JP2008514405A - 成形粒子を選択するプロセス、システムを取り付けるプロセス、このようなシステム内で気体原料を反応させるプロセス、コンピュータプログラム製品、およびコンピュータシステム - Google Patents

Abstract

成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管内において使用するための成形粒子を選択するプロセス。充填床の１つ以上の特性の所望の値が定義される。成形粒子の寸法は、計算された寸法を有する成形粒子の管内の充填床が、所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たすように計算され、成形粒子は、計算された寸法に従って選択される。充填床の特性は、成形粒子により占有される体積分率、充填密度、および充填床を貫流する気体の抵抗とすることができる。

Description

本発明は、成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を含むシステムにおいて使用するための成形粒子を選択するプロセスに関する。本発明は、さらに、システムを取り付ける方法にも関係し、方法は、成形粒子を選択し、管内に充填床を形成するために選択されたとおりに成形粒子を管に充填することを含む。本発明は、さらに、そうして取り付けられたシステム内で気体原料を反応させるプロセスにも関係し、この場合、成形粒子は、原料を反応させるのに好適な触媒粒子である。特に、触媒は、担体上に銀を含み、気体原料を反応させるプロセスは、オレフィンのエポキシ化のプロセスである。本発明は、さらに、コンピュータプログラム製品およびコンピュータシステムにも関係する。

酸化エチレンは、エチレングリコール、エチレングリコールエーテル、エタノールアミン、および洗剤などの化学物質を作るための原料として使用される重要な工業用化学物質である。他の工業的に重要な酸化オレフィンとしては、例えば、酸化プロピレンおよび酸化ブタジエンがある。酸化オレフィンを製造する方法は、酸素でオレフィンを触媒部分酸化させて酸化オレフィンを生成するもので、これ以降「オレフィンエポキシ化」と呼ぶ。こうして製造される酸化オレフィンを、水、アルコール、またはアミンと反応させ、１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、またはアルカノールアミンを生成することができる。

オレフィンエポキシ化の一般的に適用される方法では、オレフィンおよび酸素を含有する気体原料流が、１つ以上の反応器管内に配置されている成形触媒粒子の充填床の上に通される。触媒は、一般に、担体上の銀を含む。充填床の流れへの抵抗に打ち勝つために、原料流は圧縮される。通常運転時に、触媒は、経時劣化に関係する性能低下を被る。経時劣化は、触媒の活性の減少という形で現れる。通常、触媒の活性の減少が露わになった場合、反応温度を高めて、活性の減少を補う。反応温度は、望ましくない高さまで上げることができ、この時点で、触媒は、寿命が来たとみなされ、交換が必要になる。

触媒の交換が必要になった場合、オレフィンエポキシ化プロセスの経済的な観点から最適な運転の条件を再検討する機会が与えられる。このような最適な条件は、プロセスの運転の経済性が変わったのに伴って変化している可能性がある。例えば、経済性は、原料流の構成成分として使用されるオレフィンおよび／または酸素の価格の変更、酸化オレフィン、１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、およびアルカノールアミン製品のうちの１つ以上の価格の変更、および／または例えば原料流の圧縮に使用されるエネルギーの価格の変更の結果として変わってしまった可能性がある。さらに、このプロセスを新しい工場で運転する上で、経済的に最適な運転の条件が検討されなければならない。

一態様では、経済的に最適な運転条件の検討は、一方における反応器管内の大量の成形触媒粒子を充填することにより高い生産性をもたらす潜在力の確保と、他方における圧縮コストを極小化する、充填床にかかる差圧の低減とのバランスを伴う。反応器管に充填された成形触媒粒子の量は、触媒粒子により占有される充填床の体積分率として、または充填密度により表すことができる。言うまでもないことだが、一般的に、反応器管内に成形触媒粒子のより多くの量を充填し、流量を維持することと、触媒床にかかる差圧が高いこと、したがって、圧縮コストが高くなることとは同調する。

反応器管内の充填床の寸法と触媒粒子の形状が与えられたとすると、充填床に充填された成形触媒粒子の量と充填床にかかる差圧は、触媒粒子の寸法によって決まる。量および／または差圧の所望の値が得られるように成形触媒粒子の寸法を選択するには、広範な試行錯誤実験計画を必要とする。

オレフィンエポキシ化に関してこれまでに説明されているような選択プロセスおよび選択プロセスの背後にある理由は、例えば、保護床、熱交換プロセス、およびマレイン酸および酢酸ビニルを製造するためのプロセス、水素化プロセス、フィッシャートロプシュ合成反応、および排出ガス、例えば自動車の排気ガスまたは工業排出ガスの触媒転換など、オレフィンエポキシ化以外の転換プロセスを使用する、管内に充填された成形粒子を伴う他の多くのプロセス、例えば吸収プロセスにも同様に当てはまる。

本発明は、成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を含むシステムにおいて使用するための成形粒子を選択するプロセスを実現し、このプロセスは、
−充填床の１つ以上の特性の所望の値を定義することと、
−計算された寸法を有する成形粒子の管内の充填床が所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たすように成形粒子の寸法を計算することと、
−計算された寸法に従って成形粒子を選択することとを含み、充填床の１つ以上の特性は、
−成形粒子により占有される体積分率、
−充填密度、および
−充填床を貫流し、充填床の気体入口と気体出口との間に差圧を引き起こす気体の抵抗のうちの１つ以上を含み、抵抗は、式
ΔＰ＝Ｒ×ρ×Ｖ^２、
により定義され、ただし式中、ΔＰは、充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、Ｒは、抵抗を表し、ρは、気体の密度を表し、Ｖは、表面気体速度を表し、気体の密度および表面気体速度は、充填床の気体入口温度と気体出口温度の平均値および充填床の気体入口圧力と気体出口圧力の平均値で測定されたとおりである。

本発明は、さらに、管内の既存の充填床に充填された成形粒子を置き換えるのに好適な成形粒子（これ以降「交換成形粒子」）を選択するプロセスも実現し、プロセスは、
−充填床が充填床を貫流する気体の条件に曝されたときに充填床の単位長当たりの充填床にかかる差圧の、交換成形粒子により成形粒子の交換から生じる、相対的変化の所望の値を定義することと、
−計算された寸法を有する成形粒子の管内の充填床が、差圧の相対的変化の所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たす、気体流の条件の下で充填床の単位長当たりの差圧の相対的変化を示すような成形粒子の寸法を計算することと、
−計算された寸法に従って交換成形粒子を選択することとを含む。

本発明は、さらに、成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を含むシステムを取り付ける方法も提供し、方法は、
−本発明により成形粒子を選択することと、
−選択された成形粒子を管に充填し、管内に充填床を形成することとを含む。

該当する場合には、既存の充填床に充填された成形粒子の、全部ではないとしても、少なくとも一部は、選択されたとおりの成形粒子を管に充填する前に取り除かれる。

本発明は、さらに、反応条件の下で原料を成形粒子と接触させることを含む、成形粒子が原料を反応させるのに好適な触媒粒子である、本発明により取り付けられたシステム内で気体原料を反応させるプロセスも実現する。典型的な一実施形態においては、このプロセスは、オレフィンのエポキシ化のプロセスであり、気体原料は、オレフィンおよび酸素を含み、触媒は、担体上に銀を含む。このような実施形態においては、本発明は、さらに、本発明に従って調製される酸化オレフィンを水、アルコール、またはアミンと反応させることを含む、１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、またはアルカノールアミンの製造のためのプロセスを実現する。

本発明は、さらに、メモリ媒体およびメモリ媒体上に記録されているコンピュータ可読プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品も実現し、コンピュータ可読プログラムコードは、本発明のプロセスに含まれている１つ以上の計算を実行するよう中央演算処理装置に命令するのに適しているコードである。

本発明は、本発明のコンピュータプログラム製品および中央演算処理装置を含むコンピュータシステムも実現し、中央演算処理装置は、コンピュータプログラム製品から読み出される命令を受け取って実行するように構成されている。

本発明では、管に充填されたときの成形粒子の充填床が所望の特性を有するか、またはそれに近い特性を有するように成形粒子を選択することが可能である。所望の特性は、成形粒子により占有される充填床の体積分率、充填密度、および充填床に差圧を引き起こす充填床を貫流する気体に対する充填床の抵抗のうちのどれか、または組み合わせとすることができる。本発明の重要な一態様は、成形粒子は、本明細書において説明されている数式などの数式を使用する計算に基づいて選択できるという認識であって、選択が広範な一連の試行錯誤実験に基づいて行われるという認識ではない。

充填床にかかる差圧に関する充填床に充填された成形粒子の量のバランスを向上させる成形粒子を選択できることが分かっている。このことは、充填床が、例えばエチレンエポキシ化プロセスで広く、長年にわたり使用されてきた、従来の成形粒子、例えば、標準の８ｍｍ円筒などを含む状況に関する改善となっていると考えられる。この改善されたバランスは、円筒幾何学的形状の円筒直径対円筒ボア径の比を変更する、特に大きくすることにより得られる。これは、円筒幾何学的形状を修正することによりこれらの触媒の性能を向上させようとする試みは、注目を集めていなかったようなのでまったく意外である。さらに、円筒直径対円筒ボア径の比を大きくすると、円筒幾何学的形状の壁厚を、特に円筒直径が等しくしたまま、増やすことで、成形粒子の粉砕強度を高められる。

また、特に、工学的相関、例えばＥｒｇｕｎの相関に基づき（参照により本明細書に組み込まれている、Ｗ．Ｊ．Ｂｅｅｋ ａｎｄ Ｋ．Ｍ．Ｋ．Ｍｕｔｔｚａｌｌ，“Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ”，Ｊ．Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ Ｌｔｄ．，１９７５，ｐ．１１４を参照）、成形粒子の多くの量を管に充填し、充填密度を高めることができるが、その際に差圧の増大が観察されることがないか、または観察される徐々に増える差圧が予想よりも小さいということも意外である。

そのため、本発明によれば、管内径の幾何学的組み合わせと成形粒子の幾何学的寸法により、使用時に、また従来のシステムに関して、充填床に存在する成形粒子の量の著しい減少を生じることなく、差圧の予想外の減少が発生しうる。多くの場合において、好ましくは、成形粒子の量は、従来のシステムの粒子よりも多いが、それでも、使用時に差圧の減少をもたらす。関連する幾何学的寸法は、円筒長対円筒直径の比である。他の関連する幾何学的寸法は、円筒直径対円筒ボア径の比である。これらの比について、以下で詳述する。

本明細書において使用されているように、「充填密度」は、充填床の単位体積当たりの成形粒子の質量を表す。本明細書において使用されているように、「粒子密度」は、粒子内に存在する場合も存在しない場合もある微細孔の体積を含む、粒子の境界内の粒子の単位体積当たりの粒子の質量を表す。粒子の周囲内の粒子の体積は、例えば、ボアホールの体積、または充填床内の粒子間の体積を含まない。したがって、粒子密度は、粒子の形状および寸法に依存しないとみなされる。他方では、与えられた粒子物質について、粒子密度は、粒子内に存在する微細孔の体積に依存する。微細孔が存在しない場合、粒子密度は、物質密度に等しく、これは、骨格密度とも呼ばれる。

図１を参照すると、これは、システム１０を示しており、いくつかの実施形態においては、このシステムは反応器系であり、管１２および管１２内に収められた充填床１４を含む。管１２は、管壁１６を備え、この管内面１８と管内径２０がゾーンを１つ定め、いくつかの実施形態においては、このゾーンは、反応帯であってよく、充填床１４とゾーン直径２０が収まる。管１２は、管長２２を有し、ゾーン内に収まっている充填床１４は、床長２４を有する。

典型的な実施形態においては、管軸に垂直な管の内側断面（これ以降「管断面」と呼ぶ）は、円形であり、このことは、管が内部的に細長い円筒を表すことを意味している。他の実施形態においては、管断面は、例えば、長方形、正方形、六角形、または特に、楕円形とすることができる。本明細書において使用されているように、管断面が非円形である管の場合、指定されているような管内径は、相当する円の直径を表し、この相当する円の直径は、非円形の管断面の円周長さと同じ円周長さを有する円の直径を表すとみなされる。管断面が非円形の管の場合、管断面の最大寸法対管断面の最小寸法の比は、典型的には１超から最高でも１０までの範囲、より典型的には１超から最高でも５までの範囲、とりわけ１超から最高でも２までの範囲である。

管内径２０は、典型的には最高でも１２０ｍｍ、より典型的には最高でも８０ｍｍ、とりわけ最高でも６０ｍｍとすることができる。管内径は、典型的には少なくとも１０ｍｍ、より典型的には少なくとも１５ｍｍ、とりわけ少なくとも２０ｍｍである。典型的には、管は、細長い管である。管断面は、充填床の対応する断面の形状および寸法を定める。管内径は、充填床の外径に等しい。管の長さ２２は、好ましくは少なくとも３ｍ、より好ましくは少なくとも５ｍである。管の長さ２２は、好ましくは最高でも２５ｍ、より好ましくは最高でも２０ｍである。管の壁厚は、好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍ、とりわけ少なくとも２ｍｍである。管の壁厚は、好ましくは最高でも１０ｍｍ、より好ましくは最高でも５ｍｍ、とりわけ最高でも４ｍｍである。

充填床が触媒床である実施形態においては、管１２は、床長２４の外側に、例えば、原料流との熱交換を目的とする非触媒または不活性物質の粒子の別の床、および／または例えば、反応生成物との熱交換を目的とする他のこのような別の床を収めることができる。

床長２４は、好ましくは少なくとも３ｍ、より好ましくは少なくとも５ｍである。床長２４は、好ましくは最高でも２５ｍ、より好ましくは最高でも２０ｍである。管１２は、さらに、原料流が導き入れられる気体入口管端２６および、例えば、反応生成物が引き出される気体出口管端２８を備える。

いくつかの実施形態においては、本発明は、充填床の１つ以上の特性の所望の値を定義することを伴う。このような特性は、
−成形粒子により占有される体積分率、
−充填密度、および
−充填床を貫流し、充填床の気体入口と気体出口との間に差圧を引き起こす気体の抵抗のうちの１つ以上を含む。

一般に、特性の値は、充填床を運転することを含むプロセスの運転の経済的に最適な条件に従って定義される。好ましくは、所望の値が定義される特性は、（１）成形粒子により占有される体積分率、または充填密度、および（２）抵抗を含む。

成形粒子により占有される体積分率の所望の値は、いくつかの実施形態においては、少なくとも０．２、より典型的には少なくとも０．３、とりわけ少なくとも０．３５とすることができる。成形粒子により占有される体積分率の所望の値は、いくつかの実施形態においては、最高でも１、より典型的には最高でも０．８、とりわけ最高でも０．７とすることができる。

充填密度の所望の値は、いくつかの実施形態においては、少なくとも１００ｋｇ／ｍ^３、より典型的には少なくとも３００ｋｇ／ｍ^３、とりわけ少なくとも５００ｋｇ／ｍ^３とすることができる。充填密度の所望の値は、いくつかの実施形態においては、最高でも１６００ｋｇ／ｍ^３、より典型的には最高でも１４００ｋｇ／ｍ^３、とりわけ最高でも１２００ｋｇ／ｍ^３、例えば、最高でも１０００ｋｇ／ｍ^３とすることができる。

本明細書において使用されているように、抵抗Ｒは、式
ΔＰ＝Ｒ×ρ×Ｖ^２
により定義され、ただし式中、ΔＰは、充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、Ｒは、抵抗を表し、ρは、気体の密度を表し、Ｖは、表面気体速度を表し、気体の密度および表面気体速度は、充填床の気体入口温度と気体出口温度の平均値および充填床の気体入口圧力と気体出口圧力の平均値で測定されたとおりである。おおよそ、抵抗Ｒを定義する式は、当業者にはＬｅｖａ相関として知られている。参照により本明細書に組み込まれている、「Ｐｅｒｒｙ’ｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、６^ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｒ．Ｈ．Ｐｅｒｒｙ ｅｔ ａｌ．（Ｅｄｉｔｏｒｓ），ｐ．１８−２４，１９８３を参照されたい。

抵抗Ｒの所望の値は、いくつかの実施形態においては、少なくとも０．０５ｍｍ^−１、より典型的には少なくとも０．１ｍｍ^−１、とりわけ少なくとも０．２ｍｍ^−１とすることができる。抵抗Ｒの所望の値は、いくつかの実施形態においては、最高でも５ｍｍ^−１、より典型的には最高でも３ｍｍ^−１、とりわけ最高でも２．５ｍｍ^−１とすることができる。

成形粒子の形状は、利用可能な形状の広い範囲、例えば、円筒形、鞍形、球形、およびドーナツ形から選択することができる。成形粒子は、好ましくは、円筒幾何学的形状であり、中空であっても中空でなくてもよい。図２を参照すると、円筒幾何学的形状３０を持つ成形粒子は、円筒長３２、典型的には４から２０ｍｍ、より典型的には５から１５ｍｍ、円筒直径３４、典型的には４から２０ｍｍ、より典型的には５から１５ｍｍ、および円筒ボア径３６、典型的には０．１から６ｍｍ、好ましくは０．２から４ｍｍを持ちうる。円筒長３２対円筒直径３４の比は、典型的には０．５から２、より典型的には０．８から１．５、とりわけ０．９から１．２の範囲内にある。ボアがない場合、これは、円筒幾何学的形状が中空でない場合であり、円筒ボア径は、ゼロとみなされる。円筒直径３４対円筒ボア径３６の比は、典型的には２．５から１０００、より典型的には２．８から５００、とりわけ３から２００の範囲内とすることができる。

管内径が２８ｍｍ未満の場合、管内径２０対円筒直径３４の比は、典型的には１．５から７、より典型的には２から６、とりわけ２．５から５の範囲内とすることができる。管内径が少なくとも２８ｍｍである場合、管内径２０対円筒直径３４の比は、典型的には２から１０、より典型的には２．５から７．５、とりわけ３から５の範囲内とすることができる。

当業者であれば、充填床において使用する成形粒子に関して、「円筒」という表現は、必ずしも、円筒幾何学的形状が正確な円筒を含むことを意味しないことは明白である。「円筒」という表現は、正確な円筒からの無視できるくらい小さい逸脱を含むことを意味する。例えば、円筒軸に垂直な円筒幾何学的形状の外周の断面は、図４に示されているように、必ずしも正確な円７１ではない。また、円筒幾何学的形状の軸は、ほぼ直線であればよく、および／または円筒幾何学的形状の円筒直径は、軸にそってほぼ一定であればよい。無視できるくらい小さい逸脱は、例えば、円筒の外周を実質的に同じ直径の２つの仮想上の正確な同軸円筒により定められる仮想上の環状空間内に位置決めできる場合を含み、これにより、仮想上の内側円筒の直径は、仮想上の外側円筒の直径の少なくとも７０％、より典型的には少なくとも８０％、とりわけ少なくとも９０％であり、仮想上の円筒は、この直径の比が１に限りなく近くなるように選択される。このような場合、仮想上の外側円筒の直径は、円筒幾何学的形状の円筒直径３４とみなされる。図４は、仮想上の円筒７３および７４の軸に垂直に切り取った断面図において、円筒幾何学的形状の外周７２、仮想上の外側円筒７３、および仮想上の内側円筒７４を示している。

同様に、当業者にとっては、円筒幾何学的形状のボアがもしあれば、必ずしも正確に円筒形ではなく、ボアの軸は、ほぼ直線的であり、円筒ボア径は、ほぼ一定であり、および／またはボアの軸は、円筒の軸に関して、ずれているか、または一定の角度をなす場合のあることは明白である。円筒ボア径がボアの長さにわたって変化する場合、円筒ボア径は、ボア端で最大直径になるとみなされる。ボアの断面が正確に円形ではない場合、最も広い寸法は、円筒ボア径であるとみなされる。さらに、ボアにより作られる空所は、２つ以上のボア、例えば、２、３、またはさらには４、または５つのボアにわたって分割することができ、この場合、ボアの直径は、ボアの断面積の合計が本明細書に明記されているように円筒ボア径を有する単一ボアの断面積に等しくなるような直径である。

好ましい実施形態においては、円筒幾何学的形状は、円筒の軸にそったボアを持つ円筒であることが意図されている。

円筒幾何学的形状の寸法は、成形粒子を製造する方法が必ずしも精度の高いものでないため、近似的であることは理解される。したがって、本発明を実施する上において使用することができる個々の成形粒子の寸法にはバラツキがありうる。このような場合、本明細書において定義されているような成形粒子の関連する寸法は、１００個の無作為に選択された個別の粒子について測定されているとおり問題にしている寸法の数値平均を表すものとみなされる。このバラツキは、無作為に選択された個別の粒子の典型的には少なくとも９０％、より典型的には少なくとも９５％、とりわけ１００％が、寸法の数値平均の８０から１２０％の範囲内の問題にしている寸法を有するようなバラツキであると考えられる。さらにとりわけ、これらのバラツキは、無作為に選択された個別の粒子の少なくとも９０％、より典型的には少なくとも９５％、とりわけ１００％が、寸法の数値平均の９０から１１０％の範囲内の問題にしている寸法を有するようなバラツキであると考えられる。

いくつかの実施形態においては、本発明は、管内の既存の充填床に充填された成形粒子を置き換えるのに好適な交換成形粒子を選択するプロセスを伴う。典型的には、既存の充填床に充填されている成形粒子は、すでに定義されているように、円筒幾何学的形状を有し、とりわけ、「標準８ｍｍ円筒」である。本明細書において使用されているように、「標準８ｍｍ円筒」の形態の成形粒子は、８から９ｍｍまでの範囲の円筒長、８から９ｍｍまでの範囲の円筒直径、および２．５から３．５ｍｍまでの範囲の円筒ボア径を有する。交換成形粒子は、典型的にはさらに、すでに定義されているように、円筒幾何学的形状も有する。とりわけ、交換成形粒子は、既存の充填床に充填されている成形粒子が「標準８ｍｍ円筒」である場合に円筒幾何学的形状を有する。これらの実施形態の選択プロセスにおいて、床が充填床を貫流する気体の条件に曝されたときに充填床の単位長さ当たりの差圧の相対的変化について所望の値が定義される。差圧の相対的変化は、選択された成形粒子で既存の床の成形粒子を置き換えた結果である。

以下でさらに定義されるような、差圧の相対的変化の所望の値、つまり（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１は、いくつかの実施形態においては、少なくとも−０．８、より典型的には少なくとも−０．７、とりわけ少なくとも−０．６とすることができる。差圧の相対的変化の所望の値は、いくつかの実施形態においては、最高でも５、より典型的には最高でも４、好ましくは最高でも３、より好ましくは最高でも１、とりわけ最高でも０．５、さらにとりわけ最高でも０．２とすることができる。差圧の相対的変化の負の値は、差圧の減少を示しているが、正の値は、既存の充填床により示される差圧に関して、差圧の増加を示している。変化の値は、既存の充填床の状況に相対的である。

成形粒子の寸法は、本明細書において説明されているような式に基づく関係式を使用することにより計算することができる。計算は、反復計算であってよい。計算は、さらに、これらの式に基づく方程式の形で関係式を解くことにより解析的方法で実行することもできる。計算手段としての図式解法も使用できる。計算により、管内に形成される成形粒子の充填床が所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たすような成形粒子について、１つ以上の寸法、例えば、寸法の２つまたは３つのセットを得ることができる。当業者であれは、いくつかの実施形態において成形粒子の寸法の１つ以上を、計算の入力パラメータとして自由に選択でき、次いで他の寸法は、計算結果として得られることを理解する。所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たす、寸法を計算した成形粒子の充填床は、本発明を使用することにより所望の値が定義されている特性をテストするために充填床を物理的に用意する必要はこれ以上ないため、概念的充填床とすることができるというのは本発明の利点である。本明細書において使用されているように、「条件を実質的に満たす」という言い回しは、充填床が典型的には所望の値の７０から１３０％までの範囲内、より典型的には所望の値の８０から１２０％までの範囲内、とりわけ所望の値の９０から１１０％までの範囲内、さらにとりわけ所望の値の９５から１０５％までの範囲内で問題の特性の条件を満たすことを意味する。次いで、計算された寸法は、自由に選択された寸法とともに、該当する場合には、利用可能な成形粒子、例えば市販の成形粒子、または適当な寸法の押出成形機用のダイプレートなどの市販の機器を使用して製造することができる成形粒子の寸法と比較することができる。利用可能な成形粒子から好適な選択を行うことができる。代替えとして、計算された寸法の成形粒子をわざと作ることもできる。このようにして、計算された寸法に従って成形粒子を選択することができる。次いで、関係式の中で、選択された成形粒子の寸法を使用し、管内に形成される選択された成形粒子の充填床が所望の値の条件を満たすか、または実質的に満たすかを確認するのが適切である。

例えば、円筒幾何学的形状を有する成形粒子の寸法を計算することができる。寸法は、所望の値がすでに定義されている充填床の特性に依存する数式により定義することができる１つ以上の関係式を使用することにより計算することができる。

所望の値が成形粒子により占有されている充填床の体積分率について定義されている場合、数式は、
Ｖ_ｐ＝ａ＋ｂ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｃ×Ｄ_ｉ＋ｄ×Ｄ_ｏ ^２＋ｅ×Ｄ_ｔ、または
Ｖ_ｐ＝ａ’×［（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２／（ｂ’＋（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２）］−ｃ’×［（Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ）^２］
であり、ただし、式中、
Ｖ_ｐは、成形粒子により占有されている充填床の体積分率の所望の値を表し、
Ｌは、円筒長を表し、
Ｄ_ｏは、円筒直径を表し、
Ｄ_ｉは、円筒ボア径を表し、
Ｄ_ｔは、管の内径を表し、
ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、およびｅはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す。

所望の値が、充填密度について定義されている場合、数式は、
ＰＤ＝Ｄｅ×［ａ＋ｂ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｃ×Ｄ_ｉ＋ｄ×Ｄ_ｏ ^２＋ｅ×Ｄ_ｔ］、または
ＰＤ＝Ｄ_ｅ×［ａ’×［（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２／（ｂ’＋（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２）］−ｃ’×［（Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ）^２］］、または
ＰＤ＝ｆ＋ｇ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｈ×Ｄ_ｉ＋ｉ×Ｄ_ｏ ^２＋ｊ×Ｄ_ｅ＋ｋ×Ｄ_ｔ、
であり、ただし、式中、
ＰＤは、充填密度の所望の値を表し、
Ｌ、Ｄ_ｏ、Ｄ_ｉ、およびＤ_ｔは、上で定義されているとおりであり、
Ｄ_ｅは、粒子密度を表し、
ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、およびｋはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す。

所望の値が、抵抗について定義されている場合、数式は、
Ｒ＝１＋ｍ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｎ×Ｄ_ｏ＋ｐ×Ｄ_ｉ＋ｑ×Ｌ＋ｒ×Ｄ_ｔ、
であり、ただし、式中、
Ｒは、抵抗の所望の値を表し、
Ｌ、Ｄ_ｏ、Ｄ_ｉ、およびＤ_ｔは、上で定義されているとおりであり、
ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、およびｒはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す。

所望の値が、差圧の相対的変化について定義されている場合、数式は、
（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１＝ｓ＋ｔ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｕ×Ｄ_ｏ＋ｖ×Ｄ_ｉ＋ｗ×Ｌ＋ｙ×Ｄ_ｔ、
であり、ただし、式中、
ΔＰ’は、充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、
ΔＰ_１は、標準８ｍｍの円筒の充填床である、既存の充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、
（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１は、差圧の相対的変化の所望の値を表し、
Ｌ、Ｄ_ｏ、Ｄ_ｉ、およびＤ_ｔは、上で定義されているとおりであり、
ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す。

数式中に存在する変数は、いくつかの次元を有し、その次元に応じた単位で表すことができる。典型的な実施形態においては、単位は、以下のように定義できる。

Ｖ_ｐは、１の分数として表され、
ＰＤは、ｋｇ／ｍ^３で表され、
Ｒは、ｍｍ^−１で表され、
（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１は、−１よりも大きい、無次元数であり、
Ｌは、ｍｍで表され、
Ｄ_ｏは、ｍｍで表され、
Ｄｉは、ｍｍで表され、
Ｄ_ｅは、ｋｇ／ｍ^３で表され、
Ｄ_ｔは、ｍｍで表され、定数ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙの値は、表Ｉにおいて「典型的」、「好ましい」、および「より好ましい」と示されている範囲とすることができる。

変数が上で指定されているように定義された単位を持つとすると、定数ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙは、例えば、表Ｉの「実施例Ｉ」で示されているように、または表Ｉの「実施例ＩＩ」で示されているように与えられた値の集まりを持つことができる。

例えば、粒子密度１．５５ｋｇ／ｍ^３のアルミナ粒子の場合、充填密度に関する関係式
ＰＤ＝７２１．５４５−２８．８６２４×（Ｌ／Ｄ_ｏ）−３２．６９３１×Ｄ_ｉ−０．６０３３×Ｄ_ｏ ^２＋６．０２９５×Ｄ_ｔ
が得られるが、ただし、式中、ＰＤ、Ｌ、Ｄ_ｏ、Ｄ_ｉ、およびＤ_ｔは、上で定義されている単位を持つ。これにより、関係式
ＰＤ＝ｆ＋ｇ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｈ×Ｄ_ｉ＋ｉ×Ｄ_ｏ ^２＋ｊ×Ｄ_ｅ＋ｋ×Ｄ_ｔ
が確認されるが、ただし、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、およびｋに対する範囲は表Ｉに指定されているとおりである。

本発明は、さらに、システムを取り付ける方法も提供する。このシステムは、成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を備える。好適なシステムの実施例としては、吸収プロセスにおいて使用するシステム、例えば水分または硫黄化合物を捕捉するための保護床、熱交換に使用するシステム、例えば、前述のように、充填触媒床と組み合わせた熱交換を目的とする不活性物質の充填床、および触媒粒子の充填床を備える反応器システムであるシステムがある。このような反応器システムは、例えば、オレフィンのエポキシ化による酸化オレフィンの製造、ベンゼンの部分触媒酸化によるマレイン酸の製造、または酢酸の存在下でのエチレンの部分触媒酸化による酢酸ビニルの製造のプロセスで、水素化プロセス、フィッシャートロプシュ合成反応のプロセス、または排ガス、例えば、工業排ガスまたは自動車排気ガスの触媒転換プロセスにおいて使用することができる。

本発明による、システムを取り付ける方法は、
−本発明により成形粒子を選択することと、
−選択された成形粒子を管に充填し、管内に充填床を形成することとを含む。

当業者であれば、充填床の特性が、ある程度、成形粒子が管内にそそぎ込まれる速度である、充填速度に依存することを理解する。充填速度は、充填床の特性が充填速度にあまり依存しないくらい遅いのが好ましい。典型的には、単位時間当たりに充填される管の長さとして表される、充填速度は最高でも０．５ｍ／ｓであり、より典型的には、充填速度は最高でも０．２ｍ／ｓであり、とりわけ最高でも０．１ｍ／ｓであり、さらにとりわけ最高でも０．０５ｍ／ｓである。本発明の通常の実践において、高い頻度で、充填速度は少なくとも０．００１ｍ／ｓであり、より高い頻度で充填速度は少なくとも０．００５ｍ／ｓである。本明細書に記載されている充填床は、充填床の特性が充填速度にあまり依存しないくらい遅い速度で問題の管を充填することにより形成された充填床であるとみなされ、これは、充填速度を無限に低い充填速度まで下げることにより、かさ密度は典型的には最高でも５％、より典型的には最高でも２％減少することを意味する。これは、通常の検査により確認することができ、この場合、かさ密度対充填速度の傾向は、外挿法により充填速度ゼロにし、無限に低い充填速度でのかさ密度を求めることができる。

本発明は、さらに、本発明に従って取り付けられたシステム内で気体原料を反応させるプロセスも実現し、この場合、成形粒子は、原料を反応させるのに好適な触媒粒子である。気体原料を反応させるプロセスは、反応条件で原料を成形粒子に接触させることを含む。このようなプロセスのいくつかの実施例は、上ですでに説明されており、当業者であれば、問題のプロセスに適したタイプの触媒を選択することができる。

特定の実施形態において、このプロセスは、オレフィンのエポキシ化のプロセスであり、気体原料は、オレフィンおよび酸素を含み、触媒は、担体上に銀を含む。例えば、オレフィンのエポキシ化のプロセスを伴う本発明のいくつかの実施形態の詳細な説明は、上でなされている。

オレフィンのエポキシ化に典型的に使用される触媒は、担体上に銀を含む触媒である。

担体は、さまざまな種類の物質に基づくことができる。このような物質は、天然または人工的な無機物質とすることができ、耐熱材料、炭化ケイ素、粘土、ゼオライト、木炭、およびアルカリ土類金属炭酸塩、例えば炭酸カルシウムを含むことができる。好ましいのは、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、およびシリカなどの耐熱材料である。最も好ましい材料は、αアルミナである。典型的には、担体は、担体の重量に関して、少なくとも８５重量％、より典型的には少なくとも９０重量％、とりわけ少なくとも９５重量％のαアルミナ、高い頻度で最大９９．９重量％のαアルミナを含む。αアルミナ担体の他の成分は、例えば、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルカリ金属成分、例えばナトリウムおよび／またはカリウム成分、および／またはアルカリ土類金属成分、例えばカルシウムおよび／またはマグネシウム成分を含むことができる。

担体の表面積は、担体の質量に関して、好適には少なくとも０．１ｍ^２／ｇ、好ましくは少なくとも０．３ｍ^２／ｇ、より好ましくは少なくとも０．５ｍ^２／ｇ、およびとりわけ少なくとも０．６ｍ^２／ｇとすることができ、表面積は、担体の質量に関して、好適には最高でも１０ｍ^２／ｇ、好ましくは最高でも５ｍ^２／ｇ、およびとりわけ最高でも３ｍ^２／ｇである。本明細書において使用されているような「表面積」は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ６０ （１９３８） ｐｐ．３０９−３１６で説明されているようなＢ．Ｅ．Ｔ．（Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ ａｎｄ Ｔｅｌｌｅｒ）法により決定されるような表面積に関係すると理解される。高表面積担体は、特にさらにシリカ、アルカリ金属、および／またはアルカリ土類金属成分を適宜含むαアルミナ担体である場合に、運転性能および安定性を向上させることができる。

担体の吸水率は、典型的には０．２から０．８ｇ／ｇまでの範囲内、好ましくは０．３から０．７ｇ／ｇまでの範囲内にある。高吸水率は、含浸による銀および他の元素の担体上への効率的析出に関してもし存在するならば有利であると考えられる。しかし、高い吸水率では、担体、またはこの担体から作られる触媒は、粉砕強度が劣ることがある。本明細書において使用されているように、吸水率は、ＡＳＴＭ Ｃ２０に従って測定されたものとみなされ、吸水率は、担体の質量に関する、担体の微細孔に吸収することができる水の質量として表される。

銀を含む触媒の調製は、当業において知られており、また知られている方法を、本発明の実施において使用することができる成形触媒粒子の調製に適用することが可能である。担体上に銀を析出する方法は、陽イオン性銀を含む銀化合物を担体に含浸することと、還元を行って金属銀粒子を形成することを含む。例えば、参照により本明細書に組み込まれている、特許ＵＳ−Ａ−５３８０６９７、ＵＳ−Ａ−５７３９０７５、ＥＰ−Ａ−２６６０１５、およびＵＳ−Ｂ−６３６８９９８を参照されたい。

陽イオン性銀の金属銀への還元は、触媒を乾燥させる工程において付随し、したがって、還元自体は、別のプロセス工程を必要としない。これは、含浸溶液を含む銀が、還元剤、例えば、シュウ酸塩、乳酸塩、またはホルムアルデヒドを含む場合と考えられる。

かなりの程度の触媒活性が、触媒の質量に関して、少なくとも１０ｇ／ｋｇの触媒の銀含量を使用することにより得られる。好ましくは、触媒は、５０から５００ｇ／ｋｇまで、より好ましくは１００から４００ｇ／ｋｇまでの量の銀を含む。

本発明において使用する触媒は、レニウム、タングステン、モリブデン、クロム、およびこれらの混合物から選択された元素を含むプロモーター成分を含むことができる。好ましくは、プロモーター成分は、元素として、レニウムを含む。

プロモーター成分は、典型的には、触媒の質量に関して元素（つまり、レニウム、タングステン、モリブデン、および／またはクロム）の全量として計算される少なくとも０．０１ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より典型的には少なくとも０．１ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは少なくとも０．５ｍｍｏｌｅ／ｋｇの量だけ存在しうる。プロモーター成分は、触媒の質量に関して元素の全量として計算される、最高でも５０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは最高でも１０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より好ましくは最高でも５ｍｍｏｌｅ／ｋｇの量だけ存在しうる。プロモーター成分が担体上に析出できる形態は、本発明にとって重要でない。例えば、プロモーター成分は、酸化物またはオキシアニオンとして、例えば塩または酸の形態のレニウム酸塩、過レニウム酸塩、またはタングステン酸塩として与えるのが適している。

触媒がコプロモーターを含有するレニウムを含む場合、レニウムは、典型的には、触媒の質量に関して元素の量として計算される、少なくとも０．１ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より典型的には少なくとも０．５ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは少なくとも１．０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、とりわけ少なくとも１．５ｍｍｏｌｅ／ｋｇの量だけ存在しうる。レニウムは、典型的には、最高でも５．０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは最高でも３．０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より好ましくは最高でも２．０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、とりわけ最高でも１．５ｍｍｏｌｅ／ｋｇだけ存在する。

さらに、触媒がコプロモーターを含有するレニウムを含む場合、触媒は、好ましくは、担体上に析出する他の成分として、レニウムコプロモーターを含むことができる。好適には、レニウムコプロモーターは、タングステン、クロム、モリブデン、硫黄、リン、ホウ素、およびこれらの混合物から選択された元素を含む成分から選択することができる。好ましくは、レニウムコプロモーターは、タングステン、クロム、モリブデン、硫黄、およびこれらの混合物を含む成分から選択される。レニウムコプロモーターは、元素として、タングステンを含むのが特に好ましい。

レニウムコプロモーターは、典型的には、触媒の質量に関して、元素（つまり、タングステン、クロム、モリブデン、硫黄、リン、および／またはホウ素の合計）として計算される、少なくとも０．０１ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より典型的には少なくとも０．１ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは少なくとも０．５ｍｍｏｌｅ／ｋｇの全量で存在しうる。レニウムコプロモーターは、同じ基準に基づき、最高でも４０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、好ましくは最高でも１０ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より好ましくは最高でも５ｍｍｏｌｅ／ｋｇの全量で存在する。レニウムコプロモーターが担体上に析出できる形態は、本発明にとって重要でない。例えば、酸化物またはオキシアニオンとして、例えば塩または酸の形態の硫酸塩、ホウ酸塩、またはモリブデン酸塩として与えるのが適している。

触媒は、好ましくは、担体上に析出する、銀、プロモーター成分、および他の元素を含む成分を含む。適切な他の元素は、窒素、フッ素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、タリウム、トリウム、タンタル、ニオブ、ガリウム、およびゲルマニウムおよびこれらの混合物の群から選択することができる。好ましくは、アルカリ金属は、リチウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムから選択される。最も好ましくは、アルカリ金属は、リチウム、カリウム、および／またはセシウムである。好ましくは、アルカリ土類金属は、カルシウムおよびバリウムから選択される。典型的には、他の元素は、触媒の質量に関して元素として計算される０．０１から５００ｍｍｏｌｅ／ｋｇ、より典型的には０．０５から１００ｍｍｏｌｅ／ｋｇの全量で触媒中に存在する。他の元素は、どのような形態のものでも与えられる。例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩が適している。

本明細書において使用されているように、触媒中に存在するアルカリ金属の量は、１００℃の脱イオン水で触媒から抽出できるだけの量であるとみなされる。抽出方法は、５分間脱イオン水２０ｍｌを１００℃で加熱することにより触媒のサンプル１０グラムを３回抽出し、複合抽出物内で、知られている方法、例えば、原子吸光分光法を使用することにより関連する金属を決定することを伴う。

本明細書において使用されているように、触媒中に存在するアルカリ土類金属の量は、１００℃の脱イオン水中で１０重量％の硝酸を使用して触媒から抽出できるだけの量であるとみなされる。抽出方法は、３０分間１０重量％の硝酸１００ｍｌ部分とともに沸騰させることにより触媒のサンプル１０グラムを抽出し（１ａｔｍ、つまり、１０１．３ｋＰａ）、複合抽出物内で、知られている方法、例えば、原子吸光分光法を使用することにより関連する金属を決定することを伴う。参照により本明細書に組み込まれているＵＳ−Ａ−５８０１２５９を参照されたい。

本発明のエポキシ化プロセスにおいて使用するオレフィンは、芳香族オレフィン、例えば、スチレンなどのオレフィン、または共役または共役でないジオレフィン、例えば１，９−デカジエンまたは１，３−ブタジエンとすることができる。オレフィンの混合物を使用できる。典型的には、オレフィンは、モノオレフィン、例えば、２−ブテンまたはイソブテンである。好ましくは、オレフィンは、モノ−α−オレフィン、例えば、１−ブテンまたはプロピレンである。最も好ましいオレフィンは、エチレンである

本発明の酸化オレフィン製造システムの実施例として、図３は、図１に示されているような１つ以上の反応器システムを備えるシェルアンドチューブ形熱交換器４２を持つ典型的な酸化エチレン製造システム４０を示す略図である。典型的には、複数の反応器システムは、管束にまとめられ、シェルアンドチューブ形熱交換器の外殻内に挿入される。当業者であれば、触媒粒子は、管および管の内容物が、気体が細長い管を通過するときに同じ抵抗を示すように個々の管内に充填されることがわかる。シェルアンドチューブ形熱交換器４２に存在する管の本数は、典型的には、１，０００から２０，０００本まで、より典型的には２，０００から１５，０００本までの範囲である。酸化エチレン製造システム４０は、１つ以上のシェルアンドチューブ形熱交換器４２、例えば、２、３、または４つ備えることができる。

エチレンおよび酸素を含む原料流は、導管４４を介して、シェルアンドチューブ形熱交換器４２の管側にチャージされ、この中で、含まれている触媒床と接触させられる。シェルアンドチューブ形熱交換器４２は、典型的には、気体の流れを充填触媒床を通して上に、または下に向かわせることができる方法で動作する。反応の熱は、除去することができ、充填触媒床内の温度である、反応温度の制御は、導管４６を使ってシェルアンドチューブ形熱交換器４２の外殻側にチャージされる、熱伝導流体、例えば、オイル、ケロシン、または水を使用して行うことができ、熱伝導流体は、導管４８を通じてシェルアンドチューブ形熱交換器４２の外殻から除去される。

酸化エチレン、未反応エチレン、未反応酸素、および適宜、酸化炭素と水などの他の反応生成物を含む、反応生成物は、導管５０を通してシェルアンドチューブ形熱交換器４２の反応器システム管から引き出され、分離システム５２に通される。分離システム５２は、酸化エチレンをエチレンおよび存在する場合には、二酸化炭素および水から分離することができる。水などの抽出流体は、これらの成分を分離するために使用することができ、導管５４を使って分離システム５２に導入される。酸化エチレンを含む濃縮抽出流体は、分離システム５２から導管５６を通るが、未反応エチレンおよび二酸化炭素は、もし存在すれば、分離システム５２から導管５８に通される。分離された二酸化炭素は、分離システム５２から導管６１に通される。導管５８を貫流する気体流の一部は、導管６０を通してパージ流として取り除くことができる。残りの気体流は、導管６２を通り、コンプレッサ６４をリサイクルする。エチレンおよび酸素を含む流れは、導管６６を通り、導管６２に通されたリサイクルエチレンと組み合わされ、組み合わされた流れは、リサイクルコンプレッサ６４に通される。リサイクルコンプレッサ６４は、導管４４内に放出し、これにより、放出流は、シェルアンドチューブ形熱交換器４２の管側の気体入口にチャージされる。生成される酸化エチレンは、例えば、蒸留または抽出により、濃縮抽出流体から回収することができる。

原料流中のオレフィン濃度は、広い範囲内で選択することが可能である。典型的には、原料流内のオレフィン濃度は、全原料に関して最高でも８０モル％である。好ましくは、同じ基準に基づき、０．５から７０モル％、とりわけ１から６０モル％の範囲内である。本明細書において使用されているように、原料流は、触媒粒子と接触させられる組成と考えられる。

本発明のエポキシ化プロセスは、空気または酸素に基づくものとすることができる（“Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，３^ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ ９，１９８０，ｐｐ．４４５−４４７を参照）。空気に基づくプロセスでは、空気または酸素濃縮空気は、酸化剤源として使用されるが、酸素に基づくプロセスでは、高純度（少なくとも９５モル％）酸素が、酸化剤源として使用される。現在、大半のエポキシ化プラントは、酸素に基づいており、これは本発明の好ましい一実施形態である。

導管４４を通る原料流中の酸素濃度は、広い範囲内で選択することが可能である。しかし、実際には、酸素は、一般に、燃えやすい状況を回避する濃度で加えられる。典型的には、適用される酸素の濃度は、原料総量の１から１５モル％、より典型的には２から１２モル％までの範囲内である。実際の安全な運転範囲は、原料流組成とともに、反応温度および圧力などの反応条件にも依存する。

有機ハロゲン化物は、酸化オレフィンの望ましい形成に関して、選択性を高め、オレフィンまたは酸化オレフィンの二酸化炭素と水への望ましくない酸化を抑制するための反応修飾剤として導管４４を通過する原料流中に存在しうる。有機ハロゲン化物は、とりわけ有機臭化物であり、さらにとりわけ有機塩素化合物である。好ましい有機ハロゲン化物は、塩化炭化水素または臭化炭化水素である。より好ましくは、これらは、塩化メチル、塩化エチル、二塩化エチレン、二臭化エチレン、塩化ビニル、またはこれらの混合物からなる群から選択される。最も好ましいのは、塩化エチルおよび二塩化エチレンである。

有機ハロゲン化物は、一般に、全原料に関して、原料中の低い濃度、例えば、最大０．０１モル％において使用される場合に、反応修飾剤として有効である。有機ハロゲン化物は、全原料に関して最高でも５０×１０^−４モル％、とりわけ最高でも２０×１０^−４モル％、さらにとりわけ最高でも１５×１０^−４モル％、全原料に関して好ましくは少なくとも０．２×１０^−４モル％、とりわけ少なくとも０．５×１０^−４モル％、さらにとりわけ少なくとも１×１０^−４モル％の濃度で原料流中に存在するのが好ましい。

オレフィン、酸素、および有機ハロゲン化物に加えて、原料流は、１つ以上の任意選択の成分、例えば、二酸化炭素、不活性ガス、および飽和炭化水素を含むことができる。二酸化炭素は、一般に、触媒活性に対し悪影響を及ぼす。都合のよいことに、分離システム５２は、導管４４を通る原料流中の二酸化炭素の量が、低い、例えば、２モル％未満、好ましくは１モル％未満、または０．２から１モル％までの範囲内となるような方法で運転される。不活性ガス、例えば、窒素またはアルゴンは、３０から９０モル％、典型的には４０から８０モル％までの範囲の濃度で導管４４を通る原料流中に存在しうる。そうでない場合、不活性ガスは、１から１０モル％までの範囲内の濃度で存在しうる。好適な飽和炭化水素は、メタンおよびエタンである。飽和炭化水素が存在する場合、これらは、全原料に関して最大８０モル％、とりわけ最大７５モル％の量だけ存在しうる。高い頻度で、これらは、少なくとも３０モル％、より高い頻度で少なくとも４０モル％の量が存在する。飽和炭化水素は、酸素可燃限界を高めるために使用することができる。

エポキシ化プロセスは、広い範囲から選択された反応温度を使用して実行することができる。好ましくは、反応温度は、１５０から３４０℃までの範囲内、より好ましくは１８０から３２５℃までの範囲内である。典型的には、外殻側熱伝達液体は、反応温度よりも５から１０℃低い温度を有する。

触媒の脱活性化の効果を低減するために、反応温度は、徐々に、または複数の段階を踏んで、例えば、０．１から２０℃まで、とりわけ０．２から１０℃ずつ、さらにとりわけ０．５から５℃ずつ高めることができる。反応温度の全上昇は、１０から１４０℃までの範囲内、より典型的には２０から１００℃までの範囲内とすることができる。反応温度は、経時劣化のため触媒の活性が減少したときに、典型的には、１５０から３００℃までの範囲内、より典型的には２００から２８０℃までの範囲内のレベルから、新鮮な触媒が用いられる場合には２３０から３４０℃までの範囲内、より典型的には２４０から３２５℃までの範囲内のレベルまで高めることができる。

エポキシ化プロセスは、好ましくは、１０００から３５００ｋＰａまでの範囲内で気体入口管端２６の圧力で実行される。「ＧＨＳＶ」つまりガス空間速度は、１時間当たりの充填触媒床の全体積の１単位上を通る通常温度および圧力（０℃、１ａｔｍ、つまり、１０１．３ｋＰａ）の気体の単位体積である。好ましくは、ＧＨＳＶは、１５００から１００００Ｎｍ^３／（ｍ^３．ｈ）までの範囲である。好ましくは、プロセスは、１時間当たりの全充填触媒床の１ｍ^３当たりの生産される０．５から１０ｋｍｏｌｅまでの範囲の酸化オレフィン、とりわけ１時間当たりの全充填触媒床の１ｍ^３当たりの生産される０．７から８ｋｍｏｌｅまでの範囲の酸化オレフィン、例えば、１時間当たりの全充填触媒床の１ｍ^３当たりの生産される５ｋｍｏｌｅの酸化オレフィンの作業量で実行される。

エポキシ化プロセスで生産される酸化オレフィンは、１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、またはアルカノールアミンに転換することができる。

１，２−ジオールまたは１，２−ジオールエーテルへの転換は、例えば、適宜酸性または塩基性触媒を使用して、酸化オレフィンを水と反応させること含むことができる。例えば、主に１，２−ジオールを、これよりも少なく１，２−ジオールエーテルを作るために、５０〜７０℃、１００ｋＰａ絶対圧力での全反応混合に基づく、酸性触媒、例えば、０．５〜１．０重量％の硫酸の存在下の液相反応において、または好ましくは触媒が存在しない場合に、１３０〜２４０℃、２０００〜４０００ｋＰａ絶対圧力での気相反応において、酸化オレフィンを水の１０倍モル過剰量と反応させることができる。水の割合を減らすと、反応混合物中の１，２−ジオールエーテルの割合は、増大する。こうして生産される１，２−ジオールエーテルは、ジエーテル、トリエーテル、テトラエーテル、またはこれ以降のエーテルとすることができる。代替えの１，２−ジオールエーテルは、酸化オレフィンを、水の少なくとも一部をアルコールで置き換えることにより、アルコール、とりわけメタノールまたはエタノールなどの第一級アルコールで転換することにより調製することができる。

アルカノールアミンへの転換は、酸化オレフィンをアンモニア、アルキルアミン、またはジアルキルアミンなどのアミンと反応させることを含むことができる。無水アンモニアまたはアンモニア水を使用することができる。無水アンモニアは、典型的には、モノエタノールアミンの生産を促進するために使用される。酸化オレフィンをエタノールアミンに転換する際に適用可能な方法については、例えば、参照により本明細書に組み込まれている、ＵＳ−Ａ−４８４５２９６を参照されたい。

１，２−ジオールおよび１，２−ジオールエーテルは、さまざまな工業用途において、例えば、食品、飲料、たばこ、化粧品、熱可塑性ポリマー、硬化樹脂系、洗剤、熱伝達システムなどの分野において使用することができる。アルカノールアミンは、例えば、天然ガスの処理（「スイートニング」）において使用することができる。

特に断りのない限り、本明細書において説明されている有機化合物、例えばオレフィン、１，２−ジオールエーテル、アルカノールアミン、および有機ハロゲン化物は、典型的には、最高でも４０個の炭素原子、より典型的には最高でも２０個の炭素原子、とりわけ最高でも１０個の炭素原子、さらにとりわけ最高でも６個の炭素原子を有する。本明細書において定義されているように、炭素原子の数（つまり、炭素数）の範囲は、この範囲の限界について指定されている数を含む。

本発明のプロセスでは、成形粒子の寸法は、コンピュータシステムを使用して計算することができる。コンピュータシステムは、コンピュータプログラム製品およびコンピュータプログラム製品から読み出した命令を受け取って実行するように構成される中央演算処理装置を備える。コンピュータプログラム製品は、メモリ媒体およびメモリ媒体上に記録されているコンピュータ可読プログラムコードを含む。コンピュータ可読コードは、中央演算処理装置により実行され、上で定義されているように、充填床の１つ以上の特性について１つ以上の数式を含む。

ソフトウェアシステムは、コンピュータ可読プログラムコードと連携し、本発明のプロセスに含まれる１つ以上の計算を実行するように中央演算処理装置に命令することができる。ソフトウェアシステムは、中央演算処理装置と対話するように適合されたメモリ媒体上に格納することができる。好適なソフトウェアシステムの実施例としては、ＥＸＣＥＬ（商標）、ＭＡＴＬＡＢ（商標）、ＳＴＡＴＩＳＴＩＣＡ（商標）、およびＳＡＳ（商標）がある。また、本発明には、本発明のプロセスに含まれる１つ以上の計算を実行するように中央演算処理装置に命令するためのコンピュータ可読プログラムコードを含むコンピュータプログラムが含まれる。

「メモリ媒体」という用語は、インストール媒体、例えば、コンパクトディスクまたはフロッピーディスク、コンピュータシステムメモリ、または不揮発性メモリを含むことができる。コンピュータシステムメモリの実施例としては、限定はしないが、ＤＲＡＭおよびＳＤＡＭがある。不揮発性メモリの実施例としては、限定はしないが、磁気媒体、例えば、ハードドライブ、または光記憶装置がある。メモリ媒体は、他の種類のメモリも、またはこれらのメモリの組み合わせも含むことができる。

一実施形態においては、充填床の１つ以上の特性に対する所望の値は、キーボードを介して、中央演算処理装置に入力される。ソフトウェアシステムは、コンピュータプログラム製品とは別のメモリ媒体上に格納することができる。中央演算処理装置は、ソフトウェアシステムとコンピュータ可読プログラムコードの両方から命令を受け取り、実行するように構成される。

他の実施形態においては、充填床の１つ以上の特性、ソフトウェアシステム、およびコンピュータ可読プログラムコードに対する所望の値は、同じメモリ媒体上に格納することができる。

本発明のプロセスのさまざまな実施形態において使用するのに好適なコンピュータシステムの例示として、図５は、コンピュータシステム１００を示す略図となっている。コンピュータシステム１００は、典型的には、コンピュータシステム１０３、フロッピーディスク１０４、またはコンパクトディスク１０５により表される、関連するコンピュータプログラム製品１０３、１０４、および１０５とともに１つ以上の中央演算処理装置１０２を含む。コンピュータシステム１００は、さらに、１つ以上のディスプレイデバイス、例えばモニタ１０６、１つ以上の英数字入力デバイス、例えばキーボード１０８、および／または１つ以上の指向性入力デバイス、例えばマウス１１０を備えることができる。以下の実施例は、本発明の利点を例示することが意図されており、本発明の範囲を過度に制限することは意図されていない。

（実施例Ａ）
円形管断面を有し、内径が３９ｍｍである管は、円筒幾何学的形状を有する成形粒子の充填床を含む。管の通常運転時には、気体は管内を流れており、充填床を通り、充填床に差圧を引き起こす。成形粒子は、円筒長８．５ｍｍ、円筒直径８．５ｍｍ、および円筒ボア径３ｍｍの標準８ｍｍ円筒形であり、粒子密度は１．５５ｋｇ／ｍ^３である。充填床の充填密度は、７８１ｋｇ／ｍ^３である。

充填密度が同じまま、つまり、７８１ｋｇ／ｍ^３の値の９５％から１０５％の範囲内にあるように、また差圧の相対的変化が、最高でも−０．２、つまり、交換後に充填床にかかる差圧が既存の充填床にかかる差圧の値の最高でも８０％となるように、充填床内の標準８ｍｍ円筒形を円筒幾何学的形状を有する交換成形粒子で置き換えることが望ましい。この実施例では、交換成形粒子は、円筒長が８．５ｍｍ、円筒直径が８．５ｍｍであるか、または円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍであるか、または円筒長が１０．５ｍｍ、円筒直径が１０．５ｍｍである。

計算は、上で述べたように充填密度ＰＤおよび差圧の相対的変化（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１に対する式を使用し、また表Ｉの実施例Ｉで指定されているように定数ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙの値を使用して行った。

これらの計算は、円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が約１．６ｍｍから約３．８ｍｍまでの範囲内である交換成形粒子は、７８１ｋｇ／ｍ^３±５％の充填密度の所望の値の条件を満たし、円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が少なくとも約２．７５ｍｍである交換成形粒子は、最高でも−０．２の差圧の相対的変化の所望の値の条件を満たすことを示していた。円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が約２．７５ｍｍから約３．８ｍｍまでの範囲内である交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たす。円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍであって、円筒ボア径が約２．７５ｍｍから約３．８ｍｍまでの範囲を外れている交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たさない。

同様に、これらの計算から、円筒長が１０．５ｍｍ、円筒直径が１０．５ｍｍ、円筒ボア径が約１．２５ｍｍから約３．４５ｍｍまでの範囲内である交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たすこともわかった。円筒長が１０．５ｍｍ、円筒直径が１０．５ｍｍであって、円筒ボア径が約１．２５ｍｍから約３．４５ｍｍまでの範囲を外れている交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たさない。

これらの計算から、円筒長が８．５ｍｍ、円筒直径が８．５ｍｍであり、両方の所望の値の条件を満たすことができる成形粒子はないこともわかった。

円筒長９．５ｍｍ、円筒直径９．５ｍｍ、および円筒ボア径３．５ｍｍの交換成形粒子を選択できる。管は、これらの交換成形粒子を充填することができる。

同様の方法で、アルミナ担体上に銀を含む触媒の成形粒子を選択し、管内に充填して、充填床を形成することができる。管は、反応器管として使用することができ、エチレンおよび酸素を充填床上で反応させ、酸化エチレンを生成することができる。酸化エチレンは、水とともに転換させて、エチレングリコールを形成することができる。

（実施例Ｂ）
実施例Ａを繰り返すが、ただし、標準８ｍｍ円筒粒子は、密度９７０ｋｇ／ｍ^３の触媒を含む銀を表し、充填床中の標準８ｍｍ円筒は、同じ触媒組成の交換成形粒子で置き換えられ、充填密度を少なくとも１０６７ｋｇ／ｍ^３に高め、つまり少なくとも１０％の増大とし、差圧の相対的変化が、最高でも０．１となるようにする、つまり、差圧が既存の充填床の差圧の値の最高でも１１０％となるようにする点が異なる。

これらの計算は、円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が最高でも約０．４５ｍｍである交換成形粒子は、１０６７ｋｇ／ｍ^３の充填密度の所望の値の条件を満たし、円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍである交換成形粒子は、ボア径に関係なく、最高でも０．１の差圧の相対的変化の所望の値の条件を満たすことを示していた。円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が最高でも約０．４５ｍｍである交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たす。円筒長が９．５ｍｍ、円筒直径が９．５ｍｍ、円筒ボア径が０．４５ｍｍを超える交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たさない。

同様に、これらの計算は、円筒長が１０．５ｍｍ、円筒直径が１０．５ｍｍ、円筒ボア径が最高でも約０．２ｍｍである交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たすことも示していた。円筒長が１０．５ｍｍ、円筒直径が１０．５ｍｍ、円筒ボア径が０．２ｍｍを超える交換成形粒子は、両方の所望の値の条件を満たさない。

これらの計算から、円筒長が８．５ｍｍ、円筒直径が８．５ｍｍであり、両方の所望の値の条件を満たすことができる成形粒子はないこともわかった。

円筒長９．５ｍｍ、円筒直径９．５ｍｍ、および円筒ボア径０．３ｍｍの交換成形粒子を選択し、管内に充填して、充填床を形成することができる。次いで、管は、反応器管として使用することができ、エチレンおよび酸素を充填床上で反応させ、酸化エチレンを生成することができる。こうして生成された酸化エチレンは、水とともに転換させて、エチレングリコールを形成することができる。

本発明による充填床を含む管を示す図である。 本発明において使用することができる、円筒幾何学的形状である成形粒子を示す図である。 本発明のいくつかの新規性のある態様を含む酸化エチレン製造プロセスを示す略図である。 （ａ）理想的円筒形である成形担体物質の外側周囲の断面を示す図である。 （ｂ）理想的円筒形から逸脱している形状である成形担体物質の断面を示す図である。 本発明によるコンピュータシステムの略図である。

Claims (19)

1. 成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を含むシステムにおいて使用するための成形粒子を選択するプロセスであって、
   −充填床の１つ以上の特性の所望の値を定義することと、
   −計算された寸法を有する成形粒子の管内の充填床が、所望の値（複数含む）を満たすか、または実質的に満たすように、成形粒子の寸法を計算することと、および
   −計算された寸法に従って成形粒子を選択することとを含み、
   充填床の前記１つ以上の特性は、
   −成形粒子により占有される体積分率、
   −充填密度、および
   −充填床を貫流し、充填床の気体入口と気体出口との間に差圧を引き起こす気体の抵抗
   のうちの１つ以上を含み、前記抵抗は、式
   ΔＰ＝Ｒ×ρ×Ｖ^２
   （式中、ΔＰは、充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、Ｒは、抵抗を表し、ρは、気体の密度を表し、ならびにＶは、表面気体速度を表し、気体の密度および表面気体速度は、充填床の気体入口温度と気体出口温度の平均値および充填床の気体入口圧力と気体出口圧力の平均値で測定される）
   により定義されるプロセス。
2. 充填床の前記特性が、（１）成形粒子により占有される体積分率、または充填密度、および（２）抵抗を含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 成形粒子が、ボアが存在しない場合には円筒ボア径はゼロであるとみなされることを前提にして、中空である場合もない場合もあり、および円筒長、円筒直径、および円筒ボア径により定義される、円筒幾何学的形状を有する、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 寸法は、下記式：
   特性が成形粒子により占有される体積分率である場合に、
   Ｖ_ｐ＝ａ＋ｂ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｃ×Ｄ_ｉ＋ｄ×Ｄ_ｏ ^２＋ｅ×Ｄ_ｔ、または
   Ｖ_ｐ＝ａ’×［（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２／（ｂ’＋（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２）］−ｃ’×［（Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ）^２］、
   および／または
   特性が、充填密度である場合に、
   ＰＤ＝Ｄ_ｅ×［ａ＋ｂ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｃ×Ｄ_ｉ＋ｄ×Ｄ_ｏ ^２＋ｅ×Ｄ_ｔ］、または ＰＤ＝Ｄ_ｅ×［ａ’×［（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２／（ｂ’＋（Ｄ_ｔ／Ｄ_ｏ）^２）］−ｃ’×［（Ｄ_ｉ／Ｄ_ｏ）^２］］、または
   ＰＤ＝ｆ＋ｇ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｈ×Ｄ_ｉ＋ｉ×Ｄ_ｏ ^２＋ｊ×Ｄ_ｅ＋ｋ×Ｄ_ｔ、および／または
   特性が、抵抗である場合に、
   Ｒ＝１＋ｍ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｎ×Ｄ_ｏ＋ｐ×Ｄ_ｉ＋ｑ×Ｌ＋ｒ×Ｄ_ｔ、
   （式中、
   Ｖ_ｐは、成形粒子により占有されている充填床の体積分率の所望の値を表し、
   ＰＤは、充填密度の所望の値を表し、
   Ｒは、抵抗の所望の値を表し、
   Ｌは、円筒長を表し、
   Ｄ_ｏは、円筒直径を表し、
   Ｄ_ｉは、円筒ボア径を表し、
   Ｄ_ｅは、粒子密度を表し、
   Ｄ_ｔは、管の内径を表し、ならびに
   ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、およびｒはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す）
   のうちの１つ以上により定義することができる１つ以上の関係式を使用して計算される請求項３に記載のプロセス。
5. Ｖ_ｐは、１の分数であり、 ＰＤは、ｋｇ／ｍ^３で表され、
   Ｒは、ｍｍ^−１で表され、
   Ｌは、ｍｍで表され、
   Ｄ_ｏは、ｍｍで表され、
   Ｄ_ｉは、ｍｍで表され、
   Ｄ_ｅは、ｋｇ／ｍ^３で表され、
   Ｄ_ｔは、ｍｍで表され、ならびに
   定数ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、およびｒの値は、
   ａは０．２から０．７まで、
   ａ’は０．３から１まで、
   ｂは−０．２から０．１まで、
   ｂ’は−１から６まで、
   ｃは−０．０５から０．０１まで、
   ｃ’は０．１から１．５まで、
   ｄは−０．００１から０．０００２まで、
   ｅは０．００１から０．００７まで、
   ｆは−１５００から２５００まで、
   ｇは−２５０から２００まで、
   ｈは−７０から−５まで、
   ｉは−１．５から０．５まで、
   ｊは−１０００から１５００まで、
   ｋは０から１２まで、
   ｌは−１から７まで、
   ｍは−５から２まで、
   ｎは−０．８から０まで、
   ｐは−０．２から０．０５まで、
   ｑは−０．３から０．６まで、および
   ｒは０．０１から０．０７まで
   の範囲である請求項４に記載のプロセス。
6. 定数ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、およびｒの値は、
   ａは０．３５から０．５５まで、
   ａ’は０．５から０．８まで、
   ｂは−０．１から０．０５まで、
   ｂ’は１から４まで、
   ｃは−０．０３から−０．０１まで、
   ｃ’は０．５から０．８５まで、
   ｄは−０．０００７から−０．０００１まで、
   ｅは０．００２５から０．００５５まで、
   ｆは−５００から１５００まで、
   ｇは−１２０から８０まで、
   ｈは−５０から−２０まで、
   ｉは−１．１から−０．１まで、
   ｊは−４００から８００まで、
   ｋは４から８まで、
   ｌは１．５から５まで、
   ｍは−３．５から０まで、
   ｎは−０．６から−０．１５まで、
   ｐは−０．１２から−０．０２まで、
   ｑは−０．１から０．４まで、および
   ｒは０．０３から０．０５まで
   の範囲である請求項５に記載のプロセス。
7. 定数ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、ｃ’、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑ、およびｒの値は、
   ａは０．４２から０．５まで、
   ａ’は０．６２から０．６８まで、
   ｂは−０．０５３から０．０１６まで、
   ｂ’は１．７から３まで、
   ｃは−０．０２５から−０．０１７まで、
   ｃ’は０．５９から０．７７まで、
   ｄは−０．０００５５から−０．０００２２まで、
   ｅは０．００３２から０．００４５まで、
   ｆは−１１０から８３０まで、
   ｇは−７６から３４まで、
   ｈは−４２から−２７まで、
   ｉは−０．８６から−０．３４まで、
   ｊは−７０から５３０まで、
   ｋは５から７まで、
   ｌは２．６から４．３まで、
   ｍは−２．７から−０．９まで、
   ｎは−０．４７から−０．２５まで、
   ｐは−０．０９４から−０．０４６まで、
   ｑは−０．０１から０．２５まで、および
   ｒは０．０３５から０．０４２まで
   の範囲である請求項６に記載のプロセス。
8. 管内の既存の充填床に充填された成形粒子の置換に適した交換成形粒子の選択プロセスであって、
   −充填床が、充填床を貫流する気体の条件に曝されたときに充填床単位長さあたりにかかる充填床の差圧の相対変化の所望の値を定義すること（前記相対変化は、交換成形粒子による成形粒子の前記置換の結果である）
   −成形粒子の寸法を計算すること（計算された寸法を有する成形粒子の管内の充填床が、気体流の前記条件下で、差圧の相対変化の所望の値を達成するかまたは実質的に達成するような、充填床単位長あたりの差圧の相対変化を示す）、および
   −計算された寸法に従って交換成形粒子を選択すること
   を含むプロセス。
9. 既存充填床の成形粒子は、標準８ｍｍ円筒であり、交換成形粒子は、ボアが存在しない場合には円筒ボア径はゼロであるとみなされることを前提にして、中空である場合もない場合もあり、円筒長、円筒直径、および円筒ボア径により定義される、円筒幾何学的形状を有し、寸法は、式
   （ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１＝ｓ＋ｔ×（Ｌ／Ｄ_ｏ）＋ｕ×Ｄ_ｏ＋ｖ×Ｄ_ｉ＋ｗ×Ｌ＋ｙ×Ｄ_ｔ、
   （式中、
   ΔＰ’は、充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、ΔＰ_１は、既存充填床の単位長さ当たりの差圧を表し、（ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１は、充填床の単位長当たりの差圧の相対的変化の所望の値を表し、Ｌは、円筒長を表し、Ｄ_ｏは、円筒直径を表し、Ｄ_ｉは、円筒ボア径を表し、Ｄ_ｔは、管の内径を表し、ならびにｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙはそれぞれ、式の対応する項の次元に付随する次元を有する定数を表す）
   により定義することができる関係式を使用して計算される請求項８に記載のプロセス。
10. （ΔＰ’−ΔＰ_１）／ΔＰ_１は、無次元数であり、
    Ｌは、ｍｍで表され、
    Ｄ_ｏは、ｍｍで表され、
    Ｄ_ｉは、ｍｍで表され、
    Ｄ_ｔは、ｍｍで表され、ならびに
    定数ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙの値は、
    ｓは−５から２０まで、
    ｔは−２０から５まで、
    ｕは−２．５から０．５まで、
    ｖは−０．４から０．２まで、
    ｗは−１から２まで、ならびに
    ｙは−０．０６から０．０３まで
    の範囲である請求項９に記載のプロセス。
11. 定数ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙの値は、
    ｓは３から１５まで、
    ｔは−１２から０まで、
    ｕは−１．５から０まで、
    ｖは−０．２５から０．０５まで、
    ｗは−０．２から１．３まで、ならびに
    ｙは−０．０３５から０．０１まで
    の範囲である請求項１０に記載のプロセス。
12. 定数ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｗ、およびｙの値は、
    ｓは６から１２まで、
    ｔは−８．８から−３．１まで、
    ｕは−１．１から−０．４まで、
    ｖは−０．１８から−０．０３まで、
    ｗは０．１９から０．９１まで、ならびに
    ｙは−０．０２３から−０．００２まで
    の範囲である請求項１１に記載のプロセス。
13. 成形粒子の寸法が、コンピュータシステムを使用して計算される請求項１から１２までのいずれかに記載のプロセス。
14. 成形粒子を充填して管内に充填床を形成することができる管を含むシステムを取り付ける方法であって、
    −請求項１から１３のいずれかに記載のプロセスにより成形粒子を選択することと、ならびに
    −選択された成形粒子を管に充填し、管内に充填床を形成することとを含む方法。
15. 請求項１４に記載の方法により取り付けられるシステム内で気体原料を反応させるプロセスであって、
    成形粒子は、気体原料と反応させるのに適している触媒粒子であり、反応条件の下で気体原料を成形粒子と接触させることを含むプロセス。
16. プロセスは、オレフィンのエポキシ化のプロセスであり、気体原料は、オレフィンおよび酸素を含み、触媒は、担体上に銀を含む請求項１５に記載のプロセス。
17. 酸化オレフィンを水、アルコール、またはアミンと反応させることを含む、１，２−ジオール、１，２−ジオールエーテル、またはアルカノールアミンの製造のためのプロセスであって、
    酸化オレフィンは請求項１６に記載されているプロセスにより調製されるプロセス。
18. メモリ媒体およびメモリ媒体上に記録されているコンピュータ可読プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ可読プログラムコードは、請求項１から１３のいずれかに記載のプロセスに対する計算を実行するよう中央演算処理装置に命令するのに適しているコンピュータプログラム製品。
19. 請求項１８に記載のコンピュータプログラム製品およびコンピュータプログラム製品から読み出した命令を受け取って実行するように構成された中央演算処理装置を備えるコンピュータシステム。

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