JP3607868B2 - 水素及び/又は一酸化炭素を酸素と再結合させる装置と方法 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも1つの触媒装置が、ガス混合物を稼働状態で貫流させる特に原子力発電所のケーシング内に配置された、水素及び/又は一酸化炭素を酸素と触媒的に再結合させるための装置及び方法に関する。
【0002】
類似の方法と装置は、同時出願のドイツ特許出願第19914823.6号、「水素及び/又は一酸化炭素を酸素と再結合させる触媒構成素子」で扱われており、この出願の公開内容は本願に加えるべきものである。
【0003】
原子力発電所での冷却材の喪失を伴う事故により、安全タンク(原子炉格納容器)内に大量の水素及び一酸化炭素の放出が起り得る。対抗措置なしでは安全タンク雰囲気中の水素は、爆発性の混合物を形成するまで濃縮される。後の偶発的着火時に、特に大量の水素の燃焼により安全タンクの安全は危険に曝される。
【0004】
安全タンク内にこの種爆発性のガス混合物が生じないようにするため、種々の装置が考案されている。それには、例えば触媒的な再結合装置、即ち触媒的にかつ電気で作動する着火装置又はこれら両者の装置を組合わせたものがある。触媒的な再結合器の主な動作法としては、例えば電気化学的な技術が知られており、例えば「電気化学的プロセス工学」(Elektrochemische Verfahrenstechnik)DECHEMA Monographien(German Association for Chemical Equipment、ドイツ化学装置協会)の研究論文、1970〜1992年、第97巻、第363〜376頁、専門別応用電気化学会議、Chanie出版に説明されている。
【0005】
安全タンクの雰囲気(原子炉格納容器の雰囲気)から水素及び一酸化炭素を除去するため、特に水素及び/又は一酸化炭素の早期の、かつ火炎を生じることのない再結合が達成されなければならない。その際危険な水素の燃焼の結果として生じる大きな圧力の増大は確実に回避せねばならない。それに対して、原子炉格納容器の雰囲気中で比較的長期の耐用期間に対してもそれほど失活せず、低い環境温度で受動的に起動する、これに好適な急速起動形の再結合装置が、ドイツ特許出願公開第19636557号明細書から公知である。このような再結合装置で、例えば原子炉格納容器の雰囲気の、蒸気を含み、従って自然発火に対して防御されている状態で、水素の「穏やかな」再結合が可能になる。
【0006】
欧州特許0527968号明細書から、両側面を白金及び/又はパラジウムのような触媒物質で被覆された平滑な板の形の、一群の触媒組織体系を備えた再結合装置が公知である。この装置は、原子力発電所の安全タンク内雰囲気中の、水素の分解に極めて好適である。個々の触媒組織体系は特殊鋼でできた担持薄板を含み、その両側面に、特に白金及び/又はパラジウムから成るμm単位の薄い層を有する。このように被覆された多数の個々の板は、モジュールとして組立て可能なケーシング内に配置されている。このケーシングは、監視すべきガス流で下から貫流され、該流は上方範囲で側方に形成された出口開口から出ていく。
【0007】
欧州特許出願公開第0436942号明細書から、外部の温度に依存して自動的に開口するケーシング保護設備を有する再結合装置が公知である。しかしこのケーシング保護設備は、再結合装置の待機状態では、再結合装置の触媒活性表面の汚染を回避するために閉鎖されている。
【0008】
それに対し、欧州特許出願公開第0416140号明細書から公知の再結合装置の場合、濾過媒体を備え、例えばエーロゾルのような環境雰囲気からの有害物質を阻止し、こうして再結合装置の触媒を汚染から守っている。
【0009】
更にドイツ特許出願公開第3725290号明細書から、担持薄板又は金属ネットを介して、再結合時に生ずる反応熱を取り込み、或いは導出し、こうしてガス混合物の着火を回避する貴金属合金が公知である。
【0010】
欧州特許出願公開第0388955号明細書から、制御下に水素の燃焼を起こさせる着火装置を付加的に備えた再結合装置が公知である。
【0011】
公知の各再結合システムは、構成部分の寸法が特に小さい場合、特に高い再結合装置の出力並びに汚染に対する高い耐性を求めて設計されている。しかし再結合装置を原子力発電所のガス混合物中の水素との再結合に使用するには、更に原子力発電所の安全性に否定的影響を及ぼす作用を起こさないと言う保障が要求される。水素の再結合に使用される再結合装置の触媒装置が、再結合により通常加熱され、その高温により原子力発電所の原子炉格納容器において雰囲気内のガス混合物の不所望な着火の一因となり得ることに注意を払う必要がある。
【0012】
従って本発明の課題は、その稼働状態でガス混合物の不所望な着火を特に確実に回避する、水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物、特に原子力発電所の設備の、安全タンク内の雰囲気中の酸素と触媒的に再結合させるための再結合装置、そして更に触媒的な再結合方法を提供することにある。
【0013】
作動時ガス混合物が貫流するケーシング内に、少なくとも1つの触媒装置を配置し、この装置をガス混合物の流動方向に複数の部分領域を持つ、水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合する再結合装置において、上記の課題は本発明により、流動方向に第1の部分領域が、流入及び/流出する反応ガスの拡散を阻止するために囲む阻止層を持つ触媒体を含み、この第1の部分領域に続いて、第2の部分領域が反応ガスに直接接触させることのできる、少なくとも1つの触媒体を含むことにより解決される。従ってこの場合、再結合装置内の第1と第2の部分領域の特性を、相前後して使用すると有利である。こうして、複数の部分領域から成る触媒装置内で多段階の接触酸化が可能になる。その際これら異なる部分領域は、ガス混合物の流動方向に沿って生じる、異なる反応条件を考慮して設計する。特にこの触媒装置の流入範囲内で第1の部分領域には、そこに流れ込む爆発性の高いガス混合物に対し、特に発火抑制性を与える。これに対し、上方の流動領域内に配置する部分領域では、このガス混合物が既に一部浄化されているため、発火を起こす反応ガスの濃度(例えばH2で8容量%以上)を既に明らかに下回るので、特に高い触媒活性が重要である。或いは又、異なる部分領域を交互にガス混合物の流動方向に沿って配置してもよい。
【0014】
第2の部分領域内の触媒体が、第1の部分領域内の触媒体よりも高い触媒活性を有するよう選択すると有利である。これは、例えば活性中心に比較的高密度、即ち触媒活性物質の分量が比較的多い触媒を選択することで可能であり、それにより一層高い触媒活性と、従って又強化された触媒反応が当該部分領域内に達成される。この触媒活性の強度に応じ、第2の部分領域を補助的に火炎遮断設備で被覆してもよい。この火炎遮断設備は、最高でも0.7mm、有利には0.3mm以下の間隙幅とする。火炎遮断設備を第2の部分領域に直接施すことで、付加的に火炎遮断装置を、特に拡散阻止性の第1の部分領域に拡大することで、第2の部分領域の第2の反応帯域から、第1の部分領域の第1の反応帯域内への熱の伝達、そしてまた第1の反応帯域内での接触反応の迅速な起動も達成できる。
【0015】
この触媒体は複数の単位部分、例えば圧縮又は焼結された繊維からできていてもよい。この触媒体が第2の部分領域内で、触媒物質で被覆された薄板状の担体からできていると有利である。この担体は、例えばステンレス鋼からなる。該担体は0.2mm以上の基板の厚さを有する。或いは又、この触媒体は平滑な板、穿孔板又は機械的支持体としての球体を含んでもよい。触媒的な再結合の機能及び形態に応じ、この支持体は、金属又はセラミックスから形成可能である。セラミックスで形成する場合、例えばAl2O3の薄め塗膜(Wash coat)である。
【0016】
ガス混合物中で行われる特に効果的な水素の再結合のため、触媒物質は触媒性の貴金属、特に白金又はパラジウムを含む。白金は特に耐熱性で、かつ触媒毒に対しても耐久性を示す。更に触媒活性物質としての白金は、水素の他に一酸化炭素も再結合できる。パラジウムは特に低い環境温度において動作し始めるその特性の故に好適である。従って第1の部分領域内に、例えば第2の部分領域内の貴金属よりも耐被毒性である貴金属を選択するとよい。接着層及び/又は中間層を使い、触媒物質を機械的支持体上に施すと有利である。
【0017】
特に有利な1実施態様では、特に多孔性に形成された阻止層は、第1の部分領域内では、触媒体を配置した、積み上げたばら材である。その際ガス混合物の部分流は、ばら材中に配置した触媒体を貫流する(貫流の代替案)。その際第2の部分領域の触媒体は、第1の部分領域の触媒体と分離して配置する。例えばこれらの2つの触媒体を、ガス混合物の流動方向に相前後して配置する。この場合、特に爆発性のガス混合物が、10容量%以上のH2濃度を有する流入範囲内に存在する場合、ばら材の多孔率を、第1の部分領域の流出範囲で、H2濃度を6容量%以下に低下させる多孔率にする。環流可能なケーシング内の圧力の損失を補償するため、流入面積を約2〜5倍大きくしてもよい。更にケーシングの高さが0.2〜2mの場合、触媒装置のこの範囲内に、特に0.1〜1m/秒のガス混合物の貫流速度が得られる。
【0018】
もう1つの有利な実施態様では、第1の部分領域内の阻止層を触媒体上に多孔性のカバー層として施す。環流の代替案であるこの触媒装置の場合、第1と第2の部分領域内の触媒体は連続した部材で形成され、即ちこの部材は第1の部分領域にも第2の部分領域にも及んでいる。そのためこの触媒体は、ガス混合物の全ての流れにより環流される。流入範囲で第1の部分領域上に施された阻止層により、流入及び/又は流出する反応ガスの拡散の抑制が達成される。こうして反応ガスの触媒的な再結合は制限され、これはまた高いH2濃度の場合にも反応温度を制限することになる。同様に接触反応に影響を及ぼす、環流又は溢流するガス混合物の速度も、ケーシングの所定の形状により調整できる利点がある。ケーシングの高さが0.2〜2mの場合、ガス混合物の溢流速度を触媒装置の範囲内で0.1〜2m/秒に調整するとよい。
【0019】
特に高い反応変換率を得るため、同種の複数の触媒装置を互いに並列に配置するとよい。この環流の代替案では、例えば隣接する触媒装置は、各々その第1及び第2の部分領域が互いに並列に配置される。その際、第1の部分領域内の各触媒装置は付属の阻止層を備える。触媒装置の貫流代替案では、例えば同種の複数の第1部分領域が互いに並列に配置され、共通の阻止層により囲まれる。それら第2の部分領域は第1の部分領域と分離され、やはり互いに並列に配置される。或いは又、異なる型の触媒装置を交互に配置してもよい。特に一方の部分領域が非阻止性の反応を可能にし、他方の部分領域が拡散阻止性の反応を可能にする、第1と第2又は複数の部分領域を持つ触媒装置を組み合わせることにより、特に安全かつ活発に触媒的な再結合の多段階の実施が可能である。この多段階の再結合で、個々の部分領域内又は流動溝内で、低爆発性のガス混合物でも同時に高い反応置換率で着火又は引火に対する特に確実な保護が達成される。
【0020】
触媒装置を板の型に形成し、各々最高でも1cm、好ましくは約0.3mmの全体の厚さに、そして20mm以下の相互間隔にすると有利である。
【0021】
特に高速で流入するガス混合物の所謂「上昇気流」の場合も、均質な再結合、特に多段階の酸化を保証するため、触媒装置の手前のガス混合物の流入方向に上昇気流支援体を接続する。この上昇気流支援体は、勿論触媒体の一部を含んでもよい。この支援体が、再結合装置の断面積をその流入側で1〜5倍に拡大させると特に有利である。こうすると、特に簡単に、流入ガス混合物の流れを制限できる。これは又、ガス混合物の連続した流入をもたらし、それにより反応帯域のずれは確実に回避される。ケーシング内に生じる圧力損失の低減及び場合によっては補償のため、ケーシングが0.2〜2mの高さを持つと有利である。
【0022】
再結合装置内に万一逆流、所謂下降気流が生じた際、特に安全運転を達成するため、触媒装置末端の、ガス混合物の流出方向に降下気流支援体を配置する。交錯する流動方向を持つ、特に極端な流動状態では、付加的に流入範囲内に、上昇気流支援体等の、表面積を拡大させる部分的反応表面カバーを設けてもよい。
【0023】
もう1つの実施態様では、第1の部分領域の少なくとも流入範囲の阻止層上にポリテトラフルオロエチレンの被覆を設ける。特に湿度の高い環境条件下での初期起動特性は、この局所的に制限した被覆により、触媒体に局所的な疎水性を生じることができる。被覆を量的に制限することで、気孔層又は阻止層内への反応依存性の水の吸着は回避され、こうして初期起動特性の改善(受動的反応開始)が達成される。
【0024】
水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合する方法に関する上記の課題は、本発明により、再結合を、阻止層により囲まれる触媒体の流動方向の第1の部分領域内で行い、更にそれに次ぐガス混合物に直接接触可能な触媒体の第2の部分領域内で行うことで解決できる。この両方の部分領域、即ち第1及び第2の部分領域が触媒的に異なる活性帯域を有すると有利である。これはまた反応ガスに多段階の接触酸化を生じさせる。
【0025】
貫流の代替案では、第1の部分領域内でガス混合物を、阻止層を通過させて通すとよい。その際浄化されていないガス混合物の部分流は、第1の部分領域を貫流して浄化される。次いでこの浄化されたガス混合物を、この触媒体の後方に接続された混合帯域内で、浄化されていないガス混合物と混和し、それにより爆発性の反応ガス濃度、特にH2濃度は低下される。次いでこの混合された 、低濃度のガス混合物を阻止層で覆われていない第2の部分領域に更なる接触酸化のために導く。こうして、このガス混合物は、特に触媒的に高い活性物質を含む触媒体に直接接触し、その結果より高い触媒活性を持つ触媒物質により高められる、より高度な接触反応がこの第2の部分領域内で行われる。
【0026】
触媒装置の環流についての代替案では、全ガス混合物を特に第1の部分領域内で阻止層に沿って流す。その際水素濃度の低減は、この触媒装置に沿って、即ち第1と第2の部分領域に沿って行われる。
【0027】
第1の部分領域内でガス混合物中に導入される水素の量は、最も不所望な運転の場合でも、即ち「最悪の場合」を考慮しても、酸化により5容量%以下に低下される。こうして第2の部分領域内に流入するガス混合物は、当該反応ガスの着火濃度以下の濃度をもつ。これは、高活性な触媒物質の場合も、第2の部分領域内への拡散を抑制し、火炎を遮断する阻止層を省くことを可能にする。
【0028】
反応温度が、第2の部分領域内よりも第1の部分領域内で低いと有利である。特に第1の部分領域における反応温度は、反応ガスの着火温度以下とする。第1の部分領域における反応温度は「最悪の場合」でも560℃以下とすると有利である。即ち、この反応温度は水素の着火温度以下である。第2の部分領域内で、第1の部分領域内で行われた触媒的酸化の結果、水素の燃焼は起こらない。
【0029】
本発明による利点は特に、触媒装置の少なくとも2つの異なる部分領域によって、特に安全に、着火することなく、かつまた特に活発な触媒的に再結合が(15容量%迄の高いH2濃度の)高爆発性のガス混合物の場合にも、また(約1容量%の低いH2濃度の)低爆発性のガス混合物の場合にも達成される点にある。
【0030】
本発明の実施例を図面に基づき以下に詳述する。
【0031】
図中相応する部分は全て同じ符号を付してある。
【0032】
図1の再結合装置1及び図4の再結合装置1′は、それぞれ水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と、即ち発電所(図示せず)の事故の場合の原子炉格納容器の雰囲気中の酸素と、触媒的に再結合するため設けられている。
【0033】
再結合装置1は多数の触媒装置2を含み、それらは最高でも20mmの間隔で互いにほぼ並列に配置される。この装置1の形態及び機能に応じ、単独の触媒装置2を備えたり、更に複数の同形又は異形の触媒装置2を備えたりしてもよい。
【0034】
触媒装置2はケーシング4内に配置されている。ケーシング4は、再結合装置1、1′の稼働時ガス混合物が自由対流で貫流できるよう形成されている。そのため、ケーシング4は矢印5で示す方向に沿い主にシャフトを形成する。触媒装置2の範囲内で、ガス混合物が再結合する際の発生熱により惹起される上昇気流は、再結合装置1、1′の稼働状態で、ガス混合物の圧力降下の過補償を生じ、その結果シャフト状に形成されたケーシング4の煙突効果により、ガス混合物が再結合装置1、1′を外部からの補助又は駆動手段なしに貫流し始める。その際シャフト状に形成されたケーシング4の部分は、生じた圧力の損失を補償するため0.2〜2mの高さを有する。加えて特に好ましい対流挙動のため、ケーシング4は0.3〜10の奥行きに対する高さ比を有すると有利である。
【0035】
再結合装置1、1′は、触媒装置2の範囲内で、水素の再結合時の熱発生に伴う高温にも係わらず、再結合装置1、1′の外部範囲の発火性ガス混合物の着火を確実に回避するよう形成されている。そのため個々の触媒装置2は、ガス混合物の流れ方向に見て少なくとも2つの部分領域、即ち第1の部分領域T1と、第2の部分領域T2とを有する。再結合装置1、1′の形態及び機能の応じ、2つ以上の部分領域を設けてもよい。
【0036】
触媒的な再結合のため、各触媒装置2は第1の部分領域T1内にも、第2の部分領域T2内にも、再結合に適した触媒活性物質を含む触媒体6を有する。この物質として、特に貴金属、貴金属の混合物又は貴金属箔を設けるとよい。この場合貴金属として、特に白金及び/又はパラジウムを設ける。
【0037】
特に流入範囲内での爆発性の高いガス混合物の発火を回避するため、第1の部分領域T1内で触媒体6は、流入及び/又は流出する反応ガスの拡散阻止用の阻止層8により囲まれている。第2の部分領域T2内では、反応ガスは触媒体6に直接接触可能である。この場合、ガス混合物を第1の部分領域T1内では阻止層に沿って通し、第2の部分領域T2内では触媒体6に沿って通す。
【0038】
ガス混合物の流動方向に見て第1の部分領域T1での触媒的再結合は、触媒体6を囲む阻止層8により抑制される。即ち、第1の部分領域T1内で、例えばCO、H2、O2、CO2等の反応ガスの流入は特に阻止され、その結果部分酸化のみが起る。これは又、触媒的な再結合を遅延させ、従って反応温度を低く、特に560℃以下に保持させることになる。部分領域T1の長さは、流入する反応ガスの濃度を基準として決定する。特に第1の部分領域T1内でガス混合物に添加される水素の含有量は、接触酸化により5容量%以下に低減する。
【0039】
従って後続の触媒帯域、即ち第2の部分領域T2内には、反応ガス濃度が着火濃度以下のガス混合物が流れ込む。従って、ガス混合物が第2の部分領域T2内では、特に触媒体6に直接接触する利点がある。その際、触媒体6が第2の部分領域T2内で触媒活性物質を含むことにより、第2の部分領域T2は第1の部分領域よりも触媒的に活性である。第2の部分領域T2における反応温度は、従って560℃以上となる。両方の部分領域、即ち第1の部分領域T1及び第2の部分領域T2は、上記のように触媒的に異なる活性帯域を可能にし、それにより反応ガスの多段階の接触酸化が可能になる。触媒の活性強度に応じて第2の部分領域T2を付加的に図示しない火炎遮断設備により被覆してもよい。
【0040】
流入するガス混合物が極めて高速な、所謂上昇気流である場合も、均一な再結合、特に多段階の酸化を保証するため、触媒装置2のガス混合物の流入方向に上昇気流支援体10を配置する。この上昇気流支援体10は、再結合装置1の流入口の断面積を、特に好ましくは1〜5倍に拡大させる。
【0041】
万一再結合装置1、1′内に逆流、即ち所謂下降気流が生じた際、特に安全運転を可能とするため、ガス混合物の流出方向のケーシング4上端に下降気流支援体12を設けるとよい。この支援体12は、同時にケーシング4の屋根及び再結合装置1、1′の滴下防止体の役目をする。こうして再結合装置1、1′の上方の噴霧装置の作動中も、再結合装置1、1′内に液体滴下物が直接入り込むのを回避できる。
【0042】
更に再結合装置1、1′は、ガス混合物の流動方向に見て下降気流支援体12の下方に濾過装置14を有する。ケーシング4内の触媒装置2の後方に接続されたこの装置14は、粗い粒子を濾過する役目を果たす。例えば濾過装置14は細い針金のメッシュから形成され、この金網は、再結合装置1、1′内の圧力損失及び要求される沈殿力を考慮して、網目幅を特に小さく、好ましくは800μm以下に選択する。この網目幅を決める際の他の設計基準として 、更に濾過装置14にエーロゾル又はコロイドのような触媒毒の沈殿を起さない配慮がある。濾過装置14は、むしろエーロゾル又はコロイドが量的に、かつさほどの沈殿損なく透過できる程度に採寸される。こうして、堆積するエーロゾル又はコロイドによる閉塞は確実に回避できる。
【0043】
更にこのケーシング4は遮断ジャケット16を有する。例えばこの遮断ジャケット16を二重のジャケットとし、空隙を設けてもよい。或いは又2つのジャケット層間に、耐熱及び耐放射線性の絶縁物質を配置してもよい。遮断ジャケット16を介しての放射線の漏出は、こうして確実に回避される。特に500℃以上の温度範囲における熱の伝達は、遮断ジャケット16の形成により高度に阻止される。ケーシング4を囲むガス混合物(原子炉格納容器−雰囲気間)の、ケーシングの高温に伴う着火は、こうして確実に回避できる。
【0044】
図2は、触媒体6を持つ、図1による触媒装置2を示す。この装置2は板状に形成され、特にセラミックス製の場合、最高で1cm迄の全厚を有する。全厚が約0.3mmであるとよい。第1の部分領域T1は触媒体6を囲む阻止層8を有する。この阻止層8は、触媒体6上に施した多孔性のカバー層として形成されている。阻止層8の孔隙は流入する反応ガスを結合させ、こうして接触反応は、第1の部分領域T1内の単位表面積当たり僅かな部分量に制限されることになる。更に第2の部分領域T2は、例えば層18として触媒体6上に施された極めて活性な触媒物質の濃縮を示す。局所的に制限された触媒活性物質の濃縮は、触媒装置2の始動機能を支援する。この層18は、特に白金又はパラジウムを含む。或いはまたこの触媒活性物質は、触媒体6の表面内にも配置可能である。
【0045】
もう1つの有利な実施態様では、第1の部分領域T1の少なくとも流入範囲内の阻止層8上にポリテトラフルオロエチレンの被覆20を備え、これが、反応ガスの流入を僅かに阻止する。被覆20を局所的に制限することで、反応に関与する気孔層又は阻止層8内への水の吸着を回避することができ、こうして初期起動特性(受動的な反応開始)が改善される。
【0046】
図3は上述した「最悪の場合」の触媒装置2に沿ったガス混合物の流動過程に依存する、H2濃度Kと反応温度Tの関数的な経過を示す。触媒装置2の稼働状 態で、第1の部分領域T1内で明白に10容量%を越えるH2濃度は、接触酸化 により少なくとも5容量%に低下し、その際第1の部分領域T1内の反応温度Tは560℃以下を保ち、従って触媒装置2の反応ガスの着火温度を下回る。
【0047】
第2の部分領域T2内では、反応温度Tは比較的高い触媒活性により上昇し、特に560℃の着火温度を越えている。しかし第2の部分領域T2内のH2濃度Kが、明らかに、5容量%以上の着火濃度を下回るため、ガス混合物の着火は確実に回避できる。図3に示す関数的経過は、図1による再結合装置1及び図4による再結合装置1′の特徴である。
【0048】
図4は別の触媒装置2を有する再結合装置1′を示す。この場合、第1の部分領域T1と第2の部分領域T2は互いに分離して配置されている。第1の部分領域T1は、阻止層8により一緒に囲まれた、多数の互いに並列配置された触媒体6から成る。そのため阻止層8は緊密ではないばら材からなり、その中に触媒体6が配置されている。再結合装置1′の形態及び機能に応じ、同形の複数の第1部分領域T1を備えてもよく、これらは図4に示すように、ガス混合物の流動方向に互いに並列に隙間22を形成しながら配置されている。或いはまた、異なる部分領域T1、T2を交互に配置してもよい。
【0049】
第2の部分領域T2は同様に多くの触媒体6を含み、それらは第1の部分領域T1の後方に装入され、触媒体6はガス混合物の流動方向に見て互いに並列に配置されている。再結合装置1′の形態及び機能に応じ、第1の部分領域T1と第2の部分領域T2から成る触媒体6の場合、その触媒活性に関し同じ触媒体であってもよい。しかしこの触媒体6に、第1の部分領域T1及び/又は第2の部分領域T2内で異なる触媒物質を用い、触媒活性を変化させてもよい。
【0050】
ガス混合物の再結合に伴い、ガス混合物は一方では両方の第1部分領域T1を貫流し、H2濃度を低下されて中央空間22内に達する。他方、両方の第1の部分領域T1間に配置された送込み部24を介して、未浄化のガス混合物が同時に中央空間22に達する。空間22内でこのガス混合物は浄化済みガス混合物と混和され、それにより5容量%以下の着火濃度の一定したH2濃度が出口側の空間22内において調整される。空間22から流出するガス混合物は、引続き第2の部分領域T2内で更なる接触酸化のため触媒体6に沿って通される。
【0051】
送込み部24内に未浄化のガス混合物の流出を制限する、例えば金網の格子26が配置されている。しかし複数の金網又は金属格子を次々につなげ、それにより最高でも100μm、好ましくは約2μmの極小の隙間幅を形成するとよい。
【0052】
こうして触媒毒、特にエーロゾルのような微細粒子も量的に透過する。
【0053】
図5は、図4の積み重ねたばら材の阻止層8を示す。このばら材の阻止層8は1〜10mm、特に1〜5mmの粒径であるとよい。その際ガス混合物の流動方向(矢印28)に見て阻止層8は流入範囲E内に流出範囲Aより大きな粒径を持つ。その結果、阻止層8は特に拡散阻止性に、かつ火炎遮断性に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る再結合装置の断面図。
【図2】図1の部分断面図。
【図3】H2濃度Kと反応温度Tの関数過程を示すグラフ図。
【図4】本発明の他の実施例に係る再結合装置の断面図。
【図5】図4の部分断面図。
【符号の説明】
1、1′ 再結合装置
2 触媒装置
4 ケーシング
5 優先方向を示す矢印
6 触媒体
8 阻止層
10 上昇気流支援体
12 下降気流支援体
14 濾過装置
16 遮断ジャケット
18 層
20 ポリテトラフルオロエチレンの被覆
22 中央空間
24 送り込み口
T1、T2 部分領域
K H2濃度
T 反応温度
E 流入範囲
A 流出範囲
Claims (17)
- 稼働時にガス混合物が貫流するケーシング(4)に、少なくとも1つの触媒装置(2)が配置され、該装置(2)がガス混合物の流動方向に複数の部分領域(T1、T2)を有する、水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる装置(1、1′)において、流動方向に順に第1の部分領域(T1)と第2の部分領域(T2)とを備え、両部分領域はそれぞれ触媒体(6)を含んでおり、前記第1の部分領域(T1)の触媒体(6)上には該部分領域での触媒的再結合を抑制する多孔性の阻止層(8)が設けられ、第2の部分領域(T2)の触媒体(6)は直接反応ガスに接触することを特徴とする水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させるための再結合装置(1、1′)。
- 触媒体(6)が第2の部分領域(T2)内で、第1の部分領域(T1)における触媒体(6)よりも高い活性を有することを特徴とする請求項1記載の装置(1、1′)。
- 第2の部分領域(T2)内で、触媒体(6)が触媒物質で被覆された板状の担体から成ることを特徴とする請求項1又は2記載の装置(1、1′)。
- 触媒物質が触媒性の貴金属を含むことを特徴とする請求項3記載の装置(1、1′)。
- 多孔性の阻止層(8)が積み重ねたばら材であり、その中に第1の触媒体(6)が配置されたことを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の装置(1′)。
- 阻止層(8)が多孔性のカバー層であり、該層が第1の触媒体(6)の上に施されたことを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載の装置(1)。
- 複数の同種の触媒装置(2)が互いに並列に配置されたことを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の装置(1)。
- 触媒装置(2)が板状に形成されており、各々最高でも1cmの全層厚を有し、互いに20mm以下の相互間隔で並列に配置されたことを特徴とする請求項7記載の装置(1)。
- ガス混合物の流入方向の触媒装置(2)の前端に、上昇気流支援体(10)を備えたことを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の装置(1、1′)。
- ガス混合物の流出方向の触媒装置(2)の末端に、下降気流支援体(12)を備えたことを特徴とする請求項1乃至9の1つに記載の装置(1、1′)。
- 水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる方法において、再結合を、先ず触媒的再結合を抑制するための多孔性の阻止層(8)で囲まれた、触媒体(6)の第1の部分領域(T1)内で行い、それに続きガス混合物に直接接触可能な、触媒体(6)の第2の部分領域(T2)内で行うことを特徴とする水素及び/又は一酸化炭素をガス混合物中の酸素と触媒的に再結合させる方法。
- 全てのガス混合物を、第1の部分領域(T1)内で阻止層(8)を通過させることを特徴とする請求項11記載の方法。
- 全てのガス混合物を、第1の部分領域(T1)内で阻止層(8)に沿って通すことを特徴とする請求項11記載の方法。
- 第1の部分領域(T1)内で、ガス混合物中を通した水素の含有量を酸化により5容量%以下に低減することを特徴とする請求項11乃至13の1つに記載の方法。
- 第1の部分領域(T1)内で、反応温度(T)が第2の部分領域(T2)における反応温度よりも低いことを特徴とする請求項11乃至14の1つに記載の方法。
- 第1の部分領域(T1)内での反応温度(T)が560℃以下であることを特徴とする請求項11乃至15の1つに記載の方法。
- 第2の部分領域(T2)内での反応温度(T)が560℃以上であることを特徴とする請求項11乃至16の1つに記載の方法。
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