(57)【要約】本発明は、軸方向又は半径方向の擬似等温反応器用熱交換器ユニットを実現することである。その熱交換器は、この交換器を横断する作用流体と反応ゾーンとの間の熱交換能を実質的に一定に維持することが可能な構造的及び機能的特性を有する。つまり、本発明の熱交換ユニットは、ベースプレート（３、４）によって両側端部が閉塞された実質的に円筒形のシェル２と、触媒床を含む反応ゾーン（６）とを含んでなる軸方向及び半径方向の擬似等温反応器用熱交換ユニットであって、該ユニットは、互いに間隔をあけ、端部周りが接合され、所定の方向に沿って熱交換作用流体が横断することを意図する内部チャンバー（１５）を規定する一対の並置された金属プレート（１３ａ、１３ｂ）から形成された少なくとも１つのプレート形状の箱型熱交換器（１１）からなり、内部チャンバー（１５）が前記方向において増減する可変サイズを有することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレート（３、４）によって両側端部が閉塞された実質的に円筒形のシェル２と、触媒床を含む反応ゾーン（６）とを含んでなる軸方向及び半径方向の擬似等温反応器用熱交換ユニットであって、
該ユニットは、互いに間隔をあけ、端部周囲が接合され、所定の方向に沿って熱交換作用流体が横断することを意図する内部チャンバー（１５）を規定する一対の並置された金属プレート（１３ａ、１３ｂ）から形成された少なくとも１つのプレート形状の箱型熱交換器（１１）からなり、
内部チャンバー（１５）が前記方向において増減する可変サイズを有することを特徴とする熱交換ユニット。
【請求項２】
チャンバー（１５）内に、異なる幅を有し、互いに流体伝達がある状態で、少なくとも２つの連続ゾーン（１６ａ、１６ｃ、１６ｅ）が流体の方向に沿って規定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニット。
【請求項３】
異なる幅を有した連続ゾーン（１６ａ、１６ｃ、１６ｅ）が、コネクションゾーン（１６ｂ、１６ｄ）を通して互いに通じていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換ユニット。
【請求項４】
コネクションゾーン（１６ｂ、１６ｄ）が、チャンバー（１５）を横断する作用流体の方向で収束することを特徴とする請求項３に記載の熱交換ユニット。
【請求項５】
コネクションゾーン（１６ｂ、１６ｄ）が、チャンバー（１５）を横断する作用流体の方向で分岐することを特徴とする請求項３に記載の熱交換ユニット。
【請求項６】
金属プレート（１３ａ、１３ｂ）間の距離が、流体の方向に沿って連続的に変化することを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニット。
【請求項７】
金属プレート（１３ａ、１３ｂ）が、矩形形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換ユニット。
【請求項８】
コネクションゾーン（１６ｂ、１６ｄ）が、金属プレート（１３ａ、１３ｂ）のシートが折曲げられることによって得られることを特徴とする請求項３、４、５に記載の熱交換ユニット。
【請求項９】
別々に間隔をあけられた一対の分離した金属プレート（１３ａ、１３ｂ）によって構成され、所定の方向に沿って熱交換作用流体が横断することを意図する箱型プレート形状タイプの擬似等温反応器のための熱交換ユニット用熱交換器であって、
前記交換器において、内部チャンバー（１５）が、作用流体によって横断されることを意図し、前記方向において可変する幅を有して規定されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の最も一般的な面は、各ベースプレートによって両側端部で閉塞された実質的に円筒形状のシェルと、少なくとも１つの触媒床を含む反応ゾーンと、前記触媒床に埋没された複数の熱交換器からなる熱交換ユニットとを含む不均一系化学反応用擬似等温反応器に関する。
明細書の他の部分及び以下の請求の範囲において、用語「擬似等温反応」は、所定の最適値前後の可能な限り厳格な範囲内の値で制御された温度で行われる化学反応器のタイプを指すことを意味する。
【０００２】
さらに、反応器の主軸に関して言えば、反応物及び反応生成物による触媒床の横断は、軸方向（軸方向反応器）及び半径方向（半径方向反応器）の双方向において起こり得る。
より詳細には、限定されないが、本発明は、軸方向及び半径方向の擬似等温反応器用熱交換ユニットに関し、これは、各触媒床の触媒塊中に埋没されている、いわゆるプレート型と呼ばれる複数の熱交換器を含む。
【背景技術】
【０００３】
公知のように、反応プロセスの性能及び収率が温度に依存するため、温度を制御しながら化学反応を行うことは非常に重要であり、そのような温度の制御は、適切な方法で、その反応が行われている環境に熱を与え又は周辺から熱を取り去ることによって行われる。
このような目的のために、熱移動を担う作用流体が横断する熱交換器が、広く用いられている。
【０００４】
化学反応器のタイプを考慮して（軸方向擬似等温反応器）、触媒の塊に埋没された、複数のプレート形状で箱型の熱交換器からなる熱交換器ユニットが用いられている。
いくつかの観点からそれらは有利であるが、そのような熱交換ユニットは、行われる化学反応の等温性に満足な程度が保障されず、その結果、反応自体の収率に悪影響を与える。
【０００５】
もちろん、そのユニットを形成する熱交換器の構造、形状及び大きさにもよるが、各熱交換器を横断する作用流体は、実質的に温度変化を受ける。この変化は、反応が行われる場所での作用流体と触媒床との間の温度差（ΔＴ）の逐次の減少をもたらす。従って、反応ゾーンと作用流体との間の熱交換能の減少をもたらす。熱交換能の減少は、公知のように、熱交換器の効率の悪化を伴い、よって反応収率を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の基礎を形成する技術的な問題は、軸方向又は半径方向の擬似等温反応器用熱交換器ユニットを実現することである。その熱交換器は、この交換器を横断する作用流体と反応ゾーンとの間の熱交換能を実質的に一定に維持することが可能な構造的及び機能的特性を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した技術的な問題は、互いに間隔をあけ、端部の周囲が接合され、所定の方向に沿って熱交換作用流体が横断することを意図する内部チャンバーを規定する一対の並置された金属プレートから形成された、少なくとも１つのプレート形状の箱型熱交換器を含み、内部チャンバーが前記方向において増減する可変サイズを有することを特徴とする擬似等温反応器用熱交換ユニットを考慮して、本発明によって解決される。
【０００８】
本発明の熱交換ユニットの主な利点は、方向自体に沿って異なり、このユニットの所定のゾーンにおいて、熱交換能を増加させたり減少させたりする可能性があることである。
実際、このように構成された熱交換ユニットの交換器において、公知のように、熱交換作用流体の導入の流速が一定であるから、流体のスピードは通路断面の幅に対して反比例で変化する。これにより、この通路断面が流方向に沿って狭くなると、同じ向きに沿う作用流体のスピードが増加することを理論的に導くことができる。交換器の全長に沿ってΔＴが一定であるとすれば、熱交換能は、上述したΔＴのほか、さらに作用流体のスピードの関数であるので、熱交換器の熱交換能は作用流体の流方向に沿って増加する。従って、例えば、作用流体と反応ゾーンとの間のΔＴが同方向に沿って減少すると、反応の擬似等温性を制御することが可能になる。
【０００９】
さらに、本発明の特性及び利点は、単に説明のためであって限定する意図はなく、添付の図面を引用することによって、熱交換ユニットからなる擬似等温化学反応器の実施形態の詳述から明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１及び図２に、上下ベースプレート３及び４のそれぞれによって両側端部が閉塞され、縦軸ＢＢを伴う円筒形のシェル２を含む軸方向タイプの擬似等温反応器１を、全体的かつ模式図的に表す。
シェル２の内部は、暗示的に上部線７及び下部線８内に含まれており、反応ガス及び反応性生物によって軸方向に横断することが意図された触媒床を収容するために、反応ゾーン６が規定されている。なお、触媒床は、それ自体公知であるために、詳述はしない。
【００１１】
反応ゾーンでは、熱交換ユニットが、全体的に１０で示しているように、支持されており、適当な触媒の塊に埋没され、触媒床を構成する（図示せず）。この熱交換ユニット１０は複数の熱交換器１１を備える。
特に、各熱交換器１１は、本質的に、平らな箱を形成するプレート形状で、一対の並置された金属プレート１３ａ、１３ｂ（図２）を備え、内部チャンバー１５を規定するために、外側周囲を連結し、互いに間隔をあけている。
【００１２】
そのような金属プレート１３ａ及び１３ｂは、好ましくは矩形であり、短側面１２ａ及び１２ｂと、長側面１４ａ及び１４ｂとを有している。
この交換器１１は、好ましくは、熱交換流体を作用させるために、短側面１２ａ及び１２ｂに対向して、それぞれ入口コネクションと出口コネクション１７、１８を有している。交換器を通り抜けるその流方向は、矢印ＡＡによって表されており、２つのコネクション１７、１８を横断する軸に定められている。
【００１３】
本発明の変形例によれば、半径方向反応器に適用することが適当である。そのコネクション１７及び１８は、交換器の同じ長側面１４ａに配置する（図４）。
本発明によれば、チャンバー１５は流方向（ＡＡ）に沿って可変する幅を有する。つまり、プレート１３ａと１３ｂの間の距離が、ＡＡ方向に沿って、増加又は減少する。
発熱反応では、その反応を促進する場合、それによって生成された熱を運び出すことが必要であり、熱の生成は、反応の進捗によって増大する。プレートの幅は、ＡＡ方向に沿って減少し、よって、流体のスピードはチャンバー１５を横断するにしたがって増加する。作用流体のスピードが増加するにしたがって、流体それ自体の熱交換能も増加し、よって、熱交換の量も増加する。特に、交換器内部の作用流体によって反応ゾーンで取り除かれる。このすべては、実質的に反応温度の制御の最適化及び反応の擬似等温性の最適化に貢献する。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、内部チャンバー１５では、３つのゾーン１６ａ、１６ｃ、１６ｅが規定されており、作用流体の上述した流方向ＡＡにそれぞれ繋がっている。この３つそれぞれは一定の幅を有しているが、ほかの２つのゾーンに関しては異なる。さらに詳細には、この幅は、ゾーン１６ａにおいては最大で、ゾーン１６ｅにおいては最小で、１６ｃにおいてはこれら２つの間の中間であろう。このゾーン１６ａ、１６ｃ、１６ｅは、方向ＡＡで収束するコネクションゾーン１６ｂ、１６ｄを通して互いに繋がっている。このコネクションゾーン１６ｂ、１６ｄは、例えば、対向するプレートにおいて実現されている適当な一対の折線（Ｐ１及びＰ２はそれぞれゾーン１６ｂの上下部、Ｐ３及びＰ４はそれぞれゾーン１６ｄの上下部）によって規定されている。
【００１５】
本発明の好ましい実施例（図３）によれば、この内部チャンバー１５において、単一ゾーンが規定されている。そのようなゾーンは、流方向に沿って可変で、より厳密には、連続的に変化する幅を有している。
熱交換器１１の入口及び出口コネクション１７及び１８は、所定の熱交換作用流体のために、それぞれ、上部供給パイプ１９及び下部排出パイプ２０に接続、固定されており、パイプを通して交換器は、このユニット１０を形成する単一構造において、都合よく強化することができる。
【００１６】
さらに有利には、発熱反応では、この熱交換作用流体は、このように予熱された反応物ガスの混合物からなる。
反応器がマンホールを備えているタイプの場合には、その開口を通して通過しやすいように、交換器１１は、それぞれ都合よく、マンホールの横断サイズよりも小さい所定の横断サイズを有するように実現されている。
【００１７】
このように考えられた本発明は、以下の請求の範囲によって規定された保護範囲内に含まれる全てにおいて変形及び改良が可能である。
例えば、本発明の好ましい実施の形態によれば、それぞれ所定の入口温度を有する作用流体の第２流は、少なくとも１つの熱交換器及びその経路の少なくとも中間部分に導入される。
【００１８】
作用流体の第２の入口温度及び中間位置の数を適当に選択することによって、第１流の流体とともにその混合が行われるのに対応して、入口温度に作用流体の温度又は少なくともそれに非常に近い温度を採用することが可能になる。従って、各熱交換器を横断する間、流体温度を実質的に一定に維持することが実現しないとしても、所定の値前後の非常に厳格な範囲内の値で熱交換作用流体の温度を制御することが可能となる。
【００１９】
上述のシェル２は、全く新しいものであってもよく、また、内部の装置を予め取り除いて、回収された（スクラップにされる予定の反応器を改造する場合）、すでに現存する擬似等温反応器のシェルから構成されていてもよいことに留意すべきである。あるいは、すでに現存する断熱反応器のシェルから構成されていてもよいし、さらに内部の装置を空にした（断熱から擬似等温の反応器に変換された）ものでもよい。
【００２０】
実際、本発明の目的である交換器１１では、回収されたシェルの内部から取り除いた全ての装置の部品を入れ替えるために容易に導入及び取り付けができる。
本発明による交換器ユニットを用いた完全に新しい反応器で実現された熱交換器の最適化は、等しく、上記で引用した改造及び変形の場合に従って実現された反応器でも得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の熱交換ユニットを含む軸流擬似等温化学反応器を示す概略図である。
【図２】図１の熱交換ユニットの細部を示す拡大透視図である。
【図３】図２の変形を示す拡大透視図である。
【図４】図２の別の変形を示す拡大透視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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