CN103237597A - 反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应装置，包括：反应容器；流动层，由配置在反应容器的内部的固体催化剂构成；集尘机，构成为收集从流动层吹起的固体催化剂，将收集的固体催化剂排出至流动层；以及固体催化剂的催化剂排出口，设在反应容器的侧壁；集尘机是将2个以上的旋流器(第一旋流器、第二旋流器、第三旋流器)串联连接的旋流器式集尘机，2个以上的旋流器包括排出口，排出口构成为将由各所述2个以上的旋流器收集的固体催化剂排出至流动层，从构成集尘机的2个以上的旋流器中最后级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离、比从最前级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离短。利用本发明，提供一种反应装置，其能够将由集尘机收集的固体催化剂顺畅排出至反应容器的外部。

Description

反应装置

技术领域

本发明涉及反应装置。

本申请主张了基于2011年12月1日在日本申请的日本专利申请2011-263709号的优先权，本文引用其内容。

背景技术

作为利用流动层的反应装置，已知有专利文献1所记载的反应装置。专利文献1的反应装置是向反应容器内设置的固体催化剂喷射原料气体并流动化，提高固体催化剂与原料气体的接触效率，进行目的化学反应的反应装置。粉末状的固体催化剂由于原料气体的流动而成为流动状态的产物称为流动层。由于利用了流动层的反应装置的固体催化剂与原料气体的接触效率良好，顺畅进行作为目的的化学反应，因此在催化剂反应的领域中被广泛利用。

专利文献1：日本特开2010-168331号公报。

发明内容

本发明要解决的问题

在使用了流动层的催化剂反应过程中，焦炭成分(含碳物质)会附着在固体催化剂的表面，催化剂活性会随着时间下降。因此，提出了通过将反应容器中的固体催化剂连续地抽出并转移至再生器，并且使已经再生的固体催化剂从再生器同量连续地返回反应容器，维持催化剂活性的循环式的反应装置。另一方面，固体催化剂的一部分被反应气体卷起，与反应气体一起被集尘机收集，与反应气体分离，从集尘机的排出口返回流动层。在催化剂反应过程中使用的固体催化剂包含不少比平均粒径小的粒子和比平均粒径大的粒子，具有某一程度的粒径分布。被集尘机气-固分离，停留在反应容器内的程度的粒径较小较轻的固体催化剂与粒径较大的固体催化剂相比，存在于催化剂层的上部或者反应容器的上部的概率较高，认为一部分粒径较小的固体催化剂会长期滞留在反应容器内。因此，若这样的固体催化剂在再生器中无法再生而积存在反应容器，则会阻碍催化剂反应过程，无法得到充分的反应性能。

本发明的目的在于提供一种反应装置，其能够将被集尘机收集的固体催化剂顺畅排出至反应容器的外部。

用于解决问题的方法

本发明的反应装置的一个形态包括：反应容器；流动层，由配置在所述反应容器的内部的固体催化剂构成；集尘机，收集从所述流动层吹起的所述固体催化剂，将收集的所述固体催化剂排出至所述流动层；以及所述固体催化剂的催化剂排出口，设在所述反应容器的侧壁，所述集尘机是串联连接多个旋流器的旋流器式集尘机，所述多个旋流器包括将分别收集的所述固体催化剂排出至所述流动层的排出口，构成所述集尘机的多个旋流器中最后级侧的旋流器的排出口与最前级侧的旋流器的排出口相比，到所述反应容器的催化剂排出口的距离较短。

所述集尘机可以是将2个以上的旋流器串联连接的旋流器式集尘机，所述多个旋流器配置为沿着所述反应容器的内壁描绘弧形。

也可以是构成所述集尘机的多个旋流器中最后级侧的旋流器的排出口与最前级侧的旋流器的排出口相比，到所述反应容器的内壁的距离较短。

构成所述集尘机的多个旋流器的排列没有特别限定，但优选的是沿着所述反应容器的内壁设置多个。另外，所述反应容器的催化剂排出口也可以与所述多个集尘机分别对应设置。

所述反应容器的多个催化剂排出口也可以以所述反应容器的中心轴为对称轴，配置为旋转对称。

也可以包括：再生器，进行再生使得在含氧气体的气氛下对从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂加热，使催化剂活性恢复；催化剂转移机构，通过向所述再生器送出含氧气体，将从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂转移至所述再生器；以及再生催化剂转移机构，使由所述再生器再生的所述固体催化剂返回所述反应容器。

也可以在所述反应容器的侧壁设置有所述固体催化剂的催化剂流入口，使由所述再生器再生的所述固体催化剂流入所述反应容器，所述反应容器的催化剂流入口在从所述反应容器的中心轴方向观察时，设在所述反应容器中互相邻近的2个所述催化剂排出口之间的位置。

即，本发明涉及以下方案。

(1)一种反应装置，包括：

反应容器；

流动层，由配置在所述反应容器的内部的固体催化剂构成；

集尘机，构成为收集从所述流动层吹起的所述固体催化剂，将收集的所述固体催化剂排出至所述流动层；以及

所述固体催化剂的催化剂排出口，设在所述反应容器的侧壁，

所述集尘机是将2个以上的旋流器串联连接的旋流器式集尘机，

所述2个以上的旋流器包括排出口，所述排出口构成为将由各所述2个以上的旋流器收集的所述固体催化剂排出至所述流动层，

从构成所述集尘机的2个以上的旋流器中最后级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离、比从最前级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离短。

(2)如(1)所述的反应装置，所述集尘机是将2个以上的旋流器串联连接的旋流器式集尘机，

所述2个以上的旋流器配置为沿着所述反应容器的内壁描绘弧形。

(3)如(2)所述的反应装置，从构成所述集尘机的2个以上的旋流器中最后级的旋流器的排出口到所述反应容器的内壁的距离、比从最前级的旋流器的排出口到所述反应容器的内壁的距离短。

(4)如(1)至(3)的任意1项所述的反应装置，所述集尘机沿着所述反应容器的内壁设置1个或者2个以上，

所述反应容器的催化剂排出口与所述1个或者2个以上的集尘机分别对应设置。

(5)如(4)所述的反应装置，所述反应容器的1个或者2个以上的催化剂排出口以所述反应容器的中心轴为对称轴，配置为旋转对称。

(6)如(4)或者(5)所述的反应装置，还包括：再生器，构成为进行再生使得在含氧气体的气氛下对从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂加热，使催化剂活性恢复；

催化剂转移机构，构成为通过向所述再生器送出含氧气体，将从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂转移至所述再生器；以及

再生催化剂转移机构，构成为使由所述再生器再生的所述固体催化剂返回所述反应容器。

(7)如(6)所述的反应装置，在所述反应容器的侧壁设置有所述固体催化剂的催化剂流入口，构成为使由所述再生器再生的所述固体催化剂流入所述反应容器，

所述反应容器的催化剂流入口在从所述反应容器的中心轴方向观察时，设在所述反应容器中互相邻近的2个所述催化剂排出口之间的位置。

发明的效果

根据本发明的一个形态，提供一种反应装置，其能够将由集尘机收集的固体催化剂顺畅排出至反应容器的外部。

附图说明

图1是第一实施方式的反应装置的示意图。

图2是反应器的俯视图。

图3是示出第一旋流器的概要结构的立体图。

图4是第二实施方式的反应器的俯视图。

具体实施方式

第一实施方式

图1是本发明的第一实施方式的反应装置1的示意图。反应装置1例如通过固体催化剂10a和低级醇的共存化，使环己酮肟进行贝克曼重排反应，制造ε-己内酰胺。

反应装置1包含反应器2、再生器3、催化剂转移机构6、再生催化剂转移机构8而构成。

反应器2包括反应容器20、原料气体导入部21、反应气体排出部22、作为气固分离装置的集尘机23、冷却部24、催化剂排出口28、催化剂流入口29。

反应容器20是具有圆筒状的直体部20a的容器，但在直体部20a的上方也可以连接有比直体部20a的内径大的圆筒状的扩大部。在直体部20a的下部连接有内径渐小的圆锥状的锥形部20c，但直体部20a的下部也可以不是圆锥状的锥形形状。在直体部20a与锥形部20c的边界，设置有多个孔分散形成的分散板25。在分散板25上形成由固体催化剂10a的粉末构成的粉末层10。

在锥形部20c连接有导入原料气体G1的原料气体导入部21。

利用原料气体导入部21，包含环己酮肟的原料气体G1导入至锥形部20c的内部。作为原料气体G1的气体源没有特别限定，任意使用已知的气体源即可。原料气体G1经由形成于分散板25的多个孔喷射至粉末层10的底部。粉末层10由于从分散板25向铅垂上方吹起的原料气体G1的流动而流动化，成为流动层。原料气体G1在成为流动层的粉末层10的内部均匀流动，与固体催化剂10a接触进行贝克曼重排。由此，生成包含ε-己内酰胺的反应气体G2。

作为固体催化剂10a，例如可以例举硼酸催化剂、二氧化硅氧化铝催化剂、磷酸催化剂、复合金属氧化物催化剂、沸石催化剂等。其中优选沸石催化剂，进一步优选五元环型沸石，特别优选MFI沸石。

沸石催化剂可以是其骨架实际上仅由硅和氧构成的结晶性二氧化硅，还可以是进一步包含其他元素作为构成骨架的元素的结晶性金属硅等。在是结晶性金属硅等的情况下，作为可能存在于硅和氧以外的元素，例如可以例举Be、B、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Sb、La、Hf、Bi等，也可以包含这些的2种以上。硅相对于这些元素的原子比通常为5以上，优选为50以上，更优选为500以上。该原子比可以利用原子吸光法、荧光X射线法等来测定。

沸石催化剂例如可以对硅化合物、季铵化合物、水、和根据需要以金属化合物等为原料施加水热合成，在对得到的结晶干燥、烧成后，用氨、铵盐进行接触处理，接下来通过干燥来适当调制。

固体催化剂10a的粒径优选为0.001～5mm，进一步优选为0.01～3mm。另外，固体催化剂10a例如可以是实际上仅由催化剂成分构成的成形体，但也可以将催化剂成分载于担体。

使用了固体催化剂10a的环己酮肟的贝克曼重排反应，可以在气相条件下进行。反应温度通常为250～500℃，优选为300～450℃。反应压力通常为0.01～0.5MPa，优选为0.02～0.2MPa。另外，每1kg催化剂的原料环己酮肟的供给速度(kg／h)、即空间速度WHSV(h^-1)通常为0.5～20h^-1，优选为1～10h^-1。

环己酮肟与低级醇都被导入反应容器20。环己酮肟可以单独导入反应系统内，也可以与氮、氩、二氧化碳等惰性气体一起导入。

作为此处使用的醇，优选碳数为6以下的低级醇。例如可以使用甲醇、乙醇、n-丙醇、异丙醇、n-丁醇、仲丁醇、异丁醇、n-戊醇、n-己醇、2,2,2-三氟醇等1种或者2种以上。特别是如果使用甲醇、乙醇、n-丙醇、异丙醇、n-丁醇的1种或者2种以上，则对ε-己内酰胺的选择率和催化剂寿命的改良示出显著效果，更为优选。其中甲醇或者乙醇示出显著效果，从工业的观点而言是最优选的。

低级醇的量相对于环己酮肟的重量比通常为0.1～20倍是适当的。优选可以为10倍以下，进一步优选可以为0.3～8倍的范围。

作为稀释气体，可以使苯、环己烷、甲苯等这样的对于反应具有惰性的化合物的蒸气或者氮、二氧化碳等惰性气体共存。反应温度通常可以为250℃～500℃的范围。在不到250℃的温度下，反应速度不充分，另外，ε-己内酰胺的选择率也存在下降的倾向。另一方面，若超过500℃，则由于无法忽视环己酮肟的热分解，因此ε-己内酰胺的选择率存在下降的倾向。特别优选的温度范围为300℃～450℃，最优选的温度范围为300℃～400℃。原料环己酮肟的空间速度为WHSV＝0.5～20hr^-1 (即每1kg催化剂的环己酮肟供给速度为0.5～20kg/hr)。优选从1～10hr^-1的范围选择。ε-己内酰胺从反应混合物的分离可以用通常的方法实施。例如将反应生成气体冷却使其冷凝，接下来能够得到由提取、蒸馏或者结晶等精制的ε-己内酰胺。

反应器2包括将粉末层10冷却的冷却部24。冷却部24包括使冷却剂流通的1个或者2个以上的除热管24a。除热管24a的至少一部分埋设在粉末层10的内部。停滞在粉末层10的内部的反应热由通过除热管24a的冷却剂回收，排出至反应容器20的外部。反应容器20内的反应温度被冷却部24调整得不超过预定的温度范围。作为冷却剂，例如使用水。在图1中，图示了除热管24a仅设置在粉末层10的一部分，但由于除热管24a设置在粉末层10的整体时能抑制局部的温度上升，均匀控制反应容器20内的反应温度，因此是优选的。

在反应容器20的内部设置有集尘机23，集尘机23使包含从粉末层10吹起的固体催化剂10a的反应气体G2从在反应容器20的内部开放的气体流入口104流入，使固体催化剂10a与反应气体G2分离并进行收集。集尘机23例如考虑了将第一旋流器100和第二旋流器110和第三旋流器120串联连接的多级式的旋流器式集尘机，但串联连接的旋流器数量没有特别限定。

第一旋流器100包括：旋流器主体部101，包含气体流入口104和气体排出口106；以及排出管103，将由旋流器主体部101收集的固体催化剂10a排出至粉末层10，被收集的固体催化剂10a从排出管103的前端部排出至粉末层10。在排出口也可以设置有妨碍板，用于抑制由于原料气体G1的压力，固体催化剂10a倒流至旋流器主体部侧。设置有排出口的排出管103的前端部配置在粉末层10的内部。

第二旋流器110包括：旋流器主体部111，包含气体流入口114和气体排出口116；以及排出管113，将由旋流器主体部111收集的固体催化剂10a排出至粉末层10。气体流入口114与第一旋流器100的气体排出口106连接。向旋流器主体部111流入由第一旋流器100去除一部分固体催化剂10a的反应气体G2。在排出管113的前端部设置有固体催化剂10a的排出口，排出口可以设置翼阀、挡板阀等若作用了预定大小以上的负载则打开的重量阀。设置有排出口的排出管113的前端部配置在粉末层10的内部。

第三旋流器120包括：旋流器主体部121，包含气体流入口124和气体排出口126；以及排出管123，将由旋流器主体部121收集的固体催化剂10a排出至粉末层10。气体流入口124与第二旋流器110的气体排出口116连接。向旋流器主体部121流入由第二旋流器110去除一部分固体催化剂10a的反应气体G2。在排出管123的前端部设置有固体催化剂10a的排出口，排出口也可以是翼阀、挡板阀等重量阀。设置有排出口的排出管123的前端部配置在粉末层10的内部。气体排出口126与反应容器10的反应气体排出部22连接。

在本实施方式中，将3个旋流器串联连接，用前级侧的旋流器收集粒径比较大的固体催化剂10a，用后级侧的旋流器收集没有由前级侧的旋流器收集的、粒径比较小的固体催化剂10a。由此，没有遗漏地收集具有大小各种粒径的固体催化剂10a，提高固体催化剂10a的收集效率。在图1中，使用将3个旋流器串联连接的3级式的旋流器式集尘机，但集尘机23的结构不限于此。例如，也可以使用将2个或者4个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机。优选将2个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机，更优选将3个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机。另外，例如也可以将2个或者4个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机设置1个或者2个系列以上。将2个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机优选设置1个系列以上，更优选设置2个系列以上，进一步优选设置3个系列以上。另外，不限于旋流器这样的利用离心力将固体催化剂10a与反应气体G2分离的离心力集尘机，也可以使用其他方式，例如使反应气体G2的流动方向变化，用惯性将固体催化剂10a与反应气体G2分离的惯性力集尘机等。

利用集尘机23与固体催化剂10a分离的包含ε-己内酰胺的反应气体G2经由反应气体排出部22被排出至反应容器20的外部。从反应气体排出部22排出的反应气体G2被导入至未图示的蒸馏装置或者晶析装置等，精制为高纯度的ε-己内酰胺。

在反应器2连接有再生器3。再生器3对反应器2所使用的固体催化剂10a进行再生处理，使催化剂活性再生。本实施方式的反应装置1是通过将反应器2中的固定催化剂连续地抽出并转移至再生器3，并且将已经再生的固体催化剂10a从再生器3同量连续地返回反应器2，从而维持催化剂活性的循环式的反应装置。再生器3可以串联或者并联地包括1个或者2个以上。

在反应器2与再生器3之间设置有催化剂转移机构6。催化剂转移机构6通过向再生器3送出空气等空气输送气体，将反应器2所使用的催化剂活性下降的固体催化剂10a的一部分转移至再生器3。

若在固体催化剂10a的存在下，进行环己酮肟的贝克曼重排反应，则随着反应时间的过去(随着每催化剂单位重量的环己酮肟的总处理量增加)，由于环己酮肟、ε-己内酰胺的聚合等，所谓的焦炭成分(含碳物质)缓缓附着在固体催化剂10a。由此，固体催化剂10a的催化剂活性随着时间下降。即，环己酮肟的转换率缓缓下降。

再生器3包括再生容器50、排气气体排出部52。再生器3将催化剂活性由于反应器2而下降的固体催化剂10a的一部分在含氧气体的气氛下加热，使催化剂活性充分恢复地进行再生。在再生器3中进行再生，使得催化剂活性充分恢复至可以在反应器2中作为催化剂使用的程度。在再生器3中，将附着在固体催化剂10a的表面的焦炭成分燃烧，排出反应气体E(排气气体)。

再生容器50是具有圆筒状的直体部50a的容器。在直体部50a连接有催化剂转移机构6的管线的另一端。催化剂活性由于反应器2而下降的固体催化剂10a的一部分导入至再生容器50。

在再生器3的直体部50a的下部，例如连接有内径渐小的圆锥状的锥形部50c，但再生器下部的形状没有特别限制。在直体部50a与锥形部50c的边界设置有多个孔分散而形成的分散板27，在分散板27上形成由固体催化剂10a的粉末构成的粉末层12。在粉末层12包含反应器2中的催化剂活性下降的固体催化剂10a的一部分和利用再生器3再生而使催化剂活性充分恢复的固体催化剂10a。

在锥形部50c例如连接有导入空气等含氧气体的再生气体导入部41。利用再生气体导入部41，含氧气体被导入至锥形部50c的内部。含氧气体经由形成于分散板27的多个孔，喷射至粉末层12的底部。粉末层12由于从分散板27向铅垂上方吹起的含氧气体的流动而流动化，成为流动层。含氧气体在成为流动层的粉末层12的内部均匀流动，使固体催化剂10a的表面的焦炭成分有效燃烧。

优选在直体部50a的内部设置有集尘机，将从粉末层12吹起的固体催化剂10a从反应气体E(排气气体)分离并收集，将收集的固体催化剂10a排出至粉末层12。在该情况下，集尘机例如可以是将2个以上的旋流器串联连接的多级式的旋流器式集尘机。通过将2个以上的旋流器串联连接，能够提高固体催化剂10a的收集效率。另外，不限于旋流器这样的利用离心力将固体催化剂10a与反应气体E分离的离心力集尘机，也可以使用其他方式，例如使反应气体E的流动方向变化，用惯性将固体催化剂10a与反应气体E分离的惯性力集尘机等。

反应气体E经由与直体部50a的上部连接的排气气体排出部52被排出至再生器3的外部。

在再生器3与反应器2之间设置有再生催化剂转移机构8。再生催化剂转移机构8将由再生器3再生的固体催化剂10a的一部分转移至反应器2。再生催化剂转移机构8构成为由再生器3再生的固体催化剂10a的一部分由于自重而移动至反应器2。

为了使再生催化剂转移机构8的固体催化剂10a的流动性良好，也可以在再生催化剂转移机构8的管线中设置有供给氮气等惰性气体的惰性气体供给机构。

在本实施方式的反应装置1中，若比较粉末层10和粉末层12的各上表面的位置，则粉末层10的上表面的位置较低，粉末层12的上表面的位置为较高的位置。因此，固体催化剂10a从再生器3向反应器2的移动可以仅由固体催化剂10a的自重来进行。由于不使用任何压送单元，因此比较经济，由于空气这样的压送介质不流入反应器2，因此具有不会阻碍作为目的的化学反应这样的优点。

例如，若使反应器2与再生器3的配置关系与本实施方式相反，则由于粉末层10的上表面的位置比粉末层12的上表面的位置高，因此固体催化剂10a从再生器3向反应器2的移动无法仅由固体催化剂10a的自重来进行。因此需要压送单元。作为压送介质，使用空气在成本方面有利，若但压送介质即空气体流入反应器2，则有可能阻碍在反应器2中作为目的的化学反应。不阻碍化学反应的执行的介质，例如也可以考虑使用将惰性气体、与原料气体G1所包含的低级醇相同的低级醇作为压送介质，但在该情况下，由于成本比空气高，因此不经济。像本实施方式那样用压送空气将固体催化剂从反应器2转移至再生器3的情况下，由于原来空气在再生器3中用作燃烧用的气体，因此不会给在再生器3中进行的再生处理带来较大的影响。在不会产生上述问题的情况下，反应器2和再生器3的粉末层的位置也可以是反应器2较高，再生器3较低。

本说明书中，“粉末层的上表面的位置”规定如下。粉末层包含浓厚层和稀薄层，浓厚层浓厚地包含有原料气体G1或者由于空气而处于流动状态的固体催化剂10a，稀薄层配置在浓厚层的铅垂上方，固体催化剂10a与反应气体(反应气体G2或者反应气体E)共存，固体催化剂10a激烈地跳起。稀薄层的上方为几乎不包含固体催化剂10a并以反应气体为主体的自由空间（freeboard）部。若将固体催化剂10a的密度(kg／m³)作为横轴，将从分散板起的铅垂方向的高度作为纵轴，测定固体催化剂10a的密度分布，则能够得到在某一高度下固体催化剂10a的密度描绘为向上凸的曲线，若进一步提高，则描绘为向下凸的曲线的S形的曲线。该S形的曲线的拐点的位置是粉末层的上表面的位置。

图2是从反应容器20的中心轴Ax的方向观察反应器2的俯视图。

在反应容器20的内部，作为气固分离装置的1个或者2个以上的集尘机23沿着反应容器20的内壁设置。在图2中，由第一集尘机23A、第二集尘机23B、第三集尘机23C和第四集尘机23D构成的4个集尘机23设置在反应容器20的内部，但集尘机23的数量不限于此。例如，也可以沿着反应容器20的内壁设置1个、2个、3个、或者5个以上的集尘机23。

多个集尘机23(第一集尘机23A、第二集尘机23B、第三集尘机23C和第四集尘机23D)的结构完全相同。多个集尘机23配置为围绕反应容器20的中心轴Ax描绘为圆。多个集尘机23配置为以反应容器20的中心轴Ax作为对称轴，旋转对称(4次对称)。

第一集尘机23A、第二集尘机23B、第三集尘机23C和第四集尘机23D分别由第一旋流器100、第二旋流器110和第三旋流器120构成的3个旋流器所构成。第一旋流器100、第二旋流器110和第三旋流器120配置为沿着反应容器20的内壁描绘弧形。若设第一旋流器100的旋流器主体部101的中心轴为A，第二旋流器110的旋流器主体部111的中心轴为B，第三旋流器120的旋流器主体部121的中心轴为C，则连接中心轴A与中心轴B的虚线、与连接中心轴B与中心轴C的虚线构成钝角而交叉。中心轴A与中心轴Ax的距离、比中心轴B与中心轴Ax的距离和中心轴C与中心轴Ax的距离短。因此，第二旋流器110和第三旋流器120与第一旋流器100相比，配置在靠近反应容器20的内壁的位置。

在反应容器20的侧壁，将已经使用的固体催化剂向再生器排出的催化剂排出口28与第一集尘机23A、第二集尘机23B、第三集尘机23C和第四集尘机23D分别对应地设置有4个。4个催化剂排出口28(第一催化剂排出口28A、第二催化剂排出口28B、第三催化剂排出口28C、第四催化剂排出口28D)以反应容器20的中心轴作为对称轴，配置为旋转对称(4次对称)。4个催化剂排出口28配置在与构成分别对应的集尘机23的多个旋流器中最后级侧的旋流器的距离、比与最前级侧的旋流器的距离短的位置。“反应容器的排出口与旋流器的距离”规定为从反应容器的中心轴的方向观察时的，反应容器的排出口的开口面的中心与旋流器的排出管的排出口的开口面的中心的距离。该距离和反应容器的排出口的开口面的中心与旋流器的旋流器主体部的中心轴的距离大致一致。例如，以第一集尘机23A与第一催化剂排出口28A的关系来说明，若设第一旋流器100的旋流器主体部101的中心轴A与第一催化剂排出口28A的开口面的中心的距离为LA，第二旋流器110的旋流器主体部111的中心轴B与第一催化剂排出口28A的开口面的中心的距离为LB，第三旋流器120的旋流器主体部121的中心轴C与第一催化剂排出口28A的开口面的中心的距离为LC，则构成为满足LA＞LB＞LC的关系。

即，与第一集尘机23A对应的第一催化剂排出口28A设置在与第一集尘机23A的第一旋流器100相比，靠近第一集尘机23A的第三旋流器120的位置。与第二集尘机23B对应的第二催化剂排出口28B设置在与第二集尘机23B的第一旋流器100相比，靠近第二集尘机23B的第三旋流器120的位置。与第三集尘机23C对应的第三催化剂排出口28C设置在与第三集尘机23C的第一旋流器100相比，靠近第三集尘机23C的第三旋流器120的位置。与第四集尘机23D对应的催化剂第四排出口28D设置在与第四集尘机23D的第一旋流器100相比，靠近第四集尘机23D的第三旋流器120的位置。

在本实施方式的反应装置中，构成集尘机23的2个以上的旋流器中最后级侧的第三旋流器120的排出管的排出口与最前级侧的第一旋流器100的排出管的排出口相比，从反应容器20的中心轴Ax的方向观察，到反应容器20的催化剂排出口28的距离较短。因此，能够将从第三旋流器120排出的粒径较小的固体催化剂更顺畅排出至反应容器20的外部。

与反应气体G2一起流入第一旋流器100的气体流入口104的固体催化剂根据粒径(重量)分级，粒径比较大的固体催化剂由前级侧的第一旋流器100收集，粒径比较小的固体催化剂由后级侧的第二旋流器110和第三旋流器120收集。停留在反应容器内的程度的粒径较小较轻的固体催化剂与粒径较大的固体催化剂相比，认为存在于催化剂层的上部、反应容器的上部的概率较高，难以从催化剂排出口28向再生器转移，一部分粒径较小的固体催化剂会长期滞留在反应容器内。因此，若这样的固体催化剂在再生器中没有再生的状态下积存在反应容器20，则会阻碍反应容器20的催化剂反应过程，无法得到充分的反应性能。因此，在本实施方式的反应装置中，将催化剂排出口28的位置设置在与第一旋流器100相比靠近第二旋流器110和第三旋流器120的位置。由此，能够将粒径较小(即难以排出)的固体催化剂顺畅排出至反应容器20的外部。

从反应容器20的催化剂排出口28向再生器转移的固体催化剂在再生器内，在含氧气体的气氛下加热并使催化剂活性充分恢复地被再生。在再生器中进行再生，使得催化剂活性充分恢复至可以在反应器2中作为固体催化剂使用的程度。由再生器再生并恢复催化剂活性的固体催化剂向反应器2转移，但需要将被再生的固体催化剂返回至被再生的固体催化剂不直接向再生器转移的反应器2的位置。从上述观点而言，从再生器向反应器2返回固体催化剂的位置、即催化剂流入口29的位置优选是在反应容器20中互相邻近的2个催化剂排出口28之间的位置(例如正好中间的位置)。催化剂流入口29的数量为2个以上时，在反应器内易于平均，但也可以是一处。若设在反应器2的旋流器系列的数量增加，则反应器2的催化剂排出口28的数量也需要增加，但在该情况下，催化剂排出口28的间隔变窄。因此，即使在其中间点设置催化剂流入口29，也难以防止向反应器2返回的已经再生的固体催化剂直接向再生器转移。因此，在这样的情况下，也可以取消从与旋流器系列对应设置的催化剂排出口之一的催化剂排出，利用作为催化剂流入口29。

在各集尘机23分别设置有使原料气体G1向第一旋流器100流入的筒状的气体流入口104。气体流入口104在从反应容器20的中心轴Ax的方向观察时，在构成圆形的旋流器主体部101的切线方向延伸。气体流入口104例如具有流入侧较宽流出侧较窄的喇叭口形。

各集尘机23的气体流入口104朝向由多个集尘机23包围的区域的内侧开口。因此，在反应容器20的中心部被吹起的固体催化剂被高效地收集。“气体流入口朝向由多个集尘机3包围的区域的内侧开口”是指在假设连接有气体流入口104的旋流器主体部101的中心轴为A，连接旋流器主体部101的中心轴A与反应容器20的中心轴Ax的第一虚线为K1，通过旋流器主体部101的中心轴A与第一虚线K1垂直的第二虚线为K2时，气体流入口104的开口面104a与第二虚线K2相比配置在反应容器20的中心轴Ax侧。

在本实施方式的情况下，气体流入口104的方向是与第一虚线K1大致平行的方向，为朝向反应容器20的中心部的方向，但气体流入口104的方向不限于此。气体流入口104的方向优选是不与邻近形成有所述气体流入口104的旋流器的其他旋流器干扰的方向。由此，反应气体G2高效地流入气体流入口104，固体催化剂的收集效率提高。“气体流入口的方向是不与邻近的其他旋流器干扰的方向”是指，若设通过气体流入口104的开口面104a的中心、向气体流入口104的外侧与气体流入口104的延伸方向平行延伸的第三虚线为K3时，在第三虚线K3上不存在与形成有所述气体流入口104的旋流器邻近的其他旋流器。

在本实施方式中，多个集尘机23的气体流入口104全部设置在第三虚线K3与第一虚线K1大致平行的方向，但各集尘机的气体流入口104的方向不限于此。第三虚线K3与第一虚线K1所成的角度可以在所有的集尘机23中相等，也可以在一部分集尘机23中不同，还可以在所有的集尘机23中不同。

另外，在本实施方式中，多个集尘机23的气体流入口104在从反应容器20的中心轴Ax的方向观察时，全都朝向由多个集尘机23包围的区域的内侧开口，但各集尘机的气体流入口104的方向不限于此。多个集尘机23中的一部分或者全部的集尘机的气体流入口104在从反应容器20的中心轴Ax的方向观察时，也可以朝向由多个集尘机23包围的区域的外侧开口。例如，在多个集尘机23的气体流入口104全都朝向由多个集尘机23包围的区域的外侧开口的情况下，在反应容器20的中心部上升的反应气体G2不直接流入气体流入口104，而是在通过反应容器20的中心部上升至天花板部后、沿着反应容器20的内壁下降时，流入气体流入口104。因此，在反应容器20的中心部形成稳定的反应气体G2的流动。“气体流入口朝向由多个集尘机包围的区域的外侧开口”是指，气体流入口104与第二虚线K2相比，配置在反应容器20的中心轴Ax的相反侧。

图3是示出第一旋流器100的概要结构的一个例子的立体图，但旋流器的结构不限于此。本实施方式的反应器和再生器所使用的旋流器的基本结构都相同。因此，此处以第一旋流器100的结构为例，说明本实施方式中使用的旋流器的基本结构。

第一旋流器100包括：旋流器主体部101，包含气体流入口104和气体排出口106；灰尘箱102，连接于旋流器主体部101的下端部；以及排出管103，连接于灰尘箱102的下端部。

旋流器主体部101的上部为圆筒状的直体部101a，下部为朝向下方直径减小的圆锥状的锥形部101b，直体部101a的上表面为顶板部101c。在直体部101a的侧壁的上端部设置有开口部H1，使包含固体催化剂10a的反应气体G2在直体部101a的切线方向流入。在开口部H1连接有在直体部101a的切线方向延伸的筒状的气体流入口104。在顶板部101c的中央部设置有将由旋流器主体部101分离的反应气体G2排出的开口部H2。在开口部H2连接有筒状的气体排出口106，气体排出口106的一部分插入直体部101a的内部。开口部H2和气体排出管106与直体部101a配置为同心状。直体部101a的中心轴D与旋流器主体部101的中心轴A一致。在下面的说明中，为了方便，有时将旋流器主体部的中心轴称为旋流器的中心轴。

在锥形部101b的下端部连接灰尘箱102，储存由旋流器主体部101收集的固体催化剂10a。灰尘箱102的上部为圆筒状的直体部102a，下部为朝向下方直径减小的圆锥状的锥形部102b。在锥形部102b的下端部连接有排出管103，将积存在灰尘箱102的固体催化剂10a排出。排出管103构成为从锥形部102b向铅垂下方延伸的细长配管，排出管103的下端部埋设在图1所示的粉末层10的内部。

包含固体催化剂10a的反应气体G2从气体流入口104流入旋流器主体部101的直体部101a。反应气体G2在直体部101a的切线方向流入，成为涡流，在直体部101a和锥形部101b的内部边旋转边下降。

固体催化剂10a被伴随着反应气体G2的旋转的离心力按压至直体部101a和锥形部101b的内壁，通过与上述内壁的摩擦而减速。由于摩擦而减速的固体催化剂10a沿着直体部101a和锥形部101b的内壁下降，流入与锥形部101b的下端部连接的灰尘箱102。在直体部101a和锥形部101b的内部边旋转边下降的反应气体G2在锥形部101b中反转，在锥形部101b和直体部101a的中心部上升。

然后，去除固体催化剂10a的一部分的反应气体G2从气体排出口106被排出。

积存在灰尘箱102的固体催化剂10a在与灰尘箱102的下端部连接的排出管103的内部下降，从排出管103的排出口排出至反应容器20的内壁附近的位置。排出至反应容器20的内壁附近的位置的固体催化剂10a由于粉末层10的流动，向设在反应容器20的侧壁的催化剂排出口28移动，从催化剂排出口28通过设在催化剂转移机构6的催化剂转移配管而供给至再生器3。

根据本实施方式的反应装置1，能够得到如下效果。

(1)构成集尘机23的2个以上的旋流器中最后级侧的第三旋流器120的固体催化剂的排出口与最前级侧的第一旋流器100的固体催化剂的排出口相比，到反应容器20的催化剂排出口28的距离较短。因此，能够将粒径较小并在反应器长期滞留的催化剂活性下降的固体催化剂10a顺畅排出至反应容器20的外部。

(2)构成集尘机23的2个以上的旋流器配置为沿着反应容器20的内壁描绘为弧形。因此，能够将2个以上的旋流器的排出管的位置配置在靠近反应容器20的催化剂排出口28的位置。由此，能够将由旋流器收集的固体催化剂10a顺畅排出至反应容器20的外部

(3)在反应容器20的侧壁，多个催化剂排出口28与多个集尘机23分别对应设置。因此，能够将由各集尘机23收集的粒径较小的固体催化剂10a顺畅排出至反应容器20的外部。

(4)多个催化剂排出口28以反应容器20的中心轴Ax作为对称轴，配置为旋转对称。因此，能够大致不偏向地排出由多个集尘机23收集的固体催化剂10a。

第二实施方式

图4是从反应容器201的中心轴Ax的方向观察第二实施方式的反应装置所使用的反应器200的俯视图。在本实施方式的反应装置中，与第一实施方式的反应装置1的不同点在于反应器200的构成。因此，此处，以反应器200的结构为中心说明，省略与第一实施方式共通的结构的详细说明。

在反应容器201的内部，以第一旋流器210、第二旋流器220和第三旋流器230为1组的2组旋流器式集尘机203沿着反应容器201的内壁设置。2个集尘机203(第一集尘机203A和第二集尘机203B)的结构完全相同。2个集尘机203配置为围绕反应容器201的中心轴Ax描绘为圆。2个集尘机203配置为以反应容器201的中心轴Ax作为对称轴，旋转对称(2次对称)。

第一旋流器210、第二旋流器220和第三旋流器230配置为沿着反应容器201的内壁描绘弧形。若设第一旋流器210的旋流器主体部的中心轴为A，第二旋流器220的旋流器主体部的中心轴为B，第三旋流器230的旋流器主体部的中心轴为C，则连接中心轴A与中心轴B的虚线与连接中心轴B与中心轴C的虚线构成钝角而交叉。中心轴A与中心轴Ax的距离比中心轴B与中心轴Ax的距离和中心轴C与中心轴Ax的距离短。因此，第二旋流器220和第三旋流器230与第一旋流器210相比，配置在靠近反应容器201的内壁的位置。

在反应容器201的侧壁，将已经使用的固体催化剂向再生器排出的催化剂排出口208(第一催化剂排出口208A、第二催化剂排出口208B)与第一集尘机203A和第二集尘机203B分别对应设置有2个。2个催化剂排出口208配置在与构成分别对应的集尘机203的2个以上的旋流器中最后级侧的旋流器的距离比与最前级侧的旋流器的距离短的位置。

即，与第一集尘机203A对应的第一催化剂排出口208A设置在与第一集尘机203A的第一旋流器210相比靠近第一集尘机203A的第三旋流器230的位置。与第二集尘机203B对应的第二催化剂排出口208B设置在与第二集尘机203B的第一旋流器210相比靠近第二集尘机203B的第三旋流器230的位置。由此，能够将粒径较小并在反应器长期滞留的催化剂活性下降的固体催化剂顺畅排出至反应容器201的外部。另外，催化剂流入口209配置在催化剂排出口208A和208B的中间，防止由再生器再生的催化剂直接从催化剂排出口208排出。在本实施方式中，催化剂流入口209是一处，但也可以设置2处以上。

在本实施方式的反应装置中，构成集尘机203的2个以上的旋流器中最后级侧的第三旋流器230的排出管的排出口与最前级侧的第一旋流器210的排出管的排出口相比，从反应容器201的中心轴Ax的方向观察，到反应容器201的催化剂排出口208的距离较短。因此，能够将从第三旋流器230排出的粒径较小的固体催化剂更顺畅排出至反应容器201的外部。

在各集尘机203分别设置有使反应气体G2向第一旋流器210流入的筒状的气体流入口204。气体流入口204在从反应容器201的中心轴Ax的方向观察时，在构成圆形的旋流器主体部211的切线方向延伸。气体流入口204的方向优选是不与邻近形成有所述气体流入口204旋流器的其他旋流器干扰的方向。气体流入口204例如具有流入侧较宽流出侧较窄的喇叭口形状。

各集尘机203的气体流入口204朝向由2个以上的集尘机203(第一集尘机203A和第二集尘机203B)包围的区域的内侧而开口。由此，反应气体G2的滞留时间缩短，快速分离反应气体G2与固体催化剂。

在本实施方式的反应装置中，设置在反应容器201的内部的集尘机203的数量比第一实施方式的反应装置少。因此，每个旋流器的大小比第一实施方式的大，但只要旋流器的大小不成问题，就可以利用本实施方式的结构。在旋流器的大小成为问题的情况下，例如也可以将旋流器的至少一部分配置到反应器的外部。

变形形态

在上述实施方式中，作为反应装置的一个例子，说明了通过固体催化剂10a和低级醇的共存化，使环己酮肟进行贝克曼重排反应来制造ε-己内酰胺的反应装置。但是，本发明的反应装置不限于此。本发明能够广泛适用于产生各种化学反应的反应装置。

以上，说明了本发明的各实施方式，但本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本发明内容的范围内可以对各构成要素施加各种变更，删除，组合各实施方式的结构。

关于反应器、反应容器、集尘机和旋流器等的原材料或者大小没有特别限定，在不脱离本发明内容的范围内可以任意选择。

关于排出口和流入口没有特别限定，在不脱离本发明内容的范围内，可以为任意的形状或者大小。

产业上的可利用性

根据本发明，由于提供一种能够将由集尘机收集的固体催化剂顺畅排出至反应容器的外部的反应装置，因此在产业上极其有用。

附图标记说明

1…反应装置，2…反应器，3…再生器，6…催化剂转移机构，8…再生催化剂转移机构，10…反应器粉末层(流动层)，10a…固体催化剂，12…再生器粉末层，20…反应容器，20a…反应容器直体部，20c…反应容器锥形部，21…原料气体导入部，22…反应气体排出部，23、23A、23B、23C、23D…集尘机(气固分离装置)，24…冷却部，24a…除热管，25…反应器分散板，27…再生器分散板，28、28A、28B、28C、28D…催化剂排出口，29…催化剂流入口，41…再生气体导入部，50…再生容器，50a…再生容器直体部，50c…再生容器锥形部，52…排气气体排出部，100…第一旋流器，101…第一旋流器主体部，102…第一旋流器灰尘箱，103…第一旋流器排出管，104…第一旋流器气体流入口，104a…第一旋流器气体流入口的开口面，106…第一旋流器气体排出口，110…第二旋流器，111…第二旋流器主体部，113…第二旋流器排出管，114…第二旋流器气体流入口，116…第二旋流器气体排出口，120…第三旋流器，121…第三旋流器主体部，123…第三旋流器排出管，124…第三旋流器气体流入口，126…第三旋流器气体排出口，200…反应器，201…反应容器，203、203A、203B…集尘机(气固分离装置)，204…第一旋流器气体流入口，208、208A、208B…催化剂排出口，209…催化剂流入口，210…第一旋流器，211…第一旋流器主体部，220…第二旋流器，230…第三旋流器，Ax…反应容器的中心轴，G1…原料气体，G2…反应气体，K1…连接第一旋流器的中心轴与反应容器的中心轴的第一虚线，K2…通过第一旋流器的中心轴与第一虚线垂直的第二虚线，K3…通过第一旋流器气体流入口的开口面的中心，向所述气体流入口的外侧与所述气体流入口的延伸方向平行延伸的第三虚线，A…第一旋流器的中心轴，B…第二旋流器的中心轴，C…第三旋流器的中心轴，D…旋流器主体部的直体部的中心轴，H1…旋流器主体部入口开口部，H2…旋流器主体部出口开口部。

Claims (7)

1.一种反应装置，包括：

反应容器；

流动层，由配置在所述反应容器的内部的固体催化剂构成；

集尘机，构成为收集从所述流动层吹起的所述固体催化剂，将收集的所述固体催化剂排出至所述流动层；以及

所述固体催化剂的催化剂排出口，设在所述反应容器的侧壁，

所述集尘机是将2个以上的旋流器串联连接的旋流器式集尘机，

所述2个以上的旋流器包括排出口，所述排出口构成为将由各所述2个以上的旋流器收集的所述固体催化剂排出至所述流动层，

从构成所述集尘机的2个以上的旋流器中最后级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离比从最前级的旋流器的排出口到所述反应容器的催化剂排出口的距离短。

2.如权利要求1所述的反应装置，

所述集尘机是将2个以上的旋流器串联连接的旋流器式集尘机，

所述2个以上的旋流器配置为沿着所述反应容器的内壁描绘弧形。

3.如权利要求2所述的反应装置，

从构成所述集尘机的2个以上的旋流器中最后级的旋流器的排出口到所述反应容器的内壁的距离、比从最前级的旋流器的排出口到所述反应容器的内壁的距离短。

4.如权利要求1至3的任意1项所述的反应装置，

所述集尘机沿着所述反应容器的内壁设置1个或者2个以上，

所述反应容器的催化剂排出口与所述1个或者2个以上的集尘机分别对应设置。

5.如权利要求4所述的反应装置，

所述反应容器的1个或者2个以上的催化剂排出口以所述反应容器的中心轴为对称轴，配置为旋转对称。

6.如权利要求4或5所述的反应装置，还包括：

再生器，构成为进行再生使得在含氧气体的气氛下对从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂加热，使催化剂活性恢复；

催化剂转移机构，构成为通过向所述再生器送出含氧气体，将从所述反应容器的催化剂排出口排出的所述固体催化剂转移至所述再生器；以及

再生催化剂转移机构，构成为使由所述再生器再生的所述固体催化剂返回所述反应容器。

7.如权利要求6所述的反应装置，

在所述反应容器的侧壁设置有所述固体催化剂的催化剂流入口，构成为使由所述再生器再生的所述固体催化剂流入所述反应容器，

所述反应容器的催化剂流入口在从所述反应容器的中心轴方向观察时，设在所述反应容器中互相邻近的2个所述催化剂排出口之间的位置。

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