JPH0550022U - 触媒反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型のパラレルフロー型の触媒反応器におい
て、パラレルフロー触媒の触媒隔壁を利用して反応ガス
の流れを単一触媒内で反転屈曲させる構造にして、小型
で壁面からの熱損失が少なく反応効率の高い、製作容易
な小型触媒反応器を提供する。 【構成】複数の平行な反応ガス流路を有する単一触媒ブ
ロックからなるパラレルフロー型触媒反応器において、
触媒反応器に導入する反応ガスの流れ方向を、触媒ブロ
ック内で少なくとも１回反転屈曲させる仕切壁を設け
る。 【効果】触媒反応器の構造が簡単、製作が容易で、小流
量の反応ガスであっても流速を確保することができ触媒
反応効率ならびに熱効率の高い触媒反応器が得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は触媒反応器に係り、特に脱硝処理する排ガスなどの反応ガスが少ない 小型の触媒反応器において、反応器の構造を複雑にすることなく、適正な反応ガ ス流速に維持することが可能で、反応効率の高い触媒反応器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

火力発電所あるいは事業所などの大型ボイラから発生する排ガス中の動植物に 有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する技術は、現在、ほぼ確立されているとい ってよい。すなわち、排煙にアンモニアを混合した後、ハニカム状あるいは板状 のパラレルフロー触媒を充填した脱硝反応器で、窒素酸化物とアンモニアを反応 させて無害な窒素に転化して大気中に放出するものである。脱硝反応器の大きさ は、作業者が反応器の内部に入れる程の幅と高さを持ち、触媒の長さは数ｍにも 達するほど大きいものである。 最近、より小規模のコージェネレーション用ボイラ、ディーゼルエンジンなど の排ガス処理向けの脱硝反応器が必要とされているが、従来の大型脱硝反応器を 単に小型化するだけでは対応できず、物質移動、熱移動を考慮した新しい構造の 脱硝反応器が必要とされている。

【０００３】 従来の脱硝反応器において、排ガス処理量が少なくなった場合、触媒の長さを 変えずに触媒の断面積を小さくすることが一般的に行われている。このようにす ると、触媒と排ガスとの接触時間、つまり反応時間は一定に保持される。ところ が、反応器が小型になるにつれ反応器が細長くなって壁面が増大し、壁面からの 熱損失が増加する。したがって、反応器の強度と断熱を維持するのが難しくなっ てくる。このため、コージェネレーション用等の小型の排ガス脱硝装置において は、反応器を折り曲げて触媒層を２つに分割し、排ガスをＵ字型に流す反応器が 用いられている。このようにすると、触媒反応器の長さが約半分となり、反応器 の外表面積を少なくすることができコンパクトになるので、反応器の設置スペー スと保温面積が比較的少なくなるという利点がある。しかしながら、最近、都市 周辺における大気汚染が低減しないことから、さらに小規模のディーゼルエンジ ン排ガスにも脱硝装置が必要になるという傾向にある。このような小規模の排気 ガスの脱硝を行うための触媒反応器としては、さらに新規な工夫が必要となる。 従来技術として、触媒反応器を隔壁で仕切って、複数の触媒収納室を設け、各収 納室に充填した触媒中に排ガスを多段に方向を変えて流れるようにするためには 、反応器内の隔壁構造が複雑となり、また触媒も各収納室に細かい触媒ユニット を多数必要とするなど種々の問題が生じる。特に、パラレルフロー型の触媒、す なわちハニカム型または板状の触媒を用いる場合においては、触媒反応器の設計 が極めて難しくなる。粒状触媒を用いる場合においては、触媒層内のガス流速を 下げても排ガスの混合度合が悪くならず、一定の反応時間を確保する限り反応率 が低下することはないので排ガス処理量が少なくなった場合には、触媒断面だけ でなく、排ガスの流速を下げて触媒充填長さも短くすることができる。しかしな がら、パラレルフロー型触媒を用いる場合には、触媒層内のガス流速を下げると 、ガス流が乱流から層流に変わりガスの混合度合が悪くなって、一定の反応時間 を確保しても反応率が低下するという問題があった。したがって、パラレルフロ ー型触媒を用いる場合においては、排ガス処理量が少なくなってもガス流速を確 保することが困難であり、また触媒反応器の長さを短くすることもできない。こ の特質を持つパラレルフロー型触媒を用いた触媒反応器を小型化するためには、 反応器内のガス流を折り曲げ、折り畳む方式で排ガスの流速ならびに触媒反応器 の長さを確保することが必要となる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上述したごとく、従来技術において、処理する排ガス等の反応ガスの流量が少 ない場合には、触媒反応器内のガス流速を確保し反応率の低下を防止するために 、反応器内のガス流を屈曲させるための複数の隔壁を設ける必要があり、しかも 隔壁によって形成される各触媒収納室には、各々触媒を充填しなければならない ので反応器の構造が複雑になるという問題があった。

【０００５】 本考案の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、排ガ ス等の反応ガスの処理流量が少ない小型の触媒反応器において、触媒反応器内を 流れるガス流速を適正に確保し、触媒反応効率が高く熱損失が少なく、かつ製作 容易な構造のパラレルフロー型触媒反応器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記本考案の目的を達成するために、パラレルフロー型触媒反応器のガス出入 り口を、パラレルフロー型触媒のガス流路隔壁をそのまま利用することによって 、反応器内に設ける隔壁構造物を少なくし、かつパラレルフロー触媒の分割数を 少なくするものである。例えば、パラレルフロー触媒の出入り口部の端部におい て、パラレルフロー触媒のガス流路隔壁の１つの隔壁面を延長し、反応器の出入 り口部の端部に接合させることによって、パラレルフロー触媒反応器は２つに分 割され、反応ガスがＵターンして流れる２つの触媒ユニットと同じ作用をするこ とになる。このため、触媒反応器に設ける隔壁の作用を触媒のガス流路の隔壁で もって代用するので、パラレルフロー型触媒の各流路隔壁のうち、処理ガスの流 れ方向が異なる流路の間の隔壁は、他の部分の隔壁よりも厚くし強度を高めてお くことが望ましい。 本考案は、複数の平行な反応ガス流路を有する単一触媒ブロックからなるパラ レルフロー型触媒反応器において、該触媒反応器に導入する反応ガスの流れ方向 を、上記単一触媒ブロック内で少なくとも１回反転屈曲させる仕切壁を設けた触 媒反応器であり、上記の仕切壁は、触媒ブロック側または反応容器側もしくはそ の両方に設けてもよい。 本考案の触媒反応器において、単一触媒ブロックがパラレルフロー型のハニカ ム触媒であり、反応ガスが反転屈曲するガス流路の隔壁となる部分の触媒壁の厚 さを、ガス流路内の触媒壁の厚さよりも大きくすることが望ましい。

【０００７】

【作用】

パラレルフロー型触媒の特徴として、平行な貫通孔を多数有しているので、異 なる位置の孔であってもガス流が平行な流れである限り、同一ユニットの触媒内 で互いに逆方向のガスを流すことができる。したがって、触媒反応器に隔壁を設 け、かつ複数の触媒収納室を設けなくても、パラレルフロー触媒ユニットの両端 のガス出入口を仕切るだけで、パラレルフロー触媒内のガス流路隔壁を触媒反応 器に設ける隔壁と同じに作用させることができる。このため、特別に設ける反応 器の仕切り構造が不要となるので、触媒反応器の構造が簡単になり、パラレルフ ロー触媒も単一ユニットのままで分割することなく収納することができる。

【０００８】

【実施例】

以下に本考案の実施例を挙げ、図面を用いてさらに詳細に説明する。 図１および図２に、本考案の仕切壁３を有するハニカム触媒の構成の一例を示 す。図において、同一の触媒を右下から見た外観を図１に、左上から見た外観を 図２に示す。ハニカム触媒２の一方の端面からは外枠４とＩ字型の仕切壁３によ り構成され、他方の端面からは外枠４とＴ字型の仕切壁３により構成されている 。両端は、反応容器の壁面でシールされるから、反応ガスの流れ方向１０は、図 中の矢印で示す方向に流れる。その結果として、ハニカム触媒２は４分割された ことになる。このように反応ガス（例えば排ガス）は、順次、分割されたハニカ ム触媒２内を屈曲して流れるので、反応ガス流量が少ない場合においてもハニカ ム触媒２内を触媒反応に適した所定の流速範囲で通過することになる。この仕切 壁を有するハニカム触媒１は、図３に示す通常用いられているハニカム触媒２の 両端部を切削加工するだけで製作が可能となる。図３に示すハニカム触媒２のみ では本考案の要件を満足させることはできないが、触媒を収納する反応容器内に 反応ガスの流れを仕切りする突起部を設けるか、あるいは反応ガスの流れを仕切 りする形状のパッキンを反応容器とハニカム触媒との間に挿入するだけで、本考 案の触媒反応器を構成することができる。 図４に、本考案の一例である厚い仕切壁３を有するハニカム触媒１の構成を示 す。ハニカム触媒２の端部には反応ガスの流れを仕切りする隔壁が無いので、反 応器側あるいはパッキン等で中子の形状をした仕切壁を設ける必要がある。図４ に示すハニカム触媒には、反応ガスの流れを分割する部分の隔壁の厚さが他の部 分よりも厚く構成している。そして、ガス流れ方向が同じ部分に比べ、ガスの流 れ方向が異なる部分においては、触媒の軸心に対し直角方向の力が作用するので 、隔壁を厚くすることにより必要とする触媒強度が得られる。

【０００９】 次に本考案の触媒反応器について、種々の構成例を挙げる。 図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図７（ａ）、（ ｂ）、（ｃ）は、いずれも本考案の反応器の構造の一例を示すものであって、各 図における（ａ）は、それぞれの触媒反応器の中央縦断面構造を示し、各図の（ ｂ）、（ｃ）は、それぞれの図（ａ）に示すＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ矢視図である。 図５は、図１および図２で示した仕切壁を有するハニカム触媒１を用いた反応 器の構造を示すものである。反応容器６は直方体の形状であり、反応容器には仕 切壁は全く設けていない。仕切壁を有するハニカム触媒１を、パッキン７を介し て押え付けることで、ハニカム触媒２の流路を４つに分割した構造の触媒反応器 の一例である。 図６は、図１および図２に示す仕切壁を有するハニカム触媒１と、反応容器６ 側に付属する仕切壁３ｂとを組合せて触媒反応器を構成した一例である。ハニカ ム触媒側の仕切壁３ａの突起部および反応器側の仕切壁３ｂの突起部が、それぞ れ短いので反応容器の製作は容易となる。 図７は、図４に示す厚い仕切壁を有するハニカム触媒５を用いた場合の触媒反 応器の構造の一例を示すもので、仕切壁は、すべて反応容器６側に設けられてい る。厚い仕切壁を有するハニカム触媒５側に、特別な加工を施さない分だけ反応 容器側の構造が複雑となる。 以上の実施例においては、ハニカム触媒を用いた場合を例に挙げて説明したが 、板状のパラレルフロー型触媒においても触媒ユニットを構成する板の長さ、板 の厚さを変えることにより、ハニカム触媒の場合と同様に本考案の触媒反応器が 得られる。

【００１０】

【考案の効果】

以上詳細に説明したごとく、本考案の触媒反応器によれば、単位触媒ユニット 内で、反応ガスの流れを屈曲させることができるので、従来の反応器内を隔壁を 用いて区切り、複数の触媒収納室を設けて反応ガスの流れを屈曲させる構造の触 媒反応器よりも構造が極めて簡単で、小型で小流量の反応ガスを処理する場合に おいても必要とするガス流速を確保することができるので、反応効率が高く、熱 損失の少ない高性能の触媒反応器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例で例示した仕切壁を有するハニ
カム触媒を右下から見た場合の構成を示す斜視図。

【図２】図１に示すハニカム触媒を左上から見た場合の
構成を示す斜視図。

【図３】本考案の実施例で例示したハニカム触媒の構造
を示す斜視図。

【図４】本考案の実施例で例示した厚い仕切壁を有する
ハニカム触媒の構成を示す斜視図。

【図５】本考案の実施例で例示した触媒反応器の構造を
示す断面図。

【図６】本考案の実施例で例示した触媒反応器の構造を
示す断面図。

【図７】本考案の実施例で例示した触媒反応器の構造を
示す断面図。

【符号の説明】

１…仕切壁を有するハニカム触媒 ２…ハニカム触媒 ３ａ…仕切壁（触媒側） ３ｂ…仕切壁（反応容器側） ４…外枠 ５…厚い仕切壁を有するハニカム触媒 ６…反応容器 ７…パッキン ８…反応ガス入口部 ９…反応ガス出口部 １０…反応ガスの流れ方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 新田 昌弘 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の平行な反応ガス流路を有する単一触
   媒ブロックからなるパラレルフロー型触媒反応器におい
   て、該触媒反応器に導入する反応ガスの流れ方向を、上
   記単一触媒ブロック内で少なくとも１回反転屈曲させる
   仕切壁を設けてなることを特徴とする触媒反応器。
2. 【請求項２】請求項１において、仕切壁は、触媒ブロッ
   ク側または反応容器側もしくはその両方に設けてなるこ
   とを特徴とする触媒反応器。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、単一触
   媒ブロックがパラレルフロー型のハニカム触媒であり、
   反応ガスが反転屈曲するガス流路の隔壁となる部分の触
   媒壁の厚さを、ガス流路内の触媒壁の厚さよりも大きい
   ことを特徴とする触媒反応器。