JPH057214Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は熱媒加熱炉の燃料供給装置に関し、特
にメタノールを分解して水素ガスあるいは水素ガ
ス・一酸化炭素ガスの混合ガスを製造するメタノ
ール分解装置に係わる。

〔従来の技術〕

現代産業における水素の重要性は今さら強調す
るまでもない。即ち、アンモニア合成、メタノー
ル合成、石油精製工業などの低濃度多量消費型か
ら半導体工業、宇宙産業などの高濃度少量消費型
に到るまで有機・無機化学工業、食品、冶金、電
気、原子力エネルギーなどの広い分野で水素は不
可欠で安価な水素の製造法が叫ばれて久しい。し
かし、安価な水素製造法の新規な技術開発は、安
易ではなく少量の場合には水の電気分解、大量の
場合にはブタン、ナフサなどの炭化水素の接触改
質によつて製造されている。

一方、一酸化炭素は有機化学工業でのカルボニ
ル化反応やオキソ反応、酢酸やエチレングリコー
ル製造に使われるほか、最近は特にC₁化学の原
料として注目されている。しかし、この一酸化炭
素も安価に製造するのは困難で、ブタンあるいは
重質油等の炭化水素の部分酸化反応、あるいは製
鉄所廃ガスなどの一酸化炭素を含むガスからの回
収などにより製造しているが、工程が複雑なた
め、水素よりもむしろ高価なガスとなつている。

さらに、水素と一酸化炭素の混合を色々な比率
で必要とする場合も多いが、この場合も重質油、
石炭などの部分酸化で製造しており、これもまた
高価なものである。

ところで、このような従来の水素、一酸化炭素
あるいはその混合ガスを製造する方法にかわるも
のとして、メタノールの改質あるいは分解の反応
を利用することができる。この反応工程は以下の
とおりである。即ち、製品として水素を得る場合
にはメタノールの水蒸気改質反応により次式が進
行する。

CH₃OH＋H₂Ｏ→3H₂＋CO₂ ……(1) また、製品として水素と一酸化炭素の混合ガス
を得る場合には、メタノールの分解反応で次式が
進行する。

CH₃OH→2H₂＋CO ……(2) このいずれの反応も触媒下での反応で反応温度
は300〜400℃での吸熱反応であり(1)式では
11.5Kcal／モルメタノール、(2)式では21.4Kcal／
モルメタノールの反応熱を必要とする。

以下、従来の熱媒加熱炉の燃料供給装置を第３
図を参照して説明する。

図中の１は、所定の流量比に調整されたメタノ
ールを供給するためのメタノール供給ラインであ
る。また、２は所定の流量比に調整された純水を
供給するための純水供給ラインである。メタノー
ル及び純水は、夫々メタノール供給ライン１、純
水供給ライン２から供給し、原料予熱器３で反応
器４からの出口ガスと熱交換を行つた後、蒸発加
熱器５にて反応器入口温度まで昇温し、反応器４
へ供給する。ここで、反応器４は一般には管式タ
イプで、反応管内の触媒を充填した層にメタノー
ルを通す。この胴側には、熱媒加熱炉６において
燃料供給ライン７からの燃料を焚いて加熱した熱
媒を流し、反応管を外部から加熱してメタノール
分解に必要な熱を供給する。熱媒加熱炉６からの
熱媒の一部は蒸発加熱器５へも供給され降温した
後熱媒循環ポンプ８により熱媒加熱炉６へもど
る。反応器４でメタノールは分解し水素ガスある
いは水素と一酸化炭素の混合ガスが生成するが、
この高温ガスは原料予熱器３で原料に熱を与えた
後冷却器９において常温付近までさらに冷却し気
液分離器１０で未反応メタノールを含む凝縮液を
分離し、ガス分のみをガスライン１１からガス精
製ユニツト１２に供給する。ガス精製ユニツト１
２では不純物の除去、および水素／一酸化炭素の
分離あるいはガス比調整を行つた後、製品ガス取
出しライン１３，１４から製品ガスを取出す。気
液分離器１０での凝縮成分は循環ライン１５から
純水供給ライン２へあるいはメタノールライン１
へもどす。なお、第３図において、１６はスター
トアツプ時に使用する原料予熱器、１７は反応器
出口ガスライン、１８は熱媒供給ライン、１９は
熱媒もどりラインを夫々示す。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来技術によれば、熱媒加熱炉
６の燃料供給ライン７が問題となる。即ち、定常
運転時にはガス精製ユニツト１２から製品ガス取
出しライン１３，１４によつて取出す製品ガスの
一部を熱媒加熱炉６の余剰ガス燃料にできる。し
かし、製品ガス量の増加に伴う燃料ガス量の不足
および装置起動時の熱源および短時間スタートア
ツプのための熱交換器、反応器の温度維持には当
然補助燃料を必要とする。ここで、余剰ガス供給
ラインと補助燃料ラインの切換を手動バルブで行
つた場合、余剰ガス燃料量や燃焼に必要なガス圧
の監視が断えず必要である。又、同様な場合、急
激な製品ガス量の増加による余剰ガス燃料の不足
やガス圧不足による補助燃料への切換に手間どる
と、熱媒加熱炉６の失火、ひいては必要熱不足に
よる熱交換器、反応器の温度低下による分解ガス
量の変動を生じ、プラント全体のバランスが維持
できなくなる。

本考案は上記事情に鑑みてなされたもので、流
路切換時の失火トラブルを防止するとともに運転
管理を簡素化できる熱媒加熱炉の燃料供給装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、熱媒加熱炉の燃料であるメタノール
分解余剰ガスを補助燃料に切換える際、分解余剰
ガスの圧力を検出し設定圧力以下の場合、分解余
剰ガスに代えて補助燃料を供給する流路に切り換
える燃料自動切換え制御部を備えたことを特徴と
し、前記目的を達成することを図つたことを骨子
とする。

〔作用〕

本考案においては、起動時および短時間スター
トアツプのための熱交換器、反応器の温度維持に
は補助燃料を使用し、定常運転時には余剰ガスを
使用する場合に余剰ガスの圧力を検出し、その圧
力設定によつて補助燃料ラインと余剰ガスライン
の流路を自動的に切り換える。従つて、起動時か
ら定常到達時点に補助燃料と余剰ガスの燃料切換
および製品ガス量増加による余剰ガス量不足の場
合、余剰ガスと補助燃料の燃料切換を行い燃料を
連続的に供給することにより、熱媒加熱炉の失火
トラブルの防止余剰ガス量・ガス圧力等の運転管
理の簡素化を可能にできる。

〔考案の実施例〕

以下、本考案の一実施例を第１図及び第２図を
参照して説明する。ここで、第１図は本考案に係
る熱媒加熱炉の燃料供給装置において、補助燃料
供給ラインと余剰ガス供給ラインを燃料供給ライ
ンに接続した場合を示し、第２図は同装置におい
て補助燃料供給ラインと余剰ガス供給ラインを
夫々別々に設けた場合を示す。なお、第３図と同
部材は同符号を付して説明を省略する。

第１図において、２１は製品ガス取出しライン
１３，１４と連結されたガスタンクである。この
ガスタンク２１には、製品ガス送り出しライン２
２、及び熱媒加熱炉６の燃料用の流路開閉自動バ
ルブ２３を介装した余剰ガス供給ライン２４が
連結されている。前記ガスタンク２１には、プレ
ツシヤースイツチ付で設定圧力に対し出力信号を
発する圧力検出器２５が設けられている。また、
図中の２６は熱媒加熱炉６用の補助燃料供給ライ
ンであり、前記バルブ２３と逆動作する流路開
閉バルブ２７を備えている。前記余剰ガス供給
ライン２４及び補助燃料供給ライン２６は、各々
の流路開閉バルブ２３と２７の下流側で燃料
供給ライン７に接続されている。更に、２８は燃
焼開始および停止に使用する起動・停止回路、２
９は手動・自動遠隔切換スイツチ付の切換回路、
３０は燃料ライン切換時に必要な燃料一時停止回
路、３１は各燃料毎に回路を有し回路を切換える
ことのできる空燃比設定回路である。

一方、第２図は、補助燃料に液体燃料を使用す
る場合、熱媒加熱炉６の燃焼ノズルを２対式に
し、余剰ガス供給ライン２４と補助燃料供給ライ
ン２６を別々に設けた状態を示している。

次に、本発明の作用を説明する。メタノールと
水は所定比に流量を調整した後、系に供給し、原
料予熱器３、蒸発加熱器５により反応器入口温度
まで昇温し、反応器４に供給する。反応器４へは
熱媒加熱炉６出口の高温熱媒により反応進行に必
要な熱を供給し、メタノールが分解して水素ガス
あるいは水素と一酸化炭素の混合ガスを生成す
る。この高温分解ガスは原料予熱器３で冷却さ
れ、更に冷却器９で常温まで冷却された後、再循
環用の未分解メタノールを気液分離器１０で分離
しガス精製ユニツト１２を通して不純物の除去お
よび水素／一酸化炭素の分離あるいはガス比調整
を行つた後、製品ガス取出しライン１３，１４か
ら製品を取出す。

また、装置起動時には、ガスタンク２１内にガ
スがないか、あるいはごく少量であり熱媒加熱炉
６の燃料は補助燃料を主体に使用するため電磁開
閉器（リレー）等を使用し、ガスタンク２１内の
圧力により作動しない回路（手動）に遠隔切換ス
イツチで切換え、余剰ガス供給ライン２４の流路
開閉自動バルブ２３を全閉にし、補助燃料供給
ライン２６の流路開閉自動バルブ２７を全開に
する。又、遠隔切換スイツチを切換えることによ
り、各燃料の空燃比設定回路３１の補助燃料回路
側にもほぼ同時に切換え、起動・停止回路２８の
起動スイツチを入れることにより燃焼開始する。

更に、装置定常時の燃料は余剰ガス又は補助燃
料を使用するため、遠隔切換スイツチをガスタン
ク２１内圧力により作動する回路（自動）に切換
える。

ガスタンク２１内の圧力が圧力検出器２５の設
定圧力よりも高くなると、圧力検出器２５の出力
信号で作動する燃焼一時停止回路３０、空燃比切
換回路３１により燃焼一時停止および空燃比変更
（空気フアンダンパー開度調節）を自動的に変え
た後、補助燃料供給ライン２６の流路開閉自動バ
ルブ２７を全閉にし、余剰ガス供給ライン２４
の流路開閉自動バルブ２３を全開にし、燃焼開
始する。

一方、ガスタンク２１内の圧力が圧力検出器２
５の設定圧力よりも低くなつた場合も各回路が働
き、余剰ガス供給ライン２４の流路開閉自動バル
ブ２３を全閉にし、補助燃料供給ライン２６の
流路開閉自動バルブ２７を全開にし、燃焼開始
する。なお、燃料一時停止回路３０が働いた場合
は、フレームロツドあるいはフレームアイによる
失火警報を発しない回路にする必要がある。

しかして、本考案によれば、起動時および短時
間スタートアツプのための熱交換器、反応器４の
温度には補助燃料を使用し、定常運転時には余剰
ガスを使用する場合に余剰ガスの圧力を検出し、
その圧力設定によつて補助燃料供給ライン２６と
余剰ガス供給ライン２４の流路を自動的に切り換
える構造となつている。従つて、起動時から定常
到達時点に補助燃料と余剰ガスの燃料切換及び製
品ガス量増加による余剰ガス量不足の場合、余剰
ガスと補助燃料の燃料切換を行い燃料を連続的に
供給することにより、熱媒加熱炉６の失火トラブ
ルの防止及び余剰ガス量、ガス圧力等の運転管理
の簡素化が可能となる。

具体例 メタノールを1kmol／Hr供給し、分解反応器
でメタノールを分解し、分解ガス量を60.5Nm³／
Ｈ得た。分解反応器内および熱交換器の温度を維
持する様に熱媒加熱炉６は補助燃料（LPG）を
使用し、その使用量は約1.5Nm³／Ｈである。第
４図に示す様に補助燃料量は約1.5Nm³／Ｈであ
りガスタンク内圧力を徐々に上昇させ、第５図に
示す様に設定圧力1.2Kg／cm²に達した時点で燃料
切換が自動的に行なわれた。余剰ガスの組成は
H₂／COモル比＝2/21であり切換後も順調に約
12.5Nm³／Ｈのガス量で燃焼し、その後ガスタン
ク２１内のガスを放出し、ガスタンク２１内の圧
力を徐々に下げた所、ガスタンク設定圧力1.2
Kg／cm²で余剰ガスから補助燃料に切換わり、その
後順調に燃焼維持することが出来た。

〔考案の効果〕

以上詳述した如く本考案によれば、流路切換時
の失火トラブルを防止するとともに、運転管理を
簡素化できる熱媒加熱炉の燃料供給装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本考案の一実施例に係
る熱媒加熱炉の燃料供給装置の説明図、第３図は
従来の熱媒加熱炉の燃料供給装置の説明図、第４
図は本考案装置に係る時間と補助燃料又は余剰ガ
ス流量との関係を示す特性図、第５図は本考案装
置に係る時間とガスタンク内圧力との関係を示す
特性図である。 １……メタノール供給ライン、２……純水供給
ライン、３……原料予熱器、４……反応器、５…
…蒸発加熱器、６……熱媒加熱炉、７……燃料供
給ライン、８……熱媒循環ポンプ、９……冷却
器、１０……気液分離器、１１……ガスライン、
１２……ガス精製ユニツト、１３，１４……製品
ガス取出しライン、１５……循環ライン、１６…
…原料予熱器、１７……反応器出口ガスライン、
１８……熱媒供給ライン、１９……熱媒もどりラ
イン、２１……ガスタンク、２２……製品ガス送
り出しライン、２３，２７……流路開閉自動バル
ブ，、２４……余剰ガス供給ライン、２５…
…圧力ガス検出器、２６……補助燃料供給ライ
ン、２８……起動・停止回路、２９……切換回
路、３０……燃料一時停止回路、３１……空燃比
設定回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. メタノールを触媒下で分解して水素ガスあるい
   は水素と一酸化炭素の混合ガスを製造し、メタノ
   ール分解反応に要する熱を供給する熱媒加熱炉を
   備えた燃料供給装置において、前記熱媒加熱炉の
   燃料であるメタノール分解余剰ガスを補助燃料に
   切換える際、分解余剰ガスの圧力を検出し設定圧
   力以下の場合、分解余剰ガスに代えて補助燃料を
   供給する流路に切り換える燃料自動切換え制御部
   を備えたことを特徴とする熱媒加熱炉の燃料供給
   装置。