CN107614099A - 反应器 - Google Patents

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Abstract

该反应器通过原料流体与热介质之间的热交换，使原料流体发生反应，而生成生成物者，具备：主反应器核心，具有供原料流体流通的主反应流路和使热介质沿主反应流路内的原料流体的流动方向流通的主调温流路；前反应器核心，具有出口侧与主反应流路的入口侧连通而供原料流体流通的前反应流路、及入口侧与主反应流路的出口侧连通而供作为热介质的生成物沿前反应流路内的原料流体的流动方向流通的前调温流路。

Description

反应器
技术领域
本发明涉及通过原料流体(反应流体)与热介质之间的热交换来使原料流体发生反应，而生成生成物(反应生成物)的反应器。
背景技术
例如，氢制造制程中使用的反应器具备反应器核心。反应器核心具备使包含甲烷气体与水蒸气的原料流体流通的反应流路、及使燃烧气体等热介质流通的调温流路(加热流路)。上述构成中，通过向反应器核心供给原料流体及热介质，原料流体会流通于反应流路内，热介质会流通于调温流路内。这样，在原料流体与热介质之间会进行热交换，使原料流体发生反应(吸热反应)，便能生成包含氢与一氧化碳的生成物(参照非专利文献1)。有关上述反应器，公开于专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2006-505387号公报
非专利文献
非专利文献1：「石油精制制程」石油学会编，日本讲谈社股份有限公司，第314～318页，1998年5月20日发行
发明内容
不过，生成物的温度非常高，基于例如减短生成物的温度处于金属尘化的温度域(400～700℃左右)的滞留时间等理由，必须在反应器的外侧将生成物P予以急速冷却。为此，通过配置于反应器的外侧的淬火滚筒(热回收锅炉)内的水(制冷剂)与生成物之间的热交换，一面附带地生成作为原料流体的一部分的蒸气，一面回收生成物的热。另一方面，若淬火滚筒所致的生成物热回收量，换言之若反应器的外侧的生成物热回收量增加，则供给至反应器侧的热介质的热能(投入能量)会增大，又会让蒸气过剩地生成，而有设备全体的能量效率降低这样的问题。
另外，不仅是氢制造制程中使用的反应器，其他的反应器中也有发生和上述同样的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种有利于提高设备整体的能量效率的反应器。
用于解决课题的技术方案
本发明的一方案的反应器，通过原料流体(反应流体)与热介质之间的热交换，使原料流体发生反应，而生成生成物(反应生成物)，具备：主反应器核心，具有使原料流体流通的主反应流路、及使热介质沿主反应流路内的原料流体的流动方向流通的主调温流路(加热通路)；前反应器核心，具有出口侧与主反应流路的入口侧连通而使原料流体流通的前反应流路、及入口侧与主反应流路的出口侧连通而使作为热介质的生成物沿前反应流路内的原料流体的流动方向流通的前调温流路(预热通路)。
另外，所谓“入口侧”，是指原料流体、生成物、或热介质的流动方向的入口侧，所谓“出口侧”，是指原料流体、生成物、或热介质的流动方向的出口侧。
根据本发明的构成，通过对前反应器核心供给原料流体，原料流体会经由前反应流路内而在主反应流路内流通。此外，通过向主反应器核心供给热介质，热介质在主调温流路内沿主反应流路内的原料流体的流动方向(例如，朝向逆方向或同方向)流通。这样，在原料流体与热介质之间进行热交换，使原料流体升温至反应温度而发生反应，便能生成生成物。
另一方面，如上述，被供给至前反应器核心的原料流体在前反应流路内连通。此外，从主反应流路被导出的生成物，在前调温流路内沿前反应流路内的原料流体的流动方向(例如，朝向逆方向或同方向)流通。这样，作为热介质的生成物便与原料流体之间进行热交换，能够在前反应器核心内将原料流体预热，且冷却生成物。
简要地说，能够在前反应器核心内将生成物冷却，因此能够通过反应器来自我回收生成物的热，使生成物的温度降低，而能够充分地抑制反应器的外侧的生成物的热回收量增加。
根据本发明，会减少供给至反应器的热介质的热能(投入能量)，避免在反应器的外侧过剩地生成蒸气，而能够提高设备整体的能量效率。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的反应器的示意的主视图。
图2是沿图1中的II-II线的剖视图。
图3是沿图1中的III-III线的剖视图。
图4是沿图1中的IV-IV线的剖视图。
图5是沿图1中的V-V线的放大剖视图。
图6是图5中的向视部VI的放大图。
图7是沿图1中的VII-VII线的放大剖视图。
图8是图7中的向视部VIII的放大图。
图9A是一实施方式的反应器的方框图。
图9B是另一实施方式的反应器的方框图。
图10A是一实施方式的反应器的方框图。
图10B是另一实施方式的反应器的方框图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式及其他实施方式。
如图1所示，本实施方式的反应器1为通过原料流体M(参照图2)与热介质HC(参照图3)之间的热交换，使原料流体M发生反应，而生成生成物P(参照图2)的装置。在说明反应器1的具体的构成之前，简单说明原料流体M的反应。
就原料流体M的反应的种类而言，有原料流体M的加热所致的吸热反应、及原料流体M的冷却所致的放热反应。就前者的反应(吸热反应)的例子而言，例如可举出后述化学式(1)所示的甲烷的水蒸气改质反应、后述化学式(2)所示的甲烷的干燥重组反应等。
CH4+H2O→3H2+CO···化学式(1)
CH4+CO2→2H2+2CO···化学式(2)
就后者的反应(放热反应)的例子而言，例如可举出后述化学式(3)所示的转化反应、后述化学式(4)所示的甲烷化反应、后述化学式(5)所示的费雪－阙布什(Fischertropsch)合成反应等。
CO+H2O→CO2+H2···化学式(3)
CO+3H2→CH4+H2O···化学式(4)
(2n+1)H2+nCO→CnH2n+2+nH2O···化学式(5)
另外，原料流体M的反应未限定于甲烷的水蒸气改质反应等，也可为乙酰化反应、加成反应、烷基化反应、脱烷基化反应、加氢脱烷基化反应、还原性烷基化反应、胺化反应、芳香族化反应、芳基化反应、自热式改质反应、羰基化反应、脱羰基化反应、还原性羰基化反应、羧化反应、还原性羧化反应、还原性耦合反应、缩合反应、分解(裂解)反应、加氢分解反应、环化反应、环状寡聚物化反应、脱卤素化反应、二聚体化反应、环氧化反应、酯化反应、交换反应、卤素化反应、加氢卤素化反应、同是物形成反应、水合反应、脱水反应、氢化反应、脱氢化反应、加氢羧化反应、加氢甲酰化反应、加水分解反应、加氢金属化反应、硅氢化反应、加水分解反应、氢化处理反应、异构物化反应、甲基化反应、脱甲基化反应、置换反应、硝化反应、氧化反应、部分氧化反应、聚合反应、还原反应、逆水性气体转化反应、砜化反应、短链聚合反应、酯交换反应、及三聚体化反应。
作为热介质HC，使用燃烧气体等高温气体、水、油、制冷剂等，根据原料流体M的反应的种类及反应条件而选择适当的种类。具体而言，例如，当原料流体M的反应为甲烷的水蒸气改质反应的情形下，作为热介质HC使用燃烧气体等高温气体。当原料流体M的反应为甲烷的干燥重组反应的情形下，作为热介质HC例如使用高温气体等。当原料流体M的反应为转化反应的情形下，作为热介质HC例如选择油、水(包含水蒸气)、熔融盐等，当原料流体M的反应为甲烷化反应的情形下，作为热介质HC例如使用油、水(包含水蒸气)、熔融盐等。当原料流体M的反应为费雪－阙布什合成反应的情形下，作为热介质HC例如使用水(包含水蒸气)等。
以下，说明反应器1的具体的构成。此外，图2中，省略了主催化剂构件及前催化剂构件的图示。图3中，省略了主翅片及前翅片的图示。图5中，仅模型化地图标一部分的主催化剂构件及一部分的主翅片。图7中，仅模型化地图标一部分的前催化剂构件及一部分的前翅片。图9A及图9B中，作为一例表示原料流体的反应为吸热反应的情形下的运转中的温度状态。图10A及图10B中，作为一例表示原料流体的反应为放热反应的情形下的运转中的温度状态。
如图1及图5所示，反应器1具备使原料流体M发生反应而生成生成物P的主反应器核心3。主反应器核心3透过多个支柱5而被设置于适当处。此外，主反应器核心3包含用来形成原料流体M的反应场(使原料流体M发生反应)的矩形板状的多(多数)个主反应构造体(主反应构件)7、及矩形板状的多(多数)个主调温构造体(主调温构件)9。主反应构造体7与主调温构造体9沿上下方向(反应器1的高度方向(Z方向))被交替层叠。另外，各主反应构造体7及各主调温构造体9的具体的构成如下。
如图2至图5所示，主反应构造体7由不锈钢等铁类合金、或英高镍625、英高镍617、Haynes alloy 230等镍合金(耐热合金的一例)所构成。此外，在主反应构造体7的一面(上面)，使原料流体M朝向左方向流通的多个主反应流路11在前后方向(反应器1的深度方向(X方向))等间隔地形成。各主反应流路11向左右方向(反应器1的宽度方向(Y方向))延伸，本实施方式中，作为一例，各主反应流路11的流路长度(左右方向的长度)设定成数十cm左右。各主反应流路11的右端侧相当于原料流体M的流动方向的入口侧(导入侧)。各主反应流路11的左端侧相当于原料流体M或生成物P的流动方向的出口侧(导出侧)，且是开口以便将原料流体M导出。
在此，各主反应流路11的截面形状为矩形。本实施方式中，作为一例，各主反应流路11的宽度尺寸设定成2～60mm，各主反应流路11的高度尺寸设定成1～10mm、优选为4～8mm。
在主反应构造体7的正面(前面)的右端侧，设有用来导入原料流体M的原料导入口13。此外，在主反应构造体7的一面的右端侧，形成有连接原料导入口13与多个主反应流路11的右端侧(入口侧)的主反应连接流路15。主反应连接流路15向前后方向延伸。
另外，主反应器核心3为模型化地图示的构件。本实施方式中，作为一例，主反应构造体7的个数为数十个，各主反应构造体7中的主反应流路11的道数为数十道。此外，主反应连接流路15的个数也可变更为与主反应流路11的个数相应的个数。另外，反应器1运转中的主反应流路11内的最大压力根据原料流体M的反应种类及反应条件，而设定为0.0～20.0MPaG的范围内的预定压力。
主调温构造体9由与主反应构造体7相同的材料构成。此外，在主调温构造体9的一面，使热介质HC沿主反应流路11内的原料流体M的流动方向(朝向与该流动方向逆方向(逆流方向)也即右方向)流通的多个主调温流路(加热流路)17在前后方向等间隔地形成。另外，相对于主反应流路11内的原料流体M的流动方向的上述方向，并非意指严谨的方向，而是以发挥本实施方式的效果为条件，容许一定程度的倾斜。各主调温流路17向左右方向延伸，本实施方式中，作为一例，各主调温流路17的流路长度(左右方向的长度)设定成数十cm左右。各主调温流路17的左端侧相当于热介质HC的流动方向的入口侧(导入侧)。主调温流路17的右端侧相当于热介质HC的流动方向的出口侧(导出侧)，且是开口以便将热介质HC导出。
在此，各主调温流路17的截面形状为矩形。本实施方式中，作为一例，各主调温流路17的宽度尺寸设定成2～60mm，各主调温流路17的高度尺寸设定成1～10mm、优选为4～8mm。此外，各主调温流路17与相对应的主反应流路11上下对置。
在主调温构造体9的正面(前面)的左端侧，设有用来导入热介质HC的热介质导入口19。此外，在主调温构造体9的一面的左端侧，形成有连接热介质导入口19与多个主调温流路17的左端侧(入口侧)的主调温连接流路21，该主调温连接流路21向前后方向延伸。
另外，如上述，主反应器核心3为模型化地图示的构件。本实施方式中，作为一例，主调温构造体9的个数为数十个，各主调温构造体9中的主调温流路17的道数为数十道。此外，主调温连接流路21的个数也可变更为与主调温流路17的个数相应的个数。再者，反应器1运转中的主调温流路17内的最大压力根据原料流体M的反应种类及反应条件，而设定为0.0～20.0MPaG的范围内的预定压力。
如图5所示，最下部的主调温构造体9比最下部的主调温构造体9以外的各主调温构造体9还厚。最下部的主调温构造体9以外的各主调温构造体9和主反应构造体7呈相同形状。此外，在最上部的主调温构造体9，设有覆盖多个主调温流路17的矩形板状的主盖构造体(主盖构件)23。
如图5及图6所示，在各主反应流路11内，可装卸地设有担持着促进原料流体M的反应的催化剂的主催化剂构件25。此外，各主催化剂构件25由不锈钢等构成，且向左右方向延伸，各主催化剂构件25的截面，作为一例呈波浪形状。在此，催化剂是根据原料流体M的反应种类而适当选择的种类。例如，当原料流体M的反应为甲烷的水蒸气改质反应的情形下，作为催化剂使用从Ni(镍)、Pt(白金)、Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)、Co(钴)、铼(Re)、铱(Ir)的群组中选择的1种或多种金属。另外，也可设计成催化剂被涂布(担持的一例)于各主反应流路11内，来取代主催化剂构件25可装卸地设于各主反应流路11内。
在各主调温流路17内，可装卸地设有一对主翅片(主折流板)27，一对主翅片27在上下重合。此外，各主翅片27由不锈钢等构成，且向左右方向延伸，各主翅片27的截面作为一例呈波浪形状。
如图1及图7所示，在主反应器核心3的左侧(反应器1的宽度方向的一方侧)，通过多个支柱31设置有使原料流体M的一部分先行发生反应的前反应器核心29。前反应器核心29可分离地与主反应器核心3一体化(连接)。另外，也可使前反应器核心29相对于主反应器核心3隔离，来取代与主反应器核心3一体化。在此情形下，当将前反应器核心29与主反应器核心3分离时，通过具备将前反应流路37的出口侧与主反应流路11的入口侧连接的连接构件，从前反应器流路37向主反应流路11供给原料流体。此外，通过具备将主反应流路11的出口侧与前调温流路43的入口侧连接的连接构件，从主反应流路11向前调温流路43供给原料流体。
前反应器核心29通过用来形成原料流体M的反应场的矩形板状的多(多数)个前反应构造体33、以及矩形板状的多(多数)个前调温构造体35沿上下方向交互层叠而成。另外，各前反应构造体33及各前调温构造体35的具体的构成如下。
如图2至图4、及图7所示，前反应构造体33由与主反应构造体7相同的材料构成。此外，在前反应构造体33的一面(上面)，使原料流体M朝向右方向流通的多个前反应流路37在前后方向等间隔地形成。各前反应流路37向左右方向(反应器1的宽度方向)延伸，本实施方式中，作为一例，各前反应流路37的流路长度(左右方向的长度)设定成数十cm左右。各前反应流路37的左端侧相当于原料流体M的流动方向的入口侧(导入侧)，且是开口以便将原料流体M导入。各前反应流路37的右端侧相当于原料流体M的流动方向的出口侧(导出侧)。
在此，各前反应流路37的截面形状为矩形。本实施方式中，作为一例，各前反应流路37的宽度尺寸设定成2～60mm，各前反应流路37的高度尺寸设定成1～10mm、优选为4～8mm。
在前反应构造体33的正面(前面)的右端侧，设有用来导出原料流体M(包含一部分生成物P)的原料导出口39。此外，在前反应构造体33的一面的右端侧，形成有连接多个前反应流路37的右端侧(出口侧)与原料导出口39的前反应连接流路41，该前反应连接流路41向前后方向延伸。
另外，前反应器核心29为模型化地图示的构件。本实施方式中，作为一例，前反应构造体33的个数为数十个，各前反应构造体33中的前反应流路37的道数为数十道。此外，前反应连接流路41的个数也可变更为与前反应流路37的个数相应的个数。再者，反应器1运转中的前反应流路37内的最大压力根据原料流体M的反应种类及反应条件，而设定为0.0～20.0MPaG的范围内的预定压力。
前调温构造体35由与主反应构造体7相同的材料构成。此外，在前调温构造体35的一面(上面)，使作为热介质HC的生成物P朝向前反应流路37内的原料流体M的流动方向的逆方向(逆流方向)也即左方向流通的多个前调温流路43在前后方向等间隔地形成。各前调温流路43向左右方向延伸，本实施方式中，作为一例，各前调温流路43的流路长度(左右方向的长度)设定成数十cm左右。各前调温流路43的右端侧相当于热介质HC的流动方向的入口侧(导入侧)，且是开口以便将作为热介质HC的生成物P导出。各前调温流路43的左端侧相当于热介质HC的流动方向的出口侧(导出侧)。再者，各前调温流路43的入口侧(右端侧)与对应的主反应流路11的出口侧(左端侧)直接连结(直接地连通)。另，在使前反应器核心29相对于主反应器核心3隔离的情形下，各前调温流路43的入口侧会通过连接构件(图示省略)等而连通至相对应的主反应流路11的出口侧。
在此，各前调温流路43的截面形状为矩形。本实施方式中，作为一例，各前调温流路43的宽度尺寸设定成2～60mm，各前调温流路的高度尺寸设定成1～10mm、优选为4～8mm。此外，各前调温流路43与对应的前反应流路37上下对置。
在前调温构造体35的正面(前面)的左端侧，设有用来导出生成物P的生成物导出口45。此外，在前调温构造体35的一面的左端侧，形成有连接多个前调温流路43的左端侧(入口侧)与生成物导出口45的前调温连接流路47。前调温连接流路47向前后方向延伸。
另，如上述，前反应器核心29为模型化地图示的构件。本实施方式中，作为一例，前调温构造体35的个数为数十个，各前调温构造体35中的前调温流路43的道数为数十道。此外，前调温连接流路47的个数也可变更为与前调温流路43的个数相应的个数。再者，反应器1运转中的前调温流路43内的最大压力根据原料流体M的反应种类及反应条件，而设定为0.0～20.0MPaG的范围内的预定压力。
如图7所示，最下部的前调温构造体35比最下部的前调温构造体35以外的各前调温构造体35还厚。最下部的前调温构造体35以外的各前调温构造体35和前反应构造体33呈相同形状。此外，在最上部的前调温构造体35，设有覆盖多个前调温流路43的矩形板状的前盖构造体(前盖构件)49。
如图7及图8所示，在各前反应流路37内，可装卸地设有担持着促进原料流体M的反应的催化剂的前催化剂构件51。此外，各前催化剂构件51由与主催化剂构件25相同的材料构成，且向左右方向延伸。各前催化剂构件51的截面，作为一例，呈波浪形状。另外，也可设计成催化剂被涂布于各前反应流路37内，来取代前催化剂构件51可装卸地设于各前反应流路37内。
在各前调温流路43内，可装卸地设有一对前翅片(前翅片折流板)53。一对前翅片53在上下重合。此外，各前翅片53由与主翅片27相同的材料构成，且向左右方向延伸。各前翅片53的截面，作为一例，呈波浪形状。
如图1及图2所示，在前反应器核心29的左侧，可装卸地设有用来向各前反应流路37内导入原料流体M的圆顶状的第一原料导入腔室(中空状的原料导入构件的一例)55。第一原料导入腔室55的内部与各前反应流路37连通。此外，在第一原料导入腔室55的中央部，设有第一原料供给口57。第一原料供给口57与供给原料流体M的原料供给源(图示省略)连接。
在前反应器核心29的正面(前面)的右端侧，设有用来将从各原料导出口39导出的原料流体M予以集合并排出的箱形的原料排出腔室(中空状的生成物排出构件的一例)59。此外，原料排出腔室59向上下方向延伸，原料排出腔室59的内部与各原料导出口39连通。再者，在原料排出腔室59的中央部，设有原料排出口61。
在主反应器核心3的右侧，设有用来向各主反应流路11内导入原料流体M的箱形的第二原料导入腔室(中空状的原料导入构件的一例)63。此外，第二原料导入腔室63向上下方向延伸，第二原料导入腔室63的内部与各原料导入口13连通。再者，在第二原料导入腔室63的中央部，设有第二原料供给口65。另外，在原料排出口61与第二原料供给口65之间，配设有通过原料排出腔室59及第二原料导入腔室63而连接(连通)各前反应流路37的出口侧与各主反应流路11的入口侧的连接构件67。
在前反应器核心29的正面的右端侧，设有用来将从各生成物导出口45导出的生成物P予以集合并排出的箱形的生成物排出腔室(中空状的生成物排出构件的一例)69。此外，生成物排出腔室69向上下方向延伸，生成物排出腔室69的内部与各生成物导出口45连通。再者，在生成物排出腔室69的中央部，设有生成物排出口71。生成物排出口71与相对于生成物P进行后续处理等的另一处理器(图示省略)连接。
如图1及图3所示，在主反应器核心3的背面(后面)的左端侧，设有用来向各热介质导入口19导入热介质的箱形的热介质导入腔室(中空状的热介质导入构件的一例)73。此外，热介质导入腔室73向上下方向延伸，该热介质导入腔室73的内部与各主调温流路17连通。另外，在热介质导入腔室73的上部，设有热介质供给口75。热介质供给口75通过供给配管79与供给热介质HC的热介质供给源77连接。再者，在供给配管79的途中，配设有热介质调整阀等热介质调整器81。热介质调整器81调节被供给至各主调温流路17的热介质HC的流量或温度，以使各主反应流路11的出口侧的温度(生成物P的温度)成为目标温度。另外，在生成物P不包含一氧化碳(CO)的情形下，也可省略热介质调整器81。
在主反应器核心3的右侧，可装卸地设有用来将从各主调温流路17导出的热介质HC予以集合并排出的圆顶状的热介质排出腔室(中空状的热介质排出构件的一例)83。热介质排出腔室83的内部与各主调温流路17连通。此外，在热介质排出腔室83的中央部，设有热介质排出口85。热介质排出口85与回收热介质HC的热介质回收器(图示省略)连接。
接下来，说明本实施方式的作用，包括具有热交换步骤与预热交换步骤的本实施方式的生成物生成方法。另外，为求说明简便，将反应器1所致的原料流体M的反应定为吸热反应。
热交换步骤(主反应步骤)
通过从原料供给源经由第一原料供给口57对第一原料导入腔室55内(前反应器核心29侧)供给原料流体M，原料流体M被导入至各前反应流路37内。被导入至各前反应流路37内的原料流体M在各前反应流路37内朝向纸面右方向流通，从各原料导出口39向原料排出腔室59内导出。接下来，向原料排出腔室59内被导出的原料流体M经由原料排出口61、连接构件67、及第二原料供给口65，被供给至第二原料导入腔室63内。
被供给至第二原料导入腔室63内的原料流体M从各原料导入口13被导入至各主反应流路11，在各主反应流路11内朝向纸面左方向流通。换言之，被供给至第一原料导入腔室55内的原料流体M经由各前反应流路37内及连接构件67等，被导入至各主反应流路11内，在各主反应流路11内朝向纸面左方向流通。此外，通过从热介质供给源77(反应器1的外部)向热介质导入腔室73内(主反应器核心3侧)供给热介质HC，，热介质HC从各热介质导入口19被导入至各主调温流路17，在各主调温流路17内朝向纸面右方向流通。这样，在各主反应流路11内的原料流体M与相对应的主调温流路17内的热介质HC之间会进行热交换，而能够加热原料流体M。如此一来，更配合各主催化剂构件25中承担的催化剂的反应促进作用，能够使原料流体M升高至反应温度而发生反应(吸热反应)，生成生成物P，从各主反应流路11的出口侧导出。另外，协助了热交换的热介质HC从各主调温流路17的出口侧向热介质排出腔室83内被导出，从热介质排出口85向反应器1的外侧的热介质回收器被排出。
预热交换步骤(前反应步骤)
另一方面，如上述，被供给至第一原料导入腔室55内的原料流体M被导入至各前反应流路37内，在各前反应流路37内朝向纸面右方向流通。此外，从各主反应流路11被导出的生成物P被导入至各前调温流路43，在各前调温流路43内朝向纸面左方向流通。这样，在各前反应流路37内的原料流体M与相对应的前调温流路43内的作为热介质HC的生成物P之间进行热交换，能够在前反应器核心29内将原料流体M预热且将生成物P冷却。如此一来，更配合各前催化剂构件51中承担的催化剂的反应促进作用，能够使原料流体M的一部分先行发生反应，而且使生成物P的温度降低。
另外，协助了热交换的作为热介质HC的生成物P从各生成物导出口45向生成物排出腔室69内被导出，从生成物排出口71向反应器1的外侧的另一处理器被排出。
在此，反应器1运转中的温度状态(原料流体M、生成物P、及热介质HC的温度状态)，作为一例，是如图9A所示。即，在前反应器核心29内，原料流体M通过与作为热介质HC的生成物P的热交换，而从350℃被升温至600℃。接下来，在主反应器核心3内，原料流体M通过与热介质HC的热交换而发生反应(吸热反应)，生成850℃的生成物P。另外，前反应器核心29内的热负载(消费热量)相当于反应器1全体的热负载的3成，主反应器核心3内的热负载相当于反应器1全体的热负载的7成。
此外，各主反应流路11及各主调温流路17的流路截面的至少一边为数mm左右，各主反应流路11及各主调温流路17的每单位体积的比表面积变大。此外，通过各一对主翅片27能够使各主调温流路17内的热介质HC的流动发生乱流，且增加各主调温流路17内的传热面积。如此一来，能够提高各主反应流路11内的原料流体M与相对应的主调温流路17内的热介质HC之间的热交换性能(传热效率)。
同样地，各前反应流路37及各前调温流路43的流路截面的至少一边为数mm左右，各前反应流路37及各前调温流路43的每单位体积的比表面积变大。此外，通过各一对前翅片53能够使各前调温流路43内的作为热介质HC的生成物P的流动发生乱流，且增加各前调温流路43内的传热面积。如此一来，能够提高各前反应流路37内的原料流体M与相对应的前调温流路43内的生成物P之间的热交换性能。
简要地说，能够在前反应器核心29内将生成物P冷却，因此能够通过反应器1来自我回收生成物P的热，使生成物P的温度降低，而能够充分地抑制反应器1的外侧的生成物P的热回收量增加。特别是，能够提高各前反应流路37内的原料流体M与相对应的前调温流路43内的生成物P之间的热交换性能，因此能够通过反应器1在短时间自我回收生成物P的热。
除上述作用以外，在反应器1运转中，一面监视各主反应流路11的出口侧的温度，一面通过热介质调整器81调节被供给至各主调温流路17的热介质HC的流量或温度。如此一来，能够使各主反应流路11的出口侧的温度(生成物P的温度)成为目标温度(设定温度)。
此外，主反应器核心3和前反应器核心29可分离，因此当主催化剂构件25中担持的催化剂劣化等的情形下，能够从主反应器核心3的左侧容易地进行主催化剂构件25的更换。此外，当前翅片53损伤等的情形下，能够从前反应器核心29的右侧容易地进行前翅片53的更换。此外，热介质排出腔室83相对于主反应器核心3的右侧可装卸，因此当主翅片27损伤等的情形下，能够从主反应器核心3的右侧容易地进行主翅片27的更换。再者，第一原料导入腔室55相对于前反应器核心29的左侧可装卸，因此当前催化剂构件51中担持的催化剂劣化等的情形下，能够从前反应器核心29的左侧容易地进行前催化剂构件51的更换。
因此，根据本实施方式，能够通过反应器1在短时间自我回收生成物P的热，充分地抑制反应器1的外侧的生成物P的热回收量增加。因此，会减低供给至主反应器核心3侧，换言之反应器1侧的热介质HC的热能(投入能量)，避免在反应器1的外侧又过剩地生成蒸气，而能够提高设备全体的能量效率。
此外，能够提高各前反应流路37内的原料流体M与相对应的前调温流路43内的作为热介质HC的生成物P之间的热交换性能等，因此能够使原料流体M的反应速度及生成物P的产率提升。
此外，能够使各主反应流路11的出口侧的温度成为目标温度，因此即使当生成物P包含CO(一氧化碳)的情形下，仍能充分防止生成物P所致的上述另一处理器等关连设备(图示省略)的金属尘化。
此外，能够容易地从主反应器核心3的左侧进行主催化剂构件25的更换及从前反应器核心29的右侧进行前翅片53的更换等，因此能够使反应器1的维修性提升。
另外，当原料流体M的反应为放热反应的情形下，反应器1运转中的温度状态，作为一例，是如图10A所示。
(其他实施方式)
如图9B所示，其他实施方式的反应器1A的构成当中，针对和上述实施方式的反应器1(图1及图9A等参照)的构成相异处简单说明。
各前反应流路37的出口侧(右端侧)与相对应的主反应流路11的入口侧(左端侧)直接连结，来取代各前调温流路43的入口侧与相对应的主反应流路11的出口侧直接连结。此外，图1及图9A等所示例子中，反应器1具备连接各前反应流路37的出口侧与各主反应流路11的入口侧的连接构件67。取代此，图9B所示例子中，反应器1具备连接各主反应流路11的出口侧与各前调温流路43的入口侧的连接构件87。再者，在反应器1A运转中，从各主反应流路11被导出的生成物P经由连接构件87被导入至各前调温流路43内。
另外，图9B中，作为一例表示在原料流体M的反应为放热反应的情形下的反应器1A运转中的温度状态。此外，当原料流体M的反应为放热反应的情形下，反应器1A运转中的温度状态，作为一例，是如图10B所示。
并且，其他实施方式中，也发挥和上述实施方式同样的作用及效果。
另外，本发明不限于上述实施方式的说明，例如可以下述那样的各种方式实施。即，也可将前反应器核心29的个数从1个变更成多个。也可将主调温流路17内的热介质HC的流动方向变更成不是和主反应流路11内的原料流体M的流动方向为逆方向，而是同方向。也可将前调温流路43内的作为热介质HC的生成物P的流动方向变更成不是和前反应流路37内的原料流体M的流动方向为逆方向，而是同方向。以下示例将主调温流路17内的热介质HC的流动方向定为主反应流路11内的原料流体M的流动方向的情形。
例如，向主调温流路17供给生成物的生成反应为放热反应的原料流体M。另一方面，向主反应流路11供给生成物的生成反应为吸热反应的原料流体HC。在此情形下，随着原料流体M在主调温流路17行进会发生放热反应，产生反应热。能够将该反应热用作为在主反应流路11发生的吸热反应的热源。如此一来，可实现热的有效利用。
此外，例如当在主反应流路11内以恒定温度使原料流体M发生反应的情形下，为了保持为入口温度以避免催化剂失去活性，使制冷剂流通至主调温流路17以作为原料流体HC。如此一来，可一面除热以避免催化剂失去活性，一面使其在流路内持续反应。
这样，本发明当然包含在此未记载的各样的实施方式等。因此，本发明的技术范围根据上述说明而仅由妥当的申请专利范围的界定发明的技术特征所决定。

Claims (13)

1.一种反应器，其通过原料流体与热介质之间的热交换，使原料流体发生反应而生成生成物，该反应器的特征在于，
具备：
主反应器核心，其具有供原料流体流通的主反应流路和使热介质沿上述主反应流路内的原料流体的流动方向流通的主调温流路；以及
前反应器核心，其具有前反应流路和前调温流路，该前反应流路的出口侧与上述主反应流路的入口侧连通而供原料流体流通，该前调温流路的入口侧与上述主反应流路的出口侧连通而供作为热介质的生成物沿上述前反应流路内的原料流体的流动方向流通。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，
具备连接上述前反应流路的出口侧和上述主反应流路的入口侧的连接构件。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，
具备连接上述主反应流路的出口侧和上述前调温流路的入口侧的连接构件。
4.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，
上述前调温流路的入口侧与上述主反应流路的出口侧直接连结。
5.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，
上述前反应流路的出口侧与上述主反应流路的入口侧直接连结。
6.根据权利要求1～5任一项所述的反应器，其特征在于，
上述主反应器核心具备：
主反应构造体，其形成有上述主反应流路；以及
主调温构造体，其与上述主反应构造体交替地层叠，并形成有上述主调温流路；
上述前反应器核心具备：
前反应构造体，其形成有上述前反应流路；以及
前调温构造体，其与上述前反应构造体交替地层叠，并形成有上述前调温流路。
7.根据权利要求1～6任一项所述的反应器，其特征在于，
在上述主反应流路内以及上述前反应流路内，分别具有促进原料流体的反应的催化剂。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，
在上述主反应流路内，以能够装卸的方式设有保持了上述催化剂的主催化剂构件，
在上述前反应流路内，以能够装卸的方式设有保持了上述催化剂的前催化剂构件。
9.根据权利要求1～8任一项所述的反应器，其特征在于，
在上述主调温流路内以能够装卸的方式设有主翅片，
在上述前调温流路内以能够装卸的方式设有前翅片。
10.根据权利要求1～9任一项所述的反应器，其特征在于，
具备调节供给至上述主调温流路的热介质的流量或温度的热介质调整器。
11.根据权利要求1～10任一项所述的反应器，其特征在于，
上述前反应器核心以能够分离的方式与上述主反应器核心一体化。
12.根据权利要求1～11任一项所述的反应器，其特征在于，
上述主调温流路使热介质朝向与上述主反应流路内的原料流体的流动方向相反的方向或相同的方向流通。
13.根据权利要求1～12任一项所述的反应器，其特征在于，
上述前调温流路使作为热介质的生成物朝向与上述前反应流路内的原料流体的流动方向相反的方向或相同的方向流通。
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