JP2003161267A - 水素リッチガス圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒再生運転時に専用のロータへの交換や、
特殊なモータや流体継手などによる回転数の低減が不要
でコストが安くなり、かつ通常運転時に比べて多くの風
量の触媒再生用ガスを流すことが可能となり、触媒再生
の運転時間が短く、生産性の向上が図れる水素リッチガ
ス圧縮機を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、触媒を有するプラント２に設
置され、通常運転時には水素濃度の高い流体を圧縮して
プラント２に供給すると共に、触媒再生時には触媒再生
用ガスを圧縮してプラント２に供給する水素リッチガス
圧縮機１において、１つのケーシング６内に同一回転軸
３にて連結された２つの圧縮部である低圧側セクション
９と高圧側セクション１０を設け、通常運転時には低圧
側セクション９と高圧側セクション１０とを直列運転と
し、触媒再生運転時には低圧側セクション９と高圧側セ
クション１０とを並列運転とする配管構造１６〜２１を
設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を有する石油
精製プラントや石油化学プラントなどに設置される水素
リッチガス圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の多段遠心圧縮機として、例えば、
図２に示すような水素リッチガス圧縮機５１がある。こ
の水素リッチガス圧縮機５１は、触媒を有する石油精製
プラント（又は石油化学プラント）５２などに適用さ
れ、主に水素ガスを扱う流体機械であり、触媒を再生す
べく窒素ガスを主成分とする運転も行われる。すなわ
ち、水素リッチガス圧縮機５１は、通常運転時には水素
濃度の高い流体を圧縮して石油精製プラント５２に供給
すると共に、触媒再生時には触媒再生用ガスを圧縮して
石油精製プラント５２に供給するように構成されてい
る。このため、水素リッチガス圧縮機５１のケーシング
５３の入出口５４，５５は、図２に示す如く、入口側配
管５６および出口側配管５７を介して石油精製プラント
５２に接続されている。また、ケーシング５３内には、
主として回転軸５８と、この回転軸５８に軸方向へ間隔
を置いて同じ向きに取付けられた複数のインペラ（羽根
車）５９とが設けられており、回転軸５８は、駆動装置
に連結されている。駆動装置例としては、回転速度の増
速装置たるギヤ装置６０と回転駆動源たる一定速のモー
タ６１などがある。

【０００３】一般に水素濃度の高い流体の分子量は，大
きい場合で１０前後であり、触媒再生用ガスの主成分の
窒素ガスの分子量は２８であることにより、これらの分
子量の比は２倍以上である。温度上昇ΔＴは、ガス分子
量ＭＷおよび圧縮機回転数Ｎと一般に次の相関がある。 ΔＴ ＝ｆ１（ＭＷ，Ｎ＾２） ここでｆ１は、ＭＷが増大すれば、ΔＴも増大し、Ｎが
増大すればＮ＾２に相関してΔＴも増大する相関関数で
ある。また、圧縮機の入口と出口の圧力比（Ｐ２／Ｐ
１）も同様に以下の相関がある。 Ｐ２／Ｐ１＝ｆ２（ＭＷ，Ｎ＾２） ここでｆ２は、ＭＷが増大すればＰ２／Ｐ１が増大し、
Ｎが増大すればＮ＾２に相関してＰ２／Ｐ１も増大する
相関関数である。従来、上記水素リッチガス圧縮機の駆
動装置が低速タイプのモータとギヤ装置などの一定速度
タイプである場合、水素濃度の高い通常運転時の圧縮機
出口ガス温度よりも窒素ガスが主成分の触媒再生運転時
の出口ガス温度が高温となり、圧縮機本体およびその下
流の機器をこの高温条件で設計することが必要になる。
また、圧力比も大きくなるのでサージング防止のための
特殊設計が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上述した従来
の水素リッチガス圧縮機５１では、触媒再生運転時に高
温とならないよう、また高圧力比でサージングを起こさ
ないよう回転軸５８およびインペラ５９から成るロータ
（回転体）を交換したり、あるいはポールチェンジモー
タのような特殊な電動機や流体継手を使用してロータの
回転数を下げる等、特異な対応策を採る必要があった。
しかしながら、このような対応策はコストが高くなると
共に、回転数を下げる対応策は触媒再生運転時のガス風
量が少なくなってしまうので、触媒再生時の運転時間が
長くなり、生産性の向上を図ることができないという問
題を有していた。

【０００５】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、触媒再生運転時に専用のロ
ータと交換せずに済み、特殊なモータや流体継手が不要
でコストが安くなり、かつ通常運転時に比べて多くの風
量の触媒再生用ガスを流すことが可能となり、触媒再生
の運転時間が短く、生産性の向上が図れる水素リッチガ
ス圧縮機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明は、触媒を有するプラント
に設置され、通常運転時には水素濃度の高い流体を圧縮
して前記プラントに供給すると共に、触媒再生時には触
媒再生用ガスを圧縮して前記プラントに供給する水素リ
ッチガス圧縮機において、１つのケーシング内に同一回
転軸にて連結された２つの圧縮部を設け、通常運転時に
は前記２つの圧縮部を直列運転とし、触媒再生運転時に
は前記２つの圧縮部を並列運転とする配管構造を設けて
いる。

【０００７】また、本発明において、前記配管構造は、
前記プラントの出口と前記低圧圧縮部の入口とを接続す
る入口側配管と、途中に第１開閉弁が設けられ，かつ前
記入口側配管と前記高圧圧縮部の入口とを接続する入口
分枝配管と、前記プラントの入口と前記高圧圧縮部の出
口とを接続する出口側配管と、途中に第２開閉弁が設け
られ、かつ前記出口側配管と前記低圧圧縮部の出口を接
続する出口分枝配管と、前記出口分枝配管の第２開閉弁
の上流から前記入口分枝配管の第１開閉弁の下流に接続
する低圧圧縮部出口側配管とを備えており、通常運転時
には、前記第１および第２開閉弁を閉じると共に前記第
３開閉弁を開き、前記プラントから吐出された水素濃度
の高い流体が入口側配管、低圧圧縮部、出口分岐配管、
低圧圧縮部出口側配管、入口分岐配管、高圧圧縮部およ
び出口側配管を経て前記プラントに供給され、触媒再生
運転時には、前記第１および第２開閉弁を開くと共に前
記第３開閉弁を閉じ、前記プラントから吐出された触媒
再生用ガスが入口側配管、入口分枝配管、２つの圧縮
部、出口分岐配管および出口側配管を経て前記プラント
に供給されるように構成されている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実
施の形態に係る水素リッチガス圧縮機の概略図である。

【０００９】本発明の実施形態の水素リッチガス圧縮機
１は、図１に示す如く、バックツーバックタイプ（対抗
型）の多段遠心圧縮機であり、図２の従来例と同様、触
媒を有する石油精製プラント（又は石油化学プラント）
２などに適用され、主に水素濃度の高い流体を扱うもの
で、触媒を再生すべく窒素ガスを主成分とする運転も行
われる。すなわち、水素リッチガス圧縮機１は、通常運
転時には水素濃度の高い流体（例えば、分子量が約１
０）を圧縮して石油精製プラント２に供給すると共に、
触媒再生運転時には触媒再生用ガス（例えば、窒素：分
子量が約２８）を圧縮して石油精製プラント２に供給す
るように構成されている。

【００１０】上記水素リッチガス圧縮機１は、図１に示
す如く、水平方向に沿って回転可能に配設される１つの
回転軸３と、この回転軸３に軸方向へ間隔を置いてそれ
ぞれ同軸状に取付けられる複数のインペラ（羽根車）
４，５と、回転軸３およびインペラ４，５から成るロー
タ（回転体）を収容する１つのケーシング６とをそれぞ
れ備えており、回転軸３は、ギヤ装置７などを介して回
転駆動源たる定速運転のモータ８に連結されている。

【００１１】上記ケーシング６内は、２つのセクション
（圧縮部）に仕切られ、低圧側セクション（低圧圧縮
部）９と、高圧側セクション（高圧圧縮部）１０とが隣
接して配置されており、これら低圧側セクション９と高
圧側セクション１０とは、同一ケーシング６内で同一の
回転軸３にて連結されている。各セクション９，１０の
ケーシング６内にはインペラ４，５が複数設けられてお
り、同一のセクション９，１０内では各インペラが同じ
方向に向けられた状態で配置され、セクション９のイン
ペラの向きとセクション１０のインペラの向きは相反す
る状態でそれぞれ配置されている。しかも、各セクショ
ン９，１０のケーシング６の上下流側位置には、ガスの
流通する入口１１，１２および出口１３，１４がそれぞ
れ設けられている。なお、低圧側セクション９と高圧側
セクション１０との間には、圧力流体の通過を抑制する
シール部（図示せず）が設けられており、当該シール部
によって２つのセクション９，１０に仕切られている。

【００１２】また、本実施形態の水素リッチガス圧縮機
１においては、水素濃度の高い流体が循環する通常運転
時には低圧側セクション９と高圧側セクション１０とを
直列運転とし、触媒再生用ガスが循環する触媒再生運転
時には低圧側セクション９と高圧側セクション１０とを
並列運転とする配管構造が設けられている。この配管構
造は、石油精製プラント２の出口２ａと低圧側セクショ
ン９の入口１１とを接続する入口側配管１６，１６ａ
と、途中に第１開閉弁１５が設けられ、かつ入口側配管
１６と高圧側セクション１０の入口１２とを接続する入
口分枝配管１６ｂと、石油精製プラント２の入口２ｂと
高圧側セクション１０の出口１４とを接続する出口側配
管１９，１９ｂと、途中に第２開閉弁１７が設けられ、
かつ出口側配管１９と低圧側セクション９の出口１３を
接続する出口分枝配管１９ａと、出口分枝配管１９ａの
第２開閉弁１７の上流から入口分枝配管１６ｂの第１開
閉弁１５の下流（後流）に接続する低圧側セクション出
口側配管の分岐配管２１とを備えている。

【００１３】入口側配管１６は、低圧側セクション９の
入口１１の位置および高圧側セクション１０の入口１２
の位置と対応して、低圧セクション配管部１６ａと高圧
セクション配管部（入口分枝配管）１６ｂの二股に分か
れている。そして、第１開閉弁１５は、分かれたセクシ
ョン配管部１６ｂに配設されている。また、出口側配管
１９は、低圧側セクション９の出口１３の位置および高
圧側セクション１０の出口１４の位置と対応して、低圧
セクション配管部（出口分枝配管）１９ａと高圧セクシ
ョン配管部１９ｂの二股に分かれている。そして、第２
開閉弁１７は、分かれたセクション配管部１９ａに配設
されている。さらに、分岐配管２１の一端は、第２開閉
弁１７よりも上流の位置で、出口側配管１９の低圧セク
ション配管部１９ａに接続されている。そして、分岐配
管２１の他端は、第１開閉弁１５の下流側位置で、入口
側配管１６の高圧セクション配管部１６ｂに接続されて
いる。

【００１４】次に、本発明の実施形態に係る水素リッチ
ガス圧縮機１の作用について説明する。まず、水素リッ
チガス圧縮機１を起動し、通常運転をする時には、第１
開閉弁１５および第２開閉弁１７を閉じると共に、第３
開閉弁２０を開く。この状態で、水素濃度の高い流体
が、石油精製プラント２の出口２ａから入口側配管１６
に吐出されると、低圧セクション配管部１６ａを通って
低圧側セクション９の入口１１からケーシング６内に吸
い込まれる。吸い込まれた水素濃度の高い流体は、回転
軸３にて回転駆動する複数のインペラ４によって順次圧
縮され、低圧側セクション９の出口１３から出口側配管
１９の低圧セクション配管部１９ａに吐出される。そし
て、吐出された水素濃度の高い流体は、分岐配管２１に
導かれ、第３開閉弁２０を通って入口側配管１６に流
れ、高圧セクション配管部１６ｂを通って高圧側セクシ
ョン１０の入口１２からケーシング６内に吸い込まれ
る。吸い込まれた水素濃度の高い流体は、回転軸３にて
回転駆動する複数のインペラ５によってさらに圧縮さ
れ、高圧側セクション１０の出口１４から出口側配管１
９の高圧セクション配管部１９ｂに吐出される。吐出さ
れた水素濃度の高い流体は、出口側配管１９を通り、入
口２ｂより石油精製プラント２に供給されることにな
る。

【００１５】また、水素リッチガス圧縮機１を起動し、
触媒再生運転をする時には、第１開閉弁１５および第２
開閉弁１７を開くと共に、第３開閉弁２０を閉じる。こ
の状態で、触媒再生用ガスが、石油精製プラント２の出
口２ａから入口側配管１６に吐出されると、低圧セクシ
ョン配管部１６ａと第１開閉弁１５および高圧セクショ
ン配管部１６ｂとを通って低圧側セクション９の入口１
１および高圧側セクション１０の入口１２からケーシン
グ６内にそれぞれ吸い込まれる。吸い込まれた触媒再生
用ガスは、それぞれのセクション９，１０で回転軸３に
て回転駆動する２段のインペラ４，５によって同時並行
で順次圧縮され、低圧側セクション９の出口１３および
高圧側セクション１０の出口１４から出口側配管１９の
低圧セクション配管部１９ａおよび高圧セクション配管
部１９ｂにそれぞれ吐出される。吐出された触媒再生用
ガスは、出口側配管のセクション配管部１９ａ，１９ｂ
や第２開閉弁１７を経て出口側配管１９を通り、入口２
ｂより石油精製プラント２に供給されることになる。

【００１６】本発明の実施形態の水素リッチガス圧縮機
１では、１つのケーシング６内に低圧側セクション９お
よび高圧側セクション１０から成る２つのセクションが
配置され、各セクション９，１０と石油精製プラント２
とが開閉弁１５，１７，２０を設けた入口側配管１６、
出口側配管１９および分岐配管２１によって接続されて
いるため、圧縮するガスの分子量などに応じて、開閉弁
１５，１７，２０の開閉操作を行い、低圧側セクション
９と高圧側セクション１０とを直列運転としたり、並列
運転としたりすることができる。したがって、水素濃度
が高く、重さの軽い流体を圧縮する通常運転時は、低圧
側セクション９と高圧側セクション１０とを直列して運
転し、重い窒素ガスなどの触媒再生用ガスを圧縮する触
媒再生運転時は、低圧側セクション９と高圧側セクショ
ン１０との並列運転にて触媒再生運転時に出口温度が高
温になることの回避やサージングを回避した運転が可能
となるため、触媒再生専用のロータに交換する作業や、
特殊なモータや流体継手などによって回転数を下げる必
要が不要となり、かつ通常運転時の２倍近い風量を流す
ことができ、触媒再生の運転時間を短縮できる。

【００１７】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更
が可能である。例えば、既述の実施の形態では、各セク
ション９，１０間でインペラ４，５の背面が向き合った
状態で配置されるバックツーバックタイプを採用してい
るが、２つのセクションに分かれていれば、各セクショ
ン９，１０間でインペラ４，５の背面が同じ方向に向け
られた状態で配置されるコンパウンドタイプを採用して
も良い。

【００１８】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る水素リッチガ
ス圧縮機は、触媒を有するプラントに設置され、通常運
転時には水素濃度の高い流体である水素リッチガスを圧
縮して前記プラントに供給すると共に、触媒再生時には
触媒再生用ガスを圧縮して前記プラントに供給するもの
であって、１つのケーシング内に同一回転軸にて連結さ
れた２つの圧縮部を設け、通常運転時には前記２つの圧
縮部を直列運転とし、触媒再生運転時には前記２つの圧
縮部を並列運転とする配管構造を設けているので、触媒
再生運転時に専用のロータと交換する必要もなく、また
特殊なモータや流体継手で回転数を下げる必要もなく、
コストを低減させることができ、しかも、通常運転時に
比べて多くの風量の触媒再生用ガスを流すことが可能と
なり、触媒再生の運転時間の短縮化および生産性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る水素リッチガス圧縮
機とプラントとの関係を示す概略図である。

【図２】従来の水素リッチガス圧縮機とプラントとの関
係を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 水素リッチガス圧縮機 ２ 石油精製・石油化学プラント ３ 回転軸 ４，５ インペラ ６ ケーシング ７ ギヤ装置 ８ モータ ９ 低圧側セクション（圧縮部） １０ 高圧側セクション（圧縮部） １１，１２ 入口 １３，１４ 出口 １５ 第１開閉弁 １６ 入口側配管 １７ 第２開閉弁 １９ 出口側配管 ２０ 第３開閉弁 ２１ 分岐配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒を有するプラントに設置され、通常
   運転時には水素濃度の高い流体である水素リッチガスを
   圧縮して前記プラントに供給すると共に、触媒再生時に
   は触媒再生用ガスを圧縮して前記プラントに供給する水
   素リッチガス圧縮機において、１つのケーシング内に同
   一回転軸にて連結された低圧圧縮部と高圧圧縮部の２つ
   の圧縮部を設け、通常運転時には前記２つの圧縮部を直
   列運転とし、触媒再生運転時には前記２つの圧縮部を並
   列運転とする配管構造を設けたことを特徴とする水素リ
   ッチガス圧縮機。
2. 【請求項２】 前記配管構造は、前記プラントの出口と
   前記低圧圧縮部の入口とを接続する入口側配管と、途中
   に第１開閉弁が設けられ，かつ前記入口側配管と前記高
   圧圧縮部の入口とを接続する入口分枝配管と、前記プラ
   ントの入口と前記高圧圧縮部の出口とを接続する出口側
   配管と、途中に第２開閉弁が設けられ、かつ前記出口側
   配管と前記低圧圧縮部の出口を接続する出口分枝配管
   と、前記出口分枝配管の第２開閉弁の上流から前記入口
   分枝配管の第１開閉弁の下流に接続する低圧圧縮部出口
   側配管とを備えており、通常運転時には、前記第１およ
   び第２開閉弁を閉じると共に前記第３開閉弁を開き、前
   記プラントから吐出された水素濃度の高い流体が入口側
   配管、低圧圧縮部、出口分岐配管、低圧圧縮部出口側配
   管、入口分岐配管、高圧圧縮部および出口側配管を経て
   前記プラントに供給され、触媒再生運転時には、前記第
   １および第２開閉弁を開くと共に前記第３開閉弁を閉
   じ、前記プラントから吐出された触媒再生用ガスが入口
   側配管、入口分枝配管、２つの圧縮部、出口分岐配管お
   よび出口側配管を経て前記プラントに供給されるように
   構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水素
   リッチガス圧縮機。