JP5089008B2 - 反応管におけるロッド状インサート - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、流体反応混合物を多管状反応システム内で触媒反応するためのプロセスおよび関連する装置・システムに関する。
【０００２】
（発明の背景）
触媒によって促進される反応プロセスは、一酸化炭素の接触（触媒による）水素化（Ｆｉｓｃｈｅｒ−Ｔｒｏｐｓｃｈプロセス）による炭化水素の合成及びそれらの酸化誘導において、また、アルケンのエポキシ化において使用される。そのような反応は、一般に、多くの発熱を伴う。これらの反応は、一般に、垂直なシェル−管交換型の反応装置内で行なわれる。この反応装置は多数の反応管を備えており、各反応管は、固体微粒子触媒を収容しており、熱交換流体によって取り囲まれている。
【０００３】
一般に、エチレンの気相と酸素を含むガス分子とを触媒酸化することにより、エチレンオキシド（エチレン酸化物）を生成することができる。エチレン酸化に使用されるシェル−管（管状の）反応装置は、数千本の反応管を有している。各反応管は、長さが６から１５ｍであり、内径が２０から５０ｍｍである。エチレン酸化用固体微粒子触媒は、一般に、不活性キャリア材料に支持された銀を基盤としており、この銀に対して促進剤および相互促進剤（ｃｏ−ｐｒｏｍｏｔｅｒ）が添加されてもよい。銀および１または複数のアルカリ金属Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓを含む支持されたエチレン酸化触媒は、ＵＳ−Ａ３，９６２，１３６およびＵＳ−Ａ４，０１０，１１５に開示されている。銀、レニウム、少なくとも１つの更なる金属、随意的にレニウム相互促進剤を含む支持されたエチレン酸化触媒は、ＥＰ−Ｂ０２６６０１５に開示されている。熱交換流体は、炭化水素または炭化水素の混合物、あるいは、水であっても良い。
【０００４】
エチレン酸化反応は、１５０℃から３５０℃の広い範囲の温度で行なわれる。反応装置のデザイン、触媒組成、供給組成、更なる反応状態により、任意の与えられた反応装置内で狭い反応温度範囲を維持しなければならない。工程は、反応管の上流部分に流入する供給ガスを必要な反応温度まで前加熱し、反応中に過度の熱を除去し、反応廃水を冷却することを含んでいる。
【０００５】
反応前加熱および反応後冷却の効率を高めるため、エチレン酸化反応管の上流部分および／または下流部分には、従来、微粒子材料（充填剤とも呼ばれる）が充填されている。このような微粒子材料は、使用される微粒子触媒と同じであってもなくても良い。前者の場合（同じである場合）、不活性体として高価な触媒が使用される。ＵＳ−Ａ５，２９２，９０４では、エチレンオキシドを生成するため、多管状反応装置の上流側の前加熱領域および下流側の冷却領域において、充填材料として不活性粒子を使用することが開示されている。ＵＳ−Ａ４，０６１，６５９は、多管状反応装置内でエチレンオキシドを生成するプロセスに関するものである。このプロセスにより、表面積が０．１ｍ^２／ｇ以下の不活性な耐火性微粒子材料によって反応管の下流部分が満たされる。
【０００６】
日本特許公報ＪＰ２０００−１６９４６３−Ａは、不活性材料としてステンレス鋼充填剤を使用することを提案している。この場合の主な利点は、ステンレス鋼が副生成物を殆ど形成しないという点である。なお、例えば、Ｗａｋａｏ ＆ Ｋａｇｕｅｉ、Ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ；Ｇｏｒｄｏｎ ＆ Ｂｒｅａｃｈ， １９８２を参照されるとよいが、微粒子で満たされた管において、充填材料の熱伝導率は、乱流状態下で熱伝達に殆ど影響を与えないことはよく知られている。したがって、（ステンレス）鋼を加えても、シリカ等の伝導率が低い材料と比較して、熱伝達の著しい向上は期待できない。
【０００７】
反応管の上流部分および／または下流部分で不活性粒子を使用すると、触媒粒子よりも安価で且つ耐用年数が長いという利点が得られる。一方、これらを排出された触媒から分離するのは煩雑である。
【０００８】
したがって、様々な種類のインサートを反応管の上流部分および／または下流部分で使用する必要がある。これらのインサートは、供給ガスの前加熱や後冷却を促進することにおいて周知の微粒子充填材料と少なくとも同じ程度に有効であるべきである。特に、これらのインサートの熱伝達率は高くなければならず、また、インサートによって引き起こされるガス圧降下は小さくなければならない。また、インサートは、安価で且つ触媒粒子から容易に分離できなければならない。
【０００９】
化学反応装置ではないが、熱交換技術においては、種々の多少複雑な形状を有するコヒーレントなインサートを使用することが知られている。このようなインサートは、一般に、インサートを通じて流れる流体、主に液体の乱流を最大にするように形成されている。実際に、これらのインサートは、しばしば、乱流子（ｔｕｒｂｕｌａｔｏｒｓ）または乱流インサート（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｉｎｓｅｒｔｓ）と呼ばれる。
【００１０】
複雑な形状を成すインサートの一例がＥＰ−Ｂ００６１１５４に開示されている。容器内に配置されたインサートが開示されていてインサートは長尺なコアを備えている。コアは、長手方向に沿って角のあるように配置された複数のループを有していて、各ループの一部位は、概念上の包囲面に近接しており、これにより、コアから前記一部位の中央へと横方向に延びる直線（Ｌ）が、コアに沿う様々な長手方向位置に配置される。そして、各ループの各線（Ｌ）がコアに対して鋭角を成していることを特徴としている。コアは、共に捩られた２つの長尺な部材を備え、前記各ループの一部が共に捩られた部材間に保持されていることが好ましい。
【００１１】
ＵＳ−Ａ５，４５４，４２９には、強制的に流す熱交換器が開示されている。この熱交換器は、外側熱サイクルの一部としてのハウジングと、ハウジングの長手方向軸に対して平行に取り付けられた内側熱サイクルの一部としての少なくとも１つの管とを備えて、前記各管は、ゆるく挿入される柔軟なロッドを備えている。このロッドは、軸方向および管の径方向に自由に移動して回転することができる。ロッドの柔軟性およびその自由な移動性は、必須の特徴であると記載されている。これは、結果として生じる振動によって、管の内側の乱流が促進されるためである。この開示内容に係るロッドは比較的薄く、管の内径とロッドの外径との間の好ましい割合は、１．４から２．５である。ロッドは、管の全長を占めている。
【００１２】
この技術および検索した更なる技術は、特に反応物質がガス状である場合、また更に詳しくは、反応物質が一酸化炭素／水素またはエチレン／酸素反応混合物を含んでいる場合に、化学多管状反応装置内での反応物質の前加熱を促進するいかなるタイプの（微粒子に対するものとしての）コヒーレントなインサートの使用についても言及していない。
【００１３】
（発明の概要）
ここで、固体触媒粒子を更に含む多管状反応装置の上流側および／または下流側で反応ガスの前加熱および／または後冷却を促進するという使用目的においては、不活性材料から成り且つ反応管の長さの１から２０％、好ましくは１から５％の長さを有する基本的にロッド状のインサートが、同じ長さを占める多数の充填粒子と少なくとも同じ程度に効果的であり、また、安価であるとともに、挿入および除去が容易であるという更なる利点を有することが分かった。そのようなインサートを使用することにより、加熱／冷却効率を更に高めて前加熱および／または後冷却を促進すると、必要に応じて触媒反応管の加熱領域および／または冷却領域を短くできるという更なる利点が得られる。
【００１４】
したがって、本発明は、多管状反応システム内で流体反応混合物を触媒反応させて流体生成物を形成するプロセスであって、固体微粒子触媒の所定の塊を含み且つ熱交換流体によって取り囲まれる少なくとも１つの反応管を通じて反応混合物を案内するとともに、反応管の上流部分が反応混合物の前加熱専用であり、および／または、反応管の下流側部分が生成物の後冷却専用であるプロセスにおいて、各反応管の前記上流側部分および／または下流側部分は、熱交換する基本的にロッド状のインサートを有し、このインサートは、反応管の全長の１から２０％の長さ、好ましくは１から５％の長さを有していることを特徴とするプロセスを含む。
【００１５】
特に、反応混合物は一酸化炭素および水素を含み、生成物は炭化水素および／またはその酸化物を含むかあるいは、反応混合物はアルキレンおよび酸素を含み、生成物はアルキレン酸化物を含む。また、特に、反応混合物はエチレンおよび酸素を含み、生成物はエチレンオキシド（エチレン酸化物）を含む。
【００１６】
以下、先に簡単に要約した本発明について、その実施形態を参照しながら説明する。これらの実施形態は添付図面に図示されている。しかしながら、添付図面は、本発明の幾つかの実施形態だけを示しており、したがって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態も含み得るものである。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
図１は、内部にインサートが配置された反応装置の典型的な概略断面図である。反応装置１０は、１または複数の反応管２０を収容するシェル１２を備えている。シェル内には第１のチューブプレート（管板）１４が同心的に配置されており、このチューブプレート１４は、管２０に連結されて、管のための側方支持体を形成している。同様に、反応管２０の他の部分には、第２のチューブプレート１６が連結されており、管のための側方支持体を形成している。反応装置１０には、１また複数の入口部、例えば入口部２２，２４が形成されており、反応物質を反応装置内に流入させる。反応装置１０には、１または複数の出口部、例えば１つの出口部２６が形成されており、この出口部によって反応生成物を反応装置から排出することができる。温度制御入口部２８および温度制御出口部３０によりそれぞれ、冷却／加熱流体を反応装置１０に対して流出入させることができる。
【００１８】
反応装置１０は、加熱領域３２と、反応領域３４と、冷却領域３６とに分割することができる。これらの領域および入口部／出口部の順序、大きさ、有無は、反応が吸熱か発熱かに応じて、また、反応速度、流量、他の要因に応じて、変えることができる。触媒は一般に、反応領域３４の反応管２０内に配置される。
【００１９】
１または複数の反応管２０内、一般には全ての反応管２０内に、１または複数のインサート３８が配置されている。単一反応装置においては、インサートを混合して使用することもできるが、経済的および実用的な理由から、単一反応装置においては、全てのインサートを同一にすることが望ましい場合もある。
【００２０】
幾つかの実施形態においては、例えば図１に示されるように、反応管２０の上流部に一組のインサート３８を配置するとともに、反応管の下流部にもう一組のインサート４０を配置することができる。
【００２１】
また、特定の管状の反応装置、例えばエチレンおよび酸素をエチレンオキシドに変換する触媒変性で使用される管状の反応装置においては、本発明によって提案されるインサートの効果的な用法により、ある大きさのインサートを反応管２０の上流部に設け、異なる大きさのインサートを下流部に設けることができる。そのような場合、上流側のインサート３８は、下流側のインサート４０よりも長さを短くすることが適切であり、下流側のインサートの長さの約半分であると大変適切である。例えば、上流側のインサート３８は、反応管の全長の１％から１０％の長さ、あるいは、１％から５％の長さを有していても良く、下流側のインサート４０は、２％から２０％の長さ、あるいは、２％から１０％の長さを有していても良い。
【００２２】
本発明に係るインサートの内側の熱伝達率は、空の管（ｖｏｉｄ ｔｕｂｅ）の寸法および空塔速度に基づいて、１００００から５００００の範囲のレイノルズ数で測定する場合には、反応管の内側の表面積に基づいて、８００から４０００Ｗｍ^−２Ｋ^{− 1}（ワット／ｍ^２／ケルビン温度）であることが適切である。
【００２３】
本発明に係るインサート３８、４０によって占められる反応管２０の部位に沿う圧力降下は、同様に空の管の寸法および空塔速度に基づいて、１００００から５００００の範囲のレイノルズ数で測定する場合には、１ｍ当たり５０から２００００Ｐａであることが適切である。
【００２４】
図２は、典型的なインサートの概略的な長手方向断面図である。反応管２０内に１つのインサート５０を配置することができる。本発明に係るインサートは、様々な形状を成すことができる。図２に示されるインサート５０は、略円筒状のコア５１を有することができる。インサート５０は、中空で且つ少なくとも１つの端部５２で閉じられていることが好ましく、両端５２、５４で閉じられていることが更に好ましい。
【００２５】
コア５１の断面の外寸法「ａ」は、コア５１の断面の外側表面積を規定している。反応管の内面５８の断面寸法「Ａ」は、インサート５０が配置される反応管の部位の断面の内側表面積を規定している。一般に、コア５１の断面の外側表面積は、反応管２０の断面の内側表面積の約２０％から９０％であっても良い。
【００２６】
インサート５０は、インサートの長さに沿って周方向または長手方向に延びる、リング、バー、螺旋、他の形状の突起、または、これらの組合せといった１または複数の表面突起５６を備えていても良い。一般に、突起は、反応管２０の内面５８と接触するとともに、反応管の内側の所定位置にインサートを固定する。
【００２７】
図３は、インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。図２と同様に、表面突起５６を有するインサート５０を反応管２０内に配置することができる。インサート５０は円錐形状を有していても良い。この円錐体は、中空であることが好ましく、一端５４が閉じられている。インサート５０は、上流側テーパ部５３を有していても良い。また、インサートは、下流側テーパ部（図示せず）を有していても良い。
【００２８】
インサートの形状を変更しても良く、インサートの形状が本発明の目的に適する任意の幾何学的形状であっても良いと理解される。
【００２９】
図４は、インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。図示のインサート５０は、反応管２０内に配置されて、反応管の内面５８と接触している。インサート５０は長尺なコア５１を有していても良い。一例として、コア５１の断面の外側表面積は、反応管の断面の内側表面積の約２０％から９０％、例えば約２０％から８０％であっても良い。
【００３０】
コア５１は、例えばワイヤメッシュ、ブラシ用剛毛、長手方向に位置決めされた平らなまたは波形のプレート、任意の形状および方向のフィン（羽根）または翼、あるいは、これらの組み合わせといった、１または複数の表面突起５６を備えていても良い。一般に、少なくとも幾つかの突起は、反応管２０の内面５８と接触するとともに、反応管の内側の所定位置にインサートを固定する。幾つかの実施形態において、各突起５６の表面積および／または厚さは、突起５６の外周６２から突起５６の基部６４およびコア５１の外周に向って大きくなっても良い。
【００３１】
図５は、反応容器２０内に配置されたインサート５６の典型的な端面図である。少なくとも幾つかの実施形態においては、全ての各突起を反応管２０に接触させる必要はなく、１または複数の突起が十分に接触するだけで、使用中にインサートを所定位置に固定できると理解される。例えば、延出した突起５６ａが反応管２０と接触し、他の突起５６ｂが反応管と接触していなくても良い。
【００３２】
図６から図８は、インサートの他の実施形態の概略的な断面図である。図６は、インサートの１または複数の拡張可能な突起が引き込み位置にある状態を示す概略的な長手方向断面図である。図７は、拡張可能な突起が拡張位置にある状態を示す概略的な長手方向断面図である。図８は、図６のインサートおよび反応管の概略的な端断面図である。図６から図８を互いに並行して説明する。
【００３３】
インサート５０を反応管２０内に配置するためには、インサートが反応管内で位置決めされるまで、対応する突起５６を反応管の内面５８と接触させないことが有益である。図１から図５に示されるように、反応管２０がいったん所定の位置にくると１または複数の突起５６が反応管２０の内面５８に接触することを促進するために、インサート５０を所定の位置で一度調整して突起を反応管の内面に対して或は内面へと付勢することができる非常に有用な実施形態がある。当業者であれば明らかなとおり、ここに含まれる本発明の説明によって、螺合、スリップ係合、カム、傾斜面、ガスおよび液圧活性化、その他の方法を含むがこれらに限定されない、突起の拡張のための多くの方法およびシステムを使用することができる。
【００３４】
例えば、これに限定されないが、インサート５０は、一端に捩じれ部７２を有する並進可能な部材７０を備えていても良い。捩じれ部７２は、突起５６の傾斜面７４と係合することができる。インサート５０がいったん所定の位置に配置されると捩じれ部７２は回転して、突起５６が反応管２０内で拡張し、突起は、反応管の内面５８と接触し、あるいは、反応管の内面に更に近接する。図示しないが、突起と共に、あるいは、突起の代わりに、インサート自体またはそのコアを拡張させることにより、同様の結果を達成する、すなわち、インサートの少なくとも幾つかの部材を反応管２０に向けて拡張させるようにしても良いことが理解できる。
【００３５】
図９は、インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。図１０は、図９のインサートおよび反応管の概略的な端断面図であり、図９と並行して説明する。
【００３６】
反応管２０内にインサート５６が配置されてもよい。インサート５６は、ロッド状でコアが無い形状、多数のワイヤメッシュの形態を成していても良い。インサート５６は、管の内面に隣接する外周面をぴったり寸法付けることができ、反応管にぴったりと嵌合するようにできる。例えば、ワイヤメッシュは、縦部材５６および横部材８２を有していても良い。インサート５６は、反応管２０内に嵌合する適当な形状および寸法に形成されても良い。
【００３７】
特定の形状や構成にかかわらず、各インサートは、反応段階で熱を十分に伝え且つ腐食し難い金属または合金、例えば炭素鋼やステンレス鋼によって形成されることが好ましい。金属／合金の選択は、反応管内で行なわれる反応に応じて変更されても良い。
【００３８】
（インサートを使用する典型的なプロセス）
本発明に係るプロセスの典型的な工程は、エチレンのエポキシ化である。エチレンおよび酸素分子から気相のエチレンオキシドを触媒生成するプロセスは、使用される酸素源により、純粋な酸素を使用するプロセスと、空気を使用するプロセスとに大きく分けられる。しかし、熱伝達要件に関する違いは重要ではなく、本発明は両方のケースに適用できる。
【００３９】
エチレンの酸化で純酸素または空気のいずれが使用されようとも、両方の場合における反応ガス混合物は、エチレンおよび酸素の他に、例えば二酸化炭素、窒素、アルゴン、メタン、エタン等の過剰の希釈剤と、例えば塩化エチル、塩化ビニル、ジクロロエタン等の少量のハロゲン化物反応調整剤とを含んでいる。例えば、反応ガスは、エチレンの１から４０％、酸素の３から１２％、エタンの０から３％の量だけ、０．３から５０ｐｐｍのクロロ炭化水素調整剤およびバランス用のアルゴンおよび／またはメタンを含んでいても良い。
【００４０】
入口反応ガス圧は、大気圧から４０００ｋＰａの範囲であり、１０００から３０００ｋＰａであることが好ましい。本発明に係るインサートによって、このインサートが占める反応管の長さにわたって実質的な圧力降下が生じないことが重要である。圧力降下は、入口圧の約２％を下回ることが好ましい。
【００４１】
反応（触媒）温度は、１５０から３５０℃の範囲であり、２２０から３００℃であることが好ましい。反応ガス混合物の容積時間当たり空間速度（ＶＨＳＶ）は、１０００から１００００ｈ^−１（充填触媒（ｐａｃｋｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔ）のｍ^３／ｍ^３ｈ）の範囲であり、２０００から８０００ｈ^−１（充填触媒のｍ^３／ｍ^３ｈ）であることが好ましく、標準的な温度・圧力状態で測定される。ＶＨＳＶは、一般に、ｈ^−１（時間分の１）、ｍ^３／ｍ^３ｈ、ガスの容積（ｍ^３）／反応体の容積（ｍ^３）（例えば充填触媒の容積）・時間、または同様の体積・時間あたりの体積の単位で表わされる。Ｏ_２変換レベルは１０から６０％、ＥＯ生成（作業率）３０から４００ｋｇ／ｍ^３触媒／ｈｒである。
【００４２】
反応管を取り囲む熱交換流体として炭化水素が使用される場合、その圧力は、一般に、１００から１５００ｋＰａであり、２００から８００ｋＰａであることが好ましく、２００から６００ｋＰａであることが更に好ましい。熱交換流体が水である場合、その圧力は１５００から８０００ｋＰａである。反応管から出る時の熱交換流体の温度は、一般に、２００から３５０℃であり、２２０から３００℃であることが好ましい。
【００４３】
以下、本発明の非限定的な実施形態を説明する。
【００４４】
例１および例２においては、本発明に係るインサートの２つの実施形態が与えられている。
【００４５】
例３から例５においては、管状の反応装置を通じて流れる（ガス）流体の熱交換作用、圧力降下、乱流のそれぞれの効果に関して、理論上且つ計算して確かめられた性能が以下に基づいて測定された。
４５Ｗｍ^−１Ｋ^−１という特定の伝導率を有する炭素鋼から成る例１および例２に係るインサート。
３５ｃｍ塊の微粒子触媒材料、すなわち、α銀が含浸されたαアルミニウムリング（外径８．４０ｍｍ、内径２．９７ｍｍ、高さ８．５５ｍｍ）。
空の管。
【００４６】
（例１−インサート）
図１１はインサートの概略的な端断面図である。インサート５０は、突起５６としての３２個の曲がったフィンを備えた構成とし、各フィンを中心のコア５１すなわち環体の周囲に溶接した。コアは、中空の円筒体であり、一端または両端が閉じられるとともに、２５ｍｍの外径を有している。フィン材料の厚さは１ｍｍであり、曲がった各フィンの全高は８．１ｍｍである。構造は、外径が３８．５ｍｍであり、長さが３５ｃｍである。
【００４７】
（例２−インサート）
図１２はインサートの概略的な端断面図である。インサート５０は、１ｍｍのステンレス鋼プレートによって突起５６が形成された構成を含む。すなわち、プレートが波形状を成しており、その波の長さは５ｍｍであり、波の高さは６．７５ｍｍであり、コア５１の周囲で曲げられているのは例１と同様である。構造の外径は３８．５ｍｍであり、長さは３５ｃｍである。
【００４８】
（例３−熱交換）
内径が３８．５ｍｍで長さが約３５ｃｍの反応管が使用され、これは一般的に市販されている反応管の全長の約３％である。反応管には、リング状の粒子と共に、あるいは、空隙を残して、例１および例２のインサート（これらの各インサートの長さも一般に市販されている反応管の全長の約３％である）が充填される。そして、反応管が２５０℃まで加熱される。１ｍｓ^−１の空塔速度、２０００ｋＰａ、１５０℃で、メタン（５０％）、エチレン（４０％）、酸素（１０％）から成るガス混合物が反応管内に導入される。
【００４９】
安定した熱伝達状態にあり、インサートの表面での熱伝達係数が一定で、インサートの材料が均質であり、熱生成が無く、反応管の壁とインサートとの間に熱伝導抵抗が無く、流体において径方向の温度勾配が無いと仮定すると、例１および例２のインサートが充填される反応管の内側の熱伝達、および、空の管の内側の熱伝達は、Ｖ．Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉ 「Ｃｈｅｍ．−Ｉｎｇ．．−Ｔｅｃｈｎ．」（１９８９）， １６０／６１の熱伝達関係に従って決定される。また、同じ仮定の下で、リング状の微粒子（充填塊（「ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ」））が充填される反応管の内側の熱伝達は、Ｐ． Ｃ． Ｂｏｒｍａｎ等のＣｈｅｍ． Ｅｎｇｎｇ． Ｃｏｍｍｕｎ．の第１１４巻、１７から４７頁に従って決定される。
【００５０】
図１３は、例３によって測定された結果を示すグラフである。この結果は、空の管のための反応管の入口からの距離、触媒リングの充填塊を有する管、例１および例２に記載された典型的なインサートを有する管に応じて計算して確認された流体温度を示している。ｘ軸は、反応管の入口からの距離をｍで示している。ｙ軸は、反応管の長手方向に沿う熱伝達を表すべく、流体の摂氏温度を示している。
【００５１】
空の管に関する一番下側の曲線４は、熱伝達の割合が最も小さい。反応装置にわたる温度の増大は約１０℃である。すなわち、１５０℃の開始温度から約７％増えている。次に高い曲線３は、充填塊を使用しており、熱伝達の割合が約５０℃である。すなわち、約３３％増大している。次に高い曲線１は、例１にしたがって構成されたインサートを使用しており、約８０℃温度を上昇させ、すなわち、約５３％の温度上昇は、より高い熱伝達能力を示している。最後の曲線２は、例２にしたがって構成されたインサートを使用しており、約８５℃温度を上昇させ、すなわち、約５７％の温度上昇は、最も高い熱伝達能力を示している。
【００５２】
（例４−圧力降下）
例３で特定した同じ実験条件が維持される。例１および例２のインサートが充填された反応管に関し、また、空の管に関して、Ｋａｒｍａｎ−Ｎｉｋｕｒａｄｚｅにしたがって１メートル長毎に計算された圧力降下が測定される。これについては、Ｊ． Ｎｉｋｕｒａｄｚｅ， ＶＤＩ−Ｖｏｒｓｃｈｕｎｇｓｈｅｆｔ （１９５０） ３６１を参照のこと。リング形状の微粒子が充填される管における圧力降下は、Ｓ． Ｅｒｇｕｎ， Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｐｒｏｇ．， ４８， ８９， １９５２にしたがって測定される。
【００５３】
このように測定された圧力降下は、以下の通りである。
空の管の場合：５Ｐａ／ｍ
リング形状の微粒子の場合：１８０００Ｐａ／ｍ
例１のインサートの場合：８７０Ｐａ／ｍ
例２のインサートの場合：４８５Ｐａ／ｍ
【００５４】
（例５−乱流）
例３で特定した同じ実験条件が維持される。１ｍ／ｓの空塔流体速度で反応管の内側の乱流を計算した。これは、以下のように、レイノルズ数で表される。
空の管の場合：３０５１６
リング形状の微粒子の場合：９７２０
例１のインサートの場合：１０６８１
例２のインサートの場合：５１４８
【００５５】
これらの結果から、高い流体速度が使用される条件下では、インサートによって反応管の内側の乱流が増えずに減ることは明らかである。特に、ここでは、本発明に係る２つのインサートに関して例３で見出される熱伝達の増大が（リング形状の微粒子と比較して）、乱流の増大によるものではないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内部にインサートが配置された反応装置の典型的な概略断面図である。
【図２】 １つの典型的なインサートの概略的な長手方向断面図である。
【図３】 インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。
【図４】 インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。
【図５】 反応管内に配置されたインサートの典型的な端面図である。
【図６】 引き込み位置にあるインサートの１または複数の拡張可能な突起の概略的な長手方向断面図である。
【図７】 拡張位置にある拡張可能な突起の概略的な長手方向断面図である。
【図８】 図６のインサートおよび反応管の概略的な端断面図である。
【図９】 インサートの他の実施形態の概略的な長手方向断面図である。
【図１０】 インサートの概略的な端断面図である。
【図１１】 インサートの概略的な端断面図である。
【図１２】 インサートの概略的な端断面図である。
【図１３】 典型的な結果を示すグラフである。

Claims (10)

1. 多管状反応システム内で流体反応混合物を触媒反応させて流体生成物を形成するプロセスであって、固体微粒子触媒塊を含み且つ熱交換流体によって取り囲まれる少なくとも１つの反応管を通じて反応混合物を案内するとともに、反応管の上流部分が反応混合物の前加熱専用であり、および／または、反応管の下流側部分が生成物の後冷却専用であるプロセスにおいて、反応管の前記上流側部分および／または下流側部分は、熱交換するロッド状のインサートを有し、このインサートは、反応管の全長の１から２０％の長さを有していることを特徴とする、プロセス。
2. 反応混合物がエチレンおよび酸素から成り、生成物がエチレンオキシドから成ることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. インサートは、反応管の全長の１から５％の長さを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のプロセス。
4. インサートの熱伝達率は、内側の管表面積に基づいて、８００から４０００Ｗｍ^−２Ｋ^−１の範囲であり、インサートによって占められる管の部位に沿う圧力降下は、空の管の寸法および表面速度に基づき、１００００から５００００の範囲のレイノルズ数で、０．０５から２０ｋＰａｍ^−１の範囲であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 少なくとも１つのインサートは、コアを有する円筒形状を成しており、コアの断面の外側表面積は、反応管の断面の内側表面積の２０から９０％の範囲であり、インサートは、リング、バー、螺旋、またはこれらの組合せ等の１または複数の表面突起を備え、突起と反応管の内面とが十分に接触することにより、インサートが反応管の内側の所定位置に固定されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
6. 少なくとも１つのインサートが長尺なコアを備え、このコアの断面の外側表面積は、反応管の断面の内側表面積の２０から９０％の範囲であり、コアは、ワイヤメッシュ、ブラシ用剛毛、長手方向に位置決めされた平らな又は波形のプレート、任意の形状および方向のフィンまたは翼、あるいは、これらの組み合わせといった表面突起を備え、突起と反応管の内面とが十分に接触することにより、インサートが反応管の内側の所定位置に固定されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 各突起の表面積および／または厚さは、コアの外周に向って大きくなっていることを特徴とする、請求項６に記載のプロセス。
8. インサートは、その外面を拡張することができる調整手段を有し、これにより、反応管内に取り付けた後、表面突起が反応管の内面と接触し或いは近接するようになることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 少なくとも１つのインサートは、コアが無いロッド状のワイヤメッシュの形態を成し、反応管内に嵌合することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 各インサートは、反応状態下で腐食に耐える金属または合金によって形成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。

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