首页 / 专利库 / 诊断设备和程序 / 危险分层 / Packed bed arrangement useful for mixing and/or oxidation

Packed bed arrangement useful for mixing and/or oxidation

阅读:734发布:2020-12-15

专利汇可以提供Packed bed arrangement useful for mixing and/or oxidation专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE: To obtain an oxidizable reactant-oxygen mixture without any risk of ignition and explosion by specifying the properties of inactive packing materials and the oxidation conditions when mixing the oxidizable reactant with an oxidant in the packed bed of the inactive packing materials. CONSTITUTION: When the oxidizable reactant such as ammonia is to be oxidized by the oxidant, they are mixed in the packed bed 7 of the inactive packing materials such as ceramics and pebbles, whose maximum diameter, in the case of spherical particles, is made to satisfy DP,下面是Packed bed arrangement useful for mixing and/or oxidation专利的具体信息内容。

【特許請求の範囲】
  • 【請求項1】 メタノール、ベンゼン、ナフタレン、オルトキシレン、クメン、メタン、プロピレン、アクロレイン、水素、及びアンモニアからなる群から選択される少なくとも1種の被酸化性反応体を酸化体と共に酸化する方法であって、不活性充填物質を含有する充填ベッド中で該反応体及び酸化体を混合し(該不活性充填物質は、球状粒子であって以下の等式によりその最大直径が定義され、 DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼(laminar burning) 速度(f
    t/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) 又は、非球状粒子であって以下の等式によりその最大径が定義される、 DP = 6VP/SP DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼速度(ft/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) VP = 非球状不活性充填物質の体積(inch 3 ) SP = 非球状不活性充填物質の表面積(inch 2 ) )、該不活性充填物質を含有する充填ベッドから生じる混合物を該反応体を酸化する為の酸化反応条件に晒すことからなる上記方法。
  • 【請求項2】 更に、温度を混合物の自動発火温度未満に保つ為に、上記反応体及び酸化体の導入の間に水からなる温度調節手段を上記不活性充填物質を含有する充填ベッド中に導入することからなる請求項1記載の方法。
  • 【請求項3】 上記反応体がアンモニアであり、導入される該アンモニア及び酸化体の量が上記混合物中のアンモニア濃度にして少なくとも約15容量%である請求項2記載の方法。
  • 【請求項4】 上記充填ベッドに導入される水の量が上記アンモニア1トンにつき約0.5トンから約0.9トンの範囲内である請求項3記載の方法。
  • 【請求項5】 上記生じる混合物が充填ベッドの形状である酸化触媒に晒されその中の反応体が酸化される請求項3記載の方法。
  • 【請求項6】 更に、下流排熱ボイラーシステムを通して上記熱の少なくとも一部を酸化された反応体から除去又は回収することからなる請求項5記載の方法。
  • 【請求項7】 上記酸化された反応体が窒素酸化物からなる請求項6記載の方法。
  • 【請求項8】 更に、少なくとも一部の窒素酸化物を硝酸の形態で除去する為に更に水の存在下で窒素酸化物の少なくとも一部を凝縮することからなる請求項7記載の方法。
  • 【請求項9】 上記酸化体が少なくとも約25%の酸素濃度を有する請求項1記載の方法。
  • 【請求項10】 メタノール、ベンゼン、ナフタレン、
    オルトキシレン、クメン、メタン、プロピレン、アクロレイン、水素、及びアンモニアからなる群から選択される少なくとも1種の被酸化性反応体を酸化する方法であって、該少なくとも1種の被酸化性反応体及び酸化体を含有する混合物を、充填ベッドの形態で酸化触媒を含有する少なくとも1つの反応器に導入し、(ここで該酸化触媒は球状形態であって以下の等式によりその最大直径が定義され、 DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼速度(ft/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) 又は、該酸化触媒は非球状形態であって以下の等式によりその最大粒子径が定義される、 DP = 6VP/SP DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼速度(ft/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) VP = 非球状不活性充填物質の体積(inch 3 ) SP = 非球状不活性充填物質の表面積(inch 2 ) )、該酸化触媒を含有する該反応器内で該酸化体の存在下で該反応体を酸化することからなる上記方法。
  • 【請求項11】 混合の間に引火又は爆発反応の可能性がある少なくとも1種の被酸化性反応体と酸化体とを不活性充填物質を含有する充填ベッドに導入することからなる該被酸化性反応体を酸化体と混合する方法(ここで該不活性充填物質は、球状粒子であって以下の等式によりその最大直径が定義され、 DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼速度(ft/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) 又は、該不活性充填物質は非球状粒子であって以下の等式によりその最大径が定義される、 DP = 6VP/SP DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(inch) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼速度(ft/sec) Dt = 充填チューブの直径(inch) VP = 非球状不活性充填物質の体積(inch 3 ) SP = 非球状不活性充填物質の表面積(inch 2 ) )。
  • 【請求項12】 上記不活性充填物質が、セラミック、
    砂利、砂、ガラスビーズ、石灰石、及びそれらの組合せからなる群から選択される不燃性物質である請求項11
    記載の方法。
  • 【請求項13】 上記不活性充填物質が吸熱性の不燃性物質である請求項11記載の方法。
  • 【請求項14】 更に、上記反応体及び酸化体の導入の間に水からなる温度調節手段を上記充填ベッド中に導入することからなる請求項11記載の方法。
  • 【請求項15】 上記酸化体が少なくとも約25%の酸素濃度を有する請求項11記載の方法。
  • 【請求項16】 更に、不活性充填物質を含有する上記充填ベッドを間接的に冷却することからなる請求項11
    記載の方法。
  • 【請求項17】 上記少なくとも1種の反応体がメタノール、ベンゼン、ナフタレン、オルトキシレン、クメン、メタン、プロピレン、アクロレイン、水素、及びアンモニアからなる群から選択される請求項11記載の方法。
  • 说明书全文

    【発明の詳細な説明】

    【0001】

    【産業上の利用分野】本発明は、被酸化性反応体を酸化体と共に混合する及び(又は)被酸化性反応体を酸化する方法及び装置に関する。 より詳細には本発明はアンモニアを酸化体と共に混合してアンモニアを酸化し硝酸を形成する為の方法及び装置に関するものである。

    【0002】

    【従来の技術】気相酸化が、中でもとりわけ、アクリロニトリル、アクリル酸、ホルムアルデヒド、無マレイン酸、無水フタル酸、シアン化水素、過酸化水素、フェノール、及び硝酸の生産に有用であることは知られている。 それは慣習的に酸化触媒存在下で空気を用いて行われる。 関与する被酸化性反応体のタイプにより、反応条件を所望される生成物を増加させる為に変化させることができる。 これらの反応条件は当業者に良く知られている。 例えばアンモニアの酸化は、窒素等の所望されない副生物を生成させることなく窒素酸化物の形成を最大化させる為に、通常短い滞留時間を用い高温で行われる。
    関連する温度及び圧を調整することにより、生成する窒素酸化物を更に所望される二酸化窒素及び(又は)そのダイマー(NO 2 ) 2に酸化することができ、それらは水中での吸収により硝酸に転化することができる。

    【0003】しかしながら上述の慣習的酸化方法は、少量の被酸化性反応体及び(又は)過剰量の窒素を使用することに起因して非能率的なものである。 例えば反応体の濃度は、通常、反応体−空気混合物の引火限界の為に空気中に低く保たれている。 この低濃度の反応体の使用は、所望される生成物の収量を当然減少させる。 同様に、空気中に存在する過剰量の窒素の存在は、プロセス中の反応体の1つではない大量の窒素が酸化プロセスシステム中の必要とされる容量又はスペースの殆どを占拠してしまう故に、所望される生成物の生産率を減少させる。

    【0004】この慣習的酸化方法に於ける欠点を緩和する為に、被酸化性反応体を酸化させる為の酸素濃縮空気又は遊離酸素(free oxygen) の使用が、例えば Powell
    の米国特許第3927182号に提案されている。 酸化源の酸素濃度を増加することにより、加工される又は酸化反応器システムに導入される窒素の量は実質的に削減される。 窒素のかかる削減は、窒素ガス不在下でより大量の反応体を酸化反応器中でプロセスすることができる故に、当然、与えられた酸化システムの能力を増加することができる。 しかしながら酸素濃縮空気又は純粋酸素の使用は、反応体−酸素混合物中の高濃度の反応体及び(又は)酸素に付随する引火又は爆発反応の故に、酸化システム中に於て制限又は抑制されている。 実際、例えば米国特許第3927182号の第5欄25〜40行には、硝酸生産システムに於て酸素濃縮空気と共に高濃度のアンモニアを使用することに反対する教示があり、一方Maux は"Air best for formaldehyde and maleic"の中で、ホルムアルデヒド及びマレイン酸の生産に於て空気の代わりに純粋酸素を使用することに反対している。
    かかる抑制は、硝酸、マレイン酸、ホルムアルデヒド、
    及び他の気相酸化生成物の大量生産に悪影響を与えるものである。

    【0005】

    【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の1つの目的は、引火又は爆発反応の危険を招くことなく被酸化性反応体−酸素混合物を生成することである。 本発明の他の目的は、引火又は爆発反応の危険を招くことなく気相反応に於ける被酸化性反応体−酸素混合物中の被酸化性反応体濃度を増加させ、よって所望される生成物の生産量を増加させることである。

    【0006】

    【課題を解決するための手段】上述の目的は、特別な混合及び(又は)酸化方法を用いることを特徴とする本発明に於て達成される。 関連する方法は、少なくとも1つの被酸化性反応体と酸化体とを、通常その混合物の自己発火温度未満の温度に調製された不活性充填物質(inert
    packing materials) を含有する充填ベッド(packed be
    d)に導入することにより被酸化性反応体を酸化体と共に混合することを先ず指向するものである。 温度を調節する為の様々な手段、特に水を、その中の温度及び(又は)隣接する反応器の温度を下げる為に充填ベッド中に導入又は噴霧することができる。 アンモニアを反応体として使用する場合、混合物中のアンモニア濃度は少なくとも約13容量%であることが好ましく、より好ましくは約15容量%から約33容量%の間である。 この混合物又は他の被酸化性反応体−酸化体混合物は、その中の反応体を酸化する為に酸化触媒を含有する隣接する反応器に導入されることができ、又それを回収して異なる目的の為に使用することができる。 混合手段のような酸化触媒粒子を含有する反応器は、反応器内の制限遊離ガス空間(limited free gas space)の利用可能性(availabil
    ity)に起因する非制御引火又は爆発反応の危険を抑制する。 加えて、反応器は、反応体の酸化から得られる熱の少なくとも一部を除去又は回収してその中の温度を更に調節する為に、間接熱交換手段及び(又は)直接熱交換手段と共に提供されることができる。 酸化された反応体を含有する反応器から発生したガスは、次に、反応器に隣接することのできる下流熱ボイラーシステム内で冷却されることができる。 生じる生成物はその他の物も含めて、アクリロニトリル、アクリル酸、ホルムアルデヒド、無水マレイン酸、無水フタル酸、シアン化水素、フェノール、過酸化水素、又は硝酸を含有することができる。

    【0007】ここで使用される「温度調節手段」という語は、与えられた酸化反応器システムの温度を調節する為に用いることのできる全ての流体(fluid) を含有する。 好ましい温度調節手段は、直接冷却媒体として使用することのできる水である。 ここで使用される「酸化体」という語は、全ての酸素発生及び(又は)酸素含有ガスを意味する。 酸素発生ガスは、中でも、過酸化水素及び酸化二窒素を含有し、一方、酸素含有ガスは、とりわけ、空気、酸素濃縮空気、技術的に純粋化された酸素、を含有する。 好ましい酸化体は約25%から約10
    0%の酸素濃度を有する。

    【0008】ここで使用される「制限遊離ガス空間」という語は、反応器内の充填粒子間に形成されるガス流流れの為の制限空間又は間隙を意味する。 ここで使用される「混合物の自己発火」という語は、混合物の内部エネルギー量から発生する酸化の開始を意味する(燃焼の開始に外部エネルギー源は必要とされない)。

    【0009】

    【発明の具体的な説明】本発明の一つの見地は、引火又は爆発反応の危険を起こさずに、或は引火又は爆発反応の最小の危険性と共に、例えば被酸化性ガス等の被酸化性反応体と酸化体とを混合する場合の混合に於ける向上に関するものである。 本発明の他の見地は、大量の被酸化性反応体が大量の被酸化性反応体及び酸化体を用いることを通して酸化される気相酸化反応の改良に関するものである。 大量の被酸化性反応体及び酸化体の使用は、
    酸化体、つまり空気、中に存在する大量の窒素の除去、
    及び被酸化性反応体−酸化体ガス流中の高濃度の被酸化性反応体、より明確にはアンモニア、に付随する引火又は爆発反応の制御により可能となった。

    【0010】図1及び2には、一般に、混合帯(2)及び酸化帯(3)を有する好ましい酸化システムが説明されている。 好ましい酸化システムはまた、冷却帯(4)、任意の凝縮器(5)、任意の吸収カラム(6)
    を有することができる。 しかしながら、容易に理解できるように、この好ましい具体例の説明又は記述は、当業者にとって明白又は明確な、その様々な変化を排除するものではない。

    【0011】図1及び2に於て、被酸化性反応体及び酸化体は、特定の表面速度(硝酸を形成する為にアンモニアが導入された際に約3ft/sから約20ft/s)で混合帯(2)内に位置し不活性充填物質を含有する少なくとも1つの充填ベッド(7)に導入され、酸化体及び被酸化性反応体を含有する混合物をその混合物の自己発火温度未満の温度で形成する。 少なくとも1つの充填ベッド(7)内に導入される被酸化性反応体の種類は、例えば所望される混合物又は所望される酸化生成物等の所望される生成物によって異なる。 例えば、もし所望される生成物がマレイン酸水素化物又は過酸化水素ならば、反応体としてベンゼン又は水素を使用することが適当である。 一方、所望される生成物が硝酸又はシアン化水素ならば、アンモニア又はアンモニアとメタンとの混合物が適当な反応体である。 所望される生成物を生産する為にどの被酸化性反応体を与えられた気相で使用することができるかは良く知られている。 好ましい被酸化性反応体は、メタノール、ベンゼン、ナフタレン、オルトキシレン、クメン、メタン、プロピレン、アクロレイン、水素、及びアンモニア、から少なくとも1つ選択される。

    【0012】水等の冷却媒体、及び他の不活性流体もまた噴霧の形状で少なくとも1つの充填ベッド(7)及び(又は)混合帯(2)の環状部(8)へ導入されることができる。 しかしながら、充填ベッド及び酸化帯(3)
    内の隣接する反応器の温度を調節する為に、水を少なくとも1つの充填ベッド(7)に噴霧することが好ましい。 噴霧は加圧下で小オリフィスにそれを注入することにより遂行される。 水の注入速度は、混合帯(2)の温度を所望される反応体−酸化体混合物の自動発火温度未満に保つのに十分な程度であり、上限は関与する反応体の種類を基とし通常600℃未満である。 例えば、アンモニアを反応体として使用する場合、注入速度は使用するアンモニア1トンにつき約0.5から約0.9トンの範囲に換算することができる。 加えられる水の量は、酸化アンモニアを硝酸に転化させる為の吸収カラム(6)
    中で典型的に使用される水の量に等しいことができる。
    全体のプロセスが「水バランス化」される故、この量の水を使用することにより吸収カラム(6)中の追加プロセス水の必要性は排除される。 NO、NO 2 、CO 2等の他の温度調節流体を温度調節の為に水と同様の方法で用いることができることは理解されよう。

    【0013】混合帯(2)は、慣習的シェルアンドチューブ熱交換システムデザインを用いて建造することができる。 このデザインは内部に不活性充填物質を有する1
    つ以上のチューブ及びそのシェル側の冷却媒体を含有する。 不活性充填物質を有するチューブ(充填ベッド)
    は、完全に混合された被酸化性反応体−酸化体混合物を提供する為に通常十分に長い。 かかる長さは一般に充填ベッド(7)に供給される酸化体及び被酸化された反応体の体積に依存する。 例えば、慣習的硝酸生産システムで反応体としてアンモニアが使用される場合には、普通約2から約40ft、好ましくは約10から約30ft、の長さを有する充填ベッドが使用される。

    【0014】基本的に、充填ベッド(7)は、被酸化性反応体−酸化体混合物中の高濃度被酸化性反応体及び(又は)酸素、より明確にはアンモニア−酸化体混合物中の高濃度アンモニア及び(又は)酸化体、に混合の間に付随する引火及び(又は)爆発の成長反応を妨げる或は最小限に抑えるように設計されている。 かかる設計は特有の粒度を有する特有の不活性充填物質を使用することを包含する。 使用される特有の不活性充填物質は、例えば、セラミック、砂利、砂、ガラスビーズ、石灰石、
    及び混合帯に於て不燃性の傾向のある他の物質の少なくとも1つから選択される。 吸熱タイプの不活性充填物質(与えられた環境で熱消費反応を起こす物質)もまた有益なものである。 これら吸熱物質のいくつかは石灰石(これは二酸化炭素を発生する為に熱を吸収するのみでなく二酸化炭素自体も燃焼を急冷する為に働く)及び真珠岩(これは水を含有することができ、水は混合中に遊離し気化される)。 吸熱物質は、全体温度(mass temper
    ature)の増加という形で単に熱を消費する他の不活性物質により提供されるものに加えて、増加冷却用放熱子(i
    ncreased heat sink) を提供する。

    【0015】これら特定の不活性充填物質はまた、良好な冷却用放熱子、制限遊離ガス空間、及び充填ベッドの長さに沿った低い圧力低下、を提供するような大きさに作られている。 不活性充填物質の大きさは、酸化体及び被酸化性反応体を注入する為に必要とされる圧力に対し充填が比較的僅かな衝撃しか受けないように十分に大きい。 同時に、不活性充填物質の大きさは、それが充填容積に対し適切な伝熱面及び良好な冷却用放熱子を提供し充填ベッド内の遊離ガス空間を制限する為に十分に小さい。 制限遊離ガス空間と共にある良好な冷却用放熱子は、引火及び(又は)爆発反応を抑制又は最小限にし、
    一方、ベッドの長さに沿った低圧力降下により被酸化性反応体及び酸化体が混合帯で流れて十分に混合することが可能となる。

    【0016】よって、不活性充填物質の最大粒子直径は以下の粒度直径の式により決定される: DP ≦ 0.61DtVSD/VLB − 0.72
    7Dt DP = 不活性球状充填物質の直径(in.) VSD= 設計された入口の状態での表面速度(ft/sec) VLB= 混合物の積層燃焼(laminar burning) 速度(f
    t/sec) Dt = 充填チューブの直径(in.)

    【0017】最大粒子直径は、酸素中のアンモニア等の被酸化性反応体の積層燃焼速度用の計算に基づくデータである。 積層燃焼速度は、燃焼波(combustion wave) 表面に対し垂直の未燃焼ガスが燃焼最前線(combustion fr
    ont)に移動する時の速度と定義される。 産業的実施に先立って計算された値の検算が必要とされる。

    【0018】一方、球状不活性充填物質の好ましい最小粒子直径は約0.08インチと決定されている。 この最小サイズは、普通のチューブ直径(1インチ)には許容不可能な圧力勾配を発生する充填を回避する。

    【0019】上述した不活性球状充填物質と同等の非球状充填物質を使用する為には、以下の等式を用いて最小及び最大粒度を決定するべきである: DP = 6VP/SP DP = 不活性球状充填物質の直径 VP = 不活性非球状充填物質の体積(in 3 ) SP = 不活性非球状充填物質の表面積(in 2 )

    【0020】不活性充填物質の大きさを基とする適切な分布はまた、酸化体及び被酸化性反応体の流れ及び混合を向上する一方で、燃焼反応が非制御速度で成長反応することを抑制する。 普通、受け入れられる粒度分布は、
    本質的に、最大粒子体積が最小粒子体積の約6倍未満である粒子からなる。 好ましい粒度分布は、実質的に、最大粒子体積が最小粒子体積の約1.5倍未満である粒子からなる。 被酸化性反応体及び酸化体が局所的に高濃度になる又は偏ることは混合の間に引火又は爆発反応を引き起こすことがある故に、この充填ベッド(7)が例えば被酸化反応体及び酸化体を含有するガス混合物等の被引火性混合物の生産にも有益であることは理解されるであろう。

    【0021】酸化体及び非酸化性反応体を含有する混合物が上述の不活性充填物質を含有する充填ベッド中で形成されると、それを回収し様々な目的の為に使用することができ、又は外部冷却ジャケットに囲まれていることのある少なくとも1つの反応器を有する隣接する反応帯に直接供給されることができる。 少なくとも1つの反応器は、特有の被酸化性反応体の酸化を選択的に促進する能力のある酸化触媒の充填ベッドからなる。 様々な酸化触媒を、それらが所望されない生成物の形成を誘発することなく被酸化性反応体の酸化を促進するのに有用な限りは、使用することができることは理解されることである。 使用される酸化触媒の種類は、与えられた酸化反応に於けるそれらの効果に依存して異なる。 好ましい酸化触媒は、例えば(硝酸を形成する為の)アンモニアの酸化に用いる場合に、(重量を基として)90%の白金と10%のロジウム材料を含有することができる。

    【0022】被酸化性反応体、特にアンモニア、の酸化の間に、特定の体積の反応体(アンモニア−酸化体混合物に於ける少なくとも約13容量%のアンモニア)を有する被酸化性反応体−酸化体混合物の使用が、制御不可能の引火及び(又は)爆発反応を引き起こす危険性がある。 外部冷却ジャケット又は他の間接熱交換手段を通した反応器の冷却はかかる反応を防ぐのには通常不十分である。 しかしながら、充填ベッドの形状の酸化触媒をよく混合された被酸化性反応体−酸化体供給混合物と共に反応器内で使用することにより、かかる反応を最小限にすることができる。 被酸化性反応体−酸化体混合物、特にアンモニア−酸化体混合物は、引火性であるけれども、それは反応器内にある制限ガス空間及びよく混合された反応体−酸化体により非制御速度で成長反応することはできない。 むしろ一連の制御され規模の小さい局所的な低エネルギー放出反応が触媒反応器ベッドで発生する。

    【0023】酸化触媒の充填ベッドは特に大きさの整った触媒粒子を使用して形成される。 触媒粒子の大きさは、触媒反応器ベッド内部の遊離ガス空間の有効性並びにその中の被酸化性反応体及び酸化体を含有する混合物の流れを保つのに必要な圧力降下に影響を与える。 好ましい触媒粒度は、上述の等式及び不活性充填物質の大きさを決定するのに用いられる限定要素(limitations) を通して決定される。 実際、触媒粒度は不活性充填物質の大きさと同一又は実質的に同一である。 この触媒充填ベッドは、特にアンモニアが慣習的に酸化される際に、約2ftから約40ftの長さを有する。

    【0024】触媒反応器ベッドの中に、非制御反応の成長反応を更に抑制する為に水を分散又は導入する手段を用いることができる。 例えば水は、触媒反応器ベッドの温度を調節する為に噴霧形状でその中に分散されることができる。 水の噴霧化は、加圧下でそれを小オリフィスに注入することにより遂行される。 水の注入速度は、反応器の温度を約700℃から1000℃に保つのに十分な速度である。 しかしながら、NO、NO 2 、CO 2等の他の温度調節流体を、反応器の温度調節の為に水と同様の方法で用いることができることは理解されるであろう。

    【0025】通常の操作に於ては、温度調節用流体の反応器への分散又は導入は必ずしも必要とされない。 充填(触媒ベッド)の冷却用放熱子並びに十分に混合された反応体及び酸化体含有混合物の空間速度の調節が、引火又は爆発反応が成長反応することを防ぐのに十分である。 所望される空間速度が酸化反応中に発生する熱量を減少する一方で、充填が全体温度の増加という形で発生した熱を消費する。

    【0026】反応器に隣接して、下流排熱ボイラーシステムを含有する冷却帯(4)を任意に提供することができる。 反応器と連絡する排熱ボイラーシステムは、酸化された反応体含有ガス、特にアンモニアの酸化により形成された窒素酸化物含有ガス、中の少なくとも一部の熱を除去するのに特に有益である。 ここで使用される「窒素酸化物」という語は、NO 2 、N 2 O、NO、N 2
    4を含む全ての窒素酸化物を意味する。 ボイラーシステムは、酸化反応器からこれらのガスからの熱を除去する際に間接及び(又は)直接冷却手段を用いる。 間接冷却は、通常、外部冷却ジャケット中の冷却媒体及び(又は)パイプ等の内部設置された熱回収ユニットの利用を伴い、一方、直接冷却は、水、NO 2 、又は他の不活性流体等の温度調節手段を酸化反応器からのガス流に直接分散することを伴う。 冷却手段の如何なる組合せをも用いることができるが、一般に、水を間接冷却手段として用いることが好まれる。 かかる間接冷却手段はガスを冷却するのに有益なだけでなく、様々な機械装置を操作するのに用いることのできる蒸気を発生させるのにも便利である。

    【0027】ガス流は、ボイラーシステム内で冷却された後、任意の凝縮器(5)に送られることができる。 ガス流は任意の凝縮器(5)内で更に冷却される。 もしガス流が窒素酸化物を含有する場合は、弱硝酸が生成される。 (不活性充填物質の充填ベッド、酸化触媒の充填ベッド及び(又は)排熱ボイラーシステム中の温度調節手段として水を用いることにより)ガス流中に存在する湿分の量に依存して、大量の又は微々たる量の硝酸が凝縮器(5)を経て得られる。 硝酸の量は、普通、存在する水の量に相当する。 未反応の窒素酸化物を含有するガス流は、勿論、吸収カラム(6)に送られることができる。 吸収カラム(6)に於て、ガス流中の窒素酸化物は水中に吸収される。 硝酸の生成を最大限にする為に標準実施基準に従って吸収塔をデザインすることができる。
    しかしながら、不活性充填物質の充填ベッド、反応器及び(又は)排熱ボイラーシステム内に十分な量の水を加えた結果として、もし十分な量の硝酸が凝縮器(5)から既に回収されているならば、吸収カラム(6)は必ずしも必要ではない。

    【0028】吸収カラム(6)又は凝縮器(5)からの全ての未反応ガスを、ライン(9)及び(又は)(1
    0)を経て、混合帯(2)及び(又は)酸化帯(3)に循環することができる。 未反応ガスを、温度調節手段として及び(又は)更に酸化させて硝酸を追加形成する為に用いることができる。

    【0029】

    【実施例】以下の例は本発明を更に説明する為のものである。 これは説明することを目的とするものであり、これに制限される意図のものではない。

    【0030】 例1本発明の1つの具体例に従い、図1に見られるように、
    不活性充填物質の充填ベッド、酸化触媒の充填ベッドを有する反応器及び排熱ボイラーシステムからなる装置を用いて硝酸が生産された。 不活性充填物質は、Dtが凡そ3に等しく、VSDが凡そ8ft/secに等しく、VLB
    が凡そ5.6ft/secに等しい最大充填粒子直径等式に定義された範囲内の平均直径を有するセラミック酸化アルミニウムのボールであった。 形成された充填ベッドは長さ約7.0ftであり、粒子分布は、最大セラミックボールの体積が最小セラミックボールの体積の約1.5倍未満であるという定義に従うものであった。 反応器は球状の白金−ロジウム触媒で満たされ、長さ約15ftの充填ベッドの形状であった。 触媒の粒度及び分布は、不活性充填物質の充填ベッドに用いられたものと実質的に同じであった。

    【0031】最初にアンモニアを間接冷却手段を提供する為のシェルアンドチューブ熱交換装置に結合された上述の酸化アルミニウム充填ベッドに、約100トン/日の率で供給した。 同じ充填ベッドに技術的に純粋にした酸素もまた供給し、アンモニア及び酸素を含有する混合物を形成した。 混合物はこの混合物の自動発火温度未満の温度で形成された。 混合物中のアンモニア濃度は約3
    3容量%であった。 次に、セラミックアルミニウムボールを含有する充填ベッドからのこの混合物は、間接熱交換手段により冷却された後に、上述の反応器に導入された。 反応器内に於て、混合物中のアンモニアは白金−ロジウム触媒の存在により酸化され、窒素酸化物を含有するガス流を形成した。 このガス流は次に、慣習的伝熱交換ユニットを使用する隣接下流排熱ボイラーシステム内で冷却された。 下の表1に示されるように混合物が酸化反応の間に約1890℃の断熱引火温度を生じるのにもかかわらず、間接熱交換手段と共にセラミックボールの充填ベッド及び酸化触媒を利用することを通して、反応器及びボイラーシステムの温度はそれぞれ約1000℃
    及び約400℃に保たれた。

    【0032】

    【表1】 表1流れNo. 1 2 3 種類 混合 反応器 ボイラー 圧力(バール) 2 <2 <2 温度(℃) 50 1000 400 熱(MJ) −1437 −5531 −7927 モルフロー(Kmoles) H 2 O −− 49.9 49.9 NO −− 29.5 29.5 O 2 67.0 25.6 25.6 N 2 O −− 1.7 1.7 NO 2 −− 0.5 0.5 N 24 −− −− −− NH 3 33.0 −− −− 総合フロー(kmol) 100.0 107.2 107.2 発生熱量(Duty)(MJ) −− −4094 −2396 断熱引火温度 = 1898℃ NH 3 100T/Dをプロセスする際の熱使用(Heat Duty) = 28.8 MMBtu/hr (反応器) = 16.8 MMBtu/hr (ボイラー) ────────────────── = 45.6 MMBtu/hr (総合)

    【0033】表1に示された結果は、反応器にダメージを与えることなくアンモニア−酸素混合物中のアンモニア濃度を約33容量%まで増加できることを示している。 この高いアンモニア濃度は、現存する硝酸プラントの能力を少なくとも約350%拡大できるものである。
    言い換えれば、慣習的方法を使用することを必要するものと比較して、新しい一般的硝酸プラントはその規模に於て約70%の縮小が可能であり、なおかつ同じ量の硝酸を生産することができるということである。

    【0034】本発明の方法をある具体例を引用して説明してきたが、当業者は特許請求の趣旨及び範囲内で本発明の他の具体例があることを認識するであろう。

    【図面の簡単な説明】

    【図1】図1は本発明の1つの具体例を説明する硝酸生産システムの略図である。

    【図2】図2は本発明の別の具体例を表し、不活性粒子及び触媒の充填ベッドからなる気相酸化システムを説明するものである。

    【符号の説明】

    1 酸化システム 2 混合帯 3 酸化帯 4 冷却帯 5 凝縮器 6 吸収カラム 7 充填ベッド 8 環状部

    高效检索全球专利

    专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

    我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

    申请试用

    分析报告

    专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

    申请试用

    QQ群二维码
    意见反馈