JP2006510471A - 触媒気相反応のためのジャケット管反応装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、次のようなジャケット管反応装置(2)に関する。すなわちこの反応装置は、反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備える。まずこの反応管束はリング状、垂直であって、熱媒の接触流を受ける。次にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のものとディスク状のものが交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部は少なくとも一部が、反応装置半径にそって断面積に変化づけされている。そしてまたリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられている。このジャケット管反応装置は、下記の事項の少なくとも2つが組み合わされていることを特徴とする。
a)流れ制御手段(38、42、44、50)を、反応装置円周にそって配分し、管束の外周および/または内周に設けること。
b)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束の管ピッチに変化づけすること。
c)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束の半径方向寸法に変化づけすること。
d)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板の半径方向寸法に変化づけすること。
e)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板において、分流開口部の少なくとも1つの輪縁の横断面に変化づけすること。
a)流れ制御手段(38、42、44、50)を、反応装置円周にそって配分し、管束の外周および/または内周に設けること。
b)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束の管ピッチに変化づけすること。
c)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束の半径方向寸法に変化づけすること。
d)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板の半径方向寸法に変化づけすること。
e)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板において、分流開口部の少なくとも1つの輪縁の横断面に変化づけすること。
Description
本発明は、請求項1に記載する種類のジャケット管反応装置に関する。
ジャケット管反応装置とは固定床反応装置であって、固定床内部で反応するプロセスガス混合物と、それとは別個の熱媒との間、および固定床自体と当該熱媒との間に熱交換を生じることを可能とする。この場合の反応は、原理的に吸熱性でも、発熱性でもあり得る。固定床―主として顆粒状の触媒―は、一般には垂直に配置される反応管束の管(反応管)内にある。これらの管の両端は密封されて管板に固定され、またこれらの管は、管束を囲む反応装置ジャケット内部で、熱媒の接触流を受ける。プロセスガス混合物は、一方の管板を覆う反応装置フード経由してこれらの管に供給され、他方の管板を覆う反応装置フードを経由してこれらの管から排出される。熱媒は―しばしば塩浴として―循環ポンプによって循環され、熱交換器で反応プロセスの方法に応じて加熱されるか、または冷却される。ポンプおよび熱交換器は、今日では反応装置ジャケット外部にあるのが通常である。したがって熱媒は一方の管板近くで反応装置内に入り、他方の管板近くで反応装置を出る。反応に望ましい特定の温度プロフィールを反応管にそって得るためには、熱媒の入口および/または出口を設ける箇所を、反応装置ジャケットの両者管板の間とすることもできる。
最近のジャケット管反応装置は、管を30000本、あるいはそれ以上設けることができる。画一的な反応経過と、反応生成物の高い収量と良好な選択性とを得るため、この反応装置の管すべてにおいて、できるだけ等しい温度プロフィールを維持するものとしたい。そのためには、反応装置ジャケット内部における熱媒の温度差を小さく抑え、とくにすべての管にできるだけ等しい接触流条件を得ることが重要である。この目的のためすでに次のものが実現されている。すなわち、反応装置ジャケットを囲むリング状流路、かつその周りに熱媒の供給/排出のためのジャケットウィンドウを多数分布する同流路と、ジャケット内部に設けられた熱媒の分配プレートとそらせ板である。これらについては、たとえばDE‐A‐2 201 528を参照されたい。これは本発明が属する種類概念の出発点である。分配プレートは、反応装置横断面全体にわたって熱媒の望ましい分配を得るためのものである。それに対して、たがいに交代するリング状およびディスク状のそらせ板は、管束内部でこれをほぼ横切る方向の流れを生じるためのものである。そのためこれらのそらせ板は、全体としては反応装置ジャケット内部の長手方向の流れに、蛇行的な経過を付与する。
上記のようにこれらリング状流路とそらせ板は、管束の反応管すべてについて、できるだけ等しい接触流条件と、できるだけ等しい温度プロフィールを得るためのものである。反応生成物の高い収量と選択性が得られるだけでなく、発熱性プロセスにおける局部的加熱による触媒装置の損傷や、しばしば生じる焼損をも防止することができる。この焼損は個々の管に、とくに反応装置の中心領域に生じて、大きな損害につながることがある。この焼損は、収量を改善しようとする努力の中で、一次反応ガスにもう1つの反応物―多くはO2―が装入される場合、さらに重大となる。この点でとくに危険なプロセスはたとえば、アクリル酸、メタクリル酸、アクロレイン、無水フタル酸、無水マレイン酸、グリオキサール、メタクリル酸メチル、シアン化ビニルそれぞれの生成と、酢酸水素添加である。
DE‐A‐44 31 957には、アクロレインおよびプロペンの生成との関連で、反応装置内における熱媒の温度上昇を2〜10℃に制限するためのプロセスが記載されている。このプロセスは、全体として反応ガスと並流の形で反応装置に熱媒を通過させ、同時に循環量を比較的大きくすることによって得られる。しかしポンプのエネルギー需要が増大することにより、循環量に限界が課される。この需要増大は、とくに反応装置の直径が大きくて管配置が密である場合に、半径方向の熱媒流のスロットル損失が高くなることによるものである。また上記限界が課される原因の一部は、熱媒体側の接触流が強くなると管が振動を始める危険があることにもよる。それらを無視しても、水平に位置する反応装置横断面における温度勾配に考慮が必要となるのは、この場合避けられない。
反応装置横断面において管接触流を均一化するための手がかりは、すでにDE‐A‐1 601 162およびDE‐A‐1 675 501に記載されている。これらによれば、反応装置横断面全体に広がる分配プレートを、両者の管板近くに配置する。この分配プレートは、1つの例では、個々の反応管または反応管のグループを囲む通過口を備える。別な例では、個々の管を囲む通過口、および/または各管の間に位置する通過口を備え、これらの通過口は反応装置中心に近いほど―反応装置中心に近いほど接触流一次圧力が減少するのに対応して―大きくなる漏斗状の入口および/または出口を持つ。両者の仕様とも、複数のさまざまな工具を使用し、きわめて製造コストがかかる。通過口のそれぞれのジオメトリーに対して、信頼性をもって圧力損失係数を決定し、遵守するのも困難である。しかし結局ここに挙げた両者の反応装置はいわゆる押し出し流反応装置であって、この場合熱媒は、反応管にほぼ長手方向に接触して流れる。その場合生じるほぼ層状の流れの場合、横断方向の管接触流の場合に生じるような渦流と比較すると、得られる熱伝達がきわめて限られる。この方法では、反応管の長手方向にそって望ましい温度プロフィールとして得られるのは、きわめて限られる。
ジャケット管反応装置の場合基本的に、押し出し流反応装置、クロスフロー反応装置(この場合熱媒は管束を1回だけ横切って流れる)、およびいわゆる半径流反応装置が区別される。半径流反応装置の場合、冒頭に述べたように熱媒は、たがいに交代するリング状およびディスク状のそらせ板にそって蛇行し、外側から内側へ、内側から外側へを繰り返して管束を通過する。純粋なクロスフロー反応装置は、サイズの小さいものだけが考えられ、今日ではほとんど用いられない。
今日通常用いられる半径流反応装置については、たとえば1997年、VDI‐熱アトラスの上の部分、またはGB‐A‐310 157など、数多くの刊行物があって、そこに設計上の指示、設計例が記載されている。前者によれば、管は製造公差に対応し、0.2〜0.8mmというせまい隙間をともなって、そらせ板の該当する穴を貫通している。すべての管がそらせ板を貫通するとき支持される配管部分を持つ構造が好ましい。
しかし冒頭に挙げた文献DE‐A‐2 201 528には、すでに次のようなリング状隙間を設けることをも記載する。すなわち、リング状およびディスク状のそらせ板において、管の周りにさまざまな寸法を取るリング状隙間である。これは、そこに生じた漏れとしての流れによって、できるだけ均一な流速と熱伝達を、上下に並ぶそらせ板の間の反応装置各セクションで得るためである。この意味でさらに進んだ記載がEP0 382 098B1に見られる。それによれば、このリング状隙間の大きさの変化づけを段階的に行うが、この隙間はその反応装置横断面全体を占める“そらせ板”(baffle plates)の中に設けられ、このそらせ板はその限りにおいてむしろ分配ディスクとみなされるものである。
そらせ板における熱媒の通過口を、下記では分流開口部と呼ぶ。これは、その通過口が反応管を囲むリング状隙間であるか、独立した通過口(リング状そらせ板中心の開口部を例外とする)であるか、それらの混合形態であるかにかかわらず、そのように呼ぶ。
EP‐A‐1 080 780は、水平な反応装置横断面における流れおよび熱の分配を均一化するための、そのほかの措置も記載する。この場合、リング状管束の内部および周辺でそらせ板に支持されない管が生じる。しかしこのような支持されない管は振動の影響を受けやすく、したがって熱媒の流速と、それに対応して管と熱媒間の熱伝達も限定される。それでなくてもこの仕様は、比較的小さい反応装置としてのみ、とくに管長も短いそのような反応装置としてのみ考慮される。
そのほか、各管のたがいに対応する横断面で等しい管壁温度を得ることは、最終的に均一な反応経過を得るのに重要である。しかしこのことは、等しい管接触流条件を得ることと同じ意味ではない。むしろ熱媒が管束を通過する通路においては、熱媒がそのとき加熱され、あるいは冷却されることを考慮に入れなければならない。管壁温度については次の式が成立する。
ここでqは、プロセスに依存するためほとんど制御不可能な局部的加熱面負荷(W/m2)である。αWarmetragerは、熱媒とその速度に依存する熱伝達係数W/m2°Kである。管壁温度TRohrwandを熱媒体温度TWarmetragerにできるだけ近似させるには、αWarmetragerをできるだけ大きくすることが重要である。項q/αWarmetragerが大きいならば、したがってTRohrwandとTWarmetragerとの差も大きいならば、発熱反応の場合は過熱の危険がある。このことは、とくに強い反応経過が生じる箇所、いわゆるホットスポット(hot spot)の場合に当てはまる。
ここでqは、プロセスに依存するためほとんど制御不可能な局部的加熱面負荷(W/m2)である。αWarmetragerは、熱媒とその速度に依存する熱伝達係数W/m2°Kである。管壁温度TRohrwandを熱媒体温度TWarmetragerにできるだけ近似させるには、αWarmetragerをできるだけ大きくすることが重要である。項q/αWarmetragerが大きいならば、したがってTRohrwandとTWarmetragerとの差も大きいならば、発熱反応の場合は過熱の危険がある。このことは、とくに強い反応経過が生じる箇所、いわゆるホットスポット(hot spot)の場合に当てはまる。
まず近似式として次が成立する。
αWarmetrager〜(wquer)n
ここでwquerは、接触流を受ける管に対する熱媒のクロスフロー速度である。したがってwquerをできるだけ大きくするべきであることが理解される。他方でwquerは、それに必要な循環ポンプ出力需要によって、制限を課される。管が振動してはならないという条件によって、制限されることもあり得る。
αWarmetrager〜(wquer)n
ここでwquerは、接触流を受ける管に対する熱媒のクロスフロー速度である。したがってwquerをできるだけ大きくするべきであることが理解される。他方でwquerは、それに必要な循環ポンプ出力需要によって、制限を課される。管が振動してはならないという条件によって、制限されることもあり得る。
そらせ板に設けられた上記の分流開口部を用いれば、隣接する管束各部分におけるクロスフロー速度を調節することができる。この場合、いずれの水平面でも完全に等しい管壁温度を得るためには、それぞれのクロスフロー速度をかならずしも一定とはしない。
これらすべてを出発点として、本発明の課題は、反応装置の各水平横断面内にあるすべての反応管について、等しい管壁温度を得るに最適な熱媒接触流条件を得ることである。
本発明は、この課題を請求項1の諸内容によって解決する。そのため有利な実施形態と発展形を従属請求項に記載したが、これらすべては、反応経過のためできるだけ等しい、制御可能な温度プロフィールを、すべての管で得られるようにするためのものである。
これらの諸措置を用いれば、個々の横断面内部で、個々の接触管における接触流と、その接触管で生じる温度プロフィールの最適化が得られる。これによりふたたび収量と選択性の改善が得られ、そして比較的小さい反応装置で間に合わせることができるようになる。それだけでなく、触媒交換の時間的間隔を長くし、かつ反応が“暴走”する危険を減らすことができる。
そのための実施例を下記に図面を用いてより詳しく説明する。
図1は、すでに述べたように、本発明の実現に適するジャケット管反応装置である。このジャケット管反応装置2は、円筒形の反応装置ジャケット4に囲まれた、直立型、リング状の反応管束6を備える。反応管束に属する管(反応管)8はその両端を、管板10および12によって密封、保持されている。この2つの管板の外側に、反応装置フード14および16が広がる。この例では上側管板10の上にあるのがガス流入側フードであり、下側管板12の下にあるのがガス流出側フードであって、管8内で反応するプロセスガスの取り入れ口、あるいは排出口のためのものである。しかしこのプロセスガスの流れ方向は逆にすることもできる。その場合、ガス流出側フードは上側に、したがってガス流入側フードは下側に位置することとなろう。
いずれの管8も、その主要部分は(ここには示さない)顆粒状触媒を充てんされ、やはりここには示さない熱媒―多くの場合は溶融塩、ときには水またはそのほかの液体熱媒―が周囲を流れる。これらの熱媒は、反応装置ジャケット4の外に設けられた循環ポンプ(ここには示さない)によって、反応装置ジャケット4を通過して循環し、そのとき循環ポンプへの主要流路またはバイパスで熱交換器(加熱器または冷却器)を通過する。
反応装置ジャケット4に対する熱媒の供給と排出は、管板10および12近辺のリング状流路18および20を経由して行われる。熱媒は、管束6を基準にしてほぼ横断方向に、すなわち半径方向に流れるものとする。このような流れは、多くの場合すでに、熱媒と管8との間の熱交換が改善されるという理由で好ましい。そのため反応装置ジャケット4の内部、リング状流路18および20の間の平面に、リング状およびディスク状のそらせ板22および24を交代に設ける。そして管8の少なくとも大部分がこのそらせ板を貫通するものとする。しかしそらせ板22および24はいわゆる分流開口部26を備え、この分流開口部は、そらせ板のたとえば管を取り巻くリング状隙間から、または独立した穴からなるものとすることができる。このことについては、後出箇所でさらに詳しく説明する。DE16 75 501 C3によれば、この分流開口部26は面取りしたものとすることができ、この面取り部分は、反応装置の半径方向においてさまざまに変化づけすることができる。
図1で反応装置ジャケット4内部の大きい方の矢印で示すように、熱媒の流れは反応装置ジャケット4内部で蛇行する経過を取る。この流れは、半径方向に外側から内側へ、内側から外側へ、交代しながら管束6を通過する。それと同時に、小さい方の矢印で示すように、熱媒の分流がいわば近道を取り、分流開口部26を通ってそらせ板22および24を通過する。分流開口部26の横断面は、反応装置中心軸から半径方向においてさまざまに変化づけするものとする。すなわち、上下に位置するそらせ板22、24の間の反応装置各セクションI〜IVにおいて、利用できる流路断面積が半径とともに変化づけされているよう考慮する。こうしてすべての管8に対して、等しい温度プロフィールを得るのに最適な流速が得られる。
全体として熱媒はこの実施例の場合、下から上に、すなわち反応ガスと反対方向に反応装置を通過する。しかし同一方向に流す方法も考えられ、場合によってはこちらを採用する。
この限りにおいて図1に示す反応装置2は従来型の種類であって、たとえばDE‐A‐2 201 528に記載されている。同様に(DE‐A‐25 59 661およびDE‐A‐27 50 824)、流体工学的観点から管束の内径を、外径の少なくとも20%、好ましくは少なくとも25%とし、すでに分流開口部には依存せずに、管束の内径と外径間の半径流速の差を制限することが知られている。
振動を防止するため、管8を一般的にはそらせ板で支持しようとする。反応装置の直径が小さいとき、熱媒の流速が小さいとき、または管がその直径の割には短いとき、このようなときだけ管を、そらせ板の少なくとも一部では支持を省略できる。
そらせ板の厚さは通常8〜20mmとする。リング状そらせ板22は好ましくは反応装置ジャケットに接するところを、たとえば2つの支持リング(図には示さない)の間で、密封取り付けされる。それに対してディスク状そらせ板24は、図示のように中心の支持管27を追加して保持される。
そらせ板間隔の数値は、すでにDE‐A‐2 201 528が意図するように、プロセス要件に応じて変えることができる。一般にそらせ板の相互間および管板に対する間隔、また分離板との間隔も、それらの平均間隔を基準にして30〜300%、好ましくは50〜200%、最も合目的には70〜130%変化づけする。
図2は図1の細部を示す。図中の矢印は、上下に位置するそらせ板22と24間の流れ、それに分流開口部26を通る流れを示す。この場合分流開口部は、パイプ用穴28から独立しているものを示す。
決められた半径上にある分流開口部26すべての流路断面積は、反応装置中心に行くにつれて増加するのが合目的である。このようにして、各そらせ板22および24間における熱媒の半径方向流れ成分、より正確にいうと法線方向平面内の熱媒流は、最適化される。この場合分流開口部またはその断面積増加は、そらせ板の種類で限定されるが、リング状そらせ板22で限定するのが好ましい。
分流開口部26を半径とともに連続的に変化づけすることは、製造技術上大きな手間がかかることになるので、図3にその例を示すように、この分流開口部は段階的に変化づけするのが合目的である。これに類似する方法がEP‐A‐0 382 098に記載されている。図3に示すように、この分流開口部は単位面積あたりの大きさと個数に変化づけすることができる。単位面積あたりの分流開口部個数は、パイプ用穴28の個数よりも、少なくとも領域ごとに小さく、あるいは大きくすることができる。この場合該当する分流開口部は、多かれ少なかれ規則的な何らかの分布状態で、パイプ用穴の間に位置する。あるいは分流開口部がそれぞれに、複数のパイプを囲むものとすることができる。
図3では、そこに示されているゾーンI、IIおよびIIIの半径方向の寸法、それに扇形AおよびBの開口角が、それぞれに等しい。しかしこれら寸法、開口角、およびゾーンまたは異なる扇形の個数は変化づけすることができる。ほかのゾーンまたはほかの扇形に移行する場合、分流開口部の計算上の流路断面積が30%以上異なるゾーンまたは扇形に移行するのが、合目的である。
図3に示す分流開口部26はパイプ用穴28の外に位置するので、管は分流開口部のいかんにかかわらずそらせ板に支持される。原則的に分流開口部26は、すでに説明したように、パイプ用穴28とは別個のものとして設けることができる。これをたとえば図4a)〜c)に示す。この場合分流開口部は円形以外の形状とすることもできる(図4c)。しかし分流開口部26は、パイプ用穴28と一体化することもできる。すなわちこのパイプ用穴につながるものとすることができる(図4d)〜f))。そのためパイプ用穴28は、片側または複数の側に拡大部分30を備えるが、この拡大部分の幅はパイプ用穴の直径より小さくするのが合目的である。しかしいずれにせよ分流開口部26は、その大きさに変化づけすることができる(図4a)〜f))。この場合分流開口部の形はここに示す例に限られない。
分流開口部26が図5のように管8を取り囲むリング状隙間からなる場合、管はその中で適切なスペーサー32によって支持されるのが合目的である。しかし管8を適切なパイプ用穴28に貫通させる場合でも、支持上の理由からはこれをできるだけわずかな遊びをもって行うべきであろう。隙間を流量測定上の理由から非常に小さくしなければならず、それでは製造技術がリーズナブルな費用を超える場合、該当するパイプ用穴28の中でその管を、図6a)のように拡幅することができる。この方法はDE−A−2 201 528に記載されているが、ただしこれは管を分離板に貫通させる場合である。この場合拡幅は、密封をさらに完全なものにするため、図6b)のようにパイプ用穴のリング状みぞ34の中で行うこともできる。
しかしジャケット管反応装置の場合に生じる問題は、流速が半径方向において不均一になるということだけではない。図7からもっともよく理解されるように、反応管8は通常そのピッチに対応する正三角形状に配置される。このような管束6が、半径方向内側から外側に、あるいはその逆に貫流を受ける場合、熱媒はその中で、いずれの方向に流れるかに従って、遭遇する流れ抵抗がさまざまに異なるものとなる。管8がたがいに一直線にならぶ(図7ではたとえば0°、60°などのとき)方向(半径方向の軸に相当する)は、管が多かれ少なかれたがいに位置をずらす方向と、交代して現れる。管8がたがいに一直線にならぶとき、熱媒が受ける偏向は比較的わずかであるが、管がたがいに位置をずらすときはいちじるしく偏向される。このとき圧力損失が高くなり、流速を低下させる。この状況は、管束の中心軸を基準として、角度間隔60°で繰り返される。管8に対する接触流条件が不均一なことにより、熱伝達の不均一を、それに対応して管束6の円周にそって管温度プロフィールの不均一を生じる。
円周方向にそって管温度がほぼ均一である場を得るには、さまざまな方法がある。たとえば分流開口部の大きさと密度を、円周方向において、さまざまに異なる接触流条件に適合させる。あるいは管束6の半径方向の密度に、その円周方向にそって変化づけする。あるいは管間隔に変化づけする。これらの措置はすべて、たがいに組み合わせることもできる。
図3には、管束6の分流開口部26であるが、半径方向においても円周方向においても変化づけされているものを示す。すなわち30°ごとに交代する扇形AおよびBにおいて、大きさおよび/または配置密度がさまざまに異なる分流開口部26を設け、これら開口部の配置は扇形中心軸に関して対称である。半径方向における分流開口部26の変化に対すると同様、円周方向における変化にも、次のことが当てはまる。すなわち製造技術上の理由から、連続的な変化よりも段階的な変化の方が好ましいということである。原則として扇形AおよびBと同様、2つ以上の異なる扇形も設けることができる。これらの幅も異なるものとすることができるが、それぞれ30°で幅が等しい2種類の扇形とするのが好ましい。
半径方向の軸にそって管接触流を均一化する第2の方法を、図8に記載する。これによれば管束6の半径方向の密度に、管束の円周にそって変化づけする。原則として管束の内側および/または外側輪郭に変化づけすることができる。図8aおよび8bは、それに適したリング状およびディスク状そらせ板のポジションの例を示す。
第3の方法として、管ピッチに対し円周にそって変化づけすることができる。図7は、規則的な三角形の管ピッチを持つ管束6の一部分を例に、その概略を示す。この場合すでに述べたように、たがいに一直線をなす管による直線的な管列を、たとえば0°および60°軸にそって設ける。他方で30°および90°軸にそっては、たがいに位置をずらした管が生じる。これらの管では熱媒がより大きな抵抗に遭遇する。それに対処するため、図7の規則的な管パターンに対して、図9のように管8の位置を部分的にずらすことを意図する。図9a)およびb)はそれぞれ、図7の点線で囲まれた部分を示す。この場合図9a)では、60°および90°軸の間にある管が、0°軸に平行で直線的な管列にそって、管の位置をずらしていることが認められる(管トランスフォーメーション)。この管トランスフォーメーションは、当然のことながら、管束の60°扇形部分ごとに、接線方向の管列すべてにそって行われる。
図9b)の管8は、直線的な管列にそってではなく、円周線にそって位置をずらしている。この場合も前者と同様、0°、30°、60°軸などの上にある管が位置をずらさないのはいうまでもない。
図7はすでに述べたように単なる図式であって、管の個数とそれに対応する管の密度は、実際の場合はるかに大きくなる。すでに述べたように、1つの反応装置だけでたとえば30000本の管数が、今日では普通である。それに対応して管板およびそらせ板においては、1つの管列にもっと多くの穴を、たとえば10個の穴を同時にあけることも、普通のことである。
この点で上記の管トランスフォーメーションは手間を煩雑にするものであるが、管数が多い場合は段階的に行うことができる。それぞれに管の位置をずらすことは、現代のコンピューター制御された穴あけ装置を用いれば難しいことではない。その場合管トランスフォーメーションは横線にそって、すなわち図9a)のように、該当する管列の方向に行うのが好ましい。いずれの場合もこの管トランスフォーメーションは、管への接触流の均一性、管法線面における管内部温度の均一性を改善する。これにより、反応生成物の収量と選択性も改善され、より小型の反応装置で間に合わせることができるようになる。
実践の場においては、管トランスフォーメーションを次のように行う。まず呼びピッチ間隔を出発点とし、ピッチの比として許容される最小限の値を考慮しながら、管ピッチ最大値と管ピッチ最小値を決定する。位置をずらした管配置をともなう軸の上では管ピッチを大きくし、一直線にならぶ管配置をともなう軸の上では管ピッチを最小とする。この周辺条件を出発点として、ピッチは連続的にも段階的にも変化づけすることができる。この場合最大管ピッチは、数値<1.3(Tnenn−Da)+Daとするのが合目的である。ここでTnennは呼びピッチ、Daは管の外径である。同様にして最小ピッチを求める。理解されるように、最大ピッチはたとえば30°および90°軸で生じ、最小ピッチは0°および60°軸で生じる。その間においてはピッチに均一な変化づけをすることができる。
コンピューター制御された穴あけ装置を利用できない場合、一種の管トランスフォーメーションを次のようにして行うこともできる。すなわち管パターンが規則的ではあるがその密度を異にする各ゾーンを、図10のように半径方向に、および/または図11のように円周方向に、たがいに接続する。この場合得られた中間スペースは、図11のようにほぼ15°軸にそって、任意に管で埋めることができる。
配管がさまざまに異なるゾーンを半径方向に接続した管配置自体は、すでにUS‐A‐4,357,991から知られている。しかしこれによれば、管はそれぞれ接線方向の管間隔が等しい同心円として配置され、その際これら管のなす各円の管の個数は、これら管の円を複数含むゾーンごとに、段階的に変化づけされている。
上記の措置のほか、DE199 09 340 A1に記載する配管においては、管直径の異なるゾーンを使用することができる。この場合管内径は、半径方向内側領域における25mmから、外側領域における30mmまで、変化を持たせることができる。そのほか管束6には、温度および必要があればそのほかの測定箇所を持ついわゆる“サーモ管”を設ける。このサーモ管は、隣接する反応管と等しい直径とすることもできるし、異なる直径とすることもできる。
上記のようにして、熱媒による管8の接触流が半径方向すなわち管法線方向である場合、渦流が形成される。しかしこのことは、当初たとえばリング状流路から熱媒が流入する際、または反応装置の1つのセクションから次のセクションに熱媒が移動する際に、接触流を受ける管にはかならずしもそのまま当てはまらない。この場合流れは、当初は依然として多かれ少なかれ層流である―これは、管法線面における熱伝達が通常は不均一であることのもう1つの理由である。
これに対処するため、図12は図1に類似するジャケット管反応装置において、次のことを意図する。それは、上記の点で問題があるすべての箇所に、渦流を生成する形状の格子38(“渦流格子”)を取り付け、流れ分配格子としても用いようというものである。渦流生成および流れ配分の両機能とも、ただ1つの格子にまとめることができる。しかし同様に格子38それぞれを、図12の上半分に示すように、2層(あるいは多層)構造とすることもできる。
同様な格子38は、図示のように、熱媒流入側リング状流路20のウィンドウ40に配置することも、あるいは水平に位置させて、そらせ板22、24の半径方向内側、および/または外側に配置することもできる。
さらには希望の状態に層状化された流れを、そらせ板22と24の間、およびそらせ板と隣接する管板との間に得るためには、これらそらせ板や管板に区切られて水平に位置する反応装置各セクション―たとえば図1のI、II、III、IV―間の移行部に、流れ案内装置を設けることができる。この流れ案内装置を図13および14に示す。図13の流れ案内装置42は上下に重なる流れの層の順序を反転する。それに対して図14の流れ案内装置44は、図15にその図式を示すように、流れの層における上下の順序を維持して、たとえば流れの最も下の層T1は流れの最も下の層のまま、以下同様とする。同様な流れ案内を行う流れ案内装置は、反応装置の中心にも周辺にも配置することができる。さらにはこのような流れ案内装置の代わりに、必要があれば混合装置を設けることができる。この混合装置は、渦流格子および/または流れ分配格子などと組み合わせることができる。図8に示すように管束6が円形でない場合、格子38、流れ案内板48、流れ案内装置42または44、混合装置などといったこれら組み込み物は、管束の輪郭に合わせることができる。
図16の場合、そらせ板22と24の間、およびそらせ板22と隣接する管板10および12との間で、その管束6領域の熱媒流をさらに制御しようとする。そしてそのために追加的な流れ案内板48を設けるが、この流れ案内板は、それが望ましければ分流開口部26に類似する分流開口部46を設け、場合によっては円錐形の傾斜を持つものとする。この流れ案内板と同様に―図16にもこれを示す―そらせ板22、24の一部あるいはすべてを、円錐形の傾斜を持つものとすることができる。この場合円錐角αは、合目的には30°以下、好ましくは20°以下、最も合目的には15°以下とする。そらせ板22、24、格子38のような組み込み物、流れ案内装置42、44、または混合装置42、44などこれらの輪郭と同様、流れ案内板48の輪郭も、場合によっては図7に示す丸くない管束6の輪郭に従うことができる。しかし半径方向において流れ案内板48の寸法は、リング状そらせ板22の寸法より通常は小さいものとする。
図17および18は、入口側リング状流路(たとえば20)のウィンドウ40に、ブレード50を設ける方法を示す。このブレードは、管束6に生じる熱媒流において、希望通りの分配と方向づけを得るためのものである。この種のブレードによってさらに、該当するウィンドウを通過する際の流れ抵抗と、循環ポンプ側に必要なポンプ出力とを低くすることができる。図18a)〜c)は、ブレード50について、形削りまたは金属板成形によるブレードとは異なる実施例を示す。
リング状流路の平面、とくに熱媒入口側リング状流路の平面で、半径流を希望の状態に制御するもう1つの方法は、該当するウィンドウ40の大きさ、形状または間隔に変化づけすることである。この場合従来型のようにウィンドウを数多く設ける代わりに、図19のように、貫通するウィンドウ40をただ1つ設け、その開口部高さを変化可能とすることができる。このウィンドウは、同時に反応装置4の膨張しろとすることができる。反応装置ジャケットの避けられない熱膨張または熱収縮は、この場合リング状流路の―通常はジャケットより薄く、したがって柔軟な―壁52および54に吸収される。このような貫通するウィンドウは、当然のことながらさらに前記のような格子またはブレードを装備することができる。
発熱性、とくに酸化性の触媒気相反応は、一時的に非常に激しく進行する傾向がある。このため“ホットスポット”(Hot Spot)を、多くの場合ガス入口側管板近辺に生じる。前記の諸措置の効果が副次的効果によって減少することについては、たとえば明らかなホットスポットの発生がその例であろうが、これを防止しようという努力として、次のようなバイパス流を設けることができる。すなわち、まだ加熱されていない、またはほとんど加熱されていない熱媒を、的をしぼってホットスポット箇所に導くバイパス流である。図20はこの目的で、複数の実施形態によるバイパス流56を設けている。たとえば(図の左半分では)このようなバイパス流路56を、外側で反応装置ジャケット4に接して設けることができる。この流路はたとえば図示するように、熱媒入口側リング状流路20につながり、リング状流路18および20のウィンドウ40と同様に、ウィンドウ58を通って反応装置4内部につながっている―図示の例では反応装置セクションII―。それが望ましければこのバイパス流路を、図20に示すように、専用のリング状流路60を経由して導くことができる。いずれにせよウィンドウ58は、それば望ましければウィンドウ40のように、格子38に類似する格子、またはブレード50に類似するブレードを備えることができる。さらに図20右半分に記載のバイパス流路56は、反応装置ジャケット4内部の専用のバイパス管62と、―非常にしばしば設けられる―中心管64とによって実現することができる。これらのまったく任意の箇所に、通過する熱媒の入口開口部と出口開口部66および68を設けることができる。WO90/06807は類似の目的で、すでに専用の中心バイパス管を開示している。
基本的には、このバイパス流を反応装置円周にわたってできるだけ均一に分配することを、目標としなければならない。そのためバイパス流路56を、そらせ板22、24においても、対応する開口部70または72によって、管束6の半径方向外部または内部に形成することができる。この場合図示のように、該当する開口部にバイパス管74を接続し、このバイパス管はそれが望ましければ、管62および64と同様に、隣接する1つまたは複数のそらせ板を経由して突出し、場合によっては任意の箇所に入口または出口開口部を備えることができる。他方ではとくに単純な開口部が、しばしば望ましい混合機能を持つ。DE100 24 342 A1では、反応装置円周に配分されたバイパス開口部として次のようなものが開示されている。それは熱媒入口側リング状流路の内部に設けられたバイパス開口部であって、そのリング状流路は、水平に位置する分離板によって上下2つの部分に区分されている。このバイパス開口部が、そらせ板で分離された反応装置各セクションに熱媒を供給する。いずれにせよバイパス開口部またはバイパス流路の流路断面積は変えることができ、こうしてたとえば触媒老化によるホットスポットの移動を計算に入れることができる。
さらに図21は―ふたたび反応装置2内部で想定される流れの発生を表す―、ガス抜き装置76の配置として、反応装置内部でそのため考えられるすべての箇所を示す。この反応装置内部とは、たとえばそらせ板22および24より下部、それらの上の管板10より下部―これはとくに熱媒が上から下に流れるとき重要である―、リング状流路18、20、場合によっては56の中である(図20)。これらのガス抜き装置76は、必要であればスロットル装置(ここには図示しない)を経由して、共通のガス排出管78に接続することができる。このガス排出管は気体/液体分離装置を備えることができるが、加熱されるものとしたい。ガス排出管78は、循環ポンプハウジングまたは独立したガス抜き容器につながるものとすることができる。この種の措置の詳細は、刊行物DIN4754およびVDI‐ガイドライン3033に記載されている。しかし塩浴の形態の熱媒は、少なくとも反応装置の外部で、たとえば窒素のような不活性ガスと意図的に重ね合わせることができる。
最後になるが、管束6の各管8内部にある触媒充てん物80は、長さ、高さ、および/またはその触媒の触媒活性を変えて、高い収量と選択性のため、さまざまに異なる熱伝達条件を考慮することもできる。図22は、管束6内部の触媒充てん物80を、上側および下側において、管束の中心軸と同軸の円錐形、かつ開口角αおよびβの当該円錐形82および84で、どのように区切ることができるかを示す。開口角αおよびβはそれぞれ、合目的には30°以下、さらに合目的には20°以下、最も合目的には15°以下とする。両者の角度は等しくすることも、異なるものとすることもできる。
上記の各措置すべては、少なくともその一部を平行して用いればはるかに合目的となる。同様にこれらの措置は、特別な形状のジャケット管反応装置の場合にも有利に用いることができる。それらの反応装置にはたとえば、DE‐A‐2 201 528に記載するようなリング状流路および熱媒循環系および/または多槽型反応装置を追加するもの、DE‐A‐25 43 758に記載するような複数の扇形部分を設置現場ではじめてつなぎ合わせるもの、DE34 09 159 A1に記載するような複数のポンプを備えるもの、DE198 06 810 A1に記載するような断熱または冷却された管板を備えるもの、DE100 21 986A1に記載するようなプロセスガスを追加して別途供給するもの、あるいはDE101 44 857 A1(追加公開)に記載するような、1つの共通の反応装置ハウジングに再反応装置を組み込んで、その中間に冷却段を接続するものがある。
この反応装置を現在の知識水準で有利に利用できるものとして、酸化、水素添加、脱水素、ニトロ化、アルキル化などのプロセスがある。その具体例としては、ケトン、メチルイソブチルケトン、メルカプタン、イソプレン、アントラキノン、o‐クレゾール、エチレンヘキサン、フルフラール、アセチレン、酢酸ビニル、塩化イソプロピル、無水ナフタル酸、塩化ビニル、オキソアルコール、Pyrotol、スチレン、シアン化水素、ポリフェニレンオキシド、ジメチルフェノール、ピリジンアルデヒド、Therban、α‐オレフィン、ビタミンB6、青酸、アニリン、蟻酸ニトラル、ジフルオロメタン、4‐メチル‐2‐ペンタノン、テトラヒドロフランの製造と、とくに下記のプロセスがある。すなわち、
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジアルデヒドとする、
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ−およびトリアルデヒドとする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ‐およびトリカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
ジュレンを酸化して無水ピロメリット酸とする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してγ‐またはβ‐ピコリンカルバルデヒドとする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してイソニコチン酸またはニコチン酸とする、
プロペンを酸化してアクロレインとする、
アクロレインを酸化してアクリル酸とする、
プロパンを酸化してアクロレインとする、
プロパンを酸化してアクリル酸とする、
ブタンを酸化してMSA(無水マレイン酸)とする、
ラフィネートを酸化してMSAとする、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸とする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸メチルとする、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
i‐ブタンを酸化してメタクリル酸とする、
ジメチルベンゼン(m、o、p)をアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジニトリルとする、
トリメチルベンゼンをアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジ‐、トリニトリルとする、
プロパンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
プロペンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
β‐ピコリンをアンモ酸化して3‐シアノピリジンとする、
γ‐ピコリンをアンモ酸化して4‐シアノピリジンとする、
メタノールを酸化してホルムアルデヒドとする、
ナフタリンおよび/またはo‐キシレンを酸化、場合によっては混合プロセスの中で酸化して無水フタル酸とする、
エタンを酸化して酢酸とする、
エタノールを酸化して酢酸とする、
ゲラニオールを酸化してシトラールとする、
エチレンを酸化して酸化エチレンとする、
プロペンを酸化して酸化プロピレンとする、
塩化水素を酸化して塩素とする、
グリコールを酸化してグリオキサールとする、および
MSAを水素添加してブタンジオールとする。
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジアルデヒドとする、
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ−およびトリアルデヒドとする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ‐およびトリカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
ジュレンを酸化して無水ピロメリット酸とする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してγ‐またはβ‐ピコリンカルバルデヒドとする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してイソニコチン酸またはニコチン酸とする、
プロペンを酸化してアクロレインとする、
アクロレインを酸化してアクリル酸とする、
プロパンを酸化してアクロレインとする、
プロパンを酸化してアクリル酸とする、
ブタンを酸化してMSA(無水マレイン酸)とする、
ラフィネートを酸化してMSAとする、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸とする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸メチルとする、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
i‐ブタンを酸化してメタクリル酸とする、
ジメチルベンゼン(m、o、p)をアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジニトリルとする、
トリメチルベンゼンをアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジ‐、トリニトリルとする、
プロパンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
プロペンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
β‐ピコリンをアンモ酸化して3‐シアノピリジンとする、
γ‐ピコリンをアンモ酸化して4‐シアノピリジンとする、
メタノールを酸化してホルムアルデヒドとする、
ナフタリンおよび/またはo‐キシレンを酸化、場合によっては混合プロセスの中で酸化して無水フタル酸とする、
エタンを酸化して酢酸とする、
エタノールを酸化して酢酸とする、
ゲラニオールを酸化してシトラールとする、
エチレンを酸化して酸化エチレンとする、
プロペンを酸化して酸化プロピレンとする、
塩化水素を酸化して塩素とする、
グリコールを酸化してグリオキサールとする、および
MSAを水素添加してブタンジオールとする。
自明のことであるが、とくに溶融塩を熱媒として用いる場合、反応装置を始動するためには、高温状態ですでに熱媒を熱媒循環系に供給し、または熱媒循環系に電熱式、蒸気加熱式、または燃焼式のヒーターを設けて、熱媒を反応装置始動に適した温度としなければならない。しかしこの方法は通常行われているものである。もう1つ自明のこととして、反応装置は熱媒循環系とともに、熱媒の排出手段と、少なくとも1つの充てん箇所とを、そのため考慮されるすべての箇所に備えなければならない。
Claims (95)
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部の少なくとも一部は、反応装置の半径にそって断面積が変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器およびやはり外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、下記の事項:
a)流れ制御手段(38、42、44、50)を、反応装置円周にそって配分し、管束(6)の外周および/または内周に設けること、
b)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束(6)の管ピッチに変化づけすること、
c)すべての半径方向において流れ抵抗を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、管束(6)の半径方向寸法に変化づけすること、
d)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板(22、24)の半径方向寸法に変化づけすること、
e)管接触流条件を制御できるようにするため、反応装置円周にそって、少なくとも一方の種類のそらせ板(22、24)において、分流開口部(26)の少なくとも1つの輪縁の横断面に変化づけすること、
の少なくとも2つが組み合わされていることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。 - 管ピッチの管外径に対する比が、平均1.14〜4、好ましくは1.2〜2、最も合目的には1.2〜1.5であることを特徴とする、請求項1に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 各そらせ板(22、24)の分流開口部(26)を通過する分流の熱媒循環量全体に対する比が、10〜80%、好ましくは10〜70%、より合目的には10〜60%、最も合目的には15〜30%であることを特徴とする、請求項1または2に記載のジャケット管反応装置(2)。
- リング状そらせ板(22)の中心通路の寸法は、熱媒のそこを通過する割合が、熱媒循環量総量の10〜100%、好ましくは10〜85%、最も合目的には20〜70%となるような寸法とすることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- ディスク状そらせ板(24)の外周と反応装置ジャケット(4)との間の通路の寸法は、熱媒のそこを通過する割合が、熱媒循環量総量の10〜100%、好ましくは15〜90%、最も合目的には20〜80%となるような寸法とすることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応装置を通る熱媒の循環量総量の設計、分流開口部(26)の設計および/または配置は、反応領域における管壁温度差が、管のほぼ法線面範囲内で15℃以下、好ましくは8℃以下、合目的には5℃以下、より合目的には2℃以下、最も合目的には1℃以下となるように行うことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管束(6)と熱媒循環量の設計は、反応装置ジャケット(4)の入口と出口間の熱媒温度差が30℃以下、好ましくは15℃以下、さらに合目的には8℃以下、最も合目的には2〜4℃となるように行うことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管束(6)内部の横断面における配管のない部分と、反応装置ジャケット内部の横断面で配管に利用できる部分全体との比が2.25〜36%、好ましくは3〜25%、最も合目的には7〜20%であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも1枚のリング状そらせ板(22)はその内側通路の面積が、少なくとも1枚のディスク状そらせ板(24)の外側通路の面積の30〜200%、好ましくは40〜150%、最も合目的には70〜120%であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- リング状そらせ板(22)および/またはディスク状そらせ板(24)がたがいに少なくとも部分的に異なることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板(22、24)の少なくとも1枚、好ましくはディスク状そらせ板(24)の少なくとも1枚が、意図的な分流(26)を生じないことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板(22、24)からそらせ板(24、22)まで、またはそらせ板(22)から管板(10、12)まで、または―多槽型反応装置の場合―そらせ板(22)から分離板までの間隔が、平均間隔の30〜300%、好ましくは50〜200%、最も合目的には70〜130%であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管(8)すべてがそらせ板(22、24)の少なくとも1枚に支持されていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくともいくつかの反応管(8)が、反応管束(6)の内側および/または外側周縁で、そらせ板(22、24)または同様なもの(48)に支持されていないことを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- ディスク状そらせ板(24)の直径が反応管束(6)の外径より大きいか、あるいは小さいことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管(8)は少なくとも一部が、そらせ板(22、24)への差し込み箇所が密封されていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記密封が拡幅によって生じていることを特徴とする、請求項16に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 拡幅による上記密封が、該当するパイプ用穴(28)の少なくとも1つのリング状みぞ(34)に対して行われていることを特徴とする、請求項17に記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板(22、24)の分流開口部(26)は少なくとも一部が、反応管(8)を囲むリング状隙間からなることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 該当する反応管(8)がリング状隙間においてスペーサー(32)に支持されていることを特徴とする、請求項19に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部(26)は少なくとも一部が、そらせ板(22、24)におけるパイプ用穴(28)に隣接して、またはパイプ用穴の間に、形成された通路からなることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部(26)は少なくとも一部が、パイプ用穴(28)の拡大部(30)からなることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記拡大部(30)の少なくとも根元の幅が、パイプ用穴(28)の直径より小さいことを特徴とする、請求項22に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部(26)の個数が、少なくとも領域ごとにおいては、パイプ用穴(28)の個数より少ないことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 個々の分流開口部(26)が複数の管(8)を囲むことを特徴とする、請求項24に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部(26)の大きさ、密度、および/または形状が、反応装置の半径方向において、およびまたはその円周方向において、変化づけされていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部の大きさ、密度、および/または形状が段階的に変化づけされていることを特徴とする、請求項26に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 分流開口部(26)が均一に、または均一な密度で配置されたゾーンが、リング状および/または扇形であることを特徴とする、請求項27に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 扇形のゾーン(図3のA、B)の開口角が30°またはそれ以下であることを特徴とする、請求項28に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも2つの上下に位置するリング状またはディスク状そらせ板(22、24)の間、あるいはそらせ板(22)と隣接する管板(10、12)または分離板との間に、少なくとも1枚の流れ案内板(48)を配置することを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 流れ案内板(48)は隣接する少なくとも1枚のそらせ板(22、24)と半径方向の寸法が異なることを特徴とする、請求項30に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 流れ案内板(48)はそらせ板(22、24)と同様に分流開口部(46)を備えることを特徴とする、請求項30または31に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管(8)の少なくともいくつかが流れ案内板(48)に支持されていることを特徴とする、請求項30〜32にいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも1枚の流れ案内板(48)が円錐形であることを特徴とする、請求項30〜33のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板(22、24)の少なくとも1枚が円錐形であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 円錐角(α)が30°以下、好ましくは20°以下、最も合目的には15°以下であることを特徴とする、請求項34または35に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 熱媒が1枚または複数枚のそらせ板(22、24)を通過するバイパス流路(56)を少なくとも1つ備えることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応装置ジャケット(4)と管束(6)との間では、リング状流路をたがいに軸方向上下に区分する隔壁内部に、および/または管束内部では配管のない部分に、少なくとも1つのバイパス流路(56)を設けることを特徴とする、請求項37に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記バイパス流路(56)の少なくとも一部は、管束(6)の範囲外および/または範囲内で、そらせ板(22、24)の少なくとも1枚に形成された開口部(70)からなることを特徴とする、請求項37または38に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも1つのバイパス流路はその少なくとも一部が、管(62、64、74)によって形成されることを特徴とする、請求項37〜39のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管(62、64、74)は、均一または不均一に分布する入口および/または出口開口部(66、68)を備えることを特徴とする、請求項40に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管(62、64)は主として、一方の管板(10、12)から他方の管板に、または管板から分離板にのびることを特徴とする、請求項41に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも1つのバイパス流路(56)は少なくともその一部が、反応装置ジャケット(4)の外部に位置することを特徴とする、請求項37〜42のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記の外部に位置するバイパス流路(56)は少なくとも1つのリング状流路(18、20、56)に接続することを特徴とする、請求項43に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 1つの反応装置横断面におけるバイパス流路(56)の寸法は、そのバイパス流路を通過するバイパス流が、熱媒循環量総量の1〜50%、好ましくは10〜40%であるような寸法であることを特徴とする、請求項37〜44のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管束(6)の半径方向内側および/または外側輪郭が1つの波線に従うことを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板における分流開口部(26)の配置が、1つまたは複数の波線に従うことを特徴とする、請求項46に記載のジャケット管反応装置(2)。
- そらせ板(22、24)の少なくともいくつかはその周縁が、管束(6)の輪郭に対応して波形の輪郭を持つことを特徴とする、請求項46または47に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 組み込み物、たとえば格子(38)、流れ案内板(48)、そのほかの流れ案内装置(42、44)、または混合装置が、管束(6)の輪郭に従うことを特徴とする、請求項46〜48のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 流れ案内板(48)の少なくともいくつかは、その内側および/または外側輪郭が、管束(6)の内側または外側輪郭に従うことを特徴とする、請求項46〜49のいずれかと、請求項28とに併せて記載のジャケット管反応装置(2)。
- 波形の輪郭それぞれが回転対称形であって、それぞれたがいに30°位置をずらした軸に関する対称性をともなうことを特徴とする、請求項46〜50のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記の波形の輪郭がその平均半径に対して最大±20%までの半径偏差を持つことを特徴とする、請求項46〜51のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記の波形の輪郭が角を丸めた六角形に準拠することを特徴とする、請求項51および52に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管ピッチが変化づけされていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管ピッチがそれぞれ均一なリング状および/または扇形ゾーンの間で、管ピッチが段階的に変化づけされていることを特徴とする、請求項54に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 扇形のゾーンの開口角が30°またはそれ以下であることを特徴とする、請求項55に記載のジャケット管反応装置(2)。
- たがいに位置がずれる管配置を持つ各軸を横切る各線にそって、管ピッチが連続して変化づけされていることを特徴とする、請求項54に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管束の中心軸と同心の円周線にそって、管ピッチが連続して変化づけされていることを特徴とする、請求項54に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管ピッチの変化の程度は、管間隔の内法寸法が、平均管間隔の最大1.4倍、好ましくは最大1.3倍となることを特徴とする、請求項54〜58のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 当該流れ制御手段は、その組織および/または構造が反応装置円周にそって変化づけされている組み込み物(38、42、44)という形態であり、かつ反応装置円周にそって変化づけされている流れプロフィールを熱媒にあたえるに適したものである、このような流れ制御手段を備えることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 組み込み物として少なくとも1つの格子(38)を備え、この格子は渦流を生じる格子、そして/または流れを分配する格子であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記の格子(38)が、熱媒供給側のリング状流路(20)と反応管束(6)との間に配置されていることを特徴とする、請求項61に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 熱媒供給側のリング状流路(20)を反応装置ジャケット(4)内部と接続するウィンドウ(40)に、上記の格子(38)が配置されていることを特徴とする、請求項61に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 格子(38)がほぼ円筒形であることを特徴とする、請求項61〜63のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 少なくとも1つのリング状またはディスク状の格子(38)が、ディスク状またはリング状そらせ板(24、22)の外側または内側に接続することを特徴とする、請求項61〜64のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 格子(38)が多重構造であることを特徴とする、請求項61〜65のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 格子(38)が、反応装置の円周方向および/または長手方向において変化づけされている流れ抵抗を持つことを特徴とする、請求項61〜66のいずれかと、請求項60とに併せて記載のジャケット管反応装置(2)。
- リング状流路(18、20)と反応装置ジャケット(4)内部との結合を形成するウィンドウ(40)が、反応装置円周にそって、高さ、幅、および/または、軸方向および/または円周方向の間隔に、変化づけされていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 流れ制御手段を備えるが、この場合そらせ板(22、24)に分離された軸方向を向く反応装置セクション(I、II、III、IV)があり、その2つのセクションの移行部に設けられた少なくとも1つの流れ案内装置(42、44)がその流れ制御手段であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 該当する反応装置セクション(I、II、III、IV)内で流れの層の上下の順序を維持するため、流れ案内装置(44)がそれに対応して形成されていることを特徴とする、請求項69に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 該当する反応装置セクション(I、II、III、IV)内で流れの層の上下の順序を逆転するため、流れ案内装置(42)がそれに対応して形成されていることを特徴とする、請求項70に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 流れ制御手段を備えるが、この場合そらせ板(22、24)に分離された、軸方向を向く反応装置セクション(I、II、III、IV)があって、その2つのセクションの移行部および/またはこれらセクションへの熱媒入口に設けられた、少なくとも1つの混合装置がこの流れ制御手段であることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 混合特性と通過特性を異にする複数の混合装置が、円周方向に順次並ぶことを特徴とする、請求項72に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 反応管束(6)の各管(8)が触媒充てん物(80)を異にすることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 触媒充てん物(80)が触媒の種類、量、および/または触媒活性において変化づけされることを特徴とする、請求項74に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 触媒充てん物(80)が管(8)内の軸方向の位置において変化づけされることを特徴とする、請求項74または75に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 触媒充てん物(80)が管束(6)の中心軸を基準とする半径方向において変化づけされていることを特徴とする、請求項74〜76のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 管束(6)の触媒充てん物(80)全体としての上側および/または下側境界はほぼ円錐形に準じることを特徴とする、請求項74〜77のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記各円錐の開口角(α、β)は30°以下、好ましくは20°以下、最も合目的には15°以下であることを特徴とする、請求項78に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 熱媒入口側のリング状流路(20)を反応装置ジャケット(4)内部と接続するウィンドウ(40)内の案内面、そして/または同ウィンドウに接する案内面である流れ制御手段を備えることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記案内面は少なくとも一部がウィンドウ(40)の周縁によって形成されることを特徴とする、請求項80に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記案内面は、ウィンドウ(40)内部に配置され、そして/または同ウィンドウに接続するブレード(50)によって形成されることを特徴とする、請求項80または81に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記案内面はジャケット管反応装置の円周にそって形状および/または位置を変化させることを特徴とする、請求項80〜82に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 接触管(8)における熱伝達係数が、少なくとも1000、好ましくは少なくとも1500、さらに合目的には少なくとも2000、最も合目的には少なくとも2500(W/m2°K)に設定されていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- リング状流路(18、20)の少なくとも1つが、1つのウィンドウ(40)を反応装置ジャケット(4)のための膨張しろとして備え、このウィンドウは、反応装置円周にそって一巡し、場合によってはその高さが変化づけされていることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 熱媒循環系からのガス収集に問題を生じる箇所のためガス抜き装置(76)を備えることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 上記のガス抜き装置(76)が、必要であればスロットル装置を経由して、共通のガス排出管(78)に接続されていることを特徴とする、請求項86に記載のジャケット管反応装置(2)。
- 熱媒は塩浴の場合不活性ガスと、たとえば窒素と重複して用いられることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置(2)。
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部の少なくとも一部は、反応装置半径にそって断面積が変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器および外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、渦流を促進する流れ制御手段(38、42、44、50)を備え、この流れ制御手段は反応装置円周にそって延びまたは分布し、かつ管束(6)の外周および/または内周に設けられたブレード(50)および/または格子(38)であることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部の少なくとも一部は、反応装置半径にそって断面積が変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器および外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、流れ抵抗を制御できるようにするため、管束(6)の管ピッチがほぼ反応装置円周にそって変化づけされていることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部の少なくとも一部は、反応装置半径にそって断面積が変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器および外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、流れ抵抗を制御できるようにするため、管束(6)および/または少なくとも一方の種類のそらせ板(22、24)の半径方向寸法が、反応装置円周にそって変化づけされていることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、反応管束(6)の管(8)をそれぞれに囲む分流開口部(26)を備え、この分流開口部は少なくとも一部が、反応装置半径にそって断面積に変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器および外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、反応管束(6)のすべての管(8)がそらせ板(22、24)の少なくとも1枚に支持されていることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。
- 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置(2)において、すなわち反応管束(6)とそらせ板(22、24)とそしてリング状流路(18、20)とを備え、第1にこの反応管束はリング状かつ垂直であり、ほぼ円筒形の反応装置ジャケット(4)に囲まれ、熱媒の接触流を受け、第2にそらせ板は熱媒のためのものであって、リング状のそらせ板とディスク状のそらせ板が交代に設けられ、熱媒が通過するための分流開口部(26)を備え、この分流開口部は少なくとも一部が、反応装置半径にそって断面積に変化づけされており、第3にリング状流路は、反応装置ジャケットの少なくとも両末端に設けられ、周辺から熱媒を供給または排出するため、外部に設けられた1つの熱交換器および外部に設けられた少なくとも1つのポンプに接続されている、上記のジャケット管反応装置において、管接触流条件を制御できるようにするため、少なくとも一方の種類のそらせ板(22、24)における分流開口部(26)の少なくとも1つの輪縁について、反応装置円周にそって断面積が変化づけされていることを特徴とする、上記のジャケット管反応装置。
- 酸化、水素添加、脱水素、ニトロ化、アルキル化などのプロセスに用いられることを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
- ケトン、メチルイソブチルケトン、メルカプタン、イソプレン、アントラキノン、o‐クレゾール、エチレンヘキサン、フルフラール、アセチレン、酢酸ビニル、塩化イソプロピル、無水ナフタル酸、塩化ビニル、オキソアルコール、Pyrotol、スチレン、シアン化水素、ポリフェニレンオキシド、ジメチルフェノール、ピリジンアルデヒド、Therban、α‐オレフィン、ビタミンB6、青酸、アニリン、蟻酸ニトラル、ジフルオロメタン、4‐メチル‐2‐ペンタノン、テトラヒドロフランを製造するため、およびとくに下記のプロセスのため、すなわち、
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジアルデヒドとすること、
ジメチルベンゼン(m、o、p)を酸化してそれぞれのモノ‐およびジカルボン酸、またはそれらの無水物とすること、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ−およびトリアルデヒドとすること、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ‐およびトリカルボン酸、またはそれらの無水物とすること、
ジュレンを酸化してピロメリット酸とすること、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してγ‐またはβ‐ピコリンカルバルデヒドとすること、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してイソニコチン酸またはニコチン酸とすること、
プロペンを酸化してアクロレインとすること、
アクロレインを酸化してアクリル酸とすること、
プロパンを酸化してアクロレインとすること、
プロパンを酸化してアクリル酸とすること、
ブタンを酸化してMSA(無水マレイン酸)とすること、
ラフィネートを酸化してMSAとすること、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとすること、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸とすること、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸メチルとすること、
i‐ブタンを酸化してメタクロレインとすること、
i‐ブタンを酸化してメタクリル酸とすること、
ジメチルベンゼン(m、o、p)をアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジニトリルとすること、
トリメチルベンゼンをアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジ‐、トリニトリルとすること、
プロパンをアンモ酸化してアクリルニトリルとすること、
プロペンをアンモ酸化してアクリルニトリルとすること、
β‐ピコリンをアンモ酸化して3‐シアノピリジンとすること、
γ‐ピコリンをアンモ酸化して4‐シアノピリジンとすること、
メタノールを酸化してホルムアルデヒドとすること、
ナフタリンおよび/またはo‐キシレンを酸化、場合によっては混合プロセスの中で酸化して無水フタル酸とすること、
エタンを酸化して酢酸とすること、
エタノールを酸化して酢酸とすること、
ゲラニオールを酸化してシトラールとすること、
エチレンを酸化して酸化エチレンとすること、
プロペンを酸化して酸化プロピレンとすること、
塩化水素を酸化して塩素とすること、
グリコールを酸化してグリオキサールとすること、および
MSAを水素添加してブタンジオールとすることのために用いることを特徴とする、請求項94に記載のジャケット管反応装置(2)。
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