JP2009148757A - チューブ束反応器 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブ束反応器内の温度プロフィルを正確に測定する方法を提供する。
【解決手段】触媒が充填され、チューブ鏡板３，４へ固定された両端を有する反応チューブの束と、作動中該チューブのまわりを流れる媒体１０と、チューブ束を囲むシェル５と、反応チューブと流体連通にあり、チューブ鏡板の一方を差し渡すガス入口ヘッド６と、反応チューブと流体連通にあり、チューブ鏡板の他方を差し渡すガス出口ヘッド７と、チューブ束内に配置された温度計チューブ２内に設置された少なくとも1個のステージ温度計９をさらに含んでいる、吸熱または発熱気相反応用のチューブ束反応器において、少なくとも１個のステージ温度計９は温度計チューブ２内部を軸方向に動くことができ、そしてチューブ束反応器１はステージ温度計９の軸方向運動を実行するため機械的位置決め手段８を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に規定したチューブ束反応器に関する。本発明はまた、述べた種類のチューブ束反応器内の温度プロフィルを測定する方法にも関する。

充填床反応器の特別のタイプとしてのチューブ束反応器は、特に酸化、水素化、脱水素化、ニトロ化、アルキル化プロセスのような不均質気相接触反応を実施するために化学工業において成功している。問題の種類のチューブ束反応器は、垂直に配置された反応器チューブの束を含んでいる主反応器部分を含む。通常顆粒状の触媒、そしてもし望むならば不活性材料が、上方および下方チューブ鏡板にぴったり固定されたそれらの端部を有するこれら反応器チューブに収容される。チューブ束は反応器シェルによって囲まれる。反応は吸熱または発熱反応であり得る。反応ガス混合物はそれぞれのチューブ鏡板を差し渡す反応器ヘッドを通って反応器チューブ中へ供給され、そして生成ガス混合物として他のチューブ鏡板を差し渡す反応器ヘッドを通って反応器チューブから排出される。

安定な反応条件は、反応器チューブの外表面のまわりを熱媒で循環させ、それによって最良可能な熱移動を保証することによって確立される。相変化なしで熱媒を用いる時、それが反応器チューブを横断する方向に流れるならば実際に最良の熱移動が得られる。今日ではしばしば３０，０００本またはそれ以上の反応器チューブを含んでいる大型のチューブ束反応器の場合、リング形チューブ束を通って曲がりくねって流れるように環状またはディスク形状邪魔板によって案内される。放射方向に均一な熱移動は、例えばＥＰ１５６９ ７４５ Ａ１に記載されている特徴によって達成することができる。流れ案内エレメントの対応する設計により、または例えばＤＥ２２０１ ５２８ Ｂ１に従った追加の熱媒回路によって得られる流れの適当な案内は、特定のプロセスを考慮して最適化された温度プロフィルを反応器チューブに沿って調節することを許容する。

反応器の外の循環手段は、反応器周縁のまわりのリングチャンネルを通って熱媒が分布し、熱媒は多数のシェル開口を通って反応器のシェル空間中へ流れる。反応器から出て行く加熱された熱媒は反応器の外に配置されたクーラーによって冷却される。

反応器中の反応の経過を判定し、そして生成物品質および変換率に関して反応プロセスを最適にコントロールするため、触媒ベッド内の温度を軸方向に検出することが不可欠である。多数の接触気相反応、特に接触部分酸化反応では、増大した熱発生が反応器チューブの当初のゾーンで起こり、そのゾーンを最高の温度、いわゆる「ホットスポット」にする。ホットスポット温度を知ることは、許容できる温度を上廻った場合にプロセスを変更できるように操業において極めて重要である。さもなければ触媒が損傷され、変換率、選択性および収率の損失を招来するであろう。

技術的測定費用を合理的限界に保つことができるように、反応器チューブの一部のみの温度が測定される。モニターされない反応器チューブの状態は管理されたチューブの状態から誘導される。これはいわゆる温度計チューブを使用して達成される。それらは測定機器を含んでいる。これらは温度が触媒ベッド中の流路に沿って測定される場所にある触媒で充填された反応器チューブである。

温度を測定するために本質的に二つの方法が適用される。原則として、両方法とも温度計チューブの中心に保護チューブが挿入される。次に、保護チューブの外壁と温度計チューブの内壁の間の空間に触媒が充填される。保護チューブは所定位置に維持される。その後温度計が保護チューブ内に挿入される。温度計は種々の物理的原理に従って作動し、そして一以上の個々の温度測定点を含むことができる。最も多用されている具体例は抵抗温度計および熱電対であり、後者が好ましい。熱電対は少しのスペースしか必要としないので、複数の個々の温度測定ポイントを軸方向に提供することができる。

第１の方法の場合、温度測定手段は、保護チューブ内を軸方向に移動する単一の温度計よりなる。この方法は、単一の温度計のみを必要とするため、保護チューブの直径を非常に小さく（例えば３．２ｍｍ以下）に選ぶことができる利益を有する。この態様において反応器チューブ内で進行している反応プロセスへの影響を最小にすることができる。温度計は反応器チューブに沿ったどの所望の場所へも動かすことができ、それにより温度測定の場所および数を進行している反応に対してすべての時間に適応化することを許容する。

実際、この方法は反応器チューブの全長に沿って全温度プロフィルを一貫して検出することを許容する。しかしながら、対応する装置も大体反応管チューブの全長でなければならず、そして特別の案内手段を必要とし、そのためそれを機械的に非常に敏感にする。この理由のため、この方法は小規模の研究室およびパイロット反応器のみに関して適用される。さらに温度計を各測定位置においてしばらく静止させ、新しい測定位置の温度を取らしめなければならないため、静止した作業条件についての温度プロフィルしか測定することができない。

もし、例えば温度計が反応器のスタートアップの間に、またはプロセスパラメータの変動時に温度計チューブの一端における温度を測定したとすれば、他端における温度は最初の測定と比較して完全に変っていることがあり得る。もしすべての測定をあまり急速に実施したならば、どの測定点においても温度適応化期間が短じか過ぎるため、結果はどの点の温度も正確に測定されていないことになる。その上、動くことができる温度計は設置および作動において敏感であり、費用がかかる。それ故この方法は大規模の商業的チューブ束反応器の使用には適していない。

第２の方法では、固定した均等または不均等間隔に軸方向に配置された複数の温度計が保護チューブ中へ導入される。この具体例で好ましい温度計は熱電対である。機械的保護のため、複数の温度計がしばしば１本の熱保護チューブ中に配置される。温度計のこの多数軸方向配列は、しばしば“多数ポイント温度計”またはＳＴＭと略称される“ステージ温度計”と称される。ＳＴＭはすべての測定位置の温度を同時に供給する。マークした極端温度位置を含んでいる反応のため、温度計は臨界的範囲をできるだけ正確にカバーするように、各自小さい間隔で通常置かれる。

ＳＴＭの使用を含んでいる第２の方法は、多数の温度計のために一定の断面積を必要とし、その結果周囲の熱保護チューブの直径が移動し得る単一温度計を使用する第１の方法の場合よりも大きい点において不利益である。保護チューブの直径が大きくなるにつれ、温度計チューブの内部の発熱反応からの熱の放出が減少し、それ故、そこで測定された温度は温度測定機器を供給されていない反応管チューブ中の温度に対応することが少なくなる。

他の不利益は、ＳＴＭ内部の二つの軸方向に隣接する温度計の間の温度に関する情報が提供されないことである。この状況はより小さい間隔によって改善し得るが、しかしこの欠点は除去されない。何故ならば、ホットスポットの区域は比較的小さく、約１０ｍｍないし６０ｍｍの長さを持ち、そのためそこはカバーされないままであり得るからである。加えて、触媒は経時的に劣化し、そしてホットスポットが隣接する温度計の間の間隔が大きいゾーンへ移動することを発生し得る。

どちらの方法においても、それぞれ熱保護チューブおよび保護チューブの可能な限り小さい直径を見出し、そのため温度測定設備なしの反応器チューブ内と実質的に同じ条件をつくり出すことが試みられた。さらに温度計チューブの直径、そしてそのため充填触媒を収容する環状空間の直径は、ＳＴＭの保護チューブによって占領されているチューブ断面積を或程度補償するように拡大することができる。

チューブ束の放射方向における異なる温度状況の概観を得るため、チューブ断面を横切って代表的ファッションで温度計チューブを分布することが慣例である。

ステージ温度計の簡単な構造具体例は、例えばＵＳ４０７５０３６ＢまたはＤＥ１０２００５０２３８６９Ａ１（ＵＳ７１７５３４３Ｂ２に同じ）に記載されている。これら二つの発表と対照的に、ＵＳ４３８５１９７Ｂに従った具体例の個々の熱電対は熱伝導性スプリングによって保護チューブの壁へ接続することができる。そのような設計のためにはむしろ大きい直径が必要であり、それ故スペース要求は大きい。それらは反応が生起する温度計チューブ内の設置には適していない。

チューブ束反応器中のステージ温度計の使用は、例えばＥＰ１４８４２９９Ａ１に記載されている。この文献に記載されている方法によれば、ステージ温度計が温度計チューブ内に配置された保護チューブ内へ導入され、種々の固定点において温度を測定する。個々の温度計の間隔はすべて同じか、または当初ゾーンにおいてより小さくすることができる。このステージ温度計は、温度計チューブ中へ設置のため堅固にビルトインされるのではなく挿入し得る点で可動である。一旦挿入されると、個々の温度計はチューブ全長に分布され、そしてチューブに沿った固定位置に付属する。作動において、温度は専らこれら固定位置において測定され、移動は行われない。

ステージ温度計は通常ステージ熱電対として設計される。その設計の多種類が種々の製造者によって提供されている。

ＥＰ０８７３７８３Ａ１は、チューブ束反応器と、このチューブ束反応器内の温度、固体粒子と自由断面積の間の関係、そして温度計チューブおよび温度計設置なしの反応チューブの圧力損失を測定する方法を記載する。これは異なる寸法および／または異なる形状の固体粒子によって得られる。どちらにも適した温度測定手段は、ともにそれぞれの保護チューブ内に提供された軸方向に移動可能な個々の熱電対か、または固定測定位置を有するステージ温度計である。

同様な方法がそこから請求項１の前文が出発するＥＰ１２７００６５Ａ１に記載されている。この方法により、等しいサイズの固体粒子を反応器チューブと温度計チューブへ充填し、そして温度計チューブへより低いスピードで固体粒子を供給することによって、反応器チューブと温度計チューブにおいて等しい圧力損失が得られる。この方法は温度計チューブだけでなく、圧力測定手段にも提供される。この測定手段は、任意にチューブ軸上の保護チューブ内に配置され、そして軸方向に動くことができるか、またはＥＰ０８７３７８３Ａ１に記載されているように、固定間隔において多数に提供される。この測定手段は温度計チューブの内壁上の振動バンパーによって支持される。

ＵＳ４３４２６９９Ｂ１は、段階的に上昇する触媒活性および気体を円形に案内する特別な方法を使用する、無水マレイン酸の製造プロセスを記載する。選択された反応器の記載中において一般的な参照は温度計チューブの使用になされている。温度が測定される方法は詳細に特定されていない。クレームした方法の特異的効果を証明するために行われたテスト配置においては、保護チューブ内に取付けられた軸方向に動き得るステージ熱電対を含んでいる単一の反応器チューブが使用されている。この動くことができるステージ熱電対は単一反応器チューブを備えたテスト反応器に関してのみ知られ、その構造または作動に関し詳細は与えられていない。

ＷＯ００／１７９４６Ａ２公開は、反応の熱逃亡をそれによって認識することができるチューブ束反応器内の操作を紹介する。この操作は反応器へ個々のまたはステージ温度計を含んでいる複数の温度計チューブを供給することに存する。これらの温度計チューブの一部はそれを通る流速を減少するためのスロットル部材を備える。スロットル部材を含んでいる温度計チューブは反応熱を少ししか消散させることができないので、それらはスロットル部材を備えない温度計チューブよりももっと速く反応熱の逃亡を明らかにする。反応は所望の反応条件で実施される。温度計チューブの二つのタイプの温度プロフィル間の差の比較は、反応の熱逃亡の指示があるかどうかを告げることができる。

この方法は、温度計チューブ中の反応が、単にそれらによって流速が減じられ、一方すべての他の反応器チューブ中の反応は正常なコースに従う故に逃亡し得ることにおいて不利である。これは利用性を低くする。さらに、ＳＴＭを備えた個々の温度計間の温度に関する情報を欠いている。それ故得られる温度プロフィルは真に代表的ではない。

熱シートメタルプレートを含む反応器を使用する移動し得るステージ温度計がＷＯ２００５／０６３３７１Ａ１から知られている。ここでは２枚の熱シートメタルプレート間の各ギャップの高さ全体に分布された一以上の測定位置において決定された温度が反応をモニターし、コントロールし、および／または調節するためのコントロール信号として選ばれる。一具体例においては、２枚の熱シートメタルプレート間に配置された保護チューブ内のステージ熱電対が存在する。このステージ熱電対は、好ましくは等間隔の測定点が与えられ、そして温度プロフィルの測定のため保護チューブ内を連続的に移動するのに適合される。このステージ熱電対が移動される態様、特に工業的な商業的反応器中での態様については全く説明されていない。

本発明の目的は、本発明に従って、請求項１の特徴を備えた前文に特定されたチューブ束反応器によって満たされる。上記目的は請求項２２に記載された方法によって同様に満たされる。

好ましい具体例は従属項に提供されている。

本発明に従った測定は、機械的作動手段を有するコンパクトな測定機器を使用して、固体ベッド中のおよび／または熱媒中の温度プロフィルを流れ方向において高い解像度において決定することを許容する。ステージ測定温度計（ＳＴＭ）の使用のため、全体の測定範囲に沿った全温度プロフィルを記録するための運動経路が二つの隣接する温度計Ｘ（ＴＭ）の間の間隔へ減らされる。

温度計チューブへ機械的アクチュエーターの提供は、複数の温度計チューブにおいて、多数の精密な代表的温度の同時測定ばかりでなく、これらの温度測定を反応器上に直接配置されていないコントロールセンターから達成することを可能とする。

軸方向および放射方向の詳細な温度分布の同時提供可能性（複数の温度計チューブがチューブ束全体に放射状に配置された場合）は、測定を容積流れまたは濃度へ変更するような急速な行動を取ることを提供する。

粒子ベッドは少なくとも妨害しか蒙ることがなく、そのため粒子ベッド中で起きている反応に対する影響は少なく、そして保護チューブの選ばれた直径が小さくなるにつれ次第に少なくなる。この文脈において、温度計の実現可能な数および機械的位置決めユニットの作業経路（すなわち移動）のそれぞれの延長の限界を考慮に入れなければならない。

本発明に従ったチューブ束反応器は、役目が第１に種々のプロセスを研究し、そしてそれらのパラメータに関して最適化することである研究室または技術研究所における反応器とは対照的に、通常大量の生産物を取得する商業的に有用な生産反応器を代表する。

特に、本発明に従ったチューブ束反応器は、接触気相反応の実施に適している。このことは単一また多数ゾーン設計に関して制限なしでそのとおりである。

また、本発明に従ったチューブ束反応器に関し、反応器直径の通常の寸法、反応器高さ、配置、チューブの直径、熱媒の案内または熱媒のタイプに制限はない。

本発明に従ったチューブ束反応器に関し、反応器を循環する熱媒に制限はない。基本的にはどの知られた熱媒、例えば熱媒オイルを使用することができる。しかしながら好ましい熱媒は熱媒塩である。選択は所望の最適プロセス温度によって決定される。熱媒は反応器の外側に配置された循環手段によって供給され、そして次に反応器周囲のまわりの環状ダクトを通って分布され、そこで複数のシェル開口を通って反応器内のシェル空間中へ流入する。シェル中のこれの窓は、例えばＤＥ１６０１１６２Ａ２に従って、環状ダクトおよびシェル開口を通る通路中の流れからの圧力損失の合計が流れのすべての分流についてコンスタントになるように寸法決めされる。このことはシェルの周囲のまわりの熱媒の均一な分布と、そしてチューブ束反応器のシェル空間へ均一な放射方向進入を保証する。測定可能な圧力損失から誘導される断面寸法の決定は、チューブ束反応器の出口におけるシェル開口を通って出て行く熱媒にも同じように適用される。流体力学の知られた法則を適用して、入口端のシェル開口は流れ方向に次第に小さくなり、他の出口端のシェル開口は流れ方向に次第に大きくなる。この原理は、ＷＯ２００６／１１８３８７Ａ１において、流れをさらに均等化するための均一なスリット開口を有する追加スリットによって補完される。反応器を出て行く加熱された熱媒は反応器の外に所在するクーラーによって冷却される。この多種類の構造上の対策が最適な操業のための基本的条件を提供する。

チューブの本数は通常１，０００ないし４５，０００の間、好ましくは１０，０００ないし４０，０００の間、特に好ましくは２０，０００ないし３８，０００の間にある。チューブの長さは２ｍないし１８ｍの間、好ましくは３ｍないし１６ｍの間、特に好ましくは４ｍないし１０ｍの間の範囲にある。原則として、反応器チューブの内側から反応器チューブのまわりを流れる熱媒への熱移動は反応器チューブ直径が小さければ小さい程良くなる。触媒ベッドのための与えられた断面積において、このことは勿論チューブの数およびそのため投資コストを増大する。反応器チューブ直径を拡大すればする程、反応チューブの必要本数および投資コストが低くなる。しかしながら他方、反応器チューブ内部から反応器チューブ壁への熱伝導が影響され、そしてその結果温度が上昇し、それによって転換率、選択性および収率が低下するか、および／または触媒が損傷される。反応器チューブ直径の最終的選択はそれぞれのプロセスに大きく依存する。反応器チューブの内径は１６ｍｍないし５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍないし４０ｍｍの間の範囲にある。また１１０ｍｍまでのより大きい直径もある種の反応のためには有益であることが証明された。

チューブ束反応器デザインは、単一ゾーンまたは多数ゾーン構造でよい。多数ゾーン構造においては、少なくとも一つの水平パーティションが熱媒スペースを少なくとも二つの別々の熱媒スペースに分割し、その中の温度を互いに異なるように調節することができる。それぞれのプロセスの最適な適応化は、反応器チューブおよび温度計チューブへそれぞれゾーン当り異なる適切な充填を提供することによって得られる。複数の別々の熱媒スペースを得る他の可能性は、例えば二つの反応器をそれらのチューブ鏡板が互いに反対になるように直接、またはその間に小さい距離を置いて連結することである。熱媒スペースのさらなる分割は、もし全体のプロセスが直列に連結した、またはパイプラインによって相互接続された複数のチューブ束反応器によって実施される場合に得られる。

本発明は温度測定原理に対して何ら限定を課すものではない。例えば、ＤＩＮ４３７１０およびＤＩＮ ＥＮ ６０５８４に規定されているすべての熱電対が、それぞれのプロセス条件に応じて好適である。ＤＩＮ ＥＮ ６０５８４に従ったタイプＫの熱電対が好ましい。その上他の物理的温度測定原理、例えばＰＴ−１００またはＰＴ−１０００のような白金抵抗温度計、抵抗温度計、または半導体センサーを適用することができる。しかしながら本発明に従い、ステージ温度計は好ましくはステージ熱電対として設計される。そのようなステージ熱電対の広く使用されている具体例は、並列に配置されそして長さの異なる複数の個々の熱電対から構成される。各自の個々の熱電対は評価ユニットへのそれ自身のリード線を有する。熱電対は、それらの自由端で接続した２本の異なる熱電線を有する特別の種類の温度計である。接続点において支配的な異なる温度が温度測定のために利用することができる電流を発生するであろう。

反応器チューブ中の反応温度のコントロールおよび／またはモニタリングのため、以後ＫＡＴ温度計チューブと称される、触媒を充填したある数の温度計チューブが反応器断面全体に分布される。この態様において反応器中温度が軸および放射方向において可能な限り正確に検出されることができる。そのような温度計チューブの本数は、問題のプロセスの要求、特定の構造デザイン、および反応器チューブの総本数に依存し、そしてプラントオペレータによって決定される。軸方向に移動可能なＳＴＭをこれら温度計チューブの一部だけに用い、他のものに静止ＳＴＭを用いる理由があり得る。しかしながら本発明によれば、静止ＳＴＭまたは軸方向移動可能ＳＴＭを含む温度計チューブの総本数の軸方向に移動可能なＳＴＭを含む温度計チューブのシエアは１００％より少なく、好ましくは５０％より少なく、特に好ましくは１０％より少ないが、しかしどんな場合でも少なくとも１本はそのようなチューブである。

触媒を充填した温度計チューブは、その中に温度測定手段が設置されているため反応器チューブとは異なる流れ断面積を有する。反応のコースに対するその影響は避けられない。それ故そのような温度計チューブ内で測定した温度は反応器チューブ中の温度に精密に相当することは決してあり得ない。この理由により、そのような温度計チューブにおいて測定した値の偏差を最小化する試みにおいて多数の知られた対策が取られる。

ＳＴＭは軸方向に自由に動き得るように保護チューブ内に配置され、案内される。保護チューブは、温度計チューブ内の温度が軸方向に、通常触媒サポートの範囲内で、できるだけ完全に測定し得るように、温度計チューブ内にできるだけ深く挿入される。保護チューブをチューブ軸上に放射方向に実質的に心合わせするため、商業的に入手し得るスペーサーまたは心合わせ手段が提供される。選択された好ましい具体例は、流れおよび粒子ベッドに対して最小の影響を有するものであり、これらは特にばね、特に外側へ向いた直線または曲がったばねを有するらせんばねである。原理的にはＳＴＭは下から反応器チューブへ導入し得るが、保護チューブを触媒支持体を通って押さなければならない不便さを含んでいる。この理由でＳＴＭを含む保護チューブは上から温度計チューブへ導入するのが好ましい。

好ましくは、保護チューブ内のＳＴＭは熱保護チューブ内に設置され、そしてこの熱保護チューブが保護チューブ内を自由に動くことができる。

保護チューブ内側の温度計は敏感な測定機器である。それは機械的安定性を与え、そして運動の間機械的損傷から保護するために軸方向に可動な熱保護チューブ内に配置される。保護チューブの内壁からの熱保護チューブの距離は、保護チューブにおいて支配的な温度が最も正確にそして遅れなしに検出できるようにできるだけ小さくなるように選定される。それにも拘らずこの間隔は熱保護チューブが保護チューブ中を自由に動くのに十分な大きさである。

もしステージ温度計ＳＴＭが熱保護チューブ内において軸方向に間隔をあけて位置する複数の温度計の温度測定ポイントを持つべきならば、個々の熱電線は相互に関して、そして隣接する温度計から絶縁されなければならない。加えて、変形および損傷に対する機械的安定性が熱電線に必要である。これは各温度計を熱スリーブで囲むことによって達成される。熱スリーブの内側には熱電線が相互にそして熱スリーブの壁から電気的に絶縁される絶縁材料が存在する。

一旦保護チューブが設置されると、触媒粒子、そしてもし望むならば不活性粒子が温度計チューブ中へ人力で充填される。取付けを容易にするため、本発明に従えば、保護チューブはチューブ鏡板と機械的位置決め手段の間の取外し自在な接続によって固定される。そのような取外し自在接続は、例えばフランジ、クランピングリング、カッティングリング、またはバイオネットタイプリングによって提供することができる。

温度計チューブ内の中心に配置された時、保護チューブは追加のチューブ壁を提供する。その結果、壁に沿った可動性（壁効果）が大きくなり、一方壁の間の触媒または不活性材料粒子のかさ密度が減少する。そのすべてが反応のコースに影響する。この理由のため、温度計チューブ内の保護チューブの影響を制限する観点からできるだけ小さい保護チューブ直径が目指される。ＳＴＭが移動自在である事実は、慣用のＳＴＭが複数の測定点にアドレスすることを可能にし、それによって設備を節約することができる。より少ない本数の温度計に鑑み、ＳＴＭに対して要求される全体の断面積はより小さくなる。その結果、熱保護チューブの直径と、そしてそれと共に保護チューブの直径も減らすことができる。それにも拘らず、もし多数の熱電対が選ばれるならば、隣接する温度計間の軸方向距離が減らされる。作業移動経路が小さくなり、機械的位置決め手段が小さくなり、そして解像度が増大する。他方、温度計チューブと反応器チューブ中の流れの間の差がもっと明白となる。どの場合でも、固定位置のＳＴＭの場合よりも少ない数の温度計を同じ数の測定ポイントのために選ぶことができる。各々の個々のケースにおいて、熱電対の数および間隔の利益および不利益を比較しなければならない。例えば、チューブ長さ、機械的位置決め手段の構造上の寸法、または保護チューブの断面積と反応器チューブの流れ断面積の間の比を考慮に入れなければならない。

個々の温度計とまわりの保護チューブの間の熱伝導接触が望ましいが、この具体例において小さい放射方向寸法に鑑み、これは小さな役割しか果さない。小さい壁厚と本発明に従った具体例のギャップ寸法のため、急速な熱移動が得られる。これは熱輻射によってさらに増強され、これは摂氏数百度のオーダーの温度において重要性を獲得する。

温度計は、標準化されたタイプの温度計のシリーズから、例えば直径０．２５ｍｍ，０．３４ｍｍ，０．５ｍｍ、および１．０ｍｍを含むセレクションから選ぶことができる。直径が大きければ大きい程、温度計の安定性および寿命が大きくなる。小さい直径では、熱保護チューブ内により多数の温度計を収容することができる。直径０．２ないし０．４ｍｍを有する温度計が好ましい。

１個のＳＴＭ中の個々の温度計の本数は、温度計チューブの長さ、所望の解像度、粒子移動による許容し得るエラー、および温度計の提供可能な最小直径に依存する。より少ない本数の温度計はより低いＳＴＭコストを意味する。他方、機械的位置決め手段はより大きくなければならず、もっと高価になる。反対により多い本数の温度計は短い作業移動経路を意味し、そしてその結果対応してより小さい寸法の機械的位置決め手段およびより低いコストを意味する。本発明によれば、ステージ温度計は２から５０の間の、好ましくは４から４０の間の、特に好ましくは６から３０の間の、そしてもっと好ましくは８から２１の間のオーダーの数の温度計を含む。

温度計の直径および本数に依存して、熱保護チューブの直径は好ましくは２．０ｍｍから４．０ｍｍの範囲内にある。熱保護チューブの壁厚は０．１から１．０ｍｍの範囲内にある。この態様において、例えば０．２５ｍｍの直径を有する２１個の温度計を３．６ｍｍの外径を有する保護チューブの内側に配置することができる。真にそのようなＳＴＭは取付けるのにデリケートであるが、しかしそれは作動において手荒でよく、そしてそのサービス寿命はより大きい直径の温度計を供給されたＳＴＭの寿命に匹敵する。

ＳＴＭがその中に導入される保護チューブは、３．０ｍｍから８．０ｍｍまでの範囲の、好ましくは３．２ｍｍから６．０ｍｍまでの範囲の外径を有する。壁厚は０．５ｍｍないし１．５ｍｍの範囲、好ましくは０．８ｍｍないし１．２ｍｍの範囲にある。その好ましい位置は、温度計チューブ内の放射方向中心である。温度計チューブの内壁からの均一な距離はスペーサーによって確立される。スペーサーは市場で入手し得るどの種類でも良い。好ましいスペーサーはスプリングのタイプ、例えばチューブ状内壁において終っている両端において接線方向に延びる先端を有するらせんスプリングである。そのような構造は破損できず、容易に適応可能であり、装着が容易であり、そして実際上触媒粒子の充填を妨害しない利益を有する。プラントオペレーターが彼の基準に従って温度計の本数を特に決定する人である。

上で記載したように、温度計チューブに比較して可能な限り最小の直径の保護チューブの選択は、可能な限り少ない流れの妨害を招来することを意味する。けれどもこの値は決してゼロにはならない。それ故触媒ベッドのタイプをこの分野で知られた方法から、温度計チューブ内と反応器チューブ内の反応条件が最大に似ているように選ぶべきである。

触媒および不活性粒子は、それぞれの反応を考慮して選ばれる。反応は発熱でも吸熱でもよい。適当なプロセスの例は、酸化反応、部分酸化反応、脱水素反応、水素化、酸化脱水素である。部分酸化反応の中で、Ｏ−キシレンからの無水フタル酸、プロペンまたはプロパンからの（メタ）アクロレイン、および／または（メタ）アクロレインからの（メタ）アクリル酸を特に挙げなければならない。それらの性格に依存して、これらのプロセスは単一ゾーン反応器中、多数ゾーン反応器中、または直列に接続した複数の反応器中で実施することができる。

それぞれこれらのプロセスに使用される触媒および不活性粒子は、形状に関して制限されない。粒子の頻繁に使用される形状はラシヒリングタイプ、ポールリングタイプ、サドルまたは球形の粒子である。これらは固体タイプの触媒を使用して製造され、すなわち触媒は触媒材料で全体が構成される。しかしながら経済的理由のため、それらはしばしばいわゆるシェルタイプ触媒によって置き換えられる。後者は担体の表面に公知方法に従って適用された触媒活性コーティングを持っている。使用のために好ましい粒子は、与えられたチューブ内径についてできるだけ低い圧力損失においてできるだけ最大の表面積を有し、他方同時にチューブの内壁へできるだけ最良の熱移動を提供する粒子である。この触媒材料のための担体はセラミックまたはステンレス鋼製である。反応器チューブを機械的に充填することは通常可能であるが、温度計チューブは原則として手で充填される。反応器チューブおよび温度計チューブの充填による圧力損失は公知の方法によって相互にハーモナイズされる。

保護チューブ中に収容されているステージ温度計は、測点位置から測定位置へ位置決め手段によって好ましくは自動的に動かされる。位置決め操作の自動化は、機械的位置決め手段の頻繁なマニュアルコントロールのためのＳＴＭへのアクセスが不適当である多数の温度計チューブを備えた大型の商業的生産反応器にとって特に利益である。本発明によれば、オートメーションは遠隔コントロールセンターへ測定した値を伝送する遠隔伝送手段をＳＴＭへ提供することによって達成される。コントロールセンターは受信手段を備え、そして測定信号を処理し、機械的位置決め手段を制御するための手段を備える。

機械的位置決め手段のタイプには制限はない。それは空気圧または油圧駆動手段によって具体化することができ、またはトランスミッション歯車またはスピンドルを介して作動する駆動モータを使用してもよい。本発明の場合はステッピングモータが使用される。ステッピングモータは好ましくはリニアモータである。このタイプの装置は位置決めを実行するのは駆動ユニット自体であり、そのためトランスミッションも歯車も必要としない点で有利である。この機械的位置決め手段の特徴は、それを複数のステップを通じて駆動することができ、そして位置をマニュアルコントロールおよび／またはコントロールプログラムによって保持することである。換言すれば、構造によって定められた作業経路内のどの点へも到達することができる。

本発明に従ったステージ温度計は、少なくとも触媒が充填された温度計範囲において完全な温度測定を達成するように設計される。触媒範囲は、通常熱媒によって冷却されるチューブ部分内をひろがる。もしこのチューブ部分がｎ個のセクションを含むならば、少なくともｎ個の温度計が必要である。それらは作業経路を触媒区域の一端から他端へ動かされる。さらに、照合測定を提供するために追加の温度計を他端に取付けることができる。

もし必要であれば、ステージ温度計の個々の温度計を他の温度計よりもホットスポットの区域内によって小さい間隔で配置することも考えられる。この態様において、隣接する温度計の区域が多数回測定を受けることになる。作動の冗長モードは種々の温度測定の比較を許容する。

本発明の有益なさらなる発展において、機械的位置決め手段は、ステージ温度計の最大作業経路（ｘｍａｘ）が温度計間隔ｘ（ＴＭ）の３００％、好ましくは２００％まで、特に好ましくは１００％の長さであるように設計される。この設計は、例えば最大作業経路と温度計間隔の間に１００％合致が存在する場合、隣接する温度計間の温度計間隔の少なくとも両端において二重の測定が提供される利益を有する。もし測定値が同じであれば、測定機器は良好に作動していると想定することができ、そして測定結果は非常に信頼することができる。もしある一つの測定点において測定した値に大きな差があったならば、測定機器の性能が貧弱であるか、またはそれらが故障しているか、またはプロセスが静止していない。このように装置自体は自己モニタリング性を持っている。

機械的位置決め手段は爆発可能な雰囲気中にしばしば使用される。それ故本発明によれば、起立場所において適用可能な安全性要求に沿って耐爆性につくられる。

熱媒の温度を知って置くことは反応のコースをチェックするために有益である。それ故本発明によるチューブ束反応器は、熱触の温度を測定するためのステージ温度計を含んでいる追加の温度計チューブを備える。このＳＴＭは温度計チューブ内の温度は測定しないが、しかし代りに温度計チューブの内壁の温度を測定する。これは、この場合温度計チューブの内部構造が異なることを意味する。二つの温度計チューブを単に区別するため、熱媒温度を測定するための温度計は以後“ＷＴ温度計”と称されるであろう。両方の温度計チューブに共通の特徴は、保護チューブ内に挿入され、そしてもし望むならばその中を軸方向に動くことができるＳＴＭを囲んでいる保護チューブである。保護チューブは、ガスがＷＴ温度計中へ侵入することができないように、チューブ鏡板の上面のレベルにおいて上方チューブ鏡板へシールされる。このシーリングは好ましくは取外し自在接続によって得られる。適用される機能原理は、パッキン箱（ハッキン押え）シール、またはチューブの内壁と保護チューブの間の環状隙間を閉鎖するために二つのリングくさびが移動する機構、またはリング形部分を拡張することによって環状隙間を閉鎖するくさびを含んでいる装置、または放射方向外側の力で締めつけるリングねじ接続でよい。

最も簡単な具体例においては、ＷＴ温度計チューブに使用されるＳＴＭは、触媒ベット内の温度を測定するための上に記載したＫＡＴ温度計チューブ内のＳＴＭと同じである。保護チューブとＷＴ温度計チューブの間の空間は、顆粒形のアルミニウムのような良好な熱伝導材料で充填される。この材料は、粒子保護手段を用いて、触媒粒子がＫＡＴ温度計チューブに充填されるのと同じやり方でＷＴ温度計チューブへ充填される。充填に続いて、保護チューブは爆発可能ガスがＷＴ温度計チューブにたまるのを防止するためチューブ鏡板へタイトにシールされ、そして反応ガスの温度ではなく熱媒の温度が測定されることを確実にする。下からの生成物ガスがＷＴ温度計チューブへの侵入は、保護チューブと上部チューブ鏡板の間のシールに設けた不活性ガスを導入するための任意のラインによって防止することができる。生成物ガスがＷＴ温度計チューブへ侵入するのを防止する目的のみに対しては多くの流れを必要としない。そのような対策は必要とするすべての部品が知られているので容易に取ることができる。しかしながら、温度計はＷＴ温度計の軸に直角な温度を精密に測定せず、代りに軸に直角な温度の上および下の軸方向の熱伝導から生じた混合温度を測定することが欠点である。

熱媒温度の特に正確な測定は、ＷＴ温度計チューブ内に配置した案内チューブを設けることによって得られる。熱良導体である弾性エレメントがＷＴ温度計チューブの内壁と熱伝導接触を保つために案内チューブに沿って軸方向および放射方向間隔を保って配置される。温度計自体は弾性エレメント上に配置され、そのため温度の正確な測定を許容する。信号ラインは熱保護チューブの内側を通過し、反応器の外へ出る。保護チューブは好ましくはＷＴ温度計チューブへ、そしてその次の連続する保護チューブ部分へ取外し自在接続によって取付けられる。熱保護チューブも取外し自在な接続によって案内チューブへ取付けられる。

もし反応器の軸方向の熱媒の温度差が僅か数℃であれば、移動し得るＳＴＭによって温度を測定することは不相応である。原則として静止ＳＴＭの使用がそのような場合十分である。

保護チューブは好ましくは、ガス入口または出口ヘッドにおいて、特に上部反応器ヘッドを提供するヘッド内で取外し自在に相互接続された少なくとも２部分を含む。

もし保護チューブがいくつかの部分に設計されているならば、それは温度測定手段および上部反応器ヘッドの容易な組立ておよび分解を許容する。組立ての間、例えば保護チューブの下方部分が最初に温度計チューブ中へ挿入される。次に多分前もって取付けた上方保護チューブを含んでいる上方反応器ヘッドが反応器の本体上に設置され、そしてそれへ接続される。その後ヘッド保護チューブが上から保護チューブ中へ導入される。機械的位置決め手段が所定位置に設置され、そして熱保護チューブと機械的および電気的接続が形成される。ステージ温度計を含んでいる熱保護チューブと接続とを組立て前に機械的位置決め手段へ接続することも可能である。しかしながら取扱いの理由からそれらを別々に取付けるのが好ましい。記載した取付けステップの間の適当な時点で、ＫＡＴ温度計チューブおよび反応器チューブ中へ触媒が充填される。分解は反対の順序で同じ操作によって実施される。

本発明の有益な具体例によれば、保護チューブは機械的位置決め手段から遠方のその端部において閉鎖される。この対策は製造費用を大きく低減するのに貢献し、このため本発明の工業的利用は一層経済的とする。

本発明はまた、本発明に従ったチューブ束反応器中の温度プロフィルを測定する方法に関する。この応用において、用語“温度プロフィル”は、別々の隣接する温度値を呼称するとして理解すべきであり、測定ポイントの間隔（ステップ幅）はランダムであり、そして最小間隔は機械的位置決め手段の精密度に依存する。

温度測定の準備を始めるには、ＳＴＭの構造的特徴が設定される。最初、前記した基準に従って最小測定範囲が決められる。その後、個々の温度計間の間隔ｘ（ＴＭ）が決められ、そして個々の温度計の数が決定されるか、または温度計の数が最初に決められ、そして次に個々の温度計間の間隔ｘ（ＴＭ）が決められるかの二つの代替的操作がある。これに続いて、測定シリーズの解像度が決定される。これは、Δｘ＝１／ｎ^＊ｘ（ＴＭ）として計算されたセクションΔｘの大きさによって表される。ここでｘ（ＴＭ）は二つの隣接する温度計間の間隔に等しく、ｎは１より大きい数である。セクションΔｘの大きさは、望みの解像度、位置決め手段の解像度の最大能力、および全測定操作の許容し得る全時間に依存して望むだけ小さく選定することができる。極端な場合、二つの測定位置間の間隔は準連続温度曲線を記録できる程小さくできる。しかしながらこの場合、１回の測定操作が続く合計時間が非常に長くなるであろう。もし全体の時間内で明白なプロセス変動が記録されれば、測定位置の数を減らすか、または各測定位置における停止を短くするか、またはその両方が減らされなければならない。これらパラメータは事前に精密に固定することはできない。それらは特定のプロセスに依存し、そしてめいめいの個々の状況について再決定しなければならない。温度測定データは本発明に従って遠隔のコントロールおよび評価ユニットへ信号ラインを介してまたは無線で伝送される。

上に続いて、温度を測定する作業移動幅が上記の基準に従ってセットされる。作業移動幅は好ましくは二つの温度計間の間隔ｘ（ＴＭ）の少なくとも１００％を含む。測定結果のより良好な信頼性のため、ＳＴＭの作業移動幅は一つのＴＭ間隔ｘ（ＴＭ）より大きい一以上のセクションΔｘであるように選定し、それによって二つの温度計の測定範囲を僅かに重ならせることができる。これは二つの隣接する温度計の温度測定の点検のための容易な方法を提供する。設備および評価手段の個々の構成部品もそのように寸法決めされ、装着される。ＳＴＭを反応器中に装着する前に、ＳＴＭの個々の温度計が較正される。

一旦装着されると、ＳＴＭは位置コントロールのための参照ポイントとして既知の位置を規定することによって位置決めされる。初期操作においては、温度測定は、ＳＴＭの端部に配置された温度計が少なくとも触媒ベッドの一端のレベルに配置されるように、機械的位置決め手段によってＳＴＭをスタート位置へ動かすことによって実施される。次に温度が測定のシリーズにおいて取られる。測定の１シリーズ内で取られる個々の作業ステップは常に同じである。

最初スタート位置の温度が記録される。もっと詳しくは、これはＳＴＭの温度がもはや実質的に変動しなくなるまで、換言すると温度の変化率が十分に小さくなるまでこの位置にとどめられる。通常最終値の１００％接近は必要ない。この点までの所要時間は一つの測定位置から次までのステップ幅に依存する。これらの操作は最初マニュアルコントロールによって実行するのが好ましい。測定の同化挙動に関する充分な経験が集まった時、その後自動的に実施すべき対応するプログラムが書かれる。一方ではチューブ束反応器の立ち上りおよび遮断の間の非静止条件と、他方では静止操業を同様に考慮に入れなければならない。その後機械的位置決め手段が１セクションΔｘだけＳＴＭを動かす。この新しい測定位置において再び温度が上述の基準に従って記録され、そして全体の作業移動路の温度が測定され終るまで続く。各個々の温度計が１作業移動路の距離を進められるとき、測定された全体の範囲のすべての温度は１セクションΔｘの解像度において検出されるであろう。これらのデータに基いて、次に温度極端値が決定される。発熱反応ではこれは最高温度であり、吸熱反応では最低温度であろう。

本発明に従った方法では、測定のシリーズの実施される順序は制限されない。出発点および終了点それに温度プロフィルの測定が満たすべき要件は、プロセスの特異的局面に従ってプラントオペレーターによって設定される。例えば、位置決めユニットはＳＴＭを上部出発位置から下部終点位置まで記載した操作ステップを通じて動かすことができる。次にＳＴＭは、温度を底から頂点へ測定するためにこの位置から上に動かされるであろう。他の作業モードでは、ＳＴＭは、温度を上の出発位置から下の終位置まで測定するため記載した同じ個々の操作によって動かされる。その後ＳＴＭは温度測定を行うことなくスタート位置へ迅速に復帰され、そして温度の測定が記載したように繰り返される。選んだ作業モードに関係なく、温度測定データは常に信号ラインを経由しまたは無線で遠隔コントロールおよび評価ユニットへ伝送される。この評価内で最高温度（ホットスポット）がマニュアルまたは自動的に決定される。この情報は許容し得る最高温度を超えた時警報を発するため安全性着想内で使用することができる。

本発明に従ったチューブ束反応器内の温度プロフィルを測定する他の方法においては、温度測定がさらに最適化される。この具体例によれば、最初温度は少数の測定位置をカバーする急速な操作において、および／または作業移動路全体を通じて各測定位置において減少された測定時間で測定される。その後極端値が決定され、そしてこの値から出発して、その両側において微細な測定範囲が決められ、その範囲内で少なくとも最初の測定期間と同じ長さのそれぞれの測定期間の間より小さいセクションΔｘにおいてもっと精密に温度プロフィルが決定される。

もっと詳しくは、この方法はＳＴＭが上で説明した原理に従って機械的位置決め手段によってスタート位置へ動かされ、そして作業移動径路がｎが１から５０までの整数であるセクションΔｘ＝ｔ／ｎ^＊ｘ（ＴＭ）の間隔において、以下の分けた作動ステップにおいて走査される。
−温度が最終値へ十分に同化するまで、すなわち温度の変化率があらかじめ定めた値より短く低下するまで、または代って対応する時間のセッティングを過ぎるまで待機し、
−ＳＴＭをセクションの幅だけ次の停止位置へ動かし、
−個々の分けたステップを作業移動路の終りまで繰り返す。

その後、発熱反応の場所は最高温度であり、そして吸熱反応の場合は最低温度である、極端温度が決定される。この極端値から出発し、その両端における微細な測定範囲が決定され、その範囲内の温度が最初の測定の間と少なくとも同じ長さのそれぞれの測定期間の間より小さいセクションΔｘにおいて決定される。微細な測定範囲は一方の縁から他方の縁までがカバーされる。

プロセス安全性はマニュアルコントロールでなく、プログラムの助けにより自動的に操作を実施することによって増強されることができる。

ここに記載したチューブ束反応器のほかに、断熱および等温固体（すなわち固定した）ベッド反応器またはその混合タイプ、それにプレート反応器も同じ態様に設計することができる。

本発明は、例示として添付図面を参照してさらに記載される。

図面に示されている本発明に従った具体例のチューブ束反応器１は、反応器チューブの束（図示せず）、少なくとも１個の温度計チューブ２、上方チューブ鏡板３および下方チューブ鏡板４、シェル５、ガス入口ヘッド６およびガス出口ヘッド７、および機械的位置決め手段８を含んでいる。図示した具体例においては、ガス入口ヘッド６が上方反応器ヘッドであり、そしてガス出口ヘッド７が下方反応器ヘッドであり、これらは以後の説明においてそのようにも呼称されるであろう。

図１は、機械的位置決め手段８を含んでいるチューブ束反応器１のＫＡＴ温度計チューブ２ａ中のステージ温度計（ＳＴＭ）９を示している。明瞭化理由のため図面には反応器チューブを示さず、そして１個のＫＡＴチューブ２ａのみが拡大したスケールで示されているが、しかし反応器チューブは不活性材料および触媒のみを収容し、取付け部品を含まない点が相違する。反応器チューブおよびＫＡＴ温度計チューブ２ａの両方は上方チューブ鏡板３および下方チューブ鏡板４中にシールして固定される。チューブ鏡板３，４はその周縁に沿って円筒形シェル５へ接合される。上方ガス入口ヘッド６は上方フランジ１１ａによって上方チューブ鏡板３へ接続されてそれを覆い、下方ガス出口ヘッド７は下方フランジ１１ｂによって下方チューブ鏡板４へ接続されてそれを覆う。反応ガス１２はガス入口ノズル１３を通ってガス入口ヘッド６中へ供給され、そして上方チューブ鏡板３へ分布される。ガスは反応器チューブおよびＫＡＴ温度計チューブ２ａを通って連続的に流れ、ガス出口ヘッド７へ排出され、ガス出口ノズル１４を通って反応器を離れる。その上端において、ＫＡＴ温度計チューブ２ａは上方チューブ鏡板３へシールして固定され、その下端は下方チューブ鏡板４へシールして固定される。このようにして流れ連通がガス入口および出口ヘッド６，７間に確立される。バルク材料のための粒子支持体１５がＫＡＴ温度計チューブ２ａの下部に配置され、それはＫＡＴ温度計チューブ２ａの文脈において触媒支持体１５と呼ばれる。この支持体の上に不活性材料のベッド１６が置かれ、下方チューブ鏡板４の上縁１７まで続く。不活性材料１６の頂部の上に上方チューブ鏡板３の下縁１９まで延びる触媒ベッド１８がある。同様に例えば、触媒支持体１５を下方チューブ鏡板４の上縁１７のレベルに配置し、その上に触媒を直接配置することも考えられるが、これは図面には示されていない。ＫＴＡ温度計チューブ２ａは熱媒１０によって冷却され、これはこの場合下方入口２０を通って反応器１のシェル２１へ入り、そこから上方出口２２を通って出て行く。図面には示されていない循環手段およびクーラーは反応器１の外に配置される。

ＫＡＴ温度計チューブ２ａの中心に配置された保護チューブ２３は触媒支持体１５まで下方へ延び、上方はガス入口ヘッド６へ出る。取付けを容易にするため、保護チューブ２３は、ガス入口ヘッド６内においてフランジ２３ｃによって相互接続される二つの部分２３ａ，２３ｂからなる。加えて、保護チューブ２３は温度計チューブ２中に固定され（図示せず）、そしてガス入口ヘッド６の領域内に長さ補償手段を備える。この具体例においては、保護チューブ２３の上方部分２３ｂはガス入口ヘッド６中の測定株２４まで延びる。保護チューブ２３の下方部分２３ａは下方へ触媒支持体１５まで延び、そこでその下端において閉鎖される。ＫＡＴ温度計チューブ２ａの領域内において、保護チューブ２３はＫＡＴ温度計チューブ２ａ内で中心決めするスペーサによってＫＡＴ温度計チューブ２ａの内壁に横方向に支持される。ステージ温度計ＳＴＭ９は保護チューブに挿入される。図面はその上端部分を示している。ＳＴＭは複数の温度計ＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３等下端の最後の温度計ＴＭＮまでを含んでいる。ＳＴＭは保護チューブ２３内で上下（矢印２８）に軸方向に動くことができる。

原理的に最小測定範囲は自由に選ぶことができる。しかしながら明瞭化のため、触媒ベッド１８の一端ｘ１から他端ｘｎまで達するのが好ましい。最小測定範囲は、サイズを原則として自由に選ぶことのできる複数の小さいセクションに小分割される。しかしながら好ましい具体例においては、一つのそのようなセクションは二つの隣接する個々の温度計の間の間隔ｘ（ＴＭ）に相当する。

機械的位置決め手段８は保護チューブ２３内でＳＴＭをステップΔｘで動かす。スタート位置から終点位置までの最大運動経路は作業移動経路ｘｍａｘである。最初の温度計ＴＭ１から最後の温度計ＴＭｎまでの距離プラス作業移動経路がＬとして指定される。機械的位置決め手段８は上方反応器ヘッド６上に配置され、それに取外し自在に取付けられる。

機械的位置決め手段へ固着された測定値のためのトランスジューサ２９は遠隔コントロールセンター３０と通信する遠隔伝送手段２９ａを備える。測定結果および信号は、それぞれトランスジューサ２９内で処理され、そして遠隔伝送手段２９ａによってコントロールセンター３０へ伝送される。コントロールセンター３０は測定信号を受信し、処理するための手段と、機械的位置決め手段８をコントロールするための手段を備える。測定結果は信号ケーブル３１かまたは無線によって伝送される。

図２は、保護チューブ２８へ挿入された、ここではステージ熱電対であるステージ温度計９の拡大断面図である。図面は温度計、もっと詳しくは熱電対ＴＭ３およびＴＭ４を示している。各熱電対は熱スリーブ３２によって包囲されており、すべての熱スリーブが熱保護チューブ３３に収容される。代って熱保護チューブは保護チューブ２３内に配置され、その中で自由に動くことができる。

半田付けによって接続された下端を有する熱電対の２本の熱電線３４ａ，３４ｂは熱スリーブ３２内に配置される。熱電対は距離ｘ（ＴＭ）だけ互いに軸方向に離れている。それらは束に結合され、熱保護チューブ３３によって包囲される。熱保護チューブ内の熱電対のこの結合された束は合同してＳＴＭ９を形成する。得られるＳＴＭ９は保護チューブ２３に導入される。熱保護チューブ３３は機械的位置決め手段８へ好ましくは取外し自在に接続される。

図３ａにおいて、静止ＳＴＭの温度プロフィル（点線）と、可動ＳＴＭの温度プロフィル（実線）は一図の中に一所にプロットされている。この図はＫＡＴ温度計チューブ２ａの最初の１／３を大体提供する。ホットスポットはチューブのこの最初の１／３に位置している。ここでは測定された温度は発熱反応のものである。

温度計チューブ２ａ中の測定位置ｘ１からｘ７までが横軸にプロットされ、測定された温度が縦軸にプロットされている。ＴＯは測定位置ｘ１への途中の最上位の温度計ＴＭ１からの測定された温度を指定する。

温度計および熱電対の位置それぞれＴＭ１からＴＭ７までは時間ｔ０からｔ４までのための横軸に平行にプロットされている。これらの時間ポイントの間に、可動ＳＴＭ９は矢印９ａの方向に距離Δｘだけ各自全体の移動経路と作業移動経路ｘｍａｘが終了するまで移動された。図示したこの具体例において、作業移動経路ｘｍａｘはＳＴＭの出発位置Ｏと測定位置ｘ１に相当し、Δｘの４倍に等しい。この経路Δｘは隣接する測定位置ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５，ｘ６，ｘ７間の距離の１／３を形成し、それ故それぞれの測定位置ｘ２，ｘ２．１，ｘ２．２，ｘ３，ｘ３．１，ｘ３．２およびｘ４に相当する。

熱電対ＴＭ４は以後の説明では測定環境を説明するための例として参照されるであろう。最初の温度測定は時間ｔ＝ｔｏにおいて行われる。この時点においてＳＴＭ９は図１に示した最上の位置に配置される。熱電対ＴＭ４はこの時測定位置ｘ２．２にあり、温度Ｔ２．２を測定する。その後時間ｔ＝ｔ１において、ＳＴＭ９は１ステップだけ前方へ動かされる。これは熱電対ＴＭ４を温度Ｔ３を測定すべき測定位置３ｘへもたらす。同様に時間ｔ＝ｔ１，ｔ＝ｔ２，ｔ＝ｔ３およびｔ＝ｔ４において熱電対はそれぞれ測定位置ｘ３．１，ｘ３．２およびｘ４にあり、温度Ｔ３．１，Ｔ３．２およびＴ４をそれぞれ測定するであろう。時間点ｔ＝Ｔ４が来る時、作業移動経路ｘｍａｘが１回走査されたであろう。

位置の比較は、例えば時間ｔ＝ｔ３において熱電対ＴＭ３は、熱電対ＴＭ４が既に時間ｔ＝ｔｏにおいてその測定を行った同じ測定位置ｘ２．２において温度を測定する。もし測定値が同じであれば、それは使用している熱電対は欠点なしでそして状態が安定していることの指示である。他方、もし測定結果が異なり、そしてすべての他の熱電対がｔ＝ｔｏにおけるそれぞれに先行して測定した温度値を示しているならば、これは熱電対ＴＭが故障している指示である。もしすべての他の熱電対から発生した偏差が類似であれば、それはプロセスが現在静止していないことを意味する。この態様において熱電対の互いのチェックが実現される。選んだ例においては、作業移動経路ｘｍａｘは４つの等セクションΔｘに分割された。隣接する測定値は測定された値の間の場所は事実未知であることを表すために直線で結ばれる。この細分割はなお粗いことが明らかである。実際には温度の実際のコースに対するより良い概算を得るためもっと細かい解像度ともっと細かい分割が選ばれるであろう。

静止ＳＴＭを使用した比較がｔ＝ｔ４において示されている。ここでは静止ＳＴＭによって測定された値は点線で結ばれている。これらの測定はｘ＝ｘ４における最高温度Ｔ＝Ｔ４を提供する。対照的に本発明の方策を適用した測定方法はｘ＝ｘ３．２における最高温度Ｔ＝Ｔ３．２、すなわち明らかにもっと高い温度を提供する。これは温度の実際のコースがもっと良好に検知されることを証明する。

図３ｂはもっと洗練された方法の使用を図示する。ここでは始めに作業移動経路ｘｍａｘが例えば図３ａに示した方法に従って粗いステップ幅Δｘにおいて迅速に走査される。この急速操作で発見された最高温度はｘ＝３．２においてＴ＝Ｔ３．２にある。この最高温度から出発して細かな測定範囲ｘＦが決定される。この例では最高温度の前のステップ幅Δｘからその後のステップ幅Δｘまでにわたる。この全体の微細測定範囲はこの例では６個の等部分セクションに細分割される。これらより小さい部分セクションの終点の温度が上に記載した方法に類似の態様で測定される。最高温度Ｔ＝３．１．２がｘ＝３．１．２に、換言すれば以前の方法で得られたＴ＝Ｔ３．２よりも少し高い最高温度が発見される。これは微細測定範囲ｘＦの場所の選択は測定範囲を減らすことができ、それによって測定範囲の部分セクションが測定シリーズあたり一定数の測定においてもっと小さくなり、そのため解像度を増強することを意味する。

図４は、発熱反応からの３つの計算された温度曲線を図示する。これらはビルトインエレメントなしの反応チューブと、各自チューブ全長の３０％までのチューブの始めから変化する保護チューブ幅ｄｓを有する２つのＫＡＴ温度計チューブ２ａによって得られる。参照曲線は実線で示され、内部エレメントなしの反応チューブ（ｄｓ＝０．０ｍｍ）中の温度のコースを表している。もし外径ｄｓ＝３．２ｍｍを有する保護チューブ２３がＫＡＴ温度計チューブ２ａの中心に設置されるならば、これは反応のコースそして熱の発展（点線）に対して非常に少しの影響しか持たないであろう。しかしながら保護チューブ直径ｄｓ＝８．０ｍｍにおいてはこの影響は明からに見えるようになり（一点鎖線）、最高温度はもっと低くなって広くなり、そして流れの方向へさらに後方へシフトする。

図５は図１と類似の図であるが、熱媒（ＷＴ）温度計チューブ２ｂを拡大スケールで示している。このＷＴ温度計チューブは実質的にＫＡＴ温度計チューブ２ａに相当する。本質的な相違は、反応ガス１２が温度計チューブの内部へ侵入するのを防止するための温度計チューブ２と保護チューブ２３の間のシーリング３５にある。図示した具体例においては、保護チューブ２３と、ＷＴ温度計チューブ２ｂの内壁の間のスペースは顆粒状アルミニウムまたは顆粒状鉄のような良い熱伝導性材料３６で充填される。図示しない他の具体例においては、保護チューブ２３は偏心的に配置され、そしてＷＴ温度計２ｂの内壁へ閉鎖される。ＷＴ温度計２ｂの残りのスペースは断熱材料３６で充填され、そのためＳＴＭ９はＷＴ温度計チューブ２ｂの壁温度を実質上直接測定する。ガス入口ヘッドの区域において、保護チューブ２３は異なる長さ方向膨張の補償手段３７を備える。

図６は、好ましくは熱電対で具体化された複数の温度計を備えるＷＴ温度計チューブの他の具体例を代表する、図５に類似の図である。この具体例においては、熱電対から温度計チューブへの熱伝導は弾性エレメント３８によって提供される。

図６の切欠きマークＶＩＩａ部分は図７ａ／ｂに詳細に示されている。保護チューブ２３と温度計チューブの内壁２７の間の環状スペースはパッキン箱（パッキン押え）構造によって具体化される。その機能はシーリング区域をいくつかの個々の部分に再分割することによって最適化される。シールの中心エレメントは支持スリーブ３９であり、その下部分はＷＴ温度計チューブ２ｂ中へ達し、その中心および上部分に外ねじ４０が形成される。支持スリーブ３９の下端においてパッキン４２のためのパッキン押えとして役立つ外向きのカラー４１が形成される。パッキン箱パッキン４２はプランジャー４３によって圧縮される。これをなし遂げるのに必要な力は支持スリーブ３９の外ねじ４０に係合するナット４４によって加えられる。支持スリーブ３９の外ねじ４０はカウンターナット４５をこえてある距離を上方へ延びる。下端においてねじ４７を形成された接続部材４６がねじ４０の上端にねじ係合する。接続部材の上端は締め付けリングねじ接続４８を備え、保護チューブ２３だけが接続部材へ取付けられるのはここである。ＷＴ温度計チューブ２ｂから機械的位置決め手段８までの長さにおいて、保護チューブ２３は補償手段３７およびもし望むならばさらなる取外し自在接続２３ｃを備える。

熱電対ＴＭ１ないしＴＭｎまでの信号ケーブル４９が反応器１の外まで通過する熱保護チューブ３３は保護チューブ２３を通り、接続部材４６および支持スリーブ３９を通って前方へ延びる。その下端において、熱保護チューブ３３は締め付けスクリュー接続５０によってＳＴＭ９、この具体例ではステージ熱電対として設計されたＳＴＭ９へ接続される。ＳＴＭ９は温度計チューブの内壁２７と熱接触にある複数の弾性エレメント３８を形成された案内チューブ５１を含んでいる。そのような弾性エレメント３８は、図示するように、案内チューブ５１にホール５２をあけることによって形成することができる。次にパンチをホール５２を通って動かし、弾性エレメント３８を案内チューブの反対側へパンチし、同時にリンク５３を案内チューブ５１に残すことができる。その後熱電対（例えばＴＭ１）を弾性エレメント３８の内側へ固着することができる。この製作プロセスは異なる軸方向レベルにおいて数回繰り返され、熱電対ＴＭ１からＴＭｎが図７ｂに示すように放射方向に均一に分布されるのを確実にする。これによって案内チューブ５１はＷＴ温度計チューブ２ｂの中間において放射方向に心合わせされる。図示しないが、弾性エレメント３８は異なる方法で、すなわちあらかじめ製造した弾性エレメントを案内チューブの外壁へ例えばスポット電気溶接によって取付けることができる。この場合も案内チューブ５１中のホール５２は熱電対へアクセスすることができるようにするため有益である。さらに、例えば熱電対の適切な接続を受け入れるスポットをあらかじめ製造した弾性エレメント３８に形成することかできる。これは製作プロセスの大きな簡単化を提供する。

ＷＴ温度計チューブ２ｂの下端は、好ましくは密閉または穴あき閉鎖具５４によって閉じられる。

拡大スケールでＫＡＴ温度計チューブを示した本発明に従ったチューブ束反応器の具体例の部分垂直断面図である。 図１の一部の拡大図である。 各自比較のため静止ＳＴＭおよび移動ＳＴＭの温度プロフィルを示す。 各自比較のため静止ＳＴＭおよび移動ＳＴＭの温度プロフィルを示す。 温度計チューブに異なる外径の保護チューブを使用した時に得られた温度プロフィルを示す。 拡大スケールでＷＴ温度計チューブの第１の具体例を示す、図１に類似の図である。 ＷＴ温度計の第２の具体例を示す、図５に類似の図である。 拡大スケールで図６の部分ＶＩＩａを示す。 図７aの線ＶＩＩｂ−ＶＩＩＩｂに沿った断面図である。

Claims (24)

1. チューブ内でタイトに固定された両端を持つ触媒で充填された反応チューブのチューブ束；
   作動中チューブのまわりを流れる流体熱媒のための一対の鏡板；
   チューブ束を包囲するシェル；
   チューブ鏡板の一方を差し渡し、反応器チューブと流体連通にあるガス入口ヘッド；
   チューブ鏡板の他方を差し渡し、反応器チューブと流体連通にあるガス出口ヘッド、および
   該チューブ束中に配置された温度計チューブ中に設置された少なくとも１つのステージ温度計；
   を備えている吸熱または発熱気相反応を実施するためのチューブ束反応器において；
   少なくとも１つのステージ温度計（９）は温度計チューブ（２）の内側において軸方向に動くことができ、そして該チューブ束反応器（１）は該ステージ温度計（９）の軸方向運動を実行する機械的位置決め手段（８）を備え、そして少なくとも１つのステージ温度計（９）は測定した値を遠隔コントロールセンター（３０）へ伝送するのに適した遠隔伝送手段（２９ａ）を備え、そして該機械的位置決め手段（８）はコントロール信号を該コントロールセンター（３０）から受取るための手段を備えていることを特徴とするチューブ束反応器。
2. 少なくとも１つのステージ温度計（９）は、２ないし５０，好ましくは４ないし４０，特に好ましくは６ないし３０，およびもっと好ましくは８ないし２１の個数範囲の個々の温度計（ＴＭ）を含み、該個々の温度計（ＴＭ）は互いにあらかじめ定めた軸方向間隔（ｘ（ＴＭ））で配置されていることを特徴とする請求項１のチューブ束反応器。
3. 少なくとも１つのステージ温度計（９）内の隣接する個々の温度計（ＴＭ）間の軸方向間隔（ｘ（ＴＭ））は同じであることを特徴とする請求項１または２のチューブ束反応器。
4. 該ステージ温度計（９）はステージ熱電対によって具体化されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのチューブ束反応器。
5. チューブ束中に配置され、そして軸方向に動くことができない少なくとも１つのステージ温度計を含んでいる少なくとも１つの追加の温度計チューブを備え、温度計チューブの総数中の軸方向に動くことができるステージ温度計（９）の割合は１００％未満、好ましくは５０％未満、特に好ましくは１０％未満であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのチューブ束反応器。
6. 温度計チューブ（２）の少なくとも１つのステージ温度計（９）は保護チューブ（２３）の内側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかのチューブ束反応器。
7. 保護チューブ（２３）は温度計チューブ（２）のチューブ軸上に配置されていることを特徴とする請求項６のチューブ束反応器。
8. 保護チューブ（２３）は温度計チューブ（２）の内壁に対してスペーサー（２６）によって支持されていることを特徴とする請求項７のチューブ束反応器。
9. 該保護チューブ内の少なくとも１つのステージ温度計（９）は保護チューブ（２３）中を軸方向に動くことができる熱保護チューブ（３３）中に配置されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかのチューブ束反応器。
10. 少なくとも１つの温度計チューブ（２ａ）はガス入口ヘッド（６）およびガス出口ヘッド（７）と流体連通にあり、その触媒効果は反応器チューブに相当する触媒充填（１８）を含み、そして該保護チューブ（２３）は触媒充填（１８）の少なくとも一部を通って延び、ステージ温度計（９）を含んでいる熱保護チューブ（３３）はそれぞれ該触媒充填（１８）の少なくとも一部を通って通過しかつ可動であることを特徴とする請求項９のチューブ束反応器。
11. ステージ温度計（９）の隣接する個々の温度計（ＴＭ）の間隔（ｘ（ＴＭ））はホットスポットの領域において残りの領域よりも小さいことを特徴とする請求項１０のチューブ束反応器。
12. 少なくとも１つの温度計チューブ（２ｂ）はガス入口ヘッド（６）に関して密にシールされ、ステージ温度計（９）は温度計チューブ（２ｂ）を通って延び、そしてその中で軸方向に動くことができることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかのチューブ束反応器。
13. 保護チューブ（２３）の外壁と温度計チューブ（２ｂ）の内壁の間の間隔は熱伝導性不活性材料（３６）で充填されていることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかのチューブ束反応器。
14. ステージ温度計（９）は温度計チューブ（２ｂ）の内壁（２７）と直接に接触していることを特徴とする請求項１２のチューブ束反応器。
15. ステージ温度計（９）は温度計チューブ（２ｂ）の内壁（２７）と接触している少なくとも１つの熱伝導性スプリングエレメント（３８）を含んでいることを特徴とする請求項１２のチューブ束反応器。
16. 機械的位置決め手段（８）は好ましくはリニアモータの形のステッピングモータを含んでいることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかのチューブ束反応器。
17. 機械的位置決め手段（８）はマニュアルおよび／またはコントロールプログラムによって複数のステップおよび測定位置に作動されるのに適していることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかのチューブ束反応器。
18. 機械的位置決め手段（８）は隣接する個々の温度計（ＴＭ）間の一間隔ｘ（ＴＭ）の３００％まで、好ましくは２００％まで、特に好ましくは１００％までの最大作業移動路を通ってステージ温度計（９）を動かすように設定されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかのチューブ束反応器。
19. 機械的位置決め手段（８）は起立位置において有効な安全要求に従って耐爆性につくられていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかのチューブ束反応器。
20. 保護チューブ（２３）はガス入口または出口ヘッド（６，７）内において、好ましくは上方反応ヘッドを形成するヘッドにおいて取外し自在に相互接続された少なくとも２部分（２３ａ，２３ｂ）につくられていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかのチューブ束反応器。
21. 保護チューブ（２３）は機械位置決め手段（８）から遠方のその端部（２５）において閉じられていることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかのチューブ束反応器。
22. 以下のステップ
    （ａ）最小測定範囲を決定し、
    （ｂ）隣接する個々の温度計（ＴＭ）の間の間隔（ｘ（ＴＭ））を決定し、そして必要な個々の温度計の数を決定するか、または
    個々の温度計（ＴＭ）の数を決定し、そして隣接する個々の温度計（ＴＭ）間の間隔（ｘ（ＴＭ））を決定し、
    （ｃ）隣接する個々の温度計（ＴＭ）間の間隔（ｘ（ＴＭ））に応答して、そして温度計測定を実施するためのステージ温度計（９）の作業移動路（ｘｍａｘ）を決定し、
    （ｄ）機械的位置決め手段（８）によってステージ温度計（９）をスタート位置へ動かし、そして参照ポイントを規定し、
    （ｅ）以下の、
    （ｅ１）温度の変化速度があらかじめ定めた値以下に下降するまで待機するか、または代って対応する時間間隔を決定し、
    （ｅ２）ステージ温度計（９）をステップ幅（Δｘ）において次の測定位置へ動かし、
    （ｅ３）個々の部分ステップを作業移動路の終りまで繰り返す部分ステップにおいて、ステップ幅Δｘ＝１／ｎ^＊ｘ（ＴＭ）（ここでｎは１より大きい整数）において作業移動路（ｘｍａｘ）を通過させ、
    （ｆ）発熱反応では最高温度であり、吸熱反応では最低温度である極端温度値を決定すること、
    を含んでいる、請求項１ないし２１のいずれかのチューブ束反応器における温度プロフィルを測定する方法。
23. ステップ（ｅ）において、ｎ＝１ないし５０の整数をもって最初の作業において作業移動路を迅速に通過させ、ステップ（ｆ）の後で、
    （ｇ）極端温度値から出発し、隣接する個々の温度計（ＴＭ）間の間隔（ｘ（ＴＭ））と最大でも同じであり、そしてその中心が極端温度値の位置にある微細測定範囲（ｘＦ）を決定し、
    （ｈ）微細測定範囲（ｘＦ）一縁から他縁まで最初の作業の間よりも小さいステップ幅においてそして最初の作業の間と少なくとも同じである各測定位置における測定時間において温度を測定することを特徴とする請求項２２の方法。
24. 温度測定はプログラムによって自動的に実施されることを特徴とする請求項２２または２３の方法。

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