(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）少なくとも１つの炭化水素、少なくとも１つの窒素含有ガスおよび少なくとも１つの酸素含有ガスを含む反応物を反応器へ供給し；
（Ｂ）１片以上の多孔性セラミック材料を含み、反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも１部分を吸収することによって、少なくとも部分的に加熱されている放射遮蔽を通して、反応物を反応領域へ移すことにより、反応物を予備加熱し；
（Ｃ）反応領域内に、および前記放射遮蔽から間隔を開けて置かれた白金族金属触媒の存在下、８００℃〜１４００℃の温度で反応物を反応して、シアン化水素を生成し；
（Ｄ）反応領域の温度をモニタリングし；さらに
（Ｅ）反応物の酸素濃度を調節し、反応温度を８００℃〜１４００℃の範囲に維持することを含むシアン化水素製造方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの炭化水素がＣＨ４であり、前記少なくとも１つの窒素含有ガスがＮＨ３であり、および前記方法がＮＨ３とＣＨ４の反応物比率を調節し、生成物の収率を最大にすることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
１片以上の多孔性セラミック材料が、２．５ｃｍ（１インチ）あたり５〜１０００個の孔を有する１以上のセラミックフォームタイルである請求項１記載の方法。
【請求項４】
１片以上のセラミックフォームタイルが少なくとも一方の側面で互いに合わさっている請求項３記載の方法。
【請求項５】
１片以上のセラミックフォームタイルが少なくとも一方の側面に斜めにされた端を有する請求項３記載の方法。
【請求項６】
（Ａ）内部に触媒が配置された反応領域；
（Ｂ）（ｉ）反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも一部分を吸収し、さらに（ｉｉ）放射エネルギーを吸収して生じた熱を、それらを通って反応領域へ流れる反応物に伝えるための、反応領域の上流に配置された１片以上の多孔性セラミック材料を含む、前記触媒から間隔を開けた、フロースルー放射遮蔽；さらに（Ｃ）反応領域内に配置された１以上の温度検出装置を含む、高温化学プロセスにおいて使用するための触媒システム。
【請求項７】
セラミック材料が、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ケイ素、ジルコニウム、イットリウム、これらの混合物、およびこれらの複合材料；の炭化物、窒化物、ホウ化窒化物、シリケート、ボロシリケートおよび酸化物の少なくとも１つから形成される請求項６記載の触媒システム。
【請求項８】
１以上の多孔性セラミック片が、２．５ｃｍ（１インチ）あたり５〜１０００個の孔を有する１以上のセラミックフォームタイルである請求項６記載の触媒システム。
【請求項９】
１片以上のセラミックフォームタイルが少なくとも１つの側面で互いに合わさっている請求項８記載の触媒システム。
【請求項１０】
１以上のセラミックフォームタイルが斜めにされた端を少なくとも１つの側面に有する請求項８記載の触媒システム。
【請求項１１】
触媒が白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、オスミウム、ルテニウム、これらの混合物または合金から選択される白金族触媒である請求項６記載の触媒システム。
【請求項１２】
完全なずれまたは損傷なしに放射遮蔽の個々のセラミック材料片が上流に持ち上げられまたは動くことができるように放射遮蔽を確保するための拘束装置をさらに含む請求項６記載の触媒システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、改良された触媒システムおよび触媒システムを使用する方法に関する。特に、フロースルー放射遮蔽（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）を有する高温反応において利用される触媒システム、およびこの方法を使用するシアン化水素の製造方法に関する。
【０００２】
高温触媒反応におけるシステムエネルギーの維持は重要である。例えば、メタンのアンモキシデーションによるシアン化水素の製造においては、高い吸熱シアニド形成反応を維持するために、高い反応温度が要求される。シアン化水素製造のためのアンドリュッソー（Ａｎｄｒｕｓｓｏｗ）法（米国特許第１９３４８３８号参照）においては、アンモニア、空気のような酸素含有ガス、およびメタンのような炭化水素ガスが、雰囲気温度または昇温下で反応システムに供給される。次いで、反応物は白金含有触媒の存在下で、１０００℃〜１４００℃の温度で反応され、シアン化水素が製造される。
【０００３】
そのような高温触媒反応においては、無視できない量のシステムエネルギーが放射エネルギー（ｒａｄｉａｎｔ  ｅｎｅｒｇｙ）として失われる。高温触媒反応においては、放射エネルギーの喪失の１つの機構は、金属含有触媒材料が反応に利用されるときにおこる。そのような触媒材料は、反応の高温により白熱するであろう。よって、エネルギーは放射エネルギーの形で白熱した触媒から放射される。そのような放射エネルギーは、反応領域から逃れることができ、上流の装置、耐火物、冷却ジャケットおよび周囲の環境を無駄に加熱して失われる。
【０００４】
上述のアンドリュッソーのシアン化水素製造法においては、要求されるシステムエネルギーは、炭化水素／アンモニア反応物供給ガスの一部分の燃焼を通じて、主として供給される。よって、放射エネルギーのそのような損失は、システムエネルギーを維持するための、燃焼用の炭化水素／アンモニアの消費を増加させる結果となる。よって、追加の炭化水素／アンモニア供給ガスが利用されるか、または燃焼のために反応に利用できる反応物が少なくなるので、シアン化水素生成物の収率が低下する。その結果、反応システムのエネルギー需要をみたすために、増加された比率の反応物が使用されるので、製造コストが上昇する。よって、反応物の燃焼を減少させ、それによってシアン化水素の収率を改良する手段について、引き続き要求が存在する。
【０００５】
反応物の燃焼の低下およびシアン化水素の収率の改良の手段として、反応物ガスの予備加熱が開示されている。米国特許第３１０４９４５号においては、白金族金属触媒の存在下で反応される前に、空気、メタンおよびアンモニアが予備加熱され、混合される、シアン化水素の製造方法が開示されている。酸素およびメタンの使用量の減少、および、メタンおよびアンモニアからのシアン化水素の収率の増加が開示されている。
【０００６】
シアン化水素製造における熱損失の防止方法としては、米国特許第３２１５４９５号に、２つのブランケットの間に配置された耐熱粒子の層を有する２つの耐熱繊維ブランケットの組合せを使用することが開示されている。繊維ブランケットの組合せは直接に触媒上に配置され、システムからの熱損失の減少を提供し、反応物の燃焼を減少させる。
【０００７】
本発明者は、フロースルー放射遮蔽を用いる新規な触媒システム、およびこれを使用するシアン化水素の製造方法を見出した。、本発明によっては次の利点が提供される：
（１）反応領域からの放射エネルギー損失が最小になり、よって、吸熱シアン化水素形成反応を維持するために燃焼されなければならない反応物供給比率を低下させ；
（２）反応物の燃焼を回避する直接の結果として、炭化水素／アンモニアからのより高いシアン化水素の収率が実現され；
（３）生成物シアン化水素の単位あたりの全供給体積は減少され、よって、酸素富化のような他の方法よりも、より経済的に生産能力を増強し；
（４）反応領域内の改良されたフロー分布が、より均一な触媒温度を提供し、より高収率を導き；
（５）濾過を行うときには、収率を減少させるプロセス汚染物質からの触媒の機械的な保護をし；
（６）供給物ガスの予備燃焼を遅らせる、上流の装置のより低い表面温度は、逆フレーム−フロント（ｆｌａｍｅ  ｆｒｏｎｔ）伝達および関連するデフラグレーション（ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ）の可能性を最小にするのを助け、装置の冷却の必要性を減少させ、さらに高温の必要性に対する機械的デザインを単純化させ；
（７）減少された反応システム熱容量、反応システムのスタート−アップ時の素速い加熱およびシャットダウン時の素速い冷却を許容し（改良されたサイクル時間）、より速いクール−ダウンは、触媒損失のメカニズムの１つである揮発性ＰｔＯ２の生成をも阻止し；
（８）同じＨＣＮ製造速度での、より低い全熱負荷の結果として、下流の廃熱回収交換器の寿命がより長く；
（９）排出ガス中の燃焼生成物ＣＯ２／ＣＯの減少されたフロー量は、シアン化ナトリウムの製造に使用される苛性吸収装置における、炭酸水素塩または炭酸塩を減少させ；さらに
（１０）米国特許第２５９０１４６号；第３１０４９４５号；第４０９４９５８号；および第４１２８６２２号におけるような、吸着によるアンモニア回収システムが使用されるとき、より低いＣＯ２フロー量は、アンモニア精製／蒸留カラムの安定的な操作を妨げることができ、また、アンモニアストリーム循環における第１鉄／第２鉄化合物の形成により炭素鋼を強く腐食し、アンモニア圧縮装置に損傷を与え、触媒に有害でもあり得る、アンモニウムカルバメートの形成を減少させる。
【０００８】
本発明の１態様は、（Ａ）少なくとも１つの炭化水素、少なくとも１つの窒素含有ガスおよび少なくとも１つの酸素含有ガスを含む反応物を反応器へ供給し；（Ｂ）１片以上のフロースルーセラミック材料を含み、反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも１部分を吸収することによって、少なくとも部分的に加熱されている放射遮蔽を通して、反応物を反応領域へ移すことにより、反応物を予備加熱し；（Ｃ）反応領域内に置かれた白金族金属触媒の存在下、８００℃〜１４００℃の温度で反応物を反応して、シアン化水素を生成し；（Ｄ）反応領域の温度をモニタリングし；さらに（Ｅ）反応物の酸素濃度を調節し、反応温度を８００℃〜１４００℃の範囲に維持することを含むシアン化水素製造方法に関する。
【０００９】
本発明の第２の態様は、（Ａ）内部に触媒が配置された反応領域；（Ｂ）（ｉ）反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも一部分を吸収し、さらに（ｉｉ）放射エネルギーを吸収して生じた熱を、それらを通って反応領域へ流れる反応物に伝えるための、反応領域の上流に配置された１片以上のフロースルーセラミック材料を含むフロースルー放射遮蔽；さらに（Ｃ）反応領域内に配置された１以上の温度検出装置を含む、高温化学プロセスにおいて使用するための触媒システムに関する。
【００１０】
本明細書を通して、他に特に示されない限りは、パーセントは重量パーセントであり、全ての温度は摂氏である。
また、本明細書の目的に関しては、ここで示される範囲および範囲の限界は組み合わせられることができる。例えば、１〜２０および５〜１５の範囲が特定のパラメータとして示される場合には、１〜１５または５〜２０の範囲も企図される。
本明細書を通して、「フロースルー（ｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈ）」の用語は、反応物のような物質が、基体の個々の片の周りを通過するだけでなく、片の多孔性または高い内部表面積のために、個々の片の内部をも通過する基体の能力として定義される。
【００１１】
本発明の方法および触媒システムは添付図面を用いて開示される。図１は
本発明の１態様を開示する。図１で示されるように、高温化学反応のための本発明の触媒システムは反応器２の中に含まれる。触媒システムは、反応領域４の上流に配置されたフロースルー放射遮蔽３、反応領域４の中に配置された触媒５、触媒５の下流に配置された触媒支持体層７、および反応領域４の中の触媒５と触媒支持体７の間に配置された温度検出装置６を含む。他の態様においては、温度検出装置６は、反応領域４の中の、触媒５とフロースルー放射遮蔽３の間、または触媒支持体層７の後に配置されることができる。図１と図４に示される隔たり、すなわち、様々な構成物の間の近さが、明確化のために反応器内で拡大されている。
【００１２】
本発明は、図１〜図５に示された示されたデザインのダウン−フロー反応器に関して開示するが、他の別のデザインも使用されることができる。例えば、国際特許公開番号第９７／０９２７３号に開示される反応器のようなアップフロー反応器も本発明の触媒システムの使用に利益がある。特に、混合領域の下流と触媒の上流に遮蔽を置くことによって、より低い予備加熱温度でよくなり、そのため、デトネーション（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）および他の可燃性の危険が最小化される。本出願では、混合されたストリームのより速い速度により、そのような危険を防止することが期待される。本発明の触媒システムは、混合されたストリームの温度をより低くすることによって、危険を減少するのに貢献することにより、速度の融通性を提供する。さらに、触媒システムは、反応領域の横方向での反応物フローの分配を助ける。
【００１３】
触媒システムの１態様においては、触媒５およびフロースルー触媒支持体７は単一の白金含有金属触媒「パック」に組合せられる。好ましい態様においては、フロースルー放射遮蔽３および触媒５は、白金含有触媒活性材料を含む下流部分を有する、単一のセラミックフォーム構成物に組み合わせられる。より好ましい態様では、触媒５と触媒支持体層７は、白金含有触媒活性材料を含む上流部分を有する、単一のセラミックフォーム構成物に組み合わせられる。最も好ましい態様においては、フロースルー放射遮蔽３、触媒５および触媒支持体層７は、フロースルー放射遮蔽３が上流部にあり、触媒５が中央部にあり、さらに触媒支持体層７が下流部にある、単一のセラミックフォーム構成物に組み合わせられる。
【００１４】
概して、反応物１は入口１０で反応器２に供給される。次いで、反応物１は放射遮蔽３を通過する。放射遮蔽３は少なくとも部分的には、加熱された反応領域４から放射される放射エネルギー９の吸収によって加熱される。反応物１は放射遮蔽３を通って流れるので、反応物１は加熱された放射遮蔽３によって予備加熱される。予備加熱された反応物１は反応領域４を通り、そこでそれらは触媒５と接触し、シアン化水素を形成するか、または、別の部分はシステムエネルギーを維持するために反応領域４で燃焼される。生成物ガス１１は、冷却およびシアン化水素生成物の分離のために、反応領域から支持体層７を通って出る。
【００１５】
触媒システムは、セラミックフォームタイルのような放射遮蔽の個々の遮蔽片が上流へピボット（ｐｉｖｏｔ）できるように、放射遮蔽３を確保するための拘束装置１２を含むこともできる。システムのシャットダウンの間、供給ガスの反応物への供給が止められるので、タイルが持ち上げられ、または上流へ動き、損傷すら起こることがある、圧力の差が生じる場合がある。拘束装置１２の１態様は、図２に示される。放射遮蔽３と拘束装置１２の間に隙間ができるように、拘束装置１２は放射遮蔽３の１以上のタイルの上方に置かれ、固定用の金物１４によって、壁の成形可能な耐火材１３に結合される。よって、遮蔽３の個々のタイルが持ち上げられまたは上方へ動く場合には、タイルは上流にピボットし、拘束装置１２と接触し、よって隙間が開き圧力を等しくする。一旦、圧力の差が軽減されると、タイルは重力によって正しい位置に戻る。隙間の幅はタイルの大きさに依存し、さらにタイルをピボットし、正しい位置に戻すのに適する距離にセットされることが当業者に認識されるであろう。拘束装置の利点は本発明の如何なる態様においても有利であることは必要とされるわけではないが、２以上のセラミック材料のタイルが放射遮蔽３として使用されるときに特に利点があるであろうことが認められる。触媒の汚染および劣化を起こさない組成物で、高温化学反応器での使用に適する任意の拘束装置が使用されることができる。好ましい態様では、拘束装置１２は、３００シリーズステンレス綱の図５に描かれるような拘束スクリーンである。
【００１６】
上述のように、シアン化水素の製造方法は反応物１を反応器２に供給することを含む。反応物は少なくとも１つの炭化水素、少なくとも１つの窒素含有ガス、および少なくとも１つの酸素含有ガスを含む。酸素含有ガスは窒素含有ガスまたは炭化水素と同一のものであることができる。
【００１７】
少なくとも１つの炭化水素は、脂肪族または置換脂肪族炭化水素、環式脂肪族または置換環式脂肪族炭化水素、または、芳香族または置換芳香族炭化水素またはこれらの混合物であることができる。好適な例としては、メタン（ＣＨ４）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、トルエン、ナフサ、および蟻酸メチルが含まれるが、これらに限定されない。好ましい態様においては、少なくとも１つの炭化水素としてはメタン、またはメタンを含む１以上の炭化水素の混合物が挙げられる。少なくとも１つの窒素含有ガスとしては、アンモニアまたはホルムアミドが含まれるが、これらに限定されない。好ましい態様においては、少なくとも１つの窒素含有ガスとしてはアンモニア、または１以上の窒素含有ガスとアンモニアの混合物が挙げられる。少なくとも１つの酸素含有ガスは、吸熱シアン化水素生成のための熱を提供するための燃焼を維持するのに適する量の酸素を含む、任意の材料であることができる。好適な例としては、空気、酸素富化空気、純粋酸素ガス、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）またはこれらの混合物、または分解して酸素を生ずる酸素含有化合物が含まれるが、これらに限定されない。好ましい例としては、パーオキサイド、ケトンおよびエーテルなどがあげられる。
【００１８】
供給ガスは、放射遮蔽を通過して反応領域に入る前に濾過されおよび／または予備加熱されることができる。一般に、供給ガスは、予備加熱されてまたは予備加熱なしで、混合され、次いで雰囲気温度から反応温度までの温度で反応器に供給される。予備加熱および／または酸素富化が使用されるときは、予備加熱温度および／または酸素濃度が高くなるにつれて、フラッシュバック（ｆｌａｓｈｂａｃｋ）および／またはデトネーションがより起こりやすくなる。本発明の触媒システムの使用は、供給ガスが放射遮蔽３によって予備加熱されるので、より低い予備加熱温度および／または変更された酸素量の使用を可能にする。
【００１９】
反応物１は反応器２に供給されるとき、少なくとも部分的に加熱された放射遮蔽３に反応物１を通過させることにより加熱され、反応領域４に供給される。予備加熱の程度は、供給ガスが反応器２に供給される前に予備加熱されたか否かに依存する。放射遮蔽３は、反応領域から失われる放射エネルギーを容易に吸収し、供給ガスを通過させ、供給ガスが遮蔽を通過するときに効果的に予備加熱されるように、吸収されたエネルギーを放射遮蔽自体から供給ガスへ伝達する能力によって特徴づけられる。典型的な断熱材料は伝達および伝導の機構によりエネルギー損失を遅らせるけれども、シアン化水素システムにおける大部分の（従来は回収されなかった）エネルギー損失は熱放射の機構のせいである。従来では、放射遮蔽はなく、放射エネルギーは反応領域から動き、上流の装置、耐火材、冷却ジャケットおよび周囲の環境を無駄に加熱して失われる。本発明の放射遮蔽の吸収−および−伝達特性を通じて、この放射エネルギーの損失は妨げられ、システムエネルギーの要求は減少される。
【００２０】
一般的に、放射遮蔽３は上述のように機能することができる任意の材料であることができる。１つの態様においては、放射遮蔽としてはフロースルーセラミック材料が挙げられる。好ましくは、フロースルーセラミック材料は大きな内部表面積を有する。セラミック材料の好適な例としては、多孔性セラミック、セラミックフォーム、およびセラミック複合材料が含まれるがこれらに限定されない。
【００２１】
構成材料としては、１以上の次のものが含まれるが、これらに限定されない：二酸化ケイ素（シリカ、ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ホウ化ケイ素、ホウ化窒化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）、アルミノシリケート（ムライト、３Ａｌ２Ｏ３−２ＳｉＯ２）、アルミノボロシリケート、炭素繊維、耐火繊維、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、およびコルダイト（ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）。好ましい態様においては、セラミック材料は、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ケイ素、ジルコニウム、イットリウム、これらの混合物、およびこれらの複合材料；の炭化物、窒化物、ホウ化窒化物、シリケート、ボロシリケートおよび酸化物の少なくとも１つから形成されたセラミックフォーム材料である。好適なセラミック材料はＰｏｒｖａｉｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａから、Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｆｏａｍ  および  ＧＰＭ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｃｅｒａｍｉｃとして商業的に入手できる。
【００２２】
放射遮蔽３は概して１片以上のフロースルーセラミック材料の形態である。片は、具体的な反応器での使用に適合する任意の好適な形であることができる。好ましくは、放射遮蔽は１以上のフロースルーセラミックタイルの形態である、複数のタイルは熱膨張に順応して動くことができ、よって破壊を回避できるので、複数のタイルが一般的に好ましい。
【００２３】
本発明の触媒システムの放射遮蔽は、ここで記載される放射遮蔽の２以上の層で形成されることができる。例えば、遮蔽を横切る圧力低下に関しては問題とならない装置においては、システムを通過するフロー分布をさらに改良するために、そのような圧力低下が生じるまで、多層またはより厚い遮蔽が使用されることができる。
【００２４】
さらに、他の態様においては、本発明の触媒システムの放射遮蔽は、高温化学反応での使用に適する１以上の公知の断熱材と組み合わせられることができる。公知の断熱材の好適な例としては、セラミックまたは耐火性粒子、セラミックまたは耐火性繊維、または、Ｕｎｉｆｒａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｉａｇａｒａ  Ｆａｌｌｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，によるＦｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）−Ｄｕｒａｂｌａｎｋｅｔ、および  Ｒａｔｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆｉｂｅｒｓ，Ｉｎｃ．，ｏｆ  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤｅｌａｗａｒｅからのＡｌｔｒａ（登録商標）Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  Ｂｌａｎｋｅｔのようなセラミックまたは耐火性ブランケットが含まれるが、これらに限定されない。
【００２５】
上述のように、セラミックフォーム材料は、概して、１以上のセラミックフォームタイル、好ましくは２以上のセラミックフォームタイルの形態である。好ましくは、セラミック材料は大きい内部表面積を有している。１つの態様においては、セラミック材料は１インチあたり５〜１０００個、好ましくは５〜７５０個、より好ましくは１０〜６５０個の孔を有する。他の態様においては、１以上のセラミックフォームタイルは１インチあたり５〜２５０個、好ましくは５〜２００個、より好ましくは１０〜１００個の孔を有する。別の態様においては、１以上のセラミックフォームタイルは１インチあたり２００〜１０００個、好ましくは３００〜８００個、より好ましくは４００〜７００個の孔を有する。
【００２６】
１つの態様においては、使用中に隣り合ったタイルとの間に隙間を造らないように、タイルは少なくとも部分的にお互いに合わせられる（ｆｉｔｔｅｄ）。好ましくは、必要ではないが、１以上のタイルの少なくとも一端が斜めにされ、斜めにされた端は、隣接するタイルの斜めにされた端と重ね合うように切断される。これは図２および３に描かれる。斜めの角度は、具体的な遮蔽組成物の特性および要求されるシステムのデザインに従ってデザインされるであろうし、そのようなデザインは公知の範囲内のものである。よって、少なくとも１つの斜めにされた端は対応する斜めにされた端と適合するので、放射遮蔽３が組み立てられるとき、対応する斜めにされた端は互いに重ね合わせられる。斜めにされた端の重ね合わせは、反応器の操作中にセラミックタイルのシフトが起こったときでさえ、触媒は遮蔽部分によって遮蔽されることを保証する。すなわち、タイルが９０度の角度に切られ向き合って配置されているなら、任意のタイルの隙間は触媒の一部を曝し、その部分から放射エネルギーを上流へ逃がすであろう、ところが、斜めにされた端を有するタイルは、タイルのシフトが起こった場合ですら触媒をカバーするであろう。そのようなタイルのシフトは、３次元の触媒のジオメトリー、例えば、波形の金網が使用されるときにタイルのシフトの発生が増加するので、さらにより問題となる。さらに、斜めにされた端がなければ、反応領域４への反応物の均一なフローが低下し、触媒表面での不均一な生成を導く。触媒表面における、この不均一な生成はシアン化水素生成物の収率を低下させる。最終的に、拘束装置を有する態様において、斜めにされた端は、上述のような圧放出の間に個々の片の拘束されたピボットを容易にする。
【００２７】
反応領域４で、反応物は、反応領域４内に配置される白金族触媒５の存在下で反応され、シアン化水素を生成する。概して、白金族触媒は、シアン化水素を生成するのに適する任意の形態であることができ、公知の様々なジオメトリーのシーブ（ｓｉｅｖｅ）、メッシュ、網（ｇａｕｚｅ）を含み、さらに、例えばセラミック基材を含む様々な不活性な基材上に白金族金属を被覆して取り込ませることにより造られた特殊な触媒白金族を含むが、これらに限定されない。概して、波形の網はより多くの表面積を提供し、より長い滞留時間およびよりよい移送量を導き、反応の収率を改良するので、波形の網が好ましい。そのような網は温度サイクルの繰り返しに対してよりよい耐久性を有する。
【００２８】
さらに、白金族金属顆粒触媒は単独でまたは触媒網と組み合わせて使用されることができる。そのような顆粒触媒は、ペレット、球、チップ、ターンニング（ｔｕｒｎｉｎｇｓ）の形状であることができ、または、ベリル（ｂｅｒｙｌ）、アルミナ、シリマネート（ｓｉｌｌｉｍａｎａｔｅ）などの不活性粒子基材に白金族金属を被覆した形状であることができる。好ましい触媒は、例えば、米国特許第５３５６６０３号に記載されており、さらに、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｖａｌｌｅｙ  Ｆｏｒｇｅ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ；ＰＧＰ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，ｏｆ  Ｓａｎｔａ  Ｆｅ  Ｓｐｒｉｎｇｓ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ；Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ，Ｉｎｃ．，ｏｆ  Ｉｓｅｌｉｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙから入手可能である。
【００２９】
上述のように、触媒は白金族金属触媒である。よって、白金族金属触媒は白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、オスミウム、またはルテニウム、または２以上のこれらの金属の混合物または合金から形成される。さらに、触媒は上述の白金族触媒と、セリウム、コバルト、マンガン、マグネシウムおよびセラミック材料を含むがこれらに限られない、少なくとも１つの他の物質との混合物であることができる。概して、触媒は、白金を５０〜１００％まで、好ましくは７５〜１００％まで、より好ましくは８５〜１００％まで含む、２以上の白金族金属の合金である。好ましい合金は、白金を５０〜１００％まで、好ましくは７５〜１００％まで、より好ましくは８５〜１００％まで含み、ロジウムを０．００１〜５０％まで、好ましくは０．１〜２５％まで、より好ましくは１〜１５％まで含む白金−ロジウム合金である。
【００３０】
触媒は概して、金属支持スクリーン、プレ−キャストセラミックまたは耐火材、キャスト−イン−プレース耐火材、セラミックフォーム、セラミックパッキング、または放射遮蔽に役立つものとして記載されるフロースルー材料の何らか、のような材料の１以上の層を含むことができる、少なくとも１つのフロースルー触媒支持体７に支持される。
【００３１】
概して、反応物は、８００℃〜１４００℃、好ましくは９００℃〜１３５０℃、より好ましくは１０００℃〜１３００℃の温度で反応される。
反応が開始され、反応温度に到達した後、反応領域４の温度のモニタリングが行われる。ここで記載されるような放射遮蔽を有する触媒システムの使用は、公知の触媒システムを使用する方法よりも供給組成物の変化に対する感受性が非常に高いシアン化水素の製造方法となる。よって、反応領域温度の厳密な連続的モニタリングがなければ、不可逆的な触媒のダメージが生じる場合がある。その結果、信頼できる温度測定が反応温度を適当な値に維持するために必要とされる。
【００３２】
概して、温度検出またはモニタリング装置６は、高温および反応領域内に存在する化学組成物に耐えるように造られている任意の公知の装置である。好適な装置としては、熱電対、抵抗温度計（ＲＴＤ’ｓ）、または赤外温度測定装置が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい温度検出またはモニタリング装置としては、高温およびＨＣＮ反応の化学環境からの保護を提供する、外装、被覆等を有するものである。好適な温度装置は、例えば、Ｇａｙｅｓｃｏ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｐａｓａｄｅｎａ，Ｔｅｘａｓから入手できる。
【００３３】
最終的に、温度測定に対応して、温度を８００℃〜１４００℃、好ましくは９００℃〜１３５０℃、より好ましくは１０００℃〜１３００℃の範囲に維持するように、反応物に対する酸素の比率が調節される。すなわち、反応領域４に存在する酸素の量は反応物燃焼の量を制限するので、反応領域４の温度は酸素レベルを調節することにより制御されることができる。さらに、温度は、酸素調節と共にまたは酸素調節なしで、反応物の予備加熱によっても制御されることができる。
【００３４】
本発明のシアン化水素製造方法は、反応領域に入ってくる供給ガスの組成および生成物ガスの組成を測定する工程をさらに含むことができる。そのような組成の測定は供給物組成、例えば、ＮＨ３とＣＨ４の反応物比を調節し、収率の最適化を可能にする。好ましいリアル−タイム測定装置は公知であり、ガスクロマトグラフィー、マススペクトロメトリー、ガスクロマトグラフィー−マススペクトロメトリーが含まれるが、これらに限定されない。フーリエ変換赤外分析（ＦＴＩＲ）等のような他のオン−ライン分析技術でもよい。別の態様においては、組成物の分析は、公知のサンプリングとそれに続くウエット  ラボラトリー  メソッド（ｗｅｔ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｍｅｔｈｏｄ）およびインストルメンタル  ラボラトリー  メソッド（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｍｅｔｈｏｄ）によって行われることができる。他には、得られた好適な組成と温度のデータにより、好適なモデルが構築されることができ、温度は上述のオン−ライン組成測定から推論されることができる。
【００３５】
方法は任意の圧力、すなわち大気圧、減圧、加圧下で行われることができる。本発明のシアン化水素の製造方法の実行時には、従来の公知のガス混合物、反応条件、反応器等が利用されるが、ここでは詳細を記載しない。
【００３６】
ここで使用されるシアン化水素の製造方法と触媒システムは、シアン化水素製造のためのアンドリュッソー反応に関して記載されるものであるが、本発明の触媒は他の高温化学プロセスにも使用されることができるものと企図される。例えば、触媒システムは、ヒーター、ダイレクト−ファイアードボイラー、フレア、炉、および熱酸化器のような燃焼に基づく装置の燃焼領域における、放射エネルギーの損失を制御し、燃料の節約を提供するために有利に用いられることもできる。これらの用途においては、捉えられたエネルギーは、フレームフロントへ移送される燃焼空気または燃料を予備加熱するために使用される。さらなる用途としては、国際特許公開番号第９５／２１１２６号に記載されるような、またはＳｈａｗｉｎａｇａｎ（Ｆｌｕｏｈｍｉｃ）プロセスのような、電気的または誘導加熱プロセスを含む。本発明の用途の特殊なケースは「ＢＭＡ」タイプ、すなわち、Ｄｅｇｕｓｓａである、反応のための熱が、セラミック反応チューブの（外部の）ダイレクト−ファイアリングを通じて提供されるシアン化水素製造工程である。
次の実施例は本発明の例示として提供される。
【００３７】
比較例１
アンモニア、メタンおよび空気の反応物が初期の混合比率１：０．９：９で、図４に示すような放射遮蔽を有しない公知の反応器に供給された。アンモニアは初期速度２０４１キログラム／時間（４５００ポンド／時間）で、初期混合比率を維持する初期速度で供給される他の反応物と共に供給された。反応物は、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，Ｉｎｃ．から購入された、白金−ロジウム（９０：１０）波形網触媒を有する反応領域に導入され、シアン化水素生成反応が初期温度１１５０℃で、８５０時間行われた。反応の間、供給比率はシアン化水素の一定の収率が維持されるように調節された。シアン化水素を含んでいる生成物ガスは３００℃に冷却され、生成物ガスからシアン化水素が単離された。８５０時間の反応の間の、メタンとアンモニアの供給比率は１．００：１．００から０．９５：１．００の範囲で、シアン化水素の時間あたりの平均収率は６３．２３％で、１１５０℃の一定のターゲット温度であった。
【００３８】
実施例２
アンモニア、メタンおよび空気の反応物が初期混合比率１：０．９：９で、図１に示すような本発明の触媒システムを備えた反応器に供給された。アンモニアは初期速度２０４１キログラム／時間（４５００ポンド／時間）で、初期混合比率を維持する初期速度で供給される他の反応物と共に供給された。Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，Ｉｎｃ．から購入された、白金−ロジウム（９０：１０）波形網触媒を有し、１インチあたり２０個の孔を有し、斜めにされた端を有し、Ｐｏｒｖａｉｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から購入された、互いに合わせられたアルミナフォームタイルの放射遮蔽を有し、さらにＧａｙｅｓｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙから購入された、耐熱耐化学薬品性熱電対を有する、図１および２に示されるような反応領域に反応物が導入された。シアン化水素生成反応がターゲット温度１１５０℃で、１０００時間行われた。反応の間、メタン／アンモニア供給比率はシアン化水素の一定の収率を維持するよう調節され、さらに空気供給が測定温度に従って反応温度を１１５０℃に維持するのに、好適な量の酸素を提供するよう調節された。シアン化水素を含んでいる生成物ガスは３００℃に冷却され、生成物ガスからシアン化水素が単離された。１０００時間の反応の間の、メタンとアンモニアの供給比率は０．８８：１．００から０．８５：１．００の範囲で、シアン化水素の時間あたりの平均収率は６４．０８％で、１１５０℃の一定の温度であった。
【００３９】
触媒がシールドされない触媒システムを有する、従来の反応器を使用する、シアン化水素製造方法を用いる比較例１と比較して、本発明によるフロースルー放射遮蔽を有する触媒システムを有する反応器を使用する、本発明のシアン化水素製造方法を用いる実施例２は、１０〜１２％のメタン使用量の減少を示す。このメタン使用量の減少はシアン化水素の一定（比較例１及び実施例２の両方においてはおよそ６３〜６４％）の収率を犠牲にすることなく達成される。そのようなメタンの使用量の節約は、反応領域で生じた放射エネルギーを吸収し、熱の形でエネルギーを反応物に伝達し、通過する反応物を予備加熱する、放射遮蔽を有する本発明の触媒システムの結果である。よって、従来技術において、従来回収されていなかった放射エネルギーが回収され、反応物の燃焼を減少させることに役立ち、よって、プロセスの製造的コストを低下させる。さらに、メタンの使用量を低下させる結果、システムを通過するフロー量が低下する。よって、ＣＯ／ＣＯ２の量が変化しないので、ＣＯ／ＣＯ２のフロー量が排出ガス中で低下し、よって二酸化炭素、一酸化炭素およびカルバメート生成物の減少を導き、さらに、これらに関連する上述の問題を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の触媒システムの一態様を含む反応器の部分図である。
【図２】図２ａは、本発明の触媒システムの別の態様の上面図である。
図２ｂは、本発明の触媒システムの別の態様の側面図である。
【図３】図３ａは、本発明の別の態様の、斜めにされた端を有する１以上のセラミックタイルを有する放射遮蔽の上面図である。
図３ｂは、本発明の別の態様の、斜めにされた端を有する１以上のセラミックタイルを有する放射遮蔽の側面図である。
【図４】  図４は、従来の触媒システムを有する反応器の部分図である。
【図５】  図５は、本発明の一態様で使用される拘束装置の図である。
【符号の説明】
１  反応物
２  反応器
３  フロースルー放射遮蔽
４  反応領域
５  触媒
６  温度検出またはモニタリング装置
７  触媒支持体層
９  放射エネルギー
１０  入口
１１  生成物ガス
１２  拘束装置
１３  耐火材
１４  固定用の金物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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