JPH01184317A - 接触燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は接触燃焼装置に係り、特に石油精製プラントの
オフガス処理や自動車排気ガスの浄化などに用いられる
、触媒を介して反応させるに好適な接触燃焼装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

近年、触媒を用いる接触燃焼法は、通常の気相燃焼に較
べて低温燃焼が可能で、排ガス中の窒素酸化物および一
酸化炭素等の発生量が少ないことから注目されている。

接触燃焼法は、燃料資源の多様化および低公害燃焼の要
求に伴って、石油精製プラント、製鉄所　　　′等のオ
フガス処理装置、自動車排気ガスの浄化装置、加熱装置
、ガスタービンプラントなどに利用されている。これら
の接触燃焼に用いられている触媒としては、白金、パラ
ジウム、ロジウムなどの貴金属類、または酸化第二鉄、
酸化コバルト、酸化ニッケルなどの金属酸化物を担体に
担持させたものがあげられる。

第５図は、従来の接触燃焼装置の一般的な構成を示す図
である。この装置は、燃料供給ライン５０および燃焼用
空気供給ライン６０に連結された燃料と空気の予熱バー
ナ１０と、燃料と空気の混合器２０と、触媒燃焼器３０
と、熱利用機器４０とから構成されている。このような
構成において、まず予熱バーナ１０に一部の燃料と空気
が供給されて燃焼され、その燃焼ガスにより触媒燃焼器
３０内の触媒ブロック３１が燃料の着火温度以上に加熱
・される。その後、混合器２０に燃料供給ライン５０か
ら主燃料５１が、および燃焼用空気供給ライン６０から
主燃焼用空気６１がそれぞれ供給され、前記予熱バーナ
ｌＯの燃焼ガスと混合され、これらの混合ガス７０が触
媒燃焼器３０に供給されて燃焼が開始される。触媒燃焼
器３０で発生した燃焼ガスは、後段の熱回収装置、加熱
炉などの熱利用機器４０で熱を回収された後、排ガス８
０として排出される。

第６図は、上記の接触触媒燃焼器３０の詳細断面図、第
７図は、触媒ブロック３１の斜視図であるが、触媒ブロ
ック３１としては、複数の流路３２の集合体からなるパ
ラレルフロー型のものが多く用いられており、セラミッ
クスなどの触媒担体を格子状に押出し成形したものに触
媒成分を担持させた後、第６図に示すように触媒燃焼器
３０内の混合ガス７０の流路に取付けられる。なお、第
６図中、９０は整流用の多孔板、１００は断熱材、７１
は処理ガス流である。上記触媒ブロック３１が燃料の着
火温度以上に昇温された後、第７図の流路３２に燃料と
空気の混合ガスが導入されると、入口部より燃焼反応が
開始される。このパラレルフロー型触媒の特徴は、他の
粒状または板状形式の触媒に比較して、流動抵抗が小さ
く、被処理ガスを流すための動力が少なくてすむことに
ある。

そして、触媒燃焼器３０が安定な燃焼を維持するように
なれば予熱バーナ１０を消火状態にし、燃焼量を下げた
状態で燃焼させる。

ところで、触媒ブロック３１内で安定した燃焼を継続す
るためには、燃料と空気の混合が均一で、かつその混合
ガスの流量分布が均一であるとともに、触媒ブロックが
着火温度以上の温度を維持する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のパラレルフロー型触媒を用いた接触燃焼装置は、
本発明者らの実験によれば、ガスの流れ方向（触媒の長
平方向）の温度分布の一例を示した第８図のように、ガ
ス入口側に温度が最高となる位置があり、下流側に行く
に従い放射、伝導等により低くなっており、この最高と
なる温度が約１０００℃を超える高温になると、その温
度上昇に従って担体がシンタリングを起こして表面積が
減少し、担持されている触媒成分も誘引されて触媒の活
性が失われ、さらに触媒成分が酸化され揮散されるため
、燃焼反応速度が低下し、燃焼効率が低下することがわ
かった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に着目し、燃焼
効率が高く、しかも安定した接触燃焼を行なうことがで
きるパラレルフロー型の接触燃焼装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、ガスの流れに対してほぼ平行なガス流路を有するパラ
レルフロー型触媒ブロックを有する触媒燃焼器と、燃料
と空気を混合して触媒燃焼器に供給する混合器と、燃料
と空気の供給を受けて燃焼ガスを生成しこれを触媒燃焼
器に供給して該燃焼器を所定温度に加熱する予熱バーナ
装置とを備えた接触燃焼装置において、前記触媒ブロッ
クのガス流路を少なくとも２つ以上の異なる流路断面積
の流路で構成したことを特徴とする接触燃焼装置である
。

〔作用〕

本発明によ、る接触燃焼装置は、触媒ブロック内のガス
流路の断面積が異なるように構成されている。断面積の
大きい流路は、小さい流路に比較し、摩擦抵抗が小さい
ため、ガス流速が大きい。すなわち、長さｌのガス流路
の圧力損失ΔＰは次式で表わされ、各々の流路で△Ｐは
等しいようにガスは流れる。

ここに＋ｌ流路の水力直径　（ｍ） λ：摩擦損失係数　（−） ρ：ガスの密度　（ｋｇＳ２／ｍ’） Ｕ：ガス流速　（ｍ／　ｓ　） ここで、流路内の流れが層流および乱流のとき、それぞ
れλはレイノルズ数（Ｒｅ）の関数で、層流時　λ＝６
４・Ｒｅ−’　　　　　　　　（２）乱流時　λ＝ｏ、
３□６４．Ｒｅ−”　　　　　（３）■ ここで■：動粘性係数　（イ／Ｓ’） と表わされ、断面積の大小にかかわらず、各流路での圧
力損失は同一であることより（１）に（２）〜（４）を
代入すれば、 したがって、流れが層流、乱流にかかわらず、径ｄが大
きいほうがその流路を流れる流速は大きくなる。触媒に
よる燃焼反応速度は一定であることより、流路断面積の
大きい流路に比較し、小さい流路では、最高の温度とな
る位置が上流側にずれることになる。したがって、これ
ら流路断面積の異なる流路を組合わせた接触燃焼装置と
することにより、温度が平滑化され、ピーク温度が低下
できるので、シンタリングを起こすこともなくなり、触
媒成分が揮散されることもなくなるので燃焼効率を高め
ることができる。

〔実施例〕

第１〜３図は、本発明の一実施例を示す触媒ブロックの
斜視図である。いずれの触媒ブロックにおいても断面積
が２倍のものを分散させたもので、第１図は、断面積が
２倍の大きい流路３４をＸ方向およびＹ方向について小
断面積の流路３３と交互に並べたものである。第２図は
、全く一方向（Ｙ方向）に断面積の大きい流路３４を隣
合せに並べたもので、第３図は、断面積の大きい流路３
４を流路中心に対して対称に分散させたものである。

上述のように構成された触媒ブロック３１は、第５図に
示した触媒燃焼器３０に内蔵されて使用される。すなわ
ち、予熱バーナ１０によって触媒燃焼器３０に内蔵され
た触媒ブロック３１が燃料の着火点以上に加熱された後
、燃料５１と燃焼用空気６１が混合器２０を経た混合ガ
ス７０として触媒ブロックに到り燃焼される。いずれの
場合も、触媒ブロック３１で断面積の大きい流路３４と
小さい流路３３を組合わせたものである。したがって、
大きい流路３４では、燃焼反応が完結する位置が、すな
わち最高の温度となる位置が小さい流路３３の位置に比
較し、ブロック３１の入口側に生じ、大きい流路と小さ
い流路でそれぞれで最高の温度となる位置が異なり、熱
は高温部より低温の部分にブロック内を移動するので、
その結果、ブロック内の最高温度を下げることができ志
。したがって、温度が平滑化するので、担体がシンタリ
ングを起こすことがなく表面積が減少しない。

そして担持されている触媒成分が誘引されて触媒の活性
が失われることはない。さらに、触媒成分が酸化されて
揮散されないので、燃焼速度が低下しない。したがって
燃焼効率が低下することなく高い活性を維持することが
できる。

第４図は、本発明なる他の実施例を示す触媒ブロックの
斜視図である。本発明は、流路断面積が異なる触媒ブロ
ック３１Ａおよび３１Ｂ−ｔ−Ｘ方向お１びＹ方向に交
互に設置して１つの大きな触媒ブロック３１としたもの
であり、それぞれのブロックで反応完結点（最高温度位
置）が異なるので、触媒ブロック全体としてピーク温度
を下げることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、触媒ブロック内の温度ピークを下げる
ことができるので、燃焼効率が低下することなく高い活
性を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第、２図および第３図は、それぞれ本発明の一
実施例を示す触媒ブロックの斜視図、第４図は、本発明
なる触媒ブロックの他の実施例を示゛す斜視図、第５図
は、従来の接触燃焼装置の系統図、第６図は、第５図の
触媒燃焼器の断面図、第７１１は、従来のパラレルフロ
ー型の触媒ブロックの斡視図、第８図は、触媒ブロック
のガス流れ方向の温度分布図である。 １０・・・予熱バーナ、２０・・・混合器、３０・・・
触媒燃焼器、３１・・・触媒ブロック、３３・・・小流
路、３４・・・大流路、５０・・・燃料供給ライン、６
０・・・燃焼用空気供給ライン、７０・・・混合ガス。 代理人　弁理士　川　北　武　長 第５図 第６図 １０予熱バーナ　　　　　６０燃焼用空気供給ライン２
０混合器　　　　　　　７０混合ガス３０触媒燃焼器　
　　　　８０排ガス ４０熱利用機器　　　　　９０多孔板 ５０燃料供給ライン　　　１００断熱材３０触媒ブロツ
ク ３１小流路 ７０混合ガス ７１燃焼ガス 第７図 第８図 触媒長手方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ガスの流れに対してほぼ平行なガス流路を有するパ
   ラレルフロー型触媒ブロックを有する触媒燃焼器と、燃
   料と空気を混合して触媒燃焼器に供給する混合器と、燃
   料と空気の供給を受けて燃焼ガスを生成しこれを触媒燃
   焼器に供給して該燃焼器を所定温度に加熱する予熱バー
   ナ装置とを備えた接触燃焼装置において、前記触媒ブロ
   ックのガス流路を少なくとも２つ以上の異なる流路断面
   積の流路で構成したことを特徴とする接触燃焼装置。