JP4570464B2 - 触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置と、それを運転する方法 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の種類概念に記載のジャケット管反応装置と、そのような反応装置を運転する方法に関する。

この種のジャケット管反応装置は、たとえばＤＥ１００２１９８６．１から知られている。しかしこのような特別な場合、爆発リスクを低くしようとする努力がはらわれ、反応装置内で反応させるプロセスガスのうち爆発の危険ある成分の一部は、反応管の直前またはその内部で初めて添加される。さらには添加されるまでこの成分にあてられる容積は、たとえば通常の多かれ少なかれ球冠形のガス入口フードによって、小さく抑えられる。これらの措置は次の認識に基づいている：
１）反応装置の大きさの割にできるだけ大きな製造能力を得るためには、爆発の危険がある成分、たとえば酸素と炭化水素を含むものであっても、プロセスガスの装入量はできるだけ大きくするのが望ましい。
２）装入量だけでなく、両者成分が共存滞留する時間とともにも、爆発リスクは増加する。

これまでにも、爆発が生じた場合の比較的大規模な損害に対しては、反応装置内に破裂板を取り付けることによる自衛策が取られてきた。しかし装入量と収量をさらに向上したければ、爆発リスクが上昇するため、破裂板を用いるだけでは不十分である。爆発した場合の破裂板―それ自体すでに高価である―の交換には、比較的長時間の修理作業とそれに対応する運転中止時間が必要となる。破裂板の破断には外部に対する圧力波がともない、それは破裂音として何キロメートルも遠くに聞こえ、すでにそれだけで非常に耐えられない。それに加えて有害なガスが環境に流出することがある。さらには爆発後、また爆発によって必要となった破裂板の交換後は、反応装置の再起動がその都度必要になり、これも困難で時間を浪費する。とくに起動の際に運転状態の大きな装入量に達する際には、反応装置にそのとき供給されるガス混合物が爆発範囲に入らないよう、しばしば注意が必要になる。

このような爆発範囲は、２‐または３成分線図で示すことができる。これはたとえば、Ｈｅｎｒｉｋｕｓ Ｓｔｅｅｎ“爆発防止ハンドブック”ＷＩＬＥＹ‐ＶＣＨ出版社、第１版（２０００年）、３３２ページに記載されている。そこでは第３の成分は、希釈のために添加された不活性ガス、たとえば窒素である。そこに示すところによれば、そのような線図には、さらに圧力、温度、ジオメトリーに依存する窓状の範囲があり、この範囲内にのみ爆発の危険が存在する。

ＤＥ１９８０６８１０Ａ１によれば、ガス入口側管板を熱絶縁層で被覆することによって、同管板の温度を下げ、こうして着火や爆燃を含む有害な副反応を防止することができる。

ＥＰ１１８０５０８Ａ１によれば、反応装置を起動するときは、プロセスガス成分構成をつねに測定し調節することによって、爆発範囲を避ける。その際まず不活性ガスを添加し、反応開始後はこの不活性ガスを、すでに反応済みのプロセスガスで次第に替えて行く。

上記に基づき本発明の第１の課題は、処理されるプロセスガスの装入量を、リスクのない経済的な方法でさらに増加できるようにすることである。

本発明はこの課題を、請求項１の諸内容によって解決する。また従属請求項の諸内容も解決のために用いられる。

本発明の第２の課題は、本発明によるジャケット管反応装置を、その特別な特性を活用しながら経済的に運転することである。この課題は、方法に関する請求項４８および４９それぞれによって解決される。

本発明による反応装置は、第１にはそれ自体、処理のため供給されたプロセスガスの装入に爆発の危険があっても、安全に運転することができる。第２には起動の際に着火範囲を通過することができる。これにより起動プロセスが著しく容易になり、加速される。

下記の考察では、爆燃（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）（英語：ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ）と爆轟（Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）（英語：ｅｘｐｌｏｓｉｏｎまたはｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）とを区別しなければならない。しかしこの点について、日本語からの翻訳に基づく前記文献ＥＰ１１８０５０８Ａ１は、留意していない。爆燃は、何らかの個所で発生すると、音速以下の速さで伝播する圧力波を生じる。しかし爆轟はこれとは異なって、より突発的でそれに対応して激しい現象である。爆轟の前提条件となるのは、多くの場合その混合物の特殊性だけでなく、爆燃が先行することである。この爆燃は、設計に依存しないある特定のトランジション長さにわたって生じる可能性がある。

添付の図面を用いて、本発明によるいくつかの実施例を下記にさらに詳しく説明する。

図１は、触媒気相反応を行うための本発明によるジャケット管反応装置において、そのガス入口末端の爆燃または爆轟の危険がある領域を簡単に示す。詳しくいうと図１には、特別な形状のガス入口フード２、その下に位置する管板４、それにつながる反応装置ジャケット６、この図では単に点線で示すリング状の触媒管束８、ガス入口フード２につながるガス入口ソケット１０が記載されている。適切な触媒充てん物を収める管束８は、通常の方法により、反応装置ジャケット６の内部で―運転中は―液体熱媒の接触流を受ける。この熱媒によって、触媒管にそって適切な温度プロフィールが維持され、余剰の反応熱は排出される。

図１にさらに記載するように、ガス入口フード２を管板４に取り付け、密封するのに、ずっしりしたカラー１２を周縁に用いている。このカラーを除けば、このフードは比較的扁平かつほぼトランペット開口部状に形成されている。その結果、このフードと管板４との間には扁平なガス分配スペース１４が生じ、このスペースはガス入口ソケット１０に、安定して、すなわちステップ部分や鋭い屈曲個所などをともなわずにつながっている。管板４に対するガス入口フード２の取り付けは、ここでは単に暗示にとどめるリング状配置のボルトによって行われる。

ガス分配スペース１４は次のような設計とする。すなわちこのスペースを経由して触媒管に供給されるプロセスガスが、できるだけ一様に、すなわちとくに渦流や滞留を生じることなく触媒管に流入するようになっている。このガス分配スペースの設計は、たとえば半径流成分が、あるいは半径方向におけるプロセスガスの静圧が、一定となるようなものとすることができる。混合形態として、他方ではガス入口フード２のトランペット開口部のような形状が、多かれ少なかれ円錐形リング要素（図には示さない）に近似するようなものも考えられる。ガス分配スペース１４への入口におけるガス流の安定が得られるよう、ガス入口ソケット１０より下、かつ管板４に載せて、そこにピン状の流れ案内体１６を設ける。この案内体は同時に、管板４の中央にガスが正面衝突するのを防止するため、これを押しのける役割も行う。ガス分配スペース１４の最小限高さは、図示の例では、シールリング１８により決定される厚さとする。このシールリングによって、ガス分配スペース１４は外部に対して密封されている。この最小限高さは反応装置の計画の過程で決定されるが、いずれにせよその大きさは、反応装置円周のいかなる個所でも、たとえばフード２および／または管板４に凹凸があるといった理由でゼロにならないようにする。必要があればその凹凸がある箇所を、平らに加工しなければならない。

しかし最も外側の触媒管、たとえば２０の半径方向外側には、ガス分配スペース１４内部に淀み２２が生じるが、これを防止しようとすれば、たいていは最も外側の触媒管への流入を妨げることになる。またこのような淀みは、プロセスガスの望ましくない滞留につながることとなろう。したがってこのような個所では、プロセスガスを淀み２２から排除するか、少なくとも爆発の危険のない成分構成に「希釈」するといった措置が取られる。この措置は、心配される爆発反応に対して不活性化作用のあるガスを吹き込んで行う。そのようなガスとは、たとえばＮ_２のような不活性ガス、たとえばＣＯ_２のような運転時の反応の過程で生じる副産物、ときには単純に空気、またはこれらの混合物とすることができる。

図１では該当するガス―下記ではパージガスという―が、管板４の周縁にある環状管２４から、そして環状管から内側に分岐して管板４の円周に沿って規則的間隔で並ぶ分岐管２６を経由し、同分岐管２６から上に向かって分岐するノズル穴２８から吹き込まれる。

図２に記載するように、ノズル穴２８は管板４の円周方向に角度をつけてある。これはそこから流出するガスに半径方向の流れ成分を与え、こうしてすべての淀み２２をパージするためである。

図３および４は、本発明によるジャケット管反応装置において、ガス入口末端のもう１つの実施形態を示す。ここでは、通常のシェル型のガス入口フード（この図ではその周縁部４０だけを示す）の内部に、ガス分配スペース１４の境界となる組込物４２が設けられている。ここでは下記に説明する各部品が図１および２の各部品と同一の場合、同じ参照記号を付すものとする。

前記の実施例とさらに異なるものとして、ここでは淀み２２に送り込まれえるパージガスのための環状管４４が、ガス入口フードの周縁部４０を囲む。それに対応して分岐管４６が、分岐管２６と同様に周縁部４０を半径方向に貫通する。分岐管４６は、淀み２２をできるだけ完全にパージするため、さらにノズルアタッチメント４８に流れる。このノズルアタッチメントは、周縁部４０の内側に取り付けられており、接線方向を向くノズル５０を備え、そこからガスが流出する。

図５は上記の点では図３に類似する配置を示す。ここでも組込物４２が、シェル状のガス入口フード内部に設けられている。図示のように組込物４２はガス入口フード６０に、より正確には同フードのシェル６２に、自由に懸架された状態で、スタッドボルト６４およびガス入口ソケット１０によって固定されている。この固定は、場合によってはガス分配スペース１４に生じる爆燃または爆轟による力が、シェル６２に導かれるような方法で行われる。これらの力をできるだけ吸収できるよう、シェル６２は球冠状となっている。

この実施例で組込物４２は、わずかに円錐状のリングディスク６６と、内側および下側を丸み付けされた形材リング６８とから構成され、その周縁部７０は部分的透過性あるシール７２を介して管板４に支持されている。他方組込物４２の外側にあるガス入口フード６０は、淀み２２に用いるパージガスを充てんされている。このガス入口フードからパージガスが、部分的透過性あるシール７２を経由して、周囲円周から均一に淀み２２に流入する。このパージガスの量は、継続して管７４を経由してガス入口フード６０に供給される量とする。

ガス入口フード６０、より正確にいうとそのずっしりした周縁部４０は、管板４に対して、この例では一種の溶接リップシール７６によって密封されている。これはＤＥ４４０７７２８Ｃ１と同様である。しかしここで前記実施例のシールリング１８と同様なシールリングを用いることもできよう。合目的な方法としてパージガスは、外気圧だけでなく、当然のことながら正圧の下のガス分配スペース１４にも対抗できるものとする。シーリング媒体として機能するためである。

図６ａ）〜６ｂ）は、図５の部分的透過性あるシール７２について、現在考慮されているさまざまな実施形態を示す。図６ａ）ではこの部分的透過性あるシール７２が、リング８０で構成される。このリングは、もともと円形またはすでに楕円形の断面を持ち、多孔質でわずかに圧縮可能な素材、たとえば炭素繊維からなる。このリングは、組込物４２のリング状のアタッチメント８２によって、管板４の対応するリング状溝８４に押し込まれる。図６ｂ）ではシール７２が、Ｃ字形形材の、好ましくは金属製のタイヤ８６からなり、このタイヤは、その外側、管板４の側に多数の溝８８を設けられ、これらの溝は半径方向またはそれより若干接線方向を向き、規則正しく分布されている。図６ｃ）でこのシールは、たとえばシールリング１８に類似するどっしりした弾性あるシールリング９０で、穴９２と組み合わされ、これらの穴は、図６ａ）のアタッチメント８２に類似するアタッチメント９４に設けられ、半径方向またはそれより若干接線方向を向いている。図６ｄ）でこのシール７２は、半径方向またはそれより若干接線方向をむく溝９６を設けられたリング９８によって形成される。このリングは、断面がほぼ円形で、金属製または硬質の弾性を持つそのほかの素材製である。またこのリングは、アタッチメント８２に類似するアタッチメント１０２内で、リング溝１００に置かれている。図６ｅ）および６ｆ）で、金属板形材リング１０４および１０６は、クランク形の断面を持ち、シール７２として用いられる。このシールはさらに、図６ｅ）に記載するように、溝８８に類似する溝１０８を管板４の側に設けることができる。これらの形材リングは、一方から作用する正圧に対して柔軟なものし、パージガスのためあるときは大きく、あるときは小さく通過断面積を空けることができる。

図７は図５に類似する配置を示すが、この場合パージガスは、管板４を通過してリング状スペース１２０に入る。このリング状スペースは、組込物４２の半径方向外側、溶接リップシール７６に類似する溶接リップシール１２２と、たがいに密着してつながる金属板リング１２４および１２６との間にある。ほぼ円筒形の金属板リング１２６は、組込物４２の周縁部に密着して取り付けられているが、固定されない状態で管板４のリング状溝１２８に差し込まれている。これによりガス分配スペース１４に対して部分的透過性あるシールが形成されるが、これは図５の透過性あるシール７２に類似のものである。図５のスタッドボルト６４は、この例では小穴を打ち抜かれた円筒形金属板１３０が取って代わっている。

図８は、ガス入口領域でひとたび爆燃または爆轟が生じるとき、どのようにしてガス入口側の管板４を、反応装置のガス入口末端に対して支持できるかを示す。図示の例で対応する支持構造１４０は、複数の翼部を持つ１つの金属部品、すなわち主として２枚の金属板１４１が交差して形成する同金属部品である。これら金属板は―好ましくは固定されずに―管板４下側の対応する溝１４２に噛み込み、管束８において対応して半径方向を向くギャップの中に位置する。さらに図示のように管板４の中心を、管を設けない中央領域１４４内ではあるが配管に近いところで、斜めなストラットまたは金属板円錐１４６によって金属板１４１に支持されるものとすることができる。これにより場合によっては金属板１４１を１枚で済ますことができ、そうすればとくにパイプを設けないギャップを２箇所省略できる。金属板円錐１４６の代わりに、円筒形、角柱、または三角錐形の金属部品を用いることもできよう。

支持構造１４０は、図示のようにガス出口側の管板１４８まで―または分離板まで―一貫して続くものとすることができる。しかしそうしなければならないというわけではない。いずれにせよ支持構造は、支持力を反応装置ジャケット６に導くことができなければならない。熱膨張の相違を補償するため、金属板は金属板１４１のように、とくにガス入口側管板４の近くでは、縦位置に設けられた応力緩和スリット１５０を、そして反応装置ジャケット６への金属板の接続部に接しては、対応する開口部１５２を設けることができる。そのほか金属板は、そうするのが流体工学的観点からまたは重量軽減のため合目的であればどこでも、小穴をあけ、あるいはトラス構造に替えることができる。ガス出口側管板１４８に支持構造１４０を取り付けることには、そうすればガス出口側管板も爆発圧力に対して支持されるという利点がある。この爆発圧力は、配管部を通ってガス出口スペースに伝えられることがあり、あるいは同スペースで遅れ着火により生じることがある。

ＤＥ１９８０６８１０Ａ１によれば、ガス入口側の管板４を熱絶縁（図には示さない）して、ガス分配スペース１４を「低温」に保ち、爆燃または爆轟の傾向を抑えることができる。

図９は、同じ目的で―図５または７に類似する配置の場合―さまざまな個所でガス入口フード２の中に、あるいは同フードに接して冷却管１６０を設ける。しかしこの冷却管は、とくに反応装置を起動するとき、熱媒管としても用いられ、さらには熱応力の除去に役立てることができる。

図１０は、図７のジャケット管反応装置のガス入口末端１７０が、プロセスガス供給のための前記の手段を備えるものである。図示の例で主供給管１７２は、適切に温度調節されて適切な圧力のもとにあるプロセスガス基本成分、たとえば空気のため、いわゆるメインフローのためのものである。この主供給管に、任意の個所１７４で、第２のプロセスガス成分、たとえば炭化水素ガスが供給される。この供給量は、まだ爆発性混合物が生じない程度の量である。他方で第２またはそのほかのプロセスガス成分が部分量だけさらに、逆止め弁ユニット１８０に続く個所１７６および１７８で添加される。遅くとも供給個所１７８の後ろでは、プロセスガスは爆発範囲にある。

供給されたプロセスガス全体は、次に順次並ぶ複数の混合装置１８２、１８４、１８６によって注意深く、たとえば渦流を充分防止しながら、複数の座標軸方向で混合される。この場合さらに配管中の流れが断続的にならないように注意する。また逆止め弁ユニット１８０とガス入口フード２の間の管１８８はできるだけ短くし、高い爆発圧の発生を予防する。これはとくに爆轟発生の心配がある場合に重要である。場合によっては管１８８内またはその後に生じる圧力波が供給管１７２に入って、これら供給系統に損傷を生じるのを、逆止め弁ユニット１８０が防止する。逆止め弁ユニット１８０はチャンバ１９０の中にあって、このチャンバは同時に、このような圧力波に対して望ましい圧力緩和スペースを形成する。チャンバ１９０は、かなり任意の形態、かなり任意の大きさの体積とすることができる。またこの個所であれば、このほかにもチャンバを追加することができる。望ましければさらに、第１の供給個所１７４の後に、合目的な方法として、逆止め弁ユニット１８０の前に混合装置を１つ置くことができる（図には示さない）。しかし供給個所１７４は逆止め弁ユニット１８０よりはるか前に置けば、すでにこれだけで良好な混合を得ることができる。他方場合によっては逆止め弁ユニット１８０に続いて、追加的な供給箇所をただ１個所（たとえば１７６）と、混合装置ただ１つで間に合わせることもできる。

当然のことながら、逆止め弁ユニット１８０、チャンバ１９０、管１８８、およびそこに含まれる混合装置１８２〜１８６、供給系統、また反応装置それ自体は、強度の点で、最悪の場合その中またはそれに接して生じる爆発圧ないし爆轟圧に耐えるように、設計されなければならない。これは、すでに述べたように、爆轟だけでなく爆燃をすでにできるだけ防止する前記の各措置を行っていても、重要なことである。

図１１は図１０に原則的には類似する配置を示すが、図１のガス入口フード２と組み合わされ、また管１８８における混合装置と湾曲部は省かれている。この管はこの場合非常に短くなっている。混合装置はいずれの場合もガス流に障害を生じるので、該当するプロセスガスは爆発しやすくなる。とくに爆発の危険がないプロセスガス混合物を得るため、混合装置をできるだけ用いない試みが行われている。さらには、爆轟の発生が考慮されるトランジション長さを短縮する試みが行われている。

図１１では逆止め弁ユニット１８０が、ガス入口フード２より上でその中心に、かつガス入口ソケット１０の軸上に配置され、図１０の２つの供給個所１７６および１７８の代わりに、ただ１つの精密噴射注入個所ないし精密噴射注入装置１９２が設けられている。他方で混合装置は省かれている。精密噴射注入装置１９２は多数のインジェクター１９４を備え、これらインジェクターを、管断面積上１ｍ^２当たり少なくとも５個、好ましくは５０個以上分布させる。これらインジェクターは、ノズルと個別のスロットル装置を備え、ＤＥ１００２１９８６Ａ１に記載する触媒管入口のインジェクターに類似する形状とすることができ、そして／または噴射されたプロセスガス成分にスワールを生じることができる。こうして第２のプロセスガス成分、たとえば炭化水素の供給を、非常に精密に配分し、規則的に行うことができる。その結果として、均一なプロセスガス流を得るための金剛装置は不要となる。

噴射されたプロセスガス成分は原則的に、液体のものも気体のものも、そして低温のものも加熱されたものもあり得る。液体の場合、不活性ガスを用いてそのプロセスガス成分を吹き込むことが考えられる。何らかの方法でこの噴射を高圧で行い、ジェット流による霧化をともなって部分的な気化を生じる。これを内燃機関シリンダーへの燃料供給の場合と同様な方法で行う。

噴射注入領域にはジャケット加熱機能を設けることができる。それに対応して、第２のプロセスガス成分の供給管を加熱し、あるいは熱絶縁することができる。

反応装置コンポーネントの強度設計は、処理される物質の種類と濃度に依存する。この強度設計は、通常は定常運転のケースに対して行われる。したがって前記の種類のジャケット管反応装置を起動する際には、いかなる時点でも、運転に予想された爆発の強さを上回ることのないように注意が払われる。通常はただ１つの、すなわちそのときどきのプロセスガス基本成分（メインフロー）をもって起動が行われる。そこからある特定の質量流量に達すると、第２のプロセスガス成分が追加される。運転中にその設備自体から不活性ガス、たとえばＣＯ_２が生じる場合、この不活性ガスを利用しながら、ほぼＥＰ１１８０５０８Ａ１に記載する方法で起動が行われる。起動の際に不活性ガスを追加して供給するかどうか、あるいは爆燃または爆轟の強さを、たとえば圧力と温度を調節するだけで、運転状態にまで減少できるかどうかは、プロセス設計によって異なる。

すでに冒頭に述べたように、起動時すでに着火可能な範囲に達することもできるし、またそのようにしてもよい。運転時と同様に起動時にも、プロセスガス構成だけでなくそのほかのパラメーター、とくに圧力と温度を考慮しなければならない。両者とも、爆燃と爆轟の挙動に影響する。起動中に圧力と温度を調節することが考えられる。たとえば起動時に圧力を減少させ、他方でガス分配スペース１４中の温度を上げることができる。遅くとも起動段階終了時頃には、圧力と温度を予定の運転値とする。

ジャケット管反応装置を爆発範囲の下方領域で、すなわち爆発リスクも、考慮が必要な爆発圧もわずかな状態で運転する場合、そして反応装置からのリサイクルガスを不活性ガスとしてメインフローに添加する場合、たとえば次のようにして起動を行う。

まず主供給管１７２から、メインフローとして空気または酸素を供給する。次にたとえばインジェクター１９４（図１１）を経由して、炭化水素流の添加を開始する。炭化水素濃度が小さい間は、爆発リスクは存在しない。得られるリサイクルガスも同様に、主としてメインフローの物質のみからなる。炭化水素を添加しながら起動プロセスを続けると、すでに反応生成物が生じる。これにより、リサイクルガスはすでにその一部として、不活性ガス、たとえば二酸化炭素を含む。さらに起動プロセスが経過する中で、炭化水素流を増加する。するとメインフローがすでにその大きな一部として不活性ガスを含むようになるので、いかなる時点でも危険な状態に達することはない。基本的にはこのような方法で起動時に爆発範囲を回避し、充分なプロセス安定性に達したところで爆発範囲に入る。

原則的に同じことが、上記の爆発範囲における運転にも当てはまる。しかしこの場合は通常、供給管１７２から炭化水素流がメインフローとして供給され、たとえばインジェクター１９４から酸素が供給される。

現在の知識水準によれば、本発明によるジャケット管反応装置を有利に利用できるものとして、酸化、水素添加、脱水素、ニトロ化、アルキル化などのプロセスがある。それらの中で挙げられるべきものとして、ケトン、メチルイソブチルケトン、メルカプタン、イソプレン、アントラキノン、ｏ‐クレゾール、エチレン、ヘキサン、フルフラール、アセチレン、酢酸ビニル、塩化イソプロピル、無水ナフタル酸、塩化ビニル、オキソアルコール、Ｐｙｒｏｔｏｌ、スチレン、シアン化水素、ポリフェニレンオキシド、ジメチルフェノール、ピリジンアルデヒド、Ｔｈｅｒｂａｎ、α‐オレフィン、ビタミンＢ６、青酸、アニリン、蟻酸ニトラル、ジフルオロメタン、４‐メチル‐２‐ペンタノン、テトラヒドロフランの製造と、とくに下記のプロセスがある。すなわち、
ジメチルベンゼン（ｍ、ｏ、ｐ）を酸化してそれぞれのモノ‐およびジアルデヒドとする、
ジメチルベンゼン（ｍ、ｏ、ｐ）を酸化してそれぞれのモノ‐およびジカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ−およびトリアルデヒドとする、
トリメチルベンゼンを酸化してそれぞれのモノ‐、ジ‐およびトリカルボン酸、またはそれらの無水物とする、
ジュレンを酸化して無水ピロメリット酸とする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してγ‐またはβ‐ピコリンカルバルデヒドとする、
γ‐またはβ‐ピコリンを酸化してイソニコチン酸またはニコチン酸とする、
プロペンを酸化してアクロレインとする、
アクロレインを酸化してアクリル酸とする、
プロパンを酸化してアクロレインとする、
プロパンを酸化してアクリル酸とする、
ブタンを酸化してＭＳＡ（無水マレイン酸）とする、
ラフィネートを酸化してＭＳＡとする、
ｉ‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸とする、
メタクロレインを酸化してメタクリル酸メチルとする、
ｉ‐ブタンを酸化してメタクロレインとする、
ｉ‐ブタンを酸化してメタクリル酸とする、
ジメチルベンゼン（ｍ、ｏ、ｐ）をアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジニトリルとする、
トリメチルベンゼンをアンモ酸化してそれぞれのモノ‐およびジ‐、トリニトリルとする、
プロパンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
プロペンをアンモ酸化してアクリルニトリルとする、
β‐ピコリンをアンモ酸化して３‐シアノピリジンとする、
γ‐ピコリンをアンモ酸化して４‐シアノピリジンとする、
メタノールを酸化してホルムアルデヒドとする、
ナフタリンおよび／またはｏ‐キシレンを酸化、場合によっては混合プロセスの中で酸化して無水フタル酸とする、
エタンを酸化して酢酸とする、
エタノールを酸化して酢酸とする、
ゲラニオールを酸化してシトラールとする、
エチレンを酸化して酸化エチレンとする、
プロペンを酸化して酸化プロピレンとする、
塩化水素を酸化して塩素とする、
グリコールを酸化してグリオキサールとする、および
ＭＳＡを水素添加してブタンジオールとする。
本発明によるジャケット管反応装置は、とくに下記の内容と利点を持つ：
触媒管への入口でプロセスガスにあてられる容積を、設計上および流体工学上の視点からできるだけ小さく抑えることができる。
触媒管の入口の前でプロセスガスに当てられる容積の中で、プロセスガスのすべてまたは一部が停止する可能性がある淀みを、設計上および流体工学上の視点から可能な限り防止することができる。
少なくともすでに反応済みのプロセスガスの供給系統で、方向変換やとくに流れの断続をできるだけ防止することができる。
ガス入口フード（２、６０）を、ガス入口側の管板（４）の周縁部に、リング状に配置されたボルトを用いて固定することができる。
ガス入口フード（２、６０）および／またはその組込物（４２）を、冷却可能および／または加熱可能とすることができる。
ガス入口フード（２、６０）および／またはその組込物（４２）に、冷媒または熱媒が貫流する流路（１６０）を設けることができる。
支持構造に、縦位置に設けられた応力緩和スリット（１５０）および／または応力緩和切り欠き（１５２）を複数設けることができる。
支持構造を、ガス出口側の管板（１４８）まで伸ばすことができる。
支持構造は、固定されない状態で、それぞれの管板（４、１４８）に接触させることができる。
支持構造は、該当する管板（４、１４８）の切り欠き（１４２）に噛み込むものとすることができる。

本発明によるジャケット管反応装置のガス入口側の管板とガス入口フード。片方半分の縦断面図。 図１に示した管板の周縁部領域を、図１の線ＩＩ‐ＩＩの高さで切った横断面図。 図１および２に類似する細部。しかしこの実施形態の場合、プロセスガス供給のためのガス入口フードに従来型の組込物を設けている。 ガス入口側の管板、従来型のシェル型ガス入口フード、その中に設けられた図３に類似する組み込み物。図１に類似する片方半分の縦断面図。 それぞれ部分的透過性を持つシールの実施形態。図５にも記載するもので、その拡大図。 図５に類似する図であるが、もう１つの実施形態。 本発明のジャケット管反応装置内部に設けられた支持構造、とくにガス入口側管板のためのもの。 図５に類似するガス入口フードの模式図。冷却手段および／または加熱手段を設けている。 図７に類似する図であるが、反応装置に供給されるプロセスガス流のための諸装置を前置する。 上記と異なるプロセスガス供給系統を、図１のガス入口フードと組み合わせた模式図。

Claims (40)

1. （ａ）ガス入口側管板（４）とガス出口側管板（１４８）の間を延び、触媒充填物を内部に含んでおり、周りを囲む反応装置ジャケット（６）の中で熱媒の接触流を受け、触媒充填物と接触しながら内部を該当する反応ガス混合物が貫流する触媒管束（８）と、
   （ｂ）該当するプロセスガスを触媒管束へ供給し、反応済みプロセスガスを触媒管束から排出するための、それぞれ入口側管板（４）および出口側管板（１４８）の上に張り渡されたガス入口フード（２）およびガス出口フード（６０）と、そして
   （ｃ）プロセスガスをガス入口フード（２）中へ供給するためのプロセスガス供給管（１７２）を備えている触媒気相反応を行うためのジャケット管反応装置において、
   プロセスガス供給管（１７２）は、少なくともプロセスガスの部分量および成分の１つのための少なくとも１つの供給箇所（１７８）を備え、この供給箇所で、プロセスガスは非爆発範囲から爆発範囲へ移行することにより、プロセスガス供給管（１７２）はそこではプロセスガスの成分比が非爆発範囲にある第１の部分と、そこではプロセスガスの成分比が爆発範囲にあり、プロセスガスの流れ方向で見て第１の部分の後にある第２の部分に分けられ、
   プロセスガス供給管（１７２）は第１の部分に逆止弁ユニット（１８０）を備えることと、そして
   逆止弁ユニット（１８０）と、ガス入口側管板（４）と、この両者の間にあって正常な作業条件のもとではプロセスガスの圧力を受けるすべての部品はプロセスガスの爆燃または爆轟によって生じる最大圧力に耐えるように設計されていること、
   を特徴とする上記のジャケット管反応装置。
2. 逆止弁ユニット（１８０）が、少なくとも２つの並列接続された逆止弁で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のジャケット管反応装置。
3. 触媒管へ入る前のプロセスガスが、全部あるいは部分的に停滞し得るスペースに、該当する反応に不活性なパージガスを吹き込む装置を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のジャケット管反応装置。
4. ガス入口側の管板（４）の周縁部で触媒管束（８）の半径方向外側にパージガスを吹き込む装置を備えることを特徴とする、請求項３に記載のジャケット管反応装置。
5. パージガスは接線方向の流れ成分を持って吹き込まれることを特徴とする、請求項４に記載のジャケット管反応装置。
6. ガス入口フード（２）が、半径方向外側に行くにつれガス入口側管板（４）との間隔が小さくなる扁平な漏斗状に形成され、そして中心にガス入口が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
7. ガス入口フード（２）が少なくともほぼトランペット開口部状に丸み付けされ、周縁部に行くにつれ扁平に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のジャケット管反応装置。
8. シエル状のガス入口フード（６０）の中に同軸に配置された扁平な漏斗形の組込物（４２）をさらに備え、ガス入口ソケット（１０）はこの組込物の中心貫通孔へ接続され、またこの組込物の周縁部がガス入口側の管板（４）の周縁部に対して密封されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
9. 組込物（４２）が少なくともほぼトランペット開口状に丸み付けされ、周縁部に行くにつれて扁平に形成されていることを特徴とする、請求項８に記載のジャケット管反応装置。
10. 組込物（４２）が、複数の規則的に分布された箇所で、ガス入口フード（６０）に支持されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のジャケット管反応装置。
11. 組込物（４２）周縁部におけるシール（７２）はガス透過性であり、該当するパージガスがこのシールを経由して吹き込まれることを特徴とする、請求項８ないし１０のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
12. 該当するシール（７２）がガス透過性素材からなることを特徴とする、請求項１１に記載のジャケット管反応装置。
13. 該当するシール（７２）がとびとびに配置されたガス通過流路（９２，８８，９６，１０８）を備えていることを特徴とする、請求項１１に記載のジャケット管反応装置。
14. 該当するシール（７２）の素材（８６，１０４，１０６）が、パージガスのための通過断面積が一方から作用する正圧によって変化するように柔軟であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のジャケット管反応装置。
15. 該当するシール（７２）の外側が、供給されるパージガスが通過するスペースと接続されていることを特徴とする、請求項１１ないし１４のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
16. 該当するスペースが半径方向内側のシール（７２）および半径方向外側のシール（７６）に境界を区切られていることを特徴とする、請求項１５に記載のジャケット管反応装置。
17. パージガスが大気に対して正圧の下にあることを特徴とする、請求項１６に記載のジャケット管反応装置。
18. 該当するスペースが主としてガス入口フード（６０）の残余の体積からなることを特徴とする、請求項１５ないし１７のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
19. ガス入口フード（２，６０）とガス入口側の管板（４）は、溶接リップシール（７６，１２２）を介して互いに結合されている特徴とする、請求項１ないし１８のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
20. ガス入口側の管板（４）の上に、ガス入口の方を向いて、かつガス入口に近づくにつれて先細となる、ピン状の流れ案内体（１６）を備えることを特徴とする、請求項１ないし１９のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
21. ガス入口側の管板（４）とガス出口側の管板（１４８）の間で、ガス入口側の管板（４）のための支持構造が反応装置ジャケット（６）に固定されていることを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
22. 上記支持構造は、少なくともその一部が少なくとも２つの金属部品（１４１）によって形成され、これら金属部品は反応装置中心軸から半径方向外側に延びることを特徴とする、請求項２１に記載のジャケット管反応装置。
23. 触媒管束（８）が、リング状に配置され、前記支持構造の一部は触媒管束の配管のない内部にほぼ円筒形、角柱、円錐形、または三角錐形の追加的な金属部品（１４６）を備え、この金属部品（１４６）は半径上に位置する金属部品（１４１）に支持されていることを特徴とする、請求項２２に記載のジャケット管反応装置。
24. ガス入口側の管板（４）が熱絶縁されていることを特徴とする、請求項１ないし２３のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
25. プロセスガス供給管（１７２）内を第１のプロセスガス成分が流れ、プロセスガスの流れ方向で見てガス入口フード（２，６０）の手前に、第１のプロセスガス成分に添加される第２のプロセスガス成分のための第１の供給箇所（１７４）、その後に第１のプロセスガス成分の残余またはそのほかのプロセスガス成分のための少なくとも１つの第２の供給箇所（１７６，１７８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のジャケット管反応装置。
26. 少なくとも最後の供給箇所（１７８）に続いて、少なくとも１つの混合装置（１８２，１８４，１８６）を設けることを特徴とする請求項２５に記載のジャケット管反応装置。
27. 少なくとも１つの第２の供給箇所が、流路断面上に多数のインジェクター（１９４）が分布されている精密噴射装置（１９２）によって形成されることを特徴とする、請求項２５に記載のジャケット管反応装置。
28. 多数のインジェクター（１９４）のそれぞれが、個別のスロットル装置を備えることを特徴とする、請求項２７に記載のジャケット管反応装置。
29. 少なくとも１つの供給箇所（１７４，１７６，１７８，１９２）が関係するプロセスガス成分を液体の形で受け取ることを特徴とする、請求項２５ないし２８のいずれかに記載のジャケット管反応装置。
30. 少なくとも１つの供給箇所（１７４，１７６，１７８，１９２）が、液体形プロセスガス成分を吹き込む手段を備えることを特徴とする、請求項２９に記載のジャケット管反応装置。
31. 少なくとも１つの供給箇所（１７４，１７６，１７８，１９２）が、液体形プロセスガス成分を噴霧または気化させることができることを特徴とする、請求項２９または３０に記載のジャケット管反応装置。
32. 少なくとも１つの供給箇所（１７４，１７６，１７８，１９２）が加熱手段を備えていることを特徴とする、請求項２９に記載のジャケット管反応装置。
33. 少なくとも１つの供給箇所（１７４，１７６，１７８，１９２）が熱絶縁されていることを特徴とする、請求項２９に記載のジャケット管反応装置。
34. 逆止弁ユニット（１８０）が第１および第２の供給箇所（１７４，１７６）の間に設けられていることを特徴とする、請求項２５に記載のジャケット管反応装置。
35. 逆止弁ユニット（１８０）は、プロセスガス供給管（１７２）の断面を拡大することにより圧力緩和スペースを形成するチャンバー（１９０）内に配置されることを特徴とする、請求項３４に記載のジャケット管反応装置。
36. 酸化、水素添加、脱水素、ニトロ化およびアルキル化よりなる群から選ばれたプロセスの気相反応を実施するステップを含んでいる、請求項１ないし３５のいずれかに記載のジャケット管反応装置の使用方法。
37. ケトン、メチルイソブチルケトン、メルカプタン、イソプレン、アントラキノン、ｏ−クレゾール、エチレン、ヘキサン、フルフラール、アセチレン、酢酸ビニル、塩化イソプロピル、無水ナフタル酸、塩化ビニル、オキソアルコール、スチレン、シアン化水素、ポリフェニレンオキシド、ジメチルフェノール、ピリジンアルデヒド、α−オレフィン、ビタミンＢ_６、青酸、アニリン、蟻酸ニトリル、ジフルオロメタン、４−メチル−２−ペンタノンおよびテトラヒドロフランよりなる群から選ばれた化合物を製造するための請求項３６に記載の方法。
38. ジメチルベンゼン（ｍ．ｏ．ｐ）の対応するモノ−およびジアルデヒドへの酸化、
    ジメチルベンゼン（ｍ．ｏ．ｐ）の対応するモノ−およびジカルボン酸またはそれらの無水物への酸化、
    トリメチルベンゼンの対応するモノ−、ジ−およびトリアルデヒドへの酸化、
    トリメチルベンゼンの対応するモノ−、ジ−およびトリカルボン酸またはそれらの無水物への酸化、
    ジュレンのピロメリット酸への酸化、
    γ−またはβ−ピコリンのγ−またはβ−ピコリンカルバルデヒドへの酸化、
    γ−またはβ−ピコリンのイソニコチン酸またはニコチン酸への酸化、
    プロペンのアクロレインへの酸化、
    アクロレインのアクリル酸への酸化、
    プロパンのアクロレインへの酸化、
    ブタンのＭＳＡ（無水マレイン酸）への酸化、
    ラフィネートのＭＳＡへの酸化、
    ｉ−ブテンのメタクロレインへの酸化、
    メタクロレインのメタクリル酸への酸化、
    メタクロレインのメタクリル酸メチルへの酸化、
    ｉ−ブタンのメタクロレインへの酸化、
    ｉ−ブタンのメタクリル酸への酸化、
    ジメチルベンゼン（ｍ．ｏ．ｐ）の対応するモノ−およびジニトリルへのアンモ酸化、
    トリメチルベンゼンの対応するモノ−、ジ−およびトリニトリルへのアンモ酸化、
    プロパンのアクリロニトリルへのアンモ酸化、
    プロペンのアクリロニトリルへのアンモ酸化、
    β−ピコリンの３−シアノピリジンへのアンモ酸化、
    γ−ピコリンの４−シアノピリジンへのアンモ酸化、
    メタノールのホルムアルデヒドへの酸化、
    ナフタレンおよび／またはｏ−キシレンの無水フタル酸への酸化、
    エタンの酢酸への酸化、
    エタノールの酢酸への酸化、
    ゲラニオールのシトラールへの酸化、
    エチレンの酸化エチレンへの酸化、
    プロペンの酸化プロピレンへの酸化、
    塩化水素の塩素への酸化、
    グリコールのグリオキサールへの酸化、および
    無水マレイン酸のブタンジオールへの水素添加よりなる群から選ばれたプロセスの気相反応を実施するためのステップを含んでいる、請求項１ないし３５のいずれかに記載のジャケット管反応装置の使用方法。
39. 第１のプロセスガス成分と少なくとも１つのさらなるプロセスガス成分とを、時折爆燃または爆轟が発生し得る装入量をもってジャケット管反応装置が製造運転に運転されることを特徴とする、請求項１ないし３５のいずれかに記載のジャケット管反応装置の運転方法。
40. 反応装置の起動のため、プロセスガスの各成分の濃度、若しくはプロセスガスの各成分の濃度とプロセスガスの圧力及び／または温度のパラメータを継続的に調節し、発生している爆燃または爆轟の激しさが与えられた反応条件について予想される激しさを上廻らないように調節することを特徴とする、請求項３９に記載の方法。

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