JP2020081941A - プレート型反応器 - Google Patents

プレート型反応器 Download PDF

Info

Publication number
JP2020081941A
JP2020081941A JP2018218126A JP2018218126A JP2020081941A JP 2020081941 A JP2020081941 A JP 2020081941A JP 2018218126 A JP2018218126 A JP 2018218126A JP 2018218126 A JP2018218126 A JP 2018218126A JP 2020081941 A JP2020081941 A JP 2020081941A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat transfer
plate
plates
corrugated
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018218126A
Other languages
English (en)
Inventor
寧之 小川
Yasuyuki Ogawa
寧之 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Chemical Group Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Chemical Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp, Mitsubishi Chemical Holdings Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2018218126A priority Critical patent/JP2020081941A/ja
Publication of JP2020081941A publication Critical patent/JP2020081941A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、多管式反応器に代わる、高熱負荷反応に適した熱媒流路を内包するプレート型反応器を提供する。【解決手段】ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向になるように並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱媒を供給するための熱媒供給装置と、を有し、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装置であるプレート型反応器において、該伝熱プレートは、一枚の平板17aとその両面に位置する二枚の波板11a,12aからなり、二枚の波板それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は1/2周期ずれており、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝熱プレートであるプレート型反応器。【選択図】図3A

Description

本発明は、プレート型反応器に関する。詳しくは、プレート型熱媒流路を内包する固定
床反応器に関する。
連続的な固定床反応において多用される反応器の1つに、固体触媒の充填された多管式
反応器がある。多管式反応器は大きな伝熱面積を有するため、多量の発熱や吸熱を伴う反
応、とりわけ発熱反応に適している。更に反応管内でプラグフローが形成されることより
、反応転化率の高い反応に好適である。
反面、プロピレン等の気相酸化反応によりアクリル酸を工業的に製造する場合に用いら
れる多管式反応器は、1万〜数万本の反応管を必要とするため、触媒の充填や抜き出しに
要する作業負荷が大きくなる。また、反応転化率の高い反応の場合、反応管出口側におけ
る反応量は小さいにも関わらず、過度に大きな伝熱面積を有することとなる。
特許文献1には、反応管として反応ガス入口側の管径が小さく反応ガス出口側の管径の
大きい異径反応管を用いることで、反応熱量の大きい反応ガス入口側の除熱を効率的に行
う方法が示されている。
特許文献2には、加熱冷却用隔壁と触媒層が交互に並んだ、所謂プレート型反応器にお
いて、触媒層の断面が反応ガス入口側から反応ガス出口側に向かうに従い拡大する仕様が
示されている。また、特許文献3には、波板を二枚重ね合わせて複数の熱媒体流路が形成
された一対の伝熱プレートを複数対配列し、隣り合う伝熱プレート間に触媒層が形成され
た反応器において、反応ガス出口側に向かって該触媒層の厚みが増大することが示されて
いる。
特許文献4には、二枚の板を重ね合わせ、レーザー等により複数箇所を線溶接して接合
部材とし、次いで、未溶接部をその内部から膨張圧により変形させ、波板状から成る熱媒
流路の作成方法が示されている。
特開昭61−54229号公報 特公昭26−7209号公報 特開2004−202430号公報 特開2001−21274号公報
発熱量の多い反応ガス入口側ほど管径の細いことが示された、特許文献1記載の反応管
は、反応熱を効率的に除去できる点で優れたものであるが、多管式反応器に適用する為に
は、数万本の異径反応管を制作する必要があり、その製作に要する負荷から鑑みて現実的
でない。
特許文献2に記載されたプレート型反応器においては、一組の冷却用隔壁と触媒層で反
応管数十本分に相当する容量を有する為、必要な冷却用隔壁の数は少なくなるが、商業規
模の設備において平板部に充分な耐圧性能を持たせる為には、相当する規模の多管式反応
器に比べて数倍量の部材を用いるか、或いは膨大な量の線溶接を行う必要があり、制作費
の点であまり現実的ではない。
特許文献4に記載の方法で作成された波板状からなる熱媒流路は、水等による膨張圧に
より熱媒流路が形成されているため、充分な耐圧性能を有しており、また制作負荷も比較
的小さく、これをプレート型反応器に応用した特許文献3は、反応熱の効率的な除去が可
能であり、制作負荷も低く抑えられる可能性がある。
しかし、2つの隣接する熱媒流路間に形成される触媒充填用の空間に対し、その制作精
度誤差や局所的な除熱能力の偏り、経時的な形状の変化、等の問題があり、これらを原因
とし、特に発熱反応に適用した場合には、熱暴走反応を引き起こす危険性を有している。
本発明は上記従来の問題点を解決し、多管式反応器に代わる、高熱負荷反応に適した熱
媒流路を内包するプレート型反応器を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、二枚の波板と、これに挟まれた
一枚の平板からなる熱媒流路を用いることで、その解決が為されることを見出し本発明に
至った。
すなわち、本発明は以下である。
[1] ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向に
なるように並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱
媒を供給するための熱媒供給装置と、を有し、
前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、
前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装
置であるプレート型反応器において、
該伝熱プレートは、一枚の平板とその両面に位置する二枚の波板からなり、二枚の波板
それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は1/2周期ずれてお
り、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝
熱プレートであるプレート型反応器。
[2] 隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板の波形が1/2周期ずれている[1]
に記載のプレート型反応器。
本発明のプレート型反応器では、従来のプレート型反応器のような制作精度誤差や局所
的な徐熱能力の偏り、経時的な形状の変化が大きく改善され、より高熱負荷反応に対応す
ることができる。
従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 従来の伝熱プレートにおける変形の例を示した模式図である。 本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を立体的に示す模式図である。 本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を平板の面方向より示す模式図である。
以下、本発明のプレート型反応器について、図面を参照に詳細に説明するが、本発明は
何ら以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変更して実施す
ることが出来る。
図1A〜Cは、従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である
。図1Aを例として挙げると、各々二枚の波板1aが接合部5aで接合されて熱媒流路を
形成し、同様にして、右隣りには垂直方向に1/2周期分だけ位相の異なる各々二枚の波
板2aが接合部6aで接合されて熱媒流路を形成し、隣接する伝熱プレート間に触媒充填
用空間4aが形成される。
図1Aは熱媒流路の断面形状が、外側に凸な曲線で形成されている為、機械的強度が高
いという利点を有するが、触媒充填用空間4aのうち、接合部5aや6a近傍では、触媒
の充填密度が下がることに加えて、同じく触媒充填用空間4aを流通するプロセス流体の
滞留が生じやすくなる。つまり加熱反応の場合、局所的な高温域を生じ易いという欠点を
有する。
図1Bは波板1b、2bが直線部分からのみなり、触媒充填用空間4bの幅は、接合部
5b,6bの近傍を除き一定であるという利点を有するが、伝熱プレートの機械的強度が
低いという欠点を有する。
図1Cは波板が正弦波の形を有するものであり、触媒充填用空間4cの縁も滑らかな曲
線で形成される為、均一な触媒充填が達成され易く、また図1Bに比べて伝熱プレートの
機械的強度も高いという利点を有するが、接合部位5cや6c近傍における熱媒流路3c
が狭く、該接合部位近くの除熱能力は大きく低下する、という欠点を有する。
図2は、従来の伝熱プレートにおける変形の例を示した模式図である。従来の伝熱プレ
ートは制作時の誤差のみならず、反応器として使用する際の触媒充填における振動や加重
、加熱や冷却に伴う熱応力等による不可逆的な変形が生じる可能性がある。隣り合う伝熱
プレート間にスペーサーを設置することで該変形をある程度は緩和出来る可能性はあるが
、完全に防ぐことは困難である。板厚や溶接線幅を増すことで該変形に対抗出来るが、原
材料費及び加工費が嵩み、経済的でなく、熱媒流路が狭まることに伴う除熱能力の低下は
、本来の特徴を損なうものである。
図3A〜Cは、本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図であ
る。図3Aを例として挙げて説明する。本発明のプレート型反応器の伝熱プレートは反応
容器(図示せず)に、軸が鉛直方向になるように並んで設けられたものであり、該伝熱プ
レートは一枚の平板17aとその両面に位置する二枚の波板11a、12aからなり、該
二枚の波板11a、12aの形状は周期的な波形である。波板11aの周期的な波形と波
板12aの周期的な波形は1/2周期ずれており、二枚の波板11a,12aそれぞれが
その波形に沿い、平板17aと最近接した箇所で平板と接合(15a、16a)している
伝熱プレートである。前記構造を有する伝熱プレートとすることで、波板の接合部位15
aと16aの位置をずらし、図2のような変形を生じ難くすることが出来る。加熱や冷却
に伴う波板の伸縮に伴う歪み(熱応力)は波板の部位により異なるが、平板17aを挟ん
で接合された両側波板の位置をずらすことで歪みを分散させ、より変形し難くしている。
平板17aと波板15aの間に形成される熱媒流路は、接合部位15a近傍で狭くなるが
、その対面、平板17aと波板16aの間に形成される熱媒流路は最大となる為、図1A
〜Cの接合部付近とは異なり、除熱能力が維持される。
又、隣り合う二つの伝熱プレート間に創出される空間は触媒充填用空間14aである。
前記構造の伝熱プレートとすることにより、隣り合う二つの伝熱プレート間に創出される
空間は変形に伴う不均一さが解消され、より均一な空間が継続して維持されるようになり
、触媒充填用の空間として好適となる。更に、隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板
の波形が1/2周期ずれていることが好ましい。隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波
板である、向かって左の伝熱プレートの右に位置する波板12aと、向かって右の伝熱プ
レートの左に位置する波板11aの二枚の波板は、その波型が1/2周期ずれていること
が好ましい。そうすることにより触媒充填用空間14aの流路幅の増減が最少となり、最
も均一に触媒を充填することが可能となる。
尚、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートにおける波板の形状は、凸波型(図3A
)、三角波型(図3B)、正弦波型(図3C)が挙げられるが、熱媒流路の機械的強度が
最も高いのは凸波型、次いで正弦波型であり、波板制作の点は、三角波型、次いで正弦波
型が優れ、平板との接合においては、正弦波型、次いで三角波型が優れ、形成される触媒
充填用空間の幅の均一性においても正弦波型、次いで三角波型が優れる。重要度の高い触
媒充填層の均一性が優れること、他項目でも欠点が少ないこと、から正弦波型が特に好ま
しいが、形状はこれに限定されず、例えば、波板の制作を容易にする為、部分的に直線部
分を含む正弦波型など、適宜選択や組み合わせが可能である。
図4A,Bは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に
示す模式図である。図4Aは、伝熱プレートとその周縁又は端縁を固定した固定用側板2
8を分解し、立体的に示している。平板27の両面に二枚の波板21,22を接合して伝
熱プレートとしている。二つの波板の形状は周期的な波形であり、1/2周期ずれている
(25、26)。伝熱プレート内に創出された空間は熱媒流路となり、固定用側板28が
熱媒の出入り口となる。図4Bは、複数の伝熱プレートとその周縁又は端縁を一体化して
固定した固定用側板28を立体的に示している。隣り合う伝熱プレート間に創出される空
間は触媒充填用空間24である。固定用側板28内にある伝熱プレート内に創出された空
間23は熱媒の出入り口となる。
図5Aは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を
立体的に示す模式図である。伝熱プレートへの熱媒の供給は、固定用側板28の一方から
熱媒を供給し、他方の固定用側板28から熱媒を抜き出すことで可能であるが、更に固定
用側板28の側面に熱媒用分散板29を設けることで、熱媒が熱媒流路内を複数回往復す
る仕様(マルチパス)とすることも出来る。又は供給する熱媒は温度の異なる複数の熱媒
を別々に供給することも可能である。
図5Bは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を
平板の面方向より示す模式図である。本発明のプレート型反応器は、所望の温度の熱媒を
伝熱プレートに供給するため、熱媒供給装置(図示せず)より、プレート型反応器鉛直方
向下部より熱媒用分散版29を介して固定用側板28から伝熱プレートの周縁又は端部か
ら伝熱プレート鉛直方向最下部の空隙に熱媒を供給している。次いで熱媒は伝熱プレート
内を流動し、伝熱プレートの他方の周縁又は端部で連結している伝熱管(図示せず)によ
り、伝熱プレート内の熱媒流路内を複数回往復することにより鉛直方向上方まで熱媒が流
れ、最終的にはプレート型反応器の鉛直方向上方より、熱媒用分散版29を介して固定用
側板28から熱媒が排出される。
1a、2a、1b、2b、1c、2c、11a、12a、11b、12b、11c、12c、21、22 波板
3a、3b、3c、13a、13b、13c 熱媒流路
4a、4b、4c、14a、14b、14c、24 触媒充填用空間
5a、6a、5b、6b、5c、6c、15a、16a、15b、15c 接合部位
17a、17b、17c、27 平板
23 熱媒出入り口
25、26 凸部
28 固定用側板
29 触媒用分散板
30 熱媒の流れ方向

Claims (2)

  1. ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向になるよ
    うに並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱媒を供
    給するための熱媒供給装置と、を有し、
    前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、
    前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装
    置であるプレート型反応器において、
    該伝熱プレートは、一枚の平板とその両面に位置する二枚の波板からなり、二枚の波板
    それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は1/2周期ずれてお
    り、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝
    熱プレートであるプレート型反応器。
  2. 隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板の波形が1/2周期ずれている請求項1に記
    載のプレート型反応器。
JP2018218126A 2018-11-21 2018-11-21 プレート型反応器 Pending JP2020081941A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018218126A JP2020081941A (ja) 2018-11-21 2018-11-21 プレート型反応器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018218126A JP2020081941A (ja) 2018-11-21 2018-11-21 プレート型反応器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020081941A true JP2020081941A (ja) 2020-06-04

Family

ID=70905319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018218126A Pending JP2020081941A (ja) 2018-11-21 2018-11-21 プレート型反応器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020081941A (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5538700A (en) * 1994-12-22 1996-07-23 Uop Process and apparatus for controlling temperatures in reactant channels
JPH1089879A (ja) * 1996-09-12 1998-04-10 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器および該熱交換器の熱交換部材の製造方法
JPH10141876A (ja) * 1996-09-10 1998-05-29 Mitsubishi Electric Corp 対向流型熱交換器
JP2010069355A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Mitsubishi Chemicals Corp プレート式反応器及びそれを用いる反応生成物の製造方法
JP2011072898A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Mitsubishi Chemicals Corp プレート式反応器及び反応生成物の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5538700A (en) * 1994-12-22 1996-07-23 Uop Process and apparatus for controlling temperatures in reactant channels
JPH10141876A (ja) * 1996-09-10 1998-05-29 Mitsubishi Electric Corp 対向流型熱交換器
JPH1089879A (ja) * 1996-09-12 1998-04-10 Mitsubishi Electric Corp 熱交換器および該熱交換器の熱交換部材の製造方法
JP2010069355A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Mitsubishi Chemicals Corp プレート式反応器及びそれを用いる反応生成物の製造方法
JP2011072898A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Mitsubishi Chemicals Corp プレート式反応器及び反応生成物の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5667624B2 (ja) 複数ステージ、複数チューブのシェル−アンド−チューブリアクタ
US7761994B2 (en) Reactor with expandable structure providing improved heat transfer
CN105032305B (zh) 一种新型径向板式反应器
US7320778B2 (en) High-performance catalyst support
JP6408754B2 (ja) リアクタ
US8134040B2 (en) Reactor panel for catalytic processes
JP2012512124A (ja) ホスゲンを調製するための反応器および方法
JP2005521555A (ja) 触媒床反応器用プレート型熱変換ユニット
TW201740072A (zh) 反應裝置
CA2078825C (en) Process and reactor for carrying out non-adiabatic catalytic reactions
JP5456066B2 (ja) 反応器の構造充填物
Avcı et al. Microreactor catalytic combustion for chemicals processing
JP2002126498A (ja) 強熱変動性触媒反応用反応器
EP3551576A1 (en) Scalable heat exchanger reformer for syngas production
RU2018106971A (ru) Трубный изотермический каталитичечкий реактор
JP2020081941A (ja) プレート型反応器
KR101849540B1 (ko) 반응기 및 열교환기용 체널형 스텍 및 그 제조 방법
WO2018205943A1 (zh) 模块化控温反应器
US20090253814A1 (en) Compact reactor
EP1892036A1 (en) Isothermal reactor
JP7528078B2 (ja) マイクロチャネル熱交換器
CN113735059A (zh) 一种醇类重整微反应器及制氢方法
WO2014119442A1 (ja) リアクタ
JP5239607B2 (ja) プレート式反応器
JP2011106728A (ja) 多管式反応器用伝熱管

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210611

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220610

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20221004