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WO2015037597A1 - リアクタ - Google Patents

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WO2015037597A1
WO2015037597A1 PCT/JP2014/073868 JP2014073868W WO2015037597A1 WO 2015037597 A1 WO2015037597 A1 WO 2015037597A1 JP 2014073868 W JP2014073868 W JP 2014073868W WO 2015037597 A1 WO2015037597 A1 WO 2015037597A1
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WO
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reaction
partition
main body
reactor
communication
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PCT/JP2014/073868
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English (en)
French (fr)
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濱田　行貴
鎌田　博之
拓哉 吉野谷
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • C01B2203/0445—Selective methanation

Definitions

  • the present invention relates to a reactor that performs a chemical reaction using a reaction fluid that is a fluid containing a reactant and promotes the reaction by causing a catalyst structure to act on the reaction fluid.
  • a reactor is known as a chemical reaction apparatus that heats or cools a gaseous or liquid fluid containing a reactant to advance the reaction of the reactant.
  • a reactor having a minute reaction space such as a reactor having a side of a fluid flow section of several millimeters or a microreactor having a side of less than 1 mm has a large specific surface area per unit volume. The heat transfer efficiency is high, and the reaction rate and yield can be improved.
  • the convection and diffusion modes are arbitrarily configured, rapid mixing and active concentration distribution control can be performed, so that the reaction can be precisely controlled.
  • one inlet channel is branched into a plurality of reaction channels (reaction fields), and the plurality of branched reaction side channels are assembled into one outlet channel. Yes.
  • the plurality of reaction channels are provided in parallel, and a catalyst is disposed in each reaction channel. Therefore, the reactant contained in the fluid (reaction fluid) introduced into the inlet channel is reacted in the plurality of reaction channels and becomes a reaction product, and is discharged to the outside through the outlet channel. .
  • the catalyst is supported on a flat metal plate, and the metal plate supporting the catalyst is installed over the entire length of the reaction channel.
  • a technique for uniformly arranging the catalyst over the entire path is disclosed (for example, Patent Document 1).
  • the flow rate distribution (or concentration distribution) distributed from the inlet channel is maintained in each of the reaction channels and guided to the outlet channel. Will be.
  • the flow distribution distributed from the inlet channel is biased, there is a difference between the reaction efficiency in the reaction channel with a relatively large flow rate and the reaction efficiency in the reaction channel with a relatively small flow rate. And the reaction efficiency of the entire reactor is reduced.
  • reaction efficiency is remarkably lowered, and it becomes difficult to use the reaction channel, so that the reaction efficiency as a whole reactor is lowered.
  • An object of the present invention is to solve such problems and to provide a reactor capable of suppressing a reduction in reaction efficiency of a reaction fluid as a whole reactor.
  • a reactor is a reactor in which a reaction fluid having a reactant is allowed to act on a catalyst that promotes the reaction of the reactant, and the reaction fluid flows.
  • the communication part of the partition may be arranged so that the plurality of reaction channels communicate with each other on the inlet side in the range from the inlet to the outlet of the reaction channel.
  • the partition includes one or a plurality of partition walls extending along a flow direction of the reaction fluid, and the partition is configured by at least two partial partition walls that are spaced apart so as to have a gap.
  • the communication portion may be configured to have a gap between the partition walls.
  • the communication part of the partition may be configured to have a notch provided in the partition wall.
  • the communication part of the partition may be configured to have a through hole provided in the partition wall.
  • Each of the plurality of catalyst structures has a main body section that divides the reaction flow channel along the flow direction of the reaction fluid and divides the reaction flow path into a plurality of parallel partial flow paths.
  • the main body portion may be configured by at least two portions that are spaced apart so as to have a gap, and the communication portion of the main body portion may have a gap between the main body portions.
  • the communication part of the main body part may be configured to have a notch provided in the main body part.
  • the communication part of the main body part may be configured to have a through hole provided in the main body part.
  • the main body is composed of a thin plate material bent so as to form one or more parallel grooves and ridges, and each of the plurality of partial flow paths has a cross section perpendicular to the flow direction of the reaction fluid. May be configured to have a notch provided in at least one of a portion forming a groove and a portion forming a bulge of the thin plate material.
  • the present invention it is possible to suppress a decrease in the reaction efficiency of the reaction fluid due to a local decrease in activity or deterioration of the catalyst, and to maintain the catalyst usage rate as high as possible to reduce the frequency of catalyst replacement. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of a reactor, and an embodiment of the reactor of the present invention is improved based on the configuration of the reactor 100 of FIG. 1 as shown in FIG. It has a configuration.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis that intersect perpendicularly are respectively defined as the flow direction of the reaction fluid, the horizontal direction perpendicular thereto, and the vertical direction.
  • the reactor 100 includes a plurality of rectangular heat transfer walls 110 (indicated by 110a and 110b in FIGS. 2 and 4 to 6) arranged horizontally and vertically separated by a predetermined interval.
  • the structure is laminated in the direction.
  • the reactor 100 includes a top surface 102, a side wall plate 114, a reaction fluid introduction unit 120, and a reaction fluid discharge unit 122. These members are arranged on the upper surface so as to enclose the space between the stacked heat transfer walls 110 inside. And a box-like structure surrounding the side surface.
  • a heat medium introduction unit 130 and a heat medium discharge unit 132 are attached to one side surface of the reactor 100 on the side wall plate 114 side.
  • the top surface 102, the side wall plate 114, the reaction fluid introduction unit 120, the reaction fluid discharge unit 122, the heat medium introduction unit 130, and the heat medium discharge unit 132 are all made of a metal material (for example, stainless steel (SUS310, Haynes (registered trademark) 230). )) Or the like.
  • the reactor 100 has a laminated structure in which a plurality of reaction channel groups 210 and a plurality of heat medium channel groups 220 are alternately arranged. Specifically, a plurality of parallel layered spaces defined between the heat transfer walls 110 stacked apart from each other are formed, and the reaction flow path group 210 and the heat medium flow path group 220 are alternately formed in these spaces. Provided. As shown in FIG. 1A, one heat medium flow path group 220 includes a plurality of heat medium flow paths 222. As shown in FIG. 1B, one reaction channel group 210 includes a plurality of reaction channels 212, and each reaction channel 212 includes a catalyst structure (see FIG. 1 is omitted). In FIG.
  • each of the reaction fluid introduction unit 120 and the reaction fluid discharge unit 122 has a partial cylindrical shape having sidewalls curved in a cylindrical circumferential surface, and the reaction fluid is introduced between the reaction fluid introduction unit 120 and the stacked heat transfer wall 110. And a space for discharging.
  • the layered space in which the heat medium flow path group 220 is disposed at the reaction fluid introduction part 120 side end and the reaction fluid discharge part 122 side end of the laminated heat transfer wall 110 is closed by the closing plate 116, but for reaction A hole 210a is formed so that the layered space in which the channel group 210 is disposed is released. Accordingly, the reaction channel group 210 communicates with the space inside the reaction fluid introduction part 120 and the reaction fluid discharge part 122 through the hole 210a.
  • the heat medium introduction unit 130 and the heat medium discharge unit 132 have a hollow structure having a vertical opening on the side, and supply and recovery of the heat medium to and from the reactor 100 are performed by the heat medium introduction unit 130 and the heat medium. This is done through the hollow part of the discharge part 132.
  • the side wall plate 114 on the side where the heat medium introduction part 130 and the heat medium discharge part 132 are provided is set to be short so as to be missing at both ends of each layer, and the space of the heat medium flow path group 220 is released.
  • a hole 220a is formed at both ends. Accordingly, the heat medium flow path group 220 communicates with the hollow portions of the heat medium introduction part 130 and the heat medium discharge part 132 through the holes 220a.
  • the heat transfer walls 110 forming one of the reaction flow path group 210 and the heat medium flow path group 220 are alternately stacked, and the side wall plate 114 and the closing plate 116 are respectively stacked. Is joined to the upper part of the heat transfer wall 110 on which the top surface 102 is laminated. Then, the reactor 100 is assembled by joining the reaction fluid introduction unit 120, the reaction fluid discharge unit 122, the heat medium introduction unit 130, and the heat medium discharge unit 132 to the stacked heat transfer walls 110, respectively.
  • TIG Torsten Inert Gas
  • diffusion joining can be used.
  • the reaction channel group 210 and the heat medium channel group 220 are partitioned by the heat transfer wall 110, the heat medium flowing through the heat medium channel group 220 passes through the heat transfer wall 110. Then, heat exchange with the reaction fluid flowing through the reaction channel group 210 is performed.
  • the heat medium in the heat medium channel group 220 supplies (heats) heat to the reaction fluid flowing through the reaction channel group 210, and the reaction channel group
  • the temperature of the heat medium is adjusted so that the heat medium in the heat medium flow path group 220 removes heat (cools) the reaction fluid flowing through the reaction flow path group 210.
  • Examples of the endothermic reaction include a steam reforming reaction of methane represented by the following chemical formula (1), a dry reforming reaction of methane represented by the chemical formula (2), and the like.
  • exothermic reaction examples include a shift reaction represented by the following chemical formula (3), a methanation reaction represented by the chemical formula (4), and an FT (Fischer tropsch) synthesis reaction represented by the chemical formula (5).
  • a shift reaction represented by the following chemical formula (3)
  • a methanation reaction represented by the chemical formula (4)
  • an FT (Fischer tropsch) synthesis reaction represented by the chemical formula (5).
  • a fluid composed of a gas carrier that does not participate in the reaction is preferably used.
  • the gas carrier an appropriate substance can be selected from an inert gas and a low-reactive gaseous substance (at the temperature in the reactor) in consideration of a chemical reaction to be performed.
  • a gaseous substance that does not corrode the constituent materials of the reactor can be suitably used as the heat medium supplied to the heat medium flow path group 220.
  • the configuration using the gaseous substance as the heat medium is easy to handle as compared with the case where the liquid medium is used.
  • the reactor 100 includes a reaction channel group 210 (reaction channel 212) serving as a reaction field and a heat medium channel group 220 (heat medium channel 222) through which the heat medium flows. It is provided so as to be parallel to each other via the wall 110, and is configured such that the reaction fluid flowing through the reaction flow channel group 210 and the heat medium flowing through the heat medium flow channel group 220 exchange heat. Thereby, the reaction of the reaction fluid (endothermic reaction, exothermic reaction) can be efficiently performed in the reaction channel group 210.
  • reaction channel group 210 heat medium channel group 220
  • FIG. 2A shows one heat medium channel group 220
  • FIG. 2B shows one reaction channel group 210
  • FIG. 2C is loaded with the catalyst structure 300.
  • the reaction channel group 210 is shown.
  • the heat transfer wall 110 in FIG. 1 is distinguished into a heat transfer wall 110 a and a heat transfer wall 110 b to facilitate understanding of the distinction between the heat medium flow path group 220 and the reaction flow path group 210.
  • FIG. 2B one catalyst structure 300 is shown in order to explain the loading of the catalyst structure 300 into the reaction channel group 210.
  • the definition of the X axis, the Y axis, and the Z axis in FIG. 2 is the same as in FIG. 1, and this definition is the same in FIGS. 4 to 6 described below.
  • each of the heat medium flow path groups 220 is partitioned by the heat transfer wall 110a at the bottom surface, and the top surface of the heat medium flow path group 220 is partitioned by the top surface 102 or the heat transfer wall 110b.
  • the At the four ends of the heat transfer wall 110a the two side wall plates 114 constituting the side wall of the reactor 100 and the reaction fluid introduction part 120 side and the reaction fluid discharge part 122 side of the heat medium flow path group 220 are shut off.
  • a pair of closing plates 116 are erected. Accordingly, the reaction fluid introduced from the reaction fluid introduction unit 120 is prevented from being mixed into the heat medium flow path group 220 by the closing plate 116.
  • a partition for partitioning the heat medium flow path 222 by dividing the layered space between the heat transfer walls 110a and 110b into a plurality of parallel spaces is provided on the heat transfer wall 110a.
  • the partition is composed of six parallel partition walls 112 provided in each of the layered spaces, and the six partition walls 112 are erected on the heat transfer wall 110a to form the side wall plate 114. Seven heat medium flow paths 222 are defined between the two, and the heat transfer wall 11b on the upper surface is supported to maintain the space between the heat transfer walls 110a and 11b.
  • the side wall plate 114 on the side to which the heat medium introduction part 130 and the heat medium discharge part 132 are joined is set shorter than the heat transfer wall 110a so that the defects 114a are formed at both ends.
  • the defect 114a forms a hole 220a. Therefore, the heat medium introduced from the heat medium introduction unit 130 flows into the heat medium flow channel group 220 through the hole 220a, and then flows from the heat medium flow channel group 220 into the heat medium discharge unit 132 through the hole 220a. leak.
  • the heat medium flowing into the heat medium flow path group 220 flows through each heat medium flow path 22.
  • the partition 112 (partition) is shorter than the side wall plate 114, and the heat medium flow paths 222 constituting the heat medium flow path group 220 are individually independent parallel flow paths integrated only at both ends.
  • the configuration of the above-described heat medium flow path group 220 is the same as the configuration described in FIG.
  • the reaction channel group 210 is partitioned by the heat transfer wall 110b and the upper surface of the reaction channel group 210 is partitioned by the heat transfer wall 110a.
  • a partition for dividing the layered space between the heat transfer walls 110a and 110b into a plurality of parallel spaces and partitioning the reaction channel 212 in parallel is provided on the heat transfer wall 110b.
  • the partition of the reaction flow path group 210 is composed of six parallel partition walls 112 standing on the heat transfer wall 110b, and partitions the side wall plates 114 to define seven reaction flow paths 212.
  • the heat transfer wall 110a is supported so as to maintain a gap between the heat transfer walls 110a and 110b.
  • each partition 112 constituting the partition of the reaction channel group 210 is configured by at least two partial partitions that are separated and spaced apart so as to have at least one gap in the middle. The This will be described in detail later.
  • the heat transfer walls 110a and 110b are laminated. In this state, the gap 114b between the heat transfer walls 110a and 110b forms a hole 210a. That is, both ends of the space between the side wall plates 114 are released, and the reaction flow path group 210 communicates with the space inside the reaction fluid introduction part 120 and the space inside the reaction fluid discharge part 122.
  • reaction fluid supplied from the reaction fluid introduction unit 120 is introduced into the reaction channel group 210 through the hole 210a (inlet 214), and the reaction proceeds, and the reaction fluid generated by the reaction product is
  • the reaction fluid is discharged from the reaction channel group 210 to the outside of the reaction fluid discharge part 122 through the hole 210a (exit 216).
  • the reaction fluid flowing into the reaction channel group 210 flows through each reaction channel 212. That is, it branches at one end of the partition 112, flows in parallel between the partition 112 and the side wall plate 114 from the reaction fluid introduction part 120 side to the reaction fluid discharge part 122 side, and merges through the other end of the partition wall 112. Thereafter, it flows out from the reaction channel group 210.
  • the partition 112 (partition) is shorter than the side wall plate 114, and the reaction channels 212 constituting the reaction channel group 210 become parallel channels integrated independently at both ends by the partition 112. However, a communication portion 350 that locally connects these reaction flow paths 212 to each other in the middle is provided in the partition. This will be described below.
  • each partition wall 112 that divides the reaction channel 212 is configured by a plurality of (two in this case) divided partition walls, which are the flow of the reaction fluid. They are arranged along the direction (X-axis direction in FIGS. 2B and 2C) and are spaced apart so as to form a gap 230 therebetween. Therefore, the adjacent reaction flow channels 212 communicate with each other in the gap 230 of the partition wall 112.
  • the positions of the gaps 230 in the six partition walls 112 are arranged in a line in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the flow direction of the reaction fluid. These gaps 230 form partition communication portions 350, and the reaction flow channels 212 communicate with each other in the communication portions 350.
  • each reaction flow by the partition 112 is used in each portion other than the communication portion 350.
  • the independence of the path 212 is maintained.
  • the position of the communication part 350 is set so that the reaction channel 212 communicates with each other on the inlet 214 side in the range from the inlet 214 to the outlet 216 of the reaction channel 212. More specifically, the gap 230 is provided at a position where the inlet branch point is closer to the outlet branch point of the reaction channel 212 in the range in which the reaction fluid branches and flows.
  • the function of the communication unit 350 will be described later.
  • a catalyst structure 300 having a catalyst for promoting the reaction of the reaction fluid is disposed in the reaction channel 212.
  • the catalyst is supported on the surface of the main body 310, and the chemical reaction of the reactant is promoted by the catalyst on the surface of the main body 310 when the reaction fluid comes into contact with the catalyst structure 300.
  • the main body 310 is made of a thin metal plate bent into a corrugated shape so as to form one or more parallel grooves and ridges, and the main body 310 is loaded with the catalyst structure 300 into the reaction channel 212.
  • the unit 310 divides the reaction channel 212 along the flow direction of the reaction fluid, and divides a plurality of partial channels in parallel.
  • the main body 310 includes a top portion 322 (a raised upper surface portion) along the heat transfer wall 110a, a bottom portion 324 (a depressed bottom surface portion) along the heat transfer wall 110b, and a side wall along the partition wall 112. It has the part 326 and the partition wall part 328 parallel to the partition 112 which connects the top part 322 and the bottom part 324 alternately, and the side wall part 326 is located in those both ends. Each of these parts extends along the flow direction of the reaction fluid and is provided with the same length as the partition 112.
  • the partition wall 328 of the main body 310 has a rectangular cross section perpendicular to the reaction fluid flow direction in the reaction channel 212 (in this embodiment, a rectangular shape).
  • the width of the partial flow path corresponds to the width of the top portion 322 and the bottom portion 324.
  • Such a main body 310 is obtained by bending a thin plate material having the same length as that of the partition wall 112 so as to be bent vertically. By forming sequentially, it is formed into a corrugated shape folded as shown in FIG.
  • the number and width (in the Y-axis direction) of the top portions 322 and the bottom portions 324 are set so that the sum of the widths of the top portions 322 and the bottom portions 324 is substantially equal to the width of the reaction channel 212, and the side wall portions 326 are formed.
  • the width of the partition wall portion 328 is configured to be substantially equal to the height of the reaction channel 212 (Z-axis direction), so that the loaded catalyst structure 300 is in close contact with the reaction channel 212. Fixed.
  • the thin plate material constituting the main body 310 can be appropriately selected from those made of heat-resistant metal available and suitable for the present invention, and can be molded as described above. What is possible is selected.
  • the heat-resistant metal Fe (iron), Cr (chromium), Al (aluminum), Y (yttrium), Co (cobalt), Ni (nickel), Mg (magnesium), Ti (titanium), Mo (molybdenum),
  • heat-resistant alloys whose main component is one or more metals such as W (tungsten), Nb (niobium), Ta (tantalum), etc., for example, a thin plate material made of a heat-resistant alloy such as Fecralloy (registered trademark)
  • the portion 310 is preferably configured.
  • the catalyst has an active metal as a main component and is supported on the surface of the main body 310.
  • the active metal constituting the catalyst is appropriately selected based on the reaction performed in the reactor 100 and suitable for promoting the reaction.
  • the active metal include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pt (platinum), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), and the like. As long as it is effective for promoting the reaction, a combination of a plurality of types may be used.
  • a treatment for providing a support in a layer form on the surface of the main body part 310 can be performed as necessary.
  • the catalyst loading method can be carried out using existing techniques, and an appropriate method may be appropriately selected from known methods according to the catalyst to be used.
  • a carrier having durability without inhibiting the performance of the reaction is appropriately selected.
  • the support include metal oxides such as Al 2 O 3 (alumina), TiO 2 (titania), ZrO 2 (zirconia), CeO 2 (ceria), and SiO 2 (silica). The species can be selected and used.
  • the main body 310 of each catalyst structure 300 is along the flow direction of the reaction fluid (X-axis direction in FIGS. 2B and 2C). It is comprised by the partial body divided
  • the seven gaps 330 provided in the seven catalyst structures 300 are connected in a row in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the flow direction of the reaction fluid, and the gap 330 forms a communication part of the main body 310.
  • the communication portion in the main body 310 of the catalyst structure 300 in this manner, mutual flow between the partial flow channels in each reaction flow channel 212 and flow between the reaction flow channel 212 and the outside locally occur.
  • the partial flow paths are independent of each other.
  • the position of the gap 330 of the main body 310 and the length in the flow direction (X-axis direction) are provided so as to substantially coincide with the gap 230 of the partition wall 112.
  • the communication part of the main body part 310 is disposed so as to communicate the partial flow path and the gap 230 (communication part of the partition) with each other corresponding to the communication part 350 of the partition.
  • the communication part 350 of the partition are arranged so as to penetrate the reaction flow channel group 210 straight.
  • the communication portion of the main body portion 310 of the catalyst structure 300 can be separated from the partition.
  • the communication between the reaction flow paths 212 in the communication part 350 of the partition, which is integrated with the communication part 350, is not hindered by the catalyst structure 300, and sufficient mutual communication is achieved through the communication part of the main body part 310. Therefore, the plurality of reaction channels 212 and the partial channels of each reaction channel 212 are in good communication with each other.
  • FIG. 3 is a top view of the reaction channel group 210 for explaining the function of the communication part 350.
  • FIG. 3A shows the reaction channel group 210 having the communication part 350
  • FIG. (B) shows the channel group 10 for reaction which does not have the communication part 350 for the comparison.
  • the description of the catalyst structure 300 is omitted in FIG.
  • the partition wall 112 is erected on the heat transfer wall 110b so as to support the heat transfer wall 110a and to block between the heat transfer walls 110a and 110b (see FIGS. 1 and 2). .
  • the reaction fluid introduced into one of the reaction flow paths 12a to 12g is limited only to the introduced reaction flow path. It circulates and is not mixed with the reaction fluid that circulates through other reaction channels.
  • the reaction fluid introduced into the reaction channel 12a flows only through the reaction channel 12a, and mixing with the reaction fluids of the other reaction channels 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, and 12g occurs. Absent.
  • the reaction efficiency of the reaction flow channel 12 having a relatively large flow rate (concentration) and the flow rate (concentration) are relatively high due to a difference in contact efficiency between the reactant and the catalyst. A difference arises in the reaction efficiency of the small reaction flow path 12, and the reaction efficiency of the whole reactor tends to decrease.
  • the reaction channel group 210 according to the present invention as shown in FIG. 3A has the communication portion 350, and therefore, in the reaction fluid introduced into the reaction channel group 210, the reaction channel group 210 Even if the flow rate distribution (concentration distribution) is uneven, the flow rate of the reaction fluid is transferred from the reaction channel 212 having a relatively large flow rate to the reaction channel 212 having a relatively small flow rate through the communication portion 350. Can be equalized, or the reactant can be diffused and the concentration can be made uniform by mixing the reaction fluid between the adjacent reaction channels. That is, the flow rate (concentration) of the plurality of reaction channels 212 can be made uniform (uniform) on the downstream side of the communication portion 350.
  • turbulent flow can be generated in the flow of the reaction fluid flowing through the reaction channel 212 by mixing the reaction fluid between the reaction channels 212 through the communication portion 350.
  • the mass transfer coefficient from the bulk of the reaction fluid flowing through the reaction channel 212 (part of the reaction fluid that is away from the interface and not in contact with the catalyst structure 300) to the catalyst surface can be increased.
  • the diffusion resistance on the catalyst surface can be reduced. Therefore, the contact efficiency between the reaction fluid and the catalyst can be improved, and the reaction efficiency can be improved.
  • any of the plurality of reaction channels (specifically, any of the plurality of partial channels partitioned by the main body portion 310 of the catalyst structure 300) is blocked by the dust.
  • the region that cannot be used as a reaction field on the downstream side of the blocked reaction channel is minimized.
  • the reaction fluid flowing through the reaction channel 212 for example, the reaction channels 212C and 212E
  • the reaction channel 212D passes through the communication unit 350. It is possible to circulate downstream of the reaction channel 212D.
  • reaction channels 212A to 212G can all be used as a reaction field on the downstream side of the communication part 350.
  • the blocked reaction flow path 12 as in the configuration of FIG.
  • the reaction fluid is redistributed to equalize the flow rate on the downstream side, and the diffusion of the reactant can be promoted. Therefore, the communication portion 350 is arranged on the inlet 214 side.
  • the region where the reaction can be performed uniformly increases that is, the reaction is performed by redistribution in the reaction channel 212 where the blockage occurs). The possible distance will be longer).
  • a range in which the blockage occurs frequently is investigated in advance, a communication unit 350 is provided immediately downstream of the range, and the communication unit 350 is blocked. It is better to be close to.
  • the catalyst structure 300 loaded in the reaction channel 212 is configured by using the main body 310 divided into two partial bodies.
  • the catalyst structure 300 is clogged with dust or a part of the catalyst structure 300 is deteriorated by coking, only the blocked part or only the deteriorated part is replaced to replace the entire catalyst structure 300. Can be avoided. Therefore, the amount of replacement of the catalyst structure 300 can be minimized, and the cost required for reactor performance adjustment and maintenance can be reduced.
  • the communication portion 350 is configured by the gap 230 formed by dividing the partition 112 into a plurality of partial partitions and arranging them separately, and the main body 310 of the catalyst structure 300 is also formed. Similarly, by forming the gap 330, a communication portion that connects the partial flow paths of the reaction flow path 212 is configured. With such a configuration, in the communication part 350, the partial flow paths of all the reaction flow paths 212 are communicated straight in the direction perpendicular to the flow direction of the reaction fluid (Y-axis direction). That is, the communication part 350 is configured as a communication path that communicates linearly so as to penetrate the reaction channel group 210, and complete mutual circulation between the reaction channels 212 is achieved.
  • move in this way are not limited to said structure, A various deformation
  • FIG. 4 is a view for explaining a first modified example related to the communication portion of the reactor according to the present invention.
  • 4A shows one reaction channel group 210
  • FIG. 4B shows the reaction channel group 210 loaded with the catalyst structure 400.
  • one catalyst structure 400 is shown in order to explain the catalyst structure 400 loaded in the reaction channel group 210.
  • the partition walls 112 constituting the partition are each configured by a plurality of (here, two) partition walls, as in the embodiment of FIG. 2. Similar to FIG. 2, the partition 112 defines a reaction channel 212 that constitutes the reaction channel group 210.
  • the partition communication portion 450 is configured by the gap 230 of the partition wall 112.
  • the catalyst structure 400 is not divided and has a notch 430 formed in the main body 410 instead of the gap 330 in FIG.
  • the main body 410 is formed of a thin plate material bent into a corrugated shape, similar to the main body 310 of FIG. 2, but has a certain depth (Z-axis) on the upper and lower sides of the main body 410.
  • Direction) notches 430 are formed, and the top portion 422 (the raised upper surface portion) and the bottom portion 424 (the depressed bottom surface portion) are locally lost.
  • the communication passage having a rectangular cross-sectional shape is configured to penetrate straight through the upper side and the lower side of the main body part 310 in the direction perpendicular to the flow direction of the reaction fluid (Y-axis direction).
  • the partial flow path and the outside of the reaction flow path 212 partitioned by the portion 310 are locally communicated with each other.
  • the position of the notch 430 in a state in which the catalyst structure 400 is loaded in the reaction channel 212 coincides with the gap 230 of the partition wall 112, and the length of the notch 430 in the flow direction (X-axis direction) is the length of the partition wall 112. It is substantially the same as the gap 230.
  • the partial flow path of the reaction flow path 212 and the gap 230 of the partition 112 communicate with each other through the communication path formed by the notches 430, and the partial flow of all the reaction flow paths 212 is communicated at the communication portion 450.
  • the path communicates straight in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the flow direction of the reaction fluid.
  • FIG. 5 is a view for explaining a second modified example related to the communication portion of the reactor according to the present invention.
  • FIG. 5A shows one reaction channel group 210
  • FIG. 5B shows the reaction channel group 210 loaded with the catalyst structure 520.
  • one catalyst structure 520 is illustrated to describe the catalyst structure 520 loaded into the reaction channel group 210.
  • a notch 540 similar to the notch 430 in FIG. 4 is formed only on the upper side of the main body 530 constituting the catalyst structure 520, and the reaction flow
  • Each partition 512 that divides the path 212 is not divided, and a notch 514 is formed in each partition 512.
  • the communication part 550 of the partition is constituted by a notch 514 formed in the partition wall 512 instead of the gap 230
  • the communication part of the main body part 530 is constituted by a notch 540 provided in the main body part 530.
  • a rectangular cutout 514 is formed on the upper side of the partition wall 512
  • the main body portion 530 of the catalyst structure 520 is formed of a thin plate material bent into a corrugated shape as in FIG.
  • a notch 540 having a certain depth is provided on the upper side of the main body portion 530 so that the (upper upper surface portion) is partially lost.
  • the notch 540 of the main body part 530 is configured so that the communication path having a rectangular cross-sectional shape extends straight above the main body part 530 in the direction perpendicular to the flow direction of the reaction fluid (Y-axis direction).
  • the partial flow path and the outside of the reaction flow path 212 partitioned by 530 are locally communicated with each other.
  • the position of the notch 540 coincides with the notch 514 of the partition wall 512, and the length and depth of the notch 540 in the flow direction (X-axis direction).
  • the (Z-axis direction) is also substantially the same as the notch 514 of the partition wall 512.
  • the partial flow path and the cutout 514 of the reaction flow path 212 communicate with each other through the communication path formed by the cutout 540 of the main body 530.
  • the communication part 550 of the partition and the communication part of the main body part 310 can also be constituted by the notches 514 and 540.
  • FIG. 6 is a view for explaining a third modified example related to the communication portion of the reactor according to the present invention.
  • FIG. 6A shows one reaction channel group 210
  • FIG. 6B shows the reaction channel group 210 loaded with the catalyst structure 620.
  • one catalyst structure 620 is described in order to explain the catalyst structure 620 loaded in the reaction channel group 210.
  • the partition wall 612 that partitions the reaction channel 212 is provided with a through hole 614, and the partition communication portion 650 is configured as the partition wall 612. It is comprised by the through-hole 614 of.
  • the main body 630 of the catalyst structure 620 is also provided with a through hole 640 corresponding to the through hole 614 of the partition wall 612, and the communication portion of the main body 630 is constituted by the through hole 640.
  • a rectangular through hole 640 along the central axis is formed on the upstream side (inlet 214 side) of each partition wall 612, and the main body 630 of the catalyst structure 620 has a corrugated shape as in FIG.
  • a rectangular through hole 640 is formed in the partition wall section that divides the reaction channel 212 into partial channels.
  • the through hole 640 of the main body 630 is configured so that the communication path having a rectangular cross section passes straight in the direction (Y-axis direction) perpendicular to the flow direction of the reaction fluid, and the partial flow path of the reaction flow path 212 and The outside communicates with each other locally.
  • the position of the through hole 640 coincides with the through hole 614 of the partition wall 612, and the length and height of the through hole 640 in the flow direction (X-axis direction). (Z axis direction) is also substantially the same as the through hole 614 of the partition wall 612.
  • the partial flow path of the reaction flow path 212 and the through hole 614 communicate with each other through the communication path formed by the notch 640 of the main body 630.
  • the communication part 650 of the partition and the communication part of the main body part 630 can be configured by the through holes 614 and 640.
  • the configuration in which the communication portions 350, 450, 550, and 650 of the partition are formed in one place has been described, but the number of places where the communication portions 350, 450, 550, and 650 are provided There is no limitation and two or more places may be sufficient. In other words, a plurality of gaps 230, notches 514, 540, and through holes 614 may be provided in one partition 112, 512, 612.
  • the gap 230 of the partition wall 112 constituting the communication portion 350 and the gap 330 of the main body portion 310 are substantially equal in size and position in the flow direction (X-axis direction).
  • the sizes and positions of the gaps 230 and 330 may be different.
  • the gap 230 of the partition 112 and the gap 330 of the main body 310 may be formed so as to overlap at least partially. This also applies to the modified examples of FIGS.
  • the through hole 640 may be formed so that the size or the position in the flow direction is different.
  • the communication parts 350, 450, 550, 650 of the partition and the communication part in the main body part 310 of the catalyst structure 300 are in any form of a gap, a notch, and a through hole.
  • the combination of the forms constituting the communication unit is not limited to the combination described in FIGS. 2 and 4 to 6, and the combination can be changed as appropriate.
  • the through hole 640 of FIG. 6 is formed in the main body 410 of the catalyst structure 400 instead of the notch 430, or the catalyst structures 520 and 620 of FIG.
  • at least one communication portion may be configured with a gap.
  • the communication portion may be configured by forming a notch in one of the partition wall and the main body of the catalyst structure and forming a through hole in the other.
  • the communication portions 350, 450, 550, and 650 are configured to be provided in the partition of the reaction flow channel group 210. You may change so that it may also provide in 220 partitions. This change effectively acts to alleviate the temperature difference when, for example, a temperature difference occurs between the heat medium channels 222 due to clogging or coking in the reaction channel 212 or the like.
  • circulates the heat medium flow path 222 have a countercurrent relationship
  • the reaction fluid and the heat medium are parallel. It may be in a flow relationship.
  • the present invention is also applicable to a reactor in which the heat medium is a liquid.
  • the heat-medium flow path group 220 comprises.
  • the present invention can be applied to reactors that are not. Therefore, the reactor according to the present invention may not have the configuration of the heat medium flow path group 220. That is, instead of the configuration of the heat medium flow path group 220, a heater for heating the reaction fluid and a cooler for cooling are provided on the heat transfer plate, and these are used to react the reaction fluid from outside the reaction flow path 212. May be modified to heat or cool.
  • the above embodiment has been described as a reactor having a laminated structure in which the reaction channel group 210 and the heat medium channel group 220 are alternately laminated, the single channel having only one layer constituting the reaction channel group 210 is described.
  • the reactor may be a layered structure, and need not be a laminated structure.
  • the present invention can be applied to a reactor that promotes a reaction by causing a catalyst to act on a reaction fluid having a reactant, thereby providing a reactor that can reduce the frequency of catalyst replacement and maintenance costs.

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Abstract

　反応体を有する反応流体に、反応体の反応を促進する触媒を作用させるリアクタを提供する。リアクタは、反応流体が流通する複数の反応用流路を並列状に区画するパーティションと、複数の反応用流路の各々に配設され、触媒を各々有する複数の触媒構造体とを有し、パーティションは、複数の反応用流路を相互に連通させる連通部を有する。

Description

リアクタ
　本発明は、反応体を含んだ流体である反応流体を用いて化学反応を遂行すると共に、反応流体に触媒構造体を作用させて反応を促進させるリアクタに関する。
　リアクタは、反応体を含んだガス状又は液状の流体を加熱又は冷却して反応体の反応を進行させる化学反応装置として知られている。流体の流路断面の１辺が数ｍｍ程度であるリアクタや、１辺が１ｍｍ未満のマイクロリアクタ等の微少な空間を反応場とするリアクタ（コンパクトリアクタ）は、単位体積あたりの比表面積が大きいため、伝熱効率が高く、反応速度や収率を向上させることができる。また、対流や拡散態様を任意に構成することで迅速混合や能動的に濃度分布をつける制御が可能であることから、反応を精密に制御することが可能となる。
　このようなリアクタでは、１つの入口流路が複数の反応用流路（反応場）に分岐され、分岐された複数の反応側流路が１つの出口流路に集合されるように構成されている。また、複数の反応用流路は並行して設けられており、各反応側流路内には触媒が配されている。従って、入口流路に導入された流体（反応流体）に含まれる反応体は、複数の反応用流路において反応が進行して反応生成物となり、出口流路を通じて外部に排出されることとなる。
　反応用流路内に触媒を配する技術として、平板形状の金属板に触媒を担持させて、この触媒を担持した金属板を反応用流路の全長に亘って設置することで、反応用流路全域に亘って触媒が均一に配されるようにする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
特開２００７－２４４９４４号公報
　上記のような複数の反応用流路が並行して設置されるリアクタでは、入口流路から分配される流量分布（又は濃度分布）が反応用流路の各々において維持されて出口流路まで導かれることとなる。この場合、入口流路から分配される流量分布に偏りがあると、相対的に流量の大きい反応用流路における反応効率と、相対的に流量の小さい反応用流路における反応効率とに差が生じ、リアクタ全体の反応効率が低下してしまう。
　また、相対的に流量の大きい反応用流路において、触媒表面に炭素が析出（コーキングが発生）して、触媒活性が低下したり触媒が劣化するおそれがある。触媒の活性が低下した反応用流路では、反応効率が著しく低下して、この反応用流路の使用が困難となるため、リアクタ全体としての反応効率は低下してしまう。
　さらに、入口流路に導入された反応流体にダストが混入していると、ダストによって一部の反応用流路が閉塞されてしまう場合がある。この場合、閉塞された反応用流路には反応流体が流通されなくなるので、この反応用流路は使用不可能となり、リアクタ全体の反応効率が低下してしまう。
　本発明は、このような課題を解決し、リアクタ全体としての反応流体の反応効率が低下することを抑制可能なリアクタを提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、リアクタは、反応体を有する反応流体に、前記反応体の反応を促進する触媒を作用させるリアクタであって、前記反応流体が流通する複数の反応用流路を並列状に区画するパーティションと、前記複数の反応用流路の各々に配設され、前記触媒を各々有する複数の触媒構造体とを有し、前記パーティションは、前記複数の反応用流路を相互に連通させる連通部を有する。
　上記パーティションの連通部は、前記反応用流路の入口から出口までの範囲における入口側において前記複数の反応用流路が連通するように配置されるとよい。
　上記パーティションは、前記反応流体の流通方向に沿って延伸する１又は複数の隔壁を有し、前記隔壁は、間隙を有するように離間させて配置される少なくとも２つの部分隔壁によって構成され、前記パーティションの連通部は、前記隔壁の間隙を有するように構成してもよい。
　或いは、前記パーティションの連通部は、前記隔壁に設けられる切り欠きを有するように構成してもよい。
　或いは、前記パーティションの連通部は、前記隔壁に設けられる貫通孔を有するように構成してもよい。
　上記複数の触媒構造体は、各々、前記反応用流路を前記反応流体の流通方向に沿って区分して、複数の並列する部分流路に区画する本体部を有し、前記本体部は、前記パーティションの連通部に対応して、前記複数の部分流路を相互に連通させる連通部を有するように構成するとよい。この構成において、前記本体部は、間隙を有するように離間させて配置される少なくとも２つの部分によって構成され、前記本体部の連通部は、前記本体部の間隙を有するようにしてもよい。
　或いは、前記本体部の連通部は、前記本体部に設けられる切り欠きを有するように構成してもよい。
　或いは、前記本体部の連通部は、前記本体部に設けられる貫通孔を有するように構成してもよい。
　又、前記本体部は、１つ以上の平行な溝及び隆起を形成するように屈曲した薄板材で構成されて、前記複数の部分流路の各々を、前記反応流体の流通方向に垂直な断面が矩形になるように区画し、前記本体部の連通部は、前記薄板材の溝を形成する部分及び隆起を形成する部分の少なくとも一方に設けられる切り欠きを有するように構成してもよい。
　本発明によれば、触媒の局所的な活性低下や劣化に起因する反応流体の反応効率の低下を抑制し、触媒の使用率を可能な限り高く維持して触媒交換の頻度を低減することが可能となる。
リアクタの基本的な構成を説明するための図である。 本発明に係るリアクタの一実施形態における反応用流路群および熱媒体流路群を説明するための図である。 図２の実施形態における連通部の機能を説明するための図である。 本発明に係るリアクタの第１変形例における構成を説明する図である。 本発明に係るリアクタの第２変形例における構成を説明する図である。 本発明に係るリアクタの第３変形例における構成を説明する図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。尚、本願明細書及び図面において、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
　（リアクタ１００）
　図１は、リアクタの基本的な構成を説明するための図であり、本発明のリアクタの一実施形態は、図１のリアクタ１００の構成に基づいて、図２に示すような改良を加えた構成を有する。図１において、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、図示の通り、各々、反応流体の流通方向及びそれに垂直な水平方向、並びに、鉛直方向として規定している。
　図１に示すように、リアクタ１００は、複数の長方形の伝熱壁１１０（図２及び４～６では、１１０ａ，１１０ｂで示す）を水平に配置して、予め定められた間隔離隔して鉛直方向に積層した構造となっている。リアクタ１００は、天面１０２、側壁板１１４、反応流体導入部１２０及び反応流体排出部１２２を有し、これらの部材は、積層された伝熱壁１１０間の空間を内部に包み込むように、上面及び側面を囲む筺体様の構造を形成する。更に、リアクタ１００の側壁板１１４側の一側面には、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２が付設される。天面１０２、側壁板１１４、反応流体導入部１２０、反応流体排出部１２２、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２は、すべて金属材料（例えば、ステンレス綱（ＳＵＳ３１０、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）２３０）等の耐熱金属）で構成されている。
　リアクタ１００は、複数の反応用流路群２１０と複数の熱媒体流路群２２０とが交互に配置された積層構造を有する。具体的には、離間して積み重ねられた伝熱壁１１０の間に区画される複数の並行した層状空間が形成され、これらに反応用流路群２１０と熱媒体流路群２２０とが交互に設けられる。図１（ａ）に示すように、１つの熱媒体流路群２２０は、複数の熱媒体流路２２２で構成される。又、図１（ｂ）に示すように、１つの反応用流路群２１０は、複数の反応用流路２１２で構成され、各々の反応用流路２１２には、後述する触媒構造体（図１においては図示を省略）が設けられている。尚、図１（ｂ）は、区分された反応用流路２１２が途中で連通することなく独立しているように記載されるが、本発明においては、この点について改良を加え、その具体的な構成については、図２～図６を参照して後述する。
　反応流体導入部１２０及び反応流体排出部１２２は、各々、円柱周面状に湾曲した側壁を有する部分円筒形状を有し、これらと積層された伝熱壁１１０との間に、反応流体の導入及び排出用の空間が各々形成される。積層された伝熱壁１１０の反応流体導入部１２０側末端及び反応流体排出部１２２側末端において、熱媒体流路群２２０が配される層状空間は、閉鎖板１１６によって閉止されるが、反応用流路群２１０が配される層状空間は解放されるように孔２１０ａが形成される。従って、反応用流路群２１０は、孔２１０ａを介して、反応流体導入部１２０及び反応流体排出部１２２の内側の空間と連通する。
　また、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２は、側部に鉛直方向の開口を有する中空構造を有し、リアクタ１００への熱媒体の供給及び回収が、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２の中空部を介して行われる。このために、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２が設けられる側の側壁板１１４は、一層おきに両端において欠損するように短く設定されて、熱媒体流路群２２０の空間が解放される孔２２０ａが両端に形成される。従って、熱媒体流路群２２０は、孔２２０ａを介して熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２の中空部と連通する。
　上述のようなリアクタ１００を製造するには、反応用流路群２１０及び熱媒体流路群２２０の一方を形成した伝熱壁１１０を交互に積層すると共に、各々を側壁板１１４及び閉鎖板１１６を介して接合し、天面１０２を積層した伝熱壁１１０の上部に接合する。そして、反応流体導入部１２０、反応流体排出部１２２、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２を、積層された伝熱壁１１０にそれぞれ接合することによってリアクタ１００が組み立てられる。リアクタ１００を製造する際に用いる接合方法に限定はないが、例えば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接や拡散接合が利用できる。
　上述のリアクタ１００の構成において、熱媒体導入部１３０から熱媒体が導入されると、図１（ａ）中に実線の矢印で示すように、熱媒体は、熱媒体流路群２２０を流通した後に、熱媒体排出部１３２から排出される。また、反応流体導入部１２０から反応流体（反応体を有する流体）が導入されると、図１（ｂ）に破線の矢印で示すように、反応流体は、反応用流路群２１０を流通し、反応流体排出部１２２から排出される。尚、図１に示すように、本実施形態において、反応用流路群２１０を流通する反応流体と熱媒体流路群２２０を流通する熱媒体とは、対向流の関係となっている。
　このように、反応用流路群２１０と熱媒体流路群２２０とは、伝熱壁１１０によって区画されるので、熱媒体流路群２２０を流通する熱媒体は、伝熱壁１１０を介して、反応用流路群２１０を流通する反応流体と熱交換する。反応用流路群２１０において吸熱反応を行う場合は、熱媒体流路群２２０の熱媒体は、反応用流路群２１０を流通する反応流体に熱を供給（加熱）し、反応用流路群２１０において発熱反応を行う場合は、熱媒体流路群２２０の熱媒体は、反応用流路群２１０を流通する反応流体を除熱（冷却）するように、熱媒体の温度が調整される。
　吸熱反応としては、例えば、下記化学式（１）に示すメタンの水蒸気改質反応や、化学式（２）に示すメタンのドライリフォーミング反応などが挙げられる。
　ＣＨ4　＋　Ｈ2Ｏ　→　３Ｈ2　＋　ＣＯ　　----化学式（１）
　ＣＨ4　＋　ＣＯ2　→　２Ｈ2　＋　２ＣＯ　　----化学式（２）
　また、発熱反応としては、例えば、下記化学式（３）に示すシフト反応や、化学式（４）に示すメタネーション反応、化学式（５）に示すＦＴ（Fischer tropsch）合成反応などが挙げられる。
　ＣＯ　＋　Ｈ2Ｏ　→　ＣＯ2　＋　Ｈ2　　----化学式（３）
　ＣＯ　＋　３Ｈ2　→　ＣＨ4　＋　Ｈ2Ｏ　　----化学式（４）
　（２ｎ＋１）Ｈ2　＋　ｎＣＯ　→　ＣnＨ2n+2　＋　ｎＨ2Ｏ　----化学式（５）
　リアクタの反応用流路群２１０へ供給される反応流体として、上記化学式で例示するようなリアクタで遂行する化学反応に参加する物質（つまり、反応体）によって組成される流体、又は、反応体と反応に関与しない気体キャリアとで組成される流体が好適に使用される。気体キャリアは、遂行する化学反応を考慮して、不活性ガスや低反応性の気体状物質（リアクタ内の温度において）から適正な物質を選択できる。
　本発明においては、熱媒体流路群２２０に供給される熱媒体として、リアクタの構成素材を腐食させない気体物質が好適に使用できる。熱媒体として気体物質を使用する構成は、液体媒体を使用する場合と比較して、取り扱いが容易である。
　このように、リアクタ１００は、反応場となる反応用流路群２１０（反応用流路２１２）と、熱媒体が流通する熱媒体流路群２２０（熱媒体流路２２２）とが、伝熱壁１１０を介して並行するように設けられ、反応用流路群２１０を流通する反応流体と熱媒体流路群２２０を流通する熱媒体とが熱交換を行うように構成される。これにより、反応用流路群２１０において反応流体の反応（吸熱反応、発熱反応）を効率良く行うことができる。
　（反応用流路群２１０、熱媒体流路群２２０）
　次に、本発明のリアクタにおける反応用流路群２１０及び熱媒体流路群２２０の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、１つの熱媒体流路群２２０を示し、図２（ｂ）は、１つの反応用流路群２１０を示し、図２（ｃ）は触媒構造体３００が装填された反応用流路群２１０を示す。図２においては、熱媒体流路群２２０と反応用流路群２１０との区別を理解し易くするために、図１の伝熱壁１１０を伝熱壁１１０ａ及び伝熱壁１１０ｂに区別して記載する。又、図２（ｂ）においては、反応用流路群２１０への触媒構造体３００の装填を説明するために、１つの触媒構造体３００を記載する。図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の規定は、図１と同様であり、この規定は、以下に説明する図４～図６においても同様である。
　図２（ａ）に示すように、熱媒体流路群２２０は、各々、底面が伝熱壁１１０ａで区画され、熱媒体流路群２２０の上面は天面１０２もしくは伝熱壁１１０ｂで区画される。伝熱壁１１０ａの四方の端部には、リアクタ１００の側壁を構成する二つの側壁板１１４と、熱媒体流路群２２０の反応流体導入部１２０側及び反応流体排出部１２２側を遮断するための１対の閉鎖板１１６とが立設されている。従って、反応流体導入部１２０から導入される反応流体は、閉鎖板１１６によって、熱媒体流路群２２０への混入が防止される。リアクタ１００内において、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂ間の層状空間を複数の並行する空間に区分して熱媒体流路２２２を区画するためのパーティションが伝熱壁１１０ａ上に設けられる。具体的には、この実施形態では、パーティションは、層状空間の各々に設けられる６つの平行な隔壁１１２で構成され、６つの隔壁１１２は、伝熱壁１１０ａ上に立設されて、側壁板１１４間に７つの熱媒体流路２２２を区画すると共に、上面の伝熱壁１１ｂを支持して伝熱壁１１０ａ，１１ｂ間の間隔を保持している。
　また、２つの側壁板１１４のうち、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２が接合される側の側壁板１１４は、両端に欠損１１４ａが生じるように伝熱壁１１０ａより短く設定され、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂが積層されたときに、欠損１１４ａが孔２２０ａを形成する。従って、熱媒体導入部１３０から導入される熱媒体は、孔２２０ａを介して熱媒体流路群２２０内へ流入し、熱媒体流路群２２０内から孔２２０ａを介して熱媒体排出部１３２へ流出する。熱媒体流路群２２０へ流入する熱媒体は、各熱媒体流路２２を流通する。つまり、隔壁１１２の一端で分岐して、隔壁１１２及び側壁板１１４の間を熱媒体導入部１３０側から熱媒体排出部１３２側へ平行に流通して、隔壁１１２の他端を経て合流し、この後、熱媒体流路群２２０から流出する。隔壁１１２（パーティション）は、側壁板１１４より短く、熱媒体流路群２２０を構成する熱媒体流路２２２は、両端のみにおいて統合される個々に独立した平行な流路となる。
　上述の熱媒体流路群２２０の構成は、図１（ａ）に記載される構成と同様である。
　他方、反応用流路群２１０は、図２（ｂ）に示すように、底面が伝熱壁１１０ｂで区画され、反応用流路群２１０の上面は、伝熱壁１１０ａで区画される。リアクタ１００内において、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂ間の層状空間を複数の並行な空間に区分して反応用流路２１２を並列状に区画するためのパーティションが伝熱壁１１０ｂ上に設けられる。反応用流路群２１０のパーティションは、伝熱壁１１０ｂ上に立設される６つの平行な隔壁１１２で構成され、側壁板１１４間を区分して７つの反応用流路２１２を区画すると共に、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂ間の間隙を保持するように伝熱壁１１０ａを支持する。パーティションを構成する隔壁１１２の数は、（反応用流路２１２の数－１）であり、複数の反応用流路２１２を区画する隔壁１１２の数は、１又は複数となる（この点は、熱媒体流路群２２０のパーティションでも同様である）。図２の実施形態において、反応用流路群２１０のパーティションを構成する各々の隔壁１１２は、途中に少なくとも１つの間隙を有するように、分割して離隔配置された少なくとも２つの部分隔壁によって構成される。これに関しては後に詳細に説明する。
　熱媒体流路群２２０が設けられる伝熱壁１１０ａと異なり、反応用流路群２１０が設けられる伝熱壁１１０ｂ上には閉鎖板１１６が設けられないので、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂが積層された状態において、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂ間の間隙１１４ｂは、孔２１０ａを形成する。つまり、側壁板１１４間の空間の両端は解放され、反応用流路群２１０は、反応流体導入部１２０の内側の空間及び反応流体排出部１２２の内側の空間と連通する。故に、反応流体導入部１２０から供給される反応流体は、孔２１０ａ（入口２１４）を介して反応用流路群２１０内へ導入されて反応が進行し、反応生成物が生成した反応流体は、反応用流路群２１０から孔２１０ａ（出口２１６）を介して反応流体排出部１２２の外へ排出される。反応用流路群２１０に流入する反応流体は、各反応用流路２１２を流通する。つまり、隔壁１１２の一端で分岐して、隔壁１１２及び側壁板１１４の間を反応流体導入部１２０側から反応流体排出部１２２側へ平行に流通して、隔壁１１２の他端を経て合流し、この後、反応用流路群２１０から流出する。隔壁１１２（パーティション）は、側壁板１１４より短く、反応用流路群２１０を構成する反応用流路２１２は、隔壁１１２によって個々に独立すると共に両端において統合される平行な流路となる。但し、これらの反応用流路２１２を途中で局所的に相互に連通させる連通部３５０がパーティションに設けられる。これについて、以下に説明する。
　図２（ｂ）の実施形態においては、反応用流路２１２を区画する各々の隔壁１１２は、複数（ここでは、２つ）に分割された部分隔壁によって構成され、これらは、反応流体の流通方向（図２（ｂ）、（ｃ）中のＸ軸方向）に沿って連設されると共に、これらの間に間隙２３０が形成されるように離隔して配置される。従って、隣接する反応用流路２１２同士が、隔壁１１２の間隙２３０において連通する。６つの隔壁１１２における間隙２３０の位置は、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に一列に連なる。これらの間隙２３０によってパーティションの連通部３５０が構成され、連通部３５０において、反応用流路２１２は互いに連通する。このように反応用流路群２１０に連通部３５０を設けることによって、反応用流路２１２間の相互の流通が局所的に生じるが、連通部３５０以外の部分において、隔壁１１２による各反応用流路２１２の分離独立は維持される。連通部３５０の位置は、反応用流路２１２の入口２１４から出口２１６までの範囲における入口２１４側において反応用流路２１２が相互に連通するように設定される。より具体的には、反応流体が分岐して流通する範囲において、反応用流路２１２の出口側分岐点より入口側分岐点の方が近くなる位置に間隙２３０が設けられる。連通部３５０の機能については後述する。
　図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、反応用流路２１２内には、各々、反応流体の反応を促進させるための触媒を有する触媒構造体３００が配設されている。触媒構造体３００において、触媒は、本体部３１０の表面に担持され、反応流体が触媒構造体３００と接触することにより、本体部３１０表面の触媒によって反応体の化学反応が促進される。本体部３１０は、１つ以上の平行な溝及び隆起を形成するようにコルゲート形状に屈曲した金属製の薄板材で構成され、触媒構造体３００を反応用流路２１２へ装填した状態において、本体部３１０は、反応用流路２１２を反応流体の流通方向に沿って区分して、並列する複数の部分流路を区画する。具体的には、本体部３１０は、伝熱壁１１０ａに沿った頂部３２２（隆起した上面部）と、伝熱壁１１０ｂに沿った底部３２４（陥没した底面部）と、隔壁１１２に沿った側壁部３２６と、頂部３２２及び底部３２４を交互に接続する、隔壁１１２に平行な区画壁部３２８とを有し、それらの両端に側壁部３２６が位置する。これらの各部は、反応流体の流通方向に沿って延伸し、隔壁１１２と同じ長さに設けられる。反応用流路２１２へ触媒構造体３００を装填した状態において、本体部３１０の区画壁部３２８は、反応用流路２１２を、反応流体の流通方向に垂直な断面が矩形（この実施形態では長方形）の複数の並列する部分流路に区分し、部分流路の幅（Ｙ軸方向）は、頂部３２２及び底部３２４の幅に相当する。
　このような本体部３１０は、隔壁１１２と同じ長さの薄板材に対して、垂直に屈曲する曲げ加工を行うことによって得られ、例えば、薄板材の一側から曲げ加工を繰り返して上記各部を順次形成することによって、図２（ｂ）のように折り畳まれたコルゲート形状に成形される。この際、頂部３２２及び底部３２４の幅の合計が反応用流路２１２の幅に実質的に等しくなるように、頂部３２２及び底部３２４の数及び幅（Ｙ軸方向）を設定し、側壁部３２６及び区画壁部３２８の幅が反応用流路２１２の高さ（Ｚ軸方向）に実質的に等しくなるように構成することによって、装填された触媒構造体３００が反応用流路２１２内に密接固定される。
　本体部３１０を構成する薄板材は、入手可能な耐熱金属製のものから本発明に適したものを適宜選択して利用することができ、上述のような成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択される。耐熱金属としては、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の金属の１種又は複数種を主成分とする耐熱合金があり、例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の耐熱合金製の薄板材で本体部３１０を構成すると好ましい。
　触媒は、主成分として活性金属を有し、本体部３１０の表面に担持される。触媒を構成する活性金属は、リアクタ１００で遂行する反応に基づいて、反応促進に適したものが適宜選択される。活性金属としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられ、このような金属から１種、又は、反応促進に有効である限り、複数種を組み合わせて使用してもよい。触媒を本体部３１０に良好に担持するために、必要に応じて、本体部３１０の表面に担体を層状に設ける処理を施すことができる。触媒の担持方法については、既存の技術を利用して行うことができ、使用する触媒に応じて適切な方法を周知の手法から適宜選択すればよい。担体は、リアクタ１００で遂行する反応を考慮して、反応の遂行を阻害せず耐久性を有するものが適宜選択される。担体としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）、ＴｉＯ2（チタニア）、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＣｅＯ2（セリア）、ＳｉＯ2（シリカ）等の金属酸化物が挙げられ、１種又は複数種を選択して使用することができる。
　図２（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態において、各々の触媒構造体３００の本体部３１０は、反応流体の流通方向（図２（ｂ）、（ｃ）中のＸ軸方向）に沿って連設される複数（ここでは、２つ）に分割された部分体によって構成されている。これらの部分体は、間に間隙３３０が形成されるように離隔して配置され、本体部３１０の区画壁部３２８、側壁部３２６によって区画される反応用流路２１２の部分流路が、部分体間の間隙３３０において互いに連通するように構成される。７つの触媒構造体３００に設けられる７つの間隙３３０は、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に一列に連なり、これらの間隙３３０によって本体部３１０の連通部が構成される。
　このように触媒構造体３００の本体部３１０に連通部を設けることによって、各反応用流路２１２における部分流路間の相互流通及び反応用流路２１２と外部との流通が局所的に生じるが、連通部以外の部分においては、部分流路は各々独立する。本体部３１０の間隙３３０の位置及び流通方向（Ｘ軸方向）の長さは、隔壁１１２の間隙２３０と実質的に一致するように設けられる。つまり、本体部３１０の連通部は、パーティションの連通部３５０に対応して、部分流路及び間隙２３０（パーティションの連通部）を相互に連通させるように配置されるので、本体部３１０の連通部とパーティションの連通部３５０とが反応用流路群２１０を真っ直ぐに貫くように配される。
　このように、隔壁１１２における間隙２３０及び本体部３１０における間隙３３０の位置を、間隙２３０と間隙３３０とが連なるように設定することによって、触媒構造体３００の本体部３１０の連通部は、パーティションの連通部３５０に統合され、パーティションの連通部３５０における反応用流路２１２間の連通は、触媒構造体３００によって阻害されず、本体部３１０の連通部を通じて十分な相互連通が達成される。従って、複数の反応用流路２１２及び各反応用流路２１２の部分流路が、相互に良好に連通する。
　図３は、連通部３５０の機能を説明するための、反応用流路群２１０の上面図であり、図３（ａ）は、連通部３５０を有する反応用流路群２１０を示し、図３（ｂ）は、比較のために、連通部３５０がない反応用流路群１０を示す。尚、理解を容易にするために、図３においては触媒構造体３００の記載を省略する。
　上述したように、隔壁１１２は、伝熱壁１１０ｂ上に立設されて伝熱壁１１０ａを支持し、伝熱壁１１０ａ，１１０ｂ間を遮断するように形成される（図１、図２参照）。このため、連通部３５０がない図３（ｂ）の反応用流路群１０においては、反応用流路１２ａ～１２ｇの１つに導入された反応流体は、導入された反応用流路のみを流通し、他の反応用流路を流通する反応流体とは混合されない。例えば、反応用流路１２ａに導入された反応流体は、反応用流路１２ａのみを流通し、他の反応用流路１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇの反応流体との混合は生じない。
　このため、例えば、図３（ｂ）における反応用流路群１０に導入される反応流体が反応用流路１２ａ～１２ｇの各々に分岐される際に、流路毎の流量分布（又は濃度分布）に偏りがある場合、反応体と触媒との接触効率等の差に起因して、相対的に流量（濃度）の大きい反応用流路１２の反応効率と、相対的に流量（濃度）が小さい反応用流路１２の反応効率とに差が生じ、リアクタ全体の反応効率は低下し易くなる。
　また、反応用流路群１０に導入される反応流体の流路毎の流量分布（又は濃度分布）に偏りがある場合、例えば図３（ｂ）に示すように、反応用流路１２ｄに他の反応用流路１２と比べて相対的に多くの量の反応体が導入されることにより、反応用流路１２ｄの触媒構造体３００の表面に炭素が析出（コーキングが発生）し易くなる可能性がある。触媒構造体３００に炭素が析出すると、触媒は、活性低下や劣化を引き起こし易いので、反応用流路１２ｄにおいて、反応の進行具合が著しく低下したり、実質的に使用不可能となり、結果としてリアクタ全体の反応効率が低下する可能性がある。
　或いは、図３（ｂ）の構成において反応流体にダストが混入した場合、例えば、反応用流路１２ｄがダストによって閉塞されると、反応用流路１２ｄには反応流体が流通されず、使用不可能となるため、リアクタ全体の反応効率が低下する。
　これに対し、図３（ａ）に示すような本発明に係る反応用流路群２１０は、連通部３５０を有するので、反応用流路群２１０に導入される反応流体において、流路毎の流量分布（濃度分布）に偏りがあっても、連通部３５０を通じて、相対的に流量の大きい反応用流路２１２から相対的に流量の小さい反応用流路２１２へ反応流体が移行することによって流量が均等化したり、隣接する反応用流路間で反応流体が混合されることで反応体が拡散して濃度が均一化することが可能である。つまり、連通部３５０より下流側においては、複数の反応用流路２１２の流量（濃度）を均等（均一）にすることが可能である。従って、反応用流路群２１０内での反応体と触媒との接触効率等のバラツキや、それに伴うコーキングの発生し易さに起因する反応効率の低下が抑制され、ダスト等による閉塞に起因して生じる触媒構造体３００の不使用領域を最小限に抑えられるので、リアクタ１００全体の反応効率の低下を抑制することができる。
　更に、連通部３５０を通じて、反応用流路２１２間で反応流体が混合されることによって、反応用流路２１２を流通する反応流体の流れに乱流を生じることができる。
　これにより、反応用流路２１２を流通する反応流体のバルク（反応流体のうち、界面から離れて、触媒構造体３００と触れていない部分）から触媒表面への物質移動係数を大きくすることができ、触媒表面での拡散抵抗を小さくすることが可能となる。従って、反応流体と触媒との接触効率を向上させることができ、反応効率を向上させることが可能となる。
　複数の反応用流路２１２において、流量が均等化される、すなわち、流量の偏りがなくなると、触媒構造体３００への炭素の析出し易さを低く抑えることが可能である。これにより、触媒の活性低下及び触媒構造体３００の劣化を抑制することが可能である。
　反応流体にダストが混入した場合、複数の反応用流路の何れか（詳細には、触媒構造体３００の本体部３１０によって区画される複数の部分流路の何れか）がダストによって閉塞されると、図３（ａ）の構成においては、閉塞した反応用流路の下流側において反応場として利用不能になる領域は最小限に抑えられる。例えば、反応用流路２１２Ｄがダストによって閉塞されても、反応用流路２１２Ｄ以外の反応用流路２１２（例えば、反応用流路２１２Ｃ、２１２Ｅ）を流通する反応流体は、連通部３５０を通じて、反応用流路２１２Ｄの下流側を流通することが可能である。つまり、連通部３５０より上流側において、反応用流路２１２Ａ～２１２Ｇの何れが閉塞しても、連通部３５０の下流側においては反応用流路２１２Ａ～２１２Ｇを全て反応場として利用することが可能であり、図３（ｂ）の構成のように閉塞された反応用流路１２が全長に亘って使用不可能となってしまう事態を回避することができる。
　反応流体に混入したダストが反応用流路２１２に流入する場合、ダストによる閉塞は、反応用流路２１２の上流側（図３（ａ）中、左側）、特に入口側分岐点付近において生じ易いと考えられる。従って、上述のような本発明の利点を活用する上で、連通部３５０を、反応用流路２１２の入口２１４から出口２１６までの間における入口２１４側（上流側）に配することが有効である。
　連通部３５０において、反応流体が再分配されて下流側における流量の均等化を図ることができ、又、反応体の拡散を促進することができるので、連通部３５０を入口２１４側に配して反応用流路２１２の上流側で反応流体を再分配する構成においては、均等に反応を遂行可能な領域が多くなる（つまり、閉塞が生じた反応用流路２１２において、再分配によって反応を遂行可能な距離が長くなる）。閉塞によって使用不可能となる領域を可能な限り減少させるには、予め、閉塞が生じる頻度の高い範囲を調査し、この範囲の直ぐ下流側に連通部３５０を設けて、連通部３５０が閉塞箇所に近くなるようにすると良い。
　また、上述の実施形態では、反応用流路２１２に装填される触媒構造体３００は、２つの部分体に分割された本体部３１０を用いて構成されているため、触媒構造体３００の一部がダストで閉塞されたり、触媒構造体３００の一部がコーキングによって劣化したりした場合に、閉塞された部分のみ、又は、劣化した部分のみを交換することで、触媒構造体３００全体の交換を回避できる。従って、触媒構造体３００を交換する量を最小限に抑えることができ、リアクタの性能調整やメンテナンスに要するコストを低減することが可能となる。
　上記の実施形態では、隔壁１１２を複数の部分隔壁に分割して、これらを離隔して配置することによって形成される間隙２３０によって連通部３５０が構成され、触媒構造体３００の本体部３１０についても同様に間隙３３０を形成することによって、反応用流路２１２の部分流路間を連通させる連通部が構成されている。このような構成によって、連通部３５０において、全ての反応用流路２１２の部分流路が、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐに連通される。つまり、連通部３５０は、反応用流路群２１０を貫通するように直線的に連通させる連通路として構成されて、反応用流路２１２間の完全な相互流通が達成される。しかし、このように作用するパーティションの連通部３５０及び本体部３１０の連通部は、上記の構成には限定されず、様々な変形が可能である。つまり、隔壁１１２及び触媒構造体３００は、複数の部分に分割される必要はない。以下に、図４～６を参照して、そのような変形例について説明する。
　（第１変形例）
　図４は、本発明に係るリアクタの連通部に関する第１変形例を説明するための図である。図４（ａ）は、１つの反応用流路群２１０を示し、図４（ｂ）は、触媒構造体４００が装填された反応用流路群２１０を示す。図４（ａ）においては、反応用流路群２１０へ装填される触媒構造体４００を説明するために、１つの触媒構造体４００を記載する。
　図４に示すように、第１変形例において、パーティションを構成する隔壁１１２は、各々、図２の実施形態と同様に、複数（ここでは、２つ）に分割された部分隔壁で構成され、隔壁１１２によって、図２と同様に、反応用流路群２１０を構成する反応用流路２１２が区画される。従って、図２と同様に、隔壁１１２の間隙２３０によって、パーティションの連通部４５０が構成される。しかし、触媒構造体４００は分割されず、図２の間隙３３０に代えて、本体部４１０に形成される切り欠き４３０を有する。具体的には、本体部４１０は、図２の本体部３１０と同様に、コルゲート形状に屈曲した薄板材で構成されるが、本体部４１０の上側及び下側に、一定の深さ（Ｚ軸方向）の切り欠き４３０が形成されて、頂部４２２（隆起した上面部）及び底部４２４（陥没した底面部）が局所的に欠損する。これらの切り欠き４３０によって、断面形状が長方形の連通路が、本体部３１０の上側及び下側に、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐ貫くように構成されて、本体部３１０によって区画された反応用流路２１２の部分流路及び外部が局所的に相互に連通される。触媒構造体４００を反応用流路２１２に装填した状態における切り欠き４３０の位置は、隔壁１１２の間隙２３０と一致し、切り欠き４３０の流通方向（Ｘ軸方向）の長さは、隔壁１１２の間隙２３０と実質的に同じである。従って、切り欠き４３０によって形成される連通路を通じて、反応用流路２１２の部分流路と隔壁１１２の間隙２３０とが相互に連通し、連通部４５０において、全ての反応用流路２１２の部分流路が、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐに連通される。
　（第２変形例）
　図５は、本発明に係るリアクタの連通部に関する第２変形例を説明するための図である。図５（ａ）は、１つの反応用流路群２１０を示し、図５（ｂ）は、触媒構造体５２０が装填された反応用流路群２１０を示す。図５（ａ）においては、反応用流路群２１０へ装填される触媒構造体５２０を説明するために、１つの触媒構造体５２０を記載する。
　図５に示すように、第２変形例においては、図４の切り欠き４３０と同様の切り欠き５４０が、触媒構造体５２０を構成する本体部５３０の上側のみに形成されると共に、反応用流路２１２を区画する各々の隔壁５１２は分割されずに、切り欠き５１４が各隔壁５１２に形成されている。つまり、パーティションの連通部５５０は、間隙２３０に代えて、隔壁５１２に形成される切り欠き５１４によって構成され、本体部５３０の連通部は、本体部５３０に設けられる切り欠き５４０によって構成される。具体的には、隔壁５１２の上側に、長方形の切り欠き５１４が形成され、触媒構造体５２０の本体部５３０は、図２と同様にコルゲート形状に屈曲した薄板材で構成されるが、頂部５３２（隆起した上面部）が部分的に欠損するように、本体部５３０の上側に一定の深さの切り欠き５４０が設けられる。本体部５３０の切り欠き５４０によって、断面形状が長方形の連通路が、本体部５３０の上側に、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐ貫くように構成されて、本体部５３０によって区画される反応用流路２１２の部分流路及び外部が局所的に相互に連通される。触媒構造体５２０を反応用流路２１２へ装填した状態において、切り欠き５４０の位置は、隔壁５１２の切り欠き５１４と一致し、切り欠き５４０の流通方向（Ｘ軸方向）の長さ及び深さ（Ｚ軸方向）も、隔壁５１２の切り欠き５１４と実質的に同じである。従って、本体部５３０の切り欠き５４０によって形成される連通路を通じて、反応用流路２１２の部分流路及び切り欠き５１４が相互に連通する。
　このように、パーティションの連通部５５０及び本体部３１０の連通部を、切り欠き５１４，５４０で構成することもできる。
　（第３変形例）
　図６は、本発明に係るリアクタの連通部に関する第３変形例を説明するための図である。図６（ａ）は、１つの反応用流路群２１０を示し、図６（ｂ）は、触媒構造体６２０が装填された反応用流路群２１０を示す。図６（ａ）においては、反応用流路群２１０へ装填される触媒構造体６２０を説明するために、１つの触媒構造体６２０を記載する。
　図６に示すように、第３変形例においては、反応用流路群２１０において、反応用流路２１２を区画する隔壁６１２には貫通孔６１４が設けられ、パーティションの連通部６５０は、隔壁６１２の貫通孔６１４によって構成される。又、触媒構造体６２０の本体部６３０にも、隔壁６１２の貫通孔６１４に対応した貫通孔６４０が設けられ、本体部６３０の連通部は貫通孔６４０によって構成される。具体的には、各々の隔壁６１２の上流側（入口２１４側）において、中心軸に沿った長方形の貫通孔６４０が形成され、触媒構造体６２０の本体部６３０は、図２と同様にコルゲート形状に屈曲した薄板材で構成されるが、反応用流路２１２を部分流路に区分する隔壁部に長方形の貫通孔６４０が形成される。本体部６３０の貫通孔６４０によって、断面が長方形の連通路が、反応流体の流通方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に真っ直ぐ貫くように構成されて、反応用流路２１２の部分流路及び外部が局所的に相互に連通される。触媒構造体６２０を反応用流路２１２へ装填した状態において、貫通孔６４０の位置は、隔壁６１２の貫通孔６１４と一致し、貫通孔６４０の流通方向（Ｘ軸方向）の長さ及び高さ（Ｚ軸方向）も、隔壁６１２の貫通孔６１４と実質的に同じである。従って、本体部６３０の切り欠き６４０によって形成される連通路を通じて、反応用流路２１２の部分流路及び貫通孔６１４が相互に連通する。
　このように、パーティションの連通部６５０及び本体部６３０の連通部を、貫通孔６１４，６４０で構成することもできる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことはいうまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態及び変形例では、パーティションの連通部３５０，４５０，５５０，６５０が、１箇所に形成される構成について説明したが、連通部３５０、４５０、５５０、６５０を設ける箇所の数に限定はなく、２箇所以上であってもよい。換言すれば、１つの隔壁１１２，５１２，６１２に複数の間隙２３０、切り欠き５１４，５４０、貫通孔６１４があってもよい。
　また、図２の実施形態において、連通部３５０を構成する隔壁１１２の間隙２３０と、本体部３１０の間隙３３０とは、大きさ及び流通方向（Ｘ軸方向）の位置が実質的に等しくなるように形成しているが、反応用流路２１２の部分流路と間隙２３０とが互いに連通すれば、間隙２３０，３３０の大きさや位置が異なってもよい。換言すれば、隔壁１１２の間隙２３０と本体部３１０の間隙３３０とが、少なくとも部分的に重なるように形成されればよい。この点は、図４～図６の変形例においても同様であり、隔壁１１２，５１２，６１２の間隙２３０、切り欠き５１２又は貫通孔６４０と、本体部４１０，５３０，６３０の切り欠き４３０，５４０又は貫通孔６４０とが、大きさ又は流通方向の位置が異なるように形成することも可能である。
　また、上記実施形態及び変形例において、パーティションの連通部３５０，４５０，５５０，６５０、及び、触媒構造体３００の本体部３１０における連通部は、間隙、切り欠き及び貫通孔の何れかの形態によって構成されているが、連通部を構成する形態の組み合わせは、図２，図４～図６に記載される組み合わせに限定されず、適宜組み合わせを変更することができる。例えば、図４において、触媒構造体４００の本体部４１０に、切り欠き４３０の代わりに図６の貫通孔６４０を形成したり、図５又は図６の触媒構造体５２０，６２０を図２の触媒構造体３００に変更して、少なくとも一方の連通部を間隙で構成するようにしてもよい。あるいは、隔壁及び触媒構造体の本体部の何れか一方に切り欠きを形成して、他方に貫通孔を形成することによって連通部を構成しても良い。
　また、上記実施形態及び変形例においては、反応用流路群２１０のパーティションに連通部３５０、４５０、５５０、６５０を設けるように構成しているが、このような連通部を熱媒体流路群２２０のパーティションにも設けるように変更してもよい。この変更は、例えば、反応用流路２１２における閉塞やコーキングの発生等に起因して熱媒体流路２２２間での温度差が生じるような場合に、温度差の緩和に有効に作用する。
　また、上記実施形態は、反応用流路２１２を流通する反応流体と熱媒体流路２２２を流通する熱媒体とが対向流の関係にある例として説明したが、反応流体と熱媒体とが平行流の関係にあってもよい。
　また、上記実施形態は、熱媒体流路群２２０を流通する熱媒体が気体であるリアクタとして説明したが、本発明は、熱媒体が液体であるリアクタにも適用可能である。
　また、上記実施形態は、熱媒体流路群２２０を備えるリアクタ１００として説明したが、本発明は、反応用流路群２１０に設けられる連通部の構成に関するので、熱媒体流路群２２０が構成されないリアクタに本発明を適用可能である。従って、本発明に係るリアクタは、熱媒体流路群２２０の構成がなくてもよい。つまり、熱媒体流路群２２０の構成の代わりに、反応流体を加熱するためのヒータや冷却するためのクーラを伝熱板上に設けて、これらを用いて反応用流路２１２外から反応流体を加熱又は冷却するように変更してもよい。
　また、上記実施形態は、反応用流路群２１０と熱媒体流路群２２０とが交互に積層された積層構造のリアクタとして説明したが、反応用流路群２１０を構成する一層のみを有する単層構造のリアクタであってもよく、積層構造である必要はない。
産業状の利用可能性
　本発明は、反応体を有する反応流体に触媒を作用させて反応を促進するリアクタに適用して、触媒の交換頻度やメンテナンスの費用が削減可能なリアクタを提供することができる。

Claims (10)

  1. 　反応体を有する反応流体に、前記反応体の反応を促進する触媒を作用させるリアクタであって、
    　前記反応流体が流通する複数の反応用流路を並列状に区画するパーティションと、
    　前記複数の反応用流路の各々に配設され、前記触媒を各々有する複数の触媒構造体と
    を有し、前記パーティションは、前記複数の反応用流路を相互に連通させる連通部を有するリアクタ。
  2. 　前記パーティションの連通部は、前記反応用流路の入口から出口までの範囲における前記入口側において前記複数の反応用流路が連通するように配置される請求項１に記載のリアクタ。
  3. 　前記パーティションは、前記反応流体の流通方向に沿って延伸する１又は複数の隔壁を有し、前記隔壁は、間隙を有するように離間させて配置される少なくとも２つの部分隔壁によって構成され、前記パーティションの連通部は、前記隔壁の間隙を有する請求項１又は２に記載のリアクタ。
  4. 　前記パーティションは、前記反応流体の流通方向に沿って延伸する１又は複数の隔壁を有し、前記パーティションの連通部は、前記隔壁に設けられる切り欠きを有する請求項１又は２に記載のリアクタ。
  5. 　前記パーティションは、前記反応流体の流通方向に沿って延伸する１又は複数の隔壁を有し、前記パーティションの連通部は、前記隔壁に設けられる貫通孔を有する請求項１又は２に記載のリアクタ。
  6. 　前記複数の触媒構造体の各々は、前記反応用流路を前記反応流体の流通方向に沿って区分して、複数の並列する部分流路に区画する本体部を有し、前記本体部は、前記パーティションの連通部に対応して、前記複数の部分流路を相互に連通させる連通部を有する請求項１～５の何れか１項に記載のリアクタ。
  7. 　前記本体部は、間隙を有するように離間させて配置される少なくとも２つの部分によって構成され、前記本体部の連通部は、前記本体部の間隙を有する請求項６に記載のリアクタ。
  8. 　前記本体部の連通部は、前記本体部に設けられる切り欠きを有する請求項６に記載のリアクタ。
  9. 　前記本体部の連通部は、前記本体部に設けられる貫通孔を有する請求項６に記載のリアクタ。
  10. 　前記本体部は、１つ以上の平行な溝及び隆起を形成するように屈曲した薄板材で構成されて、前記複数の部分流路の各々を、前記反応流体の流通方向に垂直な断面が矩形になるように区画し、前記本体部の連通部は、前記薄板材の溝を形成する部分及び隆起を形成する部分の少なくとも一方に設けられる切り欠きを有する請求項６に記載のリアクタ。
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