JP4372381B2 - 非断熱式反応を行うための反応器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
一般的に、本発明は非断熱式反応を行うための反応器に関する。より詳しくは、本発明は、特に小規模な工業的用途における並びに車両に装備するための、吸熱または発熱反応によって供給材料を転化するのに使用される反応システムを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
吸熱または発熱反応は、妥当な反応速度を維持するために一定した熱の供給または除去を必要とする。通常は、これらの反応を行うための工業的な反応器では、熱は伝熱性媒体から対流または放射によって伝搬される。吸熱反応の間は、必要な熱は、通常は、燃料の燃焼によって得られる高温の煙道ガスによって間接的に供給される。発熱反応の冷却は、典型的には、高温の流体との熱交換によって間接的にあるいは低温のクエンチガスを加えることによって直接的に行われる。
【０００３】
小規模の化学プラントの場合及び吸熱反応を車両で使用する場合は、排気ガスの浄化及び火災を避けるための高額な手段を要求する環境及び安全性に関わる規制の故に、燃料を燃焼させることは一般的に言って不利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それゆえ、本発明の一般的な課題は、小型の反応器で行われる上記の小規模な用途において使用するための反応器または反応システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
熱は、油、蒸気などの伝熱性媒体または手段との間接的な熱伝導、電気的な加熱手段、及び冷却液によって供給または除去される。
【０００６】
上記の伝熱性媒体及び電気的加熱器は、実験室規模またはベンチ規模で反応器の加熱に慣用的に使用されているものである。
【０００７】
更に、種々の触媒構造を電気的に加熱することも知られている。これらの方法は、典型的には、自動車の排ガスの接触的浄化並びに接触的コンバータの操業開始の手順に使用されるものである（米国特許第5,070,694 号、同第5,456,890 号及び同第6,109,018 号）。
【０００８】
本発明の反応器は、その最も広い概念では、金属製インゴットから構成され、このインゴットは、供給材料を非断熱式に転化するための触媒を保持するように適合された、このインゴット中に伸びる少なくとも一つの反応通路；
上記反応通路に供給材料を導入するための入口通路、及び反応した供給材料を回収するための出口通路（この際、この入口及び出口通路は、インゴット内に設けられる）； 及び
供給材料の接触的及び非断熱式の転化を維持するための、上記インゴット及び反応通路を加熱または冷却する手段、
を含んでなる。
【０００９】
反応器及びそれぞれの通路の材料及び寸法は、反応器に意図される用途に従って選択される。好都合な金属製材料は、適度な熱伝導性を有し、そして操業温度で機械的及び化学的に安定した材料である。
【００１０】
本発明の反応器は、特に、冒頭に述べた通り小規模の用途に有用である。このような用途には、特に、車両または船上で燃料として使用するための含メタノール供給ガスからの水素の製造が含まれる。
【００１１】
上記の反応器を構築するための好都合な方法の一つは、金属製インゴットまたはブロックに一つまたはそれ以上の反応通路を穿孔することである。典型的には、該反応器は複数の反応通路を含み、この際、これらの反応通路は、インゴット中の一連の並行な列として穿孔され、そしてこれらの反応通路に対し実質的に垂直方向に伸び、そしてそれによって並行してこれらの反応通路と接続された穿孔された通路を通して供給材料がこれらの反応通路に供給される。好ましくは、上記のタイプの複数の反応通路を含む反応器では、反応通路の各々の列は、反応器の入口側で入口通路と接続される。同様に、反応器の出口末端で並行して反応通路に接続し、そして反応通路に対して実質的に垂直方向にインゴット内に穿孔された出口通路を通して、反応した供給材料が反応器から回収される。
【００１２】
インゴット全体が、インゴット中に埋め込まれるか、またはインゴット構造内部に機械加工されるかあるいは構造表面に作られた通路中を流れる伝熱性媒体によって加熱または冷却される。
【００１３】
本発明の反応器を実際に使用する場合は、粒子の形であるいは反応通路の内壁上のコーティング、フィルムまたはペイントとして反応器通路内に触媒を仕込む。反応通路は、反応器の操業前に慣用の手段により頂部及び底部において液密に閉じる。
【００１４】
本発明の反応器の構造及び操業は、炭化水素供給材料の吸熱性転化に使用した場合の本発明の具体例の一つを示す添付図の参照の下に以下の記載からより詳しく明らかとなろう。
【００１５】
本発明の具体例の一つである反応器２は、金属製ブロック４及び６から構成される。ブロック４及び６には、これらを貫通して穿孔された一連の並行の反応流路８及び10が設けられる。流路の各連は、並行して流路８及び10の各々の列に接続された主供給入口12及び14に接続される。
【００１６】
反応した供給物は、主出口16及び18を通して流路８及び10から回収される。
【００１７】
ブロック４及び６のそれぞれには、更に、複数の電気加熱用ストリップ、すなわちブロック４の外面内にストリップ26及び28が及びブロック６の外面内にストリップ30及び32が、あるいは表面中に溝（図示せず）が設けられる。これらのブロックは、共通のシェル34内に収容され、このシェル34には、それの外面に絶縁材料（図示せず）を支持するための棚板36が付与される。
【００１８】
アルコールの接触分解によって水素を製造するために上記の反応器を使用する場合は、流路連８及び10に、慣用の分解触媒を例えば粒子の形で仕込む。
【００１９】
流路に触媒を仕込み、反応器を操業する前に、流路の開口末端を、この末端に溶接またはネジ止めされる栓で密閉する。
【００２０】
含アルコール供給ガスを、主入口12及び14を介して反応器に導入し、そして流路列８及び10内に分配させる。
【００２１】
流路内では、慣用の分解触媒（図示せず）上で進行する公知のアルコール分解反応によって供給ガスが水素に富むプロセスガスに転化される。生産されたプロセスガスは、最後には、上記の通り出口通路を介して反応流路から回収される。
【００２２】
分解反応に必要な熱は、電気加熱ストリップによって発生される熱で反応器２全体を加熱することによって触媒に供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による反応器の一具体例を示すものである。
【符号の説明】
４、６ ・・・ 金属製ブロック
８、10 ・・・ 反応流路
12、14 ・・・ 入口流路
16、18 ・・・ 出口流路
26、28、30、32 ・・・ 電気加熱用ストリップ
34 ・・・ 共通シェル
36 ・・・ 絶縁材料支持棚

Claims (9)

  1. 一つまたは二つ以上の金属製インゴットから構成される非断熱式接触反応を行うための反応器であって、各々の金属製インゴットが、
    供給材料を非断熱式に転化するための触媒を保持するように適合された、このインゴット中を伸びる少なくとも一つの反応通路；
    供給材料を上記反応通路に導入するための入口通路、及び反応した供給材料を回収するための出口通路、この際、この入口及び出口通路は、上記インゴット内に上記反応通路に対してこれと同じ平面上に実質的に垂直に設けられ、かつこれらの反応通路を並列に接続し；及び
    上記反応通路内での接触反応を維持するための加熱または冷却手段；
    を含んでなる、上記反応器。
  2. 複数の反応通路が、上記インゴット内に並行の列として配置れている、請求項１の反応器。
  3. 加熱または冷却手段が、上記インゴットの内部及び／または表面に配置されている、請求項１の反応器。
  4. 加熱または冷却手段が、上記反応通路に対し実質的に垂直方向に配置されている、請求項１の反応器。
  5. 加熱手段が電気的加熱器の形である、請求項１の反応器。
  6. 上記金属製インゴットを複数含む、請求項１の反応器。
  7. 複数の金属製インゴットが共通のシェル内に収容されている、請求項６の反応器。
  8. 共通のシェルが断熱されている、請求項７の反応器。
  9. 反応通路並びに出口及び入口通路が、穿孔された流路の形である、請求項１〜８のいずれか一つの反応器。
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