(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減衰物質を選択し、プロセス容器の特定領域内に配置することによって、
初期供給ガス組成、温度および圧力を含む既知の操作条件下での最大許容封じ込め圧力（Ｐ（ｃ））を有するプロセス容器の特定領域内での可燃性ガスの燃焼により生じる爆燃圧力を減衰させる方法であって；
点火後に特定領域内でピーク圧力に到達し、特定領域は断面半径（Ｒ（ｖ））を有し、
選択される減衰物質は操作条件下でその物理的形状を維持し、かつ複数の構成物を有し、当該複数の構成物の全ては形状および有効直径を有し；
当該方法が、
（Ａ）
（１）減衰物質の非存在下で、半径（Ｒ（ｔｓ））を有する試験球体を使用して、可燃性ガスの点火により生じたピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０））を実験的に決定する工程；
（２）少なくとも、第１の有効直径（Ｄｓ（１））を有する第１の選択された減衰物質および前記第１の有効直径とは異なる第２の有効直径（Ｄｓ（２））を有する第２の選択された減衰物質の存在下で、工程（１）で使用されたのと同じ試験球体を使用して、可燃性ガスの点火により生じた少なくとも第１のおよび第２のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１）、Ｐｍａｘ（２））を実験的に決定する工程；
（３）工程（１）および（２）において実験的に決定されたそれぞれの関連するピーク爆燃圧力について、次の数学的関係：
ＤＭＦ（ｎ）＝（Ｄｓ（ｎ）／Ｒｔｓ）×４０
（式中、ｎ＝０、１、２・・・ｎ；Ｄｓ（ｎ）およびＲ（ｔｓ）はそれぞれセンチメートル単位で測定される）を使用することにより、爆燃混合係数（ＤＭＦ（０）、ＤＭＦ（１）、ＤＭＦ（２）、・・・ＤＭＦ（ｎ））を計算する工程；
（４）次の数学的関係：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝Ｍ×ＤＭＦ（ｎ）＋Ｂ
（式中、ｎ＝０、１、２・・・ｎ）に基づいて変数ＭおよびＢの値を決定することにより、ピーク爆燃圧力および爆燃混合係数の関連ペアを含む実験データ（［Ｐｍａｘ（０），ＤＭＦ（０）］；［Ｐｍａｘ（１），ＤＭＦ（１）］；［Ｐｍａｘ（２），ＤＭＦ（２）］；・・・［Ｐｍａｘ（ｎ），ＤＭＦ（ｎ）］）を線形化する工程；
（５）プロセス容器の最大許容封じ込め圧力（Ｐ（ｃ））並びに工程（４）で計算されたＭおよびＢの値を用いて、次の数学的関係：
ＤＭＦ（ａ）＝［Ｐ（ｃ）−Ｂ］／Ｍ
に基づいて、プロセス容器に適する、最大爆燃混合係数（ＤＭＦ（ａ））を計算する工程；
（６）次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
を用いて、断面半径（Ｒ（ｖ））を有するプロセス容器で使用するのに適する減衰物質の最大有効直径（Ｄｓ（ａ））を計算する工程；
によって、
その少なくとも１種が、他の減衰物質の構成物の有効直径とは異なる有効直径を有する構成物を有する複数の減衰物質と、初期供給ガス組成と同じ組成を有する可燃性ガスの点火後に到達したピーク圧力との間の線形的関係を示す、ピーク爆燃圧力と爆燃混合係数との関連ペアを含む実験データを明らかにすることによる、プロセス容器の特定領域内での使用に適する減衰物質の構成物の最大有効直径を決定する工程；並びに
（Ｂ）計算された最大有効直径（Ｄｓ（ａ））以下の有効直径を有する適した減衰物質を選択し、構成物間のボイド空間および開口経路が最小化されるように、選択された減衰物質をプロセス容器の特定領域内に配置する工程；を含む、
爆燃圧力を減衰させる方法。
【請求項２】
ピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０））を実験的に決定する工程（Ａ）（１）が、
（ａ）あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、そのほかは空である試験球体内で可燃性ガスを点火する工程；および
（ｂ）点火後に試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（０））を測定する工程；を含み、並びに
少なくとも第１のおよび第２のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１），Ｐｍａｘ（２））を実験的に決定する工程（Ａ）（２）が、
（ａ）試験球体に第１の選択された減衰物質を入れた後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、試験球体内の可燃性ガスを点火する工程；
（ｂ）点火後に、第１の選択された減衰物質が入れられた試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（１））を測定する工程；
（ｃ）試験球体に第２の選択された減衰物質を入れた後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、試験球体内の可燃性ガスを点火する工程；および
（ｄ）点火後に、第２の選択された減衰物質が入れられた試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（２））を測定する工程；を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（Ａ）（２）が複数のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１），Ｐｍａｘ（２），Ｐｍａｘ（３），・・・Ｐｍａｘ（ｎ））を実験的に決定することを含み、前記計算および線形化の工程（３）、（４）、（５）および（６）において当該複数のピーク爆燃圧力のそれぞれを使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
可燃性ガスが炭化水素および酸素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
減衰物質がセラミック、鉱物、金属およびポリマーからなる群から選択される少なくとも１種の物質を含み、減衰物質の形状が球状、楕円体状、円筒状、ワイヤ、サドル型、ブロック型、伸長状および多面体状からなる群から選択される少なくとも１種の形を有し、かつ中実、中空、多孔質および少なくとも１つの貫通通路保持からなる群から選択される少なくとも１種の特徴を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プロセス容器が流動条件下で作動するシェルアンドチューブ反応器である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
減衰物質が自己秩序化しない場合で、プロセス容器の特定領域に無秩序に提供される場合、配置する工程（Ｂ）が特定領域内に減衰物質の各構成物を手作業で配置し、構成物間のボイド空間および開口経路が最小化されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
減衰物質が特定領域の少なくとも２０体積％を占有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ガス供給組成物、温度および圧力を含む可燃性の操作条件下で気相反応を安全に行う方法であって、
（Ａ）可燃性操作条件下でその物理的形状を維持し、かつ請求項１に記載の方法に従って選択される少なくとも１種の減衰物質によって、少なくとも２０体積％占有されている特定領域であって、ガス供給組成物が通る当該特定領域を有する反応容器を提供し；
（Ｂ）炭化水素、酸素含有ガスおよび場合によって不活性物質を含む１種以上のガス状物質を前記反応容器に提供して、前記特定領域を通る前記ガス状供給組成物を形成し；
（Ｃ）前記ガス状供給組成物を反応容器内で、前記ガス状供給組成物が可燃性である温度および圧力で１以上の反応にかける；
ことを含む方法。
【請求項１０】
減衰物質がセラミック、鉱物、金属およびポリマーからなる群から選択される少なくとも１種の物質を含み、減衰物質の複数の構成物のそれぞれが球状、楕円体状、円筒状、ワイヤ、サドル型、ブロック型、伸長状および多面体状からなる群から選択される少なくとも１種の形と、かつ中実、中空、多孔質および少なくとも１つの貫通通路保持からなる群から選択される少なくとも１種の特徴とを有する形状を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
炭化水素がプロピレンを含み、気相反応がプロピレンの酸化を含み、減衰物質が波形金網円筒および波形金網多面体を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
１種以上のガス状物質がアンモニアをさらに含み、炭化水素がメタンを含み、気相反応がメタンのアンモ酸化を含み、減衰物質がセラミック発泡体多面体を含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロセス容器内での可燃性ガスの爆発を制御し、封じ込め、および抑制するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可燃性物質の取り扱いは、多くの産業プロセスおよび施設に必要であるが、プロセス設備において可燃性物質が燃焼、爆轟または爆発し、それによりその設備を損傷させ、人を傷つける可能性のために時には危険をもたらす。可燃性物質はしばしば液体、ガスまたはその両方の形態で、（メタ）アクリラート、（メタ）アクリラートエステル、ニトリル、および様々な他の物質を製造するような様々な製造プロセスの反応器、導管、貯蔵容器、分離装置などの中に存在する。
【０００３】
可燃性ガスが酸素と共に充分な体積濃度で存在する場合には、点火源、例えば、火花、化学反応、熱線もしくは他の熱表面、またはさらにはホットスポット（すなわち、流体の集団内の局所的高温領域）への曝露が可燃性ガスにおける局所的爆燃を開始させることができる。可燃性ガスは、概して、その可燃性ガスの爆発下限を超えて、かつ爆発上限未満の濃度で爆燃する。可燃性ガスはもちろん単一種のガスで構成されうるが、多くの場合、その具体的な組成が混合物を可燃性にする１種以上の異なるガスの混合物である。可燃性ガスが存在する場合には、不用意な点火を１００％防ぐことができないので、常にある程度は爆燃の危険性がある。
【０００４】
爆燃は、最終的に、爆轟または爆発のような１以上のさらなる損傷をもたらす現象に進展する場合もあるし、進展しない場合もある。もちろん、このような事象は設備に重大な損傷を生じさせ、並びに、その設備を操作またはモニターする人に重大な傷害さらには死をもたらす可能性を有する。よって、可燃性物質の点火、燃焼、爆燃および爆轟または爆発の制御、封じ込めおよび抑制は多くの工業的製造およびプロセス操作の安全で継続的な操作のために非常に重要なことである。ある種の装置および技術は点火を回避する対処をしているが、他のものは、さもなければ不用意な点火に続いて進展するであろう燃焼現象を封じ込め、抑制し、消火を試みる。例えば、Ｇｒｏｓｓｅｌ，Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｓ．，Ｅｄ．，Ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  Ｆｌａｍｅ  Ａｒｒｅｓｔｅｒｓ，ＡｌＣｈＥ（化学プロセス安全センター；Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓａｆｅｔｙ）ニューヨーク州、ニューヨーク（２００２）チャプター５、７７〜１３８ページを参照されたい。
【０００５】
例えば、米国特許第３，３５６，２５６号は、さもなければ点火を導きうる容器内の熱を吸収する手段として、燃料貯蔵容器内に熱消散金属ネットの使用を開示する。米国特許第４，６１３，０５４号は、同じ結果を達成するために、高い熱伝導性のアルミニウムホイルボールの使用を開示する。この両者のアプローチは、持続した燃焼が達成されるのを妨げるためにヒートシンクを使用しようとするものである。
【０００６】
同様に、Ｆａｕｓｋｅ（Ｆａｕｓｋｅ，Ｈａｎｓ  Ｋ．，Ｅｘｐａｎｄｅｄ−Ｍｅｔａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ａ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｎｅｔ  ｔｏ  Ｔｈｗａｒｔ  Ｇａｓ  Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｄｅｃ  ２００１、６６〜７１ページ参照）は、燃焼領域熱エネルギーを取り除くことにより火炎面の伝播を妨げるために、貯蔵タンク内にヒートシンクとして拡張された金属ホイルの使用を提案する。Ｆａｕｓｋｅは炎を消すための緊密な通路を有する高表面積（４００ｍ２／ｍ３以上）金属ホイルを使用することによる爆燃防止装置の設計を模している。比較的静的な貯蔵タンクおいては、そのような緊密な通路は重要ではない。しかし、反応器のようなプロセス容器においては、緊密な通路を通るプロセス流体の流れは容器を通る圧力低下を大きくし、その結果推進力エネルギー消費を増大させる。さらに、金属ホイルネットワークが効果的に燃焼を消火する（および、それによりその後の爆轟または爆発への進展を回避する）ために、燃焼領域からの熱エネルギーがその金属ホイルに素早く移されうるのに充分に大きな温度差（ΔＴ）が維持されなければならない。残念なことに、可燃性ガスを取り扱い、反応させもしくは貯蔵するのに使用される多くのプロセス容器は、高い温度および／または圧力の条件下で操作される。炭化水素処理の技術分野において周知な様に、増大した熱および圧力の両方は燃焼限界を広げ（より広い範囲の組成が燃焼をサポートする）、自燃を維持するのに必要とされる増分のエネルギーを低減させる。よって、酸化反応器のような多くの可燃性ガスプロセス容器においては、熱消散部品、例えば、拡張された金属ホイルの使用は、燃焼を止めるのにほとんど効果がない。そのような高温、高圧力プロセス容器における爆燃圧力波および火炎面の伝播は非常に速いので、燃焼を止めるのに充分な速度で熱吸収が起こりえない。
【０００７】
米国特許第５，４９５，８９３号はガスの爆燃を制御する装置および方法を開示し、その装置は、液体抑制剤液滴のサイズを制御するための液体噴霧装置によって、可燃性物質への爆燃抑制剤の送達を引き起こす可燃性物質検出器を含む。この特許の開示は熱吸収によって、例えば、爆燃を伝播させる熱を素早く取り除くために素早く気化されうる微細なミスト液体流れ（すなわち、爆燃抑制剤）を利用することによって、爆燃が効果的に抑制されうることを示す。この解決策は、爆燃において、可燃性ガスの燃焼が化学反応を開始させ、その可燃性ガスに隣接する分子に熱および／またはフリーラジカルを移送することによって、その化学反応は外方向に伝播するという理解に基づいている。熱および／またはフリーラジカルの移送は隣接する分子を点火し、このようにして、爆燃がその可燃性ガスを通って外方向に伝播しまたは拡がる。
【０００８】
米国特許第６，５４０，０２９号は、爆燃抑制および爆発隔離システムを開示し、このシステムは爆発の爆燃段階を抑制し、封じ込め構造内で発生する爆燃現象が付随する導管に伝播し、次いでその導管内で爆轟現象に移るのを妨げるという到達点を有する。この特許に記載されるシステムは、初期爆発の指標である圧力の素早い上昇を検出するための圧力検出器、および消火剤を可燃性ガスに向ける抑制装置、並びに、抑制剤の放出と連動して火炎および燃焼生成圧力を方向変換するように閉じるゲートバルブアセンブリを有する。さらに、米国特許第６，５４０，０２９号は、さもなければ爆燃の伝播およびそれが爆轟へ移行するのを容易にする熱を吸収するために、追加の物質、抑制剤を可燃性ガスに導入するように機能する。この特許は爆燃現象の間に、圧力波および火炎面が点火のポイントで形成され、そして、そこから外側のすべての方向に、火炎面よりも速く圧力波が移動しつつ伝播することを認めている。さらに、可燃性ガスを含むパイプまたは導管内の障害物および屈曲は乱流（すなわち、混合）を増大させるであろうし、このことは、順に爆燃から爆轟への移行を加速させる。当該技術分野において十分に理解されているように、爆燃制御対策を実行する場合には、可燃性ガスの乱流および混合の増大は回避されるべきである。
【０００９】
Ｒａｚｕｓ  Ｄ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｌｏｓｅｄ  ｖｅｓｓｅｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ａｉｒ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ，Ｆｕｅｌ（２００７），ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊ．ｆｕｅｌ．２００６．１２．００９においては、密閉容器内の爆発伝播の特徴付けパラメータは、爆燃後に到達するピーク圧力、そのピーク圧力に到達するのに必要な時間、および点火後に可燃性ガス中に希釈物質を導入することにより達成されるピーク圧力の減少を含むことが認められている。この研究文献は、二酸化炭素および水蒸気を典型的に含む排出ガスが可燃性燃料−空気混合物への重要な不活性効果を有しており、そして燃料−空気爆発の緩和のための安価な希釈剤であると見なされうることを結論づける。この技術は可燃性ガスの点火後の爆発を制御するかまたは最小化することに取り組むが、それは不活性物質を添加することにより行い、このことは点火後に火炎抑制剤を可燃性ガスに導入して熱を吸収し、爆燃の間の火炎面の伝播を遅くする方法に類似する。
【００１０】
米国特許第６，９３２，９５０号に記載される技術は、二次的反応、例えば、これに限定されるものではないが、供給ガス混合物が反応器の入口チューブシートに近接するホットスポットと接触する可燃性ガスである管状反応器の入口側で起こるさらに大きな危険性を有する点火および爆燃を最小化するかまたは除去することを試みる。この特許は、入り口ガス側の入り口チューブシートに隣接した入り口チャンバ内にセラミック物質の層もしくは金網を配置するが、チャンバ体積の約２０％を超えて充填するものではない既知の手法が流入する供給ガスと加熱チューブシートとの間のバリアを形成することを論じている。記載された別の方法は、ホットチューブシートに近接する冷却チャンバ（チャンバは循環空気で満たされている）を形成すると共に、固体バリアを形成すること（例えば、ヒートキャリア側でチューブシートに隣接した層を形成する注ぎ込まれた樹脂物質を使用して、チューブシートをヒートキャリアから断熱する）を含む。米国特許第６，９３２，９５０号に記載される解決策は、チューブシートの入り口側に近接しかつその上にある反応器の入り口チャンバ内の隔離断熱チャンバの備え付けである。断熱チャンバは、チューブシートの断面に相応するようなサイズおよび形にされ、そして断熱チャンバは排気されるか、または空気、砂、オイルまたはヒートキャリアと反応することができない何らかの他の好適な固体、液体もしくはガス状物質で満たされる。これら技術のすべては、加熱チューブシートと流入ガス状供給物流れとの間の物質のバリアを配置することによって、点火および他の望まれない副反応を妨げることを目的としている。これらの技術のいずれも、不用意な点火後に爆燃の圧力波をそらし、爆燃を消失させ封じ込め、それが爆轟に進展するのを妨げるのに好適な形およびサイズの減衰物質を反応器のガス入口もしくは出口領域に入れることを伴うものではない。
【００１１】
爆燃現象の火炎面を物理的にそらすための装置が米国特許第７，０００，６３０号に記載されており、この特許においては、火炎面ダイバーター（ｄｉｖｅｒｔｅｒ）が高速圧力波を２方向破壊可能ディスクに向けて、その破壊可能ディスクを開かせ、これにより反対側の２方向破壊可能ディスクに吸引効果を生じさせ、これが圧力波および火炎面の回避経路を生じさせると共に、希釈剤として新たな空気を引き込ませる。この特許に記載される火炎面ダイバーターは、爆燃が一つの容器から他のものに伝播するのを妨げるように設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第３，３５６，２５６号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６１３，０５４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４９５，８９３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５４０，０２９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，９３２，９５０号明細書
【特許文献６】米国特許第７，０００，６３０号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｇｒｏｓｓｅｌ，Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｓ．，Ｅｄ．，Ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ  Ｆｌａｍｅ  Ａｒｒｅｓｔｅｒｓ，ＡｌＣｈＥ（化学プロセス安全センター；Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｓａｆｅｔｙ）ニューヨーク州、ニューヨーク（２００２）チャプター５、７７〜１３８ページ
【非特許文献２】Ｆａｕｓｋｅ，Ｈａｎｓ  Ｋ．，Ｅｘｐａｎｄｅｄ−Ｍｅｔａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ａ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｎｅｔ  ｔｏ  Ｔｈｗａｒｔ  Ｇａｓ  Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｄｅｃ  ２００１、６６〜７１ページ
【非特許文献３】Ｒａｚｕｓ  Ｄ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｃｌｏｓｅｄ  ｖｅｓｓｅｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ａｉｒ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ，Ｆｕｅｌ（２００７），ｄｏｉ：１０．１０１６／ｊ．ｆｕｅｌ．２００６．１２．００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
プロセス容器内での可燃性ガスの爆発を制御し、封じ込め（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）および抑制するための効果的、単純かつ経済的な方法の必要性が存在している。本発明者は、爆燃の間に生じた圧力波を減衰させ、それにより弱め、爆燃が爆轟に移行するのを妨げることにより、この必要性に対処する方法および装置を開発したが、これは熱を吸収することが知られている固体物質をプロセス容器に提供することによって、または点火が起こった後に消炎剤もしくは火炎抑制剤物質を導入することによって、点火した可燃性ガスから熱を取り除くことにより火炎面を抑制し、消失させることを試みているのではない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、点火後に特定領域内でピーク圧力に到達し、初期供給ガス組成、温度および圧力を含む既知の操作条件下で、プロセス容器の特定領域内での可燃性ガスの燃焼により生じた爆燃（ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ）圧力を減衰させる（ａｔｔｅｎｕａｔｉｎｇ）方法を提供する。この方法は、概して、減衰物質を選択し、プロセス容器の特定領域内に配置することを含み、選択された減衰物質は操作条件下でその物理的形状を維持し、かつその全てが形状および有効直径を有する複数の構成物を有する。減衰物質はプロセス容器の特定領域の少なくとも２０％を占有するべきである。
【００１６】
本発明の第１の工程は、その少なくとも１種が、他の減衰物質の構成物の有効直径とは異なる有効直径を有する構成物を有する複数の減衰物質と、初期供給ガス組成と同じ組成を有する可燃性ガスの点火後に到達したピーク圧力と間の線形的関係を示す、ピーク爆燃圧力と爆燃混合係数との関連ペアを含む実験データを明らかにすることにより、プロセス容器の特定領域内での使用に適する減衰物質の構成物の最大有効直径を決定することである。これは、以下により達成される：（１）減衰物質の非存在下で、半径（Ｒ（ｔｓ））を有する試験球体を使用して、可燃性ガスの点火により生じたピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０））を実験的に決定する；（２）少なくとも、第１の有効直径（Ｄｓ（１））を有する第１の選択された減衰物質および前記第１の有効直径とは異なる第２の有効直径（Ｄｓ（２））を有する第２の選択された減衰物質の存在下で、工程（１）で使用されたのと同じ試験球体を使用して、可燃性ガスの点火により生じた少なくとも第１のおよび第２のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１）、Ｐｍａｘ（２））を実験的に決定する；（３）工程（１）および（２）において実験的に決定されたそれぞれの関連するピーク爆燃圧力について、次の数学的関係：
ＤＭＦ（ｎ）＝（Ｄｓ（ｎ）／Ｒｔｓ）×４０
（式中、ｎ＝０、１、２・・・ｎ、Ｄｓ（ｎ）およびＲ（ｔｓ）はそれぞれセンチメートル単位で測定される）を使用することにより、爆燃混合係数（ＤＭＦ（０）、ＤＭＦ（１）、ＤＭＦ（２）、・・・ＤＭＦ（ｎ））を計算する。これらの工程の後に、ピーク爆燃圧力および爆燃混合係数の関連ペアを含む実験データ（［Ｐｍａｘ（０），ＤＭＦ（０）］；［Ｐｍａｘ（１），ＤＭＦ（１）］；［Ｐｍａｘ（２），ＤＭＦ（２）］；・・・［Ｐｍａｘ（ｎ），ＤＭＦ（ｎ）］）を線形化し、次の数学的関係：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝Ｍ×ＤＭＦ（ｎ）＋Ｂ
（式中、ｎ＝０、１、２・・・ｎ）に基づいて変数ＭおよびＢの値を決定する。
【００１７】
線形化が完了した後、プロセス容器の最大許容封じ込め圧力（Ｐ（ｃ））並びに工程（４）で計算されたＭおよびＢの値を用いて、次の数学的関係：
ＤＭＦ（ａ）＝［Ｐ（ｃ）−Ｂ］／Ｍ
に基づいて、プロセス容器について、最大爆燃混合係数（ＤＭＦ（ａ））が計算され；次いで、断面半径（Ｒ（ｖ））を有するプロセス容器で使用するのに適する減衰物質の最大有効直径（Ｄｓ（ａ））が、次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
を用いて計算される。
【００１８】
減衰物質の構成物について最大有効直径（Ｄｓ（ａ））を計算して、適した減衰物質が選択される。適した減衰物質は、選択された減衰物質をプロセス容器の特定領域内に配置した特定のプロセス容器について、計算された最大有効直径（Ｄｓ（ａ））以下の有効直径Ｄｓを有するであろう。減衰物質は、減衰物質の構成物が構成物間のボイド空間（ｖｏｉｄ  ｓｐａｃｅ）および開口経路（ｏｐｅｎ  ｐａｔｈｗａｙ）を最小化するように自己秩序化（ｓｅｌｆ−ｏｒｄｅｒｉｎｇ）するかどうかに応じて、プロセス容器の特定領域内に単純に注ぎ込まれうるかまたは手作業で配置されうる。
【００１９】
本発明の方法のある実施形態において、ピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０））を実験的に決定する工程は以下を含みうる：（ａ）あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、そのほかは空である試験球体内で可燃性ガスを点火し；次いで（ｂ）点火後に試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（０））を測定する。さらに、少なくとも第１のおよび第２のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１），Ｐｍａｘ（２））を実験的に決定する工程は以下を含む：（ａ）試験球体に第１の選択された減衰物質を入れた後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、試験球体内の可燃性ガスを点火し；（ｂ）点火後に、第１の選択された減衰物質が入れられた試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（１））を測定し；（ｃ）試験球体に第２の選択された減衰物質を入れた後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、試験球体内の可燃性ガスを点火し；並びに、（ｄ）点火後に、第２の選択された減衰物質が入れられた試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（２））を測定する。複数のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１），Ｐｍａｘ（２），Ｐｍａｘ（３），・・・Ｐｍａｘ（ｎ））を実験的に決定し、次いでその後の計算および線形化工程においてそれぞれのピーク爆燃圧力を使用することも可能である。
【００２０】
別の実施形態において、可燃性ガスは炭化水素および酸素を含み、プロセス容器は流動条件下（ｆｌｏｗｉｎｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）で作動するシェルアンドチューブ反応器であることができる。
【００２１】
本発明は、その中での可燃性ガスの燃焼により生じる爆燃圧力の減衰に適合した管状反応器も提供する。本発明の管状反応器は、複数の構成物の全てが形状を有し、かつ構成物間のボイド空間および開口経路が最小化されるように配置される複数の構成物を有する減衰物質を含み、その減衰物質はプロセス容器の特定入口領域および特定出口領域の少なくとも１つの少なくとも２０％を占める。さらに、減衰物質の構成物は、次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
（式中、Ｄｓ（ａ）はセンチメートル単位である）を満足する有効直径（Ｄｓ（ａ））を有する。さらに、（ＤＭＦ（ａ））は減衰物質に関連した爆燃混合係数であり、これは上述の本発明の方法により実験的に決定される。最終的に、Ｒ（ｖ）は特定入口領域または特定出口領域が減衰物質によって占有されているもののいずれかの半径である。
【００２２】
本発明は、ガス供給組成物、温度および圧力を含む可燃性の操作条件下で気相反応を安全に行う方法をさらに提供する。この方法は以下を含む：（Ａ）可燃性操作条件下でその物理的形状を維持する少なくとも１種の減衰物質によって、少なくとも２０体積％占有されている特定領域であって、ガス供給組成物が通る当該特定領域を有する反応容器を提供し；（Ｂ）炭化水素、酸素含有ガスおよび場合によって不活性物質を含む１種以上のガス状物質を前記反応容器に提供して、前記特定領域を通る前記ガス状供給組成物を形成し；（Ｃ）前記ガス状供給組成物を反応容器内で、前記ガス状供給組成物が可燃性である温度および圧力で１以上の反応にかける。
【００２３】
減衰物質は、上述の可燃性ガスの燃焼により生じる爆燃圧力を減衰する方法に従って選択されうる。可燃性操作条件下安全に気相反応を行う方法のある実施形態においては、炭化水素はプロピレンを含み、これは波形（ｃｒｉｍｐｅｄ）金網円筒および波形金網多面体を含む減衰物質を有する反応容器内での酸化にかけられる。可燃性操作条件下で安全に気相反応を行う方法の別の実施形態においては、ガス状物質はさらにアンモニアを含み、炭化水素はメタンを含み、気相反応はメタンのアンモ酸化を含み、減衰物質はセラミック発泡多面体を含む。
本発明のより完全な理解は後述の実施形態から、および添付の図面を参照してなされるであろう。図面において、同様の参照番号は同様の特徴物を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、プロセス容器、すなわち、触媒気相反応のための管状反応器の部分側断面概略図である。
【図２】図２は、図１の管状反応器の特定入口領域の線Ａ−Ａに沿った断面を矢印の方向に見た上断面概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、入口チューブシートおよび反応器ヘッドを示す、図１の管状反応器の特定入口領域のみの側断面概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、入口チューブシートおよび反応器ヘッドを示し、セラミック球状構成物を含んでなる減衰物質を収容する図３Ａの特定入口領域の側断面概略図である。
【図４Ａ】図４Ａ〜４Ｃは、減衰物質を含まない特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図４Ｂ】図４Ａ〜４Ｃは、減衰物質を含まない特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図４Ｃ】図４Ａ〜４Ｃは、減衰物質を含まない特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ａ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｂ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｃ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｄ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｅ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｆ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｇ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｈ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｉ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図５Ｊ】図５Ａ〜５Ｊは、セラミック球体を含んでなる減衰物質を収容する特定領域内での点火点からの爆燃圧力波面の伝播を示す一連のコンピュータモデル形成グラフィック画像である。
【図６】図６は、管状反応器に連結され、入口チューブシートで密封されたヘッドスペースを形成し（特定入口領域）、その中に減衰物質として使用されるメッシュ構成物の配列および位置を示す、反応器入口ヘッドアセンブリの側面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図６の反応器入口アセンブリの線Ｒ−Ｒに沿った断面を矢印の方向に見た上断面図であり、その中で減衰物質として使用されるメッシュ構成物の配列および位置を示し、線Ｓ−Ｓ、Ｔ−Ｔ、Ｕ−ＵおよびＶ−Ｖに沿った断面の上断面図はそれぞれ図７Ａに示されるのと同じである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６の反応器入口アセンブリの線Ｘ−Ｘに沿った断面を矢印の方向に見た上断面図であり、その中で減衰物質として使用されるメッシュ構成物の配列および位置を示す。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図６の反応器入口アセンブリの線Ｙ−Ｙに沿った断面を矢印の方向に見た上断面図であり、その中で減衰物質として使用されるメッシュ構成物の配列および位置を示す。
【図７Ｄ】図７Ｄは、図６の反応器入口アセンブリの線Ｚ−Ｚに沿った断面を矢印の方向に見た上断面図であり、その中で減衰物質として使用されるメッシュ構成物の配列および位置を示す。
【図８】図８は、点火時に始まり、Ｐｍａｘに続いて、均一化した圧力で終わる時間の経過による爆燃圧力の変化を一般化して表したものである。
【図９】図９は、円筒状減衰物質構成物の有効直径がどのようにして外接する円の直径に基づいて近似されるかを示す略図である。
【図１０】図１０は、実験データ、すなわち、本発明に従った、中空アルミナ球体を含んでなる減衰物質を用いて行われた実験および計算から得られた爆燃混合係数（ＤＭＦ）対最大爆燃圧力（Ｐｍａｘ）の線形化を示すプロットである。
【図１１】図１１は、実験データ、すなわち、本発明に従った、ポール（Ｐａｌｌ）リングを含んでなる減衰物質を用いて行われた実験および計算から得られた爆燃混合係数（ＤＭＦ）対最大爆燃圧力（Ｐｍａｘ）のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の方法は、プロセス容器の特定領域内での可燃性ガスの燃焼により生じる爆燃圧力を減衰させるのに好適である。この方法は減衰物質を選択し、特定領域内に配置し、爆燃に関連する圧力波をそらし（ｄｅｆｌｅｃｔ）、寸断する（ｆｒａｇｍｅｎｔ）ことを伴う。
【００２６】
「プロセス容器（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｖｅｓｓｅｌ）」は可燃性物質の貯蔵、移送、反応、製造、取り扱いまたは他の操作に関連して使用されるあらゆる装置を意味する。
【００２７】
「特定領域（ｄｅｆｉｎｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）」の用語が本明細書において使用される場合、「特定領域」は爆燃の影響から保護されるべきプロセス容器内の特定された領域である。特定領域は典型的には、可燃性ガスを収容する閉じた領域であるか、または爆燃の危険性が最大であるプロセス容器内の領域である。特定領域の位置、形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）および体積は用途およびプロセス容器に応じて変化するであろう。
【００２８】
本明細書に使用される場合、用語「体積充填（ｖｏｌｕｍｅ−ｆｉｌｌ）」は、特定領域内で減衰物質によって占有される見かけ上の体積をいい、減衰物質構成物とこれら構成物（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）間の隙間のボイド空間とによって実際に占有される合計体積に等しい。
【００２９】
「可燃性ガス」は、酸素と共に充分な組成および体積濃度で存在し、点火源、例えば、火花、化学反応、熱線もしくは他の熱表面、またはさらにはホットスポット（すなわち、流体の集団内の局所的高温領域）への曝露が可燃性ガスにおける局所的爆燃を開始させることができるガスである。可燃性ガスは、もちろん、単一種のガス、例えば水素、ブタン、プロピレンなどで構成されうるが、その具体的な組成が混合物を可燃性にする１種以上の異なるガスの混合物である場合が多い。
【００３０】
理論に拘束されるのを望まないが、可燃性ガスにおける点火から爆轟（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）および爆発への状態の進展は概して次のように進むと理解されるものと考えられる。点火直後に、点火源での可燃性ガスの局所的燃焼によって球状火炎面および球状圧力波が形成される。圧力波および火炎面の双方は、点火源から離れる外側への全ての方向に放射状に、影響を受けていない可燃性ガスの部分に伝播する傾向がある。火炎面の伝播は熱移送を伴い、かつ火炎面の伝播は、音速で進む圧力波の伝播よりもよりゆっくりと進行することが長らく理解されてきた。初期爆発のこの段階、すなわち、圧力波が先行するように圧力波と火炎面が別々に進む場合は、一般的に爆燃（ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ）と称される。
【００３１】
爆燃の間に、火炎面は隣接する可燃性ガスの分子に熱および／またはフリーラジカルを移すことにより外側に伝播し、これが隣接する分子を点火する。フリーラジカルはＯＨ、ＨおよびＣＨ３のような不対電子を含む原子のあらゆる反応性基である。
【００３２】
また、爆燃の間に、圧力波のエネルギーが可燃性ガスの燃焼されていない部分を圧力波の前方に圧縮することができ、可燃性ガスのその部分での燃焼を維持するのに必要とされる熱エネルギー要求を低減させ、それによりさらなる燃焼を容易にし、火炎面の進行を促進し、前進する圧力波を増強する。この圧力波の強化は、圧力波のみで燃焼反応を開始するのに充分強いポイントまで続き、それにより爆轟段階を開始する。最初に、爆轟波は圧縮された可燃性ガスに伝播し、一番前の圧力波に追いつき、一定速度の安定な爆轟になるであろう。安定な爆轟波は、火炎面により放出されるエネルギーが圧力波を支えるように火炎面と緊密に関連した圧力波からなる。
【００３３】
物質が軸方向に移動する傾向があるパイプまたは導管内で爆燃が起こり、火炎面がパイプまたは導管の壁に到達する場合には、それは球形から本質的に平坦な面に変化する。平坦な火炎面がパイプの長さを伝播し続ける場合には、それは伸長し始め、その火炎の表面が増大する。表面積が増大するにつれて、燃焼速度が増大し、その結果、その火炎の伝播速度が増大する。言い換えれば、伝播している火炎面は初期の爆燃状態から爆轟状態に導管内で素早く移行しうる。
【００３４】
可燃性物質の分子のサイズは燃焼の生成物が流れる導管または容器の直径に影響するように、全体的な爆発現象に影響を与える。例えば、より大きな直径のパイプは、より小さな直径のパイプまたは導管よりもより小さなヒートシンクをもたらす。配管または導管の長手方向形状も火炎面および圧力波の伝播に影響を及ぼす。パイプまたは導管内の障害物および屈曲が乱流を増大させ、順に、この乱流が火炎表面積を増大させる傾向を有し、このことが火炎面の増大を導き、爆轟へのより速い移行を生じさせるであろうことが当該技術分野において知られている。
【００３５】
図８を簡潔に参照すると、可燃性ガス混合物に典型的な単純化された爆発の線図が示される。もちろん、実際には、それぞれのそのような爆発線図は可燃性ガスの個々の組成に特異的であろう。このような線図は、技術文献において、例えば、「Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ」Ｗ．Ｂａｒｔｋｎｅｃｈｔ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，ニューヨーク、１９８１（特に、チャプター２、密封容器中での爆発（Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｃｌｏｓｅｄ  Ｖｅｓｓｅｌｓ）を参照）に論じられているように周知である。そのような線図を作成するのに必要なデータを集めるための標準化された試験手順が開発されている（例えば、欧州標準化ＤＩＮ  ＥＮ  １３６７３−１およびＤＩＮ  ＥＮ１３６７３−２、２００３年９月を参照）。これらの手順は、他のものが空の（例えば、充填物質を収容していない）密封された断熱の試験球体内で、試験される可燃性ガス混合物が最初に定常状態に保たれることを一般的に必要とする。
【００３６】
図８の線図は、可燃性ガスの体積中での爆燃圧力（または、「爆発圧力」）現象の典型的な進行を、可燃性ガスが点火される時に対する経過時間の関数として表す。この線図は３つの連続した段階を一般的に含む。
【００３７】
第１の段階においては、点火前に、一定の初期圧力（Ｐ初期）および初期温度でガス混合物が定常状態で存在する。
【００３８】
第２の段階においては、点火に続いて、ガス混合物の燃焼が確立され、火炎面および関連する圧力波が形成し、点火点から外方向に拡がる。この結果、最大爆燃圧力Ｐｍａｘが達成されるまでの時間間隔Δｔにわたって圧力が素早く増大する。典型的には、この移行状態の時間間隔Δｔは、およそわずか約１００〜３００マイクロ秒の持続時間である。特に、爆燃現象を弱めるまたは遅くするのに充分な熱移送は、有意に、より長い時間、例えば、およそ約５００〜１０００マイクロ秒（すなわち、０．５〜１．０秒）を必要とするであろう。
【００３９】
第３の段階においては、Ｐｍａｘの達成に続いて、試験球体内の圧力は、より低い「定常状態」圧力Ｐ最終に到達するまでの時間間隔ΔＴにわたって減少する。典型的には、爆燃現象の間、Ｐ最終に到達するのに必要な時間間隔ΔＴはおよそ１０００マイクロ秒以上の持続時間である。
【００４０】
先行技術の教示に反して、本発明者は、可燃性ガス体積内での混合を促進することが、最大爆燃圧力Ｐｍａｘを低下させる驚くべき結果を有することを見いだした。
【００４１】
理論に拘束されるのを望むものではないが、本発明者はＰｍａｘの大きさの低減は、圧力波が点火点から素早く外方向に拡がっている時間である爆燃現象の第２段階の間に起こる混合の直接的な結果であると考える。この混合は、圧力波が本発明の圧力減衰物質の周囲を通過する時に、圧力波が方向を変えられ、小さく分けられる結果である。この混合はガス体積内での圧力プロファイルを「ブレンド」し、その波面のピーク圧力と、その波面から離れたより低いバルクガス圧力との間の差を低減すると考えられる。
【００４２】
本発明者は、第２段階圧力の時間間隔が非常に短いので、拡がっている火炎面からエネルギーを取り除くのに有効でないメカニズムに熱移送がなっていることをさらに仮定する。その結果、可燃性ガス体積内に配置される何らかの減衰物質の熱特性は、この早い段階の爆燃とほとんど関係がなく、断熱物質はＰｍａｘ減衰に関連する高い熱伝導性物質と本質的に同じように機能することが期待されうる。
【００４３】
最終的に、本発明者は、爆燃現象の第３の段階にわたって起こるガス圧力が徐々に低下することは、ガス混合物を相対的に均一な圧力および温度プロファイルに向かわせるエントロピーの結果であると仮定する。充分に長い時間間隔が与えられると、このエントロピー効果は最終的に、ガス体積における最終定常状態圧力Ｐ最終への低下を生じさせる。しかし、本発明の方法の有用性は、最終の定常状態圧力Ｐ最終ではなく、最大爆燃圧力Ｐｍａｘをより低くできるところにあることが強調されるべきである。
【００４４】
本発明の方法および装置は、様々な製造プロセスの様々なタイプのプロセス容器に適用可能であるが、説明と理解を容易にするために、本発明の方法および装置は、炭化水素ガス、例えばプロパン、プロピレン、ブタン、ブチレンなどから、生成物、例えば不飽和カルボン酸、不飽和ニトリル、アルデヒドなどを生じさせる触媒気相反応に使用される管状反応器に関連して明細書中で後述される。
【００４５】
図１を参照すると、本発明の方法が好適に適用されうるプロセス容器の部分断面側面概略図が提供される。特に、図１は、触媒気相反応に好適な管状反応器１０の部分断面側面図を示す。管状反応器１０は複数の管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有し、そのそれぞれは第１の多孔板１４と第２の多孔板１６との間に延び、固体物質Ｓ、例えば触媒および不活性物質の１種以上を収容する。複数の管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、並びに第１の多孔板１４と第２の多孔板１６は、温度制御目的のために、その複数の管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの周りの熱移送流体（それ自体は図示されていない）の循環のための領域を形成するシェル１８内に封入されている。
【００４６】
図１をさらに参照すると、フランジキャップ、すなわち「反応器ヘッド」２４は第１チューブシート１４に隣接した反応器１０の外縁に密封固定されて特定入口領域（ｄｅｆｉｎｅｄ  ｉｎｌｅｔ  ｒｅｇｉｏｎ）２０を形成し、当該特定入口領域は反応物質（図示されていない）および他の流体がそこを通って流れるのを可能にするために反応器管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと流体連絡する。同様に、別のフランジキャップ、すなわち「反応器ヘッド」２６は第２チューブシート１６に隣接した反応器１０の外縁に密封固定されて特定出口領域（ｄｅｆｉｎｅｄ  ｏｕｔｌｅｔ  ｒｅｇｉｏｎ）２２を形成し、当該特定出口領域２２も反応物質、生成物および他の流体（図示されていない）がそこを通って流れるのを可能にするために反応器管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと流体連絡する。複数の管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと共に、特定入口および出口領域２０、２２はひとまとまりで、管状反応器１０の反応側を形成し、そこでは流動条件下、管状反応器１０の操作の間に１種以上の化学反応、例えば、酸化などが起こる。特定入口領域２０が垂直配置（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ）管状反応器１０の頂部に位置し、特定出口領域２２が垂直配置管状反応器１０の底部に位置する上記配置は、反応プロセスが「下向流」構成で操作されていることを当業者に明示する。しかし、本発明の方法および装置は、特定入口領域が管状反応器の底部に位置するであろう「上向流」構成（それ自体は図示していない）で操作される管状反応器をはじめとする他のプロセス容器に等しく適用可能であることも、当業者は容易に理解するであろう。
【００４７】
本発明のある実施形態においては、燃焼、局所温度増加または局所圧力増加を検出するために、監視機器（それ自体は図示されない）がプロセス容器の特定領域内に配置されていてもよく、その結果、これに限定されないがトラブルシューティング、操作速度の低減またはプロセスの停止をはじめとする操作条件の調節がなされうる。このような監視機器は熱電対、圧力トランスデューサー、ファイヤーアイ（ｆｉｒｅ  ｅｙｅｓ）およびガス組成分析機の１以上を含むことができ、場合によっては自動化応答を開始するために分散型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）プロセス制御システムに連結されてもよい。ある実施形態においては、監視機器（図示されていない）は、他のプロセス計算および測定、例えば可燃性計算または反応器供給流れ流速など共に、安全系インターロックロジックシステム（ｓａｆｅｔｙ  ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ  ｌｏｇｉｃ  ｓｙｓｔｅｍｓ）に組み込まれうる。さらに、ある実施形態においては、余分の監視装置が監視システムの信頼性を向上させるために使用されうる。余分の装置が使用される場合には、それらは、自動化作用が開始される前に２以上の測定が同時に異常な状態を記録しなければならない、コンピューター化された多数決論理（ｖｏｔｉｎｇ−ｌｏｇｉｃ）システムの部分として場合によっては構成されうる。
【００４８】
ある実施形態においては、例えば、下向流管状酸化反応器の特定入口領域（入口ヘッド）はセラミック球状構成物および、それぞれが１つのアセンブリあたり約１０の測定点を有する少なくとも１０のマルチポイント熱電対アセンブリを収容する。それぞれの熱電対アセンブリは（入口）反応器ヘッドの頂部に密封可能な開口部を通して挿入され、あらかじめ決められた一連の均等な間隔の同心円を形成するように曲げることにより手動で配置され、次いで入口チューブシート上にすでに存在しているアンカーブラケット（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｂｒａｃｋｅｔｓ）に挟まれる。別の実施形態においては、上向流管状酸化反応器の特定入口領域は金網（ｗｉｒｅ  ｍｅｓｈ）円筒構成物、および３１６ステンレススチールシースを有する少なくとも６の「Ｋ」型マルチポイント熱電対アセンブリ（米国、テキサス州、パサデナのＧａｙｅｓｃｏから市販）を収容する。この実施形態のマルチポイント熱電対アセンブリはＳＷＡＧＥＬＯＫパッキン押さえ（米国、オハイオ州、ソロンのＳｗａｇｅｌｏｋ社から市販）を通して挿入され、これは入口反応器ヘッドの側壁上に備え付けられ、あらかじめ決定された測定位置の分布に隣接するように曲げることにより手動で配置され、次いで、その長さに沿って複数の位置で、短い長さのワイヤを用いて、メッシュ円筒に固定される。
【００４９】
さらに別の実施形態においては、酸化反応器の特定入口領域（入口ヘッド）内の可燃性ガス供給混合物のサンプルがガスクロマトグラフィーによって連続的に分析され、燃焼生成物、例えば、二酸化炭素、一酸化炭素および水などの濃度の増大、並びに可燃性炭化水素の濃度の減少を検出する。さらに別の実施形態においては、酸素富化シアン化水素反応器の特定入口領域（入口ヘッド）は１００％体積充填の４０ｐｐｉ網状化（ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ）セラミック発泡体を含み、並びに特定入口領域内で起こりうる爆燃を検出し、そして爆燃が検出される場合には分布した圧力制御システムを介して反応システムのシャットダウンを自動的に開始するために、少なくとも２つの速作動性（ｆａｓｔ−ａｃｔｉｎｇ）圧力トランスデューサー（好適なモデルは、米国、ニュージャージー州のＫｕｌｉｔｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓから市販されている）も収容する。監視機器を組み込んでいる本発明の上記実施形態はいくつかの例であるが、本発明に従って利用されうる可能な構成の全ての範囲を記載することを意図するものではない。好適な監視機器の選択および規格、並びに関連するプロセス制御、安全システムおよびインターロックロジックシステムは、本開示の利点をもたらす化学プロセス設計および計測の当業者の能力の範囲内にあるであろう。
【００５０】
図２は、図１の管状反応器１０の特定入口領域２０の線Ａ−Ａに沿った断面を矢印の方向に見た上断面概略図である。多孔板１４および複数の管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがこの図に見られうる。この特定入口領域において、管状反応器１０に供給される反応物質および他の物質は全て、管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに入る前に互いに接触し、その中の触媒物質Ｓと接触して管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ内で１以上の化学反応を開始する。これらに限定されないが多孔板１４に近接して生じるホットスポットおよび特定入口領域２０内に存在する他の装置との摩擦もしくは接触により生じる火花をはじめとする様々なソースからの不用意な点火を受けやすい可燃性ガスが、反応器１０に供給される反応物質および他の物質に応じて、特定入口領域２０内に存在することができる。上述のように、このような点火は爆燃現象となる場合があり、爆燃現象は、それが爆轟または爆発へ移行するまで、次々に伝播しうる。
【００５１】
爆燃圧力波をそらし、寸断することは、全体的な爆燃現象を消失させ、爆轟への移行を妨げ、達成されるピーク圧力（Ｐｍａｘ）を低下させるのに充分なほどその圧力波の伝播を遅くでき、爆燃により達成される最大圧力を低くできることが見いだされた。さらに、爆燃圧力波を成功裏にそらし、寸断することは、好適な減衰物質を選択し、燃焼および爆燃が起こりやすい特定領域内、例えば、管状反応器１０の特定入口領域２０内に配置することにより達成されうることが見いだされた。本明細書においてさらに詳細に後述される場合、「適した」減衰物質は、特定領域のサイズおよび形と関連した、サイズおよび形の双方を含むその形状に基づいて選択される減衰物質を意味する。
【００５２】
例えば、図３Ａは空の特定入口領域２０の側断面概略図であり、すなわち、その中に何らの減衰物質も配置されておらず、このことは、減衰物質が特定入口領域２０の体積の０％を占有することに対応する。上述のように、特定入口領域２０は入口チューブシート１４および反応器ヘッド２４によって囲まれて示される。さらに詳細に後述されるように、図３Ｂは、図３Ａの特定入口領域２０が減衰物質を収容しており、当該減衰物質がセラミック球状構成物２８を含んでなり、かつ特定入口領域２０の体積の少なくとも２０％の体積充填である、本発明のある実施形態を示す。
【００５３】
特定入口領域２０がプロセス容器の頂部に位置し、プロセス容器は平行垂直管を備えた管状反応器である図３Ｂに示されるような場合においては、減衰物質の構成物２８が多孔チューブシート１４を通って管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに入るのを防ぐために（例えば、図１参照）、特定入口領域２０の断面領域（例えば、図２参照）にわたってセラミックメッシュまたはワイヤスクリーンシート３０のようなバリアを導入することが望ましい。バリア３０の使用は特に有利であり、なぜならそれは空の空間、すなわち「ボイド領域」が、管の端部が第１チューブシート１４を貫通する、管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのそれぞれの最頂部領域に維持されうるからである。酸化反応に使用されるこのような管状反応器におけるチューブシート１４、１６の典型的に大きな厚みのために、それぞれの管のこの最頂部領域における冷却が制限される。よって、この領域が減衰物質、酸化触媒またはさらには不活性希釈物質を収容する場合には、最終的に管とチューブシート１４との間の溶接接合の欠陥を生じさせうる過剰加熱になりやすい。修理のコストに加えて、管とチューブシート１４との間の溶接接続のこのような欠陥は管状反応器１０のシェル側から反応器ヘッド２４によって形成される特定入口領域２０への冷却塩（ｃｏｏｌｉｎｇ  ｓａｌｔ）のリークももたらしうる。米国特許出願公開第２００６／０２９２０４６号に開示されるように、硝酸塩および亜硝酸塩を典型的に含む冷却塩（例えば、米国、デラウエア州、ウイルミントンのＤｕＰｏｎｔから市販のＨＩＴＥＣ塩）の特定入口領域２０への放出、およびその後に起こる分解反応は、プロピレン酸化反応器供給ガスの望ましくない自己点火を結果として生じさせるであろう。
【００５４】
本発明のある実施形態（それ自体は図示されない）においては、好適なバリア３０を形成するために、５０ミリメートル（ｍｍ）（２−インチ）厚で、（１インチあたり４０孔（ｐｐｉ））網状化セラミック発泡体タイルの層が、下向流プロピレン酸化管状反応器の入口チューブシート上に直接配置されて、チューブシートの全断面領域を覆う連続バリアを形成し、あらゆる減衰物質が管の端部に落下するのを妨げる。管とチューブシートとの間の溶接接続の過剰加熱が回避されるように、反応器入口チューブシートの厚さに等しい長さのボイド領域、すなわち、物質が存在しない領域が、それぞれの反応器管の上部管末端に維持される。１３ｍｍ（１／２インチ）ＤＥＮＳＴＯＮＥ２０００担体球体（従前はＮｏｒｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．として知られ、これと合併した、米国、オハイオ州、ストウのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｎｏｒｐｒｏ、から市販）を含む減衰物質（図示されない）が次いで特定入口領域内でこのバリアの上に配置され、本発明に従って爆燃圧力を減衰させる。このような実施形態において、ＤＥＮＳＴＯＮＥ球体と共に、網状化セラミック発泡体タイルは減衰物質の部分であると考えられうる。この場合、減衰物質であるセラミック発泡体および球体は、特定入口領域２０の全体積の少なくとも２０％、例えば、少なくとも２５％、またはさらには少なくとも３０％、または少なくとも５０％を占有するべきであり、ここでの減衰物質によって占有される体積は、減衰物質の構成物の体積とそれらの間のボイド空間の体積との合計である。言い換えれば、特定領域内に配置される減衰物質の量は、その特定領域において少なくとも２０％の体積充填を提供する。
【００５５】
特に、理論に拘束されるのを望まないが、爆燃の間に可燃性ガスの混合および増大した乱流は、それらが火炎面の伝播を加速し、達成されるピーク圧力を増大させ、それにより爆轟に急いで移行するであろうという理由で、回避されるべきであるという当該技術分野において普通に持たれている理解に反して、軸混合を最小化しながらの可燃性ガスの側方混合の増大は、圧力波をそらし、分断することをもたらし、それにより、達成される最大圧力を低下させ、圧力波および火炎面の伝播を遅くし、爆轟への移行を妨げるのに充分なエネルギーを爆燃から取り除くことが見いだされた。「軸混合（ａｘｉａｌ  ｍｉｘｉｎｇ）」は軸方向の乱流を増大させる混合であり、軸方向は圧力波および火炎面が伝播している方向であり、一方、「側方混合（ｌａｔｅｒａｌ  ｍｉｘｉｎｇ）」は軸方向以外、例えば、限定されるものでないが、軸方向に実質的に垂直の方向における可燃性ガスの乱流を増大させる混合である。より小さな有効直径を有する中実のまたは蛇行した多孔性の減衰物質が使用される場合に、このような側方混合が望ましくは増大されることが見いだされたが、より小さな物質についてのこの好ましさは、非常に小さい物質が使用される場合に起こる反応物質のスループット（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）における大きすぎる圧力低下を回避する必要性によって幾分限定される。例えば、砂は圧力波の優れた減衰および寸断化をもたらすことができるが、それはまた反応器の正常な操作の間に、巨大かつ一般的に許容できない圧力低下を生じさせるであろうから、それゆえに典型的には、唯一の減衰物質としての良好な選択物ではない。
【００５６】
また、関連する技術分野において当業者により広く持たれている、爆燃、爆轟および爆発保護のカギが熱の移送および除去であるという理解に反して、最終的に爆燃現象の強度を低減しかつ爆轟を回避する、爆燃圧力波を成功裏にそらし、寸断することは、熱移送力によって全体的に制御されるのではなく、（１）可燃性ガスを収容する特定領域内に配置された減衰物質構成物の形およびサイズ、すなわち形状、並びに（２）特定領域自体の寸法；にも高度に依存することが見いだされた。よって、驚くべきことに、点火後に達成される最大爆燃圧力Ｐｍａｘの減衰に関しては、減衰物質構成物の構成材料（および、その付随する熱伝導性）は、その形状よりも重要性が低いことが決定された。成功裏に爆燃を消火し爆轟を妨げるであろうと推定されたある金属物質は、より好適な形およびサイズの非金属物質と比較して、実際にはより劣って機能した。さらに、ある形状は他のものよりも、有意に、より有効であることが証明され、例えば、可燃性ガスが通ることができる最小の軸方向経路（ａｘｉａｌ  ｐａｔｈｗａｙｓ）をもたらす形状（例えば、中実（ｓｏｌｉｄ）球状）またはより蛇行しより短い軸方向経路をもたらす形状（網状化発泡体、きつく巻かれた金網物質）は、可燃性ガスを収容する特定領域内に配置された場合に、開口し伸びた軸方向経路をもたらす形状を有する物質（例えば、環、中空円筒）よりも良好に爆燃圧力波をそらし、寸断する傾向がある。
【００５７】
一般に、充填率（ｐａｃｋｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）を最大化しおよび／またはプロセス容器の特定領域内に配置される減衰物質の構成物間の容積測定（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）（隙間形成；ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）ボイド空間を最小化することにより、軸方向経路の最小化が少なくとも部分的に達成されることができると理解されており、これは減衰物質の特定の形状（サイズおよび形）およびその構成成分に依存することがさらに知られている。充填率並びに容積測定ボイド空間の決定および計算は、基本テキストおよび文献を参照して、充分に当業者の能力の範囲内にある。例えば、嵩密度およびボイド割合データは実験的に測定されうる（一定の体積を物質で満たし、使用されたその物質の質量を決定し、次いで単一の粒子の密度で割り、如何なる量の空の空間が含まれているかを％基準で解明する）。しかし、多くの好適な構成物は、分離カラム充填剤または再生式熱酸化剤熱移送床物質として使用される市販の物質であり、供給者はこのような物質についてのこのデータを制限なく公表している。さらに、より一般的な充填物質および関連する充填率データが調べられ（計算され）うることを説明する多くの参照テキストが存在し、例えば、Ｕｎｉｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ第三版、Ｗ．Ｌ．ＭｃＣａｂｅおよびＪ．Ｃ．Ｓｍｉｔｈ，１９７６、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌニューヨークの表２３−１（７１０ページ）を参照されたい。
【００５８】
選択された形状および材料の構成物を有する、特定の種類の減衰物質によって達成される成功の程度は、その減衰物質で充填された場合に同じ特定領域における同じ操作条件下での可燃性ガス中で達成される最大圧力と比較して、そのほかは空である特定領域における可燃性ガス中の爆燃圧力波によって達成される最大圧力（Ｐｍａｘ）を低減させるその能力によって少なくとも部分的に評価される。後述の実施例１は、驚くべきことに、特定領域内に配置された２インチ（５０．８ｍｍ）ポール（Ｐａｌｌ）リングが、空の特定領域と比較して、特定領域内で点火された可燃性ガスによって達成された最大爆燃圧力を減少させるのではなく、増大させたことを示すデータを提供する。実施例１に記載される実験の結果は、有意に大きな全表面積をもたらしたことが明らかな、特定領域内の波形金網の層が、可燃性ガスの点火後の最大爆燃圧力を一貫して低減させたが、とりわけ熱除去メカニズムを介して燃焼を消すことはできなかったことも示す。
【００５９】
図４Ａ−４Ｃおよび５Ａ−５Ｊは、それぞれ、特定領域（ＤＲ）内の単一点（Ｐ）での点火で開始する、２００マイクロ秒の全経過時間を超えない様々な時間間隔での爆燃圧力波面（ＰＷＦ）の進行を示す、コンピュータモデルソフトウェアによって得られる一連のグラフィック画像である。その特定領域は（図１〜３に関連して上述されたような）管状反応容器のドーム型入口領域である。図４Ａ−４Ｃおよび５Ａ−５Ｊの画像は、図３ＡおよびＢに提供されるのと類似する側方から見た特定領域を示す。圧力波のより暗い灰色部分が、圧力波の他の部分におけるよりも高い局在圧力を示すように、圧力波の濃淡は圧力によって変化する。例えば、図４Ｂにおいて、爆燃圧力波面の先頭端（ＰＷＦ）は、その先頭面の後ろおよび点火点（Ｐ）の近傍で認められる特に明るいわけではないがわずかに明るい灰色の影と比較して、暗い灰色の影である。
【００６０】
特に、図４Ａ−４Ｃの一連の画像は、減衰物質を収容していない特定領域（ＤＲ）内での点火点（Ｐ）からの爆燃圧力波面（ＰＷＦ）の進行を示す。空の容器において、爆燃圧力波面は、ＰＷＦの半円状先頭端によって、図４Ａ−４Ｃに示されるように点火点から離れる全ての方向に間断なく空の容器を通って伝播する。図５Ａ−５Ｊは、特定領域（ＤＲ）内での点火点（Ｐ）からの爆燃（ＰＷＦ）の進行を示すが、その特定領域（ＤＲ）はセラミック球（ＣＳ）を含んでなる減衰物質を収容する。図５Ａ−５Ｊを参照して、爆燃圧力波面が依然として点火点から全ての方向に外側に向かって進んでいるが、滑らかな連続した半円状波面が減衰物質と接触すると、それはそらされ、寸断されることが認められうる。減衰物質が使用される場合には、最大爆燃圧力（Ｐｍａｘ）が依然として達成されるとしても、その到達したＰｍａｘは空の試験容器内での爆燃により到達するＰｍａｘよりも低い。爆燃圧力波面の伝播が非常にわずかの時間、すなわち、およそ数百マイクロ秒しかかからないことも認められうる。このことは、中実構成物を含んでなるある種の減衰物質による爆燃圧力波の側方そらしが、その圧力波によって最終的に到達する最大圧力を低減することを示す。
【００６１】
上述のように、熱移送よりも関連のある特徴：プロセル容器の特定領域の形およびサイズに関連した減衰物質の構成物の形状が、減衰物質が爆燃圧力波を寸断し、充分に爆轟を回避する能力に影響を与えることが見いだされた。「有効直径」は複数の構成物、例えばセラミック球体、またはポールリングなどを有する減衰物質の定量化可能な特徴であり、これは爆燃の間の圧力波面の伝播を妨げるのに使用できる減衰物質の各構成物の断面形状を定量化するために本発明者により開発された。理論に拘束されるのを望むものではないが、本明細書において使用される「有効直径（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）」は、火炎防止器設計の当業者に知られている「水力直径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）」概念に類似する。水力直径の概念は、非円形パイプおよび導管を通って流れる流体からの熱エネルギーの除去に関する非円形パイプおよび導管の形状および表面積の効果を定量化する手段を提供する。同様に、「有効直径」の概念は、圧力波伝播を妨げるものとしての一貫した円形断面形状をもたらす概して球状の構成物と比較して、非球状構成物を有する減衰物質の形状が、そこを通る圧力波面の伝播に及ぼす影響の類似（ａｎａｌｏｇｏｕｓ）定量化を提供するために開発された。
【００６２】
「概して球状の構成物」は、球内に内接した場合に、その球の封入体積の約５０％を超えて占有する外部形状を有する構成物（＝内接体積比＞０．５０）を意味する。例えば、立方体の場合には、内接体積比は約０．６８であり、「ＤＥＮＳＴＯＮＥ円筒」（Ｌ：Ｄが、例えば、Ｌ＝０．３７５インチ：Ｄ＝０．２５インチにほぼ等しい）については［Ｌ＝０．３７５インチ、Ｄ＝０．２５インチ、体積＝０．０１８４立方インチ；Ｄｓ＝１．１４ｃｍ、よって球体積＝０．０４７９立方インチ；よって、比率は０．０１８４／０．０４７９＝０．３８４０］、約０．３８である。内接体積比の数学的計算は、幾何学および三角法における当業者によって容易に達成されうる。含まれる粒子の形状が、回転体で起こるような１以上の対称軸を含む場合には、このような計算はもちろん単純化される。正多面体に類似した多面体粒子の場合には、面の数が増加するにつれて表面形状は球に近似し始め、内接体積比は１に近づく。
【００６３】
減衰物質の構成物の「有効直径」は、この用語が本明細書において使用される場合、１つの平均的な構成物が内接する球の平均直径を意味する。「等しい有効直径」は、約±５％、例えば、１０％または２０％の測定公差内で数値的に同様の有効直径を意味する。
【００６４】
発明者は、個々の圧力減衰構成物の形状および有効直径の双方（例えば、構成物形状）、並びにこれらの構成物の互いの配列または充填が個々のプロセス容器において達成される圧力減衰の程度に影響を及ぼしうることを見いだした。一般的にいうと、構成物の有効直径をより小さくすると、圧力減衰がより大きくなる。さらに、発明者は、減衰物質の構成物の複数層は、構成物の単一層よりも大きな程度の爆燃圧力減衰を生じさせること、並びにプロセス容器の特定領域の過半が減衰物質で充填されている場合に、より大きな減衰が可能であることを見いだした。
【００６５】
プロセス容器での爆燃圧力を減衰するために複数層の粒子が使用される場合においては、このような粒子の複数層が、「チャネリング（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）」を最小化する充分に秩序化されたバルク形状に組織化されることが好ましい。チャネリングは、流体がそらされるかまたは妨害されるのではなく、容易にかつ確実に通って流れることができる少なくとも半隣接した（ｓｅｍｉ−ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ）通路をもたらす装置または障害物の配置における経路に沿った相対的に妨げられていない流体の流れの進行を意味する。
【００６６】
理想的な場合、完全に滑らかで、正確に同じ直径の均一な球状粒子のみが使用されるであろうし、これはそのような粒子は、均一な面心立方配向を有するバルク形状に自己集合または「自己秩序化」するであろうからである。この自己秩序化挙動は望ましく、なぜならそれは充分に秩序化されたバルク形状の恩恵をもたらし、構成物の大幅な手動での調節の必要性なしに、流体が通って流れうる、ほとんどまたは全く隣接しない開口を生じさせるからである。構成物が自己秩序化する傾向がある減衰物質は、減衰物質をプロセス容器の特定領域に単純に注ぐかまたはダンピング（ｄｕｍｐｉｎｇ）することによる容器の効率的な充填を可能にする。
【００６７】
幸いなことに、発明者は、等しい有効直径の概して球状の構成物を含む減衰物質が、この理想的球体挙動を全くよく近似すると共に、より高い内接体積比を有する粒子がこの理想的球体挙動を最も近く近似することを見いだした。
【００６８】
よって、後にさらに詳細に記載されるように、当業者は、所定のサイズの粒子状物質を選択し、その圧力減衰性能を実験室試験球体内で確認し、次いで（試験された）まさにその物質をより大きな商業スケールのプロセス容器内に配置し、爆燃圧力減衰の利益を得る工程を行うことが可能である。
【００６９】
等しい有効直径の概して球状の粒子を含む減衰物質が使用される場合において、実験室装置で試験されたものよりもより大きなサイズの構成物を有する減衰物質を使用することが望まれうる。これは、構成物の有効直径が大きい場合には、構成物の集合体を通る与えられたガス流れの圧力低下が最小化されうるからである。高い圧力低下は、圧力容器に供給されるガスの加圧を（たとえば、ガス圧縮システムの使用を通じて）増大させる必要があり、これはコストがかかる。さらに、ガス供給の加圧の増大は、システムの可燃限界および自己発火温度に悪影響を及ぼす。残念なことに、圧力低下を最小化する目的は、小さい粒子の使用により圧力減衰を最大化する目的（上述のように）に直接反するものであり、それは非常に多数の高価な実験室試験を行うことなしにこの状況を実際に是正するのを困難にする。
【００７０】
幸いなことに、本発明者の大規模な研究は、実験室において実際に試験された減衰物質の構成物とは異なる有効直径を有する構成物を含む減衰物質の挙動を予測することが可能であることを予想外かつ驚くべきことに示した。より具体的には、当業者が、比較的少ない実験室試験を行い、次いで、その結果をスケールアップし、大きな商業スケール容器における減衰物質の構成物についての好適な有効直径を選択することができる本発明の方法が開発された。この方法は所定の粒子形状についての爆燃混合係数（Ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｆａｃｔｏｒ）（ＤＭＦ）の決定を伴う。
【００７１】
ＤＭＦは、爆燃圧力減衰を得るために所定のプロセス容器において使用されうる最大有効直径を同定するための基礎を提供する。そのような方法を使用することがなければ、この情報を得るために実験室においてフルスケール試験系を構築することが必要であろう。多くのプロセス容器が直径で２０フィート以上（６．１メートル以上）でありうることを考えると、このような試験アプローチは実際的ではない。我々の例においては、１０リットル実験室試験容器中の１／４インチＤＥＮＳＴＯＮＥ球体の成功した試験に基づいて、直径３．６インチ（９．１４センチメートル）の固体中空セラミックボールが、２２フィート（６．７メートル）の直径を有する市販の容器内で効果的に使用されうる。空の容器の最大爆燃圧力Ｐｍａｘは、プロセス容器の特定領域内での可燃性ガスの初期状態の組成、温度および圧力に依存するのと同様に、所定の減衰物質構成物についてのＤＭＦ値対Ｐｍａｘの関係でもある。しかし、一旦、プロセス容器内の可燃性ガスの初期状態の組成、温度および圧力が固定されるなら、ＤＭＦ対Ｐｍａｘの関係も固定される。
【００７２】
３５ポンド／平方インチゲージ圧（「ｐｓｉｇ」）、２２５℃（４７３°Ｆ）でプロピレンを含む可燃性ガス混合物が使用され、約１４より大きいＤＭＦを有する粒子は所望の最大許容容器圧力未満のピーク圧力を維持するための有意な爆燃圧力減衰をもたらさないであろうから、選択されるべきでないのは後述の実施例に基づいて明らかである。
【００７３】
等しい有効直径の概して球状の構成物を有する減衰物質を用いて使用するために、本発明の方法は開発された。本発明者は、内接体積比が高い場合に本発明の方法が圧力減衰挙動を最も正確に予測し、それ故に、０．３を超える内接体積比（ＤＥＮＳＴＯＮＥ円筒）の構成物、より好ましくは０．６を超える内接体積比（立方体）の構成物、またはさらには０．９を超える内接体積比（ＤＥＮＳＴＯＮＥ球体）の構成物を有する減衰物質を使用するのが好ましいと考える。
【００７４】
本発明者は、平均孔サイズの直径が球状構成物の有効直径で代替される網状化セラミック発泡体構成物を含む減衰物質を用いて、本発明の方法が効果的に使用されうることも決定した。例えば、２０孔／インチ（「ｐｐｉ」）の名目多孔度のセラミック発泡体は１．２７ｍｍ（２５．４ｍｍ／２０）の有効直径を有する。
【００７５】
本発明の方法は、２種類の概して球状の構成物、例えばＤＥＮＳＴＯＮＥ球体とＤＥＮＳＴＯＮＥ円筒の混合物を含む減衰物質の挙動の予測において合理的に有効でもあろう。２種類の構成物の有効直径が同じである場合には、その混合物は単一種の構成物の減衰物質の性能に近似するであろうし、その予測の正確性はより小さな有効直径において最もよいであろう。
【００７６】
異なる有効直径の２種類の概して球状の構成物が減衰物質として使用される実施形態においては、構成物直径の比率（Ｄ大／Ｄ小）が少なくとも１００、例えば少なくとも１０００であることが好ましい。直径の差は構成物層の秩序化によくない影響を与える場合があり、２種の隣接する（異なるサイズの）粒子の間の接点領域にチャンネル様ボイドを形成し、これはもちろんその領域における局所圧力減衰を低減させる。サイズの差が増大すると、大きな直径の構成物は圧力減衰への悪影響を低下させはじめ、なぜならより小さな粒子はより容易に、大きな直径の粒子間の接点領域に詰め込まれうるからである。非常に大きなサイズの差の限界において、大きな構成物の曲率半径は接点領域においてわずかになり、大きな構成物の形状は隣接する小さな構成物に対して容器壁に等しい。非常に異なるサイズの「粒子」を使用するこのアプローチは、全体積を小さな粒子で充填することに問題があり（例えば、構成物が非常に高密度でプロセス容器の最大重量限界を超える場合）、より大きな構成物が小さな構成物の密度よりも低い密度を有する場合（例えば、より大きな構成物が中空である場合など）に特に価値がある。
【００７７】
本発明の方法に従った適した減衰物質と共に、他の大きな内部構造、例えば、セラミック繊維ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）または米国特許第６，６４９，１３７号（図２０参照）に記載される円錐挿入物がプロセス容器の特定領域内に配置されうることにさらに留意されたい。他の大きな内部構造の使用はプロセス容器の特定領域の体積を低減させ、それにより、有効な程度の爆燃圧力の減衰を依然として達成しつつ、その特定領域を充填するのに必要な減衰物質の量を低減させ、同様に、その特定領域に添加される物質の総重量を低減させる。
【００７８】
本発明のある実施形態において、反応容器の特定領域内の可燃性ガスの燃焼によって生じる爆燃圧力を減衰させるための方法が提供される。例えば、限定されるものではないが、プロセス容器は、図１に示されるように、炭化水素の触媒酸化に使用されるシェルアンドチューブ型反応器であってよく、特定領域は反応器ヘッド２４および第１チューブシート１４によって境界形成された反応器の入口領域であってよい。プロセス容器は最大許容封じ込め圧力Ｐ（ｃ）（設計および操作説明書の部分として製造者によりしばしば提供される）を有し、特定領域は断面半径Ｒ（ｖ）を有する。初期供給ガス組成、温度および圧力を含む既知の操作条件下でプロセス容器は操作される。初期供給ガス組成は、当該操作条件下で炭化水素および酸素の可燃性混合物をさらに含みうる。可燃性ガスの点火後、爆燃圧力波が特定領域内で伝播し、ピーク圧力Ｐ（ｍａｘ）を達成する。概して、上述の点火から生じる爆燃圧力は、適した減衰物質を選択し、プロセス容器の特定領域内に配置することにより減衰される。適した減衰物質はプロセスの操作条件下でその物理的形態を維持し、複数の構成物を有する。減衰物質の構成物は有効直径を有し、形状も有しうる。
【００７９】
本発明の方法の第１工程は、特定の可燃性ガスが存在するプロセス容器の特定領域内での使用に適する減衰物質の構成物の最大有効直径を決定することである。これは、その少なくとも１種が他の減衰物質の構成物の有効直径とは異なる有効直径を有する構成物を有する複数の減衰物質と、初期供給ガス組成と同じ組成を有する可燃性ガスの点火後に到達したピーク圧力との間の線形的関係を示す、ピーク爆燃圧力と爆燃混合係数との関連ペアを含む実験データを明らかにすることによって達成される。
【００８０】
より具体的には、ピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ）と爆燃混合係数（ＤＭＦ）との関連ペアを含む実験データは、試験球体および既知の一定組成の可燃性ガス、並びに一定条件の初期可燃性ガス温度および圧力を用いた複数の実験的試験を行うことにより明らかにされる。試験球体は半径Ｒ（ｔｓ）を有し、実験的試験の間の温度および圧力データを集め、記録するためのセンサーおよび検出器を備えている。それぞれの実験的試験の間に、試験球体は既知の操作条件、例えば、初期圧力および温度で可燃性ガスで満たされ、次いで可燃性ガスが点火される。可燃性ガスは、例えば、これに限定されないが、１種以上の炭化水素および酸素を含むことができる。爆燃の間に達成された最大、すなわち「ピーク」爆燃圧力が、それぞれの実験的試験について測定され、記録される。可燃性ガスが試験球体に供給され点火される場合に、最初は、その試験球体は減衰物質を収容していない。減衰物質の非存在下での可燃性ガスの点火から生じるピーク爆燃圧力Ｐｍａｘ（０）が記録され、そしてその球体は次の実験的試験に備えて排気される。
【００８１】
それぞれの試験についての試験球体において、同じ組成の可燃性ガス、異なる減衰物質が入れられた試験球体を用いて、その後少なくとも２回実験的試験が行われる。ピーク爆燃圧力はそれぞれの試験された減衰物質について記録される。より具体的には、試験球体は、第１の有効直径Ｄｓ（１）を有する第１の選択された減衰物質が入れられ、次いで、可燃性ガスが提供され、点火され、その後、第１の選択された減衰物質と関連した第１のピーク爆燃圧力Ｐｍａｘ（１）が記録される。少なくとも、もう一つの実験的試験が行われ、そこでは試験球体は、第２の有効直径Ｄｓ（２）を有する第２の選択された減衰物質が入れられ、次いで、可燃性ガスが提供され、点火され、その後、第２の選択された減衰物質と関連した第２のピーク爆燃圧力Ｐｍａｘ（２）が記録される。所望の場合には、異なる有効直径を有するさらなる種類の減衰物質を使用する追加の実験的試験が行われてもよい。関連する当業者によって容易に理解されるであろう様に、追加の実験的試験はさらなる実験データを提供し、これは、実際の産業スケールプロセス容器において使用するための減衰物質の種類およびサイズを決定するための、より強固で信頼性のあるモデルを提供するが、ここで使用されるもののような最低２つのデータポイントが必要とされる線形モデルを生じさせることが期待される。もちろん、特定の形状の減衰物質を繰り返し、様々な体積の（すなわち、異なる半径を有する）試験球体内で、例えば、体積５リットルの試験球体、体積１０リットルの別の試験球体、および体積２０リットルの別の試験球体内で試験することにより同じデータが得られうる。
【００８２】
もちろん、関連する当業者に容易に認識されるであろう様に、減衰物質を使用する第１の実験的試験で得られるＰｍａｘが、試験された特定の減衰物質はＰｍａｘの充分な低減をもたらし、それが使用されるプロセス容器の設計圧力未満にＰｍａｘがあることを示す場合には、異なるサイズの減衰物質を用いて追加の試験を行うことは厳密には必須ではない。むしろ、これらの結果は、第１の実験的試験において試験された物質と同じ形状および有効直径を有する減衰物質が、本発明に従って、その中の爆燃圧力を減衰させるためにプロセス容器の特定領域内に配置されるのに適するという結論を支持する。よって、試験された物質と同じ形状および有効直径の減衰物質は少なくとも２０％の体積充填を提供する量で、特定領域内に配置されうる。その中に減衰物質を配置する結果として、特定領域にわたる圧力低下があるであろうが、しかし圧力低下の量が許容できる場合には、さらなる実験的試験は回避されうる。
【００８３】
爆燃圧力減衰の程度は、使用される減衰物質の量（すなわち、特定領域内での体積充填パーセンテージ）に依存することが見いだされ、よって、何らかの所定の減衰物質についてのＰｍａｘの最大の低減は、その特定の減衰物質の１００％体積充填が使用される場合に得られるであろう。実施例３に示されるように、約２０％未満の体積充填の使用はほとんど測定不可能なＰｍａｘの低減しかもたらさず、推奨されない。よって、本開示の利点を考慮すると、複数の実験的試験が行われ上述のような線形モデルを作成するときに、全ての実験が試験球体内での同じ体積充填パーセンテージを用いて行われる場合には、より強固で信頼性のあるモデルが得られるであろうことは当業者には明らかであろう。さらに、プロセス容器内で１００％未満の体積充填の減衰物質を用いて、本発明の方法を使用することが望まれる場合には、等しい量の減衰物質を試験球体内で使用して実験的試験が行われることが推奨される。例えば、所定のプロセス容器内で、所定の減衰物質を５０％体積充填で使用することが望まれる場合には、実験的試験は、スケールアップのための最も代表的な実験データを得るために、試験球体内で、等しい５０％体積充填で行われるべきである。
【００８４】
減衰物質に関して、減衰物質の構成物の形状は、例えば、限定されるものではないが、球状、楕円体状、円筒状、サドル型、ブロック型、伸長状（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ）および多面体状の１種以上であることができ、並びに中実（ｓｏｌｉｄ）、中空、多孔質および少なくとも１つの貫通通路（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐａｓｓａｇｅ）保持、からなる群から選択される少なくとも１種の特徴を有するべきである。さらに、減衰物質は、セラミック、鉱物（ｍｉｎｅｒａｌ）、金属およびポリマーからなる群から選択される少なくとも１種の物質から製造されうる。さらに、第１の選択された減衰物質の構成物の形状、特に有効直径（Ｄｓ（１））が第２の減衰物質の構成物の形状、すなわち有効直径（Ｄｓ（２））と異なるように、第１および第２の減衰物質を選択することがことがより有益でありうる。
【００８５】
次に、それぞれのピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０），Ｐｍａｘ（１），Ｐｍａｘ（２），・・・Ｐｍａｘ（ｎ）、ただし「ｎ」は試験球体で行われた実験的試験の総数である）について、対応する爆燃混合係数（ＤＭＦ（０），ＤＭＦ（１），ＤＭＦ（２），・・・ＤＭＦ（ｎ）、ただし「ｎ」は行われた実験的試験の総数である）が次の式：
ＤＭＦ（ｎ）＝（Ｄｓ（ｎ）／Ｒｔｓ）×４０
（式中、ｎ＝０、１、２・・・ｎであり、Ｄｓ（ｎ）とＲ（ｔｓ）はそれぞれセンチメートル単位で測定される）
を用いて計算される。
【００８６】
二変数（ｘ，ｙ）データセットが明らかにされたので、そのデータペアに基づいて次の式：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝Ｍ×ＤＭＦ（ｎ）＋Ｂ
（式中、ｎ＝０，１，２，・・・ｎ）
を解き、変数ＭおよびＢについて定数値を決定することを必要とする、当業者に周知の代数手法を用いて、類似の形状であるが異なる有効直径の物質についての、ピーク爆燃圧力Ｐｍａｘ（ｎ）と爆燃混合係数ＤＭＦ（ｎ）との間の近似線形関係が決定（すなわち、線形化）されうる。
【００８７】
定数ＢおよびＭの値が計算されたら、製造者の設計情報からプロセス容器の最大許容封じ込め圧力（Ｐ（ｃ））を知り、Ｂ、Ｍおよび（Ｐ（ｃ））の既知の値を用いて、式：
ＤＭＦ（ａ）＝［Ｐ（ｃ）−Ｂ］／Ｍ
から、プロセス容器内に収容されうる最大爆燃混合係数（ＤＭＦ（ａ））が計算される。
【００８８】
最終的に、爆燃圧力を成功裏に減衰させ、達成される最大圧力（Ｐｍａｘ）を低減させ、プロセス容器の特定領域内での爆轟を回避するのに充分であることが期待される、減衰物質の構成物の最大有効直径（Ｄｓ（ａ））が次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
を用いて計算されうる。
【００８９】
減衰物質の構成物についての最大有効直径（Ｄｓ（ａ））を知ることにより、減衰物質の構成物が計算された最大有効直径（Ｄｓ（ａ））以下の有効直径を有する、手元にある特定のプロセス容器に適する減衰物質が選択される。選択された減衰物質は、構成物間のボイド空間および開口経路を最小化するように、プロセス容器の特定領域内に配置される。減衰物質は特定領域の少なくとも２０体積％、例えば、少なくとも４０体積％、または少なくとも６０体積％、または少なくとも８０体積％を占有するべきである。上述のように、ある減衰物質は、容器またはその中の特定領域に提供されたときに自己秩序化し、それらの間のボイド空間および開口経路がかなり均一でかつ最小化されるように、それら自体を自然に定着および整列させる構成物を含む。しかし、減衰物質が自己秩序化しない場合で、プロセス容器の特定領域に無秩序に提供される場合、特定領域内にそれらを配置する工程は、特定領域内に減衰物質の各構成物を手作業で配置し、構成物間のボイド空間および開口経路を最小化し、このような空間および経路ができるだけ均一になるようにすることが必要である。
【００９０】
当業者に容易に理解されるように、ピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（０））を実験的に決定する工程は、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、そのほかは空である試験球体内の可燃性ガスを点火し、次いで点火後に、試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（０））を測定することにより行われうる。同様に、第１のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（１））を実験的に決定する工程は、試験球体に第１の選択された減衰物質を充填した後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で、試験球体内の可燃性ガスを点火し、次いで点火後に、第１の選択された減衰物質を充填した試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（１））を測定することにより行われうる。もちろん、第２のピーク爆燃圧力（Ｐｍａｘ（２））を実験的に決定する工程が、試験球体に第２の選択された減衰物質を充填した後で、あらかじめ決定された操作条件の圧力および温度下で試験球体内の可燃性ガスを点火し、次いで点火後に、第２の選択された減衰物質を充填した試験球体内で到達した最も高い圧力（Ｐｍａｘ（２））を測定することにより行われうる。さらなる（第３、第４など）種類およびサイズの減衰物質についての最大圧力（Ｐｍａｘ（ｎ））は上述のと同じ方法により決定される。
【００９１】
本発明の別の実施形態において、そのなかでの可燃性ガスの燃焼により生じる爆燃圧力の減衰に適合した管状反応器が提供される。その管状反応器は、図１に関連して上述されたような概して既知の構成のものであり、それぞれが第１および第２の多孔板の間に延びており、その全てがシェル内に封入されている複数の管を含む。シェルによる管および多孔板の封入は複数の管の周りの流体の循環のためのシェル側領域、並びに反応側領域を形成する。反応側領域は、第１の多孔板によって一方の側に結合され、第１の多孔板の半径に実質的に等しい半径を有する特定入口領域、および第２の多孔板によって一方の側に結合され、第２の多孔板の半径に実質的に等しい半径を有する特定出口領域を含む。複数の管のそれぞれは、反応流体のスループットのために特定入口領域および特定出口領域の双方と流体連絡している。本発明に従った管状反応器は、複数の構成物を有する減衰物質をさらに含み、複数の構成物の全ては形状を有し、かつ複数の構成物は構成物間のボイド空間および開口経路が最小化されるように配置されている。減衰物質は、特定入口領域および特定出口領域の少なくとも一方の少なくとも２０％、例えば、少なくとも４０％、または少なくとも６０％、または少なくとも８０％を占有する。さらに、減衰物質の構成物は次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
（ここで、Ｄｓ（ａ）はセンチメートル単位であり、（ＤＭＦ（ａ））は減衰物質に関連する爆燃混合係数であって上記方法により実験的に決定され、Ｒ（ｖ）はセンチメートル単位であって減衰物質によって占有される特定入口領域または特定出口領域のいずれかの半径である）
を満足する有効直径（Ｄｓ（ａ））を有する。
【００９２】
管状反応器がＣ１−Ｃ８炭化水素、例えば、Ｃ３−Ｃ８炭化水素の気相触媒酸化に使用され、その対応する酸素化生成物、例えば、これに限定されないが、不飽和アルデヒド、および不飽和カルボン酸を生成する場合には、可燃性ガスが特定領域内に存在する。その可燃性ガスは１種以上のＣ１−Ｃ８炭化水素および酸素、その他の可能な成分、例えば１種以上の酸素化生成物および不活性物質の混合物である場合がある。気相触媒酸化の例には、これに限定されないが、イソブチレンのメタアクロレインまたはメタクリル酸への酸化；イソブタンのメタアクロレインまたはメタクリル酸への酸化；ブタンの無水マレイン酸への酸化；プロパンのアクロレインまたはアクリル酸への酸化；プロピレンのアクロレインまたはアクリル酸への酸化；およびメタンのシアン化水素へのアンモ酸化が挙げられる。
【００９３】
上述のように、減衰物質の形状は、球状、楕円体状、円筒状、サドル型、ブロック型、伸長状および多面体状からなる群から選択される少なくとも１種の形を有し、並びに中実（ｓｏｌｉｄ）、中空、多孔質および少なくとも１つの貫通通路（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐａｓｓａｇｅ）保持、からなる群から選択される少なくとも１種の特徴を有する。さらに、減衰物質は、セラミック、鉱物、金属およびポリマーからなる群から選択される少なくとも１種の物質を含む。適する減衰物質の例には、これに限定されるものではないが、セラミックサドル、バーミキュライト粒子、巻かれたＦＩＢＥＲＦＲＡＸセラミックブランケットを含む円筒（ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ材料は米国、ニューヨーク州、ナイアガラフォールズのＵｎｉｆｒａｘから市販されている）、ガラスマーブル（ｇｌａｓｓ  ｍａｒｂｌｅｓ）、使用済みの混合金属酸化物型酸化触媒、炭酸カルシウム粒子、アルミニウムラシヒリング（Ｒａｓｃｈｉｇ  ｒｉｎｇ）、バブル（ｂｕｂｂｌｅ）アルミナを含むプレキャスト円筒、フェノール系樹脂ビリヤードボール、中空ステンレス綱ボール、網状化銅発泡体タイル、ペンタリングベッド−トッピング媒体（Ｐｅｎｔａｒｉｎｇ  ｂｅｄ−ｔｏｐｐｉｎｇ  ｍｅｄｉａ）（米国、オハイオ州、ストウのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｎ  Ｎｏｒｐｒｏから市販）、並びに炭化ケイ素ボールベアリングが挙げられる。
【００９４】
本発明の管状反応器のさらなる実施形態において、特定入口領域および特定出口領域の少なくとも一方に２種以上の減衰物質が存在し、少なくとも一方の減衰物質が、他方の減衰物質の構成物の形状とは異なる形状の構成物を有する。
【００９５】
特に、特定入口領域および特定出口領域の少なくとも一方に２種以上の減衰物質が存在しうる。これらの減衰物質の少なくとも１種は次の数学的関係：
Ｄｓ（ａ）＝［ＤＭＦ（ａ）×Ｒ（ｖ）］／４０
（ここで、Ｄｓ（ａ）はセンチメートル単位であり、（ＤＭＦ（ａ））は減衰物質に関連する爆燃混合係数であって上記方法により実験的に決定され、Ｒ（ｖ）はセンチメートル単位であって減衰物質によって占有される特定入口領域または特定出口領域のいずれかの半径である）
を満足する有効直径（Ｄｓ（ａ））の構成物を有するべきである。
【００９６】
本発明は、ガス供給組成物、反応温度および反応圧力を含む可燃性の操作条件下で気相反応を安全に行う方法も提供する。
【００９７】
可燃性の操作条件が何らかの所定の反応系において存在するかどうかは、例えば、これらに限定されるものではないが、ガス供給組成物に含まれるガス物質の種類およびその特性、並びに反応が行われる温度および圧力（すなわち、反応温度および反応圧力）をはじめとする多くの変数にもちろん依存するであろう。当業者に充分に理解されているように、可燃性の操作条件は、同じガス状流れにおける可燃性ガスと酸素の相対濃度または比率が、爆発上限（ＵＥＬ）と爆発下限（ＬＥＬ）の間の爆発領域内にある場合に、可燃性ガス、例えば、アルカンおよびアルケン並びに酸素を含むガス状流れが点火、燃焼および／または爆発する可能性がある下での操作条件であり、このような限界は、プロセス中に存在する供給流れ、温度および圧力の特定の構成に応じて変化する。このような災害を回避するために、そのような酸化プロセスにおけるガス状供給流れにおける可燃性ガス（アルカン、アルケン）および酸素の相対量は典型的には爆発領域の外側の値、例えば、ＬＥＬ未満あるいはＵＥＬを超える比率に維持される。しかし、このアプローチは、反応の間に使用されうる反応物スループットの量を制限し、よって、関心事である特定の反応が経済的に実行可能な速度で進行することに必要な温度および圧力に応じて、生成されうる生成物の量も制限する。当業者は、炭化水素と酸素を含む特定のガス供給組成物について、特定の反応温度および圧力下で、可燃性の操作条件が存在するかどうかを決定する様々な方法に充分詳しい。例えば、限定されるものではないが、特定の反応系の可燃性を決定する１つの方法は欧州標準化ＤＩＮ  ＥＮ  １８３９：１月、２００４に記載されるような実験室的測定を行うことである。
【００９８】
気相反応を可燃性の操作条件下で安全に行うための本発明の方法は、ガス供給組成物が通る特定領域を有し、その特定領域が、可燃性の操作条件下でその物理的形状を維持する減衰物質の少なくとも１種によって少なくとも２０体積％占有されている反応容器を提供することを伴う。気相反応を行うこの方法は、１種以上のガス状物質を反応容器に提供し、反応容器の特定領域を通るガス状供給組成物を形成し、そのガス状供給組成物を反応容器内で、当該ガス状供給組成物が可燃性である温度および圧力で、１種以上の反応にかけることをさらに伴う。
【００９９】
１種以上のガス状物質は炭化水素、酸素含有ガスおよび、場合によって、１種以上の不活性物質を含む。「炭化水素」には、例えば、限定されるものではないが、アルカン、例えば、メタン、プロパンおよびブタン、並びにアルケン、例えば、プロペンおよびイソブチレン、並びにより複雑な炭化水素化合物が挙げられる。本明細書において使用される用語「酸素含有ガス」は、０．０１％から１００％までの酸素または酸素含有化合物、例えば、限定されるものではないが、空気、酸素富化空気、亜酸化窒素、二酸化窒素、純粋酸素、純粋酸素または酸素含有化合物と少なくとも１種の不活性ガス、例えば、窒素との混合物、並びにこれらの混合物を含むあらゆるガスを意味する。酸素含有ガスは純粋酸素ガスであることができるが、純粋さが特に必要とされない場合には、酸素含有ガス、例えば、空気を使用するのが通常、より経済的である。また、「不活性」物質には、実質的に不活性な、すなわち、関心のある特定の反応に関与せず、その特定の反応により影響を受けず、および／またはその特定の反応において不活性である任意の物質が挙げられ、例えば、これに限定されないが、窒素、水蒸気、希ガスおよび二酸化炭素が挙げられうる。
【０１００】
減衰物質は、減衰物質の構成物の最大好適有効直径を決定する実験的試験を行うことを伴う上述の本発明の方法に従って選択されることができる。減衰物質は、セラミック、鉱物、金属およびポリマーからなる群から選択される任意の種類の物質であることができる。減衰物質の構成物のそれぞれは、球状、楕円体状、円筒状、ワイヤ（ｗｉｒｅ）、サドル型、ブロック型、伸長状および多面体状からなる群から選択される少なくとも１種の形を含む形状を有し、並びに中実、中空、多孔質および少なくとも１つの貫通通路保持からなる群から選択される少なくとも１種の特徴を有する。
【０１０１】
可燃性の操作条件下で気相反応を安全に行う本方法のある実施形態において、炭化水素はプロピレンを含み、気相反応はプロピレンの酸化を含む。この実施形態において、減衰物質は、例えば、波形金網円筒および波形金網多面体を含みうる。別の実施形態において、ガス状物質はさらにアンモニアを含み、炭化水素はメタンを含み、気相反応はメタンのアンモ酸化を含む。メタンのアンモ酸化の反応器に使用される減衰物質は好適には、セラミック発泡体多面体を含みうる。
【実施例】
【０１０２】
実施例１
点火源並びに様々な温度および圧力測定センサおよび装置を備えた体積１４１ｆｔ３（４ｍ３）の圧力容器が、異なる減衰物質の非存在下および存在下の双方で圧力容器内で点火された可燃性ガスによって到達する最大爆燃圧力の試験に使用された。
【０１０３】
まず、可燃性ガスの合計体積を基準にして、４体積％のプロピレン、１１体積％の窒素および８５体積％の空気の組成を有する可燃性ガスで、空の圧力容器が満たされ、点火され、実際の到達した最大爆燃圧力を測定した。
排気後、圧力容器を、２インチ（５．１ｃｍ）直径のステンレス綱ポールリングで充填し３５ｆｔ２／ｆｔ３（１．１５ｃｍ２／ｃｍ３）の表面積を達成し、次いで、上記可燃性ガスで満たし、これは点火され、圧力測定がなされた。同じ手順が１インチ（２．５４ｃｍ）ステンレス綱ポールリングを用いて６５ｔｆ２／ｆｔ３（２．１３ｃｍ２／ｃｍ３）を達成することにより行われ、次いで、５／８インチ（１．６ｃｍ）ステンレス綱ポールリングを用いて１１０ｆｔ２／ｆｔ３（３．６１ｃｍ２／ｃｍ３）の表面積を達成することにより行われ、次いで、特定領域が充填されるまで特定領域内で何層も重ねて配置された波形ステンレス綱ニットメッシュのシート（０．０１０５インチ（０．２６６７ｍｍ）直径のワイヤで構成され、これは波形にされ巻かれて２８８キログラム／立方メートル（１８ポンド／立方フィート）の密度を達成し、カンザス州ウィチタのＫｏｃｈ−Ｏｔｔｏ  Ｙｏｒｋ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから市販されている）を用いて、９７ｆｔ２／ｆｔ３（３．１８ｃｍ２／ｃｍ３）の表面積を達成することにより行われた。全表面積と比較した、それぞれの上記減衰物質を用いて達成された最大爆燃圧力、およびその他の試験において達成された最大圧力が下記の表１に示される。
【０１０４】
【表１】
0005006358.tif 000002
【０１０５】
表１のデータから、試験されたどの物質も燃焼を成功裏に妨げないことが明らかであり、なぜなら燃焼が成功裏に妨げられた場合には、点火に続く試験容器内の認識できる圧力増加がない（すなわち、初期圧力＝Ｐｍａｘ）であろうからである。さらに、試験された全ての減衰物質は同じ材質（ステンレス綱）のものであって、それ故に同じ熱伝導性を有していたことから考えると、熱除去が実際にこの試験系内での制御メカニズムであったならば、全表面積とＰｍａｘとの間に非常に強い相関があるはずであることが、火炎防止器設計の技術分野の教示に基づいて期待されるであろう。しかし、表１のデータから、全表面積とＰｍａｘとの間の一貫した相関はないことが明らかである。全表面積７１５０ｆｔ２の１インチポールリングおよび全表面積１３５８０ｆｔ２の波形金網の双方が、中間的な全表面積１２１００ｆｔ２の５／８インチポールリングよりも、より低いＰｍａｘ値を達成した。さらに、全表面積４２００ｆｔ２の２インチポールリングは、空の容器（表面積なし）のものを有意に超えるＰｍａｘ値を達成した。先行技術の教示にもかかわらず、驚くべきことに、これらの試験結果は、従来特定されていなかった何らかの他のメカニズムが可燃性ガスシステムにおいて機能していることを示唆する。
【０１０６】
実施例２
本発明に従った方法および管状反応器の次の例の理解を容易にするために、図６および７Ａ−７Ｄが提供される。
増大した生産速度でのアクリル酸製造を達成するために、７％を超えるプロピレンを含む可燃性の高炭化水素供給ガスを用いて、２．５５ｂａｒ（３７ｐｓｉａ）および２０７℃（４０５°Ｆ）の温度で安全に操作するための、商業的スケールの、高生産性プロピレン酸化シェルアンドチューブ（管状）反応器（それ自体図示していない）が構成された。周知の先行技術（例えば、米国特許第７，０７４，９５５号、第７，１０２，０３０号および第７，３２６，８１０号、並びに米国特許出願公開第２００６／０１１１５７５号、および第２００６／０１６６３６５号を参照されたい）が、可燃性またはさらには可燃性に近い供給組成物の条件下での操作は回避されるべきと教示するように、このような高生産性操作は従来達成できていなかった。しかし、本発明の方法および装置の実現後、高生産性酸化プロセス、例えば、アクロレインおよびアクリル酸の製造の安全な操作のために、この有益な操作モードが利用されうる。
【０１０７】
この実施例のシェルアンドチューブ反応器は、直径６７５０ミリメートル（２２フィート）の水平入口チューブシートに溶接された２５，０００を超える管（それ自体は図示されないが、図１とそれに伴う説明を一般的に参照されたい）で構成される。シェルアンドチューブ反応器は単一反応器シェルとして構成され、これは異なる触媒組成を有する複数の反応領域が単一の容器内に存在することを意味し、それぞれの管は最適の反応条件のための複数の反応領域およびサブ領域を有する。
【０１０８】
この上向流シェルアンドチューブ反応器のヘッドスペース（すなわち、特定入口領域）は（特定入口領域が反応器の「底部」、すなわち図１の特定領域２２に位置することを意味する）、本発明の方法に従って爆燃圧力を減衰させる圧力減衰構成物を含む減衰物質で充填された。この結果を達成するために、減衰物質は、軸方向流れ経路を最小化するために（すなわち、チャネリングを妨げるために）反応器ヘッド内に手作業で配置された様々な金網構成物で構成された。図６および７Ａ−７Ｄは、概して、この実施形態のための金網構成物の結果的な配置を図示し、これは明細書中で後に詳しく説明される。
【０１０９】
この実施例の本発明の実施形態に従った反応器は下記の供給条件下で安全に操作された：
【０１１０】
【表２】
0005006358.tif 000003
【０１１１】
図６を参照すると、入口チューブシート３６と共に封入ヘッドスペース（特定入口領域３４）を形成するように、反応器３２（部分的にのみ図示される）と連結された反応器入口ヘッドアセンブリ３０の側面図が示されている。入口配管フランジ３８は入口ヘッドアセンブリ３０の中心線４０上に配置され、供給ガス（それ自体は図示されていない）がヘッドスペース（特定入口領域３４）に入ることができる。反応器入口ヘッドアセンブリ３０は、長さ１８５５ミリメートル（６．１フィート）の垂直壁チャネルセクション４４に溶接されたトリスフェリカル（ｔｏｒｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ）ヘッド４２を含む。反応器のヘッドスペース寸法は、それ故に、直径約６７５０ミリメートル（２２フィート）、および入口ヘッドアセンブリ３０の中心線４０で測定された全高約３１２５ミリメートル（１０．２５フィート）である。封入ヘッドスペース３４は９６．１立方メートル（３３９３立方フィート）の体積を有する。
【０１１２】
この実施形態の構成物を製造するのに使用された特定の金網は、０．０１０５インチ直径３０４Ｌステンレス綱ワイヤを含むニット（ｋｎｉｔｔｅｄ）金網（一般的に「バルクメッシュ」と称される）であり、これは波形にされ、巻かれて、２８８キログラム／立方メートル（１８ポンド／立方フィート）の密度を達成し、コネチカット州ハートフォードのＡＣＳ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから得られた。好適な金網はカンザス州ウィチタのＫｏｃｈ−Ｏｔｔｏ  Ｙｏｒｋ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙまたはニュージャージー州エジソンのＭｅｔｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからも商業的に入手されることができる。このような金網はニットチューブとして構成され、次いで二重層「ブランケット」形態で使用するために平坦にされるか、または単一層シート形態で使用するために分けられる。
【０１１３】
本実施形態においては、円筒および長方形パッドを含む金網構成物の組み合わせが封入ヘッドスペース３４内に配置される。円筒形金網構成物（ロール）を形成するために、二重層金網の長方形セクションがまず波形にされ、次いで巻かれて、約２８８キログラム／立方メートル（１８ポンド／立方フィート）の嵩密度を有し、±０．５ポンド／立方フィートの公差を有する特定の最終的な高さおよび直径の円筒を形成した。長方形パッド金網構成物（ブランケット）を形成するために二重層金網の長方形セクションがまず波形にされ、次いで層状にされ、約２８８キログラム／立方メートル（１８ポンド／立方フィート）の嵩密度を有する特定の最終的な長さ、幅および高さの長方形パッドを形成した。
【０１１４】
波形形成は任意であるが、波形形成の使用は金網のボイド割合を増大させ、構成物の導入総重量をより低くするための低減された嵩密度をもたらす。別の実施形態においては、波形形成されていない二重層金網が使用され、約４１６キログラム／立方メートル（２６ポンド／立方フィート）の嵩密度を有する金網ロールおよび金網ブランケットを形成しうる。
【０１１５】
上述の本実施形態の特定のヘッドスペース体積のために、表２に示される次の金網構成物が使用された：
【０１１６】
【表３】
0005006358.tif 000004
【０１１７】
それぞれの標識された高度水準について図７Ａ−７Ｄに示されたレイアウトに従って、特定入口領域３４内に上述の金網構成物が手作業で配置された。この結果、最頂部の金網表面が入口チューブシート３６から約０から１５センチメートルの間の距離に配置された、金網ロールおよびブランケットを含む減衰物質で本質的に完全に充填された封入ヘッドスペース（特定入口領域３４）を生じさせた。
【０１１８】
チューブシートに最も近い特定入口領域３４内の５つの水準、すなわち、水準Ｒ−Ｒ、Ｓ−Ｓ、Ｔ−Ｔ、Ｕ−ＵおよびＶ−Ｖ（図６参照）は、それぞれ、図７Ａに示されるのと同様に充填されたが、なぜならそれらは同じ形状特に同じ直径のものであったからである。図７Ａを参照すると、直径１８インチおよび高さ１４．６インチであった金網ロール５０が使用され、これらの水準でのヘッドスペースの過半を満たしたが、一方で、直径１２インチおよび高さ１４．６インチのサイズの金網ロール５２が、複数の大きな金網ロール５０の外縁（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）周りに配置された。さらに、直径２．６インチを有し高さ１４．６インチである金網ロール５４が、最も大きな金網ロール５０の間のボイド空間に配置され、これら大きな金網ロール５０の間のボイド空間の少なくともいくらかを満たした。それぞれの水準（Ｒ−Ｒ、Ｓ−Ｓ、Ｔ−Ｔ、Ｕ−ＵおよびＶ−Ｖ）において、高さ１４．６インチの金網ロールが、交互の様式で重なって端と端が接するように積層され、そのようにしなければ形成されたであろうボイドチャネルを細かくした。
【０１１９】
厚さ３インチ、高さ７３インチおよび幅２４インチのサイズの金網ブランケット５６は、特定入口領域の外縁を囲む層に押しつけられ、水準Ｒ−Ｒ、Ｓ−Ｓ、Ｔ−Ｔ、Ｕ−ＵおよびＶ−Ｖの全高におよぶ。厚さ３インチ、高さ１４．６インチおよび幅１２インチの同様の金網ブランケット５８が、より大きな金網ブランケット５６と外縁付近の中型金網ロール５２との間のボイド空間に挿入された。
【０１２０】
図７Ｂは、図７Ａにより表される上記５つの水準よりも小さな直径を有する水準Ｘ−Ｘでの金網ロールおよびブランケットの配置を示す。特に、金網ロールおよびブランケットの組み合わせがまたもや使用され、この水準Ｘ−Ｘでの最大ロール６０は直径１８インチ、高さ１３インチであり、この水準での断面積の過半を占有するように中央部に配置された。直径１２インチ、同じ高さ１３インチを有する同様の金網ロール６２が、最大金網ロール６０の外縁周りに配置された。この高さでのヘッドスペース３４（特定入口領域）の傾斜壁に適合するような、同じ直径１２インチを有するが高さ８インチであるさらなる金網ロール６４が、小さな金網ロール６２の外縁周りに配置された。最終的に、高さ８インチの金網ロール６４の周囲を囲む、水準Ｘ−Ｘの最外体積が金網ブランケット６６で満たされた。図７Ｂに示されるように、ヘッドスペース３４内でポスト、バッフル、ノズルなど（例えば、図７Ｂにおいてポスト６８ａ、６８ｂ）の障害物に接触する場合には、金網構成物（例えば、最大金網ロール６０）は、当業者に容易に理解されるように、そのような障害物に適応させるように形を整えられることができ、すなわち、部分が切断除去されてもよい。
【０１２１】
図７Ｃは、図７Ｂによって表される上記水準Ｘ−Ｘよりもさらに小さな直径を有する水準Ｙ−Ｙでの金網ロールおよびブランケットの配置を示す。さらに、最大金網ロール７０は直径１８インチおよび高さ１３インチであり、水準Ｙ−Ｙの断面領域の中央部に配置された。直径１２インチおよび高さわずか６インチを有する金網ロール７２は最大金網ロール７０の外縁周りに配置され、直径１２インチを有するが高さわずか４インチしかないさらに短い金網ロール７４が６インチ高さの金網ロール７２の外縁周りに配置された。金網ブランケット７６は４インチ高さ金網ロール７４と容器壁Ｗとの間に残った空間を満たすために使用された。図８Ｃに見られうるように、ポスト６８ａおよび６８ｂは水準Ｘ−Ｘから水準Ｙ−Ｙに下方へ延び、その結果少なくともいくつかの１２インチ高さ金網ロール７２が、従前の水準におけるように、形を整えられた。
【０１２２】
図７Ｄは、図７Ｃによって表される上記水準Ｙ−Ｙよりもさらに小さな直径を有する水準Ｚ−Ｚでの金網ロールおよびブランケットの配置を示す。示されるように、異なる高さであるが、全て１２インチの直径を有する金網ロールが、水準Ｚ−Ｚを満たすために使用された。より詳細には、Ｚ−Ｚ水準に使用された最も高い金網ロール８０は高さ１１であり、その最も高いロール８０の外縁周りに配置された、次に高い金網ロール８２は８インチの高さを有している。６インチの高さ（依然として直径１２インチである）であった金網ロール８４は、１１インチ高さの金網ロール８２の外縁周りに配置され、わずか４インチの高さを有するさらに短い金網ロール８６が、６インチ高さ金網ロール８４の外縁周りに配置された。全ての他の水準におけるように、容器壁Ｗに対して残存する空間をみたすために、金網ブランケット８８が最外金網ロール８６の外縁周りに配置された。
【０１２３】
それぞれの水準の最も中央の部分に、最も高い（すなわち、最も背の高い）金網ロールを配置し、より短い金網ロールで取り囲むことは、容器壁がヘッドスペース３４（特定入口領域）の最も底の部分で先細になる場合に、金網減衰物質ができるだけ多くのヘッドスペース３４を満たすことを可能にした。
【０１２４】
別の実施形態においては、本発明の方法の意図からはずれることなく、減衰物質の１種以上の構成物のワイヤ直径が変更されることができ、例えば、０．００８インチの、または０．０１１インチのワイヤ直径が使用されることができ、構成物の１種以上についてのニットの金網サイズが変更されることができ、例えば、３０ニードルメッシュ、または９０ニードルメッシュが使用されうる。このような変更は、場合によっては波形形成（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）と組み合わされ、コスト、取り扱いの容易性、嵩密度、耐久性などの可変事項を最適化するためになされることができ、かつこのような変更は本開示の利益を考慮すると、当業者の能力の範囲内のことである。
【０１２５】
さらに、金網を製造するのに使用されるワイヤを形成するために、別の材料の構成が使用されうる。ある実施形態においては、例えば、再利用されるガスに存在しうる成分によるポリマー系の汚染に抵抗するために、金網は銅を含むことができる。別の実施形態においては、金網は磁性ステンレス綱を含むことができる。さらに別の実施形態においては、網は、シリカ、アルミナおよびジルコニアから選択される１種以上の物質を含むニットセラミック繊維から形成されうる。
【０１２６】
上記実施例は単一反応器シェル構成に関連して提供されるが、プロセス容器が中間の冷却用交換器を有するもしくは有さずに、直列に配置された複数のシェルアンドチューブ反応器を含み、各反応器が１種以上の化学反応を容易にするための触媒組成をサブ領域を有するもしくは有さずに含み、減衰物質が上流シェルアンドチューブ反応器の特定出口領域、任意の構成である中間熱交換器、および後続の下流シェルアンドチューブ反応器の入口の１以上に配置されうることを当業者は認識するであろうことに留意されたい。このような実施形態は、上流反応器の排出ガス組成物がその後の下流プロセス容器において可燃性ガス混合物を形成できる１種以上の化合物を含みうるので有利である。このような構成は、追加の酸化剤（例えば、空気または酸素を含む他の混合物）の添加が、直列の２つの反応器の間の１以上の点においてなされる場合に特に好まれる。
【０１２７】
さらに、上記実施例は触媒酸化のために使用されるプロセス容器に関連するが、本発明の方法および装置は、他の種類の化学反応、例えば、アンドリュッソーシアン化水素反応器におけるメタンのアンモ酸化を行うために構成されたプロセス容器に等しく、有利に適用可能である。例えば、このようなシアン化物生成反応容器は、網状化セラミック発泡体で少なくとも５０％満たされている円錐形ヘッドスペース（特定入口領域）を有しうる。本発明の方法に従った爆燃減衰は、シアン化水素反応器が可燃性供給条件下で操作される場合に特に有利であり；そのような条件は、例えば、反応器が大気圧を超えて（例えば、３０ｐｓｉｇ以上の圧力で）操作される場合、または反応器が酸素富化供給物を用いて操作される場合に起こりうる。特に、酸素富化シアン化水素反応器内の可燃性ガス供給物の燃焼の際に起こりうるエネルギー的圧力上昇のために、触媒のすぐ上流の領域で測定される供給ガス中の酸素対窒素の比率が約２５：７５を超えるものであり、例えば、約３０：７０を超えるものであり、さらには約５０：５０を超えるものであるシアン化水素反応器に本発明の方法を使用することが特に好まれる。
【０１２８】
実施例３
本発明の方法に従って、可燃性ガスサービスにおいて存在するプロセス容器を利用することが望まれる。プロセス容器は、図１の反応器に類似するシェルアンドチューブ（すなわち、管状）型酸化反応器であり、３．４２ｂａｒ（３．５ｐｓｉｇ）の操作圧力および２２５℃の操作温度で可燃性ガスが容器の頂部ヘッドに入る、下向流構成で操作された。存在する反応器には、破裂板のような緊急圧力開放装置を備え付けていなかったので、あらゆる爆燃現象からの圧力増加を封じ込めることができなければならない。容器の入口ヘッドは６７５ｃｍ（２２フィート）の内部直径およびこれらの操作条件下で１２ｂａｒ（１６０ｐｓｉｇ）の最大許容封じ込め圧力Ｐ（ｃ）を提供するのに充分な壁厚さを有した。入口反応器の特定領域内の可燃性ガス組成は５．５体積％のプロピレン、１９．５体積％の酸素、７３．３体積％の窒素および１．７体積％の水であった。
【０１２９】
本発明の方法に従って、反応器入口ヘッド内の爆燃圧力は、反応器入口ヘッドの特定領域を９０ｍｍ中空アルミナ球体（米国カリフォルニア州サンディエゴのＤｅｅｐＳｅａ  Ｐｏｗｅｒ＆Ｌｉｇｈｔから市販）で完全に満たすことにより減衰されうる。これらの球体は９９．９％アルミナから製造されるが、それらは水より低い嵩密度を有し、反応器が支えなければならない減衰物質の総重量を有利に低減させる。
【０１３０】
よって、目的は、このような９０ｍｍ中空アルミナ球体が入口ヘッド内に配置された場合に、存在する容器が目的とする条件下で安全に操作されうるような充分な圧力減衰をもたらすかどうかを決定することであった。しかし、９０ｍｍ中空アルミナ球体の物理的サイズ（実際の直径＝９．１４ｃｍ（３．６インチ））のために、利用可能な１０リットル爆発試験装置においてそれらは直接評価されることができなかった。
【０１３１】
本発明の方法に従って、小スケール構成物を有するいくつかの減衰物質が実験室スケール試験装置で最初に評価され、実施例のシステムにおけるその圧力減衰能力を評価した。この特定の実施例の場合について、試験は６ｍｍ中実セラミック球体、６ｍｍ×１０ｍｍ中実セラミック円筒および２０ｐｐｉセラミック発泡体を用いて行った。
【０１３２】
この実施例における全てのＰｍａｘ決定については、欧州標準化ＤＩＮ  ＥＮ  １３６７３−１およびＤＩＮ  ＥＮ  １３６７３−２、９月、２００３の要件に従って設計された１０リットル断熱爆発試験装置が使用された。特に、その装置は内部半径１３．４ｃｍ（５．３インチ）の１０リットル断熱試験球体を有していた。その球体は速作動性圧力トランスデューサー（米国ニュージャージー州のＫｕｌｉｔｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓにより製造されたモデルＨＥＭ−３７５−ＴＭ）、並びに２つの熱電対および電気点火源を備えていた。
【０１３３】
空の容器試験の全て（試験Ａ）において、９ｃｍ直径×９ｃｍ長さの円筒形ワイヤスクリーンケージも試験球体内側の点火源の周りに配置され；このケージは自燃が開始されうるように充分な空き空間（約０．５７リットル）が点火装置の周りに維持されることを確かにした。
【０１３４】
５．５体積％のプロピレン、１９．５体積％の酸素、７３．３体積％の窒素および１．７体積％の水である目的の可燃性ガス組成に適合する試験ガス組成物は、加熱予備混合容器内で純粋な成分ガスを混合することにより調製された。この試験ガス組成物はこの実施例において、全てのＰｍａｘ決定のために使用された。
【０１３５】
試験Ａ：空の容器
空の試験容器（減衰物質を収容していない）が、まず、排気された（＜１ｍｂａｒ圧力）。次いで、予備混合された試験ガス混合物がその容器中に導入され、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。上記欧州標準化の要件に従って、次いで、ガスが点火され、圧力および温度を監視し、空の試験容器において生じる爆燃のＰｍａｘの測定結果を得た。
【０１３６】
試験Ｂ：中実セラミック球体
６ｍｍ（１／４インチ）直径のＤＥＮＳＴＯＮＥ５７担体球体（米国オハイオ州アクロンのＮｏｒｔｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．から市販）の約１４ｋｇを同じ試験容器に注ぎ入れ、自己集合させた（充填密度について手作業の調整はなされなかった）。これは、９４％体積充填のセラミック球体（９．４３リットルの球体＋ワイヤスクリーンケージ内の０．５７リットルの空間）を表した。従前のケースにおけるように、容器は次いで排気され、次いで試験ガスを入れて、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック球体を有する試験容器内で生じる爆燃のＰｍａｘの測定結果を得た。これらセラミック球体の有効直径Ｄｓは０．６４ｃｍ（１／４インチ）であると決定される。これらセラミック球体についての爆燃混合係数（ＤＭＦ）は式：
ＤＭＦ＝Ｄｓ／Ｒｔｓ×４０
（式中、試験容器球体の半径Ｒｔｓは１３．４ｃｍである）
によって決定される。
よって、これらセラミック球体についてのＤＭＦは１．９１であると計算される。
【０１３７】
試験Ｃ：中実セラミック円筒
６ｍｍ（１／４インチ）直径、１０ｍｍ（３／８インチ）長さのＤＥＮＳＴＯＮＥ５７ペレット（米国オハイオ州アクロンのＮｏｒｔｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．から市販）の約１３ｋｇを同じ試験容器に注ぎ入れ、自己集合させた（充填密度に対して手作業の調整はなされなかった）。これは、９４％体積充填のセラミック円筒形ペレット（９．４３リットルの円筒＋ワイヤスクリーンケージ内の０．５７リットルの空間）を表した。この場合もまた、その容器は排気され、次いで試験ガスを入れて、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック円筒を有する試験容器内で生じる爆燃現象のＰｍａｘの測定結果を得た。これらセラミック円筒の有効直径Ｄｓは、球内に内接した円筒の２次元投影を考慮することにより数学的に決定されることができる。より具体的には、図９に認められるように、円筒は高さＨｃと幅Ｄｃ（円筒の直径に等しい）の長方形により表される。内接長方形の対角線は外接円の直径Ｄｓに等しいことは図から容易に明らかになる。よって、Ｈｃ＝０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）およびＤｃ＝０．６３５ｃｍ（１／４インチ）を有する場合、有効直径Ｄｓは１．１４ｃｍ（７／１６インチ）であると容易に決定されることができ、そしてこれらセラミック円筒についてのＤＭＦは３．４２であると計算されうる。
【０１３８】
試験Ｄ：２０ｐｐｉセラミック発泡体
２０孔／インチ（２０ｐｐｉ）の５ｃｍ（２インチ）厚さ×１５ｃｍ直径（６インチ）ディスク、ＡＬＵＣＥＬ−ＬＴアルミナセラミック発泡体（米国ニューヨーク州アルフレッドのＶｅｓｕｖｉｕｓ  Ｈｉ−Ｔｅｃｈ  Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販）が同じ試験容器内に多層積み重ねで手作業で配置された。発泡体ディスクのいくつかは１０の破片に壊され、次いで試験球体内のボイド空間を最小化するために、これらの破片は全体がそのままのディスクに隣接するように試験容器内ににはめられた。この手順は、約９４％体積充填のセラミック発泡体（９．４３リットルの発泡体片＋ワイヤスクリーンケージ内の０．５７リットルの空間）を生じさせた。試験容器内のセラミック発泡体の合計量は約４ｋｇの重さとなった。上述のように、その容器は排気され、次いで試験ガスを入れて、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック発泡体を有する試験容器内で生じる爆燃現象のＰｍａｘの測定結果を得た。セラミック発泡体の有効直径Ｄｓは、単純に孔／インチ（ｐｐｉ）測定値をセンチメートル単位に変換することにより容易に決定されうる。よって、このセラミック発泡体のＤｓは０．１２７ｃｍ（＝１／２０インチ）であり；よって、このセラミック発泡体のＤＭＦは０．３８であると計算されうる。
【０１３９】
これらの試験の結果が以下の表３にまとめられる。
【０１４０】
【表４】
0005006358.tif 000005
【０１４１】
試験結果について、３種の試験された構成物の全ては実施例のシステムにおいて充分な圧力減衰をもたらし、安全な操作を可能にするであろうことは、本開示の利益を受ける通常の技術を有する者に明らかであろう。しかし、９０ｍｍ中空アルミナ球体がこの目的のために使用されうるかどうかを知ることが望まれる。よって、この実施例で提示された疑問に答えるために、ＰｍａｘとＤＭＦとの間の数学的関係が：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝０．９０６４×ＤＭＦ（ｎ）＋６．３１９４
であると決定される。数学の通常の技術を有する者はこれはＰｍａｘとＤＭＦとの間に線形的関係があることを認識するであろう。
【０１４２】
この関係は図１０の斜めの傾向線として示される。試験Ｂ、ＣおよびＤについてのＤＭＦ対Ｐｍａｘデータも図１０に示される。便宜上、空の容器のＰｍａｘも１９．２ｂａｒでの水平線によって図１０に示される。厳格に必要とされるものではないが、データおよび傾向線をプロットすることによりもたらされる視覚的検討は、そのデータセット内での重大な間違いまたは理想の挙動からの逸脱がないことの追加的な確認をもたらすので推奨される。
【０１４３】
図１０から、この実施例の特定の試験システムに関して、本発明の方法に従った使用のために選択された減衰物質は、実施例のシステムにおいてＰｍａｘの測定可能な減衰をもたらすために、約１４インチ未満のＤＭＦを有しなければならないことが直ちに明らかになるであろう。
【０１４４】
さらに、爆燃圧力（Ｐｍａｘ）を反応容器の最大封じ込め圧力（Ｐ（ｃ））以下のレベルに減衰させるために、約６以下のＤＭＦ値の減衰物質が必要とされることが（図１０から視覚的にまたは線形的関係から数学的に）決定されうる。
最終的に、本発明の方法に従って、９０ｍｍ中空アルミナ球体についてのＤＭＦが次に決定された。この場合に、ＤＭＦの計算は式：
ＤＭＦ＝Ｄｓ／Ｒｐｖ×４０
（式中、Ｄｓは中空球体の直径（＝９．１４ｃｍ）であり、Ｒｐｖはプロセス容器の半径（反応器入口ヘッド半径＝３３７．５ｃｍ）であった）
に基づくものであった。このことから、中空球体のＤＭＦは１．０８であると決定され、反応器入口ヘッドの特定領域を９０ｍｍ中空アルミナ球体で完全に満たすことは目的の条件下で反応器を安全に操作するのに充分な圧力減衰をもたらすであろうことが結論された。
【０１４５】
比較例１
上述の実施例は、プロセス容器を圧力減衰構成物で完全に満たすこと（「１００％体積充填」条件）の利点を示した。しかしある状況においては、代わりに、プロセス容器内の１００％未満の体積充填の本発明の発明コンセプトを利用し、例えば、減衰物質の購入のコストを最小化するかまたは導入時間を最小化することが望まれる場合がある。
さらに、先に記載された１０リットル断熱爆発試験装置が、この例において全てのＰｍａｘを決定するために使用された。先に記載されたように、円筒状ワイヤスクリーンケージが試験球体内側の点火源の周りに配置された。
しかし、これらの例において、円筒状ワイヤスクリーンケージは、試験容器内の圧力減衰物質の体積を調節する手段として変更された。０．２８リットル、０．５７リットルおよび２．４リットルの３つのサイズのワイヤスクリーンケージが使用された。
【０１４６】
さらに、５．５体積％のプロピレン、１９．５体積％の酸素、７３．３体積％の窒素および１．７体積％の水である試験ガス組成物が、加熱予備混合容器中で純粋成分ガスを混合することにより製造された。この試験ガス組成物は、この例における全てのＰｍａｘ決定のために使用された。
【０１４７】
試験Ｅ：
試験容器点火装置が２．４リットルワイヤスクリーンケージに取り付けられた。６ｍｍ（１／４インチ）直径のＤＥＮＳＴＯＮＥ５７担体球体（米国オハイオ州アクロンのＮｏｒｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．から市販）の約１０．７ｋｇを試験容器に注ぎ入れ、自己集合させた（充填密度に対して手作業の調整はなされなかった）。これは７６％体積充填のセラミック球体（７．６リットルの球体＋ワイヤスクリーンケージ内の２．４リットルの空間）を表した。上述の場合におけるように、容器は次いで排気され、次いで試験ガスを入れ、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック球体を有する試験容器内での爆燃現象により生じたＰｍａｘの測定結果を得た。
【０１４８】
試験Ｆ：
試験容器点火装置が０．５７リットルワイヤスクリーンケージ（９ｃｍ直径×９ｃｍ長さ）に取り付けられた。６ｍｍ（１／４インチ）直径のＤＥＮＳＴＯＮＥ５７担体球体（米国オハイオ州アクロンのＮｏｒｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．から市販）の約１３．４ｋｇを同じ試験容器に注ぎ入れ、自己集合させた（充填密度に対して手作業の調整はなされなかった）。これは９４％体積充填のセラミック球体（９．４３リットルの球体＋ワイヤスクリーンケージ内の０．５７リットルの空間）を表した。上述の場合におけるように、容器は次いで排気され、次いで試験ガスを入れ、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック球体を有する試験容器内での爆燃現象により生じたＰｍａｘの測定結果を得た。
【０１４９】
試験Ｇ：
試験容器点火装置が０．２８リットルワイヤスクリーンケージ（９ｃｍ直径×４．５ｃｍ長さ）に取り付けられた。６ｍｍ（１／４インチ）直径のＤＥＮＳＴＯＮＥ５７担体球体（米国オハイオ州アクロンのＮｏｒｔｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｃｏｒｐ．から市販）の約１４ｋｇを同じ試験容器に注ぎ入れ、自己集合させた（充填密度に対して手作業の調整はなされなかった）。これは９７％体積充填のセラミック球体（９．７２リットルの球体＋ワイヤスクリーンケージ内の０．２８リットルの空間）を表した。上述の場合におけるように、容器は次いで排気され、次いで試験ガスを入れ、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、セラミック球体を有する試験容器内での爆燃現象により生じたＰｍａｘの測定結果を得た。
【０１５０】
これらの試験の結果は下記の表４にまとめられる。
【０１５１】
【表５】
0005006358.tif 000006
【０１５２】
このデータは、同じ形状および同じ有効直径（Ｄｓ）を有する構成物の減衰物質について、体積充填を増加させることで、より大きな圧力減衰が達成されうることを示す。これらのデータポイント間の数学的関連は：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝−０．１２１４×％ＶＦ（ｎ）＋１９．２
（式中、％ＶＦは使用された減衰物質の％体積充填を表す）
であると決定された。数学の通常の技術を有する者は、これはＰｍａｘと％ＶＦとの間に線形的関係があることを認識するであろう。
【０１５３】
この関係を用いると、結果として、５０％体積充填の減衰物質は、約１３．１ｂａｒ（１７５ｐｓｉｇ）にＰｍａｘを低減させ、約３０％（＝６．１／１９．２）の爆燃圧力の低減を表すことが予想されうる。さらに、３５％体積充填の減衰物質は、約１５ｂａｒ（２００ｐｓｉｇ）にＰｍａｘを低減させ、約２０％（＝４．２／１９．２）の爆燃圧力の低減を表すことが予想されうる。
さらに、２０％体積充填の減衰物質は、約１６．８ｂａｒ（２２９ｐｓｉｇ）にＰｍａｘを低減させ、わずか約１０％（＝２．４／１９．２）の爆燃圧力の低下を表すことが予想されうる。
【０１５４】
このような、低い％体積充填でのＰｍａｘの比較的小さい低減、および実際に測定された値から離れて線形的関係を推定することの潜在的不確かさは、本発明の方法を実行する場合に２０％より大きい体積充填の減衰物質が使用されるべきであることを示唆する。例えば、少なくとも３５％体積充填の減衰物質は、または少なくとも５０％体積充填、または７５％体積充填の減衰物質は、本発明の方法を実行する場合に使用されうる。
【０１５５】
実施例４
ポールリングは少なくとも１つの貫通通路を有する構成物を有する減衰物質の一般的な一例である。
少なくとも１つの貫通通路を有する構成物は、常に爆燃圧力減衰に関して期待されるように挙動するわけではないことが上述の実施例１に関連して提供された表１に認められうる。理想的な減衰物質挙動からのこのような逸脱は、４立方メートル試験容器中の２インチポールリングの場合（上記実施例１参照）のようないくつかの場合において、空の容器のＰｍａｘよりも実際にＰｍａｘが大きくなりうる。
理想的な減衰物質挙動からのこのような逸脱を示すので、表１において先に提示されたポールリング試験についてのＤＭＦ値が計算され、このＤＭＦ対Ｐｍａｘデータが次いで図１１に示されるようにプロットされた。この実施例におけるデータポイント間の数学的関連は：
Ｐｍａｘ（ｎ）＝−４．２１４６×［ＤＭＦ（ｎ）］２＋２７．９０５×ＤＭＦ（ｎ）−１６．９３９
であることが決定された。数学の通常の技術を有する者はこれがＰｍａｘとＤＭＦとの間の理想的な線形的関係ではなく、多項式関係であることを認識するであろう（図１１に示される多項式曲線を参照）。便宜上、図１１において、空の容器のＰｍａｘは２１ｂａｒ（２９０ｐｓｉｇ）での水平線により示される。
【０１５６】
少なくとも１つの貫通通路を有する構成物を有する減衰物質は、常に爆燃圧力減衰に関して期待されるように挙動するわけではないことが上述の図１１から認められうる。ＤＭＦが増加するにつれてこの非理想的な挙動はより顕著であったことはさらに明らかである。理論に拘束されるのを望まないが、貫通通路の有効内側直径が増加するにつれて、この構成物を通る圧力波伝播が有利であり、このことは、放射状のそらしを犠牲にして爆燃圧力波の軸方向伝播が促進され、その結果Ｐｍａｘ減衰の程度を低減させることが仮定される。上述のように、２インチポールリングの場合（上述の表１）におけるようなある場合においては、最終結果は、Ｐｍａｘが空の容器のＰｍａｘよりも実際に大きくなることがあり得る。
【０１５７】
非理想的な減衰物質挙動の（すなわち、少なくとも１つの貫通通路を有する構成物を用いての）よりよい理解を提供するために、１より多い貫通経路を有する構成物、特に、３／４インチのＰＲＯＷＡＲＥ（商標）ＴＹ−ＰＡＫ（登録商標）熱移送媒体およびＨｅｘＰａｋ（商標）９０熱移送媒体（この両方は、米国オハイオ州ストウのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｎｏｒｐｒｏから市販）を用いて、Ｐｍａｘのさらなる決定がなされた。これらの実験のために、上述の試験手順および１０リットル試験装置がここでも使用された。これらの実験の全ては３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の初期圧力および２２５℃の初期温度で行われた。全ての実験において、５．５体積％のプロピレン、１９．５体積％の酸素、７３．３体積％の窒素および１．７体積％の水である可燃性ガス組成物が使用された。
表１（上記実施例１参照）および表５（下記）の双方におけるデータから、少なくとも１つの貫通通路を有する構成物を有する減衰物質は、本発明の方法に従って爆燃圧力を成功裏に減衰させるために使用されうることが認められうる。
【０１５８】
【表６】
0005006358.tif 000007
【０１５９】
各構成物中の貫通通路のサイズが小さく、それにより軸方向流れについての最小の能力を提供する少なくとも１つの貫通通路を有する構成物を有する減衰物質については、ＤＭＦの値とＰｍａｘとの間に理想的な線形的関係が存在すると考えられる。しかし、少なくとも１つの貫通通路を有する構成物は、構成物サイズ（よって、ＤＭＦ値）および貫通通路のサイズが増大するにつれて、理想的な減衰物質挙動から逸脱しうることは、本開示の利益が与えられる通常の技術を有する者にはあきらかであろう。よって、理想的な線形的挙動から潜在的逸脱が起こるのを確実にするために、貫通通路を有する構成物を有する減衰物質を評価するための、より大きな程度の実験室試験が行われることが推奨される。
【０１６０】
実施例５
ここにおいても、減衰物質としての使用のために金網円筒が評価されたこの実施例において、Ｐｍａｘ決定のために上述の１０リットル断熱爆発試験装置が使用された。この実施例において、０．６７３リットル円筒状ワイヤスクリーンケージが試験球体内側の点火源の周りに配置された。
５．５体積％のプロピレン、１９．５体積％の酸素、７３．３体積％の窒素および１．７体積％の水である試験ガス組成物が、加熱予備混合容器内で純粋成分ガスを混合することにより製造された。この試験ガス組成物はこの実施例において全てのＰｍａｘ決定のために使用された。
【０１６１】
試験Ｈ、Ｉ、Ｊ：
波形１８  ｌｂ／ｃｕｆｔ、３０４Ｌステンレス綱金網の長方形シートから波形金網円筒が製造された。このシートは巻かれて、測定で直径約７．６ｃｍ（３インチ）および長さ約１５．２ｃｍ（６インチ）の円筒にされた。これらの円筒のいくつかはそのままで使用されたが、一方で試験容器の屈曲によりよく適合させるために、いくつかは切断されてより短い長さにされた。約２．４ｋｇの波形金網円筒が試験容器内に手作業で配置され、ボイドおよびチャネルを最小化した緊密に詰め込まれた充填を提供した。これは９３％体積充填の網円筒を表した。上述の実施例におけるように、その容器は次いで排気され、次いで試験ガスを入れ、３．４ｂａｒ（３５ｐｓｉｇ）の内部ガス圧力および２２５℃の初期温度を達成した。そのガスは次いで点火され、波形金網円筒を有する試験容器内で生じる爆燃圧力のＰｍａｘの測定結果を得た。この実施例の変動性を評価するために実験は繰り返された。結果は下記の表６に示される。
【０１６２】
【表７】
0005006358.tif 000008
【０１６３】
金網は圧縮されることができるので、セラミック球体またはセラミック発泡体のような剛性の構成物で達成できない緊密な適合を提供することができることに留意されるべきである。ＤＭＦ値は、圧縮可能な構成物よりも、容易に再現可能な剛性の構成物の形状、サイズおよび充填割合の影響を説明するためにあきらかにされた。結果として、ＤＭＦコンセプトは金網構成物についてスケールアップに確実に適用することができると思われず；金網円筒を使用することを選択する場合には、本発明コンセプトの適切な実行を確実にするために、ここに記載されるように直接の試験が行われること、並びにさらにはこのような構成物をできるだけ再現可能なように充填するための実質的な配慮がなされることが推奨される。
【０１６４】
さらに、金網構成物の沈み込み（ｓｅｔｔｌｉｎｇ）および圧縮はプロセス容器内の構成物充填の均一性に影響を及ぼしうることが留意されるべきである。沈み込みおよび圧縮は、積層される金網構成物の高さが高くなる場合に、生じる静的負荷が増大するので、実験室スケール試験容器に対して、大きな商業スケール容器でより起こりやすいことは通常の技術を有する者に明らかであろう。このような状況における懸念は、沈み込みおよび圧縮が金網充填密度の均一性を変える場合があり、それにより爆燃圧力の減衰において金網の有効性を低減しうることである。金網ブランケットは本発明の方法に従ったプロセス容器内で使用されうるが、このようなブランケットは、特にプロセス容器内の過半量の構成物として使用される場合には、沈み込みおよび圧縮の影響を受けやすい。よって、金網は、沈み込みおよび圧縮に対するより大きな抵抗性を提供するために、まず巻かれて円筒にされ、その後にプロセス容器内に配置されることが好ましい。よって、本発明のある実施形態においては、波形にされていない金網が使用され、金網円筒を形成することができるか、またはプロセス容器内の減衰物質の総重量を最小にするために波形の金網が使用されうる。
【０１６５】
上述の本発明の実施形態は単なる例示であり、かつ当業者は本発明の意図および範囲を逸脱することなく変更および修飾を行うことができることが理解されるであろう。このような変更および修飾のすべては本発明の範囲内に含まれるものであることが意図される。
【符号の説明】
【０１６６】
１０  管状反応器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  管
１４  第１チューブシート
１６  第２チューブシート
１８  シェル
２０  特定入口領域
２２  特定出口領域
２４  反応器ヘッド
２６  反応器ヘッド
３０  入口ヘッドアセンブリ
３２  反応器
３４  特定入口領域（封入ヘッドスペース）
３６  入口チューブシート
３８  フランジ
４０  中心線
４２  トリスフェリカルヘッド
４４  垂直壁チャネルセクション
５０  金網ロール
５２  金網ロール
５４  金網ロール
５６  金網ブランケット
５８  金網ブランケット
６０  最大金網ロール
６２  金網ロール
６４  金網ロール
６６  金網ブランケット
６８ａ、６８ｂ  ポスト
７０  最大金網ロール
７２  金網ロール
７４  金網ロール
７６  金網ブランケット
８０  金網ロール
８２  金網ロール
８４  金網ロール
８６  最外金網ロール
８８  金網ブランケット
【図１】
0005006358.tif 000009
【図２】
0005006358.tif 000010
【図３Ａ】
0005006358.tif 000011
【図３Ｂ】
0005006358.tif 000012
【図４Ａ】
0005006358.tif 000013
【図４Ｂ】
0005006358.tif 000014
【図４Ｃ】
0005006358.tif 000015
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0005006358.tif 000028
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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