JPS63252540A - 三相流動反応装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体、液体、固体の三相流動反応装置に関する
ものであシ、さらに詳しくは、固体層を一定しベｐに膨
張するように！！ｃ体、液体を上方に流通させ得る気体
、液体の分散機構をその下部に備えた流動反応装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

気体、液体、固体の三相流動反応装置は、三相の接触効
率が良好であり、かつ反応器内部の混合が良好であるこ
とから度広装置、特に触媒を用い多量の反応熱を発生す
る発熱反応系に対し有効であることが知られている。

その例としては、原油から分留された重、中質留分を触
媒の存在下で、水素ガスを供給しながら脱硫又は分解を
行う水素化脱硫反応装置又は水素化分解反応装置である
。

また、−酸化炭素と水素を主成分とする混合ガスを溶媒
と触媒の混合物の中に供給し、メチルアルコ−〜を合成
させるための合成反応装置である。

三相反応流動装置の一般的流動状態は田中栄−著「化学
工学」第３４巻、第１２号１２６５頁（１９７０年）等
に詳しく述べられている通りであシ、竪形円筒状容器内
の１／２〜２／３程度に充填された触媒等の固体粒子を
流動化させるに充分であシ、かつ固体粒子が同伴上昇し
ない速度で液体および気体を容器の下部から上方に流通
させることにより安定した固体粒子の流動層を形成させ
るものである。

この流動状態を実現させるためには、膨張した触媒層の
上部から液を抜き出し、ポンプを用いて円筒状容器下部
に供給する液の循環が不可欠となる。これは、触媒の流
動化に必要な液流速を循環により維持するために行なう
。

また、この三相流動反応器を用いた具体例をより詳細に
説明すれば、石油系型、中質留分の水素化脱硫を行なう
場合は１００〜１５０に９／ｃ！ｎ”Ｇ、　３５０〜４
００℃の条件下で、１５〜２−φの円柱状もしくは球状
のニッケルーモリブデン系、コバルト−モリブデン系又
はタングステン−モリブデン系の触媒と供給油とガス状
水素を接触させることにより水素化反応が達成される。

第４図は従来の典型的な三相流動反応装置の構造を示す
ものである。反応器本体１内部に触媒が充填されておシ
、この触Ｖ＆層１７の上面２は液、ガスの上昇流により
流動化し、膨張触媒層１７上面３まで膨張する。触媒層
１７の下部には分散板４が設けられており、下部から供
給されるガス、液の分散を良好にすると共に触媒が容器
下部に堆積しないようになっている。供給ガス５は循環
液７と別々に反応器本体１の下部より供給され、分散板
４を通過し、触媒層１７を通過する間に反応する。触媒
層１７を通過した後、ガス及び液は触媒を分離するため
の清澄層８を通シ、反応ガス及び反応液の一部である反
応生成液は反応器本体１の上部の抜出し管９から抜き出
される。反応液の大部分６は吸引部１０及び吸引管１１
を経て抜出され、供液管１６から循環液７として図示省
略のポンプを介して反応器本体１に循環される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記のような反応装置において、供給されたガスの分散
が充分でないと、ガス−液の接触効率が悪くなり、反応
に必要な量のガスを液中に溶解させるためには極度に過
剰なガスを供給し、ガス−液の接触界面積を確保するこ
とが必要となる。そうなれば、高圧の反応系に供給する
ためのガスの圧縮機の動力は大きくなり、またガス供給
系の機器も大型化することとなる。

また、ガス分散が不均一であると、反応の生起する個所
が不均一となシ、反応温度分布の不均一化や異常反応と
いった問題が発生する虞れがあり、ガス及び液の分散を
できる限シ均一とすることが不可欠である。

このような点から、従来、種々の分散手段が提案されて
いる。

第５図はその一例で、第４図の三相流動反応装置に用い
られている分散装置である。

第５図において、循環液７は給液管１６を経て衝突板１
２に衝突後、反応器本体１下部のデＶナムチャンパ２７
内を上昇し、分散器２０の下部に１乃至複数個設けられ
たスリット１４より供給ガス５と一緒に供給され、触媒
層１７に流入し、触媒層１７を一定高さに膨張させる。

上記の分散器２０は液の分散及び供給ガスの分散を助け
るためのもので、例えば蒸留塔に多用されるパブμキャ
ップと類似の形状を有し、分散器２０上部側面に噴出ノ
ズ／％／（開口部）２１を複数個備え、分散板４に設け
られている。

しかし、この形状の分散器２０は、供給ガス及び液の流
通時の流動圧力損失が小さいため、プＶナムチャンパ２
７内に形成される気液界面１５の微少な変動が個々の分
散器２０への供給ガスの供給量に大きく影響する。すな
わち、第５図の一部分を拡大する第６図に示すように、
気液界面１５が分散器２０ａのスリット１４ａの付近で
下方に変動すると供給ガス５はスリット１４ａより流入
するが、他方１４ｔ）ではまったく流入していないこと
となり、気液界面１５の変動が供給ガスの分散に大きく
影響を与えることとなる。

更に、触［一層１７の触媒がプレナムチャンバ２７内に
落下することを防止するために設けられた触媒落下防止
キャップ１８が分散器２０に設けられているとは言うも
のの、本反応器の停止時に触媒の落下を完全に防止でき
るとは言い難い。この触媒粒子がプレナムチャンバ２７
を経て、図示省略のポンプに入るとポンプ故障の原因と
なり、本三相流動層の運転に多大な支障をきたす。

また、このバブルキャップ類似の分散器２０の欠点であ
る低圧損及び触媒の落下防止を改良するものとして、第
７図（４）ＣＢ）に示す分散装置が提案されている。こ
の装置では気液混相流体２５が分散キャップ１８のかわ
りに取付けられた分散プレート１９を押しのけながら噴
出ノズル２１より触媒層へ分散される。

噴出ノズ７１／２１は、分散プレート１９部分の平面図
である＠７図０３）に示すように、分散器２０の周囲例
えばへ方向に同形状で貫通しており、外面端部はシーμ
を目的とする弁座構造を呈している。また分散プレート
１９は柔軟な一体構造で、上記噴出ノズ／Ｉ／２１のへ
面をそれぞれ塞ぎ外部よりの逆流を防止する弁構造であ
る。分散プレート１９は分散器２０の上部に固定ポルト
２２により固定されている。

気液混相流体２３の流入により、この分散プレート１９
は押しのけられ、噴出ノズ／Ｉ／２１より流動層内へ分
散する。分散プレート１９は、一種のバネ構造を有して
おシ、流体の流入停止により再び噴出ノズｆｉ／２１の
弁座部と密着し、流動層内の主として触媒粒子の分散器
２０内への侵入を防止する役目を果す。

分散状態は、いわゆる流体噴出時に分散プレート１９が
振動状頗を呈することにより小きざみにふるえガス−液
を細かく切ることになり、特にガスは細胞化され、良好
な分散状態を現出するとされている。

従って、分散プレート１９の強度の均一性が非常に厳し
く要求され、分散器が１個の場合はもとより、複数個、
実際の商業機では数百側にも及ぶ場合があり、この分散
デＶ−ト１９の品質管理が実際上不可能に近く、かつこ
の分散プレート１９が高温下で振動する丸めに疲労破壊
の問題も指摘される。

万一、この分散プレート１９が疲労破壊すると、この疲
労破壊した個所からガスが多量に触媒層に流れ込み、ガ
スの流入部での異常反応が生起し、非常に危険な状部と
なるため、この疲労破壊の防止は必須である。疲労破壊
を防止する丸めには、この分散プレート１５’の耐久信
頼性をいかにコントロールし、向上させ得るかにかかつ
ておシ、定期点検時の点検はもちろんのこと、不測の事
態に備えて分散プレート１９を全数交換する等の必要が
生じ、工事施工等の観点より実際的でない。

本発明は、以上のような従来の分散手段にみられる問題
点を悉く解消し、供給ガスの分散を良好にして気−液接
触効率を上げ、供給ガス量を低減して経済性を上げるこ
とのできる分散機構を備えた三相流動反応装置を提案す
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を、パブμキャップタイプの分散
器内に、フロート台座と、該台座にフロートを内挿する
ことにより解決するものである。

すなわち本発明は、三相流動反応装置本体の下部に多数
の分散筒を植設した分散筒取付は板を設け、該取付は板
の下層の気液混合層から上層の固体粒子層に前記分散筒
を介して気液混相流体を誘導して該固体粒子層を流動化
する三相流動層反応装置において、前記分散筒の内部に
フロート台座を設け、該フロート台座軸芯と軸芯を等し
くするフロートを当該フロート台座上に設置し、該分散
筒上部に単数もしくは複数個の開口部を設け、該分散筒
の頂部に該分散筒と軸芯を同じにしてかつ分散筒外径よ
り大きい内径を有する上端を封じた触媒遮蔽用円筒を前
記分散器取付は板との間に隙間をもたせて設置したこと
を特徴とする三相流動反応装置に関する。

〔実施例及び作用〕

第１図は本発明装置に係る分散機構の一例を示す図であ
る。

第１図中、第４〜７図と同一符号は第４〜７図と同様の
ものを示す。

第１図において、パブμキャップタイプの分散器（分散
筒）２０内に、フロート台座２５と、該台座２５内にフ
ロート２４が内部挿入されている。

フロート２４は円錐型の金属で製作されており、その中
心軸がフロート台座２５の中心軸の軸心上に設置され、
分散器２０を流れる気液混相流体２３により上方に持上
げられ、気液混相流体２３はフロート２４とフロート台
座２５間の狭い隙間を通過後、分散器２０上部側面に複
数個設けられた噴出ノズ／Ｉ／（開口部）２１より槓方
向に噴出し、触媒防止キャップ（触媒遮蔽用円筒）１８
によりその流れを下方に曲げられた後、再度触媒防止キ
ャップ１８と分散板（分散筒取付は板）４の狭い隙間よ
り横方向に噴出される。この隙間は三相流動層で使用さ
れる触媒粒子径より僅かに小さい方が、触媒粒子のプレ
ナムチャンバ２７内への逆流防止を図る上で好ましい。

また、本発明におけるフロート２４は、その自重により
気液混相流体２３の流入時に圧力損失が発生するため、
気体の分散を均一化させることができると共に、万一の
運転停止時にはこのフロート２４がフロート台座２５に
セットされるため、流体の逆流に伴なって触媒粒子がプ
レナムチャンバ２７に入ることを防止することができる
。

更に、本発明における分散機構は、通常の蒸留塔で使用
されるパブμキャップに類似し、かつフロート２４やフ
ロート台座２５は容易に機械加工できるし、これらの取
換えも簡単である。

また、フロート２４の形状も第１図に示す円錐状のみな
らず、球状あるいは円柱状等に目的に応じて変更できる
。なか、円柱状フロートの場合は、第２国内とそのＡ−
Ａ線断面矢視図である第２図ＣＢ）に示すように、下部
にテーパを設けると共に、フロート台座２５の軸芯と円
柱状フロート２４の軸心とが同一芯上にのるようにフロ
ートガイド２６を設ける。

上記のような本発明の分散機構により、気液の分散性は
著しく同上すると共に、固体粒子のプレナムチャンバ２
７への落下防止ができる。

次に、本発明による具体例と従来のものによる比較例を
あげて、本発明による効果を具体的に示す。

比較例１ 第４図と第５図に示す形状のプラスチック製コールドフ
ローモデルを用い、従来方式の性能を確認した。反応器
本体１の内径は５００■であシ、高さは３０００ｍｓで
ある。

分散装置は、分散器２０径が５０＋ｍ、噴出ノズ／Ｉ／
２１は１３Ｘ２９−の長円形のものを周囲に４ケ所設け
、キャップ１Ｂ径は７５ｍであり、キャップ１８と、分
散板４との隙間は２ｍである。このような分散器２０を
４個取り付けた。

供給液はＪＩ８規定の白灯油を用い、ガスは窒素を、触
媒は見掛は比重１．５５で、直径ｔ５■、長さ約５−の
押出し成型品を用いた。操作温度は常温、操作圧力は常
圧である。ガスは空塔速度が４　ｃｓ　／　ｓｅｃとな
るように供給した。また、液は空塔速度１〜１０　ｔｙ
ｍ　／　ｓｅｅの範囲で供給した。

このような条件下で試験し、ガスの滞留量（ガスホーμ
ドアツブ）を測定したところ１２〜１５　ｖｏｌ　％で
ｉｂｂ、直径数ｌを越える大きな気泡が多数認められた
。

また、触媒の分散器２０内への浸入も見られ、特に液、
ガスを止めた時など、多数の触媒が侵入し、再流通時に
偏流を生じた。

比較例２ 比較例１に記載した試験装置の分散器を第７国内（ロ）
に示す分散器に変更し、比較例１と同様の試験を実施し
た。

分散プレート１９は厚さＣＬ２■及びα４■のステンレ
ス板を用いた。

この条件下において、ガスの滞留量は、分散プレート１
９の厚さくＬ２■、Ｑ、４■いずれの場合も２５　ｖｏ
ｌ　％に達し、直径数−を越える気泡は殆んどなくなり
、全体的に微細気泡で占められ、明らかに分散効果が良
くなり、気−液接触効率の向上が認められた。

また、触媒の逆流、侵入も完全に防止されたが、厚さユ
２■のステンレス板の分散プレート１９の場合の実験で
は２０００時間運転し、運転終了後、分散プＶ−）１９
の１枚の固定ボルト２２周辺にクラックが発見されたの
で、その他の全ての分散プレート１９について検査した
ところ、ｃＬ２■厚さのものでは５枚に、１４箇厚さの
ものでは２枚にヘアークツツクが発見され、その耐久性
に問題があることが判つ泥。

本発明例 比較例１．２に示した分散器を第１図に示す本発明に係
る分散機構に変更し、比較例１．２と同様の試験を実施
した。主要部材の寸法は第３図囚ＣＢ）に示す通りであ
夛、第５国内は全体の、第３図但）はフロート台座２５
の寸法（単位はｍ）であり、フロート２４の材質として
は　５ＶＳ５０４を使用した。

この条件下におけるガスの滞留量は２５　ｖｏｌチであ
υ、気泡の直径も非常に微細であった。

また、ガスの分散も非常に均一化した。２０００時間、
５０００時間運転し、運転終了後の開放点検結果でも何
ら異常は認められず、本発明の優秀性が確認された。

〔発明の効果〕

本発明装置によれば、＝相流動層反応器本体の下部に設
けられた分散機構のフロートとフロート台座が適度の圧
力損失を発生し、ガスの分散を均一にし、少ないガス量
で高い気−液接触効率を得ることができる。

また、この分散機構の部材の疲労破壊といった問題もな
くなり、品質管理上の煩雑さも、また異常反応による危
険も解消される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る分散機構の一例を示す図、第２国
内０３）は本発明に係る分散機構の他の例を示す図で、
第２図の）は第２図へ）のＡ−Ａ線断面矢視図、第３国
内の）は本発明の具体例に用いた分散機構の主要部材の
寸法を示す図、第４図は一般の三相流動層反応装置を示
す図、ｔ４５図は従来の分散装置を示す図、第６図は第
５図の一部拡大図、第７図囚ノ）は従来の他の分散装置
を示す図で、第７図ＣＢ）は第７図（ト）の一部分の平
面図である。 １：反応器本体 ２：静止時の触媒層高 ３：沸騰時の触媒層高 ４：分散板 ５：供給ガス ６：反応液 ７：循環液 ８：清澄層 ９：反応ガス及び反応液坂出管 １０：吸引部 １１：吸引管 １２：衝突板 １４ニスリツト １５：気液界面 １６：供給管 １７：触媒層 １８：触媒落下防止キャップ １９：分散プレート ２０：分散器 ２１：噴出ノズμ ２２：固定ボルト ２５：気液混相流体 ２４：フロート ２５：フロート台座 ２６：フロートガイド ２７：プＶナムチャンパ 第２図 （Ａ） 第３図（Ａ） 第４図 第７図 Ｌ乙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三相流動反応装置本体の下部に多数の分散筒を植設した
   分散筒取付け板を設け、該取付け板の下層の気液混合層
   から上層の固体粒子層に前記分散筒を介して気液混相流
   体を誘導して該固体粒子層を流動化する三相流動層反応
   装置において、前記分散筒の内部にフロート台座を設け
   、該フロート台座軸芯と軸芯を等しくするフロートを当
   該フロート台座上に設置し、該分散筒上部に単数もしく
   は複数個の開口部を設け、該分散筒の頂部に該分散筒と
   軸芯を同じにしてかつ分散筒外径より大きい内径を有す
   る上端を封じた触媒遮蔽用円筒を前記分散器取付け板と
   の間に隙間をもたせて設置したことを特徴とする三相流
   動反応装置