(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-19
(54)【発明の名称】遠心式ミストエリミネータによってガス流から液滴を分離するための装置および方法
(51)【国際特許分類】
B01D 45/12 20060101AFI20240412BHJP
C07C 69/653 20060101ALI20240412BHJP
C07C 68/08 20060101ALI20240412BHJP
【FI】
B01D45/12
C07C69/653
C07C68/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023565562
(86)(22)【出願日】2022-04-19
(85)【翻訳文提出日】2023-10-25
(86)【国際出願番号】 EP2022060253
(87)【国際公開番号】W WO2022228938
(87)【国際公開日】2022-11-03
(32)【優先日】2021-04-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521037411
【氏名又は名称】ベーアーエスエフ・エスエー
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100133086
【氏名又は名称】堀江 健太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100163522
【氏名又は名称】黒田 晋平
(72)【発明者】
【氏名】ユンフェイ・チョウ
(72)【発明者】
【氏名】オルトムント・ラング
(72)【発明者】
【氏名】マティアス・ヴィルヘルム・マイアー
(72)【発明者】
【氏名】コルネリス・ヘンドリクス・デ・ラウテル
(72)【発明者】
【氏名】マルヴィン・クランプ
(72)【発明者】
【氏名】グレゴール・グラキエヴィチ
(72)【発明者】
【氏名】ヨーゼフ・マハト
(72)【発明者】
【氏名】マルクス・ギッテル
(72)【発明者】
【氏名】クラウス・ヘヒラー
【テーマコード(参考)】
4D031
4H006
【Fターム(参考)】
4D031AC04
4D031BA07
4D031BA10
4D031BB01
4D031BB04
4D031EA01
4H006AA02
4H006AA04
4H006AD18
4H006BD81
(57)【要約】
本発明は、ガス流から液滴を分離するための遠心式液滴分離器に関し、遠心式液滴分離器は、円形断面および垂直長手方向軸(11)を有するシェル(1)と、上部でシェル(1)を境界付け、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポート(7)を有する上部フード(2)と、ガス出口ポート(7)の下に配置されたドリッププレート(8)と、下部でシェル(1)を境界付け、堆積された液滴を除去するための液体出口ポート(4)を有する下部フード(10)と、ガス流を供給するためにシェル(1)内に接線方向に開口する入口(3)とを備え、安定剤液を遠心式液滴分離器の内部に供給するための少なくとも2つのノズル(9)があり、そのそれぞれのノズル出口(15)が、垂直方向において接線方向入口(3)とドリッププレート(8)との間に配置され、ノズル(9)の主噴霧方向(12)が、垂直長手方向軸(11)に対して0から60°の内角で上方に向けられる。
さらに、本発明はまた、そのような遠心式液滴分離器においてガス流から液滴を分離する方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス流から液滴を分離するための遠心式液滴分離器であって、
円形断面と垂直長手方向軸(11)とを有するシェル(1)と、
前記シェル(1)を上部で境界付け、前記遠心式液滴分離器で浄化された前記ガス流のためのガス出口ポート(7)を有する上部フード(2)と、
前記ガス出口ポート(7)の下方に配置されたドリッププレート(8)と、
下部で前記シェル(1)を境界付け、堆積した前記液滴を除去するための液体出口ポート(4)を有する下部フード(10)と、
前記ガス流を供給するために前記シェル(1)内に接線方向に開口する入口(3)とを備え、
前記遠心式液滴分離器の内部に安定剤液を供給するための少なくとも2つのノズル(9)が存在し、
それぞれの前記ノズル(9)のノズル出口(15)が、前記遠心式液滴分離器内で前記接線方向入口(3)の上方かつ前記ドリッププレート(8)の下方にあり、
各個々のノズル(9)の主噴霧方向(12)が、前記垂直長手方向軸(11)に対して0から60°の範囲の内角(16)で上方に向けられ、したがって、前記遠心式液滴分離器の前記内部のすべての壁を完全に濡らすことができる、遠心式液滴分離器。
【請求項2】
最上部のノズルの前記ノズル出口(15)の前記ドリッププレート(8)からの軸方向距離と前記遠心式液滴分離器の高さ(26)との長さ比が、0.03から0.15の範囲である、請求項1に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項3】
前記ノズル出口(15)の内側シェル面からの径方向距離と前記遠心式液滴分離器の高さ(26)との長さ比が、0.06以下である、請求項1または2に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項4】
前記それぞれのノズル(9)の前記内角(16)が、0から50°の範囲、好ましくは0から40°の範囲、より好ましくは0から30°の範囲である、請求項1から3のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項5】
前記ガス流の安定化のための開放頂部円錐(5)が、前記液体出口ポート(4)のバッフル(6)に取り付けられる、請求項1から4のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項6】
前記遠心式液滴分離器内の前記ガス出口ポート(7)が、前記シェル(1)の外面の側で少なくとも部分的に前記シェル(1)の上方にある、請求項1から5のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項7】
前記遠心式液滴分離器の下半分が、前記シェルの外側に温度制御ユニット、特にヒータを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項8】
前記ノズル(9)が、少なくとも1つのインサート要素(17)によって前記遠心式液滴分離器内に固定され、それぞれの前記インサート要素(17)が、ランス(18)と、少なくとも1つのノズル(9)用の少なくとも1つの保持要素(19)とを有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項9】
少なくとも1つのノズル(9)が、いずれの場合も前記シェル(1)内の開口要素(20)、好ましくはポートを通って延び、前記開口要素が、開閉可能な保持要素(19)、好ましくはフランジによって封止される、請求項1から7のいずれか一項に記載の遠心式液滴分離器。
【請求項10】
円形断面および垂直長手方向軸(11)を有するシェル(1)と、前記シェル(1)を上部で境界付け、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポート(7)を有する上部フード(2)と、前記ガス出口ポート(7)の下に配置されたドリッププレート(8)と、
前記シェル(1)を下部で境界付け、堆積した液滴を除去するための液体出口ポート(4)を有する下部フード(10)と、それを通して前記ガス流が供給される、前記シェル(1)内に接線方向に開口する入口(3)とを備える前記遠心式液滴分離器内の前記ガス流から前記液滴を分離する方法であって、
安定剤液が、少なくとも2つのノズル(9)を通って前記遠心式液滴分離器の内部に供給され、それぞれの前記ノズル(9)のノズル出口(15)が、前記遠心式液滴分離器内の前記接線方向入口(3)の上方かつ前記ドリッププレート(8)の下方にあり、前記それぞれのノズル(9)の主噴霧方向(12)が、前記垂直長手方向軸(11)に対して0から60°の範囲の内角(16)で上方に向けられ、したがって、前記遠心式液滴分離器の前記内部のすべての壁を前記安定剤液によって完全に濡らすことができる、方法。
【請求項11】
前記安定剤液が、前記遠心式液滴分離器に連続的に供給される、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記安定剤液が4-メトキシフェノール(MeHQ)を含む、請求項10または11に記載の方法。
【請求項13】
前記遠心式液滴分離器に供給される前記ガス流が、その化学的特性のために、前記遠心式液滴分離器の壁上で重合する傾向がある物質の液滴を含む、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記遠心式液滴分離器に供給される前記ガス流が、(メタ)アクリル酸とC4~C10アルコール、特にn-ブチルアクリレート(nBA)または2-エチルヘキシルアクリレート(2-EHA)との酸触媒エステル化の結果として形成されたアクリレートを含む、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス流から液滴を分離するための遠心式液滴分離器に関し、遠心式液滴分離器は、円形断面および垂直長手方向軸を有するシェルと、上部でシェルを境界付け、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポートを有する上部フードと、ガス出口ポートの下に配置されたドリッププレートと、下部でシェルを境界付け、堆積した液滴を除去するための液体出口ポートを有する下部フードと、ガス流を供給するためにシェル内に接線方向に開口する入口とを備える。
【0002】
さらに、本発明はまた、そのような遠心式液滴分離器においてガス流から液滴を分離する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
(メタ)アクリル酸とC4~C10アルコールとの酸触媒エステル化から生じるアクリレートを製造するプロセスでは、高沸点プロセス安定剤、例えばフェノチアジン(PTZ)、またはそうでなければプロセス安定剤を含む液体溶液または液体混合物を使用することが通例である。これらのプロセス安定剤は、生成物の品質を保証するために、プロセスから生じるアクリレート蒸気中で分離されなければならない。これらのアクリレート法は、使用されるアルコールに応じて、n-ブチルアクリレート(nBA)、2-エチルヘキシルアクリレート(2-EHA)、イソブチルアクリレート、2-プロピルヘプチルアクリレートまたはオクチルアクリレートを含むアクリレートを製造するために使用することもできる。
【0004】
そのようなプロセスでは、液滴分離器、例えば、ワイヤニットを有する分離器としても知られているラメラ分離器またはデミスタを使用することが通例である。しかしながら、これらの液滴分離器は、ガス流中に存在する液滴によって引き起こされる汚れまたはポリマー形成を起こしやすい。
【0005】
したがって、発生する液滴は、経時的にラメラまたはワイヤニットの細孔を閉塞する。その場合、洗浄または交換を可能にするために、プラントを停止しなければならない。この種の問題は、例えば、特許文献1(BASF AG)に記載されており、これは、デミスタを使用する2-エチルヘキシルアクリレート(2-EHA)製造プロセスを開示している。さらなる例として、特許文献2(BASF AG)は、同様にデミスタを使用して液滴を分離する、n-ブチルアクリレート(nBA)を製造する方法を開示している。
【0006】
これに関連して、液滴中に存在する成分は、特定のプロセスによって定義される。例えば、液滴は、例えば反応器、または価値の実際の生成物、例えばnBAまたは2-EHAに由来する高ボイラ成分を含む。
【0007】
別個の液滴分離器の既知の代替例は、クライミングフィルム蒸発器(非特許文献1)であり、クライミングフィルム蒸発器の上部領域に液滴分離器が一体化されている。
【0008】
遠心式液滴分離器は、例えばデミスタのような多孔質構造を必要としない。そのため、遠心式液滴分離器は、上述したワイヤニットと比較して、ポリマーや不純物による閉塞が生じにくい。そのため、プラント稼働時間の長期化、メンテナンスコストの削減、生産速度の向上が期待できる。
【0009】
また、従来技術には、固体または液体粒子の堆積のために遠心力を利用する一般的な分離器も開示されている。特許文献3(Vortex Ecological Technologies Ltd)は、煙道ガスから不純物を除去する方法を記載している。さらなる分離器は、例えば特許文献4(Siemens AG)に開示されており、そこでは固体または液体粒子が粗ガスから除去される。
【0010】
しかしながら、この種の分離器は、液滴を分離するものではなく、または単に粗ガスを処理するためのものである。さらに、これらの分離器は、標的生成物としてポリマーを生成する化学プロセスには使用されない。
【0011】
一般に、遠心式液滴分離器は、ワイヤニットに匹敵する分離性能を与える。小滴は、分離器において大部分が蒸気から分離される。
【0012】
遠心式液滴分離器の欠点は、化学的方法におけるその使用がしばしば遠心式液滴分離器の壁上にポリマー形成をもたらし得ることである。その結果、洗浄が必要となることが多い。典型的には、噴霧装置がこの目的のために使用される。これは、壁を液体で濡らし、したがって一定期間にわたって遠心式液滴分離器の機能を保証することができる。
【0013】
特許文献5(BASF SE)は、遠心式液滴分離器内にパージ液を噴霧することを教示しており、ガス出口ポートの壁に対して接線方向および円周方向に噴霧することが記載されている。
【0014】
このプロセスの欠点は、遠心式液滴分離器の壁上または内部の壁上でのポリマー形成が、多くの用途または特定の運転条件下でのパージによって防止することができないことである。ポリマー形成に起因する堆積物は、遠心式液滴分離器の機能を乱す。
【0015】
結果として、対応する方法におけるそのような遠心式液滴分離器もまた、定期的に整備され、洗浄されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】独国特許出願公開第19604253号明細書
【特許文献2】独国特許出願公開第10063510号明細書
【特許文献3】欧州特許出願公開第2076335号明細書
【特許文献4】独国特許出願公開第2137128号明細書
【特許文献5】欧州特許第2512683号明細書
【非特許文献】
【0017】
【非特許文献1】Ralf Goedecke,“Grundlagen,Methodik,Technik,Praxis”[Basics,Methodology,Technology,Practical Use],Fluidverfahrenstechnik[Fluid Engineering],WILEY-VCH Verlag,Weinheim,2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
対処された問題は、化学プロセス用の遠心式液滴分離器を提供することであり、その壁面および内部の壁面には、液滴によるポリマー形成が運転中に起こらないか、またはポリマー形成が運転中に少なくとも著しく減少し、その結果、より少ないメンテナンス間隔が得られる。これに関連して、運転中であっても、小さな液滴をガス流から効率的に分離することが可能であるべきである。
【0019】
対処されたさらなる問題は、特にアクリル酸n-ブチル(nBA)またはアクリル酸2-エチルヘキシル(2-EHA)を調製するための化学プロセスで使用することができ、その目的に特に良好に適合する、遠心式液滴分離器を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【0020】
これらの問題は、本発明によれば、請求項1に記載の遠心式液滴分離器および請求項10に記載のガス流から液滴を分離する方法によって解決されている。本発明の遠心式液滴分離器の有利な構成は、請求項2から9に記載されている。本発明の方法の有利な構成は、請求項11から14に記載されている。
【0021】
ガス流から液滴を分離するための本発明の遠心式液滴分離器は、円形断面および垂直長手方向軸を有するシェルと、上部でシェルを境界付け、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポートを有する上部フードと、ガス出口ポートの下に配置されたドリッププレートと、下部でシェルを境界付け、堆積した液滴を除去するための液体出口ポートを有する下部フードと、ガス流を供給するためにシェル内に接線方向に開口する入口とを備える。本発明によれば、遠心式液滴分離器の内部に安定剤液を供給するための少なくとも2つのノズルがあり、それぞれのノズルのノズル出口は、遠心式液滴分離器内の接線方向入口の上方かつドリッププレートの下方にあり、各個々のノズルの主噴霧方向は、垂直長手方向軸に対して0から60°の範囲の内角で上方に向けられ、その結果、遠心式液滴分離器の内部のすべての壁を完全に濡らすことができる。
【0022】
重力方向により、上部フードの方向に噴霧された安定剤液は下方に流れ、したがって遠心式液滴分離器の他の表面領域も濡らす。ノズルのスプレージェット内の内部の表面も同様に濡らす。したがって、本発明の構成は、遠心式液滴分離器およびその内部の表面上のポリマー形成を効果的に防止することが可能である。
【0023】
ドリッププレートの下方のノズルの本発明の配置は、シェルのすべての壁面および遠心式液滴分離器の内部を安定剤液で十分に濡らすことを可能にする。逆流領域としても当業者に知られているデッドゾーンの場合でも、例えば上部遠心式液滴分離領域の縁部領域の壁面を濡らすことが可能である。遠心式液滴分離器の内部も、外部、例えばドリッププレート上で完全かつ十分に濡れる。
【0024】
本発明のこの方法が遠心式液滴分離器の分離性能を著しく低下させないように、ガス流は、驚くべきことに、重力とは反対方向への噴霧によって著しく乱されない。
【0025】
遠心式液滴分離器の好ましい構成では、最上部のノズルのノズル出口のドリッププレートからの軸方向距離と遠心式液滴分離器の高さとの長さ比は、0.03から0.15の範囲である。したがって、1から10 mの範囲の遠心式液滴分離器の慣習的な高さが与えられると、ドリッププレートからの適切な距離が保証され、これは、従来のノズルを使用してドリッププレートを安定剤液で十分に濡らすことができることを意味する。
【0026】
遠心式液滴分離器のさらに好ましい構成では、ノズル出口の内側シェル面からの径方向距離と遠心式液滴分離器の高さとの長さ比は、0.06以下である。したがって、壁に近い安定剤液の噴霧が保証され、これは、シェル面上の安定剤液の衝撃が十分に鈍角であり、したがって少量の安定剤液のみがシェル面から跳ね返ることを意味する。
【0027】
遠心式液滴分離器の好ましい構成において、それぞれのノズルの内角は、0から50°の範囲、より好ましくは0から40°の範囲、最も好ましくは0から30°の範囲である。
【0028】
遠心式液滴分離器のさらに好ましい構成では、ノズルのそれぞれの主噴霧方向は、シェルから離れるように傾斜している。
【0029】
遠心式液滴分離器のさらに好ましい構成では、ガス流の安定化のための開放頂部円錐が、液体出口ポートのバッフルに取り付けられる。
【0030】
遠心式液滴分離器のさらに好ましい構成では、遠心式液滴分離器内のガス出口ポートは、シェルの外面の側で少なくとも部分的にシェルの上方にある。その結果、その場合にはより少ないデッドゾーンが設けられるため、ガス出口ポートではポリマー形成がさらに低減されるか、または全く発生し得ない。
【0031】
好ましい構成では、遠心式液滴分離器の下半分は、シェルの外側に温度制御装置を有する。温度制御装置は、ヒータであることが好ましい。シェルの加熱は、適切な化学プロセスにおけるポリマー形成をさらに減少させることができる。
【0032】
遠心式液滴分離器の好ましい構成では、ノズルは、少なくとも1つのインサート要素によって遠心式液滴分離器内に固定され、それぞれのインサート要素は、ランスと、少なくとも1つのノズル用の少なくとも1つの保持要素とを有する。インサート要素は、ノズルを分離器に導入し、必要に応じて再び取り外すことを可能にする。
【0033】
遠心式液滴分離器のさらなる構成では、少なくとも1つのノズルは、いずれの場合もシェル内の開口要素、好ましくはポートを通って延び、開口要素は、開閉可能な保持要素、好ましくはフランジによって封止される。ポートおよびフランジは、容易かつ低コストで取得することができる。
【0034】
遠心式液滴分離器のさらなる構成では、開口要素を封止する少なくとも1つの封止要素、好ましくはゴムリングが設けられる。したがって、弾性要素を通るガス流の漏れが確実に防止される。
【0035】
遠心式液滴分離器のさらなる構成では、下フードおよび上フードは、遠心式液滴分離器の上端および下端にそれぞれ1つのフランジを取り付けることによって実装される。このようにして、標準的で容易に入手可能な部品が使用される。
【0036】
ガス流から液滴を分離するための本発明の方法は、円形断面および垂直長手方向軸を有するシェルと、上部でシェルを境界付け、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポートを有する上部フードと、ガス出口ポートの下に配置されたドリッププレートと、下部でシェルを境界付け、堆積した液滴を除去するための液体出口ポートを有する下部フードと、シェル内に接線方向に開口し、それを通ってガス流が供給される入口とを備える遠心式液滴分離器内で行われる。本発明によれば、安定剤液は、少なくとも2つのノズルを通って遠心式液滴分離器の内部に供給され、それぞれのノズルのノズル出口は、遠心式液滴分離器内の接線方向入口の上方かつドリッププレートの下方にあり、それぞれのノズルの主噴霧方向は、垂直長手方向軸に対して0から60°の範囲の内角で上方に向けられ、その結果、遠心式液滴分離器の内部のすべての壁が、安定剤液によって完全に濡れる。
【0037】
一般に、安定剤は、化合物の重合を一般に防止する物質である。特に、適切な安定剤は、2-EHAプロセスまたはnBAプロセス内の化合物の重合を減少させる。
【0038】
本プロセスの好ましい実施形態では、安定剤液は、遠心式液滴分離器に連続的に供給される。したがって、壁のほぼ均一な濡れが確保される。
【0039】
本発明の方法の好ましい構成では、安定剤液は4-メトキシフェノール(MeHQ)を含む。これに関連して、壁上のポリマー形成は、標的生成物のその後の品質に悪影響を及ぼすことなく、非常に特定の効率で防止される。これは、アクリレート含有物質の場合に特に当てはまる。
【0040】
安定剤液中に存在し得るさらに好ましい安定剤は、例えば、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール(トパノールA)、ヒドロキノンおよび/またはブチルヒドロキシトルエン(2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール)である。原則として、任意の数の安定剤が混合物の形態で安定剤液中に存在し得る。
【0041】
安定剤液は、安定剤だけでなく、プロセスから得られる標的生成物も含むことが好ましい。本明細書では、標的生成物は、遠心式液滴分離器から出るガス流である。このような安定剤液の場合、プロセスに不純物は添加されない。これに関連して、標的生成物はまた、安定剤のための溶媒および/または希釈剤として適切に機能し得る。
【0042】
本方法の好ましい構成では、安定剤液は、標的生成物のサブストリームを分岐させ、それをバッチ容器に収集し、その中の安定剤と混合し、次いでそれをノズルに供給することによってノズルに供給される。
【0043】
本方法のさらに好ましい構成では、供給されるガス流は、その化学的特性のために、遠心式液滴分離器の壁上で重合する傾向がある物質の液滴を含む。遠心式液滴分離器のシェルおよび遠心式液滴分離器内の内部の完全かつ十分な濡れは、壁上のポリマー形成を防止し、したがって遠心式液滴分離器のメンテナンス間隔を延長する。
【0044】
非常に特に好ましい構成では、遠心式液滴分離器に供給されるガス流は、(メタ)アクリル酸とC4~C10アルコール、特にアクリル酸とn-ブタノールとのエステル化によるアクリル酸n-ブチル、またはアクリル酸と2-エチルヘキサノールとのエステル化によるアクリル酸2-エチルヘキシルとの酸触媒エステル化から生じるアクリレートを含む。これらの方法では、典型的には、このプロセスによって存在する少量の望ましくない成分、例えばフェノチアジン(PTZ)も存在する。これらの望ましくない成分は、主にガス流中に存在する液滴中に存在し、標的生成物がその品質を維持するために遠心式液滴分離器内に堆積されると考えられる。さらに、液滴は、とりわけ、好ましくは標的生成物から生じるさらなる成分を含む。
【0045】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、最上部のノズルのノズル出口のドリッププレートからの軸方向距離と遠心式液滴分離器の高さとの長さ比が、0.03から0.15の範囲であるように設計される。
【0046】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、ノズル出口の内側シェル面からの径方向距離と遠心式液滴分離器の高さとの長さ比が、0.06以下であるように設計される。
【0047】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、それぞれのノズルの内角が0から50°の範囲、好ましくは0から40°の範囲、より好ましくは0から30°の範囲であるように設計される。
【0048】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、ガス流の安定化のための開放頂部円錐が、液体出口ポートのバッフルに取り付けられるように設計される。
【0049】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、遠心式液滴分離器内のガス出口ポートが、シェルの外面の側で少なくとも部分的にシェルの上方にあるように設計される。
【0050】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、遠心式液滴分離器の下半分がシェルの外側に温度制御ユニット、特にヒータを有するように設計される。
【0051】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、ノズルが、少なくとも1つのインサート要素によって遠心式液滴分離器内に固定され、それぞれのインサート要素が、ランスと、少なくとも1つのノズル用の少なくとも1つの保持要素とを有するように設計される。
【0052】
本方法の好ましい構成では、遠心式液滴分離器は、少なくとも1つのノズルが、いずれの場合もシェル内の開口要素、好ましくはポートを通って延び、開口要素が、開閉可能な保持要素、好ましくはフランジによって封止されるように設計される。
【0053】
本発明は、図面を参照して以下でより詳細に考察される。図面は模式図であると考えられるべきである。それらは、例えば特定の寸法または設計変形に関して、本発明の限定を構成しない。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【
図1】縦断面および横断面における本発明の遠心式液滴分離器の実施形態の一例を示す図である。
【
図2】ノズル出口に対して垂直である、ノズルの主噴霧方向を示す図である。
【
図4】ノズルの主噴霧方向と対向重力ベクトルとの間の内角を示す図である。この場合、ノズルはシェル面から離れるように傾斜している。
【
図5】ノズルの主噴霧方向と対向重力ベクトルとの間の内角を示す図である。この場合、ノズルはシェル面から離れるように傾斜している。
【
図7】従来技術からのデミスタを備えた液滴分離器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0055】
図1は、本発明の遠心式液滴分離器の一実施形態の一例の概略図である。左側には、遠心式液滴分離器の垂直長手方向軸に沿った縦断面が示されている。右側には、重力方向13に対して直角の断面が示されており、そこからシェル1に対するノズル9の配置が明らかである。
【0056】
遠心式液滴分離器は、円形断面のその外側シェル1と、上部境界を形成し、遠心式液滴分離器内で洗浄されたガス流のためのガス出口ポート7を有するその上部フード2と、ガス出口ポートの下に配置され、比較的小さい液滴を捕捉するように意図されたそのドリッププレート8と、シェル1を下部で境界付け、分離された液滴を除去するための液体出口ポート4を有するその下部フード10と、その寸法、例えば高さ26および直径27などによって画定される。
【0057】
液滴を含むガス流は、接線方向入口3によって遠心式液滴分離器に供給される。これにより、シェル1に沿って渦が誘起される。重力13の下で、液滴は液体出口ポート4の方向に下方に移動する。液滴のより効率的な分離のために、バッフル6を有する開放頂部円錐5が設置される。浄化されたガス流は、ガス出口ポート7を介して分離器から流出する。
【0058】
図示の実施形態では、安定剤液は、6つのノズル9を介して遠心式液滴分離器の内部に噴霧される。
【0059】
それぞれのノズル9のノズル出口は、遠心式液滴分離器内の接線方向入口3の上方およびドリッププレート8の下方にある。
【0060】
各個々のノズル9の主噴霧方向は、垂直長手方向軸に対して0から60°の範囲の内角16で上方に向けられ、これは、遠心式液滴分離器の内部のすべての壁を完全に濡らすことができることを意味する。
【0061】
図2は、ノズル9の主噴霧方向12を示し、これは、ノズル出口15の断面積上の法線ベクトルによって画定される。液体は、ノズル9のノズル出口15を通って噴霧される。
【0062】
図3は、シェル1の垂直長手方向軸11およびノズル9の断面積(
図2によるノズル出口15)の幾何学的重心を含む、各個々のノズル9の断平面14を示す。また、ここには、重力ベクトル13、重力ベクトルの反対25、およびノズル9の主噴霧方向12、すなわち法線ベクトルも示されている。
【0063】
図4は、垂直長手方向軸11に沿った断平面14において、重力ベクトルの反対25と、それぞれのノズル9の主噴霧方向12のベクトル、すなわち法線ベクトルとの間に存在する内角16を画定することが可能であることを示している。2つのベクトルは、ここでは断平面14に投影される。この場合、主噴霧方向12は、シェル面1から離れるように傾斜している。
【0064】
図5は、垂直長手方向軸11に沿った断平面14において、主噴霧方向12、すなわち法線ベクトルがシェル面1に向かって傾斜している場合を示す。重力ベクトルの反対25とそれぞれのノズル9の主噴霧方向12のベクトルとの間に内角16が画定される。2つのベクトルは、ここでは断平面14に投影される。
【0065】
図6は、ノズル9用のインサート要素17の概略図を示す。ノズル9は、ここではランス18上に固定されている。ランス18は、シェル1の開口要素20を貫通し、開口要素20は、開閉可能な保持要素19によって封止されている。この例では、開口要素はポートであり、開閉可能な保持要素19はフランジである。
【0066】
図7は、従来技術からのデミスタを備えた液滴分離器を示す。液滴を含むガス流は、シェル1内の入口3を通って分離器に供給される。重力下で、液滴は、下部フード10内に配置された液体出口ポート4の方向に下方に移動する。浄化されたガス流は、ガス出口ポート7を介して分離器から流出する。ガス出口ポートは、ここでは下部フード2に配置されている。デミスタ23は、比較的小さな液滴を確実に捕捉する。噴霧装置28は、液滴の重合に起因する急激な閉塞を防止するためにデミスタを濡らす。
【0067】
実施例:
nBAプラントの比較例1:
物質n-ブチルアクリレート(nBA)は、(メタ)アクリル酸とn-ブタノールとの酸触媒エステル化によって工業規模で製造することができる。対応するプロセスの一つは、独国特許出願公開第10063510号明細書(BASF AG)に開示されている。そのようなプロセスにおけるプロセスステップは、ガス流からの液滴の分離であり、液滴は、分離されるフェノチアジン(PTZ)成分を含む。
【0068】
従来技術による比較例1では、液滴は、
図7によるデミスタ23を備えた連続的に作動する液滴分離器で分離された。
【0069】
液滴分離器は、4mの高さおよび1.0mの直径を有し、高さの決定においてガス出口ポート7も液体出口4も含まなかった。デミスタの高さは1470mmであった。使用したデミスタは、Munters Euroform GmbH(Philipsstrasse 8,52068 Aachen)製の「Euroform DV270」デミスタであった。
【0070】
供給速度は生成物の10000kg/hであった。液滴分離器内の圧力は、標準圧力より420mbar高く設定した。温度は118℃であった。
【0071】
液滴分離器内の入口3を介して供給された生成物の組成は、以下の通りであった。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.68重量%
フェノチアジン 10重量ppm
4-メトキシフェノール 0重量ppm
窒素 0.04重量%
【0072】
温度34℃で400kg/hの液体を、噴霧装置28を介してデミスタ23の上面に噴霧した。液体は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.72重量%
フェノチアジン <1重量ppm
4-メトキシフェノール 15重量ppm
【0073】
ガス出口ポート7から出る9657kg/hのガス流は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.68重量%
フェノチアジン 2重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
窒素 0.04重量%
【0074】
液体出口ポート4から出る743kg/hの液体は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.71重量%
フェノチアジン 110重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
【0075】
120日間の運転時間の後、液滴分離器は汚れのために洗浄しなければならなかった。ポリマーが形成され、これがデミスタ23および液滴分離器の内壁を汚染し、プラント全体の停止を必要とすることが分かった。
【0076】
nBAプラントの実施例1:
本発明の実施例1については、比較例1の液滴分離器を
図1による本発明の遠心式液滴分離器に置き換えた。
【0077】
遠心式分離器の寸法は、以下の通りであった。
-直径27:1500mm
-高さ26:3278mm
-下部フードを基準としたノズル面の高さ:2039mm
-ガス入口3:DN500
-ガス出口7:DN600
-液体出口4:DN150
-ノズルとドリッププレート8との間の距離:500mm
-外側ノズルと遠心式液滴分離器の壁との間の距離:7.5mm
-頂部円錐5:直径1050mm、高さ300mm
-ドリッププレート8:直径1000mm、高さ300mm
【0078】
高さを決定する際に、ガス出口ポート7も液体出口4も考慮されなかった。
【0079】
以下のデータシートに従って、6つのLECHLER 490.404.1 Y.CA.00.0フルコーンノズルを遠心式液滴分離装置に設置した:「Lechler_Axial-Vollkegeldusen_490_491.pdf」(https://www.lechler.com/fileadmin/media/kataloge/pdfs/industrie/katalog/DE/03_vollkegel/lechler_vollkegelduesen_baureihe_490_491.pdf)主噴霧方向の内角は15°であり、内側に傾斜していた、すなわちシェル1から離れるように向けられていた。
【0080】
安定剤液を、上方に向けられたノズルを通して連続的に計量供給した。すべてのノズル9を通る総体積流量は、200から600l/hであった。
【0081】
この例では、ガス出口ポート7はシェル1の外面上でシェル1の上方にあり、その結果、遠心式液滴分離器はより少ないデッドゾーンを提供した。
【0082】
液滴を含むガス流の供給速度は10000kg/hであった。遠心式液滴分離器内の圧力は、標準圧力より420mbar高く設定した。温度は118℃であった。
【0083】
遠心式液滴分離器内の入口3を介して供給された生成物の組成は、以下の通りであった。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.68重量%
フェノチアジン 10重量ppm
4-メトキシフェノール 0重量ppm
窒素 0.04重量%
【0084】
温度34℃で合計400kg/hの安定剤液の液体流を、ノズル9を介して遠心式液滴分離器の壁に噴霧した。安定剤液は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.72重量%
フェノチアジン <1重量ppm
4-メトキシフェノール 15重量ppm
【0085】
ガス出口ポート7から出る9657kg/hのガス流は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.68重量%
フェノチアジン <1重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
窒素 0.04重量%
【0086】
液体出口ポート4から出る743kg/hの液体は、以下の組成を有していた。
n-ブタノール 0.04重量%
酢酸n-ブチル 0.07重量%
ジ-n-ブチルエーテル 0.10重量%
イソブチルアクリレート 0.07重量%
n-ブチルアクリレート 99.71重量%
フェノチアジン 130重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
【0087】
本実施例では、遠心式液滴分離器内の汚れにより運転停止することなく、180日を超える運転時間を達成することができた。180日間の運転後であっても、遠心式液滴分離器へのポリマーの不可逆的なコーティングまたは堆積は観察されなかった。
【0088】
さらに、遠心式液滴分離器は、その効率的な堆積のおかげで、標的生成物中のフェノチアジンの質量割合を1重量ppm未満に減少させた。ここでの標的生成物は、遠心式液滴分離器から出るガス流である。比較例1によるデミスタ付き液滴分離器では、フェノチアジンは2重量ppmにしか減少しなかった。
【0089】
2-EHAプラントの比較例2:
物質2-エチルヘキシルアクリレート(2-EHA)は、(メタ)アクリル酸と2-エチルヘキサノールとの酸触媒エステル化によって工業規模で製造することができる。対応するプロセスの一つは、特許文献1(BASF AG)に開示されている。そのようなプロセスにおけるプロセスステップは、ガス流からの液滴の分離であり、液滴は、分離されるフェノチアジン(PTZ)成分を含む。
【0090】
従来技術による比較例2では、液滴は、
図7によるデミスタ23を備えた連続的に作動する液滴分離器で分離された。
【0091】
液滴分離器の高さは4m、直径は1.2mであった。デミスタ23の高さは790mmであった。使用したデミスタは、Munters Euroform GmbH(Philipsstrasse 8,52068 Aachen)製の「Euroform DV270」デミスタであった。
【0092】
供給速度は生成物の10000kg/hであった。液滴分離器内の圧力は標準圧力より140mbar高く、温度は148℃に設定した。
【0093】
液滴分離器内の入口3を介して供給された生成物の組成は、以下の通りであった。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.71重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.03重量%
フェノチアジン 10重量ppm
4-メトキシフェノール 0重量ppm
窒素 0.02重量%
【0094】
温度34℃で490kg/hの液体流を、噴霧装置28を介してデミスタ23の上面に噴霧した。液体は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.73重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.03重量%
フェノチアジン <1重量ppm
4-メトキシフェノール 15重量ppm
【0095】
ガス出口ポート7から出る9623kg/hのガス流は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.72重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.02重量%
フェノチアジン 4重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
窒素 0.02重量%
【0096】
液体出口ポート4から出る867kg/hの液体は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.03重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.09重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.70重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.16重量%
フェノチアジン 70重量ppm
4-メトキシフェノール 10重量ppm
【0097】
80日間の運転時間の後、液滴分離器は汚れのために洗浄しなければならなかった。ポリマーが形成され、これがデミスタ23および液滴分離器の内壁を汚染し、プラント全体の停止を必要とすることが分かった。
【0098】
2-EHAプラントの実施例2:
本発明の実施例2については、比較例2の液滴分離器を
図1による本発明の遠心式液滴分離器に置き換えた。
【0099】
遠心式分離器の寸法は、以下の通りであった。
-直径27:1800mm
-高さ26:3700mm
-下部フードを基準としたノズル面の高さ:2370mm
-ガス入口3:DN600
-ガス出口7:DN600
-液体出口(4):DN150
-ノズルとドリッププレート8との間の距離:500mm
-外側ノズルと遠心式液滴分離器の壁との間の距離:7.5mm
-頂部円錐5:直径1260mm、高さ360mm
-ドリッププレート8:直径1200mm、高さ400mm
【0100】
高さを決定する際に、ガス出口ポート7も液体出口4も考慮されなかった。
【0101】
遠心式液滴分離器には6個のノズルが存在した。ノズルは、Lechler社製であった。ここで使用されたノズルは、データシート「Lechler_Axial-Vollkegeldusen_490_491.pdf」による490.404.1Y.CA.00.0フルコーンノズルであり、これはリンク「https://www.lechler.com/fileadmin/media/kataloge/pdfs/industrie/katalog/DE/03_vollkegel/lechler_vollkegelduesen_baureihe_490_491.pdf」を使用して検索することができる。主噴霧方向の内角は15°であり、内側に傾斜していた、すなわちシェル1から離れるように向けられていた。
【0102】
この例では、ガス出口ポート7はシェル1の外面上でシェル1の上方にあり、その結果、遠心式液滴分離器はより少ないデッドゾーンを提供した。
【0103】
液滴を含むガス流の供給速度は10000kg/hであった。遠心式液滴分離器内の圧力は、標準圧力より140mbar高く設定した。温度は148℃であった。
【0104】
遠心式液滴分離器内の入口3を介して供給された生成物の組成は、以下の通りであった。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.71重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.03重量%
フェノチアジン 10重量ppm
4-メトキシフェノール 0重量ppm
窒素 0.02重量%
【0105】
温度34℃で490kg/hの安定剤液の液体流を、ノズル9を介して遠心式液滴分離器の壁に噴霧した。安定剤液は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.73重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.03重量%
フェノチアジン <1重量ppm
4-メトキシフェノール 15重量ppm
【0106】
ガス出口ポート7から出る9623kg/hのガス流は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.08重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.15重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.72重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.02重量%
フェノチアジン <2重量ppm
4-メトキシフェノール 1重量ppm
窒素 0.02重量%
【0107】
液体出口ポート4から出る867kg/hの液体は、以下の組成を有していた。
2-エチルヘキサノール 0.03重量%
酢酸n-エチルヘキシル 0.09重量%
n-ジエチルヘキシルエーテル 0.01重量%
2-エチルヘキシルアクリレート 99.70重量%
2-エチルヘキシル3-(2-エチルヘキソキシ)-プロピオネート 0.16重量%
フェノチアジン 100重量ppm
4-メトキシフェノール 10重量ppm
【0108】
本実施例では、遠心式液滴分離器内の汚れにより運転停止することなく、150日を超える運転時間を達成することができた。150日間の運転後であっても、遠心式液滴分離器へのポリマーの不可逆的なコーティングまたは堆積は観察されなかった。
【0109】
さらに、遠心式液滴分離器は、その十分な堆積のおかげで、標的生成物中のフェノチアジンの質量割合を2重量ppm未満に減少させた。ここでの標的生成物は、遠心式液滴分離器から出るガス流である。デミスタ付き液滴分離器(比較例2)では、フェノチアジンは4重量ppmまでしか減少しなかった。
【符号の説明】
【0110】
1 シェル
2 上部フード
3 入口
4 液体出口ポート
5 開放頂部円錐
6 バッフル
7 ガス出口ポート
8 ドリッププレート
9 ノズル
10 下部フード
11 垂直長手方向軸
12 断面積の主噴霧方向または法線ベクトル
13 重力方向、重力ベクトル
14 垂直断平面
15 液体がそれぞれのノズルから流出するノズル出口またはノズルの断面積
16 内角
17 インサート要素
18 ランス
19 保持要素
20 開放要素
23 デミスタ
25 重力の反対方向、重力ベクトルの反対
26 遠心式液滴分離器の高さ
27 遠心式液滴分離器の直径
28 噴霧装置
【国際調査報告】