JP3579459B2 - 触媒材又は吸着材を有する充填構造体 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも1つの流体状媒質のための触媒材又は吸着材を有し、充填要素群を積み重ねて配置し、この充填要素群は媒質の流れの主方向に沿って配列された層から組み立てられ、この層は充填要素によって形成され、この充填要素は媒質を透過させる壁を備え、かつ触媒材又は吸着材を有し、この充填要素間に相互に交差し開路した流路が設けられる充填構造体、及び、例えばMTBE(メチル第三ブチルエーテル)、ETBE(エチル第三ブチルエーテル)若しくはTAME(第三アミルメチルエーテル)を生成するための触媒蒸留法又は吸着法への適用における充填構造体の使用方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
このような装置は欧州特許第0396650号及び第0367717号より公知である。周知の装置の充填要素群は二重壁を有する充填要素からなる。二重壁間には用途に応じて選択された触媒材又は吸着材が挿入される。
【0003】
充填要素間の流路は静的混合構造をなす。この混合構造により、コラムの断面に渡り反応に有利な温度、速度及び濃度の平衡が生じる。更に、圧力低下が比較的微少であることも有利である。
【0004】
周知の装置の不利な点は、充填要素群が互いに別の充填要素群の上に積み重ねられることを許容する機械的安定性を充填要素は有さねばならず、同時に、充填要素の構造は流路系を生成せねばならないことである。更に、充填要素は触媒材及び吸着材により充填された時、所定の形状を保持せねばならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、機械的安定性、流路系、充填時の形状保持等の充填要素の構造に対する必要条件をより容易に満たすように周知の装置を更に改良し、又充填要素群は充填要素を容易に交換できるような構成とする充填構造体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の充填構造体では、該充填構造体が積み重ねて配置された充填要素群を有し、該充填要素群は媒質の流れの主方向に沿って配列されるとともに充填要素にて形成された層から組み立てられており、該充填要素は媒質を透過させる壁を備えるとともに触媒材又は吸着材を有し、充填要素間に相互に交差し開路した流路が設けられ、充填要素群は充填要素が挿入される支持部材を備えている。
【0007】
【作用】
充填かつ密閉された充填要素は支持部材の中に挿入され、複数の充填要素が充填要素群をなして静的混合構造をなし、媒質が充填要素の壁を透過する。
【0008】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図1〜図8に従って説明する。図1に示す充填要素1aはストッキング状の充填ドラム2からなっている。充填ドラム2は下部密閉部2aを備え、触媒粒3により部分的に充填されている。充填要素1aの壁2をなしている充填ドラム2は薄い金属線(線の直径は約0.1から0.2mm)から製作された組物又はメリヤスとして好適に生成されている。この充填ドラム2は粗大触媒材により充填されるまで、一定の寸法安定性を有さない。充填要素1aは、例えば葉巻形をなし、ほぼ円形の断面を有する。しかし、充填要素1aは、例えば楕円形断面を有する筒形であってもよい。他の断面形状も可能である。ここで、筒形とは例えば、断面が丸コーナを有さない「三角形」のものも含む。
【0009】
充填要素1aを触媒材3により充填するには振動装置が有用である。充填後、クランプ(図示せず)又は他の接合手段により充填ドラム2を上部にて密閉すると有利である。触媒材又は吸着材を交換する必要があると、充填要素1aを容易に空にできて再利用が容易であるように、この接合手段は取外し及び交換が容易に行われる必要がある。
【0010】
充填かつ密閉された充填要素1aは支持部材4の中に挿入される。図2を参照されたい。複数の充填要素1aが充填要素群10をなしている。図2において、明らかにするため、右側に支持部材4の細部のみを示し、左側に充填要素1aの配置を示す。この配置により、欧州特許第0070917号から周知であるように、必要不可欠な静的混合構造が設けられている。
【0011】
充填要素群10は流れの主方向9に沿って配列された層から組み立てられている。層は複数の平行な充填要素1aによって形成されている。充填要素1aの間に流路が配置されている。流路は流れの主方向9に対し傾斜し、相互に交差して開路している。
【0012】
欧州特許第0070917号から公知のストリップ形部を有する構造物は、例えば支持構造物として充填要素1aに好適である。図2において、3次元格子形状を呈している支持部材4を示す。この格子は交点にて相互接合しているロッド又はワイヤから構成されている。支持部材4は流路を備え、その流路内に充填要素1aが挿入可能である。充填要素1aは支持部材4において懸吊可能となる手段を有する。それは、例えば上端のフック2bであり、図3を参照されたい。
【0013】
充填要素1aは部分的に異なる長さを有する(図2を参照)。長さを均一にできるように、短い充填要素1bを使用することも可能である(図3を参照されたい)。この場合、支持部材4の長い流路にて2つ又はそれ以上の充填要素1bが互いに後続して直線状に配置されている。支持部材4の流路は部分的に空であるか、又は充填要素1a及び1bにより僅かに部分的に覆われている。
【0014】
波状又はジグザグ状の屈曲面の充填構造体は静的混合構造として公知である(例えば、ドイツ特許第2722424号を参照されたい)。そうした混合構造も支持構造物として利用可能である。図4a(流れの主方向9に対し平行な図)及び4b(流れの主方向9に対し垂直な図)に例を示す。波状面41及び42は頂上部にて接触点412を有し、交差流路を有する構造物をなしている。矢印41a及び42aは流路の傾斜方向を示している。図4aの例において、隣接面41及び42の間の流路は充填要素1により覆われた部分と覆われていない部分とが互い違いになっている。図4bに示すように、本発明の流路は僅かに部分的に覆われている。図5において充填要素1の別の配置が概略的に示されている。図示していないが、更なる配置も可能である。例えば、全ての流路を充填要素1により覆うことが可能である。
【0015】
欧州特許第0221095号及びPCT出願公開WO90/10497号より公知である「渦充填構造体」も更なる支持構造物として好適である。WO90/10497号に記載された充填構造体もジグザグ状の屈曲面により形成可能である。この場合、個々の面はチェス盤状に配置された菱形の接続面であり、接続面の中には開口として構成されているものもある。図6における格子型平面50はより大きな面の細部であり、線511,512に沿って折り曲げることにより図7の屈曲面51に変換される。破線により対角線508及び509が示された菱形の接続面55,56は、渦充填構造体の密閉接続面とみなすことができる。図示していない第2の屈曲面が面51に隣接して配置されている。この場合、この第2面の屈曲縁は一点鎖線で示す直線52の方向に延びている。直線52に位置する2点A,Bは2つの屈曲面の間の接触点を示す。渦充填構造体は更に対応面を取り付けることにより形成される。
【0016】
周知の渦充填構造体は支持構造物として本発明による充填要素群に好適である。しかし、この充填構造体に対応した3次元格子を設け、その棒材を図7において面51の接続面の連続縁によって示すような層の中に配置するようにすることも可能である。充填要素1aは折り曲げて生成される流路の中に挿入できる(「第1の流路系」)。渦充填構造体は対称性を有し、流れの主方向9に平行な軸の周囲を90度回転した後、構造物は再度開放及び密閉の接続面の元の配置を示す。言い換えると、第2の交差流路系が存在し、この流路は第1流路系の流路に対し直交する方向に、即ち矢印55a,56aの方向に延びている。充填要素1aはこれら水平に延びる流路の中にも挿入できる。支持構造物が図7における面51に応じて格子状の層から構成されていると、水平に挿入された充填要素は充填要素群を強化する効果を及ぼす。
【0017】
図8は本発明に従った充填構造体を有する反応装置100(円形断面を有する)の下部を示し、この下部において充填要素群10が積み重ねられて配置されている。隣接した充填要素群は相互に90度の角度をなすように配置されている。上部充填要素群は縁辺一点鎖線10aにより示されている。円形状の突出部11aを有するカラー11は充填要素群10を包囲している。流体状媒質の供給及び排出のために連絡片101が設けられている。反応熱の放散は冷却シェル111(冷却媒質連絡片110)を介し実施できる。
【0018】
欧州特許第0396650号において、触媒剤又は流体状触媒材の使用方法についても提示されている。これは、例えば充填要素の壁が2つの層にて構成され、一方の層が流体状媒質を透過させる耐流体性の皮膜からなり、他方の膜が有孔支持構造をなしているのであれば、ここで記載した反応装置にも適用可能である。
【0019】
本発明による充填構造体は、例えば気体相と液体相のように2つの流体相に提供されると、同2相は向流と並流の双方にて実施可能である。2相は混合不可能であって、かつ異なる濃度を有するならば、双方とも流体であってもよい。本発明による充填構造体を有する反応装置は、例えばスラッジベッド形コラム又は気泡コラムでもよい。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、機械的安定性、流路系、充填時の形状保持等の充填要素の構造に対する必要条件をより容易に満たすことができる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による充填要素の下部域の側面図である。
【図2】充填要素群及び関連支持部材の斜視図である。
【図3】第2の充填要素の側面図である。
【図4】(a)は第2の支持部材を有する充填要素群に沿った断面図であり、(b)は層に沿って開路した(a)における充填要素群の側面図である。
【図5】図4(a)における充填要素群の変形の断面図である。
【図6】菱形接続面を有する平面格子の斜視図である。
【図7】ジグザグ状に屈曲された図6における格子の斜視図である。
【図8】本発明による反応装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1…充填要素、2…壁、3…吸着材、4…支持部材、10…充填要素群。
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも1つの流体状媒質のための触媒材又は吸着材を有し、充填要素群を積み重ねて配置し、この充填要素群は媒質の流れの主方向に沿って配列された層から組み立てられ、この層は充填要素によって形成され、この充填要素は媒質を透過させる壁を備え、かつ触媒材又は吸着材を有し、この充填要素間に相互に交差し開路した流路が設けられる充填構造体、及び、例えばMTBE(メチル第三ブチルエーテル)、ETBE(エチル第三ブチルエーテル)若しくはTAME(第三アミルメチルエーテル)を生成するための触媒蒸留法又は吸着法への適用における充填構造体の使用方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
このような装置は欧州特許第0396650号及び第0367717号より公知である。周知の装置の充填要素群は二重壁を有する充填要素からなる。二重壁間には用途に応じて選択された触媒材又は吸着材が挿入される。
【0003】
充填要素間の流路は静的混合構造をなす。この混合構造により、コラムの断面に渡り反応に有利な温度、速度及び濃度の平衡が生じる。更に、圧力低下が比較的微少であることも有利である。
【0004】
周知の装置の不利な点は、充填要素群が互いに別の充填要素群の上に積み重ねられることを許容する機械的安定性を充填要素は有さねばならず、同時に、充填要素の構造は流路系を生成せねばならないことである。更に、充填要素は触媒材及び吸着材により充填された時、所定の形状を保持せねばならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、機械的安定性、流路系、充填時の形状保持等の充填要素の構造に対する必要条件をより容易に満たすように周知の装置を更に改良し、又充填要素群は充填要素を容易に交換できるような構成とする充填構造体を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の充填構造体では、該充填構造体が積み重ねて配置された充填要素群を有し、該充填要素群は媒質の流れの主方向に沿って配列されるとともに充填要素にて形成された層から組み立てられており、該充填要素は媒質を透過させる壁を備えるとともに触媒材又は吸着材を有し、充填要素間に相互に交差し開路した流路が設けられ、充填要素群は充填要素が挿入される支持部材を備えている。
【0007】
【作用】
充填かつ密閉された充填要素は支持部材の中に挿入され、複数の充填要素が充填要素群をなして静的混合構造をなし、媒質が充填要素の壁を透過する。
【0008】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図1〜図8に従って説明する。図1に示す充填要素1aはストッキング状の充填ドラム2からなっている。充填ドラム2は下部密閉部2aを備え、触媒粒3により部分的に充填されている。充填要素1aの壁2をなしている充填ドラム2は薄い金属線(線の直径は約0.1から0.2mm)から製作された組物又はメリヤスとして好適に生成されている。この充填ドラム2は粗大触媒材により充填されるまで、一定の寸法安定性を有さない。充填要素1aは、例えば葉巻形をなし、ほぼ円形の断面を有する。しかし、充填要素1aは、例えば楕円形断面を有する筒形であってもよい。他の断面形状も可能である。ここで、筒形とは例えば、断面が丸コーナを有さない「三角形」のものも含む。
【0009】
充填要素1aを触媒材3により充填するには振動装置が有用である。充填後、クランプ(図示せず)又は他の接合手段により充填ドラム2を上部にて密閉すると有利である。触媒材又は吸着材を交換する必要があると、充填要素1aを容易に空にできて再利用が容易であるように、この接合手段は取外し及び交換が容易に行われる必要がある。
【0010】
充填かつ密閉された充填要素1aは支持部材4の中に挿入される。図2を参照されたい。複数の充填要素1aが充填要素群10をなしている。図2において、明らかにするため、右側に支持部材4の細部のみを示し、左側に充填要素1aの配置を示す。この配置により、欧州特許第0070917号から周知であるように、必要不可欠な静的混合構造が設けられている。
【0011】
充填要素群10は流れの主方向9に沿って配列された層から組み立てられている。層は複数の平行な充填要素1aによって形成されている。充填要素1aの間に流路が配置されている。流路は流れの主方向9に対し傾斜し、相互に交差して開路している。
【0012】
欧州特許第0070917号から公知のストリップ形部を有する構造物は、例えば支持構造物として充填要素1aに好適である。図2において、3次元格子形状を呈している支持部材4を示す。この格子は交点にて相互接合しているロッド又はワイヤから構成されている。支持部材4は流路を備え、その流路内に充填要素1aが挿入可能である。充填要素1aは支持部材4において懸吊可能となる手段を有する。それは、例えば上端のフック2bであり、図3を参照されたい。
【0013】
充填要素1aは部分的に異なる長さを有する(図2を参照)。長さを均一にできるように、短い充填要素1bを使用することも可能である(図3を参照されたい)。この場合、支持部材4の長い流路にて2つ又はそれ以上の充填要素1bが互いに後続して直線状に配置されている。支持部材4の流路は部分的に空であるか、又は充填要素1a及び1bにより僅かに部分的に覆われている。
【0014】
波状又はジグザグ状の屈曲面の充填構造体は静的混合構造として公知である(例えば、ドイツ特許第2722424号を参照されたい)。そうした混合構造も支持構造物として利用可能である。図4a(流れの主方向9に対し平行な図)及び4b(流れの主方向9に対し垂直な図)に例を示す。波状面41及び42は頂上部にて接触点412を有し、交差流路を有する構造物をなしている。矢印41a及び42aは流路の傾斜方向を示している。図4aの例において、隣接面41及び42の間の流路は充填要素1により覆われた部分と覆われていない部分とが互い違いになっている。図4bに示すように、本発明の流路は僅かに部分的に覆われている。図5において充填要素1の別の配置が概略的に示されている。図示していないが、更なる配置も可能である。例えば、全ての流路を充填要素1により覆うことが可能である。
【0015】
欧州特許第0221095号及びPCT出願公開WO90/10497号より公知である「渦充填構造体」も更なる支持構造物として好適である。WO90/10497号に記載された充填構造体もジグザグ状の屈曲面により形成可能である。この場合、個々の面はチェス盤状に配置された菱形の接続面であり、接続面の中には開口として構成されているものもある。図6における格子型平面50はより大きな面の細部であり、線511,512に沿って折り曲げることにより図7の屈曲面51に変換される。破線により対角線508及び509が示された菱形の接続面55,56は、渦充填構造体の密閉接続面とみなすことができる。図示していない第2の屈曲面が面51に隣接して配置されている。この場合、この第2面の屈曲縁は一点鎖線で示す直線52の方向に延びている。直線52に位置する2点A,Bは2つの屈曲面の間の接触点を示す。渦充填構造体は更に対応面を取り付けることにより形成される。
【0016】
周知の渦充填構造体は支持構造物として本発明による充填要素群に好適である。しかし、この充填構造体に対応した3次元格子を設け、その棒材を図7において面51の接続面の連続縁によって示すような層の中に配置するようにすることも可能である。充填要素1aは折り曲げて生成される流路の中に挿入できる(「第1の流路系」)。渦充填構造体は対称性を有し、流れの主方向9に平行な軸の周囲を90度回転した後、構造物は再度開放及び密閉の接続面の元の配置を示す。言い換えると、第2の交差流路系が存在し、この流路は第1流路系の流路に対し直交する方向に、即ち矢印55a,56aの方向に延びている。充填要素1aはこれら水平に延びる流路の中にも挿入できる。支持構造物が図7における面51に応じて格子状の層から構成されていると、水平に挿入された充填要素は充填要素群を強化する効果を及ぼす。
【0017】
図8は本発明に従った充填構造体を有する反応装置100(円形断面を有する)の下部を示し、この下部において充填要素群10が積み重ねられて配置されている。隣接した充填要素群は相互に90度の角度をなすように配置されている。上部充填要素群は縁辺一点鎖線10aにより示されている。円形状の突出部11aを有するカラー11は充填要素群10を包囲している。流体状媒質の供給及び排出のために連絡片101が設けられている。反応熱の放散は冷却シェル111(冷却媒質連絡片110)を介し実施できる。
【0018】
欧州特許第0396650号において、触媒剤又は流体状触媒材の使用方法についても提示されている。これは、例えば充填要素の壁が2つの層にて構成され、一方の層が流体状媒質を透過させる耐流体性の皮膜からなり、他方の膜が有孔支持構造をなしているのであれば、ここで記載した反応装置にも適用可能である。
【0019】
本発明による充填構造体は、例えば気体相と液体相のように2つの流体相に提供されると、同2相は向流と並流の双方にて実施可能である。2相は混合不可能であって、かつ異なる濃度を有するならば、双方とも流体であってもよい。本発明による充填構造体を有する反応装置は、例えばスラッジベッド形コラム又は気泡コラムでもよい。
【0020】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、機械的安定性、流路系、充填時の形状保持等の充填要素の構造に対する必要条件をより容易に満たすことができる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による充填要素の下部域の側面図である。
【図2】充填要素群及び関連支持部材の斜視図である。
【図3】第2の充填要素の側面図である。
【図4】(a)は第2の支持部材を有する充填要素群に沿った断面図であり、(b)は層に沿って開路した(a)における充填要素群の側面図である。
【図5】図4(a)における充填要素群の変形の断面図である。
【図6】菱形接続面を有する平面格子の斜視図である。
【図7】ジグザグ状に屈曲された図6における格子の斜視図である。
【図8】本発明による反応装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1…充填要素、2…壁、3…吸着材、4…支持部材、10…充填要素群。
Claims (11)
- 少なくとも1つの流体状媒質のための触媒材又は吸着材を有する充填構造体であって、前記充填構造体は積み重ねて配置された充填要素群(10)を有し、前記充填要素群(10)は前記媒質の流れの主方向(9)に沿って配列されるとともに充填要素(1)にて形成された層から組み立てられており、前記充填要素(1)は媒質を透過させる壁(2)を備えるとともに触媒材又は吸着材(3)を有し、かつ前記充填要素(1)間に相互に交差し開路した流路が設けられた充填構造体において、
前記層は複数の充填要素(1)によって形成され、前記充填要素群(10)は充填要素(1)が挿入される支持部材(4)を備え、かつ前記充填要素(1)はほぼ円筒形であることを特徴とする充填構造体。 - 前記触媒材又は吸着材(3)は粗大粒の形で備えられた請求項1に記載の充填構造体。
- 前記充填要素(1)の壁(2)はワイヤブレード又は編ワイヤクロスから製作されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の充填構造体。
- 前記支持部材(4)は3次元格子から製作されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の充填構造体。
- 前記支持部材(4)は静的混合構造物形状を呈することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の充填構造体。
- 前記支持部材(4)はジグザグ状に屈曲された面(41,42;51)から組み立てられたことを特徴とする請求項4又は5に記載の充填構造体。
- 前記充填要素(1)は支持部材(4)において懸吊される手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の充填構造体。
- 前記支持部材(4)は流路を備え、2つ又はそれ以上の充填要素(1)が少なくとも個々の流路において直線状に配置されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の充填構造体。
- 前記充填要素(1)の壁(2)は2つの層にて構成され、一方の層は媒質を透過させる耐流体性の皮膜からなり、他方の層は有孔性支持構造をなす請求項1に記載の充填構造体。
- 触媒蒸留法のための固定ベッド形反応装置において、触媒反応が蒸留法又は精留法と組み合わされる請求項1乃至9のいずれか一項に記載の充填構造体の使用方法。
- 吸着コラムにおける請求項1乃至9のいずれか一項に記載の充填構造体の使用方法。
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