JPS6131043B2 - - Google Patents

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JPS6131043B2
JPS6131043B2 JP58018497A JP1849783A JPS6131043B2 JP S6131043 B2 JPS6131043 B2 JP S6131043B2 JP 58018497 A JP58018497 A JP 58018497A JP 1849783 A JP1849783 A JP 1849783A JP S6131043 B2 JPS6131043 B2 JP S6131043B2
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JP
Japan
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steam
carbon
moles
flow rate
gas
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JP58018497A
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English (en)
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JPS59146905A (ja
Inventor
Toyofumi Usu
Norio Zenitani
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Nihon Kogyo KK
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Nihon Kogyo KK
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Publication date
Application filed by Nihon Kogyo KK, Yokogawa Hokushin Electric Corp filed Critical Nihon Kogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オフガスを原料とする炭化水素のス
チーム改質による水素製造装置におけるスチーム
供給量の制御方法に関し、特には、スチームカー
ボンモル比を算出してスチーム消費量を最小限に
抑え、限界運転の制限を加味したものである。
石油精製又は石油化学工場では、炭化水素のス
チーム改質による水素製造用の原料として、各種
石油精製又は石油化学装置から排出されるメタ
ン、エタン、エチレン、プロパン等軽質炭化水素
を主成分とするいわゆるオフガス(OFF GAS)
が用いられることが多い。
ところで、オフガスを原料として水素を製造す
る場合、オフガスの組成及び流量等は、大幅に変
動するのが通常的であるが、従来は、改質炉入口
のオフガスの組成をガスクロ分析等により適宜分
析し、原料ガスのカーボン数を算出し、供給スチ
ーム流量が設定変更される程度であつた。従つ
て、このような従来の方法では、オフガスの組成
及び流量等の短時間の変動には迅速な対応がとれ
難いためスチーム流量は必要量より多めに設定せ
ざるを得ずスチームが無駄に消費されていた。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
であつて、炭化水素源としてオフガスを用いる炭
化水素のスチーム改質反応による水素製造装置に
おいて、前記オフガスの供給流路及びスチーム供
給流路に設置した流量、温度、オフガス組成及び
圧力の各検出器の検出値からスチームカーボンモ
ル比S/Cを求めてS/Cが一定になるようにス
チーム量を制御して無駄なスチームの消費を無く
すと共に、低負荷時にはスチームとカーボンのト
ータルモル数が或る設定値以上となるように改質
炉の限界運転の制限ができるようにした制御性の
よい水素製造装置におけるスチーム供給量の制御
方法である。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第1図は、2系統のオフガスを炭化水素源とし
た本発明を説明するための水素製造装置の一実施
例を示す構成図である。図には、オフガス1とオ
フガス2の2つの原料供給流路とバツクアツプ用
のナフサの供給流路があり、これらが混合、加熱
され、これにスチームが加えられてスチーム改質
により製品(水素)が製造される。図において、
A1,A2はオフガスの組成を検出する分析計であ
る。該分析計としては、例えばガスクロ分析計が
用いられる。T1,T2はオフガスの温度を検出す
る温度検出器、T3はナフサの温度を検出する温
度検出器、P1,P2はオフガスの圧力を検出する圧
力検出器、F1,F2はオフガス流量を検出する流
量検出器、F3はナフサ流量を検出する流量検出
器である。C1,C2はオフガス流量を調節する流
量調節計、C3はナフサ流量を調節する流量調節
計である。
V1乃至V3はそれぞれ流量調節計C1〜C3で駆動
される調節弁である。CA1は検出器A1,T1
P1,F1の出力を受けてオフガス1のガス流量を
温度圧力比重で標準状態に補正する演算器、CA2
は検出器A2,T2,P2,F2の出力を受けてオフガ
ス2のガス流量を温度、圧力、比重で標準状態に
補正する演算器、CA3は検出器T3,F3の出力を
受けてナフサ流量を温度圧力で標準状態に補正す
る演算器である。演算器CA3には、別途ナフサの
カーボンモル数と密度値が入力される。CA4は演
算器CA1〜CA3の出力を受けて補正後の流量値か
らトータルのカーボンモル数を算出する演算器、
CA5は同じく演算器CA1〜CA3の出力を受けて補
正後の流量値から補正後のスチームとカーボンの
トータルモル数を算出する演算器である。
オフガス1、オフガス2及びナフサはA点で合
流し加熱炉1で加熱される。2は加熱炉1で加熱
された原料中の硫黄分を除去する脱硫塔である。
3は、原料にスチームを吹込んで炭化水素を触媒
存在下に水素分(H2)と炭酸ガス分(CO2)に改質
する改質炉、4は改質炉から出たガス中の炭酸ガ
ス分を除去する脱炭酸装置である。該脱炭酸装置
の出口から製品(水素)が出てくる。
C4は流量調節計、F4はスチーム流量を検出す
る流量検出器、V4は流量調節計C4の出力で駆動
される調節弁である。P3はスチーム圧力を検出す
る圧力検出器、CA6は該圧力検出器及び流量検出
器F4の出力を受けてスチーム流量を比重で重量
流量に補正する演算器、CA7は演算器CA4及び
CA6の出力を受けてスチームカーボンモル比S/
Cを算出する演算器、CA8は演算器CA5及びCA6
の出力を受けてスチームとカーボンのトータルモ
ル数を算出する演算器である。C5は演算器CA7
求めたスチームカーボンモル比S/Cの目標値と
する調節計、C6は演算器CA8で求めたスチームと
カーボンのトータルモル数を目標値とする調節
計、5は調節計C5及びC6の制御出力のうち大き
い方を選択して出力するハイセレクタである。該
ハイセレクタの出力は、流量調節計C4の目標値
となる。このように構成された装置の動作を説明
すれば、以下のとおりである。
図に示す水素製造装置において、原料としてオ
フガス1、オフガス2及びナフサの3種を混合し
て改質炉3に供給するようになつているが、ナフ
サはバツクアツプ用であり、通常はオフガス1と
オフガス2の2種類にて運転されている。調節計
C1〜C4は通常は単ループにて運転可能なように
構成されている。スチームカーボンモル比S/C
調節を行う場合は、C1〜C4で調節されるそれぞ
れの原料について温度、圧力、補正のそれぞれの
原料が変動した場合に生じる比重誤差の補正を演
算器CA1〜CA3及びCA6で行つている。補正され
た原料流量値から、目的のカーボンモル数、原料
のトータルモル数を算出するため演算器CA4
CA5で計算される。即ち、CA4で各原料のトータ
ルのカーボンモル数が、CA5で各原料のトータル
モル数が計算される。
先ず、演算器CA4でトータルカーボンモル数を
算出する場合について説明する。オフガスの成分
をCo2o+2で代表させる。ここでnはカーボン
数である。オフガスの分子量をMWとすると次式
が成立する。
n×炭素の原子量+(2n+2) ×水素の原子量=MW (1) 炭素Cの原子量12、水素の原子量1であること
から(1)式は次式のようになる。
14n=MW−2 これから、カーボン数nは次式のようになる。
n=MW−2/14 (2) (2)式で示されるnは、1モルあたりのカーボン
数を表わしている。従つて、その割合を原料であ
る供給オフガスのトータルモル数Fmolにかける
ことによつてカーボンモル数Cmolを求めること
ができる。即ち、次式が成立する。
Cmol=MW−2/14xFmol (3) 各流路ごとに(3)式が成立するので、演算器CA4
は3流路の合計カーボンモル数を算出する。一
方、演算器CA6でスチームモル数が算出されるの
で、演算器CA7は演算器CA4からの合計カーボン
モル数と演算器CA6からのスチームモル数を受け
て、スチームカーボンモル比S/Cを算出する。
次に、演算器CA5で原料のトータルモル数を算
出する場合について説明する。演算器CA5は、各
流路ごとに設けられた流量検出器F1〜F3の出力
を温度、圧力及び比重補正した値Fci(i=1〜
3)を1モルのガスの標準体積22.4で割つて、
各流路ごとのモル数Fmoli(i=1〜3)を求め
る。即ちFmoliは次式で求められる。
Fmoli=Fci/22.4 (i=1〜3)(4) しかる後、演算器CA5はFmol1,Fmol2
Fmol3を加算して原料炭化水素のトータルモル数
を算出する。一方、スチームを含めたトータルモ
ル数を求めるためには、スチーム側のモル数を算
出して前記トータルモル数に加算してやる必要が
ある。
演算器CA6は、流量検出器F4で得られたスチー
ム流量Fsを飽和蒸気として設計基準状態近辺で
は比重補正と圧力補正は近似されるため圧力検出
器P3で測定した圧力で演算器を行う。補正後の流
量値Fscは次式で与えられる。
Fsc=FsxP31/Pb (5) ここでPbはオリフイスの設計基準値、P31は圧
力検出器P3の出力をそれぞれ示す。Fscが求まつ
たら(4)式と同様、Fscをスチームの分子量18で割
つてスチームのモル数Fmolsを求める。
Fmols=Fsc/18 (6) 演算器CA8は、演算器CA5とCA6の出力を受け
て最終的なスチームとカーボンのトータルモル数
MTを算出する。FMTは次式で与えられる。
MT =Fmol1+Fmol2+Fmol3+Fmols (7) 調節計C5は、演算器CA7より出力されるスチー
ムカーボンモル比S/Cを目標値として受けて、
制御信号をハイセレクタ5に出力する。一方、調
節計C6は、演算器CA8より出力されるスチームと
カーボンのトータルモル数FMTを目標値として受
けて、制御信号をハイセレクタ5に出力する。通
常負荷状態においては、調節計C5の出力の方が
C6の出力よりも大きいので、ハイセレクタ5は
調節計C5の出力をカスケードでスチーム流量調
節計C4に接続する。この結果、流量調節計C4
演算器CA7で求められたスチームカーボンモル比
S/Cを設定値として、スチーム流量の制御を行
う。第2図は、制御モード特性を示す図である。
横軸は負荷、縦軸はスチームとカーボンのトータ
ルモル数又はスチームモル又はカーボンモル数を
示している。
図中、f1がスチームとカーボンのトータルモル
数を、f2がスチームモル数を、f3がカーボンモル
数をそれぞれ示している。負荷がL1より大きい
領域では、前述したスチームカーボンモル比S/
Cが一定となるような制御が行われ、スチーム使
用量を最小限に抑えることができる。
一方、低負荷領域に入つてくると、原料流量に
従つて調節計C5でスチームカーボンモル比制御
を行つていると、当然スチームの流量も下がつて
きて、最終的にはスチームとカーボンのトータル
モル数が必要最低限を割る可能性が生じる。スチ
ームとカーボンのトータルモル数が必要最低限量
を割ると、触媒に悪影響を与える。
そこで、予め定められた最低負荷L1よりも小
さくなつた場合には、ハイセレクタ5が調節計
C4へ与える設定値をそれまでのC5からC6に切換
えるようにしておく。調節計がC5からC6に切換
わると、スチームとカーボンのトータルモル調節
計C6の修正動作が働き、原料流量の低下があつ
ても逆にスチーム流量の設定値が増加するように
働き、最低負荷を補償する。この結果、L1より
小さい負荷領域においては、スチームとカーボン
のトータルモル数は一定に保たれ、スチーム量は
増加する。従つて、低負荷時にも最低負荷を気に
することなく安全操業が可能となる。
上述の説明では、オフガスの流路として2系統
の場合を例にとつたがこれに限る必要はなく、1
系統でも、それ以上の数の系統であつてもよい。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば
炭化水素源として、オフガスから水素を製造する
装置において、各原料流路に設置した流量、温
度、カーボン及び圧力の各検出器からスチームカ
ーボンモル比S/Cを求めてS/Cが一定になる
ようにスチーム供給量を制御して無駄なスチーム
の消費を無くすと共に、低負荷時にはスチームと
カーボンのトータルモル数が或る一定値以下にな
らないように改質炉の限界運転を制限することが
でき、制御性よく、水素製造装置において、スチ
ームの供給量を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図は制御モード特性を示す図である。 1……加熱炉、2……脱硫塔、3……改質炉、
4……炭酸ガス除去装置、5……ハイセレクタ、
C1〜C6……調節計、CA1〜CA8……演算器、V1
V4……調節弁、A1,A2……分析計、T1〜T3……
温度検出器、P1〜P3……圧力検出器、F1〜F4
…流量検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭化水素源として、オフガスを用いる炭化水
    素のスチーム改質による水素の製造装置におい
    て、前記オフガスの供給流路に、流量、温度、圧
    力及びオフガス組成を検出する検出器を配し、ス
    チームの供給流路には、流量及び圧力を検出する
    検出器を設け、前記検出器の出力値からトータル
    カーボンモル数、スチームモル数、及びスチーム
    とカーボンとのトータルモル数を算出し、当該ト
    ータルカーボンモル数とスチームモル数から、ス
    チームカーボンモル比S/Cを算出し、該S/C
    によりスチーム供給量を制御するとともに、低負
    荷時においては、スチームとカーボンとのトータ
    ルモル数があらかじめ設定された設定値以上とな
    るようにスチーム供給量を制御することを特徴と
    する水素製造装置におけるスチーム供給量の制御
    方法。
JP1849783A 1983-02-07 1983-02-07 水素製造装置におけるスチ−ム供給量の制御方法 Granted JPS59146905A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US9707192B2 (en) 2005-07-14 2017-07-18 Neothetics, Inc. Lipolytic methods

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