(57)【要約】１番目の入り口（３）および出口（４）と２番目の入り口（５）および出口（６）を有するシェル（２）を含んで成る反応槽（１）。前記シェル（２）は１番目の管板（９）［これは多数の細長い管状ポケット（１０）を担持している］によって１番目と２番目のつながっていない容積（７、８）に分割されている。ポケット（１０）は前記１番目の管板（９）から一般に横方向に前記１番目の容積（７）の中に伸びておりそして前記１番目の入り口および出口（３および４）は前記１番目の入り口（３）から前記１番目の容積（７）を通って前記１番目の出口（４）に至るフローパスを前記ポケット（１０）の外側表面によって規定するように位置する。２番目の管板（１１）はシェル（２）を横切って前記２番目の容積（８）の中に伸びていて前記ポケット（１０）の数に対応する数の細長い管状導管（１２）を担持している。この導管（１２）は前記２番目の管板（１１）から２番目の容積（８）を横切って前記ポケット（１０）の中にまで伸びている。これらの導管（１２）は末端が開放されていて前記ポケット（１０）のほぼ末端（完全にではないが）にまで伸びている。前記２番目の入り口および出口（５、６）は、この２番目の入り口（５）から２番目の容積（８）を通って導管１２の外側表面に沿ってポケット（１０）の中に入りそしてこのポケットの末端部に向かいそして次に導管（１２）の中に入った後に導管（１２）の内側に沿って２番目の管板（１１）に向かいそしてそこから２番目の出口（６）に至るフローパスを規定するように位置する。前記２番目の容積（８）を貫くフローパスの中で燃焼性混合物が燃焼することによって熱が発生し、この熱は、前記１番目の容積（７）を貫くフローパスの中で起きる吸熱反応に利用される。
2004531371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１番目の入り口、１番目の出口、２番目の入り口および２番目の出口を有するシェル、並びに前記シェルを１番目と２番目のつながっていない容積に分割している内部構造を含んで成っていて、前記１番目の入り口および１番目の出口が１番目の容積と関連しておりそして前記２番目の入り口および２番目の出口が２番目の容積と関連しており、ここで、前記内部構造が、前記シェルを前記１番目の容積と２番目の容積に分割するように前記シェルの内部を横切って伸びていて前記１番目の容積の中に伸びている細長いポケットを少なくとも１つ有する１番目の部材と前記シェルの内部を横切って前記２番目の容積の中に伸びていている２番目の部材を含んで成り、そして前記２番目の部材が、この２番目の部材の中を通る伝達を可能にする細長い導管を少なくとも１つ担持していて、前記細長い導管が少なくとも１つのポケットの中に収容されている反応槽であって、発熱反応を促進する触媒が前記少なくとも１つのポケットの内側表面または前記少なくとも１つの細長い導管の外側もしくは内側表面と関連しており、その結果として、この反応槽の運転中に前記２番目の入り口に供給された発熱反応を起こし得る反応体が前記少なくとも１つの導管を通った後に前記少なくとも１つの導管の外側表面と前記少なくとも１つのポケットの内側表面の間を通りそしてそこから前記２番目の出口に向かう時に前記触媒が促進する発熱反応によって熱が発生するが、前記熱の少なくとも一部が前記少なくとも１つの導管および少なくとも１つのポケットから外側に向かって前記１番目の容積に伝達され、ここで、それが前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を支える目的で用いられ得ることを特徴とする反応槽。
【請求項２】
多数の細長いポケットおよび導管が備わっていて各ポケットが関連した導管を収容している請求項１記載の反応槽。
【請求項３】
前記触媒が燃焼用触媒である請求項１または２記載の反応槽。
【請求項４】
前記燃焼用触媒が前記表面の１つ以上の上を覆っている請求項３記載の反応槽。
【請求項５】
前記燃焼用触媒が前記少なくとも１つの導管の中または回りに詰め込まれている請求項３または４記載の反応槽。
【請求項６】
前記燃焼用触媒が前記少なくとも１つの導管の中に位置する挿入片の上に与えられている請求項３記載の反応槽。
【請求項７】
反応用触媒が前記ポケットの外側表面の上または付近を覆っているか或は他の様式で備えられている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項８】
前記シェルに前記１番目の容積への３番目の入り口と３番目の出口が備わっていていて、前記３番目の入り口と３番目の出口が、反応用触媒が前記３番目の入り口から前記３番目の出口に向かって前記１番目の容積の中を通過するのに適合している前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項９】
前記少なくとも１つのポケットが前記１番目の部材から一般に横方向に伸びている末端閉鎖管の形態である前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの導管が前記２番目の部材から一般に横方向に伸びている末端開放管の形態である前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１１】
前記管が円形、楕円形または多角形の断面を有する請求項９または１０記載の反応槽。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのポケットが一般に平らな細長い末端閉鎖鞘の形態でありそしてそれに対応して前記少なくとも１つの導管が前記少なくとも１つのポケットの内側に合致するような形状である請求項１から８のいずれか１項記載の反応槽。
【請求項１３】
前記１番目および２番目の部材が管板である請求項９から１１のいずれか１項記載の反応槽。
【請求項１４】
前記シェルに前記少なくとも１つのポケットに近づくことを可能にする手段が備わっている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１５】
前記シェルに前記少なくとも１つの導管に近づくことを可能にする手段が備わっている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１６】
前記シェルが２つの部分に分離可能であり、ここで、１つの部分が前記１番目の部材を包含しかつ２番目の部分が前記２番目の部材を包含し、ここで、前記少なくとも１つのポケットと前記少なくとも１つの導管の形状が前記シェルを２つの部分に分離させた時に前記少なくとも１つの導管を前記少なくとも１つのポケットから引き抜くことができるような形状である請求項１４または１５記載の反応槽。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの導管の外側表面に伝熱を補助するに適合したフィンまたは他の伸張構造が備わっている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの導管の回りに詰め物が備えられている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのポケットの外側表面に伝熱を補助するようにフィンまたは他の伸張構造が備わっている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの導管の方が前記少なくとも１つのポケットよりも低い熱伝導率を有している前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの導管の中および／または前記少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのポケットの間の空間が、その中で反応体の制御不能な燃焼が起こるのを防ぐような炎防止寸法またはそれ以下にある前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの導管の中および／または前記少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのポケットの間の空間に適切な詰め物材料が前記空間の中で反応体の制御不能な燃焼が起こらないように炎防止寸法またはそれ以下に保たれる様式で詰め込まれている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのポケットの外側表面がコークスの生成もしくは蓄積を抑制する材料で覆われているか或は前記表面にそのような材料が他の様式で備えられている前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２４】
前記シェルに更に前記２番目の容積への少なくとも１つの追加的入り口が前記１番目の部材の近くに備えられており、その少なくとも１つの追加的入り口により冷媒流体を、前記２番目の容積の中で実質的に前以て加熱することなく前記少なくとも１つのポケットの中に導入することができる前請求項のいずれか記載の反応槽。
【請求項２５】
前記シェルに更に前記２番目の容積への少なくとも１つの追加的入り口が前記１番目の部材の近くに備えられており、その少なくとも１つの追加的入り口により予熱用流体を、前記２番目の容積および／または前記少なくとも１つのポケットの中に導入することができる前請求項のいずれか記載の反応槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸熱反応を行なうか或はその中を通過する流体を加熱するに適した反応槽に関する。
【０００２】
化学工程産業における非常に重要ないくつかの反応は多量の熱を高温で必要とする。そのような熱を供給する方法は数多く知られているが、最も一般的な方法の中の２つはｉ）反応を炉内に宙づりにした容器内で実施する方法およびｉｉ）反応槽に供給する原料を炉または他の手段で前以て加熱し、反応が進行するにつれて反応体流れの温度を低くして行く方法である。このような解決法のいずれも理想的ではない。とりわけ、大型炉の投資に費用がかかること、反応槽を貫く温度プロファイル（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）が最適でないこと、伝熱が劣ることおよび大きな圧力降下が起こることが欠点である。
【背景技術】
【０００３】
ｉ）型の反応槽を用いて実施される反応の例には、炭化水素に熱分解してオレフィンを生成させる反応、そしてメタンを水蒸気改質して水素または合成ガスを生成させる反応が含まれる。ｉｉ）型の反応槽を用いて実施される反応の例には、アルカンを脱水素してアルケンまたはアルカジエンを生成させる反応、そしてナフサを脱水素環化（ｄｅｈｙｄｒｏｃｙｃｌｉｓａｔｉｏｎ）（また改質としても知られる）してガソリンを生成させる反応が含まれる。
【０００４】
そのような反応槽を改造する試みはいくつか成されてきた。数多くの試みは燃料を工程流体（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｌｕｉｄ）と混合してそれを燃焼させて熱をインサイチューで発生させることにより必要な熱を生成させる試みであった。これは、次に燃焼生成物を所望の生成物から分離する必要がありかつ価値有る原料の劣化を避けるのがしばしば不可能であると言った欠点を有する。別のアプローチは、触媒の被膜を熱交換器の１つの面に付着させておいて実質的に前記被膜の中で燃料を燃焼させそしてその熱を前記熱交換器の隣接通路内で起こさせる吸熱反応に伝導で熱伝達するアプローチである。反応をそのような方法で実施するに適した種々の装置が記述されてはいるが、それらの構造の多くは触媒の挿入も更新も困難であることが確かめられている。
【０００５】
さらなる問題は、特にメタンもしくは天然ガスを燃料として用いた時の反応速度、従って熱発生速度が燃料の濃度に依存し、燃料が消費されるにつれて前記速度が遅くなる点にある。貫流反応槽（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｒｅａｃｔｏｒ）を用いると、入り口末端の所の熱発生速度が速くなり、出口末端の所の熱発生速度が遅くなる。このことは、反応槽出口末端の所の工程効率が良くないことを意味する。従って、未回収の燃料が排気中に排出（それによって望ましくない環境への影響がもたらされる）しないことを確保する追加的手段を設ける必要がしばしばある。
【０００６】
吸熱水蒸気改質反応を実施するに適した反応槽が提供されていることは特許文献１から公知である。この反応槽は二重管反応槽を含んで成ることができ、その内部管の外側が水蒸気改質用触媒で覆われている。別法として、１組の内部管を１番目の管板（ｔｕｂｅ  ｐｌａｔｅ）の中に位置させそして１組の外部管を２番目の管板の中に位置させることも可能であり、前記管板が熱交換ゾーン（熱源が与えられている）と反応体供給ゾーンと生成物取り出しゾーンを規定するように円筒形シェル（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｓｈｅｌｌ）を横切って位置している。前記熱源はバーナーであり、これに吸熱反応の生成物に続いて二次改質用触媒が供給される。前記反応槽は熱を前記外部管の外側に位置するバーナーから前記外部管の中で起きる吸熱反応に内側に向かって伝達することにより作動する。
【０００７】
また、発熱および吸熱接触化学反応の所望温度制御を得る目的で多数の内部および外部管アセンブリ（ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）［このアセンブリの各々が前記内部管と外部管の間に反応用環状容積を有する］および密封型センタープラグ（ｃｌｏｓｅｄ  ｃｅｎｔｒｅ  ｐｌｕｇ）［これは前記内部管の中に位置していて前記センタープラグと内部管の間に環状の熱交換容積を形成している］を有する二重管反応槽が提供されていることは特許文献２から公知である。前記センタープラグと前記内部管の間には触媒が設けられておらず、前記熱交換容積内では反応は全く起こらずかつ前記外部管は沸騰水ジャケットで取り囲まれている。その上、発熱反応によって発生した熱は取り囲んでいる触媒から前記熱交換容積に向かって内側に流れる。
【特許文献１】
ＥＰ  ０  １２４  ２２６
【特許文献２】
米国特許第５，２６６，２８１号
【発明の開示】
【０００８】
本発明に従い、少なくとも１番目の入り口、１番目の出口、２番目の入り口および２番目の出口を有するシェル並びに前記シェルを１番目と２番目のつながっていない容積（ｎｏｎ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅｓ）に分割している内部構造［ここで、前記１番目の入り口および１番目の出口は１番目の容積と関連しており（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）そして前記２番目の入り口および２番目の出口は２番目の容積と関連しており、ここで、前記内部構造は、前記シェルを前記１番目の容積と２番目の容積に分割するように前記シェルの内部を横切って伸びている１番目の部材（この１番目の部材は、前記１番目の容積の中に伸びている細長いポケット（ｐｏｃｋｅｔ）を少なくとも１つ有する）と前記シェルの内部を横切って前記２番目の容積の中に伸びていている２番目の部材（この２番目の部材は、この２番目の部材の中を通る伝達を可能にする細長い導管を少なくとも１つ担持しており、そして前記細長い導管は少なくとも１つのポケットの中に収容されている）を含んで成る］を含んで成る反応槽を提供し、この反応槽は、発熱反応を促進する触媒が前記少なくとも１つのポケットの内側表面または前記少なくとも１つの細長い導管の外側もしくは内側表面と関連しており、その結果として、この反応槽の運転中に前記２番目の入り口に供給された発熱反応を起こし得る反応体が前記少なくとも１つの導管を通った後に前記少なくとも１つの導管の外側表面と前記少なくとも１つのポケットの内側表面の間を通りそしてそこから前記２番目の出口に向かう時に前記触媒が促進する発熱反応によって熱が発生するが、前記熱の少なくとも一部が前記少なくとも１つの導管および少なくとも１つのポケットから外側に向かって前記１番目の容積に伝達され、ここで、それが前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を支える目的で用いられ得ることを特徴とする。
【０００９】
好適には、多数の細長いポケットと細長い導管を準備し、各ポケットが関連した導管を収容するようにする。これらの導管は、好適には、前記２番目の入り口から前記２番目の容積を通って前記ポケットの中を通過した後に前記ポケットの内側に沿って前記導管の外側表面の上を前記ポケットの中の深部に位置する導管の遠位末端部に到達するまで伸びているフローパス（ｆｌｏｗｐａｔｈ）を規定するように前記ポケットの中に深く伸びており、前記フローパスは、前記導管の遠位末端部の中を通過した後、方向を反転して、前記導管の内側に沿って前記２番目の部材を通りそして前記２番目の出口から出る所まで戻る。前記２番目の出口を入り口として構成させかつ前記２番目の入り口を出口として構成させることでそのようにフローパスを反転させることも可能である。前記１番目の容積の中を通るフローパスは前記１番目の入り口から前記ポケットの外側表面に沿って進んで前記１番目の出口から出るとして規定される。
【００１０】
本反応槽を用いる時、熱を発生する反応体１種または２種以上を好適には気体状態で前記２番目の容積の中を貫く前記フローパスにより供給しそして吸熱反応用反応体または加熱すべき流体を前記１番目の容積の中を貫く前記フローパスにより供給する。好適な態様における触媒は燃焼用触媒であり、そして燃焼性反応体もしくは反応体混合物を前記２番目の容積を貫く前記フローパスにより供給する。この燃焼用触媒は前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物が前記２番目の容積を貫くフローパスの中で燃焼するのを促進するのに役立つ。前記２番目の容積を貫くフローパスの中で前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物が燃焼することにより発生する熱は前記ポケットの外側表面から前記１番目の容積を貫くフローパスに向かって外側に伝達されるように利用され、この熱は、前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を促進するか或はそこを通る流体を加熱するのに役立つ。
【００１１】
特に好適な態様では、燃焼用触媒を前記導管の内側および外側表面および前記ポケットの内側表面と関連させる（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）。前記ポケットの内側表面で起こる燃焼によって発生する熱は主に伝導により前記１番目の容積を貫くフローパスに向かって外側に伝達される。放射と対流が一緒になって前記導管の表面で発生した熱は外側に向かって前記ポケットの内側表面に伝達され、そこから主に伝導により前記ポケットの外側表面に伝達されそしてそこから外側に向かって前記１番目の容積の中に伝達される。前記導管の表面から前記ポケットの表面に伝達される熱は相対的に効率が良くなく、従って、前記導管の表面の温度の方が前記ポケットの表面の温度よりもかなり高く、従って、燃焼速度は一般に前記導管の表面に位置する触媒の所の方が前記ポケットの内側表面に位置する触媒の所よりもかなり高い。前記ポケットの底から前記導管の内側に沿って通過する前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物は燃焼し続けそして前記導管の表面からの伝熱は効率が良くないことから前記導管の内部の温度は更に上昇する傾向があり、従って、実質的に完全な燃焼を促進するのに役立つ。有利には、前記２番目の容積を貫くフローパスを適切に配置することによって、前記反応体もしくは反応体混合物の実質的な燃焼によって生じた熱を前記２番目の入り口を通って入る新鮮な燃焼性反応体もしくは反応体混合物に伝達することができる。
【００１２】
前記燃焼性触媒を前記導管の内側表面または前記ポケットの外側表面もしくは内側表面に供給することができると理解されるべきである。好適には、前記表面の上を前記燃焼用触媒で覆うが、別法として、前記燃焼性触媒を前記導管および／またはポケットの中または回りに詰め込むこともできる。前記反応槽のいずれか運転要求（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）に応じて、前記燃焼用触媒を前以て決めておいた厚みになるように被覆するか或は他の様式で設けることもできる。例えば、前記燃焼用触媒がいろいろな表面の上をいろいろな厚みで覆うようにしてもよく、かつ所定の表面に沿って厚みが異なるようにしてもよい。これは本反応槽の熱発生特徴を特定の反応の注文に合わせるのに役立たせることができかつ本反応槽のいろいろな領域で要求される如き局所的熱発生を増加または減少させるのに役立たせることもできる。望まれるならば、前記２番目の容積を貫く前記フローパスのいろいろな領域にいろいろな燃焼用触媒配合物を設けることもでき、例えば前記導管または前記ポケットのいろいろな表面に設けることもできる。
【００１３】
吸熱反応に触媒が必要な場合には、前記１番目の容積を貫くフローパスの中の前記ポケットの外側表面を適切な触媒で覆うか或は適切な触媒を他の様式で設けることもできる。別法としてか或は追加的に、前記１番目の容積を貫くフローパスに沿った他の場所に適切な触媒を設けることもでき、例えば前記ポケットの外側表面の回りに詰め込むか或は他の様式で設けることもできる。
【００１４】
そのような適切な触媒が短時間の間に連続的に失活する吸熱反応（例えばアルカンの脱水素）では、本反応槽の外側シェル（少なくとも前記ポケットを直接取り囲んでいる領域の中）に追加的入り口を少なくとも１つと追加的出口を１つ備えることにより、本反応槽をオンライン（ｏｎ−ｌｉｎｅ）の状態にしながら前記適切な触媒の添加および除去を連続的に行うことができるようにすることができる。前記ポケットの物理的配置および形状は適切な触媒の粒子がそれらの間をむらなく流れるのを促進するような配置および形状にすることもできる（例えば先が尖った細長い多角形断面を持たせる）。
【００１５】
ある態様では、前記導管が燃焼用触媒などを保持する能力を高める目的で前記導管の内側に挿入片（ｉｎｓｅｒｔ）を置くこともできる。例えば、つる巻き線（ｗｉｒｅ  ｈｅｌｉｘ）、金属メッシュ（ｍｅｔａｌ  ｍｅｓｈ）またはセラミック発泡体である挿入片を配置することができ、このような挿入片は好適には良好な触媒接着特性を有する。
【００１６】
１つの態様においてポケットは前記１番目の部材（この１番目の部材は１番目の管板を含んで成る）から一般に横方向に伸びる末端閉鎖管（ｂｌｉｎｄ−ｅｎｄｅｄ  ｔｕｂｅｓ）の形態である。この態様における細長い導管もまた管の形態であり、これらの管は末端が開放されておりかつこれらの直径は前記末端閉鎖管のそれよりも小さく、これは前記２番目の部材（これは２番目の管板を含んで成る）から一般に横方向に伸びている。前記管の断面は円形、楕円形、多角形または適切な如何なる断面であってもよい。
【００１７】
別法として、前記ポケットは一般に平らで細長いが幅が広い鞘（ｓｈｅａｔｈｓ）の形態であってもよく、そして前記細長い導管の形状も同様な形状であってもよいが、その大きさは、前記ポケットの内側に合致するような大きさである。
【００１８】
前記ポケットおよび導管は、本明細書の上に記述した如きフローパスを限定するに役立つ適切な如何なる相補的（ｍｕｔｕａｌｌｙ  ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）形態を取ることもできる。前記ポケットおよび導管の形状は、特に好適には、前記シェルを開けて前記１番目の部材と２番目の部材を互いから離すことにより前記導管を前記ポケットから容易に引き抜くことができるような形状である。このようにして、前記ポケットおよび導管の一方もしくは他方または両方に供給された触媒に接近することができ、従って、使用済みか、消滅したか或は被毒した触媒を比較的簡単な様式で更新または交換することができる。
【００１９】
前記ポケットおよび導管に近づき易くする目的で、前記シェルに好適には前記１番目の部材と２番目の部材を分離する手段を設ける。例えば、前記シェルに取り外し可能な末端板またはセクション（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅ  ｏｒ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を持たせてもよく、或は前記シェルは例えばクランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）構造配置または他の適切な機構によって互いに取り外し可能様式で取り付け可能な（ｒｅｌｅａｓａｂｌｙ  ａｔｔａｃｈａｂｌｅ）２つの本体セクションを含んで成っていてもよい。
【００２０】
伝熱を補助する目的で前記導管の外側表面の少なくとも一部にフィン（ｆｉｎｓ）または他の適切な伸張構造（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を備えることもできる。
【００２１】
前記１番目の部材と２番目の部材が互いに間隔を置いて位置していることで前記２番目の部材に近位の基部の導管部分が前記２番目の容積の一般に開放されている部分に向かって露出しているある領域を限定している態様では、伝熱を補助する目的で前記導管の回りまたは導管と導管の間に適切な詰め物（ｐａｃｋｉｎｇ）を備えることができる。ある態様において詰め物は熱伝導性詰め物であり、他の態様においては、詰め物は絶縁材料であるのが好適であり得る。伝熱を補助する目的で前記２番目の部材に近位の導管部分の外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。
【００２２】
前記導管にフィンまたは伸張構造を設けるか或はその回りに詰め物を設けると、また、燃焼性反応体もしくは反応体混合物が通るいくらかの隙間（ｇａｐｓ）が炎防止法（ｆｌａｍｅ  ｔｒａｐ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）未満に保持することにより、前記２番目の容積の中に入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物の制御不能な燃焼が防止することができる。
【００２３】
また、前記ポケットの中に存在する導管部分にもその外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。これは燃焼用触媒などを被覆するか或は他の様式で備えることができる追加的表面積を与えるに役立ち得る。燃焼用触媒と前記導管の壁の熱接触が劣る場合には前記燃焼用触媒の量を多くし、この結果完全燃焼を補助する目的で、詰め物（これ自身が触媒材料で作られているか或は触媒材料を含有することができ、或は単に触媒を被覆することができる追加的表面積を与え得る）を前記ポケット内の導管部分の内部に挿入するのが特に有利であり得る。
【００２４】
伝熱を補助する目的で前記ポケットの外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。
【００２５】
前記導管は絶縁材料または熱伝導率が劣る材料で作ることができる。別法として、前記導管を伝熱性材料、例えば金属などから作り、そして更にその内側表面および外側表面の一方または他方または両方にこれらの長さの全部または一部に亘って絶縁被膜を設けることに加えて前記絶縁被膜の上を燃焼用触媒などで覆うか或は他の様式で燃焼用触媒を設けることも可能である。前記ポケットの中に位置する導管部分を好適には絶縁材料で構成させるか或は絶縁材料で被覆しておく。これは導管からの熱移動を低下させるのに役立ち、従って、燃焼性混合物が高温で起こす燃焼を促進し、その結果として、例えば不完全燃焼の炭化水素もしくは一酸化炭素が本反応槽から放出される量が低下する。
【００２６】
前記導管は一般に本反応槽の機械的保全性(mechanical integrity)保全に貢献しないことから、それらは物理的強度ではなくむしろ触媒接着特性を向上させるように選択した材料１種または２種以上から加工可能である。その例にはセラミックまたは高アルミナ鋼、例えば「Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（商標）」などが含まれる。前記導管を支えている前記２番目の部材は、一般に、前記導管自身よりも低い温度にあり、従って、前記導管と結合させるに適した材料、例えばエポキシ樹脂などで作ることができる。
【００２７】
前記ポケットは金属製であってもよいか或は他の適切な材料で作られていてもよい。前記１番目の容積の中で起こさせる反応がコークスが金属表面に生成することが問題になる吸熱反応（例えば炭化水素流れの熱分解）の場合、前記ポケットを必要な構造的保全性を与える材料で加工した後、コークスの生成および蓄積を抑制するように選択したさらなる材料で覆ってもよい。本発明の態様の反応槽の設計は、本反応槽を加工した後および本反応槽を最終的に組み立てる直前にこれを行うのが容易である。
【００２８】
本発明の態様の反応槽は通常の反応槽に比べていくつかの利点を与える。
【００２９】
１番目として、吸熱反応を促進する適切な触媒と前記ポケットの外側表面の接触が緊密なことは、前記ポケット内で発生した熱が吸熱反応が起きる領域に向かう優れた伝達路（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐａｔｈ）を有することを意味する。
【００３０】
２番目として、前記導管と前記ポケットが長さ方向に沿って物理的に連結していないことから、本反応槽を加熱するにつれて起こる前記導管およびポケットの熱膨張を熱応力をもたらすことなく容易に適応するることができる。
【００３１】
３番目として、本反応槽は例えば管とシェルの熱交換器などの加工で用いられる通常の技術を用いて組み立て可能である。他の建造方法を排除するものでない。
【００３２】
４番目として、前記１番目と２番目の部材そしてそれらに関連したポケットおよび導管を互いに容易に分離することができることから本反応槽を最終的に組み立てる前に触媒を被覆または詰め込むことができる。それによって、また、触媒が使い果たされた時にそれを更新するのも容易でありかつまた高圧水ジェットなどの技術を用いて触媒を一般的保守の一部として容易に除去することも可能である。その上、前記導管および／またはポケットを触媒、即ち触媒のゾル−ゲルに浸漬することにより、それらを触媒で被覆または再被覆することも可能である。その上、本反応槽を最終的に組み立てまたは再組み立てする前に触媒の被膜がどれほど良好に付着させられたかも容易に分かるであろう。
【００３３】
５番目として、本反応槽を使用している間、前記ポケットの中に存在する領域の導管の内側および直ぐ外側の温度は前記ポケットの表面に位置する触媒の温度より高い傾向があることから、燃焼性反応体もしくは反応体混合物の高い転化率をより容易に達成することができる。前記導管の外側に沿って進んだ後に前記導管の内側に沿って戻る（またはその逆であってもよい）曲がりくねったか或は入り組んだフローパスを設けると、燃焼性混合物の濃度が低い時（例えばフローパスの末端部に向かう所）でも温度を高く保持することが可能になり、従って転化効率を促進するのに役立つ。これはそのような曲がりくねったか或は入り組んだフローパスが備わっていない公知の板型反応槽（ｐｌａｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒｓ）に比べて有意な利点である。
【００３４】
６番目として、本発明の態様は、必要とする温度が比較的低い吸熱反応、例えば必要とする温度が６５０から７００℃の範囲のプロパン脱水素化反応などの実施で用いる時に特に有利であり得る。前記導管の上または回りに位置させた燃焼触媒の温度の方が前記１番目の容積の中の工程温度よりもかなり高く、従って、より高い燃焼反応速度を維持することができる。ある種の板型反応槽では、反応槽全体に亘る工程温度と燃焼温度の間に差がほとんどない傾向がある。
【００３５】
７番目として、前記導管と前記ポケットの間に存在する内部の空間を比較的小さくしそして場合により前記導管の回りに詰め物または伸張構造もしくはフィンを設けると、前記２番目の容積を貫くフローパスの寸法を炎防止寸法未満に維持することが可能になり、その結果、無炎燃焼（ｆｌａｍｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）の促進に役立ち、従ってＮＯｘ排出量を低くするに役立つ。
【００３６】
８番目として、前記２番目の入り口から入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物と前記２番目の出口に向かって出て行く熱燃焼生成物の前記１番目の部材と２番目の部材の間の反応槽領域内における熱接触が緊密なことは、その入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物を反応温度に近い温度にまで予熱するに役立ちかつまたその出て行く熱燃焼生成物からエンタルピーを回収するに役立つ。
【００３７】
９番目として、前記ポケットの内側もしくは外側表面および／または前記導管の内側もしくは外側表面に位置する触媒を再生する時に熱が発生するか或はコークスをそのような領域から除去する時に熱が発生する場合、熱の除去を補助する目的で冷媒流体（例えば空気）を前記ポケットの中に循環させることも可能である。この目的で、本反応槽の２番目の容積に追加的入り口１つまたは２つ以上を前記１番目の部材の近くに設けて、そのような領域で起こる望ましくない熱交換を減少させることも望ましい。このような追加的入り口１つまたは２つ以上または同様な入り口１つまたは２つ以上をまた本反応槽の始動中に用いて予熱用流体（例えば加熱された気体）を前記２番目の体積および／または少なくとも１つのポケットに導入することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の理解をより良好にしかつ本発明をどのようにすれば有効に実施することができるかを示す目的で、ここに、添付図を例として参照する。
【００３９】
最初に図１を参照して、１番目の入り口３と１番目の出口４および２番目の入り口５と２番目の出口６が備わっている気密シェル２を含んで成る反応槽１を示す。反応槽１は、シェル２を横切って伸びていて多数の管状の細長いポケット１０を支えている１番目の管板９を含有する内部構造によって１番目の容積７と２番目の容積８に分割されている。図１の態様では、ポケット１０を５個のみ示すが、ポケット１０を適切な如何なる数で設けてもよいことは理解されるであろう。その細長いポケット１０は前記１番目の管板９から一般に横方向に１番目の容積７の中に伸びており、そして１番目の入り口３および１番目の出口４は、前記１番目の出口３から前記１番目の容積７を通って前記１番目の出口４に至るフローパスを前記ポケット１０の外側表面で規定するように位置している。
【００４０】
２番目の管板１１はシェル２を横切って２番目の容積８の中に伸びていて、ポケット１０の数に対応する数の細長い管状導管１２を支えている。これらの導管１２は２番目の管板１１から２番目の容積８を横切ってポケット１０の中に伸びている。これらの導管１２の末端は開放されていて完全ではないがほとんどポケット１０の末端部にまで伸びている。２番目の入り口５および２番目の出口６は、この２番目の入り口５から２番目の容積８を通って導管１２の外側表面に沿ってポケット１０の中に入ってこのポケットの末端部に向かいそして次に導管１２の中に入った後に導管１２の内側に沿って２番目の管板１１に向かいそしてそこから２番目の出口６に至るフローパスを規定するように位置している。
【００４１】
場合により、導管１２をポケット１０の中に担持する目的でガイド部材（ｇｕｉｄｅ  ｍｅｍｂｅｒｓ）１３を設けてもよく、そして前記１番目と２番目の管板９および１１とシェル２の間に気密シール（示していない）を設ける。
【００４２】
参照を容易にする目的で、図１に示すように、ポケット１０が横切って伸びている反応槽１の部分をゾーンＤとして示しそして導管１２が２番目の管板１１からポケット１０の口１４に向かって伸びている反応槽部分をゾーンＥとして示す。
【００４３】
使用時、燃焼性混合物（示していない）は２番目の入り口５の所から反応槽１の中に入りそして任意の分配用板１５を通ってゾーンＥの中を移動する。この混合物は１番目の管板９を通った後にゾーンＤにおけるポケット１０の中に入る。ゾーンＤにおける前記混合物の燃焼を燃焼用触媒１６（図２に示した）［これはポケット１０の内側表面および導管１２の内側および外側表面の片方もしくは両方を覆っている］により促進される。この混合物はポケット１０の内側に沿って進んだ後に導管１２の中に戻り、そこで起こすさらなる燃焼が燃焼用触媒１６により促進され、そして次にゾーンＥの中を通りそして２番目の管板１１から２番目の出口６に向かう。ゾーンＥにおける導管１２の中で起こる燃焼の熱生成物（示していない）は２番目の入り口５から入って来る混合物を加熱する役割を果たし、その伝熱は、良好な熱効率を与えるように２番目の出口６から出る燃焼した混合物から熱を除去するに役立つ。
【００４４】
２番目の容積８における接触作用による燃焼で発生した熱のより大きな部分はゾーンＤにおけるポケット１０の壁を通して伝達されて、吸熱反応を行なう為に利用されるか或は前記１番目の容積７に入っている流体の加熱に利用される。吸熱反応の原料（示していない）または加熱すべき流体は１番目の入り口３を通って反応槽１のゾーンＤの中の１番目の容積７の中に入りそして１番目の出口４を通って反応槽から出る。また、その流れを逆にすることも可能である。ゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こり得る非接触工程（ｎｏｎ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）の例には、蒸気または他の工程流体（示していない）の過熱、または炭化水素、例えばパラフィン原料などからオレフィンが生成する熱分解が含まれる。別法として、接触吸熱反応をゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こさせることも可能であり、そしてポケット１０の外側表面を適切な触媒１７（図２に示した）で覆うこともでき、又、ゾーンＤの中のポケット１０とポケット１０の間に適切な触媒を詰め込んでおくか或は他の様式で設けてもよく、或は両方の組み合わせを行ってもよい。
【００４５】
反応槽１の末端部１９を取り外すことができるよう、従ってポケット１０を露出させることができるようにフランジ１８を反応槽１の末端部１９の所のポケット１０の末端部に最も近い場所に設けると、触媒１７の詰め込み、取り出しおよび交換または触媒１７の再被覆が容易になる。
【００４６】
同様に、反応槽１を１番目の容積と２番目の容積７、８に分離することができるようにフランジ２０を例えば１番目の管板９の辺りに設けると、ポケット１０の内側表面および導管１２の表面における燃焼用触媒１６の更新が容易になる。
【００４７】
図２に、ポケット１０の中に挿入された導管１２のより詳細な図を示す。ポケット１０の内側表面および導管１２の内側表面および外側表面の両方を燃焼用触媒１６で覆う。ポケット１０の内側表面で起こる前記燃焼性混合物の燃焼によって発生する熱は主に図１のゾーンＤに伝導により伝達され、このゾーンＤで吸熱反応または加熱工程が起こる。輻射と対流が一緒になって導管１２の外側表面で発生した熱がポケット１０に伝達される。これはあまり効率の良い工程ではなく、その結果として、導管１２の表面温度の方がポケット１０のそれよりもかなり高くなり、かつ燃焼速度はポケット１０に位置する燃焼用触媒１６の上で起こるそれよりも速い。導管１２を通って出た燃焼性混合物は燃焼し続けそして前記混合物から前記導管１２の壁を通して伝達される伝熱は良好でなく、その結果として、更により高い温度が生じて実質的に完全な転化がもたらされる。その燃焼性混合物によってゾーンＤから持ち出された熱はゾーンＥにおいて、入って来る燃焼性混合物との熱交換で回収可能である。
【００４８】
ゾーンＤにおける１番目の容積８の中で起きる吸熱反応が促進されるようにポケット１０の外側表面を適切な触媒１７で覆うことができる。
【００４９】
本発明の典型的な非限定実施例において、ポケット１０は一般に管状で外径が６から１５ｍｍで内径が５から１４ｍｍである。導管１２もまた一般に管状で外径が２．５から１３．５ｍｍで内径が１．５から１２．５ｍｍであり、従って各導管１２とこれに関連したポケット１０の間に約０．５から２．５ｍｍの環状部分が存在する。ポケット１０の長さは一般に０．１から１ｍである。１から４ｍｍの桁のポケット１０とポケット１０の間に空間部が存在することから、ポケット１０の外側表面の所の２０ｋＷ／ｍ２の熱流束(heat flux)によって４ＭＷ／ｍ３に及ぶ全体的熱発生がもたらされる。典型的な計算により、大きな温度暴走(temperature excursions)を誘発することなく前記熱の４０％に及ぶ熱が導管１２の上で発生し得ることが分かる。その上、導管１２の温度はポケット１０のそれよりも約４０℃高い。
【００５０】
図３に、本発明の代替態様の反応槽のゾーンＤを貫く横方向断面の末端図を示す。この図でも図１および２に関して用いたと同じ参照番号を同様な構成要素について用い、かつまた、図１および２の反応槽に関して記述した特徴の全部を図３の反応槽に与えることができる。図３の反応槽は、細長い多角形(polygonal)の断面を有するポケット１０と導管１２（１番目の容積７の中に示した）を含有するシェル２を含んで成る。３対のポケット１０と導管１２を示したが、適切な如何なる数で取り付けてもよいことは理解されるであろう。図１および２の反応槽に関して示したいろいろな入り口および出口に加えて、図３の反応槽のシェル２は、この中で起きる吸熱反応を促進する目的で１番目の容積７の中に適切な粒子サイズの粒状触媒を供給するための追加的入り口２２および出口２３をゾーンＤの中に含む。ポケット１０および導管１２の細長い多角形断面は前記粒状触媒が１番目の容積７の中をむらなく流れるのを促進するのに役立つ。
【００５１】
図４は、図３の線Ａ−Ａに沿った縦方向の断面図を示し、これは、本反応槽のゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こる吸熱反応に関係する反応体および生成物が入りそして出て行く１番目の入り口３と１番目の出口４を有するシェル（これを一般に２で示す）を示している。ポケット１０および導管１２を断面で示し、ポケット１０が管板２０の上に位置する。本反応槽の末端部１９を横切るようにフランジ１８を設ける。図３および４の反応槽は、粒状の触媒（示していない）が１番目の容積７の中に入りそしてそこから出て行くことができ、従ってその中で起きる吸熱反応を促進するのに役立つように追加的入り口２２と出口２３をシェル２に設けること以外大部分の面において、図１および２の反応槽と同様に機能する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の１番目の態様の反応槽を貫く縦方向断面図である。
【図２】図２は、図１の反応槽の中のポケットに挿入された状態の導管の詳細図である。
【図３】図３に、本発明の２番目の態様の反応槽を貫く横方向断面図を示す。
【図４】図４に、図３の反応槽を貫く断面Ａ−Ａの側面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月12日(2003.5.12)
【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】
少なくとも１番目の入り口、１番目の出口、２番目の入り口および２番目の出口を有するシェル、並びに前記シェルを１番目と２番目のつながっていない容積に分割している内部構造を含んで成っていて、前記１番目の入り口および１番目の出口が１番目の容積と関連しておりそして前記２番目の入り口および２番目の出口が２番目の容積と関連しており、ここで、前記内部構造が、前記シェルを前記１番目の容積と２番目の容積に分割するように前記シェルの内部を横切って伸びていて前記１番目の容積の中に伸びている細長いポケットを少なくとも１つ有する１番目の部材と前記シェルの内部を横切って前記２番目の容積の中に伸びていている２番目の部材を含んで成り、そして前記２番目の部材が、この２番目の部材の中を通る伝達を可能にする細長い導管を少なくとも１つ担持していて、前記細長い導管が少なくとも１つのポケットの中に収容されている反応槽であって、発熱反応を促進するに適した触媒が前記少なくとも１つの細長い導管の内側表面と関連しており、その結果として、この反応槽の運転中に前記２番目の入り口に供給された発熱反応を起こし得る反応体が最初に前記少なくとも１つの導管の外側表面と前記少なくとも１つのポケットの内側表面の間を通り、次に前記少なくとも１つの導管の中を通りそしてそこから前記２番目の出口に向かう時に前記触媒が促進する発熱反応によって熱が発生するが、前記熱の少なくとも一部が前記少なくとも１つの導管および少なくとも１つのポケットから外側に向かって前記１番目の容積に伝達され、ここで、それが前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を支える目的で用いられ得ることを特徴とする反応槽。
【請求項２】
前記触媒が追加的に前記少なくとも１つの導管の外側表面と関連している請求項１記載の反応槽。
【請求項３】
前記触媒が追加的に前記少なくとも１つのポケットの内側表面と関連している請求項１または２記載の反応槽。
【請求項４】
多数の細長いポケットおよび導管が備わっていて各ポケットが関連した導管を収容している請求項１〜３のいずれかに記載の反応槽。
【請求項５】
前記触媒が燃焼用触媒である請求項１〜４のいずれかに記載の反応槽。
【請求項６】
前記燃焼用触媒が前記表面の１つ以上の上を覆っている請求項３記載の反応槽。
【請求項７】
前記燃焼用触媒が前記少なくとも１つの導管の中または回りに詰め込まれている請求項５または６記載の反応槽。
【請求項８】
前記燃焼用触媒が前記少なくとも１つの導管の中に位置する挿入片の上に設けられている請求項５記載の反応槽。
【請求項９】
反応用触媒が前記ポケットの外側表面の上または付近を覆っているか或は他の様式で設けられている請求項１〜８のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１０】
前記シェルが前記１番目の容積への３番目の入り口と３番目の出口を備えており、前記３番目の入り口と３番目の出口が、反応用触媒が前記３番目の入り口から前記３番目の出口に向かって前記１番目の容積の中を通過するのに適合している請求項１〜９のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのポケットが前記１番目の部材から一般に横方向に伸びている末端閉鎖管の形態である請求項１〜１０のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの導管が前記２番目の部材から一般に横方向に伸びている末端開放管の形態である請求項１〜１１のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１３】
前記管が円形、楕円形または多角形の断面を有する請求項１１または１２記載の反応槽。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのポケットが一般に平らな細長い末端閉鎖鞘の形態でありそしてそれに対当して前記少なくとも１つの導管が前記少なくとも１つのポケットの内側に合致するような形状である請求項１から１０のいずれか１項記載の反応槽。
【請求項１５】
前記１番目および２番目の部材が管板である請求項１１から１３のいずれか１項記載の反応槽。
【請求項１６】
前記シェルに前記少なくとも１つのポケットに近づくことを可能にする手段が備わっている請求項１〜１５のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１７】
前記シェルに前記少なくとも１つの導管に近づくことを可能にする手段が備わっている請求項１〜１６のいずれかに記載の反応槽。
【請求項１８】
前記シェルが２つの部分に分離可能であり、ここで、１つの部分が前記１番目の部材を包含しかつ２番目の部分が前記２番目の部材を包含し、ここで、前記少なくとも１つのポケットと前記少なくとも１つの導管の形状が前記シェルを２つの部分に分離させた時に前記少なくとも１つの導管を前記少なくとも１つのポケットから引き抜くことができるような形状である請求項１６または１７記載の反応槽。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの導管の外側表面に伝熱を補助するに適合したフィンまたは他の伸張構造が備わっている請求項１〜１８のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの導管の回りに詰め物が備えられている請求項１〜１９のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのポケットの外側表面に伝熱を補助するようにフィンまたは他の伸張構造が備わっている請求項１〜２０のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの導管の方が前記少なくとも１つのポケットよりも低い熱伝導率を有している請求項１〜２１のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの導管の中および／または前記少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのポケットの間の空間が、その中で反応体の制御不能な燃焼が起こるのを防ぐような炎防止寸法またはそれ以下にある請求項１〜２２のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの導管の中および／または前記少なくとも１つの導管と前記少なくとも１つのポケットの間の空間に適切な詰め物材料が前記空間の中で反応体の制御不能な燃焼が起こらないように炎防止寸法またはそれ以下に保たれる様式で詰め込まれている請求項１〜２３のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのポケットの外側表面がコークスの生成もしくは蓄積を抑制する材料で覆われているか或は前記表面にそのような材料が他の様式で備えられている請求項１〜２４のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２６】
前記シェルに更に前記２番目の容積への少なくとも１つの追加的入り口が前記１番目の部材の近くに備えられており、その少なくとも１つの追加的入り口により冷媒流体を、前記２番目の容積の中で実質的に前以て加熱することなく前記少なくとも１つのポケットの中に導入することができる請求項１〜２５のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２７】
前記シェルに更に前記２番目の容積への少なくとも１つの追加的入り口が前記１番目の部材の近くに備えられており、その少なくとも１つの追加的入り口により予熱用流体を、前記２番目の容積および／または前記少なくとも１つのポケットの中に導入することができる請求項１〜２６のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２８】
前記触媒がいろいろな表面の上をいろいろな厚みで覆っている請求項１〜２７のいずれかに記載の反応槽。
【請求項２９】
前記触媒が少なくとも１つの表面の上を覆っておりそして前記触媒の厚みが前記表面に沿って多様である請求項１〜２８のいずれかに記載の反応槽。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸熱反応を行なうか或はその中を通過する流体を加熱するに適した反応槽に関する。
【０００２】
化学工程産業における非常に重要ないくつかの反応は多量の熱を高温で必要とする。そのような熱を供給する方法は数多く知られているが、最も一般的な方法の中の２つはｉ）反応を炉内に宙づりにした容器内で実施する方法およびｉｉ）反応槽に供給する原料を炉または他の手段で前以て加熱し、反応が進行するにつれて反応体流れの温度を低くして行く方法である。このような解決法のいずれも理想的ではない。とりわけ、大型炉の投資に費用がかかること、反応槽を貫く温度プロファイル（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）が最適でないこと、伝熱が劣ることおよび大きな圧力降下が起こることが欠点である。
【背景技術】
【０００３】
ｉ）型の反応槽を用いて実施される反応の例には、炭化水素に熱分解してオレフィンを生成させる反応、そしてメタンを水蒸気改質して水素または合成ガスを生成させる反応が含まれる。ｉｉ）型の反応槽を用いて実施される反応の例には、アルカンを脱水素してアルケンまたはアルカジエンを生成させる反応、そしてナフサを脱水素環化（ｄｅｈｙｄｒｏｃｙｃｌｉｓａｔｉｏｎ）（また改質としても知られる）してガソリンを生成させる反応が含まれる。
【０００４】
そのような反応槽を改造する試みはいくつか成されてきた。数多くの試みは燃料を工程流体（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｌｕｉｄ）と混合してそれを燃焼させて熱をインサイチューで発生させることにより必要な熱を生成させる試みであった。これは、次に燃焼生成物を所望の生成物から分離する必要がありかつ価値有る原料の劣化を避けるのがしばしば不可能であると言った欠点を有する。別のアプローチは、触媒の被膜を熱交換器の１つの面に付着させておいて実質的に前記被膜の中で燃料を燃焼させそしてその熱を前記熱交換器の隣接通路内で起こさせる吸熱反応に伝導で熱伝達するアプローチである。反応をそのような方法で実施するに適した種々の装置が記述されてはいるが、それらの構造の多くは触媒の挿入も更新も困難であることが確かめられている。
【０００５】
さらなる問題は、特にメタンもしくは天然ガスを燃料として用いた時の反応速度、従って熱発生速度が燃料の濃度に依存し、燃料が消費されるにつれて前記速度が遅くなる点にある。貫流反応槽（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｒｅａｃｔｏｒ）を用いると、入り口末端の所の熱発生速度が速くなり、出口末端の所の熱発生速度が遅くなる。このことは、反応槽出口末端の所の工程効率が良くないことを意味する。従って、未回収の燃料が排気中に排出（それによって望ましくない環境への影響がもたらされる）しないことを確保する追加的手段を設ける必要がしばしばある。
【０００６】
吸熱水蒸気改質反応を実施するに適した反応槽が提供されていることは特許文献１から公知である。この反応槽は二重管反応槽を含んで成ることができ、その内部管の外側が水蒸気改質用触媒で覆われている。別法として、１組の内部管を１番目の管板（ｔｕｂｅ  ｐｌａｔｅ）の中に位置させそして１組の外部管を２番目の管板の中に位置させることも可能であり、前記管板が熱交換ゾーン（熱源が与えられている）と反応体供給ゾーンと生成物取り出しゾーンを規定するように円筒形シェル（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｓｈｅｌｌ）を横切って位置している。前記熱源はバーナーであり、これに吸熱反応の生成物に続いて二次改質用触媒が供給される。前記反応槽は熱を前記外部管の外側に位置するバーナーから前記外部管の中で起きる吸熱反応に内側に向かって伝達することにより作動する。
【０００７】
また、発熱および吸熱接触化学反応の所望温度制御を得る目的で多数の内部および外部管アセンブリ（ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）［このアセンブリの各々が前記内部管と外部管の間に反応用環状容積を有する］および密封型センタープラグ（ｃｌｏｓｅｄ  ｃｅｎｔｒｅ  ｐｌｕｇ）［これは前記内部管の中に位置していて前記センタープラグと内部管の間に環状の熱交換容積を形成している］を有する二重管反応槽が提供されていることは特許文献２から公知である。前記センタープラグと前記内部管の間には触媒が設けられておらず、前記熱交換容積内では反応は全く起こらずかつ前記外部管は沸騰水ジャケットで取り囲まれている。その上、発熱反応によって発生した熱は取り囲んでいる触媒から前記熱交換容積に向かって内側に流れる。
【特許文献１】
ＥＰ  ０  １２４  ２２６
【特許文献２】
米国特許第５，２６６，２８１号
【発明の開示】
【０００８】
本発明に従い、少なくとも１番目の入り口、１番目の出口、２番目の入り口および２番目の出口を有するシェル、並びに前記シェルを１番目と２番目のつながっていない容積（ｎｏｎ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅｓ）に分割している内部構造［ここで、前記１番目の入り口および１番目の出口は１番目の容積と関連しており（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）そして前記２番目の入り口および２番目の出口は２番目の容積と関連しており、ここで、前記内部構造は、前記シェルを前記１番目の容積と２番目の容積に分割するように前記シェルの内部を横切って伸びている１番目の部材（この１番目の部材は、前記１番目の容積の中に伸びている細長いポケット（ｐｏｃｋｅｔ）を少なくとも１つ有する）と前記シェルの内部を横切って前記２番目の容積の中に伸びていている２番目の部材（この２番目の部材は、この２番目の部材の中を通る伝達を可能にする細長い導管を少なくとも１つ担持しており、そして前記細長い導管は少なくとも１つのポケットの中に収容されている）を含んで成る］を含んで成る反応槽を提供し、この反応槽は、発熱反応を促進するに適した触媒が前記少なくとも１つの細長い導管の内側表面と関連しており、その結果として、この反応槽の運転中に前記２番目の入り口に供給された発熱反応を起こし得る反応体が最初に前記少なくとも１つの導管の外側表面と前記少なくとも１つのポケットの内側表面の間を通り、次に前記少なくとも１つの導管の中を通りそしてそこから前記２番目の出口に向かう時に前記触媒が促進する発熱反応によって熱が発生するが、前記熱の少なくとも一部が前記少なくとも１つの導管および少なくとも１つのポケットから外側に向かって前記１番目の容積に伝達され、ここで、それが前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を支える目的で用いられ得ることを特徴とする。
【０００９】
前記触媒を追加的に前記少なくとも１つのポケットの内側表面または前記少なくとも１つの導管の外側表面と関連させ（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）ることもできる。
【００１０】
好適には、多数の細長いポケットと細長い導管を準備し、各ポケットが関連した導管を収容するようにする。これらの導管は、好適には、前記２番目の入り口から前記２番目の容積を通って前記ポケットの中を通過した後に前記ポケットの内側に沿って前記導管の外側表面の上を前記ポケットの中の深部に位置する導管の遠位末端部に到達するまで伸びているフローパス（ｆｌｏｗｐａｔｈ）を規定するように前記ポケットの中に深く伸びており、前記フローパスは、前記導管の遠位末端部の中を通過した後、方向を反転して、前記導管の内側に沿って前記２番目の部材を通りそして前記２番目の出口から出る所まで戻る。前記２番目の出口を入り口として構成させかつ前記２番目の入り口を出口として構成させることでそのようにフローパスを反転させることも可能である。前記１番目の容積の中を通るフローパスは前記１番目の入り口から前記ポケットの外側表面に沿って進んで前記１番目の出口から出るとして規定される。
【００１１】
本反応槽を用いる時、熱を発生する反応体１種または２種以上を好適には気体状態で前記２番目の容積の中を貫く前記フローパスにより供給しそして吸熱反応用反応体または加熱すべき流体を前記１番目の容積の中を貫く前記フローパスにより供給する。好適な態様における触媒は燃焼用触媒であり、そして燃焼性反応体もしくは反応体混合物を前記２番目の容積を貫く前記フローパスにより供給する。この燃焼用触媒は前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物が前記２番目の容積を貫くフローパスの中で燃焼するのを促進するのに役立つ。前記２番目の容積を貫くフローパスの中で前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物が燃焼することにより発生する熱は前記ポケットの外側表面から前記１番目の容積を貫くフローパスに向かって外側に伝達されるように利用され、この熱は、前記１番目の容積の中で起こる吸熱反応を促進するか或はそこを通る流体を加熱するのに役立つ。
【００１２】
特に好適な態様では、燃焼用触媒を前記導管の内側および外側表面および前記ポケットの内側表面と関連させる（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）。前記ポケットの内側表面で起こる燃焼によって発生する熱は主に伝導により前記１番目の容積を貫くフローパスに向かって外側に伝達される。放射と対流が一緒になって前記導管の表面で発生した熱は外側に向かって前記ポケットの内側表面に伝達され、そこから主に伝導により前記ポケットの外側表面に伝達されそしてそこから外側に向かって前記１番目の容積の中に伝達される。前記導管の表面から前記ポケットの表面に伝達される熱は相対的に効率が良くなく、従って、前記導管の表面の温度の方が前記ポケットの表面の温度よりもかなり高く、従って、燃焼速度は一般に前記導管の表面に位置する触媒の所の方が前記ポケットの内側表面に位置する触媒の所よりもかなり高い。前記ポケットの底から前記導管の内側に沿って通過する前記燃焼性反応体もしくは反応体混合物は燃焼し続けそして前記導管の表面からの伝熱は効率が良くないことから前記導管の内部の温度は更に上昇する傾向があり、従って、実質的に完全な燃焼を促進するのに役立つ。有利には、前記２番目の容積を貫くフローパスを適切に配置することによって、前記反応体もしくは反応体混合物の実質的な燃焼によって生じた熱を前記２番目の入り口を通って入る新鮮な燃焼性反応体もしくは反応体混合物に伝達することができる。
【００１３】
前記燃焼性触媒を前記導管の内側表面または前記ポケットの外側表面もしくは内側表面に供給することができると理解されるべきである。好適には、前記表面の上を前記燃焼用触媒で覆うが、別法として、前記燃焼性触媒を前記導管および／またはポケットの中または回りに詰め込むこともできる。前記反応槽のいずれかの運転要求（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）に応じて、前記燃焼用触媒を前以て決めておいた厚みになるように被覆するか或は他の様式で設けることもできる。例えば、前記燃焼用触媒がいろいろな表面の上をいろいろな厚みで覆うようにしてもよく、かつ所定の表面に沿って厚みが異なるようにしてもよい。これは本反応槽の熱発生特徴を特定の反応の注文に合わせるのに役立たせることができ、かつ本反応槽のいろいろな領域で要求される如き局所的熱発生を増加または減少させるのに役立たせることもできる。望まれるならば、前記２番目の容積を貫く前記フローパスのいろいろな領域にいろいろな燃焼用触媒配合物を設けることもでき、例えば前記導管または前記ポケットのいろいろな表面に設けることもできる。
【００１４】
吸熱反応に触媒が必要な場合には、前記１番目の容積を貫くフローパスの中の前記ポケットの外側表面を適切な触媒で覆うか或は適切な触媒を他の様式で設けることもできる。別法としてか或は追加的に、前記１番目の容積を貫くフローパスに沿った他の場所に適切な触媒を設けることもでき、例えば前記ポケットの外側表面の回りに詰め込む様式か或は他の様式で設けることもできる。
【００１５】
そのような適切な触媒が短時間の間に連続的に失活する吸熱反応（例えばアルカンの脱水素）では、本反応槽の外側シェル（少なくとも前記ポケットを直接取り囲んでいる領域の中）に追加的入り口を少なくとも１つと追加的出口を１つ備えることにより、本反応槽をオンライン（ｏｎ−ｌｉｎｅ）の状態にしながら前記適切な触媒の添加および除去を連続的に行うことができるようにすることができる。前記ポケットの物理的配置および形状は適切な触媒の粒子がそれらの間をむらなく流れるのを促進するような配置および形状にすることもできる（例えば先が尖った細長い多角形断面を持たせる）。
【００１６】
ある態様では、前記導管が燃焼用触媒などを保持する能力を高める目的で前記導管の内側に挿入片（ｉｎｓｅｒｔ）を置くことができる。例えば、つる巻き線（ｗｉｒｅ  ｈｅｌｉｘ）、金属メッシュ（ｍｅｔａｌ  ｍｅｓｈ）またはセラミック発泡体である挿入片を配置することができ、このような挿入片は好適には良好な触媒接着特性を有する。
【００１７】
１つの態様においてポケットは前記１番目の部材（この１番目の部材は１番目の管板を含んで成る）から一般に横方向に伸びる末端閉鎖管（ｂｌｉｎｄ−ｅｎｄｅｄ  ｔｕｂｅｓ）の形態である。この態様における細長い導管もまた管の形態であり、これらの管は末端が開放されておりかつこれらの直径は前記末端閉鎖管のそれよりも小さく、これは前記２番目の部材（これは２番目の管板を含んで成る）から一般に横方向に伸びている。前記管の断面は円形、楕円形、多角形または適切な如何なる断面であってもよい。
【００１８】
別法として、前記ポケットは一般に平らで細長いが幅が広い鞘（ｓｈｅａｔｈｓ）の形態であってもよく、そして前記細長い導管の形状も同様な形状であってもよいが、その大きさは、前記ポケットの内側に合致するような大きさである。
【００１９】
前記ポケットおよび導管は、本明細書の上に記述した如きフローパスを限定するに役立つ適切な如何なる相補的（ｍｕｔｕａｌｌｙ  ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）形態を取ることもできる。前記ポケットおよび導管の形状は、特に好適には、前記シェルを開けて前記１番目の部材と２番目の部材を互いから離すことにより前記導管を前記ポケットから容易に引き抜くことができるような形状である。このようにして、前記ポケットおよび導管の一方もしくは他方または両方に供給された触媒に接近することができ、従って、使用済みか、消滅したか或は被毒した触媒を比較的簡単な様式で更新または交換することができる。
【００２０】
前記ポケットおよび導管に近づき易くする目的で、前記シェルに好適には前記１番目の部材と２番目の部材を分離する手段を設ける。例えば、前記シェルに取り外し可能な末端板またはセクション（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅ  ｏｒ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を持たせてもよく、或は前記シェルは例えばクランピング（ｃｌａｍｐｉｎｇ）構造配置または他の適切な機構によって互いに取り外し可能様式で取り付け可能な（ｒｅｌｅａｓａｂｌｙ  ａｔｔａｃｈａｂｌｅ）２つの本体セクションを含んで成っていてもよい。
【００２１】
伝熱を補助する目的で前記導管の外側表面の少なくとも一部にフィン（ｆｉｎｓ）または他の適切な伸張構造（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を備えることもできる。
【００２２】
前記１番目の部材と２番目の部材が互いに間隔を置いて位置していることで前記２番目の部材に近位の導管部分が前記２番目の容積の一般に開放されている部分に向かって露出しているある領域を限定している態様では、伝熱を補助する目的で前記導管の回りまたは導管と導管の間に適切な詰め物（ｐａｃｋｉｎｇ）を備えることができる。ある態様において詰め物は熱伝導性詰め物であり、他の態様においては詰め物は絶縁材料であるのが好適であり得る。伝熱を補助する目的で前記２番目の部材に近位の導管部分の外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。
【００２３】
前記導管にフィンまたは伸張構造を設けるか或はその回りに詰め物を設けると、また、燃焼性反応体もしくは反応体混合物が通るいくらかの隙間（ｇａｐｓ）が炎防止寸法（ｆｌａｍｅ  ｔｒａｐ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）未満に保持することにより、前記２番目の容積の中に入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物の制御不能な燃焼が防止することができる。
【００２４】
また、前記ポケットの中に存在する導管部分にもその外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。これは燃焼用触媒などを被覆するか或は他の様式で備えることができる追加的表面積を与えるに役立ち得る。燃焼用触媒と前記導管の壁の熱接触が劣る場合には前記燃焼用触媒の量を多くし、その結果完全燃焼を補助する目的で、詰め物（これ自身が触媒材料で作られているか或は触媒材料を含有することができ、或は単に触媒を被覆することができる追加的表面積を与え得る）を前記ポケット内の導管部分の内部に挿入するのが特に有利であり得る。
【００２５】
伝熱を補助する目的で前記ポケットの外側表面の少なくとも一部にフィンまたは他の適切な伸張構造を設けることもできる。
【００２６】
前記導管は絶縁材料または熱伝導率が劣る材料で作ることができる。別法として、前記導管を伝熱性材料、例えば金属などが作り、そして更にその内側表面および外側表面の一方または他方または両方にこれらの長さの全部または一部に亘って絶縁被膜を設けることに加えて前記絶縁被膜の上を燃焼用触媒などで覆うか或は他の様式で燃焼用触媒を設けることも可能である。前記ポケットの中に位置する導管部分を好適には絶縁材料で構成させるか或は絶縁材料で被覆しておく。これは導管からの熱移動を低下させるのに役立ち、従って、燃焼性混合物が高温で起こす燃焼を促進し、その結果として、例えば不完全燃焼の炭化水素もしくは一酸化炭素が本反応槽から放出される量が低下する。
【００２７】
前記導管は一般に本反応槽の機械的保全性(mechanical integrity)に貢献しないことから、それらは物理的強度ではなくむしろ触媒接着特性を向上させるように選択した材料１種または２種以上から加工可能である。その例にはセラミックまたは高アルミナ鋼、例えば「Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（商標）」などが含まれる。前記導管を支えている前記２番目の部材は、一般に、前記導管自身よりも低い温度にあり、従って、前記導管と結合させるに適した材料、例えばエポキシ樹脂などで作ることができる。
【００２８】
前記ポケットは金属製であってもよいか或は他の適切な材料で作られていてもよい。前記１番目の容積の中で起こさせる反応がコークスが金属表面に生成することが問題になる吸熱反応（例えば炭化水素流れの熱分解）の場合、前記ポケットを必要な構造的保全性を与える材料で加工した後、コークスの生成および蓄積を抑制するように選択したさらなる材料で覆ってもよい。本発明の態様の反応槽の設計は、本反応槽を加工した後および本反応槽を最終的に組み立てる直前にこれを行うのが容易である。
【００２９】
本発明の態様の反応槽は通常の反応槽に比べていくつかの利点を与える。
【００３０】
１番目として、吸熱反応を促進する適切な触媒と前記ポケットの外側表面の接触が緊密なことは、前記ポケット内で発生した熱が吸熱反応が起きる領域に向かう優れた伝達路（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐａｔｈ）を有することを意味する。
【００３１】
２番目として、前記導管と前記ポケットが長さ方向に沿って物理的に連結していないことから、本反応槽を加熱するにつれて起こる前記導管およびポケットの熱膨張を熱応力をもたらすことなく容易に適応することができる。
【００３２】
３番目として、本反応槽は例えば管とシェルの熱交換器などの加工で用いられる通常の技術を用いて組み立て可能である。他の建造方法を排除するものでない。
【００３３】
４番目として、前記１番目と２番目の部材そしてそれらに関連したポケットおよび導管を互いに容易に分離することができることから本反応槽を最終的に組み立てる前に触媒を被覆または詰め込むことができる。それによって、また、触媒が使い果たされた時にそれを更新するのも容易でありかつまた高圧水ジェットなどの技術を用いて触媒を一般的保守の一部として容易に除去することも可能である。その上、前記導管および／またはポケットを触媒、即ち触媒のゾル−ゲルに浸漬することにより、それらを触媒で被覆または再被覆することも可能である。その上、本反応槽を最終的に組み立てまたは再組み立てする前に触媒の被膜がどれほど良好に付着させられたかも容易に分かるであろう。
【００３４】
５番目として、本反応槽を使用している間、前記ポケットの中に存在する領域の導管の内側および直ぐ外側の温度は前記ポケットの表面に位置する触媒の温度より高い傾向があることから、燃焼性反応体もしくは反応体混合物の高い転化率をより容易に達成することができる。前記導管の外側に沿って進んだ後に前記導管の内側に沿って戻る（またはその逆であってもよい）曲がりくねったか或は入り組んだフローパスを設けると、燃焼性混合物の濃度が低い時（例えばフローパスの末端部に向かう所）でも温度を高く保持することが可能になり、従って転化効率を促進するのに役立つ。これはそのような曲がりくねったか或は入り組んだフローパスが備わっていない公知の板型反応槽（ｐｌａｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒｓ）に比べて有意な利点である。
【００３５】
６番目として、本発明の態様は、必要とする温度が比較的低い吸熱反応、例えば必要とする温度が６５０から７００℃の範囲のプロパン脱水素化反応などの実施で用いる時に特に有利であり得る。前記導管の上または回りに位置させた燃焼触媒の温度の方が前記１番目の容積の中の工程温度よりもかなり高く、従って、より高い燃焼反応速度を維持することができる。ある種の板型反応槽では、反応槽全体に亘る工程温度と燃焼温度の間に差がほとんどない傾向がある。
【００３６】
７番目として、前記導管と前記ポケットの間に存在する内部の空間を比較的小さくしそして場合により前記導管の回りに詰め物または伸張構造もしくはフィンを設けると、前記２番目の容積を貫くフローパスの寸法を炎防止寸法未満に維持することが可能になり、その結果、無炎燃焼（ｆｌａｍｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）の促進に役立ち、従ってＮＯｘ排出量を低くするに役立つ。
【００３７】
８番目として、前記２番目の入り口から入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物と前記２番目の出口に向かって出て行く熱燃焼生成物の、前記１番目の部材と２番目の部材の間の反応槽領域内における熱接触が緊密なことは、その入って来る燃焼性反応体もしくは反応体混合物を反応温度に近い温度にまで予熱するに役立ちかつまたその出て行く熱燃焼生成物からエンタルピーを回収するに役立つ。
【００３８】
９番目として、前記ポケットの内側もしくは外側表面および／または前記導管の内側もしくは外側表面に位置する触媒を再生する時に熱が発生するか或はコークスをそのような領域から除去する時に熱が発生する場合、熱の除去を補助する目的で冷媒流体（例えば空気）を前記ポケットの中に循環させることも可能である。この目的で、本反応槽の２番目の容積に追加的入り口１つまたは２つ以上を前記１番目の部材の近くに設けて、そのような領域で起こる望ましくない熱交換を減少させることも望ましい。このような追加的入り口１つまたは２つ以上または同様な入り口１つまたは２つ以上をまた本反応槽の始動中に用いて予熱用流体（例えば加熱された気体）を前記２番目の体積および／または少なくとも１つのポケットに導入することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の理解をより良好にしかつ本発明をどのようにすれば有効に実施することができるかを示す目的で、ここに、添付図を例として参照する。
【００４０】
最初に図１を参照して、１番目の入り口３と１番目の出口４および２番目の入り口５と２番目の出口６が備わっている気密シェル２を含んで成る反応槽１を示す。反応槽１は、シェル２を横切って伸びていて多数の管状の細長いポケット１０を支えている１番目の管板９を含有する内部構造によって１番目の容積７と２番目の容積８に分割されている。図１の態様では、ポケット１０を５個のみ示すが、ポケット１０を適切な如何なる数で設けてもよいことは理解されるであろう。その細長いポケット１０は前記１番目の管板９から一般に横方向に１番目の容積７の中に伸びており、そして１番目の入り口３および１番目の出口４は、前記１番目の出口３から前記１番目の容積７を通って前記１番目の出口４に至るフローパスを前記ポケット１０の外側表面で規定するように位置している。
【００４１】
２番目の管板１１はシェル２を横切って２番目の容積８の中に伸びていて、ポケット１０の数に対応する数の細長い管状導管１２を支えている。これらの導管１２は２番目の管板１１から２番目の容積８を横切ってポケット１０の中に伸びている。これらの導管１２の末端は開放されていて完全ではないがほとんどポケット10の末端部にまで伸びている。２番目の入り口５および２番目の出口６は、この２番目の入り口５から２番目の容積８を通って導管１２の外側表面に沿ってポケット１０の中に入ってこのポケットの末端部に向かいそして次に導管１２の中に入った後に導管１２の内側に沿って２番目の管板１１に向かいそしてそこから２番目の出口６に至るフローパスを規定するように位置している。
【００４２】
場合により、導管１２をポケット１０の中に担持する目的でガイド部材（ｇｕｉｄｅ  ｍｅｍｂｅｒｓ）１３を設けてもよく、そして前記１番目と２番目の管板９および１１とシェル２の間に気密シール（示していない）を設ける。
【００４３】
参照を容易にする目的で、図１に示すように、ポケット１０が横切って伸びている反応槽１の部分をゾーンＤとして示しそして導管１２が２番目の管板１１からポケット１０の口１４に向かって伸びている反応槽部分をゾーンＥとして示す。
【００４４】
使用時、燃焼性混合物（示していない）は２番目の入り口５の所から反応槽１の中に入りそして任意の分配用板１５を通ってゾーンＥの中を移動する。この混合物は１番目の管板９を通った後にゾーンＤの中におけるポケット１０の中に入る。ゾーンＤにおける前記混合物の燃焼は燃焼用触媒１６（図２に示した）［これはポケット１０の内側表面および導管１２の内側および外側表面の片方もしくは両方を覆っている］により促進される。この混合物はポケット１０の内側に沿って進んだ後に導管１２の中に戻り、そこで起こすさらなる燃焼が燃焼用触媒１６により促進され、そして次にゾーンＥの中を通りそして２番目の管板１１から２番目の出口６に向かう。ゾーンＥにおける導管１２の中で起こる燃焼の熱生成物（示していない）は２番目の入り口５から入って来る混合物を加熱する役割を果たし、その伝熱は、良好な熱効率を与えるように２番目の出口６から出る燃焼した混合物から熱を除去するに役立つ。
【００４５】
２番目の容積８における接触作用による燃焼で発生した熱のより大きな部分はゾーンＤにおけるポケット１０の壁を通して伝達されて、吸熱反応を行なう為に利用されるか或は前記１番目の容積７に入っている流体の加熱に利用される。吸熱反応の原料（示していない）または加熱すべき流体は１番目の入り口３を通って反応槽１のゾーンＤの中の１番目の容積７の中に入りそして１番目の出口４を通って反応槽から出る。また、その流れを逆にすることも可能である。ゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こり得る非接触工程（ｎｏｎ−ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）の例には、蒸気または他の工程流体（示していない）の過熱、または炭化水素、例えばパラフィン原料などからオレフィンが生成する熱分解が含まれる。別法として、接触吸熱反応をゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こさせることも可能であり、そしてポケット１０の外側表面を適切な触媒１７（図２に示した）で覆うこともでき、又、ゾーンＤの中のポケット１０とポケット１０の間に適切な触媒を詰め込んでおくか或は他の様式で設けてもよく、或は両方の組み合わせを行ってもよい。
【００４６】
反応槽１の末端部１９を取り外すことができるよう、従ってポケット１０を露出させることができるようにフランジ１８を反応槽１の末端部１９の所のポケット１０の末端部に最も近い場所に設けると、触媒１７の詰め込み、取り出しおよび交換または触媒１７の再被覆が容易になる。
【００４７】
同様に、反応槽１を１番目の容積と２番目の容積７、８に分離することができるようにフランジ２０を例えば１番目の管板９の辺りに設けると、ポケット１０の内側表面および導管１２の表面における燃焼用触媒１６の更新が容易になる。
【００４８】
図２に、ポケット１０の中に挿入された導管１２のより詳細な図を示す。ポケット１０の内側表面および導管１２の内側表面および外側表面の両方を燃焼用触媒１６で覆う。ポケット１０の内側表面で起こる前記燃焼性混合物の燃焼によって発生する熱は主に図１のゾーンＤに伝導により伝達され、このゾーンＤで吸熱反応または加熱工程が起こる。輻射と対流が一緒になって導管１２の外側表面で発生した熱がポケット１０に伝達される。これはあまり効率の良い工程ではなく、その結果として、導管１２の表面温度の方がポケット１０のそれよりもかなり高くなり、かつ燃焼速度はポケット１０に位置する燃焼用触媒１６の上で起こるそれよりも速い。導管１２を通って出た燃焼性混合物は燃焼し続けそして前記混合物から前記導管１２の壁を通して伝達される伝熱は良好でなく、その結果として、更により高い温度が生じて実質的に完全な転化がもたらされる。その燃焼性混合物によってゾーンＤから持ち出された熱はゾーンＥにおいて、入って来る燃焼性混合物との熱交換で回収可能である。
【００４９】
ゾーンＤにおける１番目の容積８の中で起きる吸熱反応が促進されるようにポケット１０の外側表面を適切な触媒１７で覆うこともできる。
【００５０】
本発明の典型的な非限定実施例において、ポケット１０は一般に管状で外径が６から１５ｍｍで内径が５から１４ｍｍである。導管１２もまた一般に管状で外径が２．５から１３．５ｍｍで内径が１．５から１２．５ｍｍであり、従って各導管１２とこれに関連したポケット１０の間に約０．５から２．５ｍｍの環状部分が存在する。ポケット１０の長さは一般に０．１から１ｍである。１から４ｍｍの桁のポケット１０とポケット１０の間に空間部が存在することから、ポケット１０の外側表面の所の２０ｋＷ／ｍ２の熱流束(heat flux)によって４ＭＷ／ｍ３に及ぶ全体的熱発生がもたらされる。典型的な計算により、大きな温度暴走(temperature excursion)を誘発することなく前記熱の４０％に及ぶ熱が導管１２の上で発生し得ることが分かる。その上、導管１２の温度はポケット１０のそれよりも約４０℃高い。
【００５１】
図３に、本発明の代替態様の反応槽のゾーンＤを貫く横方向断面の末端図を示す。この図でも図１および２に関係して用いた同じ参照番号を同様な構成要素について用い、かつまた、図１および２の反応槽に関して記述した特徴の全部を図３の反応槽に与えることができる。図３の反応槽は、細長い多角形(polygonal)の断面を有するポケット１０と導管１２（１番目の容積７の中に示した）を含有するシェル２を含んで成る。３対のポケット１０と導管１２を示したが、適切な如何なる数で取り付けてもよいことは理解されるであろう。図１および２の反応槽に関して示したいろいろな入り口および出口に加えて、図３の反応槽のシェル２は、この中で起きる吸熱反応を促進する目的で１番目の容積７の中に適切な粒子サイズの粒状触媒を供給するための追加的入り口２２および出口２３をゾーンＤの中に含む。ポケット１０および導管１２の細長い多角形断面は前記粒状触媒が１番目の容積７の中をむらなく流れるのを促進するのに役立つ。
【００５２】
図４は、図３の線Ａ−Ａに沿った縦方向の断面図を示し、これは、本反応槽のゾーンＤの中の１番目の容積７の中で起こる吸熱反応に関係する反応体および生成物が入りそして出て行く１番目の入り口３と１番目の出口４を有するシェル（これを一般に２で示す）を示している。ポケット１０および導管１２を断面で示し、ポケット１０が管板２０の上に位置する。本反応槽の末端部１９を横切るようにフランジ１８を設ける。図３および４の反応槽は、粒状の触媒（示していない）が１番目の容積７の中に入りそしてそこから出て行くことができ、従ってその中で起きる吸熱反応を促進するのに役立つように追加的入り口２２と出口２３をシェル２設けること以外大部分の面において、図１および２の反応槽と同様に機能する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明の１番目の態様の反応槽を貫く縦方向断面図である。
【図２】図２は、図１の反応槽の中のポケットに挿入された状態の導管の詳細図である。
【図３】図３に、本発明の２番目の態様の反応槽を貫く横方向断面図を示す。
【図４】図４に、図３の反応槽を貫く断面Ａ−Ａの側面図を示す。




【国際調査報告】
2004531371.tif 000030
2004531371.tif 000031
2004531371.tif 000032