JPH0779959B2 - 多管式反応器 - Google Patents
多管式反応器Info
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- JPH0779959B2 JPH0779959B2 JP28675586A JP28675586A JPH0779959B2 JP H0779959 B2 JPH0779959 B2 JP H0779959B2 JP 28675586 A JP28675586 A JP 28675586A JP 28675586 A JP28675586 A JP 28675586A JP H0779959 B2 JPH0779959 B2 JP H0779959B2
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- reaction
- tube
- reaction tube
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- gas
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明は多管式反応器に関し、詳しくは、複数本ある反
応管内に原料反応ガスを通過させ、反応管の外側を加熱
ガス等で加熱して原料反応ガスを反応せしめて流出させ
る多管式反応器に関する。
応管内に原料反応ガスを通過させ、反応管の外側を加熱
ガス等で加熱して原料反応ガスを反応せしめて流出させ
る多管式反応器に関する。
［従来技術］ 従来、この種の多管式反応器では、各反応管への流量が
一定流量となるように配管をアレンジする程度であっ
て、流量と反応温度は成り行き任せのことが多かった。
一定流量となるように配管をアレンジする程度であっ
て、流量と反応温度は成り行き任せのことが多かった。
しかし、これでは各反応管の運転温度（反応管表面温
度、触媒層温度）が不均一となり高い反応管と低い反応
管の温度差が激しくなってしまう。例えば、燃料電池用
の多管式反応器でメタンガスと水蒸気とを水素と炭酸ガ
スに改質する場合、ガス流量と反応温度を成り行き任せ
にすると、所望の運転温度である800〜850℃に対し温度
の高い反応管と低い反応管との温度差100℃を越えてし
まった。そのため、反応温度が高い反応管では反応管の
寿命に悪い影響があり、また低い反応管では全体の反応
転化率を押し下げる影響が現われてしまった。
度、触媒層温度）が不均一となり高い反応管と低い反応
管の温度差が激しくなってしまう。例えば、燃料電池用
の多管式反応器でメタンガスと水蒸気とを水素と炭酸ガ
スに改質する場合、ガス流量と反応温度を成り行き任せ
にすると、所望の運転温度である800〜850℃に対し温度
の高い反応管と低い反応管との温度差100℃を越えてし
まった。そのため、反応温度が高い反応管では反応管の
寿命に悪い影響があり、また低い反応管では全体の反応
転化率を押し下げる影響が現われてしまった。
そこで、反応管内の温度分布を均一化したり（特開昭59
−92018号）、各反応管の反応温度が均一化するよう制
御する試み（特開昭60−210503号、特開昭60−210504
号）がなされている。
−92018号）、各反応管の反応温度が均一化するよう制
御する試み（特開昭60−210503号、特開昭60−210504
号）がなされている。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが、これらの先行技術も経済性や反応器全体とし
ての反応温度制御性能からみると必ずしも完全なものと
はいい難い。
ての反応温度制御性能からみると必ずしも完全なものと
はいい難い。
例えば、特開昭59−92018号では各反応管をシリーズに
接続し反応管内の半径方向の温度分布を均一化する技術
が開示されている。しかし、これは各反応管の反応温度
がガスの流れに従って順次上昇していくものであり、装
置の小型化等には役立つが、複数備えられた反応管全体
に亙って反応温度を均一化するものではない。
接続し反応管内の半径方向の温度分布を均一化する技術
が開示されている。しかし、これは各反応管の反応温度
がガスの流れに従って順次上昇していくものであり、装
置の小型化等には役立つが、複数備えられた反応管全体
に亙って反応温度を均一化するものではない。
また、特開昭60−210503号では、多管式反応器としての
改質炉内を複数に仕切りそれぞれにバーナーを設置し、
仕切り毎にバーナー燃料をコントロールし反応温度を均
一化する改質装置が開示されている。しかし、これでは
改質炉の構造が複雑となり、構造的およびコスト的に不
利となる。すなわち、バーナー数が増えるため計装コス
トが急激に増え、つきつめれば反応管１本当り１つの改
質炉を用意することとなり不経済である。
改質炉内を複数に仕切りそれぞれにバーナーを設置し、
仕切り毎にバーナー燃料をコントロールし反応温度を均
一化する改質装置が開示されている。しかし、これでは
改質炉の構造が複雑となり、構造的およびコスト的に不
利となる。すなわち、バーナー数が増えるため計装コス
トが急激に増え、つきつめれば反応管１本当り１つの改
質炉を用意することとなり不経済である。
さらに、特開昭60−210504号では、各反応管のガス入口
にコントロールバルブを設置し、各反応管の反応温度に
従い反応ガス流量をコントロールし、温度を均一化する
改質装置が開示されている。しかし、これはコントロー
ル手順において、コントロールを開始した時点の条件に
より安定状態が違ってしまいという欠点がある。すなわ
ち、この改質装置では、先ず予め定められた制限温度と
温度測定素子による各反応管毎の測定温度の平均温度と
を比較した結果に基づいて燃焼ガスによる加熱量を調節
し、またその平均温度と各反応管における測定温度とを
各別に比較した結果に基づいて各反応管へのガス流入量
を制御している。従って、各反応管の調節弁の開度はそ
れぞれが平均温度に近づくように調節されるので、各々
低開度で落着いてしまうこともあり、またどれか１つで
調節弁が100％全開となるとは限らない。すなわち、装
置の動作時に処理効率が装置の性能を100％生かしたと
ころまでいかずに、成り行きで定まった適当な処理効率
に落着いてしまうという問題点もあった。
にコントロールバルブを設置し、各反応管の反応温度に
従い反応ガス流量をコントロールし、温度を均一化する
改質装置が開示されている。しかし、これはコントロー
ル手順において、コントロールを開始した時点の条件に
より安定状態が違ってしまいという欠点がある。すなわ
ち、この改質装置では、先ず予め定められた制限温度と
温度測定素子による各反応管毎の測定温度の平均温度と
を比較した結果に基づいて燃焼ガスによる加熱量を調節
し、またその平均温度と各反応管における測定温度とを
各別に比較した結果に基づいて各反応管へのガス流入量
を制御している。従って、各反応管の調節弁の開度はそ
れぞれが平均温度に近づくように調節されるので、各々
低開度で落着いてしまうこともあり、またどれか１つで
調節弁が100％全開となるとは限らない。すなわち、装
置の動作時に処理効率が装置の性能を100％生かしたと
ころまでいかずに、成り行きで定まった適当な処理効率
に落着いてしまうという問題点もあった。
本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
多管式反応器において、複雑な構造とせずコスト的にも
見合う簡単な改良で各反応管の反応温度を一定に保つこ
とができ、装置の処理効率も充分高めることができる多
管式反応器を提供することにある。
多管式反応器において、複雑な構造とせずコスト的にも
見合う簡単な改良で各反応管の反応温度を一定に保つこ
とができ、装置の処理効率も充分高めることができる多
管式反応器を提供することにある。
［問題点を解決するための手段および作用］ 上記の目的を達成するため、本発明は、複数ある反応管
に原料反応ガスを導入し、該反応管の外側を加熱して原
料反応ガスを反応せしめ流出させる多管式反応器におい
て、各反応管またはグループ分けした反応管群毎にその
反応ガスの入口側または出口側にガス流量を調節する調
節弁を設けるとともに、該反応管群より選択した所定の
反応管を代表的反応管とし、上記各反応管またはグルー
プ分けした反応管群における反応温度を各別に検出する
と手段と、該検出手段で検出した反応温度が上記代表的
反応管の反応温度と同一となるように、さらに上記調節
弁の少なくとも１つの弁開度が全開となるように上記調
節弁の開度および上記反応管の加熱量を制御する手段と
を備えることを特徴とする。
に原料反応ガスを導入し、該反応管の外側を加熱して原
料反応ガスを反応せしめ流出させる多管式反応器におい
て、各反応管またはグループ分けした反応管群毎にその
反応ガスの入口側または出口側にガス流量を調節する調
節弁を設けるとともに、該反応管群より選択した所定の
反応管を代表的反応管とし、上記各反応管またはグルー
プ分けした反応管群における反応温度を各別に検出する
と手段と、該検出手段で検出した反応温度が上記代表的
反応管の反応温度と同一となるように、さらに上記調節
弁の少なくとも１つの弁開度が全開となるように上記調
節弁の開度および上記反応管の加熱量を制御する手段と
を備えることを特徴とする。
さらに、上記と同一の目的を達成するため、第２の発明
は、複数ある反応管に原料反応ガスを導入し、該反応管
の外側を加熱して原料反応ガスを反応せしめ流出させる
多管式反応器において、反応ガスの入口側または出口側
にガス流量を手動で調節する手動弁を設けた１つの反応
管を代表的反応管とし、該代表的反応管以外の反応管に
ついては各反応管またはフループ分けした反応管群毎に
その反応ガスの入口側または出口側にガス流量を調節す
る調節弁を設けるとともに、各反応管またはグループ分
けした反応管群における反応温度を各別に検出する手段
と、該検出手段で検出した反応温度がそれぞれ代表的反
応管の反応温度と同一となるよう上記調節弁の開度およ
び上記反応管の加熱量を制御する手段を備えることを特
徴とする。
は、複数ある反応管に原料反応ガスを導入し、該反応管
の外側を加熱して原料反応ガスを反応せしめ流出させる
多管式反応器において、反応ガスの入口側または出口側
にガス流量を手動で調節する手動弁を設けた１つの反応
管を代表的反応管とし、該代表的反応管以外の反応管に
ついては各反応管またはフループ分けした反応管群毎に
その反応ガスの入口側または出口側にガス流量を調節す
る調節弁を設けるとともに、各反応管またはグループ分
けした反応管群における反応温度を各別に検出する手段
と、該検出手段で検出した反応温度がそれぞれ代表的反
応管の反応温度と同一となるよう上記調節弁の開度およ
び上記反応管の加熱量を制御する手段を備えることを特
徴とする。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、こ
こでは主として第２の発明である手動弁を１つ備えた多
管式反応器について説明する。
こでは主として第２の発明である手動弁を１つ備えた多
管式反応器について説明する。
第１図は、第２の発明に係る多管式反応器の炉回りの計
装システム図である。
装システム図である。
同図において、反応器１に導入された原料であるメタン
ガスとスチームは複数ある反応管２内の触媒層３を通
り、そこで改質されて、流出管4,5より調節弁６または
手動弁７を介して導出される。８は反応管２の外側を加
熱するためのバーナーである。燃焼排ガスは管９から排
出される。触媒層３の温度は温度計10により測定されそ
のデータは反応管温度制御回路11に入力する。反応管温
度制御回路11はこれらの各反応管２の温度と、手動弁７
が設けられている反応管すなわち代表的反応管の温度と
を比較し、それらが一致するようそれぞれの調節弁７を
調節する。12は代表的反応管の温度と反応温度設定値と
を比較し、燃料ガスを操作する反応温度制御調節計であ
る。すなわち、反応温度制御調節計12は、代表的反応管
の温度と予め設定されている反応温度設定値とを比較
し、これらが一致するようにバルブ13の開度を調整す
る。
ガスとスチームは複数ある反応管２内の触媒層３を通
り、そこで改質されて、流出管4,5より調節弁６または
手動弁７を介して導出される。８は反応管２の外側を加
熱するためのバーナーである。燃焼排ガスは管９から排
出される。触媒層３の温度は温度計10により測定されそ
のデータは反応管温度制御回路11に入力する。反応管温
度制御回路11はこれらの各反応管２の温度と、手動弁７
が設けられている反応管すなわち代表的反応管の温度と
を比較し、それらが一致するようそれぞれの調節弁７を
調節する。12は代表的反応管の温度と反応温度設定値と
を比較し、燃料ガスを操作する反応温度制御調節計であ
る。すなわち、反応温度制御調節計12は、代表的反応管
の温度と予め設定されている反応温度設定値とを比較
し、これらが一致するようにバルブ13の開度を調整す
る。
従って、手動弁７の開度が定まれば他の調節弁の開度も
定まり、各反応管の反応温度は代表的反応管の反応温度
と同一となって落着く。これにより、手動弁７を手動で
変えることにより、弁のどれか１つが全開となるように
することができる。
定まり、各反応管の反応温度は代表的反応管の反応温度
と同一となって落着く。これにより、手動弁７を手動で
変えることにより、弁のどれか１つが全開となるように
することができる。
なお、各調節弁７や反応温度制御調節計12の各調節計は
PID調節計とする。
PID調節計とする。
第２図は、第１図の装置を模式的に表わした図である。
なお、反応管の数や弁の数は便宜上第１図と変えてあ
り、ここでは反応管を19本並列としている。また、中心
の代表的反応管以外は３本づつグループ化して調節弁を
設けている。
なお、反応管の数や弁の数は便宜上第１図と変えてあ
り、ここでは反応管を19本並列としている。また、中心
の代表的反応管以外は３本づつグループ化して調節弁を
設けている。
第２図において、燃焼ガスを操作量とする反応温度制御
調節計のPV値（TP）としては中心の反応管の反応温度TO
をそのまま使用しているが、他に全反応管の平均温度や
各ブロック（ここでは６ブロック）の最高温度の平均値
温度も選択できるようにするのが望ましい。
調節計のPV値（TP）としては中心の反応管の反応温度TO
をそのまま使用しているが、他に全反応管の平均温度や
各ブロック（ここでは６ブロック）の最高温度の平均値
温度も選択できるようにするのが望ましい。
なお、上記に示した多管式反応器においては手動弁の開
度を手動で変更することにより他の調節弁や燃焼ガスの
調節バルブの弁開度が変移して、反応温度が均一化され
るが、この手動弁をも制御調整弁とし調整弁の内のどれ
かを全開になるようにPID制御すれば便宜である（第１
の発明）。
度を手動で変更することにより他の調節弁や燃焼ガスの
調節バルブの弁開度が変移して、反応温度が均一化され
るが、この手動弁をも制御調整弁とし調整弁の内のどれ
かを全開になるようにPID制御すれば便宜である（第１
の発明）。
［実施例の説明］ 次に、実施例により本発明を具体的に説明する。
まず、反応管本数７本の改質炉において、各反応管の出
口に設けられた調節弁を使用し、中央の代表的反応管の
温度を温度制御の設定値として制御したところ、それぞ
れの反応管の温度は次表のごとくとなった。
口に設けられた調節弁を使用し、中央の代表的反応管の
温度を温度制御の設定値として制御したところ、それぞ
れの反応管の温度は次表のごとくとなった。
ここで、反応生成ガスのメタン濃度は0.83％（DRY）と
なり、予定の0.87％（DRY）に達した。また、燃料ガス
の消費量も約2.5％減少した。
なり、予定の0.87％（DRY）に達した。また、燃料ガス
の消費量も約2.5％減少した。
比較例 比較例として、同様に反応管７本の改質炉で各反応管の
出入口の流量を制限することなく改質反応させたころ、
各反応管の温度は不均一となり次表のごとくとなった。
出入口の流量を制限することなく改質反応させたころ、
各反応管の温度は不均一となり次表のごとくとなった。
ここで、最高温度の反応管の管壁温度が設計温度に近づ
いたため、昇温を停止したところ、反応生成ガスのメタ
ン濃度は0.98％（DRY）となり、予定の0.87％（DRY）に
達しなかった。
いたため、昇温を停止したところ、反応生成ガスのメタ
ン濃度は0.98％（DRY）となり、予定の0.87％（DRY）に
達しなかった。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、多管式反応器を
おいて、各反応管の入口もしくは出口側に調節弁を設け
いずれか１つが全開となるよう制御し、または１つの反
応管に手動弁を設けその代表的反応管の反応温度に他の
反応管の反応温度が一致するように制御しているので以
下のような効果がある。
おいて、各反応管の入口もしくは出口側に調節弁を設け
いずれか１つが全開となるよう制御し、または１つの反
応管に手動弁を設けその代表的反応管の反応温度に他の
反応管の反応温度が一致するように制御しているので以
下のような効果がある。
複雑な構造とすることなく各反応管の反応温度を均一
化できる。
化できる。
それにより、反応温度を反応管の許容する最高温度ま
で上げることができる。これは熱効率の向上および処理
効率の向上に寄与する。
で上げることができる。これは熱効率の向上および処理
効率の向上に寄与する。
代表的反応管の制御を改質系の圧損を最小にするよう
に行なうことができる。従って、燃料電池等に使用した
場合に発電システムとしての効率を上げることができ
る。
に行なうことができる。従って、燃料電池等に使用した
場合に発電システムとしての効率を上げることができ
る。
各反応管の寿命が均一となり、コスト低減となる。
加熱された反応管のバーン・アウトを防ぐことがで
き、安全性の向上がなされる。
き、安全性の向上がなされる。
第１図は、本発明に係る多管式反応器の炉回りの計装シ
ステム図、 第２図は、第１図の装置を模式的に表わした図である。 1:反応器、2:反応管、3:触媒層、6:調節弁、7:手動弁、
8:バーナー、10:温度計、11:反応管温度制御回路。
ステム図、 第２図は、第１図の装置を模式的に表わした図である。 1:反応器、2:反応管、3:触媒層、6:調節弁、7:手動弁、
8:バーナー、10:温度計、11:反応管温度制御回路。
Claims (4)
- 【請求項１】複数ある反応管に原料反応ガスを導入し、
該反応管の外側を加熱して原料反応ガスを反応せしめ流
出させる多管式反応器において、 各反応管またはグループ分けした反応管群毎にその反応
ガスの入口側または出口側にガス流量を調節する調節弁
を設けるとともに、該反応管群より選択した所定の反応
管を代表的反応管とし、上記各反応管またはグループ分
けした反応管群における反応温度を各別に検出する手段
と、該検出手段で検出した反応温度が上記代表的反応管
の反応温度と同一となるように、さらに上記調節弁の少
なくとも１つの弁開度が全開となるように上記調節弁の
開度および上記反応管の加熱量を制御する手段とを備え
ることを特徴とする多管式反応器。 - 【請求項２】前記代表的反応管の反応温度が、予め外部
から指定された設定値となるよう制御する特許請求の範
囲第１項記載の多管式反応器。 - 【請求項３】複数ある反応管に原料反応ガスを導入し、
該反応管の外側を加熱して原料反応ガスを反応せしめ流
出させる多管式反応器において、 反応ガスの入口側または出口側にガス流量を手動で調節
する手動弁を設けた１つの反応管を代表的反応管とし、
該代表的反応管以外の反応管については各反応管または
グループ分けした反応管群毎にその反応ガスの入口側ま
たは出口側にガス流量を調節する調節弁を設けるととも
に、各反応管またはグループ分けした反応管群における
反応温度を各別に検出する手段と、該検出手段で検出し
た反応温度がそれぞれ代表的反応管の反応温度と同一と
なるよう上記調節弁の開度および上記反応管の加熱量を
制御する手段を備えることを特徴とする多管式反応器。 - 【請求項４】前記代表的反応管の反応温度が、予め外部
から指定された設定値となるよう制御する特許請求の範
囲第３項記載の多管式反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28675586A JPH0779959B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 多管式反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28675586A JPH0779959B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 多管式反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63141638A JPS63141638A (ja) | 1988-06-14 |
| JPH0779959B2 true JPH0779959B2 (ja) | 1995-08-30 |
Family
ID=17708621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28675586A Expired - Lifetime JPH0779959B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 多管式反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0779959B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009516850A (ja) * | 2005-11-23 | 2009-04-23 | エルジー・ケム・リミテッド | 管状固定層触媒反応器における温度測定手段及びその方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4247807B2 (ja) | 2000-09-26 | 2009-04-02 | 株式会社小松製作所 | ジョークラッシャの出口隙間調整機構 |
| JP4549290B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2010-09-22 | 住友化学株式会社 | 多管式反応装置 |
| JP2006142299A (ja) * | 2005-12-16 | 2006-06-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 固定床多管式反応器 |
-
1986
- 1986-12-03 JP JP28675586A patent/JPH0779959B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009516850A (ja) * | 2005-11-23 | 2009-04-23 | エルジー・ケム・リミテッド | 管状固定層触媒反応器における温度測定手段及びその方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63141638A (ja) | 1988-06-14 |
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