JP2001340746A - スラリー床反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応器全体に触媒を均一に分散でき、か
つ大気泡の発生を抑制できるスラリー床反応器を提供す
る。 【解決手段】 上記課題は、触媒粉末が媒体油中に懸濁
している触媒スラリーが収容され、縦方向に配置された
仕切で内部が仕切られ、該仕切によって形成された室の
下部には原料ガスを吹き込むスパージャーが設けられ、
かつ該室間を当該スラリーが流通する通路が設けられて
いるスラリー床反応器によって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、合成ガスからジメ
チルエーテルを合成する反応器などに使用される高圧ス
ラリー床反応器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高圧スラリー床反応器において、液相中
の微粉末触媒を均一に分散させるために、反応器外部に
設置したスラリーポンプによって触媒スラリーを反応器
から一部抜出しそれを再度反応器に循環させること等
で、強制的に触媒スラリーの攪拌を行っていた（特開平
１０−１９２６９０号公報、特開平１０−１９２６９１
号公報）。また、この攪拌によって反応器の温度も均一
にしていた。

【０００３】触媒スラリーの軸方向の場合、濃度分布を
良好なものとするために円筒状のドラフトチューブを反
応器内部に設置しているものもあった（特開平２−４２
９７０号公報、特開平２−４２９７１号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のスラリーポンプ
による循環攪拌は、反応器の軸方向については触媒の均
一化がはかられるが、反応器が大型化した場合、反応器
下部から吹き込まれる反応原料ガス量が増加するため
に、反応器の中心部と周辺部では原料ガスの流量、ある
いはガスの気泡の大きさが不均一となるとともに、大気
泡の発生のため原料ガスの吹き抜けといった現象も発生
する。そのために、反応器の断面（平面）方向で触媒ス
ラリー濃度分布が不均一となり、反応器の断面（平面）
方向では均一な温度制御が困難になるとともに、触媒の
偏在化によって、反応器の内部空間を全て有効に利用で
きないという問題があった。また、ドラフトチューブで
設けた場合は、反応器の大型化により、ドラフトチュー
ブ内において反応器下部から吹き込まれる反応原料ガス
量が増加するために、ドラフトチューブの中心部と内部
周辺部では原料ガスの流量、あるいはガスの気泡の大き
さが不均一となるとともに、大気泡の発生のため原料ガ
スの吹き抜けといった現象も発生する。そのために、ド
ラフトチューブとしての性能が発揮されなくなった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したスラリー床反応器を提供するものであり、触媒粉末
が媒体油中に懸濁している触媒スラリーが収容され、縦
方向に配置された仕切で内部が仕切られ、該仕切によっ
て形成された室の下部には原料ガスを吹き込むスパージ
ャーが設けられ、かつ該室間を当該スラリーが流通する
通路が設けられているスラリー床反応器と、スパージャ
ーがそれぞれ流量調節機構を有している上記のスラリー
床反応器と、内部がハニカム状に仕切られており、スパ
ージャーが仕切られた各室に１室おきに設けられている
上記のスラリー床反応器に関するものである。

【０００６】上記の構造を採用することによって、原料
ガスを各室に分散させることで、一個所から反応器に供
給する場合に比較し大気泡の発生を抑え、ガスの吹き抜
けを防止する。また、各室に供給している原料ガスのガ
ス吹き込み流量を制御することにより、反応器内部の触
媒の流動分布状態、各室での反応発熱量を制御すること
によって、反応器内部の断面（平面）方向での均一な温
度制御と反応器軸方向の温度分布制御を行う。特に、ハ
ニカム状のドラフトチューブとすることで反応器軸方向
のみならず、反応器の断面（平面）方向でも微粉末触媒
を均一に分散できる。そのため反応器全体に微粉末触媒
を均一に分散できる。

【０００７】また、仮に触媒が仕切られた各室間で偏在
したような場合、各室の触媒スラリーとしての見掛の比
重に差が出るために、各室間の触媒スラリーの移動が可
能なような構造を持つ、あるいは位置に設置されている
仕切り板を通して触媒スラリーが各室相互に移動する。
そのため、反応器内部に仕切られた各室間に見掛の比重
差が生じない。すなわち触媒濃度が均一となるように自
動的に触媒濃度の均一化が計れる。上記のように、反応
器内部の仕切られた各室間の触媒スラリーの移動が可能
なような構造を持っているため、原料ガスのガス吹き込
み流量を制御することにより各室の触媒スラリー濃度を
間接的に制御することが可能であり、反応による発熱量
あるいは吸熱量を制御することが可能で、反応器の内部
温度を均一に制御することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】反応器の全体形状は円筒形である
が、必要により角筒形、箱形等にすることもできる。反
応器が小さい場合には本発明を適用するまでもなく、従
って、反応器の容積は２０ｍ^３程度以上、特に５０ｍ^３
程度以上のものが有効である。容積の上限は製造可能で
あればよく、例えば１０００ｍ^３程度である。

【０００９】仕切は内部を縦方向に仕切るように設けら
れる。仕切板は放射状、同心円状、螺旋状、ハニカム状
等に設けられる。ハニカム状は６角筒に限定されず、他
の多角筒、円筒などの寄せ集めで形成したものであって
もよい。仕切られた各室の大きさは横断面積で３０〜３
０００ｃｍ^２程度、好ましくは１００〜１０００ｃｍ ^２
程度が適当である。螺旋状に仕切る場合には板間の間隔
が５〜５０ｃｍ程度、好ましくは１０〜３０ｃｍ程度が
適当である。ハニカム状のドラフトチューブのガス上昇
部と触媒スラリー流下部の断面積比は、ガス上昇部での
ガスホールドアップ率分以上ガス上昇部の方が大きけれ
ばよい。

【００１０】仕切られた各室の下部には原料ガスのスパ
ージャーを設ける。設ける部位は噴出する原料ガスの大
部分（例えば９０％以上）が当該室内に入ればよく、仕
切の下端より下であってもよい。

【００１１】各スパージャーに別個に流量調節機構、例
えば流量制御弁を設けて、各室に供給する原料ガスの吹
き込み量を制御することによって、反応器の内部温度分
布を均一に制御することができる。この制御は通常は反
応器内の中心部と周縁部間の温度差を解消しようとする
ものであり、従って、同一半径上に位置しているスパー
ジャーの流量調節機構はまとめることができる。また、
ハニカム状に仕切った場合スパージャーを一室おきに配
置することによって、ガスを供給している仕切部を触媒
スラリーが上昇し、ガスを供給していない仕切部を触媒
スラリーが流下することを仕切室交互に行わせ、触媒ス
ラリーの反応器内部での軸方向の混合状態を良好なもの
とする複合的なドラフトチューブ機構を持つ反応器とす
ることができる。

【００１２】仕切られた室間を流通する通路は、仕切に
穴を設ける、仕切の下縁を反応器の底面から離隔させ
る、あるいは仕切の上縁をスラリー層の上面以下の高さ
にするなどの形状によって形成することができる。仕切
に穴を設けた例としてはパンチングプレート、ネットな
どがある。

【００１３】本発明のスラリー床反応器は、ジメチルエ
ーテル合成、メタノール合成、ＦＴ（フィッシャー・ト
ロプシュ）合成、などに使用されるものである。

【００１４】ジメチルエーテル合成触媒には、メタノー
ル合成触媒とメタノール脱水触媒が混合されて用いら
れ、場合により水性ガスシフト触媒がさらに加えられ
る。これらは混合状態で使用されるほか、水性ガスシフ
ト触媒を切り放して二段反応とすることもできる。

【００１５】メタノール合成触媒としては、通常工業的
にメタノール合成に用いられる酸化銅−酸化亜鉛、酸化
亜鉛−酸化クロム、酸化銅−酸化亜鉛／酸化クロム、酸
化銅−酸化亜鉛／アルミナ等がある。メタノール脱水触
媒としては酸塩基触媒であるγ−アルミナ、シリカ、シ
リカ・アルミナ、ゼオライトなどがある。ゼオライトの
金属酸化物成分としてはナトリウム、カリウム等のアル
カリ金属の酸化物、カルシウム、マグネシウム等のアル
カリ土族の酸化物等である。水性ガスシフト触媒として
は酸化銅−酸化亜鉛、酸化銅−酸化クロム−酸化亜鉛、
酸化鉄−酸化クロムなどがある。メタノール合成触媒は
強いシフト触媒活性を有するので水性ガスシフト触媒を
兼ねることができる。メタノール脱水触媒及び水性ガス
シフト触媒を兼ねるものとしてアルミナ担持酸化銅触媒
を用いることができる。

【００１６】前述のメタノール合成触媒、メタノール脱
水触媒および水性ガスシフト触媒の混合割合は、特に限
定されることなく各成分の種類あるいは反応条件等に応
じて適宜選定すればよいが、通常は重量比でメタノール
合成触媒１に対してメタノール脱水触媒は０．１〜５程
度、好ましくは０．２〜２程度、そして、水性ガスシフ
ト触媒は、０．２〜５程度、好ましくは０．５〜３程度
の範囲が適当であることが多い。メタノール合成触媒に
水性ガスシフト触媒を兼ねさせた場合には、上記の水性
ガスシフト触媒の量はメタノール合成触媒の量に合算さ
れる。

【００１７】上記の触媒は粉末状態で使用され、平均粒
径が３００μｍ以下、好ましくは１〜２００μｍ程度、
特に好ましくは１０〜１５０μｍ程度が適当である。そ
のために必要によりさらに粉砕することができる。

【００１８】媒体油は反応条件下において反応系に対し
て反応性を有せず、液体状態を呈するものであればその
いずれもが使用可能であり、通常は高沸点のものであ
る。この高沸点とは１気圧下の沸点が３５０℃以上、通
常４００℃以上、あるいは沸点を有しないものである。
例えば脂肪族、芳香族および脂環族の炭化水素、アルコ
ール、エーテル、エステル、ケトンおよびハロゲン化
物、これらの化合物の混合物等を使用できる。また、硫
黄分を除去した軽油、減圧軽油、水素化処理したコール
タールの高沸点留分、フィッシャートロプシュ合成油、
高沸点食用油等も使用できる。溶媒中に存在させる触媒
量は溶媒の種類、反応条件などによって適宜決定される
が、通常は溶媒に対して１〜５０重量％であり、２〜３
０重量％程度が好ましい。

【００１９】スラリー反応における反応条件としては、
反応温度は１５０〜４００℃が好ましく、特に２５０〜
３５０℃の範囲が好ましい。反応温度が１５０℃より低
くても、また４００℃より高くても一酸化炭素の転化率
が低くなる。反応圧力は１０〜３００ｋｇ／ｃｍ^２、よ
り好ましくは１５〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２、特に好ましく
は２０〜７０ｋｇ／ｃｍ^２が適当である。反応圧力が１
０ｋｇ／ｃｍ^２より低いと一酸化炭素の転化率が低く、
また３００ｋｇ／ｃｍ^２より高いと反応器が特殊なもの
となり、また昇圧のために多大なエネルギーが必要であ
って経済的でない。空間速度(触媒１ｋｇあたりの標準
状態における混合ガスの供給速度)は、１００〜５００
００Ｌ／ｋｇ・ｈが好ましく、特に５００〜３００００
Ｌ／ｋｇ・ｈである。空間速度が５００００Ｌ／ｋｇ・
ｈより大きいと一酸化炭素の転化率が低くなり、また１
００Ｌ／ｋｇ・ｈより小さいと反応器が極端に大きくな
って経済的でない。

【００２０】本発明の反応器では原料ガスは反応器の下
部から吹き込まれ、生成ガスは上部から排出される。

【００２１】

【実施例】実施例１ 本発明の一実施例であるスラリー床反応器の縦断面図を
図１（ロ）に、その仕切板部の斜視図を図１（イ）にそ
れぞれ示す。

【００２２】この反応器本体は縦長円筒形（内容積：３
００ｍ^３）をしており、内部は放射状に等角度で配置さ
れた８枚の仕切板１で扇形の８つの室２に仕切られてい
る。各仕切板１は同じ大きさで下縁は反応器底部より離
隔しており、それによって底部にスラリー通路３が形成
されている。仕切板１の上縁は反応器の筒長の下から約
２／３のところに位置しており、その上部もスラリー通
路３になっている。この仕切板１は無孔板であるがパン
チングプレートを用いることもできる。各室２の下部に
は原料ガスを吹き出すスパージャー４が設けられてい
る。各スパージャー４は反応器の底部に設けられた原料
ガス供給管５からの分岐管が接続されている。反応器の
頂部には生成ガス排出管６が接続されている。

【００２３】反応器の中には、ジメチルエーテル合成触
媒として、水性ガスシフト触媒を兼ねたメタノール合成
触媒とメタノール脱水触媒が媒体油に分散している触媒
スラリー７が収容されている。

【００２４】実施例２ 本発明の別の実施例であるスラリー床反応器の縦断面図
を図２（ロ）に、その仕切板部の斜視図を図２（イ）に
それぞれ示す。

【００２５】このスラリー床反応器は、仕切板１として
円筒を同心状に配置し、かつスパージャー４を各室２ご
とにまとめてそれぞれ流量制御弁８で原料ガス量を制御
できるようにしたほかは実施例１と同様である。

【００２６】実施例３ 本発明の別の実施例であるスラリー床反応器の縦断面図
を図３（ロ）に、その仕切板部の斜視図を図３（イ）に
それぞれ示す。

【００２７】このスラリー床反応器は、仕切板１として
７つのドラフトチューブをハニカム状に配置したほかは
実施例１と同様である。

【００２８】この実施例では、ハニカム状のドラフトチ
ューブの中の円筒状となっている内部に原料ガスを吹き
込む。原料ガスは小気泡となって触媒スラリーとともに
円筒部分内部を上昇し、上昇した触媒スラリーは気泡と
離脱した後、円筒状外部を下降し、触媒が反応器内部に
攪拌分散される。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、反応器全体に微粉末触媒
を均一に分散できる。また、触媒の反応器全体への均一
分散のため反応器体積を有効に利用できるので、反応器
の大型化に際してコンパクトな反応器設計が可能である
とともに、高圧スラリー床反応器のスケールアップが容
易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である反応器の構造を示す
図である。

【図２】 本発明の別の実施例である反応器の構造を示
す図である。

【図３】 本発明の別の実施例である反応器の構造を示
す図である。

【符号の説明】

１…仕切板 ２…室 ３…スラリー通路 ４…スパージャー ５…原料ガス供給管 ６…生成ガス排出管 ７…触媒スラリー ８…流量制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 高志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小野 正巳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 奥山 契一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 青木 誠治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 戸村 啓二 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4G070 AA05 AB10 BA10 BB33 CA01 CA06 CA13 CB17 CC02 CC11 DA22 4H006 AA04 AC43 BA05 BA07 BA09 BA14 BA19 BA30 BA33 BA71 BA82 BD81 BE20 BE40 GN05 GN24 GP01 GP30 4H039 CA61 CD10 CD30 CL35

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒粉末が媒体油中に懸濁している触媒
   スラリーが収容され、縦方向に配置された仕切で内部が
   仕切られ、該仕切によって形成された室の下部には原料
   ガスを吹き込むスパージャーが設けられ、かつ該室間を
   当該スラリーが流通する通路が設けられているスラリー
   床反応器
2. 【請求項２】 スパージャーがそれぞれ流量調節機構を
   有している請求項１記載のスラリー床反応器
3. 【請求項３】 内部がハニカム状に仕切られており、ス
   パージャーが仕切られた各室に１室おきに設けられてい
   る請求項１記載のスラリー床反応器
4. 【請求項４】 触媒粉末がメタノール合成触媒とメタノ
   ール脱水触媒よりなり、ジメチルエーテル合成に使用さ
   れる請求項１、２又は３記載のスラリー床反応器