(57)【要約】再燃焼または他の望ましくない下流側の副反応を減少させ、高温にて流動触媒床内で化学反応を実施するために用いることができる新規な反応器装置。一つの用途はアクリロニトリルの製造である。
2007503463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１域および少なくとも１の第２域を含む反応容器と、触媒セパレータ装置と、を具備する反応器装置であって、該第１域は少なくとも１の反応物質用入口を備え、該第２域は該反応容器内に少なくとも部分的に配置されたガスクーラーであってガスクーラーを通過するガスを冷却するに適したガスクーラーを備える、反応器装置。
【請求項２】
第１域、第２域および第３域を含む反応容器と、該反応容器内に少なくとも部分的に配置されたガスクーラーと、触媒セパレータ装置と、を具備する反応器装置であって、該第１域は触媒粒子支持用プレートと、該第１域内で該プレートの上方に位置づけられている反応ガス分配システムと、を含む、反応器装置。
【請求項３】
前記反応容器の水平方向断面は円形である、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項４】
前記第２域は直径が第１域よりも大きい、請求項３に記載の反応容器。
【請求項５】
前記ガスクーラーはシェル・チューブガスクーラーである、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項６】
前記ガスクーラーは、シングルパス上向き流シェル・チューブガスクーラー、シングルパス下向き流シェル・チューブガスクーラー、ツーパス（two-pass）シェル・チューブガスクーラーおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項５に記載の反応器装置。
【請求項７】
前記触媒セパレータ装置は、フィルター、膜、スクリーン、サイクロンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項８】
前記触媒セパレータ装置はサイクロンを具備する、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項９】
前記触媒分離装置は、前記反応容器内に置かれた少なくとも１群の列配置サイクロンを具備する、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項１０】
前記プレートは、格子を通過する複数のホールを具備する格子である、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項１１】
前記格子は、１層の絶縁材料を含む、請求項１０に記載の反応器装置。
【請求項１２】
前記ガス分配システムは、少なくとも１のマニフォールド管と、少なくとも１のマニフォールド管に連結されている複数の分配管と、各分配管に連結されている複数のデリバリ管と、を具備し、マニフォールド管に送られたガスは分配管に流入し、次いでデリバリ管に流入し、デリバリ管から流出する、請求項２に記載の反応器装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１のマニフォールド管は絶縁されている、請求項１２に記載の反応器装置。
【請求項１４】
前記反応ガス分配システムは、少なくとも１のマニフォールド管と、少なくとも１のマニフォールド管に連結されている複数の分配管と、各分配管に連結されている複数のデリバリ管とを具備し、マニフォールド管に送られたガスは分配管に流入し、次いでデリバリ管に流入してデリバリ管から流出し、該デリバリ管は分配管に取り付けられている第１端部と反対側の第２端部とを有し、デリバリ管の第２端部の少なくとも一部は格子内の１個のホールの上方に位置づけられていて、デリバリ管の第２端部の少なくとも一部は格子内の１個のホールから離れて位置づけられている、請求項１０に記載の反応器装置。
【請求項１５】
前記反応容器内で前記格子の下方に位置づけられているスペースと、該スペースにガスを供給するための入口と、をさらに含む、請求項１０に記載の反応器装置。
【請求項１６】
反応容器内で、少なくとも１の反応物質気相成分を固体粒子状触媒物質の存在下で反応させて、少なくとも１の生成物質気相成分を形成する方法であって、
少なくとも１の反応物質気相成分を、触媒物質の存在下で、触媒物質の流動床および少なくとも１の生成物質気相成分を形成する条件下で、接触させる工程と、
生成物質気相成分の少なくとも一部および懸濁している流動床からの粒子状触媒を含む混合物を、反応容器内に少なくとも部分的に配置されているガスクーラーに送る工程と、
該ガスクーラー内で混合物を冷却する工程と、
冷却後に該混合物から懸濁している触媒を分離して、分離された触媒および少なくとも１の生成物質気相成分を含む気相を形成する工程と、
分離された触媒の少なくとも一部を該流動床に戻す工程と、
を含む方法。
【請求項１７】
冷却の前に前記混合物から粒子状触媒の一部を解離させる工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
解離後に、前記混合物は少なくとも約5wt%の粒子状触媒を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
解離後に、前記混合物は約5〜約67wt%の粒子状触媒を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記解離は粒子状触媒の一部を重力により流動触媒床に戻すことにより達成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記解離はフィルター、膜、スクリーン、サイクロンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される触媒分離装置を用いて達成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記触媒分離装置は、少なくとも１のラフカットサイクロンを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記反応物質気相成分はプロパン、アンモニアおよび分子状酸素を含むガスを含有する混合物を含み、前記生成物質気相成分はアクリロニトリルを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記混合物は約350℃以下の温度まで冷却される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
反応容器と、
該反応容器内にあり、粒子状触媒の流動床と、該流動触媒床下方の格子と、該格子の上方に位置づけられていているガス分配システムと、を含む濃厚な床域と、
該反応容器内で、該濃厚な床域の上方に位置づけられている触媒解離域と、
該反応容器内で、該触媒解離域の上方に位置づけられている希薄相域と、
該希薄相域内に少なくとも部分的に位置づけられているガスクーラーと、
該反応容器内にある触媒分離装置と、
該触媒分離装置内で分離された触媒を該濃厚な床域に戻すための手段と、
該格子の下方に位置づけられている少なくとも１の反応ガス用のガス入口と、
反応ガスを少なくとも１のガス分配システムに供給するための少なくとも１のガス入口と、
少なくとも１の生成ガス用の少なくとも１のガス出口と、
を具備する反応器装置。
【請求項２６】
前記濃厚な床域およびその中の流動触媒床、格子、ガス分配システム、解離域、希薄相域、ガスクーラー、触媒分離装置、格子下方のガス入口およびガス出口は、格子の直下の位置から反応容器に流入する少なくとも１の反応ガスを含有するガスが格子内の複数のホールを通して上方に通過して触媒床の流動化を生じさせることができ、ガス分配システムを通して反応容器に流入する少なくとも１の反応ガス成分を含有するガスが触媒床の流動化を生じさせることができ、少なくとも１の生成ガス成分および流動床内で形成された随伴触媒粒子を含有する第１混合物が上方に移動して流動床を出て解離域に入り、ここで混合物中の随伴触媒粒子の一部が流動床に戻され、こうして少なくとも１の生成ガス成分および第１混合物中よりも少量の随伴触媒を含有する第２混合物を形成することができ、第２混合物はガスクーラーを通過して第２混合物をより低温まで冷却することができ、次いで第２混合物は触媒分離装置に通過して、ここで随伴触媒が分離されて流動触媒床に戻され、こうして少なくとも１の生成ガスを含有する第３混合物を形成することができ、第３混合物はガス出口を通して反応器装置から流出することができるように、反応容器内に配置されている請求項２５に記載の反応器装置。
【請求項２７】
第１域と少なくとも１の第２域とを含む反応容器と、触媒セパレータ装置とを具備し、該第１域は少なくとも１の反応ガス用入口を具備し、該第２域はツーパスガスクーラーを具備する、反応器装置。
【請求項２８】
流動触媒床内で気相反応を行うために適する装置であって、
反応容器と、
格子と、
少なくとも１の反応物質用入口と、
反応容器内に少なくとも部分的に配置されたガスクーラーと、
触媒セパレータ装置と、
生成物質用の出口と、
を具備する装置。
【請求項２９】
流動触媒床内にガスを導入するために適する格子であって、
複数のホールを含むプレートと、
該プレートの上方に位置づけられていて、該プレート内の複数のホール上方の複数のホールを有する絶縁材料の１層と、
を具備する格子。
【請求項３０】
プロパン、アンモニアおよび分子状酸素源を含む混合物を固体粒子状触媒の流動床内で反応させて、アクリロニトリルおよび随伴固体粒子状触媒を含む気体状混合物を形成する工程と、
アクリロニトリルおよび随伴固体粒子状触媒を含む気体状混合物を冷却させて、冷却された混合物を形成する工程と、
冷却された混合物から固体粒子状触媒を分離させる工程と、
冷却された混合物から分離された固体粒子状触媒を固体粒子状触媒の流動床に戻す工程と、
を含むアクリロニトリルの製造方法。
【請求項３１】
気体状混合物の冷却は、反応器装置の反応容器に対して外部に配置されているガスクーラー内で行われることを特徴とする反応器装置内で行われる請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガスクーラーはシェル・チューブガスクーラーである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含むガス混合物は、約350℃以下の温度まで冷却される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含む混合物は、約67wt%以下の粒子状触媒を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
気体状混合物を冷却する前に、随伴固体粒子状触媒の少なくとも一部が混合物から解離されて、流動床に戻される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
少なくとも１のマニフォールド管と、該少なくとも１のマニフォールド管に連結されている複数の分配管と、各分配管に連結されている複数のデリバリ管とを具備するガス分配システムであって、マニフォールド管に送られるガスは分配管に流入し、次いでデリバリ管に流入し、デリバリ管から流出する、ガス分配システム。
【請求項３７】
ガス分配システムと複数のホールを含む格子とを具備する装置であって、該ガス分配システムは少なくとも１のマニフォールド管と、該少なくとも１のマニフォールド管に連結されている複数の分配管と、各分配管に連結されている複数のデリバリ管と、を具備し、マニフォールド管に送られるガスは分配管に流入し、次いでデリバリ管に流入してデリバリ管から流出し、デリバリ管は分配管に連結されている第１端部と反対側の第２端部とを有し、デリバリ管の第２端部の少なくとも一部は格子内の１個のホールの上方に配置されていて、デリバリ管の第２端部の少なくとも一部は格子内の１個のホールから離れて配置されている、装置。
【請求項３８】
１個のホールの上方に配置されている第２端部を有するデリバリ管と、１個のホールから離れて配置されている第２端部を有するデリバリ管とは、別個の分配管に連結されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記別個の分配管は別個のマニフォールド管に連結されている、請求項３８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応を行うために有用な新規な反応器装置に関する。特に、本発明は、流動触媒床内で化学反応を行うために用いることができる新規な反応器装置に関する。特に、本発明は、再燃焼すなわち生成物と残留反応物質との望ましくない下流での副反応を減少させた、高温および気相中における流動触媒床内で化学反応を行うために用いることができる新規な反応器装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリロニトリルは、たとえばテキスタイルおよびABSおよびSAN樹脂などの樹脂において用いられるアクリル繊維用のポリマーなどの広範囲の重合性物質製造用のモノマーとして主として用いられる重要な商品化学物質である。世界中で、アクリロニトリルは、年間400万メータートンを超える量で製造されている。アクリロニトリルを製造する一方法は、酸化剤として空気または他の分子状酸素源を用いるアンモニアの存在下でプロピレンを酸化することである。アンモオキシデーション反応とも呼ばれるこのような酸化反応は、アンモオキシデーション反応を触媒して、許容可能な転化率および收率で所望のアクリロニトリルを提供するために、典型的には流動触媒床内の固体粒子状不均一触媒を用いる。アクリロニトリルを製造することに加えて、このようなアンモオキシデーション反応は、一般に、シアン化水素および他の有価値副産物をも製造する。
【０００３】
プロピレンは、アクリロニトリルを製造するためのこのようなアンモオキシデーション反応用の望ましい供給原料であるが、プロパンなどのあまり高価ではない供給原料を用いることができることが望ましい。流動床反応器および例えば酸化剤として酸素ガスを用いてプロパンをアクリロニトリルに転化するために用いることができる不均一触媒物質が開発されている。しかし、このような反応において、プロパンはアンモニアおよび空気、酸素ガスもしくは他の分子状酸素源と混合され、高められた温度にて、粒子状触媒の流動床の存在下で反応し、生成ガスが触媒床を出た後も熱い生成ガスは酸化し続ける。このような流動触媒床の下流での制御されていない酸化（再燃焼ともいう）は、再循環することができるはずのプロパンなどの有価値供給物質ならびにアクリロニトリルなどの有価値生成物を損失させてしまう。よって、このような制御されていない下流での酸化もしくは他の望ましくない副反応の量および生成物および供給物質の損失量を削減することができる反応器装置およびプロセスが望ましい。本発明は、このような反応器装置およびプロセスを提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、第１域、少なくとも１の第２域および触媒セパレータ装置を具備する反応容器を含み、第１域は少なくとも１の反応物質用入口を具備し、第２域は反応容器内に少なくとも部分的に配置されたガスクーラーであって、ガスクーラーを通過するガスを冷却するに適するガスクーラーを具備する反応器装置である。本発明の反応器装置は、たとえばアクリロニトリルへのプロパンのアンモオキシデーションに用いることができる。
【０００５】
本発明はさらに、反応容器内で少なくとも１の反応物質気相成分を固体触媒物質の存在下で反応させて少なくとも１の生成物質気相成分を形成するプロセスであり、粒子状触媒物質の存在下、粒子状触媒の流動床および少なくとも１の生成物質気相成分を形成する条件下で少なくとも１の反応物質気相成分を接触させる工程と、生成物質気相成分の少なくとも一部および懸濁している流動触媒床からの粒子状触媒を含有する混合物を、反応容器内に少なくとも部分的に配置されたクーラーに送る工程と、混合物を冷却する工程と、冷却後、混合物から懸濁していた触媒を分離して、分離された触媒と少なくとも１の気相生成物成分を含有する気相とを形成する工程と、分離された触媒の少なくとも一部を流動触媒床に戻す工程と、を含む。
【好ましい実施形態】
【０００６】
本発明の反応器装置は、所望の化学反応を行うために用いられる温度および圧力に耐ええる物質から適切に構築された反応容器もしくはシェルを具備する。反応容器に内包される化学化合物または他の物質の化学反応性、特に、高められた反応温度および圧力における化学反応性に耐性がある物質から構築されるかまたは少なくともそのような物質から作られた内部ライニングを有することが望ましい。よって、選択される物質は、使用中に腐食しないかまたは少なくとも速やかに腐食しない物質である。反応容器またはライニングを構築するために用いられる物質は、さらに、たとえば流動触媒床内で用いられる硬い粒子状触媒により引き起こされる摩耗に耐性がある耐摩耗性物質であることが好ましい。よって、反応器シェルもしくは容器は、低合金鋼、ステンレススチールまたはカーボンスチールなどのスチールから構築することができる。反応容器の形状は、好ましくはほぼ円筒状、すなわち垂直に置かれた反応容器の水平方向断面は円形である。反応容器内で行われる化学反応は、一般に、高められた圧力において行われるから、反応容器の両端部は、たとえば円錐形もしくはドーム状キャップを用いて覆われていることが望ましい。ドーム状キャップは、たとえば半球状もしくは楕円形であってもよい。しかし、反応容器の両端部用のキャップは、適宜形状を有し得る。反応容器は全長にわたり同じ幅もしくは直径を有するものでもよいが、詳細を後述するように長さ方向に沿って変動する幅もしくは直径を有し得る。たとえば、ほぼ円筒状の容器は、一端部でより大きな直径を有し、他端部でより狭い直径を有するものでもよい。本発明の好ましい実施形態の一つにおいて、反応器は、底部域もしくはゾーンよりも拡幅されたすなわちより大きな直径を有する中間域もしくはゾーンと、底部域もしくはゾーンよりも狭い頂部域もしくはゾーンと、を有する。円筒状である場合には、本発明の反応器装置は、使用される用途に応じて、最も広い直径において約5〜約100feetの直径、好ましくは約8〜約50feetの直径を有し得る。
【０００７】
本発明の反応器装置は、好ましくは少なくとも２個、より好ましくは少なくとも３個のゾーンもしくは域を有する。反応器装置が好ましい方向である垂直に位置づけられる場合、第１すなわち下部もしくは底部ゾーンは濃厚な床域とよばれ、第２すなわち中間ゾーンは解離域とよばれ、第３すなわち上部もしくは頂部ゾーンは希薄相域とよばれる。垂直に位置づけるとは、軸、たとえばほぼ円筒状の反応容器の軸が垂直位置にあることを意味する。濃厚な床域は、粒子状触媒が、反応器装置に流入してくる１種または複数種の反応ガスと接触して、触媒の流動床を形成する反応器装置内の位置である。解離域は、ほとんどの部分について流動床からの粒子状触媒が、流動触媒床を出る１種または複数種の生成ガスを含有するガス混合物から分離される反応器装置内の位置である。解離域において、濃厚な床域を出る１種または複数種の生成ガスは垂直に置かれた反応器内で上方向に移動し、流動触媒床を出る生成物および存在する場合には未反応の１種または複数種の反応ガスに随伴されているかまたは懸濁している触媒粒子のほとんどは、懸濁もしくは随伴触媒粒子の残量を含む１種または複数種の生成ガスが希薄相域に向かって上方向に流れ続ける間、重力ゆえに落下して流動触媒床の濃密部分に戻る。希薄相域において、懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む１種または複数種の生成ガスはガスクーラーによって冷却され、その後、懸濁もしくは随伴触媒粒子は、１個の気固サイクロンまたは気固サイクロン列などの触媒分離装置を用いて１種または複数種の生成ガスから分離され、分離された触媒粒子は好ましくは濃厚な床域内の流動触媒床に戻される。本発明のプロセスにおいて、解離域を出る１種または複数種のガス中の懸濁もしくは随伴触媒を用いて、触媒粒子が存在しなかったならば生じるはずの再燃焼その他の望ましくない副反応を減少もしくは排除することができる。本発明の好ましいプロセスにおいて、１種または複数種のガスおよび懸濁もしくは随伴触媒を含む混合物が、再燃焼その他の望ましくない副反応が排除されるかまたは少なくとも許容可能なレベルまで減少される温度以下まで冷却された後でのみ、懸濁触媒粒子はこのような１種または複数種のガスから分離される。
【０００８】
本発明の反応器装置の濃厚な床域は、好ましくは、たとえば、触媒床が静止状態、すなわち非流動状態にある反応器始動もしくは停止などのインターバルの間に、触媒の流動床の触媒粒子を担持するために用いることができる金属プレートを具備する。金属プレートは、好ましくは反応容器の直径全体を横断して延在する。本発明の好ましい反応器装置において、金属プレートは格子形態である。格子とは、格子の一面から他面へとガスを通過させる穿孔もしくはホール、好ましくは円形ホールの集合を有するプレートを意味する。反応器が好ましい垂直位置にあるとき、格子は好ましくは反応容器の底部近くにあり、反応容器内で格子の下方に位置づけられたスペースもしくは空隙がある。このスペースは、たとえばプロパンなどの反応ガスを反応器内に導入するために用いることができる。プロパンとアンモニアおよび分子状酸素源とのアクリロニトリルを形成するための反応に反応器が用いられる場合には、新鮮なプロパン、再循環されたプロパンまたは両者であってもよい。格子の厚みおよびホールの数および直径または寸法は変動してもよい。しかし、一般には、格子面積1平方フィートあたり約0.1〜約3個のホールがある。格子は、約1.25インチ以下、たとえば約0.5インチ〜約1.25インチの厚みを有し得る。格子内のホールは、好ましくは平行に配列されており、好ましくは等間隔の列である。１列中のホールは、たとえば隣接する列中のホールの間で好ましくはオフセットされている。格子内のホールは、金属プレートの上部の表面から金属プレートよりも下方の位置まで下方に延在するノズルもしくは管状ガス入口と嵌合してもよい。ノズルは、好ましくはノズル内に位置づけられている、好ましくはノズルが格子に取り付けられている場所から離れているすなわち遠位のノズルの端部に位置づけられている、より小さな直径のオリフィスを有する。格子内のホールおよびノズル内のオリフィスは、好ましくは、反応器装置の水平方向断面を横断するガスの均一な分散および格子よりも下方のスペースへの反応ガスもしくは触媒粒子の逆流を防止または減少させるために充分なガス流速を与えるような寸法である。格子は、反応容器と同じ物質から作られたものでもよい。より詳細は後述するが、流動触媒床が位置づけられている反応容器の部分に面する格子の側面に耐火絶縁材料層を有することが好ましい。耐火絶縁材料は、特に分子状酸素ガスが存在する場合に、格子の直下のプロパンなどの反応ガスの過剰の分解または燃焼を引き起こすに充分高い温度に格子が達することを防止する。耐火絶縁材料は、6インチ以下、たとえば約2インチ〜約6インチの厚みを有し得る。耐火材料は、反応器内で用いられる反応条件下で略不活性である適宜の物質から選択することができる。たとえば、１種以上のセラミックファイバーもしくはアルミナシリケート、または適切な高温安定性、絶縁性、化学物質耐性および熱衝撃耐性を呈するその他の物質であってもよい。耐火絶縁材料の層は、ホール、好ましくは格子内のホールと同じ寸法のホールを有する。耐火絶縁材料層内のホールは、格子内のホールの上方に位置づけられている。使用される場合には、格子用のノズルは、耐火絶縁材料層の頂部まで延在していてもよい。
【０００９】
本発明の好ましい反応器装置の濃厚な床域は、好ましくは、たとえばアンモニアおよび分子状酸素含有ガスなどの反応ガスを反応器装置に送るための反応ガス分配システムもしくはスパージャーを具備する。好ましい反応器装置において、反応ガスは、格子の近くに位置づけられた分配管の集合または複数の分配管により分配される。管の寸法および数は変えることができ、たとえば分配されるべきガスの容積および所望のデリバリ速度に応じて選択される。管は、好ましくは、流動触媒床に面する格子表面を横断して表面近くに平行に配置される。各分配管に取り付けられ、各分配管から好ましくは格子に向かう方向に延在するのは、好ましくは分配管よりも短い長さおよび小さい直径の複数のデリバリ管である。デリバリ管は、好ましくは分配管から下方向で垂直からある角度で延在する。分配管を流通する反応ガスは、これらのデリバリ管によって、格子の表面の位置もしくは表面近くの位置まで送られる。デリバリ管のデリバリ端部、すなわち分配管に連結する位置から離れたデリバリ管の端部は、格子の表面から約18インチ以下、たとえば約3インチ〜約18インチであってもよい。分配管の各々は、１個以上のマニフォールド管に連結されている。好ましくは、マニフォールド管は、分配管よりも大きな直径である。反応ガス分配システムの好ましい運転において、マニフォールド管に入る反応ガスは、分配管まで流れ、分配管からデリバリ管まで流れ、デリバリ管から反応容器内に流れ、格子内のホールの近くの位置まで流れる。分配管は、格子内のホール列の間のスペースの上方になるように位置づけられ得る。それぞれが各反応ガス用の１もしくは複数のマニフォールド管、分配管およびデリバリ管を具備する１以上の独立の反応ガス分配システムがあってもよい。たとえば、プロパンのアンモオキシデーションに用いられる反応器装置用のアンモニアガスおよび空気もしくは分子状酸素ガスなどの酸素含有ガスのそれぞれに対する１以上のこのような反応ガス分配システムがあってもよい。好ましくは、各マニフォールド管の少なくとも１の端部は、反応器の壁を貫通して延在し、反応器外部のマニフォールドまで反応ガスを運ぶように接続されてもよい。マニフォールド管は、好ましくは適切な絶縁材料で絶縁されている。分配管は、好ましくは適切な絶縁材料で絶縁されている。デリバリ管は、好ましくは適切な絶縁材料で絶縁されている。好ましくは、マニフォールド管、分配管およびデリバリ管は、適切な絶縁材料で絶縁されている。絶縁材料は、好ましくは、適切な絶縁性、化学物質耐性および熱衝撃耐性を呈しながら流動触媒床内での高温に耐える物質である。好ましくは、ファイバー形態である。絶縁材料は、マニフォールド管、分配管およびデリバリ管の内部温度が、そこに含まれるガスもしくは管を作るために用いられている物質のいずれかの過剰の分解を引き起こすに充分高い温度に到達しないように追加される。 そしてまた、絶縁材料は、絶縁を安定化させて保護することを補助するスチールなどの物質から構築された外部ジャケット内に内包されていてもよい。米国特許6,385,483号明細書（全体を参照として本明細書に組み込む）は、酸素および他のガスを本発明の反応器装置に散布するに有用な絶縁ジャケット付きスパージャーを開示する。管として上述してきたが、マニフォールド管、分配管およびデリバリ管は他の形状の導管であってもよいことは理解されよう。
【００１０】
たとえばアンモニアおよび分子状酸素源によるプロパンのアンモオキシデーションのために使用することができる本発明の好ましい反応器装置において、分子状酸素含有ガス用およびアンモニアガス用の少なくとも１の別個の反応ガス分配もしくはスパージャーシステムがある。このような反応器装置において、アンモニアガスが出るデリバリ管の両端部が格子内のホールの上方またはホールの近くに直接置かれるように、１または複数のアンモニアガス用のガス分配システムのデリバリ管を位置づけ、分子状酸素含有ガスが出るデリバリ管の両端部が格子内のホールから離れているように、たとえば格子内のホールの間に直接あるように１または複数の分子状酸素含有ガス用のガス分配システム用デリバリ管を位置づけることが好ましい。このような配置で、プロパンなどの反応ガスが格子内のホールを通って流動触媒床に送られる場合、プロパンガスは分子状酸素含有ガスよりはむしろアンモニアと最初に接触し、好ましくは少なくともいくらか希釈される。このような配置は、プロパン供給物の望ましくない燃焼量を減少させる。
【００１１】
本発明の好ましい反応器装置の濃厚な床域は、流動触媒床に熱を追加するかもしくは好ましくは流動床から熱を除去するために用いることができる１以上の熱移動装置を好ましくは具備する。熱移動装置は、流動触媒床に熱を追加するかまたは熱を除去するための適宜手段でよい。最も好ましくは、熱移動装置は、たとえば、水、蒸気または１種または複数種の溶融塩などの適切な熱移動媒体を有する少なくとも１の管、より好ましくは管の集合、好ましくはコイル状またはループ状の管を具備する。別の熱移動装置は、たとえば液体気化器であってもよい。液体気化器とは、流動触媒床内で発熱化学反応により発生する熱を用いて、アクリロニトリルを形成するためのプロパンのアンモオキシデーション用の液体アンモニアまたはプロパンなどの１種以上の液体を気化する装置を意味する。よって、液体気化器において、たとえば、流動触媒床内に位置づけられている１以上の管を通して液体を通過させることにより、熱は流動触媒床から気化されるべき液体に移動する。流動触媒床内の反応熱は液体を気化する。
【００１２】
熱移動装置は、アンモニアおよび分子状酸素源を用いるプロパンのアンモオキシデーションなどの発熱反応を行わせるために用いられる流動触媒床の温度を調節するために用いることができる。調節は、熱移動装置を流通する熱移動媒体の流量を制御することにより、または多数の熱移動装置を有し流動触媒床内の所望の温度条件を達成する作用をする所定数を有することにより、達成することができる。熱移動装置は、好ましくは、反応容器と同様に、高温高圧、研磨性粒子状触媒および腐食性供給物もしくは生成物成分などの条件に耐えることができる材料から構築されている。よって、反応容器と同様に、熱移動装置は、好ましくは、たとえば低合金鋼、ステンレススチールまたはカーボンスチールなどの材料から構築されている。
【００１３】
本発明の好ましい反応器装置における第2域すなわち解離域は、流動触媒床を出る生成物および反応ガス（存在する場合）を含有する混合物中に懸濁もしくは随伴するようになった流動触媒床からの触媒粒子が、このような生成物および反応ガス（存在する場合）から部分的に分離もしくは解離する反応器装置内の域である。本発明の反応器装置の好ましい垂直配列において、流動触媒床は、ほとんど、好ましくは完全に、反応器装置の下方の濃厚な床域に含まれる。流動床において、触媒粒子は１種もしくは複数種の反応ガスと混合され、一方、流動床内の触媒は１種もしくは複数種の反応ガスの化学反応を触媒して１種もしくは複数種の生成物を形成する。本発明の好ましい実施形態において、１種もしくは複数種の反応ガスは、触媒床の底部よりも下方もしくは底部近傍のポイントで反応容器に流入し、１種もしくは複数種のガスの流れが床内で触媒粒子を混合し流動化させることが好ましい。たとえば、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含むガス混合物が流動触媒床を通して概して上方向に移動して流動触媒床を出る際に、床からの触媒粒子の一部が、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含む混合物内に懸濁もしくは随伴される。１種もしくは複数種のガスおよび懸濁もしくは随伴触媒粒子を含むこの混合物は、解離域に流入し、ここで、随伴もしくは懸濁触媒粒子のほとんど（全部ではない）が重力によって触媒床に戻る。本発明の好ましい反応器装置において、解離域は、垂直に位置づけられた反応容器のほぼ中心または中間域内に位置づけられている反応容器内のオープンスペースまたは容積を含む。解離域のサイズは、反応器装置内で行われるべき反応のタイプに基づいて選択することができる。アクリロニトリルを製造するためのアンモニアおよび分子状酸素源とのプロパンの好ましい反応並びに他の化学反応に対して、懸濁もしくは随伴触媒粒子、生成ガスおよび存在する場合には反応ガスの解離域を出る混合物が適切な温度に冷却されるまで、ある量の粒子状触媒が、解離域を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）の混合物内に懸濁もしくは随伴されたまま残ることが望ましい。随伴触媒粒子は、生じるはずの再燃焼または他の望ましくない副反応の量を排除または削減する。懸濁もしくは随伴触媒の量は、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含むガス混合物１ポンド当たり約0.05〜約2.0ポンドであり得る。よって、不充分な量の触媒が、解離域を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含む混合物内に含まれる場合には、過剰の再燃焼または他の望ましくない副反応が生じ、アクリロニトリルなどの所望の１種もしくは複数種の生成物の收率を減少させ、所望の生成物に転化させるために分離され再循環されるはずのプロパンなどの供給ガスを減少させるであろう。随伴触媒の量が過剰である場合には、生成物および存在する場合には反応ガスの混合物で冷却され流動触媒床に戻され得るそのような触媒は、流動触媒床の過冷却を引き起こし得る。したがって、再燃焼または他の望ましくない副反応を許容可能なレベルまで制御するために充分な程度の混合物中の量であるが、混合物を冷却し流動触媒床に戻した後に流動触媒床を過冷却するほどの量ではない程度���量となるように、解離域を出るガス内の懸濁触媒量を制御することが必要である。解離域を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）中に存在する触媒量は、流動床反応器内で用いられる触媒粒子の寸法および密度、流動触媒床への反応ガスの流量、解離域の長さ特に直径により制御することができる。「長さ」とは、垂直におかれた反応器内で、解離域の垂直長さを意味する。よって、本発明の好ましい反応器において、解離域は濃厚な床域の長さの約100〜約150％であることが適切である。本発明の反応器装置の解離域は濃厚な床域の直径と同じであってもよいが、好ましくは解離域は濃厚な床域の最大直径よりも拡幅または大きな直径を有するものでもよい。たとえば最大直径において、解離域は濃厚な床域の直径よりも約5％〜約100％程度大きい直径、より好ましくは約15〜約20％大きい直径を有するものでもよい。よって、本発明の反応器装置の反応容器は、垂直位置にある場合、濃厚な床域のほぼ上端部で始まり解離域に入るにつれて大きな直径となるように拡幅するテーパーを有するテーパー域を有するものでもよい。
【００１４】
濃厚な床域よりも大きな直径の中間域または解離域を有する本発明の反応器装置設計は、より小型の反応器装置を提供し、さらに、濃厚な床域および同じ直径の解離域を有する反応器装置と比較して、濃厚な床域内でのより早いガス速度を提供し、１種もしくは複数種の反応ガスとそこに含まれる固体粒子状触媒との間の接触を改良して、結果的により効果的な触媒反応を得ることができる。
【００１５】
図11に関して下記に詳述するように、解離域を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含む混合物中に存在する触媒粒子の量を制御または調節するための別の適切な方法は、フィルターなどの１以上の触媒分離装置、より好ましくは気固サイクロンなどの気固分離装置を用いて、触媒を分離し、好ましくは懸濁もしくは随伴触媒の一部を流動床に戻すことである。サイクロンの場合には、懸濁もしくは随伴触媒粒子を含有し流動触媒床を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含むガス混合物は１以上のサイクロンの取り入れ口に通過して、ガス混合物から所望量の触媒を取り除き、触媒を流動触媒床に戻す。このような触媒分離装置は、反応容器の外部またはより好ましくは内部に位置づけることができる。
【００１６】
本発明の好ましい反応器装置の第3すなわち希薄相域は、解離域を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）および懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む混合物が１種以上の適切なガス冷却装置によって冷却される反応器装置の域である。冷却は、たとえば、流動触媒床内で用いられる触媒と同一または異なる組成の触媒の別の床を混合物が通過することにより達成され得る。好ましくは、流動触媒床で用いられるものと同一の組成の触媒床である。このような冷却触媒床は、所望の冷却を達成するために充分な寸法であるべきである。冷却触媒床は、流動触媒床について上述した熱移動装置などの１以上の熱移動装置を含むものでもよい。このような熱移動装置は、反応器装置の運転中に、冷却触媒床の温度を所望の温度まで調節するために用いることができる。
【００１７】
好ましくは、ガス冷却装置はシェル・チューブガスクーラーであり、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に反応容器内に位置づけられており、少なくとも部分的に、好ましくは大半が、より好ましくは全体が反応器装置の希薄相域内に位置づけられている。このようなシェル・チューブガスクーラーにおいて、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）および懸濁触媒粒子を含む混合物は、クローズド（閉鎖）シェルで被覆された複数のチューブを通して通過する。シェル内であるがチューブの外部で、適切な熱移動媒体もしくは流体が循環してチューブから熱を奪い、チューブを流通しているガスおよび触媒粒子を冷却する。シェル・チューブクーラーを流通する流体は、たとえば、水、低融点塩もしくは塩共融（共晶）物、低融点金属などでよい。好ましくは、シェルは、流体がシェル内に配置された冷却管に到達し、全冷却管から熱を奪うように、シェル内の流体の乱流を与えるために複数のバッフルまたは他のそのような装置を含む。
【００１８】
本発明の好ましい反応器装置において、反応器装置が好ましい垂直方向に位置づけられている場合、ガス冷却装置は反応器装置の頂部または頂部近傍に位置づけられる。反応器の解離域を出て、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）ならびに懸濁もしくは随伴触媒粒子を含有する混合物は、混合物が反応器装置を垂直方向に進行する際に、シェル・チューブガスクーラーなどの冷却装置を通過することができる。混合物は反応器装置を垂直方向に進行する際にガス冷却装置を通り過ぎて、反応容器の頂端部におけるキャップによって下方向に向けられ、次いでガス冷却装置を貫通して下方向に向かう経路で冷却装置を通過することができる。あるいは、混合物は冷却装置を上方向および下方向の両方で通過することができる。本発明の好ましい反応器装置において、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）および随伴触媒粒子を含有する混合物が反応容器を垂直方向上向きに通過する際に混合物は冷却装置の周囲を通過し、混合物が反応容器の端部でキャップに到達すると混合物は反対方向に進行し、次いで混合物が冷却装置を下方向に進行する際に混合物は冷却装置を通過するように、好ましくはシェル・チューブガスクーラーの形態であるガス冷却装置は、反応容器内に位置づけられる。よって、本発明の反応器装置において、ガスクーラーは、懸濁触媒粒子を含有するガスが反応器装置内で上方向の経路でクーラーを通過する上向き流シングルパス シェル・チューブガスクーラー、懸濁触媒粒子を含有するガスが反応器装置内で下方向の経路でガスクーラーを通過する下向き流シングルパスシェル・チューブクーラー、または懸濁触媒粒子を含有するガスが反応器内で上方向の経路でシェル・チューブクーラーを通過し、次いで反応器内で下方向の経路で再びシェル・チューブクーラーを通過するツーパスシェル・チューブガスクーラーであってもよい。別のガス冷却装置は、ガスの経路内で、好ましくは本発明の反応器装置の頂部域内で、反応器内に位置づけられている１以上の冷却コイルを用いることを含む。１または複数の冷却コイルは、反応ガスおよび生成ガスおよび懸濁触媒の混合物から熱を奪うためにコイル内を循環する液体またはガスなどの熱移動媒体または流体を有する。１または複数の冷却コイルは、単独でまたは記載したシングルパスシェル・チューブガスクーラーまたはツーパスシェル・チューブガスクーラーのいずれかなどの別のガス冷却装置との組み合わせで用いることができる。
【００１９】
本発明の好ましい反応器装置において、反応容器の頂部域またはその少なくとも一部は解離域よりも小さな直径である。より好ましくは、反応器装置の頂部域すなわち希薄相域またはその少なくとも一部は、濃厚な床域よりも小さな直径である。たとえば、反応器装置の希薄相区域もしくは域またはその少なくとも一部は、反応容器の濃厚な床域の直径の約5%〜約100%、より好ましくは約25％〜約75%の直径を有するものでもよい。より小さな直径の反応器頂部は、ガスの速度を増加させるので、ガスの滞留時間を短縮し、高温で生じるであろう再燃焼などの望ましくない化学反応の量を削減する。
【００２０】
上述したように、冷却装置は、生成物、懸濁触媒粒子および反応ガス（存在する場合）を含有する混合物の温度を低下させるために用いることができる。このような混合物の温度が、認識できる程度の再燃焼または他の望ましくない副反応が生じない適切な温度まで低下した後、触媒を混合物から分離することができる。触媒が混合物から分離されない場合には、触媒は生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）と一緒に反応器装置から取り出され、その後の取り扱いおよび廃棄の問題を生じるであろう触媒の望ましくない損失を生じるであろう。したがって、本発明の好ましい反応器装置において、１以上の触媒分離装置を用いて、冷却装置を出る生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）の混合物から随伴触媒を分離する。フィルター、膜、スクリーンおよびガスを通過させるが触媒粒子の通過を阻止または少なくとも減速させることで気体からの固体の分離が生じ得る他の同様の装置などのこのような分離を行う適宜の装置を用いることができる。分離装置または複数の分離装置は、好ましくは少なくとも部分的に、より好ましくは全体的に、反応容器内に位置づけられる。本発明の反応器装置に用いられる好ましい触媒分離装置は、気固分離サイクロンであり、好ましくは混合物から触媒粒子を効果的に分離するために連結されたサイクロン列もしくは段である。適切なサイクロンは、商業的に入手可能である。本発明の好ましい反応器装置において、複数（好ましくは３個）のこのようなサイクロンは列に連結されている。このような列配置により、列配置されたサイクロンに流入する生成ガス、懸濁触媒粒子および反応ガス（存在する場合）を含有する混合物中に存在する粒子状触媒の約99%よりも多く、たとえば約99.9〜約99.999wt%がこのような混合物から分離され、好ましくは約0.1wt%未満、より好ましくは約0.01wt%未満、最も好ましくは約0.002wt%未満の触媒粒子を有する流出ガス流を提供する。
【００２１】
このような列配置サイクロンの群数およびこのようなサイクロンのサイズおよび特定形状は、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）の混合物から触媒粒子の所望程度の分離をなすように選択される。たとえば、連続して約2〜3以上のサイクロンの約2〜約20群を用いることができる。
【００２２】
生成ガス、触媒粒子および反応ガス（存在する場合）を含有する混合物から触媒粒子が分離された後、分離された触媒粒子は、好ましくは流動触媒床反応器に戻される。本発明の好ましい反応器装置において、このような戻りは、流動触媒床までもしくは流動触媒床内にまで延在するガスサイクロンからのデッィプレッグ（dipleg）により達成される。
【００２３】
冷却装置を出た後であるが分離装置に流入する前に、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）および懸濁もしくは随伴触媒粒子を含有する混合物は、好ましくは、ガスから懸濁触媒粒子を分離するための分離装置、好ましくは複数の分離装置にガスおよび懸濁触媒粒子の混合物を分散するためのプレナムに入る。プレナムは、好ましくは冷却装置に取り付けられたかもしくは連続しているチャンバである。
【００２４】
分離装置を出た後、ガスまたはガスの混合物は、反応容器壁を貫通する管または他の適切な導管により送られ、ガス混合物は所望の１種または複数種の生成物および好ましくは反応物質成分（存在する場合）を除くために処理され得る。分離された反応物質成分は、所望により、生成物に転化するために、運転中の反応器装置に再循環され得る。
【００２５】
本発明の反応器装置は、所望の化学反応を触媒するために流動触媒床を用いる化学転化反応を行うために特に適する。本発明の反応器装置は、好ましくは流動触媒床により触媒されるアンモニアガスおよび空気、分子状酸素ガスまたは他の酸素含有ガス源を用いるプロパンのアンモオキシデーションのために用いられる。このようなアンモオキシデーション反応は、適切には、約350℃〜約700℃の温度、より好ましくは約400℃〜約550℃の温度で、約75psia以下の圧力、好ましくは約50psia以下の圧力で行われる。酸素ガスは、好ましい分子状酸素源である。窒素などの不活性ガス状希釈剤もまた添加することができる。プロパン：アンモニアのモル比は、適切には約2.5：約16であり、分子状酸素：プロパンのモル比は適切には約1：約10である。平均触媒接触時間は、約0.01秒〜約10秒であり、好ましくは約0.02秒〜約10秒であり、より好ましくは約0.1秒〜約5秒である。アンモオキシデーション用に用いられる触媒は、適切には、アクリロニトリルを形成するためのプロパンのアンモオキシデーションを触媒する適宜の固体粒子状触媒である。たとえば米国特許6,083,869号明細書、5,866,502号明細書、5,498,588号明細書、5,332,855号明細書、5,258,543号明細書、5,214,016号明細書、5,008,427号明細書、4,788,317号明細書、4,784,979号明細書、4,746,641号明細書、3,860,534号明細書、および3,681,421号明細書（全体を参照として本願明細書に組み込む）に開示されている触媒などの触媒を用いることができる。米国特許6,143,916号明細書、6,143,690号明細書、および5,750,760号明細書（全体を参照として本願明細書に組み込む）に開示されている触媒もまた、用いることができる触媒の例を含む。
【００２６】
アンモニアおよび酸素源によるプロパンのアンモオキシデーション中に流動触媒床を出るガスの組成は、典型的には、アクリロニトリル、未反応アンモニア、未反応プロパン、炭素酸化物、シアン化水素、および酢酸、アセトニトリル、アクロレイン、アクリル酸およびオキサゾールなどの種々の副産物の混合物を含む。流動触媒床を出る生成物および反応ガスおよび懸濁触媒粒子の混合物の温度は、典型的には約350℃〜約700℃、すなわち、ほぼ流動触媒床の温度である。上述のように、および上述した理由により、この混合物が流動触媒床を出たならば、再燃焼を許容可能なレベルまで減少させるために、この上昇した温度で、ある量の触媒粒子は生成ガスおよび反応ガスを含有する混合物と共に残ることが望ましい。上述したように、流動触媒床のすぐ上の解離域において、生成ガスおよび反応ガスを含む混合物内に懸濁している触媒粒子の一部、好ましくは触媒粒子のほとんどは流動触媒床に戻る。典型的には約470℃〜約510℃の温度であり、典型的には約10psig〜約30psigの圧力である解離域を出る生成ガスおよび反応ガスの混合物は、いくらかの懸濁もしくは随伴触媒粒子をまだ含み、再燃焼を減少または排除することが望ましい。たとえば、反応ガスおよび生成ガスおよび懸濁触媒を含有するこのような混合物の約5〜約67wt%は触媒であるべきである。反応ガスおよび生成ガスおよび懸濁触媒の混合物は、上述のように混合物から懸濁触媒を分離する前に、適切なガスクーラーを用いて好ましくは約250℃〜約350℃の温度まで冷却される。このような温度において、たとえばプロパンおよびアクリロニトリルおよびガスに含有される他の生成物の再燃焼は許容可能なレベルまで減少する。
【００２７】
本発明は、アクリロニトリルの製造プロセスであり、プロパン、アンモニアおよび分子状酸素源を含む混合物を粒子状触媒の流動床内で反応させてアクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含有する気体状混合物を形成する工程と、アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含有する気体状混合物を冷却して冷却混合物を形成する工程と、粒子状触媒を冷却混合物から分離する工程と、冷却混合物から分離された粒子状触媒を粒子状触媒の流動床に戻す工程とを含み、たとえば温度、圧力、触媒および流動触媒床、アンモニア、プロパン、酸素ガスその他の分子状酸素源などの反応物質、希釈剤、反応物質のモル比、触媒接触時間、生成ガス組成、流動触媒床から出る生成ガスおよび反応ガスを含む混合物からの反応器の解離域での触媒粒子の解離、流動触媒床への解離した触媒粒子の戻り、再燃焼を減少または排除するために反応器の解離域を出る生成ガスおよび反応ガスを含有する混合物中に懸濁もしくは随伴されたまま残っている触媒の温度、圧力および量、生成ガスおよび反応ガスを含有するガスの混合物から懸濁もしくは随伴触媒を分離する前にそのような混合物が冷却される温度などの上述した条件および他のパラメータを用いることができる。
【００２８】
このようなプロセスは上述のような反応器装置内で行うことができる。しかし、このようなプロセスにおいて、アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含有するガス混合物を冷却して冷却混合物を形成することは、少なくとも部分的に反応容器内に置かれているかまたは反応容器の外部に置かれている上述のガス冷却装置などのガス冷却装置内で達成することができる。ガス冷却装置が反応容器の外部に置かれている場合には、アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含有する混合物は、管または他の適切な導管によって外部に置かれたガス冷却装置に送られてもよく、冷却後、冷却混合物は管または他の適切な導管によって、粒子状触媒を冷却混合物から分離しおよび触媒を流動触媒床へ戻すための上述の触媒分離装置などの適切な触媒分離装置に送られてもよい。好ましくは、このような触媒分離装置は反応容器内に置かれている。あるいは、外部ガス冷却装置を反応容器の頂部に隣接させまたは頂部上に載置することができ、管または導管の必要性なしに、アクリロニトリルおよび随伴粒子状触媒を含有する混合物を外部に置かれたガス冷却装置に送ることができる。たとえば、混合物を反応容器の１または複数の開口を通して進行させ、次いでガス冷却装置内へ直接進行させてもよい。次に、冷却混合物を管または他の適切な導管によって触媒分離装置に送ることができる。
【００２９】
［発明の詳細な説明］
図1は、本発明の反応器装置の好ましい実施形態を示す。図1において、反応器装置1は断面図で示されている。反応器装置1は、所望の化学反応を行うために用いられる温度および圧力に耐えることができる上述したような物質から適切に構築されているシェル10を具備する。化学化合物または触媒などのシェル内に置かれている他の物質の化学反応性に耐える物質で構築されているか、または少なくともそのような化学反応性に耐えることができる物質で裏打ちされていることが好ましい。たとえば、使用時に特に高められた温度にて反応器内に存在する化学反応物質または化学生成物が腐食性である場合、物質は反応条件下で腐食されず、または反応条件下で迅速に腐食されないものを選択すべきである。反応器シェルは、適切にはスチールなどの物質、たとえば低合金鋼、カーボンスチールもしくはステンレススチール等の物質から構築される。反応器1は、さらに、触媒格子12、ガス冷却装置20、列配置ガスサイクロン30などの随伴もしくは懸濁粒子をガスから分離する手段、および場合によっては流動触媒床用の熱移動装置40を具備する。好ましくは、反応器装置1の垂直軸に直交する反応器装置1の断面は、円形である。図1においてDBまたは濃厚な床域として識別される反応器の下部は、ほぼ円筒状である。図1においてDZまたは解離域として識別される反応器の中間部分は、域AおよびBとしてそれぞれ記号が付されている下方の円錐形部分および円筒形部分を含む。図1に示されるように、円錐形部分Aは、DB域に連結される位置でより小さな直径で、次いで円筒形域Bに合致する部分まで広がる。図1においてDPまたは希薄相域である反応器の上部部分は、域Cとして記号が付されている円錐形部分と、域Dとして記号が付されているドーム状、半球状もしくは楕円形蓋付き頂部部分と、を含む。円錐形部分Cは、円筒形部分Bと接触する部分で最大の直径であり、ドーム状部分Dと合致する部分に至るまで直径が徐々に狭くなる、すなわちテーパーが付されている。反応器の底部は、円錐形域50を有する。
【００３０】
反応器1は、ガスまたは他の反応物質を反応器に流入させる手段を有する。図1に示されているように、60および70は、例えばそれぞれアンモニアおよび分子状酸素含有ガスの導入用に用いることができる入口である。反応器装置1内で行われるべき特定の化学反応に応じて、より少数の入口が存在していてもよいし、あるいは他の反応物質用の追加の入口が存在していてもよい。入口60および70は、図1に示されるように、それぞれ、反応物質を分散または分配する手段80および90に連結されている。たとえば反応ガスである反応物質を分散または分配する手段（本明細書において反応ガス分配システムともいう）は、１種または複数種の反応ガスを分散または分配する適宜の手段でよい。本発明の好ましい実施形態において、反応ガス分配システムは１種または複数種の反応ガスを分散するために用いられ、スパージャーであってもよいし、あるいは１以上のオリフィスもしくはノズルが嵌合した管または他の導管の集合またはネットワークであってもよいし、あるいはその中を通して１種または複数種のガスを分散する他の手段、たとえば反応器1の格子12の上方の部分であってもよい。本発明の反応器装置にとって好ましい反応ガス分配システムは、図1に示され、より詳細には図2および3に示されているように、複数のガス分配管82および92およびマニフォールド管80および90を具備する。マニフォールド管80および90の各々は分配管82および92にそれぞれ連結されていて、分配管は、それぞれ分配管から格子12の頂部表面近くまで下方向に延在する複数のガスデリバリ管85および95を有する。好ましい実施形態において、たとえばアンモニアガスなどの反応ガスの１種用の分配管からのガスデリバリ管は、格子内のホールでもしくはホールの近傍で、好ましくはホールの上方で終止し、一方、たとえば分子状酸素ガスなどの他の反応ガス用の分配管からのガスデリバリ管は、格子の上方で格子内のホールから離れた位置で終止する。この配置は図2に平面図として示され、図3に立体図として示されている。図2内の好ましい格子および図3に示されるように好ましい反応ガス分配システムの詳細立体図は、より詳細に後述する。 
【００３１】
１種または複数種の反応ガスは、入口96を通して反応器装置1に流入することもできる。反応ガス、好ましくはプロパンを含む反応物質は、入口96を通して反応器1に流入し、格子12内のホールもしくは他のオリフィスを通過することによって反応器装置1の格子12の上方のDB域に通過することができる。本発明の好ましい実施形態において、格子12は、一般に反応器装置内のプレートであり、図1に示すように反応容器の内周まで延在し、反応器装置が好ましい垂直位置にある場合に、プレートを通してプレートよりも下の反応器装置の部分からプレートよりも上の反応器装置の部分までガスまたは他の反応物質を通過させるように、好ましくはプレートの表面に均一に離間されているホールもしくはオリフィスの集合を含む。ホールもしくはオリフィスは、格子プレートの下方に延在する管状ノズル11を含むものでもよい。詳細は後述するが、プレートよりも上の反応器装置の部分は固体粒子状触媒を含み得る。反応器装置の運転中、格子12のプレート内のホールもしくはオリフィスを通して通過するガスは、触媒粒子の床に流入し、格子よりも上に位置づけられている触媒粒子を流動化させる。したがって、格子を形成するプレート内のホールもしくはオリフィスは、かなりの程度まで粒子状触媒がホールを通して落下し得るほど大きすぎず、１種もしくは複数種の反応ガスの通過を可能とするに充分なサイズでなければならない。好ましい実施形態において、ノズル11は、ノズルの内径内に位置づけられたオリフィス、好ましくはノズルが格子と連結する部分から離間したノズル端部に位置づけられているオリフィスを有する。オリフィスは、格子よりも下の反応器内のガスと格子よりも上のガスとの間の所望の圧力降下を与え、かつ、ノズルを通して格子よりも上の反応器スペースへの所望のガス流量を与えるサイズまたは直径のものである。このようなオリフィスを具備するノズルは図3に詳細に示されている。
【００３２】
ガスクーラー20は、ガスを冷却するために用いることができる任意の手段である。本発明の好ましい実施形態において、ガスクーラー20は、たとえば生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有しさらに懸濁もしくは随伴触媒粒子を含むガスがガスクーラーを貫通して通過することができるシェル・チューブタイプのクーラーであり、ガスは、頂部、すなわち図1に示されているガスクーラー20の上部分からクーラーに流入し、クーラーを通して下方に通過し、底部、すなわち図1に示されているガスクーラー20の下方部分でクーラーを出て、列配置ガスサイクロン30または他の冷却されたガスを触媒粒子などの懸濁もしくは随伴粒子から分離する手段に流入する。シェル・チューブタイプクーラーなどの管を通して通過するガスを冷却する水、蒸気または他の適切な流体などの冷却媒体は、それぞれフランジ付き導管22および23を通して、クーラーに流入して流出する。クーラーを出る冷却されたガスは、サイクロン30または他の懸濁触媒粒子を冷却されたガスから分離する手段に流入する前に、ガスクーラー20の下部に位置づけられた分配手段すなわちプレナム24に通過する。ガス冷却手段20は、反応器装置1内の他のすべての成分と同様に、反応器内での反応物質および生成物の条件および化学反応性に耐える物質から構築されるべきである。スチールなどの物質、好ましくは低合金鋼、カーボンスチールもしくはステンレススチールを用いることができる。好ましいクーラー20は、図4および5により詳細に示されており、より詳細に記載されている。
【００３３】
ガスサイクロン30は、触媒粒子などの懸濁もしくは随伴粒子から、ガスクーラーを出る１種もしくは複数種の生成ガスを分離する。図1に示すように、１以上のサイクロンを用いることができる。図1は、列配置された３個のサイクロン100、110および120を示す。ガス状生成物および随伴もしくは懸濁触媒粒子を含むガスクーラー20からの冷却されたガス流出物は、導管101を通して第１ステージサイクロン100に流入する。サイクロン100からのガス状流出物は導管111を通して第２ステージサイクロン110に流入し、第２ステージガスサイクロン110からのガス状流出物は導管121を通して第３ステージガスサイクロン120に流入する。第３ステージガスサイクロン120からのガス状流出物は、フランジ付き管130を通して反応器を出て、アクリロニトリルなどの生成物をガス状流出物から単離する分離・精製システムに送られてもよい。
【００３４】
各サイクロン100、110および120は、各サイクロンに取り付けられているデッィプレッグ（dipleg）105、115および125を有する。デッィプレッグ（dipleg）105、115および125は、管などの好ましくは格子近傍のDB域まで下方に延在する導管である。図1には示されていないが、各デッィプレッグ（dipleg）は、好ましくは反らせ板またはフラップ弁などのデッィプレッグ（dipleg）へのガスの上向き流を防止する手段で終止する。デッィプレッグ（dipleg）は、ガスサイクロンによって回収された触媒を、触媒の大半が位置づけられるはずの反応器の下部に送る作用をする。図1は3個のサイクロンが列配置されている１セットを示すが、各セットはより少数または追加のサイクロン、たとえば2個または4個のサイクロンを含むものでもよく、このような列配置サイクロンの複数セット、たとえばこのような列配置サイクロンの2〜10セットがあってもよいことは理解されるべきである。図5は、好ましいガスクーラーの内部およびサイクロンの配置をより詳細に示す。図5の詳細は後述する。サイクロンに代えて、たとえば、フィルターシステムまたは集塵器などの触媒粒子をガスから分離する他の手段を用いてもよいことは理解されるべきである。
【００３５】
図1には示されていないが、格子、ガスクーラーおよびサイクロンなどの構成成分は、支持梁または他のそのような装置などの適宜手段によって適所に確実に支持されていてもよい。
【００３６】
図2は、本発明の反応器装置に用いることができる好ましい格子およびガス分配システムの平面図である。この図は、格子が反応器装置内に置かれていて反応器装置が好ましい垂直位置にある場合に、格子よりも上から見下ろした図である。明瞭にするために、図1および2において同一の構成要素には同じ符号を付した。ガス分配システム220および支持梁格子211は1/4の区域に示され、格子域200は1/2の区域に示されているが、各域は図2に示される円形格子の領域全体にわたって延在することは理解されるべきである。
【００３７】
図2において、格子域200は、格子の下から格子よりも上に位置づけられている触媒粒子の流動床までガスを通過させるための格子を貫通する複数のホール210を示す。ホールは、互いに均等に離間されていて、均等に離間された列内に配置されている。１列中のホールは、隣接する列内のホールとの間に位置づけられている。格子域200のすぐ下にある域211は、格子を支持するために用いられる直交支持梁212および215の格子（lattice）を示す。域220は、マニフォールド管80および90と、ガス分配管82および92と、ガスデリバリ管85および95とを有する反応ガス分配システムを示す。図2に示されているように、ガス分配管82から延在するガスデリバリ管85は、ガスが出るガスデリバリ管85の両端部が格子域200内のホールの上方に配置されるように位置づけられ、ガス分配管92から延在するガスデリバリ管95は、ガスが出るガスデリバリ管95の両端部が格子200内のホールから離れるように位置づけられている。
【００３８】
図3は、本発明の反応器装置に有用な好ましい格子および反応ガス分配システムの区域の立体図であり、図1および2に示したガス分配システム区域の立体図でもある。明瞭にするために、図1および2と同一の図3内の構成要素は同じ符号で示す。
【００３９】
図3は、ホールを有する金属格子プレート310上方の層300として耐火絶縁材料を有する格子12を示す。
【００４０】
格子12は、複数のホール210およびホール210に挿入されているノズル11を有する。図3は、マニフォールド管80および90がそれぞれ複数の連結管321および322によって複数のガス分配管82および92にそれぞれ連結されていることを示す。分配管82および92は、複数のガスデリバリ管85および95にそれぞれ連結されている。ガスデリバリ管85の末端は、格子内のホールの上方に位置づけられている。ガスデリバリ管95は、矢印330で示されているように、そのような管を出るガスが格子12内のホール210から離れる位置に送られるように、位置づけられている。矢印340は、ホール210を通して上方向に移動するプロパンを含むガスなどのガスの方向を示す。図3に示されているように、一例として、分子状酸素含有ガスはマニフォールド管90に入り、連結管322を通してガス分配管92まで送られ、次いでガスデリバリ管95を通して送られ、たとえばプロパンがホール210を通して出る場所から離れた格子上の位置に送られる。同様に、一例として、アンモニアガスは、マニフォールド管80に入り、連結管321を通してガス分配管82まで送られ、次いでガスデリバリ管85を通して、たとえばプロパンを含むガスがホール210を通して出る場所の直上の格子上の位置まで送られる。図3におけるノズル11aは、ノズルが格子12に取り付けられる場所から離れたノズル11aの末端上のキャップ11c内でのオリフィス11bの詳細を示す。図4には示されていないが、デリバリ管85および95は、デリバリ管85および95の内径よりも小さい直径である分配管82および92内のホールの上方で、たとえば溶接により分配管82および92にそれぞれ取り付けられていてもよく、こうして分配管からデリバリ管に入る前に通過するための反応ガス用のオリフィスを作ることができる。
【００４１】
図4は、上部域部Dおよびガスクーラー20および反応容器10のシェルの好ましい内部構成を示す図1の好ましい垂直におかれた反応器装置の部分Cの一部を含む断面図である。ガスクーラー20において、複数のガス冷却管400は、ジャケット付領域405を通過する。ジャケット付領域405は、ガスクーラー20の外壁410によって画定される。ガスクーラー20は、冷却流体がジャケット付領域405を通過してガス冷却管400の全表面に到達することを保証する複数のバッフル420を含む。冷却流体はフランジ付き管22を通してジャケット付領域405に入り、フランジ付き管23を通して出る。矢印430は、ガスクーラー20のジャケット付領域を通して移動する冷却流体の経路を示す。大きな矢印440は、混合物の流れを示し、たとえば生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）ならびに随伴もしくは懸濁触媒粒子を含む混合物は、最初にガスクーラー20の側面を上方向に通過して、次いで、管400を通して下降して、管400の底部からプレナム460に流出する。矢印450は、冷却管400を通る混合物の経路を示す。管22および23は、ガスクーラー20を通して循環される冷却流体を提供し受け入れるための冷却流体システムに管22および23を連結するためのフランジ460を有する。図1〜3中の構成要素と同一の図4中の構成要素は、明瞭にするために同じ符号を用いた。
【００４２】
図5は、本発明の反応器装置に用いることができる好ましいガスクーラー20、プレナム24の一部切り欠き立体図およびガスサイクロン100、110および120の拡大図である。図1〜4中の構成要素と同一の図5中の構成要素は明瞭にするために同じ符号を付した。図5は、特に、ガスクーラー20の内部配置を詳細に示す。ジャケット付領域405を貫通する複数のガス冷却管400を示す。図5は、特に、図5において矢印510で示されるようにプレナム25を出て導管101に入る、たとえば生成ガスおよび反応ガスおよび随伴触媒粒子の混合物から随伴触媒粒子を分離するために用いられる3個のガスサイクロン100、110および120の列配置も示す。
【００４３】
図1における反応器装置は、アクリロニトリルを形成するための分子状酸素含有ガスおよびアンモニアガスによるプロパンのアンモオキシデーションのために、好ましくは下記に示す態様で運転される。プロパンをアクリロニトリルに転化するために有用な当該分野で公知の１種以上の触媒などの固体粒子状触媒は、分子状酸素およびアンモニアの存在下で加熱される場合、たとえば上記した触媒に関する米国特許に記載されている１種以上の触媒は、反応器装置1の下部の濃密床(DB)内に含まれる。存在する触媒の量は、反応器が運転状態であり、触媒が流動状態にある場合、好ましくはDBで示される反応器の域を満たす量である。アンモニアおよび分子状酸素源などの反応ガスは、それぞれ入口60および70を通して反応器に入り、マニフォールド管80および90、分配管82および92、ガスデリバリ管85および95を含むガス分配手段によって反応器の底部に分配される。反応プロパンおよび再循環されたプロパンなどのリサイクルガスは、入口管96を通して反応器装置1に入る。リサイクルガスとは、反応器の出口から回収され、プロパンをアクリロニトリルに転化するプロセスで再び用いられるべきリサイクルとして反応器に戻されるガス、たとえばプロパンを意味する。他のリサイクルガスは、分子状酸素、一酸化炭素、二酸化炭素および窒素の１種以上を含み得る。反応プロパンおよびリサイクルガスは、格子12内のノズル11を通して流れ、反応器のDB域内で粒子状触媒を流動化する。濃密流動触媒床内で、所望の触媒反応のほとんどが生じ、ここでプロパンはアクリロニトリルおよびシアン化水素およびアセトニトリルなどの有用な副産物に転化される。アンモオキシデーション反応は発熱である。冷却コイル40は、流動触媒床から過剰の熱を奪うことによって流動触媒床の温度を調節するために用いられる。生成ガスおよび残りの反応ガスは濃密床を通過して、図1においてDZで示される反応器の解離域(DZ)に入る。ガスは、流動触媒床からの懸濁もしくは随伴している触媒粒子を有する。解離域において、懸濁もしくは随伴触媒粒子のほとんどは反応ガスおよび生成ガスから分離し、重力によって濃厚な床域に戻る。図1において反応器装置のDZ域の拡幅直径は、反応器装置内を上方向に移動するガスの速度を減少させ、こうして解離域内でのこのようなガスの速度を減少させ、懸濁もしくは随伴されている触媒の一部の解離を促進する。生成ガスおよび反応ガスおよび残りの随伴もしくは懸濁触媒粒子は、反応器の頂部まで上方向に通過して反応器の希薄相(DP)域に入り、ガスクーラー20の頂部または上部まで下向きに流れ、ここでガスは冷却される。懸濁もしくは随伴触媒粒子をまだ含む冷却されたガスは、クーラー20の底部または下部から出て、プレナム24に入って次いで出て第１ステージサイクロン100に至る。明瞭にするために、図1は、3個の列配置サイクロンの１群のみを示す。しかし、プレナム24は複数のこのようなサイクロンまたは連結されている列配置サイクロンを有することは理解されるべきである。サイクロン100によって分離された触媒粒子は、デッィプレッグ（dipleg）105を通って反応器の濃密床部分に戻る。生成アクリロニトリルおよび他の生成ガスおよび反応ガスを含む流出ガスは、サイクロン100を出て、導管111を通って���２ステージサイクロン110に入る。サイクロン110によって分離された触媒粒子は、デッィプレッグ（dipleg）115を通って反応器の濃密床部分に戻る。生成アクリロニトリルおよび他の生成ガスおよび反応ガスを含む流出ガスは、サイクロン110を出て、導管121を通して第３ステージサイクロン120に入る。第３ステージサイクロン120において、生成ガスおよび反応ガスを含む混合物中に随伴もしくは懸濁されている残りの触媒粒子の全部またはほぼ全部が除かれ、デッィプレッグ（dipleg）125によって反応器の濃密床部分に戻される。生成アクリロニトリルおよび他の生成ガスおよび反応ガスを含むガスは、第３ステージサイクロンを出て、生成物出口130に入る。触媒の濃密床は図1に示されていないが、矢印は、最初は随伴触媒粒子を伴い次には伴わない反応ガスおよび生成ガスの流れを示す。よって、矢印140は反応器のDB域を通る反応ガスおよび生成ガスの上向き流れを示し、矢印142および144は、懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む反応ガスおよび生成ガスの解離域DZおよび希薄相域DPをそれぞれ通りガスクーラー20の外部に通過する上向き移動を示す。拡大されているDZ域において、懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む反応ガスおよび生成ガスは、速度を減速させ、こうして触媒粒子の一部をガスから解離させる。矢印146は、いくらかの懸濁もしくは随伴触媒粒子をまだ含む反応ガスおよび生成ガス混合物の方向の転換を示し、ガスの流れ方向が下向きになる。矢印148および150は、それぞれ、ガスクーラー20を通ってプレナム24に至る反応ガスおよび生成ガスおよび懸濁もしくは随伴触媒粒子の混合物を示す。導管101、111および121内の水平矢印は、サイクロン100、110および120を通る反応ガスおよび生成ガスの経路を示し、矢印160は、フランジ付き出口管130を通して反応器装置1を出る、ガスから懸濁触媒の分離後の反応ガスおよび生成ガスの混合物の流れの方向を示す。サイクロン100、110および120内で下向きの矢印は、ガスサイクロン100、110および120内で分離された触媒粒子の流れ方向を示す。矢印161、162および164は、デッィプレッグ（dipleg）105、115および125内で分離された触媒粒子の下向きの移動を示す。列配置サイクロン内での第1のサイクロンであるサイクロン100は、サイクロン110および120などの列配置サイクロンの列の後方のサイクロンよりも好ましくは大きい。列配置サイクロン内の第１ステージサイクロンは、多量の触媒分離を達成することができるように好ましくはより大きい。同様に、第１サイクロンのデッィプレッグ（dipleg）は、好ましくは断面積が大きく、たとえば、デッィプレッグ（dipleg）を流れるより多量の触媒粒子を収容できるように、列配置サイクロン内の後続のサイクロンに対するデッィプレッグ（dipleg）よりも大きな直径である。矢印170は、フランジ付き管22およびガスクーラー20のシェルへの熱移動媒体もしくは冷却流体の流れ方向を示す。矢印122は、ガスクーラー20のシェルを通過する際の好ましい冷却流体の曲がりくねった経路を示し、矢印174は、フランジ付き管23を通してガスクーラーを出る際の冷却流体の流れ方向を示す。
【００４４】
図6〜11は、本発明の反応器装置の実施形態の単純化した略図を示す。
【００４５】
図6は、２群の列配置サイクロンおよび列配置サイクロンの第２のセット用の別個の生成ガス出口を示す点を除いて、単純化した略図で図1の反応器を示す。図6において、反応器600は、反応器シェル610と、括弧615により示される濃密流動触媒床ゾーン(明瞭にするために、触媒床は示していない)と、流動触媒床の温度を調節するための熱移動装置618と、たとえば酸素含有ガスおよびアンモニアを反応器に供給するための反応ガス入口620および625と、たとえば酸素含有ガスおよびアンモニアを分配するためのガス分配システム622および627と、たとえばプロパンを反応器に添加するために用いられる反応器ガス入口630と、たとえばサイクロンとして示されている触媒分離装置635と、たとえば冷却流体を循環させるための入口管612および出口管614を有するシングルパスシェル・チューブクーラーとして示されているガスクーラー640と、プレナム642と、懸濁もしくは随伴触媒粒子を伴うが触媒分離装置を通過後は懸濁もしくは随伴触媒粒子を伴わない生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）の混合物の流れ経路を示す矢印645と、１種または複数種の生成ガス排出管650と、格子660と、触媒粒子を流動触媒床に戻すためのデッィプレッグ（dipleg）670と、を有する。
【００４６】
符号が付されてはいないが図6に示したものと同じものを示す図7〜11に示されている反応器装置の構成要素は、特にことわらない限り、図6に関して上述した構成要素と同じである。図6〜11に示す反応器装置のすべては垂直位置にあるものとして示されている。
【００４７】
図7は、図7に示した実施形態において反応器シェルが下部のDB域またはゾーンに対して拡張されている中間域705を有していない点を除いて、図6に示した反応器と同じ反応器である本発明の反応器装置の一実施形態を示す。同じ化学反応および反応ガスおよび生成ガスに対する圧力、温度およびガス流量などの反応条件に対して、図7に示す反応器装置は、図6に示す反応器装置の拡張された中間域または解離域の直径と略等しい濃密相ゾーンおよび解離域直径を有することができる。このような反応器に対して、各反応器の希薄相域に流入する生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含み随伴触媒粒子を含有する混合物の速度は、同様であり、懸濁もしくは随伴触媒粒子の量もまた同様である。
【００４８】
図8は、図8に示す実施形態において反応器シェルの頂部域802が中間域805に比例してより大きな直径を有し、反応器がたとえば冷却コイル内で冷却流体を循環させるための入口管812および出口管814を有するフィン付き管冷却コイルなどの冷却コイル810を有する点を除いて、図7に示す反応器装置と同じ本発明の反応器装置の一実施形態を示す。触媒粒子を１種または複数種のガスおよび触媒粒子の混合物から分離する前に、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有し懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む混合物を冷却するために用いられるたとえばシェル・チューブガスクーラーに加えて、冷却コイルはガスクーラーとして用いられる。
【００４９】
図9は、冷却コイルおよびシングルパスガスクーラーがツーパスシェル・チューブクーラーなどのツーパスガスクーラー910で置換されている点を除いて、図8に示す反応器装置と同じである本発明の反応器装置の一実施形態を示す。ツーパスクーラーにおいて、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有し懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む混合物は、図9において矢印で示すように、混合物が反応器内で垂直方向上方向に移動し、次いでクーラーを通って再び下降経路で通過する際に、ツーパスクーラーを通過する。ツーパスクーラー910は、クーラーを通して冷却流体を循環させるための入口管912および出口管914を有する。
【００５０】
図10は、たとえばシングルパス上昇流シェル・チューブガスクーラーなどのシングルパス上昇流ガスクーラー1010を有する本発明の反応器装置の一実施形態を示す。この実施形態において、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有し、懸濁もしくは随伴触媒を含む混合物は、混合物が反応器内で上方向に移動する際に、上昇流ガスクーラー1010を通過する。クーラーを出た後、混合物は、列配置サイクロンの第１ステージサイクロンにおける開口1020を通って、列配置サイクロン1015などの触媒分離装置に流入する。列配置サイクロンを通過した後、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）の混合物は、管1030を通って反応器を出る前に、プレナム1025に流入する。シングルパス上昇流クーラー1010は、クーラーを通して冷却流体もしくは他の適切な流体を循環させるための入口管1012および出口管1014を有する。
【００５１】
図11は、冷却コイル810を有しておらず、たとえばサイクロンなどの「ラフカット」触媒分離装置1010を含む点を除いて、図8に示す反応器と同じである本発明の反応器の一実施形態を示す。ラフカット分離装置は、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有し懸濁もしくは随伴触媒を含む混合物から触媒の部分を除去するために用いられる。よって、ラフカット触媒分離装置は、図1および6に示される反応器内に示す拡張された解離ゾーンにより達成される、そのようなガス混合物からの触媒粒子の同一または同様の解離を達成することができる。図11の反応器において、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含有し懸濁もしくは随伴触媒粒子を含む混合物は、サイクロン1110の入口1115に流入する。分離された触媒粒子は、サイクロン1110に取り付けられたデッィプレッグ（dipleg）を通って、濃密相触媒床に戻る。懸濁もしくは随伴触媒のレベルが減少した生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含む混合物は、プレート1120を通して反応器の頂部域1102に入る。プレート1120は、反応器の頂部域1102を反応器の残りの部分から隔離し、サイクロン1110を通過することまたはバイパス弁が開位置にある場合にはバイパス弁1130を通過することによる場合を除いて、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）を含み懸濁もしくは随伴触媒を含む混合物が反応器の頂部域に入らないようにする。バイパス弁1130は、生成ガスおよび反応ガス（存在する場合）およびサイクロン1110を通過する懸濁もしくは随伴触媒混合物を含む混合物の量を調節するために用いることができる。
【００５２】
本発明の反応器装置はアクリロニトリルを形成するためのプロパンのアンモオキシデーションに用いることができ、そのような使用に関して上述してきたが、本発明の用途はこれに限定されず、他の化学転化反応を行うために用いることができることは理解されるべきである。たとえば、プロパン、n-ブタンまたはイソブタンなどの飽和炭化水素類、またはプロピレン、またはイソブチレなどの不飽和炭化水素類のいずれかを対応する不飽和ニトリル類、すなわちアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルに転化するために用いることができる。たとえば、ベンゼンまたはブタンの無水マレイン酸への酸化、ガソリンおよび他の炭化水素類を形成するための原油の接触分解、残油のコークス化、コークスガス化および同様の接触化学転化反応に用いることもできる。
【００５３】
本発明のある種の実施形態だけを記載してきたが、当業者には上述の記載から他の実施形態および種々の変形例が明らかとなるであろう。これらおよび他の変形例も本発明の均等物であり本発明の範囲内であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図1は、本発明の好ましい反応器装置の断面図である。
【図２】図2は、本発明の好ましい反応器装置に用いるための好ましい格子の平面図である。
【図３】図3は、本発明の好ましい反応器装置に用いるための好ましい反応ガス分配システムの３次元図（斜視図）である。
【図４】図4は、本発明の好ましい反応器装置に用いるための好ましいガスクーラーの断面図である。
【図５】図5は、本発明の好ましい反応器装置に用いるための好ましいガスクーラーおよび列配置ガスサイクロンセパレータの３次元図（斜視図）である。
【図６】図6は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【図７】図7は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【図８】図8は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【図９】図9は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【図１０】図10は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【図１１】図11は、本発明の反応器装置の実施形態の概略図である。
【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】
2007503463.tif 000009
【図８】
2007503463.tif 000010
【図９】
2007503463.tif 000011
【図１０】
2007503463.tif 000012
【図１１】
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【国際調査報告】
2007503463.tif 000014
2007503463.tif 000015
2007503463.tif 000016
2007503463.tif 000017
2007503463.tif 000018
2007503463.tif 000019
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