JPS62250095A - 一酸化炭素変成器昇温方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）　　産業上の利用分野 本発明は、一酸化炭素変成器の昇温方法に関するもので
ある。

（ｂｌ　　従来の技術 一酸化炭素変成器は、一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭
素と水素を生成させる変成反応を起こさせる反応器であ
る。これは、製造ガス中の一酸化炭素を除去するために
用いられるものあり、炭化水素の改質反応によってガス
を製造する都市ガス製造設備には必ず設けられているも
のである。

一酸化炭素中毒による事故を防止する観点から、都市ガ
ス中の一酸化炭素はできるかぎり低減することが必要で
ある。よって、都市ガス製造設備において、この一酸化
炭素変成器は非常に重要であり、所定の機能を発揮させ
ることが急務である。

この変成反応は、吸熱反応であるため反応平衡的には低
温が望ましいが、反応速度の点からしである程度の温度
は必要である。これは、通常低温用で２００℃〜２５０
℃、高温用で３００℃〜３５０℃である。即ち、これ以
下の温度では反応速度が小さすぎるため変成率（一酸化
炭素が二酸化炭素に変成する割合）が非常に悪くなるか
、はんとんど反応しないのである。よって、一酸化炭素
変成器を稼働させる前には必ず昇温工程が必要である。

さらに、都市ガスは昼と夜ではその需要量に著しい差が
あるため、巨大な貯蔵設備を有する大会社を除いて、都
市ガス製造設備は毎日運転と停止を繰り返している。

この毎日の運転開始時の温度状態について説明する。通
常、一酸化炭素変成器内の変成触媒層には上部、中部、
下部の３ケ所に温度針があり、それらの温度が測定され
ている。上部と下部は温度が下がるが、中部はほとんど
降下しない。これは上部及び下部の触媒層が保温材の役
目をするためである。

改質炉でガス製造が始まると、そのガスが水で急冷され
（クエンチングボックス内で行なう）適当な温度（仮に
３２０℃とする）にされて、一酸化炭素変成器に導入さ
れる。しかし、クエンチングボックスから一酸化炭素変
成器までの配管や変成器上部が冷えているため、そこで
熱量を奪われ、一酸化炭素変成触媒の上部に達する時は
温度が下がっている。ガス温が低いことと、触媒層の温
度も降下しているため発熱反応である変成反応もほとん
ど起こらない。よって、触媒層上部は一旦温度が下がる
こととなる。そして、中部は温度が高いためと、上部で
反応しなかったため通常より一酸化炭素濃度の高いガス
が達するため、変成反応が起こり一旦温度が上がる。し
かし、この部分は上方からの温度の低いガスによってす
ぐに温度降下を始める。さらに、上部では配管等の温度
が上昇すると温度の高いガスが触媒層上部に達するため
に徐々に温度が上昇する。

このように、運転開始時には一酸化炭素変成器の触媒層
の温度は複雑なカーブを描き、定常の温度に達するのに
長時間を要していた。冬場等は、上部、中部、下部すべ
てが所定の温度に達するのに２時間以上かかる場合もあ
る。

（Ｃ１発明が解決しようとする問題点 以上のように、運転開始時に触媒層の温度が低いと、所
定の変成率を達成できず、一酸化炭素の濃度の高いガス
が製造されることとなり、問題が多い。これは、通常は
ガスホルダーに貯蔵することにより車中にそのまま供給
することは避けているが、好ましいことではない。

また、スタート時にクエンチングの水の量を減らして、
ガス温を上げることも考えられるが、そうすると一酸化
炭素変成時の水蒸気量が不足するためできない。

さらに、一酸化炭素変成器に保温用の電熱ヒーターを撞
くことも考案され実施されているが、費用が高（つくこ
とと、工事が面倒である。

そこで、都市ガス業界では＝毎日のスタートアップ時に
一酸化炭素変成器の温度が素早く所定の５一 温度になることが強く要望されていた。

（ｄ）　　問題点を解決するための手段このような現状
に鑑み、本発明者等は本発明を完成させたものであり、
その特徴とするところは都市ガス製造設備の一酸化炭素
変成器昇熱工程において、被変成ガス中に空気を導入す
るところにある。

ここで都市ガス製造設備とは、炭化水素を原料として水
蒸気改質反応によって都市ガスを製造する設備をいう。

ただし、改質炉を有さず他社から一酸化炭素を含有する
混合ガスを受は入れて、それを原料とし、それを処理し
て供給ガスとする設備も含まれる。

ここで被変成ガスとは、一酸化炭素変成器に導入される
ガスをいい、通常は改質炉を出てクエンチングされたガ
スである。よって、一酸化炭素を含有していることが条
件となる。

空気の導入の方法はどのようなものでもよく、ブロアで
昇圧して一酸化炭素変成器入側の配管に６一 導入するのが普通である。しかし、一酸化炭素変成器に
直接導入してもよい。但し、ガスの入側となる。

空気の導入量は、昇温の程度によって決定されるべきも
のであるが、この量は製造ガスの爆発限界の下限よりも
遥かに少量であるため、危険性の問題はない。

この空気が、含有されている一酸化炭素及び水素等の被
酸化ガスと酸化反応を起こし、その酸化熱によってガス
温を上昇させるのである。

この場合温度が低いため、酸化触媒が必要となるが、変
成触媒がその役目をする場合には、特別なものはなくて
もよい。しかし、変成触媒の酸化触媒としての機能が十
分でなかったり、変成触媒の寿命が短くなるような場合
には、酸化触媒を設けてもよい。

勿論、変成触媒にそのような機能がなければ、酸化触媒
を別途設ける必要があることは当然である。

この酸化触媒は通常のものでよく、白金、バラジュウム
、その他公知のものが使用でき何ら限定するものでない
。

酸化触媒を設ける位置としては、空気を導入する配管の
箇所、一酸化炭素変成器の触媒の上層部配管中に別途設
けた酸化器等どのような場所でもよい。ここでいう酸化
器とは、配管途中に設けた容器であって、その中に酸化
触媒が充填されたものをいい、その形状や大きさは問わ
ない。

また、一酸化炭素や水素ばかりでなく、一酸化炭素変成
触媒自体が空気によって酸化されることも考えられる。

一酸化炭素等のガスは酸化されずその触媒のみが酸化さ
れることもありえる。この触媒の酸化熱によって触媒自
体が昇温されるのである。

また、一酸化炭素変成器は通常高温用のものが使用され
ているが、低温用（ガス入口温度が２００〜２５０℃程
度）のものも同様に使用できる。

さらに、最近高温用のものと低温用のものとがシリーズ
に設置されている場合もあるが、この場合は、高温用の
上流部と低温用の上流部の複数の箇所で空気を導入して
もよい。

ここでいう空気は、ｒ！１素を富化したものでもよく、
純酸素でも運転は難しいが可能ではある。

（ｅｌ　　作用 本発明の作用としては、導入された空気が一酸化炭素及
び水素等と次の反応を起こし、発熱しガＣＯ＋％０２＋
Ｃ０２ Ｈ２＋　’Ａ　Ｏ２−４Ｈ２０ スの温度を上昇させる。よって、一酸化炭素が減少する
方向に行くため好ましい反応である。勿論ガス中の他の
成分（例えば、水素やメタン及び他の炭化水素等）が燃
焼するとガスの発熱量が減少するだけ損失であるが、空
気の量がわずかであることから問題になるような量では
ない。

（ｆ）　　実施例 第１図は、本発明の１実施例を示す概略フローシートで
ある。

改質炉（１）からクエンチングポソクス（２）を通過し
たガスが酸化器（３）を経て一酸化炭素変成器（４）に
導入される。この例の装置を朝スタートさせた直後の各
部の温度状態を表−１に示す（単位は℃）。

ここで、Ａは定常運転時、Ｂは本発明を実施しない場合
、Ｃは本発明実施時の値である。

改質炉はいわゆるサイクリック式の反応炉であり、ガス
製造と触媒層昇温とが交互に行なわれるものである。こ
の方式は、中小のガス会社で最も多く用いられている方
式である。理由としては、ガス供給の創世時に行われて
いた石炭の乾溜によるガスと同様の組成のものができる
ためである。

一酸化炭素変成器の停止時間は、約８時間であり、大気
の温度は２０℃前後とする。

この例では、クエンチングボンクスの出側では３２０℃
であり、酸化器（４）の出側では酸化熱によって４００
℃になっている。この場合の空気の導入量は、ガス量及
び配管等の熱容量、保温の程度等によって異なるが、計
算によって容易に求まるものである。

また、実際に運転を行って酸化器（４）の出側の温表−
１ 度を検知してそれによって、手動で又は自動で空気の導
入量を稠整することも簡単である。

第２図は、空気導入箇所は第１図の例と同様に一酸化炭
素変成器（４）の上流配管部であるが、酸化触媒を一酸
化炭素変成器の内部に設けた場合の一酸化炭素変成器の
概略図である。この例では、酸化触媒（５）を一酸化炭
素変成触媒（６）の層の上方に載置するだけでよく、別
途酸化器を設ける必要もなく、既設のプラントにもすぐ
に応用できるという利点がある。勿論、この場合では空
気の導入箇所を一酸化炭素変成器の上部としてもよい。

第３図は、高温用一酸化炭素変成器（７）と低温用一酸
化炭素変成器（８）とを直列に配した場合のものである
。これは、一酸化炭素をより低減する目的で行なわれる
ものであって、高温用で残存する一酸化炭素をさらに変
成するためである。（９）は、ガスを低温用一酸化炭素
変成器に適当な温度にまで冷却するための冷却器である
。

この場合は、高温用については前記した例等と同様であ
るが、低温用についても、高温用と低温用との間の配管
及び低温用一酸化炭素変成器自体が冷えているため同様
の減少が生じる。そこで、これをも防止するために酸化
器（３）を三箇所に設けているのである。

このようにすると、高温用及び低温用の両方ともスムー
スな立ち上げができる。

（荀　発明の効果 本発明によると次のような効果が生じる。

■）　運転開始時の変成率の低下が防止できる。

これによって、一酸化炭素中毒の危険性が大きく減少す
る。

２）　従来の保温方法等と比較して、費用が少なく、非
常に簡単に実施できる。

３）　既設の設備にも容易に適用できる。

ａ　ランニングコストとしては空気のブロアの電気代程
度で非常に安価である。

以上の如（非常に有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す概略フローシート、第
２図は他の実施例の一酸化炭素変成器を示す概略図、第
３図はさらに他の実施例を示す概略フローシートである
。 １・・・改質炉 ２・・・クエンチングボックス ３・・・酸化器 ４・・・一酸化炭素変成器 ５・・・酸化触媒 ６・・・一酸化炭素変成器触媒 ７・・・高温用一酸化炭素変成器 ８・・・低温用一酸化炭素変成器 ９・・・冷却器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、都市ガス製造設備の一酸化炭素変成器昇熱工程にお
   いて、被変成ガス中に空気を導入することを特徴とする
   一酸化炭素変成器昇温方法。 ２、空気は、被変成ガスに一酸化炭素変成器の上流側で
   導入するものである特許請求の範囲第１項記載の一酸化
   炭素変成器昇温方法。 ３、空気は、被変成ガスに一酸化炭素変成器中で導入す
   るものである特許請求の範囲第１項記載の一酸化炭素変
   成器昇温方法。 ４、空気導入部に、低温酸化触媒を設けたものである特
   許請求の範囲第２項又は第３項記載の一酸化炭素変成器
   昇温方法。 ５、低温酸化触媒を、一酸化炭素変成器内に設けたもの
   である特許請求の範囲第２項記載の一酸化炭素変成器昇
   温方法。