(57)【要約】【課題】温度検出器、加熱器のどの部品が異常かを判定可能な触媒反応装置とその運転方法を提供する。【解決手段】第１加熱器を動作させ、第２加熱器を停止した場合を第１条件とし、第２加熱器を動作させ、第１加熱器を停止した場合を第２条件とし、第１加熱器及び第２加熱器をそれぞれ予め設定される出力で動作させ、第１条件において、第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、第２温度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、第２条件で動作させ、第１条件及び第２条件において、第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行うよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１触媒領域と、第２触媒領域と、
前記第１触媒領域及び前記第２触媒領域を加熱する第１加熱器と、
前記第２触媒領域を加熱する第２加熱器と、
前記第１触媒領域の温度を検出する第１温度検出器と、
前記第２触媒領域の温度を検出する第２温度検出器と、
前記第１加熱器及び第２加熱器を制御する制御器と、
を備え、
前記制御器は、前記第１加熱器を動作させ、前記第２加熱器を停止した場合を第１条件とし、前記第２加熱器を動作させ、前記第１加熱器を停止した場合を第２条件とし、前記第１加熱器及び前記第２加熱器をそれぞれ予め設定される出力で動作させ、
前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、前記第２温度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、前記第２条件で動作させ、
前記第１条件及び前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う、触媒反応装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内であり、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、運転を継続する、請求項１に記載の触媒反応装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記第１条件及び前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であれば、前記第１温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行う、請求項１又は２に記載の触媒反応装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内、又は、
前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う、請求項１〜３のいずれかに記載の触媒反応装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内であれば、前記第１加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、
前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、前記第２加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行う、請求項４に記載の触媒反応装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内、又は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う、請求項１〜５のいずれかに記載の触媒反応装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、前記第１加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、
前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第１温度検出器及び前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行う、請求項６に記載の触媒反応装置。
【請求項８】
前記第１触媒領域および前記第２触媒領域の各触媒が、改質触媒、ＣＯ変成触媒、ＣＯ選択酸化触媒、ＣＯメタン化触媒、脱硫触媒、アンモニア分解触媒のいずれかの組み合わせからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の触媒反応装置。
【請求項９】
第１触媒領域と、第２触媒領域と、
前記第１触媒領域及び前記第２触媒領域を加熱する第１加熱器と、
前記第２触媒領域を加熱する第２加熱器と、
前記第１触媒領域の温度を検出する第１温度検出器と、
前記第２触媒領域の温度を検出する第２温度検出器と、
を備える触媒反応装置の運転方法であって、
前記第１加熱器を予め設定される出力で動作させ、前記第２加熱器を停止する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、前記第２温度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、前記第２加熱器を予め設定される出力で動作させ、前記第１加熱器を停止する第２ステップと、
前記第１ステップ及び前記第２ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う第３ステップと、
を備える、触媒反応装置の運転方法。
【請求項１０】
前記第３ステップは、前記第１ステップ及び前記第２ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であれば、前記第１温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行うステップである、請求項９に記載の触媒反応装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒反応装置とその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば燃料電池は、分散型エネルギー供給源の発電装置として開発が進められているが、燃料電池で発電するために必要な水素ガスは、一般的なインフラとして整備されておらず、都市ガス、ＬＰＧ等の既存化石原料インフラから得られる原料を触媒反応により生成する必要がある。また化学合成品を製造するプラントにおいても、触媒反応は欠かせない。これら触媒反応装置は複数の触媒を組み合わせて使用されることが多い。
【０００３】
原料を触媒で反応をさせるためには、例えば起動時には所定の温度までヒータやバーナーなどの加熱器を用いて加熱して、触媒が反応開始する温度以上に昇温する必要がある。また反応が例えば炭化水素の水蒸気改質反応など吸熱反応である場合や、あるいは効率的に反応を進行させるために温度制御する場合などは、触媒反応装置の定常運転中にも加熱器を使用して加温する必要がある。
【０００４】
一方で、触媒反応装置の加熱は、触媒を正しい条件で安全かつ効率的に目的の反応を進行させる必要があり、ヒータ異常による触媒の高温劣化防止方法（例えば特許文献１）や化学反応部を備える発電手段を有する電源システムでの異常検知手段（例えば特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７５１１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７８９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、複数の触媒反応器を組み合わせた装置を運転するためには、触媒の使用温度範囲、とりわけ耐熱温度範囲内で運転をする必要があり、異常を確実に検知する必要がある。かつ、例えば修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換する必要がある。
【０００７】
本発明は、複数の触媒反応器と複数の加熱器を備える装置において、加熱器の動作を切り替えて、異常の有無を検知することで、どの部品が異常かを容易かつ確実に特定し、触媒の使用温度を考慮して装置を安全に運転あるいは停止するこが可能な触媒反応装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の触媒反応装置は、第１触媒領域と、第２触媒領域と、前記第１触媒領域及び前記第２触媒領域を加熱する第１加熱器と、前記第２触媒領域を加熱する第２加熱器と、前記第１触媒領域の温度を検出する第１温度検出器と、前記第２触媒領域の温度を検出する第２温度検出器と、前記第１加熱器及び第２加熱器を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１加熱器を動作させ、前記第２加熱器を停止した場合を第１条件とし、前記第２加熱器を動作させ、前記第１加熱器を停止した場合を第２条件とし、前記第１加熱器及び前記第２加熱器をそれぞれ予め設定される出力で動作させ、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、前記第２温
度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、前記第２条件で動作させ、
前記第１条件及び前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行うよう制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の触媒反応装置では、加熱器や温度検知器に異常があっても、どの部品が異常かを容易かつ確実に特定し、触媒や反応器の使用温度範囲内で装置を安全に運転あるいは停止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における触媒反応装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態１における異常判定フロー図
【図３】本発明の実施の形態２における異常判定フロー図
【図４】本発明の実施の形態３における触媒反応装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、第１触媒領域と、第２触媒領域と、前記第１触媒領域及び前記第２触媒領域を加熱する第１加熱器と、前記第２触媒領域を加熱する第２加熱器と、前記第１触媒領域の温度を検出する第１温度検出器と、前記第２触媒領域の温度を検出する第２温度検出器と、前記第１加熱器及び第２加熱器を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、前記第１加熱器を動作させ、前記第２加熱器を停止した場合を第１条件とし、前記第２加熱器を動作させ、前記第１加熱器を停止した場合を第２条件とし、前記第１加熱器及び前記第２加熱器をそれぞれ予め設定される出力で動作させ、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、前記第２温度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、前記第２条件で動作させ、前記第１条件及び前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００１２】
上記構成により、本発明の触媒反応装置では、２つの触媒領域と各触媒領域に備えられた２つの温度検出器、触媒領域をそれぞれ加熱する２つの加熱器を備え、第１加熱器と第２加熱器の動作を切り替えて、いずれでも温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかの動作を行うことができる。
【００１３】
その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるため装置の保護ができる。また、報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御器は、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内であり、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、運転を継続する触媒反応装置とする。
【００１５】
上記構成により、いずれの温度検出器にも異常がなければ、触媒反応装置を安全な状態で運転を継続することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に第１〜２の発明において、前記制御器は、前記第１条件及び前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であれば、前記第１温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうち
の少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００１７】
上記構成により、どの温度検出器が異常かを確実に判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができる。また、どの温度検出器が異常か判定でき、異常の報知および交換の報知を行うことができるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。
【００１８】
第４の発明は、特に第１〜３の発明において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内、又は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００１９】
上記構成により、異常があった場合に、異常の判定、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかの動作を行うことができる。
【００２０】
その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるため装置の保護ができる。また、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００２１】
第５の発明は、特に第４の発明において、前記制御器は、前記第１条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第１温度検出器が第１温度範囲内であれば、前記第１加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、前記第２加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００２２】
上記構成により、どの加熱器が異常かを確実に判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができる。また、どの加熱器が異常か判定でき、異常の報知および交換の報知を行うことができるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。
【００２３】
第６の発明は、特に第１〜５の発明において、前記制御器は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内、又は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００２４】
上記構成により、異常があった場合に、異常の判定、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかの動作を行うことができる。
【００２５】
その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるため装置の保護ができる。また、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００２６】
第７の発明は、特に第６の発明において、前記制御器は、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲内であれば、前記第１加熱器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第１条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外で、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であり、かつ、前記第２条件において、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第１温度検出器及び前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行う触媒反応装置とする。
【００２７】
上記構成により、２つの温度検出器がいずれも異常であるかを確実に判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができる。また、どの温度検出器あるいは加熱器の異常か判定でき、異常の報知および交換の報知を行うことができるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。
【００２８】
第８の発明は、特に第１〜第７の発明において、前記第１触媒領域および前記第２触媒領域の各触媒が、改質触媒、ＣＯ変成触媒、ＣＯ選択酸化触媒、ＣＯメタン化触媒、脱硫触媒、アンモニア分解触媒のいずれかの組み合わせからなる触媒反応装置とする。
【００２９】
上記構成では、改質、ＣＯ変成、ＣＯ選択酸化、ＣＯメタン化、脱硫、アンモニア分解の組み合わせからなる触媒反応装置であり、水素ガスを供給する水素生成装置へ適用が可能となる。水素生成装置の中でも特に燃料電池システム向けの水素生成装置では、小型化や低コスト化が求められる一方で、限られた検出器で確実に安全を確保する装置とすることができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるため長期の耐久性を保つことができるとともに、どの温度検出器が異常か判定できるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。
【００３０】
第９の発明は、第１触媒領域と、第２触媒領域と、前記第１触媒領域及び前記第２触媒領域を加熱する第１加熱器と、前記第２触媒領域を加熱する第２加熱器と、前記第１触媒領域の温度を検出する第１温度検出器と、前記第２触媒領域の温度を検出する第２温度検出器と、を備える触媒反応装置の運転方法であって、前記第１加熱器を予め設定される出力で動作させ、前記第２加熱器を停止する第１ステップと、前記第１ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、及び、前記第２温度検出器が第２温度範囲外のうちの少なくとも一方であれば、前記第２加熱器を予め設定される出力で動作させ、前記第１加熱器を停止する第２ステップと、前記第１ステップ及び前記第２ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外、又は、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う第３ステップとを備える触媒反応装置の運転方法とする。
【００３１】
上記運転方法により、本発明の触媒反応装置では、２つの触媒領域と各触媒領域に備えられた２つの温度検出器、触媒領域をそれぞれ加熱する２つの加熱器を備え、第１加熱器と第２加熱器の動作を切り替えて、いずれでも温度範囲外であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかの動作を行うことができる。
【００３２】
その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるため装置の保護ができる。また、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護する運転方法とすることができる。
【００３３】
第１０の発明は、特に第９の発明において、前記第３ステップは、前記第１ステップ及び前記第２ステップにおいて、前記第１温度検出器が第１温度範囲外であれば、前記第１温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行い、前記第２温度検出器が第２温度範囲外であれば、前記第２温度検出器の異常判定、異常報知及び交換報知のうちの少なくとも１つを行うステップである、請求項９に記載の触媒反応装置の運転方法とする。
【００３４】
上記運転方法により、どの温度検出器が異常かを確実に判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができる。また、どの温度検出器が異常か判定でき、異常の報知および交換の報知を行うことができるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における触媒反応成装置の構成を示した概略図である。
【００３７】
触媒反応装置は、第１触媒領域１と、第２触媒領域２とを備える構成とした。２つの触媒領域は、それぞれ個別の反応器内に設置されても良いし、同一容器内に２つの触媒をいれる構成としても良い。本実施の形態では、それぞれ個別の容器に分けて触媒を充填した。
【００３８】
また、第１触媒領域１及び第２触媒領域２を加熱する第１加熱器３と、第２触媒領域２を加熱する第２加熱器４とを備える構成とした。なお、加熱器としてバーナー燃焼や触媒燃焼による加熱器を用いる構成としても良いし、ヒータによる加熱器を用いる構成としても良い。第２触媒領域２は、第１加熱器３と第２加熱器４のいずれでも加熱するが、加熱による温度上昇を検出できる構成であれば、第１加熱器３と第２加熱器４で加熱する部位は選択することができる。また加熱の方法は、例えば加熱器としてヒータを用いる場合、触媒領域内に設置しても良いし、加熱器が容器に接触していても良いし、加熱を検知可能であれば直接接していなくても良い。本実施例では、加熱器としてマイクロヒータを用い、触媒領域の外部からヒータを巻き、加熱する構成とした。
【００３９】
また、第１触媒領域１の温度を検出する第１温度検出器５と、第２触媒領域２の温度を検出する第２温度検出器６とを備え、各触媒領域の温度を測定できる構成とした。なお温度検出器は触媒層内に設置して直接温度を測定しても良いし、該触媒が充填された反応器の壁面などの近傍に設置して温度を測定しても良いし、あるいは触媒温度と相関のある流体温度を測定しても良い。本実施例では、温度検出器にはシーズ型の熱電対を用い、触媒領域の温度を測る構成とした。
【００４０】
また第１加熱器３及び第２加熱器４を制御する制御器７を備えた。
【００４１】
次に本発明における触媒反応装置の運転方法を説明する。
【００４２】
触媒反応装置の運転中において第１加熱器３を動作させ、第２加熱器４は停止させる。この条件を第１条件とする。また、第２加熱器４を動作させ、第１加熱器３は停止させる。この条件を第２条件とする。
【００４３】
第１条件において、第１温度検出器５で検出される温度が第１温度範囲外、または、第２温度検出器６で検出される温度が第２温度範囲外のいずれかであれば、第２条件で動作
させる。ここで第１温度範囲、第２温度範囲は、触媒や反応器、その他付随する機器の使用温度、耐熱温度から設定されるのが望ましい。
【００４４】
第１条件および第２条件のいずれにおいても、第１温度検出器５が第１温度範囲外、又は、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。なお報知とは、本実施の形態では異常の報知とするが、部品の交換報知など、状態を知らせる報知としても良い。
【００４５】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内であり、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、運転を継続する。
【００４６】
また、第１条件及び第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外であれば、第１温度検出器５の異常と判定し、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、第２温度検出器６の異常と判定する。
【００４７】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外で、かつ、第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内、又は、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。
【００４８】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外で、かつ、第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内であれば、第１加熱器３が異常と判定し、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、第２加熱器４が異常と判定する。
【００４９】
本実施の形態における、上記触媒反応装置の運転方法の異常判定フロー図を図２に示す。
【００５０】
本発明により、第１条件と第２条件を比較して、各部の温度状態を判定することで、第１加熱器３、第２加熱器４、第１温度検出器５、第２温度検出器６のいずれかが異常かを判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるとともに、どの温度検出器が異常か判定できるため、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。また、異常の報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の運転方法における異常判定フロー図である。触媒反応装置の構成は実施の形態１で示す図１と同様の構成とすることができるため、詳細説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態２における特徴的な動作について説明する。触媒反応装置の運転中において第１加熱器３を動作させ、第２加熱器４は停止させる。この条件を第１条件とする。また、第２加熱器４を動作させ、第１加熱器３は停止させる。この条件を第２条件とする。
【００５３】
第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内、又は、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、
異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。
【００５４】
また、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、第１加熱器３が異常と判定し、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、第１温度検出器５及び第２温度検出器６が異常と判定する。
【００５５】
本発明により、第１加熱器３が異常かどうか、または第１温度検出器５と第２温度検出器６のいずれもが異常かどうかを判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるとともに、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。また、報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００５６】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における触媒反応成装置の構成を示した概略図である。実施の形態１または２と同じ構成については詳細説明を省略する。本実施の形態３では、触媒反応装置の一例として、水素生成装置として適用した場合であり、第１触媒領域１の触媒が脱硫触媒領域８であり、第２触媒領域２の触媒がＣＯ除去触媒領域９である構成とした。触媒の組み合わせは、使用する装置によって選択することができ、例えば改質触媒、ＣＯ除去触媒として、ＣＯ変成触媒、ＣＯ選択酸化触媒、ＣＯメタン化触媒、あるいはアンモニア分解触媒としても良い。
【００５７】
本実施の形態３では、さらに原料ガスである炭化水素系のガスと水蒸気を供給し水蒸気改質反応を行う改質器１０と、原料ガスあるいは水素生成装置のオフガスを空気と混合し燃焼する燃焼器１１を備えた水素生成装置とした。本実施の形態では、触媒領域を最適な配置にすることで、効率的な水素生成装置とすることが可能となる。
【００５８】
図４に示すように、燃焼器１１の外周に改質器１０が配置され、さらに改質器１０の外側にＣＯ除去触媒領域９が略筒状に配置され、改質器１０の周囲に脱硫触媒領域８が同心円上に配置される。ここで、第１触媒領域の脱硫触媒として水添脱硫触媒であるＣｕ−Ｚｎ系触媒、第２触媒領域のＣＯ除去触媒としてＣｕ−Ｚｎ系触媒を用いた。これら運転温度として水添脱硫触媒は２００〜３２０℃、ＣＯ除去触媒は２００〜３００℃が推奨される。また、改質器１０には、Ｒｕ系触媒を用いた。
【００５９】
触媒反応装置である水素生成装置を起動させるためには、触媒が機能する温度まで昇温する必要がある。本実施の形態３では、第２加熱器４では、ＣＯ除去触媒領域９を加熱し、第１加熱器３では主に水添脱硫触媒を備えた第１触媒領域を加熱するが、ＣＯ除去触媒領域９も加熱する。ここで、前記第１加熱器３を例えばＣＯ除去触媒領域９の温度を検出可能な第２温度検出器６近傍に備えることで、第１加熱器３の加熱状態を第２温度検出器６を以って検出することが可能となる。本実施の形態３では、第１加熱器３はＣＯ除去触媒領域９を一部のみ加熱するが、例えば図４に示すように、加熱する近傍に第２温度検出器６を備えることで、効果が得られる。
【００６０】
次に本実施の形態２における特徴的な動作について説明する。
【００６１】
各温度検出器で異常と判定する温度は、推奨触媒運転温度から余裕をもって設定すると
ともに、例えば触媒耐熱温度を考慮して決定することが望ましい。本実施の形態３では、脱硫触媒領域８の第１温度検出器５で検出される第１温度範囲として最大３５０℃、ＣＯ除去触媒領域９の第２温度検出器６で検出される第２温度範囲として最大３２０℃として設定した。
【００６２】
触媒反応装置の運転中において、第１条件において、第１温度検出器５で検出される温度が第１温度範囲外、または、第２温度検出器６で検出される温度が第２温度範囲外のいずれかであれば、第２条件で動作させる。
【００６３】
第１条件および第２条件のいずれにおいても、第１温度検出器５が第１温度範囲外、又は、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、異常の判定、異常の報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。
【００６４】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内であり、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、運転を継続する。
【００６５】
また、第１条件及び第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外であれば、第１温度検出器５の異常と判定し、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、第２温度検出器６の異常と判定する。
【００６６】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外で、かつ、第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内、又は、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。
【００６７】
また、第１条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲外で、かつ、第２条件において、第１温度検出器５が第１温度範囲内であれば、第１加熱器３が異常と判定し、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、第２加熱器４が異常と判定する、
また、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内、又は、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、異常の判定、報知、運転停止、及び、次回起動禁止のうちの少なくとも１つを行う。
【００６８】
また、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲内であれば、第１加熱器３が異常と判定し、第１条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外で、第１温度検出器５が第１温度範囲外であり、かつ、第２条件において、第２温度検出器６が第２温度範囲外であれば、第１温度検出器５及び第２温度検出器６が異常と判定する。
【００６９】
本発明により、第１加熱器３、第２加熱器４、第１温度検出器５、第２温度検出器６が異常かどうかを判定することができる。その結果、使用温度範囲内とりわけ耐熱温度以内で触媒や反応器を使用することができるとともに、修理などの装置のメンテナンス時に異常がおこった部品を容易に把握し、スムーズに部品を交換することが可能となる。また、報知、運転停止、次回起動禁止のいずれかを行うことで、不安全な状態で装置を動かすことを防止でき、装置を保護することができる。
【００７０】
本実施の形態における、上記触媒反応装置の運転方法の異常判定フロー図は実施の形態２と同様、図３で示すことができる。
【００７１】
本発明により、第１条件と第２条件を比較して、各部の温度状態を判定することで、
また、一体型構成の水素生成装置とすることで、コンパクトな装置とすることができ、効率的な水素生成を行うことができる。また、脱硫触媒領域８、ＣＯ除去触媒領域９を同一方向に配置できるので、第１加熱器３、第２加熱器４を図４のように容易に配置することができる。また、例えば本装置の周囲を断熱材などで覆う場合は、加熱器の端子を同一方向に配置できるので、断熱材の加工、施工が容易となり、結果として安全を確保した効率的な装置とすることができる。
【００７２】
また、例えば燃料電池用の水素生成装置はコンパクトであるとともに、複雑な構成となり得る。一方で、水素を扱うため安全性が求められる。本実施の形態とすることで、複雑な構成の中で、容易に異常を判定し、かつ異常があった場合に、確実に異常のある部品を交換することが可能となり、メンテナンス性が向上する効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、複数の触媒領域をもつ触媒反応装置に適用可能で、複数の加熱器と複数の温度検出器を用い、複数の動作で複数の判断を以って、異常を検出する特徴をもった、安全性およびメンテナンス性を向上させた触媒反応装置を提供するもので、特に原料を改質して水素生成を行う触媒反応装置に特に有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１  第１触媒領域
２  第２触媒領域
３  第１加熱器
４  第２加熱器
５  第１温度検出器
６  第２温度検出器
７  制御器
８  脱硫触媒領域
９  ＣＯ除去触媒領域
１０  改質器
１１  燃焼器
【図１】
2014000520.tif 000003
【図２】
2014000520.tif 000004
【図３】
2014000520.tif 000005
【図４】
2014000520.tif 000006