JP2001340747A - スラリー床反応器 - Google Patents

スラリー床反応器

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JP2001340747A
JP2001340747A JP2000164245A JP2000164245A JP2001340747A JP 2001340747 A JP2001340747 A JP 2001340747A JP 2000164245 A JP2000164245 A JP 2000164245A JP 2000164245 A JP2000164245 A JP 2000164245A JP 2001340747 A JP2001340747 A JP 2001340747A
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Japan
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catalyst
reactor
bed reactor
slurry bed
slurry
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JP2000164245A
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English (en)
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Keiichi Okuyama
契一 奥山
Takashi Ogawa
高志 小川
Masami Ono
正巳 小野
Seiji Aoki
誠治 青木
Keiji Tomura
啓二 戸村
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JFE Engineering Corp
Nippon Steel Corp
Taiheiyo Coal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Taiheiyo Coal Mining Co Ltd
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応を円滑に進行させて予定収率を達成
でき、しかも温度分布の少ないスラリー床反応器を開発
する。 【解決手段】 上記課題は、触媒粉末が媒体油中に懸濁
している触媒スラリーが収容され、底部に原料ガス吹込
口が設けられ、上部に生成ガス取出口が設けられている
スラリー床反応器において、側壁にも高さを変えて複数
の原料ガス吹込口が流量調節機構を介して設けられてい
ることを特徴とするスラリー床反応器によって解決され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成ガスからジメ
チルエーテル(DME)を合成する反応器などに使用さ
れるスラリー床反応器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発熱を伴う触媒反応で使用されるスラリ
ー床反応器では、反応器底部に分散板または分散器を設
置し、これより微細化したガスを吹き込んで、反応器内
で反応を生じさせていた。反応で発生する熱は、反応器
内部または壁部に熱交換を行うための装置を設置して除
去していた。
【0003】合成ガスからジメチルエーテルを合成する
装置についてもスラリー床反応器が開発されている(特
開平2−9833号公報、特開平3−52835号公
報、特開平3−181453号公報、特開平4−264
046号公報、特表平5−810069号公報など)。
【0004】従来のスラリー床反応器の一例を図2に示
す。この反応器本体1は縦長円筒形をしており、内部に
は円筒形の熱交換器2が設置されている。底部には原料
ガス吹込口3が設けられ、その上には原料ガスを分散さ
せる分散板4が取着されている。頂面には生成ガス取出
口5が設けられている。内部には触媒スラリー6が収容
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなスラリー床
反応器を用いて反応を行った場合、実験室で確認した収
率が得られないことがあった。また、反応器内の上と下
で温度差が大きくなることがあった。
【0006】本発明の目的は、反応を円滑に進行させて
予定収率を達成でき、しかも温度分布の少ないスラリー
床反応器を開発することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決するべく鋭意検討の結果、次の知見を得た。
【0008】反応条件によっては、反応器底部で発生す
る反応熱を熱交換器が除去しきれず、反応器下部が過熱
し、触媒の劣化が生じることがあった。抜熱を十分に行
うために熱交換器を大型化した場合、スラリーの混合が
阻害され、良好な結果が得られなかった。
【0009】反応器上部での反応が少ない場合、上部の
温度が低下、反応効率が低下し、反応器の全容積を有効
に利用できないことがあった。1個所より大量の原料ガ
スを吹き込むため、気泡の合一が生じ、気泡の総表面積
が低下して、反応効率が低下することがあった。
【0010】特にDME合成プロセス等の極めて温度に
敏感な反応系では、反応器内は均一の温度に調整されね
ばならない。
【0011】そこで、本発明者らは、反応器内に原料ガ
スを吹き込むノズルを、縦方向に多段に配置し、各段か
らの吹込量を制御することにより、反応器縦方向の反応
量を制御し、反応器内の温度分布を均一にすることを考
え、これによって上記の問題点を解決できることを見出
した。
【0012】すなわち、本発明は、触媒粉末が媒体油中
に懸濁している触媒スラリーが収容され、底部に原料ガ
ス吹込口が設けられ、上部に生成ガス取出口が設けられ
ているスラリー床反応器において、側壁にも高さを変え
て複数の原料ガス吹込口が流量調節機構を介して設けら
れていることを特徴とするスラリー床反応器に関するも
のである。
【0013】この多段吹込は同時に原料ガスの噴出部を
分散させることになり、噴出部で生じがちな気泡の合一
を防止できる。
【0014】単段吹込の際に、吹込部付近の熱交換器に
対し反応熱が過大となる場合、多段吹込によって加熱部
の幅を広げることにより、抜熱・混合が有効に働くよう
にし、反応器内の温度分布を均一に近づける。過熱部が
消失することにより、触媒の失活や副反応の増加を抑制
することができる。
【0015】単段吹込の際に反応器上部の温度が低下す
る場合、多段吹込によって反応性の悪い低温部がなくな
ることにより、反応器全体の反応効率が上昇する。
【0016】反応器底部の面積が限られ、理想的な原料
ガスの吹き込みのできない場合、多段吹込によって気泡
の合一の生じにくい吹き込みが可能になる。気泡径が小
さくなることにより、気泡の総面積が増加し、また気泡
の滞留時間が増加するため、反応効率は効果的に増大す
る。
【0017】
【発明の実施の形態】反応器の全体形状は円筒形である
が、必要により角筒形、箱形等にすることもできる。反
応器の容積は50〜1000m程度、特に100〜5
00m程度のものが好ましい。
【0018】原料ガスの吹込口は底部と側壁に設ける。
【0019】底部の吹込口は通常のスパージャーを用い
ることができる。この底部のスパージャーへ接続される
原料ガス配管は反応器の何れの部位から反応器内に入れ
てもよいことはいうまでもない。
【0020】側壁の吹込口は反応器内の幅方向において
なるべく均一に原料ガスを吹き込むためにノズルを用い
ることが好ましく、吹込角度も滑流を形成するよう、同
じ円筒方向で、壁面から5°〜60°、好ましくは10
°〜45°の角度で設けるのがよい。ノズルの数は反応
器の大きさにもよるが6〜50個程度、通常9〜30個
程度が適当である。一般に吹込部を底部から離すほど、
気泡の滞留時間が減少する。吹込ノズルの高さは、反応
器全体で気泡滞留時間の減少による反応効率の低下が現
れない範囲までとし、一般には触媒スラリー深さの4割
程度まで、特に3割程度までとする。
【0021】本発明のスラリー床反応器は、ジメチルエ
ーテル合成、メタノール合成、FT(フィッシャー・ト
ロプシュ)合成などに使用されるものである。
【0022】ジメチルエーテル合成触媒には、メタノー
ル合成触媒とメタノール脱水触媒が混合されて用いら
れ、場合により水性ガスシフト触媒がさらに加えられ
る。これらは混合状態で使用されるほか、水性ガスシフ
ト触媒を切り放して二段反応とすることもできる。
【0023】メタノール合成触媒としては、通常工業的
にメタノール合成に用いられる酸化銅−酸化亜鉛、酸化
亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化亜鉛/酸化クロム、酸
化銅−酸化亜鉛/アルミナ等がある。メタノール脱水触
媒としては酸塩基触媒であるγ−アルミナ、シリカ、シ
リカ・アルミナ、ゼオライトなどがある。ゼオライトの
金属酸化物成分としてはナトリウム、カリウム等のアル
カリ金属の酸化物、カルシウム、マグネシウム等のアル
カリ土族の酸化物等である。水性ガスシフト触媒として
は酸化銅−酸化亜鉛、酸化銅−酸化クロム−酸化亜鉛、
酸化鉄−酸化クロムなどがある。メタノール合成触媒は
強いシフト触媒活性を有するので水性ガスシフト触媒を
兼ねることができる。メタノール脱水触媒及び水性ガス
シフト触媒を兼ねるものとしてアルミナ担持酸化銅触媒
を用いることができる。
【0024】前述のメタノール合成触媒、メタノール脱
水触媒および水性ガスシフト触媒の混合割合は、特に限
定されることなく各成分の種類あるいは反応条件等に応
じて適宜選定すればよいが、通常は重量比でメタノール
合成触媒1に対してメタノール脱水触媒は0.1〜5程
度、好ましくは0.2〜2程度、そして、水性ガスシフ
ト触媒は、0.2〜5程度、好ましくは0.5〜3程度
の範囲が適当であることが多い。メタノール合成触媒に
水性ガスシフト触媒を兼ねさせた場合には、上記の水性
ガスシフト触媒の量はメタノール合成触媒の量に合算さ
れる。
【0025】上記の触媒は粉末状態で使用され、平均粒
径が300μm以下、好ましくは1〜200μm程度、
特に好ましくは10〜150μm程度が適当である。そ
のために必要によりさらに粉砕することができる。
【0026】媒体油は反応条件下において反応系に対し
て反応性を有せず、液体状態を呈するものであればその
いずれもが使用可能であり、通常は高沸点のものであ
る。この高沸点とは1気圧下の沸点が350℃以上、通
常400℃以上、あるいは沸点を有しないものである。
例えば脂肪族、芳香族および脂環族の炭化水素、アルコ
ール、エーテル、エステル、ケトンおよびハロゲン化
物、これらの化合物の混合物等を使用できる。また、硫
黄分を除去した軽油、減圧軽油、水素化処理したコール
タールの高沸点留分、フィッシャートロプシュ合成油、
高沸点食用油等も使用できる。溶媒中に存在させる触媒
量は溶媒の種類、反応条件などによって適宜決定される
が、通常は溶媒に対して1〜50重量%であり、2〜3
0重量%程度が好ましい。
【0027】スラリー反応における反応条件としては、
反応温度は150〜400℃が好ましく、特に250〜
350℃の範囲が好ましい。反応温度が150℃より低
くても、また400℃より高くても一酸化炭素の転化率
が低くなる。反応圧力は10〜300kg/cm、よ
り好ましくは15〜150kg/cm、特に好ましく
は20〜70kg/cmが適当である。反応圧力が1
0kg/cmより低いと一酸化炭素の転化率が低く、
また300kg/cmより高いと反応器が特殊なもの
となり、また昇圧のために多大なエネルギーが必要であ
って経済的でない。空間速度(触媒1kgあたりの標準
状態における混合ガスの供給速度)は、100〜500
00L/kg・hが好ましく、特に500〜30000
L/kg・hである。空間速度が50000L/kg・
hより大きいと一酸化炭素の転化率が低くなり、また1
00L/kg・hより小さいと反応器が極端に大きくな
って経済的でない。
【0028】本発明の反応器では原料ガスは反応器の下
部から吹き込まれ、生成ガスは上部から排出される。
【0029】
【実施例】実施例1 本発明の一実施例であるスラリー床反応器の縦断面図を
図1に示す。
【0030】この反応器本体1は縦長円筒形(内容積:
300m)をしており、内部には円筒形の熱交換器2
が設置されている。底部には原料ガス吹込口3が設けら
れ、その上には原料ガスを分散させる分散板4が取着さ
れている。頂面には生成ガス取出口5が設けられてい
る。内部には、ジメチルエーテル合成触媒として、水性
ガスシフト触媒を兼ねたメタノール合成触媒とメタノー
ル脱水触媒が媒体油に分散している触媒スラリー6が収
容されている。
【0031】この反応器の側壁には原料ガスの吹込ノズ
ル7が3段に円周方向に6個ずつ、合計18個がそれぞ
れ流量制御弁8を介して接続されている。
【0032】この反応器内には温度センサー(図示され
ていない。)が複数個所に設置されており、その温度に
より、予め組み込まれたプログラムに従って、流量制御
弁の流量を調節して、反応器内を均一温度に維持する。
【0033】
【発明の効果】本発明によって、反応器内の温度を均一
に保って反応を所定の収率で円滑に行わせることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるスラリー床反応器の
縦断面図である。
【図2】 従来のスラリー床反応器の一例の縦断面図で
ある。
【符号の説明】
1…反応器本体 2…熱交換器 3…原料ガス吹込口 4…分散板 5…生成ガス取出口 6…触媒スラリー 7…原料ガス吹込ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 契一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小川 高志 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小野 正巳 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 青木 誠治 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 戸村 啓二 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4G070 AA01 AB06 BA02 BB32 CA06 CA24 CB17 CC02 DA21 4H006 AA04 AC25 AC43 BA02 BA05 BA06 BA07 BA09 BA14 BA30 BA33 BA71 BA85 BB11 BB12 BB14 BB15 BB16 BC10 BC11 BC18 BC36 BD80 BD81 DA15 DA35 GN05 GP01 4H039 CA61 CG10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒粉末が媒体油中に懸濁している触媒
    スラリーが収容され、底部に原料ガス吹込口が設けら
    れ、上部に生成ガス取出口が設けられているスラリー床
    反応器において、側壁にも高さを変えて複数の原料ガス
    吹込口が流量調節機構を介して設けられていることを特
    徴とするスラリー床反応器
  2. 【請求項2】 触媒粉末がメタノール合成触媒とメタノ
    ール脱水触媒よりなり、ジメチルエーテル合成に使用さ
    れる請求項1記載のスラリー床反応器
JP2000164245A 2000-06-01 2000-06-01 スラリー床反応器 Pending JP2001340747A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008119251A1 (fr) * 2007-03-30 2008-10-09 China Petroleum & Chemical Corporation Procédé au catalyseur fluide de production d'éther diméthyle à partir de méthanol
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