JPH10180083A - 反応装置 - Google Patents

反応装置

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JPH10180083A
JPH10180083A JP34809296A JP34809296A JPH10180083A JP H10180083 A JPH10180083 A JP H10180083A JP 34809296 A JP34809296 A JP 34809296A JP 34809296 A JP34809296 A JP 34809296A JP H10180083 A JPH10180083 A JP H10180083A
Authority
JP
Japan
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gas
reactor
preheating
reaction
catalyst
Prior art date
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Pending
Application number
JP34809296A
Other languages
English (en)
Inventor
Masami Ono
正巳 小野
Takashi Ogawa
高志 小川
Masatsugu Mizuguchi
雅嗣 水口
Keiji Tomura
啓二 戸村
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.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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  • 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】 【課題】 反応器内で原料ガスを不活性液状媒体中にス
ラリー化された触媒に接触させて反応させる際に熱交換
器を用いることなく原料ガスを予熱できる反応装置を提
供する。 【解決手段】 反応器11の縮径部11a内には、縮径
部11aの上端部から底部にわたって予熱管13が配管
されている。予熱管13の入口側端部には、ガス導入管
路14の一端部が接続されている。ガス導入管路14の
他端部は、反応器11の外部に導出されガス供給源に接
続されている。また、ガス導入管路14の途中であって
反応器11の拡径部11b内には予熱タンク15が設け
られている。さらに、予熱管13の出口側端部には、ガ
ス吹き込み部16が接続されている。反応器11の拡径
部11bの上端部にはガス排出管路17が接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体/液体/固体
間の反応に用いられる反応装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一酸化炭素および水素を主原料としてジ
メチルエーテルを直接合成する技術は、従来からいくつ
か知られている。例えば、特開平2−280836号公
報および特開平3−8446号公報には、一酸化炭素お
よび水素を原料としたジメチルエーテルの製造のための
固定相反応装置が開示されている。
【0003】また、例えば、特開平2−9833号公
報、特開平3−52835号公報、特開平3−1814
53号公報、特公平7−57739号公報および特開平
5−810069号公報には、ジメチルエーテルの製造
のためのスラリー反応装置が開示されている。
【0004】スラリー反応装置では、水素および一酸化
炭素を含む原料ガスを液相反応器内で不活性液状媒体中
にスラリー化させた粉末触媒と接触させてジメチルエー
テルおよびメタノールが同時に生成される。このよう
に、反応器内では、気体−液体−固体が混合されるた
め、固定相反応器に比べて内部の温度均一性が高い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
原料ガスの増加に伴い、ガス導入部を最低点とする低温
部分が反応器内部に生じ、原料転化率が低下しやすい。
このため、原料ガスを、別途設けられた熱交換器等によ
り十分に予熱する必要がある。
【0006】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、反応器内で原料ガスを液状媒体中にスラリー化
された触媒に接触させて反応させる際に熱交換器等を用
いることなく原料ガスを予熱できる反応装置を提供す
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部に液状媒
体に触媒を懸濁させてなるスラリーが収容される反応
器、前記反応器内の少なくとも前記スラリーが収容され
る領域内に配管された予熱管、前記予熱管の入口側端部
に接続され前記予熱管に原料ガスを導入する原料ガス導
入管路、前記予熱管の出口側端部に設けられ前記スラリ
ー中に原料ガスを吹き込むためのガス吹き込み部、およ
び、前記反応器に接続され前記反応器内で生成した反応
ガスを排出させるガス排出管路を具備することを特徴と
する反応装置を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。本発明の第1実施形態とし
て、本発明を一酸化炭素および水素を主原料としたジメ
チルエーテルの製造に適用した場合を例に挙げて説明す
る。図1は、本発明の反応装置の一実施形態を示す概略
図である。反応装置10は反応器11を有する。反応器
11の形状は特に限定しないが、この例では、略円筒形
の中空体であって、下方の縮径部11aおよび上方の拡
径部11bで構成されている。縮径部11aには、不活
性液状媒体および粉末状の触媒を混合し、不活性液状媒
体中に触媒を懸濁させてなるスラリー12が収容され
る。また、拡径部11bには、後述のように生成した反
応ガスが一時的に貯留される。
【0009】反応器11の縮径部11a内には、縮径部
11aの上端部から底部近傍にわたって予熱管13が配
管されている。予熱管13は、例えば、螺旋状に配管す
ることにより、予熱管13の長さをできるだけ長くする
ことが好ましい。
【0010】予熱管13の入口側端部には、ガス導入管
路14の一端部が接続されている。ガス導入管路14の
他端部は、反応器11の外部に導出され、図示しないガ
ス供給源に接続されている。また、ガス導入管路14の
途中であって反応器11の拡径部11b内には予熱タン
ク15が設けられている。さらに、予熱管13の出口側
端部には、ガス吹き込み部16が接続されている。以上
のような構成により、原料ガスが、ガス供給源から、ガ
ス導入管路14、予熱タンク15および予熱管13内を
送通され、ガス吹き込み部16からスラリー12中に吹
き込まれるようになっている。
【0011】反応器11の拡径部11bの上端部には、
ガス排出管路17が接続され、反応ガスが排出されるよ
うに構成されている。以上説明した本実施形態にかかる
反応装置10において、次のようにジメチルエーテルの
製造を行う。まず、反応器10の縮径部11aにスラリ
ー12を収容しておく。スラリー12は、液状媒体とし
て、例えばn−ヘキサンのような媒体油に粉末状の触媒
を懸濁させたものものである。
【0012】触媒については、下式(1)〜(3)の各
反応を進行させてジメチルエーテルを合成するために、
メタノール合成触媒およびメタノール脱水触媒を使用
し、適宜、水性シフト反応触媒を付加する。これら触媒
を混合して使用する。
【0013】メタノール合成触媒としては、通常、工業
的に用いられる酸化銅−酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化クロ
ム、酸化銅−酸化亜鉛/酸化クロムおよび酸化銅−酸化
亜鉛/アルミナ等を用いる。メタノール脱水触媒として
は、酸塩基触媒であるγ−アルミナ、シリカ、シリカ・
アルミナおよびゼオライト等を用いる。ここで、ゼオラ
イトの金属酸化物成分としては、ナトリウムおよびカリ
ウム等のアルカリ金属の酸化物、ならびに、カリウムお
よびマグネシウム等のアルカリ土族の酸化物を用いる。
なお、メタノール合成触媒は、強いシフト触媒活性を有
するので、水性ガスシフト触媒を兼ねることができる。
このように、メタノール脱水触媒と水性ガスシフト触媒
とを兼ねるものとして、アルミナ担持酸化銅触媒を用い
ることができる。
【0014】上記酸触媒の混合割合は、特に限定する必
要がなく、各成分の種類または反応条件等に応じて適宜
選択すればよい。ただし、通常は重量比で、メタノール
合成触媒1に対してメタノール脱水触媒を約0.1〜
5、好ましくは約0.2〜2と、水性ガスシフト触媒を
約0.2ないし5、好ましくは約0.5〜3とを混合す
る。メタノール合成触媒と水性ガスシフト触媒とを同一
物質とし、メタノール合成触媒に水性ガスシフト触媒を
兼ねさせる場合には、両触媒を合算した量のメタノール
合成触媒を用いる。
【0015】触媒の形態については、平均粒径:300
μm以下、好ましくは1〜200μm、より好ましくは
約10〜150μmに粉砕したものがよい。さらに効果
的に使用するために、適宜、上記混合粉体を圧密・成型
し、再度粉砕し、上記粒度に調製したものを使用する。
【0016】スラリー床式反応器を用いる場合の媒体油
としては、反応条件下において液体状体を安定して維持
するものでなけらればならない。例えば、脂肪族、芳香
族および脂環族の炭化水素、アルコール、エーテル、エ
ステル、ケトンおよびハロゲン化物ならびにこれらの化
合物の混合物等を使用する。溶媒中に存在させる触媒量
は、溶媒の種類および反応条件等によって適宜決定され
るが、通常、溶媒に対して約1〜50重量%が望まし
い。
【0017】原料ガスとして、一酸化炭素および水素を
ガス供給源からガス導入管路14にそれぞれ供給する。
供給された原料ガスは、ガス導入管路14を経て予熱タ
ンク15に一時的に貯留された後に予熱管13内に導入
される。原料ガス13は、予熱管13内を送通された後
ガス吹き込み部16からスラリー12中に吹き込まれ
る。
【0018】このようにして、原料ガスすなわち一酸化
炭素および水素は、スラリー12中に懸濁された触媒と
接触し、下式(1)(2)に示すような反応により、中
間体としてメタノールを生成した後、このメタノールが
ジメチルエーテルおよび水に転化される。下式(2)で
生成した水と一酸化炭素から下式(3)に示す反応によ
り、水素と二酸化炭素が生成する。下式(3)で生成し
た水素は、原料として再び下式(1)の反応に供され
る。
【0019】 2CO+2H2 → CH3 OH (1) 2CH3 OH → CH3 OCH3 +H2 O (2) CO + H2 O → CO2 + H2 O (3) この結果、ジメチルエーテルと副生物としてのメタノー
ル、水および二酸化炭素が生成する。ジメチルエーテ
ル、メタノール、水および二酸化炭素並びに未反応の一
酸化炭素および水素を含む反応ガスは、反応器11の拡
径部11bに一時的に貯留された後、ガス排出管路17
を介して反応器11外部に排出される。この後、反応ガ
スから必要に応じてジメチルエーテルおよびメチルアル
コールの分離回収が行われる。
【0020】以上のようなジメチルエーテルの合成工程
において、上記式(1)〜(3)に示す反応が発熱反応
であるため、予熱管13中を送通される原料ガスは反応
熱により予熱される。また、予熱タンク15中に一時的
に貯留される際に反応ガスの顕熱によっても加熱され
る。しかし、反応ガスの顕熱はスラリー12中での反応
熱に比べて低温であるので、予熱タンク15は必ずしも
設けなくともよい。
【0021】なお、原料ガスは、少なくとも一酸化炭素
および水素を含んでいる。さらに原料ガスには少量の、
例えば約10%以下の二酸化炭素が含まれていても良
い。また、水素の不足を補うものとして水(水蒸気)を
含んでいても良い。この場合には、水は、上述のように
一酸化炭素とのシフト反応により水素に転化され、この
水素が原料として提供されることになる。原料ガスとし
ては、例えば石炭由来の合成ガスや炭化水素の改質ガス
等を使用することができる。
【0022】以上説明したように、本実施形態の反応装
置10によれば、反応器11内の縮径部11a、言い換
えればスラリー12が収容される領域内に予熱管13が
配管されている。これにより、原料ガスが予熱管13内
を送通され、ガス吹き込み部16からスラリー12中に
吹き込まれるので、スラリー12中での反応熱により原
料ガスが十分に加熱される。この結果、熱交換器を別途
設けなくても、反応ガスの導入により反応器11内部に
低温部分が発生するのを抑制し、原料添加率の低下を防
止することができる。また、予熱タンク15を設けた場
合には、反応ガスの顕熱を原料ガスの予熱に利用するこ
とができる。
【0023】以上説明した実施形態では、ジメチルエー
テルの合成に本発明の製造装置を適用した場合を例に挙
げて説明したが、この他、液相メタノール合成反応、液
相F−T合成反応のように、原料ガスを不活性液状媒体
に懸濁させてスラリー化された触媒と接触させて反応さ
せる化学物質の製造方法であって発熱反応によるものに
適用することが可能である。
【0024】
【実施例】
実施例1 図1に示す反応装置10を用いて、ジメチルエーテルの
製造を次の通り行った。ここで、反応器11は、縮径部
11aの内径90mm、高さ2,500mmであり、拡
径部11bの内径200mm、高さ400mmであっ
た。また、予熱管13は、内径22.4mm、長さ8,
000mmであった。また、反応条件は、温度260
℃、圧力4MPaとした。反応器11内には、媒体油の
n−ヘキサデカン5,730gに触媒として粉末状の酸
化銅−酸化亜鉛/アルミナおよび酸化銅/アルミナの混
合物(2:1)860gを加えて懸濁状態としてスラリ
ー12とした。この触媒は反応前に還元処理した。原料
ガスとして室温の一酸化炭素ガスおよび水素ガスをそれ
ぞれ50.0Nl/分でガス供給源よりガス導入管路1
4を通して、予熱タンク15に一時的に貯留させた後、
予熱管13に導入し、ガス吹き込み部16からスラリー
12中に吹き込んだ。また、発生した反応ガスをガス排
出管路17から排出させた。反応ガスの流量および組成
を、各々ガスメータおよびガスクロマトグラフで測定し
た。
【0025】このときのガス吹き込み部16の上方50
mmの位置および1,000mmの位置にそれぞれ設け
た熱電対18,19により測定した温度の温度差は5℃
であった。また、一酸化炭素転化率は40.9%であ
り、ジメチルエーテルの生成量は、17.7モル/hr
であった。
【0026】比較例 予熱管13および予熱タンク15を設けず、反応器11
の底部近傍に設けられたガス吹き込み部16から原料ガ
スを予熱することなく吹き込んだ以外は、上記実施例と
同様の手順および条件でジメチルエーテルの製造を行っ
た。この場合の熱電対18,19間の温度差は23℃で
あり、一酸化炭素転化率は31.3%であり、ジメチル
エーテルの生成量は、11.9モル/hrであった。
【0027】以上の結果から、本発明の反応装置10に
より、反応温度の均一化が図れ、この結果、一酸化炭素
転化率が向上し、ジメチルエーテルの生成量が増大する
ことが確認された。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の反応装置
によれば、反応器内の、触媒を不活性液状媒体中に懸濁
してなるスラリーが収容される領域内に予熱管が配管さ
れている。これにより、原料ガスが予熱管内を送通さ
れ、ガス吹き込み部からスラリー中に吹き込まれるの
で、スラリー中での反応熱により原料ガスが十分に加熱
される。この結果、熱交換器等の予熱手段を別途設けな
くとも、反応ガスの導入により反応器内部に低温部分が
発生するのを抑制し、原料転化率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の反応装置の一実施形態を示す概略図。
【符号の説明】
10…反応装置、11…反応器、12…スラリー、13
…予熱管、14…ガス導入管路、15…予熱タンク、1
6…ガス吹き込み部、17…ガス排出管路。
フロントページの続き (72)発明者 戸村 啓二 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に液状媒体に触媒を懸濁させてなる
    スラリーが収容される反応器、 前記反応器内の少なくとも前記スラリーが収容される領
    域内に配管された予熱管、 前記予熱管の入口側端部に接続され前記予熱管に原料ガ
    スを導入する原料ガス導入管路、 前記予熱管の出口側端部に設けられ前記スラリー中に原
    料ガスを吹き込むためのガス吹き込み部、および、 前記反応器に接続され前記反応器内で生成した反応ガス
    を排出させるガス排出管路を具備することを特徴とする
    反応装置。
  2. 【請求項2】 反応器内の生成ガスが収容される領域内
    でかつガス導入管路の途中に設けられた予熱タンクをさ
    らに具備する請求項1記載の反応装置。
JP34809296A 1996-12-26 1996-12-26 反応装置 Pending JPH10180083A (ja)

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JP34809296A JPH10180083A (ja) 1996-12-26 1996-12-26 反応装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012520328A (ja) * 2009-03-13 2012-09-06 ユニバーシティ オブ ユタ リサーチ ファウンデーション 流体スパージ型らせん状チャンネルリアクタおよび関連する方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012520328A (ja) * 2009-03-13 2012-09-06 ユニバーシティ オブ ユタ リサーチ ファウンデーション 流体スパージ型らせん状チャンネルリアクタおよび関連する方法

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