JPH09508565A

JPH09508565A - 反応温度の制御方法及び装置

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Publication number: JPH09508565A
Application number: JP7503817A
Authority: JP
Inventors: ジャニヌベルナデットジロド，クリスティーヌ; ウイリーレヴィー，ウィリアム; アールプジャド，ピーター; ジェイエルロマティエ，ジャック; ジャンジャックマリーサバン，ドミニク; エイスィクリスト，ポール
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1993-07-05
Filing date: 1994-07-02
Publication date: 1997-09-02
Also published as: ES2123150T3; DE69413691D1; TW330989B; EP0767000B1; EP0707517A1; EP0767000A1; RU2136358C1; EP0766999B1; CN1128506A; EP0707517B1; CA2166564A1; ATE206069T1; ATE206635T1; CN1051249C; DE69413691T2; DE69428608D1; DE69428459D1; KR960703665A; EP0766999A1; CN1275432A

Abstract

(57)【要約】反応物質流（Ａ）を熱交換流（Ｂ）に間接的に接触させる反応装置及び方法は、プレート（１０）に沿って波形部（１３）の数及び／または配置を変化させることによって温度条件を制御する波形熱交換プレート（１０）の装置を用いる。この発明の反応装置と方法は、反応器を等温または他の制御された温度条件下で操業するために用いられる。単一の熱交換部内における波形構造の変化は、反応物質に対する熱交換媒体の直交流を持つ装置において所望の温度変化を維持する上に非常に有用である。波形構造は等温条件に対する典型的な段階的アプローチをなくし、最小にする。

Description

【発明の詳細な説明】反応温度の制御方法及び装置発明の分野この発明は、熱交換流体で間接的に熱交換を行いながら反応流体を転化する化学反応器に関する。発明の背景例えば石油化学及び化学工業のような多くの産業におけるプロセスで、所定の温度及び圧力条件下で一以上の反応流体成分について化学反応が行われる反応器を用いている。これらの反応の多くは様々な度合で熱を発生するか吸収し、従って発熱的であるか吸熱的である。発熱もしくは吸熱反応に伴う加熱もしくは冷却効果は反応領域の操作に肯定的にもしくは否定的に影響を及ぼし得る。否定的な影響としては、とりわけ、乏しい生産性、触媒の非活性化、望ましくない副産物の生成、そして、極端な場合には反応容器と関連する配管系の損傷が挙げられる。より典型的には、温度変化に伴う好ましくない効果は反応領域からの生成物の選択性もしくは収率を低減してしまう。種々の反応の熱に伴う温度変化を制御するための一つの解決策は、異なる反応領域の間において中間の加熱もしくは冷却を行いながらいくつかの断熱反応領域を操作することであった。各断熱反応段階では、反応の間に放出もしくは吸収される熱が反応性流体及び反応器内部に直接伝達される。熱放出の度合と温度変化の許容度がかかる構成において必要とされる断熱反応領域の全体数を決定する。反応領域を通る反応物質に対する中間伝熱段階用に配管系と加熱器もしくは冷却器を付加する設備費用のために、反応の各領域もしくは断熱段階のコストがこのようなプロセスの総コストに大きく加わる。従って、断熱工程の数が制限され、このようなシステムは、せいぜい等温もしくは他の温度制御条件への段階的な接近法を提供するものである。さらに、反応領域を反応物の中間加熱もしくは冷却を伴う一連の反応器に分けると、特に、反応領域に触媒を連続的に添加したり除去したりする反応装置に支障を来す。異なった反応熱の影響下の温度制御の問題に対する他の解決策は反応領域内において直接もしくは間接の加熱もしくは冷却を用いることである。主反応と同時に起こる方向的に異なる熱の要求を持つ補償反応を用いることである。平衡させる反対の反応により主反応からの熱放出もしくは熱吸収が相殺される。このような構成の最も単純な形態の一つは、吸熱反応において水素の酸化を用いて反応物を加熱する吸熱プロセスである。他の解決策は、加熱もしくは冷却媒体での反応領域内の反応物及び／または触媒の間接的加熱である。この種の最もよく知られた触媒反応器は固定床もしくは流動床触媒を持つ管状の装置である。管状反応器の幾何構造は大きな反応器を必要としたり、生産高を制限するレイアウト上の制約をもたらす。また、間接的熱交換は、反応物質と触媒を間接的に加熱もしくは冷却するために伝熱流体間に触媒と反応物質を交互に保持するチャネルを形成する薄いプレートを用いて達成されている。これら間接熱交換反応器における熱交換プレートは平坦でも湾曲していてもよく、伝熱流体、反応物質及び触媒間の伝熱を増大させるために波形のような表面変化を有していてもよい。薄い伝熱プレートは、反応熱によって誘発される温度変化をある程度補償することができるが、間接熱交換構造では、反応領域を通して所望の温度変化（プロフィール）を維持することによって多くのプロセスに利点をもたらす完全な温度制御を提供することはできない。多くの炭化水素転化プロセスは、反応熱によって作り出される温度変化とは異なる温度変化を維持することによってより有利に働くものである。多くの反応では、最も有利な温度変化は実質的に等温の条件によって得られる。ある場合には、反応熱に伴う温度変化に反対の方向の温度変化が最もよい条件となる。このような場合の例は脱水素化反応にあり、該反応では、吸熱プロセスの選択率と転化率が上昇する温度変化もしくは反応領域を通じて逆の温度勾配を持たせることにより改善される。本明細書において用いる逆の温度勾配とは、反応領域を通じての温度変化が反応からの熱入力によって引き起こされる温度変化とは反対となる条件を言う。吸熱反応では、逆の温度勾配とは、反応物質の平均温度が、反応領域の出口に向けて、反応領域の入口端における反応物質の平均温度より高い値をとることを意味する。逆に、発熱反応における逆の温度勾配とは、反応器の入口に向かう反応物質が、反応部の出口端に向かう反応物質よりもより高い平均温度を有する条件を意味する。反応領域内における熱交換流体による反応流れの間接加熱もしくは冷却によって反応物質のより良い温度制御を与える反応器を提供することがこの発明の目的である。反応領域を通じての温度変化を制御するために、熱交換流との反応物質流の間接熱交換に用いる方法と装置を提供することがこの発明の更なる目的である。この発明の他の目的は、熱交換流体での間接熱交換を用いて、実質的に等温の条件もしくは反応器を通じて逆の温度勾配を維持する方法を提供することにある。反応物質流を熱交換流体に間接的に接触させる、反応領域を通じての触媒の連続移送を可能にする反応装置と方法を提供することが、この発明の更に他の目的である。発明の簡単な概要この発明は、反応の間反応器温度を所望範囲に維持する熱交換プレートを反応器内に配置して用いる化学反応器と化学反応器を用いるための方法である。この発明の方法と反応器設備では２つのプレート構造パラメータが変化させられる。この反応器設備において用いられるプレートは、プレートに渡って伝熱性を改善するためにプレートの長さに渡って形成された波形部を有する。この発明により影響を受けるプレートパラメータの一つは、プレートの異なった部分に対しての相対的な波形の幾何構造である。この発明において制御される他のパラメータは、チャネル（流路）数の変化であり、また反応器の熱交換領域の長さに渡っての熱交換プレート間の間隔で表される。これらのパラメータの何れかもしくは双方を変化させることによって、実質的に等温あるいは逆の温度勾配さえも含む種々の温度変化を反応領域において達成することができることを出願人は見いだした。この発明は、反応領域を通じて所望の温度制御を可能にする。好ましくは、この発明は、所望の入口及び出口温度を、１０°Ｆ、より好ましくは５°Ｆの所望の温度差内に維持する。等温条件が望まれる場合には、この発明において述べられる実質的に等温の条件の一要件が平均入口及び出口温度が１０°Ｆだけ、好ましくは５°Ｆだけ変化するものであるとして、入口と出口温度は等しい。この発明を用いる方法と触媒反応器構造は、反応容器内において単一もしくは複数の反応領域を用いることができる。この発明の利点は、反応器の入口と出口の間で反応物質もしくは熱交換媒体の中間取り上げ及びリサイクリングを行わないで所望の温度勾配を反応容器が与えることができることである。反応容器内の複数の反応領域は、発明の流路を定める熱交換プレートの波形の深さもしくはピッチ角の変動または熱交換プレートの数の変化を達成するために用いられる。従って、装置の実施態様にあっては、この発明は反応領域における温度変化を制御する反応器である。反応器は、各々が延びた長さを有し、一側に熱交換流路の境界を形成し、反対側に反応流路の境界を形成する複数の離間プレートを有する。各プレートは、該プレートの第１の部位に第１の深さと第１のピッチ角を持つ第１の波形部を有し、該プレートの第２の部位に第２の波形部を有する。第１のプレート部位は、プレートの長さに沿って第２の部位から離間している。第２の波形部は、第２の深さと第２のピッチ角を有し、該第２の深さと第２のピッチ角の少なくとも一方は第１の深さとピッチ角から変化している。該装置は、第１の流れ経路に沿ってプレートによって形成された複数の反応流路に反応流体を流す手段を有する。該装置は、また、反応流体を触媒に接触させる手段を有する。また、発明は、第２の流れ経路に沿ってプレートによって形成された複数の反応流路に熱交換流体を流す手段を有する。各個々の反応領域を所望の温度変化もしくはそれに近い状態で操作することを可能にするこの発明の主たる制御パラメータは、波形部のピッチ角の変化である。薄いプレートの波形部によって得えられる伝熱性の向上は、波形が熱交換流体の流れを横切るようになるにつれて増大する。例えば、吸熱反応の場合、反応領域の入口で伝熱流体に対してより平行な状態で波形部を配設し、反応領域の出口に向けてより横断状態に波形を配設すると、反応領域の出口側におけるよりも入口側において伝熱流体からの伝熱がより少なくなる。このようにして、反応領域の出口に向けて波形部の伝熱を増大させると、反応領域を通過するときの熱交換流体の温度損失が補償される。波形のピッチ角を反応領域内の反応段階によって必要とされる如何なる増大する熱要求についてもこれを補償するために変化させることもできる。このようにして、波形ピッチを変化させると、反応領域を通過するときの熱交換流体の温度損失にもかかわらず、伝熱流体の一度の通過によって所望の温度変化を維持することができる。より複雑な構造では、波形部の深さを変化させることによって反応領域の長さに沿って伝熱係数を変化させることも可能である。しかし、反応領域内の温度を制御する最も単純で主たる手段は、熱交換流体の流れに対してより平行な状態からより横断方向の状態まで波形部のピッチ角を変化させることによるものである。伝熱流体の温度変化は、単一プレートの熱交換反応装置の異なった反応部における流路数を変化させることによっても更に相殺することができる。所定の流れ断面積に対して、流路の数を増大させるとプレート間の空間もしくは間隙を減じ、プレート数を増加させ、伝熱を高める。流路の数を増加させることによって、プレート熱交換面積は、他の反応部に対して増加し、伝熱流体の最大温度により完全に接近することが可能になる。吸熱反応に対する流路変化の応用では、加熱流体を反応器内と第１の数の流路を形成するプレートを有する第１の反応部内に流す。本明細書において、反応部とは、プレート間に固定数の空間を定めるプレートの配置を言う。加熱流体は、ついで、第１の反応部から流れ出て再分散マニホールドに入り、加熱流体と反応物質に対する多数の流路を形成する多数のプレートを有する第２の反応部に入る。このような装置では、各反応部の波形部のピッチ角変化の組合せにより、各反応部内での所望の温度変化を維持し、プレートもしくは流路の数の増大が、複数の反応部からなる単一システム内において全反応部に渡って全体の平均温度を維持する。これらの効果の双方によりプロセス内の温度条件を有利に制御された状態にすることができる。従って、方法の実施態様においては、この発明は、複数のプレート部材を横切る熱交換流体による間接熱交換によって化学反応における反応物質流の温度を制御する方法である。該方法は、プレートの第１の側によって形成された第１群の長尺チャネルを通して熱交換入口から熱交換出口まで熱交換流体を流す。該方法は、また、プレートの第２の側によって形成された第２群のチャネルを通して反応物質入口から反応物質出口まで反応物質流を流す。反応物質の流れは第２群のチャネル内の触媒に接触してもよい。該方法は、プレートによって形成され、反応物質入口もしくは熱交換入口に隣接するピッチ、ピッチ角または波形深さが熱交換出口もしくは反応物質出口に隣接するピッチ、ピッチ角または波形深さと異なる波形部に少なくとも反応物質か熱交換流体を接触させることによって熱交換流体と反応物質流の間で熱交換を行う。該方法は、広範囲の触媒反応において有用である。この発明は、高い反応熱を持つ接触転化プロセスに最も有利に応用される。この種の典型的な反応は、炭化水素の芳香族化、炭化水素の改質、炭化水素の脱水素化、及び炭化水素のアルキル化を含む炭化水素転化反応である。この発明が適している特定の炭化水素転化プロセスとしては、パラフィンの接触脱水素化、ナフサ供給流の改質、軽炭化水素の芳香族化及び芳香族炭化水素のアルキル化が挙げられる。この発明の方法に対する反応領域では、反応物質を任意の相対方向において熱交換流体に間接的に接触させることができる。従って、反応領域の流路と入口及び出口は、反応物質と熱交換流体の並流、向流、もしくは十字流流れに対して設計される。この発明を実施するための好ましい方法では、反応物質を熱交換流体に十字流で流すものである。反応物質の十字流は、反応器を流れる反応物質の流れに伴う圧力降下を最小にするために一般に好ましい。このため、反応領域を横切る短い流れ経路を反応物質に付与する十字流の構成を用いることができる。特に不均一系触媒に接触する反応物質の流れの場合に、流れ経路が短いと、反応物質が反応器を通過するときの反応物質の全体の圧力降下を低減する。圧力降下が少ないと、多くの反応物質流れのプロセスにおいて二重の利点がある。流れ抵抗、すなわち圧力降下が増大すると、プロセスの全体の操作圧を上昇させる。多くの場合、生産収率もしくは選択率は、より低い操作圧によって達成できるので、圧力降下を最小にすると所望の生成物の収率をまた増大させる。加えて、圧力降下がより高くなると、全体の有用性とプロセスの操業コストを上昇させる。各反応物質チャネルを熱交換チャネルと交互にすることは、この発明の実施には必要ではない。反応部の可能な形態は、各反応物質チャネル間に２以上の熱交換チャネルを配置して熱交換媒体側の圧力降下を低減することである。この目的に用いられる場合、隣接する熱交換チャネルを分割するプレートは多孔性のものであり得る。発明の更なる実施態様、構成、及び詳細は、次の発明の詳細な説明において開示する。図面の簡単な説明図１は、この発明の触媒反応部の概略図で、流体と触媒の循環の好ましい方向を示す。図２は、この発明の触媒反応部におけるチャネルの一部を形成するプレートの概略正面図である。図３は、この発明に従って配設された触媒反応器の概略破断図である。図４は、図３の４−４線に沿う断面図である。図５は、反応器スタックの星形配置を持つこの発明の触媒反応器の概略斜視図である。図６は、図５に示された反応器の横断面図である。図７は、図５の反応器の他の内部配置の横断面図である。図８は、図５の星形配置を形成する典型的な触媒反応スタックの概略図である。図９は、図８の６−６線に沿った断面図である。図１０は、反応器スタックの多角形配置を持つこの発明の触媒反応器の概略斜視図である。図１１は、図１０の１１−１１線に沿う断面図である。図１２は、図１０の１２−１２線に沿う断面図である。図１３は、この発明の他の反応スタック配置を示す部分概略図である。図１４は、図１３の１４−１４線に沿う断面図である。図１５は、この発明の他の多角形反応器配置を示す横断面図である。図１６は、発明に係る脱水素化プロセスのプロセスフロー図である。発明の詳細な説明この発明の反応器は、まさにその設計によって、伝熱媒体によって反応器内に反応流体が流れている間、等温もしくは逆勾配温度条件を含む所望の温度変化（温度プロフィール）を単純な手段で維持するという利点を有している。該方法と反応装置では、均一系もしくは不均一系触媒を用いることができる。均一系触媒は、典型的には、反応物質とともに反応チャネル（反応路）を流れる液体触媒からなり、反応領域外で回収と再利用のために分離される。この反応器装置は、触媒を保持するが反応物質を通過させる透過性部材と波形プレートによって反応物質チャネル内に典型的には保持される不均一系触媒の場合に特に有利である。大抵の場合は、不均一系触媒はプレート間に保持される粒状材料からなり、反応器は、流れが流されている間は粒状材料の連続付加と抜き出しが可能なように構成することができる。この発明を実施する際に考えられる反応器装置の形式と詳細は、図面を参照することによって最もよく理解される。図１は、反応流体が反応部を通過するときに熱交換流体で間接熱交換をさせて好ましい反応温度に維持しながら、反応流体に対して触媒反応を行うように設計された触媒反応器の部分の概略図である。このためには、触媒反応部は、図２に示されたような種類の平行なプレートのスタック（架）を具備する。好ましくは、各プレート１０は、また、複数のプレートの集合体をチャネルにする滑らかな端部１１を有している。再び図１を参照すると、各プレート１０は、隣接するプレートに重ねられて２つの循環系を形成しており、最初のものＡは反応流体の流れに対するもので第２のものＢは補助流体の流れに対するものである。図１と２を併せて、反応流体と熱交換流体が、それぞれ十字方向に、つまり、隣接するプレート１０間に形成された直交する交互のチャネルを通って、流れる特定の循環系ＡとＢが形成される。この発明に適したプレートは、高い伝熱速度を可能にし、安定した波形形状に即座に成形できる任意のプレートからなる。プレートは湾曲体もしくは他の形状に形成してもよいが、積み重ねる目的から平坦なプレートが一般に好ましい。薄いプレートが好ましく、典型的には１ないし２ｍｍの厚みを有する。プレートは、典型的には、鉄もしくは非鉄合金、例えばステンレス鋼からなる。再び図２を参照して、波形構成での変化は温度変化を制御するには好ましい方法である。図２のプレート配置は発熱もしくは吸熱プロセスの典型的な波形形状を表す。このような好適な配置において実質的に等温もしくは上昇する温度変化を維持するために、伝熱流体がプレートの一側の波形を通って下方に流れ、反応物質の流れがプレートの反対側を横切って水平方向に流れる。上方の入口端では、波形のピッチ角は小さく、つまり、波形の主方向が熱交換流体の流れに平行に一致する状態に近付く。熱交換流体が流れ出るプレートの下端では、波形のピッチ角は広く相対伝熱性を大きくしており、つまり、波形の主方向が熱交換流体の流れに対して横断方向に一致する状態に近付く。波形ピッチ角は、０°より大きく９０°未満の範囲とし得る。典型的には、プレートの入口部から出口部に至る波形ピッチ角は約１０°ないし８０°の範囲、より好ましくは約１５°ないし６０°の範囲である。特に好適な装置では、プレートは、その入口端で３０°未満の角度をなし、出口端で３５°を越える角度をなす。変化する波形を連続したプレート部に形成しても良いし、あるいは図２に示すようなプレート部を異なったピッチ角の波形を有するいくつかのプレートから形成してもよい。波形のプレートを離間させるか、あるいは隣接するプレートに対して位置させて交互の流路を形成する。伝熱面積を最大にするには、プレート間の狭い間隔が好ましい。好ましくは、反応部において隣接するプレート間で波形を逆にする。このようにすると、対向する波形プレート面上の略杉あや形状が反対方向に延び、対向するプレート面が相互に接触して流路を形成し、プレート部に対する構造支持体となる。好ましくは、反応流体が循環する系Ａは、粒子の形態の不均一系触媒を含む。触媒粒子は、典型的には、小さいサイズの粒からなる。粒子は如何なる形状であっても良いが、通常は小球か円筒からなる。また、触媒を投入したり取り出したりするために、触媒反応器は、触媒を反応物質チャネルに流通させる手段を具備してもよい。図１は、系Ａのチャネルに触媒を分散させるための概略的に示された手段３１を示し、下部に、置換操作の間に触媒を集めるための概略的に示された手段３２を示す。図３と４は、交互のチャネルに組み立てられたプレートの一般的配置を示す発明の非常に概略的な反応器構造を示す。（図を簡単にするために、波形は示されていない。）このために、図３に示されているように、スペーサ１４がプレート１０の側面に沿って溶接等の適当な方法によって付設され、矢印Ａによって示される反応物質流体の流れ（系Ａ）に対する反応器構造の反対の垂直側面に沿って開口したチャネル２０と、矢印Ｂによって示されているように熱交換流体の流れ（系Ｂ）に対して反応器構造の上部と底部で開口したチャネル３０を形成している。系Ａの粒子含有チャネル２０を流れるとき、反応流体は熱の放出もしくは吸収を伴う触媒反応を受ける。系Ｂにおいて循環している熱交換流体の機能は、好ましい反応条件を維持するために、反応流体に加えられもしくは反応流体から除去される熱を伝達することである。このような条件は、触媒反応器内の上述した反応流体の循環中の等温条件もしくは逆温度勾配を含む。熱交換流体は、各プロセスの特定の操作条件によって、ガスか液体の何れかである。プレート熱交換に対する特定の伝熱関係は、２流体間の伝熱を表す基礎式によって与えられる。この関係は次の通りである。Ｐ＝ｈｘｓｘＬＭＴＤここで、Ｐは交換される熱の量、ｈは局所もしくは総括伝熱係数、ｓは流体間の熱交換面積、ＬＭＴＤは対数平均温度差である。対数平均温度差は、プレートに沿った任意の点での所望の温度差によって即座に決定される。触媒粒子と熱交換流体の交互のチャネルを形成する一連の波形プレートに対して、局所もしくは総括伝熱係数は次の等式を用いて算定することができる。ｈ＝ｆ（ａ，ｅ，ｄｐ）ここで、ａは波形のピッチ角、ｅは２つのプレート１０間の距離、ｄｐは触媒粒子の相当直径である。ｈの適切な値は、波形面に対し、存在する場合は粒子床を介しての伝熱係数を定める公知の相関関係を用いてモデル化もしくは演算して求めることができる。粒子床を介しての局所伝熱の相関関係は、Leva，Ind．Eng．Chem.，42，2498（1 950）に見いだすことができる。波形に沿った伝熱の相関関係は、AIChE Symposi um Series No．295 Vol．89 Heat Transfer Atlanta（1993）において示されている。反応流体と補助流体の間の熱交換面積は次の等式を用いて算定することができる。ｓ＝εｘｎｘｌｘＬここで、εは波形から生じるプレートの長さに対する修正因子、ｎは加熱及び反応流体の双方と接触するプレート数、１はプレート幅、Ｌはプレート長である。プレートの数と波形の特性、特に波形のピッチ角を変化させることによって、発明は、反応流体の流れ方向において所望の温度条件を維持する手段を提供する。図３の実施態様に示されているように、温度条件を制御し維持する手段は、系Ａを循環する反応流体と系Ｂを循環する熱交換流体の間の熱交換の別個の部位１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ．．．４ｂ、４ｃを有してなる。図３において、別個の熱交換部位１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ．．．４ｂ、４ｃは、段１、２、３、４と列ａ、ｂ、ｃを形成するように、反応物質の流れ方向と熱交換流体の流れ方向に分散させられている。この発明の他の構造では、これらの別個の熱交換部位が反応物質の流れ方向のみもしくは熱交換流体の流れ方向のみに分散し得る。図３の触媒反応器全体において形成された別個の反応部の総数は、段１、２、３、４の数に列ａ、ｂ、ｃの数をかけて得られる。特定の段の熱交換部の全てが同じ垂直高さを有しており、特定の列の熱交換部の全てが同じ水平幅を有している。図３と４に示されたプレート１０の数を変化させる場合、上述の各部位における反応物質流体と熱交換流体との間の熱交換面積を加えることによって、より大きい数の段もしくはより低い文字の列における熱交換を増大させる。部位１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ．．．４ｂ、４ｃ内の熱交換を変化させるには、この発明では、好ましくは波形部のピッチ角を好適に変化させることによって各部位を変更する。図２に示されているように、波形部１３のピッチ角は、高い伝熱係数が必要なところで反応物質の流れの方向により平行とされ、低い伝熱係数が必要とされるところで熱交換領域における流体の流れ方向により横断的とされる。プレート１０の数は、反応流体の入口から出口に向けて増加するか減少し得る。図４は、一例として、反応流体の流れ経路に沿ってプレート１０の数が多い数から少ない数に変化する熱交換部を示す。発明で不均一触媒を使用するとき、触媒反応器は、反応流体循環系Ａのチャネル２０に触媒１５を含ませる手段を有する。図３と４に示されるように、触媒含有手段は、各熱交換領域１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ．．．４ｂ、４ｃにおいてチャネル２０の何れかの側に配置された格子１６からなる。これら格子１６はチャネル２０の全幅を覆い、各格子のメッシュサイズは触媒１５の粒径に劣る。また、この発明の触媒反応器が複数の別個の熱交換部（１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ．．．４ｂ、４ｃ）を用いる場合、反応及び／または熱交換流体を混合し分散する手段が設けられる。図４に示されるように、この手段は、上述した熱交換領域の間に位置する連結分散空間２１からなる。図５と６は、この発明にしたがって配設された完全な反応器の更に特定の実施例を示す。反応器は複数の反応スタック（反応段架）を含んでおり、各スタックは複数の反応部を有している。反応器は、触媒が反応スタックを通過するようにしながら、垂直に流れる伝熱流体に間接的に接触させることによって、制御された温度条件下で水平に流れる反応流体の触媒反応をなす。反応器は、円形断面で、全体が参照番号３１によって示され、図５において一点鎖線で示された容器を具備する。該容器３１は、熱交換流体を供給するノズル３３が突出する、例えば半球形の頭部３２と、熱交換流体の出口用のノズル３５が突出する底部頭３４を有している。図６に示されるように、触媒ユニットは、容器３１の内部に配設され、その間に反応スタック３６が配設された２つの同心の壁部３１ａと３１ｂを有している。反応スタック３６は垂直で、容器の壁部３１ａと３１ｂの間に星形に分散している。図７は、図６の変形例を示すもので、容器３１が外側の壁部３１ａを構成している。反応スタック３６の数は偶数が好ましく、図５−７では６である。反応スタック３６の側方は、反応流体を分散させるためにスタック３６間に交互に配設された供給領域３７ａ、３７ｃ及び３７ｅの一部と、反応流体を回収するためにスタック間に交互に配設された回収領域３７ｂ、３７ｄ及び３７ｆの一部を形成している。領域３７ａ、３７ｂ．．．３７ｆの上部は、各プレートは反応スタック３６の間に配設された水平なプレート３８によって閉塞され、また領域３７ａ、３７ｂ．．．３７ｆの下部は反応スタック３６の間に配設された水平なプレート３９によって閉塞されている。星形の配置により、各領域３７ａ、３７ｂ．．．３７ｆは、頂部の一つが容器３６の内部に向いた３角柱形状となっている。図示しない他の実施例では、各領域３７ａ．．．３７ｆは垂直な壁によって２つの半領域に分割され、領域の小分割された部位が一つの供給領域と一つの回収領域とされてもよい。供給領域３７ａ、３７ｃ及び３７ｅは、一形態では管４２からなる、反応流体の入口手段に接合され、回収領域３７ｂ、３７ｄ及び３７ｆは一形態では管４１からなる該反応流体の排出手段に接合されている。図８と９に示されるように、各反応スタック３６は複数の平行なプレート４０を具備する。プレート４０は容器３１の半径に直交して配設され、各反応スタック３６を通って下方に延びている。各プレート４０は、隣接するプレート４０とともに、先に記載した循環路ＡとＢを形成する。チャネル４３は、反応流体の流通のための循環路Ａを流れる水平流れを含み、チャネル４４は伝熱流体の流通のための循環路Ｂを流れる垂直流れを含む。反応流体の循環のための循環路Ａはまた粒状の触媒４５を含む。反応器は、各反応スタック３６の循環路Ａに触媒を流す手段と、各反応スタック３６の循環路Ａから触媒を取り出す手段を有する。図５の特定の配置に示されているように、触媒供給管４６は、反応スタック３６の数の半分に等しい数であるが、新しい触媒粒子を受け入れる。各管４６は、触媒粒子を反応スタック２０の上部に移送する２つの小管４６ａと４６ｂに分割されている。複数の触媒排出管４７が各反応スタック３６の下部にそれぞれ連結されている。管４７は容器３１から直接出て触媒除去を改善する。触媒粒子は周期的にもしくは連続的に反応器から除去し、再生後に反応スタックに戻される。図５と８は、各反応スタックの上部にあって循環路Ａに触媒を分散させる分散器４８と、スタック３６の底部にあって触媒を引き出す収集器５０を示している。分散器４８は、触媒を分散させる内部バッフルもしくは波形部１３に嵌合されている。各収集器５０は管４７への上記触媒の流れを調整する内部バッフルもしくは波形部５１を有している。各反応スタック３６は、その上部に、循環路Ｂ内に熱交換流体を受け入れるための少なくとも一つの入口を備えている。入口は単一の開口でよい。図５と８は、それぞれ対応する反応スタック３６の反対側に配設された２つの側方ボール形状の入口５２の形態の入口を有する反応スタック３６を示している。入口５２は容器３１の内部に開口しており、該容器は流体ノズル３３からの熱交換流体を含んでいる。熱交換流体は、分散領域５２ａによって入口５２から循環路Ｂ内に導かれる。各反応スタック３６は、また典型的には、その下部に、循環路Ｂの出口において熱交換流体を回収する少なくとも一つの収集器を具備する。図５と８は、２つの側方収集器５３を有する各反応スタック３６を示しており、各収集器は反応スタック３６の一側に配設されてチャネル４４に連通する回収領域５３ａから伝熱流体を受け入れる。収集器は、プレート３９の下の容器３１の開口部を介して、熱交換流体を引き出す出口ノズル３５に連通する。図５−９に示される実施態様は、中間連結領域５４によって相互に接合された複数の反応部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ及び３６ｄに分割された各反応スタック３６を示している。連結領域５４は再分配マニホールドとなり、種々の反応部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ及び３６ｄの間で熱交換流体と触媒の分離した流れを許容する。操作の典型的な態様では、反応流体、熱交換流体、及び任意に触媒が反応器３１に流される。反応流体は管４２を介して反応器３１に入って、供給領域３７ａ、３７ｃ及び３７ｅに入り、ついで循環路Ａを経由して２つの隣接する反応スタック３６を水平方向に通過し、回収領域３７ｂ、３７ｄ及び３７ｆに出現する。管４１はついで反応流体を排出する。熱交換流体はノズル３３を介して容器３１の上部に入り、入口領域５２を経由して反応スタック３６内に入り、分散領域５２ａに入る。熱交換流体は循環路Ｂを経由して反応スタック３６を垂直に通過して回収領域５３ａと収集器５３を経由して反応スタック３６を出る。熱交換流体は容器３１の下部に現れてノズル３５を経由して出る。触媒４５は管４６、小管４６ａと４６ｂ及び拡散器４８を経由して各反応スタック３６の循環路Ａに入り、反応流体が循環路Ａで触媒に接触する。収集器５０と管４７は周期的もしくは連続的に反応スタック３６の底部から触媒を取り出す。反応流体が各反応部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ及び３６ｄの触媒を通過する間、所望の温度変化を維持するためには、各部位はプレート４０によって定まる波形部のピッチ角を変化させる。連続して下方に向けて配設された各反応部３６（ａ −ｄ）においてプレート数は増加して、各反応スタック３６の長さに沿って下方に向けて反応流体と熱交換流体の間の熱交換の表面積が漸次的に増大する。好ましくは、反応スタック３６は、熱交換流体によって容器３１内に圧縮されて保持される。熱交換流体の操作圧力は、典型的には、反応流体の圧力よりも僅かに高い値に調節される。このために、熱交換流体は通常容器３１を満たし、反応スタック３６を囲む。容器３１では、反応スタック３６は種々の異なった配置で配設されてもよい。図１０に示される他の構造では、プレート４０が容器５５の半径に実質的に平行になるように反応スタックを配置している。容器５５の半径に平行なプレート４０の配置は、反応スタックに略多角形の形状を与える。反応スタックは反応容器５５内に実質的に円周方向に延びる環を形成する。図１０−１２において、反応流体、熱交換流体及び触媒の移送と回収のための配管系とダクト配置は、図５−９の反応器配置に対して開示されたものと実質的に同様であり、反応スタックの全詳細もそれらと実質的に同様である。触媒粒子はノズル５６を経由して反応容器１０に入る。反応スタック３６’の上部の拡散器４８’は上方頭部５８を横切って反応スタック内に触媒を移送する。ノズル５７は先に記載したタイプの収集器を通し、下方頭部５９を横切って反応スタック３６’から触媒を引き出す。熱交換流体はノズルを通って反応器５５に入り、容器５５の内部を満たす。伝熱流体は入口５２’を通って反応スタック３６’に入り、連結領域５４’によって隣接する反応部を通過する。反応スタック３６’の底部の収集器は熱交換流体を収集マニホールド６１内に排出する。管６２はマニホールド６１から熱交換流体を抜き出す。管６３は管６２から熱交換流体を収集し、容器５５から熱交換流体を抜き出す。マニホールド６１と管６２と６３の更なる詳細は図１２に示されている。反応流体は容器５５を通過して入口ノズル６４から出口ノズル６５へ流れる。ノズル６４は反応流体を複数の分散管６６に分散する。各分散管６６は分散チャンバ６７に反応流体を移送する。各分散チャンバ６７は容器５５の内部に面する各反応スタック３６’の側部を覆う。分散チャンバ６７は、反応流体の流れが各反応スタック３６’を横切り、各反応スタック３６’の反対面をシールする収集器６８内に強制的に流し込む閉塞した底部を有している。各収集器６８の上部は閉塞しており、ノズル６５による収集と取り出しのために管路６９内に反応流体の流出流れを向ける。図１３と１４に示す他の実施例では、反応スタック３６’は実質的に多角形形状に連結され、反応容器５５内に収容されている。図１４に示されるプレート７０は、反応流体のための内部分散空間７１を定める。図１３に示されるように、上部バッフル７２と下部バッフル７３が分散空間７１の上下の境界を形成している。反応流体はノズル６４を経由して上部バッフル７２を通過して分散空間に入り、内部分散空間７１から外部収集空間７４に流れる。外部収集空間７４は収集配管系の必要性をなくし、反応流体は開口ノズル６５（図示せず）から直接容器に入る。先の反応器構造とは異なり、図１３と１４の実施例は、反応スタック３６’を囲む反応流体を示している。バッフル３５は、バッフル３３とともに、容器５５の上部を分離させ、先に開示したように、熱交換流体の入口５２’への移送のための分散チャンバを形成する。熱交換流体はまた図１０−１２に示したものと実質的に同一のマニホールドと配管系によって反応スタック３６’を出る。図１３と１４の実施例において実施される触媒流れは先に開示したものと本質的に同様にして生じる。図１５は、図１３と１４の入口分散空間を図１０−１２に示す収集バッフルと組み合わせた反応スタック３５’の構造を示している。図１５に示す構造では、また、如何なる触媒流れも先に開示したものと同様にして生じる。反応流体については、図１３−１４と同様にして中央チャンバ７１に流れ込み、図１０−１２と同様にして、収集され、反応スタック３６’から抜き出される。図１５に示すような反応スタックの構造では、反応器を通る熱交換流体の流れは２つの異なる配管系とバッフル構造で制御される。流入する熱交換流体は反応スタック３６’ を囲み、図１０−１２に示したものと同様のマニホールド系が流出熱交換流体を抜き出す間、容器５５の内部を満たす。他の構成では、図１３と１４に示されたようなバッフルが容器５５の上方内部をシールし、流入する熱交換流体を入口５２’に分散させる一方、流出熱交換流体は反応スタック３６’を囲み、如何なるマニホールドも配管系も用いることなく開口した下部から抜き出される。接改質法は、改質の主製品が自動車ガソリンである炭化水素原料のオクタン質を改善するために石油精製工業で用いられる確立された炭化水素転化プロセスである。接触改質の技術はよく知られているので、ここに詳細に記載することはしない。簡単に述べると、接触改質では、原料は、水素を含むリサイクル流れと混合され、反応領域において触媒と接触させられる。接触改質用の通常の原料は、ナフサとして知られる石油留分であり、約１８０°Ｆ（８０℃）の初期沸点と約４００°Ｆ（２０５℃）の終端沸点を有する。接触改質プロセスは、比較的大なる濃度のナフテン系及び実質的に直鎖のパラフィン系炭化水素からなる直留ガソリンの処理に特に適用でき、上記炭化水素は脱水素化及び／または環形成反応による芳香族化を受ける。改質は、芳香族を生成するシクロヘキサンの脱水素化とアルキルシクロペンタンの脱水素異性化、オレフィンを生成するパラフィンの脱水素化、芳香族を生成するパラフィンとオレフィンの脱水素環化、ｎ−パラフィンの異性化、シクロヘキサンを生成するアルキルシクロパラフィンの異性化、置換芳香族の異性化及びパラフィンの水素添加分解によって製造される全体の反応として定義される。改質プロセスに関する更なる情報は、例えば、米国特許第４，１１９，５２６号（Petersら）、第４，４０９，０９５号（Peters）、第４，４４０，６２６号（Winterら）に見いだされ、その内容を参照してここに取り込む。接触改質反応は、通常、多孔担体、例えば耐火無機酸化物と組み合わせた一以上のVIII族の貴金属（例えば、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム）とハロゲンからなる触媒粒子の存在下で行われる。アルミナがよく用いられる担体である。好ましいアルミナ材料はガンマ、イータ、シータアルミナとして知られており、ガンマ及びイータアルミナが最良の結果を与える。触媒の性能に関与する重要な性質は担体の表面積である。好ましくは、担体は、１００ないし約５００ｍ²／ｇの表面積を有するものである。粒子は通常球状で約１／１６ないし１／８インチ（１．５−３．１ｍｍ）の直径を有するが、１／４インチ（６．３５ｍｍ）まで大きくてもよい。好ましい触媒の粒子径は、１／１６インチ（３．１ｍｍ）である。改質反応の過程で、触媒粒子は、粒子へのコークス付着のようなメカニズムの結果、不活性化される。つまり、ある期間の使用の後、改質反応を促進するという触媒粒子の能力は、触媒がもはや有用ではない点まで減少する。触媒は改質プロセスで再使用される前に再調整もしくは再生される。好ましい形態では、改質プロセスは移動床反応領域と再生領域を用いる。本発明は移動床及び固定床領域に適用できる。移動床操作では、新しい触媒粒子が重力によって反応領域に供給される。触媒は反応領域の底部から引き出され、再生領域に移送されて、そこで、多段階再生プロセスを用いて触媒を再調整し、その反応促進能を完全に回復させる。触媒は、種々の再生工程を経て重力で流れ、ついで再生領域から取り出され、反応領域に供給される。領域を通過する触媒の移動は、実際には半連続であるが、連続であるとしばしば称される。半連続の移動によって意味するところは、相対的に少量の触媒の接近して離間した時点での繰り返し移送である。移動床システムは触媒を除去したり置換したりしている間も製造を維持できるという利点を有している。他の好ましい炭化水素転化プロセスは芳香族炭化水素のアルキル化である。芳香族アルキル化では、この発明に対して適当な芳香族供給炭化水素は種々の芳香族物質を含む。このような物質としてはベンゼンあるいはトルエンのようなアルキル化芳香族炭化水素が有り得る。アルキル化反応領域で用いられる非環式供給炭化水素もしくはアルキル化剤は、また、広範囲の炭化水素を含む。適切なアルキル化剤は、モノオレフィン、ジオレフィン、ポリオレフィン、アセチレン炭化水素及び他の置換炭化水素であるが、Ｃ₂−Ｃ₄炭化水素が好ましい。この発明の最も好ましい形態では、アルキル化剤はＣ₂−Ｃ₄モノオレフィンからなる。アルキル化反応領域では広範囲の触媒を用いることができる。この発明において使用して好適な触媒はゼオライト触媒である。この発明の触媒は、通常は、耐火無機酸化物バインダーと組み合わせて用いられる。好ましいバインダーはアルミナもしくはシリカである。好ましいアルキル化触媒は、アルミナもしくはシリカバインダーを持つＹ型のゼオライトか、アルミナもしくはシリカバインダーを持つベータゼオライトである。ゼオライトは、触媒の少なくとも５０wt％の量、好ましくは触媒の少なくとも７０wt％の量で存在する。アルキル化反応領域は広い範囲の操作条件で操作できる。温度は通常１００℃ ないし３２５℃の範囲で、約１５０−２７５℃の範囲が好ましい。また、圧力は約１気圧から１３０気圧の広い範囲内で変化し得る。反応領域においては一般に液相条件が好ましいので、圧力は反応物質をそのような相に維持するのに充分であるべきであり、典型的には１０ないし５０気圧の範囲に入る。反応物質は、一般に、０．５ないし５０hr^-1、特に約１ないし１０hr^-1の液体時間空間速度を得るのに充分な質量流量でアルキル化領域を通過する。アルキル化領域は、アルキル化剤をモノアルキレートとポリアルキレートに本質的に完全に転化するように通常は操作される。これを達成するには、追加の芳香族基質が反応領域に通常供給される。従って、供給混合物は、一定の速度で、約１：１ないし２０：１のアルキル化剤に対する芳香族基質の分子比であって、好ましくは約２：１ないし１０：１の比で反応領域に投入される。その結果、生成物に加えて、アルキル化反応領域から生成物の流れと共に除去されるかなりの量の未反応の芳香族基質が残る。芳香族アルキル化プロセスの更なる詳細は米国特許第５，１７７，２８５号に見いだされ、その内容を参照してここに取り込む。接触脱水素化は、この発明の方法と装置を有利に用いる吸熱プロセスの他の例である。簡単に言及すると、接触脱水素化では、原料は水素を含むリサイクル流れと混合され、反応領域において触媒と接触させられる。接触脱水素化の原料は、典型的には、約３ないし約１８の炭素原子を有するパラフィンを含む石油留分である。通常、原料は特に軽あるいは重パラフィンを含んでいる。例えば、重脱水素化製品を製造する通常の原料は、１０もしくはそれ以上の炭素原子を持つパラフィンを含有する。接触脱水素化プロセスは、実質的にパラフィン系炭化水素を含有する炭化水素原料の処理に特に利用でき、かかる炭化水素は脱水素化反応を受けてオレフィン系炭化水素化合物を形成する。接触脱水素化反応は、通常、多孔担体、例えば耐火無機酸化物と組み合わせた一以上のVIII族の貴金属（例えば、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム）からなる触媒粒子の存在下で行われる。アルミナがよく用いられる担体である。好ましいアルミナ材料はガンマ、イータ、シータアルミナとして知られており、ガンマ及びイータアルミナが最良の結果を与える。好ましくは、担体は、１００ないし約５００ｍ²／ｇの表面積を有するものである。粒子は通常球状で約１／１６ないし１／８インチ（１．５−３．１ｍｍ）の直径を有するが、１／４インチ（６．３５ｍｍ）まで大きくてもよい。一般に、触媒粒子は０．５ないし３wt％の塩素濃度を有している。改質プロセスに関連して記載したのと同様に、触媒粒子は、脱水素化反応の過程でコークス付着の結果、不活性化され、再生が必要となる。従って、好ましい形態では、脱水素化プロセスは移動床反応領域と再生領域をまた用いる。脱水素化条件は、約４００℃ないし約９００℃の温度、約０．０１ないし１０気圧の圧力、約０．１ないし１００hr^-1の液体時間空間速度（ＬＨＳＶ）を含む。一般に、通常のパラフィンに対しては、分子量が低くなればなるほど、同等の転化率に対して必要とされる温度が高くなる。脱水素化領域の圧力は、化学平衡の利点を最大にすべく、装置の制限内で、現実に可能な限りできるだけ低く維持される。この発明の方法に好ましい脱水素化条件は、約４００℃−７００℃の温度、約０．１ないし５気圧の圧力、約０．１ないし１００hr^-1の液体時間空間速度を含む。脱水素化領域からの流出流れは、一般に、未転化の脱水素化可能な炭化水素、水素、脱水素化反応の生成物を含有する。この流出流れは、典型的には冷却され、水素分離領域に送られて、炭化水素に富む液相から水素に富む蒸気相を分離する。一般には、炭化水素に富む液相は、適当な選択吸着剤、選択溶媒、選択反応の何れか、もしくは適当な分留法によってさらに分離される。未転化の脱水素化可能炭化水素は回収され、脱水素化領域にリサイクルしてもよい。脱水素化反応の生成物は最終製品として、あるいは他の化合物の製造にあっては中間物として回収される。脱水素化可能な炭化水素は、脱水素化領域に流される間もしくは流された後に希釈ガスと混合してもよい。希釈材料は、水素、蒸気、メタン、二酸化炭素、窒素、アルゴン等もしくはその混合物である。水素が好ましい希釈剤である。通常、希釈ガスを希釈剤として用いるときは、炭化水素に対する希釈ガスのモル比が約０．１ないし約２０となるのに充分な量で用いられ、モル比の範囲が約０．５ないし１０のときに最善の結果が得られる。脱水素化領域に流される希釈水素流れは、典型的には、水素分離領域において脱水素化領域からの流出液から分離したリサイクル水素である。水もしくはアルコール、アルデヒド、エーテルまたはケトンのように脱水素化条件で分解して水を形成する材料を、等価な水に基づいて算定して、炭化水素供給流の約１ないし約２０，０００重量ｐｐｍとなる量で、例えば、連続もしくは断続的に、脱水素領域で添加してもよい。６ないし３０を越える炭素原子を持つパラフィンを脱水素化する場合には、約１ないし約１０，０００重量ｐｐｍの水を添加すると最良の結果が得られる。脱水素化触媒の操作に関する更なる情報は、米国特許第４，６７７，２３７号、第４，８８０，７６４号、第５，０８７，７９２号に見いだされるが、その内容を参照してここに取り込む。実施例この発明の方法と反応装置を用いて等温条件を維持する効果をパラフィンの脱水素化についての炭化水素転化プロセスにおいて研究した。等温条件を維持するこの発明の効果に基づくシミュレーションを表１に与えられた組成を有する供給流について行った。この発明から得られる等温条件は図１６に示されたような脱水素化プロセスにおいてシミュレートされた。このプロセスシミュレーションにおいて、ライン１００を経由して移送され、表１に与えられた組成を有する供給流は、供給流温度をおよそ６００°Ｆから８５０°Ｆに上昇させるヒータ１０１に入る。同時に、供給流１００と同じ相対組成を有する熱交換媒体がライン１０２を経由してヒータ１０３に移送される。ヒータ１０３は熱交換流体の温度をおよそ８９０°Ｆまで上昇させる。ライン１０４は、反応器１０５内に加熱された供給流を移送し、該反応器はこの発明に従って設計された熱交換束１０６内に供給流を向ける。反応器１０５は、アルミナ支持体上に白金を具備する典型的な脱水素化触媒を含む循環路Ａに供給流を流す構成を有している。ライン１０７はヒータ１０５からの熱交換流体を反応機１０５内に流し、該反応器は熱交換媒体を、循環路Ｂについて先に記載したようにして熱交換束１０６を下方に向けて通過させる。反応器束１０６のプロセスシミュレーションは、３層の触媒、約１．５ｍの垂直高さ、約１００ｍｍの幅を有する熱交換束１０６を用いて行われる。触媒と供給流れと熱交換流体の間を交互にわたるチャネルを形成するプレートは約１．２ｍｍの厚みを有し、約１０ｍｍの深さと約２７０ｍｍの幅を持つ波形を有する。プレートは、波形の頂部が接触するように、交互の形状に相互に隣接して配置される。反応器は双方の循環路ＡとＢにおいて、約２０ｐｓｉｇの平均圧力で操作する。反応流体に対してのシステム全体の圧力降下は約２ｐｓｉである。反応流体を熱交換媒体と間接的に熱交換すると、約８５０°Ｆの出口平均温度を与える。転化された反応物質流れと加熱流れはプロセスから回収される。表に示された組成を有する生成流１０８が約８５０°Ｆの温度で反応器から取り出される。ライン１０９は約８７０°Ｆの温度で反応器から熱交換媒体を移送する。プロセスの流れ１００と１０８を比較すると、Ｃ₁₀ないしＣ₁₄のパラフィンが対応するオレフィンに転化したことが分かる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号９３／０９９６７ (32)優先日 1993年８月13日 (33)優先権主張国フランス（ＦＲ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＲＵ (72)発明者レヴィー，ウィリアムウイリーフランス国 75009 パリリュドゥトレヴィス６ (72)発明者プジャド，ピーターアールアメリカ合衆国イリノイ 60017―5017 デプレインズイーストアルゴンクインロード 25 ユーオーピー (72)発明者ロマティエ，ジャックジェイエルアメリカ合衆国イリノイ 60017―5017 デプレインズイーストアルゴンクインロード 25 ユーオーピー (72)発明者サバン，ドミニクジャンジャックマリーフランス国 78580 エルブヴィルボワグリゼ 10 (72)発明者スィクリスト，ポールエイアメリカ合衆国イリノイ 60017―5017 デプレインズイーストアルゴンクインロード 25 ユーオーピー【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】１．反応領域における温度変化を制御する反応器において、ａ）各々が延びた長さを有し一側に熱交換流路の境界を形成し、反対側に反応流路の境界を形成する複数の離間プレートであって、各々が第１の部位に第１の深さと第１のピッチ角を持つ第１の波形部を有し、該プレートの長さに沿って離間した第２の部位に第２の深さと第２のピッチ角を有する第２の波形部を有し、第２の深さと第２のピッチ角の少なくとも一方が上記第１の深さとピッチ角から変化するプレートと、ｂ）第１の流れ経路に沿って上記プレートによって形成された複数の上記流路に反応流体を流す手段と、ｃ）第２の流れ経路に沿って上記プレートによって形成された複数の上記反応流路に熱交換流体を流す手段と、を具備する反応器。２．上記第１の流れ経路が上記第２の流れ経路に直交している請求項１の反応器。３．上記プレートが不連続で、上記第１の部位が第１のプレート部位を有し、上記第２の部位が第２のプレート部位を有する請求項１の反応器。４．上記プレートが連続で、上記波形部のピッチ角が各プレートの長さに渡って変化する、請求項１の反応器。５．伝熱流体の流れ方向に対する上記波形部のピッチ角が、上記プレートの入口端で３０°未満の角度で、上記プレートの出口端で３５°より大きい角度をなす請求項４の反応器。６．上記反応器が上記反応流路に触媒を保持する手段を具備する請求項１の反応器。７．複数の上記プレートが平行である請求項１の触媒反応器。８．上記反応器において上記プレートの各々が一面に反応物質チャネルを、反対面に熱交換チャネルをそれぞれ形成する請求項１の反応器。９．各熱交換チャネルが、延びた長さのプレートによって分割されている請求項１の反応器。１０．反応領域における温度変化を制御する触媒反応器において、ａ）各々が延びた長さを有し、対向する側に第１の複数の流路を形成する流路境界を形成する第１の複数の離間プレートであって、各々が第１の部位に第１のピッチ角を有し、第２の部位に第２のピッチ角をそれぞれ有する波形部を備え、第１の部位と第２の部位が該プレートの長さに沿って離間した第１の複数のプレートと、ｂ）各々が延びた長さを有し、上記第１の複数の流路とは数が異なる第２の複数の流路を形成する流路境界を対向する側に形成する第２の複数の離間プレートであって、各々が第１の部位に第１のピッチ角を有し、第２の部位に第２のピッチ角を有する波形部を備え、第１の部位と第２の部位が該プレートの長さに沿って離間した第２の複数のプレートと、ｃ）触媒を保持し、上記第１と第２の複数の流路における第１の半分の流路からなる第１群の流路に反応流体を流す手段と、ｄ）上記第１と第２の複数の流路における第２の半分の流路からなる第２群の流路に熱交換流体を流す手段と、を具備する触媒反応器。１１．上記反応流体を流す上記手段が上記第１群の流路を通過する平行流れに対して上記第１と第２の複数の離間プレートの間で上記反応流体を分割し、上記熱交換流体を流す手段が第１と第２群の流路に熱交換流体を連続して通過させる請求項１０の触媒反応器。１２．上記熱交換流体を流す上記手段が上記第２群の流路を通過する平行流れに対して上記第１と第２の複数の離間プレートの間で上記熱交換流体を分割し、上記反応流体を流す手段が第１群の流路に反応流体を連続して通過させる請求項１０の触媒反応器。１３．反応領域における温度変化を制御する触媒反応器において、ａ）円筒容器と、ｂ）上記容器に配設され、少なくとも一つの反応部を有する少なくとも２つの垂直に延びる反応スタックであって、上記反応部は延びた垂直長さを有するとともに離間して配設されて、対向する側に反応流体の水平流れの水平流路と熱交換流体の垂直流れの垂直流路の複数の介在流路を形成する流路境界を形成する複数の平行なプレートを具備し、各プレートが波形部を有し、該波形部が第１の部位に第１のピッチ角を、第２の部位に第２のピッチ角を有し、第１と第２の部位は上記複数の平行なプレートの長さに沿って離間した反応スタックと、ｃ）熱交換流体を各反応スタックの垂直流路に分散させ、各反応スタックから上記熱交換流体を集める手段と、ｄ）反応流体を各反応スタックの水平流路に分散させ、各反応スタックから上記反応流体を集める手段と、ｅ）上記水平流路に触媒を保持する手段と、を具備する触媒反応器。１４．上記反応スタックが上方反応部と該上方反応部の直下に位置する下方反応部を具備し、上記上方反応部と上記下方反応部が異なった数のプレートを含み、上記反応スタックが上記上方及び下方反応部の間で垂直流路を連通させる連結ダクトを有する請求項１３の反応器。１５．上記連結ダクトは、上記上方反応部の水平流路から上記下方反応部の水平流路に触媒粒子を連通させる手段を具備する請求項１４の反応器。１６．上記反応器は少なくとも３の反応スタックを具備し、該反応スタックはプレートを容器の半径に平行にして多角形を形成するように配設された請求項１３の反応器。１７．上記反応スタックが上記反応器の内部を囲んで、少なくとも部分的に分散器を形成し、反応流体を上記水平流路に分散させる上記手段の少なくとも一部となる請求項１６の反応器。１８．上記反応器は少なくとも３の反応スタックを具備し、該反応スタックは各反応スタックのプレートを容器の半径に直交させて星形を形成するように配設された請求項１３の反応器。１９．少なくとも２つの隣接する反応スタックが３角柱状部の２面を形成し、該３角柱状部が各反応スタックの水平流路に反応流体を分散させ、各反応スタックから上記反応流体を集める上記手段の少なくとも一部とされる請求項１８の反応器。２０．複数のプレート部材を横切る熱交換流体による間接熱交換によって化学反応における反応物質流の温度を制御する方法において、ａ）上記プレートの第１の側によって形成された第１群の長尺チャネルを通して熱交換入口から熱交換出口まで熱交換流体を流し、ｂ）上記プレートの第２の側によって形成された第２群のチャネルを通して反応物質入口から反応物質出口まで反応物質流を流し、ｃ）反応物質入口と熱交換入口の少なくとも一方に隣接するピッチ角または深さが熱交換出口か反応物質出口に隣接する波形のピッチ角または深さと異なる上記プレートによって形成された波形に上記反応物質と上記熱交換流体の少なくとも一方を接触させて上記熱交換流体と上記反応物質流れの間で熱交換を行う方法。２１．上記反応器が上記プレート間に不均一系触媒を保持する請求項２０の方法。２２．上記熱交換流体が上記反応物質流を横断する流れ経路で上記プレートを通過させられる請求項２０の方法。２３．上記熱交換出口が上記熱交換流体を第２群の長尺チャネルに流し、該第２群の長尺チャネルは上記第１群の長尺チャネルよりも数が多い請求項２０の方法。２４．上記反応物質流が炭化水素を含む請求項２０の方法。２５．上記熱交換流が水素を含む請求項２０の方法。２６．反応物質入口における反応物質流の平均温度が反応物質出口での反応物質流の平均温度の１０°Ｆ以内にある請求項２０の方法。２７．上記触媒反応が吸熱反応で、反応物質入口における反応物質流の平均温度が反応物質出口での反応物質流の平均温度より低い請求項２０の方法。２８．上記触媒反応が発熱反応で、反応物質入口における反応物質流の平均温度が反応物質出口での反応物質流の平均温度より高い請求項２０の方法。２９．上記触媒反応が、改質反応、芳香族化反応もしくは芳香族アルキル化反応である請求項１９の方法。３０．炭化水素の接触脱水素法において、ａ）第１群のプレートの第１の側によって少なくとも部分的に形成された第１群の長尺チャネルを通して第１の熱交換入口から第１の熱交換出口まで加熱流体を流し、ｂ）パラフィンを含有する供給流を脱水素化条件で供給入口に流し、上記第１群のプレートの第２の側によって形成された第２群のチャネル内の脱水素化触媒に該供給流を接触させ、ｃ）上記第２群のチャネルから脱水素化炭化水素を含有する第１流出口からの第１の脱水素流出液流れを集め、ｄ）上記プレートによって形成され、加熱流体の流れに対してのピッチ角が上記第１熱交換入口におけるよりも上記第１熱交換出口においてより大となるように構成された波形部に上記供給流れと上記加熱流体を接触させて、上記加熱流体で上記供給流れを加熱し、ｅ）上記脱水素化炭化水素の少なくとも一部を含有する生成物流れを回収する方法。３１．上記第１の脱水素化流出液流れは、脱水素化条件で第２の中間入口に流され、第２群のプレートの第１の側によって形成された第３群のチャネル内の脱水素化触媒に接触させられ；加熱流体は、上記第２群のプレートの第２の側によって少なくとも部分的に形成された第４群の長尺チャネルを通して第２の熱交換入口から第２の熱交換出口に流され；第２の脱水素化流出液流れは、上記第３群のチャネルから第２の流出液出口を通って流され；上記第１の流出液流れは、上記第２群のプレートによって形成され、加熱流体の流れに対してのピッチ角が上記第２熱交換入口におけるよりも上記第２熱交換出口においてより大となるように構成された波形部に接触させることによって、上記加熱流体で加熱される請求項３０の方法。３２．上記脱水素化条件は、上記第１の供給入口での温度が上記第１の供給出口での温度を１０°Ｆだけ越えることを含む請求項３０の方法。３３．上記第１の供給出口における温度が上記第１の供給入口における温度以上である請求項３０の方法。３４．上記供給流は少なくとも１０の炭素原子を持つパラフィンを含む請求項３０の方法。