JPH0147221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス相又は蒸気相の中で発熱反応を
行うのに適した反応器に関するものである。一層
具体的にいえば本発明は、底に１又はそれ以上の
ガス状反応媒体用管と、上方に１又はそれ以上の
反応生成物用排出管を有し、反応器中を反応媒体
と並流されるべき冷却剤用の平行な軸方向チユー
ブの複数の束を有し、該チユーブはその全長のう
ちの大部分が反応器の断面内に実質的に均一分布
状態で分布し、各束の中のチユーブはヘツダース
ペースとマニホルドスペースとに連結される構成
の反応器の改良に関するものである。概して、前
記反応器は円筒状であり、円柱の軸は、少なくと
も実質的に垂直であり、そして、多量の解媒を収
容するためのスペースを有する。

この型の反応器は、米国特許明細書第2664346
号（1953年）により知られている。しかしなが
ら、現在および将来においては過去よりも大きい
反応器が要求される。というのは、一切の化学的
プロセスはより大きい規模で行われるからであ
る。ある種のプロセス、特に、炭化水素の合成の
如き若干のプロセスは最近ますます重要視されて
いる。本発明の反応器は、この種のプロセスを最
初に念頭に置いて開発されたものである。原料物
質として原油を取得することはますます困難とな
り、かつより高価となり、その結果、石炭のガス
化により製造される一酸化炭素と水素の変換反応
による炭化水素の製造法が関心を引いている。

処理容量を増加するために上記の公知反応器の
規模をそのまま拡大することは不可能である。そ
の理由を以下に示す。

第１に、大きい直径の反応器においては壁の強
度が問題となる。即ち壁の厚みが増しそして反応
器の重量が非常に大きくなる。

第２に、高圧反応器であるから、胴部を通過す
る管等の部材をできる限り少なくすることが望ま
しい。周知の反応器においては、それぞれのヘツ
ダースペースから及びそれぞれのマニホルドスペ
ースから一本の管が胴部を通り抜けている。更
に、大きな容量の結果、熱膨張、及び特に一様で
ない膨張による応力が問題となる。最後に、大き
な容量の公知反応器を使用する場合、もし反応媒
体が底から反応器の中央に入るとき、反応器の内
部全域にわたつてガス状反応媒体の均一分布を達
成することは困難である。しかしながら、全ての
触媒を充分に利用し、かつ、冷却面も充分に利用
する為に、反応体等の均一分布が要求されるので
ある。

また、周知の反応器においては、その保守又は
検査のために、冷却剤用チユーブを完全に取り去
ることなしに該チユーブの内部を点検することは
不可能である。

これらの問題は、本発明によつて完全に解消さ
れることが見出された。

本発明は、底に１又はそれ以上のガス状反応媒
体入口管２と、上方に１又はそれ以上の反応生成
物用排出管を有し、反応器中を反応媒体と並流さ
れるべき冷却剤用の平行な軸方向チユーブの複数
の束を有し、該チユーブはその全長のうちの大部
分が反応器の断面内に実質的に均一分布状態で分
布し、各束の中のチユーブはヘツダースペース６
とマニホルドスペース５とに接続され、これらの
スペース５，６は冷却剤供給用の軸方向供給管７
の周りに規則的に整然と設けられ、該スペース
５，６には、前記チユーブに接続された平らなチ
ユーブシート８が配置され、前記の冷却剤供給管
７の周りに同心的に冷却剤排出管１１が配置され
た反応器において、前記の各束の中のチユーブ４
が所定のチユーブシート８の方に向かつて集中し
ており（converge）、マニホルドスペース５が放
射状管９を介して冷却剤供給管７に接続され、ヘ
ツダースペース６が放射状管１０を介して冷却剤
排出管１１に接続され、入口管２から支管１２を
分岐してこれらの支管を星状配置状態で、前記の
複数のマニホルドスペース５の間又はすぐ下流側
に配置し、支管１２の各々に複数のガス排出穴１
３を設け、このガス排出穴１３は、操作中反応器
中に存在する微細触媒粒子を流動状態に保つのに
適したものであることを特徴とする反応器に関す
るものである。

公知の反応器でば、多数の冷却剤用導管の胴部
貫通配置による強度低下という欠点があつたが、
本発明の反応器では、冷却剤が一本の大形軸方向
供給管によつて供給され、次いで、供給管の周囲
に同心的に配置された排出管によつて排出され
る。反応器の上方から底に延びた比較的大きい冷
却剤供給管は反応器の強度増大に寄与し、かつ、
細いチユーブ束を保持し、その結果該チユーブ束
がそれ自身の重量や操作中の高温により過度に延
びることはない。反応器の冷却部材の最上部は単
に枠材によつて支えられているだけであるから、
冷却部材は軸方向および放射方向（半径方向）に
自由に膨張、収縮できる。操作中、細い冷却チユ
ーブは高温の結果中央の供給管よりいくらか明ら
かに拡がるであろう。けれとも、このことは害に
ならない、というのはヘツダースペースやマニホ
ルドスペースの近傍での細いチユーブの屈曲部
が、融通のきく縦方向の拡がりをなすことができ
るからである。

冷却剤用の唯一本の供給管と唯一本の排出管が
在るだけなので、該管は非常に大きく製作でき、
かつその内側を点検できる。

反応器を分解せずに、ヘツダースペース及びマ
ニホルドスペースに接近して点検すること、たと
えば、束になつたチユーブの一部または全部の水
漏れを点検すること、チユーブの水漏れの個所を
修理（密閉）すること、または他の保守点検操作
を行うことが、本発明によつて始めて可能になつ
たのである。

前記のチユーブは反応器の断面全体にわたつて
一様に分布しているが、これらのチユーブはマニ
ホルドスペースに集まり、したがつてマニホルド
スペースの近傍には空間が生ずるから、この空間
に複数の入口管の支管（すなわちガス状反応媒体
供給管）を星状配置状態で配置して、反応器の横
幅全体にわたつてガス状反応媒体が確実に均一分
布状態で分布するようにする。

好ましくは、１又はそれ以上のグリツドがヘツ
ダースペースの間に設けられる。しかしてグリツ
ドには、冷却剤用チユーブの通過用開口及び反応
媒体の流動通過用開口が設けられる。これらのグ
リツドは、操作中比較的高温の結果少し歪曲する
傾向有する冷却剤用チユーブの相互間距離を正し
く保つ役割を果たす。これらのグリツドは決して
ガスの流動を妨害せず、また、流動床の機能に悪
影響を与えない。

これらのグリツドを好ましくはいくつかのセク
ターに分割し、その数はヘツダースペースの数す
なわちマニホルドスペースの数と同数とする。こ
こでセクターとは幾何学上の円のセクターを意味
するが、この円の中央に相当する個所に穴を設
け、この穴の中を中央冷却剤供給管が通るように
する。このようにセクターに分けることは、反応
器の組立及び管理の立場からみて非常に有利なこ
とである。

軸方向供給管を好ましくは第２同心管によつて
包囲する。第２同心管の一端は冷却剤排出管の下
方端に連結され、他端は供給管と共にスペースを
形成する。このスペースは、マニホルドスペース
に通じる放射状管と連通している。言い換えれ
ば、第２同心管供給管を包囲し、第２同心管の上
端部は、ヘツダースペースに接続された放射状管
の他端と接続され、第２同心管の下端は、反応器
の底でマニホルドスペースに接続された放射状管
の他端と接続される。この第２同心管すなわち環
状管は、未気化冷却剤の再循環用導管として利用
される。ヘツダースペースは気体／液体分離装置
として働き、液体（主に水）は放射状管の底に沿
つて環状再循環導管へ流れ、気体（主に蒸気）は
放射状管の最上部を通つて排出管に排出される。

排出容量及び機械的強度を増加するため及び気
体／液体分離効率を改善するため、各ヘツダース
ペースの上方と中央の排出管との間に第二管（多
少放射状配列の管）を設けることが好ましく、そ
の結果、各ヘツダースペースは、少なくとも実質
的に放射配列の２本の管（重複配置された２本の
管）を介して排出管と連結される。それゆえほと
んどの気体は、この２本のうちの上方管を通過
し、ほとんどの液体は下方管を通過する。

冷却剤用チユーブの支持手段を特別強固にする
ために、冷却剤用チユーブの束の各々において、
束の中の中央のチユーブを、その他のチユーブよ
り重いものにするのが好ましい。この中央チユー
ブは、マニホルドスペースの重量の大部分を支
え、かつ、一様でない熱膨張により生ずる応力を
“吸収”する。このような構造にしない場合には、
細い冷却チユーブの永久的な屈曲または膨張が起
ることがあり得る。熱膨張を、好ましくない応力
の発生を伴うことなしに生じさせることは可能で
ある。なぜならば、この場合の伸長は、単に現存
する屈曲をより顕著にするだけであるからであ
る。

チユーブ束の数は極端に少なくすべきではな
い。なぜならば、１つの束の中の冷却剤チユーブ
の数が極端に多くなり、この多数のチユーブを各
ヘツダースペースのチユーブシートから懸架しな
ければならず、そのために、過度に重いチユーブ
を使用しなければならないが、これは実際には非
常に困難なことであるからである。計算上もし直
径４ｍの反応器で全てのチユーブが１個のチユー
ブシートで懸架される場合、そのチユーブシート
に要求される肉厚は0.5ｍを越えるであろう。他
方、チユーブ束の数を極端に多くすることも好ま
しくない。なぜならば、反応器の構造及び保守が
複雑化し、しかも、マニホルドスペースの近傍の
空間が極端に小さくなり、入口管の支管（ガス反
応媒体供給管）の星状配置が不可能になるからで
ある。この理由によつて、実際のチユーブ束の数
は好ましくは４〜12本である。

更に図面に関し本発明を説明する。第１図は本
発明の好ましい具体化の反応器の略式軸方向断面
図である。第２図は第１図の−の線に沿つた
横断面図である。明確にするため、マニホルドス
ペース及び放射状チユーブは第２図は点線で示さ
ず実線で示されている。この型の反応器は、たと
えば10ｍ又はそれ以上の直径を有するものであり
得る。

図面に示す反応器は、壁１、入口管２と気体用
出口管３を有している。入口管２はいくつかに分
岐しそして最終的にマニホルド１９に達し、しか
してマニホルド１９は星状配列の支管１２と連結
されている。該支管のおのおのには、ガス排出穴
１３が設けられており、操作中反応器に存在する
多量の微細触媒粒子（図示せず）を流動状態に保
つのに適する構成になつている。操作中、冷却剤
（例えば圧力下に沸謄する水）は供給管７を通り、
次いでスペース１６と放射状管９を通つてマニホ
ルドスペース５に流れる。

前記マニホルドスペース５は、このスペースの
内側と外側を横切る圧力差に耐えるために、その
構成材料の所要量をできるだけ少なくするため
に、その形態は半球状にする。沢山の冷却剤用チ
ユーブ４は、平らなチユーブシート８に連結さ
れ、そしてこれらのチユーブは反応器の上方に向
かつて広がるように配置され（第１図参照）、そ
の結果、該チユーブは全長の大部分の区域が、反
応器の断面内に均一に分布されている。たとえば
断面の直径が数メートルである反応器では、数千
のチユーブ４が４個の束にたばねられて配置され
る。グリツド１４は反応器中において種々の高さ
の場所に存在し、しかして該グリツドは等間隔で
存在する多数の前記チユーブ４を確実に保持す
る。チユーブ４の配置間隔は、たとえばその外径
の１〜５倍の長さに相当する間隔であつてよい。
多数のチユーブ４からなるチユーブ束の各々の中
央に位置するチユーブ１８は、その周囲のチユー
ブ４より太く、チユーブ束に充分な剛性を与える
役割を果たす。図面の簡略化のために、１本の中
央チユーブ１８が、隣接するチユーブ４を省略し
て第１図に示されている。

反応器の上方で冷却剤用チユーブ４は、同様に
複数の半球状のヘツダースペースて６の各々に取
付けられたチユーブシート８の各々へ再び集まる
構成になつている（第１図参照）。ヘツダースペ
ース６において、気体は液体から分離される。気
体は、主に管１７および中央排出管１１を経て排
出される。液体の大部分は放射状管１０を経てヘ
ツダースペース６に戻る。排出管１１の底端１５
は中央環状管に接続され、この中央環状管はその
底部にスペース１６を有する。

本発明による反応器は、熱交換操作が必要な
種々の種類の反応に適している。これは特に、発
熱性の接触反応、例えば水性ガス転化反応、メタ
ノールの合成、メタノールのリホーミング、合成
ガスのメタン化（これによつて、天然ガス代替物
が得られる）、および多種の石油化学プロセスに
非常に適している。更にまた、この反応器は、合
成ガスからの炭化水素の合成（特に、石油系炭化
水素の代替物の合成）に特に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反応器の断面図であり、第２
図は第１図の−の断面図である。 １……壁、２……入口管、３……出口管、４…
…冷却チユーブ、５……マニホルドスペース、６
……ヘツダースペース、７……供給管、８……チ
ユーブシート、９，１０……放射状管、１１……
中央排出管、１４……グリツド、１５……底端、
１６……スペース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底に１又はそれ以上のガス状反応媒体用入口
   管２と、上方に１又はそれ以上の反応生成物用排
   出管を有し、反応器中を反応媒体と並流されるべ
   き冷却剤用の平行な軸方向チユーブの複数の束を
   有し、該チユーブはその全長のうちの大部分が反
   応器の断面内に実質的に均一分布状態で分布し、
   各束の中のチユーブはヘツダースペース６とマニ
   ホルドスペース５とに接続され、これらのスペー
   ス５，６は冷却剤供給用の軸方向供給管７の周り
   に規則的に整然と設けられ、該スペース５，６に
   は、前記チユーブに接続された平らなチユーブシ
   ート８が配置され、前記の冷却剤供給管７の周り
   に同心的に冷却剤排出管１１が配置された反応器
   において、前記の各束の中のチユーブ４が所定の
   チユーブシート８の方に向かつて集中しており、
   マニホルドスペース５が放射状管９を介して冷却
   剤供給管７に接続され、ヘツダースペース６が放
   射状管１０を介して冷却剤排出管１１に接続さ
   れ、入口管２から支管１２を分岐してこれらの支
   管を星状配置状態で、前記の複数のマニホルドス
   ペース５の間又はそのすぐ下流側に配置し、支管
   １２の各々に複数のガス排出穴１３を設け、この
   ガス排出穴１３は、操作中反応器中に存在する微
   細触媒粒子を流動状態に保つのに適したものであ
   ることを特徴とする反応器。 ２ １又はそれ以上のグリツド１４をマニホルド
   スペースとヘツダースペースの間に設け、しかし
   て該グリツドには、冷却剤用チユーブの通過用開
   口及び反応媒体の流動通過用開口が設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   反応器。 ３ グリツドを複数のセクターに分割し、セクタ
   ーの数がマニホルドスペースの数すなわちヘツダ
   ースペースの数と同数であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の反応器。 ４ 軸方向の供給管を第２同心管によつて包囲
   し、第２同心管の一端が冷却剤排出管の下方端１
   ５に連結され、他端すなわち流出端は供給管と共
   にスペース１６を形成し、スペース１６は、マニ
   ホルドスペースに通じる放射状管と連通している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか一項に記載の反応器。 ５ それぞれのヘツダースペースが、重複配置さ
   れた少なくとも実質的に放射状の２本の管１０，
   １７を介して排出管１１と接続されていること特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の反応器。 ６ それぞれの冷却チユーブ４の束の中の中央チ
   ユーブ１８が、その束の中の他のチユーブより重
   いものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜５項のいずれか一項に記載の反応器。 ７ チユーブ束の数が４〜12であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一項に
   記載の反応器。