JPH06345404A - 非平衡反応用プレートフィン型反応器 - Google Patents
非平衡反応用プレートフィン型反応器Info
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Abstract
トさせる非平衡型反応器の提供。 【構成】 反応物質通路2を挟み、一方に熱媒体通路
3、他方に分解生成ガス通路4を積層配置し、入口ヘッ
ダー13から反応物質通路2内に流入したメタノール
は、向流関係にある隣接の熱媒体通路3からの入熱を受
けてフィン6aにコーティングされた触媒により、メタ
ノールの分解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解
反応が促進されてCOとH2とに分解され、COは反応
物質通路2を通って出口ヘッダー14からCOガスとし
て回収され、またH2はメンブレンプレート9の表面に
コーティングされたガス分離膜9及び多孔質材料のセラ
ミックス板8を通って分解生成ガス通路4に入り、出口
ヘッダー15よりH2ガスとして回収される。 【効果】 回収した熱エネルギーを化学反応物質の改
質、分解吸熱反応を利用して化学エネルギーとして熱移
送するシステムに使用できる。
Description
能にする非平衡反応用プレートフィン型反応器に係り、
プレートフィン型熱交換器において、通路内に触媒を充
填した反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置したり、メンブレンプレートあるい
はメンブレンフィンを介して分解生成ガス通路を設ける
ことにより、メンブレンリアクターを形成し、メタノー
ルなどのエネルギー輸送用反応物質を200℃程度の低
温廃熱を用いて、分解反応させて熱回収可能にした非平
衡反応用プレートフィン型反応器に関する。
回収利用するため、あるいはこの廃熱を所要の需要地ま
で熱輸送して有効利用するために、回収した熱エネルギ
ーを化学反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学
エネルギーとして熱移送するシステムの開発が種々進め
られている。
分解が可能であることから、エネルギーの輸送や貯蔵用
の反応物質として適しており、特に、上記の工場や発電
所などで排出された廃熱等を化学エネルギーに変換して
熱移送するシステムに最適な化学反応物質である。すな
わち、メタノールはその分解(改質)反応により効率よ
く熱回収することが可能であり、得られた分解(改質)
ガスを新たなエネルギー源として貯蔵あるいは輸送する
ことができる。
ールの分解(改質)反応には、300℃〜350℃程度
が必要であり、工場や発電所などで排出される150℃
〜250℃程度の低レベルの廃熱を有効利用するために
は反応物質としてメタノールを使用することができな
い。
を低温化させるための触媒として、Ptなどの貴金属系
触媒やCu−Cr系触媒が開発されており、該反応温度
を250℃程度に引き下げることができる。ところが、
上記触媒にて反応温度を引き下げることが可能であって
も、200℃〜250℃程度の低温で十分なメタノール
の分解率を確保でき、分解反応の熱力学的平衡関係を低
温側にシフトさせることができる非平衡型反応器が必要
となる。
反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学エネルギ
ーとして熱移送するシステムに使用できる反応器の提供
を目的とし、メタノール等の化学反応物質の分解(改
質)反応を150℃〜250℃程度の低レベルの廃熱に
より効率よく実施するため、伝熱性にすぐれ、かつ分解
反応の熱力学的平衡関係を低温側にシフトさせることが
できる非平衡型反応器の提供を目的としている。
等の化学反応物質の分解(改質)反応を150℃〜25
0℃程度の低レベルの廃熱により効率よく実施できる反
応器の構成を目的に種々検討した結果、高効率で低温熱
を回収するためにプレートフィン型熱交換器を用いて、
触媒を通路内に充填した反応物質通路に熱媒体通路を積
層し、反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置するか、メンブレンプレートを介し
て分解生成ガス通路を積層配置した構成あるいはメンブ
レンフィンを用いて通路内に分解生成ガス通路を分割配
置することにより、分解反応の熱力学的平衡関係を低温
側にシフトさせた非平衡型反応器が得られることを知見
し、この発明を完成した。
填あるいは通路内のフィン又は/及びプレートに触媒を
コーティングした反応物質通路を挟み、一方に熱媒体通
路、他方にガス分離膜を有するプレートを介して分解生
成ガス通路を積層配置したことを特徴とする非平衡反応
用プレートフィン型反応器である。また、この発明は、
通路内に触媒を充填した反応物質通路と熱媒体通路を積
層配置し、ガス分離膜を有するパイプ状の分解生成ガス
通路を反応物質通路内に配置したことを特徴とする非平
衡反応用プレートフィン型反応器である。また、この発
明は、熱媒体通路と反応用通路を積層配置し、反応用通
路内に配置されたガス分離膜を有するフィンにて隔てら
れた所要方向に流れる2通路を設け、一方を触媒を通路
内に充填あるいは通路内のフィン又は/及びプレートに
触媒をコーティングした反応物質通路となし、他方を分
解生成ガス通路となしたことを特徴とする非平衡反応用
プレートフィン型反応器である。
て、分解生成ガス通路壁あるいはフィンが焼結金属やセ
ラミックス多孔質材料または孔明き材からなり表面にガ
ス分離膜をコーティングしたことを特徴とする非平衡反
応用プレートフィン型反応器を提案する。また、この発
明は、上記の各構成において、反応物質がメタノール、
分解生成ガスが水素、触媒が貴金属系又はCu−Cr
系、ガス分離膜がパラジウム系であることを特徴とする
非平衡反応用プレートフィン型反応器を提案する。
ノールの場合、公知の貴金属系又はCu−Cr系が使用
でき、反応物質や化学反応に応じて適宜選定でき、反応
物質通路に充填するために貴金属系アルミナペレット化
したものなど、その形態も適宜選定でき、さらに、必要
に応じてプレートフィン型反応器の通路を形成するフィ
ンあるいはプレートなどにコーティングすることもでき
る。また、ガス分離膜には、水素ガスの場合はパラジウ
ム系が有効であり、ガス種類に応じて適宜選定でき、焼
結金属またはセラミックスなどの多孔質材料あるいは所
要の小径孔を多数設けた種々材質の孔明き材からなるプ
レートまたはパイプの表裏面(外周、内周面)のいずれ
かの表面あるいは全面にコーティングするとよく、さら
に必要に応じて、例えば、2枚の多孔質材料プレートで
ガス分離膜を挟むように配置した構成を採用することが
できる。
反応器は、触媒を通路内に充填した反応物質通路を挟
み、一方に熱媒体通路、他方に表面にガス分離膜を有す
るメンブレンプレートを介して分解生成ガス通路を積層
配置した構成により、反応物質がメタノールの場合、メ
タノール(CH3OH)が反応物質通路に入ると、熱媒
体通路からの熱を受けかつPtなどの触媒の作用によ
り、平衡関係に左右されず200℃程度で分解反応(C
H3OH→CO+2H2)が進行し、分解反応生成物であ
るCOは反応物質通路を通ってCOガスとして回収さ
れ、また分解反応生成物であるH2は多孔質材料からな
るプレート表面にコーティングされたガス分離膜及び多
孔質材料を通って分解生成ガス通路に入りH2ガスとし
て回収される。かかる反応器は、触媒とメンブレンプレ
ートにより分解反応の熱力学的平衡関係を低温側にシフ
トさせて十分に実行させることが可能になり、高効率で
低温熱を回収することができる。
ン型反応器は、上述のメタノールの分解(改質)反応の
ほか、硫化水素の分解促進、シクロヘキサンの脱水素反
応、ヨウ化水素の分解、エチルベンゼンの脱水素反応等
の種々の反応に適用できる。
2を挟み、一方に熱媒体通路3、他方に分解生成ガス通
路4を積層配置する積層単位となるように、各通路を複
数積層した構成からなる。熱媒体通路3はプレート5,
5間にフィン6を挟みスペーサーバー7にて周囲を閉塞
して通路を形成してあり、反応物質通路2と分解生成ガ
ス通路4も同様構成であるが、反応物質通路2と分解生
成ガス通路4間のプレートには、セラミックス板8から
なり反応物質通路2側にパラジウム系ガス分離膜9を有
するメンブレンプレート10を配置してある。さらに、
反応物質通路2内のフィン6aには触媒を構成するPt
がコーティングしてある。
には熱媒体入口ヘッダー11からの低温廃熱ガスが後述
する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口ヘッ
ダー12より排出される。また、反応物質入口ヘッダー
13から反応物質通路2内に流入したメタノールは、向
流関係にある隣接の熱媒体通路3からの入熱を受けてフ
ィン6aにコーティングされた触媒により、メタノール
の分解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が
促進されてCOとH2とに分解生成され、分解反応生成
物であるCOは反応物質通路2を通ってCOガス出口ヘ
ッダー14からCOガスとして回収され、また分解反応
生成物であるH2はメンブレンプレート9の表面にコー
ティングされたガス分離膜9及び多孔質材料のセラミッ
クス板8を通って分解生成ガス通路4に入り、分解生成
ガス通路4内に分離収集されたH2ガスはH2ガス出口ヘ
ッダー15より回収される。
と反応物質通路2内のメタノール流れが双方に逆向きと
なる、図4のAに示す向流型熱交換器を構成した例を示
したが、この発明によるプレートフィン型反応器は、図
4のBに示すような熱媒体通路の低温廃熱ガス流れと反
応物質通路内のメタノール流れが同方向となる並流型熱
交換器を構成するほか、図4のCに示すような熱媒体通
路の低温廃熱ガス流れと反応物質通路内のメタノール流
れが直交方向となる直交流型熱交換器を構成する等、種
々の構成を採用することができる。
1,21間にフィン22を挟みスペーサーバー23にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路24と反応物
質通路25を交互に積層配置した構成からなり、各反応
物質通路25内には、焼結金属製パイプからなり表面に
パラジウム系ガス分離膜を有するメンブレンパイプにて
形成される分解生成ガス通路26がフィン22aに貫通
させて複数本配置してある。また、各反応物質通路25
内には、図示しないアルミナぺレット表面にPtをコー
ティングした触媒を充填してある。
24には熱媒体入口ヘッダー27からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー28より排出される。また、反応物質入口ヘッ
ダー29から反応物質通路25内に流入したメタノール
は、向流関係にある隣接の熱媒体通路24からの入熱を
受けて、分解生成ガス通路26、すなわちメンブレンパ
イプにコーティングされた触媒により、メタノールの分
解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進
されてCOとH2とに分解生成され、分解反応生成物で
あるCOは反応物質通路25を通ってCOガス出口ヘッ
ダー30からCOガスとして回収され、また分解反応生
成物であるH2はメンブレンパイブ表面にコーティング
されたガス分離膜及び多孔質材料の焼結金属製パイプを
通って分解生成ガス通路26に入り、各分解生成ガス通
路26内に分離収集されたH2ガスはH2ガス出口ヘッダ
ーパイプ31より回収される。
1,41間にフィン42を挟みスペーサーバー44にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路45を反応用
通路46にて挟むように積層配置した構成からなる。反
応用通路46は、プレート41,41間にメンブレンフ
ィン43を挟んで構成されるが、メンブレンフィン43
は小孔を多数穿孔したパンチングメタルからなり、その
表面にパラジウム系ガス分離膜を積層しさらに触媒を構
成するPtがコーティングされたラミネート構造であ
り、触媒側すなわち、図でメンブレンフィン43上面側
が反応物質通路47となり、その反対側が分解生成ガス
通路48となっている。また、下流側の反応用通路46
は熱媒体通路45始端より長く延ばされており、延長部
のプレート41面に小孔を多数穿孔して、反応用通路4
6間の通路幅方向に形成したCOガス出口通路50と反
応物質通路47、H2ガス出口通路51と分解生成ガス
通路48をそれぞれ連通させ、さらにCOガス出口通路
50はCOガス出口ヘッダー52に、H2ガス出口通路
51はH2ガス出口ヘッダー53に連通している。
45には熱媒体入口ヘッダー54からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー55より排出される。反応用通路46内の分解
生成ガス通路48の上流側にある反応物質入口ヘッダー
56に面した部分は閉塞され、反応物質通路47内にの
みメタノールが導入され、向流関係にある隣接の熱媒体
通路45からの入熱を受けて、メンブレンフィン43に
コーティングされた触媒により、メタノールの分解反応
の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進されて
COとH2とに分解生成され、分解反応生成物であるC
Oは反応物質通路47を通ってCOガス出口通路50と
COガス出口ヘッダー52からCOガスとして回収さ
れ、また分解反応生成物であるH2は表面にコーティン
グされたガス分離膜及びパンチングメタルを通って分解
生成ガス通路48に入り、各分解生成ガス通路48内に
分離収集されたH2ガスはH2ガス出口通路51を介して
H2ガス出口ヘッダー53より回収される。
ィン型反応器は、伝熱性にすぐれたプレートフィン型熱
交換器を用いて、通路内に触媒を充填した反応物質通路
内に表面にガス分離膜を有するメンブレンパイプを配置
するか、メンブレンプレートを介して分解生成ガス通路
を設けることにより、メンブレンリアクターを形成し、
メタノールなどのエネルギー輸送用反応物質を150℃
〜250℃程度の低温廃熱を用いて、分解反応の熱力学
的平衡関係を低温側にシフトさせて分解反応させ、高効
率で熱回収し、かつガス分離膜にて分離回収した各分解
ガスを輸送可能にし、回収した熱エネルギーを化学反応
物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学エネルギーと
して熱移送するシステムに使用できる。
ン型反応器の外観を示す斜視説明図であり、Bは通路構
成を示す斜視説明図である。
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Bは通路構成を示す斜視説明図である。
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Bは通路構成を示す斜視説明図である。
ートフィン型反応器の熱交換流体の流れを示す斜視説明
図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 触媒を通路内に充填あるいは通路内のフ
ィン又は/及びプレートに触媒をコーティングした反応
物質通路を挟み、一方に熱媒体通路、他方にガス分離膜
を有するプレートを介して分解生成ガス通路を積層配置
したことを特徴とする非平衡反応用プレートフィン型反
応器。 - 【請求項2】 反応物質通路に隣接する分解生成ガス通
路壁が多孔質材料または孔明き材からなり表面にガス分
離膜をコーティングしたことを特徴とする請求項1に記
載の非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項3】 反応物質がメタノール、分解生成ガスが
水素、触媒が貴金属系又はCu−Cr系、ガス分離膜が
パラジウム系であることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載の非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項4】 通路内に触媒を充填した反応物質通路と
熱媒体通路を積層配置し、ガス分離膜を有するパイプ状
の分解生成ガス通路を反応物質通路内に配置したことを
特徴とする非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項5】 分解生成ガス通路壁が多孔質材料または
孔明き材からなり表面にガス分離膜をコーティングした
ことを特徴とする請求項4に記載の非平衡反応用プレー
トフィン型反応器。 - 【請求項6】 反応物質がメタノール、分解生成ガスが
水素、触媒が貴金属系又はCu−Cr系、ガス分離膜が
パラジウム系であることを特徴とする請求項4または請
求項5に記載の非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項7】 熱媒体通路と反応用通路を積層配置し、
反応用通路内に配置されたガス分離膜を有するフィンに
て隔てられた所要方向に流れる2通路を設け、一方を触
媒を通路内に充填あるいは通路内のフィン又は/及びプ
レートに触媒をコーティングした反応物質通路となし、
他方を分解生成ガス通路となしたことを特徴とする非平
衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項8】 反応用通路を形成するフィンが多孔質材
料または孔明き材からなり、一方表面にガス分離膜、触
媒の順に膜をコーティングしたことを特徴とする請求項
7に記載の非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項9】 反応物質がメタノール、分解生成ガスが
水素、触媒が貴金属系又はCu−Cr系、ガス分離膜が
パラジウム系であることを特徴とする請求項4または請
求項8に記載の非平衡反応用プレートフィン型反応器。
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