反応方法および反応装置
【課題】固体触媒の存在下、発熱または吸熱を伴う液相反応であり、外部循環により反応液の除熱または加熱をする反応において、反応槽底部への固体触媒の堆積を、効率よく低減、抑制することができる反応方法、および、その反応方法を実施するための反応装置を提供すること。
【解決手段】固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽２から、循環ライン６（オーバーフローライン１３）を通じて反応液を排出する。次いで、排出された反応液を、熱交換器８で除熱または加熱後、反応槽２に再度供給させるときに、供給される反応液を、反応液噴出器１４により、反応槽２内の底面に向けて噴出させる。
【解決手段】固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽２から、循環ライン６（オーバーフローライン１３）を通じて反応液を排出する。次いで、排出された反応液を、熱交換器８で除熱または加熱後、反応槽２に再度供給させるときに、供給される反応液を、反応液噴出器１４により、反応槽２内の底面に向けて噴出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための反応方法、および、その反応方法を実施するための反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応槽内の反応液を除熱または加熱する方法として、反応槽の鉛直方向上側から反応液を抜き出し、反応槽の外部で熱交換後、反応槽の鉛直方向下側（例えば、反応槽底部）から、反応液を、再度反応槽に供給して、循環させる外部循環方法（上部抜き出し外部循環方法）が知られている。
また、特許文献１および２には、上部抜き出し外部循環方法による攪拌装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２７６８６９号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、特許文献１および２に記載の攪拌装置では、いずれも、反応槽の鉛直方向上側から抜き出された反応液が、反応槽底部に設けられた開口部から、鉛直方向上側に向けて供給される。
このため、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させる反応において、特許文献１および２に記載の攪拌装置を用いて、反応液を循環させると、反応槽底部の上記開口部の周囲に、固体触媒が堆積する場合がある。このような固体触媒の堆積は、反応槽内壁への固体触媒の付着や、固体触媒の分散不良による反応効率の低下などを生じさせる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、固体触媒の存在下での発熱または吸熱を伴う液相反応であり、外部循環により反応液の除熱または加熱をする反応において、反応槽底部への固体触媒の堆積を、効率よく低減、抑制することができる反応方法、および、その反応方法を実施するための反応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の反応方法は、固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽から、反応液を排出し、次いで、排出された反応液を、除熱または加熱後、前記反応槽に再度供給させるときに、供給される反応液を、前記反応槽内の底面に向けて噴出することを特徴としている。
この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液を、反応槽内の底面に向けて噴出することで、反応槽内の底部に沿った反応液流を形成することができる。そのため、形成された反応液流により、固体触媒の液相中への混合が促進され、反応槽底部での固体触媒の堆積を低減、抑制することができ、ひいては、反応効率の向上を図ることができる。
【０００６】
また、本発明の反応方法は、前記反応槽内の反応液を、前記反応槽に再度供給される反応液流により攪拌することが好適である。
この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液が、反応槽内の底面に向けて噴出されることで、反応槽内の底部に沿って流れた後、反応槽内の底面の反対側に固体触媒を吹き上げる反応液流を形成することができる。それゆえ、上記本発明の反応方法の好適態様によれば、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽内の液相の効率的な攪拌を促進することができる。また、これにより、反応槽内の液相を攪拌する攪拌手段として、攪拌翼を用いる必要がなく、反応槽として、気泡塔などを用いることができる。
【０００７】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合においても、好適である。
すなわち、この反応方法は、固液二相系での液相反応だけでなく、気液固三相系での液相反応にも適用できる。しかも、この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液が上述の反応液流を形成することで、反応槽内の液相の攪拌が促進されることから、反応槽内に供給される原料ガスも効率的に攪拌されて、反応効率が向上される。
【０００８】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合において、前記反応槽から排出された反応液を、前記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、自然循環により、再度前記反応槽に供給させることが好適である。
この反応方法によれば、反応槽内の液相に原料ガスが供給されることで、上記液相の見掛けの密度を、反応槽から循環ラインに供給される反応液の見掛けの密度に比べて、低くすることができ、これにより、サイフォン効果に起因する自然循環によって、反応槽から排出された反応液を、上記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、再度反応槽に供給、循環させることができる。このため、反応液を強制循環させるためのポンプを用いることなく、反応液の外部循環が可能になる。
【０００９】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合において、前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給する途中で、前記反応液を、気液分離槽で気液分離させることが好適である。
反応槽から排出される反応液は、原料ガスが混入している場合や、反応生成物としてのガスが溶存している場合があり、反応効率の低下や、反応生成物の回収効率（生産性）の低下を引き起こす場合がある。しかし、この反応方法によれば、反応槽から排出された反応液を反応槽へ再度供給する前に、混入している原料ガスや溶存しているガスの除去、回収が可能になり、これにより、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の反応装置は、固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽と、前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給させるための循環ラインと、前記循環ラインの途中に介在する熱交換手段と、前記循環ラインの下流側端部に設けられ、反応液を前記反応槽内の底面に向けて噴出させるための反応液噴出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
この反応装置では、反応槽に再度供給される反応液を、上記反応液噴出手段により、反応槽内の底面に向けて噴出させることができ、これにより、反応槽内の底部に沿った反応液流を形成することができる。そのため、形成された反応液流により、固体触媒の液相中への混合が促進され、反応槽底部での固体触媒の堆積を低減、抑制することができ、ひいては、反応効率の向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、上述の反応槽内の底部に沿った反応液流は、その後、反応槽内の底面の反対側に固体触媒を吹き上げる反応液流を形成することから、上記の反応装置によれば、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽内の液相の効率的な攪拌を促進することができる。また、これにより、反応槽内の液相を攪拌する攪拌手段として、攪拌翼を用いる必要がなく、反応槽として、気泡塔などを用いることができる。
【００１３】
また、本発明の反応装置は、前記反応槽が、気泡塔であることが好適である。
この反応装置によれば、反応槽に再度供給される反応液が上述の反応液流を形成することから、反応槽が気泡塔から構成される場合にも、反応槽内の液相の効率的な攪拌が促進される。また、反応槽が気泡塔から構成されることで、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の反応装置は、前記反応槽が、気泡塔である場合において、前記循環ラインの下流側端部が、前記循環ラインの上流側端部よりも下方に配置されており、前記循環ラインに、気液分離手段を備えていることが好適である。
この反応装置によれば、反応槽内に気泡が供給されることで、反応槽内の液相の見掛けの密度が、反応槽から排出されて循環ラインに供給される反応液の見掛けの密度に比べて低くなることから、サイフォン効果に起因する自然循環によって、反応槽から排出された反応液を、再度反応槽に供給、循環させることができる。このため、反応液を強制循環させるためのポンプを用いることなく、反応液の外部循環が可能になる。
【００１５】
また、本発明の反応装置は、前記気液分離手段が、前記循環ラインの途中に備えられた気液分離槽であることが好適である。
反応槽から排出される反応液には、原料ガスが混入している場合や、反応生成物としてのガスが溶存している場合があるため、反応効率や、反応生成物の回収効率（生産性）の低下を引き起こす場合がある。しかし、この反応装置によれば、循環ラインの途中に設けられた気液分離槽により、反応液に混入している原料ガスや、反応液に溶存しているガスの除去、回収をすることができ、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の反応方法および反応装置によれば、固体触媒の存在下での発熱または吸熱を伴う液相反応であり、外部循環により反応液の除熱または加熱をする反応において、反応槽底部への固体触媒の堆積を、効率よく低減、抑制することができ、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の反応装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、この反応装置１は、固体触媒の存在下、液相中で、気液接触により反応生成物を生成させるための反応装置、すなわち、気液固三相系での液相反応のための反応装置であって、反応槽２、原料ガス供給ライン３、原料液供給ライン４、固体触媒供給ライン５、循環ライン６、気液分離手段としての気液分離槽７、および、熱交換手段としての熱交換器８を備えている。
【００１８】
反応槽２は、固体触媒の存在下、液相において反応をさせることができる反応槽、好ましくは、固体触媒の存在下、液相中で、気液接触による反応をさせることができる反応槽であれば、特に限定されず、例えば、耐圧性の気泡塔などから構成されている。
反応槽２は、より具体的には、その周側面を構成し、略円筒形状に形成される反応槽胴部９と、その上面を構成し、略放物面鏡形状に形成される反応槽天井部１０と、その底面を構成し、略放物面鏡形状に形成される反応槽底部１１とを一体的に備える密閉空洞形状に形成されている。
【００１９】
また、この反応槽２内には、底部において、スパージャ１２と、スパージャ１２の鉛直方向下方に配置される、反応液噴出手段としての反応液噴出器１４とが設けられている。
原料ガス供給ライン３は、その上流側端部が、原料ガス源に接続されており、また、その下流側端部が、スパージャ１２に接続されている。
スパージャ１２は、反応槽２内の底部、より具体的には、反応槽底部１１の近傍に設けられている。
【００２０】
このスパージャ１２は、供給される原料ガスを、液相に対して噴射することができるスパージャであれば、特に限定されず、例えば、円筒形状の管がリング形状に加工された、いわゆるリング形状スパージャや、例えば、円筒形状の管が骨組形状に加工された、いわゆる骨組形状（ラダーパイプ型）スパージャなどの、公知の各種形状のスパージャが挙げられる。
【００２１】
原料液供給ライン４は、その上流側端部が、原料液源に接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内に配置されている。
固体触媒供給ライン５は、その上流側端部が、固体触媒源に接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内に配置されている。
循環ライン６は、反応槽２から排出された反応液を、再び反応槽２に循環させるための経路であって、循環ライン６の上流側端部は、反応槽２の反応槽胴部９の上部に接続されており、下流側端部は、反応槽２の反応槽底部１１の軸心部において、反応液噴出器１４に接続されている。
【００２２】
また、循環ライン６の途中には、循環ライン６の上流側から下流側へと順に、気液分離槽７と、熱交換器８とが介装されている。
循環ライン６のうち、その上流側端部から、気液分離槽７までのラインは、気液分離手段としてのオーバーフローライン１３として設けられており、反応槽２内の反応液の液面Ｌが予め設定された液面ラインに達したときに、反応槽２から反応液がオーバーフローされる。
【００２３】
気液分離槽７は、循環ライン６の途中で、オーバーフローライン１３よりも下流側に、かつ、後述する熱交換器８よりも上流側に設けられる。この気液分離槽７は、反応槽２からオーバーフローライン１３を経て排出された反応液を一時貯留するための貯留槽であって、気液分離槽７内に反応液が一時貯留されることにより、反応液から、反応液に含まれている気体成分（例えば、原料ガス、反応生成物、大気泡など。）が除去される。なお、気液分離槽７の大きさは、特に限定されないが、一般的に、フルード数が０．３より小さくなるように設計することで、良好に大気泡が分離され、気液分離槽７よりも下流側の循環ライン６において、気体成分が巻き込まれるおそれを軽減できる。
【００２４】
また、この反応装置１では、反応槽２から排出された反応液が、反応槽２における反応液の排出位置よりも下方で、再度反応槽２に供給され、しかも、循環ライン６の上流側端部から気液分離槽７までのラインがオーバーフローライン１３として設けられており、さらに、循環ライン６の途中で、オーバーフローライン１３よりも下流側に、気液分離槽７が設けられていることから、反応槽２から排出された反応液を、サイフォン効果に起因する自然循環により、再度反応槽２へと還流させることができる。
【００２５】
熱交換器８は、循環ライン６の途中における気液分離槽７の下流側に設けられる。この熱交換器８は、気液分離槽７を経て供給される反応液を、熱交換により除熱または加熱して、循環ライン６に供給する。
ここで、原料ガスと原料液との反応が、発熱反応である場合は、熱交換器８は、例えば、クーラーとして構成され、熱交換器８において、反応液が除熱される。一方、原料ガスと原料液との反応が、吸熱反応である場合は、熱交換器８は、例えば、ヒーターとして構成され、熱交換器８において、反応液が加熱される。
【００２６】
反応液噴出器１４は、反応槽２内の反応槽底部１１に設けられ、循環ライン６の下流側端部と接続されている。この反応液噴出器１４は、反応槽２からオーバーフローライン１３を経て排出され、循環ライン６を通り、気液分離槽７および熱交換器８を経由して、再度、反応槽２内に還流される反応液を、反応槽２内に再度供給する。
反応液噴出器１４は、循環ライン６の下流側端部（噴出口１８）から、反応槽２の軸線に沿って、鉛直方向上方に供給される反応液を、鉛直方向下方に方向転換させて、反応槽２内の底面（反応槽２内部の底部側の鏡面）に向けて噴出させるようにしている。
【００２７】
このように、還流される反応液を、反応液噴出器１４から、反応槽２内の底面に向けて噴出させたときに、噴出口１８から噴出された反応液は、例えば、まず、反応槽底部１１の内壁面（反応槽２の底面）に衝突し、次いで、反応槽２の半径方向外側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ａ）と、反応槽２の半径方向内側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ｂ）とを形成する。さらに、反応槽２の半径方向外側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ａ）は、反応槽底部１１の内壁面に沿って上昇して、反応槽２の底面から鉛直方向上方（反応槽天井部１０側）に固体触媒を吹き上げる反応液流（矢印Ｃ）を形成し、一方で、反応槽２の半径方向内側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ｂ）は、反応槽２の軸心近傍で上昇して、反応槽２の底面から鉛直方向上方（反応槽天井部１０側）に固体触媒を吹き上げる反応液流（矢印Ｄ）を形成する。これら反応槽底部１１の内壁面に沿って上昇する反応液流（矢印Ｃ）と、反応槽２の軸心近傍で上昇する反応液流（矢印Ｄ）との形成により、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽２内の反応液の効率的な攪拌を促進することができる。
【００２８】
ここで、反応液噴出器１４について、図２および図３を参照して具体的に説明する。
図２および図３は、反応液噴出器１０を示す斜視図であって、図２は、ノズル型の反応液噴出器１５を示し、図３は、ラダーパイプ型の反応液噴出器１９を示している。
図２を参照して、ノズル型の反応液噴出器１５は、循環ライン６の下流側端部と連通して、反応槽底部１１の内壁面から鉛直方向上方に延びる主管１６と、主管１６の上端部と連通して、主管１６から水平方向において、平面視略十字形状に延びる枝管１７と、を備えている。各枝管１７の先端部は、鉛直方向下方に屈曲されており、その先端の開口部が、反応槽底部１１の内壁面と対向する噴出口１８とされている。反応槽２からオーバーフローされ、循環ライン６を経て、再度、反応槽２に還流される反応液は、各噴出口１８から反応槽底部１１の内壁面に向けて噴出される。
【００２９】
また、図３を参照して、ラダーパイプ型の反応液噴出器１９は、循環ライン６の下流側端部と連通して、反応槽底部１１の内壁面から鉛直方向上方に延びる主管２０と、主管２０の上端部と連通して、主管２０から水平方向に延びる直管からなる分配管２１と、分配管２１と連通して、分配管２１の長手方向に対して直交する方向に延びる複数の枝管２２とを備えている。これら複数の枝管２２は、分配管２１の長手方向に互いに等間隔を隔てて、分配管２１と主管２０との交点を境界として分配管２１の長手方向において対称に設けられている。また、各枝管２２の鉛直方向下側面（反応槽底部１１の内壁面）には、複数の放出孔２３が設けられている。これら放出孔２３は、枝管２２の長手方向に沿って等間隔で設けられている。反応槽２からオーバーフローされ、循環ライン６を経て、再度、反応槽２に還流される反応液は、各放出孔２３から反応槽底部１１の内壁面に向けて噴出される。
【００３０】
再び、図１を参照して、この反応装置１は、さらに、排出ライン２４と、取出ライン２５とを備えている。
排出ライン２４は、その上流側端部が、反応槽２の頂部、詳しくは、反応槽天井部１０の頂部に接続されている。
取出ライン２５は、その上流側端部が、気液分離槽７の頂部に接続されている。また、取出ライン２５の下流側端部は、排出ライン２４の途中に接続されている。
【００３１】
次に、図１に示す反応装置１により、原料ガスと原料液とを、固体触媒の存在下、液相中で反応させるための、本発明の反応方法（気液固三相系での液相反応）の一実施形態について説明する。
この方法では、まず、反応槽２内に、溶媒を仕込み、原料液供給ライン４から原料液を供給し、固体触媒供給ライン５から固体触媒を供給し、さらに、原料ガス供給ライン３を介して、スパージャ１２から原料ガスを供給する。従って、反応槽２内は、気液固三相系になっている。なお、溶媒は、好ましくは、原料液である。
【００３２】
反応槽２において、原料液の供給量は、例えば、単位時間当たりの反応生成物の生産量などによって、適宜決定される。
原料ガスの供給量は、特に限定されないが、原料液と反応する原料ガスの化学量論に対し、過剰量とすることが好ましい。
固体触媒の供給量は、反応槽２内の反応液の量（原料液と溶媒との合計量）や、反応により消費され、失活する固体触媒量に合わせて、適宜設定すればよい。また、固体触媒は、固体触媒と、原料液（または溶媒）とが混合されたスラリーの状態で、固体触媒供給ライン５から供給すればよい。
【００３３】
上記のようにして、反応槽２内に、原料液、原料ガスおよび固体触媒が供給されると、原料液は、原料液供給ライン４から反応槽２内へ、鉛直方向下方に向かって供給される一方で、原料ガスは、スパージャ１２から反応槽２内へ、鉛直方向上方に向かって供給されるので、原料ガスと原料液は、互いに対向する方向から気液接触され、これにより、反応生成物の生成が促進される。
【００３４】
反応槽２内で生成した反応生成物は、排出ライン２４から排出されて、回収される。また、反応槽２内に供給され、反応に利用されなかった原料ガスは、排出ライン２４から排出されて、回収される。
また、反応槽２内において、液面Ｌのレベルに達した反応液は、オーバーフローライン１３へオーバーフローして、気液分離槽７に供給される。
【００３５】
オーバーフローした反応液には、反応液に同伴された反応生成物や原料ガスが少量含まれる。このため、気液分離槽７では、反応液と、反応生成物や原料ガスとが分離される。気液分離槽７で分離された反応生成物や、原料ガスは、気液分離槽７に接続されている取出ライン２５から排出され、その取出ライン２５から排出ライン２４へ合流して、回収される。
【００３６】
一方、気液分離槽７で分離された反応液は、さらに、循環ライン６を通って、熱交換器８で除熱または加熱され、さらに、循環ライン６を通って、反応槽２内の反応液噴出器１４から、再び反応槽２内へ還流される。
上記反応方法において、反応槽２から排出され、循環ライン６を経て、再び反応槽２内へ還流される反応液の量（外部循環量）は、例えば、反応槽２の容量や、発熱または吸熱量などのプロセス条件により決定されるため、特に限定されないが、例えば、除熱または加熱の効率や、反応槽２内での固体触媒や反応液の混合性を考慮すると、循環ライン６を経て循環される反応液の量（外部循環量）Ａ［ｍ3／ｈ］を、反応槽２内にて滞留されている反応液の量（滞留量）Ｂ［ｍ3］で除した値Ａ／Ｂが、好ましくは、５ｈ-1以上、より好ましくは、２０〜２５ｈ-1である。
【００３７】
なお、サイフォン効果に起因する自然循環により、反応液を循環させる場合に、反応液の循環量は、例えば、反応槽２のガスホールドアップ、循環ライン６の配管の断面積、熱交換器８の圧力損失などにより、決定される。
また、上記反応方法において、反応液噴出手段（反応液噴出器１４）による反応液の噴出速度は、反応槽２内での固体触媒の堆積を防ぎつつ、反応装置１のエロージョンを回避できる速度であることが好ましい。具体的には、反応槽２の容量や、固体触媒の性状などに合わせて決定されるため、特に限定されないが、好ましくは、０．３〜１０ｍ／ｓであり、より好ましくは、２ｍ／ｓ程度である。
【００３８】
また、上記の反応装置１において、図２に示すノズル型の反応液噴出器１５におけるノズル１８の本数や、図３に示すラダーパイプ型の反応液噴出器１９における噴出孔の数は、特に規定されず、上記した反応液の噴出速度条件が満たされるように、適宜設置すればよい。
また、循環ライン６には、反応槽２から排出された反応液を、再び反応槽２へ供給し、循環させるためのポンプ２６を設けていてもよい。ポンプ２６を設けて、循環ライン６内の反応液を強制循環させる場合は、反応槽２へと循環される反応液流の流速や循環量を、適宜調整できる。
【００３９】
なお、この反応装置１において、循環ライン６に供給される反応液は、オーバーフローライン１３を経た後に、ポンプ２６に供給されることから、さらには、気液分離槽７に供給されて、気液分離後に、ポンプ２６に供給されることから、ポンプ２６でのキャビテーションの発生が抑制される。
また、上記の反応装置１において、反応槽２内から循環ライン６へ排出された反応液を、自然循環により、再度反応槽２へ還流させるには、循環ライン６に、気液分離手段が備えられていればよい。それゆえ、オーバーフローライン１３と気液分離槽７とは、いずれか一方が設けられていればよい。
【００４０】
また、上記の反応装置１において、循環ライン６には、反応槽２内で生成した反応生成物を排出、回収するための排出ライン２７を設けていてもよい。排出ライン２７は、その上流側端部が、循環ライン６に連設される。排出ライン２７と循環ライン６との接続位置は、熱交換器８よりも上流側と下流側とのいずれであってもよいが、例えば、反応液を比較的低い温度で排出させることが望まれる場合であって、熱交換器８において反応液が除熱される場合には、排出ライン２７は、循環ライン６の熱交換器８よりも下流側に接続される。
【００４１】
また、循環ライン６に連設される排出ライン２７は、例えば、反応生成物が液相として取り出される場合に、反応装置１に連設される排出ライン２４に代わって設けられるものであってもよく、この場合、取出ライン２５は、反応生成物に混入された気体成分を、系外に除去するための排気口として用いられる。
上記の説明は、気液固三相系の反応装置について説明したが、本発明の反応装置は、図４に示すように、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための固液二相系の反応装置であってもよい。
【００４２】
図４は、本発明の反応装置の変形例を示す概略構成図である。図４において、図１に示す反応装置１と同じ部材には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
図４に示す反応装置１ａは、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための反応装置、すなわち、固液二相系での液相反応のための反応装置であって、反応槽２、２つの原料液供給ライン４ａ，４ｂ、固体触媒供給ライン５、循環ライン６、熱交換手段としての熱交換器８、および、ポンプ２６を備えている。
【００４３】
反応槽２内には、底部において、反応液噴出手段としての反応液噴出器１４とが設けられている。
２つの原料液供給ライン４ａ，４ｂは、その上流側端部が、互いに異なる原料液源にそれぞれ接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内にそれぞれ配置されている。一方の原料液供給ライン４ａと、他方の原料液供給ライン４ｂとからは、互いに反応する原料液が、反応槽２内に供給される。
【００４４】
循環ライン６の途中には、循環ライン６の上流側から下流側へと順に、熱交換器８と、ポンプ２６とが介装されている。
反応液噴出器１４は、反応槽２から排出され、循環ライン６を通り、熱交換器８およびポンプ２６を経由して、再度、反応槽２内に還流される反応液を、反応槽２内に再度供給する。
【００４５】
この反応装置１は、さらに、排出ライン２７を備えている。
次に、図４に示す反応装置１ａにより、原料液を、固体触媒の存在下、液相中で反応させるための、本発明の反応方法（固液二相系での液相反応）の一実施形態について説明する。
この方法では、まず、反応槽２内に、溶媒を仕込み、各原料液供給ライン４ａ，４ｂから原料液をそれぞれ供給し、さらに、固体触媒供給ライン５から固体触媒を供給する。従って、反応槽２内は、固液の二相系になっている。なお、溶媒は、好ましくは、原料液である。
【００４６】
反応槽２において、原料液の供給量は、例えば、単位時間当たりの反応生成物の生産量などによって、適宜決定され、互いに反応する２種の原料液の供給量は、その反応の化学量論に合わせて、適宜決定される。
反応槽２内で生成した反応生成物は、排出ライン２７から排出されて、回収される。
また、反応槽２内の反応液は、反応槽２から排出され、循環ライン６に供給されて、外部循環される。循環ライン６に供給された反応液は、熱交換器８で除熱または加熱後、循環ライン６を通って、ポンプ２６に供給され、さらに、ポンプ２６で強制循環されて、反応槽２内の反応液噴出器１４から、再び反応槽２内へ還流される。
【００４７】
上記反応方法において、反応槽２から排出され、循環ライン６を経て、再び反応槽２内へ還流される反応液の量（外部循環量）は、例えば、反応槽２の容量や、発熱または吸熱量などのプロセス条件により決定されるため、特に限定されないが、例えば、除熱または加熱の効率や、反応槽２内での固体触媒や反応液の混合性を考慮すると、循環ライン６を経て循環される反応液の量（外部循環量）Ａ［ｍ3／ｈ］を、反応槽２内にて滞留されている反応液の量（滞留量）Ｂ［ｍ3］で除した値Ａ／Ｂが、好ましくは、５ｈ-1以上、より好ましくは、２０〜２５ｈ-1である。
【００４８】
また、上記反応方法において、反応液噴出手段（反応液噴出器１４）による反応液の噴出速度は、反応槽２内での固体触媒の堆積を防ぎつつ、反応装置１ａのエロージョンを回避できる速度であることが好ましい。具体的には、反応槽２の容量や、固体触媒の性状などに合わせて決定されるため、特に限定されないが、好ましくは、０．３〜１０ｍ／ｓであり、より好ましくは、２ｍ／ｓ程度である。
【００４９】
また、上記の反応装置１ａにおいて、反応液噴出器１４としては、例えば、図２に示すノズル型の反応液噴出器１５や、図３に示すラダーパイプ型の反応液噴出器１９が挙げられる。
また、上記の反応装置１ａにおいて、反応槽２内から反応液を排出して、外部循環させる際には、循環ライン６の上流側端部をオーバーフローラインとして設けて、反応槽２内の液面Ｌのレベルに達した反応液をオーバーフローさせて、循環ライン６に供給してもよい。
【００５０】
また、上記の反応装置１ａにおいて、循環ライン６に介装されるポンプ２６の介装位置は、熱交換器８よりも上流側と下流側とのいずれであってもよい。
【実施例】
【００５１】
以下に、本発明の反応方法を、実施例を例示してさらに詳しく説明するが、本発明は何ら実施例に制限されない。なお、以下の実施例においては、特に言及がない限り、重量基準として説明している。
実施例１
液相反応槽における液相の流れについて確認するために、シミュレーションによる解析を実施した。
【００５２】
シミュレーションに際して、計算ソフトには、ＡＮＳＹＳ社製の計算流体力学（ＣＦＤ）アプリケーション（熱流体解析ツール）「ＡＮＳＹＳ（登録商標） ＣＦＸ」を使用し、計算モデルには、気体の体積率に関する輸送方程式を解くための多流体モデルを使用した。
また、反応槽２（図１参照）の内径は、３０００ｍｍとし、反応槽２内に撹拌翼などの攪拌手段は設けなかった。
【００５３】
反応槽２内の液相は、液深２６００ｍｍ、密度７７５ｋｇ／ｍ3、粘度０．４５ｍＰａ・ｓ、表面張力０．０２１０Ｎ／ｍとした。
スパージャ１４としては、リングスパージャを用い、このリングスパージャから供給される原料ガスは、密度０．３９４ｋｇ／ｍ3、粘度０．０１１６ｍＰａ・ｓとし、その供給量は、４０００ｍ3／ｈとした。
【００５４】
以上の条件において、上記液相を、５００ｍ3／ｈで、反応液噴出器１４から噴出させる条件で計算した結果を、図５に示す。
結果の流線を見ると、反応液噴出器（反応液噴出手段）１４から導入された反応液は、反応器の底面を攪拌した後、反応槽２内の反応液全体を良好に混合している。反応槽２内には大きな循環流も生じており、触媒や気体の分散にも寄与することが予想される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の反応装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、反応液噴出器の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、反応液噴出器の他の例を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の反応装置の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図５は、液相反応槽における液相の流れを示すシミュレーション図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１ａ 反応装置
２ 液相反応槽（反応槽）
６ 循環ライン
７ 気液分離槽
８ 熱交換器（熱交換手段）
１４ 反応液噴出器（反応液噴出手段）
１５ 反応液噴出器
１９ 反応液噴出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための反応方法、および、その反応方法を実施するための反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応槽内の反応液を除熱または加熱する方法として、反応槽の鉛直方向上側から反応液を抜き出し、反応槽の外部で熱交換後、反応槽の鉛直方向下側（例えば、反応槽底部）から、反応液を、再度反応槽に供給して、循環させる外部循環方法（上部抜き出し外部循環方法）が知られている。
また、特許文献１および２には、上部抜き出し外部循環方法による攪拌装置が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２７６８６９号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、特許文献１および２に記載の攪拌装置では、いずれも、反応槽の鉛直方向上側から抜き出された反応液が、反応槽底部に設けられた開口部から、鉛直方向上側に向けて供給される。
このため、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させる反応において、特許文献１および２に記載の攪拌装置を用いて、反応液を循環させると、反応槽底部の上記開口部の周囲に、固体触媒が堆積する場合がある。このような固体触媒の堆積は、反応槽内壁への固体触媒の付着や、固体触媒の分散不良による反応効率の低下などを生じさせる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、固体触媒の存在下での発熱または吸熱を伴う液相反応であり、外部循環により反応液の除熱または加熱をする反応において、反応槽底部への固体触媒の堆積を、効率よく低減、抑制することができる反応方法、および、その反応方法を実施するための反応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の反応方法は、固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽から、反応液を排出し、次いで、排出された反応液を、除熱または加熱後、前記反応槽に再度供給させるときに、供給される反応液を、前記反応槽内の底面に向けて噴出することを特徴としている。
この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液を、反応槽内の底面に向けて噴出することで、反応槽内の底部に沿った反応液流を形成することができる。そのため、形成された反応液流により、固体触媒の液相中への混合が促進され、反応槽底部での固体触媒の堆積を低減、抑制することができ、ひいては、反応効率の向上を図ることができる。
【０００６】
また、本発明の反応方法は、前記反応槽内の反応液を、前記反応槽に再度供給される反応液流により攪拌することが好適である。
この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液が、反応槽内の底面に向けて噴出されることで、反応槽内の底部に沿って流れた後、反応槽内の底面の反対側に固体触媒を吹き上げる反応液流を形成することができる。それゆえ、上記本発明の反応方法の好適態様によれば、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽内の液相の効率的な攪拌を促進することができる。また、これにより、反応槽内の液相を攪拌する攪拌手段として、攪拌翼を用いる必要がなく、反応槽として、気泡塔などを用いることができる。
【０００７】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合においても、好適である。
すなわち、この反応方法は、固液二相系での液相反応だけでなく、気液固三相系での液相反応にも適用できる。しかも、この反応方法によれば、反応槽に再度供給される反応液が上述の反応液流を形成することで、反応槽内の液相の攪拌が促進されることから、反応槽内に供給される原料ガスも効率的に攪拌されて、反応効率が向上される。
【０００８】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合において、前記反応槽から排出された反応液を、前記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、自然循環により、再度前記反応槽に供給させることが好適である。
この反応方法によれば、反応槽内の液相に原料ガスが供給されることで、上記液相の見掛けの密度を、反応槽から循環ラインに供給される反応液の見掛けの密度に比べて、低くすることができ、これにより、サイフォン効果に起因する自然循環によって、反応槽から排出された反応液を、上記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、再度反応槽に供給、循環させることができる。このため、反応液を強制循環させるためのポンプを用いることなく、反応液の外部循環が可能になる。
【０００９】
また、本発明の反応方法は、前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応である場合において、前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給する途中で、前記反応液を、気液分離槽で気液分離させることが好適である。
反応槽から排出される反応液は、原料ガスが混入している場合や、反応生成物としてのガスが溶存している場合があり、反応効率の低下や、反応生成物の回収効率（生産性）の低下を引き起こす場合がある。しかし、この反応方法によれば、反応槽から排出された反応液を反応槽へ再度供給する前に、混入している原料ガスや溶存しているガスの除去、回収が可能になり、これにより、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【００１０】
また、本発明の反応装置は、固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽と、前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給させるための循環ラインと、前記循環ラインの途中に介在する熱交換手段と、前記循環ラインの下流側端部に設けられ、反応液を前記反応槽内の底面に向けて噴出させるための反応液噴出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
この反応装置では、反応槽に再度供給される反応液を、上記反応液噴出手段により、反応槽内の底面に向けて噴出させることができ、これにより、反応槽内の底部に沿った反応液流を形成することができる。そのため、形成された反応液流により、固体触媒の液相中への混合が促進され、反応槽底部での固体触媒の堆積を低減、抑制することができ、ひいては、反応効率の向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、上述の反応槽内の底部に沿った反応液流は、その後、反応槽内の底面の反対側に固体触媒を吹き上げる反応液流を形成することから、上記の反応装置によれば、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽内の液相の効率的な攪拌を促進することができる。また、これにより、反応槽内の液相を攪拌する攪拌手段として、攪拌翼を用いる必要がなく、反応槽として、気泡塔などを用いることができる。
【００１３】
また、本発明の反応装置は、前記反応槽が、気泡塔であることが好適である。
この反応装置によれば、反応槽に再度供給される反応液が上述の反応液流を形成することから、反応槽が気泡塔から構成される場合にも、反応槽内の液相の効率的な攪拌が促進される。また、反応槽が気泡塔から構成されることで、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の反応装置は、前記反応槽が、気泡塔である場合において、前記循環ラインの下流側端部が、前記循環ラインの上流側端部よりも下方に配置されており、前記循環ラインに、気液分離手段を備えていることが好適である。
この反応装置によれば、反応槽内に気泡が供給されることで、反応槽内の液相の見掛けの密度が、反応槽から排出されて循環ラインに供給される反応液の見掛けの密度に比べて低くなることから、サイフォン効果に起因する自然循環によって、反応槽から排出された反応液を、再度反応槽に供給、循環させることができる。このため、反応液を強制循環させるためのポンプを用いることなく、反応液の外部循環が可能になる。
【００１５】
また、本発明の反応装置は、前記気液分離手段が、前記循環ラインの途中に備えられた気液分離槽であることが好適である。
反応槽から排出される反応液には、原料ガスが混入している場合や、反応生成物としてのガスが溶存している場合があるため、反応効率や、反応生成物の回収効率（生産性）の低下を引き起こす場合がある。しかし、この反応装置によれば、循環ラインの途中に設けられた気液分離槽により、反応液に混入している原料ガスや、反応液に溶存しているガスの除去、回収をすることができ、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の反応方法および反応装置によれば、固体触媒の存在下での発熱または吸熱を伴う液相反応であり、外部循環により反応液の除熱または加熱をする反応において、反応槽底部への固体触媒の堆積を、効率よく低減、抑制することができ、反応効率や生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の反応装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、この反応装置１は、固体触媒の存在下、液相中で、気液接触により反応生成物を生成させるための反応装置、すなわち、気液固三相系での液相反応のための反応装置であって、反応槽２、原料ガス供給ライン３、原料液供給ライン４、固体触媒供給ライン５、循環ライン６、気液分離手段としての気液分離槽７、および、熱交換手段としての熱交換器８を備えている。
【００１８】
反応槽２は、固体触媒の存在下、液相において反応をさせることができる反応槽、好ましくは、固体触媒の存在下、液相中で、気液接触による反応をさせることができる反応槽であれば、特に限定されず、例えば、耐圧性の気泡塔などから構成されている。
反応槽２は、より具体的には、その周側面を構成し、略円筒形状に形成される反応槽胴部９と、その上面を構成し、略放物面鏡形状に形成される反応槽天井部１０と、その底面を構成し、略放物面鏡形状に形成される反応槽底部１１とを一体的に備える密閉空洞形状に形成されている。
【００１９】
また、この反応槽２内には、底部において、スパージャ１２と、スパージャ１２の鉛直方向下方に配置される、反応液噴出手段としての反応液噴出器１４とが設けられている。
原料ガス供給ライン３は、その上流側端部が、原料ガス源に接続されており、また、その下流側端部が、スパージャ１２に接続されている。
スパージャ１２は、反応槽２内の底部、より具体的には、反応槽底部１１の近傍に設けられている。
【００２０】
このスパージャ１２は、供給される原料ガスを、液相に対して噴射することができるスパージャであれば、特に限定されず、例えば、円筒形状の管がリング形状に加工された、いわゆるリング形状スパージャや、例えば、円筒形状の管が骨組形状に加工された、いわゆる骨組形状（ラダーパイプ型）スパージャなどの、公知の各種形状のスパージャが挙げられる。
【００２１】
原料液供給ライン４は、その上流側端部が、原料液源に接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内に配置されている。
固体触媒供給ライン５は、その上流側端部が、固体触媒源に接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内に配置されている。
循環ライン６は、反応槽２から排出された反応液を、再び反応槽２に循環させるための経路であって、循環ライン６の上流側端部は、反応槽２の反応槽胴部９の上部に接続されており、下流側端部は、反応槽２の反応槽底部１１の軸心部において、反応液噴出器１４に接続されている。
【００２２】
また、循環ライン６の途中には、循環ライン６の上流側から下流側へと順に、気液分離槽７と、熱交換器８とが介装されている。
循環ライン６のうち、その上流側端部から、気液分離槽７までのラインは、気液分離手段としてのオーバーフローライン１３として設けられており、反応槽２内の反応液の液面Ｌが予め設定された液面ラインに達したときに、反応槽２から反応液がオーバーフローされる。
【００２３】
気液分離槽７は、循環ライン６の途中で、オーバーフローライン１３よりも下流側に、かつ、後述する熱交換器８よりも上流側に設けられる。この気液分離槽７は、反応槽２からオーバーフローライン１３を経て排出された反応液を一時貯留するための貯留槽であって、気液分離槽７内に反応液が一時貯留されることにより、反応液から、反応液に含まれている気体成分（例えば、原料ガス、反応生成物、大気泡など。）が除去される。なお、気液分離槽７の大きさは、特に限定されないが、一般的に、フルード数が０．３より小さくなるように設計することで、良好に大気泡が分離され、気液分離槽７よりも下流側の循環ライン６において、気体成分が巻き込まれるおそれを軽減できる。
【００２４】
また、この反応装置１では、反応槽２から排出された反応液が、反応槽２における反応液の排出位置よりも下方で、再度反応槽２に供給され、しかも、循環ライン６の上流側端部から気液分離槽７までのラインがオーバーフローライン１３として設けられており、さらに、循環ライン６の途中で、オーバーフローライン１３よりも下流側に、気液分離槽７が設けられていることから、反応槽２から排出された反応液を、サイフォン効果に起因する自然循環により、再度反応槽２へと還流させることができる。
【００２５】
熱交換器８は、循環ライン６の途中における気液分離槽７の下流側に設けられる。この熱交換器８は、気液分離槽７を経て供給される反応液を、熱交換により除熱または加熱して、循環ライン６に供給する。
ここで、原料ガスと原料液との反応が、発熱反応である場合は、熱交換器８は、例えば、クーラーとして構成され、熱交換器８において、反応液が除熱される。一方、原料ガスと原料液との反応が、吸熱反応である場合は、熱交換器８は、例えば、ヒーターとして構成され、熱交換器８において、反応液が加熱される。
【００２６】
反応液噴出器１４は、反応槽２内の反応槽底部１１に設けられ、循環ライン６の下流側端部と接続されている。この反応液噴出器１４は、反応槽２からオーバーフローライン１３を経て排出され、循環ライン６を通り、気液分離槽７および熱交換器８を経由して、再度、反応槽２内に還流される反応液を、反応槽２内に再度供給する。
反応液噴出器１４は、循環ライン６の下流側端部（噴出口１８）から、反応槽２の軸線に沿って、鉛直方向上方に供給される反応液を、鉛直方向下方に方向転換させて、反応槽２内の底面（反応槽２内部の底部側の鏡面）に向けて噴出させるようにしている。
【００２７】
このように、還流される反応液を、反応液噴出器１４から、反応槽２内の底面に向けて噴出させたときに、噴出口１８から噴出された反応液は、例えば、まず、反応槽底部１１の内壁面（反応槽２の底面）に衝突し、次いで、反応槽２の半径方向外側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ａ）と、反応槽２の半径方向内側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ｂ）とを形成する。さらに、反応槽２の半径方向外側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ａ）は、反応槽底部１１の内壁面に沿って上昇して、反応槽２の底面から鉛直方向上方（反応槽天井部１０側）に固体触媒を吹き上げる反応液流（矢印Ｃ）を形成し、一方で、反応槽２の半径方向内側へ屈曲して流れる反応液流（矢印Ｂ）は、反応槽２の軸心近傍で上昇して、反応槽２の底面から鉛直方向上方（反応槽天井部１０側）に固体触媒を吹き上げる反応液流（矢印Ｄ）を形成する。これら反応槽底部１１の内壁面に沿って上昇する反応液流（矢印Ｃ）と、反応槽２の軸心近傍で上昇する反応液流（矢印Ｄ）との形成により、固体触媒の混合の促進と同時に、反応槽２内の反応液の効率的な攪拌を促進することができる。
【００２８】
ここで、反応液噴出器１４について、図２および図３を参照して具体的に説明する。
図２および図３は、反応液噴出器１０を示す斜視図であって、図２は、ノズル型の反応液噴出器１５を示し、図３は、ラダーパイプ型の反応液噴出器１９を示している。
図２を参照して、ノズル型の反応液噴出器１５は、循環ライン６の下流側端部と連通して、反応槽底部１１の内壁面から鉛直方向上方に延びる主管１６と、主管１６の上端部と連通して、主管１６から水平方向において、平面視略十字形状に延びる枝管１７と、を備えている。各枝管１７の先端部は、鉛直方向下方に屈曲されており、その先端の開口部が、反応槽底部１１の内壁面と対向する噴出口１８とされている。反応槽２からオーバーフローされ、循環ライン６を経て、再度、反応槽２に還流される反応液は、各噴出口１８から反応槽底部１１の内壁面に向けて噴出される。
【００２９】
また、図３を参照して、ラダーパイプ型の反応液噴出器１９は、循環ライン６の下流側端部と連通して、反応槽底部１１の内壁面から鉛直方向上方に延びる主管２０と、主管２０の上端部と連通して、主管２０から水平方向に延びる直管からなる分配管２１と、分配管２１と連通して、分配管２１の長手方向に対して直交する方向に延びる複数の枝管２２とを備えている。これら複数の枝管２２は、分配管２１の長手方向に互いに等間隔を隔てて、分配管２１と主管２０との交点を境界として分配管２１の長手方向において対称に設けられている。また、各枝管２２の鉛直方向下側面（反応槽底部１１の内壁面）には、複数の放出孔２３が設けられている。これら放出孔２３は、枝管２２の長手方向に沿って等間隔で設けられている。反応槽２からオーバーフローされ、循環ライン６を経て、再度、反応槽２に還流される反応液は、各放出孔２３から反応槽底部１１の内壁面に向けて噴出される。
【００３０】
再び、図１を参照して、この反応装置１は、さらに、排出ライン２４と、取出ライン２５とを備えている。
排出ライン２４は、その上流側端部が、反応槽２の頂部、詳しくは、反応槽天井部１０の頂部に接続されている。
取出ライン２５は、その上流側端部が、気液分離槽７の頂部に接続されている。また、取出ライン２５の下流側端部は、排出ライン２４の途中に接続されている。
【００３１】
次に、図１に示す反応装置１により、原料ガスと原料液とを、固体触媒の存在下、液相中で反応させるための、本発明の反応方法（気液固三相系での液相反応）の一実施形態について説明する。
この方法では、まず、反応槽２内に、溶媒を仕込み、原料液供給ライン４から原料液を供給し、固体触媒供給ライン５から固体触媒を供給し、さらに、原料ガス供給ライン３を介して、スパージャ１２から原料ガスを供給する。従って、反応槽２内は、気液固三相系になっている。なお、溶媒は、好ましくは、原料液である。
【００３２】
反応槽２において、原料液の供給量は、例えば、単位時間当たりの反応生成物の生産量などによって、適宜決定される。
原料ガスの供給量は、特に限定されないが、原料液と反応する原料ガスの化学量論に対し、過剰量とすることが好ましい。
固体触媒の供給量は、反応槽２内の反応液の量（原料液と溶媒との合計量）や、反応により消費され、失活する固体触媒量に合わせて、適宜設定すればよい。また、固体触媒は、固体触媒と、原料液（または溶媒）とが混合されたスラリーの状態で、固体触媒供給ライン５から供給すればよい。
【００３３】
上記のようにして、反応槽２内に、原料液、原料ガスおよび固体触媒が供給されると、原料液は、原料液供給ライン４から反応槽２内へ、鉛直方向下方に向かって供給される一方で、原料ガスは、スパージャ１２から反応槽２内へ、鉛直方向上方に向かって供給されるので、原料ガスと原料液は、互いに対向する方向から気液接触され、これにより、反応生成物の生成が促進される。
【００３４】
反応槽２内で生成した反応生成物は、排出ライン２４から排出されて、回収される。また、反応槽２内に供給され、反応に利用されなかった原料ガスは、排出ライン２４から排出されて、回収される。
また、反応槽２内において、液面Ｌのレベルに達した反応液は、オーバーフローライン１３へオーバーフローして、気液分離槽７に供給される。
【００３５】
オーバーフローした反応液には、反応液に同伴された反応生成物や原料ガスが少量含まれる。このため、気液分離槽７では、反応液と、反応生成物や原料ガスとが分離される。気液分離槽７で分離された反応生成物や、原料ガスは、気液分離槽７に接続されている取出ライン２５から排出され、その取出ライン２５から排出ライン２４へ合流して、回収される。
【００３６】
一方、気液分離槽７で分離された反応液は、さらに、循環ライン６を通って、熱交換器８で除熱または加熱され、さらに、循環ライン６を通って、反応槽２内の反応液噴出器１４から、再び反応槽２内へ還流される。
上記反応方法において、反応槽２から排出され、循環ライン６を経て、再び反応槽２内へ還流される反応液の量（外部循環量）は、例えば、反応槽２の容量や、発熱または吸熱量などのプロセス条件により決定されるため、特に限定されないが、例えば、除熱または加熱の効率や、反応槽２内での固体触媒や反応液の混合性を考慮すると、循環ライン６を経て循環される反応液の量（外部循環量）Ａ［ｍ3／ｈ］を、反応槽２内にて滞留されている反応液の量（滞留量）Ｂ［ｍ3］で除した値Ａ／Ｂが、好ましくは、５ｈ-1以上、より好ましくは、２０〜２５ｈ-1である。
【００３７】
なお、サイフォン効果に起因する自然循環により、反応液を循環させる場合に、反応液の循環量は、例えば、反応槽２のガスホールドアップ、循環ライン６の配管の断面積、熱交換器８の圧力損失などにより、決定される。
また、上記反応方法において、反応液噴出手段（反応液噴出器１４）による反応液の噴出速度は、反応槽２内での固体触媒の堆積を防ぎつつ、反応装置１のエロージョンを回避できる速度であることが好ましい。具体的には、反応槽２の容量や、固体触媒の性状などに合わせて決定されるため、特に限定されないが、好ましくは、０．３〜１０ｍ／ｓであり、より好ましくは、２ｍ／ｓ程度である。
【００３８】
また、上記の反応装置１において、図２に示すノズル型の反応液噴出器１５におけるノズル１８の本数や、図３に示すラダーパイプ型の反応液噴出器１９における噴出孔の数は、特に規定されず、上記した反応液の噴出速度条件が満たされるように、適宜設置すればよい。
また、循環ライン６には、反応槽２から排出された反応液を、再び反応槽２へ供給し、循環させるためのポンプ２６を設けていてもよい。ポンプ２６を設けて、循環ライン６内の反応液を強制循環させる場合は、反応槽２へと循環される反応液流の流速や循環量を、適宜調整できる。
【００３９】
なお、この反応装置１において、循環ライン６に供給される反応液は、オーバーフローライン１３を経た後に、ポンプ２６に供給されることから、さらには、気液分離槽７に供給されて、気液分離後に、ポンプ２６に供給されることから、ポンプ２６でのキャビテーションの発生が抑制される。
また、上記の反応装置１において、反応槽２内から循環ライン６へ排出された反応液を、自然循環により、再度反応槽２へ還流させるには、循環ライン６に、気液分離手段が備えられていればよい。それゆえ、オーバーフローライン１３と気液分離槽７とは、いずれか一方が設けられていればよい。
【００４０】
また、上記の反応装置１において、循環ライン６には、反応槽２内で生成した反応生成物を排出、回収するための排出ライン２７を設けていてもよい。排出ライン２７は、その上流側端部が、循環ライン６に連設される。排出ライン２７と循環ライン６との接続位置は、熱交換器８よりも上流側と下流側とのいずれであってもよいが、例えば、反応液を比較的低い温度で排出させることが望まれる場合であって、熱交換器８において反応液が除熱される場合には、排出ライン２７は、循環ライン６の熱交換器８よりも下流側に接続される。
【００４１】
また、循環ライン６に連設される排出ライン２７は、例えば、反応生成物が液相として取り出される場合に、反応装置１に連設される排出ライン２４に代わって設けられるものであってもよく、この場合、取出ライン２５は、反応生成物に混入された気体成分を、系外に除去するための排気口として用いられる。
上記の説明は、気液固三相系の反応装置について説明したが、本発明の反応装置は、図４に示すように、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための固液二相系の反応装置であってもよい。
【００４２】
図４は、本発明の反応装置の変形例を示す概略構成図である。図４において、図１に示す反応装置１と同じ部材には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
図４に示す反応装置１ａは、固体触媒の存在下、液相中で反応生成物を生成させるための反応装置、すなわち、固液二相系での液相反応のための反応装置であって、反応槽２、２つの原料液供給ライン４ａ，４ｂ、固体触媒供給ライン５、循環ライン６、熱交換手段としての熱交換器８、および、ポンプ２６を備えている。
【００４３】
反応槽２内には、底部において、反応液噴出手段としての反応液噴出器１４とが設けられている。
２つの原料液供給ライン４ａ，４ｂは、その上流側端部が、互いに異なる原料液源にそれぞれ接続されており、また、その下流側端部が、反応槽２内にそれぞれ配置されている。一方の原料液供給ライン４ａと、他方の原料液供給ライン４ｂとからは、互いに反応する原料液が、反応槽２内に供給される。
【００４４】
循環ライン６の途中には、循環ライン６の上流側から下流側へと順に、熱交換器８と、ポンプ２６とが介装されている。
反応液噴出器１４は、反応槽２から排出され、循環ライン６を通り、熱交換器８およびポンプ２６を経由して、再度、反応槽２内に還流される反応液を、反応槽２内に再度供給する。
【００４５】
この反応装置１は、さらに、排出ライン２７を備えている。
次に、図４に示す反応装置１ａにより、原料液を、固体触媒の存在下、液相中で反応させるための、本発明の反応方法（固液二相系での液相反応）の一実施形態について説明する。
この方法では、まず、反応槽２内に、溶媒を仕込み、各原料液供給ライン４ａ，４ｂから原料液をそれぞれ供給し、さらに、固体触媒供給ライン５から固体触媒を供給する。従って、反応槽２内は、固液の二相系になっている。なお、溶媒は、好ましくは、原料液である。
【００４６】
反応槽２において、原料液の供給量は、例えば、単位時間当たりの反応生成物の生産量などによって、適宜決定され、互いに反応する２種の原料液の供給量は、その反応の化学量論に合わせて、適宜決定される。
反応槽２内で生成した反応生成物は、排出ライン２７から排出されて、回収される。
また、反応槽２内の反応液は、反応槽２から排出され、循環ライン６に供給されて、外部循環される。循環ライン６に供給された反応液は、熱交換器８で除熱または加熱後、循環ライン６を通って、ポンプ２６に供給され、さらに、ポンプ２６で強制循環されて、反応槽２内の反応液噴出器１４から、再び反応槽２内へ還流される。
【００４７】
上記反応方法において、反応槽２から排出され、循環ライン６を経て、再び反応槽２内へ還流される反応液の量（外部循環量）は、例えば、反応槽２の容量や、発熱または吸熱量などのプロセス条件により決定されるため、特に限定されないが、例えば、除熱または加熱の効率や、反応槽２内での固体触媒や反応液の混合性を考慮すると、循環ライン６を経て循環される反応液の量（外部循環量）Ａ［ｍ3／ｈ］を、反応槽２内にて滞留されている反応液の量（滞留量）Ｂ［ｍ3］で除した値Ａ／Ｂが、好ましくは、５ｈ-1以上、より好ましくは、２０〜２５ｈ-1である。
【００４８】
また、上記反応方法において、反応液噴出手段（反応液噴出器１４）による反応液の噴出速度は、反応槽２内での固体触媒の堆積を防ぎつつ、反応装置１ａのエロージョンを回避できる速度であることが好ましい。具体的には、反応槽２の容量や、固体触媒の性状などに合わせて決定されるため、特に限定されないが、好ましくは、０．３〜１０ｍ／ｓであり、より好ましくは、２ｍ／ｓ程度である。
【００４９】
また、上記の反応装置１ａにおいて、反応液噴出器１４としては、例えば、図２に示すノズル型の反応液噴出器１５や、図３に示すラダーパイプ型の反応液噴出器１９が挙げられる。
また、上記の反応装置１ａにおいて、反応槽２内から反応液を排出して、外部循環させる際には、循環ライン６の上流側端部をオーバーフローラインとして設けて、反応槽２内の液面Ｌのレベルに達した反応液をオーバーフローさせて、循環ライン６に供給してもよい。
【００５０】
また、上記の反応装置１ａにおいて、循環ライン６に介装されるポンプ２６の介装位置は、熱交換器８よりも上流側と下流側とのいずれであってもよい。
【実施例】
【００５１】
以下に、本発明の反応方法を、実施例を例示してさらに詳しく説明するが、本発明は何ら実施例に制限されない。なお、以下の実施例においては、特に言及がない限り、重量基準として説明している。
実施例１
液相反応槽における液相の流れについて確認するために、シミュレーションによる解析を実施した。
【００５２】
シミュレーションに際して、計算ソフトには、ＡＮＳＹＳ社製の計算流体力学（ＣＦＤ）アプリケーション（熱流体解析ツール）「ＡＮＳＹＳ（登録商標） ＣＦＸ」を使用し、計算モデルには、気体の体積率に関する輸送方程式を解くための多流体モデルを使用した。
また、反応槽２（図１参照）の内径は、３０００ｍｍとし、反応槽２内に撹拌翼などの攪拌手段は設けなかった。
【００５３】
反応槽２内の液相は、液深２６００ｍｍ、密度７７５ｋｇ／ｍ3、粘度０．４５ｍＰａ・ｓ、表面張力０．０２１０Ｎ／ｍとした。
スパージャ１４としては、リングスパージャを用い、このリングスパージャから供給される原料ガスは、密度０．３９４ｋｇ／ｍ3、粘度０．０１１６ｍＰａ・ｓとし、その供給量は、４０００ｍ3／ｈとした。
【００５４】
以上の条件において、上記液相を、５００ｍ3／ｈで、反応液噴出器１４から噴出させる条件で計算した結果を、図５に示す。
結果の流線を見ると、反応液噴出器（反応液噴出手段）１４から導入された反応液は、反応器の底面を攪拌した後、反応槽２内の反応液全体を良好に混合している。反応槽２内には大きな循環流も生じており、触媒や気体の分散にも寄与することが予想される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の反応装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図２は、反応液噴出器の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、反応液噴出器の他の例を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の反応装置の変形例を示す概略構成図である。
【図５】図５は、液相反応槽における液相の流れを示すシミュレーション図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，１ａ 反応装置
２ 液相反応槽（反応槽）
６ 循環ライン
７ 気液分離槽
８ 熱交換器（熱交換手段）
１４ 反応液噴出器（反応液噴出手段）
１５ 反応液噴出器
１９ 反応液噴出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽から、反応液を排出し、次いで、排出された反応液を、除熱または加熱後、前記反応槽に再度供給させるときに、供給される反応液を、前記反応槽内の底面に向けて噴出することを特徴とする、反応方法。
【請求項２】
前記反応槽内の反応液を、前記反応槽に再度供給される反応液流により攪拌することを特徴とする、請求項１に記載の反応方法。
【請求項３】
前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応であることを特徴とする、請求項１または２に記載の反応方法。
【請求項４】
前記反応槽から排出された反応液を、前記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、自然循環により、再度前記反応槽に供給させることを特徴とする、請求項３に記載の反応方法。
【請求項５】
前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給する途中で、前記反応液を、気液分離槽で気液分離させることを特徴とする、請求項３または４に記載の反応方法。
【請求項６】
固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽と、
前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給させるための循環ラインと、
前記循環ラインの途中に介在する熱交換手段と、
前記循環ラインの下流側端部に設けられ、反応液を前記反応槽内の底面に向けて噴出させるための反応液噴出手段と、
を備えることを特徴とする、反応装置。
【請求項７】
前記反応槽が、気泡塔であることを特徴とする、請求項６に記載の反応装置。
【請求項８】
前記循環ラインの下流側端部が、前記循環ラインの上流側端部よりも下方に配置されており、かつ、前記循環ラインに、気液分離手段を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記気液分離手段が、前記循環ラインの途中に備えられた気液分離槽であることを特徴とする、請求項８に記載の反応装置。
【請求項１】
固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽から、反応液を排出し、次いで、排出された反応液を、除熱または加熱後、前記反応槽に再度供給させるときに、供給される反応液を、前記反応槽内の底面に向けて噴出することを特徴とする、反応方法。
【請求項２】
前記反応槽内の反応液を、前記反応槽に再度供給される反応液流により攪拌することを特徴とする、請求項１に記載の反応方法。
【請求項３】
前記反応が、前記液相中に供給される原料液および原料ガスによる気液接触反応であることを特徴とする、請求項１または２に記載の反応方法。
【請求項４】
前記反応槽から排出された反応液を、前記反応槽における反応液の排出位置よりも下方で、自然循環により、再度前記反応槽に供給させることを特徴とする、請求項３に記載の反応方法。
【請求項５】
前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給する途中で、前記反応液を、気液分離槽で気液分離させることを特徴とする、請求項３または４に記載の反応方法。
【請求項６】
固体触媒の存在下で液相において発熱または吸熱を伴う反応をさせるための反応槽と、
前記反応槽から反応液を排出し、前記反応槽に再度供給させるための循環ラインと、
前記循環ラインの途中に介在する熱交換手段と、
前記循環ラインの下流側端部に設けられ、反応液を前記反応槽内の底面に向けて噴出させるための反応液噴出手段と、
を備えることを特徴とする、反応装置。
【請求項７】
前記反応槽が、気泡塔であることを特徴とする、請求項６に記載の反応装置。
【請求項８】
前記循環ラインの下流側端部が、前記循環ラインの上流側端部よりも下方に配置されており、かつ、前記循環ラインに、気液分離手段を備えていることを特徴とする、請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記気液分離手段が、前記循環ラインの途中に備えられた気液分離槽であることを特徴とする、請求項８に記載の反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２６８３７０（Ｐ２００７−２６８３７０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９５２９３（Ｐ２００６−９５２９３）
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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