JP6603666B2 - 触媒構造と使用するためのシール - Google Patents

Description

本発明は、反応器管の中で使用される箔担持触媒及び構造化触媒を含む、反応器構成要素と共に使用するための改良されたシールに関し、特に、反応器構成要素を介した流体流動を方向付けることによって熱伝達及び反応器効率を向上させるための改良されたシールに関する。

合成ガス又は水素を生成するために使用されるような、触媒反応を実行するための反応器構成要素は、一般的に、反応を支持するために、例えば燃焼ガスなどの、加熱源にさらされた反応器管に接触する可能性がある。それに対して、発熱反応などの他の種類の反応は、冷却ジャケットなどの冷却源を必要とすることがある。反応器管は、ファン、フィン、コイル、発泡体、箔又はモノリスの形態の、箔担持触媒又は構造化触媒などの反応器構成要素の様々な配置で載置することができる。いくつかの例では、反応器構成要素は、例えば、ファンなどの、箔から形成された構成要素などのように、拡張可能とすることができる。拡張可能な触媒コーティングされた反応器構成要素は、加熱源又は冷却源にさらされた反応器壁と接触する又は制御されて近接するなど、熱伝達を向上させるように位置付けることができる。

反応器管を通した熱伝達及び流体流動を向上させるために、箔担持触媒及び構造化触媒に適合され、それらとともに構成されたシールを使用することができる。反応器壁からの熱伝達を向上させ、流体が、反応器の中心付近などの反応器構成要素の全表面積にそのエネルギーを伝達することを保証するために、反応器を通る流体流動を方向付けることができ、又は遮断することさえできる。したがって、上昇した熱伝達及び反応器効率を促進するシールを含む反応器を適合することが望ましい。

反応器の性能を改善するためのシール構成要素及び配置の様々な実施形態が、本明細書で検討される。本明細書に図示及び記載されるシールは、好ましくは、低価格で製造され、反応器構成要素の拡大及び収縮などの動作中にでこぼこな反応器管表面又は寸法変化に適合するように可撓性があり、高温環境での使用に適しており、シールの反応器管壁との接触を向上させつつ、シールが寿命まで反応器管の寸法クリープを適応できるようにするために、背圧を作り出すことができるように、容易に設置され、かつ一般的に膨張式である。

反応器管に配置された反応器構成要素で使用するシールの様々な実施形態が、本明細書に記載される。

１つの実施形態では、反応器は、内壁面及び外壁面を有する反応器管を含む。一又は複数の反応器構成要素が、反応器管の中に配置される。反応器構成要素は、典型的には、外周面、上面及び底面を有する。反応器構成要素の外周面は、間隙が反応器構成要素の外周面と反応器管の内壁との間に存在するように、反応器管の内壁面に面している。波形シールなどの可撓性シールが反応器管の中に配置され、シールは、反応器管の内壁面及び反応器構成要素の外周面、上面又は底面と直接接触している。可撓性シールの一部は、反応器構成要素の外周面と反応器管の内壁との間で反応器を通る流体流動を実質的に遮断するように位置付けられる。

可撓性シールは、波形とすることができ、金属箔など金属から作ることができる。シールは、反応器構成要素の動作並びに拡張及び収縮中に、外側に押し出され、反応器管の内壁面と接触したままとなるように、径方向に拡張可能である。可撓性シールはまた、動作中に変化する構造的寸法を有することができる反応器構成要素と直接接触することができる。反応器構成要素との接触を維持し、滑り又は移動を防止するために、例えば、溶接などによって、シールを反応器構成要素に取り付けることができ、又はそうでなければ、反応器構成要素と反応器管との間でシールを圧縮するなどの力によって、シールが反応器構成要素との接触を保持するように、シールを配置することができる。

例示的可撓性シールは、反応器構成要素の上面と接触するシールの一部を有する。シールはまた、外周面、底面又は双方の組み合わせと接触することができる。

別の実施形態では、可撓性シールは、２つの反応器構成要素の間に位置付けられるように、反応器管の中に配置される。シールは、隣接する反応器構成要素の上面と底面とを接触させるように配置され、ゆえにシールは、２つの構成要素が互いに接触しないように、２つの反応器構成要素を分離するように機能する。

シールは、外周面及び内壁面が動作中に互いに接触しないように、反応器構成要素の外周面と反応器管の内壁との間に配置されたシールの一部を含むように構成することができる。

別の態様では、シールの一部が、反応器構成要素の外周面と接触する。シールの残りの部分は、反応器構成要素の外周面から反応器管の内壁面に向かって、例えば、角度をなして、外側に延びる。反応器構成要素の外周面から外側に延びている一部が、外周面と３０度から７０度の角度を有することができる。別の例では、反応器構成要素の外周面から外側に延びている一部は、外周面と１００度から１５０度の角度を有することができる。

更に別の実施形態では、シールの一部は、反応器構成要素の外周面と接触することができるリング形状である。シールの分離部分は、反応器構成要素と反応器管との間の間隙を通した流体流動の方向を変え、流体流動を遮断するために反応器管の内壁面に向かって角度をなし外側に延びることができる。

以下の図面は、本発明の一又は複数の実施形態の様々な態様を図解するが、本発明を示された実施形態に限定することを意図していない。

反応器管の中に積み重ねられた反応器構成要素の断面図を示す。反応器構成要素は、構成要素の周辺の流体流動バイパスを低減するために反応器構成要素の間に位置付けられたシールの様々な実施形態を有する。 反応器管に挿入することができる積み重ねられた反応器構成要素上に位置付けられた様々な波形の「Ｌ」字型シールの斜視図を示す。 反応器管の中に積み重ねられた反応器構成要素の断面図を示す。反応器構成要素は、構成要素の周辺の流体流動バイパスを低減するために反応器構成要素の間に位置付けられたシールの様々な実施形態を有する。 反応器構成要素の外周面周囲に適合するように構成されたクラウン形状のシールの例の斜視図を示す。クラウンシールは、反応器管の内壁に接触することができる角度をなして外側に延びる部分を有する。 図４のクラウン形状のシールの下側の斜視図を示す。 反応器構成要素の間に位置付けられた複数のスカートシールの斜視図を示す。スカートシールは、反応器管の内壁面に接触するように径方向に外側に向かって縁片（ｆｒｉｎｇｅ ｐｉｅｃｅ）を扇形に広げる切断部分を有する。

本明細書で使用されるように、５〜２５の範囲が与えられるとき、これは、少なくとも５又は５を上回り、別個にかつ独立して２５未満又は２５を上回らないことを意味する。本明細書で検討されるような、コーン、拡張重量、触媒担持、中心支持体及び内側反応器管などのすべての反応器構成要素又はその部品の構成材料は、例えば、金属、非鉄金属、金属箔、鋼、ステンレス鋼、合金、箔、ブラスチック若しくはガラスなどの非金属、セラミック、又はそれらの組み合わせなど、当技術分野で既知の任意の適した材料を含むことができる。

積み重ね可能な構造反応器（ｓｔａｃｋａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅａｃｔｏｒｓ（ＳＳＲ））と呼ばれることもある、本明細書に記載の反応器は、触媒担持成分が、反応器を通る流体の流動方向から見ると、一般的に環状の断面であるような、中心棒若しくは主軸、パイプ、内管、柱又はその種のものなどの中心支持体周囲に配置された又は中心支持体上に積み重ねられた、例えば、一又は複数の触媒担持成分などの反応器構成要素を含むことができる。反応器構成要素は、例えば、触媒材料がその上又はその内部に適用される又は存在する、穴のあいた金属構造、渦巻き構造及び折り畳んだ金属構造などの触媒担持成分を含むことができる。穴のあいた金属構造は、バスケット、カップ、発泡体又は金属発泡体などを含むことができる。渦巻き構造及び折り畳み金属構造は、例えば、米国特許番号８，７２１，９７３；７，９０６，０７９及び７，６８２，５８０に示されるように、金属箔リーフ（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ ｌｅａｖｅｓ）、巻き鉄心、波形の金属ディスク、モノリス又はファンを含むことができる。代替的には、セラミック触媒担体構造が使用されうる。

反応器管の中に配置され又は位置付けられると、触媒担体成分は、反応器管の環状空間のすべて又は一部を占める可能性がある。中心支持体がパイプ又は内管である場合、モノリス又は積み重なった触媒担体は、パイプ又は内管の外壁と反応器管の内壁との間の環状空間のすべて又は一部を占める可能性がある。本明細書に記載されるように、反応器及び関連する反応器構成要素の様々な修正例及び実施形態は、熱伝達及び反応器効率を促進するために様々な可撓性シール配置と併せて使用することができる。例えば、反応器管は、反応を実行するための、反応器管の内側に又は内側から熱を伝達するように機能する外部の加熱源又は冷却源にさらすことができる。一又は複数の反応器管は、必要な場合、加熱源又は冷却源を提供する反応槽の中に位置付けられうる。好ましい実施形態では、反応槽は、反応器管が高温ガスによって加熱され得、反応器構成要素が水蒸気改質触媒を含む、水蒸気改質器である。

図１を参照すると、反応器１は、内壁面４ａ及び外壁面４ｂを有する、改質器管などの反応器管４を有することができ、中心支持体３周囲に配置された、垂直に積み重ねられたファン、発泡体、渦巻きコア又は発泡体コアなどのコア、穴のあいたカップなどのカップ、バスケット又はモノリスなどの一又は複数の反応器構成要素６を収納することができる。反応器管４の直径は、好ましくは、その全長に沿って一定である。改質器管の場合、管４の部分は、より大きな直径を有することができ、反応器管の中にバルジ又は拡張部分を形成する。先ほど記載されたように、反応器構成要素６は、中心支持体３及び内管（図示されず）などの中心部分構成要素を受容するための中心開口を有するように構成される。中心支持体３は、反応器管４の長さを適応させる長さを有することができる。任意選択的に、中心支持体３は、ファン又はモノリス６などの反応器構成要素が中心支持体３から滑らないように、止め具（ｓｔｏｐ ｆｉｔｔｉｎｇ）を提供するためのブラケット、ブッシング、ベースプレートなどを有することができる。ベースプレートは、中心支持体３の底端に又はその近くに位置することができ、反応器管４に容易に設置できるような形状及び直径又は寸法を有することができる。

中心支持体３には、反応器管４への挿入前に、任意の数の反応器構成要素又はワッシャー、例えば、図１では１０個、を事前に載置することができる。構成要素６は、反応器構成要素の層を形成するために、図示されたように１つが別の最上部に垂直に積み重ねられるか、反応器又はある技術条件の配向を適応させるために、垂直に又は別の方法では例えば水平などに積み重ねられるかのどちらかが可能である。ワッシャーは、例えば、各ファンをワッシャーによって分離することができ、ワッシャーが構成要素６の間にオープンスペースを形成するなど、必要な場合、一又は複数の反応器構成要素（例えば、ファン）の間に挿入することができる。また図示されるように、シールは、分離したワッシャーの必要性を取り除くために中心支持体に沿って積み重ねられた反応器構成要素を分離するために使用することができる。積み重ねられた反応器構成要素６は、サブアセンブリを形成するために、例えば、典型的には０．２メートルから１．５メートルの範囲で、代替的には５メートルから１０メートルまでの範囲でなど、必要な場合に垂直に配置することができる。多数のサブアセンブリを反応器の中で一体的に積み重ねることができ、例えば、１〜６０のサブアセンブリを積み重ねることができる。積み重ねられたサブアセンブリは、１〜２０メートルの範囲の高さを有することができる。

先ほど指摘されたように、反応器構成要素６は、シール及びワッシャーと共に使用されるか又はそれらなくして使用されるかのどちらかであるファン又はモノリスを含みうる。１つの実施形態では、反応器構成要素６は、一又は複数の触媒塗布を有する、ファン、コア、コイル、モノリス又は発泡体などの触媒担体とすることができる。構成要素６と連結して使用されるワッシャー又はシールは、任意選択的に、反応器を通して流れる流体と接触する触媒を有効に分布させるための触媒塗布を有することができる。触媒塗布は、当技術分野では既知であり、ニッケル、パラジウム、白金、ジルコニウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、コバルト並びに酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化ジルコニウムを含むことができる。

触媒担体６及びシールは、支持体及びシールを反応器管４に対して外に向かって径方向に押すことができるように、径方向に拡張可能とすることができる。反応器管４の中に配置される際に、反応器構成要素６は、反応器管の中の一部又は実質的にすべての環状空間を占めることができる。拡張可能かつ崩壊状態にあるときの構成要素６は、反応器管４ａの内壁より小さな直径を有する。拡張位置では、構成要素６は、反応器管壁４ａと直接接触する状態とすることができ、又は好ましくは、反応器管４の内壁面４ａと構成要素６の外径若しくは外周面６ａとの間に小さな所定の間隙を形成することができる。反応器構成要素の外縁径面と反応器管の内壁面との間の間隙は、少なくとも０．５、１、２、３、５、１０又は１５ｍｍとすることができ、好ましくは、０．５〜６ｍｍの範囲内、更に好ましくは１〜３ｍｍの範囲内とすることができる。いくつかの場合には、例えば、渦巻きモノリスが垂直な流動経路を有している状態で、そのような間隙によって、反応器を通る流体流動の一部が、構成要素の外径周囲で構成要素を迂回することが可能になる。反応器構成要素を迂回する流体が反応器の内側部分に方向変換されない場合、反応器の外側から反応器構成要素まで又はその逆に熱を有効に伝達するため、熱伝達は低減される可能性があり、流体は触媒反応を促進するためにその内部に含有されている。構成要素の外周面周囲で間隙を通った流体流動を阻止するために、一又は複数のシールを反応器管及び反応器構成要素と併せて使用することができる。

図１は、流体流動が反応器管に積み重ねられた構成要素を迂回することを阻止するために反応器構成要素上に配置された様々なシールを示す。シールは、好ましくは、波形の金属箔で作られる。波形シールは、可撓性があり、反応器管で使用するために径方向に拡張することができる。例えば、シールは、圧縮されない状態で、反応器管の内径より大きな外径を有することができる。シールは、反応器管の中へ設置するために径方向に内側に圧縮することができ、反応器管の中に配置されると、シールは、反応器管の内壁に沿って妨害物を形成するために、反応器管の内壁を圧迫するように径方向に外側に押す。シールの径方向の可撓性は、反応器構成要素が動作中に拡張及び収縮する際に、反応器管との持続的接触を保証する。波形の場合、反応器管の内壁面に沿って圧迫されたシールの波形が、反応器管壁に沿って反応器を通る流体流動の量を少なくすることができるのに対し、流体流動の大部分は、実質的に遮断され、シールの中心開口周囲で反応器管の内側に向かって強制的に流される。

１つの実施形態では、シール８は、中心開口を有する「Ｌ」字型のリング形状を有することができる。図１に示されるように、シール８の一部は、外径、即ち、反応器構成要素の上面部分に重なり、直接接触することができる。シール８は、反応器管４の内壁面４ａに直接接触するように、反応器構成要素の上縁から径方向に外側に更に延びる。代替的には、シール８は、シール８の一部が外径、即ち、上面の代わりに反応器構成要素の底面部分に重なり、直接接触することができるように、垂直の反対方向に配置することができる。シール８の残りの部分は、反応器管壁に沿って配向され、反応器構成要素の外周面に平行である。反応器管に配置されると、反応器構成要素を取り囲む反応器管と接触している管８は、流体流動を有効に遮断し、次に反応器管の内側部分に向かって流体流動の方向を変える。

図示されたように、反応器構成要素の外周面６ａと、反応器管に沿って押し付けられたシール８の一部との間に、空所が存在する可能性がある。動作中に、反応器構成要素６は、径方向に外側に拡張することができ、内壁面４ａでシール８の一部と接触することができる。代替的には、反応器構成要素６は、例えば、シール９について図示されるように、外周面６ａが反応器管の内壁面でシールの一部と直接接触するように設置することができる。

図２は、反応器管で使用するための反応器ファン構成要素６の代替的方法で積み重ねられた反応器コア構成要素を覆う「Ｌ」字型のシール８の例を示す。シール８は、コア構成要素の全外周面に沿って延びる部分を有する。動作の際、外周面に沿って延びるシール８の部分は、反応器管の内壁面と、任意選択的には、コア構成要素の面と、直接接触するだろう。シール８の残りの部分は、径方向の開口を形成するために、反応器構成要素の中心に向かって約９０度の角度をなして内側に屈曲する。コア構成要素のちょうど真上にある反応器ファン構成要素６は、２つの構成要素が互いに接触しないように、２つの構成要素の間に位置付けられたシール８の部分に接触し静止している。シール８は、反応器を通る流体流動が触媒反応を実行する目的で覆われた構成要素に侵入できるように、シールの内側に位置付けられた反応器構成要素を露出するためにその中心に開口を形成する。

別の実施形態では、シール９は、３つの部分を有する「Ｚ」型を有することができる。図示されるように、第１の部分は、外径、即ち、反応器構成要素６の上面部分に重なり、直接接触することができる。シール９は、第２の部分を形成するために、反応器構成要素の上縁から、例えば、約９０度の角度で、径方向に外側に延びる。代替的には、シール９は、シール９の一部が外径、即ち、上面の代わりに反応器構成要素の底面部分に重なり、直接接触することができるように、配置することができる。シール９の第２の部分は、反応器管の内壁４ａに面する反応器構成要素の外周面に沿って延び、任意選択的には、その外周面と直接接触することができる。第２の部分は、外周面の垂直な全長に沿って、又は任意選択的には、例えば、面の少なくとも１０％、３０％、５０％若しくは９０％、その部分に沿って延びることができる。

第２の部分は、反応器構成要素の外周面に沿って延び、第３の部分を形成するために、例えば、９０度の角度で屈曲する。シール９の第３の部分は、反応器管４の内壁面４ａに直接接触するように、反応器構成要素の外周面から径方向に外側に更に延びる。反応器管の内壁面及び反応器構成要素６の外周面と直接接触すると、シール９の第３の部分が、外周面と反応器管との間に連続的間隙を形成する。形成された間隙は、流体流動の方向に開放されず、シール９の第２の及び第３の部分は、流体流動がその外周面６ａに沿って反応器構成要素６を迂回するのを有効に遮断する。

シールは、「Ｕ」字型に設計することができる。図１に示されるように、シール１１は、２つの端を有することができる。シール１１の各端は、反応器構成要素６の上面又は底面と直接接触している。２つの端は、中間部分を形成するために、反応器構成要素の上端又は底端から、例えば、約９０度の角度で、径方向に外側に延びる。２つの端の間のシール１１の中間部分は、反応器構成要素の外周面に沿って延び、任意選択的には、その外周面と直接接触することができる。図示されたように、シール１１の中間部分は、反応器管４の内壁面４ａを圧迫し、それと直接接触し、かつその長さに沿って延びる。反応器管の中に配置されると、シール１１の端及び中間部分は、流体流動がその外周面６ａに沿って反応器構成要素６を迂回するのを有効に遮断する。

図１は、シール８、９及び１１が反応器構成要素の上面又は底面と接触する少なくとも１つの部分を有していることを示す。例えば、第１の反応器構成要素などの反応器構成要素の上面又は底面と接触しているシール８、９、１１の部分はまた、例えば、第１の反応器構成要素の上又は下に位置付けられた第２の反応器構成要素などの隣接する反応器構成要素の上面又は底面とも接触することができる。２つの反応器構成要素の間のシールの部分は、構成要素が互いに直接接触しないように、２つの構成要素を分離し、構成要素の間に連続的間隙を形成する。反応器構成要素を分離するためにシールを使用すれば、構成要素間でのワッシャー１０の必要性を取り除くことができる。

シールの他の実施形態が図３に示される。例えば、シールは、クラウン形状のシール１２とすることができる。シール１２は、図示されるように、反応器構成要素６の外周面に沿って配置され、その外周面と直接接触する内側円筒部分又はリングを有することができる。内側円筒部分によって、外周面が覆われる、又は任意選択的にはその面の一部だけ、例えば、その面の少なくとも１０％、３０％又は５０％が覆われるように、内側円筒部分は、外周面の全長に沿って延びることができる。クラウン部分は、内側円筒部分の上又は底に隣接して位置付けられる。クラウン部分は、反応器構成要素の外周面から反応器管の内壁に向かって外側に延びる。好ましくは、クラウン部分の外周縁は、シールを形成するために反応器管の内壁面と接触する。

クラウン部分は、角度をなして屈曲され、例えば、クラウン部分は、反応器構成要素の外周面から外側に延び、外周面と３０〜７０度の範囲の角度を形成する。好ましくは、シール、例えば、シール１２、のクラウン部分は、角度をなし、反応器管を通した流体流動の方向を指す。例えば、図３では、流体は、反応器管の底から上へ流動することができる。シール１２は、流体流動の方向に、反応器管の内側に向かって、又は構成要素の外周面に向かって、上に角度をなすクラウン部分を有する。反応管４通って上に移動する流体流動は、シール１２のクラウン部分下で増加し、確実に反応器管の内壁面４ａと持続的に接触するように、クラウン部分の開口又は径方向の外側への拡張を促進する。別の配置は、反応器構成要素の外周面から外側に延びているクラウン部分は、外周面と１００度から１５０度の範囲の角度を形成することができる。

クラウンシールの別の例が、修正されたクラウンシール１３として、図３に示される。修正されたクラウンシール１３は、クラウン部分が反応器管の内壁面と接触する点で反応器の内側に向かって後方に延びる、追加部分又は先端を有する。先端は、外周面と反応器管との間の開放された間隙の中で終結し、したがって反応器構成要素と接触することはない。先端は、反応器の中で乱れた流体流動を促進し、熱伝達を強化することができる。先端部分は、反応器管と１０〜７０度の範囲で角度を形成することができる。

クラウンシール１２及び修正されたクラウンシール１３は、反応器の中の固定配置を保証し、動作中に反応器構成要素の外周面に沿った移動又は滑りを防止するために、反応器構成要素に取り付けることができる。例えば、シールは、構成要素に仮付け溶接することができ、又は内側円筒部分の外周に沿ってバンドにより構成要素の外周面に固定することができる。代替的には、シールはまた、反応器管と反応器構成要素の外周面との間で適合するようにシールを圧縮することによって生成されたシール上の張力によって適所で保持することができる。

クラウンシールの例が、図４及び図５に示される。クラウンシール２０は、一片の波形金属箔で形成される。クラウンシール２０は、反応器構成要素の外周面に沿ってシールを位置合わせするためのリングを形成する、内側円筒部分２０ａを有する。内側円筒部分２０ａは、好ましくは、反応器構成要素の外周面と直接接触するように位置付けられる。シール２０は、内側円筒部分から角度をなして外側に、かつ、例えば、反応器管の内壁に向かって延びる第２のクラウン部分２０ｂを形成するその上端に屈曲を有する。好ましくは、クラウン部分の外周縁は、動作中に反応器管の内壁面と接触する。

図５は、反対方向を向く図４のクラウンシールを示す。反応器構成要素の外周面に支持体を提供する又はクラウンシール２０を固定するために、バンド２１をクラウンシール２０の内側円筒部分２０ａ周囲に位置付けることができる。バンド２１は、反応器構成要素の外周面に沿ってぴったり適合するように、内側円筒部分２０ａの直径を締め付ける又は低減することができる。バンド２１は、金属など、例えば、金属箔のような、任意の適する材料から作ることができ、１つの実施形態では、クラウンシール２０を作るために使用される、波形でない状態の、同一材料から作ることができる。

クラウンシールの更なる別の例が、シール１４として、図３に示される。シール１４は、外径、即ち、反応器構成要素の上面部分に重なり、その部分と直接接触する部分を有する。シール９は、第２の部分又はクラウン部分を形成するために、反応器構成要素の上縁から、例えば、約４５度の角度で、径方向に外側に延びる。クラウン部分は、角度をなして屈曲され、例えば、クラウン部分は、反応器構成要素の外周面から外側に延び、外周面と３０〜７０度の範囲の角度を形成する。

構成要素の上面又は底面でのシール１４の屈曲により、シールを動作中に曲げることができる。例えば、反応器構成要素は、動作中に上下に曲げることができ、水平位置から反らすことができる。可塑性シール１４は、構成要素の上面又は底面及び反応器管の内壁面との持続的接触を提供するために、構成要素の移動に伴い曲げる又は反らすことができる。

別の例では、シール１５のクラウン部分が、反応器構成要素の外周面から離れて、かつ反応器管の内壁面に向かって外側に角度をなすことを除いて、シール１５は、シール１４に類似している。シール１５のクラウン部分の外径縁は、反応器管と直接接触し、反応器を通る流体流動が、外周面と反応器管との間の間隙を通過するのを遮断する。

シール１４及び１５は、他の種類の構成要素、例えば、反応器バスケット又はカップと使用することもできる。反応器カップは、反応を実行するために、吸着剤ペレット又は触媒ビーズを反応器の流体流動経路に保持するために使用することができる。図示された反応器構成要素に類似した反応器カップは、自己支持型であっても、反応器管内部に位置付けられた中心支持体に装着されてもよい。反応を実行するために、流体は、触媒コーティングされたペレット又はビーズとその内部で接触するように、反応器カップを通して流動しなければならない。反応器カップ周囲を迂回又は流動する流体流動は、反応器の効率を低減し、反応器管壁から反応器の内側部分までの熱伝達に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、図３、図４及び図５に示されるシール１２、１３、１４及び１５などのクラウンシールは、反応器バスケット又はカップの周囲での流体流動を遮断し、流体の方向を変え、バスケット又はカップを通って流動して触媒コーティングされたペレット又はビーズとその内部で接触するように、反応器バスケット又はカップ上で使用することができる。

反応器カップは、例えば、カップ開口を画定する上縁又は上面を有することができる。反応器カップはまた、反応器管を通して下に延びる円筒部分など、カップの側面を画定する壁面を有する。クラウンシールは、多様な方法で反応器カップとともに用いることができる。１つの例では、シール１２などのクラウンシールは、シール１２を前述の反応器構成要素に取り付けることができるのと同じ方法で、カップの外壁面周囲に位置付けることができる。要するに、シール１２の内側円筒部分又はリングは、反応器カップの壁面に沿って配置され、かつその壁面と直接接触することができる。シール１２の残りのクラウン部分は、ある角度でカップ壁から外側に延び、流体流動遮断を形成するように反応管の内壁面に接触し、これによって、必要であれば、流体を反応器の内部に向かって、かつ反応器カップを通して流動させる。

別の例では、シール１４又は１５などのクラウンシールは、反応器カップの上縁又は上面で静止するように配置することができる。例えば、シール１４及び１５は、流体流動がカップの中身と接触できるようにするカップ開口を塞ぐことなく、反応器カップの上部に配置することができる中心開口を含む、平らなリング部分を有している。反応器カップの上部で静止している平らな部分の外縁には、シール１４、１５のクラウン部分を画定する屈曲がある。クラウン部分は、流体流動の方向又はその反対方向のどちらかに、反応器カップの外周縁から角度をなして径方向に外側に延びる。クラウン部分の外周縁は、反応器管の内壁面と直接接触し、反応器カップの外周周りで流体流動を有効に遮断する。

別の実施形態では、シールは、２つの部分のシール（ｔｗｏ−ｐａｒｔ ｓｅａｌｓ）とすることができ、例えば、図３には、３組の２つの部分のシールが示される。第１の例では、２つの部分のシールは、重なる部分を有する、２つの「Ｌ」字型シールを含むことができる。第１のシール部分１７ａは、反応器構成要素の外周面に沿って配置され、かつその外周面と直接接触している内側円筒部分を有する。内側円筒部分は、全外周面又はその一部、例えば、面の少なくとも１０％、３０％又は５０％を覆うことができる。第１のシール部分１７ａは、反応器管の内壁４ａに向かって径方向に外側に延びる第２の部分を形成する屈曲、例えば９０度、を有する。図示されたように、第２の部分は、反応器構成要素の上面又は底面から径方向に外側に延びる。第２の部分は、反応器管に接触せず、反応器管の外周面と内壁面との間の間隙で終結する。上記のように、内側円筒部分は、動作中の移動を防止するために、反応器構成要素に取り付けることができ、そうでなければ圧力で内側円筒部分を構成要素に押しつける。

第２のシール部分１７ｂは、例えば、反応器構成要素の外周面の長さと等しい又はそれ未満の距離に、反応器管の内壁面４ａに沿って延び、かつその内壁面４ａと直接接触している部分を有する。第２のシール部分１７ｂの残りの部分は、例えば９０度の屈曲によって形成され、中心開口を形成し、反応器を通る流体流動を適応させるために、反応器の中心に向かって径方向に内側に延びる。残りの部分は、反応器構成要素の上面の最も外側の部分に沿って静止し、隣接する反応器構成要素からその構成要素を分離することができる。反応器の中心に向かって内側に延びる第２のシール部分１７ｂの一部は、反応器管に向かって外側に延びる第１のシール部分１７ａの一部に重なる。例では、第１及び第２のシール部分１７ａ、１７ｂの重なっている部分は、互いに直接接触することができる。

２つの部分のシールの代替的配置が、第１及び第２のシール部分１８ａ及び１８ｂによって示される。第１及び第２のシール部分１８ａ及び１８ｂが、重なっている部分が垂直に反転し、反応器構成要素の底面に又は底面付近に位置付けられるように、配置されていることを除き、この２つの部分のシールは、前述のシール１７ａ、１７ｂと同じである。例えば、第２のシール部分１８ｂの一部は、反応器の中心に向かって内側に延び、反応器構成要素の底面と接触している。

２つの部分のシールの別の例では、２つの部分のシールは、重なっている部分を有する２つの「Ｌ」字型のシール１９ａ及び１９ｂを含むことができ、「Ｌ」字型のシールの１つ１９ｂは、修正されたシールである。第１の部分１９ａは、シール部分１７ａと同一の方法で配置され、２つの部分のシール１９ａ、１９ｂは、シールが第２のシール部分１９ｂ上に角度をなす先端部分を有していることを除き、前述のシール１７ａ、１７ｂと同様にぴったり一致する。第２のシール部分１９ｂは、例えば、反応器構成要素の外周面の長さと等しい又はそれ未満の距離に、反応器管の内壁面４ａに沿って延び、かつその内壁面４ａと直接接触している。第２のシール部分１９ｂの端部は、反応器の中心に向かって後ろに延びる追加部分又は先端を有する。先端は、外周面と反応器管との間の間隙部分の中又はその付近で終結し、したがって反応器構成要素と接触することはない。先端は、反応器の中で乱れた流体流動を促進し、熱伝達を強化する。先端部分は、反応器管と１０〜７０度の範囲で角度を形成することができる。

別の態様では、シール１９ｂの角度をなす先端部分、又は代替的に図３のシール１３上にも示された先端部分は、反応器構成要素及びシールの積み重ねられたアセンブリの容易な設置を促進することができる。上記のように、シールの先端部分は、反応器管の内側に向かって後ろに角度をなし、ゆえにシール１９の最も外側の直径は、内側に角度をなす先端部分に隣接した円形の屈曲部分から構成される。シール１９ｂが設置中に反応器管４内に下げられると、内側に角度をなす先端部分と円形の最も外側の径縁は、シールが、反応器管のでこぼこな内壁面によりもつれ又は引っかかることを防止できる。シールの径方向の可撓性により、シールは、内側に圧縮でき、外側に拡張でき、任意のそのような壁面のでこぼこの上を滑らせることができるようになり、内側に角度をなす先端部分が、反応器管壁に沿ってシールを案内する。

図６は、シールの別の例を示す。スカートシール２２が、反応器構成要素６の間に位置付けられる。スカートシール２２は、反応器構成要素の中心に向かって内側に延び、隣接する構成要素６の底面と直接接触する部分を有する。スカートシール２２は、一体化して反応器構成要素の外径底縁又は上縁から外側に延びるフリンジ部分となる、個々のフリンジ片２２ａを形成するスリットを有する。図示されるように、フリンジ片２２ａは、外側に角度をなし、動作中に、流体流動の反応器構成要素の外周面周囲の流れを防止する妨害物を形成するために、反応器管の内壁面４ａと接触することができる。フリンジ部分は、リングの形状とすることができ、例えば、フリンジ部分を仮付け溶接することによって、反応器構成要素の間に位置付けられたリングワッシャー又はベースプレートに取り付けることができる。

図示されていないが、フリンジ片２２ａの多層の別の実施形態では、互いに上下に積層された各層は、スリット開口をほとんど有していない妨害物を形成するために使用することができる。スリット開口の頻度又は存在により、流体の一部が構成要素を迂回し、反応器管から反応器の他の部分まで熱を伝達しないように、構成要素の外周面周囲の流体流動を促進することができる。２つ又はそれを上回る層など、多層のフリンジスカートシールを使用することで、スリット開口を通して利用できる流動経路を低減又は除去するために、互いに又はその一部に重なるフリンジ片２２ａの数を増加させることができ、流体が反応器構成要素を迂回することを防止する。フリンジ片２２ａ及びスリット開口の量は、流体流動が方向を変え、反応器管から離れて流動し、反応器の中心に戻るように、乱れた流体流動を促進する、又は流体流動を実質的に遮断するために必要に応じて選択することができる。

本発明による様々な実施形態が図示され説明されてきたが、本発明はそれらに限定されず、当業者に既知の数多くの変更及び修正を受容可能であると理解される。したがって、本発明は、本明細書に図示及び説明された詳細に限定されず、特許請求の範囲により包含されるそれらの変更及び修正すべてを含んでいる。

Claims (11)

1. 反応器であって、
   ａ）内壁面を有する反応器管と、
   ｂ）外周面、上面及び底面を有する触媒担持要素であって、前記触媒担持要素の前記外周面が前記反応器管の前記内壁に面し、間隙が前記触媒担持要素の前記外周面と前記反応器管の前記内壁との間に存在するように、前記反応器管の中に位置付けられている、触媒担持要素と、
   ｃ）前記反応器管の前記内壁面及び前記触媒担持要素の前記外周面と直接接触している可撓性シールであって、前記可撓性シールは更に前記触媒担持要素の前記上面及び前記底面と接触しており、前記可撓性シールの一部が、前記触媒担持要素の前記外周面と前記反応器管の前記内壁との間で前記反応器を通る流体流動を遮断するように位置付けられている、可撓性シールと
   を備える反応器。
2. 前記可撓性シールが波形である、請求項１に記載の反応器。
3. 前記シールの一部は、前記外周面及び前記内壁面が互いに接触しないように、前記触媒担持要素の前記外周面と前記反応器管の前記内壁との間にある、請求項１に記載の反応器。
4. 前記シールの一部が、前記触媒担持要素の前記外周面と接触しており、前記シールの残りの部分が、前記触媒担持要素の前記外周面から前記反応器管の前記内壁面に向かって外側へ延びている、請求項１に記載の反応器。
5. 前記触媒担持要素の前記外周面から外側に延びている前記シールの前記一部が、前記外周面と３０度から７０度の角度をなす、請求項４に記載の反応器。
6. 前記触媒担持要素の前記外周面から外側に延びている前記シールの前記一部が、前記外周面と１００度から１５０度の角度をなす、請求項４に記載の反応器。
7. 反応器であって、
   ａ．内壁面を有する反応器管と、
   ｂ．外周面、上面及び底面を有する触媒担持要素であって、前記触媒担持要素の前記外周面が前記反応器管の前記内壁に面し、間隙が前記触媒担持要素の前記外周面と前記反応器管の前記内壁との間に存在するように、前記反応器管の中に位置付けられている、触媒担持要素と、
   ｃ．前記反応器管の前記内壁面及び前記触媒担持要素の前記外周面、前記上面又は前記底面と直接接触している可撓性波形シールであって、前記可撓性波形シールの一部が、前記触媒担持要素の前記外周面と前記反応器管の前記内壁との間で前記反応器を通る流体流動を実質的に遮断するように位置付けられている、可撓性波形シールと
   を備える反応器。
8. 前記シールが金属箔で作られており、径方向に拡張可能である、請求項７に記載の反応器。
9. 前記シールの一部が、前記触媒担持要素の前記上面又は前記底面と、第２の触媒担持要素の上面又は底面と接触しており、前記シールが、前記触媒担持要素と前記第２の触媒担持要素とが互いに接触しないように、前記触媒担持要素と前記第２の触媒担持要素とを分離している、請求項７に記載の反応器。
10. 前記シールの一部がリング形状であり、前記触媒担持要素の前記外周面と接触している、請求項７に記載の反応器。
11. 前記シールの分離部分が、前記反応器管の前記内壁面に向かって角度をなし外側に延びている、請求項１０に記載の反応器。

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