JPS59179144A - Reaction apparatus - Google Patents

Reaction apparatus

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JPS59179144A
JPS59179144A JP5244083A JP5244083A JPS59179144A JP S59179144 A JPS59179144 A JP S59179144A JP 5244083 A JP5244083 A JP 5244083A JP 5244083 A JP5244083 A JP 5244083A JP S59179144 A JPS59179144 A JP S59179144A
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JP
Japan
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gas
reactor
reaction
solid
catalyst
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JP5244083A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Takeuchi
善幸 竹内
Hiroyuki Namajio
生塩 博幸
Kazuto Kobayashi
一登 小林
Naoyuki Takahashi
直之 高橋
Minoru Koikeda
小池田 稔
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.)
Research Association for Petroleum Alternatives Development
Original Assignee
Research Association for Petroleum Alternatives Development
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Publication date
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    • 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
    • B01J8/005Separating solid material from the gas/liquid stream

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

PURPOSE:To control reaction temp. uniformly and to recover the heat of reaction by providing a solid/gas separation zone to the upper part of heat transmission pipes provided to the periphery of a reaction pipe, and a large cyclone contg. a small cyclone in the inside to the upper part of the solid/gas separation zone. CONSTITUTION:Catalyst is packed in the bottom of a reactor 20, and preheated feed gas(H2/CO) is blown through a nozzle 3 into the reactor 20 and is made to flow upward in the reaction pipe 4. The packed catalyst is sucked in this stage into the reactor 4 and is moved in the mixing condition of the solid with the gas from the bottom of the reactor upward, causing thereby F-T reaction to form hydrocarbons. The solid/gas fluid mixture which has passed through the reaction pipe 4 is transferred to a solid/gas separation zone 6 having a wide inside shell dia. at the middle section of the reactor 20 causing sudden decrease of the flow rate of the gas. Accordingly a denser fluidized layer is formed and the gas alone is transferred to the top of the reactor 20 and the solid is separated from the gas.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発熱反応を生じる物質の反応装置に関し、特
に効率よく反応熱を系外に除去することにより、反応物
質の温度を一定に制御して高品質の生成物を得ると共に
、生成ガスと固体粒子の分離効率を上げて生成物中への
固体粒子の同伴を防止することによシ生成物の品質を良
くすることのできる流動床反応装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a reactor for a substance that causes an exothermic reaction, and in particular, by efficiently removing reaction heat from the system, the temperature of the reactant can be controlled at a constant level, and high quality products can be produced. The present invention relates to a fluidized bed reactor capable of improving the quality of the product by increasing the separation efficiency of the product gas and solid particles and preventing entrainment of solid particles into the product.

水素、−酸化炭素を原料として炭化水素を合成する発熱
反応としては、例えばF−T合成反応(フィッシャー・
トロプシュ合成反応、以下F−T合成反応と略す)、あ
るいは水添反応等があげられる。
Examples of exothermic reactions that synthesize hydrocarbons using hydrogen and carbon oxide as raw materials include the F-T synthesis reaction (Fischer
Examples include Tropsch synthesis reaction (hereinafter abbreviated as FT synthesis reaction), hydrogenation reaction, and the like.

いま、F−T合成反応を例にして説明する。Now, an explanation will be given using the FT synthesis reaction as an example.

、F−T合成の基本反応は次のとおυである。, the basic reaction of FT synthesis is as follows.

(500’K) Co + 2H2→(”H2−)+H20・・・=・5
9.5 K cal (1)2CO+H2−+  (−
CH2−)+CO,・−=・48.9 K cal (
2)Co−4−H2O−+ H2+Co2−−−−−−
 9.5Kcal (3)通常は、(1)式が主反応で
あるが、(2)式はFe系触媒等で生じ、内容的には(
1)式と(3)式(シフト反応)の和からなる。(1)
式が繰返されれば、オレフィン炭化水素Cn E(2n
  のみが生成するが、実際はパラフィンや芳香族炭化
水素も生成し、またアルコール、その他の含酸素化合物
も副生ずる。
(500'K) Co + 2H2→("H2-)+H20...=・5
9.5 K cal (1)2CO+H2-+ (-
CH2-)+CO,・-=・48.9 K cal (
2) Co-4-H2O-+ H2+Co2----
9.5Kcal (3) Normally, the main reaction is the formula (1), but the formula (2) occurs with Fe-based catalysts, etc., and the content is (
It consists of the sum of equation 1) and equation (3) (shift reaction). (1)
If the equation is repeated, the olefinic hydrocarbon Cn E(2n
However, in reality, paraffins and aromatic hydrocarbons are also produced, and alcohols and other oxygen-containing compounds are also produced as by-products.

熱力学的には合成ガスからの炭化水素生成反応は、すべ
て発熱反応である。このため高@はど自由エネルギー変
化が大きくなシ、平衡は生成系に不利となるが(第1図
参照)、550℃以下の反応温度では大部分の反応の平
向定数には1以上である。また、F −’[’合成反応
はモル数減少を伴うので、加圧下で行うことが生成系に
有利である。
Thermodynamically, all hydrocarbon production reactions from synthesis gas are exothermic. For this reason, the free energy change is large at high temperatures, and equilibrium is disadvantageous for the production system (see Figure 1), but at reaction temperatures below 550°C, the horizontal constant for most reactions is greater than 1. be. Furthermore, since the F −'[' synthesis reaction involves a decrease in the number of moles, it is advantageous for the production system to perform it under pressure.

現在、F−T合成反応による燃料油生産に使用されてい
る反応装置には、第2図と第3図に示すような2種類の
反応装置がある。
There are two types of reactors currently used for fuel oil production by FT synthesis reaction, as shown in FIGS. 2 and 3.

第2図に示す反応器はアルジ反応器と呼ばれておシ、熱
交換器タイプで、触媒層の長さ約13m1シエル径約6
mで、内部に2インチの伝熱管6約=2000本が詰ま
っている。この賃6内にペレット状の沈澱鉄触媒が充填
されており、ノニル側の熱水は、水蒸気圧の調節にょ多
温度制御が行われる。熱交換器(図示省略)で加熱され
た原料合成ガスは、反応器上部のガス入口ノズル1から
供給され、伝熱管6内部の触媒層を通過する際にF−T
合成反応を行わせて炭化水素を生成する。生成ガスはガ
ス出口ノズル8から装置外へ抜出J。この時生成する高
沸点炭化水素(ワックス)は伝熱管6内を流下し、反応
器下部のワックス出口ノズル9よp抜出されるが、これ
らのハードワックス(炭素数60以上)は反応温度でも
、流動性が恩く、一部が触媒表面に蓄積し、触媒活性の
劣化をきたし、更に蓄積tが多くなると反応管乙の閉塞
も51+起こす。そこで、数日ごとに適当な沸点範囲の
生成油(ディーゼル油留分が適当)で間歇的に洗浄し、
残留ワックス分を除去している。
The reactor shown in Figure 2 is called an Algi reactor and is a heat exchanger type, with a catalyst bed length of about 13 m and a shell diameter of about 6.
m, and about 6 = 2,000 2-inch heat exchanger tubes are packed inside. A precipitated iron catalyst in the form of pellets is filled in this chamber 6, and the temperature of the hot water on the nonyl side is controlled by adjusting the steam pressure. The raw material synthesis gas heated by a heat exchanger (not shown) is supplied from the gas inlet nozzle 1 at the top of the reactor, and when passing through the catalyst layer inside the heat transfer tube 6, it passes through the F-T.
A synthetic reaction is performed to produce hydrocarbons. The generated gas is extracted to the outside of the device from the gas outlet nozzle 8. The high-boiling hydrocarbons (wax) produced at this time flow down inside the heat transfer tube 6 and are extracted from the wax outlet nozzle 9 at the bottom of the reactor, but these hard waxes (having carbon numbers of 60 or more) Due to the poor fluidity, some of it accumulates on the surface of the catalyst, deteriorating the catalyst activity, and if the amount of accumulation increases further, it may cause clogging of the reaction tube (51+). Therefore, we wash it intermittently every few days with produced oil (suitably diesel oil fraction) with an appropriate boiling point range.
Removes residual wax.

F−T合成反応で発生した反応熱は、伝熱管乙の外側を
流れているノズル6がらのボイラー水に伝えられ、この
水の蒸発にょ多発生したスチームはスチーム出口ノズル
2から抜出される。
The reaction heat generated in the FT synthesis reaction is transferred to the boiler water in the nozzle 6 flowing outside the heat transfer tube B, and the steam generated by the evaporation of this water is extracted from the steam outlet nozzle 2.

なお、第2図中、4はスチームヒータ、5はスチームコ
レクタ2.7は円筒である。
In addition, in FIG. 2, 4 is a steam heater, 5 is a steam collector 2, and 7 is a cylinder.

上記゛拵2図のような固定床反応装置は、実用装置の製
作の大きさから考えてスケールアップに限界があシ、複
数の反応器を併設して使用している。しかし、複数の反
応器の場合、生産性が低く、またPj+J記のように取
扱いが繁雑(ワックス分生成童大)なため、効率的では
なく、最近の新しいプラントでは採用されにくし。
The fixed bed reactor shown in Figure 2 above has a limit to scale-up due to the size of the practical device, so multiple reactors are used in parallel. However, in the case of multiple reactors, productivity is low and handling is complicated (as in Pj+J) (wax production Dodai), so it is not efficient and has not been adopted in recent new plants.

−万、第6図に下す循虚流動M反応装置は、シンソール
反応器と呼ばれるもので、気流中に触媒粉末を同伴させ
て反応させる希薄輸送層(entrain8d bed
 )方式でるる。触媒は400メツシユ以下の鉄系微粉
末でろる。原料ガスはリサイクルガスを混合し、22a
tm、160℃で原料・傭キガス供給ノズル11からラ
イザー5を経て反応器内に供給される。触媒ホッパー7
に保存されている655℃の触媒は、スタンドパイプ8
を流下し、スライドバルブ9でその流it′5tfQJ
!4節されて原料ガスに混合される。反応熱により混合
物の温度は670℃近くまで上昇する。ここで、触媒と
反応ガスの混合物はシェル・チューブ型の2段の熱交換
′a2で約550℃まで冷却される。チューブ側は混合
物が通過し、冷却油入口ノズル6から供給されたシェル
側の冷却油は冷却油出口ノズル4から抜出されて外部の
熱交換器(図示省略)に供給され、ここで水蒸気を発生
させる。なお、第3図中、6はサイクロン、10はテー
ルガス出口ノズルである。
- The circulating flow M reactor shown in Figure 6 is called a synthol reactor, and has a dilute transport layer (entrain 8d bed) in which the catalyst powder is entrained in the air flow and reacted.
) method. The catalyst is an iron-based fine powder of 400 mesh or less. The raw material gas is mixed with recycled gas,
tm and 160° C. from the raw material/charging gas supply nozzle 11 through the riser 5 into the reactor. Catalyst hopper 7
The catalyst at 655℃ stored in stand pipe 8
flows down, and the slide valve 9 controls the flow it'5tfQJ.
! It is divided into four sections and mixed with the raw material gas. The temperature of the mixture rises to nearly 670°C due to the heat of reaction. Here, the mixture of catalyst and reaction gas is cooled to about 550° C. in a shell-tube type two-stage heat exchange 'a2. The mixture passes through the tube side, and the cooling oil on the shell side supplied from the cooling oil inlet nozzle 6 is extracted from the cooling oil outlet nozzle 4 and supplied to an external heat exchanger (not shown), where it is converted into water vapor. generate. In addition, in FIG. 3, 6 is a cyclone, and 10 is a tail gas outlet nozzle.

上記の熱交換器2については、冷却によ多温度が低下す
るとワックスが生成しゃすくなシ、このワックスが触媒
表面に沈着し、冷却管12の大部分を閉塞して冷却面積
を減少させるため、運転条件、冷却器型式の選是等が重
要である。
Regarding the heat exchanger 2 described above, when the temperature decreases due to cooling, wax is not generated, and this wax is deposited on the catalyst surface, blocking most of the cooling pipe 12 and reducing the cooling area. Operating conditions, cooler model selection, etc. are important.

この反応器では、希薄輸送層によシ、触媒粉末を激しく
運動させて触媒の凝固を防止し、同時に触媒の粒子が熱
のキャリヤーとして作用するため除熱効率が良い。この
反応装置は、触媒ホッパー7と反応器1が構成要素とな
るため、触媒のホールドアツプ量が固定床よシ多くなる
In this reactor, the catalyst particles are moved vigorously through the dilute transport layer to prevent the catalyst from coagulating, and at the same time, the catalyst particles act as heat carriers, resulting in good heat removal efficiency. Since this reactor consists of the catalyst hopper 7 and the reactor 1, the amount of catalyst held up is larger than that of a fixed bed.

また、クーラー内壁と触媒間の摩擦する面積が多くなる
ため、触媒の摩耗による損耗が多い。
Furthermore, since the area of friction between the inner wall of the cooler and the catalyst increases, there is a lot of wear and tear on the catalyst.

表1に固定床反応装置 動床式反応装置(第6図)の運転結果を比較して示す。Table 1 shows fixed bed reactor The operating results of the moving bed reactor (Figure 6) are shown in comparison.

固定床の方は、ガソリン、ディーゼル油及びワックス類
が主生成物であシ、特にワックス類が多い。これに対し
て、循環流動層はガソリン留分が多く、灯・軽油留分及
びワックスの生成は非常に少い。
In the case of a fixed bed, gasoline, diesel oil, and waxes are the main products, and waxes are particularly abundant. On the other hand, in the circulating fluidized bed, there is a large amount of gasoline fraction, and very little kerosene/gas oil fraction and wax are produced.

表I  F−T法の収率 〔(出典)Hoogendoorn、J、C,:  P
reprint  of  ”  IGTSympos
ium ” (1975) )合成ガスから炭化水素を
製造する第2の方法としてハイドロコール法があり、該
法に使用される装置としては第4図に示すものが知られ
ている。この装置は反応塔内に触媒粒子の濃厚流動層を
形成させる方式のもので、反応温度の調節のために炉内
に加圧水による冷却装置が内蔵されている。
Table I Yield of F-T method [(Source) Hoogendoorn, J.C.: P
reprint of ”IGTSympos
(1975)) The second method for producing hydrocarbons from synthesis gas is the hydrocol method, and the equipment shown in Figure 4 is known as the equipment used in this method. This method forms a dense fluidized bed of catalyst particles in the tower, and a cooling device using pressurized water is built into the furnace to adjust the reaction temperature.

第4図において、ガス入口ノズル1から供給された原料
ガスは流動層部6内に吹込まれ、ここで触媒と接触して
合成反応を生じる。生成ガスは、ガス出口ノズル2から
反応塔外へ抜出される。一方、流動層部6内には伝熱管
5が配設してあシ、ボイラー水入ロノズル3から供給さ
れた水に反応熱を伝え、発生したスチームをスチーム出
口ノズル4から抜出す。
In FIG. 4, raw material gas supplied from a gas inlet nozzle 1 is blown into a fluidized bed section 6, where it comes into contact with a catalyst to cause a synthesis reaction. The generated gas is extracted from the reaction tower through the gas outlet nozzle 2. On the other hand, heat transfer tubes 5 are disposed within the fluidized bed section 6 to transfer heat of reaction to water supplied from the boiler water nozzle 3, and extract generated steam from the steam outlet nozzle 4.

運転条件は、反応によシ生じた高沸点生成物が触媒表面
に付着してその大きさを増大し、流動状態に悪影響を及
はさないように固定床方式のものよりも反応温度を高く
し、600〜550℃の高温で、圧力20〜50 at
mで運転している。
The operating conditions are such that the reaction temperature is higher than that of a fixed-bed system to prevent the high-boiling products produced by the reaction from adhering to the catalyst surface and increasing its size, which would adversely affect the fluidization state. At a high temperature of 600 to 550°C and a pressure of 20 to 50 at.
I'm driving at m.

その結果、表2に示・すように、C,、C,のガスが多
く、C8、C4中のオレフィン含有率は82%と高い。
As a result, as shown in Table 2, there was a large amount of C,, C, gas, and the olefin content in C8 and C4 was as high as 82%.

C−留分は、全有機化合物中の35チ前後であまり高く
ない。壕だ、空間速度が高いため、CO2生成量が少い
。製品中、プロピレン、ブテン等からの重合ガソリンは
無鉛で82のオクタン価を示す。
The C-fraction is not very high at around 35% of the total organic compounds. It's a trench, so the space velocity is high, so the amount of CO2 produced is low. Among the products, polymerized gasoline made from propylene, butene, etc. is unleaded and has an octane number of 82.

表2 ハイドロコール法の収率 〔(出典)Sorch、H,Hoetc:  The 
Fischer Toropshan4 Re1ate
d Symthesis、Wiley (1951) 
〕ガス空塔速度;[L18〜020m/sec循環ガス
比:t7 触媒二Fe系、40〜525mesb 80%反応器:
5.05φm s 99 trL3(触媒175〜20
ot)合成ガスから炭化水素を製造する第6の方法とし
て、モーピル社のM T G (Methanol t
Table 2 Yield of hydrocol method [(Source) Sorch, H, Hoetc: The
Fischer Tropshan4 Re1ate
d Symthesis, Wiley (1951)
] Gas superficial velocity: [L18~020 m/sec Circulating gas ratio: t7 Catalyst diFe system, 40~525 mesb 80% Reactor:
5.05φm s 99 trL3 (catalyst 175~20
ot) As a sixth method for producing hydrocarbons from synthesis gas, Mopil's MTG (Methanol t
.

Ga5oline、以下MTGと略す)法がある。該法
は、固定床方式の装置で実施する場合、2つの反応器を
使用する。第1の反応器は、メタノールを脱水触媒(ア
ルミナ系)によシ脱水し、メタノール、ジメチルエーテ
ル及ヒ水の子側a合物を生成する。
There is a Ga5oline (hereinafter abbreviated as MTG) method. The process uses two reactors when carried out in a fixed bed type apparatus. The first reactor dehydrates methanol using a dehydration catalyst (alumina type) to produce a compound a of methanol, dimethyl ether, and arsenic.

2 CH,OH−+ CH,OCH3+H20第2の反
応器は、含酸素化合物をZSM−5ゼオライト触媒によ
シ炭化水素に転化する。
2 CH,OH−+ CH,OCH3+H20 The second reactor converts oxygenates to hydrocarbons over a ZSM-5 zeolite catalyst.

CH,OCR,→2(−CH,−)+H,0反応を2段
に分けて行うのは、反応熱除去を容易にするためで、第
1、第2反応器で、それぞれ全発熱量の20%および8
0%の発熱がある。
The reason why the CH,OCR,→2(-CH,-)+H,0 reaction is carried out in two stages is to facilitate the removal of reaction heat, and the total calorific value is removed in the first and second reactors, respectively. 20% and 8
0% fever.

第2反応器の生成物中にはC−〜CIOの炭化水素の他
に多量の低沸点炭化水素が含まれている。
In addition to the C- to CIO hydrocarbons, the product of the second reactor contains a large amount of low-boiling hydrocarbons.

この低沸点ガスは、循環ガスとして再び第2反応器に送
られ、アルキレーションによシガソリン収率を上けると
同時に反応熱除去のだめの熱媒体にもなる。循環ガス量
は、原料ガスの7〜9倍である。
This low boiling point gas is sent again to the second reactor as a circulating gas, and at the same time increases the yield of gasoline through alkylation, it also serves as a heat medium for removing reaction heat. The amount of circulating gas is 7 to 9 times the amount of raw material gas.

第2反応器では、触媒上への炭素質の付着によシ触媒の
活性が劣化し、約500時間で触媒再生が必要となる。
In the second reactor, the activity of the catalyst deteriorates due to carbonaceous deposition on the catalyst, requiring catalyst regeneration after approximately 500 hours.

このため、第2反応器は複数個が並列に配置されておシ
、各々の反応器で反応と再生が繰シ返される。以上のよ
うに、拳法は多量の循環ガス量が必要で、更に固定床式
反応装置を使用する場合には複数の反応器を設置して間
歇的に触媒の再生をしなければならない欠点がある。
For this reason, a plurality of second reactors are arranged in parallel, and reaction and regeneration are repeated in each reactor. As mentioned above, Kenpo requires a large amount of circulating gas, and when using a fixed bed reactor, it has the disadvantage of having to install multiple reactors and regenerating the catalyst intermittently. .

一方、MTC法を流動床方式の装置で実施する場合は、
メタノールと水を気化させて供給し、一段の反応器で炭
化水素を生成する。反応器塔頂で生成した炭化水素と分
離された触媒は、反応器と一再生器の間を循環する。
On the other hand, when carrying out the MTC method using a fluidized bed system,
Methanol and water are vaporized and fed to produce hydrocarbons in a single-stage reactor. The hydrocarbons produced at the top of the reactor and the separated catalyst are circulated between the reactor and a regenerator.

この反応装置の主要機器は、反応器、分離器、再生器で
、基本的には前記したFへ′r反応の循環流動床反応装
置に類似している。相違点は、熱交換器が外置きであシ
、触媒の顕熱を反応器外で除去する型式である。表6に
MTC法における固定床式装置と流動床式装置の運転結
果を示す。
The main equipment of this reactor is a reactor, a separator, and a regenerator, and is basically similar to the circulating fluidized bed reactor for the F to 'r reaction described above. The difference is that the heat exchanger is external, and the sensible heat of the catalyst is removed outside the reactor. Table 6 shows the operational results of the fixed bed type device and fluidized bed type device in the MTC method.

生成物中のプロピレン、ブテン類をイソブタンでアルキ
ル4ヒすることにより、最終的なガソリン収率は固定床
方式で85%、流動床方式では88%になシ、ガソリン
のオクタン価は無鉛で谷々96および968である。固
定床に比べて流動床は触媒活性が経時的に大きく変化し
ないため、生成物分布の制御が容易である。また、循環
ガス量も相当少なくできる。
By converting propylene and butenes in the product into alkyl groups with isobutane, the final gasoline yield is 85% in the fixed bed method and 88% in the fluidized bed method, and the octane number of the gasoline is lead-free and at the same level. 96 and 968. Compared to a fixed bed, the catalyst activity of a fluidized bed does not change significantly over time, making it easier to control product distribution. Additionally, the amount of circulating gas can be considerably reduced.

第6表 MTC)による生成物の収率 〔出典: Harney ate:  Hydroca
rbon Process、2.67(1980)) 第6表絖き また表4に固定床式装置における温度の影響(MTG法
)を示す。反応温度が高いほどC4〜C,パラフィン黛
が増加し、670℃以上ではオレフィンも増加する。ブ
タンは温度上昇によりわずかに減少し、04以上の脂肪
族化合物も温度上昇によシ減少する。デュレン生成菫は
反応温度の上昇によシ減少する。
Table 6 Product yield according to MTC) [Source: Harney ate: Hydroca
rbon Process, 2.67 (1980)) Table 6 Table 4 also shows the influence of temperature in a fixed bed type apparatus (MTG method). The higher the reaction temperature, the more C4-C and paraffin content increases, and at 670°C or higher, the olefin content also increases. Butane decreases slightly with increasing temperature, and aliphatic compounds of 04 and above also decrease with increasing temperature. The amount of violet produced due to durene decreases as the reaction temperature increases.

表4  MTG法における温度による生成物の影#(固
定床)〔(出典)Chang etc:  rltc、
Prod、Res、Dev、。
Table 4 Shadow of product by temperature in MTG method # (fixed bed) [(Source) Chang etc: rltc,
Prod, Res, Dev.

17、 255 (1978)) (注2)Co以上の芳香族(Aroma t ic )
炭化水素以上、発熱反応の例として一酸化炭素及び水素
を原料とする炭化水素合成反応の場合について、F−T
法、ハイドロコール法及びモーピル社のMTG法におけ
る固定床式反応装置と流動床式反応装置による運転結果
を各々比較説明した。その結果、反応装置として反応温
度の制御性が製品の収率及び組成に大きく影響すること
が明らかとなった。
17, 255 (1978)) (Note 2) Co or more aromatic (Aromatic)
Regarding hydrocarbon synthesis reactions using carbon monoxide and hydrogen as raw materials, as an example of exothermic reactions, F-T
The results of operation using a fixed bed reactor and a fluidized bed reactor in the Hydrocol method, the Hydrocol method, and Mopil's MTG method were compared and explained. As a result, it became clear that the controllability of the reaction temperature in the reactor greatly influences the yield and composition of the product.

そこで本発明では前記のような発熱反応を生じる物質の
反応装置として、前記欠点を改良し、反応温度を均一に
制御することによシ高品質の製品を製造すると同時に効
率よく反応熱を回収することのできる反応装置を提案す
るものである。
Therefore, in the present invention, as a reactor for a substance that causes an exothermic reaction, the above-mentioned drawbacks are improved, and the reaction temperature is controlled uniformly to produce a high-quality product while at the same time efficiently recovering the reaction heat. This paper proposes a reactor that can do this.

すなわち本発明は、反応装置下部にガス吹込ノズル、上
部にガス抜出ノズルを設け、底部にロート状の多孔板を
設け、該多孔板の中心に原料供給ノズルを設け、該原料
供給ノズルと同一中心軸上に反応管を設け、該反応管周
辺に伝熱管を設け、該反応管設置部よシ上方に固気分離
部を設け、該固気分離部に固体抜出ノズルを設け、該固
気分離部の上方に大型サイクロンを付設し、該大型サイ
クロンの内部に小型サイクロンを付設してなる反応装置
に関するものである。
That is, in the present invention, a gas blowing nozzle is provided at the bottom of the reactor, a gas extraction nozzle is provided at the top, a funnel-shaped perforated plate is provided at the bottom, a raw material supply nozzle is provided at the center of the perforated plate, and the same material supply nozzle as the raw material supply nozzle is provided. A reaction tube is provided on the central axis, a heat transfer tube is provided around the reaction tube, a solid-gas separation section is provided above the reaction tube installation section, a solid extraction nozzle is provided in the solid-gas separation section, and a solid-gas separation section is provided above the reaction tube installation section. This invention relates to a reaction device in which a large cyclone is attached above a gas separation section, and a small cyclone is attached inside the large cyclone.

第5図に)、CB)は本発明装置の一実施態様例の概要
を示す断面図であり、第5図(B)は第5図(A)のA
−=A#!矢視図である。
5) and CB) are cross-sectional views showing an outline of one embodiment of the device of the present invention, and FIG. 5(B) is a sectional view of A of FIG.
-=A#! It is an arrow view.

第5図(A)、(J3)において、20は装置本体を示
し、該装置底部の多孔板1をロート状とし、該多孔板1
と水平面とのなす角度αは反応装置内の流動媒体の安息
角βと次の関係を有する。
In FIGS. 5(A) and (J3), 20 indicates the main body of the device, and the perforated plate 1 at the bottom of the device is funnel-shaped.
The angle α formed between

α=β+(10〜60) (度) 流動媒体の安息角βは物質により異なや、約20〜45
度の値テアル。例kldFc c f@t$(合成シリ
カ−アルミナ系触媒) (0,061m径)の場合、安
息角βは52度となり、αは40〜60度が好ましい。
α=β+(10~60) (degrees) The angle of repose β of the fluid medium varies depending on the substance, and is approximately 20~45
degree value theal. Example In the case of kldFc c f@t$ (synthetic silica-alumina catalyst) (0,061 m diameter), the angle of repose β is 52 degrees, and α is preferably 40 to 60 degrees.

なお、多孔板1を水平とすると、静止固体Jr!I(テ
゛ツドゾーン)を生じるので、好ましくない。
Note that if the perforated plate 1 is horizontal, the stationary solid Jr. This is not preferable because it causes I (tied zone).

上記の多孔板1下部の反応装置底部には、ガス吹込ノズ
ル2が設けてあり、多孔板1の上への流動媒体の堆積を
防止する。反応装置底部の中心付近に原料供給ノズル3
が設けてあシ、該原料供給ノズル3と同一中心線上の反
応器内に反応管4が設けである。該反応管4の周囲には
伝熱管群5が設けて64)、発熱反応によシ上昇した流
動媒体の固体粒子の顕熱を伝熱管群5内を流れる冷却媒
体に伝達することによシ該固体粒子は所定温度に冷却・
保持され、安定した運転条件を保持できる。
A gas blowing nozzle 2 is provided at the bottom of the reactor below the perforated plate 1 to prevent the fluid medium from accumulating on the perforated plate 1. Raw material supply nozzle 3 is located near the center of the bottom of the reactor.
A reaction tube 4 is provided in the reactor on the same center line as the raw material supply nozzle 3. A heat transfer tube group 5 is provided around the reaction tube 4 to transfer the sensible heat of the solid particles of the fluidized medium that has risen due to the exothermic reaction to the cooling medium flowing inside the heat transfer tube group 5. The solid particles are cooled to a predetermined temperature and
maintained and stable operating conditions can be maintained.

反応装置上部の固気分離部6の胴径D2は、上記反応管
4の内径Doに対してり、 ) 1’0・Doの寸法が
良く、これ以下の場合には固体粒子のガス同伴が多くな
る。また反応装置下部の伝熱管群設置部の胴径D1は、
循環触媒が流下するのに必要な断rfJ棟S、と伝熱管
必要断面積S2を加算したものから決められる。そして
上記のり、は、上記のり、とガス流速の関係から決まる
もので、一般にD2≧D1  となる。
The body diameter D2 of the solid-gas separator 6 in the upper part of the reactor should preferably be 1'0.Do with respect to the inner diameter Do of the reaction tube 4, and if it is smaller than this, solid particles will not be entrained in the gas. There will be more. In addition, the body diameter D1 of the heat transfer tube group installation part at the bottom of the reactor is:
It is determined from the sum of the cross section rfJ building S required for the circulating catalyst to flow down and the required cross sectional area S2 of the heat transfer tube. The above-mentioned glue is determined from the relationship between the above-mentioned glue and the gas flow rate, and generally D2≧D1.

上記固気分離部6の下部には固体抜出ノズル7が付設し
てあり、劣化触媒の再生の為に循環触媒の一部を系外に
連続排出する。
A solid extraction nozzle 7 is attached to the lower part of the solid-gas separation section 6, and a part of the circulating catalyst is continuously discharged to the outside of the system in order to regenerate the deteriorated catalyst.

また、固気分離部乙の上部には大型サイクロン8が付設
してあ)、ここで気体に同伴された固体を分離する。該
大型サイクロン8の入口ガス流速は5〜15 m/se
e程度が好葦しく、これ以上の流速になるとサイクロン
8内壁での固体摩耗が激しくなる。そこで、該サイクロ
ン8の側壁にスリット9を設け、壁面到達固体を迅速に
サイクロン8外へ放出する構造になっている。
Further, a large cyclone 8 is attached to the upper part of the solid-gas separation section B, which separates solids entrained in the gas. The inlet gas flow velocity of the large cyclone 8 is 5 to 15 m/sec.
A flow rate of about e is preferable, and if the flow velocity is higher than this, solid wear on the inner wall of the cyclone 8 becomes severe. Therefore, a slit 9 is provided in the side wall of the cyclone 8, and the structure is such that the solids reaching the wall surface are quickly discharged to the outside of the cyclone 8.

該大型サイクロン8で分離・除去されなかった微粒径固
体は、さらに該大型サイクロン8の内部に設けである小
型サイクロン10で気体と分離される。該小型サイクロ
ン100入ロガス流速は20〜30 m/seeが好ま
しい。該小型サイクロン10の上部には、固気分離後の
気体を該反応装置外へ排出するためのガス放出ノズル1
1が設けである。
The fine particle size solids that are not separated and removed by the large cyclone 8 are further separated from gas by a small cyclone 10 provided inside the large cyclone 8. The flow rate of the log gas entering the small cyclone 100 is preferably 20 to 30 m/see. At the upper part of the small cyclone 10, there is a gas discharge nozzle 1 for discharging the gas after solid-gas separation to the outside of the reactor.
1 is provided.

以上の構成を有する本発明装置の作用態様をF−’I’
反応を行なった場合を例にとって説明する。
F-'I' describes the mode of operation of the device of the present invention having the above configuration.
An example of a reaction will be explained.

反応装置20の下部(は触媒が充填しである。The lower part of the reactor 20 is filled with catalyst.

予熱された原料ガス(H4−Co)はノズlし3から反
応装置20内に吹込まれ、更に反応管4内を上昇する。
The preheated raw material gas (H4-Co) is blown into the reactor 20 from the nozzle 3 and further rises inside the reaction tube 4.

この時、充填しである触媒を反応管4内に吸引し、該反
応管4の下部から上部へ同気混合状悪で移動し、この間
にF−T反応を生じて炭化水素を生成する。該伝熱v4
内のガス空塔速#!に:、Uは、触媒の終末速成の6〜
4倍が好ましい。
At this time, the charged catalyst is sucked into the reaction tube 4 and moves from the lower part of the reaction tube 4 to the upper part in a homogeneous mixture, during which time an FT reaction occurs to produce hydrocarbons. The heat transfer v4
Gas velocity within #! , U is the terminal rate of catalyst formation from 6 to
4 times is preferable.

反応管4を通過した囲気混相流体は、反応装置20の中
央部で胴内径が広い固気分離部6に移動し、急減にガス
流速が低下するため、濃厚、流動層を形成し、ガスのみ
が反応装置20の上部へ移動して固気分離される。ここ
で固気分離された触媒は伝熱管群5が設けである反応装
置下部へ流動状態を保持しながら降下する。この時、伝
熱管群5内を流れている冷却媒体に触媒粒子が保有する
顕熱を伝達し、触媒粒子は冷却される。該触媒粒子の顕
熱を伝達されて加熱された冷却媒体は他の熱交換器(図
中には省略)で顕熱回収される。
The ambient air mixed phase fluid that has passed through the reaction tube 4 moves to the solid-gas separation section 6, which has a wide internal diameter in the center of the reactor 20, where the gas flow rate rapidly decreases, forming a dense fluidized bed, and only the gas is removed. moves to the upper part of the reactor 20 and is separated into solid and gas. Here, the solid-gas separated catalyst descends to the lower part of the reactor, where the heat transfer tube group 5 is provided, while maintaining a fluid state. At this time, the sensible heat held by the catalyst particles is transferred to the cooling medium flowing in the heat transfer tube group 5, and the catalyst particles are cooled. The coolant heated by transferring the sensible heat of the catalyst particles is recovered by another heat exchanger (not shown in the figure).

伝熱管群5周辺の濃厚流動層状態は、該反応装置20の
下部に設けられたカス吹込ノズル2のガス吹込量により
調節する。
The state of the dense fluidized bed around the heat transfer tube group 5 is adjusted by the amount of gas blown into the waste blowing nozzle 2 provided at the lower part of the reactor 20 .

上記F−T反応の場合、触媒は、反応時間1500時間
程度で劣化するため、固体抜出ノズル7から触媒の一部
を連続的に排出し、再生器(図中省F1?i)内で再生
処理後、Pr度循環使用される。
In the case of the above FT reaction, the catalyst deteriorates after about 1500 hours of reaction time, so a part of the catalyst is continuously discharged from the solid extraction nozzle 7 and stored in the regenerator (F1?i in the figure). After the regeneration process, it is used repeatedly.

以上のように、本発明装置は、発熱反応を伴う反応に使
用されると次のような効果を得ることができる。
As described above, when the apparatus of the present invention is used in a reaction involving an exothermic reaction, the following effects can be obtained.

(1)反応熱の除去が容易であるため、反応管内の温度
を均一に保持することができ、その結果安定した性状の
製品を連続的に製造することができる。
(1) Since the heat of reaction can be easily removed, the temperature inside the reaction tube can be maintained uniformly, and as a result, products with stable properties can be continuously produced.

り2)反応熱の回収率が高く、高級なスチームとして熱
回収ができる。
2) The reaction heat recovery rate is high, and the heat can be recovered as high-grade steam.

(3)反応装置上部の大型サイクロンによシ、マイルド
な状態で固気分離ができるため、サイクロン側壁面の摩
耗が非常に少い。
(3) Since the large cyclone at the top of the reactor allows for solid-gas separation in a mild manner, there is very little wear on the side wall of the cyclone.

(4)触媒再生のための連続排出、供給が可能である。(4) Continuous discharge and supply for catalyst regeneration is possible.

(5)反応装置の大型化が容易である。(5) It is easy to increase the size of the reactor.

(6)前述のハイドロコール法に使用される第4図の装
置は濃厚流動層型であり、流1jth層高さは2〜3r
rL程度しか取れないため、流M!b)WI内へのガス
滞留時間(必要なガスと触媒の接触時間)が十分数れな
いのに対し、本発明装置の反応管内は希薄流動層である
ため、反応に必要な長き(滞留時間)を取ることができ
る。
(6) The apparatus shown in Fig. 4 used in the hydrocol method described above is a dense fluidized bed type, and the height of the flow 1jth layer is 2 to 3 r.
I can only get about rL, so I decided to go with M! b) The gas residence time in the WI (necessary contact time between gas and catalyst) is not sufficient, whereas the reaction tube of the present invention is a dilute fluidized bed, so the long residence time required for the reaction is ) can be taken.

以下、実施例ff:あけて本発明装置による効果を具体
的に示す。
Hereinafter, Example ff will be shown to specifically demonstrate the effects of the apparatus of the present invention.

実施例1 第5図に示す構成で、下記寸法を有する本発明装置を使
用してF−T合成反応を下記要領で行なった。
Example 1 An FT synthesis reaction was carried out in the following manner using the apparatus of the present invention having the configuration shown in FIG. 5 and the dimensions shown below.

反応管4の内径D0       5D咽反応装置20
の下部内径り、       260間同気分子a=V
>6の胴内径D2550tMn伝熱管5の内径、長さ 
  ・10.5φill X 2.574反応管4の長
さ        3.500咽多孔板1の角度α  
       50度触媒 ルテニウム系触媒、平均粒径       55μ精反
応条件 反応温度           295℃原料H2/C
o        2. i mol/mol原料ガス
量       15ろ、6Nm’/h以上の処理で得
られた結果は次の通シであった。
Inner diameter D0 of reaction tube 4 5D pharyngeal reaction device 20
Lower inner diameter, 260 homogeneous molecules a=V
>6 shell inner diameter D2550tMn inner diameter and length of heat transfer tube 5
・10.5φill
50 degree catalyst Ruthenium catalyst, average particle size 55μ Precise reaction conditions Reaction temperature 295℃ Raw material H2/C
o2. The results obtained in the treatment with an i mol/mol raw material gas amount of 15 filtration and 6 Nm'/h or more were as follows.

CO転化率    96.dwt、多 生成炭化水素組成 cl      5ろwt、% (:21.5 348 C”、      1”1.8 C,〜C,。75.5 Cn         t  3 スチーム回収蓋 10Kg/cm2Aのスチーム      112Ky
/hこのよう−に、本発明装置を使用した場合、温度制
御は容易であシ、安定した運転を行うことができた。
CO conversion rate 96. dwt, polyproduced hydrocarbon composition cl 5low wt, % (:21.5 348 C", 1"1.8 C, ~C,.75.5 Cnt 3 Steam recovery lid 10Kg/cm2A steam 112Ky
/h As described above, when the apparatus of the present invention was used, temperature control was easy and stable operation could be performed.

比較例1 下記寸法の第2図に示す従来の固定床式小型リアクター
を使用して、下記条件でF −T合成反応を行った結果
、第6図に示すような触媒層内温度分布を生じ、均一な
温度分布の制御が非常に困難であった。
Comparative Example 1 As a result of carrying out the F-T synthesis reaction under the following conditions using a conventional fixed-bed small reactor shown in Fig. 2 with the following dimensions, a temperature distribution within the catalyst layer was produced as shown in Fig. 6. , it was very difficult to control uniform temperature distribution.

反応器内径   15mm 触媒充填1t11惧 原料供給温度  265℃ 原料ガス供給i  1.INm”/h(H2/cO=2
.0moゾ1nol)反応圧力  21 ’!4/cn
P A触媒    ルテニウム系触媒、平均粒径55μ
常なお、本発明装置は、上記のF −’r合成反応に限
らず、前記したハイドロコール法、M ’I’ G法に
よる反応にも好ましく適用できることは言うまでもない
Reactor inner diameter 15mm Catalyst filling 1t11 Material supply temperature 265℃ Raw material gas supply i 1. INm”/h (H2/cO=2
.. 0mozo1nol) Reaction pressure 21'! 4/cn
P A catalyst Ruthenium catalyst, average particle size 55μ
It goes without saying that the apparatus of the present invention is preferably applicable not only to the above-mentioned F-'r synthesis reaction but also to reactions by the above-mentioned hydrocol method and M'I'G method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は一酸化炭素水累化反応の自由エネルキー変化の
説明図、第2図はF−T合成法に使用されていた従来の
固定床式反応装置を示す図、第3図は同じくF−τ合成
法に使用されていた従来の流動床式反応装置を示す図、
第4図はハイドロコール法に使用されていた従来の#L
動床式反応装置を示す図、第5図は、本発明装置の一実
施態様例を示す図、第6図rよF−T法を第2図に示す
固定床式反応装置で実施しfc、場合の触媒層内温度分
布の一例を示す図表である。 代理人  内 1)  明 代理人  萩 原 亮 − 第1図 第2図 第3図 第4園
Figure 1 is an explanatory diagram of the free energy key change in the carbon monoxide water accumulation reaction, Figure 2 is a diagram showing the conventional fixed bed reactor used in the F-T synthesis method, and Figure 3 is also an illustration of the F-T synthesis method. -A diagram showing the conventional fluidized bed reactor used in the τ synthesis method,
Figure 4 shows the conventional #L used in the hydrocol method.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a moving bed type reactor. 2 is a chart showing an example of the temperature distribution within the catalyst layer in the case of Agents 1) Akira Agent Ryo Hagihara - Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Garden

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 反応装置下部にガス吹込ノズル、上部にガス抜出ノズル
を設け、底部にロート状の多孔板を設け、該多孔板の中
心に原料供給ノズルを設け、該原料供給ノズルと同一中
心軸上に反応管を設け、該反応管周辺に伝熱管を設け、
該反応管設置部より上方に固気分離部を設け、該固気分
離部に固体抜出ノズルを設け、該固気分離部の上方に大
型サイクロンを付設し、該大型サイクロンの内部に小型
カイクロンを付設してなる反応装置。
A gas injection nozzle is provided at the bottom of the reactor, a gas extraction nozzle is provided at the top, a funnel-shaped perforated plate is provided at the bottom, a raw material supply nozzle is provided at the center of the perforated plate, and the reaction is carried out on the same central axis as the raw material supply nozzle. A tube is provided, a heat transfer tube is provided around the reaction tube,
A solid-gas separation section is provided above the reaction tube installation section, a solid extraction nozzle is provided in the solid-gas separation section, a large cyclone is attached above the solid-gas separation section, and a small cyclone is installed inside the large cyclone. A reaction device equipped with
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