JP2002233750A - 熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置 - Google Patents
熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱効率に優れランニングコストの低減された、
熱交換機能を組み合わせた気体用触媒反応器を提供す
る。 【解決手段】予熱室、触媒反応室及び排気室が３層をな
す、熱交換機能を有する気体用触媒反応器である。少な
くとも最内層から中層に向かって熱交換による熱伝導が
生じるように構成されている。
熱交換機能を組み合わせた気体用触媒反応器を提供す
る。 【解決手段】予熱室、触媒反応室及び排気室が３層をな
す、熱交換機能を有する気体用触媒反応器である。少な
くとも最内層から中層に向かって熱交換による熱伝導が
生じるように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換機能を組合
せた触媒反応器に関し、特にガス状炭化水素を効率良く
反応させることができると共に、廃熱を有効利用するこ
とのできる触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置に
関する。
せた触媒反応器に関し、特にガス状炭化水素を効率良く
反応させることができると共に、廃熱を有効利用するこ
とのできる触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から、加熱効
率を高めたり、触媒反応後の廃熱を有効利用することの
できる熱交換機能を組合せた触媒反応器が提案されてい
る。例えば、特開平６−２２９５３０号公報には、加熱
器の周囲に触媒体をおき、加熱器表面から発生する輻射
線を触媒体に吸収させることによってエネルギーの無駄
を省き、触媒を加熱するための熱入力を最小限とした、
コンパクトな触媒反応器が開示されている。この触媒反
応器は、廃熱を利用して反応ガスを予熱する熱交換機能
を有しているが、この場合には、熱交換領域が反応器の
長さの１／３足らずと限られている為、廃熱の利用は限
られたものであった。かかる欠点は特表平９−５０３９
６１号公報に開示された吸熱反応用触媒反応器によって
大幅に改善されたが、この場合には、反応ガスを予熱す
るためには、該予熱を別途行わなければならないという
欠点があった。
率を高めたり、触媒反応後の廃熱を有効利用することの
できる熱交換機能を組合せた触媒反応器が提案されてい
る。例えば、特開平６−２２９５３０号公報には、加熱
器の周囲に触媒体をおき、加熱器表面から発生する輻射
線を触媒体に吸収させることによってエネルギーの無駄
を省き、触媒を加熱するための熱入力を最小限とした、
コンパクトな触媒反応器が開示されている。この触媒反
応器は、廃熱を利用して反応ガスを予熱する熱交換機能
を有しているが、この場合には、熱交換領域が反応器の
長さの１／３足らずと限られている為、廃熱の利用は限
られたものであった。かかる欠点は特表平９−５０３９
６１号公報に開示された吸熱反応用触媒反応器によって
大幅に改善されたが、この場合には、反応ガスを予熱す
るためには、該予熱を別途行わなければならないという
欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
更に熱エネルギーの有効利用を徹底し、ランニングコス
トの更なる低減をなすべく鋭意検討した結果、反応器内
に反応室も含めたガス流路を１往復半設け、往路及び復
路の両方で熱交換させることにより、更に熱効率を改善
することができることを見出し本発明に到達した。従っ
て、本発明の目的は、熱効率に優れランニングコストの
低減された、熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器を
提供することにある。
更に熱エネルギーの有効利用を徹底し、ランニングコス
トの更なる低減をなすべく鋭意検討した結果、反応器内
に反応室も含めたガス流路を１往復半設け、往路及び復
路の両方で熱交換させることにより、更に熱効率を改善
することができることを見出し本発明に到達した。従っ
て、本発明の目的は、熱効率に優れランニングコストの
低減された、熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器を
提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
予熱室、触媒反応室、及び排気室が３層をなす熱交換機
能を有する気体用触媒反応器であって、少なくとも最内
層から中間層に向かって熱交換による熱伝導が生じるよ
うに構成されていることを特徴とする熱交換機能を組合
せた気体用触媒反応器によって達成された。
予熱室、触媒反応室、及び排気室が３層をなす熱交換機
能を有する気体用触媒反応器であって、少なくとも最内
層から中間層に向かって熱交換による熱伝導が生じるよ
うに構成されていることを特徴とする熱交換機能を組合
せた気体用触媒反応器によって達成された。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基いて説
明する。図１は、触媒反応が発熱反応である場合の本発
明の気体用触媒反応器１０の例である。図中の符号１は
触媒反応室、２は予熱室、３は廃気室、４は反応ガスの
流入口、５は廃棄ガス排出口、６は熱交換を促進するた
めのフィンである。この場合の触媒反応は発熱反応であ
るので、反応が始まると触媒反応室は反応熱によって加
熱される。従って、反応ガスの流入口から反応器内中層
の予熱室に流入したガスは最内層の反応室の外壁と接触
して予熱される。尚、反応を開始させるに際しては、公
知の如く、加熱した反応ガスを触媒反応室に導入する
か、及び／又は触媒反応室自身を加熱できるようにして
おくことが必要である。
明する。図１は、触媒反応が発熱反応である場合の本発
明の気体用触媒反応器１０の例である。図中の符号１は
触媒反応室、２は予熱室、３は廃気室、４は反応ガスの
流入口、５は廃棄ガス排出口、６は熱交換を促進するた
めのフィンである。この場合の触媒反応は発熱反応であ
るので、反応が始まると触媒反応室は反応熱によって加
熱される。従って、反応ガスの流入口から反応器内中層
の予熱室に流入したガスは最内層の反応室の外壁と接触
して予熱される。尚、反応を開始させるに際しては、公
知の如く、加熱した反応ガスを触媒反応室に導入する
か、及び／又は触媒反応室自身を加熱できるようにして
おくことが必要である。
【０００６】この場合の熱交換効率を高めるために、予
熱室内には適度にフィンを設けることが好ましい。予熱
された反応ガスは、触媒反応室に適切な温度で導入され
るので反応効率が改善される。触媒反応室から最外層の
廃棄室に流出した廃棄ガスは十分廃熱を有するのでこの
廃熱によっても予熱室内のガスが予熱される。このよう
に廃熱が有効に利用されるので、触媒反応器としてのエ
ネルギー効率は従来より大幅に改善される。この場合の
熱交換効率を高めるために、廃棄室の予熱室側壁面にも
フィンを設けることが好ましい。
熱室内には適度にフィンを設けることが好ましい。予熱
された反応ガスは、触媒反応室に適切な温度で導入され
るので反応効率が改善される。触媒反応室から最外層の
廃棄室に流出した廃棄ガスは十分廃熱を有するのでこの
廃熱によっても予熱室内のガスが予熱される。このよう
に廃熱が有効に利用されるので、触媒反応器としてのエ
ネルギー効率は従来より大幅に改善される。この場合の
熱交換効率を高めるために、廃棄室の予熱室側壁面にも
フィンを設けることが好ましい。
【０００７】図２は、触媒反応が吸熱反応である場合
の、本発明の気体用触媒反応器１０の例である。反応ガ
スは、壁面を介してガスバーナー等の加熱手段によって
最内層の予熱室で十分に加熱された後中層の触媒反応室
に導入され反応する。また、触媒反応室は、予熱室との
間の壁面を介して加熱されるだけでなく、十分に予熱さ
れた反応ガスによって直接的に加熱される。更に、触媒
反応室は、最外層の廃気室に排出された排気ガスの廃熱
によって保湿される。
の、本発明の気体用触媒反応器１０の例である。反応ガ
スは、壁面を介してガスバーナー等の加熱手段によって
最内層の予熱室で十分に加熱された後中層の触媒反応室
に導入され反応する。また、触媒反応室は、予熱室との
間の壁面を介して加熱されるだけでなく、十分に予熱さ
れた反応ガスによって直接的に加熱される。更に、触媒
反応室は、最外層の廃気室に排出された排気ガスの廃熱
によって保湿される。
【０００８】本発明の触媒反応室には、粒状等、公知の
形状の触媒を充填しても良いが、器壁表面に触媒を担持
させても良い。後者の場合には、反応器の基材として陽
極酸化アルミナ被膜を生成したアルミニウム及びアルミ
ニウム合金、又はアルミニウムと鉄、ステンレス、銅な
どとのクラッド材等を使用し、内部に多数のフィンを設
けることが好ましく、特に、陽極酸化被膜表面に触媒を
担持させることが好ましい。陽極酸化表面に触媒を担持
させる場合には、該陽極酸化表面の比表面積を大きくす
るために室温〜８０℃で５分〜２４時間水和処理するこ
とが好ましい。また、触媒を担持させるに際しては、例
えばアルミナゾルを結着剤として使用しても良い。尚、
触媒反応室の温度を制御するための公知の加熱手段や冷
却手段を併用しても良いことは当然である。反応器全体
をアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属で製造した
場合にはユニット化が容易であり、このユニットを適宜
組合せることにより、所望の規模の反応装置とすること
も容易である。
形状の触媒を充填しても良いが、器壁表面に触媒を担持
させても良い。後者の場合には、反応器の基材として陽
極酸化アルミナ被膜を生成したアルミニウム及びアルミ
ニウム合金、又はアルミニウムと鉄、ステンレス、銅な
どとのクラッド材等を使用し、内部に多数のフィンを設
けることが好ましく、特に、陽極酸化被膜表面に触媒を
担持させることが好ましい。陽極酸化表面に触媒を担持
させる場合には、該陽極酸化表面の比表面積を大きくす
るために室温〜８０℃で５分〜２４時間水和処理するこ
とが好ましい。また、触媒を担持させるに際しては、例
えばアルミナゾルを結着剤として使用しても良い。尚、
触媒反応室の温度を制御するための公知の加熱手段や冷
却手段を併用しても良いことは当然である。反応器全体
をアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属で製造した
場合にはユニット化が容易であり、このユニットを適宜
組合せることにより、所望の規模の反応装置とすること
も容易である。
【０００９】本発明の触媒反応器は、反応ガスの流入口
４から導入された反応ガスが予熱室、反応室、排気室を
順次通過するので、排出口に近いほどガスの空間速度が
遅くなる。従って、この特性を利用することによって、
混合ガスの反応率を９９．９％程度とすることが可能で
ある。また、ガソリンを改質して水素ガスを得るような
反応の場合でも、ガソリンの反応室内の滞留時間を制御
することにより、水素の収率を高めることができる。こ
のように、反応率を高めたり、特定の生成物の収率を高
める場合には、排気室にも触媒を充填したり担持させた
りして、実質的に反応室とすることが好ましい。排気室
の触媒は、反応室の触媒と必ずしも同一にする必要はな
い。尚、ガスの組成を均一にするために、適宜多孔板を
配し、該多孔板を透過するようにガスを流すことが好ま
しい。
４から導入された反応ガスが予熱室、反応室、排気室を
順次通過するので、排出口に近いほどガスの空間速度が
遅くなる。従って、この特性を利用することによって、
混合ガスの反応率を９９．９％程度とすることが可能で
ある。また、ガソリンを改質して水素ガスを得るような
反応の場合でも、ガソリンの反応室内の滞留時間を制御
することにより、水素の収率を高めることができる。こ
のように、反応率を高めたり、特定の生成物の収率を高
める場合には、排気室にも触媒を充填したり担持させた
りして、実質的に反応室とすることが好ましい。排気室
の触媒は、反応室の触媒と必ずしも同一にする必要はな
い。尚、ガスの組成を均一にするために、適宜多孔板を
配し、該多孔板を透過するようにガスを流すことが好ま
しい。
【００１０】図３は、本発明の反応器１０を２列４段に
併設してなる、本発明の触媒反応装置３０の例である。
（ａ）図は内部構造を説明するための平面説明図、
（ｂ）図は内部構造を説明するための正面説明図であ
り、図４は右側面説明図である。図中の符号４は反応ガ
ス流入口、５は排気ガス排出口、１０は触媒反応器、１
１はサンプリング口、１２は制御装置、１３はファン、
１４はヒーター、１５は流量計、１６は自動切換弁、１
７はガスの組成を均一にするための多孔板、１８は反応
ガス分配室、１９は排気ガス収集室である。尚、本図に
おいては、反応器の内部構造については図示していな
い。
併設してなる、本発明の触媒反応装置３０の例である。
（ａ）図は内部構造を説明するための平面説明図、
（ｂ）図は内部構造を説明するための正面説明図であ
り、図４は右側面説明図である。図中の符号４は反応ガ
ス流入口、５は排気ガス排出口、１０は触媒反応器、１
１はサンプリング口、１２は制御装置、１３はファン、
１４はヒーター、１５は流量計、１６は自動切換弁、１
７はガスの組成を均一にするための多孔板、１８は反応
ガス分配室、１９は排気ガス収集室である。尚、本図に
おいては、反応器の内部構造については図示していな
い。
【００１１】本発明を稼動する場合には、先ずファン１
３とヒーター１４をオンにし、反応ガスを吸気口２０か
ら取り入れる。導入された反応ガスはヒーター１４を通
って分配室１８に入り、８個の反応器に分配される。各
反応器の反応ガス流入口から反応器内部に流入したガス
は、適宜多孔板１７を通過し、３層構造の反応器を経
て、反応によって組成を変えながら排気ガス排出口５か
ら排気ガス収集室１９に排出され、排気口２１から本装
置３０外に排出される。
３とヒーター１４をオンにし、反応ガスを吸気口２０か
ら取り入れる。導入された反応ガスはヒーター１４を通
って分配室１８に入り、８個の反応器に分配される。各
反応器の反応ガス流入口から反応器内部に流入したガス
は、適宜多孔板１７を通過し、３層構造の反応器を経
て、反応によって組成を変えながら排気ガス排出口５か
ら排気ガス収集室１９に排出され、排気口２１から本装
置３０外に排出される。
【００１２】発熱反応の場合には反応室が過熱するの
で、ヒーター１４は適宜オフにされる。尚、ヒーターは
電気ヒーターに限定されるものではなく、バーナーであ
っても良いことは当然である。吸熱反応の場合には引き
続きヒーター１４をオンにしておく。電磁弁１６を作動
させ、適宜サンプリング口１１から反応前のガスを試料
として取り出し、排気ガスの組成と比較しながら反応を
制御する。反応の制御は、制御装置の設定によって行わ
れる。設定は、少なくとも、流量及び反応室の温度につ
いて行われ、温度センサーと連動してヒーターのオン・
オフが行われる。尚、本装置では反応器を８個とした
が、その数は特に限定されず、処理の規模や反応の種類
によって適宜設計することができる。図５は、反応ガス
が前部から入り、後部に抜ける本発明の触媒反応装置の
全体図である。
で、ヒーター１４は適宜オフにされる。尚、ヒーターは
電気ヒーターに限定されるものではなく、バーナーであ
っても良いことは当然である。吸熱反応の場合には引き
続きヒーター１４をオンにしておく。電磁弁１６を作動
させ、適宜サンプリング口１１から反応前のガスを試料
として取り出し、排気ガスの組成と比較しながら反応を
制御する。反応の制御は、制御装置の設定によって行わ
れる。設定は、少なくとも、流量及び反応室の温度につ
いて行われ、温度センサーと連動してヒーターのオン・
オフが行われる。尚、本装置では反応器を８個とした
が、その数は特に限定されず、処理の規模や反応の種類
によって適宜設計することができる。図５は、反応ガス
が前部から入り、後部に抜ける本発明の触媒反応装置の
全体図である。
【００１３】
【発明の効果】本発明の触媒反応器は、熱交換領域が十
分大きく熱の無駄が従来より著しく少なくなるので、省
エネルギー効果に優れている。また、ユニット化が容易
であるので、それを組合せることによって、容易に、所
望の規模の触媒反応装置とすることができる。
分大きく熱の無駄が従来より著しく少なくなるので、省
エネルギー効果に優れている。また、ユニット化が容易
であるので、それを組合せることによって、容易に、所
望の規模の触媒反応装置とすることができる。
【図１】触媒反応が発熱反応である場合の本発明の、気
体用触媒反応器の例である。
体用触媒反応器の例である。
【図２】触媒反応が吸熱反応である場合の本発明の、気
体用触媒反応器の例である。
体用触媒反応器の例である。
【図３】本発明の触媒反応装置の例を説明する図面であ
る。（ａ）図は平面説明図、（ｂ）図は正面説明図であ
る。
る。（ａ）図は平面説明図、（ｂ）図は正面説明図であ
る。
【図４】図３の反応装置の右側面図である。
【図５】本発明の他の触媒反応装置の全体図である。
１ 触媒反応室 ２ 予熱室 ３ 廃棄室 ４ 反応ガスの流入口 ５ 排気ガス排出口 ６ フィン １０ 触媒反応器 １１ 試料取り出し口 １２ 制御装置 １３ ファン １４ ヒーター １５ 流量計 １６ 自動切換弁 １７ 多孔板 １８ 反応ガス分配室 １９ 排気ガス収集室 ２０ 吸気口 ２１ 排気口 ３０ 触媒反応装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB14 EB23 EB46 EC07 4G069 AA03 AA08 BA01A BA01B CD10 DA05 EA11 EE03 EE04 FA02 FA03 FB30 FB42 4G075 AA03 AA44 AA45 BA01 BA05 BA06 CA02 CA54 EA05 EB01 EC06 EE02 EE31 FC11 4G140 EA03 EA06 EB14 EB23 EB46 EC07
Claims (5)
- 【請求項１】 予熱室、触媒反応室及び排気室が３層を
なす、熱交換機能を有する気体用触媒反応器であって、
少なくとも最内層から中間層に向かって熱交換による熱
伝導が生じるように構成されていることを特徴とする熱
交換機能を組合せた気体用触媒反応器。 - 【請求項２】 触媒反応器が陽極酸化処理及びそれを焼
成してなるアルミナ被膜を担体とし、触媒金属を担持さ
せた反応器である、請求項１に記載された熱交換機能を
組合せた気体用触媒反応器。 - 【請求項３】 反応器の中心部から触媒反応室、予熱
室、排気室と３層に構成された請求項１又は２に記載さ
れた熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器。 - 【請求項４】 中心に加熱手段を有すると共に、内側の
層から順次、予熱室、触媒反応室、排気室が３層に設け
られてなる、請求項１又は２に記載された熱交換機能を
組合せた気体用触媒反応器。 - 【請求項５】 少なくとも、反応ガスを導入する吸気
口、サンプリング口、流量計、ファン、反応ガスを加熱
するためのヒーター、請求項１〜３の何れかに記載され
た熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器、排気口、及
び反応を制御するための制御装置からなることを特徴と
する触媒反応装置。
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| JP2001033258A JP4247952B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置 |
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| JP2001033258A JP4247952B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 熱交換機能を組合せた気体用触媒反応器及びそれを用いた触媒反応装置 |
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| JP (1) | JP4247952B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007091513A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Toshiba Corp | 水素発生装置及び燃料電池システム |
| JP2008304112A (ja) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Koyo Thermo System Kk | 熱回収装置 |
-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001033258A patent/JP4247952B2/ja not_active Expired - Fee Related
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