JP2020131110A - 触媒容器 - Google Patents
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Abstract
Description
粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給可能な複数の供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記複数の供給流路は、第1栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第1供給流路と、第2栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第2供給流路とを少なくとも含む点にある。
上下方向視において、前記複数の供給流路は、前記容器本体の端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられている点にある。
前記第1供給流路及び前記第2供給流路は、第1ねじ切り部及び第2ねじ切り部を有しており、
前記第1栓体は、前記第1ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第2栓体は、前記第2ねじ切り部に螺合可能である点にある。
前記第1供給流路の第1ねじ切り部及び前記第2供給流路の第2ねじ切り部は同一形状であり、
前記第1栓体は前記第1及び前記第2供給流路のいずれにも螺合可能であり、前記第2栓体は前記第1及び前記第2供給流路のいずれにも螺合可能である点にある。
以下、図面に基づいて、本発明に係る触媒容器を水素含有ガス(燃料ガス)生成用のガス処理装置に適用した場合の実施形態を説明する。
ガス処理装置10の全体構成について図1を用いて説明する。図1に示すように、水素含有ガス生成用のガス処理装置10は、処理対象ガスに所定の処理を施す処理部として、炭化水素系の原燃料ガス(例えば、13A等の天然ガスベースの都市ガス)に対して脱硫処理を施す脱硫器11と、脱硫器11から供給される脱硫後の原燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器13と、改質ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成するCO変成器15と、改質済みの改質ガスに含まれる一酸化炭素ガスを選択的に酸化するCO選択酸化反応器17とを備えている。
なお、本実施形態では、原燃料ガスに硫黄が含まれる場合を例示しており、原燃料ガスを脱硫処理するために脱硫器11が設けられている。
そして、脱硫器11は、脱硫触媒11cを所定の脱硫処理用の脱硫処理温度(例えば200〜270℃)に昇温させた状態で、原燃料ガスを脱硫する。この場合、改質器13を経た改質ガスの一部をリサイクルガスとして脱硫器11に供給してもよい。これにより、リサイクルガス中の水素ガスにより原燃料ガス中の硫黄化合物が水素化されると共に、脱硫触媒11cがその水素化物を吸着して脱硫する。なお、脱硫触媒11cは、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
改質器13には、脱硫器11により脱硫後の原燃料ガスが供給されるとともに、水蒸気化された改質水が供給される。改質器13は、改質触媒13cを所定の改質処理用の改質処理温度(例えば600〜700℃の範囲)に昇温させた状態で、脱硫後の原燃料ガスを水蒸気改質する。
原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスである場合、改質器13は、下記の反応式によりメタンガスを水蒸気と反応させて改質処理することで改質ガスを生成する。下記反応式では、改質ガスには、水素ガス、一酸化炭素ガス及び二酸化炭素ガスが含まれる。なお、改質触媒13cは、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
CH4+H2O→CO+3H2
CO変成器15は、変成触媒15cを所定の変成処理用の変成処理温度(例えば150〜250℃の範囲)に昇温させた状態で、下記の反応式にて改質ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気と反応させて、二酸化炭素ガスに変成させる。なお、変成触媒15cは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
CO選択酸化反応器17は、選択酸化触媒17cを所定の選択酸化処理用の選択酸化処理温度(例えば、80〜100℃の範囲)に昇温させた状態で、変成処理後の改質ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択酸化させる。これにより、CO選択酸化反応器17は、燃料電池20に供給可能な水素含有ガス(燃料ガス)を生成する。水素含有ガスは、一酸化炭素ガス濃度の低い(例えば10ppm以下)水素リッチな水素含有ガスとして生成される。なお、選択酸化触媒17cは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。
次に、触媒容器30について説明する。上述の通り脱硫器11、改質器13、CO変成器15及びCO選択酸化反応器17の各処理部は、それぞれ触媒容器30を有しており、各処理部で所定の処理を行うために所定の触媒11c、13c、15c、17cが収容されている。触媒容器30の構成は各処理部で構成が同様であるため、以下では脱硫器11の触媒容器30を例に挙げて説明する。
また、触媒収容部Ruは導入部Rbよりも広い空間に形成されており、より多くの触媒を収容可能となっている。
なお、触媒容器30が備えられた装置の起動及び停止等により触媒容器30に膨張及び収縮の力が加わるが、これにより触媒収容部Ruに収容された触媒が圧壊して細分化し、細分化触媒となる。
以下では、供給流路31が閉塞する状態について、従来の触媒容器60を用いた実験結果を説明する。
旋回流は、供給流路31から導入部Rbに導入された処理対象ガスが、ある程度流速の速い状態で仕切り体41及び導入部Rbの内壁等と接触することにより生じ易い。発生した旋回流が、仕切り体41の複数の孔43を通過して触媒収容部Ruに導入されると、粉粒が巻き上がり、仕切り体41の複数の孔43を介して導入部に落下し、供給流路を閉塞させる。
図8に示すように、ガス流量2.65L/minで供給流路61から導入部Rb及び触媒収容部Ruに処理対象ガスを導入した場合の方が、ガス流量1.0L/minの場合よりも低温の温度分布の広がりが大きいことが分かる。つまり、流量が大きいほど、触媒収容部Ruに流速が大きい状態で処理対象ガスが導入され、処理対象ガスと仕切り体41及び導入部Rbとの接触抵抗が大きく、旋回流が発生する可能性が高いことが分かる。
供給流路61から処理対象ガスが導入部Rbに導入されているが、ガス流量2.65L/minの場合には、流速の速い領域Aの部分が仕切り体71に向かって勢いよく衝突し、領域Dにおいて旋回流が生じている。なお、領域Eは、導入部Rbの空間が領域Dよりも+X及び−X方向において広く、処理対象ガスと導入部Rbとの接触抵抗が小さい。よって、領域Eでは旋回流は生じていない。
なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
また、開栓及び閉栓のタイミングは特に限定されないが、当該タイミングとしては、運転開始から所定時間経過した場合、及び、第1〜第3供給流路31a〜31cが閉塞及び閉塞に近い状態となりエラーが発生した場合等が挙げられる。
30 :触媒容器
31 :供給流路
31a〜31c :第1〜第3供給流路
32a〜32c :第1〜第3ナット
32a1〜32c1 :第1〜第3雌ネジ部
33a〜33c :第1〜第3雄ネジ部
41 :仕切り体
43 :孔
Rb :導入部
Ru :触媒収容部
Claims (4)
- 粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給可能な複数の供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記複数の供給流路は、第1栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第1供給流路と、第2栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第2供給流路とを少なくとも含む、触媒容器。 - 上下方向視において、前記複数の供給流路は、前記容器本体の端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられている、請求項1に記載の触媒容器。
- 前記第1供給流路及び前記第2供給流路は、第1ねじ切り部及び第2ねじ切り部を有しており、
前記第1栓体は、前記第1ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第2栓体は、前記第2ねじ切り部に螺合可能である、請求項1又は2に記載の触媒容器。 - 前記第1供給流路の第1ねじ切り部及び前記第2供給流路の第2ねじ切り部は同一形状であり、
前記第1栓体は前記第1及び前記第2供給流路のいずれにも螺合可能であり、前記第2栓体は前記第1及び前記第2供給流路のいずれにも螺合可能である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の触媒容器。
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