JP2023007820A - Methanation reaction apparatus and methanation reaction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メタネーション反応用触媒を備えたメタネーション反応装置と、このメタネーション反応装置を用いたメタネーション反応方法に関する。 The present invention relates to a methanation reactor equipped with a methanation reaction catalyst and a methanation reaction method using this methanation reactor.
水素と炭素化合物ガスとを反応させてメタン含有ガスを生成させるメタネーション反応は、反応速度の大きい発熱反応である。そのため、メタネーション反応装置では水冷冷却などを行っているが、反応温度の異常上昇や反応の暴走が起こった際に触媒が劣化するという課題がある。また、温度の異常上昇や反応暴走が起こった際に、熱が触媒間を伝わり、触媒の劣化が広範囲に広がるという問題がある。 A methanation reaction in which hydrogen and a carbon compound gas are reacted to produce a methane-containing gas is an exothermic reaction with a high reaction rate. Therefore, the methanation reaction apparatus is cooled by water cooling, but there is a problem that the catalyst deteriorates when the reaction temperature rises abnormally or the reaction goes out of control. In addition, when an abnormal temperature rise or a runaway reaction occurs, heat is transferred between the catalysts, and there is a problem that deterioration of the catalyst spreads over a wide range.
触媒の反応速度を抑制したり、反応の暴走が起こった際に触媒間の熱伝達を抑制したりする方法としては、例えば、触媒と活性のないアルミナボールやセラミックボールを混合して触媒を希釈する方法や、触媒とアルミナボールを交互に充填する方法(例えば特許文献1、2)等がある。
As a method of suppressing the reaction speed of the catalyst or suppressing the heat transfer between the catalysts when a runaway reaction occurs, for example, the catalyst is diluted by mixing it with inactive alumina balls or ceramic balls. and a method of alternately filling the catalyst and the alumina balls (for example,
アルミナボールやセラミックボールは、比重が高く、装置重量が大きくなる。また、アルミナボールは、反応温度の異常上昇時に熱衝撃で割れ、断熱効果が低下するおそれがある。 Alumina balls and ceramic balls have a high specific gravity and increase the weight of the device. In addition, the alumina balls may crack due to thermal shock when the reaction temperature rises abnormally, and the heat insulating effect may deteriorate.
メタネーション反応装置を起動させる場合は、最適反応温度にまで昇温させるように予熱が必要であるが、アルミナボールは熱容量が大きいため、最適反応温度にまで昇温させるのに時間がかかる。 When starting the methanation reactor, preheating is required to raise the temperature to the optimum reaction temperature, but since alumina balls have a large heat capacity, it takes time to raise the temperature to the optimum reaction temperature.
また、メタネーション反応装置内の異常反応でアルミナボール等の温度が上昇すると、熱容量が大きいために降温させにくい。 Further, if the temperature of alumina balls or the like rises due to an abnormal reaction in the methanation reactor, it is difficult to lower the temperature due to their large heat capacity.
また、アルミナボール自体はガスを通さないため、メタネーション反応装置内のガス流量を調整するために、アルミナボールをメタネーション反応装置に充填する際に、アルミナボールのサイズを選択しアルミナボール間の隙間を調整することなどが必要であり、装置の設計・製造が難しいという問題があった。 In addition, since the alumina balls themselves do not pass gas, the size of the alumina balls is selected when filling the methanation reactor with alumina balls in order to adjust the gas flow rate in the methanation reactor. There is a problem that it is difficult to design and manufacture the device because it is necessary to adjust the gap.
本発明は、メタネーション反応を適切に行うことができるメタネーション反応装置と、このメタネーション反応装置を用いたメタネーション反応方法とを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a methanation reaction apparatus capable of appropriately conducting a methanation reaction, and a methanation reaction method using this methanation reaction apparatus.
本発明は、次を要旨とする。 The gist of the present invention is as follows.
[1] メタネーション反応を行うメタネーション反応部を有するメタネーション反応装置において、該メタネーション反応部は、触媒と無機繊維とを含むことを特徴とするメタネーション反応装置。 [1] A methanation reactor having a methanation reaction section for performing a methanation reaction, wherein the methanation reaction section contains a catalyst and inorganic fibers.
[2] 前記メタネーション反応部は、触媒層と無機繊維層とを有する[1]のメタネーション反応装置。 [2] The methanation reactor of [1], wherein the methanation reaction section has a catalyst layer and an inorganic fiber layer.
[3] 前記メタネーション反応装置は、原料ガスの入口部と生成ガスの出口部とを有しており、前記触媒層と無機繊維層とが該入口部から出口部に向う方向において交互に配置されている[2]のメタネーション反応装置。 [3] The methanation reactor has a source gas inlet and a product gas outlet, and the catalyst layers and the inorganic fiber layers are alternately arranged in the direction from the inlet to the outlet. The methanation reactor of [2] described above.
[4] 前記メタネーション反応装置は、原料ガスの入口部と生成ガスの出口部とを有しており、前記無機繊維の層が該入口部から出口部に向う方向に延在することにより、該反応部内が該無機繊維の層によって複数の領域に区画され、各領域にそれぞれ触媒が充填されている[2]のメタネーション反応装置。 [4] The methanation reactor has a raw material gas inlet and a product gas outlet, and the inorganic fiber layer extends from the inlet to the outlet, The methanation reactor of [2], wherein the reaction section is partitioned into a plurality of regions by the inorganic fiber layer, and each region is filled with a catalyst.
[5] 前記無機繊維は、無機繊維のブランケットの形態となっている[1]~[4]のいずれかのメタネーション反応装置。 [5] The methanation reactor according to any one of [1] to [4], wherein the inorganic fibers are in the form of a blanket of inorganic fibers.
[6] 前記ブランケットは、ニードルブランケットである[5]のメタネーション反応装置。 [6] The methanation reactor of [5], wherein the blanket is a needle blanket.
[7] 前記メタネーション反応部に、前記触媒の粒子と前記無機繊維との混合物が充填されている[1]のメタネーション反応装置。 [7] The methanation reactor of [1], wherein the methanation reaction section is filled with a mixture of the catalyst particles and the inorganic fibers.
[8] 前記無機繊維は、多結晶質アルミナ/シリカ系繊維である[1]~[7]のいずれかのメタネーション反応装置。 [8] The methanation reactor according to any one of [1] to [7], wherein the inorganic fibers are polycrystalline alumina/silica fibers.
[9] 前記多結晶質アルミナ/シリカ系繊維は、アルミナ含有率が50重量%以上である[8]のメタネーション反応装置。 [9] The methanation reactor of [8], wherein the polycrystalline alumina/silica fiber has an alumina content of 50% by weight or more.
[10] 前記多結晶質アルミナ/シリカ系繊維は、アルミナ含有率が70重量%以上である[8]のメタネーション反応装置。 [10] The methanation reactor of [8], wherein the polycrystalline alumina/silica fiber has an alumina content of 70% by weight or more.
[11]前記多結晶質アルミナ/シリカ系繊維は、アルミナ含有率が94重量%以上である[8]のメタネーション反応装置 [11] The methanation reactor of [8], wherein the polycrystalline alumina/silica fiber has an alumina content of 94% by weight or more
[12] 前記無機繊維の平均繊維径が3~8μmである[1]~[11]のいずれかのメタネーション反応装置。 [12] The methanation reactor according to any one of [1] to [11], wherein the inorganic fibers have an average fiber diameter of 3 to 8 μm.
[13] [1]~[12]のいずれかのメタネーション反応装置を用いたメタネーション反応方法であって、水素と炭素化合物ガスとを前記触媒反応部に供給し、メタンを含む生成ガスを製造するメタネーション反応方法。 [13] A methanation reaction method using the methanation reaction apparatus according to any one of [1] to [12], wherein hydrogen and a carbon compound gas are supplied to the catalytic reaction unit, and a generated gas containing methane is produced. A methanation reaction method for producing.
[14] 前記反応部の温度を200~600℃とする[13]のメタネーション反応方法。 [14] The methanation reaction method of [13], wherein the temperature of the reaction section is 200 to 600°C.
本発明によると、触媒で発生する熱が周囲に伝播することが無機繊維によって抑制されるので、触媒間の異常反応の伝播や触媒間の異常温度上昇の伝播を抑制することができる。 According to the present invention, the inorganic fibers suppress the propagation of heat generated by the catalyst to the surroundings, so that the propagation of abnormal reaction between catalysts and the propagation of abnormal temperature rise between catalysts can be suppressed.
無機繊維はアルミナボールに比べて軽量であるので、メタネーション反応装置を軽量化することが可能である。無機繊維は、反応部内に充填された状態において通気性を有するので、反応部の通気圧損が小さい。また通気性がよいことで異常反応時の熱をため込むことなく、上流側からの比較的温度の低いガスで冷却することができ、異常反応時の触媒の冷却を素早く行うことができる。 Since inorganic fibers are lighter than alumina balls, it is possible to reduce the weight of the methanation reactor. Since the inorganic fiber has air permeability in a state filled in the reaction section, the air pressure loss in the reaction section is small. In addition, good air permeability allows cooling with relatively low-temperature gas from the upstream side without accumulating heat during an abnormal reaction, and the catalyst can be quickly cooled during an abnormal reaction.
無機繊維は、繰り返し熱応力が負荷されても、アルミナボールのように割れたりすることが無く、耐久性に優れる。 Unlike alumina balls, inorganic fibers do not break even when subjected to repeated thermal stresses, and are excellent in durability.
本発明のメタネーション反応装置であれば、反応温度の異常上昇や反応の暴走が起こった際に断熱層の劣化を起こすことなく触媒の劣化の伝播を防ぐことができる。また、装置設計や装置製造を容易に行うことができる。 The methanation reactor of the present invention can prevent deterioration of the catalyst from deteriorating without causing deterioration of the heat insulation layer when an abnormal rise in reaction temperature or runaway reaction occurs. In addition, device design and device manufacturing can be easily performed.
以下、本発明の一例としての、メタネーション反応装置及び反応方法について説明する。ただし、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a methanation reactor and a reaction method will be described as an example of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
<メタネーション反応装置>
本発明のメタネーション反応装置は、触媒と無機繊維とを含む、メタネーション反応部を有する。
<Methanation reactor>
The methanation reactor of the present invention has a methanation reaction section containing a catalyst and inorganic fibers.
図1~10に、本発明のメタネーション反応装置の一例を示す。 1 to 10 show an example of the methanation reactor of the present invention.
図1のメタネーション反応装置1は、ケーシング1A内にメタネーション反応部として触媒層2と無機繊維層3とを交互に設けたものである。このように、メタネーション反応部は、触媒層と無機繊維層とを有することが好ましく、触媒層は触媒が充填されてなる層であることが好ましく、無機繊維層は無機繊維が充填されてなる層であることが好ましい。ケーシング1Aは、この実施の形態では、円筒形又は角筒形であり、側周を囲むように冷却部4が設けられている。冷却部4は、この実施の形態では水冷ジャケット構造となっており、例えば冷却媒体が流入口4aから流入し、流出口4bから流出するよう構成されている。なお、冷却媒体は、水、水蒸気、油など温度や圧力に応じて適切な媒体を選択できる。
The
ケーシング1Aの筒軸心方向一端側に原料ガスの流入口1aが設けられ、他端側に生成ガスの流出口1bが設けられている。
なお原料ガス流入口1aや生成ガスの流出口1bは、筒軸心方向の端ではなく、ケーシングの側部等に取付けもよく、設ける場所は限定されない。また、原料ガス流入口1aや生成ガスの流出口1bは、ガス組成やガス温度などを調整するなどで、ケーシングの途中に取付けてもよく、数は限定されない。
A
The raw
触媒層2及び無機繊維層3は、流入口1aと流出口1bとを結ぶ方向と直交方向に拡がる層状となっており、該流入口1aと流出口1bとを結ぶ方向において触媒層2、無機繊維層3、触媒層2、無機繊維層3の順に積層状に配置されている。図1では、触媒層2及び無機繊維層3はそれぞれ3層ずつ設けられているが、これに限定されない。無機繊維層の3の長さは触媒層2よりも短くても長くてもよい。図示は省略するが、最も流出口1b側には、触媒層2及び無機繊維層3を支えるためのメッシュや多孔板などが配置されている。
The
原料ガスは、流入口1aからケーシング1A内に流入し、各触媒層2及び無機繊維層3を通過し、この間にメタネーション反応し、生成ガスが流出口1bから流出する。
The raw material gas flows into the
図2の実施の形態では、ケーシング1A内に複数の管状体5が流入口1aから流出口1bに向う方向に配置されている。各管状体5内に触媒層2と無機繊維層3とが流入口1aから流出口1bに向う方向に交互に積層状に設けられている。管状体5同士の間は、ガスが流れないように封じられている。管状体5同士の間に無機繊維を充填してもよい。また、管状体同士の間に冷却媒体を流す構造としてもよい。
In the embodiment of FIG. 2, a plurality of
管状体5は、円筒状が好ましいが、角筒形状であってもよい。図2のメタネーション反応装置のその他の構成は図1と同様であり、同一符号は同一部分を示している。
The
図2のメタネーション反応装置においても、原料ガスは、流入口1aからケーシング1A内に流入し、各触媒層2及び無機繊維層3を通過し、この間にメタネーション反応し、生成ガスが流出口1bから流出する。
Also in the methanation reactor of FIG. 2, the raw material gas flows into the
図3~6のメタネーション反応装置は、箱状のケーシング1A内に触媒層2と無機繊維層3とを積層状に配置したものである。なお無機繊維層3の長さは触媒層2よりも短くても長くてもよい。
The methanation reactors shown in FIGS. 3 to 6 have a box-shaped
ケーシング1Aは、この実施の形態では1対の主面1fを有した直方体形状であり、一方の端面1eに原料ガスの流入口1aが設けられ、他方の端面1eに生成ガスの流出口1bが設けられている。また、主面1f,1fに沿って冷却部4が設けられている。冷却部4はケーシング側面1gにも設けられてもよい。ケーシング1Aは、冷却効率を上げるために表面に凹凸がある形状が好ましい。そうした場合においても、無機繊維は厚みが柔軟に変化するので、凹凸にそって隙間をあけることなく充填することができる。特にブランケット形状の無機繊維を用いることで、凹凸に柔軟に合わせることが可能となる。
In this embodiment, the
図6に明示の通り、触媒層2と無機繊維層3とは流入口1aと流出口1bとを結ぶ方向と直交方向に拡がる層状に設けられており、流入口1aから流出口1bに向う方向において交互に設けられている。
As shown clearly in FIG. 6, the
この実施の形態においても、原料ガスは、流入口1aからケーシング1A内に流入し、各触媒層2及び無機繊維層3を通過し、この間にメタネーション反応し、生成ガスが流出口1bから流出する。
Also in this embodiment, the raw material gas flows into the
図7~9のメタネーション反応装置は、図3~6のメタネーション反応装置において、流入口1a、流出口1bを側面1gに設けるようにしたものである。従って、触媒層2及び無機繊維層3は、流入口1aと流出口1bとを結ぶ方向に延在している。なお無機繊維層3の長さは触媒層2よりも短くても長くてもよい。
The methanation reactors shown in FIGS. 7-9 are different from the methanation reactors shown in FIGS. Therefore, the
なお、流入口1aと触媒層2及び無機繊維層3との間にはガス分配用のスペースが設けられ、流出口1bと触媒層2及び無機繊維層3との間にはガス合流用のスペースが設けられている。
A space for gas distribution is provided between the
この実施の形態においても、流入口1aから流入した原料ガスが触媒層2を通ってメタネーション反応し、生成ガスが流出口1bから流出する。
Also in this embodiment, the raw material gas that has flowed in through the
図1~9のいずれのメタネーション反応装置においても、触媒層間を無機繊維で断熱することで、ガスの通過を妨げることなく、異常反応による熱の触媒層間の熱の伝播を防ぐことができる。 In any of the methanation reactors shown in FIGS. 1 to 9, by insulating the catalyst layers with inorganic fibers, it is possible to prevent heat transfer between the catalyst layers due to abnormal reactions without hindering the passage of gas.
図10のメタネーション反応装置は、図1のメタネーション反応装置において、触媒層2と無機繊維層3との代りに、触媒と無機繊維との混合物6をケーシング1A内に充填したものである。図10のその他の構成は図1と同様であり、同一符号は同一部分を示している。このメタネーション反応装置においても、触媒間を無機繊維で断熱することで、ガスの通過を妨げることなく、異常反応による熱の触媒間の熱の伝播を防ぐことができる。
The methanation reactor of FIG. 10 is obtained by filling the
図10のように、無機繊維と触媒とを混合して充填したメタネーション反応装置は、製造が容易である。 As shown in FIG. 10, the methanation reactor in which the inorganic fibers and the catalyst are mixed and filled is easy to manufacture.
なお、図2、図3~6、図7~9の各メタネーション反応装置においても、触媒層2と無機繊維層3との代りに触媒と無機繊維との混合物を充填してもよい。
2, 3 to 6, and 7 to 9, the
図10のメタネーション反応装置では、触媒と無機繊維との混合物の充填層を複数設け、該充填層同士の間に無機繊維層を配置した構成としてもよい。図2、図3~6、図7~9の各メタネーション反応装置において、触媒層2と無機繊維層3との代りに触媒と無機繊維との混合物を充填した場合でも、触媒と無機繊維との混合物の充填層を複数設け、該充填層同士の間に無機繊維層を配置した構成としてもよい。
The methanation reactor of FIG. 10 may have a structure in which a plurality of packed layers of a mixture of catalyst and inorganic fibers are provided, and an inorganic fiber layer is arranged between the packed layers. 2, 3 to 6, and 7 to 9, even when a mixture of the catalyst and the inorganic fiber is filled instead of the
本発明では、図10のメタネーション反応装置において、図11のように、ケーシング1A内に間仕切り7を設け、間仕切りで区画された各スペースにそれぞれ触媒と無機繊維との混合物を充填してもよい。間仕切り7は、流入口から流出口に向う方向に延在している。図11の間仕切り7は、この延在方向と直交方向の断面形状が十字形状であり、ケーシング1A内が4個のスペースに区画されているが、2,3又は5以上に区画されてもよい。
In the present invention, in the methanation reactor of FIG. 10, as shown in FIG. 11, a
なお、図3~6、図7~9のメタネーション反応装置のように無機繊維層を配置する場合、無機繊維層を図7~9のように流入口から流出口に向う方向に配置する方が圧力損失は小さくなるが、断熱効果は小さくなる。これらの断熱方法を組み合わせてもよい。そうすることで触媒層の温度コントロールをより正確にすることが可能となる。無機繊維層の配置は、反応器の形状や大きさ、触媒層の厚みや重量、触媒層の位置、反応器内圧力、ガス流量などを鑑み適宜選択される。 When the inorganic fiber layer is arranged as in the methanation reactors of FIGS. Although the pressure loss becomes smaller, the heat insulating effect becomes smaller. These heat insulation methods may be combined. By doing so, it is possible to more accurately control the temperature of the catalyst layer. The arrangement of the inorganic fiber layer is appropriately selected in consideration of the shape and size of the reactor, the thickness and weight of the catalyst layer, the position of the catalyst layer, the internal pressure of the reactor, the gas flow rate, and the like.
上記の原料ガスとしては、二酸化炭素、一酸化炭素、水素などを用いることができる。また水蒸気を使用してもよい。そうすることで触媒表面での炭素の生成を抑制することができる。下記の触媒を用いる場合の反応温度は100~800℃、特に200~600℃程度が好適である。圧力は高圧の方が好ましく、0.2MPa~7.0MPaが好ましく、2.0~5.0MPaがより好ましい。アルミナ含有率が70重量%以上のアルミナ繊維は高圧化での使用でも劣化が少なく好適である。 Carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen, or the like can be used as the raw material gas. Steam may also be used. By doing so, the generation of carbon on the catalyst surface can be suppressed. When the following catalysts are used, the reaction temperature is preferably 100 to 800°C, more preferably about 200 to 600°C. The pressure is preferably high, preferably 0.2 MPa to 7.0 MPa, more preferably 2.0 to 5.0 MPa. Alumina fibers having an alumina content of 70% by weight or more are preferable because they are less likely to deteriorate even when used at high pressure.
触媒としては、Ni系、Ru系、Rh系など各種のものを用いることができる。触媒の平均粒径(JIS篩)は1~1000nm、特に2~8nm程度が好適である。触媒と無機繊維とを混合充填する場合、触媒100重量部に対し無機繊維を10~90重量部、特に20~40重量部の割合で混合するのが好ましい。 Various catalysts such as Ni-based, Ru-based, and Rh-based catalysts can be used. The average particle size (JIS sieve) of the catalyst is preferably 1 to 1000 nm, particularly about 2 to 8 nm. When the catalyst and the inorganic fiber are mixed and filled, it is preferable to mix 10 to 90 parts by weight, particularly 20 to 40 parts by weight, of the inorganic fiber with 100 parts by weight of the catalyst.
上記の無機繊維の好適例について以下に説明する。 Preferred examples of the above inorganic fibers are described below.
[無機繊維]
上記無機繊維は、特に制限されないが、例えば、シリカ、アルミナ/シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア及びカルシアの単独、または複合繊維が挙げられる。中でも、メタネーション反応装置内は、高温水素雰囲気・高温水蒸気雰囲気となり、還元や分解反応が起こりやすくなる、そのため特に好ましいのは、耐熱性および高温下での耐水素性、高温下での耐水蒸気性の点で、特に多結晶質アルミナ/シリカ系繊維である。多結晶質アルミナ/シリカ系繊維は特に、アルミナ含有率が70~99質量%でシリカ含有率が30~1質量%のアルミナ/シリカ繊維が好ましい。施工性や物理的強度にすぐれ、かつ耐水素性・耐水蒸気性が優れる、アルミナ含有率が70~80質量%でシリカ含有率が30~20質量%のアルミナ/シリカ繊維、つまりムライト組成もしくはムライト組成に近い繊維が好ましい。またアルミナ含有率が70質量%以上の繊維を用いることで、異常反応で触媒が例えば1200℃以上の高温となったとしても、アルミナ繊維は加熱収縮や劣化することなく、断熱効果を維持することができる。繊維中のシリカ濃度が低いほど水素による還元が起こりづらいため、より水素雰囲気耐性が求められる反応場、例えばメタネーション反応上流の場合は、アルミナ含有率が94~99質量%でシリカ含有率が6~1質量%のアルミナ/シリカ繊維、つまり純アルミナ組成に近い組成が好ましい。これらの繊維は触媒層の厚みや重み、触媒層の位置、温度条件、冷却条件、水素濃度、水蒸気濃度などを鑑み適宜選択される。
[Inorganic fiber]
The inorganic fibers are not particularly limited, but examples thereof include silica, alumina/silica, and zirconia, spinel, titania and calcia containing these, alone or in combination. Above all, the inside of the methanation reactor becomes a high-temperature hydrogen atmosphere and a high-temperature steam atmosphere, and reduction and decomposition reactions are likely to occur. in particular polycrystalline alumina/silica-based fibers. Polycrystalline alumina/silica-based fibers are particularly preferred alumina/silica fibers having an alumina content of 70 to 99% by weight and a silica content of 30 to 1% by weight. Alumina/silica fiber having an alumina content of 70 to 80% by mass and a silica content of 30 to 20% by mass, that is, a mullite composition or a mullite composition, which has excellent workability and physical strength, and has excellent hydrogen resistance and steam resistance. Fibers close to are preferred. In addition, by using fibers with an alumina content of 70% by mass or more, even if the catalyst reaches a high temperature of, for example, 1200 ° C. or higher due to an abnormal reaction, the alumina fibers do not shrink or deteriorate due to heat, and can maintain their heat insulating effect. can be done. The lower the silica concentration in the fiber, the more difficult it is to be reduced by hydrogen. Therefore, in the case of a reaction site where resistance to hydrogen atmosphere is required, such as the upstream of the methanation reaction, the alumina content is 94 to 99 mass% and the silica content is 6. ~1% by weight alumina/silica fibers, ie a composition close to a pure alumina composition, is preferred. These fibers are appropriately selected in consideration of the thickness and weight of the catalyst layer, the position of the catalyst layer, temperature conditions, cooling conditions, hydrogen concentration, water vapor concentration, and the like.
無機繊維の形態は特に限定されず、ブランケットの形態、バルクの形態などがあり、施工性や断熱層の密度のコントロール、廃棄や触媒層交換時の分別性の容易さの理由から、ブランケットの形態が好ましい。また、無機繊維にすることで、触媒層やケーシングの加熱膨張や収縮による繰り返しの寸法の変化に隙間を発生させることなく追随することが可能となる。特にブランケット形状であれば、膨張収縮に対する応答性に優れるため、無機繊維層として好ましい。また、無機繊維層としては、安全性を確保しつつ、気体を通しやすいということから、実質的に繊維径3μm以下を含まない無機繊維の集合体にニードリング処理が施されたマット(ニードルブランケット)が好ましい。 The form of the inorganic fiber is not particularly limited, and includes the form of a blanket, the form of a bulk, etc. For the reasons of ease of workability, control of the density of the heat insulating layer, and ease of separation during disposal and catalyst layer replacement, the form of the blanket is preferred. In addition, by using inorganic fibers, it is possible to follow repeated dimensional changes due to thermal expansion and contraction of the catalyst layer and casing without generating gaps. In particular, a blanket shape is preferable as an inorganic fiber layer because it is excellent in responsiveness to expansion and contraction. In addition, as the inorganic fiber layer, since it is easy to pass gas while ensuring safety, a mat (needle blanket) is an aggregate of inorganic fibers that does not substantially contain a fiber diameter of 3 μm or less and is subjected to needling treatment. ) is preferred.
無機繊維の平均繊維径は特に限定されないが、3~10μmが好ましく。より好ましいのは5~8μmである。繊維径が細すぎると、圧力損失が高くなり、生成前後のガスを通しにくくなる。一方で繊維径が太いほど圧力損失が低くなり、生成前後のガスを通しやすくなるが、物理的強度が低くなるといった問題や、断熱性が低下する問題がある。 Although the average fiber diameter of the inorganic fibers is not particularly limited, it is preferably 3 to 10 μm. More preferred is 5-8 μm. If the fiber diameter is too small, the pressure loss will increase, making it difficult to pass gas before and after production. On the other hand, the thicker the fiber diameter, the lower the pressure loss, and the easier it is for gas to pass before and after production, but there are problems such as lower physical strength and lower heat insulation.
無機繊維マットの嵩密度は特に限定されないが、85kg/m3~250kg/m3が好ましく、90kg/m3~200kg/m3がさらに好ましい。これらの嵩密度の範囲にあることで、メタネーション反応装置内で十分な断熱効果を発揮できる。また、異常反応による断熱層の温度上昇が抑えられ、断熱層および装置内の冷却が素早く進む。適切な密度にあることで、触媒層やケーシングの加熱膨張や収縮による繰り返しの寸法変化に隙間を発生させることなく追随することが可能となる。触媒層や嵩密度が低くなりすぎると、断熱効果を十分に発揮できなくなり、嵩密度が大きくなりすぎると圧力損失が大きくなる。 The bulk density of the inorganic fiber mat is not particularly limited, but is preferably 85 kg/m 3 to 250 kg/m 3 , more preferably 90 kg/m 3 to 200 kg/m 3 . Within these bulk density ranges, a sufficient heat insulating effect can be exhibited in the methanation reactor. Also, the temperature rise of the heat insulating layer due to an abnormal reaction is suppressed, and the cooling of the heat insulating layer and the inside of the device progresses quickly. With an appropriate density, it is possible to follow repeated dimensional changes due to thermal expansion and contraction of the catalyst layer and casing without creating gaps. If the catalyst layer or bulk density is too low, the heat insulation effect cannot be sufficiently exhibited, and if the bulk density is too high, the pressure loss will increase.
無機繊維マットの厚みは適宜選択されるが、施工性や強度の点から1~30mmが好ましく、1~10mmがより好ましい。厚みが薄くなりすぎると、断熱効果を十分に発揮できないが、厚みが厚くなると圧力損失が多くなるといった問題や、装置が大型化するといった問題がある。 The thickness of the inorganic fiber mat is appropriately selected, but it is preferably 1 to 30 mm, more preferably 1 to 10 mm, from the viewpoint of workability and strength. If the thickness is too thin, a sufficient heat insulation effect cannot be exhibited, but if the thickness is too thick, there are problems such as an increase in pressure loss and an increase in the size of the device.
1 メタネーション反応装置
1A ケーシング
2 触媒層
3 無機繊維層
4 冷却部
6 触媒・無機繊維混合物
7 間仕切り
1
Claims (14)
該メタネーション反応部は、触媒と無機繊維とを含むことを特徴とするメタネーション反応装置。 In a methanation reactor having a methanation reaction part for performing a methanation reaction,
A methanation reaction apparatus, wherein the methanation reaction section contains a catalyst and inorganic fibers.
前記触媒層と無機繊維層とが該入口部から出口部に向う方向において交互に配置されている請求項2のメタネーション反応装置。 The methanation reactor has a source gas inlet and a product gas outlet,
3. The methanation reactor of claim 2, wherein the catalyst layers and the inorganic fiber layers are alternately arranged in the direction from the inlet to the outlet.
前記無機繊維の層が該入口部から出口部に向う方向に延在することにより、該反応部内が該無機繊維の層によって複数の領域に区画され、
各領域にそれぞれ触媒が充填されている請求項2のメタネーション反応装置。 The methanation reactor has a source gas inlet and a product gas outlet,
The inorganic fiber layer extends in the direction from the inlet portion to the outlet portion so that the inside of the reaction portion is partitioned into a plurality of regions by the inorganic fiber layer,
3. The methanation reactor of claim 2, wherein each zone is individually packed with catalyst.
水素と炭素化合物ガスとを前記触媒反応部に供給し、メタンを含む生成ガスを製造するメタネーション反応方法。 A methanation reaction method using the methanation reaction apparatus according to any one of claims 1 to 12,
A methanation reaction method for producing a product gas containing methane by supplying hydrogen and a carbon compound gas to the catalytic reaction section.
The methanation reaction method according to claim 13, wherein the temperature of the reaction section is 200 to 600°C.
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