JPH0525811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 シアン化水素を青酸−メタン−アンモニア−
（BMA−）法により、アンモニア及び炭化水素
のみからなる空気不含のガス混合物から製造する
ことは、公知である。炭化水素としては、久しく
特にメタンが使用されていたが、最近では液化石
油ガスも使用することに成功した。ウルマン
（ULLMANN）、“エンツイクロペデイー・デ
ル・テヒニツシエン・ヒエミー（Enzyklopa¨die
der technischen Chemie）”、第４版、第９巻、
第359頁、及び西ドイツ国特許第2913925号明細
書、参照。

これら双方の場合、ガス混合物は、内部が白金
で被覆されている、焼結した酸化アルミニウムか
らなる懸吊せる反応管に貫流される。この管は、
束で炉室中に懸吊され、シアン化水素含有生成ガ
ス混合物は、管を通過した後に炉頭部端部の水冷
却した室内で迅速に300℃以下に冷却される。ウ
ルマン（ULMANN）、上記引用文中、参照。

この反応管の取扱いは、管が受けている迅速な
温度交換のために簡単ではない。

セラミツク管を高い温度で工業的に関係のある
時間で利用することができるためには、若干の視
点に注意すべきである。約1250℃への加熱の場合
には、差当り著しい長さの増大が生じる。焼成粘
土からなる長さ2000mmの管の場合には、それは約
15mmである。このことは、管はそれを配置する場
合に１端でのみ固定することができるにすぎず、
他の端部は自由に摺動可能のままでなければなら
ないことを意味する。更に、管は、800℃〜900℃
よりも高い温度で既に可塑性になる、すなわちそ
れは、作用下で攻撃力を留めたまま変形する。こ
のことから、管は有利に１端で懸吊され、自由に
懸吊させることができることは、明白となる。管
の下端の接続は、管の運動を全く妨害しない軟
い、可撓性の結合を介して行なわれる。アンモニ
ア及び炭化水素からなるガス混合物は、管の下端
から室温で入る。

ガス管中で反応温度に加熱されかつ触媒で反応
した後に、熱力学から要求されることは、ガスが
触媒を入れた反応室をできるだけ反応温度で去
り、かつ触媒のない冷却器中で著しく迅速に300
℃よりも低い温度に冷却されることである。ただ
この場合には、反応の逆行を回避しなければなら
ない。この要求は、純粋に方法の化学機構から、
セラミツク管を実際にその端部にまで熱く保持し
なければならないことを包含する。この課題は、
管をスタツフイングボツクス中の石綿又は類似の
材料からなる短い断熱材中に固定し、このスタツ
フイングボツクス上に次の冷却器を直接に載置す
ることによつて解決された。従つて、同時に著し
い温度の急変による要求及び熱い管端部に応じた
セラミツクの要求は、完全に全うされる。Ｆ・エ
ンドテル（ENDTER）著、“ドイツ化学器械協
会によるモノグラフ（Dechema
Monographie）”、1959年、第33号、第28頁〜第
46頁、参照。

前記のように考えることにより、第１図による
炉頭部の構造を導いた。それによれば、炉室２中
で管３は、自由に懸吊して取り付けられ、この管
の上に下部４及び中央部５を有する炉頭部１が存
在した。冷却したガスは、ガス捕集室６中で受集
められた。管の１つは、その管頭部ホルダー７中
での固定を示すために縦断面図で３ａで示され
た。管は、それぞれ管３ａに対して８で記載され
ている中空スピンドルによつてガス捕集室に対し
て閉鎖することができた。この閉鎖することは、
例えば管がもはや緊密ではない場合に侵入した燃
料ガスがこうしてガス捕集室中に達しかつ生成物
が劣化されないためにも絶対に重要なことであ
る。更に、キヤツプナツト９によつて、キヤツプ
ナツトを取り外した後に管を清浄化することがで
きる方法が与えられた。

差当り、炉頭部は、13本の管に対して構成する
ことができた。この管は、冷却水が流れる冷却蛇
管によつて冷却された。

その次の時代には、管の数を古典的な炉室構造
の保持下にできるだけ増大させることの努力がな
された。しかし、この場合には、炉頭部の能率の
判断基準と結び付いていた。このためには、熱力
学的に有利な温度曲線、個々の管の正確な支持、
例えばスーチングの際の管の良好な入手可能性、
及びガス捕集室に対する個々の管の簡単かつ安全
な閉鎖が属する。１つの相当する構造は、西ドイ
ツ国特許第1041476号明細書に記載されており、
この特許明細書は、第１図で符号１２及び１３で
13本宛の管を有する、炉室を閉鎖するそれぞれの
炉頭部の平面図を有する。

この処理量は、最後に炉室単位１個当りの管の
数を26に増大させることによつて、まさに能率の
判断基準と結び付いた、したがつてそれ自体任意
に変化しえなかつた炉頭部の管配置の幾何学的限
界に達した。そうでなければ、炉頭部の外形ない
しは炉室を拡大させる場合には、完全な炉を新し
く形成し、ひいては多大な新しい設備費を認容し
なければならないであろう。

これまで、26本の管の数を増やすことは、不可
能であつた。この数字を越えて管の数を増やすこ
とを試みる場合には、既存の場所ではもはや間に
合わないであろう。すなわち、こうして得られ
る、所定の温度曲線に対しても最適と思われる処
理量で満足された。

当該温度曲線は、反応成分の混合物が反応管中
に流入した後に1200℃〜1300℃への著しい温度の
上昇を示し、かつガス混合物が冷却頭部中に流入
するときまで反応管の全長を越えて達成される温
度が不変であることを示す。この場合、鋭い折れ
点は、300℃以下の値で生じる。セラミツク管を
保護するためには、前記のように相当する絶縁が
行なわれた。しかし、前記の26本の管上への固定
は、甚だ不満足なものであつた。

本発明の目的は、出発混合物の処理量及び存在
する炉中での空時収率を、管内及び冷却頭部中の
所定の温度曲線を変えることなしに増大させ、さ
らに損傷したか又は閉塞した管をガス捕集室と隔
絶するか又はその管を簡単に清浄化する方法を同
時に存在せしめることである。

ところで、炉又は炉室の処理量及びそれと同時
に炉の空時収量は、冷却頭部の下部を形成される
場合に公知の炉−又は炉室構造及び公知の炉−又
は炉室寸法ならびに必要な温度曲線を維持しなが
ら、BMA法で著しく増大させることができ、な
らびに反応管の数及び配置を炉室中の加熱部材の
数及び配置と組合せることによつて温度曲線に相
当して反応温度及び冷却温度の経過を維持しなが
らBMA法で著しく増大させることができ、この
場合に反応管の数は増大させることが見い出され
た。

本発明方法の１つの好ましい実施態様は、炉又
は炉室の処理量及びそれと同時に炉の空時収率を
共通にガス供給装置及びガス導出装置と結合して
いる、炉室中に自由に懸吊されたセラミツク管中
で1000℃よりも高い温度で公知の炉−又は炉室構
造及び炉−又は炉室寸法ならびに必要な温度曲線
を維持しながら上昇させるように青酸−メタン−
アンモニア−（BMA−）法を連続的に実施し、
この場合炉室が１つ又はそれ以上のバーナーによ
つて加熱されかつガス導出がセラミツク管を気密
に懸吊している、冷却機関として形成された冷却
頭部中で行なわれる１室−又は多室管状炉を使用
し、この１室−又は多室管状炉は、自体公知の冷
却頭部がその下部で冷媒を貫流させる短い管束熱
交換器として形成されており、この短い管束熱交
換器の高さがセラミツク管を可撓性の耐熱性材料
の使用下で埋封しているパツキン箱の円筒形部分
に相当し、反応管の数が同じ幾何学的寸法の炉室
の際に増大されており、均一な温度分布が保証さ
れるようにバーナーの数及び位置が反応管の配置
と一致していることを示す。

炉室中、すなわち下部及び中央部での熱導出
は、例えば水又は塩溶液のような普通の工業用冷
媒により行なわれる。

炉頭部−下部の新規の構造は、第２ａ図及び第
２ｂ図で平面図及び側面図で図示されている： １は、炉頭部の下部を表わし、２は、短管状熱
交換器の交換管を表わし、３は、反応管を表わ
し、４は、パツキン箱を表わす。冷媒は、５で表
わされている。

第２ｂ図の側面図は、パツキン箱６及びその各
交換管７中への嵌合部を有する炉頭部−下部を示
す。冷媒は、５で存在する。冷媒の供給又は流出
は、側面で、例えば８で行なわれる。

38本の反応管は、容易に本発明により使用すべ
き炉頭部−下部中に取付けることができること
は、明白である（第２ａ図、参照）。従つて、こ
れまでの26本の管の殆んど自然の限界と見なされ
た数は、既に著しく越えている。

蛇管冷却器として形成された下部を有する反応
管のこれまでの配置は、第３ａ図及び第３ｂ図で
示されている。この場合も、１，３及び４は、第
２図と同様に炉頭部の下部、反応管及びパツキン
箱を表わす。２は、この古典的な配置でパツキン
箱及びその中に支持されている反応管を下部で冷
却するという目的を保証する冷却蛇管を示す。

第３ａ図から簡単に認めることができるよう
に、反応管を有するパツキン箱及び蛇管冷却器
は、使用される空間を炉頭部の下部で完全に充填
する。

既述したように、炉頭部−下部のこれまでの形
成によれば、取付けるべき最大の反応管数は、反
応器単位（炉室）１個当り26本の管に限定され
た。この管は、室内で第４図によれば自由に懸吊
された。

第５図は、第２ａ図及び第２ｂ図による下部の
新規の構造によつて明らかとなる、反応器単位１
個当り38本の管の配置を示し、第６図は、今や判
明せる、66本の管の幾何学的最大数を示す。

しかし、この重要な、反応器単位１個当りの反
応管の数の予想することができなかつた増大は、
個々の管１本当りの処理量を維持することができ
る場合にのみ反応器単位１個当りの全処理量の相
当する増大を導く。そのためには、全ての個々の
管をできるだけ広幅の範囲で1000℃よりを高い、
吸熱反応に必要とされる温度にもたらすことが必
要である。何故なら、不利に位置した個々の反応
管の数を高めることによつて、所謂BMA―判断
基準、すなわち約1000℃への導入されたガス混合
物のできるだけ短い加熱範囲及び反応管又は炉頭
部の上部中での反応後の300℃以下への迅速な冷
却が充たされないような温度曲線が存在する場合
には、役に立たないからである。従つて、バーナ
ーの数及び位置を均一の温度分布が保証される程
度の反応管の配置に定めることが必要である。

同様の要求は、種々の形及び種々の内部構造の
本発明により使用すべき管にも当てはまる。

この要求から、多少とも著しく“弛緩”されて
いてもよくかつ例示的に次の配置パターンで記載
される対称的又は非対称的配置が判明する。

第７図は、炉室Ａ及びバーナーに対してそれぞ
れ予想される位置を示す。この場合には、Ｘ−座
標及びＹ−座標のみが確定されており；多バーナ
ー配置の場合、このバーナーは、種々の高さで取
り付けることができる。この場合、第７図ならび
に次の第８図〜第１０図で“ａ”は、１本バーナ
ー作業（Einbrennerbetrieb）を表わし、“ｂ”
は、２本バーナー作業（Zweibrennerbetrieb）
を表わし、“ｃ”は、多バーナー作業
（Mehrbrennerbetried）(n)を表わす。

このバーナーを定めることにより、管の位置決
定は、第５図及び第６図で既に記載した配置に相
当することができる。しかし、好ましいのは、第
１１図〜第２３図から明らかになるような配置で
ある。従つて、第１１図は、バーナーの配置を古
典的な配置系に比して著しく高い管の数、すなわ
ち56本の管で、しかも１本バーナー作業又は２本
バーナー作業で示す。

唯１つのバーナーＱは、炉室の左右の狭い側に
配置することができる（第１１図、参照）。図面
の左側にある位置は、線引きした矢印によつて表
わされており、図面の右側にある位置は、線引き
してない矢印によつて表わされている。

２本のバーナーＱが存在する場合には、双方の
バーナーは、炉室の向合える狭い側で向合つて立
うている。

唯１つのバーナー又は２つのバーナーによつて
導入される熱は、第１１図で２つの管群の間に人
工的に案内される通路を介して均一に全炉室上に
分配される。BMA−法で支配的な温度範囲の場
合、輻射熱は重要である。

これに対して、空いている通路を管が占めるの
であれば、熱の大部分は管によつて遮断されるで
あろう。これによつて、不可避的に明らかに低い
温度が、例えば中位の管で生じるであろう。

同様に考えることにより、第１２図〜第２０図
で管が全体で同じ形及び同じ構造の内面を有する
ような管の配置が導かれる。

この配置の場合、種々の管数及びバーナー数が
存在することは、明らかである。従つて、例えば
第１２図は、46本の管を用いる２本−又は４本バ
ーナー作業に当てはまり、第１３図は、３又は６
本のバーナーによるかかるものに当てはまる。

不利に位置している管は僅かなガス量を負荷す
ることができるにすぎないことを回避したい場合
には、前記したように同じ形及び内部構造の管を
使用することができるだけではなく、形及び内面
構造が多種多様であるかかるものを使用すること
もできる。種々の形とは、種々の直径を有する管
のことであり；種々の内部構造の場合には、例え
ば滑らかな内壁を有する通常の管とは異なり、管
を製造する際又はその後に人工的に粗面化された
か又は管の一部もしくはその全長にわたつて滑ら
かな又は穿孔した内部リブを装備したかかる管が
当てはまる。付加的に、同じ構造ではあるが、
個々の管１個当り種々の接触量を有する管を炉室
中に設置し、したがつて例えば冷たい範囲に高め
られた触媒量を供給する方法が存在する。

この多種多様の管は、人工的に得られた通路と
ともに種々の管を混ぜ合せて配置することによつ
て炉室１つ当りの処理量を増大させるという課題
を解決する方法を与える。反応管が必要とする作
業温度を必ずしも完全に達成しない管配置の不可
避的に冷たい範囲内で、大きい内径又は偏倚せる
内部構造を有する管が、例えば大きい内部触媒表
面積又は２つの、すなわち大きい内径及び大きい
触媒表面積によつて配置される場合には、それに
も拘らず変換率は、この個々の反応管中でも普通
の値を達成する。内径を拡大すると、反応ガスの
滞留時間は、管中で増大され；触媒表面積又は−
量を拡大した場合には、増大した変換率の値を予
想することができる。

この種の反応管の、例えば１本−又は２本バー
ナー作業のための配置は、第２１図〜第２３図に
再び記載されている。これまで使用された管は、
内部に交差線が付されており、それとは異なる、
大きい内径及び／又は別の内部構造を有する管
は、点が示されている。

このように内部変形した管は、市場で自由に入
手することができ、特殊な方法により、例えば西
ドイツ国特許第3034957号明細書の記載により触
媒で被覆することができる。この管は、それが大
きい内径を有する場合、直ちに炉頭部の本発明に
より使用すべき新規の下部中でパツキン箱の相当
する寸法決定によつて取り付けることができる。

本発明方法及び本発明により使用すべき装置、
すなわち炉頭部の新しく形成された下の冷却部又
は同一かもしくは異なる構造の管の新しい種類の
配置パターンを、１つの炉室又は２つの炉室中の
バーナーの最適な配置によるBMA−法の公知の
好ましい温度曲線を維持しながら工業的に進歩さ
せることは、空時収率を炉室（反応炉単位）に対
してもはや予想することができない程度に徹底的
に上昇させることにある。

本発明を次の実施につきなおさらに詳説する： 例 １ 内部に白金触媒が被覆されておりかつ炉室中で
の配置が第４図に相当する26本の接触管を装備す
るBMA−炉室中で、メタン及びアンモニアを
１：1.05の比で1350℃の温度で青酸と接触させて
反応させる。炉室を加熱するために使用されるバ
ーナーは、第８図による位置a₁に存在する。
HCN−収率は、使用したアンモニアに対して79
％である。

例 ２ 例１の記載と同様にではあるが、第９図による
２本のバーナーが位置b₁に存在するような２本バ
ーナー配置により作業する。収率は、例１の場合
と同じ個々の管の処理量で使用したアンモニアに
対して82.4％である。

例 ３ 例２の場合（２本バーナー作業）と同様の条件
下ではあるが、内径が約10％大きい接触管を用い
てその他は同じ合成条件及び処理量で使用された
NH₃に対して83％の収率が達成される。

例 ４ 同じ形の炉室中に本発明方法により第５図によ
る38本の管を設置する。この室を位置a₁（第８図）
に存在するバーナーで加熱する。全部で38本の管
にわたつて測定した収率は、50％である。

例 ５ 例４を繰り返すが、第９図により位置b₁の２本
のバーナーを用いる。収率は、同じ個々の管の処
理量で同様に全部で38本の管にわたつて測定して
82％である。

例 ６ 例４を繰り返すが、第６図に表わされているよ
うな全体で66本の管を用いる。バーナーの配置
は、例５に相当する。

個々の管１本当りの処理量が不変である場合、
収率は、全部の管にわたつて測定して45％であ
る。

例 ７ 例６を繰り返すが、第１５図による配置パター
ンで56本に減少した管数を用いる。収率は、78％
である。

例 ８ 例７を繰り返すが、４本の中心の管（第１５
図、参照）は、その構造のために約20％拡大され
た触媒表面積を有するかかるものによつて交換さ
れる。収率は、全部の管にわたつて測定して79.5
％である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知技術水準による炉頭部の構造を
示す部分的縦断面図を有する側面図、第２ａ図
は、本発明による炉頭部−下部の新規の構造を示
す平面図、第２ｂ図は、第２ａ図による新規の構
造を示す側面図、第３ａ図は、蛇管冷却器として
構成された下部を有する反応管の従来の配置を示
す平面図、第３ｂ図は、第３ａ図による従来の配
置を示す側面図、第４図は、反応器単位１つ当り
26本の管を有する炉頭部−下部の従来の形成を示
す略図、第５図は、第２ａ図による下部の新規の
構造によつて明らかになる管配置を示す略図、第
６図は、今や判明せる66本の管の幾何学的最大数
を示す略図、第７図は、炉室Ａ及びバーナーに対
してそれぞれ予想される位置を示す座標、第８図
は、１本バーナー作業によるバーナーの配置を示
す略図、第９図は、２本のバーナー作業によるバ
ーナーの配置を示す略図、第１０図は、多バーナ
ー作業によるバーナーの配置を示す略図、第１１
図は、古典的な配置系に比して著しく高い56本の
管の際に１本バーナー作業又は２本バーナー作業
のためのバーナーの配置を示す略図、第１２図
は、46本の管の際に２本バーナー作業又は４本バ
ーナー作業のためのバーナーの配置を示す略図、
第１３図は、３本又は６本バーナー作業のための
バーナーの配置を示す略図、第１４図〜第１６図
は、２本バーナー作業のためのバーナーの配置を
それぞれ示す略図、第１７図〜第１９図は、２本
又は４本バーナー作業の際の管の種々の配置をそ
れぞれ示す略図、第２０図は、５本バーナー作業
のためのバーナーの配置を示す略図、かつ第２１
図〜第２３図は、１本又は２本バーナー作業の際
の管及び別の管の種々の配置をそれぞれ示す略図
である。 第１図の場合：１…炉頭部、２…炉室、３，３
ａ…管、４…下部、５…中央部、６…ガス捕集
室、７…管頭部ホルダー、８…中空スピンドル、
９…キヤツプナツト第２ａ図、第２ｂ図、第３ａ
図、第３ｂ図の場合：１…下部、２，７…短い管
状熱交換器の交換管、３…反応管、４，６…パツ
キン箱、５，８…冷媒、Ａ…炉室、ａ，a₁，a₂，
a₃，a₄，a₅…１本バーナー作業、ｂ，b₁，b₂，
b₃，b₄…２本バーナー作業、ｃ，c₁，c₂，c₄，ｎ
…多バーナー作業、Ｑ…バーナー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉又は炉室の処理量及びそれと同時の炉の空
   時収率を所謂青酸−メタン−アンモニア−
   （BMA−）法で公知の炉−又は炉室構造及び炉
   −又は炉室寸法ならびに必要な温度曲線を維持し
   ながら上昇させる方法において、反応管の数及び
   配置を炉室中の加熱部材の数及び配置と組合せる
   ことによつて温度曲線に相当して反応温度及び冷
   却温度の経過を維持しながら冷却頭部の下部を形
   成させることにより、反応管の数を増大させるこ
   とを特徴とする、シアン化水素を製造する方法。 ２ 炉又は炉室の処理量及びそれと同時の炉の空
   時収率を共通にガス供給装置及びガス導出装置と
   結合している、炉室中に自由に懸吊されたセラミ
   ツク管中で1000℃よいも高い温度で公知の炉−又
   は炉室構造及び炉−又は炉室寸法ならびに必要な
   温度曲線を維持しながら上昇させるように青酸−
   メタン−アンモニア−（BMA−）法を連続的に
   実施し、この場合炉室が１本又はそれ以上のバー
   ナーによつて加熱されかつガス導出がセラミツク
   管を気密に懸吊している、冷却機関として形成さ
   れた冷却頭部中で行なわれる１室又は多室管状炉
   において、自体公知の冷却熱頭部がその下部で冷
   媒を貫流させる短い管束交換器として形成されて
   おり、この短い管束熱交換器の高さがセラミツク
   管を可撓性の耐熱性材料の使用下で埋封している
   パツキン箱の円筒形部分に相当し、反応管の数が
   同じ幾何学的寸法の炉室の際に増大されており、
   均一な温度分布が保証されるようにバーナーの数
   及び位置が反応管の配置と一致していることを特
   徴とする、シアン化水素を製造する装置。