專利名稱：氫制造系統(tǒng)和該系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)上用于由烴類原料制造氫的氫制造系統(tǒng)。本發(fā)明 還涉及該氫制造系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法。
背景技術(shù)：
氫(高純度氫)用于金屬熱處理、玻璃熔融、半導(dǎo)體制造、光纖 制造等許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。并且，氫還可以作為燃料電池的燃料使用。
作為工業(yè)上用于制造氫的氫制造系統(tǒng)，例如有下述專利文獻(xiàn)l所述 的氫制造系統(tǒng)。專利文獻(xiàn)l所述的氫制造系統(tǒng)具備氣化器、改性反應(yīng)器、 變壓吸附式氣體分離裝置。氣化器將含有甲醇或天然氣等烴類原料、 水及氧的混合原料在供給改性反應(yīng)器前迸行加熱氣化。在氣化器中， 以燃料燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣體為熱源，將在氣化器內(nèi)流動的混合原 料加熱到規(guī)定溫度。改性反應(yīng)器使已被氣化的混合原料發(fā)生改性反應(yīng)， 生成改性氣體(包括氫)。在改性反應(yīng)器中，通過改性催化劑的作用， 同時(shí)發(fā)生作為吸熱反應(yīng)的水蒸氣改性反應(yīng)(由烴類原料和水產(chǎn)生作為 主生成物的氫氣)和作為放熱反應(yīng)的部分氧化改性反應(yīng)(由烴類原料 和氧產(chǎn)生作為主生成物的氫)。通過調(diào)整混合原料的組成、平衡水蒸 氣改性反應(yīng)的吸熱量與部分氧化改性反應(yīng)的放熱量，進(jìn)行將改性反應(yīng) 器內(nèi)的反應(yīng)溫度保持基本一定的自熱改性反應(yīng)。
專利文獻(xiàn)l:國際公開W02006 / 006479號小冊子
變壓吸附式氣體分離裝置是將改性氣體中所含的氫以外的不要成 分吸附除去，導(dǎo)出作為制品氣體的富氫氣體的裝置，具備填充有用于 優(yōu)先吸附改性氣體中的不要成分的吸附劑的吸附塔。在變壓吸附式氣 體分離裝置中，實(shí)施利用變壓吸附式氣體分離法(PSA分離法)的氣體 分離。在利用PSA分離法的氣體分離時(shí)，在吸附塔中，例如，反復(fù)實(shí)施 包括吸附工序、脫附工序和再生工序的循環(huán)。在吸附工序中，將改性 氣體導(dǎo)入吸附塔，在加壓條件下，吸附該改性氣體中的不要成分，由該吸附塔中導(dǎo)出富氫氣體。在脫附工序中，將吸附塔內(nèi)減壓，使不要 成分從吸附劑上脫附，將包括塔內(nèi)殘存的氫氣和該不要成分的氣體(廢 氣)由吸附塔排出。在再生工序中，例如，通過使清洗氣體在吸附塔 內(nèi)流動，恢復(fù)吸附劑對不要成分的吸附性能。在改性反應(yīng)器和變壓吸 附式氣體分離裝置的負(fù)荷一定的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通常，進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的 時(shí)間(循環(huán)時(shí)間)是一定的。
由上述吸附塔排出的廢氣經(jīng)過管線供給氣化器，該廢氣中所含的 氫氣作為混合原料的氣化用燃料被消耗。從PSA分離法的特性角度考 慮，從吸附塔排出的廢氣的氣體量和氣體濃度的隨時(shí)間變化很大。在 如上所述由吸附塔吸附除去氫以外的不要成分時(shí)，在脫附工序的初期， 從吸附塔排出的廢氣量(流量)較多，該廢氣中的氫濃度也較高。另 --方面，隨著脫附工序中的時(shí)間的經(jīng)過，從吸附塔排出的廢氣量減少， 該廢氣中的氫濃度也降低。另外，在PSA分離法中，從吸附塔中的運(yùn)轉(zhuǎn) 循環(huán)的關(guān)系角度考慮，有時(shí)，不能連續(xù)排出廢氣。因此，從吸附塔排 出的廢氣經(jīng)過管線直接繼續(xù)供給氣化器時(shí)，供給氣化器的廢氣中的氫 氣量將隨時(shí)間產(chǎn)生較大變化，其結(jié)果導(dǎo)致氣化器中的燃燒狀態(tài)不穩(wěn)定。
因此，為了抑制向這樣的氣化器供給的廢氣或氫氣的量的變動， 謀求氣化器中燃燒狀態(tài)的穩(wěn)定化，有時(shí)，在連接變壓吸附式氣體分離 裝置和氣化器的管線的途中，設(shè)置具有較大容量的緩沖罐。在設(shè)有緩 沖罐時(shí)，從吸附塔排出的廢氣暫時(shí)儲存在緩沖罐內(nèi)。在緩沖罐內(nèi)，廢 氣中的氫濃度得到均化，將氫濃度基本一定的廢氣從緩沖罐導(dǎo)出。在 緩沖罐的下游側(cè)，設(shè)有用于調(diào)整供給氣化器的廢氣流量的流量控制閥。
在這樣的氫制造系統(tǒng)中，在負(fù)荷一定的改性反應(yīng)器和變壓吸附式 氣體分離裝置的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在氣化器或改性反應(yīng)器中，以規(guī)定的供 給量(每單位時(shí)間的供給量)供給混合原料。另一方面，作為供給氣 化器的廢氣的控制，是將流量控制閥固定設(shè)定在規(guī)定的開口度，以使 流入緩沖罐的廢氣的平均流量與從緩沖罐導(dǎo)出的廢氣的流量基本相 同。這樣，在氣化器中，由廢氣供給大致一定流量的氣化用燃料，維 持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)。另外，在改性反應(yīng)器中，通過如上所述調(diào)整該反 應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的水蒸氣改性反應(yīng)和部分氧化改性反應(yīng)的比率，可以將改 性反應(yīng)器內(nèi)調(diào)整到規(guī)定溫度。這樣，上述氫制造系統(tǒng)在其常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，僅通過隨著系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的自供熱，可以繼續(xù)將混合原料加熱氣化，并將 改性反應(yīng)器內(nèi)維持在規(guī)定溫度。
然而，在上述氫制造系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在改變作為制品氣體的 富氫氣體的生產(chǎn)量時(shí)，需要改變改性反應(yīng)器和變壓吸附式氣體分離裝 置的負(fù)荷。例如，在增加富氫氣體生產(chǎn)量時(shí)，需要將改性反應(yīng)器和變 壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷漸漸增大至負(fù)荷變更后的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)，供給氣化器或改性反應(yīng)器的混合原料供給量持續(xù)增加。這樣，經(jīng) 過改性反應(yīng)器供給變壓吸附式氣體分離裝置的改性氣體量(流量)也 持續(xù)增加，因此，需要變更變壓吸附式氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。變 壓吸附式氣體分離裝置構(gòu)成為如上所述反復(fù)進(jìn)行吸附工序、脫附工序 和再生工序的循環(huán)。因此，就單個(gè)循環(huán)而言，各工序根據(jù)規(guī)定的時(shí)序 圖實(shí)施，該循環(huán)根據(jù)規(guī)定的循環(huán)時(shí)間實(shí)施。在負(fù)荷變更后的下一次循 環(huán)中，供給變壓吸附式氣體分離裝置的改性氣體流量增加，但是，由 于吸附塔中根據(jù)吸附劑的不要成分保持能力(容量)基本一定，因此 需要與該改性氣體流量的增加份相對應(yīng)地縮短循環(huán)時(shí)間。通過反復(fù)進(jìn) 行上述過程，各循環(huán)依次縮短，直至變壓吸附式氣體分離裝置中的循 環(huán)時(shí)間達(dá)到負(fù)荷變更后的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在存在負(fù)荷增加時(shí)，在供給氣化器的廢氣的現(xiàn)有控制中，與變壓 吸附式氣體分離裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)同期，使向氣化器供給的廢氣流量階 段性增加。具體而言，與變壓吸附式氣體分離裝置中的循環(huán)切換同期， 使緩沖罐下游側(cè)的流量控制閥的開口度階段性增加，使得每l循環(huán)間流 入緩沖罐的廢氣量(換言之，該循環(huán)中流入緩沖罐的廢氣的平均流量) 與該l循環(huán)間從緩沖罐流出的廢氣量(換言之，該循環(huán)中從緩沖罐流出 的廢氣的流量)相等。通過這樣的控制，即使在制品氣體(富氫氣體) 生產(chǎn)量增加時(shí)，也可以使流入緩沖罐的廢氣量和從緩沖罐流出的廢氣 量的物料平衡一致，避免發(fā)生緩沖罐內(nèi)壓力極端降低或上升等不利情 況。
但是，在這樣的控制下，如果關(guān)注供給氣化器的混合原料的供給 量和廢氣流量，則相對于混合原料供給量持續(xù)增加，廢氣流量卻是階 段性(即，不連續(xù))增加。這樣的廢氣流量的階段性變化將導(dǎo)致氣化 器中的燃燒狀態(tài)的階段性變化，其結(jié)果是存在已被氣化的混合原料量不連續(xù)增加的可能性。此時(shí)，存在改性反應(yīng)器中的改性反應(yīng)未順利進(jìn) 行，影響氫制造系統(tǒng)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)的顧慮。即，存在發(fā)生制品氣體生產(chǎn) 量增加之際，氫制造系統(tǒng)未順利運(yùn)轉(zhuǎn)的不利情況的顧慮。這樣的問題 不僅在制品氣體生產(chǎn)量減少時(shí)會發(fā)生，且在氫制造系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)或 運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)也會發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是在這樣的現(xiàn)狀下考慮的，其目的在于，提供一種廢氣 流量控制方法，將從用于精制改性氣體以得到富氫氣體的變壓吸附式 氣體分離裝置排出的廢氣，在氣化器中，作為用于加熱向改性反應(yīng)器 供給之前的混合原料的燃料使用，在這樣的結(jié)構(gòu)的氫制造系統(tǒng)中，在 改變變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷時(shí)，能夠避免供給氣化器的廢氣 流量的劇烈變化。
本發(fā)明另一目的在于，提供實(shí)施廢氣流量控制方法的氫制造系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種廢氣流量控制方法，該方法是氫 制造系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法，該氫制造系統(tǒng)具有氣化器，用于
將含有烴類原料的混合原料加熱氣化；改性反應(yīng)器，用于通過上述烴 類原料的改性反應(yīng)，由上述已被氣化的混合原料生成含氫的改性氣體； 變壓吸附式氣體分離裝置，通過使用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的變 壓吸附式氣體分離法，在上述吸附塔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行至少包括吸附工序和 脫附工序的循環(huán)，上述吸附工序用于將上述改性氣體導(dǎo)入上述吸附塔， 使該改性氣體中的不要成分吸附在上述吸附劑上，從該吸附塔導(dǎo)出富 氫氣體，上述脫附工序用于使上述不要成分從上述吸附劑脫附，將包 含吸附塔內(nèi)殘存的氫和該不要成分的廢氣從該吸附塔排出；廢氣供給 管線，將從上述吸附塔排出的廢氣作為用于加熱上述混合原料的燃料， 供給上述氣化器；緩沖罐，設(shè)置在上述廢氣供給管線上，用于暫時(shí)收 容從上述吸附塔排出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過上述緩 沖罐供給上述氣化器的廢氣的流量，該廢氣流量控制方法在隨著上述 變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷變動，從在先循環(huán)到在后循環(huán)改變循 環(huán)時(shí)間時(shí)，利用上述流量控制單元，使從上述緩沖罐供給上述氣化器 的廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí)間的至少一部分區(qū)間中，隨時(shí)間連續(xù)變化。
在這樣的廢氣流量控制方法中，由于在PSA分離裝置的負(fù)荷變化 時(shí)，使從緩沖罐供給氣化器的廢氣流量隨時(shí)間連續(xù)變化，因此，與來 自緩沖罐的廢氣流量階段性變化時(shí)相比，能夠抑制供給氣化器的廢氣 流量的急劇變動。因此，根據(jù)本流量控制方法，即使在變壓吸附式氣 體分離裝置的負(fù)荷變動時(shí)，氣化器中的燃燒狀態(tài)也沒有急劇變化，其 結(jié)果為，可以降低對氫制造系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響。
優(yōu)選上述在先循環(huán)包括使來自上述緩沖罐的廢氣的流量維持一定 的維持期間和使該廢氣的流量線性變化的在后變化期間，上述在后循 環(huán)包括使來自上述緩沖罐的廢氣的流量線性變化的在先變化期間和使 該廢氣的流量維持一定的維持期間，使上述在先循環(huán)的上述在后變化
期間的長度與上述在后循環(huán)的上述在先變化期間的長度相同，并且這2
個(gè)變化期間中的來自上述緩沖罐的廢氣流量的變化率一定，并使上述 在后循環(huán)的在先變化期間終止時(shí)的來自上述緩沖罐的廢氣流量與上述 在后循環(huán)中從上述吸附塔排出的廢氣的平均流量相同。
根據(jù)這樣的流量控制方法，在作為來自緩沖罐的廢氣的流量隨時(shí) 間連續(xù)變化期間的上述在后變化期間和上述在先變化期間中，從吸附 塔排出向緩沖罐側(cè)供給的廢氣量與從緩沖罐向氣化器側(cè)供給的廢氣量
相同。因此，貫穿PSA分離裝置負(fù)荷變動的前后，使流入緩沖罐的廢 氣量與從緩沖罐流出的廢氣量的物料平衡一致，并且可以避免從緩沖 罐供給氣化器的廢氣流量的急劇變動。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在上述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于 上述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間被縮短時(shí)，使上述在先循環(huán)的上述在后變化 期間的長度為上述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的一半。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，在上述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于 上述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間被延長時(shí)，使上述在后循環(huán)的上述在先變化 期間的長度為上述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的 一半。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種廢氣流量控制方法，該方法是
系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法，該系統(tǒng)具有變壓吸附式氣體分離裝置，
通過變壓吸附式氣體分離法，反復(fù)進(jìn)行包括吸附工序和脫附工序的循 環(huán)，上述吸附工序用于從含有作為難吸附成分的第1成分和作為易吸附成分的第2成分的原料氣體，將上述第1成分氣體作為目標(biāo)氣體取 出，上述脫附工序用于將含有上述第2成分氣體和上述第1成分氣體 的廢氣取出；廢氣消耗單元，用于消耗廢氣；廢氣供給管線，用于將 從上述變壓吸附式氣體分離裝置取出的廢氣供給上述廢氣消耗單元； 緩沖罐，設(shè)置在上述廢氣供給管線上，用于暫時(shí)收容從上述變壓吸附 式氣體分離裝置取出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過上述緩
沖罐供給上述廢氣消耗單元的廢氣的流量，該廢氣流量控制方法在隨 著上述變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷變動，從在先循環(huán)到在后循環(huán) 改變循環(huán)時(shí)間時(shí)，利用上述流量控制單元，使從上述緩沖罐供給上述 廢氣消耗單元的廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí)間的至少一部分區(qū)間中， 隨時(shí)間連續(xù)變化。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種氫制造系統(tǒng)，其具有氣化器，
用于將含有烴類原料的混合原料加熱氣化；改性反應(yīng)器，用于通過上
述烴類原料的改性反應(yīng)，由上述已被氣化的混合原料生成含氫的改性
氣體；變壓吸附式氣體分離裝置，通過使用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn) 行的變壓吸附式氣體分離法，在上述吸附塔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行至少包括吸附 工序和脫附工序的循環(huán)，上述吸附工序用于將上述改性氣體導(dǎo)入吸附 塔，使該改性氣體中的不要成分吸附在上述吸附劑上，從該吸附塔導(dǎo) 出富氫氣體，上述脫附工序使上述不要成分從上述吸附劑脫附，將包 含吸附塔內(nèi)殘存的氫和該不要成分的廢氣從該吸附塔排出；廢氣供給 管線，用于將從上述吸附塔排出的廢氣作為用于加熱上述混合原料的 燃料，供給上述氣化器；緩沖罐，設(shè)置在上述廢氣供給管線上，用于 暫時(shí)收容從上述吸附塔排出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過 上述緩沖罐供給上述氣化器的廢氣的流量，上述流量控制單元在隨著 上述變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷變動而改變上述循環(huán)的循環(huán)時(shí)間 時(shí)，使從上述緩沖罐供給上述氣化器的廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí) 間的至少一部分區(qū)間中，隨時(shí)間連續(xù)變化。
通過參照附圖進(jìn)行下述具體說明，可以進(jìn)一步明晰本發(fā)明的其它 特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為能夠在實(shí)施本發(fā)明的廢氣流量控制方法時(shí)使用的氫制造系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為用于說明本發(fā)明的廢氣流量控制方法的圖，是表示隨著變 壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷增大，從緩沖罐供給氣化器的廢氣流量 的時(shí)間變化的一例的曲線。
圖3為圖2所示曲線的局部放大圖。
圖4為用于說明圖3所示的流量變化例的圖。
圖5為用于說明本發(fā)明的廢氣流量控制方法的圖，是表示隨著變 壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷減少，從緩沖罐供給氣化器的廢氣流量 的時(shí)間變化的一例的曲線。
圖6為圖5所示曲線的局部放大圖。
圖7為用于說明圖6所示的流量變化例的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為能夠在實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方式的廢氣流量控制方法時(shí)使用的 氫制造系統(tǒng)X1的結(jié)構(gòu)示意圖。氫制造系統(tǒng)X1具有氣化器1、改性反 應(yīng)器2、熱交換器3、氣液分離器4、變壓吸附式氣體分離裝置(PSA 分離裝置)5、緩沖罐6和廢氣流量控制單元7，以作為烴類原料的甲 醇為主原料制造氫。
氣化器1具有本體容器11、供給管12、催化燃燒部13、流通管 14，將含有甲醇、水和氧的混合材料加熱，形成氣化狀態(tài)。在圖1中， 簡要表示了氣化器1的內(nèi)部構(gòu)造。
本體容器11具有閉端管狀構(gòu)造，其上端部設(shè)有燃燒氣體排出口 111。供給管12具有由外管121和內(nèi)管122構(gòu)成的雙層管構(gòu)造。外管 121的上端部在本體容器11外與管線81連接，下端部在本體容器11 中開放。內(nèi)管122的上端部在本體容器11外與管線83和廢氣供給管 線92連接，下端部在外管121中開放。與外管121連接的管線81連 接著空氣風(fēng)機(jī)82。與內(nèi)管122連接的管線83與啟動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用的氣化用 燃料(例如LPG: liquefied petroleum gas)的供給源(圖示略)連接， 該管線83上設(shè)有自動閥83a。催化燃燒部13設(shè)在外管121內(nèi)的下端部， 使氫或上述啟動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用燃料催化燃燒，產(chǎn)生高溫燃燒氣體。催化燃燒部l3中填充有燃燒用催化劑。作為燃燒用催化劑，例如，可以舉出 鉑或鈀等鉑類催化劑。流通管14具有原料導(dǎo)入端141和原料導(dǎo)出端
142，局部具有圍繞供給管12的螺旋部。原料導(dǎo)入端141從本體容器 11的下端部伸出至本體容器11夕卜。原料導(dǎo)出端142由本體容器11上 端部伸出至本體容器11夕卜。當(dāng)通過內(nèi)管122供給的氣化用燃料在催化 燃燒部13燃燒時(shí)，該燃燒氣體就從外管121的開放端(圖中下端)放 出，在本體容器11內(nèi)，通過流通管14周圍，從燃燒氣排出口 111排 出至氣化器1外。在本體容器11內(nèi)的供給管12和流通管14的周圍， 根據(jù)需要填充有蓄熱材料(圖示略)。
改性反應(yīng)器2如圖1所示，具有本體容器21和改性反應(yīng)部22。該 改性反應(yīng)器2通過使甲醇的水蒸氣改性反應(yīng)和部分氧化改性反應(yīng)一并 發(fā)生，將氣化器1中形成氣化狀態(tài)的混合原料中的甲醇改性，生成含 氫改性氣體。
本體容器21具有閉端管狀構(gòu)造，其下端部設(shè)有原料導(dǎo)入口 211， 上端部設(shè)有改性氣體導(dǎo)出口 212。原料導(dǎo)入口 211與氣化器1的原料導(dǎo) 出端142連接。改性反應(yīng)部22設(shè)在本體容器21內(nèi)部，填充有改性催 化劑(圖示略)。該改性催化劑使呈氣化狀態(tài)的混合原料中的甲醇一并 發(fā)生水蒸氣改性反應(yīng)和部分氧化改性反應(yīng)。作為改性催化劑，可以采 用例如包含氧化鋁、氧化銅和氧化鋅的混合物。改性催化劑中的上述 成分的含有比率例如為Cu0 42 wt%、 Zn0 47wt%、 Al2O310wt%。
熱交換器3具有甲醇水導(dǎo)入口 31、甲醇水導(dǎo)出口32、改性氣體導(dǎo) 入口33、改性氣體導(dǎo)出口34，通過供給氣化器1前的甲醇水與改性反 應(yīng)器2中生成的改性氣體的熱交換，將甲醇水預(yù)熱并冷卻改性氣體。 熱交換器3內(nèi)設(shè)有用于使甲醇水從甲醇水導(dǎo)入口 31流向甲醇水導(dǎo)出口 32的管線和用于使改性氣體從改性氣體導(dǎo)入口 33流向改性氣體導(dǎo)出 口34的管線，在這2種管線間進(jìn)行熱交換。該熱交換器3降低了在氣 化器1中將混合原料加熱氣化時(shí)所需要的熱能。
甲醇水導(dǎo)入口 31經(jīng)過管線84和泵85與甲醇水的供給源(圖示略) 連接。泵85將甲醇水以規(guī)定壓力送出。甲醇水導(dǎo)出口 32經(jīng)過管線86 與氣化器1的原料導(dǎo)入端141連接。管線87通過其一端與管線86連 接。管線87的另一端與含氧氣體(例如富氧氣體或空氣)的供給源(圖示略)連接。另外，管線87設(shè)有用于調(diào)節(jié)含氧氣體流量的流量控制閥
87a。改性氣體導(dǎo)入口 33經(jīng)過管線88與改性反應(yīng)器2的改性氣體導(dǎo)出 口 212連接。改性氣體導(dǎo)出口 34經(jīng)過管線89與氣液分離器4連接。
氣液分離器4具有排液口41，將混在改性氣體中的液態(tài)成分(例 如水)42與該氣體氣液分離。排液口 41將由氣液分離器4回收的液態(tài) 成分42排出到該氣液分離器4的外部。
PSA分離裝置5具有填充有吸附劑的至少一個(gè)吸附塔，可以通過 使用該吸附塔進(jìn)行的變壓吸附式氣體分離法(PSA分離法)由改性氣 體取出富氫氣體。作為填充在吸附塔中的吸附劑，例如，可以采用沸 石類吸附劑、碳類吸附劑、或氧化鋁吸附劑，優(yōu)選采用沸石類吸附劑。 吸附塔中可以填充一種吸附劑，也可以填充多種吸附劑。在利用PSA 分離裝置5實(shí)施的PSA分離法的氣體分離中，反復(fù)迸行包括吸附工序、 脫附工序和再生工序的循環(huán)。在吸附工序中，將改性氣體導(dǎo)入吸附塔 內(nèi)呈規(guī)定的高壓狀態(tài)的吸附塔中，使該改性氣體中的不要成分(一氧 化碳、二氧化碳、氮?dú)獾?吸附在吸附劑上，從該吸附塔導(dǎo)出富氫氣 體。在脫附工序中，將吸附塔內(nèi)減壓，使不要成分從吸附劑上脫附， 將包含吸附塔內(nèi)殘留的氫和該不要成分的廢氣排出到外部。在再生工 序中，使吸附塔例如通過使清洗氣體流過吸附塔內(nèi)，恢復(fù)再一次的吸 附工序應(yīng)該具備的吸附劑對不要成分的吸附性能。作為這樣的PSA分 離裝置5，可以使用公知的PSA氫分離裝置。
緩沖罐6設(shè)在聯(lián)系PSA分離裝置5與氣化器1的廢氣供給管線92 上，暫時(shí)收容由PSA分離裝置5的吸附塔排出、供給氣化器1的廢氣， 抑制廢氣流量的變動。
廢氣流量控制單元7包括設(shè)在緩沖罐6下游側(cè)的廢氣供給管線92 上的流量控制閥71和控制該流量控制閥71運(yùn)轉(zhuǎn)的控制器72，調(diào)整從 緩沖罐6供給氣化器1的廢氣流量。在廢氣流量控制單元7中，根據(jù) 流入緩沖罐6的廢氣流量(平均流量)，由控制器72調(diào)節(jié)流量控制閥 71的開口度。
接著，說明具有上述結(jié)構(gòu)的氫制造系統(tǒng)X1的具體動作。氫制造系 統(tǒng)X1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過泵85的運(yùn)轉(zhuǎn)，將規(guī)定濃度的甲醇水經(jīng)過管線84， 由甲醇水導(dǎo)入口 31導(dǎo)入熱交換器3內(nèi)。在熱交換器3內(nèi)，溫度相對較低(例如10 25°C)的甲醇水通過與導(dǎo)入熱交換器3內(nèi)的溫度相對較 高(例如230 270°C)的改性氣體的熱交換，被加熱(預(yù)熱)到例如 137°C。在熱交換器3中預(yù)熱的甲醇水，從甲醇水導(dǎo)出口 32導(dǎo)出到熱 交換器3外，通過管線86時(shí)，與經(jīng)過管線87導(dǎo)入管線86的含氧氣體 (例如富氧氣體或空氣)混合。含氧氣體的供給量可以通過流量控制 閥87a調(diào)節(jié)。
這樣得到的混合原料(含甲醇、水、氧)從原料導(dǎo)入端141導(dǎo)入 氣化器1的流通管14。在常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)供給氣化器1的混合原料 供給量(每單位時(shí)間的供給量)，使其一定。導(dǎo)入流通管14的混合原 料在通過流通管14的過程中，以催化燃燒部13中生成的燃燒氣體為 熱源，加熱至此后的改性反應(yīng)器2中的改性反應(yīng)所需要的反應(yīng)溫度(例 如230 270°C)而氣化。已被氣化的混合原料由流通管14的原料導(dǎo)出 端142導(dǎo)出至氣化器1夕卜，經(jīng)過原料導(dǎo)入端211供給改性反應(yīng)器2。
將供給改性反應(yīng)器2的混合原料導(dǎo)入改性反應(yīng)部22。改性反應(yīng)部 22中，通過改性催化劑的作用，使作為吸熱反應(yīng)的甲醇水蒸氣改性反 應(yīng)與作為放熱反應(yīng)的甲醇部分氧化改性反應(yīng)一并發(fā)生，由混合原料產(chǎn) 生含氫改性氣體。在本實(shí)施方式中，設(shè)定各反應(yīng)中消耗的甲醇比例(即 水蒸氣改性反應(yīng)與部分氧化改性反應(yīng)各反應(yīng)的比率)，使改性反應(yīng)部22 內(nèi)的反應(yīng)溫度(例如230 270°C)維持基本一定。由此在改性反應(yīng)部 22中進(jìn)行甲醇的自熱改性反應(yīng)。
改性反應(yīng)部22中生成的改性氣體，由改性氣體導(dǎo)出口 212導(dǎo)出至 改性反應(yīng)器2夕卜，經(jīng)過管線88和改性氣體導(dǎo)入口 33導(dǎo)入熱交換器3 內(nèi)。在熱交換器3內(nèi)，溫度相對較高(例如230 27(TC)的改性氣體， 通過如上所述與導(dǎo)入熱交換器3內(nèi)的溫度相對較低(例如10 25°C) 的甲醇水的熱交換，被冷卻至例如4(TC。在熱交換器3中冷卻的改性 氣體從改性氣體導(dǎo)出口 34導(dǎo)出至熱交換器3夕卜，經(jīng)過管線89導(dǎo)入氣 液分離器4。
導(dǎo)入氣液分離器4的改性氣體，其混在該改性氣體中的液態(tài)成分 42從該改性氣體中被氣液分離。結(jié)果就可以抑制液態(tài)成分42被導(dǎo)入位 于氣液分離器4下游的PSA分離裝置5的吸附塔，可以抑制因液態(tài)成 分42與填充在吸附塔中的吸附劑的接觸引起的該吸附劑的劣化。通過該氣液分離回收的液態(tài)成分42經(jīng)過排液口 41從氣液分離器4排出到 外部。另一方面，經(jīng)過氣液分應(yīng)器4的改性氣體經(jīng)過管線90供給PSA 分離裝置5。在常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于供給氣化器1的混合原料的供給量一 定，因此經(jīng)過改性反應(yīng)器2供給PSA分離裝置5的改性氣體的流量基 本一定。
在PSA分離裝置5中，利用PSA分離法反復(fù)進(jìn)行包括吸附工序、 脫附工序和再生工序的循環(huán)。在吸附工序中，向吸附塔內(nèi)呈規(guī)定高壓 狀態(tài)的吸附塔導(dǎo)入含氫的改性氣體。在該吸附塔中，由吸附劑吸附除 去改性氣體中所含的不要成分(一氧化碳、二氧化碳、未反應(yīng)甲醇、 氮等)，將富氫氣體(氫濃度高的氣體)作為制品氣體導(dǎo)出塔外。所得 富氫氣體經(jīng)過管線91排出至氫制造系統(tǒng)X1外。在脫附工序中，利用 吸附塔內(nèi)的減壓使不要成分由吸附劑脫附，將包含殘存在吸附塔內(nèi)的 氫和該不要成分的廢氣排出到吸附塔外。在再生工序中，通過使例如 清洗氣體(一般為富氫氣體的一部分)在吸附塔內(nèi)流通，恢復(fù)吸附劑 對不要成分的吸附性能。如上所述，從PSA分離裝置5取出富氫氣體 (制品氣體)，并取出廢氣。富氫氣體例如可以連續(xù)用于規(guī)定用途或儲 存在規(guī)定罐中。廢氣經(jīng)過廢氣供給管線92流入緩沖罐6，暫存在緩沖 罐6內(nèi)。
常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于向PSA分離裝置5的吸附塔供給的改性氣體的 流量基本一定，因此在該P(yáng)SA分離裝置5中反復(fù)實(shí)施的循環(huán)的時(shí)間(循 環(huán)時(shí)間) 一定。舉出PSA分離裝置5的循環(huán)時(shí)間和從PSA分離裝置5 排出的廢氣量的一例時(shí)，在PSA分離裝置5的負(fù)荷為50%的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，循環(huán)時(shí)間為200秒，排出的廢氣量的平均流量為7.1NmVh。
緩沖罐6內(nèi)的廢氣在通過流量控制閥71調(diào)節(jié)了其流量后，經(jīng)過廢 氣供給管線92作為氣化燃料供給氣化器1。在常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)定流量 控制閥71的開口度，使從PSA分離裝置5排出的廢氣的平均流量與從 緩沖罐6排出的廢氣的流量相同。如上述例所示，在從PSA分離裝置 5排出的廢氣的平均流量為7.1NmVh時(shí)，固定設(shè)定流量控制閥71的 開口度，使通過流量控制閥71的廢氣的流量為7.1NmVh。由此可以 使流入緩沖罐6的廢氣量和從緩沖罐6流出的廢氣量的物料平衡一致。
作為氣化用燃料供給氣化器1的廢氣，通過內(nèi)管122和外管121導(dǎo)入催化燃燒部13。與此同時(shí)，通過管線81和外管121向催化燃燒部
13持續(xù)供給空氣。在該催化燃燒部13中，利用該燃燒用催化劑的作用， 使廢氣中的氫催化燃燒，產(chǎn)生高溫(例如500 600°C)燃燒氣體。催 化燃燒部13中生成的高溫燃燒氣體，從供給管12的外管121的開放 端(圖中下端)放出，在本體容器11內(nèi)，通過流通管14的周圍，從 燃燒氣排出口 111排出到氣化器1外。在燃燒氣體通過流通管14的周 圍時(shí)，由作為熱源的燃燒氣體向流通管14中傳遞熱能，在流通管14 中流通的混合原料被加熱到規(guī)定溫度(例如230 270°C)而氣化。由 于流通管14具有螺旋部，因此可以確保較大的流通管14的表面積(受 熱面積)。因此，具有這樣的螺旋部的流通管14提高了向在流通管14 內(nèi)流通的混合原料傳熱的効率，可以高效進(jìn)行對該混合原料的加熱。 并且，由于催化燃燒中幾乎不產(chǎn)生不完全燃燒氣體，最終排放到大氣 中的燃燒氣體導(dǎo)致的環(huán)境負(fù)荷小。
如上所述，在氫制造系統(tǒng)X1中，在其常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，原料依次通過 熱交換器3、氣化器l、改性反應(yīng)器2、熱交換器3、氣液分離器4和 PSA分離裝置5，由該P(yáng)SA分離裝置5取出富氫氣體，并將由PSA分 離裝置5排出的廢氣經(jīng)過緩沖罐6供給氣化器1。
在氫制造系統(tǒng)XI中，通過從緩沖罐6至廢氣流量控制單元7調(diào)節(jié) 由PSA分離裝置5排出并供給氣化器1的廢氣流量，由此在常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，使在氣化器1中加熱混合原料至規(guī)定溫度氣化狀態(tài)所需要的燃料 僅由來自PSA分離裝置5的廢氣提供。并且，在氫制造系統(tǒng)X1中， 通過調(diào)節(jié)改性反應(yīng)器2的改性反應(yīng)部22中進(jìn)行的烴類原料的水蒸氣改 性反應(yīng)和部分氧化改性反應(yīng)的比率，將改性反應(yīng)器2內(nèi)維持在規(guī)定的 反應(yīng)溫度。這樣，氫制造系統(tǒng)X1在其常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，僅通過隨著系統(tǒng)運(yùn) 轉(zhuǎn)的自供熱，將混合原料持續(xù)加熱氣化，并將改性反應(yīng)器2的改性反 應(yīng)部22維持在規(guī)定溫度。
上述氫制造系統(tǒng)X1的動作是向氣化器1的催化燃燒部13充分供 給廢氣的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動作。但在例如啟動時(shí)，不向催化燃燒部13充 分供給廢氣。此時(shí)，例如通過在可以向催化燃燒部13充分供給廢氣為 止的期間，使自動閥83a呈打開狀態(tài)，向從氣化器1至其催化燃燒部 13補(bǔ)充供給催化燃燒部13中所需的氣化用燃料(例如LPG)。接著，說明由常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)改變作為制品氣體的富氫氣體的生產(chǎn) 量時(shí)的氫制造系統(tǒng)X1動作。例如，在富氫氣體生產(chǎn)量增加時(shí)，需要增 大改性反應(yīng)器2和PSA氣體分離裝置5的負(fù)荷。此時(shí)，優(yōu)選避免改性
反應(yīng)器2的負(fù)荷的急劇變動，因此使從供給氣化器1至改性反應(yīng)器2 的混合原料的供給量隨時(shí)間連續(xù)增加。向改性反應(yīng)器2中供給的混合 原料的供給量連續(xù)增加時(shí)，改性反應(yīng)器2中的改性氣體的產(chǎn)生量也增 加。結(jié)果，由于供給PSA分離裝置5的改性氣體流量也連續(xù)增加，因 此需要改變PSA分離裝置5的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。由于PSA分離裝置5的吸附 塔內(nèi)由吸附劑保持不要成分的能力基本一定，導(dǎo)入吸附塔的改性氣體 流量連續(xù)增加時(shí)，必須與該改性氣體流量增加量相應(yīng)地依次縮短循環(huán) 時(shí)間。這樣在依次縮短循環(huán)時(shí)間時(shí)，將增加從PSA分離裝置5排出的 廢氣量(流量)。
對由緩沖罐6向氣化器1供給廢氣的控制，包括對其流量隨時(shí)間 連續(xù)增加部分的控制。表示這樣利用控制的由緩沖罐6流向氣化器1 的廢氣流量隨時(shí)間變化的一例的曲線示于圖2。圖2表示PSA分離裝 置5的負(fù)荷由50%變動至100%的過程中的流量變化。在圖2的曲線 中，橫軸表示PSA分離裝置5的負(fù)荷變動時(shí)的經(jīng)過時(shí)間，縱軸(左側(cè)) 表示廢氣流量。在圖2的曲線中，虛線表示PSA分離裝置5各循環(huán)中 由吸附塔排出的廢氣的平均流量，實(shí)線表示由緩沖罐6供給氣化器1 的廢氣流量。另外，圖2所示的虛線(與表示上述平均流量的虛線相 同)相當(dāng)于現(xiàn)有流量控制方法中由緩沖罐供給氣化器的廢氣流量的變 化。圖3為圖2的局部放大，表示相鄰2個(gè)循環(huán)C1、 C2的流量變化。
在圖3中，由循環(huán)C1切換到循環(huán)C2時(shí)，該循環(huán)中的循環(huán)時(shí)間由 CT1縮短到CT2。如該圖所示，來自緩沖罐6的廢氣流量(實(shí)線部分) 的流量變化包括循環(huán)Cl中的變化部分與循環(huán)C2中的變化部分。其中， 循環(huán)C1中的變化部分包括線性連續(xù)增加的在先變化期間Cla、維持一 定的維持期間Clb和線性連續(xù)增加的在后變化期間Clc。并且，循環(huán) C2中的變化部分包括線性連續(xù)增加的在先變化期間C2a、維持一定的 維持期間C2b和線性連續(xù)增加的在后變化期間C2c。這樣，在由循環(huán) Cl向循環(huán)C2的切換之前，與循環(huán)Cl的在后變化期間Clc的開始同時(shí)， 開始增大流量控制閥71的開口度，至下一循環(huán)C2的在先變化期間C2a終止為止，連續(xù)緩緩增大該開口度。隨著如上所述的循環(huán)時(shí)間的改變， 使廢氣流量隨時(shí)間連續(xù)變化的控制，與現(xiàn)有采用的使廢氣流量階段性 變化的情況不同，可以避免向氣化器1供給的廢氣流量的急劇變動。 因此，根據(jù)這樣的廢氣流量控制方法，即使在利用氫制造系統(tǒng)X1、隨
著富氫氣體生產(chǎn)量的增加改變了 PSA分離裝置5的負(fù)荷時(shí)，氣化器1 中的燃燒狀態(tài)也無劇烈變化，其結(jié)果為，對氫制造系統(tǒng)X1的運(yùn)轉(zhuǎn)的影
響也降低。
在圖3所示的流量變化例中，循環(huán)Cl的在后變化期間Clc的長度 為循環(huán)C2的循環(huán)時(shí)間CT2 (160秒)的一半長度(CT2/2: 80秒)。 并使循環(huán)Cl的在后變化期間Clc的長度CT2 / 2 (80秒)與循環(huán)C2 的在先變化期間C2a的長度相同。并且，該2個(gè)連續(xù)期間Clc、 C2a中
的來自緩沖罐6的廢氣流量變化率一定。并使循環(huán)C2的在先變化期間 C2a終止時(shí)廢氣由緩沖罐6向氣化器1的流量與循環(huán)C2中由吸附塔排 出的廢氣的平均流量相同。即，在維持期間C2b中，來自吸附塔的廢 氣的平均流量(虛線部分)與來自緩沖罐6的廢氣流量(實(shí)線部分) 相同。這樣的循環(huán)C1和C2的關(guān)系，在隨著PSA分離裝置5的負(fù)荷變 動依次縮短循環(huán)時(shí)間的過程中的圖2所示的所有相鄰循環(huán)間成立。
由圖3可知，在循環(huán)C1的在后變化期間Clc，由緩沖罐6供給的 廢氣量(實(shí)線部分)與由PSA分離裝置5排出的廢氣量(虛線部分) 相比，僅多出了由虛線部分和實(shí)線部分圍成的三角形T1的面積部分， 而在循環(huán)C2的在先變化期間C2a，由緩沖罐6供給的廢氣量(實(shí)線部 分)與由PSA分離裝置5排出的廢氣量(虛線部分)相比，僅少了由 虛線部分和實(shí)線部分圍成的三角形T2的面積部分。另一方面，如上所 述，循環(huán)Cl的在后變化期間Clc的長度與循環(huán)C2的在先變化期間C2a 的長度相同，且這些連續(xù)期間Clc、 C2a的流量變化率一定，所以三角 形Tl和三角形T2為全等關(guān)系，其面積相同。因此，在循環(huán)Cl的在 后變化期間Clc和循環(huán)C2的在后變化期間C2a中，在三角形Tl與三 角形T2之間，廢氣量不均衡部分相互抵消，由PSA分離裝置5的吸 附塔排出的廢氣量與向氣化器1側(cè)供給的廢氣量相同。并且，如上所 述，由于維持期間C2b中來自吸附塔的廢氣平均流量與來自緩沖罐6 的廢氣流量相同，因此，該期間由吸附塔排出的廢氣量與向氣化器1側(cè)供給的廢氣量相同。由此可知，貫穿PSA分離裝置5的負(fù)荷變動前
后，流入緩沖罐6的廢氣量和從緩沖罐6流出的廢氣量的物料平衡一致。
并且，如上所述，循環(huán)C1的在后變化期間Clc的長度為循環(huán)C2 的循環(huán)時(shí)間CT2的一半長度(CT2/2)。對此，主要對廢氣流量變化 期間(循環(huán)Cl的在后變化期間Clc和循環(huán)C2的在先變化期間C2a) 進(jìn)行了具體研究。首先，從避免廢氣流量急劇變動的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 廢氣流量變化率盡可能小，因此，優(yōu)選廢氣流量連續(xù)變化期間盡可能 長。如果僅著眼于循環(huán)C1、 C2，并考慮到循環(huán)C2的循環(huán)時(shí)間CT2短 于循環(huán)C1的循環(huán)時(shí)間CT1，假設(shè)如上所述，優(yōu)選僅在循環(huán)C1、 C2間 成立在后變化期間Clc的長度與在先變化期間C2a的長度相同，且該 連續(xù)期間Clc、 C2a的流量變化率一定的幾何關(guān)系，則作為循環(huán)C2的 在先變化期間C2a可以確保的長度的最大值為循環(huán)時(shí)間CT2 (參照圖 4)。此時(shí)，由于循環(huán)Cl的在后變化期間Clc的長度與循環(huán)C2的在先 變化期間C2a的長度相同，因此與循環(huán)C2的循環(huán)時(shí)間CT2相同。但 是，在圖3所示的流量變化例中，PSA分離裝置5的負(fù)荷變動過程包 括上述循環(huán)C1、 C2和其它循環(huán)，以循環(huán)時(shí)間依次縮短的方式實(shí)施。因 此，為了使在循環(huán)C1、C2間以外所有相鄰循環(huán)間均成立上述幾何關(guān)系， 作為循環(huán)C2的在先變化期間C2a和循環(huán)Cl的在后變化期間Ck可以 確保長度的最大值為循環(huán)時(shí)間CT2的一半。因此，這樣的控制在隨著 PSA分離裝置5的負(fù)荷變動而依次縮短循環(huán)時(shí)間的情況下，意味著在 負(fù)荷變動過程中，使緩沖罐6的出入廢氣量的物料平衡一致，并盡可 能抑制來自緩沖罐6的廢氣流量變化，適合使氫制造系統(tǒng)X1順利運(yùn)轉(zhuǎn)。
在這樣的流量控制下，當(dāng)決定PSA分離裝置5的負(fù)荷變動(本實(shí) 施例中，由50%變更至100%)時(shí)，負(fù)荷變動開始至終止的PSA分離 裝置5的各循環(huán)的循環(huán)時(shí)間和該各循環(huán)中由吸附塔排出的廢氣平均流 量(圖2所示的虛線部分)可以通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算處理而算 出。而且，當(dāng)算出各循環(huán)由吸附塔排出的廢氣平均流量時(shí)，則由緩沖 罐6供給氣化器1的廢氣的流量變化(圖2所示的實(shí)線部分)也可以 通過執(zhí)行利用計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算處理而算出。當(dāng)決定來自緩沖罐6的 廢氣流量變化時(shí)，則將與該流量相關(guān)的控制信號傳送到廢氣流量控制單元7，通過該廢氣流量控制單元7 (控制器72和流量控制閥71)的 運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以調(diào)整廢氣流量，使來自緩沖罐6的廢氣流量如圖2所示， 隨時(shí)間變化。
接著，對由氫制造系統(tǒng)X1的常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)減少作為制品氣體的富 氫氣體的生產(chǎn)量時(shí)的控制進(jìn)行說明。富氫氣體生產(chǎn)量減少時(shí)，需要減 少改性反應(yīng)器2和PSA分離裝置5的負(fù)荷。此時(shí)，優(yōu)選避免改性反應(yīng) 器2的負(fù)荷的急劇變動，因此，作為向從氣化器1至改性反應(yīng)器2供 給的混合原料的供給量隨時(shí)間持續(xù)減少。當(dāng)供給改性反應(yīng)器2的混合 原料的供給量持續(xù)減少時(shí)，則改性反應(yīng)器2中的改性氣體產(chǎn)生量也減 少，結(jié)果，由于供給PSA分離裝置5的改性氣體的流量也持續(xù)減少， 就需要變更PSA分離裝置5的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。由于PSA分離裝置5在吸附 塔吸附劑保持不要成分的能力基本一定，因此在導(dǎo)入吸附塔的改性氣 體流量持續(xù)減少時(shí)，依次延長僅與該改性氣體流量減少部分相應(yīng)的循 環(huán)時(shí)間。當(dāng)循環(huán)時(shí)間依次延長時(shí)，則由PSA分離裝置5排出的廢氣量 (流量)就會減少。
對由緩沖罐6向氣化器1供給廢氣的控制，包括對其流量隨時(shí)間 連續(xù)減少部分的控制。表示這樣利用控制的由緩沖罐6流向氣化器1 的廢氣流量隨時(shí)間變化的一例的曲線示于圖5。圖5表示PSA分離裝 置5的負(fù)荷由100%變動至50%的過程中的流量變化。在圖5的曲線 中，橫軸表示PSA分離裝置5的負(fù)荷變動時(shí)的經(jīng)過時(shí)間，縱軸(左側(cè)) 表示廢氣流量。在圖5的曲線中，虛線表示PSA分離裝置5各循環(huán)中 由吸附塔排出的廢氣的平均流量，實(shí)線表示由緩沖罐6供給氣化器1 的廢氣流量。另外，圖5所示的虛線(與上述表示平均流量的虛線相 同)相當(dāng)于現(xiàn)有流量控制方法中由緩沖罐供給氣化器的廢氣流量的變 化。圖6為圖5的局部放大，表示相鄰循環(huán)C1'、 C2'的流量變化。
在圖6中，由循環(huán)Cl'切換到循環(huán)C2'時(shí)，該循環(huán)中的循環(huán)時(shí)間由 CT1'延長至CT2'。如該圖所示，來自緩沖罐6的廢氣流量變化(實(shí)線 部分)包括循環(huán)C1'中的變化部分與循環(huán)C2'中的變化部分。其中，循 環(huán)C1'中的變化部分包括線性連續(xù)減少的在先變化期間Cla'、維持一定 的維持期間Clb'和線性連續(xù)減少的在后變化期間Clc'。并且，循環(huán)C2' 中的變化部分包括線性連續(xù)減少的在先變化期間C2a'、維持一定的維持期間C2b'和線性連續(xù)減少的在后變化期間C2c'。這樣，在由循環(huán)C1' 到循環(huán)C2'的切換之前，與循環(huán)Cl'的在后變化期間Clc'的開始同時(shí)， 開始減小流量控制閥71的開口度，至下一循環(huán)C2'的在先變化期間C2a' 終止為止，連續(xù)緩緩減小該開口度。隨著如上所述的循環(huán)時(shí)間的改變， 使廢氣流量隨時(shí)間連續(xù)變化的控制，與現(xiàn)有采用的使廢氣流量階段性 變化時(shí)不同，可以避免向氣化器l供給的廢氣流量的急劇變動。因此， 根據(jù)這樣的廢氣流量控制方法，即使在利用氫制造系統(tǒng)X1、隨著富氫 氣體生產(chǎn)量的減少改變了 PSA分離裝置5的負(fù)荷的情況下，氣化器1 中的燃燒狀態(tài)也無劇烈變化，其結(jié)果為，對氫制造系統(tǒng)X1的運(yùn)轉(zhuǎn)的影 響也降低。
在圖6中，循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'的長度為循環(huán)Cl'的循環(huán) 時(shí)間CT1' (169秒)的一半長度(CTT/2: 84.5秒)。并使循環(huán)Cl' 的在后變化期間Clc'的長度與循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'的長度CTl' /2相同。并且，該2個(gè)連續(xù)期間Clc'、 C2a'中的來自緩沖罐6的廢氣 流量變化率一定。并使循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'終止時(shí)廢氣由緩沖 罐6向氣化器1的流量與循環(huán)C2'中由吸附塔排出的廢氣的平均流量相 同。即，在維持期間C2b'中，來自吸附塔的廢氣的平均流量(虛線部 分)與來自緩沖罐6的廢氣流量(實(shí)線部分)相同。這樣的循環(huán)Cl' 和循環(huán)C2'的關(guān)系，在隨著PSA分離裝置5的負(fù)荷變動依次延長循環(huán) 時(shí)間的過程中的圖5所示的所有相鄰循環(huán)間成立。
由圖6可知，在循環(huán)cr的在后變化期間cic'中，由緩沖罐6供給
的廢氣量(實(shí)線部分)與由PSA分離裝置5排出的廢氣量(虛線部分) 相比，僅少了由虛線部分和實(shí)線部分圍成的三角形T1'的面積部分，而 在循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'，由緩沖罐6供給的廢氣量(實(shí)線部分) 與由PSA分離裝置5排出的廢氣量(虛線部分)相比，僅多了由虛線 部分和實(shí)線部分圍成的三角形T2'的面積部分。另一方面，如上所述， 循環(huán)Cl'的在后變化期間Clc'的長度與循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'的 長度相同，且這些連續(xù)期間Clc'、 C2a'的流量變化率一定，所以三角形 T1鄰三角形T2'為全等關(guān)系，其面積相同。因此，在循環(huán)C1'的在后變 化期間Clc'和循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'中，在三角形Tl'與三角形 T2'之間，廢氣量不均衡的部分相互抵消，由PSA分離裝置5的吸附塔排出的廢氣量與向氣化器1側(cè)供給的廢氣量相同。另一方面，如上所 述，由于在維持期間C2b'，來自吸附塔的廢氣平均流量與來自緩沖罐6 的廢氣流量相同，因此，在該期間由吸附塔排出的廢氣量與向氣化器l 側(cè)供給的廢氣量相同。由此可知，在本流量變化例中，貫穿PSA分離
裝置5的負(fù)荷變動前后，流入緩沖罐6的廢氣量和從緩沖罐6流出的
廢氣量的物料平衡一致。
并且，如上所述，循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'的長度為循環(huán)Cl' 的循環(huán)時(shí)間CT1'的一半長度(CT1'/2)。對此，主要對廢氣流量變化 期間(循環(huán)Cl'的在后變化期間Clc'和循環(huán)C2'的在先變化期間C2a') 進(jìn)行了具體研究。首先，從避免廢氣流量急劇變動的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選 廢氣流量變化率盡可能小，因此，優(yōu)選廢氣流量連續(xù)變化期間盡可能 長。對此，如果僅著眼于循環(huán)C1'、 C2'，并考慮到循環(huán)C2'的循環(huán)時(shí)間 CT2'長于循環(huán)C1'的循環(huán)時(shí)間CT1'，假設(shè)如上所述，優(yōu)選僅在循環(huán)C1'、 C2'間成立在后變化期間Cc'的長度與在先變化期間C2a'的長度相同， 且該連續(xù)期間Clc'、 C2a'的流量變化率一定的幾何關(guān)系，則作為循環(huán) Cl'的在后變化期間Clc'可以確保的長度的最大值為循環(huán)時(shí)間CT1'(參 照圖7)。此時(shí)，由于循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'的長度與循環(huán)Cl'
的在后變化期間cic'的長度相同，因此與循環(huán)cr的循環(huán)時(shí)間cn'相同。
但在圖6所示的流量變化例中，PSA分離裝置5的負(fù)荷變動過程包括
上述循環(huán)cr、 C2'和其它循環(huán)，以循環(huán)時(shí)間依次延長的方式實(shí)施。因 此，為了使在循環(huán)cr、 C2'間以外所有相鄰循環(huán)間均成立上述幾何關(guān)
系，作為循環(huán)Cl'的在后變化期間Clc'和循環(huán)C2'的在先變化期間C2a'
可以確保長度的最大值為循環(huán)時(shí)間cn'的一半。因此，這樣的控制在
隨著PSA分離裝置5的負(fù)荷變動而依次延長循環(huán)時(shí)間的情況下，意味 著在負(fù)荷變動過程中，使緩沖罐6的出入廢氣量的物料平衡一致，并 盡可能抑制來自緩沖罐6的廢氣流量變化，適合使氫制造系統(tǒng)XI順利運(yùn)轉(zhuǎn)。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明的范圍不限于上述實(shí)施
方式。在上述實(shí)施方式中，作為隨著PSA分離裝置的負(fù)荷變動的廢氣 流量控制方法，舉例說明了由常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)增加或減少富氫氣體生產(chǎn) 量的情況。但是，本發(fā)明的廢氣流量控制方法也適用于例如氫制造系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)幵始時(shí)(運(yùn)轉(zhuǎn)幵始后經(jīng)規(guī)定時(shí)間至常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài))、或運(yùn)轉(zhuǎn)停止 時(shí)(由常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)至運(yùn)轉(zhuǎn)停止)隨著PSA分離裝置的負(fù)荷變動的情況。
實(shí)施本發(fā)明的廢氣流量控制方法時(shí)使用的氫制造系統(tǒng)的具體構(gòu)成 可以在不脫離發(fā)明思想的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。并且，本發(fā)明的廢氣 流量控制方法不限于適用上述實(shí)施方式的氫制造系統(tǒng)，也可以適用于
具備以任何目的消耗由PSA分離裝置取出的廢氣的廢氣消耗單元的系 統(tǒng)。例如，由含有甲垸與其它成分氣體的原料氣體，通過PSA分離裝 置采集該其它成分氣體作為目標(biāo)氣體，將含有甲垸的廢氣，經(jīng)過緩沖 罐，作為燃料氣體提供給廢氣消耗單元的系統(tǒng)中也可以有效適用本發(fā) 明的方法。
權(quán)利要求
1. 一種廢氣流量控制方法，其特征在于，該方法是氫制造系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法，該氫制造系統(tǒng)具有氣化器，用于將含有烴類原料的混合原料加熱氣化；改性反應(yīng)器，用于通過所述烴類原料的改性反應(yīng)，由所述已被氣化的混合原料生成含氫的改性氣體；變壓吸附式氣體分離裝置，通過使用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的變壓吸附式氣體分離法，在所述吸附塔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行至少包括吸附工序和脫附工序的循環(huán)，所述吸附工序用于將所述改性氣體導(dǎo)入所述吸附塔，使該改性氣體中的不要成分吸附在所述吸附劑上，從該吸附塔導(dǎo)出富氫氣體，所述脫附工序用于使所述不要成分從所述吸附劑脫附，將包含吸附塔內(nèi)殘存的氫和該不要成分的廢氣從該吸附塔排出；廢氣供給管線，用于將從所述吸附塔排出的廢氣作為用于加熱所述混合原料的燃料供給所述氣化器；緩沖罐，設(shè)置在所述廢氣供給管線上，用于暫時(shí)收容從所述吸附塔排出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過所述緩沖罐供給所述氣化器的廢氣的流量，該廢氣流量控制方法在隨著所述變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷變動，從在先循環(huán)到在后循環(huán)改變循環(huán)時(shí)間時(shí)，利用所述流量控制單元，使從所述緩沖罐供給所述氣化器的廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí)間的至少一部分區(qū)間中，隨時(shí)間連續(xù)變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣流量控制方法，其特征在于，所述在先循環(huán)包括使來自所述緩沖罐的廢氣的流量維持一定的維 持期間和使該廢氣的流量線性變化的在后變化期間，所述在后循環(huán)包括使來自所述緩沖罐的廢氣的流量線性變化的在 先變化期間和使該廢氣的流量維持一 定的維持期間，使所述在先循環(huán)的所述在后變化期間的長度與所述在后循環(huán)的所述在先變化期間的長度相同，并且這2個(gè)變化期間中的來自所述緩沖罐的廢氣流量的變化率一定，并使所述在后循環(huán)的在先變化期間終止時(shí)的來自所述緩沖罐的廢 氣流量與所述在后循環(huán)中從所述吸附塔排出的廢氣的平均流量相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣流量控制方法，其特征在于，在所 述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于所述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間被縮短時(shí)，使 所述在先循環(huán)的所述在后變化期間的長度為所述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的一半。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣流量控制方法，其特征在于，在所 述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于所述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間被延長時(shí)，使 所述在后循環(huán)的所述在先變化期間的長度為所述在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的一半。
5. —種廢氣流量控制方法，其特征在于，該方法是系統(tǒng)中的廢氣流量控制方法，該系統(tǒng)具有變壓吸附式氣體分離裝置，通過變壓吸附式氣體分離法，反復(fù)進(jìn) 行包括吸附工序和脫附工序的循環(huán)，所述吸附工序用于從含有作為難 吸附成分的第1成分和作為易吸附成分的第2成分的原料氣體，將所述第1成分氣體作為目標(biāo)氣體取出，所述脫附工序用于將含有所述第2成分氣體和所述第1成分氣體的廢氣取出-,廢氣消耗單元，用于消耗廢氣；廢氣供給管線，用于將從所述變壓吸附式氣體分離裝置取出的廢 氣供給所述廢氣消耗單元；緩沖罐，設(shè)置在所述廢氣供給管線上，用于暫時(shí)收容從所述變壓 吸附式氣體分離裝置取出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過所述緩沖罐供給所述廢氣消耗單元 的廢氣的流量，該廢氣流量控制方法在隨著所述變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷 變動，從在先循環(huán)到在后循環(huán)改變循環(huán)時(shí)間時(shí)，利用所述流量控制單 元，使從所述緩沖罐供給所述廢氣消耗單元的廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí)間的至少一部分區(qū)間中，隨時(shí)間連續(xù)變化。
6. —種氫制造系統(tǒng)，其特征在于，具有氣化器，用于將含有烴類原料的混合原料加熱氣化；改性反應(yīng)器，用于通過所述烴類原料的改性反應(yīng)，由所述己被氣 化的混合原料生成含氫的改性氣體；變壓吸附式氣體分離裝置，通過使用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行 的變壓吸附式氣體分離法，在所述吸附塔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行至少包括吸附工 序和脫附工序的循環(huán)，所述吸附工序用于將所述改性氣體導(dǎo)入吸附塔， 使該改性氣體中的不要成分吸附在所述吸附劑上，從該吸附塔導(dǎo)出富 氫氣體，所述脫附工序使所述不要成分從所述吸附劑脫附，將包含吸 附塔內(nèi)殘存的氫和該不要成分的廢氣從該吸附塔排出；廢氣供給管線，用于將從所述吸附塔排出的廢氣作為用于加熱所 述混合原料的燃料供給所述氣化器；緩沖罐，設(shè)置在所述廢氣供給管線上，用于暫時(shí)收容從所述吸附 塔排出的廢氣；和流量控制單元，用于控制經(jīng)過所述緩沖罐供給所述氣化器的廢氣 的流量，所述流量控制單元在隨著所述變壓吸附式氣體分離裝置的負(fù)荷變 動而改變所述循環(huán)的循環(huán)時(shí)間時(shí)，使從所述緩沖罐供給所述氣化器的 廢氣流量，在改變后的循環(huán)時(shí)間的至少一部分區(qū)間中，隨時(shí)間連續(xù)變
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氫制造系統(tǒng)，其特征在于，所述在先循 環(huán)包括將來自所述緩沖罐的廢氣的流量維持一定的維持期間和使該廢 氣的流量線性變化的在后變化期間，所述在后循環(huán)包括使來自所述緩沖罐的廢氣的流量線性變化的在 先變化期間和使該廢氣的流量維持一定的維持期間，所述流量控制單元運(yùn)轉(zhuǎn)，使得所述在先循環(huán)的所述在后變化期間 的長度與所述在后循環(huán)的所述在先變化期間的長度相同，并且這2個(gè) 變化期間中的來自所述緩沖罐的廢氣流量的變化率一定，并且所述在后循環(huán)的在先變化期間終止時(shí)的來自所述緩沖罐的廢氣流量與所述在 后循環(huán)中從所述吸附塔排出的廢氣的平均流量相同。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫制造系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控 制單元運(yùn)轉(zhuǎn)，使得在所述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于所述在先循環(huán)的 循環(huán)時(shí)間被縮短時(shí)，所述在先循環(huán)的所述在后變化期間的長度為所述 在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的一半。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫制造系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控 制單元運(yùn)轉(zhuǎn)，使得在所述在后循環(huán)的循環(huán)時(shí)間相對于所述在先循環(huán)的 循環(huán)時(shí)間被延長時(shí)，所述在后循環(huán)的所述在先變化期間的長度為所述 在先循環(huán)的循環(huán)時(shí)間的一半。
全文摘要
本發(fā)明的用于進(jìn)行廢氣流量控制方法的氫制造系統(tǒng)具有氣化器(1)，將含有烴類原料的混合原料加熱；改性反應(yīng)器(2)，通過該原料改性反應(yīng)生成含氫的改性氣體；PSA分離裝置(5)，通過使用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的PSA分離法，反復(fù)進(jìn)行包括吸附工序和脫附工序的循環(huán)，所述吸附工序?qū)⒏男詺怏w中的不要成分吸附在吸附劑上，將富氫氣體導(dǎo)出到塔外，所述脫附工序?qū)瑥奈絼┟摳降牟灰煞趾退?nèi)殘存氫的廢氣從吸附塔排出；和緩沖罐(6)，在將該廢氣供給氣化器之前，暫時(shí)收容。在隨著PSA分離裝置(5)的負(fù)荷變動改變循環(huán)時(shí)間時(shí)，使從緩沖罐(6)供給氣化器的廢氣流量隨時(shí)間連續(xù)變化。
文檔編號H01M8/04GK101443267SQ20078001696
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者三宅正訓(xùn), 上田芳范, 住田俊彥, 南秀典 申請人:住友精化株式會社