JPS62202201A - 水素の需要変動制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、石油精製装置において使用される水素発生装
置の水素需要量の変更に効果的に対応できる水素流量制
御装置に関する。

〈従来の技術〉 石油精製においては重質油の水素化脱硫、水素化分解な
どが大規模に行なわれるようＫなったため、水素の消費
量が急激に増大している。このため各種の水素の製造法
が開発され、現在ではＬＰＧやナフサを原料とするスチ
ームリフォーミング（水蒸気改質）法が主流となってい
る・これは・原第３図は従来の水素製造装置の構成を示
すブロック図である。

１０は水素発生装置であり、流量ライン１１を介して原
料であるＬＰＧが供給されている。流量２インＩＩＫは
流量検出部１２と操作弁１３が設けられ流量設定値ｓｐ
、になるようＫＲ量調節計１４によりＬＰＧの流量が制
御される。これ等でもって原料の流量を制御する流量制
御系１５を構成する。

１６はボイラであり、流量ライン１７を介してボイラ水
が供給されている。流量ライン１７には流量検出部１８
と操作弁１９が設けられ、流量設定値ＳＰ２になるよう
に流量調節計２０によりボイラ給水の流量が制御される
。これ等でもってボイラ給水の流量を制御する流量制御
系２１を構成する。ボイラ１６には燃料を供給する燃料
ライン２２が設けられている。ボイラ１６で生成された
蒸気は流量ライン２３を介して水素発生装Ｎ、　１０に
供給される。流量ライン２３には流量検出部２４と操作
弁２５が設けられ、流量設定値ＳＰ３になるように流量
調節計２６により蒸気流量が制御される。

流量検出部２４、操作弁２５および流量調節計２６によ
り流量制御系２７を構成する。

水素発生装置１０は流量ライン１１から供給されたＬＰ
Ｇと流量ライン２３から供給された蒸気とを混合し触媒
のもとに加熱すると化学反応を起こし水素を発生する。

発生した水素は下流の水素精製装置２８に供給されて良
質の水素に精製される。

また、水素を発生させる化学反応では水素含有量の少な
いオフガスが発生するが、これは流量ライン３０を介し
てフレアに放出する。

以上の構成において、水素発生装置は負荷の水素需要量
に見合った水素を供給する必要があるが、この水素需要
量は流量調節計１４に流量設定値としてオペレータが設
定し、これに伴って対応する蒸気およびボイラ給水にな
るようにそれぞれ流量設定値ＳＰ３．ＳＰ２をオペレー
タが設定する。この場合、適切な運転をしないと水素発
生装置１０での反応の際に種々のトラブルの原因と力る
炭素が析出する。しかし、平衡状態における反応温度と
圧力に対応する炭素析出を起さない最小の蒸気／炭素比
は判かるので、これ以上の蒸気／炭素比になるようにオ
ペレータがモニタリングしながらＬＰＧ量にみあう蒸気
量を加減することによりこのトラブルは解決される。こ
の場合、ボイラ給水も蒸気量に対応して加減する。

また、水素需要量を変更する場合にも最小の蒸気／炭素
比より常に犬になるように流量設定値ｓｐ　　、　ｓｐ
２．　ｓｐ３を変更する必要があるので長時間をかけて
ゆっくりオペレータが変更操作をする。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の水素発生装置では、水素
を含むオフガスをフレアに放出するのでロスが発生し効
率低下を招くと共に定常運転においてもオペレータがＬ
ＰＧ流量と蒸気流量を手動で制御するので蒸気／炭素比
が変動し一定とならずこのため蒸気／炭素比を少し高く
維持せねばならず蒸気のロスとなり、更に水素需要量の
変更に際しても蒸気／炭素比を所定の値より常に高く維
持しながら運転をしなければならないのでその運転操作
に時間を要しかつ操作ミスを起しやすい欠点がある。

く問題点を解決するだめの手段〉 この発明は、これ等の問題点を解決するため、触媒の存
在のもとに原料としての炭化水素と蒸気を用いて水素を
発生させる水素発生手段と、第１設定値が与えられ水素
発生手段へ供給する炭化水素の流量を制御する流量制御
手段と、この流量制御手段に第１設定値として炭化水素
の流量に補正値を用いて算出された水素需要量が指定水
素需要量になるように設定する水素需要量制御手段と、
水素発生手段へ供給する蒸気の流量を制御する蒸気流量
制御手段と、炭化水素と蒸気の流量から算出された蒸気
／炭素比に基づく設定流量を切換手段を介して蒸気流量
制御手段に第２設定値として設定する蒸気／炭素比制御
手段と、水素需要量を増加させるときは炭化水素の流量
変更に先行して切換手段を切換えて蒸気の流量設定値を
より大なる設定値として蒸気流量制御手段に設定し水素
需要量を減少させるときは蒸気の流量変更に先行して炭
化水素の流量を変更し水素需要量制御手段へより小なる
水素需要量を指定水素需要量として設定する需要量変更
手段とを具備する構成としたものである。

〈作　用〉 定常運転の際には、流量制御手段で検出される流量中の
炭化水素の流量から水素流量を計算して指定水素需要量
になるように流量制御手段に設定し更にこの流量と蒸気
の流量から蒸気／炭素比を演算して所定の蒸気流量にな
るように蒸気流量制御手段に設定して自動運転し、水素
需要量の変更の際には、需要量変更手段による所定の変
更手順で炭化水素の流量と蒸気の流量を変更して自動運
転する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。尚
、第３図に示す部分と同一の機能を有する部分には同一
の符号を付し適宜にその説明を省略する。

水素発生装置１０のオフガスは流量ライン３０を介して
流量ライン１１の結合点３１で回収され、原料として供
給されるＬＰＧ流量に加算されて流量検出部１２に流さ
れる。

流量検出部１２で検出された流量ＱＬは水素量演算部３
２に入力され別に入力される補助データＡＤ１を用いて
流量ＱＬ中に含まれる水素流量軸が演算され水素需要量
制御調節計３３に出力される。

補助データＡＤ１は例えばＬＰＧの温度、圧力、オフガ
スの水素含有率などである。

水素需要量制御調節計３３には需要水素流量が設定値Ｓ
Ｐ４として外部からスイッチＳＷ、を介して設定され、
この設定値ＳＰ４になるように水素需要制御調節計３３
は流量調節計１４に設定流量ＱＳＨを出力する。

この様にして流量ライン１１の流量は要求される需要水
素流量になるように制御される。

３４は蒸気／炭素比演算部であり、これに流量検出部１
２で検出された流量ＱＬ、流量検出部２４で検出された
蒸気の流量Ｑ８およびＬＰＧ成分などの補助データが入
力され蒸気／炭素の比率演算が実行される。この演算結
果は、蒸気／炭素比制御調節計３５に入力される。一方
、蒸気／炭素比制御調節計３５には最適の蒸気／炭素の
比率が設定値ＳＰ５として設定されており、この比率に
なるような蒸気流量をスイッチＳＷ２を介して流量調節
計２６の設定値ＳＰ６として設定する。

従って、流量ライン２３の蒸気の流量は要求される蒸気
／炭素の比率になるように制御される。

この様々構成により、定常運転の際にはＬＰＧの供給量
を目標とする需要量に制御しながらＬＰＧの流量変動に
対しては所定の蒸気／炭素の比率でとの変動に蒸気流量
が追従して制御される。

次に水素需要量を変更する場合について説明する。この
変更過程においても蒸気／炭素の比率は常に所定の値よ
り大きくなるように制御する必要がある。

水素需要調節計３３の設定値はスイッチＳＷ１を介して
設定値Ｓ　Ｐ　４　’がタイマ３６．１次遅れ回路ＬＡ
Ｇ　１から、流量調節計２６の設定値はスイッチＳＷ　
を介して設定値ＳＰ６′がタイマ３７．１次遅れ回路Ｌ
ＡＧ　２から、流量調節計２０の設定値はスイッチＳＷ
３を介して設定値ＳＰ２′がタイマ３８．１次遅れ回路
ＬＡＧ　３からそれぞれ設定される。

３９は水素需要量の変更を設定する設定器であり、オペ
レータが設定する。設定器３９への水素需要量の変更設
定により変更シーケンス部４０が起動され、このシーケ
ンスにしたがいタイマ３６を介して設定値ｓｐ４’が水
素需要量調節計３３に、蒸気最適量演算部４１、タイマ
３７を介して設定値８Ｐ６’が流量調節計２６に、ボイ
ラ給水最適量演算部４２、タイマ３８を介して設定値Ｓ
Ｐ２′が流量調節計２０にそれぞれ変更シーケンス部４
０における手順に従って設定される。これ等の各部の演
算およびシーケンス手順はリードオンメモリ、ランダム
アクセスメモリおよびプロセッサを有しているマイクロ
コンピュータにより実行される。

次に、この変更手順について第２図に示すフローチャー
ト図を用いて説明する。

水素需要量を変更するときにこの変更ループが正常か否
かをステップので判断する。異常があれば警報器ＡＮＮ
で外部に警報を発し、ステップ■より進行しない状態と
し、異常がなければステップ■に移行する。ステ、プ■
ではループ変更の設定を待つ。ステップ■で水素需要量
の変更幅が最小変更幅以上の中にあるかあるいは最大変
更幅以内にあるか否かが判断される。所定の変更幅を越
えているときは警報器ＡＮＮにより警報を発すると共に
ステップ■に戻り再度の変更設定がなされるまで待機さ
れる。所定の変更幅であれば、ステップ■に移行する。

ステップ■では水素需要量を増大させるのかそれとも減
少させるかの判断がなされる。これは、蒸気／炭素の比
率を常に所定の値より犬きく保持する必要があるため増
大と減少とでその操作手順が変わるためである。

水素需要量を増大させる場合には、ステップ■に移行す
る。ステ、プ■では水素需要量に対応する蒸気流量が蒸
気最適量演算部４１で計算され、１次遅れ回路ＬＡＧ２
を通してスイッチＳＷ２を介して流量調節計２６に設定
値ＳＰ６′として設定される。タイマ３７がタイムアツ
プした時点かどうかの判断（ステップ■）がセされた後
、蒸気流量が所定の偏差の中に入っているか否かがステ
ップ■で判断される。ステップ■における判断はプロセ
スパラメータを変更するとこの変更に対応してプロセス
が応答するのに時間を要するため、この期間が経過する
のを待つためである。

次に、ステップ■に移行しボイラ給水と水素流量の計算
がされ、１次遅れ回路ＬＡＧＩ、３を通してスイッチＳ
Ｗ１．ＳＷ３を介して水素需要制御調節計３３、流量調
節計スイッチ５Ｗ１ＳＷ３を介して水素需要制御調節計
３３、流量調節計２０にそれぞれ設定値ＳＰ４′、ＳＰ
２′として設定される。タイマ３６、　３８がタイムア
ツプした時点かどうかの判断（ステップ■）がなされた
後、ボイラ給水と水素の流量が所定の偏差の中に入って
いるか否かがステップ（ト）で判断され、終了処理■を
経て変更手順は終了し、定常運転に入る。

以上の手順は、ステップ■〜■で蒸気流量を先行して増
加しこの後ステップ■〜［相］でＬＰＧ流量とこれに伴
うボーイラ給水を増加させている。この様にして蒸気／
炭素の比率を常に所定値より大きく保持する。

一方、水素需要量を減少させる場合はステップ■′〜［
Ｆ］′および■′〜■′に示すように水素流量を先に減
少させ、この後蒸気流量を減少させた後に終了処理■′
に移行する。ここで■′〜■′はそれぞれ■〜■に対応
する処理を示している。この様な手順を踏むことにより
蒸気／炭素の比率を常に所定値より大きく保持する。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、■水素需要量に対応した適正な制御が行なわれる
ので過剰生産が抑えられフレアロス分も回収され、効率
が向上する、■蒸気／炭素の比率が適正に保持された制
御ができるので蒸気量を有効に活用でき、省エネルギが
可能となり、また蒸気／炭素の比率を監視することによ
りプロレータが１日がかりで変更操作を行なっていた時
間を節約でき省力化が可能になり、更にオペレータは水
素流量のトレンド記録を監視することのみで変更できる
ので誤操作の防止を図ることができ、緊急時には強制停
止も可能であり安全性が向上する、等の各種の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図において水素需要量の変更手順を示すフローチャ
ート図、第３図は従来の水素製造装置の構成を示すブロ
ック図である。 １０・・・水素発生装置、１５．　２１．　２７・・・
流量制御系、１６・・・ボイラ、３２・・・水素量演算
部、３３・・・水素需要量調節計、３４・・・蒸気／炭
素比演算部、３６、　３７．　３８・・・タイマ、３９
・・・設定器、４０・・・変更シーケンス部、４１・・
・蒸気最適量演算部、４２・・・ボイラ給水最適量演算
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒の存在のもとに原料としての炭化水素と蒸気を用い
   て水素を発生させる水素発生手段と、第１設定値が与え
   られ前記水素発生手段へ供給する前記炭化水素の流量を
   制御する流量制御手段と、この流量制御手段に前記第１
   設定値として前記炭化水素の流量に補正値を用いて算出
   された水素需要量が指定水素需要量になるように設定す
   る水素需要量制御手段と、前記水素発生手段へ供給する
   前記蒸気の流量を制御する蒸気流量制御手段と、前記炭
   化水素と前記蒸気の流量から算出された蒸気／炭素比に
   基づく設定流量を切換手段を介して前記蒸気流量制御手
   段に第２設定値として設定する蒸気／炭素比制御手段と
   、前記水素需要量を増加させるときは前記炭化水素の流
   量変更に先行して前記切換手段を切換えて前記蒸気の流
   量設定値をより大なる設定値として前記蒸気流量制御手
   段に設定し前記水素需要量を減少させるときは前記蒸気
   の流量変更に先行して前記炭化水素の流量を変更し前記
   水素需要量制御手段へより小なる水素需要量を前記指定
   水素需要量として設定する需要量変更手段とを具備する
   ことを特徴とする水素流量制御装置。