JPH11228562A - 酸素を反応体流により流動床反応装置に直接注入するための方法及び装置 - Google Patents

酸素を反応体流により流動床反応装置に直接注入するための方法及び装置

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JPH11228562A
JPH11228562A JP10187045A JP18704598A JPH11228562A JP H11228562 A JPH11228562 A JP H11228562A JP 10187045 A JP10187045 A JP 10187045A JP 18704598 A JP18704598 A JP 18704598A JP H11228562 A JPH11228562 A JP H11228562A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素保持ガスを流動床反応装置へのガス状反
応体供給流と一緒にすることを可能にする系及び方法を
提供する。 【解決手段】 a)反応装置に結び付ける第一酸素保持
ガスの源;b)反応体ガス流;c)第二酸素保持ガスを
該反応体ガス流中にエントレインさせるためのスパージ
ャー手段;d)反応体ガス流及びエントレインされる第
二酸素保持ガスを導入して直接流動床に接触させるため
に、スパージャー手段を反応装置の流動床に結び付ける
供給手段;及びe)第二酸素保持ガスのスパージャー手
段への供給を、有効な量の酸素を維持する程の酸素をガ
ス状反応体流中に供給注入点でエントレインさせるよう
に制御するための制御手段を含む無水マレイン酸を製造
するための系及び該系を用いた無水マレイン酸の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素保持ガスを反
応体流中にエントレインさせ、これを流動床反応装置に
供給する、一層特には酸素を無水マレイン酸合成プロセ
スにおいて採用する流動床反応装置への反応体供給流中
に注入するための方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】無水物の生産は、適した炭化水素を適し
た触媒の存在において部分酸化することを伴う。商用の
無水マレイン酸生産は、ブタン、ブテン又はベンゼンの
ような適したガス状反応体流を部分酸化反応装置に供給
し、そこで、空気/酸素及び適した触媒の存在におい
て、無水マレイン酸を他の酸素化物及び炭素酸化物の量
を少なくして生産することを用いる。ほとんどの場合に
おいて、ブタンが好適な供給原料である。ブタンが出発
原料として用いられる場合に、反応装置は、空気を流動
床に導入するための別の空気注入導管を含む流動床反応
装置にするのがしばしばである。
【0003】ブタンを無水マレイン酸に転化させるため
に酸素を供するのに、従来技術は、酸素又は酸素含有ガ
スを直接供給流れに又は反応装置への別の供給として加
えることを提案している。そのような教示は、Dick
asonに係る米国特許第3,899,516号、Co
ntractorに係る米国特許第4,668,802
号、Ramachandran等に係る米国特許第4,
987,239号及び同第5,126,463号に見出
すことができる。上記の特許の内で、酸素欠乏が、流動
床反応装置内の反応体供給導入の点で起こり得るという
教示を与えるものはない。Dickasonは、実質的
に純な酸素を直接反応装置に高いブタン濃度で加えるこ
とを教示している。Contractorは、空気、酸
素冨化空気、又は酸素による輸送床を再生域において使
用することを教示している。Ramachandran
の両方の特許は、純な酸素供給が部分酸化反応装置内に
存在する場合に、ガス状フレーム抑制剤混合物、例えば
二酸化炭素又は実質的に未反応の炭化水素を利用するこ
とを教示している。その結果、Ramachandra
nの両方の特許は、二酸化炭素及び未反応の炭化水素供
給を回収しかつ循環させるためのそれ以上の装置を部分
酸化反応装置の下流に設置している。
【0004】Rainbird等に係る米国特許第3,
661,165号は、プロセス流において酸素とガス状
炭化水素とを混合するためのスパージャーバルブを開示
している。Rainbird等のスパージャーバルブ
は、炭化水素ガス流れ内で下流に向いているジェットを
多数含む。ジェットは、酸素を炭化水素ガスの速度に比
べて相当に高いジェット速度で導入する。酸素質量流量
の変更は、ジェットオリフィスの面積を、オリフィスに
よる所定の圧力低下を保ちながら、変えることによって
達成される。
【0005】Sonに係る米国特許第3,702,61
9号は、インライン混合装置においてガス状流を別のガ
ス状流中に分配させるためのプロセス及び装置を開示し
ている。
【0006】Arpentinerに係る米国特許第
5,356,213号は、供給流を含有するチャンネル
の軸に関して同軸に位置されるそれ以上のスパージャー
デザインについて記載している。スパージャーにおいて
は、ガスを実質的に半径方向に供給流れの外側に向けて
注入し、注入したガスと供給流れガスとの混合を可能に
するように、半径方向羽根が採用されている。
【0007】上述した従来技術は、供給流導入の点で酸
素欠乏の結果起こる流動床反応装置性能の不利の教示を
含まない。更に、従来技術は、酸素保持ガスをプロセス
における種々の点で導入することに関する教示を含みな
がら、そのような導入を、プロセスの安全を確実にする
ようにしてどのように行うことができるかの教示を含ま
ない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の目的
は、酸素保持ガスを流動床反応装置へのガス状反応体供
給流と一緒にすることを可能にする改良された系を提供
するにある。
【0009】本発明の別の目的は、酸素保持ガスとガス
状反応体とを、プロセスにおいて爆発、爆燃又はその他
の異常な作用を避けるようにして一緒にするための改良
された系及び方法を提供するにある。
【0010】本発明のなお別の目的は、流動床反応装置
において酸素をブタンに加え、供給流れ入口における酸
素欠乏をなくす改良された方法及び系を提供するにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】系は、酸素保持ガス及び
ガス状反応体流を流動床反応装置に供する。スパージャ
ーは、酸素保持ガスの反応体ガス流中へのエントレイニ
ングを引き起こす。供給管路は、スパージャーを反応装
置の流動床に結び付けて反応体ガス流及びエントレイン
される酸素保持ガスを導入して直接流動床に接触させ
る。制御装置は、酸素保持ガス及びガス状反応体の両方
の量を、供給注入点で、流動床触媒が酸素欠乏を経験し
ないように制御する。安全を確実にするために、一緒に
した供給及び酸素流の反応体含量を引火上限よりも高
く、好ましくは安全率少なくとも10%を有して保つ。
一実施態様では、系は、ブテン及び酸素を含む供給流か
ら無水マレイン酸の製造を可能にする。
【0012】
【発明の実施の形態】発明を、本明細書以降に、流動床
無水マレイン酸製造プロセスの関係で説明することにす
るが、当業者ならば、発明は、酸素含有ガスを反応体流
供給と共に流動床反応装置にエントレインさせるその他
のプロセスに同等に適用可能であることを認識するもの
と思う。図1に、流動床部分酸化プロセスを用いて無水
マレイン酸を製造するための系を示す。導管10は、制
御バルブ12、チェックバルブ14を通してスパージャ
ー26へのブタンの流れをもたらす。酸素源を制御バル
ブ28を経てスパージャー26に接続する。
【0013】スパージャー26は、それにより酸素を混
合された反応体ガス流中にエントレインさせかつ導管3
0を経て供給管路32に通させる。供給管路32は、ブ
タン成分と酸素成分との間で起きて無水マレイン酸を生
成する反応を助成する粒状の触媒を含む流動床14と直
接接触する。その生成物は、反応装置36から導管38
を経る生産物であり、そこで生産物にそれ以上の処理加
工を施す。反応装置36の底部に、空気供給38があっ
て、反応用の更なる酸素を供する。
【0014】制御装置40は、バルブ12、20及び2
8の各々への制御接続を含み、それらを通る反応体供給
を検出されるプロセス条件に従って制御する働きをす
る。単一の制御装置を図1に示すが、当業者ならば、そ
れぞれのバルブ及びその他の制御存在物を制御するの
に、複数の制御装置を使用することができることを認め
るものと思う。制御装置40へのプロセス入力は、図2
及び3に示さない。
【0015】制御装置40(オペレータ制御下の)は、
流動床反応装置36内の注入点において、確実に十分な
酸素が存在してかかる注入点における酸素欠乏を防ぐよ
うにスパージャー26によって確実に十分な酸素を供給
流中に注入するようにする。制御装置は、更に、確実に
反応体と酸素との混合濃度を混合物の引火上限(UF
L)よりも高く保つようにする。許容し得る安全率少な
くとも10%、好ましくは25%を保つべきである。
【0016】反応体による酸素の直接注入は、供給注入
の領域において収率向上及び寿命伸長を可能にする酸素
の濃度を可能にする。導管38を経る反応装置36中へ
の空気流れもまた、反応装置流動床内に最適な反応条件
を達成させることを可能にする適当な量の酸素を確実に
エントレインさせるように調節する。複数の酸素供給を
流動床反応装置36に供し、一つの供給は、供給注入の
直ぐの領域において適した酸素濃度を確実にし、第二の
酸素供給は、流動床内で適当な反応条件を達成させるこ
とを可能にする総括の適した酸素利用可能性を確実にす
ることが発明にとって重要である。
【0017】上に示した通りに、スパージャー26を通
る酸素の供給流量は、確実に混合反応体ガス流の引火上
限を超えるレベルに保つ。100%酸素中のブタン供給
流についての引火上限及び下限(UFL及びLFL)
は、3.1kgf /cm2 g、440℃において、それ
ぞれ約49.0及び1.8である。
【0018】スパージャー26は、それのインゼクター
を、反応体ガス流れ全体を通して有効な酸素分配を達成
するパターンで配置させるように造形する。インゼクタ
ーは、更に、供給流内で起きる引火性混合物の相互作用
を防ぐように位置させる。図2では、スパージャー26
を、導管30内に位置させ、好ましくは供給ガス流れに
対して法線に位置させる単環50の形態で造形する。良
好なガス分配を達成するには、環50の内直径及び外直
径を、領域52及び54においてそれぞれ実質的に等し
いガス流れが存在するように調整する。この配置は、低
圧領域をインゼクターの環内の供給パイプにおいて確実
に形成させないようにする(ジェトを一緒に引き寄せ、
それらの合体を引き起こしかつジェトの内の一つを点火
する場合には、ひどい問題を引き起こすことになろ
う)。これより、領域52及び54の有効な断面積を、
環50を適当な寸法に作ることによってほぼ等しくさせ
る。
【0019】環50内に、入口56を経てバルブ28に
連絡するチャンネル56が存在する(図1を参照)。複
数の固定ジェト60を環50の回りに位置させ、チャン
ネル56からの酸素流出を導管30内で下流方向に向け
るように配向させる。
【0020】一対のジェト60’及び60”の断面図を
図3に示す。酸素はジェト60’及び60”から流れ出
て実質的に純な酸素領域70及び72を作り出す。混合
反応体供給ガスが領域74、74’及び74”に存在す
る。領域76及び78(陰影を付ける)内で、可燃性範
囲内の酸素と反応体との混合物が生じる。それ以上の下
流(領域80及び82)で、ガス状混合物は、たとえ酸
素を保持していても、不燃性である。
【0021】隣接するジェト60’及び60”の間隔D
は、可燃性領域76及び78が相互作用しないように調
節する。ジェト対ジェト相互作用の制限は、一旦点火さ
れたジェトが別のジェトの点火を引き起こし及びジェト
が合体して大きなフレーム容積を有する単一のジェトを
形成することの可能性を低減させる。隣接するジェトの
オリフィスは、これより可燃性ガス混合物の隣接する領
域が相互作用しないように置く。更に、隣接するジェト
からの混合ガス領域は、可燃性領域のそれ以上の範囲を
超えた点で交差する。点火の危険性は、各々の酸素ジェ
ト内に含有される一緒になった全可燃性容積を減少させ
ることによって更に低減される。これは、各々のオリフ
ィス直径を最小にすることによって達成され、これは、
立ち代わって所望の酸素流量レベルを達成するのにオリ
フィスの数を最大にする傾向にある。
【0022】一つのオリフィスの中心から隣接するオリ
フィスの中心までの間の距離は、下記によって与えられ
る: D>d0 {(258.7−UFL)/(100−UF
L)} ここで:D=オリフィスの間の中心−中心距離;d0
オリフィス直径;UFL=引火上限(パーセントで表わ
す)。
【0023】維持されるジェト爆燃の危険性は、更に、
酸素ジェト速度を、確実にガス状供給反応体の速度及び
可燃性酸素反応体混合物のフレーム速度の両方よりも認
め得る程に大きくすることによって低減される。そのよ
うなジェト速度はフレーム吹出(blowoff)を助
成し、発炎燃焼が起きるであろう。吹出を促進するに
は、初めの酸素ジェト速度は、反応体流の供給速度か又
はフレーム速度のいずれかのどちらでも大きい方の少な
くとも2倍にするのが好ましい。更に、スパージャー
は、正方形の形のチューブから建造すべきでなく又はア
ングル鉄によって支えるべきでない。そのような構造
は、鋭い角度を含み、渦を生じてフレーム安定性を高め
得る。
【0024】図1に戻ると、制御装置40はバルブ1
2、20及び28を動かしてブタン約4部及び空気96
部を流動床反応装置36に供する。バルブ28及びスパ
ージャー26を経る酸素の注入は、導管28を経る空気
流量の適度の減少を可能にする。導管30内の一緒にな
った反応体/酸素流れを確実に引火上方レベル以上にす
るのに加えて、スパージャー26からの容積流出量は、
酸素38%及びブタン62%の相対的容積流量を越えな
いのが好適であり、容積流出量は、酸素32%及びブタ
ン68%の相対的容積流量を越えないのが一層好まし
い。
【0025】酸素をブタン系に加える場合に、空気流量
を減少させるよりもむしろ、空気流量を酸素添加前のレ
ベルに保つことができる。ブタン供給量は、収率を減少
させないで、増大させることができる。このようにし
て、直接酸素注入は、無水マレイン酸を増産するのに用
いることができる。
【0026】直接酸素注入は、また、空気濃縮と結び付
け、それで酸素をブタン供給流及び空気流の両方に加え
ることができるようにする。空気流量は、減少させるか
又は酸素添加前のレベルに保つかのいずれかをすること
ができる。そうすると、酸素添加によって得られる収率
及び生産向上を最大にする。
【0027】酸素流量を突然に増大させるか又は反応体
供給流量を突然に減少させるならば、スパージャー26
からの流出物は、爆発させ得る領域中に入ることが可能
である。突然の酸素流量の増大を制御するには、バルブ
28に可能な酸素流れを制限するクリティカルフローオ
リフィスを設置する。オリフィスは、たとえバルブ28
が全開状態で止まったとしても、通常の最少の供給流量
下でデトネーションを生じるのに要する量の酸素を供給
することができないようなサイズにする。
【0028】緊急のプロセス運転停止中では、スパージ
ャー26への酸素流れをプロセス反応体と同時に停止さ
えすれば、酸素流れは、反応体流れの停止と同時に停止
されることになる。酸素バルブ28は、供給バルブ12
及び20のいずれよりも相当に小さいので、酸素流れ
は、反応体が流れる前に停止し、それにより供給濃度を
爆発させ得るレベルに増大させないことになる。
【0029】供給反応体圧力が下がって所定のレベルよ
りも低くなるならば、制御装置40が働いてスパージャ
ー26への酸素流れを遮断する。これは、供給遮断によ
って有意の供給流れの低下がもたらされ得かつバルブ2
8の圧力ベースの停止応答が、可能な続く爆発させ得る
混合物を導管30に入らせないようにするからである。
【0030】加えて、混合酸素反応体流の温度が所定の
レベルよりも高くなるならば、制御装置40が働いてス
パージャー26への酸素流れを遮断する。これは、スパ
ージャー近くの爆燃によって有意のガス混合物温度の上
昇がもたらされ得かつバルブ28の温度ベースの停止応
答が、そのような爆燃を消すことになるからである。
【0031】バルブ28は、また、制御装置40によっ
てスパージャー26への所定の最少の酸素流れを確保す
るように制御される。作業中では、反応体供給は、スパ
ージャー26に逆流させないようにしなければならな
い。これは、下記によって防げる:各々のスパージャー
ジェト60を通る酸素流れを保つ;スパージャー26中
への反応体供給の対流又は拡散流れを防ぐ程に大きいジ
ェト速度を保つ;及びジェトをスパージャー26の下流
側に置く。各々のスパージャージェト60を通る酸素流
れの維持は、ジェト60による圧力低下を確実にスパー
ジャー26内の圧力低下よりも有意に大きくすることに
よって達成される。反応体供給をスパージャー26中へ
拡散させないようにするには、各々のジェト60による
最小の圧力低下を少なくとも1psi(0.07Kg/c
m2)、好ましくは10psi(0.70Kg/cm2)にする
のが好適である。
【0032】最後に、始動中は、窒素パージを用いてス
パージャー26から反応体をフラッシュした後に、酸素
流れを開始する。運転停止中は、スパージャー26から
窒素パージにより、逆流を防ぐ程の高い圧力低下を保ち
ながら、酸素をフラッシュする。これは、運転停止した
後に、反応体がスパージャー26の中に流入することに
なることから、必要である。
【0033】スパージャー26は、環の形状で示した
が、同心環、直交(crossed)ストレートセクシ
ョンやストレートチュービングのようなその他の形状が
許容し得る。しかし、各々のそのような構造は、最も好
適な実施態様、すなわち図2に示す円形のスパージャー
構造に関して上に述べた要件を満足しなければならな
い。ジェトを直接スパージャー26の下流のエッジに置
くよりもむしろ、それらを中心をはずして置くことがで
きるが、依然下流側に置くことができる。これは、一層
多い数のジェトを採用することを可能にするので、有利
になり得る。
【0034】上記の説明は、発明を無水マレイン酸生産
プロセスにおいて用いることに焦点を合わせてきたが、
流動床を使用するその他の気相酸化(例えば、アクリロ
ニトリルを製造するプロセス、無水フタル酸合成、等)
もまた発明を採用してよい。
【0035】ガス状流の形態のナフタレン又はオルトキ
シレンのようなガス状の反応体流を、本明細書中に記載
する通りの発明の系及びプロセスを用いて無水フタル酸
を酸化製造するために用いてよい。
【0036】その他の実施態様では、3−メチルピリジ
ンとアンモニアとを触媒の存在において反応させること
によってニコチノニトリルの生産を製造してもよい。な
お別の実施態様では、メタキシレンとアンモニアとを触
媒の存在において反応させることによってイソフタロニ
トリルを製造してもよい。
【0037】所定の場合には、不活性ガスを酸素又は反
応体供給流のいずれかに加えて火災上限を下げ、こうし
て供給流において可能にさせる酸素の最大濃度を増大さ
せてもよい。
【0038】前述の説明は、単に発明の例示にすぎない
ことを理解すべきである。当業者ならば、種々の代わり
の方法及び変更を、発明から逸脱しないで工夫すること
ができる。よって、本発明は、特許請求の範囲の記載の
範囲内に入るそのような代わりの方法、変更態様及び変
更をすべて包含する意図である。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明を具体化する系のブロックダイヤグラムで
ある。
【図2】酸素をガス状反応体流に導入するためのスパー
ジャーを含む供給パイプの断面図である。
【図3】図2のスパージャーの一対の隣接するジェトの
略図である。
【符号の説明】
24 スタティックミキサー 26 スパージャー 32 供給管路 34 流動床 36 反応装置 40 制御装置 60、60’、60” ジェト 70、72 実質的に純な酸素領域 74、74’、74” 混合反応体供給ガス領域 76、78 可燃性領域

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸素保持ガスとブタン、ブテン及びベン
    ゼンからなる群より選ぶガス状反応体流との混合物を、
    流動床を有する反応装置に供して無水マレイン酸を製造
    するための系であって、下記: a)該反応装置に結び付ける第一酸素保持ガスの源; b)該反応体ガス流; c)第二酸素保持ガスを該反応体ガス流中にエントレイ
    ンさせるためのスパージャー手段; d)該反応体ガス流及びエントレインされる第二酸素保
    持ガスを導入して直接該流動床に接触させるために、該
    スパージャー手段を該反応装置の該流動床に結び付ける
    供給手段;及び e)該第二酸素保持ガスの該スパージャー手段への供給
    を、該無水マレイン酸を製造するために有効な量の酸素
    を維持する程の酸素を該ガス状反応体流中に供給注入点
    でエントレインさせるように制御するための制御手段を
    含む系。
  2. 【請求項2】 前記第一酸素保持ガスが空気である請求
    項1の系。
  3. 【請求項3】 前記第二酸素保持ガスが酸素である請求
    項1の系。
  4. 【請求項4】 前記流動床が前記ガス状反応体流及び酸
    素保持ガスを無水マレイン酸に転化させるための触媒を
    含む請求項1の系。
  5. 【請求項5】 前記制御手段が前記反応体ガス流及び前
    記第二酸素保持ガスへのガス状反応体の供給を調整して
    一緒にした該反応体ガス流及び第二酸素保持ガスを確実
    に引火上限よりも高く保つ請求項1の系。
  6. 【請求項6】 酸素保持ガスとブタン、ブテン及びベン
    ゼンからなる群より選ぶガス状反応体流との混合物を、
    流動床反応装置に供して無水マレイン酸を製造する方法
    であって、下記: a)酸素保持ガスを該ガス状反応体流中にエントレイン
    させ; b)該ガス状反応体流及びエントレインされる第二酸素
    保持ガスを供給して直接該流動床反応装置に接触させ;
    及び c)該酸素保持ガスの供給を、該無水マレイン酸を製造
    するために向ける有効な量の酸素を維持するために十分
    な酸素を該ガス状反応体流中に供給注入点でエントレイ
    ンさせるように制御することの工程を含む方法。
  7. 【請求項7】 前記ガス状反応体流がブタンを含み、前
    記酸素保持ガスが酸素であり、前記流動床反応装置、前
    記方法が該ブタン及び酸素を無水マレイン酸に転化させ
    るための触媒を加えることを含む請求項6の方法。
  8. 【請求項8】 更に、前記制御工程が、前記ガス状反応
    体流及び酸素の前記供給を引火上限よりも高く保つ請求
    項6の方法。
  9. 【請求項9】 更に、前記制御工程が、前記酸素及びガ
    ス状反応体流一緒にした流れを引火上限よりも高く保つ
    請求項6の方法。
  10. 【請求項10】 酸素保持ガスとガス状反応体流との混
    合物を流動床反応装置に供して無水物を製造する方法で
    あって、下記: a)酸素保持ガスを該ガス状反応体流中にエントレイン
    させ; b)該ガス状反応体流及びエントレインされる第二酸素
    保持ガスを供給して直接該流動床反応装置に接触させ;
    及び c)該酸素保持ガスの供給を、該無水物を製造するため
    に向ける有効な量の酸素を維持するために十分な酸素を
    該ガス状反応体流中に供給注入点でエントレインさせる
    ように制御することの工程を含む方法。
JP10187045A 1997-06-19 1998-06-18 酸素を反応体流により流動床反応装置に直接注入するための方法及び装置 Pending JPH11228562A (ja)

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