KR20240035396A - 반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법 - Google Patents

반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡열 반응을 행해도 온도 불균일이 생기기 어렵고, 압력 손실이 작고, 보수 작업이 용이한 레이디얼 플로식의 반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 관한 반응기는, 소위 레이디얼 플로식 반응기이며, 직립해서 배치되는 원통상의 반응 용기와, 상기 반응 용기의 내부에 있어서 화학 반응을 행하는 반응 영역을 갖고, 상기 반응 영역에는, 통전에 의해 발열하는 히터부와, 상기 히터부에 의해 가열 가능하게 배치된 촉매를 갖는 촉매 부재가, 상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있다.

Description

반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법
본 발명은 암모니아 분해 반응 등에 적합한 반응기에 관한 것이다.
암모니아 분해 반응은 반응의 진행과 함께 기체의 분자수가 증가하는 반응이며, 반응 압력이 낮은 쪽에서 평형상 반응은 진행된다. 한편, 압력이 낮을수록 체적 유량은 증가하고 필요한 반응기 용적은 증대함과 함께, 후단의 분리나 정제 공정에 필요한 압력을 고려하면, 일률적으로 저압이면 된다고는 할 수 없다.
예를 들어 메탄올 합성 반응은, 반대로 반응의 진행과 함께 분자수가 감소하는 반응이며, 반응 압력이 높은 쪽이 평형 반응상 유리하다. 이 반응에는, 레이디얼 플로식 반응기를 사용함으로써 통상의 원통형 반응기에 비교해서 낮은 압력 손실로, 냉각관을 적절하게 배치함으로써, 반응기 내의 온도 분포를 최적화함으로써 전화율의 향상을 도모하고 있다.
특허문헌 1에는, 외피와 냉각관으로 구성되는 셸 앤드 튜브식 열 교환기를 포함하는 반응기가 기재되어 있다. 보다 상세하게는, 이 반응기는, 직립 원통과 직립 원통의 상부를 닫는 외부로 볼록한 곡면을 이루는 상부관 판과 직립 원통의 하부를 닫는 외부로 볼록한 곡면을 이루는 하부관 판을 포함하는 외피와, 직립 원통의 대부분의 내주에 면하여 마련된 원통상의 통기성 벽이며 상하단에서 직립 원통에 결합된 것과, 이것과 직립 원통 사이의 외주 공간과 외피 밖을 연통시키는 적어도 하나의 주어진 외주 개구와 직립 원통의 중심에 배치된 중심관이며 상단은 닫혀 있고, 통기성 원통벽에 대략 대응하는 범위에 다수의 구멍이 주어져서 통기성으로 되어, 하단은 하부관 판 및 후기 하측 헤더 커버를 관통하여 외피 밖으로 하단 개구로 개구되어 있는 것과, 상하 양단이 각각 상부관 판과 하부관 판에 결합되어 외피 밖으로 연통하여 개구하는 다수의 냉각관을 갖고, 촉매는 적어도 통기성 내벽의 통기성 부위에 대응하여 외피의 내부에 충전되어 있다.
특허문헌 2에는, 직립해서 배치되는 통 형상의 반응 용기 내에, 입상 충전물의 연속된 충전층을 수용하는 영역인 충전 영역과, 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 충전 영역의 외측과 내측에 각각 배치된, 유체가 축 방향으로 유통 가능한 외측 유로 및 내측 유로를 포함하고, 충전 영역과 외측 유로 사이에서 유체가 유통 가능하고, 또한 충전 영역과 내측 유로 사이에서 유체가 유통 가능하게 구성된 반응기가 기재되어 있다. 이 반응기는 충전 영역의 내측 테두리와의 사이에 입상 충전물이 통과 가능한 간극을 갖고 충전 영역을 축 방향으로 구획하는 칸막이판과, 외측 유로에 있어서의 축 방향의 유체의 유통을 차단하는 폐색부를 포함하는 외측 칸막이 구조, 및 충전 영역의 외측 테두리와의 사이에 입상 충전물이 통과 가능한 간극을 갖고 충전 영역을 축 방향으로 구획하는 칸막이판과, 내측 유로에 있어서의 축 방향의 유체의 유통을 차단하는 폐색부를 포함하는 내측 칸막이 구조 중 적어도 1개의 칸막이 구조를 포함한다. 이러한 반응기는, 비특허문헌 1에 기재된 바와 같이, MRF-Z(등록상표) 반응기로서 실용화되어 있다.
한편, 특허문헌 3에는, 피처리 유체의 화학 반응을 촉진시키는 촉매를 사용한 촉매 반응 시스템이 기재되어 있다. 이 촉매 반응 시스템에서는, 상기 피처리 유체가 흐르는 챔버와, 상기 피처리 유체와 접촉 가능하게 상기 챔버 내에 배치되는 촉매 부재와, 상기 촉매 부재에 전력을 공급하는 제어 장치를 포함하고, 상기 촉매 부재는, 상기 피처리 유체의 흐름 방향을 따라 다단으로 배치된 복수의 촉매체를 갖고, 상기 각 촉매체는, 통전에 의해 발열하는 히터부와, 상기 히터부의 표면에 배치된 촉매 물질을 담지한 담체를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 각 촉매체의 온도를 서로 독립적으로 제어한다.
일본특허공개 평4-180827호 공보 일본특허공개 2011-206648호 공보 일본특허공개 2015-98408호 공보
https://www.toyo-eng.com/jp/ja/products/petrochmical/ methanol/
암모니아 분해 반응에 있어서도, 특허문헌 1 내지 2와 같은 레이디얼 플로식 반응기를 사용함으로써 통상의 원통형 반응기 등의 촉매 충전층보다 압력 손실을 낮추고, 입열량을 제어함으로써 반응기 내의 반응을 최적화할 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 메탄올 합성 반응과는 반대로, 흐름을 안에서 밖으로 유통시킴으로써, 반응기를 유통함에 따라 유속이 감소하고, 동압이 감소함으로써 분해 반응이 평형상 유리하게 작용하는 것도 생각된다.
그러나, 특허문헌 1 내지 2의 반응기를 사용해서 암모니아 분해 반응을 행할 때에는, 암모니아의 분해 반응이 흡열 반응인 점에서, 외부의 가열로나 열 교환기에서 암모니아를 가열한 다음에 공급할 필요가 있었다. 그래도, 반응기 내의 유체의 흐름에 따라서는 온도 불균일이 생겨서, 효율이 저하하는 경우가 있었다. 또한, 반응기 내의 유체의 흐름을 제어할 수 있었다 하더라도, 상류측과 하류측에서 온도차가 발생하는 점에서, 반응기 내 전체의 반응 온도를 제어하고자 하면, 장소에 따라서는 과잉으로 가열하게 되어, 촉매의 열화를 빠르게 하는 결과가 된다. 특허문헌 3의 반응기이면, 반응기 내의 상류측과 하류측에서 다른 온도로 제어하는 것은 가능하지만, 촉매층의 압력 손실이 크고, 또한 촉매층마다 필요한 전선이나 온도 센서가 반응기 측면에 배치됨으로써 이들 교환 등의 보수 작업이 곤란해질 것이 예상되며, 특히 대형화는 곤란하다고 생각되었다.
그래서, 본 발명은, 흡열 반응을 행해도 온도 불균일이 생기기 어렵고, 압력 손실이 작고, 보수 작업이 용이한 레이디얼 플로식의 반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법을 제공할 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 직립해서 배치되는 원통상의 반응 용기와,
상기 반응 용기의 내부에 있어서 화학 반응을 행하는 반응 영역
을 갖고,
상기 반응 영역에는, 통전에 의해 발열하는 히터부와, 상기 히터부에 의해 가열 가능하게 배치된 촉매를 갖는 촉매 부재가, 상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있고,
상기 반응 용기는,
상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 상기 반응 영역보다 외측에 형성된, 상기 반응 용기의 외부와 연통하고 있는 외측 유로와,
상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 상기 반응 영역보다 중앙측에 형성된, 상기 반응 용기의 외부와 연통하고 있는 중앙측 유로와,
상기 반응 영역과 상기 외측 유로를 구획함과 함께, 유체가 유통 가능한 외측 유로벽과,
상기 반응 영역과 상기 중앙측 유로를 구획함과 함께, 유체가 유통 가능한 중앙측 유로벽
을 갖는,
반응기이다.
또한, 본 발명은, 상기한 반응기를 사용하여, 암모니아의 분해 반응에 의한 암모니아 분해 혼합물을 제조하는 방법으로서,
상기 암모니아를 상기 중앙측 유로로부터 도입하는 공정과,
상기 히터부에 통전해서 상기 촉매를 가열하는 공정과,
상기 반응 영역에서 상기 암모니아의 분해 반응을 행하여, 암모니아 분해 혼합물을 생성시키는 공정과,
상기 암모니아 분해 혼합물을 상기 외측 유로로부터 배출하는 공정
을 갖는,
암모니아 분해 혼합물의 제조 방법이다.
본 발명에 따르면, 흡열 반응을 행해도 온도 불균일이 생기기 어렵고, 압력 손실이 작고, 보수 작업이 용이한 레이디얼 플로식의 반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 반응기의 구성예를 나타내는 모식적 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 반응기의 구성예를 나타내는 모식적 횡단면도이다.
도 3은 외측 유로벽 또는 중앙측 유로벽의 표면 구조를 도시하는 모식도이며, (a)에서는 표면에 구멍이 형성되어 있고, (b)에서는 표면에 슬릿이 형성되어 있다.
도 4는 촉매 담지 와이어의 구성예를 나타내는 모식적인 사시도이다.
도 5는 촉매 담지 와이어를 사용한 촉매 부재의 구성예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
본 발명에 관한 반응기의 구성예를 도 1(종단면도) 및 도 2(횡단면도)에 나타낸다. 본 발명에 관한 반응기(1)는, 소위 레이디얼 플로식 반응기이며, 직립해서 배치되는 적어도 중앙부가 원통상의 반응 용기(2)와, 반응 용기(2)의 내부에 있어서 화학 반응을 행하는 반응 영역(10)을 갖고 있다. 반응 용기(2)의 내부에는, 원통상의 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서, 반응 영역(10)보다 외측에 형성된 외측 유로(20)와, 반응 영역(10)보다 중앙측에 형성된 중앙측 유로(30)가 형성되어 있다.
반응 영역(10)과 외측 유로(20)의 경계에는, 외측 유로벽(22)이 배치되어 있다. 즉, 외측 유로벽(22)이 반응 영역(10)과 외측 유로(20)를 구획하고 있고, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 외측 유로벽(22)의 외측의 영역이 외측 유로(20)가 된다. 외측 유로벽(22)에는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 외측 유로벽(22)의 표리면을 관통하는, 유체가 유통 가능한 구멍(23) 또는 슬릿(24)이 형성되어 있고, 반응 영역(10)으로부터 외측 유로(20)으로, 또는 외측 유로(20)로부터 반응 영역(10)으로, 유체가 유통 가능하게 되어 있다.
외측 유로벽(22)은, 예를 들어 원통상을 이루고 있고, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있다. 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 외측 유로벽(22)의 하부는 반응 용기(2)의 하부와 접속되어 있고, 외측 유로벽(22)의 상부는 원반상의 상 플레이트(12)의 외연과 접속되어 있다. 외측 유로벽(22)에 의해 구획되는 외측 유로(20)는, 원통상의 반응 용기(2) 내의 외연에 형성되는 점에서, 「아우터 셸」 또는 「아우터 바스켓」이라고 불리는 경우도 있다. 그리고, 외측 유로벽(22)의 외측에 형성된 외측 유로(20)는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 반응 용기(2)의 상부에 형성된 외측 유로용 연통로(21)를 통해서, 반응 용기(2)의 외부와 연통하고 있다.
반응 영역(10)과 중앙측 유로(30)의 경계에는, 중앙측 유로벽(32)이 배치되어 있다. 즉, 중앙측 유로벽(32)이 반응 영역(10)과 중앙측 유로(30)를 구획하고 있고, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 중앙측 유로벽(32)의 중앙측(내측)의 영역이 중앙측 유로(30)가 된다. 중앙측 유로벽(32)에는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 중앙측 유로벽(32)의 표리면을 관통하는, 유체가 유통 가능한 구멍(33) 또는 슬릿(34)이 형성되어 있고, 반응 영역(10)으로부터 중앙측 유로(30)로, 또는 중앙측 유로(30)로부터 반응 영역(10)으로, 유체가 유통 가능하게 되어 있다.
중앙측 유로벽(32)은, 예를 들어 파이프상을 이루고 있고, 반응 용기(2)의 중심축을 따라 배치되어 있다. 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 중앙측 유로벽(32)의 상부는 닫혀 있고, 중앙측 유로벽(32)의 하부는 반응 용기(2)를 뚫고 있다. 중앙측 유로벽(32)에 의해 구획되는 중앙측 유로(30)는, 원통상의 반응 용기(2) 내의 중앙부에 파이프상으로 형성되는 점에서, 「센터 파이프」라고 불리는 경우도 있다. 그리고, 중앙측 유로벽(32)의 중앙측(내측)에 형성된 중앙측 유로(30)는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 반응 용기(2)의 하부를 뚫고 있는 파이프상의 중앙측 유로벽(32)의 하단인 중앙측 유로용 연통로(31)를 통해서, 반응 용기(2)의 외부와 연통하고 있다.
이상과 같은 반응기(1)이면, 반응 용기(2)에 도입된 유체(반응 원료)가, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 반경 방향으로 흐르는 것으로, 반응 영역(10)에 있어서 반응 원료의 적어도 일부를 반응시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 중앙측 유로용 연통로(31)로부터 반응 용기(2) 내로 공급된 유체(반응 원료)는, 중앙측 유로(30)를 흐르고, 중앙측 유로벽(32)을 통과하여, 반응 영역(10)에 도입된다. 그리고, 유체(반응 원료)의 적어도 일부가 반응 영역(10)에서 반응한 후, 유체(반응 혼합물)는 외측 유로벽(22)을 통과하여, 외측 유로(20)를 흘러, 외측 유로용 연통로(21)로부터 외부로 배출된다. 혹은, 외측 유로용 연통로(21)로부터 반응 용기(2) 내로 공급된 유체(반응 원료)는, 외측 유로(20)를 흘러, 외측 유로벽(22)을 통과하여, 반응 영역(10)에 도입된다. 그리고, 유체(반응 원료)의 적어도 일부가 반응 영역(10)에서 반응한 후, 유체(반응 혼합물)는 중앙측 유로벽(32)을 통과하여, 중앙측 유로(30)를 흘러, 중앙측 유로용 연통로(31)로부터 외부로 배출된다.
반응 영역(10)에는, 통상 반응 원료를 반응시키는 촉매가 배치된다. 일반적인 레이디얼 플로식 반응기에서는, 반응 영역(10)에 입상의 촉매가 충전되는 경우가 많다. 그러나, 예를 들어 흡열 반응을 행하는 경우에는, 반응의 진행과 함께 온도가 낮아져버리는 점에서, 반응 영역(10)의 온도를 유지할 필요가 있다. 지금까지는, 반응 원료를 도입하기 전에 가열로나 열 교환기에서 가열하는 방법이나, 반응 영역(10)에 튜브형의 배관을 통해서, 그 배관 내에 열 매체를 흘려서 반응 영역(10)을 가열하는 방법이 채용되고 있지만, 반응 영역(10) 내에 온도 불균일이 생기기 쉬워, 효율이 저하되어버리는 경우가 있었다. 또한, 유체가 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 반경 방향으로 흐르면서 반응이 진행되는 점에서, 반응 영역(10)의 반경 방향의 위치에 따라 반응 원료의 농도가 다르고, 최적의 온도가 다른 경우도 있다. 또한, 일반적으로는 가열원으로서 증기나 연소 배기 가스 등의 열 매체를 사용하지만, 이들은 주로 화석 연료의 연소에 의해 발생하기 때문에 이산화탄소를 배출한다. 전기로 열 매체를 발생시키는 경우도 있지만, 간접적인 가열이 되기 때문에 효율은 낮다.
그래서, 본 발명의 반응기(1)의 반응 영역(10)에는, 통전에 의해 발열하는 히터부에 의해 촉매를 가열하는 것이 가능한 촉매 부재(11)가, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있다. 이와 같이 함으로써, 히터부에 통전시킴으로써 촉매를 직접 가열할 수 있기 때문에, 반응 개시나 반응 정지가 빨라서, 온도 불균일이 생기기 어려워, 종래의 촉매 충전층 반응기에 비하여 압력 손실이 작고, 또한 반응에 최적의 온도 분포를 부여할 수 있다. 촉매 부재(11)는 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되는 점에서, 통 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 통 형상의 촉매 부재(11)는, 반응 영역(1)의 바닥에 직접, 또는 저부에 설치된 바닥 플레이트(13) 상에 배치할 수 있다. 또한, 가열원의 전기를 재생 가능 에너지 유래의 전력을 사용함으로써, 이산화탄소 발생을 억제할 수 있다.
촉매 부재(11)로서는, 통전에 의해 발열하는 히터부와, 히터부에 의해 가열 가능하게 배치된 촉매를 갖는 것이면 되지만, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 히터부로서의 와이어상의 전열선(41)과, 전열선(41)의 표면에 배치된, 촉매를 함유하는 촉매층(42)을 갖는 촉매 담지 와이어(40)에 의해 형성할 수 있다. 와이어상의 전열선(41)은, 1개의 와이어를 포함하는 것이어도 되고, 복수개의 와이어를 묶은 것이어도 된다. 촉매층(42)은, 예를 들어 담체와, 담체에 담지된 촉매를 가질 수 있다.
히터부(예를 들어 전열선(41))를 구성하는 재료로서는, 통전에 의해 소정의 온도에 자기 발열 가능한 전기적 특성을 갖는 재료가 적합하고, 예를 들어 구리, 마그네슘, 칼슘, 니켈, 코발트, 바나듐, 니오븀, 크롬, 티타늄, 알루미늄, 실리콘, 몰리브덴, 텅스텐 및 철의 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 그 합금에서 선택된다.
담체로서는, 촉매를 담지하는 것이 가능한 재료로부터 적절히 선택하면 되지만, 예를 들어 산화규소(SiO2, 실리카), 산화알루미늄(Al2O3, 알루미나), 산화티타늄(TiO2, 티타니아), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화세슘(Cs2O), 산화 프라세오디뮴(Pr6O11), 산화란탄(La2O3), 활성탄 등을 들 수 있어, 이들을 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 그 중에서도, 알루미나가 바람직하고, γ-알루미나가 제작상 보다 바람직하다.
담체에 담지시키는 촉매는, 반응 영역(10)에서 행하는 반응의 진행을 촉진하는 촉매를 적절히 선택하면 되지만, 예를 들어 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 금(Au) 등을 들 수 있고, 이들을 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 그 중에서도, 루테늄 또는 니켈이 바람직하다.
촉매 담지 와이어(40)를 사용한 통 형상의 촉매 부재(11)는, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 촉매 담지 와이어(40)를 나선상 또는 메쉬상(복수의 나선상)으로 감아서 전체로서 도넛 형상으로 하고, 그것을 다단계로 쌓아 올리고, 각각의 촉매 담지 와이어(40)의 단부(40a)를 접속함으로써, 형성할 수 있다. 촉매 담지 와이어(40)를 나선상 또는 메쉬상으로 감으면서, 전체적으로도 나선상 또는 메쉬상으로 감아 올리는 것으로, 통 형상의 촉매 부재(11)로 해도 된다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 반응 영역(10)에는, 복수의 촉매 부재(11(11a, 11b, 11c))가, 반응 용기(2)의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있어도 된다. 그리고, 그 복수의 촉매 부재(11(11a, 11b, 11c))로의 통전량을 독립적으로 제어 가능하게 함으로써, 반응 영역(10)의 반경 방향의 위치에 따라, 각각의 촉매를 최적인 온도로 제어하는 것도 가능해진다. 반응 영역(10)에 배치되는 촉매 부재(11)의 수는, 1 내지 6이 바람직하고, 2 내지 4가 보다 바람직하다. 그리고, 촉매 부재(11)에 통전하기 위한 전선(도시하지 않음)이나, 촉매 부재(11)의 온도를 검지하는 온도 센서(도시하지 않음)를, 반응기(1)의 저부 또는 정상부에 집중적으로 배치함으로써, 촉매 부재, 전선 및 온도 센서의 점검이나 교환이 용이해진다.
본 발명의 반응기(1)에서 행하는 반응으로서는, 예를 들어 암모니아의 분해 반응, 탄화수소의 수증기 개질 반응, 메탄올의 분해 반응, 유기 하이드라이드의 탈수소 반응 등, 가스상의 흡열 분해 반응, 특히 수소를 제조하는 반응을 들 수 있다. 그 중에서도, 암모니아의 분해 반응에 적합하다. 이들 반응은 흡열 반응이며, 온도 불균일이 적은 가열 및 온도 컨트롤이 매우 중요한 점에서, 본 발명의 반응기(1)를 사용하는 것이 적합하다.
여기서, 본 발명의 반응기(1)를 사용한 암모니아 분해 반응(암모니아 분해 혼합물의 제조)의 실시 형태에 대해서 설명한다. 암모니아 분해 반응은, 루테늄 또는 니켈 촉매의 존재 하, 이하의 반응식으로 진행한다.
2NH3→N2+3H2
이 반응은 흡열 반응인 점에서, 효율적으로 반응을 진행시키기 위해서는 온도 불균일이 적은 가열 및 온도 컨트롤이 매우 중요하다. 또한, 반응의 진행과 함께 기체의 분자수가 증가하는 반응이다.
그러한 관점에서, 본 발명의 반응기(1)를 사용해서 암모니아의 분해 반응을 행할 때에 있어서는, 암모니아를 중앙측 유로(30)로부터 도입하고, 암모니아 분해 혼합물을 외측 유로(20)로 배출하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 반응 영역(10)의 중앙측으로부터 외측을 향해서 반응 원료가 이동하기 때문에, 반응이 진행됨에 따라서 유속이 감소하고 동압이 감소함으로써 반응 평형상 유리해진다고 생각된다.
보다 구체적으로는, 먼저 반응 원료인 암모니아를 중앙측 유로용 연통로(31)로부터 중앙측 유로(30)에 도입한다. 중앙측 유로(30)에 도입된 암모니아는, 중앙측 유로(30) 내를 흘러, 중앙측 유로(30)로부터 중앙측 유로벽(32)를 통과해서 반응 영역(10)에 도입된다. 반응 영역(10)에 설치된 촉매 부재(11)의 촉매는, 촉매 부재(11)의 히터부를 통전하는 것으로써 가열된다. 이와 같이 함으로써, 반응 영역(10)에 도입된 암모니아의 분해 반응이 일어나서, 암모니아 분해 혼합물이 생성된다. 반응 영역(10)에서 생성한 암모니아 분해 혼합물은, 반응 영역(10)으로부터 외측 유로벽(22)을 통과해서 외측 유로(20)로 배출되고, 외측 유로(20) 내를 흘러, 외측 유로용 연통로(21)로부터 외부로 배출된다.
촉매 부재(11)의 히터부의 온도는, 암모니아의 농도나 촉매의 종류 등에 따라 설정하면 되지만, 350 내지 700℃인 것이 바람직하고, 400 내지 650℃인 것이 보다 바람직하다. 반응 영역(10)의 압력은, 암모니아의 농도나 촉매의 종류 등에 따라 설정하면 되지만, 0 내지 0.9MPaG인 것이 바람직하다.
1: 반응기
2: 반응 용기
10: 반응 영역
11: 촉매 부재
12: 상 플레이트
13: 바닥 플레이트
20: 외측 유로
21: 외측 유로용 연통로
22: 외측 유로벽
23: 구멍
24: 슬릿
30: 중앙측 유로
31: 중앙측 유로용 연통로
32: 중앙측 유로벽
33: 구멍
34: 슬릿
40: 촉매 담지 와이어
40a: 단부
41: 전열선
42: 촉매층

Claims (14)

  1. 직립해서 배치되는 원통상의 반응 용기와,
    상기 반응 용기의 내부에 있어서 화학 반응을 행하는 반응 영역
    을 갖고,
    상기 반응 영역에는, 통전에 의해 발열하는 히터부와, 상기 히터부에 의해 가열 가능하게 배치된 촉매를 갖는 촉매 부재가, 상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되고 있고,
    상기 반응 용기는,
    상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 상기 반응 영역보다 외측에 형성된, 상기 반응 용기의 외부와 연통하고 있는 외측 유로와,
    상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 상기 반응 영역보다 중앙측에 형성된, 상기 반응 용기의 외부와 연통하고 있는 중앙측 유로와,
    상기 반응 영역과 상기 외측 유로를 구획함과 함께, 유체가 유통 가능한 외측 유로벽과,
    상기 반응 영역과 상기 중앙측 유로를 구획함과 함께, 유체가 유통 가능한 중앙측 유로벽
    을 갖는,
    반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 부재는,
    상기 히터부로서의 와이어상의 전열선과, 상기 전열선의 표면에 배치된, 상기 촉매를 함유하는 촉매층을 갖는 촉매 담지 와이어
    에 의해 형성되어 있는, 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 촉매 담지 와이어는, 나선상 또는 메쉬상으로 감겨져 있는, 반응기.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 촉매층은 담체와, 상기 담체에 담지된 촉매를 갖는, 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 담체는, γ알루미나인, 반응기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매는, 루테늄 또는 니켈인, 반응기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 영역에는, 상기 촉매 부재의 복수가, 상기 반응 용기의 축 방향에 수직한 단면에 있어서 동심원상으로 배치되어 있는, 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촉매 부재의 복수로의 통전량은, 독립적으로 제어 가능한, 반응기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 유로벽에는, 상기 유체가 유통 가능한 구멍 또는 슬릿이 형성되어 있는, 반응기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙측 유로벽에는, 상기 유체가 유통 가능한 구멍 또는 슬릿이 형성되어 있는, 반응기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    암모니아의 분해 반응을 행하기 위한 반응기인, 반응기.
  12. 제11항에 기재된 반응기를 사용하여, 암모니아의 분해 반응에 의한 암모니아 분해 혼합물을 제조하는 방법으로서,
    상기 암모니아를 상기 중앙측 유로로부터 상기 반응 영역에 도입하는 공정과,
    상기 히터부에 통전해서 상기 촉매를 가열하는 공정과,
    상기 반응 영역에서 상기 암모니아의 분해 반응을 행하고, 암모니아 분해 혼합물을 생성시키는 공정과,
    상기 암모니아 분해 혼합물을 상기 반응 영역으로부터 상기 외측 유로에 배출하는 공정
    을 갖는,
    암모니아 분해 혼합물의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 히터부의 온도는 350 내지 700℃인, 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 반응 영역의 압력은 0 내지 0.9MPaG인, 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법.
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