JP2009262138A - プレート式反応器における温度制御方法及び反応生成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレート式反応器において、温度差の大きな異なる温度の熱媒を用いるときの熱媒の温度差による応力を抑制することができる方法を提供する。
【解決手段】複数の伝熱管を重ねた構成を有する伝熱プレートが反応容器内に複数並べられ、伝熱プレート温度差が１００℃よりも大きい熱媒のそれぞれが複数の一連の伝熱管に供給されて第一層と第二層とが反応容器内に形成されるプレート式反応器において、これらの熱媒の温度の間であってそれぞれの温度から１００℃未満の温度差を有する熱媒を、第一層と第二層との間の複数の一連の伝熱管に供給して第三層を形成する。
【選択図】なし

Description

本発明はプレート式反応器における温度制御方法及びそれを用いる反応生成物の製造方法に関する。

プロパン、プロピレン、又はアクロレインの気相接触酸化反応のような、発熱又は吸熱を伴い、粒状の固体触媒が用いられる気相反応に用いられる反応器としては、例えば、ガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱管に熱媒を供給する装置と、を有し、前記反応容器は、供給されたガスが、隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の前記伝熱管を含み、隣り合う伝熱プレート間の隙間に触媒が充填されるプレート式反応器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなプレート式反応器は、一般に、隣り合う伝熱プレート間の隙間に形成される複数の触媒層を有し、また伝熱プレートと触媒との接触性に優れていることから、前記気相反応による生成物を大量に効率よく製造する観点で優れている。

一方でプロパン又はプロピレンの気相接触酸化反応によってアクロレインを製造する場合では、酸素の存在下におけるアクロレインの自己酸化を防止する観点から、反応生成ガスは、３５０〜４００℃程度の反応温度から２５０℃以下に速やかに冷却される。反応温度の制御及び反応生成ガスの冷却には、それぞれ異なる温度の熱媒が用いられる。

プレート式反応器において異なる温度の熱媒を用いる場合では、熱媒の温度差が大きくなるに連れて、反応容器内におけるこれらの熱媒の流路の境界部において発生する応力も大きくなる。このため、プレート式反応器におけるこのような応力への対策が望まれている。

それ以外にも、例えば酸化反応であれば、反応後において未反応の酸素を含む高温の反応生成ガスが燃焼性組成物を形成する場合や、反応温度が一般的に高温の場合には、後反応によって副生成物の増加を防ぐ必要性に迫られることがある。プレート式反応器から排出された原料ガス及び反応生成物（反応混合物）を速やかに冷却して後反応を防止するための手段として、プレート式反応器に直結した熱交換器が用いられることがあり、この熱交換器によって、高温の反応混合物を冷却し、あるいは高温の反応混合物からの熱を回収する。

この場合には、反応温度を制御するための熱媒と熱交換器に供給される熱媒との温度差は、７０℃以上であることが多く、１００〜２００℃にもなることがあり、設備構造上、温度差による熱応力の集中には十分な対応が必要なことが多い。

特開２００４−２０２４３０号公報

本発明は、プレート式反応器において、温度差の大きな異なる温度の熱媒を用いるとき
の熱媒の温度差による応力を抑制することができる方法を提供する。

本発明は、プレート式反応器において、温度差の大きな二つの層の間に、温度差による応力を抑制できる中間の温度の層を形成する方法を提供する。

すなわち本発明は、ガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物とを有し、前記反応容器は、供給されたガスが隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含むプレート式反応器において、前記伝熱プレートにおける一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して第一層を形成し、前記伝熱プレートにおいて第一層の伝熱管から離れている別の一連の複数の伝熱管にＴ₂℃の熱媒を供給し、第一層に並んで配置される第二層を形成し、前記伝熱プレートにおける第一層と第二層との間の一以上の伝熱管にＴ₃℃の熱媒を供給して第三層を形成する、プレート式反応器における温度制御方法を提供する。ただし、｜Ｔ₁−Ｔ₂｜＞１００であり、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００であり、かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００である。

さらに本発明は、第一層から離れた伝熱管からＴ₂℃の熱媒を、この熱媒が第一層に向けて反応容器内を蛇行し、かつ第一層の隣の伝熱管において熱媒の温度がＴ₃℃となるように供給して、第二層及び第三層を形成する前記の方法を提供する。

又は本発明は、第一層の隣の伝熱管からＴ₃℃の熱媒を、この熱媒が第一層から遠ざかる方向に反応容器内を蛇行するように供給し、この蛇行する熱媒の温度をＴ₂℃にする温度を有する温度調整用の熱媒を、第一層から離れた任意の伝熱管から供給して、第三層及び第二層を形成する前記の方法を提供する。

また本発明は、Ｔ₁が３００〜４００℃であり、Ｔ₂が１５０〜２５０℃である前記の方法を提供する。

また本発明は、ガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱管に所定の温度の熱媒を供給する熱媒供給装置と、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物と、を有し、前記反応容器は供給されたガスが隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の前記伝熱管を含むプレート式反応器にガス状の原料を供給して反応生成物を製造する方法において、
前記伝熱プレートにおける一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して第一層を形成し、前記伝熱プレートにおいて第一層の伝熱管から離れている別の一連の複数の伝熱管にＴ₂℃の熱媒を供給し、第一層に並んで配置される第二層を形成し、前記伝熱プレートにおける第一層と第二層との間の一以上の伝熱管にＴ₃℃の熱媒を供給して第三層を形成し、
前記原料に、エチレン；炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種；炭素数４以上の炭化水素；キシレン及びナフタレンの一方又は両方；ブテン；又はエチルベンゼンを用い、前記反応生成物として、酸化エチレン；炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸の少なくとも一方；マレイン酸；フタル酸；ブタジエン；又はスチレンを製造する反応生成物の製造方法を提供する。ただし、｜Ｔ₁−Ｔ₂｜＞１００、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００、かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００。である。

また本発明は、前記原料が、炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、前記反応生成物が、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド、及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸、の少なくとも一方である前記の反応生成物の製造方法を提供する。

本発明では、温度差の大きな第一層及び第二層の間に、これらの層の温度の中間の温度の第三層が形成されることから、プレート式反応器において、温度差の大きな異なる温度の熱媒を用いるときの熱媒の温度差による応力を抑制することができる。

本発明では、第一層から離れた伝熱管からＴ₂℃の熱媒を、この熱媒が第一層に向けて反応容器内を蛇行し、かつ第一層の隣の伝熱管において熱媒の温度がＴ₃℃となるように供給することが、熱媒の供給箇所が増加して熱媒の供給の制御が複雑になることを抑制する観点からより一層効果的である。

本発明は、第一層の隣の伝熱管からＴ₃℃の熱媒を、この熱媒が第一層から遠ざかる方向に反応容器内を蛇行するように供給し、この蛇行する熱媒の温度をＴ₂℃にする温度を有する温度調整用の熱媒を、第一層から離れた任意の伝熱管から供給して第三層及び第二層を形成することが、第二層と第三層の割合の変更を容易にする観点からより一層効果的である。

また本発明では、Ｔ₁が３００〜４００℃であり、Ｔ₂が１５０〜２５０℃であることが、第三層を形成することによる大きな応力抑制効果を得る観点からより一層効果的である。

また本発明では、本発明の温度制御方法を用いて、エチレン；炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種；炭素数４以上の炭化水素；キシレン及びナフタレンの一方又は両方；ブテン；又はエチルベンゼンから、酸化エチレン；炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸の少なくとも一方；マレイン酸；フタル酸；ブタジエン；又はスチレンを製造することが、このような反応生成物を生成する接触反応における後反応を防止し、かつ、高温の反応生成ガスから熱回収を行う観点からより一層効果的である。

また本発明では、前記原料が、炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、前記反応生成物が、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド、及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸、の少なくとも一方であることが、反応生成ガスを急冷し、反応で生成した不飽和脂肪族アルデヒドの自己酸化を防止する観点からより一層効果的である。

本発明の第一の形態で用いられるプレート式反応器の構成を概略的に示す図である。 図１のプレート式反応器における熱媒の供給と層形成とを概略的に示す図である。 本発明の第二の形態で用いられるプレート式反応器の構成を概略的に示す図である。 図３のプレート式反応器における熱媒の供給と層形成とを概略的に示す図である。 本発明の第三の形態で用いられるプレート式反応器の構成を概略的に示す図である。 図５のプレート式反応器における熱媒の供給と層形成とを概略的に示す図である。 本発明の他の形態で用いられるプレート式反応器における熱媒の供給と層形成との一例を概略的に示す図である。 本発明の他の形態で用いられるプレート式反応器における熱媒の供給と層形成との他の例を概略的に示す図である。 本発明に用いられるプレート式反応器の要部を拡大して示す図である。

本発明におけるプレート式反応器には、特許文献１に記載されているような通常のプレート式反応器を用いることができる。このようなプレート式反応器としては、例えばガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物と、任意の伝熱管に任意の温度の熱媒を供給する熱媒供給装置とを有し、前記反応容器は、供給されたガスが隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含むプレート式反応器が挙げられる。

また前記充填物には、気相接触酸化反応で通常用いられる触媒や不活性粒子を用いることができる。前記触媒には、気相反応で管又は伝熱プレート間の隙間に充填される通常の粒状の触媒を用いることができる。触媒は一種でも二種以上でもよい。このような触媒としては、例えば粒径（最長径）が１〜２０ｍｍである触媒が挙げられる。また触媒の形状としては、例えば球状、円柱状、ラシヒリング状、ペレット状が挙げられる。

また前記充填物には、気相反応で管又は伝熱プレート間の隙間に充填される、触媒と同等の形状や大きさを有する不活性な粒を用いることができる。このような不活性粒子としては、例えば、アルミナ、シリコンカーバイド、シリカ、酸化ジルコニア、及び酸化チタン等の、反応原料及び反応生成物と反応性を有さない物質で形成された粒子が挙げられる。

前記充填物は、触媒のみであってもよいし、不活性粒子のみであってもよいし、これらの混合物であってもよい。また、伝熱プレート間の隙間に充填される充填物は、一種でもよいし、各伝熱管群に応じた二種以上であってもよい。このような充填物の充填形態としては、例えば第一層には触媒又は触媒と不活性粒子の混合物を充填し、第二層及び第三層には不活性粒子を充填する形態が挙げられる。

本発明は、プレート式反応器において、伝熱プレートにおける一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して第一層を形成し、伝熱プレートにおいて第一層の伝熱管から離れている別の一連の複数の伝熱管にＴ₂℃の熱媒を供給し、第一層に並んで配置される第二層を形成し、伝熱プレートにおける第一層と第二層との間の一以上の伝熱管にＴ₃℃の熱媒を供給して第三層を形成する。ただし、｜Ｔ₁−Ｔ₂｜＞１００であり、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００であり、かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００である。

第一層は、一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して形成される。第一層における伝熱管中の熱媒の温度又は充填層中の温度はＴ₁±５０℃であってよい。第一層は、熱媒供給装置で調整されたＴ₁℃の熱媒を伝熱管に供給することによって形成することができる。第一層は、Ｔ₁℃の熱媒を、一連の伝熱管のそれぞれの一端から他端へ一方向に供給
することによって形成することができ、又は反応容器内において循環するように供給することによって形成することができ、又は反応容器内を熱媒が蛇行するように供給することによって形成することができる。

なお、反応容器内を熱媒が蛇行するとは、熱媒が、ある伝熱管では一端から他端に流れ、次いでこの伝熱管に隣接する他の伝熱管では他端から一端に流れ、さらにこの他の伝熱管に隣接する別の伝熱管では一端から他端に流れることを含む形態を言う。

第二層は、反応容器内の通気方向において第一層から離れている別の一連の複数の伝熱管に、Ｔ₁とは少なくとも１００℃は異なる温度であるＴ₂℃の熱媒を供給して形成される。第二層における伝熱管中の熱媒の温度又は充填層中の温度はＴ₂±５０℃であってよい。第二層は、熱媒供給装置で調整されたＴ₂℃の熱媒を伝熱管に供給することによって形成することができる。第二層は、Ｔ₂℃の熱媒を、一連の伝熱管のそれぞれの一端から他端へ一方向に供給することによって形成することができ、又は反応容器内において循環するように供給することによって形成することができ、又は反応容器内を熱媒が蛇行するように供給することによって形成することができる。

第三層は、第一層と第二層との間の一以上の伝熱管に、Ｔ₁及びＴ₂のそれぞれと１００℃未満の温度差の温度であるＴ₃℃の熱媒を供給して形成される。第三層における伝熱管中の熱媒の温度又は充填層中の温度は、反応容器内の通気方向における第三層の長さを短くする観点から、Ｔ₃±５０℃であることが好ましく、Ｔ₃±３０℃であることがより好ましく、Ｔ₃±２０℃であることがさらに好ましい。なお、Ｔ₃は、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００を満たす値であればよいが、代表的には例えば｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００の範囲を満たす中央値で表される。

第三層は、熱媒供給装置で調整されたＴ₃℃の熱媒を伝熱管に供給することによって形成することができ、また第一層又は第二層の熱媒に温度調整用の熱媒を追加して調整されたＴ₃℃の熱媒を伝熱管に供給することによって形成することができる。第三層は、Ｔ₃℃の熱媒を、一連の伝熱管のそれぞれの一端から他端へ一方向に供給することによって形成することができ、又は反応容器内において循環するように供給することによって形成することができ、又は反応容器内を熱媒が蛇行するように供給することによって形成することができる。

熱媒供給装置における各層への熱媒の温度の調整は、各層に独立して供給される熱媒をそれぞれ所定の温度に調整することによって行うことができ、又は、隣接する層から流入する熱媒の温度を所望の温度に調整することによって行うことができる。例えば、第二層と第三層は、第一層から離れた伝熱管からＴ₂℃の熱媒を、この熱媒が第一層に向けて反応容器内を蛇行し、かつ第一層の隣の伝熱管において熱媒の温度がＴ₃℃となるように供給することによって形成することができる。

又は、第二層と第三層は、第一層の隣の伝熱管からＴ₃℃の熱媒を、この熱媒が第一層から遠ざかる方向に反応容器内を蛇行するように供給し、この蛇行する熱媒に、この熱媒の温度をＴ₂℃にする温度を有する温度調整用の熱媒を供給することによって形成することができる。第一、第三及び第二層は、反応容器内の通気方向に沿って、この順で形成されることが好ましい。

各層における熱媒の温度は、各層の熱媒の温度又は各層の充填層中の温度を測定することによって確認することができる。また各層における熱媒の温度は、熱媒供給装置における熱媒の温度の調整や、熱媒の流量によって調整することができ、例えば熱媒の流量を小さくすることによって熱媒の温度の変化を大きくすることができ、熱媒の流量を大きくす
ることによって熱媒の温度の変化を小さくすることができる。

各熱媒の温度は、正負いずれの値であってもよいが、Ｔ₁が３００〜４００℃であり、Ｔ₂が１５０〜２５０℃であることが、Ｔ₁とＴ₂の温度差により発生する応力の抑制効果に優れることから好ましい。

第一層、第二層及び第三層のいずれの層も、層内において温度の異なる複数の層を含んでいてもよい。

前述した充填層における温度の制御は、流体の原料と固体の触媒とを接触させて原料の接触反応によって反応生成物を製造する方法に利用することができる。このような利用は、例えば気相接触酸化反応のような、一般に高温での接触反応におけるプレート式反応器での熱による応力の発生を抑制し、また反応生成物の自己酸化等の望ましくない変質を抑制する観点から効果的である。

このような製造方法における原料としては、流体の状態での接触反応に適用することができる公知の原料を用いることができる。このような原料としては、例えば、エチレン；炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種；炭素数４以上の炭化水素（例えばｎ−ブタンやベンゼン）；キシレン及びナフタレンの一方又は両方；ブテン；及び、エチルベンゼンが挙げられる。また、これらの原料に対応する前記反応生成物としては、それぞれ、酸化エチレン；炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸の少なくとも一方；マレイン酸；フタル酸；ブタジエン；及び、スチレンが挙げられる。前述の温度制御を利用して前記の原料から対応する反応生成物を製造することは、爆発範囲から外れた濃度で反応生成ガスをプレート式反応器から排出させる観点、反応生成物の後反応を防止する観点、及び、高温の反応生成ガスから熱回収を行う観点から効果的である。

特に、前記反応原料が、炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、前記反応生成物が、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸の少なくとも一方であるとき、反応生成ガスの急冷によって不飽和脂肪族アルデヒドの自己酸化を防止する観点からより効果的である。

前記製造方法において、充填物の種類、充填層の温度、及び原料の供給量等の諸条件は、例えば、多管式反応器やプレート式反応器を用いる前記反応生成物の公知の製造方法における条件の採用、コンピュータによるシミュレーション等による計算、又は、公知の条件や計算値に基づく実験による条件の検討、によって決めることができる。
以下、図面を用いて本発明をさらに説明する。

［第一の形態］
図１に示すプレート式反応器は、一対の通気口を有するケーシング１と、ケーシング１に並んで配置される複数の伝熱プレートと、伝熱プレートが有する複数の伝熱管に熱媒を供給する熱媒供給装置と、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物とを有する。

熱媒供給装置は、ケーシング１の上部に隣接して設けられ、伝熱管に供給される熱媒を収容する第一の熱媒収容部２と、第一の熱媒収容部２に収容される熱媒を循環させる第一のポンプ３と、第一の熱媒収容部２に収容される熱媒の温度を調整する第一の熱交換器４
と、ケーシング１の下部に隣接して設けられ、伝熱管に供給される熱媒を収容する第二の熱媒収容部５と、第二の熱媒収容部５に収容される熱媒を循環させる第二のポンプ６と、第二の熱媒収容部５に収容される熱媒の温度を調整する第二の熱交換器７と、第一及び第二の熱媒収容部２、５の間の伝熱管に供給される熱媒を収容する第三の熱媒収容部８と、第三の熱媒収容部８に収容される熱媒を循環させる第三のポンプ９と、第三の熱媒収容部８に収容される熱媒の温度を調整する第三の熱交換器１０とを有する。

第一、第二及び第三の熱媒収容部２、５、８は、それぞれ、例えば複数の伝熱管に一方向に熱媒を供給する容器である。

図１のプレート式反応器を、プロピレンの気相接触酸化反応によるアクロレインの製造に用いる場合では、例えば、第二及び第三の熱媒収容部５、８に隣接するケーシング１内には平均粒径が６ｍｍの不活性粒子が充填され、第一の熱媒収容部２に隣接するケーシング１内には、例えば特開２００５−３３６０８５号公報に記載されているような、平均粒径が４ｍｍのＭｏ−Ｂｉ系又はＭｏ−Ｖ系触媒が充填され、第一の熱媒収容部２からは３５０℃の熱媒が供給され、第二の熱媒収容部５からは２００℃の熱媒が供給され、第三の熱媒収容部８からは２７０℃の熱媒が供給され、ケーシング１には、プロピレンと酸素とを含有する原料ガスが上方から供給される。

これらの熱媒の供給によって、ケーシング１内には、図２に示すように、第一の熱媒収容部２に隣接する３５０±５０℃の第一層１１と、第三の熱媒収容部８に隣接する２５０〜３００℃の第三層１３と、第二の熱媒収容部５に隣接する２００±５０℃の第二層１２とが、上からこの順に形成される。

原料ガス中のプロピレンは、第一の熱媒収容部２に隣接するケーシング１内の触媒層、すなわち第一層を通過しながら反応してアクロレインになり、この反応によって生じる熱は、第一の熱媒収容部１からの熱媒に伝熱管を介して除かれる。生成したアクロレインは、第三の熱媒収容部８に隣接するケーシング１内の不活性粒子の層、すなわち第三層において第三の熱媒収容部８からの熱媒によって速やかに約２９０℃に冷却され、さらに第二の熱媒収容部５に隣接するケーシング１内の不活性粒子の層、すなわち第二層において第二の熱媒収容部５からの熱媒によって速やかに２５０℃以下に冷却され、ケーシング１から排出される。

第一の形態は、１００℃以上の温度差を有する第一層と第二層との間に、これらの層の間の温度の第三層を形成することから、第一層から第二層までの間のケーシング１に発生する応力を抑制することができる。

また第一の形態は、第一、第二及び第三の熱媒収容部２、５、８を用いて第一層、第二層及び第三層を形成することから、第三層に所望の温度の熱媒を供給することができ、第三層のケーシング１内の通気方向における位置と長さ（高さ）を所期の通りに維持する観点から効果的である。

［第二の形態］
図３に示すプレート式反応器は、第一及び第二の熱媒収容部２、５が互いに隣接し、第三の熱媒収容部８、第三のポンプ９、第三の熱交換器１０を有さず、かつ第二の熱媒収容部５は、第二の熱媒収容部５に隣接するケーシング１内において、伝熱管を流れる熱媒が下方から上方に蛇行するように、伝熱管に熱媒を供給する容器である点を除いて、図１のプレート式反応器と同様に構成されている。また図３のプレート式反応器は、プロピレンの気相接触酸化反応によるアクロレインの製造についても、以下の点を除いて図１のプレート式反応器と同様に用いられる。

第二の熱媒収容部５から伝熱管に供給された熱媒は、ケーシング１内において下方から上方に蛇行するように伝熱管内を流れる。熱媒は上方へ流れるにつれて温度が上昇し、第一層に隣接する伝熱管内では約３００℃になる。このような熱媒の供給によって、ケーシング１内には、図４に示すように、第一の熱媒収容部２に隣接する３５０±５０℃の第一層１１と、第二の熱媒収容部８の上部に隣接する２５０〜３００℃の第三層１３と、第二の熱媒収容部５の下部に隣接する２００±５０℃の第二層１２とが、上からこの順に形成される。

第二の形態は、第一の形態と同様に第三層を形成することから、第一層から第二層までの間のケーシング１に発生する応力を抑制することができる。

また第二の形態は、第二の熱媒収容部５での熱媒の流通に伴う熱媒の加温によって第三層を形成することから、ケーシング１内の温度変化を緩和する観点から、また第二の熱媒収容部５からの熱媒の流量の調整によってケーシング１内の通気方向における第三層の長さを調整し或いは変更する観点から効果的である。

［第三の形態］
図５に示すプレート式反応器は、第二のポンプ６が第二の熱媒収容部５の熱媒を下から上に循環させるポンプであり、この循環する熱媒の一部を第二の熱媒収容部５の中部に戻すポンプ１４と、第二の熱媒収容部５の中部に戻される熱媒の温度を調整する熱交換器１５をさらに有する点を除いて、図３のプレート式反応器と同様に構成されている。また図５のプレート式反応器は、プロピレンの気相接触酸化反応によるアクロレインの製造についても、以下の点を除いて図３のプレート式反応器と同様に用いられる。

第二の熱媒収容部５の熱媒は、第二のポンプ６及びポンプ１４によって、第二のポンプ６の流量に対するポンプ１４の流量の比で１．０〜２．０の割合で、第二の熱交換器７及び熱交換器１５にそれぞれ供給される。第二の熱交換器７に供給された熱媒は、第二の熱交換器７によって例えば３００℃に調整される。第二の熱交換器７によって温度が調整された熱媒は、熱媒ケーシング１内において上方から下方に蛇行するように伝熱管内を流れる。

一方、熱交換器１５に供給された熱媒は、熱交換器１５によって、上記の伝熱管内を流れる熱媒を２５０℃以下に冷却することができる、２００〜２３０℃に調整される。熱交換器１５によって温度が調整された熱媒は、第二の熱媒収容部５の中部において第二の熱媒収容部５に供給され、上方から蛇行してきた熱媒を混合する。こうして、第二の熱媒収容部５の中部からは約２００℃の熱媒が伝熱管に供給される。

このような熱媒の供給によって、ケーシング１内には、図６に示すように、第一の熱媒収容部２に隣接する３５０±５０℃の第一層１１と、第二の熱媒収容部の上部に隣接する２５０〜３００℃の第三層１３と、第二の熱媒収容部５の下部に隣接する２００±５０℃の第二層１２とが、上からこの順に形成される。

第三の形態は、第一及び第二の形態と同様に第三層を形成することから、第一層から第二層までの間のケーシング１に発生する応力を抑制することができる。

また第三の形態は、第二の熱媒収容部５の上部からの熱媒の供給によって第三層を形成し、第二の熱媒収容部５の中部からの熱媒の供給によって第二層を形成することから、第三層におけるケーシング１内の温度変化を緩和する観点から、また第二の熱媒収容部５の中部からの熱媒の供給位置の調整によって、ケーシング１内の通気方向における第三層と
第二層とのそれぞれの長さを調整し或いは変更する観点から効果的である。

［その他の形態］
第一、第二及び第三の熱媒収容部に代えて、伝熱プレートに隣接し、ケーシング１内を蛇行するように伝熱管に熱媒を供給する一つの熱媒収容部を用いることによって、例えば図７に示すように、Ｔ₁℃の熱媒を上から蛇行させて第一層１１を形成し、この蛇行する熱媒をＴ₃℃に調整することができる温度の熱媒を所望の位置で供給して第三層１３を形成し、さらに蛇行する熱媒をＴ₂℃に調整することができる温度の熱媒を所望の位置で供給して第二層を形成することができる。

また前記の熱媒収容部を用いることによって、例えば図８に示すように、Ｔ₂℃の熱媒を下から蛇行させて第二層１２を形成し、この蛇行する熱媒をＴ₃℃に調整することができる温度の熱媒を所望の位置で供給して第三層１３を形成し、さらに蛇行する熱媒をＴ₁℃に調整することができる温度の熱媒を所望の位置で供給して第一層を形成することができる。

これらの形態も、第一から第三の形態と同様に第三層を形成することから、第一層から第二層までの間のケーシング１に発生する応力を抑制することができる。また、第三の形態と同様に、各層の各伝熱管において段階的に熱媒の温度を変化させることができることから、第三層におけるケーシング１内の温度変化を緩和する観点からより効果的であり、ケーシング１内の通気方向における各層のそれぞれの長さを調整し或いは変更する観点からより効果的である。

さらにプレート式反応器には、伝熱プレートの開口端を含む伝熱プレートの端縁において、第一の熱媒収容部２とそれに隣接する第二又は第三の熱媒収容部５（８）とを有する場合には、図９に示すように、第二又は第三の熱媒収容部５（８）における第一の熱媒収容部２側の端部と隣接するスペーサ部１６を伝熱プレートに設け、熱媒の流動を規制する熱媒規制部材としての熱遮蔽板１７を第二又は第三の熱媒収容部５（８）における第一の熱媒収容部２側の端部に設けてもよい。このようなプレート式反応器の使用は、第一層と第三層との境界部における反応容器の壁における温度変化を緩和して応力を抑制する観点からより一層効果的である。スペーサ部１６には、例えば板、棒材、及び遮蔽板１８によって熱媒の供給が遮断されている一以上の伝熱管が挙げられる。熱遮蔽板１７には、例えば熱媒収容部における熱媒の対流方向を横断する向きであって、伝熱管への熱媒の供給方向に対して平行又は伝熱管に向けて傾斜して設けられる平らな又は屈曲した、通液性を有していてもよい板が挙げられる。このような熱遮蔽板１７は、スペーサ部１６が隣接する熱媒収容部であれば第一、第二、及び第三の一以上の熱媒収容部に設けることができる。

なお、以上のいずれの形態においても、ケーシング１内の通気方向における第三層１３の高さが伝熱プレートの高さのおよそ５〜２０％であり、アクロレインが０．２〜３秒で通過する第三層１３を形成することができる。

プレート式反応器は、一般に気相反応による生成物を大量に効率よく製造する観点で優れており、本発明によれば、このようなプレート式反応器を急冷等の温度差が大きな条件においても好適に利用することができ、プレート式反応器の利用のさらなる拡大が期待される。

１ ケーシング
２ 第一の熱媒収容部
３ 第一のポンプ
４ 第一の熱交換器
５ 第二の熱媒収容部
６ 第二のポンプ
７ 第二の熱交換器
８ 第三の熱媒収容部
９ 第三のポンプ
１０ 第三の熱交換器
１１ 第一層
１２ 第二層
１３ 第三層
１４ ポンプ
１５ 熱交換器
１６ スペーサ部
１７ 熱遮蔽板
１８ 遮蔽板

Claims (6)

1. ガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物とを有し、前記反応容器は、供給されたガスが隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは、断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の伝熱管を含むプレート式反応器において、
   前記伝熱プレートにおける一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して第一層を形成し、
   前記伝熱プレートにおいて第一層の伝熱管から離れている別の一連の複数の伝熱管にＴ₂℃の熱媒を供給し、第一層に並んで配置される第二層を形成し、
   前記伝熱プレートにおける第一層と第二層との間の一以上の伝熱管にＴ₃℃の熱媒を供給して第三層を形成することを特徴とする、プレート式反応器における温度制御方法。
   （ただし、｜Ｔ₁−Ｔ₂｜＞１００、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００、かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００）
2. 第一層から離れた伝熱管からＴ₂℃の熱媒を、この熱媒が第一層に向けて反応容器内を蛇行し、かつ第一層の隣の伝熱管において熱媒の温度がＴ₃℃となるように供給して、第二層及び第三層を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第一層の隣の伝熱管からＴ₃℃の熱媒を、この熱媒が第一層から遠ざかる方向に反応容器内を蛇行するように供給し、
   この蛇行する熱媒の温度をＴ₂℃にする温度を有する温度調整用の熱媒を、第一層から離れた任意の伝熱管から供給して、第三層及び第二層を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. Ｔ₁が３００〜４００℃であり、Ｔ₂が１５０〜２５０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ガス状の原料を反応させるための反応容器と、伝熱管を有し、前記反応容器内に並んで設けられる複数の伝熱プレートと、前記伝熱管に所定の温度の熱媒を供給する熱媒供給装置と、隣り合う伝熱プレート間の隙間に充填される充填物と、を有し、前記反応容器は供給されたガスが隣り合う伝熱プレート間の隙間を通って排出される容器であり、前記伝熱プレートは断面形状の周縁又は端縁で連結している複数の前記伝熱管を含むプレート式反応器にガス状の原料を供給して反応生成物を製造する方法において、
   前記伝熱プレートにおける一連の複数の伝熱管にＴ₁℃の熱媒を供給して第一層を形成し、
   前記伝熱プレートにおいて第一層の伝熱管から離れている別の一連の複数の伝熱管にＴ₂℃の熱媒を供給し、第一層に並んで配置される第二層を形成し、
   前記伝熱プレートにおける第一層と第二層との間の一以上の伝熱管にＴ₃℃の熱媒を供給して第三層を形成し、
   前記原料に、エチレン；炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群から選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種；炭素数４以上の炭化水素；キシレン及びナフタレンの一方又は両方；ブテン；又はエチルベンゼンを用い、前記反応生成物として、酸化エチレン；炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸の少なくとも一方；マレイン酸；フタル酸；ブタジエン；又はスチレンを製造することを特徴とする、反応生成物の製造方法。
   （ただし、｜Ｔ₁−Ｔ₂｜＞１００、｜Ｔ₁−Ｔ₃｜＜１００、かつ｜Ｔ₃−Ｔ₂｜＜１００）
6. 前記原料が、炭素数３及び４の炭化水素、並びにターシャリーブタノールからなる群か
   ら選ばれる少なくとも１種、又は、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒドからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、
   前記反応生成物が、炭素数３及び４の不飽和脂肪族アルデヒド、及び炭素数３及び４の不飽和脂肪酸、の少なくとも一方であることを特徴とする、請求項５に記載の反応生成物の製造方法。

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