本発明では、例えば700℃以上の高温の加熱炉内に配置された触媒反応器を対象とする。このような触媒反応器内での微小な流量を直接測定する装置は、市販されるものはなく、製作するとしても極めて高価なものになるので現実的ではない。一方、各触媒層の温度を測定することは、市販の高温用のシース熱電対を触媒層内に設置するだけで容易に実現でき、実際、操業管理のためにこのような温度測定が行われることも多い。本発明では、容易に測定可能な各触媒層の温度を用いて、各触媒反応器での流量を簡易に算出することができる。 The most reliable method for determining blockage of a particular catalytic reactor is to directly measure the flow rate at each catalytic reactor. However, in the present invention, for example, a catalytic reactor arranged in a heating furnace having a high temperature of 700 ° C. or higher is targeted. There is no commercially available device for directly measuring a minute flow rate in such a catalytic reactor, and even if it is manufactured, it is extremely expensive, so it is not realistic. On the other hand, measuring the temperature of each catalyst layer can be easily realized simply by installing a commercially available sheath thermocouple for high temperature in the catalyst layer, and in fact, such temperature measurement is performed for operation management. Often. In the present invention, the flow rate in each catalyst reactor can be easily calculated by using the easily measurable temperature of each catalyst layer.

(ηとhの関係)
ここで、触媒反応器における抵抗係数ηと、熱貫流率hとの相関について説明する。本発明者は、抵抗係数ηと、熱貫流率hに比例するモデル定数β(具体的な内容は後述する)との間に一意の関係があることを見出した。本発明者は、η/ηとβ/βの関係を特定の触媒反応装置にて調査した。ここで、触媒層にコーク堆積のない状態を添え字0で表す。この結果、本発明者は、両者の間に図3に示すような関係があることを見出した。図3の横軸、縦軸はいずれも対数軸である。図3に示すように、η/ηとβ/βとの間には正の相関がある。
(Relationship between η and h)
Here, the correlation between the drag coefficient η in the catalytic reactor and the thermal transmissivity h will be described. The present inventor has found that there is a unique relationship between the drag coefficient η and the model constant β (specific details will be described later) that is proportional to the thermal transmission rate h. The present inventor investigated the relationship between η / η 0 and β / β 0 with a specific catalytic reaction device. Here, the state where there is no cork deposition in the catalyst layer is represented by the subscript 0. As a result, the present inventor has found that there is a relationship as shown in FIG. 3 between the two. The horizontal axis and the vertical axis of FIG. 3 are both logarithmic axes. As shown in FIG. 3, there is a positive correlation between η / η 0 and β / β 0.

本発明者は、この理由を以下のように考えている。即ち、触媒層内にコークの堆積のない初期の状態に比べて、コークの堆積を生じると触媒反応器内で熱が伝わり易くなる。コークの主成分は、熱伝導率の比較的高い物質である固体カーボンであり、触媒粒子間および触媒粒子と反応器内壁管の隙間をコークが埋める。したがって、主にコーク経由の熱伝導によって触媒層中の伝熱が担われる。コークの堆積量が多くなると(すなわち、抵抗係数が大きくなると)、熱貫流率h、すなわちモデル定数βの値も大きくなる。このため、図3に示す関係が得られると考えられる。 The present inventor considers this reason as follows. That is, compared to the initial state in which no cork is deposited in the catalyst layer, heat is more likely to be transferred in the catalyst reactor when cork is deposited. The main component of cork is solid carbon, which is a substance with relatively high thermal conductivity, and the cork fills the gaps between the catalyst particles and between the catalyst particles and the inner wall tube of the reactor. Therefore, heat transfer in the catalyst layer is mainly carried out by heat conduction via cork. As the amount of cork deposited increases (that is, the resistance coefficient increases), the thermal transmissivity h, that is, the value of the model constant β also increases. Therefore, it is considered that the relationship shown in FIG. 3 can be obtained.

図3の関係は、形式的に次の式で表現できる。モデル定数aの値は、図3の例では0.42となる。この相関を用いた流量の具体的な算出方法は後述する。
β=β0,i・(η/η0,iai
:モデル定数
The relationship of FIG. 3 can be formally expressed by the following equation. The value of the model constant ai is 0.42 in the example of FIG. A specific method for calculating the flow rate using this correlation will be described later.
β i = β 0, i · (η i / η 0, i ) ai
a i : Model constant

以上説明したように本発明によれば、加熱炉内に複数並列に配置される触媒反応器での流量を、触媒反応器内の温度を測定することで簡易に算出することができる。そして、この流量に基づいて、各触媒反応器の閉塞状態を検知することができる。したがって、個々の触媒反応器に流量、または、計測手段を設けることなく、安価、かつ、簡易に個々な触媒反応器の閉塞状態を検知することができる。 As described above, according to the present invention, the flow rate in a plurality of catalyst reactors arranged in parallel in the heating furnace can be easily calculated by measuring the temperature in the catalyst reactor. Then, based on this flow rate, the blocked state of each catalytic reactor can be detected. Therefore, it is possible to inexpensively and easily detect the blocked state of each catalyst reactor without providing a flow rate or measuring means for each catalyst reactor.

本発明の第1〜第3の実施形態で使用される触媒反応装置1の全体構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the whole structure of the catalyst reaction apparatus 1 used in 1st to 3rd Embodiment of this invention. 加熱炉内装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structure of the apparatus in a heating furnace. 抵抗係数ηとモデル定数βとの相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of a resistance coefficient η and a model constant β. (a)は触媒反応器の内部構成を示す側断面図である。(b)は触媒保持器の構成を示す平面図である。(c)は(a)のAA側断面図である。(A) is a side sectional view showing an internal structure of a catalytic reactor. (B) is a plan view which shows the structure of the catalyst cage. (C) is a cross-sectional view on the AA side of (a). (a)は触媒反応器の外観を示す側面図である。(b)〜(d)は(a)のAA側断面図である。(A) is a side view showing the appearance of the catalyst reactor. (B) to (d) are cross-sectional views on the AA side of (a). (a)触媒保持器を下方から見たときの形状を示す平面図である。(b)は触媒保持器及びその周辺構造を示す側断面図である。(A) It is a top view which shows the shape when the catalyst cage is seen from the bottom. (B) is a side sectional view showing the catalyst cage and its peripheral structure. (a)弁座及び弁体等を下方から見たときの形状を示す平面図である。(b)は弁座及び弁体等を示す側断面図である。(A) It is a top view which shows the shape of a valve seat, a valve body and the like when viewed from below. (B) is a side sectional view showing a valve seat, a valve body and the like.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

<1.第1の実施形態>
(1.全体構成)
まず、図1〜図2に基づいて、第1の実施形態に係る触媒反応装置1の全体構成を説明する。触媒反応装置1は、流体切り替え装置110と、ガス予熱装置111と、加熱炉内装置A1と、冷却装置117と、流量調整装置118と、ブロワ119とを備える。
<1. First Embodiment>
(1. Overall configuration)
First, the overall configuration of the catalyst reaction device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The catalyst reaction device 1 includes a fluid switching device 110, a gas preheating device 111, a heating furnace device A1, a cooling device 117, a flow rate adjusting device 118, and a blower 119.

加熱炉内装置A1は、加熱区間A内に設けられており、流入集合管101と、流量計112と、流入圧力計113と、流入温度計114と、複数の(図1の例ではN個。Nは3以上の整数)の触媒反応器2と、触媒反応器2毎に設けられる触媒層内堆積物除去装置3と、触媒反応器2毎に設けられる触媒層温度計115と、流出集合管102と、流出圧力計116とを備える。 The heating furnace device A1 is provided in the heating section A, and includes an inflow collecting pipe 101, a flow meter 112, an inflow pressure meter 113, an inflow thermometer 114, and a plurality of (N in the example of FIG. 1). . N is an integer of 3 or more) The catalyst reactor 2, the deposit removal device 3 in the catalyst layer provided for each catalyst reactor 2, the catalyst layer thermometer 115 provided for each catalyst reactor 2, and the outflow assembly. A pipe 102 and an outflow pressure meter 116 are provided.

加熱炉内装置A1は、図示しない加熱炉によって加熱される。このような加熱炉としては、例えば、炉内にガスバーナを多数配置した直火式加熱炉を用いることができる。加熱炉内で触媒反応器2あるいは配管の存在しない代表点に炉温を計測する温度計が設置される。そして、ガスバーナの燃焼量を制御することによって、この温度計の実測値が目標値に一致するように、炉温の調整がなされる。 The device A1 in the heating furnace is heated by a heating furnace (not shown). As such a heating furnace, for example, a direct-fired heating furnace in which a large number of gas burners are arranged in the furnace can be used. A thermometer for measuring the furnace temperature is installed in the heating furnace at a representative point where the catalyst reactor 2 or the piping does not exist. Then, by controlling the combustion amount of the gas burner, the furnace temperature is adjusted so that the measured value of this thermometer matches the target value.

したがって、加熱炉内装置A1を構成する触媒反応器2は、加熱炉(すなわち、外部)から加熱される。これにより、触媒反応に要する反応熱が触媒反応器2に供給される。したがって、触媒反応器2は、外熱式触媒反応器となっている。触媒反応器2は、加熱区間A内に並列に複数(図1の例ではN個)配置されている。触媒反応器2は、直管内に触媒が充填された構成を有しており、触媒は、触媒層として直管内に固定床として固定されている。また、直管下部に触媒落下防止用の網等が設けられている。直管の一端が入側、反対端が出側とされる。そして、入側から原料ガスが導入され、原料ガスが触媒層(固定床)を通過する際に触媒反応が生じる。触媒反応後の原料ガス、すなわち改質ガスは、出側から流出される。加熱炉内装置A1の詳細な構成については後述する。 Therefore, the catalyst reactor 2 constituting the in-heating furnace device A1 is heated from the heating furnace (that is, the outside). As a result, the heat of reaction required for the catalytic reaction is supplied to the catalytic reactor 2. Therefore, the catalyst reactor 2 is an external thermal catalyst reactor. A plurality of catalyst reactors 2 (N in the example of FIG. 1) are arranged in parallel in the heating section A. The catalyst reactor 2 has a structure in which a catalyst is filled in a straight pipe, and the catalyst is fixed as a catalyst layer in the straight pipe as a fixed bed. In addition, a net or the like for preventing the catalyst from falling is provided in the lower part of the straight pipe. One end of the straight pipe is the entry side and the other end is the exit side. Then, the raw material gas is introduced from the inlet side, and a catalytic reaction occurs when the raw material gas passes through the catalyst layer (fixed bed). The raw material gas after the catalytic reaction, that is, the reformed gas, flows out from the outlet side. The detailed configuration of the heating furnace device A1 will be described later.

流体切り替え装置110は、原料流体供給装置100、非反応性流体供給装置200、および流入集合管101に接続されている。流体切り替え装置110は、流入集合管101に供給するガスを原料流体供給装置100から供給される原料ガスと非反応性流体供給装置200から供給される非反応性ガスとの間で切り替える装置である。流体切り替え装置110としては、例えば、上流側の2つのポートが原料流体供給装置100(より具体的には、原料流体供給装置100から伸びる配管)と非反応性流体供給装置200(より具体的には、非反応性流体供給装置200から伸びる配管)とにそれぞれ接続され、下流側のポートが流入集合管101に接続される構造の三方弁を用いることができる。 The fluid switching device 110 is connected to the raw material fluid supply device 100, the non-reactive fluid supply device 200, and the inflow collecting pipe 101. The fluid switching device 110 is a device that switches the gas supplied to the inflow collecting pipe 101 between the raw material gas supplied from the raw material fluid supply device 100 and the non-reactive gas supplied from the non-reactive fluid supply device 200. .. As the fluid switching device 110, for example, two ports on the upstream side are a raw material fluid supply device 100 (more specifically, a pipe extending from the raw material fluid supply device 100) and a non-reactive fluid supply device 200 (more specifically). Can be used as a three-way valve having a structure in which each is connected to a pipe extending from the non-reactive fluid supply device 200) and a port on the downstream side is connected to the inflow collecting pipe 101.

原料流体供給装置100は、原料ガスを触媒反応器2に供給する装置であり、例えばガスホルダやガス発生炉等である。原料ガスは、後述する触媒層内の触媒反応によって改質されるガスである。第1の実施形態および後述する他の実施形態が対象とする触媒反応は、操業中に触媒層の流通抵抗が大きく変化しうるものである。このため、原料ガスは、例えば、天然ガス、ナフサ、コークス炉ガス等、あるいは、タールを含む石炭乾留ガス等の炭化水素を含有するガスが挙げられる。原料ガスが炭化水素を含む場合、原料ガスは、触媒層によって水蒸気改質等の改質がなされる。改質された原料ガス、すなわち改質ガスは、反応流体回収装置300に回収される。 The raw material fluid supply device 100 is a device that supplies the raw material gas to the catalyst reactor 2, and is, for example, a gas holder, a gas generator, or the like. The raw material gas is a gas that is reformed by a catalytic reaction in the catalyst layer described later. In the catalytic reaction targeted by the first embodiment and other embodiments described later, the flow resistance of the catalyst layer can change significantly during the operation. Therefore, examples of the raw material gas include natural gas, naphtha, coke oven gas, and other gases containing hydrocarbons such as coal carbonization gas containing tar. When the raw material gas contains hydrocarbons, the raw material gas is reformed by steam reforming or the like by the catalyst layer. The reformed raw material gas, that is, the reformed gas is recovered by the reaction fluid recovery device 300.

この際、副反応である炭化水素の接触分解反応によって副生成物であるコークが生成されることがある。触媒層内で生成したコークは、徐々に触媒層(固定床)中の触媒間の空間に堆積するので、操業中に触媒層の流通抵抗(この場合は、通気抵抗)が増大する。さらに、第1の実施形態および後述する他の実施形態が対象とする触媒反応では、熱伝導率が、触媒層中の空隙を通過するガスのそれに比べて桁違いに大きく、且つ、触媒のそれに比べて著しく小さくはない(触媒種にもよるが、例えば、触媒反応温度において1W/m・K以上)副生成物が生成されるものを対象とする。コークは、このような熱伝導率条件を満たす副生成物の一例である。以下、説明の便宜のために、副生成物がコークである場合を一例として説明するが、副生成物がコークに限られないことは勿論である。 At this time, cork, which is a by-product, may be produced by a catalytic cracking reaction of hydrocarbon, which is a side reaction. Since the cork generated in the catalyst layer is gradually deposited in the space between the catalysts in the catalyst layer (fixed bed), the flow resistance (in this case, the aeration resistance) of the catalyst layer increases during the operation. Further, in the catalytic reaction targeted by the first embodiment and other embodiments described later, the thermal conductivity is orders of magnitude higher than that of the gas passing through the voids in the catalyst layer, and that of the catalyst. Those that produce by-products that are not significantly smaller than the above (for example, 1 W / m · K or more at the catalyst reaction temperature, depending on the catalyst species) are targeted. Cork is an example of a by-product that satisfies such a thermal conductivity condition. Hereinafter, for convenience of explanation, the case where the by-product is cork will be described as an example, but it goes without saying that the by-product is not limited to cork.

なお、水蒸気改質の反応性を確保するために、触媒層の温度、すなわち触媒層温度は、例えば700℃以上といった高温に設定され、全ての触媒反応器2においてこの触媒層温度条件を満足するように加熱炉の炉温Tが調整される。以下、i番目の触媒反応器2の触媒層温度を「触媒層温度T」とも称する。 In order to ensure the reactivity of steam reforming, the temperature of the catalyst layer, that is, the catalyst layer temperature is set to a high temperature such as 700 ° C. or higher, and all the catalyst reactors 2 satisfy this catalyst layer temperature condition. The reactor temperature T f of the heating furnace is adjusted as described above. Hereinafter, the catalyst layer temperature of the i-th catalyst reactor 2 is also referred to as “catalyst layer temperature Ti”.

非反応性流体供給装置200は、非反応性ガスを触媒反応器2に供給する装置であり、例えばガスホルダ等が挙げられる。非反応性ガスは、触媒層温度に加熱された触媒によって化学反応を生じないガスである。例えば、上記の原料ガスの水蒸気改質反応が行われる場合、非反応性ガスは、アルゴン等の不活性ガスや窒素ガス等が該当する。なお、第1の実施形態および後述する他の実施形態では、触媒反応装置1内を流通する流体(例えば原料ガス、非反応性ガス、改質ガス)を全て気体としたが、液体であっても一向に問題はない。 The non-reactive fluid supply device 200 is a device that supplies the non-reactive gas to the catalytic reactor 2, and examples thereof include a gas holder. The non-reactive gas is a gas that does not cause a chemical reaction by the catalyst heated to the catalyst layer temperature. For example, when the steam reforming reaction of the above-mentioned raw material gas is carried out, the non-reactive gas corresponds to an inert gas such as argon, a nitrogen gas or the like. In the first embodiment and other embodiments described later, all the fluids (for example, raw material gas, non-reactive gas, reformed gas) flowing in the catalyst reaction device 1 are gas, but they are liquid. There is no problem at all.

ガス予熱装置111は、流入集合管101に導入される原料ガスまたは非反応性ガスを予熱する装置である。原料ガスまたは非反応性ガスは、予熱された後に触媒反応器2に導入される。ガス予熱装置111は、流入集合管101の一方の端部、すなわち単管の流入管101aに設けられる。ガス予熱装置111は、例えば熱交換器である。ガス予熱装置111は、管路の壁面が直接加熱される加熱管であってもよい。なお、流入集合管101と原料流体供給装置100との間には、ブロワ等の流体搬送装置等を適宜設けても良い。 The gas preheating device 111 is a device for preheating the raw material gas or the non-reactive gas introduced into the inflow collecting pipe 101. The raw material gas or non-reactive gas is introduced into the catalyst reactor 2 after being preheated. The gas preheating device 111 is provided at one end of the inflow collecting pipe 101, that is, at the inflow pipe 101a of a single pipe. The gas preheating device 111 is, for example, a heat exchanger. The gas preheating device 111 may be a heating pipe in which the wall surface of the pipeline is directly heated. A fluid transfer device such as a blower may be appropriately provided between the inflow collecting pipe 101 and the raw material fluid supply device 100.

流入集合管101は、全ての触媒反応器2に流体、例えば原料ガスまたは非反応性ガスを供給するための単一の集合管である。流入集合管101の一方の端部は単管の流入管101aとなっており、流入管101aは、流体切り替え装置110に接続されている。他方の端部は複数の(N本の)流入分岐管101bとなっており、各流入分岐管101bに触媒反応器2の入側の端部が接続されている。流入管101aと流入分岐管101bとは連結管101cによって連結されている。 The inflow collecting pipe 101 is a single collecting pipe for supplying a fluid, for example, a raw material gas or a non-reactive gas, to all the catalytic reactors 2. One end of the inflow collecting pipe 101 is a single inflow pipe 101a, and the inflow pipe 101a is connected to the fluid switching device 110. The other end is a plurality of (N) inflow branch pipes 101b, and the end on the inlet side of the catalyst reactor 2 is connected to each inflow branch pipe 101b. The inflow pipe 101a and the inflow branch pipe 101b are connected by a connecting pipe 101c.

触媒反応器2は、固定床である触媒層を内蔵した直管状の装置であり、加熱区間A内に並列に複数配置されている。触媒反応器2の入側の端部は流入集合管101の流入分岐管101bに連結され、出側の端部は流出集合管102の流出分岐管102bに連結されている。触媒反応器2は、触媒層を用いた触媒反応により原料ガスを改質する。そして、触媒反応器2は、改質後の原料ガス、すなわち改質ガスを流出集合管102に排出する。触媒反応器2の詳細な構成については後述する。 The catalyst reactor 2 is a straight tubular device having a built-in catalyst layer which is a fixed bed, and a plurality of catalyst reactors 2 are arranged in parallel in the heating section A. The inlet end of the catalyst reactor 2 is connected to the inflow branch pipe 101b of the inflow collecting pipe 101, and the outlet end is connected to the outflow branch pipe 102b of the outflow collecting pipe 102. The catalyst reactor 2 reforms the raw material gas by a catalytic reaction using the catalyst layer. Then, the catalyst reactor 2 discharges the reformed raw material gas, that is, the reformed gas, into the outflow collecting pipe 102. The detailed configuration of the catalyst reactor 2 will be described later.

触媒層内堆積物除去装置3は、触媒反応器2毎に設けられ、触媒層内に堆積したコーク等の副生成物、すなわち堆積物を操業中に除去する。触媒層内堆積物除去装置3は、互いに独立して駆動することができる。触媒層内堆積物除去装置3の具体例は後述するが、例えば特許文献1、2に開示された装置を特に制限なく使用することができる。 The catalyst layer in-catalyst deposit removing device 3 is provided for each catalyst reactor 2 and removes by-products such as cork deposited in the catalyst layer, that is, deposits during operation. The deposit removing device 3 in the catalyst layer can be driven independently of each other. A specific example of the deposit removing device 3 in the catalyst layer will be described later, but for example, the device disclosed in Patent Documents 1 and 2 can be used without particular limitation.

流出集合管102は、全ての触媒反応器2から流出する流体、例えば改質ガスまたは非反応性ガスを集めて下流に流出させるための単一の集合管である。流出集合管102の一方の端部は複数の(N本の)流出分岐管102bとなっており、各流出分岐管102bに触媒反応器2の出側の端部が接続されている。流出集合管102の他方の端部は単管の流出管102aとなっている。流出管102aと流出分岐管102bとは連結管102cによって連結されている。流出管102aは、冷却装置117、流量調整装置118、およびブロワ119を介して反応流体回収装置300に接続されている。したがって、流出集合管102から流出された改質ガスは、冷却装置117、流量調整装置118、およびブロワ119を通って反応流体回収装置300で回収される。反応流体回収装置300は、例えば、ガスホルダ等で構成される。 The outflow collecting pipe 102 is a single collecting pipe for collecting the fluids flowing out from all the catalytic reactors 2, such as a reforming gas or a non-reactive gas, and causing them to flow downstream. One end of the outflow collecting pipe 102 is a plurality of (N) outflow branch pipes 102b, and the outlet end of the catalyst reactor 2 is connected to each outflow branch pipe 102b. The other end of the outflow collecting pipe 102 is a single outflow pipe 102a. The outflow pipe 102a and the outflow branch pipe 102b are connected by a connecting pipe 102c. The outflow pipe 102a is connected to the reaction fluid recovery device 300 via a cooling device 117, a flow rate adjusting device 118, and a blower 119. Therefore, the reformed gas flowing out from the outflow collecting pipe 102 is recovered by the reaction fluid recovery device 300 through the cooling device 117, the flow rate adjusting device 118, and the blower 119. The reaction fluid recovery device 300 is composed of, for example, a gas holder or the like.

流量計112は、加熱区間A内の流入管101aに設けられ、流入集合管101内の流量Qを測定する。流量Qは、各触媒反応器2に導入されるガスの総量となる。流量計112としては、例えば、オリフィスを用いた装置が挙げられる。具体的には、オリフィスが流入管101a内に設けられる。そして、流量計112は、オリフィス前後の差圧からベルヌイの原理に基づいて流速を測定し、その値を流量Qに換算する。詳細は後述するが、第1の実施形態では、流量Qとして、非反応性ガスの流量を使用する。したがって、流量計112は、非反応性流体供給装置200の流出口に設けられても良い。本実施形態の装置系においては、ガス温度が場所や時刻によって変動するので、流量Qを、例えば、標準状態での流量に換算して用いることができる。 Flowmeter 112 is provided in the inlet pipe 101a of the heating section A, for measuring the flow rate Q T of the inlet manifold pipe 101. Flow rate Q T is a total amount of gas introduced into the catalytic reactor 2. Examples of the flow meter 112 include a device using an orifice. Specifically, an orifice is provided in the inflow pipe 101a. Then, the flow meter 112, the flow velocity measured based from around the orifice differential pressure with the principles of Bernoulli, converted the value to the flow rate Q T. Details will be described later, in the first embodiment, as the flow rate Q T, using a flow rate of non-reactive gases. Therefore, the flow meter 112 may be provided at the outlet of the non-reactive fluid supply device 200. In apparatus system of the present embodiment, since the gas temperature is varied depending on the location and time, the flow rate Q T, for example, can be used in terms of flow rate at standard conditions.

流入温度計114は、例えば連結管101c内に設けられ、流入集合管101内のガス温度、すなわち流入温度を測定する。触媒層温度計115は、触媒反応器2毎に設けられ、触媒層内の温度を測定する。これらの温度計には熱電対を用いることができる。この場合、例えば、温度検出部を連結管101cあるいは触媒反応器2内に挿入し、連結管101cの管壁あるいは触媒反応器2の管壁を貫通して信号線を加熱炉外に引き出す。そして、加熱炉外に設けられた温度変換器に信号線を接続させる。温度変換器は、温度を計測および記録する。なお、触媒層温度計115の温度検出部は、触媒層の中心部に配置されることが好ましいが、設計上の便宜があれば、触媒層内のより下流側、触媒層の下方の触媒反応器内空間、または、触媒層と触媒反応器2の容器外壁面とで挟まれる空間に設けられても良い。 The inflow thermometer 114 is provided in, for example, the connecting pipe 101c, and measures the gas temperature in the inflow collecting pipe 101, that is, the inflow temperature. The catalyst layer thermometer 115 is provided for each catalyst reactor 2 and measures the temperature inside the catalyst layer. Thermocouples can be used for these thermometers. In this case, for example, the temperature detection unit is inserted into the connecting pipe 101c or the catalyst reactor 2, and the signal line is pulled out of the heating furnace through the pipe wall of the connecting pipe 101c or the pipe wall of the catalyst reactor 2. Then, the signal line is connected to the temperature converter provided outside the heating furnace. The temperature transducer measures and records the temperature. The temperature detection unit of the catalyst layer thermometer 115 is preferably arranged in the center of the catalyst layer, but for convenience of design, the catalytic reaction on the downstream side in the catalyst layer and below the catalyst layer. It may be provided in the space inside the vessel or in the space sandwiched between the catalyst layer and the outer wall surface of the catalyst reactor 2.

流入圧力計113は、例えば、加熱区間A内の流入管101aに設けられ、流入集合管101内のガス圧を測定する。流出圧力計116は、加熱区間A内の流出管102aに設けられ、流出集合管102内のガス圧を測定する。これらは、差圧計測装置を構成する。これらの圧力計を実現する方法としては、例えば、流入管101aと流出管102aにそれぞれ圧力導管を設けて圧力導管の端部を加熱炉外に引き出し、この端部に市販のダイヤフラム型圧力計を接続する等すればよい。 The inflow pressure gauge 113 is provided in, for example, the inflow pipe 101a in the heating section A, and measures the gas pressure in the inflow collecting pipe 101. The outflow pressure gauge 116 is provided in the outflow pipe 102a in the heating section A, and measures the gas pressure in the outflow collecting pipe 102. These constitute a differential pressure measuring device. As a method of realizing these pressure gauges, for example, pressure conduits are provided in the inflow pipe 101a and the outflow pipe 102a, and the end of the pressure conduit is pulled out of the heating furnace, and a commercially available diaphragm type pressure gauge is attached to this end. You can connect it.

触媒反応装置1に含まれるこれらの計測機は、工業的な外熱式触媒反応器2に関する技術分野では、操業管理のために標準的に設置されている場合が多いものである。 These measuring instruments included in the catalyst reactor 1 are often installed as standard for operation management in the technical field related to the industrial external thermal catalyst reactor 2.

冷却装置117は、改質ガス中の凝縮成分(例えばタール等)を除去するとともに、改質ガスを後段の流量調整装置118、及び反応流体回収装置300に供給可能な温度(例:80℃未満)まで冷却する。冷却装置117の具体例としては、熱交換器やスクラバが挙げられる。冷却された改質ガスは、流量調整装置118を通ってブロワ119に導入される。 The cooling device 117 removes condensed components (for example, tar) in the reforming gas and can supply the reforming gas to the flow rate adjusting device 118 and the reaction fluid recovery device 300 in the subsequent stage (eg, less than 80 ° C.). ). Specific examples of the cooling device 117 include a heat exchanger and a scrubber. The cooled reformed gas is introduced into the blower 119 through the flow rate adjusting device 118.

流量調整装置118は、全ての流入分岐管101b内の原料ガスの流量を合計した原料ガス流量が目標値となるように調整する装置である。流量調整装置118は、例えば、改質ガスの流量を調整する弁であり、電動モータやエアシリンダ等の駆動装置を備える。流量調整弁には市販のものを用いることができる。 The flow rate adjusting device 118 is a device that adjusts the flow rate of the raw material gas, which is the sum of the flow rates of the raw material gas in all the inflow branch pipes 101b, so as to be the target value. The flow rate adjusting device 118 is, for example, a valve that adjusts the flow rate of the reformed gas, and includes a driving device such as an electric motor or an air cylinder. A commercially available flow control valve can be used.

ブロワ119は、冷却装置117によって冷却された改質ガスを反応流体回収装置300に供給する(送風する)。ブロワ119も特に制限されず、市販のターボ式・容積式のブロワであってもよい。ブロワ119および流量調整装置118の設定値を調整することで、原料ガス流量が目標値となるように調整することができる。 The blower 119 supplies (blows) the reformed gas cooled by the cooling device 117 to the reaction fluid recovery device 300. The blower 119 is also not particularly limited, and may be a commercially available turbo type / positive displacement type blower. By adjusting the set values of the blower 119 and the flow rate adjusting device 118, the raw material gas flow rate can be adjusted to be the target value.

触媒反応装置1は、工業的に実用化されているものであり、例えば、炭化水素(例えば、天然ガス)の水蒸気改質用の外熱式触媒反応装置で使用される一般的な材質や構造によって実現される。 The catalytic reaction device 1 has been industrially put into practical use, and is, for example, a general material and structure used in an external thermal catalytic reaction device for steam reforming of hydrocarbons (for example, natural gas). Realized by.

(2.触媒反応器の具体例)
触媒反応器2としては、例えば特許文献1、2に開示されたものを特に制限なく使用することができる。以下、触媒反応器2の具体例を幾つか説明する。なお、以下に説明する例では、触媒反応器2内に触媒層内堆積物除去装置3が組み込まれている。
(2. Specific example of catalytic reactor)
As the catalyst reactor 2, for example, those disclosed in Patent Documents 1 and 2 can be used without particular limitation. Hereinafter, some specific examples of the catalyst reactor 2 will be described. In the example described below, the catalyst layer deposit removing device 3 is incorporated in the catalyst reactor 2.

(2−1.第1の例)
まず、図4に基づいて、触媒反応器2の第1の例について説明する。第1の例は、特許文献1の第1の実施形態に開示された触媒反応器に相当する。したがって、ここに開示されていないパラメータについては、適宜特許文献1に開示されたパラメータを適用することができる。
(2-1. First example)
First, a first example of the catalyst reactor 2 will be described with reference to FIG. The first example corresponds to the catalytic reactor disclosed in the first embodiment of Patent Document 1. Therefore, the parameters disclosed in Patent Document 1 can be appropriately applied to the parameters not disclosed here.

図4に示すように、第1の例に係る触媒反応器2は、反応容器40と、流入路41と、流出路42と、触媒層43と、触媒保持器44と、心棒48と、駆動装置49とを備える。触媒保持器44は、互いに平行に配置された複数のロッド44aと、ロッド44aの端部間を連結するロッド固定具44bとを備える。これらのうち、触媒保持器44、心棒48、および駆動装置49によって触媒層内堆積物除去装置3が実現される。 As shown in FIG. 4, the catalyst reactor 2 according to the first example is driven by a reaction vessel 40, an inflow path 41, an outflow path 42, a catalyst layer 43, a catalyst cage 44, a mandrel 48, and the like. A device 49 is provided. The catalyst cage 44 includes a plurality of rods 44a arranged in parallel with each other and a rod fixture 44b for connecting the ends of the rods 44a. Of these, the catalyst cage 44, the mandrel 48, and the driving device 49 realize the deposit removing device 3 in the catalyst layer.

(反応容器の形状)
反応容器40は、上下両端に開口を有し、これらの開口間に触媒を収納できるものであればどのような形状でもよい。上方の開口は、流入路41に通じており、触媒反応用の原料ガスの反応容器40への流入口に当たるものである。下方の開口は、流出路42に通じており、改質ガスの反応容器40からの流出口に当たるものである。反応容器40は、例えば、円筒状、角型ダクト状などの形状であることができる。以下では、角型ダクト状の反応容器を例に説明する。
(Shape of reaction vessel)
The reaction vessel 40 may have any shape as long as it has openings at both upper and lower ends and can accommodate the catalyst between these openings. The upper opening leads to the inflow path 41 and corresponds to the inflow port of the raw material gas for the catalytic reaction to the reaction vessel 40. The lower opening leads to the outflow passage 42 and corresponds to the outflow port of the reformed gas from the reaction vessel 40. The reaction vessel 40 can have a shape such as a cylindrical shape or a square duct shape. In the following, a square duct-shaped reaction vessel will be described as an example.

第1の例に係る触媒反応器2の説明において、「容器の中心軸」とは、容器の水平断面の図心を鉛直方向に連ねたものと定義する。「反応容器の厚み」は、水平断面における反応容器の長さのうちの最小の長さに相当し、「反応容器の幅」は、水平平面における反応容器の長さのうちの最大の長さに相当する。容器が円筒の場合には、容器の「幅」および「厚」を「直径」と置き換えればよい。 In the description of the catalytic reactor 2 according to the first example, the "central axis of the container" is defined as the center of gravity of the horizontal cross section of the container connected in the vertical direction. The "reaction vessel thickness" corresponds to the minimum length of the reaction vessel in the horizontal section, and the "reaction vessel width" is the maximum length of the reaction vessel in the horizontal plane. Corresponds to. If the container is cylindrical, the "width" and "thickness" of the container may be replaced with "diameter".

(触媒保持器)
触媒保持器44は、反応容器40内で触媒層43を触媒層43の下面全体で保持するとともに、通気性を有する。触媒保持器44には、網、パンチングメタル、複数の棒を用いて棒の間に空間を生じるように水平方向に各棒を互いに平行に並べて棒の両端を固定したもの等を用いることができる。図4に示した触媒保持器44は、複数のロッド44aの両端をロッド固定具44bで固定して作製したものの例である。
(Catalyst cage)
The catalyst cage 44 holds the catalyst layer 43 on the entire lower surface of the catalyst layer 43 in the reaction vessel 40 and has air permeability. As the catalyst cage 44, a net, a punching metal, a rod in which both rods are fixed in parallel with each other in the horizontal direction so as to create a space between the rods, or the like can be used. .. The catalyst cage 44 shown in FIG. 4 is an example of one manufactured by fixing both ends of a plurality of rods 44a with rod fixtures 44b.

(触媒層の駆動機構)
本発明では、触媒保持器44を昇降させることによってその上の触媒層43を反応容器40内で昇降させる。そのために、反応容器40には触媒保持器44を昇降させる駆動装置49が装備される。駆動装置49には、エアシリンダ、ラックピニオン等の歯車を利用した昇降装置などの、一般的な駆動機構を用いることができる。触媒保持器44は、心棒48を用いて駆動装置49に結合される。駆動装置49を作動させると、保持器44の全体が反応容器40の軸線(反応容器40の中心軸)に沿って移動して、触媒層43の全体をやはり反応容器40の軸線に沿って上下に移動させる。
(Catalyst layer drive mechanism)
In the present invention, the catalyst layer 43 is raised and lowered in the reaction vessel 40 by raising and lowering the catalyst cage 44. Therefore, the reaction vessel 40 is equipped with a drive device 49 for raising and lowering the catalyst cage 44. As the drive device 49, a general drive mechanism such as an elevating device using gears such as an air cylinder and a rack and pinion can be used. The catalyst cage 44 is coupled to the drive device 49 using the mandrel 48. When the drive device 49 is operated, the entire cage 44 moves along the axis of the reaction vessel 40 (the central axis of the reaction vessel 40), and the entire catalyst layer 43 also moves up and down along the axis of the reaction vessel 40. Move to.

少なくとも心棒48の触媒保持器44側の一部は反応容器40、または、流入路41、流出路42の内側に存在する必要がある。駆動装置49は、反応容器40の外部に設けることができる。反応容器40を例えば加熱炉などの加熱装置(図示せず)内に配置する場合には、駆動装置49を加熱装置外に設けることもできる。この場合、市販の昇降装置を使える一方で、心棒48が反応容器40を貫通する部分を高温用パッキン等で封止する必要がある。 At least a part of the mandrel 48 on the catalyst cage 44 side needs to be inside the reaction vessel 40, the inflow passage 41, and the outflow passage 42. The drive device 49 can be provided outside the reaction vessel 40. When the reaction vessel 40 is arranged in a heating device (not shown) such as a heating furnace, the drive device 49 may be provided outside the heating device. In this case, while a commercially available lifting device can be used, it is necessary to seal the portion where the mandrel 48 penetrates the reaction vessel 40 with a high temperature packing or the like.

駆動装置49全体を、図4に示したように反応容器40内に設ける場合には、駆動装置49を、例えば反応容器40内の高温や腐食性物質から保護するために、耐熱・耐食性のものとする必要がある。これは、一例として、駆動装置49のエアシリンダ全体をハステロイ(登録商標)等の耐熱合金製とすることによって実現できる。この場合、エアシリンダへの供給エア配管(図示せず)は反応容器40を貫通するが、この部分は非可動部なので、配管を全周溶接するなどして封止を図ればよい。 When the entire drive device 49 is provided in the reaction vessel 40 as shown in FIG. 4, the drive device 49 is heat-resistant and corrosion-resistant in order to protect the drive device 49 from, for example, high temperature and corrosive substances in the reaction vessel 40. Must be. This can be achieved, for example, by making the entire air cylinder of the drive device 49 made of a heat-resistant alloy such as Hastelloy (registered trademark). In this case, the supply air pipe (not shown) to the air cylinder penetrates the reaction vessel 40, but since this portion is a non-movable part, the pipe may be sealed by welding all around.

(触媒層の昇降)
触媒保持器44の上面全体に触媒を充填して触媒層を形成する。このように形成された触媒層の側面は、反応容器40の内壁面に常に接触し続ける。触媒保持器を上昇させると触媒層には上向きに力が与えられ、触媒層側面では反応容器内壁面からの下向きの摩擦力を生じる。この結果、触媒層内では、壁面近傍の触媒では壁面の拘束が大きいために上方への移動量が触媒保持器の上昇量よりも平均的に小さくなるとともに、この部分での触媒粒子の充填率は上昇する。一方、壁面から遠い、触媒層の中心部では壁面の拘束がより弱いので、触媒層の上方への移動量は比較的大きく、この部分での触媒粒子の充填率の上昇はより小さい。この結果、触媒保持器の上昇中には、壁面近傍から中心にかけて触媒層のせん断変形を生じ、触媒層のいたるところで触媒粒子間の相対変位が発生する。この相対変位によって触媒粒子間の空間が変形するので、この空間に堆積していた副生コーク(すなわち、副生成物)は、破砕され、押し出されて触媒層外に排出されうる。このように、触媒保持器の上昇によって触媒層の平均充填率は上昇する。
(Raising and lowering the catalyst layer)
The entire upper surface of the catalyst cage 44 is filled with a catalyst to form a catalyst layer. The side surface of the catalyst layer thus formed is always in contact with the inner wall surface of the reaction vessel 40. When the catalyst cage is raised, an upward force is applied to the catalyst layer, and a downward frictional force is generated from the inner wall surface of the reaction vessel on the side surface of the catalyst layer. As a result, in the catalyst layer, since the catalyst near the wall surface is largely constrained by the wall surface, the amount of upward movement is smaller on average than the amount of increase of the catalyst cage, and the filling rate of the catalyst particles in this portion is small. Rise. On the other hand, since the constraint on the wall surface is weaker in the central portion of the catalyst layer, which is far from the wall surface, the amount of movement of the catalyst layer upward is relatively large, and the increase in the filling rate of the catalyst particles in this portion is small. As a result, during the ascent of the catalyst cage, shear deformation of the catalyst layer occurs from the vicinity of the wall surface to the center, and relative displacement between the catalyst particles occurs everywhere in the catalyst layer. Since the space between the catalyst particles is deformed by this relative displacement, the by-product coke (that is, by-product) deposited in this space can be crushed and extruded and discharged to the outside of the catalyst layer. In this way, the average filling rate of the catalyst layer increases as the catalyst cage rises.

これに対して、触媒保持器の下降時には、触媒層の平均充填率は昇降開始前のレベルまで低下する。これは、触媒保持器の下降時には、壁面の拘束によって、下方の触媒層から順に徐々に落下するため触媒層の下降中には触媒粒子間の平均距離が増大し、この触媒間の位置関係の一部が触媒層の下降完了後まで維持されるため、触媒層の充填率が低下する。また、触媒層下降時の充填率の低下にともなう触媒粒子間隔の増大に伴って、粒子間に堆積した副生コークが移動して触媒外に排出されうる。この結果、触媒層の昇降を繰り返しても充填率が上昇し続けて最密充填に至ることはなく、長期間に渡ってコーク除去を継続できる。このように、触媒層の昇降操作によって、触媒層内に堆積したコークを除去することができる。また、この手法において触媒層からコークを除去するための原理は、触媒粒子間の空間を変形させることであるので、触媒層の昇降速度は必ずしも大きい必要はない。10mm/s程度の昇降速度で充分な効果が得られる。また、粒子間の相対変位量も粒子の寸法程度(例えば、10mm)でよい。 On the other hand, when the catalyst cage is lowered, the average filling rate of the catalyst layer is lowered to the level before the start of raising and lowering. This is because when the catalyst cage is lowered, it gradually falls from the lower catalyst layer due to the restraint of the wall surface, so that the average distance between the catalyst particles increases during the lowering of the catalyst layer, and the positional relationship between the catalysts increases. Since a part of the catalyst layer is maintained until after the lowering of the catalyst layer is completed, the filling rate of the catalyst layer is lowered. Further, as the spacing between the catalyst particles increases as the filling rate decreases when the catalyst layer descends, the by-product coke deposited between the particles may move and be discharged to the outside of the catalyst. As a result, even if the catalyst layer is repeatedly raised and lowered, the filling rate does not continue to increase and close-packing is not achieved, and cork removal can be continued for a long period of time. In this way, the cork deposited in the catalyst layer can be removed by raising and lowering the catalyst layer. Further, since the principle for removing cork from the catalyst layer in this method is to deform the space between the catalyst particles, the ascending / descending speed of the catalyst layer does not necessarily have to be high. A sufficient effect can be obtained at an ascending / descending speed of about 10 mm / s. Further, the relative displacement amount between the particles may be about the size of the particles (for example, 10 mm).

(流入路、流出路)
流入路41は、流入分岐管101bに連結されている。したがって、流入路41には原料ガスが導入される。図4中の矢印P1は原料ガスの流れを示す(触媒層中で下降流の場合)。流出路42は、流出分岐管102bが連結されている。流出路42には、改質ガスが導入される。その後、改質ガスは、流出分岐管102bを通って冷却装置117に導入される。
(Inflow route, outflow route)
The inflow path 41 is connected to the inflow branch pipe 101b. Therefore, the raw material gas is introduced into the inflow path 41. The arrow P1 in FIG. 4 indicates the flow of the raw material gas (in the case of a downward flow in the catalyst layer). The outflow branch pipe 102b is connected to the outflow passage 42. The reformed gas is introduced into the outflow passage 42. After that, the reformed gas is introduced into the cooling device 117 through the outflow branch pipe 102b.

(触媒層)
触媒層43は、触媒粒子が反応容器40内で触媒保持器44上に充填して積層されることで形成される。触媒粒子は、原料ガスの改質の触媒となるものであり、原料ガスは、触媒粒子に接触した際に改質される。例えば、触媒粒子上で触媒反応が起こることで、原料ガス中の水蒸気とタールガスが改質されて一酸化炭素ガスと水素ガスとコークが生じる。
(Catalyst layer)
The catalyst layer 43 is formed by filling and laminating the catalyst particles on the catalyst cage 44 in the reaction vessel 40. The catalyst particles serve as a catalyst for reforming the raw material gas, and the raw material gas is reformed when it comes into contact with the catalyst particles. For example, when a catalytic reaction occurs on the catalyst particles, the water vapor and tar gas in the raw material gas are reformed to generate carbon monoxide gas, hydrogen gas, and cork.

触媒層43を構成する触媒粒子は、原料ガスを改質(例えば、水蒸気改質やクラッキング)できる触媒であれば、どのようなものであってもよい。例えば、原料ガスが炭化水素を含む場合、触媒粒子としては、Ni−アルミナ系触媒、Ni−マグネシア−アルミナ系触媒等を用いることができる。 The catalyst particles constituting the catalyst layer 43 may be any catalyst as long as it can reform the raw material gas (for example, steam reforming or cracking). For example, when the raw material gas contains a hydrocarbon, a Ni-alumina-based catalyst, a Ni-magnesia-alumina-based catalyst, or the like can be used as the catalyst particles.

(2−2.第2の例)
つぎに、図5〜図7に基づいて、触媒反応器2の第2の例について説明する。第2の例は、特許文献1の第2の実施形態に開示された触媒反応器に相当する。したがって、ここに開示されていないパラメータについては、適宜特許文献1に開示されたパラメータを適用することができる。
(2-2. Second example)
Next, a second example of the catalyst reactor 2 will be described with reference to FIGS. 5 to 7. The second example corresponds to the catalytic reactor disclosed in the second embodiment of Patent Document 1. Therefore, the parameters disclosed in Patent Document 1 can be appropriately applied to the parameters not disclosed here.

触媒反応器2は、反応容器10と、流入路11と、流出路12と、触媒層13と、触媒保持器14と、弁座15と、通気孔16と、弁体17と、心棒18と、断熱材19と、連結管20と、駆動装置21とを備える。弁座15、通気孔16、弁体17、及び心棒18は、ガス遮断部3aとして機能する。また、触媒保持器14、心棒18、連結管20、および駆動装置21によって触媒層内堆積物除去装置3が実現される。 The catalyst reactor 2 includes a reaction vessel 10, an inflow passage 11, an outflow passage 12, a catalyst layer 13, a catalyst cage 14, a valve seat 15, a vent hole 16, a valve body 17, and a mandrel 18. , A heat insulating material 19, a connecting pipe 20, and a driving device 21. The valve seat 15, the vent hole 16, the valve body 17, and the mandrel 18 function as a gas shutoff portion 3a. Further, the catalyst cage 14, the mandrel 18, the connecting pipe 20, and the driving device 21 realize the catalyst layer deposit removing device 3.

(反応容器)
反応容器10は、触媒層13と、触媒保持器14と、弁座15と、通気孔16と、弁体17と、心棒18とを収容する円筒形状の部材である。反応容器10の形状を円筒形状とすることで、高温下でも半径方向(長さ方向に垂直な方向)の歪みが生じにくい。もちろん、設計上の便宜等の理由により、反応容器10の形状を他の形状としてもよい。例えば、反応容器10は、水平断面が正多角形となる角筒形状、水平断面が楕円となる楕円筒形状であってもよい。
(Reaction vessel)
The reaction vessel 10 is a cylindrical member that houses the catalyst layer 13, the catalyst cage 14, the valve seat 15, the vent holes 16, the valve body 17, and the mandrel 18. By forming the reaction vessel 10 into a cylindrical shape, distortion in the radial direction (direction perpendicular to the length direction) is unlikely to occur even at high temperatures. Of course, the shape of the reaction vessel 10 may be changed to another shape for convenience of design or the like. For example, the reaction vessel 10 may have a square tubular shape having a regular polygonal horizontal cross section and an elliptical tubular shape having an elliptical horizontal cross section.

(流入路)
流入路11は、反応容器10の上端で反応容器10に連結されている。すなわち、反応容器10の上端には通気孔11aが形成されており、この通気孔11aを介して流入路11と反応容器10とが連結されている。流入路11は、流入分岐管101bに連結されており、原料流体供給装置100から発生した原料ガスを反応容器10内に導入する。矢印P1は、原料ガスの流動方向を示す。
(Inflow route)
The inflow path 11 is connected to the reaction vessel 10 at the upper end of the reaction vessel 10. That is, a ventilation hole 11a is formed at the upper end of the reaction vessel 10, and the inflow path 11 and the reaction vessel 10 are connected to each other through the ventilation hole 11a. The inflow path 11 is connected to the inflow branch pipe 101b, and the raw material gas generated from the raw material fluid supply device 100 is introduced into the reaction vessel 10. The arrow P1 indicates the flow direction of the raw material gas.

(流出路)
流出路12は、反応容器10の下端で反応容器10に連結されている。すなわち、反応容器10の下端には通気孔12aが形成されており、この通気孔12aを介して流出路12と反応容器10とが連結されている。流出路12は、流出分岐管102bに連結されており、反応容器10内で生成した改質ガスを粉塵回収器6に導入する。矢印P2は、改質ガスの流動方向を示す。
(Outflow route)
The outflow channel 12 is connected to the reaction vessel 10 at the lower end of the reaction vessel 10. That is, a ventilation hole 12a is formed at the lower end of the reaction vessel 10, and the outflow passage 12 and the reaction vessel 10 are connected to each other through the ventilation hole 12a. The outflow passage 12 is connected to the outflow branch pipe 102b, and the reformed gas generated in the reaction vessel 10 is introduced into the dust collector 6. The arrow P2 indicates the flow direction of the reformed gas.

流入路11及び流出路12は、触媒反応器2の側方に配置されているので、触媒反応器2を上下に貫通する心棒18との干渉を回避できる。ここで、各触媒反応器2の流入路11及び流出路12を触媒反応器2間で共有することで、触媒反応器2同士を並列接続してもよい。 Since the inflow path 11 and the outflow path 12 are arranged on the side of the catalyst reactor 2, interference with the mandrel 18 penetrating the catalyst reactor 2 up and down can be avoided. Here, the catalyst reactors 2 may be connected in parallel by sharing the inflow path 11 and the outflow path 12 of each catalyst reactor 2 between the catalyst reactors 2.

(触媒層)
触媒層13は、反応容器10内に設けられる。触媒層13は、触媒粒子が反応容器10内で触媒保持器14上に充填して積層されることで形成される。触媒粒子は、原料ガスの改質の触媒となるものであり、原料ガスは、触媒粒子に接触した際に改質される。例えば、触媒粒子上で触媒反応が起こることで、原料ガス中の水蒸気とタールガスが改質されて一酸化炭素ガスと水素ガスとコークが生じる。
(Catalyst layer)
The catalyst layer 13 is provided in the reaction vessel 10. The catalyst layer 13 is formed by filling and laminating the catalyst particles on the catalyst cage 14 in the reaction vessel 10. The catalyst particles serve as a catalyst for reforming the raw material gas, and the raw material gas is reformed when it comes into contact with the catalyst particles. For example, when a catalytic reaction occurs on the catalyst particles, the water vapor and tar gas in the raw material gas are reformed to generate carbon monoxide gas, hydrogen gas, and cork.

また、触媒層13は、反応容器10の内壁面に接触している。このため、触媒層13の昇降時には、壁面摩擦の効果によって触媒層13の上部は下部に遅れて下降する。したがって、触媒層13の充填率が一時的に低下する。この際、触媒粒子間の平均的な間隙が拡大するため、触媒層の静止時には除去ガスが通過しにくい部位(例:触媒保持器直上の触媒粒子等)にも除去ガスが到達し、そこでの副生成物を除去できる。 Further, the catalyst layer 13 is in contact with the inner wall surface of the reaction vessel 10. Therefore, when the catalyst layer 13 is moved up and down, the upper part of the catalyst layer 13 is delayed to the lower part due to the effect of wall friction. Therefore, the filling rate of the catalyst layer 13 temporarily decreases. At this time, since the average gap between the catalyst particles expands, the removal gas reaches a part where the removal gas is difficult to pass when the catalyst layer is stationary (eg, the catalyst particles directly above the catalyst cage), and the removal gas is there. By-products can be removed.

また、触媒層13は、反応容器10内で3層形成されている。そして、各層の触媒層13が触媒保持器14によって保持される。このように触媒層13を多層構造とすることで、各触媒保持器14に掛かる荷重を低減することができる。もちろん、触媒層13の層数は3層に限られない。 Further, the catalyst layer 13 is formed in three layers in the reaction vessel 10. Then, the catalyst layer 13 of each layer is held by the catalyst cage 14. By forming the catalyst layer 13 in a multilayer structure in this way, the load applied to each catalyst cage 14 can be reduced. Of course, the number of layers of the catalyst layer 13 is not limited to three.

触媒層13を構成する触媒粒子は、原料ガスを改質(例えば、水蒸気改質やクラッキング)できる触媒であれば、どのようなものであってもよい。例えば、原料ガスが炭化水素を含む場合、触媒粒子としては、Ni−アルミナ系触媒、Ni−マグネシア−アルミナ系触媒等を用いることができる。また、触媒粒子の大きさは、後述する触媒保持器14の通気孔14cを通過しない程度の大きさであればよい。 The catalyst particles constituting the catalyst layer 13 may be any catalyst as long as it can reform the raw material gas (for example, steam reforming or cracking). For example, when the raw material gas contains a hydrocarbon, a Ni-alumina-based catalyst, a Ni-magnesia-alumina-based catalyst, or the like can be used as the catalyst particles. The size of the catalyst particles may be such that they do not pass through the ventilation holes 14c of the catalyst cage 14, which will be described later.

(触媒保持器)
触媒保持器14は、触媒層13を保持する部材であり、触媒層13毎に設けられる。触媒保持器14は、後述する心棒18に固定され、心棒18と一体となって昇降する。
(Catalyst cage)
The catalyst cage 14 is a member that holds the catalyst layer 13, and is provided for each catalyst layer 13. The catalyst cage 14 is fixed to the mandrel 18 described later, and moves up and down integrally with the mandrel 18.

触媒保持器14は、反応容器10内で触媒層13を触媒層13の下面全体で保持するとともに、通気性を有する。具体的には、触媒保持器14は、触媒粒子の落下を防ぎつつ、各種ガス(原料ガス及び改質ガス)を流通させる構造を有する必要がある。具体的には、触媒保持器14は、図6に示すように、複数のリング状部材14aと、リング状部材14a同士を連結する連結部材14bとを備える。各リング状部材14aは、互いに直径が異なっており、連結部材14b上に同心円状に配置される。ここで、各リング状部材14aの中心点は、心棒18の中心軸上に配置される。また、リング状部材14aの断面(周方向に垂直な断面)形状は特に制限されないが、強度の観点から矩形であることが好ましい。また、リング状部材14a間には、通気孔14cが形成される。各種ガス及び副生成物は、この通気孔14cを通過する。 The catalyst cage 14 holds the catalyst layer 13 on the entire lower surface of the catalyst layer 13 in the reaction vessel 10 and has air permeability. Specifically, the catalyst cage 14 needs to have a structure for circulating various gases (raw material gas and reformed gas) while preventing the catalyst particles from falling. Specifically, as shown in FIG. 6, the catalyst cage 14 includes a plurality of ring-shaped members 14a and a connecting member 14b that connects the ring-shaped members 14a to each other. The ring-shaped members 14a have different diameters from each other and are arranged concentrically on the connecting member 14b. Here, the center point of each ring-shaped member 14a is arranged on the central axis of the mandrel 18. The cross-sectional shape (cross-section perpendicular to the circumferential direction) of the ring-shaped member 14a is not particularly limited, but is preferably rectangular from the viewpoint of strength. Further, a ventilation hole 14c is formed between the ring-shaped members 14a. Various gases and by-products pass through the vents 14c.

連結部材14bは、リング状部材14a同士を連結するとともに、これらを心棒18に固定させる。すなわち、連結部材14bは、心棒18から放射状に伸びる部材となっている。連結部材14bの断面(長さ方向に垂直な断面)形状も矩形であることが好ましい。リング状部材14a及び連結部材14bの断面積を大きくすることで、触媒保持器14の強度を大きくすることができる。触媒保持器14は、例えば、反応容器10の水平断面形状と同じ形状に加工された網、パンチングメタル等であってもよい。 The connecting member 14b connects the ring-shaped members 14a to each other and fixes them to the mandrel 18. That is, the connecting member 14b is a member that extends radially from the mandrel 18. The cross section (cross section perpendicular to the length direction) of the connecting member 14b is also preferably rectangular. By increasing the cross-sectional area of the ring-shaped member 14a and the connecting member 14b, the strength of the catalyst cage 14 can be increased. The catalyst cage 14 may be, for example, a net, a punching metal, or the like processed into the same shape as the horizontal cross-sectional shape of the reaction vessel 10.

触媒保持器14は、常温及び触媒反応の温度まで加熱された時のいずれにおいても、耐熱・耐腐食性・曲げやせん断に対する強度および靭性を備えた金属材料で構成されることが好ましい。このような金属材料の例として、ステンレス鋼、ハステロイ(登録商標)やインコネル(登録商標)等のニッケル合金、チタン、チタン合金等を挙げることができる。 The catalyst cage 14 is preferably made of a metal material having heat resistance, corrosion resistance, strength against bending and shearing, and toughness at both normal temperature and when heated to the temperature of the catalytic reaction. Examples of such metal materials include stainless steel, nickel alloys such as Hastelloy (registered trademark) and Inconel (registered trademark), titanium, and titanium alloys.

(弁座、通気孔)
次に、弁座15は、図7に示すように、反応容器10の内壁面に設けられている。弁座15は、反応容器10内の空間を水平方向に仕切る部材である。また、弁座15の中心部分には、弁座15を上下に貫通する通気孔16が形成されている。心棒18は通気孔16を貫通しており、原料ガスは、この通気孔16を通過することができる。すなわち、通気孔16の直径は、心棒18の直径よりも大きい。また、弁座15の下端面には、略円錐形状の切り欠きが形成されている。したがって、弁座15の下端面には凹形状が形成されている。弁座15の材質は触媒保持器14の材質と同様であればよい。
(Valve seat, vent)
Next, as shown in FIG. 7, the valve seat 15 is provided on the inner wall surface of the reaction vessel 10. The valve seat 15 is a member that horizontally partitions the space inside the reaction vessel 10. Further, a ventilation hole 16 is formed in the central portion of the valve seat 15 so as to vertically penetrate the valve seat 15. The mandrel 18 penetrates the ventilation hole 16, and the raw material gas can pass through the ventilation hole 16. That is, the diameter of the ventilation hole 16 is larger than the diameter of the mandrel 18. Further, a substantially conical notch is formed on the lower end surface of the valve seat 15. Therefore, a concave shape is formed on the lower end surface of the valve seat 15. The material of the valve seat 15 may be the same as that of the catalyst cage 14.

(弁体)
弁体17は、心棒18と一体となって昇降する部材であり、円錐台形形状となっている。弁体17は、心棒18と一体となって昇降することで、通気孔16を開放、または閉塞することができる。例えば、弁体17は、図7(b)の実線で示される位置(この位置は後述する開放位置18aに相当する)に存在する場合に、通気孔16を開放する。この場合、原料ガスは、通気孔16を通って触媒層13に到達することができる。一方、弁体17は、図7(b)の二点鎖線で示される位置(この位置は後述する閉塞位置18bに相当する)に存在する場合に、通気孔16を閉塞する。この場合、弁座15及び弁体17によって流入路11と反応容器10内の触媒層13とが遮断されるので、原料ガスは触媒層13に到達することができない。すなわち、原料ガスの反応容器10への流通が遮断される。弁体17の材質は触媒保持器14の材質と同様であればよい。
(Valve body)
The valve body 17 is a member that moves up and down integrally with the mandrel 18, and has a conical trapezoidal shape. The valve body 17 can open or close the ventilation hole 16 by moving up and down together with the mandrel 18. For example, the valve body 17 opens the ventilation hole 16 when it exists at the position shown by the solid line in FIG. 7B (this position corresponds to the opening position 18a described later). In this case, the raw material gas can reach the catalyst layer 13 through the ventilation holes 16. On the other hand, the valve body 17 closes the ventilation hole 16 when it exists at the position indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 7 (b) (this position corresponds to the closing position 18b described later). In this case, since the inflow path 11 and the catalyst layer 13 in the reaction vessel 10 are blocked by the valve seat 15 and the valve body 17, the raw material gas cannot reach the catalyst layer 13. That is, the distribution of the raw material gas to the reaction vessel 10 is blocked. The material of the valve body 17 may be the same as that of the catalyst cage 14.

なお、図7(a)の破線17dは、通気孔16を閉塞した弁体17の上端部を示し、破線17e及び図7(b)中の直線17bは、通気孔16を閉塞した弁体17と弁座15との接触線を示す。この接触線は円形となる。 The broken line 17d in FIG. 7A indicates the upper end of the valve body 17 in which the ventilation hole 16 is closed, and the broken line 17e and the straight line 17b in FIG. 7B are the valve body 17 in which the ventilation hole 16 is closed. The contact line between the valve seat 15 and the valve seat 15 is shown. This contact line is circular.

このように、弁座15及び弁体17のいずれも軸対称形状(接触線17bが円形)となっている。このため、原料ガスの遮断性をより高めることができる。尚、設計上の便宜の理由等から、接触線17bが楕円形等のなめらかで角を持たない形状であってもよい。この場合、弁座15の水平断面形状及び弁体17の切り欠きの水平断面形状を楕円形等にすればよい。 As described above, both the valve seat 15 and the valve body 17 have an axisymmetric shape (contact line 17b is circular). Therefore, the blocking property of the raw material gas can be further improved. For convenience of design and the like, the contact line 17b may have a smooth shape such as an ellipse and no corners. In this case, the horizontal cross-sectional shape of the valve seat 15 and the horizontal cross-sectional shape of the notch of the valve body 17 may be elliptical or the like.

(心棒)
心棒18は、反応容器10内を上下に伸びる円柱または円筒形状の部材(すなわち、丸棒または円管)である。心棒18には、触媒保持器14及び弁体17が固定されており、触媒保持器14及び弁体17とともに昇降する。また、心棒18の上端部は、断熱材19を介して駆動装置21に連結されている。心棒18は、駆動装置21によって昇降する。具体的には、心棒18は、図5(b)に示すように、弁体17が通気孔16を開放する開放位置18aと、図5(c)に示すように、弁体17が通気孔16を閉塞する閉塞位置18bとの間を昇降する。
(Mandrel)
The mandrel 18 is a cylindrical or cylindrical member (that is, a round bar or a circular tube) extending vertically in the reaction vessel 10. A catalyst cage 14 and a valve body 17 are fixed to the mandrel 18, and the catalyst cage 14 and the valve body 17 move up and down together with the catalyst cage 14. Further, the upper end of the mandrel 18 is connected to the drive device 21 via a heat insulating material 19. The mandrel 18 is moved up and down by the drive device 21. Specifically, the mandrel 18 has an open position 18a in which the valve body 17 opens the ventilation hole 16 as shown in FIG. 5 (b), and the valve body 17 has the ventilation hole as shown in FIG. 5 (c). It goes up and down between the closed position 18b that closes 16.

さらに、心棒18は、副生成物の除去時には、図5(d)に示す中間位置18cと図5(b)に示す開放位置18aとの間で昇降することが可能となっている。中間位置18cは、開放位置18aと閉塞位置18bとの間に設定される。図5に示す例では、中間位置18cは、開放位置18aと閉塞位置18bとの中点に中間位置18cが設定されるが、他の位置に中間位置18cが設定されても良いことはもちろんである。 Further, the mandrel 18 can move up and down between the intermediate position 18c shown in FIG. 5D and the open position 18a shown in FIG. 5B when the by-product is removed. The intermediate position 18c is set between the open position 18a and the closed position 18b. In the example shown in FIG. 5, the intermediate position 18c is set at the midpoint between the open position 18a and the closed position 18b, but it goes without saying that the intermediate position 18c may be set at another position. is there.

中間位置の設定方法は特に制限されないが、例えば上述したエアシリンダ中の中間位置に相当する位置にリミットスイッチを設ける方法等が挙げられる。より具体的には、このようなリミットスイッチを有する3ポジション式のエアシリンダを駆動装置21として用いれば良い。また、複数の2ポジション型エアシリンダを直列に結合することで、3ポジション式のエアシリンダを実現してもよい。なお、中間位置の数は複数であってもよい。この場合、駆動装置21のポジション数は中間位置の数に応じて増大する。 The method of setting the intermediate position is not particularly limited, and examples thereof include a method of providing a limit switch at a position corresponding to the intermediate position in the air cylinder described above. More specifically, a 3-position type air cylinder having such a limit switch may be used as the drive device 21. Further, a 3-position type air cylinder may be realized by connecting a plurality of 2-position type air cylinders in series. The number of intermediate positions may be plural. In this case, the number of positions of the drive device 21 increases according to the number of intermediate positions.

駆動装置21は、図示しない増速装置による制御により、原料ガスの遮断時には心棒18を閉塞位置18bで停止させ、原料ガスの改質時には、心棒18を開放位置18aで停止させる。さらに、駆動装置21は、副生成物の除去時には、心棒18を中間位置18cと開放位置18aとの間を昇降させる。駆動装置21の制御は、図示しない反応器群制御装置によって行われる。これにより、本実施形態では、原料ガスの流通を遮断させることなく触媒層13を昇降させることができる。すなわち、本実施形態では、心棒18を中間位置18cと開放位置18aとの間で昇降させる。 The drive device 21 stops the mandrel 18 at the closed position 18b when the raw material gas is shut off, and stops the mandrel 18 at the open position 18a when the raw material gas is reformed, by being controlled by a speed increasing device (not shown). Further, the drive device 21 raises and lowers the mandrel 18 between the intermediate position 18c and the open position 18a when removing by-products. The drive device 21 is controlled by a reactor group control device (not shown). Thereby, in the present embodiment, the catalyst layer 13 can be raised and lowered without interrupting the flow of the raw material gas. That is, in the present embodiment, the mandrel 18 is moved up and down between the intermediate position 18c and the open position 18a.

上記のように、心棒18が開放位置18a(または中間位置18c)にある場合に、弁体17は弁座15と非接触であり、通気孔16が開放される。この場合、原料ガスが触媒反応器2内に導入される。また、心棒18が閉塞位置18bにある場合に、弁体17は弁座15と接触し、通気孔16が閉塞する。この場合、原料ガスは触媒反応器2から遮断される。そして、心棒18が開放位置18a(または中間位置18c)にある際に、ガス遮断部3aは開放状態となり、心棒18が閉塞位置18bにある際に、ガス遮断部3aは閉塞状態となる。 As described above, when the mandrel 18 is in the open position 18a (or the intermediate position 18c), the valve body 17 is not in contact with the valve seat 15 and the ventilation hole 16 is opened. In this case, the raw material gas is introduced into the catalyst reactor 2. Further, when the mandrel 18 is in the closing position 18b, the valve body 17 comes into contact with the valve seat 15 and the ventilation hole 16 is closed. In this case, the raw material gas is shut off from the catalyst reactor 2. Then, when the mandrel 18 is in the open position 18a (or the intermediate position 18c), the gas shutoff portion 3a is in the open state, and when the mandrel 18 is in the closed position 18b, the gas shutoff portion 3a is in the closed state.

断熱材19は、心棒18の熱が駆動装置21に伝わりにくくするために設けられる部材である。断熱材19は、反応容器10の上端面10aを貫通し、連結管20内に伸びている。そして、断熱材19は、連結管20内で駆動装置21の駆動棒21aと連結されている。なお、断熱材19の下端部は、心棒18の昇降時に反応容器10内に配置される。これにより、心棒18の昇降中であっても、心棒18の熱が駆動装置21に伝わりにくくなる。断熱材19は、例えばセラミックス等で構成される。なお、断熱材19の構造としては、フランジ間に断熱材を挟む構造や、単に複数の金属板を軸方向に多数重ねる構造としてもよい。後者の場合、金属板間の接触熱抵抗を利用して軸方向の熱流束を抑制することができる。断熱材19は、高温用パッキンであってもよい。 The heat insulating material 19 is a member provided to make it difficult for the heat of the mandrel 18 to be transferred to the driving device 21. The heat insulating material 19 penetrates the upper end surface 10a of the reaction vessel 10 and extends into the connecting pipe 20. The heat insulating material 19 is connected to the drive rod 21a of the drive device 21 in the connecting pipe 20. The lower end of the heat insulating material 19 is arranged in the reaction vessel 10 when the mandrel 18 is raised and lowered. As a result, the heat of the mandrel 18 is less likely to be transferred to the drive device 21 even while the mandrel 18 is moving up and down. The heat insulating material 19 is made of, for example, ceramics. The structure of the heat insulating material 19 may be a structure in which the heat insulating material is sandwiched between the flanges, or a structure in which a large number of a plurality of metal plates are simply stacked in the axial direction. In the latter case, the heat flux in the axial direction can be suppressed by utilizing the contact thermal resistance between the metal plates. The heat insulating material 19 may be a high temperature packing.

(連結管及び駆動装置)
連結管20は、反応容器10と駆動装置21とを連結する管状部材である。駆動装置21は、心棒18を開放位置18a、閉塞位置18b、中間位置18cとの間で昇降させる部材であり、駆動棒21aと、シリンダ22と、ピストン23とを備える。したがって、駆動装置21はいわゆる3ポジション型のエアシリンダを利用した昇降装置となっている。駆動棒21aは、断熱材19を介して心棒18に連結されている。シリンダ22は、ピストン23が収納される部材であり、ピストン23は、シリンダ22内に供給されるガスによってシリンダ22内を昇降する。ピストン23には、駆動棒21aが連結される。駆動棒21aは、ピストン23と連動して昇降する。これにより、駆動装置21は、心棒18を昇降させる。なお、ピストン23がシリンダ22の下端に到達した際に、心棒18は開放位置18aに到達し、ピストン23がシリンダ22の上端に達した際に、心棒18は閉塞位置18bに到達する。中間位置では18cでは、シリンダ上下の圧力をバランスさせて開放位置と閉塞位置間での所定の停止位置にシリンダを維持する。もちろん、駆動装置21は心棒18を上述した態様で昇降させることができればよいので、駆動機構はエアシリンダに限定されない。例えば、駆動装置21の駆動機構は、ラックピニオン等であってもよい。
(Connecting pipe and drive device)
The connecting pipe 20 is a tubular member that connects the reaction vessel 10 and the driving device 21. The drive device 21 is a member that raises and lowers the mandrel 18 between the open position 18a, the closed position 18b, and the intermediate position 18c, and includes a drive rod 21a, a cylinder 22, and a piston 23. Therefore, the drive device 21 is an elevating device using a so-called 3-position type air cylinder. The drive rod 21a is connected to the mandrel 18 via a heat insulating material 19. The cylinder 22 is a member in which the piston 23 is housed, and the piston 23 moves up and down in the cylinder 22 by the gas supplied into the cylinder 22. A drive rod 21a is connected to the piston 23. The drive rod 21a moves up and down in conjunction with the piston 23. As a result, the drive device 21 raises and lowers the mandrel 18. When the piston 23 reaches the lower end of the cylinder 22, the mandrel 18 reaches the open position 18a, and when the piston 23 reaches the upper end of the cylinder 22, the mandrel 18 reaches the closed position 18b. At the intermediate position, at 18c, the pressure above and below the cylinder is balanced to maintain the cylinder at a predetermined stop position between the open position and the closed position. Of course, the drive device 21 is not limited to the air cylinder as long as the mandrel 18 can be raised and lowered in the above-described manner. For example, the drive mechanism of the drive device 21 may be a rack and pinion or the like.

駆動装置21は、図5に示されるように、反応容器10の外部に設けられる。さらに、駆動装置21は、加熱装置(反応容器10等を加熱する装置)内に配置されてもよい。この場合、駆動装置21を高温や腐食性物質から保護するために、駆動装置21を耐熱・耐食性が高い材質で構成することが好ましい。例えば、駆動装置21のエアシリンダ全体をハステロイ(登録商標)等の耐熱合金で構成してもよい。この場合、エアシリンダにガスを供給する配管(図示せず)は反応容器10を貫通するが、この部分は非可動部なので、配管を全周溶接するなどして封止を図ればよい。なお、心棒18の上昇時に、触媒保持器14の一部が触媒層13に食い込んで自由落下しえなくなる場合があるので、駆動装置21は心棒18の上昇時だけでなく下降時も駆動されることが好ましい。なお、駆動装置21は、図示しない反応器群制御装置による制御によって駆動する。 The drive device 21 is provided outside the reaction vessel 10 as shown in FIG. Further, the drive device 21 may be arranged in a heating device (a device for heating the reaction vessel 10 or the like). In this case, in order to protect the drive device 21 from high temperature and corrosive substances, it is preferable that the drive device 21 is made of a material having high heat resistance and corrosion resistance. For example, the entire air cylinder of the drive device 21 may be made of a heat-resistant alloy such as Hastelloy (registered trademark). In this case, the pipe (not shown) that supplies gas to the air cylinder penetrates the reaction vessel 10, but since this portion is a non-movable part, the pipe may be sealed by welding all around. Since a part of the catalyst cage 14 may bite into the catalyst layer 13 and cannot fall freely when the mandrel 18 is raised, the drive device 21 is driven not only when the mandrel 18 is raised but also when it is lowered. Is preferable. The drive device 21 is driven by control by a reactor group control device (not shown).

第2の例では、複数の触媒反応器2のうち、いずれかの触媒反応器2のガス遮断部3aを選択的に閉塞状態とすることができる。たとえば、いずれか1つの触媒反応器2のガス遮断部3aを開放状態とし、残りの触媒反応器2のガス遮断部3aを閉塞状態とすることができる。これにより、特定の触媒反応器2に大きな流量の原料ガスを流通させることができ、この触媒反応器2内の副生成物を容易に除去することができる。 In the second example, among the plurality of catalyst reactors 2, the gas shutoff portion 3a of any of the catalyst reactors 2 can be selectively closed. For example, the gas shutoff portion 3a of any one of the catalyst reactors 2 can be opened, and the gas shutoff portion 3a of the remaining catalyst reactor 2 can be closed. As a result, a large flow rate of the raw material gas can be circulated through the specific catalyst reactor 2, and the by-products in the catalyst reactor 2 can be easily removed.

(3.触媒反応器の閉塞検知方法)
つぎに、触媒反応器2の閉塞検知方法を説明する。閉塞検知方法は、第1〜第4の操作で構成される。閉塞検知方法およびそれに続く閉塞解消方法は、原料ガスを改質ガスに改質する通常の(正規の)操業中の任意のタイミングで行われれば良い。なお、第1の実施形態および後述の他の実施形態において、温度の単位は℃とする。
(3. Method for detecting blockage of catalytic reactor)
Next, a method for detecting blockage of the catalyst reactor 2 will be described. The blockage detection method comprises the first to fourth operations. The blockage detection method and the subsequent blockage elimination method may be performed at any timing during normal (regular) operation of reforming the raw material gas into reformed gas. In the first embodiment and other embodiments described later, the unit of temperature is ° C.

(3−1.第1の操作)
第1の操作では、流体切り替え装置110を操作して非反応性ガスを流入集合管101に供給し、全ての触媒反応器2に非反応性ガスを通過させる。この際の流入温度が第1の流入温度Tin1となるようにガス予熱装置111を調整する。同時に、流入集合管101の流量Qおよび各々の触媒反応器2の触媒層温度計115にて測定された触媒層温度T1,iを記録する(添え字iは触媒反応器の番号、添え字1は第1の操作時、後述する添え字2は第2の操作時を示す。添え字の意味は以下同様である。)。ここで、本操作に要する時間を節約するために、T1,iは、正規の触媒反応操業時の炉温条件で実現される流入温度であることが好ましい。
(3-1. First operation)
In the first operation, the fluid switching device 110 is operated to supply the non-reactive gas to the inflow collecting pipe 101, and the non-reactive gas is passed through all the catalytic reactors 2. The gas preheating device 111 is adjusted so that the inflow temperature at this time becomes the first inflow temperature Tin1. At the same time, the flow rate Q T of the inflow collecting tube 101 and the catalyst layer temperature T 1, i measured by the catalyst layer thermometer 115 of each catalyst reactor 2 are recorded (subscript i is the catalyst reactor number and subscript). The character 1 indicates the time of the first operation, and the subscript 2 described later indicates the time of the second operation. The meanings of the subscripts are the same below.) Here, in order to save the time required for this operation, it is preferable that T1 and i are inflow temperatures realized under the furnace temperature conditions during the normal catalyst reaction operation.

(3−2.第2の操作)
第2の操作として、ガス予熱装置111を調整して、流入温度を上記の第1の流入温度Tin1とは異なる第2の流入温度Tin2に設定する。このときの各々の触媒反応器2の触媒層温度計115にて計測された触媒層温度T2,iを記録する。流入温度Tin2は、流入温度Tin1より高くても低くてもどちらでもよいが、低くすることが好ましい。また、後述の触媒反応器2での流量算出時の精度を十分に確保するため、流入温度Tin2と流入温度Tin1間の温度差は、10℃以上であることが好ましい。一方、この温度差が過大であると、本操作を終了した後に正規の触媒反応の操業まで復帰させるために著しい時間を要するので、この温度差は、50℃以下であることが好ましい。
(3-2. Second operation)
As a second operation, by adjusting the gas preheater 111, is set to a different second inlet temperature T in2 is the inlet temperature to the first inlet temperature T in1 above. At this time, the catalyst layer temperatures T2 and i measured by the catalyst layer thermometer 115 of each catalyst reactor 2 are recorded. The inflow temperature Tin2 may be higher or lower than the inflow temperature Tin1, but is preferably lower. Further, in order to sufficiently secure the accuracy at the time of calculating the flow rate in the catalyst reactor 2 described later, the temperature difference between the inflow temperature Tin2 and the inflow temperature Tin1 is preferably 10 ° C. or more. On the other hand, if this temperature difference is excessive, it takes a significant amount of time to return to the normal catalytic reaction operation after the main operation is completed, so this temperature difference is preferably 50 ° C. or less.

このように流入温度Tin2と流入温度Tin1間に温度差を設ける理由は、次のとおりである。上述したように、流入温度Tin1は、一般に炉温Tに近い温度に設定される。詳細は後述するが、第1の実施形態では、流入集合管101から触媒反応器2までの間の配管系における非反応性ガスの温度差(流入温度Tin2と流入温度Tin1間の温度差)によって管路内のガス流量を推定する原理を用いる。このため、流入温度Tin2は、一般に流入温度Tin1(即ち、炉温T)と十分に異なる値にする必要がある。説明の便宜のため、以下、流入温度Tin2が流入温度Tin1よりも低い値であることを前提に説明するが、流入温度Tin2が流入温度Tin1よりも高い値である場合であっても、以下の説明にあらわれる同じ式を用いて流量等を算出できる。第2の操作が完了した後は、正規の触媒反応の操業に復帰させてよい。 The reason for providing a temperature difference thus the inlet temperature T in2 between inlet temperature T in1 is as follows. As described above, the inflow temperature Tin 1 is generally set to a temperature close to the furnace temperature T f. Details will be described later, but in the first embodiment, the temperature difference of the non-reactive gas in the piping system from the inflow collecting pipe 101 to the catalytic reactor 2 (temperature difference between the inflow temperature Tin 2 and the inflow temperature Tin 1). ) Is used to estimate the gas flow rate in the pipeline. Therefore, the inflow temperature Tin2 generally needs to be set to a value sufficiently different from the inflow temperature Tin1 (that is, the furnace temperature Tf). For convenience of explanation, hereinafter, although inlet temperature T in2 will be described on the assumption that it is a value lower than the inlet temperature T in1, even when inlet temperature T in2 is higher than the inflow temperature T in1 However, the flow rate and the like can be calculated using the same formula that appears in the following explanation. After the second operation is completed, it may be returned to the normal catalytic reaction operation.

これら第1および第2の操作中は触媒反応が停止するので、生産性の観点から、これらの操作の実施頻度は低いことが好ましい。例えば、第1の操作および第2の操作に要する操業時間を計10分間とし、その実施頻度を2時間につき1回とすることができる。 Since the catalytic reaction is stopped during these first and second operations, it is preferable that these operations are performed infrequently from the viewpoint of productivity. For example, the operation time required for the first operation and the second operation can be set to a total of 10 minutes, and the execution frequency can be set to once every two hours.

(3−3.第3の操作(触媒反応器の流量算出に関する操作))
引き続き、第3の操作を行う。第3の操作および後述する第4の操作は、正規の操業と並行して、あるいは、オフラインで行っても良い。
(3-3. Third operation (operation related to calculation of flow rate of catalytic reactor))
Subsequently, the third operation is performed. The third operation and the fourth operation described later may be performed in parallel with the regular operation or offline.

第3の操作では、第1および第2の操作によって得られた測定データを用いて、各触媒反応器2での流量を以下の手従で算出する。まず、i番目の触媒反応器2(以下、「触媒反応器i」とも称する)において、以下の式(1)によって定義されるモデル定数βを導入する。各パラメータの単位を考慮すると、モデル定数βは、流量と同等の単位(m/s)を有する。
β=hLX/(ρC) (1)
h:熱貫流率(W/(m・K))
L:配管の周長(m)
ρ:ガスの密度(kg/m
Cp:ガスの定圧比熱(J/(kg・K))
:流入管から触媒反応器間の配管の長さ(m)、具体的には、流入集合管101内の流入温度計測点から触媒反応器iの触媒層温度計測点までの距離
In the third operation, the flow rate in each catalytic reactor 2 is calculated by the following procedure using the measurement data obtained in the first and second operations. First, in the i-th catalytic reactor 2 (hereinafter, also referred to as “catalytic reactor i”), the model constant β i defined by the following equation (1) is introduced. Considering the unit of each parameter, the model constant β i has a unit (m 3 / s) equivalent to the flow rate.
β i = hLX i / (ρC p ) (1)
h: Thermal transmission rate (W / (m 2 · K))
L: Perimeter of piping (m)
ρ: Gas density (kg / m 3 )
Cp: Constant pressure specific heat of gas (J / (kg · K))
X i : Length of the pipe between the inflow pipe and the catalyst reactor (m), specifically, the distance from the inflow temperature measurement point in the inflow collecting pipe 101 to the catalyst layer temperature measurement point of the catalyst reactor i.

式(1)は、流入集合管101から触媒反応器iまでの間を通過する非反応性ガスの流れ方向に沿った伝熱を以下のようにモデル化して得られるものである。まず、流入集合管101から触媒反応器iまでの間の管路およびこれに続く触媒反応器i内のガス流れ方向の座標をx、その始点(x=0)を流入集合管101内の流入温度計測点(この点での温度を温度Tinとする)、その終点を触媒反応器iの触媒層温度計測点(x=X、この点での温度を温度Tとする)、炉温をT、位置xにおける管路内代表温度(例えば、断面平均温度)を管路温度Tと定義する。管路内局所での非反応性ガスには、TとTとの温度差に基づいて、管路、触媒反応器の壁面、および触媒層を通じて伝熱がなされるものとし、熱流束q’’は、単位管長当たり次の式(2)で表現されるものとする。
q’’=hL(T−T) (2)
Equation (1) is obtained by modeling the heat transfer along the flow direction of the non-reactive gas passing between the inflow collecting pipe 101 and the catalyst reactor i as follows. First, the coordinates of the gas flow direction in the pipeline between the inflow collecting pipe 101 and the catalyst reactor i and the subsequent catalyst reactor i are x, and the starting point (x = 0) is the inflow in the inflow collecting pipe 101. temperature measurement point (the temperature at this point and the temperature T in), the catalyst layer temperature measuring points of the endpoints catalytic reactor i (x = X i, the temperature at this point as the temperature T i), the furnace The temperature is defined as T f , and the representative temperature in the pipeline at the position x (for example, the cross-sectional average temperature) is defined as the pipeline temperature T. It is assumed that heat is transferred to the non-reactive gas locally in the conduit through the conduit, the wall surface of the catalyst reactor, and the catalyst layer based on the temperature difference between T f and T, and the heat flux q'is assumed. 'Is assumed to be expressed by the following equation (2) per unit pipe length.
q'' = hL (T f −T) (2)

ここで、hは、熱貫流率であり、一般には位置xの関数である。簡便のため、本第1の実施形態では、特定の触媒反応器iにおいて、少なくとも第1および第2の操作の期間ではhを一定値と仮定する。この熱流束によって管路および触媒反応器i内の温度T(非反応性ガスの温度)は、この区間でガス流れを非圧縮性流体とみなした場合、流れ方向に進むにつれて昇温し、その昇温率は、熱バランスから次の式(3)で表わすことができる。
ρCpQdT/dx=hL(T−T) (3)
ρ:非反応性ガスの密度(kg/m
Cp:非反応性ガスの定圧比熱(J/(kg・K))
:触媒反応器iにおける非反応性ガスの流量(m/s)
Here, h is the thermal transmission coefficient, which is generally a function of the position x. For the sake of simplicity, in this first embodiment, it is assumed that h is a constant value in the specific catalytic reactor i for at least the period of the first and second operations. Due to this heat flux, the temperature T (temperature of the non-reactive gas) in the pipeline and the catalytic reactor i rises as it progresses in the flow direction when the gas flow is regarded as an incompressible fluid in this section. The rate of temperature rise can be expressed by the following equation (3) from the heat balance.
ρCpQ i dT / dx = hL ( T f -T) (3)
ρ: Density of non-reactive gas (kg / m 3 )
Cp: Constant pressure specific heat of non-reactive gas (J / (kg · K))
Q i : Flow rate of non-reactive gas in catalytic reactor i (m 3 / s)

触媒反応装置1全体で原料ガスの圧力変化が大きく、原料ガスが非圧縮性流体ではない場合であっても、この区間に関しては一般に流量変化および密度変化を大きく設定する必要性が小さいので、原料ガスを実質的に非圧縮性流体とみなせる場合が多い(一般に、密度変化が10%以下の場合には非圧縮性流体として扱うことができるといわれている)。したがって、ここでも非反応性ガスを非圧縮性気体とみなせることになる。 Even when the pressure change of the raw material gas is large in the entire catalytic reaction apparatus 1 and the raw material gas is not an incompressible fluid, it is generally small to set a large flow rate change and density change in this section, so that the raw material In many cases, the gas can be regarded as a substantially incompressible fluid (generally, it is said that a gas can be treated as an incompressible fluid when the density change is 10% or less). Therefore, the non-reactive gas can be regarded as an incompressible gas here as well.

流入集合管101から触媒反応器2までの温度変化は、比較的小さいものとし、かつ、ρ、Cp、Qを一定としてこの微分方程式を解くと、検討対象とする流路の終点である触媒層温度計測点(x=Xi)での触媒層温度Tは、次の式(4)で表される。
=T−(T−Tin)exp[−hLX/(ρCpQ)] (4)
:触媒反応器iにおける触媒層温度計測点でのx
但し、T=Tin(x=0)
T=T(x=X
Temperature change from inlet manifold pipe 101 until the catalyst reactor 2 is a relatively small, and, [rho, Cp, Solving this differential equation for Q i is constant, which is the end point of the channel to be considered for the catalyst the catalyst layer temperature T i of the layer temperature measuring point (x = X i) is expressed by the following equation (4).
T i = T f - (T f -T in) exp [-hLX i / (ρCpQ i)] (4)
X i : x at the catalyst layer temperature measurement point in the catalyst reactor i
However, T = T in (x = 0)
T = Ti (x = X i )

ここで、数式(4)において、hLX/(ρCp)をβと定義する。これにより、モデル定数βが得られる。さらに、数式(4)はβを用いて以下のように表される。
=T−(T−Tin)exp[−β/Q] (5)
Here, in the mathematical formula (4), hLX i / (ρCp) is defined as β i. As a result, the model constant β i is obtained. Further, the mathematical formula (4) is expressed as follows using β i.
T i = T f- (T f- T in ) exp [-β i / Q i ] (5)

そして、第1の操作で得られた流入温度Tin1および触媒層温度T1,iと、第2の操作で得られた流入温度Tin2および触媒層温度T2,iと、を数式(5)に代入すると、以下の式(5−1)、(5−2)が得られる。
1,i=T−(T−Tin1)exp[−β/Q] (5−1)
2,i=T−(T−Tin2)exp[−β/Q] (5−2)
Then, the inlet temperature T in1 and the catalyst layer temperature T 1, i obtained in the first operation, the inlet temperature T in2 and the catalyst layer temperature T 2, i obtained in the second operation, the formula (5 ), The following equations (5-1) and (5-2) are obtained.
T 1, i = T f - (T f -T in1) exp [-β i / Q i] (5-1)
T 2, i = T f - (T f -T in2) exp [-β i / Q i] (5-2)

式(5−2)から式(5−1)を減じ、さらに流量Qについて整理すると、以下の数式(6)が得られる。
=−β/Ln[(T2,i−T1,i)/(Tin2−Tin1)] (6)
1,i:第1の操作時における触媒層温度T
2,i:第2の操作時における触媒層温度T
in1:第1の操作時における流入温度T
in2:第2の操作時における流入温度T
Subtracting the equation (5-1) from the equation (5-2), and arranging for the further flow Q i, the equation (6) below is obtained.
Q i = -β i / Ln [(T 2, i −T 1, i ) / (T in2- T in1 )] (6)
T 1, i : Catalyst layer temperature during the first operation Ti
T 2, i : Catalyst layer temperature during the second operation Ti
T in1 : Inflow temperature T during the first operation
T in2 : Inflow temperature T during the second operation

したがって、第3の操作では、式(6)を用いて、触媒反応器iにおける流量Q(具体的には、触媒反応器iに通じる流入分岐管101b内の流量)を算出する。 Therefore, in the third operation, the flow rate Qi in the catalyst reactor i (specifically, the flow rate in the inflow branch pipe 101b leading to the catalyst reactor i) is calculated using the equation (6).

ここで、モデル定数βは式(1)で定義されるものの、βを求めるために式(1)右辺の物性値および伝熱特性値を個別に求めて式(1)に代入する必要は必ずしもない。 Here, although the model constant β i is defined by the equation (1), it is necessary to individually obtain the physical property value and the heat transfer characteristic value on the right side of the equation (1) and substitute them into the equation (1) in order to obtain the β i. Is not always.

第1の実施形態では、式(6)で用いるβには固定値を用いる。βの値を決める方法は、例えば、以下の試験(以下、この試験を「βi算出用試験」とも称する)で求められる。具体的には、予め流れの抵抗係数が既知の抵抗体、例えば、触媒層に比べて十分に抵抗係数の高いオリフィスを各触媒反応器2に装着した状態で第1〜第2の操作を行う。これにより、触媒反応器iにおいて上述した流入温度Tin1、Tin2、触媒層温度T1,i、T2,iを測定する。さらに、第1の操作時にオリフィス前後の差圧を測定する。流入温度Tin1は正規の操業時における流入温度になるべく一致させることが好ましい。差圧の測定には、上述した各圧力計と同様の圧力計を用いれば良い。この差圧により、触媒反応器iでの流量配分を計算できる。なお、上述したように、触媒反応器iに閉塞が生じても、触媒反応器i前後の差圧は大きく変化しない。しかしながら、触媒層に比べて十分に抵抗係数の高いオリフィスを使用することで、差圧を測定することができる。この流量配分と、流量Qとに基づいて、流量Qを算出できる。そして、流入温度Tin1、Tin2、触媒層温度T1,i、T2,i、流量Q、および数式(6)に基づいて、モデル定数βの値を決定できる。このようにして求めたβを実操業で用いればよい。なお、βは、全ての触媒反応器2に対して求めても良いし、いずれかの触媒反応器2に対してのみ求め、これを他の触媒反応器2に適用しても良い。また、図3からも明らかな通り、βは正規の操業中に時々刻々と変動するものである。したがって、βを任意のタイミングで更新することが好ましい。 In the first embodiment, a fixed value is used for β i used in the equation (6). A method for determining the value of β i is obtained, for example, by the following test (hereinafter, this test is also referred to as a “β i calculation test”). Specifically, the first and second operations are performed with a resistor having a known flow resistance coefficient, for example, an orifice having a resistance coefficient sufficiently higher than that of the catalyst layer, mounted on each catalyst reactor 2. .. Thereby, the above-mentioned inflow temperatures Tin1 and Tin2 and the catalyst layer temperatures T1 and i and T2 and i are measured in the catalyst reactor i. Further, the differential pressure before and after the orifice is measured during the first operation. It is preferable that the inflow temperature Tin1 is matched as much as possible with the inflow temperature during normal operation. For the measurement of the differential pressure, a pressure gauge similar to each of the above-mentioned pressure gauges may be used. From this differential pressure, the flow rate distribution in the catalyst reactor i can be calculated. As described above, even if the catalyst reactor i is blocked, the differential pressure before and after the catalyst reactor i does not change significantly. However, the differential pressure can be measured by using an orifice having a sufficiently high drag coefficient as compared with the catalyst layer. The flow rate Q i can be calculated based on this flow rate distribution and the flow rate Q T. Then, the value of the model constant β i can be determined based on the inflow temperature Tin 1 , Tin 2 , the catalyst layer temperature T 1, i , T 2, i , the flow rate Q i , and the mathematical formula (6). The β i thus obtained may be used in actual operation. In addition, β i may be obtained for all catalyst reactors 2, or may be obtained only for one of the catalyst reactors 2, and this may be applied to other catalyst reactors 2. Moreover, as is clear from FIG. 3, β i fluctuates from moment to moment during normal operation. Therefore, it is preferable to update β i at an arbitrary timing.

(3−4.第4の操作)
第4の操作では、上記の方法で求めた触媒反応器iでの流量Qが所定値よりも小さい場合には、触媒反応器iが閉塞したものと判定する。所定値には、例えば、触媒層充填直後の触媒反応器iでの初期流量よりも十分に小さい値、例えば、初期流量の1/3の値を用いることができる。また、閉塞の判定は、作業者が実施してもよいし、計算器等に上記の手順をコード化したソフトウェアを組み込んで自動的に判定を行ってもよい。
(3-4. Fourth operation)
In the fourth operation, when the flow rate Q i in the catalyst reactor i obtained by the above method is smaller than a predetermined value, it is determined that the catalyst reactor i is blocked. As the predetermined value, for example, a value sufficiently smaller than the initial flow rate in the catalyst reactor i immediately after filling the catalyst layer, for example, a value of 1/3 of the initial flow rate can be used. Further, the blockage determination may be performed by an operator, or the determination may be automatically performed by incorporating software encoding the above procedure into a calculator or the like.

第1の実施形態の方法によって、複数、並列に配置された触媒反応器での操業中に、閉塞の生じた触媒反応器を簡易、かつ、迅速に検知することができる。 According to the method of the first embodiment, it is possible to easily and quickly detect a catalyst reactor in which a blockage has occurred during operation with a plurality of catalyst reactors arranged in parallel.

(4.触媒反応器の閉塞解消方法)
触媒反応器iが閉塞したものと判定された場合には、触媒層の閉塞を解消するように、触媒反応器iの触媒層内堆積物除去装置3を作動させる。これにより、触媒反応器iの閉塞を解消させ、流量を回復させる。
(4. Method for clearing blockage of catalytic reactor)
When it is determined that the catalyst reactor i is blocked, the deposit removing device 3 in the catalyst layer of the catalyst reactor i is operated so as to clear the blockage of the catalyst layer. As a result, the blockage of the catalyst reactor i is eliminated and the flow rate is restored.

上述した第1〜第4の操作は、作業者によって人為的に行われても良いし、図1に示す閉塞検知判定装置1000によって行われても良い。閉塞検知判定装置1000は、例えば、CPU、ROM、RAM、ハードディスク、通信装置等のハードウェア構成を有する。ROMには、上記第1の操作〜第4の操作を行う第1の手段〜第4の手段を実現可能なプログラムが記録されており、CPUは、このプログラムを読み出して実行する。これにより、第1〜第4の手段が実現される。通信装置は、加熱炉内装置A1内に設けられた各計測機器(例えば流量計112、流入圧力計113等)から送信される測定値を受信する。測定値はCPUによる演算に使用される。通信装置は、CPUが生成した各種の制御信号を各駆動装置(例えば、流体切り替え装置110、ガス予熱装置111、触媒層内堆積物除去装置3等)に送信する。これらの駆動装置は、制御信号に基づいて駆動する。第1〜第4の操作が人為的に行われる場合、閉塞検知判定装置1000は省略されてもよい。 The first to fourth operations described above may be artificially performed by an operator, or may be performed by the blockage detection determination device 1000 shown in FIG. The blockage detection determination device 1000 has, for example, a hardware configuration such as a CPU, a ROM, a RAM, a hard disk, and a communication device. A program capable of realizing the first means to the fourth means for performing the first operation to the fourth operation is recorded in the ROM, and the CPU reads and executes this program. As a result, the first to fourth means are realized. The communication device receives the measured values transmitted from each measuring device (for example, flow meter 112, inflow pressure meter 113, etc.) provided in the heating furnace device A1. The measured value is used for calculation by the CPU. The communication device transmits various control signals generated by the CPU to each drive device (for example, a fluid switching device 110, a gas preheating device 111, a deposit removing device 3 in the catalyst layer, etc.). These drive devices are driven based on control signals. When the first to fourth operations are artificially performed, the blockage detection determination device 1000 may be omitted.

<2.第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、上記の第3の操作におけるβの算出方法が第1の実施形態とは異なる。これ以外の点は第1の実施形態と同様である。そこで、ここでは、第3の操作について説明する。
<2. Second embodiment>
Next, the second embodiment will be described. In the second embodiment, the method for calculating β i in the third operation is different from that in the first embodiment. Other than this, it is the same as that of the first embodiment. Therefore, here, the third operation will be described.

第2の実施形態では、触媒反応器iにおける抵抗係数ηを次の式(7)で定義する。
η=△P/Q (7)
△P:流入集合管と流出集合管との間の差圧
In the second embodiment, the drag coefficient η i in the catalytic reactor i is defined by the following equation (7).
η i = ΔP / Q i 2 (7)
ΔP: Differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe

ここで、流入集合管と流出集合管との間の差圧、すなわち圧力損失△Pは、流入圧力計113および流出圧力計116の圧力計測値の差である。 Here, the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe, that is, the pressure loss ΔP is the difference between the measured pressure values of the inflow pressure gauge 113 and the outflow pressure gauge 116.

上述したように、本発明者らは、この抵抗係数ηとモデル定数β間に正の相関のあることを見出した。この相関の物理的意味は、抵抗係数ηの値の増大とモデル定数βの値の増大は、ともに触媒層内におけるコーク堆積量の増大によって引き起こされることによるものである。具体的には、触媒層の中にコークが堆積すると、堆積コークによって触媒層内の流路が実質的に狭くなるので、ηの値は、増大する(たとえば、もし、この状態で同一の流量Qを維持しようとすれば圧力損失である△Pが増大するので式(7)からηの値が増大することがわかる)。 As described above, the present inventors have found that there is a positive correlation between the resistance coefficient η i and the model constant β i. The physical meaning of this correlation is that both the increase in the value of the drag coefficient η i and the increase in the value of the model constant β i are caused by the increase in the amount of cork deposited in the catalyst layer. Specifically, when cork is deposited in the catalyst layer, the accumulated cork substantially narrows the flow path in the catalyst layer, so that the value of η i increases (for example, if it is the same in this state). If the flow rate Q i is to be maintained, the pressure loss ΔP increases, so that the value of η i increases from Eq. (7)).

一方、コークの熱伝導率は空間を満たす原料ガス、改質ガスあるいは触媒粒子の熱伝導率よりも一般に大きいので、触媒層内の触媒粒子間の空間中にコーク粉が堆積すると、堆積コーク粉を通じて触媒層内で熱が伝わりやすくなり、触媒層の熱伝導率が増大する。式(1)における熱貫流率hは、触媒層内を流れるガスの触媒粒子表面での熱伝導、触媒層の熱伝導、触媒反応器外壁の熱伝導、および加熱炉内ガスの触媒反応器外壁上での熱伝導を総合した伝熱性を示す係数である。これらの伝熱の各要素のうち、いずれかの伝熱が促進されると、熱貫流率hの値は増大する。従って、堆積コーク粉の増大によって触媒層の熱伝導率が増大すると、熱貫流率hが増大し、式(1)から、βが増大する。 On the other hand, the thermal conductivity of cork is generally higher than the thermal conductivity of the raw material gas, reforming gas or catalyst particles that fill the space. Therefore, when cork powder is deposited in the space between the catalyst particles in the catalyst layer, the deposited cork powder is deposited. Through this, heat is easily transferred in the catalyst layer, and the thermal conductivity of the catalyst layer is increased. The heat transmission coefficient h in the formula (1) is the heat conduction of the gas flowing in the catalyst layer on the surface of the catalyst particles, the heat conduction of the catalyst layer, the heat conduction of the outer wall of the catalyst reactor, and the outer wall of the catalyst reactor of the gas in the heating furnace. It is a coefficient showing the total heat transfer property of the above heat conduction. When any of these heat transfer elements is promoted, the value of thermal transmission rate h increases. Therefore, when the thermal conductivity of the catalyst layer increases due to the increase in the deposited cork powder, the thermal transmissivity h increases, and β i increases from the equation (1).

そこで、第2の実施形態では、上記の抵抗係数ηとモデル定数βとの関係を次の式(8)でモデル化する。
β=β0,i・(η0,iai (8)
β0,i:βの初期値
:モデル定数(a≧0)
Therefore, in the second embodiment, the relationship between the drag coefficient η i and the model constant β i is modeled by the following equation (8).
β i = β 0, i · (η i / η 0, i ) ai (8)
β 0, i : Initial value of β i a i : Model constant ( ai ≧ 0)

式(7)のηをη2,iとした上で、式(7)を式(8)に代入すると、次の式(9)が得られる。 By substituting η i in equation (7) for η 2, i and substituting equation (7) into equation (8), the following equation (9) is obtained.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

この式を式(6)に代入してQについて整理すると次の式(10)が得られる。 In summary the following expression (10) obtained for Q i this equation into Equation (6).

Figure 0006899787
Figure 0006899787

したがって、第3の操作では、数式(10)に基づいて、触媒反応器iの流量Qを算出する。その後、第1の実施形態と同様の方法を用いて触媒反応器iの閉塞を判定することができる。 Therefore, in the third operation, the flow rate Qi of the catalyst reactor i is calculated based on the mathematical formula (10). Then, the occlusion of the catalytic reactor i can be determined using the same method as in the first embodiment.

ここで、モデル定数ai、モデル定数の初期値β0,i、抵抗係数の初期値η0,iは、第1の実施形態のβi算出用試験と同様に求められる。すなわち、コーク堆積の無い状態(正規の操業を開始する前の状態)で、特定の触媒反応器iにおけるβ算出用試験を行う。これにより、モデル定数の初期値β0,iが算出される。さらに、差圧△P、流量Qから抵抗係数の初期値η0,iも算出される。この際、圧力損失を増大させるオリフィスを設けるかわりに、この触媒反応器i内にピトー管等の流速計を仮設し、得られる差圧を精密差圧計によって測定することにより、この触媒反応器i内での流速(=流量)を求めることができる。その後、正規の操業を行っている間の任意のタイミングで同様の方法を用いてβ算出用試験を行う。これにより、モデル定数βが算出される。また、モデル定数βを算出した際の差圧△P、流量Qから抵抗係数ηが算出される。そして、得られた値を、横軸をηi/η0,iの対数軸、縦軸をβi/β0,iの対数軸とした平面上にプロットし、各点の近似直線を最小二乗法等により算出する。そして、この近似直線の傾きをモデル定数aiとすればよい。モデル定数aiは、触媒反応器2毎に適用しても良いし、いずれかの触媒反応器2に対して算出されたモデル定数aiを他の触媒反応器2に流用しても良い。このようなピトー管と精密差圧計を用いた測定は、高価、かつ、不安定であるので、対象触媒反応器および測定頻度を限定できる、モデル定数を求めるβi算出用試験等でのみ適用可能なものである。全触媒反応器に計測装置を常設して常時このような計測を行うことには経済的合理性がない。 Here, the model constant ai, the initial value β 0, i of the model constant, and the initial value η 0, i of the drag coefficient are obtained in the same manner as in the βi calculation test of the first embodiment. That is, a test for calculating β i in a specific catalyst reactor i is performed in a state where there is no cork deposition (a state before the start of normal operation). As a result, the initial values β 0, i of the model constant are calculated. Further, the initial value η 0, i of the resistance coefficient is also calculated from the differential pressure ΔP and the flow rate Q i. At this time, instead of providing an orifice that increases the pressure loss, a flowmeter such as a pitot tube is temporarily installed in the catalytic reactor i, and the obtained differential pressure is measured by a precision differential pressure gauge, whereby the catalytic reactor i The flow velocity (= flow rate) within can be obtained. After that, a β i calculation test is performed using the same method at any time during normal operation. As a result, the model constant β i is calculated. Further, the resistance coefficient η i is calculated from the differential pressure ΔP and the flow rate Q i when the model constant β i is calculated. Then, the obtained values are plotted on a plane with the horizontal axis as the logarithmic axis of ηi / η 0, i and the vertical axis as the logarithmic axis of βi / β 0, i , and the approximate straight line of each point is the least squares method. Calculate by etc. Then, the slope of this approximate straight line may be set as the model constant ai. The model constant ai may be applied to each catalyst reactor 2, or the model constant ai calculated for any of the catalyst reactors 2 may be diverted to the other catalyst reactor 2. Since such measurement using a Pitot tube and a precision differential pressure gauge is expensive and unstable, it can be applied only to a βi calculation test for obtaining a model constant, which can limit the target catalytic reactor and measurement frequency. It is a thing. It is not economically rational to permanently install a measuring device in all catalyst reactors and perform such measurement at all times.

第2の実施形態では、以下の効果が得られる。モデル定数βは、図3からも明らかな通り、時々刻々と変動するものである。したがって、第1の実施形態において、精度良く流量Qを算出しようとした場合には、頻繁にモデル定数βを更新する必要がある。さらに、モデル定数βは、操業条件によっても変動しうる。しかし、モデル定数βの算出には手間がかかる。これに対し、数式(10)は、時々刻々と変動するβを考慮した数式となっている。したがって、モデル定数aiさえ算出してしまえば、後は時々刻々と変動するモデル定数βを考慮して流量Qを算出できるので、より容易かつ高精度に流量Qを算出することができる。 In the second embodiment, the following effects can be obtained. As is clear from FIG. 3, the model constant β i fluctuates from moment to moment. Therefore, in the first embodiment, when the flow rate Q i is to be calculated accurately, it is necessary to frequently update the model constant β i. Furthermore, the model constant β i may fluctuate depending on the operating conditions. However, it takes time to calculate the model constant β i. On the other hand, the mathematical formula (10) is a mathematical formula in consideration of β i, which fluctuates from moment to moment. Therefore, once even calculated model constants ai, it is possible to calculate the flow rate Q i by considering the model constants beta i varying with time after, it is possible to calculate the flow rate Q i easier and accurate ..

<3.第3の実施形態>
第3の実施形態では、流入集合管101でのガス流量Qの測定値を用いて、各触媒反応器iでのガス流量Qの推定値をより精度よく求める。これ以外の点は、上述した第1または第2の実施形態または第2の実施形態と同様である。
<3. Third Embodiment>
In the third embodiment, using the measured value of the gas flow rate Q T at the inflow collector pipe 101, determined more accurately estimate the gas flow rate Q i of each catalytic reactor i. Other than this, it is the same as the first or second embodiment or the second embodiment described above.

第3の実施形態では、まず、各触媒反応器iでのガス流量の仮の推定値Qtmp,iを、第1または第2の実施形態と同様の方法により求める。例えば、第1の実施形態では、モデル定数βを固定値とし、数式(6)により、ガス流量の仮の推定値Qtmp,iを算出する。第2の実施形態では、数式(10)により、ガス流量の仮の推定値Qtmp,iを算出する。 In the third embodiment, first, a tentative estimated value of the gas flow rate in each catalyst reactor i, Q tmp, i, is obtained by the same method as in the first or second embodiment. For example, in the first embodiment, the model constant β i is set as a fixed value, and the tentative estimated values Q tmp, i of the gas flow rate are calculated by the mathematical formula (6). In the second embodiment, a tentative estimate of gas flow rate, Q tmp, i, is calculated by the mathematical formula (10).

体積バランス(ここでは、標準状態に換算し、ガスの組成変化も無視するものとする)から、全ての触媒反応器でのQtmp,iの合計値は、流入管流量Qに一致するはずである。このため、各触媒反応器iでの流量の推定誤差が一定の比率であるものとして、固定の補正係数bを導入すると、次の式(11)が成り立つ。 From the volume balance (here, it is converted to the standard state and the change in gas composition is also ignored) , the total value of Q tmp and i in all catalytic reactors should match the inflow pipe flow rate Q T. Is. Therefore, assuming that the estimation error of the flow rate in each catalyst reactor i is a constant ratio, and introducing a fixed correction coefficient b, the following equation (11) holds.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

この式(11)を変形して、bは、次の式(12)で表される。 By modifying this equation (11), b is expressed by the following equation (12).

Figure 0006899787
Figure 0006899787

各触媒反応器2での仮の流量Qtmp,iを次の式(13)で補正して各触媒反応器2での流量Qが得られる。 The provisional flow rate Q tmp, i in each catalyst reactor 2 is corrected by the following equation (13) to obtain the flow rate Q i in each catalyst reactor 2.

=bQtmp,i (13) Q i = bQ tmp, i (13)

つまり、第3の実施形態では、数式(13)を用いて触媒反応器iにおける流量Qを補正し、補正後の流量Qに基づいて、第4の操作、すなわち触媒反応器iにおける閉塞の有無を判定する。これにより、数式(6)または(10)で算出された流量Qを直接用いて第4の操作を行う場合に比べて、より正確に閉塞判定を行うことができる。 That is, in the third embodiment, using equations (13) to correct the flow rate Q i in the catalytic reactor i, on the basis of the flow rate Q i of the corrected fourth operation, namely occlusion in the catalytic reactor i Judge the presence or absence of. Thus, compared to the case where the fourth operation with a flow rate Q i calculated by Equation (6) or (10) directly, more accurate closed determination.

<1.実施例1>
実施例1では、7本の触媒反応器2を有する(すなわち、N=7の)触媒反応装置1を準備した。そして、原料ガスとしてタールを含有したコークス炉ガスを各触媒反応器iに供給し、加熱炉温度を約800℃に維持した正規の操業条件で改質操業を行った。その後、供給ガスを非反応性ガスである窒素ガスに切り替え、800℃に予熱した窒素ガスを40Nm/hの流量で各触媒反応器iに供給して触媒反応器iの温度が一定になるまで保持した(第1の操作)。第1の操作の終了時を「初期条件」と定義した。また、実施例1及び後述の実施例2〜4では、モデル定数βの単位がm/hとなる。したがって、実施例1〜4のモデル定数βiは、実施形態で求められる値(単位がm/sである値)を3600倍したものである。
<1. Example 1>
In Example 1, a catalytic reactor 1 having seven catalytic reactors 2 (ie, N = 7) was prepared. Then, a coke oven gas containing tar as a raw material gas was supplied to each catalytic reactor i, and the reforming operation was performed under normal operating conditions in which the heating furnace temperature was maintained at about 800 ° C. After that, the supply gas is switched to nitrogen gas, which is a non-reactive gas, and nitrogen gas preheated to 800 ° C. is supplied to each catalyst reactor i at a flow rate of 40 Nm 3 / h, and the temperature of the catalyst reactor i becomes constant. Held up to (first operation). The end of the first operation is defined as the "initial condition". Further, in Example 1 and Examples 2 to 4 described later, the unit of the model constant β i is m 3 / h. Therefore, the model constant βi of Examples 1 to 4 is a value obtained by multiplying the value (value whose unit is m 3 / s) obtained in the embodiment by 3600.

次に、供給する窒素ガスの予熱温度を低下させて触媒反応器iの温度がほぼ一定になるまで保持した(第2の操作)。第1の操作後と第2の操作後の触媒層温度(触媒反応器温度)T1,i、T2,iは、それぞれ表1に示すものであった。 Next, the preheating temperature of the supplied nitrogen gas was lowered and held until the temperature of the catalyst reactor i became almost constant (second operation). The catalyst layer temperatures (catalyst reactor temperatures) T 1, i and T 2, i after the first operation and after the second operation are as shown in Table 1, respectively.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

ついで、第1の実施形態に記載した方法で各触媒反応器iでの流量Qを算出した。ここで、各温度は表1に示す温度を使用し、モデル定数βは、触媒層のコーク堆積のない条件でβ算出用試験を行うことで算出した。モデル定数βの値を表2に示す。さらに、ある時点で算出された流量Qも表2に示す。なお、計算結果が負値となった場合には、解が発散するのでQ=0とした。 Then, the flow rate Q i in each catalyst reactor i was calculated by the method described in the first embodiment. Here, the temperatures shown in Table 1 were used for each temperature, and the model constant β i was calculated by performing a β i calculation test under the condition that there was no cork deposition in the catalyst layer. The values of the model constant β i are shown in Table 2. In addition, Table 2 shows the flow Q i calculated at some point. If the calculation result is a negative value, the solution diverges, so Q i = 0.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

表2の結果から、7番目の触媒反応器2では、流量Qが他の触媒反応器2に比べて著しく少ないので、触媒反応器2が閉塞したものと判定することができる。そこで、この触媒反応器2のみに対して触媒層内堆積物除去装置3を駆動して閉塞を解除した。但し、ここで算出した各触媒反応器iでの流量の合計は、13.1Nm/hとなり、流量Qの1/3であった。したがって、実際の流量との差が大きく、各触媒反応器iの流量推定値の定量性は、やや低いと考えられる。 From the results of Table 2, the 7 th catalytic reactor 2, the flow rate Q i is significantly less than the other catalytic reactor 2, it is possible to catalytic reactor 2 is judged that closed. Therefore, the blockage was released by driving the deposit removing device 3 in the catalyst layer only for the catalyst reactor 2. However, total flow rate of each catalytic reactor i calculated here, 13.1 nm 3 / h was achieved, 1/3 of the flow rate Q T. Therefore, it is considered that the difference from the actual flow rate is large and the quantitativeness of the flow rate estimate of each catalyst reactor i is rather low.

<2.実施例2>
そこで、モデル定数βの値にコークの堆積状態の影響を反映させるため、モデル定数βとして触媒反応器iごとに経験的に定めた固定値を用い、これ以外の条件を全て実施例1と同様にして流量Qiを算出した。すなわち、1時間毎にモデル定数βを更新し、このモデル定数βを用いて流量Qを算出した。結果を表3に示す。表3の値はある時点でのモデル定数β、流量Qである。
<2. Example 2>
Therefore, in order to the value of the model constants beta i reflect the impact of coke state deposition, using a fixed value determined empirically for each catalytic reactor i as a model constant beta i, performed all other conditions Example 1 The flow rate Qi was calculated in the same manner as in the above. That is, the model constant β i was updated every hour, and the flow rate Q i was calculated using this model constant β i. The results are shown in Table 3. The values in Table 3 are the model constant β i and the flow rate Q i at a certain point in time.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

各触媒反応器iでの流量の合計値は、32.7Nm/hとなり、実施例1よりも改善した(流量Qに近づいた)。7番目の触媒反応器2では、初期流量の1/3の流量であったので、閉塞と判定した。また、4番目の触媒反応器2でも初期流量の1/3以上の流量ではあったものの、顕著な流量低下が認められたので、4、7番目の触媒反応器2に対して、触媒層内堆積物除去装置3を駆動し、閉塞を解除した。 The total value of the flow rate of each catalytic reactor i is (close to the flow rate Q T) of 32.7Nm 3 / h, and the improved than in Example 1. In the seventh catalytic reactor 2, the flow rate was 1/3 of the initial flow rate, so it was determined to be blocked. In addition, although the flow rate of the 4th catalyst reactor 2 was 1/3 or more of the initial flow rate, a remarkable decrease in the flow rate was observed, so that the 4th and 7th catalyst reactors 2 were in the catalyst layer. The deposit removing device 3 was driven to release the blockage.

<3.実施例3>
実施例2で算出されたQの合計値32.7Nm/hと流量Q=40Nm/hとの差を補正するため、b=1.22とし、これを実施例2で求めた流量Qに一律に乗じて流量Qを補正した。その結果を表4に示す。
<3. Example 3>
To correct for differences in the total value 32.7Nm 3 / h and the flow rate Q T = 40Nm 3 / h of Q i calculated in Example 2, and b = 1.22, was determined this Example 2 the correction of the flow rate Q i by multiplying uniformly to the flow rate Q i. The results are shown in Table 4.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

4、7番目の触媒反応器2では、初期流量の1/3以上の流量ではあったものの、顕著な流量低下が認められたので、4、7番目の触媒反応器2に対して、触媒層内堆積物除去装置3を駆動し、閉塞を解除した。本実施例では、流量Qの合計は流量Qと一致するとともに、各Qiは、より妥当性の高いものとなった。 In the 4th and 7th catalyst reactors 2, although the flow rate was 1/3 or more of the initial flow rate, a remarkable decrease in the flow rate was observed. The internal deposit removal device 3 was driven to release the blockage. In this embodiment, with a total flow rate Q i is coincident with the flow rate Q T, each Qi has become a higher relevance.

<4.実施例4>
第2の実施形態に記載した方法を用いて流量Qを算出した他は、実施例1と同様の処理を行った。ここで、Qを与える際の定数として、β0,iには実施例1で使用したβを、モデル定数aiには予め調査して定めた値0.42を、差圧△Pには第1の操作時の代表的な値38Paを用いた。さらに、△P、β0,iを用いてη(=η0,i)を算出した(表5)。このときの流量Qの算出結果を表5に示す。表5に示す流量Qはある時点で算出した値である。
<4. Example 4>
Other calculated flow rate Q i by using the method described in the second embodiment was subjected to the same treatment as in Example 1. Here, as a constant when giving Q i , β i used in Example 1 is used for β 0, i, and a value 0.42 determined in advance for the model constant ai is used as the differential pressure ΔP. Used a typical value of 38 Pa at the time of the first operation. Further, η i (= η 0, i ) was calculated using ΔP and β 0, i (Table 5). Shows the calculation results of the flow rate Q i of this time shown in Table 5. The flow rate Q i shown in Table 5 is a value calculated at a certain point.

Figure 0006899787
Figure 0006899787

実施例2では、様々な操業条件におけるβについてそれぞれ個別に調査して固定値を定める必要があったが、本実施例では、一旦、少数モデル定数を定めれば、瞬時のβを考慮して流量Qを算出することができ、より効率的に操業を管理することができた。 In Example 2, it was necessary to individually investigate β i under various operating conditions and determine a fixed value, but in this example, once a minority model constant is determined, instantaneous β i is considered. to be able to calculate the flow rate Q i, could be managed more efficiently operated.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

1 触媒反応装置
2 触媒反応器
3 触媒層内堆積物除去装置
10、40 反応容器
11、41 流入路
12、42 流出路
13、43 触媒層
14、44 触媒保持器
15 弁座
16 通気孔
17 弁体
18、48 心棒
21、49 駆動装置
101 流入集合管
102 流出集合管
110 流体切り替え装置
111 ガス予熱装置
112 流量計
113 流入圧力計
114 流入温度計
115 触媒層温度計
116 流出圧力計

1 Catalyst reactor 2 Catalyst reactor 3 Catalyst layer deposit removal device 10, 40 Reaction vessel 11, 41 Inflow passage 12, 42 Outflow passage 13, 43 Catalyst layer 14, 44 Catalyst cage 15 Valve seat 16 Vent hole 17 valve Body 18, 48 Manometer 21, 49 Drive 101 Inflow collecting pipe 102 Outflow collecting pipe 110 Fluid switching device 111 Gas preheating device 112 Flow meter 113 Inflow pressure meter 114 Inflow thermometer 115 Catalyst layer thermometer 116 Outflow pressure meter

Claims (9)

触媒反応装置内に並列に複数配置される触媒反応器内の固定床である触媒層内で、原料流体である非圧縮性流体を反応させて改質する際に、前記触媒層内に副生物が堆積することによって、前記触媒反応器が閉塞することを検知する触媒反応器の閉塞検知方法であって、
前記触媒反応装置は、
並列に配置された前記触媒反応器、全ての前記触媒反応器に流体を供給するための集合管である流入集合管、全ての前記触媒反応器から流出する流体を集めて下流に流出させるための集合管である流出集合管、全ての前記触媒反応器の触媒層内にそれぞれ設けられた触媒層温度計、および前記流入集合管の流体温度である流入温度を計測する流入温度計を備え、炉温調整可能な加熱炉内に配置される加熱炉内装置と、
前記流入集合管に供給する流体を予熱する流体予熱装置と、
前記流入集合管に供給する流体を原料流体と非反応性流体との間で切り替えるための流体切り替え装置と、
前記流入集合管を通過する流量を測定する流量計と、を備え、
前記触媒反応器の閉塞検知方法は、
全ての前記触媒反応器に非反応性流体が通過するように前記流体切り替え装置を設定するとともに、前記流入温度計が第1の流入温度Tin1を示すように前記流体予熱装置を調整し、その際の前記流入集合管の流量Qおよび各々の前記触媒反応器の前記触媒層温度計にて計測された触媒層温度T1,iを記録する第1の操作と、
前記流入温度計が前記第1の流入温度Tin1とは異なる第2の流入温度Tin2を示すように前記流体予熱装置を調整し、その際の各々の前記触媒反応器の前記触媒層温度計にて計測された触媒層温度T2,iを記録する第2の操作と、
i番目の触媒反応器において、
β=hLX/(ρC
h:熱貫流率
L:配管の周長
ρ:ガスの密度
Cp:ガスの定圧比熱
:i番目の触媒反応器における配管の長さ
なる式によって定義されるβを用いて、各触媒反応器での流量Qを前記Tin2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数として算出する第3の操作と、
前記流量Qが所定値よりも小さい場合に、前記流量Qに対応するi番目の触媒反応器が閉塞したものと判定する第4の操作と、を含むことを特徴とする、触媒反応器の閉塞検知方法。
When a non-compressible fluid, which is a raw material fluid, is reacted and reformed in a catalyst layer which is a fixed bed in a catalyst reactor arranged in parallel in a catalyst reactor, a by-product is contained in the catalyst layer. This is a method for detecting blockage of a catalytic reactor, which detects that the catalytic reactor is blocked due to the accumulation of
The catalytic reaction device is
The catalyst reactors arranged in parallel, an inflow collecting pipe which is a collecting pipe for supplying fluid to all the catalyst reactors, and a collecting pipe for collecting the fluids flowing out from all the catalyst reactors and flowing them downstream. A furnace equipped with an outflow collecting pipe which is a collecting pipe, a catalyst layer thermometer provided in each of the catalyst layers of all the catalyst reactors, and an inflow thermometer which measures the inflow temperature which is the fluid temperature of the inflow collecting pipe. The equipment inside the heating furnace, which is located inside the heating furnace with adjustable temperature,
A fluid preheating device that preheats the fluid supplied to the inflow collecting pipe, and
A fluid switching device for switching the fluid supplied to the inflow collecting pipe between the raw material fluid and the non-reactive fluid, and
A flow meter for measuring the flow rate passing through the inflow collecting pipe is provided.
The method for detecting blockage of the catalytic reactor is
The fluid switching device is set so that the non-reactive fluid passes through all the catalytic reactors, and the fluid preheating device is adjusted so that the inflow thermometer shows the first inflow temperature Tin1. first and operations for recording the inflow collecting pipe flow Q T and each of the catalytic reactor the catalyst layer temperature T 1, which is measured by the catalyst layer thermometer i when,
The fluid preheater is adjusted so that the inflow thermometer shows a second inflow temperature Tin2 different from the first inflow temperature Tin1, and the catalyst layer thermometer of each of the catalyst reactors at that time. The second operation of recording the catalyst layer temperature T2 , i measured in
In the i-th catalytic reactor
β i = hLX i / (ρC p )
h: Heat transmission coefficient L: Circumferential length of piping ρ: Gas density Cp: Constant pressure specific heat of gas X i : Length of piping in the i-th catalyst reactor Using β i defined by the equation, each catalyst The third operation of calculating the flow rate Q i in the reactor as a function of the Tin 2 , Tin 1 , T 1, i , T 2, i , and β i, and
A catalytic reactor comprising a fourth operation of determining that the i-th catalytic reactor corresponding to the flow rate Q i is blocked when the flow rate Q i is smaller than a predetermined value. Blockage detection method.
前記第3の操作では、
前記Tin2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数を、
=−β/Ln[(T2,i−T1,i)/(Tin2−Tin1)]
とし、
βを固定値とすることを特徴とする請求項1に記載の触媒反応器の閉塞検知方法。
In the third operation,
Wherein T in2, T in1, T 1 , i, a function of T 2, i, and beta i,
Q i = -β i / Ln [(T 2, i −T 1, i ) / (T in2- T in1 )]
age,
The method for detecting blockage of a catalytic reactor according to claim 1, wherein β i is set to a fixed value.
前記触媒反応装置は、前記流入集合管と前記流出集合管との間の差圧を測定する差圧計測装置をさらに備え、
前記第3の操作では、
η=△P/Q
△P:前記流入集合管と前記流出集合管との間の差圧
なる式で定義される抵抗係数ηと、
β=β0,i・(η/η0,iai
β0,i:βの初期値
:モデル定数
なる式と、によってβを得るとともに、
前記流量Qの関数を
Figure 0006899787
とすることを特徴とする、請求項1に記載の触媒反応器の閉塞検知方法。
The catalytic reaction device further includes a differential pressure measuring device for measuring the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe.
In the third operation,
η i = ΔP / Q i 2
ΔP: The resistance coefficient η i defined by the equation of the differential pressure between the inflow collecting pipe and the outflow collecting pipe,
β i = β 0, i · (η i / η 0, i ) ai
β 0, i : Initial value of β i a i : Model constant In addition to obtaining β i,
The function of the flow rate Q i
Figure 0006899787
The method for detecting blockage of a catalytic reactor according to claim 1, wherein the method is characterized by the above.
前記第3の操作にて算出した前記流量Qを全ての触媒反応器について積算した流量が前記流量Qと一致するように、前記流量Qを補正することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の触媒反応器の閉塞検知方法。 Claims 1 to 1, characterized in that the flow rate Q i is corrected so that the flow rate obtained by integrating the flow rate Q i calculated in the third operation for all the catalyst reactors matches the flow rate Q T. The method for detecting blockage of a catalytic reactor according to any one of 3. 前記原料流体は炭化水素を含むことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の触媒反応器の閉塞検知方法。 The method for detecting blockage of a catalytic reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material fluid contains a hydrocarbon. 前記加熱炉内装置は、更に、前記触媒反応器内の堆積物を触媒反応器ごとに独立して除去するための触媒層内堆積物除去装置を備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の触媒反応器の閉塞検知方法。 The device in the heating furnace further includes a device for removing deposits in the catalyst layer for independently removing the deposits in the catalyst reactor for each catalyst reactor, according to claims 1 to 5. The method for detecting blockage of a catalytic reactor according to any one of the above items. 請求項6に記載の触媒反応器の閉塞検知方法により、i番目の触媒反応器が閉塞したものと判定された場合に、前記触媒層の閉塞を解消するように、前記i番目の触媒反応器の前記触媒層内堆積物除去装置を作動させることを特徴とする、触媒反応器の閉塞解消方法。 When it is determined that the i-th catalyst reactor is clogged by the method for detecting the clogging of the catalyst reactor according to claim 6, the i-th catalyst reactor is eliminated so as to eliminate the clogging of the catalyst layer. A method for relieving blockage of a catalyst reactor, which comprises operating the above-mentioned catalyst layer deposit removing device. 並列に複数配置される触媒反応器内の固定床である触媒層内で、原料流体である非圧縮性流体を反応させて改質すると共に、前記触媒層内に副生物が堆積することによって、前記触媒反応器が閉塞することを検知する、触媒反応装置であって、
並列に複数配置された前記触媒反応器、全ての前記触媒反応器に流体を供給するための集合管である流入集合管、全ての前記触媒反応器から流出する流体を集めて下流に流出させるための集合管である流出集合管、全ての前記触媒反応器の触媒層内にそれぞれ設けられた触媒層温度計、および前記流入集合管の流体温度である流入温度を計測する流入温度計を有し、炉温調整可能な加熱炉内に配置される加熱炉内装置と、
前記流入集合管に供給する流体を予熱する流体予熱装置と、
前記流入集合管に供給する流体を原料流体と非反応性流体との間で切り替えるための流体切り替え装置と、
前記流入集合管を通過する流量を測定する流量計と、を備え、
更に、
全ての前記触媒反応器に非反応性流体が通過するように前記流体切り替え装置を設定するとともに、前記流入温度計が第1の流入温度Tin1を示すように前記流体予熱装置を調整し、その際の前記流入集合管の流量Qおよび各々の前記触媒反応器の前記触媒層温度計にて計測された触媒層温度T1,iを記録する第1の手段と、
前記流入温度計が前記第1の流入温度Tin1とは異なる第2の流入温度Tin2を示すように前記流体予熱装置の炉温を調整し、その際の各々の前記触媒反応器の前記触媒層温度計にて計測された触媒層温度T2,iを記録する第2の手段と、
i番目の触媒反応器において、
β=hLX/(ρC
h:熱貫流率
L:配管の周長
ρ:ガスの密度
Cp:ガスの定圧比熱
:i番目の触媒反応器における配管の長さ
なる式によって定義されるβを用いて、各触媒反応器での流量Qを前記Tin2、Tin1、T1,i、T2,i、およびβの関数として算出する第3の手段と、
前記流量Qが所定値よりも小さい場合に、前記流量Qに対応するi番目の触媒反応器が閉塞したものと判定する第4の手段と、を実行させる触媒反応器の閉塞検知判定装置を備える、ことを特徴とする触媒反応装置。
A non-compressible fluid, which is a raw material fluid, is reacted and reformed in a catalyst layer which is a fixed bed in a plurality of catalyst reactors arranged in parallel, and by-products are deposited in the catalyst layer. A catalytic reactor that detects that the catalytic reactor is blocked.
To collect the catalyst reactors arranged in parallel, the inflow collecting pipe which is a collecting pipe for supplying fluid to all the catalyst reactors, and the fluid flowing out from all the catalyst reactors and let them flow downstream. It has an outflow collecting tube, which is a collecting tube of the above, a catalyst layer thermometer provided in each of the catalyst layers of all the catalyst reactors, and an inflow thermometer for measuring the inflow temperature which is the fluid temperature of the inflow collecting tube. , The equipment in the heating furnace placed in the heating furnace where the furnace temperature can be adjusted,
A fluid preheating device that preheats the fluid supplied to the inflow collecting pipe, and
A fluid switching device for switching the fluid supplied to the inflow collecting pipe between the raw material fluid and the non-reactive fluid, and
A flow meter for measuring the flow rate passing through the inflow collecting pipe is provided.
In addition
The fluid switching device is set so that the non-reactive fluid passes through all the catalytic reactors, and the fluid preheating device is adjusted so that the inflow thermometer shows the first inflow temperature Tin1. first means for recording the flow of collecting pipe flow Q T and each of the catalytic reactor the catalyst layer temperature T 1, which is measured by the catalyst layer thermometer i when,
The furnace temperature of the fluid preheater is adjusted so that the inflow thermometer shows a second inflow temperature Tin2 different from the first inflow temperature Tin1, and the catalyst of each of the catalytic reactors at that time. A second means of recording the catalyst layer temperature T2 , i measured by the layer thermometer, and
In the i-th catalytic reactor
β i = hLX i / (ρC p )
h: Heat transmission coefficient L: Circumferential length of piping ρ: Gas density Cp: Constant pressure specific heat of gas X i : Length of piping in the i-th catalyst reactor Using β i defined by the equation, each catalyst A third means for calculating the flow rate Q i in the reactor as a function of the Tin 2 , Tin 1 , T 1, i , T 2, i , and β i.
When the flow rate Q i is smaller than a predetermined value , a fourth means for determining that the i-th catalyst reactor corresponding to the flow rate Q i is blocked, and a blockage detection determination device for the catalyst reactor to execute the operation. A catalytic reactor comprising.
前記加熱炉内装置は、更に、前記触媒反応器内の堆積物を触媒反応器ごとに独立して除去するための触媒層内堆積物除去装置を備える、ことを特徴とする請求項8に記載の触媒反応装置。

8. The device in the heating furnace further comprises a device for removing deposits in the catalyst layer for independently removing the deposits in the catalyst reactor for each catalyst reactor, according to claim 8. Catalytic reactor.

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