JP6789462B2 - 触媒反応装置及び触媒反応方法 - Google Patents
触媒反応装置及び触媒反応方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6789462B2 JP6789462B2 JP2016162985A JP2016162985A JP6789462B2 JP 6789462 B2 JP6789462 B2 JP 6789462B2 JP 2016162985 A JP2016162985 A JP 2016162985A JP 2016162985 A JP2016162985 A JP 2016162985A JP 6789462 B2 JP6789462 B2 JP 6789462B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mandrel
- catalyst layer
- reaction vessel
- raw material
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 98
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims description 88
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims description 39
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 655
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 341
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 291
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 158
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 82
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 39
- 239000007799 cork Substances 0.000 claims description 37
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 8
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 486
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 364
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 100
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 79
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 63
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 48
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 41
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 41
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 39
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 39
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 22
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 14
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 13
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 9
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 5
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 3
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 2
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011001 backwashing Methods 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000009528 severe injury Effects 0.000 description 1
- -1 silica Chemical compound 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004230 steam cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Description
(i)接触検出装置から送信されていた接触信号が受信されなくなって、弁体が弁座から離れようとする時に、封止状態を解除して、閉止用エア弁を高圧エア側に開放するとともに開通用エア弁を低圧エア源に開放して、弁体を弁座により接近する側に移動し、接触検出装置からの接触信号を再度受信した際に、当該接触信号をトリガーとして、閉止用エア弁と開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として心棒の位置を固定して、弁体の移動を停止する制御を行うことができ、
(ii)接触検出装置が弁座と弁体の間の接触を検出した時点を、温度測定装置における第1の計測時点とし、第1の計測時点以降の各計測時刻を第2の計測時点として算出した乖離温度差が、所定の上限値以上または所定の下限値以下となって、弁体と弁座との間の圧縮応力が増加した時に、封止状態を解除して、閉止用エア弁を低圧エア源に開放するとともに開通用エア弁を高圧エア源に開放し、弁体を弁座から離れる側に移動し、接触検出装置から送信されていた接触信号が受信されなくなった時に、閉止用エア弁を高圧エア源に開放するとともに開通用エア弁を低圧エア源に開放して、弁体を弁座により接近する側に移動し、接触検出装置からの接触信号を再度受信した際に、当該接触信号をトリガーとして、閉止用エア弁と開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として心棒の位置を固定して、弁体の移動を停止する制御を行うことができる、ことを特徴とする触媒反応装置が提供される。
(従来技術1)特許文献2の技術について
単に触媒層を昇降させただけでは触媒層中の夾雑物を充分には除去できないことがある。
その理由は、発明者の調査の結果から、触媒保持器の直上は、昇降操作後に夾雑物が残留し易いことがわかったためである。この部位は触媒保持器とほぼ同一の運動を行うため、夾雑物の落下や飛散を促す、触媒粒子間の相対運動が小さいこと、並びに、触媒保持器が夾雑物の落下や飛散を妨げるため触媒保持器上に夾雑物が堆積する。これらの原因により、特許文献2に記載された技術では、夾雑物を充分に除去できないことがある。
触媒層から夾雑物を除去する技術として、触媒層に高速気流を供給する技術も想定できる。しかし、この技術では、触媒層中の夾雑物は、ほとんど除去されない。その第1の理由は、触媒粒子間で生成し、触媒粒子間の空間ネック部寸法よりも大きく成長した夾雑物は、気流によってこのネック部を通過させることできないからである。第2の理由は、触媒層内の一部に比較的、通気し易い流路が形成されて、この流路沿いの夾雑物しか除去できないためである。しかも、こうして形成された流路は改質時に原料ガスの流路にもなるため、この流路において夾雑物生成速度に夾雑物の排出速度が追いつかず、やがてこの流路は閉塞する。この流路が閉塞した後には次に通気し易い部位に流路が形成されるが、新たな流路での通気抵抗は初期の流路での通気抵抗よりもはるかに大きなものなので、このような流路形成の繰り返しの結果、やがて触媒層全体が閉塞に至る。
触媒層の昇降中に原料ガスまたは非反応性ガスを高速気流として触媒層に通気できる。ここで、高速気流とは、後述するコーク除去性能に関する臨界的な線速度(LV)である0.2〜0.4m/s以上の気流を意味する。より詳細には、高速気流とは、下向きに0.2m/s以上、または上向きに0.4m/s以上の線速度の気流を意味する。なお、タールを含有する原料ガスを改質する際の原料ガスは、通常、LVが0.1m/s未満であって高速気流ではない。これによって、移動床や流動床に比べて触媒の破損や摩耗を抑えながら、触媒層中の夾雑物の大半を除去できる顕著な効果を発揮する。以下、その原理について説明する。
触媒昇降時には触媒に比較的大きな荷重が加わり、触媒強度上、悪影響を与える可能性があるので、触媒昇降は、間欠的に短時間、実施すべきである。このため、操業の大部分の時間では、触媒層は昇降せずに静止している。そして、触媒層を昇降させずに高速気流を生じさせた場合には、様々な問題が生じる。以下、高速気流を生じさせる方法ごとに問題点を説明する。
(1)原料ガスの流量を増大して高速気流を得る方法について
触媒量が同じであっても、原料ガスの流量を増大させることで原料ガスの空間速度(SV)が増大する。なお、本発明における流量は、体積流量を意味するものとする。このため、原料ガスの消費率(選択率)が低下する。したがって、反応特性上、問題がある。また、原料ガスの流量を増大させると、原料ガスの流速が大きくなる。したがって、触媒層中の夾雑物量が同じであっても通気抵抗が増大し、操業中により早く通気抵抗の許容上限に到達してしまう。
反応容器の断面を小さくすると、原料ガスの流速が大きくなる。したがって、触媒層中の夾雑物量が同じであっても、通気抵抗が増大し、操業中により早く通気抵抗の許容上限に到達してしまう。
(1)と同様の問題がある。
触媒層の昇降中に臨界値(下向き(負方向)に0.2m/s、または上向きに0.4m/s)以上の線速度(即ち、高速気流)の原料ガスまたは非反応性ガスを触媒層に供給すると触媒層中の夾雑物の大半を除去できることがわかった(図10)。さらに、原料ガスまたは非反応性ガスの線速度は従来技術2で述べた極めて高速な気流ほど高くなくてもよいこともわかった。また、触媒層の昇降によって昇降中の通気抵抗係数を充分に低減できるので、従来技術2で述べた極めて高速な気流を本発明に適用しても従来技術2のように触媒層での圧力損失が過大になることもない。
触媒層の昇降に連動して昇降中に高速気流を供給するように気流を制御することで、夾雑物の除去性を向上させるとともに、非昇降時には好適なSV条件で原料ガスを処理することができる。
本発明では、元々、加熱されている触媒反応器内に弁体・弁座を設けるとともに、触媒層中の夾雑物を除去するための触媒保持器昇降装置(駆動装置)を弁体の昇降装置と兼用する。これにより、例えば、コークス窯ごとに本発明の触媒反応装置を接続すれば、触媒反応装置によってガスの遮断が可能となり、原料ガス供給管に高価な高温弁を設置する必要がなくなるので、触媒反応装置を安価・簡易な装置にすることができる。特に、コークス炉に触媒反応器を接続する際には、前述のように、従来技術ではコークス窯ごとに独立した高温弁を設ける必要があるので、高温弁の必要数が多くなりがちである。このため、これらの高温弁の省略は、設備費的に大きなメリットになる。さらに、本発明では、気流の遮断機能(弁機能)として、触媒反応容器が弁箱を、触媒昇降用の心棒およびその駆動装置が弁体の駆動機構を兼ねているため、部品点数を削減できるので、この点でも触媒反応装置の製造コストが小さくなる。さらに、弁座、弁体は高温弁に比べて単純な構造となっているので、より高温に耐えることができる。例えば、市販の高温弁の耐熱温度は高々、800℃程度であるが、弁座、弁体の耐熱温度は900℃程度となりうる。
前述のように、従来のコーク含有ガス改質用の触媒反応装置で処理ガス流量を確保するためには、触媒層内でのコーク堆積の観点から反応器単体の断面積を増大させる必要があり、かつ、触媒層中心部の反応容器側面からの距離は、熱供給性の観点から大きさが制約されていた。このため、従来の触媒反応容器では特許文献2にみられるような長辺の長い矩形断面が採用されてきた。矩形断面の反応容器の上端に遮断弁用の弁体・弁座を設ける場合には、シール性に問題を生じやすい、矩形断面の弁体・弁座とするか、あるいは、円形断面の弁体・弁座の採用を前提に、反応器の断面が細長い矩形断面から途中で大きな円形断面に変化するような複雑な構造の反応容器を製作する必要があり、また、昇降中の弁体の中心軸が常に鉛直となるように特別な設計上の配慮が必要となる。このため、設備費が高価となる問題があった。一方、本発明では小さな断面の反応容器であっても効果的にコークの除去が可能なので、比較的小さな断面の反応容器を複数、並列に用いて処理ガス流量を確保することができる。このため、個々の反応容器に円形断面を採用することができ、円形断面の弁体・弁座を簡易に取り付けることができる。
原料ガスを触媒反応器から遮断する操作と、触媒層から夾雑物を除去する操作とは必ずしも連動される必要はない。そこで、本発明では、心棒の停止位置として、開放位置、閉塞位置の他に両者の中間位置を設定する。中間位置とは、閉塞位置と開放位置との真中に限定されず、両者間の途中の位置であればよい。これにより、触媒層中の夾雑物を除去するための昇降操作と、原料ガスを遮断するための昇降操作とを切り分けて実施できる。例えば、心棒を閉塞位置に移動させることで、原料ガスを遮断でき、また、心棒を中間位置と開放位置との間で昇降させることで、触媒層から夾雑物を除去することができる。この結果、触媒層から夾雑物を除去する際にも原料ガスを継続して触媒反応器内を流通させることができる。これにより、触媒層から夾雑物を除去する際に流入路内圧と反応容器内圧とを均一にすることができる。なお、流入路内圧が反応容器内圧と異なる場合、原料ガス供給配管系統が不安定になる可能性がある。したがって、触媒層から夾雑物を除去する際に、原料ガス供給配管系統をより安定させることができる。
夾雑物の除去に原料ガスを用いる場合には、原料ガスの流量を触媒層昇降中にいかに高速気流の域まで上昇させるかが問題となる。原料ガス発生装置からの原料ガス発生量を急上昇させることは一般に困難なためである。そこで、本発明では、ガス発生炉のように常に一定質量のガスを生成し続ける(一定流量のガスを連続して生成する)原料ガス発生装置を前提として、心棒を昇降させる前に、心棒を一旦閉塞位置に移動させる。すなわち、一旦原料ガスを触媒反応器から遮断する。これにより、流入路内圧を高める。その後、心棒を開放位置に移動させる(好ましくは急速に移動させる)ことで、弁座の通気孔を急速に開放させる。これにより、流入路と反応容器及び流出路との間で高められた内圧差に起因する大きな原料ガス流量を一定時間発生させることができ、この時間内に心棒(触媒層)を昇降させることができる。本発明では、複雑な制御装置を用いることなく、心棒の位置の変更のみで上記の操作を実現できる。
夾雑物の除去に非反応性ガスを用いることによって、原料ガスの発生速度によらずに自由に夾雑物除去用のガス流量を設定することができる。例えば、原料ガスがコークス炉ガスの場合、原料ガス発生速度は、石炭の分解速度に依存するので発生速度を急変させることは容易ではない。
(1.全体構成)
まず、図1に基づいて、第1の実施形態に係る触媒反応装置1の全体構成について説明する。触媒反応装置1は、触媒反応器2と、粉塵回収器3と、冷却装置4と、ブロワ5と、バイパス弁6と、バイパス管7とを備える。触媒反応器2は原料ガス発生装置100に連結されており、ブロワ5はガスホルダ200に連結されている。
原料ガス供給部は、原料ガスを触媒反応器に供給するための装置である。原料ガス供給部は、原料ガス発生装置100であってもよい。原料ガス発生装置100は、原料ガスを所定の速度で発生させ、発生した原料ガスを触媒反応器2(具体的には触媒反応器2が備える反応容器10)に供給するものである。原料ガス発生装置100は、例えば、ガス発生炉(コークス炉等)である。あるいは、原料ガス供給部は、原料ガスを貯留するガスホルダであってもよい。このとき、ガスホルダから供給される原料ガスは、加熱装置によって昇温した後に触媒反応器に供給される。
原料ガスは、後述する触媒層13を通過する際に触媒層13によって改質されるものであれば特に制限されない。例えば、原料ガスは、炭化水素を含有するガス、タール含有ガスなどであってもよい。タール含有ガスは、少なくともタールを含有するガスであり、さらに炭化水素を含有していてもよい。原料ガスがタール含有ガスとなる場合、原料ガスの改質の際に副生するコークが夾雑物として触媒層13中に堆積し易い。したがって、原料ガスがタール含有ガスとなる場合、第1の実施形態の効果が顕著に現れやすい。炭化水素を含有するガスの例としては、天然ガス、LPG、ナフサ等が挙げられる。また、タール含有ガスの例としては、コークス炉ガス(石炭乾留ガス)、バイオマス乾留ガス等が挙げられる。また、原料ガスは、加熱装置(図示せず)等によって反応温度(改質温度)近傍(例800℃)まで加熱された後、触媒反応器2に供給される。
触媒反応器2は、原料ガス発生装置100から発生した原料ガスを改質する。改質後の原料ガスは、改質ガスとして粉塵回収器3に導入される。触媒反応器2の詳細構成及び動作については後述する。
粉塵回収器3は、改質ガス中の粉塵を除去・回収する装置である。粉塵が除去された改質ガスは冷却装置4に導入される。回収された粉塵(例えばコーク)は、化学原料等に再使用されうる。冷却装置4としてスクラバを用いる際には、スクラバを粉塵回収に兼用することができる。したがって、この場合、独立した粉塵回収器3を省略してもよい。粉塵回収器3の具体例としては、サイクロン、インパクタ、バグフィルタ等が挙げられる。
なお、上述した加熱装置は、加熱区間A内の触媒反応器2及び粉塵回収器3を加熱する。例えば、原料ガスがタール含有ガスとなる場合、加熱装置は、加熱区間A内の触媒反応器2及び粉塵回収器3を、タール含有ガスのタール分が凝縮しない程度の温度(例えば700℃)まで加熱する。また、触媒反応が吸熱反応の場合、加熱装置によって触媒反応器に熱供給を行うことによって反応温度(例えば800℃)を維持する。加熱装置には、電気加熱炉、熱風炉等を用いることができる。
冷却装置4は、改質ガス中の凝縮成分(例えばタール等)を除去するとともに、改質ガスを後段のブロワ5、バイパス弁6、バイパス管7、及びガスホルダ200に供給可能な温度(例:80℃未満)まで冷却する。冷却装置4の具体例としては、熱交換器やスクラバが挙げられる。
ブロワ5は、冷却装置4によって冷却された改質ガスをガスホルダ200に供給する(送風する)。ブロワ5も特に制限されず、市販のターボ式・容積式のブロワであってもよい。
バイパス弁6及びバイパス管7は、ブロワ5に併設される。バイパス弁6及びバイパス管7は、触媒反応器2を通過する原料ガスの流量を調整するための装置である。バイパス弁には市販の流量調整弁を用いることができる。
(流量調整部)
原料ガスの流量は、流量計(図示せず)による原料ガス流量の計測値に基づいて、ブロワ回転数、バイパス弁開度、及び後述する心棒18の位置等を操作することによって所定の目標値に制御される。この操作は、PLC等の制御装置(図示せず)によって自動的に行われてもよい。これら一連のハードおよびソフトの集合体が流量調整部(流量調整装置)150である。流量計には、市販のオリフィス型流量計等を用いることができる。あるいは、改質ガスの流量を計測し、ガス成分差を補正して原料ガス流量に換算してもよい。ガス成分は、ガス配管から抽気したサンプルガスをガスクロマトグラフィ等を用いて計測すればよい。なお、流量調整部が行う処理は手動で行われてもよい。
ガスホルダ200は、ブロワ5から供給された改質ガスを貯留する。
次に、触媒反応器2の詳細構成を図2〜図4に基づいて説明する。図2に示すように、触媒反応器2は、反応容器10と、流入路11と、流出路12と、触媒層13と、触媒保持器14と、弁座15と、通気孔16と、弁体17と、心棒18と、断熱材19と、連結管20と、駆動装置21とを備える。
反応容器10は、触媒層13と、触媒保持器14と、弁座15と、通気孔16と、弁体17と、心棒18とを収容する円筒形状の部材である。反応容器10の形状を円筒形状とすることで、高温下でも半径方向(軸方向に垂直な方向)の歪みが生じにくい。もちろん、設計上の便宜等の理由により、反応容器10の形状を他の形状としてもよい。例えば、反応容器10は、水平断面が正多角形となる角筒形状、水平断面が楕円となる楕円筒形状であってもよい。
流入路11は、反応容器10の上端で反応容器10に連結されている。すなわち、反応容器10の上端には通気孔11aが形成されており、この通気孔11aを介して流入路11と反応容器10とが連結されている。流入路11は、原料ガス発生装置100に連結されており、原料ガス発生装置100から発生した原料ガスを反応容器10内に導入する。矢印P1は、原料ガスの流動方向を示す。
流出路12は、反応容器10の下端で反応容器10に連結されている。すなわち、反応容器10の下端には通気孔12aが形成されており、この通気孔12aを介して流出路12と反応容器10とが連結されている。流出路12は、粉塵回収器3に連結されており、反応容器2内で生成した改質ガスを粉塵回収器3に導入する。矢印P2は、改質ガスの流動方向を示す。
触媒層13は、反応容器10内に設けられる。触媒層13は、触媒粒子が触媒保持器14上に積層されることで形成される。触媒粒子は、原料ガスの改質の触媒となるものであり、原料ガスは、触媒粒子に接触した際に改質される。例えば、水蒸気とタールを含む原料ガスは、触媒粒子上で触媒反応が起こることで、水素と一酸化炭素ガスの増大した改質ガスに改質される。
アスペクト比=触媒層13の高さ/(反応容器半径(内壁)−心棒半径) (1)
ここで、触媒層13が複数層で形成される場合、数式(1)中の「触媒層13の高さ」は、各触媒層13の高さを意味する。したがって、触媒層13が複数層で形成される場合、触媒層13毎にアスペクト比が定義される。
触媒保持器14は、触媒粒が落下しないように触媒層下面全体で触媒層13を保持する通気性のある部材であり、触媒層13毎に設けられる。触媒保持器14は、後述する心棒18に固定され、心棒18と一体となって昇降する。
c=a/(a+b) (2)
ここで、aは通気孔14cの水平断面積の総和であり、bはリング状部材14aの水平断面積の総和であり、cは開口率である。
次に、弁座15は、図4に示すように、反応容器10の内壁面に設けられている。弁座15は、反応容器10内の空間を水平方向に仕切る部材である。また、弁座15の中心部分には、弁座15を上下に貫通する通気孔16が形成されている。心棒18は通気孔16を貫通しており、原料ガスは、この通気孔16を通過することができる。すなわち、通気孔16の直径は、心棒18の直径よりも大きい。また、弁座15の下端面には、略円錐形状の切り欠きが形成されている。したがって、弁座15の下端面には凹形状が形成されている。弁座15の材質は触媒保持器14の材質と同様であればよい。
弁体17は、心棒18と一体となって昇降する部材であり、円錐台形形状となっている。弁体17は、心棒18と一体となって昇降することで、通気孔16を開放、または閉塞することができる。例えば、弁体17は、図4(b)の実線で示される位置(この位置は後述する開放位置18aに相当する)に存在する場合に、通気孔16を開放する。この場合、原料ガスは、通気孔16を通って触媒層13に到達することができる。一方、弁体17は、図4(b)の二点鎖線で示される位置(この位置は後述する閉塞位置18bに相当する)に存在する場合に、通気孔16を閉塞する。この場合、弁座15及び弁体17によって流入路11と反応容器10内の触媒層13とが遮断されるので、原料ガスは触媒層13に到達することができない。すなわち、原料ガスの反応容器10への流通が遮断される。弁体17の材質は触媒保持器14の材質と同様であればよい。
心棒18は、反応容器10内を上下に伸びる円柱または円筒形状の部材(すなわち、丸棒または円管)である。心棒18には、触媒保持器14及び弁体17が固定されており、触媒保持器14及び弁体17とともに昇降する。また、心棒18の上端部は、断熱材19を介して駆動装置21に連結されている。心棒18は、駆動装置21によって昇降する。具体的には、心棒18は、図2(b)に示すように、弁体17が通気孔16を開放する開放位置18aと、図2(c)に示すように、弁体17が通気孔16を閉塞する閉塞位置18bとの間を昇降する。
連結管20は、反応容器10と駆動装置21とを連結する管状部材である。駆動装置21は、心棒18を開放位置18aと閉塞位置18bとの間で昇降させる部材であり、駆動棒21aと、シリンダ22と、ピストン23とを備える。したがって、駆動装置21はいわゆるエアシリンダを利用した昇降装置となっている。駆動棒21aは、断熱材19を介して心棒18に連結されている。シリンダ22は、ピストン23が収納される部材であり、ピストン23は、シリンダ22内に供給されるガスによってシリンダ22内を昇降する。ピストン23には、駆動棒21aが連結される。駆動棒21aは、ピストン23と連動して昇降する。これにより、駆動装置21は、心棒18を昇降させる。なお、ピストン23がシリンダ22の下端に到達した際に、心棒18は開放位置18aに到達し、ピストン23がシリンダ22の上端に達した際に、心棒18は閉塞位置18bに到達する。もちろん、駆動装置21は心棒18を上述した態様で昇降させることができればよいので、駆動機構はエアシリンダに限定されない。例えば、駆動装置21の駆動機構は、ラックピニオン等であってもよい。
以下、図2を用い、駆動機構として、最も簡易な手法である複動式エアシリンダとした場合を例として駆動装置21(心棒18)の停止位置と停止手段について述べる。垂直に配置された複動式エアシリンダでは一般的な構造では、シリンダ22内のピストン23を押し下げる方向に荷重を与えるためにシリンダ22内のピストン23の上方に高圧エアを導入するためのエア弁(図示せず)と、ピストン23を押し上げる方向に荷重を与えるためにシリンダ22内のピストン23の下方に高圧エアを導入するためのエア弁(図示せず)が設けられる。これらのエア弁をそれぞれ開通用エア弁および閉止用エア弁とよぶことにする。これらのエア弁は、高圧エア源(例えば、コンプレサ等、図示せず)と、それよりも圧力が低い低圧エア源(例えば、大気開放等、図示せず)との間で接続先を切り替えることができる。また、開通用エア弁および閉止用エア弁における高圧エア源と低圧エア源の圧力は、エア源を共有する等して、両者それぞれ同レベルに揃えておく方が使い易く好ましい。
上記の反応容器10と心棒18の間の温度差を把握する温度測定装置は、例えば、反応容器10の表面および心棒18の表面にシース熱電対(図示せず)を設けることで実現できる。すなわち、シース熱電対の表面を反応容器10の外表面および心棒18の表面に接触させた状態で固定すればよい。反応容器10内に設けられる心棒18表面の熱電対の導線を反応容器外(反応炉外)まで引き出す方法として、例えば、心棒18として管を用いて、この管内に上記導線を通すことが挙げられる。熱電対は、この心棒18を構成する管の内面の所定位置(好ましくは、触媒層の近傍)に接触させればよい。あるいは、上記心棒18を構成する管に貫通孔を設け、管の内側からこの貫通孔を通して熱電対を心棒外表面に露出させてもよい。心棒18の少なくとも片側端は、駆動装置21に接続させるように炉外に接続しているので、この心棒18の端部を通して上記熱電対の導線を炉外に取り出して熱電対による温度計測値を測定すればよい。
接触検出装置には、例えば、市販の接触スイッチを用いることができる。接触スイッチは、無負荷状態ではバネ等によって離れた位置に保持される2つの端子に対して、端子が接近する方向に所定量以上の荷重が与えられたとき、前記2つの端子が互いに接触して通電状態となることによって、接触(所定値以上の接触荷重の発生)の判定を行う検出器である。また、各種制御を行うため、検出された接触信号を、外部へ送信できるようにすることが好ましい。
上記の心棒18の軸方向の位置調整手段として、例えば、心棒18とエアシリンダ間(より具体的には、例えば、駆動装置21下端と断熱材19の上端間)に市販の接触検出装置(図示せず)を設け、この検出値(心棒の軸方向の所定値以上の荷重の発生)を監視しながら、エアシリンダの各エア弁の開閉等を操作する装置を用いることができる。
具体的には、エアシリンダを封止状態とした後、心棒18の前記接触検出装置が接触を不検出となった場合(接触信号が外部へ送信されなくなった場合)には、弁体17が弁座15から離れつつあるので、心棒18の停止手段を解除した後、エアシリンダの閉止側のエア弁を高圧エア源に開放するとともにエアシリンダの開通用のエア弁を低圧エア源(例えば大気)に開放する。その結果、弁体17(心棒18)は、弁座15により接近する側に移動して互いの接触力が上昇してやがて前記接触検出装置が接触を検出する。この時点で心棒18の停止手段を作動させて心棒の位置を固定する(エアシリンダの封止状態)。このようにして弁体17(心棒18)と弁座15間の非接触状態を回避できる。
図2の装置の場合、このように接触検出装置が接触を検知した瞬間の心棒18と反応容器10との間の心棒−容器温度差(温度測定値差)を原点の温度差として算出して記録しておく。そして、その後の心棒−容器温度差と前記原点の心棒−容器温度差(乖離温度差)が、所定の下限値以下の負値になった場合(例えば、接触検知時の心棒−容器温度差:−20℃を原点の心棒−容器温度差とし、心棒−容器温度の下限値の設定を−21℃として(乖離温度差の下限値を−1℃と設定)、その後の温度測定において、心棒−容器温度差が−21℃に達した場合、即ち、心棒18の温度が反応容器10の温度よりも21℃低くなった場合)弁体17と弁座15間の接触荷重が過大と判定して、心棒18の停止手段を解除する。その後、エアシリンダの閉止側のエア弁を低圧エア源に開放するとともにエアシリンダの開通用のエア弁を高圧エア源に開放する。その結果、弁体17は、弁座15から離れてやがて前記接触検出装置では接触を不検出となる。この時点で、心棒18の移動方向を反転させて再度、前記接触検出装置が接触を検出した時点(検出した接触信号を外部へ送信した時点)で心棒18の動きを停止して心棒18の停止手段を作動させて心棒の位置を固定する(エアシリンダの封止状態)。このようにすることで、弁体17と弁座15間での過度な荷重の発生を回避することができる。なお、図6の装置の場合は、乖離温度差の下限値ではなく、乖離温度差の上限値で制御すればよい。
次に、上記触媒反応装置1を用いた触媒反応方法、すなわち触媒反応装置1の運転方法を説明する。
原料ガスを改質する際には、触媒反応装置1を以下の内容で運転する。
心棒18の運動状態:開放位置で停止
原料ガス流れ:原料ガスは、原料ガスの改質に適した空間速度(SV)で流れることが好ましい。
ここで、原料ガスの流速はブロワ5によって調整することが可能である。また、原料ガスの空間速度は、以下の数式(3)で示される。
SV=[原料ガス流量]/[触媒総体積] (3)
数式(3)において、原料ガス流量は体積流量(m3/s)であり、触媒総体積は、各触媒層13の体積の総和(m3)を意味する。分母の原料ガス流量には、原料ガスの改質によって生じた改質ガスの流量は含まれない。空間速度の具体的な数値は、ガスの標準状態に換算した値となっている。原料ガスの改質に適した空間速度は、原料ガスの種類によって異なるので、原料ガスの種類によって適宜設定すればよい。例えば原料ガス改質中の空間速度は、100(1/h)以上10000(1/h)以下程度が好ましい。
夾雑物を除去する際には、触媒反応装置1を以下の内容で駆動する。
心棒18の運動状態:開放位置18a及び閉塞位置18bの間を昇降(往復)する。
原料ガス流れ:原料ガスの流量は特に制限されない。例えば、原料ガスの流量は、原料ガス改質時の流速よりも大きくても小さくても良い。原料ガスの線速度LVは、以下の数式(4)で示される。分母の原料ガス流量には、原料ガスの改質によって生じた改質ガスの流量は含まれない。線速度の具体的な数値は、ガスの標準状態に換算した値となっている。
LV=[原料ガス流量]/[反応容器の水平断面積] (4)
触媒層の昇降中のLVを大きく設定するほど、夾雑物の除去が促進される。特に、原料ガスの線速度(LV)は、下降流なので、0.2m/s以上であることが好ましく、0.4m/s以上であることがより好ましい。これらの臨界値以上のLVにおいて、夾雑物の除去は、特に効果的に行われる。また、前記の臨界的なLV値0.2m/s未満の値であっても、改質時よりもLVを増大させることによって、特に細かいコーク(例えば、直径50μm未満)を飛散させる効果がある。特に細かいコークは、触媒層中に堆積するコーク全体に占める質量割合は数%程度以下と小さく、これを除去してもコーク除去の質量的な効果としてはさほど大きくない。しかし、触媒層中に特に小さいコークが一定量以上堆積すると、触媒保持器と反応容器の間の隙間に特に小さいコークが多量に挟まって触媒保持器の昇降操作の妨げになることがある。従って、前記臨界値未満のLV条件であっても、改質時よりも増速させることによって特に細かいコークの堆積量を減らすことによって作業性上のメリットが生じる。
原料ガスの供給を完全に停止した後に供給を再開する際にはしばしば操業が不安定化することがある。この問題を回避するために、触媒層の昇降中にも原料ガスを供給し続けることがある。しかし、触媒層の昇降中に触媒層を通過した原料ガスの改質は、品質がばらつきがちなので、改質ガスの品質安定化の観点からは、操業を不安定化させない範囲で昇降中の原料ガスの流量をできるだける低減したい場合があり(改質中の改質ガスと昇降中の改質ガスは混合されて成品になるので、昇降中の改質ガスの割合を低下させる)、このためには、昇降時の原料ガスの流量を改質時よりも小さくすることが有効であり、このように操業してもよい。改質時の原料ガス流量では上記の夾雑物除去に好適なLVを満足することはできないので、より流量の小さい本操業条件の場合、夾雑物の除去能力は、原料ガス流量を大きくした場合に比べて劣る。但し、特許文献2と同程度の夾雑物除去効果を発揮することはできる。さらに、特許文献2の技術では必ずしも容易ではない、原料ガス流量の低減を、特に、下記の第2の方法では、心棒の昇降のみを用いた簡単な操作で実現することができる。
何らかの原因で流入路11に大気が流入した場合、大気を反応容器10から遮断する必要がある。ここで、例えば原料ガス発生装置100がコークス炉となる場合、石炭装入作業時およびコークス排出作業時には、コークス窯を大気に対して開放する必要がある。したがって、コークス窯が大気に開放された際に、流入路11に大気が流入する。そこで、流入路11に大気が流入した際には、心棒18を閉塞位置18bで停止させることで、大気を反応容器10から遮断する。
次に、第2の実施形態について説明する。
(1.全体構成)
全体構成は第1の実施形態と同様である。
次に、図5に基づいて、第2の実施形態に係る触媒反応器2の詳細構成について説明する。第2の実施形態に係る触媒反応器2は、心棒18の停止位置に中間位置が加わった他は、第1の実施形態と同様の構成を有する。図5(b)は心棒18の開放位置18aを示し、図5(c)は心棒18の閉塞位置18bを示し、図5(d)は心棒18の中間位置18cを示す。中間位置18cは、開放位置18aと閉塞位置18bとの間に設定される。図5に示す例では、中間位置18cは、開放位置18aと閉塞位置18bとの中点に中間位置18cが設定されるが、他の位置に中間位置18cが設定されても良いことはもちろんである。
次に、上記触媒反応装置1を用いた触媒反応方法、すなわち触媒反応装置1の運転方法を説明する。
原料ガスを改質する際には、触媒反応装置1を以下の内容で運転する。
心棒18の運動状態:開放位置18a(又は、中間位置18c)で停止
原料ガス流れ:原料ガスは、原料ガスの改質に適した空間速度(SV)で流れることが好ましい。
具体的な処理内容は第1の実施形態と同様である。
夾雑物を除去する際には、触媒反応装置1を以下の内容で駆動する。
心棒18の運動状態:中間位置18c及び開放位置18bの間を昇降(往復)する。
原料ガス流れ:原料ガスの流量は、特に制限されないが、原料ガス改質時の流量よりも大きくてもよい。ただし、原料ガスの線速度(LV)は0.2m/s以上であることが好ましく、0.4m/s以上であることがより好ましい。原料ガスの流量を大きくする方法としては、例えば、上述した第1の実施形態で述べた方法が挙げられる。すなわち、第2の実施形態においても、例えば原料ガスの流量を増大させるために、心棒18を一時的に閉塞位置18bまで移動させても良い。
第1の実施形態と同様に、心棒18を閉塞位置18bで停止すればよい。
次に、第3の実施形態について説明する。
(1.全体構成)
全体構成は第2の実施形態と同様である。
次に、図6に基づいて、第3の実施形態に係る触媒反応器2の詳細構成について説明する。第3の実施形態に係る触媒反応器2は、弁座15及び弁体17の設置位置が異なる他は、第2の実施形態と同様の構成を有する。図6(b)は心棒18の開放位置18aを示し、図6(c)は心棒18の閉塞位置18bを示し、図6(d)は心棒18の中間位置18cを示す。
上記触媒反応装置1を用いた触媒反応方法は、第2の実施形態と同様である。
次に、第4の実施形態について説明する。
(1.全体構成)
図7に基づいて、第4の実施形態に係る触媒反応装置1aの全体構成を説明する。触媒反応装置1aは、第1の実施形態に係る触媒反応装置1に非反応性ガス供給装置30、非反応性ガス遮断弁31、及び非反応性ガス供給路32を追加したものである。
非反応性ガス供給装置30は、非反応性ガスを触媒反応器2に供給する装置である。非反応性ガス供給装置30は、例えばガスホルダやガスボンベ等で構成される。ここで、非反応性ガスは、触媒層13と反応せず、触媒反応の反応温度・圧力条件において相変化を生じないガスであることが好ましい。このようなガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、精製コークス炉ガス(タールや水分を除去したコークス炉ガス)等が挙げられる。非反応性ガスは常温で触媒反応器2に供給されてもよい。非反応性ガスの供給は短時間で行われるので、常温の非反応性ガスによる触媒反応器2の温度低下は限定的となるからである。
非反応性ガス遮断弁は、非反応性ガスの供給、遮断を切り替えるための弁である。非反応性ガス遮断弁は、市販の電動弁・エアシリンダ弁等であればよい。また、非反応性ガス遮断弁は必ずしも高温に耐えられるものでなくてもよい。非反応性ガスは常温で供給されうるからである。
非反応性ガス供給路32は、触媒反応器2内に非反応性ガスを供給する。詳細は後述する。
次に、図8に基づいて、第4の実施形態に係る触媒反応器2の詳細構成について説明する。第4の実施形態に係る触媒反応器2は、非反応性ガス供給路32が反応容器10に連結されている他は、第1の実施形態と同様の構成を有する。図8(b)は心棒18の開放位置18aを示し、図8(c)は心棒18の閉塞位置18bを示す。
次に、上記触媒反応装置1aを用いた触媒反応方法、すなわち触媒反応装置1aの運転方法を説明する。
原料ガスを改質する際には、触媒反応装置1を以下の内容で運転する。
心棒18の運動状態:開放位置18bで停止
原料ガス流れ:原料ガスは、原料ガスの改質に適した空間速度(SV)で流れることが好ましい。原料ガスに関する具体的な処理内容は第1の実施形態と同様である。
非反応性ガス流れ:0(非反応性ガス遮断弁31は完全閉止状態となっている。)
夾雑物を除去する際には、触媒反応装置1を以下の内容で駆動する。
心棒18の運動状態:閉塞位置18b及び開放位置18aの間を昇降(往復)する。
原料ガス流れ:非反応性ガスが反応容器10内に供給されるので、原料ガスの流量は、原料ガス改質時の流量よりも大きく減少する。反応容器10内の非反応性ガスの流量を大きくすることで、反応容器10内への原料ガスの流入を完全に防ぐこともできる。この場合、非反応性ガスが通気孔16を通って流入路11側に逆流する可能性があるが、非反応性ガスの逆流量は流出路12に流れる非反応性ガスの流量よりも十分小さい。したがって、逆流量は問題とならない。また、流入路11近傍では、原料ガスの圧力と非反応性ガスの圧力とをほぼ一致させることができるので、非反応性ガスの流入路11からの逆流を抑制することができる。特に、弁体17が非反応性ガス供給路32の触媒反応容器への非反応性ガス供給口よりも上に位置するときには弁体17が非反応性ガスの通気抵抗として働くため、逆流はより強く抑制される。
非反応性ガス流れ:逆流抑制の観点から、非反応性ガスの供給は、弁体17が上記非反応性ガス供給口よりも上に位置する間に供給することが好ましい。このような非反応性ガス供給流量制御は、駆動装置(心棒)の位置測定と非反応性ガス供給弁操作を組み合わせることで実現可能である。しかし、このような制御を省略したい場合には、非反応性ガスを駆動装置(心棒)の昇降中に常時供給してもよい。非反応性ガスの線速度(LV)は、0.2m/s以上であることが好ましく、0.4m/s以上であることがより好ましい。ここで、非反応性ガスの線速度は、以下の数式(5)で示される。分母の非反応性ガス流量には、原料ガスの流量は含まれない。線速度の具体的な数値は、ガスの標準状態に換算した値となっている。
LV=[非反応性ガス流量]/[反応容器の水平断面積] (5)
第1の実施形態と同様に、心棒18を閉塞位置18bで停止すればよい。
(1.全体構成)
全体構成は第1の実施形態と同様である。
つぎに、図9に基づいて、第5の実施形態に係る触媒反応器2aの詳細構成を説明する。図9に示すように、触媒反応器2aは、反応容器40と、流入路41と、流出路42と、触媒層43と、触媒保持器44と、弁座45と、通気孔46と、弁体47と、心棒48と、駆動装置49とを備える。
反応容器40、流入路41、流出路42、触媒層43、及び触媒保持器44は特許文献2と同様の構成である。なお、触媒保持器44は、互いに平行に配置された複数のロッド44aと、ロッド44aの端部間を連結するロッド固定具44bとを備える。
反応容器40は、上下両端に開口を有し、これらの開口間に触媒を収納できるものであればどのような形状でもよい。下方の開口は、流入路41に通じており、触媒反応用の原料ガスの反応容器40への流入口に当たるものである。上方の開口は、流出路42に通じており、改質ガスの反応容器40からの流出口に当たるものである。反応容器40は、例えば、円筒状、角型ダクト状などの形状であることができる。以下では、角型ダクト状の反応容器を例に説明する。
反応容器40の材質は、触媒を保持する強度、触媒反応に関与する流体への耐熱・耐食性、反応生成物への耐汚染性を有する材料であれば、どのようなものでも使用できる。例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属材料、シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックス材料(煉瓦に加工されたものを含む)、ソーダガラス、溶融石英等のガラス材料を使用することができる。
反応容器40の厚みは、下限が塊状触媒の代表寸法(例:直径)以上でなければならない(例えば、10mm)。一般に触媒反応では発熱または吸熱があり、かつ、反応容器40の表面を通じてこれらの熱を外部と授受するため、反応容器40内部まで伝熱を確保するために、厚みには上限が存在する。上限の値は、反応熱・流量・伝熱特性等によってエンジニアリング的に定めればよい(例えば、200mm)。
触媒穂軸44は、反応容器40内で触媒層43を触媒層43の下面全体で保持するとともに、通気性を有する。触媒保持器44には、網、パンチングメタル、複数の棒を用いて棒の間に空間を生じるように水平方向に各棒を互いに平行に並べて棒の両端を固定したもの等を用いることができる。図4に示した触媒保持器44は、複数のロッド44aの両端をロッド固定具44bで固定して作製したものの例である。
弁座45は、触媒保持器44と弁体47との間に設けられる。弁座45は、第1の実施形態の弁座15と同様の機能を有する。すなわち、弁座45は、反応容器40の内壁面に設けられている。弁座45は、反応容器40内の空間を水平方向に仕切る部材である。また、弁座45の中心部分には、弁座45を上下に貫通する通気孔46が形成されている。心棒48は通気孔46を貫通しており、原料ガスは、この通気孔46を通過することができる。すなわち、通気孔46の直径は、心棒48の直径よりも大きい。なお、弁座45の下端面には、弁座15と同様の略円錐形状の切り欠きが形成されていてもよい。上記以外の構成要件は弁座15と同様であればよい。
弁体47は、第1の実施形態の弁体17と同様の部材である。すなわち、弁体47は、心棒48と一体となって昇降する部材であり、円錐台形形状となっている。弁体47は、心棒48と一体となって昇降することで、通気孔46を開放、または閉塞することができる。他の構成要件は弁体17と同様であればよい。
心棒48は、反応容器40内を上下に伸びる円柱または円筒形状の部材(すなわち、丸棒または円管)である。心棒48には、触媒保持器44及び弁体47が固定されており、触媒保持器44及び弁体47とともに昇降する。具体的に、触媒保持器44は心棒48の上端に固定されており、弁体47は心棒48の側面に固定されている。心棒48は、駆動装置49によって昇降する。これにより、心棒18は、弁体47が通気孔46を開放する開放位置(図9は開放位置を示す)と、弁体47が通気孔46を閉塞する閉塞位置との間を昇降する。他の構成要件は心棒18と同様であればよい。
上述した第1〜第4の実施形態と異なり、第5の実施形態では、心棒48は触媒層43を貫通しない。このため、触媒層43のアスペクト比の定義及び好ましい範囲は上述した第1〜第4の実施形態と異なる。具体的には、触媒層43のアスペクト比は、以下の数式(6)で定義される。
アスペクト比=触媒層43の高さ/触媒層43の厚さ(または、直径) (6)
ここで、数式(6)における触媒層43の厚さは、図2における水平方向の代表長さ(例えば、矩形断面の場合、長辺の長さと短辺の長さ)のうち最小のものを意味し、矩形断面の場合、例えば、触媒層43の厚みは図9(c)に記載のとおりである。また、反応容器10の水平方向断面形状が円形の場合には、触媒層の直径を用いてアスペクト比を算出すればよい。
駆動装置49は第1〜第4の実施形態と同様の構成を有していればよい。すなわち、駆動装置49は、2ポジション型であっても、3ポジション型であってもよい。すなわち、本発明では、触媒保持器44を昇降させることによってその上の触媒層43を反応容器40内で昇降させる。そのために、反応容器40には触媒保持器44を昇降させる駆動装置49が装備される。駆動装置49には、エアシリンダ、ラックピニオン等の歯車を利用した昇降装置などの、一般的な駆動機構を用いることができる。触媒保持器44は、心棒48を用いて駆動装置49に結合される。駆動装置49を作動させると、保持器44の全体が反応容器40の軸線(反応容器40の中心軸)に沿って移動して、触媒層43の全体をやはり反応容器40の軸線に沿って上下に移動させる。
(3.触媒層の昇降)
触媒保持器44の上面全体に触媒を充填して触媒層を形成する。このように形成された触媒層の側面は、反応容器40の内壁面に常に接触し続ける。触媒保持器を上昇させると触媒層には上向きに力が与えられ、触媒層側面では反応容器内壁面からの下向きの摩擦力を生じる。この結果、触媒層内では、壁面近傍の触媒では壁面の拘束が大きいために上方への移動量が触媒保持器の上昇量よりも平均的に小さくなるとともに、この部分での触媒粒子の充填率は上昇する。一方、壁面から遠い、触媒層の中心部では壁面の拘束がより弱いので、触媒層の上方への移動量は比較的大きく、この部分での触媒粒子の充填率の上昇はより小さい。この結果、触媒保持器の上昇中には、壁面近傍から中心にかけて触媒層のせん断変形を生じ、触媒層のいたるところで触媒粒子間の相対変位が発生する。この相対変位によって触媒粒子間の空間が変形するので、この空間に堆積していた副生コークは、破砕され、押し出されて触媒層外に排出されうる。このように、触媒保持器の上昇によって触媒層の平均充填率は上昇する。
上記触媒反応装置1を用いた触媒反応方法は、第1の実施形態と同様である。
つぎに、本発明の実施例1を説明する。実施例1では、触媒反応器2による効果を検証するため、夾雑物を含有した触媒層13中に原料ガスを模擬した模擬ガスを冷間で供給する冷間試験を実施した。
常温常圧の空気を用いた。また、流量(流速)計の指示値を用いたVVVFブロワ回転数制御により模擬ガスの流量を調製した。これにより、触媒層13の昇降中の模擬ガス線速度を所定値に維持した。
第3の実施形態に係る触媒反応器2(図6)を用いた。反応容器10の内径を200mmとした。また、触媒層13を5層(5段)構造とした。触媒粒子として、直径15mmのNi−アルミナ系触媒粒子を使用し、各層の触媒層13の質量を3kgとした。このとき、各触媒層13のアスペクト比は1.2であった。
コークス炉ガスの改質試験において発生したコーク(固体炭化水素)粉を回収し、夾雑物として使用した。この夾雑物を、各触媒層13に150g/層(触媒層13の1層当りの質量)の割合で添加した。具体的には、この質量の夾雑物を触媒粒子と均一に混合し、混合物を用いて上述した触媒層13を形成した。
駆動装置21として、3ポジション型エアシリンダを使用した。また駆動装置21を用いて、心棒18を中間位置18cと開放位置18aとの間で昇降させた。昇降ストローク(中間位置18cと開放位置18aとの間隔)を30mmとし、心棒18を100往復させた。心棒18の上昇時の速度は5mm/s、下降時の速度は15mm/sとした。
流出路出側にサイクロンを設けた。そして、冷間試験中に定期的にサイクロンを分解し、サイクロン内に貯留された夾雑物を回収した。そして、夾雑物質量を秤量して時系列的な夾雑物飛散量を算出した。さらに、冷間試験終了後に触媒反応器2を分解し、触媒層13を触媒層13内に残留した夾雑物とともに回収した。そして、触媒層13を篩分けして夾雑物を分離、回収した。そして、回収した夾雑物を秤量して残留夾雑物質量を測定した。そして、以下の数式(7)に基づいて、夾雑物除去率(コーク除去率)を算出した。
夾雑物除去率=1−(残留夾雑物質量/充填夾雑物質量) (7)
触媒反応器2の流入路11と流出路12にそれぞれ圧力計を設け、差圧を測定した。また、ブロワ出口に設けた流量計の計測値を調整して、反応容器10内の模擬ガスの線速度が所定値となるように設定した。具体的には、模擬ガスの線速度を下向きに0.2m/sとした。上記の夾雑物飛散量の試験を通じての積算値は、[充填夾雑物質量]−[残留夾雑物質量]の値とほぼ一致した。従って、特定の往復期間内に触媒層から飛散した夾雑物の大半を、当該往復期間に対応する上記の夾雑物飛散量として測定できた。特定往復期間における夾雑物飛散量を当該往復数(昇降サイクル数)で除したものを、夾雑物飛散速度と定義する。
上記冷間試験の結果、100往復後の夾雑物除去率は、約95%以上であり、高い除去性能が得られた。また、夾雑物飛散量の時系列的な推移を見ると、試験末期(100往復直前)における夾雑物飛散速度は、残留夾雑物質量の2質量%/昇降サイクル程度であった。これに対して、試験初期(6から10往復目)での夾雑物飛散量は、残留夾雑物質量の約3質量%/昇降サイクルであった。したがって、夾雑物除去効率(=夾雑物飛散速度/夾雑物除去質量)は、試験末期であっても高い値に維持されることがわかった。すなわち、除去効果が長期に持続することがわかった。
(模擬ガス)
常温常圧の空気を用いた。また、流量(流速)計の指示値を用いたVVVFブロワ回転数制御により模擬ガスの流量を調製した。これにより、触媒層13の昇降中の模擬ガス線速度を所定値(−0.4,−0.2,−0.1,0.1,0.2,0.4m/sのいずれか)に維持した。なお、線速度の負符号は下向き流れ、正符号は上向き流れを示す。比較のため、流速0(特許文献2相当)の条件でも冷間試験を実施した。尚、石炭乾留ガス改質時の原料ガスのLVの絶対値は、通常、触媒層13中で約0.1m/s以下である。
第5の実施形態に係る触媒反応器2(図9)を用いた。反応容器40の断面形状は、120mm厚×300mm幅の矩形断断面とした。また、触媒層43を1層(1段)構造とした。触媒粒子として、直径15mmのNi−アルミナ系触媒粒子を使用し、各層の触媒層13の質量を3kgとした。このとき、各触媒層13の高さは、140mmであった。
実施例1と同様の夾雑物を使用した。この夾雑物を、各触媒層13に150g/層(触媒層13の1層当りの質量)の割合で添加した。具体的には、この質量の夾雑物を触媒粒子と均一に混合し、混合物を用いて上述した触媒層13を形成した。
駆動装置49として、3ポジション型エアシリンダを使用した。また駆動装置49を用いて、心棒48を中間位置と開放位置との間で昇降させた。昇降ストローク(中間位置と開放位置との間隔)を15mmとし、心棒48を100往復させた。心棒48の上昇時の速度は5mm/s、加工時の速度は15mm/sとした。
触媒層13の下方に電子天秤を配置し、落下する夾雑物質量をリアルタイムで計測した。更に、流出路12の出側にサイクロンを設けた。そして、冷間試験中に定期的にサイクロンを分解し、サイクロンに貯留された夾雑物を回収した。そして、回収した夾雑物の質量を秤量し、時系列的な夾雑物飛散量および夾雑物飛散速度を算出した。さらに、冷間試験終了後に反応容器10を分解し、触媒層13を触媒層13中に残留した夾雑物とともに回収した。そして、触媒層13を篩分けして夾雑物を分離、回収した。その後、回収した夾雑物を秤量して残留夾雑物質量を測定した。そして、上述した数式(7)に基づいて、夾雑物除去率(コーク除去率)を算出した。
試験結果を図10に示す。上向き流れではLVの絶対値が0.4m/s以上の条件で、下向き流れではLVの絶対値が0.2m/s以上の条件で、従来技術(LV=0)よりも夾雑物の除去率が向上した。特に、下向き0.4m/sの条件で最大の除去率が得られた。
第5の実施形態に係る触媒反応器2aを用い、触媒層13のアスペクト比を実施例1の1/2に設定し、これ以外を実施例1と同様の条件で試験を行った。ここで、実施例3では、触媒層43の高さを反応容器40の内壁面間の距離(厚さ)で除算することでアスペクト比を算出する。一方、実施例1では、触媒層13の高さを反応容器半径(内壁)−心棒半径で除算することでアスペクト比を算出する。したがって、心棒直径が反応容器10の内径に比べて十分に小さいと仮定すると、実施例1でのアスペクト比の1/2倍のアスペクト比を実施例3で用いたときに、触媒層の寸法比(反応器内壁面間距離と触媒層高さの比)が概略一致することになる。
実施例4では、実施例1と同様の触媒反応器2を用いて、以下の手順で冷間試験を行った。
(1)心棒18を開放位置18aで停止し、この状態で線速度が下向きに0.1m/sとなる模擬ガスを触媒層13に供給した。模擬ガスの線速度は、ブロワ5によって調整し、上記の線速度を維持した。
(2)次に、心棒18を閉塞位置18bに移動させた。
(3)心棒18を閉塞位置18bで30s保持した。
(4)心棒18を開放位置18aに戻した。
(2)の実施後、反応容器10内の模擬ガスの線速度はほぼ0となった。(3)の間、触媒反応器10内の圧力が10000Paまで上昇した。ブロワの能力限界のため、この値に保持された。(4)の後、反応容器10内の模擬ガスの線速度が急増して臨界値以上の値であるLV=0.5m/s(下向き)以上の流量を記録した後、当初のLV=0.1m/s(下向き)に復帰して流量は安定した。
比較例1では、実施例1と同様の触媒反応器2を用いて冷間試験を行った。ただし、触媒層13の昇降は行わなかった。また、常時、模擬ガスが触媒層13を通過するように心棒18の位置を調整した。また、触媒層13の下に電子天秤を配置して夾雑物落下量の時間推移を測定した。併せて、流出路にサイクロンを設け、飛散した夾雑物を回収・秤量した。
下向きに0.2m/sとした。
(1)反応容器10内を10分間通気し、通気完了後にサイクロンを分解して下流に流出した夾雑物を回収・秤量して夾雑物飛散量および夾雑物飛散速度(=飛散夾雑物質量/処理(通気)時間)を算出した。
(2)実施例1と同様の触媒層昇降を伴う冷間試験を実施(LV=0条件、100往復)し、サイクロンを用いた飛散夾雑物の回収、秤量を行い、合わせて電子天秤を用いた秤量を行った。
(3)冷間試験完了後に再び(1)と同様の試験を実施し、飛散夾雑物質量(サイクロンからの回収量+(2)の試験後からの電子天秤計測値の増分)を算出した。
(1)(=「初期」)、(3)(=「初期後」)の操作が本比較例の主要部である。
試験初期での夾雑物除去率(上記(1)での累積夾雑物飛散量を上記の充填夾雑物質量除算した値)は、15%であり、実施例1に劣る。また、初期後(上記(3))には夾雑物飛散量は検出下限以下であって夾雑物の除去はほとんど認められず(夾雑物除去効率=0相当)、夾雑物除去効果は持続しない。従って、高速気流を単独で触媒層13に供給しても、高い夾雑物除去性能の得られないことがわかった。また、上記試験手順(1)での通気を前半5分と後半5分とに分けて前半終了後および後半終了後に夾雑物飛散量と夾雑物飛散速度の測定をそれぞれ実施する試験を別途、行った。このとき、後半での夾雑物飛散速度は前半でのものの10%未満の値であった。従って、本比較例における初期での夾雑物飛散は、通気の最初期に集中しているので、通気時間をこれ以上増大しても夾雑物飛散量を大きく上昇させることは困難であることがわかった。
実施例3と同様の触媒反応器2を使用した。但し、触媒層43の昇降は、行わない。通気も行わない。触媒層43の下に電子天秤を配置して夾雑物落下量(即ち夾雑物飛散量)の時間推移を測定した。反応器外部をハンマによって打撃した(計300打撃)。
打撃中の夾雑物落下量を実施例1でと同様に測定した。触媒層の下に電子天秤を配置して夾雑物落下量の時間推移を測定した。
夾雑物除去率(上記で回収された夾雑物の総質量を上記の充填夾雑物質量除算した値)は、30%であり、実施例3には劣る。末期(271回目から300回目までの打撃の期間)には、夾雑物飛散量は検出下限以下であって夾雑物の除去はほとんど認められず(夾雑物除去効率=0相当)、夾雑物除去効果は持続しない。従って、触媒層13に単に振動を与えただけでは高い夾雑物除去性能はえられず、少なくとも触媒層を昇降させることが夾雑物除去性能確保のためには必要であることがわかった。以上の結果から、本発明による触媒層からの夾雑物除去能力の高いことがわかった。
実施例1と基本的に同じ構造の反応器を用い、粗COGを原料ガスとして改質試験を行った。粗COGには、コークス炉から発生したタールを含有するコークス炉ガスを用い、改質ガスの処理にはスクラバを用いてタールおよび水蒸気の大半を除去した後、改質ガスをガスホルダに回収した。反応器は、ガス加熱炉内に設置し、反応容器外面の温度が800℃となるようにガス加熱炉内温度を制御した。反応器構造に関する実施例1との違いは次の通りである。
2 触媒反応器
3 粉塵回収器
4 冷却装置
5 ブロワ
6 バイパス弁
7 バイパス管
10 反応容器
11 流入路
12 流出路
13 触媒層
14 触媒保持器
15 弁座
16 通気孔
17 弁体
18 心棒
21 駆動装置
Claims (15)
- 反応容器と、
前記反応容器内に収容され、前記反応容器の内壁面に接触する触媒層と、
前記反応容器内で前記触媒層を保持するとともに、通気性を有する触媒保持器と、
前記触媒層の上側及び下側のいずれかに設けられ、前記反応容器内に原料ガスを流入させる流入路と、
前記触媒層の上側及び下側のうち、前記流入路が設けられる側の反対側に設けられ、前記原料ガスと前記触媒層との反応によって生成した改質ガスを前記反応容器から流出させる流出路と、
前記反応容器の内壁面に設けられ、前記反応容器内の空間を仕切る弁座と、
前記弁座を上下に貫通する通気孔と、
前記通気孔を閉塞可能な弁体と、
前記反応容器内に設けられ、前記弁体と、前記触媒保持器とを連結する心棒と、
前記心棒を、前記弁体が前記通気孔を閉塞する閉塞位置と、前記弁体が前記通気孔を開放する開放位置との間で昇降させることが可能な駆動装置と、を備えることを特徴とする、触媒反応装置。 - 前記心棒が、昇降中かつ前記閉塞位置以外の位置にあるときに、所定の流量で原料ガスを前記反応容器に供給するための、流量調整部を備えることを特徴とする、請求項1に記載の触媒反応装置。
- 前記駆動装置は、前記心棒を前記閉塞位置と前記開放位置との中間位置に停止可能であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の触媒反応装置。
- 前記駆動装置は、前記心棒を前記中間位置と前記開放位置との間を昇降させることが可能であることを特徴とする、請求項3記載の触媒反応装置。
- 前記流入路に流入する原料ガスは、一定流量のガスを連続して生成する原料ガス発生装置で生成され、前記駆動装置は、前記心棒を昇降させる前に、前記心棒を前記閉塞位置に移動させ、前記流入路内のガス圧が所定値以上となった際に、前記心棒を前記閉塞位置から移動させて、前記原料ガスを流入させることができることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の触媒反応装置。
- 前記心棒の昇降中に、前記原料ガスの前記触媒層内での線速度を、鉛直上向きに0.4m/s以上、または、鉛直下向きに0.2m/s以上とすることができることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の触媒反応装置。
- 前記弁座と前記触媒層との間から、前記触媒層と反応しない、非反応性ガスを前記反応容器内に供給する非反応性ガス供給路を備えることを特徴とする、請求項1に記載の触媒反応装置。
- 前記心棒の昇降中に、前記非反応性ガスの前記触媒層内での線速度を、鉛直上向きに0.4m/s以上、または、鉛直下向きに0.2m/s以上とすることができることを特徴とする、請求項7記載の触媒反応装置。
- 前記心棒は、前記触媒層を貫通することを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の触媒反応装置。
- 前記反応容器は円筒形状であり、前記心棒は前記反応容器の軸心に配置される丸棒であることを特徴とする、請求項9記載の触媒反応装置。
- (前記触媒層の高さ/(前記反応容器の半径−前記心棒の半径))で表される前記触媒層のアスペクト比が、0.4〜2.5であることを特徴とする、請求項10記載の触媒反応装置。
- 請求項1〜6、9〜11のいずれか1項に記載の触媒反応装置を用いた触媒反応方法であって、
前記心棒を前記開放位置で保持するとともに、前記流入路から前記原料ガスを前記反応容器内に流入させて触媒反応させる触媒反応工程と、
前記心棒を昇降させるとともに、前記原料ガスを前記反応容器内に供給して前記触媒層中の夾雑物を除去する夾雑物除去工程と、を含むことを特徴とする、触媒反応方法。 - 請求項7または8のいずれか1項に記載の触媒反応装置を用いた触媒反応方法であって、
前記心棒を前記開放位置で保持するとともに、前記流入路から前記原料ガスを前記反応容器内に流入させて触媒反応させる触媒反応工程と、
前記心棒を昇降させるとともに、前記非反応性ガスを前記反応容器内に供給して前記触媒層中の夾雑物を除去する夾雑物除去工程と、を含むことを特徴とする、触媒反応方法。 - 前記原料ガスが、タールを含有するとともに、前記触媒層中の夾雑物がコークであることを特徴とする、請求項12又は13に記載の触媒反応方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の触媒反応装置であって、
前記弁座と前記弁体の間の接触を検出し、検出した接触信号を外部へ送信する接触検出装置と、
前記反応容器の表面温度および前記心棒の表面温度をそれぞれ経時的に計測し、各計測時点における前記心棒の表面温度と前記反応容器の表面温度との温度差を算出し、且つ、第1の計測時点での前記温度差と第2の計測時点での前記温度差との差である乖離温度差を算出できると共に、当該算出した乖離温度差のデータを外部へ送信する温度測定装置と、
を更に有し、
前記駆動装置は、
前記弁体が前記弁座に接近する方向に心棒を移動させるための閉止用エア弁と、前記弁体が前記弁座から離脱する方向に心棒を移動させるための開通用エア弁とを備え、且つ、それぞれのエア弁が高圧エア源と前記高圧エア源よりも圧力が低い低圧エア源とに切り替えることができ、且つ、前記閉止用エア弁と前記開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として前記心棒の位置を固定できるエアシリンダと、
前記接触検出装置から送信される接触信号を受信して、前記閉止用エア弁と前記開通用エア弁の操作を制御できる制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記心棒を、前記弁体が前記弁座に接近する方向に移動させて、前記弁体が前記弁座に接触した際に前記接触検出装置から送信される接触信号を受信し、当該接触信号をトリガーとして、前記閉止用エア弁と前記開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として前記心棒の位置を固定して、前記弁体の移動を停止する制御を行うことができ、
且つ、前記エアシリンダを封止状態とした後、
(i)前記接触検出装置から送信されていた接触信号が受信されなくなって、前記弁体が前記弁座から離れようとする時に、前記封止状態を解除して、前記閉止用エア弁を高圧エア側に開放するとともに開通用エア弁を前記低圧エア源に開放して、前記弁体を前記弁座により接近する側に移動し、前記接触検出装置からの接触信号を再度受信した際に、当該接触信号をトリガーとして、前記閉止用エア弁と前記開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として前記心棒の位置を固定して、前記弁体の移動を停止する制御を行うことができ、
(ii)前記接触検出装置が前記弁座と前記弁体の間の接触を検出した時点を、前記温度測定装置における前記第1の計測時点とし、前記第1の計測時点以降の各計測時刻を前記第2の計測時点として算出した前記乖離温度差が、所定の上限値以上または所定の下限値以下となって、前記弁体と前記弁座との間の圧縮応力が増加した時に、前記封止状態を解除して、前記閉止用エア弁を前記低圧エア源に開放するとともに前記開通用エア弁を前記高圧エア源に開放し、前記弁体を前記弁座から離れる側に移動し、前記接触検出装置から送信されていた接触信号が受信されなくなった時に、前記閉止用エア弁を前記高圧エア源に開放するとともに前記開通用エア弁を前記低圧エア源に開放して、前記弁体を前記弁座により接近する側に移動し、前記接触検出装置からの接触信号を再度受信した際に、当該接触信号をトリガーとして、前記閉止用エア弁と前記開通用エア弁とを共に閉じて封止状態として前記心棒の位置を固定して、前記弁体の移動を停止する制御を行うことができる、
ことを特徴とする触媒反応装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015168548 | 2015-08-28 | ||
JP2015168548 | 2015-08-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017042757A JP2017042757A (ja) | 2017-03-02 |
JP6789462B2 true JP6789462B2 (ja) | 2020-11-25 |
Family
ID=58209923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016162985A Active JP6789462B2 (ja) | 2015-08-28 | 2016-08-23 | 触媒反応装置及び触媒反応方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6789462B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6559025B2 (ja) * | 2015-09-14 | 2019-08-14 | 日本製鉄株式会社 | 触媒反応装置及び触媒反応方法 |
CN113457579B (zh) * | 2021-06-25 | 2022-11-22 | 中核四0四有限公司 | 一种二氧化铀氢氟化工艺尾气中氟化氢的再利用工艺 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4978441A (en) * | 1988-07-15 | 1990-12-18 | Mobil Oil Corp. | Laboratory FCC riser and particulate delivery system therefor |
JP2008207135A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 水熱酸化分解処理装置 |
JP5762318B2 (ja) * | 2012-01-20 | 2015-08-12 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 |
JP5783919B2 (ja) * | 2012-01-20 | 2015-09-24 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 |
JP5826051B2 (ja) * | 2012-01-20 | 2015-12-02 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 |
JP5904814B2 (ja) * | 2012-02-14 | 2016-04-20 | 新日鐵住金株式会社 | 粒状体処理装置及びこれを用いた粒状体処理方法 |
JP5933284B2 (ja) * | 2012-02-14 | 2016-06-08 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応器 |
JP5924969B2 (ja) * | 2012-02-14 | 2016-05-25 | 新日鐵住金株式会社 | 粒状体処理装置 |
JP5840020B2 (ja) * | 2012-02-14 | 2016-01-06 | 新日鐵住金株式会社 | 粒状体処理装置及びこれを用いた粒状体処理方法 |
JP6132598B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2017-05-24 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 |
JP6045404B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2016-12-14 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 |
JP6066781B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2017-01-25 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置、および連続式固定床触媒反応方法 |
JP6066782B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2017-01-25 | 新日鐵住金株式会社 | 粒状体処理装置、連続式固定床触媒反応装置、および連続式固定床触媒反応方法 |
JP6499882B2 (ja) * | 2015-03-04 | 2019-04-10 | 新日鐵住金株式会社 | 連続式固定床触媒反応装置およびその装置を用いたガス改質方法 |
JP6559025B2 (ja) * | 2015-09-14 | 2019-08-14 | 日本製鉄株式会社 | 触媒反応装置及び触媒反応方法 |
-
2016
- 2016-08-23 JP JP2016162985A patent/JP6789462B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017042757A (ja) | 2017-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101566650B1 (ko) | 연속식 고정상 촉매 반응 장치 및 이것을 사용한 촉매 반응 방법 | |
Molerus | Overview: pneumatic transport of solids | |
JP5933284B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応器 | |
JP6789462B2 (ja) | 触媒反応装置及び触媒反応方法 | |
JP5924969B2 (ja) | 粒状体処理装置 | |
JP2018505773A (ja) | 粒子分離触媒化学反応器及び粒子分離器 | |
DK2908934T3 (en) | PROCEDURE FOR USING A PNEUMATIC SYSTEM FOR CLOSELY REFILLING BAYON PIPE CATALYST TO A VAPOR REFORM EXCHANGE REACTOR WITH A REMOVABLE GAS SUPPLY PIPE | |
JP6559025B2 (ja) | 触媒反応装置及び触媒反応方法 | |
JP6499882B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応装置およびその装置を用いたガス改質方法 | |
JP6349317B2 (ja) | 水蒸気改質交換器−反応器のためのバヨネット管に触媒を濃密に装填する取り外し可能なディフレクターを用いたシステム | |
JP4256255B2 (ja) | 炉および水蒸気改質プロセス | |
JP5826051B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 | |
JP6455290B2 (ja) | ケミカルループ燃焼装置、及びケミカルループ燃焼方法 | |
Arjmand et al. | ZrO2-supported CuO oxygen carriers for chemical-looping with oxygen uncoupling (CLOU) | |
JP5904814B2 (ja) | 粒状体処理装置及びこれを用いた粒状体処理方法 | |
CN102791831B (zh) | 煤干馏气热处理设备以及炼焦炉气热处理设备 | |
JP6066781B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応装置、および連続式固定床触媒反応方法 | |
JP5840020B2 (ja) | 粒状体処理装置及びこれを用いた粒状体処理方法 | |
CN102264870A (zh) | 调节一个或多个单元中物质存量的物质回收装置和方法 | |
JP6045404B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 | |
JP6066782B2 (ja) | 粒状体処理装置、連続式固定床触媒反応装置、および連続式固定床触媒反応方法 | |
US2977154A (en) | Pneumatic transfer of granular contact material | |
JP6327888B2 (ja) | 石炭乾留ガスからの水素ガス製造装置および水素ガス製造方法 | |
JP6132598B2 (ja) | 連続式固定床触媒反応装置及びこれを用いた触媒反応方法 | |
JP6350430B2 (ja) | 炭化水素の二酸化炭素改質方法、炭化水素の二酸化炭素改質装置ならびに一酸化炭素および水素の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20160913 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160928 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161114 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190208 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190214 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20190419 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190422 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20190426 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190514 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190604 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200527 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20200713 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200714 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200811 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6789462 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |