CN101274263A - 反应温度控制方法及反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应装置(1)，其具备：用于进行发热反应的气液反应槽(2)；通过设置在气液反应槽(2)的外部的流路，使反应液及/或反应蒸汽循环的反应***循环路(反应液取出路(5)、反应液回收路(6)、蒸汽取出路(13)、归还路(14))；用于使气液平衡状态的载热体在热交换器内循环的载热体循环路(第一载热体供给路(8)、第一载热体回收路(9)、第二载热体供给路(16)、第二载热体回收路(17))；基于反应器内的反应温度，用于控制载热体循环路内的压力的控制机构(温度传感器(10)、第一载热体排出控制阀(11)、第一载热体补充控制阀(12)、第二载热体排出控制阀(18)、第二载热体补充控制阀(19))。该装置中，对于气液反应槽(2)，利用气液平衡状态的载热体，对在外部循环中途的反应液及/或反应蒸汽进行除热，且通过调节该载热体的压力来调节该载热体的温度，由此控制温度。

Description

反应温度控制方法及反应装置

技术领域

本发明涉及反应温度控制方法及反应装置，具体地，涉及在具有液相的发热反应中，用于控制反应器内的温度的反应温度控制方法和适于控制具有液相的发热反应的反应温度的反应装置。

背景技术

发热反应中，为有效地反应，需要将反应温度控制在适度的范围内。

在用于控制具有液相的发热反应的反应温度的除热操作中，与通过使用冷却水等的显热进行除热相比，通过使用水蒸气等的潜热进行除热因为在载热体中能储藏的热量多，所以更合适。此外，在通过潜热除热的情况下，能够减少每单位热量的载热体使用量，进而，例如将水蒸气等的载热体用于其他的设备的热源等，也能够实现热量的有效利用。

作为利用水蒸气的潜热除热的反应装置，在特开2001-87644号公报中记述了具有如下结构的反应装置，即：反应器；在该反应器的外面，由饱和蒸汽压的水和水蒸气构成的载热体流动的流路；将该载热体倒入流路的导入机构；变更该载热体的压力的压力变更机构。此外，在特表2006-513839号公报中记述有进行发热气相反应的多槽型套管反应装置，其特征在于具有：利用气化冷却工作的至少一个反应区域；利用循环冷却工作的至少一个反应区域；根据情况的其他的区域，利用气化冷却工作的反应区域形成第一反应区域，在该反应区域上连接利用气化冷却的另一个反应区域或利用冷却循环工作的一个反应区域。

根据这些反应装置，通过使流过反应器的外面或多槽型套管反应装置的套的载热体(饱和蒸汽压的水及水蒸气)的饱和蒸汽压变动，并调节载热体的温度，能够控制上述反应装置内的反应温度。

此外，作为用于控制反应温度的除热操作的其他的例，举例如，使反应装置内的反应液在设置于反应器的外部的流路循环，在途中通过热交换器等除热，所谓的外部循环除热。

作为除热操作中的除热量的控制因子，举例如，载热体与反应装置内的反应系的传热面积的增减、导热率的增减、载热体和反应装置内的反应***的温度差的增减等。

但是，如上述各文献中记载的反应装置，利用套等在反应装置的外面除热的情况下，难以控制上述的传热面积或导热率。因此，存在反应温度的控制幅度变小，除热量的控制性能低等问题。

此外，即使除热操作为外部循环除热的情况下，也难以通过传热面积或导热率的增减控制除热量。而且考虑在外部循环除热的情况下，例如通过反应液的循环量的增减控制除热量。但是，从伴随外部循环量的变动的反应***的组成变化，或外部循环后的液体与反应器内的液体的混合导致温度不均匀的观点出发，因为对反应液的外部循环量产生限制，所以即使在此情况下，产生反应温度的控制幅度变小，反应温度的控制性能低的不适情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发热反应中的反应温度的控制性能优良的反应温度控制方法和适于该反应温度控制方法的反应装置。

为达到上述目的，本发明的反应温度控制方法的特征在于，通过设置在反应器的外部的流路，使反应液及/或反应蒸汽循环，在该循环的中途利用气液平衡状态的载热体进行除热，并且通过调节所述载热体的压力来调节所述载热体的温度。

在该反应温度控制方法中，因为载热体为气液平衡状态，所以能够利用载热体的潜热进行反应***的除热。此外，在该反应温度控制方法中，通过调节载热体的压力(饱和蒸汽压)，能够适宜地调节处于气液平衡状态的载热体的温度(饱和温度)。因此，根据该反应温度控制方法，利用载热体的压力控制载热体与反应装置内的反应***的温度差的增减，能够适宜地设定反应***的除热量。

本发明的反应温度控制方法优选适用于具有液相的发热反应中的反应温度的控制，更优选适用于利用气液接触的发热反应。

在本发明的反应温度控制方法中，通过设置在所述反应器的外部的第一流路使反应液循环，并在该循环的中途利用气液平衡状态的第一载热体进行除热，通过设置在所述反应器的外部的第二流路使反应蒸汽循环，并在该循环的中途利用气液平衡状态的第二载热体进行除热，利用各自独立地调节所述第一载热体的压力及所述第二载热体的压力来控制反应温度。

在此情况下，能够利用使反应***的反应液外部循环进行除热的处理，和使反应***的反应蒸汽外部循环进行除热的处理的两个处理，控制反应温度。由此，通过使反应温度控制中需要的除热量分担在上述两个处理上，能够减轻对于一个除热处理的过重的负担。

本发明的反应装置的特征在于，具备：反应器，其用于进行具有液相的发热反应；反应***循环路，其用于通过设置在反应器的外部的流路，使反应液及/或反应蒸汽循环；热交换器，其设置在所述反应***循环路的中途；载热体循环路，其对于所述热交换器，用于使气液平衡状态的载热体循环；控制机构，其基于所述反应器内的反应温度，用于控制所述载热体循环路内的压力。

在该反应装置中，反应液及/或反应蒸汽在通过反应器的外部的反应***循环路内循环，并由设置在反应***循环路中途的热交换器除热。

此外，在该反应装置中，作为在热交换器内循环的载热体，使用气液平衡状态的载热体。该载热体的温度(饱和温度)通过控制机构调节载热体循环路内的压力(饱和蒸汽压)而被适宜地控制。由此，载热体与反应装置内的反应***的温度差的增减被适宜调整。并且，因为载热体的压力基于反应温度来控制，所以配合反应温度，能够适宜地设定载热体与反应装置内的反应***的温度差，从而能够适宜地控制对于反应***的除热量，及反应器内的反应温度。

本发明的反应装置优选为，作为反应***循环路具备：用于通过设置在所述反应器的外部的第一流路，使所述反应器内的反应液循环的反应液循环路；和通过设置在所述反应器的外部的第二流路，用于使所述反应器内的反应蒸汽循环的反应蒸汽循环路，作为所述热交换器，具备：设置于所述反应液循环路的中途的第一热交换器；和设置于所述反应蒸汽循环路的中途的第二热交换器，作为所述载热体循环路，具备：对于所述第一热交换器，使气液平衡状态的第一载热体循环的第一载热体循环路；和对于所述第二热交换器，使气液平衡状态的第二载热体循环的第二载热体循环路，作为控制机构，具备：用于控制所述第一载热体循环路内的压力的第一控制机构；和用于控制所述第二载热体循环路内的压力的第二控制机构。

在此情况下，能够利用使反应***的反应液在反应液循环路内循环，并由第一热交换器除热的处理，和使反应***的反应蒸汽在反应蒸汽循环路内循环，并由第二热交换器除热的处理的两个处理，控制反应温度。由此，通过使反应温度控制中需要的除热量分担于第一热交换器和第二热交换器的两个热交换器中的除热处理，由此能够减轻对于一个除热处理的过重的负担。

根据本发明的反应温度控制方法及反应装置，通过调节载热体的压力，可适宜调节载热体的温度，并适宜地控制热交换量，其结果，能够适宜地控制反应温度。

附图说明

图1是表示本发明的反应装置的一实施方式的概略装置结构图。

图2是表示本发明的反应装置的其他的实施方式的概略装置结构图。

图3是表示本发明的反应装置的另一个实施方式的概略装置结构图。

图4(a)及图4(b)表示在实施例1中的设定值变更幅度为+5℃时的反应温度控制的动态模拟结果图表。

图5(a)及图5(b)表示在实施例1中的设定值变更幅度为-5℃时的反应温度控制的动态模拟结果图表。

图中，1、36、38-反应装置；2-气液反应槽；7-热交换器(第一热交换器)；15-热交换器(第二热交换器)；22-反应液。

具体实施方式

图1是表示本发明的反应装置的一实施方式的概略装置结构图，图2是表示本发明的反应装置的其他的实施方式的概略装置结构图，图3是表示本发明的反应装置的另一个实施方式的概略装置结构图。

因此，首先参照图1，对本发明的反应温度控制方法及反应装置进行说明。

图1中，该反应装置1能够有效地适用于例如使用氢气等作为原料气的各种添加氢反应的反应装置，其具备：作为反应器的气液反应槽2；原料气供给路3；原料液供给路4；作为反应液循环路(第一反应***循环路)的反应液取出路5及反应液回收路6；第一热交换器7；作为第一载热体循环路的第一载热体供给路8及第一载热体回收路9；作为第一控制机构及第二控制机构的温度传感器10；作为第一控制机构的第一载热体排出控制阀11；作为反应蒸汽循环路(第二反应***循环路)的蒸汽取出路13及归还路14；第二热交换器15；作为第二载热体循环路的第二载热体供给路16及第二载热体回收路17；作为第二控制机构的第二载热体排出控制阀18。

气液反应槽2只要是能够利用气液接触发生发热反应的反应槽即可，没有特别的限制。例如，图示的气液反应槽2为能够利用气液接触发生发热反应的反应槽，由具备搅拌翼20的耐压性的通气搅拌槽等构成。

原料气供给路3的下游侧端部位于搅拌翼20的下方，并配置在气液反应槽2的底部内。在原料气供给路3的下游侧端部设有喷嘴(或者喷淋器(sparger))21。此外，该原料气供给路3的上游侧端部连接氢气等原料气源。

原料液供给路4的下游侧端部配置在气液反应槽2内。此外，在该原料液供给路4的上游侧端部连接有硝基苯等的原料液源。

图1中，反应液取出路5和反应液回收路6是用于将气液反应槽2内的反应液22通过气液反应槽2的外部，再次返回到气液反应槽2内的流路，即形成反应液循环路(第一反应***循环路)。在该反应液循环路的中途设置有用于将反应液循环路内的反应液22除热的第一热交换器7。

反应液取出路5的上游侧端部连接在气液反应槽2的底部，其下游侧端部连接在第一热交换器7。

反应液回收路6的上游侧端部连接于第一热交换器7，其下游侧端部连接在气液反应槽2的铅直方向上部侧。

第一热交换器7设置在反应液取出路5与反应液回收路6之间。该第一热交换器7为能够利用热交换将在反应液循环路内循环的反应液22除热的热交换器。

在反应液取出路5的中途设置有反应液循环用的泵23。该泵23将从气液反应槽2中取出到反应液取出路5中的反应液22送入第一热交换器7。送入到第一热交换器7的反应液22在第一热交换器7内被除热后，经由反应液回收路6，送入到气液反应槽2内。如此，气液反应槽2内的反应液22通过第一热交换器7在反应液循环路内循环。

图1中，第一载热体供给路8和第一载热体回收路9相对于第一热交换器7形成用于使气液平衡状态的第一载热体循环的第一载热体循环路。在该第一载热体循环路的中途设置有第一气液分离槽24。

第一载热体供给路8的上游侧端部连接在第一气液分离槽24的底部，其下游侧端部连接于第一热交换器7。

第一载热体回收路9的上游侧端部连接于第一热交换器7，其下游侧端部连接在第一气液分离槽24的铅直方向上方侧。

第一气液分离槽24设置在第一载热体供给路8与第一载热体回收路9之间。该第一气液分离槽24只要可使第一载热体分离为蒸汽(气体状态)和液(液体状态)，没有特别的限制，例如由圆筒型压力容器等构成。

在第一载热体供给路8的中途，设置有第一载热体循环用的泵25。该泵25将从第一气液分离槽24取出到第一载热体供给路8的第一载热体送入第一热交换器7。

送入到第一热交换器7的第一载热体用于在第一热交换器7内进行反应液22的除热，然后经由第一载热体回收路9，送入第一气液分离槽24。如此，第一载热体通过第一热交换器7在第一载热体循环路内循环，并对反应液22除热。

利用第一载热体供给路8及第一载热体回收路9的第一载热体的循环并不限定于由泵25进行的强制循环，例如也可由热虹吸效果形成的自然循环。

配合在第一热交换器7内求得的反应液22的除热量，且考虑载热体的饱和蒸汽压选择第一载热体。作为第一载热体的具体例，可举出各种载热体，没有特别的限定，举例如，水、酒精类、***类、脂肪族烃类、芳香族烃类等。这些载热体可单独使用，也可混合两种以上。

从第一载热体供给路8导入第一热交换器7内的第一载热体在第一热交换器7内对反应液22除热后，通过第一载热体回收路9，返回到第一气液分离槽24内。

图1中，温度传感器10和第一载热体排出控制阀11形成用于控制第一载热体循环路内的第一载热体的温度的第一控制机构。

温度传感器10具备：配置在气液反应槽2内，用于检测气液反应槽2内的反应液22的温度的传感器；基于反应液22的温度，用于控制第一载热体排出控制阀11的开闭或开度，或控制后述的第二载热体排出控制阀18的开闭或开度的控制部(CPU)。

第一载热体排出控制阀11为用于控制第一载热体从第一载热体循环路排出的控制阀。在图1所示的反应装置1中，在第一气液分离槽24的顶部连接第一载热体排出路26，在该第一载热体排出路26的中途设置有第一载热体排出控制阀11。

第一载热体排出路26为用于将第一载热体向第一载热体循环路外排出的路。从该第一载热体排出路26向第一载热体循环路外进行的第一载热体的去除通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节第一载热体排出控制阀11的开闭或开度来控制。

第一载热体的温度通过适宜地调节第一载热体排出控制阀11的开闭或开度来调节。即，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，利用温度传感器10的控制部(CPU)调节第一载热体排出控制阀11的开闭或开度，控制第一载热体的排出，由此，第一载热体循环路内的压力被适宜地调节。因为第一载热体被保持在气液平衡状态，所以如果第一载热体循环路内的压力下降，则第一载热体的温度降低。

因为第一载热体用于对在气液反应槽2内的发热反应导致温度上升的反应液22进行除热，所以通常每当在第一载热体循环路内循环时，其温度上升。由此，为将第一载热体的温度设定在适于对反应液22的进行除热的温度，如上所述，适宜地打开第一载热体排出控制阀11，从第一载热体循环路排出第一载热体，使压力下降，由此降低第一载热体的温度即可。

此外，为维持第一载热体的温度，只要调节第一载热体排出控制阀11的开度，适宜地调节第一载热体的排出量即可。

而且，在连接于第一气液分离槽24的底部的第一载热体供给路8的中途连接有第一载热体补充路27，在该第一载热体补充路27的中途设置有用于控制向第一载热体循环路内补充第一载热体的第一载热体补充控制阀12。从该第一载热体补充路27向第一载热体循环路内进行的第一载热体的补充通过调节第一载热体补充控制阀12的开闭或开度来控制。从第一载热体补充路27向第一载热体循环路内补充的第一载热体优选保持在与第一气液分离槽24内大致相同的气液平衡状态。

第一载热体排出控制阀11的开闭及开度，如上述，利用温度传感器10的控制部(CPU)来调节。具体地，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，确定第一热交换器7中需要的除热量，并通过温度传感器10的控制部(CPU)调节第一载热体排出控制阀11的开闭及开度，符合第一热交换器7中的除热量地调节第一载热体的压力及温度。

如上所述，通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节第一载热体排出控制阀11的开闭及开度，由此在第一载热体循环路内达到气液平衡状态的第一载热体的压力，从而控制第一载热体的温度。此外，通过如此地控制第一载热体的温度，控制第一热交换器7中的除热量。

由此，根据图1所示的反应装置1，能够在反应液循环路中途的第一热交换器7中对反应液22进行除热，此外，通过调节第一载热体的压力，能够控制其除热量及除热后的气液反应槽2内的反应液的温度。

图1中，蒸汽取出路13和归还路14形成用于将气液反应槽2内的反应蒸汽通过气液反应槽2的外部，再次循环到气液反应槽2内的流路，即反应蒸汽循环路(第二反应***循环路)。此外，在该反应蒸汽循环路的中途，设置有用于对反应蒸汽循环路内的反应蒸汽进行除热的第二热交换器15。

蒸汽取出路13的上游侧端部连接在气液反应槽2的顶部，其下游侧端部连接于第二热交换器15。

归还路14的上游侧端部连接于第二热交换器15，其下游侧端部连接在气液反应槽2的铅直方向上部侧。

第二热交换器15设置在蒸汽取出路13与归还路14之间。该第二热交换器15为能够通过热交换将在反应蒸汽循环路内循环的反应蒸汽除热的热交换器。

气液反应槽2中的反应蒸汽被取出到蒸汽取出路13中，并在第二热交换器15内被除热后，分离为向后述的反应混和物取出路32排出的排出部分和向气液反应槽2返回的归还部分，向气液反应槽2归还的归还部分经由归还路14，返回到气液反应槽2内。由此，气液反应槽2中的反映蒸汽的一部分通过第二热交换器15在反应蒸汽循环路内循环。

图1中，第二载热体供给路16和第二载热体回收路17对于第二热交换器15形成用于使气液平衡状态的第二载热体循环的第二载热体循环路。此外，在该第二载热体循环路的中途设置有第二气液分离槽28。

第二载热体供给路16的上游侧端部连接在第二气液分离槽28的底部，其下游侧端部连接于第二热交换器15。

第二载热体回收路17的上游侧端部连接于第二热交换器15，其下游侧端部连接在第二气液分离槽28的铅直方向上方侧。

第二气液分离槽28设置在第二载热体供给路16和第二载热体回收路17之间。该第二气液分离槽28只要可使第二载热体分离为蒸汽(气体状态)和液(液体状态)即可，没有特别的限制，例如由圆筒型压力容器等构成。

在第二载热体供给路16的中途设置有第二载热体循环用的泵29。该泵29将从第二气液分离槽28取出到第二载热体供给路16中的第二载热体送入第二热交换器15。

被送入到第二热交换器15的第二载热体用于在第二热交换器15内进行反应蒸汽的除热，然后经由第二载热体回收路17，被送入到第二气液分离槽28。如此，第二载热体通过第二热交换器15，在第二载热体循环路内循环，从而对反应蒸汽除热。

在第二载热体供给路16及第二载热体回收路17中进行的第二载热体的循环并不限定于由泵29进行的强制循环，例如由热虹吸效果形成的自然循环也可。

配合在第二热交换器15内求得的反应蒸汽的除热量，且考虑载热体的饱和蒸汽压选择第二载热体。作为第二载热体的具体例，可举出与第一载热体相同，且上述例示的载热体可单独使用，也可混合两种以上使用。

从第二载热体供给路16导入到第二热交换器15内的第二载热体在第二热交换器15内对蒸汽除热后，通过第二载热体回收路17，返回到第二气液分离槽28内。

图1中，温度传感器10和第二载热体排出控制阀18形成用于控制第二载热体循环路内的第二载热体的温度的第二控制机构。

温度传感器10与上述同样，具备：配置在气液反应槽2内、用于检测气液反应槽2内的反应液22的温度的传感器；基于反应液22的温度，用于控制第二载热体排出控制阀18的开闭或开度，或控制第一载热体排出控制阀11的开闭或开度的控制部(CPU)。

第二载热体排出控制阀18为用于控制第二载热体从第二载热体循环路排出的控制阀。在图1所示的反应装置1中，在第二气液分离槽28的顶部连接第二载热体排出路30，在该第二载热体排出路30的中途设置有第二载热体排出控制阀18。

第二载热体排出路30为用于将第二载热体向第二载热体循环路外排出的路。从该第二载热体排出路30向第二载热体循环路外进行的第二载热体的去除通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节第二载热体排出控制阀18的开闭或开度来控制。

第二载热体的温度通过适宜地调节第二载热体排出控制阀18的开闭或开度来调节。即，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，利用温度传感器10的控制部(CPU)调节第二载热体排出控制阀18的开闭或开度，控制第二载热体的排出，由此，第二载热体循环路内的压力被适宜地调节。因为第二载热体被保持在气液平衡状态，所以如果第二载热体循环路内的压力下降，则第二载热体的温度降低。

因为第二载热体用于对在气液反应槽2内的发热反应导致温度上升的反应蒸汽进行除热，所以通常每当在第二载热体循环路内循环时，其温度上升。由此，为将第二载热体的温度设定在适于对反应蒸汽进行除热的温度，如上所述，适宜地打开第二载热体排出控制阀18，从第二载热体循环路排出第二载热体，使压力下降，由此降低第二载热体的温度即可。

此外，为维持第二载热体的温度，只要调节第二载热体排出控制阀18的开度，适宜地调节第二载热体的排出量即可。

而且，在连接于第二气液分离槽24的底部的第二载热体供给路16的中途连接有第二载热体补充路31，在该第二载热体补充路31的中途设置有用于控制向第二载热体循环路内补充第二载热体的第二载热体补充控制阀19。从该第二载热体补充路31向第二载热体循环路内进行的第二载热体的补充通过调节第二载热体补充控制阀19的开闭或开度来控制。从第二载热体补充路31向第二载热体循环路内补充的第二载热体优选保持在与第二气液分离槽28内大致相同的气液平衡状态。

第二载热体排出控制阀18的开闭及开度，如上述，利用温度传感器10的控制部(CPU)来调节。具体地，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，确定第二热交换器15中需要的除热量，并通过温度传感器10的控制部(CPU)调节第二载热体排出控制阀18的开闭及开度，符合第二热交换器15中的除热量地调节第二载热体的压力及温度。

如上所述，通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节第二载热体排出控制阀18的开闭及开度，由此在第二载热体循环路内达到气液平衡状态的第二载热体的压力，从而控制第二载热体的温度。此外，通过如此地控制第二载热体的温度，控制第二热交换器15中的除热量。

由此，根据图1所示的反应装置1，能够在反应蒸汽循环路中途的第二热交换器15中对反应蒸汽进行除热，此外，通过调节第二载热体的压力，能够控制其除热量及除热后的气液反应槽2内的反应液的温度。

此外，在图1所示的反应装置1中，能够分别独立地进行由第一控制机构进行的第一载热体的压力及温度的控制，和由第二控制机构进行的第二载热体的压力及温度的控制。

例如，为使气液反应槽2内的反应液的温度降低，可进行通过调节第一载热体排出控制阀11的开度，使第一载热体循环路内的压力降低的操作和通过调节第二载热体排出控制阀18的开度，使第二载热体循环路内的压力降低的操作的两方面的操作，也可仅执行各操作的任一个，也可优先执行任一个的操作，辅助执行另一个操作。

另一方面，为维持气液反应槽2内的反应液的温度，或使其上升，可进行通过调节第一载热体排出控制阀11的开闭或开度，维持或使第一载热体循环路内的压力上升的操作和通过调节第二载热体排出控制阀18的开闭或开度，维持或使第二载热体循环路内的压力上升的操作的两方面的操作，也可仅执行各操作的任一个，也可优先执行任一个的操作，辅助执行另一个操作。

此外，由第一控制机构进行的第一载热体的压力及温度的控制和由第二控制机构进行的第二载热体的压力及温度的控制可基于比较考量第一热交换器7中的除热的负担的程度和第二热交换器15中的除热的负担的程度后的结果，适宜调整。

图1中，在第二热交换器15的归还路14侧，另外连接反应混合物取出路32。此外，该反应混合物取出路32的下游侧端部连接于气相反应槽33，进而在该气相反应槽33上连接反应生成物取出路34。

气液反应槽2内的反应生成物与未反应的反应原料或未反应的原料气一同作为反应蒸汽被取出到蒸汽取出路13，由第二热交换器15除热后，其一部分(向气液反应槽2内归还的归还部分)经由归还路14，返回到气液反应槽2内。另一方面，另外一部分(向气相反应槽33排出的排出部分)被从第二热交换器15取出到反应混合物取出路32，从而送入气相反应槽33。

在气相反应槽33中，由反应混合物取出路32送入的未反应的反应原料和未反应的原料气在气相下反应。如此，反应原料与原料气大致完全地反应，反应生成物由反应生成物取出路34取出。

第二载热体的温度，如上所述，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量，通过调节第二载热体循环路内的压力来控制。另外，也可基于通过反应混合物取出路32的反应混合物的温度的测量结果，利用温度传感器35的控制部(CPU)，调节第二载热体排出控制阀18或第二载热体补充控制阀19的开闭或开度，从而调节第二载热体循环路内的压力来控制。

例如，通过反应混合物取出路32内的反应混合物的温度高时，存在反应混合物中的高沸点杂质的含有比例高之虞，相反地，通过反应混合物取出路32内的反应混合物的温度低时，反应混合物中的未反应原料的含有比例高之虞。因此，在此种情况下，配合通过反应混合物取出路32内的反应混合物的温度，利用温度传感器35的控制部(CPU)，调节第二载热体排出控制阀18或第二载热体补充控制阀19的开闭或开度，由此能够调节第二热交换器15内的除热量，从而控制通过反应混合物取出路32内的反应混合物的温度。

在图1所示的反应装置1中，在反应混合物取出路32上设有用于检测通过反应混合物取出路32内的反应混合物的温度，并控制第二载热体循环路内的第二载热体的温度的作为第三控制机构的温度传感器35。该温度传感器35形成用于控制第二载热体排出控制阀18及第二载热体补充控制阀19，和第二载热体循环路内的第二载热体的温度的第三控制机构。

温度传感器35具备：设置在反应混合物取出路32的中途、用于检测通过反应混合物取出路32的反应混合物的温度的传感器；基于反应混合物的温度，用于控制第二载热体排出控制阀18的开闭或开度的控制部(CPU)。

接下来，利用图1所示的反应装置，对利用气液接触，使原料气和原料液发生发热反应的本发明的反应方法的一个实施方式进行说明。

在本方法中，预先在气液反应槽2内装入溶剂及催化剂，并从原料气供给路3的喷嘴21向气液反应槽2内供给原料气，同时从原料液供给路4向气液反应槽2内供给原料液。

更具体地，例如在苯胺的制造中，作为溶剂，例如使用作为反应生成物的苯胺，作为催化剂例如使用钯/活性炭、钯-铂活性炭等的固体催化剂。此外，作为原料气例如使用氢气，作为原料液例如使用硝基苯。

溶剂的供给量根据反应负荷适宜地确定，催化剂的供给量对于液相(即，溶剂与原料液的合计)，例如设定在0.01～2.0重量％的范围内。

此外，原料液与原料气的供给比为原料气相对于原料液过剩的比例，例如，对于原料液1摩尔，在化学量论上供给1.5～5摩尔倍的原料气。在此情况下，原料气在化学量论上过剩0.5～4摩尔倍。

气液反应槽2内的反应条件例如反应温度(即，反应液(溶剂、原料液及反应生成物的混合液)的温度)为150～250℃，反应压力(即，气液反应槽2内的压力)为0.3～1.5MPa-G。

并且，在气液反应槽2内，利用搅拌翼20的搅拌，完全混合原料液(硝基苯)和过剩的原料气(氢气)，由此气液接触，利用发热反应生成反应生成物(苯胺及水)，生成的反应生成物及未反应的原料液的一部分伴随未反应的原料气，作为反应蒸汽，通过蒸汽取出路13向反应混合物取出路32排出。

而且，气液反应槽2内的反应中，如果原料的转化率接近100％，则由逐次反应促进杂质的生成，所以在该气液反应槽2内反应中，原料的转化率被控制在80～99.9％。

气液反应槽2中的反应液22的温度由温度传感器10来管理。该温度传感器10根据反应液22的温度，为将在第一载热体循环路上的热交换器7中进行的除热，或在第二载热体循环路上的热交换器15中进行的除热调节到合适的程度，适宜地调节第一载热体排出控制阀11及第二载热体排出控制阀18的开闭或开度。

为将气液反应槽2内的温度设定在150～250℃，将第一载热体循环路内的第一载热体和第二载热体循环路内的第二载热体的温度(气液平衡状态的载热体的温度)设定在100～250℃，优选设定在140～240℃，并且气液反应槽2内的反应温度T₀与第一载热体或第二载热体的温度T₁的差(T₀-T₁)设定在150℃以内，优选在100℃以内。

例如，载热体为水-水蒸气混合相的情况下，为将气液平衡状态的载热体的温度设定在140～240℃的范围内，只要将载热体的压力设定在0.26～3.24MPa-G的范围内即可。载热体的压力在关闭第一载热体补充控制阀12或第二载热体补充控制阀19的状态下，通过打开第一载热体排出控制阀11或第二载热体排出控制阀18来降低。

而且，气液反应槽2内的反应压力例如只要通过供给气液反应槽2内的原料气的量等调节即可。

如上所述，如果调节第一载热体循环路或第二载热体循环路内的载热体的温度，并管理(调整)各热交换器7、15中的除热量，能够将气液反应槽2内的反应温度调节到合适的范围，并高度地抑制向气相反应槽33内混入高沸点杂质。

接下来，从气液反应槽2中向蒸汽取出路取出的气体状态的反应生成物或未反应的原料气在第二热交换器15中被除热后，分离为向气液反应槽2归还的归还部分，由反应混合物取出路32向气相反应槽33内导入。

在气相反应槽33中预先填充例如铜-铬系催化剂等的催化剂，此外反应温度保持在例如100～245℃。

导入到气相反应槽33内的未反应的原料(气体状态)及未反应的原料气发生气相反应，生成气体状态的反应生成物。由此，在气相中，原料的转化率实质为100％。

在上述的说明中，将本发明的反应作为用于将硝基苯作为反应原料，通过添加氢制造苯胺的反应进行了说明，但如上述的反应装置1或后述的图2及图3所示的反应装置36、38并不限定在适用上述反应，例如也能够适用在将硝基苯等的芳香族硝基化合物作为反应原料，通过添加氢，制造苯胺等的芳香族胺的反应，或将苯等芳香族烃作为反应原料，通过添加氢，制造环乙烷等的环链烷烃类的反应。

重要地，本发明的反应方法或本发明的反应装置只要是在利用气液接触进行的发热反应中，将反应生成物与过剩的原料气作为蒸汽排出的过程即可，能够适用于任意的反应。

此外，在上述的说明中，将在第一热交换器或第二热交换器内循环的载热体作为水-水蒸气混合相进行了说明，但载热体的种类并不限定于此，能够使用上述的各种载热体。

在图1所示的反应装置1中，为进行反应***的除热，具备反应液循环路(第一反应***循环路)和反应蒸汽循环路(第二反应***循环路)两个循环路，此两个反应系循环路分别具备用于供给载热体的两个载热体循环路(第一载热体循环路及第二载热体循环路)。

另一方面，图2所示的反应装置36为进行反应***的除热，具备反应液循环路和用于对该反应液循环路供给载热体的载热体循环路，图3所示的反应装置38为进行反应***的除热，具备反应蒸汽循环路和用于对该反应蒸汽循环路供给载热体的载热体循环路。

因此，接下来，参照图2及图3，对本发明的反应温度控制方法及反应装置进行说明。

而且，在以下的说明中，与图1所示的反应装置1相同或同种的部分表示相同的符号。此外，存在省略相同或同种的部分的说明的情况。

图2中，该反应装置36为能够有效地适用于例如使用氢气等作为原料气的各种添加氢反应的反应装置，其具备：作为反应器的气液反应槽2；原料气供给路3；原料液供给路4；作为反应***循环路的反应液取出路5及反应液回收路6；热交换器7；作为载热体循环路的载热体供给路8及载热体回收路9；作为控制机构的温度传感器10；载热体排出控制阀11；载热体补充控制阀12。

图2中，反应液取出路5和反应液回收路6形成用于将气液反应槽2内的反应液22通过气液反应槽2的外部，再次返回到气液反应槽2内的反应液循环路(反应***循环路)。

热交换器7与图1所示的反应装置1中的第一热交换器7相同。该热交换器7设置在反应液取出路5和反应液回收路6之间。

图2中，载热体供给路8和载热体回收路9对于热交换器7形成用于使气液平衡状态的载热体循环的载热体循环路。该载热体循环路与图1所示的反应装置1中的第一载热体循环路相同。

由气液分离槽24取出到载热体供给路8、并利用载热体循环用的泵25送入热交换器7的载热体在热交换器7内被用于反应液22的除热，然后经由载热体回收路9，回收回气液分离槽24。如此，载热体通过热交换器7，在载热体循环路内循环，从而对反应液22除热。

载热体配合在热交换器7内需要的反应液22的除热量，且考虑载热体的饱和蒸汽压来选择。作为载热体的具体例，举出与上述第一载热体相同的载热体，上述例示的载热体可以单独使用，也可混合两种以上使用。

图2中，温度传感器10和载热体排出控制阀11形成用于控制载热体循环路内的载热体的温度的控制机构。该控制机构与图1所示的反应装置1中的第一控制机构相同。而且，载热体排出控制阀11及载热体补充控制阀12分别与图1所示的反应装置1中的第一载热体排出控制阀11及第一载热体补充控制阀12相同。

载热体的温度通过适宜地调节载热体排出控制阀11的开闭或开度来调节。即，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，利用温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀11的开闭或开度，控制载热体的排出，由此，载热体循环路内的压力被适宜地调节。因为载热体被保持在气液平衡状态，所以如果载热体循环路内的压力下降，则载热体的温度降低。

载热体排出控制阀11的开闭及开度，如上述，利用温度传感器10的控制部(CPU)来调节。具体地，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，确定热交换器7中需要的除热量，并通过温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀11的开闭及开度，符合热交换器7中的除热量地调节载热体的压力及温度。

如上所述，通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀11的开闭及开度，由此在载热体循环路内达到气液平衡状态的载热体的压力，从而控制载热体的温度。此外，通过如此地控制载热体的温度，控制热交换器7中的除热量。

由此，根据图2所示的反应装置36，能够在反应液循环路中途的热交换器7中对反应液22进行除热，此外，通过调节载热体的压力，能够控制其除热量及除热后的气液反应槽2内的反应液的温度。

图2中，反应混合物取出路37的上游侧端部连接在气液反应槽2的顶部，。此外，反应混合物取出路37的下游侧端部连接于气相反应槽33，并将从气液反应槽2取出到反应混合物取出路37中的反应混合物送入气相反应槽33。

气相反应槽33及反应生成物取出路34都与图1所示的反应装置1相同。在气相反应槽33中，取出到反应混合物取出路37中的未反应原料和原料气在气相下反应。如此，大致完全地反应得到反应生成物由反应生成物取出路34取出。

图3中，该反应装置38为能够有效地适用于例如使用氢气等作为原料气的各种添加氢反应的反应装置，其具备：作为反应器的气液反应槽2；原料气供给路3；原料液供给路4；作为反应***循环路的蒸汽取出路13及归还路14；热交换器15；作为载热体循环路的载热体供给路16及载热体回收路17；作为控制机构的温度传感器10；载热体排出控制阀18；载热体补充控制阀19。

图3中，蒸汽取出路13和归还路14形成用于将气液反应槽2内的反应蒸汽通过气液反应槽2的外部，再次返回到气液反应槽2内的反应蒸汽循环路(反应***循环路)。

热交换器15与图1所示的反应装置1中的第二热交换器15相同。该热交换器15设置在蒸汽取出路13和归还路14之间。

图3中，载热体供给路16和载热体回收路17对于热交换器15形成用于使气液平衡状态的载热体循环的载热体循环路。该载热体循环路与图1所示的反应装置1中的第二载热体循环路相同。

由气液分离槽28取出到载热体供给路16、并利用载热体循环用的泵29送入热交换器15的载热体在热交换器15内被用于反应蒸汽的除热，然后经由载热体回收路17，回收回气液分离槽28。如此，载热体通过热交换器15，在载热体循环路内循环，从而对反应蒸汽除热。

载热体配合在热交换器15内需要的反应蒸汽的除热量，且考虑载热体的饱和蒸汽压来选择。作为载热体的具体例，举出与上述第一载热体相同的载热体，上述例示的载热体可以单独使用，也可混合两种以上使用。

图3中，温度传感器10和载热体排出控制阀18形成用于控制载热体循环路内的载热体的温度的控制机构。该控制机构与图1所示的反应装置1中的第二控制机构相同。而且，载热体排出控制阀18及载热体补充控制阀19分别与图1所示的反应装置1中的第二载热体排出控制阀18及第二载热体补充控制阀19相同。

载热体的温度通过适宜地调节载热体排出控制阀18的开闭或开度来调节。即，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，利用温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀18的开闭或开度，控制载热体的排出，由此，载热体循环路内的压力被适宜地调节。因为载热体被保持在气液平衡状态，所以如果载热体循环路内的压力下降，则载热体的温度降低。

载热体排出控制阀18的开闭及开度，如上述，利用温度传感器10的控制部(CPU)来调节。具体地，基于气液反应槽2内的反应液22的温度的测量结果，确定热交换器15中需要的除热量，并通过温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀18的开闭及开度，符合热交换器15中的除热量地调节载热体的压力及温度。

如上所述，通过由温度传感器10的控制部(CPU)调节载热体排出控制阀18的开闭及开度，由此在载热体循环路内达到气液平衡状态的载热体的压力，从而控制载热体的温度。此外，通过如此地控制载热体的温度，控制热交换器15中的除热量。

由此，根据图3所示的反应装置38，能够在反应蒸汽循环路中途的热交换器15中对反应蒸汽进行除热，此外，通过调节载热体的压力，能够控制其除热量及除热后的气液反应槽2内的反应液的温度。

图3中，反应混合物取出路32的上游侧端部连接在气液反应槽2的顶部，。此外，反应混合物取出路32的下游侧端部连接于气相反应槽33，并将从气液反应槽2取出到反应混合物取出路32中的反应混合物送入气相反应槽33。

气相反应槽33及反应生成物取出路34都与图1所示的反应装置1相同。在气相反应槽33中，取出到反应混合物取出路32中的未反应原料和原料气在气相下反应。如此，大致完全地反应得到反应生成物由反应生成物取出路34取出。

(实施例)

接下来，列举实施例说明本发明，但本发明并不由下述的实施例限定。

实施例1

为确认反应温度控制的有效性，利用动态模拟对利用硝基苯的苯胺的制造，实施反应器的解析。

作为用于模拟的模型，对图1所示的反应装置1中的气液反应槽2中的反应采用可闪蒸(flash calculation)的完全混合型反应器模型。此外，对上述反应装置1中的气相反应槽33中的反应，采用气液混相的挤压流动反应器模型。

在气液反应槽2(整体容积100m³)中，保持反应液45m³，在以20000kg/h供给原料液(硝基苯)的条件下模拟的结果，用于将反应温度216℃，气液反应槽2内的整体压力0.7MPa-G的条件保持在恒定的原料气(氢气)的供给量为990kg/h，用于将气液反应槽2的反应液的液面保持稳定的原料气的循环量为2440kg/h。

此外，用于将气液反应槽2内的反应液的温度(216℃)保持在恒定的第一载热体循环路内的第一载热体的蒸汽压力为1.6MPa-G。

通过动态模拟确认了利用第一载热体循环路内的第一载热体的蒸汽压力控制气液反应槽2内的反应液的温度，并将其蒸汽压力形成为上限1.85MPa-G、下限1.35MPa-G的情况的控制性。

图4(a)及图4(b)表示使气液反应槽2内的反应液的设定温度比初始值上升5℃时的动态模拟结果，图5(a)及图5(b)表示使气液反应槽2内的反应液的设定温度比初始值下降5℃时的动态模拟结果。

图4(a)中，(i)表示反应液的温度设定值(℃)，(ii)表示模拟后的反应液的温度(℃)，(iii)表示反应液温度的操作输出MV(％)，(iv)表示模拟后的第一载热体的温度(℃)。此外，图4(b)中，(v)表示第一载热体压力的操作输出MV(％)，(vi)表示模拟后的第一载热体的压力(MPa-G)。

另一方面，图5(a)中，(i)表示反应液的温度设定值(℃)，(ii)表示模拟后的反应液的温度(℃)，(iii)表示反应液温度的操作输出MV(％)，(iv)表示模拟后的第一载热体的温度(℃)。此外，图5(b)中，(v)表示第一载热体压力的操作输出MV(％)，(vi)表示模拟后的第一载热体的压力(MPa-G)。

由上述模拟结果，如图4(a)及(b)、图5(a)及(b)所示，在任一情况下，能够确认良好的响应性。

本发明并不限定于上述的记载，在权利要求的范围内可实施各种设计变更。

工业上的可利用性

根据本发明的反应温度控制方法及反应装置，通过调节载热体的压力，适宜地调节载热体的温度，从而可适宜地控制热交换量，其结果，能够适宜地控制反应温度。

Claims (4)

1.一种反应温度控制方法，其特征在于，

通过设置在反应器的外部的流路，使反应液及/或反应蒸汽循环，在该循环的中途利用气液平衡状态的载热体进行除热，并且通过调节所述载热体的压力来调节所述载热体的温度。

2.根据权利要求1所述的反应温度控制方法，其特征在于，

通过设置在所述反应器的外部的第一流路使反应液循环，并在该循环的中途利用气液平衡状态的第一载热体进行除热，

通过设置在所述反应器的外部的第二流路使反应蒸汽循环，并在该循环的中途利用气液平衡状态的第二载热体进行除热，

利用各自独立地调节所述第一载热体的压力及所述第二载热体的压力来控制反应温度。

3.一种反应装置，其特征在于，具备：

反应器，其用于进行具有液相的发热反应；

反应***循环路，其用于通过设置在反应器的外部的流路，使反应液及/或反应蒸汽循环；

热交换器，其设置在所述反应***循环路的中途；

载热体循环路，其对于所述热交换器，用于使气液平衡状态的载热体循环；

控制机构，其基于所述反应器内的反应温度，用于控制所述载热体循环路内的压力。

4.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于，

作为反应***循环路具备：用于通过设置在所述反应器的外部的第一流路，使所述反应器内的反应液循环的反应液循环路；和通过设置在所述反应器的外部的第二流路，用于使所述反应器内的反应蒸汽循环的反应蒸汽循环路，

作为所述热交换器，具备：设置于所述反应液循环路的中途的第一热交换器；和设置于所述反应蒸汽循环路的中途的第二热交换器，

作为所述载热体循环路，具备：对于所述第一热交换器，使气液平衡状态的第一载热体循环的第一载热体循环路；和对于所述第二热交换器，使气液平衡状态的第二载热体循环的第二载热体循环路，

作为控制机构，具备：用于控制所述第一载热体循环路内的压力的第一控制机构；和用于控制所述第二载热体循环路内的压力的第二控制机构。

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