JPH09501864A - 接触蒸留構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 間隔を置いて配置された不活性なエレメント（２４）によって分離され、複数の、波形を有し垂直に配置された触媒含有エレメント（１２）を有する接触蒸留構造体（１０）を開示する。触媒含有エレメント（１２）は、それぞれ、ワイヤメッシュのようなガス透過性物質（１８，２０）の二層を規則的に置かれた間隔（１３）で結合させて、表面にポケット（２２）を配置させた単一のシート（１２）を形成する。粒状触媒（２６）はポケット（２２）内に配置される。ポケット（２２）内の触媒（２６）は触媒反応が起こる反応帯域を提供し、ガス透過性シート（１８，２２）は分別蒸留を行うための塊移動表面を提供する。間隔を置いて配置されたエレメント（１４）は、触媒の密度及び積載量を考慮している。

Description

【発明の詳細な説明】 接触蒸留構造物 発明の背景 発明の分野 この発明は、概して、反応触媒および蒸留における物質移動表面の２つの機能 を果す構造的に関する。より詳細には、この発明は、固体粒状触媒を包含する固 定蒸留構造物に関する。 関連技術 誘発反応および反応物からの生成物の分離はかなり長い間実施されており、そ の利点が認められている。誘発反応および蒸留の使用の例は（エーテル化）米国 特許第 4,232,177号；同第 4,307,254号；同第4,336,407号；同第4,504,687号； 同第 4,918,243号：および同第 4,978,807号；（二量化）米国特許第4,242,530 号；（水和化）米国特許第 4,982,022号；（解離）米国特許第 4,447,668号，な らびに（芳香族アルキル化）米国特許第 4,950,834号および同第 5,019,667号に 開示されている。 数種類の接触蒸留構造物が提案されている。たとえば、デミスタワイヤを巻い た布ベルトのポケットに粒状触媒を包含させて、接触蒸留構造物とする米国特許 第 4,302,356号および同第 4,443,559号ならびに波形要素およびテープ状触媒要 素を有するパッキングを開示している米国特許第 4,731,229号を参照されたい。 ごく最近には、米国特許第 5,073,236号に開示されているように、効率の高いパ ッキングが触媒を包含するように改良されている。後者の場合には、触媒を中間 に有する２個の平行なガス透過性プレートより成る各構造物が塔内に垂直に置か れ、触媒を包含する別のプレート対と直かに接している。塔内に置かれた場合に は、触媒を包含するプレートの緻密充填は場合によっては緻密すぎる触媒層を呈 し、したがって一定な反応に必要以上に滞留時間を増大することがある。この発 明の利点は、二三の態様において、塔内での流体のすぐれた可動性を得ることが できることである。別の利点は接触蒸留構造物が従来技術の多くの構造物よりも すぐれた蒸留特性をもたらすことである。この発明の特長はこの発明ではより少 ない触媒物質が使用可能なことである。 発明の要約 この発明は、触媒を包含する少なくとも１対の隣接要素と不活性要素を含むス ペース要素とを分離することによってより有用な系をもたらす。たとえば、スペ ース要素は平板（ガス不透過性もしくは中実性）、触媒包含要素に似た不活性粒 子を包含する要素、または触媒包含要素に似た空隙にすぎない要素であることが できる。スペース要素の数を変えることによって、標準の触媒包含要素を用いな がら塔内に所要量の触媒を入れることができる。１つの態様では、触媒要素を離 間させて、若干またはすべての構造物の間に空間を存在させることができる。 塔の直径と直角方向に一定の流動特性を望む場合には、スペース要素は、同じ 大きさおよび形状の不活性パッキングで置換される触媒包含要素の粒状触媒物質 と同一であることができる。さらに、別の流動特性を得るには、触媒または他の パッキングを単に取り除けばよい。 図面の簡単な説明 図１は、この発明の触媒包含要素およびスペース要素を示す構造物の部分断面 図の平面図である。 図２は図１の１つの触媒要素の側面図である。 図３はこの発明の１つのパッケージ要素の断面図である。 図４は粒状物質を含むこの発明によるパッケージ要素である。 図５は離間した複数の触媒要素を含む構造物である。 図６は唯１対の隣接対が離間した複数の触媒要素である。 図７はそれぞれ、隣接パッケージユニットに相接する複数のパッケージである 。 図８はこの発明による構造物を適所に有する反応蒸留塔の部分側面図である。 好ましい態様の説明 この発明において、触媒構造物は次の１種類以上の形状の少なくとも２個の触 媒要素より成る。 Ａ． 離間 Ｂ．１．パッケージ要素 ２．非触媒要素 ３．平板（ガス透過性または不透過性） 触媒構造物は前記形状の複数の触媒要素を含むのが好ましい。たとえば、図６ に示す１つの好ましい態様では、触媒構造物は２組の相接する触媒要素が離間さ れることより成る。図５に示す別の好ましい形状では、構造物中に複数の触媒要 素があり、全く相接する触媒要素がなくまた隣接触媒要素は接触していないよう にそれぞれ離間している。これら２つの形状は米国特許第5,073,236号に示す構 造物に比し利点がある。何となれば、触媒構造物内により多くの空間があるから である。多くの用途において、相接する触媒要素を有する緻密な構造物はバリヤ となるであろうし、実際に粒状触媒物質の充填層のように作用し、その結果充填 塔の圧力低下が大きくなる。 しかし、図７に示す触媒構造物は緻密なパッキングを与えるが、従来技術とは 著しい差異がある。図示したパッケージの若干は粒状物質を欠き、さらに／また は不活性物質を含有する。空隙のあるパッケージは緻密ではなく大きな空間およ び表面を有するすぐれた蒸留特性をもたらす。不活性要素は触媒粒状物質と同じ か、小さいかまたは大きい大きさであることができる。不活性要素は触媒要素と 全く同じ液圧特性を見込んでいるが、反応蒸留（米国特許第 5,019,669号）とも いう接触蒸留では屡々可逆反応である接触反応を低下させる。したがって反応要 素を希薄化するか蒸留要素を維持することによって、接触蒸留の高度の分離態様 を得ることができる。いいかえると、不活性要素を触媒要素間に分散させること によって、一定の構造体では、分別分離が強調されるが、複数の触媒構造物を有 する塔を含む系全体としては反応の力は維持される。 ある特定の塔内に依存する触媒量の希薄化は、接触蒸留の動的性質および前記 のすぐれた蒸留特性を仮定すれば無意昧かもしれない。 触媒および非触媒要素はグループ分けした各要素の上端と不端に、通常プラス チークまたは金属帯で結び付けて構造物にする。空間が必要な場合には、分離す べき要素間にフレームに類似のスペーサを入れる。 パッケージという用語は粒状触媒物質および粒状不活性物質の容器をつくるの に結合させた波板を示すのに用いる。波板は溶接、製織、クリンプおよび曲げに よって結合させることができる。波板は共通軸に対して平行に並べ、流体流の分 配および分留のために板の間に開溝を存在させる。 各板の波、溝および粒状物質のポケットは共通軸からある勾配で配設されるが 、隣接板の波とは対向させる。 好ましい態様の詳細な説明については、読者は参照しやすいように同一部品を 同一数字で示す添付図面を参照されたい。 図１には、それぞれ非触媒シート１４（透過性でも非透過性でもよい）によっ て隔離された共通軸に沿って整列した複数の触媒エレメント１２を含む、本発明 の触媒構造物１０の上面図が示されている。触媒エレメントは、バンド１６によ って一緒に保持されている。図２には、ガス透過性金網の２つの層１８と２０を 含んだ触媒エレメントが示されている。これらの層は、ポケット２２（この中に 粒状触媒を配置することもできるし、あるいは後述するように、ポケットは空の まま使用することもできる）を形成するよう規則的な間隔で結合されている。結 合は、２つの層をジョイント１３にて一緒に編むことによって果たすことができ る。特定の実施態様はダブルウィーブ型プロセス（double weave type process ）を含む。該プロセスにおいては、前記金網が、ウィーブと一体になったポケッ トを有するダブルウィーブとして編まれる。さらに、ポケットは、図３に示すよ うにエレメントの表面を横切って対角線的に編まれる。エレメントの外観は、波 形ヘリングボーンのようになる（図３と４）。 図７には、不活性スペーシング２４によって隔離されたエレメント１２を含む 触媒の図が示されている。この好ましい実施態様においては、各触媒エレメント １２が非触媒蒸留構造物２４によって隔離されており、このとき前記非触媒蒸留 構造物は図３の空ポケット構造物であってもよいし、あるいは図４のように、ポ ケットに粒状物質２６を充填してもよい。粒状物質を収容するポケットエレメン トは、触媒粒状物質を収容しても、あるいは不活性粒状物質を収容してもよい。 ポケットエレメントの外観はほとんど同じであり、粒状物質の性質だけがそれら を区別している。図６は、ポケットエレメントの全てが触媒エレメント１２であ って、触媒エレメントが触媒構造物全体を横切って隣接しないように、隣接触媒 エレメントの２つの部分がスペース２８によって隔離されている場合の構造物の 類似図面である。 図５には。蒸留塔反応器中にいつでも配置できる状態の一束の触媒蒸留構造物 が示されている。触媒エレメント１０は、オープンスペースエレメント２８によ って隔離されており、全体がバンド１６によって一束に結ばれている。バンドに よって結ばれたエレメントは、すべて塔内に垂直に配置される。 図８には、図７に示したタイプの一束の触媒蒸留構造物を収容した蒸留塔反応 器１００が示されている。水平のポケット状触媒含有エレメントは、ポケットが 空（粒状物質が存在しない）であろうと、粒状触媒が充填されていようと、ある いは不活性物質が充填されていようと、流体流れが、塔の垂直軸に対してある角 度で流路に沿って流れるよう、ある１つのエレメントのポケットが次の隣接ポケ ットエレメントのポケットに対して９０°となるように配置するのが好ましい。 この特徴は図８に示されており、塔の上部セクションと下部セクションの斜線は シートのリッジを表している。 構造物１０は、流体流れを分留するための構造的充填物として作動し、同時に 流体流れの触媒飯能も引き起こす。典型的な据え付けにおいては、塔の内部にて 適切な支持構造物上に、複数の構造物１０を順々に重ねていく。構造物の各垂直 列が、シート１８および２０とともに同じ列にて他のシートと平行に、そして垂 直に隣接した列にてシートの平面に対して９０°で配置される。シートの３つの 垂直配置列の相対的な配向が図８に示されている。構造物１０は、蒸留によって 分離可能な生成物を生じる液相反応、および液相不均質触媒系において向流のガ ス／液体接触を含む液相反応に対して特に高い適用性を有する。操作について説 明すると、１種以上の流体流れが塔１００に送り込まれ、液体が構造物１０を介 して下降し、蒸気流れが構造物を介して上昇する。シート１８と２０の表面に沿 った流路３２において、そしてエレメント２４における触媒床３０と不活性床を 介して液体流れが起こる。構造物１０の上端において液体ディストリビュータを 使用して、必要に応じて液体流れを流路３２または触媒床３０に優先的に向ける ことができる。 触媒床３０は、下降液体流れを接触的に反応させるための触媒反応ゾーンを形 成する。これと同時に、液体流れの分留によって蒸気相が形成され、流路３２を 介して上方に優先的に流れて下降液体流れと混ざり合う。主としてシート１８と ２０の表面上で、そして触媒上で、液相と蒸気相との間に質量移動が起こる。 液相と蒸気相のミキシングは、流路３２において上昇蒸気が下降液体と接触す るときに起こる。液相は、透過性エレメント１８と２０を通過し、流路からエレ メント２４の触媒床２２（触媒反応が行われる）に、あるいは不活性床（さらな る分離に付される）に流れる。同様に、反応生成物は触媒床から流路に進み、そ こで主要な分留が行われる。 必要に応じて、１つより多い束を塔中に種々の高さにて配置できることは言う までもない。さらに、１つの束または複数の束を、効率的な仕方で塔中に支持す ることもできる。例えば、不活性の蒸留用充填物（例えばラシヒリングなど）に よって束を支持したり、隔離したりすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）（ｉ）間隔を置いて結合して複数のポケットをそれに配置させたシー トを形成する、ガス透過性物質の第一及び第二層、 （ii）前記ポケット内に配置された粒状触媒、 を各接触エレメントが含み、共通軸に沿って整列した複数の前記接触エレメン ト、 （ｂ）前記複数の接触エレメントに隣接した少なくとも二つの間に配置され た、間隔を置いて配置された不活性なエレメント、 を含む蒸留カラム反応器中に配置される接触蒸留構造体。 ２． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、オープンスペースからな る請求項１記載の接触蒸留構造体。 ３． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、平らな部材からなる請求 項１記載の接触蒸留構造体。 ４． 前記平らな部材がガス透過性である請求項３記載の接触蒸留構造体。 ５． 前記平らな部材がガス不透過性である請求項３記載の接触蒸留構造体。 ６． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、間隔を置いて結合し前記 シートに複数の空のポケットを配置させたガス透過性物質の第三及び第四層から なる波形シートからなる請求項１記載の接触蒸留構造体。 ７． 前記透過性物質がワイヤメッシュからなる請求項６記載の接触蒸留構造体 。 ８． 前記ポケット一部が不活性粒状物質をその中に有する請求項６記載の接触 蒸留構造体。 ９． 前記ポケットが、対角線のように前記シートを横切って配置される請求項 １記載の接触蒸留構造体。 １０． 前記ガス透過性物質がワイヤメッシュ織物である請求項１記載の接触蒸 留構造体。 １１． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、ワイヤメッシュの単一 のシートからなる請求項１記載の接触蒸留構造体。 １２． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、前記複数の接触エレメ ントのそれぞれの間に配置される請求項１記載の接触蒸留構造体。 １３． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、オープンスペースから なる請求項１２記載の接触蒸留構造体。 １４． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、平らな部材からなる請 求項１２記載の接触蒸留構造体。 １５． 前記平らな部材がガス透過性である請求項１４記載の接触蒸留構造体。 １６． 前記平らな部材がガス不透過性である請求項１４記載の接触蒸留構造体 。 １７． 間隔を置いて配置された不活性なエレメントが、間隔を置いて結合し前 記シートに複数のポケットを配置させたガス透過性物質の第三及び第四層からな るシートからなる請求項１２記載の接触蒸留構造体。 １８． 前記ポケットの一部がボイドである請求項１７記載の接触蒸留め構造体 。 １９． 前記ポケットの一部が、不活性な粒状物質をその中に配置して有する請 求項１７記載の接触蒸留構造体。 ２０．（ａ）垂直に配置された容器、 （ｂ）その中に配置された、 （ｉ）共通軸に沿って整列した複数の接触エレメントであって、各エ レメントが、 （Ａ）間隔を置いて結合させて複数のポケットを配置させたシートを形成し たガス透過性物質の第一及び第二層、 （Ｂ）前記ポケットの中に配置された粒状触媒、 を含む、前記接触エレメント、及び （ii）前記複数の接触エレメントに隣接する少なくとも二つの間に間 隔を置いて配置された不活性なエレメント、 を含む、接触蒸留構造体、 を含む、反応を行うことと反応体から製品を分離することを同時に行う、蒸留 カラム反応器。