(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体触媒を収容する触媒収容室と、該触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填するための触媒充填用ノズルとを有する少なくとも１個の触媒充填用容器を具備すると共に、前記触媒充填用容器には、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去する選択吸引除去手段が設けられた触媒充填装置を用い、前記選択吸引除去手段により、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去しながら、前記触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填することを特徴とする触媒充填方法。
【請求項２】
固体触媒を収容する触媒収容室と、該触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填するための触媒充填用ノズルとを有する少なくとも１個の触媒充填用容器を具備すると共に、前記触媒充填用容器には、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去する選択吸引除去手段が設けられた触媒充填装置を用い、前記選択吸引除去手段により、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去した後、前記触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填することを特徴とする触媒充填方法。
【請求項３】
前記選択吸引除去手段には、前記触媒収容室内のガスを吸引する吸引手段と、該吸引手段により吸引されるガスの流路に取り付けられ、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に透過する選択透過手段とが備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒充填方法。
【請求項４】
前記選択吸引除去手段には、前記触媒充填用容器に取り付けられた微粉吸引ノズルが備えられていると共に、前記選択吸引除去手段による吸引速度が、前記微粉吸引ノズル内のガス線速度で１〜２０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の触媒充填方法。
【請求項５】
前記触媒充填装置が前記触媒充填用容器を振動させる振動手段をさらに具備し、前記振動手段で前記触媒充填用容器を振動させながら、微粉触媒を吸引除去することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の触媒充填方法。
【請求項６】
前記振動手段が、前記触媒充填用容器に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の触媒充填方法。
【請求項７】
前記触媒充填装置が前記触媒充填用容器を保持する保持手段をさらに具備すると共に、前記振動手段が該保持手段に取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の触媒充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体触媒を管式反応器に備えられた反応管等の被触媒充填体に充填するための触媒充填装置、及び該装置を用いた触媒充填方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、管式反応器に備えられた反応管等の被触媒充填体に固体触媒を充填する触媒充填装置は、固体触媒を収容する触媒収容室と、該触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填するための触媒充填用ノズルとを有する触媒充填用容器を主体として構成されており、触媒充填用ノズルに被触媒充填体を接続することにより、触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填することが可能な構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被触媒充填体に充填される固体触媒は、製造後の梱包時、製造施設から触媒充填装置までの運搬時、貯蔵時、計量時、触媒充填装置への触媒充填作業時等に、機械的作用を受けてあるいは自然に、一部の触媒が微粉化することがあるが、従来は、粒径の小さい触媒（以下、「微粉触媒」と言う。）も含めて被触媒充填体に充填しており、微粉触媒の混入に起因して反応管等の被触媒充填体の圧力損失が増大する恐れがあった。
【０００４】
そこで、本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、微粉触媒を効率的に除去回収し、反応管等の被触媒充填体の圧力損失を抑制することが可能な触媒充填装置、及び該装置を用いた触媒充填方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく検討を行った結果、以下の触媒充填装置、及び触媒充填方法を発明した。
本発明の触媒充填装置は、固体触媒を収容する触媒収容室と、該触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填するための触媒充填用ノズルとを有する少なくとも１個の触媒充填用容器を具備すると共に、前記触媒充填用容器には、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去する選択吸引除去手段が設けられていることを特徴とする。
例えば、前記選択吸引除去手段としては、前記触媒収容室内のガスを吸引する吸引手段と、該吸引手段により吸引されるガスの流路に取り付けられ、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に透過する選択透過手段とを備えたものが好適である。また、前記選択吸引除去手段には、前記触媒充填用容器に取り付けられた微粉吸引ノズルが備えられていると共に、前記選択吸引除去手段による吸引速度が、前記微粉吸引ノズル内のガス線速度で１〜２０ｍ／ｓｅｃであることが好ましい。
【０００６】
このように、触媒充填用容器に、触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去する選択吸引除去手段を設ける構成とすることにより、微粉触媒を効率的に除去回収し、反応管等の被触媒充填体に微粉触媒が充填されることを防止し、被触媒充填体の圧力損失を抑制することができる。
なお、本発明者が、種々の固体触媒を用いて、微粉触媒の粒径と触媒充填後の反応管の圧力損失との関係について検討したところ、粒径１ｍｍ以下の微粉が触媒層に混入した時に圧力損失が増大することを見出した。したがって、本明細書において、「微粉触媒」とは、粒径が１ｍｍ以下の触媒と定義する。
【０００７】
また、本発明の触媒充填装置には、前記触媒充填用容器を振動させる振動手段がさらに備えられていることが好ましい。ここで、前記振動手段は、前記触媒充填用容器に直接取り付けても良いし、前記触媒充填用容器を保持する保持手段をさらに備える場合には、該保持手段に取り付ける構成としても良い。
振動手段により触媒充填用容器を振動させながら、微粉触媒を吸引除去することにより、微粉触媒の除去効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明の触媒充填方法は、以上の本発明の触媒充填装置を用い、前記選択吸引除去手段により、前記触媒収容室内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去しながら、前記触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填することを特徴とする。また、本発明の触媒充填方法において、微粉触媒を選択的に吸引除去しながら、触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填する代わりに、微粉触媒を選択的に吸引除去した後、触媒収容室内の固体触媒を被触媒充填体に充填する構成としても良い。
かかる本発明の触媒充填方法によれば、本発明の触媒充填装置と同等の効果を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図１、図２に基づいて、本発明に係る実施形態の触媒充填装置の構造について説明する。図１は、本実施形態の触媒充填装置の全体構成を示す概略図であり、触媒充填装置を、固体触媒を充填する被触媒充填体である反応管に取り付けた状態を示す図である。図２は、本実施形態の触媒充填装置に備えられた１個の触媒充填用容器の縦断面図である。
【００１０】
本実施形態の触媒充填装置１は、少なくとも１個の触媒充填用容器１０を主として構成されている。以下、便宜上、触媒充填用容器１０の個数を２個として説明する。
各触媒充填用容器１０は、円筒状の筒状部２１とその下方に連結された逆円錐状のテーパ部２２とからなり、上端及び下端が開口した容器本体２０を主体として構成されており、該容器本体２０の内部空間が固体触媒を収容する触媒収容室１１となっている。また、容器本体２０（テーパ部２２）の下端には、触媒収容室１１内の固体触媒を反応管に充填するための筒状の触媒充填用ノズル１２が取り付けられており、容器本体２０（筒状部２１）の上端には、開閉可能な蓋体２３が取り付けられている。
また、本実施形態において、触媒充填用ノズル１２と反応管３２とは、樹脂製のホースやチューブ等からなる管状の接続部材３０を介して接続されるようになっており、接続部材３０には該部材を途中で閉塞させるための止め金３１が取り付けられている。
【００１１】
また、触媒充填用容器１０には、触媒収容室１１内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に吸引除去する選択吸引除去手段４０が設けられている。
詳細には、容器本体２０の筒状部２１の上部には、筒状部２１を貫通して複数の開孔部４１が形成されていると共に、各開孔部４１には触媒収容室１１内の全触媒のうち微粉触媒のみを選択的に透過する金属メッシュ等からなる網状部材（選択透過手段）４２が取り付けられている。また、複数の網状部材４２を透過した微粉触媒を１箇所に集めるために、容器本体２０の外周に沿って、複数の開孔部４１を介して触媒収容室１１に連通する微粉触媒収容室４３が設けられており、該微粉触媒収容室４３には１個の微粉吸引ノズル４４が取り付けられている。また、触媒充填用容器１０に取り付けられた微粉吸引ノズル４４は配管を介して、バグフィルタ４５及びブロア（吸引手段）４６に接続されている。
【００１２】
そして、これら開孔部４１、網状部材４２、微粉触媒収容室４３、微粉吸引ノズル４４、バグフィルタ４５、ブロア４６により、選択吸引除去手段４０が構成されており、ブロア４６を作動すれば、触媒収容室１１内のガスが吸引されるが、触媒収容室１１内の触媒のうち、粒径の小さい微粉触媒のみが網状部材４２を選択的に透過し、開孔部４１、微粉触媒収容室４３、微粉吸引ノズル４４を順次経由してバグフィルタ４５により回収除去されるようになっている。なお、バグフィルタ４５により回収した微粉触媒は、固体触媒の原料として再利用しても良い。
【００１３】
また、２個の触媒充填用容器１０は１台の架台（保持手段）５０により保持されており、この架台５０には２個の触媒充填用容器１０を振動させるための１個の振動機（振動手段）５１が取り付けられている。振動機５１としては、電磁石による電磁振動式振動機や不平行重錘による機械振動式振動機等を例示することができる。
【００１４】
本実施形態の触媒充填装置１は以上のように構成されており、この装置を用いて以下のようにして、反応管３２への固体触媒の充填を行うことができる。
あらかじめ、触媒充填用容器１０の触媒充填用ノズル１２に接続部材３０を連結し、触媒収容室１１に充填する固体触媒が落下することを防止するために、止め金３１により、接続部材３０を途中で閉塞させておく。このような状態を維持したまま、触媒充填用容器１０の蓋体２３を開け、触媒収容室１１内に固体触媒を充填する。
【００１５】
固体触媒としては限定されるものではないが、本実施形態の触媒充填装置１は特に、固体触媒として成型触媒を用いる場合に用いて好適である。「成型触媒」とは、金属成分等の触媒成分を含む触媒粉を湿式法あるいは乾式法により所望の形状に成型加工したものであり、不活性担体に触媒粉を担持させた担持触媒や触媒粉にグラファイト等の賦型助剤を添加して打錠した打錠触媒、触媒粉に水や賦型助剤を加えて押出成型した押出触媒等が挙げられる。具体的には、イソブチレンあるいは第三級ブチルアルコールを気相接触酸化し不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸を合成する際に用いられる複合酸化物触媒やヘテロポリ酸触媒等が挙げられる。これら成型触媒の基本構成物質は触媒微粒子であるため、微粉化されやすく、梱包時、運搬時、貯蔵時、計量時、触媒充填時等における微粉の発生を完全に抑えることは極めて難しい。
【００１６】
次に、蓋体２３を閉じて、触媒収容室１１を密閉空間とし、触媒充填用容器１０に接続した接続部材３０を反応管３２に接続した後、ブロア４６を作動させて、選択吸引除去手段４０による、触媒収容室１１内の微粉触媒の吸引除去を開始する。微粉触媒の吸引速度が所定の範囲になった時点で、振動機５１の運転を開始すると共に、接続部材３０の止め金３１を外すことにより、反応管３２内への固体触媒の充填を行うことができる。すなわち、本実施形態では、触媒充填用容器１０を振動させた状態で、触媒収容室１１内の微粉触媒を選択的に吸引除去しながら、触媒収容室１１内の固体触媒を反応管３２内に充填する。
【００１７】
本実施形態の触媒充填装置１、及び該装置を用いた触媒充填方法によれば、触媒収容室１１内の微粉触媒を選択的に吸引除去しながら、触媒収容室１１内の固体触媒を反応管３２内に充填することができるので、反応管３２に微粉触媒が充填されることを防止し、反応管３２の圧力損失を抑制することができる。
なお、本実施形態では、触媒収容室１１内の微粉触媒を選択的に吸引除去しながら、触媒収容室１１内の固体触媒を反応管３２内に充填する場合についてのみ説明したが、触媒収容室１１内の微粉触媒を選択的に吸引除去した後、触媒収容室１１内の固体触媒を反応管３２に充填する構成としても良い。
【００１８】
また、上述したように、本発明者は、粒径１ｍｍ以下の微粉触媒が触媒層に混入した時に、圧力損失が増大することを見出しているが、本発明者は、さらに、微粉触媒の吸引速度を微粉吸引ノズル４４内のガス線速度で１〜２０ｍ／ｓｅｃ、好ましくは２〜１０ｍ／ｓｅｃとすることにより、圧力損失への影響が大きい粒径１ｍｍ以下の微粉触媒を効率良く除去できることを見出した。なお、本発明者は、吸引速度が１ｍ／ｓｅｃ未満では、粒径１ｍｍ以下の微粉触媒の除去が不十分となる恐れがあり、２０ｍ／ｓｅｃ超では、ブロワ４６の動力費が増加するだけで微粉触媒の回収効率はほとんど変わらないことを見出している。
【００１９】
また、本実施形態では、容器本体２０に複数の開孔部４１を設け、各開孔部４１に網状部材４２を取り付けると共に、複数の開孔部４１を介して触媒収容室１１に連通する微粉触媒収容室４３を設け、該微粉触媒収容室４３に微粉吸引ノズル４４を取り付けることにより、触媒収容室１１内の微粉触媒を選択的に吸引除去する構成としたが、容器本体２０に形成する開孔部４１の個数や形状、形成箇所、微粉吸引ノズル４４の個数や設置箇所については、充填する固体触媒の種類や量等に応じて適宜設計することができる。また、かかる構成とする代わりに、容器本体２０に直接微粉吸引ノズル４４を取り付け、その内部に、網状部材４２を取り付ける構成としても良い。
また、本実施形態では、触媒充填用ノズル１２と反応管３２とを管状の接続部材３０を介して接続する構成としたが、触媒充填用ノズル１２と反応管３２とを直接連結する構成としても良い。
【００２０】
また、本実施形態では、触媒充填用容器１０を振動させながら、触媒収容室１１内の微粉触媒を吸引除去する構成としたので、固体触媒と微粉触媒との分離を促進することができ、微粉触媒の除去効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、２個の触媒充填用容器１０を架台５０により保持し、架台５０に取り付けた１個の振動機５１により、２個の触媒充填用容器１０を振動させることが可能な構成としたので、振動機５１の必要台数を低減することができ、好適である。但し、各触媒充填用容器１０に振動機５１を直接取り付ける構成としても良い。
【００２１】
本実施形態の触媒充填装置１は、いかなる被触媒充填体に固体触媒を充填する場合に用いても好適なものであるが、特に、反応管数が数千本以上の工業的多管式反応器では、各反応管の充填層の圧力損失を均一に保つことが重要であるので、かかる工業的多管式反応器の各反応管に固体触媒を充填する場合に用いて好適である。
【００２２】
次に、本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
はじめに、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の気相合成用固体触媒として、モリブデン−タングステン−鉄を含む複合酸化物紛を、シリカ−アルミナ製の球状担体に担持させて外径約５ｍｍとした後、５２０℃で３時間焼成して成型触媒を得た。製造した触媒は、ビニール袋に詰めた後、内容積１８ＬのＳＵＳ製保存容器に収納し、半年間倉庫で保管した。
一方、上記実施形態と同様の構造を有する触媒充填装置を作製した。但し、触媒充填用容器の個数は１個とし、触媒充填用容器の容器本体はＳＵＳ３０４製、筒状部の内径は１８０ｍｍ、容器本体の高さは２１８ｍｍとした。また、触媒充填用ノズルの内径は２５．２ｍｍ、長さは１００ｍｍとし、微粉吸引ノズルの内径は２５．２ｍｍ、長さは５０ｍｍとした。また、容器本体の上端から１００ｍｍ以内の範囲に４箇所、開孔部を設け、各開孔部に５メッシュのＳＵＳ３０４製網状部材を取り付けた。また、微粉触媒収容室の高さは１００ｍｍとした。また、触媒充填用容器には、不平行重錘による機械振動式の振動機を直接取り付けた。また、触媒充填用ノズルと反応管との接続部材として、樹脂製ホースを採用した。
以上の触媒充填装置を用い、内径２６ｍｍ、長さ６ｍのＳＵＳ３０４製反応管を５本備えた多管式反応器への触媒充填を行った。
触媒充填前準備として、反応管の下端部に触媒落下防止用のＳＵＳ製網状部材を取り付けた。次に、触媒充填用容器の触媒充填用ノズルに樹脂製ホースを連結し、止め金により、樹脂製ホースを途中で閉塞させた状態で、前述の複合酸化物担持触媒３０００ｇを計量して触媒充填用容器の触媒収容室に充填した。
次に、この触媒充填用容器と反応管とを樹脂製ホースを介して接続し、選択吸引除去手段のブロアを作動し、選択吸引除去手段により吸引速度８Ｎｍ3／ｈ（微粉吸引ノズル内のガス線速度で４．２ｍ／ｓｅｃ）でガスが吸引されていることを確認してから、振動機を作動させると共に、樹脂製ホースの止め金を外して、触媒の充填を行った。
残りの４本の反応管についても同様の方法で触媒充填を行い、計５本の反応管の触媒充填を行った。
次に、元圧２ｋｇ／ｃｍ2Ｇのエアーラインに繋がれた、流量計及び圧力計付きのエアーガンを用い、充填後の各反応管上部から３Ｎｍ3／ｈの流速で空気を漏れのないように供給した時の充填層圧力損失を測定したところ、それぞれ０．３２、０．３５、０．３４、０．３７、０．３５ｋｇ／ｃｍ2Ｇであった。なお、反応管最下部は大気圧につき、反応管上部の圧力（エアーガンに取り付けた圧力計指示値）がそのまま充填層の圧力損失となる。
【００２３】
（比較例１）
触媒充填時に、微粉触媒の吸引除去を行わなかった以外は、実施例１と同様にして触媒充填を行った。
実施例１と同様に、各反応管の充填層圧力損失を測定したところ、それぞれ０．３７、０．４９、０．４０、０．３７、０．４２ｋｇ／ｃｍ2Ｇであった。
【００２４】
（実施例２）
はじめに、不飽和アルデヒド及び不飽和カルボン酸の気相合成用固体触媒として、モリブデン−タングステン−鉄を含む複合酸化物紛を、乾式打錠機により外径５ｍｍ、内径２ｍｍ、平均長さ５ｍｍのリング状に打錠した後、５２０℃で３時間焼成して成型触媒を得た。製造した触媒は、ビニール袋に詰めた後、内容積１８ＬのＳＵＳ製保存容器に収納し、３ヶ月間倉庫で保管した。
触媒充填用容器を１個、反応管を１本とし、充填する固体触媒を、上記成型触媒３０００ｇと、外径５ｍｍ、外径と内径の差０．４ｍｍ、長さ５ｍｍ、空隙率８４．６％のＳＵＳ４０４製ラシヒリング３００ｇとをビニール袋に入れて均一に混合したものとする以外は実施例１と同様にして、１本の反応管に対して計３回触媒充填を繰り返し行った。
実施例１と同様に、各充填作業毎に充填層圧力損失を測定したところ、それぞれ０．１９、０．１８、０．１９ｋｇ／ｃｍ2Ｇであった。
【００２５】
（比較例２）
触媒充填時に、微粉触媒の吸引除去を行わなかった以外は、実施例２と同様にして、１本の反応管に対して計３回触媒充填を行い、実施例１と同様に、各充填作業毎に充填層圧力損失を測定したところ、それぞれ０．２０、０．２５、０．２３ｋｇ／ｃｍ2Ｇであった。
【００２６】
実施例１と比較例１、及び実施例２と比較例２とを比較すれば分かるように、微粉触媒を選択的に吸引除去しながら、反応管への固体触媒を充填することにより、反応管の圧力損失を抑制することができることが判明した。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の触媒充填装置、及び該装置を用いた触媒充填方法によれば、微粉触媒を効率的に除去回収し、反応管等の被触媒充填体の圧力損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係る実施形態の触媒充填装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】  図２は、本発明に係る実施形態の触媒充填装置に備えられた１個の触媒充填用容器を取り出して示す概略断面図である。
【符号の説明】
１    触媒充填装置
１０  触媒充填用容器
１１  触媒収容室
１２  触媒充填用ノズル
４０  選択吸引除去手段
４２  網状部材（選択透過手段）
５０  架台（保持手段）
５１  振動機（振動手段）
３２  反応管（被触媒充填体）
４６  ブロア（吸引手段）
【図１】
0004202664.tif 000002
【図２】
0004202664.tif 000003