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2. 熱収支の計算（続き）
2.3 ガス系の加熱と冷却
2.3.1 加熱と冷却の必要性
ＮＧ供給からＰＳＡ装置までの流れを熱収支的に考えてみます。
まず、供給されたＮＧを加熱する必要があります。この理由は二つあり、
- ＮＧ中の硫黄分などを脱硫反応器(Desulfurizer)にて反応吸着させますが、その際、脱硫触媒活性を十分引き出すために200～380℃まで加熱する。
- 水蒸気改質炉(Reformer)に入るＮＧにスチームを混ぜるが、その際にスチームが凝縮し配管などにダメージを与えないために、前もってＮＧを予熱する。
このためにＮＧを約350～400℃まで加熱する加熱器が必要となります。
次にＮＧとスチームの混合ガスを水蒸気改質炉(Reformer)入口で加熱する必要があります。この理由は、
- 低温度領域では水蒸気改質触媒の活性が低下し、改質反応に必要な触媒量および触媒充填用改質管（耐熱合金で高価）が増加しコストアップとなる。
- 低い温度でガスを水蒸気改質炉に入れると、水蒸気改質炉(Reformer)の熱負荷が増大して水蒸気改質炉(Reformer)で消費する燃料が増加する。
このためＮＧとスチームの混合ガスを約500～600℃まで加熱します。
水蒸気改質炉を出たガスはＣＯ転化器(CO shift)入口温度まで冷却されます。ＣＯ転化器(CO shift)を出たガスは冷却され、最終的にはＰＳＡ装置上流で常温近くまで冷却されガス中の水分を凝縮分離します。
2.3.2 物質熱収支表の見直し
上記の加熱冷却のために物質熱収支計算表に熱交換器を追加することに致します。 そのために、以下の変更を行いました。
- NG feed下流にＮＧのヒータ (Heater-1)を追加。
- Addstream下流にNGとsteamの混合ストリームのヒータ (Heater-2)を追加。
- 水蒸気改質炉(Reformer)とCO転化器(CO shift)の間に冷却器 (Cooler-1)を追加。実際には廃熱ボイラにする予定。
- CO転化器(CO shift)下流に一連のクーラ (cooler-2,3,4,5,6 & Final Cooler) を追加。
詳細は物質熱収支計算表Version0.7をご覧下さい。
2.3.3 熱収支の計算結果
物質熱収支計算表にて計算した結果の概略を説明します。
さきほどの熱交換器の温度と熱負荷(heat duty)を下表に示します。 ただし、凝縮曲線はＣＯ転化器を出たガス中の凝縮成分（スチーム）の凝縮の有様を温度と熱負荷で作る曲線で示したものです。また、熱負荷の＋は加熱、－は冷却を意味しています。
| Heater/Cooler | 入口温度℃ | 出口温度℃ | 熱負荷 GJ/hr | 凝縮曲線 GJ/hr |
| Heater-1 | 25 | 370 | 15.436 | --- |
| Heater-2 | 363.4 | 560 | 33.922 | --- |
| Cooler-1 | 875 | 360 | -104.476 | --- |
| Cooler-2 | 436 | 360 | -14.681 | 146.352 |
| Cooler-3 | 360 | 250 | -21.035 | 131.671 |
| Cooler-4 | 250 | 155 | -17.702 | 110.636 |
| Cooler-5 | 155 | 130 | -46.133 | 92.934 |
| Cooler-6 | 130 | 100 | -27.642 | 46.801 |
| Final Cooler | 100 | 38 | -19.160 | 19.160 |
また、ＣＯ転化器下流の冷却器の温度と負荷をグラフ化してみました。ＣＯ転化器を出たガスにはスチームが多量に含まれており、冷却の途中でスチームが凝縮し始めます。この時の温度を露点あるいは凝縮点と言いますが、グラフに示しました冷却凝縮曲線(condensing curve)を見ると、ガス中のスチームの露点が約155℃近辺と言うことがわかるでしょう。
