(57)【要約】  熱交換器−リアクタのマイクロチャネルの内面への触媒堆積のための方法において、ｉ）熱交換器−リアクタを垂直に位置付け、熱交換器−リアクタの入口（１）と出口（２）が水平面に垂直な平面内にあり、低い位置にあり、マイクロチャネルが上方に配置されるようにする段階と、ｉｉ）触媒懸濁液をポンプ（１２）によって入口（１）から熱交換器−リアクタの中に注入する段階と、ｉｉｉ）熱交換器−リアクタに触媒懸濁液を５〜２０ｍＬ／分の速度で充填する段階と、ｉｖ）熱交換器−リアクタから排水する段階と、を含む。【選択図】図３
2019528157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器−リアクタのマイクロチャネルの内面への触媒堆積のためのプロセスにおいて、
ｉ）前記熱交換器−リアクタを垂直位置に据え付け、前記熱交換器−リアクタの入口（１）及び出口（２）が水平面に垂直な平面内にあり、一番下の位置にあり、前記マイクロチャネルが上方に位置付けられるようにする段階と、
ｉｉ）触媒懸濁液をポンプ（１２）によって前記入口（１）から前記熱交換器−リアクタの中に注入する段階と、
ｉｉｉ）前記熱交換器−リアクタに前記触媒懸濁液を５〜２０ｍｌ／分の速度で充填する段階と、
ｉｖ）前記熱交換器−リアクタを空にする段階と、
を含むプロセス。
【請求項２】
前記熱交換器−リアクタは組立界面を呈さず、
−入口（１）と出口（２）と、
−反応通路（５）、生成物通路（６）、及び前記反応通路と前記生成物通路との間の接合部（７）からなる交換領域（４）に供給する分散領域（３）と、を含み、
前記充填段階ｉｉｉ）は、前記触媒懸濁液が前記反応通路と前記生成物通路との間の前記接合部（７）を横切らないように行われる
ことを特徴とする、請求項１０に記載の堆積プロセス。
【請求項３】
段階ｉｉｉ）の前記充填は、前記反応通路と前記生成物通路との間の前記接合部（７）より少なくとも５ｍｍ低いレベルに到達するまで実行されることを特徴とする、請求項２に記載の堆積プロセス。
【請求項４】
前記ポンプ（１２）は、５ｍｌ／分〜２５００ｍｌ／分にわたる流速範囲内で動作することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項５】
前記充填は、ゲージを使って制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項６】
前記ゲージは、熱交換器−リアクタに垂直かつ平行であることを特徴とする、請求項５に記載の堆積プロセス。
【請求項７】
前記触媒懸濁液は堆積プロセス中攪拌され続けることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項８】
前記熱交換器−リアクタは、付加製造により単独のブロックとして製造されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項９】
前記反応通路（５）の直径は１．５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器−リアクタのミリ通路内の触媒堆積のためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、合成ガス生成のための最も普及しているプロセスは、メタンの水蒸気改質である。この反応は触媒及び吸熱反応である。この反応に必要な熱は、放射炉内の燃焼により得られる。それゆえ、合成ガスは高温（９００℃付近）で得られる。すでに広く知られた最適化により、反応をミリ構造の熱交換器−リアクタの中で起こすことができ、それによってリアクタ内の熱及び材料の伝導が改善される。
【０００３】
本発明が係る改質リアクタは、図１及び２に示されている、異なる部分からなるワンピースアセンブリである。「ワンピースリアクタ」という用語は、組立て界面を呈さないリアクタを意味すると理解されたい。熱交換器−リアクタの入口及び出口２は分散領域３に直接接続され、そこから交換領域４への供給が行われる。交換領域４は、まっすぐで平行な通路からなり、これらのまっすぐの通路の中で、反応通路５、生成物通路６、及び２つの反応通路５と生成物通路との間の接合部７がわかる。「ミリ通路」という用語は、ミリメートル寸法の通路を意味すると理解されたい。「反応通路」という用語は、触媒反応が起こるミリ通路を意味すると理解されたく、「生成物通路」という用語は、生成物のストリームの循環を可能にするミリ通路を意味すると理解されたい。入口１、分散領域３、及び反応通路６だけが触媒８で被覆される。触媒８の堆積に加えて、これらの通路は腐食保護コーティング９で被覆することもでき、これは反応通路の表面１０に塗布される。
【０００４】
リアクタ自体は図３に示されている。リアクタは閉鎖アセンブリであり、その反応通路は入口１及び出口２からのみアクセス可能である。
【０００５】
文献の中に、性質の異なる基板上への触媒のコーティングの方法を提供する幾つかの参考資料がある。Ｖａｌｅｎｔｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ．（Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ｔｏｄａｙ，２００１）は、触媒又はγアルミナの堆積を実行する前のベーマイト系の結合プライマの堆積を提供する。この方法は、特に触媒燃焼用触媒調製のためのセラミック又は金属製発泡材又はハニカム型開放構造に適用可能である。より一般的には、数多くの例が、自動車による汚染防止に関するＣｙｂｕｌｓｋｉとＭｏｕｌｉｊｎの研究、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ及び、燃焼排気の浄化と酸化窒素削減のためと、揮発性有機化合物の除去のための三元触媒の中に見られる。しかしながら、記載されている例の何れも、本発明の図１及び２に示されるようなリアクタの被覆を可能にするプロセスを示していない。さらに、リアクタ−熱交換器のミリ通路の表面に触媒を被覆するための手順を記した例はほとんどない。非常に多くの場合、ミリ通路を有するリアクタ−熱交換器は、事前に彫刻され、触媒で被覆されたプレートを固定することによる組立ての成果である。１つの代替案は、発泡材、多孔質のバー、金属グリッド若しくは波形の基板を事前にコーティングし、その後、それをリアクタ−熱交換器のミリ通路の中に挿入する、というものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現在、図１及び２によるマイクロチャネルを有するリアクタ−熱交換器、換言すれば事前組立て式のリアクタ−熱交換器の中に触媒を正確に堆積させ、それによって触媒懸濁液がミリ通路の表面に堆積させられ、それと同時に被覆されるミリ通路の長さのほか、堆積される触媒の量も精密に制御されるようにする方法はない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決策は、熱交換器−リアクタのマイクロチャネルの内面の触媒堆積のためのプロセスであり、これは、
ｉ）熱交換器−リアクタを垂直位置に据付け、熱交換器−リアクタの入口１及び出口２が水平面に垂直な平面内にあり、一番下の位置にあり、マイクロチャネルが上方に位置付けられるようにする段階と、
ｉｉ）触媒懸濁液をポンプ１２によって入口１から熱交換器／リアクタの中に注入する段階と、
ｉｉｉ）熱交換器−リアクタに触媒懸濁液を５〜２０ｍｌ／分の速度で充填する段階と、
ｉｖ）熱交換器−リアクタを空にする段階と、
を含む。
【０００８】
場合ごとに、本発明による触媒堆積のためのプロセスは、以下の特徴の１つ又は複数を呈するかもしれない：
−熱交換器−リアクタは組立界面を呈さず、入口１と出口２と、反応通路５、生成物通路６、及び反応通路と生成物通路との間の接合部７からなる交換領域４に供給する分散領域３と、を含み、充填段階ｉｉｉ）は、触媒懸濁液が反応通路と生成物通路との間の接合部７を横切らないように行われ、
−段階ｉｉｉ）の充填は、反応通路と生成物通路との間の接合部７において、少なくとも５ｍｍ低いレベルに到達するまで実行され、
−ポンプ１２は、５ｍｌ／分〜２５００ｍｌ／分にわたる流速範囲内で動作する。
【０００９】
好ましくは、ポンプにより、幾つかの大きさの熱交換器−リアクタについて、充填中は０．５ｃｍ／分のオーダ、及び懸濁液の排出中は１００ｃｍ／分のオーダのコーティング速度が可能となる。
−充填は、ゲージを使って制御され、
−ゲージは、熱交換器−リアクタに垂直かつ平行であり、
−触媒懸濁液は堆積プロセス中攪拌され続け、
−前記熱交換器−リアクタは、付加製造により単独のブロックとして製造され、
−反応通路５の直径は１．５ｍｍ以上である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が係る改質リアクタを示す。
【図２】本発明が係る改質リアクタを示す。
【図３】リアクタ自体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による触媒堆積のためのプロセスを、図１〜３を用いてより詳しく説明する。
【００１２】
懸濁液は、堆積手順の継続時間中攪拌され続ける１１。この攪拌は、好ましくは磁気撹拌機によって実行できる。
【００１３】
懸濁液は、５ｍｌ／分〜２５００ｍｌ／分にわたるスループット範囲内で動作可能なポンプ１２を使って、熱交換器−リアクタの中まで循環される。ここでは、ペリスタルティックポンプの使用が好ましい。
【００１４】
懸濁液は、入口１からリアクタ−熱交換器の中に注入される。懸濁液は、入口１から分散領域３へ、及び交換領域４へと連続的に分散されることにより、反応通路５と生成物通路６との間の接合部７を横切ることなく、反応通路５を被覆することが可能となる。
【００１５】
熱交換器−リアクタの充填レベルは、熱交換器−リアクタの入口１に取り付けられたＴ継手上に位置付けられたレベルゲージで読み取られる。ゲージは熱交換器−リアクタに垂直かつ平行である。ゲージは、レベルの高さを直接読み取ることができるのに十分に透明な材料からなる。材料はまた、触媒懸濁液中で用いられる溶媒に適合していなければならない。ゲージの内径は、反応通路５及び生成物通路６の直径より少なくとも１ミリメートル大きく、その長さは反応通路５もの長さより少なくとも２ｃｍ大きくなければならない。
【００１６】
充填は、５〜２０ｍｌ／分、好ましくは１５ｍｌ／分未満の速度で実行され、それによって交換領域４の中にあるマイクロチャネル５が確実に均等に充填される。
【００１７】
反応通路５の充填は、接合部７において少なくとも５ｍｍ低いレベルに到達するまで実行される。
【００１８】
充填後、熱交換器−リアクタは、触媒懸濁液を反応通路５の中から、交換領域４から、及び入口１から排出するために空にされる。空にするときの流速は制御され、反応通路５の内部の懸濁液の抜き出し速度を１０〜２０ｍｍ／秒とすることができるようにしなければならない。
【００１９】
上述の手順は、直径が１．５ｍｍ以上である反応通路５について用いることができる。
【００２０】
上述の手順は、レベルゲージの代わりに、触媒懸濁液を輸送するために使用されるポンプを制御するレベルセンサを使用することによって自動化できる。
【００２１】
上述の手順は、１回のパスで生成された触媒堆積の厚さが不十分であれば何回か繰り返すことができる。この場合、触媒堆積は事前に、好ましくは乾燥空気又は窒素の、最大流速２ｌ／分の流速の弱いストリーム下で事前に乾燥させなければならず、その期間は触媒懸濁液の調製に使用される溶媒の性質によって異なる。
【００２２】
熱交換器−リアクタの内部に堆積される触媒の量は、懸濁液の触媒粉末の含有量がわかっている場合に、空にする段階中に回収された懸濁液の量を測定することによってわかる。
【００２３】
本発明による触媒堆積のためのプロセスにより、本発明の図１及び２に示されているような、事前組立式のリアクタ−熱交換器のマイクロチャネルを触媒で被覆することが可能となる。
【００２４】
本発明による堆積プロセスの例を以下に示す。
【実施例】
【００２５】
直径２ｍｍ、長さ２０ｃｍの反応通路２００本を有する、すなわち総容量１２５．７ｍｌの熱交換器−リアクタに、４ｍＰａ．ｓと等しい粘度の触媒懸濁液を利用できる。懸濁液を熱交換器−リアクタの中に流速１０ｍｌ／分で注入し、充填レベルを、リアクタの入口に設置された、リアクタに平行なゲージを読むことによりモニタする。充填は、反応通路と生成物通路との間の接合部から５ｍｍまで行う。充填閾値に到達した後すぐに、懸濁液を流速０．６３ｍｌ／分で排出する。回収された懸濁液の量を計測すると、熱交換器−リアクタ内部に懸濁液が２０ｍｌ堆積されたことを示し、すると、懸濁液が触媒を８ｖｏｌ％で含有し、触媒の濃度が４ｇ／ｍｌであるため、この１回目のパス中に堆積される触媒の重量約６．４ｇがそこから推定される。
【図１】
2019528157.tif 000003
【図２】
2019528157.tif 000004
【図３】
2019528157.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月1日(2019.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器−リアクタのマイクロチャネルの内面への触媒堆積のためのプロセスにおいて、
ｉ）前記熱交換器−リアクタを垂直位置に据え付け、前記熱交換器−リアクタの入口（１）及び出口（２）が水平面に垂直な平面内にあり、一番下の位置にあり、前記マイクロチャネルが上方に位置付けられるようにする段階と、
ｉｉ）触媒懸濁液をポンプ（１２）によって前記入口（１）から前記熱交換器−リアクタの中に注入する段階と、
ｉｉｉ）前記熱交換器−リアクタに前記触媒懸濁液を５〜２０ｍｌ／分の速度で充填する段階と、
ｉｖ）前記熱交換器−リアクタを空にする段階と、
を含むプロセス。
【請求項２】
前記熱交換器−リアクタは組立界面を呈さず、
−入口（１）と出口（２）と、
−反応通路（５）、生成物通路（６）、及び前記反応通路と前記生成物通路との間の接合部（７）からなる交換領域（４）に供給する分散領域（３）と、を含み、
前記充填段階ｉｉｉ）は、前記触媒懸濁液が前記反応通路と前記生成物通路との間の前記接合部（７）を横切らないように行われる
ことを特徴とする、請求項１に記載の堆積プロセス。
【請求項３】
段階ｉｉｉ）の前記充填は、前記反応通路と前記生成物通路との間の前記接合部（７）より少なくとも５ｍｍ低いレベルに到達するまで実行されることを特徴とする、請求項２に記載の堆積プロセス。
【請求項４】
前記ポンプ（１２）は、５ｍｌ／分〜２５００ｍｌ／分にわたる流速範囲内で動作することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項５】
前記充填は、ゲージを使って制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項６】
前記ゲージは、熱交換器−リアクタに垂直かつ平行であることを特徴とする、請求項５に記載の堆積プロセス。
【請求項７】
前記触媒懸濁液は堆積プロセス中攪拌され続けることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項８】
前記熱交換器−リアクタは、付加製造により単独のブロックとして製造されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【請求項９】
前記反応通路（５）の直径は１．５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の堆積プロセス。
【国際調査報告】
2019528157.tif 000006
2019528157.tif 000007
2019528157.tif 000008
2019528157.tif 000009
2019528157.tif 000010
2019528157.tif 000011