(57)【要約】【課題】反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置を提供する。【解決手段】反応装置１は、反応原料を含む第１流体を流通させる第１流路を有する第１伝熱体７と、第１伝熱体７に積層され、第１流体との熱交換に用いられる第２流体を流通させる第２流路を有する第２伝熱体９と、第１伝熱体７にある第１流路に連通する排出口２１に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第１流路で生成された生成物を回収する生成物回収部４９と、生成物回収部４９に設置され、第１流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒体４２とを備える。【選択図】図１
2020131164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応原料を含む第１流体を流通させる第１流路を有する第１伝熱体と、
前記第１伝熱体に積層され、前記第１流体との熱交換に用いられる第２流体を流通させる第２流路を有する第２伝熱体と、
前記第１伝熱体にある前記第１流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、前記反応原料の吸熱反応により前記第１流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、
前記生成物回収部に設置され、前記第１流路にて残存して前記回収空間に排出された前記反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、
を備える反応装置。
【請求項２】
前記触媒を含む本体部を有する触媒体を備え、
前記生成物回収部は、前記本体部を前記回収空間に収容させる開口部を含む接続部を有し、
前記触媒体は、前記本体部を前記回収空間に収容させた状態で、前記接続部に取り付けられるフランジ部を有する、請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記触媒を含む本体部を有する触媒体を備え、
前記生成物回収部は、前記生成物を外部配管へ排出する排出配管を有し、
前記触媒体は、前記本体部を前記回収空間に収容させた状態で、前記排出配管に取り付けられるフランジ部を有する、請求項１に記載の反応装置。
【請求項４】
前記排出配管は、前記外部配管との連結に用いられる第１フランジ部を有し、
前記外部配管は、前記第１フランジ部と接続可能な第２フランジ部を有し、
前記フランジ部は、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とに挟まれて締結される、請求項３に記載の反応装置。
【請求項５】
前記本体部は、筒状又は柱状である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記本体部は、前記触媒を担持する構造材を有する、請求項５に記載の反応装置。
【請求項７】
前記触媒は、多孔質状である、請求項５に記載の反応装置。
【請求項８】
前記触媒は、ペレット状であり、
前記本体部は、前記ペレット状の前記触媒を収容する筒体を有する、請求項５に記載の反応装置。
【請求項９】
前記構造材は、前記本体部が筒状である場合には筒状であり、かつ、筒外部と筒内部とで貫通する複数の貫通穴を有する、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記構造材は、断面がハニカム状となるハニカム構造体を含む、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記構造材は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸められたコルゲート構造体を含む、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記構造材は、筒状又は棒状であり、
前記本体部は、筒状又は棒状の前記構造材を複数含む、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記構造材は、複数の盤体を含み、
前記本体部は、前記複数の盤体を、前記本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含む、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記構造材は、前記本体部の筒状又は柱状の延伸方向に合わせてスパイラル状に延伸する板構造体である、請求項６に記載の反応装置。
【請求項１５】
前記本体部は、前記排出口に対向する、請求項２〜１４のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項１６】
前記触媒は、前記回収空間に面する前記生成物回収部の内壁に担持される、請求項１に記載の反応装置。
【請求項１７】
前記触媒は、前記回収空間に収納された粒状体である、請求項１に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換型の反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一方又は双方が反応流体である第１流体と第２流体との熱交換により、反応流体に含まれる反応原料の反応を進行させて所望の物質を生成させる反応装置がある。特許文献１は、第１流体として反応流体であるガス混合物を流通させるための流路を構成する複数のプレートと、第２流体として別の反応流体であるガス混合物を流通させる複数のチューブとを備える反応装置を開示している。ここで、複数のプレートは、互いに交互に積層された、複数の長方形プレートと、複数の波形プレートとを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１９５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、所望の物質を生成するための熱的反応を行う反応装置では、反応装置の出口における生成物を含む流体の組成は、種々の要因によりそのときの温度における平衡組成に達しない。そのため、生成物の生成量は、反応のために与えられた熱量から理論上得られる値を下回ることがある。このことは、特許文献１に開示されている積層型の反応装置においても同様であり、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するための改良が望まれている。
【０００５】
そこで、本開示は、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、反応原料を含む第１流体を流通させる第１流路を有する第１伝熱体と、第１伝熱体に積層され、第１流体との熱交換に用いられる第２流体を流通させる第２流路を有する第２伝熱体と、第１伝熱体にある第１流路に連通する排出口に面する回収空間を有し、反応原料の吸熱反応により第１流路で生成された生成物を回収する生成物回収部と、生成物回収部に設置され、第１流路にて残存して回収空間に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒と、を備える。
【０００７】
また、上記の反応装置は、触媒を含む本体部を有する触媒体を備え、生成物回収部は、本体部を回収空間に収容させる開口部を含む接続部を有し、触媒体は、本体部を回収空間に収容させた状態で、接続部に取り付けられるフランジ部を有してもよい。反応装置は、触媒を含む本体部を有する触媒体を備え、生成物回収部は、生成物を外部配管へ排出する排出配管を有し、触媒体は、本体部を回収空間に収容させた状態で、排出配管に取り付けられるフランジ部を有してもよい。排出配管は、外部配管との連結に用いられる第１フランジ部を有し、外部配管は、第１フランジ部と接続可能な第２フランジ部を有し、フランジ部は、第１フランジ部と第２フランジ部とに挟まれて締結されてもよい。本体部は、筒状又は柱状であってもよい。本体部は、触媒を担持する構造材を有してもよい。触媒は、多孔質状であってもよい。触媒は、ペレット状であり、本体部は、ペレット状の触媒を収容する筒体を有してもよい。構造材は、本体部が筒状である場合には筒状であり、かつ、筒外部と筒内部とで貫通する複数の貫通穴を有してもよい。構造材は、断面がハニカム状となるハニカム構造体を含んでもよい。構造材は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸められたコルゲート構造体を含んでもよい。構造材は、筒状又は棒状であり、本体部は、筒状又は棒状の構造材を複数含んでもよい。構造材は、複数の盤体を含み、本体部は、複数の盤体を、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含んでもよい。構造材は、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に合わせてスパイラル状に延伸する板構造体であってもよい。本体部は、排出口に対向してもよい。触媒は、回収空間に面する生成物回収部の内壁に担持されてもよい。触媒は、回収空間に収納された粒状体であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の第１実施形態に係る反応装置の構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態に係る反応装置の第１伝熱体を含む部位を示す平断面図である。
【図３】第１実施形態に係る反応装置の第２伝熱体を含む部位を示す平断面図である。
【図４】第１実施形態において採用される第１触媒体の構成例を示す斜視図である。
【図５】第１実施形態において採用される第２触媒体の配置等を説明する図である。
【図６】第１実施形態において採用される第２触媒体の構成例を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態において採用される第２触媒体の構成例を示す斜視図である。
【図８】第１実施形態において採用される第２触媒体の構成例を示す斜視図である。
【図９】第１実施形態において採用される他の生成物回収部の形状を示す図である。
【図１０】第１実施形態において採用される他の生成物回収部の形状を示す図である。
【図１１】本開示の第２実施形態に係る反応装置に採用される触媒を示す断面図である。
【図１２】本開示の第３実施形態に係る反応装置に採用される触媒を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、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、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、積層方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内において、反応流路及び熱媒体流路の各延伸方向にＹ軸を取り、かつ、Ｙ軸に垂直な方向にＸ軸を取る。
【００１１】
（第１実施形態）
まず、本開示の第１実施形態に係る反応装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る反応装置１の構成を示す側面図である。反応装置１は、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの熱交換を利用して生成物Ｐを生成する。反応流体Ｍとは、反応体としての反応原料を含む気体又は液体である。以下、反応流体Ｍは、一例として原料ガスである。生成物Ｐは、反応原料の熱的反応により生成された物質である。本実施形態における熱的反応は、吸熱反応である。また、熱媒体ＨＣは、一例として高温ガスである。
【００１２】
反応装置１は、熱交換部３と、反応流体導入部４５と、生成物回収部４９と、熱媒体導入部５３と、熱媒体回収部５７とを備える。
【００１３】
熱交換部３は、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとで熱交換を行わせて、反応流体Ｍに含まれる反応原料の熱的反応を進行させる。熱交換部３は、互いに積層される、第１伝熱体７と、第２伝熱体９と、第３伝熱体３９とを含む。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び第３伝熱体３９は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された平板状部材である。また、第１伝熱体７、第２伝熱体９及び第３伝熱体３９の積層面の面積は、互いに同一であるものとする。本実施形態では、第１伝熱体７と第２伝熱体９とは、それぞれ複数ある。
【００１４】
第１伝熱体７は、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが流通する反応流路１７を有する（図２参照）。第２伝熱体９は、熱媒体ＨＣが流通する熱媒体流路３１を有する（図３参照）。本実施形態では、熱交換部３は、反応流路１７の本流部を流通する反応流体Ｍと、熱媒体流路３１の本流部を流通する熱媒体ＨＣとが、互いに反対方向に流れる対向流型である。
【００１５】
図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ断面に相当する、反応装置１の平断面図である。図２では、第１伝熱体７を含む部分の反応装置１の構成及び形状が示されている。
【００１６】
反応流路１７は、複数の第１流路２２と、第１合流流路２３とを含む。第１流路２２は、反応流体Ｍに含まれる反応原料に、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣから供給された熱を受容させて、吸熱反応を起こさせる反応領域を含む。第１流路２２は、反応流路１７の本流部に相当し、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第１流路２２は、それぞれ、Ｙ方向に沿って直線状に延伸し、Ｘ方向に沿って等間隔に並んでいる。第１流路２２の一方の端部は、第１伝熱体７の一方の側面を含む熱交換部３の第１側面６０で開放されている。第１側面６０で開放されている第１流路２２の端部が、反応流体Ｍが導入される第１導入口２０である。第１流路２２の他方の端部は、第１伝熱体７の他方の側面を含む熱交換部３の第２側面６１の側で第１合流流路２３に連通する。なお、図２では、第１流路２２の数を一例として８つとしている。ただし、第１流路２２の数は、特に限定されるものではない。
【００１７】
第１伝熱体７は、第１基部１１と、２つの第１側壁１３と、複数の第１中間壁１５と、第１隔壁１９とを含む。第１基部１１は、第１伝熱体７のＸＹ平面全体を網羅する板部である。第１側壁１３は、第１基部１１の一方の主表面上で、第１流路２２の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向の側端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第１中間壁１５は、第１基部１１の一方の主表面上で、２つの第１側壁１３に挟まれ、それぞれ、第１側壁１３に対して平行に並び、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第１隔壁１９は、第１基部１１の一方の主表面上の第２側面６１側で、第１流路２２の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。ここで、仮に第１流路２２が第２側面６１まで延伸すると、第１流路２２は、熱媒体ＨＣが導入されている第２導入空間Ｓ２に突き当たる。そこで、第１隔壁１９は、複数の第１流路２２を流通してきた生成物Ｐ又は反応流体Ｍの進行方向を変化させて、第１流路２２が第２導入空間Ｓ２に突き当たらないように隔てている。
【００１８】
第１合流流路２３は、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第１隔壁１９の内側面に沿って直線状に設けられている。第１側壁１３は、生成物Ｐを第１伝熱体７の外部に排出する第１排出口２１を有する。第１排出口２１は、一例として、第３側面６２から外部に向けて開放される。第３側面６２は、熱交換部３における第１側面６０及び第２側面６１とは垂直となるＹＺ平面のうちの一方の側面である。
【００１９】
また、熱交換部３は、第１伝熱体７と第２伝熱体９とを積層して構成されるものであるので、第１伝熱体７の四方の側面は、熱交換部３の四方の側面である第１側面６０、第２側面６１、第３側面６２及び第４側面６３のそれぞれ一部に相当する。
【００２０】
図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する、反応装置１の平断面図である。図３では、第２伝熱体９を含む部分の反応装置１の構成及び形状が示されている。
【００２１】
熱媒体流路３１は、複数の第２流路３６と、第２合流流路３７とを含む。第２流路３６を流通する熱媒体ＨＣは、第２伝熱体９に積層されている第１伝熱体７へ熱を供給する。第２流路３６は、熱媒体流路３１の本流部に相当し、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第２流路３６は、それぞれ、Ｙ方向に沿って直線状に延伸し、Ｘ方向に沿って等間隔に並んでいる。第２流路３６の一方の端部は、第２側面６１で開放されている。第２側面６１で開放されている第２流路３６の端部が、熱媒体ＨＣが導入される第２導入口３０である。第２流路３６の他方の端部は、第１側面６０の側で第２合流流路３７に連通する。なお、図３では、第２流路３６の数を、一例として、第１伝熱体７に形成されている第１流路２２の数又は配置に合わせて８つとしている。ただし、第２流路３６の数は、特に限定されるものではなく、第１伝熱体７に形成されている第１流路２２の数を考慮し、さらに多くてもよい。
【００２２】
第２伝熱体９は、第２基部２５と、２つの第２側壁２７と、複数の第２中間壁２９と、第２隔壁３３とを含む。第２基部２５は、第２伝熱体９のＸＹ平面全体を網羅する板部である。第２側壁２７は、第２基部２５の一方の主表面上で、第２流路３６の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向の側端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第２中間壁２９は、第２基部２５の一方の主表面上で、２つの第２側壁２７に挟まれ、それぞれ、第２側壁２７に対して平行に並び、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第２隔壁３３は、第２基部２５の一方の主表面上の第１側面６０側で、第２流路３６の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。ここで、仮に第２流路３６が第１側面６０まで延伸すると、第２流路３６は、反応流体Ｍが導入されている第１導入空間Ｓ１に突き当たる。そこで、第２隔壁３３は、複数の第２流路３６を流通してきた熱媒体ＨＣの進行方向を変化させて、第２流路３６が第１導入空間Ｓ１に突き当たらないように隔てている。
【００２３】
第２合流流路３７は、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第２隔壁３３の内側面に沿って直線状に設けられている。第２側壁２７は、熱媒体ＨＣを第２伝熱体９の外部に排出する第２排出口３５を有する。第２合流流路３７の一方の端部は、第２排出口３５に連通する。第２排出口３５は、一例として、第３側面６２から外部に向けて開放される。
【００２４】
また、熱交換部３は、第１伝熱体７と第２伝熱体９とを積層して構成されるものであるので、第２伝熱体９の四方の側面は、熱交換部３の四方の側面である第１側面６０、第２側面６１、第３側面６２及び第４側面６３のそれぞれ一部に相当する。
【００２５】
第３伝熱体３９は、熱交換部３のＺ方向の最上部に設置される蓋体である。第３伝熱体３９の下方に向かって第２伝熱体９と第１伝熱体７とを交互に積層し接合することで、接合体又は積層体としての熱交換部３が形成される。このとき、第１流路２２と、第２流路３６とは、第１基部１１又は第２基部２５を介して並行に隣り合う。熱交換部３の組み立ての際には、各部材間をＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接や拡散接合等のような接合方法を利用して固着させることで、各部材間の接触不良に起因する伝熱性の低下等が抑止される。
【００２６】
熱交換部３を構成する各要素の熱伝導性素材としては、鉄系合金やニッケル合金等の耐熱性金属が好適である。具体的には、ステンレス綱等の鉄系合金、インコネル６２５（登録商標）、インコネル６１７（登録商標）、Ｈａｙｎｅｓ２３０（登録商標）等のニッケル合金のような耐熱合金が挙げられる。これらの熱伝導性素材は、第１流路２２での反応進行や熱媒体ＨＣとして使用し得る流体に対する耐久性又は耐食性を有するので好ましいが、これらに限定されるものではない。また、熱伝導性素材は、鉄系メッキ鋼や、フッ素樹脂等の耐熱樹脂で被覆した金属、又は、カーボングラファイト等でもよい。
【００２７】
なお、熱交換部３は、それぞれ少なくとも１つの第１伝熱体７と第２伝熱体９との一対の組で構成可能である。ただし、熱交換性能を向上させる観点から、伝熱体の数は、各図に例示しているように多い方が望ましい。また、１つの第１伝熱体７に形成されている第１流路２２、及び、１つの第２伝熱体９に形成されている第２流路３６の数も、限定されるものではなく、熱交換部３の設計条件や伝熱効率などを考慮して適宜変更可能である。さらに、反応装置１は、熱交換部３からの放熱を抑制して熱損失を抑えるために、ハウジング又は断熱材で熱交換部３の周囲を覆う構成としてもよい。
【００２８】
また、第１流路２２には、触媒体が設置されてもよい。ここで、本実施形態では、第１流路２２に触媒体を設置し得る他に、生成物回収部４９にも触媒又は触媒体を設置する。そこで、生成物回収部４９に設置する触媒又は触媒体と区別するために、以下、第１流路２２に設置される触媒体を第１触媒体４１と表記する。
【００２９】
図４は、第１触媒体４１の構成例を示す斜視図である。
【００３０】
第１触媒体４１に含まれる触媒は、反応原料の吸熱反応の進行促進に有効な活性金属を主成分とし、熱交換部３で遂行される合成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。触媒成分として採用され得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）等が挙げられる。なお、複数種の活性金属を組み合わせてもよい。
【００３１】
第１触媒体４１は、例えば、触媒を構造材に担持することにより調製される。構造材の材質は、耐熱性の金属から、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。第１触媒体４１は、反応流体Ｍとの接触面積を増加させるために、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状やギザギザに屈曲した棒体であってもよい。耐熱性の金属としては、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る。例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の耐熱合金製の薄板状構造材を成形加工して、第１触媒体４１を構成してもよい。触媒の担持方法としては、表面修飾等によって構造材上に直接担持する方法や、担体を用いて間接的に担持する方法などがあり、実用的には、担体を用いた触媒の担持が容易である。担体は、熱交換部３で実施される反応を考慮して、反応の進行を阻害せず耐久性を有する材料であって、使用する触媒を良好に担持し得るものが適宜選択される。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担体として使用することができる。担体を用いた担持方法としては、例えば、成形した構造材の表面に触媒と担体との混合物層を形成する方式や、担体層を形成した後に表面修飾等によって触媒を担持させる方式などが挙げられる。
【００３２】
一方、第２流路３６には、不図示であるが、熱媒体ＨＣとの接触面積を増加させて熱媒体ＨＣと第２伝熱体９との間の伝熱を促進するための伝熱促進体が設置されてもよい。伝熱促進体の形状は、第２伝熱体９との接触面積を確保するために、コルゲート板状であってもよい。また、伝熱促進体を構成する熱伝導性素材としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄系メッキ鋼等の金属が挙げられる。
【００３３】
反応流体導入部４５は、複数の第１導入口２０のそれぞれに反応流体Ｍを分配する第１蓋体である。反応流体導入部４５は、凹状に湾曲した形状を有し、反応流路１７の複数の第１導入口２０が開放されている熱交換部３の第１側面６０を覆い、熱交換部３との間に第１導入空間Ｓ１を形成する。反応流体導入部４５は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能である。作業者は、反応流体導入部４５の着脱等を行うことで、例えば、反応流路１７に対する第１触媒体４１の挿入や抜き出しを行うことができる。また、反応流体導入部４５は、反応流体Ｍを外部から内部へ導入する第１導入配管４７を有する。第１導入配管４７は、第１側面６０のＸＺ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第１導入口２０の開口方向に沿って連接されている。
【００３４】
生成物回収部４９は、反応流路１７を流通した生成物Ｐを回収する第１回収空間Ｓ３を有する第１導管部である。本実施形態では、生成物回収部４９は、１つの面を開放面とする箱形状を有し、第１伝熱体７の第１排出口２１が開放面に含まれるように、熱交換部３の第３側面６２に設置される。つまり、第１排出口２１を含む第１伝熱体７の側面の一部は、生成物回収部４９の内壁の一部となる。また、生成物回収部４９は、生成物Ｐを反応装置１の外部へ排出する第１排出配管５１を有する。
【００３５】
また、生成物回収部４９には、触媒体が設置される。以下、生成物回収部４９に設置される触媒体を、第１流路２２に設置され得る第１触媒体４１と区別して、第２触媒体４２と表記する。
【００３６】
図５は、第２触媒体４２の配置等を説明する図である。図５は、基本的には、第２触媒体４２が設置されている生成物回収部４９をＹＺ平面に沿って切断した断面図である。ただし、第２触媒体４２の一部のみ、側面図で示されている。
【００３７】
第２触媒体４２を設置する生成物回収部４９は、上記のとおり、Ｚ方向に沿って配列されている複数の第１排出口２１を開放面に含む形状を有する。そのため、第１回収空間Ｓ３の形状も、複数の第１排出口２１の配列に合わせて、Ｚ方向に沿って細長い。そこで、本実施形態では、第２触媒体４２は、第１回収空間Ｓ３の延伸方向に合わせて細長い形状を有する。
【００３８】
図６は、第２触媒体４２の構成例として、第１構成４２ａから第３構成４２ｃまでの３つの構成を示す斜視図である。
【００３９】
図６（ａ）は、第２触媒体４２の第１構成４２ａを示す図である。第１構成４２ａは、第１本体部７０と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。
【００４０】
第１本体部７０は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第１本体部７０において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第１本体部７０の形状は、筒状であり、例えば、外径Ｄ１の円筒形である。触媒は、円筒形である構造材の外周面及び内周面に担持される。なお、第１本体部７０の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
【００４１】
フランジ部４３は、第２触媒体４２を生成物回収部４９に設置する際に、生成物回収部４９に予め設けられている接続部５２に取り付けられる。フランジ部４３の形状は、例えば円板形である。なお、フランジ部４３の形状は、基本的には、生成物回収部４９の接続部５２の形状との関係で規定されるものであるが、特に限定されるものではない。フランジ部４３は、接続部５２への取り付けに用いられるボルト６５を貫通させるための複数の貫通穴４３ａを有する。
【００４２】
支持部４４は、フランジ部４３に連接され、第１本体部７０を支持する。例えば、フランジ部４３の形状が円板形である場合には、支持部４４は、外径を第１本体部７０の外径Ｄ１に合わせた円筒形で、第１本体部７０及びフランジ部４３と同軸上にある。なお、支持部４４は、第１本体部７０を構成する構造材又はフランジ部４３と予め一体化されたものであってもよい。
【００４３】
図６（ｂ）は、第２触媒体４２の第２構成４２ｂを示す図である。第２構成４２ｂは、第２本体部７１と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００４４】
第２本体部７１は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第２本体部７１において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第２本体部７１の全体的な概略形状は、外径Ｄ１の円筒状である。ただし、第２本体部７１の内部は、断面がハニカム状となるハニカム構造体７１ａで構成されている。触媒は、例えば、円筒形構造材の外周面及び内周面と、ハニカム構造体７１ａである構造材の表面とに担持される。なお、第２本体部７１の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
【００４５】
図６（ｃ）は、第２触媒体４２の第３構成４２ｃを示す図である。第３構成４２ｃは、第３本体部７２と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００４６】
第３本体部７２は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第３本体部７２において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第３本体部７２の全体的な概略形状は、外径Ｄ１の筒状である。ただし、具体的には、第３本体部７２は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸めて構成したコルゲート構造体で構成されている。この場合、触媒は、コルゲート構造体である構造材の表面に担持される。
【００４７】
図７は、第２触媒体４２の更なる構成例として、第４構成４２ｄから第６構成４２ｆまでの３つの構成を示す斜視図である。
【００４８】
図７（ａ）は、第２触媒体４２の第４構成４２ｄを示す図である。第４構成４２ｄは、第４本体部７３と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００４９】
第４本体部７３は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第４本体部７３において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第４本体部７３の全体的な概略形状は、外径Ｄ１の円筒状である。ただし、第４本体部７３の内部は、第３本体部７２と同様に、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸めて構成したコルゲート構造体７３ａで構成されている。触媒は、例えば、円筒形構造材の外周面及び内周面と、コルゲート構造体７３ａである構造材の表面に担持される。また、円筒形構造材には、図７（ａ）に示すように、円筒外部と円筒内部との間で生成物を流通しやすくするために、複数の貫通穴が形成されていてもよい。なお、第４本体部７３の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
【００５０】
図７（ｂ）は、第２触媒体４２の第５構成４２ｅを示す図である。第５構成４２ｅは、第５本体部７４と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００５１】
第５本体部７４は、第１触媒体４１と同様に触媒を構造材に担持することにより調製されるか、又は、触媒自体で構成される。第５本体部７４において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第５本体部７４の基本形状は、多孔質の筒状又は柱状である。例えば、第５本体部７４は、外径Ｄ１の多孔質状の円筒であってもよい。この場合、触媒は、多孔質の円筒状の構造材の全体に担持されてもよい。又は、多孔質状の円筒自体が、触媒で構成されているものであってもよい。一方、第５本体部７４は、外径Ｄ１の多孔質状の円柱であってもよい。この場合、触媒は、多孔質の円柱状の構造材の全体に担持されてもよい。又は、多孔質状の円柱自体が、触媒で構成されているものであってもよい。なお、図７（ｂ）では、一例として、多孔質状の板体を円筒型に丸めて構成された第５本体部７４を示している。ただし、多孔質の筒又は柱の断面形状は、円環又は円に限られず、例えば多角形環又は多角形であってもよい。
【００５２】
図７（ｃ）は、第２触媒体４２の第６構成４２ｆを示す図である。第６構成４２ｆは、第６本体部７５と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００５３】
第６本体部７５は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第６本体部７５において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第６本体部７５の基本形状は、筒状又は棒状である複数の構造体の集合体である。筒状又は棒状である複数の構造体は、それぞれ、筒状又は棒状の構造材の全体に触媒が担持されたものである。なお、図７（ｃ）では、一例として、棒状の構造材に触媒が担持された複数の構造体の集合体として構成された第６本体部７５を示している。
【００５４】
図８は、第２触媒体４２の更なる構成例として、第７構成４２ｇから第９構成４２ｉまでの３つの構成を示す斜視図である。
【００５５】
図８（ａ）は、第２触媒体４２の第７構成４２ｇを示す図である。第７構成４２ｇは、第７本体部７６と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００５６】
第７本体部７６は、円筒等の筒体の内部にペレット状の触媒７６ａを収容した構造体である。触媒７６ａの材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。また、筒体には、図８（ａ）に示すように、筒外部と筒内部との間で生成物を流通しやすくするために、複数の貫通穴が形成されていてもよい。なお、第７本体部７６の筒部分の断面形状は、円環に限定されず、例えば多角形環であってもよい。
【００５７】
図８（ｂ）は、第２触媒体４２の第８構成４２ｈを示す図である。第８構成４２ｈは、第８本体部７７と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００５８】
第８本体部７７は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第８本体部７７において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第８本体部７７は、例えば外径Ｄ１の円盤である複数の盤体７７ａと、複数の盤体７７ａを保持する保持体７７ｂとを有する。触媒は、例えば、盤体７７ａの表面及び裏面に担持される。保持体７７ｂは、図８（ｂ）に示す例では、一端が支持部４４に支持された棒体である。この場合、保持体７７ｂは、複数の盤体７７ａのそれぞれの中心部に貫通し、複数の盤体７７ａを延伸方向に並べて保持する。延伸方向で隣り合う盤体７７ａ同士の間隔は、それぞれ、等間隔でもよいし、位置によって異なっていてもよい。これに対して、不図示であるが、保持体７７ｂは、保持棒ではなく、例えば、図７（ａ）に示す第４本体部７３のように、複数の貫通穴を有する筒状の構造体であってもよい。この場合、筒状の構造体は、内周面で複数の盤体７７ａの外周面と接触し、複数の盤体７７ａを延伸方向に並べて保持する。このように筒状の構造体が複数の盤体７７ａを保持する場合には、複数の盤体７７ａは、盤体７７ａの表面と裏面との間で生成物を流通可能とする貫通穴を有してもよい。また、第８本体部７７は、盤体７７ａに代えて、平面形状が多角形である多角形盤を有するものとしてもよい。
【００５９】
図８（ｃ）は、第２触媒体４２の第９構成４２ｉを示す図である。第９構成４２ｉは、第９本体部７８と、フランジ部４３と、支持部４４とを備える。ここで、フランジ部４３及び支持部４４は、第１構成４２ａを構成するものと同一であってもよい。
【００６０】
第９本体部７８は、第１触媒体４１と同様に、触媒を構造材に担持することにより調製される。第８本体部７７において採用し得る触媒成分や構造材の材質は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。第９本体部７８は、支持部４４からスパイラル状に延伸する板構造体７８ａと、板構造体７８ａを保持する保持体７８ｂとを有する。板構造体７８ａにおいて、延伸方向に対して垂直となる平面上の断面形状は、外径Ｄ１の円である。触媒は、例えば、板構造体７８ａの表面及び裏面に担持される。保持体７８ｂは、例えば、一端が支持部４４に支持され、板構造体７８ａの延伸方向に沿って存在する内周領域を貫通するように延伸する棒体である。板構造体７８ａは、保持体７８ｂから突出する複数の支持棒７８ｃを介して、保持体７８ｂに保持される。
【００６１】
さらに、生成物回収部４９は、例えば、Ｚ方向の一方の壁部に、第２触媒体４２を取り付けるための接続部５２を有する。なお、図５では、接続部５２が生成物回収部４９のＺ方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂ側に設けられている場合を例示している。ここでは、生成物回収部４９に取り付けられる第２触媒体４２が第１構成４２ａである場合を例示する。ただし、第２触媒体４２が第２構成４２ｂ又は第３構成４２ｃであっても同様である。
【００６２】
接続部５２は、開口部５２ａと、複数のボルト穴５２ｂと、ガスケット溝５２ｃとを有する。開口部５２ａは、生成物回収部４９の内部と外部とで貫通する。開口部５２ａの開口径Ｄ２は、第１本体部７０の外径Ｄ１よりも大きい。したがって、開口部５２ａは、第２触媒体４２の一部である第１本体部７０及び支持部４４を貫通させることができる。複数のボルト穴５２ｂは、フランジ部４３の複数の貫通穴４３ａの位置に対応して設けられ、フランジ部４３を接続部５２に取り付ける際に、貫通穴４３ａを貫通したボルト６５をそれぞれ締結する。ガスケット溝５２ｃは、接続部５２に対してフランジ部４３を密に締結させるために用いられるガスケット６６を取り付ける。なお、接続部５２の全体形状は、フランジ部４３を取り付け可能とする形状であれば、特に限定されるものではない。
【００６３】
第２触媒体４２及び接続部５２を上記のような構成とすると、第２触媒体４２が生成物回収部４９に取り付けられた状態では、第１本体部７０は、生成物回収部４９の内壁側面４９ｃに沿った形で配置される。このとき、第１本体部７０は、生成物回収部４９の内壁側面４９ｃ及び内壁上面４９ａには接触していない。
【００６４】
ここで、第２触媒体４２の第１回収空間Ｓ３内に収容されている部分に関して、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂから、フランジ部４３とは反対側となる第２触媒体４２の先端までの距離をＬ１とする。一方、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂから、第１排出配管５１の導出口５１ａの最遠部までの距離をＬ２とする。このとき、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも長い。つまり、距離Ｌ１は、距離Ｌ２から、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂから内壁上面４９ａ直近までの距離Ｌ３までの範囲に規定することができる。また、第１本体部７０の外径Ｄ１は、第１排出配管５１の内径Ｄ３よりも大きくてもよい。
【００６５】
なお、生成物回収部４９において第１排出配管５１が設けられる位置は、上記例示のような生成物回収部４９の側壁部に限られない。
【００６６】
図９は、図５に対応して描画された、他の生成物回収部４９の形状を示す図である。図９に示す生成物回収部４９では、上記の第１排出配管５１に代わる第１排出配管８０が、Ｚ方向の一方の壁部に設けられている。なお、図９では、図５と同様に、接続部５２が生成物回収部４９のＺ方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂ側に設けられている場合を例示している。この場合、第１排出配管８０は、生成物回収部４９のＺ方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁上面４９ａ側に設けられてもよい。反対に、接続部５２が生成物回収部４９のＺ方向の上部の壁部に設けられている場合には、第１排出配管８０は、生成物回収部４９のＺ方向の下部の壁部に設けられてもよい。
【００６７】
ここで、第１排出配管８０の内径Ｄ４は、図５に示した第１排出配管５１の内径Ｄ３と同様でもよい。一方、図９の例示のように、生成物回収部４９において、第１排出配管８０の導出口８０ａと、接続部５２の開口部５２ａとが対向する場合には、第１排出配管８０の内径Ｄ４は、開口部５２ａの開口径Ｄ２と同様でもよい。この場合、第１本体部７０の長さは、図５に示す距離Ｌ３のように、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂから内壁上面４９ａ直近まで延伸する長さとすることが望ましい。このような構成によれば、生成物回収部４９を通過して第１排出配管８０の導出口８０ａに向かう流体は、より第２触媒体４２に接触しやすくなる。
【００６８】
また、第１排出配管８０の内径Ｄ４が開口部５２ａの開口径Ｄ２と同様である場合、外径Ｄ１である第１本体部７０が第１排出配管８０の導出口８０ａに進入可能となる。そこで、不図示であるが、第１本体部７０の長さを、距離Ｌ３よりもさらに長くすることで、第１本体部７０の先端部が、接続部５２の開口部５２ａの対向位置にある第１排出配管８０の導出口８０ａに進入する程度の長さとしてもよい。このような構成によれば、生成物回収部４９を通過して第１排出配管８０の導出口８０ａに向かう流体の大部分が、第２触媒体４２に接触することになる。
【００６９】
図１０は、図９と同様に図５に対応して描画された、他の生成物回収部４９の形状を示す図である。図１０に示す生成物回収部４９では、上記の第１排出配管５１に代えて、２つの排出配管が設けられている。一方の第１排出配管８１は、Ｚ方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁上面４９ａ側に設けられている。他方の第１排出配管８１は、Ｚ方向の下部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁下面４９ｂ側に設けられている。
【００７０】
この場合、一方の第１排出配管８１及び他方の第２排出配管８２は、それぞれ、図９に例示した第１排出配管８０と同様の形状を有する。例えば、第１排出配管８１及び第２排出配管８２の内径は、それぞれ、第１排出配管８０の内径と同様にＤ４であってもよい。
【００７１】
ただし、第１排出配管８１は、導出口８１ａに第２触媒体４２の第１本体部７０を貫通させた状態で、第２触媒体４２のフランジ部４３を取付可能とする第１フランジ部８１ｂを有する。つまり、第１フランジ部８１ｂは、フランジ部４３の複数の貫通穴４３ａの位置に対応して設けられる複数の貫通穴８１ｃを有する。
【００７２】
また、第１排出配管８１には、第２触媒体４２のフランジ部４３を介して、外部配管８３が連結される。外部配管８３は、第１フランジ部８１ｂと同様に、第２触媒体４２のフランジ部４３を取付可能とする第２フランジ部８３ｂを有する。なお、外部配管８３の開口部８３ａは、第１排出配管８１の導出口８１ａと同様の寸法を有する。また、第１フランジ部８１ｂ及び第２フランジ部８３ｂは、それぞれ、第２触媒体４２のフランジ部４３に形成されているガスケット溝５２ｃと同様に、ガスケット６６を取り付けるためのガスケット溝を有する。つまり、フランジ部４３が第１フランジ部８１ｂと第２フランジ部８３ｂとに挟み込まれて、貫通穴８１ｃ及び貫通穴８３ｃを貫通したボルト６５で締結されることで、第１排出配管８１には、外部配管８３が取り付けられるとともに、第２触媒体４２が保持される。
【００７３】
一方、第２触媒体４２が第１排出配管８１に保持される場合、生成物回収部４９から外部配管８３に向けて流体が流通可能となるように、第２触媒体４２の支持部４４は、第１本体部７０側から外部配管８３の開口部８３ａ側に連通する貫通穴４４ａを有する。また、第２触媒体４２が第１排出配管８１に保持される場合であっても、第２触媒体４２の長さは、図９を用いて説明したように設定され得る。
【００７４】
そして、このような構成によれば、生成物回収部４９が第１排出配管８１と第２排出配管８２とを有する場合でも、第２触媒体４２と接触した流体を双方の排出配管に向かわせることができる。
【００７５】
また、生成物回収部４９は、第２排出配管８２を設けずに、第１排出配管８１のみを設ける構成としてもよい。つまり、生成物回収部４９は、図５に例示したような第１排出配管５１及び接続部５２を設けていなくても、第１フランジ部８１ｂを有する第１排出配管８１を設けてさえいれば、外部配管８３との連結に合わせて、容易に第２触媒体４２を保持することができる。
【００７６】
熱媒体導入部５３は、複数の第２導入口３０のそれぞれに熱媒体ＨＣを分配する第２蓋体である。熱媒体導入部５３は、凹状に湾曲した形状を有し、熱媒体流路３１の複数の第２導入口３０が開放されている熱交換部３の第２側面６１を覆い、熱交換部３との間に第２導入空間Ｓ２を形成する。熱媒体導入部５３は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能である。作業者は、熱媒体導入部５３の着脱等を行うことで、例えば、熱媒体流路３１に対する伝熱促進体の挿入や抜き出しを行うことができる。また、熱媒体導入部５３は、熱媒体ＨＣを外部から内部へ導入する第２導入配管５５を有する。第２導入配管５５は、第２側面６１のＸＺ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第２導入口３０の開口方向に沿って連接されている。熱媒体導入部５３によれば、１つの第２導入配管５５から導入された熱媒体ＨＣは、複数の第２導入口３０のそれぞれに分配される。
【００７７】
熱媒体回収部５７は、熱媒体流路３１を流通した熱媒体ＨＣを回収する第２回収空間Ｓ４を有する第２導管部である。本実施形態では、熱媒体回収部５７は、１つの面を開放面とする箱形状を有し、第２伝熱体９の第２排出口３５が開放面に含まれるように、熱交換部３の第３側面６２に設置される。つまり、第２排出口３５を含む第２伝熱体９の側面の一部は、熱媒体回収部５７の内壁の一部となる。また、熱媒体回収部５７は、熱媒体ＨＣを反応装置１の外部へ排出する第２排出配管５９を有する。
【００７８】
熱交換部３は、液−液型熱交換器、気−気型熱交換器及び気−液型熱交換器のいずれとしても使用可能である。反応流体Ｍ及び熱媒体ＨＣは、気体及び液体のいずれであってもよい。また、熱交換部３における吸熱反応による合成としては、例えば、式（１）で示すメタンの水蒸気改質反応、又は、式（２）で示すメタンのドライリフォーミング反応による合成がある。なお、これらの反応における反応流体は、気体状である。
【００７９】
ＣＨ4  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ３Ｈ2  ＋  ＣＯ      ・・・（１）
ＣＨ4  ＋  ＣＯ2  →  ２Ｈ2  ＋  ２ＣＯ    ・・・（２）
【００８０】
一方、熱媒体ＨＣとしては、熱交換部３の構成素材を腐食させない物質が好適であり、本実施形態のように高温ガスである場合には、燃焼ガス、加熱空気等の気体状物質が使用できる。なお、例えば、水、油等の液状物質であってもよい。ただし、熱媒体ＨＣとして気体状物質を使用すると、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。
【００８１】
次に、本実施形態に係る反応装置１の作用について説明する。
【００８２】
まず、反応流体Ｍに関して、第１導入配管４７から反応流体導入部４５に導入された反応流体Ｍは、第１導入空間Ｓ１において複数の第１導入口２０のそれぞれに分配される。反応流体Ｍは、各々の第１導入口２０から反応流路１７に導入されて、第１流路２２内をＹ方向に沿って流通する。
【００８３】
一方、熱媒体ＨＣに関して、第２導入配管５５から熱媒体導入部５３に導入された熱媒体ＨＣは、第２導入空間Ｓ２において複数の第２導入口３０のそれぞれに分配される。熱媒体ＨＣは、各々の第２導入口３０から熱媒体流路３１に導入されて、第２流路３６内を流通する。本実施形態では、第２流路３６も第１流路２２に合わせてＹ方向に沿って形成されているが、熱媒体ＨＣの流通方向は、反応流体Ｍの流通方向とは反対である。
【００８４】
反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの流通により、熱交換部３では、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの間で熱交換が行われ、反応流体Ｍが加熱される。そして、第１流路２２では、第１触媒体４１の反応促進作用も相まって、反応流体Ｍが反応温度で吸熱反応し、生成物Ｐが生成される。生成物Ｐは、第１合流流路２３を通じて、第１排出口２１から生成物回収部４９内の第１回収空間Ｓ３に排出される。
【００８５】
ここで、第１排出口２１から排出される流体には、反応流路１７内で生成された生成物Ｐのほかに、生成物Ｐの生成に寄与しなかった反応原料が残存している場合もある。そのため、なんら対策を採らなければ、このような残存した反応原料と生成物Ｐとを含む流体は、そのまま反応装置１の外部へ排出されることになる。
【００８６】
これに対して、本実施形態では、生成物回収部４９の第１回収空間Ｓ３内に第２触媒体４２が備えられている。また、第１回収空間Ｓ３内に排出される流体は、第１排出口２１から排出された直後であるので、高温を維持している。そのため、反応流路１７内で生成物Ｐの生成に寄与しなかった反応原料は、自己熱により、第１回収空間Ｓ３内で改めて反応促進される。したがって、生成物回収部４９から第１排出配管５１を通じて反応装置１の外部に排出される流体中では、生成物Ｐの生成に寄与しなかった反応原料の残存率は、第２触媒体４２を用いない場合に比べて低くなる。
【００８７】
なお、第２流路３６を流通して熱交換に利用された熱媒体ＨＣは、第２合流流路３７を通じて、第２排出口３５から熱媒体回収部５７内の第２回収空間Ｓ４に排出される。第２回収空間Ｓ４で回収された熱媒体ＨＣは、第２排出配管５９を通じて反応装置１の外部に排出される。
【００８８】
次に、本実施形態に係る反応装置１による効果について説明する。
【００８９】
反応装置１は、反応原料を含む第１流体を流通させる第１流路２２を有する第１伝熱体７と、第１伝熱体７に積層され、第１流体との熱交換に用いられる第２流体を流通させる第２流路３６を有する第２伝熱体９とを備える。反応装置１は、第１伝熱体７にある第１流路２２に連通する第１排出口２１に面する第１回収空間Ｓ３を有し、反応原料の吸熱反応により第１流路２２で生成された生成物Ｐを回収する生成物回収部４９を備える。また、反応装置１は、生成物回収部４９に設置され、第１流路２２にて残存して第１回収空間Ｓ３に排出された反応原料の吸熱反応を促進させる触媒を備える。
【００９０】
ここで、第１流体とは、本実施形態では反応流体Ｍに相当する。第２流体とは、本実施形態では熱媒体ＨＣに相当する。なお、別の実施形態として、例えば、第１流体及び第２流体がともに反応流体である場合でも、本開示の反応装置は適用可能である。
【００９１】
本実施形態では、生成物回収部４９の第１回収空間Ｓ３内に、第２触媒体４２等の触媒が備えられているので、反応流路１７内で生成物Ｐの生成に寄与しなかった反応原料に対して、第１回収空間Ｓ３内で改めて反応促進が行われる。つまり、反応装置１全体として捉えた場合に、第２触媒体４２のような触媒を用いない場合に比べて、より多くの生成物Ｐが得られることになる。特に、本実施形態によれば、平衡組成に近づけるために、熱交換部３での熱交換に用いる熱媒体ＨＣの温度や流量などを増加させる必要がなくなる。一方で、第２触媒体４２等の触媒を用いない場合のときの生成物Ｐの生成量が所望の量である場合には、本実施形態のように第２触媒体４２等の触媒を用いることで、熱媒体ＨＣの温度や流量を低減させることができる。また、反応装置１から排出される生成物Ｐの温度は、第２触媒体４２のような触媒を用いない場合に比べて低下する。例えば、反応装置１の下流側におけるプロセス上又は機器設計上の何らかの制約により、生成物Ｐの温度を反応装置１から排出された時点より低下させるための除熱・冷却機構の設置が要求される場合がある。このような場合において、本実施形態によれば、その機構の負荷の低減や設計条件の緩和が可能になる。
【００９２】
このように、本実施形態によれば、反応のために与えられた熱量をより有効に活用するのに有利となる反応装置１を提供することができる。
【００９３】
また、反応装置１は、触媒を含む本体部を有する第２触媒体４２を備えてもよい。この場合、生成物回収部４９は、本体部を第１回収空間Ｓ３に収容させる開口部５２ａを含む接続部５２を有してもよい。また、第２触媒体４２は、本体部を第１回収空間Ｓ３に収容させた状態で、接続部５２に取り付けられるフランジ部４３を有してもよい。
【００９４】
このような反応装置１によれば、作業者による第２触媒体４２の取り付け又は取り外し等の作業が容易となる。
【００９５】
また、反応装置１は、触媒を含む本体部を有する第２触媒体４２を備えてもよい。この場合、生成物回収部４９は、生成物Ｐを外部配管８３へ排出する第１排出配管８１を有してもよい。また、第２触媒体４２は、本体部を第１回収空間Ｓ３に収容させた状態で、第１排出配管８１に取り付けられるフランジ部４３を有してもよい。
【００９６】
このような反応装置１によれば、作業者による第２触媒体４２の取り付け又は取り外し等の作業が容易となる。また、生成物回収部４９は、上記のような接続部５２を設けていなくても、第１排出配管８１を介して第２触媒体４２を保持することができる。
【００９７】
また、反応装置１では、第１排出配管８１は、外部配管８３との連結に用いられる第１フランジ部８１ｂを有してもよい。外部配管８３は、第１フランジ部８１ｂと接続可能な第２フランジ部８３ｂを有してもよい。この場合、フランジ部４３は、第１フランジ部８１ｂと第２フランジ部８３ｂとに挟まれて締結されてもよい。
【００９８】
このような反応装置１によれば、作業者による第２触媒体４２の取り付け又は取り外し等の作業が、第１排出配管８１と外部配管８３との連結作業に合わせて行うことができることになり、結果として、作業工程を単純化させることができる。
【００９９】
また、反応装置１では、本体部は、筒状又は柱状であってもよい。
【０１００】
このような反応装置１によれば、本体部を、接続部５２や第１排出配管８１から生成物回収部４９の第１回収空間Ｓ３に進入しやすくすることができる。また、本体部における第１回収空間Ｓ３に面する部分の表面積をより多く取ることができるため、第１回収空間Ｓ３内での触媒による反応をより促進させることができる。
【０１０１】
また、反応装置１では、本体部は、触媒を担持する構造材を有してもよい。
【０１０２】
このような反応装置１によれば、触媒が構造材に担持されているので、本体部全体、引いては第２触媒体４２全体が強固となる。したがって、例えば、第２触媒体４２は、触媒を長期間に渡って第１回収空間Ｓ３に保持しやすくなる。また、例えば、作業者による第２触媒体４２の取り付け又は取り外し等の作業時に、第２触媒体４２の破損等が生じづらくなる。
【０１０３】
また、反応装置１では、触媒は、多孔質状であってもよい。ここで、多孔質状の触媒を含む本体部は、例えば第５本体部７４である。
【０１０４】
このような反応装置１によれば、本体部は、例えば、触媒を担持する構造材を用いなくても、触媒単体で構成されることもあり得る。また、触媒が多孔質状であると、第１回収空間Ｓ３にある流体との接触面積が増えるため、第１回収空間Ｓ３内での触媒による反応をより促進させることができる。
【０１０５】
また、反応装置１では、触媒は、ペレット状であってもよい。この場合、本体部は、ペレット状の触媒を収容する筒体を有してもよい。ここで、本体部は、例えば第７本体部７６である。
【０１０６】
このような反応装置１によれば、例えば、使用済みの触媒と新たな触媒とを交換する場合に、筒体に収容されているペレット状の触媒７６ａを入れ替えるだけで済む。したがって、触媒を構造材に担持させた本体部を多数準備する必要がなくなる。また、ペレット状の触媒７６ａが筒体に収容されている状態では、触媒同士の隙間が多数存在することになり、第１回収空間Ｓ３にある流体との接触面積が増えるため、第１回収空間Ｓ３内での触媒による反応をより促進させることができる。
【０１０７】
また、反応装置１では、構造材は、本体部が筒状である場合には筒状であり、かつ、筒外部と筒内部とで貫通する複数の貫通穴を有してもよい。
【０１０８】
このような反応装置１によれば、第１回収空間Ｓ３にある流体が、複数の貫通穴を介して筒状の構造材の筒外部と筒内部とで行き来することができるため、より触媒に接触しやすくなる。
【０１０９】
また、反応装置１では、構造材は、断面がハニカム状となるハニカム構造体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第２本体部７１である。
【０１１０】
ハニカム構造体７１ａは、空間領域を広く確保しながら、全体として広い表面積を有する。したがって、このような反応装置１によれば、例えば、触媒を構造材の表面全体に担持させることで、第１回収空間Ｓ３内の流体との接触面積を、第１本体部７０の場合よりも広くすることができる。
【０１１１】
また、反応装置１では、構造材は、断面が波状に湾曲したコルゲート板を筒型に丸められたコルゲート構造体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第３本体部７２である。
【０１１２】
コルゲート構造体７３ａは、空間領域を広く確保しながら、全体として広い表面積を有する。したがって、このような反応装置１によれば、例えば、触媒を構造材の表面全体に担持させることで、第１回収空間Ｓ３内の流体との接触面積を、第１本体部７０の場合よりも広くすることができる。
【０１１３】
なお、反応流路１７に設置される第１触媒体４１は、上記のとおり、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状の棒体であってもよい。そこで、このようなコルゲート板状の棒体である第１触媒体４１を採用する場合には、第１触媒体４１の構造材を構成するコルゲート板を流用し、当該コルゲート板を筒型に丸めることで、第３本体部７２に用いる構造材としてもよい。つまり、第１触媒体４１と第２触媒体４２との双方を反応装置１に採用する場合には、第１触媒体４１又は第２触媒体４２のそれぞれの構造材となる基材を個別に準備する必要がないという利点もある。
【０１１４】
また、反応装置１では、構造材は、筒状又は棒状であってもよい。この場合、本体部は、筒状又は棒状の前記構造材を複数含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第６本体部７５である。
【０１１５】
このような反応装置１によれば、例えば、予め触媒を担持した筒状又は棒状の構造材が複数存在する場合には、それらの構造材を集合させて１つの束とすることで、容易に本体部を構成させることができる。
【０１１６】
また、反応装置１では、構造材は、複数の盤体を含んでもよい。この場合、本体部は、複数の盤体を、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に並べて保持する保持体を含んでもよい。ここで、本体部は、例えば第８本体部７７である。
【０１１７】
このような反応装置１によれば、例えば、予め触媒を担持した盤体７７ａ等の構造材が複数存在する場合には、それらの構造材を保持体７７ｂに保持させることで、容易に本体部を構成させることができる。
【０１１８】
また、反応装置１では、構造材は、本体部の筒状又は柱状の延伸方向に合わせてスパイラル状に延伸する板構造体であってもよい。ここで、本体部は、例えば第９本体部７８である。
【０１１９】
このような反応装置１によれば、例えば、予め触媒を担持した板構造体７８ａを、保持体７８ｂから突出する複数の支持棒７８ｃを介して保持体７８ｂに保持させることで、容易に本体部を構成させることができる。特に、板構造体７８ａの形状がスパイラル状である場合には、板構造体７８ａは、第１回収空間Ｓ３内の流体の流通方向を、スパイラル形状に合わせて延伸方向に規定することができる。したがって、このような反応装置１によれば、板構造体７８ａは、触媒による反応を促進させつつ、流体を所望の方向である例えば第１排出配管８０に向けて流通させやすくすることができる。
【０１２０】
また、反応装置１では、本体部は、第１排出口２１に対向してもよい。
【０１２１】
このような反応装置１によれば、第１排出口２１から排出された生成物Ｐを含む流体が本体部に突き当たるので、第１回収空間Ｓ３内での触媒による反応をより促進させることができる。
【０１２２】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る反応装置について説明する。第１実施形態では、生成物回収部４９に、構造材に触媒を担持させた第２触媒体４２を取り付ける反応装置１を例示した。これに対して、本実施形態では、第２触媒体４２に代えて、生成物回収部４９自体に触媒４６を担持させる。
【０１２３】
図１１は、第２実施形態に係る反応装置１に関し、触媒４６を担持させた状態の生成物回収部４９を示す一部断面図である。図１１では、反応装置１のうち、生成物回収部４９を含む部位をＸＹ平面に沿って切断した描画となっている。
【０１２４】
触媒４６に採用し得る触媒成分は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。この場合、触媒４６は、生成物回収部４９の内壁、例えば、内壁側面４９ｃの全面に担持されてもよい。また、不図示であるが、生成物回収部４９の内壁上面４９ａ又は内壁下面４９ｂに担持されてもよい。
【０１２５】
本実施形態に係る反応装置１によれば、触媒４６は、第１回収空間Ｓ３に面するため、第１実施形態における第２触媒体４２を用いずとも、第２触媒体４２を用いた場合と同等の効果を奏する。
【０１２６】
（第３実施形態）
次に、本開示の第４実施形態に係る反応装置について説明する。本実施形態では、さらに、第１実施形態における第２触媒体４２に代えて、第１回収空間Ｓ３の全体に、粒状体の触媒４８を多数収納する。
【０１２７】
図１２は、第３実施形態に係る反応装置１の構成を示す側面図である。図１２では、第１回収空間Ｓ３内にある触媒４８が、一部、点の集合で描画されている。
【０１２８】
触媒４８に採用し得る触媒成分は、第１触媒体４１に採用されるものと同様である。この場合、生成物回収部４９は、第１実施形態に係る反応装置１で採用した接続部５２を有してもよい。また、生成物回収部４９は、生成物回収部４９のＺ方向の上部の壁部、すなわち、生成物回収部４９の内壁上面４９ａ側に、開口部５８ａを含む接続部５８を有してもよい。これに合わせて、生成物回収部４９は、接続部５２に対してボルト６５を用いて取り付け可能とする第１ブランクフランジ５４と、接続部５８に対してボルト６５を用いて取り付け可能とする第２ブランクフランジ５６とを備えてもよい。
【０１２９】
ここで、第１回収空間Ｓ３内に触媒４８を収納する場合には、作業者は、下部の第１ブランクフランジ５４を接続部５２に取り付けた状態で、第２ブランクフランジ５６を取り付けていない状態の接続部５８の開口部５８ａから触媒４８を導入させることができる。一方、第１回収空間Ｓ３内から触媒４８を取り出す場合には、作業者は、接続部５２から第１ブランクフランジ５４を取り外すことで、容易に触媒４８を取り出すことができる。
【０１３０】
本実施形態に係る反応装置１によれば、第１回収空間Ｓ３内に触媒４６が存在することから、第１実施形態における第２触媒体４２を用いずとも、第２触媒体４２を用いた場合と同等の効果を奏する。また、第１回収空間Ｓ３が触媒４６によって満たされていることから、第１回収空間Ｓ３に排出された流体は、必ず触媒４８に接触する。したがって、第１回収空間Ｓ３内での触媒による反応をより促進させることができる。
【０１３１】
（他の実施形態）
上記の実施形態では、１つの第１伝熱体７において、生成物Ｐを含む流体が１箇所の第１排出口２１から排出される場合を例示したが、第１排出口２１が複数存在する場合もあり得る。この場合、それぞれの第１排出口２１に合わせて、生成物回収部４９も複数存在することになる。このように、生成物回収部４９が複数存在する場合には、上記のような第２触媒体４２やそれに準ずる触媒４６又は触媒４８は、各々の生成物回収部４９に設置されてもよい。
【０１３２】
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３３】
１      反応装置
７      第１伝熱体
９      第２伝熱体
２１    第１排出口
２２    第１流路
３６    第２流路
４２    第２触媒体
４３    フランジ部
４６    触媒
４８    触媒
４９    生成物回収部
４９ｃ  内壁側面
５２    接続部
５２ａ  開口部
７０    第１本体部
７１    第２本体部
７２    第３本体部
７３    第４本体部
７４    第５本体部
７５    第６本体部
７６    第７本体部
７７    第８本体部
７８    第９本体部
８１    第１排出配管
ＨＣ    熱媒体
Ｍ      反応流体
Ｐ      生成物
Ｓ３    第１回収空間
【図１】
2020131164.tif 000003
【図２】
2020131164.tif 000004
【図３】
2020131164.tif 000005
【図４】
2020131164.tif 000006
【図５】
2020131164.tif 000007
【図６】
2020131164.tif 000008
【図７】
2020131164.tif 000009
【図８】
2020131164.tif 000010
【図９】
2020131164.tif 000011
【図１０】
2020131164.tif 000012
【図１１】
2020131164.tif 000013
【図１２】
2020131164.tif 000014