JP6534570B2

JP6534570B2 - 反応装置

Info

Publication number: JP6534570B2
Application number: JP2015137552A
Authority: JP
Inventors: 慶秀長田
Original assignee: 東京理化器械株式会社
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2019-06-26
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: JP2017018875A

Description

本発明は、反応装置に関し、詳しくは、複数の流体を反応触媒を充填したカラムの入口側端部から導入して反応させ、前記カラムの出口側端部から生成物を回収する反応装置に関する。

従来、反応装置として、例えば水素化反応を行うフローリアクタでは、チューブポンプや液体クロマトグラフィ用のポンプを用いて、原料液供給径路を介して原料液をカラムに導入するとともに、水素発生装置又は水素ボンベから、レギュレータやマスフローコントローラを設けた水素ガス供給径路を介して水素ガスをカラムに導入していた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−２２３８３０号公報

しかし、上述の特許文献１のような反応装置では、カラム内で生じる反応の副生成物などが、カラムの出口側フィルタに徐々に蓄積することで目詰まりし、カラム入口側の圧力が経時的に上昇してくる。カラム入口側の圧力が上昇してレギュレータの設定圧に近付くと、マスフローコントローラの上流側と下流側との圧力差が小さくなり、定められた所定のガス流量を維持することができず、ガスの流量が減少してしまう。一方、原料液は、カラム入口側の圧力が上昇した場合でも機械的に常に一定量が供給されることから、カラム入口側に至った原料液がカラム内に流れ込むことができなくなり、ガス供給径路に侵入することがあった。ガス供給径路に原料液が侵入すると、マスフローコントローラの故障や、コンタミネーションを引き起こすことがあるため、上述の特許文献１では、ガス供給径路に逆止弁を設け、原料液がガス供給径路に侵入することを防ぐようにしているが、原料液が逆止弁に触れると機能不全を生じることがあった。

また、原料液は０．１〜１０ｍｌ／分程度の流量で正確に送液する必要があることから、液体クロマトグラフィ用のポンプを用いることがあるが、結晶性が高い原料液を送液する際には、原料液を加温して溶媒の溶解度を上げる必要がある。しかし、ポンプヘッドを１００℃程度まで加熱できるポンプがほとんどないことから、結晶性が高い原料液を送液するのは困難であった。また、通常の液体クロマトグラフィ用のポンプは、カムシャフトの回転数を調節して流量を変更しているため、極端な低流量域で運転すると、ポンプの吸引、吐出の１サイクルにかかる時間が長くなり、脈流の影響が無視できなくなる。さらに、安定した送液を確保するためには脱気装置を設ける必要があった。また、チューブポンプを用いた場合は、時間が経過するのに伴ってチューブがへたり、流量が減少することがあるため、例えば、０．０５ｍｌ／分前後の流量域で長時間安定して正確に送液することは困難であった。

そこで本発明は、カラムで反応させる複数の流体が、他の流体の供給径路に侵入することを防止でき、かつ、流体を安定した状態でカラムに送ることができる反応装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の反応装置は、複数の流体を反応触媒を充填したカラムの入口側端部から導入して反応させ、前記カラムの出口側端部から生成物を回収する反応装置において、前記複数の流体は反応ガスと原料液であり、前記反応ガスを供給するガス供給源と、前記原料液を充填した原料リザーバと、前記ガス供給源から前記カラムに前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給径路と、前記ガス供給源から前記原料リザーバに前記反応ガスの一部を供給する第２反応ガス供給径路と、前記原料リザーバに導入された反応ガスの圧力によって原料リザーバから送出される前記原料液を、前記カラムに導入する原料液供給径路とを備えていることを特徴としている。

また、前記原料液供給径路を複数の径路に分岐するとともに、前記カラムの入口側端部の中央部に前記第１反応ガス供給径路を接続し、前記カラムの入口側端部の前記第１反応ガス供給径路の周囲に、分岐した複数の前記原料液供給径路をそれぞれ接続すると好ましい。さらに、前記第１反応ガス供給径路にガス用マスフローコントローラを配置すると好適である。

さらに、複数の流体を反応触媒を充填したカラムの入口側端部から導入して反応させ、前記カラムの出口側端部から生成物を回収する反応装置において、前記複数の流体は複数の原料液であり、複数の前記原料液をそれぞれ貯留した複数の原料リザーバと、ガス供給源から前記各原料リザーバに原料液送出用のガスをそれぞれ供給するガス供給径路と、前記各原料リザーバに導入されたガスの圧力によって前記原料リザーバから送出される各原料液を、前記カラムにそれぞれ導入する原料液供給径路とを備えていることを特徴としている。また、前記原料リザーバや前記原料液供給径路を加温する加温手段を備えていると好ましい。さらに、前記原料液供給径路に液用マスフローコントローラを配置すると好適である。

本発明の反応装置によれば、複数の流体、例えば反応ガスと原料液とが同一の供給元圧でカラムに送られることから、カラムの入口の合流点で原料液が反応ガスの供給径路に浸入することがなく、また、従来、ガス供給径路に設けていた逆止弁を設ける必要がなくなり、コストの削減を図ることができる。さらに、フィルタの目詰まり等により発生する送液の不具合を、ガス供給径路に設けたマスフローコントローラで検出することが可能となる。また、反応ガスや原料液は、ガス供給源から供給されるガス圧によって搬送されることから、脈流が生じることがなく、反応ガスや原料液をカラムまで良好に搬送させることができる。さらに、原料リザーバや原料供給径路を加温手段で加温することにより、原料液が結晶することによって原料液供給径路を閉塞することを防止できる。

本発明の第１形態例を示す反応装置の説明図である。本発明の第２形態例を示す反応装置の説明図である。本発明の第３形態例を示す反応装置の説明図である。

図１は本発明の反応装置の第１形態例を示す図で、本形態例の反応装置１１は、反応触媒を充填したカラム１２と、反応ガスを供給するガスボンベ１３（本発明のガス供給源）と、原料液を貯留した原料リザーバ１４と、ガスボンベ１３からカラム１２に反応ガスを供給する第１反応ガス供給径路１５と、ガスボンベ１３から原料リザーバ１４に反応ガスを供給する第２反応ガス供給径路１６と、原料リザーバ１４に導入された反応ガスの圧力によって原料リザーバ１４から送出される原料液を、カラム１２に導入する原料液供給径路１７とを備えている。また、ガスボンベ１３は、レギュレータ１８を介して第１反応ガス供給径路１５に接続され、第１反応ガス供給径路１５には、ガス用マスフローコントローラ１９が、原料液供給径路１７には、液用マスフローコントローラ２０がそれぞれ配置されている。また、原料リザーバ１４には、原料液補充管２１が接続されている。

この反応装置１１では、ガスボンベ１３からレギュレータ１８を介して送られる反応ガスは、分岐継手２２によって第１反応ガス供給径路１５と第２反応ガス供給径路１６とに分流して送られ、第１反応ガス供給径路１５に送られた反応ガスは、ガス用マスフローコントローラ１９を経由して流量をコントロールされながらカラム１２に導入される。一方、第２反応ガス供給径路１６に送られた反応ガスは、原料リザーバ１４に導入される。原料リザーバ１４は、反応ガスが導入されることにより内部圧力が上がり、原料液が原料液供給径路１７に送られ、液用マスフローコントローラ２０を経由して流量をコントロールしながらカラム１２に導入される。

カラム１２の入口には、合流継手２３が設けられ、従来のように、原料液供給径路１７は合流継手２３の内部を貫通してカラム１２内に配置された入口フィルタの近傍まで挿入されている。また、第１反応ガス供給径路１５は、合流継手２３の側部ポートに接続され、反応ガスは合流継手２３の内部に流入して原料液供給径路１７の周囲に形成されている流路に沿って入口フィルタに至る。入口フィルタを介してカラム内に導入された原料液と反応ガスとは、カラム内に充填された触媒中を通過しながら反応し、カラム１２の出口から生成物が回収される。

レギュレータ１８の設定圧力は、カラム１２の出口圧を考慮して調節し、圧力を精密に設定したい場合は精密なレギュレータを追加する。また、原料リザーバ１４には、原料液補充管２１を介して図示しないポンプ等により、予め原料リザーバの３分の２程度まで原料液を流入し、運転中に原料液が減少した際には、ポンプを作動させて原料液を適宜補充する。

レギュレータ１８で設定したガスの圧力は、原料液と反応ガスとに等しく掛かり、カラム１２に導入された原料液と反応ガスとは、圧力の低いカラム１２の出口側に向けて流れる。原料液や反応ガスは、液用マスフローコントローラ２０やガス用マスフローコントローラ１９によって、所定の流量でカラム１２の入口に設けられた合流継手２３で合流してカラム１２に導入されるが、その圧力は、レギュレータ１８で設定した圧力となる。

また、原料液の濃度が高く、結晶による原料液供給径路１７の閉塞が懸念される場合は、原料リザーバ１４や原料液供給径路１７を加温すればよい。さらに、原料液供給径路１７が閉塞した際には、液用マスフローコントローラ２０が全開状態となっても所定の流量が得られないことから、液用マスフローコントローラ２０を径路閉塞のインジケータとして利用することができる。

本形態例は上述のように形成されることにより、反応ガスと原料液とが同一の供給圧力でカラム１２に送られる。したがって、カラム１２の入口の合流点で原料液が第１反応ガス供給径路１５に流入するおそれがなく、また、従来、ガス供給径路に設けていた逆止弁を設ける必要がなくなる。さらに、カラム１２内に設けたフィルタの目詰まりなどによって発生する送液の不具合を、液用マスフローコントローラ２０やガス用マスフローコントローラ１９で検出することが可能となり、コストの削減を図ることができる。また、反応ガスや原料液は、ガスボンベ１３から供給されるガス圧によって搬送されることから、脈流を生じることがなく、反応ガスや原料液をカラム１２まで良好に搬送させることができる。さらに、原料リザーバ１４を加温することにより、原料液が結晶することによって原料液供給径路を閉塞することを防止できる。

図２及び図３は、本発明の他の形態例を示すもので、第１形態例と同様の構成要素を示すものには、同一の符号をそれぞれ付して、その詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の第２形態例を示すもので、本形態例の反応装置３１では、第１形態例に比べて大径のカラム３２を用いたときに好適な形態例を示している。また、本形態例では、原料液供給径路１７が液分岐継手３３を介して第１原料液供給径路１７ａと第２原料液供給径路１７ｂとに分岐され、カラム１２の入口側端部の中央部に、第１反応ガス供給径路１５が接続され、カラム１２の入口側端部の第１反応ガス供給径路１５の周囲に、第１原料液供給径路１７ａと第２原料液供給径路１７ｂとがそれぞれ接続されている。また、第１原料液供給径路１７ａには第１液用マスフローコントローラ２０ａが、第２原料液供給径路１７ｂには第２液用マスフローコントローラ２０ｂがそれぞれ配置されている。

本形態例では、カラム３２の径を大きくすることで多くの原料を処理することができ、単位時間当たりに得られる生成物の量を増やすことができる。また、カラム３２の入口側端部の中央部に第１反応ガス供給径路１５を接続し、カラム１２の入口側端部の第１反応ガス供給径路１５の周囲に、第１原料液供給径路１７ａと第２原料液供給径路１７ｂとをそれぞれ接続したことから、カラム３２に導入された原料液と反応ガスとをカラム３２内で良好に分散させることができる。

図３は、本発明の第３形態例を示すもので、本形態例は、２種類の原料液又は試薬を使った液液反応を行うための反応装置４１を示している。この反応装置４１は、原料液をそれぞれ充填した第１原料リザーバ４２及び第２原料リザーバ４３と、第１原料リザーバ４２及び第２原料リザーバ４３に、ガスボンベ１３からの原料液送出用のガスをそれぞれ供給するガス供給径路４４と、第１原料リザーバ４２に導入されたガスの圧力によって第１原料リザーバ４２から送出される原料液をカラム１２に導入する第１原料液供給径路４５と、第２原料リザーバ４３に導入されたガスの圧力によって第２原料リザーバ４３から送出される原料液をカラム１２に導入する第２原料液供給径路４６とを備えている。また、第１原料液供給径路４５には第１液用マスフローコントローラ４７が、第２原料液供給径路４６には第２液用マスフローコントローラ４８がそれぞれ配置されている。さらに、第１原料リザーバ４２には第１原料液補充管４２ａが、第２原料リザーバ４３には第２原料液補充管４３ａがそれぞれ接続されている。

本形態例は、第１原料リザーバ４２と第２原料リザーバ４３とに、ガスボンベ１３から同一の供給元圧で供給される原料液送出用のガスの圧力によって原料液がカラム１２に送液されることから、カラム入口の合流継手２３で２つの原料液が合流する際に、一方の原料液が他方の原料液の径路に流入することがない。

なお、原料液をガス圧で送液する方法としては、上述の各形態例のように、元圧を一定にし、液体出口側で流量を調整するものに限らず、液体出口側の抵抗（配管の内径や長さなど）を一定にし、元圧を増減させるものでもよい。この場合では、出口での流量を調節する必要がないことから、マスフローメーター、或いは、他の流量計を設け、その流量の値に応じて元圧を調節すれば所望の流量を得ることができる。

１１…反応装置、１２…カラム、１３…ガスボンベ、１４…原料リザーバ、１５…第１反応ガス供給径路、１６…第２反応ガス供給径路、１７…原料液供給径路、１７ａ…第１原料液供給径路、１７ｂ…第２原料液供給径路、１８…レギュレータ、１９…ガス用マスフローコントローラ、２０…液用マスフローコントローラ、２０ａ…第１液用マスフローコントローラ、２０ｂ…第２液用マスフローコントローラ、２１…原料液補充管、２２…分岐継手、２３…合流継手、３１…反応装置、３２…カラム、３３…液分岐継手、４１…反応装置、４２…第１原料リザーバ、４３…第２原料リザーバ、４４…ガス供給径路、４５…第１原料液供給径路、４５ａ…第１原料液補充管、４６…第２原料液供給径路、４６ａ…第２原料液補充管、４７…第１液用マスフローコントローラ、４８…第２液用マスフローコントローラ

Claims

複数の流体を反応触媒を充填したカラムの入口側端部から導入して反応させ、前記カラムの出口側端部から生成物を回収する反応装置において、前記複数の流体は反応ガスと原料液であり、前記反応ガスを供給するガス供給源と、前記原料液を貯留した原料リザーバと、前記ガス供給源から前記カラムに前記反応ガスを供給する第１反応ガス供給径路と、前記ガス供給源から前記原料リザーバに前記反応ガスの一部を供給する第２反応ガス供給径路と、前記原料リザーバに導入された反応ガスの圧力によって原料リザーバから送出される前記原料液を、前記カラムに導入する原料液供給径路とを備えていることを特徴とする反応装置。
前記原料液供給径路を複数の径路に分岐するとともに、前記カラムの入口側端部の中央部に前記第１反応ガス供給径路を接続し、前記カラムの入口側端部の前記第１反応ガス供給径路の周囲に、分岐した複数の前記原料液供給径路をそれぞれ接続したことを特徴とする請求項１記載の反応装置。
前記第１反応ガス供給径路にガス用マスフローコントローラを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の反応装置。
複数の流体を反応触媒を充填したカラムの入口側端部から導入して反応させ、前記カラムの出口側端部から生成物を回収する反応装置において、前記複数の流体は複数の原料液であり、複数の前記原料液をそれぞれ貯留した複数の原料リザーバと、ガス供給源から前記各原料リザーバに原料液送出用のガスをそれぞれ供給するガス供給径路と、前記各原料リザーバに導入されたガスの圧力によって前記原料リザーバから送出される各原料液を、前記カラムにそれぞれ導入する原料液供給径路とを備えていることを特徴とする反応装置。
前記原料リザーバ及び前記原料液供給径路を加温する加温手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の反応装置。
前記原料液供給径路に液用マスフローコントローラを配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の反応装置。