(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスの水蒸気改質器における改質触媒の保護装置であって、該水蒸気改質器に付設して、その上方位置に給水ポンプに連なる緊急注水タンクを配置してなることを特徴とする水蒸気改質器における改質触媒保護装置。
【請求項２】
上記緊急注水タンクの形状が円筒状または角柱状であり、且つ水平に対して傾けて配置してなることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質器における改質触媒保護装置。
【請求項３】
上記緊急注水タンクの水平に対する傾きが１０度であることを特徴とする請求項２に記載の水蒸気改質器における改質触媒保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素ガスの水蒸気改質器における改質触媒の保護装置に関し、より具体的には停電や給水ポンプの故障などの緊急時において水蒸気改質器中の改質触媒を保護するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素の工業的製造方法の一つとして炭化水素ガスの水蒸気改質法がある。水蒸気改質法ではメタンや都市ガス、天然ガス、液化石油ガスその他の炭化水素ガスを水蒸気により改質して水素リッチなガス、すなわち水素を主成分とする改質ガスを生成させる方法である。図１は、炭化水素ガスの水蒸気改質法による水素の製造例を模式的に示す図である。
【０００３】
炭化水素ガスすなわち原料ガスは、ガス導入管１から脱硫器、例えば水添脱硫器２へ導入される。ここで原料ガス中に含まれる硫黄分を除去した後、水蒸気発生器３からの水蒸気を添加、混合して改質器４へ導入される。水蒸気改質器４においては、改質触媒を用いる接触反応により、原料ガスが水素を主成分とする改質ガスへ変換される。原料ガスが例えばメタンである場合の改質反応は「ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋４Ｈ2」と表される。改質ガス中にはＣＯガスが副生、随伴して含まれているため、改質ガスはＣＯ変成器５にかけられる。
【０００４】
ＣＯ変成器５中での反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2）には水蒸気改質器４において未反応の余剰水蒸気が利用される。なお、ＣＯ変成器５を経て得られる改質ガスの一部は導管７を経て水添脱硫器２に戻される。ＣＯ変成器５から出る改質ガス中の水素が目的とするガス成分であるが、改質ガスには余剰水蒸気に加えて炭酸ガスが含まれている。そこで、こうして得られた改質ガスは水蒸気等を除去する精製工程へ送られる。余剰水蒸気はこの精製工程で凝縮されてプロセス凝縮水となる。
【０００５】
図２は水蒸気改質器の一例を模式的に示す図である。概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部（加熱部）と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。改質部では原料ガスが水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスが生成される。改質器で起こる反応は大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外部から熱の供給が必要である。このため燃焼部での燃料ガスの空気による燃焼により発生した燃焼熱（ΔＨ）が改質部に供給される。改質触媒としてはＮｉ系、Ｒｕ系等の触媒が用いられる。なお、水蒸気に代えて水を原料ガスに混合してもよいが、この場合には、改質部へ供給する前に加熱して水蒸気に変えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、改質器では、炭化水素ガス（原料ガス）の熱分解による遊離炭素の生成を回避するために水蒸気を余剰に添加する手法が採られる。例えば触媒としてＮｉ系の触媒を使用する場合にはＳ／Ｃ比（炭化水素に対する水蒸気の比）を３程度とする必要がある。しかし、原料ガスに対する水蒸気の割合が何らかの理由により低下すると、ＣＨ4→２Ｈ2＋Ｃ（ｓ）等の反応により改質触媒にカーボン〔Ｃ（ｓ）〕が析出し、改質触媒の劣化や圧損の上昇による詰まりなどの原因となる。
【０００７】
特開平６ー２６４０７２号においては、改質触媒の上流に少量の触媒を断熱容器に入れて配置しておき、そして該少量の触媒の上下流での差圧を測り、差圧上昇によってカーボン析出を検知し、検知した時点で該少量の触媒を交換するというものである。これによれば、カーボン析出が検知された時点で、改質器への原料ガスの供給を停止すれば、改質器内の改質触媒層でのカーボン析出を未然に防止することができる。
【０００８】
しかし、この技術は、改質触媒層の圧損などからカーボン析出を検知し、原料ガスの供給を止めるといった通常運転時にのみ適用できるものであり、停電時などの異常時においては適用できない。また、この技術では、断熱容器に配置された触媒は少量とはいえカーボン析出が検知される毎に交換する必要がある。
【０００９】
本発明は、従来における以上のような問題点に鑑み、これを解決するためになされたものであり、水蒸気改質器に付設して緊急注水タンクを配置しておくだけで、停電や給水ポンプの故障などの異常時における改質触媒へのカーボン析出を防止するようにしてなる水蒸気改質器における改質触媒の保護装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炭化水素ガスの水蒸気改質器における改質触媒の保護装置であって、該水蒸気改質器に付設して、その上方位置に給水ポンプに連なる緊急注水タンクを配置してなることを特徴とする水蒸気改質器における改質触媒保護装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、炭化水素ガスすなわち原料ガスの水蒸気改質器において、該改質器に付設して、その上方位置に給水ポンプに連なる緊急注水タンクを設けておく。そして、該改質器の通常運転時には給水ポンプから供給される水を該注水タンクを経由して改質器の改質部に供給するようにし、停電時や給水ポンプの故障時などにおけるシャットダウン時に、給水ポンプが停止しても緊急注水タンクに蓄えられた水が、ヘッド圧および均圧管から供給される圧力により一定時間供給され、水蒸気として改質器に供給される。水としては蒸留水などの精製水が用いられる。
【００１２】
図３〜４は本発明の態様例を示す図で、図３は通常運転時、図４は停電等の緊急時すなわちシャットダウン時の状態である。水蒸気改質器の前段に原料ガスに対する水混合器を設け、その前段に給水ポンプに連なる緊急時注水タンクを配置する。この場合、緊急注水タンクは、水混合器及び水蒸気改質器に対して位置的に上方に配置しておくことが重要である。水は、緊急注水タンクから水混合器に供給され、ここで原料ガスと混合され、蒸発器を経て水蒸気改質器の改質部に供給される。原料ガスは、それが都市ガスなどのように硫黄化合物を含む場合、水添脱硫器等で硫黄分を除去した後、水混合器に供給される。
【００１３】
図３〜４中、８は緊急注水タンクへ水を供給する導管であり、その途中に開閉弁が配置されている。９は通常運転時に緊急注水タンクから水を水混合器へ供給する導管、１０は緊急時に緊急注水タンクから水を水混合器へ供給する導管である。１１は導管９の一部及び導管１０の一部を構成する共用導管である。水は、共用導管１１中を、通常運転時には緊急注水タンクの方へ流れ、緊急時には水混合器の方へ流れる。Ｐは給水ポンプであり、モーターで駆動される。Ｖ1は均圧管に配置されたバルブ、Ｖ2は緊急時水導管１０に配置されたバルブである。
【００１４】
図３のとおり、通常運転時すなわち停電等の緊急時でない運転時には、モーターで駆動される給水ポンプＰにより水を緊急注水タンクを経由して水混合器に供給する。この時、開閉弁は開で、バルブＶ1、Ｖ2は共に閉である。水は導管８、緊急注水タンク、導管９を経て水混合器に供給される。通常運転時においては、緊急注水タンクには水が充満され、導管８、導管９と同じ役目をする。水は水混合器で原料ガスと混合された後、蒸発器（図示は省略している）を経て、水蒸気改質器の改質部へ供給され、改質ガスへ変えられる。蒸発器では水を蒸発させて水蒸気にするが、原料ガスも付随的に加熱される。
【００１５】
停電や給水ポンプの故障等の緊急時、例えば停電で電力の供給が止まるとモーター駆動のポンプＰが止まり、水の供給が止まる。その結果、改質器改質部への水蒸気の供給が止まり、改質部に充填された改質触媒層においてカーボンが析出する。そこで、本発明においては、緊急注水タンクを配置しておき、このタンクに水を常時貯留しておく。これにより、停電等の緊急時においても改質器改質部へ水蒸気を供給することができる。図４はこの状態を示す図である。
【００１６】
停電等の緊急時においては、その時点で直ちに開閉弁を閉に切り換え、同時にバルブＶ1、Ｖ2を共に開に切り換える。これにより、緊急注水タンク中の水は共用導管１１、導管１０を経て水混合器へ供給される。この時、緊急注水タンクは水混合器及び水蒸気改質器の上方位置に設けてあり、均圧管は緊急注水タンク及び水混合器間で連通しているので、緊急注水タンク中の水はヘッド圧及び均圧管から供給される圧力により水混合器から、蒸発器を経て一定時間水蒸気改質器へ供給される。
【００１７】
これにより、改質部の改質触媒が一定時間水蒸気（スチーム）によりパージされ、改質触媒でのスチーム不足によるカーボン析出を防止し、改質触媒の劣化やカーボンの詰まりによる圧損を防止することができる。なお、停電等のシャットダウン時には、原料ガスの供給を停止し、不活性ガスでパージされるように設計されているが、緊急注水タンクの容量は、原料ガスの供給を停止しても改質部に来てしまう原料ガスがパージされるまでの間、水を切らさないだけの容量とされる。
【００１８】
緊急注水タンクの形状は、球形その他適宜の形状でよいが、円筒状または角柱状（横断面四角等）で、これを横方向に配置して用いるのが好ましい。図５〜６はこの態様例を示す図で、図５は通常運転時、図６はシャットダウン時の状態である。この場合、タンクは共用導管１１側を低くし、水平に対して傾けて配置することにより、そのタンク内に空気が滞留するのを防止することができる。その傾きは、水平に対して約１０度、すなわち１０度ないしその前後であるのが好ましい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。
【００２０】
使用装置として図５（図６も同じ）に示すような装置を用いた。緊急注水タンクは、ステンレス鋼（ＳＵＳ鋼）製の円筒状で、これを横置し、水平に対して約１０度の傾けて配置した。タンク容量は約４Ｌである。まず、図５に示すように通常運転を行い、その途中で給水ポンプ駆動用のモーターの電源を切り、図６に示すように緊急時の状態に切り換えた。これにより、保安電力なしで、水混合器、蒸発器を経て改質部に流量２Ｌ／ｍｉｎで２分間水蒸気（スチーム）が供給され、カーボン析出がないことが確認された。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、炭化水素ガスの水蒸気改質器に付設して緊急注水タンクを配置しておくだけで、停電や給水ポンプの故障などの異常時における水蒸気改質器の改質触媒層へのカーボン析出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化水素ガスの水蒸気改質法による水素の製造例を模式的に示す図。
【図２】水蒸気改質器の一例を模式的に示す図。
【図３】本発明の態様例を示す図。
【図４】本発明の態様例を示す図。
【図５】本発明の他の態様例を示す図。
【図６】本発明の他の態様例を示す図。
【符号の説明】
１  炭化水素ガス導入管
２  水添脱硫器
３  水蒸気発生器
４  改質器
５  ＣＯ変換器
６  改質ガス導出管
７  水添脱硫器用リサイクル導管
８、９、１０  導管
１１  共用導管
Ｐ  給水ポンプ
Ｖ1、Ｖ2  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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