JPS59330A

JPS59330A - 反応装置

Info

Publication number: JPS59330A
Application number: JP57107554A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Takeuchi; 善幸竹内; Yoshimasa Fujimoto; 芳正藤本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1982-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1984-01-05

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】本発明は、発熱反応を伴なう固体−気体−液体の混合、
撹拌を行う反応装装置に関し、特に固体と液体の密度差
が大きいｉ合の固体の混合性能を大きくし、またガスホ
ールドアツプを太きくすることによりガスの反応率を高
め、反応により発生する熱を効率的に除去することによ
り安定した反応を行なわせることができる前記反応装置
に関する。

底面中心部に単孔ノズルを有する装置の流動特性につい
てみると、固体のフローパターンは、装置中央部にガス
流に伴なわれた固体を含む液体の上昇流が生じ、側壁近
傍には固体を含む液体の下降流が生じ、ノズル両側に静
止固体層（デッドゾーン）が生じる。

このデッドゾーン形成を防止する手段としては、底部を
多孔板構造としたり、底部を細くしだロート状構造とす
る等が考えられるが、いずれも固体粒子径が小さい場合
には、ガス吹込ノズルあるいは多孔板中の孔に固体粒子
が混入するというトラブルが発生しやすい。また、単孔
ノズルの場合には、大気泡が生じやすく、固気接触率が
著しく悪くなる。

更に、固体と液体の密度差が大きい場合には、特に固体
の沈降性が大きく、ガス吹込ノズルの圧損が問題となる
。また、固−気反応の点からは、気体の液体中へのホー
ルドアツプ量が問題となり、このホールドアツプを大き
くするような液体の流動特性が必要となってくる。

前記のような欠点を除去すると共に、この種の反応装置
として好ましい特性を有する底面構造をもつものとして
、本発明者等は先に次のような反応装置を提案している
（特開昭５６−１０８５２６号公報）。すなわち第１図
にその１例を示すような、反応装置底部の一部をロート
状１とし、該ロート状部１に近接した胴部側壁２に複数
個のガス吹込ノズル３を１段もしくは多段に設け、該ガ
ス吹込ノズルの配設された底部をリングヘッダ５となし
、該リングへラダ５内壁に前記反応装置内部にガスを吹
込むための複数個の細孔６を設け、前記反応装置の底部
と頂部の間の胴部の内径を前記リングヘッダ部内壁の内
径より大きくなるようにし、前記反応装置の頂部および
胴部にガス抜出９、原料供給７、沿、循環用８等の複数
個のノズルを配設したことを特徴とする反応装置に関す
るものを提案している。

本発明は、発熱反応を伴なう固体−気体−液体の反応を
上記反応装置で行う際に、効果的に熱除去を行なうと共
に、安定した反応を行なわせることができる反応装置の
改良を提案するものである。

すなわち本発明は、反応装置底部の一部Ｑロート状とし
、該ロート状部に近接した胴部側壁に複数個のガス吹込
ノズルを１段もしくは多段に設け、該ガス吹込ノズルの
配設された底部をリングヘッダとなし、該リングヘッダ
内壁に前記反応装置内部にガスを吹込むための複数個の
細孔を設け、前記反応装置の底部と頂部の間の胴部の内
径を前記リングヘッダ部内壁の内径より大きくなるよう
にし、前記反応装置の頂部および胴部にガス抜出、原料
供給、液循環用等の複数個のノズルを配設し、前記反応
装置内の上部および中部、または中部に、内部を冷却媒
体が流ｎる伝熱管群を配設したことを特徴とする反応装
置に関するものである。

本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する。

第２図は、本発明を実施した反応装置の概要牙示す断面
図である。

第２図において、装置底部の中央部をロート状とし、し
かもそのロート状部１に近接した胴部２側壁に複数個の
下向きのガス吹込ノズル３を設け、該ノズル６の配設さ
れた底部をリングへラダ５となし、更に該リングへラダ
５内壁に装置内部にガスを吹込むだめの複数個の細孔６
を設け、装置の底部と頂部との間の胴部２をその内径Ｄ
１　　がリングヘッダ５の内壁の内径Ｄ２Ｊ：り大きく
、例えばり、／Ｄ２≧１．２となるように絞った下部構
造とし、胴部２に原料供給ノズル７、液循環ノズル８お
よび固体供給ノズル１５等の複数個のノズルを設け、頂
部近傍にガス払出ノズル９を設ける。

なお、反応装置底部のロート状部１の上方への拡がり角
度θ１　は９０〜１５０°が好ましく、９０°以下では
固体粒子沈降を防止するために細孔６の中心線と反応装
置の中心線との夾角θ２を小さくし、しかもガス吹込圧
力を高くする必要があり、固体粒子の流動化が困雑にな
り、また１５０°以上ではデッドゾーンが生じやすく、
固体粒子の均一な混合を確保することが困難になる。

また、リングヘッダ５内壁に設けられているガスを吹込
むための細孔６は、ガス吹込ノズル６から吹込まれるガ
スを反応装置内部に供給する際に、ガスを整流する作用
をなし、その細孔６の径および配列は特に限定されるも
のではないが、細孔６の中心線と反応装置の中心軸との
夾角θ２　は、固体粒子の沈降を防止し、しかも均一な
混合を確保するために、３０〜６０°とすることが好ま
しい。

更に、ガス吹込ノズル５の内径および数は、固体粒子の
流動化に必要なガス量および反応に必要なガス量等によ
って決定さｎる。

また、胴部２の形状は特に限定されるものではないが、
前記したＤＩ／Ｄ２が１．２よシ小さくなるとリングへ
ラダ５の効果が失なわれるため、Ｄ、　／′Ｄ２　≧１
．２とすることが好ましい。

一方、胴部２の内側には、中部および上部に伝熱管群ｉ
ｎ、１２が配設してあり、該伝熱管は反応装置外部に設
置されたスチームドラム１３に連結されている。

伝熱管群１０は、運転中に液相内に埋没する位置に配設
してあシ、液相の発熱分をスチーム発生により除去する
。伝熱管群１０の構造は、スラリーの流動を良くするた
めに、垂直構造が好ましく、また底部には固体粒子の沈
降を防止するため配設しない方が良い。

伝熱管群１２は、運転中に気相となる位置に配設してあ
り、気相の顕熱を回収するだめのもので、発熱反応の除
去の目的のためには、伝熱管群１０のみを設ける構造の
場合もある。

Ｗはボイラー水である。

以」二の構成を有する本発明装置の作用態様を、フィッ
シャー・トロプシュ合成を行なった場合を例にして説明
する。

フィッシャー・トロプシュ合成とは、次の量論式でＣＯ
とＨ２からＣ−Ｃ結合をつくる反応−である。

ＣＯ＋２Ｈ２→−（−ＣＨ２−）ｎ＋　Ｈ２０この反応
は発熱反応で、３９．４　Ｋｃａｌ　／　ｍｏｌｅの熱
を発生し、第６図に示すように４００℃以上で標準生成
熱が正となるため、この反応熱を除去して４００℃以下
に反応を抑えなければならない。しかも、発熱反応によ
り温度が上昇するとメタンの生成が急激に増加し、触媒
の活性にも悪影響を与える。また、反応生成物は反応温
度に大きく影響を受ける。

一方、フィッシャー・トロプシュ合成を液相中で行なう
と次の利点がある。

（１）　　生成物中にメタンが少なく、α−オレフィン
類が多い。

（２）触媒活性が高い。

（３）相内の温度分布が発生しにくい。

（４）　　反応温度の制御が容易である。

（５）触媒の局部加熱が発生しない。

（６）　　触媒の摩耗が少ない。

予熱炉で加熱された触媒を懸濁した重質油スラリーは、
液循環ノズル８から反応装置内に供給される。従って、
反応装置内は、重質油と触媒の固・液温相状態にある。

一方、ガス吹込ノズル５から原料ガス（ＣＯ及びＨ２）
が連続的に反応装置内に供給され、装置内の重質油中に
懸濁した触媒と接触してフィッシャー・トロプシュ反応
が進行する。この原料ガスは、重質油と触媒の完全混合
にも寄与し、触媒は液相内に均一分散される。原料ガス
のＣＯとＨ２は、別々のガス吹込ノズル６からリングヘ
ッダ５内に供給しても、該リングへラダ５内で完全混合
される。従って、他のガス混合装置は不要である。生成
物は、ガス状態でガス抜出ノズル９から反応装置外に抜
出され、分留塔等でガス及び油分に分離される。

一方、長時間運転で劣化した触媒を懸濁する重質油スラ
リーは、液払出ノズル４から連続的に抜出され、触媒再
生を行なう。また、リングヘッダ５内のドレンは、ドレ
ン抜キノスル１１から抜出される。

フィッシャー・トロプシュ反応により発熱して昇温した
重質油スラリーは、液相中に埋没する伝熱管１０内を流
れるボイラ水Ｗに顕熱を与え、その結果、重質油スラリ
ーの温度は最適な値（２８０〜３２０℃の範囲）に保持
される。

従って触媒の局部的な加熱を起こさないので触媒の劣化
が発生しにくい。伝熱管内を流れる加熱水は、スチーム
ドラム１３に流れ、スチームとしてスチーム配管１４か
ら抜出される。

第２図に示す実施例では、伝熱管１２内を流れるボイラ
ー水Ｗに生成物中の顕熱を伝えることにより、更に熱回
収をはかつているが、伝熱管１２は設置しない場合もあ
る。

以上のように、本発明の反応装置を発熱反応を伴なう場
合に使用すると、次の効果が得られる。

（１１ガスホールドアツプ量が大きいため、ガスの反応
率が高い。

（２）　　固体粒子の混合性が良く、デッドゾーンが発
生しないので、固気接触が十分におこり、ガスの反応率
が高い。

（３）　反応熱の除去が容易であるため液相の温度が一
定に保持され、安定した生成物を製造号ることができる
。

（４）　　反応熱を質の高いスチームとして回収できる
。

（５）リングヘッダ内でＨ２／ＣＯガスが容易に混合す
るため、ガス混合設備が不要である。

（６）和尚の流動状態を乱さずに劣化した触媒を連続的
に装置外へ排出することができる。

以下、実施例をあげて本発明装置による効果を具体的に
示す。

実施例１第２図に示す構成で、下記の寸法を有する装置を用いて
フィッシャー・トロプシュ合成を下記の要領で行なった
。

胴部２の長さ　　　　　　　　　９０５鴇胴Ｍ　２　ノ
内径ＤＩ　　　　　　　　　１２５　ａｍリングヘッダ
５部の内径Ｄ２９２Ｉｌ＋＋＋Ｉ−−ト状部１の拡がり
角度０１　１３０゜ガス吹込ノズル６の挿入角度０２　
５０゜ガス吹込ノズル３の内径　　　　　　６甜ガヌ吹
込ノズル３の設置数　　　　６本伝熱管１１の内径　　
　　　　　　６晒液相重質油（イラニアンヘビー減圧残
油）比重（１５／４℃）１０６触　　　媒ルテニウム含有触媒　　平均粒径５０μｍ処理条件反応温度　　　　　　　３２０℃ 圧　　　　力　　　　　　　　　　　　　１０Ｋｇ／ｃ
ｍ２ＧＨ２／ＣＯ（モル比）　　　　　　１．９５スラ
リー中の触媒　　　　　　８．３重量係ガス流量　　　
　　　　１ａ５ｔ／分以上の処理で得られた結果は次の通りであった。

ＣＯ転化率　　　　　　７１．６ｍｉ％生成炭化水素分
布（電量％）自＝２１．７　０！２＝５．４　０３＝４．９Ｃ４＝１
［１，９０５＋＝５７．１スチ一ム回収量５４Ｋｇ／ｍ”Ｇ、　　８．３Ｋｇ／′ｈ第４図に示す
ように、本発明の装置を使用した運転結果Ａと、伝熱管
を付設せずに外壁にジャケットを付けた反応装置を使用
した運転結果Ｂとを比較した場合、ジャケット付反応装
置では約８０時間経過した項から触媒の劣化が始まった
が、本発明の装置では２００時間以上安定した運転を継
続することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の先行技術の反応装置の概略断面図、第
２図は本発明装置の実施態様を示す概略断面図、鉋、３
図はフィッシャー・トロフ゛シュ反応の標準生成熱ΔＧ
゛と温度の関係、第４図は本発明の装置を使用した場合
とジャケット付反応装置を使用した場合の触媒劣化状態
を示す実施例について示す。馬１図第２図馬３図Ｔ　（’Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

反応装置底部の一部をロート状とし、該ローＩ・状部に
近接した胴部側壁に複数個のガス吹込ノズルを１段もし
くは多段に設け、該ガス吹・・込ノズルの配設された底
部をり／グヘツダとなし、該リングヘッダ内壁に前記反
応装置内部にガスを吹込むだめの複数個の細孔を設け、
前記反応装置の底部と頂部の間の胴部の内径を前記リン
グヘッダ部内壁の内径より大きくなるようにし、ｉＩＩ
記反不反応装置部および胴部にガス抜出、原料供給、液
循環用等の複数個のノズルを配設すると共に、該反応装
置内部に伝熱管を配設したことを特徴とする反応装置。