JPH11183462A - 触媒活性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定床流通式の触媒活性測定装置において、
組成、流量の異なった２種のガス中での触媒活性を連続
的に且つ１台の分析計で測定できる装置及び方法を提供
する。 【解決手段】 流通させるガス種を収容した複数の容器
（Ｂ１〜Ｂ５）と単一の触媒反応手段（３０）と単一の
分析手段（２８）を連通する配管系と、該配管系に介装
されて前記容器から触媒反応手段への流通ガス種を切換
える開閉弁（１〜１１）と、触媒反応手段に流通するガ
スの流量を変更するためのバイパス配管系（Ｌ４）及び
開閉弁（９）と、触媒反応系及び分析手段を通過しない
ガスの流通する配管系圧力を調整するベント圧力調整弁
（１５）と、触媒反応手段内の圧力を調整する触媒反応
手段後流の反応管入り口圧力調整弁（１６）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定床流通式の触媒活
性測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固定床流通式の触媒活性測定装置におい
て、組成、流量の異なった２種のガス中での触媒活性を
連続的に分析する場合、（１）使用流量の異なる２台の
分析計を使用する、（２）ガスの一部をバイパスして反
応部を通らない様にして、１台の分析計で測定する、等
の方法が取られている。

【０００３】上記（１）の方法を採用した場合、分析計
は高価なものであるため、装置費用が極端に増加すると
いう問題があった。ここで、触媒反応部のガス種を切換
える場合に、従来は切換えるガス種の配管を２分し、一
方を触媒反応部に接続し、もう一方をベント側に接続
し、且つ、ベント側に圧力調整弁を設ける装置を用いて
いた。そして、ガスを切換えた直後から所定のガス量が
反応部に流れる様にするため、反応部入り口圧とベント
部圧力とを相互に好適な圧力に合わせるべく、圧力調整
弁によって制御していた。この装置を用いて上記（２）
の方法を行う場合、反応部入り口圧力とベント部圧力の
バランスをとるのが難しく、非常に高価な圧力調整弁を
用意する必要がある、という問題が生じてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたもので、固定床流通式
の触媒活性測定方法及び装置であって、組成、流量の異
なった２種のガス中での触媒活性を、連続的に且つ１台
の分析計で行うことが出来る様な触媒活性測定方法及び
装置の提供を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の触媒活性測定方
法は、固定床流通式の触媒活性測定方法において、流通
させるガス種を収容した複数の容器と単一の触媒反応手
段と単一の分析手段を連通する配管系に介装された開閉
弁を切り換えて前記容器から触媒反応手段への流通ガス
種を切換える工程と、バイパス配管系に介装された開閉
弁を切り換えて触媒反応手段に流通するガスの流量を変
更する工程と、ベント圧力調整弁を制御して切換えるガ
ス種のベント側の配管系圧力を調整する工程と、制御手
段に分析結果を取り込んで演算を行う工程、とを有して
おり、組成、流量の異なった２種のガス中での触媒活性
を連続的に分析することを特徴としている。

【０００６】本発明の触媒活性測定方法の実施に際して
は、バイパス配管にガスを流通させて触媒反応手段への
流量を変化させた際に、触媒反応手段後流側に設けた反
応管入り口圧力調整弁を制御し、以て触媒反応手段内部
の圧力が変化しない様に調整する工程を有するのが好ま
しい。

【０００７】ここで、反応管入り口圧力調整弁を設けた
配管系と並列な配管に介装された開閉弁を、バイパス配
管にガスを流通させた際には閉鎖し、バイパス配管のガ
スの流通を停止した際には開放し、以て触媒反応手段の
後流側に設けた反応管入り口圧力調整弁の制御流量範囲
が大きくならない様に制御するのが好ましい。

【０００８】そして、触媒反応手段に流れるガスの流量
を変化させる際に反応手段内圧力が急変しない様に、バ
イパス配管にガスを流通させる以前の段階で、バイパス
配管の開閉弁と、反応管入り口圧力調整弁を設けた配管
系と並列な前記配管に介装された開閉弁と、触媒反応手
段及びバイパス配管が接続されている配管の触媒反応手
段手前の位置に設けられた開閉弁、とを一時開弁する様
に制御するのが好ましい。

【０００９】さらに、流量切り替えにより変化した触媒
反応手段の内部温度が所定の温度状態になるまで、不活
性ガスを流通せしめるのが好ましい。

【００１０】或いは、通常時は触媒反応手段内部に設け
られたヒータで温度制御を行い、触媒反応手段へ流れる
ガスの流量が変化して触媒反応手段内部の温度が低下し
た場合には、設定温度が前記ヒータの設定温度よりも低
く設定されている外部ヒータを補助的に使用し、前記ヒ
ータ及び外部ヒータは同一の温度センサの検出結果に基
づいて制御されるのが好ましい。

【００１１】また、室温で各ガス種の濃度を調整する際
に、各ガス種を触媒反応手段に流通させ、分析手段指示
値安定後流量調整を行い、その後開閉弁の一連の動作を
行い流量の小さい方の混合ガスの平均濃度を求め、その
平均濃度が所定値になるようベント圧力調整弁を制御す
るのが好ましい。

【００１２】これに加えて、流量の小さい方の混合ガス
の転化率を、室温での平均濃度及び活性測定条件の温度
下における平均濃度から演算するのが好ましい。

【００１３】また本発明の触媒活性測定装置は、固定床
流通式の触媒活性測定装置において、流通させるガス種
を収容した複数の容器と単一の触媒反応手段と単一の分
析手段を連通する配管系と、該配管系に介装されて前記
容器から触媒反応手段への流通ガス種を切換える開閉弁
と、触媒反応手段に流通するガスの流量を変更するため
のバイパス配管系及びそれに介装される開閉弁と、切換
えるガス種のベント側の配管系圧力を調整するベント圧
力調整弁と、組成或いは流量の異なる２種のガス中で触
媒活性を連続的に分析するため、前記開閉弁の切換を制
御し、調整弁の開度を調整し、分析結果を取り込んで演
算を行う制御手段、とを備えている。

【００１４】本発明の実施に際して、バイパス配管にガ
スを流通させて触媒反応手段への流量を変化させる際に
触媒反応手段内部の圧力が変化しない様に調整する反応
管入り口圧力調整弁を、触媒反応手段の後流側に設ける
のが好ましい。

【００１５】ここで、前記反応管入り口圧力調整弁を設
けた配管系と並列に開閉弁を介装した配管を設け、該反
応管入り口圧力調整弁の制御流量範囲が大きくならない
様に構成するのが好ましい。

【００１６】そして、触媒反応手段に流れるガスの流量
を変化させる際に反応手段内圧力が急変しない様にする
ため、バイパス配管にガスを流通させる以前の段階で、
バイパス配管の開閉弁と、反応管入り口圧力調整弁を設
けた配管系と並列な配管に介装された開閉弁と、触媒反
応手段及びバイパス配管が接続されている配管の触媒反
応手段手前の位置に設けられた開閉弁、とを一時開弁す
る様に構成されている制御装置を設けるのが好ましい。

【００１７】さらに、第１のガス種から第２のガス種を
触媒反応手段に流通させる間、及び、第２のガス種から
第１のガス種を触媒反応手段に流通させる間に、不活性
ガスを触媒反応手段に導入可能とするべく、２系統の不
活性ガス配管を備えるのが好ましい。

【００１８】或いは、触媒反応手段内部に設けられたヒ
ータと、該ヒータの設定温度より低い温度に設定されて
いる外部のヒータ、とを備えているのが好ましい。

【００１９】また、ベント圧力調整弁を備え、該ベント
圧力調整弁は、室温で開閉弁の一連の動作を行って得ら
れた流量の小さい方の混合ガスの平均濃度が所定値にな
るべく調整可能に構成されているのが好ましい。

【００２０】これに加えて、流量の小さい方の混合ガス
の転化率を、室温での平均濃度及び活性測定条件の温度
下における平均濃度から演算できる演算装置を設けるの
が好ましい。

【００２１】係る構成を具備する本発明によれば、室温
で流通するべきガス種の濃度を調整し（調整工程）、触
媒反応手段内の温度を所定温度に調整し（温度調整工
程）、第１のガス種を触媒反応手段内に流通させ（第１
ガス種流通工程）、触媒反応手段内に第１のガス種と同
流量の不活性ガスを流通させ（第１ガスパージ工程）、
バイパス配管にガスを流通させて触媒反応手段内の流通
ガス流量を低下させ（第１ガス流量変更工程）、第２の
ガス種を触媒反応手段内に流通させ（第２ガス種流通工
程）、触媒反応手段内に第２のガス種と同流量の不活性
ガスを流通させ（第２ガスパージ工程）、バイパス配管
へのガスを遮断し触媒反応手段内の流通ガス流量を増加
させ（第２ガス流量変更工程）、前記の操作（各工程）
を所定回数繰り返し、分析結果を取り込んで演算を行っ
ている（演算工程）。

【００２２】ここで、前記第１ガス流量変更工程或いは
前記第２ガス流量変更工程の後に、触媒反応手段内部の
圧力が変化しない様に触媒反応手段後流に設けた反応管
入り口圧力調整弁を制御する（反応管入り口圧力調整工
程）。

【００２３】ここで、調整工程は、ベント圧力調整工程
を含んでいる。室温で前記第１ガス種流通工程、第１ガ
スパージ工程、第１ガス流量変更工程、第２ガス種流通
工程、第２ガスパージ工程、第２ガス流量変更工程を行
い、それぞれのガス種の平均濃度を演算する。そして、
該平均濃度が所定値より低い場合は、触媒反応系及び分
析手段を通過しないガスの流通する配管系（第１及び第
２ガス種のベント配管）の圧力の制御目標値を、触媒反
応手段入り口圧力より高く設定する。一方、前記平均濃
度が所定値より高い場合は、触媒反応系及び分析手段を
通過しないガスの流通する配管系（第１及び第２ガス種
のベント配管）の圧力制御目標値を、触媒反応手段入り
口圧力より高く設定する。この様に、前記平均濃度によ
り、第１及び第２ガス種のベント配管の圧力制御目標値
を調整するのが、ベント圧力調整工程である。

【００２４】バイパス配管にガスを大量に流通させた場
合、応答性が極端に悪くなるので、分析計の表示値と実
際に触媒上を流れているガス濃度が一致しなくなる。そ
こで、前記のように平均濃度を用いて、圧力バランスを
調整するのである。

【００２５】前記演算工程では、小流量ガス種の触媒反
応率を、室温の平均濃度と、加温時の平均濃度（活性測
定条件の温度下における平均濃度）との濃度差から求め
る。一方、大流量ガス種は応答性が良いので、経時的に
反応率を求める。

【００２６】前記第１ガス流量変更工程では、触媒反応
手段の後流側の開閉弁を開き、第１パージガス流通時の
触媒反応手段入り口平均圧力と第２パージガス流通時の
触媒反応手段入り口圧力とが等しくなる様に反応管入り
口圧力調整弁を調整する（反応管入り口圧力調整工
程）。

【００２７】大流量から小流量に変更した場合、触媒反
応手段内の圧力は急激に低下するので、前記ベント圧力
調整弁を大きく動かさなければならなくなる。その結
果、稼動範囲の大きな調整弁を選定しなければならな
い。しかし稼動範囲の大きな調整弁を選定すれば、それ
ぞれの反応ガスを流通させたときのベント圧力調整弁の
分解能が悪くなり、精密な制御がし難くなる。或いは、
広範囲で精密に制御をすることが可能な調整弁が必要と
なるが、その様な調整弁は非常に高価である。この様な
問題は、反応管入り口圧力調整弁の使用することにより
防止することができる。ここで、（反応管入り口圧力調
整弁を設けた配管系と並列な配管に介装された）開閉弁
も同時に使用しているのは、大流量から小流量に変更し
た場合に甚大な圧力変化が生じた際にも、簡易な反応管
入り口圧力調整弁で対応出来る様にするためである。

【００２８】バイパス配管の開閉弁を開弁する際には、
バイパス配管の開閉弁と、触媒反応手段及びバイパス配
管が接続されている配管の触媒反応手段手前の開閉弁
と、反応管入り口圧力調整弁を設けた配管系と並列な配
管に介装された開閉弁とを、一時全て開弁し、その後、
バイパス配管の開閉弁だけを開弁の状態にする動作を行
う。これにより、反応手段内の圧力の急変を防止する。
なお、第２ガス流量変更工程も、同様に反応管入り口圧
力調整工程を含んでいる。

【００２９】前記温度調整工程では、触媒反応手段内部
に設けた内部ヒータと、触媒反応手段内部に設けた外部
ヒータにより制御する。この際、外部ヒータの制御目標
温度は、内部ヒータの設置温度（制御目標温度）より低
い温度に設定する。大流量から小流量に変更した直後は
触媒反応手段内の温度は急低下するので、外部ヒータを
補助的に使用し所定温度に速く到達するようにするので
ある。通常は内部ヒータを使用することで、例えば排ガ
ス処理用の触媒の様にガス温度のみで触媒が加熱される
状態を、より良く模擬することができる。

【００３０】第１及び第２パージガスの流通時間は、触
媒反応手段内の温度が設定温度に戻り、安定するまでの
時間に設定し、触媒反応手段内のパージとともに、第１
反応ガス、第２反応ガスを、所定温度にて流通を開始で
きる様にする。特に、流量の大きな方の反応ガスは、こ
の様な操作を行うことにより、同一条件で流通開始から
の経時変化を測定できるようになる。

【００３１】この様に本発明によれば、例えば吸蔵三元
触媒において、吸蔵（酸化雰囲気、大流量）、還元（還
元雰囲気、小流量）サイクルにおける吸蔵時のエミッシ
ョンの経時変化、サイクル毎の吸蔵量の変化、還元剤の
反応率を測定する場合に、単一の分析計で測定を行うこ
とができるのである。

【００３２】

【発明の実施形態】以下、図面を参照して本発明の一実
施形態を説明する。図１において、触媒反応手段として
内部ヒータ２１及び外部ヒータ２２で加熱される反応管
２０内に供試される触媒３０が装着されている。そし
て、その反応管２０の一端には、後記する試料ガスＯ2
、ＣＯ2 、ＮＯ、ＣＨ4 、Ｎ2 が充填された試料ボン
ベＢ１〜Ｂ５からの配管Ｌ１、Ｌ２が連通され、反応管
２０の他端には、配管Ｌ３を介して分析手段である分析
計２８が連通されている。なお、符号２４は温度センサ
を示している。

【００３３】このＯ2 、ＣＯ2 、ＮＯの充填された第１
〜３の試料ボンベＢ１〜Ｂ３からは、それぞれマスフロ
ーコントローラＣ１〜Ｃ３を介して１本の配管Ｌ１にま
とめられ、第４の開閉弁４を介して前記反応管２０の一
端に連通されている。そして、ＣＨ4 を充填した第４の
試料ボンベＢ４にはマスフローコントローラＣ４及び開
閉弁５が介装された管路Ｌ６が接続しており、Ｎ2 を充
填した第５の試料ボンベＢ５にはマスフローコントロー
ラＣ１０及び開閉弁６が介装された管路Ｌ７が接続され
ている。そして、管路Ｌ６、Ｌ７は、それぞれ前記配管
Ｌ１の第４の開閉弁４の後流側に合流されている。

【００３４】また、第１〜第３の試料ボンベＢ１〜Ｂ３
の配管Ｌ１の開閉弁４の上流側と、第４の試料ボンベＢ
４の管路Ｌ６の開閉弁５の上流側と、そして第５の試料
ボンベＢ５の管路Ｌ７の開閉弁６の上流側、の各々から
ベント管路が分岐されており、該ベント管路の各々には
開閉弁１〜３が介装されている。これ等のベント管路は
後流で１本にまとめられ、ベント圧力調整弁１５が介装
されたベント管路Ｌ５となっている。

【００３５】第５の試料タンクＢ５から、マスフローコ
ントローラＣ５を介して、配管Ｌ２が反応管２０の一端
に連通している。そして、マスフローコントローラＣ５
が介装された配管と並列に、マスフローコントローラＣ
６及び開閉弁１０が介装された管路Ｌ８が設けられてい
る。開閉弁１０の上流からはバイパス管Ｌ４が分岐して
おり、開閉弁９が介装されたバイパス管Ｌ４は、反応管
２０後流の前記配管Ｌ３に設けられた分析計２８の上流
に合流している。

【００３６】また第５の試料ボンベＢ５は、マスフロー
コントローラＣ８を介して配管Ｌ１に連通し、マスフロ
ーコントローラＣ９を介装して配管Ｌ６に連通してい
る。そして第５の試料ボンベＢ５から、マスフローコン
トローラＣ７及び開閉弁７を介して管路Ｌ９が、前記管
路Ｌ８のマスフローコントローラＣ６と開閉弁１０との
間に連通している。その管路Ｌ９の開閉弁７の上流から
は管路Ｌ１０が分岐しており、該管路Ｌ１０には開閉弁
８が介装されて前記ベント管路Ｌ５に連通している。

【００３７】前記反応管２０と分析計２８とを連通する
配管Ｌ３から、反応管入り口圧力調整弁１６を設けた配
管が分岐している。そして、反応管入り口圧力調整弁１
６を設けた配管と並列に、開閉弁１１が介装され且つ反
応管入り口圧力調整弁１６を設けた配管と該調整弁１６
の後流で合流する管路が設けられている。

【００３８】配管Ｌ２の反応管２０の上流側の位置には
圧力測定手段である第１の圧力計Ｐ１が設けられ、ベン
ト管路Ｌ５には第２の圧力計Ｐ２が設けられており、そ
れらの圧力計Ｐ１、Ｐ２は、制御手段２５に配線されて
電気的に接続されている。また温度センサ２４も、制御
手段２５と配線されている。

【００３９】その制御手段２５からは、開閉弁作動手段
２６を介して前記開閉弁１〜１１に弁開閉切換信号が伝
達される様に構成されており、調整弁制御手段２７を介
して調整弁１５、１６に弁開度調節信号が伝達される様
に構成されており、ヒータ作動手段２９を介してヒータ
２１及び外部ヒータ２２に制御信号が伝達される様に構
成されている。また、分析計２８からデータを取り込ん
で演算を行うために、分析計２８からも制御手段２５に
配線が行われて、分析計２８からのデータ送出を可能な
らしめている。

【００４０】次に、図２の制御手段２５の構成を示すブ
ロック図を参照し、制御手段２５における演算或いは制
御の態様を説明する。分析計２８の信号は分析値演算手
段２５ａに入力され、該手段２５ａによって演算された
分析値は分析結果書き込み手段２５ｂに出力され、ま
た、時間演算手段２５ｃの出力を参照しつつ、分析平均
値演算手段２５ｄにより、それぞれのガス種の平均値が
演算される。一方、作動開閉弁演算手段２５ｅからは、
前記時間演算手段２５ｃの出力に基づいて、開閉弁１〜
１１の作動制御信号が開閉弁作動手段２６に出力され
る。

【００４１】第２の圧力計Ｐ２が検出した信号は、圧力
ｂ演算手段２５ｇに入力されて演算され、その結果は、
圧力ｂ´演算手段２５ｈ、圧力ｃ演算手段２５ｏ及び圧
力ｂ、ｃ比較手段２５ｑに出力される。また、前記分析
平均値演算手段２５ｄの平均値は、平均値、所定値比較
手段２５ｆに出力されており、圧力ｂ´演算手段２５ｈ
ではその比較結果を参照して圧力計Ｐ２の検出圧力ｂか
ら制御圧力ｂ´が演算される。後述する圧力ｃは、圧力
ｃ保存手段２５ｐに出力され、圧力ｂ、ｃ比較手段２５
ｑで圧力ｂと比較演算され、その結果を参照して、反応
管入り口圧力調整弁開度演算手段２５ｊで反応管入り口
圧力調整弁開度が決定され、調整弁作動手段２７に出力
され、反応管入り口圧力調整弁１６が制御される。

【００４２】第１の圧力計Ｐ１が検出した信号は、圧力
ａ演算手段２５ｋに入力されて演算され、その結果は、
圧力ａ、ｂ´比較手段２５ｍに出力される。圧力ａ、ｂ
´比較手段２５ｍでは、前記圧力ｂ´演算手段２５ｈの
演算結果を参照して、ベント圧力調整弁開度演算手段２
５ｎに出力し、その演算結果が調整弁作動手段２７に出
力され、ベント圧力調整弁１７が制御される。

【００４３】温度センサ２４の信号は、触媒反応管内温
度演算手段２５ｒに入力されて演算され、外部ヒータ設
定温度比較手段２５ｓ及び内部ヒータ設定温度比較手段
２５ｔに出力され、それぞれの設定温度との差が演算さ
れる。外部ヒータ出力演算手段２５ｕでは、外部ヒータ
設定温度比較手段２５ｓの演算結果が参照され、外部ヒ
ータの出力値が演算され、その演算結果がヒータ作動手
段２９に出力されて、外部ヒータ２２（図１）が制御さ
れる。同様に、内部ヒータ出力演算手段２５ｖでは、内
部ヒータ設定温度比較手段２５ｔの演算結果が参照さ
れ、内部ヒータの出力値が演算され、演算結果がヒータ
作動手段２９に出力されて、内部ヒータ２１（図１）が
制御される。

【００４４】以上の様な構成により、反応管２０には開
閉弁を順次作動させることにより、マスフローコントロ
ーラＣ１〜３、Ｃ８を通過したガスから成る混合ガスで
ある合成ガスαと、マスフローコントローラＣ４、Ｃ９
を通過したガスから成る混合ガスである合成ガスβを適
宜流通させることができる。また、開閉弁９、１０の開
閉により反応管内に流すガス量を変化させることができ
る。この場合、分析計２８に流れるガス流量は変化しな
いので、分析計に改良を施す必要はない。また、開閉弁
１〜８を適宜作動させることにより、合成ガスα及び合
成ガスβと同流量の不活性パージガス（Ｎ2 ）を反応管
内に導入できる。なお、本装置においては、合成ガスα
の流量が合成ガスβの流量よりも大きくなる様に設定さ
れている。

【００４５】次に、図３のフローチャートを参照して、
調整工程を説明する。調整工程は全て室温で行う。ここ
で、室温では触媒反応が起こらないので、反応管内に流
れるガス濃度を測定・調整可能になる。なお、図３中に
表記されていない状態の開閉弁は、全て閉鎖されている
ものとする。

【００４６】先ず、ステップＳ１で開閉弁１、２、６、
７、１０、１１を開弁する。次に、ステップＳ２でマス
フローコントローラＣ１〜１１を所定値に設定し、ステ
ップＳ３で分析計２８を作動させる。その結果、反応管
内にはパージＮ2 ガス（流量大）が導入される。

【００４７】ステップＳ４で開閉弁２、４、６、８、１
０、１１を開弁し、合成ガスαを反応管２０内に導入す
る。ステップＳ５で分析計２８の指示値が安定したのを
確認した後、ステップＳ６で分析計の指示値が合成ガス
αの所定濃度を示しているかか判定する。所定濃度を示
している場合（ステツプＳ６がＹｅｓ）は、ステップＳ
７に進む。一方、所定濃度を示してない場合（ステツプ
Ｓ６がＮｏ）は、ステップＳ８においてマスフローコン
トローラＣ１〜Ｃ３を微調整し、ステップＳ５に戻る。

【００４８】次に、ステップＳ７で開閉弁１、２、６、
７、１０、１１を開弁し、パージＮ2 ガス（流量大）を
反応管２０内に導入する。この時、反応管内には合成ガ
スαと同流量のパージＮ2 ガス（流量大）が導入され
る。次に、ステップＳ９で開閉弁１、２、６、７、９、
１０、１１を開弁し、ステップＳ１０で開閉弁１、２、
６、７、９、１１を開弁し、ステップＳ１１で開閉弁
１、２、６、７、９を開弁し、反応管２０に流れるガス
の流量を低下させる（バイパス配管Ｌ４にＮ2 ガスを導
入）。なおステップＳ９〜１１は、急激な流量変化によ
り、反応管内の圧力が急変しないために行うものであ
る。

【００４９】次に、ステップＳ１２で開閉弁１、３、
５、７、９を開弁し、合成ガスβを反応管２０内に導入
する。そして分析計２８の指示値が安定したのを確認
（ステップＳ１３がＹｅｓ）した後、ステップＳ１４に
おいて、分析計の指示値が合成ガスβの所定濃度を示し
ているかか判定する。ここで、所定濃度を示している場
合（ステップＳ１４がＹｅｓ）は、ステップＳ１５に進
む。一方、所定濃度を示していない場合（ステップＳ１
４がＮｏ）、ステップＳ１６でマスフローコントローラ
Ｃ４を微調整して、ステップＳ１３に戻る。

【００５０】ステップＳ１５において、開閉弁１、２、
６、７、９を開弁し、パージＮ2 ガス（流量小）を反応
管２０内に導入する。この時、反応管２０内には合成ガ
スβと同流量のパージＮ2 ガス（流量小）が導入され
る。次に、ステップＳ１７で開閉弁１、２、６、７、
９、１１を開弁し、ステップＳ１８で開閉弁１、２、
６、７、９、１０、１１を開弁し、ステップＳ１９で開
閉弁１、２、６、７、１０、１１を開弁し、反応管２０
に流れるガスの流量を増加させ、且つ、バイパス配管Ｌ
４へＮ2 ガスが導入するのを中止する。ここでステップ
Ｓ１７〜１９は、急激な流量変化により、反応管２０内
の圧力が急変しない様にするために行うものである。

【００５１】上述したＳ１−Ｓ１９で示す工程により、
合成ガスα、合成ガスβの濃度調整を終了し、次にベン
ト圧力調整弁１５の調整に移る。

【００５２】ステップＳ２０において、圧力計Ｐ２の値
ｂを下記の式で補正する。 ｂ´＝ｂ−ｎｃ＋ｍｃ（ｎ、ｍの初期値＝０） ｍ、ｎの値については、ステップＳ２５〜２８で説明す
る。なお「ｃ」は、装置ごとに設定される定数である。

【００５３】次に、ステップＳ２１で分析計２８のデー
タ取り込みを開始し、ステップＳ２２で所定時間ｔ１が
経過したか確認した後、図４のフローチャートの「Ａ
１」へ進む。この際には、前記した通りパージＮ2 ガス
（流量大）が反応管２０内を流れている。

【００５４】図４のフローチャートは、触媒活性測定時
において、それぞれの開閉弁の作動順序を示している。
本調整工程は、全て室温で行われるため、触媒上では反
応が起きない。そのため、開閉弁を測定条件と同一の条
件で動かし、反応管２０に所定のガス量が流れる様に調
整を行う。

【００５５】先ず、ステップＳ４１で開閉弁２、４、
６、８、１０、１１を開弁し、合成ガスαに切換える。
この状態で所定時間ｔ２が経過するまで待機して（ステ
ップＳ４２がＮｏ）、所定時間ｔ２が経過した（ステッ
プＳ４２がＹｅｓ）ならば、ステップＳ４３で開閉弁
１、２、６、７、１０、１１を開弁し、パージＮ2 ガス
（流量大）に切換える。この状態で所定時間ｔ３が経過
するまで待機して（ステップＳ４４がＮｏ）、所定時間
ｔ３が経過した（ステップＳ４４がＹｅｓ）ならば、ス
テップＳ４５で開閉弁１、２、６、７、９、１０、１１
を開弁する。この状態で所定時間ｔ４が経過するまで待
機して（ステップＳ４６がＮｏ）、所定時間ｔ４が経過
した（ステップＳ４６がＹｅｓ）ならば、ステップＳ４
７で開閉弁１、２、６、７、９、１１を開弁する。この
状態で所定時間ｔ５が経過するまで待機して（ステップ
Ｓ４８がＮｏ）、所定時間ｔ５が経過した（ステップＳ
４８がＹｅｓ）ならば、ステップＳ４９で開閉弁１、
２、６、７、９を開弁し、反応管２０内の流量を低下さ
せパージＮ２ガス（流量小）に切換える。ここで、ステ
ップＳ４５〜４９は前記した様に、急激に反応管２０内
の圧力が変化しないために行われる操作である。

【００５６】次に、ステップＳ５０で所定時間ｔ６が経
過したことを確認した後、ステップＳ５１で開閉弁１、
３、５、７、９を開弁し、合成ガスβに切換える。次
に、ステップＳ５２で所定時間ｔ７が経過したことを確
認した後、ステップＳ５３で開閉弁１、２、６、７、９
を開弁し、パージＮ２ガス（流量小）に切換える。次
に、ステップＳ５４で所定時間ｔ８が経過したことを確
認した後、ステップＳ５５で開閉弁１、２、６、７、
９、１１を開弁する。そして、ステップＳ５６で所定時
間ｔ９が経過したことを確認した後、ステップＳ５７で
開閉弁１、２、６、７、９、１０、１１を開弁する。次
に、ステップＳ５８で所定時間ｔ１０が経過したことを
確認した後、ステップＳ５９で開閉弁１、２、６、７、
１０、１１を開弁し、反応管２０内の流量を増加させパ
ージＮ２ガス（流量大）に切換える。ステップＳ５５〜
５９も、急激に反応管２０内の圧力が変化しないために
行われる操作である。

【００５７】そして、ステップＳ６０で所定時間ｔ１１
が経過したことを確認した後、図３のフローチャートの
ステップＳ２３へ進む。

【００５８】再び図３において、分析計２８からのデー
タの取り込みを終了し（ステップＳ２３）、ステップＳ
２４で合成ガスβの分析計２８の指示値から得られた平
均濃度を計算し、ステップＳ２５へ進む。

【００５９】ステップＳ２５では、ステップＳ２４で求
めた濃度平均値と、合成ガスβの所定濃度の比較を行
う。そして、濃度平均値が所定濃度範囲内にあるときは
（ステップＳ２５がＹｅｓ）、ヒータ２１及び外部ヒー
タ２２へ加熱開始の出力を行い、反応管２０を昇温して
（ステップＳ２６）、調整工程を終了する。ステップＳ
２５で、濃度平均が合成ガスβの所定濃度より低い場合
は、ステップＳ２７に進み、前記したｎに１を足しステ
ップＳ２０へと戻る。その結果、ベント配管Ｌ５の圧力
が低下し、濃度平均が下がる。ステップＳ２５で、濃度
平均が合成ガスβの所定濃度より高い場合は、ステップ
Ｓ２８に進み、前記したｍに１を足しステップＳ２０へ
と戻る。その結果、ベント配管Ｌ５の圧力が増加し濃度
平均が上がる。

【００６０】ステップＳ６、Ｓ１４に関する操作では、
分析計２８の指示値が安定した時に濃度調整が行われて
いるが、ベント配管Ｌ５の圧力（圧力計Ｐ２で計測した
圧力）と反応管２０の入り口圧力（圧力計Ｐ１で計測し
た圧力）のバランスにより、ガスの切り替え直後に所定
濃度にならない場合がある。そこで、通常、ベント圧力
調整弁１５によって圧力Ｐ２（圧力計Ｐ２で計測した圧
力）を調整し、所定濃度が確保される様に調整をする。

【００６１】バイパス配管Ｌ９に大量のガスが流れる場
合（例えば、合成ガスβを反応管２０内に流す場合）、
応答性が非常に悪くなるので、分析計２８の指示から読
み取る濃度のピークがブロードになり、実際に反応管内
を流れているガス濃度をリアルタイムで知ることができ
ない。ガスの切り替え時間が短い場合（本ケースでは合
成ガスβを反応管２０内に流す時間が短い場合）には、
シビアに圧力Ｐ１、Ｐ２のバランスを整えなければなら
ないにもかかわらず、実際に反応管２０内を流れている
ガス濃度をリアルタイムで知ることができない。そのた
め、前記した平均濃度を利用して、ベント圧力の調整を
行うのである。

【００６２】次に、図５に示すフローチャートを参照し
て、調整工程終了後の触媒活性測定の処理手順を説明す
る。調整工程終了後、ステップＳ３１で反応管２０内の
温度が所定温度になったかを確認する。反応管２０内の
温度が所定温度になったならば（ステップＳ３１がＹｅ
ｓ）、ステップＳ３２で分析計２８のデータの取り込み
を開始する。そしてステップＳ３３で所定時間ｔ１が経
過するまで待機する（ステップＳ３３がＮｏのルー
プ）。

【００６３】所定時間ｔ１が経過したならば（ステップ
Ｓ３３がＹｅｓ）、前記したＡ１のフローチャート、す
なわち図４で示すフローチャートのステップＳ４１へと
進む。図４で示すフローチャートについて、開閉弁の作
動方法は上述した通りであるので省略するが、図４のス
テップＳ６０で所定時間ｔ１１が経過したのを確認した
後には、図５のステップＳ３４へと進む。

【００６４】ステップＳ３４で符号Ａ１で示すフローチ
ャートによる処理が所定回数ｅ回行われたかを調べ、ｅ
回行われた場合（ステップＳ３４がＹｅｓ）はステップ
Ｓ３５へ進む。一方、符号Ａ１で示すフローチャートに
よる処理が所定回数ｅ回だけ行われていない場合は、ま
たＡ１の制御を行う（ステップＳ３４がＮｏのルー
プ）。ただし、この回数「ｅ」には、調整工程で行われ
たＡ１の制御の回数は含まれない。

【００６５】ステップＳ３５で分析計２８のデータの取
り込みを終了し、ステップＳ３６でヒータ２１、外部ヒ
ータ２２の加熱運転を停止して反応管２０内を降温す
る。そしてステップＳ３７で分析計２８の運転を停止し
て、試験を終了する。

【００６６】なお、ここで合成ガスα（流量が大きい）
の場合は、反応率の経時変化、各サイクルごとの反応率
の変化が求められ、合成ガスβ（流量が小さい）の場合
はサイクルごとのトータルの反応率が求められる。

【００６７】次に、図６に示すフローチャートを参照し
て、ベント圧力調整弁制御の操作手順を説明する。この
操作手順或いは制御は、分析計２８が作動してから停止
するまで、随時サブルーチン等で行われる。

【００６８】ステップＳ７１で第１の圧力計Ｐ１の圧力
値ａを読み込み、ステップＳ７２で第２の圧力計Ｐ２の
圧力値ｂを読み込む。そしてステップＳ７３で、前記ｂ
´を算出する。次に、ステップＳ７４でａとｂ´とを比
較する。ａとｂ´に違いがある場合（ステップＳ７４が
Ｎｏ）はステップＳ７５でベント圧力調整弁を調整し、
ステップＳ７４に戻る。ａとｂ´が同じ圧力の場合（ス
テップＳ７４がＹｅｓ）は、ステップＳ７１に戻る。

【００６９】図７に示すフローチャートを参照して、反
応管入り口圧力調整弁制御の操作手順を説明する。この
操作手順或いは制御は、ベント圧力調整弁制御の場合と
同様に、分析計２８が作動してから停止するまでの間
に、随時サブルーチン等で行われる。先ずステップＳ８
１で開閉弁１、２、６、７、１０、１１が開いているか
を調べる。開いている場合（ステップＳ８１がＹｅｓ）
はステップＳ８２に進む。次に、ステップＳ８２で第１
の圧力計の値ａが安定しているかを確認し、安定してい
る（ステップＳ８２がＹｅｓ）のであれば、ステップＳ
８３に進む。

【００７０】ステップＳ８３では圧力計Ｐ１の値「ａ」
を読み込み、ステップＳ８４で「ａ」の値をｃとして保
存する。次に、ステップＳ８５で開閉弁１、２、６、
７、９が開いているかを調べ、開いている場合はステッ
プＳ８６に進む。次に、ステップＳ８６で第１の圧力計
の値ａが安定しているかを確認し、安定したらステップ
Ｓ８７に進みａの値を読み込む。

【００７１】ステップＳ８８では、前記数値「ａ」と
「ｃ」とを比較し、ａとｃの値が等しければ（ステップ
Ｓ８８がＹｅｓ）、ステップＳ８１へ戻る。ａとｃの値
が等しくなければ（ステップＳ８８がＮｏ）、ステップ
Ｓ８９で反応管入り口圧力調整弁の調整を行い、ステッ
プＳ８８に戻る。

【００７２】開閉弁１、２、６、７、１０、１１の開弁
時は反応管２０内に、パージＮ２ガス（流量大）が流れ
ており、開閉弁１、２、６、７、９の開弁時は反応管２
０内に、パージＮ２ガス（流量小）が流れている。小流
量のパージＮ２ガスを反応管２０内に流した場合、反応
管２０入り口圧力ａが急激に低下する。そこで、図６の
制御フローのベント圧力調整弁１５はａ＝ｂ´とするた
め、急激に閉じなければならなくなり、ベント圧力調整
弁１６の作動範囲が非常に大きくなってしまう。その結
果として、分解能の低い調整弁もしくは非常に高価な調
整弁を選定しなければならなくなる。これに対して図７
の制御では、小流量の際にベント側が絞られ、反応管２
０入り口圧力ａが大流量時と同じ値となるため、上記の
問題点が解決される。

【００７３】次に、温度制御工程について説明する。制
御のチャートフローは示さないが、温度制御は、内部ヒ
ータ２１、外部ヒータ２２を、それぞれＰＩＤ等で、反
応管２０内部の温度センサ２４の指示温度が設定温度に
なる様に出力制御する。その際、内部ヒータの設定温度
が外部ヒータの設定温度よりも高温となる様に設定す
る。この結果、パージＮ2 ガス（流量大）及び合成ガス
αが反応管２０を流れている際には、内部ヒータ２１の
出力のみで温度制御が行われる。これは、例えば排ガス
浄化用触媒の活性を調べる際に、実条件を模擬する（実
際の使用条件では、触媒は通過するガス温度で加熱され
る）ためである。

【００７４】ただし、流量を大流量から小流量に変更し
た際には、一時的に反応管２０の内部温度が低下してし
まう。これに対して、その様な反応管２０内部温度が低
下した際の補助として、外部ヒータ２２に作動すること
で、内部ヒータ２１の設定温度へ早く戻すことができ
る。この際に、温度が内部ヒータ２１の設定温度に達す
ると、外部ヒータ２２は作動しなくなるので前記した状
態に戻ることになる。なお、それぞれの設定温度は、装
置ごと及び試験条件ごとに設定される。

【００７５】

【発明の効果】本発明は以上説明した様に構成され、以
下に列挙する作用効果を奏する。 （１） 単一の分析計で、組成、流量の異なった２種の
ガス中での触媒活性を連続的に測定できる。 （２） 簡易な圧力調整弁により、反応管内とベント配
管の圧力のバランスを調整できる。 （３） 不活性パージガスの導入により、配管内のパー
ジと共に、各サイクルで同一の温度条件で測定ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す構成図

【図２】本発明の制御手段の構成を示すブロック図

【図３】本発明の調整工程のフローチャート図

【図４】本発明の流通ガス切り替えのフローチャート図

【図５】本発明の測定時のフローチャート図

【図６】本発明のベント圧力調整弁制御のフローチャー
ト図

【図７】本発明の反応管入り口圧力調整弁制御のフロー
チャート図

【符号の説明】

Ｂ１〜Ｂ５・・・気体収容ボンベ Ｃ１〜Ｃ１１・・・マスフローコントローラ １〜１１・・・開閉弁 １５・・・ベント圧力調整弁 １６・・・反応管入り口圧力調整弁 ２０・・・反応管 ２１・・・内部ヒータ ２２・・・外部ヒータ ２４・・・温度センサ ２５・・・制御手段 ２６・・・開閉弁作動手段 ２７・・・調整弁作動手段 ２８・・・分析計 ２９・・・ヒータ作動手段 ３０・・・触媒

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定床流通式の触媒活性測定方法におい
   て、流通させるガス種を収容した複数の容器と単一の触
   媒反応手段と単一の分析手段を連通する配管系に介装さ
   れた開閉弁を切り換えて前記容器から触媒反応手段への
   流通ガス種を切換える工程と、バイパス配管系に介装さ
   れた開閉弁を切り換えて触媒反応手段に流通するガスの
   流量を変更する工程と、ベント圧力調整弁を制御して切
   換えるガス種のベント側の配管系圧力を調整する工程
   と、制御手段に分析結果を取り込んで演算を行う工程、
   とを有しており、組成、流量の異なった２種のガス中で
   の触媒活性を連続的に分析することを特徴とする触媒活
   性測定方法。
2. 【請求項２】 バイパス配管にガスを流通させて触媒反
   応手段への流量を変化させた際に、触媒反応手段後流側
   に設けた反応管入り口圧力調整弁を制御し、以て触媒反
   応手段内部の圧力が変化しない様に調整する工程を有す
   る請求項１の触媒活性測定方法。
3. 【請求項３】 反応管入り口圧力調整弁を設けた配管系
   と並列な配管に介装された開閉弁を、バイパス配管にガ
   スを流通させた際には閉鎖し、バイパス配管のガスの流
   通を停止した際には開放し、以て触媒反応手段の後流側
   に設けた反応管入り口圧力調整弁の制御流量範囲が大き
   くならない様に制御する請求項２の触媒活性測定方法。
4. 【請求項４】 触媒反応手段に流れるガスの流量を変化
   させる際に反応手段内圧力が急変しない様に、バイパス
   配管にガスを流通させる以前の段階で、バイパス配管の
   開閉弁と、反応管入り口圧力調整弁を設けた配管系と並
   列な前記配管に介装された開閉弁と、触媒反応手段及び
   バイパス配管が接続されている配管の触媒反応手段手前
   の位置に設けられた開閉弁、とを一時開弁する様に制御
   する請求項１−３の触媒活性測定方法。
5. 【請求項５】 流量切り替えにより変化した触媒反応手
   段の内部温度が所定の温度状態になるまで、不活性ガス
   を流通せしめる請求項１−４の触媒活性測定方法。
6. 【請求項６】 通常時は触媒反応手段内部に設けられた
   ヒータで温度制御を行い、触媒反応手段へ流れるガスの
   流量が変化して触媒反応手段内部の温度が低下した場合
   には、設定温度が前記ヒータの設定温度よりも低く設定
   されている外部ヒータを補助的に使用し、前記ヒータ及
   び外部ヒータは同一の温度センサの検出結果に基づいて
   制御される請求項１−５の触媒活性測定方法。
7. 【請求項７】 室温で各ガス種の濃度を調整する際に、
   各ガス種を触媒反応手段に流通させ、分析手段指示値安
   定後流量調整を行い、その後開閉弁の一連の動作を行い
   流量の小さい方の混合ガスの平均濃度を求め、その平均
   濃度が所定値になるようベント圧力調整弁を制御する請
   求項１〜６の触媒活性測定方法。
8. 【請求項８】 流量の小さい方の混合ガスの転化率を、
   室温での平均濃度及び活性測定条件の温度下における平
   均濃度から演算する請求項１−７の触媒活性測定方法。
9. 【請求項９】 固定床流通式の触媒活性測定装置におい
   て、流通させるガス種を収容した複数の容器と単一の触
   媒反応手段と単一の分析手段を連通する配管系と、該配
   管系に介装されて前記容器から触媒反応手段への流通ガ
   ス種を切換える開閉弁と、触媒反応手段に流通するガス
   の流量を変更するためのバイパス配管系及びそれに介装
   される開閉弁と、切換えるガス種のベント側の配管系圧
   力を調整するベント圧力調整弁と、組成、流量の異なる
   ２種のガス中で触媒活性を連続的に分析するため、前記
   開閉弁の切換を制御し、調整弁の開度を調整し、分析結
   果を取り込んで演算を行う制御手段、とを備えているこ
   とを特徴とする触媒活性測定装置。
10. 【請求項１０】 バイパス配管にガスを流通させて触媒
    反応手段への流量を変化させる際に触媒反応手段内部の
    圧力が変化しない様に調整する反応管入り口圧力調整弁
    を、触媒反応手段の後流側に設けた請求項９の触媒活性
    測定装置。
11. 【請求項１１】 前記反応管入り口圧力調整弁を設けた
    配管系と並列に開閉弁を介装した配管を設け、該反応管
    入り口圧力調整弁の制御流量範囲が大きくならない様に
    構成した請求項１０の触媒活性測定装置。
12. 【請求項１２】 触媒反応手段に流れるガスの流量を変
    化させる際に反応手段内圧力が急変しない様にするた
    め、バイパス配管にガスを流通させる以前の段階で、バ
    イパス配管の開閉弁と、反応管入り口圧力調整弁を設け
    た配管系と並列な配管に介装された開閉弁と、触媒反応
    手段及びバイパス配管が接続されている配管の触媒反応
    手段手前の位置に設けられた開閉弁、とを一時開弁する
    様に構成されている制御装置を設けた請求項９−１１の
    いずれかの触媒活性測定装置。
13. 【請求項１３】 第１のガス種から第２のガス種を触媒
    反応手段に流通させる間、及び、第２のガス種から第１
    のガス種を触媒反応手段に流通させる間に、不活性ガス
    を触媒反応手段に導入可能とするべく、２系統の不活性
    ガス配管を備えた請求項９−１２の触媒活性測定装置。
14. 【請求項１４】 触媒反応手段内部に設けられたヒータ
    と、該ヒータの設定温度より低い温度に設定されている
    外部のヒータ、とを備えた請求項９−１３の触媒活性測
    定装置。
15. 【請求項１５】 ベント圧力調整弁を備え、該ベント圧
    力調整弁は、室温で開閉弁の一連の動作を行って得られ
    た流量の小さい方の混合ガスの平均濃度が所定値になる
    べく調整可能に構成されている請求項９−１４の触媒活
    性測定装置。
16. 【請求項１６】 流量の小さい方の混合ガスの転化率
    を、室温での平均濃度及び活性測定条件の温度下におけ
    る平均濃度から演算できる演算装置を設けた請求項９−
    １５の触媒活性測定装置。