(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）オートクレーブの内部に出入りすることができる開口部、該開口部のためのカバー、ならびに反応物の導入および生成物の除去のための少なくとも１つのラインを有するオートクレーブ；
（ｂ）オートクレーブ内に配置された最上部および底部が開口しているハウジングからなる固定触媒ホルダー、ここで、該ハウジングは、反応物液体および反応物ガスがハウジングの底部、そしてハウジングの内部からハウジングの外側部分に流れることができるように、該ハウジングの上部のところに少なくとも１つの側壁孔を有し、該側壁孔は、該ハウジングの側壁を通って開いている；
（ｃ）該側壁孔の上方の、ハウジングの上方部分のところで結合された水平バッフル、ここで、該バッフルはオートクレーブの内壁の輪郭に合わせて配置され、バッフル端とオートクレーブ内壁との間に反応ガスおよび反応物液体の流れを限定し、該バッフルは、液体およびガス流が通過することができる該バッフル内に存在する少なくとも１つの孔を有する；
（ｄ）前記側壁孔から固定床触媒の入口まで反応物ガスおよび反応物液体を下向きにするための、前記ハウジングの外側にあるか、または前記オートクレーブの内壁に取り付けられた側バッフル；
（ｅ）モータ、オートクレーブ内部に伸びタービンインペラーで終結している攪拌軸を含む攪拌システム；ならびに
（ｆ）反応物液体および反応物ガスが前記ハウジングの底部から固定床触媒を通って固定床触媒の上端を出ていくことを可能にするように前記ハウジング内に保持される固定床触媒、
を含んで成る触媒ホルダーを有する、攪拌されるオートクレーブ内で反応物ガスと反応物液体との間の反応を実施する装置。
【請求項２】
前記攪拌軸に通路が組み込まれており、該通路は、排出のために前記タービンインペラーのところで終結する一端を有し、そして前記オートクレーブのヘッドスペースの上方部近くのもう１つの点のところで終結して、前記オートクレーブのヘッドスペース内に入り、前記タービンは前記ハウジングの少なくとも１つの側壁孔に隣接して配置され、反応物液体および反応物ガスを前記タービンインペラーによって該側壁孔を通って外側に、そしてオートクレーブの内側に対して追い出す請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングの側壁のまわりに一様に分布された多数の孔があり、反応物液体および反応物ガスの混合物が該孔を通って流れることができる請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記水平バッフルが、一様に分布された多数の孔を有しており、反応物液体および反応物ガスが前記オートクレーブ内で上向きにおよび下向きに流れることができる請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記固定床触媒が、モノリス基板および触媒金属からなるモノリス触媒反応器である請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記モノリス触媒反応器の前記触媒金属が周期律表ＶＩｂ族、ＶIIｂ族、ＶIII 族およびＩｂ族金属からなる群より選ばれる請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記触媒金属が、コバルト、ニッケル、ラネーもしくはスポンジニッケル、パラジウム、白金、銅、ルテニウム、ロジウムおよびレニウムからなる群より選ばれる請求項６記載の装置。
【請求項８】
ヘッドスペース部分に滞留する反応ガスの少なくとも１部を有する攪拌タンク中で、反応物ガスおよび反応物液体間の反応を実施する方法であって：
（ａ）前記タンクで支持できるように維持された、開口した最上部および開口した底部部分を有するハウジングからなる固定床触媒ホルダーを該タンク内に差し込むこと、ここで、該ハウジングは、最上部近くにあってタンクの内部とかみ合ってシールするように適合された、外向きに広がる水平バッフルを有し、該バッフルは表面に少なくとも１つの孔を有し、そして該ハウジングは上方部分の壁に少なくとも１つの側壁孔を有して、該ハウジングの内部から前記タンクへの流れを可能にする；
（ｂ）前記ハウジング内に固定床触媒を支持できるように保持して、液体および反応物ガスが固定床触媒を通って流れるようにすること；
（ｃ）攪拌機軸を前記タンクに伸ばし、そして前記ハウジングの壁の側壁孔に隣接するタービンブレードで終結させること、ここで、該攪拌機は前記タンクのヘッドスペース部内に開口部を有し、該タービンブレードに近接する開口部で終結するガス通路を有する；
（ｄ）前記ハウジングの壁の側壁孔に隣接する点で攪拌機を作動させ、液体および反応ガスを前記ハウジングの内部から該側壁孔を通して前記タンク内部に通すこと；
（ｅ）前記タンクのヘッドスペースから前記攪拌機の通路を通ってタービンに隣接する点まで反応ガスを吸引すること；
（ｆ）前記ハウジングの最上部から少なくとも底部部分に広がっているバッフルにより、前記ハウジングの側壁孔に隣接する点から固定床触媒の入口に、反応物液体と反応物ガスの混合物をバッフルによって送り出すこと；そして
（ｇ）反応物ガスおよび反応物液体の前記混合物を反応させること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記反応が水素化反応である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記反応物液体が芳香族ニトロ化合物である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記芳香族ニトロ化合物がジニトロトルエンである請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記芳香族ニトロ化合物がニトロベンゼンである請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は攪拌タンク型反応器を固定床触媒反応器に転換するための触媒ホルダーおよび攪拌システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素反応のような、工業的な２相反応は、攪拌タンク型反応器において微細な粉末スラリー触媒を用いて実施されることが多い。これらのスラリー相反応系は化学プロセスの安全性、操作性および生産性において本来的に問題がある。微細な粉末触媒は発火性（pyrophoric）であり、反応器充填およびろ過時に操業員に広範な取扱いを必要とさせる。始動および停止のための熱サイクルの性質により、スラリー系は共生成物の生成を助長し、それらは触媒寿命を短くし、しかも所望の生成物の収率を低下させうる。
【０００３】
攪拌反応器において微細な粉末触媒を使用する１つの選択は固定床反応器の使用であり、たとえば、ペレット化および粒状触媒またはモノリス触媒である。この反応器技術は攪拌タンク型反応器に関連する取扱い、および廃棄物の問題の多くを除去するが、多くの工学的な課題（engineering challenges）がある。たとえば、不適切な混合および不適切な熱伝達は固定床反応器技術の一般的な適用を、多くの有機化合物を含む反応に許さなかった。一方、攪拌タンクは反応物の均一性を確保する優れた混合を提供し、さらにそれらは優れた熱伝達を提供する。固定床触媒および攪拌タンク型反応器の利点が実用的な反応器システムに組み合わされ得ることが非常に望まれる。
【０００４】
次の論文および特許は、芳香族ニトロ化合物および他の有機化合物の水素化を含む２相化学反応において、モノリス触媒および方法を使用する触媒反応の代表例である。
【０００５】
Ｈａｔｚｉａｎｔｏｎｉｏｕらは、「Ｍａｓｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｌｉｑｕｉｄ−Ｐｈａｓｅ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｏ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ｉｎ  ａ  Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ＳｅｇｍｅｎｔｅｄＧａｓ−Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ」  （Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｄｅｓ．Ｄｅｖ．，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４，９６４−９７０（１９８６））において、パラジウムで含浸されたモノリス触媒を用いてエタノールに溶解されたニトロベンゼンおよびｍ−ニトロトルエンの等温水素化を開示する。著者は、触媒の活性は高く、したがって物質移動は速度を決定すると報告する。水素化は７３および１０３℃の温度で５９０および９８０kPaで実施された。さらに、１パスあたり１０％より低い転換が達成された。エタノールは１つの均一相を維持するために共溶媒として使用された。
【０００６】
米国特許第４，７４３，５７７号は、金属触媒を開示し、それらは水素化および脱カルボニル化反応に使用するために多孔質焼結金属基体上に薄い表面層として広げられる。モノリスを形成する際に、パラジウムのような第１の活性触媒材料が、多孔質焼結基体の形態で存在する第２の金属の表面上に薄い金属層として広げられる。得られる触媒は水素化、脱酸素、および他の化学反応に使用される。モノリス金属触媒は、パラジウム、ニッケルおよびロジウム、ならびに白金、銅、ルテニウム、コバルトおよび混合物、のような触媒材料を配合する。担体金属はチタン、ジルコニウム、タングステン、クロム、ニッケルおよび合金を含む。
【０００７】
ＷＯ９８／３０３２３はモノリス触媒の存在下に反応物ガスおよび反応物液体の間の反応を実施する方法を開示する。操作において、反応器は反応物液体を充填され、そしてモノリス触媒は、液相、そしてガス相を交替に水平軸のまわりを回転される。
【０００８】
「ＲＯＴＡＣＡＴ：Ａ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ａ  Ｄｅｓｉｇｎｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｈｙｄｒｏｆｏｒｍｙｌａｔｉｏｎ」  （Ａｄｖ．Ｓｙｎｔｈ．Ｃａｔａｌ．２００１，３４３，２０１−２０６）と題する論文において、垂直軸のまわりを回転される２つの平行なモノリス円筒管を装填された２００mLオートクレーブが開示されている。モノリス触媒反応器が液体媒体内で回転されている間に反応が行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、攪拌タンク型反応器を固定床触媒反応器に転換するための触媒ホルダーを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、固定床触媒反応器を含む攪拌タンク型反応器にあり、
内部への接近を可能にするための開口、その開口を密閉するためのカバー，ならびに液体もしくはガス反応物または両方を導入するための少なくとも１つの入口、生成物を除去するための少なくとも１つの出口を有するタンク；
該タンクで支持できるように維持された、最上部および底部に開口しているハウジングであり、そのハウジングはハウジング内部から該タンクに流れるようにその上方部分近くの側壁に少なくとも１つの側孔を有する；
該ハウジングの上方部分から実質的に外に向かって広がった水平バッフルであり、該タンクの内壁とバッフル端との間に反応物液体の流れを制限し、該バッフルは少なくとも１つの孔を有し、そこを液体およびガスの流れが通るようにする；
該ハウジングの上方部分および該側孔の上方から該ハウジングの少なくとも底部部分に広がる多数のバッフルであり、該バッフルは該タンクとバッフルの間に制限された液体流を付与する；
該ハウジング内に支持できるように保持された固定床触媒であり、液体もしくはガスまたは両方がそこを通るようにする；
タービンブレードを結合した攪拌機軸であり、該タービンブレードは該ハウジング内で、該ハウジングの内壁の少なくとも１つの側孔に実質的に隣接して配置される、を含む。
【００１１】
好適には、反応器が気相反応に用いられるとき、攪拌機はタンクであるオートクレーブの上方部分とタービンブレードに実質的に隣接する点の間に通路を有し、該オートクレーブの上方部分もしくはヘッドスペースから該タービンブレードに隣接する点にガスを流れさせる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、攪拌タンク型反応器、たとえば連続的もしくは回分的攪拌を備えたオートクレーブ、中で固定床触媒反応を実施するための、改良された装置および方法に関する。
【００１３】
固定床触媒反応器を用いる２相反応にはいくつかの困難な問題がある。１つの困難さは反応のためにガスおよび液体の実質的に均一な分散もしくは混合を得ることである。時には、これら反応を実施するとき、特にモノリス触媒反応器で、ガスもしくは液体は単一の通路内に導入されるが、混合物は導入されない。その結果、副反応が生じることが多く、副生物の蓄積、そしておそらく危険な状態を生じさせる。不充分な転換は不適切な混合のもう１つの態様である。単一相反応は熱伝達を除いて固定床反応器でもっと容易に実施されるが、循環速度および熱伝達は制約されうる。さらに、液体／液体のような単一相反応は触媒回収の問題があるスラリー相触媒を使用しうる。
【００１４】
本発明において、触媒ホルダーおよび攪拌システムは攪拌タンクもしくはオートクレーブに導入され、そして触媒反応を実施するのに使用される。本発明の理解を容易にするために、図面について説明される。
【００１５】
図１−３は従来の形態であるオートクレーブ２を示すが、さらに本発明の固定床触媒ホルダー４を含む。オートクレーブ２は内部に接近（出入り）するために通常最上部に開口、そしてその開口を閉じるためのカバー６を有する。入口および出口ライン８および１０は、オートクレーブ２に反応物を導入し、そして生成物を除去するために設けられる。入口および出口ライン８および１０は同一の１つであってもよいが、それらは別個であるのが好ましい。入口および出口は１つよりも多くてもよく、その数はオートクレーブ設計者の自由である。試料を採取し、反応を監視するための接近を与えるためのサンプリングライン（図示せず）を設けることが多い。オートクレーブは通常円筒形の形態であるが、他の変形も可能である。オートクレーブへの内部（コイル）もしくは外部（ジャケット）熱交換機（図示せず）は反応器の内容物の温度を維持するために設けられるのが通常である。ついで十分な反応性液体がオートクレーブに供給され、固定床触媒ホルダー４を十分に浸し、さらに液面１４の上方のヘッドスペース１２にガスの捕集のための空間を残す。
【００１６】
固定床触媒ホルダー４は最上部および底部が開口しているハウジング１６からなる。水平バッフル１８はハウジングの上方の点に位置され、オートクレーブの内壁の輪郭に配置され、水平バッフル１８の端とオートクレーブの内壁の間に液体の流れを限定する（図３の矢印により示されるように水平バッフル１８とオートクレーブ２の内壁の間の空間に注目されたい。）。少なくとも１つ、そして好ましくは数多くの孔２０が水平バッフル１８に存在し、そこを液体およびガスの上方への流れが通過するようにする。数多くの孔２０は水平バッフル１８の周囲のまわりに一様に設けられることが多い。
【００１７】
ハウジング１６はハウジング１６の周囲に一様に分布された少なくとも１つの側壁孔２２、好ましくは多数の孔２２を有し、水平バッフル１８の下方であるが示される固定床触媒２４の出口の上方である点でハウジング１６の側壁を通って広がっている。側壁孔２２は矢印に示されるようハウジング１６内部からハウジング１６の外部で、しかもオートクレーブ内の点に液体およびガスを流れさせる。
【００１８】
固定床触媒２４、たとえばモノリス触媒は、反応物液体および反応物ガスがハウジング１６の底部から固定床触媒２４を通ってハウジング１６の上方端の側壁孔２２の外へ通過することができるような態様にハウジング１６内に置かれる。ハウジング１６の周囲に一様に分布された多数の孔２２があることが多い。固定床触媒２４はハウジング１６の底部部分に使用する通り抜け（threaded）シーリングリング２６により支持される。ハウジング１６における固定床触媒の上方への移動を防止するために、保持（retaining）リング２８が設けられる。固定床触媒２４が粒状材料、たとえばペレット等、にもとづく状況では、スクリーンもしくはグリッドが最上部もしくは底部部分に置かれ、適切な場所に粒状固定床触媒を保持しうる。
【００１９】
側バッフル３０はハウジング１６の外側に置かれ、軸方向および下向きの流れの方向に、そして固定床触媒２８におけるガスおよび液体の流れの方向に通常相対して、ガスおよび液体を向けるのに使用される。所望ならば、側バッフル３０は垂直に配置され、オートクレーブの底部に使用されるシーリングからハウジング１６を支持し、維持するために、ハウジング１６の底部の下方に広がる（側バッフル３０以外の手段もハウジング１６の支持を与えるのに使用されうる。）。ハウジング１６の底部の間の空間を維持し、その間に液体およびガスを流れさせることが必要である。側バッフル３０の使用は支持を与えるばかりでなく、液体およびガスの流れの方向に影響する。さらに、側バッフルはオートクレーブの内壁に配置され得、ハウジング１６に配置されるものと同等であると考えられるが、ハウジング１６に取付けられたバッフルを有するのが好ましい。
【００２０】
オートクレーブ２内で固定床触媒ホルダー４の回転および他の運動を防止するために、支持アーム３２はアタッチメント（図示せず）がオートクレーブ自体になされうるように設けられる。指示アーム３２以外の他の手段も固定位置で固定床触媒ホルダー４を維持するために用いられうる。
【００２１】
ハウジング１６は最小のガスおよび液体が固定床触媒２４、たとえばモノリス触媒の外端とハウジング１６の内壁の間を通過しうるように設計される。このように、反応物液体、反応物ガスおよび生成物の大部分は固定床触媒を通過させられる。
【００２２】
触媒反応を実施するのに必要な装置の最後の部分は、一端で攪拌機軸３４に結合されるモーター（図示せず）、ならびに残りの他端で攪拌機軸３４に結合されるタービンブレード３６を含む攪拌システムを包含することである。ディスク状もしくは羽根状のタービンインペラ−はタービンブレードとして一般的に使用されている。ガス／液体反応を実施するために、攪拌機軸３４は、一端にタービンブレード３６のところで、もしくは近くに、ガスを排出するために設けられる軸方向通路３８、ならびにオートクレーブ２のヘッドスペース１２のもう１つの点のところに入口４０を有する。好適には軸方向の通路３８は攪拌機軸３４の内側であるが、たとえばそれの外側の管等であってもよい。このように軸方向通路３８はヘッドスペース１２からタービンブレード３６に反応ガスの流れを供給する。
【００２３】
攪拌システムは触媒反応に必要な駆動力を与える。操作において、タービンブレード３６は、通常ディスク状もしくは羽根状インペラ−であり、ハウジング１６の側壁孔２２に隣接して配置され、液体およびガスを側壁孔２２を通って放射状に、外に向かって追出す。この作用は水平バッフル上方の液体反応物をハウジング１６の上方開口に吸引させる。さらに反応物ガスはヘッドスペース１２から、軸３４の軸方向通路３８を通って吸引され，そしてタービン３４に隣接する点で排出される。ガス入口４０はヘッドスペース１２から通路３８へのガスの導入を可能にする。反応物液体および反応物ガスのタービンブレード３６での衝突は微細に分割された気泡および反応物液の泡立った良好な混合物を発生する。このように、上方の流れパターンは攪拌システムにより確立される。
【００２４】
さらに攪拌システムは第２の流れパターンを創り出す。反応物ガスおよび反応物液体の泡立った混合物は、側壁孔２２を通ってハウジングを出た後に、オートクレーブ２内で、そしてハウジング１６の外側で下方に向けられる。泡立った混合物はハウジング１６の下方を、その内側を通る。この流れパターンは水平バッフル１８および側バッフル３０によって確立される。オートクレーブ２の壁と水平バッフル１８、ならびにその壁と側バッフル３０、の間の大きすぎる空間は、反応物の望ましい下方流を減ずる。さらに流れパターンは側バッフルを含まないことにより崩壊されうる。側バッフルがないと、泡立った混合物は渦を巻き、固定床触媒２４を通過するのを避ける。反応物液体および反応物ガスの望ましい流れパターンがあるとき、反応物は固定床触媒２４を通過し、入口から出口に活性成分と接触される。
【００２５】
液体が混和しないガス／液体およびガス／液体／液体反応について多数のカテゴリーがある。これらの反応は改良された（retrofitted）オートクレーブ中で実施されうる。１つの種類の反応は有機化合物の水素化であり、混和しない液体の混合物の水素化を含む。混和しない液体の存在が問題を生じるのであればスラリー相および固定床触媒反応において一般的に使用される溶媒が、使用される。一般的に使用される溶媒の例は低級アルカノール、たとえばメタノール、エタノールおよびイソもしくはプロパノール；テトラヒドロフランおよびグリコール、たとえばエチレングリコールおよびジエチレングリコール、を含む。たとえば水素化反応に用いられる溶媒の量は装入量の１〜約５０wt％であるのが通常である。
【００２６】
次に攪拌タンクオートクレーブ内の改良されたモノリス触媒反応器において水素化されうる代表的な有機化合物を示す。
【００２７】
ニトロ基還元
ＲＮＯ２＋３Ｈ２→ＲＮＨ２＋２Ｈ２Ｏ
ここでＲは芳香族基である。芳香族ニトロ化合物は本発明方法により示される水素化反応を受けることができる。代表的な芳香族ニトロ化合物はニトロベンゼン、ニトロトルエン、ニトロキシレン，ニトロアニソールおよびハロゲン化芳香族ニトロ化合物であり、ハロゲンはＣｌ、Ｂｒ、ＩもしくはＦである。
【００２８】
オレフィンはもう１つの基であり、これらは直鎖、環状および芳香族を含む。その例は、トルエン、ベンゼンおよびそれらのニトロ、カルボキシル、ヒドロキシルおよびアミン誘導体、たとえばアニリン、トルイジン、トルエンジアミン、モノニトロトルエン、ニトロ安息香酸を含む。
【００２９】
【化１】
0003749523.tif 000002
【００３０】
無水マレイン酸および無水フタル酸のような無水物は、まずγ‐ブチロラクトンおよびフタル酸塩にそれぞれ水素化される。さらにγ‐ブチロラクトンはテトラヒドロフランに還元される。
【００３１】
【化２】
0003749523.tif 000003
【００３２】
アルデヒドもしくはケトンが水素および水素化触媒の存在下にアンモニアもしくは１級もしくは２級アミンで処理されるとき、アンモニアもしくはアミンの還元アルキル化またはカルボニル化合物の環元アミノ化が生じる。ＲおよびＲ’は芳香族もしくは脂肪族である。水素化反応に有用なアルデヒドおよびケトンの例は、ホルムアルデヒド、シクロヘキサノンおよびメチルイソプロピルケトンを含む。これらのアルデヒドおよびケトンの１級および２級アミンとの反応が得られる反応生成物はＮ‐メチルシクロへキシルアミン、Ｎ‐メチルジシクロへキシルアミン、Ｎ，Ｎ‐ジメチルシクロへキシルアミン、Ｎ‐エチルシクロへキシルアミン、ジシクロへキシルアミン、Ｎ，Ｎ‐ジエチルシクロへキシルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’‐トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ‐エチル‐１，２‐ジメチルプロピルアミンおよびＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’‐テトラメチルプロパンジアミンを含む。
【００３３】
攪拌タンクのスラリー相反応器の改良（retrofit）を実施するのに適した固体床触媒反応器の１つの種類は、モノリス触媒反応器である。これらの反応器は、入口から出口まで、連続固相および連続空隙（void）相として広く分類される。通常、モノリス触媒は無機多孔質基体、金属基体、もしくは触媒金属で被覆された多数のチャンネルを有する修飾基体からなる。その修飾は炭素もしくは熱処理された架橋ポリマー由来の無機被覆でありうる。モノリス触媒反応器は長くて狭い毛管（capillary）の円形、正方形、長方形もしくは他の形状のチャンネルにもとづくことが多く、それによりガスおよび液体は層流をなしてチャンネルを並流で通過する。これらのチャンネルは１平方インチあたり１００〜１５００、好ましくは４００〜８００チャンネルの範囲内で存在する。
【００３４】
他の種類の固定床触媒も使用されうる。その例はペレット、球、ならびに被覆基体、たとえばリングおよびサドル、ワイヤメッシュ等を含む。さらに金属触媒成分は粒状担体に配合されうる。担体の例はアルミナ，シリカ、ケイソウ土、粘土、ゼオライト、たとえばＸ，Ｙ，ＡおよびＺＳＭ；炭素、およびポリマーを含む。触媒金属も粒状担体に堆積もしくは含浸され得、または触媒金属自体が粒状であり得る。触媒ホルダーにおいて粒状触媒成分を保持するのに一般的に用いられるスクリーンもしくは他のシステムも使用され得る。
【００３５】
水素化のような反応を実施するためにモノリス触媒反応器内もしくは担体上に配合するのに適した触媒金属は、周期律表ＶＩｂ族、ＶIIｂ族、ＶIII 族およびＩｂ族金属を含む。触媒金属成分の例はコバルト、ニッケル、ラネーもしくはスポンジニッケル、パラジウム、白金、銅、ロジウム、ルテニウム、レニウム等を含む。金属の混合物が使用されることが多く、１つの例はパラジウムおよびニッケルである。触媒金属はウォッシュコートによりモノリス基体に含浸される。触媒金属からなるウォッシュコート組成物は、ウォッシュコート自体内のwt％として確認されるのが通常である。ウォッシュコートはモノリス全質量の１〜５０wt％の量で付着されうる。代表的な触媒金属担持はウォッシュコートの０．１〜２５wt％、好ましくは１〜１０wt％である。触媒金属は、この分野で一般的に知られている態様でモノリス基体もしくは担体に配合されうる。触媒金属の塩溶液からの初期の湿りはモノリス基体もしくは修飾モノリス基体への金属触媒成分の配合方法の１例である。
【００３６】
固体床触媒は、オートクレーブの容量の通常、約５〜５０％の触媒容量を有する大きさにされる。この容量は、触媒床を通る優れた循環速度、たとえば０．０１〜１m/秒の液体速度で０．１秒〜約５秒、を可能にする。攪拌タンク反応器における５〜５０％の全ガスホールドアップが好適である。
【００３７】
【実施例】
実施例１
固定床反応器に転換された攪拌タンクオートクレーブにおけるニトロベンゼンの水素化（触媒ホルダーおよび攪拌システムを取付けられた２ＬのＰａｒｒ反応器においてニトロベンゼンの水素化のような２相反応を実施）
触媒の前処理
４００チャンネル／１平方インチを有する長さ２インチ（約５cm）×径２インチの５％Ｐｄ／炭素モノリス触媒が、図１に示される固定床触媒ホルダーに搭載され、有効モノリス触媒径１．７５インチを与えた。このアセンブリーは２ＬのＰａｒｒ反応器内に置かれ、シールされた。窒素、ついで水素での室温乾燥漏れ試験、ついで減圧の後に、２‐プロパノール１Ｌが反応器に添加された。反応器は水素で２００psigに加圧され、１０００rpmで攪拌しながら３０分間にわたって１４０℃に加熱され、１４０℃に３０分間維持され、ついで室温に冷却された。反応器は、からにされた。
ニトロベンゼンの水素化
モノリス触媒を含む上記のＰａｒｒ反応器に、２‐プロパノール中の４０wt％ニトロベンゼン１Ｌ（ニトロベンゼン３６４．７ｇと２−プロパノール５４８．３g）が添加され、水平バッフルより上方の液面を得た。Ｐａｒｒ反応器は密閉され、水素で３５psigに加圧され、そして３０分にわたって１４０℃に加熱された。圧力は１０００rpmに攪拌を維持して、水素で２００psigに増大された。
【００３８】
タービンインペラーの作用は攪拌地点に低圧帯域を創り出す。その作用は水素が攪拌軸の通路を通ってヘッドスペースから吸引され、タービンに隣接して分配されるようにする。さらに、水平バッフルの上方の反応物液体はタービンインペラーに吸引される。タービンの回転は水素を微細に分割された気泡にさせ、液体ニトロベンゼン相へ水素を溶解させる。そうすることにより、泡立った混合物が創り出される。水平バッフルによりオートクレーブの上方部分に液体の上方流が限定されるので、泡立った混合物の大部分はハウジングの底部に下向きに送られる。ついで得られる反応混合物はモノリス触媒の入口に送られ、そしてモノリス触媒を下向きに通過して出口に送られる。アニリン、未反応ニトロベンゼンおよび水素からなる反応生成物はモノリス触媒の出口で除去される。このプロセスは、反応混合物および水平バッフル上方から入って来る反応物で繰り返され、ハウジングの側壁孔を通って排出される。
【００３９】
ハウジングの側壁孔を出る泡立った混合物の部分は水平バッフルの孔によってオートクレーブの上部部分に送られる。未反応水素はヘッドスペースに送られ、液体はハウジングの上方部分に流れる。
【００４０】
水素捕集はバラスト(ballast)を用いて監視され、水素化はＰａｒｒ反応器で、１４０℃、４０分後に終了する。反応時の水素捕集は触媒／秒の５０〜７５モルＨ２／m3であった。その時点で、反応は終結し、生成物はＰａｒｒ反応器から除去された。
【００４１】
ガスクロマトグラフィー分析によれば、ニトロベンゼンの転換は９９．９％であった。アニリンの選択率は約９５％であった。図４は時間の関数として反応の様子を示す。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば次のような利点が得られうる。
・  攪拌タンク型反応器もしくはオートクレーブを改良し、それによりそれらをスラリー相触媒反応器から固定床触媒反応器に転換する能力；
・  固定床およびモノリス触媒反応器において通常使用される反応器ループ、ポンプ等、特に熱交換器を使用するもの、を除去する能力；
・  触媒反応のための反応物液体における反応物ガスの溶解度を向上する能力；・  反応物および反応生成物の均一性を維持する能力；
・  固定床触媒反応器でタービンインペラーにより発生する高流速によって循環速度を向上させ、そして混合物および配合時間を短くする能力；
・  固定相触媒、たとえばモノリス触媒を用いてオートクレーブにおける２相反応を実施する能力；ならびに
・  固定床触媒反応器が攪拌機構に取付けられ、そして回転される攪拌の問題を克服する能力。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定床触媒ホルダーおよび固定床触媒を含むオートクレーブの等角図。
【図２】固定床触媒および攪拌システムを含む固定床触媒ホルダーの組立図。
【図３】図１に示される固定床触媒ホルダーを含むオートクレーブの断面図。
【図４】反応圧力、転換および速度の経時的変化を示すグラフ。
【符号の説明】
２…オートクレーブ
４…固定床触媒ホルダー
６…カバー
１６…ハウジング
１８…水平バッフル
２２…側壁孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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