WO2013038864A1 - ミスト分離装置及び反応システム - Google Patents

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WO2013038864A1
WO2013038864A1 PCT/JP2012/070737 JP2012070737W WO2013038864A1 WO 2013038864 A1 WO2013038864 A1 WO 2013038864A1 JP 2012070737 W JP2012070737 W JP 2012070737W WO 2013038864 A1 WO2013038864 A1 WO 2013038864A1
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WO
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tubes
mist
separation device
gas
outer peripheral
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/070737
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲也 横田
尾崎　達也
寛治 桑原
Original Assignee
住友化学株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • B01D1/305—Demister (vapour-liquid separation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia

Definitions

  • the present invention relates to a mist separation device and a reaction system.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2011-203108 filed in Japan on September 16, 2011, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a reaction system having an evaporation apparatus that evaporates the raw material, a heating apparatus that heats the evaporated gas of the evaporated raw material, and a reaction apparatus that chemically reacts the heated evaporation gas in the presence of a catalyst is known.
  • this reaction system when the raw material is evaporated by the evaporation apparatus, mist containing impurities having a high boiling point may be generated. This mist tartars when heated above a certain temperature. Therefore, when evaporating gas produced
  • a mist separation device is provided between the evaporation device and the heating device.
  • This mist separating apparatus is constructed by suspending a plurality of chains from a container upper part at a predetermined interval. Such a plurality of chains are arranged so as to intersect with the flow direction of the evaporating gas, whereby the mist contained in the evaporating gas is captured.
  • evaporative gas containing mist may slip through gaps between a plurality of chains.
  • the evaporating gas that has passed through the gaps of the plurality of chains is introduced into the heating device in a state including mist.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a mist separation device and a reaction system capable of sufficiently capturing mist contained in the evaporated gas.
  • a mist separation device is provided on a plurality of tubes, a shell accommodating the plurality of tubes, an inner wall of the shell, and toward an outer peripheral surface of the plurality of tubes. And an inflow portion through which the source gas is introduced.
  • a heating medium flows in the plurality of tubes, and a part of the mist contained in the source gas captured by the outer peripheral surface is vaporized by heating with the heating medium. It is characterized by.
  • the inner wall of the shell is provided with an outflow portion for allowing the source gas flowing in from the inflow portion to flow out at a position away from the inflow portion in the extending direction of the plurality of tubes.
  • positioned in the position nearest to the said inflow part among these tubes and the said inflow part is the position nearest to the said outflow part among these tubes. It is larger than the distance between the outer peripheral surface of the arrange
  • the plurality of tubes are arranged in parallel with a space between each other.
  • a cross-sectional shape is substantially circular.
  • At least a part of the plurality of tubes is bent.
  • the plurality of tubes are slidable in the extending direction of the plurality of tubes.
  • the raw material gas is characterized by containing cyclohexanone oxime evaporating gas.
  • the reaction system of the present invention includes an evaporation device that evaporates a raw material, the mist separation device that separates mist contained in an evaporation gas of the raw material evaporated by the evaporation device, and the raw material from which the mist is separated by the mist separation device And a reaction apparatus for chemically reacting the evaporative gas in the presence of a catalyst.
  • the present invention relates to the following.
  • a plurality of tubes a shell that accommodates the plurality of tubes, an inflow portion that is provided on the inner wall of the shell and allows the source gas to flow toward the outer peripheral surface of the plurality of tubes, and an inner wall of the shell
  • a mist separation device comprising: an outflow portion that is provided and outflows the source gas flowing in from the inflow portion at a position away from the inflow portion in the extending direction of the plurality of tubes.
  • the plurality of tubes can flow the heating medium therein, and can vaporize a part of the mist contained in the source gas captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes.
  • the mist separation device according to (1) which is configured.
  • Outer peripheral surface of the tube disposed at a position closest to the inflow portion among the plurality of tubes and the inflow portion are an outer periphery of the tube disposed at a position closest to the inflow portion among the plurality of tubes.
  • the distance between the surface and the inflow portion is set to be larger than the distance between the outer peripheral surface of the tube disposed at the position closest to the outflow portion and the outflow portion among the plurality of tubes.
  • An evaporation device that evaporates the raw material, a mist separation device according to any one of (1) to (9) that separates mist contained in an evaporation gas of the raw material evaporated by the evaporation device, and a predetermined
  • a reaction system comprising: a heating device that heats the evaporative gas to a temperature of 5; and a reaction device that chemically reacts the raw material evaporative gas from which the mist has been separated by the mist separation device in the presence of a catalyst.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a reaction system according to an embodiment of the present invention.
  • the reaction system 1 includes an evaporation device 2, a pump 3, a first mist separation device 4, a second mist separation device 5, a heating device 6, a reaction device 7, and various pipes 10. 11, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18.
  • the reaction system 1 evaporates cyclohexanone oxime, which is a raw material, in the evaporator 2, and the mist containing impurities in the obtained evaporated gas is separated by the first mist separator 4 and the second mist separator 5.
  • the removed cyclohexanone oxime evaporating gas is heated to a predetermined temperature by the heating device 6, and then the heated cyclohexanone oxime evaporating gas is sent to the reaction device 7 to cause the Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime in the presence of the solid catalyst. It produces ⁇ -caprolactam.
  • a first raw material supply pipe 10 and a second raw material supply pipe 11 are connected to the evaporation device 2.
  • the starting material in the production of ⁇ -caprolactam is cyclohexanone oxime.
  • a mixed liquid of the cyclohexanone oxime and a solvent for diluting the cyclohexanone oxime is used as a raw material.
  • the liquid mixture is supplied to the evaporator 2 through both the first raw material supply pipe 10 and the second raw material supply pipe 11.
  • a lower alcohol such as methanol may be introduced together with an inert gas such as nitrogen gas. preferable.
  • the pressure when evaporating the mixed solution is preferably in the range of 133 kPa or less. Moreover, it is preferable that the temperature at the time of evaporating the said liquid mixture is the range of 130 degreeC or more and 170 degrees C or less.
  • the evaporation gas obtained by the evaporation device 2 is supplied to the first mist separation device 4 through the evaporation gas supply pipe 14.
  • the evaporative gas supplied to the first mist separation device 4 via the evaporative gas supply pipe 14 is separated by the first mist separation device 4.
  • rough separation pre-separation
  • a mist separation device shown in Patent Document 1 having a mist collecting screen formed by suspending a plurality of chains suspended from the upper part of the container at a predetermined interval
  • Can do is used as the first mist separation device 4 for example.
  • the evaporated gas pre-separated by the first mist separation device 4 is supplied to the second mist separation device 5 according to the present invention through the pre-separation gas supply pipe 15.
  • the evaporative gas supplied through the pre-separation gas supply pipe 15 is separated by the second mist separation device 5.
  • the second mist separation device 5 captures the remaining mist contained in the evaporated gas in which a certain amount of mist has been captured in the first mist separation device 4.
  • separation main separation is performed such that the mist is sufficiently trapped in the heating device 6 so that the mist is tarred and the thin tubes and pipes are not blocked.
  • FIG. 2A and 2B are schematic views showing the second mist separation device 5.
  • FIG. 2A is a plan sectional view of the second mist separating device 5
  • FIG. 2B is a side sectional view of the second mist separating device 5.
  • the second mist separation device 5 includes a mist capturing part 53, a shell 50 that houses the mist capturing part 53, an inflow part 51 that allows evaporative gas to flow toward the mist capturing part 53, and an inflow And an outflow part 52 that causes the evaporative gas flowing in from the part 51 to flow out.
  • the inflow portion 51 and the outflow portion 52 are each provided on the inner wall of the shell 50.
  • the shell 50 may flow a heating medium as a jacket type.
  • the mist capturing unit 53 includes a plurality of tubes 530 and a tube plate 532.
  • the mist capturing part 53 is formed by bundling a plurality of tubes 530 in a substantially cylindrical shape.
  • the mist capturing unit 53 is a so-called tube bundle.
  • the plurality of tubes 530 are bent on the side opposite to the tube plate 532.
  • the plurality of tubes 530 are U-shaped.
  • a heating medium can flow through the plurality of tubes 530.
  • a medium capable of setting the temperature of the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 to a temperature higher than the boiling point of mist contained in the evaporation gas for example, steam having a temperature higher than the boiling point of mist
  • the heating medium By flowing the heating medium into the plurality of tubes 530, a part of the mist captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 is vaporized by heating with the heating medium.
  • the inflow portion 51 and the outflow portion 52 are arranged at positions separated from each other in the extending direction of the plurality of tubes 530.
  • the inflow portion 51 is disposed on the tube plate 532 side
  • the outflow portion 52 is disposed on the opposite side of the tube plates 532 of the plurality of tubes 530.
  • the arrangement position of the inflow part 51 and the outflow part 52 is not restricted to this.
  • the inflow portion 51 may be disposed on the opposite side of the tube plate 532 of the plurality of tubes 530 and the outflow portion 52 may be disposed on the tube plate 532 side, contrary to the arrangement position.
  • reference symbol L ⁇ b> 1 is a distance between the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at a position closest to the inflow portion 51 and the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530.
  • Reference symbol L ⁇ b> 2 is a distance between the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at a position closest to the outflow portion 52 among the plurality of tubes 530 and the outflow portion 52.
  • the distance L1 between the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 and the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530 is the largest. It is larger than the distance L ⁇ b> 2 between the outer peripheral surface of the tube 530 disposed near the outflow portion 52 and the outflow portion 52.
  • the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530 and the inflow portion 51 are the outer periphery of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530. It arrange
  • the mist capturing portion 53 is eccentric toward the outflow portion 52 in the shell 50.
  • symbol L ⁇ b> 3 is a distance between the central axis of the columnar mist capturing unit 53 and the central axis of the cylindrical shell 50.
  • the eccentricity of the mist capturing unit 53 is 10% to 30%.
  • FIG. 3A and 3B are schematic diagrams showing the mist capturing unit 53.
  • FIG. 3A is a side sectional view of the mist capturing unit 53
  • FIG. 3B is a plan view of the mist capturing unit 53.
  • the mist capturing unit 53 holds a plurality of tubes 530, a plurality of baffles 531 arranged at intervals in the longitudinal direction of the plurality of tubes 530, and ends of the plurality of tubes 530. And a tube plate 532.
  • the plurality of tubes 530 are arranged in parallel at intervals.
  • the plurality of baffles 531 are generally semicircular.
  • substantially semicircular means 50% cutout
  • the cross-sectional shape is not limited to a semicircular shape, but also includes a semielliptical shape.
  • the cross-sectional shape of the baffle may be a donut shape (a structure that is hollow and has a shape only on the outer periphery). (As shown in FIG. 3A, the plurality of baffles 531 are arranged alternately at predetermined intervals in the vertical direction so as not to hinder the flow rate of the evaporating gas flowing in the shell 50.
  • the tube plate 532 is formed with a plurality of tube holes 532a through which the plurality of tubes 530 can be inserted. End portions of the plurality of tubes 530 are supported by a plurality of tube holes 532 a formed in the tube plate 532.
  • the interval between the plurality of tube holes 532a is 1.5 to 2.0 times the diameter of the tube 530.
  • an angle ⁇ formed by one of the plurality of tube holes 532a and two adjacent tube holes 532a is normally 60 ° to 120 °, preferably 70 °. It is arranged to be ⁇ 110 °, more preferably 80 ° to 100 °.
  • the cross-sectional shape when the plurality of tubes 530 are cut along a plane orthogonal to the extending direction of the plurality of tubes 530 is generally circular.
  • substantially circular is not limited to a circular cross-sectional shape, but includes an elliptical shape.
  • FIG. 4A, FIG. 4B, FIG. 4C, FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 5C and FIG. 6 are explanatory views showing the flow of the evaporating gas in the second mist separation device 5.
  • 4A, 4B and 4C are plan sectional views corresponding to FIG. 2A
  • FIGS. 5A, 5B and 5C are side sectional views corresponding to FIG. 2B
  • FIG. 4 is a side sectional view of a plurality of tubes 530.
  • the evaporative gas flowing in from the inflow portion 51 collides with the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 so that the mist contained in the evaporative gas is captured by the outer peripheral surface. It is configured.
  • FIGS. 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 5C, and 6. how the evaporative gas flows in the shell 50 in the second mist separation device 5 will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 5C, and 6. .
  • the evaporative gas pre-separated by the first mist separation device 4 can be supplied to the second mist separation device 5 via the pre-separation gas supply pipe 15 (see FIG. 1).
  • the evaporative gas can be introduced into the shell 50 through the inflow portion 51.
  • the evaporative gas flowing in from the inflow portion 51 can flow toward the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 (see FIGS. 4A and 5A).
  • the evaporative gas flowing in from the inflow portion 51 is set so as to collide with the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530. Thereby, a part of mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • a heating medium high-temperature steam
  • a part of the mist captured on the outer peripheral surface can be vaporized by heating with a heating medium.
  • some of the evaporative gas that has flowed in from the inflow portion 51 and collided with the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 flows through the gaps between the plurality of tubes 530 that are spaced apart from each other, and the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530. (See FIG. 6). Thereby, a part of mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530. In addition, a part of the mist captured by the outer peripheral surface is vaporized by heating with a heating medium.
  • the plurality of tubes 530 are set so as to flow along the extending direction of the plurality of tubes 530 and travel along the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530. (See FIG. 4B). Thereby, a part of mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • a part of the evaporating gas that has flowed in from the inflow portion 51 and collided with the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 flows along the circumferential direction of the substantially cylindrical mist capturing portion 53, and the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • a plurality of tubes 530 are set so as to be transmitted (see FIG. 5B). Thereby, a part of mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • the plurality of tubes 530 are set so that the evaporating gas in which mist is sufficiently captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 flows out by the outflow portion 52 (see FIGS. 4C and 5C).
  • the evaporated gas from which the mist has been sufficiently separated by the second mist separation device 5 can be supplied to the heating device 6 via the separation gas supply pipe 16.
  • the heating device 6 is a heat exchanger having a large number of thin tubes (having a diameter of about 2 to 3 cm).
  • the heating device 6 is set to heat the evaporation gas up to a predetermined temperature by passing the evaporation gas through a large number of thin tubes and performing heat exchange through a heat medium such as steam or hot air on the outer surface of the thin tubes.
  • This temperature is a temperature within a range of 250 ° C. or more and 500 ° C. or less.
  • a plurality of heating devices 6 may be provided.
  • the evaporated gas of cyclohexanone oxime heated to a predetermined temperature by the heating device 6 is supplied to the reaction device 7 through the heating gas supply pipe 17.
  • a Beckmann rearrangement reaction in which cyclohexanone oxime is rearranged to ⁇ -caprolactam is performed in the presence of a solid catalyst and a lower alcohol.
  • This Beckmann rearrangement reaction is performed, for example, by a fluidized bed gas phase contact reaction.
  • the solid catalyst examples include a boric acid catalyst, a silica / alumina catalyst, a phosphoric acid catalyst, a composite metal oxide catalyst, and a zeolite catalyst.
  • a zeolite catalyst is preferable, a pentasil type zeolite is more preferable, and an MFI zeolite is particularly preferable.
  • the zeolite catalyst may be crystalline silica whose skeleton is substantially composed only of silicon and oxygen, or may be a crystalline metallosilicate containing another element as an element constituting the skeleton.
  • a crystalline metallosilicate or the like examples of elements that can exist other than silicon and oxygen include, for example, Be, B, Al, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, and Zr. , Nb, Sb, La, Hf, Bi and the like, and two or more of these may be included.
  • the atomic ratio of silicon to these elements is usually 5 or more, preferably 50 or more, more preferably 500 or more. This atomic ratio can be measured by an atomic absorption method or a fluorescent X-ray method.
  • the zeolite catalyst is, for example, subjected to hydrothermal synthesis using a silicon compound, a quaternary ammonium compound, water and, if necessary, a metal compound as a raw material, and the obtained crystals are dried and calcined. It can prepare suitably by carrying out a contact process and then drying.
  • the particle size of the solid catalyst is preferably 0.001 to 5 mm, more preferably 0.01 to 3 mm.
  • the solid catalyst may be, for example, a molded body substantially composed of only the catalyst component, or may be one in which the catalyst component is supported on a carrier.
  • the Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime using a solid catalyst can be performed under gas phase conditions.
  • the reaction temperature is usually 250 to 500 ° C, preferably 300 to 450 ° C.
  • the reaction pressure is usually 0.005 to 0.5 MPa, preferably 0.005 to 0.2 MPa.
  • the feed rate (kg / h) of the raw material cyclohexanone oxime per kg of the catalyst, that is, the space velocity WHSV (h ⁇ 1 ) is usually 0.1 to 20 h ⁇ 1 , preferably 0.2 to 10 h ⁇ 1 .
  • Coexistence of water with cyclohexanone oxime is also advantageous, and the amount of water is preferably 2.5 moles or less of cyclohexanone oxime.
  • a lower alcohol having 6 or less carbon atoms is preferred as the lower alcohol used in the production of ⁇ -caprolactam by the Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime under gas phase conditions in the presence of a solid catalyst and a lower alcohol.
  • a solid catalyst and a lower alcohol for example, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, isobutanol, n-amyl alcohol, n-hexanol, 2,2,2-trifluoroethanol, etc. Or 2 or more types can be used.
  • the use of one or more of methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and n-butanol is more preferable because it shows a remarkable effect in improving selectivity of ⁇ -caprolactam and catalyst life.
  • the use of methanol or ethanol shows a remarkable effect and is most preferable from an industrial viewpoint.
  • the amount of the lower alcohol is usually 0.1 to 20 times by weight with respect to cyclohexanone oxime.
  • the amount of the lower alcohol is preferably 10 times or less, more preferably 0.3 to 8 times by weight with respect to cyclohexanone oxime.
  • reaction product containing ⁇ -caprolactam as a main component is produced in the reaction apparatus 7 in a gas state.
  • the product gas is taken out of the system through the product gas discharge pipe 18.
  • the 2nd mist separation apparatus 5 of this embodiment is set so that raw material gas may flow in toward the outer peripheral surface of a some tube by an inflow part. Therefore, when the source gas flowing in from the inflow portion collides with the outer peripheral surface, mist contained in the source gas is captured on the outer peripheral surface.
  • the evaporative gas containing mist may slip through the gaps between the plurality of chains.
  • the plurality of tubes employ a configuration in which the source gas collides toward the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes, the evaporated gas does not pass through the outer peripheral surface. Thereby, the mist contained in source gas adheres to the said outer peripheral surface. Therefore, the mist contained in the evaporation gas can be sufficiently captured.
  • a heating medium can flow in the plurality of tubes, and by flowing the heating medium in the plurality of tubes, a part of the mist contained in the raw material gas captured on the outer peripheral surface is vaporized by heating with the heating medium. Is done. Further, the mist not captured on the outer peripheral surface is vaporized and disappears by heating the source gas. Therefore, mist contained in the evaporating gas can be reduced.
  • the outflow part is arranged at a position away from the inflow part in the extending direction of the plurality of tubes. Therefore, the outflow part is set so that the source gas flowing in from the inflow part flows along the extending direction of the plurality of tubes and travels along the outer peripheral surface. Thereby, the mist contained in source gas is captured by the outer peripheral surface.
  • the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530 and the inflow portion 51 are the same as those of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530.
  • the distance L1 between the outer peripheral surface and the inflow portion 51 is set to be larger than the distance L2 between the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at the position closest to the outflow portion 52 and the outflow portion 52. . Therefore, a sufficient amount of mist can be captured by the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at the position closest to the inflow portion 51 among the plurality of tubes 530. Further, even when a large amount of mist is formed on the outer peripheral surface of the tube 530 disposed at a position closest to the inflow portion 51, the gap portion is unlikely to be blocked by the mist.
  • the plurality of tubes 530 are configured such that a part of the evaporated gas that collides with the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530 flows through the gaps between the plurality of tubes 530 that are arranged in parallel with a space between each other. It is set to be transmitted through the surface. Therefore, part of the mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • each tube of the plurality of tubes 530 is generally circular. Therefore, it flows along the circumferential direction of the mist capturing portion 53 and travels along the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530. Thereby, a part of mist contained in the evaporating gas is captured by the outer peripheral surfaces of the plurality of tubes 530.
  • the plurality of tubes 530 are U-shaped. Therefore, one end portions of the plurality of tubes 530 are held by the tube plate 532. Therefore, the mist separation device 5 having a simple configuration can be realized.
  • the mist separation device 5 since the mist separation device 5 is provided, the mist contained in the evaporative gas can be sufficiently captured, and the mist is tarred in the heating device 6 to form a narrow tube or piping. Etc. are not blocked. Therefore, it becomes possible to operate the reaction system continuously for a long time.
  • cyclohexanone oxime can be used as a raw material, but is not limited thereto.
  • various raw materials that may generate mist containing impurities having a high boiling point during evaporation can be used.
  • the first mist separation apparatus 4 and the second mist separation apparatus 5 are configured as the mist separation apparatus, but the present invention is not limited to this.
  • it may be configured to have only the second mist separation device 5 as the mist separation device.
  • ⁇ -caprolactam is produced by Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime in the presence of a solid catalyst and a lower alcohol, but is not limited thereto.
  • ⁇ -caprolactam may be produced in an environment containing no lower alcohol. That is, it is sufficient that ⁇ -caprolactam is generated at least in the presence of a solid catalyst.
  • the example in which the plurality of tubes are U-shaped tubes has been described, but the present invention is not limited thereto.
  • the plurality of tubes are not limited to being partially bent (U-shaped tube type), and a plurality of tubes may be bent.
  • the plurality of tubes 530A As shown in FIG. 7A, for example, as the plurality of tubes 530A, a so-called three-channel type in which two portions are bent may be adopted. In other words, at least a part of the plurality of tubes may be bent.
  • a single flow path format may be adopted as the plurality of tubes 530B.
  • the tube plate 532 is fixed to the shell 50, but is not limited thereto.
  • a so-called floating tube plate type in which the tube plate 532 is slidable along the extending direction of the cylindrical shell 50 may be employed. That is, the plurality of tubes may be slidable in the extending direction of the plurality of tubes. Thereby, it becomes easy to release the thermal stress which arises in a some tube.
  • the mist separation device of the present invention can sufficiently capture the mist contained in the evaporating gas, it can be suitably used, for example, for the production of ⁇ -caprolactam using cyclohexanone oxime as a raw material.

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  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

　本発明は、複数のチューブと、　前記複数のチューブを収容するシェルと、　前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの外周面に向けて原料ガスを流入させる流入部と、　前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの延在方向において前記流入部と離れた位置に、前記流入部から流入された原料ガスを流出させる流出部と、　を含む、ミスト分離装置に関する。　本発明によれば、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することができる。

Description

ミスト分離装置及び反応システム
　本発明は、ミスト分離装置及び反応システムに関するものである。本願は、２０１１年９月１６日に、日本に出願された特願２０１１－２０３１０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　原料を蒸発させる蒸発装置と、蒸発された原料の蒸発ガスを加熱する加熱装置と、加熱された蒸発ガスを触媒の存在下で化学反応させる反応装置と、を有する反応システムが知られている。この反応システムでは、蒸発装置により原料を蒸発させる際に、高沸点の不純物等を含むミストが生成されることがある。このミストは、ある温度以上で加熱されるとタール化する。そのため、蒸発装置により生成された蒸発ガスが加熱装置に導入された場合、タールが加熱装置の細管や配管等を閉塞させるといった問題がある。
　例えば特許文献１では、蒸発装置と加熱装置との間に、ミスト分離装置が設けられている。このミスト分離装置は、複数の鎖が容器上部から所定の間隔で吊り下げられて構成されている。このような複数の鎖が蒸発ガスの流れ方向と交差して配置されることにより、蒸発ガスに含まれるミストが捕捉されるようになっている。
特開２００７－２９７８５号公報
　特許文献１のミスト分離装置では、複数の鎖の隙間からミストを含む蒸発ガスがすり抜けることがある。複数の鎖の隙間をすり抜けた蒸発ガスは、ミストを含んだ状態で加熱装置に導入されてしまう。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することが可能なミスト分離装置及び反応システムを提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明のミスト分離装置は、複数のチューブと、前記複数のチューブを収容するシェルと、前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの外周面に向けて原料ガスを流入させる流入部と、を含むことを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブ内には、加熱媒体が流れており、前記外周面で捕捉された前記原料ガスに含まれるミストの一部が前記加熱媒体による加熱により気化されるように構成されていることを特徴とする。
　本発明において、前記シェルの内壁には、前記複数のチューブの延在方向において前記流入部と離れた位置に、前記流入部から流入された原料ガスを流出させる流出部が設けられていることを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流入部との間の距離は、前記複数のチューブのうち最も前記流出部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流出部との間の距離よりも大きいことを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブは、互いに間隔を空けて平行に配置されていることを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブを当該複数のチューブの延在方向と直交する平面で切断したときの断面形状は、概ね円形であることを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブは、少なくとも一部が屈曲していることを特徴とする。
　本発明において、前記複数のチューブは、当該複数のチューブの延在方向に摺動可能になっていることを特徴とする。
　本発明において、前記原料ガスはシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを含むことを特徴とする。
　本発明の反応システムは、原料を蒸発させる蒸発装置と、前記蒸発装置により蒸発された原料の蒸発ガスに含まれるミストを分離する前記ミスト分離装置と、前記ミスト分離装置によりミストが分離された原料の蒸発ガスを触媒の存在下で化学反応させる反応装置と、を含むことを特徴とする。
　すなわち、本発明は以下に関する。
　（１）複数のチューブと、前記複数のチューブを収容するシェルと、前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの外周面に向けて原料ガスを流入させる流入部と、前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの延在方向において前記流入部と離れた位置に、前記流入部から流入された原料ガスを流出させる流出部と、を含む、ミスト分離装置。
　（２）前記複数のチューブは、その内部に前記加熱媒体を流すことができ、前記複数のチューブの外周面で捕捉された前記原料ガスに含まれるミストの一部を気化させることができるように構成されている、（１）に記載のミスト分離装置。
　（３）前記複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流入部は、前記複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流入部との間の距離が、前記複数のチューブのうち最も前記流出部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流出部との間の距離よりも大きくなるように設定されている、（１）又は（２）に記載のミスト分離装置。
　（４）前記複数のチューブは、互いに間隔を空けて平行に配置されている、（１）～（３）のいずれか１つに記載のミスト分離装置。
　（５）前記複数のチューブを当該複数のチューブの延在方向と直交する平面で切断したときの各チューブの断面形状は、概ね円形である、（１）～（４）のいずれか１つの態様に記載のミスト分離装置。
　（６）前記複数のチューブは、少なくとも一部が屈曲している、（１）～（５）のいずれか１つに記載のミスト分離装置。
　（７）前記複数のチューブの一端部は、管板によって保持されている、（１）～（６）のいずれか１つに記載のミスト分離装置。
　（８）前記複数のチューブは、当該複数のチューブの延在方向に摺動可能になっている、（１）～（７）のいずれか１つに記載のミスト分離装置。
　（９）前記原料ガスはシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを含む、（１）～（８）のいずれか１つの態様に記載のミスト分離装置。
　（１０）原料を蒸発させる蒸発装置と、前記蒸発装置により蒸発された原料の蒸発ガスに含まれるミストを分離する（１）～（９）のいずれか１つに記載のミスト分離装置と、所定の温度まで蒸発ガスを加熱する加熱装置と、前記ミスト分離装置によりミストが分離された原料の蒸発ガスを触媒の存在下で化学反応させる反応装置とを含む反応システム。
　（１１）シクロヘキサノンオキシムを蒸発させる蒸発工程と、得られた蒸発ガス中のミストをミスト分離装置により分離する分離工程と、前記ミストを分離したシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを所定の温度まで加熱する加熱工程と、前記加熱したシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを触媒の存在下で、気相ベックマン転位反応によりε－カプロラクタムを得る工程とを含み、前記ミスト分離装置が（１）～（９）のいずれか１つに記載のミスト分離装置である、ε－カプロラクタムの製造方法。
　本発明によれば、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することが可能なミスト分離装置及び反応システムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る反応システムを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置の平断面図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置の側断面図である。 本発明の一実施形態に係るミスト捕捉部の側断面図である。 本発明の一実施形態に係るミスト捕捉部の側断面図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るミスト分離装置における蒸発ガスの流れを示す説明図である。 チューブの変形例を示す模式図である。 複数のチューブを示す模式図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。また、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　図１は、本発明の一実施形態の反応システムを示す模式図である。
　図１に示すように、反応システム１は、蒸発装置２と、ポンプ３と、第１ミスト分離装置４と、第２ミスト分離装置５と、加熱装置６と、反応装置７と、各種配管１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８と、を含んで構成されている。
　反応システム１は、原料であるシクロヘキサノンオキシムを蒸発装置２において蒸発させ、得られた蒸発ガスの中の不純物を含むミストを第１ミスト分離装置４及び第２ミスト分離装置５により分離し、ミストが除去されたシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを加熱装置６により所定の温度まで加熱した後、加熱されたシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを反応装置７に送り、固体触媒の存在下でシクロヘキサノンオキシムをベックマン転位反応させてε―カプロラクタムを生成するものである。
　蒸発装置２には、第１原料供給配管１０と第２原料供給配管１１とが接続されている。
　ε－カプロラクタムを製造する際の出発原料はシクロヘキサノンオキシムである。本実施形態では、原料として当該シクロヘキサノンオキシムと当該シクロヘキサノンオキシムを希釈する溶剤との混合液を用いる。当該混合液は、第１原料供給配管１０及び第２原料供給配管１１の双方の配管を経て蒸発装置２に供給される。なお、第１原料供給配管１０及び第２原料供給配管１１を介して前記混合液を蒸発装置２に移送する際には、メタノール等の低級アルコールを窒素ガス等の不活性ガスとともに導入することが好ましい。
　前記混合液を蒸発させる際の圧力は１３３ｋＰａ以下の範囲であることが好ましい。また、前記混合液を蒸発させる際の温度は１３０℃以上かつ１７０℃以下の範囲であることが好ましい。蒸発装置２により得られた蒸発ガスは、蒸発ガス供給配管１４を経て第１ミスト分離装置４に供給される。
　一方、蒸発装置２内で蒸発せずに蒸発装置２の底に溜まる未蒸発液もある。当該未蒸発液は、蒸発装置２から排出配管１２を経てポンプ３に供給される。当該未蒸発液は、ポンプ３により循環配管１３を通って第１原料供給配管１０を経て再び蒸発装置２内に供給される。
　蒸発ガス供給配管１４を経て第１ミスト分離装置４に供給された蒸発ガスは、第１ミスト分離装置４によりミストが分離される。第１ミスト分離装置４においては、ある程度の量のミストが捕捉されるような粗い分離（プレ分離）が行われる。
　第１ミスト分離装置４としては、例えば特許文献１に示すミスト分離装置（複数の鎖が容器上部から所定の間隔で吊り下げられて形成されたミスト捕集用スクリーンを備えたもの）を用いることができる。
　第１ミスト分離装置４によりプレ分離された蒸発ガスは、プレ分離ガス供給配管１５を経て本発明に係る第２ミスト分離装置５に供給される。
　プレ分離ガス供給配管１５を経て供給された蒸発ガスは、第２ミスト分離装置５によりミストが分離される。第２ミスト分離装置５は、第１ミスト分離装置４においてある程度の量のミストが捕捉された蒸発ガスに含まれる残りのミストを捕捉するものである。第２ミスト分離装置５においては、加熱装置６においてミストがタール化して細管や配管等が閉塞されない程度に十分にミストが捕捉されるような分離（本分離）が行われる。
　図２Ａ及び図２Ｂは、第２ミスト分離装置５を示す模式図である。図２Ａは第２ミスト分離装置５の平断面図であり、図２Ｂは第２ミスト分離装置５の側断面図である。
　図２Ａに示すように、第２ミスト分離装置５は、ミスト捕捉部５３と、ミスト捕捉部５３を収容するシェル５０と、ミスト捕捉部５３に向けて蒸発ガスを流入させる流入部５１と、流入部５１から流入された蒸発ガスを流出させる流出部５２と、を含んで構成されている。流入部５１及び流出部５２は、それぞれシェル５０の内壁に設けられている。
　なお、シェル５０は、ジャケット型式として加熱媒体を流してもよい。
　ミスト捕捉部５３は、複数のチューブ５３０と管板５３２とを有している。ミスト捕捉部５３は、複数のチューブ５３０が略円柱形状に束ねられて形成されている。本実施形態において、ミスト捕捉部５３は、いわゆるチューブバンドルである。
　複数のチューブ５３０は、図２Ａに示すように、管板５３２と反対側の部分が屈曲している。本実施形態において、複数のチューブ５３０はＵ字管型である。
　複数のチューブ５３０内には加熱媒体を流すことができる。加熱媒体としては、複数のチューブ５３０の外周面の温度を蒸発ガスに含まれるミストの沸点よりも高い温度にすることが可能な媒体（例えばミストの沸点よりも高温の蒸気）を用いることができる。複数のチューブ５３０内に加熱媒体を流すことにより、複数のチューブ５３０の外周面で捕捉されたミストの一部は、当該加熱媒体による加熱により気化される。
　流入部５１と流出部５２とは、複数のチューブ５３０の延在方向において互いに離れた位置に配置されている。流入部５１は管板５３２の側に配置されており、流出部５２は複数のチューブ５３０の管板５３２と反対側に配置されている。なお、流入部５１と流出部５２の配置位置はこれに限らない。例えば、前記配置位置とは反対に、流入部５１が複数のチューブ５３０の管板５３２と反対側に配置されており、流出部５２が管板５３２の側に配置されていてもよい。
　図２Ａにおいて、符号Ｌ１は複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１との間の距離である。符号Ｌ２は複数のチューブ５３０のうち最も流出部５２に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流出部５２との間の距離である。図２Ａに示すように、第２ミスト分離装置５において、複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１との間の距離Ｌ１は、最も流出部５２に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流出部５２との間の距離Ｌ２よりも大きくなっている。
　複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１とは、複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１との間の距離Ｌ１が、少なくとも２００ｍｍ確保されるように配置される。また、チューブ５３０の外周面と流入部５１とは、チューブ５３０の外周面と流入部５１との間の隙間部分を流れる蒸発ガスの流速が、流入部５１の内部を流れる蒸発ガスの流速よりも小さくなるように構成されている。
　図２Ｂに示すように、ミスト捕捉部５３はシェル５０内において流出部５２寄りに偏心している。図２Ｂにおいて、符号Ｌ３は、円柱形状のミスト捕捉部５３の中心軸と円筒形状のシェル５０の中心軸との間の距離である。ミスト捕捉部５３の偏心率は１０％～３０％である。
　図３Ａ及び図３Ｂは、ミスト捕捉部５３を示す模式図である。図３Ａはミスト捕捉部５３の側断面図であり、図３Ｂはミスト捕捉部５３の平面図である。
　図３Ａに示すように、ミスト捕捉部５３は、複数のチューブ５３０と、複数のチューブ５３０の長手方向に間隔を空けて配置された複数のバッフル５３１と、複数のチューブ５３０の端部を保持する管板５３２と、を備えて構成されている。
　複数のチューブ５３０は、互いに間隔を空けて平行に配置されている。複数のバッフル５３１は、概ね半円形である。ここで、概ね半円形とは、５０％切り欠きのことであり、当該断面形状が半円形であることに限らず、半楕円形であることも含む。また、バッフルの断面形状はドーナツ型（中は空洞で外周のみに形状を有する構造）でもよい。（図３Ａに示すように、複数のバッフル５３１は、シェル５０内を流れる蒸発ガスの流速を阻害しないように上下交互に所定の間隔を空けて配置されている。
　図３Ｂに示すように、管板５３２には複数のチューブ５３０を挿通可能な複数のチューブ用孔５３２ａが形成されている。複数のチューブ５３０の端部は、管板５３２に形成された複数のチューブ用孔５３２ａによって支持されている。
　複数のチューブ用孔５３２ａの間隔は、チューブ５３０の直径の１．５倍～２．０倍の大きさとなっている。複数のチューブ用孔５３２ａは、当該複数のチューブ用孔５３２ａのうちの１つのチューブ用孔５３２ａと隣り合う２つのチューブ用孔５３２ａとのなす角θが通常６０°～１２０°、好ましくは７０°～１１０°、より好ましくは８０°～１００°になるように配置されている。
　複数のチューブ５３０を当該複数のチューブ５３０の延在方向と直交する平面で切断したときの断面形状は、概ね円形である。ここで、概ね円形とは、当該断面形状が円形であることに限らず、楕円形であることも含む。
　図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図６は、第２ミスト分離装置５における蒸発ガスの流れを示す説明図である。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは図２Ａに対応した平断面図であり、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは図２Ｂに対応した側断面図であり、図６は第２ミスト分離装置５における複数のチューブ５３０の側断面図である。
　本実施形態の第２ミスト分離装置５は、流入部５１から流入された蒸発ガスが複数のチューブ５３０の外周面に衝突することにより、蒸発ガスに含まれるミストが当該外周面で捕捉されるように構成されている。
　以下、第２ミスト分離装置５においてシェル５０の内部を蒸発ガスが流れる様子について、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図６を用いて一例を挙げて説明する。
　第１ミスト分離装置４によりプレ分離された蒸発ガスは、プレ分離ガス供給配管１５（図１参照）を経て第２ミスト分離装置５に供給され得る。当該蒸発ガスは、流入部５１を介してシェル５０の内部に導入され得る。流入部５１から流入された蒸発ガスは、複数のチューブ５３０の外周面に向けて流れ得る（図４Ａ、図５Ａ参照）。
　流入部５１から流入した蒸発ガスが、複数のチューブ５３０の外周面に衝突するように設定されている。これにより、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。また、複数のチューブ５３０内には加熱媒体（高温の蒸気）を流し得る。そのため、当該外周面で捕捉されたミストの一部は、加熱媒体による加熱により気化させることができる。
　先ず、流入部５１から流入して複数のチューブ５３０の外周面に衝突した蒸発ガスの一部は、互いに間隔を空けて配置された複数のチューブ５３０の隙間を流れて複数のチューブ５３０の外周面を伝わる（図６参照）。これにより、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。また、当該外周面で捕捉されたミストの一部は、加熱媒体による加熱により気化される。
　複数のチューブ５３０の外周面で捕捉されたミストが炭化し、複数のチューブ５３０の隙間が閉塞すると、流入部５１から流入して複数のチューブ５３０の外周面に衝突した蒸発ガスの一部は、複数のチューブ５３０の延在方向に沿って流れて複数のチューブ５３０の外周面を伝わるように、複数のチューブ５３０が設定されている。（図４Ｂ参照）。これにより、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。
　また、流入部５１から流入して複数のチューブ５３０の外周面に衝突した蒸発ガスの一部は、略円柱形状のミスト捕捉部５３の円周方向に沿って流れて複数のチューブ５３０の外周面を伝わるように、複数のチューブ５３０が設定されている（図５Ｂ参照）。これにより、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。
　複数のチューブ５３０の外周面によりミストが十分に捕捉された蒸発ガスが、流出部５２により流出されるように、複数のチューブ５３０が設定されている（図４Ｃ、図５Ｃ参照）。
　図１に戻り、前記第２ミスト分離装置５でミストが十分に分離された蒸発ガスは、分離ガス供給配管１６を経て加熱装置６に供給され得る。加熱装置６は、多数の細管（直径が約２～３ｃｍ）を備えた熱交換器である。加熱装置６は、多数の細管内に蒸発ガスを通し、細管の外面にスチーム、熱風などの熱媒体を通して熱交換を行なわせ、蒸発ガスを所定の温度まで加熱するように設定されている。この温度は２５０℃以上かつ５００℃以下の範囲内の温度である。なお、この加熱装置６は複数配設されていてもよい。
　加熱装置６により所定の温度まで加熱されたシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスは加熱ガス供給配管１７を通って反応装置７に供給される。
　反応装置７では、固体触媒と低級アルコールとの共存下でシクロヘキサノンオキシムをε－カプロラクタムに転位させるベックマン転位反応が行われる。このベックマン転位反応は、例えば流動層式の気相接触反応によって行われる。
　固体触媒としては、例えば、ホウ酸触媒、シリカ・アルミナ触媒、リン酸触媒、複合金属酸化物触媒、ゼオライト触媒等が挙げられる。中でもゼオライト触媒が好ましく、さらに好ましくはペンタシル型ゼオライト、特に好ましくはＭＦＩゼオライトである。
　ゼオライト触媒は、その骨格が実質的にケイ素及び酸素のみから構成される結晶性シリカであってもよいし、骨格を構成する元素としてさらに他の元素を含む結晶性メタロシリケート等であってもよい。結晶性メタロシリケート等である場合、ケイ素及び酸素以外に存在しうる元素としては、例えば、Ｂｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｂｉ等が挙げられ、これらの２種以上が含まれていてもよい。これら元素に対するケイ素の原子比は、通常５以上であり、好ましくは５０以上、さらに好ましくは５００以上である。なお、この原子比は、原子吸光法や蛍光Ｘ線法等により測定することができる。
　ゼオライト触媒は、例えば、ケイ素化合物、４級アンモニウム化合物、水、及び必要に応じて金属化合物等を原料として水熱合成に付し、得られた結晶を乾燥、焼成した後、アンモニアやアンモニウム塩で接触処理し、次いで乾燥することにより、好適に調製することができる。
　固体触媒の粒径は０．００１～５ｍｍであるのが好ましく、さらに好ましくは０．０１～３ｍｍである。また、固体触媒は、例えば、実質的に触媒成分のみからなる成形体であってもよいし、触媒成分を担体に担持したものであってもよい。
　固体触媒を用いたシクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応は、気相条件下で行うことができる。反応温度は通常２５０～５００℃、好ましくは３００～４５０℃である。反応圧力は通常０．００５～０．５ＭＰａ、好ましくは０．００５～０．２ＭＰａである。また、触媒１ｋｇあたりの原料シクロヘキサノンオキシムの供給速度（ｋｇ／ｈ）、すなわち空間速度ＷＨＳＶ（ｈ－１）は、通常０．１～２０ｈ－１、好ましくは０．２～１０ｈ－１である。
　シクロヘキサノンオキシムと共に水の共存も有利であり、水の量は シクロヘキサノンオキシムに対して２．５モル倍以下の量が好ましい。
　固体触媒と低級アルコールの共存下で、気相条件下でシクロヘキサノンオキシムをベックマン転位反応させてε－カプロラクタムを生成する際に用いられる低級アルコールとしては、炭素数６以下の低級アルコールが好ましい。具体的には、例えば、メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、ｓｅｃ－ブタノール、イソブタノール、ｎ－アミルアルコール、ｎ－ヘキサノール、２，２，２－トリフルオロエタノール等の１種または２種以上用いることができる。特にメタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノールを１種または２種以上用いることが、ε－カプロラクタムの選択率および触媒寿命の改良に著しい効果を示すため、より好ましい。中でもメタノールまたはエタノールを用いることで、著しい効果を示し、工業的観点から最も好ましい。
　また、低級アルコールの量は、シクロヘキサノンオキシムに対して重量比で、通常０．１～２０倍が用いられる。低級アルコールの量は、シクロヘキサノンオキシムに対して、重量比で好ましくは１０倍以下であり、さらに好ましくは０．３～８倍である。
　このようにして、反応装置７においてε―カプロラクタムを主成分とする反応生成物がガス状態で生成される。当該生成ガスは、生成ガス排出配管１８を経て系外に取り出される。
　本実施形態の第２ミスト分離装置５は、流入部により、複数のチューブの外周面に向けて原料ガスが流入されるように設定されている。そのため、流入部から流入した原料ガスが外周面に衝突することにより、原料ガスに含まれるミストが外周面で捕捉される。
　特許文献１に示すように、複数の鎖が容器上部から所定の間隔で吊り下げられた構成の場合、複数の鎖の隙間からミストを含む蒸発ガスがすり抜けることがある。
　これに対し、本実施形態においては、複数のチューブは、複数のチューブの外周面に向けて原料ガスを衝突させる構成を採用しているので、当該外周面を蒸発ガスがすり抜けることはない。これにより、当該外周面には原料ガスに含まれるミストが付着する。よって、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することができる。
　また、複数のチューブ内には加熱媒体が流すことができ、複数のチューブ内に加熱媒体を流すことにより、外周面で捕捉された原料ガスに含まれるミストの一部が加熱媒体による加熱により気化される。また、外周面で捕捉されていないミストも原料ガスが加熱されることにより気化し消滅する。よって、蒸発ガスに含まれるミストを低減させることができる。
　また、流出部が複数のチューブの延在方向において流入部と離れた位置に配置されている。そのため、流入部から流入した原料ガスが複数のチューブの延在方向に沿って流れて外周面を伝わるように、流出部が設定されている。これにより、原料ガスに含まれるミストが外周面で捕捉される。
　また、複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１は、複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流入部５１との間の距離Ｌ１が、最も流出部５２に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面と流出部５２との間の距離Ｌ２よりも大きくなるように設定されている。そのため、複数のチューブ５３０のうち最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面で十分な量のミストを捕捉することができる。また、最も流入部５１に近い位置に配置されたチューブ５３０の外周面で多くのミストがされた場合であっても、当該ミストにより隙間部分が閉塞されることは生じにくい。
　また、複数のチューブ５３０は、複数のチューブ５３０の外周面に衝突した蒸発ガスの一部が、互いに間隔を空けて平行に配置された複数のチューブ５３０の隙間を流れて複数のチューブ５３０の外周面を伝わるように設定されている。よって、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。
　また、複数のチューブ５３０の各チューブの側断面形状が概ね円形である。そのため、ミスト捕捉部５３の円周方向に沿って流れて複数のチューブ５３０の外周面を伝わる。これにより、蒸発ガスに含まれるミストの一部が複数のチューブ５３０の外周面で捕捉される。
　また、複数のチューブ５３０はＵ字管型である。そのため、複数のチューブ５３０の一端部が管板５３２で保持される。よって、簡素な構成のミスト分離装置５を実現することができる。
　本実施形態の反応システム１によれば、前記ミスト分離装置５を備えているので、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することができ、加熱装置６において前記ミストがタール化して細管や配管等が閉塞されない。よって、反応システムを長時間連続して稼動させることが可能となる。
　なお、本実施形態の反応装置においては、原料としてシクロヘキサノンオキシムを用いることができるが、これに限らない。この他にも、蒸発させる際に高沸点の不純物等を含むミストが生成されることがある種々の原料を用いることができる。
　また、本実施形態の反応装置においては、ミスト分離装置として第１ミスト分離装置４と第２ミスト分離装置５とを有して構成されているが、これに限らない。例えば、ミスト分離装置として第２ミスト分離装置５のみを有して構成されていてもよい。
　また、本実施形態の反応装置においては、固体触媒と低級アルコールの共存下でシクロヘキサノンオキシムをベックマン転位反応させてε－カプロラクタムが生成されているが、これに限らない。例えば、低級アルコールを含まない環境下でε－カプロラクタムが生成されていてもよい。すなわち、少なくとも固体触媒の存在下でε－カプロラクタムが生成されていればよい。
　また、本実施形態のミスト分離装置においては、複数のチューブがＵ字型管である例を挙げて説明したが、これに限らない。複数のチューブは、一部が屈曲していること（Ｕ字管型）に限らず、複数個所が屈曲していてもよい。
　図７Ａに示すように、例えば、複数のチューブ５３０Ａとしては、２箇所が屈曲しているいわゆる３流路形式を採用していてもよい。すなわち、複数のチューブは、少なくとも一部が屈曲していればよい。
　なお、図７Ｂに示すように、例えば、複数のチューブ５３０Ｂとしては、１流路形式を採用してもよい。
　また、本実施形態のミスト分離装置においては、管板５３２がシェル５０に固定されているが、これに限らない。例えば、管板５３２が円筒形状のシェル５０の延在方向に沿って摺動可能ないわゆる遊動管板型を採用していてもよい。すなわち、複数のチューブが当該複数のチューブの延在方向に摺動可能になっていてもよい。これにより、複数のチューブに生じる熱応力を逃がしやすくなる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　本発明のミスト分離装置は、蒸発ガスに含まれるミストを十分に捕捉することができるため、例えば、シクロヘキサノンオキシムを原料として用いるε－カプロラクタムの製造等に好適に用いることができる。
１…反応システム、２…蒸発装置、５…第２ミスト分離装置（ミスト分離装置）、７…反応装置、５０…シェル、５１…流入部、５２…流出部、５３０…チューブ、Ｌ１…複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と流入部との間の距離、Ｌ２…複数のチューブのうち最も流出部に近い位置に配置されたチューブの外周面と流出部との間の距離

Claims (11)

  1. 　複数のチューブと、
    　前記複数のチューブを収容するシェルと、
    　前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの外周面に向けて原料ガスを流入させる流入部と、
    　前記シェルの内壁に設けられ、前記複数のチューブの延在方向において前記流入部と離れた位置に、前記流入部から流入された原料ガスを流出させる流出部と、
    　を含む、ミスト分離装置。
  2. 　前記複数のチューブは、その内部に加熱媒体を流すことができ、前記複数のチューブの外周面で捕捉された前記原料ガスに含まれるミストの一部を気化させることができるように構成されている、請求項１に記載のミスト分離装置。
  3. 　前記複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流入部は、前記複数のチューブのうち最も前記流入部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流入部との間の距離は、前記複数のチューブのうち最も前記流出部に近い位置に配置されたチューブの外周面と前記流出部との間の距離よりも大きくなるように設定されている、請求項１又は２に記載のミスト分離装置。
  4. 　前記複数のチューブは、互いに間隔を空けて平行に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  5. 　前記複数のチューブを当該複数のチューブの延在方向と直交する平面で切断したときの各チューブの断面形状は、概ね円形である、請求項１～４のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  6. 　前記複数のチューブは、少なくとも一部が屈曲している、請求項１～５のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  7. 　前記複数のチューブの一端部は、管板によって保持されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  8. 　前記複数のチューブは、当該複数のチューブの延在方向に摺動可能になっている、請求項１～７のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  9. 　前記原料ガスはシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のミスト分離装置。
  10. 　原料を蒸発させる蒸発装置と、
    　前記蒸発装置により蒸発された原料の蒸発ガスに含まれるミストを分離する請求項１～９のいずれか一項に記載のミスト分離装置と、
    　所定の温度まで蒸発ガスを加熱する加熱装置と、
    　前記ミスト分離装置によりミストが分離された原料の蒸発ガスを触媒の存在下で化学反応させる反応装置と、
    　を含む、反応システム。
  11. 　シクロヘキサノンオキシムを蒸発させる蒸発工程と、
    　得られた蒸発ガス中のミストをミスト分離装置により分離する分離工程と、
    　前記ミストを分離したシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを所定の温度まで加熱する加熱工程と、
    　前記加熱したシクロヘキサノンオキシムの蒸発ガスを触媒の存在下で、気相ベックマン転位反応によりε－カプロラクタムを得る工程と、
    を含み、
    　前記ミスト分離装置が請求項１～９のいずれか一項に記載のミスト分離装置である、ε－カプロラクタムの製造方法。
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