(57)【要約】【課題】固定床反応器を用いる流通反応において、反応管入口付近の反応割合を制御し、当該反応帯域の触媒に偏った負荷を軽減し、触媒層全体に負荷を分散することが可能な、反応熱制御用構造物の設計方法および該反応熱制御用構造物の反応管内部への設置方法を提供する。【解決手段】管径および管長の異なる複数の円管の端部を同一面に揃え、外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で同心円状に配置してなる形状を有する反応管内に設置して用いる反応熱制御用構造物の設計方法であって、触媒を充填した構造物未設置の反応管を用いて反応を行なった際の触媒層温度と熱媒温度との最大温度差をΔＴｍａｘ（℃）、当該ΔＴｍａｘを示す触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ（ｍｍ）としたとき、該反応熱制御用構造物を構成する管の管長を前記Ｌの値を基準に決定し、該反応熱制御用構造物を構成する管の管径を前記ΔＴｍａｘの絶対値を基準に決定することを特徴とする反応熱制御用構造物の設計方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
管径および管長の異なる複数の円管の端部を同一面に揃え、外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で同心円状に配置してなる形状を有する反応管内に設置して用いる反応熱制御用構造物の設計方法であって、
触媒を充填した反応管熱制御用構造物が未設置の反応管を用いて反応を行なった際の触媒層温度と熱媒温度との最大温度差をΔＴｍａｘ（℃）、当該ΔＴｍａｘを示す触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ（ｍｍ）としたとき、
該反応熱制御用構造物を構成する管の管長を前記Ｌの値を基準に決定し、該反応熱制御用構造物を構成する管の管径を前記ΔＴｍａｘの絶対値を基準に決定することを特徴とする反応熱制御用構造物の設計方法。
【請求項２】
前記ΔＴｍａｘの半分の値をΔＴ１／２（℃）、当該ΔＴ１／２を示す最も触媒層入口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ１（ｍｍ）、最も触媒層出口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ２（ｍｍ）としたとき、
前記反応熱制御用構造物を構成する最大径管（第１番目の管）の管長が、Ｌ２−Ｌ１の０．７〜１．５倍とし、かつ、
前記反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、第ｎ番目の管の表出部管長が、ｎ−１番目の管の表出部管長の０．２〜０．７倍とすることを特徴とする請求項１に記載の反応熱制御用構造物の設計方法。
【請求項３】
前記反応熱制御用構造物を構成する最大径管の管径を、ΔＴｍａｘの絶対値が１５０℃以上の場合は、反応管内径よりも８ｍｍ〜２０ｍｍ小径とし、ΔＴｍａｘの絶対値が１００℃以上、１５０℃未満の場合は、反応管内径よりも１４ｍｍ〜２６ｍｍ小径とし、ΔＴｍａｘの絶対値が１００℃未満の場合は、反応管内径よりも２０ｍｍ〜３２ｍｍ小径とし、かつ、前記反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、第ｎ番目の管の外径と第ｎ−１番目の管の内径の差を０．５ｍｍ〜２０ｍｍとし、かつ、前記反応熱制御用構造物を構成する管の厚さを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載の反応熱制御用構造物の設計方法。
【請求項４】
前記反応熱制御用構造物の最小径管の内径より小さい外径を有する反応管の長さよりも５０〜１００ｍｍ長い金属棒状体の端から、他方の端に向けて０〜Ｌ（ｍｍ）の位置および当該位置よりもさらに前記反応熱制御用構造物の最大管長に３０〜５０ｍｍ加えた位置に、反応管内壁に届く２〜４本の等長枝を等角度で設けた構造物設置用治具で該反応熱制御用構造物を支持したのち、反応管内部の任意の位置に挿入することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反応熱制御用構造物の設置方法。
【請求項５】
前記反応熱制御用構造物の最大径管が存在する側の端部が反応ガス入口側になるように前記金属棒状体の０〜Ｌ（ｍｍ）間の任意位置に設置することを特徴とする請求項４に記載の反応熱制御用構造物の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多管式熱交換型反応器を用いて行う発熱または吸熱を伴う接触反応において、反応管入口付近での反応割合を抑制し、反応管入口付近の触媒への負荷の偏りを抑制し、局所的高温部または局所的低温部の発生を防ぐ機能を有する反応熱制御用構造物を最適に設計する方法、および反応管内の最適位置に該反応熱制御用構造物を設置する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不均一系固体触媒に反応原料を連続的に接触させて行う固定床流通反応において、その反応が発熱または吸熱を伴う場合には、通常、多管式熱交換型反応器が用いられる。
特に、発熱の大きい気相酸化反応（例えば、エチレンの酸化によるエチレンオキサイドの製造、プロピレンの酸化によるアクロレインおよびアクリル酸の製造、イソブチレンの酸化によるメタクロレインおよびメタクリル酸の製造またはベンゼンの酸化による無水マレイン酸の製造等）あるいは吸熱の大きい気相脱水反応（例えば、モノエタノールアミンの脱水によるエチレンイミンの製造またはＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの脱水によるＮ−ビニル−２−ピロリドンの製造等）を工業的に実施する際には、多管式熱交換型反応器が用いられている。
【０００３】
工業的に用いられる多管式熱交換型反応器は、固体触媒を充填する内径２０〜５０ｍｍ、長さ１〜２０ｍの反応管を数千本から数万本備えており、それら反応管が熱媒体と接触することによって反応に係る熱の除去あるいは供給をおこなう仕組みとなっている。通常、多管式熱交換型反応器の熱媒体は反応管が接触する全域で可能な限り均一温度になる様に設計されているため、反応原料濃度の高い反応管入口付近の触媒への負荷が大きくなり、反応管入口から出口にかけて触媒の劣化度合いに大きな偏りが生じ、所望の反応成績を維持できなくなる時期を早める場合がある。
発熱反応の場合は反応管入口付近の除熱が不充分となり、触媒層温度が上昇し、副反応の増加を招くばかりでなく触媒の損傷や反応の暴走を招く危険性もある。吸熱反応の場合は反応管入口付近の熱供給が不充分となり、転化率の低下を招く。
【０００４】
工業的に実施される気相接触反応の多くは、触媒に蓄積した炭素質を定期的に燃焼除去して触媒を再生する工程を含んでおり、その場合も炭素質の蓄積が多い反応管入口付近の燃焼熱の除去が不充分となり、触媒層温度の上昇による触媒損傷を招く場合がある。通常は、その温度上昇を回避するために低酸素濃度で徐々に炭素質を燃焼させるため、触媒再生に長時間を要する。
反応管入口付近でのホットスポットまたはコールドスポットの発生を抑制する方法として、特許文献１には端部および／または途中から他方の端部に向けて連続的、不連続的および／または段階的に体積が減少する形状を有し、流体が通過可能な反応管用充填物を反応管内部に設置する技術が開示されている。また、原料流体の通過量をより精密に制御する場合は、管径および管長の異なる円管を束ねた構造であって、外周部から中心部に向けて、管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で同心円状に配置した構造の反応管用構造物を用いても良いとされている。しかしながら、該構造物の設計方法や反応管内部への設置方法に関しての開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６８６４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は反応器を用いる反応において、反応管入口付近の反応割合を制御し、局所的反応熱発生を抑制することが可能な、反応熱制御用構造物の設計方法および該反応熱制御用構造物の反応管内部への設置方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ホットスポットまたはコールドスポット部の発生を避ける目的で反応管内部に設置する反応熱制御用構造物の形状およびサイズ等を最適設計する方法および当該構造物の反応管内部への設置方法について鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。
【０００８】
以下、本発明を示す。
［１］管径および管長の異なる複数の円管の端部を同一面に揃え、外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で同心円状に配置してなる形状を有する反応管内に設置して用いる反応熱制御用構造物の設計方法であって、
触媒を充填した反応熱制御用構造物が未設置の反応管を用いて反応を行なった際の触媒層温度と熱媒温度との最大温度差をΔＴｍａｘ（℃）、当該ΔＴｍａｘを示す触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ（ｍｍ）としたとき、
該反応熱制御用構造物を構成する管の管長を前記Ｌの値を基準に決定し、該反応熱制御用構造物を構成する管の管径を前記ΔＴｍａｘの絶対値を基準に決定することを特徴とする反応熱制御用構造物の設計方法。
【０００９】
［２］前記ΔＴｍａｘの半分の値をΔＴ１／２（℃）、当該ΔＴ１／２を示す最も触媒層入口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ１（ｍｍ）、最も触媒層出口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ２（ｍｍ）としたとき、
前記反応熱制御用構造物を構成する最大径管（第１番目の管）の管長が、Ｌ２−Ｌ１の０．７〜１．５倍とし、かつ、
前記反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、第ｎ番目の管の表出部管長が、ｎ−１番目の管の表出部管長の０．２〜０．７倍とすることを特徴とする上記［１］に記載の反応熱制御用構造物の設計方法。
【００１０】
［３］前記反応熱制御用構造物を構成する最大径管の管径を、ΔＴｍａｘの絶対値が１５０℃以上の場合は、反応管内径よりも８ｍｍ〜２０ｍｍ小径とし、ΔＴｍａｘの絶対値が１００℃以上、１５０℃未満の場合は、反応管内径よりも１４ｍｍ〜２６ｍｍ小径とし、ΔＴｍａｘの絶対値が１００℃未満の場合は、反応管内径よりも２０ｍｍ〜３２ｍｍ小径とし、かつ、前記反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、第ｎ番目の管の外径と第ｎ−１番目の管の内径の差を０．５ｍｍ〜２０ｍｍとし、かつ、前記反応熱制御用構造物を構成する管の厚さを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の反応熱制御用構造物の設計方法。
【００１１】
［４］前記反応熱制御用構造物の最小径管の内径より小さい外径を有する反応管の長さよりも５０〜１００ｍｍ長い金属棒状体の端から、他方の端に向けて０〜Ｌ（ｍｍ）の位置および当該位置よりもさらに前記反応熱制御用構造物の最大管長に３０〜５０ｍｍ加えた位置に、反応管内壁に届く２〜４本の等長枝を等角度で設けた構造物設置用治具で該反応熱制御用構造物を支持したのち、反応管内部の任意の位置に挿入することを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載の反応熱制御用構造物の設置方法。
【００１２】
［５］  前記反応熱制御用構造物の最大径管が存在する側の端部が反応ガス入口側になるように前記金属棒状体の０〜Ｌ（ｍｍ）間の任意位置に設置することを特徴とする上記［４］に記載の反応熱制御用構造物の設置方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることで、反応管入口付近の触媒への負荷の偏りに起因する諸問題を解消する効果を有する反応熱制御用構造物が、最適に設計でき、該構造物を反応管内の最適位置に設置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）本発明の反応熱制御用構造物の一態様である。    （ｂ）本発明の応熱制御用構造物を反応管内部に設置する際に用いる治具の一態様である。    （ｃ）本発明の応熱制御用構造物を反応管内部に設置し、触媒を充填した反応管内部の状態を表す断面図である。
【図２】本発明の実施例１における反応熱制御用構造物を設置しない場合の触媒層長とΔＴの関係を示した図である。
【図３】本発明の実施例１における反応熱制御用構造物を設置した場合の触媒層長と触媒層温度の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施例２における反応熱制御用構造物を設置した場合の触媒層長と触媒層温度の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の反応熱制御用構造物の設計方法および設置方法は、該反応熱制御用構造物を設置していない反応管を用いて目的反応を定常的に連続して行うことが可能な触媒層上限温度が出現する位置およびその値を基準にして成り立つ。より詳しくは、反応熱制御用構造物が未設置の反応管を用いて反応を行なった際の触媒層温度と熱媒温度との最大温度差をΔＴｍａｘ（℃）、当該ΔＴｍａｘを示す触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ（ｍｍ）としたときに、該反応熱制御用構造物を構成する管の管長を前記Ｌの値を基準とし、該反応熱制御用構造物を構成する管の管径を前記ΔＴｍａｘの絶対値を基準とすることで成り立つ。
【００１６】
本発明の反応熱制御用構造物の設計方法は、管径および管長の異なる円管の端部を同一面に揃え、外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で同心円状に配置してなる形状を有する反応熱制御用構造物の最適構造を決定する際に用いられる。好ましくは、該反応熱制御用構造物を構成する管の管長は、前記ΔＴｍａｘの半分の値をΔＴ１／２（℃）、当該ΔＴ１／２を示す最も触媒層入口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ１（ｍｍ）、最も触媒層出口から近い触媒層位置の触媒層入口からの距離をＬ２（ｍｍ）としたとき、その間の距離すなわちＬ２−Ｌ１に基づいて決定する。
【００１７】
具体的には、該反応熱制御用構造物を構成する最大径管の管長は、前記Ｌ２−Ｌ１の０．７〜１．５倍とするのが好適であり、より好ましくは０．８〜１．３倍である。この長さが過剰の場合は、反応が必要以上に抑制され生産性を低下させ、この管長が不足の場合は、反応熱制御効果が不十分となる。さらに、前記反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、第ｎ番目の管の表出部管長が、ｎ−１番目の管の表出部管長の０．２〜０．７倍とするのが好適であり、好ましくは０．３〜０．５倍である。ここで、表出部管長とは、ｎ番目の管全長からｎ−１番目の管全長を差し引いた部分の管長を表す。ただし、最大径管（第１番目の管）については管全体が表出しているため、表出部管長は管全長に等しい。
【００１８】
この表出部管長が過剰の場合は、反応が必要以上に抑制され生産性を低下させ、この表出部管長が不足の場合は、反応熱制御効果が不十分となる。なお、Ｌ１およびＬ２は、目的反応を定常的かつ連続して行うことが可能な触媒層上限温度が出現する条件において温度分布を測定した後、測定点間を滑らかな曲線で結んだグラフを作成し、グラフ上からΔＴ１／２（℃）となる位置を読み取ることにより決定する。なお、該反応熱制御用構造物を構成する管の数ｎは、反応管径にもよるが２〜５であり、好ましくは３〜４である。ｎ数は５より増やしても、その効果はそれ以上変わらない。
【００１９】
該反応熱制御用構造物を構成する最大径管の外径は、前記ΔＴｍａｘの絶対値を基準にして決定する。ΔＴｍａｘの絶対値が１５０℃以上の場合は、反応管内径よりも８〜２０ｍｍ小径とし、好ましくは１０ｍｍ〜１８ｍｍ小径とする。ΔＴｍａｘの絶対値が１００〜１５０℃の場合は、反応管内径よりも１４ｍｍ〜２６ｍｍ小径とし、好ましくは１６ｍｍ〜２４ｍｍ小径とする。ΔＴｍａｘの絶対値が１００℃以下の場合は、反応管内径よりも２０ｍ〜３２ｍｍ小径とし、好ましくは２２ｍｍ〜３０ｍｍ小径とする。上記の数値は、最大径管の外壁と反応管の内壁の距離に相当するため、充填する触媒のサイズも勘案して選択する。当然ながら、最大径管の外壁と反応管内壁の間隔は、触媒サイズよりも大である必要があり、最大径管の外径は用いる反応管のサイズと触媒サイズなども勘案して決定される。該反応熱制御用構造物を設置する反応管の内径としては、２０〜１００ｍｍ、好ましくは２５〜５０ｍｍである。前記最大径管の外径が過剰の場合は、反応が必要以上に抑制されることによる生産性の低下や、触媒が反応管途中に引っ掛かることによる不均一充填をまねく可能性が高くなる。また、この径が不足の場合は、反応熱制御効果が不十分となる。該反応熱制御用構造物を構成する管の本数がｎ本（ｎ＝２〜５の整数）であり、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい内側に存在する管であって管径が小さくなる順に第２番目〜第ｎ番目の管としたとき、最大径管（第１番目の管）より管径の小さい第２番目以降、すなわち第ｎ番目の管の外径と第ｎ−１番目の管の内径の差は０．５ｍｍ〜２０ｍｍが好適であり、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍである。該反応熱制御用構造物を構成する管の厚みは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍが好適である。
【００２０】
該反応熱制御用構造物の材質は、反応温度において耐熱性を有するものであれば特に制限はなく、ＳＵＳ等の金属やセラミックスを用いることができる。
該反応熱制御用構造物の反応管内部への設置位置は、該反応熱制御用構造物の最大径管が存在する側の端部を０〜Ｌ（ｍｍ）、好ましくは前記Ｌ１〜Ｌ（ｍｍ）間の任意位置である。
【００２１】
該反応熱制御用構造物の設置方法は、反応熱制御用構造物の最小管径より小さい外径を有し、設置する反応管の長さよりも５０〜１００ｍｍ長い金属棒状体の端から、他方の端に向けて０〜Ｌ（ｍｍ）の位置および当該位置よりもさらに構造物全長に３０〜５０ｍｍ加えた位置に、反応管内壁に届く２〜４本の等長枝を等角度で設けた構造物設置用治具で該構造物を支持したのち、反応管内部の任意の位置に挿入する。ここで、前記した等長枝とは、反応管内壁に届く長さを有し、線径が０．１〜１ｍｍの金属線からなる構造体である。該等長枝は、反応熱制御用構造物の最小管径の内部を通過可能な形状を有し、最小管径の内部を通過後に形状を復元可能なバネ弾性を有することが好ましい。
【００２２】
そして、反応熱制御用構造物を支持した金属棒状体を反応管内部に挿入した後、触媒を該反応熱制御用構造物の下部、側部および上部に偏りなく充填する。反応熱制御用構造物の下部にも触媒を充填する場合は、その必要量を先に充填した後に該反応熱制御用構造物を反応管上部より挿入し、残りの触媒を充填してもよい。構造物設置用治具は、反応管内部に残置することも除去することもできる。該反応熱制御用構造物は、その周囲に触媒が充填されると所定位置に固定されるので、必要に応じて構造物設置用治具を引き抜くことで除去することができる。引き抜く場合、予め等長枝は金属棒状体から容易に取り外すことができる程度で固定しておき、引き抜いた後に反応管内部に残るようにしてもよい。
【００２３】
また、当該設置用治具に用いる金属棒状体は片末端を閉じた金属パイプでも良く、温度計保護管を兼用することもできる。
上記の設置方法は、反応流体が上方向流の場合の説明であるが、反応流体が下方向流の場合も同様にして設置位置を決定した後、該反応熱制御用構造物の最大径管と反応管内壁の間隙から触媒を充填すれば所望の充填状態にすることできる。
【００２４】
以下に本発明の反応熱制御用構造物の使用実施例を示し説明する。しかし本発明はこの実施態様のみによって発明の範囲を規制するものではない。
本発明の反応熱制御用構造物を設置する反応器としては特に限定されないが、固定床反応器が好ましく、固定床熱交換型反応器がより好ましい。
【００２５】
本発明の反応熱制御用構造物を反応管に設置し、かつ触媒を充填した反応管を用いる反応としては、特に限定されず、発熱または吸熱を伴う反応を挙げることができる。好適には、気相酸化反応または気相脱水反応であり、例えば、ベンゼンの酸化による無水マレイン酸の製造、エチレンの酸化によるエチレンオキシドの製造、プロピレンの酸化によるアクロレインおよびアクリル酸の製造またはイソブチレンの酸化によるメタクロレインおよびメタクリル酸の製造等の発熱の大きい気相酸化反応、あるいはモノエタノールアミンの脱水によるエチレンイミンの製造またはＮ−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリドンの脱水によるＮ−ビニル−２−ピロリドンの製造等の吸熱の大きい気相脱水反応を挙げることができる。本発明の反応熱制御用構造物を充填した反応管に充填される触媒については特に制限は無く、前記した反応において従来公知の触媒を用いれば良い。また触媒の形状についても特に制限はなく、球状、円柱状またはリング状の触媒が用いられる。
【実施例】
【００２６】
以下に本発明を実施例および比較例によって詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
（反応熱制御用構造物の設計）
内径３０ｍｍ、全長１３００ｍｍのステンレス製管に、プロピレン酸化用触媒としてモリブデンとビスマスを主成分とする外径６ｍｍの球型触媒６００ｍｌを充填した後、該反応管を３２０℃の溶融塩浴に浸した。プロピレン５容量％、酸素１２．６容量％、水蒸気７容量％、残りは窒素からなる混合ガスを２４００ＮＬ／ｈの速度で供給することによってプロピレンの酸化を行った。図２に触媒層長とΔＴの関係を示した。触媒層最高温度（４６３℃）は入口から２５０ｍｍ（＝Ｌ）の位置に出現し、ΔＴｍａｘは１４３℃であり、ΔＴ１／２は、入口から９０ｍｍ（＝Ｌ１）および６４０ｍｍ（＝Ｌ２）に出現した。したがって、Ｌ１とＬ２間の距離である５５０ｍｍを基準に反応熱制御用構造物の最大径管の管長を５００ｍｍと決定した。次いで最大径管の管長を基準に第２径管の表出部管長を２００ｍｍとし、第２径管の管長を基準に第３径管の表出部管長を１００ｍｍと決定した。各管の管径は、ΔＴｍａｘ１４３℃を基準に最大径管、第２径管および第３径管をそれぞれ、１２ｍｍ、８ｍｍおよび６ｍｍと決定した。
【００２８】
反応熱制御用構造物は、（１）外径１２ｍｍ、内径１１．４ｍｍ、長さ５００ｍｍ、（２）外径８ｍｍ、内径７．４ｍｍ、長さ７００ｍｍ、（３）外径６ｍｍ、内径５．４ｍｍ、長さ８００ｍｍの各サイズのステンレス管を外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で下端を同一面に揃え、同心円状に配置後、各管をねじ固定して作成した。
【００２９】
（反応熱制御用構造物の設置）
反応熱制御用構造物設置治具の金属棒状体として、長さ１４００ｍｍ、内径２ｍｍ、外径３ｍｍのステンレス製管の下端を溶封し、下端部に触媒支持用目皿を設けた熱電対保護管を用いた。該熱電対保護管を反応熱制御用構造物の第３径管内を貫通させ、目皿上面より上方向１００ｍｍの位置に設けた２本の等長枝に該構造物の下端を接触固定し、目皿より９５０ｍｍ上方にも同じ等長枝を設けた。更に、該反応熱制御用構造物の最大管外面に沿って垂直方向に触媒層温度測定用の温度計保護管（長さ１４００ｍｍ、内径２ｍｍ、外径３ｍｍ）を接続した。その後、反応熱制御用構造物を設置した治具を、反応熱制御用構造物の最大径管が存在する側の端部を下にして反応管上部より反応管下端に到達する位置までに挿入した。図１（ｃ）に反応器の断面図を示した（側部温度計保護管は省略）。
【００３０】
（プロピレンの酸化）
上記の反応管に、反応熱制御用構造物の設計基準を得るために行った反応で用いた触媒と同じ触媒を６１５ｍｌ充填した後、該反応管を３３０℃の溶融塩浴に浸した。プロピレン８容量％、酸素１４容量％、水蒸気５容量％、残りは窒素からなる混合ガスを２４６０ＮＬ／ｈの速度で供給することによってプロピレンの酸化を行った。図３に構造物存在区間の触媒層長と触媒層温度の関係を示した。局所的な高温部が発生せず、触媒層全域で反応が行われていることが明確であり、反応熱制御用構造物が極めて有効に作用していることが分かる。
【００３１】
（実施例２）
（反応熱制御用構造物の設計）
実施例１で得られた値、ΔＴｍａｘ＝１４３℃、Ｌ＝２５０ｍｍ、Ｌ１＝９０ｍｍ、Ｌ２＝６４０ｍｍを反応熱制御用構造物の設計基準とした。反応熱制御用構造物の最大径管の管長を５００ｍｍと決定した。次いで最大径管の管長を基準に第２径管の表出部管長を２００ｍｍとし、第２径管の管長を基準に第３径管の表出部管長を１００ｍｍと決定した。各管の管径は、ΔＴｍａｘ１４３℃を基準に最大径管、第２径管および第３径管をそれぞれ、１０ｍｍ、８ｍｍおよび６ｍｍと決定した。
【００３２】
反応熱制御用構造物は、（１）外径１０ｍｍ、内径９．４ｍｍ、長さ５００ｍｍ、（２）外径８ｍｍ、内径７．４ｍｍ、長さ７００ｍｍ、（３）外径６ｍｍ、内径５．４ｍｍ、長さ８００ｍｍの各サイズのステンレス管を外周部から中心部に向けて管径が段階的に減少し管長が段階的に増大する順序で下端を同一面に揃え、同心円状に配置後、各管をねじ固定して作成した。
【００３３】
（反応熱制御用構造物の設置）
実施例１と同じ反応管の同位置に同様の方法で、上記の反応熱制御用構造物を設置した。
【００３４】
（プロピレンの酸化）
上記の反応管に、反応熱制御用構造物の設計基準を得るために行った反応で用いた触媒と同じ触媒を６６０ｍｌ充填した後、該反応管を３２０℃の溶融塩浴に浸した。プロピレン８容量％、酸素１４容量％、水蒸気５容量％、残りは窒素からなる混合ガスを２６４０ＮＬ／ｈの速度で供給することによってプロピレンの酸化を行った。図４に構造物存在区間の触媒層長と触媒層温度の関係を示した。局所的な高温部が発生せず、触媒層全域で反応が行われていることが明確であり、反応熱制御用構造物が極めて有効に作用していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の方法により設計した反応熱制御用構造物を、本発明の方法により設置して酸化反応または吸熱反応を行なうことにより、高い生産性（高転化率、高選択率、長寿命）で化合物を製造できるので、経済性の面から、その産業上の利用価値は極めて大きい。また、反応の暴走および爆発の危険性を避けることができるため安全性の面からも多大の貢献をなすものである。
【符号の説明】
【００３６】
１．出口側末端
２．第３管
３．第２管
４．最大径管
５．入口側末端
６．金属棒状体
７．等長枝
８．構造物支持治具
９．反応管出口部
１０．反応管
１１．触媒
１２．反応熱制御用構造物
１３．反応管入口部
１４．目皿
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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