JP2007268328A

JP2007268328A - 温度測定装置又はその保護管の設置方法

Info

Publication number: JP2007268328A
Application number: JP2006093744A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Suyasu; 範明須安; Koichi Nagai; 功一永井
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP4582039B2

Abstract

【課題】反応管に固体粒子を充填して反応を行う際、温度測定装置を反応管断面の中心部に位置させることができ、かつ反応管内の温度を正確に測定することができるように、反応管内に温度測定装置を設置する。
【解決手段】反応管に固体粒子を充填する際、反応管に、温度測定装置又はその保護管と、これを反応管の軸線方向に垂直な断面の中心部に位置させるためのガイドを挿入し、次いでこのガイドを引き取りながら、固体粒子を充填する。
【選択図】なし

Description

本発明は、反応管に固体粒子を充填する際、反応管内に温度測定装置又はその保護管を設置する方法に関する。

工業的規模での固定床反応は、伝熱面積を大きくできることから、多管式反応器を用いて行われることが多く、具体的には、反応管に触媒粒子や不活性粒子等の固体粒子を充填し、ここに原料流体を導入することで反応が行われ、かつ反応器胴内の反応管と反応管の間の空隙には、伝熱媒体を存在させることで反応管の加熱又は冷却が行われる。また、上記充填の際、通常、一部の反応管内には、温度測定装置が設置され、これにより反応管内の温度や、その軸線方向の分布、すなわち温度プロフィールを知ることができる。また、この温度測定装置の設置は、これを保護するための保護管を上記充填の際に反応管内に設置しておき、その後、この保護管に温度測定装置を挿入することにより行われることもある。

このように多管式反応器を用いて固定床反応を行う場合、通常、反応管の軸線方向に垂直な断面（以下、このような軸線方向に垂直な断面を、単に断面ということがある）においては、反応管の外周部で胴側の伝熱媒体により熱交換が行われることに起因して、中心部から周縁部に向けて温度分布が存在することになるので、温度測定装置を反応管の断面の中心部に位置させないと、温度測定装置が設置された各反応管の測定温度に、ばらつきが生じてしまうという問題がある。このため、例えば特開２００３−１０９４号公報（特許文献１）には、温度測定装置に振れ止めを設けることにより、温度測定装置を反応管断面の中心部に位置させ易くすることが開示されている。

特開２００３−１０９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示の如く、温度測定装置に振れ止めを設けると、この振れ止めを介して、胴側の伝熱媒体と温度測定装置の間で熱交換が起こり易くなるため、特に振れ止めが設けられた箇所やその周辺において、温度を正確に測定し難くなる。そこで、本発明の目的は、反応管に固体粒子を充填して反応を行う際、温度測定装置を反応管断面の中心部に位置させることができ、かつ反応管内の温度を正確に測定することができるように、反応管内に温度測定装置を設置する方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、温度測定装置又はその保護管を反応管断面の中心部に位置させるために、ガイドを使用し、このガイドを温度測定装置又はその保護管と共に反応管に挿入し、次いでこのガイドを引き取りながら固体粒子を充填することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、反応管に固体粒子を充填する際、反応管内に温度測定装置又はその保護管を設置する方法であって、反応管に、温度測定装置又はその保護管と、これを反応管の軸線方向に垂直な断面の中心部に位置させるためのガイドを挿入し、次いでこのガイドを引き取りながら、固体粒子を充填することを特徴とする温度測定装置又はその保護管の設置方法を提供するものである。

本発明によれば、反応管に固体粒子を充填して反応を行う際、温度測定装置を反応管断面の中心部に位置させることができ、かつ反応管内の温度を正確に測定するとこができる。

本発明において反応管に充填される固体粒子としては、例えば、成形触媒や担持触媒の如き触媒粒子や、不活性粒子等が挙げられる。成形触媒を用いる場合、その形状としては、例えば、円柱状、球状、リング状等が挙げられ、これらの形状は、例えば、打錠機、押出成形機、転動造粒機等、通常の成形機を用いて付与することができる。また、担持触媒を用いる場合、その担体の形状としては、上記成形触媒同様、例えば、円柱状、球状、リング状等が挙げられ、その担体の種類としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア等が挙げられる。なお、不活性粒子は、通常、触媒粒子を希釈するためや、触媒層の前後に加熱や冷却、触媒層の分割などのための不活性層を形成するために充填されるが、例えば無触媒反応を行う場合等、不活性粒子のみを充填する場合もある。また、その形状については、上記触媒粒子の形状と同様とすることができる。

本発明では、上記のような固体粒子を反応管に充填する際、反応管内に温度測定装置を設置する。この温度測定装置としては、熱電対や抵抗温度計が好ましく用いられる。温度測定装置の形状は、通常、丸棒状であり、その断面の直径は、反応管断面の内径の０．２倍以下であるのがよい。

温度測定装置の温度検出部は、１点式であってもよいし、多点式であってもよい。温度検出部が１点式である温度測定装置を用いる場合、該温度測定装置を反応管の軸線方向に移動させることにより、温度プロフィールを知ることができる。また、温度検出部が多点式である温度測定装置を用いる場合、該温度測定装置を固定したままで、温度プロフィールを知ることができるが、該温度測定装置を反応管の軸線方向に移動させることにより、より広範囲の温度プロフィールを知ることができる。

反応管に固体粒子を充填する際、温度測定装置に代えて、これを保護するための保護管を反応管内に設置しておき、その後、この保護管に温度測定装置を挿入することで、反応管内に温度測定装置を設置することもできる。このように、温度測定装置が保護管に挿入された状態で反応管内に設置されていると、温度測定装置の反応管の軸線方向に移動させ易くなって、好ましい。もちろん、温度測定装置を保護管に挿入した状態で、固体粒子充填時に設置することも可能である。保護管の断面の外径は、反応管断面の内径の０．３倍以下であるのよく、その断面の内径は、温度測定装置の断面の直径の１．５倍以下であるのがよい。

そして、本発明では、反応管内に設置される温度測定装置又はその保護管を、反応管断面の中心部に位置させるために、ガイドを使用する。ガイドの形状は、固体粒子充填の弊害にならなければ特に限定されないが、温度測定装置又はその保護管を通すことが可能なチューブに、これを反応管断面の中心部に位置させるための振れ止めが設けられているものが、好ましく用いられる。チューブの断面の外径は、反応管断面の内径の０．４倍以下であるのがよく、その断面の内径は、温度測定装置の断面の直径又は保護管の断面の外径の１．５倍以下程度であるのがよい。また、チューブの長さは、固体粒子が充填時にブロッキングしない程度の長さであればよく、反応管の長さにもよるが、通常２０〜１００ｍｍ程度である。なお、ガイドには通常、金属製、例えばＳＵＳ３０４の如きステンレス製のものが用いられる。

図１に、本発明で用いることができるガイドの模式図を示す。（１ａ）は、チューブ２に、振れ止め３が等間隔で放射状に４個、すなわち十字状に設けられてなるガイドの断面図であり、振れ止め３は、その各先端が反応管１の内面に接するか、若干離れる程度の幅を有している。振れ止め３は、典型的には、羽根のような板状であり、例えば、（１ｂ）の如く、対向する２枚がチューブ２の全長の上半分にわたって設けられ、別の対向する２枚がチューブ２の全長の下半分にわたって設けられていてもよいし、（１ｃ）の如く、４枚がチューブ２の全長にわたって設けられていてもよい。また、振れ止め３として、（１ｂ）や（１ｃ）の如き板状のものに代えて、（１ｄ）の如きワイヤー状のものを、チューブ２に取り付けることも可能である。振れ止め３は、あまり多いと、固体粒子が充填時にブロッキングし易くなるので、２〜４個程度であるのがよい。上記（１ａ）〜（１ｄ）の４個の例と同様に、（２ａ）〜（２ｄ）に３個の例を示し、（３ａ）〜（３ｄ）に２個の例を示す。

反応管に固体粒子を充填する際、温度測定装置又はその保護管と、上記の如きガイドを反応管に挿入し、次いでガイドを引き取りながら、固体粒子を充填することで、反応管内に温度測定装置又はその保護管を、これが反応管断面の中心部に位置するように、設置することができる。そして、こうして反応管内に設置される温度測定装置又はその保護管は、その断面の中心点と反応管の断面の中心点との距離が、反応管の断面の直径の１５％以内となるように、反応管断面の中心部に位置しているのが好ましい。

典型的には、反応管をほぼ鉛直に立て、必要により所定量の固体粒子を充填した後、温度測定装置又はその保護管をガイドに通して反応管に挿入し、次いでガイドを引き上げながら、固体粒子を充填し、ガイドを取り出せばよい。固体粒子の充填中、その充填層の上端より５〜１００ｃｍ程度上方に、ガイドの下端が位置するようにしながら、ガイドを引き上げるのがよく、また、ガイドの引き上げは、その一端に例えばステンレス線の如き金属線を取り付け、これを引き上げることにより行えばよい。ガイドは、最終的に反応管から取り出され、特許文献１に開示の振れ止めの如く、反応管内に残ることはないので、これを介して伝熱媒体と温度測定装置の間で熱交換が起こる心配もなく、反応管内の温度を正確に測定でき、さらには温度プロフィール知ることができる。

本発明の方法は、各種固定床反応、特に酸化反応に適用することができ、例えば、プロピレン又はプロパンを原料とするアクロレインの製造、アクロレインを原料とするアクリル酸の製造、イソブチレン、ｔ−ブチルアルコール又はイソブタンを原料とするメタクロレインの製造、メタクロレインを原料とするメタクリル酸の製造、ｏ−キシレンを原料とする無水フタル酸の製造、塩化水素を原料とする塩素の製造などに適用することができる。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれによって限定されるものではない。

実施例１
内径３０ｍｍ、長さ５０００ｍｍの反応管を鉛直に立て、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ、長さ５ｍの温度測定装置用保護管を、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ５０ｍｍのチューブに４枚の羽根〔図１の（１ｂ）参照〕が設けられてなるガイドに通して、上記反応管に挿入した。次いで、ガイドを引き上げながら、リン、モリブデン、バナジウム、アンチモン、銅及びセシウムをそれぞれ１．５、１２、０．５、０．５、０．３及び１．４の原子比で含むケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなる直径５ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱状の押出成形触媒２０００ｇを反応管に充填した。この充填の間、充填層上端とガイドの下端との距離は、５００ｍｍに保った。

上記充填層に、メタクロレイン３容量％、酸素９容量％、水蒸気１１容量％及び窒素７７容量％からなる原料ガスを、接触４秒で導入して、メタクロレインの気相接触酸化反応を行った。この間、反応管の外部に設けられた熱倍浴の温度は２８０℃とした。また、先に反応管内に設置した保護管には、直径３ｍｍ、長さ５０００ｍｍ、検出部５点（先端８０ｃｍに２０ｃｍ間隔）の温度計装置を挿入し、これを移動させて各位置の温度を測定し、横軸に反応管入口側からの距離（ｍｍ）を取り、縦軸にその位置での温度（℃）を取ってグラフ化し、得られた温度プロフィールを図２に示した。

比較例１
ガイドを使用せず、保護管が反応管断面の中心部に位置するように、目視しながら触媒を充填した以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られた温度プロフィールを図３に示した。

参考例１
方程式解法ソフト（株式会社オメガシミュレーションのＥＱＵＡＴＲＡＮ−Ｇ）を用いて、実施例１と同じ条件でのメタクロレインの気相接触酸化反応のシミュレーションを行った。得られた温度プロフィールを表４に示した。

図２〜４に示すように、保護管の設置にガイドを使用した実施例１の温度プロフィールは、シミュレーションによる参考例１の温度プロフィールとよく似ており、保護管が反応管断面の中心部に設置されていることが伺えるのに対し、保護管の設置にガイドを使用しなかった比較例１の温度プロフィールは、なだらかで低く、シミュレーションによる参考例１の温度プロフィールと似ておらず、保護管が反応管断面の中心部からずれて設置されていることが伺える。

本発明で用いられるガイドの例を模式的に示す断面図ないし側面図である。実施例１の温度プロフィールを示すグラフである。比較例１の温度プロフィールを示すグラフである。参考例１の温度プロフィールを示すグラフである。

符号の説明

１・・・反応管、２・・・チューブ、３・・・振れ止め。

Claims

反応管に固体粒子を充填する際、反応管内に温度測定装置又はその保護管を設置する方法であって、
反応管に、温度測定装置又はその保護管と、これを反応管の軸線方向に垂直な断面の中心部に位置させるためのガイドを挿入し、次いでこのガイドを引き取りながら、固体粒子を充填することを特徴とする温度測定装置又はその保護管の設置方法。
前記ガイドは、チューブに振れ止めが設けられてなる請求項１に記載の方法。