JPS602171Y2 - エチレンオキサイドの製造装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、酸素あるいは酸素含有ガスによる有機化合物
の気相における部分酸化法要実施するに適する装置に関
する。

さらに詳述すれば、本考案は、エチレンを酸素または酸
素含有ガスにより気相において部分酸化してエチレンオ
キサイドを生皮する酸化反応を実施するに適する装置に
関する。

本考案を明確にするために、エチレンオキサイドを生皮
するエチレンの酸素または酸素含有ガスによる部分酸化
反応について限定して以下記述するが、本考案による装
置は他のいかなる部分酸化反応を行なう場合にも応用で
きる。

エチレンおよび酸素または酸素含有ガスを原料とするエ
チレンオキサイドの製法は第１図に示すような装置によ
り実施されることは公知である。

反応は管群でなる反応器１で行なわれる。

触媒はこれら管の中に充填されている。

反応熱を除去するために、熱交換流体が反応器シェル内
を循環している。

この流体は熱交換器２において冷却され、その際水蒸気
が生皮される。

流体を循環させるためにポンプ３が使用される。

熱交換流体が液相に維持される場合にも上記の装置が使
用できる。

蒸発する流体を使用する場合には、重力循環のためポン
プ３は省略できる。

このような蒸発する流体としては水が使用できる。

この場合、熱交換器２も省略でき、反応器１のシェル内
で直接水熱気が生皮される。

反応器を出る生皮ガスは、熱交換器４において、この反
応器に供給される原料ガスを加熱する。

ついで、生皮ガスは吸収塔５に供給され、この塔におい
て、エチレンオキサイドが適当な溶媒１０（一般的には
水、しかし必ずしも水でなくてもよい。

）によって吸収される。エチレンオキサイドが吸収され
た後のガスをコンプレッサ６により反応器１に再循環す
る。

原料、すなわちエチレンおよび酸化剤（空気あるいは酸
素）はそれぞれライン７および８を介して供給される。

原料とともに入った不活性ガスの蓄積を防止するため、
ライン９を介して少量のガスを排出する。

空気が供給される装置では、排出ガス中に含まれるエチ
レンは上記の部材に類似した補助部材に供給される。

また酸素が供給される装置では、二酸化炭素を吸収する
ための部材がサイクル中に組込まれる。

熱交換器２および４は、この従来法においては必須の部
材である。

実際、熱交換器２における水蒸気の生皮は、生皮した水
蒸気をこの装置自体で必要なエネルギを生皮するために
使用でき、またバッテリの使用を不必要なものとするた
め、装置の経済性にとって無視できない特徴である。

熱交器４も、反応器に供給されるガスを加熱するための
熱を回収するという点で重要な部材である。

゛しかしながら、熱交換器４が存在するため、反応に供
される原料は、この熱交換器から反応器入口までの管内
を流動する間中高温状態にある。

その結果、原料混合物中の酸素含量は前記温度における
発火限界に相当する濃度以下、すなわち、高くても約７
ないし８％以下でなければならない。

したがって、従来法によれば、原料混合物は反応器を出
る反応混合物により適当な熱交換器において予熱された
後、可能な最高温度で反応器に供給される。

このように操作する場合には１、反応が発熱反応である
ため、反応熱を利用することにより最多量の水蒸気を生
皮できる竺この方法ではく前記した如く鵠爆発の危険が
あるため、“反応器へ入る混合ガス中の酸素濃度が低い
場合にのみ可能である。

したがって、反応器を出る混合物中の所望の含酸素化合
物（エチレンオキサイド）の含量は低く、それ故、多量
のエチレンオキサイドを生皮したい場合には大きな反応
器が必要となり、さらに循環するガスの流量を大きくシ
、シかもガスを圧縮しなければならず、さらに含酸素化
合物を回収する部材も高価なものとなる。

考案者等は、反応域に近接しかつ反応域の上流側の部位
において、熱流体との熱交換によって、エチレンおよび
高濃度酸素の原料混合ガスの加熱を行なうことにより、
反応器入口における酸素濃度を非常に高くすることがで
き、それにより上記光転を除去することを見出し本考案
に至った。

本考案の目的は、管群をその両端で板部材により支持す
るとともに、該管群をシェルで囲繞し、前記板部材にそ
れぞれ底部材を固着してなる反応器と、前記板部材、前
記管群の外面および前記シェルの内壁により限定される
シェル内空間を循環する熱媒体を介して反応熱を除去す
る反応熱除去手段と、前記反応器を出る反応生成ガスの
熱を利用して前記反応器に供給される原料ガスを予熱す
る予熱手段と、前記反応生成ガスからエチレンオキサイ
ドを回収するエチレンオキサイド回収手段とを包含する
エチレンの部分酸化によってエチレンオキサイドを製造
するための装置において、仕切部材によって前記ジェル
内空間を少なくとも２つの区域に分画し、これら区域の
うちの該反応器の入口側の区域に相当する管群内に不活
性物質を充填して予熱域とするとともに、次の区域に相
当する管群内に触媒を充填して反応域とし、該反応域に
供給される原料ガスを、該反応域に入る直前の前記予熱
域で、□前記反応器を出る反応生成ガスの熱を利用して
予熱するようにしたことを特徴とするエチレンオキサイ
ドの製造装置を提供することになる。

次に、本考案のエチレンオキサイドの製造装置について
、第２図ないし第６図を参照して詳述するが、本考案は
とれらに限定されない。

本考案のエチレンオキサイド製造装置の１具体例を示す
第３図によれば、□かかる装置は、２つの板部材２３．
２４にその両端が接続されている管群２１と、この管群
を囲繞するシェル２２と、板部材にそれぞれフラジジ止
めまたは溶接された底部材２５．２６とで構成される反
応器２０を包含する。

シェル２２．２つの板部材２３，２４および管群２１の
外面で限定されるシェル内空間は２つの仕切部材２７．
２８により３つの区域２９゜３０．３１に区画されてい
る。

これら区域のうち、中央の区域は反応区域３０で、この
区域に相当する管群内にはエチレン酸化用触媒が充填さ
れている。

反応器の入口に近い区域、すなわち反応区域の上流側は
予熱区域２９であり、この区域に相当する管群内には、
不活性物質が充填されている。

反応域の下流側の区域は冷却区域３１で、この区域に相
当する管群内にも、予熱区域と同様、不活性物質が充填
されている。

これら予熱区域と冷却区域との間は、ポンプ３２を介し
て循環する熱媒体により連通されており、反応後に得ら
れた反応生成ガスが有する熱を冷却区域において回収し
、反応に供されるエチレンおよび酸素または酸素含有ガ
スの原料混合物の予熱を予熱区域で行なう際にこの熱を
利用する。

なお、反応区域３０は従来法と同様、ポンプ３３により
循環する熱交換流体を介して熱交換器３４と接続されて
おり、反応により発生する熱の回収が行なわれ、水蒸気
３５が生皮される。

第２図は、第３図における管群を構成する１本の管を示
しており、仕切部材により形成される３つのシェル内空
間に相応して、中央部には触媒が充填されて反応区域３
７が形成され、その下方および上方の域には不活性物質
が充填され、それぞれ予熱域３６、冷却域３８が形成さ
れている。

この不活性物質としては、小さな円筒状、小球状、ラー
シツヒリング、あるいは他の形状を有する充填材がある
。

なお、これが充填される予熱域３７および冷却域３８に
おける非占有空間はいずれの場合にも、好ましくは５０
％以下であり、充填体１つの最大サイズと管の内径との
間の割合は０、積上であってはならず、好ましくは０．
３０ないし０．０６である。

このように構成される反応器を包含する第３図のエチレ
ンオキサイド製造装置の作動について述べる。

ライン３９を介して一般に室温で送られる原料ガスは、
底部材２５から反応器２０に入り、管群の予熱域３６を
通過する際に、シェル内の予熱区域２９を循環する熱媒
体により、所望の温度（１００ないし３００°Ｃ１好ま
しくは１８０ないし２２０°Ｃ）に予熱される。

予熱された原料ガス混合物は反応域３７に入り、触媒の
存在下で反応してエチレンオキサイドを生皮する。

得られたエチレンオキサイドおよび未反応のガスは冷却
域３８に入り、シェル内の冷却区域３１を循環する熱媒
体によって１５０℃以下に冷却され、これにより、熱が
回収され、この熱が原料ガスの予熱に利用される。

その後、エチレンオキサイドおよび未反応ガスは、従来
法と同様、エチレンオキサイド吸収塔４０に送られ、こ
こで溶媒４１によりエチレンオキサイドが吸収、採取さ
れる。

溶媒により吸収されなかったガスは塔頂留分として塔か
ら取出され、一部はライン４２を介して塔から排出され
、一部は、コンプレッサ４３により、新たな原料、すな
わちエチレン４４および酸素４５が加えられたのち、ラ
イン３９を介して反応器２０に再供給される。

第４図および第５図は他の具体例を示すものであり、こ
れによれば、反応器５０のシェル内空間は唯一つの仕切
部材５１により２つの区域に区画され、反応器の入口側
が予熱区域５２で、相当する管群内には前述の不活性物
質が充顛されており（予熱域５８（第４図参照））、他
の区域は反応区域５３で、これに相当する管群内には触
媒が充填されている（反応域５９（第４図参照））。

この装置では反応器の出口から吸収塔５５まで反応生成
物および未反応ガスを供給するライン５６内に熱交換器
５４が設けられている。

この熱交換器は前記シェル内の予熱区域５２と連通し、
ポンプ５７を介して熱媒体が循環しており、反応生成ガ
スが有する熱を回収して、原料ガスの予熱に利用される
。

このように、本考案による装置では、予熱区域が反応区
域と一体に形成されるとともに、予熱区域が反応区域の
直前に設けられた構造となっているため、たとえ原料ガ
ス中の酸素または酸素含有ガスの濃度を高くしても、予
熱が反応域直前で行なわれるため、予熱されたまま高温
度で反応域まで送られる従来例と比べて、爆発の危険性
が少ない。

第６図は、さらに他の具体例を示す。

この装置では、反応器６０のシェル内は２つの仕切部材
６１．６２により区画され、形成されたシェル内空間の
３つの区域うち、予熱区域および冷却区域が同様の複数
個（図面では３枚）の仕切部材６１ａ〜６１ｃ、６２ａ
〜６２ｃを用いて、さらに同数の区域に区画されるとと
もに、細かく区分された予熱区域および冷却区域がそれ
ぞれ設けられたボンを介して循環される熱媒体によって
連通しており、細かく区画された区域の数に応じて独立
した熱循環ループが形成されている。

これにより、予熱区域において反応域に近ずくにつれて
原料ガスの温度が徐々に高められるため、酸素または酸
素喰有ガスが高濃度であっても、爆発の危険がさらに低
下される。

次に本考案の装置を実際に使用した具体例について述べ
る。

第３図に示す装置を使用し、異なる３種の混合ガスにつ
いて実験を行なった。

供給した混合ガスの組成、反応条件および得られた結果
を次表に示している。

本考案は上記の如くであるが、本考案の精神を逸脱する
ことなく幾多の変化変更をなすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の気相における有機化合物の部分酸化法の
実施に適する装置を示す図、第２図は本考案による装置
の反応器を構成する管を示す図、第３図は本考案による
部分酸化法を実施するに適する装置の１具体例を示す図
、第４図ないし第６図は本考案による装置の他の具体例
を示す図である。 １、２０．５０．６０・・・・・・反応器、２，３４・
・・・・・熱交換器、３，３３・・・・・・ポンプ、４
・・・・・・熱交換器、５．４０． ５５・・・・・・
吸収塔、６，４３・・・・・・コンプレッサ、７・・・
・・・エチレン、８・・・・・・酸素、１０．４１・・
・・・・溶媒、２１・・・・・・管群、２２・・・・・
・シェル、２３，２４・・・・・・板部材、２５，２６
・・・・・・底部材、２７．２Ｂ、５１，６１，６１ａ
〜６１ｃ。 ６２．６２ａ〜６２ｃ・・・・・・仕切部材、２９，５
２・・・・・・予熱区域、３０・・・・・・反応区域、
３１・・・・・・冷却区域、３６，５８・・・・・・予
熱域、３７，５９・・・・・・反応域、５４・・・・・
・熱交換器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 管群をその両端で板部材により支持するとともに、該管
   群をシェルで囲繞し、前記板部材にそれぞれ底部材を固
   着してなる反応器と、前記板部材、前記管群の外面およ
   び前記シェルの内壁により限定されるシェル内空間を循
   環する熱媒体を介して反応熱を除去する反応熱除去手段
   と、前記反応器を出る反応生成ガスの熱を利用して前記
   反応器に供給される原料ガスを予熱する予熱手段と、前
   記反応生成ガスからエチレンオキサイドを回収するエチ
   レンオキサイド回収手段とを包含するエチレンオキサイ
   ド回収手段とを包含するエチレンの部分酸化によってエ
   チレンオキサイドを製造するための装置において、仕切
   部材によって前記シェル内空間を少なくとも２つの区域
   に分画し、これら区域のうちの該反応器の入口側の区域
   に相当する管群内に不活性物質を充填して予熱域とする
   とともに、次の区域に相当する管群内に触媒を充顛して
   反応域とし、該反応域に供給される原料ガスを、該反応
   域に入る直前の前記予熱域で、前記反応器を出る反応生
   成ガスの熱を熱媒体を介して利用して予熱するようにし
   たことを特徴とする、エチレンオキサイドの製造装置。