JP2002095957A - 異種気体接触反応装置 - Google Patents
異種気体接触反応装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 異種気体の供給条件を総合的適確に特定、制
御し、均一に接触、反応させ生産効率を向上できる異種
気体接触反応装置を提供する。 【解決手段】 異種気体接触反応装置１０において、第
１の反応気体１を導入する貫通気孔の多孔質材料からな
る第１の供給部２と、第１の供給部を囲繞するよう形成
し第２の反応気体３を導入する第２の供給部４とを備
え、第１の反応気体を第１の供給部の貫通気孔を経由し
て貫通気孔端から第２の供給部に向けて逐次拡散させ第
１の反応気体と第２の反応気体とを接触反応させ得る構
成とし、第１の供給部の表面の貫通気孔端の開口面積の
総和を第１の反応気体と第２の反応気体との供給量が対
応した大きさになるよう設定し、かつ各貫通気孔端の開
口面積を第１の反応気体の貫通気孔端における気孔軸方
向の拡散線速度が第２の反応気体の同一方向反対向きの
拡散線速度よりも大となるよう設定した。
御し、均一に接触、反応させ生産効率を向上できる異種
気体接触反応装置を提供する。 【解決手段】 異種気体接触反応装置１０において、第
１の反応気体１を導入する貫通気孔の多孔質材料からな
る第１の供給部２と、第１の供給部を囲繞するよう形成
し第２の反応気体３を導入する第２の供給部４とを備
え、第１の反応気体を第１の供給部の貫通気孔を経由し
て貫通気孔端から第２の供給部に向けて逐次拡散させ第
１の反応気体と第２の反応気体とを接触反応させ得る構
成とし、第１の供給部の表面の貫通気孔端の開口面積の
総和を第１の反応気体と第２の反応気体との供給量が対
応した大きさになるよう設定し、かつ各貫通気孔端の開
口面積を第１の反応気体の貫通気孔端における気孔軸方
向の拡散線速度が第２の反応気体の同一方向反対向きの
拡散線速度よりも大となるよう設定した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、異種気体接触反
応装置に関する。さらに詳しくは、異種の反応気体の供
給条件を総合的かつ適確に特定、制御し、均一に接触、
反応させることが可能で、生産効率の向上を図ることが
可能な異種気体接触反応装置に関する。
応装置に関する。さらに詳しくは、異種の反応気体の供
給条件を総合的かつ適確に特定、制御し、均一に接触、
反応させることが可能で、生産効率の向上を図ることが
可能な異種気体接触反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】 異種気体接触反応の一種として、例え
ば、メタンやナフサ等の炭化水素気体に、酸素又は空気
を接触反応させ、一酸化炭素と水素からなる合成ガスを
製造する部分酸化反応が知られている。この部分酸化反
応を行う場合、生産効率を高めるためには、酸素又は空
気の供給量を炭化水素気体の供給量に対応したものに制
御する必要がある。酸素又は空気の供給量が多すぎる
と、酸化が進みすぎて、反応生成物が二酸化炭素と水に
なり、目的の合成ガスを得ることができないし、逆に少
なすぎても、反応が不十分となり、効率よく合成ガスを
得ることができない。このような部分酸化反応に用いら
れる装置としては、酸素又は空気を反応系に均一に分散
させて供給するために、酸素又は空気の供給部を貫通気
孔の多孔質材料から形成したものが用いられている（Pr
oceedings of the fifth International Conference on
Inorganic Membranes, Nagoya, June 22-26, 1998, B-
408, P-231）。
ば、メタンやナフサ等の炭化水素気体に、酸素又は空気
を接触反応させ、一酸化炭素と水素からなる合成ガスを
製造する部分酸化反応が知られている。この部分酸化反
応を行う場合、生産効率を高めるためには、酸素又は空
気の供給量を炭化水素気体の供給量に対応したものに制
御する必要がある。酸素又は空気の供給量が多すぎる
と、酸化が進みすぎて、反応生成物が二酸化炭素と水に
なり、目的の合成ガスを得ることができないし、逆に少
なすぎても、反応が不十分となり、効率よく合成ガスを
得ることができない。このような部分酸化反応に用いら
れる装置としては、酸素又は空気を反応系に均一に分散
させて供給するために、酸素又は空気の供給部を貫通気
孔の多孔質材料から形成したものが用いられている（Pr
oceedings of the fifth International Conference on
Inorganic Membranes, Nagoya, June 22-26, 1998, B-
408, P-231）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述
の装置では、酸素又は空気の反応系への供給量を均一化
することは相応に可能ではあるが、酸素又は空気の供給
量を炭化水素気体の供給量に対応したものに的確に制御
しつつ、炭化水素気体が酸素又は空気の供給部の貫通気
孔中に逆拡散するのを防止すること及び酸素又は空気の
供給部における圧力損失を低減すること等については、
未だ総合的かつ明確な技術は確立していないのが現状で
ある。本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、異
種の反応気体の供給条件を総合的かつ適確に特定、制御
し、均一に接触、反応させることが可能で、生産効率の
向上を図ることが可能な異種気体接触反応装置を提供す
ることを目的とする。
の装置では、酸素又は空気の反応系への供給量を均一化
することは相応に可能ではあるが、酸素又は空気の供給
量を炭化水素気体の供給量に対応したものに的確に制御
しつつ、炭化水素気体が酸素又は空気の供給部の貫通気
孔中に逆拡散するのを防止すること及び酸素又は空気の
供給部における圧力損失を低減すること等については、
未だ総合的かつ明確な技術は確立していないのが現状で
ある。本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、異
種の反応気体の供給条件を総合的かつ適確に特定、制御
し、均一に接触、反応させることが可能で、生産効率の
向上を図ることが可能な異種気体接触反応装置を提供す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 本発明者は、上述の課
題を解決するべく鋭意研究した結果、貫通気孔の多孔質
材料からなる酸素又は空気の供給部の表面に存在する貫
通気孔端の開口面積の総和を、炭化水素の供給量に対応
して設定するとともに、各貫通気孔端のそれぞれの開口
面積を、貫通気孔中における酸素又は空気の拡散線速度
が特定値になるように設定することによって、上記目的
を達成することができることを知見し、本発明を完成さ
せた。すなわち、本発明は、以下の異種気体接触反応装
置を提供するものである。
題を解決するべく鋭意研究した結果、貫通気孔の多孔質
材料からなる酸素又は空気の供給部の表面に存在する貫
通気孔端の開口面積の総和を、炭化水素の供給量に対応
して設定するとともに、各貫通気孔端のそれぞれの開口
面積を、貫通気孔中における酸素又は空気の拡散線速度
が特定値になるように設定することによって、上記目的
を達成することができることを知見し、本発明を完成さ
せた。すなわち、本発明は、以下の異種気体接触反応装
置を提供するものである。
【０００５】［１］ 異種の反応気体を接触反応させる
異種気体接触反応装置であって、第１の反応気体を導入
する、貫通気孔の多孔質材料からなる第１の供給部と、
この第１の供給部を囲繞するように形成した、第２の反
応気体を導入する第２の供給部とを備え、第１の反応気
体を第１の供給部の貫通気孔を経由してその貫通気孔端
から第２の供給部に向けて逐次的に拡散させて、第１の
反応気体と第２の反応気体とを接触反応させ得る構成を
有するとともに、第１の供給部の表面に存在する貫通気
孔端の開口面積の総和を、第１の反応気体の供給量が第
２の反応気体の供給量に対応した大きさになるように設
定し、かつ各貫通気孔端のそれぞれの開口面積を、第１
の反応気体の貫通気孔端における貫通気孔の軸方向の拡
散線速度が、第２の反応気体の同一方向で反対向きの拡
散線速度よりも大となるように設定してなることを特徴
とする異種気体接触反応装置。
異種気体接触反応装置であって、第１の反応気体を導入
する、貫通気孔の多孔質材料からなる第１の供給部と、
この第１の供給部を囲繞するように形成した、第２の反
応気体を導入する第２の供給部とを備え、第１の反応気
体を第１の供給部の貫通気孔を経由してその貫通気孔端
から第２の供給部に向けて逐次的に拡散させて、第１の
反応気体と第２の反応気体とを接触反応させ得る構成を
有するとともに、第１の供給部の表面に存在する貫通気
孔端の開口面積の総和を、第１の反応気体の供給量が第
２の反応気体の供給量に対応した大きさになるように設
定し、かつ各貫通気孔端のそれぞれの開口面積を、第１
の反応気体の貫通気孔端における貫通気孔の軸方向の拡
散線速度が、第２の反応気体の同一方向で反対向きの拡
散線速度よりも大となるように設定してなることを特徴
とする異種気体接触反応装置。
【０００６】［２］ 前記第１の供給部の貫通気孔の気
孔率が、１〜５０％である前記［１］に記載の異種気体
接触反応装置。
孔率が、１〜５０％である前記［１］に記載の異種気体
接触反応装置。
【０００７】［３］ 前記第１の反応気体の、前記貫通
気孔端における貫通気孔の軸方向の拡散線速度が、０．
３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃの範囲内のいずれかの値以上と
なるように設定してなる前記［１］又は［２］に記載の
異種気体接触反応装置。
気孔端における貫通気孔の軸方向の拡散線速度が、０．
３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃの範囲内のいずれかの値以上と
なるように設定してなる前記［１］又は［２］に記載の
異種気体接触反応装置。
【０００８】［４］ 前記第１の供給部の貫通気孔にお
ける全圧力損失が３気圧以下である前記［１］〜［３］
のいずれかに記載の異種気体接触反応装置。
ける全圧力損失が３気圧以下である前記［１］〜［３］
のいずれかに記載の異種気体接触反応装置。
【０００９】［５］ 前記第１の反応気体が、酸素又は
空気であり、かつ前記第２の反応気体が炭化水素である
前記［１］〜［４］のいずれかに記載の異種気体接触反
応装置。
空気であり、かつ前記第２の反応気体が炭化水素である
前記［１］〜［４］のいずれかに記載の異種気体接触反
応装置。
【００１０】［６］ 前記第１の供給部の形状が、円筒
状である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の異種気
体接触反応装置。
状である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の異種気
体接触反応装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。図１に示すよう
に、本発明の異種気体接触反応装置１０は、異種の反応
気体を接触反応させる異種気体接触反応装置であって、
第１の反応気体１を導入する、貫通気孔の多孔質材料円
筒からなる第１の供給部２と、この第１の供給部２を囲
繞するように形成した、第２の反応気体３を導入する第
２の供給部４とを備えている。
図面を参照しつつ具体的に説明する。図１に示すよう
に、本発明の異種気体接触反応装置１０は、異種の反応
気体を接触反応させる異種気体接触反応装置であって、
第１の反応気体１を導入する、貫通気孔の多孔質材料円
筒からなる第１の供給部２と、この第１の供給部２を囲
繞するように形成した、第２の反応気体３を導入する第
２の供給部４とを備えている。
【００１２】 また、図２に示すように、第１の反応気
体１を第１の供給部２の貫通気孔を経由してその貫通気
孔端５から第２の供給部４に向けて逐次的に拡散させ
て、第１の反応気体１と第２の反応気体３とを接触反応
させ得る構成を有している。なお、図２においては、第
１の供給部２の内面に存在する貫通気孔端５の記載を省
略している。通常、第２の供給部４と第１の供給部２と
の間には、触媒７が充填され、第１の反応気体１は、第
１の供給部２に導入され、その貫通気孔端５から第２の
供給部４に向けて逐次的に拡散し、触媒７の充填された
部分で第２の反応気体３と接触反応させる。この場合、
触媒７を、第１の供給部２の内部に充填して、第１の反
応気体１を、第２の供給部４に導入し、第１の供給部２
に向けてその貫通気孔端５を経由して逐次的に拡散さ
せ、触媒７の充填された部分で第２の反応気体３と接触
反応させてもよい。
体１を第１の供給部２の貫通気孔を経由してその貫通気
孔端５から第２の供給部４に向けて逐次的に拡散させ
て、第１の反応気体１と第２の反応気体３とを接触反応
させ得る構成を有している。なお、図２においては、第
１の供給部２の内面に存在する貫通気孔端５の記載を省
略している。通常、第２の供給部４と第１の供給部２と
の間には、触媒７が充填され、第１の反応気体１は、第
１の供給部２に導入され、その貫通気孔端５から第２の
供給部４に向けて逐次的に拡散し、触媒７の充填された
部分で第２の反応気体３と接触反応させる。この場合、
触媒７を、第１の供給部２の内部に充填して、第１の反
応気体１を、第２の供給部４に導入し、第１の供給部２
に向けてその貫通気孔端５を経由して逐次的に拡散さ
せ、触媒７の充填された部分で第２の反応気体３と接触
反応させてもよい。
【００１３】 また、第１の供給部２の表面に存在する
貫通気孔端５の開口面積の総和を、第１の反応気体１の
供給量が第２の反応気体３の供給量に対応した大きさに
なるように設定し、かつ各貫通気孔端５のそれぞれの開
口面積を、第１の反応気体１の、貫通気孔端５における
貫通気孔の軸方向の拡散線速度が、第２の反応気体３の
同一方向で反対向きの拡散線速度よりも大となるように
設定してなるものである。
貫通気孔端５の開口面積の総和を、第１の反応気体１の
供給量が第２の反応気体３の供給量に対応した大きさに
なるように設定し、かつ各貫通気孔端５のそれぞれの開
口面積を、第１の反応気体１の、貫通気孔端５における
貫通気孔の軸方向の拡散線速度が、第２の反応気体３の
同一方向で反対向きの拡散線速度よりも大となるように
設定してなるものである。
【００１４】 ここで、異種気体接触反応装置として
は、異種の反応気体を接触させて反応させるものであれ
ば特に制限はなく、例えば、前述の、メタンやナフサ等
の炭化水素気体に、酸素又は空気を接触させて反応さ
せ、一酸化炭素と水素からなる合成ガスを製造する部分
酸化反応装置、一酸化炭素の選択酸化装置、プロパンに
酸素又は空気を接触させて反応させ、プロピレンを製造
する脱水素反応装置、ブタンに酸素又は空気を接触させ
て反応させ、無水マレイン酸を製造する酸化反応装置、
メタンに酸素又は空気を接触させて反応させ、アセトア
ルデヒドを製造する部分酸化反応装置等を挙げることが
できる。
は、異種の反応気体を接触させて反応させるものであれ
ば特に制限はなく、例えば、前述の、メタンやナフサ等
の炭化水素気体に、酸素又は空気を接触させて反応さ
せ、一酸化炭素と水素からなる合成ガスを製造する部分
酸化反応装置、一酸化炭素の選択酸化装置、プロパンに
酸素又は空気を接触させて反応させ、プロピレンを製造
する脱水素反応装置、ブタンに酸素又は空気を接触させ
て反応させ、無水マレイン酸を製造する酸化反応装置、
メタンに酸素又は空気を接触させて反応させ、アセトア
ルデヒドを製造する部分酸化反応装置等を挙げることが
できる。
【００１５】 本発明における反応気体としては、互い
に接触して反応するものであれば特に制限はないが、供
給条件の適確な特定、制御を必要とする、例えば、前記
部分酸化反応に用いられる気体に対して本発明は特に有
効である。具体的な組合わせとしては、メタンやナフサ
等の炭化水素気体と酸素又は空気、プロパンと酸素又は
空気、一酸化炭素と酸素又は空気、ブタンと酸素又は空
気等を挙げることができる。
に接触して反応するものであれば特に制限はないが、供
給条件の適確な特定、制御を必要とする、例えば、前記
部分酸化反応に用いられる気体に対して本発明は特に有
効である。具体的な組合わせとしては、メタンやナフサ
等の炭化水素気体と酸素又は空気、プロパンと酸素又は
空気、一酸化炭素と酸素又は空気、ブタンと酸素又は空
気等を挙げることができる。
【００１６】 第１の供給部としては、貫通気孔の多孔
質材料からなるものであれば特に制限はないが、その形
状としては、円筒状が好ましく、材質としては、例え
ば、アルミナ、チタニア、ジルコニア、コージェライ
ト、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト等
を挙げることができる。
質材料からなるものであれば特に制限はないが、その形
状としては、円筒状が好ましく、材質としては、例え
ば、アルミナ、チタニア、ジルコニア、コージェライ
ト、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ムライト等
を挙げることができる。
【００１７】 具体的な設定としては、第１の供給部の
貫通気孔の開気孔率（アルキメデス法）を、好ましく
は、１〜５０％、さらに好ましくは、５〜３０％と特定
することを挙げることができる。なお、この気孔率は、
［（各貫通気孔端のそれぞれの開口面積（Ｓ）／第１の
供給部の表面積）×１００］に相当する。第１の供給部
の貫通気孔の気孔率が１％未満であると、空気又は酸素
の必要供給量を確保するのに非常に大きな圧力差を必要
とする。また、５０％を超えると、第１の反応気体の特
定の拡散線速度を確保することができないことがある。
貫通気孔の開気孔率（アルキメデス法）を、好ましく
は、１〜５０％、さらに好ましくは、５〜３０％と特定
することを挙げることができる。なお、この気孔率は、
［（各貫通気孔端のそれぞれの開口面積（Ｓ）／第１の
供給部の表面積）×１００］に相当する。第１の供給部
の貫通気孔の気孔率が１％未満であると、空気又は酸素
の必要供給量を確保するのに非常に大きな圧力差を必要
とする。また、５０％を超えると、第１の反応気体の特
定の拡散線速度を確保することができないことがある。
【００１８】 また、第１の反応気体の、貫通気孔端に
おける貫通気孔の軸方向の線速度は、０．３〜１．０ｃ
ｍ／ｓｅｃに特定することが好ましい。このように特定
するのは、下記の理由による。
おける貫通気孔の軸方向の線速度は、０．３〜１．０ｃ
ｍ／ｓｅｃに特定することが好ましい。このように特定
するのは、下記の理由による。
【００１９】 すなわち、２種類のガスが混合された状
態でのそれぞれのガスの相互拡散については、下記式
（１）に示す藤田の式が知られている（「会員寄書気相
中の拡散係数について」化学機械・１５巻・５号・昭和
２６年、２３４頁、寄稿者 藤田重文）。
態でのそれぞれのガスの相互拡散については、下記式
（１）に示す藤田の式が知られている（「会員寄書気相
中の拡散係数について」化学機械・１５巻・５号・昭和
２６年、２３４頁、寄稿者 藤田重文）。
【００２０】
【数１】 Ｄ＝0.00070Ｔ1.833 （１／Ｍ1＋１／Ｍ2）1/2 /｛（Ｔｃ1／Ｐｃ1）1/3 + (Ｔ ｃ2／Ｐｃ2)1/3 ｝3 （１）
【００２１】 ここで、Ｄは相互拡散係数（ｃｍ2／ｓ
ｅｃ）、Ｔｃは臨界温度（Ｋ）、Ｐｃは臨界圧力（ａｔ
ｍ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｍは分子量、添字の１と２は気
体の種類である。
ｅｃ）、Ｔｃは臨界温度（Ｋ）、Ｐｃは臨界圧力（ａｔ
ｍ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｍは分子量、添字の１と２は気
体の種類である。
【００２２】 この式から、相互拡散係数Ｄは、ガスの
種類、温度により異なるが、概ね０．１〜１ｃｍ2／ｓ
ｅｃの範囲となることがわかる。
種類、温度により異なるが、概ね０．１〜１ｃｍ2／ｓ
ｅｃの範囲となることがわかる。
【００２３】 第２の反応気体の拡散線速度は濃度勾配
に依存するが、例えば、反応側（第２の供給部側）で１
００％濃度、第１の供給部で０％の場合、ｔ＝１秒の平
均拡散距離ｘは、ｘ＝(Ｄｔ)1/2から、ｘ＝０．３〜
１．０ｃｍとなる。従って、第２の反応気体の同一方向
の平均拡散線速度が０．３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃのいず
れかの値である時に、逆拡散を防止するため、その値以
上の拡散線速度を逆方向に設定することが必要となり、
第１の反応気体の、貫通気孔端における貫通気孔の軸方
向の線速度は０．３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃの範囲内のい
ずれかの値以上に設定することが好ましい。
に依存するが、例えば、反応側（第２の供給部側）で１
００％濃度、第１の供給部で０％の場合、ｔ＝１秒の平
均拡散距離ｘは、ｘ＝(Ｄｔ)1/2から、ｘ＝０．３〜
１．０ｃｍとなる。従って、第２の反応気体の同一方向
の平均拡散線速度が０．３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃのいず
れかの値である時に、逆拡散を防止するため、その値以
上の拡散線速度を逆方向に設定することが必要となり、
第１の反応気体の、貫通気孔端における貫通気孔の軸方
向の線速度は０．３〜１．０ｃｍ／ｓｅｃの範囲内のい
ずれかの値以上に設定することが好ましい。
【００２４】 また、第１の反応気体の、貫通気孔端に
おける貫通気孔の軸方向の拡散線速度を大きくし過ぎる
と（各貫通気孔端のそれぞれの開口面積を小さくしすぎ
ると）、第１の供給部の貫通気孔における圧力損失が増
大し、実用性に欠けることがあるので、第１の供給部の
貫通気孔における圧力損失は、３気圧以下に設定するこ
とが好ましく、１気圧以下に設定することがさらに好ま
しい。これは法規制等から、通常、１０気圧未満の加圧
が経済的観点から有効であるためであり、また、１０気
圧の３０％（３気圧）を超える圧力損失がある場合に
は、経済性から見て著しく不利となるので、１０％（１
気圧）以下とすることが好ましいためである。
おける貫通気孔の軸方向の拡散線速度を大きくし過ぎる
と（各貫通気孔端のそれぞれの開口面積を小さくしすぎ
ると）、第１の供給部の貫通気孔における圧力損失が増
大し、実用性に欠けることがあるので、第１の供給部の
貫通気孔における圧力損失は、３気圧以下に設定するこ
とが好ましく、１気圧以下に設定することがさらに好ま
しい。これは法規制等から、通常、１０気圧未満の加圧
が経済的観点から有効であるためであり、また、１０気
圧の３０％（３気圧）を超える圧力損失がある場合に
は、経済性から見て著しく不利となるので、１０％（１
気圧）以下とすることが好ましいためである。
【００２５】 以下、一酸化炭素の選択酸化装置とし
て、内径が２５ｍｍのステンレス管と、その中に挿入し
た外径１７ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの多孔質アルミナ管
と、両者の間に充填した触媒とを備えた、反応部の有効
長さが２００ｍｍの反応管を用い、触媒を充填した部分
に反応ガス（水素：２０％、水：１０％、一酸化炭素：
１，０００ｐｐｍ、窒素：残りの部分）を流す場合の計
算例について説明する。反応ガスの空間速度が８０，０
００ｈ-1の場合、流速は、下記式のように算出される。
て、内径が２５ｍｍのステンレス管と、その中に挿入し
た外径１７ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの多孔質アルミナ管
と、両者の間に充填した触媒とを備えた、反応部の有効
長さが２００ｍｍの反応管を用い、触媒を充填した部分
に反応ガス（水素：２０％、水：１０％、一酸化炭素：
１，０００ｐｐｍ、窒素：残りの部分）を流す場合の計
算例について説明する。反応ガスの空間速度が８０，０
００ｈ-1の場合、流速は、下記式のように算出される。
【００２６】
【数２】｛（２．５×２．５−１．７×１．７）／４｝
×３．１４×２０×８０，０００＝４，２２０，１６０
Ｎｍｌ／ｈ＝７０．４Ｎｌ／ｍｉｎ
×３．１４×２０×８０，０００＝４，２２０，１６０
Ｎｍｌ／ｈ＝７０．４Ｎｌ／ｍｉｎ
【００２７】 一方、１，０００ｐｐｍの一酸化炭素の
供給ガス量は、下記式のように算出される。
供給ガス量は、下記式のように算出される。
【００２８】
【数３】 ７０，４００×０．００１＝７０．４Ｎｍｌ／ｍｉｎ
【００２９】 必要な酸素量は、一酸化炭素と等モル数
の７０．４Ｎｍｌ／ｍｉｎであり、必要な空気量は、必
要な酸素量の５倍の３５２Ｎｍｌ／ｍｉｎと算出され
る。多孔質アルミナの表面積は、１．７×３．１４×２
０＝１０６．８ｃｍ2であるから、表面積当たりの必要
空気透過量は、下記式（２）のように算出される。
の７０．４Ｎｍｌ／ｍｉｎであり、必要な空気量は、必
要な酸素量の５倍の３５２Ｎｍｌ／ｍｉｎと算出され
る。多孔質アルミナの表面積は、１．７×３．１４×２
０＝１０６．８ｃｍ2であるから、表面積当たりの必要
空気透過量は、下記式（２）のように算出される。
【００３０】
【数４】 ３５２／１０６．８＝３．３Ｎｍｌ／ｍｉｎ・ｃｍ2 （２）
【００３１】 一方、ガスの相互拡散係数は、前記式
（１）の藤田の式で求められる。この場合は、主成分で
あり、拡散速度が最速の水素と酸素の相互拡散係数Ｄを
対象とする。温度Ｔ＝４３３Ｋ（１６０℃）、水素の質
量Ｍ1＝２、酸素の質量Ｍ2＝３２、水素の臨界温度Ｔｃ
1＝３２．９８Ｋ、水素の臨界圧力Ｐｃ1＝１．２９３Ｍ
Ｐａ＝１２．８ａｔｍ、酸素の臨界温度Ｔｃ2＝１５
４．５８Ｋ、酸素の臨界圧力Ｐｃ2＝５．０４３ＭＰａ
＝４９．８ａｔｍをそれぞれ代入して計算すると、Ｄ＝
０．１７６ｃｍ2／ｓｅｃ、１秒間の平均拡散距離は、
（０．１７６×１）1/2＝０．４２ｃｍと算出される。
従って、水素ガスが逆拡散して空気側に漏れないために
は、下記式（３）に示すように、２５．２ｃｍ／ｍｉｎ
以上であれはよいことがわかる。
（１）の藤田の式で求められる。この場合は、主成分で
あり、拡散速度が最速の水素と酸素の相互拡散係数Ｄを
対象とする。温度Ｔ＝４３３Ｋ（１６０℃）、水素の質
量Ｍ1＝２、酸素の質量Ｍ2＝３２、水素の臨界温度Ｔｃ
1＝３２．９８Ｋ、水素の臨界圧力Ｐｃ1＝１．２９３Ｍ
Ｐａ＝１２．８ａｔｍ、酸素の臨界温度Ｔｃ2＝１５
４．５８Ｋ、酸素の臨界圧力Ｐｃ2＝５．０４３ＭＰａ
＝４９．８ａｔｍをそれぞれ代入して計算すると、Ｄ＝
０．１７６ｃｍ2／ｓｅｃ、１秒間の平均拡散距離は、
（０．１７６×１）1/2＝０．４２ｃｍと算出される。
従って、水素ガスが逆拡散して空気側に漏れないために
は、下記式（３）に示すように、２５．２ｃｍ／ｍｉｎ
以上であれはよいことがわかる。
【００３２】
【数５】 ０．４２ｃｍ／ｓｅｃ＝２５．２ｃｍ／ｍｉｎ （３）
【００３３】 従って、気孔率は、前記式（２）／前記
式（３）から求められる。すなわち、３．３／２５．２
＝０．１３＝１３％となる。以上のことから、１３％以
下の気孔率であれば、拡散線速度が所定値以上となる
が、気孔率が小さくなると圧力損失が大きくなるため設
計的には気孔率が大きい方がよい。このため、気孔率と
しては１３％が最適である。
式（３）から求められる。すなわち、３．３／２５．２
＝０．１３＝１３％となる。以上のことから、１３％以
下の気孔率であれば、拡散線速度が所定値以上となる
が、気孔率が小さくなると圧力損失が大きくなるため設
計的には気孔率が大きい方がよい。このため、気孔率と
しては１３％が最適である。
【００３４】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によっ
て、異種の反応気体の供給条件を総合的かつ適確に特
定、制御し、均一に接触、反応させることが可能で、生
産効率の向上を図ることが可能な異種気体接触反応装置
を提供することができる。
て、異種の反応気体の供給条件を総合的かつ適確に特
定、制御し、均一に接触、反応させることが可能で、生
産効率の向上を図ることが可能な異種気体接触反応装置
を提供することができる。
【図１】 本発明の異種気体接触反応装置の一の実施の
形態を模式的に示す説明図である。
形態を模式的に示す説明図である。
【図２】 本発明の異種気体接触反応装置の一の実施の
形態において、貫通気孔の多孔質材料からなる第１の供
給部の部分を模式的に示す説明図である。
形態において、貫通気孔の多孔質材料からなる第１の供
給部の部分を模式的に示す説明図である。
１…第１の反応気体、２…貫通気孔の多孔質材料からな
る第１の供給部、３…第２の反応気体、４…第２の供給
部、５…第１の供給部表面の貫通気孔端、７…触媒、１
０…異種気体接触反応装置。
る第１の供給部、３…第２の反応気体、４…第２の供給
部、５…第１の供給部表面の貫通気孔端、７…触媒、１
０…異種気体接触反応装置。
Claims (6)
- 【請求項１】 異種の反応気体を接触反応させる異種気
体接触反応装置であって、第１の反応気体を導入する、
貫通気孔の多孔質材料からなる第１の供給部と、この第
１の供給部を囲繞するように形成した、第２の反応気体
を導入する第２の供給部とを備え、第１の反応気体を第
１の供給部の貫通気孔を経由してその貫通気孔端から第
２の供給部に向けて逐次的に拡散させて、第１の反応気
体と第２の反応気体とを接触反応させ得る構成を有する
とともに、第１の供給部の表面に存在する貫通気孔端の
開口面積の総和を、第１の反応気体の供給量が第２の反
応気体の供給量に対応した大きさになるように設定し、
かつ各貫通気孔端のそれぞれの開口面積を、第１の反応
気体の貫通気孔端における貫通気孔の軸方向の拡散線速
度が、第２の反応気体の同一方向で反対向きの拡散線速
度よりも大となるように設定してなることを特徴とする
異種気体接触反応装置。 - 【請求項２】 前記第１の供給部の貫通気孔の気孔率
が、１〜５０％である請求項１に記載の異種気体接触反
応装置。 - 【請求項３】 前記第１の反応気体の、前記貫通気孔端
における貫通気孔の軸方向の拡散線速度が、０．３〜
１．０ｃｍ／ｓｅｃの範囲内のいずれかの値以上となる
ように設定してなる請求項１又は２に記載の異種気体接
触反応装置。 - 【請求項４】 前記第１の供給部の貫通気孔における全
圧力損失が３気圧以下である請求項１〜３のいずれかに
記載の異種気体接触反応装置。 - 【請求項５】 前記第１の反応気体が、酸素又は空気で
あり、かつ前記第２の反応気体が炭化水素である請求項
１〜４のいずれかに記載の異種気体接触反応装置。 - 【請求項６】 前記第１の供給部の形状が、円筒状であ
る請求項１〜５のいずれかに記載の異種気体接触反応装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286747A JP2002095957A (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 異種気体接触反応装置 |
| US09/954,343 US6838064B2 (en) | 2000-09-21 | 2001-09-17 | Apparatus for contact reaction between different gases |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286747A JP2002095957A (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 異種気体接触反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002095957A true JP2002095957A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=18770619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000286747A Pending JP2002095957A (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 異種気体接触反応装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6838064B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002095957A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009523688A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | イネオス ユーロープ リミテッド | 炭化水素及び酸素含有ガスを反応器内で触媒床と接触させる方法 |
| JP2009249280A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Precision Conbustion Inc | 燃料改質装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8603407B2 (en) | 2007-03-21 | 2013-12-10 | Precision Combustion, Inc. | Catalytic isobutane alkylation |
| US10076739B1 (en) | 2014-07-22 | 2018-09-18 | Precision Combustion, Inc. | Chemical reactor for use with overly reactive chemicals |
| US11040928B1 (en) | 2018-04-23 | 2021-06-22 | Precision Combustion, Inc. | Process for converting alkanes to olefins |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH526333A (de) * | 1967-05-19 | 1972-08-15 | Bayer Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen zwischen Gasen |
| JP3821925B2 (ja) * | 1997-09-25 | 2006-09-13 | 日本碍子株式会社 | 膜型反応装置 |
| US5935533A (en) * | 1997-10-28 | 1999-08-10 | Bp Amoco Corporation | Membrane reactor hollow tube module with ceramic/metal interfacial zone |
| US6309612B1 (en) * | 1998-11-18 | 2001-10-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ceramic membrane reactor with two reactant gases at different pressures |
-
2000
- 2000-09-21 JP JP2000286747A patent/JP2002095957A/ja active Pending
-
2001
- 2001-09-17 US US09/954,343 patent/US6838064B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009523688A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | イネオス ユーロープ リミテッド | 炭化水素及び酸素含有ガスを反応器内で触媒床と接触させる方法 |
| JP2009249280A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Precision Conbustion Inc | 燃料改質装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020034462A1 (en) | 2002-03-21 |
| US6838064B2 (en) | 2005-01-04 |
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