(57)【要約】供給原料液体を蒸発させるためのプロセス、及び、液体供給原料を蒸発させるための蒸発ゾーン（18）及びその結果生じた蒸気を処理するための処理ゾーン（26）の両方を含んでいるプロセス容器（10）は、蒸発表面部（82）を用いて液体小滴の形成を防ぐ。上記装置は、蒸発ゾーン（18）内にあるオリフィス（66）を有する注入器（48）、蒸発ゾーン（18）内に配置されていて供給原料を蒸発させて蒸気を発生させるための少なくとも１つの蒸発表面部（82）、蒸気を処理するための処理ゾーン（26）、及びプロセス容器の少なくとも一部に連結される少なくとも１つの加熱器（20）で構成され、注入器オリフィス及び蒸発表面部（82）は、オリフィス（66）での滴形成を防ぐために配置されることを特徴とする。
2005519750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給原料を蒸発させ、その結果生じる蒸気を処理するためのプロセス容器において：
蒸発ゾーンと；
液体供給原料を蒸発ゾーンへ送るためのオリフィスを形成する注入器と；
小滴を形成することなく液体を蒸発ゾーンに送るようにオリフィスに関して配置された少なくとも１つの部分及び蒸気を生成するための蒸発ゾーンで表面部を提供する部分を有する少なくとも１つの蒸発表面部と；
蒸気をそこから受け取るための蒸発ゾーンと流体連通している処理ゾーンと；そして
蒸発表面部の少なくとも一部に熱を送るための少なくとも１つの加熱器とで構成されるプロセス容器。
【請求項２】
液体供給原料を蒸発させ、その結果生じる蒸気を組み合わせプロセスで処理するための一連のプロセス容器のうちの１つで構成されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス容器。
【請求項３】
前記オリフィスと蒸発表面部の間に形成される間隙が、オリフィスで形成される小滴の予想される直径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセス容器。
【請求項４】
前記注入器が、蒸発ゾーン内へ伸び、そこでオリフィスを形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス容器。
【請求項５】
前記蒸発表面部が、多孔性モノリス、プレート、錐状体、パッキング及びそれらの組み合わせで構成される群から選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス容器。
【請求項６】
前記蒸発ゾーンが、内径を有し、前記蒸発ゾーンが離散した粒子で構成されるパッキング原料の床部を含んでおり、そして前記粒子が前記蒸発ゾーンの内径の10％以下の最大直径、及び少なくとも前記オリフィスの直径と同じ大きさの最小直径を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス容器。
【請求項７】
第１の加熱器が、主として熱を蒸発ゾーンへ送り、第２の加熱器が、主として熱を処理ゾーンへ送ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス容器。
【請求項８】
生成物導管が、処理液を生成物として前記処理ゾーンから回収し、希釈気体取入口が、希釈気体を処理気体処理液へ送ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプロセス容器。
【請求項９】
液体供給原料を蒸発させ、その結果生じる蒸気を処理するためのプロセスにおいて：
液体供給原料を注入するステップにおいて、オリフィスを有する注入器を通じて液体供給原料を、蒸発ゾーン及び反応ゾーンを包含する筐体を有するプロセス容器内へ注入するステップで構成され、前記液体供給原料が、オリフィスで液体小滴の形成を促進する条件でプロセス容器へ流入することを特徴とするステップと；
前記注入器オリフィス及び蒸発表面部の少なくとも一部を、それらの間に所定の間隙を提供して、オリフィスで注入された液体供給原料の液体小滴の形成を妨ぐように配置するステップと；
蒸気を生成するために前記液体供給原料が蒸発ゾーンと接触しながら、液体供給原料が少なくともその泡立ち点にあるように、液体供給原料を加熱するステップと；
前記蒸気を処理ゾーンへ流動させるステップと；そして 
処理液を生成するために前記蒸気を処理ゾーン内で処理するステップとで構成されるプロセス。
【請求項１０】
複数の液体供給原料が、複数の注入器のうちの１つのオリフィスを通って個別のプロセス容器へ各通路を別々に通過し、個別の処理液を処理ゾーンから各液体供給原料について生成することを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
各液体供給原料を、蒸発ゾーン内に位置するオリフィスを通じて注入するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記蒸気を気体供給原料と1つ以上の蒸発ゾーンで混合するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１３】
１つ以上の処理液を分析するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
１つ以上の処理液を希釈するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１５】
パッキング、多孔性モノリス、プレート、錐状体、及びそれらの組み合わせを含んでいる床部で構成される群からの蒸発表面部を選択するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記間隙が、注入器オリフィスで形成される液体小滴の予想される直径よりも小さくなるように、オリフィスとパッキングを配置するステップでさらに構成されることを特徴とする請求項１５に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給原料を蒸発させ、処理するためのプロセス、及び、各プロセス容器が処理ゾーンと蒸発ゾーンの両方を含んでいる１つ以上のプロセス容器において；上記蒸発ゾーンが液体供給原料を上記プロセス容器内で蒸発させるためのものであるプロセス容器に関するものである。本発明は、液体供給原料を上記プロセス容器内で蒸発させる単一、連続的又は平行的プロセスにも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明によるプロセス容器は、反応に触媒作用を及ぼすのに好適な原料を評価するために特に適合している。組み合わせ化学は、主として新たな化合物の合成を取り扱うものである。例えば、米国特許第5,612-002号及び米国特許第5,766,556号には、複数の化合物を同時に合成するための器具及び方法が教示されている。Akporiaye, D.E.; Dahl, I.M.; Karlsson, A.; Wendelbo, R. Angew Chem. Int. Ed. 1998, 37, 9-611は、ゼオライトの水熱合成のための組み合わせ法を開示しており、WO 98/36826も参照されたい。
【０００３】
組み合わせ法によって、触媒評価の効率を実質的に増加させる可能性が提示される。近年、その効率を増加させ、詳細な触媒実験に必要な時間を減少させる組み合わせ法を用いるための努力がなされてきた。例えば、WO 97/32208-A1には、種々の触媒をマルチセル・ホルダーに戴置し、各セルで吸収又は放出された熱を測定して、各反応の程度を判定することが教示されている。赤外線画像も用いられており、Holzwarth, A.; Schmodt, H.; Maier, W. F. Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, -47, and Bein, T. Angew. Chem. Int. Ed., 1999, 3-3を参照されたい。熱吸収又は放出及び赤外線画像の測定により、当該触媒の活性に関する半定量的なデータが提供されることが可能であるが、それらによって触媒選択性に関する情報は提供されない。
【０００４】
複数の触媒の活性及び選択性を判定するために、上に述べられた分析技術を用いて複数の触媒を同時に調べる一連の反応装置が設計されている。例えば、EP 1108467 A2には、触媒を反応床へ容易に導入できるよう着脱可能部を有する反応装置が教示されている。上記反応装置は、Ｏリングを用いて封止されて、反応装置の部品を即座に連結することが可能であり、反応装置の部品同士、及び各反応装置とその周囲環境の間は確実に封止される。
【０００５】
多くのプロセス技術及び化学に、液体供給原料が触媒と接触する前に気化する、より高圧の気相触媒が必要である。組み合わせられた一連の装置に用いられる多くの封止体は、多くの反応装置取入口組成混合物の泡立ち点よりも低い限界温度を持つ。例えば、典型的なＯリング封止体における長期限界温度は170℃であり、例えばトルエンのようなC6からC9炭化水素の作動圧力2172 kPa（300 psig）から3220 kPa（450 psig）での泡立ち点は、水素対トルエンのモル比が１と３の間にある場合に180℃から240℃の間である。
【０００６】
米国特許第5,453,526号には、液体媒質が触媒反応へ連続的に導入、気化及び供給されることが可能な触媒反応が教示されている。米国特許第3,359,074号には、降順に、反応チェンバー、蒸発器チェンバー及び仕上げチェンバーを形成するよう横方向に分割された、単一の垂直に伸びる柱状部による重縮合システムが教示されている。２編の論文、Bej K. S.; Rao, M. S. Ind. Eng. Chem. Res., 1991 30(8), 1819-1832及びEliezer K. F.; Bhinde, M.; Houalla, M.; Broderick, D.; Gates, B. C.; Katzer, J. R.; Olson, J. H. Ind. Eng. Chem. Fundam., 1977, 16 (3), 380-385には、供給原料を触媒に接触させる前に、別の粒子が流動分配を助けるために用いられることが示されている。必要なことは、蒸発器が、プロセス容器と一体化できること、反応の間に供給原料を気相に保ちながらも、封止体がプロセス容器の操作中に損なわれないように、液体供給原料を収容できることである。
【０００７】
しかし、蒸発器は一般に、それらの作動に関連するいくつかの特有の問題を有する。一般に蒸発器に関連する１つの問題は、液体供給原料と気体供給原料の混合が不均一なことである。不均一な混合は、気体と液体の両方が共通の取入口を通って蒸発器へ導入される場合に起こり得る。気体と液体の二重供給原料は、蒸発器へ導入される気体の同伴と液体の振動が交互になった領域を生じさせ、その結果低濃度の気化種の領域、その後高濃度の気化種の領域が反応床へ送られる。
【０００８】
不均一な蒸発に関連する別の問題は、液体の蒸発器への不均一な流動によって主に引き起こされる。より低速の流動の場合、オリフィスから蒸発器へ流れ出る液体は、液体の流体力学のために規則的周期で滴下する小滴を形成することができる。小滴の周期的な形成と滴下は、蒸発器内の不均一な蒸発を招く。
【０００９】
必要とされていることは、一般に蒸発器に関連する不均一な混合及び不均一な蒸発の問題を克服するプロセス容器で用いるための蒸発器である。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の１つの目的は、液体供給原料を蒸発させ、その結果生じる蒸気をプロセス容器内で処理するためのプロセス容器を提供することである。本発明の別の目的は、液体供給原料を蒸発させ、その蒸気をプロセス容器内で処理するプロセスを提供することである。
【００１１】
本発明に従って、液体供給原料をプロセス容器の処理ゾーンで加工する前に、上記液体供給原料を蒸発ゾーン内で蒸発させるためのプロセス容器が提供される。上記プロセス容器は、蒸発ゾーン、液体供給原料を蒸発ゾーン内へ注入するためのオリフィス、少なくとも１つの蒸発表面部、処理ゾーン、及びプロセス容器の一部と連結される加熱器を含んでいる。蒸発表面部及び注入オリフィスは、蒸発表面部が液体供給原料の小滴形成を上記オリフィスで妨げ、そして上記液体供給原料の液体薄膜が蒸発表面部上につくりだされるように配置される。上記加熱器は、液体供給原料を蒸発ゾーン内で、上記液体供給原料が蒸発するのに十分な温度に加熱する。蒸発表面部はパッキングの床部であることが好ましい。
【００１２】
さらに本発明に従って、液体供給原料をプロセス容器内で蒸発させるためのプロセスが提供される。上記発明のプロセスは、少なくとも１つの蒸発表面部をプロセス容器の蒸発ゾーン内で提供するステップと、液体供給原料を注入オリフィスを介して蒸発ゾーンへ注入するステップと、そして液体供給原料をプロセス容器の蒸発ゾーン内で加熱して蒸発させるステップを含んでいる。注入オリフィスと蒸発表面部の間の間隙は、蒸発表面部が液体供給原料の小滴形成を上記オリフィスで妨げるように十分小さい。代わりに、液体供給原料は、液体薄膜が蒸発表面部上に形成されるように導かれ、その結果生じる蒸気内での蒸発の均一化と濃度の均一化が促進される。上記蒸発した供給原料は、プロセス容器の処理ゾーンへ流され、処理ゾーン内で処理されて処理液を生成する。蒸発表面部はパッキングの床部であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、プロセス容器が蒸発ゾーン及び反応ゾーンを有する反応装置である好ましい実施の形態という形で説明される。その他のプロセス容器は、本発明の概して広範な範囲内にある。さらに、反応ゾーンに加えて、その他の処理ゾーンは、本発明の概して広範な範囲内にある。図面に関して、液体供給原料を蒸発させ、その液体供給原料を触媒24の存在下で反応させて生成物を産生するための反応装置10が示される。本発明の反応装置において、封止体28, 30は、液体供給原料を反応装置10内で蒸発させながら、反応装置10とその周囲環境の間の確実な封止を維持する。反応装置10は、特定の反応に対する触媒24の評価のために特に有用である。反応装置10は、液体供給原料のいくつかの触媒との同時反応のために、そして、組み合わせ法におけるそれらの評価のために一連120の反応装置で用いることもできる。液体供給原料の蒸発が一体化されることによって、触媒24との接触の前に、その後の蒸発を介した液体成分の反応装置10への導入が可能になるので、反応装置10は従来の反応装置よりも多用途に使える。
【００１４】
Ａ．反応装置
図１を参照すると、反応装置10は、反応装置10を格納するための筐体12、筐体12のための供給原料取入口を供給するヘッダー14、ヘッダー14に取り付けられて、液体供給原料を蒸発させるために蒸発ゾーンを保持する挿入部16、液体供給原料を蒸発させて蒸気を形成する熱を提供するための蒸発加熱器20（図３参照）、及び触媒24を保持するレセプタクル22を含んでいる。触媒24は、反応ゾーン26としての処理ゾーンの一部を形成する。蒸気は触媒24と接触し、反応して生成物を形成する。気体供給原料も、反応装置10へ流入し、蒸発ゾーン18内の蒸気と混合され、触媒24の存在下で蒸気と反応して生成物気体を形成する。
【００１５】
液体供給原料は、所定の温度及び圧力下で蒸発することが可能で、触媒24によって触媒作用が及ぼされることが可能な反応を受けるように意図された、いずれの液体成分又は液体成分の混合物でもよい。上記供給原料は液体炭化水素混合物であることが好ましい。好適な炭化水素混合物には、６個以上の炭素原子、好ましくは６個から９個の炭素原子を有する芳香族、脂肪族及びナフテン化合物などがある。上記液体供給原料は、水素、炭素、及び、酸素、塩素、硫黄、窒素などのようなその他の元素を有する１つ以上の成分を含むか、又は含んで成ってもよい。
【００１６】
反応装置10は気体供給原料及び液体供給原料を含んでもよい。気体供給原料はいずれの有機又は無機気体でもよい。好ましくは、上記気体供給原料は、触媒24によって触媒化反応を受け、その触媒に安定効果をもたらし、あるいは触媒の反応部位を活性化又は再活性化する。化学組成物及び気体供給原料の反応装置10への流速は、計算が、下に述べられるような触媒24の活性及び選択性を判定するために行なわれるように周知であることが望ましい。気体供給原料の例は、水素、酸素、あるいはメタン又はエタンのような気相軽炭化水素である。あるいは、窒素のような不活性気体が、気化された液体供給原料のための担体として機能することができる。本発明による反応器への供給原料は、１つ以上の液相供給原料、又は１つ以上の気相供給原料と１つ以上の液相液相供給原料の組み合わせでもよい。
【００１７】
通常液体供給原料と気体供給原料の両方が、反応装置10へ一定量、既知の化学組成物と共に導入される。一定の流速、及び生成物気体の分析された組成物と組み合わされた、反応装置10へ流入する既知の量の各成分は、反応装置10内の触媒24の活性、供給原料変換、主要生成物及び副生成物の選択性及び収量を判定するために用いられる。
【００１８】
ヘッダー14と筐体12の間に置かれる第１の封止体28は、反応装置10とその周囲環境の間の仕切りを提供し、挿入部16とレセプタクル22の間に置かれる第２の封止体30は、挿入部16とレセプタクル22の間の漏れを防止する。反応装置10の着脱可能な部分によって、封止体28,30と共に、反応装置10を容易に組立て及び分解することが可能になり、また、必要な場合に個々の部品を交換することも可能になる。着脱及び交換が可能な筐体12、挿入部16及びレセプタクル22によって、反応装置10の組立てが容易に可能になり、それは、組み合わせられた一連120のための実験用設備にとって有益である。
【００１９】
筐体12、肩部36及び関連する構成要素に関して、それらの好ましい円筒形のサイズ及び形状で述べるが、反応装置10のその他のサイズ及び形状を適切に用いることも可能であろう。反応装置10は、本発明の概して広範な範囲から逸脱することなしに、パイロット・プラント又は工業規模にまで拡大することができ、あるいはミクロ規模にまで縮小することも可能であろう。従って、本発明による反応装置10は、本明細書に述べられる大きさに限られず、組み合わせた規模の反応装置でのその好ましい利用に適合する。
【００２０】
筐体12、ヘッダー14、挿入部16、レセプタクル22及びその他関連する構成要素は、好ましくは、液体及び気体供給原料との反応に不活性な原料から作製され、腐食に耐久性があり、10℃から1000℃までの温度に耐えることができ、そして良好な熱伝導特性を有する。好ましくは、該当する構成要素はすべて同一の原料から作製される。作製に適した原料の例には、金属及びそれらの合金；低品位鋼；ステンレス鋼；インコロイ、インコネル及びハステロイのような超合金；エンジニアリング・プラスチック及び高温プラスチック；炭化珪素及び窒化珪素のようなセラミック；ガラス；及びクオーツなどがある。１つの好ましい作製原料は321ステンレス鋼である。
【００２１】
１．筐体
図１に示されるように、筐体12は、供給原料を受け取るための取入口端部32及び生成物のための取出口端部34を含んでいる。筐体12は、蒸発ゾーン18及び反応ゾーン26を包含する。筐体12は、筐体12の取入口端部32に肩部36を、肩部36と取出口端部34の間に主要部38を、及び取出口端部34に生成物導管40を含んでいる。生成物導管40は、取出口端部34で筐体12に取り付けられ、反応装置10から生成物を取り出すための経路を与える。肩部36の表面部42は、封止体28を筐体12とヘッダー14の間に嵌合する。封止体28は、反応装置10から周辺環境への供給原料の漏れを防止する。肩部36又はヘッダー14は、封止体28を保持することができる。肩部36の好ましい作製材料は316ステンレス鋼である。
【００２２】
封止体28は、筐体12とヘッダー14の間に確実な耐圧封止を形成することができるいずれのタイプでもよいが、好ましくは反応装置10を迅速に組み立てることが可能なタイプである。許容可能な封止体28は、筐体12とヘッダー14の間に嵌合される１つのゴム状Ｏリング、又は一連のＯリングである。しかし、典型的なゴム状Ｏリング封止体は、長期作動のための最大限界温度が170℃から300℃の間である。多くの液体供給原料の泡立ち点はこれらの限界を超える。例えば、2860 kPa（400 psig）から3351 kPa（500 psig）の間の圧力でのC6からC9炭化水素の沸点は、300℃から400℃の範囲にある。本発明はこれらの限界を克服し、真空内又は3351 kPa（500 psig）よりも高い圧力下で作動することができる。封止体28の差圧限界のみが、反応装置の作動圧力を制限する。
【００２３】
封止体の最大限界温度を越える泡立ち点又は沸点により、反応装置10の上流にあるそうした液体供給原料の蒸発が妨げられる。そのように反応装置10内で封止体28の下流に蒸発器44を置く場合、封止体28の温度をその最大温度未満に維持することによって、この問題は回避される。望ましい封止体28,30は、加熱された蒸発ゾーン18から切り離された冷却ゾーンにある。
【００２４】
望ましい組み合わせ配置において、筐体12の主要部38は、長さが13 cmから14 cmの間であり、内径が0.4 cmから0.5 cmの間であってもよい。肩部36は、長さが1.0 cmであり、内径が0.8 cmから１cmの間であってもよい。生成物導管40は、内径が１mm未満から1.5 mmであってもよい。
【００２５】
２．ヘッダー
図１に示されるように、ヘッダー14及び挿入部16が連結し、ネジ切り、ボルト締め又は溶接のような方法をいくつでも用いることによって単一の構成要素を形成する。好ましい方法では、必要に応じて、パッキング76からの変更のためにそれらが互いに離脱することが可能である。
【００２６】
ヘッダー14は、筐体12の取入口端部32への流動を提供する。ヘッダー14は、封止体28がヘッダー14と筐体12の間に肩部36で嵌合するための表面部46を提供するが、封止体28は、筐体12と挿入部16の間を嵌合することができる。ヘッダー14は、液体供給原料取入口のための注入器48、気体供給原料取入口50、希釈気体取入口52、及び反応装置10内で温度を測定する熱電対54のための案内管56を含んでいる。ヘッダー14は、筐体12によって取入口端部32で受け取られる。
【００２７】
ヘッダー14が筐体12の肩部36内に所定の許容範囲内で容易に装着されるように、ヘッダー14の断面は、筐体12の断面と同一の一般的な形状であることが好ましい。ヘッダー14として図解された一般に円筒型の形状は、筐体12の好ましい形状に対応するものである。
【００２８】
適切な封止体がヘッダー14と筐体12の間に形成されるように、許容限度内でヘッダー14の長さは、好ましくは肩部36の長さより大きく、ヘッダー14の直径は、好ましくは肩部36の直径よりわずかに小さい。好ましくは、ヘッダー14の直径は、注入器48、気体供給原料取入口50、希釈気体取入口52、及び案内管56を格納するのに十分な大きさである。１つの実施の形態で、ヘッダー14は、長さが1.0 cmから1.5 cmの間であり、内径が0.8 cmから0.9 cmの間でもよい。
【００２９】
好ましい形状において、ヘッダー14は注入器48を、その貫通のための位置に取入口端部32を通じて実質的に挿入部16の内部に保持し、流体連通を確立して、液体供給原料を注入器48の端部に位置するオリフィス66を通じて導入する。好ましくはオリフィス66は、蒸発ゾーン18内部に位置し、液体供給原料を直接蒸発ゾーン18へ導入する。好ましくは注入器48は、挿入部16の環部を超えて半径方向に略中心に置かれる。半径方向の中心化によって、液体供給原料の蒸発器44内での均一な分配が可能になる。注入器48は、好ましくはオリフィス66を形成する小さな内径を有する管状である。１つの実施の形態で、オリフィス66の内径は0.2 mmでもよく、注入器48は、挿入部16内で5 cm伸長してもよい。
【００３０】
気体供給原料が挿入部16へ導入され、好ましくは挿入部16へ導入された気体供給原料の上流へ流入するように、気体供給原料取入口50はヘッダー14を通って伸び、挿入部16と流体連通している。気体供給原料取入口50の直径は、液体供給原料取入口の直径よりも大きくてもよい。気体供給原料導管の直径は、液体供給原料の所定の流速を適応させるように選択される。１つの実施の形態で、気体供給原料取入口50は、直径が１mm未満であってもよい。
【００３１】
希釈気体が触媒24を迂回し、生成物ストリームを希釈し、そして濃縮又は表面被覆を回避することができるように、希釈気体取入口52は、反応装置10内でヘッダー14を通って、そして流体経路68を通って伸びる。希釈気体取入口52の直径は希釈気体の所定の流速を適応させる。通常、希釈気体取入口52は直径が１mm未満である。
【００３２】
オプションとしての熱電対54は、筐体12内、好ましくは反応ゾーン26内の温度を測定するために反応装置10内へ伸びる。ヘッダー14内の案内管56は、挿入部16の長さを伸ばし、熱電対54を保持して、それをレセプタクル22へ送り、熱電対54のセンサー70を反応ゾーン26内で概ね中央に置く。しかし、センサー70の位置のみが本発明に影響する。センサー70が反応ゾーン26内で概ね中央に置かれるようにし、熱電対54が筐体12とレセプタクル22の側面を通じて挿入されるように熱電対54が置かれてもよい。
【００３３】
オプションとしての案内管56は、反応装置10内及び反応ゾーン26内に熱電対54を容易に配置できるようにする。案内管56の直径は、熱電対54の直径によって決まり、案内管56は内径が１mm未満であってもよい。
【００３４】
３．挿入部
ヘッダー14は、注入器48及び気体供給原料取入口50が蒸発ゾーン18と流体連通するように、挿入部16に隣接している。ヘッダー14及び挿入部16は、ヘッダー14と筐体12の間の封止体28の嵌合が反応装置10をその周囲環境から封止し、挿入部16をレセプタクル22内に配置するように、筐体12内に配置される。挿入部16は、好ましくは脱着可能である。挿入部16は、取入口端部72及び取出口端部74を包含する。挿入部16は、好ましくはパッキング76を含んでおり、蒸気を形成する液体供給原料を蒸発させるために床部78を蒸発ゾーン18内で形成する。
【００３５】
挿入部16の取出口端部74で取り付けられている流体浸透部材80は、パッキング76を保持するが、気体供給原料及び蒸気のような流体が、触媒24との接触のためにレセプタクル22へ流れ込むことを可能にする。流体浸透部材80は、好ましくはハステロイのような焼結金属であるが、反応ゾーン26へ流れ込む流体に浸透可能で、パッキング76を支持するのに十分な強度を持ついずれの原料でもよい。流体浸透部材80のためのその他の原料には、ガラス、焼結ガラス、レーニー金属、電子結合膜、エッチング加工された合金膜、及び最小パッキングのサイズよりも小さいが、気体供給原料及び蒸気の適切な流動には十分大きな間隙を有する目の細かい篩などがある。
【００３６】
パッキング76は、それが小滴の形成を妨げ、気体供給原料が液体薄膜84を形成するための表面部82を形成する限りにおいて、いずれの形状でもよい。パッキング76は、図４に示されるように、粒子状のパッキングでもよく、又はそれは、既成の構造化されたモノリシック・パッキングでもよく、又はそれは、小滴形成を妨げ、オリフィス66に近接した蒸発ゾーン18内に配置された金属挿入部のような、液体薄膜84を形成する膜を提供するための別な手段でもよい。
【００３７】
液体薄膜84は、熱が蒸発加熱器20によって供給される場合、液体供給原料の効果的な蒸発を可能にする。好ましい粒子状パッキング76は、好ましくは気体供給原料及び液体供給原料に対して不活性であり、アルミナ、より好ましくは微小孔性アルミナのようないずれかの不活性パッキング原料でもよい。パッキング76は、各粒子が同じ直径を有する均一なサイズであっても、又は最小と最大の粒径がある不揃いなサイズであってもよい。注入器48が挿入部16へ伸びる場合、パッキング76が注入器48を詰まらせないように、パッキング76の最小直径は、好ましくはオリフィス66の直径よりも大きく、そしてパッキング76の最大直径は、その内表面に沿った壁面流動の形成を防止するために挿入部16の内径の10％を超えてはならない。１つの実施の形態で、パッキング76の直径は0.21 mmと0.42mmの間でもよい。
【００３８】
１つの実施の形態で、挿入部16は長さが10 cmで、直径が0.3 cmでもよい。挿入部16の直径は、それがレセプタクル22内に所定の許容範囲内で適合することを可能にする。
【００３９】
挿入部16は、封止体30が挿入部16とレセプタクル22の間に嵌合するための表面部86も提供する。封止体30は、供給原料が、触媒24を通り過ぎて漏れることを防止し、希釈気体が、レセプタクル22へ流れ込み、触媒24と接触することを防止する。挿入部16、ヘッダー14又はレセプタクル22は、封止体30を保持することができる。封止体30は、封止体28について述べられたのと同じ原料を含んで成ることができる。
【００４０】
４．蒸発器−蒸発ゾーン
大部分の封止体の限界よりも高い泡立ち点という理由により、反応装置10の配置は、好ましくは、蒸発器44を封止体28,30の下流に配置し、その結果、最大限界温度にこれらの封止体で到達しないようにされる。蒸発器を反応装置10内に効果的に一体化するには、いくつかの特有の問題を克服し、蒸発した気体ストリームに一定で均一な組成物を供給する必要がある。これらの問題のうちの１つは、気体供給原料及び液体供給原料の不均一な混合であり、別の１つは、液体供給原料の不均一な蒸発である。反応ゾーン26に流入する気体の組成物が均一でなければ、それは信頼できない触媒評価のデータをつくりだしてしまう。
【００４１】
不均一な混合という一般的な問題において、気体供給原料及び液体供給原料は蒸発器に問題を生じさせる。気体と液体の両方を共通の取入口を通じて蒸発器へ導入すると、不均一な混合が助長される。液体と気体を組み合わせた供給原料は、蒸発器内に気体の同伴と液体の振動が交互になった領域を生じさせ、その結果、低濃度の気化種の領域、その後高濃度の気化種の領域が反応床へ送られてしまう。
【００４２】
別の一般的な問題は、液体の蒸発装置への不均一な流動によって主に引き起こされる不均一な蒸発である。より低速の流動の場合、オリフィスから蒸発装置へ流れる液体は、液体の流体力学によって規則的な周期で滴下する小滴を形成することが可能になる。小滴の周期的な形成と滴下は、蒸発装置内の不均一な蒸発を招く。
【００４３】
オリフィスから流れ出る液体のストリームは、毛管現象によって不安定になることがある。この不安定性の結果、そのサイズが線形安定解析によって正確に予測可能な小滴の形成を招く。オリフィスでの液体分割の特徴は、ウェーバー数We：
【数１】
2005519750.tif 000003
によって主として支配され、ここで、Ｄはオリフィスの直径、Ｕは平均液体速度、ｐは液体密度、そして、σは表面張力である。ウェーバー数は、動的外力と面力の間の均衡を表し、ここで小滴上の外力は：
【数２】
2005519750.tif 000004
によって定義され、そして、小滴の面力は：
【数３】
2005519750.tif 000005
によって定義される。小滴の自由境界面はFD＜Fsのとき、又は：
【数４】
2005519750.tif 000006
のとき安定である。
【００４４】
ウェーバー数が８未満のとき、安定な境界面が作られ、均一で軸対称な小滴がオリフィスで形成される。反応装置10の場合、液体は蒸発器44へ低い液体流速で導入され、その結果液体速度は遅い。反応装置10に関して、１よりもずっと小さいウェーバー数を有することは珍しくない。ウェーバー数が非常に小さい場合、小滴は静的均衡条件に近づき、小滴の直径は、ヤング-ラプラス方程式：
【数５】
2005519750.tif 000007
を用いてきわめて正確に予測可能であって、ここで、ｓは小滴の予想される直径であり、ｇは重力加速度であり、ｐLは液体の密度であり、ｐGは気体の密度であり、Ｄはオリフィスの直径であり、そして、σは液体の表面張力である。
【００４５】
小滴の容積及び液体の流速により、４秒と６秒の間の反応装置10の場合、小滴の落下時間の推定が可能になる。小滴の周期的な落下は、小滴の不均一な蒸発に関連する蒸気濃度のきわめて異常なパターンに至る。
【００４６】
本発明による好ましい蒸発器44において、混合が気体供給原料と液体供給原料の間で、注入器48でなく蒸発ゾーン18で起きるように、挿入部16内の異なる位置で気体供給原料と液体供給原料を供給することによって、不均一な混合の問題が解決される。液体供給原料は、注入器48のオリフィス66を通って挿入部16へ流入し、そこでオリフィス66は、挿入部16の長さの下方へかなりの距離があり、一方、気体供給原料は挿入部16の取入口端部72の近傍で挿入部16に入る。好ましくは、オリフィス66は蒸発ゾーン18内に配置される。
【００４７】
小滴形成及び落下及びその結果生じる不均一な蒸発を防止するため、パッキング76の表面部82のような少なくとも１つの蒸発表面が、供給原料の流入点、好ましくは注入器48のオリフィス66に対する蒸発器44内に配置されて、小滴の形成を妨げる。
【００４８】
述べられたようなパッキング76上以外の蒸発表面は、本発明で適切に用いることができる。そのような蒸発表面の例には、プレート、多孔性モノリス、錐状体などがある。選択された蒸発表面は、注入器48のオリフィス66での小滴形成を防止するように配置される。本明細書における記述は、蒸発表面がパッキング76の表面部82である好ましい実施の形態を例示するものであるが、本発明はその他の適切な蒸発表面を用いてもよい。
【００４９】
床部78は、液体供給原料を効果的に蒸発させるために必要な好ましい蒸発ゾーン18を提供する。蒸発ゾーン18は筐体12内に包含されている。図４は、液体供給原料が床部78へ注入される地点における注入器48及びパッキング76を示す。注入器48は、その終末端部で直径Ｄを有するオリフィス66を含んでいる。液体供給原料は、平均液体流速Ｕで注入器48を通って流動し、その結果、ｓがヤング-ラプラス方程式によって決定される図４に示されるように、直径ｓを持つ小滴88の周期的な形成に至るであろう。パッキング76は、オリフィス66にきわめて近接して配置され、オリフィス66とパッキング76の間に間隙90を形成する。間隙90が小滴88の予測される直径よりも十分に小さければ、パッキング76は安定な境界面の形成を妨げ、小滴88は形成されない。代わりに、液体供給原料は、パッキング76の表面部82上に液体薄膜84を形成し、液体供給原料の均一な蒸発を可能にする。その均一な蒸発のために、一定濃度の蒸気が触媒24によって接触され、反応装置10によって得られる正確な結果が生じる。好ましくは間隙90は、オリフィス66を詰ませることなく、可能な限り小さく最小限にされ、パッキング76が小滴88の安定な境界面の形成を確実に妨げるようにする。
【００５０】
意外なことに、蒸発器44内のパッキング76とオリフィス66の間の最小限にされた間隙90は、きわめて効率的であることが証明されたため、液体供給原料の温度がその泡立ち点より小さくなるように、十分床部78まで加熱器20を低く設定することによって、不均一な蒸発を再生産する試みは成功しなかった。異常な濃度パターンは、人為的にそれらを産生しようとする試みにも関わらず、蒸発器44によってつくられることはなかった。
【００５１】
床部78のパッキング76の上に適切な流動分配を確実に行なうため、適切なサイズのパッキング76を用いることが重要である。先に述べられたように、パッキング76の直径は、挿入部16の内表面に沿って流動する液体の『壁面効果』を回避するのに十分小さく、そしてパッキング76の粒子によってオリフィス66が詰まることを回避するのには十分大きくなければならない。
【００５２】
反応装置10の蒸発器44は、反応装置内で用いるとは限らない。本発明による創意に富んだ蒸発器44は、液体供給原料を蒸発させるのに望ましい別のプロセス容器内で用いて、その後同じプロセス容器内の処理ゾーンでさらに加工することもできよう。上記プロセス容器は、蒸発ゾーン及び処理ゾーンの両方を有し、蒸発ゾーンは蒸発器44を含んでいてもよい。本発明の場合、反応装置10はプロセス容器であり、反応ゾーン26は蒸気の処理ゾーンである。
【００５３】
５．蒸発加熱器
蒸発加熱器20は、床部78内で液体供給原料を蒸発させるのに必要なエネルギーを供給する。蒸発加熱器20は、反応装置10の一部と連結している。好ましくは、蒸発加熱器20は、その他の位置でも機能することができるが、液体供給原料が床部78へ図３に示されるように注入される地点で蒸発ゾーン18と主として連結される。蒸発加熱器20の負荷は、好ましくは、筐体12に接触又は隣接する電気抵抗加熱によって提供される。蒸発加熱器20は、蒸発加熱器20が筐体12の周囲に配置されるように、筐体12の直径よりも大きな厚みを有する加熱器ブロックでもよい。しかしながら、蒸発加熱器20は、熱伝導流体を用いるものなどその他のタイプの加熱器でもよい。１つの実施の形態で、蒸発加熱器20の厚みは8 mmでもよい。
【００５４】
蒸発加熱器20は、蒸発ゾーン18内で液体供給原料を蒸発させ、蒸気を形成するのに十分な温度に設定される。好ましくはオリフィス66での液体供給原料の温度はその泡立ち点よりも低く、蒸発加熱器20は、液体供給原料が蒸発ゾーン18内でその泡立ち点よりも高い温度に加熱されるように設定され、蒸発ゾーン18内に温度勾配をつくる。さらにより好ましくは蒸発加熱器20は、蒸気が反応ゾーン26に入る前に、蒸気の温度が蒸発ゾーン18内で所定の反応温度に加熱されるように、温度勾配が蒸発ゾーン18全体につくられるよう設定される。
【００５５】
６．レセプタクル
図３を参照すると、レセプタクル22は筐体12内に配置され、挿入部16は、封止体28が筐体12のヘッダー14及び肩部36を嵌合し、封止体30が挿入部16及びレセプタクル22を嵌合するように入れ子構造でレセプタクル22内に配置される。レセプタクル22は、好ましくは着脱可能である。レセプタクル22は、取入口端部94及び取出口端部96を含んでいる。フランジ98は取入口端部94に取り付けられている。レセプタクル22のフランジ98はカット・アウト部102を含んでおり（図２参照）、希釈気体の通過を可能にする。上記希釈気体はフランジ98のカット・アウト部102を通って、レセプタクル22と筐体12の主要部38の間に形成された流体経路68へ流れ込む。好ましくはフランジ98の直径は肩部36の直径と同じである。
【００５６】
レセプタクル22は、供給原料及び蒸気が触媒24と反応条件で接触して生成物を形成する反応ゾーン26内に触媒24を保持する。流体浸透部材104は、レセプタクル22の取出口端部に取り付けられて触媒24を保持するが、反応を起こしていない供給原料及び生成物気体のような流体がレセプタクル22から流れて、生成物導管40から反応装置10の外へ出ることを可能にする。流体浸透部材104は、好ましくはハステロイのような焼結金属であるが、レセプタクル22から流れる流体に浸透可能で、触媒24を支持するのに十分な強度を持つ浸透部材80について述べられたようないずれの原料でも可能であろう。
【００５７】
触媒24は、望まれる反応に対して活性な部位を提供するために選択される。触媒24は、望まれる反応を恐らくは触媒するいずれの原料また原料の混合物でもよいが、好ましくは触媒24は、ゼオライト、又は組み合わせ法によって合成可能ないくつかのその他のタイプの触媒である。１つの実施の形態で、反応装置10のレセプタクル22内に配置された触媒24の効果的な総量は１mgから１グラムの範囲にあるが、触媒24の量は上記の総量に限られるものではない。
【００５８】
反応ゾーン26は、触媒24が反応ゾーン26内に残存するように、触媒24の上流及び下流で流体浸透部材80,104によって、そして、側面はレセプタクル22の内表面106によって守られる。１つの実施の形態で、反応ゾーン26は高さが1.0 cmと1.5 cmの間でもよい。レセプタクル22の長さは、筐体12の主要部38の長さとほぼ同じである。挿入部16及びレセプタクル22の長さは、反応ゾーン26がその望まれる高さを有するように選択される。レセプタクル22の直径は、レセプタクル22と筐体12の間に流体経路68を提供するように、そして図３に示されるように希釈気体が反応ゾーン26を迂回できるように選択される。レセプタクル22又は筐体12のチャネル又は溝部は、交互に希釈気体が反応ゾーン26を迂回することを可能にする。１つの実施の形態で、レセプタクル22は長さが10 cmと14 cmの間で、直径が0.4 cmと0.5 cmの間であってもよい。
【００５９】
７．反応ゾーン
好ましくは反応加熱器108は、それが主として反応ゾーン26と連結し、そしてそれがすべての反応ゾーン26を取り囲むように、筐体12に隣接して配置される。反応加熱器108は、反応ゾーン26が触媒24と反応ゾーン26を制御された一定温度を維持するための熱を提供する。反応加熱器108は、電気抵抗加熱を用いたアルミ青銅炉のような、反応ゾーン26のために必要な熱を提供するいずれのタイプの加熱器でもよい。
【００６０】
図３は、すべての反応ゾーン26が炉内にあるように、筐体12の取出口端部の周囲に配置された反応加熱器108を示す。１つの実施の形態で、反応加熱器108は厚みが9 cmでもよく、反応装置10の4 cm及び6 cmを取り囲んでもよい。しかし、反応加熱器108は上の大きさに限られるものではない。
【００６１】
好ましくは蒸発加熱器20と反応加熱器108の間の反応装置10の長さは、触媒24での温度に実質的に依存しないパッキング76での温度を維持する。反応加熱器108の設定は、好ましくは注入器48のオリフィス66での液体供給原料の温度に実質的に影響を及ぼさず、そして蒸発加熱器20は、反応ゾーン26内の温度に影響を及ぼしてはならない。１つの実施の形態で、蒸発加熱器20と反応加熱器108の間の反応装置10の長さは、2.5 cmと8 cmの間でもよい。
【００６２】
８．希釈気体と希釈ゾーン
反応装置10のいくつかの反応混合物には、高い露点を有する液体供給原料又は生成物などがある。これは反応加熱器108から出た後に取出口端部を通って反応装置10を出ていく生成混合物に関して問題を引き起こし、その理由は反応混合物の温度が混合物の露点未満に低下し、液体供給原料又は生成物が気相を離脱して凝結するからである。一部の生成物は、凝結に加えて、原料が、固体及びめっきを生成物導管40に沿って形成できるように高い凝固点も有する。生成物の凝結又はめっきは、生成物導管40を通り抜ける流れを阻止又は妨害し、及び／又は生成物ストリームの気相組成物を変化させる。反応装置10の下流で分析することによって測定されるのは気相組成物であるため、凝結又はめっきは、反応装置10によって判定された実験結果に悪影響を及ぼし得る。
【００６３】
希釈気体を反応装置10に加えることによって、生成物の凝結又はめっきを回避しながら、生成物の分析のための圧力を減少させることが可能になる。図３に示されるように、希釈気体は、ヘッダー14の希釈気体取入口52を通って流入し、レセプタクル22のフランジ98内のカット・アウト部102を通り抜け、そこで希釈気体は、レセプタクル22と筐体12の主要部38の間の流体経路68に流れ込み、その結果触媒24を迂回する。流体経路68は、希釈気体取入口52と希釈気体混合ゾーン110で連通している。図３に示されるような、筐体12と流体経路68としてのレセプタクル22、又は筐体12とレセプタクル22の間の直径の差は、それらの間に小さな許容範囲を有することができ、筐体12とレセプタクル22のうちいずれかの溝部又はチャネルは、流体経路68を形成することができる。溝部又はチャネル（図示せず）は、希釈気体及び蒸発ゾーン18及び反応ゾーン26の間により効率的な熱伝導を提供することができる。望ましくは、液体供給原料、気体供給原料及び希釈気体のための取入口はすべて流体を装置内へ同一の一般的な位置に導入する。しかし、希釈気体は、混合ゾーン110と連通する別個の導管のようないずれかの方法によって混合ゾーン110へ流入することが可能である。
【００６４】
希釈気体は生成物及び反応を起こしていない供給原料を反応ゾーン26の下流の混合ゾーン110で希釈し、その結果、凝結、めっき及び／又はその結果生じる設備の汚損を避けるために反応器処理液中の望ましくない微量の副生成物の濃度及び分圧を下げる。希釈気体は、生成物ストリームと、反応ゾーン26の下流のいずれの地点でも混合することができるが、好ましくは希釈気体は、生成物導管40が反応加熱器108を出る前に混合させられる。
【００６５】
希釈気体は、生成物ストリームと混合することができるいずれの気体でもよく、その気体は、生成物又は反応を起こしていない供給原料の凝結、めっきを避けるために生成物を希釈し、分圧を抑制する。好ましくは供給原料気体は希釈剤としての役割を果たして、共有の貯蔵部からの供給を可能にする。液体供給原料及び気体供給原料と同様に、希釈気体は、生成物気体が混合された各成分の量が既知であるように、反応装置10へ一定量で既知の組成物と共に導入される。
【００６６】
９．サンプリングと分析
反応装置10が、触媒の活性及び／又は選択性を判定することによって触媒を評価するために用いられる場合、生成物導管40を通って流れる生成物気体の少なくとも一部が分析器112によって分析され、その化学組成を判定する。１つの実施の形態で、生成物の一部は、分析器112による分析の前にサンプリングされる。従って、分析器は参照番号112の位置に配置されることが可能であり、あるいは生成物の一部を分析器へ別の地点で導く出入口が参照番号112の位置に配置されることが可能である。生成物導管40内の生成物の流速も通常測定される。分析器112は、各生成物気体組成物を判定するためのいずれの方法でも用いることができるが、好ましくは以下の分析技術のうち１つを用いる；分光法、分光分析、クロマトグラフィー、核磁気共鳴、又はそれらの組み合わせ。
【００６７】
10．冷却器を用いる別の実施の形態
封止体28,30の両方は通常、反応装置10へ流入する多くの液体供給原料の泡立ち点未満の最大限界温度を有する。反応装置10の別の実施の形態で、図５に示されるように、冷却器114は、封止体28,30をそれらの最大限界温度以下に維持する。冷却器114は、好ましくは封止体28,30の両方に隣接し、図５は、加熱器20とヘッダー14の間の筐体12に隣接するその配置を示す。
【００６８】
冷却器114は、望ましい封止体の温度を維持するために必要な熱を取り除くことができるいずれのタイプでもよく、好ましくはプレート116内の導管を通って流れる水で冷却されるプレート熱交換器である。プレート116は、いずれの熱伝導物質で構成されてもよいが、アルミニウムが好ましい。１つの実施の形態で、冷却器114のプレート116の厚みは１cmであり、プレート116内の冷却水導管（図示せず）は0.1588 cmである。
【００６９】
Ｂ．反応器内の蒸発及び反応のプロセス
反応装置10が液体供給原料を蒸発させ、その結果生じる蒸気を触媒24の存在下で反応させることによる1つのプロセスには、蒸発ゾーン18内のパッキング76を提供するステップと、反応ゾーン26の触媒24を提供するステップと、液体供給原料を蒸発ゾーン18へ注入するステップと、液体供給原料を蒸発ゾーン18内で加熱、蒸発させて蒸気を形成するステップと、その蒸気を反応ゾーン26へ流動させるステップと、そしてその蒸気を触媒24に所定の反応条件で接触させて生成物を形成するステップとを含んでいる。いくつかの場合に、気体供給原料は、気体供給原料と蒸気の両方が触媒24に反応ゾーン26で接触し、反応して生成物を形成するように、反応装置10へ導入されることもできる。
【００７０】
１つのプロセスで、触媒レセプタクル22は、触媒24が反応ゾーン26内にあるように、レセプタクル22が反応装置10内に配置されている筐体12内で蒸発した供給原料を反応させるための触媒24を含んで配置され；挿入部16は、パッキング76が蒸発ゾーン18内にあるように、挿入部16がレセプタクル22内に配置されている蒸発供給原料のための表面部82を有するパッキング76を含んで配置され；上記液体供給原料は蒸発ゾーン18へ注入器48を通って一定量注入され、そこで上記液体供給原料はヘッダー14を通って挿入部16へ送られる。次に、液体供給原料は、注入器48のオリフィス66を通って、パッキング76によって形成される床部78へ注入され、パッキング76の表面部82上に液体薄膜84を形成する。蒸発加熱器20は、液体供給原料をオリフィス66で、又はその近傍で加熱して、蒸発ゾーン18内に蒸気を形成する。パッキング76は、オリフィス66とパッキング76の間に形成された間隙90を提供し、小滴形成を妨げる。もとは液体で、今は床部78内で気化した供給原料は、流体浸透部材80を通って、反応ゾーン26へ流れる。反応装置10へ流れるいずれの液体供給原料も、好ましくはヘッダー14を通って挿入部16を介して一定量でオリフィス66の上流のある地点で流入する。液体供給原料は蒸気と蒸発ゾーン18で混合し、それは反応ゾーン26へ同一の経路をとるので、蒸気にとって搬送気体としての役割を果たす。
【００７１】
反応加熱器108は、気化した炭化水素供給原料、あらゆる気体供給原料及び触媒24を所定の反応温度まで反応ゾーン26で迅速に加熱する。熱電対54は、常に反応ゾーン26の温度を測定し、反応加熱器108の設定を制御することができる。蒸気及びあらゆる液体供給原料を触媒24と接触させることによって、少なくとも１つの反応が起こり、生成物、副生成物及び反応を起こしていない供給原料の生成混合物が生成される。その後、生成混合物は、反応ゾーン26から流体浸透部材104を通って生成物導管40へ流れ、そこで生成混合物は、反応装置10の外へ運び出される。図６は、生成混合物の少なくとも一部をサンプリング及び分析し、好ましくは分光法、分光分析、クロマトグラフィー、核磁気共鳴、又はそれらの組み合わせによってその化学組成を判定する分析器112を示す。
【００７２】
別の実施の形態で、反応加熱器108は、蒸発ゾーン18のパッキング76を加熱することもできる。パッキング76を反応加熱器108で加熱することによって、パッキング76中に勾配を確立することができる。反応ゾーン26とパッキング76の間の距離に関して反応加熱器108の配置を調整することによって、パッキング76の加熱を制御することができる。
【００７３】
必要に応じて、希釈気体が、好ましくは触媒24との接触を回避するように、希釈気体が流体浸透部材104を通り抜けた後に、希釈気体は、混合ゾーン110で生成混合物を希釈する。希釈気体は、生成物導管40の混合ゾーン110で生成混合物と迅速に混合し、希釈された生成混合物を形成する。その後、希釈された生成混合物の少なくとも一部は分析器112に流入することができる。
【００７４】
Ｃ．一連の複数の反応装置
２台以上の並列動作する反応装置10から成る一連120の反応装置10の使用によって、その有用性の最大の範囲が提供される。一連120の反応装置10の並列動作によって、いくつかの異なる反応条件での同じ触媒の実験、複数の異なる触媒の実験、複数の供給原料の触媒との実験、又はそれらの組み合わせが可能になる。各触媒24の活性及び選択性を種々の条件で算出することによって、当該の反応に対する最も効果的な触媒及び最適条件を示すことができる。
【００７５】
図６は、２台以上の反応装置10から成る一連120の反応装置を示す。一連120の反応装置10のそれぞれは、反応装置10に関して上に述べられたすべての要素を有している。一連120の反応装置10は、種々の反応条件で作動することができる。一連120の反応装置は、複数の独立した加熱器を用いることができるが、図６は、各反応装置10について注入器48のオリフィス66で液体供給原料を加熱するための各筐体12のそれぞれの外表面92と連結された１つの蒸発加熱器20を示す。
【００７６】
一連120の反応装置10は、共通の液体供給原料、気体供給原料及び希釈気体が一連120の反応装置10のそれぞれへ流入するように、同じ反応装置が作動するよう配置される。液体供給原料、気体供給原料及び希釈気体は、反応装置10が並列して作動し、いくつかの触媒24、又はいくつかの反応条件を同時に評価できるように、反応装置10へ流入する。
【００７７】
複数の筐体12は、原料の単一のトレー又は塊から形成することができる。好ましくは個々の筐体12が破損又は交換のために必要に応じて取り替えることができるように、その筐体12は自立構造単位体である。複数の個別の筐体12を操作するのではなく、すべての単位体の組立てを取り扱うために好都合な単一の単位体として、複数の筐体12が動くことができるように、共通の下端支持部122が筐体12を保持する。また、ロボット工学は単一のトレーを操作するのにより容易に適合している。必ずではないが、各筐体12及び一連120の挿入部16は、好ましくは先に述べられたような原料と一般に同じ原料でつくられる。
【００７８】
一連120の筐体12のそれぞれは、上に述べられたような特徴を持つ、対応する挿入部16及びヘッダー14を有する。対応する挿入部16が筐体12の内部に配置されて、一連120の複数の反応装置10を取り囲むように、好ましくは各ヘッダー14は先端支持部126に接続される。先端支持部126は、ただ１つの単位体としての好都合な動きのために複数のヘッダー14及び挿入部16と接続する。筐体12の下端支持部122との接続、及びヘッダー14の先端支持部126との接続によって、複数のヘッダー14と挿入部16を単体として組み立てることも可能になり、その結果、一連120の反応装置10の組立てが１段階でできる。必要というわけではないが、一連120の反応装置10の各ヘッダー14と挿入部16は、好ましくは先に述べられた原料から選択されたタイプの原料から、より好ましくは対応する筐体12と同じ原料からつくられる。
【００７９】
先端支持部126及び下端支持部122は、個々のヘッダー14及び筐体12をいくつでも接続するために提供することができる。例えば、先端支持部126又は下端支持部122は、６、８、12、24、48、96又は384個のヘッダー14又は筐体12と接続することができる。ヘッダー14又は筐体12の数は、特定の先端又は下端支持部の全受容能力を満たす必要はない。例えば、48個のヘッダー14を保持することができる先端支持部126は、24個のみを支持してもよい。同様に、一連120の反応装置10の数は、望まれる筐体12の数を下端支持部122に単に足したり引いたりすることによって変えることができる。
【００８０】
先端支持部126は、望まれる所定のパターンに複数の挿入部16を支持することができるいずれの形状又は構成でもよいが、先端支持部126は、それぞれがヘッダー14に対応する孔部を有するプレートであることが好ましい。図６及び図７は、一般に平面的な表面部128などの先端支持部126のプレートを示す。
【００８１】
先端支持部126及び下端支持部122は、いずれの適切な原料でつくられてもよい。これらには、筐体、挿入部などのための先に述べられた原料などがあり、加えてテフロン（登録商標）・ポリマー、ナイロン、及びポリエチレンのような低温プラスチック、及びポリプロピレンなどである。好ましくは先端及び下端支持部は、それらが一連120の反応装置10の作動期間中実質的に平面を維持するように、トルクによるねじれに抵抗する。先端及び下端支持部のための好ましい材料は、０℃から1000℃の温度に耐えるものである。
【００８２】
先端支持部126及び下端支持部122は、望まれる所定のパターンに複数の筐体12を支持することができるいずれの形状又は構成でもよい。通常先端及び下端支持部は、各ヘッダー14又は筐体12のいずれかのために孔部を有するプレートである。図６及び図７は、一般に平面的な表面部124などの下端支持部126のプレートを示す。
【００８３】
先端及び下端支持部は、通常ヘッダー14を挿入部16及び筐体12で格子型パターンに保持するが、上記支持部は幾何パターンをいくつでも用いることができる。好ましくは先端及び下端支持部は、一般によく用いられるマイクロ・タイター・トレーの大きさと同様の大きさを有する。
【００８４】
一式の筐体12と対応する挿入部16のそれぞれは、先に述べられたタイプの対応するレセプタクル22を有する。一連120の反応装置10でのその使用以外に、各反応装置10は、先に述べられたのと同じ方法で組み立てられ、好ましくは筐体12又は挿入部16、又はその両方と同じ原料からつくられる。
【００８５】
その最大の有用性を十分実現するため、一連120の反応装置10は、それを迅速に組立て、分解するための装置を含んでいる。封止体28,30は、反応装置の部品同士及び反応装置10とその周囲環境の間の漏れをさらに防止しながら、各反応装置10の迅速な組立てを可能にすることによって、この迅速な接続を助ける。封止体28,30は複数の反応装置10を同時に封止する。迅速接続システム130は、さらに水平面の高精度を確保しながら、先端支持部122及び下端支持部126を持ち上げるための装置及び方法を提供し、封止体28,30が各反応装置10で効果的に封止することを可能にする。迅速接続システムは、筐体支持部122又は安定支持部126の1つをその他残りの静止部で昇降させることができ、あるいは単一又は複数の迅速接続システムは、両支持部122,126を望まれるとおりに持ち上げ、及び／又は降ろすことができる。
【００８６】
図７は、各ロッドの下端にホイール136を有する１組の２本のネジ込みガイド・ロッド132を有する迅速接続システム130の実施の形態を示す。各ロッドは、ガイド・リング134によって形成されるネジ穴140、及び吊り輪136によって形成される穴142を通って伸びる。ガイド・リング134は、挿入部支持部126に連結し、そこから離れて伸びる。静止支持部144は、ガイド・ロッド132が回転しながら、静止リング136が動かないように固定する。静止リング136は、挿入部支持部126が、ガイド・ロッド132の代わりに昇降されるように、静止リング136が回転しながら、ガイド・ロッド132を所定の位置に保持する。支持部144は、静止リング136を保持し、筐体支持部122を支持するアンカー146を保持する。ガイド・ロッド132の同期された回転は、回転の方向に応じて挿入部支持部126を昇降する。挿入部支持部126の垂直方向の昇降は、支持部126の各挿入部16がその対応する筐体12−レセプタクル22の組み合わせへ降ろされる場合に、各反応装置10の封止体28,30が確実に同時に嵌合することが好ましい。表面部128が表面部124と平行を保てない場合、一連120の反応装置10のすべてが封止されるわけではなく、及び／又は封止体28,30のそれらに対応する反応装置10内での締付け又は連結は、挿入部16がそれらに対応する筐体12内に突き刺さることを可能にするであろう。ガイド・ロッド132、ガイド・リング134及び静止リング136は、Rexroth Bosch Groupのカタログ番号S 151101900、S 151201023、S 150600010及びS 159111020として入手可能である。
【００８７】
一連120の反応装置10は、反応装置10に供給原料液体及び気体を貯蔵するための貯蔵部の必要性を減らすこともできる。１つの液体供給原料貯蔵部150及び１つの気体供給原料貯蔵部152は、それらが同じ液体及び気体供給原料に同じ反応をするので一連で、それぞれ液体及び気体供給原料を反応装置10へ導入することができる。貯蔵部152は、それが気体供給原料と同じ気体で一連で、希釈気体も供給することができ、そうでない場合は、第３の貯蔵部が希釈気体を一連120の反応装置10へ供給することができる。
【００８８】
一連120の反応装置10のそれぞれは、各生成物導管40からの生成物のサンプリング及び分析を用い、通常は触媒の活性と選択性を判定することによって触媒を評価する。分析器112は、先に述べられた分析技術を用いて、生成物導管40から回収された試料の組成やその他の特性を判定することができる。
【００８９】
一連120の反応装置10は、先に述べられたタイプの反応加熱器108を同じ方法で用いることもできる。図６は、すべての反応装置10に対してただ１つの反応加熱器108を有する一連120の反応装置10を示すが、その代わりに、一連120の反応装置10が異なる温度に保たれるように、又は複数の反応装置が複数の加熱器から熱を受け取ることができるように、各反応装置10がそれ自身の反応加熱器108を有することもできる。
【００９０】
Ｄ．一連の反応装置における蒸発と反応のプロセス
液体供給原料を蒸発させ、その結果生じた蒸気を触媒24の存在下で一連120の各反応装置10内で反応させるプロセスは、個々の反応装置10について述べられたプロセスを辿り、特に述べられた場合を除いて同様である。一連120の反応装置10に関して、液体供給原料は、一連120の反応装置10が平行して作動するように、注入器48を通って複数の蒸発ゾーン18のそれぞれへ同時に流入する。蒸発加熱器20は、一連120の反応装置10に熱を供給する。生成された蒸気及びその他の供給原料成分は、流体浸透部材80を通って、ただ１つの反応加熱器108又は複数の反応加熱器108によって制御される温度を有する反応ゾーン26へ流入する。複数の熱電対54は、触媒24の温度を各反応ゾーン26でモニターし、単一又は複数の反応加熱器108の設定を制御する。希釈又は非希釈生成物気体ストリームは、化学組成のサンプリング及び分析のために反応装置10から生成物導管40を通って広がり、各触媒24について活性、供給原料転化、主要生成物、及び副生成物の選択性と収量を判定する。
【００９１】
本発明のいくつかの利点は容易にはっきりと理解される。蒸発ゾーンによって、液相供給原料がガス状流体として多種多様なタイプの処理ゾーンへ供給されるので、蒸発ゾーンは多目的に使える。異なる相の供給原料を混合し、ガス状混合物として処理ゾーンへ供給することができる。例えば、液相供給原料は気化され、気相供給原料と組み合わされて、ガス状混合物の連続供給を形成することができる。同じプロセス容器に配置された蒸発ゾーンと反応ゾーンの両方に関して、ガス状供給原料を、ヒート・トレース導管を通じて運搬するいずれの必要性も排除されており、その結果、反応ゾーンに入る前に、ガス状混合物から液化する供給原料成分生成の可能性が最小限に抑えられる。特に、本発明の蒸発ゾーンは、封止体を用いて簡単迅速に組立て及び分解することが可能なプロセス容器内に配置することができる。液体供給原料の蒸発は、プロセス容器の容易な組立てを可能にする封止体を損なうことなく達成される。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明による反応装置の分解側面図である。
【図２】挿入部の平面図である。
【図３】組み立てられた反応装置の横断側面図である。
【図４】注入器のオリフィス及びパッキングの側面拡大図である。
【図５】別の組み立てられた反応装置の側面図である。
【図６】組み立てられた一連の反応装置の側面図である。
【図７】一連の反応装置及び迅速連結システムの透視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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