(57)【要約】【課題】脱水素化触媒を効率的に利用することができる脱水素化反応器及び脱水素化システムを提供する。【解決手段】反応容器３１内に、脱水素化触媒３２と粒状伝熱部材３３とを混合することによって構成される混合部５０が存在する。粒状伝熱部材３３は、脱水素化触媒３２よりも熱伝導率が高いため、混合部５０においては、加熱機構３５によって反応容器３１の外部から供給される熱を、粒状伝熱部材３３を介して反応容器３１における反応管３１ａの内部へ伝達され易くなる。例えば、加熱機構３５によって反応容器３１の外部から供給される熱は、反応管３１ａの管壁を介して内部へ伝達され、内部へ伝達された熱は粒状伝熱部材３３を介して反応管３１ａの内部全体へ伝達される。従って、例えば管壁から離間距離が大きい中心軸線ＣＬ１付近の脱水素化触媒３２に対しても、熱が十分に伝達される。【選択図】図２
2016050144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライドを含む原料が内部を流通する反応容器と、
前記反応容器内に位置し、前記有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒と、
前記反応容器内に位置し、前記脱水素化触媒よりも熱伝導率が高い粒状伝熱部材と、
を備え、
前記反応容器内には、前記脱水素化触媒と前記粒状伝熱部材とを混合することによって構成される混合部が存在することを特徴とする、脱水素化反応器。
【請求項２】
前記粒状伝熱部材を構成する粒子の体積平均径は、前記脱水素化触媒を構成する触媒粒子の体積平均径より大きい、請求項１に記載の脱水素化反応器。
【請求項３】
前記混合部のうち、前記反応容器内の前記原料の流通方向における上流部に位置する部分は、前記反応容器内の下流部に位置する部分より大きい、請求項１または２に記載の脱水素化反応器。
【請求項４】
前記混合部は、前記反応容器内の前記原料の流通方向における上流部にのみ位置する、請求項１または２に記載の脱水素化反応器。
【請求項５】
前記混合部における前記脱水素化触媒の体積分率は、前記反応容器内の前記原料の流通方向における上流側より下流側の方が大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の脱水素化反応器。
【請求項６】
前記混合部は、第１混合領域と、前記第１混合領域より前記反応容器内の前記原料の流通方向における下流側に位置する第２混合領域とを含み、
前記第２混合領域における前記脱水素化触媒の体積分率は、前記第１混合領域における前記脱水素化触媒の体積分率より大きい、請求項１〜５のいずれかに記載の脱水素化反応器。
【請求項７】
前記混合部における前記脱水素化触媒の体積分率は、前記混合部における前記有機ハイドライドの最終転化率が前記混合部に位置する前記脱水素化触媒の総体積と前記粒状伝熱部材の総体積との和と同じ体積で前記脱水素化触媒の体積分率を１００体積％とした場合における前記有機ハイドライドの最終転化率以上となる範囲に設定される、請求項１から６のいずれかに記載の脱水素化反応器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の脱水素化反応器と、
前記脱水素化触媒による前記有機ハイドライドの脱水素化反応に対して熱を供給する加熱機構と、を備えることを特徴とする、脱水素化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水素化反応を行う脱水素化反応器及び脱水素化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の脱水素化反応器として、脱水素化反応によって有機ハイドライドから水素を生成して供給するものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示の脱水素化反応器は、内部に脱水素化触媒が位置する反応容器と、反応容器内に供給された有機ハイドライドを加熱する加熱部と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５１８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示の脱水素化反応器において、反応容器内で行われる脱水素化反応に対して加熱部からの熱を充分に供給できない場合があった。このような場合は、特に、加熱部から離間距離が大きい部位や、供給される有機ハイドライドと脱水素化触媒との接触領域の上流側ほど発生し易い状況にあった。このように、脱水素化反応に対して充分な熱を供給できないと、熱供給が不足している部分に位置する脱水素化触媒を効率的に利用できないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、脱水素化触媒を効率的に利用することができる脱水素化反応器及び脱水素化システム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】
本発明に係る脱水素化反応器は、有機ハイドライドを含む原料が内部を流通する反応容器と、反応容器内に位置し、有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する脱水素化触媒と、反応容器内に位置し、脱水素化触媒よりも熱伝導率が高い粒状伝熱部材と、を備え、反応容器内には、脱水素化触媒と粒状伝熱部材とを混合することによって構成される混合部が存在することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る脱水素化反応器では、反応容器内に、脱水素化触媒と粒状伝熱部材とを混合することによって構成される混合部が存在する。粒状伝熱部材は、脱水素化触媒よりも熱伝導率が高いため、混合部においては、反応容器の外部から供給される熱を、粒状伝熱部材を介して反応容器の内部まで伝達し易くなる。従って、本脱水素化反応器では、反応容器の外部から供給される熱が伝達し難い部位にも、脱水素化反応に対して充分な熱を供給することが可能となるため、脱水素化触媒を効率的に利用することができる。
【０００８】
本発明に係る脱水素化反応器において、粒状伝熱部材を構成する粒子の体積平均径は、脱水素化触媒を構成する触媒粒子の体積平均径より大きくてよい。このような構成によると、粒状伝熱部材同士が接触し易く、熱伝導パスが形成され易いため、反応容器の内部方向に向かって温度勾配が小さくなる。従って、本構成の脱水素化反応器では、反応容器の外部から供給される熱が伝達し難い部位に、脱水素化反応に対して充分な熱をより効果的に供給することが可能となるため、脱水素化触媒をより効率的に利用することができる。
【０００９】
本発明に係る脱水素化反応器において、混合部のうち、反応容器内の原料の流通方向における上流部に位置する部分は、反応容器内の下流部に位置する部分より大きくてよい。反応容器の下流部に比して上流部の方が、反応容器内を流れる流体中の有機ハイドライドの割合が大きいため、吸熱反応である脱水素化反応に起因する反応容器内の温度低下が生じやすい傾向がある。従って、反応容器内の原料の流通方向における上流部に位置する混合部の割合を、当該流通方向における下流部に位置する混合部の割合より大きくすることによって、反応容器内に位置する脱水素化触媒をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００１０】
本発明に係る脱水素化反応器において、混合部は、反応容器内の原料の流通方向における上流部にのみ位置してよい。このような構成によると、特に脱水素化反応に起因する反応容器内の温度低下が大きくなりやすい傾向がある反応容器内の原料の流通方向における上流部において優先的に熱供給を行うことによって、反応容器内に位置する脱水素化触媒をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００１１】
本発明に係る脱水素化反応器において、混合部における脱水素化触媒の体積分率は、反応容器内の原料の流通方向における上流側より下流側の方が大きくてよい。すなわち、混合部において反応容器内の原料の流通方向における上流側の方が粒状伝熱部材の量が相対的に多くなる。このような構成によると、脱水素化反応に起因する反応容器内の温度低下が相対的に大きくなる傾向がある反応容器内の原料の流通方向における上流側ほど、粒状伝熱部材を介した熱供給を多くすることが可能となるため、脱水素化触媒をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００１２】
本発明に係る脱水素化反応器において、混合部は、第１混合領域と、第１混合領域より反応容器内の原料の流通方向における下流側に位置する第２混合領域とを含み、第２混合領域における脱水素化触媒の体積分率は、第１混合領域における脱水素化触媒の体積分率より大きくてよい。すなわち、反応容器内の原料の流通方向における上流側に位置する第１混合領域における粒状伝熱部材の量が相対的に多くなる。このような構成によると、脱水素化反応に起因する反応容器内の温度低下が相対的に大きくなる傾向がある反応容器内の原料の流通方向における上流側で、粒状伝熱部材を介した熱供給を多くすることが可能となるため、脱水素化触媒をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００１３】
本発明に係る脱水素化反応器において、混合部における脱水素化触媒の体積分率は、混合部における有機ハイドライドの最終転化率が混合部に位置する脱水素化触媒の総体積と粒状伝熱部材の総体積との和と同じ体積で脱水素化触媒の体積分率を１００体積％とした場合における有機ハイドライドの最終転化率以上となる範囲に設定されてよい。このような構成によると、脱水素化触媒の体積分率を１００体積％とした（混合部を設けない）場合に比べて、脱水素化触媒の触媒量を低減しても、最終転化率以上で水素を製造することができるため、脱水素化触媒を効率的に利用しつつ、水素の製造を効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明に係る脱水素化システムは、上述の脱水素化反応器と、脱水素化触媒による有機ハイドライドの脱水素化反応に対して熱を供給する加熱機構と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る脱水素化システムによれば、上述の脱水素化反応器と同様の作用・効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、脱水素化触媒を効率的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る脱水素化反応器を備える水素供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る脱水素化反応器を備える脱水素化システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る脱水素化反応器の反応容器の内部の構成を示す拡大図である。
【図４】反応容器内の混合部の構成のバリエーションを示す概略図である。
【図５】反応管の全領域が非混合部である場合における反応管内の温度変化の一例を示すグラフである。
【図６】混合部における脱水素化触媒の体積分率と最終転化率の関係を示すグラフの一例である。
【図７】混合部における脱水素化触媒の体積分率と最終転化率の関係を示すグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る脱水素化反応器を備えた水素供給システムの構成を示すブロック図である。図１に示す水素供給システム１００は、供給する水素を生成するための原料として有機ハイドライドを用いるものである。有機ハイドライドは、ガソリンなどと同様に液体燃料としてタンクローリーなどによって水素供給システム１００へ輸送することができる。
【００２０】
有機ハイドライドは、不飽和結合を有する有機化合物の水素化物であり、脱水素化触媒を用いて、水素と脱水素化物（不飽和結合を有する有機化合物）とを含む脱水素化反応物に変換することができる。本実施形態では、有機ハイドライドとして、メチルシクロヘキサン（以下「ＭＣＨ」とする。）を用いて説明するが、これには限られない。なお、有機ハイドライドを生成するために使用される水素としては、例えば、製油所などで大量に生産される水素、自然エネルギーを用いた水の電気分解により発生する水素などが挙げられるが、これらには限られない。
【００２１】
不飽和結合を有する有機化合物とは、二重結合あるいは三重結合を分子内に一つ以上有する有機化合物である。二重結合としては、炭素−炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）、炭素−窒素二重結合（Ｃ＝Ｎ）、炭素−酸素二重結合（Ｃ＝Ｏ）、窒素−酸素二重結合（Ｎ＝Ｏ）が例示される。三重結合としては、炭素−炭素三重結合、炭素−窒素三重結合が例示される。不飽和結合を有する有機化合物としては、貯蔵性および輸送性の観点から、常温常圧下で液体状の有機化合物であることが好ましい。
【００２２】
不飽和結合を有する有機化合物としては、例えばオレフィン類、ジエン類、アセチレン類、ベンゼン、炭素鎖置換芳香族類、へテロ置換芳香族類、多環芳香族類、シフ塩基類、ヘテロ芳香族類、ヘテロ５員環化合物類、キノン類、ケトン類などが挙げられる。オレフィン類としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセンなどが挙げられる。ジエン類としては、アレン、ブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、へブタジエン、オクタジエン、ピペリレン、イソプレンなどが挙げられる。アセチレン類としては、アセチレン、プロピン、ビニルアセチレンなどが挙げられる。炭素鎖置換芳香族類としては、アルキル置換芳香族類などが挙げられる。アルキル置換芳香族類としては、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、エチルベンゼン、クメン、安息香酸などが挙げられる。へテロ置換芳香族類としては、アニソール、ジメトキシベンゼン、フェノール、アニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリンなどが挙げられる。多環芳香族類としては、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナントレン、テトラリン、アズレンなどが挙げられる。シフ塩基類としては、2-aza-hept-1-en-1-yl-cyclohexaneなどが挙げられる。ヘテロ芳香族類としては、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリンなどが挙げられる。ヘテロ５員環化合物類としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾールなどが挙げられる。キノン類としては、ベンゾキノン、ナフトキノンなどが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。なお、言うまでもないことであるが、二酸化炭素や一酸化炭素は不飽和結合を有しているが一般に有機化合物とは見なされないので、本実施形態における不飽和結合を有する有機化合物から除外される。
【００２３】
上記の不飽和化合物の中でも、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、メチルナフタレン、テトラリンなど（以下「ベンゼン等」とする。）は、水素化の前後において非水溶性であり、水と相分離可能であるため、生成物としての回収容易性の観点で、アセトン等の水溶性の有機化合物よりも好ましい。なお、非水溶性の有機化合物としては、ベンゼン等のうちの１種の化合物でもよいし、２種以上の化合物の混合物でもよい。
【００２４】
水素供給システム１００は、例えば燃料電池自動車（以下「ＦＣＶ」とする。）や水素エンジン車に水素を供給する機能を有している。
【００２５】
本実施形態では、水素供給システム１００として、ＦＣＶに高純度水素を供給する水素ステーションを例として説明を行う。図１に示すように、本実施形態に係る水素供給システム１００は、原料タンク１、気化器２、脱水素化システム３、分離器４、回収タンク５、水素精製器６、圧縮機７、蓄圧器８、ディスペンサ９、及び冷熱源１３を備えており、各構成要素はラインＬ１〜Ｌ９を介して接続されている。
【００２６】
ラインＬ１は、原料タンク１と気化器２とを接続する。ラインＬ２は、気化器２と脱水素化システム３とを接続する。ラインＬ３は、脱水素化システム３と分離器４とを接続する。ラインＬ４は、分離器４と水素精製器６とを接続する。ラインＬ５は、分離器４と回収タンク５とを接続する。ラインＬ６は、水素精製器６と圧縮機７とを接続する。ラインＬ７は、水素精製器６と気化器２とを接続する。ラインＬ８は、圧縮機７と蓄圧器８とを接続する。ラインＬ９は、蓄圧器８とディスペンサ９とを接続する。
【００２７】
原料タンク１は、本実施形態において原料となるＭＣＨを貯留する機能を有するものである。原料タンク１に貯留されるＭＣＨは、外部からタンクローリーなどで輸送され、例えば図示しない圧縮機によってラインＬ１を介して気化器２に供給される。
【００２８】
気化器２は、原料タンク１から供給されたＭＣＨを気化する機能を有するものである。気化器２によって気化されたＭＣＨは、ラインＬ２を介して脱水素化システム３へ供給される。
【００２９】
脱水素化システム３は、ＭＣＨを脱水素化反応させることによって脱水素化反応物（水素含有ガス）を生成する機能を有するものである。本実施形態に係る脱水素化反応物は、ＭＣＨを脱水素化反応させることによって生成する水素及びトルエン（脱水素化物）を主成分とするものであり、場合によっては脱水素化反応をしなかったＭＣＨ（未反応物）や不純物を含んでいる。脱水素化システム３で生成された脱水素化反応物は、ラインＬ３を介して分離器４へ供給される。
【００３０】
分離器４は、脱水素化反応物から脱水素化物であるトルエンを分離する機能を有するものであり、例えば気液分離器が挙げられる。分離器４として気液分離器を採用する場合、例えば脱水素化システム３からラインＬ３を介して供給される脱水素化反応物を冷却することにより、脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨを優先的に液化させることができるため、相対的に液化し難い水素と気液分離することができる。この気液分離器における冷却温度は、分離効率の観点から低い（例えば５０℃以下）方が好ましい。また、この気液分離器における圧力は、脱水素化物であるトルエンの液化を進める観点から高い（例えば０．２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ）方が好ましい。分離器４で分離された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨは、ラインＬ５を介して回収タンク５へ供給される。分離器４でトルエンやＭＣＨを分離することにより得られた水素含有ガスは、ラインＬ４を介して水素精製器６へ供給される。
【００３１】
回収タンク５は、分離器４で分離されたトルエンやＭＣＨを貯留する機能を有するものである。回収タンク５に回収されたトルエン等は、例えばタンクローリーで製油所等に輸送し、再度水素化してＭＣＨに変換される。
【００３２】
水素精製器６は、分離器４から供給される水素含有ガスから、さらに脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨ等を除去し、例えばＦＣＶ等において要求される程度まで水素純度を高める機能を有するものである。水素精製器６によって得られた高純度水素（精製ガス）は、ラインＬ６を介して直接的あるいは間接的に圧縮機７へ供給される。ここで、間接的とは、例えば高純度水素をタンク等に一旦貯留することなどを意味する。一方、水素精製器６によって除去された脱水素化物であるトルエンや未反応物であるＭＣＨ等を含むオフガスは、水素精製器６において精製ガスとして回収できなかった水素とともに、ラインＬ７へ供給される。ラインＬ７へ供給されたオフガスは、例えば図示しない圧縮機を介して気化器２に供給され、原料タンク１から供給され且つ気化器２で気化された原料（ＭＣＨ）とともに、ラインＬ２を介して脱水素化システム３に供給される。なお、原料にオフガスを混在させて脱水素化システム３に供給する場合でも、単に「原料を脱水素化システム３に供給する」といったような表現で説明をする場合がある。
【００３３】
水素精製器６としては、例えば、水素分離膜を含んでなる膜分離装置、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法又はＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｗｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法を用いる吸着除去装置などが挙げられる。
【００３４】
圧縮機７は、水素精製器６で得られた高純度水素をより高圧（例えば２０ＭＰａ〜９０ＭＰａ）にする機能を有するものである。圧縮機７によって高圧状態とされた高純度水素は、ラインＬ８を介して蓄圧器８に供給される。なお、本実施形態では、圧縮機７によって高圧状態とされた高純度水素を蓄圧器８に供給する構成としているが、これには限られず、例えば当該高圧状態の高純度水素を直接的にディスペンサ９に供給してもよい。
【００３５】
蓄圧器８は、高純度水素を高圧状態で蓄える機能を有するものである。蓄圧器８に高圧状態で蓄えられた高純度水素は、ラインＬ９を介して、ディスペンサ９によってＦＣＶに供給される。本実施形態では、例えばＦＣＶへの水素供給速度を高めることを可能にする観点から、ラインＬ９を通過する高純度水素を冷熱源１３によって冷却する構成としているが、これには限られず、冷熱源１３を採用しない構成としてもよい。
【００３６】
次に、脱水素化システム３の構成について説明する。
【００３７】
図２に示すように、脱水素化システム３は、脱水素化反応器３０と、原料供給機構２１と、加熱機構３５と、制御部２３と、を備えている。
【００３８】
脱水素化反応器３０は、反応容器３１と、脱水素化触媒３２と、粒状伝熱部材３３と、分配部３４と、集約部３７と、を備えている。
【００３９】
反応容器３１は、原料が内部を流通するように構成されている。本実施形態における反応容器３１は、並列配置された複数の反応管３１ａを含んで構成されているが、このような構成には限られない。本実施形態における反応管３１ａの形状は、円筒状であるが、これには限られず、例えば二重管状、箱型状、ハニカム状でもよい。
【００４０】
脱水素化触媒３２は、有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能を有するものである。本実施形態における脱水素化触媒３２は、反応容器３１を構成する各反応管３１ａの内部に位置している。脱水素化触媒３２としては、アルミナ等の多孔質担体に、例えば白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、スズ、レニウム又はゲルマニウム等の触媒金属を担持したものが挙げられる。脱水素化触媒３２の触媒粒子の形状としては、特に限られず、例えば円柱状やハニカム状などが挙げられる。
【００４１】
本実施形態における脱水素化触媒３２は、各反応管３１ａの軸方向（矢印ＡＢ方向）において、ほぼ全体に亘って位置している。すなわち、脱水素化触媒３２の配置領域における上流側の端部３２ａは、反応管３１ａの上流側の端部付近に位置する。脱水素化触媒３２の配置領域における下流側の端部３２ｂは、反応管３１ａの下流側の端部付近に位置する。なお、反応管３１ａの上流側の端部及び反応管３１ａの下流側の端部における脱水素化触媒３２の配置領域外には、脱水素化触媒３２の位置を規定する機能を有する粒子層や網目状の支持体を位置させてもよい。また、本明細書において「上流側」とは、反応容器３１内の原料や脱水素化反応物の流通方向（矢印Ｂ方向）において、所定位置より上流寄りの方向（矢印Ａ方向）を意味し、「下流側」とは、反応容器３１内の原料や脱水素化反応物の流通方向（矢印Ｂ方向）において、所定位置より下流寄りの方向（矢印Ｂ方向）を意味している。
【００４２】
粒状伝熱部材３３は、反応容器３１の外部から供給される熱を反応容器３１の内部に伝達する機能を有するものであり、脱水素化触媒３２よりも熱伝導率が高い。本実施形態における粒状伝熱部材３３は、脱水素化触媒３２と混合した状態で、反応容器３１の各反応管３１ａ内における脱水素化触媒３２の配置領域の全体にわたって位置している。粒状伝熱部材３３の構成材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア等の金属酸化物、ステンレス等の金属、炭化ケイ素等の化学的安定性の高い化合物等が挙げられ、中でも、熱伝導性の観点で金属および炭化ケイ素が好ましい。粒状伝熱部材３３を構成する粒子の形状としては、球状、円柱状などが挙げられるが、これらの形状には特に限定されない。粒状伝熱部材３３としては、脱水素化触媒３２に与える負荷を抑制する観点から、脱水素化触媒３２の熱膨張率以下の熱膨張率となるものを採用するのが好ましく、例えば金属酸化物や炭化ケイ素が好ましい。粒状伝熱部材３３の熱伝導率は、反応容器３１の外部から供給される熱をその内部までより効果的に伝える観点から、反応容器３１の熱伝導率以上とするのが好ましい。粒状伝熱部材３３を構成する粒子の体積平均径は、脱水素化触媒３２を構成する触媒粒子の体積平均径より大きいのが好ましく、例えば脱水素化触媒３２を構成する触媒粒子の体積平均径としては１〜５ｍｍ、粒状伝熱部材３３を構成する粒子の体積平均径としては２〜１０ｍｍとされる。なお、反応容器３１内での粒状伝熱部材３３の位置の詳細については後述する。
【００４３】
分配部３４は、原料供給機構２１により供給量を調整しつつ、ラインＬ２を介して気化器２（図１参照）から供給される原料を、反応容器３１を構成する各反応管３１ａへ分配する機能を有するものであり、当該各反応管３１ａの上流側の端部に位置している。分配部３４は、ラインＬ２を介して原料供給機構２１から供給される原料が流入する流入口３６を有している。本実施形態では、流入口３６のラインＬ２側に圧力調整弁４１を有する。圧力調整弁４１は、脱水素化反応器３０での脱水素化反応の反応圧力を調整する機能を有するものである。なお、脱水素化反応器３０での脱水素化反応の反応圧力の調整は、圧力調整弁４１による手法に限られず、例えば原料の供給量の調整により行ってもよいし、脱水素化反応器３０の出口側に図示しない吸引部を配置して行ってもよい。
【００４４】
集約部３７は、反応容器３１内に位置する脱水素化触媒３２で原料を脱水素化反応することによって生成され、反応容器３１を構成する各反応管３１ａから排出される脱水素化反応物（水素含有ガス）を集約する機能を有するものであり、各反応管３１ａの下流側の端部に位置している。集約部３７は、脱水素化反応物をラインＬ３に排出する排出口３８を有している。
【００４５】
原料供給機構２１は、制御部２３からの制御信号に基づき、脱水素化反応器３０における流入口３６への原料供給を調整する機能を有するものである。本実施形態における原料供給機構２１は、ラインＬ１を介して原料タンク１から原料を供給するためのポンプ（図示せず）、及び原料の供給量を調整するための流量調整弁（図示せず）を含んで構成されているが、このような構成には限られない。
【００４６】
加熱機構３５は、脱水素化反応器３０を加熱する機能、並びに、制御部２３からの制御信号に基づき、脱水素化反応器３０への熱供給を調整する機能を有するものである。本実施形態における加熱機構３５は、熱源２２及び熱交換器３９を含んで構成されているが、このような構成には限られず、例えば電気ヒータによる構成としてもよい。
【００４７】
熱源２２は、熱交換器３９に供給される熱媒体を加熱（例えば３４０℃〜３５０℃）する機能を有するものである。本実施形態における熱源２２は、制御部２３からの制御信号に基づき、熱媒体の加熱温度を調整する。また、本実施形態における熱源２２は、熱源２２で加熱された熱媒体を熱交換器３９に供給する機能を有している。このような機能を有するため、制御部２３からの制御信号に基づき、熱交換器３９への熱媒体の供給速度（流量）を調整することができる。なお、熱媒体の熱交換器３９への供給は、熱源２２とは別体のポンプを配置して行うようにしてもよい。
【００４８】
熱交換器３９は、熱源２２から供給される熱媒体と、脱水素化反応器３０を構成する各反応管３１ａ（ひいては、各反応管３１ａ内に位置する脱水素化触媒３２等）と、の間で熱交換する機能を有するものである。本実施形態における熱交換器３９は、流入口４４および排出口４６を有し、反応容器３１における脱水素化触媒３２および粒状伝熱部材３３が位置する領域を取り囲むように位置している。流入口４４は、熱源２２から供給される熱媒体を熱交換器３９内に流入させるためのものであり、反応容器３１の下流側の端部付近に位置している。排出口４６は、熱交換器３９内の熱媒体を熱交換器３９外に排出させるためのものであり、反応容器３１の上流側の端部付近に位置している。このような構成によると、反応容器３１の上流側に比べて下流側の温度を相対的に高い状態とすることができるため、有機ハイドライドの転化率を高めるうえで好適である。なお、熱交換器３９の構成は、上述のものに限られず、例えば流入口４４を反応容器３１の上流側の端部付近に配置し、排出口４６を反応容器３１の下流側の端部付近に配置する構成としてもよい。
【００４９】
制御部２３は、脱水素化システム３を構成する各構成要素を制御する制御信号を送信する機能を有するものであり、例えば中央演算装置（ＣＰＵ）、記憶媒体、表示装置を含んで構成されている。本実施形態における制御部２３は、例えば脱水素化システム３のシステム運転中において、脱水素化反応器３０での脱水素化反応に関する制御を行う。具体的には、制御部２３は、原料供給機構２１を制御することによって脱水素化反応器３０へ原料を供給すると共に、熱源２２を制御することによって熱媒体を介して脱水素化反応器３０へ熱を供給する。なお、制御部２３は、図１に示す水素供給システム１００全体を制御するための機能を有していてもよい。
【００５０】
上述のように構成された脱水素化反応器３０の反応容器３１内には、脱水素化触媒３２と粒状伝熱部材３３とを混合することによって構成される混合部５０が存在する。本実施形態における混合部５０は、図３に示すように、脱水素化触媒３２の触媒粒子の間に、粒状伝熱部材３３の粒子をランダムに位置させることによって構成されている。反応管３１ａの軸方向（矢印ＡＢ方向）に垂直な断面を見た場合、本実施形態における混合部５０では、脱水素化触媒３２の触媒粒子に対して粒状伝熱部材３３の粒子が略均等に分散している。これにより、反応管３１ａの管壁を介して反応容器３１の外部から伝達された加熱機構３５により供給される熱は、粒状伝熱部材３３を介して反応管３１ａの内部（例えば当該管壁からの離間距離が大きい部位）まで、より偏りなく伝達される。なお、本実施形態における混合部５０は、例えば、脱水素化触媒３２の触媒粒子と粒状伝熱部材３３の粒子とをらせん状に排出する機能を有する混合機から排出して、反応管３１ａ内に充填することによって構成される。
【００５１】
混合部５０は、反応管３１ａにおける脱水素化触媒３２の配置領域の全領域、または一部の領域に位置するように構成される。混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、反応容器３１内の軸方向（矢印ＡＢ方向）において一定であってよく、当該軸方向において変化してもよい。ここで、脱水素化触媒３２の体積分率とは、所定の領域内に位置する脱水素化触媒３２の総体積と粒状伝熱部材３３の総体積との和に対する脱水素化触媒３２の総体積の割合を意味する。なお、図２及び図４において、グレースケールを付した部分は混合部５０を示しており、グレースケールが濃いほど粒状伝熱部材３３が多く含まれることを示している。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態における混合部５０は、反応管３１ａの軸方向（矢印ＡＢ方向）における全領域に位置している。すなわち、当該軸方向において脱水素化触媒３２の配置領域の全てが、混合部５０として構成されている。本実施形態では、混合部５０の端部５０ａ，５０ｂはそれぞれ脱水素化触媒３２の端部３２ａ，３２ｂと一致している。また、本実施形態における混合部５０は、脱水素化触媒３２の体積分率が端部５０ａから端部５０ｂへ至るまで実質的に一定となるように構成されている。ここで、実質的とは、製造上の誤差程度の変化を含むことを意味している。
【００５３】
混合部５０は、反応管３１ａの軸方向（矢印ＡＢ方向）における一部の領域に位置していてもよい。この場合、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、反応管３１ａにおいて脱水素化触媒３２の配置領域の一部に混合部５０が位置し、他の領域には粒状伝熱部材３３が含まれない非混合部５１が位置する。
【００５４】
ここで、図５のグラフを参照して反応容器３１の反応管３１ａ内の温度変化について説明する。図５は、反応管３１ａにおける脱水素化触媒３２の配置領域の全てが非混合部５１である場合において、端部３２ａから端部３２ｂへ至るまでの反応管３１ａ内の温度変化の一例を示すグラフである。反応管３１ａには、加熱機構３５によって脱水素化触媒３２の配置領域の全体にわたって熱が供給されるが、図５に示すように、所定温度の原料が反応管３１ａに端部３２ａ側から流れ込むと、吸熱反応であるＭＣＨの脱水素化反応が急激に進むことによって、当該端部３２ａ付近にて急激に温度が低下する。そして、端部３２ｂ側へ向かうに従って未反応のＭＣＨの量が減るのに伴い、吸熱反応である脱水素化反応が減るため、徐々に温度が高くなってゆく。従って、温度が低くなり易い反応管３１ａの上流側に混合部５０を位置させることによって熱伝導性を高めることが、脱水素化触媒３２を効率的に利用する観点で好ましい。
【００５５】
例えば図４（ａ）に示すように、混合部５０は、反応容器３１内の上流部ＦＰ及び下流部ＢＰのうち、上流部ＦＰのみに位置していてもよい。ここで、「上流部ＦＰ」とは反応容器３１の反応管３１ａの前半部分を示し、「下流部ＢＰ」とは反応容器３１の反応管３１ａの後半部分を示す。中央線ＣＬ２は、脱水素化触媒３２の端部３２ａと端部３２ｂとの間の中央位置を示すものである。図４（ａ）に示す例における混合部５０は、上流部ＦＰの全域に位置しており、その端部５０ａが脱水素化触媒３２の端部３２ａと一致しており、その端部５０ｂが中央線ＣＬ２に位置している。また、図４（ａ）に示す例における混合部５０は、脱水素化触媒３２の体積分率が端部５０ａから端部５０ｂへ至るまで一定である。なお、混合部５０の構成としては、図４（ａ）の例に示すものには限られず、例えば混合部５０の端部５０ｂが中央線ＣＬ２よりも上流側に位置するように、混合部５０が上流部ＦＰの一部のみに位置していてもよい。
【００５６】
例えば図４（ｂ）に示すように、混合部５０は、その一部が反応容器３１内の下流部ＢＰに位置していてもよい。このような構成とする場合、混合部５０のうち、反応容器３１内の上流部ＦＰに位置する部分を、反応容器３１内の下流部ＢＰに位置する部分より大きくすることが、脱水素化触媒３２の効率的な利用の観点で好ましい。図４（ｂ）に示す例における混合部５０は、上流部ＦＰの全域に位置すると共に、下流部ＢＰにおける上流側の一部に位置しており、その端部５０ａと中央線ＣＬ２との間の軸方向における距離がその端部５０ｂと中央線ＣＬ２との間の軸方向における距離よりも大きい。また、図４（ｂ）に示す例における混合部５０は、脱水素化触媒３２の体積分率が端部５０ａから端部５０ｂへ至るまで一定である。
【００５７】
また、図４（ｂ）では混合部５０の端部５０ａが脱水素化触媒３２の端部３２ａと一致しているが、例えば図４（ｃ）に示すように、混合部５０の端部５０ａが脱水素化触媒３２の端部３２ａよりも下流側に位置してよい。これによって、混合部５０よりも上流側に非混合部５１が位置する。このような構成とする場合であっても、混合部５０のうち、反応容器３１内の上流部ＦＰに位置する部分が、反応容器３１内の下流部ＢＰに位置する部分より大きくなるように、端部５０ａの位置を設定することが、脱水素化触媒３２の効率的な利用の観点で好ましい。特に、混合部５０は、図５に示すグラフにおいて最も温度が低くなる極小点Ｐに対応する部分を少なくとも含むように位置することが脱水素化触媒３２の効率的な利用の観点で好ましい。また、図４（ｃ）に示す例における混合部５０は、脱水素化触媒３２の体積分率が端部５０ａから端部５０ｂへ至るまで一定である。なお、図４（ａ）に示す例においても、混合部５０の端部５０ａは脱水素化触媒３２の端部３２ａよりも下流側に位置してもよい。
【００５８】
図２、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す例における混合部５０は、脱水素化触媒３２の体積分率が反応容器３１内の軸方向において一定であったが、図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、反応容器３１内の軸方向において脱水素化触媒３２の体積分率が変化してもよい。また、温度が下がり易い反応管３１ａの上流側の熱伝導性を向上することが脱水素化触媒３２の効率的な利用の観点で好ましいため、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、反応容器３１内の上流側より下流側の方が大きいことが好ましい。
【００５９】
例えば図４（ｄ）に示すように、混合部５０の端部５０ａから端部５０ｂへ向かうに従って徐々に脱水素化触媒３２の体積分率が大きくなる（粒状伝熱部材３３の体積分率が小さくなる）ように、体積分率を変化させてよい。脱水素化触媒３２の体積分率は、混合部５０の端部５０ａからの離間距離に応じて一定の割合で変化してもよいが、一定の割合で変化しなくともよい。例えば、上流部ＦＰでは、混合部５０の端部５０ａからの離間距離に対する脱水素化触媒３２の体積分率の増加率が小さく、下流部ＢＰでは増加率を大きくしてもよい。あるいは、反応管３１ａの軸方向における一部の領域では混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率を一定にし、他の領域において、脱水素化触媒３２の体積分率を変化させてよい。
【００６０】
例えば図４（ｅ）に示すように、混合部５０は、第１混合領域５０Ａと、第１混合領域５０Ａより反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における下流側に位置する第２混合領域５０Ｂとを含み、第２混合領域５０Ｂにおける脱水素化触媒３２の体積分率は、第１混合領域５０Ａにおける脱水素化触媒３２の体積分率より大きくてよい。このように、図４（ｄ）では脱水素化触媒３２の体積分率が上流側から下流側へ向かって徐々に大きくなるのに対し、図４（ｅ）では体積分率が段階的に大きくなる。図４（ｅ）に示す例における混合部５０は、上流部ＦＰに第１混合領域５０Ａが位置し、下流部ＢＰに第２混合領域５０Ｂが位置している。ただし、混合領域をどのように区切るかは特に限定されず、第１混合領域５０Ａと第２混合領域５０Ｂの境界部の位置を、中央線ＣＬ２から軸方向においてずれた位置に設定してもよい。また、図４（ｅ）に示す例における混合部５０は、混合領域を二つ含んでいるが、三つ以上含んでもよい。また、各混合領域の間に非混合部５１が介在していてもよい。なお、図４（ｄ）及び図４（ｅ）では混合部５０が反応管３１ａの全領域に位置している構成を例示したが、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）のように混合部５０が反応管３１ａの一部に位置している構成において、脱水素化触媒３２の体積分率を変化させてもよい。
【００６１】
次に、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率の設定について説明する。混合部５０における粒状伝熱部材３３の量を増やした場合、例えば脱水素化反応が急激に起こる脱水素化触媒３２の端部３２ａ付近でも当該脱水素化反応に必要な熱をより多く供給することができる。その一方、混合部５０における粒状伝熱部材３３の量を増やすと、それに伴い反応容器３１内に充填できる脱水素化触媒３２の量が減るため、粒状伝熱部材３３の量を増やし過ぎると、粒状伝熱部材３３を加えない場合より生成される水素の量が低減する場合がある。従って、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、脱水素化触媒３２の粒状伝熱部材３３への置き換えに起因する水素生成量の低下の影響に比して、粒状伝熱部材３３を増やすことによる転化率の向上の影響が大きくなるような範囲に設定することが好ましい。
【００６２】
具体的には、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、混合部５０におけるＭＣＨ（有機ハイドライド）の最終転化率が、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率以上となる範囲に設定されることが好ましい。ここで、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率とは、混合部５０に位置する脱水素化触媒３２の総体積と粒状伝熱部材３３の総体積との和と同じ体積で脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率である。
【００６３】
ここで、「最終転化率」とは、ある領域（例えば混合部５０）の端部５０ｂの位置における転化率である。例えば、混合部５０におけるＭＣＨの最終転化率は、（１−端部５０ｂでのＭＣＨモル流量／端部５０ａでのＭＣＨモル流量）×１００、（端部５０ｂでのトルエンのモル流量/（端部５０ｂでのＭＣＨモル流量＋端部５０ｂでのトルエンのモル流量））×１００、または（端部５０ｂでの水素モル流量−端部５０ａでの水素モル流量）/（端部５０ａでのＭＣＨモル流量×３）×１００のいずれかで定義することができる。
【００６４】
図６及び図７を参照して、具体的な混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率の設定方法について説明する。図６及び図７は、図２に示すように反応管３１ａの全領域が混合部５０であって、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率が軸方向において一定とした場合における、脱水素化触媒３２の体積分率と最終転化率の関係を示すグラフである。ここでの「最終転化率」とは、上述で説明した混合部５０におけるＭＣＨの最終転化率であり、混合部５０の端部５０ｂ（すなわち脱水素化触媒３２の端部３２ｂ）の位置における転化率である。また、図６では、反応管３１ａの外径を３０ｍｍ、反応管３１ａの厚さを３ｍｍ、反応管３１ａの長さを１５００ｍｍ、脱水素化触媒３２とＭＣＨとの接触時間（ＬＨＳＶ）を１．５ｈ−１、Ｈ２／ＭＣＨ入口比を０．６７ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＭＣＨ入口温度を３５０℃、熱媒体の入口温度を３５０℃、及び反応圧力を０．２９ＭＰａとして演算を行った。図７では、反応管３１ａの外径を５０ｍｍ、反応管３１ａの厚さを３ｍｍ、反応管３１ａの長さを１５００ｍｍ、脱水素化触媒３２とＭＣＨとの接触時間（ＬＨＳＶ）を０．８ｈ−１、Ｈ２／ＭＣＨ入口比を０．６７ｍｏｌ／ｍｏｌ、ＭＣＨ入口温度を３５０℃、熱媒体の入口温度を３５０℃、及び反応圧力を０．２９ＭＰａとして演算を行った。また、図６及び図７に示す検討では、脱水素化触媒３２として多孔質アルミナに白金を触媒金属として担持したものを用い、粒状伝熱部材３３として緻密質アルミナを用いた。
【００６５】
図６においては、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率は、約８８．４％となった。これに対して、脱水素化触媒３２の体積分率が１１体積％以上の範囲であれば、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％としたときよりも最終転化率が高くなる。従って、上述の条件下で使用する場合、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率として、１１体積％以上の範囲に設定することが水素の生成を効率的に行いつつ、脱水素化触媒３２を効率的に利用する観点で好ましい。図７においては、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率は、約６７．８％となった。これに対して、脱水素化触媒３２の体積分率が４体積％以上の範囲であれば、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％としたときよりも最終転化率が高くなる。従って、上述の条件下で使用する場合、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率として、４体積％以上の範囲に設定することが好ましい。以上のように脱水素化反応器３０の製造時において、上述のような計算や実験によるデータに基づいて混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率を定め、当該体積分率に混合された脱水素化触媒３２及び粒状伝熱部材３３が反応容器３１に充填される。なお、反応温度、反応圧力、原料の供給量等のパラメータは、脱水素化反応器３０の製造後においても変更可能なパラメータである。従って、製造時においては、これらのパラメータを変化させた複数の条件下でのデータを取得し、各パラメータの変化に関わらず、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合よりも高い最終転化率が得られるように、脱水素化触媒３２の体積分率を設定してもよい。
【００６６】
なお、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）のように反応管３１ａにおける一部の領域に混合部５０が位置している場合であっても、上述と同趣旨の方法によって、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率を設定することができる。すなわち、混合部５０の端部５０ａと端部５０ｂとの間の領域の脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率を演算や実験によって導き出し、当該最終転化率以上となるような範囲に、混合部５０の脱水素化触媒３２の体積分率を設定すればよい。なお、脱水素化触媒３２を効率的に利用する観点から、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、混合部５０におけるＭＣＨの最終転化率が、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合におけるＭＣＨの最終転化率より小さくなる範囲に設定されてもよい。
【００６７】
次に、本実施形態に係る脱水素化反応器３０の作用・効果について説明する。
【００６８】
本実施形態に係る脱水素化反応器３０では、反応容器３１内に、脱水素化触媒３２と粒状伝熱部材３３とを混合することによって構成される混合部５０が存在する。粒状伝熱部材３３は、脱水素化触媒３２よりも熱伝導率が高いため、混合部５０においては、加熱機構３５によって反応容器３１の外部から供給される熱を、粒状伝熱部材３３を介して反応容器３１における反応管３１ａの内部へ伝達され易くなる。例えば、図３に示すように、加熱機構３５によって反応容器３１の外部から供給される熱は、反応管３１ａの管壁を介して内部へ伝達され、内部へ伝達された熱は粒状伝熱部材３３を介して反応管３１ａの内部全体へ伝達される。従って、例えば管壁から離間距離が大きい中心軸線ＣＬ１付近の脱水素化触媒３２に対しても、熱が十分に伝達される。これによって、反応管３１ａの中心軸線ＣＬ１付近にも、脱水素化反応に必要な熱を供給することができるため、脱水素化触媒３２を効率的に利用することができる。また、脱水素化触媒３２を効率的に利用することができることにより、必要な水素生成量を確保するための触媒量を低減することができる。なお、脱水素化反応器３０では、反応管３１ａの径を小さくしたり、反応管３１ａ内に伝熱用のフィンを設けたりしなくても、脱水素化触媒３２を効率的に利用することができるため、反応容器３１の小型化や脱水素化触媒３２の充填作業性の観点でも好ましい。
【００６９】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、粒状伝熱部材３３を構成する粒子の体積平均径は、脱水素化触媒３２を構成する触媒粒子の体積平均径より大きくてよい。このような構成によると、粒状伝熱部材３３同士が接触し易く、熱伝導パスが形成され易いため、反応容器３１の内部方向に向かって（反応管３１ａの径方向における中心軸線ＣＬ１に向かって）温度勾配が小さくなる。従って、脱水素化反応器３０では、反応容器３１の外部から供給される熱が伝達し難い内部（例えば中心軸線ＣＬ１付近）にも、脱水素化反応に対して充分な熱をより効果的に供給することが可能となるため、脱水素化触媒３２をより効率的に利用することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、混合部５０のうち、反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流部ＦＰに位置する部分は、反応容器３１内の下流部ＢＰに位置する部分より大きくてよい。反応容器３１の下流部ＢＰに比して上流部ＦＰの方が、反応容器３１内を流通する流体中の有機ハイドライド割合が大きいため、吸熱反応である脱水素化反応に起因する反応容器３１内の温度低下が生じやすい傾向がある。従って、混合部５０のうち、反応容器３１内の上流部ＦＰに位置する部分の割合を下流部ＢＰに位置する部分の割合より大きくすることによって、反応容器３１内に位置する脱水素化触媒３２をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、混合部５０は、反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流部ＦＰにのみ位置してよい。このような構成によると、特に脱水素化反応に起因する反応容器３１内の温度低下が大きくなり易い傾向がある上流部ＦＰにおいて優先的に熱供給を行うことによって、反応容器３１内に位置する脱水素化触媒３２をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００７２】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流側より下流側の方が大きくてよい。すなわち、混合部５０において反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流側の方が粒状伝熱部材３３の量が相対的に多くなる。これによって、脱水素化反応に起因する反応容器３１内の温度低下が相対的に大きくなる傾向がある反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流側ほど、粒状伝熱部材３３を介した熱供給を多くすることが可能となるため、脱水素化触媒３２をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、混合部５０は、第１混合領域５０Ａと、第１混合領域５０Ａより反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における下流側に位置する第２混合領域５０Ｂとを含み、第２混合領域５０Ｂにおける脱水素化触媒３２の体積分率は、第１混合領域５０Ａにおける脱水素化触媒３２の体積分率より大きくてよい。すなわち、反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流側に位置する第１混合領域５０Ａにおける粒状伝熱部材３３の量が相対的に多くなる。これによって、脱水素化反応に起因する反応容器３１内の温度低下が相対的に大きくなる傾向がある反応容器３１内の原料の流通方向（矢印Ｂ方向）における上流側で、粒状伝熱部材３３を介した熱供給を多くすることが可能となるため、脱水素化触媒３２をより全体にわたって効率的に利用することができる。
【００７４】
また、本実施形態に係る脱水素化反応器３０において、混合部５０における脱水素化触媒３２の体積分率は、混合部５０における有機ハイドライドの最終転化率が混合部５０に位置する脱水素化触媒３２の総体積と粒状伝熱部材３３の総体積との和と同じ体積で脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした場合における有機ハイドライドの最終転化率以上となる範囲に設定されてよい。このような構成によると、脱水素化触媒３２の体積分率を１００体積％とした（混合部５０を設けない）場合に比べて、脱水素化触媒３２の触媒量を低減しても、最終転化率以上で水素を製造することができるため、脱水素化触媒３２を効率的に利用しつつ、水素の製造を効率的に行うことができる。
【００７５】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００７６】
例えば、脱水素化反応器３０を加熱する熱交換器３９の構成は上述の実施形態のようなものに限られない。また、脱水素化反応器３０の構成は図２に示すような多管式のものに限定されず、単管式のものを採用してもよい。
【００７７】
例えば、粒状伝熱部材３３は、有機ハイドライドを脱水素化反応によって水素と脱水素化物とに変換する機能をさらに有していてもよい。
【００７８】
なお、参考形態として、反応容器３１の反応管３１ａ内に、粒状伝熱部材のみからなる層と、脱水素化触媒のみからなる層とを、軸方向に交互に位置させる構成がある。
【符号の説明】
【００７９】
３…脱水素化システム、３０…脱水素化反応器、３１…反応容器、３２…脱水素化触媒、３３…粒状伝熱部材、３５…加熱機構、５０…混合部、ＦＰ…上流部、ＢＰ…下流部。
【図１】
2016050144.tif 000003
【図３】
2016050144.tif 000004
【図５】
2016050144.tif 000005
【図６】
2016050144.tif 000006
【図７】
2016050144.tif 000007
【図２】
2016050144.tif 000008
【図４】
2016050144.tif 000009