JP7078055B2 - デバイスを通って輸送される材料を処理及び条件付けするためのデバイス - Google Patents

デバイスを通って輸送される材料を処理及び条件付けするためのデバイス Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
本発明は、特定の設計を有するデバイスを通って輸送される材料を処理するためのデバイスに関する。本発明に従うデバイス（＝反応器管）は、デバイスを通って輸送される流体又は流動化材料のための混合器又は熱交換器として有用である。またデバイスは、均一条件及び不均一条件下で化学反応を実行するためにも有用である。
アルキンの選択的水素化は、ファインケミカル（例えば、ビタミン、芳香化合物など）の製造のために重要な反応である。最近は、これらの水素化は、不連続的に動作されるスラリー反応器において実行されることが多い。触媒の取扱い及び反応後のその分離は、プロセスの効率を大きく制限し得る。さらに、攪拌容器における不連続製造は、デッドタイム、安全性の問題、及び低い表面積対体積比によって影響を受ける。これらの欠点を克服するために、多相触媒水素化のための構造化管状反応器が、可能性のある解決法である。これらは、良好な混合、高いガス分散、及び低い圧力降下と、触媒担持及び熱交換のための表面積が増大した規則的形状のジオメトリの利点とを結びつける。
新規のデバイス（反応器管）は、管の内部に非常に特別な配置を有する。これにより、改善された反応条件が可能になる。反応器管は、反応器管の中を流れる流体を処理するために入口端部及び出口端部を有し、流体を混合するために反応器管内には複数の格子構造が流れ方向に直列に配置されており、各格子構造は、（正）多角形の形態の流れ断面により流路に境界をつける３セットの平行パーティションからなり、隣接する格子構造のパーティションのセットは、互いに関してオフセット及び／又は回転されている。
従って、本発明は、反応器管の中を流れる流体を処理するために入口端部及び出口端部を有する反応器管（ＲＴ）に関し、流体を混合するために反応器管内には複数の格子構造が流れ方向に直列に配置されており、各格子構造は、（正）多角形の形態の流れ断面により流路に境界をつける３セットの平行パーティションからなり、隣接する格子構造のパーティションのセットは、互いに関してオフセット及び／又は回転されている。
本特許出願の一部である図面は、本発明に従う反応器管を示す。
本発明に従うデバイスは、良く知られた技術によって製造することができる。例えば、米国特許第５’６３９’０７０号明細書、米国特許第５’７３２’３２３号明細書及び米国特許第６’６７６’８９２号明細書などに記載される方法である選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）によって、あるいは電子ビーム溶解（ＥＢＭ）によって製造することができる。
コンピューター支援設計（ＣＡＤ）も使用される。
さらに、印刷構造（好ましくは、金属である）によって、熱伝導が著しく良くなり、結合した反応器－熱交換器ユニットを印刷する可能性も与えられる。互いに固定させる必要のある複数の部分を有する構造（漏れ及び圧力降下の可能性）ではなく、印刷により、構造を「１つの部分」で作り出すことができる。
本発明に従って本方法により使用され得る材料は、鋼（例えば、ステンレス鋼（例えば、１７－４又はＥＯＳ ＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ ＧＰ１）など）、又はマルエージング鋼（ＥＯＳ ＭａｒａｇｉｎｇＳｔｅｅｌ ＭＳ１など）、チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ、チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ ＥＬＩ、チタングレード２、コバルト－クロム（例えば、ＣｏＣｒ ＭＰ１など）、ＡＳＴＭ Ｆ７５である。本発明に従ってＥＢＭ法により使用され得る付加的な材料は、チタンアルミナイド、インコネル（６２５＆７１８）、ステンレス鋼（例えば、１７－４）、工具鋼（例えば、Ｈ１３）、アルミニウム（例えば、６０６１）、硬質金属（例えば、ＮｉＷＣ）、銅（例えば、ＧＲＣｏｐ－８４）、ベリリウム（例えば、ＡｌＢｅＭｅｔ）、非晶質金属、ニオブである。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ’）に関し、これは、鋼（ステンレス鋼（例えば、１７－４）又はＥＯＳ ＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ ＧＰ１）、又はマルエージング鋼（ＥＯＳ ＭａｒａｇｉｎｇＳｔｅｅｌ ＭＳ１など）など）、チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ、チタンＴｉ６Ａｌ４Ｖ ＥＬＩ、チタングレード２、コバルト－クロム（例えば、ＣｏＣｒ ＭＰ１など）、ＡＳＴＭ Ｆ７５、チタンアルミナイド、インコネル（６２５＆７１８）、工具鋼（例えば、Ｈ１３）、アルミニウム（例えば、６０６１）、硬質金属（例えば、ＮｉＷＣ）、銅（例えば、ＧＲＣｏｐ－８４）、ベリリウム（例えば、ＡｌＢｅＭｅｔ）、非晶質金属、又はニオブから反応器管が製造された、反応器管（ＲＴ’）である。
デバイス（反応器管）の三角形構造は、増大された表面積（より大きい触媒表面）、改善された分散品質、及び低減された圧力降下を有する。三角形構造は面積対外周比（体積対表面積）の低いジオメトリを有し、さらに、流体の加速及び減速を最小限にするように軸方向の開放断面積の変化が低減され、従って、圧力降下が低減される。
モノリス反応器と同様に、三角形の流路は軸方向に延在する（図１を参照）。横断流路を有するモノリス反応器とは異なり、三角形構造は、三角形の流路の半径方向に移動された層で作られる。この配置により、開放断面積を一定に保持しながら、半径方向の混合、及び層の間の気泡の崩壊が可能になる。
好ましい実施形態では、層及び内側三角形の辺の長さは等しい長さであり、合計３つの層（Ａ－Ｂ－Ｃ層化）が１つの周期的な単位を形成し、その後、層化が繰り返される。（図１を参照）。
好ましい実施形態では、反応器管の平行パーティションの各セットにおいて、隣接するパーティションは等間隔である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１）に関し、これは、平行パーティションの各セットにおいて、隣接するパーティションが等間隔である、反応器管（ＲＴ）又は（ＲＴ’）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の３セットの平行パーティションはいずれの場合にも１２０度の角度で交差し、パーティションは、正三角形の形態の流れ断面により流路に境界をつける。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２）に関し、これは、３セットの平行パーティションがいずれの場合にも１２０度の角度で交差し、パーティションが正三角形の形態の流れ断面により流路に境界をつける、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）又は（ＲＴ１）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の流れ方向の格子構造の長さは、正三角形の辺の長さにほぼ相当する。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ３）に関し、これは、流れ方向の格子構造の長さが正三角形の辺の長さにほぼ相当する、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）又は（ＲＴ２）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の隣接する格子構造格子構造の長さのパーティションのセットは、パーティションの１つの平面に垂直の方向に互いに関してオフセットされている。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ４）に関し、これは、隣接する格子構造のパーティションのセットが、パーティションの１つの平面に垂直の方向に互いに関してオフセットされた、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）又は（ＲＴ３）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の隣接する格子構造のパーティションのセットは、互いに関して６０度の角度で回転されている。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ５）に関し、これは、隣接する格子構造のパーティションのセットが互いに関して６０度の角度で回転された、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）又は（ＲＴ４）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の格子構造の方向付けは、周期的に繰り返される。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ６）に関し、これは、格子構造の方向付けが周期的に繰り返された、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）又は（ＲＴ５）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の格子構造の方向付けは、いずれの場合にも３つの格子構造の後に繰り返される。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ７）に関し、これは、格子構造の方向付けがいずれの場合にも３つの格子構造の後に繰り返された、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）又は（ＲＴ６）である。
好ましい実施形態では、本発明に従う反応器管の格子構造の繰り返された方向付けは押出部品である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ８）に関し、これは、格子構造が押出部品である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）又は（ＲＴ７）である。
好ましい実施形態では、直列に配置された３つの格子構造のうちの２つでは、反応器管の中心軸は多角形の１つの中央を通り、第３の格子構造ではパーティションを通る。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ９）に関し、これは、直列に配置された３つの格子構造のうちの２つでは、反応器管の中心軸が多角形の１つの中央を通り、第３の格子構造ではパーティションを通る、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）又は（ＲＴ８）である。
本発明に従う反応器管の全体寸法は変動し得る。これも、目的の用途の必要に応じて、要件に容易に適応され得るという本デバイスの利点である。
反応器管の適切な（そしてまた好ましい）寸法は以下の通りである。
反応器管のパイプ内径は１～１００ｍｍ（好ましくは、１０～５０ｍｍ、より好ましくは１０～３０ｍｍ）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１０）に関し、これは、管反応器のパイプ内径が１～１００ｍｍ（好ましくは、１０～５０ｍｍ、より好ましくは１０～３０ｍｍ）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）又は（ＲＴ９）である。
反応器管の全長は、１００～２０００ｍｍ（好ましくは、１００～１０００ｍｍ、より好ましくは１００～５００ｍｍ）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１１）に関し、これは、反応器管の全長が１００～２０００ｍｍ（好ましくは、１００～１０００ｍｍ、より好ましくは１００～５００ｍｍ）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）又は（ＲＴ１０）である。
反応器管の内側三角形の辺の長さ（図１においてａで示される）は、１～１０ｍｍ（好ましくは、１～５ｍｍ、より好ましくは２～３ｍｍ）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１２）に関し、これは、反応器管の内側三角形の辺の長さが１～１０ｍｍ（好ましくは、１～５ｍｍ、より好ましくは２～３ｍｍ）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）又は（ＲＴ１１）である。
反応器管の三角形の高さ（図１においてｂで示される）は、１～１０ｍｍ（好ましくは、１～５ｍｍ、より好ましくは２～３ｍｍ）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１３）に関し、これは、反応器管の三角形の高さが１～１０ｍｍ（好ましくは、１～５ｍｍ、より好ましくは２～３ｍｍ）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）、（ＲＴ１１）又は（ＲＴ１２）である。
反応器管の周期的な単位長さは、３～３０ｍｍ（好ましくは、６～２０ｍｍ、より好ましくは６～９ｍｍ）である。好ましい周期的な単位長さは、三角形の高さの３倍である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１４）に関し、これは、反応器管の周期的な単位長さが３～３０ｍｍ（好ましくは、６～２０ｍｍ、より好ましくは６～９ｍｍ）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）、（ＲＴ１１）、（ＲＴ１２）又は（ＲＴ１３）である。
反応器管の空隙率は、６５～８５％（好ましくは、７０～８０％、より好ましくは７２～７８％）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１５）に関し、これは、反応器管の空隙率が６５～８５％（好ましくは、７０～８０％、より好ましくは７２～７８％）である、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）、（ＲＴ１１）、（ＲＴ１２）、（ＲＴ１３）又は（ＲＴ１４）である。
反応器管は、１つの部分で製造することができる。従来技術の反応器管の多くは、複数の部分を有するタイプの反応器管である（これは、１つの同一の部品が数回組み立てられることを意味する）。反応器管は、例えば、印刷方法によって製造することができる。従来技術で知られている任意の他の方法も反応器管を製造するために使用することができる。
従って、本発明は、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）、（ＲＴ１１）、（ＲＴ１２）、（ＲＴ１３）、（ＲＴ１４）又は（ＲＴ１５）のいずれかの製造方法にも関し、ここで、反応器は１つの部分で製造される（例えば、印刷による）。
さらに、本発明に従う反応器管の内部の格子構造は、酸化物プライマー層及び触媒層によりコーティングされ得る。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１６）に関し、これは、反応器管の内部の格子構造が酸化物プライマー層及び触媒層によりコーティングされた、反応器管（ＲＴ）、（ＲＴ’）、（ＲＴ１）、（ＲＴ２）、（ＲＴ３）、（ＲＴ４）、（ＲＴ５）、（ＲＴ６）、（ＲＴ７）、（ＲＴ８）、（ＲＴ９）、（ＲＴ１０）、（ＲＴ１１）、（ＲＴ１２）、（ＲＴ１３）、（ＲＴ１４）又は（ＲＴ１５）である。
このコーティングのために、反応器管は、特定の化学反応（特に、水素化プロセス）のために改善された触媒特性を示す。
格子構造をコーティングする酸化物プライマー層は、非酸性（好ましくは、塩基性又は両性）である。適切な非酸性の金属酸化物層は、ＺｎＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣｕＯ又はＡｌ２Ｏ３を含む。
好ましくは、酸化物プライマー層は、ＺｎＯと、任意選択的に少なくとも１つのさらなる金属酸化物とを含み、ここで、金属はＣｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１７）に関し、これは、酸化物プライマー層が非酸性（好ましくは、塩基性又は両性）である、反応器管（ＲＴ１６）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１８）に関し、これは、酸化物プライマー層がＺｎＯ、ＣｅＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣｕＯ又はＡｌ２Ｏ３を含む、反応器管（ＲＴ１６）又は（ＲＴ１７）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ１９）に関し、これは、酸化物プライマー層がＺｎＯと、任意選択的に少なくとも１つのさらなる金属酸化物とを含み、金属がＣｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＡｌ（好ましくは、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＡｌ）からなる群から選択される、反応器管（ＲＴ１６）、（ＲＴ１７）又は（ＲＴ１８）である。
反応器管の金属合金のコーティングは、一般的に知られているプロセス、すなわちディップコーティングなどによって行われる。
通常、本発明の反応器管は、反応器管の全重量に基づいて、０．００１～３．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１～２．５ｗｔ％、より好ましくは０．１～２．０ｗｔ％）のＺｎＯを含む。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２０）に関し、これは、本発明の反応器管が、反応器管の全重量に基づいて、０．００１～３．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１～２．５ｗｔ％、より好ましくは０．１～２．０ｗｔ％）のＺｎＯを含む、反応器管（ＲＴ１６）、（ＲＴ１７）、（ＲＴ１８）又は（ＲＴ１９）である。
本発明の好ましい実施形態では、非酸性の金属酸化物層は、ＺｎＯ及び少なくとも１つのさらなる金属酸化物を含み、ここで、金属はＣｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＡｌ（好ましくは、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ及びＡｌ）からなる群から選択される。
本発明のより好ましい実施形態では、非酸性の金属酸化物層は、ＺｎＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む。
ＺｎＯ及びＡｌ２Ｏ３の混合物が使用される場合、ＺｎＯ：Ａｌ２Ｏ３の（モル）比は２：１～１：２であることが好ましい。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２１）に関し、これは、非酸性の金属酸化物層がＺｎＯ及びＡｌ２Ｏ３を含む、反応器管（ＲＴ１６）、（ＲＴ１７）、（ＲＴ１８）、（ＲＴ１９）又は（ＲＴ２０）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２１’）に関し、これは、ＺｎＯ：Ａｌ２Ｏ３の比が２：１～１：２である、反応器管（ＲＴ２１）である。
また好ましくは、酸化物プライマー層は、ＣｅＯ２と、任意選択的に少なくとも１つのさらなる金属酸化物とを含み、ここで、金属はＺｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される。
通常、本発明の管反応器は、反応器管の全重量に基づいて、０．００１～３．０ｗｔ％（好ましくは、０．０１～２．５ｗｔ％、より好ましくは０．１～２．０ｗｔ％）のＣｅＯ２を含む。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２２）に関し、これは、酸化物プライマー層が、ＣｅＯ２と、任意選択的に少なくとも１つのさらなる金属酸化物とを含み、ここで、金属がＺｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される、反応器管（ＲＴ１６）、（ＲＴ１７）又は（ＲＴ１８）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２３）に関し、これは、管反応器が、反応器管の全重量に基づいて、０．００１～３．０ｗｔ％、好ましくは０．０１～２．５ｗｔ％、より好ましくは０．１～２．０ｗｔ％のＣｅＯ２を含む、反応器管（ＲＴ２２）である。
本発明の好ましい実施形態では、非酸性の金属酸化物プライマー層は、ＣｅＯ２及び少なくとも１つのさらなる金属酸化物を含み、ここで、金属はＺｎ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される。
本発明のより好ましい実施形態では、非酸性の金属酸化物プライマー層は、ＣｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む。ＣｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３の混合物が使用される場合、ＣｅＯ２：Ａｌ２Ｏ３の（モル）比は２：１～１：２であることが好ましい。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２４）に関し、これは、反応器管が、反応器管の全重量に基づいて、０．００１～３ｗｔ％、好ましくは０．０１～２．５ｗｔ％、より好ましくは０．１～２．０ｗｔ％のＣｅＯ２と、少なくとも１つのさらなる金属酸化物とを含み、ここで、金属がＺｎ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕ及びＡｌからなる群から選択される、反応器管（ＲＴ２２）又は（ＲＴ２３）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２５）に関し、これは、非酸性の金属酸化物プライマー層がＣｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む、反応器管（ＲＴ２２）、（ＲＴ２３）又は（ＲＴ２４）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２５’）に関し、これは、ＣｅＯ２：Ａｌ２Ｏ３の（モル）比が２：１～１：２である、反応器管（ＲＴ２５）である。
本発明の別のより好ましい実施形態では、非酸性の金属酸化物プライマー層は、ＣｅＯ２及びＺｎＯを含む。ＣｅＯ２及びＺｎＯの混合物が使用される場合、ＣｅＯ２：ＺｎＯの比は２：１～１：２であることが好ましい。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２６）に関し、これは、非酸性の金属酸化物プライマー層がＣｅＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む、反応器管（ＲＴ２２）、（ＲＴ２３）又は（ＲＴ２４）である。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２６’）に関し、これは、ＣｅＯ２：ＺｎＯの比が２：１～１：２である、反応器管（ＲＴ２６）である。
そのようにコーティングされた要素（単数又は複数）は次に、Ｐｄナノ粒子が含浸される。ナノ粒子は、一般的に知られている方法、すなわち前駆体としてＰｄＣｌ２を使用し、次にこれを水素で還元することによって合成される。
音波処理ステップを含むプロセスによって金属合金がＰｄナノ粒子で含浸されるプロセスを使用することも可能である。音波処理は、サンプル中の粒子を攪拌するために音響エネルギーを適用する行為である。超音波周波数（２０ｋＨｚ超）が通常使用され、超音波処理（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ又はｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ）としても知られているプロセスがもたらされる。これは通常、超音波浴又は超音波プローブを用いて適用される。
このような方法は、通常（そして好ましくは）、以下のステップを含む：
（ａ）任意選択的にポリエチレングリコールを添加して、Ｐｄ塩の水溶液を調製するステップ
（ｂ）ステップ（ａ）の溶液を加熱し、溶液に音波処理を行うステップ
（ｃ）還元剤、好ましくは、ギ酸塩の溶液をＰｄ溶液に添加するステップ
（ｄ）金属酸化物粉末を添加するステップ
（ｅ）ステップ（ｄ）で得られた懸濁液をろ過及び乾燥させるステップ。
以下において、音波処理ステップが含まれる方法のステップは、以下でより詳細に議論される。
［ステップ（ａ）］
Ｐｄ塩を水（又は水性溶媒（水が少なくとも１つの他の溶媒と混合されていることを意味する））中に溶解させる。一般的に知られており、使用されている任意のＰｄ塩を使用することができる。適切な塩はＰｄＣｌ２又はＮａ２ＰｄＣｌ４である。１つのＰｄ塩であることも、２つ以上のＰｄ塩の混合物であることも可能である。さらに、少なくとも１つの界面活性剤を溶液に添加することが有利である。適切なのは、すなわちポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）又はグルコサミドである。
［ステップ（ｂ）］
ステップの溶液を通常高温まで加熱する。通常、溶媒（又は使用される溶媒混合物）の沸点よりも高い温度までは加熱しない。通常、３０℃～８０℃の間の温度まで加熱する。音波処理は通常３０～５０ｋＨｚの周波数で実行する。音波処理ステップの持続期間は、通常、少なくとも１０分であり、好ましくは２０分超（適切及び好ましい範囲は３０～１２０分）である。音波処理ステップの最長持続期間は重要でない。音波処理ステップは、超音波浴又は水浸探触子の使用により実行することができる。又はさらに、両方の方法の組合せも可能である。
［ステップ（ｃ）］
ステップ（ｂ）の溶液に還元剤を添加する。通常、ギ酸ナトリウム溶液である。しかしながら、他のギ酸塩（又はギ酸塩の混合物）も使用され得る。任意選択的に（代わりに、又は加えて）、Ｈ２ガス、Ｌ－アスコルビン酸、及び／又はギ酸を添加することも可能である。
［ステップ（ｄ）］
ステップ（ｃ）の溶液に金属酸化物粉末（又は金属酸化物粉末の混合物）を添加する。通常、反応混合物を攪拌する。
［ステップ（ｅ）］
最後に、ステップ（ｄ）の懸濁液をろ過し、結果として得られるドープされた金属酸化物粉末を通常洗浄及び乾燥させる。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２７）に関し、これは、非酸性の金属酸化物プライマー層がＰｄナノ粒子で含浸された、反応器管（ＲＴ１６）、（ＲＴ１７）、（ＲＴ１８）、（ＲＴ１９）、（ＲＴ２０）、（ＲＴ２１）、（ＲＴ２１’）、（ＲＴ２２）、（ＲＴ２３）、（ＲＴ２４）、（ＲＴ２５）、（ＲＴ２５’）、（ＲＴ２６）又は（ＲＴ２６’）である。
通常、非酸性の金属酸化物プライマー層の上にあるＰｄナノ粒子は、０．５～２０ｎｍ、好ましくは２～１５ｎｍ、より好ましくは５～１２ｎｍの平均粒径を有する（平均粒径は、電子顕微鏡法によって測定され得る）。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２８）に関し、これは、Ｐｄナノ粒子が、０．５～２０ｎｍ、好ましくは２～１５ｎｍ、より好ましくは５～１２ｎｍの平均粒径を有する、反応器管（ＲＴ２７）である。
本発明に従う反応器管は、反応器管の全重量に基づいて、０．０００１～１ｗｔ％、好ましくは０．００１～０．１ｗｔ％のＰｄナノ粒子を含む。
従って、本発明は反応器管（ＲＴ２９）に関し、これは、反応器が、反応器管の全重量に基づいて、０．０００１～１ｗｔ％、好ましくは０．００１～０．１ｗｔ％のＰｄナノ粒子を含む、反応器管（ＲＴ２７）又は（ＲＴ２８）である。
好ましい実施形態では、反応器管は、混合器もしくは熱交換器として使用するため、又は単相及び多相化学反応（例えば、高速、発熱、混合感受性又は温度感受性の反応など）の連続処理のために設計される。反応器管は、反応物の高速混合と、極めて増強された熱伝達とを提供する。反応器の特定の設計は、良好な熱伝達及び非常に高い機械的安定性を保証するために極めて重要である。これにより、高温及び高圧になるまで処理する可能性が得られる。
化学プラントで使用されることが多い従来のバッチ反応器の場合、エネルギー散逸は、撹拌機の回転速度によって制御され得る。連続系の場合、流量のみを変化させることができ、これは、滞留時間及びその分布に直接関連する。この相関関係はバッチ反応器と比べて不利であるが、数値流体力学（ＣＦＤ）の助けにより設計され、そして例えば上記のＳＬＳ法で製造された多孔質要素の明確に定義されたジオメトリによって対処することができる。
図３には、簡略化された実験装置のスキームが示される。本発明に従う反応器管をどのようにして使用できるかが分かる。
有機分子中の官能基の水素化は、高速多相発熱反応の例である。このような反応は、有機合成に利用可能な環境的に許容できる反応経路の一部である。例えば、ビタミンＡ及びビタミンＥの前駆体、すなわち中間体は、３つの主要なタイプの反応によって生成される。そのうちの１つは、多相、すなわち３相反応の触媒選択的水素化であり、反応混合物は、液相、非溶解固体触媒相、及び気相を含む。
特に、Ｐｄナノ粒子がコーティング及びドープされた本発明の反応器管が、有機出発材料、特に、炭素－炭素三重結合を含む有機出発材料、より具体的にはアルキノール化合物の選択的触媒水素化において使用される。
従って、本発明は、有機出発材料、特に、炭素－炭素三重結合を含む有機出発材料、より具体的にはアルキノール化合物の選択的触媒水素化における、反応器管（ＲＴ２８）、（ＲＴ２９）又は（ＲＴ３０）の使用にも関する。
従って、本発明は、反応器管（ＲＴ２８）、（ＲＴ２９）又は（ＲＴ３０）を用いて、式（Ｉ）
Figure 0007078055000001
（式中、
Ｒ１は線状もしくは分枝状Ｃ１～Ｃ３５アルキル又は線状もしくは分枝状Ｃ５～Ｃ３５アルケニル部分であり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ２は線状又は分枝状Ｃ１～Ｃ４アルキルであり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ３は、Ｈ又は－Ｃ（ＣＯ）Ｃ１～Ｃ４アルキルである）
の化合物を反応させる方法（Ｐ）にも関する。
好ましくは、本発明は、本発明に従う反応器管を用いて、式（Ｉ）
Figure 0007078055000002
（式中、
Ｒ１は線状もしくは分枝状Ｃ１～Ｃ３５アルキル又は線状もしくは分枝状Ｃ５～Ｃ３５アルケニル部分であり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ２は線状又は分枝状Ｃ１～Ｃ４アルキルであり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ３は、Ｈ又は－Ｃ（ＣＯ）Ｃ１～Ｃ４アルキルである）
の化合物を反応させる方法に関する。
従って、本発明は、反応器管（ＲＴ２８）、（ＲＴ２９）又は（ＲＴ３０）を用いて、式（Ｉ）
Figure 0007078055000003
（式中、
Ｒ１は線状もしくは分枝状Ｃ１～Ｃ３５アルキル又は線状もしくは分枝状Ｃ５～Ｃ３５アルケニル部分であり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ２は線状又は分枝状Ｃ１～Ｃ４アルキルであり、ここで、Ｃ鎖は置換されていてもよく、
Ｒ３は、Ｈ又は－Ｃ（ＣＯ）Ｃ１～Ｃ４アルキルである）
の化合物を反応させる方法（Ｐ１）にも関する。
水素は通常、Ｈ２ガスの形態で使用される。
従って、本発明は方法（Ｐ２）にも関し、これは、水素がＨ２ガスの形態で使用される、方法（Ｐ）又は（Ｐ１）である。
式（Ｉ）の好ましい化合物は以下の通りである：
Figure 0007078055000004
従って、本発明は方法（Ｐ３）にも関し、これは、以下の化合物が選択的に水素化される、方法（Ｐ）、（Ｐ１）又は（Ｐ２）である：
Figure 0007078055000005
左側）三角形構造及びパイプの図である。右側）三角形構造の六角形単位セルである。 従来技術の構造化反応器の図（比較用）である。 簡略化された実験装置のスキームである。（１）ポンプ、（２）電気ヒーター、（３）水素タンク、（４）静的混合器、（５）ビューセル、（６）構造化反応器、（７）気液分離器、（８）オフガス冷却器、（９）窒素タンク。
以下の実施例は、本発明を説明するのに役立つ。他に記載されなければ、割合は全て重量に関するものであり、温度は摂氏温度で示される。
［実施例］
［実施例１ 反応器管の製造］
記載される反応器（正確な寸法は以下に記載される）をレーザー焼結技術によって作製した。反応器管（ｒｅａｃｔｏｒ ｔｕｎｅ）をＥＯＳ ＭａｒａｇｉｎｇＳｔｅｅｌ ＭＳ１（登録商標）（ＥＯＳ ＧｍｂＨから）から製造した。この技術を用いて、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアにおいてほぼ全ての形状の三次元構造を設計することができ、次に１つの単一の部品として製造することができる。これは、例えば、米国特許第５’６３９’０７０号明細書、米国特許第５’７３２’３２３号明細書及び米国特許第６’６７６’８９２号明細書に記載されるように、金属粉末の層を付着させ、ＣＡＤモデルに対応する選択された位置にエネルギーを向けて、新しい層を付着させる前にそれを焼結させ、再度手順を開始することによって行われる。
反応器管（三角形構造を有する）の寸法：
・ パイプ内径：１４ｍｍ
・ 構造の全長：２０２．８６ｍｍ（２８の周期的ユニット）
・ 内側三角形の辺の長さ：２．４１５ｍｍ
・ 三角形の高さ：２．４１５ｍｍ
・ 周期的な単位長さ：７．２４５ｍｍ（３ｘ三角形の高さ）
・ 空隙率：７６．６％
［触媒及びベース層でコーティングされた構造の作製］
三角形構造に、４５０℃で３時間熱的前処理を行った。プライマー溶液を調製するために、Ｃｅ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ（５０８ｍｍｏｌ）及び７００ｍＬの水をビーカーに添加した。塩が完全に溶解するまで混合物を攪拌子で攪拌した。溶液を９０℃まで加熱し、ＺｎＯ（５０８ｍｍｏｌ）を溶液にゆっくり添加した。９０℃で攪拌を維持し、全てのＺｎＯが完全に溶解するまで、６５％の硝酸を液滴状で添加した（最終ＣＨＮＯ３＝１Ｍ）。その後、溶液を室温まで冷却し、０．４５μｍのメンブレンフィルターによりろ過した。熱的前処理をした三角形構造の内部を５０ｍＬのプライマー溶液ですすぐことにより、ＺｎＯ／ＣｅＯ２の付着を実施した。次に、構造を６０℃、１２５ｍｂａｒで２時間乾燥させた後、か焼を４５０℃で１時間行った。このプロセスを３回繰り返した。テトラクロロパラジウム（ＩＩ）酸ナトリウム（０．３２ｍｍｏｌ）を９６ｍＬのＭｉｌｌｉｐｏｒｅ水中に溶解させ、ＰＥＧ－ＭＳ４０（２ｍｍｏｌ）を添加した。溶液を６０℃まで加熱し、この温度で音波処理を開始した。その後、新たに調製したギ酸ナトリウム溶液（１６ｍＭ、４８ｍＬ）を添加した。溶液をこの温度でさらに６０分間音波処理し、次に室温まで冷却した。得られた溶液を、溶液がほぼ無色になるまで、垂直位置にある三角形構造を通して４回すすいだ。次に、構造化反応器を減圧下、４０℃で２時間乾燥させた。Ｈ２－Ａｒ流（１：９、全流量４５０ｍｌ／分）の下、３００℃で４時間（温度勾配１０°／分）、構造に温度処理を行った。
［反応器管を用いる選択的水素化反応］
上記のように製造した（実施例１）反応器管を使用した。水素化プロセスのための配置は図３において見ることができる。
典型的な水素化実験において、液相（１０ｗｔ％の２－メチル－３－ブチン－２－オール（ＭＢＹ）、９０ｗｔ％の２－メチル－３－ブテン－２－オール（ＭＢＥ））は、高速で系を通って再循環され、所望の反応温度に達するために加熱される。電気ヒーターは、２つの加熱カートリッジ（それぞれ、４００Ｗ）を備えた真鍮のブロック内にある。温度は、ＰＩＤ温度調節器によってヒーターの出口で直接制御される。背圧レギュレータは、反応器入口の圧力を制御する。圧力及び温度の安定化の後、流速を所望の値に調節し、外部タンクから純粋な水素を供給する（流量＝１ｎＬ／分）。水素の泡がビューセル内に見えたらすぐに、バルブＶ５を閉じて、同時にバルブＶ６を開く（スキーム３）。反応器に入る前に、気相及び液相は静的混合器（長さ＝２００ｍｍ、直径＝１４ｍｍ、空隙率＝８７％）において予め混合される。オフガスは液体から分離され、最終的な有機蒸気を凝縮するために冷却水で冷却される。熱損失を最小限にするために、三角形構造は熱的に絶縁される。各実験の後、装置を空にし、窒素を流す。所定の時間間隔で手動バルブから液体サンプルを取り出し、ＧＣ－４５０ガスクロマトグラフを用いて分析した。
新規の反応器管の改善された特性を示すために、従来技術（国際公開第２０１０／１４２８０６号パンフレット）からの反応器管との比較試験を実行した。比較試験のための反応器管を同じ方法で製造し、またそれを新規の反応器管と同じ方法でコーティングした。
Figure 0007078055000006
新規の反応器管の活性が著しく改善されることが分かる。
Figure 0007078055000007
新規の反応器管の活性が著しく改善されることが分かる。
Figure 0007078055000008
転化率及び選択性が改善される（より短い反応時間で）ことが分かる。

Claims (13)

  1. 反応器管の中を流れる流体を処理するために入口端部及び出口端部を有する反応器管であって、前記流体を混合するために前記反応器管内には複数の格子構造が流れ方向に直列に配置されており、各格子構造が、多角形の形態の流れ断面により流路に境界をつける３セットの平行パーティションからなり、隣接する格子構造の前記パーティションのセットが互いに関してオフセット及び／又は回転されている、反応器管であって、
    直列に配置された３つの格子構造のうちの２つでは、前記反応器管の中心軸が２つのパーティションの交線を通り、第３の格子構造では、前記多角形の１つの中央を通り、且つ
    前記格子構造が酸化物プライマー層及び触媒層によりコーティングされている、反応器管。
  2. 前記平行パーティションの各セットにおいて、隣接するパーティションが等間隔であることを特徴とする、請求項１に記載の反応器管。
  3. 前記３セットの平行パーティションがいずれの場合にも１２０度の角度で交差することと、前記パーティションが正三角形の形態の流れ断面により流路に境界をつけることとを特徴とする、請求項１又は２に記載の反応器管。
  4. 前記流れ方向の前記格子構造の長さが前記正三角形の辺の長さにほぼ相当することを特徴とする、請求項３に記載の反応器管。
  5. 隣接する格子構造の前記パーティションのセットが、前記パーティションの１つの平面に垂直の方向に、互いに関してオフセットされていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の反応器管。
  6. 隣接する格子構造の前記パーティションのセットが、互いに関して６０度の角度で回転されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の反応器管。
  7. 前記格子構造の方向付けが周期的に繰り返されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の反応器管。
  8. 前記格子構造の方向付けがいずれの場合にも３つの格子構造の後に繰り返されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の反応器管。
  9. 前記反応器管の三角形の高さが１～１０ｍｍである、請求項１～８のいずれか一項に記載の反応器管。
  10. 前記反応器管の周期的な単位長さが３～３０ｍｍである、請求項１～９のいずれか一項に記載の反応器管。
  11. 前記プライマー層が、酸化セリウム及び酸化亜鉛を含有する混合酸化物であることを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載の反応器管。
  12. 前記触媒層がパラジウムナノ粒子を含有することを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載の反応器管。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数の反応器管を特徴とする、水素化反応器。
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