PL216375B1

PL216375B1 - Sposób i układ do kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru

Info

Publication number: PL216375B1
Application number: PL364718A
Authority: PL
Inventors: Julie Ann Valentine
Original assignee: Micro Motion
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2014-03-31
Also published as: AR033780A1; MXPA03011099A; CN1513133A; JP2004533063A; HK1066608A1; PL364718A1; EP1397732A1; US20020178806A1; JP3996896B2; WO2002099551A1; CA2448209A1; CA2448209C; AU2002310231A2; MY138649A; CN1268998C; KR100689852B1; RU2300796C2; AU2002310231B2; US6758101B2; RU2003137809A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru. W szczególności, wynalazek dotyczy reakcji reformowania węglowodorów parą wodną (SRH) w procesie produkcji gazowego wodoru i ma na celu usprawnienie procesu wykorzystujące przepływomierz Coriolisa do kontroli stosunku pary wodnej do węgla w produkcji gazowego wodoru metodą SRH.

Wodór jest produktem, którego wartość stale rośnie, ma on wiele zastosowań, takich jak jako czynnik chłodzący w aparaturze elektrycznej, paliwo w badaniach kosmosu i wytwarzanie chemiczne ważnych produktów przemysłowych, zwłaszcza amoniaku, metanolu, alkoholi oxo i hydroformowanej benzyny. Zapotrzebowanie na wodór wzrasta ze względu na uregulowania ustawowe zachęcające do opracowywania lepszych i czystszych paliw.

Podstawowym sposobem produkcji wodoru w ilościach przemysłowych jest reformowanie węglowodorów parą wodną (SRH). Proces może być realizowany przy wykorzystaniu gazów węglowodorowych albo niskooktanowych frakcji ropy naftowej w procesie, gdzie typowo występują wysoka temperatura i duże ciśnienie. Gdy proces reformowania jest realizowany bez katalizatora, jest on ogólnie znany w branży jako termoformowanie. SRH jest najskuteczniejszy, gdy katalizator, taki jak nikiel, molibden albo platyna, ułatwia reakcję. Mała zawartość siarki w węglowodorze jest potrzebna dla uniknięcia zatrucia katalizatorem. SRH jest dobrze znane i jest opisane w wielu publikacjach takich jak R. N. Shreve, Przemysłowe Procesy Chemiczne Shreve'go, McGraw-Hill, Inc., str. 106-109 (1984); i D. M. Considine, Encyklopedia Technologii Chemicznej i Procesowej, McGraw-Hill, Inc., str. 592-596 (1974), które są tu przywołane, jako odniesienie chociaż ich zawartość jest tu w pełni powtórzona.

Wodór gazowy produkowany sposobem SRH jest otrzymywany w reakcji węglowodoru z parą wodną. Na ogół, dostarczane węglowodory zawierają rozmaite węglowodory, a reakcja chemiczna przebiega zgodnie z idealnymi równaniami stechiometrycznymi dla każdego rodzaju węglowodoru. Rozmaite różne reakcje zachodzą, zależnie od dostarczanego surowca. Najważniejsze reakcje mogą być ogólnie zaklasyfikowane jako:

A. Odwodornienie cykloheksanów dla uzyskania węglowodorów aromatycznych;

B. Odwodornienie pewnych parafin dla uzyskania związków aromatycznych;

C. Izomeryzacja zawierająca przekształcanie struktur węglowych o łańcuchu prostym na struktury o łańcuchu rozgałęzionym, takich jak octan do izooctanu;

D. Reformowanie metanu gaz ziemny dla wytworzenia dwutlenku węgla i wodoru;

E. Reformowanie ciężkiej benzyny dla uzyskania syntetycznego gazu ziemnego.

Korzystnym sposobem wytwarzania dużych ilości wodoru jest wykorzystanie jako surowca gazu ziemnego zawierającego dużą część metanu. Reakcja przebiega jak pokazano w równaniu (1):

(1) CH4 + H2O => CO + 3H2, gdzie:

H2O jest korzystnie w postaci pary wodnej.

Ta klasa reakcji przebiega podobnie dla innych frakcji gazowych w dostarczanym surowcu dla całkowitego rozłożenia, w sensie idealnym, węglowodorów na dwutlenek węgla i wodór.

Na przykład, dalsza reakcja dla propanu (C3H8) zawartego surowcu węglowodorowym przebiega zgodnie z równaniem (2):

(2) C3H8 + 3H2O => 3CO + 7H2, gdzie:

H2O jest korzystnie w postaci pary wodnej.

Ogólniej, cała ta klasa reakcji przebiega jak pokazano w równaniu (3):

(3) CnHm + nH2O => nCO + (m/2 + n) H2

Powyższe równania opisują reakcja lekkich węglowodorów, zwłaszcza, metanu, butanu i propanu, jak również pewnych cieczy, takich jak ciężka benzyna. Cięższe frakcje reagują inaczej, a chociaż niektóre przebiegają zgodnie z powyższym równaniem (3), inne reakcje takie jak izomeryzacja także zachodzą, a w ich wyniku jest wytwarzany wodór.

Równania pokazują, że różne ilości pary wodnej są wymagane dla przeprowadzenia reakcji, zależnie od składu dostarczanego surowca. Na przykład, jeden mol metanu wymaga jednego mola pary wodnej w równaniu (1), podczas gdy jeden mol propanu pobiera trzy mole pary wodnej w równaniu (2).

W przemysłowych urządzeniach produkcyjnych, które pracują przy surowcach o różnych składach, te różnice powodują potencjalnie znaczące problemy z równoważeniem materiałów. Proces

PL 216 375 B1 może być ponadto komplikowany przez użycie tlenu jako odczynnika, co powoduje mniejsze zużycie pary wodnej.

Szeroki zakres surowców może być używany jako surowiec węglowodorowy w zespole wytwarzającym SRH. Węglowodory takie jak gaz ziemny, metan, propan, butan i ciężka benzyna mogą być użyte jako surowiec węglowodorowy, albo samodzielnie albo w połączeniu. Ekonomia i dostępność określonych surowców węglowodorowych może dyktować użycie różnych surowców węglowodorowych w różnych okresach czasu.

Szczególny problem powstaje w rafineriach ropy naftowej, ponieważ skład surowca używanego w SRH stale się zmienia. Surowiec węglowodorowy dla zespołu wytwarzającego wodór może pochodzić z różnych źródeł w tej samej rafinerii, a te źródła dostarczają różne węglowodory.

Szczególnym przykładem źródła wielu różnych węglowodorów jest system gazowy w rafinerii paliw. Liczne procesy zasilają system paliwa gazowego dodając różne węglowodory, które mogą być kierowane w połączonym strumieniu do zespołu wytwarzającego wodór gazowy. Jeżeli jeden z procesów zasilających system gazowy rafinerii paliw jest nieczynny albo ma zmienioną wydajność, skład wyjściowy paliwa gazowego w systemie zmienia się. Zmiany składu surowca wymagają odpowiednich zmian w warunkach procesu SRH, takich jak ciepło, ciśnienie i prędkość przepływu, dla optymalizacji sprawności procesu i minimalizowania zanieczyszczenia środowiska.

Obecnie jest problemem dokładne mierzenie składu frakcyjnego surowca węglowodorowego w zespole wytwarzającym wodór. Następnym problemem jest kontrola stosunku pary wodnej do węgla w zespole wytwarzającym wodór oparta na składzie surowca. Te problemy mierzenia i kontroli zmniejszają sprawność procesu SRH zwiększając przy tym problemy zanieczyszczenia środowiska.

Tradycyjne podejście do mierzenia surowca węglowodorowego w zespole wytwarzającym wodór gazowy polega na mierzeniu surowca węglowodorowego przepływomierzami objętościowymi. Chociaż są one użyteczne w zakresie równoważenia reakcji, problem pojawia się przy mieszaninie surowców, bowiem mierniki objętościowe nie są zdolne do wykonania pełnych pomiarów. Gdy zmienia się skład surowca węglowodorowego albo użyty jest zamienny surowiec węglowodorowy, ilość węgla dostarczanego do zespołu wytwarzającego wodór gazowy może zmieniać się dramatycznie w danej jednostce objętości, a więc także mogą zmieniać się wymagane ilości pary wodnej dla dokonania reakcji. Na przykład, w identycznych warunkach temperatury i ciśnienia, ilość pary wodnej wymagana do reakcji z objętością propanu jest w przybliżeniu trzy razy większa niż ilość pary wodnej wymagana do reakcji z tą samą objętością metanu. Ranga problemu wzrasta ze względu na właściwości rzeczywistego gazu, gdzie lżejsze gazy mają większe współczynniki ściśliwości.

Inne podejście do mierzenia surowca węglowodorowego polega na określeniu składu surowca węglowodorowego za pomocą chromatografu gazowego. Jednakże chromatograf gazowy nie podaje danych dotyczących składu surowca węglowodorowego w czasie rzeczywistym.

Ponadto, gazowy wodór można również wytwarzać z gazu odlotowego, stanowiącego produkt uboczny w rafinerii ropy naftowej i składającego się z węglowodoru jako surowca, zgodnie ze sposobem ujawnionym w japońskim opisie patentowym nr JP 10120401A. Układ do wytwarzania wodoru z gazu odlotowego według japońskiego opisu patentowego nr JP 10120401A zawiera pierwszy przepływomierz obejmujący termometr, wskaźnik ciśnienia, miernik gęstości przepływu i sterownik przepływu, drugi przepływomierz obejmujący termometr, wskaźnik ciśnienia i sterownik przepływu oraz układ sterujący sprzężony z pierwszym i drugim przepływomierzem.

Znane jest zastosowanie przepływomierzy masy z efektem Coriolisa dla mierzenia przepływu masy i innych informacji dotyczących materiałów przepływających przez rurę jak ujawniono w Patencie USA nr 4,491,025 wydanym J. E. Smithowi i innym 1 stycznia 1985 i Patencie 31,450 wydanym J. E. Smithowi 11 lutego 1982. Te przepływomierze typowo zawierają część elektroniczną przepływomierza i część czujnikową przepływomierza. Te czujniki przepływu mają jedną lub więcej rur przepływowych o konfiguracji prostej lub zakrzywionej. Każda konfiguracja rur przepływowych w przepływomierzu masy Coriolisa ma zespół naturalnych modów drgań, które mogą być prostym zginaniem, skrętne, promieniowe, lub typu złożonego. Każda rura przepływowa jest pobudzana do drgań przy rezonansie w jednym z tych naturalnych modów. Naturalne mody drgań drgającego materiału, wypełniającego systemy są określone częściowo przez połączone masy rur przepływowych i materiału w rurach przepływowych. Materiał wpływa do przepływomierza z dołączonej rury po stronie wlotu przepływomierza. Materiał jest następnie kierowany przez rury przepływowe i wypływa z przepływomierza do rury dołączonej po stronie wylotu czujnika przepływu.

PL 216 375 B1

Gdy nie ma materiału przepływającego przez przepływomierz, wszystkie punkty wzdłuż rury przepływowej drgają w identycznej fazie. Gdy materiał zaczyna płynąć przez rurę przepływową, przyspieszenia Coriolisa powodują, że każdy punkt wzdłuż rury przepływowej ma różną fazę w stosunku do innych punktów wzdłuż rury przepływowej. Faza po stronie wlotu do rury przepływowej jest opóźniona w stosunku do wzbudnika, podczas gdy faza po stronie wylotu jest przyspieszona w stosunku wzbudnika.

Czujniki przepływomierza Coriolisa typowo zawierają dwa czujniki wytwarzające sygnały sinusoidalne przedstawiające ruch rury przepływowej w tych różnych punktach wzdłuż rur. Różnica faz dwóch sygnałów odbieranych z czujników jest obliczana w zespołach elektronicznych. Różnica faz pomiędzy dwoma sygnałami czujników jest proporcjonalna do natężenia przepływu masy materiału przepływającego przez czujnik przepływomierza.

Systemy mierzenia przepływu Coriolisa nie zostały zastosowane w procesie SRH, częściowo, ponieważ zasadniczo mierzą masę, w przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów objętościowych. Ponadto jest niezrozumiałe jak mierniki przepływu masy mogą być dostosowane do mierzenia i szacowania mas odpowiadającym składowym frakcyjnym kombinowanych surowców.

Układ do kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru, zawierający zawór dostarczający surowiec węglowodorowy włączony w linię doprowadzającą surowiec węglowodorowy, drugi przepływomierz masy włączony w linię doprowadzającą parę wodną i mierzący natężenie przepływu masy pary wodnej i generujący sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, zawór dostarczający parę wodną połączony z drugim przepływomierzem do mierzenia natężenia przepływu masy i reaktor do reformowania połączony z zaworem dostarczającym surowiec węglowodorowy oraz połączony z zaworem dostarczającym parę wodną i łączący strumień surowca węglowodorowego i strumień pary wodnej dla wytwarzania wydatku wodoru według wynalazku charakteryzuje się tym, że w linię doprowadzającą surowiec węglowodorowy włączony jest pierwszy przepływomierz masy mierzący natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego i generujący sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego, zaś z pierwszym przepływomierzem masy połączony jest układ sterujący otrzymujący sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego, połączony z drugim przepływomierzem masy i otrzymujący sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, połączony z zaworem doprowadzającym surowiec węglowodorowy i kontrolujący ten zawór oraz połączony z zaworem doprowadzającym parę wodną i kontrolujący ten zawór, przy czym układ sterujący otrzymuje sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego i sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, przetwarza sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego na szacowany sygnał częściowy natężenia przepływu masy węgla wykorzystując szacowany współczynnik zawartości węgla, przy czym szacowany współczynnik zawartości węgla jest oparty o co najmniej jeden potencjalny składnik strumienia dostarczającego surowiec węglowodorowy, generuje sygnał określający stosunek masy węgla do masy pary wodnej na podstawie szacowanego sygnału częściowego natężenia przepływu masy węgla i sygnału natężenia przepływu masy pary wodnej i kontroluje jeden albo oba zawory, zawór dostarczający surowiec węglowodorowy i zawór dostarczający parę wodną dla generowania określonego wydatku wodoru z reaktora do reformowania w oparciu o szacunkowy współczynnik zawartości węgla, sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej i sygnał określający stosunek masy węgla do masy pary wodnej.

Korzystnie układ sterujący wybiera szacowany współczynnik zawartości węgla z zakresu współczynników zawartości węgla dla wspomnianego surowca węglowodorowego.

Korzystnie układ sterujący przetwarza pomiary warunków procesu dla poprawy oszacowania szacowanego współczynnika zawartości węgla.

Korzystnie pierwszy przepływomierz masy stanowi przepływomierz masy Coriolisa.

Korzystnie drugi przepływomierz masy stanowi przepływomierz masy Coriolisa.

Korzystnie reaktor zawiera układ reformowania wodoru parą wodną dla wytwarzania gazu wodorowego zawierający doprowadzenie pary wodnej.

Sposób kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru, w którym mierzy się natężenie przepływu masy pary wodnej pary wodnej i generuje się sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że mierzy się natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego surowca węglowodorowego doprowadzanego do reakcji reformowania, i generuje się sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego przetwarza się sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego na szacowany sygnał częściowy natężenia przepływu masy węgla za pomocą szacowanego współczynnika zawartości węgla, przy czym szacowany

PL 216 375 B1 współczynnik zawartości węgla jest oparty o co najmniej jeden potencjalny składnik wspomnianego surowca węglowodorowego generuje się sygnał stosunku masy węgla do masy pary wodnej, z szacowanego sygnału częściowego natężenia przepływu masy węgla i sygnału natężenia przepływu masy pary wodnej i kontroluje się co najmniej jedno z natężeń: natężenie przepływu pary wodnej lub natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego reakcji reformowania w oparciu o szacowany współczynnik zawartości węgla, sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej i sygnał stosunku masy węgla do masy pary wodnej.

Korzystnie stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla oparty o masę węgla dla co najmniej jednego potencjalnego składnika wspomnianego surowca węglowodorowego.

Korzystnie stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla oparty o masę węgla dla co najmniej jednego potencjalnego składnika w relacji do masy całkowitej tego co najmniej jednego potencjalnego składnika.

Korzystnie wyznaczając szacowany współczynnik zawartości węgla wybiera się szacowany współczynnik zawartości węgla z zakresu współczynników zawartości węgla dla wspomnianego surowca węglowodorowego.

Korzystnie stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla zawierający wstępnie określoną stałą wartość dla co najmniej jednego potencjalnego składnika wspomnianego surowca węglowodorowego.

Korzystnie natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego mierzy się za pomocą przepływomierza masy Coriolisa.

Korzystnie natężenie przepływu masy pary wodnej mierzy się za pomocą przepływomierza masy Coriolisa.

Korzystnie stosuje się reaktor zawierający układ reformowania wodoru parą wodną.

Przez dostosowanie przepływomierza Coriolisa są do mierzenia surowca węglowodorowego dla zespołu wytwarzającego wodór gazowy w procesie SRH wynalazek umożliwił postęp w technice. Zastosowanie przepływomierzy mas Coriolisa, jak opisano poniżej, zapewnia mierzenie surowca węglowodorowego, w czasie rzeczywistym, dużo dokładniejsze i bardziej elastyczne niż umożliwiały konwencjonalne systemy. Ponadto, użycie przepływomierza Coriolisa z efektem masy pozwala na zwiększenie kontroli stosunku węgla do pary wodnej w produkcji wodoru gazowego.

Ogólnie, układ i sposób według wynalazku wykorzystują przepływomierz masy, taki jak przepływomierz masy Coriolisa, do mierzenia masy albo prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego dostarczanego do zespołu wytwarzającego wodór gazowy. Prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego są następnie użyte do kontroli stosunku pary wodnej do węgla w produkcji wodoru gazowego w procesie SRH.

Przykład wykonania układu przepływomierza masy zawiera podajnik surowca węglowodorowego dla dostarczania surowca węglowodorowego do systemu produkcji wodoru gazowego. Podajnik pary wodnej jest użyty do dostarczania pary wodnej do systemu produkcji wodoru gazowego. Przepływomierz masy jest roboczo połączony z podajnikiem surowca węglowodorowego dla mierzenia w nim prędkości przepływu masy węglowodorów i dla wytwarzania sygnału prędkości przepływu węglowodorów reprezentującego prędkość przepływu masy węglowodorów. Drugi przepływomierz jest roboczo połączony z podajnikiem pary wodnej dla mierzenia w nim prędkości przepływu pary wodnej i dla wytwarzania sygnału prędkości przepływu pary wodnej reprezentującego prędkość przepływu masy pary wodnej. Układ sterujący odbiera sygnał prędkości przepływu węglowodorów i sygnał prędkości przepływu pary wodnej. Układ sterujący ma instrukcje programowe dla kontrolowania stosunku surowca węglowodorowego i pary wodnej dostarczanych do systemu produkcji wodoru.

Korzystne przykłady wykonania zawierają jeden albo dwa przepływomierze masy użyte w linii dostarczającej węglowodory i drugi przepływomierz użyty w linii dostarczającej parę wodną zawierające przepływomierz masy Coriolisa. Taka aparatura może być użyta szczególnie korzystnie tam, gdzie surowiec węglowodorowy zawiera mieszaninę gazów węglowodorowych, albo węglowodory mające różne składy w danym okresie czasu. Całkowita dokładność systemu jest zwiększona przez użycie korelacji dla określenia zawartości węgla w surowcu węglowodorowym. Dokładność jest jeszcze bardziej zwiększana przez mierzenie parametrów fizycznych surowca węglowodorowego, takich jak gęstość albo ciężkość gazu, co ułatwia korelację.

Sposób działania powyżej opisanego układu zawiera, na przykład, mierzenie prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego dostarczanego do układu produkcji wodoru i dostarczanie wyników pomiaru prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego, mierzenie drugiej prędkości

PL 216 375 B1 przepływu pary wodnej dostarczanej do układu produkcji wodoru i dostarczanie wyników pomiaru prędkości przepływu pary wodnej, kontrolowanie ilości surowca węglowodorowego i pary wodnej dostarczanych do układu produkcji wodoru oparte na mierzeniu prędkości przepływu masy węglowodorów i mierzeniu prędkości przepływu pary wodnej. Mierzenie może być wykonywane jednocześnie z operacjami kontrolnymi dla ustalenia stosunku węgla i pary wodnej. Etapy mierzenia mogą nawet być powtarzane w czasie rzeczywistym, podczas gdy układ sterujący wykonuje regulacje odpowiednich prędkości przepływu.

Układ pomiarowy i sposób według wynalazku mogą wykorzystywać CPU w postaci miernika elektronicznego, układ sterujący albo inne urządzenie liczące, które reaguje na sygnał reprezentujący zmierzony przepływ masy węglowodorów i kontroluje zawór albo inne urządzenie mogące modyfikować przepływ węglowodorów zgodnie z pożądanym stosunkiem węgla do pary wodnej. Urządzenie obliczeniowe może także stosować te sygnały do kontroli zaworu albo innego urządzenia, które może modyfikować przepływ pary wodnej zgodnie z pożądanym stosunkiem węgla do pary wodnej. Układ pomiarowy z przepływomierzem masy Coriolisa jest szczególnie korzystny, gdy zespół wytwarzający wodór gazowy jest łatwo przełączany pomiędzy różnymi typami surowców węglowodorowych albo odbiera surowiec węglowodorowy o modyfikowanym składzie węglowodorów.

Wymienione powyżej i inne zalety wynalazku będą lepiej zrozumiałe na podstawie poniższego opisu w powiązaniu z załączonymi rysunkami.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia czujnik i układ elektroniczny przepływomierza Coriolisa, fig. 2 przedstawia układ przepływomierza Coriolisa w korzystnym przykładzie wykonania wykorzystującym przepływomierz Coriolisa do kontrolowania stosunku węgla do pary wodnej w procesie produkcji wodoru przy wykorzystaniu surowca węglowodorowego, fig. 3 jest siecią działań instrukcji kontroli procesu wykorzystywanych w układzie sterującym zarządzającym pracą układu pokazanego na fig. 2, fig. 4 przedstawia korelację określającą współczynnik zawartości węgla do średniego ciężaru molekularnego surowca węglowodorowego.

Korzystne przykłady wykonania wynalazku będą teraz opisane dokładniej w odniesieniu do załączonych rysunków. Fachowcy zrozumieją, że wynalazek może być zrealizowany w wielu różnych postaciach i nie musi być wykonany w ograniczonych przykładach wykonania zestawionych tutaj. Te przykłady wykonania są raczej przedstawione dla pełnego i jasnego ujawnienia wynalazku i pełnego określenia fachowcom zakresu wynalazku. Na różnych figurach podobne oznaczenia odsyłające dotyczą podobnych elementów. Fig. 1 przedstawia przykładowy przepływomierz Coriolisa zawierający czujnik 10 przepływomierza Coriolisa i układ elektroniczny 20 przepływomierza Coriolisa. Układ elektroniczny 20 przepływomierza jest połączony z czujnikiem 10 przepływomierza torem 100 dla uzyskania na przykład, ale nie wyłącznie, gęstości, prędkości przepływu masy, prędkości przepływu objętości i ogólnych informacji o przepływie masy torem 26.

Czujnik 10 przepływomierza zawiera parę kołnierzy 101 i 101', rurę rozgałęźną 102 i przewody 103A i 103B. Połączone z przewodami 103A i 103B są wzbudnik 104, czujniki 105 prędkości i 105' i czujnik 107 temperatury. Płyty spinające 106 i 106' służą dla określenia osi W i W', wokół których każdy przewód drga.

Gdy czujnik 10 przepływomierza jest wmontowany w system rur (nie pokazany na fig. 1), które niosą materiał procesowy, który jest mierzony. Materiał wpływa do czujnika 10 przepływomierza przez kołnierz 101, przepływa przez rurę rozgałęźną 102, gdzie materiał jest kierowany do przewodów 103A i 103B, przepływa przez przewody 103A i 103B i wraca do rury rozgałęźnej 102, przez którą wypływa z czujnika 10 przepływomierza przez kołnierz 101'.

Przewody 103A i 103B są wybrane i odpowiednio zamontowane do rury rozgałęźnej 102, tak, że mają one zasadniczo taki sam rozkład masy, momenty bezwładności i moduły sprężystości przy zginaniu odpowiednio względem osi W-W i W'-W'. Przewody 103A-103B są wyprowadzone na zewnątrz z rury rozgałęźnej w sposób zasadniczo równoległy.

Przewody 103A - 103B są poruszane przez wzbudnik 104 w przeciwnych kierunkach w stosunku do ich odpowiednich osi zginania W i W' i gdzie ustala się pierwszy nie będący w fazie mod zginania przepływomierza. Wzbudnik 104 może zawierać jeden z dobrze znanych układów takich jak magnes zamontowany do przewodu 103A i przeciwna cewka zamontowana do przewodu 103B i przez które przepływa prąd przemienny dla wzbudzania drgań obu przewodów. Odpowiedni sygnał sterujący jest podawany przez układ elektroniczny 20 przepływomierza do wzbudnika 104 torem 110.

PL 216 375 B1

Czujniki 105 i 105' prędkości są przymocowane do, co najmniej jednego z przewodów 103A i 103B na przeciwnych końcach przewodu dla mierzenia drgań przewodów. Gdy przewody

103A-103B drgają, czujniki 105, 105' prędkości generują pierwszy sygnał prędkości i drugi sygnał prędkości. Pierwszy i drugi sygnał prędkości są podawane torami 111 i 111'

Czujnik 107 temperatury jest przymocowany do co najmniej jednego z przewodów 103A i 103B. Czujnik 107 temperatury mierzy temperaturę przewodu dla modyfikowania równań dla temperatury systemu. Tor 112 przenosi sygnały temperatury z czujnika 107 temperatury do układu elektronicznego przepływomierza 20.

Układ elektroniczny 20 przepływomierza odbiera pierwszy i drugi sygnał prędkości pojawiający się odpowiednio na przewodach 111 i 111'. Układ elektroniczny 20 przepływomierza przetwarza pierwszy i drugi sygnał prędkości dla obliczenia prędkości przepływu masy, gęstości, albo innych właściwości materiału przepływającego przez czujnik 10 przepływomierza. Ta obliczona informacja jest podawana przez pomiarowy układ elektroniczny 20 torem 26 do elementów wykonawczych (nie pokazane na fig. 1).

Zgodnie z obecnie preferowaną aparaturą wykorzystującą omówiony przepływomierz 5 Coriolisa, będzie teraz pokazany układ przepływomierza masy zastosowany do kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru. Układ zawiera linię podającą surowiec węglowodorowy dla dostarczania surowca węglowodorowego do procesu produkcji wodoru. Linia podająca parę wodną jest podobnie użyta dla dostarczania pary wodnej do procesu produkcji wodoru. Przepływomierz masy jest roboczo dołączony do linii podającej surowiec węglowodorowy dla mierzenia prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego, gdy surowiec węglowodorowy jest dostarczany do procesu produkcji wodoru. Miernik przepływu masy pracuje dla wytwarzania sygnału prędkości przepływu węglowodorów reprezentującego prędkość przepływu masy węglowodorów. Drugi przepływomierz jest roboczo dołączony do linii podającej parę wodną dla mierzenia prędkości przepływu pary wodnej i pracuje dla wytwarzania sygnału prędkości przepływu pary wodnej reprezentującego prędkość przepływu pary wodnej. Układ sterujący działa dla odbierania danych zawierających sygnał prędkości przepływu węglowodorów i sygnał prędkości przepływu pary wodnej. Instrukcje programowe przetwarzają te dane dla kontroli stosunku surowca węglowodorowego i pary wodnej dostarczanej do systemu produkcji wodoru.

Fig. 2 przedstawia schemat blokowy reprezentujący układ pomiarowy 200 przepływu. Przepływomierz 5 masy z efektem Coriolisa jest zainstalowany w linii 202 łączącej źródło 204 surowca węglowodorowego z reaktorem 206 do reformowania. Przepływomierz 5 masy z efektem Coriolisa wykonuje w czasie rzeczywistym pomiary materiałów przepływających przez linię 202, i wytwarza sygnały reprezentujące te pomiary. Te pomiary korzystnie ale jedynie opcjonalnie zawierają prędkość przepływu masy, masę całkowitą, temperaturę, ciśnienie, i gęstość. Używane tutaj terminy „pomiar prędkości przepływu masy” i „pomiar prędkości przepływu”, jeżeli nie określono inaczej obejmują pomiary rzeczywistej prędkości przepływu, jak również pomiary albo obliczenia wynikające z pomiarów prędkości przepływu. Tak więc, na przykład, obliczenia prędkości przepływu objętości określone przez podzielenie prędkości przepływu masy przez gęstość będą także prędkością przepływu masy w ramach tej definicji, jak również całkowita masa określona przez całkowanie prędkości przepływu masy w czasie. Źródło 204 podające surowiec węglowodorowy zawiera dowolny węglowodór albo mieszaninę węglowodorów, która może podlegać procesowi reformowania w reaktorze 206 do reformowania. Reaktor 206 do reformowania jest korzystnie konwencjonalnym zespołem albo układem wytwarzania wodoru albo układem takiego rodzaju, który pracuje wykorzystując gaz ziemny albo linię paliwową rafinerii do produkcji wodoru gazowego w reakcjach pokazanych w równaniach (1)-(4). Reaktor 206 do reformowania może być także reaktorem krakingu katalitycznego, syntezerem gazu na bazie ciężkiej benzyny albo dowolnym innym układem stosującym parę wodną do reformowania, wytwarzającym wodór jako produkt uboczny. Zawór 208 jest zainstalowany w linii 202 dla regulowania przepływu przez linię 202 i jest sterowany przez 25 automatyczny system sterujący 210.

Linia 212 łączy reaktor 206 do reformowania zasobnikiem 214 pary wodnej, który może zawierać, na przykład, kocioł albo mieszaną parę pochodzącą ze strumienia procesowego. Zawór 216 w linii 212 regulujący 30 przepływ przez linię 212 jest sterowany przez automatyczny system sterujący 210. Drugi przepływomierz 218 jest zainstalowany w linii 212 dla mierzenia prędkości przepływu pary wodnej w linii 212. Drugi przepływomierz 218 jest korzystnie drugim przepływomierzem masy z efektem Coriolisa albo wirowym przepływomierzem masy, ale może także być przepływomierzem objętościo8

PL 216 375 B1 wym albo przepływomierzem dodatniego przesunięcia, gdzie podawana para wodna nie jest mieszaniną pary stanowiącą produkt uboczny albo dwufazową mieszaniną pary wodnej i wody.

Układ 200 zawiera linie transmisji danych, które ułatwiają pracę układu sterującego 210. Linia 220 danych jest użyta do przesyłania sygnałów pomiędzy układem sterującym 210 i odpowiednim przepływomierzem 5 masy. Linia 222 danych jest użyta do przesyłania sygnałów pomiędzy układem sterującym 210 i odpowiednim przepływomierzem 218 masy. Linia 224 danych jest użyta do przesyłania sygnałów pomiędzy układem sterującym 210 i odpowiednim zaworem 208 dla selektywnego oddziaływania na zawór 208 przez układ sterujący 210 dla selektywnego kontrolowania prędkości przepływu w linii 202. Linia 226 danych jest użyta do przesyłania sygnałów pomiędzy układem sterującym 210 i odpowiednim zaworem 216 dla selektywnego oddziaływania na zawór 216 przez układ sterujący 210 dla selektywnego kontrolowania prędkości przepływu w linii 212. Ta linia danych może być opcjonalnie zastąpiona przez system radiowy albo optyczny.

Układ sterujący 210 jest ogólnie urządzeniem komputerowym, takim jak CPU, wyposażonym w pamięć dla gromadzenia danych, które może być programowane dla zmiany prędkości przepływu masy mierzonej przez przepływomierz 5 masy dla uzyskania odpowiedniego stosunku węgla do pary wodnej. Układ sterujący 210 jest także zaprogramowany dla kontroli prędkości przepływu pary wodnej i/lub węglowodorów dla kontroli stosunku pary wodnej do węgla dostarczanych do reaktora 206 do reformowania. Ta kontrola może być realizowana przez selektywne ustawianie jednego albo o bu zaworów 208 i 216 dla zoptymalizowania warunków reakcji w reaktorze 206 do reformowania na żądanie w czasie rzeczywistym zgodnie z danymi, gdzie przepływomierze 5 i 218 mierzą prędkość przepływu jednocześnie z działaniem układu sterującego 210.

Zawartość reaktora 206 do reformowania wypływa wylotem 228 do następnej aparatury przetwarzającej 230. Wylot 228 może zawierać wiele linii albo rur przenoszących materiał, na przykład, prowadzących do konwencjonalnej aparatury przetwarzającej 230, która zawiera, na przykład, konwerter CO wykorzystujący katalizator z tlenku żelaza dla wytwarzania CO₂ w obecności dodatkowego wodoru. Strumień przepływającego gazu może, na przykład, także być chłodzony, płukany, frakcjonowany, albo magazynowany w znany sposób.

Fig. 2 ilustruje korzystny przykład wykonania wynalazku, a więc jej zadaniem nie jest ograniczanie zakresu ochrony wynalazku. Na przykład, układ elektroniczny 20 miernika może być zintegrowany z układem sterującym 210 i odwrotnie, albo funkcje przetwarzania mogą być rozdzielone na odpowiednie elementy. Elementy systemu kontroli przepływu w liniach 202 i 212, np. przepływomierz 5 i zawór 208, mogą być umieszczone w dowolnej kolejności.

Szczególnie korzystną odmianą wynalazku jest użycie układu 200 mierzącego przepływ, gdzie surowiec węglowodorowy dostarczany do reaktora 206 do reformowania ze źródła 204 surowca węglowodorowego zmienia się albo zawiera wiele składników. W rafineriach ropy naftowej, surowiec węglowodorowy dla zespołu wytwarzającego wodór może pochodzić z wielu źródeł w rafinerii, zawierając różne węglowodory w jednym połączonym strumieniu albo kolejne strumienie o zasadniczo jednorodnym składzie. Przykładem źródła surowca węglowodorowego rafinerii ropy naftowej jest system gazowy rafinerii paliw. System gazowy rafinerii paliw jest zasilany przez liczne procesy dodające różne węglowodory do surowca węglowodorowego zespołu wytwarzającego wodór gazowy. Jeżeli jeden z procesów zasilających system gazowy rafinerii paliw jest wyłączony, skład wyjściowy systemu paliwa gazowego zmienia się. Układ sterujący 210 może obliczyć prawidłowy stosunek pary wodnej do węgla, gdy zawartość węgla w surowcu węglowodorowym zmienia się. Sposób działania układu 200 zawiera rozmaite sposoby obliczania i stosowania tego stosunku, jak opisano poniżej.

Jako przykład zastosowania wynalazku, będzie teraz pokazany i opisany, sposób działania przepływomierza wykorzystanego w reakcji reformowania węglowodorów parą wodną w procesie produkcji wodoru. Sposób zawiera etapy mierzenia prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego dostarczanego do procesu produkcji wodoru dla uzyskania pomiaru prędkości przepływu masy węglowodorów, mierzenie drugiej prędkości przepływu pary wodnej dla uzyskania pomiaru prędkości przepływu pary wodnej i kontrolowania ilości surowca węglowodorowego i pary wodnej dostarczanego do procesu produkcji wodoru opartego na pomiarze prędkości przepływu masy węglowodorów i pomiarze prędkości przepływu pary wodnej. Ten sposób jest realizowany przy wykorzystaniu, na przykład, układu takiego jak pokazany na fig. 2.

Jak przedstawiono powyżej, sposób działania może być realizowany przez programowany układ sterujący, taki jak układ sterujący 210, przy wykorzystaniu instrukcji, które wykonują sposób.

PL 216 375 B1

Fig. 3 przedstawia sieć działań procesu 300 reprezentującą instrukcje programowe. W etapie 302, układ sterujący uzyskuje pomiary prędkości przepływu dla określonego surowca węglowodorowego i pary wodnej. Następnie, w etapie 304, układ sterujący określa współczynnik zawartości węgla, który jest użyty w aproksymacji zawartości węgla w surowcu węglowodorowym, wykorzystując współczynnik zawartości węgla uzyskany z pomiaru prędkości przepływu masy węglowodorów w etapie 306. Także w etapie 306, jest obliczany stosunek węgla do zawartości pary wodnej. Stosunek jest użyty dla selektywnego dobrania prędkości przepływu węglowodorów i/lub pary wodnej dop asowanych do wymagań procesu. Rozmaite aspekty etapów sposobu są omawiane poniżej z dodatkowymi szczegółami.

Głównym problemem związanym z użyciem przepływomierza masy Coriolisa do mierzenia prędkości przepływu masy surowca węglowodorowego jest to, że surowce mają różne składy. Na przykład, typowym surowcem węglowodorowym używanym w procesie SRH produkcji wodoru jest gaz ziemny. Gaz ziemny jest typowo mieszaniną alkanów zawierającą metan, etan, propan, butan i pentan, z małą reprezentacją cięższych frakcji. Węglowodory acykliczne mają ogólny wzór CnH2n+2 Ponieważ alkany mają ogólny wzór, ilość węgla zawarta w gazie ziemnym jako surowcu może być w przybliżeniu określona na podstawie masy surowca - gazu ziemnego, niezależnie od proporcji składników gazu. Masa atomowa węgla jest w przybliżeniu 12, a masa atomowa wodoru jest w przybliżeniu 1. W oparciu o ogólny wzór, dana masa gazu ziemnego będzie w przybliżeniu zawierać 75% węgla, na przykład 100 kg gazu ziemnego zawiera 75 kg węgla i 25 kg wodoru. Więc określenie współczynnika zawartości węgla w etapie 304 może zawierać stosowanie stałej, takiej jak 0,75. Współczynnik 0,75 jest dokładny dla metanu i bardzo dobrym przybliżeniem dla surowców zawierających głównie metan, gdzie ciężar molekularny metanu jest 16 g/mol, a ciężar molekularny węgla jest 12 g/mol. Z drugiej strony, ta wartość dla etanu wynosi 0,80. Dla propanu i butanu, wynosi odpowiednio 0,82 i 0,83.

Fig. 4 przedstawia bezwymiarowy współczynnik F, jako funkcję ciężaru molekularnego, określony dla frakcji alkanów C₁ do C₁₀. Wartości na fig. 4 pokazują, że F wynosi w przybliżeniu 0,85 dla cięższych frakcji i jest zawarte w zakresie od 0,75 do 0,85. Wartości F 0,85 powinna być wystarczająca dla większości węglowodorów płynnych. Dla gazów, korelacje podobne do pokazanej na fig. 4 może być odtworzona przez doświadczalne próbkowanie rzeczywistych surowców dla uzyskania nieco dokładniejszych wartości F.

W równaniu, liczba moli węgla w dowolnym przepływającym strumieniu węglowodorów może być aproksymowana z zależności:

gdzie:

nC jest liczbą moli węgla,

F(t) jest współczynnikiem zawartości węgla, który może zmieniać się w funkcji czasu,

Mf(t) jest prędkością przepływu masy, który może zmieniać się w funkcji czasu,

Mc jest ciężarem molekularnym węgla, a t jest czasem.

W przeciwieństwie do technologii pomiarów przepływu masy, gdy proporcje gazów składników gazu ziemnego zmieniają się, ilość węgla zawarta w gazie ziemnym zmienia się w stosunku do objętości. Standardowy metr sześcienny butanu zawiera znacznie więcej węgla niż standardowy metr sześcienny metanu. Jednakże, jak pokazano powyżej, gdy proporcje gazów składników gazu ziemnego zmieniają się, ilość węgla zawarta w gazie ziemnym pozostaje zasadniczo stała w stosunku do masy surowca - gazu ziemnego.

Inny problem pomiarów objętościowych wynika z zachowania rzeczywistych gazów. Rozmaite równania stanu są użyte do przewidywania ściśliwości gazów, takie jak równanie Van der Waala i równanie gazu rzeczywistego jest na przykład przedstawione poniżej:

(5)

PV=ZnRT,

PL 216 375 B1 gdzie:

P jest ciśnieniem,

V jest objętością, n jest liczbą moli gazu,

Z jest współczynnikiem ściśliwości gazu,

R jest stałą równania gazu,

T jest temperaturą bezwzględną.

Równanie (5) może być dostosowane do obliczania średniego ciężaru molekularnego przepływającego strumienia połączonych gazów w postaci:

gdzie:

Mwfs jest średnim ciężarem molekularnym przepływającego strumienia połączonych gazów, ρ jest gęstością, a pozostałe wartości są zdefiniowane w związku z równaniem (5).

Wartość Mwfs może być użyta do wprowadzenia do krzywej z fig. 4, albo podobnej korelacji, i uzyskania wartości F.

Pomierzona wartość gęstości może być uzyskana, na przykład, przez zastosowanie przepływomierza 5 Coriolisa, jako drgającego miernika gęstości. Tak uzyskana zmierzona wartość gęstości może nie być wystarczająco dokładna w warunkach niskiego ciśnienia, zależnie od konstrukcji wykorzystywanego miernika. Dodatkowy pomiar gęstości może być więc wykonywany w linii 202 (patrz fig. 2), na przykład, przez dodatkowe instrumenty, takie jak miernik gęstości wykorzystujący promieniowanie gamma albo inny instrument albo korelacja doświadczalna pozwalająca na pomiar gęstości gazu.

Wartość Z jest korzystnie obliczana przy wykorzystan iu konwencjonalnej korelacji doświadczalnej dla tego celu, takiej jak opublikowana przez Browna i innych „Naturalna Benzyna i Lotne Węglowodory”, w Natural Gas Assn. of America, Tulsa (1948) albo przez Wicherta i Aziza, „Współczynniki Ściśliwości Kwaśnych Gazów Ziemnych” w Cdn. J. Chem. Eng. (1972) 49, 269-75, które określają pseudoredukcyjną zależność wartości Z od temperatury i ciśnienia. Zmiany wartości Z w czasie prawdopodobnie mogą być pomijalne w zakresie najczęściej stosowanych warunków procesu i surowców.

Ciężka benzyna jest także zwykle używanym surowcem węglowodorowym SRH w produkcji wodoru sposobem SRH. Ciężka benzyna jest typowo mieszaniną węglowodorów alkanowych i nie alkanowych. Nie alkanowe węglowodory zawierają alkeny i alkiny. Obecność podwójnych i potrójnych wiązań w tych węglowodorach może mieć mały wpływ na zwiększenie wartości współczynnika F. Na przykład, czysty alken mający jedno wiązanie podwójne może mieć wartość F=0,86, podczas gdy alkin o tej samej długości może mieć wartość F=0,96. Znajomość zmian proporcji alkanów i nie alkanów w ciężkiej benzynie pozwala prawidłowo szacować ilość węgla zawartego w dostarczanym surowcu.

Innym sposobem obliczania wartości F w etapie 304 jest trenowanie konwencjonalnej sieci neuronowej albo innego modelu adaptacyjnego, na przykład, wprowadzanie warunków pomiaru procesu albo operacji przetwarzania dopływającego strumienia (patrz fig. 2) razem z informacjami dotyczącymi pomiaru przepływu z przepływomierza, masy i miernika 218 przepływu, jak również innych pomiarów zawierających temperaturę i ciśnienie procesu składowych przepływu dopływającego strumienia materiału w linii przesyłowej 228. Sieć może następnie być przekształcona dla wytworzenia predykcyjnego modelu, w którym pożądane warunki procesu w dopływającym strumieniu mogą być realizowane, jako dane wejściowe dla uzyskania potrzebnych kombinacji prędkości przepływu sterowanych przez układ sterujący 210.

Gdy ilość węglowodorów zawartych w surowcu węglowodorowym jest znana, odpowiednia ilość pary wodnej może być określona, co jest zakończeniem etapu 306. Ilość pary wodnej jest określana przez analogię do równań (1) do (3), które wymagają jednego mola wod y w postaci pary wodnej na każdy mol węgla. Liczba moli węgla może być obliczona, na przykład, przy wykorzystaniu ró wnania (4). Liczba moli pary wodnej może być obliczona w podobny sposób przez podstawienie pomiaru prędkości przepływu masy z miernika 218 przepływu dla M_f i ciężaru molekularnego wody dla M_w:

PL 216 375 B1

Cli nW gdzie:

nW jest liczbą moli wody albo pary wodnej,

Fw(t) jest proporcją dostawy 214 pary wodnej, która może zmieniać się w czasie, to jest parą wodną (zwykle 100%),

Mfw(t) jest prędkością przepływu masy w linii podającej parę wodną, która może zmieniać się w czasie,

Mw jest ciężarem molekularnym wody, a t jest czasem.

W praktyce, stosunek węgla do pary wodnej jest określany w etapie 308 dla uwzględnienia odchyleń od idealnej reakcji i konwencjonalnego doświadczenia dotyczącego zależności w procesie SRH. Na przykład, stechiometryczny nadmiar pary wodnej może być korzystny dla pobudzania produkcji wodoru zgodnie z równaniami (1) do (3) dla zasadniczej realizacji procesu. W innych procesach, tlen może być dodawany. Obie te ewentualności wymagają odpowiedniej regulacji dla ustalenia równowagi 1:1 pomiędzy molową zawartością pary wodnej i węgla.

W zależności pokazanej jako równania (4) i (7), można przyjąć, że F i Fw nie zmieniają się w czasie. W tym przypadku, funkcja podcałkowa przybiera wartość zgromadzonej masy w okresie czasu pomnożonej przez rozmaite stałe. Pomiarowe układy elektroniczne przepływomierza Coriolisa, na przykład, są czasem zdolne do gromadzenia tych wartości całkowitych, które mieszczą się w ramach użytej tutaj szerokiej definicji „prędkości przepływu masy”, ponieważ te wartości całkowite odbiegają od pomiarów prędkości przepływu masy. Ponadto przy takich założeniach, stosunek może być obliczony bez całkowania jako:

(8) dnC dnW

F(/l)*
Mc
	_ Mw _

gdzie:

dnC jest stosunkiem molowych prędkości przepływu węgla do pary wodnej w uśrednionym przedziale czasu lub w konkretnym czasie t1,

Fw(t1) jest współczynnikiem zawartości węgla, który jest stały w danym przedziale, albo chwili czasowej t1,

Fw(t-i) jest stosunkiem dostarczonej pary wodnej 214, to jest pary wodnej (zwykle 100%), który jest stały w danym przedziale, albo chwili czasowej t₁, pomiary Mf(t1) Mfw(t1) są określone jednocześnie dla odpowiedniej prędkości przepływu masy węglowodorów Mf(t1) i prędkości przepływu masy pary wodnej Mfw(t1), pozostałe wartości są zdefiniowane w związku z równaniami (4) i (7).

Zautomatyzowany układ sterujący 210 może stosować powyższe wzory i równania dla dobrania stosunku w etapie 308 przez regulowanie zaworów 208 i 216 dla uzyskania nowych prędkości przepływu odpowiednich dostaw węglowodorów i pary wodnej.

Selektywna regulacja tylko względnej ilości węgla i pary wodnej nie zabezpiecza wymagań całego procesu SRH. Względne ilości węgla i pary wodnej są korzystnie regulowane dla utrzymania pożądanego stosunku, przy jednoczesnym utrzymaniu wystarczającego przepływu przez reaktor 206 do reformowania (patrz fig. 2), tak, by reaktor 206 do reformowania, co jest priorytetem, pracował przy zadanych parametrach, nie stał się punktem dławiącym dla pracy procesów w linii 202 od strony zasilania, nie przekraczał ograniczeń w dostawie materiałów dostępnych w linii 202, i odpowiadał zapotrzebowaniu procesów 230 od strony odpływowej. Układ sterujący 210 jest więc korzystnie skonfigu12

PL 216 375 B1 rowany tak, aby regulować prędkości przepływu i warunki procesu w całym układzie 200 łącznie z warunkami procesu w strumieniu dopływającym i wypływającym.

Fachowcy zrozumieją, że korzystne przykłady wykonania opisane powyżej mogą być poddane wyraźnym modyfikacjom bez wychodzenia z zakresu i idei wynalazku.

Claims

1. Układ do kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru, zawierający zawór (208) dostarczający surowiec węglowodorowy włączony w linię (202) doprowadzającą surowiec węglowodorowy, drugi przepływomierz (218) masy włączony w linię (212) doprowadzającą parę wodną i mierzący natężenie przepływu masy pary wodnej i generujący sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, zawór (216) dostarczający parę wodną połączony z drugim przepływomierzem (218) do mierzenia natężenia przepływu masy i reaktor (206) do reformowania połączony z zaworem (208) dostarczającym surowiec węglowodorowy oraz połączony z zaworem (216) dostarczającym parę wodną i łączący strumień surowca węglowodorowego i strumień pary wodnej dla wytwarzania wydatku wodoru, znamienny tym, że w linię (202) doprowadzającą surowiec węglowodorowy włączony jest pierwszy przepływomierz (5) masy mierzący natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego i generujący sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego, zaś z pierwszym przepływomierzem (5) masy połączony jest układ sterujący (210) otrzymujący sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego, połączony z drugim przepływomierzem (218) masy i otrzymujący sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, połączony z zaworem (208) doprowadzającym surowiec węglowodorowy i kontrolujący ten zawór (208) oraz połączony z zaworem (216) doprowadzającym parę wodną i kontrolujący ten zawór (216), przy czym układ sterujący (210) otrzymuje sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego i sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, przetwarza sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego na szacowany sygnał częściowy natężenia przepływu masy węgla wykorzystując szacowany współczynnik zawartości węgla, przy czym szacowany współczynnik zawartości węgla jest oparty o co najmniej jeden potencjalny składnik strumienia dostarczającego surowiec węglowodorowy, generuje sygnał określający stosunek masy węgla do masy pary wodnej na podstawie szacowanego sygnału częściowego natężenia przepływu masy węgla i sygnału natężenia przepływu masy pary wodnej i kontroluje jeden albo oba zawory, zawór (208) dostarczający surowiec węglowodorowy i zawór (216) dostarczający parę wodną dla generowania określonego wydatku wodoru z reaktora (206) do reformowania w oparciu o szacunkowy współczynnik zawartości węgla, sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej i sygnał określający stosunek masy węgla do masy pary wodnej.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterujący (210) wybiera szacowany współczynnik zawartości węgla z zakresu współczynników zawartości węgla dla wspomnianego surowca węglowodorowego.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ sterujący (210) przetwarza pomiary warunków procesu dla poprawy oszacowania szacowanego współczynnika zawartości węgla.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy przepływomierz (5) masy stanowi przepływomierz masy Coriolisa.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi przepływomierz (218) masy stanowi przepływomierz masy Coriolisa.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że reaktor (206) zawiera układ (SRH) reformowania wodoru parą wodną dla wytwarzania gazu wodorowego zawierający doprowadzenie (214) pary wodnej.

7. Sposób kontrolowania reakcji reformowania w procesie produkcji wodoru, w którym mierzy się natężenie przepływu masy pary wodnej pary wodnej i generuje się sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej, znamienny tym, że mierzy się natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego surowca węglowodorowego doprowadzanego do reakcji reformowania, i generuje się sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego przetwarza się sygnał natężenia przepływu masy surowca węglowodorowego na szacowany sygnał częściowy natężenia przepływu masy węgla za pomocą szacowanego współczynnika zawartości węgla, przy czym szacowany współczynnik zawartości węgla jest oparty o co najmniej jeden potencjalny składnik wspomnianego surowca węglowodorowego generuje się sygnał stosunku masy węgla do masy pary wodnej, z szacowanego sygnału częściowego natężenia przepływu masy węgla i sygnału natężenia przepływu masy pary wodnej

PL 216 375 B1 i kontroluje się co najmniej jedno z natężeń: natężenie przepływu pary wodnej lub natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego reakcji reformowania w oparciu o szacowany współczynnik zawartości węgla, sygnał natężenia przepływu masy pary wodnej i sygnał stosunku masy węgla do masy pary wodnej.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla oparty o masę węgla dla co najmniej jednego potencjalnego składnika wspomnianego surowca węglowodorowego.

9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla oparty o masę węgla dla co najmniej jednego potencjalnego składnika w relacji do masy całkowitej tego co najmniej jednego potencjalnego składnika.

10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wyznaczając szacowany współczynnik zawartości węgla wybiera się szacowany współczynnik zawartości węgla z zakresu współczynników zawartości węgla dla wspomnianego surowca węglowodorowego.

11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się szacowany współczynnik zawartości węgla zawierający wstępnie określoną stałą wartość dla co najmniej jednego potencjalnego składnika wspomnianego surowca węglowodorowego.

12. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że natężenie przepływu masy surowca węglowodorowego mierzy się za pomocą przepływomierza masy Coriolisa.

13. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że natężenie przepływu masy pary wodnej mierzy się za pomocą przepływomierza masy Coriolisa.

14. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że stosuje się reaktor (206) zawierający układ (SRH) reformowania wodoru parą wodną.