JP2008043894A - Temperature control method for fluidized bed reactor - Google Patents
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Abstract
【課題】気相発熱反応に用いる流動層反応器について、従来よりも精細に温度を制御できる方法を提供する。
【解決手段】(1)少なくとも一つの温度検出部15、(2)少なくとも一つの定常的に使用する除熱管6,7、(3)少なくとも一つの温度調整用の除熱管8を有している流動層反応器1を用いて気相発熱反応を実施するにおいて、温度検出部の温度と設定温度の差に応じて温度微調整用の除熱管の除熱能力を調節して温度を制御するに際し、実質的な調整範囲(0.0FS〜1.0FS)のうち能力10%(0.1FS)から能力90%(0.9FS)まで変化する間の平均変化速度を、0.1FS/分以上とすることを特徴とする流動層反応器の温度制御方法
【選択図】図1A fluidized bed reactor used for a gas phase exothermic reaction is provided with a method capable of controlling the temperature more finely than before.
[MEANS FOR SOLVING PROBLEMS] (1) At least one temperature detection unit (15), (2) at least one heat removal pipe (6, 7) for regular use, (3) at least one heat removal pipe (8) for temperature adjustment. When performing the gas phase exothermic reaction using the fluidized bed reactor 1, the temperature is controlled by adjusting the heat removal capability of the heat removal pipe for fine temperature adjustment according to the difference between the temperature of the temperature detection unit and the set temperature. In the substantial adjustment range (0.0FS to 1.0FS), the average rate of change during the change from the capacity 10% (0.1FS) to the capacity 90% (0.9FS) is 0.1FS / min or more. Temperature control method for fluidized bed reactor characterized by
Description
本発明は、気相発熱反応に用いる流動層反応器の温度制御方法に関する。 The present invention relates to a temperature control method for a fluidized bed reactor used for a gas phase exothermic reaction.
種々の合成樹脂・合成繊維の製造に有用なモノマーを、気相発熱反応により工業的に製造するに際しては、流動層反応器が広く用いられている。工業的に実施される気相発熱反応の代表例としては、部分酸化反応やアンモニア共存下のアンモ酸化反応などの逐次酸化反応があげられる。逐次酸化反応において、目的生成物である部分酸化生成物の酸化安定性は、一般的にそれ程大きなものではないため、反応の進行すなわち反応転化率の上昇に伴い、目的生成物の逐次反応が進行し、完全酸化生成物が増加することによって、目的生成物の選択率が低下する傾向にある。従って、転化率と選択率の積として得られる目的生成物の収率は、ある転化率において極大値を持つこととなる。例えば、非特許文献1には、プロピレンのアンモ酸化によるアクリロニトリル製造について、通常85〜95%において最高値となることが開示されている。このため、目的生成物を経済的により有利に製造するためには、反応の転化率を好ましい範囲に制御することが極めて重要である。もちろん、これは、酸化反応に限られることではなく、一般の気相発熱反応について成り立つと考えてよい。 In order to industrially produce monomers useful for the production of various synthetic resins and synthetic fibers by gas phase exothermic reaction, fluidized bed reactors are widely used. Typical examples of the gas phase exothermic reaction carried out industrially include a sequential oxidation reaction such as a partial oxidation reaction or an ammoxidation reaction in the presence of ammonia. In the sequential oxidation reaction, the oxidation stability of the partial oxidation product, which is the target product, is generally not so great, so the sequential reaction of the target product proceeds as the reaction progresses, that is, the reaction conversion rate increases. However, the increase in the complete oxidation product tends to lower the selectivity of the target product. Therefore, the yield of the target product obtained as the product of the conversion rate and the selectivity has a maximum value at a certain conversion rate. For example, Non-Patent Document 1 discloses that acrylonitrile production by propylene ammoxidation usually has a maximum value of 85 to 95%. For this reason, in order to produce the target product more advantageously economically, it is extremely important to control the conversion rate of the reaction within a preferable range. Of course, this is not limited to the oxidation reaction, but may be considered to hold for a general gas phase exothermic reaction.
ここで、反応の転化率は触媒の活性に依存し、触媒活性の上昇とともに転化率が上昇する。また、触媒活性は反応温度に依存し、酵素反応のような例外を除くと、一般に反応温度の上昇とともに触媒活性は上昇する。
また、例えば酸化反応の場合、部分酸化生成物と完全酸化反応物の生成エネルギーとを比較するとき、完全酸化反応物(例えばCO2)の方がより安定であることは明らかであって、完全酸化反応の寄与率が上昇すれば、反応系全体の発熱量が増大することは自明である。これも一般の気相発熱反応について成り立つと考えてよい。
Here, the conversion rate of the reaction depends on the activity of the catalyst, and the conversion rate increases as the catalyst activity increases. Further, the catalytic activity depends on the reaction temperature, and the catalyst activity generally increases as the reaction temperature increases, except for exceptions such as enzyme reactions.
Also, for example, in the case of an oxidation reaction, it is clear that a complete oxidation reactant (eg, CO 2 ) is more stable when comparing the product energy of a partial oxidation product and a complete oxidation reactant. Obviously, if the contribution rate of the oxidation reaction increases, the calorific value of the entire reaction system increases. This may also be considered to hold for general gas phase exothermic reactions.
従って、気相発熱反応において、仮に、何らかの原因によって反応温度が上昇した場合、1)温度の上昇とともに触媒の活性が上昇し、2)活性の上昇とともに反応の転化率が上昇するとともに逐次反応が進行し、3)供給した原料のうち実際に反応する量が増加するとともに、逐次反応の進行に伴ってより安定な生成物の寄与が増えることで、反応系全体の単位時間当たり発熱量が増大し、4)結果としてさらに反応温度が上昇する、という循環挙動を示す傾向にある。もちろん反応温度が低下した場合も同様に、逆向きの循環挙動を示すのであって、いずれの場合にも、反応器の局所で温度が発散することで、反応器内の温度分布を生じる原因となり、さらに極端な場合には反応器全体の温度が発散し反応器の熱暴走や反応停止に繋がることとなる。従って、目的生成物を経済的により有利に製造することはもちろん、安定に反応を継続するためにも、反応温度を精細に制御することが極めて重要である。 Therefore, in the gas phase exothermic reaction, if the reaction temperature rises for some reason, 1) the activity of the catalyst increases as the temperature increases, and 2) the conversion rate of the reaction increases as the activity increases, and successive reactions occur. 3) As the amount of the raw material that is actually reacted increases, and the contribution of more stable products increases as the successive reactions progress, the calorific value per unit time of the entire reaction system increases. 4) As a result, the reaction temperature tends to increase, and the circulation behavior tends to be exhibited. Of course, when the reaction temperature is lowered, the reverse circulation behavior is exhibited as well, and in either case, the temperature diverges locally, causing a temperature distribution in the reactor. In a more extreme case, the temperature of the entire reactor will diverge, leading to thermal runaway of the reactor and reaction stoppage. Therefore, it is extremely important to precisely control the reaction temperature in order to produce the target product more economically advantageously and to continue the reaction stably.
一方、流動層反応器が有する利点の一つとして、他の反応器形式、例えば固定床式の反応器に比べ、反応器内の熱移動が速く、反応温度の制御が比較的容易であることがあげられる。流動層反応器を用いて気相発熱反応を実施する際に、反応器の温度を制御するにあたっては、例えば特許文献1や非特許文献2において開示されているように、流動層内に垂直管群を配置し、これに冷却媒体となる流体を通じることで除熱管として用い、反応熱を回収する方法が最も一般的である。このとき、例えば特許文献2や特許文献3に開示されるように、除熱管を反応器の上部と下部とにそれぞれ配置し、別々の温度に制御する試みも行われている。
On the other hand, one of the advantages of fluidized bed reactors is that heat transfer in the reactor is faster and the reaction temperature is relatively easy to control compared to other reactor types, for example, fixed bed reactors. Can be given. When the gas phase exothermic reaction is performed using the fluidized bed reactor, the temperature of the reactor is controlled, for example, as disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent
また、反応器内に設置された温度検出部で検出された温度に基づいて、反応器温度を制御するための方法として、例えば特許文献4は、少なくとも一つの除熱管には可変速度で冷却媒体を流し、その流量を調節することで温度を制御することのできる流動層反応器及び流動層反応器の温度調節方法を開示している。また、特許文献5では、冷却媒体として、液体とその蒸気を混合したものを供給するに際し、実質的に一定流量の蒸気中に混合する液体の流量を調節することで温度を制御する方法を開示している。
しかしながら、先に述べた、気相酸化反応における温度制御、特に安定な温度制御の重要性を鑑みると、これら先行技術による温度制御では十分ではなく、更に精緻な温度制御を可能とする方法の確立が求められていた。
Further, as a method for controlling the reactor temperature based on the temperature detected by the temperature detector installed in the reactor, for example,
However, in view of the importance of temperature control in the gas phase oxidation reaction described above, particularly stable temperature control, the temperature control according to these prior arts is not sufficient, and the establishment of a method that enables more precise temperature control. Was demanded.
本発明は気相発熱反応に用いる流動層反応器について、従来よりも改良された温度制御方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a temperature control method that is improved over the prior art for a fluidized bed reactor used for a gas phase exothermic reaction.
発明者らは気相発熱反応に用いる流動層反応器について、更に精緻に反応器温度を制御しうる方法について鋭意検討を行った結果、温度調整に用いる除熱管の能力を調整して、反応器温度を一定範囲に制御するに際し、除熱管能力の調整速度を一定範囲に収めることにより、従来よりも精緻に反応器温度を制御できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies on the fluidized bed reactor used for the gas phase exothermic reaction, the reactor temperature can be controlled more precisely. When controlling the temperature within a certain range, it was found that the reactor temperature can be controlled more precisely than before by keeping the adjustment speed of the heat removal tube capacity within the certain range, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、以下のとおりである。
(1)1)少なくとも一つの温度検出部、2)少なくとも一つの定常的に使用する除熱管、3)少なくとも一つの温度調整用の除熱管を有している流動層反応器を用いて気相発熱反応を実施するにおいて、温度検出部の温度と設定温度の差に応じて温度調整用の除熱管の除熱能力を調節して温度を制御するに際し、実質的な調整範囲(0.0FS〜1.0FS)のうち能力10%(0.1FS)から能力90%(0.9FS)まで変化する間の平均変化速度を、0.1〜6.0FS/分とすることを特徴とする、流動層反応器の温度制御方法。
(2)反応を実施する温度範囲において、副反応も含めた総体としての反応熱が2500kJ/mol(原料)以下であり、かつ総体としての反応熱の温度に関する偏微分係数が、40kJ/mol(原料)・K以下であることを特徴とする前記(1)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) 1) at least one temperature detection unit, 2) at least one heat removal pipe to be used regularly, 3) gas phase using a fluidized bed reactor having at least one temperature adjustment heat removal pipe In carrying out the exothermic reaction, when the temperature is controlled by adjusting the heat removal capability of the heat removal pipe for temperature adjustment according to the difference between the temperature of the temperature detection unit and the set temperature, a substantial adjustment range (0.0FS to 1.0FS), the average rate of change during a change from a capacity of 10% (0.1FS) to a capacity of 90% (0.9FS) is 0.1 to 6.0FS / min. Temperature control method for fluidized bed reactor.
(2) In the temperature range for carrying out the reaction, the total reaction heat including side reactions is 2500 kJ / mol (raw material) or less, and the partial differential coefficient related to the temperature of the total reaction heat is 40 kJ / mol ( The temperature control method for a fluidized bed reactor according to (1) above, wherein the raw material is equal to or less than K.
(3)実施する反応がプロパンおよび/またはプロピレンを原料とする気相アンモ酸化反応であり、反応の生成物がアクリロニトリルであることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(4)実施する反応がn−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、ブタジエン、ベンゼンから選ばれる一つ以上を原料とする気相酸化反応であり、反応の生成物が無水マレイン酸であることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(3) The fluidized bed according to (1) or (2), wherein the reaction to be performed is a gas phase ammoxidation reaction using propane and / or propylene as a raw material, and the product of the reaction is acrylonitrile. Reactor temperature control method.
(4) The reaction to be carried out is a gas phase oxidation reaction using at least one selected from n-butane, 1-butene, 2-butene, butadiene, and benzene, and the product of the reaction is maleic anhydride The temperature control method for a fluidized bed reactor according to (1) or (2) above.
(5)実施する反応がi−ブテンおよび/またはi−ブタンを原料とする気相アンモ酸化反応であり、反応の生成物がメタクリロニトリルであることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(6)実施する反応がo−キシレンおよび/またはナフタレンを原料とする気相酸化反応であり、反応の生成物が無水フタル酸であることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(5) The reaction to be carried out is a gas phase ammoxidation reaction using i-butene and / or i-butane as a raw material, and the product of the reaction is methacrylonitrile, (1), (2 ) Temperature control method for fluidized bed reactors.
(6) The reaction to be carried out is a gas phase oxidation reaction using o-xylene and / or naphthalene as a raw material, and the product of the reaction is phthalic anhydride, described in (1) and (2) above Temperature control method for a fluidized bed reactor.
(7)実施する反応がフェノールおよびメタノールを原料とする気相酸化反応であり、反応の生成物が2,6−キシレノールおよび/またはo−クレゾールであることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(8)実施する反応がメタンおよび/またはメタノールを原料とする気相アンモ酸化反応であり、反応の生成物が青酸(HCN)であることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(9)実施する反応がエタン、エテン、エタノールから選ばれる一つ以上を原料とする気相アンモ酸化反応であり、反応の生成物がアセトニトリルであることを特徴とする前記(1)、(2)に記載の流動層反応器の温度制御方法。
(7) The reaction to be carried out is a gas phase oxidation reaction using phenol and methanol as raw materials, and the product of the reaction is 2,6-xylenol and / or o-cresol, (1), The temperature control method of the fluidized bed reactor as described in 2).
(8) The reaction to be carried out is a gas phase ammoxidation reaction using methane and / or methanol as a raw material, and the product of the reaction is hydrocyanic acid (HCN), as described in (1) and (2) above Temperature control method for a fluidized bed reactor.
(9) The reaction to be carried out is a gas phase ammoxidation reaction using at least one selected from ethane, ethene, and ethanol as a raw material, and the product of the reaction is acetonitrile, ) Temperature control method for fluidized bed reactors.
本発明により、気相発熱反応に用いる流動層反応器について、従来よりも精緻な温度制御が可能となる。 The present invention makes it possible to control the temperature of the fluidized bed reactor used for the gas phase exothermic reaction more finely than before.
本発明について、更に詳細に説明するに、気相発熱反応を実施する流動層の温度制御を精緻に行うためには、できるだけ発生する熱量が安定に保たれていること、および流動層内の熱移動が速やかに行われることが望ましい。発生熱量を安定に保つためには、原料の供給速度や、反応圧力などの反応条件をできるだけ一定に保ち、反応が安定に行われるようにすることが望ましい。また、流動層内の熱移動を速やかに行うためには、流動層の流動状態を良好に保つことが必要である。一般に、流動層の流動状態は、ガス流速(空塔速度)や触媒の粒経などに支配されることが知られている。本発明の実施においては、流動層の流動状態を良好に保ちうるガス流速の範囲であれば特に制限はない。また、本発明の実施にあたって使用する触媒は、通常の流動層反応器に用いられる触媒であればそのまま使用可能であるが、重量平均の粒子径は20〜100μm、好ましくは30〜80μm、更に好ましくは40〜60μm、粒子径44μm以下の微粉(いわゆるグッドフラクション)の含有量は10〜70重量%、かつGeldart粉体分類マップにおいてA粒子に分類されるものがよい。 The present invention will be described in more detail. In order to precisely control the temperature of the fluidized bed in which the gas phase exothermic reaction is performed, the amount of generated heat is kept as stable as possible and the heat in the fluidized bed is maintained. It is desirable that the movement be made promptly. In order to keep the amount of generated heat stable, it is desirable to keep the reaction conditions such as the feed rate of the raw material and the reaction pressure as constant as possible so that the reaction can be performed stably. In addition, in order to quickly move the heat in the fluidized bed, it is necessary to keep the fluidized state of the fluidized bed good. In general, it is known that the fluidized state of a fluidized bed is governed by gas flow rate (superficial velocity), catalyst particle size, and the like. In the practice of the present invention, there is no particular limitation as long as it is in the range of the gas flow rate that can keep the fluidized state of the fluidized bed good. Further, the catalyst used in the practice of the present invention can be used as it is as long as it is a catalyst used in a normal fluidized bed reactor, but the weight average particle diameter is 20 to 100 μm, preferably 30 to 80 μm, and more preferably. The content of fine powder (so-called good fraction) having a particle size of 40 to 60 μm and a particle size of 44 μm or less is preferably 10 to 70% by weight, and is classified as A particles in the Geldart powder classification map.
本発明に用いられる流動層反応器は、気相発熱反応、例えばプロパンおよび/またはプロピレンを原料とする気相アンモ酸化反応によるアクリロニトリルの製造、n−ブタン、1−ブテン、2−ブテン、ブタジエン、ベンゼンから選ばれる一つ以上を原料とする気相酸化反応による無水マレイン酸の製造、i−ブテンおよび/またはi−ブタンを原料とする気相アンモ酸化反応によるメタクリロニトリルの製造、o−キシレンおよび/またはナフタレンを原料とする気相酸化反応による無水フタル酸の製造、フェノールおよびメタノールを原料とする気相酸化反応による2,6−キシレノールおよび/またはo−クレゾールの製造、メタンおよび/またはメタノールを原料とする気相アンモ酸化反応による青酸(HCN)の製造などを工業的規模で行う際に多く用いられているものである。このような流動層反応器では、反応器下部から導入されるガスの上昇流によって、触媒粒子が流動化状態を保持されていることが一般的であるが、本発明は上昇流形式だけに限られるものではなく、下降流形式、あるいは他の方式であっても構わない。 The fluidized bed reactor used in the present invention has a gas phase exothermic reaction, for example, production of acrylonitrile by a gas phase ammoxidation reaction using propane and / or propylene as a raw material, n-butane, 1-butene, 2-butene, butadiene, Production of maleic anhydride by gas phase oxidation reaction using one or more selected from benzene as raw material, Production of methacrylonitrile by gas phase ammoxidation reaction using i-butene and / or i-butane as raw material, o-xylene And / or production of phthalic anhydride by gas phase oxidation reaction using naphthalene as raw material, production of 2,6-xylenol and / or o-cresol by gas phase oxidation reaction using phenol and methanol as raw materials, methane and / or methanol Industrial production of hydrogen cyanide (HCN) by gas phase ammoxidation reaction Those that are often used in making in view. In such a fluidized bed reactor, the catalyst particles are generally kept fluidized by the upward flow of gas introduced from the lower part of the reactor, but the present invention is limited to the upward flow type. It may be a downflow type or another method.
本発明は、気相発熱反応を実施する流動層反応器に適用される。その反応熱は反応により様々であり、例えばプロピレンとアンモニアからアクリロニトリルを生成する反応熱は520kJ/mol(プロピレン)、プロパンとアンモニアからアクリロニトリルを生成する反応熱は637kJ/mol(プロパン)である。しかし、実際の反応は併発・逐次反応であり、CO2、COやその他の副生成物が発生する。副反応までを含めた総体としての反応熱は、それぞれ併発する反応の寄与率(各生成物の収率)を考慮して求めることができる。 The present invention is applied to a fluidized bed reactor that performs a gas phase exothermic reaction. The reaction heat varies depending on the reaction. For example, the reaction heat for producing acrylonitrile from propylene and ammonia is 520 kJ / mol (propylene), and the reaction heat for producing acrylonitrile from propane and ammonia is 637 kJ / mol (propane). However, the actual reaction is a simultaneous and sequential reaction, and CO 2 , CO, and other by-products are generated. The total reaction heat including up to the side reaction can be determined in consideration of the contribution rate of each reaction (the yield of each product).
例えば、プロパンが燃焼してCO2と水、あるいはCOと水を生成する反応の反応熱は、プロパン1molあたりそれぞれ2043kJ/mol(プロパン)と、1194kJ/mol(プロパン)であるから、ある条件でプロパン100molをアンモニア及び酸素と反応させたときに、80molのプロパンが反応し(反応率80%)、50molのアクリロニトリル(収率50%)、60molのCO2(収率20%)、30molのCO(収率10%)が生成したとすると、この条件での総体としての反応熱は、637×0.5+2043×0.2+1194×0.1=846.5(kJ/mol)として求めることができる。算出過程から明らかなように、総体としての反応熱は原料の反応率や各併発反応の寄与率(生成物の分布)等により変化するので、反応条件に依存する。総体としての反応熱に特に制限はないが、過大となれば除熱すべき熱量が増加し制御が困難となり、反応器内の温度分布の原因、さらに極端な場合には反応器の熱暴走にもつながることとなるので、この点からは反応条件を選ぶにあたって、総体としての反応熱が出来るだけ小さくなるようにするのが好ましい。具体的には、フィードする原料1mol当たり、2500kJ/mol(原料)以下、好ましくは2000kJ/mol(原料)以下となるように反応条件を選ぶのが良い。
For example, the reaction heat of propane combustion to produce CO 2 and water or CO and water is 2043 kJ / mol (propane) and 1194 kJ / mol (propane) per 1 mol of propane, respectively. When 100 mol of propane was reacted with ammonia and oxygen, 80 mol of propane reacted (reaction rate 80%), 50 mol acrylonitrile (yield 50%), 60 mol CO 2 (yield 20%), 30
一方、気相発熱反応において、目的とする生成物の安定性は、それ程大きなものではないため、反応の進行すなわち反応転化率の上昇に伴い、目的生成物の逐次反応が進行することによって、目的生成物の選択率が低下する傾向にある。ここで、反応転化率は触媒の活性に依存し、活性の上昇とともに転化率は上昇する。また、触媒の活性は反応温度に依存し、一般に反応温度の上昇とともに活性は上昇するので、仮に、何らかの原因によって反応温度が上昇した場合には、反応量が増加すること、及び逐次反応が進むことから、総体としての反応熱が増加する。 On the other hand, in the gas phase exothermic reaction, the stability of the target product is not so great, so that the sequential reaction of the target product proceeds as the reaction proceeds, that is, the reaction conversion rate increases. Product selectivity tends to decrease. Here, the reaction conversion rate depends on the activity of the catalyst, and the conversion rate increases as the activity increases. In addition, the activity of the catalyst depends on the reaction temperature, and generally the activity increases as the reaction temperature rises. Therefore, if the reaction temperature rises for some reason, the reaction amount increases and successive reactions proceed. Therefore, the heat of reaction as a whole increases.
例えば、前項の条件から他の条件を全く変えずに、温度だけが5℃上昇した場合に、供給したプロパン100molのうち、82.5molのプロパンが反応し(反応率82.5%)、50.3molのアクリロニトリル(収率50.3%)、64.5molのCO2(収率21.5%)、32.1molのCO(収率10.7%)が生成するよう変化したとすると、この条件での総体としての反応熱は、637×0.503+2043×0.215+1194×0.107=887.4(kJ/mol)となる。総体としての反応熱の変化率は、総体としての反応熱の温度に関する偏微分係数として表すことができて、この場合この温度の廻りで直線近似することにより、(887.4−846.5)÷5=8.2(kJ/mol・K)として求められる。算出過程から判るとおり、総体としての反応熱の温度に関する偏微分係数は、反応温度、原料の反応率、各併発反応の寄与率(各生成物の収率)等により変化するので、反応条件に依存する。総体としての反応熱の変化率が過大となる場合には、熱バランス上、反応温度の制御が不安定となり、反応器内の温度分布の原因、さらに極端な場合には反応器の熱暴走にもつながることとなるので、この点からは反応条件を選ぶにあたって、総体としての反応熱の変化率が出来るだけ小さくなるようにするのが好ましい。具体的には、総体としての反応熱の温度に関する偏微分係数が、40kJ/mol(原料)・K以下、好ましくは30kJ/mol(原料)・K以下となるように反応条件を選ぶのが良い。 For example, when only the temperature rises by 5 ° C. without changing other conditions from the conditions of the previous paragraph, 82.5 mol of propane reacts (reaction rate 82.5%) out of 100 mol of supplied propane, and 50 .3 mol of acrylonitrile (yield 50.3%), 64.5 mol of CO 2 (yield 21.5%), 32.1 mol of CO (yield 10.7%) The total reaction heat under these conditions is 637 × 0.503 + 2043 × 0.215 + 1194 × 0.107 = 887.4 (kJ / mol). The rate of change of the reaction heat as a whole can be expressed as a partial differential coefficient with respect to the temperature of the reaction heat as a whole. In this case, by linear approximation around this temperature, (887.4-846.5) ÷ 5 = 8.2 (kJ / mol · K). As can be seen from the calculation process, the partial differential coefficient related to the temperature of the reaction heat as a whole changes depending on the reaction temperature, the reaction rate of the raw materials, the contribution rate of each concurrent reaction (the yield of each product), etc. Dependent. If the overall rate of change in the heat of reaction is excessive, the control of the reaction temperature will become unstable due to heat balance, causing the temperature distribution in the reactor, and in extreme cases, it may cause thermal runaway of the reactor. From this point of view, it is preferable that the rate of change in reaction heat as a whole be as small as possible when selecting reaction conditions. Specifically, the reaction conditions should be selected so that the partial differential coefficient related to the temperature of the reaction heat as a whole is 40 kJ / mol (raw material) · K or less, preferably 30 kJ / mol (raw material) · K or less. .
本発明に用いられる流動層反応器には一つ以上の温度検出部を設置する。複数の温度検出部を設置しても差し支えない。複数を設置した場合においては、そのうち一つの検出部を使うよう選択して用いても良いし、二つ以上の検出部を選択して複数の温度出力を平均するなどの演算を行った後に用いても良い。安定的に反応器の温度を測定できる場所であれば、設置する位置には特に制限はなく、目的に応じて触媒濃厚層・希薄層・ガス出口などに設置することができる。設置する温度検出器の形式には特に制限はなく、通常用いられる形式の検出器、例えば熱電対、測温抵抗体などを用いることができる。 One or more temperature detectors are installed in the fluidized bed reactor used in the present invention. Multiple temperature detectors can be installed. If multiple detectors are installed, one of them may be selected and used, or two or more detectors may be selected and used after performing calculations such as averaging multiple temperature outputs. May be. As long as the temperature of the reactor can be stably measured, the installation position is not particularly limited, and it can be installed in a catalyst rich layer, a dilute layer, a gas outlet, or the like according to the purpose. The type of the temperature detector to be installed is not particularly limited, and a commonly used type of detector such as a thermocouple or a resistance temperature detector can be used.
本発明に用いられる流動層反応器には、反応熱を除去して反応温度を制御するとともにエネルギーを回収する目的で、少なくとも一つの定常的に使用する除熱管(以下、定常除熱管と記す)と、少なくとも一つの温度調整用の除熱管(以下、調整除熱管と記す)を設置する。設置する除熱管の形状は、反応器内に適切に設置できるものであれば、特に制限はないが、材料の入手の容易さや加工の容易さから、通常配管に用いられる材料、すなわち鋼管と鋼管継ぎ手を組み合わせ、いくつか連なったU字型に施工されるのが一般的である。除熱管の材質にも特に制限はなく、使用される条件、すなわち冷却媒体や反応ガスといった接触する流体の温度、圧力、腐食性の有無等に応じて、通常用いられる配管材料、例えばJIS G−3454、G−3458、G−3459等に規定される一般的な配管材料、及びJIS B−2311等に規定される通常用いられる鋼管継ぎ手等から自由に選択して用いることができる。 In the fluidized bed reactor used in the present invention, at least one heat removal pipe (hereinafter, referred to as a steady heat removal pipe) is used for the purpose of removing reaction heat to control the reaction temperature and recovering energy. And at least one temperature-adjusting heat removal pipe (hereinafter referred to as an adjustment heat removal pipe). The shape of the heat removal pipe to be installed is not particularly limited as long as it can be properly installed in the reactor. However, from the viewpoint of the availability of materials and the ease of processing, materials used for normal piping, that is, steel pipes and steel pipes. It is common to construct several U-shaped joints by combining joints. There are no particular restrictions on the material of the heat removal pipe, and pipe materials that are usually used, such as JIS G-, depending on the conditions used, that is, the temperature, pressure, presence or absence of corrosiveness of the fluid such as the cooling medium and reaction gas. It can be freely selected from general piping materials defined in 3454, G-3458, G-3459, etc., and commonly used steel pipe joints defined in JIS B-2311.
定常除熱管とは、除熱管のうちで、原料の供給速度に応じて、あるいは汚れ等による除熱管の能力低下に応じて、除熱能力を大まかに調整する目的で、使用/不使用を切り替えて用いるものを指す。従って、能力の総計を概略調整できるように、必要な除熱量に対して一定の余裕を持った能力のものを、複数の系列に分割して設置するのが好ましく、一般的である。ここで、系列とは、各個に冷却媒体の流れを開閉できる弁を有しており、使用/不使用を個別に設定できるものを言う。除熱管の除熱能力は、流動層の濃厚層部分と接触する面積、流動層の希薄層と接触する面積、触媒層の温度、通ずる冷却媒体の種類・物理形態・供給する温度・供給する速度など様々な要因に支配される。定常除熱管の能力総計は、発生する反応熱量等から定まる除熱すべき熱量(必要能力)以上であれば、特に制限はないが、好ましくは必要能力の130%以上、より好ましくは150%以上、最も好ましくは180%以上の能力を有するのが良い。また、好ましくは5系列以上、より好ましくは8系列以上、最も好ましくは10系列以上を設置するのが良い。これら複数の系列について、適宜、使用/不使用を切り替えることで、除熱能力の総計を概略調整して用いる。 A steady heat removal pipe is a heat removal pipe that is switched between use and non-use for the purpose of roughly adjusting the heat removal capacity according to the feed rate of the raw material or due to a decrease in the capacity of the heat removal pipe due to dirt, etc. Refers to what is used. Therefore, it is preferable to divide and install those having a certain margin with respect to the required heat removal amount into a plurality of series so that the total capacity can be roughly adjusted. Here, the series means a valve that has a valve capable of opening and closing the flow of the cooling medium in each unit, and that can be used / not used individually. The heat removal capacity of the heat removal pipe is determined by the area in contact with the dense part of the fluidized bed, the area in contact with the diluted layer of the fluidized bed, the temperature of the catalyst layer, the type of cooling medium to be communicated, the physical form, the supply temperature, and the supply speed. It is controlled by various factors. The total capacity of the steady heat removal pipe is not particularly limited as long as it is equal to or greater than the amount of heat to be removed (required capacity) determined from the amount of reaction heat generated, but preferably 130% or more of the necessary capacity, more preferably 150% or more. Most preferably, it has a capacity of 180% or more. Moreover, it is preferable to install 5 lines or more, more preferably 8 lines or more, and most preferably 10 lines or more. About these several series, the total of heat removal capability is roughly adjusted and used by switching use / nonuse suitably.
定常除熱管に通ずる冷却媒体は、必要な除熱能力を満たすことができるものであれば特に制限はないが、好ましくは反応器の運転温度において蒸発することで蒸発潜熱による除熱を利用できる液体を、より好ましくは水を、更に好ましくは0.5〜5MPa(ゲージ圧力)に加圧された水を用いるのが良い。これは、蒸発潜熱を利用することで当該除熱管の総括伝熱係数を比較的高くすることができるため、除熱管の単位表面積当たりの除熱量を大きくすることができ、除熱管の必要本数を減じることができること、及び得られた冷却媒体蒸気の可用性による。また、より好ましくは定常除熱管として、冷却媒体に液体を用いるものだけでなく、冷却媒体として気体を用いるものを併設すること、更に好ましくは冷却媒体に液体を用い冷却媒体の一部を蒸発させ液体−蒸気の気液混相流として回収する定常除熱管に加え、ここで発生した蒸気をさらに冷却媒体として用いて、過熱蒸気として回収する定常除熱管を併設することが望ましい。 The cooling medium leading to the steady heat removal pipe is not particularly limited as long as it can satisfy the necessary heat removal capability, but is preferably a liquid that can utilize heat removal by latent heat of vaporization by evaporating at the operating temperature of the reactor. More preferably, water is used, and water pressurized to 0.5 to 5 MPa (gauge pressure) is more preferably used. This is because the overall heat transfer coefficient of the heat removal tube can be made relatively high by using the latent heat of vaporization, so the amount of heat removal per unit surface area of the heat removal tube can be increased, and the required number of heat removal tubes can be reduced. Due to the ability to be reduced and the availability of the resulting coolant vapor. More preferably, the stationary heat removal tube is not only one that uses a liquid as a cooling medium but also one that uses a gas as a cooling medium, and more preferably a liquid is used as a cooling medium to evaporate a part of the cooling medium. In addition to the steady heat removal pipe recovered as a gas-liquid mixed phase flow of liquid-vapor, it is desirable to additionally provide a steady heat removal pipe that collects the generated steam as a cooling medium and collects it as superheated steam.
調整除熱管とは、流動層反応器内に設置された除熱管のうち、温度検出部で検出された温度と、設定温度との差に応じて、自動的に能力を調整するものを言う。 The adjusted heat removal tube refers to a heat removal tube installed in the fluidized bed reactor that automatically adjusts the capacity according to the difference between the temperature detected by the temperature detection unit and the set temperature.
先述のように、除熱管の能力は、流動層の濃厚層部分と接触する面積、流動層の希薄層部分と接触する面積、触媒層の温度、通ずる冷却媒体の種類・物理形態・供給する温度・供給する速度など様々な要因に支配されるので、調整除熱管の能力調整にあたっては、それら多様な支配因子のうちから、任意に設定可能な物理量の一つ以上、例えば、冷却媒体の供給温度や、供給速度を変化させることで、その能力を調整することができる。また、除熱管の組を用意しておき、そのうちの使用本数を変化させることで伝熱面積を変化せしめ、結果全体としての除熱能力を調整しても良い。 As described above, the capacity of the heat removal pipe is determined by the area in contact with the dense layer portion of the fluidized bed, the area in contact with the diluted layer portion of the fluidized bed, the temperature of the catalyst layer, the type, physical form, and supply temperature of the cooling medium to be communicated. -Since it is governed by various factors such as the supply speed, one or more of the physical quantities that can be arbitrarily set, such as the supply temperature of the cooling medium, among the various governing factors when adjusting the capacity of the adjusted heat removal tube Or, the ability can be adjusted by changing the supply speed. Alternatively, a group of heat removal tubes may be prepared, and the heat transfer area may be changed by changing the number of tubes used to adjust the heat removal capacity as a result.
調整除熱管に通ずる冷却媒体は、必要な除熱能力を満たすことができ、除熱管の能力を調整できるものであれば特に制限はないが、好ましくは反応器の運転温度において相変化を起こさない流体、より好ましくは気体、更に好ましくは0.2〜5MPa(ゲージ圧力)に加圧された気体を、最も好ましくは0.2〜5MPa(ゲージ圧力)に加圧された水蒸気を用いるのが良い。これは相変化を起こさない冷却媒体を用い顕熱のみを利用することで、冷却媒体の供給速度変化にほぼ比例して調整除熱管の能力が変化するため、容易にその能力を調整できるためである。 There is no particular limitation on the cooling medium connected to the adjustment heat removal pipe as long as it can satisfy the necessary heat removal capacity and can adjust the heat removal pipe capacity, but preferably does not cause a phase change at the operating temperature of the reactor. Fluid, more preferably gas, more preferably gas pressurized to 0.2 to 5 MPa (gauge pressure), most preferably water vapor pressurized to 0.2 to 5 MPa (gauge pressure) may be used. . This is because by using a cooling medium that does not cause a phase change and using only sensible heat, the capacity of the adjustment heat removal tube changes almost in proportion to the change in the cooling medium supply speed, so that the capacity can be easily adjusted. is there.
定常除熱管で除去する熱量と、調整除熱管で除去する熱量との、除熱量配分には特に制限はなく、触媒層温度が安定するよう任意に設計・設定すればよいが、先述の通り、定常除熱管に用いる冷却媒体として、反応器の運転温度において蒸発する流体を選択し、蒸発潜熱による除熱を利用することで、除熱管の単位表面積当たりの除熱量(能力)を高めることができることから、反応器の温度制御に悪影響を与えない範囲で、なるべく多くの熱量を定常除熱管で除去するのが望ましい。好ましくは除熱すべき熱量の80%以上を、より好ましくは85%以上を、更に好ましくは90%以上を定常除熱管で除去できるよう設計するのが良い。 There is no particular limitation on the amount of heat removal between the amount of heat removed by the steady heat removal tube and the amount of heat removed by the adjustment heat removal tube, and it may be arbitrarily designed and set so that the catalyst layer temperature is stable. The amount of heat removal per unit surface area (capacity) of the heat removal tube can be increased by selecting the fluid that evaporates at the operating temperature of the reactor as the cooling medium used in the steady heat removal tube and using heat removal by latent heat of vaporization. Therefore, it is desirable to remove as much heat as possible with the steady heat removal tube within a range that does not adversely affect the temperature control of the reactor. It is preferable to design so that 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more of the amount of heat to be removed can be removed by a steady heat removal tube.
温度検出部で検出された温度と設定温度との差に応じて、調整除熱管の能力を自動的に調整する際に用いられる算法は、適切な制御変数を選ぶことで能力調整の変化速度を所定の範囲に制御できるものであれば特に制限は無く、既に公知の算法、例えばON−OFF制御、PID演算制御、ファジー演算制御、ニューラルネットワーク演算制御などを用いることができるが、工業的にはPID演算を用いるのが一般的である。例えば、PID演算制御を用いる場合においては、系の応答特性に応じて、比例帯(P)・積分時間(I)・微分時間(D)を適切に選択することで、所定の能力調整変化速度が得られる。 The algorithm used to automatically adjust the capacity of the adjustment heat removal pipe according to the difference between the temperature detected by the temperature detector and the set temperature is to select the appropriate control variable to change the speed of the capacity adjustment. There is no particular limitation as long as it can be controlled within a predetermined range, and known arithmetic methods such as ON-OFF control, PID calculation control, fuzzy calculation control, neural network calculation control, etc. can be used. It is common to use a PID operation. For example, in the case of using PID calculation control, a predetermined capability adjustment change speed can be obtained by appropriately selecting a proportional band (P), an integration time (I), and a derivative time (D) according to the response characteristics of the system. Is obtained.
調整除熱管の能力調整に当たっては、調整除熱管の設備仕様から決定される調整範囲の全てを利用する必要はなく、そのうち制限された範囲を実質的な調整範囲として用いることができる。能力の調整範囲を制限する方法には特に制約は無く、例えば流量の変化により能力を調整する場合にあっては、流路に設けた弁を調節したり、制限オリフィスを挿入して最大流量を制限することで調整範囲をより狭い範囲に制限する方法や、調整弁に適当なバイパス路を設けることで最低流量を制限することで調整範囲をより狭い範囲に制限する方法、自動で調整される調整弁の可動範囲を制限し流量調整範囲をより狭い範囲に制限する方法を採用することができる。 In adjusting the capacity of the adjusted heat removal pipe, it is not necessary to use the entire adjustment range determined from the equipment specifications of the adjustment heat removal pipe, and the limited range can be used as a substantial adjustment range. There is no particular restriction on the method for limiting the adjustment range of the capacity.For example, when adjusting the capacity by changing the flow rate, the maximum flow rate can be adjusted by adjusting a valve provided in the flow path or inserting a restriction orifice. A method of limiting the adjustment range to a narrower range by limiting, a method of limiting the minimum flow rate by limiting the minimum flow rate by providing an appropriate bypass path to the adjustment valve, and automatic adjustment A method of limiting the movable range of the regulating valve and limiting the flow rate adjusting range to a narrower range can be adopted.
調整除熱管の調整速度は、常に一定である必要はなく、調整に用いる演算の結果や系の応答特性によって、常に変化し得るものである。しかし、実質的な調整範囲の概ね全域に渡って、平均の調整速度を所定の範囲に収めることが重要であって、実質的な調整範囲(0.0FS〜1.0FSとする)のうち、能力の10%(0.1FS)から、能力の90%(0.9FS)に調整される間の平均変化速度をもって、能力調整速度とする。能力調整速度は、能力を調整する際に用いられる算法や、採用した算法で使用する制御変数の値、用いる調節弁の動作速度などにより調節することができる。能力調整速度が0.1FS/分以上、より好ましくは0.2FS/分以上、最も好ましくは0.25FS/分以上になるようにするのがよい。好ましくは0.2〜5.0FS/分、最も好ましくは0.25〜4.0FS/分になるよう、適切な制御変数を設定する。能力調整速度の上限は特にないが、自動調整演算の安定性や、調節弁の動作速度に限界があることから、現状の技術では、6.0FS/分程度までが妥当である。 The adjustment speed of the adjustment heat removal tube does not always need to be constant, and can always change depending on the result of calculation used for adjustment and the response characteristics of the system. However, it is important to keep the average adjustment speed within a predetermined range over almost the entire substantial adjustment range. Of the substantial adjustment range (0.0FS to 1.0FS), The average speed of change during the adjustment from 10% (0.1FS) of the capacity to 90% (0.9FS) of the capacity is defined as the capacity adjustment speed. The ability adjustment speed can be adjusted by the calculation method used for adjusting the ability, the value of the control variable used in the adopted calculation method, the operation speed of the control valve to be used, and the like. It is preferable that the capacity adjustment speed be 0.1 FS / min or more, more preferably 0.2 FS / min or more, and most preferably 0.25 FS / min or more. An appropriate control variable is set so that it is preferably 0.2 to 5.0 FS / min, and most preferably 0.25 to 4.0 FS / min. Although there is no upper limit for the capacity adjustment speed, there is a limit to the stability of the automatic adjustment calculation and the operation speed of the control valve. Therefore, up to about 6.0 FS / min is appropriate in the current technology.
本発明の好ましい一態様を図面に基づいて更に詳細に説明する。図1は本発明にかかる流動層反応器の一例である。反応器(1)内部には触媒による流動層(2)が形成されている。反応器下部に設けられた酸素導入管(3)からは酸素を含むガス(通常は空気)が、原料供給管(4)からは原料を含むガスが供給される。反応生成物を含むガスは抜き出し管(5)を経て反応器(1)外へと抜き出される。 A preferred embodiment of the present invention will be described in more detail based on the drawings. FIG. 1 is an example of a fluidized bed reactor according to the present invention. A fluidized bed (2) is formed in the reactor (1) by a catalyst. A gas containing oxygen (usually air) is supplied from an oxygen introduction pipe (3) provided at the lower part of the reactor, and a gas containing a raw material is supplied from a raw material supply pipe (4). The gas containing the reaction product is extracted out of the reactor (1) through the extraction pipe (5).
反応器(1)の内部には、流動層(2)内に位置して液体を冷却媒体に用いる定常除熱管(6)、気体を冷却媒体に用いる定常除熱管(7)、及び調整除熱管(8)が設置されている。なお、図ではそれぞれの除熱管は各1系列しか示されていないが、通常はそれぞれの複数系列が設置されている。 Inside the reactor (1), there are a steady heat removal pipe (6) that is located in the fluidized bed (2) and uses a liquid as a cooling medium, a steady heat removal pipe (7) that uses a gas as a cooling medium, and a regulated heat removal pipe. (8) is installed. In the figure, each of the heat removal tubes is shown as only one series, but usually a plurality of series is provided.
液体を用いる定常除熱管(6)には、気液分離容器(9)からポンプ(10)により冷却媒体が供給される。流動層(2)と定常除熱管(6)との熱交換により冷却媒体の一部は蒸発し、気液二相流として気液分離容器(9)に戻り気液が分離される。蒸発により液体の冷却媒体が減少する分は、冷却媒体追加管(11)を通じて追加供給される。 A cooling medium is supplied to the stationary heat removal pipe (6) using the liquid from the gas-liquid separation container (9) by the pump (10). A part of the cooling medium evaporates by heat exchange between the fluidized bed (2) and the steady heat removal pipe (6), and returns to the gas-liquid separation container (9) as a gas-liquid two-phase flow to separate the gas and liquid. The amount of the liquid cooling medium reduced by evaporation is additionally supplied through the cooling medium additional pipe (11).
定常除熱管(6)で発生した冷却媒体蒸気の一部は、定常除熱管(7)に供給される。流動層(2)と定常除熱管(7)との熱交換により冷却媒体蒸気は過熱蒸気となり、過熱蒸気抜き出し管(12)を通じて系外に供給される。 A part of the cooling medium vapor generated in the steady heat removal pipe (6) is supplied to the steady heat removal pipe (7). Due to the heat exchange between the fluidized bed (2) and the steady heat removal pipe (7), the cooling medium vapor becomes superheated steam and is supplied outside the system through the superheated steam extraction pipe (12).
定常除熱管(6)で発生した冷却媒体蒸気の他の一部は、調整除熱管(8)に供給される。供給される流量は、流量調節弁(13)により精細に制御し得る。流動層(2)と調整除熱管(8)との熱交換により冷却媒体蒸気は過熱蒸気となり、過熱蒸気抜き出し管(14)を通じて系外に供給される。 The other part of the cooling medium vapor generated in the steady heat removal pipe (6) is supplied to the adjustment heat removal pipe (8). The supplied flow rate can be finely controlled by the flow rate control valve (13). Due to the heat exchange between the fluidized bed (2) and the adjusted heat removal pipe (8), the cooling medium vapor becomes superheated steam and is supplied outside the system through the superheated steam extraction pipe (14).
また、流動層(2)中には、温度検出部(15)が設置されている。図中にはただ一つの検出部しか示されていないが、通常は水平方向、水平方向に位置を変えるなどして複数の検出部が設置される。温度検出部(15)で検出された温度情報は、温度調節計(16)に伝えられ、流動層の温度として検出される。複数の検出部を設置した場合には、適当な検出部を選び、平均するなどの適当な演算を行った後、流動層の温度として用いる。 Moreover, the temperature detection part (15) is installed in the fluidized bed (2). Although only one detection unit is shown in the figure, a plurality of detection units are usually installed by changing the position in the horizontal direction or the horizontal direction. The temperature information detected by the temperature detector (15) is transmitted to the temperature controller (16) and detected as the temperature of the fluidized bed. When a plurality of detection units are provided, an appropriate detection unit is selected and subjected to an appropriate calculation such as averaging, and then used as the temperature of the fluidized bed.
調節計(16)では、こうして検出された流動層の温度と、設定温度との差に基づいて所定の演算を行い、演算の結果に基づいて冷却媒体の流量調節弁(13)を操作し、調整除熱管(8)に通じる冷却媒体の流量を調整することで、調整除熱管(8)の能力を調整する。 The controller (16) performs a predetermined calculation based on the difference between the temperature of the fluidized bed thus detected and the set temperature, and operates the flow rate control valve (13) of the cooling medium based on the calculation result, The capacity of the adjusted heat removal pipe (8) is adjusted by adjusting the flow rate of the cooling medium leading to the adjusted heat removal pipe (8).
定常除熱管(6)で発生した冷却媒体蒸気のうち、定常除熱管(7)及び調整除熱管(8)で用いなかった余剰分は、飽和蒸気抜き出し管(17)を通じて系外に供給される。 Of the coolant vapor generated in the steady heat removal pipe (6), the surplus not used in the steady heat removal pipe (7) and the regulated heat removal pipe (8) is supplied outside the system through the saturated vapor extraction pipe (17). .
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
図1に示したような形式の、直径6.82mの流動層反応器(1)に、モリブデン、バナジウム、アンチモン、ニオブからなる平均粒子径50μm、粒子径44μm以下の微粉を12%含有する複合酸化物触媒80トンを充填した。酸素供給管(3)から空気45000Nm3/Hrを、原料供給管(4)からプロパン3000Nm3/Hrとアンモニア2700Nm3/Hrを混合したガスを供給し、主としてアクリロニトリルを製造した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to a following example.
[Example 1]
A composite containing 12% fine powder of molybdenum, vanadium, antimony and niobium with an average particle size of 50 μm and a particle size of 44 μm or less in a fluidized bed reactor (1) of the type shown in FIG. 80 tons of oxide catalyst was charged. Oxygen supply tube (3) from the air 45000Nm 3 / Hr, the raw material supply pipe (4) by supplying propane 3000 Nm 3 / Hr and ammonia 2700 nm 3 / Hr were mixed gas from was mainly producing acrylonitrile.
流動層(2)には、JIS G−3458に規定される外径114.3mmの鋼管と、JIS B−2311に規定される対応する径の突合せ溶接式180°ロングエルボ管を用いて製作した定常除熱管(6)30系列(直管部の総合計は1250m)を設置した。これら定常除熱管(6)には、気液分離容器(9)から235℃の水800トン/Hrを供給し、その一部を蒸発させ、温度236℃、圧力3MPa(ゲージ圧力)の気液2相流として回収した。定常条件での蒸発率は5.8%であった。 The fluidized bed (2) was manufactured using a steel pipe having an outer diameter of 114.3 mm specified in JIS G-3458 and a butt-welded 180 ° long elbow pipe having a corresponding diameter specified in JIS B-2311. A stationary heat removal pipe (6) 30 series (total length of straight pipe part is 1250 m) was installed. These steady heat removal tubes (6) are supplied with 800 ton / Hr of water at 235 ° C. from the gas-liquid separation vessel (9), and part of the water is evaporated, and the gas-liquid at a temperature of 236 ° C. and a pressure of 3 MPa (gauge pressure). Collected as a two-phase flow. The evaporation rate under steady conditions was 5.8%.
また、定常除熱管(6)と同じ材料を用いて製作した定常除熱管(7)8系列(直管部の総合計は225m)を設置した。これら定常除熱管(7)には、定常除熱管(6)で発生した気液二相流から気液分離容器(9)にて分離された温度236℃、圧力3MPa(ゲージ圧力)の飽和水蒸気17トン/Hrを供給し、温度370〜372℃の過熱蒸気として回収した。 Moreover, the steady heat removal pipe | tube (7) 8 series (the total total of a straight pipe part is 225m) manufactured using the same material as a steady heat removal pipe | tube (6) was installed. These steady heat removal pipes (7) include saturated water vapor at a temperature of 236 ° C. and a pressure of 3 MPa (gauge pressure) separated from the gas-liquid two-phase flow generated in the steady heat removal pipe (6) in the gas-liquid separation vessel (9). 17 tons / Hr was supplied and recovered as superheated steam at a temperature of 370 to 372 ° C.
さらに、定常除熱管(6)と同じ材料を用いて製作した調整除熱管(8)12系列(直管部の総合計は370m)を設置した。これら調整除熱管(8)には、定常除熱管(6)で発生した気液二相流から気液分離容器(9)にて分離された温度236℃、圧力3MPa(ゲージ圧力)の飽和水蒸気を、流量を調整する流量調節弁(13)を通じて供給し、370〜438℃の過熱蒸気として回収した。 Furthermore, a 12-series adjustment heat removal pipe (8) manufactured using the same material as that of the steady heat removal pipe (6) (total length of the straight pipe portion is 370 m) was installed. These adjusted heat removal pipes (8) include saturated water vapor at a temperature of 236 ° C. and a pressure of 3 MPa (gauge pressure) separated in the gas-liquid separation vessel (9) from the gas-liquid two-phase flow generated in the steady heat removal pipe (6). Was supplied through a flow rate control valve (13) for adjusting the flow rate, and recovered as superheated steam at 370 to 438 ° C.
流動層の中心部に、温度検出部(15)としてKタイプの熱電対を設置し、温度調節計(16)で熱起電力を温度信号に変換し検出した。温度調節計(16)では、検出された反応器の温度と設定温度の差に基づき、横河電子(株)製DCS装置CS3000を用いてPID演算を行い、その結果に応じて流量調節弁(13)の開度を調節し、調整除熱管(8)の能力を調整するようにした。 A K-type thermocouple was installed as a temperature detector (15) at the center of the fluidized bed, and the thermoelectromotive force was converted into a temperature signal and detected by the temperature controller (16). In the temperature controller (16), based on the difference between the detected temperature of the reactor and the set temperature, PID calculation is performed using a DCS device CS3000 manufactured by Yokogawa Electronics Corporation, and a flow control valve ( The opening degree of 13) was adjusted, and the ability of the adjustment heat removal pipe (8) was adjusted.
まず、温度調節計(16)に与える設定温度を445℃とし、調整除熱管の能力調整速度が3.0FS/分となるように制御変数(P:比例帯、I:積分時間、D:微分時間)を設定し、自動制御運転を行った。このとき、反応器温度の変動範囲は444.5〜445.5℃であって、設定温度に対して±0.5℃の範囲で自動制御が可能であった。 First, the set temperature given to the temperature controller (16) is set to 445 ° C., and the control variables (P: proportional band, I: integration time, D: differentiation) so that the capacity adjustment speed of the adjustment heat removal tube is 3.0 FS / min. Time) and automatic control operation was performed. At this time, the fluctuation range of the reactor temperature was 444.5 to 445.5 ° C., and automatic control was possible within a range of ± 0.5 ° C. with respect to the set temperature.
[実施例2]
実施例1において、設定温度は変えずに、調整除熱管の能力調整速度が0.2FS/分になるように制御変数を設定し、自動制御運転を行った。このとき、反応器温度の変動範囲は444〜446℃であって、設定温度に対して±1℃の範囲で制御が可能であった。
[Example 2]
In Example 1, the control variable was set such that the capacity adjustment speed of the adjusted heat removal tube was 0.2 FS / min without changing the set temperature, and automatic control operation was performed. At this time, the fluctuation range of the reactor temperature was 444 to 446 ° C., and control was possible within a range of ± 1 ° C. with respect to the set temperature.
[比較例1]
実施例1において、設定温度は変えずに、調整除熱管の能力調整速度が0.05FS/分になるように制御変数を設定し、自動制御運転を行った。このとき、反応器温度は上昇、あるいは下降を続ける発散傾向を示し、自動温度制御はできなかった。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the control variable was set so that the capacity adjustment speed of the adjusted heat removal tube was 0.05 FS / min without changing the set temperature, and automatic control operation was performed. At this time, the reactor temperature showed a divergence tendency that continued to rise or fall, and automatic temperature control was not possible.
本発明によれば、種々の合成樹脂・合成繊維の製造に有用なモノマーを、工業的に製造する際に広く用いられている流動層反応器の温度を精細に制御することが可能となり、触媒が最高収率となる温度領域で、長期間安定に運転することができる。 According to the present invention, it is possible to finely control the temperature of a fluidized bed reactor widely used in industrial production of monomers useful for the production of various synthetic resins and synthetic fibers. Can be stably operated for a long period of time in a temperature range where the maximum yield is obtained.
1 流動層反応器
2 触媒流動層
3 酸素導入管
4 原料導入管
5 反応生成ガス抜き出し管
6 液体の冷却媒体を用いる定常除熱管
7 気体の冷却媒体を用いる定常除熱管
8 調整除熱管
9 気液分離容器
10 冷却媒体輸送ポンプ
11 冷却媒体追加管
12 過熱蒸気抜き出し管(定常除熱管用)
13 冷却媒体流量調節弁(調節除熱管能力調節弁)
14 過熱蒸気抜き出し管(調整除熱管用)
15 反応器温度検出部
16 温度調節計
17 飽和蒸気抜き出し管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13 Cooling medium flow rate control valve (Control heat removal pipe capacity control valve)
14 Superheated steam extraction pipe (for adjusting heat removal pipe)
15
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