反应管用填充物、反应管及使用了该反应管的反应方法技术

本发明专利技术的目的是提供在使用多管式热交换型反应器的固定床流式反应中，能够调节反应管入口附近的反应比例，减轻该反应区域的催化剂偏颇的负荷，在催化剂层整体上分散负荷的新型的反应管用填充物、热交换型反应器、以及使用了该反应管的反应方法。本发明专利技术的反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物具有从端部或者途中向另一端部体积连续性地或者阶段性地减少的形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及反应管用填充物、反应管、热交换型反应器及使用了该反应管的反应方法。具体地，涉及在使用热交换型反应器进行伴随放热或者吸热的接触反应中，能够抑制反应管入口附近的反应比例，抑制对反应管入口附近的催化剂的负荷偏颇，防止产生局部性高温区或局部性低温区的反应管用填充物、反应管、热交换型反应器以及使用了该反应管的反应方法。
技术介绍
在非均相固体催化剂与反应原料连续接触进行的固定床流式反应中，该反应伴随放热或吸热时，通常使用多管式热交换型反应器。特别地，放热量大的气相氧化反应或吸热量大的气相脱水反应在工业上实施时，使用多管式热交换型反应器。作为放热量大的气相氧化反应，可举出例如由乙烯氧化制备环氧乙烷、由丙烯氧化制备丙烯醛和丙烯酸、由异丁烯氧化制备甲基丙烯醛和甲基丙烯酸，由苯氧化制备马来酸酐等，作为吸热量大的气相脱水反应，可举出例如由单乙醇胺脱水制备乙烯亚胺、由N-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮脱水制备N-乙烯基-2-吡咯烷酮等。工业上使用的多管式热交换型反应器是，具有数千到数万根填充有固体催化剂的内直径20-50mm、长1-20m的反应管，通过这些反应管与热介质进行接触从而进行反应相关的热的去除或者供给。通常，多管式热交换型反应器的热介质被设计为与反应管接触的整个范围能够在可能的范围保持均匀温度，由此会出现对反应原料浓度高的反应管入口附近的催化剂的负荷变大，在反应管入口到出口的催化剂的劣化程度发生大的偏颇，不能维持预期反应效果的时期提早出现的情况。例如，放热反应的情况下，反应管入口附近的除热不充分，催化剂层的温度上升，不仅会导致副反应的增加，也会有出现催化剂的损坏或反应失控的危险。吸热反应的情况，反应管入口附近的热供给不充分，导致转化率降低。工业上实施的气相接触反应中的多数，包括定期地燃烧去除在催化剂上蓄积的含碳物质使催化剂再生的工序，这时也会出现含碳物质蓄积较多的反应管入口附近的燃烧热去除不充分，催化剂层温度升高而导致催化剂损坏的情况。通常，为了避免该温度上升而在低氧气浓度下慢慢使含碳物质燃烧，因此进行催化剂再生就需要很长时间。作为反应管入口附近的催化剂层所引起的问题的解决策略，公开了将与对反应的惰性物质混合稀释的催化剂或将抑制了催化剂活性的催化剂填充在反应管入口附近，抑制反应管入口附近的反应比例的方法(专利文献1、专利文献2)。但是，这些方法中均匀填充催化剂或惰性物质的过程极为复杂，需要大量的劳力和时间，并且，会增大催化剂层的压力损失，这会导致反应气体供给动力的增加的问题。专利文献3和专利文献4中，公开了为了调节反应管的全长的温度特性，从反应管入口向出口使反应管内直径阶段性地减少，使反应管入口附近的反应比例最适化的方法，但存在反应管的制作费用提高，并且不同直径的反应管的连接部分的机械强度以及对热应变的耐久性的问题。作为避免热点部的产生的方法，专利文献5中公开了在反应管的轴向中心部设置金属棒，防止局部性异常高温区的产生的方法。这一方法，以往在反应管的半径方向上产生的温度梯度变小，具有能够抑制管轴向中心部的温度上升的效果。但是，从金属棒的前端附近之后催化剂层截面积增大，可预测在该前端附近容易产生第二个局部性异常高温区。此外，专利文献6中公开了在反应管内部设置中空管，使原料气体的一部分与催化剂隔离开的方法。这一方法使原料气体在中空管中流动，通过防止原料气体与高温区的接触，具有防止局部性异常高温区的产生的效果。但是，专利文献6的方法中，反应管内部被分成反应比例不同的两个区域，给催化剂负荷带来了较大的偏颇。例如专利文献6的实施例中，出现了两个温度峰值。现有技术文献专利文献专利文献1特公昭53-30688号公报专利文献2特公昭63-38331号公报专利文献3国际公开第04/056463号专利文献4特开2013-107873号公报专利文献5特开平11-80052号公报专利文献6国际公开第09/057463号
技术实现思路
本专利技术的目的是解决反应管入口附近的催化剂层所引起的上述问题。即，本专利技术提供了在使用多管式热交换型反应器的固定床流式反应中，能够调节反应管入口附近的反应比例、减轻该反应区域的催化剂偏颇的负荷、在催化剂层整体上分散负荷的新型的反应管用填充物、热交换型反应器、以及使用了该反应管的反应方法。本专利技术的专利技术人发现，在使用多管式热交换型反应器的固定床流式反应中出现的上述问题的本质原因是在反应原料浓度高的反应区域的反应管入口附近的反应比例必然较大，这些能够通过付与从反应管入口部向出口部的催化剂量逐渐增加的体积梯度来解决，从而完成了本专利技术。下面，示出本专利技术。[1]一种反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物具有从端部或者途中向另一端部体积连续性地或者阶段性地减少的形状。[2]根据上述[1]中记载的反应管用填充物，其特征在于，所述反应管用填充物进一步具有流体可以通过的开孔部。[3]根据上述[2]中记载的反应管用填充物，其特征在于，上述开孔部的开孔率从体积大的端部向体积小的另一端部减少。[4]根据上述[1]-[3]中任意一项记载的反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物为锥体、锥台体、半椭圆体或半纺锤体。[5]根据上述[4]中记载的反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物为圆锥体。[6]根据上述[1]-[5]中任意一项记载的反应管用填充物，其特征在于，具有将管径不同的多根圆管从外周部向中心部以管径阶段性地减少的顺序同心圆状地配置而成的形状，阶段之间的边界部具有开孔部。[7]一种反应管，其特征在于，该反应管在内部含有具有从端部或途中向另一端部体积连续性地或阶段性地减少的形状的构造物。[8]根据上述[7]中记载的反应管，其特征在于，上述构造物进一步具有流体可以通过的开孔部。[9]根据上述[8]中记载的反应管，其特征在于，上述开孔部的开孔率从上述构造物的体积大的端部向体积小的另一端部减少。[10]根据上述[7]-[9]中任意一项记载的反应管，其特征在于，上述构造物的最大截面积为反应管截面积的10％以上且100％以下，上述构造物的最小截面积为反应管截面积的0％以上且50％以下，上述构造物的长度为催化剂层长度的10％以上且90％以下。[11]根据上述[7]-[10]中任意一项记载的反应管，其特征在于，上述构造物为锥体、锥台体、半椭圆体或半纺锤体。...

【技术保护点】
一种反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物具有从端部或者途中向另一端部体积连续性地或者阶段性地减少的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.07 JP 2013-2313701.一种反应管用填充物，其特征在于，该反应管用填充物具有从端部
或者途中向另一端部体积连续性地或者阶段性地减少的形状。
2.根据权利要求1所述的反应管用填充物，其特征在于，该反应管用
填充物进一步具有流体可以通过的开孔部。
3.根据权利要求2所述的反应管用填充物，其特征在于，所述开孔部
的开孔率从体积大的端部向体积小的另一端部减少。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的反应管用填充物，其特征在于，
该反应管用填充物为锥体、锥台体、半椭圆体或半纺锤体。
5.根据权利要求4所述的反应管用填充物，其特征在于，该反应管用
填充物为圆锥体。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的反应管用填充物，其特征在于，
具有将管径不同的多根圆管从外周部向中心部以管径阶段性地减少的顺序
同心圆状地配置而成的形状，阶段之间的边界部具有开孔部。
7.一种反应管，其特征在于，该反应管在内部含有具有从端部或途中
向另一端部体积连续性地或阶段性地减少的形状的构造物。
8.根据权利要求7所述的反应管，其特征在于，所述构造物进一步具
有...

【专利技术属性】
技术研发人员：嶋崎由治，
申请(专利权)人：株式会社日本触媒，
类型：发明
国别省市：日本;JP