(57)【要約】【課題】本発明は、原料ガスと懸濁した触媒溶液との接触面積を大きくすることを特徴とするジメチルエーテルの作製方法およびジメチルエーテル合成反応装置に関するものである。【解決手段】本発明のジメチルエーテル作製方法は、反応塔内において、原料ガスと、懸濁した触媒溶液とを直接接触させて反応させている。前記反応塔内における懸濁した触媒溶液は、その連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つが重畳され、分散相気体の泡沫分散を促進させる。前記原料ガスは、懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、分散相気体の泡沫と接触し、気−液界面積を増大させて、反応を促進させる。【選択図】  図１
2004307435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと懸濁した触媒溶液とを直接接触させてジメチルエーテルを作製するジメチルエーテル作製方法において、
原料ガスと懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つを重畳して分散相気体の泡沫分散を促進させることにより、原料ガスと触媒溶液界面積を増大させることにより、反応速度を増加させてジメチルエーテルを作製することを特徴とするジメチルエーテルの作製方法。
【請求項２】
原料ガスと懸濁した触媒溶液とを直接接触させてジメチルエーテルを作製するジメチルエーテル作製方法において、
原料ガスと懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つを重畳して異相界面の物質移動係数を増大させることにより、反応速度を増加させてジメチルエーテルを作製することを特徴とするジメチルエーテル作製方法。
【請求項３】
原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、
前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、
前記懸濁された触媒溶液の連続相に脈動を与える脈動発生手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするジメチルエーテル合成反応装置。
【請求項４】
原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、
前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、
前記懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与えるマイクロ波発生手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするジメチルエーテル合成反応装置。
【請求項５】
原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、
前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、
前記懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与える超音波発生手段と、
を少なくとも備えていることを特徴とするジメチルエーテル合成反応装置。
【請求項６】
前記反応塔には、懸濁した触媒溶液の連続相中に目皿板を設置したことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載されたジメチルエーテル合成反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスと懸濁した触媒溶液との接触面積を大きくすることにより、ジメチルエーテルを製造するジメチルエーテル作製方法およびジメチルエーテル合成反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来例におけるジメチルエーテルの作製システムを説明するための図である。図３において、たとえば、炭層メタン、プロパンガス、酸素、スチーム等からなる原料３０は、生成塔３１に入れられ、この内部において反応する。生成された合成ガスの内、二酸化炭素ガスは、一部が外部に、残りが一酸化炭素ガスと水素ガスとともに、圧縮器３２によって圧縮される。
【０００３】
前記圧縮された合成ガスは、吸収塔３３に入れられ、二酸化炭素ガスが吸収されて外部に放出される。その後、反応塔３４において、前記合成ガスは、触媒と接触させ、２５０℃ないし４８０℃の温度等による反応条件とすることにより、反応した液体および未反応のガスになる。
【０００４】
次に、気液分離塔３５は、前記未反応のガスと反応した液体とに分離する。未反応のガスは、吸引器３６により吸引された後、反応塔３４に戻り、原料ガスとの反応を再度行う。前記反応塔３４により反応した液体は、さらに、次の分離塔３７によって、二酸化炭素ガスが分離される。その後、前記二酸化炭素ガスは、パージされる。
【０００５】
前記分離塔３７によって分離された液体は、蒸留塔３８によって蒸留されて気体は、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）３９として採集し、残りがメタノール４０となる。
【０００６】
特開２００２−２６３５０４に記載されているジメチルエーテル水蒸気改質触媒は、金属アルコキシドに酸を加え、ゾルを生成し、当該ゾルを蒸発乾燥しゲル物質を焼成し、その後、前記焼成されたゲルを還元処理することにより作製していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２６３５０４
【０００８】
特開２００２−１５５００４に記載されているジメチルエーテルの製造方法は、水素ガスとメタンガスを含有するガスＡと、一酸化炭素ガスを含有するガスＢを混合したガスを、溶媒にスラリー状に懸濁させた触媒を接触させたジメチルエーテルの製造方法において、前記ガスＡを予め炭酸ガスまたは水蒸気で改質して水素ガス濃度を高めるとともにメタンガス濃度を低下させていた。
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−１５５００４
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示すジメチルエーテルの作製システムは、原料ガスと触媒との間において、反応し易い温度等にするだけで、両者の接触面積を強制的に増加するための工夫はなされていなかった。特許文献１および特許文献２の例は、同じく、原料ガスと触媒との接触面積を強制的に増加するものではない。
【００１１】
以上の課題を解決するために、本発明は、前記懸濁した触媒溶液中の連続相の下方から、分散相である原料ガスを供給し、前記原料ガスの浮力によって、前記懸濁した触媒溶液相中を上昇して、原料ガスと懸濁した触媒液の界面張力に基づく気泡の大きさを大きくしている。
【００１２】
本発明は、ジメチルエーテル作製方法において、原料ガスと懸濁した触媒溶液の反応速度を増大させるために、前記原料ガスと前記懸濁した触媒溶液の界面積を増大させ、前記原料ガスと前記懸濁した触媒溶液における界面の物質移動係数を増大させるものである。
【００１３】
本発明は、懸濁した触媒溶液の懸濁液接触反応装置における異相界面の物質移動速度を増加させるために、連続相である懸濁した触媒溶液側に脈動や振動を重畳して、前記脈動等により、懸濁した触媒溶液の分散による界面積を大きくし、原料ガスとの反応速度の増大を企図したジメチルエーテル作製方法およびジメチルエーテル合成反応装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、ガス気泡の分散と異相界面の物質移動係数の増大の二つの課題を解決するための手段として、反応器の連続相側に脈動等を重畳することによって達成されるジメチルエーテル作製方法およびジメチルエーテル合成反応装置を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明は、反応塔中の原料ガスを懸濁した触媒溶液の気泡を強制的に分散させることにより、異相界面の面積を増大せしめ、さらに、原料ガスと触媒溶液界面の物質移動係数を大きくするジメチルエーテルの作製方法およびジメチルエーテル合成反応装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
（第１発明）
第１発明のジメチルエーテル作製方法は、原料ガスと懸濁した触媒溶液とを直接接触させてジメチルエーテルを作製するものであり、原料ガスと懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つを重畳して分散相気体の泡沫分散を促進させることにより、原料ガスと触媒溶液界面積を増大させることにより、反応速度を増加させてジメチルエーテルを作製することを特徴とする。
【００１７】
（第２発明）
第２発明のジメチルエーテル作製方法は、原料ガスと懸濁した触媒溶液とを直接接触させてジメチルエーテルを作製するものであり、原料ガスと懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つを重畳して異相界面の物質移動係数を増大させることにより、反応速度を増加させてジメチルエーテルを作製することを特徴とする。
【００１８】
（第３発明）
第３発明のジメチルエーテル合成反応装置は、原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、前記懸濁された触媒溶液の連続相に脈動を与える脈動発生手段と、を少なくとも備えていることを特徴とする。
【００１９】
（第４発明）
第４発明のジメチルエーテル合成反応装置は、原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、前記懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与えるマイクロ波発生手段と、を少なくとも備えていることを特徴とする。
【００２０】
（第５発明）
第５発明のジメチルエーテル合成反応装置は、原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触する反応塔と、前記反応塔内における触媒溶液懸濁部と、前記懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与える超音波発生手段と、を少なくとも備えていることを特徴とする。
【００２１】
（第６発明）
第６発明のジメチルエーテル合成反応装置において、反応塔には、懸濁した触媒溶液の連続相中に目皿板を設置したことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１発明）
第１発明のジメチルエーテル作製方法は、反応塔内において、炭層メタンガス、プロパンガス、酸素、スチーム等からなる原料ガスと、懸濁した触媒溶液とを直接接触させて反応させている。前記反応条件は、たとえば、２５０℃ないし４８０℃である。前記反応塔内における懸濁した触媒溶液は、その連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つが重畳され、分散相気体の泡沫分散を促進させる。
【００２３】
原料ガスは、懸濁した触媒溶液が反応する反応塔内で、分散相気体の泡沫と接触し、気−液界面積を増大させて、反応を促進させる。第１発明のジメチルエーテル作製方法は、気−液界面積を増大させて、反応を促進させているため、効率良くジメチルエーテルを作製することができる。
【００２４】
（第２発明）
第２発明のジメチルエーテルの作製方法は、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動、マイクロ波振動、超音波振動の少なくとも一つを重畳して異相界面の物質移動係数を増大させている点で、第１発明と異なっている。第２発明のジメチルエーテル作製方法は、気−液界面積を増大させて、反応を促進させているため、効率良くジメチルエーテルを作製することができる点で、第１発明と同様である。
【００２５】
第２発明は、懸濁した触媒溶液が泡沫状にならなくても、原料ガスと懸濁した触媒溶液の異相界面において、物質の移動係数が大きければよい。
【００２６】
（第３発明）
第３発明のジメチルエーテル合成反応装置は、反応塔において、原料ガスと懸濁した触媒溶液とが接触し、所定の反応温度によって、反応が促進される。前記反応塔内における触媒は、溶液とともに懸濁化されて触媒溶液懸濁部となる。前記懸濁した触媒溶液の連続相には、たとえば、ピストンとシリンダー等のポンプからなる脈動発生手段により脈動が与えられる。前記脈動発生手段は、懸濁した触媒溶液に脈動を与えることができる手段であれば、前記形状・構造に限定されるものではない。
【００２７】
（第４発明）
第４発明は、懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与える手段がマイクロ波発生手段である点で、第３発明と異なっている。前記マイクロ波発生手段は、３００ＭＨｚないし３０ＧＨｚが望ましい。特に、２４５０ＭＨｚは、電子レンジに使用されるもので、既成品で達成することができる。
【００２８】
（第５発明）
第５発明は、懸濁された触媒溶液の連続相に振動を与える手段が超音波発生手段である点で、第３発明および第４発明と異なっている。
【００２９】
（第６発明）
第６発明は、懸濁した触媒溶液の連続相中に目皿板が設置されている。前記目皿板は、懸濁した触媒溶液の連続相に与えられる振動と相まって、気−液界面積を増大させて、反応を促進させることができる。
【００３０】
【実施例】
図１は本発明の第一実施例で、懸濁した触媒溶液と原料ガスとを反応させる反応塔を説明するための概略誇張模式図である。図１において、反応塔１１は、下部に原料ガス搬送パイプ１２を、上部に反応物質搬送パイプ１３が設けられている。また、前記反応塔１１は、その下方に触媒溶液挿入口１４１が設けられており、内部に懸濁した触媒溶液を満たしている。
【００３１】
前記反応塔１１の内部には、反応熱を冷却する冷却水１５１が流通する冷却パイプ１５が設けられている。前記反応塔１１の上方には、前記触媒溶液のオーバーフロータンク１６が設けられており、オーバーフローした前記触媒溶液がオーバーフロー溶液出口１６１から外部に出る。
【００３２】
さらに、反応塔１１の下方には、前記触媒溶液を脈動させる脈動装置１７が設けられている。前記脈動装置１７は、たとえば、シリンダー１７１とピストン１７２とから構成されており、前記ピストン１７２の上下動により、前記反応塔１１内にある懸濁した触媒溶液１４が攪拌される。また、前記脈動装置１７は、シリンダーとピストン型以外に、ベローズ式やその他公知または周知の技術と置き換えることができる。
【００３３】
同時に、連続相である前記懸濁した触媒溶液１４は、反応塔１１の下方から、分散相である原料ガス１４２が供給されると、前記原料ガス１４２の浮力によって、前記懸濁した触媒溶液１４相中を上昇して、原料ガス１４２と懸濁した触媒溶液１４の界面張力に基づく気泡の大きさを大きくしている。
【００３４】
本発明は、連続相である懸濁した触媒溶液側に脈動や振動を重畳して、懸濁した触媒溶液に気泡を入れたり、あるいは異相界面の物質移動速度を増加させているために、前記脈動等により、懸濁した触媒溶液の分散による界面積を大きくし、原料ガスとの反応速度を増大させている。
【００３５】
図２は本発明の第二実施例で、懸濁した触媒溶液と原料ガスとを反応させる他の反応塔を説明するための概略誇張模式図である。図２において、反応塔１１は、懸濁した触媒溶液に振動を与える振動子１８と、前記振動子１８を振動させる前記反応塔１１の外部に設けられた励起回路１８１と、前記反応塔１１の中央よりやや下方に設けられた目皿１９とが設けられている点で、第一実施例と異なっている。
【００３６】
すなわち、第二実施例は、図２において、オーバーフロータンク１６の記載が省略されている。また、振動がマイクロ波である場合、励起回路１８１は、マグネトロンやその周辺回路である。さらに、図２に示された振動子１８は、マイクロ波の場合、図示されていない導波管を通じて接続されているアンテナになる。原料ガス側にマイクロ波振動を与えることは、原料ガスの極性分子を励起し、合成反応を促進する。
【００３７】
振動が超音波の場合、振動子１８は、超音波振動子あるいはホーンである。また、脈動、マイクロ波、超音波振動は、少なくとも一つによって前記懸濁した触媒溶液を攪拌することができる。さらに、その際、目皿の有無は、任意であるが、設けた方が反応速度を向上させることができる。
【００３８】
本実施例によって使用される触媒は、その種類が限定されるものではなく、たとえば、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カリウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、金、カドミウム、インジウム、錫、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、銀、水銀、テルリウム、鉛、ビスマス、タリウム、ウラニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、トリウム、鉛およびランタノイド銅の金属、酸化物等を用いることができる。
【００３９】
前記触媒に使用される溶媒は、たとえば、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、ケトン、およびハロゲン化合物、これらの化合物の混合物等を使用できる。また、前記溶媒は、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等も使用できる。
【００４０】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。たとえば、反応塔、触媒、脈動手段、振動手段の取付および大きさは、任意に設計変更が可能である。
【００４１】
本発明の実施例において、反応塔のみを説明しているが、その他説明されていないところは、公知または周知の技術を使用できる。脈動手段および／または振動手段は、同様に、公知または周知のものを使用して、低周波振動からマイクロ波のような高周波振動とすることにより、反応速度を上げることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動等を重畳して、分散相気体の泡沫分散を促進して、原料ガスと懸濁した触媒溶液との界面積を増大させることにより、反応速度を増加することができた。
【００４３】
本発明によれば、懸濁した触媒溶液の連続相に脈動等を重畳して、異相界面の物質移動係数を増大させることにより、反応速度を増加することができた。
【００４４】
本発明によれば、原料ガスと懸濁した触媒溶液との界面積を増大させるために、脈動、マイクロ波、超音波振動の内の少なくとも一つを重畳させることにより、さらに、前記界面積を増大させて反応速度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例で、懸濁した触媒溶液と原料ガスとを反応させる反応塔を説明するための概略誇張模式図である。
【図２】本発明の第二実施例で、懸濁した触媒溶液と原料ガスとを反応させる他の反応塔を説明するための概略誇張模式図である。
【図３】従来例におけるジメチルエーテルの作製システムを説明するための図である。
【符号の説明】
１１・・・反応塔
１２・・・原料ガス搬送パイプ
１３・・・反応物質搬送パイプ
１３１・・・反応物質
１４・・・懸濁した触媒溶液
１４１・・・触媒溶液挿入口
１４２・・・原料ガス
１５・・・冷却パイプ
１５１・・・冷却水
１６・・・オーバーフロータンク
１６１・・・オーバーフロー溶液出口
１７・・・脈動装置
１７１・・・シリンダー
１７２・・・ピストン
１８・・・振動子
１８１・・・励起回路
１９・・・目皿
【図１】
2004307435.tif 000003
【図２】
2004307435.tif 000004
【図３】
2004307435.tif 000005