(57)【要約】  【課題】各反応管の圧力損失を低減して、各反応管への触媒充填作業および各反応管の圧力損失の調整作業が簡単になり、作業効率が向上する固定床多管式反応器を提供することである。  【解決手段】固体粒状物が充填される複数の反応管を有する固定床多管式反応器であって、各反応管の内面が平滑である。具体的には、前記複数の反応管は、内面の算術平均粗さ（Ｒａ）がいずれも３μｍ以下であるか、あるいは内面の最大高さ（Ｒｙ）がいずれも３０μｍ以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒状物が充填される複数の反応管を有する固定床多管式反応器において、各反応管の内面が平滑であることを特徴とする固定床多管式反応器。
【請求項２】
前記反応管がシームレス管である請求項１に記載の固定床多管式反応器。
【請求項３】
固体粒状物が充填される複数の反応管を有する固定床多管式反応器において、前記複数の反応管は、内面の算術平均粗さ（Ｒａ）がいずれも３μｍ以下であることを特徴とする固定床多管式反応器。
【請求項４】
前記算術平均粗さ（Ｒａ）がいずれも１．５μｍ以下である請求項３に記載の固定床多管式反応器。
【請求項５】
固体粒状物が充填される複数の反応管を有する固定床多管式反応器において、前記複数の反応管は、内面の最大高さ（Ｒｙ）がいずれも３０μｍ以下であることを特徴とする固定床多管式反応器。
【請求項６】
前記最大高さ（Ｒｙ）がいずれも１５μｍ以下である請求項５に記載の固定床多管式反応器。
【請求項７】
固体粒状物が充填される複数の反応管を有する固定床多管式反応器において、前記複数の反応管は、いずれも内面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以下で、かつ内面の最大高さ（Ｒｙ）が３０μｍ以下であることを特徴とする固定床多管式反応器。
【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、固定床多管式熱交換型反応器等の固定床多管式反応器に関する。
【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、例えば複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、ガス量が少ないと過度の温度上昇が生じたり、副反応が起こりやすいため、各管でガスの流れができるだけ均一となるように触媒を充填することが重要である。ガスの流れを均一にするには、不活性ガス等を用いて測定される触媒層の圧力損失Δｐが全ての反応管で一致するのが望ましく、例えば非特許文献１には、全ての圧力損失を約５％以内にすることが記載されている。
【０００４】
また、特許文献１には、触媒充填後の各反応管の圧力損失が平均値の±２０％となるように、圧力損失が平均値よりも低い反応管または平均値よりも高い反応管には、触媒を抜き出して充填し直すなどして、各反応管の圧力損失を調整することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、各反応管の触媒容量が均一となるように計量し、１リッター当たり３０秒以上の充填時間で触媒を反応管に充填することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３‐２５２８０７号公報
【特許文献２】特開２００２‐３０６９５３号公報
【非特許文献１】DOWDEN, D.N. ANDREW, S.P.S CAMPBELL, J.S.著、「ＣＡＴＡＬＩＳＴ  ＨＡＮＤＢＯＯＫ」、ＷＯＬＦＥ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ  ＢＯＯＫＳ、１９７０年発行、１６７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような工夫を行なっても、通常の多管式反応管は数千本から数万本の反応管を有しているため、触媒充填後の各反応管の圧力損失を均一にするのは困難であった。このため、各反応管への触媒充填作業に多大の注意を払い、圧力損失を均一に調整するために多くの労力を費やしているのが実情である。
【０００８】
従って、本発明の課題は、各反応管の圧力損失を低減して、各反応管への触媒充填作業および各反応管の圧力損失の調整作業が簡単になり、作業効率が向上する固定床多管式反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、使用する反応管の内面の表面粗さが大きい場合には、反応管の径が同じであっても、充填した触媒等の固形粒状物の嵩密度や充填密度にばらつきが生じやすく、そのために圧力損失がばらつきやすいことを突き止め、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の固定床多管式反応器は、固体粒状物が充填される複数の反応管を有するものであって、各反応管の内面が平滑であることを特徴とする。
具体的には、前記複数の反応管は、内面の算術平均粗さ（Ｒａ）がいずれも３μｍ以下であるか、あるいは内面の最大高さ（Ｒｙ）がいずれも３０μｍ以下である。前記複数の反応管は、いずれも内面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以下で、かつ内面の最大高さ（Ｒｙ）が３０μｍ以下であるのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各反応管の内面が平滑で、表面粗さが小さいので、反応管内に充填された触媒の充填密度（見掛け嵩密度）が大きくなる。さらに、各反応管内面の表面粗さが均一、すなわち内面の算術平均粗さ（Ｒａ）がいずれも３μｍ以下、あるいは最大高さ（Ｒｙ）がいずれも３０μｍ以下であるので、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。そのため各反応管への触媒充填作業および各反応管の圧力損失の調整作業が簡単になり、作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の固定床多管式反応器は、触媒などの固体粒状物が充填された複数の反応管を備える。この反応管に、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。直管は水平配置、垂直配置のいずれでもよいが、通常は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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｙ）などで表される。算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｙ）は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１‐１９９４に記載の方法に準じて測定することができる。
【００２１】
本発明では、反応器が有する全反応管の内面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下であるか、あるいは全反応管の内面の最大高さ（Ｒｙ）が３０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下である。これにより、各反応管の表面粗さが均一になり、触媒の充填密度が高くなり、各反応管間での充填密度のばらつきが小さくなるので、圧力損失のばらつきを低減することができる。算術平均粗さ（Ｒａ）および最大高さ（Ｒｙ）が同時に上記範囲を満足するのが望ましい。
【００２２】
算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍより大きい場合、または最大高さ（Ｒｙ）が３０μｍより大きい場合には、表面粗さが大きいために、触媒の充填密度が小さくなる傾向にあり、且つ充填密度のばらつきが大きくなる。このため、触媒充填作業を慎重に行なっても、触媒充填後の圧力損失にばらつきが生じやすくなる。
【００２３】
このような内面の表面粗さの低い反応管としては、例えば継ぎ目のないシームレス管が好適に採用可能である。このようなシームレス管から、表面粗さが上記条件に適合する反応管を選定すればよい。充填密度を上げ圧力損失を下げるには、できるだけ表面粗さが低いのがよい。
【００２４】
各反応管への触媒の充填方法としては、特に限定されないが、例えば縦型の場合は、反応管の上部に空間部を残して触媒を管内に投入落下させて充填すればよい。この際、各管への充填速度を一定にしたり、できるだけゆっくりと充填するのが好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
反応器には、溶融塩（硝酸カリウム／亜硝酸ナトリウム＝１／１重量比）を熱媒体とするジャケットを備え同一品質の複数の反応管（ニッケル・シームレス管、内径２１ｍｍ、長さ５ｍ）からなる固定床多管式熱交換型反応器を用いた。
反応管の内面の表面粗さ（Ｒａ，Ｒｙ）は、反応管から切り出したサンプルについて、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１‐１９９１に従い、触針式粗さ測定器（株式会社ミツトヨ製）を用いて測定した。
各反応管に、塩化水素の酸化反応に用いる触媒（酸化ルテニウムを酸化チタンおよび酸化アルミニウム上に担持した触媒）と不活性充填材（イナートボール）とを２６２０ｇ充填した。使用した触媒は直径３ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱状粒状物であり、不活性充填材も同寸法の円柱状粒状物である。各反応管への触媒充填密度は、平均値が１．３２６ｇ／ｃｍ3であった。
充填後、反応器の上部から乾燥空気を４リットル/分(絶対圧力０．１ＭＰａ(大気圧)換算)で供給し、デジタルマノメータで各反応管の圧力損失ΔＰを測定した。
【実施例２】
【００２８】
表面粗さ（Ｒａ、Ｒｙ）が実施例１と異なる品質の反応管を用いて、実施例１と同様にして触媒を充填し、各反応管の圧力損失ΔＰを測定した。各反応管への触媒充填密度は１．３４１ｇ／ｃｍ3であった。これらの測定結果を表１に示す。
【表１】
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表１から、反応管の表面粗さが該反応管の触媒充填かさ密度および圧力損失に影響しており、表面粗さが低いほど、反応管の触媒充填かさ密度が大きく、触媒がつまりやすく、圧力損失のばらつきが小さくなっていることがわかる。