WO2011033737A1 - 触媒反応器 - Google Patents

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WO2011033737A1
WO2011033737A1 PCT/JP2010/005458 JP2010005458W WO2011033737A1 WO 2011033737 A1 WO2011033737 A1 WO 2011033737A1 JP 2010005458 W JP2010005458 W JP 2010005458W WO 2011033737 A1 WO2011033737 A1 WO 2011033737A1
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channel
passage
catalyst
reactor
catalytic reactor
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PCT/JP2010/005458
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French (fr)
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辻井潤一
樫直樹
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住友精密工業株式会社
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Definitions

  • the technology disclosed herein generally relates to catalytic reactors.
  • Patent Document 1 discloses a catalytic reactor suitable as a reactor for performing a Fischer-Tropsch reaction (hereinafter also referred to as FT reaction) in a GTL (Gas To To Liquids) process for synthesizing liquid fuel from a raw material gas.
  • FT reaction is an exothermic reaction that occurs at a high temperature of about 200 ° C. in the presence of a catalyst.
  • the catalytic reactor has the same structure as a so-called plate fin type heat exchanger, in which tube plates and corrugated fins are alternately laminated in order to increase the heat exchange efficiency and the reaction efficiency. Yes.
  • a catalyst structure is inserted in each minute flow path partitioned by corrugated fins.
  • the catalyst structure has a three-layer structure in which three plates having a corrugated cross section are stacked with a flat plate interposed therebetween.
  • the internal pressure of the catalyst reactor is relatively high, and the high internal pressure causes the tube plates to receive a force in a direction in which the opposite tube plates are separated from each other.
  • the thickness of the tube plate must be increased, or the thickness of the corrugated fin that can function as a strength member between the pair of tube plates must be increased. This leads to an increase in size and weight of the catalytic reactor.
  • the inventors of the present application paid attention to making the cross-sectional shape of the microchannel of the catalytic reactor vertically long.
  • the vertically long shape reduces the corrugated fin spacing, which reduces the area of the tube plate that receives internal pressure (that is, shortens the distance), so it is easy to counter high internal pressure by suppressing deformation of the tube plate.
  • making the cross-sectional shape of the micro flow path of the catalyst reactor vertically long can reduce the thickness of the tube plate and the corrugated fin, thereby reducing the size and weight of the catalyst reactor.
  • the cross-sectional shape of the microchannel is a vertically long shape
  • a multilayered catalyst structure as disclosed in the above document is inserted into the microchannel
  • the heat exchange efficiency is high.
  • the inventors of the present application have noticed that a new problem of lowering occurs. The reason is considered as follows. That is, when the cross-sectional shape of the flow path is made vertically long, the distance from the center position in the cross-sectional surface of the flow path to the primary heat transfer surface (that is, the tube plate) is relatively long. This means that heat transfer in the microchannel is difficult, which is disadvantageous in terms of heat exchange efficiency.
  • the multi-layered catalyst structure disclosed in the above document tends to hinder the movement of fluid in the flow path, particularly in the direction perpendicular to the flow direction. That is, in the catalyst structure, a plate and a flat plate having a corrugated cross section are overlapped, and a large number of closed spaces are arranged in parallel in the cross section. This configuration is advantageous in terms of increasing the catalyst area. Since each closed space is not open to the tube plate and corrugated fin, the fluid flowing in each closed space moves in a direction perpendicular to the flow direction. To regulate.
  • the technology disclosed here realizes a catalytic reactor that achieves miniaturization and weight reduction while improving heat exchange efficiency to prevent a reduction in reaction efficiency.
  • the inventors of the present invention combine the channel cross-sectional shape of a square shape or a vertically long shape with the catalyst carrier having a single layer structure and a corrugated plate shape, A reduction in size and weight and a reduction in the reaction efficiency of the catalytic reactor are both achieved.
  • the catalyst reactor disclosed herein includes a pair of partition plates arranged in parallel at a predetermined interval so as to form a passage through which a fluid flows, and a plurality of channels arranged in parallel in the passage.
  • At least one of the partition plates is such that a surface opposite to the surface defining the passage is in contact with a temperature medium having a temperature range different from that in the passage so that heat exchange can be performed, thereby performing primary heat transfer.
  • the channel member that constitutes a surface and is joined to the partition plate constitutes a secondary heat transfer surface.
  • each channel is configured such that the aspect ratio (W / H) of the width W to the height H corresponding to the parallel arrangement direction of the partition plates is 1 or less. It has a layered structure and includes a corrugated base and a catalyst layer formed on the surface of the base.
  • the primary heat transfer surface means a heat transfer surface that is interposed between the passage through which the fluid flows and the temperature medium, and directly exchanges heat between them, that is, a partition plate.
  • the secondary heat transfer surface is indirectly related to the heat exchange between the passage through which the fluid flows and the temperature medium by being joined to the partition plate and transferring heat (for example, heat conduction) to the partition plate. It refers to the heat transfer surface, that is, the channel member.
  • the channel means a flow path that is partitioned by a channel member in the passage and through which the fluid flows.
  • the channel formed in the passage is configured to have an aspect ratio (width W / height H) of 1 or smaller, so that the channel has a square shape or a vertically long shape and does not have a horizontally long shape.
  • vertical corresponds to the juxtaposed direction of the partition plates
  • horizontal corresponds to the juxtaposed direction of the channels orthogonal to “vertical”.
  • the catalyst carrier inserted in each channel has a single-layer structure and a corrugated plate shape.
  • the single-layer structure here means that, for example, a plurality of members having different shapes are not laminated and configured, but a single member is formed.
  • a single plate-like member configured to include a plurality of layers made of different materials can be included in the single-layer structure referred to herein.
  • a single-layered and corrugated substrate is disposed over the entire cross section of the channel when inserted into the channel, and is divided into a partition plate (that is, primary heat transfer surface) and a channel member (that is, A plurality of open spaces are formed open to the secondary heat transfer surface (that is, closed spaces are not formed).
  • the catalyst carrier having a single layer structure and a corrugated plate does not hinder the movement of the fluid in the channel, particularly the movement of the fluid in the direction orthogonal to the flow direction.
  • the channel has a square or vertically long shape, so that the distance from the center of the cross section of the channel to the primary heat transfer surface is relatively long, but the movement of the fluid in the direction perpendicular to the flow direction in the channel is By being good, the heat transfer is not hindered, the heat exchange efficiency is prevented from being lowered, or the heat exchange efficiency is improved.
  • the corrugated catalyst carrier is effective in increasing the catalyst area and increasing the catalytic reaction efficiency in each channel.
  • this catalytic reactor can prevent a reduction in reaction efficiency while achieving a reduction in size and weight.
  • the width W of each channel may be 3 to 7 mm. If the width W of each channel is too large, the pitch of the channel members increases, making it difficult to reduce the thickness of the partition plate and channel members described above. From this viewpoint, the upper limit value of the width W is preferably 7 mm. The upper limit may be 5 mm. On the other hand, if the width W of each channel is too small, it becomes difficult to insert a catalyst carrier into each channel, which may cause inconvenience in the production of the catalyst reactor. In this respect, the lower limit value of the width W is preferably 3 mm.
  • the height H of each channel may be 7 to 20 mm. If the height H of each channel is too high, the length of the channel member that can be arranged between a pair of partition plates and can also function as a strength member becomes long, and it is necessary to increase the thickness to ensure its rigidity. Occurs. From this viewpoint, the upper limit of the height H is preferably 20 mm. The upper limit value may be 10 mm. On the other hand, if the height H of each channel is too small, it becomes difficult to insert the catalyst support in the channel, which may cause inconvenience in the production of the catalyst reactor. From this viewpoint, the lower limit of the height H is preferably 7 mm.
  • a plurality of the partition plates are arranged side by side at a predetermined interval, thereby partitioning adjacent passages so that the plurality of passages are stacked, and the plurality of passages are alternately arranged.
  • the channel member includes a first passage through which a first fluid flows and a second passage through which a second fluid flows, and the channel member defines each channel in each of the first and second passages.
  • the catalyst carrier is configured as a catalyst reaction passage by being inserted into each channel in at least one of the first and second passages, and each of the catalyst reaction passages
  • the cross section of the channel may have an aspect ratio (W / H) of 1 or less.
  • the base of the catalyst carrier may have a corrugated shape that reciprocates between a pair of channel members facing in the width direction of the channel.
  • the waveform may be, for example, a triangular wave, a sine wave, or a rectangular wave, for example.
  • each channel has a square shape or a vertically long shape and is relatively short in the lateral direction. Therefore, the lateral length of each closed space formed by the channel member is relatively short. Become. This facilitates heat transfer because the fluid is more likely to flow toward the channel member.
  • the base of the catalyst carrier may be in contact with at least one of the partition plate and the channel member.
  • the substrate of the catalyst carrier can be fixed so as not to move in the channel.
  • the base of the catalyst carrier is in contact with both of a pair of opposing wall surfaces among the four wall surfaces that define the channel.
  • the channel member may be a corrugated plate.
  • the configuration in which the first and second passages are stacked has the same configuration as the plate fin type heat exchanger having corrugated fins, so that the manufacturing cost of the catalytic reactor is reduced.
  • the catalytic reactor can reduce the thickness and weight of the catalytic reactor because the section plate and channel member can be thinned by making the cross-sectional shape of each channel square or vertically long.
  • the substrate of the catalyst carrier inserted into each channel into a single layer structure and corrugated, the movement of fluid in the channel is not hindered, and the heat exchange efficiency of the catalyst reactor, and consequently Reaction efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of a catalytic reactor.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing a modification of the catalyst carrier.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view showing a modification of the catalyst carrier.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modification of the catalyst carrier.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an exemplary catalytic reactor 1.
  • the catalytic reactor 1 is a reactor used in a GTL process for synthesizing a liquid fuel from a raw material gas (for example, an accompanying gas).
  • a raw material gas for example, an accompanying gas
  • the GTL process will be briefly described.
  • FT reactor Fischer-Tropsch reactor
  • the catalytic reactor 1 can be used for both the steam reforming reactor and the FT reactor.
  • the catalytic reactor 1 includes a plurality of tube plates 2 and a plurality of corrugated fins 3, and has the same configuration as a so-called plate fin type heat exchanger. Specifically, each tube plate 2 has a flat plate shape, and the plurality of tube plates 2 are arranged so as to be parallel to each other at a predetermined interval. In FIG. 1, only three tube plates 2 are shown, but more tube plates 2 may be arranged in parallel. The number of tube plates 2 may be set as appropriate.
  • each tube plate 2 functions as a primary heat transfer surface that transfers heat between the first passage 4 and the second passage 5.
  • each corrugated fin 3 has a so-called plane shape in which the cross-section has a waveform and the ridges extend in a straight line so that a plurality of ridges are arranged in parallel at equal intervals.
  • a perforated corrugated fin in which through holes are formed in a predetermined pattern may be employed for the plain corrugated fin 3.
  • Each corrugated fin 3 is disposed between adjacent tube plates 2 so as to contact the tube plate 2.
  • Each corrugated fin 3 is joined to the tube plate 2 adjacent thereto by, for example, brazing.
  • the first passage 4 and the second passage 5 are each partitioned by the corrugated fins 3 so that the plurality of channels 31 are arranged in parallel, and the corrugated fins 3 function as secondary heat transfer surfaces.
  • the corrugated fins 3 are disposed in the first passage 4 so that the fluid flows in a direction orthogonal to the paper surface, whereas in the second passage 5, the fluid flows in the horizontal direction on the paper surface.
  • Corrugated fins 3 are disposed so as to flow in the direction.
  • the illustrated catalytic reactor 1 is configured in a so-called cross-flow type. The configuration of the catalytic reactor 1 is not limited to this.
  • the corrugated fin 3 is arranged so that the fluid flows in the left and right direction on the paper surface. Also good.
  • a side bar (not shown) is disposed at the peripheral edge between adjacent tube plates 2.
  • the catalytic reactor 1 is provided with an introduction portion for introducing the first fluid and the second fluid into the first passage 4 and the second passage 5, respectively, and the first passage 4 and the second fluid.
  • a lead-out portion for leading the fluid from the passage 5 is provided.
  • a catalyst carrier 7 extending along the channel 31 is inserted in each channel 31 in the first passage 4, whereby the first passage 4 A catalytic reaction passage of the catalytic reactor 1 is configured.
  • the catalyst carrier 7 includes a base 71 and a catalyst layer formed on the surface of the base 71.
  • illustration of the catalyst layer is omitted.
  • the base 71 has triangular cross-sections and troughs arranged alternately so that the cross-sectional shape thereof is formed in a waveform like a triangular wave.
  • the base 71 is of a so-called plain type in which each peak and valley extend straight along the channel 31.
  • the base body 71 has a single-layer structure constituted by one member. However, by making the cross section corrugated, the entire cross section of each channel 31 is substantially uniform over the entire area. And a sufficient catalyst area can be secured.
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 for example, as shown in FIG. 2A, arc-shaped peaks and valleys are alternately arranged so that the cross-sectional shape thereof has a waveform similar to a sine wave.
  • rectangular crests and troughs may be alternately arranged so that the cross-sectional shape thereof has a waveform like a rectangular wave.
  • the base may be a perforated type in which through holes are formed in a predetermined pattern with respect to the plain type base 71.
  • the base may be a herringbone type in which the crests and troughs extend while meandering along the channel 31, respectively, and the cuts are arranged at predetermined intervals so as to divide the crests and troughs.
  • You may comprise a base
  • the channel 31 is partitioned into a plurality of spaces. It is an open space that opens laterally toward the wall surface of the corrugated fin 3 (that is, the secondary heat transfer surface).
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 is in contact with the corrugated fin 3 as shown in FIG. In this figure, the base 71 is not in contact with the tube plate 2, but the base 71 may be in contact with the tube plate 2.
  • the base 71 is preferably in contact with at least one of the corrugated fins 3 and the tube plate 2 from the viewpoint of heat transfer.
  • the base 71 bringing the base 71 into contact with the corrugated fins 3 and / or the tube plate 2 has an effect that the base 71 can be stably disposed in the channel 31. From the viewpoint of this stable arrangement, it is preferable that the base body 71 is in contact with each of a pair of laterally facing wall surfaces of the corrugated fin 3.
  • a catalyst carrier is also inserted in each channel 31 in the second passage 5.
  • the configuration of the catalyst carrier may be the same as that of the catalyst carrier 7 in the first passage 4.
  • the catalytic reactor 1 when used as a steam reforming reactor, a raw material gas mainly composed of methane and steam are introduced into the first passage 4 as a catalytic reaction passage as the first fluid. Similarly, a fuel such as methane or hydrogen is introduced into the second passage, which is also a catalytic reaction passage, as the second fluid.
  • the substrate of the catalyst carrier may be made of a material that forms an adhesive surface coating of aluminum oxide when heated, such as aluminum-containing ferritic steel or iron containing chromium, aluminum, and yttrium.
  • the preferred catalyst in the first passage is a rhodium or platinum / rhodium catalyst
  • the preferred catalyst in the second passage is a palladium catalyst. Since the steam reforming reaction is performed at a temperature exceeding 750 ° C., the catalytic reactor 1 may be formed of, for example, a high-temperature iron / nickel / chromium alloy or a similar material.
  • this catalytic reactor 1 when used as an FT reactor, a mixed gas that undergoes Fischer-Tropsch synthesis is introduced as the first fluid into the first passage 4 that is the catalytic reaction passage, A cooling fluid is introduced into the passage 5 as the second fluid.
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 may be made of alloy steel such as aluminum-containing ferritic steel that forms an adhesive surface coating of aluminum oxide when heated.
  • a preferred catalyst also includes a ⁇ -alumina coating. This coating has a promoter such as cobalt, e.g. ruthenium, platinum, or gadolinium, and a basic promoter, e.g. lanthanum oxide. Since the FT reaction is performed at a temperature of about 200 ° C., the catalytic reactor 1 may be formed of, for example, an aluminum alloy, stainless steel, a high nickel alloy, or another steel alloy.
  • the aspect ratio (W / H), which is the ratio of the height H and the width W of each channel 31, is set to 1 or more.
  • the height H is a height corresponding to the stacking direction of the tube plates 2 and corresponds to the interval between the tube plates 2 as shown in FIG.
  • the width W corresponds to the distance between a pair of opposing wall surfaces in the corrugated fin 3, as shown in FIG. That is, each channel 31 of the first and second passages 4 and 5 has a square cross section in which the height H and the width W are equal to each other, or a vertically long shape in which the height H is greater than the width W. It has a cross section.
  • the width W may be, for example, 3 to 7 mm, more preferably 3 to 5 mm.
  • the upper limit value of the width W may be set.
  • the catalyst carrier 7 since the catalyst carrier 7 is inserted into the channel 31, it is difficult to insert the catalyst carrier 7 if the width W is too narrow. Therefore, the lower limit of the width W from the viewpoint of productivity. Can be set.
  • the height H may be set to, for example, 7 to 20 mm, and more preferably 7 to 10 mm.
  • the height H corresponds to the distance between the tube plates 2 and 2, and this corresponds to the height of the ridges of the corrugated fins 3. Since the corrugated fin 3 functions as a strength member between the tube plates 2 and 2, the upper limit value of the height H may be set from the viewpoint of the strength of the corrugated fin 3. Moreover, what is necessary is just to set the lower limit of the height H from a viewpoint of productivity similarly to the above.
  • the cross-sectional shape of the channel 31 is a square or a vertically long shape, and is not a horizontally long shape. This reduces the area of the tube plate 2 receiving the internal pressure in the first or second passages 4 and 5 (that is, shortens the distance) by relatively narrowing the pitch of the corrugated fins 3. For this reason, even if the tube plate 2 is thinned, it becomes possible to suppress the bending deformation and to counter the internal pressure, and accordingly, the corrugated fin 3 can also be thinned. This is advantageous in reducing the size and weight of the catalytic reactor 1.
  • the fact that the cross section of the channel 31 has a vertically long shape means that the distance from the center position of the cross section to the tube plate 2 that is the primary heat transfer surface is longer than in the case of the horizontally long shape. Means that. This leads to a decrease in heat exchange efficiency, which in turn reduces the reaction efficiency of the catalytic reactor 1.
  • the catalyst carrier disposed in each channel 31 has a multilayer structure including a large number of closed spaces, as disclosed in, for example, the above-mentioned International Publication No. 2006/0779848
  • the fluid flowing in the channel 31 is inhibited from flowing, particularly in the direction perpendicular to the flow direction, and the heat exchange efficiency is further reduced.
  • the catalyst carrier 7 (that is, the base 71) has a single-layer structure having a corrugated cross section. Does not form, thereby preventing fluid flow in the channel 31.
  • the cross section of the channel 31 has a vertically long shape that is disadvantageous in terms of heat exchange efficiency, the heat exchange efficiency is prevented from being lowered, or the heat exchange efficiency is improved and the reaction efficiency is prevented from being lowered.
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 has a corrugated shape that reciprocates sideways, so that a large number of open spaces that open laterally are formed in the channel 31. Since the cross section of 31 has a vertically long shape, the lateral length of each open space is relatively short. This is advantageous in increasing the heat exchange efficiency by accelerating the fluid moving laterally and reaching the secondary heat transfer surface.
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 is in contact with the corrugated fins 3, heat transfer can occur between the catalyst carrier 7 and the corrugated fins 3.
  • the heat exchange efficiency of the reactor 1 is improved.
  • the catalyst carrier 7 and the tube plate 2 are brought into contact with each other, heat transfer can occur between the catalyst carrier 7 and the tube plate 2. 3 and the tube plate 2 are preferably in contact with each other.
  • the catalyst carrier 7 and the corrugated fin 3 or the catalyst carrier 7 The tube plate 2 may be joined (for example, brazed) to each other.
  • the catalyst carrier 7 and the corrugated fin 3 and the catalyst carrier 7 and the tube plate 2 are not joined, there is an advantage that the catalyst carrier 7 can be easily replaced.
  • the base 71 of the catalyst carrier 7 is brought into contact with the corrugated fin 3, in particular, as shown in FIG. 1, by making contact with each of a pair of lateral walls of the corrugated fin 3 that define the channel 31. Can be stably disposed in the channel 31.
  • the corrugated base 71 is configured to be elastically deformable in a direction in which the wave shape is crushed (corresponding to being configured to be elastically deformable in the vertical direction in the example of FIG. 1).
  • the base 71 may be inserted into the channel 31 while being elastically compressed. By doing so, the base 71 comes into contact with the upward or downward wall surface of the tube plate 2 and the corrugated fin 3 by the elastic restoring force and presses them downward and upward, and the placement stability of the base 71 is further increased. Can rise.
  • the catalyst carrier 7 (that is, the base 71) is shaped like a corrugated plate that reciprocates horizontally.
  • a corrugated plate that reciprocates in the direction may be used.
  • an open space opened upward or downward is formed in the tube plate 2 or the corrugated fin 3, so that the fluid flow is not hindered.
  • the base 72 may also be formed in a waveform similar to a sine wave, but not in a waveform like a triangular wave as shown in FIG. It may be formed. Further, the base body 72 is in contact with the tube plate 2 and the corrugated fins 3 (that is, the wall surfaces of the corrugated fins 3 upward or downward).
  • the base body 72 may abut against a lateral wall surface of the corrugated fin 3. Further, when it is arranged in the channel 31 so as to be elastically deformable in the direction in which the wave shape is crushed (corresponding to being elastically deformable in the left-right direction in the example of FIG. 3), You may make it contact
  • the catalytic reactor 1 uses the corrugated fins 3 to divide the first and second passages 4 and 5 into a plurality of channels 31.
  • the present invention is not limited to this, and for example, illustration is omitted.
  • a plurality of channels may be partitioned by arranging a plurality of square pipes in the first and second passages 4 and 5.
  • the cross-sectional shapes of the channels 31 in the first passage 4 and the second passage 5 are the same, but the cross-section of the channel 31 is the same between the first passage 4 and the second passage 5.
  • the shapes may be different from each other. That is, the cross-sectional shape and the like of the channel 31 may be individually optimized according to the required performance of the first passage 4 and the required performance of the second passage 5.
  • the catalyst reactor 1 is configured by laminating the first passage 4 and the second passage 5, although not shown, the second passage 5 is omitted and the catalyst reaction passage (that is, You may make it attach a cooling device, a heating apparatus, etc. to the surface on the opposite side to the surface by the side of a channel
  • a cooling device, a heating device, or the like may be attached to one of the pair of tube plates 2 that define the catalyst reaction passage, or a cooling device, a heating device, or the like may be attached to both of them.
  • the fluid in the catalyst reaction passage is cooled or heated by the cooling device or the heating device, and the catalyst reaction in the catalyst reaction passage is promoted.
  • the catalytic reactor disclosed herein can be reduced in size and weight while preventing a reduction in reaction efficiency, a steam reforming reactor and an FT reactor, particularly in the GTL process. Useful as.
  • Catalytic reactor 1
  • Tube plate 2
  • Corrugated fin channel member, corrugated plate
  • channels 4
  • First passage 2
  • Second passage 7
  • Catalyst carrier 71
  • Base 72 Base

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Abstract

　触媒反応器は、流体が流れる通路を形成するように所定間隔を空けて並設される一対の区画平板と、通路内で区画平板に接合されて各チャンネルを区画するチャンネル部材と、各チャンネルに内挿されかつ、チャンネルに沿って延びる触媒坦持体と、を備える。一対の区画平板の内の少なくとも一つは、通路内とは温度帯の異なる温度媒体に対し熱交換可能に接することによって、一次伝熱面を構成する。各チャンネルの横断面は、高さＨに対する幅Ｗのアスペクト比（Ｗ／Ｈ）が１以下に構成され、各触媒坦持体は、単層構造でかつ波板状の基体と、基体表面に形成された触媒層とを含んで構成される。

Description

触媒反応器
　ここに開示する技術は、広くは、触媒反応器に関する。
　例えば特許文献１は、原料ガスから液体燃料を合成するＧＴＬ（Gas To Liquids）プロセスにおいて、特にフィッシャートロプシュ（Fischer-Tropsch)反応（以下、ＦＴ反応ともいう）を行う反応器として好適な触媒反応器を開示している。ＦＴ反応は、触媒存在下で、２００℃程度の高温で起こる発熱反応である。前記の触媒反応器は、熱交換効率を高めて反応効率を高めるべく、チューブプレートとコルゲートフィンとを交互に積層して構成された、いわゆるプレートフィン型熱交換器と同様の構造を有している。具体的にこの触媒反応器は、コルゲートフィンによって区画される微小な流路の一つ一つに、触媒構造体を内挿して配置している。ここで、触媒構造体は、横断面波形の３枚の板を、その間に平板を挟んで積層した３層構造を有している。
国際公開第２００６／０７９８４８号
　ところで、前記の触媒反応器は内圧が比較的高くなり、この高い内圧によって、チューブプレートは、相対するチューブプレート同士を互いに引き離す方向の力を受ける。この内圧に対抗するには、チューブプレートの肉厚を分厚くしたり、一対のチューブプレート間で強度部材として機能し得るコルゲートフィンの肉厚を分厚くしたりしなければならない。このことは、触媒反応器の大型化及び重量化を招く。
　そこで、本願発明者らは、触媒反応器の微小流路の横断面形状を、縦長にすることに着目した。縦長形状はコルゲートフィンの間隔を狭くし、そのことがチューブプレートにおいて内圧を受ける面積を縮小（つまり、距離を短く）することから、チューブプレートのたわみ変形等を抑制して高い内圧に対抗し易くなる。従って、触媒反応器の微小流路の横断面形状を縦長にすることは、チューブプレート及びコルゲートフィンの肉厚を薄くして、触媒反応器を小型化及び軽量化し得る。
　しかしながら、微小流路の横断面形状を縦長形状にした場合、前記の文献に開示されているような多層構造の触媒構造体を、その微小流路内に内挿したのでは、熱交換効率が低下してしまうという新たな問題が生じることに、本願発明者らは気づいた。その理由は、次のように考えられる。つまり、流路の横断面形状を縦長にしたときには、流路横断面における中心位置から、一次伝熱面（つまり、チューブプレート）までの距離が相対的に長くなってしまう。このことは、微小流路内での熱移動がし難くなることを意味し、熱交換効率の点で不利である。一方で、前記の文献に開示されている多層構造の触媒構造体は、流路内における、特に流れ方向に直交する方向の流体の移動を妨げ易い。つまり、前記の触媒構造体は、横断面波形の板と平板とを重ねていることで、その横断面においては、多数の閉空間が並設されることになる。この構成は、触媒面積の拡大の点では有利であるもの、各閉空間は、チューブプレートやコルゲートフィンに対し開放されないため、各閉空間内を流れる流体が流れ方向に直交する方向に移動することを規制する。この一次伝熱面までの距離が長くなることと、流れ方向に直交する方向の流体の移動を妨げることとの、２つの要因が組み合わされる結果、各流路内の中心付近に熱がこもって、触媒反応器の熱交換効率が低下し、それによって反応効率が低下してしまうのである。
　ここに開示する技術は、小型化及び軽量化を達成しつつも、熱交換効率を高めて反応効率の低下を防止した触媒反応器を実現する。
　そのために、本願発明者らは、チャンネルの横断面形状を正方形状乃至縦長形状にすることと、触媒坦持体を単層構造かつ波板状にすることとを組み合わせることで、触媒反応器の小型化及び軽量化と、触媒反応器の反応効率の低下防止とを両立させるようにした。
　具体的に、ここに開示する触媒反応器は、流体が流れる通路を形成するように所定間隔を空けて並設される一対の区画平板と、前記通路内で複数のチャンネルが並設されるように、前記通路内で前記区画平板に接合されて前記各チャンネルを区画するチャンネル部材と、前記各チャンネルに内挿されかつ、当該チャンネルに沿って延びる触媒坦持体と、を備え、前記一対の区画平板の内の少なくとも一つは、前記通路を区画する側の面とは逆側の面が、前記通路内とは温度帯の異なる温度媒体に対し熱交換可能に接することによって、一次伝熱面を構成し、前記区画平板に接合される前記チャンネル部材は、二次伝熱面を構成する。
　そして、前記各チャンネルの横断面は、前記区画平板の並設方向に対応する高さＨに対する幅Ｗのアスペクト比（Ｗ／Ｈ）が１以下に構成され、前記各触媒坦持体は、単層構造でかつ波板状の基体と、当該基体表面に形成された触媒層とを含んで構成されている。
　ここで、一次伝熱面は、流体が流れる通路と温度媒体との間に介在して、両者間での熱交換を直接的に行う伝熱面、つまり区画平板を意味する。二次伝熱面は、区画平板に接合されかつこの区画平板に対し伝熱（例えば熱伝導）することで、流体が流れる通路と温度媒体との間の熱交換に対して間接的に関与する伝熱面、つまりチャンネル部材を意味する。また、チャンネルとは、ここにおいては、通路内においてチャンネル部材によって区画され、それぞれが、流体が流れる流路を意味する。
　通路内に形成されるチャンネルが、そのアスペクト比（幅Ｗ／高さＨ）が１、又は、それよりも小さく構成されることで、チャンネルは正方形状乃至縦長形状となり、横長形状にはならない。ここで、「縦」は区画平板の並設方向に対応し、「横」は、「縦」に直交するチャンネルの並設方向に対応する。チャンネルが正方形状乃至縦長形状になることは、チャンネル部材のピッチを比較的小さくして、内圧を受ける区画平板の距離（この距離はチャンネル部材のピッチに相当する）を短くする。従って、区画平板の肉厚を薄くしても通路内の高い内圧に対抗し得ると共に、チャンネル部材の肉厚も薄くし得る。このことは、触媒反応器を小型化及び軽量化する上で有利である。
　一方で、各チャンネルに内挿される触媒坦持体は、その基体が単層構造でかつ波板状を有している。ここでいう単層構造とは、例えば形状が互いに相違する複数の部材を積層して構成しているのではなく、単一の部材から構成されていることを意味する。例えば、互いに材質の異なる複数の層を含んで構成される一枚の板状部材は、ここでいう単層構造に含まれ得る。単層構造でかつ波板状の基体は、チャンネルに内挿したときに、そのチャンネルの横断面の全域に亘って配置されると共に、区画平板（つまり、一次伝熱面）やチャンネル部材（つまり、二次伝熱面）に対して開放した、複数の開空間を形成する（つまり、閉空間を形成しない）。従って、単層構造でかつ波板状の触媒坦持体は、チャンネル内における流体の移動、特に流れ方向に直交する方向の流体の移動を阻害しない。その結果、チャンネルが正方形状乃至縦長形状になることで、そのチャンネルの断面中心から一次伝熱面までの距離は相対的に長くなるものの、チャンネル内における流れ方向に直交する方向の流体の移動が良好になることで、熱移動が阻害されず、熱交換効率の低下が防止され、若しくは、熱交換効率は向上する。また、波板状の触媒坦持体は、触媒面積を大きくして、各チャンネルにおける触媒反応効率を高める上で有効である。
　従って、この触媒反応器は、小型化及び軽量化を図りつつも、反応効率の低下を防止し得る。
　前記各チャンネルの幅Ｗは、３～７ｍｍとしてもよい。各チャンネルの幅Ｗが大きすぎると、チャンネル部材のピッチが大きくなり、前述した区画平板及びチャンネル部材の肉厚を薄くすることが困難になる。この観点から、幅Ｗの上限値は７ｍｍが好ましい。上限値は５ｍｍにしてもよい。一方、各チャンネルの幅Ｗが小さすぎると、各チャンネル内に触媒坦持体を挿入することが困難になり、触媒反応器の製造上の不都合が生じ得る。この観点から、幅Ｗの下限値は３ｍｍが好ましい。
　前記各チャンネルの高さＨは、７～２０ｍｍとしてもよい。各チャンネルの高さＨが高すぎると、一対の区画平板間に配置されて強度メンバとしても機能し得るチャンネル部材の長さが長くなって、その剛性を確保する上で肉厚を分厚くする必要が生じる。この観点から、高さＨの上限値は２０ｍｍが好ましい。上限値は１０ｍｍにしてもよい。一方、各チャンネルの高さＨが小さすぎると、チャンネル内に触媒坦持体を挿入することが困難になり、触媒反応器の製造上の不都合が生じ得る。この観点から、高さＨの下限値は７ｍｍが好ましい。
　前記区画平板は、所定間隔を空けて複数枚、並設されることによって、複数の前記通路が積層配置されるように、隣り合う通路間を区画しており、前記複数の通路は、交互に積層配置された、第１流体が流れる第１通路と第２流体が流れる第２通路とを含んでおり、前記チャンネル部材は、前記第１及び第２通路内それぞれで、前記各チャンネルを区画しており、前記触媒坦持体は、前記第１及び第２通路の少なくとも一方の通路における各チャンネルに内挿されることによって、当該通路を触媒反応通路として構成しており、前記触媒反応通路の各チャンネルの横断面が、アスペクト比（Ｗ／Ｈ）が１以下に構成されている、としてもよい。
　前記触媒坦持体の基体は、前記チャンネルの幅方向に相対する一対のチャンネル部材の間を往復するような波板状である、としてもよい。ここで、波形としては、例えば三角波のようであってもよいし、例えば正弦波のようであってもよいし、例えば矩形波のようであってもよい。
　一対のチャンネル部材の間を往復するような波板状の基体によって、そのチャンネル内には、チャンネル部材に対して開放される開空間が、区画平板の並設方向に重なるように形成される。換言すれば、横向きに開放される開空間が、その開放する向きを左右に変えながら縦方向に重なるように形成される。一方で、各チャンネルは、前述したように、正方形状乃至縦長形状となり、横方向には比較的短くなるため、前記チャンネル部材によって形成される各閉空間の、横方向の長さは比較的短くなる。このことは、流体がチャンネル部材に向かって流れ易くするため、熱移動を促進させる。
　前記触媒坦持体の基体は、前記区画平板及びチャンネル部材の少なくとも一方に当接している、としてもよい。こうすることで、触媒坦持体と区画平板との間、又は、触媒坦持体とチャンネル部材との間での伝熱により、触媒反応器の熱交換効率が向上し得る。
　また、触媒坦持体の基体を、区画平板及びチャンネル部材に当接させることによって、この基体をチャンネル内で動かないように固定し得る。この点で、触媒坦持体の基体は、チャンネルを区画する４つの壁面の内、相対する一対の壁面の双方に当接していることが好ましい。
　前記チャンネル部材は、コルゲート板である、としてもよい。こうすることで特に、第１及び第２通路を積層した構成においては、コルゲートフィンを有するプレートフィン型熱交換器と同様の構成となるため、触媒反応器の製造コストが下がる。
　以上説明したように、前記の触媒反応器は、各チャンネルの横断面形状を正方形状乃至縦長形状にすることで、区画平板やチャンネル部材を薄肉化し得るから、触媒反応器の小型化及び軽量化し得る一方で、各チャンネルに内挿する触媒坦持体の基体を単層構造でかつ波板状にすることで、チャンネル内の流体の移動が妨げられず、触媒反応器の熱交換効率、ひいては反応効率を向上し得る。
図１は、触媒反応器の横断面を示す断面図である。 図２Ａは、触媒坦持体の変形例を示す断面図である。 図２Ｂは、触媒坦持体の変形例を示す断面図である。 図３は、触媒坦持体の変形例を示す断面図である。
　以下、触媒反応器の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１は、例示的触媒反応器１の横断面図を示している。この触媒反応器１は、原料ガス（例えば随伴ガス）から液体燃料を合成するＧＴＬプロセスに用いられる反応器である。ここで、ＧＴＬプロセスについて簡単に説明すると、ＧＴＬプロセスは、原料ガスから水蒸気改質反応器により合成ガスを製造する工程と、製造した合成ガスをフィッシャートロプシュ反応器（ＦＴ反応器）により、通常の条件下で液体の高級炭化水素及び水に転換する工程と、を含む。前記の触媒反応器１は、前記水蒸気改質反応器及びＦＴ反応器のいずれにも用いられ得る。
　触媒反応器１は、複数のチューブプレート２と複数のコルゲートフィン３とを含んで構成され、いわゆるプレートフィン型の熱交換器と同様の構成を有している。具体的には、各チューブプレート２は平板形状を有しており、複数のチューブプレート２は、所定の間隔を空けて互いに平行となるように配設されている。尚、図１においては、３枚のチューブプレート２のみを図示しているが、これ以上の枚数のチューブプレート２が並設されてもよい。チューブプレート２の枚数は適宜設定すればよい。こうして複数のチューブプレート２を並設することによって、第１流体が流れる第１通路４と、第２流体が流れる第２通路５とが、チューブプレート２を挟んで積層配置されることになり、各チューブプレート２は、第１通路４と第２通路５との間で熱を伝える一次伝熱面として機能する。
　各コルゲートフィン３は、ここでは、複数の畝が互いに等間隔を空けて並設するように、その横断面が波形を有すると共に、当該畝が直線状に延びる、いわゆるプレーン型に構成されている。尚、当該プレーン型のコルゲートフィン３に対して、所定パターンで貫通孔を形成したパーホレート型のコルゲートフィンを採用してもよい。各コルゲートフィン３は、隣り合うチューブプレート２の間に、そのチューブプレート２に当接するように配設されている。各コルゲートフィン３は、それに隣接するチューブプレート２に対して、例えばろう付けにより接合されている。こうして第１通路４及び第２通路５内はそれぞれ、コルゲートフィン３によって、複数のチャンネル３１が並設するように区画され、コルゲートフィン３は二次伝熱面として機能する。ここで、図例においては、第１通路４では、流体が紙面に直交する方向に流れるように、コルゲートフィン３が配設されているのに対し、第２通路５では、流体が紙面左右方向に流れるように、コルゲートフィン３が配設されている。このように、図示する触媒反応器１は、いわゆる直交流型に構成されている。触媒反応器１の構成はこれに限らず、例えば第１及び第２通路４，５の双方において、流体が紙面左右方向に流れるようにコルゲートフィン３を配設した、向流型に構成してもよい。
　尚、この触媒反応器１において、隣り合うチューブプレート２同士の間の周縁部には、図示を省略するサイドバーが配設されている。また、この触媒反応器１には、第１流体及び第２流体を、それぞれ第１通路４及び第２通路５に導入するための導入部が設けられていると共に、第１通路４及び第２通路５から流体を導出するための導出部が設けられている。
　そうして、この触媒反応器１には、第１通路４における各チャンネル３１内に、チャンネル３１に沿って延びる触媒坦持体７が内挿されており、これによって第１通路４は、この触媒反応器１の触媒反応通路を構成する。触媒坦持体７は、基体７１と、この基体７１の表面に形成された触媒層と、を含んで構成されている。尚、図１等においては、触媒層の図示を省略している。基体７１は、この例では、三角形状の山部及び谷部が交互に並ぶことによって、その横断面形状が三角波のような波形に形成されている。また、基体７１は、詳細な図示は省略するが、各山部及び谷部がそれぞれチャンネル３１に沿って真っ直ぐに延びる、いわゆるプレーン型とされている。このように、基体７１は、一つの部材によって構成された単層構造を有しているが、横断面を波形にすることで、各チャンネル３１の横断面において、その全域に亘って、概略均等に拡がると共に、触媒面積を十分に確保し得る。ここで、触媒坦持体７の基体７１としては、例えば図２Ａに示すように、円弧状の山部及び谷部が交互に並ぶことによって、その横断面形状が正弦波に類似した波形に形成してもよいし、例えば図２Ｂに示すように、矩形状の山部及び谷部が交互に並ぶことによって、その横断面形状が矩形波のような波形に形成してもよい。さらに、図示は省略するが、基体は、前記プレーン型の基体７１に対して、所定パターンで貫通孔を形成したパーホレート型にしてもよい。また、基体は、前記山部及び谷部がそれぞれチャンネル３１に沿って蛇行しながら延びるヘリンボーン型にしてもよく、山部及び谷部を分断するよう切れ目が所定間隔で配置されると共に、その山部及び谷部の位置が交互にずれたセレート型に、基体を構成してもよい。
　コルゲートフィン３の壁面同士の間を往復するような波板状の基体７１をチャンネル３１に内挿することによって、このチャンネル３１は、複数の空間に区画されるようになるが、各空間は、コルゲートフィン３の壁面（つまり、二次伝熱面）に向かって横方向に開放した開空間とされている。また、前記の触媒坦持体７の基体７１は、図１に示すように、コルゲートフィン３に対して当接している。尚、この図では、基体７１はチューブプレート２には当接していないが、基体７１はチューブプレート２に当接してもよい。基体７１は、後述するように、伝熱の観点から、コルゲートフィン３及びチューブプレート２の少なくとも一方に当接していることが好ましい。尚、基体７１をコルゲートフィン３及び／又はチューブプレート２に当接させることは、チャンネル３１内で基体７１を安定して配置し得るという効果を有する。この安定配置の観点からは、基体７１は、コルゲートフィン３の相対する一対の横向きの壁面それぞれに対して当接していることが好ましい。
　この触媒反応器１が水蒸気改質反応器として用いられる場合には、図示は省略するが、第２通路５における各チャンネル３１内にも触媒坦持体が内挿される。この触媒坦持体の構成は、前記第１通路４における触媒坦持体７と同じ構成とすればよい。
　ここで、この触媒反応器１が水蒸気改質反応器として用いられる場合には、触媒反応通路である第１通路４には、第１流体として、主にメタンからなる原料ガス及び水蒸気が導入され、同じく触媒反応通路である第２通路には、第２流体として、例えばメタンや水素等の燃料が導入される。触媒坦持体の基体は、アルミニウム含有フェライト鋼や、クロム、アルミニウム及びイットリウムを含む鉄等の、加熱時に酸化アルミニウムの接着性表面コーティングを形成する材料で構成すればよい。また、第１通路における好ましい触媒は、ロジウム、又は、白金／ロジウム触媒であり、第２通路における好ましい触媒は、パラジウム触媒である。水蒸気改質反応は、７５０℃を超える温度で実施されるため、触媒反応器１は、例えば高温用の鉄／ニッケル／クロム合金、又は、これに類似した材料によって形成すればよい。
　これに対し、この触媒反応器１がＦＴ反応器として用いられる場合には、触媒反応通路である第１通路４には、第１流体として、フィッシャートロプシュ合成を受ける混合ガスが導入され、第２通路５には、第２流体として冷却流体が導入される。触媒坦持体７の基体７１は、アルミニウム含有フェライト鋼等の、加熱されると酸化アルミニウムの接着性表面コーティングを形成する合金鋼で構成すればよい。また、好ましい触媒は、γ－アルミナコーティングを含む。このコーティングは、コバルト、例えばルテニウム、白金、又はガドリニウムといった促進剤、及び、例えば酸化ランタンといった塩基性促進剤を有する。ＦＴ反応は、２００℃程度の温度で実行されるため、触媒反応器１は、例えばアルミニウム合金、ステンレス鋼、高ニッケル合金、又は、他のスチール合金によって形成すればよい。
　そうしてこの触媒反応器１における特徴の一つとして、各チャンネル３１の高さＨ及び幅Ｗの比であるアスペクト比（Ｗ／Ｈ）は、１以上に設定されている。ここで、高さＨは、チューブプレート２の積層方向に対応する高さであって、図１に示すようにチューブプレート２の間隔に相当する。また、幅Ｗは、図１に示すように、コルゲートフィン３における相対する一対の壁面間の距離に相当する。すなわち、第１及び第２通路４，５の各チャンネル３１は、その高さＨと幅Ｗとが互いに等しい、正方形状の横断面、又は、高さＨが幅Ｗよりも大きい、縦長形状の横断面を有している。
　ここで、幅Ｗは、例えば３～７ｍｍ、より好ましくは、３～５ｍｍとすればよい。後述するように、幅Ｗを比較的狭くすることが、チューブプレート２及びコルゲートフィン３の薄肉化を可能にすることから、その観点から幅Ｗの上限値は設定すればよい。また、チャンネル３１の内部に触媒坦持体７を挿入することから、幅Ｗが狭すぎると触媒坦持体７を挿入することが困難であるから、その生産性の観点から幅Ｗの下限値は設定すればよい。
　また、高さＨは、例えば７～２０ｍｍ、より好ましくは、７～１０ｍｍとすればよい。高さＨは、チューブプレート２，２の間隔に対応すると共に、これはコルゲートフィン３の畝の高さに対応する。コルゲートフィン３はチューブプレート２，２間の強度部材として機能することから、高さＨの上限値は、コルゲートフィン３の強度の観点から設定すればよい。また、高さＨの下限値は、前記と同様に、生産性の観点から設定すればよい。
　また、アスペクト比は、例えばチャンネル３１の高さＨ＝７ｍｍ、幅Ｗ＝７ｍｍとして、Ｗ／Ｈ＝１に設定してもよい。また、例えば高さＨ＝１０ｍｍ、幅Ｗ＝５ｍｍとして、Ｗ／Ｈ＝１／２に設定してもよい。アスペクト比は、これら以外の値に設定することも勿論可能である。前述した、高さＨの範囲及び幅Ｗの範囲を考慮すれば、アスペクト比のとり得る範囲は、１～３／２０となる。
　以上説明したように、この構成の触媒反応器１は、そのチャンネル３１の横断面形状を正方形乃至縦長形状にし、横長形状とはしていない。このことは、コルゲートフィン３のピッチを比較的狭くして、第１又は第２通路４，５内の内圧を受けるチューブプレート２の面積を縮小（つまり、距離を短く）する。このため、チューブプレート２は、薄肉化しても、たわみ変形を抑制して、内圧に対抗し得るようになり、それに伴いコルゲートフィン３も薄肉化し得る。このことは、触媒反応器１の小形化及び軽量化を図る上で有利になる。
　一方で、チャンネル３１の横断面が縦長形状を有していることは、その横断面の中心位置から一次伝熱面であるチューブプレート２までの距離が、横長形状の場合と比較して長くなることを意味する。このことは、熱交換効率の低下を招き、ひいては触媒反応器１の反応効率を低下させる。特に各チャンネル３１内に配設されている触媒坦持体が、例えば前記の国際公開第２００６／０７９８４８号に開示されているような、多数の閉空間を含む多層構造を有している場合は、チャンネル３１内を流れる流体の、特に流れ方向に直交する方向の流動が阻害されて、熱交換効率がさらに低下することになる。
　これに対し、前記の触媒反応器１では、触媒坦持体７（つまり、基体７１）が、横断面波形の、単層構造を有しているため、触媒面積は確保しつつも、閉空間は形成せず、それによって、チャンネル３１内の流体の流動は阻害しない。その結果、チャンネル３１の横断面が熱交換効率の点で不利な縦長形状であったとしても、熱交換効率の低下が防止、又は、熱交換効率が向上し、反応効率の低下が防止される。特に触媒坦持体７の基体７１が、横向きに往復するような波板状であることで、チャンネル３１内に、横向きに開放する開空間が多数形成される一方で、前述したように、チャンネル３１の横断面が縦長形状を有していることで、各開空間の横方向の長さは比較的短くなる。このことは、流体が横方向に移動して、二次伝熱面に到達することを促進して、熱交換効率を高める上で有利になる。
　また、触媒坦持体７の基体７１がコルゲートフィン３に当接していることによって、触媒坦持体７とコルゲートフィン３との間で、伝熱が生じ得るようになり、このことが、触媒反応器１の熱交換効率を向上させる。尚、触媒坦持体７とチューブプレート２を当接させた場合には、この触媒坦持体７とチューブプレート２との間で伝熱が生じ得るから、触媒坦持体７は、コルゲートフィン３及びチューブプレート２の少なくとも一方に当接していることが好ましい。触媒坦持体７とコルゲートフィン３、又は、触媒坦持体７とチューブプレート２との間の伝熱効率を高める上で、触媒坦持体７とコルゲートフィン３、又は、触媒坦持体７とチューブプレート２とを、互いに接合（例えばろう付け）してもよい。一方、触媒坦持体７とコルゲートフィン３、及び、触媒坦持体７とチューブプレート２とを接合しない場合は、触媒坦持体７の交換を容易に行い得るという利点がある。
　触媒坦持体７の基体７１を、コルゲートフィン３に当接、特に図１に示すように、チャンネル３１を区画する、コルゲートフィン３の一対の横向きの壁面それぞれに当接することによって、この基体７１は、チャンネル３１内で安定して配設され得る。また、図示は省略するが、波板状の基体７１を、その波形状が潰れる方向に弾性変形可能に構成する（図１の例では、上下方向に弾性変形可能に構成することに相当する）と共に、その基体７１を弾性圧縮させながら、チャンネル３１に内挿してもよい。こうすることによって基体７１は、弾性復元力によってチューブプレート２及びコルゲートフィン３の上向き又は下向きの壁面に当接して、これらを下向き及び上向きに押圧するようになり、基体７１の配置安定性がさらに高まり得る。
　尚、前記の触媒反応器１では、その触媒坦持体７（つまり、基体７１）を横向きに往復するような波板状にしているが、例えば図３に示すように、基体７２を、縦向きに往復するような波板状にしてもよい。この場合は、チューブプレート２又はコルゲートフィン３に対し、上向き又は下向きに開放した開空間が形成されため、流体の流れを妨げることがない。この基体７２もまた、図３に示すような三角波のような波形にする以外にも、図示は省略するが、正弦波に類似した波形に形成してもよいし、矩形波のような波形に形成してもよい。また、この基体７２は、チューブプレート２及びコルゲートフィン３（つまり、コルゲートフィン３の上又は下向きの壁面）に対して当接している。基体７２はさらに、コルゲートフィン３における横向きの壁面に対して、当接するようにしてもよい。さらに、その波形状が潰れる方向に弾性変形可能に構成する（図３の例では、左右方向に弾性変形可能に構成することに相当する）ようにして、チャンネル３１内に配設したときに、コルゲートフィン３の横向きの壁面それぞれに当接して、それを左右方向に押圧するようにしてもよい。
　また、前記の触媒反応器１は、コルゲートフィン３を用いて、第１及び第２通路４，５内を複数のチャンネル３１に区画しているが、これに限らず、例えば、図示は省略するが、第１及び第２通路４，５内で、複数の角パイプを並べて配置することにより、複数のチャンネルを区画形成するようにしてもよい。
　さらに、前記の触媒反応器１では、第１通路４及び第２通路５におけるチャンネル３１の断面形状は、互いに同じにしているが、第１通路４と第２通路５とで、チャンネル３１の断面形状が互いに相違するようにしてもよい。つまり、第１通路４の要求性能と第２通路５の要求性能のそれぞれに応じて、チャンネル３１の断面形状等を、個別に最適化してもよい。
　さらに、前記の触媒反応器１は、第１通路４及び第２通路５を積層して構成しているが、図示は省略するが、第２通路５を省略すると共に、触媒反応通路（つまり、第１通路４）を区画するチューブプレート２の、通路区画側の面とは逆側の面に、冷却装置や加熱装置等を取り付けるようにしてもよい。この場合、触媒反応通路を区画する一対のチューブプレート２の内の一方に、冷却装置や加熱装置等を取り付けてもよいし、その双方に、冷却装置や加熱装置等を取り付けてもよい。この構成の触媒反応器は、冷却装置又は加熱装置によって、触媒反応通路内の流体を冷却又は加熱して、触媒反応通路内の触媒反応を促進させることになる。
　以上説明したように、ここに開示した触媒反応器は、小形化及び軽量化を図りつつも、その反応効率の低下が防止されるから、特にＧＴＬプロセスにおける、水蒸気改質反応器及びＦＴ反応器として有用である。
１　　触媒反応器
２　　チューブプレート（区画平板）
３　　コルゲートフィン（チャンネル部材、波板）
３１　チャンネル 
４　　第１通路
５　　第２通路
７　　触媒坦持体
７１　基体
７２　基体

Claims (5)

  1. 　流体が流れる通路を形成するように所定間隔を空けて並設される一対の区画平板と、
    　前記通路内で複数のチャンネルが並設されるように、前記通路内で前記区画平板に接合されて前記各チャンネルを区画するチャンネル部材と、
    　前記各チャンネルに内挿されかつ、当該チャンネルに沿って延びる触媒坦持体と、を備え、
    　前記一対の区画平板の内の少なくとも一つは、前記通路を区画する側の面とは逆側の面が、前記通路内とは温度帯の異なる温度媒体に対し熱交換可能に接することによって、一次伝熱面を構成し、
    　前記区画平板に接合される前記チャンネル部材は、二次伝熱面を構成し、
    　前記各チャンネルの横断面は、前記区画平板の並設方向に対応する高さＨに対する幅Ｗのアスペクト比（Ｗ／Ｈ）が１以下に構成され、
    　前記各触媒坦持体は、単層構造でかつ波板状の基体と、当該基体表面に形成された触媒層とを含んで構成されている触媒反応器。
  2. 　請求項１に記載の触媒反応器において、
    　前記区画平板は、所定間隔を空けて複数枚、並設されることによって、複数の前記通路が積層配置されるように、隣り合う通路間を区画しており、
    　前記複数の通路は、交互に積層配置された、第１流体が流れる第１通路と第２流体が流れる第２通路とを含んでおり、
    　前記チャンネル部材は、前記第１及び第２通路内それぞれで、前記各チャンネルを区画しており、
    　前記触媒坦持体は、前記第１及び第２通路の少なくとも一方の通路における各チャンネルに内挿されることによって、当該通路を触媒反応通路として構成しており、
    　前記触媒反応通路の各チャンネルの横断面が、アスペクト比（Ｗ／Ｈ）が１以下に構成されている触媒反応器。
  3. 　請求項１又は２に記載の触媒反応器において、
    　前記触媒坦持体の基体は、前記チャンネルの幅方向に相対する一対のチャンネル部材の間を往復するような波板状である触媒反応器。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の触媒反応器において、
    　前記触媒坦持体の基体は、前記区画平板及びチャンネル部材の少なくとも一方に当接している触媒反応器。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の触媒反応器において、
    　前記チャンネル部材は、コルゲート板である触媒反応器。
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