JPH07506884A - ガス状の流体を触媒処理するための反応器 - 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】 ガス状の流体を触媒処理するための反応器本発明は、触媒反応のほかに熱交換を も生じさせる、ガス状の流体を触媒処理するための反応器に関するものである。

排ガスを浄化するため、例えば工場から出る溶媒を含んだ空気や技術的合成物を 浄化するため、触媒を使用することは知られている。この場合排ガスは、内部に 触媒を配置した反応器を貫流するように誘導される。触媒酸化作用において特徴 的なことは、触媒反応を開始させるために、処理されるべき流体がある一定の出 発温度を必要とすること、そして触媒反応過程において、発熱反応により熱が放 出されることである。

従って、触媒の過熱や、触媒の破損に至らないようにするために、放出される熱 を逃がすこと、及び特に反応初期において熱を供給することが必要である。

このため、流動方向を周期的に変化させるようにした排ガス反応器が知られるよ うになった。しかしながらこの反応器の欠点は、高度な技術を要するばかりでな く、流動方向が変化する際に、以前に供給された空気が浄化されずに押しだされ ることである。

さらに、触媒器を回転させながら排ガスを触媒浄化させることが提案された。こ の場合、触媒器の回転運動により排ガスは周期的に交互に半径方向または軸方向 へ触媒器を貫流する。回転する部品が使用されているので、密封の点で大きな問 題が生じ、また貫流方向が交互に交替するので、いわゆるデッドゾーン、即ち未 処理の排ガスが生じる。

本ＸＡ１５［１の課題は、冒頭で述べた種類の反応器を、貫流方向を変化させる ことなく連続的に作動させることができるように改良することである。

上記の課題は１本発明によれば、ダクト状の構造体が生じ、この構造体が部分的 に触媒作用領域を有するように、反応器ケーシング内に、流体の流動経路を形成 する構造体を収納させることにより解決される。この構成により、流体の流動方 向を常時同一にした上で、温度の異なる複数個のゾーンが得られる。このような 温度ゾーン分布こそ排ガスの触媒浄化に望ましいものであり、或いは必要なもの である。

特に有利な構成は、構造体が平らな面とは異なる表面、例えば波形の表面を有し 、その中央領域だけが触媒を備えていることである。その結果、始端領域及び終 端領域は触媒領域を存していない。

板の波形構造により、それぞれ二つの板の間に流動ダクトが生じ、この流動ダク トは、非常に高い局所的な、板への熱伝達部及び物質伝達部を備えている。

この効果は、本発明によれば、二つの隣接するダクトの間で排ガスが対向流の原 理で誘導されるようにして有利に活用される。

このため、流体の流動は分割され、第２の流動ダクトにだけ一方向において供給 される。これにより、触媒を備えていない波形板領域では、すでに触媒を通過し て発熱反応により過熱された空気からこの波形板領域に熱が放出され、隣のダク トでは、これから触媒処理されるべき排ガスが熱伝達により予熱される。第２の 、同様に触媒を備えていない波形板領域でも同様の熱伝達が行われるが、方向は まったく逆である。

本発明の他の構成では、流体は互いに連通しているそれぞれ二つのとなり合うダ クトによって案内され、その結果、流体の流動で生じた反応熱を自らの流動に放 出して予熱させることができる。

密封の代わりに、ダクトを共通の集積ダクトで終端させ、そこからそれぞれ隣接 しているダクトに貫流させることもできる。この流動態様は、流体が自身の圧力 で反応器に供給されるので、強制的に生じる。

この場合有利な構成は、集積ダクトが放熱及び（または）熱供給装置を有してい ることである。これにより、反応の経過に応じて発熱性の強いまたは弱い熱収支 を実現させることができる。

板の表面を適当に構成することにより、流体と壁との間に非常に高い熱伝導また は物質伝導が得られると共に、流体段階における均質な横方向混合及び一定の画 一的な滞留時間特性も得られる。

非常に高い熱伝導に関しては、板の表面の構造が重要である。なぜなら、溶媒を 含んでいる排ガスを触媒浄化する場合、有害物質の濃度は小さく、よって触媒に よって生じる加熱値も小さいからである。このため、供給空気と排出空気との間 の温度差が小さくなる。その結果、反応による空気の加熱は比較的小さくなり、 従って、浄化された反応後の排出空気と、浄化以前の反応前の供給空気との温度 差が小さくなる。

このとき、反応器内へ流入する空気を反応温度へもたらすためには、排出空気内 の溶媒の濃度を小さくして、比較的少量の熱量を供給空気にできるだけ完全に伝 導させねばならない。

本発明は、上記のオートサーミック型（５ｕｌｏｊｈｅｎ＋＋　）反応器以外に も、発熱性の強い反応、または吸熱性の強い反応にも使用可能である。この種の タイプの反応器の場合、画一的な熱供給または放熱が必要である。なぜなら、そ うでないと、触媒が破損するか、或いは吸熱性の反応の場合には反応が消失する からである。

このため、本発明によれば、すでに述べた流体経路を形成する構造に加えて、加 熱及び（または）冷却ダクトが設けられる。これらの加熱及び（または）冷却ダ クトは、二つの反応経路の間にそれぞれ配置するのが有利である。

その構造はその都度の必要条件に適合させることができ、例えばオートサーミン ク型作動の場合には、熱吸収及び放熱ゾーンの表面の特徴は１反応ゾーン以外の 熱伝導または物質伝導にたいして構成される。

本発明の他の有利な構成によれば、前述した板は、隣合う板が対向している波形 構造部において接触するように互いにずらして配置されている。波形構造部は、 高さの点でも相互の間隔の点でも異なるサイズを有することができる。。

また、隣合う板が互いに逆方向に方向づけられているのも非常に合目的である。

その結果板は互いに上下に支持される。この構造では最適な結果が得られる。

池の有利な構成は、従属項に記載されている。

次に、本発明を添付の図面を用いていくつかの実施例に関し詳細に説明する。

図１は　単段構造の反応器を示す図、 図２は　２段構造の反応器を示す図、 図３は　集積ダクトを備えた２段構造の反応器を示す図。

図４は　付加的な加熱または冷却ダクトを備えた反応器を示す図、 図５は　付加的な加熱または冷却ダクトを備えた他の反応器を示す図、 図６は　板の配置の変形例を示す図、 図７は　板の配置の他の変形例を示す図。

図８は　板の構成の変形例を示す図、 である。

図１には、ガス状流体を触媒処理するための反応器が図示されている。この図１ においても、また他の図においても１図面を簡皐にするため、反応器のケーシン グは図示していない。

図１では、波形構造を有する複数個の板１０が互いに平行に配置されており、個 々の板１０の間にはダクト１９が形成される。板１０は領域１１を有し、この領 域１１において板１０は両面に触媒１２を備えている。図１の例では、板１０の 両面は触媒１２で被覆されている。

さらに板１０は領域１３と１４を有している。領域１３と１４には触媒が設けら れておらず、即ち被覆は行われていない。流体を流入させるために流入部１５と １６が設けられ、生成物を排出させるために流出部１７と１８が設けられている 。

この反応器の作用は以下のとおりである。

流入部１５を介して供給される流体は、それぞれ２番目のダクト１９だけを一方 向へ貫流するように分割される。流入部１６を介して供給される流体も同様にそ れぞれ２番目のダクト１９に導入され、その結果２個の隣接するダクト１９内に はそれぞれ対向流が生じる。流体が触媒１２を備えた、または触媒１２で被覆さ れた領域１】を通過すると、触媒反応が生じる。この触媒反応で熱が放出され、 この熱を流体が吸収する。このとき流体が領域１３を通過すると、熱が板１０に たいして放出される。隣接しているダクト１９内には、まだ処理されていない流 体、よって冷えた流体が流入しているので、この冷えた流体は領域１３で熱を吸 収する。このように冷えた流体は予熱されてダクト１９の反応ゾーンに流入し、 触媒処理される。発熱反応により流体はさらに加熱され、領域１４において再び 熱を板１０にたいして放出する。

このように、流体がダクト１９を交互に貫流することにより、オートサーミック プロセスガイドが生じる。それぞれの流動ダクト内では種々の作用領域が生じる 。即ち第１の部分では流体が加熱され、中央の部分で反応し、第３の部分でとな りのダクトの流体に熱が放出される。

これにより、流体は予反応温度へ予熱されることが保証される。ただし、反応器 を最初に稼働させるときだけ、流体を付加的に１回予熱する必要がある場合があ る。

板１０内での熱流は、板の厚さ、板の材料及び表面構造を選定することにより変 化させることができ、よって制御することができる。

板１０に連続的に触媒１２を設けること、即ち触媒１２で被覆することの、ここ には図示していない実施例においても、異なる温度をもった領域、よって機能が 異なる領域（加熱、触媒反応、冷却）が形成される。例えば流体の加熱時間が必 要である。従って第１の領域は冷えており、触媒で被覆した最後の領域において はそれ以上の加熱は行われない。なぜなら、すでに前もって生じた触媒作用によ り、清浄された流体内での熱変換は行われないからである。

図２は、反応器の変形例を示す。この実施例でも、波形構造を有する複数個の板 ２０が平行に配置されており、その結果複数個のダクト２１が形成されている。

板２０は領域２２を有し、この領域２２において板２０は両面に触媒２３を備え 、或いは触媒２３で被覆され、一方領域２１１では被覆は行われていない。それ ぞれ２個の隣合っていない板２０は連通しており、その結果２Ｍのダクト２１は 、屈曲して延びるようにつながっている反応空間を生じさせる。反応器は、流体 の流入部２５と、生成物の流出部２６を提供している。

この実施例の作用は以下のとおりである。

流体は流入部２５を介して反応器に供給され、それぞれ２個のダクト２１内に流 入するように分割される。板２０の領域２２で触媒反応が行われる。この反応は 、流体の上昇流の場合も下降流の場合も行われる。発熱反応によって加熱された 流体は、下方へ流動するときに、領域２４において板２０にたいして熱を放出す る。ここで放出された熱は、隣接するダクト２１内を上昇している流体によって 吸収される。従って、この上昇している流体は、必要な予反応温度へ予熱される 。

図３は、反応器の他の変形例である。図２の実施例に構造の点でほぼ類似してい るこの反応器は、隣接していない２個の板２０を連結する代わりに、集積ダクト ２７を有している。この集積ダクト２７にはダクト２１が開口している。この場 合、流体は異なるダクト内へ戻ることができる。

ここに図示した実施例では、集積ダクト２７に熱エネルギー排出部２８が設けら れている。これにより、強い発熱作用を伴う触媒反応時に過剰の熱エネルギーを 排出させることができる。熱の排出は、十分に多量の熱が領域２４において板２ ０を加熱させる場合だけ行われる。

さらに、外部に二つの予加熱装置２９と３０が設けられている。これらの予加熱 装置２９．３０は反応器の始動時に必要であり、流体を必要な反応温度へ予加熱 させる。このため、流体の流入領域に設けた予加熱装置２９と、集積ダクト２７ に設けた予加熱装置３０が選択的に作動する。

これまで述べた実施例は、まず第１に、オートサーミノク型作動にたいして構成 されている。

図４に図示した実施例は、強い発熱を伴う反応、または強い吸熱を伴う反応の場 合に適用される。この実施例では、１個の反応空間３１を形成している２個の板 ３２の間にそれぞれ、冷却または加熱循環系３３に属するダクト３４が配置され ている。板３２は、触媒３５で被覆された領域３６と、下部領域３７と、上部領 域３８とを有している。上部領域３８は被覆されていない。

板３２はそれぞれ１反応経路内にある側だけ触媒で被覆されている。

この実施例の作用は以下のとおりである。

流体は流入部３９を介して反応器に供給され、反応空間３１内へ導入される。こ こで流体はすでに述べた触媒処理を領域３６においてこうむり、流出部４０を介 して再び取り出される。強い発熱性触媒作用か、或いは強い吸熱性触媒作用であ るかに応じて、ダクト３４により冷却媒体または加熱媒体が導入される。冷却媒 体または加熱媒体は、反応空間３１がら熱を奪うが、または熱を供給する。これ により、触媒反応が平衡状態で維持される。

領域３７と３８は、前記実施例で述べた、流体用の加熱ゾーンまたは冷却ゾーン を形成する。

他の、図示していない実施例では、触媒を備えていない、即ち被覆されていない 領域３７と３８は設けられず。

その結果板３２はその全長において触媒３５を備え、即ち被覆されている。この 場合冷却または加熱は、もっばら、ダクト３４を介して導入される媒体により行 われる。

反応器の他の変形例を図５に示す。この変形例では、図２で述べた反応器の構造 が冷却または加熱循環系３３と組み合わされる。従って、可能な限り長い反応経 路を活用でき、また付加的に発生する熱を逃がしたり、或いは付加的に必要な熱 を供給することができる。

図６ないし図８には、反応器の全体構造とは関係なく、板の配置例が図示されて いる。

図６は、板の一配置例の斜視図である。

図６では、板５０を交互に角度をずらして積層した構成が認められる。板５０は 、その波形構造に対応する湾曲部５１で支持されている。

この最適な支持により、同時に、壁が非常に薄い場合でも好適な支持が達成され る。壁が薄ければ伝導性に優れているので、ここでは最適な構造が提供される。

板５０によりダクト５２が形成される。ダクト５２は、湾曲部５１の支持部によ り一貫して滑らかではない。流体の流動及び（または）加熱媒体または冷却媒体 の流動におけるこのような障害により、これら媒体の好適な渦流が発生し、よっ て配置構成全体の好適な作用が生じる。

ずれの角度は０６ないし９０°が可能である。

さらに１図７に示すように、波形構造を互いに噛み合わせる配置も可能である。

板６０は、貫通するダクト６１が生じるように配置されている。板６０の間には 、ここには図示していないが、付加的な支持部が設けられている。

さらに、図８かられかるように、高さに関しても、また連続する波形構造の間隔 に関しても構成が異なっている板７０と７１を使用することも合目的である。

本発明は図示した実施例に限定されるものではなく。

流体用の加熱ゾーン及び（または）冷却ゾーンが付設されている触媒を含んでい るすべてのタイプの反応器に適合する。

例えば本発明の範囲内では、図示した触媒領域１１゜２２．３６が連続的に触媒 を備えておらず、即ち被覆されておらず、触媒のない領域をも有していてもよい 。これにより、全工程の熱誘導をより正確に行うことができる。

他の点では、流体の流動経路に任意の態様で触媒を備えさせることが可能である 。例えば、壁を触媒塊で被覆することをやめ、そのかわりにたとえば格子のよう な触媒被覆構造、またはばら材として触媒を流動経路に設けることが可能である 。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成　６年１０月１９ 日

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．ガス状の流体を触媒処理するための反応器において、反応器のケーシング内 に、流体の流動経路を形成する構造体（１０）が配置され、該構造体（１０）が ダクト（１９）を形成し、且つ構造体（１０）が少なくとも一つの領域（１１） に触媒（１２）を備えていることを特徴とする反応器。
2. ２．構造体（１０）が、有利には、平らな面とは異なる表面を有する板であるこ とを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
3. ３．触媒（１２）を備えている領域（１１）の前または後に、触媒を備えていな い領域（１３；１４）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２に 記載の反応器。
4. ４．隣接するダクト（１９）内に逆方向の流動経路が生じるように流入部（１５ ；１６）と流出部（１７；１８）を有していることを特徴とする、請求項１から ３までのいずれか１つに記載の反応器。
5. ５．ダクト（１９）が、加熱、反応、放熱用の異なる機能領域を有していること を特徴とする、請求項１から４までのいずれか１つに記載の反応器。
6. ６．反応器のケーシング内に、定置の板（２０）が有利には互いに間隔をもって 平行に配置され、板（２０）がダクト（２１）を形成しており、特に１８０°屈 曲した流動経路が生じるように、隣接していないそれぞれ二つの板（２０）が互 いに連結され、板（２０）が少なくとも一つの領域（２２）に触媒（２３）を備 えていることを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
7. ７．触媒（２３）を備えている領域（２２）の前に、触媒を備えていない領域（ ２４）が配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の反応器。
8. ８．ダクト（２１）が集積ダクト（２７）に通じていることを特徴とする、請求 項６または７に記載の反応器。
9. ９．集積ダクト（２７）が放熱部（２８）を有していることを特徴とする、請求 項６から８までのいずれか１つに記載の反応器。
10. １０．集積ダクト（２７）が予熱装置（３０）を有していることを特徴とする、 請求項６から９までのいずれか１つに記載の反応器。
11. １１．流体の供給部内に予熱装置（２９）が配置されていることを特徴とする、 請求項１から１０までのいずれか１つに記載の反応器。
12. １２．反応器のケーシング内に、定置の板（３２）が互いに間隔をもって平行に 配置され、板（３２）が分離されたダクト（３１と３４）を形成しており、板（ ３２）が少なくとも一つの領域（３６）に触媒（３５）を備えていることを特徴 とする、請求項１に記載の反応器。
13. １３．ダクト（３４）が、冷却または加熱循環系（３３）の構成要素であること を特徴とする、請求項１２に記載の反応器。
14. １４．反応器のケーシング内に、定置の板（２０）が互いに間隔をもって平行に 配置され、板（２０）がダクト（２１）を形成しており、１８０。屈曲した流動 経路が生じるように、隣接していないそれぞれ二つの板（２０）が互いに連結さ れ、板（２０）が少なくとも一つの領域（２２）に触媒（２３）を備えており、 且つ二つの屈曲した流動経路の間にダクト（４１）が設けられていることを特徴 とする、請求項１に記載の反応器。
15. １５．ダクト（４１）が、冷却または加熱循環系（３３）の構成要素であること を特徴とする、請求項１４に記載の反応器。
16. １６．板（１０；２０；３２）が片面に触媒を備え、有利には触媒で被覆されて いることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１つに記載の反応器。
17. １７．前記領域（１１；２２；３６）が、不連続に触媒（１２；２３；３５）を 備えていることを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１つに記載の反 応器。
18. １８．流動経路を形成している構造体が、流動経路の、触媒を備えている領域に おいて、触媒で被覆されていることを特徴とする、請求項１から１７までのいず れか１つに記載の反応器。
19. １９．触媒が、ダクト（１９；２１；３１）内にばら材として設けられているこ とを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか１つに記載の反応器。
20. ２０．触媒が、ダクト（１９；２１；３１）内において、壁とは同一でない付加 的な構造体に塗布されていることを特徴とする、請求項１から１９までのいずれ か１つに記載の反応器。
21. ２１．板（１０；２０；３２）が波形板であり、連続する波形板の波が相互に回 動しており、その結果波が互いに角度をなしており、且つ逆の方向性を有してい ることを特徴とする、請求項１から２０までのいずれか１つに記載の反応器。
22. ２２．湾曲部（５１）が互いに対向して接触し、多数のダクト（５２）が生じる ように、板（５０）が配置されていることを特徴とする、請求項２１に記載の反 応器。
23. ２３．板（１０；２０；３２；５０；６０；７０）が、互いに非平行に及び（ま たは）互いに回動せずに配置されていることを特徴とする、請求項１から２２ま でのいずれか１つに記載の反応器。
24. ２４．板（７０；７１）が、湾曲した構造体の高さ及び（または）間隔の点で異 なる大きさを有していることを特徴とする、請求項１から２３までのいずれか１ つに記載の反応器。