反应器内部的温度控制方法、反应装置及二甲醚的制造方法

专利名称：反应器内部的温度控制方法、反应装置及二甲醚的制造方法
技术领域：
本发明涉及在向隔热型反应器内供给原料、通过伴随放热的平衡反应制造目的物 时进行的反应器内部的温度控制方法和反应装置、以及二甲醚的制造方法。
背景技术：
在制造设备中，有时在反应器内设置催化剂层，使原料在其中流通并发生反应，得 到作为其反应生成物的制品。作为用于在反应器内使反应适宜地进行的重要的一个运行条 件，可以列举反应器内的温度管理。通常，为了将反应器内的温度调节为适合反应的温度， 将原料调节为预先设定的温度后再向反应器供给。在上述反应为放热反应的情况下，随着原料在反应器内向下游侧流通，即随着反 应进行，原料的温度上升。当原料的温度高于适合主反应的温度范围时，就会生成不希望的 副生成物(杂质)，造成原料损耗、或者因焦化的促进而导致催化剂劣化，另一方面，当原料 的温度低于上述温度范围时，产率降低，因此，提出了将催化剂层内的温度维持在目的温度 范围内的各种方法。作为这样的用于维持反应器内温度的代表例，已知下面的方法。图14是多管式反应器100，其构成为，向在多管式反应器100内垂设的多个管101 内供给原料，在管101内进行反应，通过致冷剂从外部对该管101进行冷却。在该多管式反 应器100中，能够可靠且快速地冷却原料，但是需要大量的致冷剂，并且反应器100的构造 复杂，因而装置的成本高，而且不利于大型化。图15表示连接多个反应器102并在该反应器102、102之间设置有热交换器(中 间热交换器)103的装置。在该装置中，供给到第一段的反应器102内的原料在该第一段的 反应器102内由于反应而放热，接着在被热交换器103冷却后供给到第二段的反应器102， 然后在该第二段的反应器102中进行反应。然后，原料进一步经由热交换器供给到省略图 示的第三段以后的反应器。在这样的构成中，为了提高反应器102内的温度的控制性，需要 增加反应器102和热交换器103的个数，并且也需要连接配管等，因而装置成本高，并且装 置构成复杂。另外，在这样的热交换器103中，作为热交换用的致冷剂，大多使用向第一段 反应器102供给前的反应前的原料，将与反应生成物之间进行热交换后的原料供给到第一 段的反应器102。在这样的情况下，存在反应器102的出口的温度影响反应器102的入口的 温度、难以进行反应器102内的温度控制的问题。因此，专利文献1中提出了将固定床流通式的隔热型反应器内的催化剂层分割成 多层，在该各层间设置用于冷却原料的骤冷区域，在该骤冷区域以液态供给作为骤冷流体 的原料，从而对反应器内进行冷却的方法。在该装置中，当从上侧供给被加热的原料时，在 上游侧的催化剂层进行放热反应，原料的温度上升。接着，原料在骤冷区域被骤冷流体冷 却，之后流向下游侧的催化剂层，同样地进行反应。调节骤冷流体的流量，使得在供给骤冷 流体后的骤冷区域的下侧测定原料温度，该部位的温度成为适合主反应的温度范围。该装置由一个反应器构成且不需要热交换器，因此能够抑制成本。另外，还有下述优点在使用非活性成分作为骤冷流体的情况下，需要进行非活性成分的精制和分离，但 是，因为利用原料，所以不需要这样的操作。然而，作为上述的伴随放热的平衡反应的一例，例如在由甲醇制造二甲醚的反应 器中，在反应器的出口温度比通常运转时的温度稍微上升的情况下，由于不希望的副反应 而生成副生成物。因此，需要使反应器内的温度稳定化。在上述专利文献1记载的反应器中，基于下游侧的催化剂层的入口侧的温度，调 节骤冷流体的供给量，控制反应器的内部温度，然而，在控制体系的特性上难以使上述入口 侧的温度稳定化，加之原料的温度变化等要因，不能避免该入口侧的温度变化。在这样的情况下，如专利文献1所示，当将原料作为骤冷流体供给时，原料增多， 因而平衡向反应生成物侧偏移。因此，相对于催化剂层的入口侧的温度变化，反应速度灵 敏地变化，因此，催化剂层的入口侧的温度对于反应器的出口侧的温度的影响增大，结果， 反应器的出口的温度的振幅增大、转化率的变化也增大。因此，反应器的出口的温度变得过 高，生成不希望的副反应产生的副生成物，从而导致制品纯度降低；而在反应器的出口的温 度过低时，不能得到目的产率。因此，寻求通过能够实现大型化的简单构成的反应器、能够利用简单的方法控制 反应器内的温度的技术。专利文献1 日本特开 2004-298768 (段落 0014、0020、0021)

发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在向隔热型反应器供给 原料、在该反应器内通过伴随放热的平衡反应制造目的物时，用于使反应器内的温度的控 制性提高、抑制由于温度上升引起的副生成物的生成及由于温度降低引起的产率降低的技 术。本发明提供一种反应器内部的温度控制方法，其特征在于将反应区域分割成多个，将所分割的多个反应区域分配给一个或两个以上的隔热 型反应器，并向隔热型反应器内供给原料，通过伴随放热的平衡反应制造目的物，该温度控 制方法是在制造上述目的物时进行的，该方法包括向第一段的反应区域供给原料，得到含有目的物的反应生成物的工序；然后，依次向后段侧的反应区域供给包括从前段侧的反应区域取出的反应生成物 和未反应的原料的混合物，得到含有目的物的反应生成物的工序；和在上述反应区域彼此之间的至少一处，向上述混合物供给骤冷流体并进行混合， 由此对该混合物进行冷却的工序，其中，上述骤冷流体含有在比上述骤冷流体的供给区域更后段侧的反应区域得到的上 述反应生成物的一部分及在上述隔热型反应器以外得到的与上述目的物相同的化合物中 的至少一种。上述骤冷流体可以含有将在最终段的反应区域得到的反应生成物冷却后的反应 生成物的一部分。优选上述多个反应区域分别由催化剂层构成。优选所分割的上述反应区域为3个。
优选上述冷却工序调节上述骤冷流体的供给量、组成和温度的至少一个而进行。上述伴随放热的平衡反应可以是以甲醇为原料、得到由水和目的物二甲醚构成的 反应生成物的反应。在该情况下，优选上述骤冷流体含有二甲醚以及二甲醚和水的混合流 体中的任一种。本发明提供一种反应装置，用于向隔热型反应器内供给原料，通过伴随放热的平 衡反应制造目的物，其特征在于，具备将反应区域分割成多个、且分配所分割的多个反应区域的一个或两个以上的隔热 型反应器；向第一段的反应区域供给原料的单元；设置于上述反应区域彼此之间的至少一处，通过向包括从前段侧的反应区域取出 的上述反应生成物和未反应的原料的混合物供给骤冷流体并进行混合，从而对该混合物进 行冷却的骤冷区域；和将含有在比上述骤冷区域更后段侧的反应区域得到的上述反应生成物的一部分 及在上述隔热型反应器以外得到的与上述目的物相同的化合物的至少一种的流体作为骤 冷流体，向骤冷区域供给的单元。优选上述反应装置具备用于对在最终段的反应区域得到的反应生成物进行冷却 的冷却单元，上述骤冷流体是含有通过上述冷却单元冷却后的上述反应生成物的一部分的流 体。优选上述多个反应区域分别由催化剂层构成。优选所分割的上述反应区域为3个。另外，优选本发明的反应装置具备调节上述骤冷流体的供给量、组成和温度的至 少一个，向上述骤冷区域供给上述骤冷流体的控制部。上述伴随放热的平衡反应可以是以甲醇为原料、得到由水和目的物二甲醚构成的 反应生成物的反应。在该情况下，优选上述骤冷流体含有二甲醚以及二甲醚和水的混合流 体中的任一种。本发明提供一种二甲醚的制造方法，其特征在于将反应区域分割成多个，将所分割的多个反应区域分配给一个或者两个以上的隔 热型反应器，并向隔热型反应器内供给甲醇，通过脱水缩合反应制造二甲醚，该制造方法包 括向第一段的反应区域供给甲醇，得到由二甲醚和水构成的反应生成物的工序；然后，依次向后段侧的反应区域供给包括从前段侧的反应区域取出的反应生成物 和未反应的甲醇的混合物，得到由二甲醚和水构成的反应生成物的工序；和在上述反应区域彼此之间的至少一处，向上述混合物供给骤冷流体并进行混合， 由此对该混合物进行冷却的工序，其中，上述骤冷流体含有在比上述骤冷流体的供给区域更后段侧的反应区域得到的二 甲醚和水的至少一种、以及在上述隔热型反应器以外得到的二甲醚中的任一个。优选上述冷却工序调节上述骤冷流体的供给量、组成和温度的至少一个而进行。优选上述骤冷流体含有在最终段的反应区域得到的、冷却后的二甲醚和水的任一种。优选上述多个反应区域分别由催化剂层构成。优选所分割的上述反应区域为3个。优选上述骤冷流体为除去混在二甲醚中的副生成物水和未反应的甲醇后的二甲 醚的一部分。根据本发明，在将反应区域分割成多个、将所分割的多个反应区域分配给一个或 两个以上的隔热型反应器，并向隔热型反应器内供给原料，通过伴随放热的平衡反应制造 目的物时，将由含有通过向第一段的反应区域供给原料而得到的目的物的反应生成物、和 未反应的原料构成的混合物，从该第一段的反应区域依次向后段侧的反应区域供给，得到 含有目的物的反应生成物，且在反应区域彼此之间的至少一处，将在比上述反应区域更后 段侧得到的反应生成物的一部分及在上述隔热型反应器以外得到的与上述目的物相同的 化合物的至少一种作为骤冷流体供给，对该混合物进行冷却。因此，混合物中的反应生成物 的量增加，平衡向原料侧偏移，反应平稳地进行，因此，由于反应区域的入口侧的温度变化 引起的反应速度的变化小。其结果，反应器内的温度的控制性提高，能够简单地抑制由于温 度上升而引起的未预定的副生成物的生成以及由于温度降低而引起的产率的降低。


图1是表示用于实施本发明的制造方法的反应装置的一例的结构示意图。
图2是表示上述反应装置的反应器内的原料的温度变化的一例的示意图。
图3是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图4是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图5是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图6是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图7是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图8是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图9是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图10是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图11是表示上述反应装置的其它例的纵截面图。
图12是表示本发明的实施例中的比较例所使用的装置的示意图。
图13是表示本发明的实施例中的比较例所使用的装置的示意图。
图14是表示合成反应所使用的现有的装置的示意图。
图15是表示合成反应所使用的现有的装置的示意图。
具体实施例方式
参照图1和图2说明本发明的反应装置和使用了该装置的温度控制方法的实施方 式。图1表示包括用于制造目的物的反应装置2的制造设备整体的大致情况。反应装置2 具备例如作为固定床流通式的隔热型反应器的立式反应器20。在该反应器20的塔顶部连 接有作为供给原料的单元的原料气体供给管20a的一端侧，在该原料供给管20a的另一端 侧经由热交换器2a和蒸发器2b连接有储存液体原料的原料储存源4。蒸发器2b用于使液体原料气化而得到原料气体。在反应器20的底部连接有生成气体流出管20b的一端侧，在该生成气体流出管 20b连接有上述热交换器2a。该热交换器2a构成为，在原料气体供给管20a内的原料和由 生成气体流出管20b内的反应生成物和原料构成的混合物之间，将原料加热，将混合物冷 却，进行热交换。该生成气体流出管20b的另一端侧连接于后述的第一蒸馏塔30的侧壁。在反应器20的内部，为了得到目的反应产率，将必需的反应区域例如催化剂层22 分割为上游侧和下游侧设置，上游侧的反应区域通过第一催化剂层22a形成为第一反应区 域，下游侧的反应区域通过第二催化剂层22b形成为第二反应区域。这些催化剂层22 (22a、 22b)通过形成有多个未图示的气体供给孔的支架23支承。在反应器20内的第一催化剂层22a和第二催化剂层22b之间的区域，设置有用于 通过骤冷流体对反应器20内的混合物进行冷却的骤冷区域Q。在该骤冷区域Q中的反应 器20的侧面，连接有骤冷流体供给管24，该骤冷流体供给管24是将反应生成物的一部分作 为骤冷流体向骤冷区域供给的单元。该骤冷流体供给管24在接近反应器20内的骤冷区域 Q的上方侧的第一催化剂层22a的部位，与用于使骤冷流体均勻分散供给的、形成有多个喷 射孔24b的喷雾器部24a连接。另外，在反应器20的侧面设有温度检测部29，其构成为，其一端侧突出到反应器 20内，在例如第二催化剂层22b的上部侧附近检测在骤冷区域Q被冷却后的混合物的温度。 在该温度检测部29连接有控制部3，该控制部3构成为，基于温度检测部29的检测温度，通 过后述的流量调节阀27，控制骤冷流体的流量，使得原料气体的温度达到适合反应的温度 范围。在反应器20的后段设有用于从由反应器20得到的混合物中取出目的反应生成 物、并将其一部分作为骤冷流体向反应器20供给的设备，在图1中设有包括用于例如取得 二甲醚作为目的物的两个蒸馏塔30、40的设备。第一蒸馏塔30用于从由未反应的原料和反应生成物构成的混合物中分离精制目 的物，在塔顶部连接有作为冷却单元的目的物取出管31，在下端部连接有排出管32的一端 侧。从目的物取出管31排出的目的物作为制品被取出到系统外，但其一部分通过从该目的 物取出管31分枝的上述骤冷流体供给管24作为骤冷流体返回到上述骤冷区域Q。在骤冷 流体供给管24设有流量调节阀27。上述排出管32的另一端侧与第二蒸馏塔40的侧壁连接。该第二蒸馏塔40用于 从在上述第一蒸馏塔30取除了目的物后的混合物分离精制未反应的原料，在塔顶部连接 有原料排出管41的一端侧，在下端部连接有排出管42。原料排出管41的另一端侧连接于 上述蒸発器2b的上游侧的原料气体供给管20a，使未反应的原料返回供再使用。排出管42 用于废弃从混合物取除了目的物和未反应的原料后的残余的副生成物及杂质等，将它们排 除到系统外。接下来，参照图1和图2说明使上述反应装置2运行的方法。由一种物质或者多种物质构成的流体原料在设于前段的蒸发器2b被气化，并且 在热交换器2a，与从反应器20取出的由未反应的原料和反应生成物构成的混合物之间进 行热交换，被加热到温度Tl。之后，原料气体经由原料气体供给管20a向反应器20供给，并从上向下方向在反应器20内流通。而且，在第一催化剂层22a内，通过以下式(1)的平衡反应，生成含有目的 物的反应生成物，得到含有该反应生成物和未反应的原料气体的混合物的气体。 通过此时产生的反应热，混合物气体的温度上升为温度T2。在制造二甲醚的情况下，液体原料甲醇气化，在第一催化剂层22a内通过下述(2) 式的平衡反应生成二甲醚和水。 ΔΗ = -23. 4kJ/mol接下来，在骤冷区域Q，当从喷雾器部24a供给骤冷流体时，该骤冷流体与由于前 段的催化剂层22a的放热反应而达到高温(T2)的混合物气体混合，混合物的温度成为T3。 该骤冷流体为由在该反应装置2得到的反应生成物的一部分形成的流体，以液态或气态供 给。在制造二甲醚的情况下，骤冷流体例如使用气体的二甲醚。这样，通过将反应生成物的一部分作为骤冷流体供给，在第二催化剂层22b内，上 述式(1)、(2)的右侧的反应生成物量增多，因而式(1)、(2)的平衡反应向原料侧偏移，生成 目的物的反应受到抑制，因此，上述的反应平稳进行。将这样被冷却后的混合物气体、更详细而言为含有骤冷流体的混合物供给到第二 催化剂层22b，在第二催化剂层22b通过同样的反应，平稳地生成反应生成物。由该反应生 成物和未反应的原料构成的混合物通过该第二催化剂层22b的反应产生的反应热而升温 到温度T4。之后，混合物经由生成气体流出管20b从反应器20取出，在热交换器2a，与原料之 间进行热交换。下面，以制造二甲醚的情况为例说明此后的流程时，由从反应器20排出的反应生 成物二甲醚及水、和未反应原料甲醇构成的混合物向第一蒸馏塔30供给，分离精制目的物 二甲醚。从混合物分离精制的二甲醚从目的物取出管31被取出，向目的物取出管31的管 壁等散热，变为上述温度T2以下的温度，一部分经过骤冷流体供给管24作为骤冷流体返回 反应器20。剩余的二甲醚作为制品被取出到系统外。取除了二甲醚后的混合物从第一蒸馏塔30的下方侧排出，供给到第二蒸馏塔40， 在该第二蒸馏塔40分离精制未反应原料的甲醇。如上所述，未反应的原料返回原料气体供 给管20a，与从原料储存源4供给的原料一同再次供给到反应器20。另外，作为取除了目的 物和未反应原料后的副生成物的废弃物在该例中为水，被排出到系统外。在此，催化剂层22b的入口温度T3通过温度检测部29检测，且根据其温度检测 值，通过控制部3和流量调节阀27控制骤冷流体的供给流量，从而实现催化剂层22b的入 口温度T3的稳定化，然而，不能避免该入口温度T3以某变动幅度变动。但是，在本发明中， 由于使用反应生成物作为骤冷流体，因此，如上所述平衡反应向原料侧偏移，生成目的物的 反应被抑制，所以催化剂层22a的入口温度Tl对于催化剂层22b的出口温度T4的影响减小。即，相对于催化剂层22a的入口温度Tl的变化，向目的生成物的反应速度的变化减小， 因此，催化剂层22b的出口温度T4的变化变得不敏感，转化率的振动幅度减小。根据上述实施方式，在向隔热型反应器20内供给原料、通过伴随放热的平衡反应 制造目的物时，在用于进行原料反应的第一反应区域和第二反应区域间设有骤冷区域Q，将 从第二反应区域取出的反应生成物的一部分冷却，作为骤冷流体向该骤冷区域Q供给，从 而对由原料和反应生成物构成的混合物进行冷却。因此，如上详述，混合物中的反应生成物 的量增加，平衡向原料侧偏移，反应平稳地进行，因此，反应器20内的温度控制变得容易， 其结果，能够抑制由于温度上升而引起的未预定的副生成物的生成，并且能够抑制由于温 度降低引起的产率降低。而且，能够抑制催化剂的焦化，从而延长催化剂的寿命。而且，还能 够抑制反应装置2的急剧的温度上升(失控反应)，能够使反应装置2安全地运行。因此， 相比于现有的方法，能够简化反应器20的构成，容易实现大型化，另外，构成反应器20的部 件数只要少数即可。作为上述的骤冷流体，可以是气体，也可以是液体。在使用气体的骤冷流体的情 况下，由于不能利用蒸发潜热，因而需要比使用液体的情况更多的供给量，但由于反应器20 内的反应生成物的量增多，所以抑制反应速度的効果强。另一方面，在使用液体的骤冷流体 的情况下，可以以比使用气体的情况更少的供给量将混合物温度降低。另外，例如在原料的 供给量减少、由反应引起的混合物的温度上升小的情况下，也可以不冷却反应生成物而作 为骤冷流体供给。即使在这样的情况下，由于反应器20内的反应生成物的量增多，所以也 可以抑制反应速度。另外，在上述的例中，设置两层催化剂层22，但例如图3和图4所示，也可以设置两 层以上的催化剂层。图3表示具备3层催化剂层(22a、22b、22c)的反应器20，图4表示具 备5层催化剂层(22a、22b、22C、22d、22e)的反应器20。在图3、图4中，在各催化剂层22 间的骤冷区域Q，通过温度检测部29检测混合物的温度，调节从喷雾器部24a供给的骤冷流 体的流量。在这样的反应器20中，也和上述例同样地以通过骤冷流体抑制反应速度的状态 进行反应。这样，通过设置多层催化剂层22，可以得到和上述例同样的效果。另外，除了在一个反应器20内设置多层催化剂层22以外，例如也可以如图5、图6 所示，连接多个设置有1层催化剂层22的反应器20。图5、图6表示分别连接有3个、5个 这样的反应器20的例子，在将各反应器20间连接的生成气体流出管20b，连接有骤冷流体 供给管24。而且，除了这样的反应器20以外，例如也可以如图7、图8所示，组合连接多个 设置有至少1层催化剂层22的反应器20。图7表示串联连接有设置1层催化剂层22的反 应器20和设置2层催化剂层(22a、22b)的反应器20的例子。图8表示串联连接有设置2 层催化剂层(22a、22b)的反应器20和设置3层催化剂层(22a、22b、22c)的反应器20的例 子。在这些催化剂层22间，同样地也在骤冷区域Q供给骤冷流体。这样的构成中，也可以 得到和上述例同样的效果。在上述各例中，优选在各催化剂层22、22间全部设置骤冷区域Q，但例如在温度的 振幅小的情况下等，也可以减少骤冷区域Q的数量，即，有至少1个以上的骤冷区域Q即可。 图9表示在上述图4所示的反应器20中，省略了从上游侧起第二催化剂层22b和第三催化 剂层22c之间的骤冷区域Q的例子。在这样的反应器20中，也可以得到同样的效果。另夕卜，在上述例中，利用系统内的目的物作为骤冷流体，但也可以利用系统外的和
1目的物相同的化合物作为骤冷流体。作为这样的例子，例如图10所示，也可以设有多个反 应装置2，从一个反应装置2向另一个反应装置2供给骤冷流体。在这样的情况下，在一个 反应装置2的目的物取出管31上连接另一个反应装置2的骤冷流体供给管24。其中，在以 上的图3 图10中，对于和图1相同的构成标注相同的符号。这些作为骤冷流体的目的物 中也可以混入未反应的原料。而且，除了利用目的物作为骤冷流体以外，例如在由原料生成目的物以外的反应 生成物(副生成物)的情况下(除了目的物以外，还存在在式(1)的右边侧生成的物质的 情况)，也可以利用该反应生成物作为骤冷流体，例如在得到二甲醚的反应中，可以将水作 为骤冷流体使用。在该情况下，如图11所示，全部目的物由目的物取出管31取出，废弃物 的一部分作为骤冷流体返回到骤冷区域Q。在该情况下，也和上述例同样，由于式(1)、(2) 的右边侧的反应生成物增加，反应受到抑制，因此，反应平缓地进行，反应器20的出口的混 合物的温度的振幅减小。另外，在图11中，对于和上述图1相同的构成标注相同的符号。另外，也可以同时将该副生成物和目的物作为骤冷流体使用，例如在由甲醇得到 二甲醚的反应中，可以将二甲醚和水作为骤冷流体使用。还可以将来自系统外的二甲醚作 为骤冷流体使用。另外，在上述各例中，将反应生成物或与目的物相同的系统外的化合物作为骤冷 流体使用，但如果含有抑制反应速度的程度的反应生成物或与目的物相同的系统外化合 物，则在该骤冷流体中也可以含有未反应的原料。在该情况下，例如在图1中，可以将设有 阀的分岐管(均未图示)的一端侧连接于原料排出管41，将该分岐管的另一端侧连接于骤 冷流体供给管24，通过调节该阀的开度，积极地使用未反应的原料作为骤冷流体的一部分。而且，在上述各例中，通过控制部3控制骤冷流体的流量，使反应器20的入口温度 T3稳定化，但也可以通过使骤冷流体的流量一定、通过控制部3调节例如上述的分岐管的 阀和流量调节阀27的开度，调节骤冷流体中所含的反应生成物或与目的物相同的系统外 化合物的比例，即调节骤冷流体的组成，从而使入口温度T3稳定化。另外，还可以通过在骤 冷流体供给管24设置未图示的冷却机构，使骤冷流体的流量一定，通过控制部3调节该骤 冷流体的温度，使反应器20的入口温度T3稳定化。而且，还可以通过控制部3组合调节骤 冷流体的流量、骤冷流体的组成和骤冷流体的温度中的多种，使反应器20的入口温度T3稳 定化。如上所述，本发明的目的物的温度控制方法和反应装置，适用于通过伴随放热的 平衡反应生成目的物的情况，例如适用于后述实施例中的由甲醇通过脱水得到二甲醚的合 成反应、或由氢和氮的氨的合成反应等。另外，除了上述合成反应以外，也适用于伴随放热 的平衡反应，例如氧化反应、氢化反应及其它的反应，还可以适用于液相中的这些反应。
实施例下面说明用于确认本发明的方法的効果而进行的试验。在该实施例中，使用甲醇 作为上述的原料，进行通过上述(2)式的伴随放热的平衡反应得到二甲醚作为目的物的试验。另外，在以下的各试验中设定了标准条件，该标准条件为以在各自的标准条件下 最终催化剂层出口的甲醇的转化率及各催化剂层的出口的温度相等的方式设定的条件。
(实施例1)作为用于进行上述反应的装置，使用上述图1所示的反应装置2，在反应器20的入 口以及催化剂层22a、22b各自的入口和出口设置温度计。在该反应装置2中，供给流量为Fl的甲醇，以流量F2向骤冷区域Q供给二甲醚作 为骤冷流体，并且，使未反应的甲醇以流量F3返回。作为副生成物的水从上述排出管42排 出。其中，各流量Fl F3表示各流体的质量流量。作为试验条件，如下决定各条件使得反应器20的出口的甲醇的转化率及温度分 别为75%、340°C，将该条件作为标准条件。另外，将反应器20的入口的原料温度从上述的 标准条件上下改变1 °C，此外的条件和标准条件相同，在该条件下进行试验。而且，比较各条 件下的反应器20的出口温度(第二催化剂层22b的出口侧的温度)和反应器20的出口的 甲醇的转化率。另外，关于作为骤冷流体的二甲醚的流量F2及作为从原料排出管41返回 的未反应原料的甲醇的流量F3的流量，为与标准条件相同的流量。(标准条件)反应器20的入口温度279°C反应器20的入口压力1· 55MPa(表压)骤冷量与原料流量之比(F2/(F1+F3)) 0. 18骤冷二甲醚条件1 · 5MPa (表压)二甲醚饱和蒸气(100%)(试验结果)表1表示试验结果。(表1) 其结果，对应于反应器20的入口温度(第一催化剂层22a的入口侧的温度)的变 化，反应器20内的温度也发生变化。并且可知，与反应器20的入口温度的变化相比，反应 器20的出口温度的变化更大。当反应器20内的温度增高时，转化率增加，另外，当反应器 20内的温度降低时，转化率降低。(比较例1-1)接着，作为比较例1-1，在上述图15的多个反应器102、102间设置有热交换器103 的装置上，连接蒸馏塔30、40，进行试验。图12表示该装置。其中，和上述图1相同构成的 部位标注相同的符号。在该装置中也测定上游侧的反应器(第一反应器)102及下游侧的 反应器(第二反应器)102的各自的入口和出口的原料温度。
在该装置中，将在蒸发器2b气化后的原料气体从供给路200向热交换器103供 给，在该热交换器103中，在该原料气体、和由通过上游侧的反应器102的反应达到高温的 原料及反应生成物构成的混合物之间进行热交换(冷却混合物)。另外，在上游侧的反应 器102的前侧，将在该热交换器103进行了热交换(被加热)后的原料气体返回原料气体 供给管20a。另外，关于向该热交换器103供给的流体以外的原料及反应生成物等的流动， 和上述图1的反应装置2相同。而且，和上述实施例1相同，如下决定各条件使得下游侧的反应器102的出口的甲 醇的转化率和原料的温度分别为75%、340°C，将该条件作为标准条件。另外，同样将上游侧 的反应器102的入口的原料温度从标准条件上下改变1°C，此外的条件和标准条件相同，在 该条件下进行试验。而且，同样地测定下游侧的反应器102的出口的温度，并比较转化率。其中，从原 料排出管41返回的甲醇的量为和标准条件相同的流量。另外，即使改变上游侧的反应器 102的入口的温度，热交换器103的骤冷流体和混合物之间的热交换量(传热量)也不发生变化。(标准条件)反应器102的入口温度279°C反应器20的入口的压力1· 55MPa (表压)(试验结果)表2表示试验结果。(表2) 其结果，和实施例1同样，对应于上游侧的温度变化，各部分的温度及转化率发生 变化，但其变化量大于实施例1的变化量。由此可知，在实施例1中，通过使用反应生成物 二甲醚作为骤冷流体，反应被抑制，反应器20的内部的温度和转化率的控制性提高。(比较例1-2)接着，作为与上述专利文献1所记载的装置相同构成的装置，使用图13所记载的 装置进行试验。该装置示意性地具备和图1的反应器20大致相同构成的反应器300，但从 原料骤冷供给路200供给液态的原料作为骤冷流体。其中，在该图13中，和图1相同构成 的部位也标注相同的符号。另外，和上述试验相同，如下决定各条件使得反应器300的出口侧的甲醇的转化 率和原料的温度分别为75%、340°C，将该条件作为标准条件。同样将反应器300的入口侧的温度上下改变1°C，进行试验。另外，在该情况下，从原料排出管41返回的未反应的甲醇 的流量和骤冷流体的流量一定。在该例中，Fl为甲醇供给量、F2为骤冷甲醇的供给量、F3 为循环的甲醇流量。(标准条件)反应器300的入口温度279°C反应器300的入口的压力1· 55MPa (表压)骤冷量与原料的流量之比(F2/(F1+F3)) 0. 09骤冷甲醇条件1. 6MPa(表压)、沸点的液体(试验结果)表3表示试验结果。(表 3) 在该结果中，根据反应器300的入口的温度，反应器300的内部的各部分的温度和 转化率发生变化，但与比较例1-1同样，其变化量大于实施例1。由以上结果可知，在使用原料作为骤冷流体的情况下，平衡反应向反应生成物侧 偏移，向目的生成物的反应速度加快，因此，放热量增大，结果，反应器20的出口的混合物 的温度的偏差增大，但通过使用反应生成物的一部分作为骤冷流体，能够抑制向目的生成 物的反应，可以减小反应器20的出口的混合物的温度的振幅。(实施例2)下面，如上述图3所示，在催化剂层22为3层的情况下，进行用于确认反应器20 的出口的温度和转化率如何变化的试验。在试验中，使用图3的反应器20，如下决定各条件使得反应器20的出口的甲醇的 转化率和温度分别为75%、340°C，将该条件作为标准条件。另外，同样将反应器20的入口 的原料温度上下改变1°C，此外的条件和标准条件相同，在该条件下进行试验。而且，在各条 件下测定反应器20的各催化剂层22的入口的温度和出口的温度，并比较反应器20的出口 的甲醇的转化率。其中，关于骤冷流体二甲醚的流量F2和从原料排出管41返回的未反应 的原料甲醇的流量F3的流量，为与标准条件相同的流量。(标准条件)反应器20的入口温度279°C反应器20的入口的压力1· 55MPa (表压)
骤冷量与原料流量之比(F2/(F1+F3)) 0. 18骤冷二甲醚条件1 · 5MPa (表压)二甲醚饱和蒸气(100%)(试验结果)表4表示试验结果。(表4) 结果可知，通过使用生成物作为骤冷流体，与实施例1的结果相同，即使反应器20 的入口侧的温度发生变化，也能够抑制反应器20的出口侧的温度和转化率的变化。
权利要求
一种反应器内部的温度控制方法，其特征在于将反应区域分割成多个，将所分割的多个反应区域分配给一个或两个以上的隔热型反应器，并向隔热型反应器内供给原料，通过伴随放热的平衡反应制造目的物，该温度控制方法是在制造所述目的物时进行的，该方法包括向第一段的反应区域供给原料，得到含有目的物的反应生成物的工序；然后，依次向后段侧的反应区域供给包括从前段侧的反应区域取出的反应生成物和未反应的原料的混合物，得到含有目的物的反应生成物的工序；和在所述反应区域彼此之间的至少一处，向所述混合物供给骤冷流体并进行混合，由此对该混合物进行冷却的工序，其中，所述骤冷流体含有在比所述骤冷流体的供给区域更后段侧的反应区域得到的所述反应生成物的一部分及在所述隔热型反应器以外得到的与所述目的物相同的化合物中的至少一种。
2.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于所述骤冷流体含有将在最终段的反应区域得到的反应生成物冷却后的反应生成物的 一部分。
3.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于 所述多个反应区域分别由催化剂层构成。
4.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于 所分割的所述反应区域为3个。
5.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于 所述冷却工序调节所述骤冷流体的供给量、组成和温度的至少一个而进行。
6.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于所述伴随放热的平衡反应为以甲醇为原料、得到由水和目的物二甲醚构成的反应生成 物的反应。
7.如权利要求1所述的反应器内部的温度控制方法，其特征在于 所述骤冷流体含有二甲醚以及二甲醚和水的混合流体中的任一种。
8.一种反应装置，用于向隔热型反应器内供给原料，通过伴随放热的平衡反应制造目 的物，其特征在于，具备将反应区域分割成多个、且分配所分割的多个反应区域的一个或两个以上的隔热型反 应器；向第一段的反应区域供给原料的单元；设置于所述反应区域彼此之间的至少一处，通过向包括从前段侧的反应区域取出的所 述反应生成物和未反应的原料的混合物供给骤冷流体并进行混合，从而对该混合物进行冷 却的骤冷区域；和将含有在比所述骤冷区域更后段侧的反应区域得到的所述反应生成物的一部分及在 所述隔热型反应器以外得到的与所述目的物相同的化合物的至少一种的流体作为骤冷流 体，向骤冷区域供给的单元。
9.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于具备用于对在最终段的反应区域得到的反应生成物进行冷却的冷却单元，所述骤冷流体是含有通过所述冷却单元冷却后的所述反应生成物的一部分的流体。
10.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于 所述多个反应区域分别由催化剂层构成。
11.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于 所分割的所述反应区域为3个。
12.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于具备调节所述骤冷流体的供给量、组成和温度的至少一个，向所述骤冷区域供给所述 骤冷流体的控制部。
13.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于所述伴随放热的平衡反应为以甲醇为原料、得到由水和目的物二甲醚构成的反应生成 物的反应。
14.如权利要求8所述的反应装置，其特征在于所述骤冷流体含有二甲醚以及二甲醚和水的混合流体中的任一种。
15.一种二甲醚的制造方法，其特征在于将反应区域分割成多个，将所分割的多个反应区域分配给一个或者两个以上的隔热型 反应器，并向隔热型反应器内供给甲醇，通过脱水缩合反应制造二甲醚，该制造方法包括 向第一段的反应区域供给甲醇，得到由二甲醚和水构成的反应生成物的工序； 然后，依次向后段侧的反应区域供给包括从前段侧的反应区域取出的反应生成物和未 反应的甲醇的混合物，得到由二甲醚和水构成的反应生成物的工序；和在所述反应区域彼此之间的至少一处，向所述混合物供给骤冷流体并进行混合，由此 对该混合物进行冷却的工序，其中，所述骤冷流体含有在比所述骤冷流体的供给区域更后段侧的反应区域得到的二甲醚 和水的至少一种、以及在所述隔热型反应器以外得到的二甲醚中的任一个。
16.如权利要求15所述的二甲醚的制造方法，其特征在于所述冷却工序调节所述骤冷流体的供给量、组成和温度的至少一个而进行。
17.如权利要求15所述的二甲醚的制造方法，其特征在于所述骤冷流体含有在最终段的反应区域得到的、冷却后的二甲醚和水的任一种。
18.如权利要求15所述的二甲醚的制造方法，其特征在于 所述多个反应区域分别由催化剂层构成。
19.如权利要求15所述的二甲醚的制造方法，其特征在于 所分割的所述反应区域为3个。
20.如权利要求15所述的二甲醚的制造方法，其特征在于所述骤冷流体为除去混在二甲醚中的副生成物水和未反应的甲醇后的二甲醚的一部
全文摘要
本发明的目的在于，在通过伴随放热反应的平衡反应例如由甲醇合成二甲醚时，提高反应器内的温度和转化率的控制性。本发明中，在反应器内设置多个催化剂层，在这些催化剂层之间设置用于对含有甲醇和二甲醚的混合物进行冷却的骤冷区域，将含有二甲醚及与二甲醚一同生成的水的至少任一种的流体作为骤冷流体向该骤冷区域供给。
文档编号C07C41/09GK101903323SQ20088012179
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月18日
发明者内田浩平, 喜多宏, 大山弘二, 平川大悟, 渡边嘉之, 田窪崇之, 船津秀一, 近松伸康 申请人:日挥株式会社;三菱瓦斯化学株式会社