JPS60122036A - 触媒充填反応器 - Google Patents
触媒充填反応器Info
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- JPS60122036A JPS60122036A JP22836883A JP22836883A JPS60122036A JP S60122036 A JPS60122036 A JP S60122036A JP 22836883 A JP22836883 A JP 22836883A JP 22836883 A JP22836883 A JP 22836883A JP S60122036 A JPS60122036 A JP S60122036A
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- JP
- Japan
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- catalyst
- coolant
- heat exchange
- reactor
- heat
- Prior art date
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- Granted
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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
- B01J8/0285—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
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
- B01J2208/00132—Tubes
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)
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。
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、触媒の存在下に流体を反応させる反応器の改
良に関する。さらに詳しくは、発熱または吸熱を伴なう
触媒反応を、所定の圧力、温度のもとて所望の反応率ま
で達成させる際に、発生する反応熱の回収または必要と
する反応熱の供給を行ないながら触媒層の温度分布をプ
ロセス上要求される最適分布に近づけることが可能な反
応器構造の改良に関するものである。
良に関する。さらに詳しくは、発熱または吸熱を伴なう
触媒反応を、所定の圧力、温度のもとて所望の反応率ま
で達成させる際に、発生する反応熱の回収または必要と
する反応熱の供給を行ないながら触媒層の温度分布をプ
ロセス上要求される最適分布に近づけることが可能な反
応器構造の改良に関するものである。
従来の反応器の構造上の欠点を、合成ガスからのメタノ
ール合成を例にとって以下に説明する。
ール合成を例にとって以下に説明する。
一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスを原料とする
メタノール合成は、銅系の触媒を用いて、圧力５０〜３
００ ｋｇ／ ｍ’ Ｇ 、温度２００〜６００℃の範
囲を使用することが、一般的であるが、この際に発生す
る反応熱を反応過程に沿って除去しなければ、反応ガス
と触媒層の温度の過大上昇を招き、ひいては触媒の劣化
と不純物生成の増大、及び化学反応平衡面からは所望生
成物濃度の低下を招くこととなる。このだめ、従来から
反応熱を除去して反応温度の過大」三外を防止するだめ
の種々の方法と構造が工夫されている。
メタノール合成は、銅系の触媒を用いて、圧力５０〜３
００ ｋｇ／ ｍ’ Ｇ 、温度２００〜６００℃の範
囲を使用することが、一般的であるが、この際に発生す
る反応熱を反応過程に沿って除去しなければ、反応ガス
と触媒層の温度の過大上昇を招き、ひいては触媒の劣化
と不純物生成の増大、及び化学反応平衡面からは所望生
成物濃度の低下を招くこととなる。このだめ、従来から
反応熱を除去して反応温度の過大」三外を防止するだめ
の種々の方法と構造が工夫されている。
近年、進んだ反応熱の処理方法として、反応熱を間接的
に熱媒体に移動させることにより、触媒層中の反応ガス
と触媒を冷却する方法がある。この際の熱媒体として（
・才、適当な沸点と蒸発潜熱、比熱等を有する蒸発性の
水や廂ｆρ性ｉｔ＋体等が用いられ、反応熱はこれら液
体の顕熱又ケ」、蒸発潜熱の形で回収される。実用上級
も望−まし７いのは、水を熱媒体として用い、反応温度
よりも低い温度を沸１埼温度とし、これに対応した飽和
圧力のもとて水を沸が貧させて高圧蒸気を得、反応熱を
蒸発情熱の形で回収するものであり、この目的に用いら
れる反応器として従来の代表的な三個につき、その欠点
を以下に述べる。
に熱媒体に移動させることにより、触媒層中の反応ガス
と触媒を冷却する方法がある。この際の熱媒体として（
・才、適当な沸点と蒸発潜熱、比熱等を有する蒸発性の
水や廂ｆρ性ｉｔ＋体等が用いられ、反応熱はこれら液
体の顕熱又ケ」、蒸発潜熱の形で回収される。実用上級
も望−まし７いのは、水を熱媒体として用い、反応温度
よりも低い温度を沸１埼温度とし、これに対応した飽和
圧力のもとて水を沸が貧させて高圧蒸気を得、反応熱を
蒸発情熱の形で回収するものであり、この目的に用いら
れる反応器として従来の代表的な三個につき、その欠点
を以下に述べる。
第１の例は特公昭５８−３９５７２号公報に提案される
もので、第１図に反応器のｔｒは中央部の水平断面を示
す。この方法は、第１図における反応器内の触媒層１９
の上下にリング状の冷媒用ヘッダを配置し、触媒層を垂
直方向に貫ｊｊＴｉ Ｌでいる熱交換管２の両端を前記
のヘッダに連結することＫよって管板を排除すると共に
、円筒状外殻１の外周部と中心部に触媒不在の空間５と
６を設け、当該両空間のどちらか一方から他方に反応ガ
スを半径方向に流すことによって、ガスの流通断面積を
増大し圧損の低減を計っているものである。このとき、
触媒層１９は、内周側ど外周側をそれぞれ、多孔板触媒
受６と網４を重ね合せて構成した隔壁間に収納されてい
る。まだ、耐圧外殻１と多−数の熱交換管から成る管！
１１′の熱膨張差を吸収するため、耐圧外殻と管群とは
力学的に絶縁した構成となっており、触媒粒子および偏
流防止用の不活性粒子を含めて粒子層てん層は、下部を
耐圧外殻の底部で支、えられ、該充填層内に熱交換管が
埋没する構成となっている。
もので、第１図に反応器のｔｒは中央部の水平断面を示
す。この方法は、第１図における反応器内の触媒層１９
の上下にリング状の冷媒用ヘッダを配置し、触媒層を垂
直方向に貫ｊｊＴｉ Ｌでいる熱交換管２の両端を前記
のヘッダに連結することＫよって管板を排除すると共に
、円筒状外殻１の外周部と中心部に触媒不在の空間５と
６を設け、当該両空間のどちらか一方から他方に反応ガ
スを半径方向に流すことによって、ガスの流通断面積を
増大し圧損の低減を計っているものである。このとき、
触媒層１９は、内周側ど外周側をそれぞれ、多孔板触媒
受６と網４を重ね合せて構成した隔壁間に収納されてい
る。まだ、耐圧外殻１と多−数の熱交換管から成る管！
１１′の熱膨張差を吸収するため、耐圧外殻と管群とは
力学的に絶縁した構成となっており、触媒粒子および偏
流防止用の不活性粒子を含めて粒子層てん層は、下部を
耐圧外殻の底部で支、えられ、該充填層内に熱交換管が
埋没する構成となっている。
次に、第２の例＆ｉ特開昭５８−１１２０４４号公報に
提案さｉするもので、第１の例とほぼ同様の構成で、多
数の熱交換管が１本１本、触媒層を垂直方向に貫通する
と共に、反応ガスは熱交換管内冷媒流れと直交する半径
方向に流れている。第１例と第２例の異なる主な点の１
つは、熱交換管群をそのヘッダも含めて円筒状耐圧外殻
１の上蓋部に固定し／こ点であり、触媒等粒子層１位層
は、第１例と同様に下部を血］圧外殻の底部で支持しで
ある。
提案さｉするもので、第１の例とほぼ同様の構成で、多
数の熱交換管が１本１本、触媒層を垂直方向に貫通する
と共に、反応ガスは熱交換管内冷媒流れと直交する半径
方向に流れている。第１例と第２例の異なる主な点の１
つは、熱交換管群をそのヘッダも含めて円筒状耐圧外殻
１の上蓋部に固定し／こ点であり、触媒等粒子層１位層
は、第１例と同様に下部を血］圧外殻の底部で支持しで
ある。
第５の例は、特開昭５８−１１２０４６号公報に提案さ
れろもので、この反応器のほぼ中央部の水平断１ｒ１１
を第２１￥１に示す。第２図において、象７５の例が、
前の二側と根本的に異なる点は、（Ｃ′１川外用１の中
の反応ガス供給空間５に反応ガスを導入し、触媒＋＜５
Ｈ１９内を弦方向に流して反応ガス集合空間乙に反応後
のガスを集め、べらに外部に取り出すようになっている
点であり、つ〜まり反応ガスな弦方向に流すことが特徴
的である。このほか、第２図において、２は熱交］〔す
管、４は網、７は冷奴下降管である。
れろもので、この反応器のほぼ中央部の水平断１ｒ１１
を第２１￥１に示す。第２図において、象７５の例が、
前の二側と根本的に異なる点は、（Ｃ′１川外用１の中
の反応ガス供給空間５に反応ガスを導入し、触媒＋＜５
Ｈ１９内を弦方向に流して反応ガス集合空間乙に反応後
のガスを集め、べらに外部に取り出すようになっている
点であり、つ〜まり反応ガスな弦方向に流すことが特徴
的である。このほか、第２図において、２は熱交］〔す
管、４は網、７は冷奴下降管である。
以上述べた従来の６例に共通することは、次の二点であ
る。すなわち、■各々の熱交換管が触媒層を貫通してい
ること、換言すれば熱交換管群の管外間隙に触媒粒子が
充填されていること、及び■耐圧外殻の底部に直接支持
されている触媒等粒子層の中に熱交換管群が埋没する構
成となっていること、つまり融媒等粒子層の下部が外殻
に支持されていることである。
る。すなわち、■各々の熱交換管が触媒層を貫通してい
ること、換言すれば熱交換管群の管外間隙に触媒粒子が
充填されていること、及び■耐圧外殻の底部に直接支持
されている触媒等粒子層の中に熱交換管群が埋没する構
成となっていること、つまり融媒等粒子層の下部が外殻
に支持されていることである。
将に、上記二点が従来の反応器の欠点をもたらすもので
あることを以下に説明する。
あることを以下に説明する。
第１の欠点は、触媒を熱劣化させることなく反応器を可
能な限り高レベルのスチームの形で回収するに十分な伝
熱面積を実現しようとすると、熱交換管群内の管の間隙
が小さくなるため、当間隙への触媒の充填や当間隙から
の触媒の排出が困難となることである。管配列ピッチを
増大させるか管径を小さくして間隙を増大させること、
又は触媒粒子径を小さくすることによって、触媒の充填
、排出は容易化するが、触媒単位容積当りの伝熱面積が
不足するので、特に反応速度の大きい触媒層入口近傍で
反応温度が高くなり、触媒劣化の促進や不純物生成の増
大などの不具合が生じる。反応温度を単に低下させるた
めならば、沸とう水などの冷媒温度を低下させても良い
が、高レベルのスチームは回収できなくなる。そこで必
要伝熱面積を確保するため、管径や配列ピッチの縮小、
伝熱ファインの設置４を行なうと、址すｊ−ｆ削）媒充
ノ低、排出が困、１１１ｆとなるので、触媒粒子径の減
少が必要となるわけである。ところが、触ハ１−は、メ
タノール合成用を例にとると、触媒有効係数、圧損、製
造性等考ｐｉ？、 ｊ７て、通常相当径が５〜６ ｍｍ
φの球状、円筒状捷たけ円柱状の粒子が用いられており
、これより径を小さくすると、次のＪ：う々間ｙｑが生
じる１、−１なわち、１ｊα造コストの増大、圧損の増
加による循還ガス圧縮動力費の憎犬が起るほか、触ハＩ
−ｊθが閉動し易くなること、特に触礎層下部でケオ汁
密が生じ易く、その結果と１２で反応ガスの偏ｆ／ｉｆ
が起る可能性も旨い。
能な限り高レベルのスチームの形で回収するに十分な伝
熱面積を実現しようとすると、熱交換管群内の管の間隙
が小さくなるため、当間隙への触媒の充填や当間隙から
の触媒の排出が困難となることである。管配列ピッチを
増大させるか管径を小さくして間隙を増大させること、
又は触媒粒子径を小さくすることによって、触媒の充填
、排出は容易化するが、触媒単位容積当りの伝熱面積が
不足するので、特に反応速度の大きい触媒層入口近傍で
反応温度が高くなり、触媒劣化の促進や不純物生成の増
大などの不具合が生じる。反応温度を単に低下させるた
めならば、沸とう水などの冷媒温度を低下させても良い
が、高レベルのスチームは回収できなくなる。そこで必
要伝熱面積を確保するため、管径や配列ピッチの縮小、
伝熱ファインの設置４を行なうと、址すｊ−ｆ削）媒充
ノ低、排出が困、１１１ｆとなるので、触媒粒子径の減
少が必要となるわけである。ところが、触ハ１−は、メ
タノール合成用を例にとると、触媒有効係数、圧損、製
造性等考ｐｉ？、 ｊ７て、通常相当径が５〜６ ｍｍ
φの球状、円筒状捷たけ円柱状の粒子が用いられており
、これより径を小さくすると、次のＪ：う々間ｙｑが生
じる１、−１なわち、１ｊα造コストの増大、圧損の増
加による循還ガス圧縮動力費の憎犬が起るほか、触ハＩ
−ｊθが閉動し易くなること、特に触礎層下部でケオ汁
密が生じ易く、その結果と１２で反応ガスの偏ｆ／ｉｆ
が起る可能性も旨い。
さらに、メタノール合成の場合を例にとり、第６図、第
４図を用いて、従来の反応器では、単位触媒容積当りの
必要伝熱面積が確保し難いことを説明する。
４図を用いて、従来の反応器では、単位触媒容積当りの
必要伝熱面積が確保し難いことを説明する。
第３図は、従来型反応器に反応ガスを１０１１ｋｇ／暦
、２４０℃で導入し、熱交換管内に２５０℃の沸騰水（
４０ｋｇ／Ｊのスチーム回収）を流して、触媒層を冷却
しながら、Ｈ２およびＣＯ。
、２４０℃で導入し、熱交換管内に２５０℃の沸騰水（
４０ｋｇ／Ｊのスチーム回収）を流して、触媒層を冷却
しながら、Ｈ２およびＣＯ。
ＣＯ，を主成分とする合成ガスからのメタノール合成を
行なう場合の、従来型反応器における触媒層内の平均反
応ガス温度とメタノール濃度の分布の関係を示す。図中
のＯＡ は総括伝熱係数Ｕ （Ｋｃａ７／ｍ２ｈ・℃）
と、触媒単位容積当りの伝熱面ｆａｔ Ａ （ｍ２７
ｍ” ｏｆ Ｃａｔａ、 ）との積であり、第３図では
ＵＡ＝８０． ［］ ００ （、ＫｃａＡ／ｈ’ｔ＞ｍ
３ｏｆＯａｔａ、 ）とした。第３図から判る通り、触
媒層内反応ガス最高温間（これは、は値触媒の温度と考
えて良い）は略２８０Ｃであり、この値は通常の銅系触
媒の耐熱温度２６０〜６２０℃、平均的には２８０℃以
下を満たしている。逆に言えば、触媒層最高温度を２８
０℃以下とするには、少なくともＵＡ は８０．０００
（：ＫａａＡ／ｈ−℃ａｍ” ｏｆ ０ａｔａ、 ）
必要であることになる。
行なう場合の、従来型反応器における触媒層内の平均反
応ガス温度とメタノール濃度の分布の関係を示す。図中
のＯＡ は総括伝熱係数Ｕ （Ｋｃａ７／ｍ２ｈ・℃）
と、触媒単位容積当りの伝熱面ｆａｔ Ａ （ｍ２７
ｍ” ｏｆ Ｃａｔａ、 ）との積であり、第３図では
ＵＡ＝８０． ［］ ００ （、ＫｃａＡ／ｈ’ｔ＞ｍ
３ｏｆＯａｔａ、 ）とした。第３図から判る通り、触
媒層内反応ガス最高温間（これは、は値触媒の温度と考
えて良い）は略２８０Ｃであり、この値は通常の銅系触
媒の耐熱温度２６０〜６２０℃、平均的には２８０℃以
下を満たしている。逆に言えば、触媒層最高温度を２８
０℃以下とするには、少なくともＵＡ は８０．０００
（：ＫａａＡ／ｈ−℃ａｍ” ｏｆ ０ａｔａ、 ）
必要であることになる。
第４図は、メタノール合成において、従来型反応器の触
媒層に貫通した熱交換器に沸１１ｆ；水を流し、該沸Ｓ
水の流れる方向と直角方向に反応ガスを流して、触媒層
内で発生する反応熱を沸ｊ慮水に伝える場合の、ガス？
Ｆ塔速度に対する総括伝熱係数の関係の一例を示す。一
般に、前述の従来装置にみられるような反応ガス流を半
径方向又は弦方向に流す方式では、ガスの；ｒＡ ３１
＝４面積が犬となるため空塔速度が下がり圧損が低下す
る点Ｃよメリットであるが、反面第４図に示すように伝
熱係数も小さくなるデメリットがある。
媒層に貫通した熱交換器に沸１１ｆ；水を流し、該沸Ｓ
水の流れる方向と直角方向に反応ガスを流して、触媒層
内で発生する反応熱を沸ｊ慮水に伝える場合の、ガス？
Ｆ塔速度に対する総括伝熱係数の関係の一例を示す。一
般に、前述の従来装置にみられるような反応ガス流を半
径方向又は弦方向に流す方式では、ガスの；ｒＡ ３１
＝４面積が犬となるため空塔速度が下がり圧損が低下す
る点Ｃよメリットであるが、反面第４図に示すように伝
熱係数も小さくなるデメリットがある。
総括伝熱係数をやや大きめに８００ （ＫｃａＡ、／ｍ
２ｈ・℃）とすると、必要伝熱面積Ａ−ｓｏ、ｏｏｏ−
＝： ００ １００ （ｍ”／ ｍ３ｏｆ （！ａｔａ ’）となる
。ところで、熱交換管を外径２５４咽φと１．、肖′配
列を５５ｍｍの１Ｅ方ピツチとすると１（（μｍｄする
５１〒壁の最小間隙は２９．６ ｍｍとなる。この間Ｉ
ＦＡは１７ａ−径が６ｎ闇φの触媒粒子がブリッジを組
まずに充填できる最小の距離（粒子径の数倍１５０ ｇ
ｍとはｆ−〔同値であるから、６澗φの触媒粒子を充填
、排出可能としても、触媒単位容積当りの伝熱面、債は
約５０ｍ３であるから、上述のような、４０ｋｇ／−ス
チームを回収し、触媒層温度を触媒熱劣化と不ゆｔ）物
増大の防止に必要な２８０℃以下とするだめに不可欠な
伝熱面積１００ ｍ２ｔＪ：確保でへないことになる。
２ｈ・℃）とすると、必要伝熱面積Ａ−ｓｏ、ｏｏｏ−
＝： ００ １００ （ｍ”／ ｍ３ｏｆ （！ａｔａ ’）となる
。ところで、熱交換管を外径２５４咽φと１．、肖′配
列を５５ｍｍの１Ｅ方ピツチとすると１（（μｍｄする
５１〒壁の最小間隙は２９．６ ｍｍとなる。この間Ｉ
ＦＡは１７ａ−径が６ｎ闇φの触媒粒子がブリッジを組
まずに充填できる最小の距離（粒子径の数倍１５０ ｇ
ｍとはｆ−〔同値であるから、６澗φの触媒粒子を充填
、排出可能としても、触媒単位容積当りの伝熱面、債は
約５０ｍ３であるから、上述のような、４０ｋｇ／−ス
チームを回収し、触媒層温度を触媒熱劣化と不ゆｔ）物
増大の防止に必要な２８０℃以下とするだめに不可欠な
伝熱面積１００ ｍ２ｔＪ：確保でへないことになる。
それ故、従来の装置では、低圧のスチーム回収で済ます
か、触奸層温度は上げ／こ贅外で多少の触媒劣化と不純
物生成の増大をπ「容する゛か、これらが許されないな
らば伝熱面積を確保する代りにｌ」・粒子径にからむ前
述の多少の不具合を許容するか、もしく ９：を反応器
の上流（ｆｌｌｆにやや低活性の触媒を充ｊｆｊ Ｌだ
小型の前置反応器を醍「だに設けて温度ピーク対策を行
うかなどの処置が必要と思われる。
か、触奸層温度は上げ／こ贅外で多少の触媒劣化と不純
物生成の増大をπ「容する゛か、これらが許されないな
らば伝熱面積を確保する代りにｌ」・粒子径にからむ前
述の多少の不具合を許容するか、もしく ９：を反応器
の上流（ｆｌｌｆにやや低活性の触媒を充ｊｆｊ Ｌだ
小型の前置反応器を醍「だに設けて温度ピーク対策を行
うかなどの処置が必要と思われる。
第２の欠点は、触媒等粒子層が下部を耐圧外殻の底部で
支持され、該粒子Ｊ？ｉの内部に熱交換管群が埋没して
いるために、同管群の熱膨張時に管群と粒子層の力学的
接動の違いが生じ、外殻底部近くで（は圧迫による粒子
の破壊、圧密、また管群には過大な応力が作用して座屈
等の問題が生じる可能性がある。この現象は、耐圧外殻
と、熱交換管の拐質を向−利料とすれば伸び差が少なく
なシ問題解決の方向に向かうが、不純物生成に対してよ
り不活性な材料を熱交換管に使用し、耐圧外殻の祠質−
とは熱膨張係数を異にする場合には、上述の問題はより
顕在化する。
支持され、該粒子Ｊ？ｉの内部に熱交換管群が埋没して
いるために、同管群の熱膨張時に管群と粒子層の力学的
接動の違いが生じ、外殻底部近くで（は圧迫による粒子
の破壊、圧密、また管群には過大な応力が作用して座屈
等の問題が生じる可能性がある。この現象は、耐圧外殻
と、熱交換管の拐質を向−利料とすれば伸び差が少なく
なシ問題解決の方向に向かうが、不純物生成に対してよ
り不活性な材料を熱交換管に使用し、耐圧外殻の祠質−
とは熱膨張係数を異にする場合には、上述の問題はより
顕在化する。
本発明は、上述のような従来の装置の欠点をｊＩ／７消
するためになさハ／こもので、その目的とするところｔ
」：、触媒粒子径を通常の市販品よりも小さくする必快
はなく、触媒の充填、排出が容よるで、伝熱面積を所望
に応じてイｉｉｉ保することにより触媒層の温度を熱劣
化と不純物生成が問題とならない６−λ度領域に設定し
易くかつ反応熱を高レベルの熱エネルギ（高圧スチーム
など〕として回収でき、さらに熱交換管１’；’ｆ’の
熱膨張に伴なう青！）ｆ、と触媒等粒子層との力学的相
互作用に起因する諸問題を軽減しうる触媒充填反応器を
提供することである。
するためになさハ／こもので、その目的とするところｔ
」：、触媒粒子径を通常の市販品よりも小さくする必快
はなく、触媒の充填、排出が容よるで、伝熱面積を所望
に応じてイｉｉｉ保することにより触媒層の温度を熱劣
化と不純物生成が問題とならない６−λ度領域に設定し
易くかつ反応熱を高レベルの熱エネルギ（高圧スチーム
など〕として回収でき、さらに熱交換管１’；’ｆ’の
熱膨張に伴なう青！）ｆ、と触媒等粒子層との力学的相
互作用に起因する諸問題を軽減しうる触媒充填反応器を
提供することである。
本発明の安旨は、
（１） はぼ垂直に設置された熱交換管によって、触媒
層を冷却又は加熱しながら、反応ガスを反応器のほぼ径
方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において、
触媒層と熱交換管群の層を隣接して交互に配置したこと
を特徴とする触媒充填反応器。
層を冷却又は加熱しながら、反応ガスを反応器のほぼ径
方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において、
触媒層と熱交換管群の層を隣接して交互に配置したこと
を特徴とする触媒充填反応器。
（２） はぼ垂直に設置された熱交換管によって、触媒
層を冷却又は加熱しながら、反応ガスを反応器のはＩ？
径方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において
、触媒層と熱交換管群の層を隣接して交互に配置し、上
記熱交換管群を含む構造体を該外殻上部に固定し、該熱
交換管群及び上記触媒層は、該外殻上部に懸垂して該外
殻内に収納されている触媒受はバスケット内に収納され
ていることを特徴とする触媒充填反応器。
層を冷却又は加熱しながら、反応ガスを反応器のはＩ？
径方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において
、触媒層と熱交換管群の層を隣接して交互に配置し、上
記熱交換管群を含む構造体を該外殻上部に固定し、該熱
交換管群及び上記触媒層は、該外殻上部に懸垂して該外
殻内に収納されている触媒受はバスケット内に収納され
ていることを特徴とする触媒充填反応器。
を提供するところにある。
以下に、本発明による触媒充填反応器の一実施例に基づ
き、合成ガスからのメタノール合成へ適用した場合を例
として、本発明の詳細を図面によシ具体的（で説明する
。
き、合成ガスからのメタノール合成へ適用した場合を例
として、本発明の詳細を図面によシ具体的（で説明する
。
第５図、及び第６図（、・ま本発明による＆！媒充ケ反
応器の一実細暢様例の説明図で７ちり、第７図、及び第
８図ｉ＋：ｔ：本発明に」：る１独々・イ１充」τ「・
１反応器Ｑ）別Ｖ）実１１！ｉ態様例を化１明する図で
ある。
応器の一実細暢様例の説明図で７ちり、第７図、及び第
８図ｉ＋：ｔ：本発明に」：る１独々・イ１充」τ「・
１反応器Ｑ）別Ｖ）実１１！ｉ態様例を化１明する図で
ある。
本９へ明の反応器の背ｒ改は、下記の一点に騙約さ力、
２’ｌ 、 −Ｊ−／１：わも、第１の特徴Ｕ１：、
触媒層と熱交換管４ｊＹの）Ｃ′ｉとを相ｐ°「り合わ
ぜに交互に表１数層配置ｓ”４（、Ｌ、、Ｍ７媒の流ｌ
Ｉと直角方向に反応ガスを流すことで３・イ）３．仁の
７こめ熱交換管群ｊ胃内の間隙ｉｒ＜７ Ｊｒｐ触幌４
：充」ｊｉ−Ｊ−る必ノυ、／バｌ（ぐ、触媒層ｅよ比
較的広い間隙（′（＝・ｌｆｉ常のｎＴ−ｆｆｉシサ・
ｆズのル（（ハ１゜オ立子をゾＩＬ４〈ゾＩす１１（２
てイノ１ル°４ずＪＬ、 ｌｒ良く、該庁１（媒ＩＸ′
８内で＋ｉｙｒ熱的Ｖ（−反応［て昇温しｌｒガス′（
［−熱交ル走′）＝ｉ群の層ｉ’ｉｌ ；４７（いてｔ
ｌ）人ＩＩずＪ’ｌＩ］：艮い、とのと〜、′旨植ミハ
づ内（（、’ （ｔ、）：、Ｉｇｌｉ！々省を充Ｊ（ｖ
’Ｊ Ｊ−、ないので、ｌ’Ｊ配列ピッチｙ、ｉ十分ｄ
−六〈と汀／）プこヤ）、ガス４ｉｆ速が大きくなり低
μ１係識イ）火さ々値がとれ４）−・本発明の反応器の
第２０背１゛孜（ｒｊ、冷却管７１゛Ｃの構造体を耐圧
外殻の上部に固足し、ガ垂形で支えると共に、触媒等粒
子層を耐圧外殻の上部で支持されたバスケット内に収納
することにより、該管群構造体とバスケットとを同質の
材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼など）で構
成し、耐圧外殻は異質の材料（低合金鋼など）で構成し
ても、管群構造体の熱膨張に伴なう管群構造体と触媒等
粒子層との力学的相互作用問題を軽減できる点である。
２’ｌ 、 −Ｊ−／１：わも、第１の特徴Ｕ１：、
触媒層と熱交換管４ｊＹの）Ｃ′ｉとを相ｐ°「り合わ
ぜに交互に表１数層配置ｓ”４（、Ｌ、、Ｍ７媒の流ｌ
Ｉと直角方向に反応ガスを流すことで３・イ）３．仁の
７こめ熱交換管群ｊ胃内の間隙ｉｒ＜７ Ｊｒｐ触幌４
：充」ｊｉ−Ｊ−る必ノυ、／バｌ（ぐ、触媒層ｅよ比
較的広い間隙（′（＝・ｌｆｉ常のｎＴ−ｆｆｉシサ・
ｆズのル（（ハ１゜オ立子をゾＩＬ４〈ゾＩす１１（２
てイノ１ル°４ずＪＬ、 ｌｒ良く、該庁１（媒ＩＸ′
８内で＋ｉｙｒ熱的Ｖ（−反応［て昇温しｌｒガス′（
［−熱交ル走′）＝ｉ群の層ｉ’ｉｌ ；４７（いてｔ
ｌ）人ＩＩずＪ’ｌＩ］：艮い、とのと〜、′旨植ミハ
づ内（（、’ （ｔ、）：、Ｉｇｌｉ！々省を充Ｊ（ｖ
’Ｊ Ｊ−、ないので、ｌ’Ｊ配列ピッチｙ、ｉ十分ｄ
−六〈と汀／）プこヤ）、ガス４ｉｆ速が大きくなり低
μ１係識イ）火さ々値がとれ４）−・本発明の反応器の
第２０背１゛孜（ｒｊ、冷却管７１゛Ｃの構造体を耐圧
外殻の上部に固足し、ガ垂形で支えると共に、触媒等粒
子層を耐圧外殻の上部で支持されたバスケット内に収納
することにより、該管群構造体とバスケットとを同質の
材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼など）で構
成し、耐圧外殻は異質の材料（低合金鋼など）で構成し
ても、管群構造体の熱膨張に伴なう管群構造体と触媒等
粒子層との力学的相互作用問題を軽減できる点である。
第１の英施態様例を、第５図に塙づいて説、明する。第
５図において、１は堅置廷した円筒状の耐圧外殻であり
、その内部には耐圧外殻の上部にて支持されたバスケッ
ト（これは、図中の上方から隔啼２１、多孔板触媒受６
、剤（媒受底板２２を一体化して構成されている）があ
シ、該バスケットの内部には多数の熱交換管２から成る
管群層と触媒層１９とを隣シ合わせに交互に配列すると
共に、該熱交換管群の各１替は、耐圧外殻１の上部に固
定されている。
５図において、１は堅置廷した円筒状の耐圧外殻であり
、その内部には耐圧外殻の上部にて支持されたバスケッ
ト（これは、図中の上方から隔啼２１、多孔板触媒受６
、剤（媒受底板２２を一体化して構成されている）があ
シ、該バスケットの内部には多数の熱交換管２から成る
管群層と触媒層１９とを隣シ合わせに交互に配列すると
共に、該熱交換管群の各１替は、耐圧外殻１の上部に固
定されている。
上述の構成において、まず冷媒の挙動を説明する。メタ
ノール合成では、冷媒としては加圧下沸騰水が最適であ
るが、この種の冷媒を冷媒供給口１２から導入し、冷媒
下降管７と複数個の冷媒導管８を経て、冷媒分配ヘッダ
９に送入し、ここで各々の熱交換管２に分配して熱回収
させながら上部の冷媒集合ヘッダ１ｏに到達させたあと
、さらに冷媒導管８を経由し−で冷媒気液ドラム１１に
至らせ、排出口１３から取り出す゛。
ノール合成では、冷媒としては加圧下沸騰水が最適であ
るが、この種の冷媒を冷媒供給口１２から導入し、冷媒
下降管７と複数個の冷媒導管８を経て、冷媒分配ヘッダ
９に送入し、ここで各々の熱交換管２に分配して熱回収
させながら上部の冷媒集合ヘッダ１ｏに到達させたあと
、さらに冷媒導管８を経由し−で冷媒気液ドラム１１に
至らせ、排出口１３から取り出す゛。
つき゛に触媒は、面］圧外殻１の上部にある触媒充填口
１６から、投入し、前νｊ（のし：、？り合う熱交：腕
管群の層と１音のあいだの空間に供給すれば、容易に同
空間に充填することができる３、但し、触Ｑｌ、ｌ、層
１９の下部と上部には、それぞれ反応ガスの偏流を防止
する意味で、不活性ｉ、ｄ体粒子粒子填することもある
。
１６から、投入し、前νｊ（のし：、？り合う熱交：腕
管群の層と１音のあいだの空間に供給すれば、容易に同
空間に充填することができる３、但し、触Ｑｌ、ｌ、層
１９の下部と上部には、それぞれ反応ガスの偏流を防止
する意味で、不活性ｉ、ｄ体粒子粒子填することもある
。
長期間使用後に、劣化した触媒を反応器から取り出す場
合には、耐圧外殻１および触媒受は用バスケットの各々
の下部にある二つの触媒取出口１７を順次開放すればよ
い。
合には、耐圧外殻１および触媒受は用バスケットの各々
の下部にある二つの触媒取出口１７を順次開放すればよ
い。
さらに、反応ガスは、反応ガス供給口１４をを経由して
耐圧外殻１の図中左の反応ガス供給空間５に導入したあ
と、水平方向すなわちほぼ円筒状外殻内のほは弦方向に
流しながら、触媒層内での反応器いて熱交換群の層にお
ける冷却の操作を交互に繰り返して、耐圧外殻１の図中
右の反応ガス集合空間乙に至らせ、反応完了後のガスを
反応ガス排出口１５から取り出す。第６図は、第５図に
おけるＡ−Ａ断面を示したもので、前述の如く触媒層１
９と多数の熱交換管２の層とを交互に配置し、熱交換管
内の冷媒流れ方向と反応ガス流れ方向（図中の矢印）と
はｔマホ直交するような構成としている。
耐圧外殻１の図中左の反応ガス供給空間５に導入したあ
と、水平方向すなわちほぼ円筒状外殻内のほは弦方向に
流しながら、触媒層内での反応器いて熱交換群の層にお
ける冷却の操作を交互に繰り返して、耐圧外殻１の図中
右の反応ガス集合空間乙に至らせ、反応完了後のガスを
反応ガス排出口１５から取り出す。第６図は、第５図に
おけるＡ−Ａ断面を示したもので、前述の如く触媒層１
９と多数の熱交換管２の層とを交互に配置し、熱交換管
内の冷媒流れ方向と反応ガス流れ方向（図中の矢印）と
はｔマホ直交するような構成としている。
第７図は、本発明による触媒充填反応器の別の実施態様
を示す説明図であり、第８図は第７図におけるＡ−Ａ断
面を示す図でちる。
を示す説明図であり、第８図は第７図におけるＡ−Ａ断
面を示す図でちる。
図中の符閃は第５及び６図の場合と同様を意味する。
第７．８図に示す第２の例では、触媒層１９と多数の熱
交換管２からなる管群の層をそれぞれ同心円状にかつ交
互に配置すると共に、耐圧外殻１の最外周部に反応ガス
供給空間５、中心部に反応ガス集合空間６を設けて、反
応ガス供給口１４より導入した反応ガスは、まず前記の
反応ガス供給空間５を満たし、さらに触媒層と熱交換管
群の層を交互に半径方向に放射状に流通して反応、冷却
操作を繰り返しながら、反応ガス集合空間乙に集められ
たのち、反応ガス排出口１５から取り出される。第２の
例が、第５図、第６図に示しだ第１の例と異なる点は、
反応ガスの流れ方向を半径方向にした点であり、このた
め触媒層と熱交換管群の１−とが各々同心円状に配置し
である。第７図、及び第８図では、反応ガスを外１ｉ１
１１から内側に向シアて放射状に流すことになっている
が、所望に応じて内側から外１４１１に流すことも可能
である。
交換管２からなる管群の層をそれぞれ同心円状にかつ交
互に配置すると共に、耐圧外殻１の最外周部に反応ガス
供給空間５、中心部に反応ガス集合空間６を設けて、反
応ガス供給口１４より導入した反応ガスは、まず前記の
反応ガス供給空間５を満たし、さらに触媒層と熱交換管
群の層を交互に半径方向に放射状に流通して反応、冷却
操作を繰り返しながら、反応ガス集合空間乙に集められ
たのち、反応ガス排出口１５から取り出される。第２の
例が、第５図、第６図に示しだ第１の例と異なる点は、
反応ガスの流れ方向を半径方向にした点であり、このた
め触媒層と熱交換管群の１−とが各々同心円状に配置し
である。第７図、及び第８図では、反応ガスを外１ｉ１
１１から内側に向シアて放射状に流すことになっている
が、所望に応じて内側から外１４１１に流すことも可能
である。
なお、前述の２つの実施例においても、熱交換管群の１
−に、触媒粒子が入り込寸ないようにするためには、該
管群層の両面を網又は多孔板でおおっても良いし、管と
管の間隙を粒子が架橋して通過しにくい距離（粒子径の
数倍以下、好ましくは２〜３倍以下）としてもよい。
−に、触媒粒子が入り込寸ないようにするためには、該
管群層の両面を網又は多孔板でおおっても良いし、管と
管の間隙を粒子が架橋して通過しにくい距離（粒子径の
数倍以下、好ましくは２〜３倍以下）としてもよい。
以上の本発明の反応器の作用から言えること（・よ、第
１の特徴として前述したように、触媒の充填、排出が容
易でろること、触媒の充那、排出とは関係なく所望の熱
交換管の伝熱面積を確保できること、その結果として反
応熱を高レベルの熱エネルギ（高圧スチーム等）の形で
回収でき、かつ適当外触媒層厚みと熱交換管群の層厚み
の組合わせにより触媒層温度を触媒銅熱温度以下に維持
することが町ＴＮ目となるため、温度上昇に伴々う触媒
劣化と不純物生成の増大を防止できることである。− １だ、第２の特徴として前述したように、触媒受は用バ
スケットと熱交換管群の構造体は共に外殻上部にて固定
し、両者の材料を同質とすることによシ、該管群の熱膨
張に伴なう触媒等粒子層の破損、圧密、管座ｈｎ等の可
能性全回避すると共に、血Ｊ圧外殻の材料として管群の
それとは異質の安価なものの使用を可能ならしめる。
１の特徴として前述したように、触媒の充填、排出が容
易でろること、触媒の充那、排出とは関係なく所望の熱
交換管の伝熱面積を確保できること、その結果として反
応熱を高レベルの熱エネルギ（高圧スチーム等）の形で
回収でき、かつ適当外触媒層厚みと熱交換管群の層厚み
の組合わせにより触媒層温度を触媒銅熱温度以下に維持
することが町ＴＮ目となるため、温度上昇に伴々う触媒
劣化と不純物生成の増大を防止できることである。− １だ、第２の特徴として前述したように、触媒受は用バ
スケットと熱交換管群の構造体は共に外殻上部にて固定
し、両者の材料を同質とすることによシ、該管群の熱膨
張に伴なう触媒等粒子層の破損、圧密、管座ｈｎ等の可
能性全回避すると共に、血Ｊ圧外殻の材料として管群の
それとは異質の安価なものの使用を可能ならしめる。
以上の通り、本発明の反応器ｆｆ、ｊ二、従来装置Ｕの
欠点を解消したものであり、特に発熱を伴なう合成ガス
からのメタノール合成において、反応熱を高質の熱エネ
ルギ（高圧スチームなど）と１２て回収しつつ触媒層を
冷却できるため、過熱に伴なう触媒の熱的劣化と不純物
生成の増大を１’ｒｊｊ止しうる１（加え、触媒充填の
容易な触媒充填反応器である。
欠点を解消したものであり、特に発熱を伴なう合成ガス
からのメタノール合成において、反応熱を高質の熱エネ
ルギ（高圧スチームなど）と１２て回収しつつ触媒層を
冷却できるため、過熱に伴なう触媒の熱的劣化と不純物
生成の増大を１’ｒｊｊ止しうる１（加え、触媒充填の
容易な触媒充填反応器である。
第１１ン（、及び第２図は従来の堅型反応器の水・トｉ
すｉ面図で蔓り、それぞれ従来装置に与られる熱交換管
の配列を示す図である。 第６図は、合成ガスからツタノー・ルを合成する１易合
の従来型反応器における触媒層内の平均反応ガス温吸分
布とメタノール濃度分イ１１の一一例であるっ 第４図ｉｆｊ：、メタノール合成において従来型反応２
：÷の九虫媒層内で発生する反応熱を熱交換管内の沸届
水に伝える場合の、総括伝熱係数値の一例を、ガス空塔
速度の関数として示したものである。 第５図、及び第６図は、本発明による反応器の具体的実
施態様の一例を示す図であり、第７図、及び第８図は本
発明の別の実施態様を示す図である。 第５〜８図において、１耐圧外殻、２熱交換管、３多孔
板触媒受、４網、５反応ガス供給空間、６反応ガス集合
空間、７冷媒下降管、８冷媒導管、９冷媒分配ヘッダ、
１０冷媒集合ヘッダ、１１冷繰気液ドラム、１２冷媒供
給口、１３冷媒排出口、１４反応ガス供給口、１５反応
ガス排出口、１６触媒充填口、１７艶媒取出口、１８マ
ンホール、１９触媒層、２０粒子層、２１隔壁、２２触
媒受底板 復代理人 内 １） 明 復代理人 萩 原 亮 − 一こ （）＼口） 触媒層 （出口） 范４図 がス空壜速度（突ろ） 鬼５図 宅６図 范７図 ３ 范６図
すｉ面図で蔓り、それぞれ従来装置に与られる熱交換管
の配列を示す図である。 第６図は、合成ガスからツタノー・ルを合成する１易合
の従来型反応器における触媒層内の平均反応ガス温吸分
布とメタノール濃度分イ１１の一一例であるっ 第４図ｉｆｊ：、メタノール合成において従来型反応２
：÷の九虫媒層内で発生する反応熱を熱交換管内の沸届
水に伝える場合の、総括伝熱係数値の一例を、ガス空塔
速度の関数として示したものである。 第５図、及び第６図は、本発明による反応器の具体的実
施態様の一例を示す図であり、第７図、及び第８図は本
発明の別の実施態様を示す図である。 第５〜８図において、１耐圧外殻、２熱交換管、３多孔
板触媒受、４網、５反応ガス供給空間、６反応ガス集合
空間、７冷媒下降管、８冷媒導管、９冷媒分配ヘッダ、
１０冷媒集合ヘッダ、１１冷繰気液ドラム、１２冷媒供
給口、１３冷媒排出口、１４反応ガス供給口、１５反応
ガス排出口、１６触媒充填口、１７艶媒取出口、１８マ
ンホール、１９触媒層、２０粒子層、２１隔壁、２２触
媒受底板 復代理人 内 １） 明 復代理人 萩 原 亮 − 一こ （）＼口） 触媒層 （出口） 范４図 がス空壜速度（突ろ） 鬼５図 宅６図 范７図 ３ 范６図
Claims (2)
- （１） はは垂直に設置された熱交換管によって、触媒
層を冷却又は加熱しながら、反応ガスを反応器のほぼ径
方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において、
触媒層と熱交換管ｒ＋１ｊの層を隣接して交互に配置し
たことを特徴とする触媒充填反応器。 - （２）はぼ垂１なに設置された熱交換管によって、触媒
層を冷却又は加熱しながら、反応カスを反応器のはイ径
方向又はほぼ弦方向に流すようにした反応器において、
触媒層と熱交換管群の層を隣接して交互に配置し、上記
熱交換１９群を含む構造体を該外殻上部に固定し、該熱
交換管群及び上記触媒層は、該外殻上部に懸垂して該外
殻内に収納されている触媒受はバスケット内に収納され
ていることを特徴とする触媒層」ｉ１４反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22836883A JPS60122036A (ja) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | 触媒充填反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22836883A JPS60122036A (ja) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | 触媒充填反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60122036A true JPS60122036A (ja) | 1985-06-29 |
| JPH0363424B2 JPH0363424B2 (ja) | 1991-10-01 |
Family
ID=16875363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22836883A Granted JPS60122036A (ja) | 1983-12-05 | 1983-12-05 | 触媒充填反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60122036A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110133126A1 (en) * | 2008-08-11 | 2011-06-09 | Uhde Gmbh | Vertical cylindrical reactor with thin catalyst bed |
| CN111609742A (zh) * | 2019-02-26 | 2020-09-01 | 中石化广州工程有限公司 | 一种带肋片热管及带肋片热管式外取热器 |
| WO2023013419A1 (ja) * | 2021-08-04 | 2023-02-09 | 東洋エンジニアリング株式会社 | 反応器及びそれを用いたアンモニア分解混合物の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55149640A (en) * | 1979-04-03 | 1980-11-21 | Toyo Eng Corp | Reactor and its application |
| JPS57242A (en) * | 1980-05-30 | 1982-01-05 | Komatsu Ltd | Controller for oil pressure of construction equipment |
| JPS57187633U (ja) * | 1981-05-23 | 1982-11-29 |
-
1983
- 1983-12-05 JP JP22836883A patent/JPS60122036A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55149640A (en) * | 1979-04-03 | 1980-11-21 | Toyo Eng Corp | Reactor and its application |
| JPS57242A (en) * | 1980-05-30 | 1982-01-05 | Komatsu Ltd | Controller for oil pressure of construction equipment |
| JPS57187633U (ja) * | 1981-05-23 | 1982-11-29 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110133126A1 (en) * | 2008-08-11 | 2011-06-09 | Uhde Gmbh | Vertical cylindrical reactor with thin catalyst bed |
| CN111609742A (zh) * | 2019-02-26 | 2020-09-01 | 中石化广州工程有限公司 | 一种带肋片热管及带肋片热管式外取热器 |
| WO2023013419A1 (ja) * | 2021-08-04 | 2023-02-09 | 東洋エンジニアリング株式会社 | 反応器及びそれを用いたアンモニア分解混合物の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0363424B2 (ja) | 1991-10-01 |
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