JP2002532224A

JP2002532224A - 触媒管巣を有する反応器モジュール

Info

Publication number: JP2002532224A
Application number: JP2000587881A
Authority: JP
Inventors: オルベルト，ゲールハルト; コル，フランツ
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2002-10-02
Also published as: CN1330571A; EP1148940A1; WO2000035574A1; DE19857842A1

Abstract

(57)【要約】反応器モジュールの両端部で給送及び排出管路（３，４）を具備し、触媒管を包囲する空間を熱交換媒体回路が通過している、触媒管巣（２）を有している反応器モジュール（１）を提案している。反応器モジュール（１）は、所望の数を相互に一列に配列させることができるので、これを組み合わせて、所望の能力の反応器を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、触媒管巣を備えた反応器モジュール、２つ以上の反応器モジュール
を相互に列をなして構成した反応器、及び反応器モジュール又は反応器を酸化反
応用に使用する方法に関する。

【０００２】一般的な種類の反応器の従来からの設計は、一般に円柱状のタンクから構成さ
れており、この内では、触媒管の束、即ち多数の触媒管が、通常縦に配列して収
容されている。必要により担持触媒を含んでいても良いこの触媒管は、その端部
と管板（tube plate）において確実な方法で取り付けられており、そしてこれは
上側又は下側端部にて、このタンクに連結されているフードに達している。この
触媒管を流れる反応混合物は、このフードを経由して給送され、かつ排出されて
いる。熱交換媒体回路は、触媒管包囲空間を通過して、特に高発熱反応の場合に
は熱収支を均一にしている。

【０００３】経済上の理由から、大多数の触媒管を有する反応器が使用され、その際、１０
０００〜４００００本の範囲の触媒管が屡々収容されている（ＤＥ−Ａ４４３１
９４９、参照）。

【０００４】反応器の直径及びこれによる管の数は、製造、輸送、設備及び反応工学、特に
冷却液の均一な分配に関して、技術的な上限にまで及ぶ。一般的な気相の反応混
合物は、通常、加圧下であるので、ガス空間を明確にするフードの半円形状が、
タンクの下側と、特にタンクの上側端部にて良好であると証明された。フードが
このような形状であるため、反応器の円柱構造は必須である。

【０００５】円柱状の反応器の形態では、特に、触媒管の外側領域から反応器の触媒管を含
まない内部に、熱交換媒体の触媒管への技術上特に有効な横断流れ（cross flow
）の場合、半径方向内側に向かって十分に減少している横断面積により、十分な
冷却液流が触媒管巣の内側に流れ込まないという不都合がある。むしろ、冷却液
を、そらせ板の穿孔を介して排出して、圧力損失を一定に保つことにより、ポン
プの性能を受容可能な範囲内に保つ必要がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、反応器の横断面に亘る一定の熱交換媒体の流れを容
易にすることにある。

【０００７】一態様において、本発明の目的は、能力が個々の場合の要件に適合し得る反応
器を提供することにある。

【０００８】本発明者等は、上記目的が１種以上のポンプによって、熱交換媒体を逆流で触
媒管にそれぞれ供給及び排出するためのジャケット開口部を備える反応器モジュ
ールの両端部に給送及び排出管路を有し、その際、必要により下側管路に給送さ
れ、上側管路を経由してポンプに戻される前記熱交換媒体又は熱交換媒体の副流
を、１種以上の外部熱交換器に通過させる、触媒管を包囲する空間を介して熱交
換媒体回路が通る触媒管巣を有する反応器モジュールであって、前記反応器モジ
ュールが、矩形状の横断面を有することを特徴とする反応器モジュールにより達
成されることを見出した。

【０００９】加圧ガス空間を明確にするフードを、矩形状の断面を有するタンクの両面にあ
る境界画定に必要とされる、半円筒の形態で設計することも可能であることが見
出された。

【００１０】好ましい態様において、反応器の全高方向に亘って好ましくは延在させる、触
媒管を含まない空間を、反応器空間内において、触媒管に対して平行な２個の対
向する反応器側面上に配置し、そして通路横断部を残す１枚以上のそらせ板は触
媒管を含まない空間において、交互に開口している。このような設計により、熱
交換媒体流を、均一に、望ましい態様で触媒管の周囲に給送することができる。

【００１１】触媒管を含まない空間を、２個の幅広の反応器側面に配置するのが好ましい。

【００１２】反応器モジュール（基本単位）の長さ及び幅の相対寸法に関して、１：１〜１
０：１の割合が有効であり、３：１〜６：１が好ましく、５：１が特に好ましい
。反応器の高さに関しては、１．５ｍ〜７ｍの相対値が好ましい。

【００１３】奇数枚のそらせ板（バッフルプレート）を具備させるのが好ましい；これによ
り、熱交換媒体が反応器モジュールの同一側に給送及び排出される。１枚、３枚
又は５枚のそらせ板を具備させるのが特に好ましい。

【００１４】ポンプ及び外部熱交換器を、反応器モジュールの同一側、好ましくは同一の幅
広側に配置するのが有効である。これにより、特に省スペースの配置が可能とな
る。

【００１５】反応の各過程では、異なる熱分布を必要とすることもある；固定された又は調
節可能な流路開口部を備え、管を含まない領域のそらせ板を通過する１種以上の
バイパスよって、熱交換媒体流を調節することにより、個々の場合の要件に適合
させることができる。

【００１６】特に好ましい態様において、反応器モジュールは給送及び排出管路に中間壁部
を備え、この場合、給送管路に下側で、外側の予備チャンバー及び下側で、内側
の予備チャンバーと、排出管路に上側で、外側の予備チャンバー及び上側で、内
側の予備チャンバーとを形成する。熱交換媒体を下側で、外側の予備チャンバー
に給送し、給送管路と排出管路間を介して上側で、内側の予備チャンバーに、そ
のジャケット開口部を介して触媒管を包囲する反応器空間に、次いでジャケット
開口部を介して下側で、内側の予備チャンバーに、給送管路と排出管路管の領域
を介して上側で、外側の予備チャンバーに、そして最後に排出管路を介してポン
プに戻す。これにより、一般的なポンプの配置を変更することなく、熱交換媒体
及び反応混合物の特に好ましい並流輸送を容易にする。

【００１７】個々の場合に必要とされる温度分布への適合は、触媒管を含まない空間とされ
る幅広の反応器側を背にした外側チャンバーを用いる並流処置の反応器の場合に
達成され、その際外側チャンバーは、触媒管巣の周囲の反応器空間への開口部と
、外側チャンバー中の熱交換媒体用の固定された又は調節可能な流路開口部とを
具備している。

【００１８】特に有効な態様では、触媒管巣の触媒管を相互にオフセット配列し、かつ熱交
換媒体の流入方向に対する横方向の管の離間距離ｓ_ｔの、熱交換媒体の流入方向
に対する長さ方向の管の離間距離ｓ_ｌに対する割合が、好ましくは２×平方根３
以上であり、特に好ましくは２×平方根３であることに従う管の分配を提案して
いる。この種類の管配置は、熱交換媒体の流れ抵抗を小さくする；圧力損失は、
高い熱伝達係数として同時に対応するように小さくなる。

【００１９】本発明は、２つ以上の反応器モジュールを、触媒管の縦軸方向に狭い側面側に
相互に列をなして構成された反応器に関する。この種類の反応器は、特定の要件
に調節され得る、融通性のある能力であるため顕著である。反応器モジュールを
狭い側面側に連続して連結することにより、ガス空間の範囲を明確にする半円筒
形態のフードを、その側面上の一方に延在させることができ、これには対応する
ように流路開口部が具備されている。従って、反応器の能力の上限を、増大させ
る。

【００２０】熱交換媒体回路は、触媒管を流れる反応混合物からの熱の消散及びこれへの熱
の供給用として等しく機能することができる；従って、本発明による反応器モジ
ュール又は本発明による反応器を、発熱及び吸熱反応に用いることができる。こ
れらは、酸化反応に、特に無水フタル酸、無水マレイン酸、グリオキサル、（メ
タ）アクロレイン又は（メタ）アクリル酸の製造に特に適当である。

【００２１】以下の実施例及び図面を参照して、本発明をさらに詳述する：以下の図面にお
いて、図１は、本発明に従う反応器モジュールの概略図を、図２は、本発明に従う反応器モジュールの縦方向断面図を、図３は、本発明に従う反応器モジュールの好ましい態様による縦方向断面図を
、図４は、本発明に従う反応器モジュールの別の好ましい態様による縦方向断面
図を、図５は、触媒管の好ましい配列を、そして図６は、例示として、３つの反応器モジュールから構成された反応器を、それぞれ示している。

【００２２】図１は、鉛直の触媒管巣２を有する矩形状横断面と、熱交換媒体用の給送管路
３及び排出管路４と、及び反応器モジュール１への開口部５、６を具備した反応
器モジュール１を示している。触媒管を含まない空間７、８は、熱交換媒体の分
配又は収集用反応器モジュールの対向する幅広の側面上に設けられている。そら
せ板９は、熱交換媒体の蛇行形状通路を形成する。ガス又はガス混合物Ｇを、ガ
ス取り込み空間２１に給送し、触媒管２を流れ、次いでガス流出収集器２２を介
して排出される。ポンプＰ及び熱交換器Ｗを、反応器モジュール１の同一の幅広
側に配置する。

【００２３】図２に縦方向断面図が示されている特に好ましい態様において、熱交換媒体流
用のバイパスを、触媒管を含まない領域においてそらせ板９にさらに示している
。このバイパスは、調節可能な流路開口部１０又は固定流路開口部１１を熱交換
媒体用に開口している。

【００２４】図３は、熱交換媒体及びガス混合物Ｇの並流輸送で、好ましい態様にて縦方向
断面図を示している。このために、下側で、外側の予備チャンバー１３、下側で
、内側の予備チャンバー１４、上側で、外側の予備チャンバー１５及び上側で、
内側の予備チャンバー１６を、給送及び排出管路３，４の中間壁部１２によって
形成している。熱交換媒体は、給送管路３から下側で、外側の予備チャンバー１
３に給送され、給送及び排出管路３，４間の領域を通過して上側で、内側の予備
チャンバー１６に、ジャケット開口部５を通過して触媒管の周囲空間に、そして
ジャケット開口部６、下側で、内側の予備チャンバー１４、給送及び排出管路３
，４間の領域及び上側で、外側の予備チャンバー１５を通過して、ポンプに排出
される。反応器モジュール又は触媒管を含まない空間８への開口部を具備する外
側チャンバー１７は、幅広の反応器外側の対向する分割された予備チャンバー１
３及び１６に配置され得るのが好ましい。熱交換媒体流の一部を、外側チャンバ
ー１７を介して、回避（short-circuited）させることができ、その際に熱交換
媒体流を固定された又は調節可能な流路開口部２０を通過させて、調節すること
ができる。

【００２５】図４に縦方向断面図が示されている特に好ましい態様において、１種以上の熱
交換器Ｗを、ポンプと逆側の反応器モジュール１の幅広側に配置し、これを通過
して、熱交換媒体の副流を触媒管を含まない空間８から通過させる。

【００２６】図５は、特に好ましく管を配置した反応器モジュールの断面図である。この配
置において、管を交互にオフセット配列し、その際熱交換媒体の流入方向に対す
る横方向の管の離間距離ｓ_ｔと、熱交換媒体の流入方向に対する縦方向の管の離
間距離ｓ_ｌとの間の割合は２×平方根３である。熱交換媒体の流入方向に対する
斜め方向の管の離間距離ｓ_ｄは、対応するように管の離間距離ｓ_ｔ未満である。

【００２７】図６は、３つの反応器モジュール１を連続して連結することにより構成された
反応器を例示として示した。省スペース態様とするため、全てのポンプＰ及び熱
交換器Ｗを、反応器モジュールの同一側に配置する。

【００２８】本発明は、反応器の横断部に亘る一定の熱交換媒体流を保証することにある。
これにより、触媒管を流れる反応混合物に対する一定の熱伝達係数、及びこれに
よる反応の有効な実施が達成される。

【００２９】本発明に従う設計により、従来の設計と比較して、半分まで圧力損失が低減す
る。従って、より低いポンプ能力（性能）又はより高い熱交換媒体の循環量が可
能となるので、経済効率が改善される。

【００３０】特に好ましい管のオフセット配分では、熱交換媒体の流入方向に対する斜め方
向の最も狭い横断部を有しているので、圧力損失をさらに低減させることができ
る。

【００３１】本発明による装置のさらに有効な点は、モジュール設計としたこと、即ち対応
する数の反応器モジュールを列をなして連結させることにより、所望の能力を備
えた反応器を設置することができることにある。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3L065 DA02 3L103 AA06 BB26 CC12 DD19 4G075 AA14 AA23 AA45 BA01 BA06 BD03 BD12 CA03 CA54 DA02 DA18 EA01 EB09 EC07 EC09 EE12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１種以上のポンプ（Ｐ）によって、熱交換媒体を逆流で触媒
管にそれぞれ給送及び排出するためのジャケット開口部（５，６）を備える反応
器モジュールの両端部に給送及び排出管路（３，４）を有すると共に、必要により下側管路（３）に給送され、上側管路（４）を経由してポンプ（Ｐ
）に戻される熱交換媒体又は熱交換媒体の副流を、１種以上の外部熱交換器（Ｗ
）に通過させる、触媒管を包囲する空間を介して熱交換媒体回路が通る触媒管巣
（２）を有する反応器モジュール（１）であって、前記反応器モジュール（１）が、矩形状の横断面を有することを特徴とする反
応器モジュール（１）。
【請求項２】反応器空間内において、触媒管と平行な２個の対向する反応
器側面に配置された、触媒管を含まない空間（７，８）、好ましくは、反応器の
全高方向に亘って延びた該空間（７，８）と、前記空間（７，８）に通路横断部を交互に開口させて配置した１枚以上のそら
せ板（９）と、を有する請求項１に記載の反応器モジュール（１）。
【請求項３】触媒管を含まない空間を、２個の幅広の反応器側面に配置す
る請求項２に記載の反応器モジュール。
【請求項４】１：１〜１０：１の範囲、好ましくは３：１〜６：１の範囲
、特に好ましくは５：１の範囲の長さ：幅比を有する請求項１〜３のいずれかに
記載の反応器モジュール（１）。
【請求項５】奇数枚のそらせ板（９）、好ましくは１、３又は５枚のそら
せ板（９）を有する請求項２〜４のいずれかに記載の反応器モジュール（１）。
【請求項６】ポンプ及び必要により外部熱交換器を、反応器モジュール（
１）の同一側、好ましくは同一の幅広側に配置する請求項５に記載の反応器モジ
ュール（１）。
【請求項７】固定された流路開口（１１）又は調節可能な流路開口（１０
）を備えた１種以上のバイパスを、管を含まない領域において、そらせ板（９）
を通過させて、有している請求項２〜６のいずれかに記載の反応器モジュール（
１）。
【請求項８】給送管路（３）に下側で、外側の予備チャンバー（１３）及
び下側で、内側の予備チャンバー（１４）と、排出管路（４）に上側で、外側の
予備チャンバー（１５）及び上側で、内側の予備チャンバー（１６）を形成する
中間壁部（１２）が、給送及び排出管路（３，４）内に設置され、かつ熱交換媒体が下側で、外側の予備チャンバー（１３）に給送され、給送管路（３）と排出管路（４）間の領域を通過して、上側で、内側の予備チ
ャンバー（１６）に、ジャケット開口部（６）を通過して、触媒管（２）を包囲する反応器空間に、
次いでジャケット開口部（５）を通過して、下側で、内側の予備チャンバー（１４）
に、給送管路（３）と排出管路（４）間の領域を通過して、上側で、外側の予備チ
ャンバー（１５）に、そして最後に排出管路（４）を通過してポンプに戻される、請求項１〜７のいずれか
に記載の反応器モジュール（１）。
【請求項９】触媒管を含まない空間（８）とされた幅広い反応器側を背に
して適当な位置に配置された外側チャンバー（１７）を有し、該外側チャンバー（１７）には、触媒管巣（２）の周囲の反応器空間への開口部（１８，１９）と、外側チャンバー（１７）中に熱交換媒体用の固定された又は調節可能な流路開
口部（２０）と、が具備されている、請求項８に記載の反応器モジュール（１）。
【請求項１０】触媒管巣（２）の触媒管を相互にオフセット配列し、かつ
熱交換媒体の流入方向に対する横方向の管の離間距離ｓ_ｔの、熱交換媒体の流入
方向に対する長さ方向の管の離間距離ｓ_ｌに対する割合が、好ましくは２×平方
根３以上であり、特に好ましくは２×平方根３である請求項１〜９のいずれかに
記載の反応器モジュール（１）。
【請求項１１】請求項７〜１０のいずれかに記載の２つ以上の反応器モジ
ュール（１）を、触媒管の縦軸方向に狭い側面側に相互に列をなして構成された
反応器。
【請求項１２】請求項１〜１０のいずれかに記載の反応器モジュール又は
請求項１１に記載の反応器を、酸化反応、特に無水フタル酸、無水マレイン酸、
グリオキサル、（メタ）アクロレイン又は（メタ）アクリル酸の製造に使用する
方法。