(57)【要約】【課題】触媒の寿命を維持しつつ反応管の腐食または破損を防止することが可能で、複雑な仕様が必要とされず製造効率にも優れる多管式固定床反応装置を提供する。【解決手段】円筒型の反応器シェルと、該反応器シェルの長手方向に配置される複数の反応管からなる反応管群と、該反応器シェルに導入される熱媒の流路を制御するための欠円型邪魔板とを少なくとも備え、該反応管群は、すべての欠円型邪魔板を貫通するように配列される反応管群Ａと、欠円型邪魔板の欠円部を通るように配列される反応管群Ｂとからなり、反応器シェルの内径ａ、欠円型邪魔板のエッジ長さ方向と垂直をなす方向における欠円部最大幅ｂ、反応管群Ｂが配列されている欠円部をなすエッジから該反応管群Ｂまでの最大距離ｃ、が、０．０５≦ｂ／ａ≦０．２０、０．０２≦ｃ／ｂ≦０．３５、を満たす多管式固定床反応装置に関する。【選択図】図２
2006212629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒型の反応器シェルと、前記反応器シェルの長手方向に配置される複数の反応管からなる反応管群と、前記反応器シェルに導入される熱媒の流路を制御するための欠円型邪魔板と、を少なくとも備える多管式固定床反応装置であって、
前記反応管群は、すべての前記欠円型邪魔板を貫通するように配列される反応管群Ａと、前記欠円型邪魔板の欠円部を通るように配列される反応管群Ｂとからなり、
前記反応器シェルの内径ａ、前記欠円型邪魔板のエッジ長さ方向と垂直をなす方向における欠円部最大幅ｂ、前記反応管群Ｂが配列されている欠円部をなすエッジから前記反応管群Ｂまでの最大距離ｃ、が、下記の関係、
０．０５≦ｂ／ａ≦０．２０
０．０２≦ｃ／ｂ≦０．３５
を満たす、多管式固定床反応装置。
【請求項２】
前記反応管群Ｂは、前記熱媒が前記欠円型邪魔板の面方向に流れるように制御された領域のうちの一部に、前記エッジ長さ方向を配列方向として１列または２列以上で配列される、請求項１に記載の多管式固定床反応装置。
【請求項３】
前記反応管群Ｂが、前記反応管群Ａの両側に各々１〜１５列の範囲内で配列される、請求項２に記載の多管式固定床反応装置。
【請求項４】
塩化水素を酸化して塩素を得る塩酸酸化プロセスにおいて用いられる、請求項１に記載の多管式固定床反応装置。
【請求項５】
前記欠円部を通るように前記反応管群と同一の長手方向で整流棒群がさらに設けられ、前記整流棒群は、前記反応管群または前記整流棒群が配列されていない空間部と前記反応管群Ｂが配列された領域との間に配列される、請求項１に記載の多管式固定床反応装置。
【請求項６】
熱媒の導入部および排出部が分割管として形成される、請求項１に記載の多管式固定床反応装置。
【請求項７】
前記反応管群Ａおよび前記反応管群Ｂに触媒が充填され、前記触媒の種類および／または量を変えることにより前記反応管群Ａおよび前記反応管群Ｂの内部が複数のゾーンに分割される、請求項１に記載の多管式固定床反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料の転化率を向上させるとともに触媒寿命の維持および反応管の腐食または破損の防止が可能で、特に塩素の製造において好適に用いられる多管式固定床反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触気相反応によって生成する塩素ガス、アクロレイン等の工業用ガスを製造する際には、発熱反応により生じた熱を効率的に除去するために多管式反応装置が一般的に用いられている。多管式反応装置は、触媒を充填した複数の反応管を反応器シェル内に備え、該反応器シェル内に熱媒を循環させることによって反応管を冷却し、反応熱を除去する。
【０００３】
多管式反応装置を用いた発熱反応においては、熱媒流れの偏流によって反応熱の除去効率が悪くなる箇所や、触媒濃度が高く反応速度が大きい箇所等に、いわゆるホットスポットが生じる場合がある。ホットスポットにおいては過度の温度上昇のために触媒の劣化や反応生成物の純度低下が起こり易い傾向がある。
【０００４】
熱媒を供給して反応器の除熱を行なう際には、水平方向（横方向）、すなわち反応管の長手方向と垂直をなす方向における流れが主に反応器の除熱効率を左右する。よって、ホットスポットの生成を抑制するためには反応器シェル内における熱媒の横方向の流れが均一になるよう制御することが有効である。
【０００５】
ホットスポットの生成を抑制する方法として、特許文献１には、熱交換媒体（熱媒）の循環装置を備える多管式反応管であって、反応器シェル内に邪魔板を配列した反応装置が開示されている。該邪魔板の存在により、該邪魔板で区切られた一区域の中における熱媒の横流れ、すなわち反応管に対して垂直方向の流れの速さがほぼ一定に保たれ、該一区域の中の熱移動が一定とされる。しかし特許文献１に記載される方法では、横流れに比べて、縦流れ、すなわち反応管に沿う方向の流れにおける除熱が悪く、一区域の中の熱移動が十分一定であるとは言えない。
【０００６】
特許文献２には、円板型邪魔板を有する接触気相反応用多管式反応器において、反応器シェル中央部に反応管を配列しない空間部を設置することにより縦流れによる除熱性低下の影響を軽減することが開示されている。特許文献２にはまた、空間部の断面積が、反応器シェル断面積の０．５〜５％、円板型邪魔板の断面積が反応器断面積の５０〜９５％、かつ穴あき円板型邪魔板の穴断面積が反応器断面積の２〜２５％とされる反応器が提案されている。しかし特許文献２の反応器においては、邪魔板の端部で熱媒流れが反転する部位において一部の反応管に除熱性の悪い部分が残る可能性があり、ホットスポットが生成する場合がある。
【０００７】
特許文献３には、固定床式多管熱交換型反応器による気相接触酸化方法において、反応器シェル内での熱媒流れの不均一によるホットスポット生成防止のために、反応管内部の反応状態を予測し、その予測結果に応じて、反応管の間の反応状態の不均一性が減少されるように、反応管における触媒の充填仕様を変更することが記載されている。しかしこの場合、触媒充填方法が複雑になり過ぎるという問題がある。
【０００８】
一方、欠円型邪魔板を用いる例として、特許文献４には、塩化水素の気相酸化によって塩素を得る方法において欠円型邪魔板を設けた反応管のうち熱媒の流路に反応管を設けない構成が提案されている。しかし特許文献４の方法においては反応管を設けない部分において設備上のロスがあるため、塩素の製造効率の向上という点では未だ改善の余地がある。
【特許文献１】特公昭５２−１５２７２号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７６８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２０６２４４号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／０１１５１１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決し、過度なホットスポットの生成を抑制して触媒の寿命を維持しつつ高温による反応管の腐食または破損を防止することが可能で、かつ複雑な仕様が必要とされず、さらに製造効率にも優れる多管式固定床反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、円筒型の反応器シェルと、該反応器シェルの長手方向に配置される複数の反応管からなる反応管群と、該反応器シェルに導入される熱媒の流路を制御するための欠円型邪魔板と、を少なくとも備える多管式固定床反応装置であって、該反応管群は、すべての欠円型邪魔板を貫通するように配列される反応管群Ａと、欠円型邪魔板の欠円部を通るように配列される反応管群Ｂとからなり、反応器シェルの内径ａ、欠円型邪魔板のエッジ長さ方向と垂直をなす方向における欠円部最大幅ｂ、反応管群Ｂが配列されている欠円部をなすエッジから該反応管群Ｂまでの最大距離ｃ、が、下記の関係、
０．０５≦ｂ／ａ≦０．２０
０．０２≦ｃ／ｂ≦０．３５
を満たす多管式固定床反応装置に関する。
【００１１】
本発明の多管式固定床反応装置において、反応管群Ｂは、熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるように制御された領域のうちの一部に、エッジ長さ方向を配列方向として１列または２列以上で配列されることが好ましい。特に、反応管群Ｂが、反応器Ａの両側に各々１〜１５列の範囲内で配列されることが好ましい。
【００１２】
本発明の多管式固定床反応装置は、塩化水素を酸化して塩素を得る塩酸酸化プロセスにおいて好適に用いられる。
【００１３】
本発明の多管式固定床反応装置においては、欠円部を通るように反応管群と同一の長手方向で整流棒群がさらに設けられ、該整流棒群は、反応管群または整流棒群が配列されていない空間部と反応管群Ｂが配列された領域との間に配列されることが好ましい。
【００１４】
本発明の多管式固定床反応装置においては、熱媒の導入部および排出部が分割管として形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の多管式固定床反応装置においては、反応管群Ａおよび反応管群Ｂに触媒が充填され、触媒の種類および／または量を変えることにより反応管群Ａおよび反応管群Ｂの内部が複数のゾーンに分割されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、欠円型邪魔板における欠円部の占める領域を一定範囲内とし、かつ、該欠円部においては一定範囲内の領域にのみ反応管を配列することによって、反応管に接触する熱媒の流れは均一に維持され、反応管と熱媒との間の伝熱が正常に保たれる。これにより、過度なホットスポットの生成が抑制されるため、触媒の寿命を維持しつつ高温による反応管の腐食または破損を防止することが可能である。また、本発明によれば欠円型邪魔板と反応管の配列とを設計すれば良く装置の複雑な仕様や反応時の複雑な条件設定が不要であり、さらに欠円部の一部にも反応管を配列するため、製造効率に優れるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の多管式固定床反応装置は、円筒型の反応器シェルにおいて長手方向に配置される複数の反応管からなる反応管群と、該反応器シェルに導入される熱媒の流路を制御するための欠円型邪魔板とを少なくとも備える。図１は、本発明の多管式固定床反応装置の構成の一例を示す断面図である。多管式反応装置１は、上部管板１０１、下部管板１０２、熱媒導入部１０３、熱媒排出部１０４、欠円型邪魔板１０５，１０６、反応管群Ａ１０７、反応管群Ｂ１０８を備える。熱媒は、たとえば軸流ポンプ、遠心ポンプ等のポンプ（図示せず）等により典型的には分割管を介して熱媒導入部１０３から反応器シェル１０９の内部に導入され、矢印の方向に移動方向を変えながら流れて、熱媒排出部１０４から排出される。なお図１に示すように、欠円型邪魔板１０５，１０６は反応管の長手方向に交互に配列される。欠円型邪魔板１０５，１０６のそれぞれの欠円部が熱媒の流路となることによって、反応器シェルに導入される熱媒の移動方向が変更されるように該熱媒の流路が制御されている。
【００１８】
邪魔板１０５および１０６の間隔は特に限定されず、目的に応じて、たとえば熱媒と反応管との間で伝熱係数１０００Ｗ／ｍ2Ｋ以上で伝熱されるよう適宜設計される。
【００１９】
本発明の多管式固定床反応装置は、欠円型邪魔板１０５，１０６のいずれをも貫通するように配列される反応管群Ａ１０７と、欠円型邪魔板１０５または欠円型邪魔板１０６の欠円部を通るように配列される反応管群Ｂ１０８とを有する。図２は、本発明の多管式固定床反応装置における欠円型邪魔板および反応管群の構成の一例について説明する断面図である。図２における欠円型邪魔板２は、図１において欠円型邪魔板１０５として示されるような、エッジ２１を有し欠円部２５を与えるもの、および、図１において欠円型邪魔板１０６として示されるような、エッジ２２を有し欠円部２６を与えるもの、として形成される。
【００２０】
一般に、邪魔板が設けられた反応器シェルにおいては熱媒の移動方向が変更される部位において熱媒流れの線速が低下したり乱流が生じたりするため、該部位の除熱効率は低下する傾向がある。またたとえば反応器シェルにヒートエクスパンションが存在する場合には、エクスパンション高さに熱媒流れが集中するため、その上下の邪魔板付近においては熱媒流れの線速が低下してしまう場合がある。なおヒートエクスパンションとは、反応管群と反応器シェルとの間の熱膨張による伸縮の差を吸収するための伸縮継手を指す。
【００２１】
本発明の多管式固定床反応装置における欠円型邪魔板および反応管は、反応器シェルの内径ａ、欠円型邪魔板のエッジ長さ方向と垂直をなす方向における欠円部最大幅ｂ、反応管群Ｂが配列されている欠円部をなすエッジから該反応管群Ｂまでの最大距離ｃ、が、下記の関係、
０．０５≦ｂ／ａ≦０．２０
０．０２≦ｃ／ｂ≦０．３５
を満たすように形成される。上記ｂ／ａが０．０５未満である場合、熱媒流れが不均一になり易く、０．２０より大きい場合、熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れる領域が狭く反応器シェル内に配置する反応管の本数が少ないために、本発明の多管式固定床反応装置を用いて得られる反応生成物の製造効率が所望の程度得られない。上記ｂ／ａは、０．１０以上とされることがより好ましく、また０．１５以下とされることがより好ましい。一方、上記ｃ／ｂが０．０２未満である場合、反応器シェル内に配列する反応管の本数が少なく、欠円型邪魔板の欠円部にも反応管を設けることによる製造効率の向上効果が所望の程度得られない。また０．３５より大きい場合、反応管群Ｂに接触する熱媒流れが不均一である箇所が生じ、反応管群Ｂにおいてホットスポットを生成させる危険性がある。上記ｃ／ｂは、０．２５以下とされることがより好ましい。
【００２２】
本発明の多管式固定床反応装置は、欠円型邪魔板の欠円部の一部に、反応管群Ａ１０７，反応管群Ｂ１０８のいずれもが配列されない部分である空間部を有する。図２に示される境界線２３，２４は、反応管群Ｂにおける上記の最大距離ｃを有する部位を通りエッジ２１，２２の長さ方向と平行をなす直線である。本発明において、空間部は、欠円部２５のうち境界線２３より左側の部分、および欠円部２６のうち境界線２４より右側の部分として示される。
【００２３】
欠円型邪魔板の欠円部のうち特にエッジからの距離が大きい領域においては、熱媒流れの乱れにより除熱性が悪くなり易いが、エッジに比較的近い一定の範囲内の領域においては熱媒流れが比較的均一であり、特にエッジ近傍には、熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるように制御できる領域が存在する。本発明においては、欠円部における、エッジからの距離と熱媒流れの方向および均一性との関係に着目し、欠円部のうち熱媒流れが均一である領域、さらに好ましくは熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるように制御された領域、さらに好ましくは熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるように制御された領域のうち特にエッジに近い一部の領域、に限って反応管群Ｂを配列し、欠円部のその他の部分は反応管を配列しない空間部とすることによって、反応管の徐熱を均一に行なって過度なホットスポットの生成を良好に防止しつつ、反応管の配列本数を増加させて製造効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
本発明の多管式固定床反応装置においては、欠円型邪魔板、反応管群Ａおよび反応管群Ｂのサイズおよび配置を設計することにより過度のホットスポットの生成を抑制でき反応装置に複雑な仕様を設ける必要がないため、本発明は製造効率に優れる点でも有利である。
【００２５】
なお図１の多管式固定床反応装置においては、熱媒流れがアップフローとなる場合について示しているが、本発明はこれに限定されず、アップフロー、ダウンフローのいずれが採用されても良い。また反応管群Ａ１０７、反応管群Ｂ１０８に供給される原料もアップフロー、ダウンフローのいずれで供給されても良い。すなわち原料と熱媒との流路は並流とされても向流とされても良く、目的に応じて適宜選択すれば良い。
【００２６】
本発明の多管式固定床反応装置においては、熱媒排出部１０４から排出された熱媒が冷却された後に再び熱媒導入部１０３から反応器シェル内に供給されるよう循環機構を設けることが好ましい。
【００２７】
反応管群Ｂは、反応器シェルの内径ａ、欠円型邪魔板のエッジ長さ方向と垂直をなす方向における欠円部最大幅ｂ、反応管群Ｂが配列されている欠円部をなすエッジから該反応管群Ｂまでの最大距離ｃ、が上述の式に示した関係を満たすように形成されれば良く、たとえば、エッジ長さ方向に沿って１列または２列以上に配列したり、配列可能な領域の中で任意の位置に配列したりする態様が例示できる。図２は、反応管群Ｂが反応管群Ａの両側に各々２列で配列される場合について示しているが、反応管群Ｂの配列本数はこれに限定されない。
【００２８】
反応管群Ｂの好ましい配列の態様としては、欠円部のうち、熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるよう制御された領域のうちの一部に、欠円型邪魔板のエッジ２１，２２のエッジ長さ（Ｗ１）方向を配列方向として、すなわち該エッジ２１，２２に沿うように、１列または２列以上に配列する態様が挙げられる。エッジ長さ方向を配列方向として反応管群Ｂが配列される場合、エッジからの距離が比較的小さい領域に多数の反応管を効率良く配列できるため、本発明の多管式固定床反応装置を用いた場合の反応生成物の製造効率が良好になり好ましい。特に、熱媒が欠円型邪魔板の面方向に流れるよう制御された領域のうちの一部において、反応管群Ａの両側に、すなわち反応管群Ａを挟むように、各々１〜１５列の範囲内で反応管群Ｂが配列される場合、反応管の本数を多くすることにより高い製造効率が得られるとともに、反応管群Ｂにおける過度なホットスポットの生成が良好に抑制できるため好ましい。
【００２９】
本発明は、酸化反応等の発熱反応に用いられる反応装置として好適に用いられ、たとえば塩化水素ガスと酸素ガスとを原料として塩素ガスを生成させる接触気相酸化反応や、プロピレンまたはイソブチレンと酸素とを原料として（メタ）アクロレイン、さらには（メタ）アクリル酸を生成させる接触気相酸化反応等において採用され得るが、特に塩化水素を酸化して塩素を得る塩酸酸化プロセスにおいて好ましく用いられることができる。また、本発明の多管式固定床反応装置は、反応器のサイズが大きく熱媒流れの不均一が生じやすい系に対して有効に採用され得る。
【００３０】
本発明の多管式反応装置における反応管の好ましい材質としては、たとえば金属、ガラス、セラミック等が挙げられる。金属材料としては、炭素鋼、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ハステロイＳ、ハステロイＣおよびインコネル等が挙げられるが、中でもＮｉ、特に炭素含有量が０．０２質量％以下のＮｉが好ましい。反応管群Ａと反応管群Ｂとの材質は同一でも異なっていても良いが、反応条件等の設定が簡便である点で好ましくは同一とされる。
【００３１】
本発明の多管式反応装置において使用される好ましい熱媒としては、接触気相反応の熱媒として一般的に用いられる熱媒が使用でき、たとえば溶融塩、有機熱媒または溶融金属等を挙げることができるが、熱安定性や取り扱いの容易さの点から溶融塩が好ましい。溶融塩の組成としては、硝酸カリウム５０質量％と、亜硝酸ナトリウム５０質量％の混合物、硝酸カリウム５３質量％と亜硝酸ナトリウム４０質量％と硝酸ナトリウム７質量％の混合物等を挙げることができる。
【００３２】
本発明の多管式固定床反応装置においては、熱媒の導入部および排出部が分割管であることが好ましい。これにより、欠円型邪魔板の欠円部に設けられた空間部が熱媒の流路とされ、空間部以外の部位に反応管を効率良くレイアウトすることができ、良好な製造効率が得られる。
【００３３】
本発明の多管式固定床反応装置の反応管のサイズは特に限定されず、たとえば気相接触反応において一般的に使用される反応管を用いることができる。たとえば、内径１０〜７０ｍｍ、外径１３〜８０ｍｍ、管長１０００〜１００００ｍｍ程度のサイズを有する反応管は反応効率および除熱効率の点から好ましく採用され得る。
【００３４】
本発明の多管式反応装置における反応管のレイアウトは特に限定されないが、各反応管の中心の間隔が、反応管外径の１．１〜１．６倍の範囲内となるように配列されることが好ましく、さらに１．１５〜１．４倍の範囲内とされることが好ましい。各反応管の中心の間隔が反応管外径の１．１倍以上であれば、熱媒の流路が十分確保されるために反応熱の除熱性が良好であり、１．６倍以下であれば、反応装置が大型化することによる製造コストの上昇が防止されるとともに、熱媒の線速低下および／または偏流による除熱性の低下も防止される。なお反応管群Ａおよび反応管群Ｂにおける反応管のサイズおよびレイアウト間隔は、同一でも異なっていても良いが、反応条件等の設定が簡便である点で好ましくは同一とされる。
【００３５】
なお、本発明の多管式固定床反応装置においては、反応器シェル径方向における空間部の断面積が、該方向における反応器シェルの断面積の５〜３０％の範囲内、さらに５〜２０％の範囲内とされることが好ましい。空間部の上記断面積が反応器シェルの上記断面積の５％以上である場合、熱媒の流路が十分確保されるために反応熱の除熱性が良好であり、３０％以下である場合、反応装置が大型化することによる製造コストの上昇が防止されるとともに、熱媒の線速低下および／または偏流による除熱性の低下も防止される。
【００３６】
本発明の多管式固定床反応装置が典型的に適用される接触気相反応においては、通常反応管に触媒が充填される。この場合、触媒の種類および／または量を変えることにより該反応管の内部が複数のゾーンに分割されることが好ましい。触媒が充填された反応管に原料を供給する際、反応管入口、すなわち原料供給口の近傍では反応速度が大きく、反応管入口からの距離が長くなるにつれて、原料濃度が低くなり反応速度が小さくなる傾向がある。このため、発熱反応においては特に反応管入口近傍における発熱量が過大となって過度のホットスポットが生成する場合がある。反応管が、触媒の種類および／または量を変えた複数のゾーンに分割されている場合、たとえば反応管入口近傍においては、触媒活性の低い触媒を充填したり触媒量を少なくすることによって暴走反応を防止し、反応管入口からの距離が長くなるにしたがって、触媒活性の高い触媒が充填されるか触媒量が多くなるように触媒を充填することができる。この場合、反応管内部における反応速度のばらつきを少なくし、過度なホットスポットの生成を抑制することができるとともに、発熱反応が均一に進行することによって原料の転化率を向上させることができる。また、反応器シェル側を分割し、それぞれの領域に独立して異なる温度の熱媒を循環させて温度コントロールを行なっても良い。
【００３７】
本発明の多管式固定床反応装置においては、反応管群と同一の長手方向を有する整流棒群がさらに設けられても良く、該整流棒群は、欠円部のうち反応管群および整流棒群が配置されていない空間部と反応管群Ｂが配列された領域との間に配列されることが好ましい。整流棒群が設けられる場合、反応管群に接触する熱媒の流れを整流に近づける効果が得られる。該整流棒群は、たとえばエッジ長さ方向と平行の配列方向に１〜１０列の範囲内で設けられることができる。整流棒群が１列以上配列される場合、反応管群に接触する熱媒の流れを整流に近づける効果が得られ、１０列以内で配列される場合、反応管群の配列本数を減少させることによる製造効率の低下を防止するとともに、反応装置が大型化することによる製造コスト上昇が防止される。整流棒群の列数は、１〜５列、さらに１〜３列の範囲内とされることがより好ましい。
【００３８】
図３は、本発明の多管式固定床反応装置において整流棒群が設けられる場合の欠円型邪魔板、反応管群および整流棒群の構成の一例について説明する断面図である。図３に示す構成においては、欠円型邪魔板３を貫通するように反応管群Ａ１０７が配列され、欠円部３５，３６に、エッジ３１，３２のエッジ長さ（Ｗ１）方向と平行に反応管群Ｂ１０８が配列されている。欠円部３５のうち境界線３３よりも左側の部分、および欠円部３６のうち境界線３４よりも右側の部分において、空間部と反応管群Ｂ１０８との間に整流棒群１１０が配列される。なお図３において、空間部は、欠円部３５のうち境界線３７より左側の部分、および欠円部３６のうち境界線３８より右側の部分として示される。ここで境界線３７は、欠円部３５に配列された整流棒群１１０においてエッジ３１との距離が最大となる点を通るエッジ３１と平行の直線であり、境界線３８は、欠円部３６に配列された整流棒群１１０においてエッジ３２との距離が最大となる点を通るエッジ３２と平行の直線である。なお図３においては反応管群Ｂ１０８および整流棒群１１０がエッジ３１，３２と平行の方向に１列ずつ配列される場合について例示するが、反応管群Ｂおよび整流棒群の配列はこれに限定されない。
【００３９】
整流棒群の形状としては円柱、四角柱、三角柱等の形状が好ましく採用されるが、該形状は特に限定されず、該整流棒群を配列しない場合と比べて反応管群に接触する熱媒の流れが均一化するような形状であれば良い。接触気相反応においては通常反応管に触媒が充填されるため、整流棒群としては、該反応管に触媒が充填されていないダミー管が配列されることが好ましい。この場合、反応管群と整流棒群とが同一の材質で形成されており、該反応管群と該整流棒群との間における熱伝導挙動等に殆ど差がないため、装置の設計や熱媒の供給条件の制御が簡略化できる。
【００４０】
整流棒群の材質としては、上記の反応管群と同様、たとえば金属、ガラス、セラミック等が好ましく用いられ、金属材料としては、炭素鋼、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ハステロイＳ、ハステロイＣおよびインコネル等の材質が好ましく用いられる。たとえば、反応管群にＮｉ、整流棒群に鉄を用いる組み合わせ、または、反応管群にＮｉ、整流棒群にＮｉを用いる組み合わせ等が好ましく採用され得る。整流棒群は反応管群と同一の材質、形状とされても良く、また反応管群と整流棒群とが互いに異なる材質、形状で形成されていても良い。
【００４１】
次に、本発明の多管式固定床反応装置が塩化水素の酸化により塩素を得る塩酸酸化プロセスにおいて用いられる場合について以下に説明する。本発明の多管式固定床反応装置を用いることにより、触媒を充填した反応管群に原料として塩化水素ガスおよび酸素ガスを導入し、接触気相反応によって塩素ガスを製造することができる。塩化水素ガスは、たとえば塩素化合物の熱分解反応や燃焼反応、有機化合物のホスゲン化反応または塩素化反応、焼却炉の燃焼等において発生する塩化水素含有ガスとして供給されることができる。このとき、塩化水素含有ガス中の塩化水素ガスの濃度は、製造効率の観点から、たとえば１０体積％以上、さらに５０体積％以上、さらに８０体積％以上とされることができる。
【００４２】
酸素ガスは、酸素ガスのみ単独で供給されても、たとえば空気等として供給されても良く、酸素含有ガスとして供給されれば良い。酸素含有ガス中の酸素の濃度は、製造効率の点から、たとえば８０体積％以上、さらに９０体積％以上とされることができる。酸素濃度が８０体積％以上の酸素含有ガスは、たとえば空気の圧力スイング法や深冷分離等の通常の工業的な方法によって得ることができる。
【００４３】
触媒としては、ルテニウムおよび／またはルテニウム化合物を含む触媒が好ましく用いられる。この場合、触媒成分の揮発や飛散による配管等の閉塞トラブルを防止するとともに、揮発または飛散した触媒成分の処理工程が不要となる。さらに、化学平衡の観点でもより有利な温度で塩素を製造できるため、乾燥工程、精製工程、吸収工程等の後工程を簡略化し、設備コスト及び運転コストを低く抑制することができる。特に、酸化ルテニウムを含む触媒を用いることが好ましい。酸化ルテニウムを含む触媒を用いた場合、塩化水素の転化率が著しく向上するという利点を有する。触媒中の酸化ルテニウムの含有量は、触媒活性と触媒価格とのバランスの点から、１〜２０質量％の範囲内とされることが好ましい。触媒は、たとえば、二酸化シリコン、グラファイト、ルチル型またはアナターゼ型の二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の担体に担持させて用いることができる。
【００４４】
触媒の種類および／または量を変えた複数のゾーンを反応管に設ける場合、たとえば反応管の入口側に酸化ルテニウム含有量の少ない触媒を充填し、出口側に酸化ルテニウム含有量の多い触媒を充填する構成が好ましく採用され得る。この場合、暴走反応が抑制され、反応管内における反応速度分布が比較的均一とされることにより、過度なホットスポットの生成が抑制されるという利点を有する。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の多管式反応器は、反応管と熱媒との伝熱を正常に保ち、過度のホットスポットの生成を抑制することにより、特に塩化水素を含むガスと酸素を含むガスとの反応による塩素の製造に用いられる多管式反応装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の多管式固定床反応装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の多管式固定床反応装置における欠円型邪魔板および反応管群の構成の一例について説明する断面図である。
【図３】本発明の多管式固定床反応装置において整流棒群が設けられる場合の欠円型邪魔板、反応管群および整流棒群の構成の一例について説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  多管式固定床反応装置、１０１  上部管板、１０２  下部管板、１０３  熱媒導入部、１０４  熱媒排出部、１０５，１０６，２，３  欠円型邪魔板、１０７  反応管群Ａ、１０８  反応管群Ｂ、１０９  反応器シェル、１１０  整流棒群、２１，２２，３１，３２  エッジ、２３，２４，３３，３４，３７，３８  境界線、２５，２６，３５，３６  欠円部、ａ  内径、ｂ  欠円部最大幅、ｃ  最大距離、Ｗ１  エッジ長さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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