JPS5852692B2 - 接触反応器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は接触反応器に関し、詳しくは、ガスを対象とす
る接触反応器内のガスの混合装置の改良に関する。

２段または３段以上の触媒層中をガスを通過させて接触
反応を行なう場合、ある段の触媒層を通過したガスまた
はガス混合物（以下、「第一のガス］という）に別のガ
スまたはガス混合物（以下、「第二のガス」という）を
混合したのちに次段の触媒層に送り込む必要をもったプ
ロセスがある。

たとえば、エチルベンゼンの接触的脱水素によりスチレ
ンを製造するプロセスがそれである。

脱水素は吸熱反応であるための、前段の触媒層を通過し
た反応ガスは温度が低下してかり、その１１では次段で
接触的脱水素反応が通すない。

そこで、反応ガス中に高温のスチームを吹き込んで、温
度を高めることが行なわれている。

この触媒層段間で吹き込１井たスチームは、反応の均一
な進行と高い転化率とを達成するためには、反応ガスと
できるだけ均一に混合することが要求される。

一方で、反応器はなるべく小型にしたいから、触媒層段
間つ１り第一のガスと第二のガスとの混合に使用するス
ペースは、可能な限り小さく済１せたい。

このような要望を調和させるために従来とられて来た手
段は、たとえば一方のガスが軸方向に流れている中へ他
方のガスを放射方向に吹き出すとか、あるいは二重管に
うがった孔から第一、第二のガスを吹き出し、吹き出し
の際に混合をはかるといったものである。

これらは、混合の均一さにおいてなお改善の余地があっ
たり、構造が複雑で建設および保守に不利であるという
欠点をもっている。

本発明はこうした状況にかんがみて研究を重ねた結果到
達した一つの解決策であって、比較的簡単な構造であり
、さしてスペースを使わずに、っ１り反応器を小型に建
設でき、しかも混合の均一さにおいてはすぐれているガ
ス混合装置を有する反応器を提供するものである。

本発明の接触反応器は、複数段の触媒充填層を有し、前
段の触媒層を通過した第一のガスに第二のガスを混合し
たのち後段の触媒層を通過させる接触反応器において、
前段の触媒層に続いて設けた少なくとも１枚の垂直仕切
板、それとともに、またはそれに続いて配置した多数の
小孔を有する第二のガスの分散管、ならびにその後にと
りつけたスリットまたは多孔板である分散板、の三者か
ら構成されるガス混合装置をそなえたことを特徴とする
。

図面を参照して本発明の詳細な説明すれば、接触反応器
１は塔状の容器２で形成してあり、その上方から送り込
１れる第一のガスＰｒＧが固定床として設けた触媒第１
層３を通過して第２層４に至る１での間に、垂直仕切板
５により複数のブロックに分割され、そこへ第二のガス
ＳｃＧが分散管６に設けた多数の小孔６１．６１・・・
を通して直角ないし若干向流的に吹きつけられ、ブロッ
クごとの粗混合が行なわれる。

両ガスは続いて分散管下の空間でさらに混合したのち、
分散板７の作用により最終的によく混合される。

垂直仕切板５は触媒第１層３の下面のグレーティング（
格子）３１の下に、塔の中心を通る位置に設けである。

グレーティング３１からガスの分散管６の中心あたり１
でを第１段混合領域１とすれば、その高さは、塔の内径
りのｏ、１８倍以上あることを要する。

これに対応する分散管６の上縁１での距離は、もちろん
分散管の径にもよるが、ふつうは塔径りの０．１４倍以
上となるであろう。

垂直仕切板４は第１段混合領域１の全高にわたる必要は
なく、少なくともその１／２の高さを占めていれば効果
がある。

分散管６のガス吹出し用の小孔６１，６１・・・は、第
二のガスＳｃＧの吹出し方向が第一のガスＰｒＧの流れ
に対して直角（９０°）か、１３５°ｌでの範囲で向流
的になるように設けるのが好ましい。

第５図に示した例では、９０°、１１２５°および１３
５°の孔の３段の列が設けである。

１３５゜を起える向流の場合、かえって混合効果がよく
ない。

また、第二のガスが高温のスチームなどの場合、上部の
触媒層のグレーティングに直接吹きつけることとなり、
グレーティング材料の耐熱性の面から好１しくない。

もちろん、２段以上の孔の列を設けるときでも、各列が
すべて同一方向であってもよい。

重要なのは、塔内の断面上の各部分に釦いて吹き出す第
二ガスの量ができるだけ均一になるよう配慮することで
ある。

それには、後述のように分散管の形状を種々選択するこ
ともよいし、ｌたは吹出口の位置、数あるいは孔径など
を調節することが有用である。

分散管６の中心あたりから分散板７１での部分を、第２
段混合領域■とする。

この高さは、塔径りの０．０６倍以上とるべきことが経
験的にわかった。

分散板７は、通過する第一のガスＰｒＧと第二ノカスＳ
ｃＧの圧力損失は最少限に止めつつ、最良の混合が実現
するような形状をえらぶ。

いずれにしても、開口比は３５〜６０％の範囲が適当で
ある。

３５％に足らないと圧力損失が過大になるし、６０％を
超えると混合効果が不十分である。

スリットを用いた場合、その並ぶ方向が分散管６からの
第二ガスＳｃＧの吹き出し方向とほぼ直角になるように
配置するのがよい。

また、第１同転よび第２図に図示したような半径方向に
ガスの分散管６が挿入されている場合にスリットタイプ
の分散板を用いるには、その反応器胴側の分散管の取付
部分の下にあたる個所で、第３図に示すように半月形の
非開口部分７１を設けるとよいことがわかった。

分散板７と触媒第２層４の上面との間を第３段混合領域
■と名つけるとき、その高さは塔径りの０．１２倍以上
あればよい。

本発明の接触反応器は、上記の構成によるガス混合装置
をそなえることによって、高度に均一な混合が実現する
。

これが最大の利益であって、このため接触反応が効率的
に行なわれ、■パスあたりの転化率を高めることができ
る。

一方で、高度に均一な混合を行なうために必要な触媒層
間のスペースは小さくて足りる。

上述の第１〜３段の混合領域■〜■の最少限の高さを合
計したものは、塔径のわずか０．３６倍でしかない。

この程度のスペースで十分な混合が行なえるとは、従来
期待されなかったことであって、本発明は反応器のコン
パクト化にも太いに寄与する。

世上の説明から理解されるように、本発明にはきわめて
多種の態様が存在し、それらを当業者は容易に実施でき
るであろう。

たとえば垂直仕切板５は、第１同転よぴ第２図に示した
中心を通る１枚のものに限らず、第６図Ａに掲げた平行
に走る複数の板から威るもの、同Ｂに挙げた十字に交さ
するもの、あるいは同Ｃにみる同上・円状のものなどが
えらべる。

ガスの分散管６も同様であって、第１図および第２図に
例示した、塔の両側から中心に向けて挿入した２本の組
のほかに、もつと簡単には第７図Ａに示すように１本の
ものも可能であるし、同Ｂに示す矢じり型むよびこれと
同じ効果をもつ同Ｅの十字型（この場合ガスＳｃＧの導
入は下方から十字の交点に向けて行なう）も考えられ、
また同Ｃに示す円型や同りに示す半円×２個のタイプな
ども可能である。

垂直仕切板５と分散管６とは、相互に適切な組み合わせ
を用いるべきであって、例をあげれば、第６図Ａと第７
図Ａ１第６図Ｂと第７図ＢまたはＥｌそして第６図Ｃと
第７図ＣｔたはＤが考えられる。

分散板７も諸態様あり、第３図に示したもののほか、第
８図Ａのような格子、同Ｂのような多孔板など、さ１ざ
１なものが使える。

スリットを２枚密接しまたは若干の距離を釦いて重ねて
格子状にするといった使い方もある。

なお、触媒層が３段またばそれ以上の多数にわたって反
応器内にある場合であって、段間ごとに第二、第三のガ
スの注入分散を行なうときは、各段間に釦いて本発明の
特徴とするガス混合装置を設けることが推奨される。

実施例 第１図ないし第３図に示す構造であって、第９図Ａおよ
びＢに記す各部の寸法が下記のと釦りの触媒を充填した
接触反応器をつくった。

ｏ−００８４Ｄ １３＝０．１８２Ｄ１に０．１
４Ｄ １４＝０．２４４Ｄ１２二０．０２２Ｄ
１．＝０．１７Ｄ１６＝０．０４２Ｄ
１□＝０．０２８Ｄ分散板の開口比は４８％である
。

空気にメタンガスを注入して、メタン含有量が５００ｐ
ｐｒｎとなるようにしたものを第一のガスとし、上方か
ら０．７７ｍ／ｓｅｃの速度で送り込み、一方、第二ガ
ス分散管からは空気を６３ｍ／ｓｅｃの速度で吹き込ん
だ。

第一ガス釦よび第二ガスの容積比は１０：８である。

このガスの混合の程度をしらべるため、触媒第２層の上
面からサンプルガスを吸引してとり、メタン含量を測定
した。

塔断面上の測定点は第１０図に示したＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙお
よび２−２の３本の軸に沿い、各軸上に１１個設定した
。

測定データにもとづき、各点におけるメタン濃度の平均
値からの偏差を算出して第１２図のグラフにあられした
。

比較のため、Ａ−垂直仕切板、ガス分散管および分散板
のいずれも設けなかった場合、 Ｂ−ガス分散管だけで垂直仕切板と分散板の両方を欠く
場合、むよび Ｃ−ガス分散管と分散板は設けたが垂直仕切板のない場
合 について同様の測定をして、第二段の触媒層上面の各点
にむけるメタン濃度の偏りを算出してグラフに示した。

それらは、第１１図Ａ、Ｂ釦よびＣである。

第１１図の各グラフおよび第１２図のグラフを対比すれ
ば、本発明に従ったガス混合装置により、塔内各点に釦
ける濃度の偏りが小さくなり、従って混合が満足に行な
われたことが明瞭である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の接触反応器の一
例を説明するためのものであって、第１図は一部を省略
した縦断面図であり、第２図は第１図Ａ−Ａ方向の、ま
た第３図はＢ−Ｂ方向の、それぞれ矢視図である。 第４図１よび第５図は分散管の詳細を示すものであって
、第４図は一方を切欠いて縦断面をあられした側面図で
あり、第５図は第４図Ｃ−Ｃ方向の断面図である。 第６図Ａ、 ＢおよびＣは、いずれも垂直仕切板の諸態
様を示すものであって、第２図と同じ位置に３ける横断
端面図である。 第７図Ａ、 Ｂ、 Ｃ１Ｄ釦よびＥは、いずれも分散管
の諸態様を示すものであって、第２図と同じ位置の横断
面において垂直仕切板を除いた図である。 第８図ＡおよびＢは、第３図とは別の分散板の態様を示
す図である。 第９図ＡＪ−よびＢは、本発明の実施例にむける各部分
の寸法のとり方る示す図である。 第１０図は、本発明の実施例に釦いて空気とメタンとの
混合の効果をしらべるためメタン濃度の測定を行なった
サンプリング点を示す図である。 第１１図および第１２図は、第１０図の各点におけるメ
タン濃度の平均値からの偏りをあられしたグラフであっ
て、第１１図Ａ、Ｂお゛よびＣは比較例すなわち本発明
のガス混合装置をそなえない場合、また第１２図は本発
明に従った場合をそれぞれ示す。 １・・・・・・接触反応器、２・・・・・・容器（塔）
、３，４・・・・・・触媒層、５・・・・・・垂直仕切
板、６・・・・・・分散管、７・・・・・・分散板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の触媒充填層を有し、前段の触媒層を通過した
   第一のガスに第二のガスを混合したのち後段の触媒層を
   通過させる接触反応器において、前段の触媒層に続いて
   設けた少なくとも１枚の垂直仕切板、それをはさんで、
   またそれに続いて配置した多数の小孔を有する第二のガ
   スの分散管、ならびにその後に後段の触媒層から離して
   とりつけたスリットまたは多孔板である分散板の王者か
   ら構成されるガス混合装置をそなえたことを特徴とする
   接触反応器。 ２ 前段の触媒層後面から第二のガスの分散管の中心ま
   での間の第１混合領域の高さが反応器の径の０．１８倍
   以上であり、垂直仕切板の高さが第１段混合領域の高さ
   の少なくとも１／２を占める特許請求の範囲第１項の接
   触反応器。 ３ 第二のガスの分散管のガス吹出口を第一のガスの流
   れに対し９０〜１３５°の範囲で向流的に設け、かつ垂
   直仕切板によって形成された第１段混合領域の複数の区
   分の断面積に比例して第二のガスが分配されるよう、個
   々の区分ごとに分散管を設けるか、または、吹出口の位
   置、数または孔径を調節した特許請求の範囲第１項の接
   触反応器。 ４ 分散管の中心と分散板との間の第２段混合領域の高
   さが反応器の径の０．０６倍以上である特許請求の範囲
   第１項または第２項の接触反応器。 ５ 分散板の開口比が３５〜６０％である特許請求の範
   囲第１項の接触反応器。 ６ 分散板がスリットであって、その方向が分散管から
   の第二ガスの吹き出し方向とほぼ直角となるように設け
   た特許請求の範囲第１項の接触反応器。 ７ スリット型の分散板の第二のガスの分散管の反応器
   胴側取付部付近に半月形の非開口部を設けた特許請求の
   範囲第６項の接触反応器。 ８ 分散板と後段の触媒層の上面との間の第３段混合領
   域の高さが反応器の径０．１２倍以上である特許請求の
   範囲第１項、第２項または第４項のいずれかの接触反応
   器。 ９ 触媒層が３段またはそれ以上あって、各段間に垂直
   仕切板、第二ガスの分散前転よび分散板を配置した特許
   請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかの接触反応器
   。 １０ 第一のガスがエチルベンゼンを主成分とし、第二
   のガスが高温度のスチームであって、接触脱水素により
   スチレンを製造するための装置である特許請求の範囲第
   １項ないし第９項のいずれかの接触反応器。