JP4664968B2 - 発熱化学反応を行うための流動床法及びこれに用いられる反応器 - Google Patents
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Description
本発明は、発熱化学反応を流動床にて行うための方法に関する。更に、本発明は、上記の方法を行うために用いられる流動床反応器に関する。
発熱化学平衡反応の一例には、塩化水素を酸素により触媒的に酸化して塩素を得る、１８６８年にDeaconにより開発された方法がある。
塩化水素を塩素に変換することにより、クロロアルカリの電気分解による水酸化ナトリウムの製造から塩素の製造が分離される。塩素の世界的な需要が水酸化ナトリウムの需要に比較して、より大幅に増大しているために、このような製造の分離には重要である。更に、塩化水素は、例えばイソシアネート製造におけるホスゲン化反応等の副生成物としても大量に得られる。イソシアネート製造において生成する塩化水素は、エチレンをオキシクロリネーションに付し１，２−ジクロロエタンを得る場合に多く用いられている。１，２−ジクロロエタンは、更に加工して塩化ビニルとされ、次いでＰＶＣとされる。すなわち、Deacon法はイソシアネートの製造と、塩化ビニルの製造の分離も可能とするものである。
Deaconの反応においては、温度が上昇すると、所望の最終生成物を得るための平行の位置が好適な位置からずれる。従って、非常に高い活性を有し、低温での反応を可能とするような触媒を使用することと有利である。
Deaconの反応を行うために適する触媒の例は、GB 1,046,313号、DE-A 197 48 299号、又はDE-A 197 34 412号に記載されている、担体材料上に施されたルテニウム化合物である。
他の適する触媒は、US 4,828,815号等から公知の酸化クロムを主成分とする触媒である。
触媒として担体を有する銅化合物を用い、Deacon反応を行うために流動床反応を用いることが、J. T. Quant等著、The Chemical Engineer、７月／８月、１９６３年、CE224-CE232頁に掲載されたShell社による塩素法に記載されている。
S. Furusaki著、Catalytic Oxidation of Hydrogen Chloride in a Fluid Bed Reactor, AlChE Journal、第１９巻、No. 5、１９７３、１００９〜1016頁にも、Deacon反応を行うために用いられる流動床反応器についての記載がある。同文献において用いられている触媒はCuCl2、KCｌ及びSnCl2である。
流動床法は、通常、実質的に等温的な温度分布を得、特に流動床法においてしばしば発生する「ホットスポット」、すなわち局所的な過熱帯域を回避するために使用される（例えば、Daizo Kunii及びOctave Levenspiel共著、Fluidization Engineering、第２版、1991、313頁）。このことは不均一触媒を用いた塩化水素から塩素への気相での酸化等の発熱反応に特にあてはまる。
しかしながら、上述の反応を等温的に行うことが常に好ましいわけではないことがわかっている。従って、例えば最初に比較的高温にて反応を行い、反応が平衡反応に達したらすぐに温度を低下させると、Deacon法における塩素の収率が向上する。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は流動床反応器において発熱化学反応を行うための改良された方法を提供することにある。特に、本発明は、空時収量が改良された、すなわち、従来技術から公知の方法に用いられるものと同一反応容量及び同一反応時間において収量が増大する反応方法を提供することを目的とする。
更に、本発明の目的は上記方法を行うための流動床反応器を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明者等は流動床反応器の流動床中の流動方向に沿って、最低温度と最高温度の温度さが１０Ｋ以上の温度分布が存在する、流動床反応器における等温度化学平衡反応を行うための方法を見出した。
本発明において、流動方向とは流動床の下方に配置されたガス分配器からのガスが流動床内を流動し、流動床の表面へ流動する方向を意味する。ガス分配器は、例えば有孔板又はこの上方に配置されたガス分配器ノズルを有するプレートであっても良い。
流動床反応器は円筒状又はほぼ回転対称の外形を有し、同反応器を通過する方向の流動は回転軸に平行となる。この意味で、上記構成による流動方向は軸方向流とも呼ばれ、直径方向流と区別される。尚、流動床中、局所的に直径方向流が生ずるが、この大部分は流動床の高さ方向全体に亘り相殺（キャンセル）される。
本発明の方法では、絶対的な最高温度（すなわち全流動床中の最高温度）から流動床表面に向かって流動方向に沿って温度が低下するような流動床中の温度分布が得られると好ましい。本発明において、表面とは気体が流出する流動床の範囲（面）を言う。
本発明の方法による上記温度分布を有する利点は、これにより空時収量が向上することである。非常に高い熱力学的平行反応転化率を得るためには出発温度を低くすることが必要であり、動力学的理由からは流動床の温度を高くすると有効である。
流動床の表面の温度を低下させる他の利点は、恒温で揮発性の活性成分を含む触媒組成物が取り扱い可能であり、かつその長期安定性が向上する点にある。このような触媒の例は、担体を有するルテニウム化合物である。流動床表面の温度を低下させると、結果的に、揮発性の触媒化合物が、流動床上流帯域に存在し、同触媒化合物よりも低温の触媒粒子により再び捕集され、これらを一緒に流動床下流帯域に連続的に運搬することが可能となる。
本発明の方法における流動床の最高温度と最低温度との差は１５０℃以下、好ましくは１００℃以下、特に好ましくは５０℃以下である。上記最低温度は、最高温度となる部分の上方の位置、すなわち流動床の表面付近で得られる。
特に好ましい方法の一形態では、絶対的な最高温度から流動方向に沿ってガス分配器方向及び流動床表面方向の方向に対して温度が低下する。極めて好ましい実施の形態では、絶対的な最高温度からガス分配器までの距離は、絶対的な最高温度から流動床表面までの距離よりも短い。
反応ガスがガス分配器を通過して流動床に導入される場合の反応ガスの温度は、流動床中の最低温度より低いことが好ましい。発熱反応の場合、最初は、流動床中の温度が絶対的な最高温度に達するまで流動方向に上昇する。本発明の方法では、第一に供給ガスにもたらされる熱量が小さく、第二に流動床に設置された熱交換器によって流動床から取り除かれるべき熱量が比較的小さいため、熱交換器の容量及びコストが削減される。これは、冷たい供給ガスが発熱反応で放出された熱の大部分を直接流動床中に取り込むことができるからである。
流動床中の温度分布は、加熱床中に設けられた少なくとも1個の熱交換器によって調整されると好ましい。単一の熱交換器を用いる場合は、これを流動床の一部のみに設けられると好ましい。すなわち、好ましい実施の形態では、流動床の下方には熱交換器が存在せず、このため反応熱の除去は行われない。これにより、発熱反応のために温度上昇が生じ高温となる。次いで反応熱を除去するための熱交換器は、流動床の上方部分に配置される。これにより、流動床の上方部分をより低い温度に設定することが可能となる。
一実施の形態において、流動床が２つの温度帯域に分割される。流動床に複数の熱交換器を設置するか、又は流動床の中央に1個の熱交換器を設置することにより２個以上の温度帯域に分割される。
流動床反応器の特に好ましい実施の形態において、気体分配板と、この気体分配板の上方に設けられた直近の熱交換器との距離が２５ｃｍ以上、特に５０ｃｍ以上とされる。ガス分配器と熱交換器の間の最適な距離は、気体処理量、供給気体温度、気泡形成特性、及び使用する触媒の作用である反応速度に応じて決定される。温度を適切に上昇させるためには、気体分配板と熱交換器との間の距離を２５ｃｍ以上とすることが一般には必要である。しかしながら、逆に言えば、温度の上昇が大きすぎて、これにより絶対的な最高温度と、同最高温度の上方に位置する最低温度の差が過剰に大きくなることも避けるべきである。通常、気体分配板と熱交換器との間の距離は１０ｍ以下、好ましくは６ｍ以下、特に３ｍ以下である。本発明の極めて好ましい実施の形態において上記距離は２ｍ以下とされる。
流動床反応器は、乱流流動床（turbulent fluidized bed)の場合は表面気体速度１〜５ｍ／秒、高発泡流動床(highly expanded fluidized bed) の場合は表面気体速度０．５〜２ｍ／秒、気泡形成流動床(bubble-forming fluidized bed)の場合は表面気体速度０．０１〜１ｍ／秒になるように設計すると好ましい。流動床反応器は表面気体速度０．０５〜０．５０ｍ／秒の気泡形成流動床として設計されると特に好ましい。この表面気体速度によると特に好ましい熱移動及び物質移動が生ずるためである。表面気体速度は、反応器の自由断面積により分割した操作条件下での気体容量流である。
２個の熱交換器を使用することも可能である。この場合、1つの熱交換器を流動床の下方部分に配置し、更に１つの熱交換器を流動床の上方部分に配置する。熱交換器により様々な量の熱が取り込まれ、放出される。
他の実施の形態において、温度分布を得るためには、それぞれ2つの温度帯域の間に1個又は複数の分離プレートを配置することもできる。本発明において、各温度帯域は流動床におけるほぼ一定温度の範囲を意味する。適する分離プレートは、例えば有孔プレート又はスクリーンプレートである。プレートの位置では流動床の混合が十分に行われず、少量の流動材料が上昇する気泡と共に分離プレートの位置で入り込み、同時に少量の流動する粒体材料が、分離プレートを通過し、ガス気泡の流動流に対向して分離プレート下方の流動床帯域に入り込む。これにより対流性の熱移動が阻害され、分離プレートの帯域に顕著な温度境界が形成される。断熱作用を有する分離プレートを用いると、流動床における温度帯域が更に良好に分離可能となる。
他の実施の形態において、本発明の流動床反応器における1以上の温度帯域内に熱交換器を配置して、流動床を２個以上の温度帯域に分割する。
流動床反応器の他の実施の形態において、２温度帯域をそれぞれ分離プレートにより分割する。この分離プレートはスクリーンプレート又は有孔プレートとして構成されると好ましい。
分離プレートを用いる場合、頭部を切断した円錐形の開口部を有する有孔プレートとして構成されると好ましい。ここで、下面側の開口径、すなわち流出側は上面側の開口径よりも小さい。
分離プレートの厚さは、０．１〜２０ｃｍ、好ましくは１〜１５ｃｍ、特に好ましくは３〜１０ｃｍであると良い。
有孔プレートの下面の開口径は、ガス気泡の平均径よりも小さいと好ましい。下方の開口径は、０．５〜１０ｃｍ、更に好ましくは０．７〜８ｃｍ、特に好ましくは１〜５ｃｍとされる。上面の開口径は、０．５〜３０ｃｍ、好ましくは２〜２０ｃｍ、特に好ましくは５〜１５ｃｍであると好ましい。この上部孔の直径（開口径）はガス気泡の平均径よりも大きくなるような構成とされる。
好ましい実施の形態において、開口角度、すなわち開口の側壁と開口の中心軸との成す角度が、ガス気泡の膨張角度よりも大きくされ、これにより流動粒体材料が、開口の側面に沿って気体流とは逆の方向に流動可能となる。これを可能とし、開口の側面に静止床が形成されないようにするため、好ましい実施の形態の開口角度は粒体材料による床の静止角度（angle of repose）よりも大きくされる。ここで静止角度とはルーズベッド(loose bed)中の粒体材料が滑り落ち始める角度である。
開口角度は０〜６０°であると好ましく、１０〜５０°であると更に好ましく、２０〜４０°であると特に好ましい。
他の実施の形態において、２温度範囲の間に設けられる分離プレートは絶縁材料により構成されると好ましい。この場合、分離プレートを構成する材料が流動床温度で安定であることが確実でなければならない。従って、流動床中の温度が２００℃を超過する場合に、セラミック又はガラスが好適に用いられる。
分離プレートが絶縁材料で構成されることとは別に、好ましい実施の形態において分離プレートは断熱層を有してもよい。このため、分離プレートは流動床から気密及び液密な状態で封止されている中空体として構成されると好ましい。このように形成された中空空間は、例えば、真空とされていても、周囲圧力の空気を含んでいても良い。中空空間にガラスファイバー又はロックウール等の絶縁材料を充填しても良い。分離プレートは、分離プレートは熱交換器を中空空間を経て通過可能とする導入口及び放出口を有しても良い。このように、分離プレートは付加的な熱交換器としても利用可能である。
触媒の存在下に行われる反応では、流動する粒体材料が触媒を含んでいてもよい。この場合、個々の粒子が触媒材料からなるものであってもよいが、触媒材料が各粒子の表面に存在しても良い。好ましい実施の形態において、触媒は酸化物担体上に金属成分を含む。金属成分の例はルテニウム又は銅化合物である。酸化物担体としては、酸化アルミニウム、特にγ−酸化アルミニウム又はδ−酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム又は酸化チタン、又はこれらの酸化物の混合物を用いることができる。酸化物担体は、平均粒径３０〜１５０μｍ、好ましくは４０〜１００μｍ、特に５０〜８０μｍの粉体として使用されると好ましい。粒径＜２０μｍの微細画分は、４０質量％未満、更に好ましくは３０質量％未満、特に好ましくは２０質量％未満であると好ましい。
塩化水素を塩素に酸化するために流動床反応器を用いる場合、GB1,046,313号、DE-A 197 48 299号、又はDE-A 197 34 412号より公知のルテニウムを主成分とする触媒を用いることができる。更に、DE-A 102 44 996号に記載された、触媒の総質量に対して0.001〜30質量％の金、0〜3質量％の1種類以上のアルカリ土類金属、0〜3質量％の1種類以上のアルカリ金属、0〜10質量％の1種類以上の希土類金属、0〜10質量％の1種類以上の、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、銀、銅、及びレニウムから選択される1種類以上の金属を担体上に施与した、金を主成分とする触媒も好適に使用できる。
触媒は、γ−酸化アルミニウム粉体に、担体の水吸収に相等する量の塩化ルテニウム水和物の水溶液を含浸し、次いでこれを１００℃〜２００℃の範囲で乾燥し、最後に空気雰囲気下４００℃にてか焼することにより好ましく得られる。触媒のルテニウム含有率は、好ましくは１〜５質量％、特に１．５〜３質量％とされる。
複数の熱交換器を用いる場合、各器が独自の導入口及び放出口を有し、直列又は並列に連結していても良い。熱交換器を並列に連結する場合、各熱交換器は異なる熱交換面積を有していることが好ましく、これにより異なる量の熱が各熱交換器に取り込まれ、放出されることが可能となる。熱交換器を直列に連結する場合、ポンプ又はスロットルバルブを複数の熱交換器の間に配置することが好ましく、これにより個々の熱交換器における熱交換媒体の圧力は異なるものとなる。熱移動媒体としての液体を沸騰させ又は濃縮する場合は特に、上述のように、圧力が作用することにより熱交換器中の温度に差異が生ずる。
流動床から熱を除去する場合、例えば一定温度において熱を大量に取り込むことが可能な沸騰水を用いることができる。水の温度は、水の全量が気化した時にのみ変化し、沸騰温度は圧力に応じて変化する。沸騰水の圧力が高いほど沸騰温度が高くなる。流動床が高温とされると、流動床の温度よりも低温の塩溶融体を用いると熱の除去が好適に行われる。沸騰水を用いることが好ましい。
熱の導入と流動床からの熱の除去の双方に用いられる他の熱移動媒体の例は、熱媒体油又は当業者に公知の他の熱移動媒体である。
添付の図面を参照しつつ以下に本発明を更に詳細に説明する。
図１は、本発明による構成を有する流動床反応器を示す略図と、この流動床反応器の温度特性を示す図である。
流動床反応器１は、ウインドボックス３、ガス分配器４、流動床５、分離帯域（disengagement zone）９、及び1個以上の固体沈殿槽１０を含む。供給ガスは図中矢印２により示されるようにウインドボック３に導入される。図に示されている通り、ガスの導入は下方又は側方から行われる。ウインドボックス３から、ガスはガス分配器４を通過して流動床５へ流入する。ガス分配器４の機能によりガスが流動床５内に均一に流入するため、流動床５においてガスと固体とが良好に混合する。ガス分配器４は有孔プレートであるか、又は上方に複数の分配ノズルを有する形態のガス分配器であっても良い。
供給ガスの供給物への転化は流動床５にて生ずる。供給ガスは、例えば、塩素を製造するための供給ガスは、塩化水素及び酸素である。
図１に示す実施の形態では、流動床５は第一の温度帯域６と第二の温度帯域８に分割される。この場合、第一の温度帯域６には熱交換器は設置されない。このため、流動床反応器１内で発熱反応が起こると、第一の温度帯域６の温度は反応により生じた熱により変化する。
流動床の粒体材料を混合することにより、流動床５の比較的大きな範囲で、第一の温度帯域６から第二の温度帯域８への温度の移行が生ずる。
第一の温度帯域６と第二の温度帯域８の間に分離プレート７(図２参照)を設けることにより、シャープな温度移行が得られる。分離プレートは、ガスの気泡が第一の温度帯域６から、分離プレートの開口を経て第二の温度帯域８まで通過するように設けられる。
第二の温度帯域８の温度を第一の温度帯域６の温度と相違するように設定するため、熱交換器１２を第二の温度帯域８内に設ける。好ましい実施の形態においてガス分配器４と熱交換器１２の間の距離は、５０ｃｍ以上とされる。
熱移動媒体は、熱移動媒体導入口１３を経て熱交換器１２内に供給される。熱移動媒体は、熱移動媒体分配器１６を経て、熱交換管１７内に流動する。熱交換管１７は蒸気多岐管１４内に開放され、熱移動媒体は蒸気多岐管１４を通過して熱移動媒体放出口１５に移動し、熱交換器１２から放出される。熱交換器１２に取り込まれ、放出される熱量は、熱交換管１７の数と、熱交換媒体の物質流により決定される。
熱交換器１２を経て流動床５から熱が除去される場合の適する熱移動媒体は、例えば熱を取り込むと蒸発する沸騰水、熱媒体油、又は流動床５が高温である場合には塩溶融体である。この場合、熱移動媒体は、流動床５の温度未満の温度とされる。
熱交換器１２を経て流動床５から熱が除去される場合の適する熱移動媒体は、例えば熱を取り込むと蒸発する沸騰水、熱媒体油、又は流動床５が高温である場合には塩溶融体である。この場合、熱移動媒体は、流動床５の温度未満の温度とされる。
流動床５は、分離帯域９に隣接する。分離帯域９では気体と固体の分離が行われる。生成ガスからこれに混入する固体粒子を除去するために、1個以上の固体沈殿槽１０を分離帯域９の上方領域に配置することが好ましい。１個以上の固体沈殿槽が流動床反応器内に設けられた図１に記載された実施の形態の他、単一又は複数の固体沈殿槽１０を流動床反応器１の外部に配置してもよい。矢印１１は単一又は複数の固体沈殿槽１０に続く、生成物の放出を示している。
適する固体沈殿槽１０の例はサイクロン又はキャンドルフィルターである。
更に、図１には上記流動床反応器の温度プロファイルも示されている。同図において、軸１８は流動床反応器１の高さを示し、軸１９は温度を示している。グラフ中の破線は第一の温度レベル２０、第二の温度レベル２１、及び第三の温度レベル２２を示すものである。第一の温度レベル２０の温度は第二の温度レベル２１の温度よりも低く、第二の温度レベル２１の温度は第三の温度レベル２２の温度よりも低い。供給ガスは、供給温度２３にて流動床反応器１のウインドボックス３内に供給される。流動床５内で反応が開始し、この反応により熱が放出される。このため、第一の反応帯域６内のウォームアップ段階２４で温度が上昇し、第三の温度レベル２２に達する。第三の温度レベル２２に達した後、流動床５の混合により第一の温度帯域６内に一定温度２５が形成される。
図１に示された好ましい方法において、熱交換器１２により熱を除去してもよい。これにより、第二の温度帯域８で冷却が生ずる。流動床５を十分に混合することにより、第二の温度帯域８内が実質的に一定の温度２７とされる。温度２７は第二の温度レベル２１によるものであるが、第二の温度帯域８における流動方向に、温度が多少下降してもよく、一般的には好ましい。これは、特に流動床５の表面に近い上部での転化（反応）率が上昇すると共に反応速度が急速に下降する場合に生ずる。第一の温度帯域６における温度２５から第二の温度帯域８における温度２７までの移行は冷却段階２６において生ずる。
図２は、本発明の実施の形態を示す略図と、この流動床反応器の温度特性を示す図である。
図２に記載された流動床反応器１は、更なる熱交換器２８が第一の温度帯域６に設置された点が図1の実施の形態とは異なる。第二の熱交換器２８の構成及び操作モードは、熱交換器１２についての上記記載と対応する。熱移動媒体は熱移動媒体導入口２９を介して第二の熱交換器２８に供給される。熱交換媒体は熱移動媒体分配器３０を通過して、熱交換管３１に導入される。熱交換管３１は蒸気多岐管（マニホルド）３２に対して開口し、熱移動媒体が多岐管３２を経て熱移動媒体放出口３３に導入され、第二の熱交換器２８を経て放出される。
第一の温度帯域６と第二の温度帯域８との温度差は、熱交換器１２、２８の異なる熱交換面積により得られる。従って、例えば第二の熱交換器２８は第一の熱交換器１２よりも少ない数の熱交換管３１を有するようにすることができる。これにより、第二の熱交換器２８の熱交換面積が、第一の熱交換器１２の熱交換面積よりも非常に小さくなる。結果として、第二の熱交換器２８による熱の除去量が、第一の熱交換器１２による熱の除去量よりも少なくなる。これにより、流動床５の第一の温度帯域６内が、より高い温度２５となる。
第二の熱交換器２８を使用することにより、ウォームアップ段階２４又は冷却段階２６の範囲が小さくなる。そして、所定の温度レベルから他の温度レベルへの移行がより早く行われるようになる。
第一の温度帯域６と第二の温度帯域８は分離プレート７により分離される。分離プレート７はガス気泡が分離プレート７の開口を通過して、第二の温度帯域８に導入されるように構成される。分離プレート７を用いることにより流動床の粒体材料の少量のみが上昇気体に混入することが確実とされる。これにより、流動床の第一の温度帯域６と第二の温度帯域８における粒体材料が完全に混合することが回避される。そして、分離プレート７が第一の温度帯域６と第二の温度帯域８を明確に分離することが可能とされる。
本発明の実施形態において、分離プレート７は絶縁作用を有する。このためには、分離プレートは絶縁材料で構成されるか、断熱層を有するかのいずれかの形態をとる。
第一の温度帯域６と第二の温度帯域８の間の分離プレート７を省略すると、第一の温度帯域６と第二の温度帯域８との間の移行の明確さが乏しくなる。この場合、第一の温度帯域６と第二の温度帯域８の間の流動化した粒体材料の混合が生ずるため、第一の温度帯域６の温度２５から第二の温度帯域８の温度２７への移行が緩慢となる。
図1及び２に示された２つの温度帯域６、８を有する実施の形態の他、流動床５を２以上の温度帯域に分離することも可能である。この場合、例えば熱交換器を具備する温度帯域を、熱交換器を有さない温度帯域に変更することも可能である。更に、温度帯域ごとに熱交換器を設置することも可能である。分離プレートは各温度帯域の間に設置可能である。個々の温度帯域の温度の間の移行が緩やかであることが望ましい場合には、温度帯域間に分離プレート７は設けない。
図３は、頂部(頭部)を切り取った円錐形の開口部３４を有する分離プレート７の実施の形態を示す正面図である。各開口部３４は当業者に公知の方法により配置される。例えば、開口部３４は図３に示したような相互に直行する軸に沿って配置されるほかに、開口部３４が相互にずれた（offset）配置とされてもよい。
頂部(頭部)を切り取った円錐形の開口部３４の断面図を図４に示す。開口部３４は第一の開口径３５を分離プレート７の下面３８に有するが、同開口径３５は分離プレート７の上面３９上の開口３４の第二の開口径３６よりも小さい。同図に示したように、開口３４が頂部を切り取った円錐形を有する場合、開口径は分離プレート７の下面３８から上面３９に向かって一定割合で増加する。開口３４の側壁４０は開口の軸３７に対して角度４１をなして傾斜している。角度４１は０〜６０°、好ましくは１０〜５０°、特に好ましくは２０〜４０°の範囲とされるとよい。
第一の開口径３５は流動床５のガス気泡の平均ガス気泡径よりも小さくなるように選択される。第一の開口径３５は０．５〜１０ｃｍであると好ましく、更にこのましくは０．７〜８ｃｍ、特に１〜５ｃｍとされる。一方、第二の開口径３６は流動床５のガス気泡の平均ガス気泡径よりも大きくなるように選択される。第二の開口径３６は０．５〜３０ｃｍであると好ましく、更に好ましくは２〜２０ｃｍ、特に５〜１５ｃｍとされる。図４に示された実施の形態では、分離プレート７は中空体として形成される。内部空間は分離プレート７の上面３９及び下面３８、及び開口３４の側壁４０により閉鎖されている。このように形成された中空空間４３は真空であっても、周囲圧力の空気が充填されていてもよい。中空空間４３は、更に当業者に公知の断熱材料を有してもよい。適する材料の例はガラスウール及びミネラルウールである。
中空空間４２の高さは、符号４２により示され、高さ４２は０．１〜２０ｃｍであると好ましく、１〜１５ｃｍであると更に好ましく、３〜１０であると特に好ましい。分離プレート７の壁部４４の材料は、供給ガスや生成ガスに対して化学的に安定なように選択される。壁部４４の厚さは１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜３０ｍｍ、特に５〜２０ｍｍとされるとよい。
図４に記載の絶縁層を有する形態とは別に、分離プレートの全体を絶縁材料で形成することも可能である。適する材料の例はガラス又はセラミックである。
ガス及び粒子状の固体が通過可能な、当業者に公知の全てのプレートが分離プレート７として好適に使用される。図３及び４に記載された有孔板の他に、更に、特に有用なプレートの例としてスクリーンプレート等が使用可能である。
１ 流動床反応器
２ 供給材料の導入
３ ウインドボックス
４ ガス分配器
５ 流動床
６ 第一の温度帯域
７ 分離プレート
８ 第二の温度帯域
９ 分離帯域
１０ 固体沈殿槽
１１ 生成物放出
１２ 熱交換器
１３ 熱移動媒体導入口
１４ 蒸気多岐管
１５ 熱移動媒体放出口
１６ 熱移動媒体分配器
１７ 熱交換管
１８ 高さ
１９ 温度
２０ 第一の温度レベル
２１ 第二の温度レベル
２２ 第三の温度レベル
２３ 供給温度
２４ ウォームアップ段階
２５ 第一の温度帯域６における温度
２６ 冷却段階
２７ 第二の温度帯域８における温度
２８ 第二の熱交換器
２９ 熱移動媒体導入口
３０ 熱移動媒体分配器
３１ 熱交換管
３２ 蒸気多岐管
３３ 熱移動媒体放出口
３４ 開口部
３５ 第一の開口径
３６ 第二の開口径
３７ 開口の軸
３８ 下面
３９ 上面
４０ 開口３４の側壁
４１ 開口角度
４２ 中空空間４３の高さ
４３ 中空空間
４４ 壁部
２ 供給材料の導入
３ ウインドボックス
４ ガス分配器
５ 流動床
６ 第一の温度帯域
７ 分離プレート
８ 第二の温度帯域
９ 分離帯域
１０ 固体沈殿槽
１１ 生成物放出
１２ 熱交換器
１３ 熱移動媒体導入口
１４ 蒸気多岐管
１５ 熱移動媒体放出口
１６ 熱移動媒体分配器
１７ 熱交換管
１８ 高さ
１９ 温度
２０ 第一の温度レベル
２１ 第二の温度レベル
２２ 第三の温度レベル
２３ 供給温度
２４ ウォームアップ段階
２５ 第一の温度帯域６における温度
２６ 冷却段階
２７ 第二の温度帯域８における温度
２８ 第二の熱交換器
２９ 熱移動媒体導入口
３０ 熱移動媒体分配器
３１ 熱交換管
３２ 蒸気多岐管
３３ 熱移動媒体放出口
３４ 開口部
３５ 第一の開口径
３６ 第二の開口径
３７ 開口の軸
３８ 下面
３９ 上面
４０ 開口３４の側壁
４１ 開口角度
４２ 中空空間４３の高さ
４３ 中空空間
４４ 壁部
Claims (9)
- 流動床反応器内で発熱化学反応を行う方法であって、
流動床反応器が、流動床の下方部分に配置されて反応ガスを流動床に導入するガス分配器と、流動床中に配置された少なくとも1個の熱交換器とを有し、
流動床反応器の流動床における流動方向に沿って温度分布が存在し、
最低温度と最高温度との温度差が１０Ｋ以上であり、
更に流動床内の温度が、流動床中の最高温度から気体が流出する範囲としての流動床の表面へ、流動方向に沿って下降することを特徴とする方法。 - 流動床内の温度が、流動床中の最高温度から気体が流出する流動床の表面とガス分配器とに向かって、流動方向に沿って下降することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 流動床中の最高温度とガス分配器との間の距離が、流動床中の最高温度と気体が流出する流動床の表面との距離よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 流動床反応器に供給される反応ガスの温度が、流動床内の最低温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- 温度分布は流動床中の1個以上の熱交換器への熱移動により生ずることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- 化学反応は塩化水素と酸素とからの塩素の製造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 流動床は酸化物担体上に施された金属成分を含むことを特徴とする請求項1〜６のいずれか１項に記載の方法。
- 触媒はルテニウム化合物を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- １個以上の熱交換器（１２、２８）が流動床（５）内に配置され、流動床（５）内の温度分布が調節され、かつガス分配器（４）と直近の熱交換器（１２）との距離が５０ｃｍ以上であることを特徴とする、ガス分配器（４）により反応ガスが供給される流動床（５）内における請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を行うために用いられる流動床反応器。
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