(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器中で不均一粒子状触媒の存在でＣ３および／またはＣ４前駆化合物から（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を生じる気相部分酸化法であり、前記反応器が
１個以上の立方形のサーモプレート装置（１）を有し、前記装置はそれぞれ２個以上の長方形の、互いに平行に、間隙（３）を解放して配置されたサーモプレート（２）から形成され、前記間隙に不均一粒子状触媒を充填することができ、前記間隙を流体反応混合物が流動し、反応熱が熱媒体により吸収され、熱媒体はサーモプレート（２）を流動し、その際少なくとも部分的に蒸発し、および
サーモプレート装置（１）の圧力を解放し、前記装置を完全に包囲し、シリンダージャケット（４）およびフード（１５、１６）を有する大部分シリンダー状シェル（４，１５，１６）を有し、前記フードは両方の端部でジャケットを閉鎖し、長手方向の軸がサーモプレート（２）の平面に平行に配列し、および
１個以上の封止部品（７、２３）を有し、前記部品は流体反応混合物が、フード（１５，１６）により境界付けられる反応器内部空間の流動を除いて、間隙（３）のみを流動するように配置されていることを特徴とする、反応器中で不均一粒子状触媒の存在でＣ３および／またはＣ４前駆化合物から（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を生じる気相部分酸化法。
【請求項２】
反応器がそれぞれ同じ寸法を有する２個以上の立方形サーモプレート装置（１）を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
反応器が４，７、１０または１４個のサーモプレート装置（１）を有する請求項２記載の方法。
【請求項４】
サーモプレート（２）がそれぞれ２つの長方形金属シートから形成され、金属シートはその縦方向の面および端部の面でロールシーム溶接により接合され、ロールシームの上の外部に突出する金属シートの縁部がロールシームの外側縁部でまたはロールシーム自体で除去されている請求項１から３までのいずれか1項記載の方法。
【請求項５】
サーモプレート装置（１）が、それぞれ圧力が安定な長方形安定化フレーム（５）内に配置されている請求項１から４までのいずれか1項記載の方法。
【請求項６】
隣接するサーモプレート装置（１）の長方形安定化フレーム（５）が互いに気密に溶接される請求項５記載の方法。
【請求項７】
封止部品として保持ベース（７）が用意され、保持ベースがサーモプレート装置（１）と大部分シリンダーシェル（４）の間の中間空間（６）をサーモプレート（１）の下側端部で封止する請求項１から６までのいずれか1項記載の方法。
【請求項８】
金属シートカバー（８）がサーモプレート装置（１）と大部分シリンダーシェル（４）の間の中間空間（６）をサーモプレート（１）の上側端部で封止する請求項７記載の方法。
【請求項９】
金属シートカバー（８）がオリフィス（９）を有する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
シェル（４）のサーモプレート装置（１）の間の中間空間（６）が不活性材料で充填される請求項１から９までのいずれか1項記載の方法。
【請求項１１】
不活性材料が膨張パーライトおよび／または膨張バーミキュライトである請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
サーモプレート装置（１）と大部分シリンダーシェル（４）の間の中間空間（６）にガスを使用して圧力を負荷する請求項１から１１までのいずれか1項記載の方法。
【請求項１３】
負荷される圧力が実質的に一定である請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
圧力の実質的に一定の負荷を窒素の圧力を調節した供給および除去により行う請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
中間空間（６）に工程に不活性または工程に内在するガス、特に窒素または循環ガスを連続的に供給することにより圧力を負荷する請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
圧力の負荷に使用されるガスを流体反応混合物とサーモプレート装置（１）からの出口で結合する請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
保持ベース（７）の中または上に半径方向の膨張の補正装置（１０）が備えられている請求項１から１６までのいずれか1項記載の方法。
【請求項１８】
金属シートカバー（８）の中または上に軸方向の膨張および／または半径方向の膨張の補正装置（１０）が備えられている請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
サーモプレート装置１個当たり１個以上の熱媒体の分配装置（１１）および１個以上の収集装置（１２）を使用する請求項１から１８までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２０】
サーモプレート装置１個当たり１個の熱媒体の分配装置（１１）および２個の収集装置（１２）を使用する請求項１から１９までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２１】
熱媒体の分配装置および収集装置が均一な寸法を有する請求項１から２０までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２２】
熱媒体の分配装置（１１）および収集装置（１２）が刻み目のあるベースに溶接される請求項１から２０までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２３】
包囲する、大部分シリンダーシェル（４）に対するサーモプレート装置（１）の熱膨張を受け入れるためのそれぞれ１つの補正装置を有する、サーモプレート（２）を流動する熱媒体の分配装置（１１）および収集装置（１２）が備えられている請求項１から２０までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２４】
包囲する、大部分シリンダーシェル（４）に対するサーモプレート装置（１）の熱膨張を、サーモプレート（２）を流動する熱媒体の分配装置（１１）および収集装置（１２）の適当な湾曲した形状の構成の管により受け入れる請求項１から１９までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２５】
サーモプレート装置１個当たり２個の触媒保持格子を使用する請求項１から２３までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２６】
触媒保持格子を反応器に存在するマンホールにより反応器ジャケットに導入できる請求項１から２４までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２７】
有利に軸方向の熱膨張を受け入れる１個以上の補正装置（１３）が大部分シリンダーシェル（４，１５，１６）のシリンダージャケット（４）に備えられている請求項１から２５までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２８】
サーモプレート（２）を流動する熱媒体により反応熱を除去し、熱媒体が少なくとも部分的に蒸発する、請求項１から２６までのいずれか1項記載の方法。
【請求項２９】
反応器を始動するためのサーモプレート装置（１）の加熱を同じ熱媒体ネットワークから行い、前記ネットワークに、反応の運転の経過中に、少なくとも部分的に蒸発した熱担持媒体により熱が除去される請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーモプレート装置を有する反応器中で、１、２または３個の反応工程で不均一粒子状触媒の存在でＣ３および／またはＣ４前駆化合物の気相中で部分酸化により（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を製造する方法に関する。
【０００２】
周知のように（メタ）アクロレインの名称はアクロレインおよび／またはメタクロレインを表す。同様に（メタ）アクリル酸の名称はアクリル酸および／またはメタクリル酸のために使用される。
【０００３】
周知のように、Ｃ３および／またはＣ４前駆化合物、例えばプロピレン、プロパン、イソブテン、イソブタン、イソブタノール、イソブタノールのメチルエーテル、アクロレインまたはメタクロレイン（すなわち特に３または４個の炭素原子を有する炭化水素）の気相での部分酸化は不均一粒子状触媒の存在で実施する。これらの反応は強い発熱性であり、これまで工業的規模で主に触媒管を有する管束反応器中で実施され、前記反応器に不均一粒子状触媒が導入され、前記反応器を流体反応混合物が通過し、放出される反応熱を間接的に熱媒体により除去し、熱媒体が触媒管の間の中間空間に循環する。使用される熱媒体はしばしば塩溶融物である。
【０００４】
これらの方法は例えばドイツ特許第１９６２４３１号、ドイツ特許第２９４３７０７号またはドイツ特許第１９９５２９６４号に記載される。
【０００５】
アルカンから出発して１つの反応工程で反応を実施して酸を生じるかまたは第１工程でアルデヒドを生成し、第２工程で酸を生じることができる。選択的方法を実施して３つの工程の第１工程でアルカンからオレフィンを生成し、第２工程でオレフィンからアルデヒドを生成し、第３工程でアルデヒドから酸を生じることができる。オレフィンから出発して酸化を２工程で実施することができ、まずアルデヒドを生成し、引き続き酸を生成するかまたは１つの工程でオレフィンから酸を生成する。酸は１つの工程で個々のアルデヒドから出発して製造できる。これに関してアルデヒドは（メタ）アクロレインであり、酸は（メタ）アクリル酸である。
【０００６】
選択的にプレート状熱媒体を通過する熱媒体により反応熱を除去することができる。熱交換プレート、熱伝達プレートおよびサーモプレートの語はプレート状熱交換体に関してほぼ同じ意味で使用される。
【０００７】
熱伝達プレートは主に導入管および排出管を有する内部を有し、表面に比べて少ない厚さを有するシート状構造として規定される。前記プレートは一般に金属シートから、しばしばスチールシートから製造される。しかし適用の場合、特に反応媒体および熱媒体の特性に応じて、特に耐腐食性材料または被覆された材料を使用できる。熱媒体の導入および排出装置は一般に熱交換プレートの反対側の端部に配置される。使用される熱媒体はしばしば水またはジフェニル（登録商標、ジフェニルエーテル７０〜７５質量％およびジフェニル２５〜３０質量％の混合物）であり、これらはしばしば沸騰工程で蒸発する。低い蒸気圧およびイオン液を有する他の有機熱媒体を使用することもできる。
【０００８】
熱媒体としてのイオン液の使用は本願の優先日に未公開のドイツ特許第１０３１６４１８.９号に記載される。硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩または珪酸塩イオンを有するイオン液が有利である。一価金属カチオン、特にアルカリ金属カチオンおよび他のカチオン、特にイミダゾリウムカチオンを有するイオン液も特に適している。カチオンとしてイミダゾリウム、ピリジニウムまたはホスホニウムカチオンを有するイオン液が有利である。
【０００９】
サーモプレートの語は特に１つ、一般に２個の金属プレートが点溶接および／またはロール溶接により一緒に接合され、しばしば水圧を使用して可塑的に成形してポケットを形成する熱伝達プレートに関して使用される。
【００１０】
本発明の範囲でサーモプレートの語は前記定義の意味で使用される。
【００１１】
サーモプレートを使用して部分酸化を実施する反応器は例えばドイツ特許第１９９５２９６４号から公知である。反応器中の熱伝達プレートの周囲の層で部分酸化を実施するための触媒を有する装置は記載されている。反応混合物を一方の反応器端部で熱伝達プレートの間の反応器内部に供給し、反対側の端部で取り出し、こうして熱伝達プレートの間の内部を貫流する。結果として高い均一性の結果として反応混合物の一定の横方向の混合が存在し、予め決定された変換率で、管束反応器で反応を実施することに比べてかなり良好な選択率が達成される。
【００１２】
ドイツ特許第１９７５４１８５号は熱伝達プレートを冷却媒体が貫流し、熱伝達プレートが予め決定された位置で一緒に接合して流動通路を形成する、少なくとも２個のスチールプレートからなるサーマルプレートとして形成される、冷却媒体により間接的に熱を除去する他の反応器を記載する。
【００１３】
この反応器の開発の利点はドイツ特許第１９８４８２０８号に記載され、それによれば、冷却媒体が貫流するサーマルプレートとして形成される熱伝達プレートが例えば長方形、正方形の横断面を有するプレート集合体に結合され、プレート集合体がケーシングを有することである。包囲されたプレート集合体は周辺の側面に適合する必要がなく、従ってシリンダー反応容器の内壁に予め決定された空隙を有して使用される。プレート熱交換体またはそのケーシングと容器内壁の間の自由表面はケーシングの上方または下方部分で案内板により覆われ、触媒が充填された室を反応媒体が迂回することを防ぐ。
【００１４】
プレート熱伝達体の形で存在する反応熱を除去する装置を有する他の反応器はＷＯＡ０１／８５３３１号に記載される。主にシリンダーの形状を有する反応器は連続的触媒層を有し、この中にプレート熱伝達体が埋め込まれる。
【００１５】
（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸は工業的規模で、適当な不均一粒子状触媒の存在でのＣ３および／またはＣ４前駆化合物の部分酸化により製造される。触媒層を通過するプロセスガスの流れを生じるために、ガス入口と出口の間に圧力の低下が必要である。この圧力の低下は例えば入口での高い圧力によりまたは出口での減圧によりまたはこれらの２つの手段の組合せにより生じることができる。経済的な生成物の製造を可能にする工業的に使用される触媒の場合は、触媒層の上の典型的な圧力の低下は０.２〜０.６バールであり、周囲に対して、圧力の差はおそらく完全に１バールであってもよく、一部の場合はそれより高くてもよい。
【００１６】
管形反応器において、周囲に対するこの圧力の差は圧縮された壁のシリンダーの形状により生じる。サーモプレートを有する反応器での延長した試験は反応混合物と外部環境の圧力差が高すぎる場合に、特にサーモプレートの一方の面で高い応力の結果として変形により問題が生じ、高い熱応力下で変形の結果として機械的安定性の問題が生じることを示した。これらの問題は反応混合物が高い圧力下にある場合に生じるが減圧で反応を処理する場合にも生じることがある。
【００１７】
本発明の課題は、サーモプレートを貫流する熱媒体により反応熱を除去する反応器であり、特に前記の問題を回避する、経済的に、問題のない方法で、不均一粒子状触媒の存在で、Ｃ３／Ｃ４前駆化合物の部分酸化による（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸の工業的規模の製造に運転できる反応器を提供することである。本発明は、特に（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を生じる反応を実施する場合に、サーモプレート装置、特に触媒を収容する目的の間隙の形状安定性を保証すべきである。
【００１８】
前記課題は、反応器中で不均一粒子状触媒の存在でのＣ３／Ｃ４前駆化合物から（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を生じる部分酸化法により解決され、前記反応器は
１個以上の立方形のサーモプレート装置を有し、前記装置はそれぞれ２個以上の長方形の、互いに平行に、間隙を解放して配置されたサーモプレートから形成され、前記間隙に不均一粒子状触媒を充填することができ、前記間隙を流体反応混合物が流動し、反応熱が熱媒体により吸収され、熱媒体はサーモプレートを流動し、その際少なくとも部分的に蒸発し、および
サーモプレート装置の圧力を解放し、前記装置を完全に包囲し、シリンダージャケットおよびフードを有する大部分シリンダー状シェルを有し、前記フードは両方の端部でジャケットを閉鎖し、長手方向の軸がサーモプレートの平面に平行に配列し、および
１個以上の封止部品を有し、前記部品は流体反応混合物が、フードにより境界付けられる反応器内部空間の流動を除いて間隙のみを流動するように配置されている。
【００１９】
従って本発明により、Ｃ３／Ｃ４前駆化合物から（メタ）アクロレインおよび／または（メタ）アクリル酸を生じる部分酸化を反応器中で実施し、前記反応器はサーモプレート装置を有し、サーモプレート装置はサーモプレートから形成され、前記サーモプレートを熱媒体が流動し、反応熱を吸収し、従って少なくとも部分的に蒸発する。サーモプレート装置は立方体の形で形成され、主にシリンダー状シェルに圧力解放手段が設置され、前記シェルが装置を完全に包囲する。
【００２０】
サーモプレート装置はそれぞれ２個以上の長方形のサーモプレートから形成され、サーモプレートはそれぞれ間隙を解放して互いに平行に配置される。
【００２１】
サーモプレートは腐食しない材料、有利に例えば材料番号１.４５４１または１.４４０４、１.４５７１または１.４４０６、１.４５３９または１.４５４７を有するステンレススチールからまたは他の合成スチールから製造される。
【００２２】
この目的に使用される金属シートの材料の厚さは１〜４ｍｍ、１.５〜３ｍｍまたは２〜２.５ｍｍまたは２.５ｍｍとして選択できる。
【００２３】
一般に２つの長方形の金属シートを縦方向の面および端部の面で結合し、サーモプレートを生じることができ、この場合にロールシーム溶接または横方向の溶接または両方の組合せが可能であり、熱媒体が後で配置される空間はすべての面で閉鎖される。サーモプレートの縁部は有利に縦方向の縁部の横方向のロールシームで除去され、わずかに冷却され、触媒が一般に配置される縁部領域はきわめて低い形状の膨張を有する。
【００２４】
金属シートを長方形の表面に分配された点溶接により一緒に接合する。直線状または湾曲したおよび環状のロールシームによる少なくとも部分的な結合が可能である。熱媒体が流動する体積を付加的なロールシームにより多数の分離領域に分割することも可能である。
【００２５】
サーモプレートに溶接点を配置する１つの可能性は、４０〜６０ｍｍの間隔が可能であり、他の構成は４５〜５０ｍｍ、および４６〜４８ｍｍの間隔を有するにもかかわらず、３０〜８０ｍｍまたは３５〜７０ｍｍの等間隔の点の間隔を有する列である。典型的に製造の結果として、点の間隔は±１ｍｍまで変動し、じかに接する列の溶接点はプレートの縦方向で見てそれぞれ溶接点間隔の半分だけ相殺されて配置される。プレートの縦方向の溶接点の列は、１０〜２０ｍｍおよび１２〜１４ｍｍの間隔を使用できるにもかかわらず、５〜５０ｍｍまたは８〜２５ｍｍの間隔を有して等距離であってよい。更に用途に適合した前記の溶接点間隔と列の間隔の組合せも可能である。列の間隔は点の間隔に対する決められた形状の関係、典型的に点の間隔の１／４またはこれより低くてもよく、製造の経過中にサーモプレートの決められた均一な膨張が存在する。予め決められた溶接点および列の間隔のために、プレート表面積１ｍ２当たりの相当する数の溶接点が決定される。
【００２６】
サーモプレートの幅は実質的に製造技術条件により制限され、１００〜２５００ｍｍまたは５００〜１５００ｍｍであってもよい。サーモプレートの長さは反応、特に反応の温度特性に依存し、５００〜７０００ｍｍまたは３０００〜４０００ｍｍであってもよい。
【００２７】
それぞれ２個以上のサーモプレートが平行に配置され、互いに分離され、サーモプレート装置を形成する。これは直に接するプレートの間に形成される軸状の間隙を生じ、間隙はプレート間隔の最も狭い位置で例えば８〜１５０ｍｍまたは１０〜１００ｍｍの幅を有する。１つの可能な構成は１６〜２０ｍｍが選択できるにもかかわらず１２〜５０ｍｍまたは１４〜２５ｍｍの幅である。１７ｍｍの間隙の間隔も試験された。
【００２８】
例えば大きい表面積プレートの場合に、サーモプレート装置の個々のサーモプレートの間にスペーサーを付加的に配置して、プレートの間隔または位置を変動する変形を防ぐことができる。これらのスペーサーを配置するために、金属プレートの断面を熱媒体の流動部分から例えば環状ロールシームにより除去して、例えばスペーサーのスクリューを安全にするために、ホールをプレートに導入することができる。
【００２９】
間隙は同じ間隔を有してよいが、反応が異なる幅を許容する場合、または所望の反応が異なる幅を必要とする場合、または装置または冷却技術を有利に達成できる場合は、必要により間隙は異なる幅を有してもよい。
【００３０】
触媒粒子が充填されたサーモプレート装置の間隙は互いに対して封止され。例えば溶接により封止され、または処理側で一緒に接合していてもよい。
【００３１】
個々のサーモプレートを一緒に接合して装置を形成する場合に、所望の間隙の間隔を調節するために、プレートはその位置および間隔が保証される。
【００３２】
直に接するサーモプレートの溶接点は互いに反対または互いに相殺されてもよい。
【００３３】
一般に製造の理由から互いに同じ寸法の２個以上の立方形のサーモプレート装置を有する配置を形成することが有利である。１０または１４個のサーモプレート装置の配置の場合は、すべての装置の小型化のために異なるエッジ長さまたは異なるエッジ長さ比を有する２個の装置のタイプを選択することが有利である。
【００３４】
それぞれ同じ寸法の４，７，１０または１４個のサーモプレート装置の配置が有利である。流動方向で見える装置の突出表面は正方形であり、または１.１または１.２の側面比の長方形であってもよい。長方形の装置の突出を有する７，１０または１４個の装置の組合せが有利であり、外部シリンダーシェルの直径が最小になる。特に有利な形状の配置は、すでに記載したように、４，７または１４個のサーモプレート装置の数を選択する場合に達成できる。
【００３５】
この関係で有利に、例えば漏れ、サーモプレートの変形または触媒に影響する問題がある場合は、サーモプレート装置を個々に交換することが可能である。
【００３６】
有利にサーモプレート装置はそれぞれ圧力が安定な長方形の安定化フレームに配置される。
【００３７】
それぞれのサーモプレート装置は有利に適当な案内により、例えば長方形の安定化フレームにより、横方向に浸透する壁を使用してまたは例えば山形構造により、有利に適当な位置に保持される。
【００３８】
１つの構成において、隣接するサーモプレート装置の長方形の安定化フレームは互いに対して封止される。これは個々のサーモプレート装置の間の反応混合物のバイパスの流れを防ぐ。
【００３９】
大部分シリンダーの圧縮されたシェルへの立方形のサーモプレート装置の配置はシェルのシリンダーのジャケット壁に向かうエッジに残留するかなり大きい自由中間空間を生じ、シェル内で材料生成物の蓄積、副反応または分解が起きる。例えばアセンブリ作業が必要な場合は生成物の洗浄または汚染が起きることは大いに困難である。従ってこの中間空間を反応室から、すなわちそれぞれ直に接するサーモプレートの間の間隙から分離することが有利である。
【００４０】
このために、サーモプレート装置と大部分シリンダーのシェルの間の中間空間を保持ベースを使用してサーモプレート装置の下側端部で封止する。反応混合物のバイパス流を防ぐために、ベアリングまたは保持ベースが中間空間を気密に封止すべきである。
【００４１】
有利にサーモプレート装置と大部分シリンダーのシェルの間の中間空間をサーモプレート装置の上側端部で金属シートカバーにより封止することができる。しかし気密シールはこの目的のために必要でなく、１つの構成において、オリフィスを有する金属シートカバーを形成することができる。
【００４２】
サーモプレート装置と大部分シリンダーのシェルの間の中間空間の上側端部の金属シートカバーは有利にバルブトレーに類似して形成できる。
【００４３】
圧力を負荷するために使用されるガスの排出は、穿孔プレート、弁または力の負荷（例えばばねまたは気圧）、自己調節装置として形成されるオーバーフロー装置を使用して形成され、ブローバック安全装置と組み合わせても形成される。これらのオーバーフロー装置はシリンダー外部シェルの外部に配置することができる。
【００４４】
上側金属シートカバーは支柱に存在し、支柱は付加的に長方形の安定化フレームを安定化し、前記フレーム内にサーモプレート装置が配置される。
【００４５】
サーモプレート装置と大部分がシリンダーのシェルの間の中間空間は、ここで自由ガス体積を減少し、例えば制御されない熱の放出を生じるガスの対流を避けるために、有利に不活性材料が充填されていてもよい。
【００４６】
シリンダーシェルにおいて、不活性層材料の入口および出口にノズルを用意することが有利であり、前記ノズルは適当な大きさに形成され、重力下で閉塞のない充填および排出が可能になるように適当な角度に取り付けられる。ノズルの可能な構成は８０、１００、１５０または２００ｍｍの公称幅である。
【００４７】
使用される不活性材料層は原則的に化学的に不活性であり、十分に機械的におよび熱的に安定な材料、例えば膨張パーライトおよび／または膨張バーミキュライトである。
【００４８】
サーモプレート装置と大部分シリンダーのシェルの間の中空空間を充填することが可能であり、前記空間は気圧により不活性材料が充填できる。
【００４９】
圧力の負荷は実質的に一定であり、有利に窒素の圧力が調節された導入および排出により行われる。選択される調節信号は例えばサーモプレート装置と大部分シリンダーのシェルの間の中間空間の圧力とサーモプレート装置の間隙の触媒層の下側端部または上側端部の圧力の圧力差である。
【００５０】
有利に異なる圧力信号をオフセット値により補正することができる。触媒層の高さにわたる圧力の平均値、特に算術平均値を調節信号として有利に選択することができる。
【００５１】
圧力を負荷するために、適当なノズルおよび／または有利に下側に向いている小さなドリルホールを有する内部リングラインを大部分シリンダーシェルに用意することができる。
【００５２】
選択的に中空空間に、不活性または工程に内在するガス、特に窒素または循環ガスを流動することにより圧力の負荷を行うことができる。
【００５３】
圧力の負荷に使用されるガスは有利に流体反応混合物と、一般になお反応器の大部分シリンダーシェルの内部のサーモプレート装置からの出口で結合する。圧力の負荷に使用されるガスの排出位置は有利に、パージするために、流体反応混合物の流動デッドゾーンに配置される。
【００５４】
圧力の負荷に使用されるガスの流速は一般に流体反応ガス混合物の流速より重要でなく、有利に処理技術的範囲で反応を妨害しないように選択される。
【００５５】
サーモプレート装置は、すでに記載したように、生じる問題、例えば漏れ、サーモプレートの変形、または触媒との問題を目的とするやり方で取り除くことができるために、有利にそれぞれ独立に交換可能である。この目的のために長方形の安定化フレームの壁に関して活動するサーモプレート装置を形成することが有利である。
【００５６】
この有利な構成のサーモプレート装置は封止部品のない長方形安定化フレームに存在するので、反応媒体のバイパス流が生じる。これを避けるために、シールされていない、サーモプレート装置と長方形安定化フレームの間の位置を適当な方法で、例えばサーモプレート装置の外部に取り付けられた金属シートストリップにより封止し、長方形の安定化フレームの壁に挿入した場合にストリップが壁に押し込まれる。選択的に気密金属シートカバーおよび例えば溶接リップシールの形の結合が可能である。
【００５７】
サーモプレート装置を長方形安定化フレームに挿入した場合に、装置は保持ベースに関して封止され、保持ベースがサーモプレート装置と大部分シリンダーシェルの間の中間空間をサーモプレート装置の下側端部で封止する。原則的にこの目的のために公知の任意の封止手段を使用することができる。これらは例えば付加的にスクリューで保護された通常のシールである。
【００５８】
溶接リップにより、例えば溶接リップが保持ベースに保護され、第2溶接リップがサーモプレート装置または長方形の安定化フレームの外側端部に保護されている変形により封止を行うことができる。両方の溶接リップは幾何学的に一緒に適合し、一緒に溶接されるように形成される。サーモプレート装置を交換するために、溶接シームを分離し、場合により再生する。
【００５９】
サーモプレート装置は上から長方形安定化フレームとともに装置により引っ張ることができる。上からの十分な引っ張り圧力はシール上の適当な表面圧力を保証し、サーモプレート装置を有利に保護する。
【００６０】
間隙を通過した許容できないバイパス流が回避される限りで長方形安定化フレームを互いに封止することは必ずしも必要でない。長方形安定化フレームを小さいドリルホールと一緒に結合することが可能であり、ドリルホールを不活性ガスが中間空間からサーモプレート装置と大部分シリンダーシェルの間に流入し、サーモプレート装置と長方形安定化フレームの間の空間で反応を防ぐ。
【００６１】
サーモプレート装置は付加的に案内および指示部品を外部に有することができる。例えば任意の形のコーナーブラケットをこれらの部品の縁部におよび円錐金属シートストリップを側面に用意することができる。巻き上げ装置または例えばクレーンを使用して簡単な挿入を可能にするために、前記装置に取り付け装置または取り付け補助部品、例えば穴、ループまたは糸状ドリルホールを取り付けることが有利である。サーモプレート装置をクレーンにより挿入するために、タイバーに装置を保持することができ、タイバーが垂直に最初は空の空隙を通りプレートの下側縁部の下に到達し、負荷をかけるために横方向の支持体に接続する。
【００６２】
１つの特別な構成において、サーモプレート装置の最も外側のサーモプレートがその外部で、サーモプレートを製造するために使用される他の金属シートより厚く、従ってより安定な金属シートから形成される。
【００６３】
熱膨張を補償するために、特に環状補正装置が有利に保持ベースの中または上に用意され、保持ベースがサーモプレート装置と大部分シリンダーシェルの間の中間空間をサーモプレート装置の下側端部で封止する。金属シートベースの表面に対して直角の方向で見てほぼｚ形の形状を有する環状補正装置が特に適している。しかし他の通常の波形補正装置も同様に適している。
【００６４】
サーモプレート装置と大部分シリンダーシェルの間の中間空間の下側端部に金属金属シートカバーの中または上の軸方向および／または半径方向の膨張のための補正装置を用意することが有利である。
【００６５】
それぞれのサーモプレート装置は１個以上の分配装置により熱媒体が供給される。熱媒体は個々のサーモプレートの内部を流動後、サーモプレート装置の他方の端部で１個以上の収集装置により除去される。本発明により放出される反応熱を吸収し、部分的に蒸発する熱媒体が使用されるので、流速の調節のためにそれぞれ1個の分配装置、しかしサーモプレート装置当たり２個の収集装置を用意することが特に有利である。
【００６６】
分配装置および収集装置は有利にそれぞれ包囲する大部分シリンダーシェルに対するサーモプレート装置の熱膨張を調節する補正手段を有するように形成される。この場合も例えば湾曲したパイプラインの構成により補正が可能である。
【００６７】
包囲する大部分シリンダーシェルに対するサーモプレート装置の熱膨張を調節するために、サーモプレートを流れる熱媒体流のための、適当な湾曲したまたはＺ形またはΩ形の形状の構成の管の分配および収集装置を確保することができる。他の構成において、この補正は軸方向または横方向の補正手段により行うことができ、それぞれ内部支持構造に必要な管の支持が行われる。
【００６８】
以下のように溝付きトレーに溶接することにより熱媒体の供給、分配、収集および除去のためにサーモプレートに収集管を形成することが有利である。装置の個々のサーモプレートを最初に通路状金属シートに接合し、前記シートはサーモプレートの内部に向かって湾曲し、ほぼ半円形の断面を有し、熱交換体を排出するオリフィスまたはスリットを有する。この製造段階で溝付きトレーへの溶接が製造欠陥を有しないことを、代表的な規格または全面積で、例えばＸ線により検査することができる。引き続きこの、第１のほぼ通路状金属シートを両方の縦方向の面で、反対の湾曲を有するが、オリフィスまたはスリットがない、第２の類似する形状の金属シートと、特に縦方向のシーム溶接により接合し、ほぼ円形の横断面を有する管状部品を形成する。この管状部品の２つの端部を場合により内部タイロッドにより強化されたふたにより封止する。
【００６９】
他の構成において、例えば４〜３０ｍｍのかなり小さい公称幅を有する管部品をサーモプレートに、しばしば金属シート縁部に直接溶接し、熱媒体を供給し、除去することができる。
【００７０】
それぞれのサーモプレート装置の個々のサーモプレートの間の間隙は不均一粒子状触媒を収容するために用いる。触媒層の上側またはサーモプレート装置の上側端部でカバー、例えば穿孔プレートを取り付けることができ、前記部品は高い流速で下から触媒層に付随する流れが存在する場合に、触媒の排出、流動または放出を防ぐ。
【００７１】
重力の作用下に間隙の外部の触媒粒子の流れを排除するために、下側端部に触媒格子を用意しなければならない。これは、例えば穿孔プレートまたはメッシュプレートを使用して行うことができ、この目的のために、良好な触媒の保持を保証し、同時に高い寸法安定性および流動する反応媒体の低い圧力低下を有する、エッジギャップシーブを使用することが特に有利である。
【００７２】
触媒保留格子を、例えば回転できるように配置することができる。
【００７３】
分配装置からサーモプレート集合体の縁部への横方向の分離が同じであり、１つの種類の触媒保留格子が必要であるように、サーモプレートに熱媒体の分配装置が配置される場合が特に有利である。サーモプレート当たりそれぞれ２つの触媒保留格子が、すなわち熱媒体の分配装置の両面に用意される。
【００７４】
触媒保留格子は有利に大部分シリンダーのシェルに、マンホールにより配置し、除去できるような寸法を有する。マンホールはしばしば内径７００ｍｍを有する。相当して６５０ｍｍの触媒挿入格子の縁部長さが有利である。
【００７５】
他の構成において、これらの保留格子を小さい単位に分割し、それぞれの間隙またはそれぞれの間隙半体を個々に封止することができ、別々に排出できる。
【００７６】
選択的にサーモプレート装置に触媒を反応器に設置する前に、すなわち反応器の外部に充填することができる。
【００７７】
サーモプレート装置を包囲するシェルは大部分シリンダーとして記載される。これは両方の端部でそれぞれフードにより封止される円形断面を有するシリンダー状ジャケットを有することを意味する。
【００７８】
大部分シリンダー状シェルは一般に垂直に配置される。
【００７９】
流体反応媒体を反応器内部に１つのフード、しばしば下側フードにより導入し、不均一粒子状触媒が充填され、個々のサーモプレートの間にある間隙を流れ、反応器の他方の端部で他方の、しばしば上側フードにより除去される。
【００８０】
フードは有利にステンレススチールから製造され、またはステンレススチールで覆われる。
【００８１】
フードはシェルのシリンダージャケットに安全溶接によりまたは別々に例えばフランジ接続により接合することができる。フランジ接続は油圧装置を使用して低下できるように形成できる。
【００８２】
有利にフードの周囲が一般に直径７００ｍｍを有する１個以上のマンホールにより地面に達することができる。この目的のために、フードと同様に、例えばステンレススチールから製造されるかまたはステンレススチールで覆われた拡大したシリンダー断面が有利である。
【００８３】
フード内のマンホールにより装置の上側に達することができ、触媒がサーモプレートの間の間隙に導入され、装置の下側に達することができ、保持格子を容易に配置し、除去できる。
【００８４】
触媒を除去するために、装置は付加的に助剤を保持し、触媒を収集する下側フードに配置され、前記フードはすでに作業の進行中に配置され、触媒を排出する１個以上のノズルを有する。
【００８５】
サーモプレート装置と大部分シリンダーシェルの内壁の間の中間空間を封止する保持ベースおよびサーモプレート装置の長方形の安定化フレームに使用される材料は炭素鋼であってもよい。選択的にこの目的のためにステンレススチールを使用することができる。
【００８６】
１つまたは両方のフードにノズルを配置することが有利であり、ノズルにより個々のサーモプレート装置に多くの熱部品を導入できる。更に現場機器およびプロセス分析装置のためにノズルを取り付けることができる。
【００８７】
更に大部分シリンダーシェルのシリンダージャケットに、有利に軸方向の熱膨張を調節する１個以上の補正装置を用意することが有利である。
【００８８】
本発明は流体反応混合物の部分酸化を実施するための反応器の使用に関し、少なくとも部分的に蒸発するサーモプレートを流動する熱媒体により反応熱を除去する。
【００８９】
この場合に反応器は特に強い発熱反応で、流体反応混合物が下側フードにより供給され、上側フードにより反応器から除去されるように運転される。
【００９０】
特に蒸発冷却により反応熱を除去する熱担持媒体がサーモプレートに下側から導入するので、反応混合物を下から供給する、すなわち反応混合物と熱媒体の同時の流れが存在する場合は、十分な熱媒体を常に利用できる。
【００９１】
更に反応媒体の構造および流れの制御および運転に関して、反応媒体が活性触媒帯域に達する前に過冷却熱媒体により過度に冷却されない、または熱媒体が許容できない高い程度に予め蒸発しないことが保証されなければならない。
【００９２】
使用される熱担持媒体は蒸気生成のための典型的に発電所で利用されるおよび技術水準（Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｒｅｇｅｌｎ  ｆｕｅｒ  Ｄａｍｐｆｋｅｓｓｅｌ『Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｒｕｌｅｓ  ｆｏｒ  ｖａｐｏｒ  ｖｅｓｓｅｌｓ』（ＴＲＤ６１１、１９９６、１０，１５、ＢＡｒｂＢ.１２／１９９６、８４頁、２００１，６，２５最終変更、ＢＡｒｂＢ１.８／２００１、１０８頁））に相当する供給水であってもよい。供給水の典型的なパラメーターは以下のとおりである。導電率０.４マイクロシーメンス／ｃｍ未満、または０.２マイクロシーメンス／ｃｍ未満、カルシウムおよびマグネシウム硬度０.００５ミリモル／ｌまたは検出限界以下、ナトリウム５マイクログラム／ｌ、二酸化珪素２０マイクログラム／ｌ、鉄５０マイクログラム／ｌ、酸素２０マイクログラム／ｌ、溶解炭素の全含量０.２マイクログラム／ｌ未満。更に供給水はハロゲン、特に塩素が少ないかまたは含まない。目的とする方法で、例えばヒドラジン、アンモニアのような助剤を添加することにより、供給水を調節し、特にアルカリ性にすることが可能である。更に腐食防止剤を供給水に添加できる。
【００９３】
反応媒体が前記の有利な方法制御で反応器を離れる上側フードは炭素鋼からなってもよい。
【００９４】
修理または交換のために熱プレート装置の入手を保証するために、同様に上側フードを除去することができる。フランジ結合がない場合は上側フードを除去し、装置組み立て後に再び溶接することができる。
【００９５】
サーモプレートから除去される蒸気を種々の蒸気レールに組み込むことができる。
【００９６】
反応器は場合により２つの蒸気レールに結合してもよく、その１つは高圧を有し、運転温度に反応器を加熱するために利用される。
【００９７】
１つのみの蒸気レールを運転することが有利である。
【００９８】
反応器は有利に冷却媒体、水の自然循環で運転され、供給水と蒸気の比は一般に３〜１２、有利に５〜１０である。
【００９９】
強制循環で運転することができ、この場合に冷却の広い負荷の変形が可能である。このために供給水を例えばポンプにより、冷却装置に存在するより高い圧力で供給する。
【０１００】
分配装置の供給水循環速度は０.５〜３.０ｍ／ｓ、または１.０〜２.０ｍ／ｓに調節することができ、水循環数は３〜１２である。収集装置の二相流（蒸気／水）の流速は０.５〜１５ｍ／ｓまたは２.０〜６.０ｍ／ｓであってもよい。
【０１０１】
同じ熱媒体ネットワークから反応器を始動するためにサーモプレート装置の加熱を実施することが有利であり、前記ネットワークで少なくとも部分的に蒸発した熱担持媒体により反応作業の進行中に熱が除去される。
【０１０２】
冷却装置の蒸気圧の調節は冷却温度の正確な調節を可能にする。経験によりサーモプレートを冷却剤中で約８０バールまでの圧力で運転できることが示された。本発明の反応器は８０バールまでの圧力水準で直接的蒸気生成を可能にする。
【０１０３】
本発明の反応器は工業的規模の部分酸化を行うために使用できる。
【０１０４】
多くの数、しばしば５けたの数の触媒管の充填に比べて、触媒の供給およびサーモプレートの間の２、３けたの数の間隙の充填は同じ生産能力でかなり減少した費用と結びつく。
【０１０５】
前記装置構成は反応器を必要な容量に柔軟に適合することを可能にする。シェルおよびサーモプレート装置の相対的形状により限定された最大可能な数に比べてかなり少ない数のサーモプレート装置を設置または運転できる。必要な場合に個々の装置をプロセスガス流から分離し、同じ外部条件で減少した容量で反応を行うことができる。
【０１０６】
反応器を個々の部品に引き離し、使用する場所で組み立てることができる。
【０１０７】
本発明を以下に図面により詳細に説明する。
【０１０８】
図１は本発明の反応器の１つの有利な構成の縦断面図を示し、断面Ｃ−Ｃが図１Ａに示され、図１Ｂ〜１Ｆにはサーモプレート装置の他の有利な配置の断面図が示される。
【０１０９】
図２はサーモプレートに対するサーモプレート装置の断面図を示し、Ａ−ＡおよびＢ−Ｂの断面が図２Ａおよび図２Ｂに示される。
【０１１０】
図３は保持ベースと安定化フレームの間のシールの可能な２つの構成を示す。
【０１１１】
図４は長方形の安定化フレーム内のドリルホールの図である。
【０１１２】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｄ〜５Ｉはサーモプレート装置の外部の案内部品および配列部品を示す。
【０１１３】
図６は長方形の安定化フレーム中のサーモプレート装置を保持する引っ張り装置の図である。
【０１１４】
図１の有利な構成の縦断面図はサーモプレート装置１を有する反応器を示し、前記装置は大部分シリンダーシェル４により包囲される。サーモプレート装置１と大部分シリンダーシェル４の間の中間の空間６はサーモプレート装置１の下側端部の領域で保持ベース７により、サーモプレート装置１の上側端部の領域でシート金属カバー８により気密に封止され、前記カバーは有利な構成が図面に示され、オリフィス９を有する。
【０１１５】
サーモプレート装置１の下側端部に熱媒体、しばしば供給水の分配装置１１が備えられ、サーモプレート装置１の上側端部の領域に熱媒体の収集装置１２が備えられ、熱媒体はこの領域でしばしば蒸気または水／蒸気混合物として存在する。大部分シリンダーシェル４は熱膨張の補正装置１３を有する。
【０１１６】
図１に示される有利な構成において、流体反応媒体を下側フード１５により供給し、上側フード１６により除去する。下側フード１５の部分に、および上側フード１６の部分に、それぞれ２つのマンホール１７を有する付加的なシリンダー部分が配置される。大部分シリンダーシェル４に、サーモプレート装置１と大部分シリンダーシェル４の間の中間の間隙６から不活性材料を取り出すためのノズル１８が備えられ、中間の間隙６に窒素を供給するためのノズル１９が備えられる。触媒は例えばエッジギャップシーブとして形成される触媒格子２４により保持される。
【０１１７】
図１Ａの平面Ｃ−Ｃの断面図は有利に７個のサーモプレート装置１の１つの有利な配置を示し、サーモプレート装置１とシェル４の間の中間の間隙６は有利に不活性材料が充填される。
【０１１８】
図１Ｂはシェル４に配置された正方形の断面を有する１つのサーモプレート装置を有する横断面図を示す。
【０１１９】
図１Ｃはシェル４に正方形の断面を有する４つのサーモプレート装置１を有する１つの構成を示す。
【０１２０】
図１Ｄは長方形の横断面およびそれぞれ１：１.２の側面比を有する７つのサーモプレート装置を有する１つの構成を示す。
【０１２１】
図１Ｅは長方形の横断面およびそれぞれ１：１.１の側面比を有する１１個のサーモプレート装置を有する１つの構成を示す。
【０１２２】
図１Ｆはそれぞれ長方形の横断面およびそれぞれ１：１.１の側面比を有する１０個のサーモプレート装置１を有する１つの構成を示す。
【０１２３】
図２はサーモプレート２および不均一粒子状触媒を収容するためのサーモプレートの間の間隙３を有するサーモプレート装置１の断面図を示す。図面は個々のサーモプレート２を形成する金属シートの間の溶接点を示し、サーモプレート２は横方向の境界２０内で横方向の縁部で保護される。サーモプレート装置は長方形の安定化フレーム５に挿入される。
【０１２４】
図２Ａの平面Ａ−Ａの断面図は個々のサーモプレートを封止する横方向のロールシーム溶接２２およびサーモプレート装置１のサーモプレート２と長方形の安定化フレーム５の間の封止ストリップ２３を示す。図面は更にサーモプレート２上の溶接点の１つの有利な配置を示す。
【０１２５】
図２Ｂに示される断面Ｂ−Ｂは粒子状触媒が充填された間隙３の平面に配置される。サーモプレート装置１の横方向の境界２０と長方形の安定化フレーム５の壁の間に封止ストリップ２３が備えられる。
【０１２６】
図３は保持ベースに関してサーモプレート装置を封止する２つの異なる変形を示す。図の左側は保持ベース７とサーモプレート装置の横方向の境界２０の間のシール２５を示し、スクリュー２６により接続が保証される。触媒格子として使用されるエッジギャップシーブ２４の断面およびサーモプレート装置の横方向の境界２０と長方形の安定化フレーム５の間の封止ストリップ２３を詳細に示す。
【０１２７】
図３の図の右側は特に２つの溶接リップ２７を使用する保持ベース７とサーモプレート装置の間のシールの他の変形を示し、溶接リップの一方は保持ベース７に溶接され、他方はサーモプレート装置の横方向の境界２０に溶接される。２つの溶接リップは引き続き溶接シームで一緒に接合される。
【０１２８】
図４は長方形の安定化フレーム５内のドリルホール２８を有する構成を示し、前記フレームは使用されるガスに圧力を負荷して、サーモプレート装置とシェルの間の中間の間隙からサーモプレート装置１と長方形の安定化フレーム５の間の空間に流す。
【０１２９】
図５Ａは長方形の安定化フレーム５に関して案内し、配列するためのサーモプレート装置１の横方向の境界２０の外部のコーナーブラケット２９を詳細に示す。
【０１３０】
図５Ｂはコーナーブラケット２９のほかに案内および配列部品としてサーモプレート装置１の面の円錐型金属シートストリップ３０を示す。
【０１３１】
図５Ｂは更にサーモプレート装置１の最も外部のサーモプレート２の可能な１つの構成を示し、特にサーモプレート装置１の最も外部のサーモプレート２の外部の金属シートはサーモプレート２を形成する残りの金属シートに比べて厚く、より安定である。
【０１３２】
図５Ｄ〜５Ｉは横方向の境界２０に対してサーモプレート２を保証する種々の変形を示す。図５Ｄの構成においてサーモプレート２は溶接される。図５Ｅにおいてサーモプレートを保証するために横方向の境界２０に溶接された２つの山形が用意される。図５Ｆの構成では正方形の管であり、図５Ｇの構成では半分の管であり、図５Ｈの構成ではＵ形材であり、図５Ｉの構成では山形の形材である。
【０１３３】
図６はサーモプレート装置と長方形安定化フレーム５の間の引っ張りのための引っ張り装置３２の図を示す。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の反応器の１つの有利な構成の縦断面図である。
【図２】サーモプレートに対するサーモプレート装置の断面図である。
【図３】保持ベースと安定化フレームの間のシールの可能な２つの構成を示す図である。
【図４】長方形の安定化フレーム内のドリルホールの図である。
【図５】サーモプレート装置の外部の案内部品および配列部品を示す図である。
【図６】長方形の安定化フレーム中のサーモプレート装置を保持する引っ張り装置の図である。
【図１】
0004758895.tif 000002
【図１Ａ】
0004758895.tif 000003
【図１Ｂ】
0004758895.tif 000004
【図１Ｃ】
0004758895.tif 000005
【図１Ｄ】
0004758895.tif 000006
【図１Ｅ】
0004758895.tif 000007
【図１Ｆ】
0004758895.tif 000008
【図２】
0004758895.tif 000009
【図２Ａ】
0004758895.tif 000010
【図２Ｂ】
0004758895.tif 000011
【図３】
0004758895.tif 000012
【図４】
0004758895.tif 000013
【図５Ａ】
0004758895.tif 000014
【図５Ｂ】
0004758895.tif 000015
【図５Ｄ】
0004758895.tif 000016
【図５Ｅ】
0004758895.tif 000017
【図５Ｆ】
0004758895.tif 000018
【図５Ｇ】
0004758895.tif 000019
【図５Ｈ】
0004758895.tif 000020
【図５Ｉ】
0004758895.tif 000021
【図６】
0004758895.tif 000022