JP2000258580A - Method for evaluating performance of inflammable gas- eliminating device - Google Patents
Method for evaluating performance of inflammable gas- eliminating deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、可燃性ガスを触媒
反応を利用して除去する可燃性ガス除去装置の性能評価
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus for removing combustible gas by utilizing a catalytic reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、静的に可燃性ガスを除去する装置
として、可燃性ガスの再結合を促進する触媒を用いた装
置が、例えば、原子力発電所内に設置され、とくに事故
時に原子炉格納容器内に発生する可燃性ガスを除去し、
内圧の上昇を抑制する効果を発揮している。2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for statically removing flammable gas, a device using a catalyst for promoting the recombination of flammable gas has been installed, for example, in a nuclear power plant. Remove combustible gas generated in the container,
It has the effect of suppressing the rise in internal pressure.
【0003】図7は、従来の触媒式可燃性ガス除去装置
の概略を示す斜視図である。以下、この可燃性ガス除去
装置の代表的使用例として、この装置を原子炉格納容器
内に設置した場合について説明する。触媒11を保持し
たカートリッジ12を内蔵する筐体13は、2つの開口
部14a,14bを備えている。また、原子炉格納容器
内のガスは、筐体13の下方に設けられた開口部14b
から、筐体13内に取り込まれる。FIG. 7 is a perspective view schematically showing a conventional catalytic combustible gas removing apparatus. Hereinafter, as a typical example of use of this combustible gas removing device, a case where this device is installed in a containment vessel will be described. The housing 13 containing the cartridge 12 holding the catalyst 11 has two openings 14a and 14b. The gas in the containment vessel is supplied to the opening 14 b provided below the housing 13.
From the housing 13.
【0004】原子炉格納容器内雰囲気の可燃性ガス濃度
が上昇すると、筐体13内では、触媒11の作用によ
り、雰囲気中の水素と酸素の再結合反応が生じる。この
際発生する反応熱によって暖められたガスは、筐体13
の上方に設けられた開口部14aから排出される。こう
して、触媒11で発生する反応熱により、触媒式再結合
装置の内部を流通する自然循環流が形成される。When the concentration of the flammable gas in the atmosphere in the containment vessel rises, a recombination reaction of hydrogen and oxygen in the atmosphere occurs in the casing 13 by the action of the catalyst 11. The gas heated by the reaction heat generated at this time is
Is discharged from an opening 14a provided at the upper part of the frame. In this way, the reaction heat generated in the catalyst 11 forms a natural circulation flow flowing through the inside of the catalytic recombination device.
【0005】図8(a)および(b)は、ともに、図7
に示した筐体13内に担持される、触媒11からなるカ
ートリッジ12の代表的構成を示す斜視図である。図8
(a)に示したカートリッジ12Aは、球状に成型され
た多孔性物質15に触媒11を担持してなるものであ
り、また図8(b)に示したカートリッジ12Bは、金
属板16の表面に触媒11を塗布したものである。FIGS. 8A and 8B both show FIGS.
FIG. 3 is a perspective view showing a typical configuration of a cartridge 12 made of a catalyst 11 carried in a housing 13 shown in FIG. FIG.
The cartridge 12A shown in FIG. 8A has a structure in which the catalyst 11 is supported on a porous material 15 formed into a spherical shape. The cartridge 12B shown in FIG. The catalyst 11 was applied.
【0006】この触媒式可燃性ガス除去装置において
は、その性能を評価する目的で、水素除去濃度の評価を
行っている。この評価は、おもに以下の評価式による。
図8(a)のカートリッジ12Aを有する装置における
水素除去速度をDRA、図8(b)のカートリッジ12
Bを有する装置における水素除去速度をDRB とする
と、DRA およびDRB は、それぞれ以下のように表
される。 DRA=FscaleA・FpoisonA・FlowOA・ηA・aA・CH2 bA・P/T 式 (1) DRB = FpoisonB・FlowOB・ηB・aB・CH2・(cB・P+dB) 式(2) ここで、 DR:水素除去速度[kg/s]、 Fscale,c,d :装置のスケーリングを表す因子
(ファクター)、 Fpoison :触媒毒による水素除去速度の低下に対する
因子、 FlowO:低酸素濃度に対する因子、 η:反応効率、 a:実験により求められる水素除去因子、 b:実験により求められる水素除去乗数、 P:雰囲気圧力、 T:雰囲気温度 を示す。また、各式における各因子の添字のAは、図8
(a)のカートリッジ12Aに、添字のBは、図8
(b)のカートリッジ12Bにそれぞれ対応する。In this catalytic combustible gas removing apparatus, the hydrogen removal concentration is evaluated for the purpose of evaluating its performance. This evaluation is mainly based on the following evaluation formula.
In the apparatus having the cartridge 12A of FIG. 8A, the hydrogen removal rate is DR A , and the cartridge 12 of FIG.
When hydrogen removal rate in the apparatus with B and DR B, DR A and DR B are respectively expressed as follows. DR A = F scaleA · F poisonA · F lowOA · η A · a A · C H2 bA · P / T formula (1) DR B = F poisonB · F lowOB · η B · a B · C H2 · (c B · P + d B) formula (2) where, DR: hydrogen removal rate [kg / s], F scale , c, d: factor representing a scaling device (factor), F poison: reduction of the hydrogen removal rate by catalyst poisons F lowO : Factor for low oxygen concentration, η: Reaction efficiency, a: Hydrogen removal factor determined by experiment, b: Hydrogen removal multiplier determined by experiment, P: Atmospheric pressure, T: Atmospheric temperature. In addition, the suffix A of each factor in each equation is as shown in FIG.
In the cartridge 12A shown in FIG.
(B) corresponds to the cartridge 12B.
【0007】こうした可燃性ガス除去装置における従来
の水素除去速度評価式は、特定の触媒式可燃性ガス除去
装置に対して、実験により求められたファクターを使用
して、水素濃度の関数として水素除去速度を表すもので
ある。一方、触媒反応熱によって触媒層間に発生する浮
力を駆動力とする自然循環流速も、水素濃度の関数とし
て表され、実験ファクターの中に陰に取り込まれてい
る。The conventional equation for evaluating the rate of hydrogen removal in such a combustible gas removing apparatus uses a factor determined experimentally for a specific catalytic combustible gas removing apparatus to calculate the hydrogen removal rate as a function of the hydrogen concentration. It represents speed. On the other hand, the natural circulation flow rate, which is driven by the buoyancy generated between the catalyst layers due to the heat of the catalyst reaction, is also expressed as a function of the hydrogen concentration, and is hidden behind the experimental factors.
【0008】このような速度評価式は、特定の触媒式可
燃性ガス除去装置による可燃性ガスの除去速度評価に対
して簡便に使用できるという利点がある。[0008] Such a speed evaluation formula has the advantage that it can be easily used for evaluating the removal rate of combustible gas by a specific catalytic combustible gas removal device.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た速度評価式においては、触媒の種類、触媒層及び触媒
式可燃性ガス除去装置全体の構成が変化した場合、それ
までの実験ファクター(因子)が使用できなくなるとい
う課題がある。However, in such a speed evaluation formula, when the type of catalyst, the catalyst layer, and the configuration of the entire catalytic combustible gas removing apparatus change, the experimental factors used up to that time are used. There is a problem that it will not be possible.
【0010】また、従来の速度評価式は、評価式で使用
されている実験ファクターが取得された実験の雰囲気条
件の範囲でのみ適用が可能となるものである。よって、
実験ファクターが取得された条件を逸脱するような雰囲
気条件への適用や、新規の触媒式可燃性ガス除去装置の
性能評価のためには、新たな試験を実施し新たに実験フ
ァクターを取得しなければならない。Further, the conventional speed evaluation formula can be applied only in the range of the atmosphere condition of the experiment in which the experimental factor used in the evaluation formula is obtained. Therefore,
In order to apply to experimental conditions where the experimental factors deviate from the obtained conditions and to evaluate the performance of the new catalytic combustible gas removal equipment, new tests must be performed and new experimental factors must be obtained. Must.
【0011】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、触媒活性点における単位面積当たりの可燃性ガスの
質量流束(マスフラックス;質量フラックスとも呼ばれ
る。)すなわち触媒反応速度と、触媒外表面上の濃度境
界層内での可燃性ガスの拡散による質量流束と、さらに
触媒担体が多孔性固体の場合における多孔性固体内細孔
での可燃性ガスの拡散による質量流束との関係に着目
し、定常時においてこれらのパラメータが平衡状態にあ
るとして、理論的に可燃性ガス除去速度の評価を行い、
試験体の作成及び新たな実験なしに可燃性ガス除去装置
の性能評価を可能とすることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a problem that a mass flux of a combustible gas per unit area (mass flux; also referred to as a mass flux) at a catalytic active point, that is, a catalytic reaction rate, and a catalyst outer surface. The relationship between the mass flux due to the diffusion of combustible gas in the upper concentration boundary layer and the mass flux due to the diffusion of combustible gas through the pores in the porous solid when the catalyst support is a porous solid Focusing on, assuming that these parameters are in an equilibrium state at steady state, theoretically evaluate the flammable gas removal rate,
An object of the present invention is to make it possible to evaluate the performance of a combustible gas removing device without preparing a test body and performing a new experiment.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る請求項1記載の発明では、多孔性固体
からなる可燃性ガスの再結合触媒を筐体内に配置してな
り開口部を有する可燃性ガス除去装置のガス除去性能を
評価する可燃性ガス除去装置の性能評価方法において、
前記可燃性ガス除去装置内を流通するガスに含まれる反
応物質に関して、前記触媒表面近傍に位置する濃度境界
層での前記ガスの拡散による前記触媒外表面への質量流
束と、前記多孔性固体の細孔内での前記ガスの拡散によ
る前記触媒の活性点への質量流束とが平衡状態にあると
して、前記触媒活性点における前記反応物質の濃度を与
えることにより、前記反応物質の前記触媒外表面での濃
度を演算し、この触媒外表面での濃度によって前記反応
物質の除去速度を演算することを特徴とする。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a combustible gas recombination catalyst comprising a porous solid is disposed in a housing. In the performance evaluation method of the flammable gas removal device for evaluating the gas removal performance of the flammable gas removal device having a portion,
Regarding the reactants contained in the gas flowing through the combustible gas removing device, the mass flux to the outer surface of the catalyst by the diffusion of the gas in the concentration boundary layer located near the catalyst surface, and the porous solid The mass flux to the active point of the catalyst due to the diffusion of the gas in the pores is in an equilibrium state, and by giving the concentration of the reactant at the catalytic active point, the catalyst of the reactant The concentration on the outer surface is calculated, and the removal rate of the reactant is calculated based on the concentration on the outer surface of the catalyst.
【0013】また、触媒担体が多孔性固体であり、か
つ、触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速度が主
流中から触媒活性点までの可燃性ガスの拡散速度と比較
して十分に速い場合に、触媒表面上に可燃性ガスの濃度
境界層を仮定し、濃度境界層における可燃性ガスの拡散
による触媒外表面への質量流束と、多孔性触媒の細孔内
における可燃性ガスの拡散による触媒活性点への質量流
束が平衡状態にあると仮定し、可燃性ガスの主流中濃度
に対する触媒活性点における濃度の割合を十分小さな値
として与え、可燃性ガスの主流中濃度に対する触媒外表
面における濃度の割合を算出し、この割合と可燃性ガス
の主流中濃度から可燃性ガスの触媒表面への質量流束を
算出し、この質量流束を可燃性ガスの除去速度とする。Further, when the catalyst carrier is a porous solid and the catalytic reaction rate of the combustible gas at the catalytically active point is sufficiently higher than the diffusion rate of the combustible gas from the mainstream to the catalytically active point. In addition, assuming a concentration boundary layer of flammable gas on the catalyst surface, the mass flux to the outer surface of the catalyst due to the diffusion of flammable gas in the concentration boundary layer and the diffusion of flammable gas in the pores of the porous catalyst Is assumed to be in a state of equilibrium, and the ratio of the concentration of the flammable gas at the catalytically active point to the concentration in the mainstream is given as a sufficiently small value. The ratio of the concentration at the surface is calculated, and the mass flux of the combustible gas to the catalyst surface is calculated from the ratio and the concentration of the combustible gas in the mainstream, and this mass flux is used as the removal rate of the combustible gas.
【0014】また、請求項2記載の発明では、多孔性固
体からなる可燃性ガスの再結合触媒を筐体内に配置して
なり開口部を有する可燃性ガス除去装置のガス除去性能
を評価する可燃性ガス除去装置の性能評価方法におい
て、前記可燃性ガス除去装置内を流通するガスに含まれ
る反応物質に関して、前記触媒表面近傍に位置する濃度
境界層での前記ガスの拡散による前記触媒外表面への質
量流束と、前記多孔性固体の細孔内での前記ガスの拡散
による触媒活性点への質量流束と、前記触媒活性点にお
ける前記ガスの触媒細孔内単位面積当たりの質量流束と
が平衡状態にあるとして、前記触媒細孔内表面における
前記反応物質の濃度を与えることにより、前記反応物質
の前記ガスの主流中濃度を演算し、この主流中濃度によ
って前記反応物質の除去速度を演算することを特徴とす
る。According to the second aspect of the present invention, the flammable gas removing device having an opening in which a flammable gas recombination catalyst made of a porous solid is disposed in a housing to evaluate the gas removing performance of the device. In the method for evaluating the performance of a flammable gas removal device, the reactant contained in the gas flowing through the flammable gas removal device, to the outer surface of the catalyst by diffusion of the gas in a concentration boundary layer located near the catalyst surface. The mass flux of the gas to the catalytically active site due to diffusion of the gas in the pores of the porous solid, and the mass flux of the gas at the catalytically active site per unit area in the catalytic pore. Is in an equilibrium state, the concentration of the reactant on the inner surface of the catalyst pores is given to calculate the concentration of the reactant in the main flow of the gas, and the concentration of the reactant in the main flow is calculated based on the concentration in the main flow. Characterized by calculating a speed removed by.
【0015】すなわち、触媒担体が多孔性固体であり、
かつ、触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速度が
全体の可燃性ガス除去速度に対して無視できない場合
に、触媒表面上に可燃性ガスの濃度境界層を仮定し、こ
の濃度境界層における可燃性ガスの拡散による触媒外表
面への質量流束と、多孔性触媒の細孔内における可燃性
ガスの拡散による触媒の活性点への質量流束と、触媒活
性点における可燃性ガスの単位面積当たりの触媒反応速
度が平衡状態にあると仮定し、可燃性ガスの主流中濃度
に対する触媒活性点における濃度の割合と、可燃性ガス
の主流中濃度に対する触媒外表面における濃度の割合を
算出し、ここから可燃性ガスの主流中濃度を逆算し、可
燃性ガスの主流中濃度に対する触媒外表面濃度の割合と
可燃性ガスの主流中濃度から、触媒外表面に向かう可燃
性ガスの質量流束を算出し、この質量流束を可燃性ガス
の除去速度とする。That is, the catalyst carrier is a porous solid,
If the catalytic reaction rate of the combustible gas at the catalytic active point is not negligible with respect to the overall combustible gas removal rate, a flammable gas concentration boundary layer is assumed on the catalyst surface. Mass flux to the outer surface of catalyst due to diffusion of flammable gas, mass flux to active point of catalyst due to diffusion of flammable gas in pores of porous catalyst, and unit area of flammable gas at active point of catalyst Assuming that the per-catalyst reaction rate is in an equilibrium state, the ratio of the concentration of the combustible gas at the catalyst active site to the concentration in the mainstream and the ratio of the concentration of the combustible gas on the outer surface of the catalyst to the concentration in the mainstream are calculated, From this, the concentration of the flammable gas in the mainstream is calculated back, and the mass flux of the flammable gas toward the outer surface of the catalyst is calculated from the ratio of the concentration of the outer surface of the catalyst to the concentration of the flammable gas in the mainstream and the concentration of the flammable gas in the mainstream. Out to the mass flux and removal rate of the combustible gas.
【0016】また、請求項3記載の発明では、板上に可
燃性ガスの再結合触媒を塗布してなる触媒担体を筐体内
に配置してなり開口部を有する可燃性ガス除去装置のガ
ス除去性能を評価する可燃性ガス除去装置の性能評価方
法において、前記可燃性ガス除去装置内を流通するガス
に含まれる反応物質に関して、前記触媒表面近傍に位置
する濃度境界層での前記ガスの拡散による前記触媒表面
への質量流束を演算し、この触媒表面への質量流束によ
って前記反応物質の除去速度を演算することを特徴とす
る。According to the third aspect of the present invention, there is provided a combustible gas removing apparatus having an opening in which a catalyst carrier obtained by applying a combustible gas recombination catalyst on a plate is disposed in a housing. In the method for evaluating the performance of a combustible gas removing device for evaluating the performance, regarding a reactant contained in a gas flowing through the combustible gas removing device, by diffusion of the gas in a concentration boundary layer located near the catalyst surface. The method is characterized in that a mass flux to the catalyst surface is calculated, and a removal rate of the reactant is calculated based on the mass flux to the catalyst surface.
【0017】すなわち、触媒担体が多孔性固体ではな
く、かつ、触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速
度が主流中から触媒活性点までの可燃性ガスの拡散速度
と比較して十分に速い場合に、触媒表面上に可燃性ガス
の濃度境界層を仮定し、この濃度境界層における可燃性
ガスの拡散による触媒表面への質量流束を算出し、この
質量流束を可燃性ガスの除去速度とすることを特徴とす
る。That is, when the catalyst carrier is not a porous solid and the catalytic reaction rate of the combustible gas at the catalytically active point is sufficiently higher than the diffusion rate of the combustible gas from the mainstream to the catalytically active point. Then, assuming a combustible gas concentration boundary layer on the catalyst surface, the mass flux to the catalyst surface due to the diffusion of the combustible gas in the concentration boundary layer is calculated, and this mass flux is used as the removal rate of the combustible gas. It is characterized by the following.
【0018】また、請求項4記載の発明では、板上に可
燃性ガスの再結合触媒を塗布してなる触媒担体を筐体内
に配置してなり開口部を有する可燃性ガス除去装置のガ
ス除去性能を評価する可燃性ガス除去装置の性能評価方
法において、前記可燃性ガス除去装置内を流通するガス
に含まれる反応物質に関して、前記触媒表面近傍に位置
する濃度境界層での前記ガスの拡散による前記触媒外表
面への質量流束と、前記触媒活性点における前記ガスの
触媒細孔内単位面積当たりの質量流束とが平衡状態にあ
るとして、前記触媒表面における前記反応物質の濃度を
与えることにより、前記反応物質の前記ガスの主流中濃
度を演算し、この主流中濃度によって前記反応物質の除
去速度を演算することを特徴とする。According to the fourth aspect of the present invention, there is provided a gas removal apparatus for a combustible gas removing apparatus having an opening in which a catalyst carrier formed by applying a combustible gas recombination catalyst on a plate is disposed in a housing. In the method for evaluating the performance of a combustible gas removing device for evaluating the performance, regarding a reactant contained in a gas flowing through the combustible gas removing device, by diffusion of the gas in a concentration boundary layer located near the catalyst surface. Assuming that the mass flux to the outer surface of the catalyst and the mass flux per unit area in the catalyst pores of the gas at the catalyst active point are in an equilibrium state, giving the concentration of the reactant on the catalyst surface Calculating the concentration of the reactant in the mainstream of the gas, and calculating the removal rate of the reactant based on the concentration in the mainstream.
【0019】すなわち、触媒担体が多孔性固体ではな
く、かつ、触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速
度が全体の可燃性ガス除去速度に対して無視できない場
合に、触媒表面上に可燃性ガスの濃度境界層を仮定し、
この濃度境界層における可燃性ガスの拡散による触媒表
面への質量流束と、触媒表面における可燃性ガスの単位
面積当たりの触媒反応速度が平衡状態にあると仮定し、
可燃性ガスの主流中濃度に対する触媒表面における濃度
の割合を算出し、ここから可燃性ガスの主流中濃度を逆
算し、可燃性ガスの主流中濃度に対する触媒表面におけ
る濃度の割合と可燃性ガスの主流中濃度から触媒表面に
向かう可燃性ガスの質量流束を算出し、この質量流束を
前記可燃性ガスの除去速度とする。That is, when the catalyst support is not a porous solid and the catalytic reaction rate of the combustible gas at the catalytically active site is not negligible with respect to the total combustible gas removal rate, the combustible gas is deposited on the catalyst surface. Assuming a concentration boundary layer of
Assuming that the mass flux to the catalyst surface due to the diffusion of the combustible gas in the concentration boundary layer and the catalytic reaction rate per unit area of the combustible gas on the catalyst surface are in an equilibrium state,
Calculate the ratio of the concentration of flammable gas on the surface of the catalyst to the concentration of flammable gas on the surface of the catalyst. The mass flux of the combustible gas toward the catalyst surface is calculated from the concentration in the mainstream, and this mass flux is used as the removal rate of the combustible gas.
【0020】以上説明した請求項1ないし請求項4記載
の発明の構成によれば、触媒の形状、あるいは対象とな
る反応物質の反応速度の大小に関わらず、適切な場合分
けを考慮して、それぞれの場合に即して理論的に可燃性
ガス除去速度評価式を得ることができる。According to the construction of the invention described in claims 1 to 4 above, regardless of the shape of the catalyst or the magnitude of the reaction rate of the target reactant, an appropriate case is taken into consideration. In each case, a formula for evaluating the flammable gas removal rate can be theoretically obtained.
【0021】さらに、請求項5記載の発明では、上述の
請求項1ないし請求項4記載の発明において、前記反応
物質に代えて前記可燃性ガス除去装置内を流通するガス
に含まれる触媒毒物質を適用し、前記反応物質の除去速
度に代えて前記触媒毒物質の前記触媒への付着速度を演
算することを特徴とする。Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the catalyst poisonous substance contained in the gas flowing through the combustible gas removing device instead of the reactant. And calculating the rate of attachment of the catalyst poison to the catalyst instead of the rate of removal of the reactants.
【0022】すなわち、請求項1記載の発明の変形とし
て、触媒担体が多孔性固体であり、かつ、触媒細孔内表
面における触媒毒物質の吸着速度が主流中から触媒細孔
内表面までの触媒毒物質の拡散速度と比較して十分に速
い場合に、触媒表面上に触媒毒物質の濃度境界層を仮定
し、この濃度境界層における触媒毒物質の拡散による触
媒外表面への質量流束と、多孔性触媒内の細孔における
触媒毒物質の拡散による触媒細孔内表面への質量流束が
平衡状態にあると仮定し、触媒毒物質の主流中濃度に対
する触媒細孔内表面における濃度の割合として十分に小
さい値を与え、触媒毒物質の主流中濃度に対する触媒外
表面における濃度の割合を算出し、この割合と触媒毒物
質の主流中濃度から触媒外表面に向かう触媒毒物質の質
量流束を算出し、この質量流束を触媒毒物質の触媒への
付着速度とする。That is, as a modification of the first aspect of the present invention, the catalyst carrier is a porous solid, and the adsorption speed of the catalyst poison on the inner surface of the catalyst pores is from the mainstream to the inner surface of the catalyst pores. If the poison diffusion rate is sufficiently high compared to the poison diffusion rate, a concentration boundary layer of the catalyst poison is assumed on the catalyst surface, and the mass flux to the outer surface of the catalyst due to the diffusion of the catalyst poison in the concentration boundary layer is calculated. Assuming that the mass flux to the inner surface of the catalyst pore due to the diffusion of the catalyst poison in the pores in the porous catalyst is in an equilibrium state, Given a sufficiently small value as the ratio, calculate the ratio of the concentration of the catalyst poison on the outer surface of the catalyst to the concentration of the catalyst poison in the main flow, and calculate the mass flow of the catalyst poison from the concentration of the catalyst poison in the main flow toward the outer surface of the catalyst. Calculate the bunch, The mass flux and deposition rate to the catalyst of the catalyst poisons.
【0023】あるいは、請求項2記載の発明の変形とし
て、触媒担体が多孔性固体であり、かつ、触媒細孔内表
面における触媒毒物質の吸着速度が全体の触媒毒物質付
着速度に対して無視できない場合に、触媒表面上に触媒
毒物質の濃度境界層を仮定し、この濃度境界層における
触媒毒物質の拡散による触媒外表面への質量流束と、多
孔性触媒内の細孔における触媒毒物質の拡散による触媒
細孔内表面への質量流束と、触媒細孔内表面における触
媒毒物質の単位面積当たりの吸着速度が平衡状態にある
と仮定し、触媒毒物質の主流中濃度に対する触媒細孔内
表面における濃度の割合と、触媒毒物質の主流中濃度に
対する触媒外表面における濃度の割合を算出し、ここか
ら触媒毒物質の主流中濃度を逆算し、触媒毒物質の主流
中濃度に対する触媒外表面における濃度の割合と触媒毒
物質の主流中濃度から触媒外表面に向かう触媒毒物質の
質量流束を算出し、この質量流束を触媒毒物質の触媒へ
の付着速度とする。Alternatively, as a modification of the second aspect of the present invention, the catalyst carrier is a porous solid, and the adsorption speed of the catalyst poison on the inner surface of the catalyst pores is negligible with respect to the entire catalyst poison adhering speed. If this is not possible, a concentration boundary layer of the catalyst poison is assumed on the catalyst surface, and the mass flux to the outer surface of the catalyst due to the diffusion of the catalyst poison in this concentration boundary layer and the catalyst poison in the pores in the porous catalyst Assuming that the mass flux to the inner surface of the catalyst pore due to the diffusion of the substance and the adsorption rate per unit area of the catalyst poison on the inner surface of the catalyst pore are in an equilibrium state, the catalyst for the concentration of the catalyst poison in the mainstream is Calculate the ratio of the concentration on the inner surface of the pores and the ratio of the concentration on the outer surface of the catalyst to the concentration of the catalyst poison in the mainstream. Touch Calculating the mass flux of the catalyst poisons directed from mainstream concentration ratio and catalyst poisons of concentration at the outer surface on the catalyst outer surface to the mass flux and deposition rate to the catalyst of the catalyst poisons.
【0024】あるいは請求項3記載の発明の変形とし
て、触媒担体が多孔性固体ではなく、かつ、触媒表面に
おける触媒毒物質の吸着速度が主流中から触媒表面まで
の触媒毒物質の拡散速度と比較して十分に速い場合に、
触媒表面上に触媒毒物質の濃度境界層を仮定し、この濃
度境界層における触媒毒物質の拡散による触媒表面への
質量流束を算出し、この質量流束を触媒毒物質の付着速
度とする。Alternatively, as a modification of the third aspect of the invention, the catalyst carrier is not a porous solid, and the adsorption speed of the catalyst poison on the catalyst surface is compared with the diffusion speed of the catalyst poison from the mainstream to the catalyst surface. And if it's fast enough,
Assuming a concentration boundary layer of the catalyst poison on the catalyst surface, calculating a mass flux to the catalyst surface due to diffusion of the catalyst poison in the concentration boundary layer, and using the mass flux as a deposition rate of the catalyst poison. .
【0025】あるいは請求項4記載の発明の変形とし
て、触媒担体が多孔性固体ではなく、かつ、触媒表面に
おける触媒毒物質の吸着速度が全体の触媒毒物質付着速
度に対して無視できない場合に、触媒表面上に触媒毒物
質の濃度境界層を仮定し、この濃度境界層における触媒
毒物質の拡散による触媒表面への質量流束と、触媒表面
における触媒毒物質の単位面積当たりの吸着速度が平衡
状態にあると仮定し、触媒毒物質の主流中濃度に対する
触媒表面における濃度の割合を算出し、ここから触媒毒
物質の主流中濃度を逆算し、触媒毒物質の主流中濃度に
対する触媒表面における濃度の割合と触媒毒物質の主流
中濃度から触媒表面に向かう可燃性ガスの質量流束を算
出し、この質量流束を触媒毒物質の付着速度とする。Alternatively, as a modification of the invention according to claim 4, when the catalyst carrier is not a porous solid and the adsorption speed of the catalyst poison on the catalyst surface is not negligible with respect to the entire catalyst poison attachment speed, Assuming a concentration boundary layer of the catalyst poison on the catalyst surface, the mass flux to the catalyst surface due to the diffusion of the catalyst poison in the concentration boundary layer and the adsorption rate per unit area of the catalyst poison on the catalyst surface are balanced. Calculate the ratio of the concentration of the catalyst poison in the mainstream to the concentration in the mainstream, calculate the concentration of the catalyst poison in the mainstream from this, and calculate the concentration of the catalyst poison in the mainstream with respect to the concentration in the mainstream. The mass flux of the combustible gas toward the catalyst surface is calculated from the ratio of the catalyst poison and the concentration in the mainstream of the catalyst poison, and this mass flux is used as the deposition rate of the catalyst poison.
【0026】請求項5記載の発明によれば、触媒の形
状、あるいは対象となる反応物質の反応速度の大小に関
わらず、適切な場合分けを考慮して、それぞれの場合に
即して理論的に触媒毒物質付着速度評価式を得ることが
できる。さらに本発明においては、触媒活性点における
可燃性ガスの触媒反応速度が全体の可燃性ガス除去速度
に対して無視できない場合に、触媒の活性点における可
燃性ガスの触媒反応速度を減少させることにより、触媒
毒物質付着による可燃性ガス除去速度の低下を表現する
ことが好適である。これにより、触媒活性点における可
燃性ガスの触媒反応速度が全体の可燃性ガス除去速度に
対して無視できない場合に、理論的に触媒毒物質付着に
よる可燃性ガス除去速度の低下を評価することができ
る。According to the fifth aspect of the present invention, regardless of the shape of the catalyst or the magnitude of the reaction rate of the target reactant, an appropriate case is taken into consideration and a theoretical Thus, a formula for evaluating the deposition rate of the catalyst poison can be obtained. Further, in the present invention, by reducing the catalytic reaction rate of the flammable gas at the active point of the catalyst when the catalytic reaction rate of the flammable gas at the catalytic active point is not negligible with respect to the overall flammable gas removal rate. In addition, it is preferable to express the decrease in the combustible gas removal rate due to the attachment of the catalyst poison. This makes it possible to theoretically evaluate the decrease in the flammable gas removal rate due to the attachment of catalyst poison when the catalytic reaction rate of the flammable gas at the catalyst active point is not negligible with respect to the overall flammable gas removal rate. it can.
【0027】また本発明においては、触媒の活性点にお
ける可燃性ガスの濃度を増加させることにより、触媒毒
物質付着による可燃性ガス除去速度の低下を表現するこ
とが好適である。これにより、理論的に触媒毒物質付着
による可燃性ガス除去速度の低下を評価することができ
る。In the present invention, it is preferable to express the decrease in the rate of removing the combustible gas due to the attachment of the catalyst poisonous substance by increasing the concentration of the combustible gas at the active point of the catalyst. This makes it possible to theoretically evaluate a decrease in the combustible gas removal rate due to the attachment of the catalyst poison.
【0028】また本発明においては、触媒担体が多孔性
固体でかつ、触媒毒物質がエアロゾルである場合に、触
媒細孔内及び触媒外表面エアロゾル沈着による触媒細孔
構造の変化に基づき、触媒細孔内の拡散による可燃性ガ
スの質量流束を減少させることにより、触媒毒物質付着
による可燃性ガス除去速度の低下を表現することが好適
である。これにより、かかる場合に、理論的に触媒毒物
質付着による可燃性ガス除去速度の低下を評価すること
ができる。Further, in the present invention, when the catalyst carrier is a porous solid and the catalyst poison is an aerosol, the catalyst fine particles are formed on the basis of a change in the catalyst pore structure due to aerosol deposition inside and outside the catalyst pores. It is preferable to express a decrease in the rate of removing the combustible gas due to the attachment of the catalyst poisonous substance by reducing the mass flux of the combustible gas due to the diffusion in the holes. Accordingly, in such a case, it is possible to theoretically evaluate a decrease in the combustible gas removal rate due to the attachment of the catalyst poisonous substance.
【0029】また本発明においては、触媒層と触媒層と
に挟まれたガスの流路をそれぞれ単一の計算グリッドで
表現し、ガスの流れと平行な軸に沿って可燃性ガスの除
去質量流束が空間的に減少する現象をガス流速の指数関
数で表現することが好適である。これにより、触媒層間
を複数の計算グリッドに分割することなく、可燃性ガス
除去質量流束のガス流速依存性及び触媒層ガス入口から
の距離依存性を表現でき、可燃性ガス除去速度の予測精
度を向上させ且つ計算時間を短縮することができる。In the present invention, the gas flow path sandwiched between the catalyst layer and the catalyst layer is represented by a single calculation grid, and the mass of combustible gas removed along an axis parallel to the gas flow. It is preferable to express the phenomenon that the flux spatially decreases as an exponential function of the gas flow velocity. As a result, the dependence of the combustible gas removal mass flux on the gas flow velocity and the distance from the catalyst layer gas inlet can be expressed without dividing the catalyst layer into a plurality of calculation grids, and the prediction accuracy of the combustible gas removal rate Can be improved and the calculation time can be shortened.
【0030】また本発明では、触媒層と触媒層とに挟ま
れたガスの流路をそれぞれ単一の計算グリッドで表現
し、ガスの流れと平行な軸に沿って触媒毒付着質量流束
が空間的に減少する現象を、質量流束をガス流速をパラ
メータとする指数関数で表現することが好適である。こ
れにより、触媒層間を複数の計算グリッドに分割するこ
となく、触媒毒付着質量流束のガス流速依存性及び触媒
層ガス入口からの距離依存性を表現でき、触媒毒付着速
度の予測精度を向上させ且つ計算時間を短縮することが
できる。In the present invention, the flow path of the gas sandwiched between the catalyst layers and the catalyst layers is represented by a single calculation grid, and the mass flux of the catalyst poison adhering mass is set along an axis parallel to the gas flow. It is preferable that the phenomenon of spatial decrease is represented by an exponential function using the gas flux as a parameter of the mass flux. As a result, the dependence of the mass flux of the catalyst poison on the gas flow velocity and the distance from the catalyst layer gas inlet can be expressed without dividing the catalyst layer into multiple calculation grids, and the prediction accuracy of the catalyst poison deposition rate is improved. And the calculation time can be shortened.
【0031】なお、本発明では、上述の可燃性ガス除去
速度を評価する方法や、触媒毒付着速度を評価する方法
を、プログラミング言語で記述することが好適である。
これにより、計算機を用いて可燃性ガス除去速度及び触
媒毒付着速度を評価することができ、また、原子炉格納
容器の熱水力解析プログラムや汎用的な3次元流動解析
プログラムに組み込むことによって、格納容器内の雰囲
気条件と相互作用をする可燃性ガス除去装置の性能評価
及び可燃性ガスの濃度分布などを評価することができ
る。In the present invention, it is preferable that the method for evaluating the above-described flammable gas removal rate and the method for evaluating the catalyst poison deposition rate be described in a programming language.
As a result, it is possible to evaluate the flammable gas removal rate and the catalyst poisoning rate using a computer, and by incorporating it into a thermal containment analysis program for a containment vessel or a general-purpose three-dimensional flow analysis program, It is possible to evaluate the performance of the combustible gas removing device interacting with the atmosphere conditions in the containment vessel and evaluate the concentration distribution of the combustible gas.
【0032】あるいは、上述の可燃性ガス除去速度を評
価する方法や、触媒毒付着速度を評価する方法を、表計
算ソフトを用いて記述し実現することが好適である。こ
れにより、かかる速度の評価を簡易に行うことができ
る。Alternatively, it is preferable to describe and implement the above-described method for evaluating the flammable gas removal rate and the method for evaluating the catalyst poison deposition rate using spreadsheet software. Thereby, the evaluation of the speed can be easily performed.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本発明の第
1の実施の形態にかかる可燃性ガス除去装置の性能評価
方法の概念を、図1を参照して説明する。本実施の形態
は、可燃性ガス除去装置の性能を評価するうえで重要
な、可燃性ガス除去速度の評価と、触媒毒物質付着速度
の評価に使用するパラメータの関係を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) The concept of a method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the relationship between parameters used for evaluating the combustible gas removal rate and the catalyst poisoning substance deposition rate, which are important in evaluating the performance of the combustible gas removal apparatus, will be described.
【0034】可燃性ガス除去速度の評価において、可燃
性ガス除去速度に影響する因子としては、 ・触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速度 ・主流(main stream)中から触媒外表面への反応物質
移動速度 が考えられる。また、触媒カートリッジが図8(a)に
示す多孔性物質の場合は、上記2つの要因に加えて、さ
らに ・触媒内部の反応物質拡散速度 が考えられる。以下、本実施の形態においては、触媒カ
ートリッジが多孔性物質の場合を想定する。In the evaluation of the flammable gas removal rate, factors affecting the flammable gas removal rate include: the catalytic reaction rate of the combustible gas at the catalytically active site; and the reaction from the main stream to the outer surface of the catalyst. Mass transfer rate can be considered. When the catalyst cartridge is made of a porous material as shown in FIG. 8A, in addition to the above two factors, the following factors can be considered: Hereinafter, in the present embodiment, it is assumed that the catalyst cartridge is a porous substance.
【0035】パラジウム触媒による水素と酸素の結合反
応速度のように、反応速度が非常に速い場合、可燃性ガ
ス除去速度を支配する因子は、触媒活性点までの反応物
質の移行・拡散過程である。流れ場における壁面への物
質移動については、主流による反応物質の輸送が拡散に
よる物質の移動をはるかに上回るため、とくに壁面濃度
境界層における拡散と多孔性触媒物質内での拡散が支配
的となる。When the reaction rate is very high, such as the reaction rate of hydrogen and oxygen combined with a palladium catalyst, the factor controlling the flammable gas removal rate is the transfer / diffusion process of the reactants to the catalytic active point. . Regarding the mass transfer to the wall in the flow field, the transport of the reactant by the main flow far exceeds the mass transfer by the diffusion, and especially the diffusion in the wall concentration boundary layer and the diffusion in the porous catalyst material are dominant. .
【0036】したがって、壁面濃度境界層および多孔性
固体内での反応物質の拡散速度によって、可燃性ガス除
去速度を求めることができる。Therefore, the combustible gas removal rate can be determined from the diffusion rate of the reactant in the wall concentration boundary layer and the porous solid.
【0037】同様に、触媒毒物質付着速度の評価に関し
ては、触媒毒物質付着速度に影響する因子として、 ・触媒細孔内表面への触媒毒物質吸着速度 ・主流中から触媒外表面への触媒毒物質移動速度 が考えられる。また、触媒カートリッジが図8(a)に
示す多孔質物質の場合は、上記2つの要因に加えて、さ
らに ・触媒内部の触媒毒物質拡散速度 が考えられる。Similarly, regarding the evaluation of the rate of attachment of the catalyst poison, the factors affecting the rate of attachment of the catalyst poison include: the rate of adsorption of the catalyst poison to the inner surface of the catalyst pores; Poison transfer rates are possible. When the catalyst cartridge is made of the porous material shown in FIG. 8 (a), in addition to the above two factors, the catalyst poisoning substance diffusion rate inside the catalyst can be considered.
【0038】物理吸着のように吸着速度が非常に速い場
合、触媒毒付着速度を支配する因子は、触媒細孔内表面
までの触媒毒物質の移行・拡散過程である。流れ場にお
ける壁面への物質移動については、主流による触媒毒物
質の輸送が拡散による物質の移動をはるかに上回るた
め、壁面濃度境界層における拡散と多孔性触媒物質内で
の拡散が支配的となる。When the adsorption rate is very high as in the case of physical adsorption, the factor that governs the catalyst poison deposition rate is the transfer and diffusion process of the catalyst poison to the inner surface of the catalyst pores. Regarding the mass transfer to the wall in the flow field, since the transport of the catalyst poison by the main flow far exceeds that by the diffusion, the diffusion in the wall concentration boundary layer and the diffusion in the porous catalytic material are dominant. .
【0039】したがって、壁面濃度境界層及び多孔性固
体内での拡散速度から、触媒毒物質付着速度を求めるこ
とができる。Accordingly, the catalyst poisoning substance deposition rate can be determined from the wall concentration boundary layer and the diffusion rate in the porous solid.
【0040】この濃度境界層を通って触媒カートリッジ
表面に拡散する化学種iの単位面積当たりの拡散速度す
なわち質量流束(マスフラックス)MFbi[kg/m2s]
は、次式で与えられる。 MFbi=αi(Cmi−Csi) 式(3) ここで、 αi :化学種iの物質伝達係数[m/s] Cmi :化学種iの主流中濃度[kg/m3] Csi :化学種iの触媒カートリッジ表面での濃度[kg
/m3] である。また、このうち、物質伝達係数αiは αi = Di /δ 式(4) ここで Di:化学種iの分子拡散係数[m2/s] δ:等価拡散層厚さ[m] である。The diffusion rate per unit area of the species i that diffuses through the concentration boundary layer to the surface of the catalyst cartridge, that is, the mass flux (mass flux) MF bi [kg / m 2 s]
Is given by the following equation. MF bi = α i (C mi −C si ) Equation (3) where α i : Mass transfer coefficient of chemical species i [m / s] C mi : Concentration of chemical species i in mainstream [kg / m 3 ] C si : concentration of chemical species i on the surface of the catalyst cartridge [kg
/ M 3 ]. Further, these, the mass transfer coefficient α i α i = D i / δ formula (4) where D i: molecular diffusion coefficient of the species i [m 2 / s] δ : Equivalent diffusion layer thickness [m] It is.
【0041】表面への吸込み流が存在する場合、吸込み
流が存在する場合の物理伝達係数αi * [m/s]は、上
記式(4)の物理伝達係数αi によって、次の式で与えら
れる。 αi *=αi・P/ Pb 式(5) 但し Pb=(Pbm −Pbs)/ ln(Pbm/Pbs) 式(6) ここで α*:表面への吸い込みがある場合の物質伝達
係数[m/s] Pbm :バックグラウンド流体の主流中分圧[Pa] Pbs :バックグラウンド流体のカートリッジ表面分圧
[Pa]When the suction flow to the surface is present, the physical transfer coefficient α i * [m / s] when the suction flow is present is given by the following equation by the physical transfer coefficient α i of the above equation (4). Given. α i * = α i · P / Pb equation (5) where Pb = (Pb m -Pb s) / ln (Pb m / Pb s) (6) where α *: to the surface suction is the case Mass transfer coefficient [m / s] Pb m : Partial pressure in the main stream of background fluid [Pa] Pb s : Cartridge surface partial pressure of background fluid [Pa]
【0042】なお、ここでの化学種iとしては、可燃性
ガス除去装置内を流通する雰囲気ガス中の反応物質ある
いは触媒毒物質として、例えば、水素、酸素、窒素、二
酸化炭素、よう素などを想定している。Here, the chemical species i includes, for example, hydrogen, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, iodine, etc. as a reactant or a catalyst poison in an atmospheric gas flowing through the combustible gas removing device. I assume.
【0043】一方、多孔性固体内の単位面積当たりの化
学種iの単位面積当たりの拡散速度すなわち質量流束
MFpi [kg/m2 s]は、次式で与えられる。 MFpi=Dei・dCi /dy 式(7) ここで Ci:化学種iの濃度[kg/m3] y:拡散方向距離[m] Dei:化学種iの多孔性固体断面積に関する有効拡散
係数[m2/s]On the other hand, the diffusion rate per unit area of the chemical species i per unit area in the porous solid, that is, the mass flux
MF pi [kg / m 2 s] is given by the following equation. MF pi = De i · dC i / dy formula (7) where C i: concentration of the chemical species i [kg / m 3] y : diffusion-distance [m] De i: porous solid cross-sectional area of the chemical species i Effective diffusion coefficient for [m 2 / s]
【0044】この、多孔性固体断面積に関する有効拡散
係数Dei は、以下の式で与えられる。 Dei=Dni・ε/τ 式(8) ここで、 Dni:化学種iの毛細管内での拡散係数[m
2/s] ε:多孔性固体の空隙率[-] τ:屈曲係数[-][0044] The effective diffusion coefficient De i relates porous solid cross-sectional area is given by the following equation. De i = Dn i · ε / τ Equation (8) where, Dn i: diffusion coefficient in the capillary species i [m
2 / s] ε: Porosity of porous solid [-] τ: Flexural modulus [-]
【0045】この、毛細管内での拡散係数Dni は、
以下の式で与えられる。 Dni = 1/Dki + 1/Di 式(9)[0045] This, diffusion coefficient Dn i in the capillary tube,
It is given by the following equation. Dn i = 1 / Dk i + 1 / D i Equation (9)
【0046】この式におけるDkiは、化学種iのクヌ
ーセン拡散係数[m2/s]であり、以下の関係式が知ら
れている。 Dki = 97.0・re(T/Mwi) 式(10) ここで、 re :毛細管の半径[m] T:温度[K] Mwi:化学種iの分子量[kg/kmol]Dk i in this equation is the Knudsen diffusion coefficient [m 2 / s] of chemical species i, and the following relational expression is known. Dk i = 97.0 · re (T / Mw i) Formula (10) wherein, re: radius of the capillary [m] T: temperature [K] Mw i: molecular weight species i [kg / kmol]
【0047】なお、触媒に吸着した触媒毒物質の表面拡
散が無視できない場合には、式(7)の代わりに、以下の
式(11)を用いる。 MFpi=Dei・dCi/dy + Dsi・dQi/dy 式(11) ここで、 Qi:吸着量[kg/m3]、 Dsi:表面拡散係数[m2/s] であり、表面拡散係数Dsi は以下で与えられる。 Dsi=Dsi0・exp[−Ei/(R・T)]/(1−θ) ここで、θ :表面被覆率, Ei:吸着化学種iの吸着ポテンシャルエネルギー障壁 Dsi0:θ=0,τ=τd0の場合の表面拡散係数[m2/
s]When the surface diffusion of the catalyst poison adsorbed on the catalyst cannot be ignored, the following equation (11) is used instead of the equation (7). MF pi = De i · dC i / dy + D si · dQ i / dy formula (11) where, Q i: adsorption amount [kg / m 3], D si: surface diffusion coefficient [m 2 / s] at And the surface diffusion coefficient D si is given by: D si = D si0 · exp [−E i / (RT)] / (1−θ) where θ: surface coverage, E i : adsorption potential energy barrier of adsorption species i D si0 : θ = 0, τ = τ d0 The surface diffusion coefficient [m 2 /
s]
【0048】この、θ=0,τ=τd0の場合の表面拡散
係数は、 Dsi0=γ・λ2/τd0 ここで、γ :吸着化学種の移動方向の次元数で決まる
定数 λ :吸着化学種の平均移動距離 τ :距離λの移動に要する時間 τd0 :吸着化学種の移動波長 で与えられる。The surface diffusion coefficient when θ = 0 and τ = τ d0 is as follows : D si0 = γ · λ 2 / τ d0 where γ is a constant λ determined by the number of dimensions in the moving direction of the adsorbed species. Average moving distance of the adsorbed species τ: Time required for moving the distance λ τ d0 : Moving wavelength of the adsorbed species.
【0049】触媒式可燃性ガス除去装置が定常状態で作
動している場合、濃度境界層を通ってカートリッジ表面
に流入する化学種iの質量流束 MFbi と、カートリ
ッジ表面から流出し触媒に吸収される質量流束 MFpi
との間に、平衡状態が成立する。すなわち、定常状態
下では以下の式が成り立つ。 MFbi = S・MFpi 式(11) ここで、S:カートリッジ表面単位面積当たりの多孔性
触媒球表面積[-]When the catalytic combustible gas removal device is operating in a steady state, the mass flux MF bi of the species i flowing into the cartridge surface through the concentration boundary layer and flowing out of the cartridge surface and absorbed by the catalyst Mass flux MF pi
And an equilibrium state is established. That is, the following equation is satisfied in a steady state. MF bi = S · MF pi formula (11) where, S: surface area of porous catalyst sphere per unit area of cartridge surface [−]
【0050】式(3) および式(7) により、式(11)は以
下の式に変形できる。 α(Cmi−Csi)=S・Dei(Csi−Cci)/rc 式(12) ここで、Cci :多孔性触媒球中心における化学種iの
濃度[kg/m2] rc:多孔性触媒球半径[m]From the equations (3) and (7), the equation (11) can be transformed into the following equation. α (C mi −C si ) = S · De i (C si −C ci ) / rc Formula (12) where C ci : concentration of chemical species i at the center of the porous catalyst sphere [kg / m 2 ] rc : Radius of porous catalyst sphere [m]
【0051】なお、式(12)の導出にあたっては、式(7)
を変形した以下の式: MFpi=Dei・(Csi−Cci)/rc 式(7') を用いた。In deriving equation (12), equation (7)
The following equation modified from: MF pi = De i · (C si −C ci ) / rc Equation (7 ′) was used.
【0052】ここで、多孔性触媒は球体であることか
ら、触媒活性点は多孔性触媒球の中心であり、この点で
の化学種iの濃度はCci である。Here, since the porous catalyst is a sphere, the catalytically active point is at the center of the porous catalyst sphere, and the concentration of the species i at this point is C ci .
【0053】図1は、図8(a)に示した多孔性単体か
らなる触媒担体における、質量流束(マスフラックス)
とある化学種の濃度との関係を示すものである。図では
化学種iを示す添字iを省略して示している。図中符号
1が触媒カートリッジの表面、符号2が多孔性触媒、符
号3が触媒カートリッジ間流路を示している。触媒カー
トリッジ表面1から距離δ以内の近傍にある層を濃度境
界層としている。触媒カートリッジ間に流入する雰囲気
ガス中の反応物質あるいは触媒毒物質は、幅δの濃度境
界層を通過して、カートリッジ表面1まで到達し、さら
に細孔を通って触媒内部へと拡散していく。FIG. 1 shows the mass flux (mass flux) of the porous catalyst carrier shown in FIG.
It shows the relationship between the concentration of a certain chemical species. In the drawing, the subscript i indicating the chemical species i is omitted. In the drawing, reference numeral 1 denotes the surface of the catalyst cartridge, reference numeral 2 denotes a porous catalyst, and reference numeral 3 denotes a passage between the catalyst cartridges. A layer near the catalyst cartridge surface 1 within a distance δ is defined as a concentration boundary layer. The reactant or catalyst poison in the atmosphere gas flowing between the catalyst cartridges passes through the concentration boundary layer having a width δ, reaches the cartridge surface 1, and further diffuses through the pores into the inside of the catalyst. .
【0054】この拡散の過程で再結合反応が行なわれる
ため、各点における反応物質である化学種iの濃度の関
係は図1のようになり、一般に Cci<Csi<Cmi で
ある。Since the recombination reaction is performed in the course of the diffusion, the relationship between the concentrations of the chemical species i as the reactant at each point is as shown in FIG. 1, and generally, C ci <C si <C mi .
【0055】さて、触媒活性点での可燃性ガスの反応速
度が非常に大きい場合や、あるいは、触媒細孔内表面へ
の触媒毒物質の吸着速度が非常に大きい場合は、Cciの
値は極めて微小であり0とみなすことができる。よっ
て、式(12)を満足するCsi値、すなわち化学種iの触媒
カートリッジ表面での濃度が求められる。また、このC
si値により、(3)式あるいは(7')式を用いて、触媒カー
トリッジ表面に拡散する化学種iの質量流束 MFbi
や、あるいは多孔性固体への化学種iの質量流束MFpi
の値が求められる。Now, the reaction speed of the flammable gas at the catalyst active point
If the degree is very large, or to the inner surface of the catalyst pores
If the adsorption rate of the catalyst poison is very high,ciof
The value is very small and can be regarded as zero. Yo
And C satisfying the expression (12)siValue, ie the catalyst of species i
The concentration on the surface of the cartridge is required. Also, this C
siDepending on the value, use the formula (3) or (7 ') to
Mass flux of species i diffusing on the surface of the bridge MFbi
Flux MF of chemical species i into a porous or porous solidpi
Is obtained.
【0056】したがって、化学種iの質量流束 MFi
、すなわち 化学種iが可燃性ガスの場合、可燃性ガス除去速度[kg
/s] 化学種iが触媒毒物質の場合、触媒毒物質付着速度[kg
/s]を表す式は、以下のようになる。 MFi = MFbi・Ab 式(13) = S・MFpi・Ab ここで、Ab:触媒カートリッジ表面積[m2]Therefore, the mass flux MF i of the species i
That is, when the chemical species i is a combustible gas, the combustible gas removal rate [kg
/ S] When the chemical species i is a catalyst poison, the catalyst poison deposition rate [kg
/ S] is as follows. MF i = MF bi · Ab Equation (13) = S · MF pi · Ab where Ab: catalyst cartridge surface area [m 2 ]
【0057】図2には、以上詳述した、本実施の形態に
係る方法を用いて、水素除去速度を評価するプログラム
を作成し、3次元熱流動解析プログラムに組み込んで解
析した結果(実線で示した。)と、実験結果(プロット
で示した。)との比較である。実験結果をプロットし、
解析結果を実線で示した。これによれば、理論式による
解析結果は実験結果と良く一致しており、本実施の形態
により、水素除去速度が精度良く予測されることが確認
された。FIG. 2 shows a result of creating a program for evaluating the hydrogen removal rate using the method according to the present embodiment described above in detail and incorporating the program into a three-dimensional heat-fluid analysis program (solid line). ) And the experimental results (shown as plots). Plot the experimental results,
The analysis result is shown by a solid line. According to this, the analysis result based on the theoretical formula is in good agreement with the experimental result, and it has been confirmed that the present embodiment can accurately predict the hydrogen removal rate.
【0058】この、理論式により、可燃性ガス除去速度
あるいは触媒毒物質付着速度を算出することにより、水
素の酸素の再結合反応や、触媒毒物質の物理吸着のよう
に、反応速度の速い事象に関して、実際の解析設備を伴
うことなくかかる速度を精度良く予測することができる
から、可燃性ガス除去装置の性能をただちに適切に評価
することができる。By calculating the flammable gas removal rate or the catalyst poisoning substance deposition rate from the theoretical formula, an event having a high reaction rate such as a hydrogen recombination reaction of oxygen or a physical adsorption of a catalyst poisoning substance is obtained. With regard to the above, since the speed can be accurately predicted without involving actual analysis equipment, the performance of the combustible gas removing device can be immediately and appropriately evaluated.
【0059】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態について説明する。上述の第1の実施の形態で
は、触媒単体が多孔性物質である場合を想定して、反応
速度の大きい事象について、可燃性ガス除去速度あるい
は触媒毒物質付着速度を評価する方法について述べた
が、本実施の形態においては、反応速度の小さい事象に
ついて、同様の評価を行う。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described. In the above-described first embodiment, a method of evaluating a combustible gas removal rate or a catalyst poisoning substance attachment rate for an event having a high reaction rate, assuming that the catalyst alone is a porous substance, has been described. In the present embodiment, the same evaluation is performed for an event having a low reaction rate.
【0060】可燃性ガス除去速度の評価において、ルテ
ニウム触媒による水素と窒素の結合反応のように反応速
度が遅い場合、可燃性ガス除去速度を支配する因子は、
触媒活性点における可燃性ガスの反応速度と触媒活性点
までの反応物質の移行・拡散過程である。流れ場におけ
る壁面への物質移動については、主流による反応物質の
輸送が拡散による物質の移動をはるかに上回るため、壁
面濃度境界層における拡散と多孔性触媒物質内での拡散
及び触媒活性点での反応速度が支配的となる。したがっ
て、壁面濃度境界層及び多孔性固体内での拡散速度と触
媒活性点での反応速度から、可燃性ガス除去速度を求め
ることができる。In the evaluation of the flammable gas removal rate, when the reaction rate is low, such as the binding reaction of hydrogen and nitrogen by a ruthenium catalyst, a factor governing the flammable gas removal rate is as follows.
The reaction rate of the combustible gas at the catalytic active point and the transfer / diffusion process of the reactant to the catalytic active point. Regarding the mass transfer to the wall in the flow field, since the transport of reactants by the main flow far exceeds the mass transfer by diffusion, diffusion in the wall concentration boundary layer and diffusion in the porous catalytic material and in the catalytic active site The reaction rate is dominant. Therefore, the flammable gas removal rate can be determined from the diffusion rate in the wall concentration boundary layer and the porous solid and the reaction rate at the catalytically active site.
【0061】同様に、触媒毒物質付着速度評価におい
て、化学吸着のように吸着速度が遅い場合、触媒毒付着
速度を支配する因子は、触媒細孔内表面における触媒毒
物質の吸着速度と触媒細孔内表面までの触媒毒物質の移
行・拡散過程である。流れ場における壁面への物質移動
については、主流による触媒毒物質の輸送が拡散による
物質の移動をはるかに上回るため、支配的となるのは壁
面濃度境界層における拡散と多孔性触媒物質内での拡
散、触媒細孔内表面への吸着速度である。したがって、
壁面濃度境界層及び多孔性固体内での拡散速度と触媒細
孔内表面への吸着速度から、触媒毒物質付着速度を求め
ることができる。Similarly, in the evaluation of the deposition rate of the catalyst poisonous substance, when the adsorption rate is low as in the case of chemisorption, the factors governing the deposition rate of the catalyst poison are the adsorption rate of the catalyst poisonous substance on the inner surface of the catalyst pores and the catalyst fineness. This is the process of transfer and diffusion of the catalyst poison to the inner surface of the pore. Regarding the mass transfer to the wall in the flow field, since the transport of the catalyst poison by the main flow far exceeds that by the diffusion, the dominant factors are the diffusion in the wall concentration boundary layer and the diffusion in the porous catalytic material. The rate of diffusion and adsorption to the inner surface of the catalyst pores. Therefore,
From the diffusion rate in the wall concentration boundary layer and the porous solid and the adsorption rate on the inner surface of the catalyst pores, the catalyst poisoning substance attachment rate can be determined.
【0062】この濃度境界層を通って触媒カートリッジ
表面に拡散する化学種iの質量流束(マスフラックス)
MFbiは、第1の実施の形態で説明した式(3)で与えら
れる。また、多孔性固体内の単位面積当たりの化学種i
の拡散速度 MFpiは、第1の実施の形態で説明した式
(7)または式(7)で与えられる。The mass flux (mass flux) of species i that diffuses through the concentration boundary layer to the surface of the catalyst cartridge
MF bi is given by equation (3) described in the first embodiment. Also, the species i per unit area in the porous solid
The diffusion rate MF pi is given by the equation described in the first embodiment.
It is given by (7) or equation (7).
【0063】触媒活性点における可燃性ガス除去の化学
反応が、以下の化学反応式: i + j → ij + ΔH 式(15) ここで、i,j:反応物質の化学種 ij:生成物質の化学種 ΔH:反応熱 で表され、この反応の反応速度係数を kr とすると
き、触媒活性点での化学種iの触媒細孔内単位面積当た
りの除去質量流束(除去マスフラックス)MFri[kg/
m2・s]は、以下の式で与えられる。 MFri=V・Mcat・kr・Cci f・Ccj g 式(15) ここで、Cci,Ccj:化学種i,jの触媒細孔内表面で
の濃度 f,g:化学種i,jの反応の次数 Mcat:触媒質量[kg] V:触媒比表面積の逆数[kg/m2]The chemical reaction of combustible gas removal at the catalytically active point is represented by the following chemical reaction formula: i + j → ij + ΔH Formula (15) where i, j: chemical species of the reactant ij: Chemical species ΔH: expressed by heat of reaction, and when the reaction rate coefficient of this reaction is represented by k r , the removed mass flux (removed mass flux) MF per unit area in the catalyst pores of the chemical species i at the catalytically active site ri [kg /
m 2 · s] is given by the following equation. MF ri = V · M cat · k r · C ci f · C cj g formula (15) where, C ci, C cj: species i, the concentration of the catalyst pores in the surface of the j f, g: Chemistry Order of reaction of species i, j M cat : mass of catalyst [kg] V: reciprocal of specific surface area of catalyst [kg / m 2 ]
【0064】同様に、触媒細孔内表面における触媒毒物
質の化学吸着反応が以下の化学反応式: i + Scat → iScat + ΔH’ 式(17) ここで、Scat :触媒活性表面 iScat :化学吸着反応による生成物質の化学種 ΔH’:反応熱 で表され、この反応の化学吸着速度係数を ka とす
るとき、触媒活性点での化学種iの触媒細孔内単位面積
当たりの除去質量流束(除去マスフラックス)MFri
[kg/m2・s]は、以下の式で与えられる。 MFri=V・Mcat・ka・Cci h・[Scat]l 式(18) ここで、[Scat]:触媒表面積に対する触媒活性表面
積の残存割合 h,l:化学種iおよび触媒の反応の次数[0064] Similarly, the chemical adsorption reaction of the catalyst poisons in the catalytic surfaces inside the pores of the following chemical equation: i + S cat → iS cat + ΔH ' formula (17) where, S cat: catalytic active surface iS cat: species ΔH product substance by a chemical adsorption reaction ': is represented by reaction heat, when the chemisorption rate coefficient of the reaction with k a, species catalytic pores per unit area of the i at the catalyst active sites Removed mass flux (removed mass flux) MF ri
[Kg / m 2 · s] is given by the following equation. MF ri = V · M cat · k a · C ci h · [S cat] l expression (18) where, [S cat]: residual ratio h of the catalytic active surface area to the catalyst surface area, l: species i and catalyst Order of the reaction
【0065】この[Scat]は、触媒が全く被毒されて
いないときは1、十分に被毒されもはや触媒としての機
能を全くなさないときには0という値をとる指数である
と考えることができる。This [S cat ] can be considered to be an index that takes a value of 1 when the catalyst is not poisoned at all, and takes a value of 0 when the catalyst is sufficiently poisoned and no longer functions as a catalyst. .
【0066】さて、触媒式可燃性ガス除去装置が定常状
態で作動している場合、濃度境界層を通ってカートリッ
ジ表面に流入する化学種iの質量流束 MFbi と、カ
ートリッジ表面から流出し多孔質触媒内部にに吸収され
る質量流束 MFpi と、触媒細孔内表面で化学反応あ
るいは化学吸着によって除去される単位触媒細孔内面積
当たりの質量流束 MFri との間には、平衡状態が成
立する。よって、 MFbi=S・MFpi=S・MFri 式(19)Now, when the catalytic combustible gas removing device is operating in a steady state, the mass flux MF bi of the species i flowing into the cartridge surface through the concentration boundary layer, and Between the mass flux MF pi absorbed inside the porous catalyst and the mass flux MF ri per unit catalyst pore area removed by chemical reaction or chemisorption on the inside surface of the catalyst pore. The state is established. Therefore, MF bi = S · MF pi = S · MF ri (19)
【0067】すなわち、 α(Cmi−Csi)=S・Dei・(Csi−Cci)/rc =S・V・Mcat・k・Cci f・Ccj g 式(20)That is, α (C mi −C si ) = S · De i · (C si −C ci ) / rc = S · V · M cat · k · C ci f · C cj g Equation (20)
【0068】ここで、主流中濃度に対する触媒外表面で
の濃度の割合と、触媒外表面での濃度に対する触媒細孔
内表面での濃度の割合を、それぞれ、CMS,CSCと
おく。すなわち、 CMS = Csi /Cmi 式(21) CSC = Cci /Csi 式(22) とする。式(20)の右側2項から、式(22)は、 CSC=(Dei・Cci)/(Dei・Cci +V・Mcat・k・Cci f ・Ccj g ・rc) 式(23) と変形される。ここで、触媒細孔内表面における化学種
i,jの濃度Cci およびCcj の値として任意の値を
与えると、式(23)により、CSC値が算出される。この
CSC値から、式(22)によって、Csi の値が求められ
る。Here, on the outer surface of the catalyst with respect to the concentration in the mainstream,
Of the concentration of the catalyst and the catalyst pores relative to the concentration on the outer surface of the catalyst
The ratio of the concentration on the inner surface was CMS and CSC, respectively.
deep. That is, CMS = Csi / Cmi Formula (21) CSC = Cci / Csi Equation (22) is used. From the two terms on the right side of equation (20), equation (22) is given by: CSC = (Dei・ Cci) / (Dei・ Cci + VMcat・ K ・ Cci f ・ Ccj g • rc) It is transformed to equation (23). Here, the chemical species on the inner surface of the catalyst pore
Concentration C of i and jci And Ccj Any value as the value of
When given, the CSC value is calculated by equation (23). this
From the CSC value, according to equation (22), Csi The value of
You.
【0069】同様に、式(20)の左側2項から、式(21)
は、 CMS=(α・rc)/{(S・Dei・(1−CSC)+α・rc)} 式(24) と変形される。ここで同様に、触媒細孔内表面における
化学種i,jの濃度CciおよびCcj の値として任意の
値を与えると、式(23)により、CMS値が算出される。
このCMS値から、式(21)によって、Csi の値が求め
られる。Similarly, from the left two terms of equation (20), equation (21)
CMS = (α · rc) / {(S · De i · (1−CSC) + α · rc)} Equation (24) Similarly, when arbitrary values are given as the values of the concentrations C ci and C cj of the chemical species i and j on the inner surface of the catalyst pores, the CMS value is calculated by Expression (23).
From this CMS value, the value of C si is determined by equation (21).
【0070】なお、Cmi 値が既知の場合には、これに
あうように最初に与えるCci の値を調整することとす
る。If the Cmi value is known, the value of Cci given first is adjusted to match this.
【0071】こうして、Cmi ,Csi ,Cci の値が
決まることにより、MFbi ,MF pi あるいはMFri
の値が得られるから、第1の実施の形態で説明した式
(13)によって、化学種iの質量流束(マスフラックス)
が求められる。Thus, Cmi , Csi , Cci Is the value of
By being decided, MFbi , MF pi Or MFri
Is obtained, the equation described in the first embodiment is obtained.
According to (13), the mass flux (mass flux) of chemical species i
Is required.
【0072】この、理論式により、可燃性ガス除去速度
あるいは触媒毒物質付着速度を算出することにより、水
素の窒素の再結合反応や、触媒毒物質の化学吸着のよう
に、反応速度の小さい事象に関して、実際の解析設備を
伴うことなくかかる速度を精度良く予測することができ
るから、可燃性ガス除去装置の性能をただちに適切に評
価することができる。By calculating the flammable gas removal rate or the catalyst poison adhering rate from the theoretical formula, an event having a low reaction rate such as a hydrogen recombination reaction of nitrogen or a chemical adsorption of a catalyst poison can be obtained. With regard to the above, since the speed can be accurately predicted without involving actual analysis equipment, the performance of the combustible gas removing device can be immediately and appropriately evaluated.
【0073】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施
の形態について説明する。上述の第1の実施の形態で
は、反応速度の大きい事象について、触媒単体が多孔性
物質である場合を想定して、可燃性ガス除去速度あるい
は触媒毒物質付着速度を評価する方法について述べた
が、本実施の形態においては、触媒単体が金属板上に塗
布されてなるような場合について、同様の評価を行う。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described. In the above-described first embodiment, a method for evaluating a combustible gas removal rate or a catalyst poisoning substance attaching rate for an event having a large reaction rate, assuming that the catalyst alone is a porous substance, has been described. In the present embodiment, the same evaluation is performed for a case where the catalyst alone is applied on a metal plate.
【0074】可燃性ガス除去速度の評価において、図8
(b)に示すように、触媒担体が金属板のように多孔性
物質ではない場合、可燃性ガス除去速度に影響する因子
として、触媒活性点における可燃性ガスの触媒反応速度
と主流中から触媒表面への反応物質移動速度が考えられ
る。パラジウム触媒による水素と酸素の結合反応速度の
ように反応速度が非常に速い場合、可燃性ガス除去速度
を支配する因子は、触媒活性点までの反応物質の移行・
拡散過程である。流れ場における壁面への物質移動につ
いては、主流による反応物質の輸送が拡散による物質の
移動をはるかに上回るため、壁面濃度境界層における拡
散が支配的となる。したがって、壁面濃度境界層での拡
散速度から、可燃性ガス除去速度を求めることができ
る。In the evaluation of the flammable gas removal rate, FIG.
As shown in (b), when the catalyst carrier is not a porous material such as a metal plate, factors that affect the flammable gas removal rate include the catalyzed reaction rate of the flammable gas at the catalytic active point and the catalyst from the mainstream. The rate of reactant transfer to the surface is conceivable. When the reaction rate is very fast, such as the reaction rate of hydrogen and oxygen combined with a palladium catalyst, the factor controlling the flammable gas removal rate is the transfer of reactants to the catalytic active point.
It is a diffusion process. Regarding the mass transfer to the wall surface in the flow field, since the transport of the reactant by the main flow far exceeds the transfer of the material by diffusion, the diffusion in the wall concentration boundary layer becomes dominant. Therefore, the combustible gas removal rate can be obtained from the diffusion rate in the wall concentration boundary layer.
【0075】同様に、触媒毒物質付着速度の評価におい
て、触媒担体が金属板のように多孔性物質ではない場
合、触媒毒物質付着速度に影響する因子として、触媒表
面への触媒毒物質吸着速度と主流中から触媒表面への触
媒毒物質移動速度が考えられる。物理吸着のように吸着
速度が非常に速い場合、触媒毒付着速度を支配する因子
は、触媒表面までの触媒毒物質の移行・拡散過程であ
る。流れ場における壁面への物質移動については、主流
による触媒毒物質の輸送が拡散による物質の移動をはる
かに上回るため、壁面濃度境界層における拡散が支配的
となる。したがって、壁面濃度境界層での拡散速度か
ら、触媒毒物質付着速度を求めることができる。Similarly, when the catalyst carrier is not a porous material such as a metal plate in the evaluation of the catalyst poison adhering speed, the catalyst poison adsorbing speed on the catalyst surface is a factor affecting the catalyst poison adhering speed. Thus, the catalyst poisoning substance transfer rate from the mainstream to the catalyst surface can be considered. When the adsorption speed is very high as in the case of physical adsorption, the factor that governs the catalyst poison deposition rate is the transfer and diffusion process of the catalyst poison to the catalyst surface. Regarding the mass transfer to the wall surface in the flow field, since the transport of the catalyst poison by the main flow far exceeds the material transfer by the diffusion, the diffusion in the wall concentration boundary layer becomes dominant. Therefore, the catalyst poisoning substance deposition rate can be determined from the diffusion rate in the wall concentration boundary layer.
【0076】図3は、図8(b)に示した、板表面に触
媒を塗布してなる触媒担体における、質量流束(マスフ
ラックス)とある化学種の濃度との関係を示すものであ
る。図では化学種iを示す添字iを省略して示してい
る。図中符号4が表面に触媒の塗布された触媒カートリ
ッジを示している。触媒カートリッジ間流路3に流入す
る雰囲気ガス中の反応物質あるいは触媒毒物質は、幅δ
の濃度境界層を通過して、カートリッジ1まで到達す
る。この場合の触媒活性点は触媒カートリッジ1上とな
る。FIG. 3 shows the relationship between the mass flux (mass flux) and the concentration of a certain chemical species in the catalyst carrier obtained by coating the plate surface with the catalyst shown in FIG. 8 (b). . In the drawing, the subscript i indicating the chemical species i is omitted. Reference numeral 4 in the drawing indicates a catalyst cartridge having a surface coated with a catalyst. The reactant or catalyst poison in the atmospheric gas flowing into the inter-catalyst cartridge passage 3 has a width δ.
And reaches the cartridge 1. In this case, the catalyst active point is on the catalyst cartridge 1.
【0077】濃度境界層を通って触媒表面に拡散する化
学種iの質量流束は、本発明の第1の実施の形態で説明
した式(3)で与えられる。触媒活性点での可燃性ガスの
反応速度が非常に大きい場合や、あるいは、触媒表面へ
の触媒毒物質の吸着速度が非常に大きい場合は、Csi値
は微小であり、0とみなすことができる。よって、C si
=0を考慮して、第1の実施の形態で説明した式(3)か
ら、カートリッジ表面への化学種iの質量流束 MFbi
の値が得られる。Diffusion through the concentration boundary layer to the catalyst surface
The mass flux of the species i is described in the first embodiment of the present invention.
Is given by equation (3). Of flammable gas at catalytic active site
When the reaction rate is very high, or on the catalyst surface
If the adsorption rate of the catalyst poison is very high,sivalue
Is very small and can be regarded as 0. Therefore, C si
= 0, taking into account equation (3) described in the first embodiment.
Et al., Mass flux MF of species i on the cartridge surfacebi
Is obtained.
【0078】よって、化学種iの質量流束(マスフラッ
クス)MFi は、第1の実施の形態で説明した式(13)
で求められる。以上説明したように、本実施の形態によ
れば、触媒が多孔性物質でないような場合においても、
第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。Therefore, the mass flux (mass flux) MF i of the chemical species i is calculated by the equation (13) described in the first embodiment.
Is required. As described above, according to the present embodiment, even when the catalyst is not a porous substance,
The same effects as in the first embodiment can be obtained.
【0079】(第4の実施の形態)本発明の第4の実施
の形態について説明する。上述の第2の実施の形態で
は、反応速度の大きい事象について、触媒単体が多孔性
物質である場合を想定して、可燃性ガス除去速度あるい
は触媒毒物質付着速度を評価する方法について述べた
が、本実施の形態においては、触媒単体が金属板上に塗
布されてなるような場合について、同様の評価を行う。(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described. In the above-described second embodiment, a method for evaluating a combustible gas removal rate or a catalyst poisoning substance attachment rate with respect to an event having a large reaction rate, assuming that the catalyst alone is a porous substance, has been described. In the present embodiment, the same evaluation is performed for a case where the catalyst alone is applied on a metal plate.
【0080】可燃性ガス除去速度評価において、図8
(b)に示すように、触媒担体が金属板のように多孔性
物質ではなく、かつルテニウム触媒による水素と窒素の
結合反応のように反応速度が遅い場合、可燃性ガス除去
速度を支配する因子は、触媒活性点における可燃性ガス
の反応速度と触媒活性点までの反応物質の移行・拡散過
程である。流れ場における壁面への物質移動について
は、主流による反応物質の輸送が拡散による物質の移動
をはるかに上回るため、壁面濃度境界層における拡散と
触媒活性点での反応速度が支配的となる。したがって、
壁面濃度境界層での拡散速度と触媒活性点での反応速度
から、可燃性ガス除去速度を求めることができる。In the evaluation of the flammable gas removal rate, FIG.
As shown in (b), when the catalyst support is not a porous material such as a metal plate and has a slow reaction rate such as a binding reaction between hydrogen and nitrogen by a ruthenium catalyst, a factor controlling a combustible gas removal rate. Is the reaction rate of the combustible gas at the catalytically active point and the transfer / diffusion process of the reactant to the catalytically active point. Regarding the mass transfer to the wall surface in the flow field, the transport of the reactant by the main flow far exceeds the mass transfer by diffusion, so that the diffusion in the wall concentration boundary layer and the reaction rate at the catalytically active site become dominant. Therefore,
From the diffusion rate at the wall concentration boundary layer and the reaction rate at the catalytically active point, the combustible gas removal rate can be determined.
【0081】同様に、触媒毒物質付着速度評価におい
て、触媒担体が金属板のように多孔性物質ではなく、化
学吸着のように吸着速度が遅い場合、触媒毒付着速度を
支配する因子は、触媒表面における触媒毒物質の吸着速
度と触媒表面までの触媒毒物質の移行・拡散過程であ
る。流れ場における壁面への物質移動については、主流
による触媒毒物質の輸送が拡散による物質の移動をはる
かに上回るため、支配的となるのは壁面濃度境界層にお
ける拡散と触媒表面への吸着速度である。したがって、
壁面濃度境界層での拡散速度と触媒表面への吸着速度か
ら、触媒毒物質付着速度を求めることができる。Similarly, in the evaluation of the deposition rate of the catalyst poisonous substance, when the catalyst carrier is not a porous substance such as a metal plate but has a low adsorption rate such as chemisorption, the factor which governs the catalyst poisoning rate is the catalyst. It is the adsorption speed of the catalyst poison on the surface and the transfer / diffusion process of the catalyst poison to the catalyst surface. Regarding mass transfer to the wall in the flow field, the transport of catalyst poisons by the main flow far exceeds the mass transfer by diffusion, so the dominant factors are the diffusion in the wall concentration boundary layer and the rate of adsorption on the catalyst surface. is there. Therefore,
From the diffusion rate at the wall concentration boundary layer and the adsorption rate on the catalyst surface, the catalyst poisoning substance deposition rate can be determined.
【0082】この濃度境界層を通って触媒カートリッジ
表面に拡散する化学種iの質量流束は、第1の実施の形
態で説明した式(3)で与えられる。The mass flux of the chemical species i that diffuses through the concentration boundary layer to the surface of the catalyst cartridge is given by the equation (3) described in the first embodiment.
【0083】また、触媒活性点での化学種iの触媒単位
面積当たりの除去質量流束は、第2の実施の形態で説明
した式(15)で与えられる。但し、MFri は化学種iの
触媒単位面積当たりの除去質量流束であり、Cci =C
si である。The removal mass flux per unit area of the catalyst of the chemical species i at the catalytically active point is given by the equation (15) described in the second embodiment. Here, MF ri is the removal mass flux per unit area of the catalyst of the species i, and C ci = C
si .
【0084】同様に、触媒毒物質iの触媒単位面積当た
りの付着質量流束は、第2の実施の形態で説明した式(1
7)で与えられる。但し、MFri は化学種iの触媒単位
面積当たりの付着質量流束であり、Cci=Csi であ
る。Similarly, the attached mass flux of the catalyst poison i per unit area of the catalyst is calculated by the equation (1) described in the second embodiment.
Given in 7). Here, MF ri is the attached mass flux per unit area of the catalyst of the species i, and C ci = C si .
【0085】触媒式可燃性ガス除去装置が定常状態で作
動している場合、濃度境界層を通ってカートリッジ表面
に流入する化学種iの質量流束 MFbi と、触媒表面
で化学反応あるいは化学吸着によって除去される単位触
媒面積当たりの質量流束 MFri との間に平衡状態が
成立する。したがって、 MFbi=S・MFri 式(25)When the catalytic combustible gas removing device is operating in a steady state, the mass flux MF bi of the species i flowing into the cartridge surface through the concentration boundary layer and the chemical reaction or chemisorption on the catalyst surface An equilibrium is established with the mass flux MF ri per unit catalyst area removed by Therefore, MF bi = S · MF ri equation (25)
【0086】すなわち、 α(Cmi−Csi)=S・V・Mcat・k・CSi f・CSj g 式(26) となる。That is, α (C mi −C si ) = S · V · M cat · k · C Si f · C Sj g Equation (26)
【0087】主流中濃度に対する触媒表面での濃度の割
合をCMSとおき、触媒表面における濃度 Csi およ
び Csj に任意の値を与えると、式(26)から、CMS
の値が次式で算出され、Cmi の値が決まる。 CMS=α/(S・V・Mcat・k・Csi f-1・Csj g +α) 式(27)When the ratio of the concentration on the catalyst surface to the concentration in the mainstream is defined as CMS, and given arbitrary values for the concentrations C si and C sj on the catalyst surface, the CMS is obtained from the equation (26).
Is calculated by the following equation, and the value of C mi is determined. CMS = α / (S · V · M cat · k · C si f−1 · C sj g + α) Equation (27)
【0088】なお、Cmi 値が既知の場合には、これに
合うように最初に与える CSiの値を調整する。Cmi,
Csi の値が決まることにより、MFbi あるいは M
Friの値が得られ、式(13)から化学種iの質量流束が求
まる。If the C mi value is known, the value of C Si to be given first is adjusted to match this value. C mi ,
By determining the value of C si , MF bi or M
The value of F ri is obtained, and the mass flux of the species i is obtained from equation (13).
【0089】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、触媒が多孔性物質でないような場合においても、第
2の実施の形態と同様の効果を奏することができる。As described above, according to this embodiment, even when the catalyst is not a porous substance, the same effects as those of the second embodiment can be obtained.
【0090】(第5の実施の形態)可燃性ガス除去速度
評価において、触媒毒付着による可燃性ガス除去速度低
下は次のように評価することができる。第2の実施の形
態で説明した式(15)を、以下の式(28)の形に表現し直
す。 MFri = V・Mcat・kr・Cci f・Ccj g・[Scat]m 式 (28) ここで、[Scat]:触媒活性表面積の残存割合 m:反応の次数(Fifth Embodiment) In the evaluation of the flammable gas removal rate, the decrease in the flammable gas removal rate due to the attachment of the catalyst poison can be evaluated as follows. Expression (15) described in the second embodiment is re-expressed into the following expression (28). In MF ri = V · M cat · k r · C ci f · C cj g · [S cat] m Formula (28) where, [S cat]: residual percentage of the catalyst active surface area m: reaction order of
【0091】なお、触媒担体が多孔性物質ではない場
合、Cci =Csi ,Ccj =Csjが成り立つ。When the catalyst carrier is not a porous substance, the following holds: C ci = C si , C cj = C sj .
【0092】触媒毒付着により、触媒活性表面積の残存
割合が減少すると、触媒表面での可燃性ガスの反応によ
る除去質量流束 MFri が低下し、触媒毒付着による
可燃性ガス除去速度の低下を評価することができる。When the residual ratio of the catalytically active surface area decreases due to the adhesion of the catalyst poison, the removal mass flux MFri due to the reaction of the combustible gas on the catalyst surface decreases, and the reduction of the combustible gas removal rate due to the adhesion of the catalyst poison decreases. Can be evaluated.
【0093】あるいは、第2の実施の形態における式(1
5)をそのまま適用し、Cci およびCcj の値を増加さ
せることにより、触媒表面での可燃性ガスの反応による
除去質量流束 MFri の値を低下させ、触媒毒付着に
よる可燃性ガス除去速度の低下を評価することができ
る。 ここで、Cci およびCcj の値の増加割合は、
触媒毒による触媒活性点の被覆率と関連付けられる。Alternatively, the expression (1) in the second embodiment
By applying 5) as it is and increasing the values of C ci and C cj , the value of the mass flux MF ri removed by the reaction of the flammable gas on the catalyst surface is reduced, and the removal of flammable gas by the adhesion of catalyst poison The decrease in speed can be evaluated. Here, the rate of increase of the values of C ci and C cj is
It is related to the coverage of the catalytically active site by the catalyst poison.
【0094】触媒担体が多孔性物質であり、触媒毒物質
がエアロゾルである場合、エアロゾルが直接触媒細孔内
表面に付着することによる触媒活性点の減少と、エアロ
ゾル粒子が触媒細孔を塞ぐことによる可燃性ガスの触媒
細孔内拡散の阻害の2つの要因によって、可燃性ガス除
去速度が低下する。触媒活性点の減少については、式(2
7)を使用して評価することができる。また、触媒細孔の
閉塞については、エアロゾルの粒径分布と触媒細孔径分
布との関係によって可燃性ガス除去速度への影響が決ま
る。When the catalyst carrier is a porous substance and the catalyst poison is an aerosol, the reduction in the number of catalytically active sites due to the aerosol directly adhering to the inner surface of the catalyst pores and the aerosol particles blocking the catalyst pores. The two factors of the inhibition of the combustible gas diffusion in the pores of the catalyst by the gas reduce the combustible gas removal rate. Regarding the reduction of the catalytic active point, the equation (2
7) can be evaluated. Regarding the blockage of the catalyst pores, the influence on the combustible gas removal rate is determined by the relationship between the particle size distribution of the aerosol and the catalyst pore size distribution.
【0095】原子炉格納容器における格納容器スプレイ
やサプレッションプールでのスクラビング、あるいは自
然沈着等の機構によって、時間の経過と共に、雰囲気ガ
ス中のエアロゾル粒子は、気相中から除去され、最終的
に最も除去されにくい粒径のエアロゾルが残留する。The aerosol particles in the atmospheric gas are removed from the gaseous phase with the passage of time by a mechanism such as a containment vessel spray in the reactor containment vessel, a scrubbing in the suppression pool, or a natural deposition. An aerosol having a particle size that is difficult to remove remains.
【0096】そこで、エアロゾル粒子が単分散であると
仮定し、その粒径を ra とする。触媒細孔径 re の
分布が正規分布であると仮定すると、re の確率密度関
数φ(re) は、次式で表される。Therefore, it is assumed that the aerosol particles are monodispersed, and the particle size is defined as ra. Assuming that the distribution of the catalyst pore diameter re is a normal distribution, the probability density function φ (re) of re is expressed by the following equation.
【数1】 (Equation 1)
【0097】細孔と、その上に沈着したエアロゾルの粒
径の関係が re ≦ ra であるとき、その細孔は閉塞する。細孔が閉塞する確率
fc は、次の式で算出される。When the relationship between the pores and the particle size of the aerosol deposited thereon is re ≦ ra, the pores are closed. Probability of pore closure
fc is calculated by the following equation.
【数2】 (Equation 2)
【0098】一方、エアロゾルが多分散でその粒径分布
が正規分布である場合、エアロゾル粒径 ra の確率密
度関数 φ(ra) は、式(29)の re を ra で、σe
をσa(粒径分布の分散ファクター)で、それぞれ置
き換えることによって得られる。この場合の細孔閉塞確
率は、次式で算出される。On the other hand, when the aerosol is polydisperse and the particle size distribution is a normal distribution, the probability density function φ (ra) of the aerosol particle size ra is expressed by re in Equation (29) as ra and σ e
Is replaced by σ a (dispersion factor of the particle size distribution). The pore blocking probability in this case is calculated by the following equation.
【数3】 (Equation 3)
【0099】細孔の閉塞確率の大きさに応じて、触媒の
屈曲係数および平均細孔径を増加させ、空隙率を減少さ
せることにより、エアロゾル表面沈着による触媒の細孔
構造の変化が細孔内拡散速度に及ぼす影響を評価するこ
とができる。[0099] By increasing the bending coefficient and the average pore diameter of the catalyst and decreasing the porosity in accordance with the degree of pore blocking probability, changes in the pore structure of the catalyst due to the deposition of aerosol on the surface can be reduced. The effect on the diffusion rate can be evaluated.
【0100】(第6の実施の形態)可燃性ガス除去速度
評価及び触媒毒物質付着速度評価において、各触媒カー
トリッジ間のガス流路をそれぞれ単一の計算グリッドで
表現することができる。その場合、ガスの流れと平行な
軸に沿って、可燃性ガスの除去質量流束あるいは触媒毒
物質の付着速度を示す質量流束が減少する現象を考慮す
る必要がある。(Sixth Embodiment) In the evaluation of the combustible gas removal rate and the evaluation of the catalyst poisoning substance deposition rate, the gas flow path between the catalyst cartridges can be represented by a single calculation grid. In that case, it is necessary to consider a phenomenon that the mass flux indicating the removal rate of the combustible gas or the mass flux indicating the deposition rate of the catalyst poison decreases along the axis parallel to the gas flow.
【0101】図3は、ガスの流れと平行な軸に沿って計
算グリッドを分割していった場合の質量流束の変化を表
している。このグラフの縦軸は、質量流束(マスフラッ
クス)の減少割合Rm であり、以下で定義されるもの
である。 Rm=ms*/ms 式(32)FIG. 3 shows a change in mass flux when the calculation grid is divided along an axis parallel to the gas flow. The vertical axis of this graph is the reduction rate Rm of the mass flux (mass flux) and is defined below. Rm = ms * / ms Formula (32)
【0102】ここで、ms は、カートリッジ間流路を単
一の計算グリッドで模擬した場合のカートリッジ表面へ
の質量流束、ms* は、カートリッジ間流路を 200グリ
ッドに分割した場合のカートリッジ表面の質量流束であ
る。Here, ms is the mass flux to the cartridge surface when the channel between cartridges is simulated by a single calculation grid, and ms * is the surface of the cartridge when the channel between cartridges is divided into 200 grids. Is the mass flux of
【0103】図3によれば、計算グリッドが少ない場
合、流れに平行な軸方向の濃度分布が正確に反映されて
いないため、質量流束の値は過大評価される。一方、計
算グリッドの分割数が増加すると、質量流束は減少し、
分割数が約200になると質量流束もほぼ一定値に近づ
く。質量流束の減少割合は、質量流束の大きさとカート
リッジ間を通過するガスの速度に依存する。According to FIG. 3, when the number of calculation grids is small, the value of the mass flux is overestimated because the concentration distribution in the axial direction parallel to the flow is not accurately reflected. On the other hand, as the number of divisions of the computation grid increases, the mass flux decreases,
When the number of divisions reaches about 200, the mass flux also approaches an almost constant value. The rate at which the mass flux is reduced depends on the magnitude of the mass flux and the velocity of the gas passing between the cartridges.
【0104】一例として、図4に、水素と酸素の触媒反
応における水素質量流束の減少割合を示す。このグラフ
から、水素質量流束の減少割合Rm とガス流速の関係
として、次式が得られる。 Rm=exp(−0.031/u) 式(33) ここで、u:ガス速度[m/s]As an example, FIG. 4 shows the reduction rate of the hydrogen mass flux in the catalytic reaction between hydrogen and oxygen. From this graph, the following equation is obtained as a relationship between the reduction rate Rm of the hydrogen mass flux and the gas flow velocity. Rm = exp (−0.031 / u) Equation (33) where u: gas velocity [m / s]
【0105】また、図5に、よう素の触媒表面付着質量
流束の減少割合を示す。このグラフから、よう素質量流
束の減少割合Rm とガス流速の関係として、次式が得
られる。 Rm=exp(−0.008/u) 式(34)FIG. 5 shows the rate of decrease in the mass flux of iodine adhering to the catalyst surface. From this graph, the following equation is obtained as the relationship between the reduction rate Rm of the iodine mass flux and the gas flow velocity. Rm = exp (−0.008 / u) Equation (34)
【0106】触媒カートリッジ間流路を単一の計算グリ
ッドで表現する場合には、これらの式(33),(34)に代表
される指数関数を用いて、ガス流速に依存する質量流束
の減少を考慮することができる。When the flow path between the catalyst cartridges is represented by a single calculation grid, an exponential function represented by the equations (33) and (34) is used to calculate the mass flux depending on the gas flow rate. A reduction can be considered.
【0107】[0107]
【発明の効果】本発明によれば、理論的に可燃性ガス除
去速度及び触媒毒物質付着速度の評価を行うことによ
り、新たな試験体の作成及び実験なしに可燃性ガス除去
装置の性能評価が可能となり、開発コストの削減をする
ことができる。According to the present invention, by theoretically evaluating the flammable gas removal rate and the catalyst poisoning substance deposition rate, the performance of the flammable gas removal apparatus can be evaluated without creating a new test body and without experimentation. And development costs can be reduced.
【図1】本発明の第1の実施の形態で使用するパラメー
タの関係を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a relationship between parameters used in a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態を使用した場合の解
析結果と実験結果の比較を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a comparison between an analysis result and an experiment result when the first embodiment of the present invention is used.
【図3】本発明の第3の実施の形態で使用するパラメー
タの関係を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between parameters used in a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第6の実施の形態における、計算グリ
ッド分割数と質量流束減少割合Rmの相関を示すグラフ
である。FIG. 4 is a graph showing a correlation between a calculation grid division number and a mass flux reduction ratio Rm in a sixth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第6の実施の形態における、水素除去
質量流束減少割合Rmのガス流速依存性を示すグラフで
ある。FIG. 5 is a graph showing a gas flow rate dependency of a hydrogen removal mass flux reduction ratio Rm in a sixth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第6の実施の形態における、よう素付
着質量流束減少割合Rmのガス流速依存性を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing the gas flow velocity dependence of the iodine-attached mass flux reduction ratio Rm in the sixth embodiment of the present invention.
【図7】従来の触媒式可燃性ガス除去装置概略を示す斜
視図である。FIG. 7 is a perspective view schematically showing a conventional catalytic combustible gas removing device.
【図8】(a),(b)ともに従来の可燃性ガス除去装
置内に配置される触媒カートリッジであり、(a)は触
媒が多孔性固体である場合、(b)は触媒が板上に塗布
されてなる場合である。8 (a) and 8 (b) are catalyst cartridges arranged in a conventional combustible gas removing device, where (a) shows a case where the catalyst is a porous solid, and (b) shows a case where the catalyst is on a plate. It is a case where it is applied.
1…触媒カートリッジ表面、2…多孔性触媒、3…触媒
カートリッジ間流路、11…触媒、12…カートリッジ、13
…筐体、14a,14b…開口部、15…多孔性物質、16…金
属プレート。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface of a catalyst cartridge, 2 ... Porous catalyst, 3 ... Channel between catalyst cartridges, 11 ... Catalyst, 12 ... Cartridge, 13
... housing, 14a, 14b ... opening, 15 ... porous material, 16 ... metal plate.
Claims (5)
触媒を筐体内に配置してなり開口部を有する可燃性ガス
除去装置のガス除去性能を評価する可燃性ガス除去装置
の性能評価方法において、前記可燃性ガス除去装置内を
流通するガスに含まれる反応物質に関して、前記触媒表
面近傍に位置する濃度境界層での前記ガスの拡散による
前記触媒外表面への質量流束と、前記多孔性固体の細孔
内での前記ガスの拡散による前記触媒の活性点への質量
流束とが平衡状態にあるとして、前記触媒活性点におけ
る前記反応物質の濃度を与えることにより、前記反応物
質の前記触媒外表面での濃度を演算し、この触媒外表面
での濃度によって前記反応物質の除去速度を演算するこ
とを特徴とする可燃性ガス除去装置の性能評価方法。1. A method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus in which a combustible gas recombining catalyst comprising a porous solid is disposed in a housing and the gas removing performance of the combustible gas removing apparatus having an opening is evaluated. In regard to the reactants contained in the gas flowing in the combustible gas removing device, the mass flux to the outer surface of the catalyst by the diffusion of the gas in the concentration boundary layer located near the catalyst surface, the porous Assuming that the mass flux to the active point of the catalyst due to the diffusion of the gas in the pores of the reactive solid is in an equilibrium state, by giving the concentration of the reactant at the catalytic active point, A method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus, comprising: calculating a concentration on the outer surface of the catalyst; and calculating a removal rate of the reactant based on the concentration on the outer surface of the catalyst.
触媒を筐体内に配置してなり開口部を有する可燃性ガス
除去装置のガス除去性能を評価する可燃性ガス除去装置
の性能評価方法において、前記可燃性ガス除去装置内を
流通するガスに含まれる反応物質に関して、前記触媒表
面近傍に位置する濃度境界層での前記ガスの拡散による
前記触媒外表面への質量流束と、前記多孔性固体の細孔
内での前記ガスの拡散による触媒活性点への質量流束
と、前記触媒活性点における前記ガスの触媒細孔内単位
面積当たりの質量流束とが平衡状態にあるとして、前記
触媒細孔内表面における前記反応物質の濃度を与えるこ
とにより、前記反応物質の前記ガスの主流中濃度を演算
し、この主流中濃度によって前記反応物質の除去速度を
演算することを特徴とする可燃性ガス除去装置の性能評
価方法。2. A method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus in which a combustible gas recombining catalyst comprising a porous solid is disposed in a housing and the gas removing performance of the combustible gas removing apparatus having an opening is evaluated. In regard to the reactants contained in the gas flowing in the combustible gas removing device, the mass flux to the outer surface of the catalyst by the diffusion of the gas in the concentration boundary layer located near the catalyst surface, the porous Assuming that the mass flux to the catalytically active site due to the diffusion of the gas in the pores of the reactive solid and the mass flux per unit area in the catalytic pores of the gas at the catalytically active site are in an equilibrium state, By giving the concentration of the reactant on the inner surface of the catalyst pores, the mainstream concentration of the reactant gas is calculated, and the removal rate of the reactant is calculated based on the mainstream concentration. Of evaluating the performance of combustible gas removal equipment.
てなる触媒担体を筐体内に配置してなり開口部を有する
可燃性ガス除去装置のガス除去性能を評価する可燃性ガ
ス除去装置の性能評価方法において、前記可燃性ガス除
去装置内を流通するガスに含まれる反応物質に関して、
前記触媒表面近傍に位置する濃度境界層での前記ガスの
拡散による前記触媒表面への質量流束を演算し、この触
媒表面への質量流束によって前記反応物質の除去速度を
演算することを特徴とする可燃性ガス除去装置の性能評
価方法。3. A combustible gas removal apparatus for evaluating the gas removal performance of a combustible gas removal apparatus having an opening in which a catalyst carrier obtained by applying a combustible gas recombination catalyst on a plate is disposed in a housing. In the apparatus performance evaluation method, regarding the reactants contained in the gas flowing through the combustible gas removal device,
Calculating a mass flux to the catalyst surface due to the diffusion of the gas in the concentration boundary layer located near the catalyst surface, and calculating a removal rate of the reactant based on the mass flux to the catalyst surface. Evaluation method of combustible gas removal equipment.
てなる触媒担体を筐体内に配置してなり開口部を有する
可燃性ガス除去装置のガス除去性能を評価する可燃性ガ
ス除去装置の性能評価方法において、前記可燃性ガス除
去装置内を流通するガスに含まれる反応物質に関して、
前記触媒表面近傍に位置する濃度境界層での前記ガスの
拡散による前記触媒外表面への質量流束と、前記触媒活
性点における前記ガスの触媒細孔内単位面積当たりの質
量流束とが平衡状態にあるとして、前記触媒表面におけ
る前記反応物質の濃度を与えることにより、前記反応物
質の前記ガスの主流中濃度を演算し、この主流中濃度に
よって前記反応物質の除去速度を演算することを特徴と
する可燃性ガス除去装置の性能評価方法。4. A combustible gas removal apparatus for evaluating the gas removal performance of a combustible gas removal apparatus having an opening in which a catalyst carrier obtained by applying a combustible gas recombination catalyst on a plate is disposed in a housing. In the apparatus performance evaluation method, regarding the reactants contained in the gas flowing through the combustible gas removal device,
The mass flux to the outer surface of the catalyst due to the diffusion of the gas in the concentration boundary layer located near the catalyst surface and the mass flux per unit area in the catalyst pores of the gas at the catalyst active point are balanced. Providing the concentration of the reactant on the surface of the catalyst, calculating the concentration of the reactant in the mainstream of the gas, and calculating the removal rate of the reactant based on the concentration in the mainstream. Evaluation method of combustible gas removal equipment.
去装置内を流通するガスに含まれる触媒毒物質を適用
し、前記反応物質の除去速度に代えて前記触媒毒物質の
前記触媒への付着速度を演算することを特徴とする請求
項1ないし請求項4記載の可燃性ガス除去装置の性能評
価方法。5. A catalyst poison contained in a gas flowing through the combustible gas removing device is applied in place of the reactant, and the catalyst poison is applied to the catalyst in place of the reactant removal rate. 5. The method for evaluating the performance of a combustible gas removing apparatus according to claim 1, wherein an adhesion speed is calculated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11056445A JP2000258580A (en) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Method for evaluating performance of inflammable gas- eliminating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11056445A JP2000258580A (en) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | Method for evaluating performance of inflammable gas- eliminating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=13027301
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2000258580A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012021777A (en) * | 2010-07-12 | 2012-02-02 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Device for predicting exit hydrogen concentration of exhaust gas recombination device and method of predicting exit hydrogen concentration |
CN113130100A (en) * | 2021-04-09 | 2021-07-16 | 哈尔滨工程大学 | Axial optimization device for hydrogen recombiner assembly unit |
-
1999
- 1999-03-04 JP JP11056445A patent/JP2000258580A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012021777A (en) * | 2010-07-12 | 2012-02-02 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Device for predicting exit hydrogen concentration of exhaust gas recombination device and method of predicting exit hydrogen concentration |
CN113130100A (en) * | 2021-04-09 | 2021-07-16 | 哈尔滨工程大学 | Axial optimization device for hydrogen recombiner assembly unit |
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