JPH04117336A - メタノール合成反応器 - Google Patents

メタノール合成反応器

Info

Publication number
JPH04117336A
JPH04117336A JP23560690A JP23560690A JPH04117336A JP H04117336 A JPH04117336 A JP H04117336A JP 23560690 A JP23560690 A JP 23560690A JP 23560690 A JP23560690 A JP 23560690A JP H04117336 A JPH04117336 A JP H04117336A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reactor
catalyst
hemispherical
water drum
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP23560690A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2964589B2 (ja
Inventor
Katsutoshi Murayama
村山 勝利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Gas Chemical Co Inc filed Critical Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority to JP2235606A priority Critical patent/JP2964589B2/ja
Publication of JPH04117336A publication Critical patent/JPH04117336A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2964589B2 publication Critical patent/JP2964589B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132Tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は超大型装置に適したメタノール合成反応器に関
する。
(従来の技術およびその課題) メタノールは低公害で輸送が容易な安価な燃料として大
量に使用するために、5000T/Dあるいは1000
0T/D以上の能力を持つ超大型装置の開発が要請され
ている。
メタノール製造装置の大型化に伴い、メタノール合成反
応器は種々の改良が行われており、次のような反応器の
形式が提案されている。
(1)断熱クエンチ式反応器 通常は堅型円筒状の加圧容器に触媒を多段に充填し、H
2,Co、 Co2を主成分とする合成ガスを上部より
供給する。触媒層で反応が進行して発生する熱により温
度が上昇するので、触媒層間に低温の合成ガス(クエン
チガス)を導入して触媒層の温度制御が行われる。
この方式は反応器の構造が単純で反応器の製作が容易で
あるが、反応熱の回収は反応器の出口ガスで行うことに
なるので高度の熱回収が行われない。またクエンチガス
により反応ガスが希釈されることになるので転化率を上
げることができず、合成系装置において多量のガスを循
環する必要がある。更にクエンチガスとの均一混合が困
難であるため特に大型装置では触媒層の水平方向での温
度差が生じ易い。
堅型円筒状の多段触媒層の上記反応器では大型装置での
製作限界があるので、特開昭56−81129号には円
筒状容器の中心から外周または外周から中心へとガスを
通過させて断熱反応を行うラジアルフローの反応器が提
案されている。この場合にも反応器としての転化率を上
げることができず、熱回収効率が低いので高いエネルギ
ー効率を目指す超大型メタノール合成反応器には適当で
ない。
(2)管型反応器 竪型の熱交換器の管内に触媒を充填し、シェル側にボイ
ラ水を入れて反応熱を水蒸気として回収するものであり
、特開昭56−22854には触媒管の径および長さと
質量流動密度等との関係が示されている。この方式は反
応熱を水蒸気として有効に回収でき、反応器としての転
化率を高めることができるが、構造的に管板を使用する
のでその製作限界があり、大型化はメタノール生産量と
して1000〜1500T/Dが限度である。
(3)前型二重管式反応器 竪型の熱交換器に二重管を用い、内管と外管の間の円周
部に触媒を充填し、内管中に合成ガスを通過させ、外管
の外側(シェル側)にボイラ水を入れて反応熱を水蒸気
として回収するものであり、特開昭60−106527
号、特開昭62−114644号、特開平1−8512
9号等にその具体的構造が示されている。この方式は反
応熱を水蒸気として有効に回収できると共に、触媒層の
温度を適切に制御することができて反応器としての転化
率を更に高めることができる等の利点があるが、この反
応器でも管板を使用するので製作限界があり、5000
T/D程度の超大型装置では採用が困難である。
(4)ラジアルフロー熱交換式反応器 特開昭55−149640号に記載されている如く、大
型反応器に対応するため反応ガスをラジアルフローとし
、触媒層内に軸方向に多数の伝熱管を設け、反応熱を高
圧高温の水蒸気として回収するものである。この場合伝
熱管はヘッダーに連結されるが、その継手または溶接部
は極めて高い信頼度が要求される。即ちこれらの部分は
小さな欠陥といえどもプラントの操業を停止しなければ
ならず、且つその修復のために反応器を開放することと
なるので、充填されている触媒に大きな損害を与える。
更にこれらの連結部分は密集した複雑な構造となるため
、検査や補修が極めて困難である。従ってこの形式の反
応器の設計、製作は従来の反応器に比べ極めて慎重に行
い、且つ厳重な検査が必要となる。
(課題を解決するための手段) 従来の反応器は上記の如き課題を有するので超大型装置
に適用することが困難である。発明者は10000T/
D以上の超大型メタノール合成にも対応できる反応器の
構造について鋭意検討した結果、竪型状の反応器の上部
と反応器内の下部に蒸気発生用のドラムを設け、半球状
の管板を用いて冷却管を取り付け、反応器内に触媒を充
填する構造とすれば、超大型装置への対応が容易であり
、且つ製作、補修上も有利であることを見出し、本発明
に至った。
即ち本発明は、水素、一酸化炭素および炭酸ガスを有効
成分とする合成ガスからメタノールを合成する堅型円筒
状の反応器において、 (a)反応器の上部鏡板の中心部に堅型円筒状で下部に
半球状管板を有する気水ドラム、 (b)反応器内下部に半球状管板を有する水ドラム、(
c)反応器内で気水ドラムの半球状管板の中心部から水
ドラムの半球状管板の中心部に軸方向に連結される降水
管、 (d)反応器内で気水ドラムの半球状管板から水ドラム
の半球状管板に軸方向に連結される伝熱管群、(e)伝
熱管群の下で水平方向に水ドラムに取り付けられた触媒
受皿を有し、 触媒受皿上、伝熱管外の空間部に触媒を充填してメタノ
ール合成反応を行い、反応において発生する熱を気水ド
ラムから水蒸気として回収することを特徴とするメタノ
ール合成反応器である。
第1図は本発明によるメタノール合成反応器の構造の一
例である。第1図において反応容器1は堅型円筒状の圧
力容器であり、上下端は半球または皿型の鏡板を有する
。上部鏡板の中心部には堅型円筒状の気水ドラム2が設
けられる。この気水ドラムの上部は半球または皿型の鏡
板であり、下部は半球型の管板を有する。この半球型管
板の中心部には降水管3が設けられており、水ドラム4
に連結される。水ドラムは反応容器内の下部に設置され
、球型で上半部が半球型の管板であり、気水ドラムの管
板との間にほぼ軸方向に連結された伝熱管群5が設置さ
れている。なお降水管の上部に延長管6を設けることに
より、ボイラ水の循環の改善が図られる。
この伝熱管群の下に触媒受皿7が設置され、触媒受皿上
の伝熱管外側にメタノール合成触媒が充填されている。
合成ガスは流路8から導入され、触媒層に入りメタノー
ル合成反応が行われた後、反応ガスは流路9から抜き出
される。気水ドラムにはボイラ水が供給されているので
、メタノール合成反応により発生する熱は伝熱管の管壁
を介して管内のボイラ水に伝えられ、35〜50kg/
cm”Gの高圧飽和水蒸気として流路10より抜出され
る。この蒸発量に相当するボイラ給水は流路11から補
給される。またボイラ水中の不純物の濃縮を抑えるため
一部の水は流路12からブローされる。
本反応器の触媒充填はマンウェイ13から行われ、触媒
抜出しはマンウェイ14から行われる。なお触媒の抜出
しに際しては、触媒受皿7の一部が取り外せる構造とな
っている。これらのマンウェイは必要に応じて複数個設
置され、効率良く触媒の換装を行うことができる。マン
ウェイ15は気水ドラム2.降水管3および水ドラム4
の内部検査に用いられる。
本発明の反応器におけるメタノール合成反応には一般に
銅系触媒が用いられ、通常圧力50〜150kg/cm
2G 、温度220〜300°Cで反応が行われる。
本反応器の特徴の一つは半球型の管板を用いることであ
る。これは通常の平板状の場合と比較して2倍の表面積
が得られるので、管板径が約70%(1/v’2)とな
る。また半球型の管板の肉厚は孔明けによる強度低下を
補正しても平板管板に比べて約1/3となるので従来の
装置に比較して更に大型化の装置が容易に製作ができる
ようになる。
更に本反応器では水ドラムを反応器の内部に設置して降
水管でこれを支える構造となっているので、降水管およ
び伝熱管の伸びは下方に開放されており、高圧装置にお
ける反応容器lへの熱応力が除かれる。また各伝熱管で
曲部を有するので熱応力が回避される。なお伝熱管は半
球の中心部より放射状に延長線を引いた管板貫通部に固
定し、シール加工が施される。放射状に延長される伝熱
管は、反応容器の垂直線に対して下向に曲げられ、必要
に応じて垂直線の適当な位置に相互のサポートが設けら
れる。
反応器の損傷の最も大きな問題は伝熱管の溶接部分から
の漏洩であるので、伝熱管は半径方向に溶接部の無いシ
ームレス製作で、且つ長さ方向にも溶接継目の無い鋼管
が用いられる。従って反応器で最も損傷し易い部分は伝
熱管を管板に取付けてシール溶接された部分やヘッダー
の溶接部である。本発明では半球状管板のシール溶接部
がこの部分に相当するが、もしその部分に欠陥が生じた
場合には触媒層を開放すること無く、マンウェイ15か
ら気水ドラム2および水ドラム4に入り修復作業を行う
ことができる。なおこの作業では触媒層に不活性ガスを
吹き込むことによって安全に修復作業ができる。本発明
の反応器ではヘッダーが無いため、その溶接部からの漏
洩は無い。
水蒸気の発生は自然循環ボイラにより行われ、ボイラ水
の循環ポンプが不要である。従って本願の反応器は運転
操作が非常に容易であり、運転によるトラブルが少なく
、反応熱が高圧の飽和水蒸気として有効に回収される。
触媒は伝熱管の外側に充填されるので、大量の触媒が効
率良く充填され、超大型装置へ対応することができる。
例えば内径7mの反応器に外径5mの気水ドラム及び水
ドラムを取付け、半球型管板の表面積の45%に外径4
0mmの伝熱管を取付けた場合には約14000本の伝
熱管となり、伝熱管の平均長さを2011として総伝熱
面積が約35000m”となる。
この場合の触媒充填量は約400m’であり、最近の銅
系触媒は合成圧力60〜80kg/cm’Gにおいて空
時収率(・触媒1m”単位時間当りのメタノール生産量
)が0゜9〜1.2トンの性能を有することからして、
先の総伝熱面積と合せてこの反応器は100OOT/D
の生産に十分な能力を有している。
(検討例) 第1図に示される構造で100OOT/Dの能力を有す
る超大型メタノール合成反応器の主要寸法および運転諸
元は次の通りである。
(主要寸法) 反応器内径 触媒層高 伝熱管外径 伝熱管平均長さ 000mm 20000mm 0mm 20000mm 伝熱管本数   14900本 気水ドラム外径 5000mm 水ドラム外径  5000mm 降水管外径   1200mm 触媒充填量    375m3 運転諸元) 反応圧力 60kg/cm”G 合成ガス入口温度 220’C 触媒層最高温度  279°C 合成ガス出口温度 254°C 合成ガス量387400ONm”/H 合成ガス組成(vo1%) co26.25 Co   10.48 H,71,85 CH,10,05 N2,0.97 H,00,03 cnsoo  0.36 ボイラ圧 41kg/cがG 給水温度  225℃ 給水量   568T/H 蒸気発生量 562T/H ブロー量   6T/H (発明の効果) 本発明のメタノール合成反応器は次のような特徴を有し
、特に超大型メタノール製造装置において有利に用いる
ことができる。
(1)半球型の管板を用い、伝熱管外に触媒を充填する
ことにより、上記の検討例に示される如<10000T
/D程度の超大型装置に適用することができる。
(2)触媒層内に多くの伝熱管を均一に配置できること
から、合成ガスの反応率を高め、且つ均一な触媒層の温
度分布が得られる。また高圧の飽和水蒸気を有効に回収
することができる。
(3)水ドラムが高圧容器内で固定されていないので熱
応力が回避され、また最も信頼性を左右する溶接部分は
管板におけるシール部分のみであるから、高い機械的信
頼性が得られる。もし仮にこの部分に欠陥が生じても、
その検査、発見および補修が容易である。
(4)触媒層が単一であり、触媒の充填および抜出しは
任意のマンウェイから行うことができるので触媒の換装
が容易であり短時間で行うことができる。
(5)触媒層の温度は一定の反応圧で発生する水蒸気の
圧力を変更するのみで制御でき、また自然循環ボイラで
、ボイラ水の循環ポンプが不要なので、運転が非常に容
易であり、運転によるトラブルが少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるメタノール合成反応器の構造の一
例を示すものである。 l:メタノール合成反応器、2:気水ドラム、4:水ド
ラム、5:伝熱管、7:触媒受皿特許出願人 三菱瓦斯
化学株式会社 代理人 弁理士 小 堀 貞 文 第 図 手続補正書動弐) 平成2年11月2?日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 水素、一酸化炭素および炭酸ガスを有効成分とする合成
    ガスからメタノールを合成する堅型円筒状の反応器にお
    いて、 (a)反応器の上部鏡板の中心部に堅型円筒状で下部に
    半球状管板を有する気水ドラム、(b)反応器内下部に
    半球状管板を有する水ドラム (c)反応器内で気水ドラムの半球状管板の中心部から
    水ドラムの半球状管板の中心部に軸方向に連結される降
    水管、 (d)反応器内で気水ドラムの半球状管板から水ドラム
    の半球状管板に軸方向に連結される伝熱管群、 (e)伝熱管群の下で水平方向に水ドラムに取り付けら
    れた触媒受皿を有し、 触媒受皿上、伝熱管外の空間部に触媒を充填してメタノ
    ール合成反応を行い、反応において発生する熱を気水ド
    ラムから水蒸気として回収することを特徴とするメタノ
    ール合成反応器
JP2235606A 1990-09-07 1990-09-07 メタノール合成反応器 Expired - Lifetime JP2964589B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2235606A JP2964589B2 (ja) 1990-09-07 1990-09-07 メタノール合成反応器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2235606A JP2964589B2 (ja) 1990-09-07 1990-09-07 メタノール合成反応器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04117336A true JPH04117336A (ja) 1992-04-17
JP2964589B2 JP2964589B2 (ja) 1999-10-18

Family

ID=16988503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2235606A Expired - Lifetime JP2964589B2 (ja) 1990-09-07 1990-09-07 メタノール合成反応器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2964589B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510393A (en) * 1994-12-06 1996-04-23 Wright Malta Corporation Method for producing methanol
JP2011143370A (ja) * 2010-01-15 2011-07-28 Takuma Co Ltd 反応器およびこれを用いた反応生成物製造方法
CN105582856A (zh) * 2016-02-29 2016-05-18 南京敦先化工科技有限公司 一种双球腔可控移热变换反应器及其co反应方法
CN109173938A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 中石化宁波工程有限公司 一种可变温甲醇合成水冷反应器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5188895B2 (ja) * 2008-07-07 2013-04-24 株式会社タクマ メタノール合成反応器およびメタノール合成方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5510393A (en) * 1994-12-06 1996-04-23 Wright Malta Corporation Method for producing methanol
US5512255A (en) * 1994-12-06 1996-04-30 Wright Malta Corporation Apparatus for producing methanol
JP2011143370A (ja) * 2010-01-15 2011-07-28 Takuma Co Ltd 反応器およびこれを用いた反応生成物製造方法
CN105582856A (zh) * 2016-02-29 2016-05-18 南京敦先化工科技有限公司 一种双球腔可控移热变换反应器及其co反应方法
CN105582856B (zh) * 2016-02-29 2019-08-16 南京敦先化工科技有限公司 一种双球腔可控移热变换反应器及其co反应方法
CN109173938A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 中石化宁波工程有限公司 一种可变温甲醇合成水冷反应器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2964589B2 (ja) 1999-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5839572B2 (ja) 反応器およびその使用法
JP4477432B2 (ja) 改質器
WO2016045585A1 (zh) 一种大型反应器及其装置和工艺
US9751773B1 (en) Ammonia synthesis system and method
CN102160981B (zh) 一种催化反应设备
CA2428761A1 (en) Carbon monoxide conversion process and reactor
RU2719441C1 (ru) Реактор для крупномасштабного синтеза этиленгликоля
US20170028373A1 (en) Isothermal tubular catalytic reactor
JP5188895B2 (ja) メタノール合成反応器およびメタノール合成方法
CN113091338B (zh) 甲醛生产中反应热回收利用系统
JPH04117336A (ja) メタノール合成反応器
RU2074024C1 (ru) Способ экзотермического гетерогенного синтеза и реактор для его осуществления
CN109294627B (zh) 等温变换装置及包含其的合成气完全变换反应系统
KR101923231B1 (ko) 병합된 스팀 발생 다발을 갖는 수소 제조용 교환기-반응기
JPS60153936A (ja) ヒ−トパイプ付反応器
CN205328607U (zh) 一种用于大型甲醇水蒸气重整制氢装置用甲醇转化器
US2744813A (en) Catalytic furnace
WO2001091894A1 (fr) Procede de catalyse en phase solide-gazeuse thermique dans des conditions d'ecart de basses temperatures et recipient de reaction connexe
US4243097A (en) Waste heat boiler
AU2021390018A1 (en) Ammonia burner for nitric acid production
CN215963489U (zh) 一种水冷气冷组合式等温变换反应器
CN216764335U (zh) 一种新型甲醇制氢装置
CN220990739U (zh) 双球结构控温变换反应炉
CN113426383A (zh) 一种水冷气冷组合式等温变换反应器
CN216260660U (zh) 固定床反应器