一种连续式固定床催化反应装置，具备：催化反应用的原料气体的流入路以及改性气体的流出路；与所述流入路以及所述流出路连接，并保持块状催化剂的催化反应容器；具有通气性，并且保持所述块状催化剂的催化剂保持器；和通过使所述催化剂保持器升降而使所述块状催化剂升降的驱动机构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用块状催化剂的用于进行流体的化学反应的连续式固定床催化反应装置以及使用该装置的催化反应方法的技术。 本申请基于2012年I月20日在日本申请的专利申请2012-010460号、2012年I月20日在日本申请的专利申请2012-010464号、以及2012年I月20日在日本申请的专利申请2012-010479号要求优先权，将其内容援引到这里。
技术介绍
在使用填充有催化剂的固定床催化反应容器的流体的化学反应中，通过催化反应而生成固体等的析出物的情况下，经常该固体析出物堆积于催化剂层中的催化剂间的空间。由此，发生催化剂层闭塞、变得不能通气的问题。 例如，在专利文献I中，公开了使包含氢、二氧化碳、水蒸气、焦油的气体在固定床催化反应装置中接触包含镍、铈、铝的催化剂，来进行焦油气体的改性(重整)的技术。在该技术中，在改性中固体碳析出于催化剂表面，为了除去它，需要使水蒸气或者空气接触上述碳的再生处理。 另外，专利文献I也例示了移动床形式以及流动床形式的催化反应容器的使用。在这些方式中，能够在反应作业中除去在催化剂表面析出的碳。但是，这样的反应容器，与固定床催化反应容器相比，装置复杂化，另外，在流动床形式的情况下，操作也容易变得不稳定。因此，特别是作为用于处理高温.高压.高腐蚀性流体的反应容器并不普遍。 另一方面，在没有移动床形式以及流动床形式的催化反应容器中的上述那样的问题的固定床反应容器中，通常在隔有催化剂层的两侧设置空间，使流体从一方的空间向另一方流通来进行反应。为了在催化剂层的两侧形成空间，需要催化剂的保持机构。催化剂保持机构的代表例在专利文献2中有记载，但使用具有比催化剂径小的孔径的冲孔金属板或网来确保催化剂的保持和通气。图6示出其例，但在催化反应容器I的内部收容有催化剂2，催化剂的保持通过冲孔金属板3或网进行。在图6中，原料气体4从流入口 5流入，从流出口 6作为改性气体7流出。 作为防止反应中的固体析出物的堆积所致的催化剂层的闭塞的手段，例如专利文献2中记载了下述技术:通过在气体从2个催化剂层之间通过的自由空间中，捕捉从第I催化剂层流出的气体中的粉尘来防止第2催化剂层中的闭塞。但是，该情况下，不能够防止在催化剂层内部生成、并在催化剂间的空间附着、堆积于催化剂的粉尘所致的催化剂层的闭塞。 专利文献3记载了下述技术:通过向燃料电池用的单元电池内的催化剂层照射超声波来使在催化剂上发生的水流出、除去。但是，超声波在自由空间中和粒体层?粉体层中的衰减大，因此只能在照射源附近作用。因此，对如燃料电池用单元电池内的催化剂层那样比较小型的催化剂层有效，但对于处理大量流体的大型的催化剂层而言，利用超声波使催化剂层全体振动是较困难的。 专利文献4记载了通过在低温实施烃的水蒸气改性来抑制焦化的技术。但是，对于催化反应，从催化剂耐久性以及反应速度上的观点来看，存在最佳的反应温度条件，焦化所致的催化剂层的闭塞在该最佳条件下发生。因此，若使催化反应温度降低，则变得不是反应的最佳条件，有催化剂性能降低的问题。 在专利文献5中，作为现有技术记载了:利用槌打(锤打)装置或振动器来除去移动床催化反应容器中的堆积粉尘所致的催化剂层的部分闭塞。该情况下，通过槌打或振动，催化剂的填充率上升，存在催化剂间的空间狭窄、催化剂的流动性反倒恶化的问题。 在非专利文献I中，作为特殊的固定床催化反应容器记载了平行流式、整块式、管壁式等。它们都通过在催化反应容器内设置催化剂层、和被催化剂层包围的专用的气流路来谋求催化反应容器内的通气阻力的降低。简单地说，在平行流式中，平行地排列多个用网等保持两端的通常的催化剂层，将催化剂层间的空间作为专用气流路。在整块式中，在蜂窝结构等的结构物的表面担载催化剂，将蜂窝结构的孔作为专用气流路。在管壁式中，将管路内作为专用气流路，在管内面担载催化剂。 在设置了专用的气流路的情况下，若通过催化反应而产生固体生成物，则有时固体生成物堆积在构成专用气流路的催化剂表面，专用气流路的流路宽度狭窄，产生闭塞。或者，即使是没有产生气流路的闭塞的情况，专用气流路与催化剂层间的流体的交换也被堆积在构成专用气流路的催化剂表面的固体生成物阻碍，因此产生原料气体没有与保持活性的催化剂接触而流出、催化反应效率显著减少的「沟流」现象。或者，如整块式那样，在反应容器内存在多个专用气流路，各专用气流路相互孤立(即，相邻的气流路间的物质交换以及与之相伴的热交换被抑制了的状态)，在反应容器的深邃的部位的专用气流路内，设置了不能从外部进行热供给的气流路的反应容器中，在催化反应强的吸热反应的情况下，由于上游侧的反应，在下游，流体温度大大降低，变为能够反应的温度以下，反应效率极端降低。相反地，在催化反应强烈的放热反应的情况下，不能够将在反应容器的深邃的部位发生的热量通过反应容器释放到外部，因此在下游，流体温度过度上升，有时使催化剂失活、或将催化反应容器烧损。 此外，在整块式的情况下，一般需要将复杂形状且大型的整块总体作为用于担载催化剂的载体、或者、催化剂自身的单一结构物而成形，因此在催化剂制造技术上，存在能够应用的催化剂设计(结构)被限于比较单纯的设计(例如，将单一化学成分种类的催化剂均匀涂布于载体表面等)的问题。因此，例如，如焦油改性催化剂那样，表面被多个不同的化学种成分的区画微细地分割，各化学种成分相互协调发挥催化效果的复杂的设计(结构)的催化剂，应用整块式是显著困难的，即使可能，也会成为极高价格的催化剂。 在先技术文献 专利文献 专利文献1:日本国特开2010-77219号公报 专利文献2:日本国特开2011-6289号公报 专利文献3:日本国特开2009-48797号公报 专利文献4:日本国特开2008-120604号公报 专利文献5:日本国特开平8-24622号公报 非专利文献 非专利文献1:催化剂学会编:催化剂讲座第6卷(工学编2)催化反应装置和其设计，讲谈社(东京)，1985，pp.100-169
技术实现思路
这样，在现有技术中，没有有效除去在大型的固定床催化剂层内生成.堆积的固体生成物的手段。因此，本专利技术的第一目的是提供:具有对在大型的固定床催化剂层内生成.堆积的固体生成物的除去有效的手段的连续式固定床催化反应装置、和使用该装置将原料气体、特别是含焦油的原料气体高效率地改性的催化反应方法。 另外，在现有技术中，存在以下的问题。 (A)对于冲孔金属和网而言，从保持机构的强度上的制约出发，不能将开口率(1-[开口总面积]/[流路的表观截面积])设定得大(最大约70% )，因此容易产生高的通气阻力或闭塞。 即，例如，在使用网的保持机构的情况下，由于存在网孔的上限，因此为了使开口率上升，不得不使构成网的线材的线径较小。但是，在催化反应中所要求的比较高温的操作条件下，极端细的线材，通过与原料气体中能够含有的反应性气体的接触而容易断裂，因此不能够采用。 (B)由于开口按孔而孤立(小的开口的全周由固体包围)，因此例如包含焦油的原料气体的由催化剂所致的改性反应等的情况下，伴随着改性反应，在催化剂表面生成的碳等的固体向保持机构上落下?飞散，附着于保持机构的各个开本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种连续式固定床催化反应装置，其特征在于，具备：催化反应用的原料气体的流入路以及改性气体的流出路；与所述流入路以及所述流出路连接，并保持块状催化剂的催化反应容器；具有通气性，并且保持所述块状催化剂的催化剂保持器；和通过使所述催化剂保持器升降而使所述块状催化剂升降的驱动机构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.20 JP 2012-010479;2012.01.20 JP 2012-010461.一种连续式固定床催化反应装置，其特征在于，具备: 催化反应用的原料气体的流入路以及改性气体的流出路； 与所述流入路以及所述流出路连接，并保持块状催化剂的催化反应容器； 具有通气性，并且保持所述块状催化剂的催化剂保持器；和 通过使所述催化剂保持器升降而使所述块状催化剂升降的驱动机构。2.根据权利要求1所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，在作为所述块状催化剂的集团的催化剂层的下方，设置用于贮留在所述催化剂层中产生的固体或者液体的夹杂物的空间。3.根据权利要求2所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，构成所述催化剂层的外周侧面的催化剂的至少一部分接触所述催化反应容器的内壁。4.根据权利要求3所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，所述催化剂层的高度为所述催化反应容器的厚度的2倍以下，并且为所述块状催化剂的外面的代表长度的最大值的3倍以上。5.根据权利要求3所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，所述驱动机构的下降时的平均速度比上升时的平均速度快。6.根据权利要求3所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，所述催化剂保持器具备相互平行地配 置、且在顶端部直接保持所述块状催化剂的多个销。7.根据权利要求6所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，所述多个销之中，相邻的销的轴间距离满足[销的轴间距离]-[销的外径尺寸] < [块状催化剂能够通过的最小的筛网孔尺寸]的条件。8.根据权利要求6所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于，所述销的与所述块状催化剂的接触部的曲率比所述块状催化剂的外表面的最大的曲率小。9.根据权利要求2所述的连续式固定床催化反应装置，其特征在于， 所述催化剂保持器具备: 将多个所述块状催化剂不损害它们的可动性地贯通从而形成催化剂串的中心棒；和 将多个所述中心棒竖立设置的保持板。10.根据权利要求9所述的连续式固定...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤信明，铃木公仁，藤本健一郎，中尾宪治，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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