JP4630511B2 - 発熱反応に好適な反応器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、略円筒形のシェルと、前記シェルと共に自由空間を形成する穴を開けた円筒形の外壁及びこの外壁と同軸方向に位置する内壁を有する、このシェル内の少なくとも１つの触媒床と、冷却流体の供給・排出コレクターと流体的に連絡する、渦巻きまたはコイル形状の複数の管によって形成される触媒床内の熱交換器とを備えるタイプの、特に、発熱反応用の反応器に関する。
【０００２】
本技術分野では、この種の反応器は一般に「等温反応器」または「擬似等温反応器」の用語で呼ばれ、反応が起きる触媒床（１つまたは複数）の温度が発熱および吸熱のプロセス過程のどちらにおいても実質的に一定かまたは所定のプロフィールに従って制御された状態で維持されている反応器を意味している。
この種の反応器は、例えば、メタノールやホルムアルデヒドなどの化学物質の発熱反応によるたとえば合成に使用される。このような反応器は、スチレンなどの吸熱反応を通じて得られる化学物質の合成にも使用することができる。
【０００３】
この利用分野に対して、収率が良くて信頼性があり、構成も簡単で設備および保守費用がかさまない等温反応器を実現する必要性がますます強く感じられている。しかし、これらの特徴は圧力損失およびエネルギー消費が少なく反応物と冷却または加熱流体の間の熱交換効率が高い運転を行なう能力と両立しなければならない。
【０００４】
【従来の技術】
上記の要求を満たす目的で、当業界における最新技術では既にいくつかの解決策が提案された。例えば、垂直に設けられ密集したパターンで配置された熱交換用の複数の管を含む半径方向型の触媒床を備えた種々のタイプの等温反応器が提案されている。
【０００５】
このような反応器の例は、軸方向のコレクターの周囲に垂直に伸張する螺旋型に従って配置される熱交換用の管のバンドルを含む反応器を予測しているドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３，３１８，０９８に開示されている。熱交換用の管を螺旋型に配置することは、たとえば、米国特許ＵＳ−Ａ−４，３３９，４１３号および米国特許ＵＳ−Ａ−４，６３６，３６５号に記載されるように、軸方向触媒床を備えた等温反応器においても公知であることが注目される。
【０００６】
いくつかの態様に関する限り、径方向に構成された触媒床を用いれば軸方向触媒床よりも少ない圧力損失およびエネルギー消費で高い製造能力を容易かつ経済的に得ることが可能であるという点で有利であるが、上記のドイツ特許出願の等温反応器は、以下に挙げるいくつかの欠点がある。
第一に、螺旋管バンドルの形のこの管の配分は、触媒床を半径方向に移動して横切るガス反応物の流れから熱を放出または吸収するモードにそれ自体を効果的に適合させることができない。実際、垂直に配置した螺旋状管に対して垂直に流れるガス流は、いろいろな管と異なった温度で接触する（触媒床を横切る時に）ことになり、ガス反応物と熱交換流体間の熱交換効率の低下を引き起こす。
【０００７】
換言すると、触媒床を通り半径方向に移動して流れるガス反応物による発熱反応の場合、外側の螺旋状管は反応が開始したばかりのガスが衝突しそのため放出する熱の量が少なく、一方、内側の螺旋状管は、反応ガスから放出される熱が最大点に達するまで受熱量が増加するようなガスが衝突する。そして、それ以降は温度が減少して触媒床のガス出口壁近傍に配置された螺旋状管が受け取る熱量は減少する。
【０００８】
この結果、それぞれのらせん状管は異なった熱量を受け取り、異なった熱負荷に耐えなければならない。これによって、触媒床内の温度分布の悪化を引き起こして、熱交換効率が低下する。
例えば、反応熱を除去するために管内部を高温の水が流れ、水が水蒸気に変換される場合はいつも、螺旋管バンドルの配置について各管がそれぞれ量の異なる水蒸気を発生することは明白である。このことはこのような管内部の水と水蒸気の分配の悪化と同様、管板に対応する冷却流体の制御および供給・排出に関連した問題があることを暗示している。
【０００９】
この点、ドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３，３１８，０９８に示される等温反応器の管はすべてお互いに平行になっていることは注目に値する。したがって、おのおののらせん管が利用できる圧力損失は同一である。
ドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３，３１８，０９８において、低温のガス反応物と接触している螺旋管が受ける熱負荷は小さく、このことは水の蒸発程度が低いことを暗示しており、それゆえ水の出口速度の低下を生み、結果的には、水の質量による流量が大きくなる。これに対し、高温のガス反応物と接触している螺旋管は大きな熱負荷を受けるので、水の蒸発程度が高くて水の出口速度が上昇しこの結果質量による水の流量が小さくなることが推察される。
【００１０】
その結果、反応器が運転している場合、高い熱負荷を受ける螺旋管は水の供給が少ない管になり、そのため常に水の蒸発程度が増加し熱の除去能力が低下しがちであるという状況が起きる。このことは、メタノール合成のような中程度の発熱反応の場合には、触媒床内の最適な温度分布とは程遠いことを暗示している。一方、ホルムアルデヒドの合成のように反応速度が速く強度の発熱反応の場合には、温度の過剰な上昇を招く可能性もある。
【００１１】
さらに、過剰に蒸発を行なうと水中に存在する残留物の析出物の管内形成が増し、したがって熱交換効率に悪影響を及ぼす。これらの不利益はすべて、触媒床内部のガス反応物の温度プロフィールにしたがって、各管がおおよそお互いに接近した間隔で配置されているという事実とは無関係である。
従来の反応器の他の不利益な点は、多額の設備および保守費用が必要な螺旋設計の管バンドルに起因する関連の構造上および製作上の複雑さにある。
【００１２】
まさに、これらの不利益のために、半径方向触媒床を備えた発熱または吸熱不均一合成反応を行なうための等温反応器および螺旋管バンドルまたは垂直管バンドルは、高能力反応器の分野ではその必要性がさらに増加しているにも係わらず、今日では殆ど実用化されていない。
その他の公知の技術的解決方法はドイツ特許出願ＤＥ−Ａ−３，７０８，９５７に記載されており、その中の実施形態において、略円筒形のシェルと、穴を開けていない円筒形の外側側壁とこの穴を開けていない外壁と同軸方向の内壁とを含むこのシェル内の少なくとも１つの触媒床と、穴を開けた環状の底部とを含むタイプの等温反応器が参照されている。さらに、シェル軸に対して横断的に配置される螺旋形状の複数の管によって形成され、前記管が冷却流体の供給・排出用各コレクターと流体的に連絡している触媒床内の熱交換器が予測される。
【００１３】
上記公知の技術的解決方法におけるように、少額の設備費用でこの構造の反応器を実施することは困難である。熱交換器が複雑なために運転中に反応器内部で機器が損傷しても修理ができない。
さらに、ガス反応物はこの触媒床内部を、冷却流体を通すためのらせん形の管に対して横断的に流れ、そのため各流体の間の熱交換上記したのと同じ欠点を有する。
【００１４】
【発明の解決しようとする課題】
本発明の根底にある技術的な問題は、簡単にかつ信頼性をもって実施することができて設備および保守費用がかさまないような構造と機能上の特徴を有し、かつ内部機器の機械的負荷が少なくまた反応物と冷却または加熱流体の間の熱交換効率が高い運転を可能にする発熱または吸熱不均一反応を行なうための等温または擬似等温反応器を提供することにある。
【００１５】
【発明の概要】
本発明に基づいた問題を解決する考え方は、渦巻きまたはコイル状に巻かれたいくつかの群になった管によって形成されたユニットであって、個々のユニットが、重ね合わせることができ、現場で１つのユニットの上に他のユニットを積み重ねることができ、冷却／加熱流体の供給・排出用コレクターに接続できる熱交換器の一部であるモジュール式ユニットを形成する、複数のモジュール式ユニットを予測するものである。
【００１６】
問題を解決するこのような考え方に基づき、本発明による、熱交換器が複数の重なり合った構造上独立なモジュール式各ユニットから成り、このユニットのそれぞれが、シェルの軸を横切って設けられ、前記触媒床の前記内側側壁に対応する部分の周りを囲むように、前記供給および排出コレクターとの各連結部を設けてある渦巻きまたはコイル状に形成された少なくとも２本の管を含むことを特徴とする前述したタイプの反応器によって、この技術的な問題は解決される。
【００１７】
本発明のおかげで、転化効率およびエネルギー消費にとってすべて有利になる高い熱交換係数の等温または擬似等温反応器を簡単かつ効果的に実現することができる。
実際、本発明によれば熱を取り除くかあるいは供給する単一の管が穴を開けた側壁に対しておおむね垂直な平面に沿って伸張している。
【００１８】
このようにして、各管は反応物および反応生成物から成る流れに対しておおむね平行に有利に配置されている。
このことは各単一管が反応物の同じ部分と接触し、そのすべての熱的変化、したがって触媒床の入口から出口に及ぶ反応物の前記部分の温度プロフィールに対応することを意味する。したがって、この触媒床（１つまたは複数）の内部に本発明による複数の管が配置される場合はいつでも、おのおのの管は、触媒床の熱交換効率および転化収率にとってすべて有利になるように同じ量の熱を取り除くかあるいは供給して同じ熱負荷に耐える必要があるだろう。
【００１９】
本発明による反応器ではより高いレベルでの熱の回収または供給が可能になり、この結果熱交換効率および転化収率が増加する。あるいは、転化収率が従来技術に対して同じでも、熱交換効率の増加によって必要な触媒の量を減少させることができ、結果としてスペースおよび設備費用の面で節減を図ることができる。
本発明のその他の利点は、複数の管が触媒床の内部に配置される場合、これらの管すべてが、冷却／加熱流体の供給と抜き出しに対して制御上の問題がまったく無いような（すべての管が同一の熱負荷を受ける）ひとつの同じ供給源から供給することができることにある。
【００２０】
最後に、本発明による反応器は実施するのが特に簡単であり管板を必要とせず、結果として設備および保守費用の面で関連するコストが削減される様子は注目されるだろう。
本発明の特徴および利点は、これに限定するものではないが添付図を参照してもたらされた実施形態の例を示す以下の説明から明らかになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
各図面において、本発明によって実施される発熱および吸熱不均一反応を行なうための等温または擬似等温反応器は参照数字１で示されている。
反応器１は垂直に伸張し底部が閉じて頂部が開いている略円筒形の外側シェル２を有する。シェル２内部には、参照数字３で示される触媒床または触媒バスケットが収容されている。
【００２２】
組み立ておよび／または触媒の充填を見通している場所で建造の最後にシェル２の入口を閉止するために閉止カバー３６（図５参照）を使用してもよい。
この触媒床３は、図５に概略的に示すように、対向位置にある円筒形の穴を開けた外壁４および内壁５がそれぞれ横方向に境界となり、これによって反応物からなる流れの入口および反応生成物からなる流れの出口を形成している。
【００２３】
これらの触媒を収容する円筒形の壁は、例えば、抜孔加工された壁、打抜で穴を開けられた壁、金属メッシュで覆われた壁または単に穴を開けただけのシートの壁等のいろいろ異なった公知の建造方法で建造可能である。
一般的に、反応器１に供給される物質は気相である。よって、以下の説明において、「反応物から成る流れ」および「反応生成物から成る流れ」という表現は、それぞれガス状反応物の流れおよびガス状反応生成物の流れをそれぞれ示すことを意味することになる。
【００２４】
もっとも、本発明の反応器は液相または液相／気相の混相における反応に用いることも当然に可能である。
本発明実施例において、ただ単に示すだけのことであるが、この穴を開けた各壁４、５はガス反応物の流れの触媒床３への入口とガス反応生成物の流れの出口をそれぞれ与えるようにガスが浸透できる。
【００２５】
仮に、反応器の底部と一致しなくても、反応器底部に対応して支持されているガスが透過しない底部６が触媒床の下側部分においてこの触媒床３の境界となっている。この触媒床は、発明の特徴を変更しようとするものではないが、シェルに吊り下げることも可能である。
有利なことに、シェル２内で反応ガスの入口のため触媒床３の上のシェル２の入口近傍に配置された側面ノズル９が設けられている。要求条件に応じてさらに供給ノズルを設置することもできる。高圧シェル２のカバー３６上のノズルの存在は本発明による反応器の構造的特徴によって可能になっており、このことは次の説明で明らかになる。
【００２６】
直径上の対向する位置に配置された少なくとも１対の孔１１が触媒床３の底部６を触媒床３自体の各排出ダクト２６と通じさせている。このようなダクト２６は各ノズル３０につながっている。
孔１１の個数は排出の要求条件またはシェル底部の設計に従ってさらに多くなる。
【００２７】
半径方向部分は軸方向部分より適切にして、触媒床３を軸−半径方向に正しく横切ることができるように、内壁５はその上端から伸びる穴を開けずガスが浸透しない短い部分を有することができる。周知のように、径方向型の触媒床、さらにもっと顕著には軸−半径方向型の触媒床は、より活性が高く、粒径が小さい可能性がある触媒を利用して高転化収率かつ同時に低圧力損失のガス反応物を得ることができるので、特に有利である。
【００２８】
触媒床３のシェル２と外壁４の間には、ガス反応物の分布の最適化およびガス反応物の触媒床３内への供給を達成するために環状の自由空間部８が設けられ、一種のガス供給外側コレクターを形成している。手前の端でこの自由空間部８は反応器の側面頂部でガス入口のノズル９と流れが連絡している。
また、側壁５が、反応したガスの流れを集め反応器１から排出するために、反応器の軸とおおむね同軸の内側ダクト１０を形成している。このようなダクト１０はガスの排出内側コレクターになっている。手前の端でこのダクト１０はその下部が傾斜していて、ガス出口のノズル１７と流れが連絡している。ダクト１０はその上部がバッフル１２で閉止されている。
【００２９】
反応器１を擬似等温状態、または所定の温度プロフィールに維持するように触媒床３の内部を流れるガスから熱を除去するあるいはガスヘ熱を供給することを可能にするために、触媒床３内に冷却／加熱流体を通すための熱交換器１３が収容されている。このような熱交換器１３は、シェルの軸に対して横断的に配置される渦巻きまたはコイル形状の複数の管１５を含む。これらの管１５は冷却／加熱流体の供給および排出各コレクター１４、１６とそれぞれ流れが連絡している。好ましい実施形態では、この管１５は平面的に渦巻き型である。
【００３０】
この各管１５の渦巻き型の設計は特に熱交換効率の点および組み立ての簡便さと柔軟性の点の両方において有利である。実際、渦巻き型の管は触媒床３が占める可能性がある種々の大きさがどのようなものであれ管自体をそれに適合させることができ、特に、触媒床自体の全領域を網羅することができ、したがって、触媒床のどの部分でも効果的な熱交換を達成する。
【００３１】
さらに、除去または供給しようとする熱量に従って、渦巻き管１５は個々の巻きの間隔を変えて、すなわち多重性の渦巻き管で設計してもよい。
例えば、渦巻き管は巻きピッチを一定にして、すなわち完全な渦巻き型に沿って各一回りの間の距離を等しくして実施される。いずにせよ、渦巻き管を触媒床３内部のガス反応物の温度プロフィールに適合させてそのすべての温度変化をたどるように、渦巻き型の半径の変化に従って巻きピッチを変えたことによって、特に有利な結果が得られた。
【００３２】
別の方法としては、コイル型の管の使用が考えられる。この「コイル型」とは、おおむね曲線をなすまたは曲線部分と直線部分のパターンを交互に有する管を意味するものである。
この種の例において、１周する個々の管の間の距離は渦巻き型の半径の変化に従って変化し、巻きピッチは渦巻き型の半径が増加するにつれて減少することが好ましい。触媒床３内部の分布が異なるガス反応物の流れを最適な方法で考慮するために、特に軸−半径方向触媒の場合に、各管１５を２つのお互いに隣接する管の一方の面から他方の面への間隔を変えて配置することができる。
【００３３】
このようにすれば、除去されるあるいは供給される熱の量に沿うように管１５の間隔を適合させる、言い換えると、転化収率およびエネルギー消費に都合良く影響する熱交換効率のレベルにとってすべて有利になるように触媒床３内部の温度プロフィールをたどることが可能である。
このようにして、より大流量のガス反応物、したがって大きな熱負荷が発生するような、２つの隣接する管がなす各平面の間隔がより狭い密集度の大きい各管１５、および流量が低いような、２つの隣接する管がなす各平面の間隔がより広い密集度の低い各管１５を得ることができる。
【００３４】
この冷却または加熱流体は１個または複数の入口ノズル１８と流れが連絡している供給コレクター１４を通して各管１５に供給される。この流体は１個または複数の出口ノズル１９と流れが連絡している排出コレクター１６を通して各管１５から抜き出される。
本発明によれば、有利なことに、この各コレクター１４、１６は平行に伸張し、この触媒床３の内側側壁５が境界となるダクト１０内部に収容されている。その下部でコレクター１４はノズル１８につながり、一方、コレクター１６はノズル１９につながる。
【００３５】
本発明の特に有利な態様によれば、熱を除去するかあるいは供給する管１５は、触媒床３の内部で反応器１の軸と側壁４および５に対しておおむね横断する方向の平面に従って渦巻きコイルの型で、好ましくは平面的な渦巻き型で伸張している。
本明細書において、「平坦な渦巻き型状の管」とは、ひとつの平面に沿って一定なピッチまたは幾何的に前進する可能なあらゆるピッチでおおむね渦巻き型に巻いた管を示す。任意の数の円弧状の管によって渦巻き型管に近付けてもよい。
【００３６】
このようにして、反応ガスの同じ部分が個々の管１５の管長全体とぶつかり、こうすることで各渦巻き部は触媒床３の入口から出口に及ぶすべての温度変化、したがって温度プロフィールをたどることになる。
さらに、お互いにおおむね平行な各平面上で渦巻き型に配置された管１５は、すべて同じ熱負荷を受けしたがって同じ様に動作する。このことは温度行き過ぎの危険を伴わずに触媒床３内部の温度分布が最適になり、またガス反応物と冷却または加熱流体の間の熱交換が効果的になって転化効率およびエネルギー消費にとってすべて有利になることを暗示している。
【００３７】
この各管１５が触媒床３内部をガス反応物の流れが触媒床を横切る方向に対しておおむね平行な平面に沿って伸張することに注目することも重要である。
図１の実施例において、シェル２は垂直に配置され、各管１５は触媒床内部でこのシェルの軸に対しおおむね横断する方向の平面に沿って渦巻き型に伸張する。
さらに有利なことに、この熱交換器１３はひとつのユニットの上に他のユニットが重なりかつ構造上独立な複数のモジュール式各ユニット２０からなる。このユニット２０のそれぞれが、触媒床３の内側側壁５の各部分２５の周りを囲むような平坦な渦巻き型の少なくとも２本の管１５を含む。
【００３８】
図１の実施例では、触媒床３の底部６に収容された最初のモジュール式ユニット２０だけを示してある。
反応器の軸に対し横断する方向の渦巻き管がなす平面は同じ距離で配置することができ、あるいは距離を変えても良い。
図２に示すように、平坦な渦巻きまたはコイル等の形状の各管がおおむねバスケットの形状を有する鉄骨構造内に収容され、そこでは各モジュール式ユニット２０が、前記触媒床３の１個または一部の前記内側側壁５を構築している穴を開けた円筒形の壁の内側部分２５をさらに含むことが高く評価できる。
【００３９】
可能な実施形態によれば、おのおののモジュール式ユニット２０は、前記触媒床の１個または一部の前記外壁４を構築している穴を開けた円筒形の壁の外側部分も含むことができる。このようにして、モジュール式ユニット２０を重ねることによって触媒床３の内壁５のみならず外側側壁４も形成されるであろう。
モジュール式ユニット２０の各一回り分は半径方向に伸張する所定数の支持材の上に置かれている。このような支持材は自立式の星形の金属構造の一部を形成することができあるいは下の渦巻き管の上に単に置いただけのものでも良い。
【００４０】
図７に概略的に示したように、有利なことに、前述の渦巻き管用星型支持金属構造は、対向する各端部においてロッド形状の直立材２８に蝶番で取り付けられた放射状体２９によって形成され、この放射状体２９によって反応器の運転中に外側と内側のコレクターの間に生じた温度差の結果、渦巻き管の位置を平坦な渦巻き形から円錐状の渦巻き形に変えることができる。
【００４１】
モジュール式ユニット２０は反応器１の組み立て段階の時に現場で１つのユニットの上に他のユニットを積み重ね、その結果、図９に示される連結要素３２による迅速クラッチングによって前記のロッド形直立材２８をお互いの間で接続することができる。
この装置内に配置されたこれら連結要素はすべて、反応器の運転中にそれに対して接続された要素に対する熱膨張の差の影響を受けない。
【００４２】
この各管１５は単独でノズル１８および１９に接続することさえ可能であり、したがっておのおのの管１５は冷却／加熱流体の供給および抜き出しダクトに対しそれぞれ接続することができる。しかしながら、おのおののモジュール式ユニット２０は冷却／加熱流体の前記供給および排出コレクター１４、１６との各連結部２２、２３を設けることが好ましい。
【００４３】
次に、連結部２２、２３は所定の複数の渦巻き管とコレクター１４、１６の間に介在する分配コレクターであり、これによってこのようなコレクターはそれぞれ全渦巻き管から反応器に入る流体を分配し、収集する役目を持つ。
渦巻き管とコレクターの間の接続は流体通路を経由してメインコレクターに接続し、接続の可撓性を保証しまた信頼性にとってすべて有利になるようにエキスパンジョンコンペンセーターの使用を避ける前記部２２、２３によって形成される。
【００４４】
各管１５は、図２、３に示すように、隣接する渦巻き管の平面の間をおのおののモジュール式ユニット２０を半径方向に横切る中間ダクト３６を通って連結部２２、２３に接続される。各中間ダクト３６はさらにダクト２２、２３に行く垂直連結部３７に至り、主要な入口および出口各コレクターに至る各管１５の間の流体の連絡を行なう。
【００４５】
言い換えると、おのおのの１本の管１５はその対向する端部において一端を入口コレクター１４と流体的に連絡している連結部２２に接続され、また他端を出口コレクター１６と流体的に連絡している連結部２３に接続される。
好ましい実施形態において、反応器がガス／ガスタイプであり、かなり関連した寸法の場合などは、４つに重なった平坦な渦巻き管がおのおのの連結部２２、２３にそれぞれつながり、各モジュール式ユニット２０は連結コレクターの各部２２、２３を備えたそれぞれ４本の渦巻き管からなる３つの群を含む。
【００４６】
モジュール式ユニット２０は反応器の組み立て時に現場で１つのユニットの上に他のユニットが積み重ねられる。モジュール式ユニット２０を調整し、的確に重ね合わせるために、図１に示したように、触媒床３の外側側壁４の内面に沿って所定の距離で縦に伸張するガイドリブ２７が予測される。
ガイド３３（カウンター手段）が、対応する各リブ２７内で滑動するように、各ロッド状直立材２８の外側に設けられ、現場で、同じ構造を持つ下になるユニットの上に各モジュール式ユニット２０を積み重ねるのをガイドしている。
【００４７】
コレクター２２、２３の部分とコレクター１４、１６の間の接続点を孔３４、３５で表わしている。この孔３４、３５は、建造の段階でモジュール式ユニット２０を何段にも積み上げる時に、歳後には色々のモジュール式ユニット２０の上部に対応するように、所定の距離の関係でコレクター１４、１６内で位置を合わせて形成した。図１にこの組み立ての特徴を概略的に図示してある。
【００４８】
このような配置の利点は現場で溶接作業やフランジ接続作業（図面に示してあるように）により加工される接続個所の数が相当減少し、それらの接続個所は非常に出入りし易い場所で形成されるという点にある。
得られる構造は実施が非常に簡単であり、結果として従来技術の解決法に対して保守および設備費用の面でコストが削減されることは注目されるであろう。
【００４９】
図５に示す実施形態は、各管１５がすべてお互いに接続し、冷却または加熱流体用の供給コレクター１４と抜き出しコレクター１６はそれぞれ１つ有ればよいので得られる構造は実施するのが特に簡単である。
本発明による反応器は実質的にどのような種類の発熱または吸熱反応を行なうのに有利に採用することができる。具体的には、本発明の反応器で実施するのによく適した発熱反応の例は、メタノール合成，アンモニア合成，ホルムアルデヒド合成，有機物の酸化（たとえば、エチレンオキシド）などであり、他方、吸熱反応の例としては、スチレンおよびメチルベンゼンの合成等が挙げられる。
【００５０】
熱の除去のための流体として、熱的に高いレベルの水蒸気に変換される高温の水、同様に溶融塩および透熱性オイルなどが好ましく使用される（発熱反応の場合）。吸熱反応の場合は熱を供給するために類似の流体を使用することもできる。
本発明による発熱または吸熱反応を行なうための反応器１の運転について以下に簡単に説明する。
【００５１】
実施しようとしている特殊な反応に対して、触媒床３に供給されるガス反応物の運転圧力および運転温度条件が、管１５を通過する冷却または加熱流体の運転条件と同様、従来通りの条件になることは注目されるであろう。この運転条件は上記の様に従来通りであるため、以下の説明において詳細には説明しない。
単に例として、メタノール合成の運転条件を挙げる。すなわち、合成圧力は５０〜１００バール、合成温度は２００〜３００℃、発生する水蒸気の圧力は１０〜４０バールである。
【００５２】
図５に関して、ガス反応物の流れがノズル９を通して触媒床３に供給され、穴を開けた壁４および５および反応器上部からのガス入口自由空間８を経由して触媒床の内部を流れる。その後、触媒と接触して反応するガス反応物が触媒床３を主に半径方向（軸−半径方向）に移動しながら横切る。合成反応時に生成した熱あるいはこのような反応を行なうために必要な熱は各管１５を通過する流体によって除去されるかまたは流体に供給される。
【００５３】
このような流体はノズル１８に関連したコレクター１４を通して反応器１に導入され、各モジュール式ユニット２０のおのおのの接続要素２２を経由して平坦な渦巻き形の各管１５に供給される。その後、ここから始まって、この流体はその自由端に対応してコレクター１６に行く連結部分２３に接続された各群の管１５を横切り、ノズル１９を経由して反応器１から排出される。
【００５４】
最後に、触媒床３で得られる反応したガスの流れは穴を開けた内側の壁５を通して触媒床から出ていき、中央ダクト１０に集められ、ノズル１７を経由して反応器１から排出される。
以上の説明から、本発明によって達成される数多の利点、特に、実施することが簡単で信頼性がありかつ設備および保守費用が掛からず、同時に転化収率が高くて圧力損失およびエネルギー消費が少なくガス反応物と冷却または加熱流体の間の熱交換効率が高い運転を可能にする発熱または吸熱反応を行なう反応器を供給するという利点が明瞭になっている。
【００５５】
さらに、上記の配置は種々の態様下で有利であり、この中で以下の利点を強調できる。
◎触媒床の底部に置かれた触媒に対する機械的負荷が少なく、その結果、原料を投入できる期間が長くなる。
◎内部構造に対する機械的負荷が少ない。
【００５６】
◎触媒床の充填／抜き出し作業における柔軟性が大きい。
◎内部構造の検査が容易である。
◎内部構造がモジュール方式であるおかげで、予備品として１個または複数個の完全な構成部品を保管しておくことができ、したがって、内部構造が損傷した場合でもプラントの運転停止期間は最小に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による発熱または吸熱不均一反応を行なうための等温反応器の概略分解斜視図を示す。
【図２】 図１の反応器の構成要素の概略斜視図を示す。
【図３】 図２の構成要素の詳細構造の拡大概略図を示す。
【図４】 図２の構成要素の詳細構造の拡大概略図を示す。
【図５】 図１の等温反応器の縦断面における概略図を示す。
【図６】 本発明による反応器頂部の縦断面における拡大した概略図を示す。
【図７】 図１の反応器に含まれる熱交換器の平面図を示す。
【図８】 図７の熱交換器詳細の概略立面図を示す。
【図９】 図７の熱交換器の詳細構造の断面を示す。

Claims (10)

1. 略円筒形のシェルと、
   前記シェルとともに自由空間を形成している穴を開けた円筒形の外壁と、この外壁と同軸方向にある内壁とを有する、前記シェル内に配置された少なくとも１つの触媒床と、
   冷却流体の供給・排出用の各コレクターと流体的に連絡されている渦巻きまたはコイル形状をなした複数の管によって形成される前記触媒床内の熱交換器とを備え、
   前記熱交換器が複数の重なり合った構造上独立なモジュール式各ユニットからなり、
   この個々のユニットが、前記シェルの軸を横切って配置されており、前記触媒床の前記内壁に対応する部分の周りを囲んでおり、前記供給コレクターおよび排出コレクターとの各連結部を設けてある渦巻きまたはコイル形状の少なくとも２本の管を含む、反応器。
2. 各モジュール式ユニットが前記触媒床の１個または１部の前記内壁を構築している穴を開けた円筒形の壁の内側部分をも含む、請求項１に記載の反応器。
3. 前記供給コレクターおよび排出コレクターが平行に伸張し、前記触媒床の内壁が境界となる中央ダクト内部に収容されている、請求項１に記載の反応器。
4. 前記モジュール式各ユニットが、一端において前記熱交換器の渦巻きまたはコイル形状の各管のそれぞれの渦巻きと流体的に連絡しており、他端において前記供給コレクターおよび排出コレクターに流体的に連絡している連結コレクターを含んでいる、請求項１に記載の反応器。
5. 前記外壁が、各モジュール式ユニットの外側に設けたガイドカウンター手段にはめ込み可能なガイド手段であり、その内部に向けて設けられている、請求項１に記載の反応器。
6. 個々のモジュール式ユニットの渦巻きまたはコイル形状の管が、径方向に伸張する所定数の支持材を設けた本質的にバスケット型構造で収容されている、請求項１に記載の反応器。
7. 前記バスケット型構造は、対向する端部を有し、ロッド状の直立材に蝶番で取り付けられ、渦巻き管の位置を平坦な渦巻き形から円錐状の渦巻き形に変化させることが可能な渦巻き管支持用放射状体を含む、請求項６に記載の反応器。
8. 前記ロッド状の直立材が、前記モジュール式ユニットを重ね合わせる時に迅速クラッチングによって相互に接続可能である、請求項７に記載の反応器。
9. 各モジュール式ユニットが、前記触媒床の１個または１部の前記外壁を構築している穴を開けた円筒形の壁の外側部分をさらに含む、請求項１に記載の反応器。
10. 触媒床の円筒形内壁の周りを囲みさらにユニット軸を横切って配置された渦巻きまたはコイル形状の少なくとも２本の管と、前記管に接続された冷却流体を供給するための供給コレクターおよび前記冷却流体を排出するための排出コレクターとを含み、
    反応器の触媒床内に、他のユニットに対して構造上独立したユニットとして重なりあって熱交換器を構成するように収容された、熱交換器用モジュール式ユニット。

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