JP2008229485A - Gas-liquid contact apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は気液接触装置に関するものである。さらに詳しくは、本発明は、液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置であって、良好な気液の接触および分散状態が得られ、流体の偏流を改善でき、かつ気液接触装置をコンパクトにできるという優れた特徴を有する気液接触装置に関するものである。 The present invention relates to a gas-liquid contact device. More specifically, the present invention is a gas-liquid contact device in which a gas-liquid mixed fluid in which a liquid forms a continuous phase and a gas forms a dispersed phase flows upward, and a good gas-liquid contact and dispersion state is achieved. The present invention relates to a gas-liquid contact device that has an excellent characteristic that it can improve the drift of fluid and can make the gas-liquid contact device compact.
液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置に対しては良好な気液の接触および分散状態が得られ、流体が偏流することなく均一に流れ、かつ気液接触装置の利用効率（気液混相の有効利用容積）が高いものであることが求められている。従来の気液接触装置として、一般的には多孔板に代表される分散板が用いられているが、気液の脈流や偏流の問題があり、改良が望まれている。特許文献１にはスパージャー（ディストリビューション装置と記載）を採用したものが開示されている。また、特許文献２には気液分離機能と気体導通孔および液体導通路を有した再分散板を採用したものが開示されている。しかしながら、特許文献１記載の第１図〜第４図の方法では、スパージャーから気液混相で流体を供給するために、スパージャー孔（オリフィス）のサイズが大きく、必要個数も多くなり、流れやすい孔（オリフィス）に偏って流体が流れる可能性がある。さらに特許文献１中の第５図では、後段に別の分散機能を持たせることが示されているが、装置が大掛かりとなる。一方、特許文献２の方法は、分散板の下部に気体室を設け、気液分離後に気体と液体を別々に分散させている点で良好な分散を期待できるが、気体室には連続相である液体が存在しないため、気液接触装置の利用効率（気液混相の有効利用容積）が低下するという点において必ずしも満足できるものとはいい難いものであった。
For gas-liquid contact devices in which liquid forms a continuous phase and gas forms a dispersed phase and a gas-liquid mixed fluid flows upward, a good gas-liquid contact and dispersion state is obtained, and the fluid drifts The gas-liquid contact device is required to have a high flow efficiency and a high utilization efficiency (effective effective volume of the gas-liquid mixed phase). As a conventional gas-liquid contact device, a dispersion plate typified by a perforated plate is generally used. However, there is a problem of gas-liquid pulsation and drift, and improvement is desired.
かかる状況において、本発明が解決しようとする課題は、液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置であって、良好な気液の接触および分散状態が得られ、流体の偏流を改善でき、かつ気液接触装置をコンパクトにできるという優れた特徴を有する気液接触装置を提供する点にある。 In such a situation, the problem to be solved by the present invention is a gas-liquid contact apparatus in which a liquid forms a continuous phase, and a gas-liquid mixed fluid in which a gas forms a dispersed phase flows upward. Therefore, it is possible to provide a gas-liquid contact device having the excellent characteristics that it is possible to improve the drift of the fluid and to make the gas-liquid contact device compact.
すなわち、本発明は、液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置であって、流体の流れ方向に対して直交する方向に設けられ、流体の流れを遮断する方向に設置された分散板を有し、かつ該分散板の流体の流れ方向に対して下流側に気体のみを供給するスパージャーを有する気液接触装置に係るものである。 That is, the present invention is a gas-liquid contact device in which a gas-liquid mixed fluid in which a liquid forms a continuous phase and a gas forms a dispersed phase flows upward, and is provided in a direction orthogonal to the fluid flow direction. Related to a gas-liquid contact device having a dispersion plate installed in a direction to block the flow of fluid and having a sparger that supplies only gas downstream with respect to the fluid flow direction of the dispersion plate It is.
本発明により、液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置であって、良好な気液の接触および分散状態が得られ、流体の偏流を改善でき、かつ気液接触装置をコンパクトにできるという優れた特徴を有する気液接触装置を提供することができる。 According to the present invention, a gas-liquid contact device in which a gas-liquid mixed fluid in which a liquid forms a continuous phase and a gas forms a dispersed phase flows upward, and a good gas-liquid contact and dispersion state can be obtained. Therefore, it is possible to provide a gas-liquid contact device having an excellent feature that the gas-liquid contact device can be reduced and the gas-liquid contact device can be made compact.
本発明は、液体が連続相を形成し、気体が分散相を形成する気液混合流体が上向きに流通する気液接触装置である。 The present invention is a gas-liquid contact device in which a gas-liquid mixed fluid in which a liquid forms a continuous phase and a gas forms a dispersed phase flows upward.
液体としては特に制限がなく、一般的な液体全体を対象としてよいが、特に気液反応系で用いられる有機化合物を含有する流体、さらに具体的には、水素化反応に供されるアルコール類含有流体や酸化反応に供されるアルキルベンゼン含有流体等を例示できる。なお、液体として固体を含有するものであってもよいし、液相が水相と有機相のように２相を成しても、１つの液相が連続相であれば本発明の効果を発揮できる。 The liquid is not particularly limited and may be used for general liquids as a whole. In particular, a fluid containing an organic compound used in a gas-liquid reaction system, more specifically, an alcohol used for a hydrogenation reaction is contained. Examples thereof include alkylbenzene-containing fluids used for fluids and oxidation reactions. In addition, even if it contains a solid as a liquid, or even if a liquid phase comprises two phases like an aqueous phase and an organic phase, if one liquid phase is a continuous phase, the effect of the present invention is achieved. Can demonstrate.
気体としても特に制限がなく、スパージャーを通過する際に気相である気体全体を対象としてよいが、特に水素化反応に供される水素含有ガスや酸化反応に供される空気等を例示できる。 There is no particular limitation on the gas, and the entire gas that is in the gas phase when passing through the sparger may be targeted, but examples include hydrogen-containing gas used for hydrogenation reaction, air used for oxidation reaction, and the like. .
気液接触装置の具体例としては、脱水水添反応器や酸化反応器等を例示できる。 Specific examples of the gas-liquid contact device include a dehydration hydrogenation reactor and an oxidation reactor.
本発明の気液接触装置は、流体の流れ方向に対して直交する方向に設けられ、流体の流れを遮断する方向に設置された分散板を有している。分散板の具体的構造としては、多孔板、邪魔板、金網、ワイヤースクリーンを板状に加工した物等をあげることができる。 The gas-liquid contact device of the present invention includes a dispersion plate that is provided in a direction orthogonal to the fluid flow direction and is installed in a direction that blocks the fluid flow. Specific examples of the structure of the dispersing plate include a perforated plate, a baffle plate, a wire net, and a product obtained by processing a wire screen into a plate shape.
また、気液接触装置において、複数位置に分散板を設置したり、複数位置に気体を供給する（気体を多段に分割供給する）場合、少なくとも１ヶ所の位置において、分散板と該分散板に最も近い間隔で設置されるスパージャーの位置関係が該分散板の流体の流れ方向に対して下流側であれば、本発明の効果を発揮できる。 Further, in the gas-liquid contact device, when dispersive plates are installed at a plurality of positions or when gas is supplied to a plurality of positions (gas is dividedly supplied in multiple stages), at least at one position, the dispersive plate and the dispersive plate If the positional relationship of the spargers installed at the closest interval is downstream with respect to the fluid flow direction of the dispersion plate, the effects of the present invention can be exhibited.
中段に分散板を設置し、かつ該分散板の流体の流れ方向に対して下流側に中段スパージャーを設置する場合、該分散板は気液混相で通過させ、その後段に気体供給のためのスパージャーを配置してもよいし、気液接触装置の中段ではすでに流体は気液混相であるから、中段に設置する分散板として、分散板の下部に気体室を設け、気液分離後に気体と液体を別々に再分散させる機能を有する公知の分散板を用いて分散せしめ、その流れ方向に対して下流側に設置された中段スパージャーから新たな気体を供給してもよい。しかし、後者の場合、気液混相の再分散の点で優れるが、気液接触に用いられない気体室の容積分だけ気液接触装置の利用効率が低下するため、形成される気体室高さを低くすることが望ましい。 When a dispersion plate is installed in the middle stage and a middle stage sparger is installed on the downstream side of the fluid flow direction of the dispersion plate, the dispersion plate is allowed to pass in a gas-liquid mixed phase, and gas is supplied to the subsequent stage. A sparger may be arranged, and since the fluid is already a gas-liquid mixed phase in the middle stage of the gas-liquid contact device, a gas chamber is provided at the lower part of the dispersion plate as a dispersion plate installed in the middle stage, and the gas is separated after gas-liquid separation. And a known dispersion plate having a function of redispersing the liquid and the liquid separately, and a new gas may be supplied from a middle stage sparger installed on the downstream side in the flow direction. However, the latter case is excellent in terms of redispersion of the gas-liquid mixed phase, but the efficiency of use of the gas-liquid contact device is reduced by the volume of the gas chamber that is not used for gas-liquid contact. It is desirable to lower the value.
本発明の気液接触装置は、上記の分散板の流体の流れ方向に対して下流側に気体のみを供給するスパージャーを有する。スパージャーの具体的構造例としては気体を容器に導く主配管と断面方向に均等に気体を供給するための枝管からなる配管の管側面に孔を開けたもの、さらにノズル孔径の精度を上げるために、孔にオリフィスや金属チューブを取り付けたものをあげることができる。分散板とスパージャーの間隔Ｈは分散板の下流側であって、１０ｍｍ≦Ｈ≦５０００ｍｍであることが好ましく、一般的には分散板もしくは分散板をとめるサポートを足場にして、作業者が容易にアクセスできる２００ｍｍ≦Ｈ≦２０００ｍｍであることが作業性の面から特に好ましい。分散板とスパージャーの間隔が１０ｍｍよりも狭い場合、スパージャーの主管や枝管の接続フランジの設置やメンテナンス作業が困難になることや、極端な場合は分散板上の流体通過口の出口を覆い、流れを妨げることがある。一方、間隔が５０００ｍｍよりも長い場合は、分散板を通過した流体と、スパージャーから供給される気体が接触しない範囲が広くなり、気液接触装置の効率が悪くなる。スパージャーから気体を吹出す孔は気液接触装置の流体の流れ方向に対して直交する方向より下向きに配置されていることが、気液の接触の観点から好ましい。上向きに配置した場合、吹出された気体が直接上昇するため、孔の位置より下側の領域では供給された気体と分散板を通過した流体が接触しないからである。開口位置は、気体の断面方向の分散性を考慮して、均等分布であることが好ましいが、同一開口位置に設ける開口数は鉛直下向きに１つでもよいし、角度を持たせて２つ以上としてもよい。スパージャーからは気体のみが供給される。そして、気液接触装置の底部から液体を供給し、スパージャーから気体を供給する形式が好ましい具体例としてあげられる。 The gas-liquid contact device of the present invention has a sparger that supplies only gas downstream with respect to the fluid flow direction of the dispersion plate. As a specific structural example of a sparger, there is a main pipe that introduces gas to the container and a branch pipe that consists of a branch pipe for supplying gas evenly in the cross-sectional direction, and further increases the accuracy of the nozzle hole diameter. For this purpose, a hole having an orifice or metal tube attached to the hole can be used. The distance H between the dispersion plate and the sparger is on the downstream side of the dispersion plate and is preferably 10 mm ≦ H ≦ 5000 mm. Generally, the operator can easily use the dispersion plate or a support for holding the dispersion plate as a scaffold. It is particularly preferable from the viewpoint of workability that 200 mm ≦ H ≦ 2000 mm is accessible. If the distance between the dispersion plate and the sparger is narrower than 10 mm, it will be difficult to install and maintain the sparger main and branch pipe connection flanges. In extreme cases, the outlet of the fluid passage on the dispersion plate Covers and may obstruct flow. On the other hand, when the interval is longer than 5000 mm, the range in which the fluid that has passed through the dispersion plate and the gas supplied from the sparger do not contact with each other is widened, and the efficiency of the gas-liquid contact device is deteriorated. It is preferable from the viewpoint of gas-liquid contact that the holes for blowing gas from the sparger are disposed downward from the direction orthogonal to the fluid flow direction of the gas-liquid contact device. This is because when the gas is disposed upward, the blown gas directly rises, so that the supplied gas and the fluid that has passed through the dispersion plate do not come into contact with each other in the region below the hole position. The opening position is preferably a uniform distribution in consideration of the dispersibility of the gas in the cross-sectional direction, but the number of openings provided in the same opening position may be one vertically downward, or two or more with an angle. It is good. Only gas is supplied from the sparger. And the form which supplies a liquid from the bottom part of a gas-liquid contact apparatus and supplies gas from a sparger is mention | raise | lifted as a preferable specific example.
本発明の気液接触装置は、少なくとも１段の分散板の流体の流れ方向に対して下流側に充填物が載置された形式とすることができ、充填物としては触媒を用いることができる。この形式の具体例としては、触媒が水素化反応又は脱水反応のための触媒であるものをあげることができる。この形式においては、触媒の性能を十分に発現することができ、水素化反応又は脱水反応の好ましい反応成績を得ることが可能となる。 The gas-liquid contact device of the present invention can be of a type in which a packing material is placed on the downstream side with respect to the fluid flow direction of at least one dispersion plate, and a catalyst can be used as the packing material. . Specific examples of this type include those in which the catalyst is a catalyst for hydrogenation reaction or dehydration reaction. In this form, the performance of the catalyst can be fully expressed, and a favorable reaction result of the hydrogenation reaction or dehydration reaction can be obtained.
本発明の気液接触装置は、前記のとおり、良好な気液の接触および分散状態が得られ、流体の偏流を改善でき、かつ気液接触装置をコンパクトにできるという優れた効果を得ることができる。その理由（作用）としては、次のとおり考えられる。 As described above, the gas-liquid contact device of the present invention can obtain excellent effects of obtaining good gas-liquid contact and dispersion, improving fluid drift, and making the gas-liquid contact device compact. it can. The reason (action) is considered as follows.
まず、連続相である液体の良好な分散は、充分な差圧を持たせた分散板(例えば多孔板オリフィス等)を通過させることで達成される。このとき、気液混相の場合、通過口の必要開口面積は液のみを通過させる場合よりも大きくなり、かつ、分散板の開口の製作精度や設置の水平精度は、液のみを通過させる場合よりも高い要求となる。開口の偏りや設置の傾きは、気液の均一な流れを妨げ、具体的には気体が多く流れる通過口と液体が多く流れる通過口が生じたりするからであり、連続相の分散にとっては液相単独での分散板通過が望ましい。一方、供給される気体の良好な分散は、複数の孔を可能な限り等間隔に配置する気体供給用スパージャーを用いることで達成される。さらに孔は気液接触装置の流体の流れ方向に対して直交する方向より下向きに配置することで、分散板を通過してきた液とスパージャーから供給される気体が接触しない領域を小さくすることができる。別の方法として、分散板の上流に気液を供給し、該分散板の下部に気体室を設け、気液分離後に気体と液体を別々に分散させる方法が提案されているが、本発明では気体室は必須ではないため、気液接触装置の利用効率（気液混層の有効利用容積）が低下することはない。 First, good dispersion of the liquid as the continuous phase is achieved by passing through a dispersion plate (for example, a perforated plate orifice) having a sufficient differential pressure. At this time, in the case of gas-liquid mixed phase, the required opening area of the passage opening is larger than when only the liquid is allowed to pass through, and the manufacturing accuracy of the opening of the dispersion plate and the horizontal accuracy of the installation are higher than when passing only the liquid. Is also a high demand. This is because the unevenness of the opening and the inclination of the installation hinder the uniform flow of gas and liquid, specifically, a passage port through which a lot of gas flows and a passage port through which a lot of liquid flows are generated. It is desirable that the phase passes through the dispersion plate alone. On the other hand, good dispersion of the supplied gas is achieved by using a gas supply sparger in which a plurality of holes are arranged at equal intervals as much as possible. Furthermore, by arranging the holes downward from the direction orthogonal to the fluid flow direction of the gas-liquid contact device, the area where the liquid passing through the dispersion plate and the gas supplied from the sparger do not contact can be reduced. it can. As another method, a method has been proposed in which gas and liquid are supplied upstream of the dispersion plate, a gas chamber is provided below the dispersion plate, and gas and liquid are separately dispersed after gas-liquid separation. Since the gas chamber is not essential, the utilization efficiency of the gas-liquid contact device (effective utilization volume of the gas-liquid mixed layer) does not decrease.
次に、本発明を実施例により説明する。
これらの実施例は代表的な構成例を示すものであり、構成要素の組み合わせの変更や段数の変更、別の構成の追加を行っても本発明の効果を得られる。
Next, an example explains the present invention.
These examples show typical configuration examples, and the effects of the present invention can be obtained even when the combination of components is changed, the number of stages is changed, or another configuration is added.
実施例１
図１は液入口側に分散板として多孔板（５）を設置し、後段に気体供給用スパージャー（４）を設置した気液接触装置の例である。
図２は液入口側に分散板として多孔板（５）を設置し、分散板の下流に球状充填物（６）を充填し、その充填部に気体供給用スパージャー（４）を設置し、さらに後段に別の充填物（７）を設置した気液接触装置の例である。球状充填物（６）としてイナートボール、別の充填物（７）として触媒等を用いることができる。
図３は図１と同様の気液接触装置の中段に、さらに多孔板（５）と気体供給用スパージャー（４）を追加した例である。
図４は気体供給用スパージャーの設置例である。（８）は気体供給配管の主管であり、気体が装置の断面積方向に均等に供給されるように、主管（８）から複数の枝管（９）を分岐し、できるだけ均等の間隔になるように気体の吹出し口（１０）を開口する。
図５は主管（８）と枝管（９）に設置されるスパージャーから気体を吹出す口（１０）とノズル（１１）の設置の好ましい方向を例示したものである。ここでは同一開口位置に角度を持たせた２つの開口とノズルを設置する場合を示したが、開口およびノズルは鉛直下向きに１つでもよいし、３つ以上としてもよい。
Example 1
FIG. 1 shows an example of a gas-liquid contact device in which a perforated plate (5) is installed as a dispersion plate on the liquid inlet side and a gas supply sparger (4) is installed in the subsequent stage.
In FIG. 2, a porous plate (5) is installed as a dispersion plate on the liquid inlet side, a spherical packing (6) is filled downstream of the dispersion plate, and a gas supply sparger (4) is installed in the filling portion. Furthermore, it is an example of the gas-liquid contact apparatus which installed another packing (7) in the back | latter stage. An inert ball can be used as the spherical packing (6), and a catalyst or the like can be used as the other packing (7).
FIG. 3 shows an example in which a porous plate (5) and a gas supply sparger (4) are further added to the middle stage of the gas-liquid contact device similar to FIG.
FIG. 4 shows an installation example of a gas supply sparger. (8) is a main pipe of the gas supply pipe. A plurality of branch pipes (9) are branched from the main pipe (8) so that the gas is evenly supplied in the cross-sectional area direction of the apparatus, and the intervals are as even as possible. Thus, the gas outlet (10) is opened.
FIG. 5 exemplifies a preferable direction of installation of the nozzle (11) and the nozzle (11) for blowing gas from the spargers installed in the main pipe (8) and the branch pipe (9). Here, a case where two openings and nozzles having an angle at the same opening position are provided is shown, but one opening and one nozzle may be provided vertically downward, or three or more.
比較例１
図６は従来の代表的な設備である液入口側に気体供給用スパージャー（４）を設置し、その後段に分散板として多孔板（５）を設置した気液接触装置の例である。
従来の実施概念による気液接触装置を用いて、水を連続相とし、空気を気体として気液接触を行った。
用いた気液接触装置の詳細を図７に示す。
接触装置の下部ノズル（１２）から連続相である水を８ｍ3／Ｈで供給し、気体供給用スパージャー（１３）から空気を５０Ｎｍ3／Ｈで流体の流れに対して逆方向に供給した。
分散板（１４）は、流体の流れに対して気体供給用スパージャー（１３）より下流に、ワイヤーメッシュスクリーン（商品名：ジョンソンスクリーン・・・ワイヤー幅＝１．１９ｍｍ／スロットサイズ＝０．７５ｍｍ）のものを使用した。
分散板（１４）の上（すなわち流れ方向の下流）に３ｍｍ径のアルミナボール（１５）を充填した。
Comparative Example 1
FIG. 6 shows an example of a gas-liquid contact apparatus in which a gas supply sparger (4) is installed on the liquid inlet side, which is a typical conventional equipment, and a porous plate (5) is installed as a dispersion plate in the subsequent stage.
Using a gas-liquid contact device according to a conventional implementation concept, gas-liquid contact was performed using water as a continuous phase and air as a gas.
The details of the gas-liquid contact device used are shown in FIG.
Water, which is a continuous phase, was supplied from the lower nozzle (12) of the contact device at 8 m 3 / H, and air was supplied from the gas supply sparger (13) at 50 Nm 3 / H in the opposite direction to the fluid flow. .
The dispersion plate (14) has a wire mesh screen (trade name: Johnson screen: wire width = 1.19 mm / slot size = 0.75 mm) downstream of the gas supply sparger (13) with respect to the fluid flow. ) Was used.
A 3 mm diameter alumina ball (15) was filled on the dispersion plate (14) (that is, downstream in the flow direction).
本装置により水と空気を気液接触させたところ、分散板（１４）の下部、すなわち流体流れの上流側に偏った気体室（気層）の形成が確認された。スクリーンの開口部からは気液混相で流体が通過したが、気体が装置の一部分の壁面に沿って流れる偏流傾向を示した。
このことから、分散板（１４）の液流れ上流に気体供給用スパージャー（１３）を設置した場合は、気液接触装置にとって好ましくない気体の偏流が生じるため、分散板（１４）の下流に気体供給用スパージャー（１３）を用いて気体を分散供給する本発明の気液接触装置が優れているといえる。
When water and air were brought into gas-liquid contact with this apparatus, formation of a gas chamber (gas layer) biased to the lower part of the dispersion plate (14), that is, upstream of the fluid flow was confirmed. The fluid passed in the gas-liquid mixed phase from the opening of the screen, but showed a tendency to drift along the wall of a part of the apparatus.
For this reason, when the gas supply sparger (13) is installed upstream of the liquid flow of the dispersion plate (14), a gas drift unfavorable for the gas-liquid contact device occurs, and therefore, downstream of the dispersion plate (14). It can be said that the gas-liquid contact device of the present invention is superior in that it supplies and distributes gas using the gas supply sparger (13).
（１）気体供給配管
（２）液体供給配管
（３）流体出口配管
（４）気体供給用スパージャー
（５）多孔板
（６）球状充填物
（７）別の充填物
（８）気体供給配管の主管
（９）気体供給スパージャーの枝管
（10）吹出し口
（11）吹出しノズル
（12）下部ノズル
（13）気体供給用スパージャー
（14）分散板
（15）アルミナボール
(1) Gas supply piping (2) Liquid supply piping (3) Fluid outlet piping (4) Gas supply sparger (5) Perforated plate (6) Spherical packing (7) Another packing (8) Gas supply piping (9) Branch pipe of gas supply sparger (10) Blowing port (11) Blowing nozzle (12) Lower nozzle (13) Sparger for gas supply (14) Dispersion plate (15) Alumina ball
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