(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水素触媒を入れた少なくも１個の脱水素反応管（１６）を通してエチルベンゼン原料を通過させ、前記管にその長さに沿ってヒーター要素（１８）で熱を加え、そして
通過する前記原料の流れの方向で管に沿って加熱を増やしていくことにより前記管に加える熱の量を変化させることから成る上昇加熱型の反応装置を使用してのエチルベンゼンのスチレンへの脱水素方法において、反応管（１６）の直径をその長さに沿って変えることにより反応管を通過する流量（ＬＨＳＶ）を変えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来技術及びその課題】
本発明はスチレン製造の分野に関し、特にエチルベンゼンをスチレンモノマーに脱水素するための方法、及び反応容器を含んだ装置を開示する。
【０００２】
スチレン分子を形成するようにベンゼン環のエチルラジカルから水素を除去するために、エチルベンゼン（ＥＢ）を５３８−６６６℃（１０００−１２３０゜Ｆ）の範囲の高温及び約０.２８から１.４１kg/cm2（約４から２０PSIA)の圧力の下で酸化鉄のような脱水素触媒上で反応させることがよく知られている。これは、通常、ＥＢ脱水素反応装置と呼ばれる一連の放射方向型（radial）断熱スチレン反応装置において行うことができる。断熱反応装置は、一般に、直径が約１.５２m（約５フィート）から約９.１４m（約３０フィート）又はそれ以上、長さが約３.０５m（約１０フィート）から約３０.４８m（約１００フィート）又はそれ以上の範囲の非常に大型の長い円筒状の垂直構造である。かかる反応装置のための通常の構造は、垂直の反応装置の中央に置かれた入口においてエチルベンゼンガスが入ることができ、この場合、ガスは環状の区域を通って放射方向外向きに流され、酸化鉄又はその他の適切な脱水素触媒からなる環状で多孔質の触媒床を通過し、そして外側の環状区域を通過するし、反応装置シェルから排出される。触媒床を通過するエチルベンゼンのこのような流れは放射方向であり、これら反応装置は「放射方向型」反応装置として定義されることがある。
【０００３】
現在では、スチレン製造技術者は、典型的な脱水素触媒床を有する放射方向型床の多数のＥＢ反応装置の最適の配列は、吸熱反応に熱を加えるために反応装置間に再加熱手段を有し、直列流れ方向に配列された３基又はそれ以上の放射方向型断熱反応装置を使用することであると信じている。各反応装置は他の反応装置の触媒とは異なった選択的な触媒を持つことができる。この場合の「選択的」は、技術者により、高レベルの希望のスチレン及び低レベルの望まれないトルエンとベンゼンを選択的に作る触媒の性能を意味すると考えられる。「活性」は触媒上の原料の各通過に対してエチルベンゼンのある％を芳香族に変換する触媒の性能であると考えられる。上に引用した通常の放射方向型反応装置の例は、バトラー他の米国特許５３５８６９８号において見いだされるものである。
【０００４】
通常のＥＢ反応装置の断熱設計と脱水素反応の吸熱性とのために、通常のＥＢプロセスは、脱水素反応を維持するためにプロセスへの熱の追加を必要とする。一方、これは、プロセス中に加熱の機会を与えるために多数の反応装置の使用を必要とし、これは、直列の反応装置の各々の間に置かれたヒーター又は「スーパーヒーター」の使用により達成される。これは、また、いくつかの反応装置間で触媒を選択的に変えた状態で、直列の反応装置の各々に異なった触媒を使用することの一つの理由でもある。ラジカル反応装置におけるＥＢ反応の吸熱性のため、システムを通る液空間速度（ＬＨＳＶ）は厳しく限定される。ＥＢ原料は、反応における熱の吸収により遅延される脱水素が実質的に完了できるように反応装置を十分にゆっくりと通過させて流さねばならない。
【０００５】
このため、大型の多数の反応装置、ヒーター、熱交換器、又は多くの触媒を必要とせず、かつ低いＬＨＳＶにより限定されないエチルベンゼンの脱水素プロセスに対する要求が意識されていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、断熱でも等温でもなく、かつ事実上、上昇加熱型の反応装置（ascending-heat reactor）である単一の小型の触媒反応装置を使用するエチルベンゼンの脱水素の方法及び装置を開示する。
【０００７】
【好ましい実施例の説明】
本発明の概念を示している図式的な断面線図を参照すれば、入口ヘッダー１２と出口ヘッダー１３とを持った外側シェル１１により定められる反応室を有する上昇加熱型の熱ＥＢ反応装置１０が明らかにされる。供給管路１４が入口ヘッダー１２と連絡し、製造物管路１５が出口ヘッダー１３から出る。
【０００８】
ＥＢ反応装置１０の中央部分は炉室１１から構成され、その内部には入口ヘッダー１２に連結された一連の製造物管１６が置かれる。管１６の開口した穴が入口ヘッダーに暴露され、ＥＢは管路１４を通って入口ヘッダー１２内に入り、更に管１６を出口ヘッダー１３内に移動できる。この図式的な図面にはかかる管が３個しか明らかにされていないが、実際には反応装置にはかかる管が多数設けられるであろう。炉室の頂部には管１６の上方に多数のヒーター１８がある。ヒーター管１８は、天然ガス、水素、又はその他の可燃ガスのような燃料供給源を持ち、ガスはヒーター要素１８と連絡している燃料入口管路１７の手段により提供される。燃焼生成物排出管路１９が室１１の壁を通って連結され、ノズル２４の炎による燃焼生成物を輸送する。個別の酸素供給管路又は空気供給管路の手段により酸素を提供することができ、これら管路は個別にバーナー管１８に連結され、或いは管路１７に入るより前に混合箱を通過し、ここで空気又は酸素と気体燃料とを混合させることができる。
【０００９】
典型的な運転においては、エチルベンゼン原料は入口管路１４を通って供給され、反応管１６を通過する。反応管１６の内部は、操作者がプロセスにおいて使用したい希望のＥＢ脱水素触媒で完全に又は部分的に満たされる。熟練技術者は、本発明に有利に使用できる適切な脱水素触媒を知っている。
【００１０】
前述のように、入口ヘッダー１２から送られたＥＢが選定された触媒を横切って管１６を通って流れて出口ヘッダー１３内に集められるように、反応管１６は希望のＥＢ脱水素触媒で完全に又は部分的に満たされる。
【００１１】
ＥＢが反応管１６を通って流れている間、管路１７に入ってくる燃料及び酸素の気体混合物はヒーターノズル２４内に入りそして出ていく。反応装置の始動の際に点火源が与えられ、ガスはノズル２４を連続的に通過し、これがノズルから出るときに燃焼する。少しの実験で、上昇加熱型の熱反応装置を得るために使用する特別のノズル寸法を決めることができる。エチルベンゼンが管路１４に入り室入口ヘッダー１２を通過して反応管１６に入ると、これは反応管１６内に収容されたＥＢ脱水素触媒を通り抜け、消費されている気体燃料によりレベルが増加していく熱入力を受ける。気体燃料が望ましいが、管路１７に入るより前のある点で酸素ガスにより噴霧状になし得る液体燃料を使用し得ることは言うまでもない。種々の燃料を使うために、その他の普通のノズル・ヒーター装置を使用することができる。更に、反応装置のための増加していく熱供給を得るために、化学的に推進された熱供給ではなくて、反応装置の入力端から反応装置の出力端に熱発生量が変化する電気加熱要素に置き換えることが可能である。従って、反応管１６の出力端と組み合わせられた加熱用要素の端部に向かって熱出力が増加していく状態で加熱管１８用の電気式加熱要素に置換することができる。
【００１２】
しかし、本発明においては、ＥＢ脱水素システムの周辺の洗練された作業に比較し得る熱源の使用が望ましく、この場合、最も入手容易な燃料は、通常は水素又は圧縮天然ガスであり、従って説明はガス燃焼式加熱システムの用語により明示される。反応管内に収容された触媒を横切って反応管１６の長さに沿って移動すると、エチルベンゼン原料の実質的な脱水素が達成され、出口ヘッダー内に出ていく生成物はかなりのスチレンを含み、次いで、これは更なる浄化及びエチルベンゼン、ベンゼン、トルエン及び水素のような非スチレン生成物の除去のため、生成物管路１５を通過する。前述のように、ノズル２４から出る燃焼ガスはヘッダー箱の底部のガス排出導管１９を経て流れ出る。上昇加熱型反応装置として定義されたエチルベンゼンのスチレンへの脱水素用反応装置が説明された。この装置は、エチルベンゼンの吸熱性脱水素反応のための熱入力を提供し、更にＥＢ脱水素反応の終了に向かって反応成分が消費されて反応の進行がより厳しくなるにつれて、増加していく熱量を提供する。
【００１３】
本発明の一般原理の理解のために本発明の好ましいある実施例がここに説明されたが、これら原理から離れることなく説明された脱水素反応装置システムに種々の変更及び改変をなし得ることが認められるであろう。また、反応管の直径をその長さに沿って変えることにより管を通過する流量（ＬＨＳＶ）を変えることもできる。例えば、反応管を入口端において小さくし出口端において大きくして、各反応管の長さの下方に向かって減少していくＬＨＳＶを提供することができる。これにより、エチルベンゼン反応は管の高温部においてより長い滞留時間を有することができるであろう。或いは、管の直径を始まりを大きくし終わりを小さくして反対方向に変えて管の長さの下方のＬＨＳＶを増加させることができる。その他の変更も熟練技術者に明らかであろう。従って本発明は説明のためにここに明らかにされた本発明の特別な例のすべての変化及び変更を含むことが明らかであり、本発明の精神及び範囲から離れて構成されたものでない。
【００１４】
独占性又は特許権を請求する本発明の実施態様は以下の通りである。
【００１５】
１．脱水素触媒を入れた少なくも１個の脱水素反応管を通してエチルベンゼン原料を通過させ、前記管にその長さの実質的な部分に沿って熱を加え、そして
通過する前記原料の流れの方向で管に沿って加熱を増やしていくことにより前記管に加える熱の量を変化させる
ことを含んだエチルベンゼンのスチレンへの脱水素方法。
【００１６】
２．前記管はその長さに沿って実質的に一定の断面積のものであり、加熱段階の変化がバーナーの作動を変えることにより達成される実施態様１の方法。
【００１７】
３．前記管はその長さに沿って断面積を増加しそしてまた減少するものである実施態様１の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実行するための反応装置の断面及びその方法の流れ図である。
【図１】
0004215846.tif 000002