JP2006150357A - 多管式反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱反応における触媒の寿命を維持し、高温による反応管の腐食または破損を防止することが可能で、接触気相反応、特に塩酸酸化反応において好適に用いられる多管式反応装置を提供する。
【解決手段】複数の反応管が設置されてなる多管式反応装置であって、該反応管は、温度計測装置が設置された少なくとも１の反応管Ａと、温度計測装置が設置されていない複数の反応管Ｂとからなり、該複数の反応管には固体粒子が充填され、以下の式、ΔＰ＝（反応管上端部の圧力）−（反応管下端部の圧力）、で表される反応管の上端部と下端部との圧力の差として定義される圧力損失ΔＰにおいて、反応管Ａの圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ａ）と、反応管Ｂの圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ｂ）とが、以下の式、１．１０≦ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）≦１．３０、を満たす多管式反応装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱反応の接触気相反応による工業ガスの製造における原料の転化率を向上させ、触媒寿命を維持するとともに、反応管の腐食または破損の防止が可能で、特に塩酸酸化反応等に対して好適に用いられる多管式反応装置に関する。

従来、接触気相反応によって生成する塩素ガス、アクロレイン等の工業用ガスを製造する際には、発熱反応により生じた熱を効率的に除去するために多管式反応装置が一般的に用いられている。多管式反応装置は、触媒を充填した複数の反応管を反応器シェル内に備え、該反応器シェル内に熱媒を循環させることによって反応管を冷却し、反応熱を除去する。

多管式反応装置を用いた発熱反応においては、反応熱の除去効率が悪くなる箇所や触媒濃度が高く反応速度が大きい箇所等に、いわゆるホットスポットが生じる場合がある。ホットスポットにおいては過度の温度上昇のために触媒の劣化や反応生成物の純度低下が起こり易い傾向がある。

多管式反応装置においては、反応管内の温度を制御するため、複数の反応管のうち一部の反応管に熱電対や抵抗温度計等の温度計測装置を設置することが一般に行なわれているが、反応管内で該温度計測装置が一定体積を占有するため、温度計測装置が設置されている反応管と設置されていない反応管とで反応管内の温度環境に差が生じる。

たとえば特許文献１には、温度計測装置が設置された反応管と設置されていない反応管との温度挙動を一致させる方法として、固体粒子を充填した少なくとも２つの同型の管形反応器からなり、少なくとも１つの管形反応器が温度測定ユニットを備えている反応装置において、それぞれの管形反応器の固体粒子質量と自由横断面積との比、および自由横断面に対し比例的に横方向で導入される不活性ガスにより測定される圧力降下の両者がそれぞれの管形反応器全体にわたり同一になるように管形反応器が設計され、特に温度測定ユニットを備えた反応器に微細フラクションを導入することを特徴とする反応装置が提案されている。

また、特許文献２には、少なくとも１つの反応管内に計測装置を設置してなる多管式反応器であって、計測装置を設置してなる反応管と計測装置を設置していない反応管とに実質的に同一の固体粒子が充填され、かつ、各反応管内の固体粒子層長およびガス供給時の固体粒子層圧力損失が実質的に同一になるように設定されてなることを特徴とする多管式反応器が提案されている。

特許文献１および２の方法は、温度計測装置を設置した反応管と設置していない反応管との圧力損失を一致させることを特徴とする。これにより、温度計測装置が設置された反応器と設置されていない反応器との温度分布がほぼ一致し、温度計測装置が設置された反応器において反応管内の触媒層の代表的温度を測定することによって、過度なホットスポットの生成を抑制できるとしている。

しかし、多管式反応装置における反応管の数は通常３０００〜３００００本程度と多数であり、反応管の大多数を占める温度計測装置の設置されない反応管の圧力損失は、±１５％程度のばらつき（変動係数：ＣＶ％）を有するのが通常である。よって、温度計測装置が設置された反応管と設置されない反応管との圧力損失を一致させようとしても、温度計測装置の設置されない反応管のうち、圧力損失の平均値から外れた大多数の反応管においては、温度計測装置の設置された反応管と圧力損失が一致せず、すべての反応管の圧力損失を一致させることは困難である。よって、温度計測装置の設置された反応管よりも温度が上昇した反応管においては過度のホットスポットが生成する場合があるという問題がある。
特開平１０−３０９４５７号公報 特開２００３−１０９４号公報

本発明は上記の課題を解決し、発熱反応における過度なホットスポットの生成を抑制して触媒の寿命を維持するとともに、高温による反応管の腐食または破損を防止することが可能で、特に塩酸酸化反応において好適に用いられる接触気相反応用の多管式反応装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の反応管が設置されてなる多管式反応装置であって、該反応管は、温度計測装置が設置された少なくとも１の反応管Ａと温度計測装置が設置されていない複数の反応管Ｂとからなり、該反応管Ａおよび該反応管Ｂには固体粒子が充填され、以下の式、
ΔＰ＝（反応管上端部の圧力）−（反応管下端部の圧力）
で表される反応管の上端部と下端部との圧力の差として定義される圧力損失ΔＰにおいて、反応管Ａの圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ａ）と、反応管Ｂの圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ｂ）とが、以下の式、
１．１０≦ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）≦１．３０
を満たす、多管式反応装置に関する。

本発明はまた、上記のΔＰ（Ａ）およびΔＰ（Ｂ）が、以下の式、
ΔＰ（Ａ）≧ΔＰ（Ｂ）＋３σ_B
（ただし、σ_Bは反応管Ｂの圧力損失ΔＰの標準偏差である）
を満たす多管式反応装置に関する。

本発明はまた、塩酸酸化反応に用いられる上記の多管式反応装置に関する。
本発明はまた、上記の固体粒子が触媒粒子および不活性粒子からなる多管式反応装置に関する。

本発明はまた、上記の反応管Ａと上記の反応管Ｂとに同一の固体粒子が充填され、かつ、反応管Ａにおける固体粒子の充填密度が、反応管Ｂにおける固体粒子の充填密度よりも大きくされてなる多管式反応装置に関する。

本発明の多管式反応装置によれば、反応管の実温が管理温度よりも低温となるように温度管理を行なうことにより過度なホットスポットの生成を確実に抑制し、触媒の寿命を維持するとともに、高温による反応管の腐食または破損を防止することが可能である。

本発明の多管式反応装置は、複数の反応管のうち少なくとも１の反応管に温度計測装置が設置されるものであり、複数の反応管には固体粒子が充填されている。本発明においては、該固体粒子の種類および充填状態により反応管の圧力損失が精密に調整され得る。図１は、本発明の多管式反応装置の一例を示す断面図である。多管式反応装置１は、上部管板１０１、下部管板１０２、熱媒導入部１０３、熱媒排出部１０４、邪魔板１０５、温度計測装置１０６が設置された反応管Ａ１０７および温度計測装置が設置されていない反応管Ｂ１０８からなる複数の反応管、を少なくとも備える。熱媒は、たとえば軸流ポンプ、遠心ポンプ等のポンプ（図示せず）等により分割管を介して熱媒導入部１０３から反応器シェル１０９の内部に導入され、矢印の方向に流れて熱媒排出部１０４から排出されることができる。

なお図１の多管式反応装置においては、熱媒流れがアップフローとなる場合について示しているが、本発明はこれに限定されずアップフロー、ダウンフローのいずれが採用されても良い。また反応管Ａおよび反応管Ｂに供給される接触気相反応の原料もアップフロー、ダウンフローのいずれで供給されても良い。すなわち原料と熱媒の流路は並流とされても向流とされても良く、目的に応じて適宜選択すれば良い。

なお本発明の接触気相反応用多管式反応装置においては、熱媒排出部１０４から排出された熱媒が冷却された後に再び熱媒導入部１０３から反応器シェル内に供給されるよう循環機構を設けることが好ましい。

本発明は、発熱反応による接触気相反応に対して特に適用され、たとえば塩化水素ガスと酸素ガスとを原料として塩素ガスを生成させる接触気相酸化反応（塩酸酸化反応）や、プロピレンまたはイソブチレンと酸素とを原料として（メタ）アクロレイン、さらには（メタ）アクリル酸を生成させる接触気相酸化反応等において採用され得るが、特に塩素ガスの製造における塩酸酸化反応に対して好ましく用いられることができる。また、本発明の多管式反応装置は、反応器のサイズが大きく熱媒流れの不均一等による反応装置内の温度不均一が生じやすい系に対して有効に採用され得る。

本発明の多管式反応装置の反応管は、同一流速の不活性ガスまたは空気により測定され、以下の式、
ΔＰ＝（反応管上端部の圧力）−（反応管下端部の圧力）
で表される反応管の上端部と下端部との圧力の差として定義される圧力損失ΔＰにおいて、温度計測装置が設置された反応管Ａ（以下単に、反応管Ａとも称する）の圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ａ）（以下単にΔＰ（Ａ）とも称する）と、温度計測装置が設置されていない反応管Ｂ（以下単に反応管Ｂとも称する）の圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ｂ）（以下単にΔＰ（Ｂ）とも称する）とが、以下の式、
１．１０≦ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）≦１．３０
を満たすように設計される。

ΔＰ（Ａ）がΔＰ（Ｂ）よりも高くなるように設定される場合、導入された原料ガスの反応器内での平均的な滞留時間が反応管Ａにおいて反応管Ｂよりも長くなるため、発熱反応においては反応管Ａの内温が反応管Ｂより高くなる。本発明においては、上記のΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）が１．１０以上となるように設計される。この場合、統計学上十分高い確率で反応管Ａの内温が反応管Ｂの内温より高く維持され、過度のホットスポットの生成による反応の暴走が防止されるため、転化率向上および触媒の劣化防止という効果を得ることができる。また、上記のΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）が１．３０以下とされることにより、反応管Ａの温度計測装置が示す温度と反応管Ｂの内温との差が大きくなり過ぎず、反応管Ａおよび反応管Ｂにおける反応速度が十分均一になるとともに、反応管Ｂを十分高温に維持できるために接触気相反応が良好に進行し、反応効率が良好となる。上記のΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）は、さらに１．１２以上、さらに１．１５以上とされることが好ましく、また、さらに１．２５以下、さらに１．２０以下とされることが好ましい。なお、上記の圧力損失ΔＰ（Ａ）およびΔＰ（Ｂ）は、反応管Ａおよび反応管Ｂに同一流速の不活性ガスまたは空気を供給することにより測定される値である。

図２は、多管式反応装置の反応管における圧力損失ΔＰのばらつきの例を示す図である。多管式反応装置においては、通常３０００〜３００００本程度という多数の反応管が設置されるため、反応管の圧力損失ΔＰは、たとえば図２に示すような正規分布に近い統計的なばらつきを有する。本発明の多管式反応装置においては、ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）が１．１０〜１．３０の範囲内となるように設計されることにより、大多数の反応管Ｂの圧力損失値がΔＰ（Ａ）よりも低い値となる。よって反応管Ａのガス流量は、反応管ごとのばらつきを考慮しても、統計学上十分信頼できる確率で反応管Ｂのガス流量よりも低く維持される。ここで、発熱反応においては、反応管内のガス流量が少ない程、反応管内のガスの滞留時間が長くなり、反応管内での発熱反応がより進行するために反応管内の温度が高くなる。

すなわち、本発明の多管式反応装置においては、温度計測装置の設置された反応管Ａの温度を一定範囲内に設定するとともに、反応管Ａおよび反応管Ｂの圧力損失の関係を調整することによって、多管式反応装置のほぼ全ての反応管の温度を所望の範囲内に制御することができ、反応管の内温の過度な上昇による発熱反応の暴走が確実性良く防止され得る。

特に、ΔＰ（Ａ）およびΔＰ（Ｂ）が、以下の式、
ΔＰ（Ａ）≧ΔＰ（Ｂ）＋３σ_B
（ただし、σ_Bは反応管Ｂの圧力損失ΔＰの標準偏差である）
を満たす場合、信頼度約９６.７％で各々の反応管ＢのΔＰはΔＰ（Ａ）よりも小さいことから、反応管Ｂの内温が統計学上十分信頼できる確率で反応管Ａの内温よりも低く維持される点で好ましい。

本発明において充填される固体粒子は、典型的には触媒粒子を含む。触媒粒子としては、たとえば塩酸酸化反応の触媒であるルテニウムおよび／またはルテニウム化合物を含む触媒の粒子等が好ましく用いられる。ルテニウムおよび／またはルテニウム化合物を用いる場合、触媒成分の揮発や飛散による配管等の閉塞トラブルを防止するとともに、揮発または飛散した触媒成分の処理工程が不要となる。さらに、化学平衡の観点でもより有利な温度で塩素を製造できるため、乾燥工程、精製工程、吸収工程等の後工程を簡略化し、設備コスト及び運転コストを低く抑制することができる。特に、酸化ルテニウムを含む触媒を用いることが好ましい。酸化ルテニウムを含む触媒を用いた場合、塩化水素の転化率が著しく向上するという利点を有する。触媒中の酸化ルテニウムの含有量は、触媒活性と触媒価格とのバランスの点から、１〜２０質量％の範囲内で好ましく設定されることができる。触媒は、たとえば、二酸化シリコン、グラファイト、ルチル型またはアナターゼ型の二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の担体に担持させて用いることができる。

また、本発明において充填される固体粒子は、触媒粒子と、接触気相反応に実質的に作用しない不活性粒子とからなることが好ましく、この場合、反応速度と反応管の圧力損失とを容易に調整できる。不活性粒子としては、アルミナ質耐火物、アルミナ・カーボン質耐火物、アルミナ・グラファイト質耐火物、アルミナ・シリカ質耐火物、アルミナ・シリコンカーバイド・カーボン質耐火物、アルミナ・スピネル質耐火物、ステンレススチール、鉄、炭化珪素、陶磁器、その他各種のセラミックス等が例示され、特に好ましい不活性粒子としては、α−アルミナからなる成形体等が挙げられる。

本発明においては、ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）の値が１．１０〜１．３０の範囲内となるようにΔＰ（Ａ）およびΔＰ（Ｂ）を所望の範囲内に調整することが必要である。具体的には、反応管Ａおよび反応管Ｂに充填する固体粒子の種類、形状、粒径、充填量、充填速度等を制御する方法が採用でき、反応管Ａおよび反応管Ｂに充填される固体粒子の種類は同一とされても異種とされても良い。たとえば固体粒子の粒径を小さくしたり、充填量を多くしたりすることによって該固体粒子の充填密度が高くなる傾向にあり、この場合反応管の圧力損失は大きくなる。また、充填速度を遅くすると固体粒子の充填密度が高くなる傾向にあり、この場合も反応管の圧力損失が大きくなる。より具体的な条件は、反応管のサイズ、使用する触媒粒子の種類、形状、設定される反応温度等に応じて最適化されることが好ましい。

たとえば、反応管Ａと反応管Ｂとに同一の固体粒子を充填し、かつ、反応管Ａにおける固体粒子の充填密度を反応管Ｂにおける固体粒子の充填密度よりも大きくする場合、反応管Ａの圧力損失を反応管Ｂの圧力損失よりも高くすることが簡便に行なえる点で好ましい。

ΔＰ（Ａ）およびΔＰ（Ｂ）を調整するための固体粒子のより具体的な充填方法としては、反応管Ｂに対する固体粒子の充填速度を反応管Ａに対する固体粒子の充填速度の１／２〜１／１０の範囲内となるように設定して調整する方法、固体粒子として、触媒粒子と、該触媒粒子の１／２〜１／１０の範囲内の粒径の不活性粒子とを充填することにより触媒粒子間に不活性粒子を充填して調整する方法、触媒粒子を充填した上にアルミナボール等からなる不活性粒子を充填して不活性粒子の層を反応管上部に形成し、かつ該不活性粒子の充填量を増減させることにより調整する方法等が好ましく例示できる。

本発明の多管式反応装置における反応管の好ましい材質としては、たとえば金属、ガラス、セラミック等が挙げられる。金属材料としては、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ハステロイＳ、ハステロイＣおよびインコネル等が挙げられるが、中でもＮｉ、特に炭素含有量が０．０２質量％以下のＮｉが好ましい。

本発明の多管式反応装置において使用される好ましい熱媒としては、接触気相反応の熱媒として一般的に用いられる熱媒が使用でき、たとえば溶融塩、有機熱媒または溶融金属等を挙げることができるが、熱安定性や取り扱いの容易さの点から溶融塩が好ましい。溶融塩の組成としては、硝酸カリウム５０質量％と、亜硝酸ナトリウム５０質量％との混合物、硝酸カリウム５３質量％と亜硝酸ナトリウム４０質量％と硝酸ナトリウム７質量％との混合物等を挙げることができる。

本発明においては、反応管のサイズは特に限定されず、接触気相反応において一般的に使用される反応管を用いることができる。たとえば、内径１０〜７０ｍｍ、外径１３〜８０ｍｍ、管長１０００〜１００００ｍｍ程度のサイズを有する反応管は反応効率および除熱効率の点から好ましく採用され得る。

本発明の多管式反応装置における反応管のレイアウトは特に限定されないが、各反応管の中心の間隔が、反応管外径の１．１〜１．６倍の範囲内となるように配列されることが好ましく、さらに１．１５〜１．４倍の範囲内とされることが好ましい。各反応管の中心の間隔が反応管外径の１．１倍以上であれば、熱媒の流路が十分確保されるために反応熱の除熱性が良好であり、１．６倍以下であれば、反応装置が大型化することによる製造コストの上昇が防止されるとともに、熱媒の線速低下および／または偏流による除熱性の低下も防止される。

本発明においては、触媒の種類および／または量を変えることにより該反応管の内部が複数のゾーンに分割されても良い。触媒が充填された反応管に原料を供給する際、反応管入口、すなわち原料供給口の近傍では反応速度が大きく、反応管入口からの距離が長くなるにつれて、原料濃度が低くなり反応速度が小さくなる傾向がある。このため、発熱反応においては特に反応管入口近傍における発熱量が過大となって過度のホットスポットが生成する場合がある。反応管が、触媒の種類および／または量を変えた複数のゾーンに分割されている場合、たとえば反応管入口近傍においては、触媒活性の低い触媒を充填したり触媒量を少なくすることによって暴走反応を防止し、反応管入口からの距離が長くなるにしたがって、触媒活性の高い触媒が充填されるか触媒量が多くなるように触媒を充填することができる。この場合、反応管内部における反応速度のばらつきを少なくし、過度なホットスポットの生成を抑制することができるとともに、発熱反応が均一に進行することによって原料の転化率を向上させることができる。また、反応器シェル側を分割し、それぞれの領域に独立して異なる温度の熱媒を循環させて温度コントロールを行なっても良い。

本発明の多管式反応装置が塩化水素ガスと酸素ガスとを原料とする塩酸酸化反応に用いられる場合、触媒を充填した反応管に、原料として塩化水素ガスおよび酸素ガスを導入し、接触気相反応によって塩素ガスを製造することができる。塩化水素ガスは、たとえば塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、有機化合物のホスゲン化反応または塩素化反応、焼却炉の燃焼等において発生する塩化水素含有ガスとして供給されることができる。このとき、塩化水素含有ガス中の塩化水素ガスの濃度は、製造効率の観点から、たとえば１０体積％以上、さらに５０体積％以上、さらに８０体積％以上とされることができる。

酸素ガスは、酸素ガスのみ単独で供給されても、たとえば空気等として供給されても良く、酸素含有ガスとして供給されれば良い。酸素含有ガス中の酸素の濃度は、製造効率の点から、たとえば８０体積％以上、さらに９０体積％以上とされることができる。酸素濃度が８０体積％以上の酸素含有ガスは、たとえば空気の圧力スイング法や深冷分離等の通常の工業的な方法によって得ることができる。

触媒の種類および／または量を変えた複数のゾーンを反応管に設ける場合、たとえば反応管の入口側に酸化ルテニウム含有量の少ない触媒を充填し、出口側に酸化ルテニウム含有量の多い触媒を充填する構成が好ましく採用され得る。この場合、暴走反応が抑制され、反応管内における反応速度分布が比較的均一とされることにより、過度なホットスポットの生成が抑制されるという利点を有する。

＜実施例＞
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜６）
［反応管の圧力損失ΔＰの測定］
図１に示す多管式反応装置において、固体粒子として、酸化ルテニウムを主成分とする触媒粒子、およびアルミナボール（直径１．５ｍｍ）からなる不活性粒子を用い、表１に示す充填条件で、反応管入口部の該アルミナボールの充填量を増減させた場合の反応管ΔＰのばらつきを評価した。ΔＰ測定時のガス流量は、実機で行なわれる反応管における差圧チェックと同じ流量に設定した。すなわち、標準オリフィスのΔＰが２５８ｍｍＨ₂Ｏとなるようにエアー量を調整し、約４Ｌ／ｍｉｎとした。結果を表１に示す。

図３は、実施例１〜６における反応管入口アルミナ充填量と反応管ΔＰとの関係について示す図である。表１および図３に示すように、反応管入口におけるアルミナ充填量と反応管ΔＰとは良い相関を有し、反応管入口部のアルミナ充填量を増減させることによって反応管ΔＰを任意に制御できることが分かる。

［ガス流量測定］
表１に示した実施例のうち、実施例１，４，６については、Ｎ₂ガスを使用し、反応管出入口の圧力をそれぞれ実施例１，４，６で一致させるためのガス流量をも測定した。反応管出入口の圧力は実機の操作条件に近い値とした。なお、反応管ΔＰおよびガス流量については、反応管ΔＰが実施例１〜６の平均値に最も近かった実施例４を平均とし、以下の式、
（平均からのばらつき）＝（（実施例１または６の値）／（実施例４の値）−１）×１００（％）
に従って算出される平均からのばらつき（％）として表示した。結果を表２に示す。

図４は、実施例１〜６における反応管ΔＰのばらつきとガス流量のばらつきとの関係を示す図である。表２および図４に示すように、反応管ΔＰの平均（すなわち実施例４におけるΔＰ）からのばらつきと、ガス流量の平均（すなわち実施例４におけるガス流量）からのばらつきとは良い相関を有し、空気で測定する反応管ΔＰのばらつきの、−１２．３％（実施例１）〜＋８．１％（実施例６）は、実際の反応管のガス流量のばらつきの、−７．１％（実施例１）〜＋８．２％（実施例６）程度に相当する。

［ガス流量と反応温度との関係の評価］
（実施例７）
以下の条件におけるガス流量と反応温度との関係につき評価した。
反応管：２５ｍｍφＩＤ、
鞘管：６ｍｍφＯＤ、
ガス流量：ＨＣｌ １．６６Ｎｍ³／ｈ、Ｏ₂ ０．８４Ｎｍ³／ｈ、Ｈ₂Ｏ ５ｖｏｌ％−ＨＣｌの混合ガスの総量を基準とした。

なおガス流量としては、以下の式、
（ガス流量のばらつき）＝（（各条件のガス流量）／（基準のガス流量）−１）×１００（％）
で算出されるガス流量のばらつきが、−２５％，−２０％，−１５％，−１０％，−５％，０％，＋５％，＋１０％，＋１５％である計９条件を設定した。なお各条件の混合ガス中における各成分の比率は基準と同一である。

図５は、実施例７における反応管入口からの距離と反応管内温度との関係を示す図である。図５では、上記で設定した９条件のうち、ガス流量のばらつきが、０％、＋１５％、−２５％である３条件についてのみ示しているが、この３条件を含め、上記で設定した９条件のいずれにおいても反応管の内温は反応管入口からの距離が２０ｃｍのところでピーク温度となった。図６は、実施例７におけるガス流量のばらつきと反応管のピーク温度およびＨＣｌ転化率との関係を示す図である。図６においては、上記で設定した９条件について示しているが、反応管の内温におけるピーク温度はガス流量が少ないほど高い傾向であり、上記のガス流量のばらつき−２５％〜＋１５％の範囲内で、ピーク温度のばらつきは＋５℃〜−３℃の範囲内であった。また反応管のピーク温度とＨＣｌ転化率、すなわち反応効率とは良い相関を示している。

図７は、実施例７における反応管ΔＰのばらつきと反応管のピーク温度およびＨＣｌ転化率との関係を示す図である。図７においては、図６に示すガス流量のばらつきを、空気で測定される反応管ΔＰのばらつきに換算した値を横軸としてプロットしている。反応管ΔＰのばらつきが−１３％〜＋２１％の範囲内で、ピーク温度のばらつきは−３℃〜＋５℃の範囲内であった。また反応管のピーク温度とＨＣｌ転化率、すなわち反応効率とは良い相関を示している。

これらの結果から、多管式反応装置が通常有する約±１５％程度の反応管ΔＰのばらつきを考慮しても、本発明において、ΔＰ（Ａ）とΔＰ（Ｂ）との関係が、１.１０≦ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）≦１．３０を満たすように設定される場合、反応管Ａと反応管Ｂとの内温のピーク温度の差は±数℃の範囲内であると推測でき、かつ反応管Ａの内温が反応管Ｂよりもほぼ確実に高温となると推測できる。すなわち、本発明においては、反応管Ａの温度計測装置により制御される内温よりも反応管Ｂの内温が高くなり過ぎることによる発熱反応の暴走や触媒寿命の低下等が防止されるとともに、反応管Ａの内温に比べて反応管Ｂの内温が低過ぎることによる反応効率の低下が生じる危険性は少ないことが分かる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

発熱反応の接触気相反応における過度なホットスポットの生成を抑制することができる本発明の多管式反応装置は、特に塩酸酸化反応等に対して好適に用いられる。

本発明の多管式反応装置の一例を示す断面図である。 多管式反応装置の反応管における圧力損失ΔＰのばらつきの例を示す図である。 実施例１〜６における反応管入口アルミナ充填量と反応管ΔＰとの関係について示す図である。 実施例１〜６における反応管ΔＰのばらつきとガス流量のばらつきとの関係を示す図である。 実施例７における反応管入口からの距離と反応管内温度との関係を示す図である。 実施例７におけるガス流量のばらつきと反応管のピーク温度およびＨＣｌ転化率との関係を示す図である。 実施例７における反応管ΔＰのばらつきと反応管のピーク温度およびＨＣｌ転化率との関係を示す図である。

符号の説明

１ 多管式反応装置、１０１ 上部管板、１０２ 下部管板、１０３ 熱媒導入部、１０４ 熱媒排出部、１０５ 邪魔板、１０６ 温度計測装置、１０７ 反応管Ａ、１０８ 反応管Ｂ、１０９ 反応器シェル。

Claims (5)

1. 複数の反応管が設置されてなる多管式反応装置であって、
   前記反応管は、温度計測装置が設置された少なくとも１の反応管Ａと、前記温度計測装置が設置されていない複数の反応管Ｂとからなり、
   前記反応管Ａおよび前記反応管Ｂには固体粒子が充填され、
   下記の式、
   ΔＰ＝（反応管上端部の圧力）−（反応管下端部の圧力）
   で表される反応管の上端部と下端部との圧力の差として定義される圧力損失ΔＰにおいて、前記反応管Ａの前記圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ａ）と、前記反応管Ｂの前記圧力損失ΔＰの平均値であるΔＰ（Ｂ）とが、以下の式、
   １．１０≦ΔＰ（Ａ）／ΔＰ（Ｂ）≦１．３０
   を満たす、多管式反応装置。
2. 前記ΔＰ（Ａ）および前記ΔＰ（Ｂ）が、下記の式、
   ΔＰ（Ａ）≧ΔＰ（Ｂ）＋３σ_B
   （ただし、σ_Bは前記反応管Ｂの圧力損失ΔＰの標準偏差である）
   を満たす、請求項１に記載の多管式反応装置。
3. 塩酸酸化反応に用いられる、請求項１に記載の多管式反応装置。
4. 前記固体粒子は、触媒粒子および不活性粒子からなる、請求項１に記載の多管式反応装置。
5. 前記反応管Ａと前記反応管Ｂとに同一の前記固体粒子が充填され、かつ、前記反応管Ａにおける前記固体粒子の充填密度が、前記反応管Ｂにおける前記固体粒子の充填密度よりも大きくされてなる、請求項１に記載の多管式反応装置。

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