JPH06504723A - 触媒再生式熱酸化装置 - Google Patents

触媒再生式熱酸化装置

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JPH06504723A JP5520275A JP52027593A JPH06504723A JP H06504723 A JPH06504723 A JP H06504723A JP 5520275 A JP5520275 A JP 5520275A JP 52027593 A JP52027593 A JP 52027593A JP H06504723 A JPH06504723 A JP H06504723A
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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】 触媒再生式熱酸化装置 発明の背景 本発明は、空気流中の揮発性有機化合物を分解するための装置に係る。
空気流から揮発性の有機化合物を除去するための従来の装置は一般に２つのタイ プがある。第１のタイプは熱再生式酸化に基づくものであり、高い熱回収率（９ ５％〜９８％）を提供するが、高い酸化温度（７６０〜１０３８℃）（１４００ 〜１９００°Ｆ）を要求する。第２のタイプは触媒換熱酸化によるものであり、 熱回収率は低い（最高８０％）が、要求する酸化温度も低い（２６０〜３７１℃ ）（５００〜７００°Ｆ）。
このように、熱再生式酸化システムを選択する場合、高い酸化温度を維持するこ とに伴う高いエネルギーコストも、高い熱回収率（すなわち効率）のため多少な りとも許容される。直接のエネルギーコストは、従来の触媒システムを使用して 低い温度で操作することに関して低減されるが、触媒の作用に伴うコストがかか り、しかも熱効率が低い。
発明の概要 本発明の目的は、比較的低い酸化温度で作動するが、比較的高い熱回収率を提供 する空気流中の揮発性有機化合物を分解する酸化装置システムを提供することに ある。
本発明によれば、再生式熱伝達物質の床及び空気が床を通過する際に化合物を酸 化するように床を加熱する手段を包含する空気流中の揮発性有機化合物を分解す る熱酸化装置において、前記床が該床内の空気流中に分散された面状物表面に担 持された酸化触媒を包含するものであり、前記加熱手段が前記触媒を約２６０〜 ５３８℃（５００〜１０００’Ｆ）の範囲内の活性温度に維持するものであるこ とを特徴とする熱酸化装置が提供される。
本発明の好適な具体例では、触媒再生式熱酸化装置は、上端及び下端を有し、こ の下端に入力口及び上端に出力口を有する閉止ケーシングを包含する。該ケーシ ングは、シリカ粒等の上方床、下方床及び中央床を包含する積み重ねられた複数 個の層又は床を収容する。
この積み重ねられた層又は床内に２つの触媒層が設けられる。すなわち、１つは 下方床と中央床との間にあり、他は上方床と中央床との間にある。加熱部材が中 央床内に配装置してあり、触媒層の少なくとも１を約２６０〜５３８℃（５００ 〜１０００°Ｆ）の範囲内の活性温度に維持する。触媒層は多数のセラミックペ レット（その上に貴金属の如き触媒物質が析出される）で形成される。
汚染されたガス流は下方の口を介してケーシング内に入り、積み重ねられた床及 び層を通って垂直方向に流動する。触媒層において有機化合物の酸化が生じ、出 口を通って清浄な空気が排出される。
本発明の重要な利点は、床内に触媒を置くことにより、触媒として機能するだけ でなく、熱伝達物質としても機能することである。さらに一般的には、下方床（ 入口に近い）は入って来る空気を予熱し、これにより、空気が触媒層と接触する 時には好適な活性温度となっている。触媒がセラミックペレット上に担持されて いるため、ペレット中の熱エネルギーを触媒反応を補助するために利用できる。
さらに、ペレットはケーシング内における熱の捕捉を助ける。
他の利点は、触媒が普通のシリカ粒熱伝達物質と共に積み重ねられているため、 従来の触媒酸化装置では共通して設置されていたような支持フレームを必要とし ないことである。本発明のこの特徴により、従来の酸化装置において触媒フレー ムの周囲で生じていた漏れ損失を排除できる。
再生式熱伝達物質に対する補足として触媒層を使用することにより、本発明では 、低い操作温度（２６０〜５３８℃（５００〜１０００°Ｆ）、好ましくは２６ ０〜３７１℃（５００〜７００°Ｆ））で高い熱回収率（９５％〜９８％）を提 供できる。この結果、操作コストを従来の再生式熱酸化装置の１／８及び換熱触 媒酸化装置の１／４に低減できる。
図面の簡単な説明 本発明のこれらの目的及び他の目的及び利点を、添付する図面を参照してさらに 詳述する。図面は、本発明による空気流処理システムを示す。
発明の詳細な説明 図面は、工業的製造過程（一般に１２で示す）から下流側に位置する触媒再生式 酸化装置システム１０を示す。
過程１２の副生物としては揮発性有機化合物（たとえばエタノール）がある。
揮発性のエタノールを含む空気又はガス流を、ライン１４（ポンプ又はファンを 包含しうる）を介して過程１２から強制的に取出し、入口ライン１６を通って触 媒再生式酸化装置１８に送給する。酸化装置１８は、閉止され、密閉された鋼製 ケーシング２４の下方端及び上方端に入口２０及び出口２２を有する。ケーシン グは好ましくは絶縁材料（たとえばセラミック）でライニングしてあり、ケーシ ングの壁を介しての熱損失を最小とする。
ケーシングの下方端には、分配マニホルドを限定する多孔性の鋼プレートなど２ ８が口２０を通って入って来るガス流を受け入れ、反応床（後述する）の水平方 向の下方表面に沿って実質的に均一にガスを分配する。
ケーシングの上方端に収集マニホルド３０が設けである。
構造支持体又はバッフルを有する必要はないが、これらは流れを出口２２に向わ せるために任意に設置される。
ケーシング２４内の活性領域は、空気流が床を通って上方に流動する間に空気流 中の揮発性物質を酸化させる物質の積み重ねられた床又は層を収容する。下方床 ３２は、マニホルド２８から床３２に入って来る空気流を予熱するに適した各種 の一般的な粒状物質でなる。かかる床は代表的にはシリカ粒で形成され、床の厚 さく空気の流動方向の厚さ）約１５〜３０ｃ■（６〜１２（ｙｆ）を有する。
第１（又は下方）の触媒層３６は下方床３２の上にあり、好ましくは各々が直径 ５〜ｌＱｍｍを有するセラミック粒の領域として形成される。全体の層の厚さは 好ましくは少なくとも７．５ｃｍ　（３４ンチ）、特別な処理要求に応じて７． ５〜１５ｃｍ　（３〜６インチ）である。セラミ・ソクベレツトは、触媒物質（ 好ましくは貴金属）用の基材として作用する固状物表面を提供する。空気流がエ タノールを含有する場合の具体例では、触媒は白金を基材とするものであり、活 性温度約２６０℃（約５００°Ｆ）で有効となる。特定の温度で特別な有機化合 物を酸化するために有効な触媒の種類に関する情報については、当分野の各種ハ ンドブックから得られるであろう。
表１は代表的な実施例を示す。
エタノール　白金、パラジウム　２６０（５００）ヘキサン　３７１（７００） ブタン　５３ｇ（１０００） 第２（又は中央）の粒末４０は第１の触媒層３６の上にあり、好ましくは約１０ ｃｍ　（４４ンチ）（すなわち触媒層３６の厚さの士約５０％内）の厚さを有す る。第１の層３６と同様に第２の触媒層３８は中央の粒末４０上にある。最後に 下方床３２と同様に上方の粒末３４は第２の触媒層３８の上にある。
ケーシング２４の実質的に中央で熱を導入するため、触媒層３６．３８の間の中 央粒末４０内に電気加熱コイル４２（又は同様の加熱手段）が配置しである。コ イルはセンサー及びコントロールシステム４４を具備しており、触媒層３６．３ ８の少な（とも一方を所望の触媒活性温度（すなわち２６０〜５３８℃（５００ 〜１０００°Ｆ）の範囲内）に維持する。
上述の酸化装置１８は加熱コイル４２の上及び下で実質的に対称であることが理 解されるであろう。この配置では、反応器１８を通る空気流の方向を定期的に逆 転することが可能である。これは、たとえば調節可能なバッフル又はベーン構造 を有する弁ボックス５０などによって達成される。この操作モードでは、ライン １４の空気流は口５４を介して弁ボックスに入り、位置Ａのバッフル５２によっ て導かれ、口５６を介して弁ボックスから出てライン１６に入る。その後、口２ ０を介して酸化装置の下方端に入る。清浄な空気は出口２２から排出され、出口 ライン４６を介して送られ、口５８を介して弁ボックス５０に入り、位置Ａのバ ッフルによって排出流４８として口６０に導かれる。
別法によれば、バッフル５２を位置Ｂに再配置でき、この場合、ライン１４の空 気流は口５４で弁ボックス５０に入り、口５８で弁ボックスを出て、ライン４６ を介して口２２でケーシング２４の上方端に送られる。このように、口２２は入 口となり、空気流は床を下方に通過し、口２０で排出され、ライン１６を介して 弁ボックス５０に送られ、口５６を介して弁ボックスに入り、口６０を介して排 出されて、排出ライン４８に至る。
図面に示した酸化装置１８は、空気流の方向に関係なく実質的に等しく有効であ ることが理解されるべきである。しかしながら、この具体例では、酸化反応の多 くが空気流と遭遇する第２触媒層で生ずることも理解されるべきである。たとえ ば、上述の第１の操作モードでは、空気は実質的に外界温度及び小さい圧力ヘッ ドで入口２０から入る。ついで、床３２内を上昇する間に予熱され、触媒層３６ 内において、特に粒末４０と接触する（すなわち加熱コイル４２に近い）ペレッ ト表面で酸化反応のいくらかが生ずる。しかしながら、中央粒領域４０を通過す る空気はコイル４２によって加熱されつづけ、これにより、実質的に上方の触媒 層３８（酸化反応の多くはここで生ずる）に入る際には最高温度に達する。もち ろん、この順序は別の操作モードでは逆転され、空気流がケーシング内を下方に 流動できる。
上述の記載より、望ましくはないが、実行可能な本発明の具体例として、加熱手 段４２の直後の下流側に配置されたただ１つの触媒層３８を包含するものであっ てもよいことが当業者には明らかであろう。さらに、活性温度で生ずる触媒酸化 反応が、空気流により触媒を活性温度に加熱すること又は触媒により空気流を活 性温度に加熱することから生ずるものであることが理解されるべきである。この ように、床内に位置する加熱コイル４２又は同様の手段は、直接に又は空気流に 供給された熱によって間接的に触媒を所望の活性温度に維、持する。いずれにし ても、本発明の重要な利点は、酸化触媒が積み重ねられた床内に分散された固状 物表面に担持されており、これが床を通過する空気流と接触することである。セ ラミックペレット形の固状物表面は、シリカ粒と同様に熱伝達媒体として作用す る。これにより、酸化反応を支持するに必要な外部エネルギーが最少となる。
このように、本発明は、入って来る汚染空気を予熱する再生式熱伝達物質、熱伝 達物質内又はその上に分散された固状物表面に担持された酸化触媒、及び直接的 又は間接的に触媒を加熱して触媒及び空気の間で活性温度を約２６０〜５３７℃ （５００〜１０００°Ｆ）の範囲内に維持する手段を包含する各種の具体例で具 現化される。
好ましくは、加熱手段は、連続触媒層の直前の上流側の再生式熱伝達物質の床内 に挿入され、これにより、空気は触媒層に入る際には最高温度となっている。実 質的に上述の触媒層（すなわち、直径５〜ｌＱｍｍを有し、かつ貴金属触媒で被 覆したセラミックペレットで形成した厚さ約７．５〜１５ｃ■（３〜６４ｙ＋＞ の層）を使用することにより、ケーシング２４を介して空間速度的３００００時 開用で代表的な副生物の満足できる酸化を達成できる。
フロントベージの続き （７２）発明者　プレッソー　カールトン　レオアメリカ合衆国ニューヨーク　 １４８９５　ウェルズビル　ファントン　ロード　アールアイ−ナンバー２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　再生式熱伝達物質の床及び空気が床を通過する際に化合物を酸化するように 床を加熱する手段を包含する空気流中の揮発性有機化合物を分解する熱酸化装置 において、前記床が該床内の空気流中に分散された固状物表面に担持された酸化 触媒を包含するものであり、前記加熱手段が前記触媒を約２６０〜５３８℃（５ ００〜１０００°Ｆ）の範囲内の活性温度に維持するものであることを特徴とす る、熱酸化装置。 ２　請求項１記載のものにおいて、前記固状物表面が本質的に貴金属触媒を担持 するセラミックペレット基材の層でなるものである、熱酸化装置。 ３　請求項２記載のものにおいて、前記加熱手段が、セラミックペレットの層の 上流側又はこれに近接する空気の流れにおいて熱を発生するものである、熱酸化 装置。 ４　請求項３記載のものにおいて、前記ペレットが約５〜１０ｍｍの範囲内の直 径を有するものである、熱酸化装置。 ５　請求項２記載のものにおいて、前記床が、シリカ粒領域及び空気の流動方向 の厚さが少なくとも約７．５ｃｍ（３インチ）である前記ペレットの隣接する層 を包含するものである、熱酸化装置。 ６　汚染された空気流中の揮発性有機化合物を分解するための触媒再生式熱酸化 装置において、それぞれ汚染された空気を受け入れ及び浄化された空気を排出す るための入口及び出口を相互に離して設けた閉止反応容器と、前記容器内でかつ 前記入口に近接して設けた前記入口から空気流を受け入れるための第１の熱交換 床と、前記容器内でかつ前記出口に近接して設けた前記第１の床から空気流を受 け入れ、前記出口を介して空気流を排出するための第２の熱交換床と、各々が酸 化触媒物質を担持する基材物質として作用するペレットの床によって限定される 前記第１の床と接触する第１の触媒層及び前記第２の床と接触する第２の触媒層 と、前記触媒層の間に設けた前記触媒層を約２６０〜５３８℃（５００〜１００ ０°Ｆ）の範囲内の温度に加熱する手段とを包含し、これにより、空気が前記出 口から排出される前に、第１の床から第１及び第２の触媒層を通って第２の床ま で流動する際に有機化合物の酸化によって空気を浄化することを特徴とする、触 媒再生式熱酸化装置。 ７　請求項６記載のものにおいて、各触媒層が、本質的に貴金属触媒を担持する 基材として機能するセラミックペレットの床でなるものである、触媒再生式熱酸 化装置。 ８　請求項６記載のものにおいて、触媒層の間に第３の熱交換床を設けると共に 、前記加熱手段により触媒物質を前記温度範囲に維持するため第３の床で熱を発 生させるようにした、触媒再生式熱酸化装置。 ９　請求項６記載のものにおいて、前記ペレットが約５〜１０ｍｍの範囲内の直 径を有するものである、触媒再生式熱酸化装置。 １０　請求項８記載のものにおいて、前記第１、第２及び第３の床が本質的にシ リカ粒でなり、各触媒層が少なくとも約７．５ｃｍ（３インチ）の空気の流動方 向の厚さを有するものである、触媒再生式熱酸化装置。 １１　請求項８記載のものにおいて、各触媒層が、貴金属触媒を担持する基材と して機能するセラミックペレットの床でなるものである、触媒再生式熱酸化装置 。 １２　請求項１１記載のものにおいて、前記ペレットが約５〜１０ｍｍの範囲内 の直径を有するものである、触媒再生式熱酸化装置。 １３　請求項１２記載のものにおいて、前記加熱手段が電気加熱コイルを包含す るものである、触媒再生式熱酸化装置。 １４　触媒再生式熱酸化装置において、上端及び下端を有する閉止ケーシングと 、前記ケーシングの下端内で支持されたシリカ粒の下方床と、前記下方床上に位 置し、本質的に、２６０〜５３８℃（５００〜１０００°Ｆ）の範囲内に活性温 度を有する酸化触媒物質を担持するセラミックペレットでなる下方触媒層と、前 記下方触媒層の上に位置するシリカ粒の中央床と、前記中央床の上に位置し、本 質的に２６０〜５３８℃（５００〜１０００°Ｆ）の範囲内に活性温度を有する 酸化触媒物質を担持するセラミックペレットでなる上方触媒層と、前記上方触媒 層の上に位置するシリカ粒の上方床と、前記中央床内に位置する加熱手段と、及 びケーシングヘの汚染空気の出入りを確立し、前記床及び層を通過させて触媒層 の少なくとも１で汚染物を酸化させる手段とを包含することを特徴とする、触媒 再生式熱酸化装置。 １５　酸化により空気から有機化合物を除去する方法において、加熱された粒の 床を通過させて空気流を予熱し、ついで前記化合物に特異な貴金属酸化触媒を担 持するセラミックペレットの隣接する層を通過させることを特徴とする、有機化 合物の除去法。 １６　請求項１５記載の方法において、ペレット上の触媒を、約２６０〜５３８ ℃（５００〜１０００°Ｆ）の範囲内の前記化合物用の酸化活性温度に維持する に充分な熱を粒及びペレットに供給する、有機化合物の除去法。 １７　請求項１６記載の方法において、前記触媒を約２６０〜３７１℃（５６０ 〜７００°Ｆ）の範囲内の温度に維持する、有機化合物の除去法。
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