JP7255232B2 - Reactor - Google Patents
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Description
本開示は、熱交換型の反応装置に関する。 The present disclosure relates to heat exchange type reactors.
従来、一方又は双方が反応流体である第1流体と第2流体との熱交換により、反応流体に含まれる反応原料の反応を進行させて所望の物質を生成させる反応装置がある。特許文献1は、第1流体として反応流体であるガス混合物を流通させるための流路を構成する複数のプレートと、第2流体として別の反応流体であるガス混合物を流通させる複数のチューブとを備える反応装置を開示している。ここで、複数のプレートは、互いに交互に積層された、複数の長方形プレートと、複数の波形プレートとを含む。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a reactor in which a first fluid and a second fluid, one or both of which are reaction fluids, are heat-exchanged to advance the reaction of reaction raw materials contained in the reaction fluids to produce a desired substance.
一般に、所望の物質を生成するための熱的反応を行う反応装置では、反応装置の出口における生成物を含む流体の組成は、種々の要因によりそのときの温度における平衡組成に達しない。そのため、生成物の生成量は、反応のために与えられた熱量から理論上得られる値を下回ることがある。このことは、特許文献1に開示されている積層型の反応装置においても同様であり、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するための改良が望まれている。
In general, in a reactor that performs a thermal reaction to produce a desired substance, the composition of the product-containing fluid at the reactor outlet does not reach the equilibrium composition at the current temperature due to various factors. As such, the amount of product produced may be less than theoretically available from the heat input for the reaction. This is the same for the layered reactor disclosed in
そこで、本開示は、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a reaction apparatus that is advantageous for more effectively utilizing the amount of heat given for the reaction.
本発明の第1の態様に係る反応装置は、反応原料を含む第1流体を流通させる第1流路を有する第1伝熱体と、第1伝熱体に積層され、第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、第1伝熱体にある第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、生成物回収部に設置され、第1流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、触媒を含む本体部を有する触媒体と、を備え、生成物回収部は、本体部を回収空間に収容させる開口部を含む接続部を有し、触媒体は、本体部を回収空間に収容させた状態で、接続部に取り付けられるフランジ部を有する。本発明の第2の態様に係る反応装置は、反応原料を含む第1流体を流通させる第1流路を有する第1伝熱体と、第1伝熱体に積層され、第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、第1伝熱体にある第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、生成物回収部に設置され、第1流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、触媒を含む本体部を有する触媒体と、を備え、生成物回収部は、生成物を外部配管へ排出する排出配管を有し、触媒体は、本体部を回収空間に収容させた状態で、排出配管に取り付けられるフランジ部を有する。 A reaction apparatus according to a first aspect of the present invention includes a first heat transfer body having a first flow path through which a first fluid containing a reaction raw material flows; a second heat transfer body having a second flow path for circulating a second fluid used for heat exchange; A product recovery section for recovering a product produced in the first channel by the endothermic reaction of the raw material, and a product recovery section installed in the product recovery section for collecting the reaction raw material remaining in the first channel and discharged to the recovery space. a catalyst that promotes an endothermic reaction; and a catalyst body having a main body containing the catalyst. It has a flange portion attached to the connection portion in a state in which the main body portion is accommodated in the recovery space. A reaction apparatus according to a second aspect of the present invention includes a first heat transfer body having a first flow path through which a first fluid containing a reaction raw material flows; a second heat transfer body having a second flow path for circulating a second fluid used for heat exchange; A product recovery section for recovering a product produced in the first channel by the endothermic reaction of the raw material, and a product recovery section installed in the product recovery section for collecting the reaction raw material remaining in the first channel and discharged to the recovery space. A catalyst that promotes an endothermic reaction and a catalyst body having a main body containing the catalyst are provided. The product recovery part has a discharge pipe for discharging the product to an external pipe, and the catalyst body recovers the main body. It has a flange portion that is attached to the discharge pipe while being housed in the space.
また、上記の反応装置では、排出配管は、外部配管との連結に用いられる第1フランジ部を有し、外部配管は、第1フランジ部と接続可能な第2フランジ部を有し、フランジ部は、第1フランジ部と第2フランジ部とに挟まれて締結されてもよい。本体部は、筒状又は柱状であってもよい。本体部は、触媒を担持する構造材を有してもよい。触媒は、多孔質状であってもよい。触媒は、ペレット状であり、本体部は、ペレット状の触媒を収容する筒体を有してもよい。構造材は、本体部が筒状である場合には筒状であり、かつ、筒外部と筒内部とで貫通する複数の貫通穴を有してもよい。構造材は、断面がハニカム状となるハニカム構造体を含んでもよい。構造材は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸められたコルゲート構造体を含んでもよい。構造材は、筒状又は棒状であり、本体部は、筒状又は棒状の構造材を複数含んでもよい。構造材は、複数の盤体を含み、本体部は、複数の盤体を、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含んでもよい。構造材は、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に合わせてスパイラル状に延伸する板構造体であってもよい。本体部は、排出口に対向してもよい。また、本発明の第3の態様に係る反応装置は、反応原料を含む第1流体を流通させる第1流路を有する第1伝熱体と、第1伝熱体に積層され、第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、第1伝熱体にある第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、生成物回収部に設置され、第1流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、を備え、生成物回収部は、回収空間の延伸方向が第1伝熱体と第2伝熱体との積層方向に沿う形状となる導管部であり、触媒は、回収空間に面する生成物回収部の内壁に担持される。更に、本発明の第4の態様に係る反応装置は、反応原料を含む第1流体を流通させる第1流路を有する第1伝熱体と、第1伝熱体に積層され、第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、第1伝熱体にある第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、生成物回収部に設置され、第1流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、を備え、生成物回収部は、回収空間の延伸方向が第1伝熱体と第2伝熱体との積層方向に沿う形状となる導管部であり、触媒は、回収空間に収納された粒状体である。 Further, in the above reactor, the discharge pipe has a first flange portion used for connection with the external pipe, the external pipe has a second flange portion connectable to the first flange portion, The flange portion may be clamped between the first flange portion and the second flange portion. The main body may be cylindrical or columnar. The main body may have a structural material that supports the catalyst. The catalyst may be porous. The catalyst may be in the form of pellets, and the main body may have a cylinder housing the catalyst in pellet form. The structural material may be tubular when the main body is tubular, and may have a plurality of through-holes penetrating between the outside and the inside of the cylinder. The structural material may include a honeycomb structure having a honeycomb-shaped cross section. The structural material may include a corrugated structure formed by rolling a corrugated plate having a wavy cross section into a cylindrical shape. The structural member may be tubular or rod-shaped, and the main body may include a plurality of tubular or rod-shaped structural members. The structural member may include a plurality of discs, and the main body may include a holder that holds the plurality of discs side by side in a direction in which the cylindrical or columnar body extends. The structural member may be a plate structure extending in a spiral shape in accordance with the extending direction of the cylindrical or columnar main body. The body portion may face the outlet. Further, a reaction apparatus according to a third aspect of the present invention includes a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing a reaction raw material; and a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body. , a product recovery section for recovering a product produced in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw materials; a catalyst that promotes an endothermic reaction of the raw material, and the product recovery section is a conduit section having a shape in which the recovery space extends along the stacking direction of the first heat transfer body and the second heat transfer body, The catalyst is carried on the inner wall of the product recovery section facing the recovery space. Furthermore, a reaction apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing a reaction raw material; and a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body. , a product recovery section for recovering a product generated in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw materials; a catalyst that promotes an endothermic reaction of the raw material, and the product recovery section is a conduit section having a shape in which the recovery space extends along the stacking direction of the first heat transfer body and the second heat transfer body, The catalyst is a granular material housed in the recovery space.
本開示によれば、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this disclosure, it is possible to provide a reactor that is advantageous in more effectively utilizing the amount of heat given for the reaction.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、積層方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内において、反応流路及び熱媒体流路の各延伸方向にY軸を取り、かつ、Y軸に垂直な方向にX軸を取る。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Here, the dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiment are merely examples, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. Elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present disclosure are omitted from the drawings. Furthermore, in the following figures, the Z axis is taken in the stacking direction, the Y axis is taken in each extending direction of the reaction channel and the heat medium channel in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is perpendicular to the Y axis. Take the X-axis in the direction.
(第1実施形態)
まず、本開示の第1実施形態に係る反応装置について説明する。図1は、第1実施形態に係る反応装置1の構成を示す側面図である。反応装置1は、反応流体Mと熱媒体HCとの熱交換を利用して生成物Pを生成する。反応流体Mとは、反応体としての反応原料を含む気体又は液体である。以下、反応流体Mは、一例として原料ガスである。生成物Pは、反応原料の熱的反応により生成された物質である。本実施形態における熱的反応は、吸熱反応である。また、熱媒体HCは、一例として高温ガスである。
(First embodiment)
First, the reactor according to the first embodiment of the present disclosure will be described. FIG. 1 is a side view showing the configuration of a
反応装置1は、熱交換部3と、反応流体導入部45と、生成物回収部49と、熱媒体導入部53と、熱媒体回収部57とを備える。
The
熱交換部3は、反応流体Mと熱媒体HCとで熱交換を行わせて、反応流体Mに含まれる反応原料の熱的反応を進行させる。熱交換部3は、互いに積層される、第1伝熱体7と、第2伝熱体9と、第3伝熱体39とを含む。第1伝熱体7、第2伝熱体9及び第3伝熱体39は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された平板状部材である。また、第1伝熱体7、第2伝熱体9及び第3伝熱体39の積層面の面積は、互いに同一であるものとする。本実施形態では、第1伝熱体7と第2伝熱体9とは、それぞれ複数ある。
The
第1伝熱体7は、反応流体M又は生成物Pが流通する反応流路17を有する(図2参照)。第2伝熱体9は、熱媒体HCが流通する熱媒体流路31を有する(図3参照)。本実施形態では、熱交換部3は、反応流路17の本流部を流通する反応流体Mと、熱媒体流路31の本流部を流通する熱媒体HCとが、互いに反対方向に流れる対向流型である。
The first
図2は、図1に示すII-II断面に相当する、反応装置1の平断面図である。図2では、第1伝熱体7を含む部分の反応装置1の構成及び形状が示されている。
FIG. 2 is a plan sectional view of the
反応流路17は、複数の第1流路22と、第1合流流路23とを含む。第1流路22は、反応流体Mに含まれる反応原料に、熱媒体流路31を流通する熱媒体HCから供給された熱を受容させて、吸熱反応を起こさせる反応領域を含む。第1流路22は、反応流路17の本流部に相当し、Z方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第1流路22は、それぞれ、Y方向に沿って直線状に延伸し、X方向に沿って等間隔に並んでいる。第1流路22の一方の端部は、第1伝熱体7の一方の側面を含む熱交換部3の第1側面60で開放されている。第1側面60で開放されている第1流路22の端部が、反応流体Mが導入される第1導入口20である。第1流路22の他方の端部は、第1伝熱体7の他方の側面を含む熱交換部3の第2側面61の側で第1合流流路23に連通する。なお、図2では、第1流路22の数を一例として8つとしている。ただし、第1流路22の数は、特に限定されるものではない。
The
第1伝熱体7は、第1基部11と、2つの第1側壁13と、複数の第1中間壁15と、第1隔壁19とを含む。第1基部11は、第1伝熱体7のXY平面全体を網羅する板部である。第1側壁13は、第1基部11の一方の主表面上で、第1流路22の延伸方向に対して垂直方向となるX方向の側端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第1中間壁15は、第1基部11の一方の主表面上で、2つの第1側壁13に挟まれ、それぞれ、第1側壁13に対して平行に並び、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第1隔壁19は、第1基部11の一方の主表面上の第2側面61側で、第1流路22の延伸方向に対して垂直方向となるX方向に沿って設けられる。ここで、仮に第1流路22が第2側面61まで延伸すると、第1流路22は、熱媒体HCが導入されている第2導入空間S2に突き当たる。そこで、第1隔壁19は、複数の第1流路22を流通してきた生成物P又は反応流体Mの進行方向を変化させて、第1流路22が第2導入空間S2に突き当たらないように隔てている。
The
第1合流流路23は、Z方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第1隔壁19の内側面に沿って直線状に設けられている。第1側壁13は、生成物Pを第1伝熱体7の外部に排出する第1排出口21を有する。第1排出口21は、一例として、第3側面62から外部に向けて開放される。第3側面62は、熱交換部3における第1側面60及び第2側面61とは垂直となるYZ平面のうちの一方の側面である。
The
また、熱交換部3は、第1伝熱体7と第2伝熱体9とを積層して構成されるものであるので、第1伝熱体7の四方の側面は、熱交換部3の四方の側面である第1側面60、第2側面61、第3側面62及び第4側面63のそれぞれ一部に相当する。
In addition, since the
図3は、図2に示すIII-III断面に相当する、反応装置1の平断面図である。図3では、第2伝熱体9を含む部分の反応装置1の構成及び形状が示されている。
FIG. 3 is a plan sectional view of the
熱媒体流路31は、複数の第2流路36と、第2合流流路37とを含む。第2流路36を流通する熱媒体HCは、第2伝熱体9に積層されている第1伝熱体7へ熱を供給する。第2流路36は、熱媒体流路31の本流部に相当し、Z方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第2流路36は、それぞれ、Y方向に沿って直線状に延伸し、X方向に沿って等間隔に並んでいる。第2流路36の一方の端部は、第2側面61で開放されている。第2側面61で開放されている第2流路36の端部が、熱媒体HCが導入される第2導入口30である。第2流路36の他方の端部は、第1側面60の側で第2合流流路37に連通する。なお、図3では、第2流路36の数を、一例として、第1伝熱体7に形成されている第1流路22の数又は配置に合わせて8つとしている。ただし、第2流路36の数は、特に限定されるものではなく、第1伝熱体7に形成されている第1流路22の数を考慮し、さらに多くてもよい。
The heat
第2伝熱体9は、第2基部25と、2つの第2側壁27と、複数の第2中間壁29と、第2隔壁33とを含む。第2基部25は、第2伝熱体9のXY平面全体を網羅する板部である。第2側壁27は、第2基部25の一方の主表面上で、第2流路36の延伸方向に対して垂直方向となるX方向の側端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第2中間壁29は、第2基部25の一方の主表面上で、2つの第2側壁27に挟まれ、それぞれ、第2側壁27に対して平行に並び、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第2隔壁33は、第2基部25の一方の主表面上の第1側面60側で、第2流路36の延伸方向に対して垂直方向となるX方向に沿って設けられる。ここで、仮に第2流路36が第1側面60まで延伸すると、第2流路36は、反応流体Mが導入されている第1導入空間S1に突き当たる。そこで、第2隔壁33は、複数の第2流路36を流通してきた熱媒体HCの進行方向を変化させて、第2流路36が第1導入空間S1に突き当たらないように隔てている。
The second
第2合流流路37は、Z方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第2隔壁33の内側面に沿って直線状に設けられている。第2側壁27は、熱媒体HCを第2伝熱体9の外部に排出する第2排出口35を有する。第2合流流路37の一方の端部は、第2排出口35に連通する。第2排出口35は、一例として、第3側面62から外部に向けて開放される。
The
また、熱交換部3は、第1伝熱体7と第2伝熱体9とを積層して構成されるものであるので、第2伝熱体9の四方の側面は、熱交換部3の四方の側面である第1側面60、第2側面61、第3側面62及び第4側面63のそれぞれ一部に相当する。
In addition, since the
第3伝熱体39は、熱交換部3のZ方向の最上部に設置される蓋体である。第3伝熱体39の下方に向かって第2伝熱体9と第1伝熱体7とを交互に積層し接合することで、接合体又は積層体としての熱交換部3が形成される。このとき、第1流路22と、第2流路36とは、第1基部11又は第2基部25を介して並行に隣り合う。熱交換部3の組み立ての際には、各部材間をTIG(Tungsten Inert Gas)溶接や拡散接合等のような接合方法を利用して固着させることで、各部材間の接触不良に起因する伝熱性の低下等が抑止される。
The third
熱交換部3を構成する各要素の熱伝導性素材としては、鉄系合金やニッケル合金等の耐熱性金属が好適である。具体的には、ステンレス綱等の鉄系合金、インコネル625(登録商標)、インコネル617(登録商標)、Haynes230(登録商標)等のニッケル合金のような耐熱合金が挙げられる。これらの熱伝導性素材は、第1流路22での反応進行や熱媒体HCとして使用し得る流体に対する耐久性又は耐食性を有するので好ましいが、これらに限定されるものではない。また、熱伝導性素材は、鉄系メッキ鋼や、フッ素樹脂等の耐熱樹脂で被覆した金属、又は、カーボングラファイト等でもよい。
Heat-resistant metals such as iron-based alloys and nickel alloys are suitable as the thermally conductive material for each element that constitutes the
なお、熱交換部3は、それぞれ少なくとも1つの第1伝熱体7と第2伝熱体9との一対の組で構成可能である。ただし、熱交換性能を向上させる観点から、伝熱体の数は、各図に例示しているように多い方が望ましい。また、1つの第1伝熱体7に形成されている第1流路22、及び、1つの第2伝熱体9に形成されている第2流路36の数も、限定されるものではなく、熱交換部3の設計条件や伝熱効率などを考慮して適宜変更可能である。さらに、反応装置1は、熱交換部3からの放熱を抑制して熱損失を抑えるために、ハウジング又は断熱材で熱交換部3の周囲を覆う構成としてもよい。
The
また、第1流路22には、触媒体が設置されてもよい。ここで、本実施形態では、第1流路22に触媒体を設置し得る他に、生成物回収部49にも触媒又は触媒体を設置する。そこで、生成物回収部49に設置する触媒又は触媒体と区別するために、以下、第1流路22に設置される触媒体を第1触媒体41と表記する。
Also, a catalytic body may be installed in the
図4は、第1触媒体41の構成例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of the
第1触媒体41に含まれる触媒は、反応原料の吸熱反応の進行促進に有効な活性金属を主成分とし、熱交換部3で遂行される合成反応に基づいて反応促進に適したものが適宜選択される。触媒成分として採用され得る活性金属としては、例えば、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Pd(パラジウム)等が挙げられる。なお、複数種の活性金属を組み合わせてもよい。
The catalyst contained in the
第1触媒体41は、例えば、触媒を構造材に担持することにより調製される。構造材の材質は、耐熱性の金属から、成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択される。第1触媒体41は、反応流体Mとの接触面積を増加させるために、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状やギザギザに屈曲した棒体であってもよい。耐熱性の金属としては、Fe(鉄)、Cr(クロム)、Al(アルミニウム)、Y(イットリウム)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Mg(マグネシウム)、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)等の金属の1種又は複数種を主成分とする耐熱合金がある。例えば、Fecralloy(登録商標)等の耐熱合金製の薄板状構造材を成形加工して、第1触媒体41を構成してもよい。触媒の担持方法としては、表面修飾等によって構造材上に直接担持する方法や、担体を用いて間接的に担持する方法などがあり、実用的には、担体を用いた触媒の担持が容易である。担体は、熱交換部3で実施される反応を考慮して、反応の進行を阻害せず耐久性を有する材料であって、使用する触媒を良好に担持し得るものが適宜選択される。例えば、Al2O3(アルミナ)、TiO2(チタニア)、ZrO2(ジルコニア)、CeO2(セリア)、SiO2(シリカ)等の金属酸化物が挙げられ、1種又は複数種を選択して担体として使用することができる。担体を用いた担持方法としては、例えば、成形した構造材の表面に触媒と担体との混合物層を形成する方式や、担体層を形成した後に表面修飾等によって触媒を担持させる方式などが挙げられる。
The
一方、第2流路36には、不図示であるが、熱媒体HCとの接触面積を増加させて熱媒体HCと第2伝熱体9との間の伝熱を促進するための伝熱促進体が設置されてもよい。伝熱促進体の形状は、第2伝熱体9との接触面積を確保するために、コルゲート板状であってもよい。また、伝熱促進体を構成する熱伝導性素材としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄系メッキ鋼等の金属が挙げられる。
On the other hand, although not shown, the
反応流体導入部45は、複数の第1導入口20のそれぞれに反応流体Mを分配する第1蓋体である。反応流体導入部45は、凹状に湾曲した形状を有し、反応流路17の複数の第1導入口20が開放されている熱交換部3の第1側面60を覆い、熱交換部3との間に第1導入空間S1を形成する。反応流体導入部45は、熱交換部3に対して着脱可能又は開閉可能である。作業者は、反応流体導入部45の着脱等を行うことで、例えば、反応流路17に対する第1触媒体41の挿入や抜き出しを行うことができる。また、反応流体導入部45は、反応流体Mを外部から内部へ導入する第1導入配管47を有する。第1導入配管47は、第1側面60のXZ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第1導入口20の開口方向に沿って連接されている。
The reaction
生成物回収部49は、反応流路17を流通した生成物Pを回収する第1回収空間S3を有する第1導管部である。本実施形態では、生成物回収部49は、1つの面を開放面とする箱形状を有し、第1伝熱体7の第1排出口21が開放面に含まれるように、熱交換部3の第3側面62に設置される。つまり、第1排出口21を含む第1伝熱体7の側面の一部は、生成物回収部49の内壁の一部となる。また、生成物回収部49は、生成物Pを反応装置1の外部へ排出する第1排出配管51を有する。
The
また、生成物回収部49には、触媒体が設置される。以下、生成物回収部49に設置される触媒体を、第1流路22に設置され得る第1触媒体41と区別して、第2触媒体42と表記する。
In addition, a catalyst body is installed in the
図5は、第2触媒体42の配置等を説明する図である。図5は、基本的には、第2触媒体42が設置されている生成物回収部49をYZ平面に沿って切断した断面図である。ただし、第2触媒体42の一部のみ、側面図で示されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of the
第2触媒体42を設置する生成物回収部49は、上記のとおり、Z方向に沿って配列されている複数の第1排出口21を開放面に含む形状を有する。そのため、第1回収空間S3の形状も、複数の第1排出口21の配列に合わせて、Z方向に沿って細長い。そこで、本実施形態では、第2触媒体42は、第1回収空間S3の延伸方向に合わせて細長い形状を有する。
As described above, the
図6は、第2触媒体42の構成例として、第1構成42aから第3構成42cまでの3つの構成を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing three configurations from a
図6(a)は、第2触媒体42の第1構成42aを示す図である。第1構成42aは、第1本体部70と、フランジ部43と、支持部44とを備える。
FIG. 6(a) is a diagram showing a
第1本体部70は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第1本体部70において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第1本体部70の形状は、筒状であり、例えば、外径D1の円筒形である。触媒は、円筒形である構造材の外周面及び内周面に担持される。なお、第1本体部70の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
The
フランジ部43は、第2触媒体42を生成物回収部49に設置する際に、生成物回収部49に予め設けられている接続部52に取り付けられる。フランジ部43の形状は、例えば円板形である。なお、フランジ部43の形状は、基本的には、生成物回収部49の接続部52の形状との関係で規定されるものであるが、特に限定されるものではない。フランジ部43は、接続部52への取り付けに用いられるボルト65を貫通させるための複数の貫通穴43aを有する。
The
支持部44は、フランジ部43に連接され、第1本体部70を支持する。例えば、フランジ部43の形状が円板形である場合には、支持部44は、外径を第1本体部70の外径D1に合わせた円筒形で、第1本体部70及びフランジ部43と同軸上にある。なお、支持部44は、第1本体部70を構成する構造材又はフランジ部43と予め一体化されたものであってもよい。
The
図6(b)は、第2触媒体42の第2構成42bを示す図である。第2構成42bは、第2本体部71と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 6(b) is a diagram showing a
第2本体部71は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第2本体部71において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第2本体部71の全体的な概略形状は、外径D1の円筒状である。ただし、第2本体部71の内部は、断面がハニカム状となるハニカム構造体71aで構成されている。触媒は、例えば、円筒形構造材の外周面及び内周面と、ハニカム構造体71aである構造材の表面とに担持される。なお、第2本体部71の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
The
図6(c)は、第2触媒体42の第3構成42cを示す図である。第3構成42cは、第3本体部72と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 6(c) is a diagram showing a
第3本体部72は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第3本体部72において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第3本体部72の全体的な概略形状は、外径D1の筒状である。ただし、具体的には、第3本体部72は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸めて構成したコルゲート構造体で構成されている。この場合、触媒は、コルゲート構造体である構造材の表面に担持される。
The
図7は、第2触媒体42の更なる構成例として、第4構成42dから第6構成42fまでの3つの構成を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing three configurations from a
図7(a)は、第2触媒体42の第4構成42dを示す図である。第4構成42dは、第4本体部73と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 7(a) is a diagram showing a
第4本体部73は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第4本体部73において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第4本体部73の全体的な概略形状は、外径D1の円筒状である。ただし、第4本体部73の内部は、第3本体部72と同様に、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸めて構成したコルゲート構造体73aで構成されている。触媒は、例えば、円筒形構造材の外周面及び内周面と、コルゲート構造体73aである構造材の表面に担持される。また、円筒形構造材には、図7(a)に示すように、円筒外部と円筒内部との間で生成物を流通しやすくするために、複数の貫通穴が形成されていてもよい。なお、第4本体部73の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
The
図7(b)は、第2触媒体42の第5構成42eを示す図である。第5構成42eは、第5本体部74と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 7(b) is a diagram showing a
第5本体部74は、第1触媒体41と同様に触媒を構造材に担持することにより調製されるか、又は、触媒自体で構成される。第5本体部74において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第5本体部74の基本形状は、多孔質の筒状又は柱状である。例えば、第5本体部74は、外径D1の多孔質状の円筒であってもよい。この場合、触媒は、多孔質の円筒状の構造材の全体に担持されてもよい。又は、多孔質状の円筒自体が、触媒で構成されているものであってもよい。一方、第5本体部74は、外径D1の多孔質状の円柱であってもよい。この場合、触媒は、多孔質の円柱状の構造材の全体に担持されてもよい。又は、多孔質状の円柱自体が、触媒で構成されているものであってもよい。なお、図7(b)では、一例として、多孔質状の板体を円筒型に丸めて構成された第5本体部74を示している。ただし、多孔質の筒又は柱の断面形状は、円環又は円に限られず、例えば多角形環又は多角形であってもよい。
The
図7(c)は、第2触媒体42の第6構成42fを示す図である。第6構成42fは、第6本体部75と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 7(c) is a diagram showing a
第6本体部75は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第6本体部75において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第6本体部75の基本形状は、筒状又は棒状である複数の構造体の集合体である。筒状又は棒状である複数の構造体は、それぞれ、筒状又は棒状の構造材の全体に触媒が担持されたものである。なお、図7(c)では、一例として、棒状の構造材に触媒が担持された複数の構造体の集合体として構成された第6本体部75を示している。
The
図8は、第2触媒体42の更なる構成例として、第7構成42gから第9構成42iまでの3つの構成を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing three configurations from a
図8(a)は、第2触媒体42の第7構成42gを示す図である。第7構成42gは、第7本体部76と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 8(a) is a diagram showing a
第7本体部76は、円筒等の筒体の内部にペレット状の触媒76aを収容した構造体である。触媒76aの材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。また、筒体には、図8(a)に示すように、筒外部と筒内部との間で生成物を流通しやすくするために、複数の貫通穴が形成されていてもよい。なお、第7本体部76の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
The
図8(b)は、第2触媒体42の第8構成42hを示す図である。第8構成42hは、第8本体部77と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 8(b) is a diagram showing an
第8本体部77は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第8本体部77において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第8本体部77は、例えば外径D1の円盤である複数の盤体77aと、複数の盤体77aを保持する保持体77bとを有する。触媒は、例えば、盤体77aの表面及び裏面に担持される。保持体77bは、図8(b)に示す例では、一端が支持部44に支持された棒体である。この場合、保持体77bは、複数の盤体77aのそれぞれの中心部に貫通し、複数の盤体77aを延伸方向に並べて保持する。延伸方向で隣り合う盤体77a同士の間隔は、それぞれ、等間隔でもよいし、位置によって異なっていてもよい。これに対して、不図示であるが、保持体77bは、保持棒ではなく、例えば、図7(a)に示す第4本体部73のように、複数の貫通穴を有する筒状の構造体であってもよい。この場合、筒状の構造体は、内周面で複数の盤体77aの外周面と接触し、複数の盤体77aを延伸方向に並べて保持する。このように筒状の構造体が複数の盤体77aを保持する場合には、複数の盤体77aは、盤体77aの表面と裏面との間で生成物を流通可能とする貫通穴を有してもよい。また、第8本体部77は、盤体77aに代えて、平面形状が多角形である多角形盤を有するものとしてもよい。
The eighth
図8(c)は、第2触媒体42の第9構成42iを示す図である。第9構成42iは、第9本体部78と、フランジ部43と、支持部44とを備える。ここで、フランジ部43及び支持部44は、第1構成42aを構成するものと同一であってもよい。
FIG. 8(c) is a diagram showing a
第9本体部78は、第1触媒体41と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第8本体部77において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。第9本体部78は、支持部44からスパイラル状に延伸する板構造体78aと、板構造体78aを保持する保持体78bとを有する。板構造体78aにおいて、延伸方向に対して垂直となる平面上の断面形状は、外径D1の円である。触媒は、例えば、板構造体78aの表面及び裏面に担持される。保持体78bは、例えば、一端が支持部44に支持され、板構造体78aの延伸方向に沿って存在する内周領域を貫通するように延伸する棒体である。板構造体78aは、保持体78bから突出する複数の支持棒78cを介して、保持体78bに保持される。
The
さらに、生成物回収部49は、例えば、Z方向の一方の壁部に、第2触媒体42を取り付けるための接続部52を有する。なお、図5では、接続部52が生成物回収部49のZ方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁下面49b側に設けられている場合を例示している。ここでは、生成物回収部49に取り付けられる第2触媒体42が第1構成42aである場合を例示する。ただし、第2触媒体42が第2構成42b又は第3構成42cであっても同様である。
Furthermore, the
接続部52は、開口部52aと、複数のボルト穴52bと、ガスケット溝52cとを有する。開口部52aは、生成物回収部49の内部と外部とで貫通する。開口部52aの開口径D2は、第1本体部70の外径D1よりも大きい。したがって、開口部52aは、第2触媒体42の一部である第1本体部70及び支持部44を貫通させることができる。複数のボルト穴52bは、フランジ部43の複数の貫通穴43aの位置に対応して設けられ、フランジ部43を接続部52に取り付ける際に、貫通穴43aを貫通したボルト65をそれぞれ締結する。ガスケット溝52cは、接続部52に対してフランジ部43を密に締結させるために用いられるガスケット66を取り付ける。なお、接続部52の全体形状は、フランジ部43を取り付け可能とする形状であれば、特に限定されるものではない。
The connecting
第2触媒体42及び接続部52を上記のような構成とすると、第2触媒体42が生成物回収部49に取り付けられた状態では、第1本体部70は、生成物回収部49の内壁側面49cに沿った形で配置される。このとき、第1本体部70は、生成物回収部49の内壁側面49c及び内壁上面49aには接触していない。
When the
ここで、第2触媒体42の第1回収空間S3内に収容されている部分に関して、生成物回収部49の内壁下面49bから、フランジ部43とは反対側となる第2触媒体42の先端までの距離をL1とする。一方、生成物回収部49の内壁下面49bから、第1排出配管51の導出口51aの最遠部までの距離をL2とする。このとき、距離L1は、距離L2よりも長い。つまり、距離L1は、距離L2から、生成物回収部49の内壁下面49bから内壁上面49a直近までの距離L3までの範囲に規定することができる。また、第1本体部70の外径D1は、第1排出配管51の内径D3よりも大きくてもよい。
Here, regarding the portion of the
なお、生成物回収部49において第1排出配管51が設けられる位置は、上記例示のような生成物回収部49の側壁部に限られない。
The position where the
図9は、図5に対応して描画された、他の生成物回収部49の形状を示す図である。図9に示す生成物回収部49では、上記の第1排出配管51に代わる第1排出配管80が、Z方向の一方の壁部に設けられている。なお、図9では、図5と同様に、接続部52が生成物回収部49のZ方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁下面49b側に設けられている場合を例示している。この場合、第1排出配管80は、生成物回収部49のZ方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁上面49a側に設けられてもよい。反対に、接続部52が生成物回収部49のZ方向の上部の壁部に設けられている場合には、第1排出配管80は、生成物回収部49のZ方向の下部の壁部に設けられてもよい。
FIG. 9 is a diagram showing the shape of another
ここで、第1排出配管80の内径D4は、図5に示した第1排出配管51の内径D3と同様でもよい。一方、図9の例示のように、生成物回収部49において、第1排出配管80の導出口80aと、接続部52の開口部52aとが対向する場合には、第1排出配管80の内径D4は、開口部52aの開口径D2と同様でもよい。この場合、第1本体部70の長さは、図5に示す距離L3のように、生成物回収部49の内壁下面49bから内壁上面49a直近まで延伸する長さとすることが望ましい。このような構成によれば、生成物回収部49を通過して第1排出配管80の導出口80aに向かう流体は、より第2触媒体42に接触しやすくなる。
Here, the inner diameter D4 of the
また、第1排出配管80の内径D4が開口部52aの開口径D2と同様である場合、外径D1である第1本体部70が第1排出配管80の導出口80aに進入可能となる。そこで、不図示であるが、第1本体部70の長さを、距離L3よりもさらに長くすることで、第1本体部70の先端部が、接続部52の開口部52aの対向位置にある第1排出配管80の導出口80aに進入する程度の長さとしてもよい。このような構成によれば、生成物回収部49を通過して第1排出配管80の導出口80aに向かう流体の大部分が、第2触媒体42に接触することになる。
Further, when the inner diameter D4 of the
図10は、図9と同様に図5に対応して描画された、他の生成物回収部49の形状を示す図である。図10に示す生成物回収部49では、上記の第1排出配管51に代えて、2つの排出配管が設けられている。一方の第1排出配管81は、Z方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁上面49a側に設けられている。他方の第1排出配管81は、Z方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁下面49b側に設けられている。
FIG. 10 is a diagram showing the shape of another
この場合、一方の第1排出配管81及び他方の第2排出配管82は、それぞれ、図9に例示した第1排出配管80と同様の形状を有する。例えば、第1排出配管81及び第2排出配管82の内径は、それぞれ、第1排出配管80の内径と同様にD4であってもよい。
In this case, the
ただし、第1排出配管81は、導出口81aに第2触媒体42の第1本体部70を貫通させた状態で、第2触媒体42のフランジ部43を取付可能とする第1フランジ部81bを有する。つまり、第1フランジ部81bは、フランジ部43の複数の貫通穴43aの位置に対応して設けられる複数の貫通穴81cを有する。
However, the
また、第1排出配管81には、第2触媒体42のフランジ部43を介して、外部配管83が連結される。外部配管83は、第1フランジ部81bと同様に、第2触媒体42のフランジ部43を取付可能とする第2フランジ部83bを有する。なお、外部配管83の開口部83aは、第1排出配管81の導出口81aと同様の寸法を有する。また、第1フランジ部81b及び第2フランジ部83bは、それぞれ、第2触媒体42のフランジ部43に形成されているガスケット溝52cと同様に、ガスケット66を取り付けるためのガスケット溝を有する。つまり、フランジ部43が第1フランジ部81bと第2フランジ部83bとに挟み込まれて、貫通穴81c及び貫通穴83cを貫通したボルト65で締結されることで、第1排出配管81には、外部配管83が取り付けられるとともに、第2触媒体42が保持される。
An
一方、第2触媒体42が第1排出配管81に保持される場合、生成物回収部49から外部配管83に向けて流体が流通可能となるように、第2触媒体42の支持部44は、第1本体部70側から外部配管83の開口部83a側に連通する貫通穴44aを有する。また、第2触媒体42が第1排出配管81に保持される場合であっても、第2触媒体42の長さは、図9を用いて説明したように設定され得る。
On the other hand, when the
そして、このような構成によれば、生成物回収部49が第1排出配管81と第2排出配管82とを有する場合でも、第2触媒体42と接触した流体を双方の排出配管に向かわせることができる。
According to such a configuration, even if the
また、生成物回収部49は、第2排出配管82を設けずに、第1排出配管81のみを設ける構成としてもよい。つまり、生成物回収部49は、図5に例示したような第1排出配管51及び接続部52を設けていなくても、第1フランジ部81bを有する第1排出配管81を設けてさえいれば、外部配管83との連結に合わせて、容易に第2触媒体42を保持することができる。
Further, the
熱媒体導入部53は、複数の第2導入口30のそれぞれに熱媒体HCを分配する第2蓋体である。熱媒体導入部53は、凹状に湾曲した形状を有し、熱媒体流路31の複数の第2導入口30が開放されている熱交換部3の第2側面61を覆い、熱交換部3との間に第2導入空間S2を形成する。熱媒体導入部53は、熱交換部3に対して着脱可能又は開閉可能である。作業者は、熱媒体導入部53の着脱等を行うことで、例えば、熱媒体流路31に対する伝熱促進体の挿入や抜き出しを行うことができる。また、熱媒体導入部53は、熱媒体HCを外部から内部へ導入する第2導入配管55を有する。第2導入配管55は、第2側面61のXZ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第2導入口30の開口方向に沿って連接されている。熱媒体導入部53によれば、1つの第2導入配管55から導入された熱媒体HCは、複数の第2導入口30のそれぞれに分配される。
The heat
熱媒体回収部57は、熱媒体流路31を流通した熱媒体HCを回収する第2回収空間S4を有する第2導管部である。本実施形態では、熱媒体回収部57は、1つの面を開放面とする箱形状を有し、第2伝熱体9の第2排出口35が開放面に含まれるように、熱交換部3の第3側面62に設置される。つまり、第2排出口35を含む第2伝熱体9の側面の一部は、熱媒体回収部57の内壁の一部となる。また、熱媒体回収部57は、熱媒体HCを反応装置1の外部へ排出する第2排出配管59を有する。
The heat
熱交換部3は、液-液型熱交換器、気-気型熱交換器及び気-液型熱交換器のいずれとしても使用可能である。反応流体M及び熱媒体HCは、気体及び液体のいずれであってもよい。また、熱交換部3における吸熱反応による合成としては、例えば、式(1)で示すメタンの水蒸気改質反応、又は、式(2)で示すメタンのドライリフォーミング反応による合成がある。なお、これらの反応における反応流体は、気体状である。
The
CH4 + H2O → 3H2 + CO ・・・(1)
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO ・・・(2)
CH4 + H2O- > 3H2 +CO (1)
CH4 + CO2- > 2H2 +2CO (2)
一方、熱媒体HCとしては、熱交換部3の構成素材を腐食させない物質が好適であり、本実施形態のように高温ガスである場合には、燃焼ガス、加熱空気等の気体状物質が使用できる。なお、例えば、水、油等の液状物質であってもよい。ただし、熱媒体HCとして気体状物質を使用すると、液体媒体を使用する場合と比較して、取り扱いが容易である。
On the other hand, as the heat medium HC, a substance that does not corrode the constituent materials of the
次に、本実施形態に係る反応装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、反応流体Mに関して、第1導入配管47から反応流体導入部45に導入された反応流体Mは、第1導入空間S1において複数の第1導入口20のそれぞれに分配される。反応流体Mは、各々の第1導入口20から反応流路17に導入されて、第1流路22内をY方向に沿って流通する。
First, regarding the reaction fluid M, the reaction fluid M introduced from the
一方、熱媒体HCに関して、第2導入配管55から熱媒体導入部53に導入された熱媒体HCは、第2導入空間S2において複数の第2導入口30のそれぞれに分配される。熱媒体HCは、各々の第2導入口30から熱媒体流路31に導入されて、第2流路36内を流通する。本実施形態では、第2流路36も第1流路22に合わせてY方向に沿って形成されているが、熱媒体HCの流通方向は、反応流体Mの流通方向とは反対である。
On the other hand, regarding the heat medium HC, the heat medium HC introduced from the
反応流体Mと熱媒体HCとの流通により、熱交換部3では、反応流体Mと熱媒体HCとの間で熱交換が行われ、反応流体Mが加熱される。そして、第1流路22では、第1触媒体41の反応促進作用も相まって、反応流体Mが反応温度で吸熱反応し、生成物Pが生成される。生成物Pは、第1合流流路23を通じて、第1排出口21から生成物回収部49内の第1回収空間S3に排出される。
Due to the circulation of the reactant fluid M and the heat medium HC, heat is exchanged between the reactant fluid M and the heat medium HC in the
ここで、第1排出口21から排出される流体には、反応流路17内で生成された生成物Pのほかに、生成物Pの生成に寄与しなかった反応原料が残存している場合もある。そのため、なんら対策を採らなければ、このような残存した反応原料と生成物Pとを含む流体は、そのまま反応装置1の外部へ排出されることになる。
Here, if the fluid discharged from the
これに対して、本実施形態では、生成物回収部49の第1回収空間S3内に第2触媒体42が備えられている。また、第1回収空間S3内に排出される流体は、第1排出口21から排出された直後であるので、高温を維持している。そのため、反応流路17内で生成物Pの生成に寄与しなかった反応原料は、自己熱により、第1回収空間S3内で改めて反応促進される。したがって、生成物回収部49から第1排出配管51を通じて反応装置1の外部に排出される流体中では、生成物Pの生成に寄与しなかった反応原料の残存率は、第2触媒体42を用いない場合に比べて低くなる。
On the other hand, in this embodiment, the
なお、第2流路36を流通して熱交換に利用された熱媒体HCは、第2合流流路37を通じて、第2排出口35から熱媒体回収部57内の第2回収空間S4に排出される。第2回収空間S4で回収された熱媒体HCは、第2排出配管59を通じて反応装置1の外部に排出される。
The heat medium HC that has flowed through the
次に、本実施形態に係る反応装置1による効果について説明する。
Next, the effects of the
反応装置1は、反応原料を含む第1流体を流通させる第1流路22を有する第1伝熱体7と、第1伝熱体7に積層され、第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路36を有する第2伝熱体9とを備える。反応装置1は、第1伝熱体7にある第1流路22に連通する第1排出口21に面する第1回収空間S3を有し、反応原料の吸熱反応により第1流路22で生成された生成物Pを回収する生成物回収部49を備える。また、反応装置1は、生成物回収部49に設置され、第1流路22にて残存して第1回収空間S3に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒を備える。
The
ここで、第1流体とは、本実施形態では反応流体Mに相当する。第2流体とは、本実施形態では熱媒体HCに相当する。なお、別の実施形態として、例えば、第1流体及び第2流体がともに反応流体である場合でも、本開示の反応装置は適用可能である。 Here, the first fluid corresponds to the reaction fluid M in this embodiment. The second fluid corresponds to the heat medium HC in this embodiment. Note that, as another embodiment, for example, the reactor of the present disclosure can be applied even when both the first fluid and the second fluid are reaction fluids.
本実施形態では、生成物回収部49の第1回収空間S3内に、第2触媒体42等の触媒が備えられているので、反応流路17内で生成物Pの生成に寄与しなかった反応原料に対して、第1回収空間S3内で改めて反応促進が行われる。つまり、反応装置1全体として捉えた場合に、第2触媒体42のような触媒を用いない場合に比べて、より多くの生成物Pが得られることになる。特に、本実施形態によれば、平衡組成に近づけるために、熱交換部3での熱交換に用いる熱媒体HCの温度や流量などを増加させる必要がなくなる。一方で、第2触媒体42等の触媒を用いない場合のときの生成物Pの生成量が所望の量である場合には、本実施形態のように第2触媒体42等の触媒を用いることで、熱媒体HCの温度や流量を低減させることができる。また、反応装置1から排出される生成物Pの温度は、第2触媒体42のような触媒を用いない場合に比べて低下する。例えば、反応装置1の下流側におけるプロセス上又は機器設計上の何らかの制約により、生成物Pの温度を反応装置1から排出された時点より低下させるための除熱・冷却機構の設置が要求される場合がある。このような場合において、本実施形態によれば、その機構の負荷の低減や設計条件の緩和が可能になる。
In this embodiment, the catalyst such as the
このように、本実施形態によれば、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置1を提供することができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to provide the
また、反応装置1は、触媒を含む本体部を有する第2触媒体42を備えてもよい。この場合、生成物回収部49は、本体部を第1回収空間S3に収容させる開口部52aを含む接続部52を有してもよい。また、第2触媒体42は、本体部を第1回収空間S3に収容させた状態で、接続部52に取り付けられるフランジ部43を有してもよい。
The
このような反応装置1によれば、作業者による第2触媒体42の取り付け又は取り外し等の作業が容易となる。
According to such a
また、反応装置1は、触媒を含む本体部を有する第2触媒体42を備えてもよい。この場合、生成物回収部49は、生成物Pを外部配管83へ排出する第1排出配管81を有してもよい。また、第2触媒体42は、本体部を第1回収空間S3に収容させた状態で、第1排出配管81に取り付けられるフランジ部43を有してもよい。
The
このような反応装置1によれば、作業者による第2触媒体42の取り付け又は取り外し等の作業が容易となる。また、生成物回収部49は、上記のような接続部52を設けていなくても、第1排出配管81を介して第2触媒体42を保持することができる。
According to such a
また、反応装置1では、第1排出配管81は、外部配管83との連結に用いられる第1フランジ部81bを有してもよい。外部配管83は、第1フランジ部81bと接続可能な第2フランジ部83bを有してもよい。この場合、フランジ部43は、第1フランジ部81bと第2フランジ部83bとに挟まれて締結されてもよい。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、作業者による第2触媒体42の取り付け又は取り外し等の作業が、第1排出配管81と外部配管83との連結作業に合わせて行うことができることになり、結果として、作業工程を単純化させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、本体部は、筒状又は柱状であってもよい。
In addition, in the
このような反応装置1によれば、本体部を、接続部52や第1排出配管81から生成物回収部49の第1回収空間S3に進入しやすくすることができる。また、本体部における第1回収空間S3に面する部分の表面積をより多く取ることができるため、第1回収空間S3内での触媒による反応をより促進させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、本体部は、触媒を担持する構造材を有してもよい。
In addition, in the
このような反応装置1によれば、触媒が構造材に担持されているので、本体部全体、引いては第2触媒体42全体が強固となる。したがって、例えば、第2触媒体42は、触媒を長期間に渡って第1回収空間S3に保持しやすくなる。また、例えば、作業者による第2触媒体42の取り付け又は取り外し等の作業時に、第2触媒体42の破損等が生じづらくなる。
According to such a
また、反応装置1では、触媒は、多孔質状であってもよい。ここで、多孔質状の触媒を含む本体部は、例えば第5本体部74である。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、本体部は、例えば、触媒を担持する構造材を用いなくても、触媒単体で構成されることもあり得る。また、触媒が多孔質状であると、第1回収空間S3にある流体との接触面積が増えるため、第1回収空間S3内での触媒による反応をより促進させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、触媒は、ペレット状であってもよい。この場合、本体部は、ペレット状の触媒を収容する筒体を有してもよい。ここで、本体部は、例えば第7本体部76である。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、例えば、使用済みの触媒と新たな触媒とを交換する場合に、筒体に収容されているペレット状の触媒76aを入れ替えるだけで済む。したがって、触媒を構造材に担持させた本体部を多数準備する必要がなくなる。また、ペレット状の触媒76aが筒体に収容されている状態では、触媒同士の隙間が多数存在することになり、第1回収空間S3にある流体との接触面積が増えるため、第1回収空間S3内での触媒による反応をより促進させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、構造材は、本体部が筒状である場合には筒状であり、かつ、筒外部と筒内部とで貫通する複数の貫通穴を有してもよい。
In addition, in the
このような反応装置1によれば、第1回収空間S3にある流体が、複数の貫通穴を介して筒状の構造材の筒外部と筒内部とで行き来することができるため、より触媒に接触しやすくなる。
According to such a
また、反応装置1では、構造材は、断面がハニカム状となるハニカム構造体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第2本体部71である。
Further, in the
ハニカム構造体71aは、空間領域を広く確保しながら、全体として広い表面積を有する。したがって、このような反応装置1によれば、例えば、触媒を構造材の表面全体に担持させることで、第1回収空間S3内の流体との接触面積を、第1本体部70の場合よりも広くすることができる。
The
また、反応装置1では、構造材は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸められたコルゲート構造体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第3本体部72である。
Further, in the
コルゲート構造体73aは、空間領域を広く確保しながら、全体として広い表面積を有する。したがって、このような反応装置1によれば、例えば、触媒を構造材の表面全体に担持させることで、第1回収空間S3内の流体との接触面積を、第1本体部70の場合よりも広くすることができる。
The
なお、反応流路17に設置される第1触媒体41は、上記のとおり、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状の棒体であってもよい。そこで、このようなコルゲート板状の棒体である第1触媒体41を採用する場合には、第1触媒体41の構造材を構成するコルゲート板を流用し、当該コルゲート板を筒型に丸めることで、第3本体部72に用いる構造材としてもよい。つまり、第1触媒体41と第2触媒体42との双方を反応装置1に採用する場合には、第1触媒体41又は第2触媒体42のそれぞれの構造材となる基材を個別に準備する必要がないという利点もある。
The
また、反応装置1では、構造材は、筒状又は棒状であってもよい。この場合、本体部は、筒状又は棒状の前記構造材を複数含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第6本体部75である。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、例えば、予め触媒を担持した筒状又は棒状の構造材が複数存在する場合には、それらの構造材を集合させて1つの束とすることで、容易に本体部を構成させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、構造材は、複数の盤体を含んでもよい。この場合、本体部は、複数の盤体を、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第8本体部77である。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、例えば、予め触媒を担持した盤体77a等の構造材が複数存在する場合には、それらの構造材を保持体77bに保持させることで、容易に本体部を構成させることができる。
According to such a
また、反応装置1では、構造材は、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に合わせてスパイラル状に延伸する板構造体であってもよい。ここで、本体部は、例えば第9本体部78である。
In addition, in the
このような反応装置1によれば、例えば、予め触媒を担持した板構造体78aを、保持体78bから突出する複数の支持棒78cを介して保持体78bに保持させることで、容易に本体部を構成させることができる。特に、板構造体78aの形状がスパイラル状である場合には、板構造体78aは、第1回収空間S3内の流体の流通方向を、スパイラル形状に合わせて延伸方向に規定することができる。したがって、このような反応装置1によれば、板構造体78aは、触媒による反応を促進させつつ、流体を所望の方向である例えば第1排出配管80に向けて流通させやすくすることができる。
According to such a
また、反応装置1では、本体部は、第1排出口21に対向してもよい。
Moreover, in the
このような反応装置1によれば、第1排出口21から排出された生成物Pを含む流体が本体部に突き当たるので、第1回収空間S3内での触媒による反応をより促進させることができる。
According to such a
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態に係る反応装置について説明する。第1実施形態では、生成物回収部49に、構造材に触媒を担持させた第2触媒体42を取り付ける反応装置1を例示した。これに対して、本実施形態では、第2触媒体42に代えて、生成物回収部49自体に触媒46を担持させる。
(Second embodiment)
Next, a reactor according to a second embodiment of the present disclosure will be described. In the first embodiment, the
図11は、第2実施形態に係る反応装置1に関し、触媒46を担持させた状態の生成物回収部49を示す一部断面図である。図11では、反応装置1のうち、生成物回収部49を含む部位をXY平面に沿って切断した描画となっている。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the
触媒46に採用し得る触媒成分は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。この場合、触媒46は、生成物回収部49の内壁、例えば、内壁側面49cの全面に担持されてもよい。また、不図示であるが、生成物回収部49の内壁上面49a又は内壁下面49bに担持されてもよい。
Catalyst components that can be used for the
本実施形態に係る反応装置1によれば、触媒46は、第1回収空間S3に面するため、第1実施形態における第2触媒体42を用いずとも、第2触媒体42を用いた場合と同等の効果を奏する。
According to the
(第3実施形態)
次に、本開示の第4実施形態に係る反応装置について説明する。本実施形態では、さらに、第1実施形態における第2触媒体42に代えて、第1回収空間S3の全体に、粒状体の触媒48を多数収納する。
(Third embodiment)
Next, a reactor according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described. Further, in this embodiment, instead of the
図12は、第3実施形態に係る反応装置1の構成を示す側面図である。図12では、第1回収空間S3内にある触媒48が、一部、点の集合で描画されている。
FIG. 12 is a side view showing the configuration of the
触媒48に採用し得る触媒成分は、第1触媒体41に採用されるものと同様である。この場合、生成物回収部49は、第1実施形態に係る反応装置1で採用した接続部52を有してもよい。また、生成物回収部49は、生成物回収部49のZ方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部49の内壁上面49a側に、開口部58aを含む接続部58を有してもよい。これに合わせて、生成物回収部49は、接続部52に対してボルト65を用いて取り付け可能とする第1ブランクフランジ54と、接続部58に対してボルト65を用いて取り付け可能とする第2ブランクフランジ56とを備えてもよい。
Catalyst components that can be used for the
ここで、第1回収空間S3内に触媒48を収納する場合には、作業者は、下部の第1ブランクフランジ54を接続部52に取り付けた状態で、第2ブランクフランジ56を取り付けていない状態の接続部58の開口部58aから触媒48を導入させることができる。一方、第1回収空間S3内から触媒48を取り出す場合には、作業者は、接続部52から第1ブランクフランジ54を取り外すことで、容易に触媒48を取り出すことができる。
Here, when storing the
本実施形態に係る反応装置1によれば、第1回収空間S3内に触媒46が存在することから、第1実施形態における第2触媒体42を用いずとも、第2触媒体42を用いた場合と同等の効果を奏する。また、第1回収空間S3が触媒46によって満たされていることから、第1回収空間S3に排出された流体は、必ず触媒48に接触する。したがって、第1回収空間S3内での触媒による反応をより促進させることができる。
According to the
(他の実施形態)
上記の実施形態では、1つの第1伝熱体7において、生成物Pを含む流体が1箇所の第1排出口21から排出される場合を例示したが、第1排出口21が複数存在する場合もあり得る。この場合、それぞれの第1排出口21に合わせて、生成物回収部49も複数存在することになる。このように、生成物回収部49が複数存在する場合には、上記のような第2触媒体42やそれに準ずる触媒46又は触媒48は、各々の生成物回収部49に設置されてもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the case where the fluid containing the product P is discharged from one
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist thereof.
1 反応装置
7 第1伝熱体
9 第2伝熱体
21 第1排出口
22 第1流路
36 第2流路
42 第2触媒体
43 フランジ部
46 触媒
48 触媒
49 生成物回収部
49c 内壁側面
52 接続部
52a 開口部
70 第1本体部
71 第2本体部
72 第3本体部
73 第4本体部
74 第5本体部
75 第6本体部
76 第7本体部
77 第8本体部
78 第9本体部
81 第1排出配管
HC 熱媒体
M 反応流体
P 生成物
S3 第1回収空間
1
Claims (16)
前記第1伝熱体に積層され、前記第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、
前記第1伝熱体にある前記第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、前記反応原料の吸熱反応により前記第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、
前記生成物回収部に設置され、前記第1流路にて残存して前記回収空間に排出された前記反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、
前記触媒を含む本体部を有する触媒体と、を備え、
前記生成物回収部は、前記本体部を前記回収空間に収容させる開口部を含む接続部を有し、
前記触媒体は、前記本体部を前記回収空間に収容させた状態で、前記接続部に取り付けられるフランジ部を有する、反応装置。 a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing reaction raw materials;
a second heat transfer body laminated on the first heat transfer body and having a second flow path through which a second fluid used for heat exchange with the first fluid flows;
A product that has a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body and recovers a product produced in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw material. a collection unit;
a catalyst that is installed in the product recovery unit and remains in the first flow path to promote an endothermic reaction of the reaction raw material discharged into the recovery space;
a catalyst body having a main body containing the catalyst ,
The product recovery part has a connection part including an opening for accommodating the main body part in the recovery space,
The reaction device, wherein the catalyst body has a flange portion attached to the connection portion in a state in which the body portion is accommodated in the recovery space.
前記第1伝熱体に積層され、前記第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、
前記第1伝熱体にある前記第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、前記反応原料の吸熱反応により前記第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、
前記生成物回収部に設置され、前記第1流路にて残存して前記回収空間に排出された前記反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、
前記触媒を含む本体部を有する触媒体と、を備え、
前記生成物回収部は、前記生成物を外部配管へ排出する排出配管を有し、
前記触媒体は、前記本体部を前記回収空間に収容させた状態で、前記排出配管に取り付けられるフランジ部を有する、反応装置。 a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing reaction raw materials;
a second heat transfer body laminated on the first heat transfer body and having a second flow path through which a second fluid used for heat exchange with the first fluid flows;
A product that has a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body and recovers a product produced in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw material. a collection unit;
a catalyst that is installed in the product recovery unit and remains in the first flow path to promote an endothermic reaction of the reaction raw material discharged into the recovery space;
a catalyst body having a main body containing the catalyst ,
The product recovery unit has a discharge pipe for discharging the product to an external pipe,
The reaction device, wherein the catalyst body has a flange portion attached to the discharge pipe in a state where the main body portion is accommodated in the recovery space.
前記外部配管は、前記第1フランジ部と接続可能な第2フランジ部を有し、
前記フランジ部は、前記第1フランジ部と前記第2フランジ部とに挟まれて締結される、請求項2に記載の反応装置。 The discharge pipe has a first flange portion used for connection with the external pipe,
The external pipe has a second flange portion connectable to the first flange portion,
3. The reactor according to claim 2 , wherein the flange portion is sandwiched between the first flange portion and the second flange portion and fastened.
前記本体部は、前記ペレット状の前記触媒を収容する筒体を有する、請求項4に記載の反応装置。 The catalyst is in the form of pellets,
5. The reactor according to claim 4 , wherein the main body has a cylindrical body that accommodates the pellet-shaped catalyst.
前記本体部は、筒状又は棒状の前記構造材を複数含む、請求項5に記載の反応装置。 The structural material is cylindrical or rod-shaped,
6. The reactor according to claim 5 , wherein said main body includes a plurality of said cylindrical or rod-shaped structural members.
前記本体部は、前記複数の盤体を、前記本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含む、請求項5に記載の反応装置。 The structural material includes a plurality of disc bodies,
6. The reaction apparatus according to claim 5 , wherein said main body includes a holder that holds said plurality of discs side by side in an extending direction of said main body.
前記第1伝熱体に積層され、前記第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、
前記第1伝熱体にある前記第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、前記反応原料の吸熱反応により前記第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、
前記生成物回収部に設置され、前記第1流路にて残存して前記回収空間に排出された前記反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、を備え、
前記生成物回収部は、前記回収空間の延伸方向が前記第1伝熱体と前記第2伝熱体との積層方向に沿う形状となる導管部であり、
前記触媒は、前記回収空間に面する前記生成物回収部の内壁に担持される、反応装置。 a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing reaction raw materials;
a second heat transfer body laminated on the first heat transfer body and having a second flow path through which a second fluid used for heat exchange with the first fluid flows;
A product that has a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body and recovers a product produced in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw material. a collection unit;
a catalyst that is installed in the product recovery unit and promotes an endothermic reaction of the reaction raw material that remains in the first flow path and is discharged to the recovery space;
The product recovery section is a conduit section having a shape in which the direction of extension of the recovery space is along the lamination direction of the first heat transfer body and the second heat transfer body,
The reaction device, wherein the catalyst is supported on an inner wall of the product recovery section facing the recovery space.
前記第1伝熱体に積層され、前記第1流体との熱交換に用いられる第2流体を流通させる第2流路を有する第2伝熱体と、
前記第1伝熱体にある前記第1流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、前記反応原料の吸熱反応により前記第1流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、
前記生成物回収部に設置され、前記第1流路にて残存して前記回収空間に排出された前記反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、を備え、
前記生成物回収部は、前記回収空間の延伸方向が前記第1伝熱体と前記第2伝熱体との積層方向に沿う形状となる導管部であり、
前記触媒は、前記回収空間に収納された粒状体である、反応装置。 a first heat transfer body having a first flow path for circulating a first fluid containing reaction raw materials;
a second heat transfer body laminated on the first heat transfer body and having a second flow path through which a second fluid used for heat exchange with the first fluid flows;
A product that has a recovery space facing an outlet communicating with the first flow path in the first heat transfer body and recovers a product produced in the first flow path by an endothermic reaction of the reaction raw material. a collection unit;
a catalyst that is installed in the product recovery unit and promotes an endothermic reaction of the reaction raw material that remains in the first flow path and is discharged to the recovery space;
The product recovery section is a conduit section having a shape in which the direction of extension of the recovery space is along the lamination direction of the first heat transfer body and the second heat transfer body,
The reaction device, wherein the catalyst is a granular material housed in the recovery space.
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