JP2002102678A - 旋回流型気固反応器 - Google Patents
旋回流型気固反応器Info
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Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】小形で外部への熱損失が少なく、流動層制御が
単純で容易な旋回流型気固反応器を提供する。 【解決手段】本旋回流型気固反応器１は、筒体に巻着し
た旋回形ベーン８を固着した円筒部９を内設しており、
この円筒部９内に触媒３を収納し原料ガス２を供給する
と、その上昇圧力により触媒３は旋回形ベーン８に沿っ
て上昇し、上昇した触媒３は反応容器１０と円筒部９と
のすき間１４を通って落下し、すき間１５から流動層に
帰還され循環流動層が形成される。これにより、小形、
低熱損失、流動層の制御が単純な旋回流型気固反応器が
得られる。また、ガス分離器１２で分離した未反応ガス
１７を流動層に帰還させることにより目的物質１１の生
成効率を高めることができる。
単純で容易な旋回流型気固反応器を提供する。 【解決手段】本旋回流型気固反応器１は、筒体に巻着し
た旋回形ベーン８を固着した円筒部９を内設しており、
この円筒部９内に触媒３を収納し原料ガス２を供給する
と、その上昇圧力により触媒３は旋回形ベーン８に沿っ
て上昇し、上昇した触媒３は反応容器１０と円筒部９と
のすき間１４を通って落下し、すき間１５から流動層に
帰還され循環流動層が形成される。これにより、小形、
低熱損失、流動層の制御が単純な旋回流型気固反応器が
得られる。また、ガス分離器１２で分離した未反応ガス
１７を流動層に帰還させることにより目的物質１１の生
成効率を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学反応器、小形
実験装置、石油・ガス化学装置などに用いられる流動層
型の気固反応器、特に流動層の流れを旋回流状にした旋
回流型気固反応器に関する。
実験装置、石油・ガス化学装置などに用いられる流動層
型の気固反応器、特に流動層の流れを旋回流状にした旋
回流型気固反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】気固系触媒反応を行う気固反応器は触媒
の形態により固定層型と流動層型に大別されるが、流動
層型気固反応器は、（１）触媒粒子が気体に比べ１００
０倍以上の熱容量を持つので、粒子の移動により熱の除
去または吸熱反応に必要な熱の供給が容易、（２）装置
全体をほぼ一定の温度で操作できる、（３）触媒微粒子
と気体間の熱移動速度が速く生産性がよい（４）装置規
模の大型化に向いている等の特徴を備えている。
の形態により固定層型と流動層型に大別されるが、流動
層型気固反応器は、（１）触媒粒子が気体に比べ１００
０倍以上の熱容量を持つので、粒子の移動により熱の除
去または吸熱反応に必要な熱の供給が容易、（２）装置
全体をほぼ一定の温度で操作できる、（３）触媒微粒子
と気体間の熱移動速度が速く生産性がよい（４）装置規
模の大型化に向いている等の特徴を備えている。
【０００３】図３は従来の流動層型気固反応器の概略構
成図を示したものであるが、気固反応器２０の底部側に
配設されたガス分散器２１を通して原料ガス２２が供給
される。このガス分散器２１としては、多孔板、バブル
キャップ、パイプグリッド形式のものが用いられてい
る。ガス分散器２１から吹き出る原料ガス２２が底部に
貯留された粒子状の触媒２３に当たると触媒全体は流動
層化される。そして、この流動層中で原料ガス２２と触
媒２３は接触して反応しながら流動層中を上昇し生成ガ
スとして取り出される。
成図を示したものであるが、気固反応器２０の底部側に
配設されたガス分散器２１を通して原料ガス２２が供給
される。このガス分散器２１としては、多孔板、バブル
キャップ、パイプグリッド形式のものが用いられてい
る。ガス分散器２１から吹き出る原料ガス２２が底部に
貯留された粒子状の触媒２３に当たると触媒全体は流動
層化される。そして、この流動層中で原料ガス２２と触
媒２３は接触して反応しながら流動層中を上昇し生成ガ
スとして取り出される。
【０００４】前記触媒２３は、上昇し生成ガス２４と共
に外部に移送されるので、気固反応器２０内部に設けた
サイクロン２５で触媒２３を集めディプレッグ２６を介
して触媒流動層に循環させたり、図４に示すような外部
に設けられたサイクロン２７により触媒２３を分離し
て、循環ポンプ２８により気固反応器２０の流動層に戻
す手段が用いられている。
に外部に移送されるので、気固反応器２０内部に設けた
サイクロン２５で触媒２３を集めディプレッグ２６を介
して触媒流動層に循環させたり、図４に示すような外部
に設けられたサイクロン２７により触媒２３を分離し
て、循環ポンプ２８により気固反応器２０の流動層に戻
す手段が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の流動層型の気固
反応器は上記のように構成されているが、触媒粒子を分
離するためのサイクロンを気固反応器の内部または外部
に設置しているため、形状が大きくなり、それに伴う外
部空気との接触面積の増大により熱損失が大きくなると
いう問題がある。
反応器は上記のように構成されているが、触媒粒子を分
離するためのサイクロンを気固反応器の内部または外部
に設置しているため、形状が大きくなり、それに伴う外
部空気との接触面積の増大により熱損失が大きくなると
いう問題がある。
【０００６】また、内部にサイクロンを使用した場合に
は、流動層の流れを乱す障害物となることや吸い込み量
の調節が必要となること、外部にサイクロンを使用した
場合には、触媒の還元量の調節が必要となるという問題
がある。これらは生成ガスの生成効率とも関連しており
流動層の制御が複雑になるという問題がある。
は、流動層の流れを乱す障害物となることや吸い込み量
の調節が必要となること、外部にサイクロンを使用した
場合には、触媒の還元量の調節が必要となるという問題
がある。これらは生成ガスの生成効率とも関連しており
流動層の制御が複雑になるという問題がある。
【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、小形で、外部への熱損失が小さく、単
純な流動層を形成することにより流動層の制御が容易な
旋回流型気固反応器を提供することを目的とする。
たものであって、小形で、外部への熱損失が小さく、単
純な流動層を形成することにより流動層の制御が容易な
旋回流型気固反応器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の旋回流型気固反応器は、反応器下部から供
給された原料ガスと反応器内下部に収容した触媒とを、
上方に旋回させながら流動層を形成して気固反応を行わ
せる気固反応手段と、前記触媒を反応器内に設けられた
二重壁の間を落下させ、再び流動層に循環させる流動層
循環手段とを備え、前記原料ガスを目的物質を含む生成
ガスに変換するようにしたことを特徴とするものであ
る。
め、本発明の旋回流型気固反応器は、反応器下部から供
給された原料ガスと反応器内下部に収容した触媒とを、
上方に旋回させながら流動層を形成して気固反応を行わ
せる気固反応手段と、前記触媒を反応器内に設けられた
二重壁の間を落下させ、再び流動層に循環させる流動層
循環手段とを備え、前記原料ガスを目的物質を含む生成
ガスに変換するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】さらに、上記旋回流型気固反応器におい
て、生成ガス中の未反応ガスを流動層に循環させ、再び
流動層中の粒子状触媒と反応させる循環路を備えたこと
を特徴とするものである。本発明の旋回流型気固反応器
は上記の構成により、外部への熱損失を抑えることがで
きると共に小形で、流動層制御が簡単に行える旋回流型
気固反応器を提供することができる。
て、生成ガス中の未反応ガスを流動層に循環させ、再び
流動層中の粒子状触媒と反応させる循環路を備えたこと
を特徴とするものである。本発明の旋回流型気固反応器
は上記の構成により、外部への熱損失を抑えることがで
きると共に小形で、流動層制御が簡単に行える旋回流型
気固反応器を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の旋回流型気固反応器の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は実施例の旋回流
型気固反応器の概略構成図である。図に示されるよう
に、本旋回流型気固反応器は、供給ポンプ４によって吸
引された原料ガス２を底部から送り込むための入口ポー
ト５と、前記原料ガス２と触媒３との気固反応により生
成される生成ガス６を頭頂から送出するための出口ポー
ト７と、前記原料ガスの上昇圧力により触媒３を旋回さ
せながら上昇させ、流動層を形成するための旋回形ベー
ン８を内部に固設した円筒部９と、それらを配設してな
る反応容器１０とから構成される気固反応手段を備えて
いる。
施例を図面に基づいて説明する。図１は実施例の旋回流
型気固反応器の概略構成図である。図に示されるよう
に、本旋回流型気固反応器は、供給ポンプ４によって吸
引された原料ガス２を底部から送り込むための入口ポー
ト５と、前記原料ガス２と触媒３との気固反応により生
成される生成ガス６を頭頂から送出するための出口ポー
ト７と、前記原料ガスの上昇圧力により触媒３を旋回さ
せながら上昇させ、流動層を形成するための旋回形ベー
ン８を内部に固設した円筒部９と、それらを配設してな
る反応容器１０とから構成される気固反応手段を備えて
いる。
【００１１】そしてまた、前記円筒部９の外壁と反応容
器１０の内壁との間に一定のすき間１４が設けられて二
重壁を構成すると共に、円筒部９の底部と反応容器の底
部間にもすき間１５が設けられ、前記すき間１４を通っ
て下降してくる触媒３を円筒部９内に吸い込むように構
成された流動層循環手段を備えている。この流動層の循
環がスムーズに行えるように、前記入口ポート５の上端
位置はすき間１５のほぼ上端位置に、また、出口ポート
７の下端位置は円筒部９のほぼ上端位置に一致するよう
に配設されている。
器１０の内壁との間に一定のすき間１４が設けられて二
重壁を構成すると共に、円筒部９の底部と反応容器の底
部間にもすき間１５が設けられ、前記すき間１４を通っ
て下降してくる触媒３を円筒部９内に吸い込むように構
成された流動層循環手段を備えている。この流動層の循
環がスムーズに行えるように、前記入口ポート５の上端
位置はすき間１５のほぼ上端位置に、また、出口ポート
７の下端位置は円筒部９のほぼ上端位置に一致するよう
に配設されている。
【００１２】前記触媒３には、反応させる原料ガス２に
応じた各種の金属化合物が用いられるが、良好な流動状
態を実現するために球形をした粒子状のものを使用して
いる。さらに好ましくは、微小粒子を適度に含んで広い
粒径分布を有し、軽くて十分な粒子強度を持ち、粒子間
の付着が少ないものが適している。例えば、ＣＯ２とＨ
２との原料ガスからメタンＣＨ４を生成する場合は、上
記条件を満足するＲｕ、Ｆｅ、Ｎｉなどの触媒が用いら
れる。
応じた各種の金属化合物が用いられるが、良好な流動状
態を実現するために球形をした粒子状のものを使用して
いる。さらに好ましくは、微小粒子を適度に含んで広い
粒径分布を有し、軽くて十分な粒子強度を持ち、粒子間
の付着が少ないものが適している。例えば、ＣＯ２とＨ
２との原料ガスからメタンＣＨ４を生成する場合は、上
記条件を満足するＲｕ、Ｆｅ、Ｎｉなどの触媒が用いら
れる。
【００１３】本実施例において、例えばＣＯ２とＨ２を
混合した原料ガスからＣＨ４を生成する場合、次に示す
ような動作により原料ガスと触媒との反応が行われる。
原料ガス２を供給ポンプ４で吸引して入口ポート５から
反応容器１０に送り込むと、反応容器１０の底部に予め
貯蔵されていた触媒３は上昇圧力を受けて徐々に流動化
し、旋回形ベーン８に沿って矢印のように旋回しながら
上昇する。
混合した原料ガスからＣＨ４を生成する場合、次に示す
ような動作により原料ガスと触媒との反応が行われる。
原料ガス２を供給ポンプ４で吸引して入口ポート５から
反応容器１０に送り込むと、反応容器１０の底部に予め
貯蔵されていた触媒３は上昇圧力を受けて徐々に流動化
し、旋回形ベーン８に沿って矢印のように旋回しながら
上昇する。
【００１４】この流動層上部の触媒３が円筒部９の上部
から飛び出す時、与えられている遠心力により反応容器
１０上部の側壁に当たり、運動エネルギーが無くなると
反応容器１０と円筒部９で形成された二重壁のすき間１
４を通って落下する。円筒部９の下部のすき間１５付近
は、円筒部９内の流動層の上方への流れに伴い吸引力を
受け負圧になっており、落下してきた触媒粒子はすき間
１５を通って円筒部９の流動層中に合流し循環する。
から飛び出す時、与えられている遠心力により反応容器
１０上部の側壁に当たり、運動エネルギーが無くなると
反応容器１０と円筒部９で形成された二重壁のすき間１
４を通って落下する。円筒部９の下部のすき間１５付近
は、円筒部９内の流動層の上方への流れに伴い吸引力を
受け負圧になっており、落下してきた触媒粒子はすき間
１５を通って円筒部９の流動層中に合流し循環する。
【００１５】一方、ＣＯ２およびＨ２ガスからなる原料
ガス２は円筒部９内の流動層中の触媒粒子と接触し、次
の反応式に表される目的物質であるＣＨ４およびＨ２Ｏ
ガスに変換され、これらは出口ポート７より生成ガスと
して取り出される。
ガス２は円筒部９内の流動層中の触媒粒子と接触し、次
の反応式に表される目的物質であるＣＨ４およびＨ２Ｏ
ガスに変換され、これらは出口ポート７より生成ガスと
して取り出される。
【式１】
【００１６】本実施例の旋回流型気固反応器における生
成ガス６の目的物質の生成効率は、主として原料ガス流
量と流動層内の温度により決まるので、原料ガス２の流
量は供給ポンプ４の吐出量を、流動層の温度はキャピラ
リーチューブ（図示せず）を挿入してその中を流れる流
体の温度を調節することにより制御している。
成ガス６の目的物質の生成効率は、主として原料ガス流
量と流動層内の温度により決まるので、原料ガス２の流
量は供給ポンプ４の吐出量を、流動層の温度はキャピラ
リーチューブ（図示せず）を挿入してその中を流れる流
体の温度を調節することにより制御している。
【００１７】本旋回流型気固反応器は、上記のように二
重壁中の触媒落下を利用した触媒循環機能を用いている
ため、触媒循環のためのサイクロンを不要とし、それに
伴いサイクロン自体の触媒吸引の制御も不要となる。こ
れがため装置全体の形状が小形になり、外部への熱損失
を減少させることができる。なお、本実施例ではこの熱
の移動をできるだけ小さくするために、さらに断熱材１
６により反応容器１０の周囲を被っている。
重壁中の触媒落下を利用した触媒循環機能を用いている
ため、触媒循環のためのサイクロンを不要とし、それに
伴いサイクロン自体の触媒吸引の制御も不要となる。こ
れがため装置全体の形状が小形になり、外部への熱損失
を減少させることができる。なお、本実施例ではこの熱
の移動をできるだけ小さくするために、さらに断熱材１
６により反応容器１０の周囲を被っている。
【００１８】上記実施例により得られる生成ガス６には
未反応ガスであるＣＯ２ガスおよびＨ２ガスが含まれる
ため、これが生成ガス６中の目的物質の生成効率に上限
を来す要因となっている。図２は他の実施例による旋回
流型気固反応器の構成を示したものであるが、この構成
により生成ガス６中の目的物質１１の生成効率をさらに
向上させることができる。この旋回流型気固反応器は、
図２に示すようにガス分離器１２および循環ポンプ１３
を連結してなる未反応ガス１７の帰還路を反応容器１０
及び断熱材１６等から構成された上記実施例の旋回流型
気固反応器に加えたものである。
未反応ガスであるＣＯ２ガスおよびＨ２ガスが含まれる
ため、これが生成ガス６中の目的物質の生成効率に上限
を来す要因となっている。図２は他の実施例による旋回
流型気固反応器の構成を示したものであるが、この構成
により生成ガス６中の目的物質１１の生成効率をさらに
向上させることができる。この旋回流型気固反応器は、
図２に示すようにガス分離器１２および循環ポンプ１３
を連結してなる未反応ガス１７の帰還路を反応容器１０
及び断熱材１６等から構成された上記実施例の旋回流型
気固反応器に加えたものである。
【００１９】本実施例における流動層の形成および反応
動作は上記実施例と同様であるが、生成ガス６はガス分
離器１２で目的物質１１と未反応ガス１７（ＣＯ２及び
Ｈ２ガス）とに分離され、この未反応ガス１７は循環ポ
ンプ１３により前記入口ポート５に送り込まれ、未反応
ガス１７は原料ガス２と合流し、流動層中で触媒３と接
触反応を行いＣＨ４に変換されるので、生成ガス６中の
未反応ガス１７は減少し、その結果目的物質１１の生成
効率が向上する。
動作は上記実施例と同様であるが、生成ガス６はガス分
離器１２で目的物質１１と未反応ガス１７（ＣＯ２及び
Ｈ２ガス）とに分離され、この未反応ガス１７は循環ポ
ンプ１３により前記入口ポート５に送り込まれ、未反応
ガス１７は原料ガス２と合流し、流動層中で触媒３と接
触反応を行いＣＨ４に変換されるので、生成ガス６中の
未反応ガス１７は減少し、その結果目的物質１１の生成
効率が向上する。
【００２０】
【発明の効果】本発明の旋回流型反応器は、旋回型流動
層の周辺に触媒帰還部を設けることにより、形状が小形
化されるので、小さなスペースに設置することができ
る。また、気固反応器内で触媒を循環させているので、
外部への熱の流出も減少する。また、供給ポンプの吐出
量を制御するだけで流動層を単純に制御することができ
る。さらに外部にガス分離器と循環供給ポンプを設け未
反応ガスを流動層へ帰還させることにより、生成ガスの
目的物質の生成効率をより高めることができる。
層の周辺に触媒帰還部を設けることにより、形状が小形
化されるので、小さなスペースに設置することができ
る。また、気固反応器内で触媒を循環させているので、
外部への熱の流出も減少する。また、供給ポンプの吐出
量を制御するだけで流動層を単純に制御することができ
る。さらに外部にガス分離器と循環供給ポンプを設け未
反応ガスを流動層へ帰還させることにより、生成ガスの
目的物質の生成効率をより高めることができる。
【図１】本発明の実施例の旋回流型気固反応器の概略構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の他の実施例の旋回流型気固反応器の概
略構成図である。
略構成図である。
【図３】従来の流動層方式の気固反応器の概略構成図で
ある。
ある。
【図４】従来の循環流動層方式の気固反応器の概略構成
図である。
図である。
１、２０…気固反応器 ２、２２…原料ガス ３、２３…触媒 ４…供給ポンプ ５…入口ポート ６、２４…生成ガス ７…出口ポート ８…旋回形ベーン ９…円筒部 １０…反応容器 １１…目的物質 １２…ガス分離器 １３、２８…循環ポンプ １４、１５…すき間 １６…断熱材 １７…未反応ガス ２１…ガス分散器 ２５、２７…サイクロン
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G070 AA01 AB07 AB08 BB35 CA12 CA13 CB17 DA23 4H006 AA04 AC11 BA19 BA21 BA23 BA85 BD81
Claims (2)
- 【請求項１】反応器下部から供給された原料ガスと反応
器内下部に収容した粒子状触媒とを、上方に旋回させな
がら流動層を形成して気固反応を行わせる気固反応手段
と、前記粒子状触媒を反応器内に設けられた二重壁の間
を落下させ、再び流動層に循環させる流動層循環手段と
を備え、前記原料ガスを目的物質を含む生成ガスに変換
するようにしたことを特徴とする旋回流型気固反応器。 - 【請求項２】生成ガス中の未反応ガスを流動層に循環さ
せ、再び流動層中の粒子状触媒と反応させる循環路を備
えたことを特徴とする請求項１記載の旋回流型気固反応
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000298715A JP2002102678A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 旋回流型気固反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000298715A JP2002102678A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 旋回流型気固反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002102678A true JP2002102678A (ja) | 2002-04-09 |
Family
ID=18780641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000298715A Withdrawn JP2002102678A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 旋回流型気固反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002102678A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104689767A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 南通华兴石油仪器有限公司 | 一种催化反应容器 |
| JP2019123678A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | 株式会社豊田中央研究所 | メタン製造装置、メタン製造方法 |
-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000298715A patent/JP2002102678A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104689767A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-10 | 南通华兴石油仪器有限公司 | 一种催化反应容器 |
| CN104689767B (zh) * | 2015-03-26 | 2016-08-17 | 南通华兴石油仪器有限公司 | 一种催化反应容器 |
| JP2019123678A (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-25 | 株式会社豊田中央研究所 | メタン製造装置、メタン製造方法 |
| JP7052360B2 (ja) | 2018-01-12 | 2022-04-12 | 株式会社豊田中央研究所 | メタン製造装置、メタン製造方法 |
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