JP6939022B2 - 触媒反応器 - Google Patents

触媒反応器 Download PDF

Info

Publication number
JP6939022B2
JP6939022B2 JP2017069748A JP2017069748A JP6939022B2 JP 6939022 B2 JP6939022 B2 JP 6939022B2 JP 2017069748 A JP2017069748 A JP 2017069748A JP 2017069748 A JP2017069748 A JP 2017069748A JP 6939022 B2 JP6939022 B2 JP 6939022B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst structure
inclined surface
flow path
catalyst
side flow
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.)
Active
Application number
JP2017069748A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018171551A (ja
Inventor
拓哉 吉野谷
拓哉 吉野谷
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.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI 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 IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2017069748A priority Critical patent/JP6939022B2/ja
Priority to PCT/JP2018/012659 priority patent/WO2018181434A1/ja
Priority to EP18775107.8A priority patent/EP3603796B1/en
Publication of JP2018171551A publication Critical patent/JP2018171551A/ja
Priority to US16/580,420 priority patent/US11084018B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6939022B2 publication Critical patent/JP6939022B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19Catalysts containing parts with different compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485Monolithic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249Plate-type reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/187Details relating to the spatial orientation of the reactor inclined at an angle to the horizontal or to the vertical plane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2425Construction materials
    • B01J2219/2427Catalysts
    • B01J2219/2428Catalysts coated on the surface of the monolith channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2441Other constructional details
    • B01J2219/2448Additional structures inserted in the channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245Plate-type reactors
    • B01J2219/2451Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456Geometry of the plates
    • B01J2219/2459Corrugated plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245Plate-type reactors
    • B01J2219/2476Construction materials
    • B01J2219/2477Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245Plate-type reactors
    • B01J2219/2491Other constructional details
    • B01J2219/2498Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/3221Corrugated sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32213Plurality of essentially parallel sheets
    • B01J2219/3222Plurality of essentially parallel sheets with sheets having corrugations which intersect at an angle different from 90 degrees
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32224Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32224Sheets characterised by the orientation of the sheet
    • B01J2219/32234Inclined orientation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32237Sheets comprising apertures or perforations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32255Other details of the sheets
    • B01J2219/32258Details relating to the extremities of the sheets, such as a change in corrugation geometry or sawtooth edges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32265Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32265Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32268Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in the same horizontal level
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32265Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets
    • B01J2219/32272Sheets characterised by the orientation of blocks of sheets relating to blocks in superimposed layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32203Sheets
    • B01J2219/32275Mounting or joining of the blocks or sheets within the column or vessel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/32Details relating to packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit of module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • B01J2219/322Basic shape of the elements
    • B01J2219/32293Cubes or cubic blocks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

本発明は、触媒反応を遂行する触媒反応器に関する。
触媒反応器は、反応流体の流路(以下、反応側流路と称する)と、反応側流路内に設置された触媒構造体或いは反応側流路の内面に担持された触媒と備えており、触媒反応により反応流体の改質、加熱、冷却、他の物質との熱交換等を行う装置である。触媒反応器における反応場を一定に保った上で反応流体の流路の断面積を小さくすると、単位体積当たりの反応流体と触媒の接触面積(比表面積)が向上する。そのため、伝熱効率を高め、反応速度や収率を向上させることができる。特許文献1及び特許文献2には、上述の関連技術が示されている。
特開2002−143675号公報 特開2014−151245号公報
反応側流路に触媒構造体が設置される場合、反応側流路と触媒構造体の摩擦を低減して触媒構造体の挿入や取出しを容易にするため、触媒構造体と反応側流路の内面との間に所定のクリアランス(隙間)が設けられる。クリアランスは、触媒構造体の挿入や取出しに不可欠である一方で、反応流体を触媒に反応しないまま流通させてしまう空間でもある。つまり、クリアランスは触媒反応器の反応性能を低下させる要因の1つである。
本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、触媒構造体の挿入や取出しを容易にしつつ、反応性能を向上させることが可能な触媒反応器の提供を目的とする。
本開示の一態様は触媒反応器であって、反応流体が流れる反応側流路と、前記反応側流路内に収容される第1の触媒構造体及び第2の触媒構造体とを備え、前記第1の触媒構造体は、前記第2の触媒構造体に対向する面の少なくとも一部に第1の傾斜面を含み、前記第2の触媒構造体は、前記第1の触媒構造体に対向する面の少なくとも一部に、前記第1の傾斜面に対向する第2の傾斜面を含み、前記第1の傾斜面及び前記第2の傾斜面は、前記第1の触媒構造体及び前記第2の触媒構造体の配列方向に対して同方向に傾斜し、前記第1の触媒構造体及び前記第2の触媒構造体は、前記第1の傾斜面の少なくとも一部及び前記第2の傾斜面の少なくとも一部が互いに接触した状態で、前記配列方向に対して同一の方向に傾斜し、各前記触媒構造体の傾斜によって、各前記触媒構造体と前記反応側流路の内面との間のクリアランスが、前記反応側流路内で各前記触媒構造体が傾斜していないときの値よりも減少していることを要旨とする。
前記第1の傾斜面は、前記第2の触媒構造体に対向する面の全面に形成されていてもよい。前記第2の傾斜面は、前記第1の触媒構造体に対向する面の全面に形成されていてもよい。
前記反応側流路の内面には、前記第1の傾斜面の端部或いは前記第2の傾斜面の端部に当接する突出部又は段差部が形成されていてもよい。前記配列方向に対する前記第1の傾斜面の傾斜角と前記配列方向に対する前記第2の傾斜面の傾斜角は互いに異なる値を有してもよい。前記第1の傾斜面は、前記第1の触媒構造体のうちの前記第2の触媒構造体に対向する前記面の一部のみに形成されてもよく、 前記第2の傾斜面は、前記第2の触媒構造体のうちの前記第1の触媒構造体に対向する前記面の一部のみに形成されてもよい
本発明によれば、触媒構造体の挿入や取出しを容易にしつつ、反応性能を向上させることが可能な触媒反応器を提供することができる。
本発明の実施形態に係る触媒反応器の斜視図である。 本発明の実施形態に係る触媒構造体の側面図である。 図2のIII−III断面の拡大図である。 本発明の実施形態に係る触媒構造体を反応側流路内に設置を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る触媒構造体の変形例を示す図であり、(a)は第1変形例、(b)は第2変形例、(c)及び(d)は第3変形例、(e)及び(f)は第4変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る触媒反応器の変形例を触媒構造体の配列方向から見た図である。 本発明の実施形態に係る触媒反応器における反応側流路の変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る触媒反応器における治具を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る触媒反応器について添付図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は本実施形態に係る触媒反応器の斜視図である。図1に示すように、本実施形態に係る触媒反応器は、反応側流路10と、複数の触媒構造体20とを備えている。なお、図中のX、Y、Z方向(軸)は互いに直交しているものとする。
反応側流路10は筒状の構造を有し、反応対象としての気体或いは液体である反応流体の流通空間11を形成する。流通空間11はZ方向に直交する矩形の断面を有する。図1に示すように、流通空間11はZ方向に延伸し、反応流体の流通方向を規定する。即ち、反応流体は流入口12から流入し、Z方向に流れた後、流出口13から流出する。本実施形態において、流通空間11はZ方向に直交する矩形の断面を有する。この矩形のY方向の長さ(高さ)はh1であり、X方向の長さ(幅)はw1である。
反応側流路10の材料は、金属材料(例えば、ステンレス鋼(SUS等)、ニッケル(Ni)基合金(インコネル(登録商標)、ハステロイ(登録商標)、ヘインズ(登録商標))等の耐熱金属)である。反応側流路10の構造は、これらの何れの材料を用いて予め一体的に形成されてもよく、互いに別体の部材を溶接等で接合して形成されてもよい。
反応側流路10は互いに平行に複数設けられてもよい。また、反応側流路10に隣接して熱媒体の流路(図示せず)(以下、熱媒側流路と称する)が設けられていてもよい。熱媒側流路(図示せず)の熱媒体は、反応側流路10内の反応流体が発生した熱を吸収する、あるいは、反応側流路10内の反応流体に熱を付与する。即ち、熱媒側流路(図示せず)は反応側流路10との間で熱交換を行い、反応流体の反応に応じて反応側流路10を(間接的に反応流体を)冷却または加熱する。
図2は本実施形態に係る触媒構造体20の側面図である。図3は、図2のIII−III断面の拡大図である。図1に示すように、触媒構造体20は反応側流路10に対して別体として複数形成され、反応側流路10内に収容される。触媒構造体20は反応側流路10内に着脱可能に収容されてもよく、反応側流路10内に嵌合した状態で固定されていてもよい。触媒構造体20が着脱可能に収容される場合、反応側流路10の再利用が可能となる。一方、反応対象の性質(例えば毒性)により、触媒構造体20の交換作業が不要の場合もある。この場合、触媒構造体20は反応側流路10内に嵌合した状態で固定されていれば十分である。
複数の触媒構造体20は、反応側流路10の延伸方向であるZ方向に配列する(図4参照)。また図2及び図3に示すように、触媒構造体20は触媒を担持した波板によって構成され、流入口12側及び流出口13側が傾斜した箱体状の外形を有する。
反応側流路10の流通空間11と同様に、触媒構造体20の外形もZ方向に直交する矩形の断面を有する。この矩形のY方向の長さ(高さ)はh2であり、X方向の長さ(幅)はw2である。これらの値は、流通空間11内の触媒構造体20の滑動(着脱)を許容するように、流通空間11のY方向の長さ(高さ)h1やX方向の長さ(幅)w1よりも小さな値に設定されている。本実施形態では、h1とh2との差によって、Y方向における触媒構造体20と反応側流路10の内面15との間にはクリアランスg(図4参照)が生じている。
また、
触媒構造体20は、Z方向における一方側の面21の少なくとも一部に傾斜面(第1の傾斜面)21aを含む。また、触媒構造体20は、Z方向における他方側の面22の少なくとも一部に傾斜面(第2の傾斜面)22aを含む。例えば図2に示すように、傾斜面21aは面21の全面に形成され、傾斜面22aは面22の全面に形成されている。傾斜面21a及び傾斜面22aは、Z方向(即ち触媒構造体20の配列方向)に対して同一の方向に傾斜している。例えば、Z方向に対する傾斜面21aの傾斜角αとZ方向に対する傾斜面22aの傾斜角βは互いに等しい。
図3に示すように、触媒構造体20は上述の外形を含めた全体の構造を規定する基材23と、基材23の表面に形成された触媒層24とを有する。基材23は、流通空間11をZ方向に延伸する複数の空間に区画する構造を有し、例えば図3に示すように、X方向に起伏する波板によって構成される。なお、基材23はX方向及びY方向に二次元的に配列し、Z方向に延伸する複数の細管からなる複合体であってもよい。
基材23が波板で構成される場合、基材23は、流通空間11を上述の複数の空間に仕切る複数の仕切部25と、仕切部25の縁部を連結する連結部26とを有する。仕切部25と連結部26は一体的に形成され、全体として波板を構成する。例えば、各仕切部25はY−Z平面に平行に設けられ、各連結部26はX方向に沿って仕切部25を跨ぎながら交互に位置し、隣接する2つの仕切部25を連結する。なお、連結部26は平面でもよく曲面でもよい。何れの場合も連結部26は、触媒構造体20が流通空間11内で傾斜したときに流通空間11の内面15に近づく面及び離れる面に位置する。換言すれば、触媒構造体20の傾斜は或る軸を支点とする回転とも言えるので、連結部26はこの回転方向に向かう面に配されているとも言える。後述の通り、連結部26は、触媒構造体20が隣の触媒構造体に接触しながら傾斜するときに、隣の触媒構造体の仕切部に当接し、仕切部25が隣の触媒構造体の間に浸入することを防止する。
なお、基材23の材質は、Fe(鉄)、Cr(クロム)、Al(アルミニウム)、Y(イットリウム)を主成分とする耐熱合金、例えば、Fecralloy(登録商標)等の金属である。触媒層24の担体は、触媒反応器で遂行する反応によって適宜選択される。担体は、例えば、Al(アルミナ)、TiO(チタニア)、ZrO(ジルコニア)、CeO(セリア)、SiO(シリカ)の群から選択される1または複数である。触媒層24の触媒(活性金属)は、触媒反応器で遂行する反応によって適宜選択される。触媒は、例えば、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pt(白金)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Pd(パラジウム)の群から選択される1または複数である。
図4は、本実施形態に係る触媒構造体20を反応側流路10内に設置を説明するための図である。説明の便宜上、Z方向を水平方向とする。また、反応側流路10内に挿入される2つの触媒構造体20の一方を第1の触媒構造体20Aと称し、他方を第2の触媒構造体20Bと称する。
上述の通り、第1の触媒構造体20Aは、第2の触媒構造体20Bに対向する面21の少なくとも一部に傾斜面(第1の傾斜面)21aを含む。一方、第2の触媒構造体20Bは、第1の触媒構造体20Aに対向する面22の少なくとも一部に、第1の傾斜面に対向する傾斜面(第2の傾斜面)22aを含む。傾斜面21a及び傾斜面22aは、各触媒構造体20A、20Bの配列方向(即ちZ方向)に対して同方向に傾斜している。後述の通り、第1の触媒構造体20A及び第2の触媒構造体20Bは、傾斜面21aの少なくとも一部及び傾斜面22aの少なくとも一部が互いに接触した状態で、配列方向に対して同一の方向に傾斜する。
まず、第1の触媒構造体20Aが反応側流路10の開口部(例えば流入口12)に挿入され、所定の位置に配置される。その後、第2の触媒構造体20Bが反応側流路10の開口部(例えば流入口12)に挿入される。第2の触媒構造体20Bは第1の触媒構造体20Aに当接し、第1の触媒構造体20Aを押圧する。このとき、第2の触媒構造体20Bの傾斜面22aは、第1の触媒構造体20Aの傾斜面21aに摺動可能に当接しつつ、傾斜面21aを押圧する。この押圧により、傾斜面21aにはY方向への力が加わり、第1の触媒構造体20Aの傾斜面21a側がY方向に移動する。
即ち、傾斜面22aを含む第2の触媒構造体20Bの突出構造が、第1の触媒構造体20Aと反応側流路10の内面15との間に挿入される楔として機能し、第1の触媒構造体20Aの傾斜面21a側の部分をY方向に押し上げる(掬い上げる)。また、傾斜面21aは、この突出構造の挿入を補助(ガイド)する。この結果、第1の触媒構造体20AはZ方向に対して傾斜し、第1の触媒構造体20Aの傾斜面21aの縁部が、挿入当初に接触していた反応側流路10の内面15と第1の触媒構造体20Aを挟んで反対側の内面15に当接する。
第2の触媒構造体20Bは、その次に挿入された触媒構造体20によって押圧され、第1の触媒構造体20Aと同様に傾斜する。このような作業が繰り返され、各触媒構造体20はZ方向に配列すると共に、Z方向に傾斜する(図4参照)。つまり、第1の触媒構造体20A及び第2の触媒構造体20Bは、傾斜面21aの少なくとも一部及び傾斜面22aの少なくとも一部が互いに接触した状態で、Z方向(配列方向)に対して傾斜する。
上述の通り、Y方向における触媒構造体20と反応側流路10の内面15との間には、長さ(高さ)h1と長さ(高さ)h2との差によるクリアランスg(図4参照)が生じている。第1の触媒構造体20Aは、このクリアランスgによって生じた開口部分を極力塞ぐように傾斜する。従って、クリアランスg内を流れる反応流体は触媒構造体20を通過することになる。換言すれば、触媒構造体20に接触することなく反応側流路10を通過してしまう反応流体の量(割合)が減少する。これにより、反応流体と触媒構造体20との反応を促進させることができる。つまり、触媒反応器の反応性能を向上させることができる。一方、クリアランスgが設けられていることから、触媒構造体20と触媒構造体20の内面15との間の摩擦は低減されている。従って、触媒構造体20の挿入や取出しが容易な点は維持される。
本実施形態において、傾斜面21aは、Z方向における一方側の面21の全面に形成されている。同様に、傾斜面22aは、Z方向における他方側の面22の全面に形成されている。第1の触媒構造体20Aと第2の触媒構造体20Bに着目すれば、傾斜面21aは、第1の触媒構造体20Aにおいて第2の触媒構造体20Bに対向する面の全面に形成され、傾斜面22aは、第2の触媒構造体20Bにおいて第1の触媒構造体20Aに対向する面の全面に形成されている。このような面は容易であるため、触媒構造体20を大量に製造する際には製造コストの削減に寄与する。また、流通空間11における反応流体との接触面積を極力大きくすることができる。
なお、触媒構造体20は上下を逆にして挿入されてもよい。その場合、傾斜面21aを含む第1の触媒構造体20Aの突出構造が、第2の触媒構造体20Bと反応側流路10の内面15との間に挿入される楔として機能し、第2の触媒構造体20Bの傾斜面22a側の部分をY方向に押し上げる(掬い上げる)。
図5は、本実施形態に係る触媒構造体20の変形例を示す図であり、(a)は第1変形例、(b)は第2変形例、(c)及び(d)は第3変形例、(e)及び(f)は第4変形例を示す図である。図5(a)及び図5(b)に示すように、Z方向に対する傾斜面21aの傾斜角αとZ方向に対する傾斜面22aの傾斜角βは互いに異なる値でもよい。即ち、図5(a)に示すように傾斜角αは傾斜角βよりも小さくてもよく、図5(b)に示すように、傾斜角αは傾斜角βよりも大きくてもよい。何れの場合も、隣接する2つの触媒構造体20、20間の摩擦を低減させることでき、Z方向に対する触媒構造体20の傾斜を容易にする。
上述の通り、傾斜面22aは、傾斜面22aに対向する触媒構造体20の傾斜面21a側の部分をY方向に押し上げる。この機能を損なわない限り、傾斜面21a及び傾斜面22aは、それぞれを含む面の一部に形成されていてもよい。例えば図5(c)及び図5(d)に示すように、傾斜面21aは面21の一部に形成され、傾斜面22aも傾斜面21aと対応する面22の一部に形成される。或いは、図5(e)及び図5(f)に示すように、傾斜面21aが面21の一部に形成される一方で、傾斜面22aは面22の全面に形成されていてもよい。
図6は、本実施形態に係る触媒反応器の変形例を触媒構造体20の配列方向(Z方向)から見た図である。この変形例のように、反応側流路10の流通空間11の断面及び触媒構造体20の断面は矩形に限られない。即ち、反応側流路10は直径d1の円形の断面をもった流通空間11を有してもよく、触媒構造体20の外形は直径d2(<d1)の円形の断面を有する円筒状に形成されてもよい。また、傾斜面21aと傾斜面22aは、Z方向に対して同方向に傾斜しているだけでなく、触媒構造体20の中心軸を基準として互いにねじれの関係(位置)にあってもよい。傾斜面21aと傾斜面22aがねじれの関係にある場合、傾斜面21aと傾斜面22aがねじれの関係にない場合よりも、クリアランスg(=d1−d2)によって生じた開口部分を極力塞ぐことが可能である。その他の構成については上述の実施形態と同一である。
図7は、本実施形態に係る触媒反応器における反応側流路の変形例を示す図である。図7に示すように、反応側流路10の内面15には、傾斜面21aの端部或いは傾斜面22aの端部に当接する突出部16が形成されていてもよい。突出部16は反応側流路10の内側に向けて内面15から突出しており、触媒構造体20が挿入される反応側流路10の開口部(例えば流入口12)と反対側の開口部(例えば流出口13)の近傍に位置する。突出部16は最初に反応側流路10に挿入された触媒構造体20の傾斜面21aの端部或いは傾斜面22aの端部に当接し、当該触媒構造体20の更なる挿入(移動)を規制する。これにより、図中の矢印で示すように、最初に挿入された触媒構造体20を傾斜させることが容易になり、挿入された触媒構造体20の不測の移動も規制できる。なお、図中の点線で示すように、突出部16の代わりに段差部17が形成されてもよい。段差部17は、反応側流路10の内面15において触媒構造体20が配置される部分15aと触媒構造体20が配置されない部分15bとの境界に形成され、部分15bは部分15aよりも反応側流路10の内側に位置する。
図8は、本実施形態に係る触媒反応器における治具30を示す図である。この図に示すように、図7に示す突出部16や段差部17の代わりに、治具30を用いてもよい。治具30は例えばT字状の形状を有し、図7に示す突出部16や段差部17と同様に、触媒構造体20の移動を規制する。ただし、突出部16や段差部17とは違い、治具30は反応側流路10内に着脱可能に設けられる。また、治具30は反応側流路10の流入口12側と流出口13側のうちの少なくとも一方に設置される。
図8に示すように、治具30は、反応側流路10の内面15上に設置されるストッパ31と、ストッパ31の位置を規定すると共にストッパ31を支持する支持部32とを備える。ストッパ31と支持部32は個別に形成されてもよく、一体的に形成されてもよい。ストッパ31は反応側流路10の内面15に沿って反応側流路10の延伸方向に直交する方向(即ちX方向)に延伸する棒状に形成され、反応側流路10の内面15上に位置する。また、ストッパ31は、傾斜面21aの端部或いは傾斜面22aの端部に当接している。ストッパ31は、例えば、反応側流路10と同様の金属材料を用いて形成されている。
支持部32は、ストッパ31に当接した触媒構造体20と反対側の位置に置かれ、当該ストッパ31を支持する。支持部32は反応側流路10の延伸方向(即ちZ方向)に延伸する棒状に形成され、当該ストッパ31を支持する。支持部32の一端はストッパ31に接触(接続)する。一方、支持部32の他端は、例えば、反応側流路10の流出口13或いは流入口12に面した壁面18に当接する。壁面18は、例えば、反応側流路10と連続的に繋がっている流路の内面である。或いは、支持部32の他端は、締結部材(図示せず)を用いて、壁面18や反応側流路10の内面15に固定されてもよい。なお、ストッパ31と同じく、支持部32も、例えば、反応側流路10と同様の金属材料を用いて形成される。ただし、支持部32はバネなどの弾性部材で構成されてもよい。
上述の通り、治具30は反応側流路10に対して着脱可能に設けられる。従って、突出部16や段差部17のように、内面15自体に加工を施す必要が無い。従って、触媒構造体20の形状に応じた寸法や形状を容易に設定できる。また、段差部17を形成した場合と比べて、下流側の反応側流路10の断面積を狭めないので、反応側流路10における圧損の増加を抑制できる。
本発明は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
10…反応側流路、11…流通空間、12…流入口、13…流出口、15…内面、16…突出部、17…段差部、20…触媒構造体、20A…第1の触媒構造体、20B…第2の触媒構造体、21…面、21a…傾斜面(第1の傾斜面)、22…面、22a…傾斜面(第2の傾斜面)、23…基材、24…触媒層、25…仕切部、26…連結部、d1…直径、d2…直径、g…クリアランス、30…治具、31…ストッパ、32…支持部

Claims (5)

  1. 反応流体が流れる反応側流路と、
    前記反応側流路内に収容される第1の触媒構造体及び第2の触媒構造体と
    を備え、
    前記第1の触媒構造体は、前記第2の触媒構造体に対向する面の少なくとも一部に第1の傾斜面を含み、
    前記第2の触媒構造体は、前記第1の触媒構造体に対向する面の少なくとも一部に、前記第1の傾斜面に対向する第2の傾斜面を含み、
    前記第1の傾斜面及び前記第2の傾斜面は、前記第1の触媒構造体及び前記第2の触媒構造体の配列方向に対して同方向に傾斜し、
    前記第1の触媒構造体及び前記第2の触媒構造体は、前記第1の傾斜面の少なくとも一部及び前記第2の傾斜面の少なくとも一部が互いに接触した状態で、前記配列方向に対して同一の方向に傾斜し、
    各前記触媒構造体の傾斜によって、各前記触媒構造体と前記反応側流路の内面との間のクリアランスが、前記反応側流路内で各前記触媒構造体が傾斜していないときの値よりも減少している
    触媒反応器。
  2. 前記第1の傾斜面は、前記第2の触媒構造体に対向する面の全面に形成され、
    前記第2の傾斜面は、前記第1の触媒構造体に対向する面の全面に形成されている
    請求項1に記載の触媒反応器。
  3. 前記反応側流路の内面には、前記第1の傾斜面の端部或いは前記第2の傾斜面の端部に当接する突出部又は段差部が形成されている請求項1または2に記載の触媒反応器。
  4. 前記配列方向に対する前記第1の傾斜面の傾斜角と前記配列方向に対する前記第2の傾斜面の傾斜角は互いに異なる値を有する請求項1に記載の触媒反応器。
  5. 前記第1の傾斜面は、前記第1の触媒構造体のうちの前記第2の触媒構造体に対向する前記面の一部のみに形成され、
    前記第2の傾斜面は、前記第2の触媒構造体のうちの前記第1の触媒構造体に対向する前記面の一部のみに形成される請求項1に記載の触媒反応器。
JP2017069748A 2017-03-31 2017-03-31 触媒反応器 Active JP6939022B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017069748A JP6939022B2 (ja) 2017-03-31 2017-03-31 触媒反応器
PCT/JP2018/012659 WO2018181434A1 (ja) 2017-03-31 2018-03-28 触媒反応器
EP18775107.8A EP3603796B1 (en) 2017-03-31 2018-03-28 Catalytic reactor
US16/580,420 US11084018B2 (en) 2017-03-31 2019-09-24 Catalytic reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017069748A JP6939022B2 (ja) 2017-03-31 2017-03-31 触媒反応器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018171551A JP2018171551A (ja) 2018-11-08
JP6939022B2 true JP6939022B2 (ja) 2021-09-22

Family

ID=63677287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017069748A Active JP6939022B2 (ja) 2017-03-31 2017-03-31 触媒反応器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11084018B2 (ja)
EP (1) EP3603796B1 (ja)
JP (1) JP6939022B2 (ja)
WO (1) WO2018181434A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4059600A4 (en) * 2019-11-13 2023-07-19 IHI Corporation TEMPLATE FOR INSERTING A FILLING ELEMENT INTO A REACTOR

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2197597B (en) * 1986-06-24 1990-05-09 Dyson Refractories Catalyst bodies
ATE151664T1 (de) * 1990-05-08 1997-05-15 Sulzer Chemtech Ag Katalysatoranordnung in einer kolonne
US5330728A (en) * 1992-11-13 1994-07-19 General Motors Corporation Catalytic converter with angled inlet face
US5792432A (en) * 1994-11-15 1998-08-11 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Catalyst unit and gas purifying apparatus
TW396052B (en) 1997-11-12 2000-07-01 Babcock Hitachi Kk Exhaust emission control catalyst element, catalyst structure, production method thereof, exhaust emission control apparatus and exhaust emission control method using the apparatus
JP2002507481A (ja) * 1998-03-23 2002-03-12 エイビービー ラマス グローバル インコーポレイテッド 固定触媒層反応装置およびそのプロセスと産物
DE19959249A1 (de) * 1999-12-08 2001-07-19 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Modulares Mikroreaktionssystem
JP2002143675A (ja) 2000-09-04 2002-05-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd 反応器並びに該反応器に用いる触媒及びその製造方法
JP2002316020A (ja) * 2001-04-23 2002-10-29 Kurita Water Ind Ltd 高湿度排ガス中のダイオキシン類の除去方法及び除去剤
JP2002316021A (ja) * 2001-04-24 2002-10-29 Sumitomo Metal Ind Ltd 汚染ガス処理装置及びこの装置を用いた浄化装置
JP2003117335A (ja) * 2001-10-10 2003-04-22 Kobe Steel Ltd ハニカム状フィルター収納容器
US7566487B2 (en) * 2004-07-07 2009-07-28 Jonathan Jay Feinstein Reactor with primary and secondary channels
EP1830943A4 (en) * 2004-11-23 2011-01-12 Jonathan J Feinstein REACTOR WITH RADIATION EXPANSION HEATER
WO2011149802A2 (en) * 2010-05-26 2011-12-01 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Mass transfer packing element and method of making the same
CN103118763B (zh) 2010-06-09 2016-08-24 康明公司 用于处理废气的装置和方法
US8932536B2 (en) 2011-05-10 2015-01-13 Zoneflow Reactor Technologies, LLC Reactor packing
JP6408754B2 (ja) 2013-02-06 2018-10-17 株式会社Ihi リアクタ
JP2015204142A (ja) * 2014-04-11 2015-11-16 株式会社ネイブヒート 触媒機能付多孔質発熱体
WO2017033075A2 (en) * 2015-07-31 2017-03-02 Dieselprime Ltd Horizontally inclined trough reactor and uses therefor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3603796A1 (en) 2020-02-05
EP3603796B1 (en) 2024-04-17
JP2018171551A (ja) 2018-11-08
EP3603796A4 (en) 2020-12-23
US20200030770A1 (en) 2020-01-30
US11084018B2 (en) 2021-08-10
WO2018181434A1 (ja) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2954949B1 (en) Reactor
JP5495843B2 (ja) 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント
US10767934B2 (en) Reactor
US10166526B2 (en) Reactor
JP6439326B2 (ja) リアクタ
US20160038904A1 (en) Microchannel Apparatus and Methods of Conducting Unit Operations With Disrupted Flow
JP2008526493A (ja) 高性能マイクロリアクタ
JP6939022B2 (ja) 触媒反応器
WO2014208646A1 (ja) リアクタ
TW201125635A (en) Reactor with channels
JP2005083212A (ja) マイクロポンプ用逆止弁装置およびその製造方法
US10981140B2 (en) Catalytic reactor
JP2014166603A (ja) リアクタ
JP5024674B2 (ja) 水素分離装置
JP2015223582A (ja) リアクタ
US11413598B2 (en) Reactor
JP2020131059A (ja) フィルタ
Harkou et al. CFD Study of the Numbering up of Membrane Microreactors for CO2 Capture. Processes 2021, 9, 1515
US20230130349A1 (en) Heat exchange structure
US20240219129A1 (en) Heat exchange structure
JP2006322641A (ja) 隔板式熱交換器及びその製造方法
WO2015187678A1 (en) Systems and methods for constructing engineered packing for heat exchange
JP4716880B2 (ja) マイクロ流体デバイス
JPWO2020111016A1 (ja) 反応装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210608

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210706

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210803

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210816

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6939022

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151