JPH0363425B2 - - Google Patents
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- JPH0363425B2 JPH0363425B2 JP58213724A JP21372483A JPH0363425B2 JP H0363425 B2 JPH0363425 B2 JP H0363425B2 JP 58213724 A JP58213724 A JP 58213724A JP 21372483 A JP21372483 A JP 21372483A JP H0363425 B2 JPH0363425 B2 JP H0363425B2
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- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
- C07C29/152—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the reactor used
-
- 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
- B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
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- B01J2208/00274—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant vapours
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Description
本発明は、固体触媒上で発熱反応を行わせる二
重管式発熱反応器に関するものである。 従来、例えば固体触媒上で気相発熱反応を行わ
しめる、アンモニア合成、メタノール合成などの
反応においては、触媒層を冷却し、触媒層内の温
度分布を制御するために様々な反応器が考えら
れ、実施されて来た。又、触媒層を単に冷却する
だけでなく、反応熱を冷却媒体に移し、この熱を
有効に利用する方法も、種々考えられて来た。 一般に発熱反応を行わしめる流通型反応器にお
いて、反応が進んだ触媒層出口付近では反応生成
物の濃度が高くなり、入口付近に比べて反応平衡
に接近し反応速度が低下する為に、触媒層出口付
近では反応温度を下げて、反応平衡状態から遠く
して、反応速度の低下を防ぐ事が好ましく、又反
応生成物の濃度が十分に低い触媒層入口付近では
反応平衡状態から、十分に離れている為に、より
高い温度が好ましい事が知られている。 このことより、反応の進行に応じて触媒層の温
度を降下せしめる事が発熱反応を実施する場合最
も好ましいといえる。 第１図に於いて、縦軸は反応生成物濃度（mol
％）、横軸は反応ガス温度、曲線Ｎは反応平衡線
であつて、この曲線の右上側の領域は、熱力学的
に存在し得ない領域を示す。曲線Ｍは反応速度最
大線であつて、反応速度が最大になる過程を示
す。反応速度最大線Ｍは一般に反応平衡線Ｎに略
平行に存在し、理想的には触媒層内温度分布或い
は反応過程温度分布が、この曲線Ｍ上を辿る場合
が、所定の反応生成物を得る為に必要な触媒量が
最小となる。 しかし従来装置、例えば、特公昭57−38568に
記載されている如き沸騰水でのみ冷却される管型
反応器に於いては、冷却媒体である沸騰水の温度
が至る処略一様である為に触媒層の温度分布も、
略一様な温度分布となるという問題があつた。 又、反応平衡の条件を改善する為に、特開昭57
−53420に記載される反応器では、触媒層出口付
近の温度を下げる為、出口付近へ過冷却水が供給
されている。この場合過冷却水を供給する事で確
かに触媒層出口付近の温度を下げる事ができる
が、過冷却水の伝熱は、対流伝熱だけに依るもの
であつて、沸騰水の沸騰に依る伝熱に比べて遥か
に冷却効果が落るものである。このため工業的に
は所要冷却面積を増大に繋る事となり、また冷却
効果の減少を抑制する為に冷却水の流速を上げる
と、必然的に流体の圧力損失が増加し、ポンプの
所要動力の増大に繋るという問題があつた。 さらに、メタノール合成反応では近年銅系の触
媒が開発されてから低温に於いても、非常に高活
性な触媒が工業化されて来たが、高活性な触媒で
ある事は、単位触媒量当りの発熱量も大きく、よ
り多くの冷却面積と効果的な冷却方法を必要とし
ていた。特にメタノール合成反応に使用される銅
系の触媒は、一般に300℃以上で長期に使用され
ると、活性の劣化を起す為に、触媒層内に於ける
高いピーク状の温度上昇は、管材質上の難点だけ
でなく、触媒に対しても好ましくない。しかし従
来の沸騰液にて冷却する管型反応器に於いては、
特公昭57−38568に記載の反応器の如く、触媒層
を流れる反応ガスと向流的に沸騰液を流すと、最
も高い冷却効果を必要とする触媒層の入口付近が
沸騰液中の気相の容積が占める割合いが最も高く
伝熱の効率が最も悪く、触媒層入口付近で非常に
高いピークの温度上昇が発生するという問題があ
つた。 また触媒層へ供給される原料ガスは、触媒層に
て反応が十分に行われる温度のレベル迄に予熱さ
れている必要があり、例えば、メタノール合成反
応用の銅系触媒では、150℃以上に予熱されてい
る必要がある。一般にはこの予熱には、触媒層の
出口からの高温ガスの顕熱が用いられ、反応器の
下流に別に設置される熱交換器にて、供給原料ガ
スが予熱される。反応器の出口のガス、即ち触媒
層出口のガス温度は、例えばメタノール合成反応
器に於いては、一般に200℃以上である。この高
い温度レベルの反応器出口ガスの持つている顕熱
は、供給原料ガスの予熱に使用される他、特開昭
58−83642に記載されている如く、ボイラ給水の
予熱など他にも熱回収方法が考えられているが、
特開昭58−83672に記載の方法では、高い温度レ
ベルでの熱回収を実施する為には、供給原料ガス
の予熱器と並列に設置せざるを得なく、又それぞ
れの熱回収量も限られた範囲となつていた。 本発明は上記のごとき、従来装置の問題を解消
する二重管式発熱反応器を供するためになされた
ものであり、反応器の冷却液シエル内に配設され
た二重管を有し、該二重管の内管と外管との間は
触媒層とすべく形成され、該内管は原料流体が導
入されるべく外部と連通し、該触媒層は上記内管
内を通過した流体を上記内管内流れ方向と逆の方
向に通過せしめるべく内管と連通してあり、上記
冷却液シエルは冷却液流れが上記触媒層内流体流
れと併流となる側に冷却液入口及び冷却液出口を
配設してなることを特徴とするものである。 以上の構成により本発明装置は、触媒層が、内
管の内側から冷却されると同時に外管の外側から
も冷却され、触媒層の入口付近の温度よりも、同
出口付近の温度の方が低い温度分布となることを
可能ならしめるものであり、触媒層の入口温度よ
り低い温度で内管内へ導入される原料流体、例え
ば供給原料ガスが、該触媒層に於ける反応熱の一
部分に依つて、該触媒層の入口温度に迄予熱する
ことができ、該二重管の外管外に流れる冷却液
を、該触媒層を流れる反応ガスと並流的に流すこ
とにより、反応温度の最も高くなる該触媒層入口
近傍を効果的に冷却し得、反応熱の大部分を冷却
液の蒸発潜熱に回収する事を可能とするものであ
る。 以下、本発明の実施例を示し、さらに詳しく説
明する。 第２図は、本発明による二重管式発熱反応器の
基本的な構成を示す１実施例である。二重管式発
熱反応器１は内管２と外管３とからなる二重管４
を内蔵し、内管２と外管３との間に形成される管
状部５には触媒を充填した触媒層６を形成してあ
りこの二重管４はその外管３を管板７に固定さ
れ、冷却液シエル８内に配設されている。上記内
管２の一端は本反応器１外部に開口する内管入口
９と連通し、内管２の他端は、二重管４端部にお
いて上記環状部５の一端、すなわち触媒層入口１
０と連通し、同環状部５の他端、すなわち触媒層
出口１１は本反応器１の外部に開口する反応ガス
出口１２と連通している。上記冷却液シエル８
は、上記触媒層入口１０に近い側に冷却液入口１
３、上記触媒層出口１１に近い側に冷却液出口１
２を有する。供給原料ガス１５は、二重管４の内
管入口９（第１図中のＡ点に相当）から導かれ
て、二重管４下端、すなわち触媒層入口１０（第
１図中のＢ点に相当）に達する間に環状触媒層６
に於ける反応熱にて第１図中のＢ点に迄、予熱さ
れた入口ガス１６は、環状触媒層６へ供給され
る。入口ガス１６は環状触媒層６を流過しながら
（第１図中の曲線Ｂ−B′−Ｃを辿つて、）反応が
進行し、反応生成ガスの出口ガス１７となつて出
ていく。触媒層入口１０付近では、一般に単位触
媒量当りの反応熱の量が大きく、触媒層入口１０
Ｂ点の温度より高い温度の点（第１図中のB′点）
が触媒層入口１０の近くに存在するが、本発明の
反応器１では冷却媒体の一つである内管２を流れ
る供給原料ガス１５の温度が、内管を隔てて接す
る触媒層６の入口１０側より出口側１１の方が低
いので上記原料ガス１５に冷却され触媒層６の温
度分布は第１図に示す曲線Ｂ−B′−Ｃの如く、
出口付近の方が入口付近の温度より低い分布とす
る事ができる。すなわち、上記の本反応器１にお
いては二重管４の外管３の外側からは冷却液１８
にて沸騰液の状態で冷却しており、沸騰の伝熱を
主体としているため、触媒層６の出口１１付近の
温度を下げる効果は、二重管４の内管２の内側を
触媒層６内のガス流れと向流的に流れている冷却
媒体である供給原料ガス１５に依る冷却にて実現
されている。つまり本反応器１では、冷却媒体が
冷却液だけではなく、更にもう一つの冷却媒体で
ある供給原料ガス１５が存在する為に触媒層６内
の温度分布が、第１図中のＢ−Ｃ線に温度分布と
することを可能ならしめ、反応速度最大線Ｍに沿
つた反応過程を実現する事ができるものである。
以上の効果は内管２の内側に特に伝熱促進の為の
フイン或いは溝を、一部或いは全体に設ける事に
より低いコストでより高めることができる。 また、本反応器１は冷却面積の増大を、二重管
４を採用する事で実現し得たもので、かつ一方の
冷却面である内管２の管壁の内側と外側の圧力差
は、高々環状触媒層６に於ける反応ガスの圧力損
失に略等しく、耐圧設計を必要としない事を特徴
としている。 さらに、本反応器１においては、冷却液１８の
流れが、触媒層を流れる反応ガスの流れ方向と並
流的である。触媒層入口１０付近に於いては、単
位触媒量当りの発熱量が出口１１付近より大き
く、本反応器１のごとき管型反応器に於いては単
位冷却面積当りの発熱量が大きい結果となり、第
１図に示すように、温度の高い点B′が、入口１
０付近に存在する。冷却液１８として沸騰液にて
冷却する場合、伝熱により沸騰液が蒸発して、気
液混相流となるが、液相の容積に対する気相の容
積の割合が増加し、この割合が増加して来ると伝
熱の効率（伝熱係数）が減少して来る。本反応器
１に於いては、触媒層入口１０が、冷却液１８と
しての沸騰液の上流側に対応し最も伝熱の効率が
高く、第１図に示す触媒層入口１０付近の温度上
昇の点B′の温度を低く抑える事が可能となる。
またさらに本反応器１に於いては、供給原料ガス
の予熱が、反応器内の二重管にて行われる為に、
高い温度レベルの反応器出口ガスの持つ顕熱を、
特開昭58−83642に記載の如く分割する必要もな
く、全ての熱を他の有効な熱回収に適用する事が
できるものである。 第３図は本発明装置の具体的な他の実施例を示
すものである。１ないし１８は第２図と実質的に
同じ機能を有するものを表わす。第３図におい
て、１９はフレキシブルチユーブ、２０は供給原
料ガス入口ヘツダー、２１は反応ガス１７が集合
され流れるチヤンネル部、２２は反応ガスのチヤ
ンネル２１側の鏡、２３は冷却液である沸騰液１
８の流れるシエル部、２４は沸騰液側の鏡であ
る。供給原料ガス１５は、入口ヘツダー２０に導
かれて後、各フレキシブルチユーブ１９にて分散
されて、各二重管４の内管２へ分配流され、内管
２を経たガスは、二重管下端部１０に至る間に、
所定温度迄に予熱され、外管３と内管２に囲まれ
た環状触媒層６に流入し、反応が開始され、反応
が終了したガスは、チヤンネル２１に集合され
て、反応生成ガス１７として、反応器１外へ送出
される。一方、冷却液である沸騰液１８は、入口
１８より、流入し、シエル８に囲まれた空間２３
に導かれて、外管３を冷却しつつ、自らは一部蒸
発されて、気液混相流となり、出口１４を経て、
外部へ流出される。構造的には、ガス側には圧力
容器として、チヤンネル部の鏡２２と、管板７及
び非圧力容器として、入口ヘツダー２０とフレキ
シブルチユーブ１９にて、構成され、沸騰液側
は、圧力容器としてシエル８と、鏡２４から構成
されている。 第４図は本発明装置の他の実施例を示すもので
ある。１ないし２３は第３図と実質的に同じ機能
を有するものを表わし、２５は供給原料ガス１５
が集合され流れるチヤンネル部であり、２６は供
給原料ガス１５のチヤンネル側２５の鏡である。
各流体の流れる経路は第３図と同じであるが、本
図の反応器１は管板７が上、下の二枚で構成され
ており、内管２を経て予熱された供給原料ガス１
５は、二重管下端部１０で、チヤンネル２５に集
合されて、環状触媒層６へ導かれるものである。 第５図は本発明装置の他の実施例を示す。１な
いし２４は第３図と実質的に同じ機能を有するも
のを表わし、２７は管板サポートであり、平行
板、又は格子板状の支持ばりを構成している。２
８はサポートリングであり、シエル８内周に取り
付き、管板サポート２７を支える。各流体の流れ
る経路は第３図と同じであるが、本図の反応器１
は、管板７を反応器の軸方向より支えて、管板７
に掛かる応力を緩和せしめる役割りを果す管板サ
ポート２７を有し、そのサポート２７を更にシエ
ル８に固定されたサポートリング２８にて、支持
する構造を持つものであり、特に大形の本反応器
１において構造上の利点を有する。 第６図は本発明装置を用いたプロセスの１実施
例を示すものである。 １は本発明による二重管式発熱反応器であり、
１０１は供給原料ガス、１０２は部分的に予熱さ
れた供給原料ガス、１０３は反応生成ガス、１０
４は部分的に冷却された反応生成ガス、１０５は
部分的に冷却され、一部凝縮した反応生成ガス、
１０６は凝縮した製品を分離したリサイクルガ
ス、１０７は凝縮した製品、１０８は反応器へ供
給される冷却液としての沸騰液、１０９は反応器
にて、発生した蒸気、１１０は沸騰水の気液分離
器、１１１は熱回収用熱交換器、１１２は供給原
料ガスの予熱器、１１３は反応生成ガスを凝縮せ
しめる冷却器、１１４は凝縮した製品を分離する
分離器である。供給原料ガス１０１は、部分的に
予熱器１１２にて、予熱されて、反応器１に導か
れ、反応生成ガス１０３として、取出され、更
に、熱交換器１１１で、熱回収されてから、再び
予熱器１１２へ導かられて冷却されるが、更に冷
却器１１３にて製品が部分的に凝縮されて、分離
器１１４にて、リサイクルガス１０６と製品１１
０とに分離される。一方、冷却液である沸騰液１
０８は反応器１へ供給されて一部蒸気となつて、
気液分離器１１０へ戻つて、その蒸気１０９と分
離される。 以下に本発明装置の１実施例による実験結果を
例示する。 ●供給原料ガス組成（mol％） CO 7.5 CO2 7.3 H2 62.6 CH4 16.7 N2 5.6 H2O 0.0 メタノール 0.3 ●反応器出口ガス組成（mol％） CO 2.8 CO2 6.7 H2 57.2 CH4 16.9 N2 6.5 H2O 1.9 メタノール 8.0 ●供給原料ガス空間速度：12000 １／ｈ ●冷却用沸騰水温度：250℃ ●反応圧力：100Kg／cm2 Abs
重管式発熱反応器に関するものである。 従来、例えば固体触媒上で気相発熱反応を行わ
しめる、アンモニア合成、メタノール合成などの
反応においては、触媒層を冷却し、触媒層内の温
度分布を制御するために様々な反応器が考えら
れ、実施されて来た。又、触媒層を単に冷却する
だけでなく、反応熱を冷却媒体に移し、この熱を
有効に利用する方法も、種々考えられて来た。 一般に発熱反応を行わしめる流通型反応器にお
いて、反応が進んだ触媒層出口付近では反応生成
物の濃度が高くなり、入口付近に比べて反応平衡
に接近し反応速度が低下する為に、触媒層出口付
近では反応温度を下げて、反応平衡状態から遠く
して、反応速度の低下を防ぐ事が好ましく、又反
応生成物の濃度が十分に低い触媒層入口付近では
反応平衡状態から、十分に離れている為に、より
高い温度が好ましい事が知られている。 このことより、反応の進行に応じて触媒層の温
度を降下せしめる事が発熱反応を実施する場合最
も好ましいといえる。 第１図に於いて、縦軸は反応生成物濃度（mol
％）、横軸は反応ガス温度、曲線Ｎは反応平衡線
であつて、この曲線の右上側の領域は、熱力学的
に存在し得ない領域を示す。曲線Ｍは反応速度最
大線であつて、反応速度が最大になる過程を示
す。反応速度最大線Ｍは一般に反応平衡線Ｎに略
平行に存在し、理想的には触媒層内温度分布或い
は反応過程温度分布が、この曲線Ｍ上を辿る場合
が、所定の反応生成物を得る為に必要な触媒量が
最小となる。 しかし従来装置、例えば、特公昭57−38568に
記載されている如き沸騰水でのみ冷却される管型
反応器に於いては、冷却媒体である沸騰水の温度
が至る処略一様である為に触媒層の温度分布も、
略一様な温度分布となるという問題があつた。 又、反応平衡の条件を改善する為に、特開昭57
−53420に記載される反応器では、触媒層出口付
近の温度を下げる為、出口付近へ過冷却水が供給
されている。この場合過冷却水を供給する事で確
かに触媒層出口付近の温度を下げる事ができる
が、過冷却水の伝熱は、対流伝熱だけに依るもの
であつて、沸騰水の沸騰に依る伝熱に比べて遥か
に冷却効果が落るものである。このため工業的に
は所要冷却面積を増大に繋る事となり、また冷却
効果の減少を抑制する為に冷却水の流速を上げる
と、必然的に流体の圧力損失が増加し、ポンプの
所要動力の増大に繋るという問題があつた。 さらに、メタノール合成反応では近年銅系の触
媒が開発されてから低温に於いても、非常に高活
性な触媒が工業化されて来たが、高活性な触媒で
ある事は、単位触媒量当りの発熱量も大きく、よ
り多くの冷却面積と効果的な冷却方法を必要とし
ていた。特にメタノール合成反応に使用される銅
系の触媒は、一般に300℃以上で長期に使用され
ると、活性の劣化を起す為に、触媒層内に於ける
高いピーク状の温度上昇は、管材質上の難点だけ
でなく、触媒に対しても好ましくない。しかし従
来の沸騰液にて冷却する管型反応器に於いては、
特公昭57−38568に記載の反応器の如く、触媒層
を流れる反応ガスと向流的に沸騰液を流すと、最
も高い冷却効果を必要とする触媒層の入口付近が
沸騰液中の気相の容積が占める割合いが最も高く
伝熱の効率が最も悪く、触媒層入口付近で非常に
高いピークの温度上昇が発生するという問題があ
つた。 また触媒層へ供給される原料ガスは、触媒層に
て反応が十分に行われる温度のレベル迄に予熱さ
れている必要があり、例えば、メタノール合成反
応用の銅系触媒では、150℃以上に予熱されてい
る必要がある。一般にはこの予熱には、触媒層の
出口からの高温ガスの顕熱が用いられ、反応器の
下流に別に設置される熱交換器にて、供給原料ガ
スが予熱される。反応器の出口のガス、即ち触媒
層出口のガス温度は、例えばメタノール合成反応
器に於いては、一般に200℃以上である。この高
い温度レベルの反応器出口ガスの持つている顕熱
は、供給原料ガスの予熱に使用される他、特開昭
58−83642に記載されている如く、ボイラ給水の
予熱など他にも熱回収方法が考えられているが、
特開昭58−83672に記載の方法では、高い温度レ
ベルでの熱回収を実施する為には、供給原料ガス
の予熱器と並列に設置せざるを得なく、又それぞ
れの熱回収量も限られた範囲となつていた。 本発明は上記のごとき、従来装置の問題を解消
する二重管式発熱反応器を供するためになされた
ものであり、反応器の冷却液シエル内に配設され
た二重管を有し、該二重管の内管と外管との間は
触媒層とすべく形成され、該内管は原料流体が導
入されるべく外部と連通し、該触媒層は上記内管
内を通過した流体を上記内管内流れ方向と逆の方
向に通過せしめるべく内管と連通してあり、上記
冷却液シエルは冷却液流れが上記触媒層内流体流
れと併流となる側に冷却液入口及び冷却液出口を
配設してなることを特徴とするものである。 以上の構成により本発明装置は、触媒層が、内
管の内側から冷却されると同時に外管の外側から
も冷却され、触媒層の入口付近の温度よりも、同
出口付近の温度の方が低い温度分布となることを
可能ならしめるものであり、触媒層の入口温度よ
り低い温度で内管内へ導入される原料流体、例え
ば供給原料ガスが、該触媒層に於ける反応熱の一
部分に依つて、該触媒層の入口温度に迄予熱する
ことができ、該二重管の外管外に流れる冷却液
を、該触媒層を流れる反応ガスと並流的に流すこ
とにより、反応温度の最も高くなる該触媒層入口
近傍を効果的に冷却し得、反応熱の大部分を冷却
液の蒸発潜熱に回収する事を可能とするものであ
る。 以下、本発明の実施例を示し、さらに詳しく説
明する。 第２図は、本発明による二重管式発熱反応器の
基本的な構成を示す１実施例である。二重管式発
熱反応器１は内管２と外管３とからなる二重管４
を内蔵し、内管２と外管３との間に形成される管
状部５には触媒を充填した触媒層６を形成してあ
りこの二重管４はその外管３を管板７に固定さ
れ、冷却液シエル８内に配設されている。上記内
管２の一端は本反応器１外部に開口する内管入口
９と連通し、内管２の他端は、二重管４端部にお
いて上記環状部５の一端、すなわち触媒層入口１
０と連通し、同環状部５の他端、すなわち触媒層
出口１１は本反応器１の外部に開口する反応ガス
出口１２と連通している。上記冷却液シエル８
は、上記触媒層入口１０に近い側に冷却液入口１
３、上記触媒層出口１１に近い側に冷却液出口１
２を有する。供給原料ガス１５は、二重管４の内
管入口９（第１図中のＡ点に相当）から導かれ
て、二重管４下端、すなわち触媒層入口１０（第
１図中のＢ点に相当）に達する間に環状触媒層６
に於ける反応熱にて第１図中のＢ点に迄、予熱さ
れた入口ガス１６は、環状触媒層６へ供給され
る。入口ガス１６は環状触媒層６を流過しながら
（第１図中の曲線Ｂ−B′−Ｃを辿つて、）反応が
進行し、反応生成ガスの出口ガス１７となつて出
ていく。触媒層入口１０付近では、一般に単位触
媒量当りの反応熱の量が大きく、触媒層入口１０
Ｂ点の温度より高い温度の点（第１図中のB′点）
が触媒層入口１０の近くに存在するが、本発明の
反応器１では冷却媒体の一つである内管２を流れ
る供給原料ガス１５の温度が、内管を隔てて接す
る触媒層６の入口１０側より出口側１１の方が低
いので上記原料ガス１５に冷却され触媒層６の温
度分布は第１図に示す曲線Ｂ−B′−Ｃの如く、
出口付近の方が入口付近の温度より低い分布とす
る事ができる。すなわち、上記の本反応器１にお
いては二重管４の外管３の外側からは冷却液１８
にて沸騰液の状態で冷却しており、沸騰の伝熱を
主体としているため、触媒層６の出口１１付近の
温度を下げる効果は、二重管４の内管２の内側を
触媒層６内のガス流れと向流的に流れている冷却
媒体である供給原料ガス１５に依る冷却にて実現
されている。つまり本反応器１では、冷却媒体が
冷却液だけではなく、更にもう一つの冷却媒体で
ある供給原料ガス１５が存在する為に触媒層６内
の温度分布が、第１図中のＢ−Ｃ線に温度分布と
することを可能ならしめ、反応速度最大線Ｍに沿
つた反応過程を実現する事ができるものである。
以上の効果は内管２の内側に特に伝熱促進の為の
フイン或いは溝を、一部或いは全体に設ける事に
より低いコストでより高めることができる。 また、本反応器１は冷却面積の増大を、二重管
４を採用する事で実現し得たもので、かつ一方の
冷却面である内管２の管壁の内側と外側の圧力差
は、高々環状触媒層６に於ける反応ガスの圧力損
失に略等しく、耐圧設計を必要としない事を特徴
としている。 さらに、本反応器１においては、冷却液１８の
流れが、触媒層を流れる反応ガスの流れ方向と並
流的である。触媒層入口１０付近に於いては、単
位触媒量当りの発熱量が出口１１付近より大き
く、本反応器１のごとき管型反応器に於いては単
位冷却面積当りの発熱量が大きい結果となり、第
１図に示すように、温度の高い点B′が、入口１
０付近に存在する。冷却液１８として沸騰液にて
冷却する場合、伝熱により沸騰液が蒸発して、気
液混相流となるが、液相の容積に対する気相の容
積の割合が増加し、この割合が増加して来ると伝
熱の効率（伝熱係数）が減少して来る。本反応器
１に於いては、触媒層入口１０が、冷却液１８と
しての沸騰液の上流側に対応し最も伝熱の効率が
高く、第１図に示す触媒層入口１０付近の温度上
昇の点B′の温度を低く抑える事が可能となる。
またさらに本反応器１に於いては、供給原料ガス
の予熱が、反応器内の二重管にて行われる為に、
高い温度レベルの反応器出口ガスの持つ顕熱を、
特開昭58−83642に記載の如く分割する必要もな
く、全ての熱を他の有効な熱回収に適用する事が
できるものである。 第３図は本発明装置の具体的な他の実施例を示
すものである。１ないし１８は第２図と実質的に
同じ機能を有するものを表わす。第３図におい
て、１９はフレキシブルチユーブ、２０は供給原
料ガス入口ヘツダー、２１は反応ガス１７が集合
され流れるチヤンネル部、２２は反応ガスのチヤ
ンネル２１側の鏡、２３は冷却液である沸騰液１
８の流れるシエル部、２４は沸騰液側の鏡であ
る。供給原料ガス１５は、入口ヘツダー２０に導
かれて後、各フレキシブルチユーブ１９にて分散
されて、各二重管４の内管２へ分配流され、内管
２を経たガスは、二重管下端部１０に至る間に、
所定温度迄に予熱され、外管３と内管２に囲まれ
た環状触媒層６に流入し、反応が開始され、反応
が終了したガスは、チヤンネル２１に集合され
て、反応生成ガス１７として、反応器１外へ送出
される。一方、冷却液である沸騰液１８は、入口
１８より、流入し、シエル８に囲まれた空間２３
に導かれて、外管３を冷却しつつ、自らは一部蒸
発されて、気液混相流となり、出口１４を経て、
外部へ流出される。構造的には、ガス側には圧力
容器として、チヤンネル部の鏡２２と、管板７及
び非圧力容器として、入口ヘツダー２０とフレキ
シブルチユーブ１９にて、構成され、沸騰液側
は、圧力容器としてシエル８と、鏡２４から構成
されている。 第４図は本発明装置の他の実施例を示すもので
ある。１ないし２３は第３図と実質的に同じ機能
を有するものを表わし、２５は供給原料ガス１５
が集合され流れるチヤンネル部であり、２６は供
給原料ガス１５のチヤンネル側２５の鏡である。
各流体の流れる経路は第３図と同じであるが、本
図の反応器１は管板７が上、下の二枚で構成され
ており、内管２を経て予熱された供給原料ガス１
５は、二重管下端部１０で、チヤンネル２５に集
合されて、環状触媒層６へ導かれるものである。 第５図は本発明装置の他の実施例を示す。１な
いし２４は第３図と実質的に同じ機能を有するも
のを表わし、２７は管板サポートであり、平行
板、又は格子板状の支持ばりを構成している。２
８はサポートリングであり、シエル８内周に取り
付き、管板サポート２７を支える。各流体の流れ
る経路は第３図と同じであるが、本図の反応器１
は、管板７を反応器の軸方向より支えて、管板７
に掛かる応力を緩和せしめる役割りを果す管板サ
ポート２７を有し、そのサポート２７を更にシエ
ル８に固定されたサポートリング２８にて、支持
する構造を持つものであり、特に大形の本反応器
１において構造上の利点を有する。 第６図は本発明装置を用いたプロセスの１実施
例を示すものである。 １は本発明による二重管式発熱反応器であり、
１０１は供給原料ガス、１０２は部分的に予熱さ
れた供給原料ガス、１０３は反応生成ガス、１０
４は部分的に冷却された反応生成ガス、１０５は
部分的に冷却され、一部凝縮した反応生成ガス、
１０６は凝縮した製品を分離したリサイクルガ
ス、１０７は凝縮した製品、１０８は反応器へ供
給される冷却液としての沸騰液、１０９は反応器
にて、発生した蒸気、１１０は沸騰水の気液分離
器、１１１は熱回収用熱交換器、１１２は供給原
料ガスの予熱器、１１３は反応生成ガスを凝縮せ
しめる冷却器、１１４は凝縮した製品を分離する
分離器である。供給原料ガス１０１は、部分的に
予熱器１１２にて、予熱されて、反応器１に導か
れ、反応生成ガス１０３として、取出され、更
に、熱交換器１１１で、熱回収されてから、再び
予熱器１１２へ導かられて冷却されるが、更に冷
却器１１３にて製品が部分的に凝縮されて、分離
器１１４にて、リサイクルガス１０６と製品１１
０とに分離される。一方、冷却液である沸騰液１
０８は反応器１へ供給されて一部蒸気となつて、
気液分離器１１０へ戻つて、その蒸気１０９と分
離される。 以下に本発明装置の１実施例による実験結果を
例示する。 ●供給原料ガス組成（mol％） CO 7.5 CO2 7.3 H2 62.6 CH4 16.7 N2 5.6 H2O 0.0 メタノール 0.3 ●反応器出口ガス組成（mol％） CO 2.8 CO2 6.7 H2 57.2 CH4 16.9 N2 6.5 H2O 1.9 メタノール 8.0 ●供給原料ガス空間速度：12000 １／ｈ ●冷却用沸騰水温度：250℃ ●反応圧力：100Kg／cm2 Abs
【表】
第１図は発熱反応における反応ガス温度と反応
生成物との関係を表わすグラフ、第２図は本発明
装置の基本的な実施例の説明図、第３図ないし第
５図はそれぞれ本発明装置の他の実施例の説明
図、第６図は本発明装置を用いたプラントの１実
施例の説明図である。 １：二重管式発熱反応器、２：内管、３：外
管、６：触媒層、８：冷却液シエル、１５：供給
原料ガス、１７：反応ガス、１８：冷却液。
生成物との関係を表わすグラフ、第２図は本発明
装置の基本的な実施例の説明図、第３図ないし第
５図はそれぞれ本発明装置の他の実施例の説明
図、第６図は本発明装置を用いたプラントの１実
施例の説明図である。 １：二重管式発熱反応器、２：内管、３：外
管、６：触媒層、８：冷却液シエル、１５：供給
原料ガス、１７：反応ガス、１８：冷却液。
Claims (1)
- １ 反応器の冷却液シエル内に配設された二重管
を有し、該二重管の内管と外管との間は触媒層と
すべく形成され、該内管は原料流体が導入される
べく外部と連通し、該触媒層は上記内管内を通過
した流体を上記内管内流れ方向と逆の方向に通過
せしめるべく内管と連通してあり、上記冷却液シ
エルは冷却液流れが上記触媒層内流体流れと併流
となる側に冷却液入口及び冷却液出口を配設して
なることを特徴とする二重管式発熱反応器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58213724A JPS60106527A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 二重管式発熱反応器 |
| CA000467240A CA1236685A (en) | 1983-11-14 | 1984-11-07 | Double pipe exothermic reactor |
| GB08428706A GB2150041B (en) | 1983-11-14 | 1984-11-14 | Double pipe exothermic reactor |
| DE19843442053 DE3442053A1 (de) | 1983-11-14 | 1984-11-14 | Waermeabgebender doppelrohr-reaktor |
| US06/928,665 US4767791A (en) | 1983-11-14 | 1986-11-06 | Process for synthesizing methanol with an optimal temperature profile using a concentric pipe reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58213724A JPS60106527A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 二重管式発熱反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60106527A JPS60106527A (ja) | 1985-06-12 |
| JPH0363425B2 true JPH0363425B2 (ja) | 1991-10-01 |
Family
ID=16643940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58213724A Granted JPS60106527A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 二重管式発熱反応器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4767791A (ja) |
| JP (1) | JPS60106527A (ja) |
| CA (1) | CA1236685A (ja) |
| DE (1) | DE3442053A1 (ja) |
| GB (1) | GB2150041B (ja) |
Families Citing this family (16)
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| JPS60225632A (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 反応器 |
| US4861348A (en) * | 1986-10-08 | 1989-08-29 | Hitachi, Ltd. | Fuel reforming apparatus |
| DE3735599A1 (de) * | 1987-10-21 | 1989-05-11 | Messer Griesheim Gmbh | Vorrichtung und verfahren zur gesamtschwefelbestimmung |
| DE3804390A1 (de) * | 1988-02-12 | 1989-08-17 | Uhde Gmbh | Vorrichtung insbesondere zur methanolsynthese |
| DK162891A (da) * | 1991-09-23 | 1993-03-24 | Haldor Topsoe As | Fremgangsmaade og reaktor til gennemfoerelse af ikke-adiabatiske reaktioner. |
| DE4142402A1 (de) * | 1991-12-20 | 1993-06-24 | Linde Ag | Verfahren und reaktor zur durchfuehrung einer heterogenen katalytischen reaktion |
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| CA2491021A1 (en) * | 2002-07-04 | 2004-01-15 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Reactor system for several reactor units in parallel |
| WO2007021393A1 (en) * | 2005-08-18 | 2007-02-22 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Methanol synthesis and reaction system |
| WO2008069251A1 (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Nagasaki Institute Of Applied Science | バイオマスからの液体燃料製造装置および製造方法 |
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| WO2012045349A1 (de) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Silicon Fire Ag | Verfahren und anlage zur synthese von kohlenwasserstoff |
| KR101898736B1 (ko) * | 2012-12-26 | 2018-09-13 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 메탄 합성을 위한 반응기 |
| US10751683B2 (en) | 2014-11-24 | 2020-08-25 | Unisa | Fixed bed reactor |
| WO2016083989A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-06-02 | Unisa | A fixed bed reactor |
| CN111609736A (zh) * | 2019-02-26 | 2020-09-01 | 中石化广州工程有限公司 | 一种再生器内置式取热器 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US688020A (en) * | 1898-07-14 | 1901-12-03 | Basf Ag | Apparatus for the manufacture of sulfuric anhydrid. |
| NL21070C (ja) * | 1925-10-02 | 1900-01-01 | ||
| FR35077E (ja) * | 1926-03-31 | 1929-12-10 | ||
| US1826548A (en) * | 1926-07-24 | 1931-10-06 | Selden Co | Catalytic apparatus |
| GB279819A (en) * | 1926-10-27 | 1929-02-11 | Selden Co | Catalytic apparatus |
| NL26866C (ja) * | 1928-03-02 | 1931-12-15 | ||
| US1900715A (en) * | 1928-05-04 | 1933-03-07 | Selden Res & Engineering Corp | Method of carrying out exothermic catalytic vapor phase reactions |
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| US2925319A (en) * | 1953-01-21 | 1960-02-16 | Herbert P A Groll | Process and apparatus for cooling exothermic reactions |
| DE1150362B (de) * | 1955-11-18 | 1963-06-20 | Imp Exp Chemischer Anlagen | Kontaktofen |
| US3050377A (en) * | 1958-07-21 | 1962-08-21 | Chemical Construction Corp | Converter |
| JPS4885485A (ja) * | 1972-02-18 | 1973-11-13 | ||
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| JPS5839572B2 (ja) * | 1979-04-03 | 1983-08-31 | 東洋エンジニアリング株式会社 | 反応器およびその使用法 |
| DE3028646A1 (de) * | 1980-07-29 | 1982-03-04 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur verbesserung der gleichgewichtseinstellung und gleichzeitigen erzeugung von wasserdampf mit hohem druck bei der herstellung von methanol |
| JPS5738568A (en) * | 1980-08-20 | 1982-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Air-tight alkali storage battery |
| JPS625223Y2 (ja) * | 1981-03-26 | 1987-02-06 | ||
| US4430304A (en) * | 1981-11-13 | 1984-02-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Slab reformer |
| JPS58151445U (ja) * | 1982-03-30 | 1983-10-11 | 三菱電機株式会社 | 反応管 |
-
1983
- 1983-11-14 JP JP58213724A patent/JPS60106527A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-07 CA CA000467240A patent/CA1236685A/en not_active Expired
- 1984-11-14 DE DE19843442053 patent/DE3442053A1/de active Granted
- 1984-11-14 GB GB08428706A patent/GB2150041B/en not_active Expired
-
1986
- 1986-11-06 US US06/928,665 patent/US4767791A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2150041B (en) | 1988-05-05 |
| GB8428706D0 (en) | 1984-12-27 |
| CA1236685A (en) | 1988-05-17 |
| GB2150041A (en) | 1985-06-26 |
| DE3442053C2 (ja) | 1989-10-26 |
| JPS60106527A (ja) | 1985-06-12 |
| US4767791A (en) | 1988-08-30 |
| DE3442053A1 (de) | 1985-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |