JPH03131336A - ガス反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、内部に触媒又は吸着剤からなる連続充填層を
有するとともに、その充填層内部及び充填層外周部に軸
方向への流体通路を有するガス反応器に関するものであ
る。

（従来技術及びその問題点） 従来、内部に触媒又はガス吸着剤からなる充填層を有す
るとともに、その充填外周部にこれを包囲する周面に多
数の透孔を有する筒状体又はその外周部に沿って周面に
多数の透孔を有する多数の筒状体を列設し、その充填層
内部に周面に多数の透孔を有する筒状体を配設した構造
のガス反応器は知られている。このような反応器は、原
料ガスが半径方向に流れるため、ラジアルフロー式反応
器と呼ばれ、反応器人【」と出【」との間の圧力降下が
小さいという利点を有し、反応成分に気体を含む各種反
応を行わせるためのガス反応器として用いられている。

しかし、このような反応器は、反応に際しての圧力降下
が小さいという利点があるものの、反応ガスと充填層と
の間の接触時間が短いため、反応率を充分に高くするこ
とが困難であるという問題を有している。このような問
題を解決するためには、反応器の直径を大きくし、ガス
と充填層との接触時間を長くすればよいが、しかし、こ
の場合には、直径の大きな反応器を製作することが技術
的に困難である」二、反応器の設置面積も広くなるため
、実用的ではない。

５ また、前記した如きラジアルフロー式反応器の欠点を改
良するために、反応器内のガスの一部を軸方向にも流す
、いわゆる縦軸方向／半径方向併流式反応器が提案され
ている（例えば、特開昭５６−８１１２９号）。しかし
、この反応器では、ガスの流れ方向を縦軸方向と半径方
向とに交互に繰返させるために、充填層を複数段に分け
る必要があり、反／ 応器内の充填層が不連続となって反応器内／′が複雑化
するとともに、充填剤の充填効率が低下する等の新しい
問題を生じる。

（発明の課題） 本発明は、従来の反応器に見られる前記問題を解決し、
反応ガスと充填層の接触時間を増加させるとともに、充
填剤の充填率を高め、かつ高められた反応率を与える内
部構造の単純化されたガス反応器を提供することをその
課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重
ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、内部に触媒又は吸着剤から
なる連続した充填層を有するとともに、該充填層外周部
にこれを包囲する周面に多数の透孔を有する筒状体を配
設し、該充填層内部に周面に多数の透孔を有する筒状体
を配設した構造を有するガス反応器において、該充填層
外周部に配設した筒状体と反応器内壁面との間に形成さ
れる空隙部及び／又は該充填層内部に配設した筒状体内
の空隙部にその上下を遮断する閉塞部を設けたことを特
徴とするガス反応器が提供される。

また、本発明によれば、内部に触媒又は吸着剤からなる
連続する充填層を有するとともに、該充填層外周部に沿
って周面に多数の透孔を有する多数の筒状体を列設し、
該充填層内部に周面に多数の透孔を有する筒状体を配設
した構造を有するガス反応器において、該充填層外周部
に沿って列配設した筒状体内の空隙部及び／又は該充填
層内部に配設した筒状体内の空隙部にその上下を遮断す
る閉塞部を設けたことを特徴とするガス反応器が提供さ
れる。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は、本発明のガス反応器の説明断面図を示す。こ
の図において、Ａは軸方向に連続した充填層を示し、１
は反応器の外殻、２は充填ＩＡの外周部にこれを包囲す
るように配設した周面に多数の透孔３を有する筒状体、
４は充填層内部に配設した周面に多数の透孔５を有する
筒状体を示す。２０は充填層外周部に配設した筒状体２
と反応器内壁どの間に形成される環状の空隙部であり、
２１け充填層内に配設した筒状体４内の空隙部を示す。

これらの空隙部は、ガス通路を形成する。６は空隙部２
０を」１下に遮断するだめの閉塞部を示し、周方向に沿
って配設される。８は空隙部２１を−１−下に遮断す閉
塞部を示す。７は筒状体２の閉塞部６から伸びる周面閉
塞部である。９は筒状体４の閉塞部８から伸びる周面閉
塞部である。１０は筒状体４の一ヒ端に設しづた閉塞部
、１１は充填層の１−１ノに設けたジャマ板、１２は反
応器の人「１部、１３は反応器の出口部を各示す。

各筒状体２及び４は、細孔を穿設［ッた金属板、金属格
子、多孔質板等のガスや液体（以下、単に流体とも言う
）を透過させる材料を用いて形成することができる。各
筒状体２及び４の透孔３及び５の寸法は、ガス又は液体
が透過し、充填剤粒−ｒ−が流出しない大きさであれば
よく、通常、直径寸法で、０、ｌｎ１ｍ以上、好ましく
は０．５〜５０ｍｍ程度である。充填剤は、あらかじめ
、充填及び抜出し１．こ便利なように金網バスケラ１−
等の袋状物に入れた状態で反応器内に充填することがで
きる。この場合には、各筒状体の透孔はＬｌの粗いもの
でもよい。

筒状体２と反応器内壁部との間の空隙部２０及び筒状体
４内の空隙部２１に設ける閉塞部は、それら空隙部をに
下に遮断し得る構造のものであればいかなるものでもよ
い。空隙部２０を−１−トに遮断する閉塞部を形成する
方法としては、例えば、環状のジャマ板を反応器内壁に
直接溶接する方法や、反応器内壁にあらかじめジャマ板
取旬部を溶接しておき、これに環状のジャマ板をポルＩ
〜締めする方法等がある。環状のジャマ板は、反応器内
壁への取付けが容易なように分割しておくことができる
。

また耐熱性パツキンを空隙部内に充填する方法や、ガス
ケットを取付ける方法、さらに、ジャマ板を複数の形状
記憶合金で作り、反応開始時に反応温度の−Ｌ昇ととも
に空隙部２０を遮断する方法等がある。

また、空隙部２１を閉塞する方法としては、耐熱性パツ
キンをその空隙部に充填する方法等があるが、一般には
、流体の流れを完全遮断するように金属板によりその空
隙部を密封するのがよい。

各周面閉塞部７及び９は、必要に応して設けられるもの
で、流体がその周面部分を透過するのを抑制又は防止す
る構造のものであればよい。筒状体の周面を閉塞する方
法としては、例えば、筒状体の内周面又は外周面に沿っ
て金属板を添接する方法の他、閉塞部を形成する個所の
筒状体の周面部を、あらかじめ透孔のない周面部に形成
する方法等がある。

第２図に、空隙部２０の閉塞構造例について示す。

第２図において、２５は空隙閉塞部材を示し、断面コの
字形の金属板からなるものである。この金属板は、反応
器内壁の周方向に沿って配設され、軸方向に対して水平
な面２Ｇが空隙閉塞部を形成し、その水平面を形成する
金属板の端部は、溶接により反応器内壁に固定されてい
る。また、この金属板の軸方向の平面部２７は、周面閉
塞部材として作用し、筒状体２の外周面と接触し、周面
閉塞部７を形成する。

第３図は、空隙部２０の閉塞構造の変形例を示す。

第３図において、２５は空隙閉塞部材を示し、断面丁字
形の金属板からなるものである。この金属板は、反応器
内壁の周方向に冶って配設され、軸方向に対して水平な
面２６が空隙閉塞部を形成し、その水平面２６を形成す
る金属板の−・方の端部は、溶接により反応器内壁に固
定されている。また、この金属板の軸方向の平面部２７
は周面閉塞部材として作用し、筒状体２の外周面と接触
し、周面閉塞部７を形成失る。

周面閉塞部７は、筒状体２の周面において、空隙閉塞部
６の上方又は下方、あるいは」１方と下方の両方向に向
けて配設される。周面閉塞部７の軸方向の長さにより、
ガスと充填層との接触時間、反応成分にガスとともに液
体が含まれているときには、ガスと液体と充填層の接触
時間を調節することができる。周面閉塞部の軸方向の長
さが長い程、その接触時間は長くなる。従って、この周
面閉塞部の長さは、反応の種類や反応器の大きさ等に応
じて適当に定められる。一般には、この周面閉塞部の軸
方向の長さは、充填層外周部に配設した筒状体刑面と、
充填層内部に配設した筒状体周面との間の最短距離の０
．２〜１０倍の範囲に規定するのがよい。即ち、第３図
において、０．２≦Ｑ／ｒ≦１０の関係が得られるよう
に設計するのが好ましい。

また、充填層内に配設する筒状体４の周面に設ける周面
閉塞部は、前記した充填層外周部に配設した筒状体２と
同様にして配設することができる。

この場合にも、その周面閉塞部の軸方向の長さは、充填
層外周部に配設した筒状体周面と、充填層内部に配設し
た筒状体周面との最短距離の０．２〜１０倍にするのが
よい。

ジャマ板１１は、反応器入口部１２から入った流体分散
させるためのものであり、金属板や多孔板、金網等が用
いられる。

充填層Ａは、触媒又は吸着剤から構成される。

その充填層を構成する粒子の大きさは、平均粒径て、０
，１．−５０ｍｍ、好ましくは０．５−２０ｍｍである
。

第１図に示した矢印は、反応器人口１２から流体を導入
した時のその流れ状態を模式的に示すものである。

本発明の反応器においては種々の変更が可能である。先
ず、閉塞部６及び８は、１個に限らず、複数個配設する
ことができる。また、反応器の軸方向に対し、閉塞部６
と閉塞部８を交互に配設することができる。これによっ
て、同一反応器内に多段式充填層が形成されることにな
り、効率的な接触反応を行わせることができる。即ち、
閉塞部６と閉塞部８とを交互に配設する時には、反応原
料である流体のうち空隙部２０を流れる流体はその閉塞
部６の個所において充填層中心部への方向の流れとなる
。一方、空隙部２１を流れる流体は、その閉塞部８の個
所において充填層の外周方向への流れ１１− となる。従って、閉塞部６と閉塞部８の１つの組合せに
より、２段式の充填層が形成されることとなり、閉塞部
の数に応じた段数の充填層が１つの反応器内に形成され
ることとなる。そして、このような多段方式の充填層に
おいて、その各段の充填層の性能（触媒の活性、選択性
、サイズ、耐久性等）を変えることにより、複数個の反
応器を要する反応を、見掛上１個の反応器により行うこ
とができる。

また、本発明の反応器は、充填層外周部に筒状体２を配
設するかわりに、第４図に示すように、充填層内の筒状
体４と同様に周面に多数の透孔を設けるとともに、その
内部の空隙部に閉塞部を設けた多数の管状体２３を用い
、これらの管状体２３を充填層外周部に沿って、充填層
を包囲するように列設することができる。この場合、各
筒状体２３は、その各筒状体の外周面を相互に密接させ
ることが好ましいが、必ずしも密接させなくてもよい。

また各筒状体２３内の空隙部に対する閉塞部の形成は、
前記筒状体４の場合と同様にして行うことができ１２ る。また、充填層内に設ける筒状体４は１つに限らず、
複数個を用いることができる。

さらに、本発明の反応器は、下降流方式の反応器として
使用し得る他、上昇流方式の反応器として使用すること
ができる。上昇流方式の反応器として使用する場合、充
填層は、その上昇流のために上方に膨張するので、充填
層を形成する粒子が反応器外部へあふれ出ないように、
充填層の」二部には、金網や多孔板を配設する。

本発明においては、充填層は、通常、固定床として用い
られるが、必要に応じて、反応器の上部と下部にそれぞ
れ充填剤を連続的又は間欠的に供給及び抜出すためのバ
ルブを取付けることによって移動床反応器として用いる
こともできる。このような移動床反応器として使用する
ことによって、触媒や吸着剤の劣化の激しい反応系に対
する触媒反応塔や吸着反応塔として有利に適用すること
ができる。

また、充填層内部には、反応が発熱反応の場合には、そ
の発熱を吸収する冷却管又は冷却装置を、反応が吸熱反
応の場合には、その吸熱に相当する熱量を補充するため
の加熱管や加熱装置を配設することもできる。

本発明の反応器を発熱反応用に適用する場合、反応器外
殻を２重管構造にしてその２重管で形成される空隙部内
に原料ガスを流通させるとともに、充填層内部に配設し
た筒状体内に導管仕挿入し２、その導管内にも原料ガス
を流通させ、反応器内部を冷却する構造のものとするの
が好ましい。第５図にその反応器の説明断面図を示す。

第５図において、■は外管、３０はその夕）管内に挿入
された内管を示し、３１はその２重管内に形成された空
隙部を示す。３２は内管３０を外管１に支持固定するだ
めの支持部利を示す。３３は充填層内に配設された筒状
体４に内挿された導管を示す。内管３０の上端は密閉さ
れ、内管３０の下端周壁は外管１の内壁と接合している
。また、内管３０の下部の熱交換器３４の位置する部分
の周面には、多数の透孔が設けてあり、空隙部３１内の
流体がここから内管３０内に流入するようになっている
。導管３３の上端５− は内管３０の１一端付近において開Ｌ１シ、導管３３の
下端は反応器下部の熱交換器３４に結合している。、−
の熱交換器は、第６図に示すように、−Ｌ下２枚の金属
板３５．３６の間に多数のバイブ３７を立設し、そのパ
イプの両端を金属板３５　、３６の表面に開［１させる
とともに、上部金属板３５の中央部を開ＩＩさせて開「
１部３８を形成し、これに導管；（３の子端部を接続さ
ぜ、金属板３５．３６の外周部を内管３０の内壁に接合
させた構造のものである。このような構造の反応器では
、反応器人［１１２から入った原料流体は、反応器の周
囲の空隙部３１を流れて反応器下部から熱交換器３４に
入り、ここで反応流体との間で熱交換を行った後、筒状
体４内に挿入した導管３３内を上昇し、その間に、筒状
体４と導管３３との間を流れる流体との間で熱交換を行
った後、その上縮開１１部から反応器１一部へ流出し、
ここから反応器内の充填層を下方向に通過した後、反応
器出０１３から排出される。

さらにまた、本発明の反応器には、従来公知の技術に従
って、その下部に使用済触媒又は吸着剤６ を抜出するための抜出穴を設けることもできる。

（発明の効果） 本発明の反応器においては、充填層外周部に設けた空隙
部２０を流れる流体は、その閉塞部６のために、この個
所において充填層中心部方向へ流れ、筒状体４の空隙部
２１内に侵入するかあるいはいったん充填層を通って再
び閉塞部６のＦ方の空隙部２０に侵入するし、また、充
填層の内部の空隙部２１を流れる流体は、その閉塞部８
の個所において充填層外周方向へ流れ、空隙部２０に侵
入するかあるいはいったん充填層を通って再び閉塞部８
の下方の空隙部２１内に侵入することになる。従って、
本発明の反応器では、従来の反応器の場合に比べて、流
体と充填層との接触時間が増加する。さらに、反応器自
体はラジアルフロー式反応器を立体的に積重ねた構造で
、コンパクト化され、かつ効率化されている構造になっ
ているにもかかわらず、反応器内部はかえって単純化さ
れている。

本発明の反応器は、反応成分としてガス又はガスと液体
を含む各種反応に適用される。次にその反応例を示す。

（１）反応成分がガスのみからなる触媒反応例シフト反
応、メタネーション反応、ＳＮＧ反応（ＣＯ＋３１１□
→Ｃ１１４＋Ｈ２０）、メタノール合成反応、アンモニ
ア合成反応等。

（２）反応成分がガスと液体からなる触媒反応側灯軽油
の水添脱硫反応又は分解反応、重質油の水添脱硫反応又
は分解反応、石炭の一次液化油の水素化精製反応、頁岩
油の水素化精製反応又は分解反応、ナフサ改質反応等。

（３）ガスの吸着反応（この場合、充填層は吸着剤から
構成される） 排煙脱硫反応、排煙脱硝反応等。

また、本発明の構造の反応器は、自動車排ガス浄化用触
媒コンバーターとして適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応器の１−〕の実施例についての説
明断面図、第５図はその変形例を示す。 第２図は空隙部閉塞構造の１例を示す説明断面図、第３
図はその変形例を示す。 第４図は充填層外周部に沿って多数の筒状体を列設した
構造の反応器の説明水平断面図を示す。 第６図は熱交換器の斜視図を示す。 １・・反応器外殻、２，４・・筒状体、３，５・・・透
孔、２０．２１・・・空隙部、６，８・・・閉塞部、Ａ
・・・充填層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内部に触媒又は吸着剤からなる連続した充填層を
   有するとともに、該充填層外周部にこれを包囲する周面
   に多数の透孔を有する筒状体を配設し、該充填層内部に
   周面に多数の透孔を有する筒状体を配設した構造を有す
   るガス反応器において、該充填層外周部に配設した筒状
   体と反応器内壁面との間に形成される空隙部及び／又は
   該充填層内部に配設した筒状体内の空隙部にその上下を
   遮断する閉塞部を設けたことを特徴とするガス反応器。 （２）内部に触媒又は吸着剤からなる連続した充填層を
   有するとともに、該充填層外周部に沿って周面に多数の
   透孔を有する多数の筒状体を列設し、該充填層内部に周
   面に多数の透孔を有する筒状体を配設した構造を有する
   ガス反応器において、該充填層外周部に沿って列設した
   筒状体内の空隙部及び／又は該充填層内部に配設した筒
   状体の空隙部にその上下を遮断する閉塞部を設けたこと
   を特徴とするガス反応器。 （３）該充填層の外周部に配設した筒状体と反応器内壁
   との空隙部に設けた閉塞部と、充填層内部に配設した筒
   状体内の空隙部に設けた閉塞部とを、反応器の軸方向に
   交互に配設した請求項１の反応器。 （４）該充填層外周部に沿って列設した筒状体内の空隙
   部に設けた閉塞部と、充填層内部に配設した筒状体内の
   空隙部に設けた閉塞部とを、反応器の軸方向に交互に配
   設した請求項２の反応器。 （５）該充填層の外周部に配設した筒状体の閉塞部から
   該筒状体の周面に沿って下方及び／又は上方に伸びる周
   面閉塞部を有する請求項１又は３の反応器。 （６）該周面閉塞部の軸方向の長さが、該充填層外周部
   に配設した筒状体周面と該充填層内部に配設した筒状体
   周面との間の最短距離の０．２〜１０倍である請求項５
   の反応器。（７）該充填層の外周部に沿って列設した筒
   状体内の空隙部に設けた閉塞部から該筒状体の周面に沿
   って下方及び／又は上方に伸びる周面閉塞部を有する請
   求項２又は４の反応器。 （８）該周面閉塞部の軸方向の長さが、該充填層外周部
   に沿って列設した筒状体周面と該充填層内部に配設した
   筒状体周面との間の最短距離の０．２〜１０倍である請
   求項７の反応器。 （９）該充填層内に配設した筒状体内の空隙部に設けた
   閉塞部から該筒状体の周面に沿って下方及び／又は上方
   に伸びる周面閉塞部を有する請求項１〜８のいずれかの
   反応器。