專利名稱：腈化合物制造用反應(yīng)裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過含有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或者雜環(huán)化合與氨氣和含有氧氣的氣相接觸流動(dòng)層反應(yīng)而氨氧化，制備碳環(huán)腈化合物或者雜環(huán)腈化合物的反應(yīng)裝置及其工作方法。
具有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或者雜環(huán)化合物等(以下稱有機(jī)取代基化合物)有機(jī)化合物與氨氣和含有氧氣的氣體反應(yīng)的方法稱為氨氧化，一般通過氣相接觸反應(yīng)制備腈化合物。
在該氨氧化中使用公知的含有釩、鉬、鐵等的催化劑。例如在特開平11-209332號(hào)公報(bào)中記載了使用含有V～Cr～B～Mo類的氧化物的催化劑，將烷基取代的芳香碳環(huán)化合物或雜環(huán)化合物氨氧化的方法。在特開平9-71561號(hào)公報(bào)中記載了使用含有Fe～Sb～V類的氧化物的催化劑，通過將二甲苯氨氧化制備二氰基苯的方法。
關(guān)于進(jìn)行氨氧化的氣相接觸流動(dòng)層反應(yīng)器，在特開平10-152463號(hào)公報(bào)中，在甲醇等的氨氧化時(shí)，用豎型反應(yīng)器從底部導(dǎo)入含有氧氣的氣體，從側(cè)面導(dǎo)入碳環(huán)化合物和氨氣，為了使原料氣體和催化劑粒子的接觸良好，規(guī)定流層層密度、氣體流速的范圍和原料的供給位置。
此外，在特開平10-120641號(hào)公報(bào)中記載了在由氣相氨氧化反應(yīng)的芳香腈制造方法中，關(guān)于原料供給口的位置，在比反應(yīng)帶區(qū)域的碳環(huán)化合物的供給口的上部流動(dòng)化的催化劑(Wb)和比含有氧氣的供給口的上部流動(dòng)化的催化劑(Wa)的比例規(guī)定在重量比Wb/Wa在0.01～0.95的范圍，若Wb/Wa超過0.95，目的產(chǎn)物芳香腈的收率、選擇率下降。
一般若流動(dòng)層的流動(dòng)狀態(tài)良好，則稱層內(nèi)的溫度基本保持均勻，在氨氧化反應(yīng)這樣的劇烈放熱反應(yīng)中，為了除熱設(shè)置冷凝管的情況下，往往使溫度分布變得不均勻。特別是流動(dòng)層單位容積的發(fā)熱量(發(fā)熱密度)高的情況、催化劑粒子的熱容量相對(duì)于氣相的熱容量比較小的情況下，在塔徑超過2m的工業(yè)規(guī)模的流動(dòng)層裝置中溫度不均更顯著。溫度分布若變得不均，就會(huì)出現(xiàn)與最適溫度離得遠(yuǎn)的部位的反應(yīng)率下降、生成副產(chǎn)物等。
另外，在塔徑超過2m的工業(yè)規(guī)模的流動(dòng)層裝置中，存在的問題可以列舉出因?yàn)橛绕涫窃趩?dòng)時(shí)很難使溫度分布均勻、需要長時(shí)間保持溫度穩(wěn)定。另一問題是長時(shí)間工作的情況下設(shè)置在流動(dòng)層反應(yīng)裝置中的多數(shù)冷凝管的導(dǎo)熱效率下降。正是基于上述問題，難以長期穩(wěn)定、連續(xù)工作。
本發(fā)明人等為了實(shí)現(xiàn)上述目的進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果是通過使用部分蒸發(fā)型和全蒸發(fā)型冷凝管，可以使反應(yīng)溫度易于穩(wěn)定，即使商業(yè)規(guī)模的裝置中也可以連續(xù)穩(wěn)定地工作，另外，因?yàn)樵诹鲃?dòng)催化劑層內(nèi)設(shè)置的冷凝管是特定地配置，可以使流動(dòng)層內(nèi)的溫度分布均勻，進(jìn)而，特別是作為全蒸發(fā)型冷凝管中的冷凝介質(zhì)而使用高純度的水，可以長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定地工作，完成本發(fā)明。
即本發(fā)明提供下述的腈化合物制備用反應(yīng)裝置及其工作方法。
(A)通過具有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或者雜環(huán)化合與氨氣和含有氧氣的氣相接觸流動(dòng)層反應(yīng)，制備腈化合物的反應(yīng)裝置，其特征在于在直徑2.0m以上的圓筒型流動(dòng)催化劑層內(nèi)有冷凝管，該冷凝管是由在管內(nèi)的冷凝介質(zhì)部分蒸發(fā)的部分蒸發(fā)型冷凝管和全量蒸發(fā)的全蒸發(fā)型冷凝管組成。
(B)在流動(dòng)催化劑層內(nèi)的冷凝管存在的區(qū)域內(nèi)的任意水平斷面中用(1)式定義的當(dāng)量直徑(equivalent diameter)在0.2～2.0m的范圍，并且在該斷面中的直徑為前述當(dāng)量直徑的任意圓內(nèi)至少存在一部分冷凝管的(A)的腈化合物制備用反應(yīng)裝置DE＝4×AF/LW(1)式中，DE(m)當(dāng)量直徑、AF(m2)流動(dòng)催化劑層的水平流路斷面面積、LW(m)連接水平流路斷面的流動(dòng)催化劑層的周長(浸邊長)。
(C)以下定義的冷凝管的表面積S2與表面積S1的比率(S2/S1)在0.01～0.30范圍的(B)的腈化合物制備用反應(yīng)裝置S1將流動(dòng)催化劑層內(nèi)的冷凝管的區(qū)域內(nèi)的任意水平斷面作為低面，在該區(qū)域內(nèi)的任意高的垂直圓筒內(nèi)的冷凝管的總表面積；S2與S1在同一水平斷面內(nèi)，將直徑是該斷面中當(dāng)量直徑的圓形斷面作為低面，與S1的圓筒在相同高度的垂直圓筒內(nèi)的使用冷凝管的表面積。
(D)腈化合物制備用反應(yīng)裝置的工作方法，其特征在于，作為向(A)的腈化合物制備用反應(yīng)裝置中的全蒸發(fā)型冷凝管供給的冷凝介質(zhì)，使用離子狀態(tài)的SiO2的濃度在0.1ppm以下，并且電導(dǎo)率在5μS/cm以下的水。
附圖的說明

圖1表示本發(fā)明一種腈化合物制備用反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)的說明圖，圖2是(B)中當(dāng)量直徑DE的說明圖，圖3是(C)中冷凝管的表面積的比率(S2/S1)的說明圖，圖4是(B)和(C)中冷凝管配置的說明圖，圖5是實(shí)施例1和比較例3中溫度計(jì)的配置圖。
圖1中，1是腈化合物制備用反應(yīng)裝置，2是流動(dòng)催化劑，3是含有氧氣的氣體導(dǎo)入口，4是含有氧氣的氣體的分散器，5是原料具有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或雜環(huán)化合物和氨氣的導(dǎo)入口，6是冷凝管，7是催化劑旋風(fēng)分離器，8是催化劑返回管，9是反應(yīng)氣體排出管，10是流動(dòng)催化劑層界面。
本發(fā)明涉及在內(nèi)部有以除去氨氧化反應(yīng)的熱為目的的冷凝管的塔徑在2.0m以上的流動(dòng)層催化劑反應(yīng)裝置，其特征在于流動(dòng)催化劑層內(nèi)的冷凝管的配置及其使用形態(tài)。
首先，在(A)中，在上述塔徑在2.0m以上的流動(dòng)層催化劑反應(yīng)裝置中，在管內(nèi)使用冷凝介質(zhì)部分蒸發(fā)的部分蒸發(fā)型冷凝管和全量蒸發(fā)的全蒸發(fā)型冷凝管。
一般是適用于一邊均勻迅速地除去流動(dòng)層催化劑反應(yīng)的強(qiáng)放熱反應(yīng)的熱一邊連續(xù)反應(yīng)的反應(yīng)形態(tài)。在反應(yīng)裝置內(nèi)部設(shè)有冷凝管，除去反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。在此冷凝形態(tài)下，冷凝介質(zhì)是在冷凝管內(nèi)蒸發(fā)一部分的部分蒸發(fā)型冷凝管和蒸發(fā)冷凝介質(zhì)全量的全蒸發(fā)型冷凝管。
部分蒸發(fā)型冷凝管是將浸在流動(dòng)催化劑層的導(dǎo)熱面積所相當(dāng)?shù)囊欢崃砍ィc此相對(duì)，全蒸發(fā)型冷凝管根據(jù)供給的介質(zhì)的量改變除熱量。
在僅使用部分蒸發(fā)型冷凝管，產(chǎn)生蒸汽壓固定、改變多支冷凝管的使用支數(shù)(傳熱面積)，控制除熱量的方式的情況下，一支冷凝管相當(dāng)?shù)膫鳠崦娣e若大，在升高、停止或負(fù)荷增減等非正常工作時(shí)，流動(dòng)催化劑層內(nèi)的溫度分布容易混亂。雖然隨著冷凝管的支數(shù)增加、每只相當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱面積變小，溫度混亂的問題消除，但設(shè)備變復(fù)雜，不經(jīng)濟(jì)。
另外，僅使用部分蒸發(fā)型冷凝管，在通過調(diào)節(jié)產(chǎn)生蒸汽壓、改變冷凝介質(zhì)的溫度，控制除熱量的方式的情況下，蒸汽壓的控制范圍在低水平，因?yàn)榭梢允构ぷ骱土鲃?dòng)催化劑層的溫度差變大，所需導(dǎo)熱面積小，設(shè)備上雖然經(jīng)濟(jì)，但因?yàn)槔淠艿臏囟鹊?，高沸點(diǎn)的反應(yīng)副產(chǎn)物附著在冷凝管的外表面，有使導(dǎo)熱性能顯著降低等問題。另一方面，提高蒸汽壓水平、與流動(dòng)催化劑層的溫度差小的情況下，所需導(dǎo)熱面積變大，由于除熱量的不足容易導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。
另一方面，使用全蒸發(fā)型管的情況下，通過控制供給的冷凝水量，可以精密地調(diào)整除熱量，即使在非正常使用時(shí)，也可以使溫度分布穩(wěn)定，特別是反應(yīng)器塔徑超過2m的商業(yè)用反應(yīng)器，冷凝管的形式一般采用豎型U字冷凝管的情況下，下部U字中容易產(chǎn)生氧化硅、堿金屬類、堿土金屬類等不揮發(fā)金屬成分的析出、堆積。此堆積物超過U字部的上部，在正常工作中排除是不可能的。隨著此析出堆積物的增加，出現(xiàn)導(dǎo)熱效率下降和應(yīng)力破裂導(dǎo)致的不正常，難以長期連續(xù)工作。
通過(A)，作為流動(dòng)催化基層所配置的冷凝管，通過使用冷凝介質(zhì)在冷凝管內(nèi)部分蒸發(fā)的部分蒸發(fā)型冷凝管和全量蒸發(fā)的全蒸發(fā)型冷凝管，可以使流動(dòng)催化劑層內(nèi)的溫度分布均勻和使溫度控制性升高。僅部分蒸發(fā)型冷凝管，浸漬在流動(dòng)催化劑層的全部冷凝管路，作為冷凝導(dǎo)熱面積是有效的，但因?yàn)椴荒苁钩裏崃繚u次變化，冷凝量是階段性變化，反應(yīng)器中的溫度容易變得不穩(wěn)定。全部是全蒸發(fā)型冷凝管的情況下，冷凝量雖然可以無階段性地變化，但在浸漬在流動(dòng)催化劑層的冷凝管路中，有效冷凝導(dǎo)熱面積被限定在從冷凝水入口部分全部蒸發(fā)為止的范圍，導(dǎo)致冷凝區(qū)域的偏離。另外，為了防止冷凝區(qū)域的偏離使用多個(gè)全蒸發(fā)型冷凝管的情況下，控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，從裝置成本上考慮也不優(yōu)選。
部分蒸發(fā)型冷凝管和全部蒸發(fā)型冷凝管的配置方法和比例根據(jù)工作狀態(tài)可以進(jìn)行適宜的選擇，(全部蒸發(fā)型冷凝管的除熱量)/(部分蒸發(fā)型冷凝管的除熱量)為0.05～0.95，優(yōu)選在0.3～0.95的范圍。通過共用部分蒸發(fā)型冷凝管和全部蒸發(fā)型冷凝管，可以提高溫度控制性。
冷凝管有水平型、垂直型等各種形式，水平型由于在上部的催化劑堆積，導(dǎo)致異常反應(yīng)和發(fā)熱等問題而不優(yōu)選。一般優(yōu)選使用豎型U字冷凝管。
作為冷凝介質(zhì)，只要在使用溫度條件下蒸發(fā)，就可以使用各種的介質(zhì)，但工業(yè)以用水為宜。
連續(xù)使用全部蒸發(fā)型冷凝管的情況下，根據(jù)(D)，優(yōu)選冷凝介質(zhì)的離子狀態(tài)的二氧化硅濃度在0.1ppm以下，更優(yōu)選在0.05ppm以下。并且冷凝介質(zhì)的電導(dǎo)率優(yōu)選在5μS/cm以下，更優(yōu)選在3μS/cm以下。由此可以防止二氧化硅等堆積導(dǎo)致冷凝效率下降或應(yīng)力破裂等所導(dǎo)致的破壞，有可能使全部蒸發(fā)型冷凝管連續(xù)穩(wěn)定工作。若冷凝介質(zhì)的離子狀態(tài)的二氧化硅濃度或電導(dǎo)電率超過上述范圍，從工作實(shí)際效果來看，難以長期連續(xù)工作。
另外，根據(jù)(B)，腈化合物制備用反應(yīng)裝置的流動(dòng)催化基層內(nèi)的直管冷凝管在存在領(lǐng)域(參照?qǐng)D1)內(nèi)的任意水平斷面中用(1)式所定義的當(dāng)量直徑是在0.2～2.0m的范圍，并且優(yōu)選使該斷面的直徑在前述當(dāng)量直徑的任意圓內(nèi)，至少存在部分冷凝管。(參照?qǐng)D4)此處的當(dāng)量直徑用(1)式表示。
DE＝4×AF/LW(1)式中DE(m)當(dāng)量直徑、AF(m2)流動(dòng)催化基層的水平流路斷面面積、LW(m)連接水平流路斷面的流動(dòng)催化劑層的周長(浸邊長)。(參照?qǐng)D2)當(dāng)量直徑一般與產(chǎn)生氣泡直徑相關(guān)。當(dāng)量直徑小于0.2m的情況下，因?yàn)闅馀輳竭^小，層膨脹過大，使裝置型號(hào)變大而不利。另一方面，若超過2.0m，氣泡徑變大，使氣體和催化劑的接觸效率下降而不利。
另外，以下定義的冷凝管的表面積S2與表面積S1的比率(S2/S1)在0.01～0.30，優(yōu)選在0.05～0.20的范圍(參照?qǐng)D3)S1將流動(dòng)催化劑層內(nèi)的直管冷凝管存在區(qū)域內(nèi)的任意水平斷面作為底面，在該區(qū)域內(nèi)有的任意高度的垂直圓筒內(nèi)的冷凝管的總表面積；S2與S1在相同水平斷面內(nèi)，將直徑是該斷面中當(dāng)量直徑的圓形斷面作為底面，在與S1的圓筒相同高度的垂直圓筒內(nèi)的使用冷凝管的表面積；(S2/S1)超過0.3的情況下，此部分的冷凝面積變得過剩，流動(dòng)層內(nèi)的溫度分布不能均勻化。另外，(S2/S1)小于0.1的情況下，此部分中的冷凝面積變得不足，流動(dòng)層內(nèi)的溫度分布不均勻。
用于本發(fā)明中制備腈化合物的原料的含有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物是含有苯、萘、蒽、環(huán)己烯、環(huán)己烷、二氫萘、四氫萘、十氫萘等碳環(huán)，在其側(cè)鏈上含有甲基、乙基、丙基、甲?；⒁阴；?、羥甲基、甲氧基羰基、烷氧基等有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物。此外，這些碳環(huán)化合物進(jìn)而也可以含有鹵素、羥基、氨基、硝基等無機(jī)取代基。具體可以舉出甲苯、二甲苯、三甲苯、乙基苯、甲基萘、二甲基萘、甲基四氫萘、二甲基四氫萘、氯甲苯、二氯甲苯、甲基苯胺、甲苯酚、甲基苯甲醚等。
此外，作為原料的含有有機(jī)取代基的雜環(huán)化合物是在呋喃、吡咯、吲哚、噻吩、吡唑、咪唑、噁唑、吡喃、吡啶、喹啉、異喹啉、吡咯啉、吡咯烷、咪唑啉、咪唑烷、哌啶、哌嗪等雜環(huán)上具有上述有機(jī)取代基的雜環(huán)化合物。在其側(cè)鏈上可以與上述的碳環(huán)化合物同樣，也可以含有無機(jī)取代基。具體可以舉出如糠醛、2-甲基噻吩、3-甲基噻吩、2-甲?；绶浴?-甲基噻唑、甲基吡啶、二甲基吡啶、三甲基吡啶、甲基喹啉、甲基吡嗪、二甲基吡嗪、甲基哌嗪等。這些化合物可以單獨(dú)也可以混合使用。
本發(fā)明的反應(yīng)裝置所用的催化劑，只要是具有耐磨耗性等、適于氣相接觸流動(dòng)反應(yīng)的氨氧化用催化劑，就無特殊限制。例如優(yōu)選使用含有釩(V)、鉬(Mo)和鐵(Te)中選出至少1種元素的氧化物的催化劑。
催化劑的粒徑在10～300μm的范圍，平均粒徑在30～200μm，優(yōu)選在40～100μm的范圍。催化劑的體積密度為0.5～2g/cm3，優(yōu)選在0.7～1.5g/cm3的范圍。
作為氨氧化所用的含有氧氣的氣體，通常優(yōu)選使用空氣，使其中富含氧氣也可以。此外也可以合用氮?dú)?、二氧化碳等的稀釋劑。氧氣的使用量，是相?duì)于聚取代基有機(jī)化合物中所含的有機(jī)取代基的氧氣的摩爾比(O2/有機(jī)取代基)在0.75倍以上，優(yōu)選在1～25倍摩爾，更優(yōu)選1.5～5倍摩爾。如果少于此使用量，則腈化合物的收率下降，另一方面，多于此使用量，則時(shí)空收率(space-time yield)減少。
相對(duì)于使用空氣進(jìn)行氨氧化的情況下向反應(yīng)器供給的全供給量，原料的含有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或雜環(huán)化合物的比例換算成氣體狀態(tài)在0.2～10容量％，優(yōu)選在0.5～5容量％的范圍。若高于此濃度，腈化合物的收率下降，另一方面，若比其低，時(shí)空收率變小。
本發(fā)明中的原料氨氣可以使用工業(yè)用級(jí)別的。相對(duì)于原料中的碳環(huán)有機(jī)化合物或雜環(huán)有機(jī)化合物中所含的有機(jī)取代基，氨氣使用量的摩爾比(NH3/有機(jī)取代基)在1～10倍摩爾，優(yōu)選在3～7倍摩爾范圍內(nèi)。如果少于此使用量，則腈化合物的收率下降，另一方面，如果多于此使用量，時(shí)空收率變小。
氨氧化的反應(yīng)壓力可以是常壓、加壓或者減壓，優(yōu)選從常壓到0.2MPa的范圍。向反應(yīng)器供給的氣體和催化劑的接觸時(shí)間取決于原料的含有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或雜環(huán)化合物的種類、相對(duì)于該原料的氨氣和含有氧的氣體的裝入摩爾比、反應(yīng)溫度等條件，通常在0.5～30秒的范圍。
反應(yīng)溫度在300～500℃，優(yōu)選330～470℃。比此范圍的反應(yīng)溫度低，則轉(zhuǎn)化率低，另一方面，比此范圍的反應(yīng)溫度高，則增加二氧化碳、氰化氫等副產(chǎn)物的生成，使腈化合物的收率下降。反應(yīng)溫度在上述操作條件下，考慮催化劑的活性狀況等的同時(shí)，選擇能獲得最佳收率的溫度。
本發(fā)明的腈化合物制備用反應(yīng)裝置中，在(A)中，通過使用部分蒸發(fā)型冷凝管和全部蒸發(fā)型冷凝管，可以使反應(yīng)溫度穩(wěn)定，即使是商業(yè)規(guī)模的裝置也可以連續(xù)穩(wěn)定工作，另外，因?yàn)樵诹鲃?dòng)催化基層內(nèi)設(shè)置的冷凝管的配置滿足(B)和(C)的條件，流動(dòng)催化劑層內(nèi)的溫度可以均勻分布。而且，尤其是在全部蒸發(fā)型冷凝管中，通過使用(D)的冷凝介質(zhì)，可以長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的工作。
通過以下實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。
催化劑的配制五氧化二釩V2O5229g中加入500ml水，加熱到80～90℃，一邊充分?jǐn)嚢枰贿吋尤氩菟?77g，溶解。然后向其中加入963g草酸中加入400ml水，加熱到50～60℃，將無水鉻酸CrO3252g加到200ml水中配成溶液，將此溶液加入到上述溶液中，充分?jǐn)嚢枞芙狻⒉菟徙t溶液加入到如此制得的草酸釩溶液中，在50～60℃混合，制得釩-鉻溶液。向此溶液中加入溶解了磷鉬酸H3(PMo12O40)·2OH2O 41.1g的水100ml，再加入溶解了醋酸鉀CH3COOK 4.0g的水100ml。然后，加入20重量％水性硅溶膠(含有Na2O 0.02重量％)2500g。向此漿狀溶液中加入硼酸H3BO378g，充分混合，加熱濃縮到3800g左右。將此催化劑溶液在入口溫度250℃、出口溫度130℃條件下進(jìn)行噴霧干燥。噴霧干燥后的催化劑在130℃的干燥器中干燥12小時(shí)后，在400℃焙燒0.5小時(shí)，然后在550℃通空氣下焙燒8小時(shí)，制得流動(dòng)催化劑。催化劑成分的原子比V∶Cr∶B∶Mo∶P∶Na∶K為1∶1∶0.5∶0.086∶0.007∶0.009∶0.020，流動(dòng)催化劑中催化劑成分的濃度為50重量％。
實(shí)施例1使用如圖1所示的腈化合物制造用反應(yīng)裝置進(jìn)行反應(yīng)。在腈化合物制造用反應(yīng)裝置中填充上述配制的流動(dòng)催化劑，空氣、間二甲苯(MX)和氨氣混合后，預(yù)熱到180℃，供給該反應(yīng)器。作為反應(yīng)條件MX濃度為2.8％、NH3/MX的摩爾比為6.8(NH3/MX中的CH3基＝3.4)、O2/MX的摩爾比為5.8(O2/MX中的CH3基＝2.9)、SV為456hr-1、反應(yīng)壓力為0.08MPa的條件下進(jìn)行反應(yīng)，制得間苯二腈(IPN)。
另外，腈化合物制造用反應(yīng)裝置的塔徑為2.5m，用前述(1)式求出的當(dāng)量直徑為0.9m。冷凝管的配置，在流動(dòng)催化劑層斷面上，在移動(dòng)當(dāng)量直徑的圓的情況下，使在任何區(qū)域中都有包括在此圓內(nèi)的或者與此圓連接的浸邊(參照?qǐng)D4)，流動(dòng)催化劑層斷面內(nèi)的當(dāng)量直徑內(nèi)的冷凝管斷面面積(S2)與流動(dòng)催化劑層中的冷凝管的總斷面面積(S1)的比(S2/S1)為0.1～0.16。
冷凝中，使用全蒸發(fā)型和部分蒸發(fā)型線圈。冷凝水使用電導(dǎo)率0.5μs/cm、離子狀態(tài)SiO2的濃度為0.02ppm的水。
在開始時(shí)，一邊觀察反應(yīng)溫度，一邊順次增加負(fù)荷，達(dá)到設(shè)定的條件。開始時(shí)反應(yīng)裝置的溫度，可以從供給原料開始約3小時(shí)，到達(dá)到原料負(fù)荷后約2小時(shí)保持溫度穩(wěn)定，原料負(fù)荷增加所需時(shí)間為1小時(shí)。
在穩(wěn)定工作時(shí)的反應(yīng)裝置的同一水平面上的三個(gè)方向設(shè)置溫度計(jì)(參照?qǐng)D5)，相對(duì)于目的溫度420℃的反應(yīng)溫度，如下所示。
TI-①目的溫度±0℃TI-②目的溫度+5℃TI-③目的溫度-5℃此時(shí)MX轉(zhuǎn)化率為99摩爾％，IPN收率為83.9摩爾％。
比較例1除將實(shí)施例1中反應(yīng)裝置的冷凝管改成僅為部分蒸發(fā)型冷凝管外，其它與實(shí)施例1相同，進(jìn)行氨氧化反應(yīng)。
在反應(yīng)開始時(shí)，增加部分蒸發(fā)型冷凝管的使用管支數(shù)，使冷凝能力階段性增加。因此，在達(dá)到固定負(fù)荷為止的時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)數(shù)次反應(yīng)區(qū)域溫度大的紊亂，增加負(fù)荷所必需的時(shí)間是從開始供給原料后的2小時(shí)。這是實(shí)施例1的2倍。進(jìn)而從達(dá)到負(fù)荷到溫度穩(wěn)定的時(shí)間是從開始供給原料后約3小時(shí)。這是實(shí)施例1的1.5倍。從開始供給原料到溫度穩(wěn)定為止約為5小時(shí)。這是實(shí)施例1的1.7倍。
實(shí)施例2啟動(dòng)實(shí)施例1的反應(yīng)裝置，使反應(yīng)溫度穩(wěn)定化后，使反應(yīng)裝置長時(shí)間持續(xù)工作。全蒸發(fā)型的除熱量是6Ton/hr的蒸汽產(chǎn)生量。冷凝介質(zhì)連續(xù)使用電導(dǎo)率0.5μS/cm、離子狀SiO2的濃度為0.02ppm的水。
即使10個(gè)月后，也沒有出現(xiàn)冷凝管導(dǎo)熱系數(shù)下降、冷凝水向工序裝置泄漏。約330日的連續(xù)工作后，定期維修結(jié)果證明沒有出現(xiàn)冷凝管破裂、孔隙等不好的情況。
比較例2冷凝介質(zhì)使用電導(dǎo)率7μS/cm、離子狀SiO2的濃度為0.30ppm的水，此外與實(shí)施例1相同，啟動(dòng)反應(yīng)裝置，反應(yīng)溫度穩(wěn)定后，使反應(yīng)裝置長時(shí)間地持續(xù)工作。
連續(xù)工作的結(jié)果是從工作開始后約2個(gè)月開始，導(dǎo)熱系數(shù)緩慢下降，約在4個(gè)月時(shí)，由于冷凝管泄漏導(dǎo)致流動(dòng)層內(nèi)的水平方向的溫度分布開始偏離，約在5個(gè)月時(shí)，因?yàn)椴荒芄ぷ鞫Ｖ?，進(jìn)行內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)冷凝管下部的U字部出現(xiàn)龜裂。
比較例3除了為了使(S2/S1)的最高值達(dá)到0.4，而使用冷凝管外，其它與實(shí)施例1相同進(jìn)行氨氧化反應(yīng)。此時(shí)溫度計(jì)的指針相對(duì)于目的溫度420℃，為TI-①目的溫度±0℃TI-②目的溫度-5℃TI-③目的溫度+15℃，MX轉(zhuǎn)化率為99摩爾％，IPN收率為75摩爾％。
權(quán)利要求
1.提供腈化合物反應(yīng)裝置，是為了通過將具有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或者雜環(huán)化合與氨氣和含有氧氣的氣相接觸流動(dòng)層反應(yīng)，來制備腈化合物的反應(yīng)裝置，其特征在于，在直徑2.0m以上的圓筒狀流動(dòng)催化劑層內(nèi)裝有冷凝管，該冷凝管是由將管內(nèi)的冷凝介質(zhì)部分蒸發(fā)的部分蒸發(fā)型冷凝管和全量蒸發(fā)的全蒸發(fā)型冷凝管組成。
2.權(quán)利要求1所述的腈化合物制備用反應(yīng)裝置，其中，用流動(dòng)催化劑層內(nèi)的冷凝管所在的區(qū)域內(nèi)的任意水平斷面中的(1)式定義的當(dāng)量直徑在0.2～2.0m的范圍，并且在該斷面中有直徑為前述當(dāng)量直徑的任意圓內(nèi)至少存在部分冷凝管DE＝4×AF/LW(1)DE(m)當(dāng)量直徑、AF(m2)流動(dòng)催化基層的水平流路斷面面積、LW(m)連接水平流路斷面的流動(dòng)催化劑層的周長(浸邊長)。
3.權(quán)利要求2所述的腈化合物制備用反應(yīng)裝置，其中，以下定義的冷凝管的表面積S2與表面積S1的比率(S2/S1)在0.01～0.30的范圍S1將有流動(dòng)催化劑層內(nèi)的冷凝管的區(qū)域內(nèi)的任意水平斷面作為低面，在該區(qū)域內(nèi)的任意高的垂直圓筒內(nèi)存在的冷凝管的總表面積；S2與S1在同一水平斷面內(nèi)，將直徑是該斷面中的當(dāng)量直徑的圓形斷面作為低面，與S1的圓筒在相同高度的任意垂直圓筒內(nèi)存在的使用冷凝管的表面積。
4.權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)所述的腈化合物制備用反應(yīng)裝置，其中，冷凝管是垂直U字型冷凝管。
5.腈化合物制備裝置的工作方法，其特征在于，作為向權(quán)利要求1的腈化合物制備用反應(yīng)裝置的全蒸發(fā)型冷凝管供給的冷凝介質(zhì)，使用離子狀態(tài)SiO2濃度在0.1ppm以下，并且電導(dǎo)率在5μS/cm以下的水。
全文摘要
以通過將具有有機(jī)取代基的碳環(huán)化合物或者雜環(huán)化合與氨氣和含有氧氣的氣相接觸流動(dòng)層反應(yīng)來制備腈化合物的反應(yīng)裝置中，在直徑2.0m以上的圓筒狀流動(dòng)催化劑層內(nèi)，配置由管內(nèi)的冷凝介質(zhì)部分蒸發(fā)的部分蒸發(fā)型冷凝管和全量蒸發(fā)的全蒸發(fā)型冷凝管組成的冷凝管，使其特定分布，作為向全量蒸發(fā)型冷凝管供給的冷凝介質(zhì)，使用離子狀態(tài)SiO
文檔編號(hào)B01J8/18GK1428332SQ0215880
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者上野修一, 設(shè)樂琢治, 中村健一, 小菅文定 申請(qǐng)人:三菱瓦斯化學(xué)株式會(huì)社