(57)【要約】【課題】触媒の長期使用を可能とするとともに、固定層反応の効率化及び廃棄触媒の低減化を図る。【解決手段】反応容器２と、前記反応容器に非処理流体を供給する供給配管５と、前記反応容器から処理済流体を排出する排出配管６と、前記反応容器内に配置され、前記非処理流体が流入する複数のパイプ３と、前記パイプ内に充填された触媒４と、を備えた固定層反応装置において、前記パイプの外周に複数の貫通孔３ａを形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器に非処理流体を供給する供給配管と、前記反応容器から処理済流体を排出する排出配管と、前記反応容器内に配置され、前記非処理流体が流入する複数のパイプと、前記パイプ内に充填された触媒と、を備えた固定層反応装置において、
前記パイプの外周に複数の貫通孔を形成したことを特徴とする固定層反応装置。
【請求項２】
前記貫通孔を疎水性物質又は親水性物質で構成するか、あるいは疎水性物質又は親水性物質を塗布することを特徴とする請求項１記載の固定層反応装置。
【請求項３】
前記パイプの下方に形成された貫通孔を疎水性物質で構成するか、又は疎水性物質を塗布することを特徴とする請求項１又は２記載の固定層反応装置。
【請求項４】
前記パイプの上方に形成された貫通孔を親水性物質で構成するか、又は親水性物質を塗布することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固定層反応装置。
【請求項５】
前記触媒が充填された前記パイプは前記反応容器内で仕切り板によって着脱自在に支持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固定層反応装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固定層反応装置を用いて、非処理流体を処理することを特徴とする固定層反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液固反応、気液固反応、気液固触媒反応等で用いられる固定層反応装置及び固定層反応方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定層反応装置を用いた液固反応、気液固反応又は気液固触媒反応のシステムや方法について、これまでに多数提案されている。固定層に充填される固体とは、反応に寄与する物質や触媒を指す。
流体が液体の場合、流れに伴う差圧が大きくなり、固定層内に部分的な通路が形成され流体がそこだけを流れてしまい、反応が阻害されるという問題が生じやすい。
【０００３】
また、流体に気体を含む場合や、反応によって気体が発生する場合は、気体が固定層を持ち上げたり、固定層内に部分的な通路が形成されることがある。
【０００４】
固定層内に部分的な通路が形成されると、流体がそこだけを流れてしまい、十分な反応時間（流体が固定層内を通過する時間）を確保できず、未反応のまま通過する流体が増えてしまうという問題がある。
このような問題に対処するため、従来の固定層反応装置では、固定層反応装置を大型化し、十分な反応時間を確保して固定層反応を円滑に進行させる方法が提案されている。
【０００５】
また、固定層として、繊維状活性炭を絡み合わせた構造のものに触媒の活性成分を担持させる方法が提案されている。この方法によれば、流体の流れの圧力に十分耐えることができる強固な空間を確保することができるとともに、反応表面積を大きくすることができる。
また、チムニーと呼ばれる筒状体に液相／気相混合物を流下させ固定層（触媒層）に均一に分散させる方法も提案されている。
【０００６】
この方法は、チムニーが設置されるトレイの外部から、流体がチムニーに設けられた孔を介してチムニーの内部に流入し、チムニーの内部に流下する早い流速の気体とともにトレイの下部貫通孔を介して固定層へ分散されることで、固定層反応が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１４６４４６号公報
【特許文献２】特許第５６６１１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の固定層反応装置は、触媒等を含む固定層が流体による差圧上昇によって持ち上がるのを抑制することが可能であるが、固定層内に部分的に通路が形成され、流体がその通路に沿って流れるため、固定層反応が阻害されるという課題があった。
また、固定層反応装置が大型化し、コスト増とスペース効率が悪化するという課題があった。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、固定層の持ち上がりや、固定層内の通路形成を抑制することができる簡便で反応効率が高く触媒の長期使用が可能な固定層反応装置及び固定層反応方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本実施形態に係る固定層反応装置は、反応容器と、前記反応容器に非処理流体を供給する供給配管と、前記反応容器から処理済流体を排出する排出配管と、前記反応容器内に配置され、前記非処理流体が流入する複数のパイプと、前記パイプ内に充填された触媒と、を備えた固定層反応装置において、前記パイプの外周に複数の貫通孔を形成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本実施形態に係る固定層反応方法は、本実施形態に係る固定層反応装置を用いて、非処理流体を処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態によれば、触媒を長期にわたって有効に活用することが可能となり、固定層反応の効率化及び廃棄触媒の低減化を図ることができる。また、固定層反応装置の構造を単純化することができるため、スペース効率の向上及びコストの低減化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る固定層反応装置の模式図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る固定層反応装置及び固定層反応方法について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
［固定層反応装置の構成］
本実施形態に係る固定層反応装置１は、図１に示すように、円筒状の反応容器２と、反応容器２内に配置され上下に配置された上部、下部仕切り板１１，１２で着脱自在に支持された円筒状の複数のパイプ３と、パイプ３内に充填された触媒４と、反応容器２の下部に接続され反応容器２内に流体を供給する供給配管５と、反応容器２の上部に接続され処理済みの流体や気体を外部へ排出する排出配管６と、から構成される。パイプ３の外周には、触媒４よりも小さな貫通孔３ａが多数形成されている。
【００１６】
供給配管５から反応容器２内に供給される流体（本実施形態では、エタノール水溶液７及び過酸化水素８）は触媒４が充填されたパイプ３内を上方に流れ、その過程で化学反応が生じ、処理済みの液体は上部仕切り板１１に形成された貫通孔１３から上部室１４に集まり、排出配管６を介して外部へ排出される。
【００１７】
なお、図１の例では、供給配管５を反応容器２の底部に排出配管６を上部に設けているが、これに限定されず、反応容器２の設置形態（例えば、横置き）等に応じて適宜変更してもよい。
【００１８】
また、反応の過程で発生した気体は、パイプ３の貫通孔３ａからパイプ３外の流路１０へ放出され、上部仕切り板１１に形成された貫通孔１３から上部室１４の上部に集まり、最終的に排出配管６から外部へ放出される。
【００１９】
反応容器２の形状は特に限定されず、円筒状、矩形状、多角形状等の容器を用いることができる。また、反応容器２内に配置されるパイプ３の個数、大きさ、形状等についても適宜変更可能である。
【００２０】
反応を効率的に進行させる上で、パイプ３が反応容器２に占める部分とそれ以外の部分の比率は、エタノール水溶液７と過酸化水素８との反応により生成する液体体積と気体体積の比率の１０倍〜１００倍程度にすることが好ましい。
【００２１】
また、パイプ３をメッシュ状又はパンチングメタル状等の管から構成することで、多数の貫通孔３ａを形成するようにしてもよい。
さらに、パイプ３の外周に形成された複数の貫通孔３ａには、設置場所に応じて親水性又は疎水性の物質を塗布するようにしてもよく、又はパイプ３の材質を親水性又は疎水性の物質で構成してもよい。その詳細は後述する。
【００２２】
また、反応容器２の外周には、反応容器２内の温度を制御するためのヒーター等の加熱装置が設けてもよく、また、供給配管５に流体を加熱するための予熱器を設置してもよい（図示せず）。
【００２３】
（作用）
上述した固定層反応装置１を用いて行った実験例に基づいて、本実施形態に係る固定層反応装置及び固定層反応方法の作用について説明する。
【００２４】
本実験例では、触媒４として鉄、流体として９５℃のエタノール水溶液７と過酸化水素８を用いた。
エタノール水溶液７と過酸化水素８からなる流体は、鉄の触媒４の下で、パイプ３内で以下の反応が進行する。
Ｃ2Ｈ5ＯＨ  ＋  ６Ｈ2Ｏ2  →  ２ＣＯ2  ＋  ９Ｈ2Ｏ        （式１）
【００２５】
発生した二酸化炭素（ＣＯ2）は、パイプ３の外周に形成された多数の貫通孔３ａからパイプ３の外部へ放出され、流路１０を通って貫通孔１３、反応容器２の上部室１４に移動する。一方、反応生成物である水は貫通孔３ａを介して流路１０へ移動し、反応容器２内に貯留した後、排出配管６又は反応容器２の側部下方に設けられた配管１５により、適宜外部へ排出される。
上述した反応が進行するにつれて、例えば不純物によって触媒４の活性が低下し、反応する主な部位が反応容器２の入口側から出口側に移動する。
【００２６】
触媒４の活性が低下した部位では、エタノール水溶液７と過酸化水素８からなる流体は未反応のまま流路１０に移動するが、触媒４の活性が存在する位置まで移動すると流路１０にある気体（二酸化炭素）によって再度パイプ３内に移動し反応する。
【００２７】
この流体（エタノール水溶液７、過酸化水素８）のパイプ３内への移動を促進するために、パイプ３の上方にある貫通孔３ａに親水性物質を塗布するか、又は貫通孔３ａを含むパイプ３を親水性物質から構成してもよい。
【００２８】
親水性を有する貫通孔３ａは、パイプ３の上方（出口側）、好ましくは中央よりも上方に形成するのが望ましい。これにより、触媒４の有効活用と反応の効率化を図ることができる。
【００２９】
また、パイプ３の下方の貫通孔３ａには、反応生成物である水よりも気体を優先的に放出するために、疎水性物質を塗布するか、又は貫通孔３ａを含むパイプ３を疎水性物質から構成してもよい。
【００３０】
親水性を有する貫通孔３ａは、パイプ３の下方（入口側）、好ましくは中央よりも下方に形成するのが望ましい。これにより、触媒４の内部に流体通路が形成されるのを抑制するとともに触媒４の浮き上がりを防止することが可能となる。  
反応終了後は、反応容器２からパイプ３と触媒４を回収し、触媒４のみを廃棄物としパイプ３は再利用する。
【００３１】
（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、発生した二酸化炭素が貫通孔３ａを介してパイプ３の外へ出ていくため、触媒４の浮き上がり及び触媒４内における流体通路の形成を抑制することができる。これにより、触媒４を摩耗させることなく、有効に使用することが可能となり、反応効率を向上させることができるとともに、廃棄物の発生量を低減することができる。
【００３２】
また、反応によって発生する熱が反応容器２内に溜まりにくくなるため、局所的に高温となる箇所が少なくなり、これにより触媒４の劣化防止と長期使用が可能となる。
さらに、貫通孔３ａを疎水性又は親水性とすることで、パイプ３からの気体放出を促進させるとともに、パイプ３内への未反応の流体の再流入を促進することができるので、反応効率のさらなる向上と触媒４の有効利用をさらに図ることができる。
【００３３】
また、反応容器２の構造が複雑にならないため、反応容器２の製造コスト、運転コストが低減する。
なお、上記実施形態においては、エタノール水溶液と過酸化水素との反応を例として説明したが、式２に示す二酸化炭素（ＣＯ2）によるメタノール合成反応、
ＣＯ2  ＋  ３Ｈ2  →  ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ                （式２）
及び、式３、式４に示すジメチルエーテルの水蒸気改質による水素合成、に活用することもできる。
ＣＨ3ＯＣＨ3  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ２ＣＨ3ＯＨ                  （式３）
２ＣＨ3ＯＨ  ＋  ２Ｈ2Ｏ  →  ６Ｈ2  ＋  ２ＣＯ2          （式４）
【００３４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１…固定層反応装置、２…反応容器、３…パイプ、３ａ…貫通孔、４…触媒、５…供給配管、６…排出配管、７…エタノール水溶液、８…過酸化水素、１０…流路、１１…上部仕切り板、１２…下部仕切り板、１３…貫通孔、１４…上部室、１５…配管
【図１】
2019136650.tif 000003
【図２】
2019136650.tif 000004