JP3096302B2 - 不均一反応型の反応器及び反応器用触媒 - Google Patents
不均一反応型の反応器及び反応器用触媒Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は不均一反応型の反応器にして、反応器壁と、
少なくとも一つの入口および出口と、関連コンベヤと、
パッキンとしての触媒部材とを有する反応器に関する。
少なくとも一つの入口および出口と、関連コンベヤと、
パッキンとしての触媒部材とを有する反応器に関する。
（従来の技術） この型の触媒反応器は周知であり、たとえば単管また
は多管反応器にして、普通は押出し成形構造の平行管
路、または普通は薄板金属を被覆した圧延波形構造より
なる充填体または集積体が触媒部材として使用されてい
る反応器がある。しかしながらこれら周知の反応器は大
きな欠点を有している。集積体または曲成波形構造の場
合は半径方向の混合が行われず、熱の除去が遅く、スリ
ップ、不均一な濃縮および温度プロフィルが生じる。CH
−PS 537 208には触媒として働く材料を含む静的混合
構造が記載されている。しかしながらこれは熱放出の大
なる触媒反応の場合には特に不適当である。その理由は
所要の熱除去が行われず、かつ所定の触媒反応に必要な
温度範囲を維持し得ないからである。なお周知の反応器
においては高いピーク温度および局部的過熱点の生じる
おそれがある。
は多管反応器にして、普通は押出し成形構造の平行管
路、または普通は薄板金属を被覆した圧延波形構造より
なる充填体または集積体が触媒部材として使用されてい
る反応器がある。しかしながらこれら周知の反応器は大
きな欠点を有している。集積体または曲成波形構造の場
合は半径方向の混合が行われず、熱の除去が遅く、スリ
ップ、不均一な濃縮および温度プロフィルが生じる。CH
−PS 537 208には触媒として働く材料を含む静的混合
構造が記載されている。しかしながらこれは熱放出の大
なる触媒反応の場合には特に不適当である。その理由は
所要の熱除去が行われず、かつ所定の触媒反応に必要な
温度範囲を維持し得ないからである。なお周知の反応器
においては高いピーク温度および局部的過熱点の生じる
おそれがある。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は前記の欠点の大部分を消除した反応器
において、特に圧力の損失が少なく、半径方向の混合が
十分に行われ、したがって均一な濃縮および温度プロフ
ィルが得られると共に、熱が具合良く除去され、かつピ
ーク温度が減少することによって、触媒反応を高い効率
で選択的に行い得るようになった反応器を供することで
ある。本発明の他の目的は研究室ユニットを、比較的大
型の構造ユニットまで発展させることである。
において、特に圧力の損失が少なく、半径方向の混合が
十分に行われ、したがって均一な濃縮および温度プロフ
ィルが得られると共に、熱が具合良く除去され、かつピ
ーク温度が減少することによって、触媒反応を高い効率
で選択的に行い得るようになった反応器を供することで
ある。本発明の他の目的は研究室ユニットを、比較的大
型の構造ユニットまで発展させることである。
（課題を解決するための手段） 本発明は特許請求の範囲第１項記載の特徴を有する反
応器によって前記問題を解決せんとするものである。部
分流動管路が主流動方向に対して傾斜角Ｗをなす流動案
内部材によって形成されているために、反応器の伝熱壁
に発生した熱は、触媒部材の一つの段階の全高さに亙っ
て、速やかに除去される。この目的のために、一つの段
階の高さは、その移動係数H/HOが少なくとも1/2となる
ようにされている。したがって一つの段階の各部分流動
管路は反応器の壁まで延びている。なお部分流動管路お
よび流動案内部材が、異なる方向に交互に配置され、そ
れらの間に部分的に開放された流動交差位置が生じるよ
うにされているから、小さな圧力低下で優れた半径方向
混合が生じ、したがって均一な濃縮および温度プロフィ
ルが得られる。従属特許請求の範囲は特に有利な実施例
と、本発明のさらに進んだ型に関するものである。反応
器壁の上に直接配設された冷却または加熱装置と、この
ような装置およびコンベヤに連結された制御ユニットと
は所要触媒反応の調節および作動を最適化するに役立
つ。流動交差位置を、その開放面積が部分流動管路の断
面積より小となるようにし、または層面の面積の半分以
下となるようにすることによって、反応器室の全体に対
して満足すべき混合および均一化がおこり、かつ反応器
壁における熱除去を最適化することができる。適当な流
動案内部材および部分流動管路は波形の層と、断面が円
形、三角形、矩形、方形または梯形のとによって形成す
ることができる。もし流動案内部材を層面内の特定部分
において相互に接触させれば、壁における熱の除去を増
加させることができる。流動案内部材の有利な構造は伝
熱金属スケルトンの形をなしたものであり、該スケルト
ンは熱除去の点において優れ、アルカリ土類または遷移
金属酸化物、特に酸化アルミニウムの被覆を有してい
る。流動案内部材はさらに中実なセラミック材料の層に
よって形成し、調製の容易な洗滌被覆を施したものとな
すことができる。好適な反応状態は比表面が20から200m
2/g（触媒担持材料または触媒のBET表面積）、かつ表面
拡大が100から200m2/m2（BET表面積／幾何学的基質表面
積）なる時に得られる。反応器部材を、パラメータ値の
異なる少なくとも二つの部分に分割することによって、
反応器の全長に亙って反応の過程をさらに最適化するこ
とができる。触媒部材および周囲壁を複数の同様なモジ
ュールから組立てることによって、運搬および組立てを
著しく容易にすることができる。
応器によって前記問題を解決せんとするものである。部
分流動管路が主流動方向に対して傾斜角Ｗをなす流動案
内部材によって形成されているために、反応器の伝熱壁
に発生した熱は、触媒部材の一つの段階の全高さに亙っ
て、速やかに除去される。この目的のために、一つの段
階の高さは、その移動係数H/HOが少なくとも1/2となる
ようにされている。したがって一つの段階の各部分流動
管路は反応器の壁まで延びている。なお部分流動管路お
よび流動案内部材が、異なる方向に交互に配置され、そ
れらの間に部分的に開放された流動交差位置が生じるよ
うにされているから、小さな圧力低下で優れた半径方向
混合が生じ、したがって均一な濃縮および温度プロフィ
ルが得られる。従属特許請求の範囲は特に有利な実施例
と、本発明のさらに進んだ型に関するものである。反応
器壁の上に直接配設された冷却または加熱装置と、この
ような装置およびコンベヤに連結された制御ユニットと
は所要触媒反応の調節および作動を最適化するに役立
つ。流動交差位置を、その開放面積が部分流動管路の断
面積より小となるようにし、または層面の面積の半分以
下となるようにすることによって、反応器室の全体に対
して満足すべき混合および均一化がおこり、かつ反応器
壁における熱除去を最適化することができる。適当な流
動案内部材および部分流動管路は波形の層と、断面が円
形、三角形、矩形、方形または梯形のとによって形成す
ることができる。もし流動案内部材を層面内の特定部分
において相互に接触させれば、壁における熱の除去を増
加させることができる。流動案内部材の有利な構造は伝
熱金属スケルトンの形をなしたものであり、該スケルト
ンは熱除去の点において優れ、アルカリ土類または遷移
金属酸化物、特に酸化アルミニウムの被覆を有してい
る。流動案内部材はさらに中実なセラミック材料の層に
よって形成し、調製の容易な洗滌被覆を施したものとな
すことができる。好適な反応状態は比表面が20から200m
2/g（触媒担持材料または触媒のBET表面積）、かつ表面
拡大が100から200m2/m2（BET表面積／幾何学的基質表面
積）なる時に得られる。反応器部材を、パラメータ値の
異なる少なくとも二つの部分に分割することによって、
反応器の全長に亙って反応の過程をさらに最適化するこ
とができる。触媒部材および周囲壁を複数の同様なモジ
ュールから組立てることによって、運搬および組立てを
著しく容易にすることができる。
次に添付図面によって本発明の実施例を説明する。
（実施例） 第１図に示された本発明による、液体またはガスに対
する反応器１は反応器壁２、入口３、出口４、ポンプま
たは送風機の如き関連コンベヤ６およびパッキンの如き
触媒部材７を有している。前記反応器はさらに二つの段
階11,12よりなり、各段階は流動案内部材16によって形
成され、該流動案内部材は平行な層41,42として配置さ
れ、かつ部分流動管路21,22を形成している。第３図は
主流動方向Ｚおよび空間軸線X,Y,Zに対する部材６の物
理的配置を示す。第3a図において、層41の部分流動管路
21は面Z,Xと平行に配置され、かつ層42の部分流動管路2
2は面Z,Yと平行に配置されている。すべての部材16およ
びこれが形成する管路21,22は流動方向Ｚに対して少な
くとも10度、なるべくは35度から65度までの角度Ｗで傾
斜し、かつ層は交互に＋Ｗおよび−Ｗの方向に整合し、
面Z,X内に交差部分流動21a,21bを発生させるようになっ
ている。面Z,Y内における流動方向22a,21bも角度ＷでＺ
軸に整合している。このような配置によれば、部分流動
管路の間に部分的に開いた流動交差位置25が形成される
（第4a図〜第4g図および第5a図〜第5d図）。触媒は少な
くとも流動案内部材16の面上に配置され、かつ第３図の
場合は波形層17上に配置される。
する反応器１は反応器壁２、入口３、出口４、ポンプま
たは送風機の如き関連コンベヤ６およびパッキンの如き
触媒部材７を有している。前記反応器はさらに二つの段
階11,12よりなり、各段階は流動案内部材16によって形
成され、該流動案内部材は平行な層41,42として配置さ
れ、かつ部分流動管路21,22を形成している。第３図は
主流動方向Ｚおよび空間軸線X,Y,Zに対する部材６の物
理的配置を示す。第3a図において、層41の部分流動管路
21は面Z,Xと平行に配置され、かつ層42の部分流動管路2
2は面Z,Yと平行に配置されている。すべての部材16およ
びこれが形成する管路21,22は流動方向Ｚに対して少な
くとも10度、なるべくは35度から65度までの角度Ｗで傾
斜し、かつ層は交互に＋Ｗおよび−Ｗの方向に整合し、
面Z,X内に交差部分流動21a,21bを発生させるようになっ
ている。面Z,Y内における流動方向22a,21bも角度ＷでＺ
軸に整合している。このような配置によれば、部分流動
管路の間に部分的に開いた流動交差位置25が形成される
（第4a図〜第4g図および第5a図〜第5d図）。触媒は少な
くとも流動案内部材16の面上に配置され、かつ第３図の
場合は波形層17上に配置される。
次に第２図により、移動計数H/HOによって決定される
触媒部材７の段階11の高さＨについて説明する。直径す
なわち厚さがＤなる反応器全体を通る部分流動管路が延
びる高さHOは、HO＝Ｄ・ctgWなる式によって表される。
一つの段階11の全流動断面に対して、すべての部分流動
管路が熱伝導反応器壁２まで延びるようにするために
は、中心から出発する管路23に対しても同じように考え
る必要がある。したがって最低の段階高さＨは、Ｈ＝1/
2HOとなすべきで、すなわち移動係数H/HOは少なくとも1
/2とする必要がある。
触媒部材７の段階11の高さＨについて説明する。直径す
なわち厚さがＤなる反応器全体を通る部分流動管路が延
びる高さHOは、HO＝Ｄ・ctgWなる式によって表される。
一つの段階11の全流動断面に対して、すべての部分流動
管路が熱伝導反応器壁２まで延びるようにするために
は、中心から出発する管路23に対しても同じように考え
る必要がある。したがって最低の段階高さＨは、Ｈ＝1/
2HOとなすべきで、すなわち移動係数H/HOは少なくとも1
/2とする必要がある。
第１図に示された反応器はその壁２に作用するように
配置された冷却または加熱装置15と、該装置15およびコ
ンベヤ６に連結された制御ユニット30とを有している。
前記装置15はたとえば空気または水冷却装置となすこと
ができ、吸熱加熱の場合は電気加熱装置とされる。この
場合は反応器の上に冷却ジャケット43および関連熱交換
器44が設けられ、制御ユニット30によって該熱交換器44
の冷却出力が調節され、かつ制御される。温度センサ3
3、pH値および濃度は反応器室内の種々の位置における
関連パラメータを把捉する。プログラム部分31および制
御ユニットのデータ入力32によって、所要の如く反応を
プラグラムし、最適化し、監視しかつ自動化することが
できる。
配置された冷却または加熱装置15と、該装置15およびコ
ンベヤ６に連結された制御ユニット30とを有している。
前記装置15はたとえば空気または水冷却装置となすこと
ができ、吸熱加熱の場合は電気加熱装置とされる。この
場合は反応器の上に冷却ジャケット43および関連熱交換
器44が設けられ、制御ユニット30によって該熱交換器44
の冷却出力が調節され、かつ制御される。温度センサ3
3、pH値および濃度は反応器室内の種々の位置における
関連パラメータを把捉する。プログラム部分31および制
御ユニットのデータ入力32によって、所要の如く反応を
プラグラムし、最適化し、監視しかつ自動化することが
できる。
部分管路の断面の形、流動交差位置25の開放面積、傾
斜角Ｗおよび段階の高さＨを種々工夫することによっ
て、流動速度、媒体および反応熱を同調せしめ得ると共
に、均一な濃縮パターンによる優れた交差混合を可能に
し、かつ反応器壁における熱の排出を速やかにし、した
がって好適な反応が行われるようになる。
斜角Ｗおよび段階の高さＨを種々工夫することによっ
て、流動速度、媒体および反応熱を同調せしめ得ると共
に、均一な濃縮パターンによる優れた交差混合を可能に
し、かつ反応器壁における熱の排出を速やかにし、した
がって好適な反応が行われるようになる。
第4a図〜第4f図は流動案内部材によって形成された部
分管路の面積がF2なる場合の、好適な断面形のいくつか
の例を線図的に示したものである。この断面形は第4a図
においては矩形27、第4b図においては方形28、第4c図〜
第4e図においては梯形24,29および第4f図においては丸
みを有する三角形26である。第3b図は断面が丸みを有し
ている他の例を示す。図によって明らかな如く、流動案
内部材は層面内において、一部分Ｂに亙って相互に接触
し、流動交差位置25の開放面F1がこれに対応して減少す
るようになっている。
分管路の面積がF2なる場合の、好適な断面形のいくつか
の例を線図的に示したものである。この断面形は第4a図
においては矩形27、第4b図においては方形28、第4c図〜
第4e図においては梯形24,29および第4f図においては丸
みを有する三角形26である。第3b図は断面が丸みを有し
ている他の例を示す。図によって明らかな如く、流動案
内部材は層面内において、一部分Ｂに亙って相互に接触
し、流動交差位置25の開放面F1がこれに対応して減少す
るようになっている。
第4a図、第4b図、第4c図および第4g図に示された例に
対応するように、第5a図、第5b図、第5c図および第5d図
には層面F3内における開放面F1および閉鎖面が示されて
いる。流動案内部材の二つの層は層面内において相互に
接触し、または結合されている。流動交差位置25に対応
する開放面F1はハッチを付して示されている。図によっ
て明らかな如く、全層面F3に対する開放面F1の所要の比
は流動案内部材の形を決めることによって得られる。部
分流動管路の断面F2に対する開放面F1の適当な比も同様
にして得られる。角度Ｗを45度とし、かつ流動案内部材
最後の層の厚さを無視すれば、たとえばF1/F2およびF1/
F3に対して次のような値が得られる。
対応するように、第5a図、第5b図、第5c図および第5d図
には層面F3内における開放面F1および閉鎖面が示されて
いる。流動案内部材の二つの層は層面内において相互に
接触し、または結合されている。流動交差位置25に対応
する開放面F1はハッチを付して示されている。図によっ
て明らかな如く、全層面F3に対する開放面F1の所要の比
は流動案内部材の形を決めることによって得られる。部
分流動管路の断面F2に対する開放面F1の適当な比も同様
にして得られる。角度Ｗを45度とし、かつ流動案内部材
最後の層の厚さを無視すれば、たとえばF1/F2およびF1/
F3に対して次のような値が得られる。
第4a図 F1/F2＝2/3 F1/F3＝1/4 第4b図 F1/F2＝1 F1/F3＝1/4 第4c図 F1/F2＝3/2 F1/F3＝9/16 第4d図 F1/F2＝1 F1/F3＝1/4 第4e図 F1/F2＝4/9 F1/F3＝1/9 B1を大とすれば、第4d図の形は第4b図の自乗と同じ値
となる。
となる。
表面比F1/F2およびF1/F3は、層41,42間の層面の中に
中間層40を挿入することによって減少せしめられ、また
は最適化され、該中間層は面F1に対応するオリフィス45
を有している。この中間層はたとえば金属を打抜くこと
によって形成され、かつ層41,42と組み立てることによ
って触媒部材の段階を形成する。この構造においては中
間層のオリフィスは管路の位置と正確に整合する必要は
なく、幾分異なる周期性を有するもの、または周期性を
全く有しないものとなすことができる。第4g図および第
5d図に示された配置は三角形断面を有するもので、この
場合は中間層40に円形の孔が開けられている。
中間層40を挿入することによって減少せしめられ、また
は最適化され、該中間層は面F1に対応するオリフィス45
を有している。この中間層はたとえば金属を打抜くこと
によって形成され、かつ層41,42と組み立てることによ
って触媒部材の段階を形成する。この構造においては中
間層のオリフィスは管路の位置と正確に整合する必要は
なく、幾分異なる周期性を有するもの、または周期性を
全く有しないものとなすことができる。第4g図および第
5d図に示された配置は三角形断面を有するもので、この
場合は中間層40に円形の孔が開けられている。
このような比F1/F2およびF1/F3は隣接する層の間の混
合割合を決定する。
合割合を決定する。
多くの場合 F1/F2≦１、少なくとも≦1.5 F1/F2≦1/2、少なくとも≦0.7 とすることが有利である。
第６図に線図的に示される如く、これによって各流動
交差位置には、部分流動管路内に主成分51として残る媒
体流動の縦成分と、隣接する横管路に移動する横成分52
とが生じる。面積比は移動係数H/HOに関連して、十分な
横混合および均一な濃縮と、前記主成分による反応器壁
の好適な熱除去とが同時に起こるように調節される。満
足すべき比は横成分52の和と、主成分51とが同じ大きさ
となるようにすることによって得られる。したがって周
知の静的混合装置とは異なり、本発明による反応器にお
いては、横方向に最大の混合作用が生じるのではなく、
全く反対に横方向に生じる混合は非常に小さく、主成分
を最適化するようにされている。したがって横成分およ
び主成分は共動して反応器室の中に、実質的に合力53の
方向に部分流を発生せしめ、すなわちすべての部分流が
原則的に反応器壁２に案内されるようになる。特に実熱
量を大とすべき場合には、移動係数H/HOは少なくとも0.
7となるように選択される。しかしながら触媒反応に対
してはこの値は0.5で十分である。
交差位置には、部分流動管路内に主成分51として残る媒
体流動の縦成分と、隣接する横管路に移動する横成分52
とが生じる。面積比は移動係数H/HOに関連して、十分な
横混合および均一な濃縮と、前記主成分による反応器壁
の好適な熱除去とが同時に起こるように調節される。満
足すべき比は横成分52の和と、主成分51とが同じ大きさ
となるようにすることによって得られる。したがって周
知の静的混合装置とは異なり、本発明による反応器にお
いては、横方向に最大の混合作用が生じるのではなく、
全く反対に横方向に生じる混合は非常に小さく、主成分
を最適化するようにされている。したがって横成分およ
び主成分は共動して反応器室の中に、実質的に合力53の
方向に部分流を発生せしめ、すなわちすべての部分流が
原則的に反応器壁２に案内されるようになる。特に実熱
量を大とすべき場合には、移動係数H/HOは少なくとも0.
7となるように選択される。しかしながら触媒反応に対
してはこの値は0.5で十分である。
縁間隙36は部分流動管路の水力直径と同じ程度となす
ことが望ましい。この間隙36のカラー状端部は、壁２と
の熱交換を行った作用混合物を導管に復帰させる。この
ために少なくとも一つの、なるべくはそれ以上のカラー
38が反応器部材の各段階に配置される。
ことが望ましい。この間隙36のカラー状端部は、壁２と
の熱交換を行った作用混合物を導管に復帰させる。この
ために少なくとも一つの、なるべくはそれ以上のカラー
38が反応器部材の各段階に配置される。
第7a図および第7b図は一例として、温度Ｔのパター
ン、なすわち媒体によって分解すべき濃度のパターンＣ
を線図的に示したもので、主流動方向Ｚにおける反応器
の長さＬに対してプロットしてある。普通の反応器の目
的は、温度パターンT1にして、最高許容温度TMまでの高
温に急速に上昇し、続いて比較的早く低下する温度パタ
ーンを得ることである。しかしながら本発明の反応器の
場合は、与えられた反応強さに対する温度T2は、熱の除
去が効果的に行われるために、所要の最適値T0までは上
昇するが、それ以後は優れた均一化に起因して徐々に低
下し、すなわち温度は相当長い時間に亙って最適範囲DT
0にとどまる。さらにこの時得られる混合および均一効
果によって局部的な温度ピークおよび不均一化DT2が減
少し、これに反し普通の反応器においては高い局部的温
度ピークと、不均一化DT1とが生じ、これは最高許容温
度TMを超過し、したがって望ましからざる化学反応を発
生せしめ、かつ触媒を損なう危険がある。第7b図の濃縮
パターンＣ（Ｚ）について説明すれば、濃縮がC1なる普
通の反応器は反応が急速に平らとなり、触媒部材の端部
Ｌにスリップとして残る望ましからざる残留値C3が生じ
る。これに反し本発明による反応器の濃縮C2は円滑に減
少し、かつ触媒部材の端部Ｌにスリップを発生すること
なく、連続的にゼロに達する。
ン、なすわち媒体によって分解すべき濃度のパターンＣ
を線図的に示したもので、主流動方向Ｚにおける反応器
の長さＬに対してプロットしてある。普通の反応器の目
的は、温度パターンT1にして、最高許容温度TMまでの高
温に急速に上昇し、続いて比較的早く低下する温度パタ
ーンを得ることである。しかしながら本発明の反応器の
場合は、与えられた反応強さに対する温度T2は、熱の除
去が効果的に行われるために、所要の最適値T0までは上
昇するが、それ以後は優れた均一化に起因して徐々に低
下し、すなわち温度は相当長い時間に亙って最適範囲DT
0にとどまる。さらにこの時得られる混合および均一効
果によって局部的な温度ピークおよび不均一化DT2が減
少し、これに反し普通の反応器においては高い局部的温
度ピークと、不均一化DT1とが生じ、これは最高許容温
度TMを超過し、したがって望ましからざる化学反応を発
生せしめ、かつ触媒を損なう危険がある。第7b図の濃縮
パターンＣ（Ｚ）について説明すれば、濃縮がC1なる普
通の反応器は反応が急速に平らとなり、触媒部材の端部
Ｌにスリップとして残る望ましからざる残留値C3が生じ
る。これに反し本発明による反応器の濃縮C2は円滑に減
少し、かつ触媒部材の端部Ｌにスリップを発生すること
なく、連続的にゼロに達する。
本発明による反応器はさらにその体部を少なくとも二
つの部分、すなわち流動案内部材および触媒被覆に関し
て異なる幾何学的パラメータを有する部分に分割するこ
とによって、特に高効率的に、かつ選択的に改良するこ
とができる。この点に関し第8a図は触媒部材７の二つの
部分46,47における温度パターンT3およびT4を、第8b図
の段階11,13および14と共に示す。パラメータは、第１
段階において熱除去が増加し、したがってT3の低いパタ
ーンが得られるように調節される。しかしながら第２段
階においては対応する温度T4の再上昇を伴う、大きな反
応性が得られる。したがって温度パターンT3,T4は全体
的に最適温度T0に非常に近く、または最適温度範囲DT0
に維持され、したがってまた反応器長さＬに亙って触媒
をさらに効果的に使用し、かつ所要の化学反応をさらに
選択的に行い得るようになる。
つの部分、すなわち流動案内部材および触媒被覆に関し
て異なる幾何学的パラメータを有する部分に分割するこ
とによって、特に高効率的に、かつ選択的に改良するこ
とができる。この点に関し第8a図は触媒部材７の二つの
部分46,47における温度パターンT3およびT4を、第8b図
の段階11,13および14と共に示す。パラメータは、第１
段階において熱除去が増加し、したがってT3の低いパタ
ーンが得られるように調節される。しかしながら第２段
階においては対応する温度T4の再上昇を伴う、大きな反
応性が得られる。したがって温度パターンT3,T4は全体
的に最適温度T0に非常に近く、または最適温度範囲DT0
に維持され、したがってまた反応器長さＬに亙って触媒
をさらに効果的に使用し、かつ所要の化学反応をさらに
選択的に行い得るようになる。
たとえば選択的酸化を行わんとする時には、所要の部
分的に酸化された製品は増加し、かつ完全に酸化された
製品（たとえばCO2、H2O）の割合は減少する。
分的に酸化された製品は増加し、かつ完全に酸化された
製品（たとえばCO2、H2O）の割合は減少する。
第１段階46における熱除去の増加は、角度Ｗの減少、
移動係数H/HOの増加、大きな管路と大きな断面積F2、小
さな開放交差位置面積F1、小さな触媒面積および小さな
触媒被覆によるものである。逆に第２段階47において
は、対応して反応性が増加し、かつ熱除去が減少する。
移動係数H/HOの増加、大きな管路と大きな断面積F2、小
さな開放交差位置面積F1、小さな触媒面積および小さな
触媒被覆によるものである。逆に第２段階47において
は、対応して反応性が増加し、かつ熱除去が減少する。
大きな反応器ユニットの搬送および組立てを容易にす
るには、第９図に示される如き反応器を、多数の同様な
モジュール37から組立てるのが特に有利である。各モジ
ュールは触媒部材７の一部分と、関連する周囲壁２とよ
りなっている。路上の運搬を楽にするためには、モジュ
ールの高さH3が2.4mを越えないようにすることが望まし
い。各モジュール37の少なくとも頂部および底部におい
ては、間隙36をばねカラー38によって閉鎖する。
るには、第９図に示される如き反応器を、多数の同様な
モジュール37から組立てるのが特に有利である。各モジ
ュールは触媒部材７の一部分と、関連する周囲壁２とよ
りなっている。路上の運搬を楽にするためには、モジュ
ールの高さH3が2.4mを越えないようにすることが望まし
い。各モジュール37の少なくとも頂部および底部におい
ては、間隙36をばねカラー38によって閉鎖する。
反応器の断面は第3a図に示される如く円形となすこと
ができ、または方形あるいは多角形となすことができ
る。
ができ、または方形あるいは多角形となすことができ
る。
部分流動管路を形成する部材16はその全体を触媒材料
によって作ることができ、またはこのような材料によっ
て被覆し、あるいはその表面を触媒的に活性化したもの
となすことができる。
によって作ることができ、またはこのような材料によっ
て被覆し、あるいはその表面を触媒的に活性化したもの
となすことができる。
第10a図はたとえばステンレス鋼の板によって形成さ
れた金属スケルトン18と触媒被覆19とを有する流動案内
部材を示すもので、触媒は少なくとも表面に装着されて
いる。前記金属スケルトンはなお熱除去および温度平衡
に役立つ。
れた金属スケルトン18と触媒被覆19とを有する流動案内
部材を示すもので、触媒は少なくとも表面に装着されて
いる。前記金属スケルトンはなお熱除去および温度平衡
に役立つ。
第10b図はたとえば菫青石、ムライト、ステアタイ
ト、酸化珪素特に酸化アルミニウムの、中実セラミック
層20よりなる流動案内部材を示す。金属支持体および中
実セラミック上に最適化された表面拡大部分を有する特
に有利な被覆は、洗滌被覆によって製造することができ
る。
ト、酸化珪素特に酸化アルミニウムの、中実セラミック
層20よりなる流動案内部材を示す。金属支持体および中
実セラミック上に最適化された表面拡大部分を有する特
に有利な被覆は、洗滌被覆によって製造することができ
る。
第１図は二つの触媒部材段階を有する、本発明の反応器
を示す。第２図は一つの段階の移動係数H/HOを線図的に
示す。第3a図および第3b図は反応器室内における流動案
内部材および部分流動管路の三次元配置を示す図で、主
流動方向Ｚに関するもの。第4a図から第4g図は部分流動
管路の断面の種々の可能形を示す。第5a図から第5d図は
第4a図から第4g図の例の、層面内の面積比を示す。第６
図は均一化および熱除去に対する表面比の効果を示す。
第7a図および第7b図は普通の反応器と比較した温度およ
び濃縮のパターンを示す。第8a図および第8b図は二部分
触媒部材を有する例を示す。第９図はモジュール構造方
式の例を示す。第10a図および第10b図は触媒を有する流
動案内部材の構造を示す図。 １……反応器、２……壁、６……コンベヤ、７……触媒
部材、11,12……段階、16……流動案内部材、19……触
媒被覆、21,22……部分流動管路、25……流動交差位
置、30……制御装置、31……プラグラム部分、36……間
隙、37……モジュール、38……カラー、41,42……層。
を示す。第２図は一つの段階の移動係数H/HOを線図的に
示す。第3a図および第3b図は反応器室内における流動案
内部材および部分流動管路の三次元配置を示す図で、主
流動方向Ｚに関するもの。第4a図から第4g図は部分流動
管路の断面の種々の可能形を示す。第5a図から第5d図は
第4a図から第4g図の例の、層面内の面積比を示す。第６
図は均一化および熱除去に対する表面比の効果を示す。
第7a図および第7b図は普通の反応器と比較した温度およ
び濃縮のパターンを示す。第8a図および第8b図は二部分
触媒部材を有する例を示す。第９図はモジュール構造方
式の例を示す。第10a図および第10b図は触媒を有する流
動案内部材の構造を示す図。 １……反応器、２……壁、６……コンベヤ、７……触媒
部材、11,12……段階、16……流動案内部材、19……触
媒被覆、21,22……部分流動管路、25……流動交差位
置、30……制御装置、31……プラグラム部分、36……間
隙、37……モジュール、38……カラー、41,42……層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 8/04 B01J 19/30
Claims (21)
- 【請求項１】不均一反応型の反応器にして、反応器壁
（２）と、少なくとも一つの入口（３）および出口
（４）と、関連コンベヤ（６）と、パッキンとしての触
媒部材（７）とを有する反応器において、前記反応器壁
（２）が熱伝導性を有し、かつ前記触媒部材（７）が少
なくとも二つの連続した段階（11,12）にして、二つの
物理的面（Z,X）および（Z,Y）内における方位が相互に
異なる段階を有し、各段階が部分流動管路（21,22）を
画界する流動案内部材（16）を備え、該部分流動管路が
触媒を含み、かつ主流動方向Ｚに対して少なくとも10度
の傾斜角Ｗをなす二つの方向に、流動方向の異なる二つ
の部分流動（21a,21b）を形成するように整合し、これ
ら部分流動（21a,21b）の間に部分的に開いた流動交差
位置（25）が生じるようにし、かつ移動係数H/HOが少な
くとも1/2（ここにＨは段階（11,12）の高さ、およびHO
＝Ｄ・ctgW、Ｄは触媒部材（７）の直径または幅）とな
るようにされていることを特徴とする反応器。 - 【請求項２】反応器壁（２）に冷却または加熱装置（1
5）が設けられている請求項１記載の反応器。 - 【請求項３】傾斜角Ｗが35度と65度との間にある請求項
１記載の反応器。 - 【請求項４】制御ユニット（30）が冷却または加熱装置
（15）とコンベヤ（６）とに連結されている請求項２記
載の反応器。 - 【請求項５】制御ユニットが、データ入力（32）および
反応器室内に配置されたセンサ（33）の測定入力を有す
るプログラム部分（31）を備えている請求項４記載の反
応器。 - 【請求項６】流動交差位置（25）の開放面積F1が部分流
動管路（21,22）の断面積F2より小さい請求項１記載の
反応器。 - 【請求項７】一つの層面の流動交差位置の開放面積F1の
和が、この層面の面積F3の半分以下である請求項１記載
の反応器。 - 【請求項８】流動案内部材が平行層（41,42）内に配置
された波形層（17）の形をなしている請求項１記載の反
応器。 - 【請求項９】部分流動管路の断面が円形、三角形（2
6）、矩形（27）、方形（28）または梯形（29）である
請求項１記載の反応器。 - 【請求項１０】流動案内部材（16）が相互に接触し、ま
たは相互に結合されて、前記層面内に部分Ｂを形成する
ようになっている請求項１記載の反応器。 - 【請求項１１】触媒部材と反応器壁との間に縁間隙（3
6）が位置し、該間隙が実質的に部分流動管路の水力直
径に等しい請求項１記載の反応器。 - 【請求項１２】縁間隙（36）が少なくとも１段階毎に規
則正しい間隔で、カラー（38）によって密封されている
請求項11記載の反応器。 - 【請求項１３】流動案内部材が金属スケルトン（18）を
有し、該スケルトンがなるべくはステンレス鋼によって
形成され、かつ触媒被覆（19）を有している請求項１記
載の反応器。 - 【請求項１４】流動案内部材がアルカリ土類および／ま
たは遷移金属酸化物の被覆を有している請求項１記載の
反応器。 - 【請求項１５】流動案内部材が酸化アルミニュウム、Al
2O2の被覆を有している請求項１記載の反応器。 - 【請求項１６】流動案内部材が菫青石、ムライト、ステ
アタイト、酸化アルミニウムまたは酸化珪素の如きセラ
ミックの層（20）の形をなしている請求項１記載の反応
器。 - 【請求項１７】流動案内部材が触媒を洗滌被覆した被覆
を有している請求項13から16までに記載された反応器。 - 【請求項１８】流動案内部材の触媒担持区画が20−200m
2/gなる特別の表面を有している請求項１記載の反応
器。 - 【請求項１９】流動案内部材がその幾何学的面に関し
て、100−100 000m2/m2なる表面拡大部分を有している
請求項１記載の反応器。 - 【請求項２０】周囲壁（２）を有する触媒部材（７）が
複数の同様なモジュール（37）からなっている請求項１
記載の反応器。 - 【請求項２１】請求項１から20までに記載された反応器
用触媒部材。
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