JPS625225Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はガス処理用触媒構造体に係り、特に加
熱もしくは冷却処理を必要とするガスの触媒反応
を熱交換と同一装置にて効果的に実施する熱交換
型触媒構造体に関する。

触媒反応を用いるガス処理は、石油化学工業や
石炭化学工業をはじめ、燃焼排ガスを対象とした
いわゆる公害防止関連の分野等で幅広く実施され
ている。触媒反応において、目的とする反応を進
行させるためには、触媒組成、ガス組成、温度、
圧力、接触時間等の条件を選ぶ必要があるが、こ
のうち大きなエネルギ消費を伴う要因は温度条件
である。特に、上流側のガス温度が触媒反応の適
温領域より低い場合は特に顕著となる。また、ガ
ス温度が適温より高いときにおいても冷却操作が
必要であるが、良好な熱源である場合には熱回収
されるものの、多くの場合においては外気もしく
は冷却水に熱放散させている。温度関係の改良合
理化が要望されている。

これらに対し、従来から伝熱管による熱交換方
式が広く採用されている。また、燃焼排ガスを加
熱する場合にあつては、バーナ等による直接加熱
といつた方法も採用されるが、この場合には処理
ガス量が増大する。

このように、従来技術においては、熱交換器と
触媒反応器とを別々に設けるのが通例であり、装
置全体の大型化は避けられないものであつた。

一方、気体固体接触による触媒反応は、ガス流
のバルク温度ではなく、触媒表面温度に支配され
るわけであり、また、触媒反応自体が発熱や吸熱
を伴うこともあつて、触媒表面の温度を制御する
のが熱エネルギ的に最も有効ということができ
る。

こういうことから、熱回収しないガス冷却や
100℃前後というわずかなガス昇温操作の場合、
これら熱交換と触媒反応とを同時に実施できる装
置の開発が望まれていた。

これに対し、本考案者等は、基板に例えば金属
板の如き良熱伝達性材料を用いて、これに触媒成
分を塗布して得られる板状触媒体を伝熱体の外面
にフイン状に取付けた触媒構造体により、熱交換
器と触媒反応器とを一体化して装置を小型化する
ことに成功した。この触媒構造体によると、触媒
部の温度が伝熱体および基板の温度に近くなるた
め、処理ガスの加熱もしくは冷却する熱量を少な
くして有効に触媒反応を進行しうるわけで、これ
により触媒反応に適した温度条件を得るに際して
熱回収しないガス冷却や、100℃前後というわず
かなガス昇温操作を必要とする場合において、熱
交換器と触媒反応器の一体化が可能となる。

しかしながら、ダストを含有するガスを処理す
る場合、伝熱体毎に板状触媒のフインを取付けた
触媒構造体を複数個組合せて使用すると、ダスト
の付着性は増大する。しかもダストによる摩耗は
フインの端部において顕著であり、多数個の端部
を有する構造体は耐摩耗性に対し不利となる。

本考案の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、熱交換と触媒反応とを同時に実施し、ダス
トの付着性を緩和し、併せてダストに対する耐摩
耗性に優れた熱交換型触媒構造体を提供するにあ
る。

本考案は、良熱伝達性基板３に触媒層４を付着
させた板状触媒体２を伝熱体１の外面に接合して
なることを特徴とする熱交換型触媒構造体であ
る。

要するに本考案は、基材に例えば金属板の如き
良熱伝達性材料を用い、必要に応じて加工を施し
てこれに触媒成分を塗布等の方法で触媒層を付着
させた板状触媒体を得て、これを伝熱体にフイン
状に取付けて触媒構造体を作り、熱交換により触
媒表面温度を制御することによつて、触媒反応の
適温領域からはずれた温度を持つ処理ガスに対
し、触媒反応を効果的に実施できるようにし、さ
らに又、伝熱体群に交差するように板状触媒体群
を配列するか、または伝熱体群に平行になるよう
に板状触媒体群を配列し、かつ板状触媒体によつ
て伝熱体群を互いに接合状態とすることによつ
て、ガス流に整流性を与えるようにしたものであ
る。

本考案者等は、これまでに発明して製品化して
きた、金属基板を有する板状触媒体の熱伝達性に
着目し、本考案を見出すに到つた。以下実施例に
より本考案を説明する。

第１および２図は、本考案になる触媒構造体の
具体例を断面図により示したものである。伝熱体
１に、基板３と触媒層４から構成されている板状
触媒体２をフイン状に取付けるが、第１図に示し
た周方向断面イと長手方向断面ロ及び第２図に示
した周方向断面イと長手方向断面ロの２方式で配
列される。

伝熱体１は、高温ガスや水蒸気等の熱媒体もし
くは冷温ガスや水等の冷却媒体を通す管構造であ
るか、あるいは通電加熱できる棒状である。その
形状は例示したように、円形ａ，a′、長円形ｂ，
b′、方形ｃ，c′等いずれであつても良い。また伝
熱体の材質としては、軟鋼、低合金鋼、ステンレ
ス鋼、耐熱合金、アルミニウムおよびその合金、
銅およびその合金、チタンおよびその合金等の金
属材料、アルミナやシリカ等の一般セラミツクス
材料および炭化硅素のような通電式発熱材料等、
いずれも使用できる。

フイン状に取付ける板状触媒体の形状として、
第１および２図では円形および長円形を例示した
が、方形やなす形であつてもよい。第３図は触媒
構造体の拡大断面図を示したもので、板状触媒体
は基板３と触媒層４とから構成されており、伝熱
体１へは溝切りはめ込みや溶接等によつて接合さ
れる。

基板３は、伝熱性と触媒層保持性に対し有効な
ことが必要であり、このためには、エキスパンド
メタル加工のような処理により網目構造にする
か、表面に溶射処理を施すこと等が有効である。
基板３の材質としては、上記したような金属材料
を使用できる。

触媒層を構成する触媒成分は、目的とする反応
により異なるものであるが、一般には遷移金属元
素の酸化物が使用され、必要に応じて助剤や添加
物を加えて混練し、混練物を塗布や圧着すること
により成形することができる。また、触媒層４と
して燃焼触媒を用いれば、板状触媒体２が配置さ
れた領域で適当な燃料を触媒により燃焼させ、そ
の燃焼熱を伝熱体１に伝えることができる。

以上に述べた形状や使用材料の他に、寸法も重
要因子といえるが、この要因は装置仕様に強く影
響される。しかしながら一般には、基板の厚さは
１ないし３mmが、触媒層は１mm前後が、板状触媒
体の伝熱体からの高さは50ないし100mmが、また
伝熱体の直径もしくは厚さは20ないし100mmが、
幅は100ないし500mmがそれぞれ適する。さらに、
伝熱体の長さは１ないし５ｍが適する。

伝熱体表面において、板状触媒体取付け部以外
の部分は、第２図で示したように触媒層で覆うこ
とができる。この部分は熱伝達量が多いため、触
媒層は板状触媒体部より厚くするのが好ましい。

第４図は、方形の板状触媒体２群を円形断面の
伝熱体１群に交差するように配した例の断面図を
示すもので、第５図はその長手方向の断面図を示
す。板状触媒体の基板と伝熱体とは溶接等の方法
により接合されている。

板状触媒体２は基板３および塗布触媒層４から
構成されるが、基板としては通常の金属材料、す
なわち、軟鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、耐熱合
金、アルミニウムおよびその合金、銅およびその
合金、チタンおよびその合金等が使用できる。場
合によつてはアルミナやシリカ等の一般セラミツ
クス材料も使用できる。

板状触媒体の形状としては、反応器の形状に即
して方形、円形、長円形いずれであつてもよく、
また板としては平板だけでなく、山形や波形成型
したものを使用できる。さらに、塗布触媒の保持
性を得るため、基板に溝切り加工、エキスパンド
メタル加工、ローレツト加工等を施し、必要に応
じて溶射処理してもよい。

伝熱体としては、内部に熱媒体を通す管構造の
ものが通常用いられるが、場合によつては、通電
加熱のような方式も採用できる。また、その断面
形状としては、円形、長円形、方形等のいずれで
あつてもよく、材料としては上記したような一般
材料を使用できる。

次に、板状触媒と伝熱体とを並行に配列させる
例であるが、本考案はこの場合において特に有効
である。第６図は二次元的に伝熱体１と板状触媒
体２とを接合させた例で、第７および８図は三次
元的に接合させた例である。ガス流路は、第６図
においては幅広いチヤンネルを形成して、ガス流
に整流性を与えうる。また、第７および８図で
は、板状触媒体２によりチヤンバが形成され、ガ
ス流の整流作用は一層向上する。

これらの構造体のうちいずれを採用するかは、
触媒の表面積、伝熱量等により決定されるが、触
媒表面積をさらに増すためには、伝熱体を相互に
接合しないフイン状の板状触媒を組合せることに
より実施できる。第９図はこの例を示すもので、
板状触媒で区切られたチヤンバ内に、端部が自由
なフイン状板状触媒が配列されている。

次に、本考案による触媒構造体の使用方法であ
るが、多数本組合せて使用するのが好ましい。板
状触媒体のフインはガス流に平行に設置するのが
好ましく、ガス中に含まれるダストの堆積を回避
するような場合においては、第２図及び第６〜第
９図に示した長手方向取付けのものを採用するの
が好ましい。

板状触媒体の配列は、反応器構造に合せた規則
あるいは不規則いずれの配列であつてもよい。

本考案により、次の効果が得られる。

(1) 熱交換器と触媒体とが一体化でき、装置が小
型化、簡略化される。

(2) 触媒層の温度は伝熱体の温度に近く、有効に
触媒反応を進行できるので、処理ガスの加熱も
しくは冷却熱量が少なくてすむ。

(3) 等価なガス流路を有する触媒構造体を提供で
きる。

(4) ガス流に整流性を与えることにより、ダスト
堆積を低減、防止できる。

(5) ガス流に整流性を与えることにより、板状触
媒体の摩耗を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案になる板状触媒体の具体例のう
ち、周方向に板状触媒体を取付けた断面図、第２
図は同じく長手方向に取付けた断面図、第３図は
拡大断面図である。第４図は板状触媒群と伝熱体
群を交差するように配列した伝熱体周方向の断面
図、第５図は同じく伝熱体長手方向の断面図、第
６図は板状触媒体と伝熱体とを並行に配列させた
もののうち、二次元的に伝熱体と板状触媒体とを
接合させた例の断面図、第７および８図は同じく
三次元的に接合した例の断面図、第９図は三次元
的に接合し、かつ端部が自由なフイン状板状触媒
体を組合せた例の断面図である。 １……伝熱体、２……板状触媒体、３……基
板、４……触媒層、５……フイン状板状触媒体。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 良熱伝達性基板３に触媒層４を付着させた板
   状触媒体２を伝熱体１の外面に接合してなるこ
   とを特徴とする熱交換型触媒構造体。 ２ 伝熱体１が熱媒体又は冷却媒体を通す管状構
   造である実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   熱交換型触媒構造体。 ３ 伝熱体１が通電加熱できる材料よりなる棒状
   又は管状構造である実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の熱交換型触媒構造体。 ４ 板状触媒体２が平板、山形、波形の何れかの
   形状である実用新案登録請求の範囲第１項ない
   し第３項の何れかである熱交換型触媒構造体。