JPH0234687A - 改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、複数本の改質管を有し、炭化水素のスチーム
リフォーミングを行う改質装置、に関するものである。

（従来の技術） 一般に使用されているこの種のガス改質装置の構成を第
４図に示した。即ち、改質装置１は、バーナー２へ燃料
ガス２ａと燃焼空気２ｂとを送り込み、これを燃焼室３
において燃焼させ、この燃焼により生じた加熱流体を改
質管４の外面に沿って下方へ流し、排ガス出口５より外
部へ排出する。

この燃焼熱により、改質装置１の内部に配設した複数本
の改質管４を加熱する。

また、改質管４の内部には、改質ガスの流路が設けられ
ている。即ち、混合ガス入口側マニホールド６より流入
した炭化水素とスチームの混合ガスは、改質管４の内壁
側に充填された触媒層７の内部を流れて上昇し、その間
に改質されて改質ガスとなる。この改質ガスは改質管４
の上端部で逆向きに方向転換し、改質管４の中央部に設
けられたリターンパス８を下方へ流れて、改質ガス出口
側マニホールド９から外部に流出する。この間に行われ
る改質作用は、メタンなどの炭化水素とスチームとが、
水素と一酸化炭素ガス及び炭酸ガスに改質されるもので
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した様な構成を有する改質装置にお
いては、複数の改質管４が設けられるため、種々の要因
によって、改質管４の管壁温度が不均一となるといった
解決すべき課題があった。

例えば、改質管４の管壁温度が不均一の状態で改質装置
が運転されると、次の様な不都合を生じる。即ち、改質
管の運転温度が比較的高温となり、制限温度を越える場
合には、管の破損寿命に及ぼす影響が大きく、寿命がか
なり短縮する。これを避けるために改質管全体を比較的
低い温度で、いずれの改質管も制限温度を越えない様に
運転すると、温度の低い改質管では、改質ガスの改質効
率が悪くなってしまうので、改質装置全体としての改質
効率も低下するという欠点があった。

この様な改質管温度の不均一性をもたらす要因の一つは
、改質装置のバーナー２の燃焼により生じた加熱流体の
流れる分布が必ずしも均一でなく、このため、複数本の
改質管４の幾何学的配置によって、加熱されやすいもの
と、加熱されにくいものとができてしまうことである。

従って、バーナーの構造と、改質管の配列を工夫するこ
とにより、加熱流体の分布をかなり均一化することがで
きるが、この場合には、バーナー構造や改質管の支持構
造が複雑なものとなるため、コストがかかるといった欠
点があった。

また、バーナーの燃焼量をある幅で変化させ、それに応
じて、改質ガスの出力流量を変化させる様な可変負荷形
の改質装置の場合には、バーナーの燃焼量が変化しても
、常に燃焼による加熱流体の流れ分布を均一に保つこと
が望ましいが、上記と同様にこの場合にも、バーナー構
造や改質管の支持構造が複雑化するため、コストがかが
るという欠点があった。

ざらに、別の要因として、複数の改質管において、その
内部を流れる改質ガス流量のアンバランスがある。この
様なアンバランスは、改質管に充填される触媒層の斤量
が、改質管により必ずしも均一でない場合に生じる。例
えば、ある特定の改質管の触媒層の圧力損失が他に比べ
て大きい場合、この管内を流れる改質ガスは、他の管よ
り流れにくいので流量が減少するが、スチームリフｔ−
ミンクは吸熱反応であるので、改質ガスの流量減少は、
改質管内の吸熱作用の減少を意味し、結果として改質管
の管壁温度が上昇する。

逆に、触媒層の圧力損失が他に比べて小ざい改質管にお
いては、改質ガスの流量が多くなり、吸熱反応による冷
却効果も大きくなるので、改質管管壁温度が他に比べて
低下することになる。

この様な改質管の管壁温度のアンバランスをもたらす触
媒層圧力損失の不均一性は、経年的に改質管が受ける熱
膨張、収縮サイクルで、管内部の触媒粒子が摩耗、破損
などの変形を受けることでざらに助長される傾向にある
。

本発明は上記の様な欠点を解消するために提案されたも
ので、その目的は、複数の改質管の管壁温度の不均一性
を改善し、長寿命で、改質効率に優れた改質装置を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、内部に改質用触媒層を充填した複数個の改質
管を容器内に収納し、炭化水素とスチームの混合ガスを
前記改質管の内側に導入すると共に、前記改質管の外側
に、燃焼ガスなどの加熱流体を導入して改質管を加熱す
ることにより、スチームリフｔ−ミンクを行う改質装置
において、混合ガスを改質管に導入する混合ガス入口側
マニホールドの上流側に、スチームを供給する手段とそ
の流量を調節する手段、あるいは、前記混合ガス流量を
調節する手段の少なくとも一方を設け、また、改質管の
管壁温度を測定し、その温度信号を送出する温度センサ
と、この温度センサより送られた温度信号を、予め与え
られた設定温度と比較し、その比較結果に応じて、前記
スチーム流量調節手段あるいは混合ガス流量調節手段の
開度を制御する制御器とを備えたものである。

（作用） 本発明の改質装置によれば、改質管の管壁に設けた温度
センサによって、改質管の管壁温度を測定することによ
り、制御器によって、改質管内に導入されるスチームガ
スあるいは混合ガスの流量を調節することができるので
、各改質管の管壁温度を均一化することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて
具体的に説明する。なお、第４図に小した従来型と同一
の部材には同一の符号を付し、説明は省略する。

■第１実施例 本実施例においては、第１図に示した様に、複数の改質
管４に炭化水素とスチームの混合ガスを供給する混合ガ
ス入口側マニホールド２０ａ、２０ｂ、２０Ｇが、複数
の改質管グループ毎に分割されて構成されている。また
、分割されて構成された混合ガス入口側マニホールド２
０ａ〜２０Ｇには、スチーム流量調節弁２１ａ、２１ｂ
、２１Ｃを介して、スチーム供給ライン２２が接続され
ている。

一方、各改質管グループに属する改質管４には、各グル
ープ中、少なくとも１本の改質管にその管壁温度を測定
する温度センサ２３ａ、２３ｂ、２３Ｃが設けられ、こ
れらにより測定された温度信号が制御器２４に入力され
るように構成されている。

また、前記制御器２４は、前記温度センサ２３ａ〜２３
Ｇによって測定された改質管管壁温度を、予め与えられ
た設定温度と比較し、その比較結果に応じて、スチーム
流量調節弁２１ａ〜２１Ｇの開度を調整する開度信号を
、スチーム流量調節弁２１ａ〜２１Ｇに送出することの
できる機能を備えている。

この様な構成を有する本実施例の改質装置においては、
改質管の管壁温度センサ２３ａ〜２３ｃにより得られた
温度が、制御器２４に予め与えられた設定温度と比較さ
れ、その比較結果に応じて、各改質管毎あるいは各改質
管グループ毎に分割されて構成された混合ガス入口側マ
ニホールド２０ａ〜２０ｃに注入されるスチーム量が、
スチーム流量調節弁２１ａ〜２１Ｃにより調整される。

゛例えば、検出された改質管の管壁温度が、他より高い
か、予め設定された温度レベルより高い場合には、これ
らの改質管に接続される混合ガス入口側マニホールド２
０ａ〜２０ｃに注入されるスチーム量を、他より多くす
るように制御できるように構成されている。その結果、
高温度を示した改質管に流入する混合ガス中のスチーム
量が増加し、その顕熱分だけ改質ガスを冷却することが
できるので、改質管の温度が低下する。

反対に、検出された改質管の管壁温度が、他より低いか
、予め設定された温度レベルより低い場合には、この改
質管に接続された混合ガス入口側マニホールド２０ａ〜
２０Ｇに注入されるスチーム量を他より少なくするよう
に制御すれば、改質管に流入するスチーム量が減った分
だけ、改質管の管壁温度が上昇する。

この様に、各改質管あるいは改質管グループ毎に、管壁
の温度を測定する温度センサを取付け、その信号によっ
て、スチーム流量調節弁の開度を制御するように構成す
ることによって、改質管相互の管壁温度の不均一性を改
善することができる。

また、改質管の外側の加熱流体の流れ分布に、ある程度
の不均一性があっても、また、改質管内部の触媒層の圧
力損失の不均一性に起因する改質ガス流量分布の不均一
性があっても、改質管管壁温度の不均一性を改善した運
転を行うことができる。従って、改質管の温度が高くな
り過ぎることを防止でき、改質管の長寿命化を可能とし
、改質装置全体の効率が低下することも防止できる。

＊他の実施例＊ なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、制御器２４としては、例えば、ＰＩＤ調整器であっ
ても良いし、ディジタル信号を演算処理する制御装置で
あっても良い。

また、予め制御器２４に与えられる設定温度は、一定で
あっても良いし、改質装置の改質負荷量あるいはバーナ
ー燃焼量、その他のパラメータから、関数的に与えられ
るものであっても良い。

ざらに、前記設定温度の種類としては、改質管の運転上
限温度、下限温度、または、運転目標平均温度など、必
要に応じ、同時にいくつもの比較レベルを設けておくこ
とが考えられる。

また、改質管管壁温度の測定信号を用いて、平均温度を
計算し、この平均温度をもって設定温度とし、個別の温
度実測値との比較基準に用いる方法も考えられる。

さらに、改質管に設けられる温度センサは、各改質管グ
ループの２本以上の改質管に取付けても良い。また、特
にグループ中で最も温度が高くなりそうな改質管及び最
も低くなりそうな改質管を予め選定し、これらだけに温
度センサを設けても良い。

＊第２実施例＊ 本実施例においては、第２図に示した様に、第１実施例
に示した各構成要素に加え、混合ガス入口側マニホール
ド２０ａ〜２０ｃに接続される炭化水素とスチームの混
合ガス供給ライン上に、混合ガス流量調節弁３０ａ、３
０ｂ、３０Ｇが設けられている。

また、制御器３４は、温度センサ２３ａ〜２３Ｃより入
力された温度信号と、予め設定された設定温度とを比較
し、その比較結果に応じて、スチーム流量調節弁２１ａ
〜２１ｃの開度を調節する開度信号を、スチーム流量調
節弁２１ａ〜２１ｃに送出すると共に、前記混合ガス流
量調節弁３０ａ〜３０ｃの開度を調節する開度信号を、
混合ガス流量調節弁３０ａ〜３０Ｇに送出することので
きる機能を備えている。

この様な構成を有する本実施例の改質装置においては、
第１実施例と同様の作用のほかに、以下に述べる様な作
用がある。

即ち、温度センサ２３ａ〜２３Ｇによって測定された改
質管の管壁温度が他より高いが、予め設定された温度レ
ベルより高い場合には、改質管に接続されている混合ガ
ス入口側マニホールド２０８〜２０ｃに流入する炭化水
素とスチームとの混合ガス流量を伯より多くするように
制御すれば、改質管に流入する混合ガスが増えた分だけ
その改質処理に伴う吸熱反応が増え、改質管の温度が低
下し、改質管の管壁温度も低下する。

この様に、改質管へのスチーム流量を調節するだけでな
く、混合ガス流入量を調節することにより、改質管の管
壁温度をより均一化することができる。

＊第３実施例＊ 本実施例においては、第３図に示した様に、第２実施例
における混合ガス流量調節弁が、オリフィス４０ａ、４
０ｂ、４０ｃに置換えられている。

これらのオリフィス４０ａ〜４０Ｃは、改質管グループ
毎に分割された混合ガス入口側マニホールド２０ａ〜２
０ｃへ流入する炭化水素とスチームの混合ガスの流量を
、必要に応じて調節するために設けられている。

また、流量の調節はオリフィスの交換あるいは手動によ
る開度調節によって行われる。

なお、これらのオリフィスは、固定式、半固定式、手動
可変式のいずれであっても良い。

この様な構成を有する本実施例の改質装置においては、
第１実施例と同様の作用を有する。また、経年的に改質
管内の触媒層の圧力損失が変化して、改質ガス流量に改
質管毎あるいは改質管グループ毎のアンバランスが生じ
るような場合、その必要に応じて、オリフィスを調節し
て、改質管グループに流入する混合ガス流量を調節する
ことができる。

この様に、オリフィスの調整と、制御器によるスチーム
流量調節弁の自動調整とによって、改質管の管壁温度の
不均一性が改善される。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、混合ガスを改質管に
導入する混合ガス入口側マニホールドの上流側に、スチ
ームを供給する手段とその流量を調節する手段、あるい
は、前記混合ガス流量を調節する手段の少なくとも一方
を設け、また、改質管の管壁温度を測定し、その温度信
号を送出する温度センサと、この温度センサより送られ
た温度信号を、予め与えられた設定温度と比較し、その
比較結果に応じて、前記スチーム流量調節手段あるいは
混合ガス流量調節手段の開度を制御する制御器とを備え
るという簡単な手段によって、複数の改質管の管壁温度
の不均一性を改善し、長寿命で、改質効率に優れた改質
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改質装置の第１実施例を示す構成図、
第２図は本発明の第２実施例を示す構成図、第３図は本
発明の第３実施例を示す構成図、第４図は従来の改質装
置を示す構成図である。 １・・・改質装置、２・・・バーナニ、２ａ・・・燃料
ガス、２ｂ・・・燃焼空気、３・・・燃焼至、４・・・
改質管、５・・・排ガス出口、６・・・混合ガス入口側
マニホールド、７・・・触媒層、８・・・リターンパス
、９・・・改質ガス出口側マニホールド、２０ａ〜２０
Ｇ・・・混合ガス入口側マニホールド、２１ａ〜２１Ｇ
・・・スチーム流量調節弁、２２・・・スチーム供給ラ
イン、２３ａ〜２３Ｇ・・・温度センサ、２４・・・制
御器、３０ａ〜３０Ｃ・・・混合ガス流量調節弁、３４
・・・制御器、４０ａ〜４０ｃ・・・オリフィス。 第 図 第　２　図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部に改質用触媒層を充填した複数個の改質管を容器内
   に収納し、炭化水素とスチームの混合ガスを前記改質管
   の内側に導入すると共に、前記改質管の外側に、燃焼ガ
   スなどの加熱流体を導入して改質管を加熱することによ
   り、スチームリフォーミングを行う改質装置において、 前記混合ガスを改質管に導入する混合ガス入口側マニホ
   ールドの上流側に、スチームを供給する手段とその流量
   を調節する手段、あるいは、前記混合ガス流量を調節す
   る手段の少なくとも一方を設け、 前記改質管の管壁温度を測定し、その温度信号を送出す
   る温度センサと、 前記温度センサより送られた温度信号を、予め与えられ
   た設定温度と比較し、その比較結果に応じて、前記スチ
   ーム流量調節手段あるいは混合ガス流量調節手段の開度
   を制御する制御器とを備えたことを特徴とする改質装置
   。