JP2004315413A - メタノール合成用反応装置及びメタノールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メタノールの増産化が可能なメタノール合成用反応装置を提供する。
【解決手段】反応容器と、反応容器を合成ガス集合室、冷却媒体流通室、反応生成ガス滞留室、合成ガス流入室に区画するための第１〜第３の隔壁と、反応容器底部に設けられた合成ガス供給部と、反応容器の側壁に設けられた冷却媒体供給部と、反応容器の側壁に設けられた冷却媒体排出部と、冷却媒体流通室内に配置された複数本の反応管と、各反応管内にそれぞれ挿入され、下端が反応生成ガス滞留室内まで延出された複数本の内管と、反応生成ガス滞留室内に下端が第３隔壁を貫通して前記合成ガス流入室に連通し、上端が前記各内管の下端に連結されるように配置された複数本の合成ガス導入管と、内管および反応管の間の環状空間から各内管が延出される反応生成ガス滞留室部分の領域に充填されたメタノール合成触媒層と、反応容器の側壁に設けられた反応生成ガス排出部とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成ガスを触媒の存在下で反応させてメタノールを合成するためのメタノール合成用反応装置およびメタノ−ル製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタノールは、例えば水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含む合成ガスから前記反応装置内充填された合成触媒の存在下で合成されている。
【０００３】
このようなメタノール合成用の反応装置としては、従来、例えば特許文献１、特許文献２に開示された技術として図３、図４に示す構造のものが知られている。
【０００４】
反応装置３１は、反応容器３２を備えている。この反応容器３２は、第１〜第３の隔壁３３_１、３３_２、３３_３により上部から下方に向けて合成ガス集合室３４、冷却媒体流通室３５、反応生成ガス集合室３６および合成ガス流入室３７の４つの室に区画されている。
【０００５】
合成ガス供給口３８は、前記反応容器３２底部に前記合成ガス流入室３７と連通するように設けられている。冷却媒体供給口３９は、前記冷却媒体流通室３５の下部に対応する前記反応容器３２の側壁に設けられている。冷却を行った後の媒体の排出口４０は、前記冷却媒体流通室３５の上部に対応する前記反応容器３２の側壁に設けられている。
【０００６】
複数本の反応管４１は、図３および図４に示すように前記冷却媒体流通室３５内に上下端が前記第１、第２の隔壁３３_１、３３_２に支持、固定されるように配置されている。複数本の内管４２は、前記各反応管４１内に同心円状もしくはほぼ同心円状に挿入され、これら反応管４１との間に環状空間４３をそれぞれ形成している。メタノール合成触媒層４４は、前記内管及び反応管４２，４１間の前記環状空間４３にそれぞれ充填されている。なお、前記環状空間４３の下端には前記触媒の落下を防止するためにメッシュ板（または多孔質板）４５が取付けられている。
【０００７】
複数本の合成ガス導入管４６は、下端が前記反応生成ガス集合室３６内および前記第３隔壁３３_３を貫通して前記合成ガス流通室３７に連通し、上端が前記各内管４２の下端に連結されるように具備されている。反応生成ガス排出口４７は、前記反応生成ガス集合室３６に対応する前記反応容器３２の側壁に設けられている。
【０００８】
次に、前述した図３および図４に示す従来の反応装置を用いてメタノールの合成方法を説明する。
【０００９】
まず、冷却媒体供給口３９から冷却媒体（例えばボイラ水）を前記反応容器３２の冷却媒体流通室３５に供給し、冷却媒体排出口４０から排出して冷却媒体流通室３５内に位置する複数本の反応管４１およびそれら内側の触媒層４４を冷却する。次に水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含み、所定の温度に予熱された合成ガスを図３に示す合成ガス供給口３８から合成ガス流入室３７に供給する。この合成ガスは、複数本の合成ガス導入管４６を通して各内管４２に導入され、それら内管４２を上昇し、それらの上端から内管４２と反応管４１の間の環状空間４３内に充填された触媒層４４に流入される。合成ガスは、前記触媒層４４を流通する間、触媒の存在下で発熱反応によりメタノールに変換される。メタノールガスおよび未反応の合成ガスを含む粗メタノールガスは、前記環状空間４３の下端から反応生成ガス集合室３６を経て排出口４７から排出される。
【００１０】
このようなメタノールの合成において、メタノールの反応効率は内管４２と反応管４１の間の環状空間４３内に充填された触媒層４４の高さ方向の温度分布に多大に影響を受ける。
【００１１】
すなわち、特許文献１に開示されているように、反応生成物の濃度が十分に低い触媒層入口付近では，反応平衡から十分に離れているために、より高い温度が好ましい。反面、反応が進んだ触媒層出口付近では反応生成物の濃度が高くなり、触媒層入口付近に比べて反応平衡に接近し反応速度が低下するため、反応温度を下げて、反応平衡状態から遠くして、反応速度の低下を防ぐことが好ましい。
【００１２】
前述したメタノールの反応効率の向上を図る観点から、図３および図４に示す従来の反応装置では合成ガスを内管４２に流通させて、前記触媒層４４を内側から冷却し、合成ガス自身は予熱されるため、触媒層入口付近を高温化する。また、触媒層出口付近は冷却媒体供給口３９から冷却媒体（例えばボイラ水）を前記反応容器３２の冷却媒体流通室３５の下部付近に供給し、その冷却媒体流通室３５の上部付近に位置させた冷却媒体排出口４０から排出することにより、前記触媒層４４を反応管４１を通して冷却される。
【００１３】
【特許文献１】
特公平３−６３４２５号公報
【００１４】
【特許文献２】
特公平４−５４８７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの実験、研究によれば従来の反応装置では触媒層４４の下端付近（冷却媒体流通室３５の底部付近）での過度の冷却により、メタノールを含む合成ガスの反応効率が低下することを究明し、特に二酸化炭素の含有量が多い、例えば二酸化炭素の含有量が５〜１０モル％の合成ガスでは、メタノールの反応効率の低下が顕著になることも究明した。
【００１６】
なお、前記問題を回避するために内管４２に供給される合成ガスの予熱温度を高めたり、冷却媒体の温度高くしたり、すると触媒層入口付近での過度の温度上昇を伴い、触媒の活性劣化を招く。そこで、本発明は、触媒層の高さ方向の温度分布を、メタノールの反応効率を向上するのに適した条件に設定することを可能にしたメタノール合成用反応装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るメタノール合成用反応装置は、反応容器内に複数本の反応管を配設し、この反応管内に内管を同心円状もしくはほぼ同心円状に挿入し二重管とし、前記二重管の内管と反応管の間の環状空間に触媒を充填し、内管は原料流体が導入されるべく外部と連通し、前記触媒層は上記内管内を通過した流体が前記内管内流れ方向と逆の方向に通過せしめるべく内管と連通してある反応装置であって、
前記反応容器を上部から下方に向けて合成ガス集合室、冷却媒体流通室、反応生成ガス滞留室および合成ガス流入室の４つの室に区画するための第１、第２、及び第３の隔壁と、
前記反応容器底部に前記合成ガス流入室と連通するように設けられた合成ガス供給部と、
前記反応容器の側壁に前記冷却媒体流通室下部と連通するように設けられた冷却媒体供給部と、
前記反応容器の側壁に前記冷却媒体流通室上部と連通するように設けられた冷却媒体排出部と、
前記冷却媒体流通室内に上下端が前記第１、第２の隔壁に支持、固定されるように配置された複数本の反応管と、
前記各反応管内にそれぞれ挿入され、下端が前記反応生成ガス滞留室内の上部まで延出された内管と、
前記反応生成ガス滞留室内に下端が前記第３隔壁を貫通して前記合成ガス流入室に連通し、上端が前記各内管の下端に連結されるように具備された複数本の合成ガス導入管と、
前記内管と反応管の間の環状空間から前記各内管が延出される前記反応生成ガス滞留室上部まで充填されたメタノール合成触媒層と、
前記反応容器の側壁に反応生成ガス滞留室下部と連通するように設けられた反応生成ガス排出部と
を具備したことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係るメタノールの製造方法は、改質器で炭化水素を水蒸気と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む合成ガスを生成する合成ガス製造工程と、
前記合成ガスをメタノール合成触媒上で反応させて粗メタノールを生成し、その粗メタノールを冷却後にガス成分と液状粗メタノールとに気液分離して液状粗メタノールを得るメタノール合成工程と、
前記液状粗メタノールを蒸留して低沸点有機化合物及び高沸点有機化合物を含む廃水と精製メタノールとに分離する蒸留工程と
を含むメタノールの製造方法であって、
前記メタノール合成工程を前述した反応装置を用いて行うことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るメタノール合成用反応装置を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のメタノール合成用反応装置を示す断面図、図２は図１の要部拡大断面図である。
【００２１】
反応装置１は、反応容器２を備えている。この反応容器２は、第１〜第３の隔壁３_１、３_２、３_３により上部から下方に向けて合成ガス集合室４、冷却媒体流通室５、反応生成ガス滞留室６および合成ガス流入室７の４つの室に区画されている。
【００２２】
さらに、反応生成ガス滞留室６はメッシュ板１５から上部の内管延出部１２ａの外側に触媒層１４を形成する反応生成ガス滞留室上部６ａと、メッシュ板１５から下部の反応生成ガス滞留室下部６ｂとによりなる。
【００２３】
合成ガス供給口８は、前記反応容器２底部に前記合成ガス流入室７と連通するように設けられている。冷却媒体供給口９は、前記冷却媒体流通室５の下部に対応する前記反応容器２の側壁に設けられている。冷却を行った後の媒体の排出口１０は、前記冷却媒体流通室５の上部に対応する前記反応容器２の側壁に設けられている。
【００２４】
複数本の反応管１１は、図１および図２に示すように前記冷却媒体流通室５内に上下端が前記第１、第２の隔壁３_１、３_２に支持、固定されるように配置されている。複数本の内管１２は、前記各反応管１１内に同心円状もしくはほぼ同心円状に挿入され、これら反応管１１との間に環状空間１３をそれぞれ形成するとともに、下端が反応生成ガス滞留室上部６ａまで延出した延出部１２ａをそれぞれ有する。
【００２５】
メタノール合成触媒層１４は、前記各内管１２および反応管１１間の前記環状空間１３から前記各内管１２の延出部１２ａが位置する前記反応生成ガス滞留室６部分までの領域に充填されている。なお、メタノール合成触媒層１４の下端には触媒の落下を防止するためにメッシュ板（または多孔質板）１５が取付けられている。前記メタノール合成用触媒としては、例えば銅系触媒を挙げることができる。特に、高濃度の二酸化炭素雰囲気中で高い耐久性を有するＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭ（アルカリ土類金属元素および希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素）を含む酸化物からなり、前記Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭが原子比にてＣｕ：Ｚｎ：Ａｌ：Ｇａ：Ｍ＝１００：１０〜２００：１〜２０：１〜２０：０．１〜２０の割合で配合された組成を有する触媒が好ましい。
【００２６】
複数本の合成ガス導入管１６は、下端が前記第３隔壁３_３を貫通して前記合成ガス流入室７に連通し、上端が前記各内管１２の延出部１２ａの下端に連結されるように配置されている。反応生成ガス排出口１７は、前記反応生成ガス滞留室下部６ｂに対応する前記反応容器２の側壁に設けられている。
【００２７】
次に、前述した図１および図２に示す反応装置によるメタノールの合成を説明する。
【００２８】
まず、冷却媒体供給口９から冷却媒体（例えばボイラ水）を前記反応容器２の冷却媒体流通室５に供給し、冷却媒体排出口１０から排出し、前記冷却媒体流通室５内に位置する複数本の反応管１１およびそれら内側の触媒層１４を冷却する。つづいて、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含み、所定の温度に予熱された合成ガスを図１に示す合成ガス供給口８から合成ガス流入室７に供給する。この合成ガスは、複数本の合成ガス導入管１６を通して反応生成ガス滞留室上部６ａ内に延出された各内管１２に導入され、それら内管１２を上昇し、それらの上端から内管１２と反応管１１の間に形成された環状空間１３内の触媒層１４に上部から流入される。合成ガスは、前記触媒層１４の入口から、発熱反応によりメタノールに合成される。生成されたメタノールを含む未反応の合成ガスは、さらに前記反応生成ガス滞留室６内に向かって流通する間、同様に触媒の存在下で反応がなされ、大部分がメタノールに合成される。メタノールガスおよび未反応の合成ガスを含む反応生成ガスは、反応生成ガス滞留室下部６ｂに流出し、排出口１７から排出される。
【００２９】
このようなメタノールの合成において、メタノール合成触媒層１４を前記各内管１２および反応管１１間の前記環状空間１３から前記各内管１２の延出部１２ａが位置する前記反応生成ガス滞留室上部６ａ部分までの領域に充填しているため、予熱された合成ガスを導入管１６を通して内管１２の延出部１２ａに導入すると、合成ガスと前記反応生成ガス滞留室上部６ａ部分の触媒層１４内の反応生成ガスとが熱交換され、その触媒層１４部分が冷却されるとともに、合成ガスが加熱される。
【００３０】
また、メタノールの合成において前記延出部１２ａより上方の内管１２は、外周に反応管１１が配置され、これら内管１２および反応管１１間の環状空間１３に充填された触媒層１４部分は冷却媒体（例えばボイラ水）が供給される冷却媒体流通室５に配置され、前記冷却媒体流通室５の底部付近の触媒層１４部分の反応管１１に最も低温のボイラ水が接触される。この低温のボイラ水が接触される反応管１１内側の内管１２では、前述したように前記延出部１２ａで触媒層１４と熱交換して加熱された合成ガスが流通するため、冷却媒体流通室５の底部付近の触媒層１４部分での過度の冷却を緩和することができる。
【００３１】
すなわち、図３および図４に示す従来の反応装置では冷却媒体流通室３５の底部付近の触媒層４４部分において最も低温の冷却媒体で冷却されるのみならず、触媒層で内管４２に供給された合成ガスでも冷却されるのに対し、図１および図２に示す本発明の実施形態の反応装置では延出部１２ａで触媒層１４と既に熱交換して加熱された合成ガスが流通するため、前記触媒層１４部分が過度に冷却されるのを防止することができる。その結果、メタノールの生成に適した温度域に制御することができる。特に、二酸化炭素の含有量が多い（例えば二酸化炭素の含有量が５〜１０モル％）合成ガスを用いる場合において、前記メタノールの生成に適した温度域に制御することができる。
【００３２】
また、本発明の実施形態の反応装置では十分に低温の冷却媒体を冷却媒体供給口９から内管１２および反応管１１間の環状空間１３に充填された触媒層１４が位置する前記冷却媒体流通室５に供給できるため、メタノール合成時の発熱反応に伴う触媒層１４の温度上昇を抑制して過度の温度上昇による触媒の活性劣化を防ぐことができる。
【００３３】
さらに、触媒層１４を前記各内管１２および反応管１１間の前記環状空間１３に充填するのみならず、前記各内管１２の延出部１２ａが位置する前記反応生成ガス滞留室上部６ａ部分にも充填することによって、従来の反応装置に比べて反応容器２に充填される触媒容量を増大することができる。
【００３４】
したがって、本発明の実施形態に係る反応装置１によればメタノールの反応効率（メタノールの生成効率）を向上することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、好ましい実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
（実施例１）
図５は、前述した図１、図２の反応装置が組み込まれたメタノール製造プラントの要部を示す概略図である。
【００３７】
反応装置１は、その合成ガス供給口８に流路５０_１が連結されている。この流路５０_１には、改質器で合成された水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分として含む合成ガスが流通される。前記流路５０_１には、前記合成ガスを予熱するための予熱器５１が介装されている。
【００３８】
前記反応装置１の排出口１７は、流路５０_２を通して気液分離器５３に連結されている。この流路５０_２には、前記流路５０_１と予熱器５１を介して交換され、さらに冷却器５２が介装されている。前記気液分離器５３は、ガス循環流路５０_３を通して前記流路５０_１に接続されている。ガス圧縮機５４は、前記ガス循環流路５０_３に介装されている。パージガス流路５０_４は、前記気液分離器５３と前記ガス圧縮機５４の間のガス循環流路５０_３から分岐されている。
【００３９】
なお、前記反応装置１の各内管１２および反応管１１の間の各環状空間１３から前記各内管１２の延出部１２ａが位置する反応容器２の反応生成ガス滞留室６部分までの領域に充填された触媒層１４はＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭが原子比にてＣｕ：Ｚｎ：Ａｌ：Ｇａ：Ｍ＝１００：１０〜２００：１〜２０：１〜２０：０．１〜２０の割合で配合された組成を有する触媒を用いた。
【００４０】
次に、前述したメタノール製造プラントを参照してメタノールの製造方法を説明する。
【００４１】
まず、水素８３モル％、一酸化炭素４モル％および二酸化炭素３モル％を含む合成ガスを流路５０_１を通して反応装置１の合成ガス供給口８から反応容器２の合成ガス流入室７に供給した。このとき、前記合成ガスは前記流路５０_１に介装された予熱器５１によりメタノール合成反応に適した温度（例えば１５０〜２００℃）まで予熱された。なお、後述する気液分離器５３で分離された未反応ガスはガス循環流路５０_３を通して前記予熱器５１手前で前記流路５０_１に供給され、前記合成ガスと混合された。
【００４２】
合成ガス流入室７に供給された合成ガスは、複数本の合成ガス導入管１６を通して反応生成ガス滞留室６ａ内に延出された各内管１２ａに導入され、さらに内管１２を上昇し、それらの上端から内管１２と反応管１１の間に形成された環状空間１３内の触媒層１４に上部から流入された。合成ガスは、前記触媒層１４の上部を流通する間、触媒の存在下で発熱反応によりメタノールが合成された。生成されたメタノールを含む未反応の合成ガスは、さらに前記反応生成ガス滞留室６ａ内に位置する触媒層１４の下部に向かって流通する間、反応がなされ、大部分がメタノールに合成された。メタノールガスおよび未反応の合成ガスを含む反応生成ガスは、反応生成ガス滞留室下部６ｂに流出し、排出口１７から排出された。
【００４３】
前記メタノールの合成において、冷却媒体供給口９から冷却媒体としてボイラ水を冷却媒体流通室５に供給し、冷却媒体排出口１０から排出することにより、前記触媒層１４を反応管１１を通して冷却した。また、合成ガスを内管延出部１２ａおよび内管１２を通して触媒層１４が充填された環状空間１３の上端まで流通させることによって、前記触媒層１４が内側から冷却された。
【００４４】
得られたメタノールおよび未反応の合成ガスを含む反応生成ガスは、反応生成ガス滞留室下部の排出口１７から予熱器５１および冷却器５２が介装された流路５０_２に供給される。前記冷却器５２において、前記反応生成ガスが冷却され、前記反応生成ガス中のメタノールと水はそのほとんどが凝縮し、液状となって気液分離器５３に供給される。この気液分離器５３では、液状の粗メタノールと未反応ガスとに分離した。液状の粗メタノールは、流路５０_５を通して図示しない蒸留塔に供給して蒸留した。
【００４５】
（比較例１）
図６は、前述した図３、図４の従来の反応装置が組み込まれたメタノール製造プラントの要部を示す概略図である。
【００４６】
反応装置３１は、その合成ガス供給口３８に流路６０_１が連結されている。この流路６０_１には、改質器で合成された水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を主成分として含む合成ガスが流通される。前記流路６０_１には、前記合成ガスを予熱するための予熱器６１が介装されている。
【００４７】
前記反応装置３１の排出口４７は、流路６０_２を通して気液分離器６２に連結されている。この流路６０_２には、前記流路６０_１と予熱器６１を介して交差され、さらに冷却器６２が介装されている。前記気液分離器６３は、ガス循環流路６０_３を通して前記流路６０_１に接続されている。ガス圧縮機６４は、前記ガス循環流路６０_３に介装されている。パージガス流路６０_４は、前記気液分離器６３と前記ガス圧縮機６４の間のガス循環流路６０_３から分岐されている。
【００４８】
なお、前記反応装置３１の各内管４２および反応管４１の間の各環状空間に充填された触媒層４４はＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭが原子比にてＣｕ：Ｚｎ：Ａｌ：Ｇａ：Ｍ＝１００：１０〜２００：１〜２０：１〜２０：０．１〜２０の割合で配合された組成を有する触媒を用いた。
【００４９】
次に、前述したメタノール製造プラントを参照してメタノールの製造方法を説明する。
【００５０】
まず、水素８３モル％、一酸化炭素４モル％および二酸化炭素３モル％を含む実施例１と同様な組成の合成ガスを流路６０_１を通して反応装置３１の合成ガス供給口３８から反応容器３２の合成ガス流入室３７に供給した。このとき、前記合成ガスは前記流路６０_１に介装された予熱器６１によりメタノール合成反応に適した温度（例えば１５０〜２００℃）まで予熱された。なお、後述する気液分離器６３で分離された未反応ガスはガス循環流路６０_３を通して前記予熱器６１手前で前記流路６０_１に供給され、前記合成ガスと混合された。
【００５１】
合成ガス流入室３７に供給された合成ガスは、複数本の合成ガス導入管４６を通して各内管４２に導入され、それら内管４２を上昇し、それらの上端から内管４２と反応管４１の間に形成された環状空間４３内の触媒層４４に上部から流入された。合成ガスは、前記触媒層４４の上部を流通する間、触媒の存在下で発熱反応によりメタノールが合成された。生成されたメタノールを含む未反応の合成ガスは、さらに触媒層４４の下部に向かって流通する間、反応がなされ、大部分がメタノールに合成された。メタノールガスおよび未反応の合成ガスを含む反応生成ガスは、反応生成ガス集合室３６に流出し、排出口４７から排出された。
【００５２】
前記メタノールの合成において、冷却媒体供給口３９から冷却媒体としてボイラ水を冷却媒体流通室３５に供給し、冷却媒体排出口４０から排出することにより、前記触媒層４４を反応管４１を通して冷却した。また、合成ガスを内管４２を通して触媒層４４が充填された環状空間４３の上端に流通させることによって、前記触媒層４４が内側から冷却された。
【００５３】
得られたメタノールおよび未反応の合成ガスを含む反応生成ガスは、反応生成ガス集合室３６の排出口４７から予熱器６１および冷却器６２が介装された流路６０_２に供給される。前記冷却器６２において、前記反応生成ガスが冷却され、前記反応生成ガス中のメタノールと水はそのほとんどが凝縮し、液状となって気液分離器６３に供給される。この気液分離器６３では、液状の粗メタノールと未反応ガスとに分離した。液状の粗メタノールは、流路６０_５を通して図示しない蒸留塔に供給して蒸留した。
【００５４】
実施例１および比較例１のメタノールの合成において、メタノール生産量を調べた。その結果を下記表１に示す。なお、メタノール生産量は比較例１を基準値（１００）とし、この基準値に対する相対値として求めた。また、下記表１には反応容器に充填される触媒量を比較例１を基準値（１００）とし、この基準値に対する相対値として併記した。
【００５５】
【表１】

【００５６】
前記表１から明らかなように本発明による反応器を用いた実施例１は、従来反応器を用いる比較例１に比べて反応器１基当たりのメタノールの増産化が可能であることがわかる。また同一触媒量当たりのメタノール生産量も比較例１と比べて低下することはなくほぼ同様となる。
【００５７】
（実施例２）
合成ガスとして、水素７０モル％、一酸化炭素６モル％および二酸化炭素６モル％を含む組成のものを用いた以外、実施例１と同様な方法によりメタノールを合成した。すなわち、この実施例２では前述した実施例１より二酸化炭素量が多い組成の合成ガスを用いた。
【００５８】
（比較例２）
合成ガスとして、水素７０モル％、一酸化炭素６モル％および二酸化炭素６モル％を含む組成のものを用いた以外、比較例１と同様な方法によりメタノールを合成した。すなわち、この比較例２では前述した比較例１より二酸化炭素量が多い組成の合成ガスを用いた。
【００５９】
実施例２および比較例２のメタノールの合成において、メタノール生産量を調べた。その結果を下記表２に示す。なお、メタノール生産量は比較例２を基準値（１００）とし、この基準値に対する相対値として求めた。なお、下記表２には反応容器に充填される触媒量を比較例２を基準値（１００）とし、この基準値に対する相対値として併記した。
【００６０】
【表２】

【００６１】
前記表２から明らかなように本発明による反応器を用いた実施例２は、二酸化炭素量が多い組成の合成ガスを用いても、従来反応器を用いる比較例２に比べて反応器１基当たりのメタノールの増産化が可能であることがわかる。また同一触媒量当たりのメタノール生産量も比較例１と比べて低下することはなくほぼ同様となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、触媒層の高さ方向の温度分布を適切に制御でき、メタノールの反応効率を向上してメタノールの増産化を図ることが可能なメタノール合成用反応装置を提供することができる。
【００６３】
更に反応器１基当たりの触媒充填量を増加できるため，反応器１基当たりのメタノール生産量が増加する。このため大型メタノールプラント等において合成塔を多系列化する際に，従来よりも少ない基数の合成塔で同一メタノール生産量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタノール合成用反応装置を示す断面図。
【図２】図１の要部拡大断面図。
【図３】従来のメタノール合成用反応装置を示す断面図。
【図４】図３の要部拡大断面図。
【図５】図１、図２に示す本発明の反応器が組込まれたメタノール製造プラントを示す要部概略図。
【図６】図３、図４に示す従来の反応器が組込まれたメタノール製造プラントを示す要部概略図。
【符号の説明】
１…反応装置、２…反応容器、３_１、３_２、３_３…隔壁、４…合成ガス室、５…冷却媒体流通室、６ａ，６ｂ…反応生成ガス滞留室、７…合成ガス流入室、８…合成ガス供給口、９…冷却媒体供給口、１０…冷却媒体排出口、１１…反応管、１２…内管、１２ａ…内管延出部、１３…環状空間、１４…触媒層、１５…メッシュ板、１６…合成ガス導入管、１７…反応生成ガス排出口、５１…予熱器、５２…冷却器、５３…気液分離器。

Claims (4)

1. 反応容器内に複数本の反応管を配設し、この反応管内に内管を同心円状もしくはほぼ同心円状に挿入し二重管とし、前記二重管の内管と反応管の間の環状空間に触媒を充填し、内管は原料流体が導入されるべく外部と連通し、前記触媒層は上記内管内を通過した流体が前記内管内流れ方向と逆の方向に通過せしめるべく内管と連通してある反応装置であって、
   前記反応容器を上部から下方に向けて合成ガス集合室、冷却媒体流通室、反応生成ガス滞留室および合成ガス流入室の４つの室に区画するための第１、第２、及び第３の隔壁と、
   前記反応容器底部に前記合成ガス流入室と連通するように設けられた合成ガス供給部と、
   前記反応容器の側壁に前記冷却媒体流通室下部と連通するように設けられた冷却媒体供給部と、
   前記反応容器の側壁に前記冷却媒体流通室上部と連通するように設けられた冷却媒体排出部と、
   前記冷却媒体流通室内に上下端が前記第１、第２の隔壁に支持、固定されるように配置された複数本の反応管と、
   前記各反応管内にそれぞれ挿入され、下端が前記反応生成ガス滞留室内の上部まで延出された内管と、
   前記反応生成ガス滞留室内に下端が前記第３隔壁を貫通して前記合成ガス流入室に連通し、上端が前記各内管の下端に連結されるように具備された複数本の合成ガス導入管と、
   前記内管と反応管の間の環状空間から前記各内管が延出される前記反応生成ガス滞留室上部まで充填されたメタノール合成触媒層と、
   前記反応容器の側壁に反応生成ガス滞留室下部と連通するように設けられた反応生成ガス排出部と
   を具備したことを特徴とするメタノール合成用反応装置。
2. 前記メタノール合成触媒は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭ（アルカリ土類金属元素および希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素）を含む酸化物からなり、前記Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、ＧａおよびＭが原子比にてＣｕ：Ｚｎ：Ａｌ：Ｇａ：Ｍ＝１００：１０〜２００：１〜２０：１〜２０：０．１〜２０の割合で配合された組成を有することを特徴とする請求項１記載のメタノール合成用反応装置。
3. 改質器で炭化水素を水蒸気と反応させて、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む合成ガスを生成する合成ガス製造工程と、
   前記合成ガスをメタノール合成触媒上で反応させて粗メタノールを生成し、その粗メタノールを冷却後にガス成分と液状粗メタノールとに気液分離して液状粗メタノールを得るメタノール合成工程と、
   前記液状粗メタノールを蒸留して低沸点有機化合物及び高沸点有機化合物を含む廃水と精製メタノールとに分離する蒸留工程と
   を含むメタノールの製造方法であって、
   前記メタノール合成工程を請求項１記載の反応装置を用いて行うことを特徴とするメタノールの製造方法。
4. 前記合成ガスは、水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含み、二酸化炭素が２〜１０モル％含有する成分組成を有することを特徴とする請求項３記載のメタノールの製造方法。

Images