JPH10192693A - モノリスの並流反応器又は向流反応器用の反応器ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モノリス反応器の任意に配置された加熱ダク
ト及び反応ダクト内へ燃焼ガス／空気−混合物及び原料
ガス混合物を供給及び排出するための反応器ヘッド。 【解決手段】 反応器ヘッドが案内管を備え、この案内
管がガス混合物を任意に配置されたダクト内へガスを供
給し、ガス混合物をこのダクトから排出する構造の反応
器ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモノリスの並流反応
器又は向流反応器用の反応ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】並流反応器又は向流反応器は未公開の欧
州特許出願（ＥＰ−Ａ１）第０７５２３９０号明細書に
記載されている。

【０００３】並流反応器又は向流反応器は任意の横断面
の円筒形を有し、平行の流動ダクトが貫通しており、こ
の流動ダクトは反応器の両端面で相互に連結されてい
る。このような装置は通常ハネカム成形体として表され
る。この流動ダクトは三角形、正方形、長方形、六角形
または他の断面形を有する。横断面に関する流動ダクト
の数はセル密度として表される。

【０００４】欧州特許出願（ＥＰ−Ａ１）第０７５２３
９１号明細書には、適当な触媒の存在でのメタン及びア
ンモニアの反応による青酸の製造のためのこのようなハ
ネカム成形体が記載されている。メタン及びアンモニア
の反応は吸熱反応であり、１０００〜１３５０℃の温度
で実施される。

【０００５】欧州特許出願（ＥＰ）第９６１０８３８
５．４号明細書により、ハネカム成形体の流動ダクトは
加熱ダクト及び反応ダクトに区分されている。加熱ダク
ト及び反応ダクトはハネカム成形体の横断面にわたり相
補的な模様で分布している。ダクトの分布模様は原則と
して任意に選択することができる。しかしながら、交互
に層状又は列状に配置された加熱ダクト及び反応ダクト
が有利である。

【０００６】メタン及びアンモニアからなる反応混合物
は反応ダクトに導通される。この反応混合物に対して並
流で又は向流で燃焼ガス／空気−混合物が加熱ダクトに
導通され、ダクト中で燃焼させられる。加熱ダクトと反
応ダクトとが直接隣接することにより燃焼の際に放出さ
れた熱は高い効率で反応体に伝達される。触媒反応の実
施のために、反応ダクトの内壁は触媒反応のための触媒
で被覆されている。

【０００７】加熱ダクト中の燃焼はダクト内へ挿入され
た加熱ワイヤにより点火される。しかしながら加熱ダク
ト中での燃焼の点火は、触媒によって行うこともでき
る。このために加熱ダクトの内壁面は触媒燃焼のための
触媒で被覆される。

【０００８】前記した反応器コンセプトの重要な問題
は、それぞれ配置されたダクト内への反応ガス並びに燃
焼ガスの供給にある。ハネカム状の間接的熱交換器の場
合の１つの供給方法は米国特許（ＵＳ）第４２７１１１
０号明細書に開示されている。加熱ダクト及び反応ダク
トが交互に層状にもしくは列状に配置されていると仮定
して、ガスの導入及び排出はこの米国特許明細書に従っ
て次のように行うことができる：燃焼ガス／空気−混合
物は、反応器の端面上に設置された円錐形の管片を用い
て反応器の端面に供給される。反応ガスは同様にして第
２の端面に供給される。これらの流動ダクトは、両方の
ガス流の混合を避けるために軸方向に向かってそれぞれ
の供給端面とは反対の端面で封鎖されている。ガス流の
排出は反応器の側面を介して行われる。このために、側
面から出発して反応器内へ開口部が設置されており、こ
の開口部が１つの層の全てのダクトを相互に連結してい
る。反応器の側面にガス管片を設置することにより、個
々の層から出るガス流をまとめることができる。

【０００９】ガス供給の問題のこのような解決策はその
僅かな柔軟性から不充分である、それというのもこの解
決策は層状に配置された加熱ダクト及び反応ダクトを備
えた反応器に適用できるにすぎないためである。さら
に、ダクト内の燃焼の安定性は不充分であることが示さ
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、反応器の横断面にわたり任意の模様で加熱ダクト及
び反応ダクトが配置されていても、加熱ガス及び反応ガ
スを並流反応器又は向流反応器の相応するダクト内へ供
給することができる装置を提供することであった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の課題は、モノリス
の並流反応器又は向流反応器の平行の流動ダクト内を流
通する２つの液体媒体Ｉ及びＩＩの供給及び排出のため
の反応器ヘッドにおいて、反応器が長さＬの円筒形を有
し、かつ平行の流動ダクトは反応器の両端面を相互に連
結し、媒体Ｉは第１のセットの流動ダクト（７）内を流
動し、媒体ＩＩは第２のセットの流動ダクト（９）内を
流動することにより解決される。本発明による反応器ヘ
ッドは１つの共通の隔壁を備えた２つの相互に重なって
配置された室（１，２もしくは１′，２′）を有する。
この室（１もしくは１′）は共通の隔壁の反対側にある
外壁（３もしくは３′）によって反応器（４）の端面上
に気密に設置されている。反応器には案内管（８，６も
しくは８′，６′）が備えられており、この案内管は反
応器（４）の流動ダクト内へ反応器の長さＬの最大半分
まで挿入されており、その際、第１のセットの流動ダク
ト（７）の案内管（６もしくは６′）は室（１もしくは
１′）内に終端があり、第２のセットの流動ダクト
（９）の案内管（８もしくは８′）は室（２もしくは
２′）内に終端がある。室（１，２もしくは１′，
２′）はさらに媒体Ｉ及び媒体ＩＩの供給及び排出のた
めの接続管（１０，１１もしくは１０′，１１′）を有
している。

【００１２】本発明による反応器ヘッドは、一般に２種
の液体媒体をモノリスのハネカム成形体の配置された流
動ダクト中へ供給するために用いることができる。両方
の液体媒体にはハネカム成形体中に２つのセットの流動
ダクトが配置されており、これらの流動ダクトはハネカ
ム成形体の断面にわたり任意の模様で配置することがで
きる。ダクトの層状の配置の制限は生じない。両方の媒
体の供給のために、２つの反応器ヘッドが必要であり、
この反応器ヘッドは反応器の反対側にある端面に気密に
設置される。

【００１３】案内管はそれぞれのダクト内へ液体媒体を
確実に供給するために用いられる。この案内管のダクト
内への侵入長さは必要に応じて広い範囲内で自由に選択
することができる。吸熱触媒反応のための向流反応器と
してハネカム成形体を使用する場合、侵入長さの適当な
選択により、反応器の内部の深いところで臨界のプロセ
スが進行し、反応ヘッドとハネカム成形体との間の場合
による封止を破壊しないことを保障することができる。
他の保護手段として反応器ヘッドはその周囲を二重ジャ
ケットにより保護することができ、この二重ジャケット
内を通して冷却液がポンプ供給される。

【００１４】反応ガスのための案内管の侵入長さは、反
応器の長さの０〜１０％の間の範囲で有利に選択され
る。燃焼ガス／空気−混合物のための案内管は、付加的
に火炎保持管（flame-supporting pipe）の機能を果た
し、従って安定な燃焼を保障する。さらに侵入長さによ
り燃焼が開始する箇所をあらかじめ決めることができ
る。侵入長さの有利な変更範囲は、この場合反応器の長
さＬの０〜５０％である。

【００１５】本発明による反応器ヘッドは、センサを反
応器の個々のダクト内へ挿入しておくことも可能であ
る。このために該当する案内管だけが両方の室を通過し
て外側へ導かれなければならない。この反応器ヘッドの
特別な利点は、この反応器ヘッドが両方の液体媒体を反
応器の横断面にわたり任意に分布するダクト内へ供給で
きることである。

【００１６】この反応器ヘッドは多様な材料から製造さ
れていてもよい。実際の材料の選択は計画された使用に
依存する。選択にとって取り扱うべき媒体、運転の間に
生じる温度及び圧力が重要である。青酸の合成のために
腐食しない特殊鋼からなる反応器ヘッドが有利である。
案内管、特に火炎保持管は、特に著しい熱的負荷にさら
される。腐食しない特殊鋼からなる火炎保持管の他に、
セラミック材料からなる火炎保持管も有利に使用され
る。熱的に損傷された火炎保持管の迅速でかつ簡単な交
換のために、この管は差込接続部を備えた２つの部分か
ら構成されるのが有利である。反応器内へ侵入している
火炎保持管の末端部分は次いで必要な場合に容易に交換
することができる。

【００１７】本発明は次に図面により詳説される。

【００１８】

【実施例】図１は、端面に設置された反応器ヘッドＲＫ
及びＲＫ′を備えたモノリスの向流反応器４を示す。

【００１９】燃焼ガス／空気−混合物は反応器ヘッドＲ
Ｋの室２へ管片１０を介して供給される。室２から燃焼
ガス／空気−混合物は火炎保持管８を介してモノリスの
反応器の加熱ダクト９内へ達する。そこでこの混合物
は、加熱ダクトの内壁上に被覆として存在する燃焼触媒
により燃焼される。廃ガスは案内管８′を介して第２の
反応ヘッドＲＫ′の室２′へ達し、管片１０′を介して
外へ排出される。

【００２０】原料流は燃焼ガス／空気−混合物に対して
向流で反応器内へ導通される。このため、原料流は管片
１１′を介して室１′内へ導入され、案内管６′を用い
て反応器の反応ダクト７内へ供給される。この反応ダク
トの内壁は所望の触媒反応のための触媒で被覆されてい
る。この触媒は原料流を生成物流へ反応させ、生成物流
は案内管６を介して室１及び管片１１から排出される。

【００２１】両方の反応器ヘッドは冷却ジャケット１２
もしくは１２′を備えている。冷却水は管片１４，１
４′を介して冷却ジャケット１２，１２′に供給され、
管片１３，１３′を介して排出される。この反応器ヘッ
ドは室１もしくは１′の外壁３もしくは３′を用いて反
応器４の端面上に気密に設置されている。５もしくは
５′は封止材料を表す。この封止材料は、最大２００℃
の温度になる端面に対して耐性であるシリコーン接着剤
であることができる。

【００２２】図２は層状に配置された加熱ダクト９及び
反応ダクト７を備えたモノリスの向流反応器４の断面図
である。この反応器は気密な酸化アルミニウムセラミッ
クから製造されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反応器ヘッドの略図。

【図２】層状に配置された加熱ダクト及び反応ダクトを
備えたモノリスの向流反応器の横断面図。

【符号の説明】

１，１′，２，２′ 室、 ３，３′ 外壁、 ４ 反
応器、 ５，５′ 封止材料、 ６，６′，８，８′
案内管、 ９ 流動ダクト、 １０，１０′，１１，１
１′ 管片、 １２，１２′ ジャケット、 １３，１
３′，１４，１４′ 管片、 ＲＫ，ＲＫ′ 反応器ヘ
ッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェルク フラウハマー ドイツ連邦共和国 ゲムリヒハイム ブッ サルトヴェーク 15 (72)発明者 ゲルハルト アイゲンベルガー ドイツ連邦共和国 ノイシュタット ダイ デスハイマー シュトラーセ 21 (72)発明者 ゲルハルト フリートリッヒ ドイツ連邦共和国 イリンゲン コペルニ クスシュトラーセ 21

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モノリスの並流反応器又は向流反応器の
   平行の流動ダクトを流通する２種の液状媒体Ｉ及びＩＩ
   の供給及び排出のための反応器ヘッドであって、反応器
   が長さＬの円筒形を有し、かつ平行の流動ダクトが反応
   器の両端面を相互に連結しており、媒体Ｉは第１のセッ
   トの流動ダクト（７）を流通し、媒体ＩＩは第２のセッ
   トの流動ダクト（９）を流通する形式のものにおいて、
   前記反応器ヘッドは共通の隔壁を備えた相互に重なった
   ２つの室（１，２もしくは１′，２′）を有し、室（１
   もしくは１′）は共通の隔壁の反対側にある外壁（３も
   しくは３′）によって反応器（４）の端面上に気密に設
   置されており、かつ案内管（８，６もしくは８′，
   ６′）を備えており、この案内管は反応器（４）の流動
   ダクト内へ反応器の長さＬの最大半分まで挿入されてお
   り、この場合、第１のセットの流動ダクト（７）の案内
   管（６もしくは６′）は室（１もしくは１′）内に終端
   があり、かつ第２のセットの流動ダクト（９）の案内管
   （８もしくは８′）は室（１もしくは１′）及び共通の
   隔壁を貫通し、室（２もしくは２′）内に終端があり、
   室（１，２もしくは１′，２）は媒体Ｉ及び媒体ＩＩの
   供給及び排出のための接続管（１０，１１もしくは１
   ０′，１１′）を有することを特徴とするモノリスの並
   流反応器又は向流反応器用の反応器ヘッド。
2. 【請求項２】 反応器ヘッド（ＲＫもしくはＲＫ′）の
   ジャケット面が二重ジャケット（１２もしくは１２′）
   として構成されており、この二重ジャケットは冷却媒体
   用の供給管（１４もしくは１４′）及び排出管（１３も
   しくは１３′）を有する、請求項１記載の反応器ヘッ
   ド。