JP2004518519A

JP2004518519A - 多数の触媒管を有する長尺反応器

Info

Publication number: JP2004518519A
Application number: JP2001583929A
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: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2004-06-24
Also published as: DE10191932D2; AU6740001A; WO2001087477A1; DE10024348A1

Abstract

多数の触媒管（２）を具備し、触媒管（２）の周囲の空間を熱交換媒体が循環し、両端に環状配管（３、４）と、個以上のポンプにより熱交換媒体を導入または除去するための開口（５、６）とを有し、熱交換媒体が下方の環状配管（４）に導入され、上方の環状配管（３）を経てポンプに戻り、かつ熱交換媒体または熱交換媒体の分流が、場合により１個以上の外部熱交換器を通過してもよく、触媒管周囲の空間の、下方環状配管（４）と上方環状配管（３）の水準にそれぞれ１枚のオリフィスプレート（７、８）を有する反応器（１）において、オリフィスプレート（７、８）の間の空間に充填素子が装填される。

Description

【０００１】
本発明は、多数の触媒管を有し、この触媒管の周囲の空間を熱交換媒体が循環する反応器、および酸化反応を行うための反応器の使用法に関する。
【０００２】
この様な反応器の一般的な構成は、管状容器から成り、この中に多数の触媒管が、通常は垂直に配置されている。これらの触媒管は担体を有する触媒を含んでもよく、端部が管状板体に固定かつ密閉されている。各触媒管は管状容器に上端部または下端部として結合された蓋部に対して開口している。触媒管を流通する反応混合物は蓋部から導入、放出される。熱平衡を保つため、熱交換媒体が触媒管周囲の空間を循環するが、これは強度の発熱反応の場合は特に有効である。
【０００３】
経済的な理由から、非常に多くの触媒管を有する反応器が用いられる。すなわち、１００００〜５００００本の触媒管を含む反応器が頻繁に用いられる。
【０００４】
熱交換媒体の循環に関しては、反応器の各水平部分では熱交換媒体が高度に均一な温度分布を有し、このため全触媒管が一律に反応に関与することがわかっている（例えばＤＥ−Ｃ１６０１１６２号公報）。また、例えばＤＥ−Ｃ３４０９１５９号公報に記載されているように、壁部に多数の開口を有する外部環状配管を反応器の各端部に設けて熱を導入または除去することにより温度分布が均一化される。
【０００５】
更に、反応器の中央および反応器の端部の開放（開口）断面部を交互に開放する、そらせ板（デフレクター）を設置することにより熱交換が更に改良されている。この様な装置はフリー中央空間を有する多数の管での使用に特に適しており、ＧＢ−Ｂ３１０１７５号公報等により公知である。
【０００６】
上述の約１００００〜５００００の範囲の多数の触媒管を有し、更にデフラクターを有する大型反応器においては、熱交換媒体の圧力降下は比較的大きい。従って、酸化反応で生じた熱を除去するために頻繁に用いられ、好ましくは２５０℃〜４００℃の使用温度で水状の粘度を有する硝酸カリウム及び硝酸ナトリウムの共融塩の溶融体を約４〜５ｍの頂部から上記サイズの反応器にポンプ給送して圧力降下を回避しなければならない。
【０００７】
熱交換媒体の横方向の流動を防ぐためのデフレクターを設置しなくても、大きな圧力降下を低下させることが可能である。デフレクターを設置しないことにより、触媒管周囲の空間から熱交換媒体の長手方向流が生ずる。管の壁部で熱交換媒体流が乱されることにより長手方向の流動形態が形成される。これによると熱交換（率）が除々に悪化し、反応の選択性と触媒の寿命に悪影響が生ずる。
【０００８】
本発明は、熱交換媒体が長手方向に流動し、多数の触媒管の壁部で優れた熱交換が行われ、長手方向流を有する反応器の上記不都合を有さない反応器を提供することをその目的とする。
【０００９】
本発明の上記目的は、多数の触媒管を具備し、触媒管の周囲の空間を熱交換媒体が循環する反応器であって、反応器が両端に環状配管と、１個以上のポンプにより熱交換媒体を導入、除去するための壁部の開口とを有し、熱交換媒体が下方の環状配管に導入され、上方の環状配管を経てポンプに戻り、かつ熱交換媒体または熱交換媒体の分流が、場合により１個以上の外部熱交換器を通過してもよく、触媒管周囲の空間の、下方環状配管と上方環状配管の位置（高さ）にそれぞれ１枚のオリフィスプレートを有する反応器から出発した。
【００１０】
本発明では、充填素子が反応器のオリフィスプレートの間に導入される。
【００１１】
オリフィスプレート間の空間に充填素子を配置し、これを熱交換媒体が通過するようにすると、熱交換に大きな改良がもたらされ、この結果、反応の選択制が改善され、過熱部分が減少し、触媒の寿命が延長されることが見出された。
【００１２】
本発明において充填素子を用いることにより、熱交換媒体の長手方向流、熱交換に特に重要な管壁部の境界層における長手方向流が阻害される。これにより同一装置を使用し、充填素子を用いない場合に比較して、熱交換率が実質的に２〜６倍に増加するという結果が得られている。
【００１３】
多数の触媒管と、触媒管の間の空間を通る熱交換範囲とを有する反応器であって、反応器の各端部の環状配管を介して熱交換媒体を除去および導入する反応器が公知である。熱交換媒体の反応器断面方向への分散の円滑化は、オリフィスプレート、すなわち、反応器の断面を横切って熱交換媒体流を通過させ、円滑／均一に流動させるための適する数と寸法の開口を有する穿孔板を、第一の環状配管による導入の下流と、第二の環状配管による放出の上流に配置することにより行われる。
【００１４】
本発明において、熱交換板体が通過する２枚のオリフィスプレートの間の空間に充填素子を装填する。これにより、熱交換媒体は充填素子の間に開口と通路を流通する。充填素子により触媒管の壁部における熱交換（率）が大幅に改善される。
【００１５】
大型反応器、すなわち、上述のように約１００００〜５００００本の触媒管を有する反応器の場合には、熱交換媒体（一般には塩の溶融体）を下方の環状配管から導入し、上方の環状配管から除去するのが一般的である。
【００１６】
反応器断面方向に熱交換媒体をより良好に分配し、これにより反応器断面方向に更に均一な温度を得るために、下方オリフィスプレートを下方環状配管の上端の高さに配置すると好ましく、および／または上方オリフィスプレートを上方環状配管の下端の高さに配置すると好ましい。２枚のオリフィスプレートの間の空間にのみ充填素子を配置することにより、熱交換媒体が反応器断面方向に非常に均一に分配される空間が得られる。下方オリフィスプレートの下方の空間および／または上方のオリフィスプレートの下の空間は、それぞれ管状反応器の全長の約１／１０〜１／３を占める。
【００１７】
好ましい実施の形態で用いられる充填素子は、蒸留技術等で公知の形態と同様に、金属の充填素子が使用可能である。しかしながら、金属発泡体を使用してもよい。ここで、充填素子の装填された空間を、常に熱交換媒体が流通できなければならない。また、網目状織物の形態の充填素子を導入してもよい。
【００１８】
他の好ましい実施の形態において、隙間を有するセラミック材料、例えば管状又は球状のセラミックを充填素子として装填してもよい。球状の充填素子は、以下の不等式
ｄ＜（ｓ−ｄ_ｅ）／２
（式中、ｓは間隔、すなわち隣接する２本の管の中心間の距離、ｄ_ｅは触媒管の外径である）に対応する直径ｄを有するべきである。
【００１９】
好ましくは直径ｄ＝２〜１０ｍｍの球形の充填素子が用いられる。
【００２０】
他の実施の形態において、例えば、触媒管の間の空間の、反応器の中央部分に疑似物体（ダミー・ボディ）を設置するか、および／または反応器の中央部分に疑似管（ダミー・チューブ）を設置して、反応器の高さ全体（全長）にわたる中央部分に反応の行われない空間を設けることにより、反応器断面方向の温度が更に均一化される。
【００２１】
反応器に導入する前の反応混合物を、外部熱交換器により、熱交換媒体が反応器に導入される温度に予備加熱すると好ましい。
【００２２】
反応混合物と熱交換媒体を共流に運搬すると特に好ましい。この場合、双方の流体を反応器中、頂部から下方に通過させると好ましい。しかしながら、反応混合物および熱交換媒体を向流で給送することも可能である。
【００２３】
熱交換媒体は下方環状配管に給送され、上方環状配管を経てポンプに戻されると特に好ましい。上方および下方環状配管を円筒状の隔壁により内部環状配管と外部環状配管とに分割し、熱交換媒体を外部下方環状配管に給送し、反応器外部の領域を経て内部上方環状配管へ給送し、その壁部の開口を経て触媒管周囲の空間へ給送し、壁部開口を経て内部下方環状配管へ給送し、次いで反応器外部領域と外部上方環状配管を経て放出する。
【００２４】
本発明の反応器において用いる熱交換媒体に特別な制限はない。熱交換媒体は発熱反応の熱の除去に用いてもよいし、吸熱反応にあたり触媒管を流動する反応混合物へ熱を導入するため用いてもよい。
【００２５】
この反応器は、酸化反応、特に無水フタル酸、無水マレイン酸、グリオキサール、（メタ）アクロレイン及び（メタ）アクリル酸を製造するための酸化反応に特に好適に用いられる。
【００２６】
以下に、図を参照しつつ本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
図は、本発明の反応器を示し、その左半分では反応混合物と熱交換媒体が向流で流動している。右半分は特に好ましい実施の形態を示しており、反応混合物と熱交換媒体の共流が、それぞれ反応器の頂部から下方に流動している。
【００２８】
反応器１は長手方向断面の略図として示されており、反応器１には多数の触媒管２が含まれている。反応器１は熱交換媒体が給送される下方環状配管４と、熱交換媒体を除去するための上方環状配管３とを有している。この反応器では、熱交換媒体の導入と除去が、壁部の開口５、６を経て、下方オリフィスプレート７および上方オリフィスプレート８により行われる。本発明によると、オリフィスプレート間の空間は、図中のハッチングで示した充填素子で装填されている。
【００２９】
図により略図で示した右側部分における好ましい実施の形態では、上部環状配管が円筒状隔壁９により内部上方環状配管１１と、外部上方ライン１２に分割されている。同様に、下方環状配管４が円筒状隔壁１０によって内部下方環状配管１３と外部下方環状配管１４に分割されている。
【００３０】
グリオキサール製造用の反応器では、触媒管の間の空間にＰａｌｌリングを装填することにより、熱交換率が二倍となり、過熱部分が４０℃低下し、収率が２％増加する。この改善された熱分布により、高処理量で反応器を稼働させることが可能となった。能力の増加は１０〜１５％であった。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の反応器を示す。

Claims

多数の触媒管（２）を具備し、触媒管（２）の周囲の空間を熱交換媒体が循環し、両端に環状配管（３、４）と１個以上のポンプにより熱交換媒体を導入または除去するための壁部の開口（５、６）とを有し、熱交換媒体が下方の環状配管（４）に導入され、上方の環状配管（３）を経てポンプに戻り、かつ熱交換媒体または熱交換媒体の分流が、場合により１個以上の外部熱交換器を通過してもよく、触媒管周囲の空間の、下方環状配管（４）と上方環状配管（３）の位置にそれぞれ１枚のオリフィスプレート（７、８）を有する反応器（１）であって、オリフィスプレート（７、８）の間の空間に充填素子が配置されていることを特徴とする反応器。
下方オリフィスプレート（７）が下方環状配管（４）の上端の位置に配置され、および／または上方オリフィスプレート（８）が上方環状配管（３）の下端の位置に配置される請求項１に記載の反応器。
充填素子が金属充填物である請求項１または２に記載の反応器。
充填素子が、管状または球状の、隙間を有するセラミック材料を含む請求項１または２に記載の反応器。
直径２〜１０ｍｍの球状の充填素子が使用される請求項４に記載の反応器。
反応器中央部分の触媒管の間の空間に、疑似物体を設置するか、および／または反応器の中央部分に疑似管を設置することにより反応器の全長にわたる中央部分に反応の行われない空間を設ける請求項１〜５のいずれかに記載の反応器。
反応混合物を、触媒管への導入の前に、熱交換媒体が反応器に導入される温度に予備加熱する請求項１〜６のいずれかに記載の反応器。
反応混合物と熱交換媒体を共流で給送する請求項１〜７のいずれかに記載の反応器。
反応混合物を触媒管内の頂部から下方に通過させ、熱交換媒体を下方環状配管（４）に給送し、上方環状配管（３）を経由してポンプに戻し、上方環状配管（３）および下方環状配管（４）を円筒状の隔壁（９、１０）により内部環状配管（１１、１３）と外部環状配管（１２、１４）とに分割し、熱交換媒体を外部下方環状配管（１４）に給送し、反応器外部の領域を経て内部上方環状配管（１１）へ給送し、壁部の開口（５）を経て触媒管（２）周囲の空間へ給送し、壁部の開口（６）を経て内部下方環状配管（１３）へ給送し、次いで反応器外部の領域と外部上方環状配管（１２）を経て放出する請求項８に記載の反応器。
無水フタル酸、無水マレイン酸、グリオキサール、（メタ）アクロレインまたは（メタ）アクリル酸を製造する酸化反応を行うための請求項１〜９のいずれかに記載の反応器の使用法。