(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）反応器シェル（４）内に配置され、かつ複数の反応管（３）を有する管束であって、前記複数の反応管（３）が、互いに実質的に平行に配置され、かつ底部管板（１）から上部管板（２）まで延在している、管束と、
ｂ）前記反応管（３）を取り囲んでいると共に、前記底部管板（１）、前記上部管板（２）、および前記反応器シェル（４）によって範囲を定められた、冷却流体用の冷媒室と、
を備え、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒の存在下で反応させることによりホスゲンを製造する装置（Ｒ）であって、
前記管束が環状板（７）によって囲まれ、前記環状板（７）が冷却流体を通過させるための内環状部（１２）を画定していると共に前記底部管板（１）および前記上部管板（２）の両方からある距離のところにあり、前記環状板（７）と前記反応器シェル（４）との間に液体冷却流体を通過させるための外環状部（１３）が形成され、前記外環状部（１３）が前記内環状部（１２）と流れ連通し、
液体冷却流体を通過させるための少なくとも１本の降下管（６）が、前記管束の中に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記降下管が、前記管束の中心に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記降下管（６）が、前記環状板（７）の上縁を越えて突出していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
実質的に円形の断面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記管束が、少なくとも２つの管束セグメント（１５）に分割され、冷却流体チャネル（１０）が、少なくとも複数のセクションにおいて前記管束セグメント（１５）間に設けられ、前記冷却流体チャネル（１０）が、少なくとも反応管（３）の直径に対応する幅を有していると共に、前記環状板（７）から始まって前記管束の内部にまで延在していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記冷却流体チャネル（１０）のうちの少なくとも１つが、前記管束の中心まで延在し、前記冷却流体チャネルの断面が、前記管束の中心に向かって狭くなっていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記冷却流体チャネル（１０）が、前記管束の中心まで交互に延在していることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記反応管（３）内への反応物の入口側が、前記底部管板（１）側に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
流体冷却流体用の少なくとも１つの入口開口（９）およびガス状冷却流体用の少なくとも１つの出口開口（８）が設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記反応器シェル（４）が上部領域において蒸気ベルト（５）を形成するように拡張されていること、かつガス状冷却流体用の前記出口開口（８）が前記蒸気ベルト（５）に配置され、前記出口開口（８）が、前記上部管板（２）の中または前記蒸気ベルト（５）の上側に設けられ、および／または凝縮器に連結されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
蒸気ベルト（５）が、非対称形であり、および／または前記環状板（７）に対して非対称に配置され、前記蒸気ベルト（５）の流れ断面が、前記出口開口（８）の領域において最大であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記凝縮器が、戻り管路を介して、液体冷却流体用の前記入口開口（９）に連結されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、前記冷却流体が前記底部管板（１）から前記内環状部（１２）を通って前記上部管板（２）に向かう方向に上昇することができ、前記上部管板（２）から前記冷却流体が前記外環状部（１３）を介して案内されて前記底部管板（１）に戻ることができるように構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、関連する冷却流体循環装置を有し、前記冷却流体循環装置は、前記冷却流体を前記底部管板（１）から前記内環状部（１２）を通して前記上部管板（２）に向かう方向に運ぶことができ、前記上部管板（２）から前記冷却流体が前記外環状部（１３）を介して案内されて前記底部管板（１）に戻ることができるように、構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
ａ）反応器シェル（４）内に配置され、複数の反応管（３）を有する管束であって、前記複数の反応管（３）が、互いに実質的に平行に配置され、かつ底部管板（１）から上部管板（２）まで延在している、管束と、
ｂ）前記反応管（３）を取り囲んでいると共に、前記底部管板（１）、前記上部管板（２）、および前記反応器シェル（４）によって範囲を定められた、冷却流体用の冷媒室と、
を備える装置を用いて、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒の存在下で反応させることによりホスゲンを製造する方法であって、
前記管束が環状板（７）によって囲まれ、前記環状板（７）が冷却流体を通過させるための内環状部（１２）を画定していると共に前記底部管板（１）および前記上部管板（２）の両方からある距離のところにあり、前記環状板（７）と前記反応器シェル（４）との間に液体冷却流体を通過させるための外環状部（１３）が形成され、前記外環状部（１３）が前記内環状部（１２）と流れ連通し、液体冷却流体を通過させるための少なくとも１本の降下管（６）が、前記管束の中に配置されていること、および、前記冷却流体が、前記底部管板（１）から前記内環状部（１２）を通って前記上部管板（２）に向かう方向に上昇し、前記上部管板（２）から前記冷却流体が前記外環状部（１３）を介して案内されて前記底部管板（１）に戻ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器シェル内に配置され、複数の反応管を有する管束であって、複数の反応管が、互いに実質的に平行に配置され、底部管板から上部管板まで延在している管束と、反応管を取り囲んでいると共に、底部管板、上部管板、および反応器シェルによって範囲を定められた冷却流体用の冷媒室と、を備え、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒の存在下で反応させることによりホスゲンを製造する装置に関する。本発明はさらに、上述した装置を用いてホスゲンを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管束反応器において活性炭触媒上でＣＯ（一酸化炭素）および塩素からのホスゲンを大規模生産することが従来技術（例えば、非特許文献１）から知られている。化学量論的過剰の一酸化炭素は、この場合、塩素と結合し、５０〜７０ｍｍの内径を有する管の中に配置された、３〜５ｍｍの粒径を有する固定床触媒の上を通される。塩素は、ホスゲンのその後の使用時に望ましくない反応を引き起こし得るので、一酸化炭素過剰は、ホスゲン中の遊離塩素含有量をできるだけ低く保つために必要である。
【０００３】
高温発熱反応を−１０７．６ｋＪ／ｍｏｌの生成エンタルピーで冷却するために、冷却媒体が触媒管の周りを案内される。ＣＯと塩素の反応は約４０〜５０℃の触媒上で始まり、管内の温度は約６００℃に上昇し、反応器出口のところで４０〜２４０℃に再び降下する。それによって、例えばイソシアネート製造要件を満たすホスゲン品質が得られる。高い出発原料純度は特に一酸化炭素に求められる。なぜなら、一酸化炭素が塩素と結合した後、製造の結果として生じるメタンおよび水素の含有が、塩化水素の生成を伴って高発熱反応を引き起こし得るからである。温度上昇は、塩素と装置の材料との危険な反応、いわゆる塩素／鉄発火を引き起こす可能性がある。
【０００４】
ホスゲンは、化学の多くの分野で補助剤としてまたは中間体として使用される。量の点での最大の使用分野は、ポリウレタン化学用の出発原料としてのジイソシアネートの製造である。この場合は、物質２，４−トリレンジイソシアネートおよび２，６−トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートおよびヘキサメチレンジイソシアネートの異性体に関して特に言及され得る。解離平衡のために、１００℃のホスゲンは既に約５０ｐｐｍの塩素を含有している。例えば、ポリウレタン製造用のイソシアネートの製造などの多くの使用分野では、そのような塩素含有量は、特許文献１に開示されているように、既に仕様の上限を表している。
【０００５】
その結果、ホスゲン製造を製品品質および経済性の点で改善するために、これまで多くの試みがなされてきた。したがって、特許文献２は、主結合、その後のホスゲンの凝縮、次の残留ガスと塩素の結合により、ＣＯ放出を低減するかまたはＣＯ損失を低減してホスゲンを製造するためのプロセスを記述している。特許文献３に記述されているように、メタン含有量の低いＣＯを使用することにより、四塩化炭素含有量の低いホスゲンが得られる。特許文献４は、ＣＯ過剰を最小限に抑えるための制御概念を有するプロセスを提供している。
【０００６】
ホスゲンを製造する際の重要な側面が、反応熱の確実で均一な放散である。このことは、冷却媒体が反応管の周りを強制対流によって案内されるかまたは反応管の周りを自然対流によって部分的に蒸発させられることによって達成される。特許文献５は、蒸気を発生させるために強制対流と自由対流の両方を用いて冷却することが使用され得るプロセスを記述している。一例では、平行に配列された４１５本の管を有する反応器が言及される。
【０００７】
特許文献６は、冷却のために自然対流が使用されているプロセスを記述している。冷却媒体としては水が使用される。冷却媒体は腐食上の理由で反応室に入ってはならないため、冷却媒体の圧力は、漏れが排除され得ないので、原則として反応器内の圧力より低くなければならない。特許文献７は、とりわけ、管束反応器と部分的に蒸発する冷却媒体用の分離器とを備える装置を記述している。大型反応器の冷却をより良くするために、流れ偏向器（flow deflectors）（バッフルプレート（baffle plates））について記述されている。しかしながら、この構成では、場合によっては管の数が実際には約３０００本の管に限定されることが欠点として認識されている。
【０００８】
特許文献８は、内側に液体熱交換器媒体用のバッフルプレートを装備した反応器を開示している。それによって、より均一な熱放散が、反応器直径が大きくかつスループットが増大した場合、循環する熱交換器媒体の量を増やさずに達成されると言われている。プロセスは、１０００〜３５００本の接触管（contact tubes）に特に適していると言われている。
【０００９】
特許文献９は同様の手法に関係しており、上記プロセスは、直接冷却を行う２０００〜６０００本の接触管を有する反応器に特に適していると言われている。
【００１０】
容量を増大した別のホスゲン反応器が、特許文献１０から知られている。この反応器では、冷却媒体用のバッフルプレートは、冷却媒体が触媒で充填された管に対して垂直に交互セクション内を案内されるような態様で配置される。加えて、流れに関係する理由で、一部の領域には反応管が配置されない。この場合も、反応管の数は一般に１０００〜３５００本である。
【００１１】
経済的な方法でさらに大きな容量を製造する必要があるということは、多数の管路が避けられるべきであり、その代わりに単一反応器を流れる流量がますます増大することを意味する。その時点で生じる問題は、管束反応器内のそれぞれの個々の管を確実に冷却する必要があることである。自由対流による蒸発冷却は、効率的プロセスであり、その目的で使用することができる。しかしながら、自由対流で十分冷却するには、それぞれの個々の管に、加熱される全長にわたって十分な冷却媒体を供給する必要がある。底部から管束反応器内に流れ込む出発原料の場合、底部管板の直上の領域内でそうすることは特に困難である。なぜなら、比較的大きい熱量がそこで放散されなければならないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第０１３４５０６号明細書
【特許文献２】欧州特許第２０６７７４２号明細書
【特許文献３】欧州特許第１１３５３２９号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／１０３０２９号パンフレット
【特許文献５】欧州特許第０１３４５０６号明細書
【特許文献６】欧州特許第１６４０３４１号明細書
【特許文献７】欧州特許第１６４０３４１号明細書
【特許文献８】国際公開第２０１０／０７６２０９号パンフレット
【特許文献９】国際公開第２０１０／０７６２０８号パンフレット
【特許文献１０】欧州特許第１４８５１９５号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. A 19p 413f., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1991
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、最初に言及したタイプの装置の、特に自由対流で運転する場合の冷却効率を向上させることである。同じく、本発明の目的は、多数の反応管を有する比較的大型の反応器内でもそうした効率的な冷却を使用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、ａ）反応器シェル内に配置され、かつ複数の反応管を有する管束であって、複数の反応管が、互いに実質的に平行に配置され、かつ底部管板から上部管板まで延在している、管束と、
ｂ）反応管を取り囲んでいると共に、底部管板、上部管板、および反応器シェルによって範囲を定められた、冷却流体用の冷媒室と、
を備え、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒の存在下で反応させることによりホスゲンを製造する装置によって達成され、
上記装置は、管束が環状板によって囲まれ、環状板が、冷却流体を通過させるための内環状部を画定していると共に底部管板と上部管板の両方からある距離のところにあり、環状板と反応器シェルとの間に、液体冷却流体を通過させるための外環状部が形成され、外環状部が内環状部と流れ連通していることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、管束反応器内の反応管の効率的反応が管束全体を環状板で囲むことによって達成され得ることを発見したことに基づいている。それによって内環状部が画定され、内環状部では反応熱が反応管から液体冷却流体に伝達される。加熱された結果、冷却流体は対流によって上方に運ばれる。流れは環状板によってチャネル状に流され、冷却流体が反応管の周りを均一かつ迅速に流れるようにする。それによって冷却流体の一部は蒸発することができる。
【００１７】
環状板の上縁に到達すると、まだ液体の冷却流体は、この縁の上を流れて外環状部を介して底部反応器板に向かう方向に再び戻り、それにより冷却流体回路が閉じられる。同じく、環状板は再び冷却流体を案内するように機能し、冷却流体は、環状板の外側の上をジャケットのように方向付けられた形で流れる。環状板はさらに、環状板の実装領域内で、反応器内の冷却流体流れからの分離を可能にし、したがって、液体が互いに直接隣接して流れ過ぎることによって引き起こされる乱流は、効率的対流を妨げる可能性があるものの、回避される。
【００１８】
したがって、本発明に係る装置は、自由対流で運転することができる、すなわち１つまたは複数のポンプを追加的に設けることができても、ポンプは正常に機能するために必須ではない。言い換えると、本発明に係る装置は、電力供給がなくなった場合でも機能し、その結果、障害の危険性が大幅に低減されるので、このことは、特に毒性の強いホスゲンに関して安全性の点でかなりの利点である。
【００１９】
原則として、ホスゲン製造に使用され得る、当業者に既知の、任意の冷却流体、例えば水、さらにはデカリンを冷却流体として使用することができる。
【００２０】
典型的な触媒は、固定床触媒、例えば、適切な粒径、例えば３〜５ｍｍのそれ自体が知られている活性炭触媒として使用される。
【００２１】
環状板には、原則として、普通ならホスゲン反応器の構造にも使用される任意の材料、例えばその目的で、従来より使用されている合金鋼が選択され得る。環状板の厚みは、例えば約０．５〜１．０ｃｍである。環状板は、円筒形状を有することが好ましい。
【００２２】
底部反応器板および上部反応器板から環状板までの距離は、一定範囲内で異なるものとすることができる。底部反応器板からの距離は、一方で、特に底部反応器板の直上の高応力を受けた領域内で反応管を十分に冷却するために冷却流体の十分な流速が達成されるように選択される。そのためには、底部反応器板から環状板までの距離は、流速が結果として過大に低下することになるので、過大に選択されるべきではない。しかし、距離が小さ過ぎると質量流量を低下させ、したがって最適距離は最終的に反応器の寸法に依存する。しかし、最適距離は、いくつかの試験および対応する計算によって決定することができる。
【００２３】
本発明に係る装置の好ましい一形態では、液体冷却流体を底部反応器板に向かう方向に通過させるための少なくとも１本の降下管が管束の中、特に管束の中心に配置されている。降下管は、例えば２０〜５０ｃｍの内径を有する。降下管は、特に、降下管が環状板の上縁を越えて突出するように配置されている。正確な配置は、得られる越流高さを考慮に入れる。この構造的な措置により、降下管を介して下方に案内される冷却流体の割合を制御することが可能になり、冷却流体の大部分は大体、外環状部を介して流れる。外環状部の底縁において、降下管は環状板の底縁と同じ高さとすることができる。
【００２４】
本発明に係る装置は、原則として、任意の外形、例えば実質的に円形の断面を有することができる。すなわち、装置は実質的に円筒の形を有する。
【００２５】
反応管は、例えば、３０〜７０ｍｍの典型的な直径を有する。本発明に係る装置には、特に多数の反応管を設けることができる。したがって、４０００本、好ましくは９０００本、さらには１２，０００本を超える管を用いても、反応器の効率的な冷却が依然として達成され得る。それにもかかわらず、本発明は、そのような大型の反応器には限定されず、より少ない数の管でも同様に構成され得る。
【００２６】
本発明に係る装置は、特にホスゲンの製造に適しており、反応熱が管束反応器から放散されるべき他のプロセスにも反応器を使用することが可能である。
【００２７】
好ましくは、本発明に係る装置内の管束は、少なくとも２つの管束セグメント、特に対称管束セグメントに分割され、管束セグメント相互間に冷却流体チャネルが少なくとも複数のセクションにおいて設けられ、冷却流体チャネルは、少なくとも反応管の直径に対応する幅を有し、好ましくは環状板から始まって管束の中にまで延在している。そのようにして、管束の冷却はさらに改善され得る。特に環状板と組み合わせると、環状板の底縁の下の冷却流体チャネルは、冷却流体が管束の中心に向かう方向に、より容易に流れることができるようにし、その結果、反応熱は、特に底部反応器板の直上の重要な領域内で、より確実に放散される。
【００２８】
冷却流体チャネルは、管束の中心、すなわち降下管まで延在しているものとすることができ、好ましくは少なくとも２つの冷却流体チャネルがそのように構成される。しかし、冷却流体チャネルは、環状板から管束の中心までの距離の１／４〜３／４の長さにわたって延在していることも提供され得る。
【００２９】
冷却流体チャネルのうちの少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つが管束の中心まで延在し、それらの冷却流体チャネルの断面が、特に管束の中心に向かって狭くなっており、狭小部は好ましくはステップの形をとる。冷却流体チャネルは管束の中心まで交互に延在していることが特に好ましい。それによって反応管の特に効率的な冷却を達成することができる。
【００３０】
反応物は、原則として本発明に係る装置内に上部で導入されてもよいが、この場合は、反応管内への反応物の入口側が底部管板の側面に設けられることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る装置の別の好ましい形態では、流体冷却流体用の少なくとも１つの入口開口およびガス状冷却流体用の少なくとも１つの出口開口が設けられ、入口開口は特に出口開口の下方に配置されている。
【００３２】
上述したように、本発明に係る装置は、自由対流を用いてかつ沸上げ運転によって運転され得ることが好ましい。それは、冷却流体が内環状部内を上昇するにつれて冷却流体の一部が蒸発し、液体およびガス状冷却流体が環状板の上縁を通った後、分離することを意味する。ガス状冷却流体を放出するために、本発明に係る装置の別の形態では、反応器シェルが上部領域内に蒸気ベルトを形成するように拡張されていることが考えられる。この拡張は、下に配置された反応器室に対して拡大した直径によって達成され得る。ガス状冷却流体用の出口開口は、蒸気ベルトにおいて配置され、好ましくは上部管板の中または蒸気ベルトの上側に設けられる。出口開口は、ガス状冷却流体が凝縮される凝縮器に、追加的に連結され得る。凝縮器は、液冷式または空冷式とすることができ、このことは、そのような冷却が電源障害の場合でも機能し続けるので好ましい。凝縮器は、好適には戻り管路を介して液体冷却流体用の入口開口に連結されている。
【００３３】
本発明に係る装置の別の形態では、蒸気ベルトは非対称形であり、および／または環状板に対して非対称に配置され、蒸気ベルトの流れ断面は特に出口開口の領域内で最大である。蒸気ベルトは、例えば円形断面を有すると共に、管束の中心から出口開口の側面に偏倚することができる。代替的にまたは同時に、蒸気ベルトは、円形以外の形態、例えば楕円形断面など、または出口開口の領域の張出部を有することもできる。最終的に、唯一の重要なファクタはこの場合、最小速度での放射状流が冷媒室内に生じ、その結果、液体とガス状冷却流体とのより良い分離が達成されることである。そのとき、蒸気ベルト内の流速は、出口開口に向かう方向の体積流量が増大するにもかかわらず、ほとんど上がらない。そのようにして、飛沫同伴される液体冷却流体の小滴が少なくなり、そのことは、反応器の上部領域内の腐食の問題の低減をもたらす。
【００３４】
本発明に係る装置は、冷却流体が底部管板から内環状部を通って上部管板に向かう方向に上昇することができ、そこから冷却流体が外環状部を介して案内されて底部管板に戻ることができるように構成されている。既に上述したように、上記装置は、関連する冷却流体循環装置を有することができ、冷却流体循環装置は、冷却流体を底部管板から内環状部を通して上部管板に向かう方向に運ぶことができ、上部管板から冷却流体が外環状部を介して案内されて底部管板に戻ることができるように、構成されている。
【００３５】
本発明は、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒の存在下で反応させることによりホスゲンを製造するための方法であって、
ａ）反応器シェル内に配置され、かつ複数の反応管を有する管束であって、複数の反応管が、互いに実質的に平行に配置され、かつ底部管板から上部管板まで延在している、管束と、
ｂ）反応管を取り囲んでいると共に、底部管板、上部管板、および反応器シェルによって範囲を定められた、冷却流体用の冷媒室と、を備える装置を使用する方法に関し、
この方法は、管束が、環状板によって囲まれ、環状板が、冷却流体を通過させるための内環状部を画定していると共に、底部管板および上部管板の両方から、ある距離のところにあり、環状板と反応器シェルとの間に、液体冷却流体を通過させるための外環状部が形成され、外環状部が内環状部と流れ連通していること、および、冷却流体が、底部管板から内環状部を通って上部管板に向かう方向に上昇し、上部管板から冷却流体が外環状部を介して案内されて底部管板に戻ることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る方法は、好ましくは、冷却流体の一部が沸騰によって蒸発する蒸発冷却として運転される。
【００３７】
冷却媒体として水が使用される場合、反応室内への冷却媒体の浸透は、反応管が気密性でない場合でも回避されなければならない。そのためには、損傷が発生した場合に、ホスゲンは冷媒室に入るが、水は生成物室に入らないように、反応室の圧力は冷媒室の圧力より高く保たれなければならない。冷媒室は、そのような損傷の場合に適切な監視装置によって監視され、その結果、二次的な損傷が回避される。
【００３８】
本発明に係る方法では、使用されるＣＯおよび塩素の流れは、ホスゲン中の低塩素含有量を達成するために、２〜２０％、特に好ましくは５〜１２％モル過剰のＣＯが使用されることが好ましい。ガスミキサとして、オリフィスミキサ、静的ミキサ、ロータリミキサなどの任意の商用ガスミキサが使用され得るが、特殊なガスミキサが適切な配管で不要になることもある。この場合の混合ガスの絶対圧力は、好ましくは１．５〜１０バール、特に好ましくは２〜５バールである。
【００３９】
冷媒圧力を適切に選択することにより、冷媒温度、したがって生成物の出口温度は、１００℃未満に確実に維持される。冷媒室および冷媒室に連結された水回路を経由し入口開口および出口開口を経由する管束反応器の冷却は、絶対圧力０．１〜０．８バール、特に好ましくは０．１５〜０．５バール、最も好ましくは０．２〜０．３バールでの水を用いて行われることが好ましい。これにより、水の沸騰温度は４５〜９３．５℃（０．１〜０．８バールで）、５５〜８０℃（０．１５〜０．５バールで）、または６０〜７０℃（０．２〜０．３バールで）となる。その結果、ホスゲンは１００℃未満の温度で管束反応器から離れる。反応管内の絶対圧力は、好ましくは１．５〜１０バール、特に好ましくは２〜５バールである。
【００４０】
しかし、化学的に不活性の冷却媒体が使用される場合、冷却媒体の圧力は、反応管内の圧力より高くてもよい。高度に加圧された流れは、下流側凝縮器内で生成することができる。
【００４１】
以下、図１、図２、および例示的な実施形態１、２を用いて、本発明について、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る装置の側方断面図である。
【図２】図１の本発明に係る装置の横断面を上方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、塩素と一酸化炭素とを固定床触媒（fixed-bed catalyst）の存在下で反応させることによりホスゲンを製造するため、管束反応器の形態をとる、本発明に係る装置Ｒを示す。装置Ｒは、反応器室を備え、反応器室は、底部領域において、底部反応器板１によって境界を定められ、かつ上部領域において、上部反応器板２および反応器シェル（reactor shell）４によって境界を定められている。反応器室内には、複数の反応管３が配置され、複数の反応管３は、管束（tube bundle）を形成するように組み合わされ、かつ粒状活性炭触媒の形態をとる固定床触媒で充填されている。図１の表現を明瞭にする目的で、１本の反応管３のみが図示されている。
【００４４】
反応の出発原料、すなわち塩素および一酸化炭素は、反応管３内に底部で導入され、かつ反応管３を通して流れ方向ａに上方へ流れ、そこでホスゲンに対する発熱反応が起こる。反応管３を備える管束は、環状板（annulus plate）７によって囲まれ、環状板７は、冷却流体、例えば水を通過させるための内環状部１２を画定している。環状板７は、例えば鋼板（steel sheet）からなり、底部管板１および上部管板２から離れている。さらに、環状板７と反応器シェル４との間には、液体冷却流体を通過させるための外環状部１３が形成され、外環状部１３は、内環状部１２と流れ連通（flow communication）している。
【００４５】
底部管板１から環状板７までの距離は、一方では底部管板１の上方で十分に速い冷却流体流れが、他方では領域内での冷却流体の質量流量を過大に減少させることなく、達成されるように選択される。
【００４６】
管束の中心には、液体冷却流体を通過させるための降下管（down tube）６が配置されている。降下管６は、環状板７の上縁から突出し、降下管６および外環状部１３を通る冷却流体の流れを、突出部の高さによって、ターゲットとされた態様（targeted manner）に分割することが可能である。この場合において、降下管６は、底部領域で、環状板７の下縁と同一平面上で終わる。
【００４７】
上部反応器板２の下方には、蒸気ベルト５が配置され、蒸気ベルト５は、反応器シェル４に非対称に置かれている。蒸気ベルト５の上方境界には、ガス状冷却流体用の出口開口８が設けられ、出口開口８は、この場合、図示されていない凝縮器に連結される。凝縮器において、ガス状冷却流体は、液体形態に転換され、環状管路を用いて液体冷却流体用の入口開口９から回路にフィードバックされる。液体とガス状冷却流体との間の相境界は、破線１４で示されている。
【００４８】
図２は、本発明に係る管束反応器Ｒを、上方から見た横断面で示す。図２において、管束反応器Ｒは、複数の反応管３を備え、反応管３は、反応器の縦方向延在部（longitudinal extension）に互いに平行に配置され、かつ個々の管束セグメント１５に分割されていることが分かる。管束セグメント１５は、円をなす非常に大きく対称形のセグメントであり、冷却流体チャネル１０は、管束セグメント１５相互間に、形成されている。冷却流体チャネル１０は、反応器の中央、すなわち降下管６まで交互に延在し、降下管６まで延在する冷却流体チャネル１０の幅は、領域１１においてステップ状に狭くなっている。降下管６まで延在しない冷却流体チャネル１０は、環状板７から始まって、環状板７から管束の中心までの総距離の約３分の１の延在部（extension）を有する。
【００４９】
図１に示された装置Ｒの運転中、塩素ガスおよび一酸化炭素は、上述したように、反応管３を方向ａに流れ、ホスゲンに対する反応は、固定床触媒と接触した結果、著しい発熱を伴って行われる。そこで生じる反応熱は、反応管３の外壁を介して、反応器室の中にあると共に反応管３を取り囲んでいる冷却流体に、伝達される。ホスゲンに対する反応の発熱は、底部管板１の直上の領域、すなわち反応管３の入口領域において最も顕著であるので、冷却流体は、反応管３の入口領域において著しく加熱され、その結果、冷却流体は、対流によって、内環状部１２内を方向ｂに上方へと運ばれる。冷却流体の一部は、その上に蒸発もする。
【００５０】
ガス状冷却流体は、環状板７の上縁に到達すると、反応器シェル４に非対称に置かれた蒸気ベルト５において、液体冷却流体から分離する。ガス状冷却流体の流速は、蒸気ベルトの特定の構成により低く保たれ、したがって液体冷却流体の小滴は、実質的に全く飛沫同伴されない。ガス状冷却流体は、出口開口８を介して、凝縮器内へ通され、凝縮器でガス状冷却流体は、液体形態に再び転換され、液体冷却流体用の入口開口９から、環状管路を介して、回路に再び供給される。
【００５１】
冷却流体チャネル１０が管束の中に設けられると、外環状部１３を介してフィードバックされる冷却流体が、環状板７の底縁を通過した後、管束の中心に向かう方向に、より容易に流れることができるという効果があり、その結果、特に効果的な冷却が、とりわけ底部管板１の直上の領域において達成される。
【実施例１】
【００５２】
（ホスゲン製造用の管束反応器を冷却するデカリンの蒸発）
管束反応器は、４ｍの直径を有し、８８００本の反応管を備える。反応管は、４ｍの長さおよび３０ｍｍの外径を有する。全体で９１００ｋＷの反応熱が放散されなければならない。これは、１１１ｔのデカリンを２．３バールで蒸発させることによって、達成される。内部循環の質量流量は、約４３００ｔ／ｈである。付属の凝縮器では、１７ｔ／ｈの蒸気が、２１バールで生成される。
【実施例２】
【００５３】
（ホスゲン製造用の管束反応器を冷却する水の蒸発）
管束反応器は、３．８ｍの直径を有し、１９００本の反応管を備える。反応管は、４ｍの長さおよび６０．３ｍｍの外径を有する。全体で５５００ｋＷの反応熱が放散されなければならない。これは、１８．４ｔのデカリンを２５０ミリバールで蒸発させることによって、達成される。内部循環の質量流量は、約２４００ｔ／ｈである。
【符号の説明】
【００５４】
１  底部管板
２  上部管板
３  反応管
４  反応器シェル
５  蒸気ベルト
６  降下管
７  環状板
８  出口開口
９  入口開口
１０  冷却流体チャネル
１１  狭小部
１２  内環状部
１３  外環状部
１４  液体冷却流体の相境界
１５  管束セグメント
ａ  反応物および生成物の流れ方向
ｂ〜ｋ  冷却流体の流れ方向
Ｒ  装置
【図１】
0006258313.tif 000002
【図２】
0006258313.tif 000003