JP2018114432A - Reactor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactor capable of maintaining an isothermal environment with high heat transfer efficiency while suppressing stress loss of a raw material gas distributed in a reaction gas tube.SOLUTION: There is provided a reactor for conducting an exothermic reaction and an endothermic reaction, having a plurality of first flow passages 4a and 4b, a confluent flow passage 4d at which the plurality of first flow passages 4a and 4b are merged, and a second flow passage 4c connected to the confluent flow passage 4d, a reaction flow passage 4 in which a raw material gas flows in a direction from the plurality of first flow passages 4a and 4b to the second flow passage 4c, and a medium flow passage 3 in which a temperature adjustment medium for adjusting a temperature of the reaction flow passage 4 flows, and the reaction flow passage 4 is arranged in the medium flow passage 3.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、反応装置に関する。   The present invention relates to a reaction apparatus.

従来、メタネーション反応によって、原料ガスからメタンガスを生成する反応装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。近年では、メタネーション反応を効果的に行うために、反応熱を除熱する多管式(シェルチューブ)の反応装置も提案されている。   Conventionally, a reaction apparatus that generates methane gas from a raw material gas by methanation reaction is known (see, for example, Patent Document 1). In recent years, in order to effectively perform the methanation reaction, a multi-tubular (shell tube) reactor that removes heat of reaction has also been proposed.

米国特許第3933446号明細書U.S. Pat. No. 3,933,446

一般的な多管式反応装置において反応ガス管のチューブ径(内径)を大きく設定した場合では、大きな発熱反応が生じると、反応ガス管の断面方向における温度分布に差異が生じ易い。このため、シンタリングやコーキング等の触媒の劣化が起こり易いという問題があった。その一方、チューブ径(内径)を小さく設定して反応ガス管の本数を増やす場合では、温度分布の差異が殆ど生じないため好ましい等温環境が得られるが、反応ガス管における圧力損失が大きくなり、効率よく、より多くの原料ガスを反応ガス管内に流すことが難しくなるという問題があった。   In a general multitubular reactor, when the tube diameter (inner diameter) of the reaction gas pipe is set large, if a large exothermic reaction occurs, a difference in temperature distribution in the cross-sectional direction of the reaction gas pipe tends to occur. For this reason, there has been a problem that catalyst deterioration such as sintering and coking easily occurs. On the other hand, when the tube diameter (inner diameter) is set small and the number of reaction gas pipes is increased, a preferable isothermal environment is obtained because there is almost no difference in temperature distribution, but the pressure loss in the reaction gas pipe increases. There is a problem that it is difficult to efficiently flow more source gas into the reaction gas pipe.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、反応ガス管内を流通する原料ガスの圧力損失を抑えながら、高い伝熱効率による等温環境を維持することが可能な反応装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a reaction apparatus capable of maintaining an isothermal environment with high heat transfer efficiency while suppressing the pressure loss of the raw material gas flowing through the reaction gas pipe. It is intended.

上記目的を達成するために、本発明では、反応装置に係る第1の解決手段として、発熱反応又は吸熱反応を行う反応装置であって、複数の第1流路と、上記複数の第1流路が合流する合流流路と、上記合流流路に接続された第2流路とを有し、上記複数の第1流路から上記第2流路に向けた方向に原料ガスが流通する反応流路と、上記反応流路の内部の温度を調整する温度調節媒体が流通する媒体流路と、を備え、上記媒体流路の内部に上記反応流路が設けられ、上記複数の第1流路の各々の断面積は、上記第2流路の断面積よりも小さい、という手段を採用してもよい。   In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means related to a reaction apparatus, a reaction apparatus that performs an exothermic reaction or an endothermic reaction, the plurality of first flow paths, and the plurality of first flows. Reaction in which source gas flows in a direction from the plurality of first flow paths toward the second flow path, having a merge flow path where the paths merge and a second flow path connected to the merge flow path A flow path and a medium flow path through which a temperature adjusting medium for adjusting the temperature inside the reaction flow path is provided, the reaction flow path is provided inside the medium flow path, and the plurality of first flows You may employ | adopt the means that each cross-sectional area of a path is smaller than the cross-sectional area of the said 2nd flow path.

本発明では、反応装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、上記複数の第1流路及び上記第2流路の内部には、触媒が設けられており、上記触媒は、上記原料ガスから目的ガスを生成することを促進する、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as the second solving means relating to the reaction apparatus, in the first solving means, a catalyst is provided inside the plurality of first flow paths and the second flow paths, and the catalyst May adopt a means of promoting generation of the target gas from the source gas.

本発明では、反応装置に係る第3の解決手段として、上記第1又は第2の解決手段において、上記複数の第1流路に対応する位置において上記温度調節媒体が流通する上記媒体流路の第1断面積は、上記第2流路に対応する位置において上記温度調節媒体が流通する上記媒体流路の第2断面積よりも大きい、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as a third solving means relating to the reaction apparatus, in the first or second solving means, the medium flow path in which the temperature control medium flows in positions corresponding to the plurality of first flow paths. Means may be adopted in which the first cross-sectional area is larger than the second cross-sectional area of the medium flow path through which the temperature control medium flows at a position corresponding to the second flow path.

本発明では、反応装置に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、上記媒体流路は、上記媒体流路に上記温度調節媒体が流入する第1流入口及び第2流入口と、上記媒体流路から上記温度調節媒体が流出する流出口とを有する、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as a fourth solving means related to the reaction apparatus, in any one of the first to third solving means, the medium flow path is a first flow in which the temperature adjusting medium flows into the medium flow path. You may employ | adopt the means of having an inlet_port | entrance and a 2nd inlet_port | entrance, and an outlet port from which the said temperature control medium flows out from the said medium flow path.

本発明では、反応装置に係る第5の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、上記媒体流路は、上記媒体流路に上記温度調節媒体が流入する流入口と、上記媒体流路から上記温度調節媒体が流出する第1流出口及び第2流出口とを有する、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as a fifth solving means relating to the reaction apparatus, in any one of the first to third solving means, the medium flow path includes an inlet through which the temperature adjusting medium flows into the medium flow path. A means of having a first outlet and a second outlet from which the temperature control medium flows out from the medium flow path may be adopted.

本発明では、反応装置に係る第6の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、上記媒体流路は、上記媒体流路に上記温度調節媒体が流入する流入口と、上記媒体流路から上記温度調節媒体が流出する流出口とを有し、上記反応流路における上記原料ガスの流動方向と、上記流入口から上記流出口に向けて流動する上記温度調節媒体の流動方向とは、同じである、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as a sixth solving means relating to the reaction apparatus, in any one of the first to third solving means, the medium flow path includes an inlet through which the temperature adjusting medium flows into the medium flow path. The temperature adjusting medium flowing out from the medium flow path, the flow direction of the source gas in the reaction flow path, and the temperature adjusting medium flowing from the inlet toward the outlet You may employ | adopt the means that it is the same as a flow direction.

本発明では、反応装置に係る第7の解決手段として、上記第1〜第3のいずれかの解決手段において、上記媒体流路は、上記媒体流路に上記温度調節媒体が流入する流入口と、上記媒体流路から上記温度調節媒体が流出する流出口とを有し、上記反応流路における上記原料ガスの流動方向と、上記流入口から上記流出口に向けて流動する上記温度調節媒体の流動方向とは、逆である、という手段を採用してもよい。   In the present invention, as a seventh solving means relating to the reaction apparatus, in any one of the first to third solving means, the medium flow path includes an inlet through which the temperature adjusting medium flows into the medium flow path. The temperature adjusting medium flowing out from the medium flow path, the flow direction of the source gas in the reaction flow path, and the temperature adjusting medium flowing from the inlet toward the outlet You may employ | adopt the means that it is contrary to a flow direction.

本発明によれば、発熱反応又は吸熱反応を行う反応装置において、原料ガスが反応流路内を流動する際、原料ガスは、第2流路よりも断面積が小さい複数の第1流路を流動し、その後、合流流路において合流し、第2流路を流動するため、反応流路の全体の圧力損失を低くしながら、等温環境を維持することができる。   According to the present invention, in a reaction apparatus that performs an exothermic reaction or an endothermic reaction, when the source gas flows in the reaction channel, the source gas passes through the first channels having a smaller cross-sectional area than the second channel. Since it flows and then merges in the merging channel and flows in the second channel, an isothermal environment can be maintained while reducing the overall pressure loss of the reaction channel.

本発明の一実施形態に係る反応装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the reaction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る反応装置が備える反応器本体の要部を示す断面図であって、(a)は反応器本体を示す図であり、(b)は変形例1に係る反応器本体を示す図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the reactor main body with which the reaction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is equipped, Comprising: (a) is a figure which shows a reactor main body, (b) is the reactor which concerns on the modification 1. It is a figure which shows a main body. 本発明の一実施形態に係る反応装置が備える反応器本体の要部を示す断面図であって、(a)は変形例2に係る反応器本体を示す図であり、(b)は変形例3に係る反応器本体を示す図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the reactor main body with which the reaction apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is equipped, Comprising: (a) is a figure which shows the reactor main body which concerns on the modification 2, (b) is a modification. 3 is a view showing a reactor main body according to FIG.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る反応装置について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。   Hereinafter, a reaction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.

図1に示すように、一実施形態に係る反応装置Aは、反応器本体1(後述する、反応器本体1A、1B、1C、1D)と、冷媒供給装置2とを備える。
反応器本体1は、原料ガスを触媒の存在下で化学反応(メタネーション反応)させることによりメタン含有ガス(目的ガス)を生成する反応器である。後述するように、反応器本体1は、触媒(メタネーション触媒)が充填された反応場を有する反応流路4を備えており、原料ガスを反応流路4に供給する。反応器本体1においては、冷媒供給装置2から温度調節媒体として供給される冷媒によって反応流路4が冷却される。
As shown in FIG. 1, a reaction apparatus A according to an embodiment includes a reactor main body 1 (reactor main bodies 1A, 1B, 1C, and 1D described later) and a refrigerant supply device 2.
The reactor main body 1 is a reactor that generates a methane-containing gas (target gas) by subjecting a raw material gas to a chemical reaction (methanation reaction) in the presence of a catalyst. As will be described later, the reactor main body 1 includes a reaction flow path 4 having a reaction field filled with a catalyst (methanation catalyst), and supplies a raw material gas to the reaction flow path 4. In the reactor main body 1, the reaction channel 4 is cooled by the refrigerant supplied from the refrigerant supply device 2 as a temperature control medium.

冷媒供給装置2は、このような反応器本体1を等温反応器とするために、所定仕様(冷媒仕様)の冷媒(温度調節媒体)を反応器本体1に供給する装置である。冷媒供給装置2は、後述する媒体流路3に冷媒を供給し、上記反応場(触媒充填領域)の冷却に用いられた加熱状態の冷媒(戻り冷媒)を反応器本体1から回収して再冷却し、上記所定仕様の冷媒として反応器本体1に供給する循環式の冷媒供給装置である。   The refrigerant supply device 2 is a device that supplies a predetermined specification (refrigerant specification) refrigerant (temperature control medium) to the reactor main body 1 so that the reactor main body 1 is an isothermal reactor. The refrigerant supply device 2 supplies a refrigerant to a medium flow path 3 to be described later, recovers the heated refrigerant (return refrigerant) used for cooling the reaction field (catalyst filling region) from the reactor body 1 and recycles it. It is a circulating refrigerant supply device that cools and supplies the reactor main body 1 as the refrigerant having the predetermined specifications.

ここで、反応器本体1に供給される原料ガスは、例えば、一酸化炭素(CO)と水素(H)とが所定の割合(モル比)で混合した混合ガスである。このような原料ガスは、以下の反応式に示すように、触媒の存在下でメタネーション反応(発熱反応)することによって、メタン(CH)と水(HO)となる。すなわち、メタン含有ガスは、メタン(CH)と水蒸気(HO)とからなる混合ガスである。
CO+3H=CH+HO+206(kJ/mol)
Here, the raw material gas supplied to the reactor main body 1 is, for example, a mixed gas in which carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) are mixed at a predetermined ratio (molar ratio). Such a raw material gas becomes methane (CH 4 ) and water (H 2 O) by a methanation reaction (exothermic reaction) in the presence of a catalyst, as shown in the following reaction formula. That is, the methane-containing gas is a mixed gas composed of methane (CH 4 ) and water vapor (H 2 O).
CO + 3H 2 = CH 4 + H 2 O + 206 (kJ / mol)

このようなメタネーション反応は、熱力学的平衡の原理に基づいて生じるものであり、反応速度が反応場の圧力と温度とに依存し、メタンの生成率に影響する。したがって、特定の圧力下でメタネーション反応を効率良く進行させるためには反応場の温度管理が必要になる。また、メタネーション反応を最大効率(理想状態)に近づけるためには、反応場の全領域、より具体的には反応場を形成する触媒の全領域を最適温度に維持する必要がある。例えば、反応場の圧力を常圧とした場合、上記最適温度は300〜400℃の範囲である。このような事情から、上記反応器本体1は、等温反応器として構成する必要がある。   Such methanation reaction occurs based on the principle of thermodynamic equilibrium, and the reaction rate depends on the pressure and temperature of the reaction field and affects the rate of methane production. Therefore, it is necessary to control the temperature of the reaction field in order to efficiently advance the methanation reaction under a specific pressure. Further, in order to bring the methanation reaction close to the maximum efficiency (ideal state), it is necessary to maintain the entire region of the reaction field, more specifically, the entire region of the catalyst forming the reaction field at the optimum temperature. For example, when the pressure in the reaction field is normal pressure, the optimum temperature is in the range of 300 to 400 ° C. Under such circumstances, the reactor main body 1 needs to be configured as an isothermal reactor.

また、上記反応式に示された206(kJ/mol)といった大きな熱量を反応流路4から奪うには、メタネーション反応によって生じた熱を反応流路4から冷媒に効率的に伝達する必要がある。このため、1本当たりの反応流路4の径を小さく設定し、反応流路4の本数を増やすことで、冷媒に対する伝熱面積を増加させる必要がある。   Further, in order to take away a large amount of heat such as 206 (kJ / mol) shown in the above reaction formula from the reaction channel 4, it is necessary to efficiently transfer the heat generated by the methanation reaction from the reaction channel 4 to the refrigerant. is there. For this reason, it is necessary to increase the heat transfer area for the refrigerant by setting the diameter of the reaction channel 4 per one small and increasing the number of the reaction channels 4.

一般的に、反応流路4の径を小さくすると、反応流路4における圧力損失が大きくなり、反応流路4内を原料ガスが流動し難くなる。
例えば、粒子等が流路に充填された充填層における圧力損失に関する計算式として、コゼニー・カルマン式が知られている。この式に基づくと、流路における圧力損失ΔPは、流路の長さL、気体の空塔速度(充填層がない状態を仮定したときの気体の速度)v、及び(1−ε)/ε(ここで、εは空間率)に比例する。このことから、反応流路4の内径を小さくするに従って、圧力損失が大きくなり、反応流路4において原料ガスが流動し難くなる。
本実施形態において、反応流路4から冷媒への効率的な熱伝達を考慮すると、反応流路4において許容できる圧力損失は、実用上、現実的には、100kPa程度である。
Generally, when the diameter of the reaction channel 4 is reduced, the pressure loss in the reaction channel 4 increases, and the source gas hardly flows in the reaction channel 4.
For example, the Cozeny Kalman equation is known as a calculation formula for pressure loss in a packed bed in which particles or the like are filled in a flow path. Based on this equation, the pressure loss ΔP in the flow path is obtained by calculating the length L of the flow path, the superficial velocity of the gas (the speed of the gas assuming no packed bed) v, and (1-ε) / It is proportional to ε 3 (where ε is a space factor). For this reason, as the inner diameter of the reaction channel 4 is reduced, the pressure loss increases, and the source gas hardly flows in the reaction channel 4.
In the present embodiment, in consideration of efficient heat transfer from the reaction channel 4 to the refrigerant, the pressure loss allowable in the reaction channel 4 is practically about 100 kPa.

次に、図2及び図3を参照し、反応装置Aが備える反応器本体1について具体的に説明する。図2及び図3においては、本発明の実施形態及び変形例に係る反応器本体1を構成する同一部材には同一符号を付し、その説明は省略または簡略化する。   Next, with reference to FIG.2 and FIG.3, the reactor main body 1 with which the reaction apparatus A is provided is demonstrated concretely. In FIG.2 and FIG.3, the same code | symbol is attached | subjected to the same member which comprises the reactor main body 1 which concerns on embodiment and modification of this invention, The description is abbreviate | omitted or simplified.

(本実施形態に係る反応器本体1)
図2(a)は、本発明の一実施形態に係る反応装置Aが備える反応器本体1A(1)の要部を示す断面図である。
反応器本体1Aは、反応流路4と、媒体流路3とを備える。
反応流路4は、2本の第1流路4a、4b(複数の第1流路)と、第1流路4a、4bが合流する合流流路4dと、合流流路4dに接続された第2流路4cとを有する。第1流路4a、4b及び第2流路4cの各々は、例えば、円筒状(直管状)に形成されている。図1に示す反応器本体1Aに供給された原料ガスは、第1流路4a、4bに供給され、第1流路4a、4bを流通した原料ガスは、合流流路4dにおいて合流し、第2流路4cを流通する。即ち、原料ガスは、第1流路4a、4bから第2流路4cに向けた方向に流通する。第1流路4a、4b及び第2流路4cの内部には、触媒5が設けられており、触媒5は、反応流路4を流通する原料ガスから目的ガスを生成することを促進する。
(Reactor body 1 according to this embodiment)
Fig.2 (a) is sectional drawing which shows the principal part of reactor main body 1A (1) with which the reaction apparatus A which concerns on one Embodiment of this invention is provided.
The reactor main body 1 </ b> A includes a reaction channel 4 and a medium channel 3.
The reaction channel 4 is connected to two first channels 4a and 4b (a plurality of first channels), a merge channel 4d where the first channels 4a and 4b merge, and a merge channel 4d. A second flow path 4c. Each of the first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c is formed in a cylindrical shape (straight tube), for example. The raw material gas supplied to the reactor main body 1A shown in FIG. 1 is supplied to the first flow paths 4a and 4b, and the raw material gas flowing through the first flow paths 4a and 4b merges in the merging flow path 4d. The two flow paths 4c are circulated. That is, the source gas flows in the direction from the first flow paths 4a and 4b toward the second flow path 4c. A catalyst 5 is provided inside the first flow paths 4 a and 4 b and the second flow path 4 c, and the catalyst 5 promotes the generation of the target gas from the raw material gas flowing through the reaction flow path 4.

媒体流路3は、反応流路4の周囲に設けられている。換言すると、媒体流路3の内部に反応流路4が設けられている。媒体流路3は、媒体流路3に冷媒が流入する流入口3aと、媒体流路3から冷媒が流出する流出口3bとを有し、例えば、円筒状(直管状)に形成されている。媒体流路3の内部空間は、触媒の雰囲気温度を等温雰囲気に設定するための冷媒、即ち、反応流路4の温度を調整する冷媒が流通する。反応流路4における原料ガスの流動方向D1と、流入口3aから流出口3bに向けて流動する冷媒の流動方向D2とは、逆である(対向流)。   The medium flow path 3 is provided around the reaction flow path 4. In other words, the reaction channel 4 is provided inside the medium channel 3. The medium flow path 3 includes an inlet 3a through which the refrigerant flows into the medium flow path 3 and an outlet 3b through which the refrigerant flows out of the medium flow path 3, and is formed in a cylindrical shape (straight tube), for example. . A refrigerant for setting the atmosphere temperature of the catalyst to an isothermal atmosphere, that is, a refrigerant for adjusting the temperature of the reaction flow path 4 flows in the internal space of the medium flow path 3. The flow direction D1 of the raw material gas in the reaction channel 4 is opposite to the flow direction D2 of the refrigerant flowing from the inlet 3a toward the outlet 3b (opposite flow).

図2(a)に示す構造では、第1流路4a、4bの各々の断面積は、第2流路4cの断面積よりも小さい。例えば、第1流路4a、4bの各々の内径Pは、4(mm)である。第2流路4cの内径Qは、8(mm)である。また、第1流路4a、4bの各々の触媒充填部の長さL1は、0.5(m)である。第2流路4cの触媒充填部の長さL2は、0.5(m)である。   In the structure shown in FIG. 2A, the cross-sectional area of each of the first flow paths 4a and 4b is smaller than the cross-sectional area of the second flow path 4c. For example, the inner diameter P of each of the first flow paths 4a and 4b is 4 (mm). The inner diameter Q of the second flow path 4c is 8 (mm). Moreover, the length L1 of each catalyst filling part of the first flow paths 4a and 4b is 0.5 (m). The length L2 of the catalyst filling portion of the second flow path 4c is 0.5 (m).

第1流路4a、4bの各々において、断面積は、12.57(mm)、体積は、1.26×10−5(m)、外表面積は、2.51×10−2(mm)である。ガス線速度(350℃)は、6.339(m/sec)である。
第1流路4a、4bの各々に設けられる触媒5の体積Vは、1.26×10−5(m)となり、伝熱面積Aは、0.01257(m)となる。このため、伝熱効率、即ち、伝熱面積Aを触媒体積Vで除した値(A/V)は、約1000(1/m)となる。
コゼニー・カルマン式を用いて第1流路4a、4bにおける圧力損失を計算した場合、その圧力損失ΔPは、約50.7kPaである。ここで、計算条件は、触媒粒子径Dpが1.0(mm)、ガス流量が3.5×10−5(m/sec)、定数kが180、ガス粘度μPasが30(Hが75%、COが25%の場合)、Φsが1.0、充填率εが0.6である。
In each of the first flow paths 4a and 4b, the cross-sectional area is 12.57 (mm 2 ), the volume is 1.26 × 10 −5 (m 3 ), and the outer surface area is 2.51 × 10 −2 ( mm 2 ). The gas linear velocity (350 ° C.) is 6.339 (m / sec).
The volume V of the catalyst 5 provided in each of the first flow paths 4a and 4b is 1.26 × 10 −5 (m 3 ), and the heat transfer area A is 0.01257 (m 2 ). For this reason, the heat transfer efficiency, that is, the value (A / V) obtained by dividing the heat transfer area A by the catalyst volume V is about 1000 (1 / m).
When the pressure loss in the first flow paths 4a and 4b is calculated using the Cozeny Kalman equation, the pressure loss ΔP is about 50.7 kPa. Here, the calculation conditions are as follows: catalyst particle diameter Dp is 1.0 (mm), gas flow rate is 3.5 × 10 −5 (m 3 / sec), constant k is 180, gas viscosity μPas is 30 (H 2 is 75% and CO is 25%), Φs is 1.0, and the filling rate ε is 0.6.

第2流路4cにおいて、断面積は、50.27(mm)、体積は、5.03×10−5(m)、外表面積は、5.03×10−2(mm)である。ガス線速度(350℃)は、1.585(m/sec)である。
第2流路4cに設けられる触媒5の体積Vは、5.03×10−5(m)となり、伝熱面積Aは、0.02513(m)となる。このため、伝熱効率、即ち、伝熱面積Aを触媒体積Vで除した値(A/V)は、約500(1/m)となる。
コゼニー・カルマン式を用いて第2流路4cにおける圧力損失を計算した場合、その圧力損失ΔPは、約12.7kPaである。なお、ここで、計算条件は、第1流路4a、4bの場合と同じである。
In the second flow path 4c, the cross-sectional area is 50.27 (mm 2 ), the volume is 5.03 × 10 −5 (m 3 ), and the outer surface area is 5.03 × 10 −2 (mm 2 ). is there. The gas linear velocity (350 ° C.) is 1.585 (m / sec).
The volume V of the catalyst 5 provided in the second flow path 4c is 5.03 × 10 −5 (m 3 ), and the heat transfer area A is 0.02513 (m 2 ). For this reason, the heat transfer efficiency, that is, the value (A / V) obtained by dividing the heat transfer area A by the catalyst volume V is about 500 (1 / m).
When the pressure loss in the second flow path 4c is calculated using the Cozeny Kalman equation, the pressure loss ΔP is about 12.7 kPa. Here, the calculation conditions are the same as in the case of the first flow paths 4a and 4b.

このように構成された反応器本体1Aにおいては、第1流路4a、4bの流入口(図2(a)に示す上端)を通じて、原料ガスは、流動方向D1に示す方向に、反応流路4内に連続的に供給される。まず、第1流路4a、4bの各々の反応場では、触媒5の作用に基づくメタネーション反応が生じ、原料ガスの一部がメタン含有ガス(目的ガス)に変換される。その後、メタン含有ガスと、第1流路4a、4bにおいてメタン含有ガスに変換されなかった原料ガスとは、第1流路4a、4bから流出し、合流流路4dにおいて合流し、第2流路4cに供給される。   In the reactor main body 1A configured as described above, the raw material gas flows in the direction indicated by the flow direction D1 through the inlets (the upper ends shown in FIG. 2A) of the first flow paths 4a and 4b. 4 is continuously supplied. First, in each reaction field of the first flow paths 4a and 4b, a methanation reaction based on the action of the catalyst 5 occurs, and a part of the raw material gas is converted into a methane-containing gas (target gas). Thereafter, the methane-containing gas and the raw material gas that has not been converted to the methane-containing gas in the first flow paths 4a and 4b flow out of the first flow paths 4a and 4b, merge in the merge flow path 4d, and then the second flow It is supplied to the path 4c.

第2流路4cの反応場では、触媒5の作用に基づくメタネーション反応が生じ、残りの原料ガスがメタン含有ガスに変換される。その後、第1流路4a、4b及び第2流路4cにおいて生じたメタン含有ガスは、流動方向D1に示す方向に、第2流路4cの流出口(図2(a)に示す下端)から、即ち、反応流路4から流出する。   In the reaction field of the second flow path 4c, a methanation reaction based on the action of the catalyst 5 occurs, and the remaining raw material gas is converted into a methane-containing gas. Thereafter, the methane-containing gas generated in the first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c is discharged from the outlet (the lower end shown in FIG. 2A) of the second flow path 4c in the direction indicated by the flow direction D1. That is, it flows out from the reaction channel 4.

このようなメタネーション反応は、上述したように発熱反応であり、触媒5が設けられている第1流路4a、4b及び第2流路4cが熱を放出する。媒体流路3を備える反応器本体1では、熱交換によって媒体流路3を流れる冷媒が反応流路4に形成された反応場の熱を奪うことによって反応場が冷却される。   Such methanation reaction is an exothermic reaction as described above, and the first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c in which the catalyst 5 is provided release heat. In the reactor main body 1 having the medium flow path 3, the reaction field is cooled by removing heat of the reaction field formed in the reaction flow path 4 by the refrigerant flowing through the medium flow path 3 by heat exchange.

さらに、第1流路4a、4bにおける圧力損失ΔPは約50.7kPaであり、第2流路4cにおける圧力損失ΔPは約12.7kPaであるため、反応流路4における合計の圧力損失は、63.4kPaである。また、第1流路4a、4bにおける伝熱効率(A/V)は約1000(1/m)であり、第2流路4cにおける伝熱効率(A/V)は約500(1/m)であるため、反応流路4における平均のA/Vは、約750(1/m)である。   Furthermore, since the pressure loss ΔP in the first flow paths 4a and 4b is about 50.7 kPa and the pressure loss ΔP in the second flow path 4c is about 12.7 kPa, the total pressure loss in the reaction flow path 4 is 63.4 kPa. The heat transfer efficiency (A / V) in the first flow paths 4a and 4b is about 1000 (1 / m), and the heat transfer efficiency (A / V) in the second flow path 4c is about 500 (1 / m). Therefore, the average A / V in the reaction channel 4 is about 750 (1 / m).

本実施形態によれば、複数の第1流路4a、4bと第2流路4cとの間に合流流路4dを設けたことで、反応流路4が1本のみで構成されている場合よりも、第2流路4cの長さL2が短くなり、反応流路4の全体の圧力損失を低減できる。また、第1流路4a、4bにおいては、高い伝熱効率によるメタネーション反応を行うことができる。
特に、現実的に許容できる圧力損失である100kPaよりも、反応流路4における全体の圧力損失を小さくすることができるとともに、高い伝熱効率による等温環境を維持することができる。
According to the present embodiment, when the merged flow path 4d is provided between the plurality of first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c, the reaction flow path 4 is configured by only one. As a result, the length L2 of the second flow path 4c is shortened, and the overall pressure loss of the reaction flow path 4 can be reduced. Further, in the first flow paths 4a and 4b, a methanation reaction with high heat transfer efficiency can be performed.
In particular, it is possible to reduce the overall pressure loss in the reaction channel 4 from 100 kPa, which is a practically allowable pressure loss, and to maintain an isothermal environment with high heat transfer efficiency.

特に、原料ガスの流動方向D1に示す方向において、メタネーション反応は反応流路4の入口に近い位置から発生するため、主として、第1流路4a、4bにおける発熱量が大きくなる。一方、第2流路4cでは、大部分の原料ガスのメタネーション反応が終了しているため、第2流路4cにおける発熱量が小さい。このため、第2流路4cよりも伝熱効率の高い第1流路4a、4bにおいて、効率よくメタネーション反応を行うことができる。   In particular, in the direction indicated by the flow direction D1 of the raw material gas, the methanation reaction occurs from a position close to the inlet of the reaction flow path 4, so that mainly the amount of heat generated in the first flow paths 4a and 4b increases. On the other hand, in the second flow path 4c, the methanation reaction of most of the raw material gases has been completed, so the amount of heat generated in the second flow path 4c is small. For this reason, the methanation reaction can be efficiently performed in the first flow paths 4a and 4b having higher heat transfer efficiency than the second flow path 4c.

上記構造を有する反応流路4において、第1流路4a、4bの各々におけるメタネーション反応の反応率が33%、即ち、第1流路4a、4bの合計で66%の反応率が得られると考えられる。また、第2流路4cにおけるメタネーション反応の反応率が33%であると考えられる。第1流路4a、4b及び第2流路4cの各々におけるメタネーション反応の反応率に応じて、第1流路4a、4b及び第2流路4cの長さや内径を適宜調整してもよい。   In the reaction channel 4 having the above structure, the reaction rate of the methanation reaction in each of the first channels 4a and 4b is 33%, that is, a total reaction rate of 66% is obtained in the first channels 4a and 4b. it is conceivable that. Moreover, it is considered that the reaction rate of the methanation reaction in the second flow path 4c is 33%. Depending on the reaction rate of the methanation reaction in each of the first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c, the lengths and inner diameters of the first flow paths 4a and 4b and the second flow path 4c may be adjusted as appropriate. .

(反応器本体1の変形例1)
図2(b)は、本発明の一実施形態の変形例1に係る反応器本体1B(1)の要部を示す断面図である。
反応器本体1Bは、媒体流路3の形状の点で、上述した反応器本体1Aとは異なっている。反応器本体1Bの媒体流路3は、媒体流路3に冷媒が流入する第1流入口3a1及び第2流入口3a2と、媒体流路3から冷媒が流出する流出口3bとを有する。第1流入口3a1から媒体流路3の内部に向けて(流動方向D2)、流量F1(m/sec)の冷媒が供給されている。第2流入口3a2から媒体流路3の内部に向けて(流動方向D3)、流量F2(m/sec)の冷媒が供給されている。
(Modification 1 of reactor body 1)
FIG.2 (b) is sectional drawing which shows the principal part of reactor main body 1B (1) which concerns on the modification 1 of one Embodiment of this invention.
The reactor main body 1B is different from the reactor main body 1A described above in terms of the shape of the medium flow path 3. The medium flow path 3 of the reactor main body 1B includes a first inlet 3a1 and a second inlet 3a2 into which the refrigerant flows into the medium flow path 3, and an outlet 3b from which the refrigerant flows out of the medium flow path 3. A refrigerant having a flow rate F1 (m 3 / sec) is supplied from the first inlet 3a1 toward the inside of the medium flow path 3 (flow direction D2). A refrigerant having a flow rate F2 (m 3 / sec) is supplied from the second inlet 3a2 toward the inside of the medium flow path 3 (flow direction D3).

また、第1流路4a、4bに対応する位置にて、冷媒が流通する媒体流路3の第1断面積S1は、第2流路に対応する位置にて冷媒が流通する媒体流路の第2断面積S2よりも大きい。
この場合、第1断面積S1における冷媒の流速U1(m/sec)は、U1=(F1+F2)/S1である。また、第2断面積S2における冷媒の流速U2(m/sec)は、U2=F1/S2である。
Further, the first cross-sectional area S1 of the medium flow path 3 through which the refrigerant flows at the position corresponding to the first flow paths 4a and 4b is the medium flow path through which the refrigerant flows at the position corresponding to the second flow path. It is larger than the second cross-sectional area S2.
In this case, the refrigerant flow rate U1 (m / sec) in the first cross-sectional area S1 is U1 = (F1 + F2) / S1. Moreover, the flow velocity U2 (m / sec) of the refrigerant in the second cross-sectional area S2 is U2 = F1 / S2.

なお、「冷媒が流通する第1断面積S1」とは、第1流路4a、4bが設けられていない媒体流路3の断面積から、第1流路4a、4bの断面積を引いた面積を意味し、媒体流路3内において第1流路4a、4bの周囲を流動する冷媒が流通可能な面積を意味する。同様に、「冷媒が流通する第2断面積S2」とは、第2流路4cが設けられていない媒体流路3の断面積から、第2流路4cの断面積を引いた面積を意味し、媒体流路3内において第2流路4cの周囲を流動する冷媒が流通可能な面積を意味する。   The “first cross-sectional area S1 through which the refrigerant flows” is obtained by subtracting the cross-sectional area of the first flow paths 4a and 4b from the cross-sectional area of the medium flow path 3 where the first flow paths 4a and 4b are not provided. It means an area, and means an area where the refrigerant flowing around the first flow paths 4 a and 4 b can flow in the medium flow path 3. Similarly, “second cross-sectional area S2 through which the refrigerant flows” means an area obtained by subtracting the cross-sectional area of the second flow path 4c from the cross-sectional area of the medium flow path 3 in which the second flow path 4c is not provided. In the medium flow path 3, it means an area through which the refrigerant flowing around the second flow path 4c can flow.

上述したように、メタネーション反応は反応流路4の入口に近い位置から発生するため、第1流路4a、4bにおける発熱量が大きくなり、第2流路4cでは大部分の原料ガスのメタネーション反応が終了しているため、第2流路4cにおける発熱量が小さい。このため、メタネーション反応をより効率的に行うには、発熱量が大きい第1流路4a、4bに対しては冷媒流量を大きくする必要があり、発熱量が小さい第2流路4cに対しては冷媒流量を少なくしてもよい。   As described above, since the methanation reaction occurs from a position close to the inlet of the reaction flow path 4, the amount of heat generated in the first flow paths 4a and 4b increases, and in the second flow path 4c, most of the source gas meta- Since the nation reaction has ended, the amount of heat generated in the second flow path 4c is small. For this reason, in order to perform the methanation reaction more efficiently, it is necessary to increase the refrigerant flow rate for the first flow paths 4a and 4b having a large calorific value, and for the second flow path 4c having a small calorific value. Thus, the refrigerant flow rate may be reduced.

本変形例1によれば、第1流入口3a1からの冷媒流量F1と、第2流入口3a2からの冷媒流量F2とを調節することができるので、より多く徐熱が求められる第1流路4a、4bに対して、多くの冷媒を供給することが可能となる。
具体的に、この場合、第1断面積S1における冷媒の流速U1を、第2断面積S2における冷媒の流速U2と同じか、より高くする必要があるので、U1≧U2の条件が必要であり、S2/S1≧F1/(F1+F2)となるように、媒体流路3を設計し、流量F1、F2を調整すればよい。
According to the first modification, since the refrigerant flow rate F1 from the first inlet 3a1 and the refrigerant flow rate F2 from the second inlet 3a2 can be adjusted, the first flow path that requires more gradual heat is required. Many refrigerants can be supplied to 4a and 4b.
Specifically, in this case, since the refrigerant flow rate U1 in the first cross-sectional area S1 needs to be the same as or higher than the refrigerant flow rate U2 in the second cross-sectional area S2, the condition of U1 ≧ U2 is necessary. , S2 / S1 ≧ F1 / (F1 + F2), the medium flow path 3 may be designed and the flow rates F1 and F2 may be adjusted.

また、本変形例1によれば、反応流路4の形状に応じて媒体流路3の形状が変更されているので、反応流路4の形状の変更部分、即ち、合流流路4dの周囲における冷媒の線速度を調整することもできる。また、媒体流路3を構成する材料を削減することができ、低重量の反応器本体を製造することができる。   Further, according to the first modification, since the shape of the medium flow path 3 is changed according to the shape of the reaction flow path 4, the changed part of the shape of the reaction flow path 4, that is, around the merge flow path 4 d It is also possible to adjust the linear velocity of the refrigerant. Moreover, the material which comprises the medium flow path 3 can be reduced, and a reactor body with a low weight can be manufactured.

(反応器本体1の変形例2)
図3(a)は、本発明の一実施形態の変形例2に係る反応器本体1C(1)の要部を示す断面図である。
反応器本体1Cは、冷媒の流動方向の点で、上述した反応器本体1Aとは異なっている。具体的に、反応流路4における原料ガスの流動方向D1と、流入口3aから流出口3bに向けて流動する冷媒の流動方向D4とは、同じである(並行流)。
(Modification 2 of reactor body 1)
Fig.3 (a) is sectional drawing which shows the principal part of reactor main body 1C (1) which concerns on the modification 2 of one Embodiment of this invention.
The reactor main body 1C is different from the above-described reactor main body 1A in terms of the flow direction of the refrigerant. Specifically, the flow direction D1 of the source gas in the reaction flow path 4 is the same as the flow direction D4 of the refrigerant flowing from the inlet 3a toward the outlet 3b (parallel flow).

上述したように、原料ガスの流動方向D1に示す方向において、メタネーション反応は反応流路4の入口に近い位置から発生するため、主として、第1流路4a、4bにおける発熱量が大きくなる。この時、冷媒供給装置2から流入口3aを通じて媒体流路3の内部に流入した冷媒は、最初に第1流路4a、4bを冷却し、第1流路4a、4bの発熱量を奪う。換言すると、冷媒供給装置2によって設定された温度で第1流路4a、4bが冷却される。その後、原料ガスの流動方向D1と同じ流動方向D4に沿って、冷媒は、第2流路4cに向けて流動する。第2流路4cでは、大部分の原料ガスのメタネーション反応が終了しているため、第2流路4cにおける発熱量が小さい。このため、第1流路4a、4bの発熱量を奪うことで温度が比較的上昇した冷媒であっても、第2流路4cを冷却することができる。   As described above, in the direction indicated by the flow direction D1 of the raw material gas, the methanation reaction occurs from a position close to the inlet of the reaction flow path 4, so that the amount of heat generated mainly in the first flow paths 4a and 4b increases. At this time, the refrigerant that has flowed into the medium flow path 3 from the refrigerant supply device 2 through the inlet 3a first cools the first flow paths 4a and 4b, and deprives the first flow paths 4a and 4b of the heat generation amount. In other words, the first flow paths 4a and 4b are cooled at the temperature set by the refrigerant supply device 2. Thereafter, the refrigerant flows toward the second flow path 4c along the same flow direction D4 as the flow direction D1 of the source gas. In the second flow path 4c, since the methanation reaction of most of the source gases has been completed, the amount of heat generated in the second flow path 4c is small. For this reason, even if it is the refrigerant | coolant whose temperature rose comparatively by taking away the emitted-heat amount of 1st flow path 4a, 4b, the 2nd flow path 4c can be cooled.

本変形例2によれば、第2流路4cの発熱量を奪った冷媒によって第1流路4a、4bを冷却する反応器本体1Aとは異なり、冷媒供給装置2によって温度制御された冷媒によって、第1流路4a、4bを最初に冷却するので、伝熱効率の高い第1流路4a、4bにおけるメタネーション反応を効率的に行うことができる。   According to the second modification, unlike the reactor main body 1A that cools the first flow paths 4a and 4b with the refrigerant that has deprived the calorific value of the second flow path 4c, the refrigerant whose temperature is controlled by the refrigerant supply device 2 is used. Since the first flow paths 4a and 4b are cooled first, the methanation reaction in the first flow paths 4a and 4b having high heat transfer efficiency can be performed efficiently.

(反応器本体1の変形例3)
図3(b)は、本発明の一実施形態の変形例3に係る反応器本体1D(1)の要部を示す断面図である。
反応器本体1Dは、冷媒の流動方向の点で、上述した反応器本体1Bとは異なっている。反応器本体1Dの媒体流路3は、媒体流路3に冷媒が流入する流入口3aと、媒体流路3から冷媒が流出する第1流出口3b1及び第2流出口3b2とを有する。
(Modification 3 of reactor main body 1)
FIG.3 (b) is sectional drawing which shows the principal part of reactor main body 1D (1) which concerns on the modification 3 of one Embodiment of this invention.
The reactor main body 1D is different from the reactor main body 1B described above in terms of the flow direction of the refrigerant. The medium flow path 3 of the reactor main body 1D has an inlet 3a through which the refrigerant flows into the medium flow path 3, and a first outlet 3b1 and a second outlet 3b2 through which the refrigerant flows out of the medium flow path 3.

特に、反応流路4における原料ガスの流動方向D1と、流入口3aから第1流出口3b1に向けて流動する冷媒の流動方向D4とは、同じである(並行流)。さらに、第1流路4a、4bの冷却に用いられた冷媒の一部は、第2流出口3b2から媒体流路3の外部に排出されて冷媒供給装置2に戻り(流動方向D5)、残りの冷媒は、第2流路4cの冷却に用いられ、第1流出口3b1から媒体流路3の外部に排出されて冷媒供給装置2に戻る。   In particular, the flow direction D1 of the source gas in the reaction channel 4 is the same as the flow direction D4 of the refrigerant flowing from the inlet 3a toward the first outlet 3b1 (parallel flow). Further, a part of the refrigerant used for cooling the first flow paths 4a and 4b is discharged from the second outlet 3b2 to the outside of the medium flow path 3 and returns to the refrigerant supply device 2 (flow direction D5), and the rest. The refrigerant is used for cooling the second flow path 4c, is discharged from the first outlet 3b1 to the outside of the medium flow path 3, and returns to the refrigerant supply device 2.

本変形例によれば、反応器本体1Cと同様に、冷媒供給装置2によって温度制御された冷媒によって、第1流路4a、4bを最初に冷却するので、伝熱効率の高い第1流路4a、4bにおけるメタネーション反応を効率的に行うことができる。また、第2流出口3b2から排出された冷媒が冷媒供給装置2に先に戻るため、冷媒供給装置2によって、第1流路4a、4bの発熱量を奪った冷媒を優先的に温度制御することができる。   According to this modification, the first flow paths 4a and 4b are first cooled by the refrigerant whose temperature is controlled by the refrigerant supply device 2 as in the case of the reactor main body 1C, and therefore the first flow path 4a having high heat transfer efficiency. The methanation reaction in 4b can be performed efficiently. Further, since the refrigerant discharged from the second outlet 3b2 returns to the refrigerant supply device 2, the refrigerant supply device 2 preferentially controls the temperature of the refrigerant that has deprived the heat generation amount of the first flow paths 4a and 4b. be able to.

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されない。上述した実施形態及び変形例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As mentioned above, although embodiment and modification of this invention were described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment and modification. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments and modifications are merely examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態及び変形例においては、複数の第1流路として、2本の第1流路4a、4bが反応流路4に設けられた構成について説明したが、第1流路の本数は、2本に限定せず、3本以上であってもよい。この場合、合流流路4dは、3本以上の第1流路を合流し、複数の第1流路を流通した原料ガスやメタン含有ガスを第2流路4cに供給する。   For example, in the embodiment and the modification described above, the configuration in which the two first channels 4a and 4b are provided in the reaction channel 4 as the plurality of first channels has been described. Is not limited to two and may be three or more. In this case, the merge channel 4d merges three or more first channels, and supplies the source gas and the methane-containing gas that have circulated through the plurality of first channels to the second channel 4c.

また、上記実施形態及び変形例においては、第2流路として、1本の第2流路4cが反応流路4に設けられた構成について説明したが、第2流路の本数は、1本に限定せず、2本以上であってもよい。この場合、第1流路の本数は第2流路の本数がより少なく、複数の第2流路の各々には合流流路が設けられており、複数の第1流路を流通する原料ガスは、各第2流路に供給される。   Moreover, in the said embodiment and modification, although the structure where the one 2nd flow path 4c was provided in the reaction flow path 4 as a 2nd flow path was demonstrated, the number of 2nd flow paths is one. The number is not limited to two and may be two or more. In this case, the number of the first flow paths is smaller than the number of the second flow paths, and a confluence flow path is provided in each of the plurality of second flow paths, and the raw material gas flowing through the plurality of first flow paths Is supplied to each second flow path.

また、上記実施形態及び変形例においては、第1流路4a、4b及び第2流路4cだけでなく、合流流路4dの内部に触媒が設けられてもよい。   Moreover, in the said embodiment and modification, a catalyst may be provided not only in the 1st flow paths 4a and 4b and the 2nd flow paths 4c but in the inside of the confluence | merging flow path 4d.

上記実施形態及び変形例では、原料ガスからメタン含有ガス(目的ガス)を生成する発熱反応(メタネーション反応)について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、メタネーション反応以外の種々の発熱反応あるいは種々の吸熱反応に適用可能である。なお、吸熱反応に本発明を適用する場合には、反応場の温度よりも加熱された熱媒を媒体供給装置から反応器本体に温度調節媒体として供給する。   In the said embodiment and modification, although exothermic reaction (methanation reaction) which produces | generates methane containing gas (target gas) from source gas was demonstrated, this invention is not limited to this. The present invention can be applied to various exothermic reactions or various endothermic reactions other than the methanation reaction. In addition, when applying this invention to endothermic reaction, the heat medium heated rather than the temperature of the reaction field is supplied from a medium supply apparatus to a reactor main body as a temperature control medium.

上記実施形態及び変形例では、冷媒の材料(種類)を同一とし、流量や温度を個別に設定したが、本発明はこれに限定されない。冷媒の材料(種類)、流量及び温度の全てを個別に設定してもよく、また材料(種類)及び流量を個別に設定してもよく、さらには材料(種類)及び温度を個別に設定してもよい。   In the said embodiment and modification, although the material (type) of the refrigerant | coolant was made the same and the flow volume and temperature were set separately, this invention is not limited to this. All of the refrigerant material (type), flow rate and temperature may be set individually, the material (type) and flow rate may be set individually, and further the material (type) and temperature may be set individually. May be.

上記実施形態及び変形例では、反応流路4が媒体流路3内に配置された構造を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、同軸配管構造が採用されてもよい。この場合、例えば、中心から外周に向けて、内管、第1中管、第2中管、及び外管が同軸状に配置された構造が考えられる。内管及び第2中管には原料ガスが供給され、第1内管及び外管には冷媒が供給される。この場合、内管は上述した第1流路4aに相当し、第2中管は上述した第2流路4cに相当する。第1内管及び外管は、媒体流路3に相当する。内管及び第2中管は、合流流路によって合流している。このような同軸配管構造においては、合流流路から延びる第2流路4cも設けられており、第2流路4cは冷媒によって冷却される。   In the above embodiment and the modification, the structure in which the reaction channel 4 is arranged in the medium channel 3 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a coaxial piping structure may be employed. In this case, for example, a structure in which the inner tube, the first intermediate tube, the second intermediate tube, and the outer tube are coaxially arranged from the center toward the outer periphery can be considered. A raw material gas is supplied to the inner pipe and the second intermediate pipe, and a refrigerant is supplied to the first inner pipe and the outer pipe. In this case, the inner pipe corresponds to the first flow path 4a described above, and the second intermediate pipe corresponds to the second flow path 4c described above. The first inner pipe and the outer pipe correspond to the medium flow path 3. The inner pipe and the second middle pipe are joined together by a joining flow path. In such a coaxial piping structure, the second flow path 4c extending from the merge flow path is also provided, and the second flow path 4c is cooled by the refrigerant.

上記実施形態及び変形例では、第1流路4a、4b及び第2流路4cに触媒5を充填したが、本発明はこれに限定されない。充填型の触媒に代えて、塗布型の触媒を用いてもよい。   In the said embodiment and modification, the 1st flow paths 4a and 4b and the 2nd flow path 4c were filled with the catalyst 5, However, This invention is not limited to this. Instead of a filling type catalyst, a coating type catalyst may be used.

上記実施形態及び変形例では、冷媒供給装置2として循環式の冷媒供給装置を採用したが、本発明はこれに限定されない。冷媒供給装置2として加熱状態の冷媒を廃棄すると共に新しい冷媒を反応器本体1に順次供給する非循環式の冷媒供給装置を採用してもよい。   In the said embodiment and modification, although the circulation type refrigerant | coolant supply apparatus was employ | adopted as the refrigerant | coolant supply apparatus 2, this invention is not limited to this. A non-circulating refrigerant supply device that discards the heated refrigerant and sequentially supplies new refrigerant to the reactor main body 1 may be employed as the refrigerant supply device 2.

1、1A、1B、1C、1D 反応器本体
2 冷媒供給装置
3 媒体流路
3a 流入口
3a1 第1流入口
3a2 第2流入口
3b 流出口
3b1 第1流出口
3b2 第2流出口
4 反応流路
4a、4b 第1流路
4c 第2流路
4d 合流流路
5 触媒
A 反応装置
D1、D2、D3、D4、D5 流動方向
1, 1A, 1B, 1C, 1D Reactor body 2 Refrigerant supply device 3 Medium flow path 3a Inflow port 3a1 First inflow port 3a2 Second inflow port 3b Outlet 3b1 First outflow port 3b2 Second outflow port 4 Reaction flow channel 4a, 4b First flow path 4c Second flow path 4d Merge flow path 5 Catalyst A Reactors D1, D2, D3, D4, D5 Flow direction

Claims (7)

発熱反応又は吸熱反応を行う反応装置であって、
複数の第1流路と、前記複数の第1流路が合流する合流流路と、前記合流流路に接続された第2流路とを有し、前記複数の第1流路から前記第2流路に向けた方向に原料ガスが流通する反応流路と、
前記反応流路の内部の温度を調整する温度調節媒体が流通する媒体流路と、を備え、
前記媒体流路の内部に前記反応流路が設けられ、
前記複数の第1流路の各々の断面積は、前記第2流路の断面積よりも小さいことを特徴とする反応装置。
A reaction apparatus for performing an exothermic reaction or an endothermic reaction,
A plurality of first flow paths; a merge flow path where the plurality of first flow paths merge; and a second flow path connected to the merge flow path; A reaction channel through which a source gas flows in a direction toward the two channels;
A medium flow path through which a temperature adjusting medium for adjusting the temperature inside the reaction flow path flows,
The reaction flow path is provided inside the medium flow path,
The cross-sectional area of each of the plurality of first flow paths is smaller than the cross-sectional area of the second flow path.
前記複数の第1流路及び前記第2流路の内部には、触媒が設けられており、
前記触媒は、前記原料ガスから目的ガスを生成することを促進することを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
A catalyst is provided inside each of the plurality of first flow paths and the second flow path,
The reaction apparatus according to claim 1, wherein the catalyst promotes generation of a target gas from the source gas.
前記複数の第1流路に対応する位置において前記温度調節媒体が流通する前記媒体流路の第1断面積は、前記第2流路に対応する位置において前記温度調節媒体が流通する前記媒体流路の第2断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の反応装置。   The first cross-sectional area of the medium flow path through which the temperature control medium flows at positions corresponding to the plurality of first flow paths is the medium flow through which the temperature control medium flows at positions corresponding to the second flow paths. The reaction apparatus according to claim 1, wherein the reaction apparatus is larger than a second cross-sectional area of the path. 前記媒体流路は、前記媒体流路に前記温度調節媒体が流入する第1流入口及び第2流入口と、前記媒体流路から前記温度調節媒体が流出する流出口と、を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の反応装置。   The medium flow path includes a first inlet and a second inlet through which the temperature control medium flows into the medium flow path, and an outlet through which the temperature control medium flows out from the medium flow path. The reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記媒体流路は、前記媒体流路に前記温度調節媒体が流入する流入口と、前記媒体流路から前記温度調節媒体が流出する第1流出口及び第2流出口と、を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の反応装置。   The medium channel includes an inlet through which the temperature control medium flows into the medium channel, and a first outlet and a second outlet through which the temperature control medium flows out of the medium channel. The reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記媒体流路は、前記媒体流路に前記温度調節媒体が流入する流入口と、前記媒体流路から前記温度調節媒体が流出する流出口と、を有し、
前記反応流路における前記原料ガスの流動方向と、前記流入口から前記流出口に向けて流動する前記温度調節媒体の流動方向とは、同じであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の反応装置。
The medium flow path has an inlet through which the temperature control medium flows into the medium flow path, and an outlet through which the temperature control medium flows out from the medium flow path,
The flow direction of the raw material gas in the reaction channel and the flow direction of the temperature control medium flowing from the inlet to the outlet are the same. The reaction apparatus as described in any one of these.
前記媒体流路は、前記媒体流路に前記温度調節媒体が流入する流入口と、前記媒体流路から前記温度調節媒体が流出する流出口と、を有し、
前記反応流路における前記原料ガスの流動方向と、前記流入口から前記流出口に向けて流動する前記温度調節媒体の流動方向とは、逆であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の反応装置。
The medium flow path has an inlet through which the temperature control medium flows into the medium flow path, and an outlet through which the temperature control medium flows out from the medium flow path,
The flow direction of the source gas in the reaction flow path and the flow direction of the temperature control medium flowing from the inlet to the outlet are opposite to each other. The reaction apparatus as described in any one of these.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015119981A2 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Sabic Global Technologies B.V. Method for producing carbonates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2929300A1 (en) * 1979-07-19 1981-01-29 Linde Ag Reactor for heterogeneous catalyst gas phase reactions - is cross sectionally tailored to specific heat requirements in different reaction stages
WO2015119981A2 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Sabic Global Technologies B.V. Method for producing carbonates

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