JPH10277383A - 反応器 - Google Patents
反応器Info
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- JPH10277383A JPH10277383A JP8355597A JP8355597A JPH10277383A JP H10277383 A JPH10277383 A JP H10277383A JP 8355597 A JP8355597 A JP 8355597A JP 8355597 A JP8355597 A JP 8355597A JP H10277383 A JPH10277383 A JP H10277383A
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- reaction
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical 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
- B01J8/06—Chemical 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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/067—Heating or cooling the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
- B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
- B01J2208/00044—Temperature measurement
- B01J2208/00061—Temperature measurement of the reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
- B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
Abstract
(57)【要約】
【課題】 先に発明した前記反応器の構造に更に改良を
加え、前記従来の反応器の下部集合室における触媒抜き
出し作業を容易にし、更に、分岐管を不要とするととも
に、全体の軽量化を可能にする構造を有する反応器を提
供することにある。 【解決手段】 内部に複数本の反応管３を配設し、反応
管３のほぼ中央に下端を閉じた内管６を設置するととも
に、内管６のほぼ中央に中心管７を配置し、反応管６と
内管７とで囲まれた環状空間を粒状触媒充填部の環状触
媒層１３として構成する一方、反応管６の上端に全体が
取り外し可能な遮蔽板９を設けるとともに、遮蔽板９の
ほぼ中央に中心管７を接続し、供給された未反応ガス１
０が中心管７の上方より下方へ流通して、中心管７の下
端出口より内管６内へ流入し、更に未反応ガス１０が内
管６と中心管７とで囲まれた環状流路８を上方へ流れ、
かつ環状触媒層１３においては、上方より下方へ流れる
ように構成している。
加え、前記従来の反応器の下部集合室における触媒抜き
出し作業を容易にし、更に、分岐管を不要とするととも
に、全体の軽量化を可能にする構造を有する反応器を提
供することにある。 【解決手段】 内部に複数本の反応管３を配設し、反応
管３のほぼ中央に下端を閉じた内管６を設置するととも
に、内管６のほぼ中央に中心管７を配置し、反応管６と
内管７とで囲まれた環状空間を粒状触媒充填部の環状触
媒層１３として構成する一方、反応管６の上端に全体が
取り外し可能な遮蔽板９を設けるとともに、遮蔽板９の
ほぼ中央に中心管７を接続し、供給された未反応ガス１
０が中心管７の上方より下方へ流通して、中心管７の下
端出口より内管６内へ流入し、更に未反応ガス１０が内
管６と中心管７とで囲まれた環状流路８を上方へ流れ、
かつ環状触媒層１３においては、上方より下方へ流れる
ように構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素と一酸化炭素
（および二酸化炭素）ガスを用いたメタノール合成の如
く、固体触媒の存在下で複数の元素から成る混合ガスの
発熱反応を行わす目的で使用される改善された反応器に
関する。
（および二酸化炭素）ガスを用いたメタノール合成の如
く、固体触媒の存在下で複数の元素から成る混合ガスの
発熱反応を行わす目的で使用される改善された反応器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】固体触媒の存在下で発熱反応を行わす目
的で使用される反応器においては、運転中の発熱反応に
よるガス温度の上昇を制御する手段・構造に種々のもの
が提案されている。このような提案は、図５の例、例え
ばメタノール合成反応のメタノール平衡濃度に対する温
度の効果が明らかな如く、温度の上昇とともにメタノー
ル平衡濃度が低下し、工業的プラントの経済性が損なわ
れることを考慮してなされたものである。
的で使用される反応器においては、運転中の発熱反応に
よるガス温度の上昇を制御する手段・構造に種々のもの
が提案されている。このような提案は、図５の例、例え
ばメタノール合成反応のメタノール平衡濃度に対する温
度の効果が明らかな如く、温度の上昇とともにメタノー
ル平衡濃度が低下し、工業的プラントの経済性が損なわ
れることを考慮してなされたものである。
【０００３】すなわち、図５は、化学工学ＶＯＬ．４６
（１９８２）ＮＯ．９５０７頁“野沢”「メタノール」
より引用したものであって、ＣＯ＋２Ｈ2 →ＣＨ3 ＯＨ
反応のＣＯとＨ2 の比を４とした計算値である。ただ
し、触媒を使用しても反応速度は有限であり、反応速度
は当然ながら温度低下とともに小さくなるので、工業的
には触媒性能を考慮したある適性温度範囲で運転するこ
とが好ましい。本発明者らは鋼系触媒を用いて水素、一
酸化炭素、二酸化炭素を有意物質とした混合ガスからメ
タノールを合成する場合には、２２０〜２８０℃が適正
であると考えており、またガスの圧力（全圧力）として
は、５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇが経済的な適性圧力
範囲であると考えているが、これは将来の触媒の改良等
により変わり得るものであって特に拘束されない。
（１９８２）ＮＯ．９５０７頁“野沢”「メタノール」
より引用したものであって、ＣＯ＋２Ｈ2 →ＣＨ3 ＯＨ
反応のＣＯとＨ2 の比を４とした計算値である。ただ
し、触媒を使用しても反応速度は有限であり、反応速度
は当然ながら温度低下とともに小さくなるので、工業的
には触媒性能を考慮したある適性温度範囲で運転するこ
とが好ましい。本発明者らは鋼系触媒を用いて水素、一
酸化炭素、二酸化炭素を有意物質とした混合ガスからメ
タノールを合成する場合には、２２０〜２８０℃が適正
であると考えており、またガスの圧力（全圧力）として
は、５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇが経済的な適性圧力
範囲であると考えているが、これは将来の触媒の改良等
により変わり得るものであって特に拘束されない。
【０００４】本発明者らは、この温度調整の方法として
二重管式発熱反応器を先に提案（特公平３−６３４２５
号公報及び特公平４−５４８７号公報）した。特公平４
−５４８７号公報を例にしてこの発明を説明する。この
発明では図６に示すように反応管５１を二重管とし、外
管５２と内管５３との空間に円環柱状に粒状触媒５４を
充填して触媒層厚さを小さくするとともに、この触媒層
の外管５２の外表面では冷却水による冷却を行わせ、ま
た当該触媒層の内管５３の内表面では未反応供給ガスＡ
による冷却を行わせている。これにより本発明者らは、
触媒層厚さ方向のガス温度を狭い温度範囲の適正条件に
維持し、同時に未反応供給ガスＡの予熱をし得るように
することが、反応温度の制御に有利であり、かつ未反応
供給ガス予熱用交換器を不要にし得る効果があること、
並びに中心管を上昇して予熱された未反応供給ガスに更
に冷たい未反応供給ガスを混合することにより、触媒層
の入口温度を下げることができ、ひいては触媒層の温度
を適宜調整できることを知った。
二重管式発熱反応器を先に提案（特公平３−６３４２５
号公報及び特公平４−５４８７号公報）した。特公平４
−５４８７号公報を例にしてこの発明を説明する。この
発明では図６に示すように反応管５１を二重管とし、外
管５２と内管５３との空間に円環柱状に粒状触媒５４を
充填して触媒層厚さを小さくするとともに、この触媒層
の外管５２の外表面では冷却水による冷却を行わせ、ま
た当該触媒層の内管５３の内表面では未反応供給ガスＡ
による冷却を行わせている。これにより本発明者らは、
触媒層厚さ方向のガス温度を狭い温度範囲の適正条件に
維持し、同時に未反応供給ガスＡの予熱をし得るように
することが、反応温度の制御に有利であり、かつ未反応
供給ガス予熱用交換器を不要にし得る効果があること、
並びに中心管を上昇して予熱された未反応供給ガスに更
に冷たい未反応供給ガスを混合することにより、触媒層
の入口温度を下げることができ、ひいては触媒層の温度
を適宜調整できることを知った。
【０００５】図７を用いてこのような従来の技術を更に
詳しく説明する。図７で示す反応器の構造は従来技術の
一例である。このような反応器６１の反応管６２は、上
下両端を２つの管板６３にそれぞれ取付けられており、
反応器６１の中央には、内管６４が設置され、反応管６
２と内管６４との間の環状空間には、粒状触媒が充填さ
れた環状触媒層６５が形成されている。前記反応器６１
では、底部に設けられている未反応供給ガスノズル６６
より供給された未反応供給ガス６７が分岐管６８，６９
などを経て内管６４の下部より流通し、上部に設置され
た混合室７０に導かれる。また、冷たいもう一つの未反
応ガス７１は、反応器６１の頂部に設けられたノズル７
２より混合室７０へ導かれ、内管６４を経た未反応供給
ガス６７と混合されて、環状触媒層６５へ導かれる。
詳しく説明する。図７で示す反応器の構造は従来技術の
一例である。このような反応器６１の反応管６２は、上
下両端を２つの管板６３にそれぞれ取付けられており、
反応器６１の中央には、内管６４が設置され、反応管６
２と内管６４との間の環状空間には、粒状触媒が充填さ
れた環状触媒層６５が形成されている。前記反応器６１
では、底部に設けられている未反応供給ガスノズル６６
より供給された未反応供給ガス６７が分岐管６８，６９
などを経て内管６４の下部より流通し、上部に設置され
た混合室７０に導かれる。また、冷たいもう一つの未反
応ガス７１は、反応器６１の頂部に設けられたノズル７
２より混合室７０へ導かれ、内管６４を経た未反応供給
ガス６７と混合されて、環状触媒層６５へ導かれる。
【０００６】この環状触媒層６５を経たガスは触媒層出
口７３より下部の集合室７４に流通して、反応器６１の
出口ノズル７５を経て反応ガス７６となり、反応器６１
の外部に流出する。反応管６２を管外より冷却する沸騰
液７７は、側部の入口ノズル７８より流入し、側部の出
口ノズル７９を経て反応器６１より流出するようになっ
ている。
口７３より下部の集合室７４に流通して、反応器６１の
出口ノズル７５を経て反応ガス７６となり、反応器６１
の外部に流出する。反応管６２を管外より冷却する沸騰
液７７は、側部の入口ノズル７８より流入し、側部の出
口ノズル７９を経て反応器６１より流出するようになっ
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の反応器６１では、下部の集合室７４に分岐管６
８，６９などが設けられいるので、構造が複雑となりか
つ重量が嵩む上に、下部の集合室７４における触媒抜き
出し作業が面倒であった。
た従来の反応器６１では、下部の集合室７４に分岐管６
８，６９などが設けられいるので、構造が複雑となりか
つ重量が嵩む上に、下部の集合室７４における触媒抜き
出し作業が面倒であった。
【０００８】本発明者らは、先に発明した前記反応器の
構造に更に改良を加え、前記従来の反応器の下部集合室
における触媒抜き出し作業を容易にし、更に、分岐管を
不要とするとともに、全体の軽量化を可能にする構造を
有する反応器を提供することにある。
構造に更に改良を加え、前記従来の反応器の下部集合室
における触媒抜き出し作業を容易にし、更に、分岐管を
不要とするとともに、全体の軽量化を可能にする構造を
有する反応器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明に係る反応器の具体的構造
は、 （１）内部に複数本の反応管を配設し、該反応管のほぼ
中央に下端を閉じた内管を設置するとともに、該内管の
ほぼ中央に中心管を配置し、前記反応管と前記内管とで
囲まれた環状空間を粒状触媒充填部として構成する一
方、前記反応管の上端に全体および一部の少なくとも一
方が取り外し可能な遮蔽板を設けるとともに、該遮蔽板
のほぼ中央に前記中心管を接続し、供給された未反応ガ
スが前記中心管の上方より下方へ流通して、前記中心管
の下端出口より前記内管内へ流入し、更に前記未反応ガ
スが前記内管と前記中心管とで囲まれた環状流路を上方
へ流れ、かつ前記粒状触媒充填部においては、上方より
下方へ流れるように構成している。 （２）又は、前記複数本の反応器のほぼ中央に設置さ
れ、かつ下端を閉じた前記内管は、その下端が前記反応
管の下端よりも上方に位置している。 （３）又は、前記内管のほぼ中央に位置する中心管の下
端位置が、前記反応管の上端より、反応管長さの１／１
０から２／３の距離にある。
題を解決するために、本発明に係る反応器の具体的構造
は、 （１）内部に複数本の反応管を配設し、該反応管のほぼ
中央に下端を閉じた内管を設置するとともに、該内管の
ほぼ中央に中心管を配置し、前記反応管と前記内管とで
囲まれた環状空間を粒状触媒充填部として構成する一
方、前記反応管の上端に全体および一部の少なくとも一
方が取り外し可能な遮蔽板を設けるとともに、該遮蔽板
のほぼ中央に前記中心管を接続し、供給された未反応ガ
スが前記中心管の上方より下方へ流通して、前記中心管
の下端出口より前記内管内へ流入し、更に前記未反応ガ
スが前記内管と前記中心管とで囲まれた環状流路を上方
へ流れ、かつ前記粒状触媒充填部においては、上方より
下方へ流れるように構成している。 （２）又は、前記複数本の反応器のほぼ中央に設置さ
れ、かつ下端を閉じた前記内管は、その下端が前記反応
管の下端よりも上方に位置している。 （３）又は、前記内管のほぼ中央に位置する中心管の下
端位置が、前記反応管の上端より、反応管長さの１／１
０から２／３の距離にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。
に基づいて詳細に説明する。
【００１１】図１及び図２は、本発明に係る反応器の実
施の形態を示している。ここで、図１は本反応器の構造
を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
本反応器１は、外形がシェル状のケーシング２で形成さ
れており、該ケーシング２の内部には反応管３が配設さ
れている。この反応管３は、両端部が上下管板４ａ，４
ｂにそれぞれ取付けられ、当該反応管３の中央には下端
がプラグ５で塞がれた複数本の内管６が設置されてい
る。しかも、これら内管６の中央には、中心管７が同心
円状に配置されており、内管６と中心管７との間には環
状流路８が形成されている。
施の形態を示している。ここで、図１は本反応器の構造
を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
本反応器１は、外形がシェル状のケーシング２で形成さ
れており、該ケーシング２の内部には反応管３が配設さ
れている。この反応管３は、両端部が上下管板４ａ，４
ｂにそれぞれ取付けられ、当該反応管３の中央には下端
がプラグ５で塞がれた複数本の内管６が設置されてい
る。しかも、これら内管６の中央には、中心管７が同心
円状に配置されており、内管６と中心管７との間には環
状流路８が形成されている。
【００１２】中心管７の下端は開放され、その長さは内
管６よりも短く形成されており、下端の位置が内管６の
下端よりも上方に位置すべく配設されている。また、中
心管７の上端は、遮蔽板９のほぼ中央に接続されて取付
けられている。この遮蔽板９は、全体が反応管３の上端
に取り外し可能に設けられており、触媒充填時には一旦
取り外され、触媒充填完了後に反応管３の上端に固定さ
れるように構成されている。このような構成により、未
反応ガス１０が遮蔽板９と反応管３との接続部を通って
触媒層入口１１へ流入することが防止されている。な
お、反応管３の上方に位置するケーシング２の上部空間
は、未反応ガス１０が供給される未反応ガス供給室１２
となっており、中心管７の上端は未反応ガス供給室１２
と連通している。
管６よりも短く形成されており、下端の位置が内管６の
下端よりも上方に位置すべく配設されている。また、中
心管７の上端は、遮蔽板９のほぼ中央に接続されて取付
けられている。この遮蔽板９は、全体が反応管３の上端
に取り外し可能に設けられており、触媒充填時には一旦
取り外され、触媒充填完了後に反応管３の上端に固定さ
れるように構成されている。このような構成により、未
反応ガス１０が遮蔽板９と反応管３との接続部を通って
触媒層入口１１へ流入することが防止されている。な
お、反応管３の上方に位置するケーシング２の上部空間
は、未反応ガス１０が供給される未反応ガス供給室１２
となっており、中心管７の上端は未反応ガス供給室１２
と連通している。
【００１３】前記反応管３と内管６とで囲まれた環状空
間には、粒状触媒が充填された粒状触媒充填部の環状触
媒層１３が形成されている。未反応ガス１０は、図１中
の矢印Ｂで示す如く、ケーシング２の頂部に設けた未反
応供給ガスノズル１４より未反応ガス供給室１２へ供給
され、遮蔽板９に取付けられた中心管７の上端入口より
流通し、下端出口より流出して内管６内へ流入する。し
かる後、中心管７と内管６との間の環状流路８を上方へ
流れ、触媒層入口１１より環状触媒層１３へ導かれる。
間には、粒状触媒が充填された粒状触媒充填部の環状触
媒層１３が形成されている。未反応ガス１０は、図１中
の矢印Ｂで示す如く、ケーシング２の頂部に設けた未反
応供給ガスノズル１４より未反応ガス供給室１２へ供給
され、遮蔽板９に取付けられた中心管７の上端入口より
流通し、下端出口より流出して内管６内へ流入する。し
かる後、中心管７と内管６との間の環状流路８を上方へ
流れ、触媒層入口１１より環状触媒層１３へ導かれる。
【００１４】前記環状触媒層１３に導かれた未反応ガス
１０は、該環状触媒層１３内を上方より下方へ向かって
流れ、流下しながらメタノールが合成されるとともに、
触媒層出口１５より下部集合室１６に流入し、該ケーシ
ング２の底部に設けた反応器出口ノズル１７より反応ガ
ス１８となって反応器１から外部へ流出することにな
る。下部集合室１７は、反応管３の下方であって、ケー
シング２の下部に設けられている。なお、反応管３を管
外より冷却する沸騰液１９は、ケーシング２の側部に設
けた入口ノズル２０より流入し、矢印Ｃで示す如く、当
該入口ノズル２０と反対側のケーシング２の側部に設け
た出口ノズル２１を経て反応器１から流出するようにな
っている。
１０は、該環状触媒層１３内を上方より下方へ向かって
流れ、流下しながらメタノールが合成されるとともに、
触媒層出口１５より下部集合室１６に流入し、該ケーシ
ング２の底部に設けた反応器出口ノズル１７より反応ガ
ス１８となって反応器１から外部へ流出することにな
る。下部集合室１７は、反応管３の下方であって、ケー
シング２の下部に設けられている。なお、反応管３を管
外より冷却する沸騰液１９は、ケーシング２の側部に設
けた入口ノズル２０より流入し、矢印Ｃで示す如く、当
該入口ノズル２０と反対側のケーシング２の側部に設け
た出口ノズル２１を経て反応器１から流出するようにな
っている。
【００１５】ところで、前記中心管７の下端位置は、前
記反応管３の上端より、該反応管長さの１／１０から２
／３の距離に位置させるのが好ましい。この距離は、中
心管７と環状流路８を未反応ガス１０が通過するときの
圧力損失の上昇をできるだけ抑制し、かつ環状触媒層１
３の内側からの冷却効果が十分現れるように決定され
る。
記反応管３の上端より、該反応管長さの１／１０から２
／３の距離に位置させるのが好ましい。この距離は、中
心管７と環状流路８を未反応ガス１０が通過するときの
圧力損失の上昇をできるだけ抑制し、かつ環状触媒層１
３の内側からの冷却効果が十分現れるように決定され
る。
【００１６】図３は本発明に係る反応器の他の実施の形
態を示しており、この実施の形態の遮蔽板３９は、図１
で示す遮蔽板９と一部構造が異なっている。すなわち、
本実施の形態では、遮蔽板３９の周囲が反応管３の上端
に接続固定されており、これによって当該遮蔽板３９の
周囲を通る触媒層への未反応ガスリークは実質的に無く
なる。前記遮蔽板３９には触媒充填用ノズル３９ａが設
けられ、該ノズル３９ａの上端開口部はプラグ３９ｂで
塞がれており、これによって遮蔽板３９はその一部が反
応管３の上端に取り外し可能に設けられていることにな
る。したがって、触媒充填時にはプラグ３９ｂを開けて
触媒充填用ノズル３９ａより触媒粒子が反応管３内に供
給される。所定触媒量を充填した後はプラグ３９ｂで遮
蔽板３９の上端開口部を塞ぎ、未反応ガス１０が中心管
７を流下せず、ノズル３９ａを通って直接触媒層入口１
１へ流れるのを防止している。
態を示しており、この実施の形態の遮蔽板３９は、図１
で示す遮蔽板９と一部構造が異なっている。すなわち、
本実施の形態では、遮蔽板３９の周囲が反応管３の上端
に接続固定されており、これによって当該遮蔽板３９の
周囲を通る触媒層への未反応ガスリークは実質的に無く
なる。前記遮蔽板３９には触媒充填用ノズル３９ａが設
けられ、該ノズル３９ａの上端開口部はプラグ３９ｂで
塞がれており、これによって遮蔽板３９はその一部が反
応管３の上端に取り外し可能に設けられていることにな
る。したがって、触媒充填時にはプラグ３９ｂを開けて
触媒充填用ノズル３９ａより触媒粒子が反応管３内に供
給される。所定触媒量を充填した後はプラグ３９ｂで遮
蔽板３９の上端開口部を塞ぎ、未反応ガス１０が中心管
７を流下せず、ノズル３９ａを通って直接触媒層入口１
１へ流れるのを防止している。
【００１７】図４は本発明に係る反応器の更に他の実施
の形態を示しており、前記実施の形態に比して内管の長
さを短くした場合の実施態様である。この実施の形態で
は、内管６ａの下端がプラグ５で塞がれ、環状触媒層１
３内での高さ位置が、反応管３の下端よりも上方に配置
されている。このため、内管６ａの下端位置の下方に
は、触媒粒子が充填された円筒触媒層２２が形成されて
いる。その他の構成は前記実施の形態と同様である。図
４において、未反応ガス１０は矢印Ｂで示す如く、中心
管７を流下し、下端より内管６ａ内へ流入した後、中心
管７と内管６ａとの間の環状流路８を上方へ流れ、触媒
層入口１１より環状触媒層１３へ導かれる。そして、環
状触媒層１３へ導かれた未反応ガス１０は、環状触媒層
１３内を流下した後、内管６ａの下端から円筒触媒層２
２中を流下し、触媒層出口１５より下部集合室１６及び
反応器出口ノズル１７を経て流出する。なお、前記中心
管７の下端位置は、内管６ａの下端よりも上方に位置し
ていることは明らかである。
の形態を示しており、前記実施の形態に比して内管の長
さを短くした場合の実施態様である。この実施の形態で
は、内管６ａの下端がプラグ５で塞がれ、環状触媒層１
３内での高さ位置が、反応管３の下端よりも上方に配置
されている。このため、内管６ａの下端位置の下方に
は、触媒粒子が充填された円筒触媒層２２が形成されて
いる。その他の構成は前記実施の形態と同様である。図
４において、未反応ガス１０は矢印Ｂで示す如く、中心
管７を流下し、下端より内管６ａ内へ流入した後、中心
管７と内管６ａとの間の環状流路８を上方へ流れ、触媒
層入口１１より環状触媒層１３へ導かれる。そして、環
状触媒層１３へ導かれた未反応ガス１０は、環状触媒層
１３内を流下した後、内管６ａの下端から円筒触媒層２
２中を流下し、触媒層出口１５より下部集合室１６及び
反応器出口ノズル１７を経て流出する。なお、前記中心
管７の下端位置は、内管６ａの下端よりも上方に位置し
ていることは明らかである。
【００１８】（実施例）図１に示す実施の形態につい
て、実施例を比較例１，２とともに下記の表１に示す。
て、実施例を比較例１，２とともに下記の表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】供給原料ガス組成、供給原料ガス空間速
度、反応圧力は実施例、比較例共通である。 供給原料ガス組成（モル％） ＣＯ2 ５．８ ＣＯ ９．６ Ｈ2 ６８．４ ＣＨ4 １５．２ Ｎ2 ０．６ Ｈ2 Ｏ ０．０ メタノール ０．４ 供給ガス空間速度 ６５００ ｌ／ｈ 反応圧力 ９０ ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ
度、反応圧力は実施例、比較例共通である。 供給原料ガス組成（モル％） ＣＯ2 ５．８ ＣＯ ９．６ Ｈ2 ６８．４ ＣＨ4 １５．２ Ｎ2 ０．６ Ｈ2 Ｏ ０．０ メタノール ０．４ 供給ガス空間速度 ６５００ ｌ／ｈ 反応圧力 ９０ ｋｇ／ｃｍ2 ・Ｇ
【００２１】この実施例によって、本発明の実施の形態
に係る構造の反応器１における環状触媒層１３の温度特
性を示す。冷却用の沸騰液１９は飽和加圧水である。実
施例は比較例とほぼ同様の温度特性を示しており、反応
器構造が変更されているものの反応器の所期性能が得ら
れていることが分かる。
に係る構造の反応器１における環状触媒層１３の温度特
性を示す。冷却用の沸騰液１９は飽和加圧水である。実
施例は比較例とほぼ同様の温度特性を示しており、反応
器構造が変更されているものの反応器の所期性能が得ら
れていることが分かる。
【００２２】比較例１では触媒層入口温度が２８２℃で
あり、触媒層最高温度が３１５℃と高くなっている。な
お、特に触媒活性の良い運転初期においては、触媒層の
温度を全体に下げた方が、触媒の寿命をより長くするこ
とができる。比較例２では、図７の反応器による反応実
施例である。内管を出た未反応供給ガスに冷たい未反応
供給ガスであるクエンチガスを混合させて、触媒層の入
口温度を下げた場合を示す。一方、本実施例では、加圧
水の圧力を下げないで、触媒層の最高温度を可能にして
いる。
あり、触媒層最高温度が３１５℃と高くなっている。な
お、特に触媒活性の良い運転初期においては、触媒層の
温度を全体に下げた方が、触媒の寿命をより長くするこ
とができる。比較例２では、図７の反応器による反応実
施例である。内管を出た未反応供給ガスに冷たい未反応
供給ガスであるクエンチガスを混合させて、触媒層の入
口温度を下げた場合を示す。一方、本実施例では、加圧
水の圧力を下げないで、触媒層の最高温度を可能にして
いる。
【００２３】加圧水は反応熱にて蒸発し、水蒸気の形で
反応器より取り出され、各種のエネルギー源として有効
に利用されるが、この場合には水蒸気の圧力は高い程、
そのエネルギーとしての価値が高いことは言うまでもな
い。従って、本発明による実施例が示すように、内管内
に中心管を設置する反応器構造を用いることで、回収蒸
気圧力を下げることなく、触媒層の最高温度を所定の値
以下に保つことができる効果を有する。
反応器より取り出され、各種のエネルギー源として有効
に利用されるが、この場合には水蒸気の圧力は高い程、
そのエネルギーとしての価値が高いことは言うまでもな
い。従って、本発明による実施例が示すように、内管内
に中心管を設置する反応器構造を用いることで、回収蒸
気圧力を下げることなく、触媒層の最高温度を所定の値
以下に保つことができる効果を有する。
【００２４】以上のように、本発明の反応器は、粒状固
体触媒を用いて気相発熱反応を行わせる反応器として工
業的に大きい価値を有するものであり、メタノール合成
反応以外の用途にも適用可能であって、ガスの組成、触
媒の種類、形状、空間速度、圧力、温度には特に拘束さ
れない。
体触媒を用いて気相発熱反応を行わせる反応器として工
業的に大きい価値を有するものであり、メタノール合成
反応以外の用途にも適用可能であって、ガスの組成、触
媒の種類、形状、空間速度、圧力、温度には特に拘束さ
れない。
【００２５】なお、図１では省略したが、内管６や中心
管７を反応管３の中央に位置させる構造、および下部管
板４ｂに設けて触媒落下を防止させる構造はすでに公知
であり、本発明はこれらについて何ら規定するものでは
ない。また、触媒充填反応管３の長さ、内管６と中心管
７の径についてもあるいは伝熱面積増加のために管表面
に設けるフィン、溝の有無、管の材料、バッフル形状に
ついても何ら特定するものではない。これらの要目は、
圧力、ガス組成、温度、反応熱の大きさ、触媒性能など
の多くの条件で決まるものであって、本発明において
は、特に制限されるものではない。
管７を反応管３の中央に位置させる構造、および下部管
板４ｂに設けて触媒落下を防止させる構造はすでに公知
であり、本発明はこれらについて何ら規定するものでは
ない。また、触媒充填反応管３の長さ、内管６と中心管
７の径についてもあるいは伝熱面積増加のために管表面
に設けるフィン、溝の有無、管の材料、バッフル形状に
ついても何ら特定するものではない。これらの要目は、
圧力、ガス組成、温度、反応熱の大きさ、触媒性能など
の多くの条件で決まるものであって、本発明において
は、特に制限されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】上述の如く、本発明に係る反応器では、
内管に更に中心管を設け、未反応ガスを反応器上部より
供給することで、反応器の下部集合室における触媒抜き
出し作業を効率化でき、更に、触媒充填時に下部集合室
での分岐管の取付作業の効率化も図ることができる。す
なわち、本発明においては、触媒層内で反応しつつある
ガスの反応熱の一部を内管の管壁を介したまま、中心管
では環状流路と管壁を介した熱移動により環状流路およ
び中心管内を流動する未反応ガスに与えて、この未反応
ガスを予熱するので、当然ながら反応温度に比し中心管
内および環状流路のガス温度を低く維持させる必要があ
り、この熱移動により未反応ガスの予熱と反応しつつあ
る触媒層内ガスの冷却、温度制御を行わせている。ただ
し、残りの反応熱は反応管外表面に接しさせた飽和温度
の加圧水に管壁を介した熱移動により水の蒸発潜熱とし
て取り除き、発生した加圧水蒸気は反応器から取り出し
て他の用途に使用する。当然のことながら、反応温度に
比し加圧水温度を低い条件に設定しなければ熱移動は起
こらず反応熱の除去作用が生じないので、必要伝熱量、
目標反応温度をベースに加圧水の圧力（飽和温度）を適
性条件に設置すべきである。
内管に更に中心管を設け、未反応ガスを反応器上部より
供給することで、反応器の下部集合室における触媒抜き
出し作業を効率化でき、更に、触媒充填時に下部集合室
での分岐管の取付作業の効率化も図ることができる。す
なわち、本発明においては、触媒層内で反応しつつある
ガスの反応熱の一部を内管の管壁を介したまま、中心管
では環状流路と管壁を介した熱移動により環状流路およ
び中心管内を流動する未反応ガスに与えて、この未反応
ガスを予熱するので、当然ながら反応温度に比し中心管
内および環状流路のガス温度を低く維持させる必要があ
り、この熱移動により未反応ガスの予熱と反応しつつあ
る触媒層内ガスの冷却、温度制御を行わせている。ただ
し、残りの反応熱は反応管外表面に接しさせた飽和温度
の加圧水に管壁を介した熱移動により水の蒸発潜熱とし
て取り除き、発生した加圧水蒸気は反応器から取り出し
て他の用途に使用する。当然のことながら、反応温度に
比し加圧水温度を低い条件に設定しなければ熱移動は起
こらず反応熱の除去作用が生じないので、必要伝熱量、
目標反応温度をベースに加圧水の圧力（飽和温度）を適
性条件に設置すべきである。
【００２７】このように、本発明はメタノール合成反応
器のごとく、固体粒状触媒を用いて発熱反応を行わす目
的の反応器で反応温度の制御が反応器性能上好ましい場
合に適したものであって、構造が単純で運転の安定性に
も優れ、設計、制作、点検、補修、触媒充填、触媒抜き
出しもより効率的に行うことができる構造を有してお
り、工業的に大きい価値を有するものである。
器のごとく、固体粒状触媒を用いて発熱反応を行わす目
的の反応器で反応温度の制御が反応器性能上好ましい場
合に適したものであって、構造が単純で運転の安定性に
も優れ、設計、制作、点検、補修、触媒充填、触媒抜き
出しもより効率的に行うことができる構造を有してお
り、工業的に大きい価値を有するものである。
【図１】本発明の実施の形態に係る反応器を示す縦断面
図である。
図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る反応器を示す縦断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の更に別の実施態様に係る反応器を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図５】メタノール反応平衡濃度に対する圧力と温度の
効果の関係を示すグラフである。
効果の関係を示すグラフである。
【図６】従来の反応器の反応管を示す水平断面図であ
る。
る。
【図７】従来の反応器を示す縦断面図である。
１ 反応器 ２ ケーシング ３ 反応管 ４ａ，４ｂ 管板 ５ プラグ ６，６ａ 内管 ７ 中心管 ８ 環状流路 ９ 遮蔽板 １０ 未反応ガス １１ 触媒層入口 １２ 未反応ガス供給室 １３ 環状触媒層 １４ 未反応供給ガスノズル １５ 触媒層出口 １６ 下部集合室 １７ 反応器出口ノズル １８ 反応ガス １９ 沸騰液 ２０ 入口ノズル ２１ 出口ノズル ２２ 円筒触媒層 ３９ 遮蔽板 ３９ａ 触媒充填用ノズル ３９ｂ プラグ
Claims (3)
- 【請求項１】 内部に複数本の反応管を配設し、該反応
管のほぼ中央に下端を閉じた内管を設置するとともに、
該内管のほぼ中央に中心管を配置し、前記反応管と前記
内管とで囲まれた環状空間を粒状触媒充填部として構成
する一方、前記反応管の上端に全体および一部の少なく
とも一方が取り外し可能な遮蔽板を設けるとともに、該
遮蔽板のほぼ中央に前記中心管を接続し、供給された未
反応ガスが前記中心管の上方より下方へ流通して、前記
中心管の下端出口より前記内管内へ流入し、更に前記未
反応ガスが前記内管と前記中心管とで囲まれた環状流路
を上方へ流れ、かつ前記粒状触媒充填部においては、上
方より下方へ流れるように構成したことを特徴とする反
応器。 - 【請求項２】 前記複数本の反応器のほぼ中央に設置さ
れ、かつ下端を閉じた前記内管は、その下端が前記反応
管の下端よりも上方に位置していることを特徴とする請
求項１に記載の反応器。 - 【請求項３】 前記内管のほぼ中央に位置する中心管の
下端位置が、前記反応管の上端より、反応管長さの１／
１０から２／３の距離にあることを特徴とする請求項１
または２に記載の反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08355597A JP3924040B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08355597A JP3924040B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10277383A true JPH10277383A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3924040B2 JP3924040B2 (ja) | 2007-06-06 |
Family
ID=13805767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08355597A Expired - Lifetime JP3924040B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3924040B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300380B1 (en) | 1998-10-02 | 2001-10-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Production process for methanol |
| JP4508327B2 (ja) * | 1998-12-07 | 2010-07-21 | 三菱重工業株式会社 | メタノールの製造方法 |
-
1997
- 1997-04-02 JP JP08355597A patent/JP3924040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6300380B1 (en) | 1998-10-02 | 2001-10-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Production process for methanol |
| JP4508327B2 (ja) * | 1998-12-07 | 2010-07-21 | 三菱重工業株式会社 | メタノールの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3924040B2 (ja) | 2007-06-06 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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