JP2017512640A - 酸化又はアンモ酸化反応器のための冷却コイル設計 - Google Patents

Abstract

商業酸化又はアンモ酸化反応器に使用される冷却コイルは、冷却コイルを定める個々のコースを直線アラインメントではなく横断方向配置に設けることによってより密にパッキングさせることができる。【選択図】 図６

Description

本発明は、酸化又はアンモ酸化反応器のための冷却コイル設計に関する。

アクリロニトリル及びメタクリロニトリルを製造するための様々な処理及びシステムは公知である。従来の処理は、典型的には、触媒の存在下でプロパン、プロピレン、又はイソブチレンから構成される群から選択される炭化水素と、アンモニアと、酸素との直接反応によって生成されるアクリロニトリル／メタクリロニトリルの回収及び精製を伴っている。例えば、アクリロニトリルの商業製造では、プロピレン、アンモニア、及び酸素は、以下の反応スキームに従って互いに反応する。
ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＨ₃＋ＮＨ₃＋３／２Ｏ₂→ＣＨ₂＝ＣＨ−ＣＮ＋３Ｈ₂Ｏ
一般的にアンモ酸化と呼ばれるこの処理は、適切な流動床アンモ酸化触媒の存在下で高温（例えば、３５０℃から４８０℃）での気相において実行される。

図１は、この処理を実行するのに使用される典型的なアクリロニトリル反応器を示している。そこに示すように、反応器１０は、反応器シェル１２、空気格子１４、給送スパージャ１６、冷却コイル１８、及びサイクロン２０を有する。通常作動中に、処理空気が、空気入口２２を通して反応器１０内に充填され、一方、プロピレンとアンモニアの混合物が、給送スパージャ１６を通して反応器１０内に充填される。両方の流量は、反応器内部でアンモ酸化触媒の床２４を流動化するに足りるだけ高く、プロピレン及びアンモニアのアクリロニトリルへの触媒アンモ酸化が生じる。

反応によって生成された製品ガスは、反応器流出出口２６を通って反応器１０を出る。そうする前に、それらは、サイクロン２０を通過し、それは、これらのガスが同伴する場合があるあらゆるアンモ酸化触媒を除去してディプレグ２５を通して触媒床２４に戻す。アンモ酸化は、高度に発熱性であり、従って、冷却コイルアセンブリ１８を使用して過剰な熱を取り出し、それによって反応温度を適切なレベルに保つ。

この点に関して、図２は、この目的に使用される従来の冷却コイルアセンブリ１８の設計を概略的に示している。図２は、反応器１０の冷却コイルアセンブリにおける１組の冷却コイルを示す反応器１０の部分的な軸線方向断面図であり、この冷却コイルの組は、３つの別々の冷却コイル、すなわち、冷却コイル４２、冷却コイル４４、及び冷却コイル４６から構成される。冷却コイル４２は、冷却水を受け入れるための入口４８と、加熱されて部分的に蒸気に変換された後でこの冷却水を排出するための出口５０とを含む。同様に、冷却コイル４４は、入口５２と出口５４を含み、一方、冷却コイル４６は、入口５６と出口５８を含む。図２に示すように、冷却コイル４２、４４、及び４６の各々は、一連の垂直向き冷却コイルコース５７によって定められ、各コースは、下側Ｕターン取り付け具６２によってそれらの底部で互いに結合された１対の細長相互接続冷却導管６０から構成される。連続する冷却コイルコース５７はまた、各それぞれの冷却コイルの入口から出口への連続流路を形成するように上側Ｕターン取り付け具６３によってそれらの上部で互いに結合される。

図３は、図２に示す冷却コイルアセンブリ１８の上面図である。図２及び３から認められるように、冷却コイル４２、４４、及び４６は、同一平面にある、すなわち、各々が共通垂直平面に位置する１組の冷却コイルを形成する。図３に更に示すように、冷却コイルアセンブリ１８は、これらの冷却コイルの複数の組から構成され、これらの冷却コイルの各組は、互いにほぼ平行にかつ（任意的に）互いから等間隔に配置される。更に、図３に更に見られるように、この冷却コイルアセンブリにおける冷却コイルの組の多くは、３つの異なる冷却コイルを含むが、他の冷却コイルの組は、２つ又は４つの冷却コイルを含み、同時に２つの冷却コイルの組は、ただ１つの冷却コイルを含有する。

図４は、図２の線４−４に沿った拡大上面図であり、図２及び３の冷却コイルアセンブリ１８の特定構造の更に詳細を示している。特に、図４は、冷却コイルの上側Ｕターン取り付け具６３だけが示される概略図である。

図４に示すように、冷却コイル６１は、入口３５、入口３５を冷却コイル６１の第１の冷却コイルコース（図示せず）の上部に接続する供給ライン６４、及び冷却コイルの連続コイルコースを互いに接続するための一連の上側Ｕターン取り付け具６３を含む。この図に同じく示すように、これらの要素の全て、すなわち、上側Ｕターン取り付け具６３の全て、並びに供給ライン６４は、同一平面にあり、すなわち、それらは、全て同じ共通垂直平面Ｄに位置する。更に、図２及び３からは、この冷却コイル内の残りの要素、すなわち、各冷却コイルコース５７を形成する垂直向き冷却導管６０及び関連の下側Ｕターン取り付け具６２も、この共通垂直平面に位置することが更に認められるであろう。図示の特定の実施形態において、各上側Ｕターン取り付け具６３は、各Ｕ字形取り付け具によって定められた内部曲線に受け入れられる支持ビーム７０によって下から支持される。すなわち、その構成要素の全て（すなわち、上側Ｕターン取り付け具６３、垂直向き導管６０、及び下側Ｕターン取り付け具６２）、並びに冷却コイルの内容物全体（すなわち、循環されている冷却水）を含む各冷却コイルの重量全体は、そのそれぞれの支持ビーム７０によって支持される。

図４に更に示すように、冷却コイルの定期検査及び／又は修理に必要とされる場合のある保安職員に容易なアクセスを提供し、かつ彼らのサポートを提供するために、適切な歩道又は通路７４が、上側Ｕターン取り付け具６３の又はその近くの高さで１つ置きの冷却コイル間に配置される。

図５は、冷却コイルアセンブリ１８内の異なる冷却コイルがどのように制御されるかを示す別の概略図である。この点に関して、冷却コイルを「交代する」こと、すなわち、定期的に各冷却コイルを個々にかつ順番に停止し、次に再始動することが従来のアクリロニトリル反応器１０の作動中の慣例である。ほとんどの商業アンモ酸化触媒は、モリブデンを昇華させ、それは、通常は時間と共に冷却コイルの外面上に薄片のように堆積する。このモリブデン薄片は、冷却コイルの性能に悪影響を与えるので、冷却コイルの機能を適正に保つために、随時このモリブデン薄片を除去することが必要である。通常、これは、定期的に各冷却コイルを停止して次に再始動することによって行われるが、それは、この停止／再始動手順が、停止及び次の再始動の結果として冷却コイルが受ける幅広い温度変動に起因して冷却コイルに有意な機械的衝撃を引き起こすからである。この機械的衝撃は、ほとんどの事例において、冷却コイル表面上に堆積したと考えられるモリブデン薄片の少なくとも一部を除去し、そうすることでコイルの熱伝達機能の少なくとも一部を回復するのに十分である。これは、長期間にわたって安定した作動をもたらす。

冷却水を個々の冷却コイルに供給するために、図５に示す構造が通常は使用される。そこに示すように、冷却コイル６１の入口３５は、処理水入口ヘッダ８０と流体連通しており、その高さは、典型的には、上側Ｕターン取り付け具６３の下に位置付けられる。同様に、冷却コイル６１の出口６５は、処理水出口ヘッダ８２と流体連通しており、その高さは、典型的には、上側Ｕターン取り付け具６３の上に位置付けられる。通常は、処理水入口ヘッダ８０及び出口ヘッダ８２は、完全に反応器１０を取り囲む大型連続水平向き導管の形態を取る。各冷却コイルの個々の定期的停止及び再始動は、通常は、その冷却コイルの入口３５に関連付けられたそれぞれの閉止弁８４を通して達成され、それは、ほとんどの設計において、流体流量の微調整が可能な制御弁とは対照的に単純な開閉弁である。

閉止弁８４は、処理水入口ヘッダ８０と処理水出口ヘッダ８２の間の冷却コイル６１内の少なくとも１つの弁であることにも注意されたい。すなわち、冷却コイル６１は、いずれの追加の弁又は他の流れ制御デバイスなしで、特に冷却コイル出口６５に関連付けられた流れ制御弁なしで構成される。これは、上述の方法で冷却コイルの望ましい作動及び制御を達成するのにそのような追加の弁が不要であるからである。これに加えて、出口流れ制御弁を取り除くことは、安全逃し弁の必要性も排除し、これは、そうでなければもしそのような出口流れ制御弁が使用されたとすれば必要であったであろう（すなわち、各個々のコイル上にＰＳＶが必要であったであろう）。

反応器全体を通して及び反応器内の領域毎にアクリロニトリル反応器をその最適な反応温度に又はその付近に維持することは、良好な反応器性能に重要である。更に、良好な冷却コイル設計も、熱を反応器から取り出すことができる速度が多くの場合にアクリロニトリル反応器が作動する最大能力を決定する律速段階であるので重要である。これに加えて、不十分な冷却コイル設計及び／又は作動は、早期の修理を必要する可能性があって非常に費用のかかる過度の冷却コイル腐食をもたらす可能性がある。

従って、反応器の性能を改善するだけでなく、導管侵食を低減し、それによって停止時間及び修理費用を低減するために、商業アクリロニトリル反応器の冷却コイルの設計及び作動の改善に対する絶え間のない必要性が存在する。

本発明により、商業アクリロニトリル反応器のような典型的な酸化又はアンモ酸化反応器に使用される冷却コイルアセンブリの設計及び作動に対して一連の改良が加えられる。その結果、反応器性能が改善されるだけでなく、それに加えて冷却コイルアセンブリの使用寿命が延長される。

従って、一実施形態において、本発明は、酸化又はアンモ酸化反応器によって発生する過剰な熱を除去するための冷却コイルアセンブリを提供し、冷却コイルアセンブリは、複数の冷却コイルを含み、各冷却コイルは、冷却水入口及び冷却水出口を有する冷却水通路を定めるように互いに直列に流体接続する複数の冷却コイルコースを含み、各冷却コイルコースは、垂直向き冷却コイルコース平面を定め、各冷却コイルは、反応器の内側から反応器の周囲に向けてそれぞれの垂直向き主冷却コイル平面に沿って延び、更に、少なくとも１つの冷却コイル内の冷却コイルコースの少なくとも一部は、それらの冷却コイルコース平面がその冷却コイルの主冷却コイル平面に対して横断方向であるように配置される。

これに加えて、第２の実施形態において、本発明は、酸化又はアンモ酸化反応器によって発生する過剰な熱を除去するための冷却コイルアセンブリを提供し、冷却コイルアセンブリは、単一又は複数の冷却コイルを含み、各冷却コイルは、冷却水を搬送するための冷却水流路、冷却水入口、及び冷却水出口を定め、各冷却コイルは、その冷却水入口に関連付けられた冷却水閉止弁を更に含み、各冷却コイルはまた、その冷却水出口を通過する冷却水の流れを制御するための弁がなく、冷却水流路の少なくとも一部の長さは、互いに異なっている。この態様において、冷却コイルの数は、約１５％又はそれ未満の蒸気に変換される冷却水の平均百分率を与えるように選択される。

これに加えて、第３の実施形態において、本発明は、壁を有する酸化又はアンモ酸化反応器によって発生する過剰な熱を除去するための冷却コイルアセンブリを提供し、冷却コイルアセンブリは、単一又は複数の冷却コイルを含み、各冷却コイルは、冷却水出口と反応器の壁を通過する冷却水入口とを有する冷却水通路を定めるように互いに直列に流体接続する複数の冷却コイルコースを含み、冷却水入口は、反応器の壁に剛的に取り付けられた冷却コイル入口取り付け具と、冷却水入口取り付け具の内側の熱スリーブとを含み、熱スリーブの外径は、冷却コイル入口取り付け具の内径よりも小さいことにより、熱スリーブと冷却コイル入口取り付け具との間に熱空間を定める。

更に別の実施形態において、本発明は、酸化又はアンモ酸化反応器によって発生する過剰な熱を除去するための冷却コイルアセンブリを提供し、冷却コイルアセンブリは、複数の冷却コイルを含み、各冷却コイルは、一連の最初にある第１のコースと一連の最後にある最後のコースとを含む一連の冷却コイルコースを備え、複数の冷却コイルコースは、冷却水入口及び冷却水出口を有する冷却水通路を定めるように互いに流体接続し、冷却コイルアセンブリは、更に、各冷却コイルの第１のコースと流体連通する冷却コイル入口ヘッダと、各冷却コイルの最後のコースと流体連通する冷却水出口ヘッダとを備え、各冷却コイルは、更に、その冷却コイルの最後のコースを冷却水出口ヘッダに接続する冷却水出口導管を備え、冷却コイル出口ヘッダの高さは、各冷却コイルの冷却コイル出口導管の高さよりも低い。

本発明は、以下の図面を参照することによってより容易に理解することができる。

プロピレンとアンモニアのアクリロニトリルへのアンモ酸化を実行するための従来の商業アクリロニトリル反応器を示す図である。 図１の従来の商業アクリロニトリル反応器に使用される従来の冷却コイル設計の構造及び作動を説明する概略図である。 図２の従来の冷却コイル設計の上面図である。 図２の従来の冷却コイル設計の更に詳細を説明する図３と同様の上面図である。 図２と類似であるが単一冷却コイル６１並びにその作動方法を説明する概略図である。 従来の商業アクリロニトリル反応器の冷却コイルが従来の設計よりも密にパッケージ化されている本発明の第１の特徴の概略説明図である。 図２及び４と類似であり、これらの図の従来の設計の１冷却コイルの上側Ｕターン取り付け具６３だけをその上側Ｕターン取り付け具の相互のアラインメントを含めて図５の線７−７に沿って示す上面図である。 従来の商業アクリロニトリル反応器の冷却コイルが従来の設計よりも密にパッケージ化されている本発明の第１の特徴の概略説明図である。 図６及び８の冷却コイルをそれらの支持構造から吊るすために使用することができる冷却コイルハンガーの概略説明図である。 冷却コイルの入口とこの冷却コイル入口が通過する反応器壁との間の接合部を保護するために熱スリーブが使用される本発明の別の特徴の概略説明図である。 冷却コイルから冷却水及び蒸気を受け入れるための出口ヘッダがこれらの冷却コイルの上部の下方である位置に移動された本発明の更に別の特徴の概略説明図である。

本発明の第１の特徴により、反応器内の冷却コイルのパッキングを増加させることの可能な冷却コイルの新しい配置が採用される。その結果、冷却コイルアセンブリによって全体として与えられる全表面積は、実質的に増加させることができ、これは、次に、冷却コイル作動のより良い全体制御と、少なくとも一部の事例では全体的な反応器機能の増加とをもたらす。

この特徴は、各冷却コイル６１の上側Ｕターン取り付け具６３の配置と冷却コイルアセンブリの通路７４及び冷却コイル支持ビーム７０に対するそれらの配置とを示している点で図４と同様の概略図である図６に示されている。同じく図２、３、４、及び５の従来の設計におけるコイルコースの配置を概略的に示す図７を参照されたい。それを図７と同様の概略説明図であるが図６の本発明の設計における冷却コイルコースの配置を説明する図８と比較されたい。

図６に示すように、冷却コイル６１の上側Ｕターン取り付け具６３は、図４に示す同一平面関係ではなく、互いに対するオフセット関係で配置される。図４に示すような従来の設計では、冷却コイル６１は、反応器１０の内側から反応器１０の周囲へ（すなわち、位置Ｒから位置Ｓへ）垂直向き平面Ｄに沿って延びる。便宜上、垂直向き平面Ｄは、本明細書では冷却コイル６１の主冷却コイル平面と呼ばれる。図４に更に示すように、冷却コイル６１の主要要素の全て（すなわち、垂直向き冷却導管６０の全て、並びに下側Ｕターン取り付け具６２及び上側Ｕターン取り付け具６３の全て）は、同一平面にあり、すなわち、それらは全て、それらの中心又は軸線がこの平面に位置するという意味で垂直向き主冷却コイル平面Ｄと位置合わせしている。これは、冷却水導管６０、並びに冷却コイルコース５７の下側Ｕターン取り付け具６２が、それらの中心又は軸線が全て共通の垂直向き主冷却コイル平面Ｄに位置するという意味で互いと位置合わせしていることを示す図７に概略的に更に示されている。これに加えて、図４に更に示すように、通路７４も、これらの主要要素間にそれらと平行に配置される。

しかし、本発明のこの態様の修正設計では、少なくとも１つの冷却コイルの少なくとも一部の冷却コイルコース５７は、冷却コイルが全体として位置する垂直向き主冷却コイル平面に対して横断方向に配置される。通常、少なくとも１つの冷却コイルの冷却コイルコース５７の全ては、このようにして配置されるが、一部の実施形態では、冷却コイルの大部分又は更に全てにおける冷却コイルコースの全てがこのように配置される。

この配置は、この設計の各冷却コイルコース５７の冷却水導管６０及び下側Ｕ字形状取り付け具６２がそれら独自のそれぞれの冷却コイルコース平面Ｑに位置することを示す図８によってより完全に説明されており、平面Ｑは、冷却コイル６１が全体として位置する垂直向き主冷却コイル平面Ｄに関して鋭角αで配置される。鋭角αは、あらゆる望ましい角度とすることができる。一態様において、その角度は、約３０°から約６０°の間であり、別の態様では、約４０°から約５０°の間である。

図６に更に示すように、冷却コイル及びそれらの内容物の重量全体を担持する支持ビーム７０は、Ｕターン取り付け具６３の上方に図２，３、４、及び５の従来の設計でのようにこれらのＵターン取り付け具６３の下方ではなく位置付けられる。これに加えて、図９に示すように、各Ｕターン取り付け具６３をその関連の支持ビーム７０から吊るすのに適切な支持ハンガーが設けられる。

本発明のこの特徴の修正設計の第１の利点は、冷却コイルコース５７を従来の設計よりも密にパックすることができることである。それによってこの設計を使用して製造される冷却コイルアセンブリの有効表面積を従来の設計よりも増加させることが可能になり、それは、次に、冷却機能の増大を達成し、従来の設計と比べてより高度な反応器温度制御に対する可能性を有する。本明細書に説明する冷却コイル設計は、反応器直径のメートル当たりより多くの冷却コイルコースを設けるものである。この態様において、本明細書に説明するコイル設計は、反応器直径のメートル当たり約４０から約６０の冷却コイルコースを設けるのに有効であり、別の態様において、反応器直径のメートル当たり約４５から約５５の冷却コイルコースを設けるのに有効である。

この修正設計の第２の利点は、定期的な停止及び再始動の結果としてこの設計で各冷却コイルを形成する金属要素に加えられる機械的応力が、従来の設計と比べてこの設計ではより良く受け入れることができることである。これは、本発明の設計における上側Ｕターン取り付け具６３が、支持ビーム７０から、かつそれに加えてそれに対して横断方向に配置されたハンガーによって吊るされるという事実に起因する。従って、本発明の設計の冷却コイルは、温度変化に応じて膨脹及び収縮する際に、そうでない場合よりも少ない応力がこれらの冷却コイルに加えられる。これは、この膨張と収縮の有意な部分がこれらの支持ビームに対して横断方向に起こるからであり、更に、ハンガーがこれらの冷却コイルと支持ビームの間で生じるサイズ変化及び関連の動きを吸収する緩衝器として機能するからである。

従って、この設計修正の結果として、このようなアセンブリを収容するのに必要とされる補助機器（及び特に通路及び支持ビームの数）を増すことなく冷却コイルアセンブリによって提供される冷却機能を増加させることが可能であるのみならず、これに加えて、定期的な停止及び再始動の結果として冷却コイルに加えられる機械的応力のために通常生じる冷却コイルの故障及び関連の保守費用を取り除くか又は少なくとも実質的に低減することも可能である。指摘するように、本明細書に説明する設計は、より多くのコイルを提供する。コイル数が多いほどより低頻度で循環させることができる。

本発明の第２の特徴により、本発明の冷却コイルアセンブリの異なる冷却コイル内の流路の断面積は、各冷却コイルアセンブリ内で蒸気に変換される冷却水の量が約１５％又はそれ未満、別の態様では約１０％から約１５％の間の平均値を有するように調節される。好ましくは、これらの断面積は、冷却コイルを通過する冷却水の総量に基づいて、この冷却コイルアセンブリ内の冷却コイルの全てにおいて蒸気に変換される冷却水の量が、互いから５％よりも多くなく、好ましくは４％よりも多くなく、３％よりも多くなく、２％よりも多くなく、又は更に１％よりも多くなく異なるように選択される。

指摘したように、冷却コイルアセンブリは、各冷却コイルが異なる数の冷却コイルコースを含む冷却コイルを有することができる。例えば、冷却コイルアセンブリは、大部分の冷却コイルが複数の冷却コイルコース（例えば、６個の冷却コイルコース）を有して一部の冷却コイルがただ１つの冷却コイルコースを有する冷却コイルを含むことができる。冷却コイルの除去は生産速度に影響を与え、冷却コイル循環において取外し可能な異なる数の冷却コイルコースは、望ましい生産速度を維持するための作動柔軟性を提供する。

特に図２に示すように、典型的な商業アクリロニトリル反応器の異なる冷却コイルは、通常は、全てが同数の冷却コイルコース５７を有するとは限らない。その結果、これらの冷却コイルの中にはより長い流路を有するものもあるが、より短い流路を有するものもある。長い流路内の冷却水の滞留時間は、短い流路内の冷却水の滞留時間よりも本質的に長くなるので、この特徴は冷却コイルの不均一な作動をもたらす場合がある。その結果、短い流路の冷却水よりも長い流路の冷却水は、その多くが蒸気に変換される。これは本質的に、長い流路内において、特にその出口端付近で高い流速をもたらす。これは、次に、過度の侵食、及びこれらの位置にある冷却水中の無機物及び他の成分のメッキ（すなわち、沈殿及び堆積）を引き起こす。

以上のように、本発明のこの特徴に従って各冷却コイルで発生する蒸気の量は約１５％又はそれ未満、別の態様では約１０％から約１５％の間の平均値を有することが望ましい。すなわち、各冷却コイルアセンブリ内で蒸気に変換される冷却水の量は、その冷却コイルアセンブリに供給される水の約１５％よりも多くなく、別の態様では約１０％から約１５％の間であることが望ましい。従って、本発明のこの特徴に従って各冷却コイルの流路断面積は、全閉止弁８４が開放位置にある時に各流路で蒸気に変換される冷却水が約１５％又はそれ未満、別の態様では約１０％から約１５％の間の値に互いにできるだけ近くなるように選択される。この態様において、発生する蒸気の量は計算値である。

商業アクリロニトリル反応器を設計する最も費用効果の高い方法は、各冷却コイルを同じ直径のパイプから製造すること、及び各冷却コイルを同じ閉止弁８４で制御すること、すなわち、各制御弁が他の制御弁と同一であることである。従って、各冷却コイルの流路断面積が水の蒸気への同じ変換率を達成するように選択されることを保証する最も簡単な方法は、各冷却コイルの内側に、又は少なくとも短い流路を有する各冷却コイルの内側に、好ましくはその入口端又は出口端又はその両方に適切な流れ制限を加えることである。各流れ制限の正確な大きさ（又は流れ制限が使用されない場合に相対的な流路断面積）の決定は、異なる流路の相対的な長さと、従って、冷却水がこれら異なる流路に存在する時間の異なる長さとを仮定すれば、従来の熱伝達計算によって容易に行うことができる。

本発明の第３の特徴を図１０に示している。図５に示すような従来の設計では、冷却コイル６１の入口ライン６４は、反応器１０の反応器壁３６に直接に溶接される。上述のように、定期的に各冷却コイルを個々にかつ順番に停止させ、次に再始動することにより、商業アクリロニトリル反応器の冷却コイルを「交代する」ことが慣例である。冷却コイルが停止された時に、その温度は、反応器の通常作動温度、すなわち、約３５０℃から約４８０℃に向けて急速に上昇する。次に、冷却コイルが追加された冷却水との接触によって再始動された時に、その温度は、この冷却水の沸点又はその付近までほとんど瞬時に降下する。この温度降下は、冷却コイル６１に、特にその入口ライン６４が反応器壁３６に溶接された箇所に実質的な応力を加える可能性がある。時間と共に、この繰り返される熱応力は、この位置に機械的な故障をもたらす場合がある。

この特徴の発明により、冷却コイル６１の入口ライン６４が反応器１０の反応器壁３６を横切る位置に熱スリーブを取り付けることにより、この問題は回避される。図１０に示すように、熱スリーブ５９は、冷却コイル入口ライン６４と連通し、冷却コイル入口取り付け具３３で受け入れられるが、取り付け具３３は、反応器１０の反応器壁３６を通過してそれに溶接されている。熱スリーブ５９の外径は、冷却コイル入口取り付け具３３の内径より僅かに小さく、従って、それらの間に熱空間７５を定め、熱空間７５は、スペーサリング７７によって維持される。熱スリーブ５９の出口リム７３は、冷却コイル取り付け具３３に溶接されず、又は他に恒久的に固定されず、従って、この冷却コイル取り付け具に対して軸線方向に移動することが自由である。

この構造を使用して、そうでなければ冷却コイル６１が停止されて再始動される際に冷却コイル６１内部に生じる実質的な温度変化のために発生することになる冷却コイル入口ライン６４と反応壁３６間の機械的接合部のあらゆる熱応力は、熱スリーブ５９の膨脹及び収縮によって解放される。その結果、冷却コイル６１が反応器壁３６を横切る位置での機械的故障は大きく回避される。

本発明の更に別の特徴により、各冷却コイルから流れ出る冷却水及び蒸気を受け入れるために設けられる冷却水出口ヘッダは、各冷却コイルの出口ライン及び出口ヘッダの下方の位置に移動される。一態様において、冷却水出口は、各冷却コイルの冷却コイルコースの上部の下である位置まで移動される。

図５に示すように、従来の設計では、冷却水出口ヘッダ８２は、冷却水出口ライン７９と、冷却コイルコース６７、６９、及び７１の上部を定めるＵターン取り付け具６３との上方に位置付けられる。上述のように、従来の商業アクリロニトリル反応器の冷却コイルは、その外面に堆積したモリブデン薄片を取り除くために定期的に停止され、次に再始動される。冷却コイルが停止された時に、アクリロニトリル反応器の内部温度は非常に高いので、内部に残るあらゆる冷却水は急速に蒸発する。これが起こった時に、出口ライン７９に関連付けられた出口弁がないので、重力は、出口ヘッダ８２中の冷却水を冷却コイル出口ライン７９を通してこの停止冷却コイル内に逆流させる。これは、冷却コイル内で蒸発する、従って、蒸気に変換される更に追加の量の冷却水をもたらす。

冷却水は、通常は、溶解した無機物、並びに追加の処理化学物質を含有する。冷却コイルが停止された時に、これらの無機物及び処理化学物質は沈殿し、冷却コイル、特に下側Ｕターン取り付け具６２の内面に堆積しやすい。これら堆積物の量は、特に冷却コイルがあまりに長時間にわたって停止される場合はかなりのものである可能性があり、その理由は、冷却水出口ヘッダ８２からかなりの追加量の冷却水が逆流し、結果としてこの停止冷却コイルから蒸発することを可能にするからである。時間と共に、これは、冷却コイル内部の流路断面積を特にこれらの位置において有意に低減し、これらの位置を通過する冷却水の流速が実質的に増加することになる。これは、次に、これらの位置における冷却コイルの有意な侵食と、従って、早期の冷却コイル故障とをもたらす可能性がある。

本発明のこの特徴により、冷却水出口ヘッダ８２を出口ライン７９の下である高さまで移動することにより、この問題は回避される。一態様において、出口ヘッダは、少なくとも１つの冷却コイル内の最後の冷却コイルコースの上部の下に、より望ましくは、大部分の又は更に全ての冷却コイルの最後のコースの下に位置付けられる。別の態様において、出口ヘッダは、少なくとも１つのコイル内の全ての冷却コイルコースの上部の下に、より望ましくは、全ての冷却コイル内の全ての冷却コイルコースの上部の下に位置付けられる。概略的にこれらの特徴を説明する図１１を参照されたい。

この配置を使用すると、重力による冷却水出口ヘッダ８２から停止冷却コイル内への追加の量の冷却水逆流は、冷却水出口ライン７９及び一態様では上側Ｕターン取り付け具６３が、重力がいかなる有意な量の冷却水も停止冷却コイル内に戻すことを可能にするには遠すぎる出口ヘッダ８２の上方に位置付けられるので実質的に完全に阻止される。

本発明の単に少数の実施形態を上述したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの修正が可能であることは明らかであるべきである。全てのそのような修正は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする本発明の範囲に含まれるように意図している。

５７ 垂直向き冷却コイルコース
６３ 上側Ｕターン取り付け具
７０ 支持ビーム
７４ 通路

Claims (8)

1. 酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去するための冷却コイルアセンブリであって、
   複数の冷却コイルを含み、
   各冷却コイルは、一連の最初にある第１のコースと一連の最後にある最後のコースとを含む一連の冷却コイルコースを備え、該複数の冷却コイルコースは、冷却水入口及び冷却水出口を有する冷却水通路を定めるように互いに流体接続され、
   前記冷却コイルアセンブリは、更に、各冷却コイルの前記第１のコースに流体連通した冷却コイル入口ヘッダと、各冷却コイルの前記最後のコースに流体連通した冷却水出口ヘッダとを備え、
   各冷却コイルは、更に、前記冷却コイルの前記最後のコースを前記冷却水出口ヘッダに接続する冷却水出口導管を備え、
   前記冷却コイル出口ヘッダの高さが、各冷却コイルの前記冷却コイル出口導管の高さよりも低い、
   ことを特徴とする冷却コイルアセンブリ。
2. 少なくとも１つの冷却コイルの前記最後のコースは、上部及び底部を定め、更に、前記冷却コイル出口ヘッダの前記高さは、前記冷却コイルの前記最後のコースの前記上部の高さよりも低い、請求項１に記載の冷却コイルアセンブリ。
3. 少なくとも１つの冷却コイルの前記冷却コイルコースの上部は、ぞれぞれの上側Ｕターン取り付け具によって互いに接続され、更に、前記冷却コイル出口ヘッダの前記高さは、これらの上側Ｕターン取り付け具の高さよりも低い、請求項１に記載の冷却コイルアセンブリ。
4. 各冷却コイルは、更に、前記冷却水入口ヘッダと前記一連の冷却コイルコースにおける前記第１のコイルコースとの間に位置決めされた入口閉止弁を備え、
   更に、各冷却コイルは、前記一連の冷却コイルコースにおける前記最後のコイルコースと前記冷却水出口ヘッダとの間にいかなる流れ制御デバイスもなく構成される、請求項１に記載の冷却コイルアセンブリ。
5. 酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去する方法であって、
   冷却コイルアセンブリを前記反応器に設けるステップを有し、
   前記冷却コイルアセンブリは、複数の冷却コイルを含み、各冷却コイルは、一連の最初にある第１のコースと一連の最後にある最後のコースとを含む一連の冷却コイルコースを備え、該複数の冷却コイルコースは、冷却水入口及び冷却水出口を有する冷却水通路を定めるように互いに流体接続され、
   前記冷却コイルアセンブリは、更に、各冷却コイルの前記第１のコースに流体連通した冷却コイル入口ヘッダと、各冷却コイルの前記最後のコースに流体連通した冷却水出口ヘッダとを備え、
   各冷却コイルは、更に、前記冷却コイルの前記最後のコースを前記冷却水出口ヘッダに接続する冷却水出口導管を備え、
   前記冷却コイル出口ヘッダの高さが、各冷却コイルの前記冷却コイル出口導管の高さよりも低い、
   ことを特徴とする酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去する方法。
6. 少なくとも１つの冷却コイルの前記最後のコースは、上部及び底部を定め、更に、前記冷却コイル出口ヘッダの前記高さは、前記冷却コイルの前記最後のコースの前記上部の高さよりも低い、請求項５に記載の酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去する方法。
7. 少なくとも１つの冷却コイルの前記冷却コイルコースの上部は、ぞれぞれの上側Ｕターン取り付け具によって互いに接続され、更に、前記冷却コイル出口ヘッダの前記高さは、これらの上側Ｕターン取り付け具の高さよりも低い、請求項５に記載の酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去する方法。
8. 各冷却コイルは、更に、前記冷却水入口ヘッダと前記一連の冷却コイルコースにおける前記第１のコイルコースとの間に位置決めされた入口閉止弁を備え、
   更に、各冷却コイルは、前記一連の冷却コイルコースにおける前記最後のコイルコースと前記冷却水出口ヘッダとの間にいかなる流れ制御デバイスもなく構成される、請求項５に記載の酸化又はアンモ酸化反応器によって発生した熱を除去する方法。

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