JP2003299947A - Hydrogenation apparatus and method using the same - Google Patents

Hydrogenation apparatus and method using the same

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JP2003299947A
JP2003299947A JP2002104612A JP2002104612A JP2003299947A JP 2003299947 A JP2003299947 A JP 2003299947A JP 2002104612 A JP2002104612 A JP 2002104612A JP 2002104612 A JP2002104612 A JP 2002104612A JP 2003299947 A JP2003299947 A JP 2003299947A
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Japan
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reaction
catalyst
hydrogen gas
temperature
benzene
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JP2002104612A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Koyanagi
邦彦 小柳
Masaru Ichikawa
勝 市川
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the fluidized state of a hydrogen gas and liquid benzene becomes non-uniform because a reaction pipe is non-uniformly filled with catalyst particles, in a perfusate type fixed bed reactor being one embodiment of a conventional hydrogeneration apparatus and reaction is not performed because the contact of the catalyst with a substrate is not performed at a certain part in the reaction pipe and, therefore, the utilization efficiency of a catalyst is low and, further, the optimum reaction temperature Topt required for achieving a high reaction speed is not prescribed especially. <P>SOLUTION: In this hydrogenation apparatus, the temperature of a monolithic catalyst is held to the optimum reaction temperature higher than the boiling point of a dehydrogenation reaction product, and the reaction product is uniformly supplied to the upper part of the monolithic catalyst from a despersion device in each of stages. A required amount of a hydrogen gas is uniformly supplied to the upper part of the monolithic catalyst of the first stage from a hydrogen gas supply part, and the supply volume ratio of the hydrogen gas and the reaction product is regulated in each stage to perform hydrogenation reaction. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脱水素反応生成物
への水素ガスの添加装置および方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus and method for adding hydrogen gas to a dehydrogenation reaction product.

【0002】[0002]

【従来の技術およびその課題】化石燃料の枯渇、あるい
は化石燃料が引き起こす公害問題から水素エネルギーの
利用が期待されている。その一端として、自動車、住宅
等における水素ガスによる燃料電池発電が現在、検討さ
れているが、この場合、水素ガスの貯蔵、需要地への輸
送、供給が必要となる。その方法として、水素ガスを高
圧ボンベへ貯蔵し、輸送し、必要時にボンベより供給す
る方法、メタノールという形態で水素ガスを貯蔵、輸送
し、必要時に改質により水素ガスを供給する方法、シク
ロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン、2−プ
ロパノール等の有機化合物の形態で水素ガスを貯蔵、輸
送し、必要時に脱水素反応により水素ガスを発生させ供
給する方法等がある。
2. Description of the Related Art Utilization of hydrogen energy is expected due to depletion of fossil fuels or pollution problems caused by fossil fuels. As part of this, fuel cell power generation using hydrogen gas in automobiles, houses, etc. is currently under consideration, but in this case, hydrogen gas needs to be stored, transported to a demanded place, and supplied. As its method, hydrogen gas is stored in a high-pressure cylinder, transported, and supplied from the cylinder when necessary, a method of storing and transporting hydrogen gas in the form of methanol, and supplying hydrogen gas by reforming when necessary, cyclohexane, There is a method of storing and transporting hydrogen gas in the form of an organic compound such as methylcyclohexane, decalin and 2-propanol, and generating and supplying hydrogen gas by a dehydrogenation reaction when necessary.

【0003】これらの方法の中で、シクロヘキサン、メ
チルシクロヘキサン、デカリン、2−プロパノール等の
有機化合物、すなわち、いわゆる有機水素化物の形態で
水素ガスを貯蔵、輸送し、必要時に脱水素反応により水
素ガスを発生させ供給する方法では、例えば有機水素化
物としてシクロヘキサンを用いる場合、需要地での脱水
素反応により水素ガスと脱水素反応生成物であるベンゼ
ンを生成させ、それらの混合物中から水素ガスを分離
し、燃料電池等に供給したのち、残余のベンゼンを需要
地から水素ガス供給源へ返送し、水素添加反応によりシ
クロヘキサンを生成し、水素ガスを有機水素化物の形態
で貯蔵することができる。同有機水素化物は再び、需要
地へ輸送し脱水素反応により水素ガスを発生させ供給す
ることができる。上述の有機水素化物の形態で水素ガス
を貯蔵、輸送し供給する方法を図示すると、図1の様に
なる。
Among these methods, hydrogen gas is stored and transported in the form of organic compounds such as cyclohexane, methylcyclohexane, decalin and 2-propanol, that is, in the form of so-called organic hydride, and hydrogen gas is dehydrogenated by a dehydrogenation reaction when necessary. In the method of generating and supplying hydrogen, for example, when cyclohexane is used as an organic hydride, hydrogen gas and benzene, which is a dehydrogenation reaction product, are generated by a dehydrogenation reaction at a demand site, and hydrogen gas is separated from a mixture thereof. Then, after supplying to the fuel cell or the like, the residual benzene is returned from the demanding place to the hydrogen gas supply source, cyclohexane is produced by the hydrogenation reaction, and the hydrogen gas can be stored in the form of an organic hydride. The same organic hydride can be transported to the demand area again, and hydrogen gas can be generated and supplied by the dehydrogenation reaction. The method of storing, transporting and supplying hydrogen gas in the form of the above organic hydride is illustrated in FIG.

【0004】同方法は、使用する有機水素化物および有
機水素化物の脱水素反応生成物の貯蔵、輸送等に、タン
クローリ、パイプライン等の既存の化石燃料の設備を利
用できるという利点を有し、また有機水素化物をリサイ
クル利用できるという利点を有している。これらの諸利
点より、同方法は最も有望な水素ガスの供給手段であ
る。
This method has the advantage that existing fossil fuel equipment such as tank trucks and pipelines can be used for storage and transportation of the organic hydride and the dehydrogenation reaction product of the organic hydride used, It also has the advantage that the organic hydride can be recycled. Due to these advantages, this method is the most promising means for supplying hydrogen gas.

【0005】有機水素化物の形態で水素ガスを貯蔵、輸
送し、必要時に脱水素反応により水素ガスを発生させ供
給する同方法では、有機水素化物の脱水素反応生成物を
需要地から水素ガス供給源へ返送し、水素添加反応によ
り再び有機水素化物へ転換する過程が不可欠であるが、
従来、この様な水素添加反応は、主として向流接触式の
連続式水素添加装置および方法が使用されていた。この
様な水素添加反応装置としては、例えば図12に示すも
のが知られている(特開平02−56238)。
In this method, hydrogen gas is stored and transported in the form of organic hydride, and when the hydrogen gas is generated by a dehydrogenation reaction and supplied, the dehydrogenation reaction product of the organic hydride is supplied from the demand area. The process of returning to the source and converting it to an organic hydride again by the hydrogenation reaction is essential.
Conventionally, such a hydrogenation reaction has mainly used a countercurrent contact type continuous hydrogenation apparatus and method. As such a hydrogenation reactor, for example, the one shown in FIG. 12 is known (Japanese Patent Laid-Open No. 02-56238).

【0006】これは、灌液型固定床反応器に関し、上下
2枚の管板101,102の間に触媒103を充填した
反応管104を複数本配置した固定床、該固定床を収納
している反応容器105、反応容器105上部に設けら
れ、水素ガスおよびベンゼン液相を供給する原料送入口
106、送入された原料液を複数の反応管104に均一
に分散する分散器108、反応容器105下部に設けら
れた反応生成物排出口107および反応管104の外壁
と反応容器105の内壁との間に形成され上下2枚の管
板101,102により区切られた空間109に熱交換
用媒体を流通させるための入口110および出口111
を備えている。また、固定床の下方に、触媒103aを
充填した単一管の固定床112を設け、上部の複数本の
反応管104からの液を収集板113、再分散板114
を経て固定床112の触媒層に均一に分散させる。ノズ
ル115は、反応生成ガスを抜いたり、原料ガスを導入
したりするものである。
This relates to a perfusion type fixed bed reactor, in which a plurality of reaction tubes 104 filled with a catalyst 103 are arranged between two upper and lower tube plates 101 and 102, and the fixed beds are housed. Reaction vessel 105, a raw material inlet 106 provided on the upper portion of the reaction vessel 105 for supplying hydrogen gas and a benzene liquid phase, a disperser 108 for uniformly dispersing the fed raw material liquid into a plurality of reaction tubes 104, a reaction vessel 105 A heat exchange medium in a space 109 formed between a reaction product discharge port 107 provided in the lower portion and an outer wall of the reaction tube 104 and an inner wall of the reaction vessel 105 and divided by two upper and lower tube plates 101 and 102. Inlet 110 and outlet 111 for circulating
Is equipped with. Further, a fixed bed 112 of a single tube filled with the catalyst 103a is provided below the fixed bed, and the liquid from the plurality of reaction tubes 104 in the upper part is collected by a collecting plate 113 and a redispersion plate 114.
And then uniformly dispersed in the catalyst layer of the fixed bed 112. The nozzle 115 is for extracting a reaction product gas or introducing a raw material gas.

【0007】しかしながら、このような従来の水素添加
反応装置にあっては、反応管104および固定床112
中に触媒103、103a は不均一に充填されているこ
とから、水素ガスと液体ベンゼンの流動状態は不均一に
なり、反応管104および固定床112中のある部分で
は触媒103、103a と基質との接触が行われず、反
応は行われない。従って触媒103、103a の利用効
率は低い。また、水素ガスの圧力損失を生じるため、供
給する水素ガスを加圧する必要があり、加圧装置を要す
る。また、高い反応速度を達成するために必要とされ
る、最適な反応温度Topt について特に規定されていな
い。また、反応管104中の触媒103により生成した
シクロヘキサンが固定床112中の触媒103a におけ
る水素添加反応を阻害する可能性がある。
However, in such a conventional hydrogenation reaction apparatus, the reaction tube 104 and the fixed bed 112 are used.
Since the catalysts 103 and 103a are non-uniformly filled therein, the flow state of hydrogen gas and liquid benzene becomes non-uniform, and the catalysts 103 and 103a and the substrate are mixed with each other in a part of the reaction tube 104 and the fixed bed 112. Contact is not performed and the reaction is not performed. Therefore, the utilization efficiency of the catalysts 103 and 103a is low. Further, since a pressure loss of hydrogen gas occurs, it is necessary to pressurize the hydrogen gas to be supplied, which requires a pressurizing device. Further, the optimum reaction temperature Topt required for achieving a high reaction rate is not particularly specified. Further, cyclohexane produced by the catalyst 103 in the reaction tube 104 may inhibit the hydrogenation reaction in the catalyst 103a in the fixed bed 112.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は次
の通りである。請求項1の発明は、モノリス触媒、水素
ガス供給部、脱水素反応生成物供給部、有機水素化物回
収部、分散器、分散器元バルブ、回収部バルブよりな
り、モノリス触媒がガスの流路を複数に区切る複数のセ
ルからなるモノリス担体に、水素添加反応触媒を担持さ
せた物である水素添加装置である。請求項2の発明は、
モノリス触媒、水素ガス供給部、脱水素反応生成物供給
部、有機水素化物回収部、分散器、分散器元バルブ、回
収部バルブよりなり、モノリス触媒がガスの流路を複数
に区切る複数のセルからなるモノリス担体に、水素添加
反応触媒を担持させた物である水素添加装置において、
モノリス触媒の温度を水素添加装置内部の圧力における
脱水素反応生成物の沸点より高い最適な反応温度に保持
し、各段において分散器より脱水素反応生成物をモノリ
ス触媒の上部へ均一に供給すると共に、水素ガス供給部
より所要量の水素ガスを、第一段目のモノリス触媒の上
部へ均一に供給し、各段において水素ガスと脱水素反応
生成物の供給体積流量比を調節することよりなる水素添
加方法である。
The present invention has been made in view of such conventional technical problems, and has the following structure. The invention of claim 1 comprises a monolith catalyst, a hydrogen gas supply unit, a dehydrogenation reaction product supply unit, an organic hydride recovery unit, a disperser, a disperser main valve, and a recovery unit valve, and the monolith catalyst is a gas flow path. Is a hydrogenation device in which a hydrogenation reaction catalyst is supported on a monolithic carrier composed of a plurality of cells that divide into a plurality of cells. The invention of claim 2 is
Multiple cells consisting of a monolith catalyst, a hydrogen gas supply unit, a dehydrogenation reaction product supply unit, an organic hydride recovery unit, a disperser, a disperser source valve, and a recovery unit valve, and the monolith catalyst divides the gas flow path into multiple cells. In a hydrogenation device, which is a monolithic carrier consisting of a hydrogenation reaction catalyst supported thereon,
The temperature of the monolith catalyst is maintained at an optimum reaction temperature higher than the boiling point of the dehydrogenation reaction product at the pressure inside the hydrogenation device, and the dehydrogenation reaction product is uniformly supplied to the upper part of the monolith catalyst from the disperser in each stage. At the same time, the required amount of hydrogen gas is uniformly supplied from the hydrogen gas supply unit to the upper part of the first stage monolith catalyst, and the supply volume flow rate ratio of hydrogen gas and dehydrogenation reaction product is adjusted in each stage. Is a hydrogenation method.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図3は、本発明に係る水素添加装
置の1実施の形態を示す。図中において符号1は塔型反
応装置であり、モノリス触媒2、水素ガス供給部3、脱
水素反応生成物供給部4、有機水素化物回収部5、分散
器6、分散器元バルブ7、回収部バルブ8よりなる。モ
ノリス触媒2は、図2に示すようにガスの流路を複数に
区切る複数のセル10からなるモノリス担体9に、水素
添加反応触媒11を担持させた物である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 3 shows an embodiment of a hydrogenation apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a tower reactor, which is a monolith catalyst 2, a hydrogen gas supply unit 3, a dehydrogenation reaction product supply unit 4, an organic hydride recovery unit 5, a disperser 6, a disperser main valve 7, and a recovery unit. It is composed of a partial valve 8. The monolith catalyst 2 is a product in which a hydrogenation reaction catalyst 11 is supported on a monolith carrier 9 composed of a plurality of cells 10 dividing a gas flow path into a plurality of cells as shown in FIG.

【0010】水素添加装置は、塔型反応装置1であり、
その内部に、水素ガスが上から下に向かう流路を形成し
ている。塔型反応装置1内には、一体的な触媒であるモ
ノリス触媒2が、上下方向の所定間隔にて複数段に配置
され、流路を上下方向に複数の空間に分割している。塔
型反応装置1の上端部には、水素ガス供給用の開口部6
1が形成されている。また、塔型反応装置1内には、各
モノリス触媒2に対応させて、脱水素反応生成物供給部
4の分散器6および有機水素化物回収部5の回収器12
を設けてある。
The hydrogenation device is a tower type reactor 1,
Inside it, a flow path for hydrogen gas from the top to the bottom is formed. In the tower reactor 1, monolith catalysts 2 which are integral catalysts are arranged in a plurality of stages at predetermined vertical intervals to divide the flow path into a plurality of spaces in the vertical direction. An opening 6 for supplying hydrogen gas is provided at the upper end of the tower reactor 1.
1 is formed. In the tower reactor 1, the disperser 6 of the dehydrogenation reaction product supply unit 4 and the collector 12 of the organic hydride recovery unit 5 are associated with each monolith catalyst 2.
Is provided.

【0011】塔型反応装置1の開口部61は、開閉機能
および流量調節機能を有するバルブ60を介在する配管
62の一端が接続され、配管62の他端には、水素ガス
を貯留する水素ガス供給部3が接続されている。従っ
て、バルブ60の開度を調節することにより、水素ガス
供給部3からの水素ガスを所要の体積流量によって開口
部61から塔型反応装置1の上端部内に供給させ、最上
段である1段目のモノリス触媒2に均一に供給させるこ
とができる。
The opening 61 of the tower reactor 1 is connected to one end of a pipe 62 having a valve 60 having an opening / closing function and a flow rate adjusting function, and the other end of the pipe 62 is a hydrogen gas storing hydrogen gas. The supply unit 3 is connected. Therefore, by adjusting the opening degree of the valve 60, the hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit 3 is supplied into the upper end portion of the tower reactor 1 from the opening portion 61 at a required volume flow rate, and the uppermost first stage. It can be uniformly supplied to the monolith catalyst 2 of the eye.

【0012】脱水素反応生成物供給部4は、液相の脱水
素反応生成物を貯留する脱水素反応生成物源4aと、各
モノリス触媒2に対応させて塔型反応装置1内に配設す
る供給部となる分散器6と、一端が脱水素反応生成物源
4aに接続し、他端が、それぞれ開閉機能および流量調
節機能を有する分散器元バルブ7を介在して各分散器6
に接続する配管70とを有する。分散器6は、各段のモ
ノリス触媒2の上方にそれぞれ配置されている。従っ
て、各分散器元バルブ7の開度を調節することにより、
所要の体積流量によって、脱水素反応生成物源4aから
の脱水素反応生成物が各分散器6によって分散されなが
ら、各モノリス触媒2に上方から流入する。
The dehydrogenation reaction product supply unit 4 is arranged in the tower reactor 1 in correspondence with the dehydrogenation reaction product source 4a for storing the liquid phase dehydrogenation reaction product and each monolith catalyst 2. And a disperser 6 serving as a supply unit, one end of which is connected to the dehydrogenation reaction product source 4a and the other end of which is provided with a disperser main valve 7 having an opening / closing function and a flow rate adjusting function.
And a pipe 70 connected to the. The dispersers 6 are arranged above the monolith catalysts 2 at the respective stages. Therefore, by adjusting the opening of each disperser main valve 7,
The dehydrogenation reaction product from the dehydrogenation reaction product source 4a flows into each monolith catalyst 2 from above while being dispersed by each disperser 6 with a required volume flow rate.

【0013】有機水素化物回収部5は、各モノリス触媒
2に対応させて塔型反応装置1内に配設する回収器12
(回収部)と、有機水素化物を貯留する有機水素化物回
収容器5aと、一端が有機水素化物回収容器5aに接続
し、他端が、それぞれ開閉機能および流量調節機能を有
する回収部バルブ8を介在して各回収器12に接続する
配管80とを有する。
The organic hydride recovery unit 5 is a recovery unit 12 disposed in the tower reactor 1 corresponding to each monolith catalyst 2.
(Recovery part), organic hydride recovery container 5a for storing organic hydride, and recovery part valve 8 having one end connected to organic hydride recovery container 5a and the other end having an opening / closing function and a flow rate adjusting function. It has the piping 80 which connects with each collection | recovery device 12 through it.

【0014】回収器12は、各段のモノリス触媒2の下
方にそれぞれ配置され、各モノリス触媒2から滴下する
液相の有機水素化物の全てを受け入れるが、塔型反応装
置1内の流路を閉塞することなく、回収器12の周囲に
水素ガスを通過させるようになっている。図示の例で
は、モノリス触媒2の下方に位置させて、塔型反応装置
1の内壁に密着する環状の受板12aを配置し、モノリ
ス触媒2の下部から滴下する有機水素化物の一部を受板
12aに沿わせて滴下させ、回収器12に受け入れるよ
うになっている。モノリス触媒2を通過した水素ガス
は、受板12aと回収器12との間の流路を通って次段
のモノリス触媒2に供給される。
The collectors 12 are respectively disposed below the monolith catalysts 2 at the respective stages, and receive all of the liquid-phase organic hydride dropped from the monolith catalysts 2, but the flow path in the tower reactor 1 Hydrogen gas is allowed to pass around the collector 12 without being blocked. In the illustrated example, an annular receiving plate 12a is arranged below the monolith catalyst 2 so as to be in close contact with the inner wall of the tower reactor 1 to receive a part of the organic hydride dropped from the lower portion of the monolith catalyst 2. It is adapted to be dropped along the plate 12 a and be received by the collector 12. The hydrogen gas that has passed through the monolith catalyst 2 is supplied to the next stage monolith catalyst 2 through the flow path between the receiving plate 12a and the collector 12.

【0015】しかして、各回収部バルブ8の開度を調節
することにより、回収器12に回収された有機水素化物
が、所要の流量によって有機水素化物回収容器5aに向
けて流出する。但し、各回収部バルブ8の開放は、回収
器12および配管80からの塔型反応装置1内のガスの
流出を阻止し、回収器12に回収した有機水素化物のみ
を外部に流出させるように行なう。このため、回収器1
2の下端部に配管80を継合させ、若干量の有機水素化
物が常時、回収器12内に残存して、配管80への開口
部13が液状の有機水素化物によって覆われるように各
回収部バルブ8の開度を調節することにより、塔型反応
装置1内のガスの流出を防止するようになっている。
However, by adjusting the opening of each recovery part valve 8, the organic hydride recovered in the recovery device 12 flows out to the organic hydride recovery container 5a at a required flow rate. However, the opening of each recovery part valve 8 blocks the outflow of the gas in the tower reactor 1 from the recovery device 12 and the pipe 80, and allows only the organic hydride recovered in the recovery device 12 to flow out. To do. Therefore, the collector 1
The pipe 80 is joined to the lower end of the pipe 2, and a small amount of the organic hydride is always left in the recovery unit 12, and each recovery is performed so that the opening 13 to the pipe 80 is covered with the liquid organic hydride. The outflow of gas in the tower reactor 1 is prevented by adjusting the opening of the partial valve 8.

【0016】この各段のモノリス触媒2と、対応する分
散器6と、対応する回収器12とで、水素ガスの存在下
で脱水素反応生成物への水素添加反応を行なわせて有機
水素化物を生成させる有機水素化物生成装置を構成して
いる。
The monolith catalyst 2 at each stage, the corresponding disperser 6, and the corresponding collector 12 cause the hydrogenation reaction of the dehydrogenation reaction product in the presence of hydrogen gas to produce an organic hydride. It constitutes an organic hydride generation device for generating.

【0017】各モノリス触媒2は、温度調節手段20を
付属している。各温度調節手段20は、対応するモノリ
ス触媒2のモノリス担体9を所要の温度に維持する。す
なわち、水素添加反応開始前にモノリス触媒2を所要の
温度に昇温させ、かつ、水素添加反応中の大気中への放
熱量の補充のために加熱する機能のみならず、発熱反応
に伴って昇温するモノリス触媒2を所要の温度に降温さ
せるために冷却する機能を有する。
Each monolith catalyst 2 is provided with a temperature adjusting means 20. Each temperature adjusting means 20 maintains the monolith carrier 9 of the corresponding monolith catalyst 2 at a required temperature. That is, not only the function of raising the temperature of the monolith catalyst 2 to a required temperature before starting the hydrogenation reaction and heating for supplementing the amount of heat released to the atmosphere during the hydrogenation reaction, but also with the exothermic reaction It has a function of cooling the monolith catalyst 2 which is heated to lower the temperature to a required temperature.

【0018】各分散器6から各モノリス触媒2の上方へ
均一に供給する脱水素反応生成物と、開口部61からモ
ノリス触媒2の上方へ均一に供給する水素ガスとは、供
給体積流量比を適当な値に調節する。水素ガスの供給体
積流量は、バルブ60の開度を調節して得られ、脱水素
反応生成物の供給体積流量は、各分散器元バルブ7の開
度を調節して得られる。
The dehydrogenation reaction product uniformly supplied from above each monolith catalyst 2 from each disperser 6 and the hydrogen gas uniformly supplied above each monolith catalyst 2 from the opening 61 have a supply volume flow rate ratio. Adjust to an appropriate value. The supply volumetric flow rate of hydrogen gas is obtained by adjusting the opening degree of the valve 60, and the supply volumetric flow rate of the dehydrogenation reaction product is obtained by adjusting the opening degree of each disperser main valve 7.

【0019】また、各段の分散器6から供給する脱水素
反応生成物の供給体積流量は、温度調節手段20によっ
て与えるモノリス触媒2の温度に応じて適正量に設定す
る。すなわち、各段の分散器6から対応する段のモノリ
ス触媒2の上方へ均一に供給する脱水素反応生成物は、
対応する各段のモノリス触媒2内において全ての脱水素
反応生成物がモノリス触媒2の存在下で水素ガスと反応
し、有機水素化物に転化されるように与える。
Further, the supply volume flow rate of the dehydrogenation reaction product supplied from the disperser 6 at each stage is set to an appropriate amount according to the temperature of the monolith catalyst 2 given by the temperature adjusting means 20. That is, the dehydrogenation reaction product uniformly supplied from the disperser 6 of each stage to above the corresponding monolith catalyst 2 is:
All the dehydrogenation reaction products react with hydrogen gas in the presence of the monolith catalyst 2 in the corresponding monolith catalyst 2 of each stage, and are provided so as to be converted into an organic hydride.

【0020】有機水素化物の一例として、シクロヘキサ
ンを用い、脱水素反応生成物としてベンゼンを用いてい
るものとして、塔型反応装置1の作用について具体的に
説明する。
As an example of the organic hydride, cyclohexane is used and benzene is used as the dehydrogenation reaction product, and the operation of the tower reactor 1 will be specifically described.

【0021】先ず分散器元バルブ7(第一段目)を開放
し、分散器6(第一段目)よりベンゼンをモノリス触媒
2(第一段目)の上部へ均一に供給する。また、水素ガ
ス供給部3より所要量の水素ガスを、モノリス触媒2
(第一段目)の上部へ均一に供給する。この際に、分散
器元バルブ7(第一段目)の開度が大きく、多量のベン
ゼンが供給される場合、上記の水素ガスも供給されてい
ることから、セル10の表面に、図6で示される気泡流
が形成される。この場合、水素ガスがベンゼンを通過し
て、水素添加反応触媒11の表面へ拡散する量は低く、
水素添加反応速度は低い。一方、分散器元バルブ7(第
一段目)の開度を小さくし、ベンゼンの供給量を減少さ
せ、水素ガスとベンゼンの供給体積流量比を適当な値に
調節することにより、モノリス担体9内部のセル10の
表面に、図5で示される環状流が形成される。同流動様
式ではベンゼンはセル10の表面を液膜状態で移動し、
水素ガスはセル10の中心部を移動する。従って、水素
ガスは容易にベンゼンの液膜中を、水素添加反応触媒1
1の表面へ拡散し、容易にベンゼンと水素添加反応を行
う。また、ベンゼンはセル10の表面に一様に広がるこ
とから、モノリス担体9の表面に担持されている水素添
加反応触媒11は全量が使用される。従って触媒の利用
効率は高い。
First, the main valve 7 of the disperser (first stage) is opened, and benzene is uniformly supplied from the disperser 6 (first stage) to the upper portion of the monolith catalyst 2 (first stage). In addition, a required amount of hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas supply unit 3 to the monolith catalyst 2
Supply evenly to the top of (first stage). At this time, when the opening degree of the distributor main valve 7 (first stage) is large and a large amount of benzene is supplied, the above hydrogen gas is also supplied, so that the surface of the cell 10 is exposed to the state shown in FIG. The bubbly flow shown by is formed. In this case, the amount of hydrogen gas passing through benzene and diffusing to the surface of the hydrogenation reaction catalyst 11 is low,
Hydrogenation reaction rate is low. On the other hand, by reducing the opening degree of the main valve 7 of the disperser (first stage), reducing the supply amount of benzene, and adjusting the supply volume flow ratio of hydrogen gas and benzene to an appropriate value, the monolith carrier 9 An annular flow shown in FIG. 5 is formed on the surface of the internal cell 10. In the same flow mode, benzene moves on the surface of the cell 10 in a liquid film state,
Hydrogen gas moves in the center of the cell 10. Therefore, hydrogen gas can easily pass through the liquid film of benzene in the hydrogenation reaction catalyst 1.
It diffuses to the surface of No. 1 and easily undergoes hydrogenation reaction with benzene. Moreover, since benzene spreads evenly on the surface of the cell 10, the entire amount of the hydrogenation reaction catalyst 11 supported on the surface of the monolith carrier 9 is used. Therefore, the utilization efficiency of the catalyst is high.

【0022】一方、従来の水素添加装置の一例である灌
液型固定床反応器においては、反応管中に触媒粒子が充
填されており、それらの粒子の表面をベンゼンは流下し
て行く。また、水素ガスは液体ベンゼンと触媒粒子の間
隙を流下しながら、液体ベンゼン中を、触媒の表面へ拡
散し、ベンゼンと水素添加反応を行う。しかしながら触
媒粒子は不均一に充填されていることから、上記水素ガ
スと液体ベンゼンの流動状態は不均一になり、反応管中
のある部分では触媒と基質との接触が行われず、反応は
行われない。従って本発明の水素添加方法に比較して触
媒の利用効率は低い。
On the other hand, in a perfusion type fixed bed reactor which is an example of a conventional hydrogenation apparatus, the reaction tube is filled with catalyst particles, and benzene flows down on the surface of these particles. Further, while the hydrogen gas flows down through the gap between the liquid benzene and the catalyst particles, the hydrogen gas diffuses in the liquid benzene to the surface of the catalyst to carry out a hydrogenation reaction with benzene. However, since the catalyst particles are non-uniformly filled, the flow state of the hydrogen gas and liquid benzene becomes non-uniform, and the catalyst and the substrate do not come into contact with each other in a certain part of the reaction tube, and the reaction is not performed. Absent. Therefore, the utilization efficiency of the catalyst is low as compared with the hydrogenation method of the present invention.

【0023】また、本発明の水素添加方法では、モノリ
ス触媒により水素ガスの圧力損失は生じないが、従来の
水素添加装置の一例である灌液型固定床反応器において
は水素ガスの圧力損失が生じる。従って供給する水素ガ
スを加圧する必要があり、加圧装置を要する。
Further, in the hydrogenation method of the present invention, the pressure loss of hydrogen gas does not occur due to the monolith catalyst, but the pressure loss of hydrogen gas does not occur in the perfusion type fixed bed reactor which is an example of the conventional hydrogenation apparatus. Occurs. Therefore, it is necessary to pressurize the hydrogen gas to be supplied, and a pressurizing device is required.

【0024】本発明の水素添加方法では、次にモノリス
触媒2を、通電加熱等の加熱手段を用いて所用の反応温
度に保持する。この際に、モノリス触媒2の温度が塔型
反応装置1内部の圧力におけるベンゼンの沸点より、著
しく低い温度T1に保持されている場合は、ベンゼンは液
体であるため、水素添加反応触媒11の内部へ充分に浸
透し、触媒表面におけるベンゼンの濃度は充分に高くな
る。しかしながら、反応温度が著しく低いために、反応
速度は低い。
In the hydrogenation method of the present invention, the monolith catalyst 2 is then maintained at a desired reaction temperature by using heating means such as electric heating. At this time, if the temperature of the monolith catalyst 2 is maintained at a temperature T1 which is significantly lower than the boiling point of benzene at the pressure inside the tower reactor 1, benzene is a liquid, so that the inside of the hydrogenation reaction catalyst 11 is Into the catalyst surface, and the concentration of benzene on the surface of the catalyst becomes sufficiently high. However, the reaction rate is low due to the significantly low reaction temperature.

【0025】そこで、反応温度を高くし、上記ベンゼン
の沸点より低く近傍の温度T2に保持する。この場合、上
記と同様に、ベンゼンは液体であるため、水素添加反応
触媒11の内部へ充分に浸透し、触媒表面における濃度
も充分に高く、反応温度も高いため、高い反応速度が達
成される。この場合、ベンゼンはセル10の表面を液膜
状態で適当な距離を移動したあと、水素添加反応が発熱
反応であることから、発生する熱により加熱され、蒸発
する。
Therefore, the reaction temperature is raised and maintained at a temperature T2 which is lower than the boiling point of benzene and is in the vicinity thereof. In this case, as in the above case, since benzene is a liquid, it sufficiently penetrates into the hydrogenation reaction catalyst 11, the concentration on the catalyst surface is sufficiently high, and the reaction temperature is high, so that a high reaction rate is achieved. . In this case, the benzene moves on the surface of the cell 10 in a liquid film state over an appropriate distance, and since the hydrogenation reaction is an exothermic reaction, it is heated by the generated heat and evaporated.

【0026】さらに反応温度を高くし、上記ベンゼンの
沸点より高い適当な温度T opt に保持する場合、上記の
ようにベンゼンがセル10の表面を液膜状態で移動して
いることと、水素ガスがベンゼンをセル10の表面に吹
き寄せていることにより、上記の移動距離は保たれる。
従って、触媒表面におけるベンゼンの濃度も同様に充分
に高く、反応温度はさらに高いため、さらに高い反応速
度が達成される。この場合、適当な反応速度を持つモノ
リス触媒2を用いることにより、分散器6(第一段目)
より供給されたベンゼンを全量、対応する有機水素化物
であるシクロヘキサンに転換することができる。
When the reaction temperature is further raised and maintained at an appropriate temperature T opt higher than the boiling point of benzene, benzene is moving on the surface of the cell 10 in a liquid film state as described above, and hydrogen gas is used. Blows benzene onto the surface of the cell 10, so that the above moving distance is maintained.
Therefore, the concentration of benzene on the catalyst surface is also sufficiently high and the reaction temperature is higher so that a higher reaction rate is achieved. In this case, by using the monolith catalyst 2 having an appropriate reaction rate, the disperser 6 (first stage)
All of the benzene supplied can be converted to cyclohexane, which is the corresponding organic hydride.

【0027】しかしながら、さらに反応温度を高くし温
度T3とした場合、セル10の表面を液膜状態で移動し
ているベンゼンが蒸発を開始するため、上記の移動距離
は短くなる。従って、セル10の表面を覆う液体ベンゼ
ンの面積は縮小し、触媒表面におけるベンゼンの濃度は
低くなるため、反応速度は低下する。
However, when the reaction temperature is further raised to the temperature T3, benzene moving in the liquid film state on the surface of the cell 10 starts to evaporate, and the above moving distance becomes short. Therefore, the area of liquid benzene covering the surface of the cell 10 is reduced, and the concentration of benzene on the catalyst surface is reduced, so that the reaction rate is reduced.

【0028】また、さらに反応温度を高くし温度T4と
した場合、セル10の表面を液膜状態で移動しているベ
ンゼンがさらに蒸発するため、上記の移動距離は、さら
に短くなる。従って、セル10の表面を覆う液体ベンゼ
ンの面積はさらに縮小し、触媒表面におけるベンゼンの
濃度は、さらに低くなるため、反応速度は、さらに低下
する。
When the reaction temperature is further raised to the temperature T4, benzene moving in the liquid film state on the surface of the cell 10 is further evaporated, so that the above moving distance is further shortened. Therefore, the area of liquid benzene covering the surface of the cell 10 is further reduced, and the concentration of benzene on the catalyst surface is further reduced, so that the reaction rate is further reduced.

【0029】以上に述べた、モノリス触媒2の温度と触
媒表面におけるベンゼンの濃度との関係を図示すると図
4の様になる。図4(1)に示すようにセル10中を水
素ガスおよびベンゼンが流れるとき、モノリス触媒2の
温度が塔型反応装置1内部の圧力におけるベンゼンの沸
点より、著しく低い温度T1に保持されている場合,モ
ノリス触媒2の温度が上記ベンゼンの沸点より低く近傍
の温度T2に保持されている場合,そしてモノリス触媒
2の温度が上記ベンゼンの沸点より高い適当な温度T
opt に保持されている場合には、図4(2)−(イ)に
示すように、水素添加反応触媒11の表面におけるベン
ゼンの濃度は充分に高くなる。
The relationship between the temperature of the monolith catalyst 2 and the concentration of benzene on the catalyst surface described above is illustrated in FIG. As shown in FIG. 4 (1), when hydrogen gas and benzene flow in the cell 10, the temperature of the monolith catalyst 2 is maintained at a temperature T1 which is significantly lower than the boiling point of benzene at the pressure inside the tower reactor 1. If the temperature of the monolith catalyst 2 is maintained at a temperature T2 near the boiling point of the benzene and lower, and if the temperature of the monolith catalyst 2 is higher than the boiling point of the benzene, a suitable temperature T
When it is held in opt , the concentration of benzene on the surface of the hydrogenation reaction catalyst 11 becomes sufficiently high as shown in FIGS. 4 (2)-(a).

【0030】さらに反応温度を高くし温度T3とした場
合には、図4(2)−(ロ)に示すように、水素添加反
応触媒11の表面におけるベンゼンの濃度は低くなる。
When the reaction temperature is further raised to the temperature T3, the concentration of benzene on the surface of the hydrogenation reaction catalyst 11 becomes low as shown in FIG. 4 (2)-(b).

【0031】さらに反応温度を高くし温度T4とした場
合は、図4(2)−(ハ)に示すように、水素添加反応
触媒11の表面におけるベンゼンの濃度は、さらに低く
なる。
When the reaction temperature is further raised to the temperature T4, the concentration of benzene on the surface of the hydrogenation reaction catalyst 11 is further lowered as shown in FIGS. 4 (2)-(c).

【0032】従って、上記のように水素ガスとベンゼン
の供給体積流量比を調節し、モノリス触媒2の温度を塔
型反応装置1内部の圧力におけるベンゼンの沸点より高
い最適な温度T opt に保持することにより、高い反応速
度が達成される。この場合、適当な反応速度を持つモノ
リス触媒2を用いることにより、分散器6(第一段目)
より供給されたベンゼンを全量、対応する有機水素化物
であるシクロヘキサンに転換することができる。シクロ
ヘキサンへの転化率が100%であることから、反応生
成物中から原料であるベンゼンを分離する工程を省くこ
とができる。
Therefore, the supply volume flow rate ratio of hydrogen gas and benzene is adjusted as described above, and the temperature of the monolith catalyst 2 is maintained at the optimum temperature T opt higher than the boiling point of benzene at the pressure inside the tower reactor 1. Thereby, a high reaction rate is achieved. In this case, by using the monolith catalyst 2 having an appropriate reaction rate, the disperser 6 (first stage)
All of the benzene supplied can be converted to cyclohexane, which is the corresponding organic hydride. Since the conversion rate to cyclohexane is 100%, the step of separating benzene as a raw material from the reaction product can be omitted.

【0033】一方、従来の水素添加装置の一例である灌
液型固定床反応器においては、高い反応速度を達成する
ために必要とされる、上記の最適な反応温度Topt につ
いて特に規定されていない。従って反応温度は最適では
ない。
On the other hand, in the perfusion type fixed bed reactor which is an example of the conventional hydrogenation device, the above-mentioned optimum reaction temperature Topt required for achieving a high reaction rate is not particularly specified. . Therefore the reaction temperature is not optimal.

【0034】次に、モノリス触媒2(第一段目)により
生成したシクロヘキサンは、モノリス触媒2(第一段
目)の下部から回収器12(第一段目)へ滴下し、回収
される。未反応の水素ガスも同様にモノリス触媒2(第
一段目)の下部から回収され、次にモノリス触媒2(第
二段目)の上部へ均一に供給される。この際に未反応の
水素ガスが有機水素化物回収部5に混入することを防ぐ
ために、回収部バルブ8(第一段目)の開度を調節し、
回収器12(第一段目)の上面に常に一定の深さを有す
るシクロヘキサン液相14(第一段目)を形成し、開口
部13(第一段目)を気相と遮断する。
Next, the cyclohexane produced by the monolith catalyst 2 (first stage) is dropped from the lower part of the monolith catalyst 2 (first stage) to the recovery unit 12 (first stage) and recovered. The unreacted hydrogen gas is similarly recovered from the lower part of the monolith catalyst 2 (first stage) and then uniformly supplied to the upper part of the monolith catalyst 2 (second stage). At this time, in order to prevent unreacted hydrogen gas from mixing in the organic hydride recovery part 5, the opening of the recovery part valve 8 (first stage) is adjusted,
A cyclohexane liquid phase 14 (first stage) having a constant depth is always formed on the upper surface of the collector 12 (first stage), and the opening 13 (first stage) is cut off from the gas phase.

【0035】第二段目においても、第一段目と同様に、
分散器元バルブ7(第二段目)を開放し、分散器6(第
二段目)よりベンゼンをモノリス触媒2(第二段目)の
上部へ均一に供給する。第一段目と同様に、水素ガスと
ベンゼンの供給体積流量比を調節し、モノリス触媒2の
温度を塔型反応装置1内部の圧力におけるベンゼンの沸
点より高い適当な温度T opt に保持することにより、分
散器6(第二段目)より供給されたベンゼンを全量、シ
クロヘキサンに転換することができる。同シクロヘキサ
ンは、第一段目と同様に回収器12(第二段目)から回
収される。未反応の水素ガスも同様に、モノリス触媒2
(第三段目)の上部へ均一に供給される。シクロヘキサ
ン液相14(第二段目)により、開口部13(第二段
目)は気相と遮断される。
In the second stage, as in the first stage,
The main valve 7 (second stage) of the disperser is opened, and benzene is uniformly supplied from the disperser 6 (second stage) to the upper portion of the monolith catalyst 2 (second stage). As in the case of the first stage, adjusting the supply volume flow rate ratio of hydrogen gas and benzene to maintain the temperature of the monolith catalyst 2 at an appropriate temperature T opt higher than the boiling point of benzene at the pressure inside the tower reactor 1. Thus, the entire amount of benzene supplied from the disperser 6 (second stage) can be converted into cyclohexane. The cyclohexane is recovered from the recovery unit 12 (second stage) as in the first stage. Similarly, for unreacted hydrogen gas, the monolith catalyst 2
It is uniformly supplied to the upper part of (third stage). The opening 13 (second stage) is blocked from the gas phase by the cyclohexane liquid phase 14 (second stage).

【0036】本発明の水素添加方法では、各段のモノリ
ス触媒において生成したシクロヘキサンは、上記の様に
各段に設けられた回収器を用いて全量が回収される。従
って下段のモノリス触媒における水素添加反応を阻害す
ることはない。
In the hydrogenation method of the present invention, the entire amount of cyclohexane produced in the monolith catalyst of each stage is recovered using the recovery device provided in each stage as described above. Therefore, it does not hinder the hydrogenation reaction in the lower monolith catalyst.

【0037】一方、従来の水素添加装置の一例である灌
液型固定床反応器においては上記の様な回収機構は設け
られていない。従って上段の触媒103により生成した
シクロヘキサンが下段の触媒103aにおける水素添加
反応を阻害する可能性がある。
On the other hand, the above-mentioned recovery mechanism is not provided in the perfusion type fixed bed reactor, which is an example of the conventional hydrogenation apparatus. Therefore, cyclohexane produced by the upper catalyst 103 may hinder the hydrogenation reaction in the lower catalyst 103a.

【0038】以上のように、本発明の水素添加方法で
は、各段のモノリス触媒2において、同様の操作が繰り
返し行われ、所要量の水素ガスをベンゼンと水素添加反
応させることにより、シクロヘキサンを生成することが
できる。
As described above, in the hydrogenation method of the present invention, the same operation is repeated in each stage of the monolith catalyst 2, and a required amount of hydrogen gas is subjected to hydrogenation reaction with benzene to produce cyclohexane. can do.

【0039】化1の反応式で示されるベンゼンの水素添
加反応に際し、先ず回分式反応装置においては触媒層の
温度をベンゼンの沸点より低く近傍の温度に保持する場
合、高い反応速度が達成されることを、図7に示す実験
装置を用いて確認した。
In the hydrogenation reaction of benzene represented by the reaction formula of Chemical formula 1, first, in the batch reactor, when the temperature of the catalyst layer is kept lower than the boiling point of benzene and in the vicinity thereof, a high reaction rate is achieved. This was confirmed using the experimental apparatus shown in FIG.

【0040】[0040]

【化1】 [Chemical 1]

【0041】図7に実験装置を示す。21は回分式反応
装置であるシュレンクチューブであり、容量は50ml
である。22は反応装置21を反応温度に保持するため
に用いる加熱器である。反応温度が200℃より低い場
合は油浴を用い、200℃以上の場合は塩浴を使用し
た。23は温度調節器であり、加熱器22の温度を反応
温度に保持する。24は冷却管であり、内部の螺旋管を
流通する冷媒が、反応装置21から蒸発する反応混合物
を冷却凝縮し、反応装置21内部へ還流させ、反応を進
行させる。25は冷却機であり、冷却管24内部の螺旋
管を流通する冷媒を冷却する。26は反応装置21内部
へ反応物である水素を供給するのに用いる水素供給ライ
ンである。27は容量1000mlのビュレットであ
り、添加された水素の体積を測定するものである。28
は触媒層である。
FIG. 7 shows the experimental apparatus. 21 is a Schlenk tube which is a batch-type reaction device and has a capacity of 50 ml.
Is. 22 is a heater used to maintain the reaction device 21 at the reaction temperature. An oil bath was used when the reaction temperature was lower than 200 ° C, and a salt bath was used when the reaction temperature was 200 ° C or higher. A temperature controller 23 keeps the temperature of the heater 22 at the reaction temperature. A cooling pipe 24 cools and condenses the reaction mixture that evaporates from the reaction device 21 by the refrigerant flowing through the internal spiral pipe, and causes the reaction mixture to flow back into the reaction device 21 to advance the reaction. A cooler 25 cools the refrigerant flowing through the spiral pipe inside the cooling pipe 24. Reference numeral 26 is a hydrogen supply line used to supply hydrogen, which is a reaction product, into the reactor 21. 27 is a burette having a capacity of 1000 ml, which measures the volume of added hydrogen. 28
Is a catalyst layer.

【0042】触媒はカーボン担持白金触媒を0.5g用
いた。担持された白金量は乾量基準で3.82wt%で
ある。
As the catalyst, 0.5 g of carbon-supported platinum catalyst was used. The amount of platinum supported is 3.82 wt% on a dry basis.

【0043】ベンゼンの水素添加反応を行う際には、乾
燥、水素還元処理を行い活性化させた上記触媒を予め、
室温の反応装置21の底面に層状に敷設し触媒層28を
形成しておいた。また、同様に予め反応装置21と冷却
管24、冷却管24とビュレット27とを連結する配
管、ビュレット27内部に水素供給ライン26から反応
物である水素を充填しておいた。次に反応装置21内部
へ反応装置21の枝管を通じてシリンジを用いて、反応
物であるベンゼンを1.0ml(11mmol)充填し
た。次いで室温の反応装置21を、速やかに加熱器22
に浸せきし、反応を開始した。この時間を反応時間0と
した。添加される水素の体積はビュレット27を用いて
測定した。
When carrying out the hydrogenation reaction of benzene, the above catalyst which has been activated by performing drying and hydrogen reduction treatment is previously prepared.
A catalyst layer 28 was formed by laying layers on the bottom surface of the reactor 21 at room temperature. Similarly, the reaction device 21 and the cooling pipe 24, the pipe connecting the cooling pipe 24 and the buret 27, and the inside of the buret 27 were filled with hydrogen as a reactant from the hydrogen supply line 26. Next, 1.0 ml (11 mmol) of benzene, which is a reaction product, was charged into the reaction device 21 through a branch pipe of the reaction device 21 using a syringe. Then, the reaction device 21 at room temperature is quickly replaced by the heater 22.
Then, the reaction was started. This time was defined as a reaction time of 0. The volume of hydrogen added was measured using a buret 27.

【0044】図8に各反応温度における水素添加体積の
経時変化を示した。なお、これらの数値は、反応装置2
1内部に存在する気体の熱膨張量を補正したものであ
る。反応時間0の時点では、反応物であるベンゼンは触
媒層28の上方より触媒層28へ供給されてはいない。
しかしながら、反応時間20minの時点では、反応装
置21から蒸発する反応混合物は冷却管24により冷却
凝縮され、反応装置21内部の触媒層28へ上方より連
続的に供給されていた。
FIG. 8 shows changes with time in the hydrogenation volume at each reaction temperature. In addition, these values are for the reactor 2
The amount of thermal expansion of the gas present inside 1 is corrected. When the reaction time is 0, the reaction product benzene is not supplied to the catalyst layer 28 from above the catalyst layer 28.
However, at the reaction time of 20 min, the reaction mixture evaporated from the reaction device 21 was cooled and condensed by the cooling pipe 24 and continuously supplied to the catalyst layer 28 inside the reaction device 21 from above.

【0045】そこで、反応時間20minの時点での反
応速度を各反応温度について計算すると、図9の様にな
る。
Then, when the reaction rate at the reaction time of 20 min is calculated for each reaction temperature, it becomes as shown in FIG.

【0046】図9より、触媒層28の温度が反応装置2
1内部の圧力(大気圧)におけるベンゼンの沸点(35
3.3K)より高い温度に保持されている場合、水素添
加反応の反応速度は低い。一方、触媒層28の温度が同
沸点より著しく低い温度に保持されている場合は、反応
速度は同様に低い。しかしながら、触媒層28の温度を
上記ベンゼンの沸点より低く近傍の温度に保持する場
合、高い反応速度が達成された。
From FIG. 9, the temperature of the catalyst layer 28 is determined by the reaction device 2
1 The boiling point of benzene at the internal pressure (atmospheric pressure) (35
When the temperature is kept higher than 3.3 K), the reaction rate of the hydrogenation reaction is low. On the other hand, when the temperature of the catalyst layer 28 is maintained at a temperature significantly lower than the same boiling point, the reaction rate is similarly low. However, when the temperature of the catalyst layer 28 is maintained at a temperature near the boiling point of the above-mentioned benzene, a high reaction rate is achieved.

【0047】次にモノリス触媒を用いて化1の反応式で
示される、ベンゼンの水素添加反応を同様に行い、モノ
リス触媒の反応温度を流通系反応装置内部の圧力におけ
るベンゼンの沸点より高い最適な温度T opt に保持する
ことにより、高い反応速度が達成されることを確認し
た。
Next, the hydrogenation reaction of benzene, which is represented by the reaction formula of Chemical formula 1, is similarly performed using a monolith catalyst, and the reaction temperature of the monolith catalyst is higher than the boiling point of benzene at the pressure inside the flow system reactor. It was confirmed that a high reaction rate was achieved by keeping the temperature at T opt .

【0048】図10にモノリス触媒を用いた実験装置を
示す。31は流通系反応装置である。32はモノリス触
媒である。同モノリス触媒32は直径15mm、長さ75
mm丸型の触媒であり、触媒基体はステンレスである。同
触媒基体の表面に担体としてアルミナが薄くコーティン
グされ、白金が0.02g担持されている。33はモノ
リス触媒32を所要の温度に保持するのに用いるヒータ
である。34はヒータ33の温度を測定し調節するため
の熱電対である。35は保温材である。36は脱水素反
応生成物供給部であり、脱水素反応生成物としてベンゼ
ンが供給される。37は分散器であり、脱水素反応生成
物供給部36から供給されたベンゼンをモノリス触媒3
2の上部へ均一に供給するものである。38は水素ガス
供給部であり、39は水素ガス分散板である。水素ガス
供給部38より供給された水素ガスは、水素ガス分散板
39によりモノリス触媒32の上部へ均一に供給され
る。40は冷却トラップであり、未反応の脱水素反応生
成物と水素添加反応生成物とを回収するものである。冷
却トラップ40は水等の適当な冷媒43を用いて冷却さ
れる。未反応の水素ガスはベント口42から回収され
る。
FIG. 10 shows an experimental apparatus using a monolith catalyst. Reference numeral 31 is a flow reactor. 32 is a monolith catalyst. The monolith catalyst 32 has a diameter of 15 mm and a length of 75.
mm round type catalyst, and the catalyst substrate is stainless steel. Alumina is thinly coated as a carrier on the surface of the catalyst substrate, and 0.02 g of platinum is carried. Reference numeral 33 is a heater used to keep the monolith catalyst 32 at a required temperature. Reference numeral 34 is a thermocouple for measuring and adjusting the temperature of the heater 33. Reference numeral 35 is a heat insulating material. Reference numeral 36 denotes a dehydrogenation reaction product supply unit, to which benzene is supplied as a dehydrogenation reaction product. Reference numeral 37 denotes a disperser, which uses benzene supplied from the dehydrogenation reaction product supply unit 36 as the monolith catalyst 3
2 is uniformly supplied to the upper part. 38 is a hydrogen gas supply part, 39 is a hydrogen gas dispersion plate. The hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply unit 38 is uniformly supplied to the upper portion of the monolith catalyst 32 by the hydrogen gas dispersion plate 39. A cooling trap 40 collects unreacted dehydrogenation reaction products and hydrogenation reaction products. The cooling trap 40 is cooled using a suitable coolant 43 such as water. Unreacted hydrogen gas is recovered from the vent port 42.

【0049】流通式反応装置31を用いてベンゼンの水
素添加反応を行う際には、先ずヒータ33を用いてモノ
リス触媒32を反応温度に保持した。次いで水素ガス供
給部38より水素ガスを65cm3 /min (25℃)の
体積流量で流通させ、ベンゼンを脱水素反応生成物供給
部36より0.1cm3 /min の体積流量で供給した。
脱水素反応生成物供給部36から供給されたベンゼン
は、分散器37によりモノリス触媒32の上部へ均一に
供給された。2 時間反応を行った後、冷却トラップ40
に回収された液体を、サンプル口41から採取し、ガス
クロマトグラフィ(カラム:J&W Scientif
ic DB−WAX、検出器:FID、カラム温度10
0℃、キャリヤガス:He)で分析したところ、各反応
温度におけるシクロヘキサンへの転化率は図11の様に
なった。反応温度150℃の時、転化率は99.0%と
極大値を示した。
When carrying out the hydrogenation reaction of benzene using the flow reactor 31, first the heater 33 was used to hold the monolith catalyst 32 at the reaction temperature. Next, hydrogen gas was supplied from the hydrogen gas supply unit 38 at a volume flow rate of 65 cm 3 / min (25 ° C.), and benzene was supplied from the dehydrogenation reaction product supply unit 36 at a volume flow rate of 0.1 cm 3 / min.
The benzene supplied from the dehydrogenation reaction product supply unit 36 was uniformly supplied to the upper portion of the monolith catalyst 32 by the disperser 37. After reacting for 2 hours, cool trap 40
The liquid collected in the column is sampled from the sample port 41 and subjected to gas chromatography (column: J & W Scientif).
ic DB-WAX, detector: FID, column temperature 10
When analyzed at 0 ° C. and carrier gas: He), the conversion rate to cyclohexane at each reaction temperature was as shown in FIG. When the reaction temperature was 150 ° C, the conversion rate showed a maximum value of 99.0%.

【0050】流通系反応装置内部の圧力(大気圧)にお
けるベンゼンの沸点は80.2℃であることから、高い
反応速度を達成することのできる最適な反応温度Topt
(この場合は150 ℃)が同沸点より高い温度に存在する
ことが確認された。
Since the boiling point of benzene at the pressure inside the flow reactor (atmospheric pressure) is 80.2 ° C., the optimum reaction temperature Topt capable of achieving a high reaction rate Topt
It was confirmed that (in this case, 150 ° C) exists above the boiling point.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上の説明によって理解されるように、
本発明に係る水素添加装置および方法によれば、次の効
果を奏することができる。 (1)各段のモノリス触媒において、水素ガスとベンゼ
ンの供給体積流量比を適当な値に調節することにより、
モノリス担体内部のセルの表面に、環状流が形成され
る。同流動様式ではベンゼンはセルの表面を液膜状態で
移動し、水素ガスはセルの中心部を移動する。従って、
水素ガスは容易にベンゼンの液膜中を、水素添加反応触
媒の表面へ拡散し、容易にベンゼンと水素添加反応を行
う。また、ベンゼンはセルの表面に一様に広がることか
ら、モノリス担体の表面に担持されている水素添加反応
触媒は全量が使用される。従って触媒の利用効率は高
い。
As can be understood from the above description,
According to the hydrogen adding device and method of the present invention, the following effects can be achieved. (1) In each stage of the monolith catalyst, by adjusting the supply volume flow rate ratio of hydrogen gas and benzene to an appropriate value,
An annular flow is formed on the surface of the cells inside the monolith support. In the same flow mode, benzene moves in a liquid film state on the surface of the cell, and hydrogen gas moves in the center of the cell. Therefore,
Hydrogen gas easily diffuses in the liquid film of benzene to the surface of the hydrogenation reaction catalyst, and easily causes hydrogenation reaction with benzene. Moreover, since benzene spreads uniformly on the surface of the cell, the entire amount of the hydrogenation reaction catalyst supported on the surface of the monolith carrier is used. Therefore, the utilization efficiency of the catalyst is high.

【0052】(2)モノリス触媒を用いているため、水
素ガスの圧力損失を生じない。従って、従来の水素添加
装置の一例である灌液型固定床反応器に比較して、供給
する水素ガスを加圧する必要はなく、加圧装置も要しな
い。
(2) Since the monolith catalyst is used, pressure loss of hydrogen gas does not occur. Therefore, it is not necessary to pressurize the hydrogen gas to be supplied, and a pressurizing device is not required, as compared with the perfusion type fixed bed reactor which is an example of the conventional hydrogenation device.

【0053】(3)モノリス触媒の温度を塔型反応装置
内部の圧力におけるベンゼンの沸点より高い最適な反応
温度Topt に保持する場合、ベンゼンがセルの表面を液
膜状態で移動していることと、水素ガスがベンゼンをセ
ルの表面に吹き寄せていることにより、触媒表面におけ
るベンゼンの濃度は充分に高く、反応温度も充分に高い
ため、高い反応速度が達成される。この場合、適当な反
応速度を持つモノリス触媒を用いることにより、各段に
おける分散器より供給されたベンゼンを全量、対応する
有機水素化物であるシクロヘキサンに転換することがで
きる。また、シクロヘキサンへの転化率が100%であ
ることから、反応生成物中から原料であるベンゼンを分
離する工程を省くことができる。
(3) When the temperature of the monolith catalyst is kept at the optimum reaction temperature Topt which is higher than the boiling point of benzene at the pressure inside the tower type reactor, it is necessary that benzene moves on the surface of the cell in a liquid film state. Since hydrogen gas blows benzene to the surface of the cell, the concentration of benzene on the catalyst surface is sufficiently high and the reaction temperature is also sufficiently high, so that a high reaction rate is achieved. In this case, by using a monolith catalyst having an appropriate reaction rate, the entire amount of benzene supplied from the disperser in each stage can be converted to cyclohexane which is the corresponding organic hydride. Moreover, since the conversion rate to cyclohexane is 100%, the step of separating benzene as a raw material from the reaction product can be omitted.

【0054】(4)各段のモノリス触媒において生成し
たシクロヘキサンは、各段に設けられた回収器を用いて
全量が回収される。従って下段のモノリス触媒における
水素添加反応を阻害することはない。
(4) The entire amount of cyclohexane produced in the monolith catalyst of each stage is recovered using the recovery device provided in each stage. Therefore, it does not hinder the hydrogenation reaction in the lower monolith catalyst.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 有機水素化物の形態で水素ガスを貯蔵、輸送
し供給する方法を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a method of storing, transporting and supplying hydrogen gas in the form of an organic hydride.

【図2】 本発明に使用するモノリス触媒を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a monolith catalyst used in the present invention.

【図3】 本発明による水素添加装置を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a hydrogenation device according to the present invention.

【図4】 モノリス触媒の温度と触媒表面におけるベン
ゼンの濃度との関係を示し、(1)はモノリス触媒の模
式図、(2)(イ)はモノリス触媒の温度が塔型反応装
置内部の圧力におけるベンゼンの沸点より、著しく低い
温度T1に保持されている場合;モノリス触媒の温度が
上記ベンゼンの沸点より低く近傍の温度T2に保持され
ている場合;モノリス触媒の温度が上記ベンゼンの沸点
より高い適当な温度Topt に保持されている場合を示す
線図、(2)(ロ)はさらに反応温度を高くし温度T3
とした場合を示す線図、(2)(ハ)はさらに反応温度
を高くし温度T4とした場合を示す線図。
FIG. 4 shows the relationship between the temperature of the monolith catalyst and the concentration of benzene on the catalyst surface. (1) is a schematic diagram of the monolith catalyst, (2) (a) is the temperature of the monolith catalyst and the pressure inside the tower reactor. At a temperature T1 significantly lower than the boiling point of benzene in the above; when the temperature of the monolith catalyst is lower than the boiling point of benzene and at a temperature near T2; the temperature of the monolith catalyst is higher than the boiling point of benzene. A diagram showing the case where the temperature is maintained at an appropriate temperature T opt , (2) and (B) show the reaction temperature further increased to the temperature T3
And (2) and (c) are diagrams showing the case where the reaction temperature is further raised to the temperature T4.

【図5】 環状流を示す概略図。FIG. 5 is a schematic view showing an annular flow.

【図6】 気泡流を示す概略図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a bubbly flow.

【図7】 実験装置を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an experimental device.

【図8】 各反応温度における水素添加体積の経時変化
を示す線図。
FIG. 8 is a diagram showing a time-dependent change in hydrogenation volume at each reaction temperature.

【図9】 各反応温度における、反応時間20minの
時点での反応速度を示す線図。
FIG. 9 is a diagram showing a reaction rate at a reaction time of 20 min at each reaction temperature.

【図10】 モノリス触媒を用いた実験装置を示す図。FIG. 10 is a view showing an experimental apparatus using a monolith catalyst.

【図11】 各反応温度におけるシクロヘキサンへの転
化率を示す線図。
FIG. 11 is a diagram showing the conversion rate to cyclohexane at each reaction temperature.

【図12】 従来の水素添加装置の一例である灌液型固
定床反応器を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a perfusion type fixed bed reactor which is an example of a conventional hydrogenation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:塔型反応装置、2:モノリス触媒、3:水素ガス供
給部、4:脱水素反応生成物供給部、5:有機水素化物
回収部、6:分散器、7:分散器元バルブ、8:回収部
バルブ、9:モノリス担体、10:セル、11:水素添
加反応触媒、12:回収器、20:温度調節手段、2
1:反応装置であるシュレンクチューブ、22:加熱
器、23:温度調節器、24:冷却管、25:冷却機、
26:水素供給ライン、27:ビュレット、28:触媒
層、31:流通系反応装置、32:モノリス触媒、3
3:ヒータ、34:熱電対、35:保温材、36:脱水
素反応生成物供給部、37:分散器、38:水素ガス供
給部、39:水素ガス分散板、40:冷却トラップ、4
2:ベント口、43:冷媒。
1: Tower type reactor, 2: Monolith catalyst, 3: Hydrogen gas supply part, 4: Dehydrogenation reaction product supply part, 5: Organic hydride recovery part, 6: Disperser, 7: Disperser main valve, 8 : Recovery part valve, 9: monolith carrier, 10: cell, 11: hydrogenation reaction catalyst, 12: recovery device, 20: temperature control means, 2
1: Schlenk tube which is a reaction device, 22: heater, 23: temperature controller, 24: cooling pipe, 25: cooler,
26: Hydrogen supply line, 27: Burette, 28: Catalyst layer, 31: Flow reactor, 32: Monolith catalyst, 3
3: Heater, 34: Thermocouple, 35: Heat insulating material, 36: Dehydrogenation reaction product supply part, 37: Disperser, 38: Hydrogen gas supply part, 39: Hydrogen gas dispersion plate, 40: Cooling trap, 4
2: Vent port, 43: Refrigerant.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA14 BA06 BD03 BD17 CA02 CA54 DA01 DA20 EE33 FB02 FB03 4H006 AA02 AA04 AC11 BA26 BA55 BC10 BC30 BD20 BD21 BD80 BE20 4H039 CA40 CB10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G075 AA14 BA06 BD03 BD17 CA02                       CA54 DA01 DA20 EE33 FB02                       FB03                 4H006 AA02 AA04 AC11 BA26 BA55                       BC10 BC30 BD20 BD21 BD80                       BE20                 4H039 CA40 CB10

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モノリス触媒、水素ガス供給部、脱水素
反応生成物供給部、有機水素化物回収部、分散器、分散
器元バルブ、回収部バルブよりなり、モノリス触媒がガ
スの流路を複数に区切る複数のセルからなるモノリス担
体に、水素添加反応触媒を担持させた物である水素添加
装置。
1. A monolith catalyst, a hydrogen gas supply unit, a dehydrogenation reaction product supply unit, an organic hydride recovery unit, a disperser, a disperser main valve, and a recovery unit valve, wherein the monolith catalyst has a plurality of gas flow paths. A hydrogenation device in which a hydrogenation reaction catalyst is supported on a monolith carrier composed of a plurality of cells divided into two.
【請求項2】 モノリス触媒、水素ガス供給部、脱水素
反応生成物供給部、有機水素化物回収部、分散器、分散
器元バルブ、回収部バルブよりなり、モノリス触媒がガ
スの流路を複数に区切る複数のセルからなるモノリス担
体に、水素添加反応触媒を担持させた物である水素添加
装置において、モノリス触媒の温度を水素添加装置内部
の圧力における脱水素反応生成物の沸点より高い最適な
反応温度に保持し、各段において分散器より脱水素反応
生成物をモノリス触媒の上部へ均一に供給すると共に、
水素ガス供給部より所要量の水素ガスを、第一段目のモ
ノリス触媒の上部へ均一に供給し、各段において水素ガ
スと脱水素反応生成物の供給体積流量比を調節すること
よりなる水素添加方法。
2. A monolith catalyst, a hydrogen gas supply unit, a dehydrogenation reaction product supply unit, an organic hydride recovery unit, a disperser, a disperser main valve, and a recovery unit valve, wherein the monolith catalyst has a plurality of gas flow paths. In a hydrogenation device in which a hydrogenation reaction catalyst is supported on a monolith carrier composed of a plurality of cells, the temperature of the monolith catalyst is higher than the boiling point of the dehydrogenation reaction product at the pressure inside the hydrogenation device. While maintaining the reaction temperature, in each stage the dehydrogenation reaction product is uniformly supplied to the upper portion of the monolith catalyst from the disperser,
Hydrogen that consists of supplying the required amount of hydrogen gas from the hydrogen gas supply unit to the upper part of the first stage monolith catalyst uniformly, and adjusting the supply volume flow rate ratio of hydrogen gas and dehydrogenation reaction product in each stage. How to add.
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