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公開番号2025018089
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121512
出願日2023-07-26
発明の名称熱分解制御装置、および熱分解制御システム
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人
主分類C01B 3/26 20060101AFI20250130BHJP(無機化学)
要約【課題】反応器内において有効に作用する触媒の量が減少することを抑制できるようにした熱分解制御装置を提供する。
【解決手段】熱分解制御装置は、炭化水素を水素と炭素とに熱分解する反応器を制御対象として且つ、高さ変数取得処理および補充処理を実行するように構成されている。反応器には、触媒の補充装置が接続されている。熱分解制御装置は、高さ変数取得処理および補充処理を実行するように構成されている。高さ変数取得処理は、高さ変数の値を取得する処理である。高さ変数は、前記触媒の高さを示す変数である。補充処理は、高さ変数の値に応じて補充装置を操作することによって反応器に触媒を補充する処理である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化水素を水素と炭素とに熱分解する反応器を制御対象とし、
前記反応器には、触媒の補充装置が接続されており、
高さ変数取得処理および補充処理を実行するように構成され、
前記高さ変数取得処理は、高さ変数の値を取得する処理であり、
前記高さ変数は、前記触媒における前記触媒の高さを示す変数であり、
前記補充処理は、前記高さ変数の値に応じて前記補充装置を操作することによって前記反応器に前記触媒を補充する処理である熱分解制御装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記高さ変数は、前記反応器のうちの入口圧力に対する出口圧力の低下量を示す変数であり、
前記補充処理は、前記触媒の補充量をゼロ以上とした場合、前記低下量が大きい場合の前記補充量を前記低下量が小さい場合の前記補充量以下とする条件で前記低下量に応じて前記補充量を変更する処理を含む請求項１記載の熱分解制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の熱分解制御装置、前記反応器、前記補充装置、および加熱装置を備え、
前記加熱装置は、前記反応器に供給されるのに先立って前記炭化水素を加熱する装置である熱分解制御システム。
【請求項４】
前記反応器における前記触媒を含む固形粒子の静止状態における高さを代表径で除算した値は、２以下であり、
前記代表径は、前記反応器のうちの前記炭化水素の流動方向に直交する断面における面積を円周率で除算した値の平方根の２倍であり、
前記反応器の出口温度は、前記反応器の入口温度よりも低い請求項３記載の熱分解制御システム。
【請求項５】
前記出口温度が制御量であるフィードバック制御の操作量によって前記加熱装置を操作する処理であるフィードバック処理を実行するように構成されている請求項４記載の熱分解制御システム。
【請求項６】
前記反応器、前記補充装置、および前記加熱装置を複数備え、
複数の前記反応器は、直列接続されており、
複数の前記反応器は、互いに隣接する反応器である上流側反応器および下流側反応器を含み、
複数の前記加熱装置は、上流側加熱装置および下流側加熱装置を含み、
前記上流側加熱装置によって加熱された前記炭化水素が上流側反応器に供給され、
前記上流側反応器から流出する前記炭化水素が下流側加熱装置によって加熱され、
前記下流側加熱装置によって加熱された前記炭化水素が下流側反応器に供給される請求項４記載の熱分解制御システム。
【請求項７】
前記反応器内を加熱する器内加熱装置をさらに備え、
出口温度取得処理、および温度制御処理を実行するように構成され、
前記出口温度取得処理は、出口温度変数の値を取得する処理であり、
前記出口温度変数は、前記反応器の出口における温度を示す変数であり、
前記温度制御処理は、前記出口温度変数の値を入力として、前記反応器の出口の温度を前記反応器の入口の温度に近付けるように前記器内加熱装置を操作する処理である請求項３記載の熱分解制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解制御装置、および熱分解制御システムに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、触媒を介してメタン等の炭化水素ガスを熱分解させることによって、水素を取り出す装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－２４９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱分解による水素の生成を継続すると、徐々に反応器内において有効に作用する触媒の量が減少するなどして、水素の生成量が減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．炭化水素を水素と炭素とに熱分解する反応器を制御対象とし、前記反応器には、触媒の補充装置が接続されており、高さ変数取得処理および補充処理を実行するように構成され、前記高さ変数取得処理は、高さ変数の値を取得する処理であり、前記高さ変数は、前記触媒における前記触媒の高さを示す変数であり、前記補充処理は、前記高さ変数の値に応じて前記補充装置を操作することによって前記反応器に前記触媒を補充する処理である熱分解制御装置。
【０００６】
上記構成では、反応器における触媒の高さに応じて補充装置により触媒が補充される。そのため、反応器内において有効に作用する触媒の量が減少することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第1の実施形態にかかる熱分解制御システムの構成を示す図である。
反応器における触媒の粒子径および空塔速度と触媒の状態との関係を示す図である。
メタン濃度および水素濃度と、触媒の高さとの関係を示す図である。
第１の実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。
第２の実施形態にかかる熱分解制御システムの構成を示す図である。
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。
第３の実施形態にかかる熱分解制御システムの構成を示す図である。
同実施形態にかかる触媒の高さ方向における反応速度定数およびメタンの温度の設定を説明する図である。
同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図である。
同実施形態の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
「熱分解制御システムの構成」
図１に示すように、熱分解制御システムに供給されたメタンは、圧縮機１０によって圧縮される。圧縮機１０によって圧縮されたメタンは、加熱装置１２によって加熱される。加熱装置１２によって加熱されたメタンは、反応器２０に供給される。
【０００９】
反応器２０の入口２２におけるメタンの温度は、たとえば９００～１０００°Ｃであってもよい。また反応器２０内の圧力は、たとえば数ａｔａ～数十ａｔａであってもよい。
反応器２０には、触媒３２が充填されている。触媒３２は、鉄である。反応器２０には、導入口２４が設けられている。導入口２４には、補充装置３０が接続されている。補充装置３０は、触媒３２を反応器２０に供給する装置である。触媒３２を大気圧下で貯蔵している場合、補充装置３０は、反応器２０に繋がる所定の空間を一旦、反応器２０内の圧力相当まで加圧する装置を備えることが望ましい。これはたとえば、ロックホッパ等を備えて実現できる。
【００１０】
反応器２０においては、メタンが水素と炭素とに熱分解される。熱分解された水素と炭素、およびメタンは、出口２６から流出する。
図１には、ｚ軸方向を重力の作用する方向に平行な方向としている。特に、図１においては、重力の方向と逆方向をz軸の正方向としている。すなわち、入口２２は、反応器２０の下方に設けられており、出口２６は、反応器２０の上方に設けられている。
（【００１１】以降は省略されています）

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