JPS631438A - 反応器 - Google Patents
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- JPS631438A JPS631438A JP14290786A JP14290786A JPS631438A JP S631438 A JPS631438 A JP S631438A JP 14290786 A JP14290786 A JP 14290786A JP 14290786 A JP14290786 A JP 14290786A JP S631438 A JPS631438 A JP S631438A
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Classifications
-
- 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
- B01J8/06—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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/067—Heating or cooling the reactor
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は多管式メタノール合成用反応器に関する。
本発明者らは特願昭５９−０８００５３などにより二重
管式反応器（メタノール合成用反応器）を提案している
。この二重管式反応器を第２図に基づいて説明すると、
反応管（外管）１は複数個（第２図では１個のみを図示
し、他は省略）で、これを上下管板４，４′に固定させ
る。
管式反応器（メタノール合成用反応器）を提案している
。この二重管式反応器を第２図に基づいて説明すると、
反応管（外管）１は複数個（第２図では１個のみを図示
し、他は省略）で、これを上下管板４，４′に固定させ
る。
各反応管１の中央には中心管（内管）３を位置させる。
触媒２は反応管１と中心管３で構成される円環状空間に
充填する。反応温度よりも低い温度の未反応ガスはガス
入口ノズル５から、下部鏡６′と下部仕切板７で構成さ
れる空間のに流入し、仕切板７に取付けられた中心管３
内に流入し、中心管３内を上昇する。このガスは中心管
３内を上昇しながら反応熱により加熱されて、上部管板
４と上部＊６で構成される空間■に流入する。
充填する。反応温度よりも低い温度の未反応ガスはガス
入口ノズル５から、下部鏡６′と下部仕切板７で構成さ
れる空間のに流入し、仕切板７に取付けられた中心管３
内に流入し、中心管３内を上昇する。このガスは中心管
３内を上昇しながら反応熱により加熱されて、上部管板
４と上部＊６で構成される空間■に流入する。
次にこのカスは流れの方向を反転して触媒２層へ流入し
、触媒２層下端から下部管板４′と下部仕切板７で構成
される空間■へ流出し、ガス出口ノズル８から反応終了
ガスを取出す。
、触媒２層下端から下部管板４′と下部仕切板７で構成
される空間■へ流出し、ガス出口ノズル８から反応終了
ガスを取出す。
空間■には飽和温度の加圧水９（水蒸気含有）が位置さ
せられている。
せられている。
ところで、第２図に示す既提案の二重管式反応器におい
て、中心管内を上昇する未反応ガスは触媒２層で反応し
つつあるガスよクも低い温度になるようにされている。
て、中心管内を上昇する未反応ガスは触媒２層で反応し
つつあるガスよクも低い温度になるようにされている。
一方、反応管１の外表面には飽和温度の加圧水９が位置
させられており、この温度も触媒２層で反応しつつある
ガスよクも低い温匿になるようにされている。
させられており、この温度も触媒２層で反応しつつある
ガスよクも低い温匿になるようにされている。
触媒２層で水素、一酸化炭素、二酸化炭素の混合加圧ガ
スを反応させるに適した温度は、触媒性能によっても異
なるが銅一亜鉛−クロム系触媒の場合、２００〜３００
℃とされている。
スを反応させるに適した温度は、触媒性能によっても異
なるが銅一亜鉛−クロム系触媒の場合、２００〜３００
℃とされている。
こｎＨ温度が低すぎると反応速度が小さく、温度が高過
ぎると触媒活性が低下する（失活する）と共に反応平衡
嬢度も低下するので工業的に好ましくない友めで、触媒
２層出口温匹は２５０〜２７０℃にすることが好ましい
とされている。
ぎると触媒活性が低下する（失活する）と共に反応平衡
嬢度も低下するので工業的に好ましくない友めで、触媒
２層出口温匹は２５０〜２７０℃にすることが好ましい
とされている。
一万、ＣＯ＋２Ｈ２ −→ＣＨ３０Ｈ＋△Ｈという反
応（発熱反応）において、△Ｈ＝−９α８ｋＪ／ｍｏｂ
という熱が発生する。この熱を取ク去らないとガス
のエンタルピーは大きくなり温度が次第に上昇して行く
。即ち適正な接触反応温度の維持が不可能となる。その
ため外管と内管で構成される円環柱状空間に粒状固形触
媒を充填し円環の内外局に接した管壁を介した集移動に
より、反応熱を除去した構造を特願昭５９一０８００５
５号などで提供したのである。
応（発熱反応）において、△Ｈ＝−９α８ｋＪ／ｍｏｂ
という熱が発生する。この熱を取ク去らないとガス
のエンタルピーは大きくなり温度が次第に上昇して行く
。即ち適正な接触反応温度の維持が不可能となる。その
ため外管と内管で構成される円環柱状空間に粒状固形触
媒を充填し円環の内外局に接した管壁を介した集移動に
より、反応熱を除去した構造を特願昭５９一０８００５
５号などで提供したのである。
外管である反応管１は飽和温度の加圧水９に接しておク
、加圧水５に与えられた熱は水の蒸発潜熱に転換される
。従って反応管１に接する水の温度は管長方向にほソ同
一でちる。
、加圧水５に与えられた熱は水の蒸発潜熱に転換される
。従って反応管１に接する水の温度は管長方向にほソ同
一でちる。
一方、内管である中心管３の内部を下から上へ上昇する
ガスに与えられ次熱は、カスの顕熱に転換される。従っ
て中心管３内のガス温度は下から上へガスが移勤するに
従って上昇して行く。即ち、中心管３は反応させようと
するガスを適切な温度に加熱するためのガス予熱器とし
ての役割クをも有している。
ガスに与えられ次熱は、カスの顕熱に転換される。従っ
て中心管３内のガス温度は下から上へガスが移勤するに
従って上昇して行く。即ち、中心管３は反応させようと
するガスを適切な温度に加熱するためのガス予熱器とし
ての役割クをも有している。
触媒層上端から流入させられる未反応ガスの汚度は接触
反応に大きい効果を有する。即ち、複数個の反応管１内
の触媒２層の触媒充填状況が同一であり、触媒２層人ロ
ー出口間のガス流動抵抗が同一であれば、工業的な意味
での空間速度は同一になるはずである。かかる場合に触
媒２１上端から流入するガス温度が不同であれば「反応
速度は温度依存である」という原理から触媒層入口ガス
温度の高い反応管１でに反応速度（熱発生速度）が大と
なク、管内ガス温度が高目となる。
反応に大きい効果を有する。即ち、複数個の反応管１内
の触媒２層の触媒充填状況が同一であり、触媒２層人ロ
ー出口間のガス流動抵抗が同一であれば、工業的な意味
での空間速度は同一になるはずである。かかる場合に触
媒２１上端から流入するガス温度が不同であれば「反応
速度は温度依存である」という原理から触媒層入口ガス
温度の高い反応管１でに反応速度（熱発生速度）が大と
なク、管内ガス温度が高目となる。
ところで、工業的には複数個の反応管１の触媒２の充填
状態を完全に同一となすことは困難であク、各反応管１
毎に若干の窒間速度の不同があり得る。窒間速度が計画
値よりも小さい場合はガスと触媒２の接触時間が大、即
ち反応管１の単位伝熱面積に対する熱発生量が大となり
、接触反応温度が上昇し高目となる。これに伴ない、中
心管６内を上昇するガスは触媒２層のガス温か高いため
熱移動量が増加し、温度が高目となる。従って、聖間速
度小の反応管１の中心管３内を上昇して温度が高目とな
ったガスを温度高目のまま空間速度小の触媒２層上端に
流入させると反応速度、即ち温度が更に上昇するという
問題が生じる。
状態を完全に同一となすことは困難であク、各反応管１
毎に若干の窒間速度の不同があり得る。窒間速度が計画
値よりも小さい場合はガスと触媒２の接触時間が大、即
ち反応管１の単位伝熱面積に対する熱発生量が大となり
、接触反応温度が上昇し高目となる。これに伴ない、中
心管６内を上昇するガスは触媒２層のガス温か高いため
熱移動量が増加し、温度が高目となる。従って、聖間速
度小の反応管１の中心管３内を上昇して温度が高目とな
ったガスを温度高目のまま空間速度小の触媒２層上端に
流入させると反応速度、即ち温度が更に上昇するという
問題が生じる。
この温度上昇は具体的には触媒充填の均一度に支配され
、触媒活性低下に至らない場合が多いが、各反応管１の
内部の反応温度に反応器出口ガス温度を測定しても異常
を検知できず構造上の対策が必要となる。
、触媒活性低下に至らない場合が多いが、各反応管１の
内部の反応温度に反応器出口ガス温度を測定しても異常
を検知できず構造上の対策が必要となる。
ま次、各反厄管１の管長方向平均温度の不同を生じた場
合、管軸方向の熱膨脹差によク熱応力が生じるという問
題もある。高圧の大型多管式反応器では上下管板４，４
′および該管板４，４′と反応管１接続点は高い応力状
態にあク、熱応力による応力増加は好ましくない要因の
一つとなる。
合、管軸方向の熱膨脹差によク熱応力が生じるという問
題もある。高圧の大型多管式反応器では上下管板４，４
′および該管板４，４′と反応管１接続点は高い応力状
態にあク、熱応力による応力増加は好ましくない要因の
一つとなる。
本発明に、上記問題点を解消することを意図するもので
あって、各反応管の温度の差を小になるようにした反応
器を提供することを目的とする。
あって、各反応管の温度の差を小になるようにした反応
器を提供することを目的とする。
そして、本発明は、上記目的を達成する手段として、複
数個の中心管を上昇してきたガスを混合するためのガス
混合器を反応器上部に内在゛させた点にある。すなわち
、本発明は、中心管ｔ−有する複数個の反応管を垂直方
向に位置させて上下の管板で固定し、中心管と反応管で
構成される空間に触媒を充填すると共に反応管の外周に
飽和温度の加圧水を位置させ、未反応ガスを中心管の下
から上へ流動させ次後触媒層を上から下へ流動させて発
熱反応を行なわせる反応器において、複数個の中心管を
上昇してきたガスを１個の空間に送入させた後ガス混合
器を経由して該ガス温度を均等化させ、これを各反応管
の触媒層へ流入させるようにしたことを特徴とする反応
管の温度の差を小にし九反応器である。
数個の中心管を上昇してきたガスを混合するためのガス
混合器を反応器上部に内在゛させた点にある。すなわち
、本発明は、中心管ｔ−有する複数個の反応管を垂直方
向に位置させて上下の管板で固定し、中心管と反応管で
構成される空間に触媒を充填すると共に反応管の外周に
飽和温度の加圧水を位置させ、未反応ガスを中心管の下
から上へ流動させ次後触媒層を上から下へ流動させて発
熱反応を行なわせる反応器において、複数個の中心管を
上昇してきたガスを１個の空間に送入させた後ガス混合
器を経由して該ガス温度を均等化させ、これを各反応管
の触媒層へ流入させるようにしたことを特徴とする反応
管の温度の差を小にし九反応器である。
本発明を詳細に説明すると、本発明では、中心管内を上
昇して来たガスが直ちに触媒鳩上端へ流入させるような
ことはなくして、中心管内を上昇して米たガスを上部仕
切板で区切られたガス混合室へ流入させて、ミキサーを
経由して上部管板と仕切板で区切られた空間へ流入させ
るのである。かくして、複数個の反応管の中心管内を上
昇して来たガスに均一に混合され、即ち温度が均一化さ
れて触媒層へ流入させられる。
昇して来たガスが直ちに触媒鳩上端へ流入させるような
ことはなくして、中心管内を上昇して米たガスを上部仕
切板で区切られたガス混合室へ流入させて、ミキサーを
経由して上部管板と仕切板で区切られた空間へ流入させ
るのである。かくして、複数個の反応管の中心管内を上
昇して来たガスに均一に混合され、即ち温度が均一化さ
れて触媒層へ流入させられる。
ところで、本発明の反応器は複数個の反厄管の触媒充填
のアンバランスを直接的に改善するものではないけれど
も、触媒充填層上鴻よク流入させる未反応ガスの温度を
均一化させることによる利点は充分大きい。即ち、上下
管板間の圧力差が一定の条件で複数個の反応管の触媒充
填にアンバランスが存在する場合、 （１１ 空間速匿小の反応管でに接触反応温度が高い
次め、中心管内を上昇して来た未反応ガスの温度が高く
なる。
のアンバランスを直接的に改善するものではないけれど
も、触媒充填層上鴻よク流入させる未反応ガスの温度を
均一化させることによる利点は充分大きい。即ち、上下
管板間の圧力差が一定の条件で複数個の反応管の触媒充
填にアンバランスが存在する場合、 （１１ 空間速匿小の反応管でに接触反応温度が高い
次め、中心管内を上昇して来た未反応ガスの温度が高く
なる。
（２）従来構造では中心管内を上昇してきたカスの大部
分（この一部は拡散混合される。）は温匣が高いままで
空間速度小の触ｉ層へ流入するため、反応温度が更に高
くなる。
分（この一部は拡散混合される。）は温匣が高いままで
空間速度小の触ｉ層へ流入するため、反応温度が更に高
くなる。
これに対して、本発明の反応器ではガス温度が正常な状
態１で平均化された後に空間速度小の触媒層へ流入する
ため、反応温度の上昇が従来構造に比し大巾に抑制され
る。
態１で平均化された後に空間速度小の触媒層へ流入する
ため、反応温度の上昇が従来構造に比し大巾に抑制され
る。
（３）一万、空間速度大の反応管では接触反応温度が低
い念め、中心管内を上昇して来た未反応ガスの温度が低
い。
い念め、中心管内を上昇して来た未反応ガスの温度が低
い。
このため、従来構造では中心管内を上昇して来たカスの
大部分（この一部は拡散混合される。）が温度が低いま
１で空間速度大の触媒層へ流入するため反応温度が更に
低くなる。
大部分（この一部は拡散混合される。）が温度が低いま
１で空間速度大の触媒層へ流入するため反応温度が更に
低くなる。
これに対して、本発明の反応器ではガス温度が正常な状
態１で平準化された後に空間速度大の触媒層へ流入する
ため、従来構造に比し反応速度が上昇し、温度もそれに
従って上昇する。
態１で平準化された後に空間速度大の触媒層へ流入する
ため、従来構造に比し反応速度が上昇し、温度もそれに
従って上昇する。
結局、本発明の反応器に複数個の反応管に触媒を充填す
る際、工業的な反応器でに充填状態の若干のアンバラン
スがあるという前提で、各反応管内の反応温度を同一に
はできないながら、従来構造に比し反応温度、管温度の
不同を減少させようとする目的に対し、有効な構造を提
供しようとするものであり、反応器出口ガス中（粗メタ
ノール液中）の不純物含有董の低減と機器構造体の局部
応力の低減に大きい効果がある。（圧力による応力に加
算される熱応力が小となる。） 〔実施例〕 以下第１図に基づいて本発明をより詳細に説明する。第
１図は本発明の実施例である反応器の概略図である。中
心管３内を上昇して来たガスは上部仕切板７と上部鏡６
で構成される空間［Ｆ］に流入させられる。複数個の中
心管３内を上昇して米たガスはすべて（その全量）が上
部仕切板７の１個所に設けられたガス混合器１０を経由
して、上部管板４と上部仕切板７で｛ｈ成される空間［
Ｆ］に流入するようにされる。この空間［Ｆ］に流入す
るガスの温度は混合均一化させられている。次いで、こ
の空間［Ｆ］のガスは各反応管１の触媒２／ｉｉへ自由
に流入させられる。
る際、工業的な反応器でに充填状態の若干のアンバラン
スがあるという前提で、各反応管内の反応温度を同一に
はできないながら、従来構造に比し反応温度、管温度の
不同を減少させようとする目的に対し、有効な構造を提
供しようとするものであり、反応器出口ガス中（粗メタ
ノール液中）の不純物含有董の低減と機器構造体の局部
応力の低減に大きい効果がある。（圧力による応力に加
算される熱応力が小となる。） 〔実施例〕 以下第１図に基づいて本発明をより詳細に説明する。第
１図は本発明の実施例である反応器の概略図である。中
心管３内を上昇して来たガスは上部仕切板７と上部鏡６
で構成される空間［Ｆ］に流入させられる。複数個の中
心管３内を上昇して米たガスはすべて（その全量）が上
部仕切板７の１個所に設けられたガス混合器１０を経由
して、上部管板４と上部仕切板７で｛ｈ成される空間［
Ｆ］に流入するようにされる。この空間［Ｆ］に流入す
るガスの温度は混合均一化させられている。次いで、こ
の空間［Ｆ］のガスは各反応管１の触媒２／ｉｉへ自由
に流入させられる。
なお、本発明において、ガス混合器１０は圧損小であれ
ばその構造には制限されない。
ばその構造には制限されない。
本発明に、以上詳記したように、反応器の上部にガス混
合器を内在させたものであるから、このガス混合器に複
数個の中心管よク上昇してくるガスを混合し、該ガス温
度を均一にし、しかる後各反応管の触媒層へ導入するこ
とができ、その結果、各反応管に導入するガスの温度差
をなくすることができる効果が生ずる。
合器を内在させたものであるから、このガス混合器に複
数個の中心管よク上昇してくるガスを混合し、該ガス温
度を均一にし、しかる後各反応管の触媒層へ導入するこ
とができ、その結果、各反応管に導入するガスの温度差
をなくすることができる効果が生ずる。
第１図は本発明の実施例である反応器の概略図であク、
第２図は本発明者等による既提案の反応器である。 復代理人 内 田 明 復代理人 萩 原 亮 一 復代理人 安 西 篤 夫 第１図
第２図は本発明者等による既提案の反応器である。 復代理人 内 田 明 復代理人 萩 原 亮 一 復代理人 安 西 篤 夫 第１図
Claims (1)
- １、中心管を有する複数個の反応管を垂直方向に位置さ
せて上下の管板で固定し、中心管と反応管で構成される
空間に触媒を充填すると共に反応管の外周に飽和温度の
加圧水を位置させ、未反応ガスを中心管の下から上へ流
動させた後触媒層を上から下へ流動させて発熱反応を行
なわせる反応器において、複数個の中心管を上昇してき
たガスを１個の空間に送入させた後ガス混合器を経由し
て該ガス温度を均等化させ、これを各反応管の触媒層へ
流入させるようにしたことを特徴とする各反応管の温度
の差を小にした反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14290786A JPS631438A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14290786A JPS631438A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS631438A true JPS631438A (ja) | 1988-01-06 |
Family
ID=15326387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14290786A Pending JPS631438A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS631438A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523968A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | 接触転化反応用反応装置 |
| US8193254B2 (en) | 2005-12-27 | 2012-06-05 | Gas Technologies Llc | Method and system for methanol production |
| US10287224B2 (en) | 2005-12-27 | 2019-05-14 | Gas Technologies Llc | Method and apparatus for producing methanol with hydrocarbon recycling |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP14290786A patent/JPS631438A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| JP2008523968A (ja) * | 2004-12-17 | 2008-07-10 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | 接触転化反応用反応装置 |
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