(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の触媒材料が充填されていて両端がシールされており、軸線を有する螺旋に巻かれたワイヤメッシュスクリーンと密接に結びついていて、そして前記ワイヤメッシュスクリーンによって支持されている、フレキシブルで半硬質でオープンメッシュの第１の複数のチューブ状エレメントを含み、このとき前記チューブ状エレメントが前記軸線に対してある角度で配列されている、触媒蒸留用構造物。
【請求項２】
前記チューブ状エレメントの軸に沿って、連結形状の触媒蒸留用構造物を形成するために多数の継ぎ目をさらに含む、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項３】
前記チューブ状エレメントが、最大約９５容量％の空間を有する弾性部材を含む、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項４】
前記チューブ状エレメントが前記触媒蒸留用構造物の３０〜７０容量％を構成する、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項５】
前記チューブ状エレメントが、ポリマーメッシュ、ワイヤメッシュ、ステンレス鋼スクリーンメッシュ、またはアルミニウムスクリーンワイヤを含む、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項６】
前記触媒材料の粒子サイズが約０．１５ｍｍ〜約６．３５ｍｍ（約１／４インチ）の範囲である、請求項４記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項７】
前記触媒材料の粒子サイズが約０．２５ｍｍ〜１ｍｍの範囲である、請求項４記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項８】
約１０〜６５容量％の空間を含む、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項９】
前記チューブ状エレメントのメッシュ開口が触媒の粒径より小さい、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１０】
粒状の触媒材料が充填されていて両端がシールされており、前記のワイヤメッシュスクリーンとは別のワイヤメッシュスクリーンと密接に結びついていて、そして前記の別のワイヤメッシュスクリーンによって支持されている、フレキシブルで半硬質でオープンメッシュの第２の複数のチューブ状エレメントが、前記第１のチューブ状エレメントに隣接して配置されており、このとき前記第２のチューブ状エレメントが、前記軸線に対してある角度で、そして前記第１の複数のチューブ状エレメントに対向して配列されている、請求項１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１１】
１枚の前記ワイヤメッシュスクリーンを含み、前記チューブ状エレメントが少なくとも１つの連結形状のチューブ状エレメントを含み、該連結形状のチューブ状エレメントが層を形成するように前記ワイヤメッシュスクリーン上に配置されており、そして前記層がベイルを形成するよう巻かれている、請求項１に記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１２】
ベイルを形成するよう巻かれた少なくとも１つの層をさらに含む、請求項１１記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１３】
２つの層を含み、このとき第１の層が対角線的に配置された連結形状のチューブ状エレメントを有し、そして第２の層が、前記第１の層中の連結形状のチューブ状エレメントに対して９０°の角度をなしていて対角線的に配置された連結形状のチューブ状エレメントを有し、前記第１と第２の層がベイルを形成するよう巻かれている、請求項１２記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１４】
１枚の前記ワイヤメッシュスクリーンを含み、前記チューブ状エレメントが少なくとも１つの連続チューブ状エレメントを含み、該連続チューブ状エレメントが層を形成するよう前記ワイヤメッシュスクリーン上に配置されており、そして前記層がベイルを形成するよう巻かれている、請求項１に記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１５】
ベイルを形成するよう巻かれた少なくとも１つの層をさらに含む、請求項１４記載の触媒蒸留用構造物。
【請求項１６】
２つの層を含み、このとき第１の層が対角線的に配置された連続チューブ状エレメントを有し、そして第２の層が、前記第１の層中の連続チューブ状エレメントに対して９０°の角度をなしていて対角線的に配置された連続チューブ状エレメントを有し、前記第１と第２の層がベイルを形成するよう巻かれている、請求項１５記載の触媒蒸留用構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、反応と反応系の蒸留が、反応用触媒ならびに蒸留用構造物として作用する構造物を使用して同時的に行われる、という反応において使用することのできる構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、触媒構造物を蒸留構造物として使用することによって反応系の要素を蒸留で同時的に分離できる、という触媒反応を行う新しい方法が開発された。この方法は触媒蒸留として一般的に知られており、本明細書で言う触媒蒸留とは、この方法またはプロセスのことを表しているものとする。このようなシステムは、米国特許第４，２１５，０１１号；４，２３２，１７７号；４，２４２，５３０号；４，３０２，３５６号；４，３０７，２５４号；４，３３６，４０７号；４，４３９，３５０号；４，４４３，５５９号；および４，４８２，７７５号各明細書に説明されている。米国特許第４，４４７，６６８号は、触媒蒸留塔におけるエーテル類の解離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）について開示している。さらに、米国特許第４，４４３，５５９号と第４，２５０，０５２号は、これに使用するための種々の触媒構造物を開示している。
【０００３】
サルザー（Ｓｕｌｚｅｒ）によるヨーロッパ特許（Ｓｕｌｚｅｒ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐａｔ．）第０３９６６５０号は、触媒材料を収容していて、且つチャンネル（これらのチャンネルは、チャンネルの流れが交差するよう層状化されている）中に形成されている半硬質のメッシュ状の壁を含んだ触媒蒸留用構造物を開示している。サルザーによる米国特許第４，７３１，２２９号は、類似の充填物を開示している。サルザーによる他の蒸留用充填物が、米国特許第４，４５５，３３９号；第４，４９７，７５１号；第４，４９７，７５２号；第４，７４４，９２８号；および第４，４９７，７３５号、ならびに英国特許第１，４７１，４４２号；第１，５６９，８２８号；および第１，１８６，６４７号に示されている。
【０００４】
本発明は、反応に使用することができ且つ蒸留用構造物として使用することのできる触媒蒸留用構造物を提供する。こうした両方の機能をもたせるためには、該構造物が３つの規準に適合しなければならないことが明らかとなっている。第一の規準は、構造物として、反応器蒸留塔において均一な空間的分散を与えるようなものでなければならない。すなわち、触媒用構造物は、反応場所と蒸留場所に関して所望の機能を果たすような幾何学的配列にて塔中に存在しなければならない。これを達成するために、触媒用構造物は、塔中に極めて均一な空間的分布を与えるようなものでなければならない。
【０００５】
第二の規準は、蒸留による塔中物質の蒸気相と液相の分離とともに、液相表面の接触と蒸気相の蒸留が可能となるだけの充分な自由空間が触媒床中になければならないということである。触媒床においては、実施可能な分別となるには約５０容量％の自由空間があれば充分であることがわかっている。
【０００６】
第三の規準は、使用時に触媒があまりつぶれることなく、必要に応じて膨張・収縮できるような触媒床が必要であるということである。
【０００７】
本発明は、これらすべての規準に優れた態様で適合する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
簡単に言えば、本発明は、粒状の触媒材料（触媒要素）が充填されていて両端がシールされており、軸線を有する螺旋に巻かれたワイヤメッシュスクリーンと密接に結びついていて、そして前記ワイヤメッシュスクリーンによって支持されている、フレキシブルで半硬質でオープンメッシュ（目の粗いメッシュ）の第１の複数のチューブ状エレメントを含んだ触媒蒸留用構造物であり、このとき前記チューブ状エレメントが前記軸線に対してある角度で配列されており、これによって俵状物であるベイルを形成している。
【０００９】
粒状触媒材料が充填されたフレキシブルで半硬質でオープンメッシュのチューブ状エレメントは、連結形状形状の触媒蒸留用構造物を形成するために、チューブの長さに沿って２．５４乃至３０．４８センチメートル（１〜１２インチ）ごとに締結部材を有するのが好ましい。締結部材によって形成されたリンクは、均一に空間配置されていても、あるいは不規則に空間配置されていてもよい。
【００１０】
少なくとも１つのチューブ状エレメントをワイヤメッシュスクリーン、例えばデミスターワイヤ（ｄｅｍｉｓｔｅｒ  ｗｉｒｅ）の上に、ワイヤメッシュスクリーンが巻き上げられたときに、巻かれた構造物が新規の改良された触媒蒸留用構造物を提供するよう対角線状配列に配置することによって、ベイル形状の触媒蒸留用構造物が形成される。他の実施例では、ワイヤメッシュスクリーンとチューブ状エレメントが別々に交互に存在していて、これらが巻かれて新規のベイル形状の触媒蒸留用構造物となるような複数層の配列体を含む。交互の層におけるチューブ状エレメントが、ワイヤメッシュスクリーン上にそれらの通路が交差するよう反対方向に配列されるのが好ましい。各チューブ状エレメントにより、ベイル内の螺旋が画定される。
【００１１】
触媒要素はいくつかの形態を採ることができる。粒状の触媒材料（一般には６０ｍｍから約１ｍｍの粉末）の場合には、スクリーンワイヤやポリマーメッシュ等の多孔質容器中に収容される。こうした容器を造るのに使用される材料は、反応系の反応物や条件に対して不活性でなければならない。スクリーンワイヤは、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、またはこれらに類似の材料のいずれであってもよい。ポリマーメッシュは、ナイロン、テフロン、またはこれらに類似の材料のいずれであってもよい。容器を造るのに使用される材料の２．５４センチメートル（１インチ）当たりのメッシュまたは細線は、触媒がその中に保持され、且つ該材料の開口を触媒が通過しないようなものである。約０．１５ｍｍサイズの粉末の触媒粒子を使用することができるが、直径が最大約６．３５ミリメートル（１／４インチ）の粒子も容器中に使用することができる。
【００１２】
固体触媒材料を含有した各触媒蒸留用構造物は触媒要素を含み、そして少なくとも７０容量％から最大約９５容量％の空間を有する弾性材料を含むのが好ましい。触媒蒸留用構造物に対する空間のトータル容積は、少なくとも１０容量％でなければならず、好ましくは少なくとも２０容量％〜最大約６５容量％である。したがって、弾性材料は約３０〜７０容量％を構成するのが望ましい。１つの適切な材料としてはオープンメッシュの編組ステンレスワイヤがあり、一般にはデミスターワイヤ、エキスパンデッドワイヤ、あるいはエキスパンデッドアルミニウムとして知られている。他の弾性部材としては、ナイロン、テフロン、またはこれらの類似物で造られた、同様のオープンメッシュ編組のポリマーフィラメントがある。
【００１３】
本発明のチューブ状容器は、チューブの第１の端部を締結部材（例えばステープル、あるいはクリンピング、溶接、もしくは縫製金属等の他の適切な手段）で平らにすることによって閉じられたワイヤメッシュチューブで構成されていてもよい。次いでこのチューブ容器に適切な触媒材料を充填する。ワイヤメッシュチューブの第２の端部を第１の端部と同様の仕方で閉じ、これによって第２の閉端の軸が第１の閉端と同じ平面上に存在するようになる。このプロセスを数回繰り返して、触媒材料を充填した連結形状のチューブを得ることができる。
【００１４】
本発明の実施例を、図面を用いて更に詳細に説明する。
【００１５】
図６に関して説明すると、ワイヤメッシュチューブ１０の第１の箇所Ａが締結部材１２（ワイヤ、クリンピング、溶接、または縫製金属のいずれでもよい）で閉じられる。ワイヤメッシュチューブ１０に触媒要素１４が充填され、第２の箇所Ｂが締結部材１２によって閉じられる。所望の数の連結部が得られるまで、この充填手順を繰り返す。
【００１６】
図１においては、連結構造物２４がデミスターワイヤのシート１６上に配置されている。デミスターワイヤのシート１６は、いかなるサイズ、厚さ、または設計構造であってもよいが、効率的な触媒蒸留が得られるように設計されているのが望ましい。図５は、ワイヤメッシュを形成するための相互連結ワイヤ１８を有する典型的なデミスターワイヤ１６の拡大図である。図１を参照すると、連結構造物２４がデミスターワイヤ１６の矩形シート上にて、デミスターワイヤ１６のシートの長さに沿って対角線的に配置されている。連続チューブ状エレメントと連結形状のチューブ状エレメントを組み合わせてもよいし、あるいは層もしくは触媒蒸留用構造物中のチューブのすべてがどちらかのタイプであってもよい。図面には好ましい連結形状のチューブが示されているが、連続チューブ（具体的には示されていない）は、締結部材１２が省かれた状態のチューブ状エレメント２２，２４と全く同じである。次いで、デミスターワイヤのシート１６が長さ方向に巻き上げられ、ステープル留めされるか、あるいはステープル２６によって解放端２８に沿ってスクリーンの隣接部に結合されて、図７と８に示されているようなベイル形状の触媒用構造物が得られる。図示されていないが、製造を容易にするために、またチューブが使用中所定の場所に確実に留まるように、例えばステープルによってチューブ状エレメントをワイヤスクリーンに結びつけることができる。
【００１７】
図７においては、チューブ状エレメント２４の各列の端部を視認することができる。そして図８においては、完成したベイルが斜視図で示されている。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施例を示している。デミスターワイヤの第２のシート２０が図１に示した構造物の上に配置され、このとき連結形状のチューブ状エレメントがデミスターワイヤの第２のシート２０上に、デミスターワイヤの第１のシート１６上に存在するチューブ状エレメント２４に対して反対向きの対角線的な列の形にて配置されている。
【００１９】
次いで、デミスターワイヤの２つのシート１６と２０が、一緒に長さ方向に巻き込まれ、これによって図７と８に示したのと同じタイプのベイル形状の触媒用構造物が得られる。連結形状構造物の内部配置により、ベイル中の空間的配列が形成される。異なった配置構成を有する複数の層を巻き上げることによって、あらゆる所望のベイル形状物も得ることができる。
【００２０】
また、連続チューブ形状を用いた触媒蒸留用構造物を、連結形状の構造物の場合と同じ仕方で互換的に使用することができ、これによって新規のベイル形状の触媒蒸留用構造物が得られる。
【００２１】
図７と８に示されているベイル形状構造物は、触媒蒸留塔の中に挿入可能な状態である。
【００２２】
また、ベイル形状の触媒蒸留用構造物は、所望する結果を得るために、触媒蒸留塔内にいかなる順序でも配置構成することができる。
【００２３】
ワイヤメッシュの代わりに、ポリマーから造られた同等の材料を使用することもできる。ステープルや縫製継ぎ目の代わりに、接着剤を使用することもできる。但し使用される接着剤が、反応器蒸留塔中の材料や反応蒸留塔中の種々の条件に耐えるものでなければならない。
【００２４】
触媒要素のサイズ、および触媒要素と結びついているかあるいは触媒要素を取り囲んでいる弾性部材の相対量により、床中の空間が決まる。この空間は少なくとも約１０容量％であり、好ましくは２０容量％である。より長い床の場合には、より大きな空間を有するのが望ましい。したがって、触媒要素に比較してより大きな容積の弾性材料が使用される。
【００２５】
本発明の触媒蒸留用構造物は、反応と蒸留とが同時的に行われるようなプロセスに対して特に有用であるけれども、蒸気相反応に対しても極めて有用である。なぜなら、本発明の構造物から造られた触媒床は、かなり小さい圧力損失ですむからである。
【００２６】
触媒材料は、反応に対して適切な材料であればいかなる材料でもよい。すなわち、触媒材料は酸性触媒でも、塩基性触媒でも、あるいは多くの触媒反応に適した他の材料（例えば、触媒性金属、およびこれらの金属の酸化物やハロゲン化物）でもよい。言うまでもないが、反応は不均一反応であってもよく、また触媒材料は反応系中において流体であってもよい。いくつかの特定の反応としては次のようなものがある。
【００２７】
触媒                                      反応                  
酸性カチオン交換樹脂                    二量体化，重合，エーテル化，
エステル化，異性化，アルキル化
マグネシア，ｃｈｏｍｉａ，ブルース石    異性化
モレキュラーシーブ（合成アルミノ        二量体化，重合，アルキル化，
シリケート）                          異性化，選択的水素化，脱水素
コバルトトリア                          フィッシャー・トロプシュ法
コバルトモリブデート                    ハイドロファイニング
チューブ状容器を作製するための材料はワイヤメッシュ材料（例えば、ステンレス鋼やエキスパンデッドアルミニウムなど）であってもよい。使用時の温度で軟化することなく、また反応物や生成物によって侵されない適切な接着剤（例えば、エポキシ系接着剤や種々のホットメルト接着剤）を使用して、ポリマー材料とワイヤを適切な配置構成になるよう結合することができる。同様に、ステープル、無頭釘（ｂｒａｄ）、または他の結合手段も使用することができる。ワイヤは溶接によってシールすることもできる。またシールは、溶融可能な材料に対するレーザー溶接によっても行うことができる。
【００２８】
触媒蒸留用構造物は、反応器蒸留塔中に独立的にも又はランダムにも配置することができ、あるいは特定のパターンやグループ分けによって配列することもできる。触媒床はさらに、種々の形状とサイズを有する本発明の触媒蒸留用構造物を組み合わせたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、ワイヤメッシュスクリーン上に配列された連結形状の触媒蒸留用構造物を含んだ、本発明の１つの実施例を示している。
【図２】  図２は、図１に示した触媒蒸留用構造物を線２−２に沿って見たときの側面図である。
【図３】  図３は、層状配列体を含んだ、本発明の別の実施例を示している。
【図４】  図４は、図３に示した触媒蒸留用構造物を線４−４に沿って見たときの側面図である。
【図５】  図５は、本発明において使用されるワイヤメッシュのシートの拡大図である。
【図６】  図６は、チューブ状エレメントを示している。
【図７】  図７は、図１に示した構造物をベイル形状の触媒蒸留用構造物を形成するよう巻き上げたときの上面図である。
【図８】  図８は、図７に示した触媒蒸留用構造物の斜視図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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