CN102481568B - 催化剂反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种催化剂反应器，该催化剂反应器包括：隔开规定间隔并置形成流体所流动的通路的一对分隔平板、该通道部件在上述通路内与上述分隔平板接合而分隔出多个通道的通道部件、以及***上述各通道内并沿该通道延伸的催化剂载体。一对分隔平板中至少一块分隔平板与温度带和通路内不同的温度介质该温度介质发生热交换，由此构成一次传热面。各通道的横截面构成为宽度W比上高度H得到的宽高比(W/H)在1以下，各催化剂载体构成为包括具有波纹板状单层结构的基体和形成在基体表面上的催化剂层。

Description

催化剂反应器
技术领域
本发明所公开的技术广泛而言涉及一种催化剂反应器。
背景技术
例如专利文献1公开了一种催化剂反应器，该催化剂反应器在由原料气体合成液体燃料的气转液(Gas To Liquids，GTL)工艺中作为进行费-托(Fischer-Tropsch)反应(以下也称为FT反应)的反应器特别适合。FT反应是在催化剂的存在下于200℃左右的高温发生的放热反应。为了提高热交换效率以提高反应效率，上述催化剂反应器具有与由管板和波纹状翅片交替层叠而成的所谓的板翅式热交换器相同的结构。具体而言，该催化剂反应器配置成将催化剂结构体***由波纹状翅片隔开的各个微小流路内。此处，催化剂结构体具有在横截面呈波形的三块板之间夹着平板层叠而成的三层结构。
专利文献1：国际申请公开第2006/079848号
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
上述催化剂反应器的内压较高，管板由于该高内压而受到使相向的管板彼此分离的方向上的力。为了对抗该内压，必须增加管板的厚度，或者增加能够在一对管板间作为强度部件而起作用的波纹状翅片的厚度。这样一来，就会导致催化剂反应器的大型化和重量化。
因此，本发明人着眼于使催化剂反应器的微小流路的横截面形状成为纵长形状。纵长形状使波纹状翅片的间隔变窄，由于这样使管板中受到内压的面积缩小(即距离缩短)，所以就抑制了管板的弯曲变形等，容易对抗高内压。因此，使催化剂反应器的微小流路的横截面形状成为纵长形状的方法能够减小管板和波纹状翅片的厚度，从而能够使催化剂反应器小型化和轻量化。
然而，本发明人发现当使微小流路的横截面形状为纵长形状时，在将上述文献公开的多层结构的催化剂结构体***该微小流路内的情况下，会产生热交换效率降低这一新问题。其原因考虑如下。也就是说，使流路的横截面形状为纵长形状时，从流路横截面的中心位置到一次传热面(即管板)的距离相对变长。这就意味着微小流路内的热量转移难以进行，在热交换效率方面很不利。另一方面，上述文献公开的多层结构的催化剂结构体容易妨碍流体在流路内的移动，特别是容易妨碍流体在与流动方向正交的方向上的移动。也就是说，通过将横截面呈波形的板与平板重叠，使上述催化剂结构体的横截面上并置有多个封闭空间。这种结构虽然在扩大催化剂面积方面很有利，但由于各封闭空间不向管板或波纹状翅片敞开，因此限制了在各封闭空间内流动的流体在与流动方向正交的方向上移动。如果将从流路横截面的中心位置到该一次传热面的距离变长的因素与妨碍流体在与流动方向正交的方向上的移动的因素这两个主要因素组合，则热量会停滞在各流路内的中心附近，催化剂反应器的热交换效率降低，由此反应效率也降低。
-用以解决技术问题的技术方案-
本发明所公开的技术能够实现一种达成小型化和轻量化，提高热交换效率并防止反应效率降低的催化剂反应器。
为此，本发明人通过将使通道的横截面形状为正方形或纵长形状的方案与使催化剂载体为波纹板状单层结构的方案组合，既让催化剂反应器小型化和轻量化，又防止了催化剂反应器反应效率降低。
具体而言，本发明所公开的催化剂反应器包括一对分隔平板、通道部件和催化剂载体。该一对分隔平板隔开规定间隔并置，形成流体所流动的通路；该通道部件在上述通路内与上述分隔平板接合而分隔出多个通道，使上述各通道并置在上述通路内；该催化剂载体***上述各通道内，并沿该通道延伸。上述一对分隔平板中至少一块分隔平板的、与分隔上述通路的一侧的面相反一侧的面接触温度带与上述通路内不同的温度介质，与该温度介质发生热交换，该至少一块分隔平板由此构成一次传热面；与上述分隔平板接合的上述通道部件构成二次传热面。
上述各通道的横截面构成为：宽度W比上与上述分隔平板的并置方向相对应的高度H得到的宽高比(W/H)在1以下，上述各催化剂载体构成为：包括具有波纹板状单层结构的基体和形成在该基体表面上的催化剂层。
此处，一次传热面是指存在于流体所流动的通路与温度介质之间，直接在二者间进行热交换的传热面，即分隔平板。二次传热面是指通过与分隔平板接合并对该分隔平板传热(例如热传导)，间接地参与流体所流动的通路与温度介质之间的热交换的传热面，即通道部件。而且，通道在此处是指通路内被通道部件分隔开，流体分别在其中流动的流路。
通过使形成在通路内的通道构成为其宽高比(宽度W/高度H)为1或小于1，通道呈正方形或纵长形状，而不是横长形状。此处，“纵”对应于分隔平板的并置方向，“横”对应于与“纵”正交的通道的并置方向。使通道呈正方形或纵长形状可减小通道部件的间隔(即宽度W)，缩短分隔平板承受内压的距离(该距离相当于通道部件的间隔)。因此，即使分隔平板的厚度较薄也能对抗通路内的高内压，并且通道部件的厚度也能减小。这样一来，有利于催化剂反应器的小型化和轻量化。
另一方面，***各通道内的催化剂载体的基体具有波纹板状单层结构。此处所说的单层结构不是由例如形状各异的多个部件层叠而成的结构，而是由单一部件构成的结构。例如，此处所说的单层结构还可包括含有材质互不相同的多个层而构成的一块板状部件。波纹板状单层结构的基体***通道内时，配置在该通道的整个横截面上，并且形成向分隔平板(即一次传热面)、通道部件(即二次传热面)敞开的多个开放空间(即不形成封闭空间)。因此，波纹板状单层结构的催化剂载体不会阻碍流体在通道内的移动，特别是不会阻碍流体在与流动方向正交方向上的移动。结果，通过让通道为正方形或纵长形状，虽然从该通道的剖面中心到一次传热面的距离相对较长，但流体在与通道内流动方向正交方向上的移动情况良好，因此不会阻碍热量转移，并能防止热交换效率的降低，或者提高热交换效率。而且，波纹板状的催化剂载体在增大催化剂面积、提高各通道内的催化剂反应效率方面很有效。
因此，该催化剂反应器能够实现小型化和轻量化，防止反应效率降低。
上述各通道的宽度W可为3～7mm。如果各通道的宽度W过大，则通道部件的间隔增大，难以减小上述分隔平板和通道部件的厚度。从该观点出发，优选宽度W的上限值为7mm。上限值也可为5mm。另一方面，如果各通道的宽度W过小，则难以将催化剂载体***各通道内，可能会在催化剂反应器的制造方面产生不便。从该观点出发，优选宽度W的下限值为3mm。
上述各通道的高度H可为7～20mm。如果各通道的高度H过大，则配置在一对分隔平板间还可作为强度成分而起作用的通道部件的长度增加，为了确保其刚性需要进行加厚。从该观点出发，优选高度H的上限值为20mm。上限值也可为10mm。另一方面，如果各通道的高度H过小，则难以将催化剂载体***通道内，可能会在催化剂反应器的制造方面产生不便。从该观点出发，优选高度H的下限值为7mm。
本发明还可采用以下方案：上述分隔平板隔开规定间隔并置有多块，由此将相邻的通路间分隔开，使多个上述通路层叠配置；上述多个通路包括第一流体所流动的第一通路和第二流体所流动的第二通路，该第一通路和该第二通路交替层叠配置，上述通道部件在上述第一和第二通路内分别分隔出上述各通道；上述催化剂载体***上述第一和第二通路中至少一个通路的各通道内，使该通路成为催化剂反应通路，上述催化剂反应通路的各通道的横截面构成为宽高比(W/H)在1以下。
上述催化剂载体的基体可以是往返于上述通道的宽度方向上相向的一对通道部件之间的波纹板状。此处，作为波形可以是例如三角波，也可以是例如正弦波形，还可以是例如矩形波。
利用往返于一对通道部件之间的波纹板状的基体，在该通道内形成向通道部件敞开的开放空间，该开放空间形成为重叠在分隔平板的并置方向上。换言之，朝横向敞开的开放空间形成为其敞开方向左右变换地纵向重叠。另一方面，如上所述，各通道呈正方形或纵长形状，横向较短，因此由上述通道部件形成的各封闭空间在横向上的长度也较短。这样一来，流体易于流向通道部件，因此促进了热量转移。
上述催化剂载体的基体可以与上述分隔平板和通道部件中的至少一方抵接。这样一来，通过在催化剂载体与分隔平板之间、或者催化剂载体与通道部件之间的传热，能够提高催化剂反应器的热交换效率。
通过使催化剂载体的基体与分隔平板和通道部件抵接，能够使该基体在通道内固定不动。在此情况下，优选催化剂载体的基体与将通道隔开的四块壁面中相向的一对壁面抵接。
上述通道部件可为波纹状板。这样一来，特别是在第一和第二通路层叠而成的结构中，形成与具有波纹状翅片的板翅式热交换器相同的结构，因此催化剂反应器的制造成本下降。
-发明的效果-
如上所述，上述催化剂反应器通过使各通道的横截面形状为正方形或纵长形状，可以减小分隔平板或通道部件的厚度，因此能够实现催化剂反应器的小型化和轻量化；并且通过使***各通道内的催化剂载体的基体为波纹板状单层结构，不会妨碍流体在通道内的移动，能够提高催化剂反应器的热交换效率，进而提高反应效率。
附图说明
图1是表示催化剂反应器的横截面的剖视图；
图2A是表示催化剂载体的变形例的剖视图；
图2B是表示催化剂载体的变形例的剖视图；
图3是表示催化剂载体的变形例的剖视图。
-符号说明-
1-催化剂反应器；
2-管板(分隔平板)；
3-波纹状翅片(通道部件，波纹板)；
31-通道；
4-第一通路；
5-第二通路；
7-催化剂载体；
71-基体；
72-基体。
具体实施方式
以下，根据附图对催化剂反应器的实施方式进行说明。应予说明，以下对实施方式的说明是本质上优选的示例。图1表示示例的催化剂反应器1的剖视图。该催化剂反应器1是用于由原料气体(例如伴生气)合成液体燃料的GTL工艺的反应器。此处，对GTL工艺进行简要说明。GTL工艺包括利用蒸汽转化反应器由原料气体制备合成气体的工序、利用费-托反应器(FT反应器)将制成的合成气体转化成在通常条件下为液体的高级烃和水的工序。上述催化剂反应器1可用作上述蒸汽转化反应器也可用作FT反应器。
催化剂反应器1包括多个管板2与多个波纹状翅片3，具有与所谓的板翅式热交换器相同的结构。具体而言，各管板2呈平板形状，多个管板2隔开规定间隔彼此平行地配设。应予说明，在图1中，只图示出三块管板2，也可并置有两块以上管板2。管板2的块数适当设定即可。这样一来，通过并置多个管板2，使得第一流体所流动的第一通路4和第二流体所流动的第二通路5夹着管板2层叠配置，各管板2作为在第一通路4与第二通路5之间传递热量的一次传热面而起作用。
此处，各波纹状翅片3构成为：该波纹状翅片3的横截面呈波形，多个垄状棱彼此隔开等间隔地并置，并且该垄状棱呈直线状地延伸，即构成所谓的平面(plane)型。应予说明，对于该平面型波纹状翅片3，也可以采用以规定图案形成通孔的多孔型波纹状翅片。各波纹状翅片3与该管板2抵接地配设在相邻的管板2之间。各波纹状翅片3通过例如钎焊与其邻接的管板2接合。这样一来，第一通路4和第二通路5内就分别被波纹状翅片3分隔成多个并置的通道31，波纹状翅片3作为二次传热面而起作用。此处，图例中，在第一通路4中配设有波纹状翅片3，使流体沿与纸面正交的方向流动；与此相对，在第二通路5中配设有波纹状翅片3，使流体沿纸面的左右方向流动。这样一来，图示的催化剂反应器1构成所谓的错流式催化剂反应器。催化剂反应器1的结构并不限于此，例如可以在第一和第二通路4、5这两条通路中配设波纹状翅片3，使流体沿纸面的左右方向动，构成对流式催化剂反应器。
应予说明，在该催化剂反应器1中，在相邻管板2彼此间的周缘部配设有省略图示的侧板(sidebar)。而且，在该催化剂反应器1中还设置有用于将第一流体和第二流体分别引入第一通路4和第二通路5的引入部，以及用于将流体从第一通路4和第二通路5中导出的导出部。
这样一来，在该催化剂反应器1中，在第一通路4的各通道31内插有沿通道31延伸的催化剂载体7，由此第一通路4就构成该催化剂反应器1的催化剂反应通路。催化剂载体7包括基体71、以及形成在该基体71表面的催化剂层。应予说明，在图1等省略催化剂层的图示。在本例中，基体71通过三角形峰部和谷部交替排列，形成横截面形状为三角波那样的波形。而且，虽省略了详细图示，基体71呈各峰部和谷部分别沿通道31笔直地延伸的所谓平面型。这样一来，基体71虽具有由一个部件构成的单层结构，但通过使基体71的横截面为波形，基体71就能够大致均等地在各通道31的整个横截面上扩展，并且能够充分确保催化剂面积。此处，作为催化剂载体7的基体71，例如如图2A所示，通过圆弧状的峰部和谷部交替排列，基体71的横截面形状可以形成为类似于正弦波的波形；例如如图2B所示通过矩形的峰部和谷部交替排列，基体71的横截面形状还可以形成为像矩形波那样的波形。并且，虽省略了图示，基体可以是在上述平面型基体71上以规定图案形成通孔的多孔型基体。而且，基体71可以构成为上述峰部和谷部分别沿通道31蛇行延伸的人字型基体，也可以构成为将峰部和谷部切开，以规定间隔配置断开处，该峰部和谷部的位置交替偏移的锯齿(serrate)型。
通过将往返于波纹状翅片3的壁面彼此之间的波纹板状基体71***通道31内，该通道31被分隔成多个空间，各空间成为朝波纹状翅片3的壁面(即二次传热面)横向敞开的开放空间。而且，如图1所示，上述催化剂载体7的基体71与波纹状翅片3抵接。应予说明，在图1中，基体71不与管板2抵接，但基体71也可以与管板2抵接。如后所述，从传热的观点出发，优选基体71与波纹状翅片3和管板2中的至少一方抵接。应予说明，使基体71与波纹状翅片3和/或管板2抵接的方式具有能够将基体71稳定地配置在通道31内的效果。从该稳定配置的观点出发，优选基体71与波纹状翅片3的相向的一对横向壁面分别抵接。
在将该催化剂反应器1用作蒸汽转化反应器的情况下，虽省略了图示，催化剂载体也***第二通路5中的各通道31内。该催化剂载体的结构可以与上述第一通路4中的催化剂载体7的结构相同。
此处，在将该催化剂反应器1用作蒸汽转化反应器的情况下，向催化剂反应通路即第一通路4引入主要由甲烷组成的原料气体和水蒸气作为第一流体，同样地，向催化剂反应通路即第二通路5引入例如甲烷或氢等燃料作为第二流体。催化剂载体的基体可由含铝的铁素体钢、或者含铬、铝和钇的铁等在加热时形成氧化铝粘合性表面涂层的材料制成。而且，第一通路中优选的催化剂为铑或者铂-铑催化剂，第二通路中优选的催化剂为钯催化剂。由于蒸汽转化反应在超过750℃的温度下进行，因此催化剂反应器1可由例如用于高温的铁-镍-铬合金，或者与之类似的材料形成。
对此，在将该催化剂反应器1用作FT反应器的情况下，向催化剂反应通路即第一通路4引入要进行费-托合成的混合气体作为第一流体，向第二通路5引入冷却流体作为第二流体。催化剂载体7的基体71可由含铝的铁素体钢等在加热时形成氧化铝粘合性表面涂层的合金钢制成。而且，优选的催化剂包含γ-氧化铝涂层。该涂层具有例如钴、钌、铂或钆等促进剂，以及例如氧化镧等碱性促进剂。由于FT反应在200℃左右的温度下进行，因此催化剂反应器1可由例如铝合金、不锈钢、高镍合金或者其它钢铁合金形成。
这样一来，作为该催化剂反应器1的特征之一，各通道31的宽度W与高度H之比即宽高比(W/H)设定在1以上。此处，如图1所示，高度H是与管板2的层叠方向相对应的高度，相当于管板2的间隔。而且，如图1所示，宽度W相当于波纹状翅片3中相向的一对壁面间的距离。即，第一和第二通路4、5的各通道31具有高度H和宽度W相等的正方形横截面，或者高度H大于宽度W的纵长形状横截面。
其中，宽度W可为例如3～7mm，更优选为3～5mm。如后所述，在宽度W较窄的情况下能够使管板2和波纹状翅片3的厚度较小，因此宽度W的上限值可以从该观点出发进行设定。而且，由于要在通道31的内部***催化剂载体7，所以若宽度W过狭则难以***催化剂载体7，因此宽度W的下限值可以从生产性的观点出发进行设定。
高度H可为例如7～20mm，更优选为7～10mm。高度H与管板2、2的间隔相对应，并与波纹状翅片3垄状棱的高度相对应。由于波纹状翅片3作为管板2、2间的强度部件起作用，因此高度H的上限值可从波纹状翅片3的强度的观点出发进行设定。而且，高度H的下限值与上述宽度W的下限值相同，可以从生产性的观点出发进行设定。
宽高比可以设定为例如通道31的高度H＝7mm、宽度W＝7mm，W/H＝1。而且也可以设定为例如高度H＝10mm、宽度W＝5mm，W/H＝1/2。当然，宽高比还能够设定为除此之外的值。若考虑到上述高度H的范围和宽度W的范围，则宽高比的取值范围为1～3/20。
如上所述，该结构的催化剂反应器1的通道31的横截面形状为正方形或纵长形状，而不是横长形状。这样一来，就使波纹状翅片3的间隔变窄，并且缩小管板2承受第一或第二通路4、5内的内压的面积(即缩短距离)。因此，即使减小管板2的厚度，也能够抑制弯曲变形，并能对抗内压，波纹状翅片3也能随之减小厚度。这样一来，对实现催化剂反应器1的小型化和轻量化方面很有利。
另一方面，通道31的横截面具有纵长形状意味着与横长形状的情况相比，从通道31横截面的中心位置到一次传热面即管板2的距离更长。这样一来，会导致热交换效率降低，进而使催化剂反应器1的反应效率降低。特别是，例如当配设在各通道31内的催化剂载体如上述国际申请公开第二006/079848号所公开的具有含多个封闭空间的多层结构时，流体在通道31内的流动，特别是在与流动方向正交的方向上的流动受阻碍，热交换效率进一步降低。
对此，在上述催化剂反应器1中，催化剂载体7(即基体71)具有横截面呈波形的单层结构，因此不但能够确保催化剂面积还不会形成封闭空间，这样一来，流体在通道31内的流动就不会受阻碍。结果，即使通道31的横截面是不利于热交换效率的纵长形状，也能够防止热交换效率的降低，甚至能提高热交换效率，并且还能防止反应效率的降低。特别是，通过使催化剂载体7的基体71为横向往返的波纹板状，在通道31内形成多个朝横向敞开的开放空间，另一方面如上所述，通过让通道31的横截面具有纵长形状，使各开放空间的横向长度较短。这样一来，能促进流体沿横向移动到达二次传热面，有利于提高热交换效率。
通过催化剂载体7的基体71与波纹状翅片3抵接，在催化剂载体7和波纹状翅片3之间发生传热，这样一来，就使催化剂反应器1的热交换效率提高。应予说明，在让催化剂载体7与管板2抵接的情况下，在该催化剂载体7和管板2之间发生传热，因此优选催化剂载体7与波纹状翅片3和管板2中的至少一方抵接。为了提高催化剂载体7与波纹状翅片3之间、或者催化剂载体7与管板2之间的传热效率，可以将催化剂载体7与波纹状翅片3，或者催化剂载体7与管板2彼此接合(例如钎焊)。另一方面，在催化剂载体7不与波纹状翅片3接合，以及催化剂载体7不与管板2接合的情况下，具有可易于对催化剂载体7进行更换这一优点。
将催化剂载体7的基体71与波纹状翅片3抵接，特别是如图1所示，该基体71通过与将通道31分隔开的波纹状翅片3的一对横向壁面分别抵接，能够稳定地配设在通道31内。而且，虽省略了图示，波纹板状的基体71构成为可在其波形状被压缩的方向上发生弹性变形(在图1的例子中，相当于构成为可在上下方向上发生弹性变形)，并且可以一边让该基体71弹性压缩一边将该基体71***通道31内。这样一来，基体71就利用弹性恢复力而与管板2和波纹状翅片3朝上的壁面或朝下的壁面抵接，将朝上的壁面向下压并将朝下的壁面向上推，从而能够进一步提高基体71的配置稳定性。
应予说明，在上述催化剂反应器1中，该催化剂载体7(即基体71)为横向往返的波纹板状，但例如如图3所示，基体72也可为纵向往返的波纹板状。此时，相对于管板2或波纹状翅片3，形成朝上敞开或朝下敞开的开放空间，因此不会妨碍流体的流动。该基体72还可以是如图3所示的像三角波那样的波形，除此之外虽省略了图示，该基体72也可以形成类似于正弦波的波形，还可以形成矩形波那样的波形。而且，该基体72与管板2和波纹状翅片3(即波纹状翅片3朝上或朝下的壁面)抵接。基体72也可以进一步与波纹状翅片3的横向壁面抵接。并且，基体72还可以构成为可在基体72的波形状被压缩的方向上发生弹性变形(在图3的例子中，相当于可在左右方向上发生弹性变形)，当配设在通道31内时，基体72可以与波纹状翅片3的横向壁面分别抵接，沿左右方向推压该壁面。
在上述催化剂反应器1利用波纹状翅片3将第一和第二通路4、5内分隔成多个通道31，但并不限于此，例如虽省略了图示，可以通过在第一和第二通路4、5内并列设置多根方管，分隔形成多条通道。
在上述催化剂反应器1中，第一通路4和第二通路5中的通道31的剖面形状彼此相同，但可以使第一通路4的通道31的剖面形状与第二通路5的通道31的剖面形状互不相同。也就是说，可以根据第一通路4的性能要求和第二通路5的性能要求分别对通道31的剖面形状等进行最适化。
上述催化剂反应器1由第一通路4和第二通路5层叠而成，虽省略了图示，但也可以将第二通路5省略，并在对催化剂反应通路(即第一通路4)进行分隔的管板2的与通路分隔侧的面相反一侧的面上安装冷却装置或加热装置等。此时，可以在分隔催化剂反应通路的一对管板2中的一个管板2上安装冷却装置或加热装置等，也可以在两个管板2上都安装冷却装置或加热装置等。该结构的催化剂反应器利用冷却装置或加热装置，对催化剂反应通路内的流体进行冷却或加热，以促进催化剂反应通路内的催化剂反应。
-产业实用性-
综上所述，本发明所公开的催化剂反应器不但可实现小形化和轻量化而且能够防止催化剂反应器的反应效率的降低，因此作为GTL工艺中的蒸汽转化反应器和FT反应器特别有用。

Claims (5)

1.一种催化剂反应器，其特征在于：
该催化剂反应器包括：
隔开规定间隔并置以形成流体所流动的通路的一对分隔平板，
在所述通路内与所述分隔平板接合而分隔出多个通道，使各所述通道并置在所述通路内的通道部件，以及
***各所述通道内并沿该通道延伸的催化剂载体；
一对所述分隔平板中至少一块分隔平板的、与分隔所述通路的一侧的面相反一侧的面接触温度带与所述通路内不同的温度介质，与该温度介质发生热交换，该至少一块分隔平板由此构成一次传热面；
与所述分隔平板接合的所述通道部件构成二次传热面；
各所述通道的横截面构成为：宽度W比上与所述分隔平板的并置方向相对应的高度H得到的宽高比W/H在1以下；
各所述催化剂载体构成为：包括具有由一个部件构成的波纹板状单层结构的基体和形成在该基体表面上的催化剂层，
所述催化剂载体的基体为往返于所述通道的宽度方向上相向的一对通道部件之间的波纹板状。
2.根据权利要求1所述的催化剂反应器，其特征在于：
所述分隔平板隔开规定间隔并置有多块，由此将相邻的所述通路间分隔开，使多个所述通路层叠配置；
多个所述通路包括第一流体所流动的第一通路和第二流体所流动的第二通路，该第一通路和该第二通路交替层叠配置；
所述通道部件在所述第一通路和所述第二通路内分别分隔出各所述通道；
所述催化剂载体***所述第一通路和所述第二通路中至少一个通路的各通道内，使该通路成为催化剂反应通路；
所述催化剂反应通路的各通道的横截面构成为宽高比W/H在1以下。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂反应器，其特征在于：
所述催化剂载体的基体与所述分隔平板和所述通道部件中的至少一方抵接。
4.根据权利要求1或2所述的催化剂反应器，其特征在于：
所述通道部件为波纹状板。
5.根据权利要求1或2所述的催化剂反应器，其特征在于：
所述催化剂载体的基体与所述分隔平板和所述通道部件中的至少一方抵接；
所述通道部件为波纹状板。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201116708D0 (en) * 2011-09-28 2011-11-09 Compactgtl Plc Catalytic reactor and catalyst structure
JP6013208B2 (ja) 2013-01-23 2016-10-25 住友精密工業株式会社 触媒反応器
JP2014161777A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 触媒反応器及び触媒反応器の製造方法
JP6387585B2 (ja) * 2013-02-28 2018-09-12 株式会社Ihi リアクタ
JP6249611B2 (ja) * 2013-03-01 2017-12-20 住友精密工業株式会社 積層構造体
EP3015164B1 (en) * 2013-06-27 2022-02-23 IHI Corporation Reactor with corrugated catalyst structure
WO2015037597A1 (ja) 2013-09-13 2015-03-19 株式会社Ihi リアクタ
JP6728739B2 (ja) 2016-02-12 2020-07-22 株式会社Ihi 反応装置
US11358111B2 (en) 2019-03-20 2022-06-14 Battelle Memorial Institute, Pacific Northwest National Laboratories Reactor assemblies and methods of performing reactions
CN110143575B (zh) * 2019-04-22 2021-01-15 浙江大学 一种波纹基板-多孔金属自热型甲醇重整制氢反应器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1416361A (zh) * 2000-01-11 2003-05-07 阿山特斯有限公司 催化反应器
CN1553826A (zh) * 2001-07-11 2004-12-08 GTL΢ϵͳ�ɷ����޹�˾ 催化反应器
CN101437607A (zh) * 2006-05-08 2009-05-20 康帕克特Gtl有限公司 包括交替排列的第一和第二流动通道的催化反应器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0634504A (ja) * 1992-07-17 1994-02-08 Fujikura Ltd 線条体の強度試験装置
JP2741153B2 (ja) * 1993-06-02 1998-04-15 川崎重工業株式会社 非平衡反応用プレートフィン型反応器
JPH08117608A (ja) * 1994-10-21 1996-05-14 Usui Internatl Ind Co Ltd メタルハニカム体
DE19725378A1 (de) * 1997-06-16 1998-12-17 Gerhard Friedrich Kompakter Festbettreaktor für katalytische Reaktionen mit integriertem Wärmeaustausch
WO2004050799A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-17 Gtl Microsystems Ag Catalytic reactor and process
GB0408896D0 (en) 2004-04-20 2004-05-26 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0501731D0 (en) * 2005-01-31 2005-03-02 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0504622D0 (en) * 2005-03-05 2005-04-13 Accentus Plc Catalytic reactors
EP2384812A3 (en) * 2006-05-08 2011-12-21 CompactGTL plc Rapid reactions in a compact catalytic reactor
GB0725140D0 (en) * 2007-12-24 2008-01-30 Compactgtl Plc Catalytic Reactor
EP2355922A1 (en) * 2008-10-24 2011-08-17 CompactGTL plc Catalyst foils and methods and apparatus for the insertion of foils into catalytic reactors
GB0915036D0 (en) * 2009-08-28 2009-09-30 Compactgtl Plc Catalytic reaction module

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1416361A (zh) * 2000-01-11 2003-05-07 阿山特斯有限公司 催化反应器
CN1553826A (zh) * 2001-07-11 2004-12-08 GTL΢ϵͳ�ɷ����޹�˾ 催化反应器
CN101437607A (zh) * 2006-05-08 2009-05-20 康帕克特Gtl有限公司 包括交替排列的第一和第二流动通道的催化反应器

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