JPH10504884A - 接触浄化用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 触媒を用いて熱処理により空気またはガスを浄化する接触浄化用装置。触媒は模様化された帯状物（１ａ）上に担持され、かかる帯状物は入口と出口用の簡単なアタッチメント（９、１０）および加熱部材（１１）を具備する反転室（８）と接続し、２組の平行な流路を形成する束に折り畳まれる。経済的な熱交換は入ってくる流れと出て行く流れとの間の熱交換により達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 接触浄化用装置 溶媒やその他の有機化合物は、酸化または還元により空気から除去できる。不 純物は空気中で酸素と反応させることができ、それで無害な水と二酸化炭素とに 変換する。反応を進めるために、通常、高温にすることが必要である。不純物の 濃度がいわゆる爆発下限界よりも高いが爆発上限界よりも低い場合には、反応中 に生ずる熱が、反応が点火されるや否や、十分に高い温度を維持できる。 安全性のため、最も一般的な工業上の方法では、空気含有溶媒またはその他の 燃焼蒸気が含まれる場合に、この爆発範囲以下に止まることに注意すべきである 。このことは、不純物を含む換気ガスが、常に、実質的に爆発範囲以下、通常非 常に低い、にあることを意味する。 これらの条件下では、点火は十分ではなく不純物の燃焼を起こすことはできな い。不純物の含有量は、反応を進めるためにはあまりにも少ない。それにも拘ら ず燃焼させる１つの手段は、空気を加熱して温度を７５０〜１０００℃に上昇さ せることである。これは、電気またはガス若しくはオイルバーナーの助けにより 達成できる。しかし、このことは、例え熱交換器で処理空気からの熱を回収し、 この熱を利用して入ってくるもの、未処理の空気、を加熱しても、エネルギーコ スト押し上げる。 反応温度およびそれによるエネルギー消費を減少させる１つの手段は、触媒を 用いて反応を進めることである。例えば、白金族の金属と接触させると、２００ または３００℃においても良好な反応速度がもたらされる。各種金属の混合物か らなる触媒は、同様に、使用できる。この分野は全く大きく、新しい触媒および 良好な触媒活性を提供するためにこれ らの触媒を取り扱う手段は恒常的に発達している。しかし、室温以上の十分な温 度は、反応速度が満たされるためには、通常、まだまだ必要である。 本発明は接触酸化用の装置に関し、予熱用熱交換器は装置の一部として組み込 まれている。有機物質の酸化に加えて、装置はその他の熱交換やガスの接触処理 、例えば窒素酸化物のアンモニアまたはその他の還元性窒素化合物によるいわゆ る選択還元にも適している。装置は、酸素含有量が高くても（ディーゼルエンジ ン）または酸素含有量が少なくても（オットーエンジン）、エンジン排ガス処理 にも適している。これは、排気ガス温度または触媒特性が加熱なしでは十分な結 果が得られない場合に、特にあてはまる。 本発明の鍵は膜であり、それは入ってくる空気またはガス混合物を出て行く空 気またはガス混合物から分離できる。膜は、普通の復熱式熱交換器のように、熱 が出て行く空気から入ってくる空気に移るように構成される。好ましくは、空気 の流れは膜の周りを流れるように設計されるので、熱交換はいわゆる向流法で生 ずる、ここで、出て行く流れの冷部は丁度入ってくる流れを加熱し、一方、出て 行く流れの温部、まだ冷却されていない部分は後の段階で入ってくる流れを加熱 する。これにより高度の熱交換や良好な加熱性能が得られる。 良好な熱交換には、ガスが膜表面と良好な移動接触をすることが必要である。 本発明によれば、膜表面は好適な触媒で被覆されており、ガスの流れと十分に接 触し、十分な程度まで反応できる好ましい条件が得られる。 この様に、本発明によれば膜は次の３つの主な目的に役立つ： １．はいって来る流れを出て行く流れから分ける。 ２．出て行く空気（ガス）から入ってくるものに熱を移す。 ３．触媒を保持し、その触媒は通過する空気（ガス）と十分に接触する。 膜は薄い金属シートまたはフォイル、例えばステンレススチール、から作られ 、それは触媒、例えば薄層で被覆される。また、膜は触媒を被覆または浸漬した セラミック製でも良い。膜の一面または両面のいずれか一方に触媒を被覆できる 。 表面を、触媒で、薄く、経済的に被覆する技術は十分に発達しており、例えば 従来の自動車用触媒の製造法で使用されている。 本発明の１つのデザインは図１と２とに示される。ここで、膜は長い金属製の 帯状物１ａから作られ、プレス法、ロール法または類似の方法で、コルゲート状 に形成される。コルゲート(corrugate)は帯状物を横切ってある角度で走る。帯 状物はその後ジグザグ形態とされ、束１ｂを形成する。この方法では、隣り合う 層のコルゲートは互いに十字形の状態にあり、スペーサーとして役立ち、お互い を分ける帯状物の流路を形成する、ここを空気（ガス）が通過する。（図３を参 照）これらの流路に置ける流れの模様は、流路の流れが定常的に混合するように 、さらに、流路壁が十分に接触するように形成される。図１に示されるように、 帯状物の折り曲げを促進するためにコルゲートは一定の間隔で中断でき、代わり に保持ノッチ２、３で置き換えられる。 帯状物は触媒で被覆され、断熱性外部容器４（断熱物は図には示されない。） に装入される。帯状物の束１ｂは、流れ５、６に平行な両面および入口と出口の 端７でシールされる。しかし、その束の他端はシールされなく、反転室８（図２ ）で終わる。入口／出口端７に、外部容器４に入ってくる空気（ガス）の接続用 アッタチメント９と出て行く空気（ガス）の接続用のその他のアタッチメント１ ０が取り付けられる。帯状物が折り重ねられており、束１ｂの一方の側のすべて の流路との接続 はその束の同一の側からであって簡単であり、２つのアッタチメント９、１０は 帯状物のそれぞれの側と接続する。 加熱部材（加熱ユニット）１１は反転室８に設置する。ここに示される設計で は、この部材は電気加熱コイルからなるが、その他の加熱装置、例えばガスまた はオイルバーナーも使用できる。また、反転室や処理ガス流は、外部から暖かい 空気またはガスを供給することにより加熱できる。 図２に基づいてユニットの操作は下記に述べる： ユニットをスタートアップする前に、反転室８は、使用触媒を考慮して、加熱 ユニット１１をその反応に必要な温度よりも僅かに高い温度にすることにより加 熱する。反転室の温度は、加熱ユニット１１から供給される熱またはユニットの 操作中に化学反応で生ずる熱を調節することにより、その後この温度で維持され る。 汚れた空気は取り入れアタッチメント９から供給され、束１ｂの一方の側の流 路を介して反転室８に流れ、これにより反応温度に加熱される。冷空気（ガス） が反転室８に入ると同時に、暖かい空気は、冷空気と反対に、束のその他の側の 出口アッタチメント１０に流れる。その結果、熱は出て行く空気の流れから入っ てくる流れに移動する。装置を通過する空気は連続的に反転室の温度に加熱され 、その温度は、反転室を出た後、連続的に低下する。 出てくる空気（ガス）と入ってくる空気（ガス）との間の十分な熱交換により 、これらの流れの局部的な温度はお互いに近寄ってくる。その後、反転室８にさ らに熱を加える必要はない。このように、ユニットの操作は極めて経済的である 。化学反応で十分な熱が生ずるのであれば、さらに熱を加える必要は全くない。 空気（ガス）がユニットにおいて適切な温度に加熱される際に、触媒 被覆表面上を移動するが、基本的に温度は同じである。さらに、帯状物のコルゲ ートにより、触媒表面の後の流れも流路の断面方向において定常的に混合される ので、空気（ガス）は触媒と十分に接触するようになる。このことは反応に適す る条件を提供でき、その装置は高い浄化率を提供できる。 装置内の反応、例えば酸化される物質の高濃度、により熱が多量発生した場合 に、反転室８にもはや熱は供給すべきではない。同時に、反転室の温度は、ある 程度、空気中の物質の濃度に依存する。このことは帯状物が触媒でその出口側だ けが被覆されている場合に、特にあてはまり、入ってくる汚れた空気は触媒と接 触しなくても加熱され、反応は流れが反転室を通過した後にだけ生ずる。 大量に発生した熱は、反転室８やそれに接する束の断面温度を上昇させる。し かし、若し帯状物が束の両側または少なくとも入口側に触媒の被覆物を有すれば 、その温度は低い。ここで、代わりに、触媒表面との一定の接触条件下で加熱さ れ、流れが適当な温度に達すると反応が起こる。余分の熱は、束のその他の側の 出て行く空気（ガス）へ定常的に移る。反応可能な全ての物が反応すると温度上 昇はなく、反転室に向かう動きが、さらに温度上昇を伴うことなく生ずる。この 方法で、装置は温度の自己調節をし、主要反応が生ずる温度の僅かに上である十 分な作業温度にそれ自体で調節する。温度は、低速の場合よりも高速の場合の方 が、幾分高い。 このように、酸化すべき含有物が高濃度で可変的であると、束の入口側を触媒 で被覆した効果が得られる。このことは、中でも触媒を損傷させる高温から装置 を保護する。出口側を被覆すると予備能力を生じさせ、浄化率の増加に貢献する 。 他方、流れが浄化すべきものであって、不純物の主要部分よりも高処 理温度を必要とする物質を少し含む場合に、束の出口側だけを触媒で被覆するこ とは利益がある。この方法で、高温度は簡単な反応燃料でも達成できる。類似な 効果は異なる触媒を束の両面に用いて達成でき、それで発熱反応用触媒は束の出 口側におき、吸熱反応用触媒は束の入口側におく。 主要な化学反応は、束１ｂの温部で生ずる。束の入口／出口端７は入口と出口 アタッチメントに最も近いが、通常、温度が低いため、触媒的に活性ではないが 、単に熱交換器として役立つ。結局、コスト的に割高な触媒を節約するために、 触媒の被覆を帯状物の、反転室に最も近い部分に限定することが可能である。し かし、熱発生不純物の含有量が多いと、装置の温度は、丁度被覆物が帯状物の出 口側だけに適用された場合のように高くなる。 本発明は装置を含んでおり、かかる装置は、コスト的に有効な方法で、熱交換 器と触媒担持物質とを組み合わせており、ここで活性表面は限定された容積内で 大きく、さらにプロセスの構成では所定方法で温度を制御できる。簡単に模様化 した帯状物の折り畳みの可能性や大きな表面積を有する、容易に接続した交互の 多くの流路を生産することは、それにより良好な操作性能が得られるが、前記し た。しかし、角をなすコルゲートは記載されているが、束における種々の層間の 好ましいスペースまたは空間を得ることはただ１つの方法ではない。交互に凹凸 を備えるその他の多くの模様でも同じ結果が得られる。コルゲートまたはその他 の構造が流れ方向に対する角度が小さくなるような方法で配列すると、装置を流 れる圧力損失を少なくできる。しかし、これは、通常、壁への熱移動を減少させ るので、別の表面積で保障すべきである。環境に依存するが、この大きな表面積 は実際に好ましく、室を別の触媒用にすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）復熱式熱交換用の壁を形成する担体表面（１ａ、ｂ）に散布されてなる 触媒； ｂ）金属またはセラミック製で、模様を有する帯状物（１ａ）からなり、さら に束（１ｂ）にされてなる前記壁；を備え ｃ）前記束は流路間で熱交換が可能な交互流路を形成し、ここで流路の幾何学 図形的配列は前記帯状物の折り畳みや前記模様で決定され； ｄ）前記束の交互流路は、前記束の、一端において、両側にある入口アタッチ メント（９）と出口アタッチメント（１０）と、さらに前記束の他端において反 転室（８）とそれぞれ接続しているので、入って来るガスと出て行くガスの流れ の間に熱交換が起こっている間はガスは装置から流れることを特徴とするガス混 合物の接触処理用装置。 ２．前記反転室（８）は加熱部材（１１）を含んでなる請求の範囲１に記載の装 置。 ３．前記加熱部材（１１）は電気ヒーターである請求の範囲２に記載の装置。 ４．前記加熱部材（１１）はガスまたは液体燃料用のバーナーである請求の範囲 ２に記載の装置。 ５．前記反転室（８）は暖かいガスにより加熱される請求の範囲１に記載の装置 。 ６．前記帯状物は、触媒で帯状物の入口側および必要により出口側を被覆されて なる請求の範囲１〜５項のいずれか１項に記載の装置。 ７．前記帯状物は、触媒で帯状物の出口側だけを被覆されてなる請求の範囲１〜 ５項のいずれか１項に記載の装置。 ８．前記帯状物の両側は、異なるタイプの触媒で被覆されてなる請求の 範囲１〜５項のいずれか１項に記載の装置。 ９．前記帯状物は、触媒で前記反転室（８）に近い部分だけが被覆されてなる請 求の範囲１〜５項のいずれか１項に記載の装置。 １０．前記帯状物の模様は、折り畳みノッチ（２、３）により一定間隔で中断さ れてなる請求の範囲１〜９項のいずれか１項に記載の装置。