JPH1043576A

JPH1043576A - 触媒充填方法および装置

Info

Publication number: JPH1043576A
Application number: JP20705696A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tono; 和志東野; Sadahiro Ienaga; 定博家永
Original assignee: Idemitsu Engineering Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3950497B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転式の触媒放出器では、触媒を均一かつ平ら
に充填するとともに、その充填速度を向上させるのが難
しい。【解決手段】反応塔10の上部に回転式の触媒放出器30を
固定し、その多段分散ロータ41を回転数を周期的に変化
させながら、触媒11を散布し、かつ、着弾時の触媒11の
水平方向速度が維持されるように、触媒放出器30から反
応塔10内へ触媒11を充填する。触媒放出器30に設けた多
段円板状の分散ロータ機構40から放出される触媒11は、
制御手段70が分散ロータ41の回転数を周期的に変化させ
るとともに、触媒11が堆積した高さＴに応じて同回転数
を全体的にシフトさせるので、偏ることなく、平らにか
つ均一に充填されるようになるうえ、触媒11の放出量が
限定されなくなるので、充填速度が高速化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒充填方法およ
び触媒充填装置に関し、石油化学プラント等で使用され
る反応塔の内部に粒状の触媒を充填する際に利用され
る。

【０００２】

【背景技術】石油化学プラント等で使用される反応塔に
は、反応液の反応促進のために必要に応じて適宜な触媒
が充填使用される。触媒は、反応液との接触性を高める
ために通常は顆粒状とされ、反応塔内に所定の密度で均
一に充填される。触媒の充填にあたっては、従来、外部
のホッパから触媒を供給されるホースを反応塔の上部開
口を通して導入し、塔内の作業員が適宜ホースを操作し
て触媒を散布し、表面を均す等の作業を行っていた。し
かし、このような従来方法では、作業員が反応塔内に入
って人手による作業を行うため、作業効率が低いうえ、
作業員に踏み固められて触媒の充填密度が不均一になる
等の不都合があった。

【０００３】このような不都合を解消するために、本願
出願人により、回転散布式の触媒放出器を用いる充填装
置が開発されている（特公平１−22807 号および特公平
６−44987 号公報参照）。特公平１−22807 号に示され
る充填装置では、下部の回転式放出板から触媒を回転散
布する触媒放出器を反応塔の上部開口から吊り下ろし、
この触媒放出器の吊り下げ高さや放出板の回転速度など
を適宜制御することで、触媒が反応塔内の中心部から周
辺部まで散布され、これにより適切かつ均一な散布密度
および表面の平坦さを確保しようとしている。また、特
公平６−44987 号公報に示される触媒充填装置では、触
媒を回転散布するための分配板を複数設けるとともに、
分配板の寸法や形状をそれぞれ適宜設定し、これによ
り、各分配板から放出される触媒が広い範囲にわたって
一様に散布されるようにし、触媒の散布密度の均一性を
向上するとともに、充填された触媒表面がさらに平坦と
なるようにしている。

【０００４】なお、触媒の充填密度は（触媒充填量／充
填体積）で表され、充填状態としては反応塔内で触媒が
横に整列して並び最大の密度となる「最密充填」のほ
か、反応塔内で触媒どうしが互いに絡み合って密度が粗
となる「ソック充填」が用いられる。これらの状態は、
密度の値とともに、充填対象の反応塔の形態や反応液の
性質等により適宜選択される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特公平１−
22807 号に示される充填装置では、散布中の触媒の着弾
（着地）後の触媒挙動については十分に解析されていな
かったため、必ずしも所望の充填密度を得られておら
ず、堆積触媒表面を平らに行うことが難しいという問題
があった。また、特公平６−44987 号公報に示される触
媒充填装置では、分配板の寸法や形状の設定により、各
分配板から放出される触媒が広い範囲にわたって一様に
散布されるようにするので、一様に分散可能な触媒の放
出量が限定され、触媒の充填速度に限界があるという問
題がある。

【０００６】本発明の目的は、回転式の触媒放出器を用
いて反応塔内に触媒を散布する際に、触媒の充填を平ら
に行なえるうえ、触媒の充填速度の高速化が可能となる
触媒充填方法および触媒充填装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の触媒充填方法
は、触媒の着弾後、触媒が反応塔の半径方向に転がって
から停止すると触媒がほぼ同一姿勢で充填されること、
ならびに、充填時の触媒放出器の回転数を周期的に変化
させることにより、より半径方向に均一に充填されるこ
とに着目してなされたものである。すなわち、従来の触
媒充填装置による触媒の充填は、触媒の表面あるいは反
応塔底面から比較的高い位置から行われていたため、触
媒充填装置から反応塔の半径方向に放出された触媒はあ
る程度半径方向に飛んだ後、半径方向の速度成分がゼロ
となって、この後は自由落下すなわち鉛直に落下して着
弾する。このため、着弾後の触媒の向きは必ずしも一定
とはならず、触媒充填面の平らな充填は困難となり、充
填触媒の表面が山谷となりやすかった。

【０００８】一方、本発明方法においては、触媒の着弾
時においても触媒は、反応塔の半径方向速度成分Ｕｘ
（Ｕｘ＞０）が存在するため、触媒は着弾後に反応塔の
半径方向に転がって整列されることとなり、表面が平ら
の充填も可能となる。また、本発明方法においては、反
応塔の半径方向の充填を均一にするため、触媒放出器の
回転数を周期的に変化させる必要がある。

【０００９】より具体的には、本発明方法は、反応塔の
上部に固定された触媒放出器における分散ロータを回転
させながら、当該触媒放出器から触媒を散布することで
反応塔内に触媒を充填する触媒充填方法であって、触媒
放出器から放出される触媒の反応塔半径方向速度成分を
Ｕｘとするとき、着弾時の触媒がＵｘ＞０となるよう
に、触媒放出器の反応塔内の触媒表面からの散布高さお
よび回転数を設定するとともに、この触媒放出器の回転
数を周期的に変化させたことを特徴とする。

【００１０】本発明方法において、前記反応塔に充填さ
れた触媒の充填高さに応じて、前記周期的に変化する前
記触媒放出器の回転数を全体的にシフトさせることが望
ましい。また、触媒放出器の極大回転数Ｎmax は、触媒
放出器から放出される触媒が反応塔の側壁に直接所定の
速度以上で当たる値より小さく設定されることが好まし
い。回転数がＮmax 以上では触媒が反応塔の側壁に当た
り、触媒を損傷する可能性があるからである。さらに、
本発明方法において使用される触媒放出器は、多段ロー
タ型であることが好ましい。多段にすれば、反応塔の同
一平面内の充填を短時間で行うことが可能となる。

【００１１】また、本発明の触媒充填装置は、回転軸心
に対し放射方向となる方向に互いに所定間隔を置いて延
びる複数の仕切材を有する円板状の分散ロータを上下方
向に所定間隔を置いて多段に備え、かつ、これらの分散
ロータを回転駆動する回転駆動機構を備えるとともに反
応塔の所定高さ位置に固定される触媒放出器と、この触
媒放出器により当該反応塔内に放出された触媒の充填高
さを検出する高さ検出手段と、前記触媒放出器の回転数
を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記触
媒放出器の分散ロータが所定の極大回転数Ｎmax と極小
回転数Ｎmin との間の回転数を周期的に変化するように
前記触媒放出器の回転駆動機構を制御するとともに、前
記反応塔に充填された触媒の充填高さに応じて、前記極
大回転数Ｎmax および前記極小回転数Ｎmin を全体的に
シフトさせるように構成され、前記極大回転数Ｎmax
は、触媒放出器の複数の分散ロータのうち、最上段の分
散ロータから放出される触媒が反応塔のほぼ内周位置に
着弾するような回転数とされ、極小回転数Ｎmin は、極
大回転数Ｎmax で回転されるときに最上段の直下である
第２段の分散ロータから放出される触媒の着弾位置とほ
ぼ等しい位置に最上段の分散ロータから放出される触媒
が着弾するような回転数とされ、かつ、各分散ロータの
直径は、互いに隣接する分散ロータのうち下段の分散ロ
ータが極大回転数Ｎmax で回転しているとき当該下段分
散ロータから放出される触媒が着弾する位置に、上段の
分散ロータが極小回転数Ｎmin で回転されているとき当
該上段分散ロータから放出される触媒が着弾する位置が
ほぼ等しくなるような寸法に設定されていることを特徴
とする。

【００１２】本発明装置において、前記制御手段は、各
分散ロータにおける極大回転数Ｎmax から極小回転数Ｎ
min に至る各回転数で、各分散ロータから放出される触
媒の分布が均一になるように、極大回転数Ｎmax から前
記回転数の変化領域における中心回転数に到る時間と、
前記中心回転数から極小回転数Ｎmin に到る時間とは、
長さが互い異なっていることが望ましい。例えば、触媒
がころがりにくく、触媒の分布が内側に偏るおそれがあ
る場合には、極大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、極
小回転数Ｎmin 側の充填時間が極小回転数Ｎmin 側に行
くに従い順次長くなるように設定し、これにより、各分
散ロータから放出された触媒の分布をより均一にする。
一方、触媒がころがりやすく、触媒の分布が外側に偏る
おそれがある場合には、着地後の触媒のころがり効果も
考慮にいれて、極大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、
極小回転数Ｎmin 側の充填時間が極小回転数Ｎmin 側に
行くに従い順次短くなるように設定し、これにより、各
分散ロータから放出された触媒の分布をより均一にす
る。

【００１３】このような本発明においては、触媒放出器
から放出される触媒は、反応塔の半径方向の速度成分Ｕ
ｘが０になる前に着弾し、この半径方向速度成分Ｕｘに
より半径方向に転がって次々に停止する。従って、各触
媒はその向きが揃った状態で充填され、均一かつ高密度
の充填が行われる。しかも、充填中、触媒放出器の回転
は、極大回転数Ｎmax から極小回転数Ｎmin まで周期的
に変化するので、この回転数の変化に伴い触媒の放出初
速度が変化する。従って、触媒の着弾位置も変化し、反
応塔の半径方向の触媒分布がより均一になる。

【００１４】また、触媒放出器として多段の分散ロータ
を備えたものを用いれば、各段の分散ロータから反応塔
内に所定の間隔ごとに充填される。この際、各分散ロー
タの大きさは、互いに隣接する分散ロータから放出され
る触媒どうしが半径方向位置が連続して着弾するように
設定されているため、より均一に充填される。すなわ
ち、隣接する分散ロータの上段側の分散ロータによりそ
の極小回転数Ｎmin で放出される触媒の着弾位置が、下
段側の分散ロータによりその極大回転数Ｎmax で放出さ
れる触媒の着弾位置とがほぼ等しい位置とされているか
ら、互いに隣接する上下の分散ロータから充填される触
媒の表面高さに段差が生じることがなく、ほぼ平面状態
となる。しかも、触媒は前述の反応塔半径方向速度成分
Ｕｘを有しているため、その転がりとも相俟って、より
均一な充填がなされる。また、この転がり力により、通
常の自然落下であれば形成されるであろう、触媒堆積時
の安息角に基づく山盛り状態も解消されることとなる。
さらに、各分散ロータの寸法等を設定するにあたり、互
いに隣接する分散ロータから放出される触媒どうしが、
半径方向に互いに連続する範囲に着弾するように設定で
きれば、分散ロータの数や各分散ロータから放出される
触媒の放出量が限定されないので、従来（特公平６−44
987 号公報）と異なり、触媒の充填速度の高速化が容易
に可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係
る触媒充填方法および装置の適用状況を示す概略図であ
る。この図１において、反応塔10は、内部に触媒11が充
填される有底円筒状の大型反応塔であり、その上面中央
には開口12が設けられ、底部は基礎13に固定支持されて
いる。反応塔10の上部には、図示しない架台が組まれ、
この架台には本発明に基づく触媒充填装置20が配置され
ている。

【００１６】触媒充填装置20は、反応塔10内に設けられ
たデストリビュータ14のほぼ中心位置に設けられた触媒
放出器30と、この触媒放出器30を支持する支持部21と、
触媒放出器30を駆動するための流体駆動式のモータ22
と、散布すべき触媒11を収納したホッパ23と、このホッ
パ23からの触媒11を触媒放出器30へ導くパイプ24とを備
えている。ここで、触媒放出器30は、後に詳述するよう
に、ホッパ23から供給された触媒11を所定の初速度で放
出して回転散布する分散ロータ機構40を備えている。モ
ータ22は、反応塔10内に配置された触媒放出器30の分散
ロータ機構40を正、逆回転駆動するものである。そし
て、触媒充填装置20には、モータ22の回転数を変動可能
に制御する制御手段70が備えられている。この制御手段
70には、反応塔10内に充填された触媒11の充填高さＴを
検出する高さ検出手段としての超音波センサ25が電気的
に接続されている。

【００１７】制御手段70は、外部入力される指令や充填
条件設定等に基づいて、触媒放出器30のモータ35の回転
速度の制御を行うことにより、触媒放出器30による触媒
11の充填作業が所望の状態で行われるように制御するも
のである。このため、制御手段70は、コンピュータ等か
ら構成され、図示しないが、触媒11の充填条件等を入力
するためのキーボードや、各種表示を行うディスプレイ
等を有する操作部と、操作部での設定条件や触媒11の充
填触媒面11A の高さＴに応じて触媒放出器30から放出さ
れる触媒11の量および放出時の回転数等を所定の式によ
り演算するとともに制御する放出制御部とを含んで構成
されている。

【００１８】触媒放出器30の分散ロータ機構40は、反応
塔10の大きさや触媒11の性状により用いられる構造が異
なるが、例えば、図２，３，４に示されるように、複数
枚、具体的には、５，４，３枚の円盤状分散ロータ41を
所定間隔を置いて多段に積み重ねて構成されている。ま
た、図２，３，４示される各々異なる実施の形態である
分散ロータ機構40は、適応にあたって変更される細部の
形状等を除き、分散ロータ41の枚数の相違のみであるた
め、以下、図２に示される５段の分散ロータ41の実施の
形態につき、図５〜１２の部品図をも参照して説明し、
図３，４の実施の形態の説明は省略する。ここで、図
３，４の実施の形態における図２の実施の形態と同一も
しくは相当構成部分には、図２と同一の符号を付す。

【００１９】図２，５〜１２において、触媒放出器30の
支持部21は、その下部に触媒11を案内する筒状のガイド
筒21A が設けられている。このガイド筒21A の下方に分
散ロータ機構40が設けられている。ガイド筒21A の中心
位置には、アームおよびベアリング38を介して駆動軸39
が回転自在に支持されている。この駆動軸39の下端に
は、分散ロータ機構40の支持リブ42の中央円錐部材（中
心軸部材）43が一体に連結されている。支持リブ42は、
図５の底面図からも分るように、リング部材44を備える
とともに、このリング部材44と中央円錐部材43とをつな
ぐ断面三角形状（図６参照）の複数本の腕部45を備えて
いる。図２において、リング部材44には複数の分散ロー
タ41のうちの最上段の分散ロータ41Ａがボルト等の固定
具により取付けられている。この際、複数の分散ロータ
を一括して呼称する時、あるいは各別に呼称する必要の
ない時は符号41で示し、各分散ロータを各別に呼称する
必要のある時は、符号41に最上段から順次記号Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅを付して示す。最上段の分散ロータ41Ａに
は、スペーサ46を介して２段目の分散ロータ41Ｂがボル
ト等の固定具により取付けられ、以下同様に２段目と３
段目、３段目と４段目、４段目と５段目（本実施形態に
おける最下段）の分散ロータ41Ｂと41Ｃ、41Ｃと41Ｄ、
41Ｄと41Ｅとがそれぞれスペーサ46を介して固定具で取
付けられている。

【００２０】各分散ロータ41Ａ〜41Ｅは、それぞれ図
７，８，９，10，11の（Ａ），（Ｂ）に示されるよう
に、中心部に触媒11の流通用の孔47を有するとともに、
上面に複数枚の仕切材48（図では板厚を省略して示して
ある）を有し、かつ、必要な取付孔等を有している。こ
の際、最下段を除く上から４段目迄の分散ロータ41Ａ〜
41Ｄの孔47は円形とされ、最下段の分散ロータ41Ｅの孔
47は長円とされている。また、各仕切材48は、それぞれ
の分散ロータ41Ａ〜41Ｅの上面の等配位置に設けられ、
その数は、直径４ｍの反応塔10への適用を考慮している
本実施形態では、最上段で24枚、２段目で18枚、３段目
で12枚、4 段目で９枚、最下段で5 枚とされている。こ
れらの枚数は、充填しようとする反応塔10の直径、触媒
11の性状、ロータ段数、外形寸法等により異なるもので
ある。

【００２１】最下段の分散ロータ41Ｅの下面には、図12
に示されるように、当該分散ロータ41Ｅに設けられた長
孔47の開口面積を調整可能な３枚の調整板49がねじ51に
より、矢印方向Ｐに位置調整されて固定されている。こ
れにより孔47から下方に落下する触媒11の流量が調整で
きるようになっている。また、最下段の分散ロータ41Ｅ
の下面には、案内部材52が長孔53とボルト54との作用に
より位置調整されて固定されている。この案内部材52
は、長孔53が形成された取付面の一側縁から下方に延び
る案内面55を有し、その下端縁には受け面56が形成され
ている。この受け面56は、２枚の仕切板57Ａ、57Ｂによ
り中央部56Ａおよび両側の端部56Ｂ、56Ｃに仕切られて
いる。このうち、一方の端部56Ｂは斜め下方に延長さ
れ、その側縁には案内面55および案内面55とは反対側に
設けられた溢れ止め58が設けられ、触媒11が溢れ止めさ
れている。また、他方の端部56Ｃは直線的に延長され、
その案内面55とは反対側の側縁には端部56Ｂと同様に仕
切板57Ｂに連続する溢れ止め59が設けられている。さら
に、中央部56Ａにおける案内面55とは反対側は、導流口
61として解放されている。

【００２２】このような案内部材52を用いた場合、孔47
からの触媒11は案内面55に沿って落下し、一旦受け面56
に受けられた後傾斜により、あるいは、回転に伴って同
心円状に均一に散布される。すなわち、受け面56に落下
した触媒11のうち中央部56Ａに落下した分は、案内面55
と反対側縁の導流口61から直接落下し、反応塔10の略中
心に散布される。一方、端部56Ｂ、56Ｃに落下した分
は、それぞれ案内面55および溢れ止め58、59に沿って先
端部まで送られて飛散され、前述の導流口61からの散布
分の外側およびそのさらに外側に同心円状に散布される
ようになっている。

【００２３】なお、駆動軸39に取付けられる中央円錐部
材43のテーパ面43Ａのテーパ角度、このテーパ面43Ａと
各分散ロータ41の孔47との間隔および各分散ロータ41間
の間隔は、分散ロータ機構40からの触媒11の散布状況に
影響が大きいため、計算により求めた後、実験により確
認の上、最終的な形状を決定する。

【００２４】ここで、分散ロータ機構40の各部の寸法の
決定方法を図13を参照して説明する。図13において、分
散ロータ機構40の触媒流入部すなわちスロート部の開口
形状は、ガイド筒21A の内径すなわち半径ｒ₁から、こ
の半径ｒ₁の位置における中央円錐部材43の半径ａ₁を
引いた値とされ、この（ｒ₁−ａ₁）が最上段（第１
段）の分散ロータ41Ａの開口とされる。また、この第１
段の分散ロータ41Ａの高さは、ｈ₁とされ、これらのｒ
₁，ａ₁，ｈ₁とロータ半径Ｒ₁とにより触媒11の流出
（散布）状態が変化することとなる。

【００２５】第２段の分散ロータ41Ｂにおける開口は、
第１段分散ロータ41Ａの孔47の寸法と当該位置における
中央円錐部材43の寸法との差に等しく、半径ｒ₂−半径
ａ₂とされ、高さはｈ₂とされる。以下、同様に、第３
段以後の分散ロータ41Ｃ，41Ｄ，41Ｅの開口形状は、寸
法ｒ₃，ａ₃，ｈ₃、寸法ｒ₄，ａ₄，ｈ₄および寸法
ｒ₅，ａ₅，ｈ₅により決定される。

【００２６】この開口部（スロート部）における寸法決
定の考え方は、次の通りである。スロート部は、触媒投
入量をそれぞれの分散ロータ41に受け渡す役割を持って
いる。従って、均一分散を実現するため、各段の分散ロ
ータ41が触媒をばらまく（充填する）面積がスロート面
積比と合致していなければならない。そこで、第ｉ段
（Noｉ）の分散ロータで考えると、［Noｉ-1の分散ロータからの流入量］＝［Noｉの分散ロ
ータでの分散量］＋［Noｉ+1の分散ロータへの流出量］となる。これを図13の各ｒ，ａ，ｈを用いて基礎式とし
て表現する。各分散ロータ41から供給された触媒11の反
応塔10の中心からの距離（着弾位置Ｌ_i、中心軸径
ａ_i、開口径ｒ_iの間に以下の関係が成立しなければな
らない。

【００２７】

【数１】

【００２８】各ロータ41の開口高さ（ｈ_i）は、各ロー
タ41から供給される触媒11の着弾面積に比例するため、
以下の関係が成立しなければならない。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、充填する触媒11を単一粒子と考え
ると、次の式が成立する。

【００３１】

【数３】

【００３２】従って、これらの式から各部寸法を決定す
る。

【００３３】このような本実施形態においては、次のよ
うな手順で反応塔10内に触媒11の散布を行う。まず、触
媒放出器30をデストリビュータ14のほぼ中心位置にセッ
トし、モータ22を起動し、触媒11の放出を開始する。こ
の状態で、制御装置70の放出制御部は、触媒放出器30か
ら放出された触媒11が反応塔10の底部の周縁部まで達す
るとともに、反応塔10の半径方向速度成分Ｕｘがゼロよ
りも大きくなるように、所定の回転数で触媒放出器30の
分散ロータ機構40を回転させる。これにより、触媒放出
器30は、触媒11を反応塔10の内部に多重同心円状に散布
する。ここで、触媒放出器から放出された触媒は、半径
方向速度成分Ｕｘがある程度の値、すなわち、Ｕｘ＞０
に設定されているため、着弾後に触媒11は、半径方向に
転がってから停止し、堆積表面は平らになる。

【００３４】そして、触媒11の散布が進むと、反応塔10
の内部に充填された触媒11が堆積し、堆積した触媒11の
上面である充填触媒面の高さレベルが上昇する。する
と、触媒11が放出されてから着弾するまでの時間が短く
なるので、そのままの回転数で触媒放出器30の分散ロー
タ機構40を回転させていたのでは、触媒放出器30から放
出された触媒11が反応塔10の底部の周縁部まで到達でき
なくなる。このため、制御装置70の放出制御部は、超音
波センサ25で充填触媒面の高さＴを検出し、この高さＴ
に応じて触媒放出器30の分散ロータ機構40の回転速度を
調節する。これにより、触媒11の充填触媒面の高さＴが
上昇するにしたがって、分散ロータ機構40の回転速度を
増加させながら、触媒11の充填が行われる。このよう
に、分散ロータ機構40の回転速度を増加させながら触媒
11を放出してゆき、触媒11が反応塔10内の上限高さレベ
ルまで充填されたら、触媒放出器30による散布作業を完
了する。

【００３５】この散布作業時に、反応塔10内に、配管、
その他の障害物がある場合には、モータ22を所定のイン
ターバルで正転、逆転にきりかえる。これにより、障害
物の周囲にも均等に触媒11が散布されることとなる。

【００３６】また、この散布にあたり、ある一定回転数
における触媒11の反応塔10内での堆積状態は、図14に模
式的に示されるように、多数の同心円状で所定の安息角
を有する断面山形となる。このため、本発明では、各山
間の谷を埋めて触媒11の堆積表面をより平らにするた
め、触媒放出器30の回転の最大値（極大回転数Ｎmax ）
から、最小値（極小回転数Ｎmin ）までを周期的に変
化させる。この回転数の最大値Ｎmax は、触媒放出器30
の分散ロータ41を当該極大回転数Ｎmax で回転させたと
き、最上段の分散ロータ41Ａから放出される触媒11が丁
度、反応塔10の内壁の位置に着弾する値とされる。一
方、最小値Ｎmin は、分散ロータ41が極大回転数Ｎmax
で回転されたとき、上から２段目の分散ロータ41Ｂから
放出される触媒11が着弾する位置に、最上段の分散ロー
タ41Ａから放出される触媒11が着弾するような回転数で
ある。すなわち、Ｎmin の回転数の時の遠心力で最上段
の分散ロータ41Ａから放出される触媒11の着弾位置と、
Ｎmax の回転数の時の遠心力で２段目の分散ロータ41Ｂ
から放出される触媒11の着弾位置とが等しいこととな
る。従って、触媒放出器30の回転数がＮmax からＮmin
まで周期的に変化するようにすると、最上段の分散ロー
タ41Ａから放出される触媒11は、反応塔10の内周壁から
２段目ロータ41ＢからＮmax 時に放出される触媒11の着
弾位置まで順次連続して反応塔10内に供給されるため、
その間の触媒11の堆積表面は均一な高さに（平らに）充
填されることとなる。

【００３７】また、３段目以降の各分散ロータ41Ｃ，41
Ｄ，41Ｅの直径は、上述の考え方と同様に、互いに上下
に隣接する各分散ロータ41Ｂと41Ｃ、41Ｃと41Ｄ、41Ｄ
と41Ｅにおいて、触媒放出器30の極小回転数Ｎmin での
運転時における上段の分散ロータ41Ｂ，41Ｃまたは41Ｄ
から放出される触媒11の着弾位置と、極大回転数Ｎmax
での運転時における下段の分散ロータ41Ｃ，41Ｄまたは
41Ｅから放出される触媒11の着弾位置とがそれぞれほぼ
一致するような寸法に設定されている。

【００３８】次に、本実施形態において、触媒放出器30
の極大回転数Ｎmax 、極小回転数Ｎmin および各分散ロ
ータ41のロータ長（半径）Ｒの求め方を説明する。ここ
で、充填触媒面が上限高さレベルの近傍に達した状態で
は、触媒11が放出されてから着弾するまでの時間が最短
となるので、放出される触媒11の半径方向速度成分Ｕｘ
を最も速くする必要があり、触媒放出器30の分散ロータ
41に要求される回転数は、散布作業の全工程における最
大回転数となる。従って、この状態における分散ロータ
41の最大回転数を基準として、極大回転数Ｎmax 、極小
回転数Ｎmin および各ロータ長Ｒを設定すれば、充填途
中においても、触媒放出器30から放出された触媒11が反
応塔10の周縁部まで到達しない等の不具合が防止され
る。換言すれば、充填触媒面が上限高さレベルの近傍に
達した状態において、極大回転数Ｎmax 、極小回転数Ｎ
min および各ロータ長Ｒを設定するとともに、充填途中
における充填触媒面の高さＴに応じて極大回転数Ｎmax
および極小回転数Ｎmin を設定する。ここでは、充填触
媒面が上限高さレベルの近傍に達した状態における、極
大回転数Ｎmax および極小回転数Ｎmin を求め、これら
の極大回転数Ｎmax および極小回転数Ｎmin から各ロー
タ長Ｒを設定する。すなわち、一般に、Ｌ：触媒を着弾させたい位置までの水平方向距離（ｍ）（充填面すなわち触媒着弾位置の塔中心からの距離）Ｈ：充填したい面から分散ロータまでの高さ（ｍ）Ｒ：ロータ半径（ｍ）とすると、充填触媒粒子の充填面到達に要する時間Θ(s
ec) は、次の式で表される。

【００３９】

【数４】

【００４０】但し、Ａ，Ｂは粒子の物理物性、充填雰囲
気によって決定される定数である。一方、充填触媒粒子
の初速度Ｕｏ(m/sec) は、次の式で決定される。

【００４１】

【数５】

【００４２】但し、Ｃは粒子の物理物性、充填雰囲気に
よって決定される定数である。また、反応塔中心からの
距離Ｌ(m) は、次の式で求められる。

【００４３】

【数６】

【００４４】さらに、分散ロータの回転数Ｎ(rpm) は、
次の式で求められる。

【００４５】

【数７】

【００４６】ここで、長径４mm，短径１mmの三葉形の触
媒粒子について大気雰囲気での前記定数Ａ，Ｂ，Ｃの値
を示すと、以下のようになる。Ａ＝０．２４、Ｂ＝６．３５、Ｃ＝４．１７これらの数値を用いるとともに、反応塔中心からの距離
Ｌすなわち反応塔10の半径Ｄ／２，充填高さＨを仮に設
定し、初速度Ｕｏを求めると、表１になる。

【００４７】

【表１】

【００４８】すなわち、反応塔10の直径が４ｍの時、触
媒分散器30の触媒堆積面からの高さＨが２ｍであると、
初速度Ｕo は3.72ｍ／sec 必要であり、高さＨが0.5 ｍ
だと初速度Ｕo は7.89ｍ／sec 必要であることが分る。
直径２ｍのときも同様に表１から初速度Ｕo が分る。

【００４９】以上のことから、分散ロータ半径のＲを決
定するには、次のように行う。Ａ）Ｎmax の算出反応塔10への充填を考える場合、径が最大の分散ロータ
41Ａから供給された充填触媒粒子が反応塔10の壁の直前
に着弾する場合の初速度Ｕ₁から求めればよい。この
際、２Ｌ＝（反応塔直径：Ｄ）／２とし、数式４，５，７でＮmax を算出する。すなわち、
数式４，５からＵ₁を求め、このＵ₁を数式７に代入し
て求めたＮがＮmax である。Ｂ）Ｎmin の算出分散ロータ機構40の２段目の分散ロータ41Ｂあるいは分
散器下部の案内部材52分から最も外方に放出される触媒
粒子の極大回転数Ｎmax での着弾位置と、径が最大の分
散ロータ41Ａあるいは径が最小の分散ロータ41Ｅから供
給される触媒粒子の着弾位置が等しくなる初速度を数式
４，５で求め、さらに数式７からＮmin を算出する。す
なわち、案内部材52から放出される触媒11の極大回転数
Ｎmax での初速度Ｕ2 を数式５に代入して着弾位置Ｌ2
を求め、その次に、このＬ2 の時の最小分散ロータ41Ｅ
の初速度Ｕ3 を求め、このＵ3 を数式７に代入して得ら
れる回転数ＮがＮmin である。Ｃ）分散ロータ半径の算出分散ロータ枚数をｎ（図２の実施形態では５枚）とし、
充填面全域にわたって触媒粒子を充填するには、ｎ枚目
のロータ半径（Ｒｎ）が以下の式を満足するよう決定す
る。

【００５０】

【数８】

【００５１】次に、具体的計算例を示す。解析上の制限
を下記の通りとした。最大分散ロータ半径Ｒ；２００ｍｍ開口部の最低半径ｒ；２５ｍｍスロート入口の開口部半径；８０〜１２０ｍｍ中央円錐部材（中心軸）部分；実際の製作を考え、円
錐型になるよう設定。この制限の下、算出した分散ロー
タ機構40における各分散ロータ半径Ｒ、各段の入口部の
開口部半径ｒ、中央円錐部材半径のａ、開口高さｈにつ
いて解析結果を表２〜４に示す。また、形状は前述の図
13に５段の例が示されている。図13中のｒ，ａ，ｈにお
ける添字（１〜５）は各段数を示している。段数は充填
面に描く同心円の個数となるため多い方がよいが、現在
の制限すなわち最大分散ロータ半径および開口部の最低
半径の制限のもとでは、段数は５段が限度となる。

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】また、回転数の周期的変化を以下のように
仮定し、計算を行った。平均触媒長径／短径；４／１ｍｍ第１段（最上段）分散ロータの堆積触媒面からの高さ；
２００ｃｍその結果を表５〜７に示す。なお、表中、平均長径触媒
粒子とは、触媒11の長さ寸法にある程度のバラツキがあ
るが、その平均の寸法における触媒粒子の意味である。
また、触媒は、ころがりにくい形状のため、着弾後のこ
ろがり効果が期待できない。このため、充填時間は、極
大回転数Ｎmax から極小回転数Ｎmin に至る全ての回転
数で、放出された触媒の分布を均一にするため、極小回
転数側に至るに従い、充填時間を長く設定した。表５〜
７では、極大回転数Ｎmax における充填時間を１とした
時の他の回転数における充填時間をその比として示して
ある。

【００５６】

【表５】

【００５７】

【表６】

【００５８】

【表７】

【００５９】なお、充填途中における極大回転数Ｎmax
および極小回転数Ｎmin は、充填触媒面の高さＴを変数
とするとともに、充填触媒面の高さＴが最大値となった
時に、上述のように求めた極大回転数Ｎmax から極小回
転数Ｎmin の値となる適宜な関数、例えば、変数Ｔの一
次関数等を適当に設定し、この関数と充填触媒面の高さ
Ｔから算出する。

【００６０】このような本実施形態によれば、次に示す
ような効果がある。すなわち、本実施形態の方法では、
充填触媒面に着弾した触媒11の半径方向速度成分Ｕｘが
Ｕｘ＞０となるように、触媒11を放出する触媒放出器30
の回転数を設定したので、着弾後の各触媒11は反応塔10
の半径方向に転がり、一定の姿勢、換言すると、各触媒
11の長径方向がほぼ円周方向を向くような姿勢で散布さ
れるようになり、充填密度を向上できるうえ、充填され
た触媒11の充填触媒面を平らにすることができる。

【００６１】また、触媒11の充填触媒面の高さＴを超音
波センサ25で検出し、触媒11の充填触媒面の高さＴが上
昇するにしたがって、分散ロータ機構40の回転速度を増
加させながら、触媒11の充填を行うようにしたので、充
填触媒面の高さＴが異なっていても各高さレベルにおい
て最適の回転速度で触媒11の散布が可能となり、この点
からも、充填された触媒11の充填触媒面を平らにするこ
とができる。しかも、触媒放出器30は、その回転数が周
期的に変化されるため、一定の１つの回転数では生じる
山谷を均すことができ、この点でも充填された触媒11の
充填触媒面を平らにすることができる。

【００６２】従って、反応塔10内を平均に気液が流れる
ため、触媒11が均等に使用されることとなり、触媒11の
寿命を延長することができるという効果がある。また、
均等な充填に伴い、一部の触媒11の異常反応が防止で
き、それによるいわゆるホットスポットを防止すること
もできる。ここで、各分散ロータ41の寸法等を設定する
にあたり、互いに隣接する分散ロータ41から放出される
触媒11どうしが、半径方向に互いに連続する範囲に着弾
するように設定できれば、分散ロータ41の数や各分散ロ
ータ41から放出される触媒11の放出量が限定されないの
で、触媒11の充填速度を容易に高速化することができ
る。例えば、同規模の装置であれば、従来の特公平６−
44987 号公報に示される充填装置に比べて、約２倍の充
填速度を達成するこができる。

【００６３】さらに、周期的に回転数を変動させながら
触媒11を散布する触媒放出器30は、回転数が小さいほ
ど、触媒11の散布時間が長くなるように設定し、触媒が
ころがり効果により外側に偏る傾向を有していても、内
側の充填時間を長くすることで補正されるので、径方向
の触媒充填量がほぼ一定とされ、これによっても均一な
充填を行うことができる。

【００６４】また、本実施形態の触媒放出器30は、同心
円状分散ロータ41を多段に組合せた構造とし、隣接した
各段の分散ロータ41の径は、上段すなわち大径の分散ロ
ータ41の極小回転数運転時の触媒11の着段距離と、下段
すなわち小径の分散ロータ41の極大回転数運転時の触媒
11の着段距離とがほぼ一致する寸法としたから、各段に
よる触媒11の散布が半径方向に連続した状態で行なわれ
ることとなり、均一な（平らな）充填を行うことができ
る。さらに、このような触媒放出器30の構造は円板等の
単純な形状の部品により構成されているから、構造が簡
単となり、安価かつ容易に製造でき、性能も安定したも
のにできる。

【００６５】また、分散ロータ機構40の各段の分散ロー
タ半径Ｒ、開口部半径ｒ、中央円錐部半径ａ、開口部高
さｈ等の各部の寸法は、前述の所定の式で計算され、適
正に決定されているから、各段の分散ロータ41からの触
媒11の散布量を均一とすることができる。

【００６６】さらに、触媒放出器30を所定のインターバ
ルで正、逆回転させれば、反応塔10内に配管等の障害物
があっても、その周囲にも均一に触媒11を充填できる。

【００６７】図15には、本発明の第２実施形態が示され
ている。本実施形態は、前記第１実施形態における分散
ロータ機構40に、各段の分散ロータ41に送られる触媒11
の流路を絞る絞り板60を付加したものである。すなわ
ち、図15において、分散ロータ41Ａ〜41Ｄの中央の孔47
の周囲には、下方に延びる側壁を備えたリング状の絞り
板60が設けられている。各絞り板60は、その下段の分散
ロータ41に送られる触媒11の流路を絞るものとなってい
る。また、最上段の分散ロータ41Ａの上方には、ドーナ
ツ状の上部押さえ板61が設けられている。この上部押さ
え板61の中央には、触媒放出器30に備えられたガイド筒
21A の下端が嵌合される孔62が設けられている。そし
て、上部押さえ板61には、分散ロータ41Ａに送られる触
媒11の流路を絞る絞り板60が孔62の周囲に設けられてい
る。なお、最下段の分散ロータ41Ｅの下方には、分散ロ
ータ41が存在しないので、分散ロータ41Ｅには、絞り板
60を設ける必要がない。

【００６８】ここで、本実施形態では、ころがりやすい
形状の触媒が採用される。このため、着弾後のころがり
効果を考慮した上で、極大回転数Ｎmax から極小回転数
Ｎmin に至る全ての回転数において放出された触媒の分
布が均一となるようにするため、極小回転数側に至るに
従い、充填時間を短く設定した。表８には、極小回転数
Ｎmin における充填時間を１とした時の他の回転数にお
ける充填時間をその比として示してある。

【００６９】

【表８】

【００７０】このような本実施形態においても前記第１
実施形態と同様な作用、効果を奏することができる他、
着地後の触媒のころがり効果も考慮にいれて、極大回転
数Ｎmax での充填時間に比べ、極小回転数Ｎmin 側の充
填時間が極小回転数Ｎmin 側に行くに従い順次短くなる
ように設定したので、触媒11がころがりやすくとも、触
媒11の分布が外側に偏ることがなく、各分散ロータ41か
ら放出された触媒の分布をより均一にすることができる
という効果が得られる。

【００７１】なお、本発明は、前記各実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の目的を達成する範囲におい
て、以下に示すような変形等をも含むものである。すな
わち、触媒放出器30、特に分散ロータ機構40の各部の寸
法および段数は、前記実施形態の寸法・段数に限らず、
反応塔の形状、触媒の種類や粒度、散布回転数や散布量
などの他の条件に応じて変化するものであり、他の条件
毎に適宜決定すべきものである。また、回転数の変化の
巾は、各種条件に応じて変化させるものであり、しか
も、必ずしも極小回転数側の充填時間と極大回転数側の
充填時間とを異ならせる必要はないが、異ならせれば、
前記各実施形態で示した効果が得られる。

【００７２】さらに、高さ検出手段としては、超音波セ
ンサ等の充填触媒面の高さレベルを直接検出するものに
限らず、反応塔の底に設けられた重量センサ、または、
触媒を収納するホッパや触媒を導くパイプに設けられて
触媒の放出量を検出する流量センサ等、充填触媒面の高
さレベルを間接的に検出するものでもよく、高さ検出手
段は、実施にあたり適宜選択することができる。

【００７３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
触媒の充填を平らかつ均一にでき、塔内の流体の流れを
均一にできて触媒寿命を延長できるばかりでなく、ホッ
トスポット等を有効に防止できるうえ、触媒の充填速度
を容易に高速化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示す概略断
面図。

【図２】図１の実施形態に用いられる５段の分散ロータ
の実施形態を示す概略断面図である。

【図３】図１の実施形態に用いられる４段の分散ロータ
の実施形態を示す概略断面図である。

【図４】図１の実施形態に用いられる３段の分散ロータ
の実施形態を示す概略断面図である。

【図５】図２の実施形態の支持リブの底面図である。

【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う端面図である。

【図７】図２の実施形態の第１段分散ロータの平面図お
よび断面図である。

【図８】図２の実施形態の第２段分散ロータの平面図お
よび断面図である。

【図９】図２の実施形態の第３段分散ロータの平面図お
よび断面図である。

【図１０】図２の実施形態の第４段分散ロータの平面図
および断面図である。

【図１１】図２の実施形態の第５段分散ロータの平面図
および断面図である。

【図１２】図２の実施形態の第５段分散ロータと案内部
材の分解斜視図である。

【図１３】本実施形態の５段分散ロータにおける各部の
寸法を示す概略図である。

【図１４】本実施形態の触媒分散状態を示す模式図であ
る。

【図１５】本発明の第２実施形態を示す図２に相当する
図である。

【符号の説明】

10 反応塔 11 触媒 20 触媒充填装置 22 回転駆動機構としてのモータ 25 高さ検出手段としての超音波センサ 30 触媒放出器 41 分散ロータ 70 制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応塔の上部に固定された触媒放出器の分
散ロータを回転させながら、当該触媒放出器から触媒を
散布することで前記反応塔内に触媒を充填する触媒充填
方法であって、前記触媒放出器から放出される触媒の前記反応塔半径方
向速度成分をＵｘとするとき、着弾時の触媒がＵｘ＞０
となるように、前記触媒放出器の前記反応塔内の触媒表
面からの散布高さおよび回転数を設定するとともに、こ
の触媒放出器の回転数を周期的に変化させたことを特徴
とする触媒充填方法。
【請求項２】請求項１に記載の触媒充填方法において、
前記反応塔に充填された触媒の充填高さに応じて、前記
周期的に変化する前記触媒放出器の回転数を全体的にシ
フトさせることを特徴とする触媒充填方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の触媒充填
方法において、前記触媒放出器は、触媒放出器の回転軸
心から放射方向に延びる複数の仕切材を有する円板状の
分散ロータを上下方向に所定間隔をおいて一体回転可能
に多段に備えるとともに、これらの分散ロータは下方に
いくに従い小径とされ、かつ、前記分散ロータの周期的
に変化する回転数の変化領域における極大値および極小
値は、上下に隣接する各分散ロータからそれぞれ放出さ
れる触媒が反応塔の半径方向に連続して供給されるよう
に、極小回転数運転時における互いに隣接する上下の分
散ロータのうち上段の分散ロータにより放出される触媒
の着弾位置と、極大回転数運転時における下段の分散ロ
ータにより放出される触媒の着弾位置とがほぼ一致する
ようにしたことを特徴とする触媒充填方法。
【請求項４】回転軸心に対し放射方向となる方向に互い
に所定間隔を置いて延びる複数の仕切材を有する円板状
の分散ロータを上下方向に所定間隔を置いて多段に備
え、かつ、これらの分散ロータを回転駆動する回転駆動
機構を備えるとともに反応塔の所定高さ位置に固定され
る触媒放出器と、この触媒放出器により当該反応塔内に
放出された触媒の充填高さを検出する高さ検出手段と、
前記触媒放出器の回転数を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記触媒放出器の分散ロータが所定の
極大回転数Ｎmax と極小回転数Ｎmin との間の回転数を
周期的に変化するように前記触媒放出器の回転駆動機構
を制御するとともに、前記反応塔に充填された触媒の充
填高さに応じて、前記極大回転数Ｎmax および前記極小
回転数Ｎmin を全体的にシフトさせるように構成され、
前記極大回転数Ｎmax は、前記触媒放出器の複数の分散
ロータのうち、最上段の分散ロータから放出される触媒
が前記反応塔のほぼ内周位置に着弾するような回転数と
され、極小回転数Ｎmin は、前記極大回転数Ｎmax で回
転されるときに最上段の直下である第２段の分散ロータ
から放出される触媒の着弾位置とほぼ等しい位置に最上
段の分散ロータから放出される触媒が着弾するような回
転数とされ、かつ、各分散ロータの直径は、互いに隣接
する分散ロータのうち下段の分散ロータが前記極大回転
数Ｎmax で回転しているときに、当該下段分散ロータか
ら放出される触媒が着弾する位置に、上段の分散ロータ
が前記極小回転数Ｎmin で回転されているときに、当該
上段分散ロータから放出される触媒が着弾する位置がほ
ぼ等しくなるような寸法に設定されていることを特徴と
する触媒充填装置。
【請求項５】請求項４に記載の触媒充填装置において、
前記制御手段は、各分散ロータにおける極大回転数Ｎma
x から極小回転数Ｎmin に至る各回転数で、各分散ロー
タから放出される触媒の分布が均一になるように、極大
回転数Ｎmaxから前記回転数の変化領域における中心回
転数に到る時間と、前記中心回転数から極小回転数Ｎmi
n に到る時間とは、長さが互い異なっていることを特徴
とする触媒充填装置。
【請求項６】請求項５に記載の触媒充填装置において、
前記制御手段は、各分散ロータにおける極大回転数Ｎma
x から極小回転数Ｎmin に至る各回転数で、各分散ロー
タから放出された触媒の分布が均一になるように、極大
回転数Ｎmaxでの充填時間に比べ、極小回転数Ｎmin 側
の充填時間が極小回転数Ｎmin 側に行くに従い順次長く
なるように設定されていることを特徴とする触媒充填装
置。
【請求項７】請求項５に記載の触媒充填装置において、
前記制御手段は、各分散ロータにおける極大回転数Ｎma
x から極小回転数Ｎmin に至る各回転数で、各分散ロー
タから放出された触媒の分布が均一になるように、ま
た、着地後の触媒のころがり効果も考慮にいれて、極大
回転数Ｎmax での充填時間に比べ、極小回転数Ｎmin 側
の充填時間が極小回転数Ｎmin 側に行くに従い順次短く
なるように設定されていることを特徴とする触媒充填装
置。