(57)【要約】  １つ又は２つ以上の化学反応器（１２）の動作方法であって、各化学反応器が化学反応プロセス用の第１のフローチャネル（１５）を熱伝達のための第２のフローチャネルに近接して備え、各化学反応器が第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを通るそれぞれの流体の流れを生じさせる流体結合部を備える、方法が、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルのうちの少なくとも一方を通る流体の流れを止めるステップと、次に流体結合部を変更するステップと、次に流体結合部を再び開くステップとを有する。反応器によって実施される化学反応プロセスには変化が生じない。流体結合部の変更は、好ましくは、流れの逆転を達成するようなものである。このためには、反応器（１２）自体の向きを変え又は反応器に連結されているダクトの構成を変更するのが良い。この変更により、反応器内における熱応力の分布状態が変化し、その結果、反応器の動作寿命を延ばすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は２つ以上の化学反応器の操作方法であって、各化学反応器が化学反応プロセス用の第１のフローチャネルを熱伝達のための第２のフローチャネルに近接して備え、各化学反応器が前記第１のフローチャネル及び前記第２のフローチャネルを通るそれぞれの流体の流れを生じさせる流体結合部を備える、方法において、この方法は、前記第１のフローチャネル若しくは前記第２のフローチャネル又はこれら両方のフローチャネルを通る流体の流れを変更して前記化学反応器内における温度分布を変化させる一方で、前記化学反応器内で起こる前記化学反応プロセスが実質的に同一のままであるようにするステップを有する、操作方法。
【請求項２】
前記方法は、前記第１のフローチャネル及び前記第２のフローチャネルうちの少なくとも一方を通る流体の流れを遮断するステップと、次に前記流体結合部を変更するステップと、次に前記流体結合部を再び開くステップとを有する、請求項１記載の操作方法。
【請求項３】
前記化学反応器は、複数個の他の化学反応器を含むプラントの一部をなし、前記方法の前記ステップは、前記プラントの保守若しくは操業停止中又は前記プラントが稼働し続けている間における前記化学反応器の保守若しくは動作停止中に実施される、請求項２記載の操作方法。
【請求項４】
前記化学反応器への前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記化学反応器を入口側及び出口側流体結合部から切り離すステップと、次に前記化学反応器の向きを変えるステップと、次に前記入口側及び前記出口側流体結合部を再び結合して前記化学反応器を通る流れの方向が前記第１のフローチャネルか前記第２のフローチャネルかのいずれか一方又はこれら両方のフローチャネルの中で逆になるようにするステップとを含む、請求項２又は３記載の操作方法。
【請求項５】
前記流体結合部は、ダクトを含み、前記化学反応器への前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記化学反応器を入口側及び出口側の前記ダクトから切り離し、次に前記ダクトを変更するステップと、次に前記ダクトを再び連結して前記化学反応器を通る流れの方向が前記第１のフローチャネルか前記第２のフローチャネルかのいずれか一方又はこれら両方のフローチャネルの中で逆になるようにするステップとを含む、請求項２又は３記載の操作方法。
【請求項６】
前記流体結合部は、ダクトを含み、前記化学反応器は、バイパスダクト及び遮断弁を備え、前記化学反応器への前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記バイパスダクトと連通している前記遮断弁を開閉して前記化学反応器を通る流れ方向を逆にするステップを含む、請求項２又は３記載の操作方法。
【請求項７】
前記化学反応プロセスは、直列に配置された２つの反応器を用いて実施され、前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記２つの反応器の位置を交換するステップを含む、請求項２又は３記載の操作方法。
【請求項８】
前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルへの流体の流れを交換するステップを含む、請求項２〜７のうちいずれか一に記載の操作方法。
【請求項９】
前記流体結合部を変更する前記ステップは、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネル内の触媒の変更と同時に実施される、請求項８記載の操作方法。
【請求項１０】
前記化学反応プロセスは、蒸気メタン改質、部分酸化、オートサーマル改質、及びフィッシャー‐トロプシュ合成の中から選択される、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の操作方法。
【請求項１１】
前記化学反応器は、他の化学反応器を含むプラントの一部をなし、前記流れの変更が適用される前記化学反応器は、前記プラントの前記他の化学反応器と並列に接続されるか直列に連結されるかのいずれかである、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の方法を実施する手段と共に１つ又は２つ以上の化学反応器を含む化学プラント。
【請求項１３】
請求項８又は請求項９に記載された方法に用いられる反応器であって、前記反応器は、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを有し、前記第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルは、実質的に同一の寸法を有する、反応器。
【請求項１４】
それぞれが第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを備えた第１の反応器及び第２の反応器と、前記第１の反応器からの出力を受け取って前記第２の反応器に入力を提供するよう構成されたダクトと、前記第２の反応器からの出力を受け取って前記第１の反応器に入力を提供するよう構成されたバイパスダクト及び弁とを有する、モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ又は２つ以上の化学反応器の動作寿命を延ばすようにする１つ又は２つ以上の化学反応器の操作方法及びかかる方法により反応器の動作寿命を延ばすための手段を備えた反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応器の動作寿命は、反応器の動作時の応力の影響を受ける。反応器が許容することができる応力は、反応器の動作温度で決まる。反応器内で起こる１種類又は複数種類以上の反応に応じて、熱応力は、反応器中で一様ではない場合がある。反応器は、反応器のどこかの部分が交換を必要とするやいなや、反応器の一部が或る相当な時間にわたって依然として引き続き動作可能な状態にある場合であっても、交換されなければならない。
【０００３】
化学反応器の中には、遠隔の場所で操作されるものがある。例えば、随伴ガスを処理するために用いられる反応器は、随伴ガスを引き出す油井の付近で操作される場合がある。かかる場所で用いられる反応器としては、蒸気メタン改質（リフォーミング）、オートサーマル改質若しくは部分酸化又はイオン移動メンブレンによって合成ガスを発生させる合成ガス発生反応器や合成ガスから合成原油を生じさせるフィッシャー‐トロプシュ合成反応器が挙げられるが、これらには限定されない。随伴ガスを処理する場合、産出されたばかりの随伴ガスを処理し、ガスを処理することができない場合の反応器動作停止時間を最小限に抑えることが重要である。ガスを処理できない場合、ガスを燃やさなければならない場合があり、燃やした場合の違約金は、益々過酷になっている。
【０００４】
従来、上述した反応に必要な触媒を反応器の壁に被着させた状態で提供できることが示唆された。この場合、触媒の寿命は、反応器の寿命を制限する場合がある。最近、触媒を取り外し可能なインサート、例えば箔に被着させた状態で反応チャネル内に設けることが提案された。その結果、触媒の寿命は、もはや反応器の寿命を制限することはない。その代わりに、反応器の寿命中、触媒を交換するための定期的な動作停止が行われている。
【０００５】
上述の合成ガス発生及びフィッシャー‐トロプシュ合成反応を含む多くの化学反応プロセスでは、化学反応体への又は化学反応体からの熱伝達が必要である。化学反応プロセスのための多くの第１のチャネル及び熱を提供し又は奪うための多くの第２のチャネルを備えた化学反応設計例が提案された。チャネルは互いに密接している場合があり且つ介在する壁によってのみ互いに隔てられているので、かかる設計例は、第１のチャネルと第２のチャネルとの間に良好な熱伝達を提供することができる。一例を挙げると、かかる反応器は、プレートのスタックから形成されるのが良く、これらプレートは、スタック中に交互に位置する第１のフローチャネルと第２のフローチャネルを構成するよう配置されており、スタックは、互いに結合される。化学反応が起こるようにするチャネル内では、触媒は、フローチャネルの壁かチャネル中に挿入された触媒担持インサートかのいずれかに設けられるのが良い。しかしながら、かかる反応器内における第１のチャネルと第２のチャネルとの間には温度差があり、確かに、任意の１つのチャネルの長さに沿って相当大きな温度差がほぼ常時存在し、その結果、熱膨張に起因する機械的応力は、非一様である。これら熱により発生する応力は、反応器材料の温度に応じて、反応器の動作寿命を短くする場合がある。
【０００６】
幾つかの反応システムでは、各反応器に第１及び第２のチャネルの各々中を流れる流体を提供するために、ヘッダが設けられている。反応器からの入力流及び出力流は、第１段反応器からの出力を第２段反応器等の入力に結合するダクト類によって互いに結合される。また、流れを制御するために、弁が設けられる場合がある。ヘッダ、弁及びダクト類の構成の結果として、各反応器は、システム内に固有の位置を占める。幾つかの反応システムでは、反応器は、圧力容器内に保持され、この場合、圧力容器それ自体は、ヘッダのうちの１つに取って代わる場合がある。本発明は、これら形式の反応器と他形式の反応器の両方に同様に利用できる。
【０００７】
本発明は、上述した問題のうちの幾つか又は全てに取り組んでこれらを軽減するために案出された。
【発明の概要】
【０００８】
本発明によれば、１つ又は２つ以上の化学反応器の操作方法であって、各化学反応器が化学反応プロセス用の第１のフローチャネルを熱伝達のための第２のフローチャネルに近接して備え、各化学反応器が第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを通るそれぞれの流体の流れを生じさせる流体結合部を備える、方法において、この方法は、第１のフローチャネル若しくは第２のフローチャネル又はこれら両方のフローチャネルを通る流体の流れを変更して化学反応器内における温度分布を変化させる一方で、化学反応器内で起こる化学反応プロセスが実質的に同一のままであるようにするステップを有することを特徴とする操作方法が提供される。
【０００９】
好ましくは、この方法は、第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルうちの少なくとも一方を通る流体の流れを遮断するステップと、次に流体結合部を変更するステップと、次に流体結合部を再び開くステップとを有する。
【００１０】
流体結合部を反応器の連続して行われる使用相互間で変更させることにより、各チャネル内の温度分布が変更され、それにより、反応器内の熱応力及び材料の温度分布が変更される。それにより、熱応力が最も大きな反応器の領域が変更され、その結果、反応器の動作寿命を延ばすことができる。流体結合部を変更することができる幾つかの互いに異なる手法が存在する。
【００１１】
流体結合部の変更は、好ましくは、化学反応器を含むプラントの保守若しくは操業停止中又は化学反応器の保守若しくは動作停止中に行われる。第１の例では、化学反応器を入口側及び出口側パイプ又はダクトから切り離し、次に化学反応器の向きを変え、パイプ又はダクトを再び連結して化学反応器を通る流れの方向が逆になるようにする。変形例では、反応器を切り離した後に、流体結合部を構成するパイプ又はダクトを変更し、次に、これらを再び連結して反応器中の流れ方向を第１のフローチャネルか第２のフローチャネルかのいずれか一方又はこれら両方のフローチャネル中で逆入する。２段反応を実施するために２つの反応器を直列に用いる場合、第１段反応器と第２段反応器を交換するのが良い。或る状況では、第１及び第２のチャネルへの流体の流れを交換して次の動作段階中に化学反応が第２のフローチャネル中で起こるようにすることが可能な場合がある。
【００１２】
理解されなければならないこととして、第２のフローチャネル、即ち、熱伝達のためのフローチャネルは、熱交換流体を収容するのが良く、変形例として、第２のフローチャネルは、第２の化学反応を生じる流体混合物を収容しても良い。例えば、第１のフローチャネル内における化学反応プロセスが吸熱プロセスである場合、所要の熱は、第２のフローチャネル中の高温流体、例えば排気ガスによるか或いは第２のフローチャネル内における発熱反応、例えば燃焼を行うかのいずれかによって供給できる。他方、第１のフローチャネル内における化学反応プロセスが発熱プロセスである場合、第１のフローチャネルからの所要の除熱は、第２のフローチャネル中に冷却用流体を供給することにより又は第２のフローチャネル中に吸熱化学反応を行うことにより達成できる。
【００１３】
プラントが全て同一の化学反応が実施される複数個の化学反応器を有する場合、反応器は、全て並列又は全て直列であって良く、或いは、並列の組をなす直列の反応器として配置されても良い。化学反応器が並列状態で動作する場合、プラントは、化学反応器のうちの１つ又は２つ以上が動作停止されている間であっても引き続き稼働することができる。本発明は、プラントの残部が動作し続けている間、動作停止されている化学反応器のうちの１つ又は２つ以上に特に利用できる。しかしながら、本発明は又、単一反応器システムにも利用できることは更に理解されよう。
【００１４】
本発明は又、１つ又は２つ以上の化学反応器を有すると共に上述の操作方法を実施することができるようにする手段を備えた化学プラントを提供する。
反応器が吸熱及び発熱反応の起こる第１及び第２のフローチャネルを有し、流体の流れの変更に当たり第１及び第２のフローチャネルへの流れの交換が必要な場合、反応器は、実質的に同一寸法を有する第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを有するのが良い。これにより、第１の形態でチャネルのために提供される触媒インサートを第２の形態で同様に良好に収容することができるようになり、その結果、この方法は、触媒インサートを第１のフローチャネルと第２のフローチャネルとの間で交換するステップを更に有するのが良い。（しかしながら、チャネル中の触媒が同一である場合、触媒を交換する必要はない。）また、同一寸法のチャネルを設けることにより、同一の反応容積及び熱伝達条件が各形態中に存在し、その結果、反応器は、採用されているのがどの形態であるということとは無関係に実質的に同一の仕方で挙動するようになる。かくして、この関係で、流れの変更前後において異なる化学反応がフローチャネルの各組中で実施される。ただし、反応器は、全体として、同一の化学反応プロセスを実施し続ける。
【００１５】
さらに、本発明によれば、それぞれが第１のフローチャネル及び第２のフローチャネルを備えた第１の反応器及び第２の反応器と、第１の反応器からの出力を受け取って第２の反応器に入力を提供するよう構成されたダクトと、第２の反応器からの出力を受け取って第１の反応器に入力を提供するよう構成されたバイパスダクト及び弁とを有することを特徴とするモジュールが提供される。流れの逆転を可能にするために２つの反応器並びにダクト類及び弁を有するモジュールを提供することにより、第１の反応器及び第２の反応器を通る流れの逆転を達成するために現場で実施することが必要な作業が最小限に抑えられる。かくして、この場合、操作の作用効果は、２段プロセスのどのステージを実施するのがどの反応器であるかを変更することにあるが、モジュールによって実施される化学反応プロセスは、不変である。
【００１６】
本発明は、多数の反応チャネルが設けられている任意の反応器に利用できる。反応器それ自体は、プレートのスタックを有するのが良い。例えば、第１及び第２のフローチャネルは、それぞれのプレートに設けられた溝によって構成されるのが良く、プレートは、積み重ねられ、次に互いに結合される。変形例として、フローチャネルは、薄板金を波形にし又はスプライン加工し、平べったいシートと交互に積み重ねたもので構成しても良く、フローチャネルの縁部は、密封ストリップで構成されるのが良い。別の変形例としてのフローチャネルは、スペーサバーにより互いに間隔を置いて設けられた平べったいシートで構成されても良い。所要の良好な熱的接触を保証するため、第１のフローチャネルと第２のフローチャネルの両方は、高さが（熱の流れ方向において）１０ｍｍ〜０．５ｍｍであるのが良く、各チャネルの幅は、約１ｍｍ〜５０ｍｍであるのが良い。反応器ブロックを形成するプレートのスタックは、拡散接合、鑞付け又はホットアイソスタティック成形により互いに結合される。第１及び第２のフローチャネルの性状は、反応器内で起こるべき１種類又は複数種類の反応で決まる。例えば、発熱化学反応用のチャネルは、スタック中において、吸熱反応用のチャネルと交互に配置されるのが良く、この場合、適当な触媒を各チャネル中に設ける必要があろう。例えば、発熱反応は、燃焼反応であるのが良く、吸熱反応は、蒸気メタン改質（リフォーミング）であるのが良い。他の場合、化学反応用のチャネル（第１のチャネル）は、スタック中において、熱伝達媒体、例えば冷却剤用のチャネルと交互に配置されるのが良い。この場合、触媒は、第１のチャネル中に必要であるに過ぎないであろう。例えば、第１のチャネルは、フィッシャー‐トロプシュ合成を実施するためのものであるのが良く、熱伝達媒体は、この場合、冷却剤である。触媒が取り外し可能なインサートに施されて提供されるべき場合、触媒を収容したチャネルは、好ましくは、高さが少なくとも２ｍｍ、幅が少なくとも２ｍｍである。本発明は、他形式の反応器に利用でき、変形例として、反応器は、シェル・アンド・チューブ型のものであるのが良い。
【００１７】
取り外し可能なインサートが触媒キャリヤとして設けられる場合、これは、１つ又は２つ以上の波形箔を有するのが良い。これに代えて、触媒は、メッシュ、フォーム又はフェルトに施された状態で提供されても良い。いずれの場合においても、触媒キャリヤは、反応器構造体の一部をなしても良く、或いは、非構造的なものであっても良い。変形例として、触媒は、チャネルの内面に施されて提供されても良い。幾つかの場合、触媒は、ペレットの形態をしているのが良い。
【００１８】
次に、添付の図面を参照して本発明を更に具体的に説明するが、これは例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】２段蒸気メタン改質型反応器モジュールの略図である。
【図２】図１の反応器モジュール内の温度の変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
今図１を参照すると、蒸気改質（リフォーミング）反応器として用いるのに適した反応モジュール１０が示されている。反応モジュール１０は、２つの反応器ブロック１２ａ，１２ｂから成り、これら反応器ブロックの各々は、平面図で見て長方形のプレートのスタックから成り、かくプレートは、耐食耐熱性合金のものである。平べったいプレートがブロック１２ａ又はブロック１２ｂの互いに反対側の端部相互間にフローチャネルを構成するようスプライン加工プレートと交互に配置されており、各チャネルの長さは、６００ｍｍであり、反応はこの長さにわたって起こるのが良い。チャンルは全て、互いに平行に延び、蒸気／メタン混合物を第１の組をなすチャネル１５に提供することができると共に空気／メタン混合物を第２の組をなすチャネル１６に提供することができるようヘッダが設けられ、第１のチャネルと第２のチャネルは、スタック中で交互に位置しており（チャネル１５，１６は、概略的に示されている）、その結果、スタック中の最上部のチャネルと最下部のチャネルは、両方共、燃焼チャネル１６である。それぞれの反応に適した触媒がチャネル１５，１６中の波形箔（図示せず）に施された状態で提供されるのが良い。火炎アレスタ１７が燃焼チャネル１６の各々の入口のところに設けられている。反応器ブロック１２ａ，１２ｂは、幾分概略的に示されており、特に、各端部のところのヘッダの構成は、図示されていない。
【００２１】
蒸気／メタン混合物が反応器ブロック１２ａ，１２ｂを直列に流通するようになっており、第１の反応器ブロック１２ａのチャネル１５の出口を第２の反応器ブロック１２ｂのチャネル１５の入口に結合するダクト２０が設けられている。同様に、燃焼混合物も又、反応器ブロック１２ａ，１２ｂを直列に流通し、第１の反応器ブロック１２ａのチャネル１６の出口を第２の反応器ブロック１２ｂのチャネル１６の入口に結合するダクト２２が設けられている。ダクト２２は、追加の空気のための入口２４を有し、その次に静的ミキサ２５が設けられ、次に追加の燃料のための入口２６が設けられ、次に別の静的ミキサ２７が設けられている。
【００２２】
反応モジュール１０の使用に当たり、蒸気／メタン混合物を予熱し、反応モジュール１０に供給する。８０％の所要空気及び６０％の所要メタン（燃料としてのメタン）の混合物を予熱し、第１の反応器ブロック１２ａに供給する。温度は、触媒のところでの燃焼の結果として上昇する。流出する高温ガスを残りの２０％の所要空気（入口２４及び静的ミキサ２５によって）に混合し、次に残りの４０％の所要メタン（入口２６及び静的ミキサ２７によって）混合し、そして第２の反応器ブロック１２ｂの燃焼チャネル１６に供給する。
【００２３】
次に図２を参照すると、この図は、燃焼チャネル１６（Ａで印付けられている）の長さＬに沿う温度Ｔの変化及び改質チャネル１５（Ｂで印付けられている）に沿う温度Ｔの変化をグラフで示している。Ｌ＝０とＬ＝０．６ｍとの間のグラフの部分は、第１の反応器ブロック１２ａに相当し、Ｌ＝０．６ｍとＬ＝１．２ｍとの間のグラフの部分は、第２の反応器ブロック１２ｂに相当している。注目されるように、改質チャネル１５中の温度Ｔは、燃焼がいったん始まると、隣接の燃焼チャネル１６中の温度Ｔよりも常時低い。燃焼ガス温度は、第１の反応器ブロック１２ａと第２の反応器ブロック１２ｂとの間（Ｌ＝０．６ｍの位置）における空気の追加（入口２４から）の結果として、下向きの段階的変化を受ける。
【００２４】
理解されるように、燃焼チャネル及び改質チャネル中の空間速度を調節すると共に各反応器ブロックへの燃焼のために提供される燃料と空気の比率を調節することにより、反応器ブロック１２ａ，１２ｂ中の温度分布を変えることができる。温度変化、特に、第１のフローチャネルと第２のフローチャネルとの間の温度差及びチャネルの長さに沿う温度変化は、熱応力が反応器ブロックの構造中に生じるようなものであり、熱応力を温度分布の変更によって減少させることができるが、熱応力をなくすことはできない。また、理解されるように、この例では、温度変化は、第２段反応器ブロック１２ｂの場合よりも第１段反応器ブロック１２ａの方が大きい。
【００２５】
反応モジュール１０は、化学プラントの一部をなすのが良く、この場合、反応モジュール１０により生じる合成ガスは、他の生成物を生じさせるようプラント中の他の反応器に送られる。プラントは、並列に配置された複数個のかかる反応モジュール１０を有するのが良く、従って、使用中の反応モジュール１０の数を変化させることにより合成ガスの生成量を調節することができるようになっている。この場合、モジュールは、プラントの残部を操業停止させないで、例えば保守のために動作停止させることができる。いずれの場合においても、単一のかかる反応モジュール１０が設けられているにせよ複数個の反応モジュール１０が設けられているにせよ、いずれにせよ、場合によっては、例えば使用済み触媒を交換するために保守又は点検整備のために反応モジュール１０を動作停止させることが必要である。反応モジュール１０を動作停止させる場合、これにより、本発明に従って変化を行う機会が提供される。例えば、一反応器ブロック、例えば、反応器ブロック１２ａをその関連の入口及び出口ダクトから切り離すことができ、次に、反応器ブロック１２ａの向きを変え、次にダクトを再び連結することができ、その結果、反応器ブロック１２ａを通る流れ方向が逆になる。変形例として、反応器ブロック、例えば反応器ブロック１２ａを定位置に残すのが好都合な場合があり、反応器ブロック１２ａを切り離した後、関連の入口及び出口ダクトを延長させてこれらを互いに連結し、その結果、反応器ブロック１２ａを通る流れ方向を逆にする。この例では、流れが引き続き並流であるようにするために第１のフローチャネル１５と第２のフローチャネル１６の両方と連通したダクトに対してこれら変更を行うことが好ましい。他の反応器では、１組のチャネルのうちの１本にのみかかる変更を行うことが好ましい場合がある。理解されるように、かかる変更は、反応器ブロック１２ａに対する変更に代えて又はかかる変更に加えて、他方の反応器ブロック１２ｂに対して実施可能である。燃焼チャネル１６中の流れ方向を逆にする場合、火炎アレスタ１７をチャネル１６の一端から他端に移動させるのが良く、変形例として、火炎アレスタ１７をチャネル１６の両端に設けても良い。
【００２６】
本発明は、熱が熱伝達チャネル内の触媒燃焼によって提供される反応器に利用できるだけでなく、熱が外部燃焼反応により生じる高温ガスにより提供され、高温ガスが熱伝達チャネル中を流れる反応器にも利用できる。
【００２７】
さらに別の変形例として、第１の反応（蒸気メタン改質）に用いられる触媒が第２の反応（燃焼）に用いるのにも適している場合又はこの逆の関係が成り立つ場合、ダクトを反応器ブロック、例えば反応器ブロック１２ａから切り離し、次に他方の組をなすチャネルに再び連結しても良い。この例では、このためには蒸気／メタン混合物を第２の組をなすチャネル１６に供給し、空気／メタン混合物を第１の組をなすチャネル１５に供給する必要がある。触媒が両方の反応に適していない場合、触媒をチャネル１５及びチャネル１６から取り外して他方の組をなすチャネル中に挿入するのが良い。これには、代表的には、使用済み触媒を部分的に又は全体として取り外し、新品の触媒を挿入する。この例では、チャネル１５及びチャネル１６は、好ましくは、同一の触媒がチャネル中に嵌まり込むように、しかも、提供される反応容積が変化後において変化前と同一であるように同一寸法を有する。この場合も又、かかる変更は、反応器ブロック１２ａに対する変更に代えて又はかかる変更に加えて、他方の反応器ブロック１２ｂに対して実施可能であることは理解されよう。
【００２８】
この例では、別の変形例として、反応器ブロック１２ａと反応器ブロック１２ｂの両方を切り離して位置を交換し、次にこれらを再び連結して反応の第１段が反応器ブロック１２ｂ中で起こり、第２段が反応器ブロック１２ａ中で起こるようにしても良い。このためには、反応器ブロック自体を動かし又は反応器ブロックを定位置に残し、フローダクトを変更するのが良い。
【００２９】
プラントは、流れ方向の逆転を生じさせるのに適したダクトを有するのが良く、その結果、弁の位置を変える必要があるに過ぎないようになっていることは理解されよう。これは、第１段反応器ブロック１２ａ中へのメタン及び蒸気の流れに関連して図１に示されている。この目的のために、第１のフローチャネル１５に通じる入口ダクトには遮断弁３０が設けられると共に第１のフローチャネル１５の出口から通じるダクト２０には遮断弁３２が設けられるのが良い。入口バイパスダクト３４（破線で示されている）が遮断弁３０の上流側と遮断弁３２の上流側を互いに連通させ、出口バイパスダクト３６（破線で示されている）が遮断弁３０の下流側と遮断弁３２の下流側を互いに連通させている。入口バイパスダクト３４と出口バイパスダクト３６の両方は、両端部のところに遮断弁３５を更に備えている。初期動作モードでは、遮断弁３０，３２の両方は開かれ、遮断弁３５は全て閉じられている。したがって、メタンと蒸気の混合物は、上述したようにフローチャネル１５に沿って左側から右側に反応器ブロック１２ａを流通する。流れ方向を逆にする場合、遮断弁３０，３２の両方を閉じ、遮断弁３５を全て開く。この場合、メタンと蒸気の混合物は、入口バイパスダクト３４に沿って流れ、次にフローチャネル１５に沿って右側から左側に流れ、次に出口バイパスダクト３６に沿って流れる。理解されるように、第１段反応器ブロック１２ａに提供される燃焼ガスについて入口及び出口バイパスダクト並びに遮断弁の同様な構成も又設けるのが良い。また、第２段反応器ブロック１２ｂを改造してかかるバイパスダクト及び遮断弁を同様に備えるのが良いことは理解されよう。
【００３０】
反応器ブロック、例えばブロック１２ａにかかる変更を加えた後、モジュール１０を使用状態に戻すと、熱応力は、反応器ブロック１２ａの互いに異なる部分に影響を及ぼすことになろう。それ故、最も大きな熱応力を受ける反応器ブロックの部分は、初期部分から別の部分に変更され、従って、反応器ブロックの劣化がこの応力に起因して生じる場合、初期部分のそれ以上の劣化が抑制され、その後、別の部分のところに劣化が生じる。それ故、反応器ブロックの動作寿命を延ばすことができる。
【００３１】
本発明を２段蒸気メタン改質モジュールに関して上述したが、本発明は、単段であるにせよ多段であるにせよいずれにせよ、反応チャネル及び熱伝達チャネルが設けられている任意の化学反応器に利用できることは理解されよう。一例を挙げると、本発明は、部分酸化反応器又はオートサーマル改質反応器に利用でき、これら反応器は、合成ガスを発生させるための別の反応器である。また、本発明は、フィッシャー‐トロプシュ合成を実施するための反応器にも利用できる。これは、高い圧力状態で実施される発熱反応であり、この場合、第１のフローチャネルは、触媒を収容するが、第２のフローチャネルは、冷却剤のみを運ぶ。この場合、所与の動作期間後、反応器が動作停止した状態で、反応器ブロックをその関連の入口及び出口ダクトから切り離して反応器ブロックの向きを変えることができ、或いは、反応器ブロックをその元の位置のままにした状態で入口及び出口ダクトを変更することができ、いずれの場合においても、かかる変更により、反応器ブロックを通る反応体の流れ方向が逆になる。変形例として、直列に配置された２つの反応器を有する反応器モジュールを用いてフィッシャー‐トロプシュ合成を実施してかかるフィッシャー‐トロプシュ合成が２段で起こるようにする場合、所与の動作期間後、反応器モジュールが動作停止した状態で、モジュールを形成する反応器を交換しても良い。
【００３２】
特に並列に動作する複数個の反応モジュールを有するプラントに利用される別の変形例では、１つのモジュールに供給される反応体の流れを変更することができ、例えば、２０％増加させることができ、それと同時に、別の並列モジュールへの反応体の流れを２０％減少させ、その結果、プラントを通る全体的流れが変わらないようにする。かかる変更は、各モジュールの１つ又は複数の反応器内の温度分布に影響を及ぼすであろう。その後の時点において、例えば、１週間又は１ヶ月後において、１つのモジュールへの反応体の流れを減少させ、別の並列モジュールへの反応体の流れを増加させ、その結果、この場合も又、各モジュールの１つ又は複数の反応器内の温度分布が変更されるようにする。かかる変更を繰り返し行うことにより、熱応力の悪影響が軽減される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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