(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応塔内に吊り下げら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、前記触媒放出器の散布高さを反応塔内の触媒表面から０．５ｍ以上とするとともに、触媒放出器から放出される触媒の初速度を１．５ｍ／sec 以上とす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最大値および最小値は、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、最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、最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値とされ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た触媒放出器と、この触媒放出器を反応塔内に吊り下げるとともにその吊り下げ高さを調整可能な吊り下げ機構と、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最大回転数Ｎmax と最小回転数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ように構成され、この最大回転数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、最小回転数Ｎmin は、前記最大回転数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最大回転数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最小回転数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最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最大回転数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最小回転数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最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、最小回転数Ｎmin 側の充填時間が最小回転数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最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、最小回転数Ｎmin 側の充填時間が最小回転数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。
【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顆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方法が開発されている（特公平１−22807 号公報参照）。
この充填方法では、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多重同心円状に散布され、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。
【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、前述した回転散布による触媒充填においては、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。
【０００６】
本発明の目的は、吊り下げ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】
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。
このＵｘ＞０を換言すると、触媒放出器から放出された触媒が自由落下に至る前に着弾させるものであるから、従来に比べ低い位置、より具体的には、反応塔の直径や触媒放出器の回転速度によっても異なるが、既に充填された触媒の表面から０．５ｍ以上とするのが好ましい。
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、反応塔内に吊り下げら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、触媒の放出初速度は1.5 ｍ／sec 以上であることが好ましい。1.5 ｍ／sec 未満では触媒の十分な転がりが得られない。一方、触媒放出器の最大回転数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た触媒放出器と、この触媒放出器を反応塔内に吊り下げるとともにその吊り下げ高さを調整可能な吊り下げ機構と、触媒放出器の回転数を制御する制御手段とを有し、この制御手段は、触媒放出器の分散ロータが所定の最大回転数Ｎmax と最小回転数Ｎmin との間の回転数を周期的に変化するように触媒放出器の回転駆動機構を制御するように構成され、この最大回転数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、最小回転数Ｎmin は、最大回転数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最大回転数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最小回転数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最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最大回転数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最小回転数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、最大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、最小回転数Ｎmin 側の充填時間が最小回転数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、最大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、最小回転数Ｎmin 側の充填時間が最小回転数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Ｕｘ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、均一な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、最大回転数Ｎmax から最小回転数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最小回転数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最大回転数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。
【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、この架台内には本発明に基づく触媒充填装置20の上部構造が配置されている。
【００１６】
触媒充填装置20は、反応塔10内に吊り下げ導入されて触媒11の回転散布を行う触媒放出器30と、この触媒放出器30を吊り下げるチェン等の吊り具24およびこの吊り具24を巻き上げて触媒放出器30を昇降させる吊り具巻き上げ機構23を有する吊り下げ機構22と、散布すべき触媒11を供給するホッパ機構25と、このホッパ機構25からの触媒11を触媒放出器30に供給するホース28を巻き上げるホース巻き上げ機構27とを備えている。この際、ホース28は、例えば長手方向に沿って複数枚に分割され、図示しないジッパー（ナイロンファスナー）で互いに連結されてホース状とされ、分割されると各ホース巻き上げ機構27に巻き上げられる構造となっている。
また、触媒放出器30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を回転駆動する正、逆回転可能な回転駆動機構35を備えており、触媒充填装置20は、この回転駆動機構35の回転数を変動制御する制御手段70を備えている。
【００１７】
触媒放出器30は、後に詳述するように、ホース28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ものである。
また、触媒放出器30は、反応塔10の径方向に延びる三本の保持アーム36を備え、その中心を反応塔10の中心に保持されている。各保持アーム36は、パンタグラフ式の伸縮機構を有し、その先端部が反応塔10の内面に当接可能かつローラにより上下方向に転動自在であり、触媒放出器30は保持アーム36の伸長により反応塔10の中心に保持され、その状態で自由に昇降可能である。
【００１８】
ホース巻き上げ機構27は、ホース28を巻き上げる駆動源として圧縮空気により回転駆動力を発生しかつ過大負荷時には駆動力がかかった状態でも逆回転可能なエアモータを用いたものであり、制御手段70によって触媒散布動作時にはホース28に対して触媒放出器30の重量より小さい巻き上げ駆動力を常時付与するように制御される。
これにより、触媒放出器30の下降時にはその重量によりエアモータの駆動力に抗してホース28が自動的に引き出され、触媒放出器30の上昇時にはホース28の余った長さ分がエアモータの駆動力により自動的に巻き上げられるようになっている。
【００１９】
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吊り下げ機構22の吊り具巻き上げ機構23の駆動や触媒放出器30の回転駆動機構35の回転速度の制御を行うことにより、触媒放出器30の反応塔10内への導入や取り出しおよび触媒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の充填条件等の入力用のキーボードおよび各種表示を行うディスプレイ等からなる操作部と、操作部での設定条件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、操作部での設定条件に応じて吊り具巻き上げ機構23を制御して触媒放出器30の吊り下げ高さを調整するための吊り下げ高さ制御部等を備えている。
【００２０】
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。なお、これらの図２〜４において、図を分かりやすくするため、各分散ロータ41の形状は、断面ではなく、端面として表されている。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。
【００２１】
図２，５〜１２において、触媒放出器30は、保持アーム36に保持されるとともに触媒11を案内するガイド筒37を備え、このガイド筒37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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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37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ｒ1 ，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。
【００２７】
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。
【００２８】
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Ｌi 、中心軸径ａi 、開口径ｒi の間に以下の関係が成立しなければならない。
【００２９】
【数１】
0003708586.tif 000002
【００３０】
各ロータ41の開口高さ（ｈi ）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。
【００３１】
【数２】
0003708586.tif 000003
【００３２】
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。
【００３３】
【数３】
0003708586.tif 000004
【００３４】
従って、これらの式から各部寸法を決定する。
【００３５】
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。
先ず、触媒放出器30を、保持アーム36を縮めた状態で吊り具巻き上げ機構23により反応塔10内に吊り下ろし、底部近傍で三本の保持アーム36を延ばして反応塔10の中心に保持する。
この状態で、制御装置70の放出制御部は所定の回転数および放出量で触媒放出器30を作動させ、ホース28を介してホッパ機構25から供給される触媒11を反応塔10の内部に多重同心円状に散布する。
【００３６】
この際、予め操作部で所望の充填密度を設定しておけば、適切な散布高さが自動的に設定され、この散布高さとなるように触媒放出器30の吊り下げ高さが調整される。
この散布高さは、本発明では従来の散布高さより低い位置に設定されており、触媒11は着弾後にある程度転がってから、停止するようになっている。すなわち、従来は充填触媒面からの高さが高く設定されており、触媒放出器から放出された触媒は、反応塔10の半径方向速度成分Ｕｘがほぼゼロの状態で着弾することとなるため、着弾後に触媒は、半径方向に転がることなく停止する。一方、本発明では触媒放出器30から放出された触媒11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。
【００３７】
散布が進むと、反応塔10内の触媒11の表面位置が上昇する。このため、上昇量が所定量を超える毎に吊り具巻き上げ機構23により触媒放出器30を上昇させ、設定された散布高さが維持されるように制御する。
このような所定高さからの触媒散布および触媒放出器30の高さ調整を繰り返し、触媒放出器30が反応塔10内の上昇限度に達したら、触媒11の表面上昇による散布高さの減少に応じて触媒散布の回転数を高めて散布領域を確保し、触媒11の表面が所定高さに達したら散布作業を完了する。
【００３８】
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、回転駆動機構35のモータ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。
【００３９】
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（最大回転数Ｎmax ）から、最小値（最小回転数  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を当該最大回転数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が最大回転数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、最上弾の分散ロータ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。
【００４０】
また、３段目以降の各分散ロータ41Ｃ，41Ｄ，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の最小回転数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、最大回転数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。
【００４１】
次に、本実施形態において、触媒放出器30の最大回転数Ｎmax 、最小回転数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。
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(sec) は、次の式で表される。
【００４２】
【数４】
0003708586.tif 000005
【００４３】
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。
【００４４】
【数５】
0003708586.tif 000006
【００４５】
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。
【００４６】
【数６】
0003708586.tif 000007
【００４７】
さらに、分散ロータの回転数Ｎ(rpm) は、次の式で求められる。
【００４８】
【数７】
0003708586.tif 000008
【００４９】
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。
【００５０】
【表１】
0003708586.tif 000009
【００５１】
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。
【００５２】
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最大回転数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の最大回転数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。
【００５３】
【数８】
0003708586.tif 000010
【００５４】
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。
▲１▼最大分散ロータ半径Ｒ；  ２００    ｍｍ
▲２▼開口部の最低半径ｒ；      ２５    ｍｍ
▲３▼スロート入口の開口部半径；８０〜１２０ｍｍ
▲４▼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。
【００５５】
【表２】
0003708586.tif 000011
【００５６】
【表３】
0003708586.tif 000012
【００５７】
【表４】
0003708586.tif 000013
【００５８】
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、最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最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、最大回転数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。
【００５９】
【表５】
0003708586.tif 000014
【００６０】
【表６】
0003708586.tif 000015
【００６１】
【表７】
0003708586.tif 000016
【００６２】
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、触媒充填装置20は、従来より低い位置から触媒を散布するようにしたから、着弾後の触媒11は反応塔10の半径方向に転がり、一定の配置、換言すると、触媒11の長径方向がほぼ円周方向を向くような形状で位置されるから、充填密度が上がるとともに、平らな表面の充填が可能となる。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、この点でもより平らの平面の充填が行なえる。
【００６３】
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の寿命が延長され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の防止もできる。
【００６４】
さらに、触媒放出器30の運転時間は、回転数が小さくなるに従って長時間保持するようにしたから、回転数の周期的変動によっても触媒11の充填量はほぼ一定とされ、これによっても均一な充填が可能となる。
【００６５】
また、本実施形態の触媒放出器30は、円心円状分散ロータ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ーの最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の最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）充填が可能となる。
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、構造が簡単で安価に製造でき、性能も安定したものにできる。
【００６６】
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の散布量が均一となる。
【００６７】
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。
【００６８】
図15、16には、本実施形態の効果を確認した図が示されている。
すなわち、図15には、半径1.6 ｍの反応塔に従来例と本実施形態とにより触媒を充填したときの反応塔の中心からの位置（半径方向距離；cm）と充填密度（ｇ／cc）との関係が示され、かつ、本実施形態では触媒の落下距離すなわち堆積触媒から装置までの高さを１ｍ（100cm ）と２ｍ（200cm ）とに異ならした例が示されている。
この図15によれば、従来装置に比べ本実施形態は落下距離が１ｍ、２ｍ共に均一の充填密度が得られることが分る。
また、図16には、半径1.6 ｍの反応塔に従来例と本実施形態とにより触媒を充填したときの、反応塔中心からの位置（半径方向距離；cm）と、平均流速を1.0 としたときの各部の気・液の流速分布とをコンピュータで計算した例が示されている。
この図16によれば、従来例では半径方向で流速が約0.9 〜1.07の範囲で変動するのに比べ、本実施形態では、0.97〜1.02の範囲でしか変動せず、従って、本実施形態では均一な反応塔内での気・液の流れが期待できることが分る。
【００６９】
図17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17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37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。
【００７０】
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、最大回転数Ｎmax から最小回転数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、最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、最小回転数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。
【００７１】
【表８】
0003708586.tif 000017
【００７２】
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、最大回転数Ｎmax での充填時間に比べ、最小回転数Ｎmin 側の充填時間が最小回転数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。
【００７３】
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、必ずしも最小回転数側の充填時間と最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。
【００７４】
さらに、触媒充填装置20の他の部分、つまり吊り具巻き上げ機構23、ホッパ機構25、ホース巻き上げ機構27、制御手段70等の構成は実施の際に適宜選択すればよい。
例えば、触媒放出器30は保持アーム36を有するものに限らず、他の構造で触媒放出器30を保持するものでもなく、また、仕切材48、案内部材52、その他の形状なども任意に選択すればよい。
【００７５】
【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く、ホットスポット等を有効に防止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】本実施形態の効果を示す充填密度のグラフである。
【図１６】本実施形態の効果を示す流速のグラフである。
【図１７】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  吊り下げ機構
25  ホッパ機構
27  ホース巻き上げ機構
30  触媒放出器
35  回転駆動機構
40  分散ロータ機構
41，41Ａ〜41Ｅ  分散ロータ
47  孔
48  仕切板
70  制御手段
【図１】
0003708586.tif 000018
【図２】
0003708586.tif 000019
【図３】
0003708586.tif 000020
【図４】
0003708586.tif 000021
【図５】
0003708586.tif 000022
【図６】
0003708586.tif 000023
【図７】
0003708586.tif 000024
【図８】
0003708586.tif 000025
【図９】
0003708586.tif 000026
【図１０】
0003708586.tif 000027
【図１１】
0003708586.tif 000028
【図１２】
0003708586.tif 000029
【図１３】
0003708586.tif 000030
【図１４】
0003708586.tif 000031
【図１５】
0003708586.tif 000032
【図１６】
0003708586.tif 000033
【図１７】
0003708586.tif 000034