JPH0731867A - 触媒蒸留システム - Google Patents

触媒蒸留システム

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JPH0731867A
JPH0731867A JP3233225A JP23322591A JPH0731867A JP H0731867 A JPH0731867 A JP H0731867A JP 3233225 A JP3233225 A JP 3233225A JP 23322591 A JP23322591 A JP 23322591A JP H0731867 A JPH0731867 A JP H0731867A
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catalyst
catalytic distillation
hollow
particles
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Jr Lawrence A Smith
ローレンス・エイ・スミス，ジュニアー
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Chemical Res & Licensin
Chemical Research and Licensing Co
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Chem Res & Raisenshingu Co
Chemical Res & Licensin
Chemical Research and Licensing Co
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 化学反応と、反応物と生成物を部分蒸溜によ
り分離することを同時に行うシステムを提供する。 【構成】 所望の化学反応を進めるために有効な粒状触
媒である第一の成分２０、及び中空形状を有し、その外
側表面を貫通する開口部を有し、ガスと液体がそれらを
通過でき第二の成分１０を含む触媒蒸留システムを提供
する。ふたつの成分は混合され、所望の空間を要するよ
う蒸留カラム反応器１に投入される。中空形状は、空間
を提供し、開口部はガスと液体の通過を許容し、気液接
触のための空間及び表面を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、化学反応と、反応物と生成物を
部分蒸留により分離することを同時に行うシステムに関
する。より詳細には本発明は、触媒微粒子が、表面に貫
通する開口部を有する中空形状の粒子の床により支持さ
れ、その中に分散された触媒蒸留システムに関する。
【０００２】触媒反応を行い、反応混合物が同時に部分
蒸留により分離される新たな方法が開発されていた。種
々のシステムが提案されており、触媒を触媒蒸留構造と
して商業的にに使用することができる。そのような方法
は、米国特許４，２１５，０１１；４，２３２，１７
７；４，２４２，５３０；４，２５０，０５２；４，３
０２，３５６；４，３０７，２５４；４，３３６，４０
７；４，４３９，３５０；４，４４３，５５９；４，４
８２，７７５号に開示されている。
【０００３】簡単に言えば、これらに開示されている商
業的構造は、粒状の触媒材料を有する複数のポケットが
服のベルトにそって存在するようなものであった。触媒
で満たされたポケットを有するこの服のベルトはステン
レス鋼の編まれたワイヤーメッシュのようなスペーシン
グ材料の周囲にヘリックス状に巻かれ、これらのベイル
（ｂａｌｅｓ）は蒸留塔に搬入される。さらに、米国特
許４，３０２，３５６；４，４４３，５５９；４，２５
０，０５２号はこのための種々の触媒構造を開示する。
【０００４】触媒粒子を通常の蒸留トレイ上に自由にお
く方法も提案されている。たとえば、米国特許４，２１
５，０１１号および英国特許ＧＢ２，０９６，６０３号
および３，６３４，５３４号がある。トレイ上の触媒の
流動化も米国特許４，４７１，１５４号に示唆されてい
る。そのような流動床のいくつかの欠点がＣｈｅｍｉｋ
ｅｒ Ｚｅｉｔｕｎｇ／Ｃｈｅｍｉｓｃｈｅ Ａｐｐａ
ｒｔｕｒ， ｖｏｌ．９０，ｎｏ．１３，Ｊｕｌｙ １
９６６および米国特許４，２１５，０１１号に示されて
いる。Ｑｕａｎｇらの、米国特許４，８４７，４３０号
およびＮｏｃｃａらの米国特許４，８４７，４３１号は
粒状触媒を蒸留塔のトレイにのせ、触媒の乗せられたト
レイにガスを通す方法を開示する。
【０００５】固体ガラスビーズを使用して固定床の触媒
を分散・支持する方法は長期にわたり使用され、特にベ
ンチスケールのパイロットプラントにおいて使用されて
きた。たとえば、米国特許４，９１８，２４４号では、
ガラスビーズがベンチスケールの蒸留塔において分散・
支持材として使用されている。
【０００６】さらに、粒状触媒で満たされた容器の使用
は１９９０年５月２１日出願の米国特許出願０７／５２
６，４４４において提案されている。容器は触媒を支持
・分離するとともに、蒸留のための蒸留表面を提供す
る。
【０００７】さらに、最も商業的に成功した改良は、米
国特許４，２１５，０１１に開示されているような、グ
ラスファイバーのベルトにそって、粒状の触媒が入れら
れた閉じられたポケットを設ける方法である。
【０００８】改良によって克服されるべき主要な問題
は、カラム通過時の圧力減少を少なくすることと、反応
物と触媒の十分な接触の提供するとともに、同時に部分
蒸留のための気液接触を提供することである。多くの有
用な触媒は微粒子であり、それはこれらの蒸留成分とし
ての直接の利用を妨げる。より大きな押し出し成形され
たペレットでも蒸留構造物としては有用ではない。ベル
トを使用するので、かごと支持トレイが開発の主要な要
素となっていたからである。大きな触媒構造が提案され
たが、多くの触媒材料における多孔性の必要がその構造
の完全性を制限する。多くの触媒はその外側表面の活性
に依存し、強度のある大きな構造では無水マレイン酸の
合成のような気相反応においてのみ有用であるにすぎな
い。
【０００９】本発明にかかる触媒蒸留システムは２成分
システムである。最初の成分は、所望の化学反応を起こ
すのに有用な粒状の触媒である。第二の成分はスペーシ
ングエレメントであり、それはその外側表面を貫通する
開口部を有し、気体と液体がそれらを通過できる中空形
状を有している。２つの成分は混合され、所望のオープ
ンスベースを提供し、蒸留塔反応器に入れられる。中空
形状はスペーシングを提供し、開口部は気体および液体
の通過を許し、必要な気液接触の空間と表面を提供す
る。
【００１０】本発明は、触媒粒子が従来必要とされてい
た特殊な容器を使用しない触媒蒸留システムを提供する
ものである。触媒の機能と蒸留の両機能を得るために、
３つの重要な基準がある。ひとつめは、システム触媒塔
反応器内で比較的均一な分布を与えるものでなければな
らないことである。すなわち、触媒システムが反応と蒸
留の両機能を発揮するためにカラム内で幾何学的に配置
されなければならないことを意味する。この目的を達成
するために、システムはカラム内でかなり均一な空間分
布を取る必要がある。
【００１１】ふたつめは、触媒床内に十分な自由空間
（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）があり、液体相が気体相と接
触し蒸留でき、同時に蒸留によりカラム内の物質を気相
と液相に分離できることである。操作しやすい分別をす
るためには、約５０容量％の自由空間が触媒床に存在す
るのが適当である。
【００１２】３つめは、触媒床が触媒の過度の破損なし
に使用中に拡張・収縮できることである。
【００１３】これらの基準は触媒粒子を分散し支持する
ために使用できる空間構造物（ｓｐａｃｉｎｇ ｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）を提供することにより満たされる。空間
構造物は必要な自由空間を提供するために中空構造であ
る。中空構造により得られる自由空間は表面を貫通する
開口部によりアクセスされる。この独特の構造はセラミ
ックボールまたはガラスビーズのような固体支持構造と
は異なり、構造内部の空間に蒸気および液体がアクセス
することができる。
【００１４】空間構造物の粒子のサイズと形状は、投入
に便利な形状、または粒状触媒の要求される容積のため
に必要なランダム自由空間を提供する形状から選ばれ
る。サイズにより空間構造物は蒸留カラム反応器に最初
に投入され、触媒が加えられ、または両者が混合され同
時に投入される。しかし、空間構造物のサイズは実質的
にそれらが投入される反応器より小さく、たとえば一般
的な反応器の場合、その容積の１ｘ１０-7から７ｘ１０
-5倍である。
【００１５】スペーシングエレメントの好ましい実施態
様は球状のものであり、投入された時の容積が球状の場
合には容易に予想できるからである。球状の場合の実施
態様は図１および図２に示されている。図１においては
示された球状のスペーシングエレメント１０は表面を貫
通する開口部１５を有している。図２は開口部は円状部
分１４で示されている。
【００１６】図３から５は円筒状のスペーシングエレメ
ントを描いている。これらのスペーシングエレメント
は、円筒の端部１１および側面の開口部のタイプにおい
て相違する。
【００１７】実施態様における開口部は、一緒に使用さ
れる触媒粒子が中空部分に入りまたはそれを満たすこと
がないよう、粒状触媒よりも小さいことが好ましい。現
実的な開口部のサイズの限界は、蒸気および液体が中空
エレメントに入り、出てゆくことにより起こる圧力低下
による。触媒蒸留システムのために、スペーシングエレ
メントと一緒に使用される粒状触媒は、粒状触媒がスペ
ーシングエレメントに入らず、またその自由空間を満た
さない限りどのようなサイズおよび形状であってよい。
押し出された粒状触媒は直径が１／３２から１／２イン
チであることが期待され、たとえば各種のアルミナまた
はアルミナに支持された触媒はスペーシングエレメント
の使用により特に有利となる。さらに、球状触媒でも１
／３２から１／２インチの直径のものがよい。図６は球
状スペーシングエレメント１０と蒸留カラム反応器１の
中にスクリーン２により支持された押し出された粒状触
媒２０が描かれている。
【００１８】スペーシングエレメントのサイズは、触媒
粒子のサイズに応じて粒状触媒よりも大きく、小さくま
たは同じであることができる。スペーシングエレメント
の材料は好ましくは不活性であり、投入され、また操作
中にその完全性を保つために堅くあるべきである。さら
に、構造材料は蒸留カラム反応器内の環境に耐え得るも
のでなければならない。各種グレードのステンレス鋼、
セラミックス、ガラスまたはある種の利用可能な新規プ
ラスティックスが用途に応じて使用可能である。
【００１９】触媒成分の量は好ましくはシステムの総容
量の４０から７０％である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は表面に細長い溝状の開口部を有する中空
球状スペーシングエレメントを示す。
【図２】図２は表面に円状の開口部を有する中空球状ス
ペーシングエレメントを示す。
【図３】図３は端部に円状の開口部を有し、側面に螺旋
状の細長い溝状の開口部を有する円筒状の中空スペーシ
ングエレメントを示す。
【図４】図４は端部と側面に円状の開口部を有する円筒
状の中空スペーシングエレメントを示す。
【図５】図５は端部に円状の開口部を有し、側面に長さ
方向に細長い溝状の開口部を有する円筒状の中空スペー
シングエレメントを示す。
【図６】図６は図１または２のスペーシングエレメント
が蒸留カラム反応器に投入され、押し出し成形された粒
状の触媒を分散・支持する実施態様を示す図である。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学反応と、生成物と反応物の部分的な
    蒸留とを同時に行う触媒蒸留システムであって、触媒粒
    子の微粒子が中空スペーシングエレメント中に分散さ
    れ、支持されており、該中空スペーシングエレメントの
    それぞれがそれらの表面を貫く開口部を有する触媒蒸留
    システム。
  2. 【請求項２】 前記中空スペーシングエレメントが前記
    粒子よりも大きい請求項１記載の触媒蒸留システム。
  3. 【請求項３】 前記中空スペーシングエレメントが実質
    的に前記粒子と同じ大きさである請求項１記載の触媒蒸
    留システム。
  4. 【請求項４】 前記中空スペーシングエレメントが前記
    粒子よりも小さい請求項１記載の触媒蒸留システム。
  5. 【請求項５】 前記中空スペーシングエレメントが球状
    である請求項１記載の触媒蒸留システム。
  6. 【請求項６】 前記中空スペーシングエレメントが円筒
    状である請求項１記載の触媒蒸留システム。
  7. 【請求項７】 前記触媒微粒子が１／３２インチから１
    ／２インチの直径を有する押し出し成形物を含む請求項
    １記載の触媒蒸留システム。
  8. 【請求項８】 前記触媒微粒子が１／３２インチから１
    ／２インチの直径を有する球状ビーズを含む請求項１記
    載の触媒蒸留システム。
  9. 【請求項９】 前記中空スペーシングエレメント中の容
    積の合計が前記触媒微粒子と前記中空スペーシングエレ
    メントの合計容積の５０％である請求項１記載の触媒蒸
    留システム。
  10. 【請求項１０】 触媒成分がシステムの総容積の４０−
    ７０％である請求項１記載の触媒蒸留システム。
  11. 【請求項１１】 ａ）触媒微粒子成分、および ｂ）中空形状の成分であって、実質的にそれらの表面の
    全部に貫通する開口部を有し、該開口部が前記触媒微粒
    子成分よりも総合的に小さい中空形状成分、の上記両成
    分が完全に混合している触媒蒸留システム。
JP3233225A 1990-09-19 1991-09-12 触媒蒸留システム Pending JPH0731867A (ja)

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US07/584,649 US5262012A (en) 1990-09-19 1990-09-19 Catalytic distillation system

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EP (1) EP0476938B1 (ja)
JP (1) JPH0731867A (ja)
KR (1) KR920006018A (ja)
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DE (1) DE69107750T2 (ja)
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