CN108472623A - 反应装置 - Google Patents

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Abstract

该反应装置利用热介质与反应流体的热交换来使反应流体进行反应，具有：包括使热介质流通的热介质流路和使反应流体流通的反应流路的热交换体；担载促进反应流体的反应的催化剂且能够装卸地设置在反应流路的内部的至少一个催化剂体；以及保持部件，其包括与反应流路的延长方向的形状一致地延伸且能够与催化剂体卡合的延伸部、和设于该延伸部且能够限制催化剂体沿该延伸部的延伸方向移动的限制部，并在保持有催化剂体的状态下能够相对于反应流路进行插入以及拔出。

Description

反应装置
技术领域
本公开涉及热交换型的反应装置。
背景技术
对于热交换型的反应装置而言，作为通过对含有作为反应体的反应原料的气体或者液体的反应流体进行加热或者冷却来使反应体进行反应的化学反应装置而公知。在这样的反应装置中，在装置内设有使反应流体流通的反应流路和使热介质流通的热介质流路，并构成为反应流体以及热介质在分别从入口供给并从出口排出为止的期间内进行彼此的热交换。为了容易进行热交换，设于反应装置内的反应流路以及热介质流路形成为分别分支成多个流路来增加导热面积。并且，在反应流路内设有催化剂，通过催化剂的使用而在反应流路内高效地促进化学反应。日本特开2014-144418号公报(专利文献1)公开有包括具有并列地层叠的多个支流路的反应流路、和分别设置在各支流路内的催化剂板在内的反应装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-144418号公报
发明内容
专利文献1所示的反应装置所使用的催化剂体一般整体沿一个方向延伸，在其截面呈波板形状的金属板担载有作为活性金属的催化剂。该催化剂体相对于反应流路的各支流路能够装卸，在反应处理开始前定位且插入、设置在各反应流路内，例如当反应量、反应时间超过规定范围时，适当地拔出并更换催化剂体。此处，当使用比支流路的长度短的催化剂体时，有在一个支流路内串联地设置多个催化剂体的情况。在该情况下，取出设置在支流路内的所有催化剂体花费时间和劳力。这在支流路的截面形状较小的情况、存在多个支流路的情况、或者在因反应装置的构造上的原因仅能够从支流路的上游侧或者下游侧装卸催化剂体的情况等下尤其显著。
并且，在如专利文献1所示地具有并列地层叠有支流路的多个构造的情况下，作业者在向支流路内设置催化剂体时需要进行催化剂体的某种程度的定位。因此，尤其是当在一个支流路内串联地设置多个催化剂体的情况下，催化剂体的定位花费时间。
另外，催化剂体未紧密地固定于支流路的内壁。因此，因反应处理时的流体压力而引起催化剂体从反应流路内的预定位置偏离，从而结果有得不到所希望的反应效率的情况。
因此，本公开的目的在于提供在催化剂体相对于反应流路的装卸作业的容易性和反应流路内的催化剂体的位置稳定性的方面有利的反应装置。
用于解决课题的方案
本公开的一个方案的反应装置是利用热介质与反应流体的热交换来使反应流体进行反应的反应装置，具有：热交换体，其包括使热介质流通的热介质流路和使反应流体流通的反应流路；至少一个催化剂体，其担载促进反应流体的反应的催化剂，并且能够装卸地设置在反应流路的内部；以及保持部件，其包括与反应流路的延长方向的形状一致地延伸且能够与催化剂体卡合的延伸部、和设于该延伸部且能够限制催化剂体沿该延伸部的延伸方向移动的限制部，并且在保持有催化剂体的状态下，能够相对于反应流路进行插入以及拔出。
附图说明
图1是示出本公开的一个实施方式的反应装置的结构的图。
图2是示出第一导热体以及第二导热体的结构的图。
图3是示出第一个实施方式中的保持部件的结构的图。
图4是示出在第一个实施方式中保持有催化剂体的状态的图。
图5是示出在第一个实施方式中装卸催化剂体的状态的图。
图6是示出第二实施方式中的定位机构的结构的图。
图7是示出第二实施方式中的定位机构的其它结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的各实施方式进行详细说明。此处，各实施方式所示的尺寸、材料、其它具体的数值等只不过是示例，除特别说明的情况之外，不限定本公开。并且，在说明书以及附图中，对实际上具有同一功能以及结构的要件标注同一符号，从而省略重复说明，省略与本公开没有直接关系的要件的图示。另外，在以下的各图中，在铅垂方向上设置Z轴，在与Z轴垂直的平面内，在后述的反应流路150的延长方向上设置X轴，并且在与X轴垂直的方向上设置Y轴。
(第一个实施方式)
图1是示出本公开的一个实施方式的反应装置100的结构的分解立体图。尤其是，图1的(a)是明示出反应流体的流通的图。图1的(b)是明示出热介质的流通的图。反应装置100是热交换型装置，具有热交换体101、反应流体导入部120和生成物排出部122、以及热介质导入部130和热介质排出部132。此外，图1的(a)中，为便于说明，未示出后述的催化剂体140。
热交换体101具有如下对置流型的构造：包括多个第一导热体210、第二导热体220、以及盖体102，且反应流体与热介质向相反方向流动。并且，热交换体101由未图示的绝热性的支柱支撑。第一导热体210、第二导热体220以及盖体102是分别由具有耐热性的导热性材料形成的呈矩形的平板状部件。其中，第一导热体210具有构成反应流路、具体为其支流路的多个槽。另一方面，第二导热体220具有构成热介质流路、更具体为其支流路以及合流路的多个槽。而且，第一导热体210以及第二导热体220以平板面为水平而在铅垂方向上交替地层叠，另外在铅垂方向最上部载置盖体102，由此形成作为层叠体的热交换体101。并且，在热交换体101的组装时，利用TIG(Tungsten Inert Gas，非熔化极惰性气体钨极保护焊)焊接、扩散接合等之类的接合方法来使各部件间固定，从而抑制因各部件间的接触不良而导致的导热性的降低等。
图2是示出第一导热体210以及第二导热体220的结构的立体图。尤其是，图2的(a)示出第一导热体210的结构。图2的(b)示出第二导热体220的结构。此外，为简化说明，尤其是对于反应流路的分别所分支的支流路而言，以下并非标记为“反应流路的支流路”，而是简单地标记为“反应流路150”。
第一导热体210是用于接纳从热介质或第二导热体220供给的热量或者冷热并向反应流体提供的部件。该第一导热体210包括基部210a、两个侧壁部210b、以及至少一个间壁部210c。此外，在本实施方式中，作为一个例子，存在六个间壁部210c。基部210a是平板部，规定反应流路150的底面。侧壁部210b是沿X轴方向竖立设置置于基部210a上的Y轴方向的任一个端部的延板部。间壁部210c是以与侧壁部210b平行的方式竖立设置在基部210a上的延板部。即，侧壁部210b以及间壁部210c规定反应流路150的侧面。利用上述壁部，在基部210a上存在成为反应流路150的多个槽。而且，若在第一导热体210上层叠第二导热体220，则第二导热体220的下表面成为反应流路150的上表面。因此，在第一导热体210构成与X轴方向垂直的截面呈矩形的多个反应流路150，该多个反应流路150将X轴方向的一侧作为使反应流体导入的敞开部亦即反应流体导入口210d，并将X轴方向的另一侧作为使生成物排出的敞开部亦即生成物排出口210e。通过该构造，反应流体如图1的(a)中的箭头所示地从反应流体导入口210d朝向生成物排出口210e呈直线状地在反应流路150流通。此外，为了如本实施方式那样构成多个反应流路150，优选在两个侧壁部210b之间平行且等间隔地设置多个间壁部210c。
并且，在多个反应流路150，分别如图2的(a)所示地设置有保持于保持部件170的催化剂体140，以下对这些内容进行详细说明。
第二导热体220是将由热介质供给的热量或冷热直接地、或者经由第一导热体210而间接地向反应流体供给的部件。该第二导热体220包括基部220a、两个侧壁部220b、至少一个间壁部220c、以及两个端壁部220d。基部220a是平板部，规定热介质流路160的底面。侧壁部220b是沿X轴方向竖立设置于基部220a上的Y轴方向的任一个端部的延板部。间壁部220c是以与侧壁部220b平行的方式竖立设置在基部220a上的延板部。此外，在本实施方式中，作为一个例子，存在六个间壁部220c。端壁部220d是沿Y轴方向竖立设置于基部220a上的X轴方向的任一个端部的延板部。即，侧壁部220b、间壁部220c以及端壁部220d规定热介质流路160中的多个支流路160a的侧面。利用上述壁部，在基部220a上存在成为热介质流路160的多个槽。而且，若在第二导热体220上层叠第一导热体210或者盖体102，则第一导热体210的下表面成为热介质流路160的上表面，这与第一导热体210相同。其中，在第二导热体220中，两个侧壁部220b的在X轴方向上的长度分别不同，且因两个端壁部220d的存在，在Y轴方向的一侧，将X轴方向的一个端部作为使热介质导入的敞开部亦即热介质导入口220e，并将X轴方向的另一个端部作为使热介质排出的敞开部亦即热介质排出口220f。即，热介质流路160的与X轴方向垂直的截面呈矩形，并且包括从热介质导入口220e沿Y轴方向延伸的第一合流路160b、分别与第一合流路160b连通且沿X轴方向延伸的多个支流路160a、以及与各个支流路160a连通且沿Y轴方向延伸至热介质排出口220f的第二合流路160c。通过该构造，热介质如图1的(b)中的箭头所示地从热介质导入口220e进入热介质流路160，之后在多个支流路160a流通，并从热介质排出口220f向外部排出。尤其是，在如本实施方式那样在第一导热体210存在多个反应流路150的情况下，在第二导热体220中，也优选与多个反应流路150的设置位置一致地在两个侧壁部220b之间平行且等间隔地设置多个间壁部220c。
作为构成热交换体101的各要件的导热性材料，优选铁系合金、镍合金等耐热性金属。具体而言，举出不锈钢等铁系合金、铬镍铁合金625(注册商标)、铬镍铁合金617(注册商标)、Haynes230(注册商标)等之类的耐热合金。这些导热性材料针对反应流路内的反应进行、作为热介质而能够使用的燃烧气体具有耐久性或者耐腐蚀性，但并不限定于此。并且，也可以是铁系电镀钢、由氟树脂等耐热树脂覆盖的金属、或者碳石墨等。
此外，即使简单地分别使用一个第一导热体210和第二导热体220，也能够构成热交换体101，但第一导热体210以及第二导热体220的个数越多，热交换性能越好。因此，在本实施方式中的热交换体101中，分别使用多个第一导热体210和第二导热体220，第二导热体220的个数比第一导热体210的个数多一个，并且，通过使第二导热体220位于铅垂方向的两端亦即最上位以及最下位，来在第二导热体之间夹持第一导热体210。并且，在抑制热损失的方面，优选以抑制来自热交换体101的放热的方式利用壳体或者绝热材料来覆盖热交换体101的周围。另外，也可以构成为利用一个壳体来覆盖多个热交换体101，并且反应装置100具有多个热交换体101。
并且，在本实施方式中，作为一个例子，在一个第一导热体210形成有七个反应流路150，并在一个第二导热体220，以在铅垂方向上与各反应流路150对置的方式形成有七个支流路160a。此处，上述形成个数并不限定于此，考虑热交换体101的设计条件以及导热效率等来适当地决定。另外，在本实施方式中，构成反应流路150以及热介质流路160的槽仅设于第一导热体210以及第二导热体220的在铅垂方向上的一侧。但是，也可以在上述部件的两侧分别设置槽，在层叠状态下作为上下的槽的合体来构成反应流路150以及热介质流路160。
反应流体导入部120的存在热交换体101的反应流体导入口210d的一侧的侧面由在与热交换体101之间形成一定的空间并覆盖该空间那样的呈凹状地弯曲的镜板构成。该反应流体导入部120设为相对于热交换体101能够装卸或者能够开闭。并且，反应流体导入部120具有从热交换体101的外部向内部导入反应流体的导入口120a。另一方面，生成物排出部122的存在热交换体101的生成物排出口210e的一侧的侧面由在与热交换体101之间形成一定的空间并且覆盖该空间那样的呈凹状地弯曲的镜板构成。该生成物排出部122设为相对于热交换体101能够装卸或者能够开闭。并且，生成物排出部122具有从热交换体101的内部向外部排出生成物的排出口122a。
热介质导入部130是在铅垂方向上纵向较长的中空部件。热介质导入部130具有覆盖热交换体101的多个热介质导入口220e那样的未图示的开口、和从热交换体101的外部向内部导入热介质的导入口130a。另一方面，热介质排出部132是与热介质导入部130相同地在铅垂方向上纵向较长的中空部件。热介质排出部132具有覆盖热交换体101的多个热介质排出口220f那样的未图示的开口、和从热交换体101的内部向外部排出热介质的排出口132a。
此外，反应流体导入部120或者生成物排出部122中的导入口120a或者排出口122a的设置位置优选如图1所示地与朝向热交换体101的空间的中心、具体为YZ平面上的中心一致。这是为了平衡良好地将从导入口120a导入了的反应流体分配至多个反应流路150，并使之高效地从排出口122a排出。同样，热介质导入部130或者热介质排出部132中的导入口130a或者排出口132a的设置位置优选如图1所示地与朝向热交换体101的空间的中心、具体为铅垂方向的中间一致。这是为了平衡良好地将从导入口130a导入了的热介质分配至多个热介质流路160，并使之高效地从排出口132a排出。
热交换体101能够作为液－液型热交换器、气－气型热交换器以及气－液型热交换器中任一种来使用，并且向反应装置100供给的反应流体以及热介质也可以是气体以及液体中任一种。并且，反应装置100能够应用于反应流路的每单位体积的比表面积较大的反应装置、所谓的紧凑型反应器，能够进行基于吸热反应、放热反应等各种热反应的化学合成。作为基于这样的热反应的合成，例如，存在基于式(1)所示的甲烷的水蒸气改性反应、式(2)所示的甲烷的干式重整反应之类的吸热反应、式(3)所示的变换反应、式(4)所示的甲烷化反应、式(5)所示的费托(Fischer tropsch)合成反应等放热反应的合成。此外，上述反应中的反应流体呈气体状。
CH4+H2O→3H2+CO----式(1)
CH4+CO2→2H2+2CO----式(2)
CO+H2O→CO2+H2----式(3)
CO+3H2→CH4+H2O----式(4)
(2n+1)H2+nCO→CnH2n+2+nH2O----式(5)
并且，除上述反应以外，在如下反应等的实施中也能够应用反应装置100：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、自热式改性反应、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、还原性偶联反应、缩合反应、分解(裂解)反应、加氢分解反应、环化反应、环低聚化(cyclooligomerization)反应、脱卤化反应、二聚反应、环氧化反应、酯化反应、交换反应、卤化反应、氢化反应、加氢卤化反应、同系物形成(homologation)反应、水合反应、脱水反应、氢化反应、脱氢化反应、氢羧基化反应、氢甲酰化反应、加氢分解反应、加氢金属化反应、硅氢化反应、水解反应、氢化处理反应、异构化反应、甲基化反应、脱甲基化反应、复分解(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、逆水煤气变换(reverse water gas shift)反应、磺化反应、短链聚合反应、酯交换反应、以及三聚反应等。
在反应装置100中，将具有参与上述那样的化学反应的原料等物质作为反应体的流体作为反应流体。反应流体在流通于反应流路150的期间，接受在热介质流路160流通的热介质的热量或者冷热而被加热或者冷却，从而反应进行，反应体被变换成目的生成物。此外，反应流体也可以含有不参与反应的载运体。考虑实施的化学反应，能够从不对反应的进行产生影响的物质适当地选择载运体。尤其是作为能够用于气体状的反应流体的载运体，举出非活性气体、低反应性的气体状物质等气体载运体。另一方面，作为热介质，优选不会腐蚀反应装置100的构成材料的流体物质，例如能够使用水、油等液状物质、燃烧气体等气体状物质。对于使用气体状物质作为热介质的结构而言，与使用液体介质的情况相比，操作更容易。
并且，为了促进反应体的反应，如图2的(a)所示地在反应流路150分别设置催化剂体140。催化剂体140所含有的催化剂具有在促进上述那样的化学反应的进行方面有效的活性金属作为主成分，并基于在反应装置100中推进的合成反应，来适当地选择适于反应促进的活性金属。作为催化剂成分亦即活性金属，例如举出Ni(镍)、Co(钴)、Fe(铁)、Pt(白金)、Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)等，可以使用一种，或者只要在反应促进的方面有效，也可以组合多种来使用。例如通过在构造材料担载催化剂来调制催化剂体140。构造材料选自耐热性的金属，能够进行成形加工，且能够进行催化剂的担载。构造体、即催化剂体140的形状能够形成为截面呈波状地圆弧弯曲的波纹板状、锯齿状地折曲的形状等，以此来增加与反应流体接触的接触面积。作为耐热性的金属，存在以Fe(铁)、Cr(铬)、Al(铝)、Y(钇)、Co(钴)、Ni(镍)、Mg(镁)、Ti(钛)、Mo(钼)、W(钨)、Nb(铌)、Ta(钽)等金属中的一种或者多种作为主成分的耐热合金。例如，也可以对Fecralloy(注册商标)等耐热合金制的薄板状构造材料进行成形加工来构成催化剂体140。作为催化剂的担载方法，存在利用表面修饰等来在构造材料上直接担载的方法、使用载体来间接地担载的方法等，实际使用的话，使用了载体的催化剂的担载较容易。对于载体而言，考虑在反应装置100中实施的反应，适当地选择不会阻碍反应的进行且具有耐久性的材料、并且能够良好担载所使用的催化剂的载体。例如，举出Al2O3(氧化铝)、TiO2(二氧化钛)、ZrO2(氧化锆)、CeO2(氧化铈)、SiO2(二氧化硅)等金属氧化物，能够选择一种或者多种来作为载体而使用。作为使用了载体的担载方法，例如举出在成形出的构造材料的表面形成催化剂和载体的混合物层的方式、在形成载体层后利用表面修饰等来担载催化剂的方式等。
此处，催化剂体140能够相对于一个反应流路150设置一个、或者如图2的(a)所示串联地设置多个。尤其是，认为串联地设置多个催化剂体140的情况具体是以下那样的情况。首先，催化剂体140因其制作上的关系无法使长度为一定长度以上。因此，当在热交换体101中为了提高反应效率而较长地设定反应流路的长度时，在仅存在一个催化剂体140的情况下，无法在长度方向上没有遗漏或者高效地填满反应流路150的内部。因此，期望一列地排列多个催化剂体140。另一方面，在反应流路150中，在反应体的导入量相对较多的情况下，在催化剂体140的表面产生碳的析出(填缝)等，从而有容易引起催化剂的活性降低、劣化的担忧。并且，当在反应流体中混入有灰尘的情况下，有某反应流路150因灰尘而堵塞从而反应效率降低的担忧。因此，若在一个反应流路150中串联地设置多个催化剂体140，即将一个催化剂体分割成多个部分体来设置，则能够仅更换多个催化剂体140中的劣化或者堵塞了的催化剂体140，从而能够避免所有催化剂体140的更换。因此，能够将更换催化剂体140的量抑制为最小限度，从而能够减少反应装置100的性能调整、维护所需的成本。
并且，如图2的(a)所示，反应装置100具有多个保持部件170。各个保持部件170能够在一个反应流路150的内部一体地保持多个催化剂体140。此外，作为一个例子，本实施方式中的保持部件170设为能够保持三个催化剂体140。图3是示出保持部件170的结构的图。并且，图4是示出保持有多个催化剂体140的状态下的保持部件170的图。保持部件170包括延伸部170a、和设于该延伸部170a的突出部170b。此处，作为一个例子，如图4所示，催化剂体140的形状形成为以X轴方向作为延伸方向、且截面呈波状地圆弧弯曲的波纹板状。
延伸部170a是保持部件170的主体部，其与反应流路150的延长方向的形状一致地延伸，并且能够与催化剂体140的至少一部分卡合。延伸部170a的形状呈板状。例如，作为延伸部170a，能够形成为平板部件，该平板部件具有能够与形成催化剂体140的波状的一部分的面中彼此相对的两个面分别接触、且表背对置的两个主平面亦即第一侧面170a1以及第二侧面170a2。而且，催化剂体140在其波状截面的一部分处能够以夹入延伸部170a的方式与延伸部170a卡合。由此，催化剂体140在铅垂方向上卡挂于延伸部170a的一部分，从而不会落下。并且，催化剂体140在延伸方向上因与延伸部170a的接触所产生的摩擦力而移动被抑制，并且在侧面方向上，由于夹入有延伸部170a，所以相对于延伸部170a不移动。
并且，延伸部170a的截面形状优选为如下形状：当保持部件170以与催化剂体140卡合的状态设置于反应流路150时，催化剂体140尽量不与反应流路150的内壁接触的形状。例如，延伸部170a的截面形状优选为如下形状：当延伸部170a与催化剂体140卡合时，延伸部170a的一部分比催化剂体140的最外部更朝向外侧突出的形状。在图4的(b)所示的例子中，延伸部170a比催化剂体140的最外部在铅垂方向上突出高度之差C。在该情况下，即使将与催化剂体140卡合的保持部件170设置于反应流路150，在铅垂方向即图中下表面侧与反应流路150的内壁接触的也仅是延伸部170a。另外，延伸部170a的截面形状优选形成为如下形状：在设置于反应流路150的状态下，催化剂体140均不与反应流路150的内壁的铅垂方向负侧即图中上表面侧接触的形状。通过像这样预先设定延伸部170a的截面形状，来增加反应流体与催化剂体140相接的面积，从而能够更有效地利用催化剂体140。
突出部170b是能够限制催化剂体140沿延伸部170a的延伸方向移动的限制部。该突出部170b例如在延伸部170a的延伸方向上以与催化剂体140的长度一致的间隔、且以在与延伸部170a的延伸方向交叉的方向上突出的方式设置于延伸部170a的第一侧面170a1或者第二侧面170a2。如图4的(b)所示，突出部170b的突出高度具有在催化剂体140与延伸部170a卡合的状态下催化剂体140的一部分与突出部170b的一部分在延伸方向上重叠的长度。其中，该突出高度在本实施方式中相当于与延伸方向垂直的方向上的长度，但实际上并不需要是严格意义上的垂直方向。并且，一个催化剂体140在位于能够在延伸方向的一侧进行接触的位置的第一突出部170b与位于能够在延伸方向的另一侧进行接触的位置的第二突出部170b之间卡合于延伸部170a。尤其是，为了高精度地将催化剂体140配置即定位于反应流路150内的预定位置，第一突出部170b和第二突出部170b优选设为二者均与在它们之间卡合的催化剂体140接触。但是，从相对于保持部件170安装催化剂体140的安装容易度、能够保持所有长度的催化剂体140等的观点看，当使催化剂体140卡合于延伸部170a后，也可以在催化剂体140与所相邻的任一个突出部170b之间存在某程度的缝隙。另外，突出部170b的突出方向优选是如图3所示地在延伸方向上相邻的突出部170b彼此以延伸部170a为基准而相互相反的方向。此处，若使突出方向全部为同一方向，则当从反应流路150的内部拔出保持部件170时，有拔出力以延伸部170a为基准而向突出方向的一侧偏向的担忧。而且，保持部件170因该偏向的拔出力而弯曲，从而催化剂体140卡挂于构成反应流路150的间壁部210c等，也会有拔出困难的情况。因此，通过如本实施方式那样使突出部170b的突出方向分别不同，能够抑制上述那样的拔出力的偏向。此外，突出部170b可以通过在延伸部170a的一部分设置切口并将其折弯来形成，也可以设为利用焊接等使预先呈销状地形成的突出部170b固定于延伸部170a。
并且，延伸部170a以及突出部170b的材质优选选择与上述说明的构成催化剂体140的构造体相同地耐热性优异的金属，刚性优异，并且尽量不对反应流路150内的反应处理产生影响。
图5是示出相对于反应流路150装卸催化剂体140时的保持部件170以及催化剂体140的状态的俯视图。尤其是，图5的(a)示出向反应流路150内插入催化剂体140时的状态。图5的(b)示出从反应流路150内拔出催化剂体140时的状态。此外，如上所述，相邻的突出部170b彼此的间隔优选是二者均与卡合于延伸部170a的催化剂体140接触的长度，但此处，假定在催化剂体140与至少任一个突出部170b之间存在缝隙的情况。
首先，在反应装置100开始反应处理前，作业者敞开反应流体导入部120，将适于反应促进的催化剂体140分别设置在多个反应流路150内。具体而言，根据本实施方式，作业者沿图5的(a)中的箭头方向将预先保持有多个催化剂体140的保持部件170插入至反应流路150。此处，多个催化剂体140一体地保持于保持部件170，从而作业者边把持保持部件170的一个端部，边相对于一个反应流路150插入一个保持部件170，由此能够暂时插入多个催化剂体140。并且，在插入前，以突出部170b的位置为基准，并以某程度的位置精度使各催化剂体140保持于保持部件170，由此作业者通过在暂且插入催化剂体140后，使保持部件170的端部适当地移动，能够容易地使催化剂体140定位于预定位置、即预先规定的位置。此外，即使在插入过程中，催化剂体140相对于保持部件170产生位置偏离，该偏离量最大也是突出部170b与催化剂体140之间的间隔的范围。之后，突出部170b继续向X轴方向正侧按压所抵接的催化剂体140。即，突出部170b彼此的间隔与在它们之间卡合的催化剂体140的长度之差越小，越能够抑制对催化剂体140相对于反应流路150的最终的定位产生的影响。对于这些方面，现今，即使在一个反应流路内串联地设置多个催化剂体的情况下，作业者也一个一个地插入催化剂体，并将它们定位并设置于反应流路内的适当位置，从而尤其是在具有大量反应流路的反应装置中，催化剂体的设置也花费时间。
另一方面，在反应装置100中的反应处理后，在更换催化剂体140的情况等下，作业者使反应流体导入部120再次敞开，并从反应流路150拔出催化剂体140。具体而言，根据本实施方式，由于多个催化剂体140一体地保持于保持部件170，所以作业者通过把持保持部件170的端部，并且使之沿图5的(b)中的箭头方向移动，能够容易地从反应流路150拔出所有的催化剂体140。除此之外，此时，由于维持催化剂体140的排列，所以在暂时拔出催化剂体140并更换任意位置的催化剂体140后，容易再插入催化剂体140。尤其是，以往，在因反应装置的构造上的原因仅能够从反应流路150的上游侧或者下游侧装卸催化剂体140的情况下，位于反应流路150的里侧的催化剂体140的拔出变得困难，但在本实施方式中，也可以从任一侧进行拔出，并且其容易性没有改变。并且，即使在拔出过程中，催化剂体140相对于保持部件170产生位置偏离，也如图5的(b)所示，突出部170b以抵接于催化剂体140的状态继续向X轴方向负侧进行按压。因此，在拔出时，保持部件170不会在反应流路150内剩下任一个催化剂体140。并且，各突出部170b对各个催化剂体140均等地施加拔出力，从而不会有拔出力集中于一个催化剂体140而使之破损的担忧。对于这些方面，以往，作业者必须从反应流路一个一个地拔出催化剂体，尤其是在一个反应流路内串联地设置有多个催化剂体的情况下，取出所有的催化剂体花费时间和劳力。
另外，即使在反应装置100的反应处理过程中，保持部件170也保持设置在反应流路150内不变，并且一个反应流路150内的多个催化剂体140经由各个保持部件170而一体地配置。因此，以往，对一个催化剂体仅施加反应流路与各壁部的接触所产生的摩擦力。与此相对，在本实施方式中，对一个催化剂体140施加与延伸部170a的接触所产生的摩擦力、延伸部170a与反应流路150的各壁部的接触所产生的摩擦力等，从而也具有如下优点：与以往相比，即使在反应处理过程中受到流体压力，也难以产生催化剂体140的位置偏离。
如上所述，根据本实施方式，能够提供在催化剂体相对于反应流路的装卸作业的容易性和反应流路内的催化剂体的位置稳定性的方面有利的反应装置。
(第二实施方式)
接下来，对本公开的第二实施方式的反应装置进行说明。本实施方式的反应装置的基本结构与第一个实施方式相同，但还包括相对于反应流路150定位催化剂体140的定位机构。
图6是示出本实施方式中的定位机构300的结构的一部分的立体图。定位机构300包括：设于延伸部310b的延伸方向的至少一端的卡定部310a；以及在保持部件310设置在反应流路150内的状态下能够与卡定部310a抵接的基准部件320。
保持部件310的基本结构与第一个实施方式中的保持部件170相同。其中，作为保持部件310的结构的前提，在各催化剂体140配置于反应流路150内的大约规定位置的状态下，延伸部310b的延伸方向的至少一端向热交换体101的外侧突出。尤其是，如第一个实施方式所示，如图6所示，延伸部310b的靠反应流路150的反应流体导入侧朝向X轴方向负侧突出。而且，卡定部310a设于延伸部310b的该突出部分。卡定部310a的形状例如能够形成为与在第一个实施方式的说明中示例出的设于延伸部310b的不同位置的多个突出部170b相同的形状。
当在反应流路150内插入有保持部件310时，基准部件320抵接于卡定部310a，从而抑制更进一步地插入保持部件310。因此，决定相对于延伸部310b设置卡定部310a的位置、或者设置基准部件320的位置，以便在因催化剂体140保持部件310的插入而到达至规定位置时，基准部件320与卡定部310a抵接。基准部件320在不妨碍相对于反应流路150插入或者拔出保持部件310的位置处，直接或者间接地支撑于热交换体101侧的部件。此处，热交换体101侧的部件例如是热交换体101本身、或者是保持热交换体101的部件。例如若卡定部310a的形状与突出部170b相同地呈销状，则基准部件320的形状以能够在与卡定部310a所突出的Y轴方向垂直的X轴方向上与卡定部310a接触的方式形成为沿铅垂方向延伸的棒状。通过使基准部件320形成为棒状部件，即使像这样设置在反应流体的流通空间内，也极力不会妨碍反应流体的流通。并且，在如本实施方式那样将定位机构300设置于热交换体101的反应流体导入侧的情况下，基准部件320配置为从X轴方向负侧抵接于卡定部310a。由于反应流体在反应流路150内朝向X轴方向正侧流动，所以通过像这样配置，即使当保持部件310以及催化剂体140受到朝向X轴方向正侧的流体压力时，也能够抑制它们从定位位置偏离。
尤其是，本实施方式中的热交换体101是包括多个第一导热体210以及第二导热体220的层叠体，多个反应流路150并列且层叠，从而反应流体导入口210d、具体为各个反应流路150的开口部规则地朝向同一方向。因此，一个基准部件320与如图6所示地分别设置于沿铅垂方向排列的多层反应流路150的保持部件310对应，并且能够形成为能够同时抵接于至少两个卡定部310a的一根棒体。即，基准部件320以热交换体101的上侧和下侧作为端部地沿铅垂方向延伸。
并且，定位机构300包括一体地固定棒体之类的多个基准部件320的上端或者下端又或者它们双方的固定部件321。固定部件321经由能够使该固定部件321位移的未图示的位移单元而支撑于热交换体101。例如，在作业者欲从反应流路150拔出保持部件310的情况下，若如图6所示的状态那样基准部件320位于抵接于卡定部310a的位置，则基准部件320会妨碍保持部件310的退路。因此，位移单元能够使固定部件321沿与反应流路150的延长方向不同的方向、具体为例如如图6中箭头所示地沿Y轴方向移动。利用这样的结构，作业者在开始保持部件310的插入或者拔出前，若以使基准部件320不与反应流路150干涉的方式使固定部件321沿Y轴方向偏离，则之后能够与第一个实施方式相同，容易地进行保持部件310的插入或者拔出。此时的固定部件321的移动量例如优选为反应流路150的流路宽度的一半左右。
这样，根据本实施方式，当向反应流路150内插入保持部件310、即催化剂体140时，若作业者边插入保持部件310边使卡定部310a抵接于基准部件320，则不进行位置计测等就能够在该状态下结束催化剂体140的定位。尤其是，在多个反应流路150并列且层叠地配置的情况下，通过使用图6所示那样的结构的定位机构300，能够大幅度减少包括定位在内的催化剂体的设置作业所花费的时间和劳力。并且，由于基准部件320在反应处理过程中也保持与卡定部310a抵接不变，所以也有助于催化剂体140的位置稳定性。
此外，若卡定部310a以及基准部件320的各形状能够起到上述那样的效果，则能够适当地变更。例如，作为卡定部310a的形状，也可以形成为卡挂于基准部件320那样的L字形、或者夹入基准部件320那样的U字形的部件，以便进一步增加催化剂体140的位置稳定性。并且，作为基准部件320的形状，若能够在保持部件310的插入以及拔出时避免干涉，则整体也可以呈沿Y轴方向延伸的形状。另外，并不限定于多个反应流路150并列且层叠的情况，即使在仅一层地在Y轴方向上并列的情况、仅一列地在铅垂方向上层叠的情况下，定位机构300也能够与其结构相应地变形。
并且，在本实施方式中，定位机构300设为设置于热交换体101的反应流体导入侧，但也能够设置于生成物排出侧。这样的结构在因反应装置100的结构上的原因仅能够从生成物排出侧进行保持部件310即催化剂体140的插入以及拔出的情况下尤其有效。在该情况下，由于反应流体在反应流路150内朝向X轴方向正侧流动，这与上述相同，所以基准部件320需要配置为从X轴方向正侧抵接于卡定部310a，以便即使保持部件310以及催化剂体140受到朝向X轴方向正侧的流体压力，也不会从规定设置位置偏离。
另外，也能够使本实施方式的定位机构的结构比上述的定位机构300的结构更简单。图7是示出本实施方式中的定位机构的其它结构的立体图。
图7的(a)所示的定位机构400是设于构成保持部件410的延伸部410a的延伸方向的至少一端的突出部。延伸部410a的结构与上述的延伸部310b等效。该情况下的定位机构400设置于延伸部410a的形成有突出部170b且分别表背对置的两个主平面。即，定位机构400向图中Y轴方向正侧和负侧突出，当保持部件410设置于反应流路150时，保持部件410能够抵接于构成反应流路150的第一导热体210的外表面。此外，如图7的(a)所示，向Y轴方向正侧和负侧双方突出的定位机构400能够分别抵接于第一导热体210的外表面，从而定位机构400在沿Y轴方向在第一导热体210的端面不存在台阶的情况下尤其有效。其中，定位机构400也可以不设置于延伸部410a的表背对置的两个主平面双方，也可以设置于任一个主平面。
图7的(b)所示的定位机构500是设于构成保持部件510的延伸部510a的延伸方向的至少一端的突出部。延伸部510a的结构也与上述的延伸部310b等效。该情况下的定位机构500与上述的定位机构400不同，设置于延伸部510a的与两个主平面垂直的两个侧面。即，定位机构500向图中X轴方向正侧和负侧突出，当保持部件510设置于反应流路150时，保持部件510能够抵接于第二导热体220的外表面或者第一导热体210的外表面。其中，同样，定位机构500也可以不设置于延伸部510a两个侧面双方，也可以设置于任一个侧面。
定位机构400以及定位机构500的形状能够形成为在上述第一个实施方式中示例出的突出部170b那样的销状。或者，为了增加与第一导热体210的外表面接触的接触面积来提高催化剂体140的位置稳定性，可以形成为图7的(a)所示那样的平板状，另外也可以形成为图7的(b)所示那样的棱柱状。
(其它实施方式)
在上述各实施方式中，对构成保持部件170等的延伸部170a的形状的截面呈矩形且是具有第一侧面170a1以及第二侧面170a2的平板部件的情况进行了说明，但本公开并不限定于此。延伸部呈板状即可，能够形成为各种形状。若延伸部满足上述那样的刚性等期望的条件，则也可以是具有例如在相当于第一侧面170a1以及第二侧面170a2的一侧形成有多个孔的桁架构造的部件。通过使延伸部的形状形成为这样的桁架构造，来新形成反应流体能够进入的区域，从而有反应流体更容易与催化剂体140接触的优点。
在上述各实施方式中，保持部件170等是保持多个催化剂体140的部件，也可以是仅保持一个部件的结构。在该情况下，突出部170b的设置个数为，当使催化剂体140与延伸部170a卡合时能够分别与催化剂体140的两端的任一方接触的至少两个。并且，延伸部170a的在延伸方向上的各突出部170b的设置间隔能够与催化剂体140的长度一致，从而多个催化剂体140的长度也可以分别不同。
在上述各实施方式中，热交换体101所包括的反应流路150设为延长方向与X轴方向一致，并且从反应流体导入口210d朝向生成物排出口210e呈直线状地设定，但本公开并不限定于此。如上所述，保持部件170等不论从热交换体101的反应流体导入侧还是从生成物排出侧都能够相对于反应流路150进行插入以及拔出。因此，也可以与上述各实施方式中的示例相同，仅使呈直线状地延长的反应流路150的两端中的例如一侧的反应流体导入侧与反应流路150的延长方向一致地敞开，从而反应流体导入口210d位于延长方向上。在该情况下，另一侧的生成物排出侧的生成物排出口也可以处于与反应流路150的延长方向不同的方向，例如与从上述的热介质流路160所包括的第二合流路160c连通的热介质排出口220f相同，处于与反应流路150的延长方向垂直的方向。这样，即使反应流路150是生成物排出口朝向与延长方向不同的方向那样的结构，作业者也无法相对于反应流路150从一侧的生成物排出侧插入保持部件170等。但是，作业者能够在另一侧的反应流体导入侧适当地插入以及拔出保持部件170等，从而恰当。
并且，在上述各实施方式中，对热交换体101是层叠有平板状的两种导热体的层叠体的情况进行了说明，但热交换体并非必须是这样的层叠体。本公开的保持部件170等若是呈直线状地伸长且至少一端敞开的反应流路则能够进行装卸，从而能够应用于包括具有圆管等且呈直线的反应流路的热交换体在内的反应装置。并且，在上述各实施方式中，对与流动方向垂直的截面呈长方形的反应流路150进行了说明，但反应流路150的截面也可以是其它形状。
这样，本公开当然包括此处未记载的各种实施方式等。因此，本公开的技术范围仅由根据上述的说明得出的妥当的权利要求书所涉及的事项来限定。

Claims (10)

1.一种反应装置，利用热介质与反应流体的热交换来使上述反应流体进行反应，上述反应装置的特征在于，具有：
热交换体，其包括使上述热介质流通的热介质流路和使上述反应流体流通的反应流路；
至少一个催化剂体，其担载促进上述反应流体的反应的催化剂，并且能够装卸地设置在上述反应流路的内部；以及
保持部件，其包括与上述反应流路的延长方向的形状一致地延伸且能够与上述催化剂体卡合的延伸部、和设于该延伸部且能够限制上述催化剂体沿该延伸部的延伸方向移动的限制部，并且在保持有上述催化剂体的状态下，能够相对于上述反应流路进行插入以及拔出。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，
一个上述催化剂体在第一上述限制部与第二上述限制部之间卡合于上述延伸部，该第一上述限制部位于能够在上述延伸方向的一侧进行接触的位置，该第二上述限制部位于能够在上述延伸方向的另一侧进行接触的位置。
3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，
在上述催化剂体存在多个的情况下，上述延伸部能够串联地卡合上述多个催化剂体。
4.根据权利要求1～3任一项中所述的反应装置，其特征在于，
上述延伸部是板状部件，上述限制部是在与上述延伸部的延伸方向交叉的方向上突出的突出部。
5.根据权利要求4所述的反应装置，其特征在于，
上述突出部存在多个，在上述延伸方向上相邻的两个上述突出部的突出方向彼此相反。
6.根据权利要求1～5任一项中所述的反应装置，其特征在于，
上述保持部件具有卡定部，该卡定部设于上述延伸部的上述延伸方向的至少一方端部，当在上述反应流路的内部的预先规定的位置配置有上述催化剂体时，上述卡定部抵接于上述反应流路的外部。
7.根据权利要求6所述的反应装置，其特征在于，
还具有支撑于上述反应流路的外部且与上述卡定部抵接的基准部件。
8.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，
上述基准部件是能够沿与上述反应流路的上述延长方向不同的方向位移的棒状部件。
9.根据权利要求7或8所述的反应装置，其特征在于，
上述反应流路具有以并列或者层叠的方式分支的多个支流路，上述基准部件能够与上述卡定部抵接，上述卡定部设置于在上述多个支流路配置的多个上述保持部件的至少两个上。
10.根据权利要求1～9任一项中所述的反应装置，其特征在于，
上述催化剂体是具有夹入上述延伸部的一部分的波状截面的波纹板状。
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