[发明专利]催化剂反应器

说明书

技术领域

本发明所公开的技术广泛而言涉及一种催化剂反应器。

背景技术

例如专利文献1公开了一种催化剂反应器，该催化剂反应器在由原料气体合成液体燃料的气转液(Gas To Liquids，GTL)工艺中作为进行费-托(Fischer-Tropsch)反应(以下也称为FT反应)的反应器特别适合。FT反应是在催化剂的存在下于200℃左右的高温发生的放热反应。为了提高热交换效率以提高反应效率，上述催化剂反应器具有与由管板和波纹状翅片交替层叠而成的所谓的板翅式热交换器相同的结构。具体而言，该催化剂反应器配置成将催化剂结构体插入由波纹状翅片隔开的各个微小流路内。此处，催化剂结构体具有在横截面呈波形的三块板之间夹着平板层叠而成的三层结构。

专利文献1：国际申请公开第2006/079848号

发明内容

-发明所要解决的技术问题-

上述催化剂反应器的内压较高，管板由于该高内压而受到使相向的管板彼此分离的方向上的力。为了对抗该内压，必须增加管板的厚度，或者增加能够在一对管板间作为强度部件而起作用的波纹状翅片的厚度。这样一来，就会导致催化剂反应器的大型化和重量化。

因此，本发明人着眼于使催化剂反应器的微小流路的横截面形状成为纵长形状。纵长形状使波纹状翅片的间隔变窄，由于这样使管板中受到内压的面积缩小(即距离缩短)，所以就抑制了管板的弯曲变形等，容易对抗高内压。因此，使催化剂反应器的微小流路的横截面形状成为纵长形状的方法能够减小管板和波纹状翅片的厚度，从而能够使催化剂反应器小型化和轻量化。

然而，本发明人发现当使微小流路的横截面形状为纵长形状时，在将上述文献公开的多层结构的催化剂结构体插入该微小流路内的情况下，会产生热交换效率降低这一新问题。其原因考虑如下。也就是说，使流路的横截面形状为纵长形状时，从流路横截面的中心位置到一次传热面(即管板)的距离相对变长。这就意味着微小流路内的热量转移难以进行，在热交换效率方面很不利。另一方面，上述文献公开的多层结构的催化剂结构体容易妨碍流体在流路内的移动，特别是容易妨碍流体在与流动方向正交的方向上的移动。也就是说，通过将横截面呈波形的板与平板重叠，使上述催化剂结构体的横截面上并置有多个封闭空间。这种结构虽然在扩大催化剂面积方面很有利，但由于各封闭空间不向管板或波纹状翅片敞开，因此限制了在各封闭空间内流动的流体在与流动方向正交的方向上移动。如果将从流路横截面的中心位置到该一次传热面的距离变长的因素与妨碍流体在与流动方向正交的方向上的移动的因素这两个主要因素组合，则热量会停滞在各流路内的中心附近，催化剂反应器的热交换效率降低，由此反应效率也降低。

-用以解决技术问题的技术方案-

本发明所公开的技术能够实现一种达成小型化和轻量化，提高热交换效率并防止反应效率降低的催化剂反应器。

为此，本发明人通过将使通道的横截面形状为正方形或纵长形状的方案与使催化剂载体为波纹板状单层结构的方案组合，既让催化剂反应器小型化和轻量化，又防止了催化剂反应器反应效率降低。

具体而言，本发明所公开的催化剂反应器包括一对分隔平板、通道部件和催化剂载体。该一对分隔平板隔开规定间隔并置，形成流体所流动的通路；该通道部件在上述通路内与上述分隔平板接合而分隔出多个通道，使上述各通道并置在上述通路内；该催化剂载体插入上述各通道内，并沿该通道延伸。上述一对分隔平板中至少一块分隔平板的、与分隔上述通路的一侧的面相反一侧的面接触温度带与上述通路内不同的温度介质，与该温度介质发生热交换，该至少一块分隔平板由此构成一次传热面；与上述分隔平板接合的上述通道部件构成二次传热面。

上述各通道的横截面构成为：宽度W比上与上述分隔平板的并置方向相对应的高度H得到的宽高比(W/H)在1以下，上述各催化剂载体构成为：包括具有波纹板状单层结构的基体和形成在该基体表面上的催化剂层。

此处，一次传热面是指存在于流体所流动的通路与温度介质之间，直接在二者间进行热交换的传热面，即分隔平板。二次传热面是指通过与分隔平板接合并对该分隔平板传热(例如热传导)，间接地参与流体所流动的通路与温度介质之间的热交换的传热面，即通道部件。而且，通道在此处是指通路内被通道部件分隔开，流体分别在其中流动的流路。