JP3854403B2

JP3854403B2 - Reactor

Info

Publication number: JP3854403B2
Application number: JP03828398A
Authority: JP
Inventors: 吉博北; 茂和畑野; 浩明松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11228102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反応装置に関し、特にＣＨ₄の熱分解により生成する炭素を簡易に捕修し、連続運転を可能にしたサバチエ第２反応装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
サバチエ第２反応と称される、メタン（ＣＨ₄）分解反応においては、１２００℃以上と高温の熱分解により、ＣＨ₄→Ｃ＋２Ｈ₂の反応が進み、炭素（Ｃ）が生成する。
【０００３】
従来の反応装置の概略を図７に示す。
図７に示すように、反応容器０１内でカーボン（炭素）０２が生成すると、反応管０３内が上記炭素０２により閉塞を起こし、運転不能になったところで、運転を停止し、新規反応管０３と取り換えて運転を再開している。
このため、新規反応管０３にその都度取り換えることとしているので、連続運転ができず、効率的ではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する［請求項１］の反応装置の発明は、メタンを加熱して分解し炭素と水素とを生成する反応管と、該反応管を加熱する加熱手段とを有する反応装置において、反応管出口に設置された炭素を捕集する炭素捕集器と、上記炭素捕集器の水素出口に設置された炭素捕集用ネットとを有することを特徴とする。
【０００７】
［請求項２］の反応装置の発明は、請求項１において、上記炭素捕集用ネットがポリアミド合成繊維であることを特徴とする。
【０００８】
［請求項３］の反応装置の発明は、請求項１又は２において、上記炭素捕集器が、上記炭素捕集用ネットからの炭素を受ける受け皿と、該受け皿を引き出す引き出し口と、該引き出し口を開閉自在に覆う蓋部とを有することを特徴とする。
【０００９】
［請求項４］の反応装置の発明は、請求項１乃至３において、上記反応管が、出口を下向きに鉛直方向に設置された反応管であり、且つ上記炭素捕集器が、上記反応器下側に反応器と直列に設置されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態についてサバチエ第２反応装置を例にして説明するが、本発明は炭素（カーボン）による閉塞が発生するような反応装置のいずれにも適用でき、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
図１は本実施の形態にかかるサバチエ第２反応装置の反応装置の正面図である。図２はその側面図である。図３はその平面図である。図４は炭素捕集器の正面断面図である。図５はその側面図である。図６は図４のVI-VI 線断面図である。
【００１２】
これらの図面に示すように、本実施の形態にかかるサバチエ第２反応装置は、メタンを加熱して分解し炭素と水素とを生成する反応管１１と、該反応管１１を加熱する加熱手段である熱電対１２を備えた反応炉１３とを有する反応装置において、上記反応管１１出口に設置された炭素を捕集する炭素捕集器１４と、該炭素捕集器１４の内部に設置された反応管出口から排出される炭素を受ける受け皿１５と、該炭素捕集器１４に設置された受け皿１５を引き出す引き出し口１６と、該炭素捕集器に設置された引き出し口を開閉自在に覆う蓋部１７とを有するものであり、上記反応管１１の出口側には、該出口を閉鎖する手段である切替バルブ１８を有している。
上記反応装置は枠２１内に設けられた上部保持金具２２及び下部保持金具２３により、上部シール金具２４及び下部シール金具２５によって保持されている。なお、図中符号２６，２７はフィルタを図示する。
【００１３】
上記構成の反応装置において、メタン（ＣＨ₄）を導入して、上記反応炉１２で反応管１１を１２００℃以上に加熱する。
該加熱された反応管１１内にＣＨ₄を流すと、ＣＨ₄→Ｃ＋２Ｈ₂の反応に基づき、反応管１１内で炭素（Ｃ）と水素（Ｈ₂）とが生成し始める。
炭素生成の反応は、ほとんどが気相反応である。よって、反応管１１の中で気流により重なりながら、炭素が生成してくる。この炭素の粒子径は１μｍ程度であり、非常に微粒子である。
【００１４】
この生成した炭素は下流側に設置された炭素捕集器１４に入り、図４に示すように、その一部は自重により、内部に設けられた受け皿１５の底部にトラップされる。
しかしながら、前述したように炭素微粒子が非常に小さいことから、一部は気流に乗ったままとなる。
【００１５】
よって、このまま、流れに乗っていくと、下流部の配管内等を詰まらせることになる。このため図４に示すように、炭素捕集器１４のガス排出口３１側に炭素捕集用ネット（以下「捕集ネット」という）３２がネット固定手段３３により設置されている。なお、図４中、符号３４はガス導入口フランジ、３５はガス排出口ヘルール、３６はガス排出口、３７はガスケット、３８は取手、３９は固定脚を各々図示する。
【００１６】
上記捕集ネット３２は、メッシュ状の細かな繊維であり、例えばストッキング等に使用されるポリアミド合成繊維（ナイロン）であるが、静電気を帯びており伸縮自在なものであれば本発明はこれに限定されるものではない。
この捕集ネット３２は、それ自身静電気を帯びており、また伸縮自在であることから、気流に乗ってきた炭素は該捕集ネット３２の静電気力により、確実に捕集され、下流側への移動がほとんどなくなる。
また、捕集ネット３２自身が伸縮自在であることから、ある程度炭素が捕集されてくると、徐々に捕集ネット３２は伸び広がり、やがては、蓄積された炭素自身の自重により、該炭素が炭素捕集器１４内の受け皿１５内に落下し、捕集ネット自身はまたもとの状態に戻る。
【００１７】
また、気相反応以外の固相反応としても反応管の中で炭素は生成する。
これは、反応管１１の壁面に炭素生成が起こりはじめることを意味する。この炭素はある程度成長してくると、自重により壁面から剥がれ落下し、炭素捕集器１４内にトラップされる。
この固相反応の炭素を捕集するために、反応炉は縦型とするのが好ましい。
【００１８】
さらに、固相反応による炭素のなかでは、炭素捕集器１４内に落下もせず、反応管１１内にこびりつくようなものもでてくる。この炭素については、捕集困難である。
但し、このまま放置しておくと、やがては閉塞の原因につながるため、図１，２に示すように、反応管１１と炭素捕集器１４の間に設置されている切替バルブ１８を所定時間の経過後に切り換えて、炭素捕集器１４側への流路を閉塞したのち、反応器１１の温度を約１２００℃から約８００℃位まで降下させた後、空気を送給させて、反応管１１内の炭素を燃焼除去することとしている。
【００１９】
以上のような、運転を行うことでサバチエ第２反応装置を炭素の閉塞による運転不能から防御でき、連続して運転することが可能となる。
【００２０】
また、炭素捕集器１４には、図４に示すような炭素受け皿１５が内部に設置されており、炭素捕集器１４の前面部の蓋１７を外すことでこの受け皿１５を引き出すことができ、中に捕集された炭素を取り出して、適宜廃棄すことができる。炭素を受け皿１５の中より取り除いた後、再び設置し、反応処理を続ける。
【００２１】
以上のシステムにより、サバチエ第２反応装置の連続運転を可能にすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、［請求項１］の反応装置の発明は、メタンを加熱して分解し炭素と水素とを生成する反応管と、該反応管を加熱する加熱手段とを有する反応装置において、反応管出口に設置された炭素を捕集する炭素捕集器と、上記炭素捕集器の水素出口に設置された炭素捕集用ネットとを有するので、気流に乗ってきた炭素は該ネットに確実に捕集され、下流側への移動がほとんどなくなる。
【００２５】
［請求項２］の反応装置の発明は、請求項１において、上記炭素捕集用ネットがポリアミド合成繊維であるそれ自身静電気を帯びており、また伸縮自在であることから、気流に乗ってきた炭素は該ネットの静電気力により、確実に捕集され、下流側への移動がほとんどなくなる。また、ネット自身が伸縮自在であることから、ある程度炭素が捕集されてくると、徐々にネットは伸び広がり、やがては、蓄積された炭素自身の自重により、該炭素が炭素捕集器内の受け皿内に落下し、ネット自身はまたもとの状態に戻り、連続して炭素の捕集が可能となる。
【００２６】
［請求項３］の反応装置の発明は、請求項１又は２において、上記炭素捕集器が、上記炭素捕集用ネットからの炭素を受ける受け皿と、該受け皿を引き出す引き出し口と、該引き出し口を開閉自在に覆う蓋部とを有するので、蓋を外すことで受け皿を引き出すことができ、中に捕集された炭素を取り出して、適宜、捕集された炭素を外部に取り出すことができる。
【００２７】
［請求項４］の反応装置の発明は、請求項１乃至３において、上記反応管が、出口を下向きに鉛直方向に設置された反応管であり、且つ上記炭素捕集器が、上記反応器下側に反応器と直列に設置されるので、反応管内の壁面に炭素が付着した場合でも、自重により壁面から剥がれ落下し、炭素捕集器内にトラップされ、反応管内に生成する閉塞の原因となりうる炭素も燃焼除去される。以上より、本発明によれば、メタンの熱分解反応であるサバチエ第２反応装置に適用することで長期に亙っての連続運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反応装置の正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】その平面図である。
【図４】本発明の炭素捕集器の正面断面図である。
【図５】その側面図である。
【図６】図４のVI-VI 線断面図である。
【図７】従来技術にかかる反応装置の概略図である。
【符号の説明】
１１反応管
１２熱電対
１３反応炉
１４炭素捕集器
１５受け皿
１６引き出し口
１７蓋部
１８切替バルブ
２１枠
２２上部保持金具
２３下部保持金具
２４上部シール金具
２５下部シール金具
２６，２７フィルタ
３１ガス排出口
３２捕集ネット
３３ネット固定手段
３４ガス導入口フランジ
３５ガス排出口ヘルール
３６ガス排出口
３７ガスケット
３８取手
３９固定脚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor, and is particularly suitable for use in a Sabachie second reactor in which carbon produced by thermal decomposition of CH ₄ is easily repaired to enable continuous operation.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In the methane (CH ₄ ) decomposition reaction, referred to as the Sabachie second reaction, the reaction of CH ₄ → C + 2H ₂ proceeds by thermal decomposition at 1200 ° C. or higher and carbon (C) is generated.
[0003]
An outline of a conventional reactor is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, when carbon (carbon) 02 is generated in the reaction vessel 01, the reaction tube 03 is blocked by the carbon 02 and becomes inoperable. The operation has been resumed.
For this reason, the new reaction tube 03 is replaced each time, so that the continuous operation cannot be performed and it is not efficient.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of the reactor of [Claim 1 ] that achieves the above object is a reactor having a reaction tube that heats and decomposes methane to produce carbon and hydrogen, and a heating means that heats the reaction tube. It has the carbon collector which collects the carbon installed in the reaction tube exit, and the carbon collection net | network installed in the hydrogen outlet of the said carbon collector.
[0007]
The invention of the reactor of [Claim 2 ] is characterized in that, in Claim 1 , the carbon collection net is a polyamide synthetic fiber.
[0008]
[Claim 3 ] The reactor according to claim 3 is the reactor according to claim 1 or 2, wherein the carbon collector receives a carbon from the carbon collection net, a drawer port through which the tray is pulled out, and the drawer. And a lid that covers the mouth so as to be freely opened and closed.
[0009]
[Claim 4 ] The invention of the reactor according to [Claim 4 ] is the reactor according to Claims 1 to 3, wherein the reaction tube is a reaction tube installed in a vertical direction with an outlet facing downward, and the carbon collector is the reactor. It is characterized by being installed in series with the reactor on the lower side.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, embodiments of the present invention will be described by taking the Sabachie second reactor as an example. However, the present invention can be applied to any reactor in which clogging with carbon occurs. It is not limited.
[0011]
FIG. 1 is a front view of the reactor of the second Sabatier reactor according to this embodiment. FIG. 2 is a side view thereof. FIG. 3 is a plan view thereof. FIG. 4 is a front sectional view of the carbon collector. FIG. 5 is a side view thereof. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
[0012]
As shown in these drawings, the Sabatier second reactor according to the present embodiment includes a reaction tube 11 that heats and decomposes methane to produce carbon and hydrogen, and heating means that heats the reaction tube 11. In a reaction apparatus having a reaction furnace 13 equipped with a certain thermocouple 12, a carbon collector 14 for collecting carbon installed at the outlet of the reaction tube 11, and an inside of the carbon collector 14 are installed. A tray 15 for receiving carbon discharged from the outlet of the reaction tube, a drawer port 16 for drawing out the tray 15 installed in the carbon collector 14, and a lid for opening and closing the drawer port installed in the carbon collector. And a switching valve 18 as a means for closing the outlet is provided on the outlet side of the reaction tube 11.
The reaction apparatus is held by an upper seal fitting 24 and a lower seal fitting 25 by an upper holding fitting 22 and a lower holding fitting 23 provided in the frame 21. Reference numerals 26 and 27 in the figure indicate filters.
[0013]
In the reactor configured as described above, methane (CH ₄ ) is introduced, and the reaction tube 11 is heated to 1200 ° C. or higher in the reaction furnace 12.
When CH ₄ is allowed to flow through the heated reaction tube 11, carbon (C) and hydrogen (H ₂ ) start to be generated in the reaction tube 11 based on the reaction of CH ₄ → C + 2H ₂ .
Most of the carbon generation reactions are gas phase reactions. Therefore, carbon is generated while overlapping in the reaction tube 11 by the air flow. The particle diameter of this carbon is about 1 μm and is very fine.
[0014]
The generated carbon enters the carbon collector 14 installed on the downstream side, and as shown in FIG. 4, a part of the carbon is trapped on the bottom of the tray 15 provided inside due to its own weight.
However, as described above, since the carbon fine particles are very small, some of them remain on the airflow.
[0015]
Therefore, if it rides on a flow as it is, it will clog the piping etc. of a downstream part. Therefore, as shown in FIG. 4, a carbon collection net (hereinafter referred to as “collection net”) 32 is installed by a net fixing means 33 on the gas discharge port 31 side of the carbon collector 14. In FIG. 4, reference numeral 34 denotes a gas inlet flange, 35 denotes a gas outlet ferrule, 36 denotes a gas outlet, 37 denotes a gasket, 38 denotes a handle, and 39 denotes a fixed leg.
[0016]
The collection net 32 is a fine mesh-like fiber, for example, a polyamide synthetic fiber (nylon) used for stockings or the like. It is not limited.
Since the collection net 32 itself is charged with static electricity and is stretchable, the carbon that has entered the airflow is reliably collected by the electrostatic force of the collection net 32, and flows downstream. Almost no movement.
In addition, since the collection net 32 itself is elastic, when the carbon is collected to some extent, the collection net 32 gradually expands, and eventually, due to the weight of the accumulated carbon itself, It falls into the tray 15 in the carbon collector 14, and the collection net itself returns to its original state.
[0017]
Carbon is also generated in the reaction tube as a solid phase reaction other than the gas phase reaction.
This means that carbon generation begins to occur on the wall surface of the reaction tube 11. When this carbon grows to some extent, it peels off from the wall surface due to its own weight and is trapped in the carbon collector 14.
In order to collect carbon in this solid phase reaction, the reaction furnace is preferably a vertical type.
[0018]
Further, among the carbons produced by the solid-phase reaction, some that stick to the reaction tube 11 without falling into the carbon collector 14 appear. This carbon is difficult to collect.
However, if it is left as it is, it will eventually lead to a blockage. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the switching valve 18 installed between the reaction tube 11 and the carbon collector 14 is set for a predetermined time. After the passage, the flow path to the carbon collector 14 side is closed, and then the temperature of the reactor 11 is lowered from about 1200 ° C. to about 800 ° C., and then air is fed to the reaction tube 11. The carbon inside is to be removed by burning.
[0019]
By performing the operation as described above, the Sabachie second reactor can be prevented from being inoperable due to carbon blockage, and can be operated continuously.
[0020]
Further, the carbon catcher 14 is provided with a carbon tray 15 as shown in FIG. 4, and the catcher 15 can be pulled out by removing the lid 17 on the front surface of the carbon collector 14. The carbon collected therein can be taken out and discarded as appropriate. After removing carbon from the saucer 15, it is installed again and the reaction process is continued.
[0021]
With the above system, the Sabachie second reactor can be continuously operated.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, the invention of the reactor of [Claim 1 ] is a reactor having a reaction tube that heats and decomposes methane to generate carbon and hydrogen, and a heating unit that heats the reaction tube. And a carbon collector that collects carbon installed at the outlet of the reaction tube and a carbon collection net installed at the hydrogen outlet of the carbon collector. Are reliably collected, and there is almost no downstream movement.
[0025]
[Claim 2 ] The invention of the reactor according to [Claim 2 ] is that, in claim 1 , the carbon collection net is a polyamide synthetic fiber, which is charged with static electricity, and is stretchable. Carbon is surely collected by the electrostatic force of the net, and hardly moves downstream. In addition, since the net itself is elastic, when the carbon is collected to some extent, the net gradually expands and eventually the carbon in the carbon collector is caused by the accumulated weight of the carbon itself. It falls into the saucer and the net itself returns to its original state, allowing continuous carbon collection.
[0026]
[Claim 3 ] The reactor according to claim 3 is the reactor according to claim 1 or 2, wherein the carbon collector receives a carbon from the carbon collection net, a drawer port through which the tray is pulled out, and the drawer. Since it has a lid that covers the mouth so that it can be opened and closed, the tray can be pulled out by removing the lid, and the carbon collected inside can be taken out and the collected carbon taken out appropriately. .
[0027]
[Claim 4 ] The invention of the reactor according to [Claim 4 ] is the reactor according to Claims 1 to 3, wherein the reaction tube is a reaction tube installed in a vertical direction with an outlet facing downward, and the carbon collector is the reactor. Because it is installed in series with the reactor on the lower side, even if carbon adheres to the wall surface in the reaction tube, it will fall off the wall surface due to its own weight, trapped in the carbon collector, and cause clogging generated in the reaction tube The carbon that can be burned out. As described above, according to the present invention, continuous operation over a long period of time becomes possible by applying to the Sabatier second reactor, which is a thermal decomposition reaction of methane.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a reaction apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a side view thereof.
FIG. 3 is a plan view thereof.
FIG. 4 is a front sectional view of the carbon collector of the present invention.
FIG. 5 is a side view thereof.
6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
FIG. 7 is a schematic view of a reaction apparatus according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reaction tube 12 Thermocouple 13 Reaction furnace 14 Carbon collector 15 Dish 16 Drawer port 17 Cover part 18 Switching valve 21 Frame 22 Upper holding metal fitting 23 Lower holding metal fitting 24 Upper sealing metal fitting 25 Lower sealing metal fitting 26, 27 Filter 31 Gas exhaust Outlet 32 Collection net 33 Net fixing means 34 Gas inlet flange 35 Gas outlet ferrule 36 Gas outlet 37 Gasket 38 Handle 39 Fixed leg

Claims

In a reaction apparatus having a reaction tube for heating and decomposing methane to produce carbon and hydrogen, and a heating means for heating the reaction tube, a carbon collector for collecting carbon installed at the outlet of the reaction tube; And a carbon collection net installed at the hydrogen outlet of the carbon collector.

2. The reaction apparatus according to claim 1, wherein the carbon collection net is a polyamide synthetic fiber.

3. The carbon collector according to claim 1 or 2, wherein the carbon collector has a tray that receives carbon from the carbon collection net, a drawer port that pulls out the tray, and a lid that covers the drawer port in an openable and closable manner. A reactor characterized by.

In claims 1 to 3, the reaction tube is a reaction tube disposed vertically exit downward, and the carbon collector is to be installed in the reactor in series with the reactor bottom A reactor characterized by.