JP2009120535A

JP2009120535A - 易重合性物質取扱装置

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Publication number: JP2009120535A
Application number: JP2007296427A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Fukui; 友基福井; Nobuo Momotomi; 宣生百冨; Toshihiro Sato; 俊裕佐藤; Daisuke Tomikawa; 大輔富川; Toru Kuroda; 徹黒田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP5236258B2

Abstract

【課題】長期間安定して運転できる易重合性物質取扱装置を提供する。
【解決手段】易重合性物質を取り扱う装置であって、反応器本体１２（装置本体）と、反応器本体１２から突設されたノズル１４と、ノズル１４の開口を封止するラプチャーディスク３２（蓋体）と、ラプチャーディスク３２の易重合性物質非接触面側からラプチャーディスク３２を加熱する加熱手段（加熱空気導入口２８および加熱空気導入管２９）とを具備する多管式反応器１０（易重合性物質取扱装置）。
【選択図】図１

Description

本発明は、易重合性物質を取り扱う装置に関する。

易重合性物質（（メタ）アクロレイン、（メタ）アクリル酸等。）を取り扱う装置（反応器、蒸留塔等。）においては、易重合性物質の重合物が発生しやすい。特に、装置本体から突設されたノズルの内壁面およびノズルの開口を封止する蓋体の易重合性物質接触面には、易重合性物質が滞留しやすく、重合物が付着しやすい。そのため、装置の運転を頻繁に止めて、装置のメンテナンス（清掃等。）を行う必要がある。

ノズルにおける易重合性物質の滞留および重合物によるノズルの閉塞が抑えられた装置としては、下記の装置が提案されている。
反応器本体と、該反応器から突設されたノズルとを有する酸化反応器において、該ノズル内に不活性ガスを供給する手段およびノズルを加熱する手段を備えた酸化反応器（特許文献１）。

しかし、該酸化反応器においては、ノズルのみを加熱しているため、蓋体の易重合性物質接触面に易重合性物質が滞留しやすく、重合物が付着しやすい問題がある。そのため、酸化反応器の運転を頻繁に止めて、酸化反応器のメンテナンス（清掃等。）を行う必要がある。
特開２００３−２３１６６１号公報

本発明は、長期間安定して運転できる易重合性物質取扱装置を提供する。

本発明の易重合性物質取扱装置は、易重合性物質を取り扱う装置であって、装置本体と、該装置本体から突設されたノズルと、該ノズルの開口を封止する蓋体と、該蓋体を加熱する加熱手段とを具備することを特徴とする。
前記加熱手段は、前記蓋体の易重合性物質非接触面側から前記蓋体を加熱する手段であることが好ましい。

本発明の易重合性物質取扱装置は、長期間安定して運転できる。

本明細書においては、（メタ）アクロレインとは、アクロレインまたはメタクロレインを意味し、（メタ）アクリル酸は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味し、（メタ）アクリレートとは、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。

易重合性物質取扱装置とは、易重合性物質の取り扱い（製造、精製等。）を行う装置である。該易重合性物質取扱装置としては、例えば、易重合性物質の製造に用いる反応器、これに付随するタンク、熱交換器、吸収塔等；易重合性物質の精製に用いる蒸留塔または蒸発器、これに付随する熱交換器、タンク等が挙げられる。

反応器としては、多管式反応器が挙げられる。多管式反応器とは、触媒が充填された複数の反応管と、反応管を収納するシェルと、反応管の入口側および出口側に設けられたチャンネルと、反応管の両端を束ねた状態でシェルに固定されることによって、シェルとチャンネルとを仕切る管板とを具備するものである。

易重合性物質とは、容易に重合し、重合物を生成する物質である。該易重合性物質としては、例えば、重合性ビニル化合物が挙げられる。重合性ビニル化合物としては、例えば、不飽和アルデヒド類（（メタ）アクロレイン等。）、不飽和カルボン酸類（（メタ）アクリル酸等。）、アルキル（メタ）アクリレート類（メチル（メタ）アクリレート、ノルマルブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ターシャリーブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート等。）、環構造を有する（メタ）アクリレート類（シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート等。）、ビニル基含有（メタ）アクリレート類（アリル（メタ）アクリレート等。）、ヒドロキシ基含有（メタ）アクリレート類（ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等。）、アルコキシ基含有（メタ）アクリレート類（２−メトキシエチル（メタ）アクリレート、２−エトキシエチル（メタ）アクリレート等。）、多官能（メタ）アクリレート類（エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等。）、カルボン酸含有（メタ）アクリレート類（フタル酸２−（メタ）アクロイルオキシエチル、ヘキサヒドロフタル酸２−（メタ）アクロイルオキシエチル等。）、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリレート類（ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートメチルクロライド塩、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートベンジルクロライド塩、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート等。）、ハロゲン化アルキル（メタ）アクリレート類（トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル（メタ）アクリレート等。）が挙げられる。

易重合性物質には、前記易重合性物質を含む液も包含される。易重合性物質を含む液としては、例えば、前記易重合性物質と易重合性物質の製造または精製時の副生物との混合物；前記易重合性物質と、該易重合性物質に対して非反応性の溶媒（水、トルエン、ヘキサン等。）との混合物等が挙げられる。

ノズルとは、装置本体から突設された管状部材であり、基端は装置本体内に連通して装置本体に接合される。該ノズルとしては、ラプチャーディスク取り付け用ノズル、計測器取り付け用ノズル、点検窓取り付け用ノズル、マンホールノズル等が挙げられる。

蓋体とは、ノズルの先端の開口を封止するものである。該蓋体としては、ラプチャーディスク、計測器（圧力計等。）、点検窓、リッド等が挙げられる。

加熱手段とは、蓋体を加熱する手段である。該加熱手段としては、蓋体を介してノズルに接続された管（例えば、図１中の符号２２）内に加熱流体を導入する加熱流体導入口（例えば、図１中の符号２８）；蒸気配管、温水配管、電気ヒータ等が挙げられる。加熱手段は、蓋体の易重合性物質非接触面側から蓋体を加熱する手段であることが好ましい。
該加熱手段による加熱方法としては、加熱流体導入口を通して加熱流体をノズルに接続された管に導入し、蓋体に加熱流体を接触させる方法；蒸気配管、温水配管、電気ヒータ等を蓋体に直接接触させる方法等が挙げられる。

加熱流体としては、加熱空気、加熱不活性ガス、蒸気等が挙げられる。
蓋体がラプチャーディスクの場合、放出管（加熱流体導入口が設けられる管）を上方に向けてノズルに接続するため、加熱流体を放出管側から直接蓋体に接触させる場合には、加熱流体としては、凝縮水の発生しない加熱空気または加熱不活性ガスが好ましい。

加熱流体の流量は、特に限定されないが、５０〜２０００Ｎｍ^３／ｈｒが好ましく、１００〜１０００Ｎｍ^３／ｈｒがより好ましい。流量が少なすぎると、加熱が不十分なため、重合防止効果が低くなる。流量が多すぎると、重合防止効果は得られるが、不経済となる。
加熱流体を加熱する手段としては、特に限定されないが、蒸気配管、温水配管、電気ヒータ等が挙げられる。

以下、本発明の易重合性物質取扱装置の一例として、多管式反応器について説明する。
図１は、多管式反応器におけるラプチャーディスク取り付け用ノズル付近を示す断面図である。多管式反応器１０（易重合性物質取扱装置）は、反応器本体１２（装置本体）と、反応器本体１２の上部チャンネル４６から突設されたノズル１４と、ノズル１４の開口を封止するラプチャーディスク部１６と、ラプチャーディスク部１６を介してノズル１４にボルト１８およびナット２０によって接続された放出管２２と、ノズル１４の周囲に設けられたノズル加熱手段２４とを具備する。

ノズル１４の側壁には、ノズル１４内に置換ガスを導入する置換ガス導入口２６が設けられ、放出管２２の側壁には、放出管２２内に加熱空気を導入する加熱空気導入口２８（加熱手段）が設けられている。さらに、加熱空気導入口２８には、ラプチャーディスクに加熱空気が直接当たるように、放出管２２内に延び、かつ開口がラプチャーディスクに向くように途中で曲げられた加熱空気導入管２９（加熱手段）を接続することが好ましい。

ラプチャーディスク部１６は、ノズル１４側に向かって膨らむドーム部３０を有するラプチャーディスク３２（蓋体）と、ラプチャーディスク３２の周縁を挟持する２つのホルダ３４、３６とを具備する。
ラプチャーディスク部１６においては、反応器本体１２の内部が異常昇圧した際に、ラプチャーディスク３２のドーム部３０が座屈反転し、ノズル１４側とは反対側のホルダ３６の内部に設けられた十字形のナイフ３８にドーム部３０が衝突して、ラプチャーディスク３２が破裂、開口する。これにより、反応器本体１２の内部の過剰圧力が、放出管２２を通って外部に放出される。

置換ガスとしては、易重合性物質の重合を抑えるガスが挙げられ、例えば、乾燥空気、不活性ガス（窒素ガス、希ガス、炭酸ガス等。）等が挙げられる。置換ガス導入口２６からノズル１４内に置換ガスを導入することによって、ノズル１４内に置換ガスが充満し、ノズル１４内への易重合性物質の進入が抑えられ、また、ノズル１４内に易重合性物質が滞留したとしても、その重合が抑えられる。

ノズル加熱手段２４としては、蒸気配管、温水配管、電気ヒータ等が挙げられる。ノズル加熱手段２４を設けることにより、ノズル１４が加熱され、ノズル１４の内壁に付着した易重合性物質が気化し、ノズル１４内での易重合性物質の滞留が抑えられる。

反応器本体１２は、図２に示すように、触媒が充填された複数の反応管４０と、反応管４０を収納するシェル４２と、反応管４０の入口側に設けられた下部チャンネル４４と、反応管４０の出口側に設けられた上部チャンネル４６と、反応管４０の両端を束ねた状態でシェル４２に固定されることによって、シェル４２と下部チャンネル４４、およびシェル４２と上部チャンネル４６とを仕切る管板４８とを具備する。シェル４２の側壁には、熱媒排出口５０および熱媒導入口５２が設けられ、下部チャンネル４４には原料ガス導入口５４が設けられ、上部チャンネル４６には反応ガス排出口５６が設けられている。

つぎに、多管式反応器１０を用いた（メタ）アクロレインの製造、および（メタ）アクリル酸の製造について説明する。

（メタ）アクロレインの製造：
多管式反応器１０の反応管４０内に触媒を充填する。
多管式反応器１０のシェル４２内に熱媒を導入し、反応管４０内を所定の反応温度に昇温し、多管式反応器１０の下部チャンネル４４内に原料ガス導入口５４から原料ガスを供給し、該原料ガスを所定の空間速度にて反応管４０内を通過させる。
反応管４０から排出される（メタ）アクロレインを含む反応ガスは、上部チャンネル４６内を通って反応ガス排出口５６から排出される。

多管式反応器１０内に原料ガスを供給する間、上部チャンネル４６から突設されたノズル１４内に置換ガス導入口２６から置換ガスを導入し、ノズル１４内に置換ガスを充満させる。また、ノズル１４の周囲に設けられたノズル加熱手段２４に蒸気を導入し、ノズル１４を加熱する。また、ラプチャーディスク部１６を介してノズル１４に接続された放出管２２内に加熱空気導入口２８から加熱空気を導入し、ラプチャーディスク３２の易重合性物質非接触面側からラプチャーディスク３２を加熱する。

触媒としては、モリブデン、ビスマスおよび鉄を含む多元系酸化物触媒粒子等が挙げられる。
原料ガスとしては、イソブチレン、ｔ−ブタノールおよびメチル−ｔ−ブチルエーテルからなる群から選ばれる１種以上のガスの１〜２０容量％、分子状酸素の１〜２０容量％、水蒸気の０〜４０容量％、および不活性ガス（窒素、炭酸ガス等。）を含む混合ガスが挙げられる。
原料ガスとしては、イソブチレン、ｔ−ブタノールおよびメチル−ｔ−ブチルエーテルからなる群から選ばれる１種以上のガスの５〜２０容量％、分子状酸素の５〜２０容量％、水蒸気の０〜３０容量％、および不活性ガス（窒素、炭酸ガス等。）を含む混合ガスが挙げられる。

反応温度は、通常、３００〜４５０℃である。
空間速度としては、５００〜３０００ｈｒ^−１が好ましい。
加熱空気導入口２８から導入される加熱空気の温度は、６０〜１６０℃が好ましい。

（メタ）アクリル酸の製造：
触媒、原料ガス、反応温度を変更する以外は、（メタ）アクロレインの製造と同様にして（メタ）アクリル酸の製造を行う。

触媒としては、リンモリブデン酸系へテロポリ酸またはその金属塩からなる触媒粒子等が挙げられる。
原料ガスとしては、（メタ）アクロレインの１〜２０容量％、分子状酸素の１〜２０容量％、水蒸気の１〜４０容量％、不活性ガス（窒素、炭酸ガス等。）を含む混合ガスが挙げられる。
反応温度は、通常、２００〜４００℃である。

以上説明した多管式反応器１０にあっては、ラプチャーディスク３２を加熱する加熱空気を導入する加熱空気導入口２８を具備するため、ラプチャーディスク３２の易重合性物質接触面に付着する易重合性物質が気化する。そのため、ラプチャーディスク３２の易重合性物質接触面に易重合性物質が滞留しにくく、重合物が付着しにくい。そのため、多管式反応器１０のメンテナンス（清掃等。）の頻度が低下する。その結果、多管式反応器１０を頻繁に止める必要がなく、多管式反応器１０を長期間安定して運転できる。

また、以上説明した多管式反応器１０にあっては、ラプチャーディスク３２の易重合性物質非接触面側からラプチャーディスク３２を加熱しているため、加熱空気が多管式反応器１０内の反応ガスに混入することがない。

なお、本発明の易重合性物質取扱装置は、図１に示す多管式反応器１０に限定はされず、装置本体から突設されたノズルと、該ノズルの開口を封止する蓋体と、該蓋体を加熱する加熱手段とを具備するものであればどのようなものであっても構わない。

以下、実施例を示す。
〔実施例１〕
メタクロレインの製造：
多管式反応器１０の反応管４０内にモリブデン、ビスマスおよび鉄を含む多元系酸化物触媒粒子を充填した。
多管式反応器１０のシェル４２内に熱媒を導入し、反応管４０内を３４０℃に昇温し、多管式反応器１０の下部チャンネル４４内に原料ガス導入口５４から、イソブチレンの５容量％、分子状酸素の１２容量％、水蒸気の１０容量％、および窒素の７３容量％からなる原料ガスを供給し、該原料ガスを空間速度１０００ｈｒ^−１にて反応管４０内を通過させた。
反応管４０から排出されるメタクロレインを含む反応ガスを、上部チャンネル４６の反応ガス排出口５６から排出した。

多管式反応器１０内に原料ガスを供給する間、上部チャンネル４６から突設されたノズル１４内に置換ガス導入口２６から乾燥空気を３００ＮＬ／ｈｒの割合で導入した。また、ノズル１４の周囲に設けられたノズル加熱手段２４（蒸気配管）に蒸気を導入した。また、ラプチャーディスク部１６を介してノズル１４に接続された放出管２２内に加熱空気導入口２８から１３０〜１４０℃の加熱空気を３００Ｎｍ^３／ｈｒの割合で導入し、ラプチャーディスク３２の易重合性物質非接触面側からラプチャーディスク３２を加熱した。

メタクロレインの製造を１０００時間連続して行った後、ノズル１４およびラプチャーディスク３２を確認したところ、重合物の付着は確認されなかった。

〔実施例２〕
メタクリル酸の製造：
多管式反応器１０の反応管４０内にリンモリブデン酸系へテロポリ酸からなる触媒粒子を充填した。
多管式反応器１０のシェル４２内に熱媒を導入し、反応管４０内を２９０℃に昇温し、多管式反応器１０の下部チャンネル４４内に原料ガス導入口５４から、実施例１で製造されたメタクロレインの５容量％、分子状酸素の１０容量％、水蒸気の１５容量％、および窒素の７０容量％からなる原料ガスを供給し、該原料ガスを空間速度１０００ｈｒ^−１にて反応管４０内を通過させた。
反応管４０から排出されるメタクリル酸を含む反応ガスを、上部チャンネル４６の反応ガス排出口５６から排出した。

メタクリル酸の製造を１０００時間連続して行った後、ノズル１４およびラプチャーディスク３２を確認したところ、重合物の付着は確認されなかった。

本発明の易重合性物質取扱装置は、易重合性物質の製造、精製等を行う装置として有用であり、特に（メタ）アクロレイン、（メタ）アクリル酸等の製造を行う反応器、精製を行う蒸留塔等として有用である。

本発明の易重合性物質取扱装置の一例である多管式反応器におけるラプチャーディスク取り付け用ノズル付近を示す断面図である。多管式反応器の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０多管式反応器（易重合性物質取扱装置）
１２反応器本体（装置本体）
１４ノズル
２８加熱空気導入口（加熱手段）
２９加熱空気導入管（加熱手段）
３２ラプチャーディスク（蓋体）

Claims

易重合性物質を取り扱う装置であって、
装置本体と、該装置本体から突設されたノズルと、該ノズルの開口を封止する蓋体と、該蓋体を加熱する加熱手段とを具備する、易重合性物質取扱装置。
前記加熱手段が、前記蓋体の易重合性物質非接触面側から前記蓋体を加熱する手段である、請求項１記載の易重合性物質取扱装置。