JP2000026116A - フロ―スル―放射遮蔽を用いた触媒システムおよび触媒システムを用いたシアン化水素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フロースルー放射遮蔽を用いた触媒システム
および触媒システムを用いたシアン化水素の製造方法を
提供する。 【解決手段】 （Ａ）少なくとも１つの炭化水素、少な
くとも１つの窒素含有ガスおよび少なくとも１つの酸素
含有ガスを含む反応物を反応器へ供給し；（Ｂ）１片以
上のフロースルーセラミック材料を含み、反応領域で生
じた放射エネルギーの少なくとも１部分を吸収すること
によって、少なくとも部分的に加熱されている放射遮蔽
を通して、反応物を反応領域へ移すことにより、反応物
を予備加熱し；（Ｃ）反応領域内に置かれた白金族金属
触媒の存在下、８００℃〜１４００℃の温度で反応物を
反応して、シアン化水素を生成し；（Ｄ）反応領域の温
度をモニタリングし；さらに（Ｅ）反応物の酸素濃度を
調節し、反応温度を８００℃〜１４００℃の範囲に維持
することを含むシアン化水素製造方法が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、改良された触媒システムおよび
触媒システムを使用する方法に関する。特に、フロース
ルー放射遮蔽（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｒａｄｉａ
ｔｉｏｎ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）を有する高温反応にお
いて利用される触媒システム、およびこの方法を使用す
るシアン化水素の製造方法に関する。

【０００２】高温触媒反応におけるシステムエネルギー
の維持は重要である。例えば、メタンのアンモキシデー
ションによるシアン化水素の製造においては、高い吸熱
シアニド形成反応を維持するために、高い反応温度が要
求される。シアン化水素製造のためのアンドリュッソー
（Ａｎｄｒｕｓｓｏｗ）法（米国特許第１９３４８３８
号参照）においては、アンモニア、空気のような酸素含
有ガス、およびメタンのような炭化水素ガスが、雰囲気
温度または昇温下で反応システムに供給される。次い
で、反応物は白金含有触媒の存在下で、１０００℃〜１
４００℃の温度で反応され、シアン化水素が製造され
る。

【０００３】そのような高温触媒反応においては、無視
できない量のシステムエネルギーが放射エネルギー（ｒ
ａｄｉａｎｔ ｅｎｅｒｇｙ）として失われる。高温触
媒反応においては、放射エネルギーの喪失の１つの機構
は、金属含有触媒材料が反応に利用されるときにおこ
る。そのような触媒材料は、反応の高温により白熱する
であろう。よって、エネルギーは放射エネルギーの形で
白熱した触媒から放射される。そのような放射エネルギ
ーは、反応領域から逃れることができ、上流の装置、耐
火物、冷却ジャケットおよび周囲の環境を無駄に加熱し
て失われる。

【０００４】上述のアンドリュッソーのシアン化水素製
造法においては、要求されるシステムエネルギーは、炭
化水素／アンモニア反応物供給ガスの一部分の燃焼を通
じて、主として供給される。よって、放射エネルギーの
そのような損失は、システムエネルギーを維持するため
の、燃焼用の炭化水素／アンモニアの消費を増加させる
結果となる。よって、追加の炭化水素／アンモニア供給
ガスが利用されるか、または燃焼のために反応に利用で
きる反応物が少なくなるので、シアン化水素生成物の収
率が低下する。その結果、反応システムのエネルギー需
要をみたすために、増加された比率の反応物が使用され
るので、製造コストが上昇する。よって、反応物の燃焼
を減少させ、それによってシアン化水素の収率を改良す
る手段について、引き続き要求が存在する。

【０００５】反応物の燃焼の低下およびシアン化水素の
収率の改良の手段として、反応物ガスの予備加熱が開示
されている。米国特許第３１０４９４５号においては、
白金族金属触媒の存在下で反応される前に、空気、メタ
ンおよびアンモニアが予備加熱され、混合される、シア
ン化水素の製造方法が開示されている。酸素およびメタ
ンの使用量の減少、および、メタンおよびアンモニアか
らのシアン化水素の収率の増加が開示されている。

【０００６】シアン化水素製造における熱損失の防止方
法としては、米国特許第３２１５４９５号に、２つのブ
ランケットの間に配置された耐熱粒子の層を有する２つ
の耐熱繊維ブランケットの組合せを使用することが開示
されている。繊維ブランケットの組合せは直接に触媒上
に配置され、システムからの熱損失の減少を提供し、反
応物の燃焼を減少させる。

【０００７】本発明者は、フロースルー放射遮蔽を用い
る新規な触媒システム、およびこれを使用するシアン化
水素の製造方法を見出した。、本発明によっては次の利
点が提供される： （１）反応領域からの放射エネルギー損失が最小にな
り、よって、吸熱シアン化水素形成反応を維持するため
に燃焼されなければならない反応物供給比率を低下さ
せ； （２）反応物の燃焼を回避する直接の結果として、炭化
水素／アンモニアからのより高いシアン化水素の収率が
実現され； （３）生成物シアン化水素の単位あたりの全供給体積は
減少され、よって、酸素富化のような他の方法よりも、
より経済的に生産能力を増強し； （４）反応領域内の改良されたフロー分布が、より均一
な触媒温度を提供し、より高収率を導き； （５）濾過を行うときには、収率を減少させるプロセス
汚染物質からの触媒の機械的な保護をし； （６）供給物ガスの予備燃焼を遅らせる、上流の装置の
より低い表面温度は、逆フレーム−フロント（ｆｌａｍ
ｅ ｆｒｏｎｔ）伝達および関連するデフラグレーショ
ン（ｄｅｆｌａｇｒａｔｉｏｎ）の可能性を最小にする
のを助け、装置の冷却の必要性を減少させ、さらに高温
の必要性に対する機械的デザインを単純化させ； （７）減少された反応システム熱容量、反応システムの
スタート−アップ時の素速い加熱およびシャットダウン
時の素速い冷却を許容し（改良されたサイクル時間）、
より速いクール−ダウンは、触媒損失のメカニズムの１
つである揮発性ＰｔＯ_２の生成をも阻止し； （８）同じＨＣＮ製造速度での、より低い全熱負荷の結
果として、下流の廃熱回収交換器の寿命がより長く； （９）排出ガス中の燃焼生成物ＣＯ_２／ＣＯの減少され
たフロー量は、シアン化ナトリウムの製造に使用される
苛性吸収装置における、炭酸水素塩または炭酸塩を減少
させ；さらに （１０）米国特許第２５９０１４６号；第３１０４９４
５号；第４０９４９５８号；および第４１２８６２２号
におけるような、吸着によるアンモニア回収システムが
使用されるとき、より低いＣＯ_２フロー量は、アンモニ
ア精製／蒸留カラムの安定的な操作を妨げることがで
き、また、アンモニアストリーム循環における第１鉄／
第２鉄化合物の形成により炭素鋼を強く腐食し、アンモ
ニア圧縮装置に損傷を与え、触媒に有害でもあり得る、
アンモニウムカルバメートの形成を減少させる。

【０００８】本発明の１態様は、（Ａ）少なくとも１つ
の炭化水素、少なくとも１つの窒素含有ガスおよび少な
くとも１つの酸素含有ガスを含む反応物を反応器へ供給
し；（Ｂ）１片以上のフロースルーセラミック材料を含
み、反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも１部
分を吸収することによって、少なくとも部分的に加熱さ
れている放射遮蔽を通して、反応物を反応領域へ移すこ
とにより、反応物を予備加熱し；（Ｃ）反応領域内に置
かれた白金族金属触媒の存在下、８００℃〜１４００℃
の温度で反応物を反応して、シアン化水素を生成し；
（Ｄ）反応領域の温度をモニタリングし；さらに（Ｅ）
反応物の酸素濃度を調節し、反応温度を８００℃〜１４
００℃の範囲に維持することを含むシアン化水素製造方
法に関する。

【０００９】本発明の第２の態様は、（Ａ）内部に触媒
が配置された反応領域；（Ｂ）（ｉ）反応領域で生じた
放射エネルギーの少なくとも一部分を吸収し、さらに
（ｉｉ）放射エネルギーを吸収して生じた熱を、それら
を通って反応領域へ流れる反応物に伝えるための、反応
領域の上流に配置された１片以上のフロースルーセラミ
ック材料を含むフロースルー放射遮蔽；さらに（Ｃ）反
応領域内に配置された１以上の温度検出装置を含む、高
温化学プロセスにおいて使用するための触媒システムに
関する。

【００１０】本明細書を通して、他に特に示されない限
りは、パーセントは重量パーセントであり、全ての温度
は摂氏である。また、本明細書の目的に関しては、ここ
で示される範囲および範囲の限界は組み合わせられるこ
とができる。例えば、１〜２０および５〜１５の範囲が
特定のパラメータとして示される場合には、１〜１５ま
たは５〜２０の範囲も企図される。本明細書を通して、
「フロースルー（ｆｌｏｗｔｈｒｏｕｇｈ）」の用語
は、反応物のような物質が、基体の個々の片の周りを通
過するだけでなく、片の多孔性または高い内部表面積の
ために、個々の片の内部をも通過する基体の能力として
定義される。

【００１１】本発明の方法および触媒システムは添付図
面を用いて開示される。図１は本発明の１態様を開示す
る。図１で示されるように、高温化学反応のための本発
明の触媒システムは反応器２の中に含まれる。触媒シス
テムは、反応領域４の上流に配置されたフロースルー放
射遮蔽３、反応領域４の中に配置された触媒５、触媒５
の下流に配置された触媒支持体層７、および反応領域４
の中の触媒５と触媒支持体７の間に配置された温度検出
装置６を含む。他の態様においては、温度検出装置６
は、反応領域４の中の、触媒５とフロースルー放射遮蔽
３の間、または触媒支持体層７の後に配置されることが
できる。図１と図４に示される隔たり、すなわち、様々
な構成物の間の近さが、明確化のために反応器内で拡大
されている。

【００１２】本発明は、図１〜図５に示された示された
デザインのダウン−フロー反応器に関して開示するが、
他の別のデザインも使用されることができる。例えば、
国際特許公開番号第９７／０９２７３号に開示される反
応器のようなアップフロー反応器も本発明の触媒システ
ムの使用に利益がある。特に、混合領域の下流と触媒の
上流に遮蔽を置くことによって、より低い予備加熱温度
でよくなり、そのため、デトネーション（ｄｅｔｏｎａ
ｔｉｏｎ）および他の可燃性の危険が最小化される。本
出願では、混合されたストリームのより速い速度によ
り、そのような危険を防止することが期待される。本発
明の触媒システムは、混合されたストリームの温度をよ
り低くすることによって、危険を減少するのに貢献する
ことにより、速度の融通性を提供する。さらに、触媒シ
ステムは、反応領域の横方向での反応物フローの分配を
助ける。

【００１３】触媒システムの１態様においては、触媒５
およびフロースルー触媒支持体７は単一の白金含有金属
触媒「パック」に組合せられる。好ましい態様において
は、フロースルー放射遮蔽３および触媒５は、白金含有
触媒活性材料を含む下流部分を有する、単一のセラミッ
クフォーム構成物に組み合わせられる。より好ましい態
様では、触媒５と触媒支持体層７は、白金含有触媒活性
材料を含む上流部分を有する、単一のセラミックフォー
ム構成物に組み合わせられる。最も好ましい態様におい
ては、フロースルー放射遮蔽３、触媒５および触媒支持
体層７は、フロースルー放射遮蔽３が上流部にあり、触
媒５が中央部にあり、さらに触媒支持体層７が下流部に
ある、単一のセラミックフォーム構成物に組み合わせら
れる。

【００１４】概して、反応物１は入口１０で反応器２に
供給される。次いで、反応物１は放射遮蔽３を通過す
る。放射遮蔽３は少なくとも部分的には、加熱された反
応領域４から放射される放射エネルギー９の吸収によっ
て加熱される。反応物１は放射遮蔽３を通って流れるの
で、反応物１は加熱された放射遮蔽３によって予備加熱
される。予備加熱された反応物１は反応領域４を通り、
そこでそれらは触媒５と接触し、シアン化水素を形成す
るか、または、別の部分はシステムエネルギーを維持す
るために反応領域４で燃焼される。生成物ガス１１は、
冷却およびシアン化水素生成物の分離のために、反応領
域から支持体層７を通って出る。

【００１５】触媒システムは、セラミックフォームタイ
ルのような放射遮蔽の個々の遮蔽片が上流へピボット
（ｐｉｖｏｔ）できるように、放射遮蔽３を確保するた
めの拘束装置１２を含むこともできる。システムのシャ
ットダウンの間、供給ガスの反応物への供給が止められ
るので、タイルが持ち上げられ、または上流へ動き、損
傷すら起こることがある、圧力の差が生じる場合があ
る。拘束装置１２の１態様は、図２に示される。放射遮
蔽３と拘束装置１２の間に隙間ができるように、拘束装
置１２は放射遮蔽３の１以上のタイルの上方に置かれ、
固定用の金物１４によって、壁の成形可能な耐火材１３
に結合される。よって、遮蔽３の個々のタイルが持ち上
げられまたは上方へ動く場合には、タイルは上流にピボ
ットし、拘束装置１２と接触し、よって隙間が開き圧力
を等しくする。一旦、圧力の差が軽減されると、タイル
は重力によって正しい位置に戻る。隙間の幅はタイルの
大きさに依存し、さらにタイルをピボットし、正しい位
置に戻すのに適する距離にセットされることが当業者に
認識されるであろう。拘束装置の利点は本発明の如何な
る態様においても有利であることは必要とされるわけで
はないが、２以上のセラミック材料のタイルが放射遮蔽
３として使用されるときに特に利点があるであろうこと
が認められる。触媒の汚染および劣化を起こさない組成
物で、高温化学反応器での使用に適する任意の拘束装置
が使用されることができる。好ましい態様では、拘束装
置１２は、３００シリーズステンレス綱の図５に描かれ
るような拘束スクリーンである。

【００１６】上述のように、シアン化水素の製造方法は
反応物１を反応器２に供給することを含む。反応物は少
なくとも１つの炭化水素、少なくとも１つの窒素含有ガ
ス、および少なくとも１つの酸素含有ガスを含む。酸素
含有ガスは窒素含有ガスまたは炭化水素と同一のもので
あることができる。

【００１７】少なくとも１つの炭化水素は、脂肪族また
は置換脂肪族炭化水素、環式脂肪族または置換環式脂肪
族炭化水素、または、芳香族または置換芳香族炭化水素
またはこれらの混合物であることができる。好適な例と
しては、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、エ
タン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）、プロパン
（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、メタノール（Ｃ
Ｈ_３ＯＨ）、トルエン、ナフサ、および蟻酸メチルが含
まれるが、これらに限定されない。好ましい態様におい
ては、少なくとも１つの炭化水素としてはメタン、また
はメタンを含む１以上の炭化水素の混合物が挙げられ
る。少なくとも１つの窒素含有ガスとしては、アンモニ
アまたはホルムアミドが含まれるが、これらに限定され
ない。好ましい態様においては、少なくとも１つの窒素
含有ガスとしてはアンモニア、または１以上の窒素含有
ガスとアンモニアの混合物が挙げられる。少なくとも１
つの酸素含有ガスは、吸熱シアン化水素生成のための熱
を提供するための燃焼を維持するのに適する量の酸素を
含む、任意の材料であることができる。好適な例として
は、空気、酸素富化空気、純粋酸素ガス、一酸化炭素
（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）またはこれらの混合
物、または分解して酸素を生ずる酸素含有化合物が含ま
れるが、これらに限定されない。好ましい例としては、
パーオキサイド、ケトンおよびエーテルなどがあげられ
る。

【００１８】供給ガスは、放射遮蔽を通過して反応領域
に入る前に濾過されおよび／または予備加熱されること
ができる。一般に、供給ガスは、予備加熱されてまたは
予備加熱なしで、混合され、次いで雰囲気温度から反応
温度までの温度で反応器に供給される。予備加熱および
／または酸素富化が使用されるときは、予備加熱温度お
よび／または酸素濃度が高くなるにつれて、フラッシュ
バック（ｆｌａｓｈｂａｃｋ）および／またはデトネー
ションがより起こりやすくなる。本発明の触媒システム
の使用は、供給ガスが放射遮蔽３によって予備加熱され
るので、より低い予備加熱温度および／または変更され
た酸素量の使用を可能にする。

【００１９】反応物１は反応器２に供給されるとき、少
なくとも部分的に加熱された放射遮蔽３に反応物１を通
過させることにより加熱され、反応領域４に供給され
る。予備加熱の程度は、供給ガスが反応器２に供給され
る前に予備加熱されたか否かに依存する。放射遮蔽３
は、反応領域から失われる放射エネルギーを容易に吸収
し、供給ガスを通過させ、供給ガスが遮蔽を通過すると
きに効果的に予備加熱されるように、吸収されたエネル
ギーを放射遮蔽自体から供給ガスへ伝達する能力によっ
て特徴づけられる。典型的な断熱材料は伝達および伝導
の機構によりエネルギー損失を遅らせるけれども、シア
ン化水素システムにおける大部分の（従来は回収されな
かった）エネルギー損失は熱放射の機構のせいである。
従来では、放射遮蔽はなく、放射エネルギーは反応領域
から動き、上流の装置、耐火材、冷却ジャケットおよび
周囲の環境を無駄に加熱して失われる。本発明の放射遮
蔽の吸収−および−伝達特性を通じて、この放射エネル
ギーの損失は妨げられ、システムエネルギーの要求は減
少される。

【００２０】一般的に、放射遮蔽３は上述のように機能
することができる任意の材料であることができる。１つ
の態様においては、放射遮蔽としてはフロースルーセラ
ミック材料が挙げられる。好ましくは、フロースルーセ
ラミック材料は大きな内部表面積を有する。セラミック
材料の好適な例としては、多孔性セラミック、セラミッ
クフォーム、およびセラミック複合材料が含まれるがこ
れらに限定されない。

【００２１】構成材料としては、１以上の次のものが含
まれるが、これらに限定されない：二酸化ケイ素（シリ
カ、ＳｉＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素
（Ｓｉ _３Ｎ_４）、ホウ化ケイ素、ホウ化窒化ケイ素、酸
化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ_２Ｏ_３）、アルミノシ
リケート（ムライト、３Ａｌ_２Ｏ_３−２ＳｉＯ_２）、ア
ルミノボロシリケート、炭素繊維、耐火繊維、酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ
_２Ｏ_３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）、およびコルダイト（ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３
−ＳｉＯ_２）。好ましい態様においては、セラミック材
料は、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ケイ
素、ジルコニウム、イットリウム、これらの混合物、お
よびこれらの複合材料；の炭化物、窒化物、ホウ化窒化
物、シリケート、ボロシリケートおよび酸化物の少なく
とも１つから形成されたセラミックフォーム材料であ
る。好適なセラミック材料はＰｏｒｖａｉｒ Ａｄｖａ
ｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｈｅｎ
ｄｅｒｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎ
ａから、Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｏａｍ および ＧＰＭ
Ｐｏｒｏｕｓ Ｃｅｒａｍｉｃとして商業的に入手でき
る。

【００２２】放射遮蔽３は概して１片以上のフロースル
ーセラミック材料の形態である。片は、具体的な反応器
での使用に適合する任意の好適な形であることができ
る。好ましくは、放射遮蔽は１以上のフロースルーセラ
ミックタイルの形態である、複数のタイルは熱膨張に順
応して動くことができ、よって破壊を回避できるので、
複数のタイルが一般的に好ましい。

【００２３】本発明の触媒システムの放射遮蔽は、ここ
で記載される放射遮蔽の２以上の層で形成されることが
できる。例えば、遮蔽を横切る圧力低下に関しては問題
とならない装置においては、システムを通過するフロー
分布をさらに改良するために、そのような圧力低下が生
じるまで、多層またはより厚い遮蔽が使用されることが
できる。

【００２４】さらに、他の態様においては、本発明の触
媒システムの放射遮蔽は、高温化学反応での使用に適す
る１以上の公知の断熱材と組み合わせられることができ
る。公知の断熱材の好適な例としては、セラミックまた
は耐火性粒子、セラミックまたは耐火性繊維、または、
Ｕｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｉ
ａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，によるＦ
ｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）−Ｄｕｒａｂｌａｎｋｅ
ｔ、および Ｒａｔｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆｉ
ｂｅｒｓ，Ｉｎｃ．，ｏｆ Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄ
ｅｌａｗａｒｅからのＡｌｔｒａ（登録商標）Ｒｅｆｒ
ａｃｔｏｒｙ Ｂｌａｎｋｅｔのようなセラミックまた
は耐火性ブランケットが含まれるが、これらに限定され
ない。

【００２５】上述のように、セラミックフォーム材料
は、概して、１以上のセラミックフォームタイル、好ま
しくは２以上のセラミックフォームタイルの形態であ
る。好ましくは、セラミック材料は大きい内部表面積を
有している。１つの態様においては、セラミック材料は
１インチあたり５〜１０００個、好ましくは５〜７５０
個、より好ましくは１０〜６５０個の孔を有する。他の
態様においては、１以上のセラミックフォームタイルは
１インチあたり５〜２５０個、好ましくは５〜２００
個、より好ましくは１０〜１００個の孔を有する。別の
態様においては、１以上のセラミックフォームタイルは
１インチあたり２００〜１０００個、好ましくは３００
〜８００個、より好ましくは４００〜７００個の孔を有
する。

【００２６】１つの態様においては、使用中に隣り合っ
たタイルとの間に隙間を造らないように、タイルは少な
くとも部分的にお互いに合わせられる（ｆｉｔｔｅ
ｄ）。好ましくは、必要ではないが、１以上のタイルの
少なくとも一端が斜めにされ、斜めにされた端は、隣接
するタイルの斜めにされた端と重ね合うように切断され
る。これは図２および３に描かれる。斜めの角度は、具
体的な遮蔽組成物の特性および要求されるシステムのデ
ザインに従ってデザインされるであろうし、そのような
デザインは公知の範囲内のものである。よって、少なく
とも１つの斜めにされた端は対応する斜めにされた端と
適合するので、放射遮蔽３が組み立てられるとき、対応
する斜めにされた端は互いに重ね合わせられる。斜めに
された端の重ね合わせは、反応器の操作中にセラミック
タイルのシフトが起こったときでさえ、触媒は遮蔽部分
によって遮蔽されることを保証する。すなわち、タイル
が９０度の角度に切られ向き合って配置されているな
ら、任意のタイルの隙間は触媒の一部を曝し、その部分
から放射エネルギーを上流へ逃がすであろう、ところ
が、斜めにされた端を有するタイルは、タイルのシフト
が起こった場合ですら触媒をカバーするであろう。その
ようなタイルのシフトは、３次元の触媒のジオメトリ
ー、例えば、波形の金網が使用されるときにタイルのシ
フトの発生が増加するので、さらにより問題となる。さ
らに、斜めにされた端がなければ、反応領域４への反応
物の均一なフローが低下し、触媒表面での不均一な生成
を導く。触媒表面における、この不均一な生成はシアン
化水素生成物の収率を低下させる。最終的に、拘束装置
を有する態様において、斜めにされた端は、上述のよう
な圧放出の間に個々の片の拘束されたピボットを容易に
する。

【００２７】反応領域４で、反応物は、反応領域４内に
配置される白金族触媒５の存在下で反応され、シアン化
水素を生成する。概して、白金族触媒は、シアン化水素
を生成するのに適する任意の形態であることができ、公
知の様々なジオメトリーのシーブ（ｓｉｅｖｅ）、メッ
シュ、網（ｇａｕｚｅ）を含み、さらに、例えばセラミ
ック基材を含む様々な不活性な基材上に白金族金属を被
覆して取り込ませることにより造られた特殊な触媒白金
族を含むが、これらに限定されない。概して、波形の網
はより多くの表面積を提供し、より長い滞留時間および
よりよい移送量を導き、反応の収率を改良するので、波
形の網が好ましい。そのような網は温度サイクルの繰り
返しに対してよりよい耐久性を有する。

【００２８】さらに、白金族金属顆粒触媒は単独でまた
は触媒網と組み合わせて使用されることができる。その
ような顆粒触媒は、ペレット、球、チップ、ターンニン
グ（ｔｕｒｎｉｎｇｓ）の形状であることができ、また
は、ベリル（ｂｅｒｙｌ）、アルミナ、シリマネート
（ｓｉｌｌｉｍａｎａｔｅ）などの不活性粒子基材に白
金族金属を被覆した形状であることができる。好ましい
触媒は、例えば、米国特許第５３５６６０３号に記載さ
れており、さらに、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，
Ｉｎｃ．ｏｆ Ｖａｌｌｅｙ Ｆｏｒｇｅ，Ｐｅｎｎｓ
ｙｌｖａｎｉａ；ＰＧＰ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎ
ｃ．，ｏｆ Ｓａｎｔａ Ｆｅ Ｓｐｒｉｎｇｓ，Ｃａ
ｌｉｆｏｒｎｉａ；Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ，Ｉｎｃ．，ｏ
ｆ Ｉｓｅｌｉｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙから入手可能
である。

【００２９】上述のように、触媒は白金族金属触媒であ
る。よって、白金族金属触媒は白金、ロジウム、イリジ
ウム、パラジウム、オスミウム、またはルテニウム、ま
たは２以上のこれらの金属の混合物または合金から形成
される。さらに、触媒は上述の白金族触媒と、セリウ
ム、コバルト、マンガン、マグネシウムおよびセラミッ
ク材料を含むがこれらに限られない、少なくとも１つの
他の物質との混合物であることができる。概して、触媒
は、白金を５０〜１００％まで、好ましくは７５〜１０
０％まで、より好ましくは８５〜１００％まで含む、２
以上の白金族金属の合金である。好ましい合金は、白金
を５０〜１００％まで、好ましくは７５〜１００％ま
で、より好ましくは８５〜１００％まで含み、ロジウム
を０．００１〜５０％まで、好ましくは０．１〜２５％
まで、より好ましくは１〜１５％まで含む白金−ロジウ
ム合金である。

【００３０】触媒は概して、金属支持スクリーン、プレ
−キャストセラミックまたは耐火材、キャスト−イン−
プレース耐火材、セラミックフォーム、セラミックパッ
キング、または放射遮蔽に役立つものとして記載される
フロースルー材料の何らか、のような材料の１以上の層
を含むことができる、少なくとも１つのフロースルー触
媒支持体７に支持される。

【００３１】概して、反応物は、８００℃〜１４００
℃、好ましくは９００℃〜１３５０℃、より好ましくは
１０００℃〜１３００℃の温度で反応される。反応が開
始され、反応温度に到達した後、反応領域４の温度のモ
ニタリングが行われる。ここで記載されるような放射遮
蔽を有する触媒システムの使用は、公知の触媒システム
を使用する方法よりも供給組成物の変化に対する感受性
が非常に高いシアン化水素の製造方法となる。よって、
反応領域温度の厳密な連続的モニタリングがなければ、
不可逆的な触媒のダメージが生じる場合がある。その結
果、信頼できる温度測定が反応温度を適当な値に維持す
るために必要とされる。

【００３２】概して、温度検出またはモニタリング装置
６は、高温および反応領域内に存在する化学組成物に耐
えるように造られている任意の公知の装置である。好適
な装置としては、熱電対、抵抗温度計（ＲＴＤ’ｓ）、
または赤外温度測定装置が挙げられるが、これらに限定
されない。好ましい温度検出またはモニタリング装置と
しては、高温およびＨＣＮ反応の化学環境からの保護を
提供する、外装、被覆等を有するものである。好適な温
度装置は、例えば、Ｇａｙｅｓｃｏ，Ｉｎｃ．ｏｆ Ｐ
ａｓａｄｅｎａ，Ｔｅｘａｓから入手できる。

【００３３】最終的に、温度測定に対応して、温度を８
００℃〜１４００℃、好ましくは９００℃〜１３５０
℃、より好ましくは１０００℃〜１３００℃の範囲に維
持するように、反応物に対する酸素の比率が調節され
る。すなわち、反応領域４に存在する酸素の量は反応物
燃焼の量を制限するので、反応領域４の温度は酸素レベ
ルを調節することにより制御されることができる。さら
に、温度は、酸素調節と共にまたは酸素調節なしで、反
応物の予備加熱によっても制御されることができる。

【００３４】本発明のシアン化水素製造方法は、反応領
域に入ってくる供給ガスの組成および生成物ガスの組成
を測定する工程をさらに含むことができる。そのような
組成の測定は供給物組成、例えば、ＮＨ_３とＣＨ_４の反
応物比を調節し、収率の最適化を可能にする。好ましい
リアル−タイム測定装置は公知であり、ガスクロマトグ
ラフィー、マススペクトロメトリー、ガスクロマトグラ
フィー−マススペクトロメトリーが含まれるが、これら
に限定されない。フーリエ変換赤外分析（ＦＴＩＲ）等
のような他のオン−ライン分析技術でもよい。別の態様
においては、組成物の分析は、公知のサンプリングとそ
れに続くウエット ラボラトリー メソッド（ｗｅｔ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｍｅｔｈｏｄ）およびインスト
ルメンタル ラボラトリー メソッド（ｉｎｓｔｒｕｍ
ｅｎｔａｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｍｅｔｈｏｄ）に
よって行われることができる。他には、得られた好適な
組成と温度のデータにより、好適なモデルが構築される
ことができ、温度は上述のオン−ライン組成測定から推
論されることができる。

【００３５】方法は任意の圧力、すなわち大気圧、減
圧、加圧下で行われることができる。本発明のシアン化
水素の製造方法の実行時には、従来の公知のガス混合
物、反応条件、反応器等が利用されるが、ここでは詳細
を記載しない。

【００３６】ここで使用されるシアン化水素の製造方法
と触媒システムは、シアン化水素製造のためのアンドリ
ュッソー反応に関して記載されるものであるが、本発明
の触媒は他の高温化学プロセスにも使用されることがで
きるものと企図される。例えば、触媒システムは、ヒー
ター、ダイレクト−ファイアードボイラー、フレア、
炉、および熱酸化器のような燃焼に基づく装置の燃焼領
域における、放射エネルギーの損失を制御し、燃料の節
約を提供するために有利に用いられることもできる。こ
れらの用途においては、捉えられたエネルギーは、フレ
ームフロントへ移送される燃焼空気または燃料を予備加
熱するために使用される。さらなる用途としては、国際
特許公開番号第９５／２１１２６号に記載されるよう
な、またはＳｈａｗｉｎａｇａｎ（Ｆｌｕｏｈｍｉｃ）
プロセスのような、電気的または誘導加熱プロセスを含
む。本発明の用途の特殊なケースは「ＢＭＡ」タイプ、
すなわち、Ｄｅｇｕｓｓａである、反応のための熱が、
セラミック反応チューブの（外部の）ダイレクト−ファ
イアリングを通じて提供されるシアン化水素製造工程で
ある。次の実施例は本発明の例示として提供される。

【００３７】実施例１ アンモニア、メタンおよび空気の反応物が初期の混合比
率１：０．９：９で、図４に示すような放射遮蔽を有し
ない公知の反応器に供給された。アンモニアは初期速度
４５００ポンド／時間で、初期混合比率を維持する初期
速度で供給される他の反応物と共に供給された。反応物
は、Ｊｏｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，Ｉｎｃ．から購
入された、白金−ロジウム（９０：１０）波形網触媒を
有する反応領域に導入され、シアン化水素生成反応が初
期温度１１５０℃で、８５０時間行われた。反応の間、
供給比率はシアン化水素の一定の収率が維持されるよう
に調節された。シアン化水素を含んでいる生成物ガスは
３００℃に冷却され、生成物ガスからシアン化水素が単
離された。８５０時間の反応の間の、メタンとアンモニ
アの供給比率は１．００：１．００から０．９５：１．
００の範囲で、シアン化水素の時間あたりの平均収率は
６３．２３％で、１１５０℃の一定のターゲット温度で
あった。

【００３８】実施例２ アンモニア、メタンおよび空気の反応物が初期混合比率
１：０．９：９で、図１に示すような本発明の触媒シス
テムを備えた反応器に供給された。アンモニアは初期速
度４５００ポンド／時間で、初期混合比率を維持する初
期速度で供給される他の反応物と共に供給された。Ｊｏ
ｈｎｓｏｎ−Ｍａｔｔｈｅｙ，Ｉｎｃ．から購入され
た、白金−ロジウム（９０：１０）波形網触媒を有し、
１インチあたり２０個の孔を有し、斜めにされた端を有
し、Ｐｏｒｖａｉｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ，Ｉｎｃ．から購入された、互いに合わせられた
アルミナフォームタイルの放射遮蔽を有し、さらにＧａ
ｙｅｓｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙから購入された、耐熱耐化
学薬品性熱電対を有する、図１および２に示されるよう
な反応領域に反応物が導入された。シアン化水素生成反
応がターゲット温度１１５０℃で、１０００時間行われ
た。反応の間、メタン／アンモニア供給比率はシアン化
水素の一定の収率を維持するよう調節され、さらに空気
供給が測定温度に従って反応温度を１１５０℃に維持す
るのに、好適な量の酸素を提供するよう調節された。シ
アン化水素を含んでいる生成物ガスは３００℃に冷却さ
れ、生成物ガスからシアン化水素が単離された。１００
０時間の反応の間の、メタンとアンモニアの供給比率は
０．８８：１．００から０．８５：１．００の範囲で、
シアン化水素の時間あたりの平均収率は６４．０８％
で、１１５０℃の一定の温度であった。

【００３９】触媒がシールドされない触媒システムを有
する、従来の反応器を使用する、シアン化水素製造方法
を用いる実施例１と比較して、本発明によるフロースル
ー放射遮蔽を有する触媒システムを有する反応器を使用
する、本発明のシアン化水素製造方法を用いる実施例２
は、１０〜１２％のメタン使用量の減少を示す。このメ
タン使用量の減少はシアン化水素の一定（両方の実施例
においてはおよそ６３〜６４％）の収率を犠牲にするこ
となく達成される。そのようなメタンの使用量の節約
は、反応領域で生じた放射エネルギーを吸収し、熱の形
でエネルギーを反応物に伝達し、通過する反応物を予備
加熱する、放射遮蔽を有する本発明の触媒システムの結
果である。よって、従来技術において、従来回収されて
いなかった放射エネルギーが回収され、反応物の燃焼を
減少させることに役立ち、よって、プロセスの製造的コ
ストを低下させる。さらに、メタンの使用量を低下させ
る結果、システムを通過するフロー量が低下する。よっ
て、ＣＯ／ＣＯ_２の量が変化しないので、ＣＯ／ＣＯ_２
のフロー量が排出ガス中で低下し、よって二酸化炭素、
一酸化炭素およびカルバメート生成物の減少を導き、さ
らに、これらに関連する上述の問題を減少させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の触媒システムの一態様を含
む反応器の部分図である。

【図２】図２ａは、本発明の触媒システムの別の態様の
上面図である。図２ｂは、本発明の触媒システムの別の
態様の側面図である。

【図３】図３ａは、本発明の別の態様の、斜めにされた
端を有する１以上のセラミックタイルを有する放射遮蔽
の上面図である。図３ｂは、本発明の別の態様の、斜め
にされた端を有する１以上のセラミックタイルを有する
放射遮蔽の側面図である。

【図４】 図４は、従来の触媒システムを有する反応器
の部分図である。

【図５】 図５は、本発明の一態様で使用される拘束装
置の図である。

【符号の説明】

１ 反応物 ２ 反応器 ３ フロースルー放射遮蔽 ４ 反応領域 ５ 触媒 ６ 温度検出またはモニタリング装置 ７ 触媒支持体層 ９ 放射エネルギー １０ 入口 １１ 生成物ガス １２ 拘束装置 １３ 耐火材 １４ 固定用の金物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシェル・ジーン・ウッディ アメリカ合衆国テキサス州77536，シーブ ルック，ブルー・ドルフィン・500，ナン バー422 (72)発明者 カレン・アン・ショー アメリカ合衆国テキサス州77573，リー ク・シティ，アイオア・525エヌ (72)発明者 ジョイ・リンドン・メンドーサ アメリカ合衆国ペンシルバニア州19446, ランズデール，イー・メイン・ストリー ト・757，アパートメント・ナンバー・シ ー−303

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）少なくとも１つの炭化水素、少なく
   とも１つの窒素含有ガスおよび少なくとも１つの酸素含
   有ガスを含む反応物を反応器へ供給し； （Ｂ）１片以上のフロースルーセラミック材料を含み、
   反応領域で生じた放射エネルギーの少なくとも１部分を
   吸収することによって、少なくとも部分的に加熱されて
   いる放射遮蔽を通して、反応物を反応領域へ移すことに
   より、反応物を予備加熱し； （Ｃ）反応領域内に置かれた白金族金属触媒の存在下、
   ８００℃〜１４００℃の温度で反応物を反応して、シア
   ン化水素を生成し； （Ｄ）反応領域の温度をモニタリングし；さらに （Ｅ）反応物の酸素濃度を調節し、反応温度を８００℃
   〜１４００℃の範囲に維持することを含むシアン化水素
   製造方法。
2. 【請求項２】 ＮＨ_３とＣＨ_４の反応物比率を調節し、
   生成物の収率を最大にすることをさらに含む請求項１記
   載の方法。
3. 【請求項３】 １片以上のフロースルーセラミック材料
   が、１インチあたり５〜１０００個の孔を有する１以上
   のセラミックフォームタイルである請求項１記載の方
   法。
4. 【請求項４】 １片以上のセラミックフォームタイルが
   少なくとも一方の側面で互いに合わさっている請求項３
   記載の方法。
5. 【請求項５】 １片以上のセラミックフォームタイルが
   少なくとも一方の側面に斜めにされた端を有する請求項
   ３記載の方法。
6. 【請求項６】（Ａ）内部に触媒が配置された反応領域； （Ｂ）（ｉ）反応領域で生じた放射エネルギーの少なく
   とも一部分を吸収し、さらに（ｉｉ）放射エネルギーを
   吸収して生じた熱を、それらを通って反応領域へ流れる
   反応物に伝えるための、反応領域の上流に配置された１
   片以上のフロースルーセラミック材料を含むフロースル
   ー放射遮蔽；さらに （Ｃ）反応領域内に配置された１以上の温度検出装置を
   含む、高温化学プロセスにおいて使用するための触媒シ
   ステム。
7. 【請求項７】 セラミック材料が、アルミニウム、カル
   シウム、マグネシウム、ケイ素、ジルコニウム、イット
   リウム、これらの混合物、およびこれらの複合材料；の
   炭化物、窒化物、ホウ化窒化物、シリケート、ボロシリ
   ケートおよび酸化物の少なくとも１つから形成される請
   求項６記載の触媒システム。
8. 【請求項８】 １以上のフロースルーセラミック片が、
   １インチあたり５〜１０００個の孔を有する１以上のセ
   ラミックフォームタイルである請求項６記載の触媒シス
   テム。
9. 【請求項９】 １片以上のセラミックフォームタイルが
   少なくとも１つの側面で互いに合わさっている請求項８
   記載の触媒システム。
10. 【請求項１０】 １以上のセラミックフォームタイルが
    斜めにされた端を少なくとも１つの側面に有する請求項
    ９記載の触媒システム。
11. 【請求項１１】 触媒が白金、ロジウム、イリジウム、
    パラジウム、オスミウム、ルテニウム、これらの混合物
    または合金から選択される白金族触媒である請求項６記
    載の触媒システム。
12. 【請求項１２】 ずれまたは損傷なしに放射遮蔽の個々
    のセラミック材料片が上流にピボットできるように放射
    遮蔽を確保するための拘束装置をさらに含む請求項６記
    載の触媒システム。