JPH0644988B2 - 触媒充▲填▼方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は触媒充填装置に係り、石油精製設備や化学工業
設備などの反応塔に触媒を充填する作業等に利用でき
る。

〔従来の技術〕

従来より、石油精製や化学工業等においては、各種反応
のために触媒が利用されており、その利用にあたって
は、例えば粒状に形成された触媒を円筒状等の反応塔に
充填しておき、この反応塔内に原料油、反応液、ガスあ
るいはこれらの混合物等を通過させて触媒表面に触媒さ
せることが一般的である。

このような反応塔においては、内部に充填された触媒に
部分的な粗密があると、反応塔内に通される原料油等が
密度の粗い部分のみを通過するため、負荷の集中により
当該部分の触媒活性が急速に低下し、他の部分が正常で
あっても反応塔として充分な性能が得られなくなり、ま
た短時間で触媒の交換を行う必要が生じる。このため、
充填される触媒の密度をなるべく均一にすることが必要
である。

これらの触媒の充填にあたっては、作業員が反応塔内に
入り、可撓性パイプ等を用いて触媒を散布し、均一にな
らすことが一般的であった。しかし、このような方法で
は作業効率が低いうえ、閉鎖された反応塔内での作業で
あり、触媒の微細粉粒が多量に発生するなど、作業員の
安全性や衛生面に問題がある。このため、近年では、外
部からの操作により安全かつ能率よい触媒充填作業が行
えるように、反応塔内に吊下げ支持された回転円板に上
方から粒状触媒を供給し、遠心力により周囲に飛散させ
る形式の触媒充填装置が多数開発されている。

ところで、このような触媒充填装置においては、一般
に、円板から落下する触媒が環状の軌跡を描いて散布さ
れ、当該部分の密度が他の部分より高くなる。このた
め、一様な充填を行うためには触媒の落下軌跡の半径を
定常的に変化させる必要があり、例えば回転円板の高さ
や回転数を定常的に変化させて触媒が描く環状の軌跡の
径を加減するといった複雑な操作が行われている。

これに対し、円板に代えて長円形等の分配板を用い、そ
の表面を径方向に沿って複数の分配路を形成し、各分配
路の径寸法を互いに異なる寸法に形成した触媒充填装置
がある（特開昭61−141923号公報参照）。この触媒充填
装置においては、各分配路から散布される触媒が多数の
円心円状の軌跡を描くため、回転数を制御することによ
り広範囲に一様な散布が可能であり、他の回転円板式の
触媒充填装置に比べて操作が簡単なうえ均一な触媒充填
を極めて効率よく行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記のように円心円状の触媒散布を行う触媒
充填装置においては、最外周の落下軌跡を適度に維持さ
れていれば良好な触媒充填が行える。しかし、落下軌跡
半径は分配板の回転数や触媒の落下高さ（反応塔の触媒
保持面またはその上に堆積した触媒の表面からの分配板
の高さ）に応じて変化するものであり、最外周の落下軌
跡半径が反応塔の内径を大きく越える場合には充填され
る触媒は内壁面に沿って密になり、逆に内径より小さい
場合には内壁面に沿った部分が粗になる。このため、最
適な充填状態を実現するにあたっては反応塔の内径およ
び落下高さに応じて分配板の回転数を制御する必要があ
る。

ところが、落下軌跡半径は触媒の大きさ、形状、重さに
応じても変化するものであり、これらの多様な因子を考
慮したうえで最適回転数を決定することは容易ではな
い。また、触媒の落下高さは充填の進行に伴って変化す
るため、散布中にも作業経過に応じて随時分配板の回転
数を変化させる必要がある。このため、設定にあたって
は熟練した技術者等が必要となるほか、変動因子が多数
あることから条件設定の再現性に難があり、同一条件で
の充填作業の繰返しを行う場合であっても再度煩雑な設
定を行う必要が生じることもあった。しかも、最適な条
件設定が決定する方法として未だ決定的なものはなく、
どのような状態値を判断材料にするかについて不明な点
が多く、確実かつ最適な触媒充填を行える方法の開発が
望まれていた。

本発明の目的は、触媒充填の作業を省力化でき、均一な
充填が得られるとともに、作業にあたっての設定が簡単
で再現性が高く、設定変更にも容易に対応することが可
能な触媒充填方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、中央部に触媒落下部と径方向のリブで仕切ら
れた径方向の長さが異なる複数の触媒分配部とを有する
分配板を反応塔内で回転させ、この分配板の上方に配置
された触媒供給管から分配板に触媒を供給し、供給され
た触媒を前記触媒分配部により周囲に散布するとともに
前記触媒落下部により下方に落下させて反応塔内に触媒
を充填する方法において、前記触媒、分配板および反応
塔の条件を予め設定しておき、任意時点での反応塔内の
触媒の表面高さを検出し、この表面高さと分配板の高さ
との差から触媒の落下高さを演算し、算出された落下高
さおよび前記設定しておいた条件から最適な触媒充填が
得られる分配板の最適回転数を演算し、算出された最適
回転数に従って分配板の回転数を制御することにより触
媒充填方法を構成したものである。

ここで、最適回転数の演算にあたっては、施行実験等に
基づいて前記触媒、分配板および反応塔の条件と触媒の
落下高さとを関数としてまとめておき、充填作業にあた
って設定される条件データおよび現時点での落下高さデ
ータに応じて最適回転数を逐次演算する方法が採用でき
る。

また、予め各条件毎に落下高さ−最適回転数の関数を演
算しておき、これらの関数の一つを設定される条件デー
タに基づいて選択し、落下高さデータに応じた最適回転
数を演算してもよい。

さらに、予め各条件および落下高さ毎に最適回転数を演
算してデータテーブルとしてまとめておき、その中から
設定される条件データおよび現時点での落下高さデータ
に合致するものを選択する方法も採用できる。

〔作用〕

このように構成された本発明においては、充填作業を行
うにあたって使用する触媒、分配板および反応塔の条件
を設定しておき、作業を開始するにあたり反応塔内の触
媒保持面からの分配板の高さを落下高さとして最適回転
数を算出し、この最適回転数で分配板を回転させて充填
作業を行う。作業中は、触媒保持面の上に堆積した触媒
の表面の高さを、反応塔内に設けた接触式や光学式等の
高さ検出器で検出することにより現時点での落下高さを
求めて最適回転数を逐次調整し、この最適回転数に合わ
せて分配板の回転数を制御することにより任意時点での
最適な触媒の充填状態を確保する。従って、均一な充填
が実現できるうえ、充填作業を自動的に行うことができ
るため、人手による制御や監視を常時行う必要のなくす
とともに高い再現性を実現し、さらに設定自体も各種デ
ータの入力により簡略化し、これらにより前記目的を達
成する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明の触媒充填方法に基づいて制御される
石油精製用の反応塔１が示されている。この反応塔１は
略円筒状の外殻を有し、内部には原料油が通過可能な上
部スクリーン２および下部スクリーン３が設けられてお
り、下部スクリーン３上には粒状の触媒４が積載充填さ
れている。この触媒４を充填するために、反応塔１の上
部開口部には触媒４を蓄えるホッパ５が配置され、ホッ
パ５の下端には触媒４を移送する供給チューブ６が連結
され、供給チューブ６の下端は上部スクリーン２の中央
に支持された触媒充填装置10に連結されている。

この触媒充填装置10は、上部スクリーン２の上面側に配
置されたモータ11により駆動される駆動軸12を備え、駆
動軸12の下端には２枚の分配板13，14が設けられてい
る。これら分配板13，14の中央部の上方には供給チュー
ブ６から連続する供給通路15が配置されており、供給さ
れた触媒４を分配板13，14の回転により周囲に飛散さ
せ、下部スクリーン３上に散布して反応塔１内への均一
な充填を行うものである。

第２図に示すように、駆動軸12の下端には固定部材21が
ねじ止めされ、この固定部材21の周囲には４本の支持腕
22を介して中心筒体23が支持されており、中心筒体23は
上端近傍の集面には分配板13の内周縁が溶接固定されて
いる。また、分配板14は中心筒体23の周面に取付けられ
た４本のボルト25により吊下げられ、中心筒体23の下端
から所定間隔において分配板13と平行かつ同軸に支持さ
れている。

また、中心筒体23の上端縁には下方に向かって拡開する
円錐面24が設けられ、その下端は分配板13の上面に連結
されており、供給通路15からの触媒４を受けて分配板13
の上面に供給可能である。また、中心筒体23内の空間に
より分配板13の触媒落下部が構成され、供給通路15から
の触媒４を落下させて分配板14の上面にも供給可能であ
る。

ここで、分配板13，14の上面には、それぞれ外周縁から
円錐面24の外周近傍にわたって複数のリブ31，41が設け
られており、各リブ31，41は径方向に沿って互いに外向
きに拡開するように配置され、分配板13，14の表面を仕
切ることにより略凹形の触媒分配部32，42が形成されて
いる。

これらの分配板13，14は、各々駆動軸12の回転軸線に対
して点対称な略長円形に形成されており、拡触媒分配部
32，42毎に径方向の長さが異なるように形成されてい
る。従って、分配板13，14に供給された触媒４は、回転
に伴う遠心力により各触媒分配部32，42の先端から周囲
に飛散されるが、各触媒分配部32，42はそれぞれ径方向
の長さが異なるため、第１図に示すように、分配板13か
らの触媒4Aは下部スクリーン３の外周縁から所定幅の範
囲に散布され、分配板14からの触媒4Bはその内側の範囲
に散布される。なお、分配板13，14は、分配板14の大径
部44がそれぞれ分配板13の小径部33に重なるように配置
され、各々から散布される触媒4A，4Bの連続が円滑にな
されるように構成されている。

さらに、分配板14の中心部には触媒落下部としての長孔
45が設けられており、中心筒体23内から落下された触媒
４の一部は長孔45から下方に落下するように構成されて
いる。従って、分配板14では散布しきれない下部スクリ
ーン３中心部については長孔45から触媒4Cが散布され、
これにより下部スクリーン３上には触媒４が一様に散布
され、反応塔１内には均一な触媒４の充填が可能であ
る。

第１図に戻って、反応塔１の内壁面には、下部スクリー
ン３上面から分配板14の高さにわたって高さ検出器61が
設けられている。この高さ検出器61は圧電式あるいは静
電容量式の接触センサ等を用いて下部スクリーン３上に
堆積した触媒４の表面の高さを検知可能である。

この高さ検出器61は反応塔１の外部に設けられた制御装
置60に接続されている。この制御装置60は本発明の触媒
充填方法に基づいて触媒充填装置10の制御を行うために
第３図に示すような構成を備えている。

第３図において、制御装置60には高さ検出部62が設けら
て、この高さ検出部62は予め設定された下部スクリーン
３からの分配板14の高さ H_Ｏから高さ検出器61で得られ
た表面高さ H_Ｃを減算することにより触媒４の落下高さ
H_Ｆを検出可能である。

この検出部62の出力は演算部63に接続されており、演算
部63には環境設定部64が接続されている。環境設定部64
は、充填作業にあたって各種環境条件の変数を外部から
設定可能であり、ここでは分配板13，14の形態や寸法に
よって定まる触媒充填装置10の装置定数A 、反応塔１の
内径D 、使用する触媒４の粒径係数M および形状係数P
が設定可能である。

また、演算部63には演算式格納部65が接続されており、
この演算式格納部65には演算部63で用いられる関数 R
_(A,D,M,P,H) が記憶されている。この関数 R
_(A,D,M,P,H) は、予めシミュレーションあるいは実物を
用いた実験データ基づいて、前記変数 A， D， M，P お
よび落下高さ H_Ｆとをパラメータとして最適回転数 R_Ｏ
を与えるように設定されたものである。

従って、演算部63は所定サイクル毎等に高さ検出部62か
らの落下高さ H_Ｆを受信するとともに、環境設定部64か
ら変数 A， D， M，P を読み出し、演算式格納部65から
の関数 R_(A,D,M,P,H) に基づいて演算を行い、最適回転
数 R_Ｏを算出可能である。

さらに、演算部63の出力は回転制御部66に接続され、回
転制御部66は触媒充填装置10のモータ11に接続されてお
り、このモータ11への出力Ｐを演算部63から送られる最
適回転数 R_Ｏに応じて制御し、モータ11を最適回転数 R
_Ｏで回転させるように構成されている。

このように構成された本実施例においては、次に示すよ
うな手順で充填作業を行う。

まず、制御装置60の環境設定部64において変数 A， D，
M，P の設定を調整し、触媒充填装置10のモータ11を動
作させる。ここで、作業開始当初は触媒４は充填されて
いないため、制御装置60は既定の分配板14の高さ H_Ｏを
落下高さ H_Ｆとして演算を行い、得られた最適回転数 R
_Ｏでモータ11を回転させ、モータ11の回転により駆動軸
12を介して分配板13，14が回転される。

続いて、触媒充填装置10に供給チューブ６を通してホッ
パ５から触媒４の供給を開始する。ここで、供給された
触媒４は、供給通路15から分配板13，14上に送られ、そ
れぞれの回転に伴う遠心力により各触媒分配部32，42の
先端から略円心円状に散布されるとともに、一部が長孔
45を通して中心部分に散布され、下部スクリーン３上に
は触媒４が一様に散布される。

充填の進行に伴って表面高さ H_Ｃが変化し、触媒４の散
布も変化するが、この表面高さ H_Ｃは高さ検出器61によ
り随時検出されて制御装置60に送られる。制御装置60
は、高さ検出部62で表面高さ H_Ｃに応じた現時点の落下
高さ H_Ｆを換算し、演算部63により、環境設定部64から
の変数 A， D， M，P および演算式格納部56からの関数
R_(A,D,M,P,H) に基づいて、新たな最適回転数 R_Ｏを演
算するとともに、回転制御部66を介してモータ11の回転
を制御し、分配板13，14を最適回転数 R_Ｏで回転させて
触媒４の散布状態を常時最適に維持する。

このような本実施例によれば、次に示すような効果があ
る。

すなわち、制御装置60によりモータ11および分配板13，
14の回転数を制御し、触媒４の散布状態を常に最適に維
持しておくことができるため、反応塔１内に充填される
触媒４を高さに拘らず極めて均一にすることができる。

また、制御装置60による制御は、予めシミュレーション
あるいは実物を用いた実験データに基づいて設定された
関数 R_(A,D,M,P,H) に基づくものであり、各変数 A，
D， M，P および落下高さ H_Ｆに基づいてモータ11およ
び分配板13，14を常に適切な最適回転数 R_Ｏで回転させ
ることができる。

このため、同一条件での繰返し実行においても再現性が
優れており、常に最良の充填結果が確実に得られるとと
もに、従来のような熟練した技術者による調整等を省略
でき、作業を極めて簡単に行うことができる。

また、充填作業中の制御は制御装置60により全て自動的
に行わせることができるため、従来のように充填作業中
に監視や調整操作等を頻繁に行う必要がなく、著しい省
力化が可能である。

さらに、充填作業前の設定は、環境設定部64において使
用する触媒４や反応塔１、触媒充填装置10等の装置条件
に応じて変数 A， D， M，P の設定だけでよく、一般に
作業員だけでも簡単に行うことができる。

また、異なる触媒４を用いる場合でも環境設定部64にお
いて粒径係数M および形状係数P を変更するだけでよ
く、設定変更を極めて迅速かつ簡単に行うことができ、
装置定数A の変更により分配板13，14の換装にも素早く
対応できるほか、内径D の変更により他の反応塔１への
適用も簡単に行うことができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
以下に示すような変形をも含むものである。

すなわち、制御装置60により行う具体的な制御手順は関
数 R_(A,D,M,P,H) を用い、変数 A， D， M，P および落
下高さ H_Ｆを用いて逐次計算するものに限らず、他の形
式であってもよい。

例えば、第４図に示された制御装置60は、前記第３図の
制御装置60と略同様であるが、演算式格納部65に代え
て、演算部63には演算式選択部67が接続され、環境設定
部64はこの演算式選択部67に接続されている。ここで、
演算式選択部67には、予め適当な変数 A， D， M，P の
組み合わせを想定し、これらを関数 R_(A,D,M,P,H) に代
入して得られる関数 R_(H) が多数格納されており、環境
設定部64の設定に応じて実際の変数 A， D， M，P に対
応する関数 R_(H) を選択し、この関数 R_(H) および落下
高さ H_Ｆに基づいて演算部63で計算を行うように構成さ
れている。このような制御装置60によっても前記実施例
と略同様な効果が得られるほか、逐次全ての変数につい
て演算する場合に比べて処理を簡略にでき、速度も速く
できる。

なお、第３図および第４図の制御装置60においては、各
々が用いる関数 R_(A,D,M,P,H) および関数 R_(H) は、そ
れぞれ任意のパラメータの範囲毎に異なる幾つかの関数
式を連続させたものであってもよく、実際の条件に対応
してより精密な制御を行うことができる。

一方、第５図に示された制御装置60も前記第３図の制御
装置60と略同様であるが、演算式格納部65に代えて、容
量の大きな記憶領域を設けてデータテーブル68を構成し
たものである。すなわち、データテーブル68には、想定
される変数 A， D， M，P および落下高さ H_Ｆの組み合
わせ毎に、これらの値を関数 R_(A,D,M,P,H) に代入して
得られる最適回転数 R_Ｏが予め記憶されており、演算部
63は環境設定部64の設定に応じてデータテーブル68上の
該当する最適回転数 R_Ｏを読み出せるように構成されて
いる。このような制御装置60によっても前記実施例と略
同様な効果が得られるほか、制御にあたっては数値演算
を省略でき、処理をより簡略かつ高速化できる。

なお、第５図の制御装置60においては、関数式を利用し
てデータテーブル68上の最適回転数 R_Ｏを計算するので
はなく、シミュレーションあるいは実物を用いた実験を
行って各設定毎にそれぞれ最適な回転数 R_Ｏを決定して
もよく、データテーブル68の作成に手間がかかるが、よ
り微妙な設定をも行うことができる。

この他、前記実施例における反応塔１および触媒充填装
置10の他の形式、異なる形状、寸法等であってもよく、
反応塔１あるいは分配板13，14の数、寸法、形状等を変
更した場合には、変更点に合わせて環境設定部64の内径
D および装置定数A を変更すればよい。

なお、反応塔１のように化学反応を伴うもののみでな
く、吸着塔、吸収塔、抽出塔、洗浄塔など、粒状物の充
填される化学工業等で用いられる多くの塔類に適用して
もよく、触媒に限らず、ダッシヒリングやゼオライト等
の固形充填物等の充填にも利用できる。

また、制御装置60が利用する高さ検出器61は、前記実施
例のような棒状のものに限らず、ポイント式のセンサ等
おを反応塔１の内壁面の異なる高さ位置に多点配置して
もよい。なお、センサの形式としては、接触式に限ら
ず、光学式や音響（超音波）式等を利用してもよく、要
するに下部スクリーン３上に堆積した触媒４の表面高さ
を検知可能であればよい。

さらに、モータ11の回転制御にあたっては、例えば３〜
10分程度の所定間隔毎に回転方向を逆転させてもよい。
ここで、分配板13，14は略長円形に形成され、正逆何れ
の方向に回転させても同様な散布動作が行えるものであ
り、散布される触媒４の堆積方向を交互にしてより均一
な充填が行えるうえ、正逆を切換えることにより触媒分
配部32，42の一側に触媒４が付着するといった不都合を
防止することも可能である。なお、モータ11の回転の切
換えは所定時間毎に行うのではなく、制御装置60による
回転数調整の際毎に行うとしてもよい。

なお、前記実施例では、触媒表面高さの一点を検知して
分配板の回転数を制御したが、具体的な制御内容は前記
実施例に限るものではなく、制御対象としては前記実施
例と同様な分配板の回転数の制御に加え、触媒の供給量
（速度）を制御してもよい。また、触媒表面高さの検知
にあたっては、複数個所の高さの検知により触媒表面の
凹凸状態形状に対応して回転数、あるいは回転数と触媒
供給量とを制御してもよい。例えば、触媒の表面状態が
凹すなわち外周が***している場合、中心部ないし中間
部の凹状部分の径を基準として自動制御し、逆に表面が
凸の場合、外周部およびその近傍に選択的に分配できる
ように自動制御することにより、触媒表面のレベルをよ
り均一にすることが望ましい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明の触媒充填装置によれば、
触媒充填の作業を省力化でき、均一な充填が得られると
ともに、作業にあたっての設定が簡単で再現性が高く、
設定変更にも容易に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は前記
実施例で用いた分配板を示す上面図、第３図は前記実施
例で用いた制御装置を示すブロック図、第４図および第
５図はそれぞれ前記実施例に利用可能な制御装置を示す
ブロック図である。 １……反応塔、４……触媒、10……触媒充填装置、11…
…モータ、６，15……触媒供給管である供給チューブお
よび供給通路、13，14……分配板、23，45……触媒落下
部である中心筒体および長孔、31，41……リブ、32，42
……触媒分配部、60……制御装置、61……高さ検出器、
62……高さ検出部、63……演算部、64……環境設定部、
65……演算式格納部、66……回転制御部、67……演算式
選択部、68……データテーブル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央部に触媒落下部と径方向のリブで仕切
   られた径方向の長さが異なる複数の触媒分配部とを有す
   る分配板を反応塔内で回転させ、この分配板の上方に配
   置された触媒供給管から分配板に触媒を供給し、供給さ
   れた触媒を前記触媒分配部により周囲に散布するととも
   に前記触媒落下部により下方に落下させて反応塔内に触
   媒を充填する方法において、 前記触媒、分配板および反応塔の条件を予め設定してお
   き、任意時点での反応塔内の触媒の表面高さを検出し、
   この表面高さと分配板の高さとの差から触媒の落下高さ
   を演算し、算出された落下高さおよび前記設定しておい
   た条件から最適な触媒充填が得られる分配板の最適回転
   数を演算し、算出された最適回転数に従って分配板の回
   転数を制御することを特徴とする触媒充填方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記分配
   板の回転方向を正逆切り換えることを特徴とする触媒充
   填方法。