JP5075470B2 - Catalytic combustion reactor for organic exhaust gas - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、工場等から排出される有機物含有排ガスを、触媒燃焼処理して無害化するための触媒燃焼反応器に関する。 The present invention relates to a catalytic combustion reactor for detoxifying an organic substance-containing exhaust gas discharged from a factory or the like by catalytic combustion treatment.
例えば、アクリル酸、メタクリル酸製造設備を有する工場等から排出されるような有機物含有排ガス(以下、単に排ガスと言う。)は、無害化する処理が必要である。排ガスとしては、化学工場等のプロセスから配管を通して排出されるものの他に、塗装工場等の様にプロセスが建屋等で覆われた中で、プロセスから漏洩した有機物を含有したガスを建屋内の空気とともに吸引して集めたもの等が含まれる。 For example, organic matter-containing exhaust gas (hereinafter simply referred to as exhaust gas) discharged from a factory having acrylic acid and methacrylic acid production facilities needs to be rendered harmless. As exhaust gas, in addition to what is discharged through piping from processes such as chemical factories, gas containing organic matter leaked from the process is covered with air in the building while the process is covered with buildings such as painting factories. Including those collected by suction.
このような排ガスの無害化には、例えば、排ガス中の有機物濃度が数百ppm以上の場合、排ガスを燃焼処理するのが確実であり、経済的である。燃焼処理の方法としては、必要に応じて補助燃料を焚いて燃焼炉内で800℃以上の高温度で直接燃焼する直接燃焼法と、有機物濃度を所定の範囲内に調整して触媒層中で700℃以下の比較的低温で燃焼させる触媒燃焼法とがある。 In order to detoxify such exhaust gas, for example, when the concentration of organic substances in the exhaust gas is several hundred ppm or more, it is certain that the exhaust gas is burnt and is economical. As a method for the combustion treatment, a direct combustion method in which auxiliary fuel is burned as necessary and directly combusted in a combustion furnace at a high temperature of 800 ° C. or higher, and an organic substance concentration is adjusted within a predetermined range in the catalyst layer. There is a catalytic combustion method in which combustion is performed at a relatively low temperature of 700 ° C. or lower.
特許文献1では、直接燃焼法として、排ガスを燃焼炉で燃焼処理する際に、炉壁への燃焼生成物の付着を防止し、排ガス中に含まれる低濃度の可燃性有害成分を効率よく燃焼させることができる、排ガスの燃焼方法及び装置が示されている。燃焼炉内で排ガスを直接燃焼する方法は、複雑な操作を伴わずに安定した処理性が得られるという利点があるが、問題点も抱えている。排ガスの直接燃焼法では、高温(少なくとも800℃以上)で燃焼を行う必要があるため、多くのエネルギーを要する。そのため、多くの補助燃料を要し、燃焼設備や排熱回収設備、さらに排ガス処理設備等のコストがかかる。更に、ダイオキシンやNOx等の発生、大量のエネルギー消費に伴う地球温暖化ガスの発生等も問題である。したがって、大量の希釈ガスを必要とする場合や触媒にとって有害な成分を多量に含むような触媒燃焼に適さない場合を除いては、有機物濃度が高い排ガスは燃焼炉内で直接燃焼するよりも触媒燃焼する方が有利である。
In
触媒燃焼法は、直接燃焼法と比較して低い温度(700℃以下)で燃焼反応を完結でき、補助燃料を必要としないため、燃焼設備や排熱回収設備が比較的小規模で済み、且つ排ガス処理設備が不要である。また、ダイオキシンやNOxの発生が極めて少なく、エネルギー消費も少ないため地球温暖化ガスの発生量も少ない等、地球に優しい方法と言える。 The catalytic combustion method can complete the combustion reaction at a lower temperature (700 ° C. or lower) than the direct combustion method, and does not require auxiliary fuel. Therefore, the combustion facility and the exhaust heat recovery facility are relatively small, and Exhaust gas treatment equipment is not required. Moreover, it can be said to be a method that is friendly to the earth, such as generation of dioxin and NOx is extremely small, and energy consumption is also small, so that the generation amount of global warming gas is small.
触媒燃焼法としては、触媒燃焼反応の際、外部への放熱ロス、燃焼反応後の被燃焼反応流体が反応器外表面に接する箇所、及び耐熱性と耐食性を備えた高級材の使用量を最小限とする構造を有する触媒燃焼反応器と、触媒構造体とが示されている(特許文献2)。また、特許文献2では、これらの触媒燃焼反応器と触媒構造体とを用いた触媒燃焼反応方法が示されている。
排ガスの触媒燃焼は直接燃焼に比べて低温ではあるが、大きな発熱を伴う反応であり、燃焼開始・停止に伴って触媒層は大きく熱膨張・収縮をする。また、触媒層のガス流入面とガス流出面との間には数百度の温度差が生じ、熱膨張・収縮の大きさが全く異なる。更に、触媒層のガス流入面とガス流出面に位置する支持体と、触媒充填部分とは材質も形状も全く異なるため熱膨張・収縮の程度が全く異なる。従って、ある程度大きな反応器では、触媒層がこれらの熱膨張・収縮による応力の集中がない構造であること、また触媒層の支持体と触媒部分との熱膨張・収縮の差によって触媒層にガスの吹き抜けの原因となるような隙間が生じない構造とすること等が重要である。しかし、特許文献2では、この問題への対策が充分でない。
The catalytic combustion method minimizes the amount of heat loss to the outside during catalytic combustion reaction, the location where the burned reaction fluid contacts the outer surface of the reactor, and the use of high-grade materials with heat resistance and corrosion resistance. A catalytic combustion reactor having a limit structure and a catalyst structure are disclosed (Patent Document 2).
Although catalytic combustion of exhaust gas is a low temperature compared with direct combustion, it is a reaction accompanied by large heat generation, and the catalyst layer greatly expands and contracts as combustion starts and stops. Further, a temperature difference of several hundred degrees is generated between the gas inflow surface and the gas outflow surface of the catalyst layer, and the magnitudes of thermal expansion and contraction are completely different. Furthermore, since the material and shape of the support located on the gas inflow surface and gas outflow surface of the catalyst layer and the catalyst filling portion are completely different, the degree of thermal expansion / contraction is completely different. Therefore, in a somewhat large reactor, the catalyst layer has a structure in which stress due to thermal expansion / contraction is not concentrated, and the difference in thermal expansion / contraction between the support of the catalyst layer and the catalyst portion causes gas to enter the catalyst layer. It is important to have a structure that does not cause gaps that cause blow-through. However,
また、排ガス中の窒素酸化物を接触還元法により処理するための触媒反応器として、ガス流路内に、ガス流入面とガス流出面を金網もしくは多孔板で形成した直方体の触媒充填層を、ガス流入方向に裾を開くように互いに傾斜させ、組み合わせて配置することを特徴とする固気接触反応装置が示されている(特許文献3)。しかし、この装置は排ガス中の窒素酸化物の還元反応を対象としているため、反応による発熱がなく、上記のような熱膨張・収縮への対策はされていない。
以上のように、大きな発熱を伴う排ガスの触媒燃焼を行う反応器として、大きな熱膨張・収縮があっても排ガスの浄化性能を高く保ち、安定に継続できる反応器が望まれている。
As described above, as a reactor that performs catalytic combustion of exhaust gas with a large amount of heat generation, a reactor that maintains high purification performance of exhaust gas and can continue stably even if there is large thermal expansion / contraction is desired.
上記のような排ガスを浄化する触媒燃焼反応の際には、排ガスの浄化性能を高く保ち、同時にそれが安定に継続できなければ、経済的に所期の目的を達成できない。
即ち、(1)触媒層内の排ガスの滞留時間が均一であること、(2)触媒層の支持体が急速な温度変化や触媒層のガス流入面とガス流出面との間の大きな温度勾配による応力集中がない構造とすること、(3)触媒層の支持体と触媒充填部分の熱膨張・収縮の差によって触媒層にガスの吹き抜けの原因となるような隙間が生じない構造とすること等が必要である。触媒燃焼反応器のスケールがある規模以上になると、安定に継続できることの重要度が増す。
In the case of the catalytic combustion reaction for purifying the exhaust gas as described above, the intended purpose cannot be achieved economically unless the exhaust gas purification performance is kept high and at the same time stable.
That is, (1) the residence time of the exhaust gas in the catalyst layer is uniform, (2) the temperature of the support of the catalyst layer changes rapidly, and a large temperature gradient between the gas inflow surface and the gas outflow surface of the catalyst layer (3) A structure that does not cause gaps in the catalyst layer due to thermal expansion / contraction between the catalyst layer support and the catalyst filling portion. Etc. are necessary. When the scale of the catalytic combustion reactor exceeds a certain scale, the importance of being able to continue stably increases.
本発明では、有機物含有排ガスを触媒燃焼処理して無害化する際に、有機物含有排ガスの浄化性能を高く保ち、同時に安定に継続できる、経済性に優れた有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器の提供を目的とする。 In the present invention, when an organic matter-containing exhaust gas is rendered innocuous by catalytic combustion, an organic matter-containing exhaust gas catalytic combustion reactor excellent in economic efficiency that can maintain high purification performance of the organic matter-containing exhaust gas and at the same time can be stably provided. With the goal.
本発明では、外殻容器の内部に、隔壁開口部を有する隔壁が固定され、前記隔壁開口部の周縁部から立ち上がる中空柱状体が設けられ、
前記中空柱状体は、前記隔壁開口部を囲むように立ち上がる複数の板状の触媒層により形成され、
触媒層上蓋によって前記中空柱状体の上方が閉じられて、前記隔壁と前記中空柱状体と前記触媒層上蓋によって前記外殻容器内が仕切られ、仕切られた前記外殻容器の一方の側にガス流入口、もう一方の側にガス流出口が設けられており、
前記複数の板状の触媒層はそれぞれ、
前記隔壁開口部を囲むように立ち上がる、ガス流入面を形成する排ガスが通過可能な支持体及びガス流出面を形成する排ガスが通過可能な支持体と、
前記隔壁から立ち上がる、排ガスを通さない2つの側壁と、
それら2つの支持体と2つの側壁により形成された空間内に充填された触媒からなる触媒充填部分と、で形成され、
前記2つの側壁には、前記2つの支持体を嵌め込んでそれらを一定の距離で保持する支持体保持溝が、前記2つの側壁が前記隔壁から立ち上がる方向に沿って形成され、
前記ガス流入面を形成する排ガスが通過可能な支持体及び前記ガス流出面を形成する排ガスが通過可能な支持体が、前記支持体保持溝に嵌め込まれ、前記触媒層の支持体以外の部分及び前記隔壁には固定されず、前記支持体保持溝中で独立に伸縮でき、
前記触媒層の鉛直方向に対する傾斜角度が45°以下であり、
前記ガス流入口から前記外殻容器内に入ったガスが前記触媒層の前記触媒充填部分を通過して前記ガス流出口から排出される有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器を提供する。
In the present invention, the inside of the outer shell container, the partition wall is fixed with a partition wall opening, the hollow cylindrical body is provided, et al is rising from the periphery of the partition wall opening,
The hollow columnar body is formed by a plurality of plate-like catalyst layers rising so as to surround the partition opening,
The upper part of the hollow columnar body is closed by an upper lid of the catalyst layer, the inside of the outer shell container is partitioned by the partition wall, the hollow columnar body, and the upper lid of the catalyst layer, and gas is supplied to one side of the partitioned outer shell container. There is a gas outlet on the other side,
Each of the plurality of plate-like catalyst layers is
A support body that rises so as to surround the partition wall opening and through which the exhaust gas forming the gas inflow surface can pass ; and a support body through which the exhaust gas that forms the gas outflow surface can pass ;
Two side walls that rise from the partition wall and do not allow exhaust gas to pass through;
A catalyst-filled portion comprising a catalyst filled in a space formed by the two supports and the two side walls;
On the two side walls, a support holding groove that fits the two supports and holds them at a certain distance is formed along a direction in which the two side walls rise from the partition wall,
Said gas inlet surface gas for forming a can pass support and can pass the exhaust gas to form the gas outlet side support is fitted to the support retaining groove, portions other than the support of the catalyst layer and the partition wall is not fixed to the can stretch independently with the support retaining groove in,
The inclination angle of the catalyst layer with respect to the vertical direction is 45 ° or less,
Provided is a catalytic combustion reactor for organic substance-containing exhaust gas in which gas that has entered the outer shell container from the gas inlet passes through the catalyst filling portion of the catalyst layer and is discharged from the gas outlet .
本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器は、少なくともガス流出面を形成する支持体は、支持体の上端から3〜20%の領域が開口のない閉止板状であるのが好ましい。
また、本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器は、燃焼温度が100〜700℃の有機物含有排ガスの触媒燃焼に用いるのが好ましい。
In the catalytic combustion reactor for organic matter-containing exhaust gas of the present invention, it is preferable that the support forming at least the gas outflow surface has a closed plate shape in which 3% to 20% of the support has no opening.
Moreover, it is preferable to use the catalytic combustion reactor of the organic substance containing exhaust gas of this invention for the catalytic combustion of the organic substance containing exhaust gas whose combustion temperature is 100-700 degreeC.
本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器によれば、例えば、工場等から排出される有機物含有排ガスを触媒燃焼処理して無害化する際、排ガスの浄化性能を高く保つことができるため、経済的に所期の目的を達成できる。 According to the catalytic combustion reactor for organic matter-containing exhaust gas of the present invention, for example, when the organic matter-containing exhaust gas discharged from a factory or the like is made to be harmless by catalytic combustion treatment, the exhaust gas purification performance can be kept high. Can achieve the intended purpose.
以下、本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器(以下、反応器と言うことがある。)の一実施形態例を図1〜5に基づいて説明する。
触媒燃焼反応器1は、図1に示すように、外殻容器10の内部に、排ガスを通さない隔壁20が固定されている。また、隔壁20には、隔壁開口部21が設けられる。
また、この実施形態例の反応器1では、上部にガス流入口11、下部にガス流出口12が設けられる。
Hereinafter, an embodiment of an organic substance-containing exhaust gas catalytic combustion reactor (hereinafter sometimes referred to as a reactor) according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, in the
Further, in the
隔壁20上には、図4及び図5に示すように、隔壁開口部21の周縁部から垂直に立ち上がる中空柱状体40が設けられ、該中空柱状体40には触媒層30が形成されている。本実施形態例では、図4に示すように、8個の触媒層30を角柱状に繋げて中空柱状体40としている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a hollow
触媒層30には、図5に示すように、排ガスを通さない側壁22が設けられており、該側壁22には支持体保持溝23、24が形成されている。
また、触媒層30は、ガス流入面を形成する支持体31(以下、支持体31と言う。)とガス流出面を形成する支持体32(以下、支持体32と言う。)とが、側壁22に形成された支持体保持溝23、24にそれぞれ嵌めこまれ、ガス流入面およびガス流出面が常に一定の距離となるように配置される。さらに、触媒層30には、2つの側壁22、支持体31、32により形成される空間内に触媒粒子が充填されている。
このように、中空柱状体40は支持体保持溝23、24を有し、該支持体保持溝23、24を用いて、中空柱状体40の対向する側面に一定の距離となるように支持体31と支持体32とが配置され、該支持体31、32の間に触媒が充填されて触媒層30が形成される。
また、本実施形態例では、支持体31、32は、図2のように、隔壁20上に垂直に設けられている。また、触媒層30の上端面は、触媒層上蓋42により閉じられている。
また、支持体31、32は、支持体保持溝23、24に嵌め込まれるだけであり、隔壁20及び触媒層上蓋42とは固定されない。したがって、反応器1では、支持体31及び支持体32は、それぞれ独立に伸縮できる。
As shown in FIG. 5, the
Further, the
As described above, the hollow
In the present embodiment, the
Further, the
本発明の反応器1では、上記のように、8個の触媒層30を角柱状に繋いだものを一組として、中空柱状体40が形成されている。中空柱状体40の上方開口部41は、シール板43により塞がれ(図1)、支持体31側から触媒層30を通過した排ガスが上方開口部から反応器上部13へと流れ込んだり、ガス流入口11から入った排ガスが触媒層30を通らずに中空柱状体40内に流入したりしないようにされる。
1つの中空柱状体40の側面に形成する触媒層30は、8個に限定されない。例えば、6個又は10個の触媒層30を角柱状に繋いでもよく、触媒層30を1つだけ有し、それ以外の部分が全て排ガスを通さない側壁とする構造であってもよい。
中空柱状体40の個数も限定されず、反応器1内に複数設けることができる(図4では4個)。例えば、3個であっても5個であってもよい。中空柱状体40及び中空柱状体40の側面に形成される触媒層30の数は、触媒燃焼処理を行う排ガス量から決まる所要触媒量、触媒層厚さ、ガス通過面積等から最も適当な数を計算により決めればよい。
In the
The number of catalyst layers 30 formed on the side surface of one hollow
The number of hollow
支持体31、32の排ガス流入面及び排ガス流出面は、例えば、金網や多孔板等により形成する。支持体32は、該支持体32の上端から3〜20%の領域が、開口がなく、排ガスが通過しない閉止板状の支持体上部34となっており、支持体開口面36の部分だけがガス流出面を形成するのがよい(図2及び図3)。また、支持体31にも同様の閉止板状の支持体上部33を設け、支持体開口面35だけがガス流入面を形成するようにしてもよい。支持体31及び支持体32は、長方形の枠37に桟38を取り付け、金網39を張った形状のものであり、これらが側壁22の支持体保持溝23及び支持体保持溝24にそれぞれ嵌め込まれる。尚、閉止板状の支持体上部は、支持体31のみに設けてもよい。
The exhaust gas inflow surface and the exhaust gas outflow surface of the
以上のように、反応器1では、隔壁開口部21を有する隔壁20が外殻容器10の内部に固定され、該隔壁20には隔壁開口部21の周縁部から立ち上がる中空柱状体40が設けられ、中空柱状体40の上方開口部41が閉じられて外殻容器10内が仕切られている。また、中空柱状体40の側面には触媒層30が形成されているため、ガス流入口11から反応器上部13へと流入した排ガスは、ガス流入面を形成する支持体31側から、ガス流出面を形成する支持体32側へと触媒層30中を通過し、隔壁開口部21から反応器下部14へと入り、ガス流出口12から排出される。
As described above, in the
例えば、工場等からの排ガスを触媒燃焼処理して無害化する場合、触媒燃焼反応器には処理後の排ガス中の有機物濃度を少なくとも1ppm以下とするような高い浄化率(反応率)が求められる。このような高い浄化率を得るためには、排ガスが触媒層内に滞留する時間を均一にしなければならない。滞留時間が均一でない場合、平均の滞留時間が所定の値であっても、滞留時間の短い部分を通る排ガスの浄化率が低くなり、全体の浄化率が低下する。また、滞留時間の短い部分は一般にガスの流動抵抗が小さいため、排ガスが選択的にその部分に多く流れ、全体の浄化率低下が加速される。滞留時間を均一にするには、触媒充填部分50の厚さaが均一であること、即ち支持体31と支持体32との距離aが一定となるように触媒層30を形成させることが重要である。
For example, when the exhaust gas from a factory or the like is made to be harmless by catalytic combustion treatment, the catalytic combustion reactor is required to have a high purification rate (reaction rate) so that the organic matter concentration in the exhaust gas after treatment is at least 1 ppm or less. . In order to obtain such a high purification rate, the time during which the exhaust gas stays in the catalyst layer must be made uniform. If the residence time is not uniform, even if the average residence time is a predetermined value, the purification rate of the exhaust gas passing through the portion where the residence time is short is lowered, and the overall purification rate is lowered. Further, since the gas flow resistance is generally small in the portion where the residence time is short, a large amount of exhaust gas selectively flows into the portion, and the reduction in the overall purification rate is accelerated. In order to make the residence time uniform, it is important that the
また、触媒充填部分50の厚さa(支持体31と支持体32との距離a)は、以下に示すような範囲内であるのが好ましい。厚さaが下限値以上であれば、排ガスが触媒層30を通過する時の圧力損失ΔPが極端に小さくならず、排ガスの偏流や吹き抜けが起きにくくなり、均一な流速(押出し流れ)が得られる。厚さaの下限値は、反応器1に流入する排ガスの流速及び触媒の形状や粒子径にもよるが、少なくとも触媒粒子径の数十倍であると考えられる。一方、厚さaが上限値以下であれば、触媒層30を通過する排ガスの圧力損失ΔPが大きくなりすぎず、排ガスを送るのに大きな動力を必要としないで済む。この場合には、設備費用や運転費用を抑えることができ、経済性に優れる。厚さaの上限値は、反応器1に流入する排ガスの流速及び触媒の形状や粒子径等によって決まる。
Moreover, it is preferable that the thickness a (distance a between the
排ガスの触媒燃焼では、排ガス中の可燃物の種類や濃度、触媒の種類によって多少の違いはあるが、通常、燃焼温度を100〜700 ℃の範囲に調整するのがよい。触媒層30に入る排ガス温度が着火温度より低いと、排ガス中の可燃物の燃焼反応が起こらない。したがって、排ガスは着火温度以上まで予熱されて触媒層30に供給される必要があり、その温度は可燃物の種類等によって異なるが少なくとも100℃以上である。また、触媒層30に供給された排ガスは燃焼反応により温度がさらに上昇するが、排ガス中の有機物が完全に燃焼しても燃焼温度が700℃を超えないようにするのがよい。これは長期的に安定した浄化率を維持するために、燃焼温度を触媒の熱劣化が進行する温度よりも低く抑える必要があるためである。この温度上限値は、触媒の種類等によって熱劣化温度が違うために異なるが、大部分の触媒ではその温度は700℃以下である。ただし、高い浄化率を得るためには排ガスの燃焼温度は高い方がよい。したがって、燃焼温度は上記の触媒の熱劣化が進行する温度より低い範囲内で、できる限り高くするのが望ましい。
In catalytic combustion of exhaust gas, although there are some differences depending on the type and concentration of combustibles in the exhaust gas and the type of catalyst, it is usually preferable to adjust the combustion temperature in the range of 100 to 700 ° C. When the exhaust gas temperature entering the
以上のように、排ガスの触媒燃焼では、排ガスの燃焼温度を触媒層30のガス流入面(支持体31)で100℃以上、触媒層30のガス流出面(支持体32)で700℃以下となるようにコントロールするのがよい。触媒層30のガス流出面の温度のコントロールは、燃焼による排ガスの断熱温度上昇が所定範囲内に収まるように、排ガス中の可燃物濃度を空気等で希釈して調節する方法が採られる。
As described above, in the catalytic combustion of exhaust gas, the combustion temperature of exhaust gas is 100 ° C. or more on the gas inflow surface (support 31) of the
触媒燃焼反応では、上述のように触媒層30の温度は常温よりもかなり高い温度になる。一方、触媒層30の熱容量は比較的小さいため、燃焼反応が始まると急速に温度が上昇し、逆に可燃物が無くなれば急速に温度が低下する。また、燃焼反応が定常状態であっても、触媒層30のガス流入面(支持体31)とガス流出面(支持体32)との間には大きな温度差が生じる。従って、触媒層30の支持体31、32の構造設計では、熱による材料の膨張・収縮に伴う応力の集中がないように特別の配慮が必要である。例えば、本実施形態例のように、支持体31、32を支持体保持溝23、24に嵌め込み、隔壁20及び触媒層上蓋42には固定しないようにすればよい。このようにすれば、支持体31、32は互いに拘束し合うこともなく、互いの支持体が独立に熱膨張・収縮できる。また、こうすることにより支持体31、32は、支持体保持溝23、24の中をスライドして熱に応じて自由に伸縮することができる。したがって、触媒層30は熱膨張・収縮が起きても、触媒層30の応力の集中を避けることができ、安定に燃焼反応が行える。
触媒層の形状としては、本実施形態例に示したような直方体状の触媒層30や、それを幾つか組み合わせた中空柱状体40のようなものが好ましい。
In the catalytic combustion reaction, as described above, the temperature of the
As the shape of the catalyst layer, a rectangular
この実施形態例では、支持体31、32は、支持体の上端から3〜20%の領域である支持体上部33、34が閉止板状となっている。したがって、支持体31、32は、支持体開口面35、36の部分だけ排ガスが通過できるようになっている。これは、支持体31から触媒層30へと流入した排ガスを、少なくとも距離aだけ、触媒充填部分50中を通過させるためである。
即ち、触媒層30の上部での排ガスの短絡を防止するためである。触媒充填部分50は小粒径の触媒粒子の集合体である。したがって、触媒層30の内部の触媒充填部分50と、支持体31、32とは材質も形状も全く違うため、熱膨張・収縮の程度が大きく異なる。閉止板状の支持体上部34の領域が、支持体32の上端から3%以上であれば、触媒充填部分50の上端面51が、熱膨張・収縮をしても常に支持体上部34の部分にある状態にでき、触媒層30は、排ガスが流入する支持体開口面36の部分までは触媒が必ず充填されている状態となる。そのため、排ガスの触媒充填部分50内の通過は、常に距離aが保障される。また、閉止板状の支持体上部34の領域が、支持体32の上端から20%以下であれば、排ガスの流量を多くでき、高い効率で排ガスが浄化できる。以上のように、少なくとも支持体32に、閉止板状の支持体上部34を設けることにより、触媒充填部分50のうち支持体上部34の領域にある部分を、支持体31、32と触媒充填部分50との熱膨張・収縮の差の調整代とできる。
In this embodiment, the
That is, it is for preventing the short circuit of the exhaust gas in the upper part of the
次に、本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器の他の実施形態例を図6及び図7に基づいて説明する。
触媒燃焼反応器2(以下、反応器2と言う。)は、図6に示すように、外殻容器60の内部に、排ガスを通さない隔壁70が固定されている。また、隔壁70には隔壁開口部71が設けられている。
また、反応器2には、上部にガス流入口61、下部にガス流出口62が設けられる。
Next, another embodiment of the catalytic combustion reactor for organic substance-containing exhaust gas of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, in the catalytic combustion reactor 2 (hereinafter referred to as the reactor 2), a
Further, the
反応器2は、反応器1と同様に、隔壁開口部71の周縁部に中空柱状体90が設けられ、該中空柱状体90には触媒層80が形成される。
触媒層80は、反応器1の場合と同様に、ガス流入面を形成する支持体81(以下、支持体81と言う。)とガス流出面を形成する支持体82(以下、支持体82と言う。)とが、一定の距離となるように配置され、内部に触媒が充填されることにより形成される(図7)。また、支持体81、82は隔壁70上に傾斜させて設けられ、触媒層80が傾斜している。触媒層80と、鉛直方向とがなす傾斜角度α、βは、共に45°以下である。また、傾斜角度α、βは異なっていてもよい。
中空柱状体90は、傾斜した触媒層80を2個突き合わせ、その側面部分(側面93)は排ガスを通さない壁体とし、触媒層80の上端面が触媒層上蓋91で閉じられ、中空柱状体上部はシール板92で塞がれている。したがって、触媒層80を通過したガスが反応器上部63へと流れ込んだり、ガス流入口61から入った排ガスが触媒層80を通らずに中空柱状体90内に流入したりしない。
また、支持体81、82は、反応器1と同様に、側壁72に設けられた支持体保持溝に嵌め込まれ、隔壁70及び触媒層上蓋91には固定されない。
In the
As in the case of the
The hollow
Similarly to the
中空柱状体90は、隔壁70上に複数個配置される(図6では3個)。中空柱状体90の数は特に限定されず、反応器1の場合と同様に、燃焼処理する排ガス量から決まる所要触媒量、触媒層の厚さ、ガス通過面積などから最も適当な数を計算により決めればよい。
A plurality of the hollow
支持体81及び支持体82は、反応器1と同様に、金網や多孔板等によりガス流入面及びガス流出面を形成する。支持体82は、支持体82の上端から3〜20%の領域に、開口のない閉止板状の支持体上部84が設けられ、支持体開口面86の部分だけがガス流出面となるのがよい(図7)。また、支持体81にも同様の閉止板状の支持体上部83を設け、支持体開口面85の部分だけがガス流入面となるようにしてもよい。尚、閉止板上の部分は支持体81にのみ設けてもよい。
支持体81及び支持体82は、反応器1と同様に枠87に桟88を取り付け、金網89を張った形状のものであり、側壁72に設けた支持体保持溝にそれぞれ嵌めこむことにより傾斜させて設ける。
As in the case of the
The
以上のように、反応器2では、反応器1と同様に、外殻容器60が仕切られており、ガス流入口61から反応器上部63へと流入したガスが、ガス流入面を形成する支持体81側からガス流出面を形成する支持体82側へと触媒層80中を通過し、隔壁開口部71から反応器下部64へと入り、ガス流出口62から排出される。
As described above, in the
触媒充填部分100の厚さb(支持体81と支持体82との距離b)は、反応器1の厚さaと同じ範囲内とするのが好ましい。厚さbが下限値以上であれば、排ガスが触媒層80を通過する時の圧力損失ΔPが極端に小さくならず、排ガスの編流や吹き抜けが起きにくくなり、均一な流速(押出し流れ)が得られる。一方、厚さbが上限値以下であれば、触媒層80を通過する排ガスの圧力損失ΔPが大きくなりすぎず、排ガスを送るのに大きな動力を必要としないで済み、設備費用や運転費用を抑えることができ、経済性に優れる。
The thickness b (distance b between the
反応器2でも反応器1と同様に、触媒層80の上部での排ガスの短絡を防止するために、支持体82の上端から3〜20%の領域に閉止板上の支持体上部84を設けている。支持体81、82と、触媒充填部分100とは材質も形状も全く異なるため、熱膨張・収縮の程度が大きく異なる。
閉止板状の支持体上部84の領域が、支持体82の上端から3%以上であれば、触媒充填部分100の上端面101が、熱膨張・収縮をしても常に支持体上部83、84の範囲にある状態にでき、触媒層80の排ガスが流入する支持体開口面85、86の部分には触媒が必ず充填されている状態となる。そのため、排ガスの触媒充填部分100内の通過は、距離bが保障される。また、閉止板状の支持体上部84の領域が、支持体82の上端から20%以下であれば、排ガスの流量を多くでき、燃焼を高い効率で行える。以上のように、少なくとも支持体82に閉止板状の支持体上部84を設けることにより、触媒充填部分100のうち支持体上部84の領域にある部分を、支持体81、82と触媒充填部分100との熱膨張・収縮の差の調整代とできる。
In the
If the region of the upper end plate-
また、反応器1では触媒層30が鉛直に設けられているため、支持体31、32と触媒充填部分50とが異なった膨張率で伸縮したとしても、触媒粒子は重力の影響で適宜隙間を埋めるように移動する。したがって、触媒層30の支持体開口面35、36の部分には触媒粒子が満たされた状態が保たれ、排ガスが通過する触媒充填部分の厚さが均一に保たれる。反応器2では、触媒層80を傾斜させて設けているため、前記のような重力による効果を得るためには、傾斜角度α、βを45°以下にする必要がある。
In addition, since the
以上、本発明の有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器について、二つの実施形態例を説明したが、実施形態はこの二つに限定されるものではない。例えば、直方体状の触媒層30を繋げた中空柱状体40の代わりに、同心円筒のような形状の触媒層を設けてもよい。また、ガス流入口とガス流出口、及び支持体31と支持体32とを入れ換え、反応器の下側から上側へと排ガスが流れるようにしてもよい(反応器2でも同じ)。本発明の触媒燃焼反応器で使用される触媒としては、通常の触媒燃焼反応に用いられるものであればその種類や形状は特に制限されない。例えば、スチレン、酢酸のような有機物を含有する排ガスであれば、PtあるいはPd等の触媒を用いることができる。
また、本発明の触媒燃焼反応器で処理される有機物含有排ガスとしては、可燃性有機化合物を含むガスであれば特に限定されないが、例えば、イソブチレン又はターシャリーブチルアルコールを気相酸化してメタクロレイン又はメタクリル酸を製造する際に生成される排ガス、プロピレンを気相酸化してメタクロレイン又はメタクリル酸を製造する際に生成される排ガスが挙げられる。かかる排ガスには、可燃性有機化合物として、イソブチレン、プロピレン、一酸化炭素、酢酸、メタクリル酸、アクリル酸等が含まれている。
As mentioned above, although two example embodiments were described about the catalyst combustion reactor of the organic substance containing exhaust gas of the present invention, the embodiment is not limited to these two. For example, instead of the hollow
Further, the organic substance-containing exhaust gas treated in the catalytic combustion reactor of the present invention is not particularly limited as long as it contains a combustible organic compound. For example, methacrolein is obtained by gas phase oxidation of isobutylene or tertiary butyl alcohol. Or the exhaust gas produced | generated when manufacturing methacrylic acid and the waste gas produced | generated when vapor-phase-oxidizing propylene and producing methacrolein or methacrylic acid are mentioned. Such exhaust gas contains isobutylene, propylene, carbon monoxide, acetic acid, methacrylic acid, acrylic acid and the like as combustible organic compounds.
本発明の触媒燃焼反応器によれば、例えば、工場等からの有機物含有排ガスを触媒燃焼処理して無害化する際に、浄化性能を高く保つことができるため、経済的に優れている。また、触媒燃焼法は、直接燃焼法と比較して低温度で燃焼反応が完結できるため、補助燃料を必要とせずエネルギー消費量が少なく経済的である。また、ダイオキシンやNOxの発生が無く、地球温暖化ガスの発生量も少ないため地球に優しい方法である。本発明の触媒燃焼反応器は、有機物含有排ガスの触媒燃焼処理をより経済的に遂行する上で大きな効果があり、触媒燃焼法の普及が促進されると思われる。 According to the catalytic combustion reactor of the present invention, for example, when an organic matter-containing exhaust gas from a factory or the like is subjected to catalytic combustion treatment to be detoxified, the purification performance can be kept high, so that it is economically superior. In addition, the catalytic combustion method can complete the combustion reaction at a lower temperature than the direct combustion method, so that it does not require an auxiliary fuel and is low in energy consumption and economical. In addition, since there is no generation of dioxin or NOx and the generation amount of global warming gas is small, the method is friendly to the earth. The catalytic combustion reactor of the present invention has a great effect in performing the catalytic combustion treatment of the organic substance-containing exhaust gas more economically, and it seems that the spread of the catalytic combustion method is promoted.
1 触媒燃焼反応器
2 触媒燃焼反応器
10 外殻容器
11 ガス流入口
12 ガス流出口
20 隔壁
21 隔壁開口部
30 触媒層
31 ガス流入面を形成する支持体
32 ガス流出面を形成する支持体
40 中空柱状体
60 外殻容器
70 隔壁
71 隔壁開口部
80 触媒層
81 ガス流入面を形成する支持体
82 ガス流出面を形成する支持体
90 中空柱状体
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記中空柱状体は、前記隔壁開口部を囲むように立ち上がる複数の板状の触媒層により形成され、
触媒層上蓋によって前記中空柱状体の上方が閉じられて、前記隔壁と前記中空柱状体と前記触媒層上蓋によって前記外殻容器内が仕切られ、仕切られた前記外殻容器の一方の側にガス流入口、もう一方の側にガス流出口が設けられており、
前記複数の板状の触媒層はそれぞれ、
前記隔壁開口部を囲むように立ち上がる、ガス流入面を形成する排ガスが通過可能な支持体及びガス流出面を形成する排ガスが通過可能な支持体と、
前記隔壁から立ち上がる、排ガスを通さない2つの側壁と、
それら2つの支持体と2つの側壁により形成された空間内に充填された触媒からなる触媒充填部分と、で形成され、
前記2つの側壁には、前記2つの支持体を嵌め込んでそれらを一定の距離で保持する支持体保持溝が、前記2つの側壁が前記隔壁から立ち上がる方向に沿って形成され、
前記ガス流入面を形成する排ガスが通過可能な支持体及び前記ガス流出面を形成する排ガスが通過可能な支持体が、前記支持体保持溝に嵌め込まれ、前記触媒層の支持体以外の部分及び前記隔壁には固定されず、前記支持体保持溝中で独立に伸縮でき、
前記触媒層の鉛直方向に対する傾斜角度が45°以下であり、
前記ガス流入口から前記外殻容器内に入ったガスが前記触媒層の前記触媒充填部分を通過して前記ガス流出口から排出される有機物含有排ガスの触媒燃焼反応器。 Inside the outer shell container, the partition wall is fixed with a partition wall opening, the hollow cylindrical body is provided, et al is rising from the periphery of the partition wall opening,
The hollow columnar body is formed by a plurality of plate-like catalyst layers rising so as to surround the partition opening,
The upper part of the hollow columnar body is closed by an upper lid of the catalyst layer, the inside of the outer shell container is partitioned by the partition wall, the hollow columnar body, and the upper lid of the catalyst layer, and gas is supplied to one side of the partitioned outer shell container. There is a gas outlet on the other side,
Each of the plurality of plate-like catalyst layers is
A support body that rises so as to surround the partition wall opening and through which the exhaust gas forming the gas inflow surface can pass ; and a support body through which the exhaust gas that forms the gas outflow surface can pass ;
Two side walls that rise from the partition wall and do not allow exhaust gas to pass through;
A catalyst-filled portion comprising a catalyst filled in a space formed by the two supports and the two side walls;
On the two side walls, a support holding groove that fits the two supports and holds them at a certain distance is formed along a direction in which the two side walls rise from the partition wall,
Said gas inlet surface gas for forming a can pass support and can pass the exhaust gas to form the gas outlet side support is fitted to the support retaining groove, portions other than the support of the catalyst layer and the partition wall is not fixed to the can stretch independently with the support retaining groove in,
The inclination angle of the catalyst layer with respect to the vertical direction is 45 ° or less,
A catalyst combustion reactor for organic substance-containing exhaust gas in which gas entering the outer shell container from the gas inlet passes through the catalyst filling portion of the catalyst layer and is discharged from the gas outlet .
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