JPH03193133A

JPH03193133A - ガス反応器

Info

Publication number: JPH03193133A
Application number: JP33328189A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kato; 肇加藤
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-08-22

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分離された。

複数の充填層を有するとともに、その各充填層内部及び
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、その充填層外周部に充填層を包囲する周面
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、反応器入口と出口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
的に困難である上、反応器の設置面積も広くなるため、
実用的ではない。

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）、シかし
、この反応器においても、ガスと充填層との間の接触時
間は未だ大きいものではなく、増大された接触時間を得
るには、充填層を多数層に細分割し、ガスの流れ方向を
縦軸方向と半径方向とに交互に多数繰返させる必要があ
る。

従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
なる分離された複数の充填層を有するとともに、各充填
層外周部に充填層を包囲する周面に多数の透孔を有する
筒状体を配設し、各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
、各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
分離された複数の充填層を有するとともに、各充填層外
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、各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、各充填
層外周部に沿って列配設した筒状体内の空隙部及び／又
は各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及びＢは軸方向に分離して配設された
充填層を示し、１は反応器の外殻、２は充填層Ａ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Ａ外周部
に配設した筒状体２と反応器の外殻内壁との間に形成さ
れる環状の空− 隙部であり、２１は充填層Ａ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２０．２１は、流体通路
を形成する。６は空−隙部２０を上下に遮断するための
閉塞部を示し、周方向に沿って配設される。

８は空隙部２１を上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。

ｌＯは筒状体４の上端に設けた閉塞部、１１は充填層Ａ
の上方に設けたジャマ板、１２は反応器の入口部、１３
は反応器の出口部を各示す。４０は充填層Ａの底板を示
し、その中央部は開口し、筒状体４内を流れる流体が充
填層Ｂ方向へ流れるようになっている。４２は充填層Ｂ
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４３を有する筒状体、４４は充填層Ｂ内部に配設し
た周面に多数の透孔４５を有する筒状体を示す。５１は
充填層Ｂ外周部に配設した筒状体４２と反応器の外殻内
壁との間に形成される環状の空隙部であり、５２は充填
層Ｂ内に配設した筒状体４４内の空隙部を示す。これら
の空隙部５１　、５２は、流体通路を形成する。４６は
空隙部５１− を上下に遮断するための閉塞部を示し、周方向に沿って
配設される。４８は空隙部５２を上下に遮断する閉塞部
を示す、４７は筒状体４２の閉塞部４６から伸びる周面
閉塞部である。４９は筒状体４４の閉塞部４８から伸び
る周面閉塞部である。５０は筒状体４４の上端に設けた
閉塞部を示す。Ｆは分離された充填層Ａと充填層Ｂとの
間の隔離空間を示し、４１はその隔離空間Ｆ内に設けた
ジャマ板を示す。

各筒状体２，４２及び４，４４は、細孔を穿設した金属
板、金属格子、多孔質板等のガスや液体（本明細書では
、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２，４２及び４．４４の周面
に設けた透孔の寸法は、ガス又は液体が透過し、充填剤
粒子が流出しない大きさであればよく、通常、直径寸法
で、０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５〜５０ｍｍ程度
である。充填層Ａ及びＢは、あらかじめ、充填剤の充填
及び抜出しに便利なように金網バスケット等の袋状物に
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、各筒状体の透孔は目の粗いものでもよい。

筒状体２，４２と反応器外殻内壁部との間の空隙部２０
．５１及び筒状体４，４４内の空隙部２１．５２に設け
る閉塞部は、それら空隙部を上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２０，５１を
上下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付部を溶接しておき
、これに環状のジャマ板をボルト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上昇とともに空隙部を遮断する方法
等がある。

また、空隙部２１．５２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７，４７及び９，４９は、必要に応じて設
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、充填層Ａの外周部に形成された空隙部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、反応器外殻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２６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
より反応器外殻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、−１１
＝反応器外殻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２６が空隙閉塞部を形成し、その水平面２
６を形成する金属板の一方の端部は、溶接により反応器
外殻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。

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、あるいは上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周面と、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１２よい。即ち、第３図において、０．２≦Ω／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Ａ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。

充填層Ｂの外周部に形成された空隙部５１及び充填層Ｂ
内に配設された空隙部５２の閉塞構造も、前記と同様の
構造とすることができる。

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る。ジャマ板４１は充填層Ａ内に
配設した筒状体４の先端から流出する流体を分散させる
ためのものである。これらのジャマ板は、金属板や多孔
板、金網等が用いられる。４０は充填層Ａの底板で、中
央部が開口した環状のもので、その周端部は反応器外殻
ｌに接合している。

このものは金属板から構成され、充填層の下面を閉塞す
る。

充填層Ａ及びＢ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０．５−２０＋ａｌ１１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６，４６及び８，４８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６，４６と閉塞部８，４８を交互に配設する
ことができる。これによって、一つの充填層を多段式充
填層として機能させることが可能となり、効率的な接触
反応を行わせることができる。即ち、閉塞部６，４６と
閉塞部８，４８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２０．５１を流れる流体はその閉
塞部６，４６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２１．５２を流れる流体は、そ
の閉塞部８，４８の個所において充填層の外周方向への
流れとなる。

従って、閉塞部６，４６と閉塞部８，４８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つの充填層内に形成
されることとなり、非常に接触効率のよい充填層が形成
される。

また、本発明の反応器は、各充填層Ａ、Ｂ外周部に筒状
体２，４２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４，４４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ＭＡ
、Ｂ外周部に沿って、各充填ＩＡ。

Ｂ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４，４４の場合と同様にして行うことがで
きる。筒状体２３の断面形状は、円形状、半円形状、四
角形状等の各種の形状であることができる。各充填ＭＡ
、Ｂ内に設ける筒状体４，４４は１つに限らず、複数個
を用いること１５− 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、各
充填層は、その上昇流のために上方に膨張するので、充
填層の上部には、金網や多孔板を配設するのがよい。

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、各充填層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方式の充填層とし
て用いることもできる。このような移動床方式の充填層
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＝１６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
た筒状体内に導管を挿入し、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、ｌは外管、３０はその外管内に挿入さ
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。３３及び５３は各充填層内に配設された各筒
状体４，４４に内挿された導管を示す。内管３０の上端
は密閉され、天井部を形成する。内管３０の下端も密閉
され、底部を形成するが、その中央部には導管５３を内
挿した筒状体４４が挿通されている。内管３０を挿通し
た筒状体４４はさらに外管１を挿通して、反応生成物排
出管を形成する。筒状体４４に内挿された導管５３の下
端は密閉される。その外管１と外管３０との間の空隙部
３１に位置する導管５３の周壁には、複数の開口が設け
られ、この間口は、その外側の筒状体４４の周壁に設け
られた開口と筒体を介して連絡し、空隙部３１の流体が
、筒状体４４内の空隙部５２を流れる反応生成物と混入
することなく導管５３内に流入し得るようになっている
。この導管５３の周壁開口と筒状体４４の周壁開口との
間を連絡する筒体の断面形状は、円形状、方形状等の種
々の形状であることができる。第６図に、反応器底部の
Ｘ−Ｙ断面図を示す。１は外管、４４は筒状体、５３は
導管を示す。６２は、導管５３の周壁開口６１と筒状体
４４の周壁開口６０とを連絡する筒体を示す。２重管内
空隙部３１内の流体は、筒状体４４の周壁開口６０から
筒体６２内に入り、導管５３の周壁開口６１を通って導
管５３内に入る。一方、筒状体４４内の流体は、その空
隙部５２を通って反応器外へ排出される。

充填層Ａ内の筒状体４内に挿入された導管３３の上端は
充填層Ａの上方の空間に開口し、その下端は分離された
充填層Ａと充填層Ｂとの間の空間Ｆ内に設けられた熱交
換器３４を介して、充填層Ｂ内の筒状体４４内に挿入さ
れた導管５３の上端と連結する。

熱交換器３４は、第７図に示すように、上下２枚の金属
板３５　、３６の間に多数のパイプ３７を立設し、その
パイプの両端を金属板３５．３６の表面に開口させると
ともに、上部金属板３５の中央部を開口させて開口部３
８を形成し、これに導管３３の下端部を接続させ、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。前記のような構造の反応器では、反応
器入口１２から入った原料流体は、反応器の周囲の空隙
部３１を流れて反応器底部からを上昇し、その内に筒状
体４４と導管５３との間を流れる流体との間で熱交換を
行った後、導管５３の上端開口部から熱交換器３４に入
り、ここで反応流体との間で熱交換を行なう。そして、
熱交換後、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、その上端開口部から反応器上部
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、反応器出口１３から排出される。

なお、第５図において、熱交換器３４は必ずしも配設す
る必要はなく、配設しない場合には導管５３１９と導管３３とを直結する。また、熱交換器は各充填層の
間に配設し得る他、反応器底部に配設することもできる
。さらに、反応器内に設ける充填層の数は、２個に限ら
ず、３個以上を配設することもできる。

（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２０．５１を流れる流体は、その閉塞部６゜４６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４，４４の空隙部２１．５２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゜４６の下方の空
隙部２０．５１に侵入するし、また、充填層の内部の空
隙部２１．５２を流れる流体は、その閉塞部８，４８の
個所において充填層外周方向へ流れ、空隙部２０．５１
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８，４８の下方の空隙部２］、５２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、流体と各充填層との接触時間が増加し、
接触効率の良いものとなっている。

０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＋３Ｈ２→
ＣＨ４＋１（，０）、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つ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、第５図に示した反応器のＸ−Ｙ断面図を示す
。第７図は熱交換器の斜視図を示す。１・・・反応器外殻、２，４．４４・・・筒状体、３，
４３，５，４５透孔、２０，５１，２１．５２・・・空
隙部、６．．４６，８．４８・・・閉塞部、Ａ、Ｂ・充
填層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に触媒又は吸着剤からなる分離された複数の
充填層を有するとともに、各充填層外周部に充填層を包
囲する周面に多数の透孔を有する筒状体を配設し、各充
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、各充填層外周部に配
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／又は各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分離された複数の
充填層を有するとともに、各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、各充填層
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、各充填層外周部に沿って
列設した筒状体内の空隙部及び／又は各充填層内部に配
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）各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）各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、各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）各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）各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）各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）各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。
（１０）該周面閉塞部の軸方向の長さが、充填層外周部
に配設した筒状体周面又は充填層外周部に沿って列設し
た筒状体周面と充填層内部に配設した筒状体周面との間
の最短距離の０．２〜１０倍である請求項９の反応器。
（１１）各充填層内部に配設した筒状体内部に、原料流
体が流れる導管を挿入するとともに、各導管を直接又は
熱交換器を介して連結した請求項１〜１０のいずれかの
反応器。