(57)【要約】【課題】粒状の活性炭又は触媒を効率的に利用することができる充填容器及び管構造を提供する。【解決手段】本発明の活性炭又は触媒の充填容器１０は、粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間１２を有し、耐熱金属又はセラミックスの中空本体２０を備え、前記中空本体２０は、表面側の孔径が、前記活性炭又は触媒の粒径よりも大きく、かつ内部空間側の孔径よりも小さい貫通孔３０を複数形成したことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間を有し、耐熱金属又はセラミックスの中空本体を備え、
前記中空本体は、表面側の孔径が、前記活性炭又は触媒の粒径よりも大きく、かつ内部空間側の孔径よりも小さい貫通孔を複数形成したことを特徴とする活性炭又は触媒の充填容器。
【請求項２】
上下に処理対象物の流入口及び流出口を有する縦型管本体を備え、
請求項１に記載の充填容器に粒状の活性炭又は触媒を充填し、前記流入口と前記流出口の間に前記充填容器を複数収容可能な収容部を配置し、前記収容部は前記流出口側に前記処理対象物の通過口を設けて、前記処理対象物を充填容器同士の隙間又は貫通孔から前記内部空間へ拡散しながら通過させることを特徴とする管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合物の分離、精製などに用いることができる活性炭又は化学反応を促進させる機能を有する触媒の充填容器及び管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭は細孔に特定物質を吸着させる性質を備えており、分離、精製処理などに利用されている。活性炭を用いる場合、適用対象により、粒状、粉末状、ハニカム状、円柱状などの形状に加工しているが、表面積が大きいほど吸着速度を速めることができる。一例として、活性炭を水質浄化に用いる場合には、粉末状、粒状、生物活性炭に加工している。生物活性炭は、成形した粒状活性炭の表面に微生物の膜を形成したものであり、活性炭による吸着に加えて、微生物の分解反応により物質の除去を行い、水を浄化させることができる。
【０００３】
また、化学反応を促進させる物質である触媒は、反応に応じて多種類の触媒が用いられている。一例として、特許文献１に開示の触媒は、炭化水素系ガスを改質して水素を含む混合ガスを生成する際に用いるものであり、タンマン管を複数配列させた構造体の表面に触媒を塗布している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１７７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の粒状の活性炭又は触媒は、粒径が小さいほど接触面積が増加するため、反応効率が良くなる半面、これら粒子自身は往々にして機械的強度が劣るがために、充填荷重により粉化された微粒子が最密充填粒子間空隙に入り込み、流路閉塞をもたらすという問題がある。
また、特許文献１に開示のようなタンマン管、ハニカム構造、ペレットなどの構造体は、製造コストがかかるほか、再利用が困難であるという問題があった。
【０００６】
さらに、炭化水素と水蒸気の混合ガスを原料とする水蒸気改質法による水素を含む混合ガスを生成する例を取ると、反応炉に触媒を充填した縦型触媒管を配置し、この反応炉内で発生させた燃焼輻射熱を縦型触媒管外より内に与えこの触媒管内での分解反応を起こさせている。縦型触媒管は、直径が１００ｍｍ〜２００ｍｍであり、長さが５ｍ〜１０ｍと長尺の形状であるため、粒状の触媒を充填した場合、下部に充填された触媒は、上部の触媒の荷重が掛かる。管下部では、粒状の触媒の機械的強度が弱まって粉状となり、触媒同士の隙間がなくなり管内部が閉塞する。一方、管上部では、下部の触媒が粉状になることによって全体的に下方へ移動して、上端側に隙間が生じる。これにより、管上部の触媒が存在しない箇所では反応が促進しないため、過剰な加熱によって管壁が破損する恐れがある。また管下部では粉状の触媒による閉塞によって流体が流れなくなり、同様に過剰な加熱によって管壁が破損するおそれがある。
【０００７】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、粒状の活性炭又は触媒を効率的に利用することができる充填容器及び管構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間を有し、耐熱金属又はセラミックスの中空本体を備え、前記中空本体は、表面側の孔径が、前記活性炭又は触媒の粒径よりも大きく、かつ内部空間側の孔径よりも小さい貫通孔を複数形成したことを特徴とする活性炭又は触媒の充填容器を提供することにある。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上下に処理対象物の流入口及び流出口を有する縦型管本体を備え、前記充填容器に粒状の活性炭又は触媒を充填し、前記流入口と前記流出口の間に前記充填容器を複数収容可能な収容部を配置し、前記収容部は前記流出口側に前記処理対象物の通過口を設けて、前記処理対象物を充填容器同士の隙間又は貫通孔から前記内部空間へ拡散しながら通過させることを特徴とする管構造を提供することにある。
【発明の効果】
【００１０】
上記のような本発明によれば、粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間を有し、耐熱金属又はセラミックスの中空本体を用いているので、中空本体を積層した場合であっても、中空本体が有する機械的強度の効果により、粒状の活性炭又は触媒がつぶれることがなく、本来の機能を発揮させることができる。
【００１１】
また、貫通孔は、表面側の孔径を内部空間側の孔径よりも小さくしているので、内部に充填された活性炭又は触媒が、テーパーの反力により複数の粒子状の活性炭又は触媒同士がテーパー付近に密集して、貫通孔から外部へ流出し難い構造であり、充填状態を維持できる。
【００１２】
また、充填容器に粒状の活性炭又は触媒の充填作業を繰り返すことにより、充填容器を再利用することができる。
上記のような本発明によれば、複数の貫通孔を有する充填容器を収容部に収容しているので、処理対象物となる流体が管壁に沿って直線状に流れるのではなく、貫通孔を通過したり、容器同士の隙間を通過したりすることによって、管構造内で拡散させて、分離、精製、反応などの処理を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の活性炭又は触媒の充填容器の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の管構造の説明図であり、（Ａ）は側面の断面図であり、（Ｂ）は管構造内に充填された充填容器の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の活性炭又は触媒の充填容器及び管構造の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００１５】
［活性炭又は触媒の充填容器１０］
本発明の充填容器に充填する活性炭又は触媒は、粒径が数ｍｍの粒状の形態を対象としている。触媒としては、一例として、金属担持褐炭などを採用することができる。このような粒状の活性炭又は触媒は、処理対象物との接触面積が広く設定でき、分離、精製、反応効率を向上させることができる。
図１は本発明の活性炭又は触媒の充填容器の説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。図示のように活性炭又は触媒の充填容器（以下単に充填容器という）１０は、内部空間１２を備えた中空状の中空本体２０を備えている。中空本体２０は、球状、楕円状、多角形状の形状である。中空本体２０は、内部に粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間１２を有している。中空本体２０の壁の厚みは、所定の機械的強度を有する厚みに設定されている。
【００１６】
また、中空本体２０には、外表面と内部空間の間を貫通させた貫通孔３０が複数設けられている。貫通孔３０は、孔の断面形状が、断面視で内部空間１２側が底辺となるほぼ台形状に形成されている。換言すると、貫通孔３０は、外表面側の孔径が内部空間１２側の孔径よりも小さく設定されている。また外表面側の孔径は、粒状の活性炭又は触媒の粒径よりも僅かに大きく設定されている。このような形状の貫通孔３０は、断面視で内部空間１２側から外表面側に向けて先細りとなるテーパー状に形成されている。このため、内部空間１２に充填された粒状の活性炭又は触媒がテーパーの反力を受けて、複数の粒子状の活性炭又は触媒同士がテーパー付近に密集して、貫通孔３０上で充填物同士が重なって容易に外部へ流出し難い構造となっている。
【００１７】
中空本体２０の直径、貫通孔３０の孔径は任意に設計変更することができる。本実施形態では、一例として、中空本体２０の直径が１９ｍｍ〜３８ｍｍ、貫通孔３０の外表面側の孔径が数ミリ、例えば２ｍｍ〜３ｍｍとしている。
中空本体２０の材質は、所定の衝撃又は加熱によって変形しない耐熱金属又はセラミックスを用いることができる。具体的な中空本体２０の材質は一例として、耐熱金属にステンレス鋳鋼、セラミックスにムライト、アルミナなどを用いることができる。
【００１８】
材質にセラミックスを用いた充填容器１０の製法は、内部空間１２に相当する球体の表面に、貫通孔３０に相当する先端に向けて先細りの突起を複数設けた構造体を用意する。構造体の材質としてはロウ、プラスチック樹脂などを用いることができる。そして、この構造体の外表面に粒度状のセラミックス原料をまぶして構造体を覆い（突起の先端を除く）、所定温度で焼成する。これにより、焼成過程で構造体が焼失してセラミックス製の充填容器１０が得られる。
【００１９】
また、材質に耐熱金属を用いた場合には、充填容器１０の外径を形成した金型のキャビティ内に砂型の前記構造体の中子をキャビティの内面と隙間（壁の厚みに相当）が形成されるように収容する。そして、隙間に溶融した材料を流し込んで一体的に成型する。金型から成型を取り外し、中子を貫通孔から取り除くことにより耐熱金属製の充填容器１０が得られる。
【００２０】
内部空間１２に充填される粒状の活性炭又は触媒の充填量は、内部空間１２に流体が通過可能な適度な隙間が設けられ、かつ、粒状の活性炭又は触媒が内部空間１２内で移動して貫通孔３０から流出しないように設定している。
充填容器１０に粒状の活性炭又は触媒を充填する方法は、例えば、箱状の容器にあらかじめ複数の充填容器、充填物となる粒状の活性炭又は触媒を入れておく。そして、容器を揺すりながら内部の充填容器と充填物を撹拌混合させると、貫通孔３０から充填物が流入する。これを充填容器１０の充填物が容器の内壁と隙間なく、所定の充填量となるまで繰り返し行う。
【００２１】
このような構成の充填容器は、粒状の活性炭又は触媒を充填可能な内部空間を有し、材質に耐熱金属又はセラミックスの中空本体を用いているので、中空本体を積層した場合であっても、中空本体が有する機械的強度の効果により粒状の活性炭又は触媒がつぶれることがなく本来の機能を発揮させることができる。また、貫通孔は、表面側の孔径を内部空間側の孔径よりも小さくしているので、内部に充填された活性炭又は触媒が、テーパーの反力を受けて、複数の粒子状の活性炭又は触媒同士がテーパー付近に密集して、貫通孔から外部へ流出し難い構造であり、充填状態を維持できる。また、充填容器に粒状の活性炭又は触媒の充填作業を繰り返すことにより、充填容器を再利用することができる。
【００２２】
［管構造４０］
図２は本発明の管構造の説明図であり、（Ａ）は側面の断面図であり、（Ｂ）は管構造内に充填された充填容器の拡大図である。
管構造４０は、上部（いずれか一方）に処理対象物の流入口４２と、下部（いずれか他方）に処理対象物の流出口４４を有し、断面視で環状の縦型管本体５０を備えている。この他、縦型管本体５０の断面形状は、楕円、多角形状を採用してもよいし、下部を流入口、上部を流出口としてもよい。
また、縦型管本体５０の材質には、加工性に優れた金属材料（炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼）、プラスチック樹脂などを用いることができる。
【００２３】
縦型管本体５０は、流入口４２と流出口４４の間に前述の充填容器１０の収容部６０を設けている。収容部６０は、下部側（図２では流出口４４側）に仕切板６２を取り付けている。仕切板６２、流体などの処理対象物が通過する孔６４（通過口）を有している。この孔６４は、充填容器の直径よりも小さく設定している。なお仕切板６２の材質は、縦型管本体５０と同様に加工性に優れた金属材料（炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼）、プラスチック樹脂などを用いることができる。
【００２４】
粒状の触媒を充填物とした充填容器１０を管構造に適用する場合、縦型管本体５０は収容部６０の全域に複数の充填容器１０を収容している。
【００２５】
このような縦型管本体５０と、触媒に金属担持褐炭を用いて水蒸気改質を行う場合、流入口４２を通過した炭化水素と水蒸気の混合ガスは、収容部３０の充填容器の貫通孔から内部空間２０、又は充填容器１０同士の隙間に流入する。内部空間に流入した混合ガスは触媒となる金属担持褐炭と接触することにより分解・改質されてＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４などの反応ガスが発生する。このとき、複数の貫通孔３０を有する充填容器１０を収容部６０に収容しているので、流体が管壁に沿って直線状に流れるのではなく、貫通孔３０を通過したり、充填容器１０同士の隙間を通過したりすることによって、管構造内で拡散させて、分解・改質の処理を効率的に行うことができる。
【００２６】
発生した反応ガスは下部の流出口４４から後段のガス精製処理へ排出される。
また、長尺の縦型管本体５０の下部の充填容器１０には上部の充填容器１０の荷重が掛かる。しかし、本発明の充填容器１０は、材質に耐熱金属又はセラミックスを用いて所定の機械的強度を備えているため、充填された触媒には荷重が一切作用しない。このため、機械的強度の弱い触媒が荷重により押しつぶされて管路を閉塞することがなく、過剰な加熱によって管壁を破損するなどのおそれがない。
【００２７】
このような構成の管構造は、複数の貫通孔を有する充填容器を収容部にランダム又は最密充填などの状態で収容することができる。そして、流体が管壁に沿って直線状に流れるのではなく、貫通孔を通過したり、容器同士の隙間を通過したりすることによって、収容部内を拡散移動して、反応対象物と触媒との接触面積を多くして分離、精製、反応などの処理を効率的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、粒状の活性炭又は触媒などを分離、精製、反応に用いる充填容器又は管構造として特に有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１０………活性炭又は触媒の充填容器、１２………内部空間、２０………中空本体、３０………貫通孔、４０………管構造、４２………流入口、４４………流出口、５０………縦型管本体、６０………収容部、６２………仕切板、６４………孔。
【図１】
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【図２】
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