JP2019126759A - 接続構造及び流動層反応装置。 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル内に侵入した堆積物を有効に除去可能であり、特に反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止可能なノズルの接続構造及び該接続構造を有する流動層反応装置の提供を目的とする。【解決手段】 ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であって、前記反応器が、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、前記ノズルと前記反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して傾斜している、ノズルの接続構造。【選択図】図１
Description
本発明は、接続構造及び流動層反応装置に関する。
流動層反応器を用いた流動層技術は、各種の化学品の製造技術に応用がなされている。上記の化学品としては、例えば、ポリオレフィン、不飽和カルボン酸又は不飽和ニトリル等が挙げられる。
特許文献１には、オレフィン類の気相重合に用いられる流動層反応器に関する技術が開示されている。この文献によれば、気相重合により生じるポリマー飛沫粒子が、流動層反応器に備えられた計測用導管ノズル及びガス排出用配管ノズルに滞留することに起因して、ノズルが閉塞する問題が生じる。そして、この文献では、上記問題を解決するための方法として、不活性ガスをパージしたり、フィルター類を設置したりする方法が開示されている。
一方、流動層反応器を用いて、アルカン又はアルケン等から、気相接触酸化又は気相接触アンモ酸化によって対応するメタアクリロニトリル又はアクリロニトリルを製造する方法が着目されている。この場合、気相接触酸化又は気相接触アンモ酸化に用いられる触媒粒子が、ノズル内に侵入して堆積することに起因して、ノズルが閉塞する問題が生じる。また、上記の反応によって発生する反応ガスは、酸性物質等の腐食性物質を含有しており、ノズル内に侵入した腐食性物質が凝縮した場合にはノズルの腐食が進行するという特有の問題も生じる。
上記の特有の問題を解決するために、特許文献１に記載のように、不活性ガスをノズル内にパージしたり、フィルター類を設置したりする方法を用いることが考えられる。しかしながら、前者の方法では、パージに必要なガスの流量を調節するための流量計及び調節弁を設ける必要があり、構造が複雑化する。一方、後者の方法では、使用したフィルターの切り替えのために装置を停止する必要があること、さらに予備のフィルターが必要であり、コストの観点から問題がある。また、前者及び後者の方法のいずれにおいても、特に腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止できるとはいえない。
そこで、本発明は、ノズル内に侵入した堆積物を有効に除去可能であり、特に反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止可能なノズルの接続構造及び該接続構造を有する流動層反応装置の提供を目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した。その結果、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器において、ノズルと反応器の側壁との接続方向を、重力方向と反対方向に対して傾斜させると、上記問題点が解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
［１］
ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であって、
前記反応器が、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、
前記ノズルと前記反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して傾斜している、ノズルの接続構造。
［２］
前記ノズルの接続方向の傾斜角度が、重力方向と反対方向に対して２０°以上６０°以下である、［１］の接続構造。
［３］
前記ノズルが計測器用ノズルである、［１］又は［２］の接続構造。
［４］
［１］〜［３］のいずれかの接続構造を有し、
メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応装置。
［１］
ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であって、
前記反応器が、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、
前記ノズルと前記反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して傾斜している、ノズルの接続構造。
［２］
前記ノズルの接続方向の傾斜角度が、重力方向と反対方向に対して２０°以上６０°以下である、［１］の接続構造。
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前記ノズルが計測器用ノズルである、［１］又は［２］の接続構造。
［４］
［１］〜［３］のいずれかの接続構造を有し、
メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応装置。
本発明によれば、ノズル内に侵入した堆積物を有効に除去可能であり、特に反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止可能なノズルの接続構造及び流動層反応器の提供可能である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明する。本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。また、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
本実施形態のノズルの接続構造は、ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であり、反応器は、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、ノズルと反応器の側壁との接続方向は、重力方向と反対方向に対して傾斜している。
流動層反応器を用いて、アルカン又はアルケン等から、気相接触酸化又は気相接触アンモ酸化によって対応するメタアクリロニトリル又はアクリロニトリルを製造する場合、上記の酸化反応に用いられる触媒粒子が、ノズル内に侵入して堆積することに起因して、ノズルが閉塞する問題が生じる。また、上記の反応によって発生する反応ガスは、酸性物質等の腐食性物質を含有しており、ノズル内に侵入した腐食性物質が凝縮した場合にはノズルの腐食が進行するという問題が生じる。上記の問題を解決するために、不活性ガスをノズル内にパージしたり、フィルター類を設置したりする方法を用いることが考えられる。しかしながら、前者の方法では、パージに必要なガスの流量を調節するための流量計及び調節弁を設ける必要があり、構造が複雑化する。一方、後者の方法では、使用したフィルターの切り替えのために装置を停止する必要があること、さらに予備のフィルターが必要であり、コストの観点から問題がある。また、前者及び後者の方法のいずれにおいても、特に腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止できるとはいえない。
これに対し、本実施形態では、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器において、ノズルと反応器の側壁との接続方向を、重力方向と反対方向に対して傾斜させている。これにより、ノズル内に侵入した堆積物を、重力を利用して有効に除去でき、特に反応ガスに含まれる腐食性物質を凝縮させることがない。また、本実施形態では、ノズルと反応器の側壁との接続方向を、重力方向と反対方向に対して傾斜させればよく、単純な構成によりノズル内に侵入した堆積物を有効に除去できるという利点も備える。
本実施形態の接続構造において、ノズルの接続方向の傾斜角度は、重力方向と反対方向に対して２０°以上６０°以下であることが好ましい。傾斜角度が重力方向と反対方向に対して２０°以上であると、溶接等により反応器の側壁に形成される貫通口の大きさを過度に大きくすることなく、反応器の強度を十分に維持できるとともに、反応器内部の生成ガスの外部への漏れを抑制でき、生成物の収率を十分に確保できる傾向にある。一方、傾斜角度が重力方向と反対方向に対して６０°以下であると、ノズル内に侵入した堆積物を一層有効に除去できる傾向にある。
本実施形態の接続構造において、ノズルは、計測器用ノズルであることが好ましい。通常、計測器用ノズルのノズル内径は比較的小さいため、計測器用ノズルは、最も腐食が進行し易いという問題がある。このため、本実施形態の接続構造は、腐食の進行を有効に抑制できる事から、計測器用ノズルに特に好適に用いられる。
本実施形態の流動層反応装置は、本実施形態の接続構造を有し、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応装置である。本実施形態の流動層反応装置は、本実施形態の接続構造を有しているため、単純な構成によりノズル内に侵入した堆積物を、重力を利用して有効に除去可能であり、特に反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル内での凝縮を有効に防止できる。
[ノズルの接続構造を有する流動層反応装置]
図１に示す流動層反応装置（単に「反応装置」ともいう。）１０は、計測器用ノズル１が流動層反応器（単に「反応器」ともいう。）２の側壁と接続した接続構造を有しており、計測器用ノズル（この例では、温度計用ノズルである。以下、単に「ノズル」ともいう。）１と反応器２の側壁との接続方向は、重力方向と反対方向Ｘ（単に「方向Ｘ」ともいう。）に対して傾斜している。この例では、ノズル１の接続方向の傾斜角度は、方向Ｘに対して２０°〜６０°である。図１では図示していないが、ノズル１は、計測器（この例では、温度計）に接続されている。
図１に示す流動層反応装置（単に「反応装置」ともいう。）１０は、計測器用ノズル１が流動層反応器（単に「反応器」ともいう。）２の側壁と接続した接続構造を有しており、計測器用ノズル（この例では、温度計用ノズルである。以下、単に「ノズル」ともいう。）１と反応器２の側壁との接続方向は、重力方向と反対方向Ｘ（単に「方向Ｘ」ともいう。）に対して傾斜している。この例では、ノズル１の接続方向の傾斜角度は、方向Ｘに対して２０°〜６０°である。図１では図示していないが、ノズル１は、計測器（この例では、温度計）に接続されている。
図１に示す反応装置１０は、ノズル１と反応器２の側壁との接続方向を、方向Ｘに対して傾斜させていることにより、ノズル１内に侵入した堆積物（特に流動層触媒）を、重力を利用して有効に除去可能であり、特に反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル１内での凝縮を有効に防止できる。また、図１に示す反応装置１０は、ノズル１と反応器２の側壁との接続方向を、方向Ｘに対して傾斜させればよく、単純な構成によりノズル１内に侵入した堆積物を有効に除去できるという利点も備える。更にノズル１の接続方向の傾斜角度は、方向Ｘに対して特定の数値範囲内であることにより、反応器２の側壁に形成される貫通口の大きさを過度に大きくすることなく、反応器２の強度を十分に維持できるとともに、反応器２内部の生成ガスの外部への漏れを抑制でき、生成物の収率を十分に確保できるという利点も備える。
なお、本実施形態のノズルの接続構造は、ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であって、反応器は、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、ノズルと反応器の側壁との接続方向は、重力方向と反対方向に対して傾斜していれば特に限定されない。
本実施形態のノズルの接続構造において、図１に示す接続構造のようにノズルの接続方向の傾斜角度を２０°以上６０°以下にすることが好ましい。傾斜角度が重力方向と反対方向に対して２０°以上であると、溶接等により反応器の側壁に形成される貫通口の大きさを過度に大きくすることなく、反応器の強度を十分に維持できるとともに、反応器内部の生成ガスの外部への漏れを抑制でき、生成物の収率を十分に確保できる傾向にある。一方、傾斜角度が重力方向と反対方向に対して６０°以下であると、ノズル内に侵入した堆積物を一層有効に除去でき、反応ガスに含まれる腐食性物質のノズル内での凝縮をより一層有効に防止できる傾向にある。同様の観点から、傾斜角度は、２５°以上５５°以下であるとより好ましく、３５°以上５０°以下であると更に好ましい。
本実施形態のノズルとしては、例えば、計測器用ノズル、ガス排出管用ノズル、触媒排出入ノズル等が挙げられ、これらの中でも計測器用ノズルであることが好ましい。通常、計測器用ノズルのノズル内径は比較的小さいため、計測器用ノズルは、最も腐食が進行し易いという問題がある。このため、本実施形態の接続構造は、腐食の進行を有効に抑制できる事から、計測器用ノズルに特に好適に用いられる。計測器としては、特に限定されないが、例えば、温度計、圧力計、差圧計、流量計等が挙げられる。
ノズルの材質としては、通常、反応器本体と同一材質とする観点から、カーボンスチール、ステンレススチール等が挙げられる。
流動層反応器としては、例えば、アルカン又はアルケン等から、気相接触酸化又は気相接触アンモ酸化によって対応するメタアクリロニトリル又はアクリロニトリルを製造するために用いられる流動層反応器が挙げられる。
本実施形態の流動層反応装置は、本実施形態の接続構造を有し、メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられるのであれば特に限定されない。
図１に示す反応装置１０では、ノズル１の先端が反応器２の内壁から突出しているが、本実施形態の反応装置では、ノズルの先端は流動層反応器の内壁から突出してもよく、突出していなくてもよい。
（変形例）
本実施形態の流動層反応装置において、ノズル内に侵入した堆積物（特に腐食性物質）を一層効率よく除去するために、ノズルの先端側を下方に屈曲させてもよい。例えば、図２に示す反応装置１０Ａは、計測機用ノズル１Ａの先端側が、下方に屈曲した構造を有しており、これにより、ノズル内に侵入した堆積物を、重力を利用して一層効率よく除去することができる。
本実施形態の流動層反応装置において、ノズル内に侵入した堆積物（特に腐食性物質）を一層効率よく除去するために、ノズルの先端側を下方に屈曲させてもよい。例えば、図２に示す反応装置１０Ａは、計測機用ノズル１Ａの先端側が、下方に屈曲した構造を有しており、これにより、ノズル内に侵入した堆積物を、重力を利用して一層効率よく除去することができる。
本実施形態の流動層反応装置は、ノズル内に侵入した堆積物を一層効率よく除去するために、パージガスをノズル内に供給するパージガス供給手段を備えてもよい。パージガスとしては、例えば、窒素等の不活性ガス、空気等が挙げられる。これらのガスは、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いられる。
以下に実施例を挙げて本実施形態を詳細に説明するが、本実施形態は以下の実施例に何ら限定されない。
［実施例１］
反応の原料ガスであるプロピレン、アンモニア及び空気を流動層反応器に供給し、プロピレンの気相接触アンモ酸化反応（以下、単に「アンモ酸化反応」ともいう。）を下記のとおりに行った。
反応の原料ガスであるプロピレン、アンモニア及び空気を流動層反応器に供給し、プロピレンの気相接触アンモ酸化反応（以下、単に「アンモ酸化反応」ともいう。）を下記のとおりに行った。
流動層反応器として、アンモ酸化反応に通常用いられる流動層反応器を用いた。すなわち、上記流動層反応器は、内径８ｍ、長さ２０ｍの縦型円筒型で、内部に空気を供給する装置（以下、「空気分散板」ともいう。）及び原料ガスを供給する装置（以下、「原料分散管」ともいう。）を有するものであった。この流動層反応器には、触媒層の温度を測定するための温度計が、空気分散板から上方１．５〜４．５ｍの間に２０点取り付けられていた。
前記２０点の温度計は、それぞれ、図１に示すように反応器の側壁に取り付けた（接続した）ノズルを介して、反応器内部に挿入されていた。各ノズルは、重力方向と反対方向に対していずれも４５°であった。
触媒として、粒径分布が１０〜１００μｍであり、平均粒径が５５μｍであり、２４μｍ以下の粒径を有する触媒粒子の含有率が、触媒粒子全体の１．４質量％であるモリブデン−ビスマス−鉄系担持触媒を用い、静止層の高さが２．７ｍとなるよう充填した。空気分散板から空気を５６０００Ｎｍ3／ｈ供給し、原料ガス分散管からプロピレンを６２００Ｎｍ3／ｈ及びアンモニアを６６００Ｎｍ3／ｈ供給した。反応温度は４４０℃、反応器上部の圧力は０．７０ｋｇ／ｃｍ2Ｇであった。
反応器の運転を開始し、安定後、反応成績を分析したところ、アクリロニトリルの収率は８１．５％、プロピレンの未反応率は１．１％であった。
運転開始から２年間の運転期間中、アクリロニトリルの収率は、８０．９〜８１．７％、プロピレンの未反応率は、０．８０〜１．３％で変動した。２０点の反応温度は、４３６〜４４９℃で推移した。
２年間の運転後、定期検査のため、反応器を停止させた。
反応器のマンホール（蓋）を開放し、反応器内部から温度計及び温度計を反応器内部に挿入するためのノズルの検査を行った。２０本の内１８本のノズルについては、ノズルの閉塞はなく、また腐食等の異常は見られなかった。他２本のノズルについては、ノズル入口一部に触媒の堆積があったものの、腐食は認められなかった。続いて、反応器外部から上記ノズルの肉厚測定及び目視検査を行った。全２０本のノズルに関し、減肉はなく、外観に異常は認められなかった。
[比較例１]
ノズルの角度を９０°（すなわち、ノズルと反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して垂直）とした以外は実施例１と同様の方法でプロピレンのアンモ酸化反応を行った。反応成績は実施例１と同様であった。
ノズルの角度を９０°（すなわち、ノズルと反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して垂直）とした以外は実施例１と同様の方法でプロピレンのアンモ酸化反応を行った。反応成績は実施例１と同様であった。
２年間の運転後、定期検査のため、反応器を停止させた。
反応器のマンホール（蓋）を開放し、反応器内部から温度計及び温度計を反応器内部に挿入するためのノズルの検査を行った。２０本の内５本のノズルについては、ノズルの閉塞はなく、また腐食等の異常は見られなかった。他１５本のノズルについては、ノズル内部に触媒が堆積しており、内９本は完全に閉塞した状態であった。ノズルに堆積している触媒は固化していた。前記堆積した触媒を除去後、ノズル内部を目視検査したところ、腐食が観察された。続いて、反応器外部からノズルの肉厚測定及び目視検査を行った。２０本の内１２本のノズルに関し、０．３０〜１．２ｍｍの減肉があり、腐食が認められた。
１、１Ａ…ノズル、２…反応器、１０、１０Ａ…反応装置。
Claims (4)
- ノズルが反応器の側壁と接続した接続構造であって、
前記反応器が、（メタ）アクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応器であり、
前記ノズルと前記反応器の側壁との接続方向が、重力方向と反対方向に対して傾斜している、ノズルの接続構造。 - 前記ノズルの接続方向の傾斜角度が、重力方向と反対方向に対して２０°以上６０°以下である、請求項１記載の接続構造。
- 前記ノズルが計測機用ノズルである、請求項１又は２記載の接続構造。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の接続構造を有し、
メタアクリロニトリル又はアクリロニトリルの製造に用いられる流動層反応装置。
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- 2018-02-11 CN CN201820246354.8U patent/CN208389983U/zh active Active
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