JP2007516074A - 合成用反応器に酸素を噴射導入する方法および装置 - Google Patents

合成用反応器に酸素を噴射導入する方法および装置 Download PDF

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Abstract

【解決手段】 本発明は、触媒床を通過する混合ガスの実質的に軸方向の貫流のある合成反応器、例えば酸化脱水素反応用の合成反応器の内に酸素を噴射する方法において、酸素が純粋な状態で、あるいは空気として、あるいは不活性ガスまたは水蒸気との混合状態で触媒床上に配置された環状分配装置系に供給され、かつ環状分配装置系内で多数の吹出し口から、垂線から偏った傾斜する角度で触媒表面に噴射されることを特徴とする方法に関する。

Description

本発明は触媒床を通過する混合ガスの実質的に軸方向の貫流のある合成用反応器、例えば酸化脱水素反応の合成反応器の内に酸素を噴射する方法および装置に関する。
反応器内で、被処理ガスに追加的に酸素が供給される一連の触媒法、例えばいわゆるプロパンあるいはブタンの酸化脱水素反応が存在する。この酸化脱水素反応の場合には、酸素は酸化脱水素反応器内において触媒内に入る前に、流入するガスに混合される。特に触媒内に流入するガスと酸素の不均一な混合が不満足な結果をもたらすことがわかった。言い換えれば例えば触媒上にカーボンが生じるか、あるいは価値のある物質の収率、例えばプロピレンの収率を不十分にすることがわかった。
ドイツ国特許出願公開第４３３３３７２号明細書 米国特許第５９３５４８９号明細書 米国特許第２５１８５８３号明細書 米国特許第２８０９９８１号明細書 米国特許第２９５４２８１号明細書 米国特許第２５８４３９１号明細書 米国特許第２６３２６９２号明細書 米国特許第３２０８８３３号明細書 米国特許第３６８５９７１号明細書 ＷＯ ０１／７６７３１−Ａ１号明細書
本発明の課題は、触媒、特に酸化脱水素法用触媒に酸素を混入および十分に混合するのを著しく改善することである。
冒頭に記載の方法により、上述の本発明の課題は、酸素が触媒床上に配置された環状分配装置系に供給され、かつ環状分配装置系内で多数の吹出し口から、垂線から偏った傾斜した角度で触媒表面に噴射されることにより解決される。その際に酸素は純粋な状態で、あるいは空気として、あるいは不活性ガスまたは水蒸気との混合状態で存在してもよい。
このような方法により、１００ｍｓ未満のきわめて短時間内に十分な混合が行なわれ、その結果化学量論的に過剰の酸素濃度を有する領域内での反応時間、および非触媒反応が最少になることがわかった。自由空域内で混合が行なわれ、かつ酸素の多い混合物が壁あるいは触媒と接触しないので、噴射される酸素による材料の損傷が最少になる。
本発明の実施形態は従属形式の請求項から明らかである。
反応器の構造次第で、酸素の噴射は反応器の中心方向だけでまたは反応器壁の方向だけでまたは正接方向でも行われる。その際に勿論、酸素の流入方向はこれらの一つの方向だけでなくこれらの別の方向にも同時に、場合によっては色々な軸平面において行なう変法もある。例えば既に存在するそれぞれの反応器構造方式の装置を改良する際に色々な噴出角度で適合させることができる。
特に有利な一つの実施形態は、酸素の噴射が正接方向でおよび環状分配装置の環状物毎に環状分配装置の環状物から環成物へ変化する方向で行なわれることを本質とする変法である。
別の変法は、酸素の噴射が触媒床上約５０〜３００ｍｍの平面で行なわれことを本質とし、その際にこの噴射は触媒床の上方の空域内での１秒以内の酸素滞留時間を保証する。
本発明は、環状分配装置が吹出し口を備えかつ触媒床上の多数の集中する管路よりなり、この場合吹出し口が垂線から偏った傾斜した角度で触媒表面上に酸素を吹き出すために形成されていることを特徴とする、上述の課題を解決するための装置にも関する。
ガス吹出し口が穿孔あるいはノズルとして形成されていてもよい。
ここで従来技術に関して、若干の引用文献を挙げて言及する。例えば特許文献１はメタンが含まれたガス混合物からオレフィンを製造する方法を開示しており、特許文献２は部分的な酸化を伴う合成ガス製造のための方法及び装置を紹介しており、あるいは特許文献３〜５がこの方法及び装置を紹介している。特許文献６は、反応器の流動床内における固体粒子とガス状粒子の間の効果的接触を達成するために、垂線から偏った方向に反応成分を噴射することを採用している。特許文献７、８、９は触媒床の上または間に液体を分配するための装置を示している。らせん状分配装置は特許文献１０に示されている。
本発明の構造的実施態様は装置に関する従属項から明らかである。
本発明の他の特徴、詳細及び長所を、後述の説明ならびに図によってさらに説明する。
図１は本発明の装置の非常に簡単な概略図であり、
図２は酸素供給用の環状分配装置システムの断面図としての詳細拡大図である。
図３および４は、触媒床への酸素粒子の２つの噴射流の異なる衝突角度における上向流方向の概略図である。
図１に断面で概略的に示し、かつ１で全体的に表示した酸化反応器は、ガス流入管路２を備え、このガス流入管路２は水平に配置した触媒３を中心で貫通し、この場合反応器中の触媒床の上方にガスドーム状室４が形成されている。
中心のガス導入管２は、純粋な状態の、空気としてのあるいは不活性ガスまたは水蒸気との混合状態の酸素のための環状分配装置５で囲まれており、この場合この環状管路５は、吹出し口６を備え、かつ触媒３の上方に配置されている多数の管路７に供給する。吹出し口６は、その都度の酸素噴射流が垂線から偏った角度で触媒表面に衝突するように設けられている。図３には垂直方向での衝突状況を図示しそして図４では本発明に従う衝突状況を図示している。
図１において、環状分配装置５内への酸素給気は矢印８により表示してあり、反応器からのガス放出はアウトラインだけを示し、矢印９により表示してある。
触媒床への図４に示した傾斜した酸素噴射流の吹き出し方向によって、酸素含有ガスの大空間還流を避けることが達成される。
図３に示す通り、触媒上で垂直に噴射した場合に隣の反射流と互いに衝突し合い、それによって循環が弱められ得る。
勿論、本発明の上記の実施例は、基本思想から離れずに、様々な観点において変更することができるのはいうまでもない。特に放出角度は反応器の構造次第で、図示した以外のものも選択することができる。
本発明の非常に簡単化した装置の図である。 酸素供給用の環状分配装置システムの断面図としての詳細拡大図である。 触媒床への酸素粒子の２つの噴射流の異なる衝突角度における上向流方向の概略図である。 触媒床への酸素粒子の２つの噴射流の異なる衝突角度における上向流方向の概略図である。
符号の説明
１・・・酸化反応器
２・・・ガス導入管
３・・・触媒床
４・・・ガスドーム状室
５・・・環状分配装置
６・・・ガス吹き出し口
７・・・管路
８、９・・・矢印

Claims (10)

  1. 触媒床を通過する混合ガスの実質的に軸方向の貫流のある合成反応器、例えば酸化脱水素反応用の合成反応器の内に酸素を噴射する方法において、酸素が純粋な状態で、あるいは空気として、あるいは不活性ガスまたは水蒸気との混合状態で触媒床上に配置された環状分配装置系に供給され、かつ環状分配装置系内で多数の吹出し口から、垂線から偏った傾斜する角度で触媒表面に噴射されることを特徴とする方法。
  2. 酸素の噴射が、反応器の中心方向におよび／または反応器壁の方向におよび／または正接方向に行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 酸素の噴射が、正接方向でそして環状分配装置の環毎に環状分配装置の環から環へ変化する方向で行われる、請求項１または２に記載の方法。
  4. 酸素の噴射が、触媒床の上方約５０〜３００ｍｍで行なわれ、この噴射が触媒床の上方の空域内において１秒以内の酸素滞留時間を保証することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
  5. 触媒床を通過する混合ガスの実質的に軸方向の貫流のある合成反応器、例えば酸化脱水素反応用の合成反応器内に酸素を噴射する、特に請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法を実施するための装置において、
    環状分配装置が吹出し口（６）を備えかつ触媒床（３）上の多数の集中する管路（７）よりなり、この場合垂線から偏った傾斜した角度で酸素を吹き出すための吹出し口（６）が触媒表面上に形成されていることを特徴とする上記装置。
  6. 触媒床が中央に配置されておりそして触媒床の上に混合ドームを有する請求項５に記載の装置において、中央のガス供給管（２）を取り囲む酸素の環状分配装置（７）を特徴とする、上記装置。
  7. 環状分配装置がガス吹き出し口を有する多数の共軸配置された環状管（７）で形成されており、該ガス吹き出し口（６）が反応器中心への方向におよび／または反応器壁方向におよび／または正接方向のガス流を保証する、請求項５または６に記載の装置。
  8. 隣接したガス吹出し口（６）が様々な流動物吹出し方向を有していることを特徴とする請求項５〜７いずれか一つに記載の装置。
  9. ガス吹出し口（６）が隣接した環状管路の隣接した吹出し口に対して互い違いの順序で整向されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の装置。
  10. ガス吹出し口（６）が穿孔あるいはノズルとして形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一つに記載の装置。
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