JPH03502422A - 束管状反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 束管状反応器 この発明は、請求の範囲ｌに記載されたタイプの束管状反応器に関する。

この種の束管状反応器は、比較的大型の化学反応器の構成要素および駆動要素と してはしばしば望ましいものであり、また、多くの場合、不可欠の要素である。

このような束管状反応器は、平行方向、半径方向、逆流方向または２重逆流方向 への熱媒体の輸送に関連して説明することができ、これによって、方向転換プレ ート８よび／または分配プレートの組み込みによって強制的に規制される熱媒体 の主流方向は反応管束との関係で特徴づけられる。いずれの場合も、反応器のハ ウジング内へ流入する熱媒体の流路の実質的な部分はまず第一に管底部まＩ：は 隔離プレートに沿ったものとなる。この場合、逆流の長さが増々長くなり、また 、反応ガスと熱媒体との間の温度差が増々大きくなるので、次の様な問題が発生 する。即ち、該管底部または隔離プレートに沿って多かれ少なかれ直接的に接触 して流れる熱媒体は望ましくないほど過度に冷却される。このことは、反応器中 の反応ガスの温度が、例えば１００℃または１５０℃であり、一方、反応温度、 従って熱媒体の温度が例えば４００°Ｃである場合を考えれば理解される。上記 の過度の冷却によってもたらされる熱媒体の種々の層の間の温度差はその後の流 動過程においても多かれ少なかれ大きな値に保持されるので、個々の接触管の温 度プロフィールのような異なった温度がもたらされ、収率と選択率が悪くなる。

上記の温度差を熱媒体の貫流速度の増大によって低減させるためには、ポンプの 出力、従ってエネルギーの消費量を過度に高めなければならない。

この発明が解決しようとする課題は、ポンプの出力を増大させることなく、個々 の接触管の温度および温度プロフィールを十分に等しく保持できる束管状反応器 を提供することである。

本発明によればこの課題は、請求の範囲ｌの特徴部分に記載の手段によって解決 された。請求の範囲２、特許請求の範囲１の好ましい実！Ｍ態様である。

問題となるバイパス流路は次の効果をもたらす。即ち、流入口側の管底部または 隔離プレート上において過度に冷却される一部の熱媒体は、接触管束および所望 による流体をさらに誘導する構造部材、例えば方向変換プレートおよび分配プレ ートを迂回して、反応器／％ウジング内の熱媒体の流出口領域またはこれに近接 する位置へ直接移動し、そこでの熱媒体の温度は比較的低いもので無害であって 、望ましい。後者は、例えばホットスポットの高さにおいて内側へ延びた方向変 換プレートの内部においても同様である。

本発明によるバイパス流路は構造的に簡単なものである。即ち、該流路は管束の 中央部に自由空間を必要とするが、例えば西ドイツ国特許公告公報第２５　５９ 　６６１号に記載されているように、比較的大きな反応器の場合には、流体工学 的な理由から該自由空間がなくてもよい。

本発明による束管状反応器の二三の実施態様を添付図に基づいて以下に詳述する 。

第１図は、円筒状の管束を備えｔ；縦置の束管状反応器の中央部を通る模式的縦 断面図であり、反応ガスと熱媒体は下端部から導入される。

第２図は、向置した２つの束管群と熱媒体用複式逆流ガイドを備えた縦置の束管 状反応器の中央部を通る模式的縦断面図である。

第３図および第４図は、異なった態様のバイパス流路を備えた第２図に示す反応 器のＡ−Ａ線に沿った模式的横断面図である。

第５図は、円筒状の管束を備えた縦置の束管状反応器の中央部を通る模式的縦断 面図である。この場合、反応器のハウジングの熱媒体収容チャンバーは、大きく 相違する熱交換要求度に応じて、隔離プレートによって２つの重なり合った分離 セクションに仕切られる。

第１図に示す束管状反応器（２）は、管底部（６）および（８）と境を接する円 筒状の反応管束（４）を保有する。反応ガスは下方からキャップ（１０）を通し て反応管束（４）へ導入され、該反応管束を通過して反応したガスは上部のキャ ップ（１２）を通して捕集される。管底部（６）および（８）の間の反応器（２ ）の内部チャンバー内の管束（４）の管の外側の空間には、熱媒体、例えば溶融 塩が満たされる。熱媒体は下方の管底部（６）の近くに配設された環状流路（１ ６）を通して反応器のハウジング（１４）内へ放射状に供給され、これに対応し て、上方の管底部（８）の近くに配設された環状流路（１８）を通して排出され 、次いで、反応器の外部に配設された熱交換器（図示せず）へ送給される。管底 部（６）および（８）の間においては、種々の単位には配設された方向転換プレ ート（２０）および（２２）の周囲には熱媒体が蛇行状に貫流し、管束の周囲に おいては、熱媒体が実質上逆流となって放射状に流れる。方向転換プレート（２ ０）および（２２）は個々の管を通すための常套の開口部を有する。該開口部は 個々の管を包囲するスリットであってもよい。個々のスリットは、熱媒体の多か れ少なかれ大きな分流が反応器の軸方向へ貫流して管束（４）に所望の温度域が もたらされるような形態を有していてもよい（この点に関しては、例えば***国 特許公開公報第２　２０１　５２８号のポジション７および８参照）。反応器（ ２）は、管束（４）の内部に、接触管によって隔離された円筒状の共軸内部空間 を有するタイプのものである（***国特許公開公報第２５　５９　６６１号参照 ）。

管束（４）の内部の平均的反応温度および熱媒体の温度が例えば約４００℃の場 合には、反応が発熱的に進行しようと吸熱的に進行しようと、例えば約１００℃ の反応ガスがキャップ（ｌＯ）を通って管束内へ流入する。このｔ；め必然的に 下方の管底部（６）は相当な程度まで冷却される。この冷却効果は、隣接する熱 媒体層に伝達される。

この層は静止せずに、矢印（２４）で示すような分流を形成するので、通常はこ の冷却された分流は、管束の十分に温度制御されない部位を、反応過程に不利な 効果をもたらす温度まで冷却する。

このような現象に対処するために、図示する反応器（２）には、矢印（２４）で 示す分流を通すためのバイパス流路（２６）が配設される。

該バイパス流路は、管底部（６）および（８）の近くの両端部に漏斗状拡大部（ ３０）および（３２）を備えた同軸導管（２８）から構成される。

矢印（２４）で示される熱媒体の分留は、管束とさらに接触することなく、この バイパス流路を通って管束（４）の出口端部まで直接送給される。管底部（８） の近くに管束（４）の出口端部においては、矢印（２４）で示す分流が環状流路 （１６）から管束の中央部へ移動した場合とほぼ同様にして、矢印（３４）で示 す分流が環状流路（１８）へ移動する。この場合、管束（４）の出口端部におい ては反応は完了すると考えられるので、反応したガスがこの領域で強く冷却され ることは望ましいことである。

導管（２８）を通る上記の分流の流れを改良するためには、ｗｌ１図に示すよう に、管底部（６）と拡大部（３２）の間における円筒状周辺部の篩状の有孔プレ ート（３６）で包囲してもよい。

第２図に示す束管状反応器（４０）は、第１図に示す中空円筒状管束の代わりに 、相互に間隔をおいて向置した２つの管束群（４２）および（４４）を具備し、 これに対応して、向き合った側へ流入する熱媒体は所謂複式逆流として貫流する 。交互に配設された方向転換プレート（４６）および（４８）を有するその他の 内部構造は原則的には第１図のものに対応する。

この場合、バイパス流路（５０）は両方の管束群（４２）および（４４）の間の 空間内に配設される。第３図および第４図は、同一の反応器の異なった態様を示 す横断面図である。第３図においては、バイパス流路（５０）は、反応器（４０ ）の幅全体にわたる箱状のガイド流路（５２）から実質上構成され、第４図にお いては、バイパス流路（５０）は一連のガイド管（５４）から構成される。いず れの場合も、両端部には、第１図に示す拡大部（３０）および（３２）と類似の 拡大部が配設され、また、入口部には流体の誘導を改良するために、有孔プレー ト（３６）と類似の有孔プレートが配設される。

第５図に示す反応器（６０）は第１図に示す反応器と類似し、中空円筒状管束（ ６２）および環状流路（６４）〜（７０）を有する。しかしながらこの場合には 、反応器のハウジング（７２）は、貫通する管束の近傍の隔離プレート（７４） によって、***国特許公告公報第２２０１　５２８号の場合とほぼ同様にして、 ２つの向かい合って相互に少なくとも支質上分離した熱交換セクション（７６） および（７８）に分割される。この場合、例えば、熱交換セクション（７８）内 においては、交互に配設された方向転換プレート（２０）および（２２）の代わ りに、環状流路（６８）および（７０）の間には、個々の反応管を包囲する環状 スリットを有する同一の分配プレート（８０）が該環状流路に近接して配設され 、これらの分配プレートの作用によって、実質的に軸方向に沿った熱媒体流が形 成される。隔離プレート（７４）から環状流路（６８）を通って該隔離プレート に直接沿って流れる熱媒体の分流が望ましくない大きな温度変化を受けるという ことに対しては、該分配プレートは影響を及ぼさない。従って、この場合にも、 第１図の反応器（２）の場合のように、両端に拡大部を有するガイド管（８４） が中央部に配設される。

同様にして、下部に設置された熱交換セクション（７６）の中央部にもガイド管 （８６）が配設される。しかしながらこの場合には、該ガイド管（８６）は別の ガイド管（８８）によって間隔を設けて包囲され、これによって２つの分離して バイパス流路（９０）および（９２）が形成される。従って、矢印（９４）およ び（９６）で示される熱媒体の分流は、下方の管底部（９８）の領域から層状に なって排出される。

この場合、ガイド管（８６）および（８８）との間に形成される間隙を通って流 出する分流は、ガイド管（８６）を通って流出する分流よりも、流入する熱媒体 に対してより小さな温度差を示す。従って、このような冷却度の小さな分流は、 本来的に昇温か期待される管束（６２）の部位へ送給して利用することができる 。このような部位は通常はホットスポット領域であり、該領域には反応管の内部 において内側に向かって突出する方向転換プレート、例えば（１００）が配設さ れる。これに対応して拡大部（１０２）を有するガイド管（８８）の末端がこの 領域に位置するようにし、該末端から排出される熱媒体の分流を、矢印（１０４ ）で示される熱媒体の主流と混合させる。

上述の記載内容に従うことによって、種々のさらに別の変形態様や組合せ態様が 可能となる。

特表平３−５０２４２２　（５） 国際調ｆ＠告 国＠調査報告 ＥＰ　８８０１１４６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反応管束の間隔を貫流する熱媒体が、反応骨内のガスの温度よりも非常に異 なった温度を有するガス流入側の管底部または隔離プレートの近傍において、管 軸に対して外側から内側に向かって実質上垂直な方向から反応器ハウジング内へ 供給され、次いで該反応器ハウジングから反応ガスの下流の位置まで排出されて 該ハウジング外に配設された熱交換器へ送給される、発熱または吸熱を伴う触媒 気相化学反応用束管状反応器において、管底部（６；９８）または隔離プレート （７４）に直接的に接触して供給される熱媒体の分流が、管束（４；４２，４４ ；６２）の中央部に配設されたバイパス流路（２６；５０；８２；９０，９２） を通り、反応器を迂回して熱媒体の下流の出口領域の位置まで送給されるように したことを特徴とする束管状反応器。 ２．円筒状の反応管束および熱媒体用の放射状の入口と出口を備え、反応管束の 中央部に反応管が配設されない束管状反応器であって、バイパス流路（２６；８ ２；９０，９２）が、管束（４；６２）の中央部に同軸的に配設されたガイド管 （２８；８４；８６，８８）から実質上構成されたことを特徴とする請求項１記 載の束管状反応器。 ３．相互に間隔をもうけて向置された２つの反応管束群を備えた束管状反応器で あって、バイパス流路（５０）として、単一の箱状ガイド流路（５２）または一 連の並置したガイド管（５４）が向置した２つの反応管束群（４２，４４）の間 に配設されたことを特徴とする請求項１記載の束管状反応器。 ４．ガイド管（２８；５４；８４；８６，８８）またはガイド流路（５２）が１ つまたは好ましくは１対の漏斗状拡大部（３０，３２；１０２）を有することを 特徴とする請求項２または３記載の束管状反応器。 ５．ガイド管（２８；５４；８４；８６，８８）またはガイド流路（５２）の入 口周辺部が篩状の有孔プレート（３６）によって包囲されたことを特徴とする請 求項２から４いずれかに記載の束管状反応器。 ６．複数のバイパス流路（９０，９２）が混在的に配設されたことを特徴とする 請求項１から５いずれかに記載の束管状反応器。 ７．混在的に配設されたバイパス流路（９０，９２）の一つの外側の流路（９２ ）または複数の外側の流路の末端が熱媒体の出口領域よりも前の位置、好ましく は内部へ突出した方向転換プレート（１００）の位置に存在することを特徴とす る請求項６記載の束管状反応器。