JP7274882B2

JP7274882B2 - 触媒容器

Info

Publication number: JP7274882B2
Application number: JP2019027661A
Authority: JP
Inventors: 明松本; 幸嗣桝本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JP2020131110A

Description

本発明は、触媒容器に関する。

特許文献１には、燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料改質システムが開示されている。燃料改質システムは、原燃料である処理対象ガスの供給を受け、触媒を用いて当該処理対象ガスに所定の処理を施すガス処理装置を有している。触媒はガス処理装置に収容されているが、装置の起動及び停止の繰り返しによって、触媒が収容された空間を形成する部材が膨張収縮し、当該空間に収容された粒状の触媒が圧壊して細分化する。細分化した細分化触媒が粒状の触媒の隙間に溜まると、処理対象ガスの通流が妨げられる。

そこで、特許文献１のガス処理装置では、触媒収容空間を、粒状の触媒を収容する上方の触媒収容部分と、細分化触媒を収容する下方の細分化触媒収容部分とに分離する。そして、触媒収容空間への処理対象ガスの供給を停止した状態で、加振手段により触媒収容空間の触媒を振動させる。これにより、処理対象ガスの流れにのって下流側に細分化触媒が流動するのを防止しつつ、粒状の触媒間に溜まっている細分化触媒を細分化触媒収容部分にふるい落とすことができる。よって、触媒収容空間を通流する処理対象ガスに偏流が生じるのを十分に抑制できる。

特許第６３８１４５８号公報

特許文献１のガス処理装置では、細分化触媒を下方の細分化触媒収容部分にふるい落とすことができるものの、ガス処理装置の下方に接続された処理対象ガスが通流する流路が、細分化触媒等によって閉塞する可能性がある。よって、処理対象ガスを触媒収容空間に通流させることができず、触媒による処理に供することができない場合がある。

そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、触媒収容空間に処理対象ガスを供給する流路が閉塞した場合の対策を提供可能な触媒容器を提供することを目的とする。

本発明に係る触媒容器の特徴構成は、
粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給可能な複数の供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記複数の供給流路は、第１栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第１供給流路と、第２栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第２供給流路とを少なくとも含み、
前記第１供給流路及び前記第２供給流路は、第１ねじ切り部及び第２ねじ切り部を有しており、
前記第１栓体は、前記第１ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第２栓体は、前記第２ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第１栓体及び前記第２栓体は、螺合する側の反対側が閉じられている袋ナット状のナットである点にある。

処理対象ガスは、供給流路を介して容器本体の下方から導入部に導入される。導入部に導入された処理対象ガスは、仕切り体の複数の開口部を通過して触媒収容部へと導入され、触媒により所定の処理を施される。このように処理対象ガスは、供給流路から導入部及び触媒収容部へと導入されるが、仕切り体との接触及び導入部の内壁との接触により導入部内で処理対象ガスの旋回流が発生する場合がある。発生した旋回流が、仕切り体の複数の開口部を通過して触媒収容部に導入されると、粉粒が巻き上がり、仕切り体の複数の開口部を介して導入部に落下し、供給流路を閉塞させる。粉粒としては、触媒が細分化した細分化触媒、及び粒状の触媒と処理対象ガスとの反応物等が挙げられる。なお、触媒容器が備えられた装置の起動及び停止等により触媒容器に膨張及び収縮の力が加わるが、これにより触媒収容部に収容された触媒が圧壊して細分化し、細分化触媒となる。

上記特徴構成によれば、触媒容器には、処理対象ガスを容器本体に供給可能な第１及び第２供給流路が少なくとも備えられており、それぞれ第１栓体及び第２栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能である。よって、一の供給流路が粉粒により閉塞した場合には、当該供給流路を閉栓し、他の一の供給流路を開栓して処理対象ガスを容器本体に供給する。
少なくとも第１及び第２供給流路を設けることで、いずれかの供給流路が閉塞した場合には、第１及び第２供給流路の開栓及び閉栓を切り換えて処理対象ガスを継続して容器本体に供給可能である。
また、上記特徴構成によれば、第１及び第２栓体を第１及び第２ねじ切り部を介して第１及び第２供給流路に螺合可能である。よって、第１及び第２栓体により第１及び第２供給流路を開栓及び閉栓可能である。

本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
上下方向視において、前記複数の供給流路は、前記容器本体の端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられている点にある。

１箇所に複数の供給流路が隣接して設けられている場合、一の供給流路が粉粒により閉塞した場合には、隣接する他の供給流路にも同様に粉粒が入り込んで閉塞してしまう可能性が高い。上記特徴構成によれば、複数の供給流路が容器本体の端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられているため、一の供給流路が粉粒により閉塞した場合でも、他の供給流路に粉粒が入り込む可能性を低くできる。よって、いずれかの供給流路が閉塞した場合には、第１及び第２供給流路の開栓及び閉栓を切り換えて処理対象ガスを継続して容器本体に供給可能である。

本発明に係る触媒容器の更なる特徴構成は、
前記第１供給流路の第１ねじ切り部及び前記第２供給流路の第２ねじ切り部は同一形状であり、
前記第１栓体は前記第１及び前記第２供給流路のいずれにも螺合可能であり、前記第２栓体は前記第１及び前記第２供給流路のいずれにも螺合可能である点にある。

上記特徴構成によれば、第１供給流路の開栓及び閉栓を切り換え可能な第１栓体は、第２供給流路の閉栓にも用いることができる。同様に、第２供給流路の開栓及び閉栓を切り換え可能な第２栓体は、第１供給流路の閉栓にも用いることができる。つまり、いずれの供給流路であるか関わらず栓体を適用して閉栓可能である。

ガス処理装置の全体構成を示すブロック図である。触媒容器の全体構成を示す斜視図である。＋Ｘ及び－Ｘ方向からの触媒容器の側面図である。＋Ｘ及び－Ｘ方向からの別の触媒容器の側面図である。触媒容器の構成図である。供給流路の切り替えの様子を示す説明図である。従来の触媒容器の全体構成を示す斜視図である。従来の触媒容器に異なる流速で処理対象ガスを導入した場合の温度分布の違いを示す説明図である。従来の触媒容器に異なる流速で処理対象ガスを導入した場合の速度ベクトルの違いを示す説明図である。従来の触媒容器に異なる流速で処理対象ガスを導入した場合の流跡線の違いを示す説明図である。

〔実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明に係る触媒容器を水素含有ガス（燃料ガス）生成用のガス処理装置に適用した場合の実施形態を説明する。

（１）ガス処理装置の全体構成
ガス処理装置１０の全体構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、水素含有ガス生成用のガス処理装置１０は、処理対象ガスに所定の処理を施す処理部として、炭化水素系の原燃料ガス（例えば、１３Ａ等の天然ガスベースの都市ガス）に対して脱硫処理を施す脱硫器１１と、脱硫器１１から供給される脱硫後の原燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器１３と、改質ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成するＣＯ変成器１５と、改質済みの改質ガスに含まれる一酸化炭素ガスを選択的に酸化するＣＯ選択酸化反応器１７とを備えている。
なお、本実施形態では、原燃料ガスに硫黄が含まれる場合を例示しており、原燃料ガスを脱硫処理するために脱硫器１１が設けられている。

脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７は、通流する各ガスに処理を施すための触媒を収容する触媒収容部Ｒｕを有する触媒容器３０（図２等）から構成されている。触媒容器３０の構成については後述する。なお、図１における脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の接続配管の構成は、簡略化して記載している。

脱硫器１１の触媒収容部Ｒｕには、脱硫処理用の脱硫触媒１１ｃが収容されている。
そして、脱硫器１１は、脱硫触媒１１ｃを所定の脱硫処理用の脱硫処理温度（例えば２００～２７０℃）に昇温させた状態で、原燃料ガスを脱硫する。この場合、改質器１３を経た改質ガスの一部をリサイクルガスとして脱硫器１１に供給してもよい。これにより、リサイクルガス中の水素ガスにより原燃料ガス中の硫黄化合物が水素化されると共に、脱硫触媒１１ｃがその水素化物を吸着して脱硫する。なお、脱硫触媒１１ｃは、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、銅、亜鉛、アルミニウム、クロム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。

改質器１３の触媒収容部Ｒｕには、改質処理用の改質触媒１３ｃが収容されている。
改質器１３には、脱硫器１１により脱硫後の原燃料ガスが供給されるとともに、水蒸気化された改質水が供給される。改質器１３は、改質触媒１３ｃを所定の改質処理用の改質処理温度（例えば６００～７００℃の範囲）に昇温させた状態で、脱硫後の原燃料ガスを水蒸気改質する。
原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスである場合、改質器１３は、下記の反応式によりメタンガスを水蒸気と反応させて改質処理することで改質ガスを生成する。下記反応式では、改質ガスには、水素ガス、一酸化炭素ガス及び二酸化炭素ガスが含まれる。なお、改質触媒１３ｃは、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。

ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４Ｈ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２

ＣＯ変成器１５の触媒収容部Ｒｕには、変成処理用の変成触媒１５ｃが収容されている。
ＣＯ変成器１５は、変成触媒１５ｃを所定の変成処理用の変成処理温度（例えば１５０～２５０℃の範囲）に昇温させた状態で、下記の反応式にて改質ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気と反応させて、二酸化炭素ガスに変成させる。なお、変成触媒１５ｃは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。

ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２

ＣＯ選択酸化反応器１７の触媒収容部Ｒｕには、選択酸化処理用の選択酸化触媒１７ｃが収容されている。
ＣＯ選択酸化反応器１７は、選択酸化触媒１７ｃを所定の選択酸化処理用の選択酸化処理温度（例えば、８０～１００℃の範囲）に昇温させた状態で、変成処理後の改質ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択酸化させる。これにより、ＣＯ選択酸化反応器１７は、燃料電池２０に供給可能な水素含有ガス（燃料ガス）を生成する。水素含有ガスは、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな水素含有ガスとして生成される。なお、選択酸化触媒１７ｃは、白金、ルテニウム、ロジウム等の触媒作用させる物質をセラミック製等の多孔質粒状体に担持させて構成される。

ＣＯ選択酸化反応器１７を出た水素含有ガスは、燃料電池２０に供給される。燃料電池２０は、供給された水素含有ガスと空気を反応させて発電する。燃料電池２０は、水素含有ガスを燃料ガスとして発電できる装置であれば特に限定されず、例えば固体高分子膜からなる電解質層をアノードとカソードで挟持したセルを積層して構成される固体高分子形燃料電池である。

（２）触媒容器
次に、触媒容器３０について説明する。上述の通り脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の各処理部は、それぞれ触媒容器３０を有しており、各処理部で所定の処理を行うために所定の触媒１１ｃ、１３ｃ、１５ｃ、１７ｃが収容されている。触媒容器３０の構成は各処理部で構成が同様であるため、以下では脱硫器１１の触媒容器３０を例に挙げて説明する。

図２、図３に示すように、脱硫器１１の触媒容器３０は、処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体Ｒと、容器本体Ｒの下面に接続され、処理対象ガスを容器本体に供給する供給流路３１とを備えている。触媒容器３０には、さらに触媒により所定の処理が施された処理済みの処理対象ガスが排出される排出流路３９が容器本体Ｒの上面に接続されていてもよい。

本実施形態では、容器本体Ｒは直方体状である。容器本体Ｒは、図２、図３等の＋Ｘ及び－Ｘ方向（以下、幅方向という場合もある）が長手方向であり、長手方向の長さはＬ２である。また、＋Ｙ及び－Ｙ方向（以下、奥行方向という場合もある）が短手方向であり、短手方向の長さはＷ１（Ｌ２＞Ｗ１）である。また、＋Ｚ及び－Ｚ方向（以下、上下方向という場合もある）が高さ方向である。以下では、＋Ｘ及び－Ｘ方向と＋Ｙ及び－Ｙ方向が含まれる平面を水平面とし、水平面に沿う方向を水平面方向という。そして、水平面方向における容器本体Ｒの形状は概ね長方形状である。

容器本体Ｒは、容器本体Ｒ内の空間を上下に区画する仕切り体４１と、仕切り体４１よりも上側の直方体状の空間であり、粒状の触媒である脱硫触媒１１ｃを収容する触媒収容部Ｒｕと、仕切り体４１よりも下側の直方体状の空間であり、供給流路３１が接続される導入部Ｒｂとを備えている。触媒収容部Ｒｕは、長手方向である＋Ｘ及び－Ｘ方向の長さがＬ１であり、短手方向である＋Ｙ及び－Ｙ方向の長さがＷ１（Ｌ１＞Ｗ１）であり、高さは任意であり、例えばＬ１及びＷ１よりも大きい。導入部Ｒｂは、長手方向の長さがＬ１であり、短手方向の長さがＷ１（Ｌ１＞Ｗ１）であり、高さＬ８がＬ１よりも小さい。触媒収容部Ｒｕは導入部Ｒｂよりも広い空間に形成されており、より多くの触媒を収容可能となっている。

仕切り体４１は、板状部材から形成されており、複数の孔（開口部の一例）４３を有している。複数の孔４３は、触媒収容部Ｒｕに収容された粒状の触媒が導入部Ｒｂに落下するのを阻止するとともに、処理対象ガスが導入部Ｒｂから触媒収容部Ｒｕに通過可能な大きさに形成されている。
また、触媒収容部Ｒｕは導入部Ｒｂよりも広い空間に形成されており、より多くの触媒を収容可能となっている。

供給流路３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）は、筒状部材であり、導入部Ｒｂの下面にと接続部分を介して連通している。また、供給流路３１は、少なくとも導入部Ｒｂとの接続部分の近傍においては、＋Ｚ及び－Ｚ方向（上下方向）に延びている。そして、供給流路３１は、供給流路３１の下方から導入された処理対象ガスを導入部Ｒｂに向かって上方向に吹き出すように導入部Ｒｂに接続されている。供給流路３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）については後で詳述する。

また、本実施形態では、図３に示すように、導入部Ｒｂの下面は、－Ｙから＋Ｙ方向に向かって同一の高さの水平面である。しかし、図４に示すように、導入部Ｒｂの下面は、－Ｙから＋Ｙ方向に向かって高さが高くなるように傾斜していてもよい。これにより、供給流路３１を導入部Ｒｂの下面に溶接等により接続することが容易である。

ここで、処理対象ガスは、供給流路３１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕへと導入されるが、仕切り体４１との接触及び導入部Ｒｂの内壁との接触により導入部Ｒｂ内で処理対象ガスの旋回流が発生する場合がある。そして、流速がある程度速い状態で処理対象ガスが仕切り体４１及び導入部Ｒｂの内壁等と接触することで、旋回流は発生し易くなる。発生した旋回流が、仕切り体４１の複数の孔４３を通過して触媒収容部Ｒｕに導入されると、粉粒が巻き上がり、仕切り体４１の複数の孔４３を介して導入部Ｒｂに落下し、供給流路３１を閉塞させる。粉粒としては、触媒が細分化した細分化触媒、及び粒状の触媒と処理対象ガスとの反応物等が挙げられる。脱硫器１１の場合、反応物として硫化銅が生じる。
なお、触媒容器３０が備えられた装置の起動及び停止等により触媒容器３０に膨張及び収縮の力が加わるが、これにより触媒収容部Ｒｕに収容された触媒が圧壊して細分化し、細分化触媒となる。

本実施形態の触媒容器３０には、複数の第１～第３供給流路３１ａ、３１ｂ、３１ｃ（３１）が設けられている。よって、一の供給流路３１が粉粒により閉塞した場合には、当該供給流路３１を閉栓し、他の一の供給流路３１を開栓して処理対象ガスを容器本体Ｒに供給する。このように複数の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃを設けることで、いずれかの供給流路３１が閉塞した場合には、複数の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃの開栓及び閉栓を切り換えて処理対象ガスを継続して容器本体Ｒに供給可能である。よって、供給流路３１が閉塞した場合の対策を提供できる。

以下に、３本の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃを備える触媒容器３０についてさらに説明する。図２、図５、図６に示すように、導入部Ｒｂの下面には、上下方向に延びる３本の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃが接続されている。図５の状態では、第１供給流路３１ａから処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されており、第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃからの処理対象ガスの供給はない。この場合、第１供給流路３１ａは、第１ナット３２ａが取り外されて開栓されており、処理対象ガスを導入部Ｒｂに供給可能となっている。一方、第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃは、それぞれ第２及び第３ナット３２ｂ、３２ｃによって閉栓されている。なお、開栓されている第１供給流路３１ａには、図示しない継手により処理対象ガスの供給管が接続されており、供給管から処理対象ガスが第１供給流路３１ａに供給されている。

この状態で、第１供給流路３１ａが粉粒により閉塞した場合には、第１供給流路３１ａを第１ナット３２ａにより閉栓する。代わりに、第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃのいずれかを開栓して処理対象ガスの供給用に用いる。図６の場合、第１供給流路３１ａが閉塞すると、図示しない継手を外して供給管から第１供給流路３１ａを取り外し、第１ナット３２ａを取り付けて閉栓する。そして、第２供給流路３１ｂを閉栓している第２ナット３２ｂを取り外し、第２供給流路３１ｂを開栓する。開栓した第２供給流路３１ｂを図示しない継手により処理対象ガスの前述の供給管に接続し、供給管から第２供給流路３１ｂに処理対象ガスを供給し、第２供給流路３１ｂから導入部Ｒｂに処理対象ガスを供給するように切り替える。

なお、第１供給流路３１ａは、外周がねじ切りされた第１雄ネジ部（ねじ切り部）３３ａを有しており、第１雄ネジ部３３ａには第１供給流路３１ａを開栓及び閉栓するための第１ナット（栓体）３２ａが取り付け可能である。第１ナット３２ａの内周には、第１雄ネジ部３３ａと螺合する第１雌ネジ部３２ａ１が形成されている。同様に、第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃは、外周がねじ切りされた第２、第３雄ネジ部（ねじ切り部）３３ｂ、３３ｃを有している。第２、第３雄ネジ部３３ｂ、３３ｃには、第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃを開栓及び閉栓するための第２、第３ナット３２ｂ、３２ｃ（栓体）が取り付け可能である。第２、第３ナット３２ｂ、３２ｃの内周には、第２、第３雄ネジ部３３ｂ、３３ｃと螺合する第２、第３雌ネジ部３２ｂ１、３２ｃ１が形成されている。なお、第１～第３ナット３２ａ～３２ｃは、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃと螺合する側の反対側が閉じられている。よって、第１～第３ナット３２ａ～３２ｃは、袋ナット状に形成されている。

このような第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃと第１～第３ナット３２ａ～３２ｃとによる開栓及び閉栓の態様としては、いずれか一の供給流路３１からナット３２を取り外して開栓し、残りの供給流路３１をナット３２により閉栓しておく態様が挙げられる。例えば、前述の通り、第１供給流路３１は第１ナット３２ａを取り外した状態として開栓して別途の供給管と接続し、残りの第２、第３供給流路３１ｂ、３１ｃを第２、第３ナット３２ｂ、３２ｃにより閉栓しておく。

また、一の供給流路３１のみを開栓するのではなく、二つの供給流路３１を開栓することもできる。例えば、第１、第２供給流路３１ａ、３１ｂは第１、第２ナット３２ａ、３２ｂを取り外した状態として開栓して別途の供給管と共通に接続し、残りの第３供給流路３１ｃを第３ナット３２ｃにより閉栓しておいてもよい。これにより、二つの供給流路３１から処理対象ガスを導入部Ｒｂに供給できる。

第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃは、図２、図５、図６に示すように、容器本体Ｒの導入部Ｒｂの端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられている。つまり、第１供給流路３１ａは、導入部Ｒｂの水平方向のうち、中央部よりも－Ｘ方向側に接続されている。より具体的には、＋Ｘ及び－Ｘ方向において、導入部ＲｂはＬ１の長さがあり、第１供給流路３１ａは、－Ｘ方向側の端部から長さＬ２の位置に、かつ＋Ｘ方向側の端部から長さＬ３の位置において導入部Ｒｂに接続されている。Ｌ３はＬ２より大きい（Ｌ３＞Ｌ３）。第２供給流路３１ｂは、第１供給流路３１ａよりも＋Ｘ方向側に配置されており、－Ｘ方向側の端部から長さＬ４の位置に、かつ＋Ｘ方向側の端部から長さＬ５の位置において導入部Ｒｂに接続されている。Ｌ４はＬ２より大きい（Ｌ４＞Ｌ２）。第３供給流路３１ｃは、第２供給流路３１ｂよりも＋Ｘ方向側に配置されており、－Ｘ方向側の端部から長さＬ６の位置に、かつ＋Ｘ方向側の端部から長さＬ７の位置において導入部Ｒｂに接続されている。Ｌ６はＬ４より大きい（Ｌ６＞Ｌ４）。

１箇所に複数の供給流路３１が隣接して設けられている場合、一の供給流路３１が粉粒により閉塞した場合には、隣接する他の供給流路３１にも同様に粉粒が入り込んで閉塞してしまう可能性が高い。上記のように複数の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃが容器本体Ｒの端から順に所定の間隔を空けて並んで配置されることで、一の供給流路３１が粉粒により閉塞した場合でも、他の供給流路３１に粉粒が入り込む可能性を低くできる。よって、いずれかの供給流路３１が閉塞した場合には、供給流路３１の開栓及び閉栓を切り換えて処理対象ガスを継続して容器本体Ｒに供給可能である。

なお、上記では、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃはそれぞれ第１～第３ナット３２ａ～３２ｃにより開栓及び閉栓される。しかし、第１～第３ナット３２ａ～３２ｃは、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃに共通に用いることができてもよい。例えば、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃの第１～第３雄ネジ部３３ａ～３３ｃのねじ切り構造は同一であり、第１～第３ナット３２ａ～３２ｃの第１～第３雌ネジ部３２ａ１～３２ｃ１の構造も同一である。よって、いずれの第１～第３ナット３２ａ～３２ｃであっても第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃと螺合可能であってもよい。

なお、上記では、触媒容器３０に３本の供給流路３１を設ける構成を説明したが、供給流路３１は２本以上であればよい。

（３）実験結果
以下では、供給流路３１が閉塞する状態について、従来の触媒容器６０を用いた実験結果を説明する。
旋回流は、供給流路３１から導入部Ｒｂに導入された処理対象ガスが、ある程度流速の速い状態で仕切り体４１及び導入部Ｒｂの内壁等と接触することにより生じ易い。発生した旋回流が、仕切り体４１の複数の孔４３を通過して触媒収容部Ｒｕに導入されると、粉粒が巻き上がり、仕切り体４１の複数の孔４３を介して導入部に落下し、供給流路を閉塞させる。

図７は、従来の脱硫器１１の触媒容器６０の構成を示すものである。従来の触媒容器６０は、複数の孔７３を有する仕切り体７１と、脱硫触媒１１ｃを収容する触媒収容部Ｒｕと、導入部Ｒｂと、供給流路６１と、排出流路６９とを備える。従来の触媒容器６０では、複数の第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃを有する本実施形態の触媒容器３０とは異なり、１本の供給流路６１が上下方向に延びた状態で、－Ｘ方向側において導入部Ｒｂと接続されている。また、仕切り体７１は、水平面に沿って形成されており、仕切り体７１の下面と導入部Ｒｂの上面との間の高さは一定である。

図８は、図７の従来の触媒容器６０の正面図において、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎ及びガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎそれぞれで供給流路６１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスを導入した場合の温度分布を示している。触媒容器６０内の触媒は、所定の処理温度に加熱されており、供給流路６１からは低温の処理対象ガスが導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに導入される。
図８に示すように、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎで供給流路６１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスを導入した場合の方が、ガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎの場合よりも低温の温度分布の広がりが大きいことが分かる。つまり、流量が大きいほど、触媒収容部Ｒｕに流速が大きい状態で処理対象ガスが導入され、処理対象ガスと仕切り体４１及び導入部Ｒｂとの接触抵抗が大きく、旋回流が発生する可能性が高いことが分かる。

図９は、従来の触媒容器６０の側面図において、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎ及びガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎそれぞれで供給流路６１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスを導入した場合の速度ベクトルを示している。なお、図９では、図４に示すように導入部Ｒｂの下面が－Ｙから＋Ｙ方向に向かって高さが高くなるように傾斜している触媒容器を用いている。

供給流路６１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されているが、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎの場合には、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体７１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｂ及びＣにおいて旋回流が生じている。一方、ガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎの場合には、領域Ａの処理対象ガスが仕切り体７１に向かっているものの、流速が遅いため仕切り体７１との衝突の大きさが小さい。よって、領域Ｂ及びＣにおいて旋回流はほとんど生じていない。

図１０は、図７の従来の触媒容器６０の正面図において、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎ及びガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎそれぞれで供給流路６１から導入部Ｒｂ及び触媒収容部Ｒｕに処理対象ガスを導入した場合の流跡線を示している。
供給流路６１から処理対象ガスが導入部Ｒｂに導入されているが、ガス流量２．６５Ｌ／ｍｉｎの場合には、流速の速い領域Ａの部分が仕切り体７１に向かって勢いよく衝突し、領域Ｄにおいて旋回流が生じている。なお、領域Ｅは、導入部Ｒｂの空間が領域Ｄよりも＋Ｘ及び－Ｘ方向において広く、処理対象ガスと導入部Ｒｂとの接触抵抗が小さい。よって、領域Ｅでは旋回流は生じていない。

一方、ガス流量１．０Ｌ／ｍｉｎの場合には、領域Ａの処理対象ガスが仕切り体７１に向かっているものの、流速が遅いため仕切り体７１との衝突の大きさが小さい。よって、領域Ｄにおいて旋回流はほとんど生じていない。領域Ｄよりも空間が広い領域Ｅでも旋回流ほとんど生じていない。

以上の実験結果から、ガス流量を増加させれば供給流路３１の閉塞が促進される。本実施形態の構成を採用して代替の供給流路３１を設けることで、一の供給流路３１が閉塞した場合でも他の供給流路３１を用いて、処理対象ガスの供給を継続できることが分かった。

〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

（１）上記実施形態では、脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の各処理部の触媒容器３０が同様の構成であると説明した。しかし、脱硫器１１、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７の触媒容器３０の少なくとも１つが上記実施形態で説明した構成を採用していればよい。

（２）上記実施形態では、触媒容器３０は直方体状であるが、複数の供給流路３１を設けることができれば、触媒容器３０の形状はこれに限定されない。例えば、触媒容器３０は、正方形状、円筒形状及び楕円形状等であってもよい。

また、上記実施形態では、３つの第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃが設けられているが、供給流路３１の数はこれに限定されず、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。供給流路３１の導入部Ｒｂの接続位置も、複数の供給流路３１を設けることができればよく、上記実施形態に限定されない。

また、上記実施形態では、排出流路３９は、触媒容器３０の上面に接続されている。しかし、触媒容器３０で所定の処理が施されたガスを排出できればよく、排出流路３９の接続位置はこれに限定されない。例えば、排出流路３９は、触媒容器３０の上部の側面等に接続されていてもよい。

（３）上記実施形態では、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃを開栓及び閉栓するため第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃの外周に第１～第３雄ネジ部３３ａ～３３ｃを形成し、第１～第３ナット３２ａ～３２ｃの内周に第１～第３雌ネジ部３２ａ１～３２ｃ１を形成した。しかし、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃの内周に第１～第３雌ネジ部を形成し、第１～第３雌ネジ部に螺合する第１～第３雄ネジ部３３ａ～３３ｃが外周に形成されたネジ部材（栓体）を設けてもよい。

また、開栓及び閉栓のタイミングは特に限定されないが、当該タイミングとしては、運転開始から所定時間経過した場合、及び、第１～第３供給流路３１ａ～３１ｃが閉塞及び閉塞に近い状態となりエラーが発生した場合等が挙げられる。

（４）上記実施形態では、燃料電池として固体高分子形燃料電池を例に挙げた。しかし、燃料電池２０は、ジルコニア系及びセレン系等のセラミックス膜をアノードとカソードで挟持したセルを積層して構成される固体酸化物形燃料電池であってもよい。

（５）上記実施形態では、脱硫器１１を設けている。しかし、原燃料として硫黄を含まない、例えばプロパン等の炭化水素系ガスやアルコールなどが用いられる場合には、ガス処理装置１０から脱硫器１１を省略してもよい。よって、上記実施形態において、ガス処理装置１０の処理部を、改質器１３、ＣＯ変成器１５及びＣＯ選択酸化反応器１７から構成することもできる。

さらに、水蒸気改質後の改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度が低い場合には、ガス処理装置１０からＣＯ変成器１５を省略してもよい。よって、上記実施形態において、ガス処理装置１０の処理部を、改質器１３及びＣＯ選択酸化反応器１７から構成することもできる。

（６）上記実施形態のガス処理装置１０には、ＣＯ変成器１５とＣＯ選択酸化反応器１７との間に水蒸気凝縮分離器（図示せず）が設けられていてもよい。水蒸気凝縮分離器は、改質器１３で水蒸気改質された改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮分離して除去する。水蒸気を除去することで、各処理部を接続するラインの閉塞を抑制できる。

また、水蒸気凝縮分離器を経て水蒸気が除去された改質ガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。また、改質器１３を経て改質された改質ガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。また、ＣＯ変成器１５を経たガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。さらには、ＣＯ選択酸化反応器１７を経たガスの一部を原燃料ガスに混合してもよい。

（７）上記実施形態のガス処理装置１０で用いる原燃料ガスが気体であり、圧縮が必要な場合は、脱硫器１１の上流側に圧縮機が設けられてもよい。

１１ｃ～１７ｃ：触媒
３０：触媒容器
３１：供給流路
３１ａ～３１ｃ：第１～第３供給流路
３２ａ～３２ｃ：第１～第３ナット
３２ａ１～３２ｃ１：第１～第３雌ネジ部
３３ａ～３３ｃ：第１～第３雄ネジ部
４１：仕切り体
４３：孔
Ｒｂ：導入部
Ｒｕ：触媒収容部

Claims

粒状の触媒が収容され、処理対象ガスが通流可能な触媒容器であって、
前記処理対象ガスが下方から上方に向かって通流する容器本体と、
前記容器本体の下面に接続され、前記処理対象ガスを前記容器本体に供給可能な複数の供給流路とを備え、
前記容器本体は、
前記供給流路が一部に接続され、前記処理対象ガスが導入される導入部と、
前記導入部に対して上方に位置し、前記粒状の触媒を収容する触媒収容部と、
前記導入部と前記触媒収容部とを区画する仕切り体とを有し、
前記仕切り体は、前記粒状の触媒の前記導入部への落下を阻止するとともに、前記処理対象ガスを前記導入部から前記触媒収容部へと通過させる複数の開口部を有しており、
前記複数の供給流路は、第１栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第１供給流路と、第２栓体により開栓及び閉栓を切り換え可能な第２供給流路とを少なくとも含み、
前記第１供給流路及び前記第２供給流路は、第１ねじ切り部及び第２ねじ切り部を有しており、
前記第１栓体は、前記第１ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第２栓体は、前記第２ねじ切り部に螺合可能であり、
前記第１栓体及び前記第２栓体は、螺合する側の反対側が閉じられている袋ナット状のナットである、触媒容器。
上下方向視において、前記複数の供給流路は、前記容器本体の端から順に所定の間隔を空けて並んで設けられている、請求項１に記載の触媒容器。
前記第１供給流路の第１ねじ切り部及び前記第２供給流路の第２ねじ切り部は同一形状であり、
前記第１栓体は前記第１及び前記第２供給流路のいずれにも螺合可能であり、前記第２栓体は前記第１及び前記第２供給流路のいずれにも螺合可能である、請求項１又は２に記載の触媒容器。