(57)【要約】  【課題】複数の反応管に対して同時に均一な触媒充填を可能にした触媒充填方法を提供することである。  【解決手段】固定床多管式反応器が備える多数の反応管に、その上方から粒状の触媒を充填するにあたり、各反応管への充填速度のばらつきが±２０％以下になるように触媒を充填する触媒充填方法である。充填速度のばらつきを上記範囲にするためには、例えば、触媒が投入された複数のホッパーの下に各ホッパー毎に触媒搬送列を形成し、各ホッパーから落下した触媒を各触媒搬送列に沿って反応管の上端開口に搬送し、該上端開口から触媒を反応管内に充填するにあたり、前記各ホッパーへの触媒投入量を±５％以内の精度で計量する触媒充填方法が挙げられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定床多管式反応器が備える多数の反応管に、その上方から粒状の触媒を充填するにあたり、各反応管への充填速度のばらつきが±２０％以下になるように触媒を充填することを特徴とする触媒充填方法。
【請求項２】
触媒が投入された複数のホッパーの下に各ホッパー毎に触媒搬送列を形成し、各ホッパーから落下した触媒を各触媒搬送列に沿って反応管の上端開口に搬送し、該上端開口から触媒を反応管内に充填する触媒充填方法であり、前記各ホッパーへの触媒投入量が±５％以内の精度で計量されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒充填方法。
【請求項３】
複数の反応管に上方から粒子状の触媒を同時に充填する触媒充填機であって、前記複数の反応管に対応して、触媒が投入される複数のホッパーが設けられ、該ホッパーの下に各ホッパー毎に触媒搬送列が形成されており、各ホッパーから落下した触媒を、それぞれの触媒搬送列を通って各反応管の上方に搬送し充填するようにしたことを特徴とする触媒充填機。
【請求項４】
前記触媒搬送列が、各ホッパーから流下する触媒を載せて前記反応管に搬送供給するコンベアと、該コンベアの上面に各反応管ごとに搬送路を仕切るために設置された複数の仕切り壁とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の触媒充填機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒を用いる気相接触酸化反応等に適用される固定床多管式反応器へ触媒を充填する触媒充填方法および触媒充填機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、塩素の製造においては、生成した塩素ガス中に含まれる塩化水素を、酸素を含むガスを用いて触媒の存在下で接触酸化することが行われる。この酸化反応は発熱反応であるため、例えば多数の反応管に粒状の触媒を充填した固定床多管式熱交換型反応器を用いて反応が行なわれる。
【０００３】
このような固定床多管式反応器では、各反応管への触媒の充填過程で触媒同士でブリッジを形成せず、充填後に測定される圧力損失が小さくなるように、触媒の充填状態をできるだけ均一にする必要がある。
【０００４】
そのため、特許文献１には、固定床多管式反応器において、１Ｌあたり３０秒以上の充填時間で各反応管に固体粒状物である触媒を充填することが記載されている。しかしながら、触媒充填機等を用いて複数の反応管に同時に触媒を充填する場合、充填速度を規定するだけでは、多数の反応管における圧力損失Δｐのばらつきを低減させることは困難である。
【０００５】
例えば、特許文献２には、小ホッパーに触媒を入れ、振動を与えながら触媒粒子を反応管内へ落下させるようにした触媒充填機が記載されている。この方法は簡便であるが、振動による触媒供給速度にムラが生じやすく、反応管毎の触媒充填速度に差が生じる。そのため、各反応管への触媒充填かさ密度にばらつきが生じ、結果として圧力損失Δｐがばらつく要因にもなっていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２‐３０６９５３号公報
【特許文献２】特公昭４７‐１１４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、複数の反応管に対して同時に均一な触媒充填を可能にした触媒充填方法および該方法に使用するのに適した触媒充填機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、各反応管への充填速度のばらつきを小さくすることにより、各反応管への触媒充填かさ密度のばらつきが低減し、複数の反応管に対して同時に均一な触媒充填が可能になるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の触媒充填方法は、固定床多管式反応器が備える多数の反応管に、その上方から粒状の触媒を充填するにあたり、各反応管への充填速度のばらつきが±２０％以下になるように触媒を充填することを特徴とする。
【００１０】
充填速度のばらつきを上記範囲にするための具体例としては、触媒が投入された複数のホッパーの下に各ホッパー毎に触媒搬送列を形成し、各ホッパーから落下した触媒を各触媒搬送列に沿って反応管の上端開口に搬送し、該上端開口から触媒を反応管内に充填するにあたり、前記各ホッパーへの触媒投入量を±５％以内の精度で計量する触媒充填方法が挙げられる。
【００１１】
本発明の触媒充填方法を適用するのに好適な触媒充填機は、複数の反応管に上方から粒子状の触媒を同時に充填するものであって、前記複数の反応管に対応して、触媒が投入される複数のホッパーが設けられ、該ホッパーの下に各ホッパー毎に触媒搬送列が形成されており、各ホッパーから落下した触媒を、それぞれの触媒搬送列を通って各反応管の上方に搬送し充填するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
前記触媒搬送列は、ホッパーから流下する触媒を載せて前記反応管に搬送供給するコンベアと、該コンベアの上面に各反応管ごとに搬送路を仕切るために設置された複数の仕切り壁とを備えているのがよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、各反応管への充填速度のばらつきを所定値以下に設定することにより、各反応管への触媒充填かさ密度のばらつきが低減し、複数の反応管に対して同時に均一な触媒充填が可能になるので、各反応管間での圧力損失のばらつきが小さくなり、圧力損失を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１、図２は本発明の触媒充填方法に使用するのに好適な触媒充填機の一例を示している。この触媒充填機は、台車などの図示しない位置変更機構に保持されて、反応管２が並ぶ方向に位置変更自在に構成されている。
【００１５】
図１、図２に示すように、この触媒充填機は、粒子状の触媒を貯留する互いに独立した複数のホッパー１ａ，１ｂ…１ｘと、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘから流下する触媒を載せて反応管２にその上方側から搬送供給するベルトコンベア３とを備えている（図２に触媒搬送方向を矢印Ａで示す）。ベルトコンベア３の上面には、搬送幅方向に並ぶ複数の反応管２に対応した幅に仕切り、各反応管ごとに搬送路を形成するための複数の仕切り壁６が設置されている。これによって各反応管２ごとに触媒搬送列が形成される。
【００１６】
ベルトコンベア３の搬送終端部からの触媒を各反応管２に案内するために、触媒搬送列ごとにシュート８が設けられ、このシュート８の下端にホース９が接続されている。そして、各反応管２の上端には充填ホッパ１０が挿入され、ホース９の下端が該ホッパ１０内に臨んでいる。１台の触媒充填機が有するホッパー１ａ，１ｂ…１ｘおよびこれに対応する前記触媒搬送列の個数は１〜５０個、さらには５〜３０個であるのが好ましい。
【００１７】
複数のホッパー１ａ，１ｂ…１ｘからそれぞれ触媒搬送列を通って複数の反応管２に触媒を供給し、この供給が終わると位置変更機構の作動により触媒充填機の位置を変更させて、別の複数の反応管２に触媒を供給し、この繰り返しで多数の反応管２に各別に触媒を供給するようになっている。
【００１８】
複数のホッパー１ａ，１ｂ…１ｘはそれぞれ独立して形成され、それらを並設している。すなわち、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘは、後壁１１と側壁１２と前壁１３とか構成され、後壁１１は、前壁１３との間隔が下方に向かって順次小さくなるように傾斜している。後壁１１の傾斜角度は、触媒の安息角度よりも大きい(急)角度である。一方、側壁１２と前壁１３とは略垂直である。
後壁１１と側壁１２とは、例えば１枚の金属板を折り曲げて形成され、側壁１２と前壁１３とは溶接により一体に接合されている。金属板を折り曲げて形成されているので、後壁１１と側壁１２との境界部に溶接などの継ぎ目がなく、しかも境界部内面が曲面状になる。そのため、ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘ内から触媒が円滑に落下し、触媒搬送の層高さＴを一定にすることができる。
【００１９】
また、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘの下部にはダンパー１４が設けられ、該ダンパー１４を開いて（図１、図２に示す状態）、触媒の搬送を行い、搬送が終了すると、ダンパー１４を閉じるようになっている（図１に一点鎖線で示す）。ダンパー１４の開閉機構は、例えば図２のように圧縮空気等により開閉駆動する開閉板であってもよく、あるいは上下にスライドするスライド板であってもよい。
【００２０】
このダンパー１４は次のように操作する。(1) ダンパー１４を閉にした状態で、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘに所定量(例えば１本の反応管分)の触媒を供給し、(2) ベルトコンベア３を駆動し（この駆動は前記（1)の前に開始してもよい）、 (3)ダンパー１４を開いて反応管２に触媒を供給する。
【００２１】
ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘごとの触媒搬送列には、層厚さ設定板７（層厚さ設定部）が設けられている。この層厚さ設定板７の高さ調整を行なうことにより搬送触媒の層厚さＴを自在に設定することができる。層厚さＴは反応管２に合った寸法に調節可能にされる。層厚さ設定板７の高さ調整は、任意の手段にて行なうことができ、例えば層厚さ設定板７に縦に長い長孔を設け、この長孔を挿通するボルトを図示しない支持材に螺合させることにより、層厚さ設定板７を高さ調整自在に支持させることができる。
【００２２】
ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘから流下してベルトコンベア３に載った触媒は、ベルトコンベア３の搬送に伴って、その上端側を層厚さ設定板７の下端部に受け止められて、層厚さＴに設定される。
【００２３】
触媒の充填速度は、搬送触媒の層厚さＴと、ベルトコンベア３の速度に比例する。搬送触媒の層厚さＴは反応管２の内径とほぼ同じに設定し、各反応管２に対応する一対の仕切り壁６の間隔も同様に反応管２の内径とほぼ同じに設定する。そして、前記ベルトコンベア３の搬送速度は一定に設定する。触媒の充填速度は、通常、２〜５０ｇ／秒、好ましくは５〜２０ｇ／秒である。
【００２４】
以上の構造により、ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘから触媒が流下してベルトコンベア３に載り、ベルトコンベア３の駆動に伴って、搬送触媒が仕切り壁６の作用で各反応管２に対応した送り幅に設定されるとともに、層厚さ設定板７により所定の層厚さＴに設定され、その状態で反応管２に供給される。
【００２５】
その結果、反応管２の断面積内に納まる大きさの触媒で、かつ、単位時間当たりの投入量が所定量以下であれば、一度に多数の触媒を投入してもブリッジが発生しない。すなわち、上記のように、搬送触媒を仕切り壁６の作用で各反応管２に対応した送り幅に設定するとともに、層厚さ設定板７により所定の層厚さＴに設定し、ベルトコンベア３の搬送速度を適切な速度に設定することで、一度に多数の触媒をベルトコンベア３で反応管２に供給しても、反応管２内でのブリッジの発生を回避できる。
【００２６】
上記のように、ベルトコンベア３の搬送速度を一定にすると、反応管２への供給量にむらがなくなって、よりブリッジが生じにくくなる。そして、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘへの触媒投入量を同じにし、全ての反応管２に対して同一の搬送速度で触媒を供給すると、各反応管２への充填速度のばらつきを±２０％以下にすることができる。その結果、全ての反応管２内における触媒の充填状態が均一になり、反応流体の流通抵抗（圧力損失）が全ての反応管２でほぼ均一になる。なお、触媒搬送列ごとに設けられる複数のホッパー１ａ，１ｂ…１ｘは、同一形状で同じ容量を有するのが好ましい。各反応管２への充填速度のばらつきは±２０％以下、好ましくは±１５％以下、より好ましくは±５％以下、さらに好ましくは±２％以下である。
【００２７】
前記した構造の触媒充填機では、特に、各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘへの触媒投入量が均一になるように計量することが充填速度のばらつきを低減するうえで重要である。具体的には、前記各ホッパー１ａ，１ｂ…１ｘへの触媒投入量が±５％以内、好ましくは１％以内の精度で計量されるのが好ましい。触媒投入量が±５％を超えると、充填速度のばらつきが大きくなり、充填速度のばらつきが±１０％を超えるようになり、各反応管２への充填状態を均一にすることが困難になる。
【００２８】
この実施形態における固定床多管式反応器は、上記のようにして粒状の固体触媒が充填された多数の反応管２に、所定の原料化合物を通過させながら、気相接触反応により原料化合物を酸化させ、目的化合物を得る。
このような反応に供される原料化合物には、例えば気相酸化法により塩素を得るための塩化水素および酸素、気相酸化法によりアクロレイン、さらにアクリル酸を得るためのプロピレンおよび酸素、気相酸化法によりメタクロレイン、さらにメタクリル酸を得るためのイソブチレンおよび酸素などが挙げられる。
【００２９】
使用する反応管はコイル状であってもよいが、通常は直線状の直管が使用される。該直管は、通常、垂直方向に配置され、原料化合物を垂直方向に通過させる縦型である。
【００３０】
反応管内に充填される触媒としては、例えば塩化水素および酸素から塩素を得る気相酸化法では、酸化ルテニウムを主成分とし
、ルチル型酸化チタンに担持させた酸化触媒が挙げられ、さらにプロピレンおよび酸素からアクロレイン、さらにアクリル酸を得るための気相酸化法や、イソブチレンおよび酸素からメタクロレイン、さらにメタクリル酸を得るための気相酸化法の場合には、それぞれ所定の酸化触媒が使用される。
【００３１】
触媒は、反応に対して不活性な不活性充填材で希釈して用いてもよい。また、触媒を複数の触媒層に分けて反応管内に充填してもよく、その場合には触媒層同士の間に不活性充填材層を介在させてもよい。
【００３２】
触媒の形状は、球形粒状、円柱形ペレット状、リング形状、あるいは成形後に粉砕分級した顆粒状などの形状が挙げられ、特に制限されるものではない。触媒の大きさは、通常、径が１０ｍｍ以下であるのが好ましく、触媒径が１０ｍｍを超えると、活性が低下するおそれがある。また、触媒径が過度に小さくなると、反応管内の圧力損失が大きくなるため、通常は触媒径が０．１ｍｍ以上であるのがよい。
【００３３】
本発明で使用される、触媒が充填される各反応管は、通常、内径が約１５〜５０ｍｍの範囲から選ばれる実質的に同一形状の金属管である。ここで「実質的に同一形状」とは、反応管の外径、肉厚および長さが設計誤差の範囲にあることを意味する。なお、設計誤差は通常±２．５％以内、好ましくは±０．５％以内が許容される。なお、反応管の内径は触媒径の４倍以上となるように、反応管の内径と触媒径とを決定するのが好ましいが、特に制限されるものではない。
【００３４】
本発明で使用される反応管は内面が平滑であることが必要であり、具体的には表面粗さが小さいことが必要である。これにより、各反応管での触媒充填密度を高くすることができる。このような反応管としては、例えば継ぎ目のないシームレス管が挙げられる。
【００３５】
本発明の固定床多管式反応器は、通常、熱交換型反応器として使用される。この熱交換型反応器では、触媒が充填された反応管の外側にジャケット（シェル）部を有し、反応で生成した反応熱をジャケット（シェル）の熱媒体によって除去する。具体的には、ディスク・アンド・ドーナツ型の多管式反応器、欠円バッフル型の多管式反応器などが好適に使用される。熱媒体としては、例えば溶融塩、スチーム、有機化合物、溶融金属などが挙げられ、特に溶融塩、スチームを使用するのが熱安定性や取り扱い性のうえから好ましい。
【００３６】
以下、試験例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の試験例に限定されるものではない。
【００３７】
［試験例］
反応管（ニッケル・シームレス管、内径２１ｍｍ、長さ５ｍ）へ触媒を充填するにあたり、触媒充填速度を変えたときの充填高さとかさ密度（以下、ＢＤという）とを調べた。使用した触媒は、酸化チタンに酸化ルテニウムを担持させたもので、直径１．５ｍｍ、長さ３ｍｍの円柱形粒状物である。
触媒の充填は図１、図２に示すような触媒充填機を用いて行い、触媒充填速度は一定量（８５０．０ｇ）の触媒の充填時間を変えて調節した。試験結果を表１に示す。
【表１】
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また、表１に示す充填速度とＢＤとの関係を図３に示した。表１および図３から、選択した充填速度９．５５ｇ／秒を標準としたとき、充填速度のばらつきが少なくとも±２０％以内であると、充填高さやＢＤのばらつきに大きな変化がないのに対して、これを外れると充填高さやＢＤの標準に対して大きくばらつくことがわかる（すなわち、充填速度が１４．３ｇ／秒（＋５０％）および４．７９ｇ／秒（−５０％）ではＢＤがそれぞれ−１％および＋１％変化している）。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る触媒充填機の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す触媒充填機の動作を示す概略説明図である。
【図３】触媒の充填速度とＢＤ（かさ密度）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ…１ｘ：ホッパー、２：反応管、３：ベルトコンベア、６：仕切り壁、７：層厚さ設定板、８：シュート、９：ホース、１０：充填ホッパー、１４：ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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