JP2005060331A - 易重合性物質の重合防止方法、易重合性物質の取り扱い装置及びトレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 易重合性物質の取り扱い装置において、少なくとも易重合性物質の重合を防止するための操作を必要とせずに、易重合性物質の重合を防止する。
【解決手段】 スチレンモノマー等の易重合性物質を含有する蒸気や液体を有する棚段塔において、棚段塔内におけるダウンカマー部４の上方のトレイ１の下面周縁部に向けて、トレイ１に設けられたベーパーパイプ５によって蒸気の一部を流し、ダウンカマー部４の上方での前記蒸気の滞留を防止し、塔内でのスチレンモノマーの重合を防止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、易重合性物質を取り扱う装置の滞留部における重合の発生の防止に関する。

スチレンモノマー等の易重合性物質は、易重合性物質を取り扱う装置内の滞留部において重合しやすい。このため、易重合性物質の取り扱い装置においては、しばしば重合が発生し、前記装置内で重合物が堆積し、著しい場合には閉塞に至る。

重合物の生成を防止するための方法としては、易重合性物質を取り扱う装置内に、水、有機化合物、あるいは重合抑制剤が注入する方法が知られている。この方法では、注入設備の設置が必要となる。

また、前記重合物の生成を防止するための方法としては、蒸留装置内部で発生しやすい重合を防止する方法として、蒸留塔内部の液と実質同一組成の液を滞留部に噴霧する方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。この方法では、蒸留塔外部から液体を注入するための設備を設置する必要があると同時に、液体を吹き込むためのポンプ等の動力が必要となる。

このように、前記重合物の生成を防止するための方法では、易重合性物質の取り扱い装置に対して、動力源を有するさらなる設備を要するとともに、易重合性物質の取り扱い装置に対して、易重合性物質の取り扱い操作以外に、前記設備を運転するための操作が必要である。
特開２０００−３５５５７０号公報

本発明は、易重合性物質の取り扱い装置において、少なくとも易重合性物質の重合を防止するための操作を必要とせずに、易重合性物質の重合を防止することを課題とする。

本発明は、易重合性物質の取り扱い装置内の滞留部にプロセス流体を流すことにより、さらに好ましくは易重合性物質の取り扱い装置内を流れるプロセス流体の流れ方向を変更することにより、前記易重合性物質の取り扱い装置内でのプロセス流体の滞留を防止することを特徴とする。

すなわち、本発明は、易重合性物質を含有するプロセス流体を有する易重合性物質の取り扱い装置における易重合性物質の重合を防止する方法であって、少なくとも一部のプロセス流体を、取り扱い装置内での易重合性物質の滞留を防止するように、取り扱い装置内に設けられた導流装置によって流すことを特徴とする重合防止方法である。

また本発明は、易重合性物質を含有するプロセス流体を有する易重合性物質の取り扱い装置であって、取り扱い装置内においてプロセス流体が滞留し易い滞留部にプロセス流体を流す導流装置を内部に有することを特徴とする取り扱い装置を提供する。

また、本発明は、蒸留塔に複数設けられ、塔内を水平方向に区切り、上方から下降する液体を収容するとともに、下方から上昇するガスを液体中に通す通気構造を有するトレイであって、トレイの下面に一端が開口し、トレイの上面側に他端が開口する管を有し、こ
の管の他端は、蒸留塔内を上昇するガスが滞留し易い滞留部又はその近傍に開口することを特徴とするトレイを提供する。

本発明では、易重合性物質を取り扱う装置内において、前記装置内でプロセス流体が滞留し易い滞留部に、プロセス流体の流れが形成されることから、前記滞留部でのプロセス流体の滞留が防止され、この滞留に伴う易重合性物質の重合が防止される。滞留部に形成されるプロセス流体の流れは、取り扱い装置内に設けられる導流装置によって形成されることから、特別な操作を行わなくても易重合性物質の重合が防止される。特に前記導流装置がプロセス流体の流れ方向を変更する手段である場合では、導流装置用の動力源を必要とせず、また導流装置のための特別な操作を行わなくても、易重合性物質の重合が防止される。

本発明によれば、新たに配管等の設備を取り扱い装置の外側に設置することなく、易重合性物質の滞留防止が可能となり、重合防止を達成することができる。また、本発明により水・重合抑制剤等の注入を不要とすることができる。

また、本発明によれば、取り扱い装置内におけるプロセス流体の流れ方向を変えることによって前記装置内における滞留部にプロセス流体を流すと、電力等の動力が増加することなく、易重合性物質の重合を防止することができる。

本発明は、プロセス流体が流れている装置内であれば、蒸留装置のトレイ下面周縁部に限定されず、取り扱い装置に設置されたマンホールノズルや熱交換器出口のチューブ管板面外周、入口配管が接続された鏡の部分等のあらゆる滞留箇所に適用することができる。

本発明の重合防止方法は、易重合性物質を含有するプロセス流体を有する易重合性物質の取り扱い装置における易重合性物質の重合を防止する方法である。

本発明において易重合性物質とは、熱等の条件によって容易に重合反応を起こす物質であり、具体的にはスチレンモノマー、ジビニルベンゼン、メチルスチレン、ブチルスチレン等の各種ビニル芳香族化合物やアクリル酸等が挙げられる。

本発明において取り扱い装置とは、易重合性物質を生成、分離、加熱、冷却、移送等の目的で内部に保有する可能性のある装置や機器等である。このような取り扱い装置としては、例えば蒸留塔、反応器、槽、熱交換器、配管、ノズル等が挙げられる。

本発明においてプロセス流体とは、取り扱い装置内を流れる気体、液体のことで、具体的には、例えば、反応器へフィードする原料を含む流体、原料から得られた反応生成物と原料とを含む流体等のことである。

本発明の重合防止方法では、少なくとも一部のプロセス流体を、取り扱い装置内での易重合性物質の滞留を防止するように、取り扱い装置内に設けられた導流装置によって流す。

本発明において導流装置とは、取り扱い装置内に設けられ、取り扱い装置内のプロセス流体の少なくとも一部を、前記装置内においてプロセス流体が滞留し易い滞留部に流す手段である。導流装置は、動力源を有する手段であっても良いし、取り扱い装置内のプロセス流体の流れ方向を変える手段であっても良い。

前記動力源を有する導流手段は、プロセス流体の流れが生じない場合がある取り扱い装置に設ける場合に好ましく、このような導流装置としては、例えばポンプ、スクリュー、ファン等が挙げられる。

前記取り扱い装置内のプロセス流体の流れ方向を変える導流手段は、プロセス流体が流れている取り扱い装置に設ける場合に好ましく、動力源を要しないことから、省力化の観点からも好ましい。このような導流装置としては、特に限定されないが、例えば、取り扱い装置内を流れるプロセス流体が流入する位置に一端が開口し、前記滞留部又はその近傍に他端が開口する管や、取り扱い装置を流れるプロセス流体の一部を前記滞留部又はその近傍に導くように設けられる邪魔板や案内羽根等が挙げられる。

本発明において滞留部とは、前記導流装置を設けずにプロセス流体を取り扱った場合の取り扱い装置内において、一時的にでもプロセス流体が滞留する場所である。滞留部としては、取り扱い装置の種類に応じて種々の箇所を挙げることができる。このような滞留部としては、例えば、蒸留塔ではトレイ下面周縁部、反応器・槽では流体入口配管・出口配管が接続された鏡の部分、熱交換器ではチューブ管板面外周部、配管では閉止されたバルブ直近の流れのない部分、マンホールノズルや圧力計ノズル等が挙げられる。

本発明は、易重合性物質の蒸留、すなわち前記取り扱い装置が蒸留塔であり、前記プロセス流体が易重合性物質の蒸気を含むガスである場合に適用することが好ましい。特に、前記取り扱い装置が、塔内を水平方向に区切る複数のトレイを有する棚段塔であり、前記導流装置が、前記トレイの下面に一端が開口し、塔内における前記滞留部又はその近傍に他端が開口する管であることが好ましい。

前記棚段塔に用いられるトレイは、棚段塔内における気液接触の機会を高めるために、上方から下降するプロセス流体の凝縮成分等の液体を収容するとともに、下方から上昇するプロセス流体である前記ガスを、トレイに収容されている液体中に通す通気構造を有する。このようなトレイとしては、例えば泡鐘段、多孔板段、バルブトレイ等の公知のトレイが挙げられる。

前記棚段塔に本発明を適用する場合、前記滞留部としては、トレイの種類等に応じて異なるが、あるトレイを基準としたときに、このトレイのすぐ上のトレイの下面周縁部が挙げられる。特に、前記液体の下降流路（ダウンカマー部）が棚段塔内に形成される場合では、前記トレイのダウンカマーの上方であって、かつ前記トレイのすぐ上のトレーの下面周縁部では、前記ガスの上昇が弱く、前記ガスの滞留が生じやすいことから、前記ダウンカマー部の上方に前記ガスの流れを形成することが好ましい。

本発明の実施形態を、スチレンモノマーの蒸留装置を例にして説明する。

スチレンモノマーは、脱水素触媒を充填した脱水素反応器へ原料であるエチルベンゼンを供給することで得られる。反応器出口で得られる組成物は、スチレンモノマーだけでなく未反応のエチルベンゼンおよび反応副生成物を含む混合物である。この混合物を蒸留塔で分離する。

蒸留塔には棚段塔と充填塔があるが、本発明は棚段塔により一層効果的である。

スチレンモノマーの蒸留では、前記混合生成物を加熱して混合生成物の蒸気を生成するリボイラーと、リボイラーで生成した蒸気が供給される棚段塔等の蒸留塔とを有する蒸留設備が用いられる。

前記棚段塔は、塔内を水平方向に区切る複数のトレイを有する。このトレイは、液体を収容することができるとともに、多数の開口部等の、底面側から供給される気体を通す構
造を有する。リボイラーで炊き上げられた蒸留塔内の上昇ガスは、トレイに設けられたこの多数の開口部を通過して流れるが、通常はトレイの底部の周縁部には開口部が設けられていない部分があるため、トレイ下側の周縁部では上昇ガス流が発生せず、ガスが滞留する可能性がある。

本発明の実施の形態の具体的な一例としては、図１〜図３に示す通り、トレイにベーパーパイプを取り付け、上段トレイの下側に形成される滞留部へ上昇ガスを吹き付けるものである。

前記棚段塔は、筒状の塔と、この塔の内壁から水平方向に延出する複数のトレイ１とを有する。トレイ１は、図１に示されるように、塔の縦断面において塔の一方の内壁との間に隙間を有するように設けられ、かつこの隙間が、上下関係にあるトレイ１で互い違いになるように設けられている。

トレイ１は、図２に示されるように、円の一部が一直線に切り欠かれた、直線部と円周部とからなる形状に形成された底板２と、前記直線部から鉛直上方及び下方に延出する壁板３とを有する。トレイ１は、前記円周部が塔の内壁に接合されることによって塔内に設置されている。図１に示されるように、塔内において、底板２の上方には、塔の内壁及び壁板３によって液溜め部が形成され、前記直線部よりも下方には、トレイ１に溜められた液の下方への流路であるダウンカマー部４が形成されている。

トレイ１には、図１及び図２に示されるように、前記直線部に沿って１０本のベーパーパイプ５が配置されている。ベーパーパイプ５は、図３に示されるように、トレイ１の表面から起立し、途中の折り曲げ部において４５°の角度で折り曲げられている管である。ベーパーパイプ５は、図３に示されるように、底板２に貫通孔を形成する管状の治具６（図４参照）に一端が接続されている。

ベーパーパイプ５の一端から前記折り曲げ部までの長さは、トレイ１に溜められる液体の液面高さ程度であり、ベーパーパイプ５の前記折り曲げ部から他端までの長さは、五種類の異なる長さとされている（図２参照）。

ベーパーパイプ５の前記折り曲げ部から他端までの長さについてさらに説明すると、図１に示される下方のトレイ１を第一のトレイとし、上方のトレイ１を第二のトレイとしたときに、ベーパーパイプ５が第一のトレイに設けられるのであれば、これらのベーパーパイプ５の前記折り曲げ部から他端までの長さは、第二のトレイの下面の周縁部（この位置が滞留部となる）に向けて、その近傍に他端が位置する長さである。

このような棚段塔によってスチレンモノマーを蒸留すると、前記混合物の蒸気はトレイ１を通って塔の上部まで到達し、一部は冷却されて液体となって塔内を下降する。下降する前記混合物の液体は、それぞれのトレイに収容され、ダウンカマー部４を通って塔内を下降し、リボイラーで再び加熱されて蒸気となる。

ダウンカマー部４を液体が下降するようになると、ダウンカマー部４での蒸気の上昇が弱くなり、ダウンカマー部４の上方で蒸気が滞留しやすくなる。しかしながら、本実施の形態では、ベーパーパイプ５を通った蒸気がダウンカマー部４の上方に流されるので、ダウンカマー部４の上方での蒸気の滞留が防止される。したがって、ダウンカマー部４の上方においてスチレンモノマーや、あるいは副生成物の易重合性物質が重合しにくく、塔内でのスチレンモノマー等の易重合性物質の重合が防止される。

ベーパーパイプ５は、プロセス上昇ガス（蒸気）の流れを通常の流れ方向から所望の方
向へ導くように、ベーパーパイプ５の長さや向きが決定されている。ガスの流れ方向を変更して滞留部へ導く方法は特に限定されないが、例えば図２、図３に示すように、ベーパーパイプ５を途中で４５°傾ける方法は簡単で且つ効率的な方法である。

ベーパーパイプ５の長さは、滞留部へプロセス流体を導くに足る十分な長さを有することが望ましい。長さを確保できない場合には、口径を大きくする、あるいは、ベーパーパイプ５の本数を多くするといった工夫をする必要がある。

ベーパーパイプ５の口径は、ベーパーパイプの本数と併せて考慮し、十分なガス量が滞留部へ吹き付けられる様に決定する必要がある。口径が小さすぎたり、本数が少なすぎたりして、滞留部への十分なガス量を確保できないと、滞留部の易重合性物質滞留を防止する効果が低下することがある。また、あまり口径が大きすぎたり、本数が多すぎたりすると、偏流の原因となったり、蒸留装置の本来の機能が果たせなくなることがある。

ベーパーパイプ５を流れる蒸気（プロセス流体）の流速は、易重合性物質の種類やプロセス条件、ベーパーパイプ５の形状にも依存するので一概に決められないが、例えばスチレンモノマーの蒸留装置の場合には、ガス流速は０．１ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓが望ましい。

なお、本実施の形態では、折り曲げ長さを変えた複数種類のベーパーパイプ５を用いたが、ベーパーパイプ５としてフレキシブルチューブを用いることも、本発明の好ましい一実施形態である。

また、本実施の形態では、ベーパーパイプ５によってプロセス流体の流れ方向を変えたが、プロセス流体の流れを変更する方法はパイプのみに限定されず、流れを変更することができれば、邪魔板を設ける等の方法も有効である。

また、本実施の形態では、ベーパーパイプ５の他端の位置を、上位のトレイの下面の周縁部近傍としたが、本実施の形態では、ダウンカマー部４の上方にプロセス流体の流れを形成することができる位置や向きであれば、ベーパーパイプ５の他端の位置や向きは特に限定されない。例えば、ベーパーパイプ５は、上位のトレイ１の周縁部の接線方向に向けて他端が開口し、周縁部を周回する向きにプロセス流体を流すように設けられていても良い。

＜実施例１＞
市販されているエチルベンゼン脱水素用の酸化鉄系触媒から得られた粗スチレンモノマーをフィード原料として、カーボンスチール（以下「ＣＳ」と称する）製トレイを内装したＣＳ製の蒸留塔を有する蒸留装置に供給し、スチレンモノマーの精製を行った。フィード原料中のスチレンモノマー濃度は６０〜７０質量％であった。

前記蒸留塔は、蒸留塔の内壁から水平方向に延出する２６段の前記トレイを有する。前記蒸留塔に内装された前記トレイのうち、下から３段のトレイには、１段当たり１０本の１インチのベーパーパイプが、図１〜図４に示すように取り付けられている。このように、前記蒸留塔は、蒸留塔内において上昇流を形成する蒸気の一部が、ベーパーパイプを通じて、２〜４段目の前記滞留部に向かって流れ出すように構成されている。

前記蒸留装置を、塔頂温度約６０℃、塔底温度約８０℃、塔頂圧力約５ｋＰａの運転条件で１年間継続して運転した後、蒸留塔を開放して内部を確認したところ、トレイをはじめ、蒸留塔内に重合物質の付着は認められなかった。
＜比較例１＞
蒸留塔のトレイにベーパーパイプを取り付けないこと以外は、上記実施例１と同様に１年間継続して蒸留装置を運転した後、蒸留塔を開放して内部を確認したところ、蒸留塔下部２〜４段のトレイの下面で１〜３段目のトレイのダウンカマー部上方の円周部に、重合物質が合計約６０ｋｇ付着していた。この重合物質はポリスチレンであった。

本発明の一実施の形態である棚段塔の要部の縦断面を示す図である。 図１に示されるトレイ１の平面図である。 図１に示されるベーパーパイプ５を拡大して示す断面図である。 図３に示されるベーパーパイプ５の設置に用いられる治具６の縦断面図である。

符号の説明

１ トレイ
２ 底板
３ 壁板
４ ダウンカマー部
５ ベーパーパイプ
６ 治具

Claims (8)

1. 易重合性物質を含有するプロセス流体を有する前記易重合性物質の取り扱い装置における易重合性物質の重合を防止する方法であって、
   少なくとも一部の前記プロセス流体を、前記取り扱い装置内での易重合性物質の滞留を防止するように、前記取り扱い装置内に設けられた導流装置によって流すことを特徴とする重合防止方法。
2. 前記導流装置は、前記取り扱い装置内を流れるプロセス流体の少なくとも一部の流れ方向を変更することを特徴とする請求項１記載の重合防止方法。
3. 前記導流装置は管であり、前記管は、前記取り扱い装置内を流れるプロセス流体が流入する位置に一端が開口し、前記取り扱い装置内において前記プロセス流体が滞留し易い滞留部又はその近傍に他端が開口することを特徴とする請求項２記載の重合防止方法。
4. 易重合性物質を含有するプロセス流体を有する前記易重合性物質の取り扱い装置であって、
   前記取り扱い装置内において前記プロセス流体が滞留し易い滞留部にプロセス流体を流す導流装置を内部に有することを特徴とする取り扱い装置。
5. 前記取り扱い装置は蒸留塔であり、前記プロセス流体は、前記蒸留塔を上昇するガスであり、前記導流装置は、部分的に上昇ガス流の向きを変更する装置であることを特徴とする請求項４記載の取り扱い装置。
6. 前記取り扱い装置は、塔内を水平方向に区切る複数のトレイを有する棚段塔であり、前記トレイは、上方から下降する液体を収容するとともに、下方から上昇するガスを前記液体中に通す通気構造を有し、前記導流装置は、前記トレイの下面に一端が開口し、塔内における前記滞留部又はその近傍に他端が開口する管であることを特徴とする請求項４又は５に記載の取り扱い装置。
7. 蒸留塔に複数設けられ、塔内を水平方向に区切り、上方から下降する液体を収容するとともに、下方から上昇するガスを前記液体中に通す通気構造を有するトレイであって、
   前記トレイの下面に一端が開口し、前記トレイの上面側に他端が開口する管を有し、前記管の他端は、前記蒸留塔内を上昇するガスが滞留し易い滞留部又はその近傍に開口することを特徴とするトレイ。
8. 前記管は、前記トレイの表面から直立し、前記滞留部又はその近傍に向けて傾斜するように折り曲げられていることを特徴とする請求項７記載のトレイ。

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