JPH0441326Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、触媒を用いて原料ガスを反応させ、
そのときの反応速度式を決定するためなどに有利
に実施されることができる触媒反応実験装置に関
する。 先行技術では触媒が収納され原料ガスが流過さ
れる反応管を、電気ヒータなどの加熱手段によつ
て外囲して構成されている。たとえばメタン化反
応の場合主成分が一酸化炭素と水素の混合ガスか
らアルミナ担体のルテニウム触媒を用いてメタン
を作るメタン化反応を行うときには、大きな発熱
を伴い、したがつて触媒の内部温度にばらつきが
生じ、たとえば±10℃程度の温度差が生じる。反
応温度が10℃高いと反応速度は約1.5倍になる。
したがつて反応速度式を決定することが困難であ
つた。 本考案は、 (a) 上下に延びる直管上に形成され、上方から原
料ガスが供給される反応管１であつて、この反
応管１の中央部には管軸方向に沿つて予め定め
る高さｈだけ触媒２が充填される、そのような
反応管１、 (b) 反応管１を同心に外囲して環状第１空間６ａ
をあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端位置
２ａから上方に延びて配置される第１電気ヒー
タ３、 (c) 反応管１を同心に外囲して環状第２空間６ｂ
をあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端位置
２ａから第１電気ヒータ３の下端位置に連なつ
て下方に延び触媒２の下端部位置２ｂ付近まで
延びる第２電気ヒータ４、 (d) 反応管１を同心に外囲して環状第３空間６ｃ
をあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端位置
２ｂから第２電気ヒータ４の下端位置に連なつ
て下方に延びる第３電気ヒータ５を含み、 (e) 第１空間６ａ、第２空間６ｂ、第３空間６ｃ
は上下にほぼ一様な形状となつて連なつて空間
６を構成しており、第１電気ヒータ３、第２電
気ヒータ４、第３電気ヒータ５の内周面は上下
に連続的となり、さらに、 (f) 第１電気ヒータ３の上端部３１に固定され、
第１空間６ａを閉じる上部端板７、 (g) 第３電気ヒータ５の下端部５１に固定され、
第３空間６ｃの内径よりも小さい内径を有する
排気口８を反応管１と同心に形成する下部端板
９、 (h) 上部端板７に連結され、第１空間６ａに冷却
用ガスを供給する第１管路１０、 (i) 第１管路１０の途中に介在する第１流量制御
弁１１、 (j) 第２電気ヒータ４の高さ方向のほぼ中央位置
で第２電気ヒータ４を半径方向に貫通して設け
られて、第２空間６ｂに開口し、冷却用ガスを
供給する第２管路１２、 (k) 第２管路１２の途中に介在する第２流量制御
弁１３および (l) 第１電気ヒータ３、第２電気ヒータ４、第３
電気ヒータ５の電力量および第１流量制御弁１
１、第２流量制御弁１３の開度を制御する制御
回路１７を含むことを特徴とする触媒反応実験
装置である。 また本考案は、前記冷却用ガスが窒素または空
気であることを特徴とする。 本考案の目的は、触媒の温度分布を均一に設定
することができるようにした触媒反応実験装置を
提供することである。 第１図は、本考案の一実施例の断面図である。
反応管１の上方からたとえばメタン化反応の場合
原料ガスである主成分が一酸化炭素と水素の混合
ガスが供給され、この原料ガスは、反応管１内の
中央部１ａに収納されているアルミナ担体のルテ
ニウムから成る触媒２を通過してメタン化反応が
行われる。発生されたメタンは、第１図の下方に
流過される。反応管１の外方には、反応管１と同
心の環状空間６をあけて、環状に形成された第１
電気ヒータ３、第２電気ヒータ４、第３電気ヒー
タ５が反応管１の軸線方向に隣接して上下に配置
される。空間６および第１電気ヒータ３の上端部
３１は上部端板７によつて閉塞される。空間６お
よび第３電気ヒータ５の下端部５１には、空間６
の内径よりも小さい内径の排気口８を有する下部
端板９が取付けられる。上部端板７には冷却空気
が供給される第１管路１０が設けられている。こ
の第１管路１０には第１流量制御弁１１が介在さ
れる。第２電気ヒータ４およびこれの高さ方向の
ほぼ中央位置で第２電気ヒータ４を半径方向に貫
通して設けられた第２管路１２は、反応管１の触
媒２が収納されている部分１ａに臨む。この第２
管路１２には第２流量制御弁１３を介して冷却用
空気が供給される。触媒２内には、反応管１の軸
線方向に沿つて等間隔をあけて温度検出器１４，
１５，１６が埋込まれている。 第２図は本考案の一実施例のブロツク図であ
る。温度検出器１４，１５，１６からの出力は、
制御回路１７に入力される。制御回路１７は、温
度検出器１４，１５，１６によつて検出された温
度のすべての測定値が予め定めた値に等しくなる
ように第１電気ヒータ３、第２電気ヒータ４、第
３電気ヒータ５の電力量を制御するとともに、第
１流量制御弁１１、第２流量制御弁１３の開度を
制御する。温度検出器１４によつて検出された温
度が予め定めた値となるように、第１電気ヒータ
３の電力量ならびに第１管路１０に設けられた第
１流量制御弁１１および第２管路１２に設けられ
た第２流量制御弁１３の開度を制御する。また、
温度検出器１５によつて検出され、その温度が予
め定めた温度となるように第２電気ヒータ４の電
力量ならびに第１管路１０に設けられた第１流量
制御弁１１および第２管路１２に設けられた第２
流量制御弁１３の開度を制御する。また、反応管
部からの伝熱による温度降下を防ぐように温度検
出器１６によつて表示される温度を定められた温
度より低くならないように第３電気ヒータ５の電
力量ならびに第１管路１０に設けられた第１流量
制御弁１１および第２管路１２に設けられた第２
流量制御弁１３を制御する。こうして触媒２内に
おける温度を予め定めた一定の温度に均一に保つ
ことができる。そのため触媒２の反応速度式など
を決定することが容易となる。 実施例 本件考案者の実験によれば、反応管１の内径は
10mmφとし、反応管１の軸線方向に沿う触媒２の
層長ｈを３cmとし、第１管路１０、第２管路１２
の内径を各々１mmφとし、反応温度を250℃とし、
そのガスの圧力を10Kg／cm²とし、反応率が20％と
したとき、第１表のような実験結果が得られた。
原料ガスはN₂，H₂およびCOから成り、触媒２は
Ru／Al₂O₃触媒であり、この触媒２によつてメタ
ン化反応が生じ、触媒２が発熱される。本考案の
実験結果によれば、温度検出器１４，１５，１６
によつて検出される温度の差はたとえば±0.5〜
±1.1℃である。 比較例 電気ヒータが、第１電気ヒータ３、第２電気ヒ
ータ４、第３電気ヒータ５と分割されておらず、
第１管路１０、第２管路１２が設けられず、空間
６が形成されていない先行技術では±７〜±15℃
の温度差が生じる。 これによつて本考案に従えば、触媒の温度を正
確に希望する値に均一に保つことが可能であるこ
とが理解される。

【表】 本考案の他の実施例として、第１管路１０、第
２管路１２から送入される冷却空気に代えて、冷
却用ガスが窒素ガスであつてもよく、あるいはそ
の他の不活性ガスが用いられてもよい。 以上のように本考案によれば、第１電気ヒータ
３、第２電気ヒータ４、第３電気ヒータ５の内周
面と反応管１の間に空間６が形成されていて、し
かもこの空間６は上下方向に一様であり、換言す
ると第１〜第３電気ヒータ３，４，５の内面は上
下に連続的に連なる。第１電気ヒータ３、第２電
気ヒータ４、第３電気ヒータ５の電力量を制御回
路７によつて変化して、反応管１の加熱を輻射伝
熱によつて迅速かつ正確に行うことができる。 また、第１電気ヒータ３は、反応管１に供給さ
れる原料ガスを定められた温度に加熱するととも
に触媒２の上部の温度変化を防ぐのに役立つ。第
３電気ヒータ５は、触媒２の下部の温度変化を防
ぐ。これらのことによつて触媒２を上下にわたつ
て均一な温度分布で一定の温度を保つことができ
る。 また、上部端板７には第１管路１０が取付けら
れて、この第１管路から冷却用ガスが供給され、
空間６にその冷却用ガスが押込まれて、この冷却
用ガスは第１流量制御弁１１によつて流量制御さ
れるので空間６に冷却用ガスが溜留することなく
反応管１の外面を上部から下部に沿つて冷却用ガ
スを円滑に流過させることができる。したがつて
反応管１の中央部１ａの高さｈにわたる部分の触
媒２を可及的に均一な温度分布となるように保つ
ことができる。 また、第２電気ヒータ４の高さ方向のほぼ中央
位置で第２電気ヒータ４を半径方向に貫通して設
けられた第２管路１２からの冷却用ガスは、第１
管路１０からのガスによつて下方に流れる。また
これらの冷却用ガスは第１流量制御弁１１または
第２流量制御弁１３によつて制御され、その合計
流量またはそれらの流量比によつて、触媒２が充
填されている反応管１の中央部１ａの高さｈの範
囲の温度を均一な定められた温度に保つことが一
層確実にできる。 また、下部端板９は、空間６の内径よりも小さ
い内径を有する排気口８を反応管１と同心に形成
してあるので、空間６内の第１管路１０、第２管
路１２より供給される冷却用ガスは、反応管１の
外表面を均一に接触して流れるので、触媒２が充
填されている反応管１の中央部１ａの高さｈの範
囲の温度を均一な定められた温度に保つことがな
お一層確実にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面図、第２図は
第１図に示された実施例ブロツク図である。 １……反応管、２……触媒、３……第１電気ヒ
ータ、４……第２電気ヒータ、５……第３電気ヒ
ータ、６……空間、１０……第１管路、１２……
第２管路、１１……第１流量制御弁、１３……第
２流量制御弁、１４，１５，１６……温度検出
器、１７……制御回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) (a) 上下に延びる直管上に形成され、上方か
   ら原料ガスが供給される反応管１であつて、
   この反応管１の中央部には管軸方向に沿つて
   予め定める高さｈだけ触媒２が充填される、
   そのような反応管１、 (b) 反応管１を同心に外囲して環状第１空間６
   ａをあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端
   位置２ａから上方に延びて配置される第１電
   気ヒータ３、 (c) 反応管１を同心に外囲して環状第２空間６
   ｂをあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端
   位置２ａから第１電気ヒータ３の下端位置に
   連なつて下方に延び触媒２の下端部位置２ｂ
   付近まで延びる第２電気ヒータ４、 (d) 反応管１を同心に外囲して環状第３空間６
   ｃをあけて環状に形成され触媒２のほぼ上端
   位置２ｂから第２電気ヒータ４の下端位置に
   連なつて下方に延びる第３電気ヒータ５を含
   み、 (e) 第１空間６ａ、第２空間６ｂ、第３空間６
   ｃは上下にほぼ一様な形状となつて連なつて
   空間６を構成しており、第１電気ヒータ３、
   第２電気ヒータ４、第３電気ヒータ５の内周
   面は上下に連続的となり、さらに、 (f) 第１電気ヒータ３の上端部３１に固定さ
   れ、第１空間６ａを閉じる上部端板７、 (g) 第３電気ヒータ５の下端部５１に固定さ
   れ、第３空間６ｃの内径よりも小さい内径を
   有する排気口８を反応管１と同心に形成する
   下部端板９、 (h) 上部端板７に連結され、第１空間６ａに冷
   却用ガスを供給する第１管路１０、 (i) 第１管路１０の途中に介在する第１流量制
   御弁１１、 (j) 第２電気ヒータ４の高さ方向のほぼ中央位
   置で第２電気ヒータ４を半径方向に貫通して
   設けられて、第２空間６ｂに開口し、冷却用
   ガスを供給する第２管路１２、 (k) 第２管路１２の途中に介在する第２流量制
   御弁１３および (l) 第１電気ヒータ３、第２電気ヒータ４、第
   ３電気ヒータ５の電力量および第１流量制御
   弁１１、第２流量制御弁１３の開度を制御す
   る制御回路１７を含むことを特徴とする触媒
   反応実験装置。 (2) 前記冷却用ガスが窒素または空気であること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の触媒反応実験装置。