CN109890499A

CN109890499A - 热处理装置

Info

Publication number: CN109890499A
Application number: CN201780067548.XA
Authority: CN
Inventors: 涩谷秀志; 坂仓茂树; 矢野明久; 秋田隆仁; 山本大雅; 冈辰哉; 宫岛俊二; 武内佑介
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-14
Also published as: EP3552697A4; CA3041509C; JP6897079B2; US10421053B2; WO2018105557A1; JP2018094460A; US20190247817A1; EP3552697A1; CA3041509A1

Abstract

作为热处理装置的反应装置(100)具有：导热构造体(43)，其以能够拆卸的方式设置于第一流路(31)；第一信息获取部(70、71)，其与第一流路(31)的入口侧连接设置，获取用于确定成为经过时间的基准条件的第一流体的温度和流量的信息；第二信息获取部(72)，其与第一流路(31)的出口侧连接设置，每隔经过时间获取用于确定第一流体的温度的信息；以及控制部(103)，其基于根据由第一信息获取部(70、71)和第二信息获取部(72)获取到的信息而确定出的温度和流量来求出针对经过时间的交换热量，并基于交换热量来预测导热构造体(43)的使用寿命。

Description

热处理装置

技术领域

本公开涉及换热型热处理装置。

背景技术

现今，作为换热型热处理装置，有如下反应装置：通过使用热介质对含有作为反应体的反应原料在内的气体或者液体的反应流体进行加热或者冷却，来使反应体的反应进行。另外，作为反应装置之一，例如有包括层叠有具有使反应流体流通的反应流路的第一导热体和具有使热介质流通的热介质流路的第二导热体的换热部的所谓的层叠型反应装置。

在层叠型反应装置中，作为用于提高或者维持换热性能的导热构造体，有时在热介质流路设置有导热促进体，该导热促进体用于促进流通于热介质流路的热介质与形成有热介质流路的第二导热体之间的导热。同样，有时在反应流路设置用于促进反应的催化剂体。此处，导热促进体在反应处理时例如放置在高温环境下，从而不能避免伴随时间的经过而产生的劣化。同样，若催化剂体还继续进行反应处理，则不能避免催化剂作用的劣化。即，导热促进体以及催化剂体有若进一步使用则不适于原本的用途的状态、即所谓的使用寿命。

作为对构成某装置的要素的使用寿命的应对，有与热处理装置不同的工业装置，在日本特开平6-102223号公报(专利文献1)中公开一种预测陶瓷烧结体的寿命的装置。在该装置中，在烧结体的内部设置有导电电路，基于该导电电路的电阻值的变化来预测烧结体的寿命。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-102223号公报

发明内容

现今，在上述的使用导热促进体等的热处理装置中，不存在预测导热促进体等的使用寿命的方法或者装置，在大多情况下，基于作业者的经验，大约在该时期进行导热促进体等的更换。因此，更换时期根据作业者而不同，并非每次都在最佳的时期进行更换。例如，若某作业者在较早的时期进行更换，则导热促进体等在其能力还剩余的状态下被废弃。另一方面，若其他作业者在较晚的时期进行更换，则热处理装置的性能降低，从而会产生经济损失。

与此相对，也考虑将日本特开平6-102223号公报所公开的技术等应用于热处理装置。但是，在日本特开平6-102223号公报所公开的技术中，需要预先在被视为预测对象的物体设置有导电电路，从而预测对象本身的构造变得复杂。另一方面，日本特开平6-102223号公报中被视为预测对象的物体与作为导热促进体等之类的消耗品的导热构造体相比其定位在根本上不同，从而难以将日本特开平6-102223号公报所公开的技术保持原样地应用于反应装置等的热处理装置。

因此，本公开的目的在于提供一种在预测设置在流路中的用于提高或者维持换热性能的导热构造体的使用寿命的方面有利的热处理装置。

用于解决课题的方案

根据本公开的一个方式，是一种热处理装置，使第一流体和第二流体流通，具有：换热部，其包括使第一流体流通的第一流路和使第二流体流通的第二流路；导热构造体，其以能够拆卸的方式设置于第一流路；第一信息获取部，其与第一流路的入口侧或者出口侧连接设置，获取用于确定成为经过时间的基准条件的第一流体的温度、流量或者组分的信息；第二信息获取部，其与第一流路的出口侧连接设置，每隔经过时间获取用于确定第一流体的温度、流量或者组分的信息；以及控制部，其基于根据由第一信息获取部以及第二信息获取部获取到的信息而确定出的温度、流量或者组分，来求出针对经过时间的交换热量、反应率或者收率，并基于该交换热量、该反应率或者该收率来预测导热构造体的使用寿命。

根据本公开，能够提供一种在预测设置在流路中的用于提高或者维持换热性能的导热构造体的使用寿命的方面有利的热处理装置。

附图说明

图1是表示关于第一实施方式的反应装置的第二流路的结构的图。

图2是表示关于第一实施方式的反应装置的第一流路的结构的图。

图3是表示反应部的结构的侧视图。

图4是表示反应部的包括第一导热体在内的部位的结构及形状的俯视图。

图5是表示反应部的包括第二导热体在内的部位的结构及形状的俯视图。

图6是表示反应部的各流路的形状及配置等的剖视图。

图7是在导热促进体的使用寿命的预测中使用的近似曲线的曲线图。

图8是在催化剂体的使用寿命的预测中使用的近似曲线的曲线图。

图9是表示关于第二实施方式的反应装置的第一流路的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。此处，各实施方式所示的尺寸、材料、其它具体的数值等只不过是示例，在特别限定的情况之外的情况下，不限定本公开。并且，对实际上具有同一功能及结构的要素标注同一符号，由此省略重复说明，并且省略与本公开没有直接关系的要素的图示。另外，以下的各图中，在铅垂方向上设定Z轴，并在与Z轴垂直的平面内，在后述的第一流路及第二流路的反应区域的延伸配置方向上设定Y轴，并且在与Y轴垂直的方向上设定X轴。

并且，在各实施方式中示例的热处理装置是如下反应装置：利用第一流体与第二流体之间的换热，通过对含有作为反应体的反应原料在内的气体或者液体的反应流体进行加热或者冷却，来进行反应体的反应。并且，在各实施方式中，假定反应流体作为第一流体，并且假定热介质作为第二流体。更具体地，将向在下文中详述的反应部101供给的反应流体作为原料气体M。并且，将含有生成物且在反应处理后从反应部101排出的第三流体作为反应气体P。另一方面，热介质HC是加热流体。其中，将向反应部101供给的加热流体作为加热气体HC1。并且，将从反应部101排出的加热流体作为加热排出气体HC2。

(第一实施方式)

图1、图2是表示第一实施方式的反应装置100的结构的简图。图1中，表示与在下文中详述的换热部3所包括的第二流路31连通的加热气体HC1或者加热排出气体HC2的流通配管所关联的结构。图2中，表示与换热部3所包括的第一流路17连通的原料气体M或者反应气体P的流通配管所相关的结构。反应装置100具有反应部101、第一气体供给部以及第二气体供给部，但第一气体供给部、第二气体供给部分别未示出。第一气体供给部向反应部101供给原料气体M。第二气体供给部向反应部101供给加热气体HC1。

图3是表示反应部101的结构的侧视图。反应部101进行从原料气体M生成生成物的反应处理。反应部101具备作为主体部的换热部3。

换热部3包括多个第一导热体7、多个第二导热体9以及盖体39。第一导热体7具有供反应流体流通的反应流路。第二导热体9具有供热介质流通的热介质流路。并且，换热部3具有反应流体和热介质向相互相反的方向流动的对置流型构造。第一导热体7、第二导热体9以及盖体39分别是由具有耐热性的导热性原材料形成的平板状部件。

图4是与图3中的A-A部对应的表示包括第一导热体7在内的部位的结构及形状的俯视图。第一导热体7具有作为包括反应区域在内的反应流路的多个第一流路17。第一流路17的中间部分是反应区域。而且，第一流路17接纳从在后述的第二导热体9内的第二流路流通的热介质供给的热量，来使原料气体M反应，从而生成生成物。第一流路17是流路截面呈矩形的槽。具体地，第一流路17的Z方向的上方开口。第一流路17在第一导热体7的一方的第一侧面敞开。并且，第一流路17呈直线状地从导入原料气体M的第一导入口20起沿Y方向延伸至另一方的第二侧面的近前。上述第一流路17在X方向上等间隔地配设。此外，图1、图2中，仅示出反应部101所包括的换热部3内的一个第一流路17。

第一导热体7包括第一基部11、两个第一侧壁13、多个第一中间壁15以及第一间隔壁19。第一基部11是覆盖第一导热体7的XY平面整体的矩形板状的壁部。第一侧壁13是在第一基部11的与Z方向垂直的主表面的单面上分别设于第一流路17的延伸方向的左右端的壁部。多个第一中间壁15是在第一基部11的主表面的单面上位于被两个第一侧壁13所夹的区域的壁部。多个第一中间壁15分别与第一侧壁13并列且等间隔地设置。并且，第一间隔壁19在第一基部11的主表面的单面上的第二侧面侧沿X方向设置，其中，X方向为与第一流路17的延伸配置方向垂直的方向。若第一流路17延伸至第二侧面，则与被导入加热气体HC1的后述的第二空间S2抵接。因此，第一间隔壁19使流过多个第一流路17后的加热气体HC1的行进方向变化。另外，第一侧壁13、第一中间壁15以及第一间隔壁19的各壁部在Z方向上的高度相同。

并且，第一导热体7具有沿第一间隔壁19的内侧面延伸配置的第一连接流路23。第一连接流路23与第一流路17连通。并且，第一连接流路23与一个端部设于第一侧壁13的一方且用于向第一导热体7的外部排出生成物的第一排出口21连通。此外，此处，为了说明流路的形状，除示出第一流路17之外还示出第一连接流路23。但是，作为使原料气体M以及生成物流通的流路的功能，第一连接流路23是第一流路17的一种，没有特别的差异。并且，从第一排出口21排出的反应气体P含有在第一流路17内生成的生成物。但是，有时从第一排出口21排出的反应气体P也含有未用于反应的原料气体M。

图5是与图3中的B-B部对应的表示包括第二导热体9在内的部位的结构及形状的俯视图。第二导热体9具有作为热介质流路的多个第二流路31。第二流路31朝向外部即第一导热体7供给从加热气体HC1供给的热量。第二流路31是流路截面呈矩形的槽。具体地，第二流路31的Z方向的上方开口。第二流路31在第二导热体9的一方的第一侧面敞开。并且，第二流路31呈直线状地从导入加热气体HC1的第二导入口30起沿Y方向延伸至另一方的第二侧面的近前。但是，第二导热体9中的第一侧面与第一导热体7中的第一侧面在Y方向上相反。上述第二流路31也与第一流路17相同地在X方向上等间隔地配设。此外，图1、图2中，仅示出反应部101所包括的换热部3内的一个第二流路31。

第二导热体9包括第二基部25、两个第二侧壁27、多个第二中间壁29以及第二间隔壁33。第二基部25是覆盖第二导热体9的XY平面整体的矩形板状的壁部。第二侧壁27是在第二基部25的与Z方向垂直的主表面的单面上分别设于第二流路31的延伸方向的左右端的壁部。多个第二中间壁29是在第二基部25的主表面的单面上位于被两个第二侧壁27所夹的区域的壁部。多个第二中间壁29分别与第二侧壁27并列且等间隔地设置。并且，第二间隔壁33在第二基部25的主表面的单面上的第二侧面侧沿X方向设置，其中，X方向为与第二流路31的延伸配置方向垂直的方向。若第二流路31延伸至第二侧面，则与被导入原料气体M的后述的第一空间S1抵接。因此，第二间隔壁33使流过多个第二流路31后的加热气体HC1的行进方向变化。另外，第二侧壁27、第二中间壁29以及第二间隔壁33的各壁部在Z方向上的高度相同。

并且，第二导热体9具有沿第二间隔壁33的内侧面延伸配置的第二连接流路37。第二连接流路37与第二流路31连通。并且，第二连接流路37与一个端部设于第二侧壁27的一侧且用于向第二导热体9的外部排出加热排出气体HC2的第二排出口35连通。

图6是与图3中的C-C部对应的表示第一导热体7的第一流路17和第二导热体9的第二流路31的形状及配置的换热部3的剖视图。将Z方向的最上部作为盖体39，并朝向盖体39的下方地交替层叠并接合第二导热体9和第一导热体7，从而形成作为接合体或者层叠体的换热部3。此时，第一流路17与第二流路31经由第一基部11或者第二基部25以非接触的方式相邻。在换热部3的组装时，通过利用TIG(Tungsten Inert Gas)焊接、扩散接合等之类的接合方法使各部件间固定，来抑制因各部件间的接触不良引起的导热性的降低等。

作为构成换热部3的各要素的导热性原材料，优选铁系合金、镍合金等耐热性金属。具体地，可以举出不锈钢等铁系合金、镍铬铁耐热耐蚀合金625(inconel625)(注册商标)、镍铬铁耐热耐蚀合金617(inconel617)(注册商标)、哈氏合金230(Haynes230)(注册商标)等镍合金之类的耐热合金。上述导热性原材料优选相对于第一流路17中的反应进行、能够作为热介质来使用的流体具有耐久性或者耐腐蚀性，但并不限定于此。并且，也可以是铁系电镀钢、由氟树脂等耐热树脂覆盖的金属、或者碳石墨等。

此外，换热部3能够由至少一个第一导热体7和第二导热体9的一对的组构成。但是，从提高换热性能的观点看，导热体的个数优选如各图所示那样较多。并且，形成于一个第一导热体7的第一流路17以及形成于一个第二导热体9的第二流路31的个数也没有特别限定，能够考虑换热部3的设计条件、导热效率等来适当地变更。另外，为了抑制来自换热部3的散热来抑制热损失，也可以利用壳体或者绝热材料来覆盖换热部3的周围。

并且，也可以在第一流路17，以能够取出的方式设置有用于促进反应的催化剂体41。催化剂体41是与未设置于第一流路17的状态相比能够提高或者维持换热部3的换热性能的导热构造体之一。催化剂体41所含有的催化剂具有在化学反应的进行促进方面有效的活性金属作为主成分，基于在反应部101中进行的合成反应，适当地选择适于反应促进的催化剂。作为催化剂成分亦即活性金属，例如可以举出Ni(镍)、Co(钴)、Fe(铁)、Pt(铂)、Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)等，可以使用一种，或者只要在反应促进方面有效，也可以组合多种来使用。例如通过在构造材料担载催化剂来调制催化剂体41。对于构造材料而言，从耐热性的金属选择能够进行成形加工且能够进行催化剂的担载的材料。为了增加与反应流体接触的接触面积，构造体即催化剂体41的形状形成为截面呈波状地圆弧弯曲的波纹板状、呈锯齿状地折曲的形状等。作为耐热性的金属，有以Fe(铁)、Cr(铬)、Al(铝)、Y(钇)、Co(钴)、Ni(镍)、Mg(镁)、Ti(钛)、Mo(钼)、W(钨)、Nb(铌)、Ta(钽)等金属的一种或者多种作为主成分的耐热合金。例如，也可以对铁铬铝合金(Fecralloy)(注册商标)等耐热合金制的薄板状构造材料进行成形加工来构成催化剂体41。作为催化剂的担载方法，有通过表面修饰等在构造材料上直接担载的方法、使用载体来间接担载的方法等，在实用方面，容易进行使用载体的催化剂的担载。考虑在反应部101中实施的反应，载体是不阻碍反应的进行并具有耐久性的材料，适当地选择能够良好地担载所使用的催化剂的载体。例如可以举出Al₂O₃(氧化铝)、TiO₂(二氧化钛)、ZrO₂(氧化锆)、CeO₂(氧化铈)、SiO₂(二氧化硅)等金属氧化物，能够选择一种或者多种来用作载体。作为使用了载体的担载方法，例如可以举出在成形后的构造材料的表面形成催化剂和载体的混合物层的方式、在形成载体层后通过表面修饰等来担载催化剂的方式等。

另外，也可以在第二流路31，以能够取出的方式设置有用于使与热介质接触的接触面积增加来促进热介质与第二导热体9之间的导热的导热促进体43。导热促进体43也是与未设置于第二流路31的状态相比能够提高或者维持换热部3的换热性能的导热构造体之一。导热促进体43是所谓的导热翅片，为了确保与第二导热体9接触的接触面积，导热促进体43形成为波纹板状。并且，作为构成导热促进体43的导热性原材料，可以举出铝、铜、不锈钢、铁系电镀钢等金属。

另外，反应部101具备反应流体导入部45和生成物排出部49、以及热介质导入部53和热介质排出部57。

反应流体导入部45是呈凹状地弯曲的箱体。反应流体导入部45覆盖换热部3的敞开有多个第一流路17的第一导入口20的侧面，并在与换热部3之间形成第一空间S1。反应流体导入部45设置为能够相对于换热部3拆装或者开闭。通过该拆装等，例如作业者能够进行催化剂体41相对于第一流路17的***、拔出。并且，反应流体导入部45具有从未图示的第一气体供给部导入原料气体M的第一导入配管47。第一导入配管47相对于换热部3的侧面位于中心、具体为位于XZ平面上的中心，并且在与多个第一导入口20的开口方向相同的方向上进行连接。利用这样的结构，将从一处导入的原料气体M分别分配至多个第一导入口20。

生成物排出部49是具有一个敞开面的箱状的箱体。生成物排出部49以使敞开面与第一导热体7的第一排出口21一致的方式设置于换热部3的第三侧面。并且，在生成物排出部49的壁部的一处具有第一排出配管51，该第一排出配管51向反应部101的外部排出含有生成物的反应气体P。虽未图示，但第一排出配管51与对反应气体P进行后处理等的其它处理器连接。利用这样的结构，经由一处第一排出配管51回收从多个第一排出口21分别排出的反应气体P。

与反应流体导入部45相同，热介质导入部53是呈凹状地弯曲的箱体。热介质导入部53覆盖换热部3的敞开有多个第二流路31的第二导入口30的侧面，并在与换热部3之间形成第二空间S2。热介质导入部53设置为能够相对于换热部3拆装或者开闭。通过该拆装等，例如作业者能够进行导热促进体43相对于第二流路31的***、拔出。并且，热介质导入部53具有从第二气体供给部102导入加热气体HC1的第二导入配管55。第二导入配管55相对于换热部3的侧面位于中心，具体为位于XZ平面上的中心，并且在与多个第二导入口30的开口方向相同的方向上进行连接。利用这样的结构，将从一处导入的加热气体HC1分别分配至多个第二导入口30。

与生成物排出部49相同，热介质排出部57是具有一个敞开面的箱状的箱体。热介质排出部57以使敞开面与第二导热体9的第二排出口35一致的方式设置于换热部3的第三侧面。并且，在热介质排出部57的壁部的一处具有第二排出配管59，该第二排出配管59向反应部101的外部排出加热排出气体HC2。虽未图示，但第二排出配管59与用于再利用加热排出气体HC2的其它处理器连接。利用这样的结构，经由一处第二排出配管59回收从多个第二排出口35分别排出的加热排出气体HC2。

换热部3能够作为液-液型换热器、气-气型换热器以及气-液型换热器中任一种来使用，向反应部101供给的反应流体以及热介质也可以是气体和液体中任一种。并且，反应部101能够进行基于吸热反应、发热反应等各种热反应的化学合成。作为这样的基于热反应的合成，例如有基于式(1)所示的甲烷的水蒸气改性反应、式(2)所示的甲烷的干式重整反应之类的吸热反应、式(3)所示的变换反应、式(4)所示的甲烷化反应、式(5)所示的费托(Fischer tropsch)合成反应等发热反应的合成。此外，上述反应中的反应流体呈气体状。

CH₄+H₂O→3H₂+CO……(1)

CH₄+CO₂→2H₂+2CO……(2)

CO+H₂O→CO₂+H₂……(3)

CO+3H₂→CH₄+H₂O……(4)

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_2n+2+nH₂O……(5)

另一方面，作为热介质，优选不会使反应部101的构成材料腐蚀的物质，在如本实施方式那样是加热气体的情况下，能够使用燃烧气体、加热空气等气体状物质。此外，例如也可以是水、油等液状物质。但是，若使用气体状物质作为热介质，则与使用液体介质的情况相比，操作较容易。

并且，作为反应装置100的构成要素，未图示的第一气体供给部与第一导入配管47连接设置，并朝向反应部101内的第一流路17供给原料气体M。以下，将通过第一导入配管47并向反应部101导入前的原料气体M的温度记载为“Te1”。

并且，未图示的第二气体供给部与第二导入配管55连接设置，并朝向反应部101内的第二流路31供给加热气体HC1。作为一个例子，加热气体HC1是燃烧气体。在该情况下，第二气体供给部具备使燃料和空气适当地混合来生成燃烧气体的燃烧器。

并且，如图1所示，反应装置100包括对流动在管内的加热气体HC1的温度进行测量的第一温度测量部70、和对加热气体HC1的流量进行测量的流量测量部71。第一温度测量部70和流量测量部71设置于第二导入配管55。以下，将第一温度测量部70测量出的通过第二导入配管55并向反应部101导入前的加热气体HC1的温度记载为“Te3”。并且，将此时流量测量部71测量出的加热气体HC1的流量记载为“F”。

并且，反应装置100包括对流动在管内的加热排出气体HC2的温度进行测量的第二温度测量部72。第二温度测量部72设置于第二排出配管59。以下，将第二温度测量部72测量出的加热排出气体HC2的温度记载为“Te4”。

并且，如图2所示，反应装置100包括对流动在管内的反应气体P的温度进行测量的第三温度测量部73、和分析反应气体P的组分的组分分析部74。第三温度测量部73和组分分析部74设置于第一排出配管51。以下，将第三温度测量部73测量出的反应气体P的温度记载为“Te2”，并将此时的反应率记载为“r”。

组分分析部74例如是气相色谱仪。气相色谱仪是利用色谱方法来进行化合物的识别、定量的分析设备。气相色谱仪能够应用于固定相和移动相是气体的情况，从而如本实施方式那样适合于反应气体P所含有的生成物的组分分析。

另外，反应装置100具有控制反应装置100的整体动作的控制部103。尤其在本实施方式中，控制部103分别与第一温度测量部70、第二温度测量部72、第三温度测量部73、流量测量部71以及组分分析部74电连接。而且控制部103如在下文中说明那样预测导热促进体43和催化剂体41的使用寿命。

接下来，对本实施方式的作用进行说明。

首先，作为第一作用，参照图1等对导热促进体43的使用寿命的预测进行说明。控制部103基于与从第一温度测量部70、流量测量部71以及第二温度测量部72分别获得的温度或者流量相关的信息，预测导热促进体43的使用寿命。首先，作业者在使控制部103开始导热促进体43的使用寿命的预测时，规定作为用于预测的经时测量的基准的条件。在本实施方式中，作为经时测量的基准条件的一个例子，如下规定各值。加热气体HC1的温度Te3为875(℃)。加热气体HC1的流量F为39600(kg/h)。并且，比热C_p为1.2(kJ/(kg·℃))。

接下来，控制部103使反应装置100处于运转状态，并从第一温度测量部70获取与温度相关的信息，来确认加热气体HC1的温度Te3成为预先规定的上述的温度的情况。并且，控制部103从流量测量部71获取与流量相关的信息，来确认加热气体HC1的流量F变成预先规定的上述的流量的情况。即，在预测导热促进体43的使用寿命的情况下，第一温度测量部70和流量测量部71相当于获取成为经过时间的基准条件的信息的第一信息获取部。

接下来，控制部103在确认到满足基准条件后，开始进行反应处理的通常运转。而且，控制部103在从运转开始起例如经过500、4000、8000、12000及16000(小时)后，每次从第二温度测量部72获取与加热排出气体HC2的温度相关的信息，并存储此时的温度Te4。即，在预测导热促进体43的使用寿命的情况下，第二温度测量部72相当于每隔经过时间获取信息的第二信息获取部。而且，在各经过时间测量出的温度Te4分别是609.8、612.0、611.1、617.4及619.0(℃)。

接下来，控制部103基于测量出的加热排出气体HC2的温度Te4来求出此时的交换热量q。交换热量q能够使用式(6)来求出。

q＝w·C_p·ΔT……(6)

其中，w是质量流量。C_p是比热。并且，ΔT是加热气体HC1的温度Te3与加热排出气体HC2的温度Te4的差。

通过式(6)获得的在各经过时间的交换热量q分别是3501、3472、3483、3400及3379(kW)。而且，控制部103使用上述值来求出表示经过时间t与交换热量q的关系的近似式。此处所获得的近似式由式(7)表示。

[数学式1]

q＝-3.48×10^-7t²-2.35×10^-3t+3.50×10³…(7)

图7是表示该情况下的经过时间t(h)与交换热量q(kW)的关系的曲线图。图7中，记载有各经过时间t的交换热量q作为测量值。并且，图7中，记载有使用测量值而求出的式(8)作为近似曲线。

此处，例如将需要导热促进体43的更换时的交换热量q的阈值规定为3300(kW)。该阈值预先由作业者规定，并存储于控制部103。而且，控制部103将该阈值应用于式(7)，并如图7所示地求出此时的时间t₁。该例中，所获得的时间t₁为20833小时，该时间是使反应装置100在预先规定的条件下进行反应处理的情况下的导热促进体43的使用寿命。此外，作业者通过识别该情况下的使用寿命，若例如反应装置100在当前时刻运转了16000小时，则能够推测出导热促进体43的剩余可使用时间为4833小时。

接下来，作为第二作用，参照图2等对催化剂体41的使用寿命的预测进行说明。控制部103基于与从第三温度测量部73获取的温度相关的信息、以及组分分析部74所分析出的反应气体P中的生成物的组分，预测催化剂体41的使用寿命。首先，作业者在使控制部103开始催化剂体41的使用寿命的预测时，规定作为用于预测的经时测量的基准的条件。在本实施方式中，作为经时测量的基准条件的一个例子，将反应气体P的温度Te2规定为850(℃)。

接下来，控制部103使反应装置100处于运转状态，并从第三温度测量部73获取与温度相关的信息，来确认反应气体P的温度Te2成为预先规定的上述的温度的情况。即，在预测催化剂体41的使用寿命的情况下，第三温度测量部73相当于获取成为经过时间的基准条件的信息的第一信息获取部。

接下来，控制部103在确认到满足基准条件后，开始进行反应处理的通常运转。而且，控制部103在从运转开始起例如经过500、4000、8000、12000及16000(小时)后，每次使组分分析部74分析反应气体P的组分，并存储上述信息。即，在预测催化剂体41的使用寿命的情况下，组分分析部74相当于每隔经过时间获取信息的第二信息获取部。表1是表示在各经过时间确定出的反应气体P的组分的表。

[表1]

接下来，控制部103基于所确定出的反应气体P的组分来求出此时的反应率r。此处，反应率r是指在反应气体P中作为生成物而含有的原料、即实际上用于生成生成物的反应所使用的原料的量相对于原料气体M所含有的原料的量。本实施方式中的反应率r由式(8)表示。此外，反应率r根据反应的种类而不同。例如在同时进行多个反应的情况下，考虑基于上述反应的选择率而求出的收率等来适当地决定反应率r。

反应率＝(CO浓度+CO₂浓度)/(CO浓度+CO₂浓度+CH₄浓度)×100

……(8)

通过式(8)获得的各经过时间的反应率r分别是86.0、84.6、85.1、84.1及82.5(％)。而且，控制部103使用上述值来求出表示经过时间t与反应率r的关系的近似式。此处获得的近似式由式(9)表示。

[数学式2]

r＝-9.09×10^-9t²-4.40×10^-5t+85.7…(9)

图8是表示该情况下的经过时间t(h)与反应率r(％)的关系的曲线图。图8中，记载有各经过时间t的反应率r作为测量值。并且，图8中，记载有使用测量值而求出的式(9)作为近似曲线。

此处，例如将需要催化剂体41的更换时的反应率r的阈值规定为80(％)。该阈值预先由作业者规定，并存储于控制部103。而且，控制部103将该阈值应用于式(9)，并如图8所示地求出此时的时间t₂。该例中，所获得的时间t₂为22738小时。该时间t₂是使反应装置100在预先规定的条件下进行反应处理的情况下的催化剂体41的使用寿命。此外，作业者通过识别该情况下的使用寿命，若例如反应装置100在当前时刻运转了16000小时，则能够推测出催化剂体41的剩余可使用时间为6738小时。

接下来，对本实施方式的效果进行说明。

首先，本实施方式的热处理装置是使第一流体和第二流体流通的热处理装置，具有：换热部3，其包括使第一流体流通的第一流路和使第二流体流通的第二流路；导热构造体，其以能够拆卸的方式设置且设置于第一流路；第一信息获取部，其与第一流路的入口侧或者出口侧连接设置，获取用于确定成为经过时间的基准条件的第一流体的温度、流量或者组分的信息；第二信息获取部，其与第一流路的出口侧连接设置，每隔经过时间获取用于确定第一流体的温度、流量或者组分的信息；以及控制部103，其基于根据第一信息获取部和第二信息获取部所获取到的信息而确定出的温度、流量或者组分，来求出针对经过时间的交换热量、反应率或者收率，并基于该交换热量、该反应率或者该收率来预测导热构造体的使用寿命。

此处所述的与第一流体或者第二流体对应的流体具体是何种流体，根据应用的热处理装置的种类、和作为使用寿命的预测对象的导热构造体是何种导热构造体而变化。首先，应用的热处理装置如上述示例那样假定为反应装置100。此时，在预测对象的导热构造体是导热促进体43的情况下，第一流体是与导热促进体43接触的热介质，第二流体是反应流体。另一方面，在预测对象的导热构造体是催化剂体41的情况下，第一流体是与催化剂体41接触的反应流体，第二流体是热介质。此外，根据反应装置的种类，也有即使第一流体是反应流体、第二流体也是反应流体的情况。

并且，关于此处所述的第一流路和第二流路，伴随第一流体和第二流体的定位，如上述示例那样是第一流路17和第二流路31，除该情况之外，也有上述符号颠倒的情况。并且，本公开的热处理装置也能够应用于将第一流体和第二流体这二者作为热介质的换热器。即，预测对象的导热构造体也有成为设置于第一流路和第二流路这二者的导热促进体的情况。

另外，关于此处所述的第一流路的入口侧或者出口侧，在第一流路是设置催化剂体41的第一流路17的情况下，第一流路的入口侧相当于第一导入配管47，出口侧相当于第一排出配管51。另一方面，在第一流路是设置导热促进体43的第二流路31的情况下，第一流路的入口侧相当于第二导入配管55，出口侧相当于第二排出配管59。

在反应装置100之类的热处理装置设置有导热构造体，该导热构造体在换热部3内的流路中伴随经过的时间而劣化，并在任一时机不得不更换。根据本实施方式的热处理装置，基于在某条件下实际使用的导热构造体的针对经过时间的交换热量、反应率或者收率，能够由作业者预测成为最高效的更换时机的指标的导热构造体的使用寿命。因此，在之后的同一条件下的热处理中，作业者能够在最高效的更换时机更换导热构造体。即，能够极力减少因实际上更换导热构造体的时机从最高效的更换时机偏离而引起热处理装置的性能降低从而产生的经济损失。

具体地，例如能够从以下的两个视点来说明减少经济损失的优点。此处，第一流体或者第二流体的至少一方是反应流体例如原料气体M。在该情况下，第一，在反应装置100中，即使在进行反应处理的期间始终向反应部101供给同量的原料气体M，在反应处理后从反应部101排出的反应气体P所含有的生成物的生成量也难以降低。第二，在反应装置100中，即使在反应处理后始终生成同量的生成物，生成物的生成所需要的原料气体M的供给量或者反应装置100内的热量等也可能很小。即，不会超过需要地增加原料气体M的供给量等，从而能够抑制反应装置100的运转费用的增加。

并且，根据本实施方式的热处理装置，通过使用第一信息获取部、第二信息获取部，能够进行导热构造体的使用寿命的预测，从而也不需要较大地改变热处理装置的结构，并且也不需要对导热构造体本身进行加工。因此，也能够极力抑制热处理装置本身的成本。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第一流体是热介质，导热构造体是导热促进体43。

根据本实施方式的热处理装置，在第一流体和导热构造体是这样的条件的情况下，能够适当地起到上述的效果。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第二信息获取部是对从第一流路排出的第一流体的温度进行测量的第二温度测量部72，控制部103存储第二温度测量部72每隔经过时间测量出的温度，并基于第二温度测量部72所测量出的温度来求出每经过时间的交换热量，并求出表示经过时间与交换热量的关系的第一近似式，通过在第一近似式中应用预先规定的需要导热促进体43的更换时的交换热量的阈值，来预测导热促进体43的使用寿命。

此处，第一近似式例如相当于上述的式(7)。

根据本实施方式的热处理装置，尤其能够尽量准确地预测导热促进体43的使用寿命。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第一信息获取部是对导入至第一流路的第一流体的温度进行测量的第一温度测量部70、和对导入至第一流路的第一流体的流量进行测量的流量测量部71，控制部103基于第一温度测量部70所测量出的温度和流量测量部71测量出的流量来确认满足基准条件的情况。

根据本实施方式的热处理装置，尤其当预测导热促进体43的使用寿命时，控制部103使用第一温度测量部70等来确认满足基准条件的情况，从而能够提高预测精度。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第一流体是反应流体，导热构造体是催化剂体41。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第二信息获取部是对从第一流路排出的第一流体的组分进行分析的组分分析部74，控制部103存储上述组分分析部74每隔经过时间分析出的组分，并基于组分分析部74所分析出的组分来求出每经过时间的反应率或者收率，并求出表示经过时间与反应率或者收率的关系的第二近似式，通过在第二近似式中应用预先规定的需要催化剂体41的更换时的反应率或者收率的阈值，来预测催化剂体41的使用寿命。

此处，第二近似式例如相当于上述的式(9)。

根据本实施方式的热处理装置，尤其能够尽量准确地预测催化剂体41的使用寿命。

并且，在本实施方式的热处理装置中，第一信息获取部是对从第一流路排出的第一流体的温度进行测量的第三温度测量部73，控制部103基于第三温度测量部73所测量出的温度来确定满足基准条件的情况。

根据本实施方式的热处理装置，尤其当预测催化剂体41的使用寿命时，控制部103使用第三温度测量部73来确认满足基准条件的情况，从而能够提高预测精度。

并且，在本实施方式的热处理装置中，换热部3由导热体构成，第一流路和第二流路是形成于导热体的槽或者贯通孔。

此处，在本实施方式中，换热部3例如层叠具有供第一流体流通的第一流路17的第一导热体7、和具有供第二流体流通的第二流路31的第二导热体9这两种导热体而成。在这样的结构的导热体中，从制作的容易性的观点看，优选将各流路的形状分别设为槽。

另一方面，本公开并非仅应用于这样的结构的由导热体构成的换热部3。例如，即使在构成换热部3的导热体呈一个立方体、导热体具有供第一流体流通的多个第一流路和供第二流体流通的多个第二流路这二者的情况下，也能够应用本公开。在该情况下，各流路分别为贯通孔。

根据本实施方式的热处理装置，尤其在换热部3由作为一个立方体的导热体、或者直接层叠多个导热体而形成为一体的层叠型部件中任一种构成的反应装置中，能够起到上述效果。

(第二实施方式)

接下来，对本公开的第二实施方式的热处理装置进行说明。作为上述的第一实施方式的热处理装置而示出的反应装置100具备仅具有一个换热部3的反应部101。但是，本公开不仅能够应用于这样的仅具有一个换热部的反应装置，还能够应用于具有分别独立的多个换热部的反应装置。

图9是表示第二实施方式的反应装置200的结构的简图。图9中，作为一个例子，反应装置200包括三个换热部3A～3C。并且，图9中，表示与换热部3A～3C分别所包括的第一流路17连通的原料气体M或者与反应气体P的流通配管关联的结构。即，此处，表示分别预测分别设置于三个换热部3A～3C的催化剂体41的使用寿命的情况。此外，图9中，根据这样的主旨，省略换热部3A～3C分别所包括的各第二流路、和与各第二流路分别连通的热介质的流路配管的记载。

反应装置200具备三个反应部201A～201C，该三个反应部201A～201C分别具有换热部3A～3C中的一个。与此相伴地，第一导入配管47包括以与各反应部201A～201C的任一个连接的方式分支的三个导入分支部、即第一导入分支部47A～第三导入分支部47C。同样，第一排出配管51包括以与各反应部201A～201C的任一个连接的方式分支的三个排出分支部、即第一排出分支部51A～第三排出分支部51C。此外，可以认为各反应部201A～201C的结构与第一实施方式中的反应部101的结构相同。

首先，关于反应部201A，反应装置200包括对流动在管内的原料气体M的流量进行测量的第一流量测量部80、和分析原料气体M的组分的第一组分分析部81。第一流量测量部80和第一组分分析部81设置于第一导入分支部47A。并且，反应装置200包括能够调整原料气体M的流量的第一流量调整阀92。第一流量调整阀92设置于第一导入分支部47A处的第一组分分析部81与反应部201A之间。另一方面，反应装置200包括对流动在管内的反应气体P的温度进行测量的第一温度测量部82、和分析反应气体P的组分的第二组分分析部83。第一温度测量部82和第二组分分析部83设置于第一排出分支部51A。

同样，关于反应部201B，反应装置200包括对流动在管内的原料气体M的流量进行测量的第二流量测量部84、和分析原料气体M的组分的第三组分分析部85。第二流量测量部84和第三组分分析部85设置于第二导入分支部47B。并且，反应装置200包括能够调整原料气体M的流量的第二流量调整阀93。第二流量调整阀93设置于第二导入分支部47B处的第三组分分析部85与反应部201B之间。另一方面，反应装置200包括对流动在管内的反应气体P的温度进行测量的第二温度测量部86、和分析反应气体P的组分的第四组分分析部87。第二温度测量部86和第四组分分析部87设置于第二排出分支部51B。

同样，关于反应部201C，反应装置200包括对流动在管内的原料气体M的流量进行测量的第三流量测量部88、和分析原料气体M的组分的第五组分分析部89。第三流量测量部88和第五组分分析部89设置于第三导入分支部47C。并且，反应装置200包括能够调整原料气体M的流量的第三流量调整阀94。第三流量调整阀94设置于第三导入分支部47C处的第五组分分析部89与反应部201C之间。另一方面，反应装置200包括对流动在管内的反应气体P的温度进行测量的第三温度测量部90、和分析反应气体P的组分的第六组分分析部91。第三温度测量部90和第六组分分析部91设置于第三排出分支部51C。

此处，各流量调整阀92～94例如分别是电磁阀。各流量调整阀92～94基于来自后述的控制部203的信号使打开程度可变。此外，在本实施方式中，采用的各流量测量部80、84、88、各温度测量部82、86、90以及各组分分析部81、83、85、87、89、91的结构与在第一实施方式中采用的各部件的结构相同。

另外，反应装置200具有控制反应装置200的整体动作的控制部203。尤其在本实施方式中，控制部203分别与全部的各流量测量部80、84、88、各温度测量部82、86、90、各组分分析部81、83、85、87、89、91以及各流量调整阀92～94电连接。

而且，控制部203分别独立地预测各换热部3所包括的催化剂体41的使用寿命。此时，在每个换热部3中预测催化剂体41的使用寿命的基本作用与在第一实施方式中作为第二作用而记载的作用相同。但是，在本实施方式的情况下，在上游侧形成为一条的第一导入配管47从中途分支成三个导入分支部47A～47C。因此，控制部203具体地确定在各导入分支部47A～47C中流通的原料气体M的组分，并在设置于各排出分支部51A～51C的各组分分析部83、87、91分析反应气体P的组分时需要重新设定基准。

并且，反应装置200具备各流量调整阀92～94。由此，控制部203基于预测出的使用寿命的结果，利用各流量调整阀92～94来调整各原料气体P的流量，从而能够调整各反应部201A～201C中的负荷。通过像这样调整负荷，能够某程度地使各换热部3中的催化剂体41的使用寿命一致。并且，控制部203基于各流量测量部80、84、88所测量出的流量，能够识别流通于各导入分支部47A～47C的各原料气体P的现状的流量、或者确认各原料气体P的流量是否成为所希望的流量。

这样，根据本实施方式的反应装置200，即使在催化剂体41设置于分别独立的多个换热器3的情况下，也能够分别独立地预测在第一实施方式中表示的催化剂体41的使用寿命。

此外，在本实施方式中，表示催化剂体41的使用寿命的预测，但同样也能够进行导热促进体43的使用寿命的预测。并且，反应装置200中的反应部201即换热部3的设置个数为三个，但可以为两个，也可以为四个以上。

(其它实施方式)

在第一实施方式中，表示能够预测导热促进体43和催化剂体41这二者的使用寿命的结构。但是，反应装置100也可以是采用仅进行其中任一方的使用寿命的预测的装置。这一点在第二实施方式的反应装置200中也相同。

并且，在上述的各实施方式中，表示进行基于发热反应的反应处理的反应装置100、200，但也能够应用于基于吸热反应的反应处理。即，第二流体不限定于加热流体，也可以是冷却流体。

并且，在上述的各实施方式中，作为分析反应气体P的组分的组分分析部74等，示出气相色谱仪。但是，组分分析部74等不限定于此，例如也可以是采用氧分析计、甲烷分析计等特定的气体分析计来分别分析反应气体中特定的气体的浓度的结构。

并且，在上述的各实施方式中，控制部103从相当于第二信息获取部的温度测量部、组分分析部，每隔预定的经过时间获取并存储信息。但是，控制部103不仅像这样断续地获取并存储来自第二信息获取部的信息，还也可以连续地获取并持续存储，在预定的经过时间后，提取此时的信息将其用于构造体的使用寿命的预测。

并且，在上述的各实施方式中，换热部3是流通于第一流路17的第一流体和流通于第二流路31的第二流体向相互相反的方向流动的对置流型，但也可以是向相互相同的方向流动的并流型。即，本公开中，第一流体和第二流体流动的方向没有任何限定。

并且，在上述的各实施方式中，构成换热部3的第一导热体7和第二导热体9在Z方向即铅垂方向上层叠，但本公开不限定于此。例如，构成换热部3的上述导热体也可以作为在分别接合的状态下在Z方向上竖立设置的所谓的横置型来使用。

这样，当然本公开包括此处未记载的各种实施方式等。因此，本公开的技术范围仅由基于上述的说明的适当的权利要求书的事项来决定。

Claims

1.一种热处理装置，使第一流体和第二流体流通，其特征在于，具有：

换热部，其包括使上述第一流体流通的第一流路和使上述第二流体流通的第二流路；

导热构造体，其以能够拆卸的方式设置于上述第一流路；

第一信息获取部，其与上述第一流路的入口侧或者出口侧连接设置，获取用于确定成为经过时间的基准条件的上述第一流体的温度、流量或者组分的信息；

第二信息获取部，其与上述第一流路的出口侧连接设置，每隔上述经过时间获取用于确定上述第一流体的温度、流量或者组分的信息；以及

控制部，其基于根据由上述第一信息获取部和上述第二信息获取部获取到的信息而确定出的温度、流量或者组分，来求出针对上述经过时间的交换热量、反应率或者收率，并基于该交换热量、该反应率或者该收率来预测上述导热构造体的使用寿命。

2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，

上述第一流体是热介质，

上述导热构造体是导热促进体。

3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，

上述第二信息获取部是对从上述第一流路排出的上述第一流体的温度进行测量的第二温度测量部，

上述控制部构成为，

存储上述第二温度测量部每隔上述经过时间测量出的温度，

基于上述第二温度测量部所测量出的温度来求出每上述经过时间的上述交换热量，

并求出表示上述经过时间与上述交换热量的关系的第一近似式，

通过在上述第一近似式中应用预先规定的需要更换上述导热促进体时的上述交换热量的阈值，来预测上述导热促进体的使用寿命。

4.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，

上述第一信息获取部是对导入至上述第一流路的上述第一流体的温度进行测量的第一温度测量部、和对导入至上述第一流路的上述第一流体的流量进行测量的流量测量部，

上述控制部基于上述第一温度测量部所测量出的温度以及上述流量测量部所测量出的流量来确认满足上述基准条件的情况。

5.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，

上述第一流体是反应流体，

上述导热构造体是催化剂体。

6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，

上述第二信息获取部是对从上述第一流路排出的上述第一流体的组分进行分析的组分分析部，

上述控制部构成为，

存储上述组分分析部每隔上述经过时间分析出的组分，

基于上述组分分析部所分析出的组分来求出每上述经过时间的上述反应率或者上述收率，

并求出表示上述经过时间与上述反应率或者上述收率的关系的第二近似式，

通过在上述第二近似式中应用预先规定的需要更换上述催化剂体时的上述反应率或者上述收率的阈值，来预测上述催化剂体的使用寿命。

7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，

上述第一信息获取部是对从上述第一流路排出的上述第一流体的温度进行测量的第三温度测量部，

上述控制部基于上述第三温度测量部所测量出的温度来确认满足上述基准条件的情况。

8.根据权利要求1～7任一项中所述的热处理装置，其特征在于，

上述换热部由导热体构成，

上述第一流路和上述第二流路是形成于上述导热体的槽或者贯通孔。