(57)【要約】  二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合装置であって、ａ）束の状態に配列された複数の管を有し、管が各々、その最初の部分に複数の側穴を有し、ｂ）二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムを有し、第１の供給システムが、管の入口側に設けられた第１の管状本体を有し、ｃ）他方の気体の第１の供給システムを有し、第２の供給システムが、管束及び第１の管状本体の少なくとも一部分を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、混合装置において、ｄ）二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムは、第１の管状本体の内部に設けられていて、各管への供給気体の一様な分配を可能にする複数のフィンを有する、混合装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合装置であって、
ａ．束の状態に配列された複数の管を有し、前記管が各々、その最初の部分に複数の側穴を有し、
ｂ．前記二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムを有し、前記第１の供給システムが、前記管の入口側に設けられた第１の管状本体を有し、
ｃ．他方の気体の第１の供給システムを有し、前記第２の供給システムが、前記管束及び前記第１の管状本体の少なくとも一部分を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、混合装置において、
ｄ．前記二種類の気体のうちの一方の前記第１の供給システムは、前記第１の管状本体の内部に設けられていて、前記管の各々への供給気体の一様な分配を可能にする複数のフィンを有する、混合装置。
【請求項２】
前記管束を構成する前記管は、円錐形であり、前記入口から前記出口に向かって末広がりに延びている、請求項１記載の混合装置。
【請求項３】
前記複数の穴は、前記管束に属する各管の前記最初の部分に設けられ、前記最初の部分は、管の全長の約１０〜５０％の範囲にわたる、請求項１又は２記載の混合装置。
【請求項４】
前記管束に属する前記管の前記穴は全体で、５〜５０ｃｍ2の表面積を有する、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項５】
前記穴の軸線は、関連の前記管の軸線に垂直であり又はこれと３０°〜６０°の角度をなす、請求項４記載の混合装置。
【請求項６】
前記管束は、入口管板及び出口管板という２つの管板相互間に納められている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項７】
前記第１の供給システムは、前記管束の入口のところで前記管板に結合されると共に密着された第１の管状本体を有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項８】
前記第２の供給システムは、前記管束及び前記第１の管状本体を受け入れるよう前記出口管板上で前記管束を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項９】
前記第１の管状本体と前記第２の管状本体は、同軸である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項１０】
前記第１の管状本体の前記軸線は、前記第２の管状本体の前記軸線と、０°〜９０°又は−９０°〜０°の角度αをなす、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項１１】
前記第１の供給システムの前記フィンは、αが０°〜９０°の場合、中心角度βは０°〜α＋１０°であり、或いは、αが−９０°〜０°の場合、中心角度βは０°〜α−１０°である薄い弧状プレートから成る、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項１２】
二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合方法であって、
ｉ．円筒形区分又は好ましくは円錐形区分を有し、最初の部分に複数の側穴を備えた管の束を前記二種類の気体のうちの一方の供給区分を備えた密閉ケーシング内に配置するステップを有し、
ｉｉ．前記二種類の気体のうちの他方を供給システムにより各管の内部に連続的に供給するステップを有し、前記供給システムは、管状本体と、前記管状本体の内部に設けられていて、単一の前記管の内部への前記他方の気体の流れの一様な分配を可能にする複数の方向性のあるフィンとを有し、
ｉｉｉ．前記供給区分を通して前記一方の気体を前記密閉ケーシング内に連続的に供給するステップを有し、
ｉｖ．前記一方の気体が前記側穴を通って前記管の内部に流れることができるようにする前記気体の圧力を前記密閉ケーシング内に維持するステップを有する、方法。
【請求項１３】
前記二種類の気体のうちの一方は、温度が５５０℃〜９００℃の蒸気であり、前記他方の気体は、４００℃〜６００℃まで予熱されたエチルベンゼンである、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小圧力降下型混合装置及び二種類の気体／蒸気の混合の際のその使用に関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、小圧力降下型混合装置及びスチレン製造ユニットでのエチルベンゼンと高温状態にある蒸気の混合におけるその使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
公知のように、スチレンモノマーは、主として、鉄酸化物を主成分とする固体触媒の固定床（固定層）上においてエチルベンゼンを高温で脱水素化することにより作られる。歩留り及び反応選択性を向上させるために触媒床への流入前に、高温状態でエチレンベンゼンと蒸気を混合する。蒸気は、反応平衡状態をスチレンに向かって移し、試薬の塊を加熱すると共に炭素質沈殿物で水性ガスを形成することにより触媒を炭素質沈殿物から清浄な状態にしておく目的を有する。
【０００４】
これらの理由で、二種類の気体（エチルベンゼンと蒸気）を混合することができるだけ完全であるということが基本的に重要である。混合が不十分であると、それにより反応器の入口のところでの気体の流れに不均一な濃度及び温度が生じ、望ましくない生成物が生じるので歩留り及びプロセス選択性が減少すると共に触媒の老化速度が促進させる。
【０００５】
さらに、エネルギー消費量及び上流側機器の投資費用を減少させるためには、エチルベンゼンと蒸気の混合ができるだけ小さい圧力降下で起こることが必要である。
【０００６】
スチレンモノマー製造工場の混合装置は、通常以下のように構成される。二種類の気体のうちの一方（Ａ）を主流（メインストリーム）として用い、これをチャンバ内に流入させ、第２の（他方の）気体（Ｂ）をこのチャンバの壁から注入する。乱流（適当な促進剤により引き起こされる場合が多い）及びチャンバが細長い形態をしていることにより、二種類の気体が混ざり合うことができる。チャンバの端部のところには、均質性を一段と高めるための静止型混合装置が設けられている。この混合方法は、実質的に、機器の全直径の縮尺で乱流による拡散を利用しているということができる。
【０００７】
混合装置の中には文献公知のものがあり（これについては、例えば、国際公開第０１／９７９６０号パンフレット又は欧州特許第３０３，４０８号明細書及び同第１，１８０，３９３号明細書を参照されたい）、かかる混合装置は、反応領域、例えば触媒床に後で送られる流体を混合するために用いられる有孔管束を有する。しかしながら、提案された混合装置の形式は、単一の管内での小圧力降下条件下においては、管束に属する種々の管相互間の流れの一様な分配を保証せず、したがって、少ないエネルギー消費量で高い混合度を得ることはできない。
【０００８】
本出願人は、現時点においてスチレン製造工場で用いられている工業的モデルの代替手段又は公知技術の工業的モデルの代替手段となる気体用の新規な形式の混合装置を開発したが、かかる新規形式の混合装置により、良好な混合をコンパクト且つ経済的な解決手段によって非常に僅かな圧力降下で得ることができ、この場合、静止型混合装置を下流側に用いて利用する必要はない。したがって、この新規な混合装置は又、混合具合を向上させることが望ましいが、利用できる広い空間が存在しないような既存の工場の現状打破に容易に適合可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第０１／９７９６０号パンフレット
【特許文献２】欧州特許第３０３，４０８号明細書
【特許文献３】欧州特許第１，１８０，３９３号明細書
【発明の概要】
【００１０】
したがって、本発明の対象は、二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合装置であって、
ａ．束の状態に配列された複数の管を有し、管が各々、その最初の部分に複数の側穴を有し、
ｂ．二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムを有し、第１の供給システムが、管の入口側に設けられた第１の管状本体を有し、
ｃ．他方の気体の第１の供給システムを有し、第２の供給システムが、管束及び第１の管状本体の少なくとも一部分を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、混合装置において、
ｄ．二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムは、第１の管状本体の内部に設けられていて、管の各々への供給気体の一様な分配を可能にする複数のフィンを有することを特徴とする混合装置に関する。
【００１１】
本発明の対象である混合装置では、管束に属する管は、鋼又は別の金属合金、例えばニッケル合金で作られる。これら管は、円筒形の形をしており又は好ましくは円錐形であり、入口から出口に向かって末広がりに延び、これらの長さは、０．５〜３メートルであり、平均内径は、２〜２５ｃｍである。管束の管は、互いに平行に又は好ましくは管束の出口に向かって末広がりの状態で配置されている。
【００１２】
例えば各管の全長の１０〜５０％に相当する各管の最初の部分は、各々が５〜５０ｃｍ2、好ましくは１０〜３０ｃｍ2の複数の穴を有している。穴の軸線は、関連の管軸線に垂直であっても良く、或いは、関連の管と好ましくは３０°〜６０°の角度をなしても良い。
【００１３】
管束は、一般に、有孔入口管板と出口管板という２つの管板相互間に納められており、これら管板は、好ましくは管束と同種の材料で作られる。これら管板は、平べったい円形の形をしていても良く、或いは球形キャップの形態をしていても良く、孔は各々、管束の管の各々を収容するのに適している。
【００１４】
第１の供給システムは、混合されるべき二種類の気体のうちの一方が送り込まれる第１の管状本体又は要素を有し、かかる第１の管状本体又は要素は、管束の入口のところで管板に結合されると共に密着されている。
【００１５】
第２の供給システムは、混合されるべき二種類の気体のうちの他方が送り込まれる第２の管状本体又は要素を有し、かかる第２の管状本体又は要素は、出口管板上で管束を防ガス性的に包囲している。
【００１６】
２つの管状本体は、同軸であるのが良い。この場合、第２の管状本体は、管束と第１の管状本体の両方を完全に受け入れている。
【００１７】
変形例として、第１の管状本体の軸線は、第２の管状本体の軸線と、第１の管状要素の水平面上の投影像が、第２の管状要素の投影像の左側に位置するか右側に位置するかに応じて０°〜９０°又は−９０°〜０°の角度αをなす。この場合、第２の管状本体は、管束を完全に受け入れ、第１の管状本体を部分的にしか受け入れない。
【００１８】
二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムは、管束の全ての管相互間におけるこの気体の一様な流れを保証し、小さな圧力降下を維持する。この結果は、第１の管状本体内に横断面上に配置された適当な形の複数のフィンが設けられていることにより得られる。
【００１９】
フィンの数は、４〜１５個である。
【００２０】
特に、第１の供給システムのフィンは、αが０°〜９０°の場合、中心角度βは０°〜α＋１０°であり、或いは、αが−９０°〜０°の場合、中心角度βは０°〜α−１０°である薄い弧状プレートから成る。この場合、フィンの配置の横断面は、２つの管状本体の２本の軸線が互いに交わる箇所を実質的に通る横断面である。
【００２１】
αがゼロである場合（２つの管状本体が同軸である場合）、βも又、ゼロに等しい。
【００２２】
第２の管状本体は、管束及び２つの管板並びに第１の管状本体の少なくとも一部を防ガス性的に包囲した密閉ケーシングを形成する。他方と混合されるべき二種類の気体のうちの一方は、供給区分を通って密閉ケーシング内に導入される。ケーシング内の圧力は、管内に存在する圧力よりも高く維持され、その結果、ケーシングの気体は、側穴を通って管内に流入するようになる。
【００２３】
この細分割及び再結合機構により、２つの気体の流れの一種の予備混合が大規模に引き起こされ、これにより、二種類の気体の混合を寸法の小さなチャンバ内で完了させることができる。これら小形の混合チャンバは、有孔部分の下流側に位置する管の部分であり、かかる混合チャンバ内において、管直径を減少させた状態における乱流による拡散性によって、二種類の気体の完璧な混合が得られ、しかも、減少した長さ、取り得る円錐形及び穴の向きにより、圧力降下は、極めて小さい。
【００２４】
本発明の別の対象は、二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合方法であって、
ｉ．円筒形区分又は好ましくは円錐形区分を有し、最初の部分に複数の側穴を備えた管の束を二種類の気体のうちの一方の供給区分を備えた密閉ケーシング内に配置するステップを有し、
ｉｉ．二種類の気体のうちの他方を供給システムにより各管の内部に連続的に供給するステップを有し、供給システムは、管状本体と、管状本体の内部に設けられていて、単一の管の内部への他方の気体の流れの一様な分配を可能にする複数の方向性のあるフィンとを有し、
ｉｉｉ．供給区分を通して一方の気体を密閉ケーシング内に連続的に供給するステップを有し、
ｉｖ．一方の気体が側穴を通って管の内部に流れることができるようにする気体の圧力を密閉ケーシング内に維持するステップを有することを特徴とする方法に関する。
【００２５】
本発明の対象であるこの方法によれば、スチレンの製造の場合、これら気体のうちの一方は、温度が５５０℃〜９００℃、好ましくは６５０℃〜８５０℃の蒸気であり、他方の気体は、４００℃〜６００℃、好ましくは４５０℃〜５５０℃まで予熱されたエチルベンゼンである。
【００２６】
混合チャンバの出口のところで、完全に混合された二種類の気体は、脱水素化反応器内に直接放出され、かかる脱水素化反応器は、従来の動作条件下で動作する。
【００２７】
次に、添付の図を参照して以下の実施形態により例示且つ非限定的な目的で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】二種類の気体／蒸気の混合装置を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図中、参照符号（１）は、２つの、即ち、入口管板（３）及び出口管板（４）により組立て状態に保たれた複数の末広がりに延びる管（２）から成る管束を示している。各管は、その最初の部分に複数の穴（５）を有している。
【００３０】
第１の管状本体（６）は、管板（３）に連結され、第２の管状本体（７）は、出口管板（４）を防ガス性的に包囲している。管状本体の軸線は、互いに約４５°の角度αをなしている。方向性を持つフィン（８）が、２本の軸線の交差点のところで第１の管状本体の横断面上に位置している。
【００３１】
本発明の対象である混合装置の機能は、添付の図及び上述の説明から明らかである。
【００３２】
一方の気体、例えば高温状態の蒸気は、供給区分Ａを通って第１の管状本体（６）に供給される。別の気体、例えば高温状態のエチルベンゼンが、供給区分Ｂを通って第２の管状本体に供給される。
【００３３】
蒸気は、方向性フィン（８）が混合装置の各管内での蒸気の一様な分配を可能にするので、混合管（２）内で一様に分配される。
【００３４】
エチルベンゼンは、蒸気供給圧力よりも僅かに高い圧力で第２の管状本体に供給され、その結果、エチルベンゼンは、穴（５）を通って混合管内に流入するようになる。エチルベンゼンは、管の内部で蒸気により同伴され、管内部では、管直径を減少させた状態での乱流による拡散性により、二種類の気体の完璧な混合が得られる。
【００３５】
気体混合物は、出口区分Ｃを通って排出され、反応器（図示せず）に送られる。
【００３６】
実施例
各々が円錐形の縦断面（１）、１．２ｍの長さ、１０ｃｍの平均内径を有する１００本の管の束を８ｍ3の管状本体又は密閉ケーシング（７）内に挿入した。各管の長さ５０ｃｍの最初の部分は、管（２）の最初の部分の表面に一様に分布して設けられた各々が１５ｃｍ2の１０個の穴（５）を有していた。
【００３７】
水蒸気を混合装置の一方の側に位置する管状本体（６）の供給区分（Ａ）により７００℃で管の内部に供給した。エチルベンゼンをケーシング（７）上に位置決めされた供給区分（Ｂ）によって５００℃の温度で導入し、０．０８ＭＰａのエチルベンゼンの圧力が、ケーシング内に維持された。
【００３８】
気体混合物を管の出口（Ｃ）のところで放出し、かかる気体混合物は、以下の条件下で動作する脱水素化反応器に直接供給した。
触媒：鉄酸化物、カリウム酸化物
温度：６００℃
圧力：０．０６ＭＰａ
蒸気／エチルベンゼン比：１．４５
ＬＨＳＶ：０．９５ｈ-1
【００３９】
９５．３％の選択度で流量が２３，５００ｋｇ／時のスチレンを脱水素化反応器の出口のところで得た。
【００４０】
実質的に上述したのと同じ熱力学的条件下で同一流量の蒸気及びエチルベンゼンを長さが１．５ｍであり、内径が２００ｃｍであり、側入口を備えた単一の管から成る伝統的な混合装置に供給した。
【００４１】
蒸気を管の主入口に供給し、エチルベンゼンを側入口から供給した。
【００４２】
管の端部のところには、各々高さ０．６０ｍ（全体が２．４ｍの場合）、直径２１０ｃｍの４つの混合層から成る静止型混合装置が設置されていた。このようにして得られた混合物を上述したのと同一の条件下で動作する脱水素化反応器に供給した。
【００４３】
９４．４％の選択度で２３，５００ｋｇ／時のスチレンが得られ（製造したスチレン１ｔ当たり約１０ｋｇのエチルベンゼンの高い消費率で）、或いは、別の稼働条件では、選択度が９５．３％であるが、追加の蒸気消費率が約５，０００ｋｇ／時で２３，５００ｋｇ／時のスチレンを得ることができた。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月15日(2008.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合装置であって、
ａ．束の状態に配列された複数の管を有し、前記管が各々、その最初の部分に複数の側穴を有し、
ｂ．前記二種類の気体のうちの一方の第１の供給システムを有し、前記第１の供給システムが、前記管の入口側に設けられた第１の管状本体を有し、
ｃ．他方の気体の第１の供給システムを有し、前記第２の供給システムが、前記管束及び前記第１の管状本体の少なくとも一部分を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、混合装置において、
ｄ．前記二種類の気体のうちの一方の前記第１の供給システムは、前記第１の管状本体の内部に設けられていて、前記管の各々への供給気体の一様な分配を可能にする複数のフィンを有し、
前記管束を構成する前記管は、円錐形であり、前記入口から前記出口に向かって末広がりに延びている、混合装置。
【請求項２】
前記複数の穴は、前記管束に属する各管の前記最初の部分に設けられ、前記最初の部分は、管の全長の約１０〜５０％の範囲にわたる、請求項１記載の混合装置。
【請求項３】
前記管束に属する前記管の前記穴は全体で、５〜５０ｃｍ2の表面積を有する、請求項１又は２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記穴の軸線は、関連の前記管の軸線に垂直であり又はこれと３０°〜６０°の角度をなす、請求項３記載の混合装置。
【請求項５】
前記管束は、入口管板及び出口管板という２つの管板相互間に納められている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項６】
前記第１の供給システムは、前記管束の入口のところで前記管板に結合されると共に密着された第１の管状本体を有する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項７】
前記第２の供給システムは、前記管束及び前記第１の管状本体を受け入れるよう前記出口管板上で前記管束を防ガス性的に包囲した第２の管状本体を有する、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項８】
前記第１の管状本体と前記第２の管状本体は、同軸である、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項９】
前記第１の管状本体の前記軸線は、前記第２の管状本体の前記軸線と、０°〜９０°又は−９０°〜０°の角度αをなす、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項１０】
前記第１の供給システムの前記フィンは、αが０°〜９０°の場合、中心角度βは０°〜α＋１０°であり、或いは、αが−９０°〜０°の場合、中心角度βは０°〜α−１０°である薄い弧状プレートから成る、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の混合装置。
【請求項１１】
二種類の気体／蒸気（以下、「気体」という）の混合方法であって、
ｉ．円錐形区分を有し、最初の部分に複数の側穴を備えた管の束を前記二種類の気体のうちの一方の供給区分を備えた密閉ケーシング内に配置するステップを有し、
ｉｉ．前記二種類の気体のうちの他方を供給システムにより各管の内部に連続的に供給するステップを有し、前記供給システムは、管状本体と、前記管状本体の内部に設けられていて、単一の前記管の内部への前記他方の気体の流れの一様な分配を可能にする複数の方向性のあるフィンとを有し、
ｉｉｉ．前記供給区分を通して前記一方の気体を前記密閉ケーシング内に連続的に供給するステップを有し、
ｉｖ．前記一方の気体が前記側穴を通って前記管の内部に流れることができるようにする前記気体の圧力を前記密閉ケーシング内に維持するステップを有する、方法。
【請求項１２】
前記二種類の気体のうちの一方は、温度が５５０℃〜９００℃の蒸気であり、前記他方の気体は、４００℃〜６００℃まで予熱されたエチルベンゼンである、請求項１１記載の方法。
【国際調査報告】
2010522633.tif 000004
2010522633.tif 000005
2010522633.tif 000006