KR20180008611A - 리액터 - Google Patents

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다쓰야 오카
히로유키 가마타
시게키 사카쿠라
노부유키 혼마
유스케 다케우치
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Abstract

본 발명의 리액터는, 원료 유체와 열매체 사이의 열교환에 의해, 원료 유체를 반응시켜 생성물을 생성하는 것이며, 원료 유체를 유통시키는 메인 반응 유로와, 메인 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라 열매체를 유통시키는 메인 온도 조절 유로를 가지는 메인 리액터 코어와, 출구 측이 메인 반응 유로의 입구 측에 연통하고 또한 원료 유체를 유통시키는 프리 반응 유로와, 입구 측이 메인 반응 유로의 출구 측에 연통하고 또한 프리 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라 열매체로서의 생성물을 유통시키는 프리 온도 조절 유로를 가지는 프리 리액터 코어를 구비한다.

Description

리액터
본 개시는, 원료 유체(반응 유체)와 열매체 사이의 열교환에 의해, 원료 유체를 반응시켜, 생성물(반응 생성물)을 생성하는 리액터에 관한 것이다.
예를 들면, 수소 제조 프로세스에 사용되는 리액터는, 리액터 코어를 구비하고 있다. 리액터 코어는, 메탄 가스와 스팀을 포함하는 원료 유체를 유통시키는 반응 유로(流路)와, 연소 가스 등의 열매체를 유통시키는 온도 조절 유로(가열 유로)를 구비하고 있다. 전술한 구성에 있어서, 리액터 코어에 원료 유체 및 열매체를 공급하는 것에 의해, 원료 유체가 반응 유로 내를 유통하고, 열매체가 온도 조절 유로 내를 유통한다. 그렇게 하면, 원료 유체와 열매체 사이에서 열교환이 행해지고, 원료 유체를 반응(흡열 반응)시켜, 수소와 일산화탄소를 포함하는 생성물을 생성할 수 있다(비특허문헌 1 참조). 상기 리액터에 관해서는, 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본공표특허 제2006-505387호 공보
「석유 정제 프로세스」석유학회편, 가부시키가이샤 고단샤(Kodansha Ltd.), 제314∼318페이지, 1998년 5월 20일 발행
그런데, 생성물의 온도가 매우 높고, 예를 들면, 생성물의 온도가 메탈 더스팅의 온도 영역(400∼700℃ 정도)인 체류 시간을 짧게 하는 등의 이유에 의해, 리액터의 외측에 있어서 생성물(P)을 급냉할 필요가 있다. 그 때문에, 리액터의 외측에 배치된 ??칭 드럼(열 회수 보일러) 내의 물(냉매)과 생성물 사이의 열교환에 의해, 원료 유체의 일부가 되는 스팀을 부차적으로 생성하면서, 생성물의 열을 회수하고 있다. 한편, ??칭 드럼에 의한 생성물의 열 회수량, 바꾸어 말하면, 리액터의 외측에 있어서의 생성물의 열 회수량이 증가하면, 리액터 측에 공급되는 열매체의 열 에너지(투입 에너지)가 증대되고, 또한 스팀이 잉여로 생성되게 되어, 플랜트 전체의 에너지 효율이 저하된다는 문제가 있다.
그리고, 수소 제조 프로세스에 사용되는 리액터뿐만 아니라, 그 외의 리액터에 있어서도, 전술과 동일한 문제가 생기는 것이다.
그래서, 본 개시는, 플랜트 전체의 에너지 효율을 높이는 데에 유리한 리액터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 태양(態樣)에 관한 리액터는, 원료 유체(반응 유체)와 열매체 사이의 열교환에 의해, 원료 유체를 반응시켜, 생성물(반응 생성물)을 생성하는 리액터로서, 원료 유체를 유통시키는 메인 반응 유로와, 메인 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라 열매체를 유통시키는 메인 온도 조절 유로(가열 유로)를 가지는 메인 리액터 코어와, 출구 측이 메인 반응 유로의 입구 측에 연통하고 또한 원료 유체를 유통시키는 프리(pre) 반응 유로와, 입구 측이 메인 반응 유로의 출구 측에 연통하고 또한 프리 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라 열매체로서의 생성물을 유통시키는 프리(pre) 온도 조절 유로(예열 유로)를 가지는 프리 리액터(pre-reactor) 코어를 포함한다.
그리고, 「입구 측」이란 원료 유체, 생성물, 또는 열매체의 흐름 방향의 입구 측을 말하고, 「출구 측」이란 원료 유체, 생성물, 또는 열매체의 흐름 방향의 입구 측을 말한다.
본 개시의 구성에 의하면, 프리 리액터 코어에 원료 유체를 공급하는 것에 의해, 원료 유체가 프리 반응 유로 내를 경유하여 메인 반응 유로 내를 유통한다. 또한, 메인 리액터 코어에 열매체를 공급하는 것에 의해, 열매체가 메인 온도 조절 유로 내를 메인 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라(예를 들면, 반대 방향 또는 동일 방향을 향해) 유통한다. 그렇게 하면, 원료 유체와 열매체 사이에서 열교환이 행해지고, 원료 유체를 반응 온도까지 올려 반응시키고, 생성물을 생성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 프리 리액터 코어에 공급된 원료 유체가, 프리 반응 유로 내를 유통한다. 또한, 메인 반응 유로로부터 도출된 생성물이, 프리 온도 조절 유로 내를 프리 반응 유로 내의 원료 유체의 흐름 방향을 따라(예를 들면, 반대 방향 또는 동일 방향을 향해) 유통한다. 그렇게 하면, 열매체로서의 생성물과 원료 유체 사이에서 열교환이 행해지고, 프리 리액터 코어 내에 있어서 원료 유체를 예열하고 또한 생성물을 냉각시킬 수 있다.
요컨대, 프리 리액터 코어 내에 있어서 생성물을 냉각할 수 있기 때문에, 리액터에 의해 생성물의 열을 자기 회수할 수 있고, 생성물의 온도를 저하시켜, 리액터의 외측에 있어서의 생성물의 열 회수량이 증가되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시에 의하면, 리액터에 공급되는 열매체의 열 에너지(투입 에너지)를 저감하고, 또한 리액터의 외측에 있어서 스팀을 잉여적으로 생성하는 것을 회피하여, 플랜트 전체의 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은, 본 개시의 일 실시형태에 관한 리액터의 모식적인 정면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II선에 따른 단면도다.
도 3은, 도 1의 III-III선에 따른 단면도다.
도 4는, 도 1의 IV-IV선에 따른 단면도다.
도 5는, 도 1의 V-V선에 따른 확대 단면도다.
도 6은, 도 5의 화살표 부분 VI의 확대도다.
도 7은, 도 1의 VII-VII선에 따른 확대 단면도다.
도 8은, 도 7의 화살표 부분 VIII의 확대도다.
도 9a는, 일 실시형태에 관한 리액터의 블록도다.
도 9b는, 다른 실시형태에 관한 리액터의 블록도다.
도 10a는, 일 실시형태에 관한 리액터의 블록도다.
도 10b는, 다른 실시형태에 관한 리액터의 블록도다.
본 개시된 실시형태 및 다른 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 관한 리액터(1)는, 원료 유체(M)(도 2 참조)와 열매체(HC)(도 3 참조) 사이의 열교환에 의해, 원료 유체(M)를 반응시켜, 생성물(P)(도 2 참조)을 생성하는 것이다. 리액터(1)의 구체적인 구성을 설명하기 전에, 원료 유체(M)의 반응에 대하여 간단히 설명한다.
원료 유체(M)의 반응의 종류로서는, 원료 유체(M)의 가열에 의한 흡열 반응과, 원료 유체(M)의 냉각에 의한 발열 반응이 있다. 전자의 반응(흡열 반응)의 예로서는, 예를 들면, 후기의 화학식(1)로 나타내는 메탄의 스팀 개질 반응, 후기의 화학식(2)로 나타내는 메탄의 드라이 리포밍 반응 등을 들 수 있다.
CH4 + H2O → 3H2 + CO …화학식(1)
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO …화학식(2)
후자의 반응(발열 반응)의 예로서는, 예를 들면, 후기의 화학식(3)으로 나타내는 시프트 반응, 후기의 화학식(4)로 나타내는 메타네이션 반응, 후기의 화학식(5)로 나타내는 피셔-트롭쉬(Fischer tropsch) 합성 반응 등을 들 수 있다.
CO + H2O → CO2 + H2 …화학식(3)
CO + 3H2 → CH4 + H2O …화학식(4)
(2n+1)H2 + nCO → CnH2n +2 + nH2O …화학식(5)
그리고, 원료 유체(M)의 반응은 메탄의 스팀 개질 반응 등에 한정되지 않고, 아세틸화 반응, 부가 반응, 알킬화 반응, 탈(脫)알킬화 반응, 수소탈알킬화 반응, 환원성 알킬화 반응, 아민화 반응, 방향족화 반응, 아릴화 반응, 자열식(自熱式) 개질 반응, 카르보닐화 반응, 탈카르보닐화 반응, 환원성 카르보닐화 반응, 카복실화 반응, 환원성 카복실화 반응, 환원성 커플링 반응, 축합 반응, 분해(크래킹) 반응, 수소분해 반응, 환화 반응, 시클로올리고머화 반응, 탈할로겐화 반응, 이량체화 반응, 에폭시화 반응, 에스테르화 반응, 교환 반응, 할로겐화 반응, 수소 할로겐화 반응, 동족체 형성 반응, 수화(水和) 반응, 탈수 반응, 수소화 반응, 탈수소화 반응, 수소 카복실화 반응, 수소 포르밀화 반응, 수첨분해 반응, 수소금속화 반응, 히드로실릴화 반응, 가수분해 반응, 수소화 처리 반응, 이성체화 반응, 메틸화 반응, 탈메틸화 반응, 치환 반응, 니트로화 반응, 산화 반응, 부분 산화 반응, 중합 반응, 환원 반응, 역수성 가스 시프트 반응, 술폰화 반응, 단쇄 중합 반응, 에스테르 교환 반응, 및 삼량체화 반응이어도 상관없다.
열매체(HC)로서는, 연소 가스 등의 고온 가스, 물, 오일, 냉매 등이 사용되고 있고, 원료 유체(M)의 반응의 종류 및 반응 조건에 따라 적절한 것이 선택된다. 구체적으로는, 예를 들면, 원료 유체(M)의 반응이 메탄의 스팀 개질 반응인 경우에는, 연소 가스 등의 고온 가스가 열매체(HC)로서 사용된다. 원료 유체(M)의 반응이 메탄의 드라이 리포밍 반응인 경우에는, 예를 들면, 고온 가스 등이 열매체(HC)로서 사용된다. 원료 유체(M)의 반응이 시프트 반응인 경우에는, 예를 들면, 오일, 물(수증기를 포함함), 용융염 등이 열매체(HC)로서 선택되고, 원료 유체(M)의 반응이 메타네이션 반응인 경우에는, 예를 들면, 오일, 물(수증기를 포함함), 용융염 등이 열매체(HC)로서 사용된다. 원료 유체(M)의 반응이 피셔-트롭쉬 합성 반응인 경우에는, 예를 들면, 물(수증기를 포함함) 등이 열매체(HC)로서 사용된다.
이하, 리액터(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 또한, 도 2에 있어서는, 메인 촉매 부재 및 프리(pre) 촉매 부재의 도시를 생략하고 있다. 도 3에 있어서는, 메인 핀 및 프리 핀의 도시를 생략하고 있다. 도 5에 있어서는, 일부의 메인 촉매 부재 및 일부의 메인 핀만을 모식적으로 도시하고 있다. 도 7에 있어서는, 일부의 프리 촉매 부재 및 일부의 프리 핀만을 모식적으로 도시하고 있다. 도 9a 및 도 9b에는, 원료 유체의 반응이 흡열 반응인 경우에 있어서의 운전 중의 온도 상태가 일례로서 제시되어 있다. 도 10a 및 도 10b에는, 원료 유체의 반응이 발열 반응인 경우에 있어서의 운전 중의 온도 상태가 일례로서 제시되어 있다.
도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 리액터(1)는, 원료 유체(M)를 반응시켜 생성물(P)을 생성하는 메인 리액터 코어(3)를 포함하고 있다. 메인 리액터 코어(3)는, 복수의 지주(5)를 통하여 적절하게 개소(箇所)에 설치되어 있다. 또한, 메인 리액터 코어(3)는, 원료 유체(M)의 반응장을 형성하기[원료 유체(M)를 반응시킴] 위한 직사각형 판형의 복수(다수)의 메인 반응 구조체(메인 반응 부재)(7)와, 직사각형 판형의 복수(다수)의 메인 온도 조절 구조체(메인 온도 조절 부재)(9)를 포함한다. 메인 반응 구조체(7)와 메인 온도 조절 구조체(9)는, 상하 방향[리액터(1)의 높이 방향(Z방향)]을 따라 교호로 적층된다. 그리고, 각 메인 반응 구조체(7) 및 각 메인 온도 조절 구조체(9)의 구체적인 구성은, 다음과 같다.
도 2부터 도 5에 나타낸 바와 같이, 메인 반응 구조체(7)는, 스테인레스강 등의 철계의 합금, 또는 인코넬 625, 인코넬 617, Haynes alloy 230 등의 니켈 합금(내열합금의 일례)에 의해 구성되어 있다. 또한, 메인 반응 구조체(7)의 편면(상면)에는, 좌측 방향을 향하여 원료 유체(M)를 유통시키는 복수의 메인 반응 유로(11)가 전후 방향[리액터(1)의 안쪽 방향(X방향)]으로 등간격(等間隔)으로 형성되어 있다. 각 메인 반응 유로(11)는, 좌우 방향[리액터(1)의 폭 방향(Y방향)]으로 연장되어 있고, 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 메인 반응 유로(11)의 유로 길이(좌우 방향의 길이)는, 수십cm 정도로 설정되어 있다. 각 메인 반응 유로(11)의 우측 단측(端側)은, 원료 유체(M)의 흐름 방향의 입구 측(도입 측)에 상당한다. 각 메인 반응 유로(11)의 좌측 단측은, 원료 유체(M) 또는 생성물(P)의 흐름 방향의 출구 측(도출 측)에 상당하고, 또한 원료 유체(M)를 도출하도록 개구되어 있다.
여기에서, 각 메인 반응 유로(11)의 단면 형상은 직사각형이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 메인 반응 유로(11)의 폭 치수는, 2∼60㎜로 설정되어 있고, 각 메인 반응 유로(11)의 높이 치수는 1∼10㎜, 바람직하게는, 4∼8㎜로 설정되어 있다.
메인 반응 구조체(7)의 정면(전면)의 우측 단측에는, 원료 유체(M)를 도입하기 위한 원료 도입구(13)가 형성되어 있다. 또한, 메인 반응 구조체(7)의 편면의 우측 단측에는, 원료 도입구(13)와 복수의 메인 반응 유로(11)의 우측 단측(입구 측)을 연락하는 메인 반응 연락 유로(15)가 형성되어 있다. 메인 반응 연락 유로(15)는, 전후 방향으로 연장되어 있다.
그리고, 메인 리액터 코어(3)는, 모식적으로 도시한 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서 메인 반응 구조체(7)의 개수는 수십개이며, 각 메인 반응 구조체(7)에 있어서의 메인 반응 유로(11)의 개수는 수십개다. 또한, 메인 반응 연락 유로(15)의 개수는, 메인 반응 유로(11)의 개수에 따른 개수로 변경해도 상관없다. 또한, 리액터(1)의 운전 중에 있어서의 메인 반응 유로(11) 내의 최대 압력은, 원료 유체(M)의 반응의 종류 및 반응 조건에 따라, 0.0∼20.0MPaG 범위 내의 소정의 압력으로 설정되어 있다.
메인 온도 조절 구조체(9)는, 메인 반응 구조체(7)와 동일한 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 메인 온도 조절 구조체(9)의 편면에는, 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향을 따라[상기 흐름 방향과 반대 방향(대향류 방향)인 우측 방향을 향해) 열매체(HC)를 유통시키는 복수의 메인 온도 조절 유로(가열 유로)(17)가 전후 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 그리고, 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향에 대한 상기 방향은, 엄밀한 방향을 의미할 뿐만 아니라, 본 실시형태의 효과를 얻을 수 있는 것을 조건으로서, 어느 정도의 경사를 허용하는 것이다. 각 메인 온도 조절 유로(17)는, 좌우 방향으로 연장되어 있고, 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 메인 온도 조절 유로(17)의 유로 길이(좌우 방향의 길이)는, 수십cm 정도로 설정되어 있다. 각 메인 온도 조절 유로(17)의 좌측 단측은, 열매체(HC)의 흐름 방향의 입구 측(도입 측)에 상당한다. 메인 온도 조절 유로(17)의 우측 단측은, 열매체(HC)의 흐름 방향의 출구 측(도출 측)에 상당하고, 또한 열매체(HC)를 도출하도록 개구되어 있다.
여기에서, 각 메인 온도 조절 유로(17)의 단면 형상은 직사각형이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 메인 온도 조절 유로(17)의 폭 치수는 2∼60㎜로 설정되어 있고, 각 메인 온도 조절 유로(17)의 높이 치수는 1∼10㎜, 바람직하게는, 4∼8㎜로 설정되어 있다. 또한, 각 메인 온도 조절 유로(17)는, 대응하는 메인 반응 유로(11)에 상하로 대향하고 있다.
메인 온도 조절 구조체(9)의 정면(전면)의 좌측 단측에는, 열매체(HC)를 도입하기 위한 열매 도입구(19)가 형성되어 있다. 또한, 메인 온도 조절 구조체(9)의 편면의 좌측 단측에는, 열매 도입구(19)와 복수의 메인 온도 조절 유로(17)의 좌측 단측(입구 측)을 연락하는 메인 온도 조절 연락 유로(21)가 형성되어 있고, 상기 메인 온도 조절 연락 유로(21)는, 전후 방향으로 연장되어 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 메인 리액터 코어(3)는, 모식적으로 도시한 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 메인 온도 조절 구조체(9)의 개수는 수십개이며, 각 메인 온도 조절 구조체(9)에 있어서의 메인 온도 조절 유로(17)의 개수는 수십개다. 또한, 메인 온도 조절 연락 유로(21)의 개수는, 메인 온도 조절 유로(17)의 개수에 따른 개수로 변경해도 상관없다. 또한, 리액터(1)의 운전 중에 있어서의 메인 온도 조절 유로(17) 내의 최대 압력은, 원료 유체(M)의 반응의 종류 및 반응 조건에 따라, 0.0∼20.0MPaG 범위 내의 소정의 압력으로 설정되어 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 최하부의 메인 온도 조절 구조체(9)는, 최하부의 메인 온도 조절 구조체(9) 이외의 각 메인 온도 조절 구조체(9)보다 두껍게 되어 있다. 최하부의 메인 온도 조절 구조체(9) 이외의 각 메인 온도 조절 구조체(9)는, 메인 반응 구조체(7)와 동일한 형상으로 되어 있다. 또한, 최상부의 메인 온도 조절 구조체(9)에는, 복수의 메인 온도 조절 유로(17)를 덮는 직사각형 판형의 메인 커버 구조체(메인 커버 부재)(23)가 설치되어 있다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 각 메인 반응 유로(11) 내에는, 원료 유체(M)의 반응을 촉진하는 촉매를 담지한 메인 촉매 부재(25)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 각 메인 촉매 부재(25)는, 스테인레스강 등에 의해 구성되고, 또한 좌우 방향으로 연장되어 있고, 각 메인 촉매 부재(25)의 단면은, 일례로서, 파형상을 나타내고 있다. 여기에서, 촉매는, 원료 유체(M)의 반응의 종류에 따라 적절하게 선택되는 것이다. 예를 들면, 원료 유체(M)의 반응이 메탄의 스팀 개질 반응인 경우에는 Ni(니켈), Pt(백금), Ru(루테늄), Rh(로듐), Pd(팔라듐), Co(코발트), 레늄(Re), 이리듐(Ir)의 군으로부터 선택되는 1종 또는 복수 종류의 금속이 촉매로서 사용된다. 그리고, 각 메인 반응 유로(11) 내에 메인 촉매 부재(25)가 착탈 가능하게 설치되는 대신, 각 메인 반응 유로(11) 내에 촉매가 도포(담지의 일례)되도록 해도 상관없다.
각 메인 온도 조절 유로(17) 내에는, 한 쌍의 메인 핀(메인 배플)(27)이 착탈 가능하게 설치되어 있고, 한 쌍의 메인 핀(27)은 상하로 겹쳐져 있다. 또한, 각 메인 핀(27)은, 스테인레스강 등에 의해 구성되고, 또한 좌우 방향으로 연장되어 있고, 각 메인 핀(27)의 단면은, 일례로서 파형상을 나타내고 있다.
도 1 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 메인 리액터 코어(3)의 좌측[리액터(1)의 폭 방향의 일방 측]에는, 원료 유체(M)의 일부를 앞서 반응시키는 프리 리액터 코어(29)가 복수의 지주(31)를 통하여 설치되어 있다. 프리 리액터 코어(29)는, 메인 리액터 코어(3)에 분리 가능하게 일체화(접속)되어 있다. 그리고, 프리 리액터 코어(29)가 메인 리액터 코어(3)에 일체화되는 대신, 메인 리액터 코어(3)에 대하여 격리시켜도 상관없다. 이 경우, 프리 리액터 코어(29)와 메인 리액터 코어(3)를 분리할 때, 프리 반응 유로(37)의 출구 측과 메인 반응 유로(11)의 입구 측을 접속하는 연락 부재를 포함함으로써, 프리 리액터 유로(37)로부터 메인 반응 유로(11)에 원료 유체를 공급한다. 또한, 메인 반응 유로(11)의 출구 측과 프리 온도 조절 유로(43)의 입구 측을 접속하는 연락 부재를 포함함으로써, 메인 반응 유로(11)로부터 프리 온도 조절 유로(43)에 원료 유체를 공급한다.
프리 리액터 코어(29)는, 원료 유체(M)의 반응장을 형성하기 위한 직사각형 판형의 복수(다수)의 프리 반응 구조체(33)와, 직사각형 판형의 복수(다수)의 프리 온도 조절 구조체(35)가 상하 방향을 따라 교호로 적층되어 이루어지는 것이다. 그리고, 각 프리 반응 구조체(33) 및 각 프리 온도 조절 구조체(35)의 구체적인 구성은, 다음과 같이 된다.
도 2부터 도 4, 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 프리 반응 구조체(33)는 메인 반응 구조체(7)와 동일한 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 프리 반응 구조체(33)의 편면(상면)에는, 우측 방향을 향하여 원료 유체(M)를 유통시키는 복수의 프리 반응 유로(37)가 전후 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 각 프리 반응 유로(37)는, 좌우 방향[리액터(1)의 폭 방향]으로 연장되어 있고, 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 프리 반응 유로(37)의 유로 길이(좌우 방향의 길이)는, 수십cm 정도로 설정되어 있다. 각 프리 반응 유로(37)의 좌측 단측은, 원료 유체(M)의 흐름 방향의 입구 측(도입 측)에 상당하고, 또한 원료 유체(M)를 도입하도록 개구되어 있다. 각 프리 반응 유로(37)의 우측 단측은, 원료 유체(M)의 흐름 방향의 출구 측(도출 측)에 상당한다.
여기에서, 각 프리 반응 유로(37)의 단면 형상은 직사각형이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 프리 반응 유로(37)의 폭 치수는 2∼60㎜로 설정되고, 각 프리 반응 유로(37)의 높이 치수는 1∼10㎜, 바람직하게는, 4∼8㎜로 설정되어 있다.
프리 반응 구조체(33)의 정면(전면)의 우측 단측에는, 원료 유체(M)[생성물(P)을 일부 포함함]를 도출하기 위한 원료 도출구(39)가 형성되어 있다. 또한, 프리 반응 구조체(33)의 편면의 우측 단측에는, 복수의 프리 반응 유로(37)의 우측 단측(출구 측)과 원료 도출구(39)를 연락하는 프리 반응 연락 유로(41)가 형성되어 있고, 상기 프리 반응 연락 유로(41)는 전후 방향으로 연장되어 있다.
그리고, 프리 리액터 코어(29)는 모식적으로 도시한 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 프리 반응 구조체(33)의 개수는 수십개이며, 각 프리 반응 구조체(33)에 있어서의 프리 반응 유로(37)의 개수는 수십개다. 또한, 프리 반응 연락 유로(41)의 개수는, 프리 반응 유로(37)의 개수에 따른 개수로 변경해도 상관없다. 또한, 리액터(1)의 운전 중에 있어서의 프리 반응 유로(37) 내의 최대 압력은, 원료 유체(M)의 반응의 종류 및 반응 조건에 따라, 0.0∼20.0MPaG 범위 내의 소정의 압력으로 설정되어 있다.
프리 온도 조절 구조체(35)는, 메인 반응 구조체(7)와 동일한 재료에 의해 구성되어 있다. 또한, 프리 온도 조절 구조체(35)의 편면(상면)에는, 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향의 반대 방향(대향류 방향)인 좌측 방향을 향하여 열매체(HC)로서의 생성물(P)을 유통시키는 복수의 프리 온도 조절 유로(43)가 전후 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 각 프리 온도 조절 유로(43)는, 좌우 방향으로 연장되어 있고, 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 프리 온도 조절 유로(43)의 유로 길이(좌우 방향의 길이)는, 수십cm 정도로 설정되어 있다. 각 프리 온도 조절 유로(43)의 우측 단측은, 열매체(HC)의 흐름 방향의 입구 측(도입 측)에 상당하고, 또한 열매체(HC)로서의 생성물(P)을 도출하도록 개구되어 있다. 각 프리 온도 조절 유로(43)의 좌측 단측은, 열매체(HC)의 흐름 방향의 출구 측(도출 측)에 상당한다. 또한, 각 프리 온도 조절 유로(43)의 입구 측(우측 단측)은, 대응하는 메인 반응 유로(11)의 출구 측(좌측 단측)에 직접 연결(직접적으로 연통)되어 있다. 그리고, 프리 리액터 코어(29)를 메인 리액터 코어(3)에 대하여 격리시켰을 경우에는, 각 프리 온도 조절 유로(43)의 입구 측이 대응하는 메인 반응 유로(11)의 출구 측에 연락 부재(도시하지 않음) 등을 통하여 연통하게 된다.
여기에서, 각 프리 온도 조절 유로(43)의 단면 형상은 직사각형이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 각 프리 온도 조절 유로(43)의 폭 치수는 2∼60㎜로 설정되어 있고, 각 프리 온도 조절 유로의 높이 치수는 1∼10㎜, 바람직하게는, 4∼8㎜로 설정되어 있다. 또한, 각 프리 온도 조절 유로(43)는, 대응하는 프리 반응 유로(37)에 상하로 대향하고 있다.
프리 온도 조절 구조체(35)의 정면(전면)의 좌측 단측에는, 생성물(P)을 도출하기 위한 생성물 도출구(45)가 형성되어 있다. 또한, 프리 온도 조절 구조체(35)의 편면의 좌측 단측에는, 복수의 프리 온도 조절 유로(43)의 좌측 단측(입구 측)과 생성물 도출구(45)를 연락하는 프리 온도 조절 연락 유로(47)가 형성되어 있다. 프리 온도 조절 연락 유로(47)는 전후 방향으로 연장되어 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 프리 리액터 코어(29)는 모식적으로 도시한 것이다. 본 실시형태에 있어서는, 일례로서, 프리 온도 조절 구조체(35)의 개수는 수십개이며, 각 프리 온도 조절 구조체(35)에 있어서의 프리 온도 조절 유로(43)의 개수는 수십개다. 또한, 프리 온도 조절 연락 유로(47)의 개수는, 프리 온도 조절 유로(43)의 개수에 따른 개수로 변경해도 상관없다. 또한, 리액터(1)의 운전 중에 있어서의 프리 온도 조절 유로(43) 내의 최대 압력은, 원료 유체(M)의 반응의 종류 및 반응 조건에 따라, 0.0∼20.0MPaG 범위 내의 소정의 압력으로 설정되어 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 최하부의 프리 온도 조절 구조체(35)는, 최하부의 프리 온도 조절 구조체(35) 이외의 각 프리 온도 조절 구조체(35)보다 두껍게 되어 있다. 최하부의 프리 온도 조절 구조체(35) 이외의 각 프리 온도 조절 구조체(35)는, 프리 반응 구조체(33)와 동일한 형상으로 되어 있다. 또한, 최상부의 프리 온도 조절 구조체(35)에는, 복수의 프리 온도 조절 유로(43)를 덮는 직사각형 판형의 프리 커버 구조체(프리 커버 부재)(49)가 설치되어 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 각 프리 반응 유로(37) 내에는, 원료 유체(M)의 반응을 촉진하는 촉매를 담지한 프리 촉매 부재(51)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 각 프리 촉매 부재(51)는, 메인 촉매 부재(25)와 동일한 재료에 의해 구성되고, 또한 좌우 방향으로 연장되어 있다. 각 프리 촉매 부재(51)의 단면은, 일례로서, 파형상을 보이고 있다. 그리고, 각 프리 반응 유로(37) 내에 프리 촉매 부재(51)가 착탈 가능하게 설치되는 대신, 각 프리 반응 유로(37) 내에 촉매가 도포되도록 해도 상관없다.
각 프리 온도 조절 유로(43) 내에는, 한 쌍의 프리 핀(프리 핀 배플)(53)이 착탈 가능하게 설치되어 있다. 한 쌍의 프리 핀(53)은 상하로 겹쳐져 있다. 또한, 각 프리 핀(53)은 메인 핀(27)과 동일한 재료에 의해 구성되고, 또한 좌우 방향으로 연장되어 있다. 각 프리 핀(53)의 단면은, 일례로서 파형상을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 프리 리액터 코어(29)의 좌측에는, 각 프리 반응 유로(37) 내에 원료 유체(M)를 도입하기 위한 돔형의 제1 원료 도입 챔버(중공형 원료 도입 부재의 일례)(55)가 착탈 가능하게 형성되어 있다. 제1 원료 도입 챔버(55)의 내부는, 각 프리 반응 유로(37)와 연통하고 있다. 또한, 제1 원료 도입 챔버(55)의 중앙부에는, 제1 원료 공급 포트(57)가 설치되어 있다. 제1 원료 공급 포트(57)는, 원료 유체(M)를 공급하는 원료 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
프리 리액터 코어(29)의 정면(전면)의 우측 단측에는, 각 원료 도출구(39)로부터 도출한 원료 유체(M)를 집합하여 배출시키기 위한 상자형의 원료 배출 챔버(중공형 생성물 배출 부재의 일례)(59)가 형성되어 있다. 또한, 원료 배출 챔버(59)는 상하 방향으로 연장되어 있고, 원료 배출 챔버(59)의 내부는, 각 원료 도출구(39)와 연통하고 있다. 또한, 원료 배출 챔버(59)의 중앙부에는, 원료 배출 포트(61)가 설치되어 있다.
메인 리액터 코어(3)의 우측에는, 각 메인 반응 유로(11) 내에 원료 유체(M)를 도입하기 위한 상자형의 메인 원료 도입 챔버(중공형 원료 도입 부재의 일례)(63)가 형성되어 있다. 또한, 제2 원료 도입 챔버(63)는, 상하 방향으로 연장되어 있고, 제2 원료 도입 챔버(63)의 내부는, 각 원료 도입구(13)와 연통하고 있다. 또한, 제2 원료 도입 챔버(63)의 중앙부에는, 제2 원료 공급 포트(65)가 설치되어 있다. 그리고, 원료 배출 포트(61)와 제2 원료 공급 포트(65)의 사이에는, 각 프리 반응 유로(37)의 출구 측과 각 메인 반응 유로(11)의 입구 측을 원료 배출 챔버(59) 및 제2 원료 도입 챔버(63)를 통하여 연락(연통)하는 연락 부재(67)가 설치되어 있다.
프리 리액터 코어(29)의 정면의 우측 단측에는, 각 생성물 도출구(45)로부터 도출한 생성물(P)을 집합하여 배출하기 위한 상자형의 생성물 배출 챔버(중공형 생성물 배출 부재의 일례)(69)가 형성되어 있다. 또한, 생성물 배출 챔버(69)는 상하 방향으로 연장되어 있고, 생성물 배출 챔버(69)의 내부는, 각 생성물 도출구(45)와 연통하고 있다. 또한, 생성물 배출 챔버(69)의 중앙부에는, 생성물 배출 포트(71)가 설치되어 있다. 생성물 배출 포트(71)는, 생성물(P)에 대하여 후처리 등을 행하는 별도의 처리기(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 메인 리액터 코어(3)의 배면(후면)의 좌측 단측에는, 각 열매 도입구(19)에 열매체를 도입하기 위한 상자형의 열매 도입 챔버(중공형 열매 도입 부재의 일례)(73)가 형성되어 있다. 또한, 열매 도입 챔버(73)는 상하 방향으로 연장되어 있고, 상기 열매 도입 챔버(73)의 내부는, 각 메인 온도 조절 유로(17)와 연통하고 있다. 그리고, 열매 도입 챔버(73)의 상부에는, 열매 공급 포트(75)가 설치되어 있다. 열매 공급 포트(75)는, 열매체(HC)를 공급하는 열매 공급원(77)에 공급 배관(79)을 통하여 접속되어 있다. 또한, 공급 배관(79)의 도중에는, 열매 조정 밸브 등의 열매 조정기(81)가 배치되어 있다. 열매 조정기(81)는, 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측의 온도[생성물(P)의 온도]가 목표 온도로 되도록, 각 메인 온도 조절 유로(17)에 공급되는 열매체(HC)의 유량 또는 온도를 조절하는 것이다. 그리고, 생성물(P)이 일산화탄소(CO)를 포함하지 않는 경우에는, 열매 조정기(81)를 생략해도 상관없다.
메인 리액터 코어(3)의 우측에는, 각 메인 온도 조절 유로(17)로부터 도출한 열매체(HC)를 집합하여 배출하기 위한 돔형의 열매 배출 챔버(중공형 열매 배출 부재의 일례)(83)가 착탈 가능하게 형성되어 있다. 열매 배출 챔버(83)의 내부는, 각 메인 온도 조절 유로(17)와 연통하고 있다. 또한, 열매 배출 챔버(83)의 중앙부에는, 열매 배출 포트(85)가 설치되어 있다. 열매 배출 포트(85)는, 열매체(HC)를 회수하는 열매 회수기(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
계속해서, 열교환 스텝과 예열 교환 스텝을 포함하는 본 실시형태에 관한 생성물 생성 방법을 포함하여, 본 실시형태의 작용에 대하여 설명한다. 그리고, 설명의 편의상, 리액터(1)에 의한 원료 유체(M)의 반응을 흡열 반응으로 한다.
열교환 스텝(메인 반응 스텝)
원료 공급원으로부터 제1 원료 공급 포트(57)를 경유하여 제1 원료 도입 챔버(55) 내[프리 리액터 코어(29) 측]에 원료 유체(M)를 공급함으로써, 원료 유체(M)가 각 프리 반응 유로(37) 내에 도입된다. 각 프리 반응 유로(37) 내에 도입된 원료 유체(M)는, 각 프리 반응 유로(37) 내를 지면 우측 방향을 향하여 유통하고, 각 원료 도출구(39)로부터 원료 배출 챔버(59) 내로 도출한다. 계속해서, 원료 배출 챔버(59) 내에 도출된 원료 유체(M)는 원료 배출 포트(61), 연락 부재(67) 및 제2 원료 공급 포트(65)를 경유하여, 제2 원료 도입 챔버(63) 내에 공급된다.
제2 원료 도입 챔버(63) 내에 공급된 원료 유체(M)는, 각 원료 도입구(13)로부터 각 메인 반응 유로(11)에 도입되고, 각 메인 반응 유로(11) 내를 지면 좌측 방향을 향하여 유통한다. 바꾸어 말하면, 제1 원료 도입 챔버(55) 내에 공급된 원료 유체(M)는, 각 프리 반응 유로(37) 내 및 연락 부재(67) 등을 경유하여, 각 메인 반응 유로(11) 내에 도입되고, 각 메인 반응 유로(11) 내를 지면 좌측 방향을 향하여 유통한다. 또한, 열매 공급원(77)[리액터(1)의 외부]로부터 열매 도입 챔버(73) 내[메인 리액터 코어(3) 측]에 열매체(HC)를 공급하는 것에 의해, 열매체(HC)가 각 열매 도입구(19)로부터 각 메인 온도 조절 유로(17)에 도입되고, 각 메인 온도 조절 유로(17) 내를 지면 우측 방향을 향하여 유통한다. 그렇게 하면, 각 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 메인 온도 조절 유로(17) 내의 열매체(HC) 사이에서 열교환이 행해지고, 원료 유체(M)를 가열할 수 있다. 이것에 의해, 각 메인 촉매 부재(25)에 담지된 촉매의 반응 촉진 작용도 더불어, 원료 유체(M)를 반응 온도까지 올려 반응(흡열 반응)시키고, 생성물(P)을 생성하여 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측으로부터 도출할 수 있다. 그리고, 열교환에 기여한 열매체(HC)는, 각 메인 온도 조절 유로(17)의 출구 측으로부터 열매 배출 챔버(83) 내에 도출되어, 열매 배출 포트(85)로부터 리액터(1)의 외측 열매 회수기로 배출된다.
예열 교환 스텝(프리 반응 스텝)
한편, 전술한 바와 같이, 제1 원료 도입 챔버(55) 내에 공급된 원료 유체(M)는, 각 프리 반응 유로(37) 내에 도입되고, 각 프리 반응 유로(37) 내를 지면 우측 방향을 향하여 유통한다. 또한, 각 메인 반응 유로(11)로부터 도출된 생성물(P)은, 각 프리 온도 조절 유로(43)에 도입되고, 각 프리 온도 조절 유로(43) 내를 지면 좌측 방향을 향하여 유통한다. 그렇게 하면, 각 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 프리 온도 조절 유로(43) 내의 열매체(HC)로서의 생성물(P) 사이에서 열교환이 행해지고, 프리 리액터 코어(29) 내에 있어서 원료 유체(M)를 예열하고 또한 생성물(P)을 냉각시킬 수 있다. 이것에 의해, 각 프리 촉매 부재(51)에 담지된 촉매의 반응 촉진 작용도 더불어, 원료 유체(M)의 일부를 앞서 반응시키고, 또한 생성물(P)의 온도를 저하시킬 수 있다.
그리고, 열교환에 기여한 열매체(HC)로서의 생성물(P)은, 각 생성물 도출구(45)로부터 생성물 배출 챔버(69) 내로 도출되고, 생성물 배출 포트(71)로부터 리액터(1) 외측의 별도의 처리기로 배출된다.
여기에서, 리액터(1)의 운전 중의 온도 상태[원료 유체(M), 생성물(P) 및 열매체(HC)의 온도 상태]는, 일례로서 도 9a에 나타낸 바와 같이 된다. 즉, 프리 리액터 코어(29) 내에 있어서, 원료 유체(M)가 열매체(HC)로서의 생성물(P)과의 열교환에 의해 350℃에서 600℃까지 승온된다. 계속해서, 메인 리액터 코어(3) 내에 있어서, 원료 유체(M)가 열매체(HC)와의 열교환에 의해 반응(흡열 반응)하여, 850℃의 생성물(P)이 생성된다. 그리고, 프리 리액터 코어(29) 내의 열부하(소비 열량)는, 리액터(1) 전체의 열부하의 3할에 상당하고, 메인 리액터 코어(3) 내의 열부하는, 리액터(1) 전체의 열부하의 7할에 상당한다.
또한, 각 메인 반응 유로(11) 및 각 메인 온도 조절 유로(17)의 유로 단면 중 적어도 한 변은 몇㎜ 정도로 되어 있고, 각 메인 반응 유로(11) 및 각 메인 온도 조절 유로(17)의 단위부피당의 비표면적이 커지고 있다. 또한, 각 한 쌍의 메인 핀(27)에 의해 각 메인 온도 조절 유로(17) 내에 있어서의 열매체(HC)의 흐름에 난류를 발생시키고, 또한 각 메인 온도 조절 유로(17) 내에 있어서의 전열 면적을 증가시킬 수 있다. 이로써, 각 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 메인 온도 조절 유로(17) 내의 열매체(HC) 사이의 열교환 성능(전열 효율)을 높일 수 있다.
마찬가지로, 각 프리 반응 유로(37) 및 각 프리 온도 조절 유로(43)의 유로 단면 중 적어도 한 변은 몇㎜ 정도로 되어 있고, 각 프리 반응 유로(37) 및 각 프리 온도 조절 유로(43)의 단위부피당 비표면적이 커지고 있다. 또한, 각 한 쌍의 프리 핀(53)에 의해 각 프리 온도 조절 유로(43) 내에 있어서의 열매체(HC)로서의 생성물(P)의 흐름에 난류를 발생시키고, 또한 각 프리 온도 조절 유로(43) 내에 있어서의 전열 면적을 증가시킬 수 있다. 이로써, 각 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 프리 온도 조절 유로(43) 내의 생성물(P) 사이의 열교환 성능을 높일 수 있다.
요컨대, 프리 리액터 코어(29) 내에 있어서 생성물(P)을 냉각할 수 있기 때문에, 리액터(1)에 의해 생성물(P)의 열을 자기 회수할 수 있고, 생성물(P)의 온도를 저하시켜, 리액터(1)의 외측에 있어서의 생성물(P)의 열 회수량이 증가하는 것을 충분히 억제할 수 있다. 특히, 각 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 프리 온도 조절 유로(43) 내의 생성물(P)과의 사이의 열교환 성능을 높일 수 있으므로, 리액터(1)에 의해 생성물(P)의 열을 단시간에 자기 회수할 수 있다.
전술한 작용 이외에, 리액터(1)의 운전 중에, 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측의 온도를 감시하면서, 열매 조정기(81)에 의해 각 메인 온도 조절 유로(17)에 공급되는 열매체(HC)의 유량 또는 온도를 조절한다. 이로써, 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측의 온도[생성물(P)의 온도]를 목표 온도(설정 온도)로 할 수 있다.
또한, 메인 리액터 코어(3)가 프리 리액터 코어(29)에 분리 가능하게 되어 있으므로, 메인 촉매 부재(25)에 담지한 촉매가 열화 등이 된 경우에, 메인 리액터 코어(3)의 좌측으로부터 메인 촉매 부재(25)의 교환을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 프리 핀(53)이 손상 등이 된 경우에, 프리 리액터 코어(29)의 우측으로부터 프리 핀(53)의 교환을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 열매 배출 챔버(83)가 메인 리액터 코어(3)의 우측에 대하여 착탈 가능하므로, 메인 핀(27)이 손상 등이 된 경우에, 메인 리액터 코어(3)의 우측으로부터 메인 핀(27)의 교환을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 제1 원료 도입 챔버(55)가 프리 리액터 코어(29)의 좌측에 대하여 착탈 가능하므로, 프리 촉매 부재(51)에 담지한 촉매가 열화 등이 된 경우에, 프리 리액터 코어(29)의 좌측으로부터 프리 촉매 부재(51)의 교환을 용이하게 행할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 리액터(1)에 의해 생성물(P)의 열을 단시간에 자기 회수하고, 리액터(1)의 외측에 있어서의 생성물(P)의 열 회수량이 증가하는 것을 충분히 억제할 수 있다. 따라서, 메인 리액터 코어(3) 측, 바꾸어 말하면, 리액터(1) 측에 공급되는 열매체(HC)의 열 에너지(투입 에너지)를 저감시키고, 또한 리액터(1)의 외측에 있어서 스팀을 잉여적으로 생성하는 것을 회피하여, 플랜트 전체의 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 각 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)와, 대응하는 프리 온도 조절 유로(43) 내의 열매체(HC)로서의 생성물(P) 사이의 열교환 성능 등을 높일 수 있으므로, 원료 유체(M)의 반응 속도 및 생성물(P)의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측의 온도를 목표 온도로 할 수 있으므로, 생성물(P)이 CO(일산화탄소)를 포함하는 경우라도, 생성물(P)에 의한 상기 별도의 처리기 등의 관련 설비(도시하지 않음)의 메탈 더스팅을 충분히 방지할 수 있다.
또한, 메인 리액터 코어(3)의 좌측으로부터 메인 촉매 부재(25)의 교환 및 프리 리액터 코어(29)의 우측으로부터 프리 핀(53)의 교환 등을 용이하게 행할 수 있으므로, 리액터(1)의 유지보수성을 향상시키킬 수 있다.
그리고, 원료 유체(M)의 반응이 발열 반응인 경우에는, 리액터(1)의 운전 중의 온도 상태는, 일례로서 도 10a에 나타난 바와 같이 된다.
(다른 실시형태)
도 9b에 나타낸 바와 같이, 다른 실시형태에 관한 리액터(1A)의 구성 중, 전술한 실시형태에 관한 리액터(1)(도 1 및 도 9a 등 참조)의 구성과 상이한 점에 대하여 간단히 설명한다.
각 프리 온도 조절 유로(43)의 입구 측이 대응하는 메인 반응 유로(11)의 출구 측에 직접 연결되는 대신, 각 프리 반응 유로(37)의 출구 측(우측 단측)은, 대응하는 메인 반응 유로(11)의 입구 측(좌측 단측)에 직접 연결되어 있다. 또한, 도 1 및 도 9a 등에 나타낸 예에서는, 리액터(1)가 각 프리 반응 유로(37)의 출구 측과 각 메인 반응 유로(11)의 입구 측을 연락하는 연락 부재(67)를 포함하고 있다. 이것 대신에, 도 9b에 나타낸 예에서는, 리액터(1)는, 각 메인 반응 유로(11)의 출구 측과 각 프리 온도 조절 유로(43)의 입구 측을 연락하는 연락 부재(87)를 포함하고 있다. 또한, 리액터(1A)의 운전 중에, 각 메인 반응 유로(11)로부터 도출된 생성물(P)이, 연락 부재(87)를 경유하여 각 프리 온도 조절 유로(43) 내에 도입되게 되어 있다.
그리고, 도 9b에는, 원료 유체(M)의 반응이 발열 반응인 경우에 있어서의 리액터(1A)의 운전 중의 온도 상태를 일례로서 나타내고 있다. 또한, 원료 유체(M)의 반응이 발열 반응인 경우에는, 리액터(1A)의 운전 중의 온도 상태는, 일례로서 도 10b에 나타낸 바와 같이 된다.
그리고, 다른 실시형태에 있어서도, 전술한 실시형태와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 개시는, 전술한 실시형태의 설명에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 다음과 같이 여러가지 태양으로 실시 가능하다. 즉, 프리 리액터 코어(29)의 개수를 하나에서 복수개로 변경해도 상관없다. 메인 온도 조절 유로(17) 내의 열매체(HC)의 흐름 방향을 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향과 반대 방향이 아니라, 동일 방향으로 변경해도 상관없다. 프리 온도 조절 유로(43) 내의 열매체(HC)로서의 생성물(P)의 흐름 방향을 프리 반응 유로(37) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향과 반대 방향이 아니라, 동일 방향으로 변경해도 상관없다. 이하에 메인 온도 조절 유로(17) 내의 열매체(HC)의 흐름 방향을 메인 반응 유로(11) 내의 원료 유체(M)의 흐름 방향으로 하는 경우를 예시한다.
예를 들면, 메인 온도 조절 유로(17)에 생성물의 생성 반응이 발열 반응인 원료 유체(M)를 공급한다. 한편, 메인 반응 유로(11)에 생성물의 생성 반응이 흡열 반응인 원료 유체(HC)를 공급한다. 이 경우, 메인 온도 조절 유로(17)를 원료 유체(M)가 진행함에 따라서 발열 반응이 발생하고, 반응열이 생긴다. 이 반응열을 메인 반응 유로(11)에서 발생시키는 흡열 반응의 열원으로 사용할 수 있다. 이것에 의해, 열의 유용한 이용이 가능하다.
또한, 예를 들면, 메인 반응 유로(11) 내에서 일정 온도에서 원료 유체(M)를 반응시키는 경우로서, 촉매가 실활(失活)하지 않게 입구 온도로 유지하도록, 메인 온도 조절 유로(17)에 원료 유체(HC)로서 냉매를 유통시킨다. 이것에 의해, 촉매가 실활하지 않도록 제열을 하면서 유로 내에서 계속해서 반응시키는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 개시는, 여기서는 기재하지 않은 다양한 실시형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 개시된 기술적 범위는, 전술한 설명으로부터 타당한 특허청구의 범위에 관한 발명 특정 사항에 의해만 정해진다.

Claims (13)

  1. 원료 유체와 열매체 사이의 열교환에 의해, 원료 유체를 반응시켜, 생성물을 생성하는 리액터로서,
    상기 원료 유체를 유통시키는 메인 반응 유로와, 상기 메인 반응 유로 내의 상기 원료 유체의 흐름 방향을 따라 상기 열매체를 유통시키는 메인 온도 조절 유로를 가지는 메인 리액터 코어; 및
    출구 측이 상기 메인 반응 유로의 입구 측에 연통하고 또한 상기 원료 유체를 유통시키는 프리(pre) 반응 유로와, 입구 측이 상기 메인 반응 유로의 출구 측에 연통하고 또한 상기 프리 반응 유로 내의 상기 원료 유체의 흐름 방향을 따라 상기 열매체로서의 생성물을 유통시키는 프리 온도 조절 유로를 가지는 프리 리액터 코어
    를 포함하는 리액터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리 반응 유로의 출구 측과 상기 메인 반응 유로의 입구 측을 접속하는 연락 부재를 더 포함하는 리액터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 반응 유로의 출구 측과 상기 프리 온도 조절 유로의 입구 측을 접속하는 연락 부재를 더 포함하는 리액터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프리 온도 조절 유로의 입구 측은, 상기 메인 반응 유로의 출구 측에 직접 연결되어 있는, 리액터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프리 반응 유로의 출구 측은, 상기 메인 반응 유로의 입구 측에 직접 연결되어 있는, 리액터.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 리액터 코어는,
    상기 메인 반응 유로가 형성된 메인 반응 구조체; 및
    상기 메인 반응 구조체와 교호로 적층되고, 상기 메인 온도 조절 유로가 형성된 메인 온도 조절 구조체를 구비하고,
    상기 프리 리액터 코어는,
    상기 프리 반응 유로가 형성된 프리 반응 구조체; 및
    상기 프리 반응 구조체와 교호로 적층되고, 상기 프리 온도 조절 유로가 형성된 프리 온도 조절 구조체를 구비하는, 리액터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 반응 유로 내 및 상기 프리 반응 유로 내에, 상기 원료 유체의 반응을 촉진하는 촉매가 각각 담지되어 있는, 리액터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 반응 유로 내에, 상기 촉매를 담지한 메인 촉매 부재가 착탈 가능하게 설치되고,
    상기 프리 반응 유로 내에, 상기 촉매를 담지한 프리 촉매 부재가 착탈 가능하게 설치되어 있는, 리액터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 온도 조절 유로 내에, 메인 핀이 착탈 가능하게 설치되고,
    상기 프리 온도 조절 유로 내에, 프리 핀이 착탈 가능하게 설치되어 있는, 리액터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 온도 조절 유로에 공급되는 상기 열매체의 유량 또는 온도를 조절하는 열매 조정기를 더 포함하는 리액터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리 리액터 코어는, 상기 메인 리액터 코어에 분리 가능하게 일체화되어 있는, 리액터.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 온도 조절 유로는, 상기 메인 반응 유로 내의 상기 원료 유체의 흐름 방향과 반대 방향 또는 동일 방향을 향하여 상기 열매체를 유통시키는, 리액터.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리 온도 조절 유로는, 상기 프리 반응 유로 내의 상기 원료 유체의 흐름 방향과 반대 방향 또는 동일 방향을 향하여 상기 열매체로서의 생성물을 유통시키는, 리액터.
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