JP6317415B2 - チューブネスト反応器 - Google Patents

Description

本発明は、触媒気相反応のためのチューブネスト反応器に関するものであって、複数の反応チューブからなるネストと、このネストを囲むシリンダ形状の反応器シェルと、を具備し、シリンダ形状の反応器シェルは、シェルスペースを形成し、このシェルスペース内においては、加熱媒体が、複数の反応チューブの周囲を流通し、反応ガスが、反応チューブの中を流通し、シリンダの両端部領域のそれぞれを囲んでいる加熱媒体の導出経路リングチャネルおよび加熱媒体の戻り経路リングチャネルが、シェルスペースに対して連通しており、これにより、流体が、複数のシェル開口を通して流通し、少なくとも戻り経路リングチャネルが、サブチャネルを有しておらず、外部ポンプの入口が、加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対して連通し、外部ポンプの出口が、加熱媒体の導出経路リングチャネルに対して連通し、外部ポンプが、加熱媒体を、導出経路リングチャネルと、シェルスペースと、戻り経路リングチャネルと、を通して、ループ状でもって循環させる。

チューブネスト反応器は、固定床反応器であり、固定床内で反応するプロセスガス混合物すなわち反応ガスと、個別の加熱媒体と、の間において熱交換を引き起こす可能性を提供する。反応は、基本的には、吸熱反応とも、発熱反応とも、することができる。実質的に粒状触媒をなす固定床は、複数の反応チューブからなるネスト（すなわち、束）のチューブ（反応チューブ）内に配置されている。反応チューブは、一般に、鉛直方向に配置される。反応チューブの両端は、チューブプレートに対して固定されていて、シールされている。反応チューブの周囲において、加熱媒体が、チューブネストを囲んでいる反応器シェル内を流通する。プロセスガス混合物は、一方のチューブプレートに設けられた反応器キャップを介して、複数の反応チューブに対して供給され、他方のチューブプレートに設けられた反応器キャップを介して同様にして抽出される。加熱媒体は、多くの場合、溶融塩とされ、１つまたは複数のポンプによって循環され、反応プロセスの特性に応じて、１つまたは複数の熱交換器によって加熱または冷却される。加熱媒体は、通常、反応器の内部に対して、反応器シェルを囲む複数のリングチャネルを通して、導入または導出される。複数のリングチャネルは、チューブプレートの近傍に配置され、シェル開口によってシェルの内部に対して連通される。シェルの内部は、以下においては、「シェルスペース」と称される。ポンプと熱交換器との双方は、通常は、反応器シェルの外部に配置される。

現代のチューブネスト反応器においては、３０，０００本あるいはそれ以上の数のチューブが設けられる。一様な反応プロセスのために、よって、反応製品の高収率および良好な選択性のために、反応器のそのようなすべてのチューブに関してできるだけ同じ温度分布を得るためには、重要なことは、反応チューブに対して直交した各平面内における加熱媒体の温度の相違および流通条件の相違を、できるだけ小さく維持することである。

反応器の内部における一様な熱伝達のための事前条件は、反応器の外周まわりにおいて、反応器内へと流入する容積流と反応器外へと流出する容積流とが同じであることである。これは、一般に、リングチャネルと反応器内部との間のシェル開口であって、局所的なそれぞれの流通圧力に応じて、反応器の外周まわりにおいて様々に相違する出口横断面積を有したシェル開口によって、得られる。

冷却器を通しての加熱媒体の容積流に関して、一定の動作状況を生成するためには、ＤＥ１９６３３９４Ａは、制御可能なバイパスが熱交換器のケーシング内に設けられた反応器システムであって、制御可能なバイパスが、冷却要求に応じて、より多量のあるいはより少量の加熱媒体を熱伝達表面へと案内するような、反応器システムを提案している。このようにして、冷却器を通しての合計の容積流は、一定に維持される。一実施形態においては、ポンプおよび熱交換器が、反応器の両サイドに配置される。この構成においては、熱交換器から抽出された加熱媒体は、上側の、加熱媒体の戻り経路リングチャネル内へと供給される。その場合、リングチャネルは、２つのリングチャネル半体へと分割され、流通経路の途中で結合され、加熱された加熱媒体の流れは、反応器シェルの開口から導出される。リングチャネルの端部においては、２つの加熱媒体流が、結合して、ポンプに対して供給される。ポンプは、加熱媒体の合計流を、加熱媒体の導出経路リングチャネル内へとポンピングする。そこで、リングチャネルは、再度、２つのリングチャネル半体へと分割され、シェル開口を介して反応器内へと供給される。リングチャネル半体の下流側の他端においては、いくらかの加熱媒体が、熱交換器内へと供給される。反応器からの加熱媒体の流れと、熱交換器からの加熱媒体の流れと、の混合のための個別デバイスは、想定されていない。混合は、主にポンプによって行われる。ポンプを通して、加熱媒体は、大きな乱流度合いで流れる。すなわち、多数の渦および／または大規模な渦を有して流れる。しかしながら、大きな乱流度合いは、ポンプの効率を低減させ、より一層大きなポンピング能力を要求する。

相応して大きなポンピング能力が要求されるような大きな反応器に関しては、ＤＥ３４０９１５９Ａ１は、２つのポンプの間におけるポンピング能力の分割を提案している。２つのポンプは、互いに反対側に位置した場所において、リングチャネルに対して連通される。このようにして、最大のポンピング距離が低減され、要求されるポンピング能力は、それに相応して、低減される。熱交換器は、２つのポンプの間において対称的に配置することが想定される。熱交換器からの戻り流は、複数のアクチュエータによって調整することができる。これにより、反応器の２つのサイドの温度を、制御することができる。この場合にも、個別の混合デバイスは、想定されていない。そして、この場合にも、混合は、主に２つのポンプによって行われる。

ポンプおよび熱交換器は、様々な態様で反応器に付設することができる。例えば、ＷＯ２００４／０５２５２５Ａ１は、ポンプおよび熱交換器が『周縁方向において』互いに異なる位置に配置された反応器を開示している。いくつかの実施形態の例は、１８０°および９０°というオフセットを有した構成を示している。供給チャネルから加熱媒体の導出経路リングチャネル内への、および、導出経路リングチャネルから反応器内部への、加熱媒体の一様な流入は、複数の湾曲したバッフルプレートによって補助される。加えて、ポンプ内における混合を助長するために、複数の混合器を、導出経路リングチャネル内への入口の前方に、あるいは、このチャネル内に、配置することが提案されている。複数の混合器は、複数のグレーティングとして、あるいは、複数の混合チャンバとして、実施される。

ポンプと熱交換器との１８０°というオフセットを有した構成における流れの案内は、ＤＥ１９６３３９４Ａに開示されたものと、同じである。９０°というオフセットを有した構成においては、加熱媒体の導出経路リングチャネル内に、さらに、反応器内部への加熱媒体の流れおよび熱交換器内への加熱媒体の流れを制御するための分離プレートが設けられる。

ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１は、そのような反応器において、反応器内の流通断面積にわたっての加熱媒体の混合は、ごく限られた程度しか起こらないことを述べている。高効率の循環ポンプが要望された場合には、ポンプの混合効率は、また、不十分である。反応器からのおよび熱交換器からの様々な温度の加熱媒体の流れを、これら流れがポンプ内へと流入する前に、大きな程度で混合することが必要であると考えられている。シェル開口を通して反応器から抽出された加熱媒体を、加熱媒体の戻り経路リングチャネル内への流入直後に、加熱媒体の戻り経路リングチャネル内に構築された混合チャネルにおいて、熱交換器からくる加熱媒体と一緒に、混合することが提案されている。同じく加熱媒体の戻り経路リングチャネル内に構築された分散チャネルにより、熱交換器からくる加熱媒体は、多数の微細な個々のジェットへと分割され、各ジェットは、シェル開口を通して流入する加熱媒体の部分流内へと、分散して、均等に混合される。

加熱媒体を循環させるために使用されるポンプは、比較的小さなヘッドでもって大容積流を循環させるという課題を有している。特別な要求がない限りにおいては、ポンプは、できるだけ単純に実施される。すなわち、ポンプは、円筒形のポンプケーシングを備えており、要求に応じて軸方向インペラを備えている。ポンプは、通常、ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１の図４に図示されているように、上側のリングチャネルと下側のリングチャネルとの間に配置されている。しかしながら、加熱媒体が高温であることのために、ポンプおよび駆動モータの多くの部材を、加熱媒体システムの外部に配置することが要望されている。したがって、インペラだけが加熱媒体に対して接触していることが、理想的である。しかしながら、このためには、駆動モータとポンプのインペラとの間の連結シャフトを長いものとする必要がある。小さな振動での動作を確保するためには、シャフトは、適切なベアリング上に取り付けられなければならない、好ましくは、加熱媒体に対して接触することなく取り付けられなければならない。このためには、インペラを『片持ち式に』取り付ける必要がある。回転の臨界速度から十分な距離を得るためには、シャフトは、堅固な構成のものとしなければならない。そこで、連結シャフトの浮遊部分は、製造コストの理由からまたスペース的な理由から、できるだけ短いべきである。しかしながら、そのためには、特殊な構成が必要とされる。

この観点においては、ＪＰ５９１３８７９４Ａの構成が公知である。この文献によると、ポンピングされるべき液体は、単純な流通反転を受ける。この構成におけるポンプは、ポンプガイドチューブと、このポンプガイドチューブを囲むケーシングと、を備えている。液体は、ケーシングの下部の開口を通してケーシング内へと流入し、その後、ケーシングの内壁とポンプガイドチューブの外壁との間の領域を上向きに移動し、ポンプガイドチューブの上部領域の開口を通してポンプガイドチューブの内部へと流入し、ポンプガイドチューブ内を下向きに流れ、ポンプガイドチューブの下部領域の開口を通して流出する。これは、短い浮遊シャフトを得ることを可能とする。なぜなら、インペラの位置を、リングチャネルの形状とは無関係に選択できるからである。

ＤＥ １０１ ２７ ３６５ Ａ１は、ＪＰ５９１３８７９４Ａの改良であって、二重の流通反転を有している。この場合には、加熱媒体は、追加的な流通チャネル内に偏向した後に、反応器の上側リングチャネル内へと上向きに供給される。よって、反応器のチューブネスト内において下向きの流通反転を得ることができる。

ＷＯ２００４／０５２５２６Ａ１は、ポンプと、熱交換器のバイパスと、を備えた反応器を開示している。熱交換器が反応器と並列に設けられている実施形態においては、熱交換器からくる加熱媒体は、まず最初に、外部混合器内において反応器のシェルスペースからくる加熱された加熱媒体と混合され、その後、ポンプ内へと供給される。混合器の構成は、詳細には開示されていない。シェルスペースの部分流と熱交換器の部分流との組合せという構成上の特徴点に関しては、一切提案されていない。

他の実施形態においては、２つの比較的短い反応ゾーンを備えた反応器が開示されている。その場合、ポンプおよび熱交換器は、反応器の周縁まわりの様々なポイントに配置されている。２つの反応ゾーンのポンプは、同じ高さ位置に配置され、好ましくは、上側ゾーンの領域において同じ高さ位置に配置される。これにより、ポンプシャフトを短くすることができ、動作の信頼性を向上させることができる。この構成は、加熱媒体をリングチャネルの所望ポイントへと案内するために、対応する偏向チャネルを必要とする。ポンプとリングチャネルとの間においてチャネルどうしを連結するには、様々な選択肢が存在する。加えて、注入ポンプが例示されており、この注入ポンプは、ポンプの取込領域における圧力を増大させ、よって、ハイパワーポンプにおけるキャビテーション特性を改良する。

混合デバイスは、例えば、ＤＥ２２４５４４２Ａにより公知である。この文献においては、乱流の生成を補助する旋回混合器が開示されている。このデバイスは、多数の捩れたストリップ形状部材を備えている。これら部材は、流通方向において互いに平行とされた多数の組合せで配置することができる。部材の回転方向は、同様とすることも逆向きとすることもできる。混合のために必要とされるエネルギーは、デバイス内を流れる液体の移動によって得られる。

反応器システムを通して加熱媒体を案内するための公知の手法は、主に、個々の容積流の量に対して影響を与えることに関するものである。様々な温度の加熱媒体流どうしが組み合わされた場合には、それらが、追加的なデバイスを必要とすることなく、互いに対して十分に混合されることを、暗黙のうちに仮定している。あるいは、循環ポンプがこの混合に影響を与えることを、暗黙のうちに仮定している。実際、このことは、ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１に開示されているように、効率が最適化されたポンプの場合には、すなわち、流れが最適化されなおかつ乱流度合いが小さなポンプの場合には、当てはまらない。

ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル内における混合デバイスを提案している。しかしながら、提案されたこの手法は、複雑でコスト高のものである。なぜなら、熱交換器からくる冷却された加熱媒体の流れは、リングチャネルの延在長さの全体にわたって、一様に分散されなければならないからである。そのことは、相応して調整された複数の開口を有した追加的な分散チャネルを必要とする。さらに、分散チャネルと、それに続く混合チャネルとは、大きな圧力降下を引き起こし、そのため、熱交換器内における望ましくない背圧を引き起こす。さらに、サブチャネルどうしの間の望ましくない熱伝達が、流通経路に沿って引き起こされる。

ＷＯ２００４／０５２５２６Ａ１において提案されているように、ポンプ内への入口から上流側に外部混合器を配置するには、より大きなスペースを必要とする。しかしながら、通常は、コンパクト化された構成という理由のために、ポンプは、反応器のできるだけ近くに配置することが要望される。混合器によって必要とされるスペースは、この要望と競合する。

ポンプを高効率なものとするためには、ポンプのインペラに対しての流れが最適化された小さな乱流度合いの導入、および、ポンプのインペラを通しての流れが最適化された小さな乱流度合いの流通が、重要であるだけではなく、インペラの導出側に配置された同様に流れが最適化された流通チャネルを設けることも、また、重要である。なぜなら、そうでなければ、ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１やＷＯ２００４／０５２５２６Ａ１に記載されているように、そうでない場合に得られる効率が得られないからである。あるいは、効率の損失は、増大された努力および費用によって他のポイントにおいて補償されなければならないからである。

ＤＥ１９６３３９４Ａ ＤＥ３４０９１５９Ａ１ ＷＯ２００４／０５２５２５Ａ１ ＤＥ １０１ ３７ ７６８ Ａ１ ＪＰ５９１３８７９４Ａ ＤＥ １０１ ２７ ３６５ Ａ１ ＷＯ２００４／０５２５２６Ａ１ ＤＥ２２４５４４２Ａ

したがって、本発明によって解決されるべき課題は、技術分野の項において上述したタイプのチューブネスト反応器を、ポンプの効率をより経済的に向上させ得るように、構成することである。

本発明においては、上記の課題は、請求項１，１１，１３に記載されたチューブネスト反応器によって、解決される。

本発明による複数のチューブネスト反応器によれば、適切な構成に基づき効率向上のために必要であるようなポンプを通しての加熱媒体流の最適化を補助することによって、外部ポンプの効率を向上させることができる。

すなわち、請求項１記載の手法においては、流れが最適化されたポンプにおける混合効果の低減が、加熱媒体の戻り経路リングチャネルの格別の構成によって、補償される。通常は２０Ｋ〜１００Ｋという温度差を有しているような、シェルスペースからの加熱媒体と、メインの熱交換器からの戻りの加熱媒体と、の効果的な混合が、極めて安価に得られる。この場合、加熱媒体の戻り経路リングチャネルは、その長さ全体にわたっておよびその横断面積全体にわたって回転混合器として構成され、熱交換器からの戻り流の全体が、分割された２つのリングチャネル部分どうしの連結ポイントのところにおいて、リングチャネルの横断面積の全体内へと導入される。熱交換器からの加熱媒体の戻り流と、シェル開口を通してのシェルスペースからの加熱媒体の部分流と、の迅速かつ完全な混合を得るために、加熱媒体の戻り経路リングチャネルの各部分は、リングチャネル部分の長手方向軸線まわりにおける戻り流の回転を引き起こすための少なくとも２つのデバイスを有している。それらデバイスは、リングチャネル部分に沿って分散して配置されている。これにより、戻り流を、リングチャネル部分内への流入直後に回転させ、加熱媒体の戻り経路リングチャネルの出口のところにおける、すなわち、外部ポンプに対しての供給路のところにおける、他方のリングチャネル部分からの加熱媒体流に対しての合流直前まで、その回転を継続させる。これにより、戻り流と、回転する戻り流に対して横方向から合流することとなるシェル開口からの部分流と、の迅速かつ完全な混合が、確実に達成される。双方のリングチャネル部分における互いに比例的な、一様な混合は、すなわち、混合された加熱媒体流における等温的な混合は、メインの熱交換器からリングチャネル部分内へと導入された加熱媒体の部分流どうしの容積比率が、２つのリングチャネル部分どうしの長さの比率に対応していることによって、確保される。シェル開口の種類およびサイズは、加熱媒体流が、シェルスペースから加熱媒体の戻り経路リングチャネルへと周縁まわりに一様に分散されて流入し得るように、構成される。よって、加熱媒体の戻り経路リングチャネルからの加熱媒体流は、外部ポンプへと流入する際には、横断面積の全体にわたって完全にかつ一様に混合される。これにより、さらなる混合が不要である。したがって、ポンプは、排他的に、流れを最適化することができる、すなわち、他の混合効果に関係なく、流れの最適化を得ることができる。そのような大容量ポンプの使用により、単一のポンプによって反応器を動作させることができる。

請求項１１の手法においては、ポンプにおける低減された混合効果が、第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネルによって、補償される。第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネルは、ポンプケーシングのうちの、上を向いた同心領域を囲み、液体が、ポンプケーシングの周縁まわりに分散して配置された多数の開口を通してインペラへの供給路に対して流れ得るようにして、連結される。請求項１のようにシェルスペースを囲む加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対してではなくて、インペラに対して、メインの熱交換器の出口が取り付けられている。

ポンプケーシングのうちの、インペラへの供給路内において軸方向に上を向いた同心領域は、インペラに対しての回転対称的な流れを引き起こす。これは、同心領域を囲む第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネルによって行われる。第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネルは、供給領域の周縁全体にわたって、メインの熱交換器からの戻り流を、第１の加熱媒体の戻り経路リングチャネルを介してシェルスペースからくる加熱媒体流内へと、比例させる。メインの熱交換器からの戻り流は、供給領域内において回転対称的に分散される、すなわち、供給領域の周縁全体にわたって回転対称的に分散される。このようにして、シェルスペースからくる大容積の加熱媒体流に対しての、熱交換器からの戻り流の混合効果を、比例手段の構成によって、単純な態様で得ることができる。これにより、十分な混合のためにインペラの入口までの長い流通経路を設けることが、もはや不要である。よって、インペラ領域は、加熱媒体流の最適化のために、すなわち、ポンプ効率の最適化のために、排他的に、構成することができる。

さらなる手法として、請求項１３は、鉛直方向から水平方向への加熱媒体流体の偏向領域の格別の構成に基づいて、偏向領域の製造コストを低減させつつ、インペラの加圧サイドにおける加熱媒体流の最適化を提案する。偏向領域の壁を、鉛直方向と水平方向とに延在する２つのシリンダの交差だけによって形成されていることにより、加熱媒体の極度に小さな乱流度合いの偏向が、得られる。なぜなら、デッドコーナーが生成されないからであり、すなわち、デッドなウォータゾーンが生成されないからであり、一方においては、横断面の先鋭な偏向および突然的な拡径が回避されるからである。他方においては、単純で安価な部材からの製造が可能である。このような小さな乱流度合いの偏向は、それ自体が既に流れの最適化であり、ポンプ効率の向上を引き起こす。しかしながら、これに加えて、上流側の領域におけるさらなる流れの最適化が可能である。なぜなら、偏向領域において形成された過度の渦を有した流れによって打ち消されることがないからである。

好ましい実施形態においては、請求項１に記載されたチューブネスト反応器においては、メインの熱交換器の出口が、加熱媒体の戻り経路リングチャネルへの連結チャネルによって連結され、この連結チャネル内において、加熱媒体からの戻り流を２つのリングチャネル部分へと比例的に分割するための手段が設けられる。このようにして、加熱媒体の戻り経路リングチャネルは、加熱媒体の戻り経路リングチャネルを２つのリングチャネル部分へと分割するための分離壁を除いては、そのような手段を設ける必要がない。これにより、回転を生成するためのデバイスを、連結ポイントの近傍において、リングチャネル部分内に、排他的に設けることができる。加えて、連結チャネル自体からの影響を、連結チャネル内の対応手段によって、補償することができる。

例えば、本発明の有利な態様においては、メインの熱交換器の出口から２つの部分の連結ポイントへの流通経路の長さは、相異するものとすることができ、連結チャネル内における分割手段の構成は、また、これらの相異を補償することができる。

例えば、径方向内側の流通経路を径方向外側の流通経路よりも短いものとし得るよう連結チャネルが円弧形状のものとして構成されているならば、メインの熱交換器は、反応器シェルの出口サイドに対してできるだけ近くに取り付けることができる。これにより、一方においては、構築のためのスペースを低減し得るとともに、他方においては、反応器シェルの支持体上におけるメインの熱交換器の支持体の構成を単純なものとすることができる。

本発明の有利な態様においては、１つまたは複数の補助的な熱交換器が、メインの熱交換器に対して連結され、補助的な熱交換器の各々からの戻り流が、分割手段を通過する。そのような補助的な熱交換器は、例えば取込ガス予熱器やスチーム過熱器といったような、さらなるプロセスステージのための熱交換器とされる。加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対しての補助的な熱交換器の直接的な連結は、リングチャネル部分内を流れる加熱媒体の容積比率における不均衡を引き起こす。補助的な熱交換器の各々からの戻り経路がメインの熱交換器に対して連結されているならば、さらに、戻り流が分割手段を介して案内されているならば、戻り流も、自動的に分配される。このため、不均衡が起こらない。加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対しての補助的な熱交換器の直接的な連結は、無視できる程度の量の加熱媒体しか導入されない場合にのみ、可能である。

メインの熱交換器に関する連結ポイントと、ポンプに関する連結ポイントとが、互いに対して９０°〜１８０°というオフセットでもって配置されていることが、有利である。リングチャネル部分の長さが、反応器シェルの周縁の少なくとも４分の１である場合には、戻り経路の流れに回転を引き起こすためのデバイスの数が比較的少数であったとしても、すなわち、回転速度が比較的小さなものであったとしても、十分な混合効果が既に得られている。１８０°というオフセットの場合には、対称性が存在し、このため、特に、分割手段の構成および製造が大幅に簡略化される。

本発明の好ましい実施形態においては、回転を引き起こすための２つまたはそれ以上のデバイスの各々が、バッフルプレートとされ、バッフルプレートが、リングチャネルの少なくとも１つの壁上に、設けられ、バッフルプレートが、戻り流内にリングチャネルの長手方向軸線に対して直角とされた接線方向速度成分を形成するように、構成されている。このようにして、リングチャネル部分の長手方向軸線まわりにおける戻り流の回転が、より少ない技術的努力であっても、得られる。

シェル開口から流出する部分流の流れ方向において、偏向によって、部分流に接線方向速度成分を誘起して回転を引き起こすためのデバイスが配置されていることが、特に好ましい。これは、混合効果を、より明瞭なものとする。なぜなら、シェル開口からくる加熱媒体の各部分流に対して、戻り流に対しての接線方向に部分流を偏向させるデバイスが割り当てられているからであり、それにより、混合効果が増強されるからである。

回転を打ち消すためのデバイスが、ポンプの前方側において２つのリングチャネル部分の合流箇所に配置されていることが、有利である。このようにして、合流した合計の加熱媒体内における渦が、大幅に回避され、これにより、ポンプ効率に関して、流れが最適化される。

本発明の特に有利な態様においては、デバイスが、複数の水平方向に配置されたなおかつ鉛直方向に離間されたプレートを備え、これらプレートが、最後のシェル開口からポンプ導入パイプ内へと、リングチャネル部分内における加熱媒体の流れ方向において、２つのリングチャネル部分の幅全体にわたって延在し、これにより、複数のプレートが、複数の隙間を形成し、隙間の各々が、リングチャネル部分内に位置した２つの導入側面と、ポンプ導入パイプ内に位置した１つの導出側面と、を有している。これにより、加熱媒体流内における回転の打ち消しが、極めて効果的ななおかつ安価な態様で、得られる。

隙間が、２つの導入側面のところにおいて高さ方向において交互的に少なくとも部分的に閉塞されることが、特に好ましい。このようにして、リングチャネル部分からの２つの衝突する加熱媒体流の層状化が得られ、これにより、これら２つの加熱媒体流の混合の改良が得られる。

請求項１１に記載されたチューブネスト反応器の好ましい実施形態においては、ポンプケーシング開口が、比例手段として構成され、２つまたはそれ以上の列をなす比例手段が、ポンプの軸線方向において、上下方向に多段で配置され、供給路内における複数の列が、ポンプに対して径方向に互いにオフセットされている。メインの熱交換器からポンプの供給路内への戻り流の軸線方向と径方向との双方においてオフセットされたこの通過により、特に微細に分配された比例配分が達成され、これにより、比例によって極めて強烈な混合が得られ、これにより、比例ポイントからインペラへの極めて短い流通経路を構築することができる。

請求項１３の記載されたチューブネスト反応器の好ましい実施形態においては、外部ポンプが、インペラの加圧サイドに、ディフューザを備え、加圧サイドの拡径が、収束形状のコアによって少なくとも部分的に形成されている。ディフューザの効果は、流通チャネルの壁からの流れの分離を大いに防止するものであり、運動エネルギーから圧力エネルギーへの最適の変換を可能とする。収束コアを配置することにより、チャネルの外壁を、一定の直径を有したものとして、すなわち、シリンダ部分として、構築することができる。

好ましくは、チャネルの下流側には、偏向領域が配置されている。偏向領域の横断面積は、流れ方向において拡径している。この手段は、ポンプの出口から加熱媒体の導出経路リングチャネルの入口への他のディフューザを形成する。これにより、詳細に上述したように、運動エネルギーから圧力エネルギーへの変換が最適化される。

本発明につき、以下においては、添付図面を参照して、より詳細に例示する。

本発明によるチューブネスト反応器の第１実施形態を概略的に示す図である。 図１ａにおけるＩｂ−Ｉｂ線に沿った矢視断面図である。 図１ｂにおけるＩＩａ−ＩＩａ線に沿った矢視断面図であって、リングチャネル部分の長手方向軸線まわりにおける戻り流の回転を引き起こすためのデバイスに関する第１実施形態を示している。 図２ａにおけるＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った矢視断面図である。 図２ａと同様の断面図であって、リングチャネル部分の長手方向軸線まわりにおける戻り流の回転を引き起こすためのデバイスに関する第２実施形態を示している。 図４ｂにおけるＩＶａ−ＩＶａ線に沿った平面図であって、回転を打ち消すためのデバイスを示している。 図４ａにおけるＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った矢視断面図である。 本発明におけるポンプインペラの圧力サイドにおける偏向領域の一実施形態を示す概略的な図である。 図４ｃにおけるＩＶｄ−ＩＶｄ線に沿った矢視断面図である。 本発明によるチューブネスト反応器の第２実施形態におけるポンプを概略的に示す図である。 図５ａにおける細部Ｖｂを拡大して示す図である。 図５ａにおける細部Ｖｃを拡大して示す図である。 図５ｃにおけるＶｄ−Ｖｄ線に沿った平面図である。 本発明によるチューブネスト反応器を概略的に示す部分断面図であって、メインの熱交換器に関する一実施形態を示している。 加熱媒体の導出経路リングチャネルの長手方向断面図であって、図７ｂにおけるＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿った図である。 図７ａにおけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿った矢視断面図であって、加熱媒体の導出経路リングチャネルに隣接したシェルスペースの一部を示している。

図１ａおよび図１ｂは、チューブネスト反応器１を示している。チューブネスト反応器１は、メインの反応器ボディ２と、外部の加熱媒体ポンプ３と、外部のメインの熱交換器４と、外部の補助的な熱交換器５と、を具備している。

メインの反応器ボディ２は、円筒形の（すなわち、シリンダ形状の）反応器シェル６を備えている。反応器シェル６は、複数の鉛直方向の反応チューブ７からなるネスト（図１ｂには図示されていない）を囲んでいる。複数の反応チューブ７は、上側チューブプレート８および下側チューブプレート９のところにおいて、両端部が固定されてシールされている。反応シェル６およびチューブプレート８，９は、協働して、シェルスペース１０を形成している。シェルスペース１０内においては、加熱媒体１１が、反応チューブ７の周囲を流通している。図示の例示としての実施形態においては、反応ガス１２が、複数の反応チューブ７を通して、下向きに流されている。

図示の例示としての実施形態においては、反応器キャップ１３が、ガス入口キャップ１３として、上側チューブプレート８上に設けられており、反応器キャップ１４が、ガス出口キャップ１４として、下側チューブプレート９上に設けられている。反応チューブ７の端部は、開口しており、液体が反応器キャップ１３，１４に対して流れ得るように、連通されている。反応ガス１２は、図示していない供給パイプから供給され、入口ノズル１５を通して、ガス入口キャップ１３内へと流入し、そして、複数の反応チューブ７を通して流れる。複数の反応チューブ７からは、反応済みガス１２が、ガス出口キャップ１４内へと流入し、ガス出口ノズル１６を通して、ここでは図示していない排出パイプ内へと流入する。

反応器シェル６は、２つのチューブプレート８，９の近傍において、リングチャネル１７，１８によって囲まれている。リングチャネル１７，１８は、液体が多数のシェル開口１９を通してシェルスペースに対して流れ得るようにして、連通されている。多数のシェル開口１９は、反応器シェル６に形成されていて、周縁まわりに沿って互いに離間されている。シェル開口１９のタイプおよびサイズは、加熱媒体１１がシェルスペース１０の内外にわたって周縁方向において一様に分散して導出入され得るように、構成されている。

図示の例示としての実施形態においては、加熱媒体１１は、図１ａにおいて、シェルスペース１０から上側リングチャネル１７内へと流れる。上側リングチャネル１７は、以下においては、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７と称される。加熱媒体１１は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７から、供給パイプ２０を介して、ポンプ３の入口２１へと流れる。ポンプ３の出口２２は、出口パイプ２３を介して、図１ａにおける下側リングチャネル１８へと接続されている。下側リングチャネル１８は、以下においては、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８と称される。これにより、加熱媒体１１は、ポンプ３から、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８内へと流れ、このリングチャネル１８から、シェル開口を通して、シェルスペース１０内へと流れる。

加熱媒体流１１の一部は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８から、連結パイプ２４を介して、メインの熱交換器４へと流れ、さらに、メインの熱交換器４から、戻り経路パイプ２５を介して、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７へと流れる。よって、メインの熱交換器４の入口２６は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８に対して接続されており、メインの熱交換器４の出口２７は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７に対して接続されている。

補助的な熱交換器５は、メインの熱交換器４と並列に接続されている。補助的な熱交換器５の入口２８は、入口パイプ２９を介して、メインの熱交換器４の連結パイプ２４に対して接続されている。補助的な熱交換器５の出口３０は、出口パイプ３１を介して、メインの熱交換器４に対して接続されている。これにより、補助的な熱交換器５からの戻り流３２は、メインの熱交換器４からの戻り経路パイプ２５を介して、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内へと供給される。

図１ｂは、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の高さ位置において図１ａのチューブネスト反応器１を示す水平方向の断面図である。特に、シェルスペース１０から加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内への加熱媒体１１の流れと、メインの熱交換器４および補助的な熱交換器５からの加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内への加熱媒体１１の流れと、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７からポンプ３に対しての加熱媒体１１の流れと、を見ることができる。

図示の例示としての実施形態においては、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７に対してのポンプ３の連結ポイント３３と、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７に対してのメインの熱交換器４の連結ポイント３４とは、約１５０°または２１０°だけ、互いにオフセットされている。よって、連結ポイント３３，３４は、径方向において互いに反対側に位置したものではなく、これにより、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７は、より短いリングチャネル部分３５と、より長いリングチャネル部分３６と、を有している。

シェルスペース１０からは、加熱媒体１１は、複数のシェル開口１９を通して、リングチャネル部分３５，３６へと流入する。複数のシェル開口１９は、反応器シェル１６の周縁全体にわたって分散して配置されている。

メインの熱交換器４を加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７に対して接続している出口パイプすなわち戻り経路パイプ２５は、円弧形状の連結チャネルとして構成されている。戻り経路パイプ２５内には、分割手段３７が構築されている。分割手段３７により、２つのリングチャネル部分３５，３６内へと導入される加熱媒体容積または加熱媒体流３８，３９の容積比率を、互いに調整される。これにより、この容積比率を、リングチャネル部分３５，３６の長さ比率に対応したものとすることができる。この目的のために、分割手段３７は、分離壁４０を有している。分離壁４０は、連結チャネル２５に沿って、連結チャネルの入口領域から、反応器シェル６へと、延在している。分離壁４０は、連結チャネル２５の高さ全体にわたって鉛直方向に延在しており、連結チャネルの壁に対して堅固に溶接されている。リングチャネル１７内においては、分離壁４０は、リングチャネル１７の横断面にわたってリングチャネル部分３５，３６の長手方向軸線に対して直角でもって、鉛直方向に延在しており、これにより、リングチャネル１７を、２つのリングチャネル部分３５，３６へと分割している。分離壁４０は、リングチャネル１７の上部壁および下部壁に対して、および、反応器シェル６に対して、堅固に溶接されている。連結チャネル２５の入口領域においては、分離壁４０は、この分離壁４０を横断するプレートに対して溶接されており、このプレートは、連結チャネル２５の壁と協働して、２つのリングチャネル部分３５，３６内における加熱媒体流のための比例開口４２，４３を形成している。比例開口４２，４３のサイズは、２つのリングチャネル部分３５，３６内を流れる加熱媒体流３８，３９の容積比率を２つのリングチャネル部分３５，３６の長さ比率の対応させ得るように、構成されている。

メインの熱交換器４に対して、補助的な熱交換器５が連結されている。補助的な熱交換器５の加熱媒体流３２は、メインの熱交換器４を通して連結チャネル２５へと流れ、上述したように、２つのリングチャネル部分３５，３６へと分割される。

２つのリングチャネル部分３５，３６内には、多数のデバイス４４が配置されている。デバイス４４は、リングチャネル部分３５，３６の長手方向軸線まわりにおける戻り流４５，４６の回転を引き起こす。戻り流４５，４６は、リングチャネル部分３５，３６内において、メインの熱交換器４および補助的な熱交換器５からの戻り流３８，３９と、シェルスペース１０からシェル開口１９を通して流れる加熱媒体の部分流４７と、から構成されており、以下においては、合計戻り流と称される。シェル開口１９からの加熱媒体の部分流４７は、リングチャネル部分３５，３６に沿って流れている合計戻り流４５，４６を横方向に衝撃する。これにより、特に効果的な混合は、回転混合に起因することができる。

よって、熱交換器４，５からの戻り流３８，３９と、シェル開口１９を通して流入する加熱媒体の部分流４７とは、合計戻り流４５，４６内において組み合わされる。合計戻り流４５，４６に対しては、なおも下向きに流入する加熱媒体の部分流４７が、混合される。

外部ポンプ３に対しての供給の前に、２つのリングチャネル部分３５，３６からの２つの合計戻り流４５，４６は、単一の加熱媒体戻り流４８へと結合され、ポンプ３内へと流入する。

２つのリングチャネル部分３５，３６に起因して互いに衝突する２つの合計戻り流４５，４６は、同じ温度を有している。なぜなら、一方においては、シェルスペース１０からの加熱媒体の部分流４７を有した加熱媒体の戻り流３８，３９の一様な混合が、双方のリングチャネル部分３５，３６において起こるからであり、加えて、リングチャネル部分３５，３６内における容積流が、それらの長さ比率に対応していて、そのため、双方のリングチャネル部分３５，３６内において、同等の効果的な混合が得られるだけではなく、同じ混合温度が得られるからである。

図２ａおよび図２ｂは、リングチャネル部分の長手方向軸線まわりにおける戻り流の回転を引き起こすために、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内に設けられたデバイスの第１実施形態を示している。

図２ａは、反応器１のシェルスペース１０のうちの、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の部分３５に隣接した部分を示している。シェルスペース１０を通して鉛直方向に延在している複数の反応チューブ７は、それらの長手方向軸線によって、概略的に図示されているに過ぎない。複数の反応チューブ７は、上側チューブプレート８において終端している。複数の反応チューブ７は、上側チューブプレート８のところにおいて気密的にかつ液密的に固定されており、液体が、チューブプレート８上に設けられた上側反応器キャップ１３（ここでは図示していない）に対して流れ得るようにして、連結されている。加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７は、反応器シェル６の外側に対して溶接されており、液体が多数のシェル開口１９を介してシェルスペース１０に対して流れ得るようにして、連結されている。複数のシェル開口１９は、反応器シェルの外周の全体にわたって分散して配置されている。これにより、対応して分散している多数の加熱媒体の部分流は、シェルスペース１０から、シェル開口１９を介して、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７へと、流入することができる。図示の例示としての実施形態においては、複数のシェル開口１９は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の中央の高さ位置に配置されている。

加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７のうちの、シェル開口１９とは反対側に位置した鉛直方向の外壁４９上には、傾斜した流通ガイドプレート（あるいは、バッフルプレート）５０が、配置されている。流通ガイドプレート５０は、図示の例示としての実施形態においては、流れ方向において、下向きに延在している。これら流通ガイドプレート５０は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の内方へと所定距離にわたって、好ましくは、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の全幅の１０％〜４０％にわたって、延在している。図示の例示としての実施形態においては、流通ガイドプレート５０の水平方向に対しての傾斜角度は、約２０°とされている。状況によっては、例えば加熱媒体の種類や加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の寸法によっては、傾斜角度は、好ましくは、１０°〜４５°という範囲とされる。

このようにして、少ない製造努力でもって、戻り流４５は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の横断面積の全体にわたって回転するように設定される。これにより、シェル開口１９から横方向に流入する加熱媒体の部分流４７に対しての、極めて効果的な混合が得られる。これにより、完全な混合が確保される。

熱交換器４，５から加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７へと流入する加熱媒体流３８，３９は、外壁６，４９，５１ａ，５１ｂの間においてそれぞれのリングチャネル部分３５，３６の横断面積の全体にわたって、流れる。戻り流４５，４６を横断面内の一部だけに制限してしまうようないかなるタイプのバッフルも、必要ではない。熱交換器からの戻り流３８，３９と、シェル開口１９からの加熱媒体流４７と、の双方は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の全横断面内へと直接的に導入され、そこで混合される。

図３に示す実施形態においては、流通ガイドプレート５２は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内において、各シェル開口１９の前方に配置されている。流通ガイドプレート５２は、加熱媒体流４７が加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内へと流入した直後に、リングチャネル１７の底部プレート５１ｂに向けて加熱媒体流４７を偏向させる。これにより、長手方向軸線に沿って流れる合計戻り流４５，４６内へと、横方向において偏心的に、加熱媒体流４７を供給する。加熱媒体の部分流４７のこの偏心的な供給は、戻り流４５，４６を回転させ、この回転により、戻り流４５，４６と加熱媒体の部分流４７との効果的な混合が引き起こされる。

図４ａ〜図４ｄは、流れが最適化されたポンプ３を示している。このポンプ３は、ポンプ導入パイプ２０，２１と、ポンププロペラすなわちポンプインペラ５３と、ポンプ出口部分２２，２３と、を備えている。図４ｂに示すように、図示の例示としてのこの実施形態においては、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７と、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８とは、反応器シェル６の高さ方向の中央位置において直接的に隣接しており、上側チューブプレート８または下側チューブプレート９の近傍にまで延在している。

図４ａは、２つの合計戻り流４５，４６の結合を示している。すなわち、加熱媒体の一部は、２つのリングチャネル部分３５，３６から、加熱媒体の合計流４８内へと流れ、さらに、導入パイプ２０，２１から、プロペラまたはインペラ５３へと流れる。結合箇所においては、加熱媒体の部分流４５，４６における回転を打ち消すためのデバイス５４が配置されている。デバイス５４は、鉛直方向において多段に積層され、水平方向に延在し、鉛直方向において互いに離間した、複数のプレート５５を有している。プレート５５は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７の幅全体にわたって延在している、あるいは、２つのリングチャネル部分３５，３６の幅全体にわたって延在している。プレート５５は、２つのリングチャネル部分３５，３６の最後のシェル開口１９どうしの間において反応器シェル６に対して溶接され、導入パイプ２０内へと延在しており、導入パイプ２０の壁５６に対しても溶接されている。プレート５５どうしの間の隙間５７は、各リングチャネル３５，３６内に導入側面５８，５９を形成しているとともに、導入パイプ２０内に導出側面６０を形成している。隙間５７は、２つの導出側面５８，５９のところにおいて、ブロック壁５８ａ，５９ａによって、『高さ方向に横断して』交互的に、少なくとも部分的に閉塞することができる。流通ガイドプレート６０ａが、隙間５７内に配置されている。加熱媒体の部分流４５，４６は、プレート５５の間の隙間５７を通して流れ、その後、加熱媒体の合計流４８として流れ、環状のポンプ入口スペース６１内へと流入し、ポンプインペラ５３を通って流れる。

ポンプインペラ５３は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７よりも上に配置されており、入口ノズル６２によって周縁まわりに囲まれている。加熱媒体は、ポンプ入口スペース６１を通り、まず最初に、上向きに移動し、その次に、インペラ５３を通って、下向きに移動する。

ポンプインペラ５３および入口ノズル６２の上方には、環状形状の入口バッフルプレート６３が、同軸的に配置されている。入口バッフルプレート６３は、径方向においては円弧形状で構成されており、凸状の上面を有している。この入口バッフルプレート６３は、できるだけ最小の乱流度合いでもって、ポンプインペラ５３に向けての、加熱媒体流４８の回転した対称的な流れ反転を引き起こす。加熱媒体流４８の一部は、入口バッフルプレート６３の底面に沿ってポンプインペラ５３へと案内され、加熱媒体流４８の他の部分は、入口バッフルプレート６３の上面に沿って、入口バッフルプレート６３の中央開口を通して、ポンプインペラ５３へと案内される。

入口ノズル６２の下流端のところにおいては、入口ノズル６２は、同軸的に配置された円錐台シェル６５に対して周縁まわりにおいて緊密に連結されている。円錐台シェル６５は、流れ方向において拡径しており、内部ディスプレーサ（内部濾過器）６７付きの出口ステータ６６を囲んでいる。円錐台シェル６５の上流側端部における直径は、ポンプインペラ５３の外径にほぼ対応している。内部ディスプレーサ６７は、円筒形状の構成のものとされ、円錐台シェル６５内において同軸的に配置されている。内部ディスプレーサ６７は、出口ステータ６６の径方向に延在する出口ガイドベーン６８を介して、円錐台シェル６５に対して固定されている。

円錐台シェル６５の下流側には、円筒形のディフューザシェル６９が配置されている。ディフューザシェル６９の内部には、コアディフューザ７０が同軸的に配置されている。コアディフューザ７０は、ディフューザシェル６９の下流側端部まで延在している。コアディフューザ７０は、内部ディスプレーサ６７に対して固定されており、下流側端部に向けて先細りとなっている。これにより、ディフューザシェル６９のところの流通断面積は、しだいに広がっている。ディフューザシェル６９の壁からの流れの分離を大いに回避するというディフューザの効果により、運動エネルギーから圧力エネルギーへの最適の変換を得ることができる。よって、ポンプ効率を向上させることができる。連結ポイント７１のところにおいては、円錐台シェル６５の直径とディフューザシェル６９の直径とは、同じであり、連結ポイント７２のところにおいては、内部ディスプレーサ６７の直径とコアディフューザ７０の直径とは、同じである。よって、横断面積における急激な変化は存在しない。

円筒形のポンプケーシング７３は、ディフューザシェル６９と、円錐台シェル６５と、入口ノズル６２と、入口バッフルプレート６３と、を収容しており、供給チャネル２０の出口に対して取り付けられている、よって、加熱媒体流４５，４６の回転を打ち消すためのデバイス５４に対して取り付けられている。

ポンプケーシング７３は、一方においては、円筒形のケーシング壁７４と、他方においては、ディフューザシェル６９および円錐台シェル６５および入口ノズル６２と、の間に、環状のポンプ入口スペース６１を形成する。そのスペース６１内においては、積層プレート５５から流出した加熱媒体４８が、ディフューザシェル６９と円錐台シェル６５と入口ノズル６２との周縁全体にわたって広がり、上向きに流れる。上方から入口ノズル６２内に向けて、湾曲した入口バッフルプレート６３が、加熱媒体流４８を、ポンプインペラ５３に向けて、上向き流から下向き流へと偏向させる。

入口バッフルプレート６３の上方の所定距離のところには、水平方向の分離プレート７５が設置されている。水平方向の分離プレート７５は、ポンプケーシング７３の壁７４に対して取り付けられており、ポンプ入口スペース６１を、その上方の均衡化ベッセル７６から分離させる。均衡化ベッセル７６内にも、加熱媒体１１が設けられている。加熱媒体１１は、均衡化開口（図示せず）を介して、ポンプ入口スペース６１へと流入し得るとともに、ポンプ入口スペース６１から流出することができる。これにより、熱的な理由による容積変動を補償することができる。均衡化ベッセルすなわち膨張ベッセル７６は、ポンプケーシングの上側境界壁すなわちカバー７７によって閉塞される。ポンプケーシングの下部境界７８は、水平方向の底板によって形成されている。水平方向の底板は、ディフューザシェル６９を挿通させている。底板７８は、ディフューザシェル６９の外側面に対して緊密に溶接されている。

ポンプケーシング７３のカバー７７上には、ポンプインペラ５３を駆動するためのモータ７９に対してのポンプシャフト８０のベアリング（図示せず）が、配置されている。モータ７９は、ポンプシャフト８０を介して、ポンプインペラ５３に対して連結されている。ポンプシャフト８０は、上側のシャフト用貫通穴８１によってカバー７７を貫通しており、下側のシャフト用貫通穴８２によって分離プレート７５を貫通している。

ポンプ出口部分２２，２３においては、すなわち、インペラ５３からの出口サイドにおいては、加熱媒体流４８は、ディフューザ６９，７０を鉛直方向に下降し、偏向領域８３によって水平方向へと偏向される。偏向領域８３は、上流側においては、ディフューザシェル６９と連通しており、下流側においては、連結ノズル８４と連通している。連結ノズル８４は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８に対して連通している。

偏向領域８３は、２つの交差シリンダ８５，８６のセグメントから構成されている。一方のシリンダ８５は、ポンプケーシング７３の内部および外部の双方において、流れ方向において鉛直方向に延在している。ポンプケーシング７３の内部においては、シリンダ８５は、円筒形のディフューザシェル６９を形成しており、そして、ポンプケーシング７３の外部においては、シリンダ８５は、偏向領域８３の壁の鉛直方向部分を形成している。偏向領域８３の中には、流れバッフルプレート８３ａが配置されている。流れバッフルプレート８３ａは、加熱媒体流の一様な偏向を引き起こす。流れバッフルプレート８３ａは、好ましくは、円筒形セグメントという態様で単純に湾曲されている、あるいは、多角形状に曲げられている。

他方のシリンダ８６は、水平方向に、すなわち、加熱媒体１１，４８の流れ方向に対して横方向に、延在しており、図４ｃにおいては円として図示されている。この「水平方向に延在するシリンダ」のうち、実線で図示されている部分８７だけが使用されている。すなわち、部分８７は、図４ｃにおいては、四分円として図示されている。破線で図示されているような、円の残部は、円筒形状の初期形状を図示するためだけに機能している。

２つのシリンダ８５，８６の直径は、図４ｃに示すように、互いに異なるものとすることができる。これにより、シリンダ８５の長手方向軸線８８と、シリンダ８６の長手方向軸線８９とは、交差することがない。シリンダ８６の長手方向軸線８９は、好ましくは、部分８７が連結ノズル８４の底部内へと接線方向に連接するように、位置合わせされている。

図４ｄは、平面視において、偏向領域８３の形成における２つのシリンダ８５，８６の共有を示している。加えて、連結ノズル８４は、偏向領域８３に対しての連結シーム９０を有するものとして、図示されている。連結ノズルは、偏向領域８３から加熱媒体の導出経路リングチャネル１８に向けて拡径している。これにより、ディフューザ効果が、連結ノズル８４においても得られる。よって、流通状況がさらに最適化される。

偏向領域８３の湾曲した側壁は、すなわち、図４ｄにおける上側および下側は、鉛直方向に延在するシリンダ８５の部分によって形成されている。流れ方向における連結用の傾斜した側壁は、すなわち、図４ｄにおいて左側に延在する部分は、連結ノズル８４によって形成されている。下流側の境界壁、すなわち、図４ｄにおける右側の部分と、図面がなす平面における連結用の底壁とは、図４ｃに示すように、水平方向シリンダ８６の上述した（湾曲した）壁セグメント８７によって形成される。

図５ａは、チューブネスト反応器に関しての、図４ｂと同様の部分を示しているものの、この場合には、メインの熱交換器４の出口２７が、ポンプ３に対して接続されている。

この実施形態においては、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内の戻り流９１は、反応器１のシェルスペース１０からの加熱媒体１１だけから構成されている。メインの熱交換器４からの戻り流９２との混合は、ポンプ入口スペース６１に到達するまでは、起こらない。

図５ａの実施形態においては、ポンプケーシング７３は、ケーシング壁を完全に囲むリングチャネル９３を備えている。図示の例示としての実施形態においては、ポンプインペラ５３の高さ位置に、ケーシング壁を完全に囲むリングチャネル９３を備えている。ポンプケーシング９３は、液体を流通させ得る多数のポンプケーシング開口９４を介して、環状のポンプ入口スペース６１に対して連通している。多数のポンプケーシング開口９４は、ケーシング壁７４の周縁全体にわたって分散して配置されている。ポンプケーシング開口９４は、上下に整列した複数の列として配置することができる。すなわち、加熱媒体１１の流れ方向に整列した複数の列として配置することができる。好ましくは、ポンプケーシング開口９４は、比例手段９５として構成されている。比例手段９５は、ポンプ入口スペース６１内において、径方向において互いにオフセットされた状態で、終端している。すなわち、加熱媒体１１の流れ方向に対して横方向に互いにオフセットされた状態で、終端している。このようにして、熱交換器からの戻り流９２は、シェルスペース１０からの加熱媒体流９１内へと案内されたときには、既に細かく分散されている。これにより、この目的のために、大きな混合が既に起こっている。よって、十分な混合を得るに際して、ポンプインペラ５３内への長い経路が不要である。

ポンプインペラ５３と円錐台シェル６５と内部ディスプレーサ６７とディフューザシェル６９とコアディフューザ７０とからなる下向きの流通チャネルは、図４ｂと実質的に対応している。ただし、ここでは、内部ディスプレーサ６７とコアディフューザ７０とは、図示されていない。

しかしながら、図５ａに示す実施形態においては、偏向領域８３からの加熱媒体流４８の一部は、メインの熱交換器４に向けて、ポンプインペラ５３の導出側へと、案内される。偏向領域８３からメインの熱交換器４への連結パイプ９６は、バルブ９７を備えている。バルブ９７を使用することにより、流れの容積を調整することができる。

この実施形態においても、また、入口バッフルプレート６３が設けられている。入口バッフルプレート６３は、加熱媒体流９１を、環状のポンプ入口スペース６１内における上向き流から、ポンプインペラ５３に向かう下向き流へと、反転させる。

この場合にも、ポンプ入口スペース６１は、分離プレート７５によって、上方に位置する均衡化ベッセルから分離されている。均衡化ベッセル７６は、カバー７７によって上面が閉塞される。カバー７７上には、モータ７９が配置されている。モータ７９は、ポンプシャフト８０によってインペラに対して連結されている。ポンプシャフト８０は、シャフト用の開口８１を介してカバー７７を貫通しているとともに、シャフト用の開口８２を介して分離プレート７５を貫通している。これにより、インペラを駆動することができる。

ポンプ入口スペース６１内においては、分離プレート７５の近傍において、入口バッフルプレート６３の上方には、径方向ポンプ９８が、ポンプシャフト８０に対して固定されている。分離プレート７５には、径方向ポンプ９８の近傍において、開口９９が配置されている。開口９９を通して、均衡化ベッセル７６とポンプ入口スペース６１との間において、液体が流れることができる。径方向ポンプ９８の高さ位置においては、ポンプ入口スペース６１は、起立部分１００を介して、膨張ベッセル１０１に対して連通している。膨張ベッセル１０１は、均衡化ベッセル７６に対して連通しており、これにより、液体が流れることができる。

径方向ポンプ９８により、加熱媒体１１は、ポンプインペラ５３に向けて押圧される。あるいは、インペラ５３から上向きの追加的な圧力を生成することができる。すなわち、インペラの入口つまり吸引口から上向きの追加的な圧力を生成することができる。これにより、インペラ５３に関してのすべてのキャビテーションリスクを阻止することができる。

必要であれば、径方向ポンプ９８は、均衡化ベッセル７６から、ポンプインペラ５３の入口領域へと、加熱媒体１１をポンピングする。一方、ポンピングされた加熱媒体１１の過剰分は、起立部分１００を介して、膨張ベッセル１０１内へと流れることができ、さらに、膨張ベッセル１０１から均衡化ベッセル７６内へと流れることができる。

起立部分１００内における液体高さ位置あるいは静水圧力は、ポンプ入口スペース６１内において対応する静水圧力を生成する。液体がすなわち加熱媒体１１が、起立部分１００からオーバーフローした場合には、理想的な状態に到達する。なぜなら、その場合には、過剰の加熱媒体１１が、径方向ポンプによってポンピングされないからであり、これと同時に、可能な最大の静水圧力１０２に到達するからである。

図５ｃおよび図５ｄは、径方向ポンプ９８を詳細に示している。径方向ポンプ９８は、列をなす複数のブレードホイール１０３を有している。ブレードホイール１０３は、実質的に径方向に延在しており、水平方向ディスク１０４上に配置されており、周縁まわりにおいて一様に分散配置されている。水平方向ディスク１０４は、ポンプシャフト８０に対して堅固に固定されており、ポンプ３のケーシング壁７４から所定距離のところにまで、ブレードホイール１０３と一緒に、径方向に延在している。

径方向ポンプ９８は、分離プレート７５の近傍において、ポンプ入口スペース６１内に配置されている。分離プレート７５は、ケーシング壁７４から径方向にポンプシャフト８０のところにまで延在しており、貫通穴９９を形成している。貫通穴９９は、ポンプシャフト８０の周囲において、均衡化ベッセル７６からポンプ入口スペース６１へと延在している。貫通穴９９を通して、加熱媒体１１が、均衡化ベッセル７６から径方向ポンプ９８へと流れる。径方向ポンプ９８は、均衡化ベッセル７６からポンプインペラ５３の入口領域内へと加熱媒体１１をポンピングする。

図６は、メインの熱交換器４に関しての例示としての実施形態を示している。入口２６は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８に対して連通しており、出口２７は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７に対して連通している。熱交換器４は、鉛直方向の複数の熱交換チューブ１０５を有している。熱交換チューブ１０５の両端部は、開口しているとともに、それらの外周縁部が、上側チューブプレート１０６または下側チューブプレート１０７に対して固定されていてシールされている。上側チューブプレート１０６に対して固定されたチューブ端は、鉛直方向に延在する長尺のサブチャンバ１０８内において終端している。サブチャンバ１０８は、上側チューブプレート１０６上に配置されている。下側チューブプレート１０７に対して固定されたチューブ端は、下側チューブプレート１０７上に設けられたキャップ１０９内において終端している。熱交換チューブは、それらの長手方向軸線だけによって、概略的に図示されているに過ぎない。

熱交換器ケーシング１１０は、複数の熱交換チューブ１０５からなる束と、チューブプレート１０６，１０７と、キャップ１０９と、を囲んでおり、さらに、サブチャンバ１０８のほぼ下半分を囲んでいる。熱交換器ケーシング１１０内においては、すべての熱交換チューブの周囲を、反応器１のシェルスペース１０からの加熱媒体１１が流れる。加熱媒体１１は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８と、シェルスペース１０と、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７と、を通って、ループ状でもって循環する。加熱媒体１１のいくらかは、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８から、熱交換器ケーシング１１０内を通って、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７へと流れる。

熱交換チューブ１０５と、キャップ１０９と、サブチャンバ１０８の一部とは、第２加熱媒体１１１によって充填されている。第２加熱媒体１１１は、熱交換器用の加熱媒体１１１と称される。熱交換器用の加熱媒体１１１は、蒸発冷却によってシェルスペース加熱媒体１１を冷却するのに適切な沸点を有している。蒸発冷却時に生成されてサブチャンバ内に収集されたスチーム１１２が、サブチャンバ１０８内において凝縮せず、下向きに戻らない限りにおいては、スチーム１１２は、出口ノズルを通して上向きに排出される。

サブチャンバ１０８のうちの、熱交換器ケーシング１１０によって囲まれている部分は、すなわち、サブチャンバ１０８のうちの、シェルスペース加熱媒体１１が周囲を流れている部分は、絶縁層１１４によって、シェルスペース加熱媒体１１の温度から絶縁されている。絶縁層１１４は、サブチャンバ１０８の外壁に対して適用されている。

上側チューブプレート１０６は、連結チャネル２５の下エッジ１１５よりも下方に位置している。連結チャネル２５は、加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７と、熱交換器４からの出口２７とを、連結している。

下側チューブプレート１０７は、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８よりも下方に位置している。連結パイプ２４は、下側チューブプレート１０７よりもやや上方において熱交換器ケーシング１１０において終端しており、シェルスペース加熱媒体１１を、メインの熱交換器４内へと下向きに案内する。

熱交換器ケーシング１１０の上端からは、オーバーフローパイプ１１８が延出されている。オーバーフローパイプ１１８は、最初は、所定長さの分だけ、斜め上向きに延在している。そして、オーバーフローパイプ１１８の横断面１１９の全体は、熱交換器ケーシング１１０内のシェルスペース加熱媒体１１の水位１２１よりも、所定の鉛直方向距離１２０の分だけ、上方に位置している。その後は、オーバーフローパイプ１１８は、鉛直方向下向きに延在しており、セパレータ１２２において終端している。セパレータ１２２は、例えば、カバーされたピットや、カバーされた容器、という態様のものとすることができる。安全な場所へとベントを行うためのベントパイプ１２４が、セパレータ１２２のカバー１２３から延出されている。

オーバーフローパイプ１１８は、シェルスペース加熱媒体１１によって充填されたスペース内へと突然的に流入したガスを持ち去るように機能する。そのようなガスの突然的な流入は、例えば、反応チューブ７あるいは熱交換チューブ１０５の破裂に起因することができる。生成された液体／ガス混合物は、オーバーフローパイプ１１８を通して運び去られる。セパレータ１２２内においては、液体成分とガス成分とが分離され、液体１２５は、セパレータの底部に収集され、ガスは、ベントパイプ１２４を通して安全な場所へと排出される。

図７ａおよび図７ｂは、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８とシェルスペース１０とを連通しているシェル開口１９を例として、シェル開口１９を詳細に示している。シェル開口１９のタイプおよびサイズは、加熱媒体１１が、シェルスペース１０から加熱媒体の戻り経路リングチャネル１７内へと、あるいは、加熱媒体の導出経路リングチャネル１８からシェルスペース１０内へと、周縁まわりにおいてできるだけ均等に分散して流入するように、構成されている。後者の場合、加熱媒体１１は、できるだけ径方向にシェルスペース１０内へと流入すべきである。

好ましくは、シェル開口１９は、クロスフローレベル１２６に対して中央とされている、すなわち、チューブプレート８，９とバッフルプレート１２７との間において中央とされている、あるいは、２つのバッフルプレート１２７の間において中央とされている。

シェル開口１９の幅１２８は、好ましくは、５０ｍｍ〜５００ｍｍとされ、隣接するシェル開口１９どうしの間のウェブ１３０の幅１２９に対しての、シェル開口１９の幅１２８の比率は、有利には、０．５〜１０とされる。リングチャネル１７，１８の高さ１３２に対しての、シェル開口１９の最大高さ１３１は、通常は、２０％〜９０％という範囲とされる。

他方においては、反応チューブ７の間隔１３３に対しての、すなわち、反応チューブ７の中心間隔に対しての、隣接するシェル開口１９どうしの間のウェブ１３０の幅１２９の比率は、好ましくは、１〜１０という範囲とされる。そして、チューブ束の外径からの、反応器シェル６の距離１３４は、チューブ間隔１３３の１倍〜２０倍であるべきである。

リングチャネル１７，１８においては、穴開きプレート１３５が、それぞれのシェル開口１９のところに配置されている。穴開きプレート１３５は、シェル開口１９を少なくとも部分的にカバーしている。穴開きプレート１３５は、シェル開口１９の前方または後方のいずれにも配置することができる、あるいは、シェル開口１９内に挿入することができる。隣接するシェル開口１９に配置される穴開きプレート１３５どうしは、異なる流れ特性を提供し得るよう、異なる構成のものとすることができる。穴直径１３８に対しての、穴間隔１３６の比率は、すなわち、穴１３７の中心間隔の比率は、好ましくは、１．２〜４．０という範囲とされる。穴開きプレート１３５は、また、互いに適合した穴パターンを有した複数枚の穴開きプレート１３５が積層されてなる穴開きプレートスタックとして構成することもできる。穴直径１３８に対しての、そのような穴開きプレートスタックの合計厚さの比率は、あるいは、シェル開口１９の前方にただ１枚の穴開きプレート１３５が配置される場合には、穴直径１３８に対しての、この単一の穴開きプレート１３５厚さの比率は、好ましくは、０．２〜２．０という範囲とされる。穴１３７は、半径方向に対して傾斜したものとすることができる。これにより、ある方向において、加熱媒体１１を案内することができる。

１ 反応器
４ メインの熱交換器
５ 補助的な熱交換器
１７ 加熱媒体の戻り経路リングチャネル
１８ 加熱媒体の導出経路リングチャネル
１９ シェル開口
２５ 連結チャネル
２７ 出口
３３ 連結ポイント
３４ 連結ポイント
３５ リングチャネル部分
３６ リングチャネル部分
３７ 分割手段
３８ 部分流
３９ 部分流
４４ デバイス
４５ 戻り流
４６ 戻り流
５０ バッフルプレート
５２ デバイス
５３ インペラ
５４ 回転を打ち消すためのデバイス
５５ プレート
５７ 隙間
５８ 導入側面
５９ 導入側面
６０ 導出側面
７０ ディフューザ、収束形状のコア
７３ ポンプケーシング
８３ 偏向領域
８９ ディフューザ
９３ 第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネル
９４ ポンプケーシング開口

Claims (5)

1. 触媒気相反応のためのチューブネスト反応器であって、
   −複数の反応チューブからなるネストであるとともに、このネストが、シリンダ形状の反応器シェルによって囲まれており、前記シリンダ形状の反応器シェルが、シェルスペースを形成し、このシェルスペース内においては、加熱媒体が、前記複数の反応チューブの周囲を流通し、反応ガスが、前記複数の反応チューブの中を流通しているような、複数の反応チューブからなるネストと；
   −前記シリンダの端部領域において前記反応器シェルを各々が囲んでいるとともに、前記シェルスペースに対して連通された、加熱媒体の導出経路リングチャネルおよび加熱媒体の戻り経路リングチャネルであり、これにより、流体が、複数のシェル開口を通して流通することができるような、加熱媒体の導出経路リングチャネルおよび加熱媒体の戻り経路リングチャネルと；
   −単一の外部のポンプであるとともに、このポンプの入口が、前記加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対して連通し、このポンプの出口が、前記加熱媒体の導出経路リングチャネルに対して連通し、このポンプが、前記加熱媒体を、前記導出経路リングチャネルと、前記シェルスペースと、前記戻り経路リングチャネルと、を通して、ループ状でもって循環させるような、ポンプと；
   −前記ループ内に接続された外部のメインの熱交換器であるとともに、この熱交換器の出口が、前記加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対して連結され、前記加熱媒体流の一部が、前記熱交換器を介して、前記熱交換器からの戻りチャネルとしての、前記加熱媒体の戻り経路リングチャネル内へと供給されるような、熱交換器と；
   を具備し、
   −前記ポンプが、インペラを有したポンプケーシングを備え、前記ポンプケーシングが、前記インペラに対しての供給路内に、軸線方向上向きを向いた同心領域を有し、
   このようなチューブネスト反応器において、
   −第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネル（９３）が、前記ポンプケーシング（７３）の上向きの前記領域を囲んでいるとともに、前記インペラ（５３）に対しての前記供給路（６１）に対して連結され、流体が、前記ポンプケーシング内の複数の開口（９４）を通して流れることができ、前記複数の開口（９４）が、前記ポンプケーシング（７３）の周縁まわりにおいて一様に分散配置され、
   −前記メインの熱交換器（４）の前記出口（２７）が、前記第２の加熱媒体の戻り経路リングチャネル（９３）に対して連結されていることを特徴とするチューブネスト反応器。
2. 請求項１に記載のチューブネスト反応器において、
   前記ポンプケーシング開口（９４）が、分散手段（９５）として構成され、
   ２つまたはそれ以上の列をなす分散手段（９５）が、前記ポンプ（３）の軸線方向において、上下方向に多段で配置され、前記供給路（６１）内における前記複数の列が、前記ポンプ（３）に対して径方向に互いにオフセットされていることを特徴とするチューブネスト反応器。
3. 請求項１または請求項２に記載のチューブネスト反応器において、
   −複数の反応チューブからなるネストであるとともに、このネストが、シリンダ形状の反応器シェルによって囲まれており、前記シリンダ形状の反応器シェルが、シェルスペースを形成し、このシェルスペース内においては、加熱媒体が、前記複数の反応チューブの周囲を流通し、反応ガスが、前記複数の反応チューブの中を流通しているような、複数の反応チューブからなるネストと；
   −前記シリンダの端部領域において前記反応器シェルを各々が囲んでいるとともに、前記シェルスペースに対して連通された、加熱媒体の導出経路リングチャネルおよび加熱媒体の戻り経路リングチャネルであり、これにより、流体が、複数のシェル開口を通して流通することができるような、加熱媒体の導出経路リングチャネルおよび加熱媒体の戻り経路リングチャネルと；
   −１つまたは複数の外部のポンプであるとともに、このポンプの入口が、前記加熱媒体の戻り経路リングチャネルに対して連通し、このポンプの出口が、前記加熱媒体の導出経路リングチャネルに対して連通し、このポンプが、前記加熱媒体を、前記導出経路リングチャネルと、前記シェルスペースと、前記戻り経路リングチャネルと、を通して、ループ状でもって循環させるような、ポンプと；
   を具備し、
   このようなチューブネスト反応器において、
   −前記ポンプ（３）が、インペラ（５３）を備え、前記インペラの加圧サイドに、鉛直方向から水平方向への偏向領域（８３）が設けられ、前記ポンプの壁が、２つのシリンダ（８５，８６）の交差によって形成され、一方の壁（８５）が、流れ方向に平行に鉛直方向に延在し、他方の壁（８６）が、流れ方向に直交して水平方向に延在していることを特徴とするチューブネスト反応器。
4. 請求項３に記載のチューブネスト反応器において、
   前記ポンプ（３）が、前記インペラ（５３）の前記加圧サイドに、ディフューザ（６９，７０）を備え、前記加圧サイドの拡径が、収束形状のコア（７０）によって少なくとも部分的に形成されていることを特徴とするチューブネスト反応器。
5. 請求項３または請求項４に記載のチューブネスト反応器において、
   前記偏向領域（８３）に続いて、チャネル（８４）における下向き流とされ、
   前記チャネル（８４）の横断面積が、流れ方向において拡径していることを特徴とするチューブネスト反応器。

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