(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、多管式反応器に代わる、高熱負荷反応に適した熱媒流路を内包するプレート型反応器を提供する。【解決手段】ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向になるように並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱媒を供給するための熱媒供給装置と、を有し、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装置であるプレート型反応器において、該伝熱プレートは、一枚の平板１７ａとその両面に位置する二枚の波板１１ａ，１２ａからなり、二枚の波板それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は１／２周期ずれており、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝熱プレートであるプレート型反応器。【選択図】図３Ａ
2020081941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向になるよ
うに並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱媒を供
給するための熱媒供給装置と、を有し、
前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、
前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装
置であるプレート型反応器において、
該伝熱プレートは、一枚の平板とその両面に位置する二枚の波板からなり、二枚の波板
それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は１／２周期ずれてお
り、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝
熱プレートであるプレート型反応器。
【請求項２】
隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板の波形が１／２周期ずれている請求項１に記
載のプレート型反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート型反応器に関する。詳しくは、プレート型熱媒流路を内包する固定
床反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続的な固定床反応において多用される反応器の１つに、固体触媒の充填された多管式
反応器がある。多管式反応器は大きな伝熱面積を有するため、多量の発熱や吸熱を伴う反
応、とりわけ発熱反応に適している。更に反応管内でプラグフローが形成されることより
、反応転化率の高い反応に好適である。
反面、プロピレン等の気相酸化反応によりアクリル酸を工業的に製造する場合に用いら
れる多管式反応器は、１万〜数万本の反応管を必要とするため、触媒の充填や抜き出しに
要する作業負荷が大きくなる。また、反応転化率の高い反応の場合、反応管出口側におけ
る反応量は小さいにも関わらず、過度に大きな伝熱面積を有することとなる。
【０００３】
特許文献１には、反応管として反応ガス入口側の管径が小さく反応ガス出口側の管径の
大きい異径反応管を用いることで、反応熱量の大きい反応ガス入口側の除熱を効率的に行
う方法が示されている。
【０００４】
特許文献２には、加熱冷却用隔壁と触媒層が交互に並んだ、所謂プレート型反応器にお
いて、触媒層の断面が反応ガス入口側から反応ガス出口側に向かうに従い拡大する仕様が
示されている。また、特許文献３には、波板を二枚重ね合わせて複数の熱媒体流路が形成
された一対の伝熱プレートを複数対配列し、隣り合う伝熱プレート間に触媒層が形成され
た反応器において、反応ガス出口側に向かって該触媒層の厚みが増大することが示されて
いる。
【０００５】
特許文献４には、二枚の板を重ね合わせ、レーザー等により複数箇所を線溶接して接合
部材とし、次いで、未溶接部をその内部から膨張圧により変形させ、波板状から成る熱媒
流路の作成方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−５４２２９号公報
【特許文献２】特公昭２６−７２０９号公報
【特許文献３】特開２００４−２０２４３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２１２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発熱量の多い反応ガス入口側ほど管径の細いことが示された、特許文献１記載の反応管
は、反応熱を効率的に除去できる点で優れたものであるが、多管式反応器に適用する為に
は、数万本の異径反応管を制作する必要があり、その製作に要する負荷から鑑みて現実的
でない。
特許文献２に記載されたプレート型反応器においては、一組の冷却用隔壁と触媒層で反
応管数十本分に相当する容量を有する為、必要な冷却用隔壁の数は少なくなるが、商業規
模の設備において平板部に充分な耐圧性能を持たせる為には、相当する規模の多管式反応
器に比べて数倍量の部材を用いるか、或いは膨大な量の線溶接を行う必要があり、制作費
の点であまり現実的ではない。
【０００８】
特許文献４に記載の方法で作成された波板状からなる熱媒流路は、水等による膨張圧に
より熱媒流路が形成されているため、充分な耐圧性能を有しており、また制作負荷も比較
的小さく、これをプレート型反応器に応用した特許文献３は、反応熱の効率的な除去が可
能であり、制作負荷も低く抑えられる可能性がある。
しかし、２つの隣接する熱媒流路間に形成される触媒充填用の空間に対し、その制作精
度誤差や局所的な除熱能力の偏り、経時的な形状の変化、等の問題があり、これらを原因
とし、特に発熱反応に適用した場合には、熱暴走反応を引き起こす危険性を有している。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、多管式反応器に代わる、高熱負荷反応に適した熱
媒流路を内包するプレート型反応器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、二枚の波板と、これに挟まれた
一枚の平板からなる熱媒流路を用いることで、その解決が為されることを見出し本発明に
至った。
すなわち、本発明は以下である。
【００１１】
［１］  ガス状の原料を反応させるための反応容器と、前記反応容器に、軸が鉛直方向に
なるように並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱プレートに所望の温度の熱
媒を供給するための熱媒供給装置と、を有し、
前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含み、
前記熱媒供給装置は、反応容器に収容された伝熱プレートの伝熱管に熱媒を供給する装
置であるプレート型反応器において、
該伝熱プレートは、一枚の平板とその両面に位置する二枚の波板からなり、二枚の波板
それぞれの形状は周期的な波形であり、二枚の波板の周期的な波形は１／２周期ずれてお
り、二枚の波板それぞれはその波形に沿い平板と最近接した箇所で平板と接合している伝
熱プレートであるプレート型反応器。
［２］  隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板の波形が１／２周期ずれている［１］
に記載のプレート型反応器。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプレート型反応器では、従来のプレート型反応器のような制作精度誤差や局所
的な徐熱能力の偏り、経時的な形状の変化が大きく改善され、より高熱負荷反応に対応す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図１Ｂ】従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図１Ｃ】従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図２】従来の伝熱プレートにおける変形の例を示した模式図である。
【図３Ａ】本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図３Ｃ】本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である。
【図４Ａ】本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に示す模式図である。
【図５Ａ】本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を立体的に示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を平板の面方向より示す模式図である。
【００１４】
以下、本発明のプレート型反応器について、図面を参照に詳細に説明するが、本発明は
何ら以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変更して実施す
ることが出来る。
【００１５】
図１Ａ〜Ｃは、従来のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図である
。図１Ａを例として挙げると、各々二枚の波板１ａが接合部５ａで接合されて熱媒流路を
形成し、同様にして、右隣りには垂直方向に１／２周期分だけ位相の異なる各々二枚の波
板２ａが接合部６ａで接合されて熱媒流路を形成し、隣接する伝熱プレート間に触媒充填
用空間４ａが形成される。
図１Ａは熱媒流路の断面形状が、外側に凸な曲線で形成されている為、機械的強度が高
いという利点を有するが、触媒充填用空間４ａのうち、接合部５ａや６ａ近傍では、触媒
の充填密度が下がることに加えて、同じく触媒充填用空間４ａを流通するプロセス流体の
滞留が生じやすくなる。つまり加熱反応の場合、局所的な高温域を生じ易いという欠点を
有する。
【００１６】
図１Ｂは波板１ｂ、２ｂが直線部分からのみなり、触媒充填用空間４ｂの幅は、接合部
５ｂ，６ｂの近傍を除き一定であるという利点を有するが、伝熱プレートの機械的強度が
低いという欠点を有する。
図１Ｃは波板が正弦波の形を有するものであり、触媒充填用空間４ｃの縁も滑らかな曲
線で形成される為、均一な触媒充填が達成され易く、また図１Ｂに比べて伝熱プレートの
機械的強度も高いという利点を有するが、接合部位５ｃや６ｃ近傍における熱媒流路３ｃ
が狭く、該接合部位近くの除熱能力は大きく低下する、という欠点を有する。
【００１７】
図２は、従来の伝熱プレートにおける変形の例を示した模式図である。従来の伝熱プレ
ートは制作時の誤差のみならず、反応器として使用する際の触媒充填における振動や加重
、加熱や冷却に伴う熱応力等による不可逆的な変形が生じる可能性がある。隣り合う伝熱
プレート間にスペーサーを設置することで該変形をある程度は緩和出来る可能性はあるが
、完全に防ぐことは困難である。板厚や溶接線幅を増すことで該変形に対抗出来るが、原
材料費及び加工費が嵩み、経済的でなく、熱媒流路が狭まることに伴う除熱能力の低下は
、本来の特徴を損なうものである。
【００１８】
図３Ａ〜Ｃは、本発明のプレート型反応器の複数の伝熱プレートの例を示す模式図であ
る。図３Ａを例として挙げて説明する。本発明のプレート型反応器の伝熱プレートは反応
容器（図示せず）に、軸が鉛直方向になるように並んで設けられたものであり、該伝熱プ
レートは一枚の平板１７ａとその両面に位置する二枚の波板１１ａ、１２ａからなり、該
二枚の波板１１ａ、１２ａの形状は周期的な波形である。波板１１ａの周期的な波形と波
板１２ａの周期的な波形は１／２周期ずれており、二枚の波板１１ａ，１２ａそれぞれが
その波形に沿い、平板１７ａと最近接した箇所で平板と接合（１５ａ、１６ａ）している
伝熱プレートである。前記構造を有する伝熱プレートとすることで、波板の接合部位１５
ａと１６ａの位置をずらし、図２のような変形を生じ難くすることが出来る。加熱や冷却
に伴う波板の伸縮に伴う歪み（熱応力）は波板の部位により異なるが、平板１７ａを挟ん
で接合された両側波板の位置をずらすことで歪みを分散させ、より変形し難くしている。
平板１７ａと波板１５ａの間に形成される熱媒流路は、接合部位１５ａ近傍で狭くなるが
、その対面、平板１７ａと波板１６ａの間に形成される熱媒流路は最大となる為、図１Ａ
〜Ｃの接合部付近とは異なり、除熱能力が維持される。
【００１９】
又、隣り合う二つの伝熱プレート間に創出される空間は触媒充填用空間１４ａである。
前記構造の伝熱プレートとすることにより、隣り合う二つの伝熱プレート間に創出される
空間は変形に伴う不均一さが解消され、より均一な空間が継続して維持されるようになり
、触媒充填用の空間として好適となる。更に、隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波板
の波形が１／２周期ずれていることが好ましい。隣り合う伝熱プレート間近傍の二枚の波
板である、向かって左の伝熱プレートの右に位置する波板１２ａと、向かって右の伝熱プ
レートの左に位置する波板１１ａの二枚の波板は、その波型が１／２周期ずれていること
が好ましい。そうすることにより触媒充填用空間１４ａの流路幅の増減が最少となり、最
も均一に触媒を充填することが可能となる。
【００２０】
尚、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートにおける波板の形状は、凸波型（図３Ａ
）、三角波型（図３Ｂ）、正弦波型（図３Ｃ）が挙げられるが、熱媒流路の機械的強度が
最も高いのは凸波型、次いで正弦波型であり、波板制作の点は、三角波型、次いで正弦波
型が優れ、平板との接合においては、正弦波型、次いで三角波型が優れ、形成される触媒
充填用空間の幅の均一性においても正弦波型、次いで三角波型が優れる。重要度の高い触
媒充填層の均一性が優れること、他項目でも欠点が少ないこと、から正弦波型が特に好ま
しいが、形状はこれに限定されず、例えば、波板の制作を容易にする為、部分的に直線部
分を含む正弦波型など、適宜選択や組み合わせが可能である。
【００２１】
図４Ａ，Ｂは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレート及び熱媒流路の例を立体的に
示す模式図である。図４Ａは、伝熱プレートとその周縁又は端縁を固定した固定用側板２
８を分解し、立体的に示している。平板２７の両面に二枚の波板２１，２２を接合して伝
熱プレートとしている。二つの波板の形状は周期的な波形であり、１／２周期ずれている
（２５、２６）。伝熱プレート内に創出された空間は熱媒流路となり、固定用側板２８が
熱媒の出入り口となる。図４Ｂは、複数の伝熱プレートとその周縁又は端縁を一体化して
固定した固定用側板２８を立体的に示している。隣り合う伝熱プレート間に創出される空
間は触媒充填用空間２４である。固定用側板２８内にある伝熱プレート内に創出された空
間２３は熱媒の出入り口となる。
【００２２】
図５Ａは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を
立体的に示す模式図である。伝熱プレートへの熱媒の供給は、固定用側板２８の一方から
熱媒を供給し、他方の固定用側板２８から熱媒を抜き出すことで可能であるが、更に固定
用側板２８の側面に熱媒用分散板２９を設けることで、熱媒が熱媒流路内を複数回往復す
る仕様（マルチパス）とすることも出来る。又は供給する熱媒は温度の異なる複数の熱媒
を別々に供給することも可能である。
【００２３】
図５Ｂは、本発明のプレート型反応器の伝熱プレートに供給する熱媒の流れ方向の例を
平板の面方向より示す模式図である。本発明のプレート型反応器は、所望の温度の熱媒を
伝熱プレートに供給するため、熱媒供給装置（図示せず）より、プレート型反応器鉛直方
向下部より熱媒用分散版２９を介して固定用側板２８から伝熱プレートの周縁又は端部か
ら伝熱プレート鉛直方向最下部の空隙に熱媒を供給している。次いで熱媒は伝熱プレート
内を流動し、伝熱プレートの他方の周縁又は端部で連結している伝熱管（図示せず）によ
り、伝熱プレート内の熱媒流路内を複数回往復することにより鉛直方向上方まで熱媒が流
れ、最終的にはプレート型反応器の鉛直方向上方より、熱媒用分散版２９を介して固定用
側板２８から熱媒が排出される。
【符号の説明】
【００２４】
1a、2a、1b、2b、1c、2c、11a、12a、11b、12b、11c、12c、21、22      波板
3a、3b、3c、13a、13b、13c    熱媒流路
4a、4b、4c、14a、14b、14c、24    触媒充填用空間
5a、6a、5b、6b、5c、6c、15a、16a、15b、15c    接合部位
17a、17b、17c、27    平板
23                  熱媒出入り口
25、26              凸部
28                  固定用側板
29                  触媒用分散板
30                  熱媒の流れ方向
【図１Ａ】
2020081941.tif 000003
【図１Ｂ】
2020081941.tif 000004
【図１Ｃ】
2020081941.tif 000005
【図２】
2020081941.tif 000006
【図３Ａ】
2020081941.tif 000007
【図３Ｂ】
2020081941.tif 000008
【図３Ｃ】
2020081941.tif 000009
【図４Ａ】
2020081941.tif 000010
【図４Ｂ】
2020081941.tif 000011
【図５Ａ】
2020081941.tif 000012
【図５Ｂ】
2020081941.tif 000013