JPH0510681B2 - - Google Patents

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
きる水素の需要変動制御装置に関する。

＜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になつたた
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オーミ
ング（水蒸気改質）法が主流となつている。これ
は、原料となる炭化水素と水蒸気とを800℃前後
で触媒を用いて反応させ水素を製造するものであ
る。

第３図は従来の水素製造装置の構成を示すブロ
ツク図である。

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
ライン１１には流量検出部１２と操作弁１３が設
けられ流量設定値SP₁になるように流量調節計１
４によりLPGの流量が制御される。これ等でも
つ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。これ等でもつてボイ
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２
２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置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LPG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
素需要量に見合つ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、これに伴つて対応
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１
０での反応の際に種々のトラブルの原因となる炭
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／炭素比より常に大になるように流量設定値
SP₁，SP₂，SP₃を変更する必要があるので長時
間をかけてゆつ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LPG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。

＜問題点を解決するための手段＞ 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１０と、
設定流量Q_SHが与えられ先の水素発生手段へ供給
する先の炭化水素の流量を制御する流量制御手段
１５と、補正値AD₁を用いて先の炭化水素の流量
中に含まれる水素流量Q_Hを演算する水素流量演
算手段３２と、この水素流量Q_Hが指定水素需要
量SP₄になるように先の流量制御手段に先の設定
流量Q_SHとして設定する水素需要量制御手段３３
と、先の水素発生手段へ供給する先の蒸気の流量
を制御する蒸気流量制御手段２６と、先の炭化水
素と先の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SW₂を介して先の蒸
気流量制御手段に流量設定値SP₆として設定する
蒸気／炭素比制御手段３５と、先の指定水素需要
量SP₄を増加させるときは先の炭化水素の流量変
更に先行して先の切換手段SW₂を切換えて先の蒸
気の流量設定値SP₆をより大なる設定値SP₆′とし
て先の蒸気流量制御手段２６に設定し先の指定水
素需要量SP₄を減少させるときは先の蒸気の流量
変更に先行して先の炭化水素の流量を変更し前記
水素需要量制御手段３３へより小なる水素需要量
を先の指定水素需要量SP₄′として設定する需要量
変更手段４０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ツ
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Q_Lは水素量
演算部３２に入力され別に入力される補助データ
AD₁を用いて流量Q_L中に含まれる水素流量Q_H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SP₄として外部からスイツチSW₁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Q_SH
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１２で検出された流量Q_L、流量検出部２
４で検出された蒸気の流量Q_S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ツチSW₂を介して流量調節
計２６の設定値SP₆として設定する。

従つて、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。

この様な構成により、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
比率でこ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の設定値はスイツチSW₁を
介して設定値SP₄′がタイマ３６、１次遅れ回路
LAG１から、流量調節計２６の設定値はスイツ
チSW₂を介して設定値SP₆′がタイマ３７、１次遅
れ回路LAG２から、流量調節計２０の設定値は
スイツチSW₃を介して設定値SP₂′がタイマ３８、
１次遅れ回路LAG３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SP₆′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SP₂′が流量
調節計２０にそれぞれ変更シーケンス部４０にお
ける手順に従つて設定される。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ツサを有して
いるマイクロコンピユ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
ーチヤ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
正常か否かをステツプで判断する。異常があれ
ば警報器ANNで外部に警報を発し、ステツプ
より進行しない状態とし、異常がなければステツ
プに移行する。ステツプではループ変更の設
定を待つ。ステツ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
と共にステツ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
ツプに移行する。

ステツ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大きく保持
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、ステツプ
に移行する。ステツ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を通してスイツチ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（ステツプ）がなされた後、蒸気流量が
所定の偏差の中に入つているか否かがステツプ
で判断される。ステツ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、ステツ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LAG１，３を通
してスイツチSW₁，SW₃を介して水素需要量制御
調節計３３、流量調節計スイツチSW₁，SW₃を介
して水素需要量制御調節計３３、流量調節計２０
にそれぞれ設定値SP₄′，SP₂′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（ステツプ）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つているか
否かがステテツプで判断され、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、ステツプ〜で蒸気流量を先
行して増加しこの後ステツプ〜でLPG流量
とこれに伴うボ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ツプ
′〜′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
セス状態の異常を早期に発見できる、水素需要
量の変更を起動操作のみで遂行できるので従来オ
ペレータが１日がかりで変更操作を行なつていた
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ツク図、
第２図は第１図において水素需要量の変更手順を
示すフローチヤート図、第３図は従来の水素製造
装置の構成を示すブロツク図である。 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、３
３…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. 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１０
   と、設定流量Q_SH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１５と、補正値AD₁を用いて前記炭化水素の
   流量中に含まれる水素流量Q_Hを演算する水素流
   量演算手段３２と、この水素流量Q_Hが指定水素
   需要量SP₄になるように前記流量制御手段に前記
   設定流量Q_SHとして設定する水素需要量制御手段
   ３３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２６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SW₂を介して前
   記蒸気流量制御手段に流量設定値SP₆として設定
   する蒸気／炭素比制御手段３５と、前記指定水素
   需要量SP₄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SW₂を切換えて前
   記蒸気の流量設定値SP₆をより大なる設定値
   SP₆′として前記蒸気流量制御手段２６に設定し前
   記指定水素需要量SP₄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３３へより小なる水
   素需要量を前記指定水素需要量SP₄′として設定す
   る需要量変更手段４０とを具備することを特徴と
   する水素の需要変動制御装置。