1.本发明涉及设置有反应管和燃烧部的反应装置，前述反应管以在底部具备催化剂支承部的形态以朝向上下方向的姿势设置，前述催化剂支承部承接被填充的粒状的催化剂且使处理气体流通，前述燃烧部将前述反应管的外表面加热。
背景技术：
2.该反应装置被用于以下情况：将天然气、石脑油等烃系气体即原料气体在与水蒸气混合的状态下向反应管的外管和内管之间供给，由此，通过水蒸气改质处理改质成氢成分多的改质气体等，用于将原料气体反应处理。
3.作为该反应装置的以往例有如下结构：反应管由底部被封堵且上端侧被支承的外管、在上端侧支承于该外管的内部的状态下被配置且底部开口的内管构成，催化剂被填充至外管和内管之间，将具有多个细孔的间隔板作为催化剂支承部设置于内管的底部，借助该间隔板将填充至外管和内管之间的催化剂承接来支承(例如参照专利文献1。)。
4.专利文献1 : 日本特公平6-69882号公报。
5.反应装置中，从将燃烧部的加热停止的加热停止状态切换成借助燃烧部加热反应管的加热作用状态时，由于反应管因为温度上升而热膨胀，反应管处的催化剂支承面的间隔变大，之后，从借助燃烧部加热反应管的加热作用状态切换成停止燃烧部的加热的加热停止状态时，由于反应管因为温度下降而收缩，反应管处的催化剂支承面的间隔变窄。
6.结果，填充至反应管的催化剂受到大的压缩力，有变形损伤的可能，希望加以改善。
7.若举专利文献1中记载的反应装置为例来加以说明，则借助燃烧部加热反应管的加热作用状态中，外表面被燃烧部加热的外管的温度比位于外管的内部的内管的温度高，所以从燃烧部的加热停止状态切换成加热作用状态时，外管与内管相比沿径向较大地扩张，作为催化剂支承面的外管的内表面和内管的外表面的间隔变大。
8.之后，若将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态，则外管与内管相比沿径向较大地收缩，作为催化剂支承面的外管的内表面和内管的外表面的间隔变窄。
9.结果，将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态时，外管与内管相比沿径向较大地扩张，随着内管的外表面和外管的内表面之间的间隙变大，被填充至内管和外管之间的催化剂沿径向扩张的同时向下方侧移动。
10.之后，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，外管与内管相比沿径向较大地收缩，内管的外表面和外管的内表面之间的间隙变小，所以填充至内管和外管之间的催化剂被向上方侧推起，此时，由于催化剂受到较大的压缩作用而变形等，有催化剂变形损伤的可能。
11.顺便说明，作为反应管，有由单一的圆筒状的管体构成的反应管，但该反应管的情况下，将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态时，也随着管体沿径向扩张，作为催化剂支承面的管体的内表面沿径向扩张，由此，填充于管体的催化剂沿径向扩张的同时向下
方侧移动，之后，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，管体沿径向收缩，作为催化剂支承面的管体的内表面沿径向收缩，所以填充至管体的催化剂被向上方侧推起，此时，由于催化剂受到大的压缩作用而变形等，有催化剂变形损伤的可能。
技术实现要素：
12.本发明是鉴于上述实际情况而作出的，其目的在于，提供能够抑制由于反应管的热膨胀后的收缩而催化剂变形损伤的反应装置。
13.本发明的反应装置设置有反应管和燃烧部，前述反应管被以在底部具备催化剂支承部的形态以朝向上下方向的姿势设置，前述催化剂支承部承接被填充的粒状的催化剂且使处理气体流通，前述燃烧部将前述反应管的外表面加热，前述反应装置的特征在于，在前述反应管的与前述催化剂接触的筒状的催化剂支承面，卡合凹部被沿上下方向形成多个，前述卡合凹部在使前述催化剂的一部分进入的状态下将该催化剂卡止。
14.另外，上述记载中的粒状的催化剂意味着球状、颗粒状等各种形状的粒状的催化剂。
15.即，在反应管的与催化剂接触的催化剂支承面，卡合凹部被沿上下方向形成多个，前述卡合凹部在使催化剂的一部分进入的状态下将该催化剂卡止，所以在将燃烧部的加热停止的加热停止状态中，催化剂被以较多地卡合于卡合凹部的状态填充至反应管。
16.这样的催化剂填充状态下，从将燃烧部的加热停止的加热停止状态切换成借助燃烧部将反应管加热的加热作用状态时，反应管由于温度上升而热膨胀，反应管的催化剂支承面的间隔变大，所以被填充的催化剂沿径向扩展的同时欲向下方侧移动，但被填充的催化剂中存在继续卡止于卡合凹部的催化剂，所以即使催化剂欲向下方侧移动，该移动量也被抑制成小的移动量。
17.之后，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，反应管由于温度下降而收缩，因此，反应管的催化剂支承面的间隔变窄，所以被填充的催化剂被向上方侧推起，但加热作用状态中的催化剂向下方侧的移动量被抑制成较小，所以即使催化剂欲被向上方侧推起，该被推起的量也小，能够避免催化剂受到大的压缩作用，结果，能够抑制催化剂变形损伤。
18.总之，根据本发明的反应装置的特征，能够抑制催化剂由于反应管的热膨胀后的收缩而变形损伤。
19.本发明的反应装置的进一步的特征在于，前述卡合凹部形成为环状的凹槽状。
20.即，卡合凹部形成为环状的凹槽状，所以卡合凹部的形成变得容易，在实施制作方面有利。
21.即，在筒状的催化剂支承面形成环状的凹槽状的卡合凹部能够通过在使反应管旋转的同时对筒状的催化剂支承面切削加工等来容易地形成。
22.与此相对，例如，考虑将卡合凹部作为孔洞状的凹部以在筒状的催化剂支承面锯齿状地配置的形态形成，但该情况下，形成作为孔洞状的凹部的多个卡合凹部例如即使对筒状的催化剂支承面切削加工成，该作业也变得烦杂等，难以形成。
23.总之，根据本发明的反应装置的进一步的特征，卡合凹部的形成变得容易，在实施制作方面有利。
24.本发明的反应装置的进一步的特征在于，前述卡合凹部形成为具备上侧的倾斜面和下方侧的倾斜面的形态，前述上侧的倾斜面从入口部的上端向深度方向的里部逐渐位于下方侧，前述下方侧的倾斜面从前述入口部的下端向前述里部逐渐位于上方侧。
25.即，卡合凹部形成为具备上侧的倾斜面和下方侧的倾斜面的形态，前述上侧的倾斜面从入口部的上端向深度方向的里部逐渐位于下方侧，前述下方侧的倾斜面从入口部的下端向深度方向的里部逐渐位于上方侧，所以能够将催化剂的进入卡合凹部的部分借助上下的倾斜面承接，所以将催化剂借助卡合凹部卡合支承时，能够抑制将催化剂的表面部损伤。
26.即，若卡合凹部形成为从入口部向深度方向的里部为相同宽度的形态，则能够将催化剂的进入卡合凹部的部分用入口部的末端尖锐的角部承接，所以将催化剂借助卡合凹部卡合支承时，有损伤催化剂的表面部的可能。
27.总之，根据本发明的反应装置的进一步的特征，将催化剂借助卡合凹部卡合支承时，能够抑制将催化剂的表面部损伤。
28.本发明的反应装置的进一步的特征在于，前述反应管由外管和内管构成，前述外管的底部被封堵且上端侧被支承，前述内管被在上端侧支承于该外管的内部的状态下配置且底部开口，前述催化剂被填充至前述外管和前述内管之间，前述催化剂支承部设置于前述内管的底部，前述燃烧部以将前述外管的外表面加热的状态设置，在前述内管的作为前述催化剂支承面的外表面形成前述卡合凹部，前述外管的作为前述催化剂支承面的内表面形成为平坦状。
29.即，反应管由外管和内管构成，前述外管的底部被封堵且上端侧被支承，前述内管被在上端侧支承于该外管的内部的状态下配置且底部开口，催化剂被填充至外管和内管之间，催化剂支承部设置于内管的底部，燃烧部以将外管的外表面加热的状态设置。
30.在这样的反应装置中，在燃烧部的加热作用状态中，外表面被燃烧部加热的外管的温度比位于外管的内部的内管的温度高，所以若将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态，则有在外管和内管由相同材质形成的情况下外管比内管更大地伸展等、外管比内管更大地沿轴向伸展的倾向。
31.鉴于这点，在内管的催化剂支承面(外表面)形成卡合凹部，外管的催化剂支承面(内表面)形成为平坦状，所以即使在燃烧部的加热作用状态下外管比内管沿轴向更大地伸展，也能够避免催化剂的损伤。
32.若加以说明，则将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态时，外管与内管相比沿径向更大地扩张，随着内管和外管之间的间隙变大，被填充至内管和外管之间的催化剂沿径向扩张的同时欲向下方侧移动，但被填充的催化剂中存在继续卡止于卡合凹部的催化剂，所以即使催化剂欲向下方侧移动，该移动量也被抑制成小的移动量。
33.之后，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，外管比内管沿径向更大地收缩，内管和外管之间的间隙变小，所以被填充至内管和外管之间的催化剂被向上方侧推起，但加热作用状态下的催化剂向下方侧的移动量被抑制成较小，所以即使催化剂欲被向上方侧推起，该被推起的量也小，能够避免催化剂受到大的压缩作用，结果，能够抑制催化剂变形损伤。
34.并且，将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态时，外管比内管沿轴向更大
地伸展，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，比内管更大地缩短的外管的催化剂支承面(内表面)形成为平坦状，所以该外管的催化剂支承面(内表面)相对于被填充至内管和外管之间且被设置于内管的底部的催化剂支承部承接的催化剂，容易顺畅地滑动，能够抑制催化剂的损伤。
35.总之，根据本发明的反应装置的进一步的特征，即使在借助燃烧部将外管加热的加热作用状态下外管与内管相比较大地伸展，也能够避免催化剂的损伤。
36.本发明的反应装置的进一步的特征在于，前述反应管构成为将前述催化剂填充至单一的圆筒状的管体的形态，在前述管体的前述催化剂支承面形成有前述卡合凹部。
37.即，反应管构成为将催化剂填充至单一的圆筒状的管体的形态的情况下，在管体的催化剂支承面(内表面)形成有卡合凹部，所以能够抑制被填充的催化剂的损伤。
38.即，将燃烧部从加热停止状态切换成加热作用状态时，随着管体沿径向扩张，被填充至管体的催化剂沿径向扩张的同时向下方侧移动，但被填充的催化剂中存在继续卡止于卡合凹部的催化剂，所以即使催化剂欲向下方侧移动，该移动量也被抑制成小的移动量。
39.之后，将燃烧部从加热作用状态切换成加热停止状态时，管体沿径向收缩，被填充至管体的催化剂被向上方侧推起，但加热作用状态下催化剂向下方侧的移动量被抑制成较小，所以即使催化剂欲被向上方侧推起，该被推起的量也小，能够避免催化剂受到大的压缩作用，结果，能够抑制催化剂变形损伤。
40.总之，根据本发明的反应装置的进一步的特征，反应管构成为将催化剂填充至单一的圆筒状的管体的形态的情况下，能够抑制催化剂变形损伤。
附图说明
41.图1是表示改质装置的概略侧纵剖主视图。
42.图2是将表示反应管的一部分省略的概略纵剖主视图。
43.图3是表示反应管的要部的局部省略剖视图。
44.图4是表示卡合凹部的剖视图。
45.图5是表示另外的结构的改质装置的概略侧纵剖主视图。
46.图6是表示另外的结构的改质装置的卡合凹部的剖视图。
具体实施方式
47.〔实施方式〕以下，基于附图说明本发明的实施方式。
48.(改质装置的整体结构)如图1所示，关于作为反应装置的一例的改质装置，改质炉2具备改质反应用的反应管a及作为将该反应管a加热至改质反应用温度的燃烧部的燃烧器1，前述改质反应用的反应管a将天然气、石脑油等烃系气体即原料气体g通过水蒸气改质处理改质成氢成分多的改质气体k。
49.例示的改质装置为，反应管a被以将改质炉2的上壁2u贯通的状态支承于该上壁2u，一对燃烧器1分别设置于改质炉2的左右的侧壁2s。
50.构成为，燃烧器1的燃烧气体将反应管a加热后被从改质炉2的排气体出口2d排出。
51.反应管a如图2所示，具备底部被封堵的外管3、被在该外管3的内部配置的内管4，内管4形成为使底部开口的状态，在外管3和内管4之间，粒状的催化剂s被以形成填充部的状态配置。
52.外管3的上端侧部分在将改质炉2的上壁2u贯通的状态下支承于该上壁2u，内管4的上端侧部分在将外管3的管上壁3u贯通的状态下支承于该管上壁3u。
53.在外管3和内管4之间，承接催化剂s且使改质气体k(处理气体的一例)流通的多孔体t(催化剂支承部的一例)被以支承于内管4的底部的状态装备。
54.在外管3的从改质炉2的上壁2u突出的部分，连接有导入混合有水蒸气的原料气体g的原料气体管5，在内管4的从外管3的管上壁3u突出的部分，连接有引导改质气体k的改质气体引导管6。
55.反应管a被燃烧器1加热至改质反应用的目标温度，由此，外管3被加热至高温(例如，平均温度为800℃左右)，随之，催化剂s、内管4被加热至比外管3低的温度(例如，平均温度为650℃左右)。
56.并且，构成为，被从原料气体管5导入的原料气体g穿过外管3和内管4之间的催化剂s的填充部向下方流动，由此，通过水蒸气改质处理改质成氢成分多的改质气体k，改质气体k穿过内管4的内部向上方流动后，穿过改质气体引导管6被排出。
57.另外，虽省略详细的说明，但穿过改质气体引导管6被排出的改质气体k被向co转换器搬运，借助co转换器将改质气体k所含的一氧化碳转换处理成二氧化碳后，例如，被向压力变动吸附装置(psa)供给，生成氢成分高的产品气体。
58.(反应管的详细情况)如图3及图4所示，在内管4的催化剂支承面u、即内管4的外表面4g，以使催化剂s的一部分进入的状态将该催化剂s卡止的卡合凹部d被沿上下方向形成多个。
59.此外，外管3的催化剂支承面u、即外管3的内表面3a形成为平坦状。
60.顺便说明，本实施方式中，粒状的催化剂s为球状，内管4的外表面4g和外管3的内表面3a的间隔为催化剂s的外径h的5倍的间隔。
61.以下，本实施方式中，关于催化剂s为球状的情况进行了说明，但作为粒状的催化剂s的形状，也可以是颗粒状(
ペレット
)等其他形状。
62.本实施方式中，卡合凹部d以形成为环状的凹槽状的形态，从内管4的外表面4g的上端部至下端部形成多个。
63.如图4所示，卡合凹部d形成为从入口部di向深度方向的平坦状的里部dt在上下两侧具备倾斜面ds的形态。
64.即，卡合凹部d形成为具备上侧的倾斜面ds及下方侧的倾斜面ds的形态，即形成为梯形形状的形态，前述上侧的倾斜面ds从入口部di的上端向深度方向的里部dt逐渐位于下方侧，前述下方侧的倾斜面ds从入口部di的下端向深度方向的里部dt逐渐位于上方侧。
65.本实施方式中，卡合凹部d的深度a为相当于催化剂s的外径h的20%的长度的深度，入口部di的开口宽度b为相当于催化剂s的外径h的80%的长度的宽度，上下两侧的倾斜面ds中的上方侧的倾斜面ds的倾斜角度c为45度，上下两侧的倾斜面ds中的下方侧的倾斜面ds的倾斜角度d为45度，里部dt的宽度f为相当于催化剂s的外径h的40%的长度的宽度。
66.此外，上下相邻的入口部di的间隔e为相当于催化剂s的外径h的80%的长度的间
隔。
67.顺便说明，卡合凹部d的深度a、入口部di的开口宽度b、上方侧的倾斜面ds的倾斜角度c、下方侧的倾斜面ds的倾斜角度d、上下相邻的入口部di的间隔e如下述式所例示，能够各种各样地改变。
68.a＝h/2
×
(100%~15%)b＝h
×
(100%~60%)c＝60度~45度d＝60度~45度e＝h
×
(100%~30%)因此，将燃烧器1从加热停止状态切换成加热作用状态时，外管3比内管4沿径向更大地扩张，随着内管4的催化剂支承面u(外表面4g)和外管3的催化剂支承面u(内表面3a)之间的间隙变大，填充至内管4和外管3之间的催化剂s沿外管3的径向扩张的同时欲向下方侧移动，但被填充的催化剂s中存在继续卡止于卡合凹部d的催化剂s，所以即使催化剂s欲向下方侧移动，该移动量也被抑制成小的移动量。
69.之后，将燃烧器1从加热作用状态切换成加热停止状态时，外管3比内管4沿径向更大地收缩，内管4的催化剂支承面u(外表面4g)和外管3的催化剂支承面u(内表面3a)之间的间隙变小，所以填充至内管4和外管3之间的催化剂s被向上方侧推起，但燃烧器1的加热作用状态下的催化剂s向下方侧的移动量被抑制成较小，所以即使催化剂s欲被向上方侧推起，该被推起的量也较小，能够避免催化剂s受到大的压缩作用，结果，能够抑制催化剂s变形损伤。
70.并且，将燃烧器1从加热停止状态切换成加热作用状态时，外管3比内管4沿轴向更大地伸展，将燃烧器1从加热作用状态切换成加热停止状态时，比内管4沿轴向更大地缩短的外管3的催化剂支承面u(内表面3a)形成为平坦状，所以该外管3的催化剂支承面u(内表面3a)相对于被填充至内管4和外管3之间的催化剂s，容易顺畅地滑动，能够抑制催化剂s的损伤。
71.此外，卡合凹部d形成为在上下两侧具备从入口部di向里部dt逐渐变窄的倾斜面ds，所以能够将催化剂s的进入卡合凹部d的部分借助倾斜面ds承接，所以将催化剂s借助卡合凹部d卡合支承时，能够抑制将催化剂s的表面部损伤。
72.(反应装置的另外的结构)接着，说明反应装置的另外的结构，但对于与上述反应装置相同的结构部分标注相同的附图标记来说明。
73.如图5所示，反应管a形成为将催化剂s填充于单一的圆筒状的管体7的形态，在管体7的底部设置有将催化剂s承接且使改质气体k(处理气体的一例)流通的多孔体t(催化剂支承部的一例)。
74.管体7以将改质炉2的上壁2u及底壁2t贯通的形态设置，在管体7的从改质炉2的上壁2u突出的部分连接有导入混合有水蒸气的原料气体g的原料气体管5，在管体的从改质炉2的底壁2t突出的部分连接有引导改质气体k的改质气体引导管6。
75.反应管a被在改质炉2的侧壁2s设置的燃烧器1加热至改质反应用的目标温度，由此，管体7被加热至高温(例如，平均温度为800℃左右)，随之，催化剂s被加热至比管体7低
的温度(例如，平均温度为650℃左右)。
76.并且，构成为，被从原料气体管5导入的原料气体g穿过填充至管体7的内部的催化剂s的填充部向下方流动，由此，通过水蒸气改质处理改质成氢成分多的改质气体k，改质气体k穿过改质气体引导管6被排出。
77.另外，虽省略详细的说明，但穿过改质气体引导管6被排出的改质气体k被向co转换器搬运，借助co转换器将改质气体k所含的一氧化碳转换处理成二氧化碳后，例如，被向压力变动吸附装置(psa)供给，生成氢成分高的产品气体。
78.并且，如图6所示，在管体7的催化剂支承面u、即管体7的内表面7n形成有卡合凹部d。
79.本实施方式中，虽省略图示，但卡合凹部d形成于环状的凹槽状的形态下，被从管体7的内表面7n的上端部至下端部地形成多个。
80.本实施方式的卡合凹部d的具体结构与上述的反应装置的卡合凹部d相同，省略详细的说明。
81.因此，将燃烧器1从加热停止状态切换成加热作用状态时，管体7沿径向扩张，填充于管体7的催化剂s沿管体7的径向扩张的同时欲向下方侧移动，但被填充的催化剂s中存在继续卡止于卡合凹部d的催化剂s，所以即使催化剂s欲向下方侧移动，该移动量也被抑制成小的移动量。
82.之后，将燃烧器1从加热作用状态切换成加热停止状态时，管体7沿径向收缩，填充于管体7的催化剂s被向上方侧推起，但燃烧器1的加热作用状态下的催化剂s向下方侧的移动量被抑制成较小，所以即使催化剂s欲被向上方侧推起，该被推起的量也小，能够避免催化剂s受到大的压缩作用，结果，能够抑制催化剂s变形损伤。
83.〔另外的实施方式〕接着，列举另外的实施方式。
84.(1)在上述实施方式中，作为反应管a例示了装备于将原料气体g水蒸气改质处理的改质装置的反应管，但本发明能够应用于，装备于用于各种用途的反应装置的各种反应管a。
85.(2)在上述实施方式中，例示了在将反应管a由外管3和内管4构成的情况下外管3的上端侧支承于改质炉2的上壁2u、内管4的上端侧支承于外管3的管上壁3u的情况，但例如，将内管4的上端侧和外管3的上端侧分别支承于改质炉2等，将外管3的上端侧、内管4的上端侧支承的具体结构能够各种各样地改变。
86.(3)在上述实施方式中，作为催化剂支承部例示了将催化剂s承接支承的多孔体t，但作为催化剂支承部，使改质气体k流动的流通孔沿着周向形成为一列状地形成的板状等，催化剂支承部的具体结构能够进行各种改变。
87.(4)在上述实施方式中，例示了卡合凹部d形成为环状的凹槽状的情况，但例如也可以是以如下形态设置等：将卡合凹部d作为孔洞状的凹部在催化剂支承面u锯齿状地配置，卡合凹部d的具体结构能够进行各种改变。
88.(5)在上述实施方式中，例示了卡合凹部d从催化剂支承面u的上端部形成至下端部的整体的情况，但例如也可以是以如下形态实施：在催化剂支承面u的上半部、下半部设置等，在催化剂支承面u的一部分形成卡合凹部d。
89.(6)在上述实施方式中，例示了如下形态：将反应管a由外管3和内管4构成的情况下，在内管4的作为催化剂支承面u的外表面4g，沿上下方向形成多个卡合凹部d，外管3的作为催化剂支承面u的内表面3a形成为平坦状，但也可以是以如下形态实施：反应管a的全长短的情况下等，在内管4的作为催化剂支承面u的外表面4g及外管3的作为催化剂支承面u的内表面3a分别形成卡合凹部d。
90.另外，上述实施方式(包括另外的实施方式，以下相同)中公开的结构只要不产生矛盾，就能够与其他实施方式中公开的结构组合应用，此外，本说明书中公开的实施方式为例示，本发明的实施方式不限于此，能够在不脱离本发明的目的的范围内适当改变。
91.附图标记说明1燃烧部3外管3a内表面4内管4g外表面7管体a反应管d卡合凹部di入口部ds倾斜面dt里部s催化剂u催化剂支承面。