JPS6234585Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、発熱を伴う化学反応に用いる触媒
反応器に関し、さらに詳しくは、反応熱を有効に
回収するための伝熱管を内蔵する触媒反応器の構
造に関するものである。

従来の触媒反応器およびその付設機器を第１図
に概念的に示す。図を参照すれば、反応器１には
触媒２が充填されており、反応ガス３で反応器１
内の触媒層２で化学反応を起して目的の反応生成
ガス４として排出される。その際、発熱反応を伴
う場合は、反応熱のために、触媒層２の温度が上
昇し、反応効果の減退、ひいては高温による触媒
の劣化、破損を生じる。このため、従来は触媒層
２に伝熱管５を設けて、反応熱を吸収する方法が
一般にとられている。この場合、反応熱吸収のた
めの伝熱管を用いて水の蒸発を行い、上昇管６、
ボイラドラム９、降下管７、循環ポンプ８、給水
管１０、スチーム１１と一連のボイラシステムを
形成させ、発生熱をスチームとして回収すること
が有効である。

このようなシステムは、高度の発熱反応を伴う
反応プロセスに適用されるが、その代表的なもの
として、メタノール合成反応が知られている。

2H₂＋CO→CH₃OH＋24.45kcal（250℃） 一酸化炭素と水素を化学的に適量に混合した合
成ガスを触媒反応層に通すことにより、上式に従
つてメタノールが合成される。その場合、高度の
発熱を伴うので、触媒反応層にボイラー伝熱管を
配置し、スチームとして回収する。メタノール合
成の場合は、数百度、数百気圧の比較的高温高圧
が用いられるので、第１図の反応器１も耐熱耐圧
ベツセル、普通には耐熱鋼製の円筒型ベツセルが
用いられ、その中に触媒層と内部伝熱管が組込ま
れる。

しかし、上記のような触媒反応器においては、
触媒層内に配置された伝熱管によつて充分に反応
熱が吸収されなかつたり、また伝熱管の一部が過
熱して劣化を生じるなど、反応器の構造に種々の
問題があることが分つた。

この考案の目的は、前記従来の触媒反応器の欠
点を解消し、反応熱を効率よく回収するととも
に、伝熱管をコンパクトに配置した触媒反応器を
提供することにある。

この考案は、縦型の反応容器と、該反応容器の
中央部に設けられた、上部が閉端された反応ガス
室と、該反応ガス室の両側に設けられた触媒層
と、該触媒層内の上下方向に配置され、水平方向
にヘアピン状に蛇行する伝熱管と、該触媒層を両
側部からガス流通可能な多孔板で支持する触媒コ
ンテナと、該触媒コンテナの外側に設けられた環
状の反応生成ガス室と、前記反応容器下部に設け
られた原料ガスの導入口と、前記反応生成ガス室
に設けられた生成ガス出口とを有することを特徴
とする。

以下、この考案を図面によりさらに詳細に説明
する。

第２図は、この考案の一実施例を示す触媒反応
器の正面断面図、第３図はその平面断面図、第４
図は、第３図の−線に沿つた矢視断面図であ
る。

図において、触媒反応器は、縦型円筒ベツセル
からなる本体２１に本体フランジ２３を介してト
ツプカバー２２を取付けて一体化したものであ
る。反応器の内部には空間３１を隔てて触媒コン
テナ２４が設置され、全体は、第３図の平面図に
示すように円形ベツセル内に方形のコンテナ２４
が収容された形となつている。反応ガスは下部の
入口ノズル２９から供給され、第２図、第３図、
第４図に示されるように上広がりのガス室シユラ
ウドコーン２８を経て反応ガス室２６に導入され
る。反応ガス室２６は、ガスが自由に通過できる
ように、多孔板、例えば鎧戸形の格子壁３０に狭
まれ、その両側は触媒コンテナ２４の壁部を形成
している。上記格子壁３０は触媒粒子を保持し、
かつガス通過可能のものであればよく、例えば金
網等で代替してもよい。反応ガスは、ガス室２６
の格子３０を通つて内部に充填された触媒２５お
よび伝熱管３４の間隙を通り抜け、触媒コンテナ
２４の一方の格子壁３０Ａを通過して反応を完了
し、反応生成ガス室３１に集合し、出口ノズル３
２Ａから排出される。コンテナ２４は、第３図に
示すように方形であり、対向する両サイドの二面
３０，３０Ａは鎧格子からなり、ガスの通過方向
に対して90度の対向する二面３０Ｂは鋼板製でガ
スを通さないようになつている。従つてガス室２
６の反応ガスは触媒層２５に内蔵した伝熱管３４
（図示では両サイド各２列記載）を通過し、格子
壁３０Ａを抜けてノズル３２Ａから排出される。
伝熱管は、第２図および第３図に示すように、２
列に配置されるが、１組の管部の形状は第４図に
示すようにヘアピン状になつている。降水管の入
口ノズル３５は連結管３９を介して降水管ヘツダ
３６に接続され、ここから数本に分かれて伝熱管
３４で蛇行しながら立上り、上昇管ヘツダ３７に
集合する。発生スチームはヘツダ３７から連結管
４０を介して出口ノズル３８からボイラドラム
（第１図参照）に送られる。降水管ヘツダ３６は
ガス室シユラウドコーン２８の外にあり、伝熱管
３４とヘツダ３６を連結する管は第４図に示すよ
うにシユラウドコーン２８を突き抜けている。一
方、上部ヘツダ３７は触媒層表面２７の上に位置
している。伝熱管３４はヘアピン形状で、上下方
向で、かつ２次元平面に配置されるので、熱膨張
等の応力分散には全く問題がない。またヘツダ３
７と出口ノズル３８の連絡管４０（第４図）もト
ツプカバー２２の内部空間を蛇行させることによ
り、配管フレキシビリテイが充分にとれるので、
ヘツダ３７，３６はしかるべきサポート、架台に
より容器内に固定することができる。また、伝熱
コイルに万一損傷を生じ、伝熱管を取り外して補
修する場合は、マンホール３３を開き、連絡管３
９および４０を切断すると引き出すことができ
る。反応生成ガスを集める生成ガス室３１は、断
面的には第３図に示すように半円形の連続形状で
あるが、上下の部分はそれぞれシールプレート２
４Ｃおよび２４Ｄにより遮断され、触媒層からシ
ールされている。なお、例えばメタノール合成反
応の場合のように反応温度が数百度であれば生成
ガスも充分高温であるため、本体ベツセル２１お
よびトツプカバー２２の材料は耐熱鋼製か、また
は内面に断熱材の内張を施す等の処置が必要であ
る。

上記実施例によれば、反応器を、触媒コンテナ
で方形に仕切り、該コンテナ内に配置し、反応ガ
スを触媒コンテナの中央部のガス室から半径方向
に流動させながら反応させることにより、触媒お
よび伝熱管をコンパクトに反応器内に収容すると
ともに、反応熱を効率よく吸収することができ
る。

以上、この考案によれば、反応熱を効率よく回
収するとともに、伝熱管をコンパクトに配置した
触媒反応器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の反応器の熱回収システムを示
す装置系統図、第２図は、この考案の触媒反応器
の概略正面断面図、第３図は、その平面断面図、
第４図は、第３図の−線に沿つた矢視断面図
である。 ２１……反応器本体、２２……トツプカバー、
２４……触媒コンテナ、２５……触媒層、２６…
…反応ガス室、２９……ガス入口ノズル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 縦型の反応容器と、該反応容器の中央部に設け
   られた上部が閉端された反応ガス室と、該反応ガ
   ス室の両側に設けられた触媒層と、該触媒層内の
   上下方向に配置され、水平方向にヘアピン状に蛇
   行する伝熱管と、該触媒層を両側部からガス流通
   可能な多孔板で支持する触媒コンテナと、該触媒
   コンテナの外側に設けられた環状の反応生成ガス
   室と、前記反応容器下部に設けられた原料ガスの
   導入口と、前記反応生成ガス室に設けられた生成
   ガス出口とを有することを特徴とする触媒反応
   器。