JP2527407B2 - 触媒再生式熱酸化装置 - Google Patents

触媒再生式熱酸化装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、空気流中の揮発性有機化合物を分解するた
めの装置に係る。
空気流から揮発性の有機化合物を除去するための従来
の装置は一般に２つのタイプがある。第１のタイプは熱
再生式酸化に基づくものであり、高い熱回収率（95％〜
98％）を提供するが、高い酸化温度（760〜1038℃）（1
400〜1900゜F）を要求する。第２のタイプは触媒換熱酸
化によるものであり、熱回収率は低い（最高80％）が、
要求する酸化温度も低い（260〜371℃）（500〜700゜
F）。
このように、熱再生式酸化システムを選択する場合、
高い酸化温度を維持するとに伴う高いエネルギーコスト
も、高い熱回収率（すなわち効率）のため多少なりとも
許容される。直接のエネルギーコストは、従来の触媒シ
ステムを使用して低い温度で操作することに関して低減
されるが、触媒の作用に伴うコストがかかり、しかも熱
効率率が低い。
発明の概要 本発明の目的は、比較的低い酸化温度で作動するが、
比較的高い熱回収率を提供する空気流中の揮発性有機化
合物を分解する酸化装置システムを提供することにあ
る。
本発明によれば、再生式熱伝達物質の床及び空気が床
を通過する際に化合物を酸化するように床を加熱する手
段を包含する空気流中の揮発性有機化合物を分解する熱
酸化装置において、前記床が該床内の空気流中に分散さ
れた固状物表面に担持された酸化触媒を包含するもので
あり、前記加熱手段が前記触媒を約260〜538℃（500〜1
000゜F）の範囲内の活性温度に維持するものであること
を特徴とする熱酸化装置が提供される。
本発明の好適な具体例では、触媒再生式熱酸化装置
は、上端及び下端を有し、この下端に入力口及び上端に
出力口を有する閉止ケーシングを包含する。該ケーシン
グは、シリカ粒等の上方床、下方床及び中央床を包含す
る積み重ねられた複数個の層又は床を収容する。この積
み重ねられた層又は床内に２つの触媒層が設けられる。
すなわち、１つは下方床と中央床との間にあり、他は上
方床と中央床との間にある。加熱部材が中央床内に配置
しており、触媒層の少なくとも１を約260〜538℃（500
〜1000゜F）の範囲内の活性温度に維持する。触媒層は多
数のセラミックペレット（その上に貴金属の如き触媒物
質が析出される）で形成される。汚染されたガス流は下
方の口を介してケーシング内に入り、積み重ねられた床
及び層を通って垂直方向に流動する。触媒層において有
機化合物の酸化が生じ、出口を通って清浄な空気が排出
される。
本発明の重要な利点は、床内に触媒を置くことによ
り、触媒として機能するだけでなく、熱伝達物質として
も機能することである。さらに一般的には、下方床（入
口に近い）は入って来る空気を予熱し、これにより、空
気が触媒層と接触する時には好適な活性温度となってい
る。触媒がセラミックペレット上に担持されているた
め、ペレット中の熱エネルギーを触媒反応を補助するた
めに利用できる。さらに、ペレットはケーシング内にお
ける熱の捕捉を助ける。
他の利点は、触媒が普通のシリカ粒熱伝達物質と共に
積み重ねられているため、従来の触媒酸化装置では共通
して設置されていたような支持フレームを必要としない
ことである。本発明のこの特徴により、従来の酸化装置
において触媒フレームの周囲で生じていた漏れ損失を排
除できる。
再生式熱伝達物質に対する補足として触媒層を使用す
ることにより、本発明では、低い操作温度（260〜538℃
（500〜1000゜F）、好ましくは260〜371℃（500〜700゜
F））で高い熱回収率（95％〜98％）を提供できる。こ
の結果、操作コストを従来の再生式熱酸化装置の1/8及
び換熱触媒酸化装置の1/4に低減できる。
図面の簡単な説明 本発明のこれらの目的及び他の目的及び利点を、添付
する図面を参照してさらに詳述する。図面は、本発明に
よる空気流処理システムを示す。
発明の詳細な説明 図面は、工業的製造過程（一般に12で示す）から下流
側に位置する触媒再生式酸化装置システム10を示す。過
程12の副生物としては揮発性有機化合物（例えばエタノ
ール）がある。
揮発性のエタノールを含む空気又はガス流を、ライン
14（ポンプ又はファンを包含しうる）を介して過程12か
ら強制的に取出し、入口ライン16を通って触媒再生式酸
化装置18に送給する。酸化装置18は、閉止され、密閉さ
れた鋼製ケーシング24の下方端及び上方端に入口20及び
出口22を有する。ケーシングは好ましくは絶縁材料（た
とえばセラミック）でラインニングしてあり、ケーシン
グの壁を介しての熱損失を最小とする。
ケーシングの下方端には、分配マニホルドを限定する
多孔性の鋼プレートなど28が口20を通って入って来るガ
ス流を受け入れ、反応床（後述する）の水平方向の下方
表面に沿って実質的に均一にガスを分配する。ケーシン
グの上方端に収集マニホルド30が設けてある。構造支持
体又はバッフルを有する必要はないが、これらは流れを
出口22に向わせるために任意に設置される。
ケーシング24内の活性領域は、空気流が床を通って上
方に流動する間に空気流中の揮発性物質を酸化させる物
質の積み重ねられた床又は層を収容する。下方床32は、
マニホルド28から床32に入って来る空気流を予熱するに
適した各種の一般的な粒状物質でなる。かかる床は代表
的にはシリカ粒で形成され、床の厚さ（空気の流動方向
の厚さ）約15〜30cm（６〜12インチ）を有する。
第１（又は下方）の触媒層36は下方床32の上にあり、
好ましくは各々が直径５〜10mmを有するセラミック粒の
領域として形成される。全体の層の厚さは好ましくは少
なくとも7.5cm（３インチ）、特別な処理要求に応じて
7.5〜15cm（３〜６インチ）である。セラミックペレッ
トは、触媒物質（好ましくは貴金属）用の基材として作
用する固状物表面を提供する。空気流がエタノールを含
有する場合の具体例では、触媒は白金を基材とするもの
であり、活性温度約260℃（約500゜F）で有効となる。特
定の温度で特別な有機化合物を酸化するために有効な触
媒の種類に関する情報については、当分野の各種ハンド
ブックから得られるであろう。
表１は代表的な実施例を示す。
第２（又は中央）の粒床40は第１の触媒層36の上にあ
り、好ましくは約10cm（４インチ）（すなわち触媒層36
の厚さの±約50％内）の厚さを有する。第１の層36と同
様に第２の触媒層38は中央の粒床40上にある。最後に下
方床32と同様に上方の粒床34は第２の触媒層38の上にあ
る。
ケーシング24の実質的に中央で熱を導入するため、触
媒層36、38の間の中央床40内に電気加熱コイル42（又は
同様の加熱手段）が配置してある。コイルはセンサー及
びコントロールシステム44を具備しており、触媒層36,3
8の少なくとも一方を所望の触媒活性温度（すなわち260
〜538℃（500〜1000゜F）の範囲内）に維持する。
上述の酸化装置18は加熱コイル42の上及び下で実質的
に対称であることが理解されるであろう。この配置で
は、反応器18を通る空気流の方向を定期的に逆転するこ
とが可能である。これは、たとえば調節可能なバッフル
又はベーン構造を有するボックス50などによって達成さ
れる。この操作モードでは、ライン14の空気流は口54を
介して弁ボックスに入り、位置Ａのバッフル52によって
導かれ、口56を介して弁ボックスから出てライン16に入
る。その後、口20を介して酸化装置の下方端に入る。清
浄な空気は出口22から排出され、出口ライン46を介して
送られ、口58を介して弁ボックス50に入り、位置Ａのバ
ッフルによって排出流48として口60に導かれる。
別法によれば、バッフル52を位置Ｂに再配置でき、こ
の場合、ライン14の空気流は口54で弁ボックス50に入
り、口58で弁ボックスを出て、ライン46を介して口22で
ケーシング24の上方端に送られる。このように、口22は
入口となり、空気流は床を下方に通過し、口20で排出さ
れ、ライン16を介して弁ボックス50に送られ、口56を介
して弁ボックスに入り、口60を介して排出されて、排出
ライン48に至る。
図面に示した酸化装置18は、空気流の方向に関係なく
実質的に等しく有効であることが理解されるべきであ
る。しかしながら、この具体例では、酸化反応の多くが
空気流と遭遇する第２触媒層で生ずることも理解される
べきである。たとえば、上述の第１の操作モードでは、
空気は実質的に外界温度及び小さい圧力ヘッドで入口20
から入る。ついで、床32内を上昇する間に予熱され、触
媒層36内において、特に粒床40と接触する（すなわち加
熱コイル42に近い）ペレット表面で酸化反応のいくらか
が生ずる。しかしながら、中央粒領域40を通過する空気
はコイル42によって加熱されつづけ、これにより、実質
的に上方の触媒層38（酸化反応の多くはここで生ずる）
に入る際には最高温度に達する。もちろん、この順序は
別の操作モードでは逆転され、空気流がケーシング内を
下方に流動できる。
上述の記載より、望ましくははいが、実行可能な本発
明の具体例として、加熱手段42の直後の下流側に配置さ
れたただ１つの触媒層38を包含するものであってもよい
ことが当業者には明らかであろう。さらに、活性温度で
生ずる触媒酸化反応が、空気流により触媒を活性温度に
加熱すること又は触媒により空気流を活性温度に加熱す
ることから生ずるものであることが理解されるべきであ
る。このように、床内に位置する加熱コイル42又は同様
の手段は、直接に又は空気流に供給された熱によって間
接的に触媒を所望の活性温度に維持する。いずれにして
も、本発明の重要な利点は、酸化触媒が積み重ねられた
床内に分散された固状物表面に担持されており、これが
床を通過する空気流と接触することである。セラミック
ペレット形の固状物表面は、シリカ粒と同様に熱伝達媒
体として作用する。これにより、酸化反応を支持するに
必要な外部エネルギーが最少となる。
このように、本発明は、入って来る汚染空気を予熱す
る再生式熱伝達物質、熱伝達物質内又はその上に分散さ
れた固状物表面に担持された酸化触媒、及び直接的又は
間接的に触媒を加熱して触媒及び空気の間で活性温度を
約260〜537℃（500〜1000゜F）の範囲内に維持する手段
を包含する各種の具体例で具現化される。好ましくは、
加熱手段は、連続触媒層の直前の上流側の再生式熱伝達
物質の床内に挿入され、これにより、空気は触媒層に入
る際には最高温度となっている。実質的に上述の触媒層
（すなわち、直径５〜10mmを有し、かつ貴金属触媒で被
覆したセラミックペレットで形成した厚さ約7.5〜15cm
（３〜６インチ）の層）を使用することにより、ケーシ
ング24を介して空気速度約30000時間-1で代表的な副生
物の満足できる酸化を達成できる。
フロントページの続き (72)発明者 ブレッソー カールトン レオ アメリカ合衆国ニューヨーク 14895 ウエルズビル ファントン ロード ア ール ディー ナンバー２ (56)参考文献 特開 昭62−225229（ＪＰ，Ａ) 実公 昭54−16907（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】汚染された空気流中の揮発性有機化合物を
    分解するための触媒再生式熱酸化装置において、それぞ
    れ前記汚染された空気を受け入れるため及び清浄化され
    た空気を排出するための相互に離れて位置する入口及び
    出口を有する閉止された反応容器と；前記容器内で前記
    入口に近接して位置し、前記入口からの空気流を受け入
    れる第１の熱交換床と；前記容器内で前記出口に近接し
    て位置し、前記第１の熱交換床から空気流を受け入れる
    と共に、前記出口を介して空気流を排出する第２の熱交
    換床と；それぞれ酸化触媒を担持する担体として作用す
    るペレットの床でなる前記第１の熱交換床と接する第１
    の触媒層及び前記第２の熱交換床と接する第２の触媒層
    と；前記容器内で前記第１の触媒層及び第２の触媒層の
    間にこれら触媒層と接して位置する第３の熱交換床と；
    前記第３の熱交換床内に位置し、前記第１の触媒層及び
    第２の触媒層を温度260〜538℃（500〜1000゜F）に加熱
    する加熱手段とを包含してなり、これにより、汚染され
    た空気流が、前記出口を介して排出される前に、前記第
    １の熱交換床から第１の触媒層、第３の熱交換床及び第
    ２の触媒層を通って第２の熱交換床まで流動する際、揮
    発性の有機化合物の酸化によって前記汚染された空気流
    を清浄化することを特徴とする、触媒再生式熱酸化装
    置。
  2. 【請求項２】請求項１記載のものにおいて、前記ペレッ
    トの各々が直径５〜10mmを有するものである、触媒再生
    式熱酸化装置。
  3. 【請求項３】請求項２記載のものにおいて、前記第１の
    熱交換床、第２の熱交換床及び第３の熱交換床が、それ
    ぞれシリカ粒でなり、前記第１の触媒層及び第２の触媒
    層が、それぞれ厚さ少なくとも75mmを有するものであ
    る、触媒再生式熱酸化装置。
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