JP2019190950A - 触媒層のコーキング量の測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態を実施するための化学反応装置の一例を図1に示す。化学反応装置内では、複数の触媒反応器1が流入管2および流出管3を介して共通の流入集合管12および流出集合管13に並列に接続されており、これらの触媒反応器1、流入集合管12、流出集合管13、流入管2、及び流出管3が加熱炉5内に収納される。ガスの流れ11は、流入集合管12、各流入管2、各触媒反応器1、各流出管3、流出集合管13の順に与えられる。
化学反応装置を用いた操業は、例えば以下のとおりである。すなわち、メタンやタール等の炭化水素ガスを含む原料ガスと水蒸気を流入管2に供給し、直径5mm〜100mm程度のNi系触媒粒子を充填した触媒層4を通過させる。これにより、炭化水素ガスを水蒸気改質してH2ガスとCOガス等の改質ガスに化学変化させる。ついで、改質ガスを流出管3から流出させる。反応温度は、例えば、800℃とされる。この反応の際、直径数μm〜数百μmのコーク粒子が多数、副生する。コーキング量は、最大で触媒質量の10質量%程度である。本実施形態が対象とする操業は、上記のものに限られるわけではなく、触媒反応中に触媒粒子間の空間にコーキングを生じるものであれば、どのような操業であってもよい。
つぎに、本実施形態に係る触媒層のコーキング量の測定方法について説明する。第1の手順として、全ての触媒反応器1内の触媒層4がコークを含まない状態で、弁10を全て開放し、スピーカ7に所定の音波を出力させる。ここで、所定の音波は、触媒層4を透過しても計測可能なレベルのパワー(すなわち、音圧)を保つことのできる低周波のパルス状の音波であることが好ましい。例えば、出力音圧レベルが90dB/Wの仕様のスピーカ7に10W(音波出力時)の電力を供給してスピーカ7から、200Hzの単一サイン波の音波を5Hzの頻度で出力してもよい。ここで、スピーカ7から頻度の低いパルス状の音波(つまり、連続波ではない音波)を出力することとしたのは、本実施形態では、第1のマイクロフォン8が測定した音波の自己相関係数を用いてコーキング量を測定するからである。音波を連続波とした場合、コーキング量の大小によって自己相関係数にほとんど差が生じなくなる。
上記の測定方法によって、触媒反応器間での相対的なコーキング量を測定することができる理由を説明する。複数の触媒反応器1が並列に配置される図1、図2の装置構成において、スピーカ7から出力される音波が第1の触媒反応器1aに付属する第1のマイクロフォン8に伝播する経路には、スピーカ7、流出集合管13、第1の触媒反応器1aに連結する流出管3、第1の触媒反応器1a、第1の触媒反応器1aに連結する流入管2、及び第1のマイクロフォン8の順に音波が伝播する経路(第1の伝播経路とも称する)と、スピーカ7、流出集合管13、第2の触媒反応器1bに連結する流出管3、第2の触媒反応器1b、第2の触媒反応器1bに連結する流入管2、流入集合管12、第1の触媒反応器1aに付属する流入管2、及び第1のマイクロフォン8の順に伝播する経路(以下、「第2の伝播経路」とも称する)の2種類が存在する。図1の例では、右端の触媒反応器1を第1の触媒反応器1aとし、他の3本の触媒反応器1を第2の触媒反応器1bとしている。したがって、第2の伝播経路は3本存在する。もちろん、第1の触媒反応器1aは任意の触媒反応器1でよい。
上述したように、本実施形態では、音波の自己相関係数のピーク幅を用いてコーキング量の相対値を測定する。ここで、第1の触媒反応器1aに付属する第1のマイクロフォン8が測定した音波(合成波)に関して、第1の伝播経路を経由した音波の音圧が第2の伝播経路を経由した遅延音波の音圧に近いほど、合成波に与える遅延音波の影響が大きくなり、音波の自己相関係数の位相差0秒近傍におけるピーク幅が広くなる。以下、図6〜図10に基づいて、その理由(原理)について詳細に説明する。なお、図6〜図10で示される位相差の単位は(rad)となっている。位相差(rad)と位相差(s)とは、位相差(rad)=角周波数(rad/s)×位相差(s)の関係がある。
1a 第1の触媒反応器
1b 第2の触媒反応器
2 流入管
3 流出管
4 触媒層
5 加熱炉
6 コーク除去装置
7 スピーカ
8 第1のマイクロフォン
9 第2のマイクロフォン
10 弁
11 ガス流れ
12 流入集合管
13 流出集合管
Claims (4)
- 共通の流入集合管および流出集合管に並列に接続された複数の固定床触媒反応器のうち、いずれか一の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量を測定する触媒層のコーキング量の測定方法であって、
前記一の固定床触媒反応器が接続される配管系内に、スピーカおよび前記一の固定床触媒反応器に付属するマイクロフォンを、前記一の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層が前記スピーカおよび前記マイクロフォンの間に配置され、かつ、前記スピーカおよび前記マイクロフォンが前記配管系の配管内側に向くようにそれぞれ設け、
前記スピーカからパルス状の音波を出力させ、前記マイクロフォンで前記音波を時系列的に計測し、
前記マイクロフォンでの音波測定値を処理して自己相関係数を測定し、位相差0秒近傍での前記自己相関係数のピーク幅に基づいて、前記一の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量を、他の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量に対する相対値として測定することを特徴とする、触媒層のコーキング量の測定方法。 - 前記一の固定床触媒反応器に対して測定された位相差0秒近傍での前記自己相関係数のピーク幅と、全ての前記固定床触媒反応器に対して測定された位相差0秒近傍での前記自己相関係数のピーク幅の平均値とを比較することによって、前記一の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量を、前記他の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量に対する相対値として測定することを特徴とする、請求項1に記載の触媒層のコーキング量の測定方法。
- 前記一の固定床触媒反応器に対して測定された位相差0秒近傍での前記自己相関係数のピーク幅と、全ての前記固定床触媒反応器の触媒層がコークを含まない状態で前記一の固定床触媒反応器に対して測定された位相差0秒近傍での前記自己相関係数のピーク幅とを比較することによって、前記一の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量を、前記他の固定床触媒反応器内に設けられた触媒層のコーキング量に対する相対値として測定することを特徴とする、請求項1または2に記載の触媒層のコーキング量の測定方法。
- 前記パルス状の音波の周波数は、前記スピーカから出力される音波が前記一の固定床触媒反応器を経由して前記一の固定床触媒反応器に付属するマイクロフォンまで伝播する経路と、前記スピーカから出力される音波が前記一の固定床触媒反応器に隣接する他の固定床触媒反応器を経由して前記一の固定床触媒反応器に付属するマイクロフォンまで伝播する経路との経路長差の4倍を超えるように設定されることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の触媒層のコーキング量の測定方法。
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