(57)【要約】  本発明は、保護管及び前記保護管内に設けられるケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段を備えた温度測定装置であって、前記温度測定手段は、ケーブル又はワイヤ線上に温度感知センサー部が存在し、前記温度測定手段の両端に張力を印加することで、保護管内で前記張力により温度感知センサー部を保護管の軸方向に移動させることができることを特徴とする温度測定装置；前記温度測定装置が反応管内に軸方向に並設された反応管；及び前記温度測定装置又は前記反応管を一つ以上備えた反応器を提供する。
2008545967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護管及び前記保護管内に設けられるケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段を備えた温度測定装置であって、
前記温度測定手段は、ケーブル又はワイヤ線上に温度感知センサー部が存在し、前記温度測定手段の両端に張力を印加することで、前記保護管内で張力により温度感知センサー部を保護管の軸方向に移動させることができることを特徴とする、温度測定装置。
【請求項２】
前記ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段に張力を印加するとき、前記保護管の両端開口部の外側に各々設けられるプーリーを用いることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段は、柔軟性があることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段は、熱電対又はＲＴＤであることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記保護管にオイルが充填されることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項６】
前記温度感知センサー部は、一つの接合部に内蔵されて連結した一対の温度感知センサー部であるか、或いは、各々一つの接合部に内蔵されて連結部により連結した一対の温度感知センサー部であることを特徴とする、請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項７】
前記接合部は、チューブ形態であることを特徴とする、請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項８】
前記接合部内にオイルが充填されることを特徴とする、請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項９】
前記接合部の外径は、前記保護管の内径の９０％以下であることを特徴とする、請求項６に記載の温度測定装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された温度測定装置が、反応管内に軸方向に並設されることを特徴とする、反応管。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された温度測定装置を一つ以上備えることを特徴とする、反応器。
【請求項１２】
請求項１０の反応管を一つ以上備えることを特徴とする、反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定装置に関する。本発明の温度測定装置は、管状反応器で温度を測定するのに用いられ、管状反応器の非制限的な例として固定層触媒を充填した反応管が一つ以上具備されたシェルアンドチューブ(shell-and-tube)熱交換式反応器がある。つまり、本発明は、固定層シェルアンドチューブ熱交換式反応器において、反応管に充填した触媒層の温度を容易に測定するように考案された温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前述したシェルアンドチューブ熱交換式反応器は、接触気相酸化反応（catalytic vapor phase oxidation）、例えば、蒸気相で触媒によりオレフィンから不飽和酸を製造する工程に用いられる。
【０００３】
一般に、シェルアンドチューブ熱交換式反応器は、１種以上の触媒が顆粒状で反応管(接触管)に充填され、反応ガスが管を介して反応器に供給され、反応ガスが反応管で触媒と接触して所望の生成物を得るための化学反応を起こす。反応中に発生する反応熱は、反応管の外面に提供されるシェルに循環される伝熱媒体と伝熱されて除去され、伝熱媒体の温度は所定の温度に維持される。所望の生成物を含有する反応混合物は、管を介して収集・回収及び精製の段階に送られる。
【０００４】
接触気相酸化反応は、通常、高い発熱反応であるから、特定範囲内で反応温度を調節して反応領域内の熱点の大きさを低減するのが非常に重要である。つまり、工程条件、供給物の造成及び触媒層の構成等により、触媒層の熱点の位置を迅速に把握し、その大きさを正確に測定するのが非常に重要である。
【０００５】
このために、従来には、一つのシェルアンドチューブ熱交換式反応器の反応管内に複数の保護管を設け、一部は位置が固定されている固定型、一部は保護管内に引出し可能な移動型に熱電対を構成して温度を測定する。
【０００６】
こうした温度測定装置における移動型熱電対の役割は、非常に重要である。前述したように、工程条件、供給物の造成及び触媒層の構成により熱点の位置が決定され、その大きさも伝熱媒体の伝熱能力及び発熱の程度により決定されるため、移動型熱電対の引出しにより熱点の正確な位置及び大きさをモニターリングしなければならない。
【０００７】
また、移動型熱電対は、反応管内の長手全体の触媒層の温度プロファイルが得られるようにする。触媒層の温度プロファイルとして得る情報量は相当であるが、熱点だけでなく、触媒層の充填が均一であるか、反応温度の調節が必要であるか、反応器が非正常的に動いているか等を視覚的に容易に分析できるようにする。
【０００８】
しかしながら、通常の固定層反応器内の触媒層の温度は、高い発熱反応により２００〜５００℃まで上昇するため、熱電対を保護する保護管が熱的に膨脹しながら折り曲げやツイスト等の変形が発生して、熱電対の移動が困難になる。
【０００９】
触媒層の温度プロファイルを得るには、機械的強度が弱い熱電対を反応管の長手全体に挿入すべきである。すなわち、数メートルから数十メートルまで保護管内に挿入すべきである。このとき、熱的影響により変形された保護管を通過する時、熱電対は摩擦抵抗を深く受けて移動が困難になることにより、所望の地点までセンサー部が到達できず、さらに熱電対の無理な取扱いによる折り曲げがよく発生する。熱電対が保護管内に挿入されたままで折り曲げられる場合、折り曲げられたままで保護管に挿入された部分を回収する方法がないため、温度モニターリングは深刻な影響を受けることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
よって、本発明の目的は、熱電対のような温度測定手段を、変形された保護管内でも容易に移動できるように考案された温度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、保護管及び前記保護管内に設けられるケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段を備えた温度測定装置であって、前記温度測定手段は、ケーブル又はワイヤ線上に温度感知センサー部が存在し、前記温度測定手段の両端に張力を印加することで、前記保護管内で張力により温度感知センサー部を保護管の軸方向に移動させることができることを特徴とする温度測定装置；前記温度測定装置が反応管内に軸方向に並設される反応管；及び前記温度測定装置又は前記反応管を一つ以上備えた反応器を提供する。
【００１２】
本発明の温度測定装置は、反応管内に設けられたり、反応器のシェル空間内に設けられたりする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による温度測定装置は、既存の装置に比べ、張力を用いて容易に温度を測定でき、破損等により温度モニタリングシステムに深刻な影響を与える事態を避けることができ、損傷された測定装置を容易に交替できる。
【００１４】
また、本発明による温度測定装置は、温度測定手段が、２つ以上の温度感知センサー部又は温度測定手段を備える。よって、１つの温度感知センサー部又は温度測定手段が損傷されても、別途の交替なしに継続的に温度を測定でき、以後に破損された温度感知センサー部又は温度測定手段の交替が比較的容易なので、維持・補修にも多くの利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づき、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の特徴は、保護管内に設けられる温度測定手段をケーブル又はワイヤの形態に製作し、温度測定手段のケーブル又はワイヤ線上の中間部に温度感知センサー部を配置することで、温度測定手段の両端部に張力を印加して温度感知センサー部を保護管の軸方向に移動させるものである。
【００１７】
このとき、保護管の両端開口部の外側にプーリーを設け、プーリーにケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段を係止して使用するのが好ましい。プーリーにより張力印加時の張力の方向を変化させたり、小さな力でも温度感知センサー部を容易に移動させたりすることができる。よって、張力を用いて引っ張るだけで管状反応器内の全領域の温度を容易に測定でき、反応管内の全体触媒層の熱安全性を容易に把握できる。
【００１８】
また、ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段は、柔軟性を有していることが好ましい。温度測定手段が針金のように柔軟性のある材料で製作されると、保護管の変形による温度測定手段の移動性の脆弱を補完できる。すなわち、温度測定手段を保護管に押し込む時に発生する機械的摩擦や、これにより発生する破損などの問題を解決できる。
【００１９】
本発明による温度測定手段のうちの温度感知センサー部は、チューブ形態の接合部内に設けられ、ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段が接合部と物理的に連結されるのが好ましい。
【００２０】
ケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段は、２つの温度測定手段が一直線上に連結される形態としても用いられる。２つの温度測定手段を用いる場合、温度感知センサーの老化或いは移動時の機械的な摩擦により、一つのセンサーに故障が発生すると、他の１つを用いて継続的に測定できる。
【００２１】
本発明に使用可能な保護管の材質の非制限的な例としては、ステンレススチール(ＳＵＳ：ＪＩＳで規定されている)がある。硬度がさらに要求される場合は炭素、高温硬度及び耐食性が要求される場合はクロム、靱性及び耐食性が要求される場合はニッケルなどの元素含量が相対的に高いものを使用することができる。強い酸性物質のため、耐酸性が要求される場合は、ハステロイなどのモリブデンが添加された合金を使用することもできる。
【００２２】
一方、伝熱に問題がある場合、保護管に高温で使用可能なオイルなどを満たすことにより、伝熱抵抗を低減できる。
【００２３】
本発明によるケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段の非制限的な例としては、熱電対又はＲＴＤ(resistance temperature detector)がある。測定する温度範囲及び要求される反応時間条件を検討して、状況に適合した熱電対又はＲＴＤを選択できる。
【００２４】
下記では、熱電対を基準として本発明を詳細に説明する。
【００２５】
熱電対は、互いに異なる２種類の金属導体が接合されて閉鎖回路を構成した状態において、両接点の温度が互いに異なると、回路上に電流が流れ、この電流を確認することにより両接点間の温度差が分かる原理を利用するものである。よって、熱電対の接点(以下、熱電対センサー部という)を適正位置に配置させると、正確に温度を感知でき、熱電対のセンサー部が正確な位置及び環境に配置されるように保護する熱電対保護管が必要である。
【００２６】
図２は、熱電対及び保護管を示す概略図である。
【００２７】
図２を参照すれば、互いに異なる材質で製造された２つのフィラメント２１０ａ、２１０ｂがあり、フィラメント２１０ａ、２１０ｂの一端部が互いに接合されて熱電対センサー部２１２を形成する。
【００２８】
このような熱電対センサー部２１２は、所定位置の温度を感知し、これを電気信号に変換させる。一方、フィラメント２１０ａ、２１０ｂは、熱電対センサー部２１２を除いた残り部位が接触されないように、インシュレータ２１４により絶縁される。また、フィラメント２１０ａ、２１０ｂの接点２１２には、インシュレータ２１４からフラットゾーン(flat zone)に位置するように支持する力が提供され得る。
【００２９】
一方、熱電対保護管２１８は、高温、酸、塩基又は機械的摩擦などから熱電対を保護するために用いられる。フィラメント２１０ａ、２１０ｂ及びインシュレータ２１４からなる熱電対２１６は、所定長さを有する直線状の熱電対保護管２１８に挿入されて用いられる。
【００３０】
熱電対保護管２１８は、温度を測定したい反応管の軸方向に垂直である断面の中心に設けられるのが好ましい。
【００３１】
保護管内は反応領域と隔離されており、温度を測定する位置、すなわち、熱電対センサー部の位置は熱電対の両端にかかる張力を調節して変更できる。
【００３２】
図１は、本発明の温度測定装置を設けたシェルアンドチューブ熱交換式反応器２０を示す概略図である。本発明によるケーブル又はワイヤの形態の温度測定手段は、直線的に連結した一対の熱電対を用いるのが好ましいため、これを基準として本発明を説明する。
【００３３】
シェルアンドチューブ熱交換式反応器には、通常、数千〜数万個の反応管が設けられるが、説明の便宜のために、図１には代表的な一つの反応管１０だけを示す。１は一つの熱電対であり、２は熱電対のうちの温度を感知するセンサー部である。３は他の一つの熱電対であり、４は３のセンサー部であり、５は保護管である。６は熱電対１を支持するプーリーであり、７は熱電対１を巻き出す作動機として受動又は自動で作動する。８は熱電対３を支持するプーリーであり、９は熱電対３を巻き出す作動機である。図１の３０は熱電対１を巻き出す方向であり、図１の４０は熱電対３を巻き出す方向である。１１はセンサー部で測定した温度値を判読する装置であって、電気的な信号を温度に表示する。
【００３４】
熱電対１及び熱電対３は、針金のように巻いて使用できる柔軟性のあるものであればよい。熱電対は、張力を用いて巻き出して用いる場合、延性及び展性材質によりスムーズに巻き出すことになるので、変形された保護管を通過する時により有利である。
【００３５】
一方、一対の熱電対を連結する方法は、図３及び図４に詳細に示す。
【００３６】
一対の熱電対センサー部は、一つの接合部に内蔵されて連結すること(図３参照)、又は熱電対センサー部の各々が一つの接合部に内蔵されて接合部が連結部により連結すること(図４参照)が好ましい。
【００３７】
図３に示すように、２つの熱電対は、接合部５０を介して連結する。このとき、チューブ形態の接合部５０に熱電対１及び熱電対３を一部挿入した後、接合部５０がセンサー部の以外の熱電対と重畳する部分に圧力を加えて、熱電対と接合部とを結合させることができる。ワイヤ形態の温度測定装置から独立された２つの温度測定手段(例、熱電対)を連結するには、前記接合部が必要である。
【００３８】
接合部の材質は、前述した保護管の材質と類似なものが用いられる。但し、保護管とは異なり、反応物と直接接触しないので、耐酸性又は耐食性などの性質はあまり要求されない。耐熱又は耐寒などの温度に従う性質が重要であり、熱伝導度が高くて温度測定が精密なものが良い。
【００３９】
熱伝導性を高めるために、接合部内にオイルなどが用いられる。また、保護管内にもオイルを注入して全体的にセンサー部と反応する触媒層の伝熱を容易にする方法も併用できる。
【００４０】
好ましくは、接合部はチューブ形態であるのが好ましい。このとき、接合部の内径は、伝熱に影響されないように十分に小さいものが好ましい。
【００４１】
このとき、接合部の外径は、保護管の内径の９０％以下であるのが好ましい。９０％を超過すれば、熱的に変形された保護管内での移動性が非常に悪い。
【００４２】
図３の５１は、２つの熱電対センサー部の間隔であって、この間隔を適当に調節すれば、一つの熱電対に損傷が発生する場合、カットして余分の空間に新しい熱電対を挿入・結合する方式により交替が可能である。
【００４３】
つまり、問題が発生した熱電対は、一部の接合部と共にカットし、使用可能な熱電対と接合部の一部(実際に接合部は熱電対と結着されている)とを保護管の外に引出して、新しい熱電対をカットした接合部側に挿入し、センサー部が重畳されない部位の接合部を押下して結着できる。例えば、図３の熱電対１のセンサー部に問題が発生すれば、間隔５１のうちの熱電対１に近い部分をカッターなどでカットし、余裕のある間隔５１の上部に新しい熱電対を挿入して結着する。
【００４４】
図４は、図３の他の形態として、高弾性及び高延性の連結部６１、例えば針金連結部を用いて、２つの接合部６２、６３を連結する。
【００４５】
図４において、６４は熱電対センサー部が各々内蔵された両接合部の間隔であって、この間隔を適当に調節すれば、交替時に連結部６１の適当な位置を切断した後、新しい接合部に連結部６１を連結できる。
【００４６】
なお、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形・実施が可能である。よって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の温度測定装置を設けたシェルアンドチューブ熱交換式反応器を示す概略図である。
【図２】熱電対及び保護管を示す概略図である。
【図３】本発明による温度測定装置のうちの温度感知センサー部の一具体例を示す概略図である。
【図４】本発明による温度測定装置のうちの温度感知センサー部の他の具体例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  熱電対
２  センサー部分
３  他の熱電対
４  センサー部分
５  保護管
６  プーリー
７  作動機
８  プーリー
９  作動機
１０  反応管
１１  温度判読装置
２０  シェルアンドチューブ熱交換式反応器
３０  熱電対１の巻き出す方向
４０  熱電対３の巻き出す方向
５０  接合部
５１  センサー部間の間隔
６１  連結部
６２  接合部
６３  接合部
６４  両接合部
２１２  熱電対センサー
２１０ａ  フィラメント
２１０ｂ  フィラメント
２１４  インシュレータ
２１６  熱電対
２１８  熱電対保護管
【図１】
2008545967.tif 000003
【図２】
2008545967.tif 000004
【図３】
2008545967.tif 000005
【図４】
2008545967.tif 000006
【国際調査報告】
2008545967.tif 000007
2008545967.tif 000008