JPS6154228A - 反応器 - Google Patents

反応器

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JPS6154228A
JPS6154228A JP17509584A JP17509584A JPS6154228A JP S6154228 A JPS6154228 A JP S6154228A JP 17509584 A JP17509584 A JP 17509584A JP 17509584 A JP17509584 A JP 17509584A JP S6154228 A JPS6154228 A JP S6154228A
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JP
Japan
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tube
tubes
reactor
catalyst
present
Prior art date
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Pending
Application number
JP17509584A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshikazu Shinkawa
新川 利和
Hiroshi Makihara
牧原 洋
Daisaku Shozen
少前 大作
Tadao Ozaki
尾崎 忠男
Akashi Yamamoto
山本 証
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP17509584A priority Critical patent/JPS6154228A/ja
Publication of JPS6154228A publication Critical patent/JPS6154228A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/06Chemical 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

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

(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】 〔本発明の産業分野〕 本発明は、例えば、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、固形粒状触媒
の存在下で、複数の元素から成る混合ガスの発熱反応を
行なわしめる目的で使用される反応器に関する。
〔従来のメタノール合成用などの反応器〕メタノール合
成用などの発熱反応を伴う反応器においては、運転時の
発熱反応によるガス温度の上昇を制御する手段に種々の
提案がなされ−ている。これは、第9図の[メタノール
平衡濃度に対する圧力と温度との関係図(H,: co
  のモル比4:1)Jから明らかなように、即ちメタ
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
果で明らか々如く、温度の上昇と共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ため
である。但し、触媒を使用しても反応速度は有限であシ
、反応速度は轟然ながら温度の低下と共に小さくなるの
で、工業的には触媒性能を考慮したある適正温度範凹内
で運転することが必要とされる。
この温度調節のための反応器構造として公知の例にDI
−3007203があり、また、本発間者等も数多く提
案しているところである。(特願昭58−209958
号及び特願昭58−210895号参照) 従来公知の反応器を第10図に基づいて説明すると、該
反応器は、管板1に冷却管2を固定したシェル3からな
り、そして、冷却管2の外側であって、目板5上に固形
粒状触媒4が充填されている。反応ガスはガス人口6か
ら供給し、上記触媒4Pで接触反応し、反応終了ガスは
ガス出ロアかシ取シ出す。この接触反応で生ずる発熱は
、冷却管2内の水によって吸収される。
なお、第10図において、8は補給水供給管であυ、9
は水蒸気出口である。
この反応器のように反応熱を冷却管2により吸収せしめ
る場合は、次式(1)の伝熱の基本式で伝熱量が支配さ
れる。
(上記式において、Qは熱量、Aは伝熱面積、Tlはガ
ス温度、T2は冷却管2内の水温、α1はガス側熱伝達
係数、α2は水側熱伝達係数、λは管材の熱伝導率、δ
は管厚を示す。) 管内外表面の熱伝達係数、管材、管厚は変動要因として
は小さく、主として伝熱面積により伝熱量が支配される
従来公知の反応器においては第10図の如き構造が用い
られているので、伝熱面積を増加せしめるためには公知
例DB−3007203の如くフィンないしはヒレを設
けるか、もしくは、管と管の間の距離を小とする以外に
は手段がない。
しかし、フィンを設ける場合は有効なバッフル板を取付
けるのが困難であり、管と管の距離を小とすることは管
板強度の点で制約がある。
本発明者等が本発明の適用例としているメタノール合成
用反応器では、管外(シェル側)のガス圧力150 k
g / 611”G  程度、管内の水圧力50 kg
 / err” G程度が現時点の適正条件と考えてい
るが、管板には両者の圧力差に対応した曲げ応力と剪断
応力が作用するため、管板は力学的に管孔間隔の制約を
受ける。これを第11図及び第12図に基づいて詳細に
説明する。第11図は管板を示し、第12図は該管板の
部分拡大図である。管孔1′を有する管板1の応力は、
管板1の直径り及び管孔1′の孔径dが一定ならば、次
の(2)式、(3ン式に示すように管孔1′の数の増大
、すなわち、管ピッチPの減少により増大する。
そのためJ工S・B8243でけ管ピッチPについて管
孔10の孔径dの1.2内倍以上にすべく制限を設けて
いる。
〔曲げ応力の場合〕
〔せん断応力の場合〕 “p 〔上記(2)式及び(3)式において、σ、は管孔を有
する管板の曲げ応力、σboは差圧に、よシ生ずる中実
円板表面の曲げ応力、pは管ピッチ、dは管孔径、hは
管板の隣接管間最小長さ、τはせん断応力、Pは差圧に
よる管板が受ける全外方、Doqは最外周孔部に対する
管板等価直径、nは管板最外周部の孔数、tは管板板厚
を示す。〕〔従来の上記反応器の欠点〕 熱交換器形等温反応器においては、反応熱量が即ち反応
量であって、この反応量を高めることが反応器性能に直
結している。反応熱量を有効に取り除かないと反応温度
が上昇し第9図から知られる如く平衡濃度が低下して反
応器性能が低下する。この反応熱量を有効に除去するた
めには、伝熱面積を増加させる必要がある。
この伝熱面積を増加させるには、前述したように、フィ
ンないしはヒレを管に設けるか、あるいは、管と管との
間の距離を小とする以外に解決策が提案されていない。
しかしながら、フィンないしはヒレを設ける場合は、前
記したように、有効なバックル板を取付けるのが困難で
ある次点を有しておシ、また、管と管との距離を小とす
ることは、管を配設する管板の強度の点で制約されると
いう欠点を有している。
〔本発明の目的〕
本発明は、上記欠点を解消する反応器を提供するもので
あり、詳細には管板強度を損うことなく管の伝熱面積を
増大させる反応器を提供することを目的とする。
〔本発明の構成〕
そして、本発明は、上記目的を達成する手段として、触
媒充填部に位置する管径を増大させた点にある。すなわ
ち、本発明は、管板に管を固定させ、管外に固形粒状触
媒を充填して反応させようとするガスと接触させて発熱
反応を行なわさせると共に、該管内に飽和温度の加圧水
を位置させる反応器において、触媒充填部の管表面積を
増大させたことを特徴とする反応器である。
以下、第1〜6図に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1〜6図は、いづれも本発明の実施例を示すものであ
って、その内温1図(A)は2本の管に分岐した管を示
し、同(B)は同(A)の1−I線断面図、同(C)は
同(A)の1−1f線断面図であシ、第2図は第1図(
A)の分岐管を管板に配設した図である。第3図は3本
の管に分岐した管を示し、第4図(A)は分岐した管を
互いに連結板を介して連結させたものであり、同(B)
は同(A)の■−■線断面図である。第5図は管軸を変
位させて管板に配設した図であり、第6図は、分岐した
管の管径を大にしたものである。
本発明は、第1図■〜(0)及び第2図に示すように、
管板1の挿入部は1本の管10とし、管、板1の表面か
ら適当な、距離で分岐せしめて2本の管in’、10’
としたことにより伝熱面積を増大せしめたものである。
管板1の孔径は管板1の強度上挙さいことが好ましいの
で、管10の径cllと分岐した管10’、10’の径
d鵞+ d3と異ならしめても良い。
本発明では、第3図に示すように、3本の管11′に分
岐した管11を用いても良く、また、−第4図体) 、
 (B)に示すように、分岐した管12′を互いに連結
板13を介して連結した管12を使用することができる
。さらに、本発明では、第5図に示すように、両サイド
の管板1,1に取付ける分岐した管14′を有する管1
4.14の管軸を変位させることもできるものである。
本発明の特徴点は、管板挿入部の管径、即ち管周長に比
し熱交換せしめる伝熱部の管周長を大ならしめて伝熱面
積を増大せしめることにあるので、第6図に示すしうに
、分岐した管15′の管径を管15のそれよυ大にした
ものも、当然のことながら、本発明の一実施態様である
この第6図のように、本発明では、管板1部の管15の
管径に比し、触媒充填部の管15′の管径を大とするこ
とにより、管15′の表面積を増大させることも本発明
に包含されるものである。
本発明の反応器を従来の反応器と対比して第7図(A)
 、 (B)に基づいて説明すると、第7図(A)は従
来の反応器に於ける触媒層部分の横断面を示し、第7図
(B)は本発明の同横断面図を示す。従来の反応器では
、管板1の強度0点′で、各冷却管2の距離を小とする
ことができず、そのため、触媒層中の冷却管2の伝熱面
積に制限を受けるものである。これに対して、本発明で
は、管板1に配設される冷却管は従来と同様であるが、
該冷却管は、第7図(B) K″示すようK、触媒層部
分で分岐し、多数の冷却管2aが同部分に配設される結
果となシ、伝熱面積を増大させることができるものであ
る。すなわち、本発明では、触媒充填量に比し伝熱作用
を呈する冷却管2aの局長が大きく(伝熱面積が大きく
)、したがって、従来の反応器に比して活性の高い触媒
を用いることが可能であシ、かつ、空間速度を小さくせ
しめることにより反応器内での反応量を高くする。即ち
反応器出口の反応生成物濃度を高めることが可能でちっ
て、かつ空間速度を小ならしめることは触媒層をガスが
通過する際の圧力損失が小さくなるため、循環ガス圧縮
機の動力費低減も可能となるなどの大きい利点を有する
前述した第9図を定性図とした第8図(メタノール濃度
と温度との関係図)に基づいて本発明の利点をよシ詳細
に説明すると、伝熱面積不足の場合は、ガスの接触反応
熱を充分に除去し得ないため、ガス温度は、線入で示す
ように、温度が次第に上昇して行くが、温度上昇に伴な
い反応平衡濃度が低下するため、反応器出口の反応生成
物濃度はb点という低いものとなる。
一方本発明により充分外伝熱面積を有せしめた反応器で
は、線Bで示を如く、反応に伴なう温度上昇が効果的に
抑制されるため、反応器出口の反応生成物濃度は0点と
いう高い値となシ、工業的に大きい価値を有する。なお
、第8図中の1点は反応器入口を示す。
以上詳記したように、本発明は管外に粒状固形触媒と反
応せしめんとするガスを位置せしめて発熱反応を行なわ
しめると共に、その反応熱を管内に位置せしめた飽和温
度の加圧水に管壁を介した熱移動により吸収せしめる反
応器において、管板強度を確保しつつ伝熱面積を自由に
調節することにより高い収率を有せしめた反応器であっ
て、その用途はメタノール合成に限らず広い用途に適用
し得るものである。
捷だ、本発明の適用形態としては、管板のみでなくヘッ
ダーを用いる場合にも適用できるものであり、また、反
応せしめんとするガスの流動方向は、管軸方向に平行な
場合のみでなく直角方向(反応器の径方向)の場合にも
適用し得る。さらに、本発明において、伝熱面積の調節
は、伝熱部の管径、分岐数で任意の値に設定することが
可能であるが、必要に応じ管長の一部のみに本発明を適
用することも妨げないし、また、管の材料、管厚につい
ても制限しないものである。なお、本発明の反応器の形
態、換言すれば、熱交換器の形態としては、■字型、直
管型、何れにも適用できるものである。
〔本発明の効果〕
本発明は、以上詳記したように、分岐管を用いたもので
あるから、管板強度を確保しつつ伝熱面積を増大させる
ことができる効果が生ずるものであシ、さらに、分岐管
の管径や分岐数を任意に選定することによシ、伝熱面積
を自由に調節できる効果が生ずるものである。
【図面の簡単な説明】
第1〜第6図は、いづれも本発明の実施例を示すもので
あつ′て、その内、第1図(A)は2本の管に分岐した
管を示1/ 、同(B)は同(A)の1−1線断面図、
同(C)は同(A)の■−n線断面図であシ、第2図は
第1図体)の分岐管を管板に配設した図である。第3図
は5本の管に分岐した管を示し、第4図(A)は分岐し
た管を互いに連結させた図でおシ、同(B)は同(A)
のm−m線断面図である。第5図は管軸を変位させて管
板に配設した図であシ、第6図は分岐した管の管径を犬
にしたものである。第7図(A)は従来の反応器におけ
る触媒層部分の横断面を示し、同(B)は本発明の同横
断面を示す。第8図はメタノール濃度と温度との関係図
であり、第9図はメタノール平衡濃度に対する圧力と温
度との関係図である。第10図は従来の反応器であり、
第11図は管板を示し、第12図は管板の部分拡大図で
ある。 第1図 (A) (B) <C) 第2図 第3図 第4図 (A) 第5図 第6図 第8図 温 度 −→ J土  n  Eat正j 裏1頁の続き ■Int、C1,’       識別記号  庁内整
理番号C07C311047457−4H ■発 明 者  山  本     証  広島市西区
観音新町広島造船所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)管板に管を固定させ、管外に固形粒状触媒を充填
    して反応させようとするガスと接触させて発熱反応を行
    なわさせると共に、該管内に飽和温度の加圧水を位置さ
    せる反応器において、触媒充填部の管表面積を増大させ
    たことを特徴とする反応器。
  2. (2)管板に固定した管を、触媒充填部で分岐させるこ
    とにより管表面積を増大させた特許請求の範囲第1項記
    載の反応器。
  3. (3)管板部の管径に比し触媒充填部の管径を大にして
    管表面積を増大させた特許請求の範囲第1項記載の反応
    器。
JP17509584A 1984-08-24 1984-08-24 反応器 Pending JPS6154228A (ja)

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JP17509584A JPS6154228A (ja) 1984-08-24 1984-08-24 反応器

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JP17509584A JPS6154228A (ja) 1984-08-24 1984-08-24 反応器

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JPS6154228A true JPS6154228A (ja) 1986-03-18

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ID=15990160

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JP17509584A Pending JPS6154228A (ja) 1984-08-24 1984-08-24 反応器

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JP (1) JPS6154228A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0382098A2 (en) * 1989-02-10 1990-08-16 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Multi-tube type heat transfer apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0382098A2 (en) * 1989-02-10 1990-08-16 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Multi-tube type heat transfer apparatus

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