JPH03131337A - 反応装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は実質的に垂直に位置する軸線の廻りに実質的に
構成され、外被及びこの外被の内部の環状ベッドを有し
、このベツドが流動し得る材料を充填されて、内側ケー
ジ及び外側ゲージにより、又下側を下方から前記外被に
支持された床部によって境界されていて、両方のケージ
が半径方向に剛性的に結合され、又下側を前記夕（被に
剛性的に結合されζいる反応装置に関する。

［従来の技術］ 上述のような反応装置は広い応用範囲を有する。これら
の反応装置はガス及び流動し得る状態の活性材料の間の
極めて種々の反応に使用されることが出来る。活性材料
は例えば吸着剤（Ａｄｓｏｒｂｅｎｓ）又は触媒である
。反応装置は多くの種類の活性材料を含み、１つよりも
多いベツドより成ることが出来る。この場合１つのベツ
ドは隣接するベツドによって同心的に包囲されるのであ
る。

反応位相の間反応ガスが反応装置の対称軸線に対して大
体半径方向に流動し得る活性材料を充填されたベツドを
通して導かれ、このベツドの中で活性材料が例えば外被
及び外側ケージ（ｊｉｕｓｓｅｒｅｒＫｏｒｂ）の間の
空間に導入され、この空間から内側ケージの内方に再度
引出されるようになっている。吸着反応の場合には、活
性材料（吸着剤）の反応能力は反応継続期間の増大につ
れて減少する。

従って、吸収剤は規則正しい時間間隔で再生されなけれ
ばならない。再生位相の間、浄化されるガスに対して他
の化学的成分及び／又は他の熱力学的状態を有する再生
ガスが活性材料よりなる充填物を通して導かれるのであ
る。

反応は例えばガス混合物の吸着による分離又は浄化され
るガスからの望ましくない成分の吸着による除去になさ
れることが出来る。後者の場合の実際的な例は、低温空
気分離装置にて行われる空気からの水及び／又は二酸化
炭素の分離である。

充填ベツド内に装入される流動性材料はこの場合吸収剤
として作用し、例えば分子篩（Ｍｏｌｅｋｕｌａｒｓｉ
ｅｂ）より成ることが出来る。

反応位相或いは吸着位相の間、浄化される空気はベツド
を流過され、その場合水及び／又は二酸化炭素が活性材
料に与えられるのである。再生位相の間、空気から除去
された物質は再度脱着され、例えば窒素になされる再生
ガスが吸収剤と共にベツドを通して導かれるのである。

この場合一般に吸着位相の間とは異なる温度及び／又は
圧力状態になされる。

このような種類の反応装置の構造に於ける中心的な問題
は異なる駆動位相の間の大きい温度差にある。このよう
にして例えば再生工程に於てはこの例に於て吸着を持続
する為には一再生ガスが高温で流入され、短時間内に大
なる温度変化を受け、充填物内で大なる空間的温度勾配
を生ずるのである。これに関連するケージの半径方向及
び軸線方向の熱的な長さ変化が正常な駆動状態に於ても
流動性材料及びケージの間の相対的運動によって極めて
大なる機械的な問題を生ずるのである。

このことは例えば充填物の望ましくない破砕を導く。こ
のようにして駆動の障害、従ってこれに関連して大なる
温度変動が極めて大なる機械的な損傷を生ずる。同様な
問題は反応装置を触媒反応に応用する場合、特に起動位
相（Ａｎｆａｈｒｐｈａｓｅ）及び駆動の障害発生時に
生ずるのである。

上述のような困難を抑制する為に、熱的に左右されるベ
ツドを境界するケージの長さ変化を回避する為の種々の
方法が開発された。これらの提案の１つは＾Ｔ−Ｅ−１
９５９５（第４図）によって公知である。この公報によ
れば、冒頭に述べた種類の反応装置に於てケージを床部
上に設置し、ケージに上方に伸長する可能性を与えるこ
とが提案されている。ケージは上端部が単に環状の案内
壁部によって側部から支持されているのである。

このような構成によって、ケージは加熱によって上方に
伸長し、冷却によって再度収縮する。このようにして熱
的長さ変化による機械的応力が半径方向のベツドの寸法
が変化し、充填物が流される（ａｂｓａｃｋｅｎ）よう
になるのを回避するようになっている。しかし軸線方向
の運動は常に流動し得る材料の望ましくない破砕を生じ
させ、更に著しく大なる温度変動によって充填物の内部
の虚脱化（Ｖｅｒｗｅｒｆｕｎｇ）の危険を含んでいる
。従って、流動し得る材料は更に摩耗を受け、駆動の障
害が反応装置及び充填物の大なる損傷の危険に付随する
のである。従来公知の反応装置の経済性は充填物の比較
的頻繁な交換及び駆動の間に生ずる障害を排除する為の
修理によって制限されるのである。

［発明が解決しようとする課題］ 従って本発明の目的は、冒頭に述べた種類の反応装置を
特に安全で経済的な駆動を可能になすと共に、特に流動
し得る材料及び反応装置の障害を正常の駆動に於ても、
又障害時に於ても−大幅に回避出来るように発展させる
ことである。

［課題を解決する為の手段］ 上述の目的は、流動し得る材料を充填されたベラ１によ
り境界されている２つのケージの一方が軸線方向に伸長
可能で、上側にて外被に剛性的に結合されるよ・うにな
すことによって解決されるのである。

駆動状態に於ける「剛性的」及び「伸長可能」は弾性又
は温度変化による長さ変化（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｇＭ
ｎｇｉ（＋ｋｅｉ　ｔ）のような材料自体に内在する特
１りでなく、物体の外形、この場合１つのケージの外形
に基づく長さ変化の可能性に関することを示しのである
。１つの定められた方向に剛性的な物体はごの意味で例
えば温度変化にて伸長することが可能である。例えば波
形の板は波形の谷の方向には剛性的で、これに重直な方
向には伸長可能である。波形の谷が円筒形の軸線の廻り
に円形に走るような円錐形外被の形状に曲げられた波板
は軸線力向には伸長可能であるが、接線方向従って半径
方向には剛性的である。

本発明による構造は、流動し２得る材料及び少なくとも
１つのケージの間の軸線方向の相対運動を著しく回避す
る考えに基づいている。このことは２つの特徴によって
達成される。第１には、両端部で形状を剛性的に固定す
ることは形状の幾何学的長さが実際上反応装置の内部の
温度比率には無関係に固定されるようになす。この程度
は殆ど温度変化を受けない外被の高さによって決定され
るのである。ケージの端部はこの剛性的な固定によって
温度により生ずる運動を阻止する。第２には、ゲージの
軸線方向の伸長はゲージの全長にわたる温度−Ｉ−昇の
際の材料の伸卦を捕捉シ２、何れの位置でも温度に関係
する移動が生じないようになすのである。

このような移動の回避は又−大きい温度変動の場合にも
一実際上充填物及びケージの間の相対運動が生じないで
、これによ７って反応装置が特に安全に駆動され得るこ
とを意味するのである。安全性の増大は駆動の中断を著
しく回避し７、これによって反応装置の高い経済性を得
させる。

この構造によって、触媒及び吸着反応に於て障害を生ず
る相対運動を生しさせないで温度差を吸収するのを可能
になす。この為にケージに対しては自明のように流動し
得る材料の伸び係数と一定の比率にある伸び係数を有す
る適当な材料及びケージ板の適当な形状が以下の実施例
にて説明されるように使用されなげればならないのであ
る。

公知の技術に於てはケージの材料の熱的伸長を全体のゲ
ージの伸長に置換えて、これにより充填物及びケージの
間の相対運動を抑圧する為に複雑な高い費用の技術的処
置が利用されて来たが、本発明による反応装置に於ては
本質的に複雑でない構造によって望ましくない相対運動
が阻止されるのである。広範な研究及び計算は従来懐か
れていた懸念に反して反応装置及び充填物に対する障害
を有しないで約３００Ｋまでの温度差を吸収出来ること
を示したのである。

このような利点は本発明の好都合な詳細構成によって、
少なくとも１つの、上側で剛性的に外被に結合されたケ
ージが軸線方向に予備緊張されることによって与えられ
ることが出来る。両方のゲージが固く緊張される場合、
即ち上方及び下方で外被に結合される場合には両方のケ
ージが予備緊張されるのである。

環境温度で行われる反応装置の組立に於て、ケージは場
合により軸線方向の緊張力を与えられる。この予備緊張
の程度は充填物の温度勾配の高さを基準にするのである
。加熱された再生ガスによるような温度上昇に際して材
料の温度変化による長さ変化は先ず予備緊張の減少によ
って吸収される。

高温になって始めて予備緊張は完全に消失され、温度に
よって規定される材料の伸長可能性が強い押圧作用（Ｓ
ｔａｕｅｈｕｎｇ）としてケージの形状の軸線方向に伸
長可能性によって吸収されるのである。

このようにして軸線方向に働く押圧力は著しく減少され
、高温に於ても反応装置の安全な駆動が保証されるので
ある。

［実施例］ 本発明は以下に添付図面に示された実施例によって更に
詳述される。

第１図は本発明の反応装置の本質的な特徴を示す例示的
な実施例の原理的構成を示している。簡単の為に図示は
極めて概略的に示されていて、特に反応装置の外側寸法
及び材料の厚さの比率は実際の尺度には対応していない
。

この反応装置は実質的に円筒対称的に軸線１の廻りに構
成されている。反応装置は上方を外被２によって境界さ
れていて、この外被は浄化されるガスの為の入口ｌＯ及
び出口９を夫々有する上部帽体７及び下部帽体８を有す
る。下部帽体７は更に流動性材料の充填及び排出の為の
短管１１によって貫通されている。

反応装置の内部には環状の吸着ベッド３が配置され、こ
のベッドは２つの円筒形外被の形状のケージ、即ち外側
ケージ５及び内側ケージ４によって境界されている。こ
のベツド３は下方を床部６によって閉じられていて、こ
の床部は星形に配置されたリブ１２によって剛性的に外
被２の下部帽体８に固定されている。

内側ケージ４は下端部を剛性的に床部６に結合されてい
る。この内側ケージは同様に星形に配置されたリプ１２
によって剛性的に外被２の下部帽体８に支持されている
。外側ケージ５は下部帽体８上に載置され、これに溶接
されて、外被２と剛性的に結合されている。

ケージ４．５は大部分穿孔された板から作られている。

孔は第１図では水平線（尺度は実際とは異なる）によっ
て示されている。単に端部に穿孔されない板が使用され
ている。ケージ４．５の構造に関する詳細は第２図及び
第３図及び関連する説明から理解される。

ベツド３の内部には流動性材料より成る充填物が配置さ
れている。反応装置の具体的利用に際して吸着性材料が
問題になるが、又同様に流動性触媒が充填されることが
出来る。

浄化されるガスの流過方向は第１図に実線矢印によって
示されている（反応位相或いは吸着位相）。この場合浄
化されるガス、例えば空気は入口開口１０を経て反応装
置に流入し、床部６の下側によって迂回させられて滴状
水を分離される。浄化されるガスは引続いて外被２及び
外側ケージ５の間の外側の環状空間１５内に導入される
。浄化されるガスはこ＼から半径方向の成分にて吸着ベ
ツド３を通って内部環状空間１６内に流入する。

この環状空間は外側を内側ケージ４により、又内側を円
錐体によって構成された押返し体１７によって境界され
ているが、この押返し体は内部環状空間１６の断面図を
減小させるようになっている。これによってベツド３内
の浄化されるガスの大体均一な流過密度が軸線方向座標
に著しく無関係に保証されるのである。内側ケージ４及
び押返し体１７の間には場合によって塵埃篩１３が設け
られる。

反応の際に再生が必要な場合には、再生位相の間に再生
ガス、例えば窒素が反対方向に導かれるのである（第１
図にて破線矢印）。

第２図は第１図の部分Ａを詳細に示しているが、この図
によって外被２の上部帽体７に対する外側ケージ５の上
方の固定部分が判る。外側ケージ５の穿孔されない板１
８より作られた上方の部分は２つの環状の溶接線１９に
よって上部帽体７に剛性的に結合されている。この実施
例の構造に於ては内側ケージ４は同様の方法で外被２の
上部帽体７に溶接されている。下部帽体８に対する外側
ケージ５の下端部の固定も同様に行われる。

孔板２０の細長い孔２５は規則正しく対称軸線ｌの廻り
に円形に配置されている。その寸法及び形状は期待され
る温度勾配に関係して見出されるのである。この実施例
に於て、孔の幅は３開で、孔の長さは３０ｍｍで間隔（
２つの隣接する円形に於ける孔の間の側方間隔）は６ｍ
ｍである（第３図参照）。充填物の部片の大きさが孔の
幅よりも小さい場合には、両方のケージ４．５はベツド
３の内部に向く側に、第３図にて外側ケージ５により示
されるようにワイヤーネット２２を有する。

孔板２０の形状は本発明に於て本質的なケージの特徴を
明確に示すものである。このことは第３図に示された変
形形態によって説明される。図面の水平方向は反応装置
の対称軸線の廻りの接線方向に対応していて、垂直方向
は軸線方向に対応している。孔板は夫々２つの孔の列の
間に接線力向に中断されないで伸長する長さ部分を有し
、ごの長さ部分の方向に沿って穿孔されない＋Ａ料と同
様に働くのである。この意味で、孔板２０は接線方向に
は剛性的である。従って実質的に円筒外被状の孔板部分
より成るケージは半径方向に剛性的である。軸線方向に
はこの孔板２０は直線上を中断されないで伸長する長さ
ぶぶを有し７ないで、孔によっ゛ζ中断されるようにな
っている。従ってこの方向には収縮可能で伸長可能であ
る。軸線方向に隣接する力は材料の弾性によるのみでな
く、孔板２０の形状の変化によって孔２５の形状の歪の
によって吸収されることが出来るのである。

第４図及び第５図は第３図のろ−ジに対して僅かに変形
された第２の実施例を示す。第４図はケージの円筒面の
部分の投影を示し、第５図は軸線力向の綿に沿う断面を
示す。反応装置の対称軸線はこれらの図面では垂直に位
置している。先ず最初の２つの実施形態の共通の特徴を
説明する。

これらの両方のケージの型式に於ては２乃至１０ｍｍ、
望ましくは２．５乃至６．０ｍｍの厚さｄを有する穿孔
され、規則正しく加工された金属板が問題になされてい
る。ごれらの孔は細長く、長い方の側部が水平線（図面
に於て水平）に沿って伸長し、反応装置の対称軸線の廻
りの円形」−に配置されている。夫々２つの隣接する円
形の間には垂直の、孔によって中断されないで伸長する
長さ部分（３０ａ、３０ｂ）がある。２つの隣接する円
の孔は互いに位置をずらされていて、軸線方向（垂直方
向）（矢印３１ａ、３１ｂ）に中断されない長さ部分が
存在しないようになっている。従ってケージは一方では
円形に沿って（接線方向）に沿っていて、従って半径方
向に剛性的であり、他方では孔の変形によって軸線方向
の長さの変化を吸収出来る（本発明に於ける意味で軸線
力向に伸長可能）のである。この特性は穿孔の特別な幾
何学に基づいていて、定性的には最初の両方の実施形態
に於て同じである。しかし、定量的な差は孔の尺度即ち
割合によって生ずるのである。

第３図のケージの型式： ％式％： ２０乃至５０闘、望ましくは２５乃至３５ｍｍ孔の幅　
　ｂ： ２乃至５ｍｍ、望ましくは２．５乃至３．５ｍｍ水平の
長さ部分の幅　Ｃｈ： ４乃至８１闘１ｍ、望ましくは５．０乃至７　、０ｍｍ
垂直の長さ部分の幅　Ｃｖ　： ５乃至２０ｍｍ、望ましくは８．０乃至１２．０ｍｍ第
４図及び第５図のケージの型式： ％式％： １０乃至４０ｍｍ、望ましくは２０乃至３０ｍｍ孔の幅
　　ｂ： ０．８乃至２．０ｍｍ　、望ましくは１．０乃至１　、
５ｍｍ水平の長さ部分の幅　Ｃｈ： ３．０乃至１０ｍｍ、望ましくは４．０乃至６　、０ｍ
ｍ垂直の長さ部分の幅　Ｃｖ　： ３．０乃至１２ｍｍ、　ｇましくは５．０乃至７．０ｍ
ｍ第４図及び第５図による特別の実施形態は次の尺度を
有する。

ａ　−２５ｍｍ　　　　ｂ　＝１．２ｍｍ　　　　ｃ　
ｈ　’＝５．０＋＋＋ｍｃ　ｖ　　＝６．Ｏｎｕ＋＋　
　　ｄ　＝４．０ｍｍ第２の実施形態に於ける孔の尺度
の小さいことはケージの内側の附加的な微細メッシコ、
のワイヤーネット（第５図に於て右方）が省略され得る
ようになす。何故ならば吸収剤又は触媒部片は穿孔板に
よって保持出来るからである。

第６図及び第７図は同様な図面で本発明によって実施出
来る第３の変形形態を示す。このものは完全に異なって
構成され、即ちワイヤー織物として構成されている。

この場合円形の水平のワイヤー４０ａ、４０ｂ、４０Ｃ
が垂直な（軸線方向の）ワイヤー４１ａ、４１ｂ、４１
ｃによって織られ”ζいる。この場合水平のワイヤー４
０ａ、４０ｂ、４０　ｃは何等特筆すべき曲げを有しな
いで、これによって（前述の実施例の中断されない長さ
部分３０ａ、３０ｂ、３０ｃと同様に）ゲージの半径方
向の剛性を与える。しかし、垂直なワイヤー４１ａ、４
１ｂ、４１　ｃは規則正しいメツシュ幅の２倍の間隔で
弯曲部、即ち関節部４２を設けられている。これらのワ
イヤーは引張り即ち伸び応力を受けると垂直（軸線）方
向にその形状を変化出来、従って温度によって誘起され
る長さの変化を補償出来るのである。ワイヤー格子とし
て構成されたケージは特別の織り方の種類によって本発
明に於ける意味で半径方向には剛性的で、軸線方向には
伸長可能である。この特性はワイヤーとして選択された
材料によって支持され得るのである。この場合水平のワ
イヤー４０ａ、４０ｂ、４０ｃとしてアンバー鋼（Ｉｎ
ｖａｒ−３ｔａｈｌ）　、垂直な（軸線方向の）ワイヤ
ー４１　ａ、　４　ｌ　ｂ、　４１　ｃとしてクロムニ
ッケル鋼を使用するのが有利である。ワイヤーの太さは
一般に１．０乃至１０ｍｍ、望ましくは１．０乃至５．
０ｍｍで、高々２．０乃至３　、０ｍｍになすのが望ま
しい。

メツシュ幅に対しては３．Ｏｕ乃至２０ｍｍ、望ましく
は６乃至１２ｎ＋ｍが選ばれる。

メツシュ幅は一般に吸収剤又は触媒部片を保持するのに
は大き過ぎるから、ワイヤーケージの内側（第７図の左
側）に微細メツシュのワイヤーネットを配置しなければ
ならない。このものは第６図及び第７図には図示されて
いない。反応装置の内部でワイヤーネットは大体ベツド
と同様の垂直の伸びを有する。上方及び下方にてケージ
は第１図と同様に穿孔されない板によって剛性的に外被
に結合されている。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているから、従来問題に
なっていた異なる駆動位相の間の大きい温度差、これに
関連するケージの半径方向及び軸線方向の熱的な長さ変
化が正常な駆動状態に於ても流動性材料及びケージの間
の相対的運動によって生ずる困難な問題を排除して、特
に安全で経済的な駆動を可能になすと共に、特に流動し
得る材料及び反応装置の障害を一正常の駆動に於ても、
又障害時に於ても一大幅に回避出来る優れた効果を得る
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は極めて簡略化された形態で対称軸線に沿う本発
明の実施例の反応装置の断面図。 第２図は第１図のＡの部分の詳細図。 第３図は形状の巻回部の断面図。 第４図及び第５図は第３図の実施例のケージの僅かに変
形された第２の実施例を示し、第４図はケージの円筒面
部分の投影図で、第５図は軸線方向の線に沿う断面図。 第６図及び第７図はケージの第３の変形形態を示し、第
６図は正面図、第７図は断面図。 １・・・・・・軸線 ２・・・・・・外被 ３・・・・・・吸着ベツド ４・・・・・・内側ケージ ５・・・・・・外側ケージ ６・・・・・・床部 ７・・・・・・上部帽体 ８・・・・・・下部帽体 ９・・・・・・ガスの出口 １０・・・・・・ガスの入口 １２・・・・・・リブ １３・・・・・・塵埃篩 １５・・・・・・外側の環状空間 １６　・　・　・ １７　・　・　・ １８　・　・　・ １９　・　・　・ ２０　・　・　・ ２２　・　・　・ ２５　・　・　・ ３０ａ　　、３０ｂ ４０ａ　　、４０ｂ ４１ａ、４１ｂ ・・・内部環状空間 ・・・折返し体 ・・・穿孔されない板 ・・・溶接線 ・・・孔板 ・・・ワイヤーネット ・・・細長い孔 ・・・中断されないで伸長する長さ部 分 、４０ｃ　　・・水平のワイヤー 、４１ｃ　　・・垂直なワイヤー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円筒対称的に実質的に垂直に位置する軸線（１）の
   廻りに実質的に構成され、外被（２）及びこの外被（２
   ）の内部の環状ベッド（３）を有し、このベッド（３）
   が流動し得る材料を充填されて、内側ケージ（４）及び
   外側ケージ（５）により境界され、下側を下方から前記
   外被（２）に支持された床部（６）により境界されてい
   て、前記ケージ（４、５）が半径方向に剛性的に結合さ
   れ、又下側を前記外被（２）に剛性的に結合されている
   反応装置に於て、前記両方のケージ（４、５）の一方が
   軸線方向に伸長可能で、上側にて剛性的に前記外被（２
   ）に結合されていることを特徴とする反応装置。 ２、両方のケージ（４、５）が軸線方向に伸長可能で、
   上側にて剛性的に前記外被（２）に結合されていること
   を特徴とする請求項１に記載された反応装置。 ３、上側にて剛性的に前記外被（２）に結合されている
   一方のケージ（４、５）が軸線方向に予め緊張されてい
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載された反応装
   置。 ４、両方のケージ（４、５）が軸線方向に予め緊張され
   ていることを特徴とする請求項２に記載された反応装置
   。