TWI451909B - Gas phase reaction method - Google Patents

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Description

氣相反應方法
本發明係關於使用具有原料氣體之分散裝置之流動層反應器實施氣相反應之方法。
於19世紀後半葉開發出流動層技術以來，其被應用於各種製造技術。作為流動層之主要的工業性應用，可列舉：煤氣爐、FCC裝置(fluid catalytic cracking plant，流體化媒裂裝置)、利用丙烯之氨氧化(ammoxidation)之丙烯腈製造裝置、聚乙烯氣相聚合裝置、順丁烯二酸酐製造裝置。於流動層反應器上設置有用以去除或附加反應熱而將反應溫度控制為較佳溫度之除熱管或加熱管，通過配置於其下部之原料氣體分散管及/或分散板向反應器內供給原料氣體。於反應器之上部設置有將流動層觸媒自反應氣體分離之旋風分離器，由旋風分離器回收之觸媒係通過旋風分離器浸入管(dipleg)返回反應區域。作為流動層反應方式之優點，可列舉：反應熱之去除或附加較容易並可將層內維持於均勻之溫度，可處理爆炸範圍之高濃度氣體，生產性高，且今後亦期待各方面之應用、改良。
於流動層反應中，原料氣體均勻地分散於容器內於分子間反應之效率之方面自不待言，就除熱及/或加熱之控制之觀點而言亦成為重要之因素，因此進行了用以提昇原料之均勻分散性之研究。
於專利文獻1中揭示有以下裝置：其係藉由將烯烴或第三丁醇與氨氣之混合氣體自反應器入口噴嘴導入至該混合氣體用散佈器之導管與散佈器之中心部位連通，而提昇混合氣體之均勻分散性。
於專利文獻2中揭示有：藉由根據位置將多孔板之開孔率設為不同之特定的分佈狀態，而增大流動層之粒子之循環速度，從而使溫度控制變得容易之流動層反應器及流動方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平8-208583號公報
[專利文獻2]日本專利特開平1-254242號公報
然而，根據本發明者之研究，專利文獻1或2所記載之分散性之改良方法於進行最大限度地發揮流動層反應器之能力之運轉，即以反應器之能力之上限程度供給原料而運轉之情形時，某種程度上為有效之方法，但是於降低原料之流量而運轉之情形時，表現不出充分之均勻分散性。實際之化學裝置並不經常以最大限度之能力運轉流動層反應器，而根據製品之需要或儲備、原料或製品之價格等頻繁地調整製造量，於降低生產量而運轉之情形時亦需要使原料於反應器內均勻地分散而將產率維持於較高水平。就防止由生成目標化合物以外之化合物所導致的設備之堵塞、或避免成本增加之觀點而言，即便於將生產量設為較低水平之情形時亦可維持高產率具有重大意義。
本發明者發現：於使用具有原料氣體之分散裝置之流動層反應器進行氣相反應之方法中，於降低生產量而運轉之情形時，若將原料之流量降至分散裝置之壓力損失小於反應器流動層之壓力損失之程度，則原料氣體之分散性惡化，反應效果產生問題。然而，尚未發現即便於將原料之流量降至分散裝置之壓力損失小於反應器流動層之壓力損失之程度之情形時亦可良好地保持原料氣體之分散性的方法。
本發明者鑒於上述情況，對流動層反應器之原料氣體之分散性進行潛心研究，結果發現：於將原料氣體之供給量減少至分散裝置之壓力損失小於反應器流動層之壓力損失之程度之情形時，藉由自分散裝置與原料氣體一起供給惰性氣體，可改善原料氣體之分散性，從而達成本發明。
即，本發明為如下所述。
[1]
一種氣相反應方法，其係通過設置於流動層反應器內之原料氣體之分散裝置將上述原料氣體供給至上述流動層反應器而使上述原料氣體進行氣相反應者，且包括於上述分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時向上述分散裝置供給惰性氣體之步驟。
[2]
如上述[1]之方法，其中上述分散裝置之壓力損失相對於上述流動層之壓力損失為0.12~4.0倍。
[3]
如上述[1]或[2]之方法，其中上述分散裝置之上述原料氣體之壓力損失相對於上述流動層之壓力損失為0.64倍以下。
[4]
如上述[1]至[3]中任一項之方法，其中上述原料氣體為選自由丙烯、異丁烯、丙烷、異丁烷及第三丁醇所組成群中之至少一種與氨氣之混合氣體。
根據本發明，於使用流動層反應器之氣相反應中，即便於以分散裝置之壓力損失小於反應器流動層之壓力損失之方式設定原料之流量而運轉之情形時，亦可良好地維持原料氣體之分散性並可防止目標產物之產率下降。
以下，對用以實施本發明之形態(以下稱為「本實施形態」)進行詳細說明。再者，本發明並不限定於以下之本實施形態，可於其主旨之範圍內進行各種變形而實施。
再者，於圖式中對相同要素附上相同符號而省略重複之說明。另外，上下左右等位置關係只要無特別說明，則視為基於圖式所示之位置關係者。裝置或構件之尺寸比率並不限定於圖示之比率。
本實施形態之氣相反應方法係通過設置於流動層反應器內之原料氣體之分散裝置將上述原料氣體供給至上述流動層反應器而使上述原料氣體進行氣相反應之方法，其包括於上述分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時向上述分散裝置供給惰性氣體之步驟。
圖1係概略表示可實施本實施形態之氣相反應方法之流動層反應裝置之一例。流動層反應器1係立式圓筒型，於下端之開口部連接有含有氧氣之氣體之導入管2，原料氣體導入管4貫通側面，反應生成之氣體自上端之反應氣體流出管8流出。於反應器1內存在觸媒流動而進行反應之觸媒層9，觸媒層9揚起之觸媒由旋風分離器7回收而返回觸媒層9。以縱貫觸媒層9之方式設置有複數個除熱管或加熱管6，於發熱反應之情形時，利用除熱管6吸收反應熱，於吸熱反應之情形時，利用加熱管6供給反應所需之熱量。
於原料氣體導入管4之內端連接有氣體之分散裝置5，原料氣體通過分散裝置5供給至反應器1內。分散裝置5包括與原料氣體導入管4連接之供給管、及於其下端保持水平且下面具有複數個噴嘴之歧管。分散裝置5之歧管於圓形剖面之反應器1內分枝成格子狀或放射狀，因此原料氣體B分散於反應器1之剖面方向，自各噴嘴向反應器1之下方噴出。原料氣體分散裝置5只要可遍及反應器1之剖面均勻地噴出氣體，則不拘形式。作為原料氣體分散裝置5，較佳為於等間隔或每單位剖面面積設置有相同數量之噴出原料氣體之噴嘴，為使各噴嘴之流量更均勻化，更佳為於各噴嘴上設置孔口部。
於氣相反應為氧化反應之情形時，將空氣等含有氧氣之氣體(或氧氣)A供給至反應器，就防止於供給導管內等進行異常之氧化反應或爆炸之觀點而言，不與其他原料氣體進行預混合而單獨供給。含有氧氣之氣體A經由導入管2自分散板3分散至反應器1內。
分散板3之上端與原料氣體分散裝置5之下端之距離就達成含有氧氣之氣體與原料氣體之良好混合之觀點而言，較佳為25 mm~500 mm，更佳為50 mm~350 mm。
於圖1所示之例中，含有氧氣之氣體A係通過分散板3供給至反應器1內，但於導入管2上安裝有分枝之分散管，則亦可通過分散管供給。於不使用含有氧氣之氣體之情形時，可省略分散板3。
分散裝置5之噴嘴向下開口，因此原料氣體B自噴嘴向下噴出，含有氧氣之氣體A經由導入管2自分散板3之下方朝上噴出，因此兩氣體於觸媒層9接觸而進行反應。為使原料氣體B及含有氧氣之氣體A於觸媒層9高效地進行反應，而分別設定及設置分散裝置5及分散板3以使原料氣體B及含有氧氣之氣體A均勻分散於反應器1內。於流動層反應中，藉由使原料氣體B及含有氧氣之氣體A均勻地分散，可將反應器1內部之反應之進行率勻整化，藉此產生之反應熱之控制變得容易。尤其原料氣體B之均勻分散係重要，假設產生原料氣體B不均勻分散之情形時，則有不但目標之反應產物之產率惡化，而且引起局部之發熱等異常現象之虞。
氣體分散裝置5係以遍及反應器剖面使原料氣體均勻地噴出之方式設定。就確保氣體之良好之分散性之觀點而言，當使氣體分散裝置5中通過特定之原料氣體流量而連續反應時，較佳為以將該分散裝置之壓力損失設為流動層之壓力損失之1.0~4.0倍間的任意值之方式進行氣體分散裝置5之流量設定。於分散裝置5之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時，藉由向分散裝置5供給惰性氣體而提高分散裝置與流動層之壓力損失比並調整為1.0~4.0倍之間。但是，於反應之啟動或終止之至少一部分之過程中，將氣體分散裝置5之原料氣體流量設為較低水平，使分散裝置5之壓力損失相對於流動層之壓力損失為未達1.0倍。其間，具體而言，於分散裝置5之壓力損失相對於流動層之壓力損失為0.12倍以上且未達1.0倍之情形時，就防止觸媒向分散裝置5內逆流之觀點而言，較佳為自分散裝置5供給惰性氣體。
此處，使用下述式(1)，對氣體分散裝置5之流量設定方法進行說明。
[(P0)-(P1)]/[(P1)-(P2)]=C1　(1)
P0：壓力計10之壓力
P1：壓力計11之壓力
P2：壓力計12之壓力
P0係表示由設置於原料氣體B之氣體分散裝置5入口之壓力計10測定之壓力，P1係表示反應器1內之氣體分散裝置5與空氣分散板3間之壓力。於將反應器1全長設為Lr之情形時，壓力計12係由設置於距反應器下端0.7 Lr以上之上部之壓力計所測定之反應器1內之壓力。C1為常數，較佳為1.0~4.0間之數值，更佳為1.5~3.5。
於觸媒進行通常之流動之情形時，於例如反應器內上升之氣體速度以反應器之有效剖面面積基準計為30~90 cm/s之情形時，將[(P1)-(P2)]稱為流動層之壓力損失，該流動層之壓力損失由觸媒量支配，不依存於流通觸媒內之氣體流量而大致固定。
另一方面，原料氣體分散裝置5之壓力損失[(P0)-(P1)]係根據原料氣體流量之增減而變化。例如若原料氣體流量成為2倍，則氣體分散裝置之壓力損失大致成為4倍，若原料氣體成為1/2倍，則該壓力損失大致成為1/4倍。
將氣體分散裝置5之壓力損失與流動層之壓力損失滿足(1)式時之原料氣體流量稱為原料氣體分散裝置之設定流量，將此時之原料氣體分散裝置之壓力損失稱為設定壓力損失。如上所述，(1)式之C1較佳為1.0~4.0之數值範圍，故設定流量、設定壓力損失有增減之幅度，從而有選擇之餘地。但是，於實際之設備設定中，藉由決定C1，而方便地同時決定設定流量。產生由C1=1.0~4.0計算之壓力損失之原料氣體流量亦稱為氣體分散裝置流量範圍。
於具有根據上述(1)式所計算之幅度之設定流量下，即便為可均勻地分散氣體之原料氣體分散裝置，於伴隨原料氣體之供給量未達設定流量之下限值(以下亦稱為「設定下限流量」(以下設為「F'」))，而原料氣體分散裝置之壓力損失未達下限值(以下亦稱為「設定下限壓力損失」(以下設為「F」))之情形時，分散性亦惡化。例如於流動層反應裝置之通常之啟動或終止之至少一部分之過程及生產調整等所導致的低負荷運轉時，不得已使用未達設定下限流量、設定下限壓力損失之原料氣體分散裝置，於此期間有對原料氣體分散造成不良影響之虞。
即，於因自原料氣體導入管4供給之氣體之量未達設定下限流量等而導致原料氣體分散裝置之壓力損失未達設定下限壓力損失之情形時，氣體分散之均勻性易顯著惡化。具體而言，當將分散裝置之壓力損失與流動層之壓力損失之比即[(P0)-(P1)]/[(P1)-(P2)]=1.0之情形時的氣體分散裝置5之壓力損失[(P0)-(P1)]設為設定下限壓力損失F時，於氣體分散裝置5之壓力損失未達F之情形時，氣體之分散性變差，若為0.64 F以下，則分散性有進一步惡化之傾向。
於本實施形態之氣相反應方法中，作為解決上述分散性之問題之手段，於以未達設定下限壓力損失F之流量使用原料氣體分散裝置5之情形，即分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時，將惰性氣體D自惰性氣體導入管14供給至流動層反應器1外側之原料氣體導入管4，並與原料氣體B一起供給至流動層反應器內之氣體分散裝置5。所謂惰性氣體，只要為不參與反應之氣體則其組成並無限定，例如可列舉氮氣、氬氣、氦氣等。其中，就經濟性之觀點而言較佳為氮氣。另外，上述惰性氣體可單獨使用，亦可併用2種以上。
就將反應之進行率勻整化之觀點而言，較佳為自原料氣體分散裝置5之噴嘴各處吹出之氣體量設為大致相同，另外較佳為亦將自噴嘴各處吹出之氣體中之原料氣體濃度均勻化。因此，較佳為於導入至分散裝置5之前於原料氣體導入管4內連接惰性氣體導入管14。於惰性氣體導入管14較佳為設置有流量計以能測定惰性氣體之添加流量。再者，對於自另一導入管2供給之含有氧氣之氣體A，於將流量設為未達設定下限流量之情形時，亦認為分散性惡化。但是，(雖亦取決於反應)氧化反應中，通常供給由空氣等惰性氣體稀釋之氧氣作為含有氧氣之氣體A，因此導入管2之流量與原料氣體導入管4相比通常較大。因此，於需要調整流量且確保分散性之情形時，與將含有氧氣之氣體A之流量減少至未達設定下限流量並向其中供給惰性氣體相比，較為合理的是將含有氧氣之氣體A之流量保持為設定流量內且利用原料氣體調整流量，自分散裝置供給惰性氣體D而保持分散性。
較佳為於原料氣體導入管4內設置孔口板15以能夠將原料氣體B與惰性氣體D預先混合。於將導入管4之內徑設為D之情形時，就將原料氣體B與惰性氣體D有效地混合之觀點而言，孔口板15之開口徑較佳為0.1 D~0.8 D。孔口板15就將氣體良好地混合之觀點而言，較佳為設置於自惰性氣體D之混合位置之2 D以上之下游直至反應器1之入口之位置。就把握原料氣體分散裝置5之分散性能之觀點而言，壓力計10較佳為設置於可測定通過分散裝置5之全部氣體之壓力之位置。另外為了可測定穩定之壓力，較佳為設置於距離惰性氣體混合部2 D以上之下游且距離孔口板15為2 D以上之處直至反應器1入口之間。通過原料氣體分散裝置之原料氣體與惰性氣體之合計流量，就防止觸媒向氣體分散裝置內逆流之觀點而言較佳為設為0.35 F'以上。再者，此情形(0.35 F'之情形)之氣體分散裝置之壓力損失相當於設定下限壓力損失F之0.12倍。通過原料氣體分散裝置之原料氣體及惰性氣體之合計流量之上限就防止原料氣體分散裝置之壓力損失變得過大而對供給原料氣體之裝置(未圖示)之控製造成障礙之觀點而言，較佳為設為4.0 F'以下。另外，惰性氣體之流量較佳為0.10 F'~3.0 F'，更佳為0.20 F'~2.0 F'，尤佳為0.30 F'~1.0 F'。原料氣體之流量較佳為0.80 F'以下，更佳為0.01 F'~0.75 F'，尤佳為0.10 F'~0.70 F'。
於氧化反應中，自分散板3導入含有氧氣之氣體A。至於含有氧氣之氣體A向反應器1之導入量，為了以高產率獲得目標產物，較佳為以與原料氣體B之莫耳比(a/b)成為由可期待最高產率之預備實驗等求出之最佳莫耳比之方式進行控制。此處，a表示含有氧氣之氣體A所含之氧氣之莫耳數，b表示原料氣體B之莫耳數。於原料氣體B包含2種以上之混合物之情形時，較佳為以a/b1、b2/b1、b3/b1等原料氣體B中之一種原料之莫耳數b1與a之比、b1與其他原料之莫耳數b2、b3之比達到最佳之方式加以控制。
所謂使莫耳比(a/b)為最佳，係指對應於原料氣體B之增減而成比例地控制含有氧氣之氣體A之流量。再者，由於惰性氣體D不參與反應，因此與上述莫耳比之計算無關。
分散板3係以遍及反應器剖面使含有氧氣之氣體A均勻地噴出之方式設定。為確保氣體之良好之分散性，較佳為於使分散板3通過含有氧氣之氣體A而使用時，以將該分散板之壓力損失設為流動層之壓力損失的0.50~2.5倍間之任意值之方式進行分散板3之流量設定。
此處，使用下述式(2)對分散板3之流量設定方法進行說明。
[(P3)-(P1)]/[(P1)-(P2)]=C2　(2)
P3：壓力計13之壓力
P3係表示設置於分散板下部之壓力計13所測定之壓力。C2為常數，較佳為0.50~2.5間之數值，更佳為0.70~2.0。
於反應器之使用開始，含有氧氣之氣體A先於原料氣體B導入至反應器。較佳為於原料氣體B導入時之前，將含有氧氣之氣體A之流量提高至式(2)中之C2之下限以上之流量而確保分散板3之氣體分散性。
惰性氣體D向分散裝置5之導入係於導入原料氣體B之前且向反應器1導入觸媒之前進行。此後開始導入原料氣體B而緩緩提高原料氣體B之流量。伴隨著原料氣體B導入之增加，兩者之莫耳比(a/b)達到可期待最高反應效果之值後，為保持此時點之供給量或視需要維持莫耳比(a/b)，而使含有氧氣之氣體A及原料氣體B兩者進一步增加。藉由氣相反應生成之反應生成氣體C係自反應氣體流出管8取出。
作為使用本實施形態之流動層反應裝置之氣相反應，例如可列舉：以丙烷及/或丙烯為原料之氣相氨氧化，反應之產物為丙烯腈之反應；以選自由正丁烷、1-丁烯、2-丁烯、丁二烯、苯所組成群中之1種以上為原料之氣相氧化，反應之產物為順丁烯二酸酐之反應；以異丁烯及/或異丁烷為原料之氣相氨氧化，反應之產物為甲基丙烯腈之反應；以鄰二甲苯及/或萘為原料之氣相氧化，反應之產物為鄰苯二甲酸酐之反應；以羥基芳香族化合物及烷基醇為原料之氣相烷基化，反應之產物為鄰位烷基化羥基芳香族化合物之反應；作為具體例可列舉：以苯酚及甲醇為原料之氣相烷基化，反應之產物為2,6-二甲苯酚及/或鄰甲酚之反應；以甲烷及/或甲醇為原料之氣相氨氧化，反應之產物為氰酸(HCN，hydrogencyanide)之反應；以選自由乙烷、乙烯、乙醇所組成群中之1種以上為原料之氣相氨氧化，反應之產物為乙腈之反應。
[實施例]
繼而，列舉實施例及比較例對本實施形態進行更具體地說明，本實施形態只要不超出其主旨，則並不限定於以下之實施例。再者，作為實施例及比較例中之流動層反應器，可使用其下部具有原料氣體之分散管及空氣分散板(於不使用空氣之反應中，無空氣分散板)，內置有用以去除反應熱之除熱管，具有用以測定反應溫度之溫度計，反應器上部具有捕獲自反應器流出之反應氣體中之觸媒之旋風分離器者。
計量器、附屬設備係使用通常之化學裝置中所使用者。
反應產物之產率係藉由對反應氣體取樣，根據利用氣相層析法測定之分析資料並藉由下式而進行計算。
丙烯腈產率(%)=(生成之丙烯腈之莫耳數)/(供給之丙烯之莫耳數)×100
丙烯腈產率(%)=(生成之丙烯腈之莫耳數)/(供給之丙烷之莫耳數)×100
順丁烯二酸酐產率(%)=(生成之順丁烯二酸酐之莫耳數)/(供給之正丁烷之莫耳數)×100
鄰甲酚產率(%)=(生成之鄰甲酚之莫耳數)/(供給之苯酚之莫耳數)×100
2,6-二甲苯酚產率(%)=(生成之2,6-二甲苯酚之莫耳數)/(供給之苯酚之莫耳數)×100
氣相層析法之測定設備及測定條件為如下所述。
氣相層析儀：島津GC-14B
管柱：Porapack-QS(50~80篩孔)
檢測器：FID(Flame Ionization Detector，火焰離子檢測器)
載流氣體：氮氣
[製造例]
如下述般藉由丙烯、氨氣及空氣進行丙烯之氨氧化反應。
流動層反應裝置與圖1所示者相同，流動層反應器1係內徑8 m、長度Lr20 m之立式圓筒型，距下方2 m之位置具有空氣分散板3，其上具有丙烯及氨氣供給用原料氣體分散管5。
原料氣體分散管5係根據(原料氣體分散管之壓力損失)/(流動層壓力損失)=1.8而設定，設定流量=11500 Nm3 /h、設定下限流量=8570 Nm3 /h。
將12個溫度計之平均值作為反應溫度並加以管理，該12個溫度計係於距反應器下方5 m之高度之剖面具有8個，6 m之高度之剖面具有4個。
最初，自惰性氣體導入管14以4000 Nm3 /h使氮氣流通至原料氣體分散管5並加以保持。
自空氣分散板3向流動層反應器1供給經加熱之空氣。其後，向反應器1導入流動層觸媒。
觸媒係使用粒徑10~100 μm、平均粒徑55 μm之鉬-鉍-鐵系承載觸媒，僅填充至靜止層高成為2.7 m之程度。[(P1)-(P2)]所表示之流動層壓力損失為0.27 kg/cm2 ，設定壓力損失=0.486 kg/cm2 、設定下限壓力損失F=0.27 kg/cm2 。
自原料氣體分散管5開始供給氨氣。緩緩提高氨氣流量而達到規定流量後，自該原料氣體分散管5開始供給丙烯。兩原料氣體之合計流量為7500 Nm3 /h，向原料氣體分散管5之原料氣體流量為設定下限流量之87.5%負荷。若包含氮氣，則為134%負荷。[(P0)-(P1)]所示之分散裝置之壓力損失為0.486 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之1.8倍(1.8 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 。
[比較例1]
利用與製造例相同之方法藉由丙烯、氨氣及空氣開始丙烯之氨氧化反應後，停止自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5供給氮氣。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，但[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失低於0.207 kg/cm2 。即，分散裝置之壓力損失為設定下限壓力損失F之0.77倍(0.77 F)。調整除熱管6而實施溫度控制以使反應溫度為440℃。各流量條件及反應效果如下所述。
丙烯流量：3641 Nm3 /h
氨氣流量：3859 Nm3 /h
氮氣流量：0 Nm3 /h
空氣流量：32767 Nm3 /h
丙烯腈產率：80.4%
[實施例1]
於比較例1之反應後，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以4000 Nm3 /h流通氮氣並加以保持。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失自0.207 kg/cm2 上升至0.486 kg/cm2 。即，分散裝置之壓力損失為設定下限壓力損失F之1.8倍(1.8 F)。各流量條件及反應效果如下所述。
丙烯流量：3641 Nm3 /h
氨氣流量：3859 Nm3 /h
氮氣流量：4000 Nm3 /h
空氣流量：32767 Nm3 /h
丙烯腈產率：81.9%
產生CO及CO2 之反應減少，丙烯腈產率提昇。
使丙烯、氨氣及空氣之流量成比例地增加，將丙烯及氨氣之合計流量設為11500 Nm3 /h，停止氮氣。其他條件與上述相同。流動層壓力損失為0.27 kg/cm2 ，以及[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.486 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之1.8倍(1.8 F)。
各流量條件及反應效果如下所述。
丙烯流量：5583 Nm3 /h
氨氣流量：5917 Nm3 /h
氮氣流量：0 Nm3 /h
空氣流量：50243 Nm3 /h
丙烯腈產率：81.8%
[比較例2]
於實施例1之反應後，為進行生產調整而減少丙烯、氨氣及空氣之流量並設為表1所示之原料氣體流量，但不自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5供給氮氣。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.269 kg/cm2 。即，原料氣體引起之壓力損失為設定下限壓力損失F之0.996倍(0.996 F)。
此時之丙烯腈產率為81.3%。
[實施例2]
於比較例2之反應後，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以4000 Nm3 /h流通氮氣並加以保持。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失自0.269 kg/cm2 上升至0.579 kg/cm2 。即，原料氣體與氮氣引起之壓力損失為設定下限壓力損失F之2.1倍(2.1 F)。
此時之丙烯腈產率為81.9%。產生CO及CO2 之反應減少，丙烯腈產率提昇。
[比較例3]
於實施例2之反應後，為進行生產調整而減少丙烯、氨氣及空氣之流量並設為表1所示之原料氣體流量，但不自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5供給氮氣。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.16，為設定下限壓力損失F之0.59倍(0.59 F)。此時之丙烯腈產率為79.7%。產生CO及CO2 之反應增加，丙烯腈產率下降。
[實施例3~7]
於比較例3之反應後，不改變丙烯、氨氣及空氣之流量，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以表1所示之流量流通氮氣。實施例3~7中之流動層壓力損失於任一情形時均為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失於任一情形時均大於流動層壓力損失F，即[(P0)-(P1)]>F。實施例3~7之反應效果如表1所示，丙烯腈產率為81.7~81.9%。
[比較例4]
使用與製造例相同之流動層反應器1，開始準備丙烯之氨氧化反應，不自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5流通氮氣。
自空氣分散板3向流動層反應器1供給經加熱之空氣。其後，向反應器1導入流動層觸媒。
觸媒係使用粒徑10~100 μm、平均粒徑55 μm之鉬-鉍-鐵系承載觸媒，僅填充至靜止層高成為2.7 m之程度。
欲自原料氣體分散管5開始供給氨氣，但無法流通氨氣。
停止反應器，進行原料氣體導入管4及該分散管5之檢查，結果流動層觸媒堵塞。
[實施例8]
如下述般使用與製造例相同之流動層反應裝置1，藉由丙烷、氨氣及空氣進行丙烷之氨氧化反應。
最初，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以4000 Nm3 /h流通氮氣並加以保持。
自空氣分散板3向反應器1供給經加熱之空氣。其後，向反應器1導入流動層觸媒。
觸媒係使用粒徑10~100 μm、平均粒徑55 μm之鉬-釩系承載觸媒，僅填充至靜止層高成為2.7 m之程度。[(P1)-(P2)]所表示之流動層壓力損失為0.27 kg/cm2 ，設定壓力損失=0.486 kg/cm2 、設定下限壓力損失F=0.27 kg/cm2 。
自原料氣體分散管5開始供給氨氣。緩緩提高氨氣流量並達到規定流量後，自該原料氣體分散管5開始供給丙烷。兩原料氣體之合計流量為6829 Nm3 /h，向原料氣體分散管5之原料氣體流量為設定下限流量之79.7%負荷，原料氣體與氮氣之合計流量為126%負荷。[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.431 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之1.6倍(1.6 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 。調整除熱管6而實施溫度控制以使反應溫度為440℃。
各流量條件及丙烯腈產率如下所述。
丙烷流量：3449 Nm3 /h
氨氣流量：3380 Nm3 /h
氮氣流量：4000 Nm3 /h
空氣流量：51735 Nm3 /h
丙烯腈產率：53.4%
僅將氮氣流量提高至4671 Nm3 /h，其他反應條件設為與上述相同。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失自0.431上升至0.486 kg/cm2 。即，原料氣體與氮氣引起之壓力損失為設定下限壓力損失F之1.8倍(1.8 F)。丙烯腈產率如下所述。
丙烯腈產率：53.5%
[比較例5]
除自實施例8之狀態停止氮氣以外，以實施例8所記載之條件進行氣相反應。流動層壓力損失仍然為0.27 kg/cm2 ，[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失下降至0.171 kg/cm2 。即，原料氣體引起之壓力損失為設定下限壓力損失F之0.6倍(0.6 F)。
丙烷流量：3449 Nm3 /h
氨氣流量：3380 Nm3 /h
氮氣流量：0 Nm3 /h
空氣流量：51735 Nm3 /h
丙烯腈產率：50.9%
與實施例8比較，產生CO及CO2 之反應增加，丙烯腈產率下降。
[實施例9]
如下述般藉由正丁烷及空氣進行正丁烷之氧化反應。
反應器1係內徑6.8 m、長度Lr20 m之立式圓筒型，於距下方2 m之位置具有空氣分散板3，其上具有正丁烷供給用原料氣體分散管5。
原料氣體分散管5係根據(原料氣體分散管之壓力損失)/(流動層壓力損失)=1.8而設定，設定流量=4696 Nm3 /h、設定下限流量=3500 Nm3 /h。
將8個溫度計之平均值作為反應溫度並加以管理，該8個溫度計於距反應器下方5 m之高度之剖面具有4個，6 m之高度之剖面具有4個。
最初，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以1000 Nm3 /h流通氮氣並加以保持。
自空氣分散板3向反應器1供給經加熱之空氣。其後，向反應器1導入流動層觸媒。
觸媒係使用粒徑10~100 μm、平均粒徑60 μm之釩-磷系承載觸媒，僅填充至靜止層高成為2.9 m之程度。[(P1)-(P2)]所表示之流動層壓力損失為0.29 kg/cm2 ，設定壓力損失=0.522 kg/cm2 、設定下限壓力損失F=0.29 kg/cm2 。
自原料氣體分散管5開始供給正丁烷。正丁烷之流量為2450 Nm3 /h，原料氣體分散管之流量為設定下限流量之70.0%負荷，原料氣體與氮氣之合計流量為98.6%負荷。
[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.282 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之0.972倍(0.972 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.29 kg/cm2 。
調整除熱管而實施溫度控制以使反應溫度為450℃。各流量條件及反應效果如下所述。
正丁烷流量：2450 Nm3 /h
氮氣流量：1000 Nm3 /h
空氣流量：58200 Nm3 /h
順丁烯二酸酐產率：49.6%
[比較例6]
於實施例9之反應後，僅停止供給氮氣，其他條件設為相同。[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.142 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之0.49倍(0.49 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.29 kg/cm2 。順丁烯二酸酐產率成為48.2%。
使正丁烷及空氣之流量增加，其他條件設為相同。[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.29 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之1.0倍(1.0 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.29 kg/cm2 。
各流量條件及反應效果如下所述。
正丁烷流量：3500 Nm3 /h
氮氣流量：0 Nm3 /h
空氣流量：83100 Nm3 /h
順丁烯二酸酐產率：49.5%
[實施例10]
如下述般藉由苯酚及甲醇進行烷基化反應。
反應器1係使用內徑2 m、長度Lr20 m之立式圓筒型，距下方3 m之位置具有供給苯酚及甲醇之混合氣體之原料氣體分散管5。
原料氣體分散管5係根據(原料氣體分散管之壓力損失)/(流動層壓力損失)=1.8而設定，設定流量=6708 Nm3 /h、設定下限流量=5000 Nm3 /h。
將4個溫度計之平均值作為反應溫度並加以管理，該4個溫度計於距反應器下方5 m之高度之剖面具有2個，6 m之高度之剖面具有2個。
最初，自惰性氣體導入管14向原料氣體分散管5以2000 Nm3 /h流通氮氣並加以保持。
觸媒係使用粒徑10~100 μm、平均粒徑50 μm之鐵-釩系承載觸媒，僅填充至靜止層高成為8 m之程度。[(P1)-(P2)]所表示之流動層壓力損失為0.80 kg/cm2 ，設定壓力損失=1.44 kg/cm2 、設定下限壓力損失F=0.80 kg/cm2 。
自原料氣體分散管5開始供給苯酚及甲醇混合氣體。該混合氣體之流量為3000 Nm3 /h，原料氣體分散管之流量為設定下限流量之60.0%負荷，原料氣體與氮氣之合計流量為100%負荷。
[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.80 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之1.0倍(1.0 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.80 kg/cm2 。調整除熱管而實施溫度控制以使反應溫度為330℃。各流量條件及反應效果如下所述。
苯酚、甲醇合計流量：3000 Nm3 /h
氮氣流量：2000 Nm3 /h
鄰甲酚、2,6-二甲苯酚合計產率：93.8%
[比較例7]
於實施例10之反應後，僅停止供給氮氣，其他條件設為相同。[(P0)-(P1)]所表示之分散裝置之壓力損失為0.288 kg/cm2 ，為設定下限壓力損失F之0.36倍(0.36 F)。另外，流動層壓力損失仍然為0.80 kg/cm2 。
鄰甲酚、2,6-二甲苯酚合計產率成為90.1%。
本申請案係基於2010年1月25日向日本專利廳申請之日本專利申請案(日本專利特願2010-013265)者，其內容於此作為參照而引入。
[產業上之可利用性]
本發明之方法具有使用流動層反應器實施氣相反應之方法的產業上之可利用性。
1．．．流動層反應器
2．．．空氣(氧氣)導入管
3．．．空氣(氧氣)分散板
4．．．原料氣體導入管
5．．．原料氣體分散管
6．．．除熱管或加熱管
7．．．旋風分離器裝置
8．．．反應氣體流出管
9．．．流動觸媒層
10~13．．．壓力計
14．．．惰性氣體導入管
15．．．孔口板
A．．．含有氧氣之氣體
B．．．原料氣體
C．．．反應生成氣體
D．．．惰性氣體
P0．．．壓力計10之壓力
P1．．．壓力計11之壓力
P2．．．壓力計12之壓力
P3．．．壓力計13之壓力
圖1係表示具有原料氣體分散裝置之流動層反應裝置之一例之概略圖。
1．．．流動層反應器
2．．．空氣(氧氣)導入管
3．．．空氣(氧氣)分散板
4．．．原料氣體導入管
5．．．原料氣體分散管
6．．．除熱管或加熱管
7．．．旋風分離器裝置
8．．．反應氣體流出管
9．．．流動觸媒層
10~13．．．壓力計
14．．．惰性氣體導入管
15．．．孔口板
A．．．含有氧氣之氣體
B．．．原料氣體
C．．．反應生成氣體
D．．．惰性氣體
P0．．．壓力計10之壓力
P1．．．壓力計11之壓力
P2．．．壓力計12之壓力
P3．．．壓力計13之壓力

Claims (7)

  1. 一種氣相反應方法，其係通過設置於流動層反應器內之原料氣體之分散裝置將上述原料氣體供給至上述流動層反應器，而使上述原料氣體進行氣相反應者，且包括以下步驟：於上述分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時，向上述分散裝置供給惰性氣體。
  2. 如請求項1之氣相反應方法，其中上述分散裝置之上述原料氣體之壓力損失相對於上述流動層之壓力損失為0.64倍以下。
  3. 如請求項1或2之氣相反應方法，其中於上述分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時，藉由向上述分散裝置供給惰性氣體，使分散裝置與流動層之壓力損失比為0.12~4.0倍。
  4. 如請求項1或2之氣相反應方法，其中於上述分散裝置之壓力損失相對於流動層之壓力損失未達1.0倍之情形時，藉由向上述分散裝置供給惰性氣體，使分散裝置與流動層之壓力損失比為1.0~4.0倍。
  5. 如請求項1或2之氣相反應方法，其中上述原料氣體為選自由丙烯、異丁烯、丙烷、異丁烷及第三丁醇所組成之群中之至少一種與氨氣之混合氣體。
  6. 如請求項3之氣相反應方法，其中上述原料氣體為選自由丙烯、異丁烯、丙烷、異丁烷及第三丁醇所組成之群中之至少一種與氨氣之混合氣體。
  7. 如請求項4之氣相反應方法，其中上述原料氣體為選自由丙烯、異丁烯、丙烷、異丁烷及第三丁醇所組成之群中之至少一種與氨氣之混合氣體。
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