JPS6161632A - 反応器 - Google Patents

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
なさせる目的で使用する反応器に関する０ 〔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釉々の
提案がなれている。これは第１１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：　Ｇｏ　　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
らかな如く、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
速度は当然力か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囲内で運転
することが好ましい０本発明者らは銅系触媒を用いて水
素、−酸化炭素、二酸化炭素を有意物質とした加圧混合
カスを用いて工業的にメタノールを合成する場合は、２
２０〜２８０Ｃが適正温度範囲であると考えてお）、ま
た、ガスの圧力（全圧力）としては、５０〜３００ｋｇ
　／　ｉｃが経済的な適正範囲であると考えている。但
し、これらの条件範囲は将来の触媒の改良等で変勺得る
ものであって、特に拘束されないものである。

この温度調節の方法構造の公知例に特公昭５７−３８５
６８号公報に記載の発明がある。

この公知例を第１２図に基づいて説明すると、該反応器
は、上部管板１０１及び下部管板１０２に反応管１０３
を固定したシェル１０９からなシ、そして、反応管１０
５内に触媒１０４が充填されている。予め適正温度に加
熱した水素、−酸化炭素、二酸化炭素などからなる加圧
混合ガスをガス入口１０５を介して触媒１０４を充填し
た反応管１０３内を上方から下方へ流動させて接触反応
（メタノール合成反応）を行なわさせると共に、その反
応熱を肢管１０３の外表面に接しさせｆｃ適正圧力の飽
和温度（管内ガス温度よシも低い温度）の水１０／の蒸
発潜熱により取フ除く（当然に水蒸気が生成される）こ
とにより、肢管１０３の内部のガス温度を適正条件範囲
内に維持せんとするものである。なお、第１２図におい
て、省略して図示されているが、反応管１０３は複数個
設置されているものであり、そして、該反応管１０５内
に反応ガスをガス人口１０５から供給し、ガス出口１０
６から反応終了ガスとして取り出す。反応熱は補給水入
口１０７から供給する水１０７′によって吸収され、該
水１０７′は水蒸気となって水蒸気出口１０８より放出
される。

この公知例の反応器において、反応管１０６は上部管板
１０１及び下部管板１０２に固定されており、そして、
この反応管１０３としては、等径管が使用されている。

即ち、接触反応が起りこの反応熱を飽和温度の水１０７
′の蒸発潜熱により取除いて実質的に反応器内で反応の
総量を支配している領域の管長範囲においては、等径管
が使用されている。

〔上記公知例の反応器の欠点〕

しかし、第１２図における触媒１０４を充填した反応管
１０３の上方領域においては、流入する未反応ガスのメ
タノール濃度が極〈小さいのが普通である。この領域で
は、ガス中のメタノール濃度は平衡濃度との差か大きく
、大きい反応速度（反応熱発生速度）で接触反応が起る
が、この発生熱の管外の水への移動は管壁伝熱面積、管
内外壁熱伝達係数、管厚などに支配され、一般には、発
生熱量と熱移動量（冷却速度）のアンバランスが起シ、
第１３図（公知構造の反応器における反応管長方向の温
度分布を示した図）に示すように、反応温度（ガス温度
）の上昇が起る。

一方、第１２図の触媒１０４を充填した反応ｇ１０３の
下方領域では、ガス中のメタノール濃度は反応平衡濃度
との差が犬きくないため、反応速度は小さくなシ、ガス
温度は次第に低下して行く。このガス温度の変化は発生
熱量と管壁を介した熱移動量の平衡として定まるのであ
るが、反応器性能としての見地からは反応管出口メタノ
ールむ度が１％でも高い方が工業的に大きい価値があり
、そのためＶＣは空間速度を小としてガスと触媒の接触
時間を大にすることが好ましい。

しかし、第１２図の如き従来公知の反応器においては管
長方向に等径管になる如く構成させられてお９、空間速
度を小にすることは反応管上方領域での単位管長（管長
Ｘ周長＝伝熱面＊）当りの生成熱量が過大となり、管内
ガス及び触媒の温度の上昇が起る。良く知られているよ
うに触媒には可使限界温度があり、本発明者らは現在の
銅糸メタノール合成触媒の限界温度は３００〜３５０Ｃ
と考えている。（これは触媒の改善で変り得る。、）従
って、第１２図の如き公知例でｔｌ空間速度を小とする
には限界がある。

また、空間速度は不とせずに管長を大としてガスと触媒
の接触時間を大にすることも可能ではあるが、現在工業
的に供給し得る鋼管の製造可能長さは２５〜３０ｒｒＬ
であって、この面からの制約があると共に、空間速度を
小とせずに管径を一定として管長のみを大とした１段反
応器の時には、触媒充填反応管の入口出口間のガスの流
動抵抗が大となジ、（圧損、差圧が大となる。）循環カ
ス圧縮機の動力費が大となるなどの欠点がある。

〔既提案の反応器〕

本発明者らは先に反応管を２段に分離させた構造、即ち
未反応カスが流入する前流側反応管は空間速度を大にし
て単位管長（単位伝熱面積）当シの反応量（発生熱量）
を低減させて反応温度の過上昇を抑制すると共に反応後
期の後流側反応管は空間速度を小にして接触時間を大に
することにより、触媒の劣化の防止と収率の向上（反応
生成物濃度増加）ｔ−可能にした反応器を提案している
。（特願昭５９−１４４１６２号参照） 〔上記既提案の反応器の欠点〕 しかし、上記既提案の反応器においても、前流側反応管
（器）の未反応ガス入口部と後流側反応管（器）の反応
終了ガス出口部との間のガス流動抵抗（ガスの圧力損失
、差圧）が大きく、後流側反応器の空間速度を小にして
も循環ガス圧縮機駆動エネルギーが大となり、プラント
の経済性の点から好ましくない。

〔本発明の目的〕

本発明は、上記公知例の反応器の欠点及び上記既提案の
反応器の欠点を解消する反応器を提供することを特徴と
する特に、本発明は上記既提案の反応器の欠点４１決し
た改善された反応器であって、主として、循環ガス圧縮
機の駆動エネルギーを軽減させることができる反応器を
提供することを目的とする。

ｃ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、未
反応供給ガスを前流側反応器の入口部及び前流側反応器
と後流側反応器の中間部に分割して供給する点にある。

すなわち、本発明は、粒状固形触媒を充填した反応管内
に反応させようとする加圧ガスを上方から下方へ流動さ
せて発熱反応を行なわさせると共にその反応熱を該管外
表面に接しさせた管内ガス温度よりも低い飽和温度の加
圧水の蒸発潜熱によシ取り除いてなる複数の反応器を前
流側と後流側に直列に分離して位置させ、後流側反応器
の空間速度を前流側反応器の空間速度よシも小にした反
応器に於いて、未反応供給ガスを前流側反応器入口部お
よび前流側反応器と後流側反応器の中間部に分割して供
給するようにしたことｔ−特徴とする反応器である。

以下本発明を、前述した公知例反応器及び既提案の反応
器と対比して詳細に説明する。第１（ａ１図は公知例反
応器のフローシートであり、第ｉ　（ｂ）図は既提案の
反応器の７０−シートである。

一方、第１図は本発明の１実施例である反応器における
フローシートである。

公知例反応器では、第１　（ａ１図に示すように、供給
ガスを、循環ガス圧縮機５、加熱器８を介して反応器９
に導入し、反応’ｆｌｆ１０内の触媒と接触反応させる
。反応終了ガスは、冷却器５を介して気液分離器４に導
き、ここで未反応ガスと液体メタノールとに分離し、未
反応ガスは供給ガスと混合して再び循環ガス圧縮機５に
供給する。

一方、第１（ｂ）図忙示す既提案の反応器では、供給ガ
スを前ｆｉ側反応器１及び後流側反応器２を流通させる
。なお、この点以外は上記公知例の反応器の場合と同じ
であるので説明全省略する０ これに対して、本発明は、第１図に示すよう罠、循環ガ
ス圧縮機５からの未反応ガスを分割し、その１部を前流
側反応器系ラインＡによって前流側反応器１に供給し、
他部を後流側反応器系ラインＢによって前流側反応器１
と後流側反応器２との中間部に供給するようにしたもの
である。なお、第１図、第Ｎａ１図及び第１（ｂ）図に
おいて、６は圧縮機駆動用電動機（もしくは蒸気タービ
ン）、７は加熱器であシ、また、Ｐｌは循環ガス圧縮機
人口ガス圧力、Ｐ２　　は循環ガス圧縮機中間段抽出ガ
ス圧力、Ｐ３　　は循環ガス圧縮機最終段ガス圧力、Ｐ
４　　は反応器又は前流側反応器入口ガス圧力、Ｐ５　
　は前流側反応器出口ガス圧力、Ｐ６　　は前流側反応
器出口ガスに添加するガスの圧力、Ｐ７　　は後流側反
応器入口ガス圧力、Ｐ８　　は反応器又は後流側反応器
出口ガス圧力、Ｐ、は気液分離器、入口気液混合流体圧
力、Ｐ、。は気液分離器出口ガス圧力、Ｐｌ、は供給ガ
ス圧力である。

以上詳記したように、公知側反応器及び既提案の反応器
では、第１（ａ）図及び第１（ｂ）図に示すように、循
環ガス圧ｍ機５からの入口ガス量の全景を最終段から取
り出して、反応器９または前流側反応器１へ送入する。

従って、この全量のガスが反応器９まｆｃは直列に配置
された前流側反応器１と後流側反応器２の中を流通せし
められるものであるから、圧縮ＷＩ５の駆動エネルギー
大を要する欠点が生ずる。

これに対して、本発明では、第１図に示すように、循環
ガス圧縮機５からの入ロガスｆＥヲ分割し、その１部を
前流側反応器１に供給するものであり、一方、前流側反
応器１は圧損穴、後流側反応器２は圧損率であるから、
高圧損の前流側反応器１へ供給するガスの量を削減して
圧縮機動力負荷を小にすることができる。削減したガス
量はΔｐ　＝　ｐ、　−ｐ、。の差圧（圧力損失）だけ
（加熱器７の圧損も加算）　ｐ２−　ｐ、を圧縮機５で
加圧すれは良く、削減したガス量をＰ２からＰ３　Ｋ昇
圧するに要する駆動エネルギーが節減し得るのである。

本発明を第１図Ｋｇづいてさらに詳細に説明すると、本
発明は、上記したように、循環ガス圧縮機５の駆動のた
めの動力費低減に第１の特徴を有するものである。すな
わち、リサイクルガスは供給ガスと混合されて循環ガス
圧縮機５０入口へ送入される。該圧＆ｆ機５では、被圧
縮ガスを中間段と最終段の両者から取出し得るようにし
、最終段まで昇圧されたガスは前流側反応器系ラインＡ
を経由し、加熱器８により適切な温度（例えば１５０〜
２５０Ｇ）に加熱されて前流側反応器１内に供給する。

ところで、前流側反応！ａ１においては、触媒の劣化を
防止し、かつ、ＩｉＡ度の過上昇を防止するために、後
流側反応器２の空間速度よりも前流側反応器１のそれを
大きくするのが好ましい。

これは、定常運転時に於ける反応温度を低く維持するこ
とは運転負荷変動、運転開始時などの触媒劣化を防止す
る上での利点が大きい。しかし、空間速度を大にするこ
とは当然に圧損の増大を招くのであるが、本発明に於い
ては前流側反応器１へ流入させるガス量を循環ガス王権
機５０入ロガス量の全量とするのではなく分割減量させ
ている。即ち、高圧損の前流側反応器１のカス流倉會小
にすることにより、圧縮機５の動力費’を軽減させ得る
ものである。

一方、後流側反応器２においては、空間速度ケ小にして
いるため、この反応器２０入口、出口間のガスの圧力損
失は大とはならない。循環ガス圧縮機５の中間段から抽
出した未反応ガス＃′、シ、前流側反応器１の出口（７
Ｂにて前流側反応器１の出口ガスと混合されて後流側反
応器２内へ流入するようにさせられる。この中間段抽出
ガスＪ−Ｌ前流側反応器１におけるガスの触媒層通過抵
抗（所謂、差圧）分だけ低い圧力にするととができるた
め、小さい圧縮機動力費で運転可能となるのである。こ
のように本発明においては、未反応ガスを圧縮機５にお
いて分割抽出し、前流側反応器１の出口カスにも混合添
加させることによシガス圧縮機５の動力費を軽減させ得
るのであるが、この前流側反応器１の出口ガスに混合す
る未反応ガスはガスの温度全調節することを目的とした
ものではない。

反応器内にカス温度制御用の熱交換器を有していない断
熱反応型メタノール合成用反応器においては、メタノー
ル生成接触反応によるガス温度の上昇を限度内に抑制す
るために反応器内ガス温度よシも低い温度のガス（工業
的にはクエンチガスと通称される。）を触媒床内に（多
段触媒床反応器では触媒床間に）送入させることが多い
が、この場合のガス温度は、第２図（これは反応器内に
熱交換器を設置しない反応器であって、触媒床内にクエ
ンチガスを多段に送入して温度制御する従来のＸＣＸ反
応器及びその温度制御を併記した図である。）の例に示
すようになシ、その主目的は温度制御にある。

一方、本発明の好ましい実施例である前記した前流側反
応器１の空間速度を後流側反応器２のそれより大きくし
た反応器にあっては、反応器内に温度制御のための熱交
換器を有している等塩型反応器ともいえるものであシ、
前流側反応器１の出口ガス温度は、適正条件範囲内にあ
るのが通例であって、温度制御は物に必要とせず、前流
側反応器１の出口ガスに混合添加させる未反応ガスは第
１図の加熱器７によシ加熱昇温させて前流側反応器１の
出口ガスに近似した温度で供給させるのである。

本発明の上記実施例の反応器において、その温度とメタ
ノール濃度とを、前述した「メタノール平衡濃度に対す
る圧力と温度との関係」を示す第１１図を定性図とする
第３図（メタノール濃度と温度との関係図）により説明
する。第６図中点線は、前記公知例反応器（第１２図参
照）のように、等空間速度反応ｔｔ−有する反応器のも
のであって、Ａ点のメタノール濃度、温度で反応器内に
送入させられた未反応ガスは、触媒充填反応管上方領域
ではメタノール平衡濃度との差が大きいため、大きい反
応速度でメタノール生成反応が生じ、熱発生速度と管外
への熱移動速度との平衡から温度の上昇が起シ、Ｂ点の
最高温度に達し、その後流側ではメタノール濃度の上昇
と共に反応速度が減少するため、管外への熱移動により
温度が次第に低下して行き、０点のメタノール濃度と温
度で反応器から流出させられる。

これに対して、第３図中の実線は、本発明の前記した好
ましい実施例の反応器に係るものであって、前流側反応
器内にＡ点のメタノール濃度、温度で送入させられた未
反応ガスは触媒充填反応管内を大なる空間速度で流動さ
せられるためＡ　−＋　Ｄ−＋Ｅのメタノール濃度、温
度の変化を生じ、Ｅ点のメタノール濃度、温度で前流側
反応器から流出する。〔なお、このＡ→Ｄ　−＋　Ｅ間
のメタノール濃度、温度及びＥ点のメタノール濃度、温
度は空間速度、圧力、触媒充填府民で変り得るし、また
、今後の触媒の改善によっても変シ得るものである。従
って、発明Ｆｉ４は、特に第３図の実線に示すよりな条
件限定に拘束゛されるものではなく、それ以外の場合も
当然のことながら、本発明に包含されるものである。〕
第３３図のＤ点の温度は、本発明の前記した好ましい実
施例で説明したように、前流側反応器の空間速度を大と
しているので、当然ながらＢ点よりも低く維持させるこ
とが可能である。

Ｅ点のメタノール濃度は可能な限）高いことが好ましい
が、これは反応管内触媒充填層高さく接触時間）、該反
応管外表面に接しさせる水の圧力（即ち反応温度）、ガ
ス組成、ガス圧力、触媒性能、空間速度などに支配され
るものであるＯ 本発明の前記実施例では、このＥ点のメタノール濃度、
温度、圧力のガス（前流側反応器出口）に、これと等圧
力、近似温度の未反応ガスを混合するのであるが、これ
によりメタノール０度はＥ点からＦ点まで低下して後流
側反応器内へＦ点のメタノール濃度、温度で流入させら
れる。後流側反応器内に流入したＦ点のガスは触媒充填
反応Ｒ内に流入させられ、前流側反応器よりも小さい空
間速度で接触反応を行なわさせ、Ｆ→Ｇ−＋Ｈのメタノ
ール濃度、温度の変化を生じ、Ｈ点のメタノール濃度で
後流側反応器から流出する。この後流側反応器において
は、空間速度奢小として接触時間を大としているのでメ
タノール濃度は平衡濃度に近接させることが可能であ５
Ｈ点という高い値が得られると共に、入口ガスに充分な
濃度のメタノールを含有させているため、空間速度を小
としても、その反応速度は適切な条件範囲に抑制するこ
とが可能であって、ガス温度の最高点は０点という実用
上問題ない条件に抑制し得るものである。例えば、循環
ガス圧絹機入ロガスの３ＡＲを最終段から取出し、この
未反応ガス（実質的にメタノールを含有しない）を前流
側反応器入口に送入させてメタノール合成反応を行なわ
させ、前流側反応器出口Ｅ点のメタノール濃度が１６％
モルになるよりにした場合、２　Ｈ２＋　Ｃｏ　４　Ｃ
Ｈ３０Ｈと３モルの原料ガスが１モルのメタノールとな
るので、そのガス量ＦｉＯ，７倍程度に減少する。

このガスに対し循環ガス圧縮機の中間段から取出し九％
愈の未反応ガスを混合すると、メタノール濃度は稀釈低
下されるが、７％モル以上のａｓ度で、°後流側反応器
入口から後流反応器内へ流入させ得るのである。

上記の好ましい実施例を第４図に基づいてさらに詳細に
説明する。第４図は、第１図中の前流側反応器１及び後
流側反応器２の具体例であって、図示しない循環ガス圧
縮機からの未反応ガスの一部を、前流側反応器１のガス
人口１１よ）供給し、触媒１２が充填されている反応管
１３を通過させた後、上記ガス圧ｍ機からの未反応ガス
の残部と混合しする。この混合ガスを後流側反応器２の
ガス入口１１′よシ供給し、触媒１２′が充填されてい
る反応管１３′を通過させる。一方、反応管１３　、１
５’で発生する反応熱は、補給水入口１４　、１４’か
らの補給水に吸収させ、該補給水は水蒸気となって水蒸
気出口１５　、１５’から放出される。なお、第４図に
おいて、１６は循環ガス圧縮機からの残部の未反応ガス
を供給するための入口であり、１７Ｆｉ連結管である。

第４図に示す本発明の好ましい実施例として特徴とする
ところは、後流側反応器２内の反応管１３′中を流通す
るガスの空間速度を、前流側反応器１内の反応管１３中
のそれよυも小さくした点にある。すなわち、反応管１
３′の管径を反応管１３のそれよジも大きくした点にあ
る。

本発明の好ましい実施例では、上記したように、反応管
１３′の空間速度を小さくしたものであるが、これを前
流側反応器１の反応管１３についてみると、該反応管１
３には未反応ガスの一部のみが導入され、かつ、その空
間速度を大にしたものであるから、この反応管１５内を
流過するガス量が少く、かつ、該反応管１３の管径が小
さいものである。その結果、前流側反応器１を小型化に
することができる。

しかしながら、前流側反応器においても、接触時間を大
とし、該反応器１の出口のメタノール濃度を大とするこ
とが好ましい。すなわち、前流側反応器として、反応管
長さを長くし、空間速度を大とし、かつ、接触時間を大
とする構造のものも、本発明に包含される。これは、触
媒を充填しないガス上昇管を有する反応器を前流側反応
器として使用する場合である。これを第５〜８図に基づ
いて説明する。第５〜８図は本発明における前流側反応
器として使用する好適な種々の具体例である。

第５図において、ガス入口２０から流入するガス（図示
しない循環ガス圧縮機からの分割された一部の未反応ガ
ス）を、連結管２１及び隔壁２２で仕切られた空間内に
供給し、この空間内に配設されている反応管２４（これ
には触媒２３が充填されている。）内を上方から下方に
流動させ、隔壁２５で仕切られた空間内に流入させる。

次いで、触媒を充填しないガス上昇管２６内を下方から
上方へ流動させて上部室２７に流出させる。次いで、こ
の流出ガスを、更に、触媒２６′が充填場れている反応
管２４′内を上方から下方へ流動させた後、下部室２９
を介してガス出口２８より反応器外へ取り出す。

第６図の反応器は、上部室２７に隔壁３０で仕切られた
空間を有し、該空間内に反応管２４′及びガス上昇管２
６を配設し、一方、下部室２９に連結管５１及び隔壁６
２で仕切られた空間を有し、該空間内に反応管２４′を
配設した構造からなる。

第７図は、上部室２７に隔壁４０を設け、これにより仕
切られた空間内に反応管２４′及びガス上昇管２６を配
設した点を除いて、第５図と同様の反応器である。

第８図は、下部室２９に隔壁５０を設け、これによシ仕
切られた空間内に反応管２４及びガス上昇管２６を配設
した点を除いて、第６図と同様の反応器である。

本発明のその他の好適な実施例を第９図及び第１０図に
基づいて説明する０第９図及び第１０図に示す反応器は
、上記した第５〜８図の反応器と特に異なる点は、第５
〜８図の反応器では、循環ガス圧縮機からの分割きれた
一部の未反応ガスを１個所のガス入口２０から供給する
ものであるのに対し、第９図及び第１０図に示す反応器
では、未反工６ガスを２個所から供給するようにした点
にある。すなわち、第９図及び第１０図中のガス入口６
０は、第５〜８図の場合と同様循環ガス圧縮機からの分
割された一部の未反応ガスを供給することもできるが、
この分割された一部の未反応ガスをさらに分割した未反
応ガスをガス入口６０から供給し、他部の未反応ガスを
ガス人口６１から尋人することもできる。また、循環ガ
ス圧縮機から分割した一部をガス入口６０から、他部（
残部）ｔ−ガス人口６１から供給することもできる。な
お、後者の場合は本発明における前流側反応器と後流側
反応器の２種類（２個）の反応器を第９図又は第１０図
の反応器１個に置き換えることができるものである。

第９図の反応器は、上部室２７に未反応ガスのガス人口
６０を設け、このガス人口６０が反応管２４及びガス上
昇管２６に直結されており、また、未反応ガスのガス人
口６１も隔壁６２によシ仕切られた空間を上部室２７に
設け、このガス人口６１が反応管２４′と接続されてい
る。

一方、下部室２９は隔壁６６によ）仕切られ、この仕切
られた空間内にガス上昇管２６及び反　５応管２４′が
開口している構造のものであるＯ第１０図の反応器は、
ガス入口６０は連結管７０及び隔壁７１で仕切られた空
間に接続し、この空間内に反応管２４が開口している。

また、ガス人口６１は上部室２７に開口しており、この
上部室２７にはガス上昇管２６及び反応管２４′が配置
されている。一方、下部室２９には、反応管２４′が開
口しており、また、この下部室２９に隔壁７２で仕切ら
れた空間には、ガス上昇管２６及び反応管２４が開口し
ている。

第５〜１０図に示す反応器において、反応管２４　、２
４’内に発生する反応熱は、補給水からの水によって吸
収され、被水は水蒸気（気水）となって放出されるもの
である。また、第５〜１０図には、反応管２４　、２４
’及びガス上昇管２６が各１個づつ配置されているもの
であるが、本発明（２これのみに限足葛れるものではな
く、それらを複数個づつ配設することも本発明に包含さ
れるものである。

本発明の実施例である上記第５〜１０図の反応器の樽造
上の特徴利点は、触媒を充填しないガス上昇管と隔壁を
有せしめたことにある。すなわち、ガス入口２０から供
給した未反応ガスについては、２個の反応管２４　、２
４’を通過させるものでわり、これは触媒光レイ反応管
の管長が約２倍になったことに相当し、ガスと触媒との
接触時間を犬とならしめる目的に約して大きい効！Ｊを
有する。

従来から知られているように、１菜的に製造可能な鋼管
の管長は２５〜３０ｍであるが、かかる長尺管を用いた
反応器では管内の触媒充填、触媒抜出が容易でなく、触
媒充填量が各反応管毎に異なれば空間速度不同を生じる
のでｔＦＦ″！しくない。本発明は第１２図の公知側反
応器に比し、反応管数は増すが、管長を大巾に減少し得
るという利点があると共に次の利点をも有する。

即ち、２個の反応管の管数、管径（即ち、空間速度）を
異ならしめ、あるいは触媒の種類、形状寸法を異ならし
めることが可能であって、本発明では前流側反応管の空
間速度を大に、後流側反応管の空間速度を小にするもの
である。これは１個の前流側反応器内の反応管において
も適用することができ、これによシ上記の利点が生ずる
ものである◇ 次に、本発明において、ガス上昇管Ｌ、この管内に触媒
を充填させないことは当然のことであり、この管の下端
から上端１でのガスの圧損は小さくこの点からは全く問
題ない。また、管径、管数は特に制限しない。このガス
上昇管は管外表面に飽和温度の加圧水が接しているため
、熱交換器としてのａ能も併有しておル、これは反応器
の安定運転に役立たせ得るものである。

例えば何らかの原因によジガス入口から流入させるガス
の流量が低下した場合など反応管内の接触反応熱が大と
なって該反応管出口のガス温度が君子上昇した時、本発
明の反応器では反応管出口ガス温度が高くなるとガス上
昇管がガス冷却管としての機能を自動的に果し、反応管
入口ガス温度をはは一定に維持させる効果を奏する。こ
れは反応器の運転のフレキシビリティを大とする上で有
効である。

以上のように、本発明は、工業的に大きい価値を有する
が、本発明を実用するに当っては隔壁の構造には種々の
ものが適用できる。第５〜８図はその例を示すものであ
る。

また、プラントのメタノール製造能力如何ではこの第５
〜８図のみ（後流側反応器を省略）とすることも可能で
ある。また更に、第９．１０図の如く反応管２４を第１
図の前流側反応器１、反応管２４′を後流側反応器２と
して機能させ両者の中間の位置にノズル２２から未反応
ガスを供給させることもその効果が大きく、これも本発
明に含まれる。

本発明を工業的に実施する場合は、前流側反応器として
第１１〜１４図全使用することに限定するものではなく
、本発明者らが特願昭５９−１４４１６２号で発明した
反応器における上流側反応管（器）と下流側反応管（器
）の中間の位置に未反応ガスを流入させることも当然本
発明に言まれる。また、反応管は管長全体全等径にせし
めたものだけでなく本発明者らが昭和５９年８月２４日
付特許出如く反五６器〉で発明した管径を異にした反応
管を適用することも妨げない。

以上のように、本発明は工業的にメタノールを製造する
ための反応器として優れた性能を有するものであるが１
本発明はメタノール合成以外の粒状固形触媒を用いてガ
ス体の発熱反応を行なわさせる反応器として広く使用で
きるものであって、その相違をメタノール合成用に限定
するものではない。

〔本発明の効果〕

本発明は１以上詳記したように、未反応供給ガスを前流
側反応器の入口部及び前流側反応器と後流側反応器の中
間部に分割してそれぞれ供給するようにしたものである
から、循環ガス圧縮機の駆動エネルギー全大幅に軽減で
きる効果が住する。さらに本発明において、未反応供給
ガスを分割することは、このガスの１部をクエンチガス
として供給するものではなく、温度に殆んど拘束されな
い、すなわち、温度制御を必要としない反応器である顕
著な効果が生ずるものである。

その士、本発明では前流側反応器として触媒全充填しな
いガス上昇管金有する反応器を使用することにより、従
来の反応器に比し、反応管数は増加するが、肢管の管長
を大幅に減少しうる効果が生ずるものでる夕、また、本
発明において、前流側反応器内の触媒が劣化した場合で
あっても、この前流側の触媒のみを交換することができ
る効果も生ずるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例である反応器のフローシート
であり、第１（ａ）図は公知例反応器のフローシート、
第１（ｂ）図は既提案の反応器のフローシートである。 第２図は熱交換器を設置αしない反応器であって、触媒
床内にクエンチカスを多段に送入して温度制御する従来
のＩＣＩ反五〇器及びその温度制御を併記した図である
。第６図はメタノール濃度と温度との関係図である。 第４図は第１図中の前流９１１１及び後流１１１ｊ反応
器の具体例であり、第５〜第８図は、本発明における前
流側反応器として使用する好適な各種具体例であり、第
９．１０図は、同じく他の具体例である。第１１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り
、第１２図は公知例反応器であり、第１３図は公知構造
の反応器における反↓ｌ、管長方向の温度分布２示した
図である。 復代理人　内　１）　　明 復代理人　萩　原　亮　− ガス入口 ガス出口 ′　温涙− 圧力〔αｔａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒状固形触媒を充填した反応管内に反応させようと
   する加圧ガスを上方から下方へ流動させて発熱反応を行
   なわさせると共にその反応熱を該管外表面に接しさせた
   管内ガス温度よりも低い飽和温度の加圧水の蒸発潜熱に
   より取り除いてなる複数の反応器を前流側と後流側に直
   列に分離して位置させ、後流側反応器の空間速度を前流
   側反応器の空間速度よりも小にした反応器に於いて、未
   反応供給ガスを前流側反応器入口部および前流側反応器
   と後流側反応器の中間部に分割して供給するようにした
   ことを特徴とする反応器。 ２、前流側反応器が、粒状固形触媒を充填した前流側反
   応管、後流側反応管及び触媒を充填しないガス上昇管か
   らなり、反応ガスを前流側反応管、ガス上昇管、後流側
   反応管の順に流動させ、該反応ガスを上記両反応管内の
   触媒により接触反応させ、発熱反応を行なわさせると共
   に該反応熱を、上記両反応管の外表面に接せしめた両反
   応管内ガス温度よりも低い飽和温度の加圧水の蒸発潜熱
   により取り除いてなる形式の反応器である特許請求の範
   囲第１項記載の反応器。 ３、ガス上昇管から流出するガスに未反応ガスを供給せ
   しめてなる特許請求の範囲第２項記載の反応器。 ４、後流側反応管の空間速度を、前流側反応管のそれよ
   りも小さくする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   反応器。