JP4310986B2

JP4310986B2 - 反応装置

Info

Publication number: JP4310986B2
Application number: JP2002278314A
Authority: JP
Inventors: 真二田中; 正明向出; 章夫本地; 周一菅野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2004113877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応流路の中で被処理物質を化学反応させる反応装置に係り、特に微小流路の中で被処理物質を化学反応せしめるマイクロリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学産業，医療，製薬，バイオ関連及び食品産業等の分野において、複数本の微小流路に気体及び液体を流通し、混合させることにより化学反応を起こさせ、または流路内壁に被覆された触媒あるいは流路内に設置された多孔質のセラミックスに担持された触媒で反応を起こす等のマイクロリアクタの開発が進められている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
マイクロリアクタの適用例は、特開平１１−１７１８５７号公報，特願2002−１１３４７５号公報に示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１７１８５７号公報（第２，５〜７頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１１３４７５号公報（第２〜５頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロリアクタの適用例の多くは、反応流路と冷却流路が一体化した構造になっている。このため、リアクタ本体のシール構造によっては、被処理物質と冷却媒体が本体内で混合することが考えられる。また、反応して生成した微量成分中に塩化水素等が含有している場合には、本体の腐食劣化等が考えられる。
【０００６】
本発明の目的は、被処理物質と冷却媒体が反応装置本体内で混合するのを防止するとともに、原料・反応ガス又は冷却媒体を均等に分散してマイクロリアクタに供給することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物質と反応ガスの混合物である原料・反応ガスを生成する混合器と、複数個の窓を有すると共に、該窓と窓との間に冷却流路を有した反応装置本体、及び前記混合器から供給された原料・反応ガスを処理する反応流路を設けた反応流路基板を前記窓にはめ込み、前記反応流路と前記冷却流路を分割したマイクロリアクタを備え、前記混合器からの原料・反応ガスを前記反応流路基板に分散して流入させるテーパ状拡管部と、該テーパ状拡管部に多数のガス流入孔を有するガス分散板とガラスウールを配置したことを特徴とする。
【０００８】
反応流路の壁面或いは窓の内側に、数十μｍ厚さで触媒を蒸着等により被覆することにより、触媒の有効利用による分解効率の向上が図れる。また、腐蝕抑制にもなる。
【０００９】
反応装置本体及び反応流路基板の材質には、石英ガラス，ステンレス，アルミナに代表されるセラミック，インコロイあるいはハステロイ等を用いることが、腐食劣化を抑制する点で好ましい。
【００１０】
本発明をマイクロリアクタに適用する場合には、反応流路の幅は６００〜1000μｍ、深さは６００〜１０００μｍにすることが望ましい。
【００１１】
本発明のように、反応流路と冷却流路を分割することにより、被処理物質と冷却媒体が本体内で混合するのを防止でき、またマイクロリアクタに適用する場合には構造が簡単になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例であるマイクロリアクタを、図１〜図８を用いて説明する。
【００１３】
図８は、マイクロリアクタを備えた有機塩素化合物分解システムの系統図である。
【００１４】
本システムは、被処理物質である有機塩素化合物の供給系，反応系及びガス精製系から成る。有機塩素化合物の供給系は有機塩素化合物１，ポンプ２，遮断用バルブ３，有機塩素化合物供給ライン４から成る。反応系は、マイクロリアクタ１００を備えた恒温槽２２と反応用ガス供給系とからなる。反応用ガス供給系には、水タンク５，水ポンプ６，遮断用バルブ７，水供給ライン８よりなる水供給系と、水素ボンベ９，圧力調節弁１０，流量調節弁１１，水素ガス供給ライン１２からなる水素ガス供給系が設けられている。
【００１５】
また、有機塩素化合物供給ライン及び反応用ガス供給ラインのパージのため及び恒温槽の昇温時のために窒素ガス供給系を有している。窒素ガス供給系には、窒素ボンベ１３，圧力調節弁１４，流量調節弁１５，１７及び窒素ガス流通ライン１６，１８が設けられている。
【００１６】
恒温槽２２には、混合器１９とマイクロリアクタ１００が設けられており、かつ混合器出口ライン２０を有する。
【００１７】
本システムの操作法を説明する。窒素ガスを流量調節弁１５，１７及び窒素ガス流通ライン１６，１８から流通しながら、恒温槽２２内を昇温する。恒温槽２２内の温度が設定温度４００℃になったのを確認したならば、水供給ラインの遮断用バルブ７を開にして、水ポンプ６を起動し、水を水供給ライン８から混合器１９に供給し、マイクロリアクタ１００内の反応流路に流通する。
【００１８】
その後、水素ガスを、圧力調節弁１０と流量調節弁１１及び水素ガス供給ライン１２を流通させて混合器１９内に供給する。水および水素ガスが安定に供給したのを確認後、遮断用バルブ３を開にし、ポンプ２を起動し、有機塩素化合物供給ライン４から有機塩素化合物１を供給する。混合器１９で有機塩素化合物１，水素ガス及び水を混合した後、混合器出口ライン２０を経て、マイクロリアクタ１００内の反応流路に流通する。マイクロリアクタ１００で生成した生成ガスはガス精製系に流通される。ガス精製系については後で述べる。
【００１９】
マイクロリアクタ１００について図１から図７を用いて詳細に説明する。図１には、マイクロリアクタ１００の外観図を示した。図２には図１中のＡ−Ａ断面図を示し、図３には図１中のＣ−Ｃ断面図、図４には図１中のＢ−Ｂ断面図を示した。
【００２０】
マイクロリアクタ１００は、反応装置本体２１と反応流路基板４３を具備する。反応装置本体２１には冷却流路４５と窓４２が設けられている。冷却流路４５は冷却媒体４４を流すためのものであり、窓４２は反応流路基板４３をはめ込むためのものである。
【００２１】
図８の混合器出口ライン２０を経て送られた有機塩素化合物と反応ガスの混合物である原料・反応ガス４１は、ガス流入部９１とテーパ状の拡管部４６ａを通して反応流路基板４３に設けられた反応流路５４に流入する。原料・反応ガス４１は反応流路５４で処理され、生成ガス４１ａはテーパ状の拡管部４６ｂを通ってガス流出部９２から排出される。テーパ状の拡管部４６ａには、図３に見られるように多数のガス流入孔を有するガス分散板４９とガラスウール５０が配置されている。ガス分散板とガラスウールは、ガスを均等に分散させるために設けられている。
【００２２】
冷却媒体４４は、流入部９３とテーパ状の拡管部４７ａを通して冷却流路４５に送られた後、テーパ状の拡管部４７ｂと流出部９４を通して排出される。テーパ状の拡管部４７ａには、図４に見られるように多数の孔を有するガス分散板５１とガラスウール５２が冷却媒体を均等に分散させるために設けられている。
【００２３】
図５は、反応装置本体２１を拡大して示したものである。この図では、反応流路基板４３は窓にはめ込まれていない。反応装置本体２１に設けられた窓の内面には、触媒８０の層が形成されている。触媒層は、反応促進，分解率向上のほかに反応装置本体の腐蝕劣化抑制の効果を有する。図３に示したテーパ状の拡管部４６ａ，４６ｂは、止めネジ部４８にて反応装置本体２１に接続される。
【００２４】
図６は、反応流路基板４３の斜視図である。反応流路基板には多数の反応流路５４が設けられ、反応流路の内壁には触媒８５の層が形成されている。図７に示すように反応流路基板を複数個積層して窓にはめ込むようにしてもよい。また、反応流路を設けたハニカム触媒を窓にはめ込むようにしてもよい。
【００２５】
反応流路基板４３に設けられた反応流路５４にて原料・反応ガス４１が処理されることによって生成された生成ガス４１ａは、ガス精製系に送られる。図８に戻ってガス精製系について説明する。ガス精製系には、冷却塔２８，排水タンク２９，廃水処理装置３０，緊急用タンク３５，ガスタンク３４，水素分離器３６，触媒燃焼器３７及び焼却炉３９が備えられている。マイクロリアクタ１００で分解した生成ガス４１ａ中には塩化水素等の物質が含まれていることから、この生成ガス４１ａを冷却塔入口ライン４０から冷却塔２８に供給する。また、水酸化ナトリウム希釈液流通ライン２７から水酸化ナトリウム希釈液２４をポンプ２５と弁２６を介して冷却塔２８内に噴霧供給する。冷却塔２８内で生成ガス４１ａと水酸化ナトリウム希釈液が接触し、水酸化ナトリウム希釈液２４に塩化水素が吸収される。塩化水素を吸収した水酸化ナトリウム希釈液は、排水タンク２９内に回収された後、廃水処理装置３０で処理され、廃水処理液排出ライン３１から排出される。
【００２６】
塩化水素が除去された生成ガス４１ａはブロワ３３で吸引され、冷却塔２８の上部から生成ガスライン３２を流通した後、一旦ガスタンク３４内に貯蓄される。その後、水素分離器３６により水素ガスが分離され、触媒燃焼器３７及び焼却炉３９で焼却された後、大気開放される。
【００２７】
以上のようにマイクロリアクタを反応装置本体と反応流路基板とに分割し、反応装置本体には窓と冷却流路を設け、窓に反応流路基板をはめ込む構造にすることにより、被処理物質と冷却媒体が本体内で混合してしまうのを防止できる。また、マイクロリアクタに適用した場合には構造が簡単になると共に、スケールアップした時に反応流路と冷却流路への被処理物質，反応ガス及び冷却媒体の分配性がよくなる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、被処理物質と冷却媒体が反応装置本体内で混合するのを防止するとともに、原料・反応ガス又は冷却媒体を均等に分散してマイクロリアクタに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すマイクロリアクタの斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＣ−Ｃ断面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図５】反応装置本体の断面図。
【図６】反応流路基板の斜視図。
【図７】反応流路基板を反応装置本体の窓にはめ込んだ状態を示す斜視図。
【図８】本発明のマイクロリアクタを備えた有機塩素化合物分解システムの系統図。
【符号の説明】
２１…反応装置本体、４１…原料・反応ガス、４１ａ…生成ガス、４２…窓、４３…反応流路基板、４４…冷却媒体、４５…冷却流路、４９，５１…ガス分散板、５０，５２…ガラスウール、５４…反応流路、８０，８５…触媒、１００…マイクロリアクタ。

Claims

被処理物質と反応ガスの混合物である原料・反応ガスを生成する混合器と、
複数個の窓を有すると共に、該窓と窓との間に冷却流路を有した反応装置本体、及び前記混合器から供給された原料・反応ガスを処理する反応流路を設けた反応流路基板を前記窓にはめ込み、前記反応流路と前記冷却流路を分割したマイクロリアクタを備え、
前記混合器からの原料・反応ガスを前記反応流路基板に分散して流入させるテーパ状拡管部と、該テーパ状拡管部に多数のガス流入孔を有するガス分散板とガラスウールを配置したことを特徴とする被処理物質分解システム。
請求項１記載の被処理物質分解システムであって、
前記マイクロリアクタの冷却流路に冷却媒体を分散して流入させるテーパ状拡管部と、該テーパ状拡管部に多数の孔を有するガス分散板とガラスウールを配置したことを特徴とする被処理物質分解システム。