JP4756736B2 - コンビナトリアル触媒反応器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンビナトリアルケミストリーに関する。詳しくはコンビナトリアル装置に使用される反応器及びコンビナトリアル触媒反応室に導入する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学化合物の合成の分野でコンビナトリアルケミストリーが広く使われてきている。例えば、米国特許出願第5612002号及び米国特許出願第5766556号は化合物同時多重合成のための方法及び装置について開示している。WO97／30784−A1は化学化合物合成のためのマイクロリアクタを開示している。アクポリエ、ダール、カールソン、ウエンデルボウ（Akoporiaye， D. E，；Dahl, I. M; Karlsson, A,; Wendelbo, R）、応用化学国際版（Angew Chem. Int Ed.）、1998, 37, 609 - 611.はゼオライトの水熱合成に対するコンビナトリアル方式を開示しており、さらにWO98／36826−A1も参照されたい。他の例としては米国特許出願第5609826号、米国特許出願第5792431号、米国特許出願第5746982号、及び米国特許出願第5785927号、及びWO96／11878−A1が含まれる。
【０００３】
より最近、コンビナトリアル方式は触媒テストのテストプロセスをより迅速にするために行うことに適用されている。例えば、WO97／32208−A1は多重セル・ホルダー内に異なった触媒を置くことを教示している。このホルダーの各セル内で行われる反応を測定し、その反応中のそれぞれの製剤によって放出されたり吸収されたりする熱を観察したり、及び／又は生成物や反応物を分析することでそれらの触媒の活性を判定する。触媒テストに対する他のコンビナトリアル方式の一例としてサーマルイメージングも用いられていた。ホルツワルツ、シュモド、メイアー（Holzwarth, A.; Schmodt, H. ; Maier, W. F）、応用化学国際版（Angew. Chem. Int. Ed.）、1998, 37, 2644 - 2647、及びベニン（Bein, T.）、応用化学国際版（Angew Chem. Int. Ed.）、1999, 38, 323 - 326参照。サーマルイメージングは触媒の活性に関する準定量的情報を得るための手段としても用いることができるが、それはその触媒の選択性については何の情報も提供してくれない。
【０００４】
ラピットスループット触媒テストにおける反応生成物に関する情報を得るためのいくつかの試みがセンカム（Senkam, S. M.）、ネイチャー（Nature）、 July 1998, 348(23), 350 - 353に述べられており、固定触媒サイトのそれぞれからのガス流について分析するため、レーザー誘発共振増強マルチフォトンイオン化が用いられている。同様に、コング、ドーレン、ファン、ギアクインタ、グアン、マックファーランド、プージャリー、セルフ、ターナー、ワインベルグ（Cong, P. ; Doolen, R. D. ; Fan, Q. ; Giaquinta, D. M.; Guan, S. ; McFarland, E. W. ; Poojary, D. M.; Self, T.; Turner, H. W.; Weinberg, W. H.）、応用化学国際版（Angew Chem. Int. Ed.）、1999, 38, 484 - 488,もガス伝達／除去及びサンプリングのための同心チューブを有するプローブの使用を教示している。テストされる触媒の固定床だけが反応物ストリームに露出され、過剰な反応物は真空中で除去される。テストされる触媒の単一の固定床は加熱され、触媒のすぐ上に存在するガス混合物は質量分光計に送られる。
【０００５】
コンビナトリアルケミストリーは触媒活性を評価するためにも用いられている。いくつかの装置は一連の触媒のそれぞれのものの相対的活性を判定することを主目的としている。クレイン、レーマン、シュミット、メイヤー（Klien, J. ; Lehmann, C.W. ; Schmidt, H.; Maier, W. F.）、応用化学国際版（Angew Chem. Int. Ed.）、1998, 37, 3369 - 3372；テイラー、モルケン（Taylor, S. J. ; Morken, J. P.）、サイエンス（Science）、April 1998, 280 (10), 267 - 270及びWO99／34206−A1参照。一部の装置は触媒の選択性を含む情報を広げてくれている。WO99／19724−A1は触媒としての可能性を有する物質をテスト・サイトで反応物ストリームと接触させて生成物の煙を形成することによってアドレスを用いて読み書きできるテスト・サイトを有する触媒ライブラリの活性及び選択性を調べるためのスクリーニングについて開示している。この生成物の煙は微小電極回収によって検出される光イオン及び電子イオンを促進するエネルギー・レベルを有する放射線ビームを通過させることによってスクリーニングされる。WO98／07026−A1は小型反応器を開示しており、この反応器では反応混合物が反応時間中に分光分析を用いて分析される。一部の商業用プロセスはすべての反応物の生成物が単一の生成物ストリームにまとめられる多重並行反応器を用いて作動されている。米国特許出願第5304354号及び米国特許出願第5489726号参照。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
出願人らは触媒のコンビナトリアル方式による評価での使用に特に適した反応器を開発した。これは、複数の反応器を多数の触媒を同時に評価するために一列に簡単に組み立てることができるものである。これら複数の反応器の底部をひとつのブロックに一体化させ、そしてそれら複数の反応器の頂部を単一のトップ・プレートに一体化し、一連の多重反応器の取り扱いと組み立てを簡単に行うことができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、（１）閉鎖端部と開放端部をそれぞれ有する複数の底部であって、単一の第１支持部で支持されている複数の底部と、（２）単一の第２支持部に支持され、前記複数の底部の開放端部と協同で複数の独立した反応室を形成する複数の頂部と、（３）触媒を保持するための複数の容器で、それぞれの容器が触媒の流れを制限する第１流体透過性端部、及び開放端部を有し、容器のそれぞれの前記第１流体透過性端部が前記底部の開放端部を通じて前記独立した反応室内に延びるように構成されている複数の容器と、（４）前記複数の反応室と流体の連絡をしている複数の第１流体導管と、そして（５）前記複数の反応室と流体の連絡をしている複数の第２流体導管と、を含む触媒反応器多重並列装置を提供することである。本発明の１つの具体的な実施の形態は、底部及び反応室を加熱するために１つ以上のヒーターが複数の底部に隣接して配置されているものである。本発明の別の具体的な実施の形態は、１つ以上の密封部材が前記複数の底部と対応する複数の頂部をかみ合わせるために用いられ、さらに前記複数の容器と複数の頂部を係合させて、密封された反応室を形成するためにオプション可能な別の単数あるいは複数の密封部材が用いられているものである。
【０００８】
本発明の別の目的は、前に述べた触媒反応器多重並列装置を用いて多重並列触媒評価を実施するためのプロセスを提供することであり、このプロセスは前記複数の底部のすべての開放端部を前記対応する頂部とかみ合わせて複数の密封された独立反応室を同時に形成することができるという利点を有している。本発明の１つの特殊な実施の形態は、前記底部の開放端部から前記複数の頂部を取り外すことによってすべての多重密封反応室を同時に開くステップを含んでいる。本発明の別の具体的な実施の形態は、触媒を含む前記複数の容器が前記複数の底部から取り外されるものである。
【０００９】
多重反応器は種々の形態を取ることができる。１つの方式で、各反応器は開放端部と閉鎖端部を有する底部と、この底部の開放端部によって保持された第１の密封部材を有している。この反応器は、開放端部と底端部を有する容器も有している。この容器の底端部は、前記底部の開放端部内に挿入される。微孔性封入部材（フリットなど）は、その容器の底端部の断面にまたがって取り付けられており、それによって底部の閉鎖端部と容器に取り付けられた微孔性封入部材（フリットなど）との間に１つの室を形成している。この反応器は又、流体透過性端部と第１及び第２流体導管を含む頂端部を有する頂部も有している。この頂部の前記流体透過性端部は、前記容器の開放端部内に挿入される。前記頂部の頂端部は、前記第１密封部材と組み合わされる。第１流体導管は前記室と流体を連絡しており、そして、第２流体導管は前記頂部の流体透過性端部と流体連通している。その頂部により保持される第２の密封部材は、前記容器とかみ合わされる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
一般的に言えば、本発明はコンビナトリアル装置に使用される反応器、及びコンビナトリアル触媒反応室に導入する方法である。コンビナトリアル装置においては、本発明による装置は同時に作動する一列に配置された反応器として用いられる。好ましくは、この反応器は３つの主要構成部品、つまり（I）頂部又は反応器挿入部、（II）容器又はスリーブ、そして（III）底部又はウェルで構成されている。主要構成部品のそれぞれは構想されている装置に適した材料で構成することができる。これらの材料はその特定の装置での温度、圧力、及び化学化合物に耐えられるように選択される。適した材料の例としては、金属及びそれらの合金、低級スチール、及びステンレス・スチール、インコロイ、インコネル、ハステロイなどの超合金、エンジニアリングプラスチック及び耐熱性プラスチック、炭化ケイ素及び窒化ケイ素のようなセラミックス、ガラス、そして石英などである。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、底部の開放端部がフランジ付きウェルの形状をしている。この底部の開放端部のフランジは、Ｏ−リングなどの密封部材を保持するために用いられる。この密封部材は、前記頂部（以下で詳細に説明）をかみ合わせられ、底部と頂部との間に圧力を逃さない密封状態を形成するように作動する。ＶＣＲやホーファー・フィッティングなど別の圧力密封部材を用いることもできるが、Ｏ−リングが好ましい。オプションとして、この底部が、その側面から内部に部分的に延びてその底部内部で（以下に説明する）前記容器を所定の位置に保持するための突起部を含んでいてもよい。この突起部は、前記底部の閉鎖端部、つまり容器の底端部がその突起部上で支えられる位置に配置される。この突起はレッジ、リップ、あるいはその底部の側面から内部に延びたシェルなどの可能ないろいろの形状の支持体であってもよい。しかしながら、容器が以下に述べるように底部内で自己支持型であるのがより好ましい。
【００１２】
底部は円筒形の形状をしているのが好ましいが、他の幾何学的形状であっても差し支えない。例えば、底部の断面が正方形、楕円形、長方形、あるいは多角形、Ｄ字型、セグメント又はパイ−型、チャード、円錐形その他であってもよい。論議を簡明にするために、以下では円筒形の底部について説明する。底部は頂部端部、側面、及び底部端部を有している。前記頂部端部は開かれており、底部端部は恒久的に閉鎖されている。これら底部の好ましい体積は約0．001cm³から約10cm³の範囲で、２つの最も好ましい体積は0.1cm³と1cm³である。底部の好ましいサイズは長さ／直径が約１から約20の範囲である。底部の長さ／直径は４以上、理想的には５又は10であることがより好ましい。これら底部は約10℃から約1000℃の範囲の温度に耐えられる物質で構成されることが好ましい。又、それらの底部が優れた熱伝導特性を有する物質で構成されること、そして、それらの構成物質が実施される反応において不活性であることが好ましい。底部は同一であることが好ましいことではあるが、すべての底部がまったく同一である必要はない。形状、サイズ、体積、及び構成物質はそれら複数の底部で違っていてもよい。
【００１３】
底部のそれぞれは装置の独立ユニットあるいは個別部分であるが、底部のそれぞれを単一の支持部に取り付けることによって相当の利点が得られる。すべての底部をひとつの支持部に取り付けることですべての底部を１つのまとまりとして取り扱いつつ、いずれか、あるいはすべての個別底部を必要に応じて取り替えることができるという利点を提供してくれる。例えば、複数の底部を個別に取り扱うのとは反対に単一の支持部として取り扱うことができることは、取り扱いや組み立てる上でより便利である。又、コンビナトリアル装置で用いられることが多いロボット工学も単一のトレイを操作するのにより簡単に適合化することができる。さらに、以下にもより詳細に述べるように、反応器の組立は、同時に密封、及び反応器多重並列形成を単一のステップに減少させる。
【００１４】
支持部は多数の個々の底部の取り付けを可能にしてくれる。例えば、１つの支持部は６、８、12、24、48、96、さらには384個の底部を取り付けることができる。取り扱いの容易さは利点の１つであり、融通性は別の利点である。どの装置においても、１つの支持部の能力全部を活用する必要はなく、例えば24個の底部を支持することができる支持部でわずか２つだけの底部を支持するようにしてもよい。この方式は使用する底部の数を、その支持部に底部を加えたり、あるいは取り外したりすることによって簡単に変えることができる点で非常に融通性が高い。同様に、複数のうちの１つが磨耗したり破損した場合、他のものを取り替えることなしに１つだけ独立に取り替えることができる。
【００１５】
支持体は底部自体と同じ材料で構成することも、さらにはポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリエーテルエーテル・ケトンなどの低温プラスチックを加えて構成することもできる。この支持体には好ましいグリットでいずれの数の幾何学形状の容器の取り付けることができる。その支持体は一般的に用いられるマイクロタイター・トレイの寸法と同様の寸法を有していることが好ましい。この支持体は約10℃から約1000℃の範囲の温度に耐えることができる材料で構成されるのが好ましく、多くの触媒性反応器の場合、その反応器は約300℃から約1000℃の範囲の温度に耐えることが求められる場合もある。
【００１６】
本発明による触媒反応器多重並列装置はオプションとして１つ、あるいは複数の底部の少なくとも一部を加熱するための１つ又は複数のヒーターを含んでいてもよい。多くの反応の場合、その反応で用いられる触媒は望ましい範囲まで加熱される必要がある。複数の底部をまとめて加熱してもよいし、あるいは各底部を個別に加熱してもよい。すべての加熱された底部は同じ温度に加熱する場合もあるし、異なった個別の底部を異なった温度まで加熱する場合もある。底部の加熱される部分は通常触媒の位置に最も近い部分であり（以下に説明）、そして一般的に底部の閉鎖端部を加熱するのが好ましい。
【００１７】
本発明による多重並列触媒反応器はさらに、複数の底部に対応する複数の頂部を含んでいる。これら頂部は底部の開放端部とかみ合わされて密封された反応室を形成する。従って、その複数の底部のそれぞれに対応する頂部が存在しなければならない。底部の場合と同様、これら頂部は前に述べた材料で構成することもできるし、それに加えてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテル・ケトンなどの低温プラスチックで構成してもよい。これら頂部は約10℃から約1000℃の範囲の温度に耐えることが求められるが、好ましい温度範囲は約10℃から約350℃の範囲である。複数の頂部のそれぞれは同じ材料で構成されるのが好ましいが、常にそれが必要であるとは限らない。同様に、一部の装置においては、前記複数の頂部を対応する底部と同じ材料で構成するのが好ましいが、常にそれが必要であるとは限らない。例えば、底部の閉鎖端部だけが加熱されるような状況では、耐熱性材料をそれら底部の構成に用いる必要があるが、対応する頂部のために非耐熱性材料を用いる場合もある。それら底部はその閉鎖端部で用いられるヒーターによって頂部が影響を受けないように十分な長さを持つようにして、それによって頂部の構成に低温材料を用いることができるようにすることができる。
【００１８】
頂部の全体的な形状は対応する底部の形状と一致するようにして、それら頂部が底部と十分にかみ合わされて密封された反応室を形成できるようにするのが好ましい。頂部は底部の開放端部だけを密封できるように形成する場合もあるし、あるいは底部の開放端部内に延びてさらに反応室を形成するようにする場合もある。必要な場合、底部と頂部の両方をかみ合わせて、密封された反応室を形成するように１つ又は複数の密封部材を用いる場合もある。複数の底部と複数の頂部をかみ合わせるために１つの密封部材を用いる場合もあるし、あるいは各底部とそれに対応する頂部が個別の密封部材で密封されるようにする場合もある。本発明の利点は、反応室内の触媒が高温まで加熱されるような場合でも、低温だけで作動する密封部材を用いることができる点である。こうした状況では、触媒は底部の閉鎖端部の近くに収容され、そして底部の閉鎖端部が加熱される。底部の長さは好ましくはその密封部材がヒーターから十分な距離を保ち、それらの密封部材が熱の影響を受けないように選択されることが好ましい。密封部材が200℃を上回る温度から護られるようにするのが最も好ましい。
【００１９】
底部の場合と同様、各頂部は装置の独立ユニット、あるいは個別部分である。しかしながら、この場合も各頂部を単一の支持部に取り付けることによってかなりの利点が達成される。手作業あるいはロボットによる取り扱い及び組み立ては複数の底部をそれぞれ個別に取り扱うのとは反対に単一の支持部を取り扱うことで単純化される。さらに、以下により詳細に述べるように、反応器の組み立ては同時に密封して多数の並列反応器を形成するという１つのステップに還元される。
【００２０】
この頂部のための支持部にはいずれの数の頂部を取り付けても差し支えない。例えば、１つの支持部に６、８、12、24、48、96、384、そして1264個の頂部を取り付けてもよい。底部の場合と同様、取り扱いの容易さはこの支持部の利点のひとつにしか過ぎず、融通性ということは別の利点である。いずれの装置においても、この支持部の容量全部を用いる必要はなく、例えば、24個の頂部を支持できる支持部に２つだけの頂部を取り付けても差し支えない。このシステムは支持部に１つあるいは複数の頂部を取り付けたり、あるいは取り外したりすることで頂部の数を簡単に変更できるという点で非常に融通性に富んでいる。同様に、複数の頂部のうちの１つが磨耗したり破損した場合は、その１つの頂部を他の頂部を取り外さずに個別に交換できる。
【００２１】
これら頂部のための支持部は、底部の支持部の場合と同様の同じ材料で構成することができる。頂部の支持部は10℃から約1000℃の範囲の温度に耐えることが求められるが、好ましい温度範囲は約10℃から約350℃の範囲を含むものである。この支持部は好ましいグリッド構成により、幾何学的なパターンのいずれかの数で、頂部に取り付け可能である。しかしながら、頂部の配置構成は各頂部が対応する底部と適切にかみ合わされて密封された反応室を形成するようなものであることが重要な点である。従って、頂部の配置構成は底部の配置構成と一致していることが好ましい。
【００２２】
本発明の別の構成要素は、触媒を入れる複数の容器である。各容器は、１つの開放端部と１つの流体透過性端部を有している。触媒は前記開放端部から容器内に入れられる。すべての容器に同じ触媒を入れてもよいし、各個別容器が異なった触媒、あるいは異なった触媒の混合物を含んでいてもよい。各反応器内に２つ以上の触媒の同じ混合物があってもよいし、あるいは異なった成分比の混合物を入れてもよい。容器は、頂部と底部によって形成される密封された反応室内に配置される。容器の開放端部は、底部に位置的に合わせて、あるいはそれに近接して配置され、流体透過性端部は底部の閉鎖された端部の方を向いている。１つ又は複数の密封部材を用いて容器と対応する頂部との両方をかみ合わせて、反応ゾーンを形成することができる。密封部材は、触媒を容器内に入れて流体の流れをその装置の適切な方向に向ける上で役立つ。この場合も、ヒーターが用いられる際、底部と容器のサイズをそれら頂部と容器を係合させている密封部材がその有効温度を超えて熱せられないようにそのヒーターから十分に離れているようなものでなければならない。密封部材の温度が200℃を越えないようにするのが最も好ましい。
【００２３】
容器は、底部に関して前に述べられたようないずれの形状であってもよく、そして、底部や頂部に関して前に述べられたようないずれの材料で構成されていてもよい。容器は底部と同様の全体的形状を有しており、底部と同じ材料で構成されているのが好ましい。流体透過性端部は、微孔性封入部材などのように触媒流を拘束したり排除したりするための構造を含んでおり、これはガスや液体がその内部を通過する際に固体粒子を捕捉することができるいずれの物質で構成されていてもよい。この微孔性封入部材は、容器の流体透過性端部に、あるいはその近くに配置されていて、容器の断面、あるいは内径全体に沿って延びている。その例は、フリット、薄膜、あるいはファインメッシュスクリーンなどである。適切なフリットは、焼結金属、ガラス、焼結ガラス、あるいはラネー金属などである。適切な薄膜は、電子結合フィルム、エッチングされた合金フィルムなどである。微孔性封入部材のためにはフリットが望ましく、そしてそのフリットが容器の断面をできるだけ多く覆っていることが好ましく、そして最も好ましいのはフリットが実際的には容器断面を100％覆っているのが最も好ましい。流体がそのフリットを通過した後、十分に分散されるようにそのフリットに小さな通路を持たせるようにするのが最も好ましい。頂部、容器の側面、そして容器の液体透過性端部の微孔性封入部材で形成される空間の内部容積が反応ゾーンであり、固体触媒粒子を含む。
【００２４】
ほとんどの触媒反応の場合と同様、少なくとも１つの反応物を加えて触媒と接触させ、そして反応混合物を形成することが必要である。そして典型的な分析には、流出液が導き出される。従って、本発明の多重反応室のそれぞれは、少なくとも２つの流体導管と流体の連絡をしており、その１つは流体反応物の付加を、他方はその結果としての流出液を引き出すためのものである。両方の流体導管共、頂部あるいはそれら頂部の支持部と接続されていてもよく、そして反応室と流体の連絡をしており、あるいは両方の流体導管とも底部やその底部のための支持部と接続されていてよく、反応室とは流体が連絡している。又、１つの流体導管を頂部や頂部支持部に接続し、反応室と流体の連絡をさせてもよいし、他方の導管を底部あるいはその支持部と接続させて、反応室と流体の連絡をさせてもよい。一部の特殊な装置においては、両方の導管とも頂部あるいは頂部のための支持部と接続されているのが好ましい場合もある。両方の流体導管を頂部あるいはその支持部に接続させておくことの利点の１つは、装置の全体的な組み立てが簡単になり、従って装置が使いやすくなることである。以下に述べるように、流体導管をすべて装置の同じ側に配置した場合には、主要な構成部品の構成が単純になる。さらに、本発明の装置を他の装置内に配置することも、すべての流体導管をその装置の同じ側に配置することによってより簡単になる。例えば、すべての導管を装置の同じ側に配置させると、組み立てられた装置の底部の閉鎖端部をヒーター内に簡単に入れることができる。
【００２５】
反応物を取り入れるための流体導管は、反応物の流体流が反応室に入って容器の流体透過性端部を通過して反応ゾーンに入り、そして触媒と接触できるように配置される。流出液を引き出すための流体導管は、反応物の流れを妨げずに反応ゾーンから流出液が引き出せるように配置される。密封部材も流体流を適切な方向に向けさせるのに役立つ。
【００２６】
これら流体導管はさらに、固体触媒粒子が流出液と共に引き出されるのを防ぐための構造を有している。流体が容器の流体透過性端部を通過して容器内に流れ込むような場合、触媒を拘束したり排除したりするための追加的な流体透過性構造物を触媒の下流のいずれかの場所に配置して、触媒が流出液と共に取り出されるのを防ぐ事ができる。この追加的な流体透過性構造物は、容器内のいずれかの場所、あるいは導管取り入れ口を含む流出液流路に沿ったいずれかの場所に配置される微孔性構造物であってもよい。
【００２７】
種々の触媒を用いた装置においては、容器内に触媒粒子を付加したり、あるいはそこから触媒粒子を取り出したりするために反応器を開けられるようにしておくことが必要である。なお触媒粒子を付加してもよいし、さらにもっと操作し易くするためには触媒を含んでいる容器全体を取り出したり、評価すべき別の触媒を含んだ別の容器と取り換えるようにしてもよい。本発明による触媒反応器多重並列装置は、その装置を簡単に開けたり閉じたりできるという点でかなりの利点を提供してくれる。すべての底部を１つの支持部に取り付け、すべての頂部もひとつの頂部支持部に取り付けた場合、これら２つの半分部分を１つのステップで簡単に閉じて複数の密封された反応装置を形成することができる。各装置を個別的に次々と１つづつ閉じる必要はない。すべての反応器は、すべての頂部を支持している頂部支持部を、すべての底部を支持している対応する底部支持部と位置的に合わせて配置することで同時に閉じられる。反応器が閉じられ、密封されている間、反応室と流体の連絡をしている流体導管は、反応器を開かずに反応室に反応物を導入したり、反応室から流出液を引き出したりするための導管の役割を果たす。反応物を導入したり、生成物を取り出したりするために反応器を何回も開けたり閉じたりすることは必要がない。反応器は、固体粒子を付加したり取り出したりする必要性が生じるまで閉じられたままであってよい。固体触媒粒子を付加したり取り出したりするために反応器を開ける必要性が生じた場合は、すべての反応器は、すべての頂部を支持している頂部支持部をすべての底部を支持している対応する底部支持部との位置的整合から外すことによって、1つのステップで同時に開くことができる。
【００２８】
頂部を底部の開放端部にはめ込むことにより、密封された反応室を維持するのに十分な密封状態がつくりだされる。しかしながら、必要であれば、頂部をロッキング部材で底部の上に固定することも可能である。ふたつの支持部を一体化させるための多数のロッキング部材が知られている。例えば、クランプ、ボルト、フレーム、そしてバネなどが本発明で適するロッキング部材である。
【００２９】
本発明におけるオプション可能な構成部品は、複数のサーモカップルである。これら複数のサーモカップルは、固体触媒粒子の温度を測定するために反応室内に延びている。サーモカップルは、反応ゾーンとより直接的に流体が連絡している流体導管を通じて反応ゾーン内に延びているのが好ましい。
【００３０】
好ましい実施の形態では、頂部は反応器挿入部の形状をしており、それが容器を構成するスリーブに挿入され、このスリーブがさらに底部を構成するウェル内に挿入される。組み立てられた反応器では、これらのスリーブは反応器挿入部とウェル間に配置される。
【００３１】
容器を構成するスリーブは、頂端部、側面、及び底端部を有している。スリーブの頂端部及び底端部は開いている。微孔性封入部材（フリット）は、前記スリーブの底端部又はその近くに取り付けられ、前記スリーブの断面あるいは内径全体にわたって延びている。スリーブの頂端部、その側面、及びスリーブに取り付けられた微孔性封入部材（フリット）によって形成される空間の内容積が反応ゾーンで、固体触媒粒子を含んでいる。
【００３２】
スリーブの外径はウェルの内径より小さく、従ってスリーブをウェル内に挿入することができる。本発明の１つの実施の形態で、スリーブの長さをウェルの長さより小さくして、スリーブの底端部とウェルの底端部との間に室が形成されるようにしてもよい。スリーブの長さは、ウェルの長さの70％〜95％の範囲であることが好ましい。本発明の別のより好ましい実施の形態で、スリーブはウェルの長さ全体にわたって延びており、スリーブの底端部はウェルの底に載置されている。この実施の形態では、微孔性封入部材（フリット）はスリーブの底端部、あるいはその近くに配置されている。さらに、この実施の形態では、スリーブの側面がその底端部で一部取り除かれており、スリーブの底端部がウェルの底端部に載置されると、流体がそれを通じて流れることができる通路が形成されるようになっている。例えば、スリーブの底端部は峰状物を有していたり、あるいはスカラップ形にされたり溝を設けていてもよい。
【００３３】
スリーブとウェルとは、スリーブがウェル内に挿入された場合に、スリーブの外部表面とウェルの内部表面がその内部を通じて流体が流れることができる通路を形成する。スリーブの外部表面かウェルの内部表面のいずれか、あるいはその両方が、スリーブが挿入されると通路が形成されるような溝を形成するのが好ましい。これらの溝はスリーブの長さに並行して延びていてもよく、スリーブの円周にらせん状に延びていてもよく、あるいは波状のパターンを形成していてもよい。これらの溝によって形成される通路は、流体がスリーブの一端から他端の方向に流れる流路を形成する。
【００３４】
スリーブの外部表面の一部がウェルの内部表面との接触状態を保持できるようにスリーブの大きさを設定し、あるいは溝を形成するのが好ましい。こうした接触は、ウェルからスリーブへの良好な熱伝導を可能にしてくれる。多くの反応は熱を必要としており、そして、ウェルからスリーブへの良好な熱伝導は、スリーブと内部の触媒によって形成される反応ゾーンを加熱するモードを実現する。通常は反応ゾーン内に導入する前に反応物を予備的に加熱することが望ましく、ウェルとスリーブとの間の良好な熱伝導は、反応物が通路内を流動する際にその反応物を予備的に加熱する機会を提供してくれる。溝のために選択されるパターンは、反応物に必要とされる予備加熱の程度と行われる特定の反応に応じて変化させてもよい。
【００３５】
反応器挿入部はスリーブ内に挿入される。頂部を構成する反応器挿入部は、外部端部、側面、及び流体透過性端部を含む底端部あるいは側壁を有している。前記反応器挿入部の外径はスリーブの内径より小さく、従って反応器挿入部をスリーブ内に挿入できるようになっている。反応器挿入部の長さは、スリーブの頂端部からそのスリーブに取り付けられた微孔性封入部材（フリット）までで測定したスリーブの長さより小さくなっており、従って反応器挿入部の底端部とそのスリーブに取り付けられた微孔性封入部材（フリット）との間に反応ゾーンが形成されるようになっている。固体触媒粒子はその反応ゾーン内に保持される。反応器挿入部の長さは、そのスリーブの頂端部からスリーブに取り付けられた微孔性封入部材（フリット）までを測定したスリーブの長さの５％から70％程度であることが好ましい。
【００３６】
前に述べたように、反応器挿入部の底端部あるいは側面は、流体にとって透過性である部分を少なくとも含んでいる。流体にとって透過性であるこの部分は、ガスや液体がその内部を通過している際に固体粒子を排除することができる材料であればどんな材料で構成してもよい。その例としては、前にスリーブについて述べたようなフリットや薄膜などである。フリットは、反応器挿入部の底端部の流体透過性端部のためには好ましい材料であり、さらに、フリットが反応器挿入部の底端部の20−90％以上を覆っていることが好ましく、最も好ましいのは反応器挿入部の底端部の90％以上を覆っている場合である。反応器挿入部の内部は、流体が反応器挿入部の一端から他端に向けて流れるようにするための通路を形成している。例えば、反応器挿入部の底端部の流体透過性端部を通じて透過していく流体が、反応器挿入部の頂端部に流れ、その反応器挿入部の頂端部の流体導管を介して反応器から出ていくような構成でもよい。触媒粒子は反応器挿入部の底端部の流体透過性端部を通過することはできないので、反応ゾーン内部に保持される。
【００３７】
反応器挿入部の頂端部は、フランジ型になっているのが好ましい。反応器挿入部のフランジのついた部分は、ウェルのフランジによって保持されたＯ−リングとかみ合わされて、前記反応器挿入部とウェルとの間にＯ−リングを介しての通路を形成するようになっている。反応器挿入部はさらに、スリーブと係合して反応器挿入部とスリーブの間の圧力を逃がさない密封状態を形成するための密封部材を備えている。
【００３８】
オプションとして、反応器挿入部はサーモカップルを備えていてもよい。このサーモカップルは、反応器挿入部の頂端部から反応器挿入部の内部通路を通じ、さらに反応器挿入部の底端部を通じて反応ゾーン内部に延びている。このサーモカップルは、反応ゾーン内での反応が送る温度の正確な測定を可能にする。サーモカップルは、これも反応器挿入部の頂端部から反応器挿入部の内部通路を通じ、さらに反応器挿入部の底端部を通じて反応ゾーン内に延びているガイド・チューブ内に収容されていなければならない。頂端部と底端部の両方が開いているガイド・チューブにより、サーモカップルを簡単に挿入したり取り外したりすることができる。
【００３９】
１つの流体導管は通常、反応器挿入部の頂端部に配置される。第２の流体導管の好ましい配置個所は、導管が反応器挿入部のフランジ部分を通過して、流体を反応器挿入部の前記フランジとウェルのフランジとの間の空間容積に導くことができるような場所である。あるいは、第２の導管は、前記ウェルの側面を通じて流体がスリーブとウェルで形成される通路に出入りできるような場所でもよい。本発明の特殊な実施の形態では、第１又は第２いずれかの導管が反応ゾーンと流体の連絡をしている。同様に、反応ゾーンと流体の連絡をしていない流体導管は、反応器から出てくる流出液をサンプリングするために用いられるサンプリング部材と流体の連絡をしている。
【００４０】
前に述べた好ましい反応器は、コンビナトリアル方法に基づく装置でうまく用いられている。多数の反応器の複数のウェルは、（前に述べたような）ラックやトレイなどの単一の支持部に取り付けられる。複数の反応器挿入部も、好ましくは頂部プレートなどの単一の支持部に取り付けられる。コンビナトリアル装置の場合、単一の頂部プレートは複数のウェルを有する単一のラックと係合して、複数の個別反応器を形成する。しかしながら、スリーブは個別に動かせることが望ましい。これらのスリーブは、異なった触媒の合成において用いることができ、触媒を含んだままのスリーブを前に述べたようにウェルに挿入する。この方式の利点は、触媒が合成の時点からテスト過程までずっとスリーブ内に保持されたままであるから、触媒移送ステップがいらなくなることである。同じ反応ゾーンと複数の反応器のそれぞれとで流体の連絡をさせるようにするのが好ましい。
【００４１】
本発明による反応器の展開側面図である図１で、ウェル２は閉鎖端部４と開放端部６を有している。開放端部６はＯ−リング10を保持するフランジ８を含んでいる。スリーブ14は開放端部16と底端部12とを有している。底端部12の近くにフリット18（第１流体透過性端部）が配置されている。スリーブ14の壁面の一部が取り除かれて、スリーブ14の端面図である図２に示されるような溝20を形成している。スリーブ14の底端部12は、スリーブ14の底端部12の側外面図である図３に示すように峰状物13を形成している。反応器挿入部22は、中空の中央部40を介して流体導管30と流体の連絡をしている第２流体透過性端部24を有している。反応器挿入部22は、フランジ付きの頂端部26、流体導管32、及びＯ−リング28を有している。サーモカップル34は、反応器挿入部22を通じてその反応器挿入部22の第２流体透過性端部24より先まで延びているガイド・チューブ42を通じて延びている。図４で、スリーブ14の底端部12はウェル２の開放端部６内に挿入されており、スリーブ14の底端部12はウェル2の閉鎖端部４上に載置されている。反応器挿入部22の第２流体透過性端部24は、スリーブ14の開放端部16から挿入されている。反応ゾーン38は、反応器挿入部22の第２流体透過性端部24とスリーブ14のフリット18との間に形成される。触媒は反応ゾーン38内に保持される。室36は、ウェル２の閉鎖端部４とスリーブ14のフリット18によって形成されている。反応器挿入部22のフランジ付きの頂端部26は、ウェル２のフランジ８によって保持されたＯ−リング10とかみ合わされて、圧力を逃がさない密封状態を形成する。反応器挿入部22のＯ−リング28は、スリーブ14とかみ合わされて圧力を逃がさない密封状態を形成する。
【００４２】
流体は導管32を介して反応器に入る。スリーブ14の溝20はウェル２と通路を形成して、導管32からの流体が、溝20及び峰状物13を通じてウェル２の閉鎖端部４とスリーブ14のフリット18によって形成された室36へ流れることができるようにする。流体はフリット18を通じて流れ、反応ゾーン38に入って触媒と接触する。流体フローは結果的に特定の装置に必要な触媒の流動床又は固定床を実現するような値であってよい。サーモカップル34は、反応ゾーン38の温度を正確に測定するために用いられる。反応ゾーン38内で触媒と接触した後、流体は反応器挿入部22の流体透過性端部24を通じ、さらに中空の中央部40を通じて流れ、そして流体導管30を介して反応器から除去される。
【００４３】
別に、流体は流体導管30を介して反応器に導入することができる。流体は反応器挿入部22の中空の中央部40と、そして反応器挿入部22の第２流体透過性端部24を通じて反応ゾーン38内に流れ込む。流体がこの方向に流れる場合、流量は触媒が固定床としての役割を果たし続けるようなものであるのが好ましい。反応ゾーン38内で触媒と接触した後、流体はスリーブ14のフリット18を通じて室36内に流入する。そしてその流体は、スリーブ14の溝20及び峰状物13とウェル２で形成される通路を通じてウェル２の開かれたフランジ付き開放端部６内に流入し、流体導管32を介して反応器から出て行く。
【００４４】
さて、ウェル２、スリーブ14及び反応器挿入部22を有する一連の反応器の展開側面図である図５を見てみる。ウェル２は、前に述べたように保持用Ｏ-リング10を有している。しかしながら、複数のウェル２が支持部44に取り付けられている。スリーブ14は前に述べたように、フリット18の取り付け部を含んでいる。反応器挿入部22は前に述べたように、流体導管30と流体連通している第２流体透過性端部24、ガイド・チューブ42を通じて延びているサーモカップル34、流体導管32、そしてＯ-リング28を有している。反応器挿入部22は頂部プレート46に取り付けられている。
【００４５】
図６で、スリーブ14はウェル２内に挿入されている。反応器挿入部22の第２流体透過性端部24は、スリーブ14内に挿入されている。反応ゾーン38は、反応器挿入部22の第２流体透過性端部24とスリーブ14のフリット18との間に形成されている。触媒は反応ゾーン38内に保持されている。室36は、ウェル２及びスリーブ14のフリット18によって形成されている。反応器挿入部22のＯ-リング28は、スリーブ14とかみ合わされて圧力を逃がさない密封状態を形成する。ヒーター48は、ウェル２及び反応ゾーン38に隣接して配置されている。流体導管32は溶媒保存器50に接続されていて、流体導管30はサンプリング部材52を備えている。別の実施の形態で、流体導管30は溶媒保存器に接続され、流体導管32はサンプリング部材を備えていてもよい。頂部プレート46及び支持部44を固定するための係止部材として、オプション可能なボルト54が用いられる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、一連の多重反応器の取り扱いと組み立てを簡単に行うことができ、また、本発明の装置を用いて触媒のコンビナトリアル方式による評価を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図１は本発明に用いられる好ましい反応器の展開側面図である。
【図２】 図２は本発明に用いられる好ましい反応器のスリーブの端面図である。
【図３】 図３は本発明に用いられる好ましい反応器のスリーブの底部端面の拡大図である。
【図４】 図４は本発明に用いられる好ましい反応器装置側面図である。
【図５】 図５は本発明に用いられる好ましい複数の反応器の拡大側面図である。
【図６】 図６は本発明の好ましい複数の反応器装置の側面図である。
【符号の説明】
２ ウェル（底部）
４ 閉鎖端部
６ 開放端部
８ フランジ
10 Ｏ−リング
12 底端部
13 峰状物
14 スリーブ（容器）
16 開放端部
18 フリット（第１流体透過性端部）
20 溝
22 反応器挿入部（頂部）
24 第２流体透過性端部
26 フランジ付きの頂端部
28 Ｏ−リング
30 流体導管
32 流体導管
34 サーモカップル
36 室
38 反応ゾーン
40 中央部
42 ガイド・チューブ
44 支持部
46 頂部プレート
48 ヒーター
50 溶媒保存器
52 サンプリング部材
54 ボルト

Claims (13)

1. ａ）閉鎖端部と開放端部をそれぞれ有する複数の底部であって、単一の第１支持部で支持されている複数の底部と、
   ｂ）単一の第２支持部に支持され、前記複数の底部の開放端部と協同で複数の独立した反応室を形成する複数の頂部と、
   ｃ）触媒を保持するための複数の容器で、それぞれの容器が触媒の流れを制限する第１流体透過性端部、及び開放端部を有し、容器のそれぞれの前記第１流体透過性端部が前記底部の開放端部を通じて前記独立した反応室内に延びるように構成されている複数の容器と、
   ｄ）前記複数の反応室と連絡して、流体反応物を付加するための複数の第１流体導管と、そして
   ｅ）前記複数の反応室と連絡して、流出液を引き出すための複数の第２流体導管と、を含む触媒反応器多重並列装置。
2. 前記複数の第１流体導管が、前記複数の頂部を通じて流体を連絡させる請求項１記載の触媒反応器多重並列装置。
3. 前記複数の第１流体導管が、前記複数の底部を通じて流体を連絡させる請求項１記載の触媒反応器多重並列装置。
4. 前記複数の底部に近接して配置された少なくとも１つのヒーターをさらに有しており、前記複数の頂部が前記ヒーターから離れた位置で前記複数の底部とかみ合わされ、温度が200℃を上回らない請求項１記載の触媒反応器多重並列装置。
5. それぞれの前記底部と対応する前記頂部とをかみ合わせて、密封された前記独立の反応室を形成する複数の第１密封部材と、それぞれの前記容器と対応する前記頂部又は前記底部とをかみ合わせる１つ以上の第２密封部材と、をさらに含んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒反応器多重並列装置。
6. 前記複数の頂部に設けられた第２流体透過性端部が、前記容器の開放端部を通過する触媒流を制限する請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒反応器多重並列装置。
7. それぞれの前記底部が、前記開放端部の近くに第１密封部材を有するウェルから成り、
   前記容器が、その底端部の横方向断面に少なくとも部分的にまたがっているフリットを保持することによって前記第１流体透過性端部を提供しているスリーブから成り、
   前記頂部が、すくなくとも前記反応室の一部を形成するために前記スリーブの開放端部への挿入に適応した第２流体透過性端部と、前記複数の第１及び第２流体導管を保持する頂端部と、を有する反応器挿入部から成り、
   そして、前記反応器挿入部の頂端部が前記第１密封部材とかみ合わされ、第２密封部材が、前記反応器挿入部と協同して前記スリーブと前記反応器挿入部との間の流体の流れを制限するようになっている請求項１〜４のいずれか１項に記載の触媒反応器多重並列装置。
8. 前記スリーブの底端部と外側部に溝が設けられている請求項７記載の触媒反応器多重並列装置。
9. 前記第１密封部材と前記第２密封部材がＯ−リングである請求項５又は７記載の触媒反応器多重並列装置。
10. 前記複数のウェル又は前記複数の反応器挿入部が、前記第１支持部又は前記第２支持部に支持されて単一ユニットとして形成される請求項７記載の触媒反応器多重並列装置。
11. 前記第１支持部と前記第２支持部をかみ合わせるロッキング部材をさらに含む請求項１記載の触媒反応器多重並列装置。
12. 前記複数の反応室内に延びた複数のサーモカップルをさらに含んでいる請求項１又は７記載の触媒反応器多重並列装置。
13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の触媒反応器多重並列装置を用いた多重並列触媒反応を行う方法であって、
    ａ）前記複数の底部の開放端部を、前記単一の第２支持部によって支持された前記複数の対応する頂部で同時に密封して、それぞれ触媒を含んでいる前記容器を収容する複数の密封された独立の反応室を形成するステップと、
    ｂ）各密封された前記独立の反応室に反応流体を同時に導入してその内部に含まれている前記触媒と接触させ、各密封された前記独立の反応室に１つの割合で反応混合物を形成して、複数の反応混合物を形成するステップと、
    ｃ）前記各独立の反応室から処理液を同時に引き出すステップ
    と、で構成される方法。

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