KR100368512B1 - 옥시염소화장치및그사용방법 - Google Patents
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Abstract
에틸렌, 염화수소 및 산소 또는 산소 함유 가스로부터 1, 2 디클로로에탄의제조방법(옥시 염소화물)은 바람직하게는 촉매-유체 베드를 위한 하부 분계, 촉매-유체 베드내에서 분계상에 설치된 제 1 가스 흡입 덕트(분배 튜브)(4)를 갖는 반응기내에서 행해진다. 제 1 가스 흡입 덕트에는 반응기의 전체 단면에 걸쳐서 분배된 노즐(5)이 설치되고, 이들 노즐은 분계 아래의 제 2 가스 흡입 덕트(7)를 통해 들어간 후 촉매를 유체화하는 가스흐름의 방향과 실질적으로 반대 방향으로 배출가스흐름을 도입하는 튜브(6)로 개방된다.
Description
"옥시염소화"는 1,2-디클로로에탄(EDC)을 형성하는 에틸렌과 염화 수소 및 산소 또는 산소 함유 가스와의 반응을 의미다. 이 경우에 사용된 염화 수소는 통상적으로 염화비닐을 생성하기 위해 EDC의 열분해로 제조되는 염화 수소이다.
옥시염소화를 위해, 금속 할로겐화물, 바람직하게는 염화구리를 알루미나와 같은 미립상(dust-fine) 지지체상에서 함유하는 촉매가 사용된다. 이 경우의 촉매입자는 약 50㎛의 평균 직경을 가지며, 유체 베드를 형성하고, 이것은 불활성 가스의 일부가 적절하다면, 반응 가스 흐름에 의해서만 지지되거나, 또는 순환 가스 흐름에 의해서 부가적으로 지지된다. 이 공정에서, 반응열은 유체 베드내에 분배되고, 유체 베드 반응기내에서 균일한 온도 분포를 달성하기 위해 냉각면에서 제거된다. 이 경우에, 촉매 입자는 고내마모성을 가져야만 한다. 이러한 성질은 실질적으로 지지 재료에 의해 부여되고, 그 때문에 상술한 알루미나 외에, 실리카, 규조토 또는 경석이 또한 사용된다. 내마모성이 적당하지 않다면, 촉매 입자는 특히 가스도입 장치의 가스 제트에 의해 분쇄되고, 이렇게 생긴 촉매 지지 먼지는 상방향 가스 흐름에 의해 옥시염소화 반응기로부터 배출된다. 이것은 촉매 손실을 일으킬 뿐만 아니라, 장치내에서의 마모도 증가시킨다.
한편, 내마모성 지지 재료의 사용은 빈번한 교환을 야기하는 가스 도입 장치의 마모의 증가를 수반하고, 이것은 제조의 중단으로 인한 추가적인 비용과 현저한 지출을 의미한다.
촉매 입자의 안정성과 그에 기인하는 마모간의 필요한 균형에 부가하여, 또한 촉매 입자에 의해 야기된 덩어리가 유체 베드의 방해로 되므로, 촉매 입자는 덩어리를 형성하지 않는 것이 더 보장되어야 한다. 그 결과는 대응적으로 바람직하지 않은 반응경로와, 가능하게는 장치내에서, 예를 들면 유체 베드상의 먼지 분리용 집진 장치내에서 또는 이들 집진 장치로부터 유체베드로 먼지를 복귀시키기 위한 하강 파이프내에서 축소 부분에서의 방해물을 갖는 유체 베드에 불균일 온도 분포가 있다. 이러한 덩어리 경향은 특히 촉매의 성질과 촉매 지지체상의 분포 외에, 유체 베드내의 반응가스의 농도에 의존한다.
EP-A-0 446 379호에는 α-β-불포화 니트릴을 제조하기 위한 반응기가 개시되어 있고, 그 하부에는 다수의 노즐이 가스 공급 덕트의 하측에 배치되어 있는 올레핀 또는 제 3 부틸 알콜용의 가스 공급 덕트와, 다른 가스 공급 덕트 아래에 평행하게 배치되어 있는 산소 함유 가스용의 다른 공급 덕트가 수평방향으로 배치되어 있고, 2개의 가스 공급 덕트사이의 거리는 25 내지 300㎜이다. 이 거리가 너무 짧으면 이상 반응으로 인한 용융에 의해 가스 공급 덕트의 손상을 일으킬 수 있고, 다른 한편 이 거리가 너무 길면 올레핀 또는 제 3 부틸 알콜은 산소 함유 가스와 충분히 혼합되지 않아서 니트릴의 산출을 감소시킨다.
GB-A-1 265 770호에는 반응기의 하부에 분배판을 갖는 유체 베드 반응을 위한 반응기가 개시되어 있고, 분배판의 아래에는 가스 공급 덕트가 설치되어 있으며, 분배판위 및 분배판에 인접한 반응기 하우징에 근접하는 외측 영역에는 다른 가스 공급 덕트가 설치되어 있다. 이러한 다른 가스 공급 덕트는 촉매가 외측 영역에 응고되는 것을 방지한다. 이러한 예방 조치는 특히 촉매가 감소되는 것을 방지하는 기능을 한다. 유체 베드내에는 유체 베드의 바닥에서 반응물을 양호하게 혼합하기 위하여 반응기의 하부에 배치된 다른 가스 공급 덕트가 설치될 수 있다.
WO 94/l9099호에는 반응기(1), 유체 베드 촉매(3)용 하부 분계(2), 노즐(5)을 포함하는 가스 도입구(분배 튜브)(4), 여기서 노즐(5)은 출구 가스 흐름의 유동방향에서 수평 성분을 부여하는 튜브(6)로 개방하고 있고, 또한 하부 분계(2) 아래의 가스 도입구(9)로 이루어진 옥시염소화 장치가 개시되어 있다.
적합한 실시예는 상기 튜브에 초점이 맞추어져 있고, 노즐이 개방되는 상기 튜브는 출구 오리피스를 갖는 단부 안내 장치를 포함하거나, 또는 이들 튜브가 상향 각도로, 또는 수평 방향으로, 또는 하향 각도로 위치되어 있고, 그리고 이들 튜브는 촉매 베드에서 개방되어 끝나거나, 또는 이들 튜브 또는 인접하는 튜브의 출구 오리피스는 유출 가스 제트가 서로 정면으로 만나지 않고 및/또는 인접한 튜브와 만나지 않도록 배치되어 있다. 다른 적합한 실시예는 하부 분계를 지나는 튜브에 초점이 맞추어져 있고, 이 튜브에는 노즐이 분계 아래에 배열되어 있지만, 통과하는 튜브의 하측 단부 위에 배치되며, 이들 노즐은 바람직하게는 문제의 튜브의 하반부에, 특히 하측단부로부터 약 하나의 튜브 직경만큼 떨어져서 설치된다.
장시간의 운전 및 고 유량 즉, 높은 가스 속도에서, 상기 공지된 장치는 가스 도입 장치에서 소정의 마모를 나타내는 것을 발견하였다. 놀랍게도, 또한 노즐이 개방되는 튜브가 촉매를 유체 베드의 상태로 유지하는 가스 흐름과는 실질적으로 반대 방향으로 출구 가스 흐름을 안내하는 경우에는, 이러한 마모가 일어나지 않거나 또는 상당히 감소된 양만 일어나지 않는 것을 발견하였다.
본 발명은 옥시염소화 장치 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 옥시염소화 장치의 단면도.
따라서, 본 발명은 반응기(1)와, 촉매 유체 베드(3)용 하부 분계(2)와, 상기 분계(2) 위 및 촉매 유체 베드(3)내에 있고, 반응기(1)의 전체 단면에 걸쳐서 분배되는 노즐(5)을 포함하는 가스 도입구(4 ; 분배 튜브)와, 촉매를 유동시키는 가스흐름과는 실질적으로 반대 방향으로 유출 가스 흐름을 안내하는 튜브(6)내로 개방되는 노즐(5)과, 상기 분계(2) 아래의 가스 유입구(7), 및 상기 분계(2)를 통과하는 튜브(8)를 포함하며, 상기 분계(2)를 통과하는 튜브(8)의 상단부와 노즐(5)이 개방되는 튜브(6)의 하단부 사이의 간격이 상기 튜브로부터 빠져 나오는 반응물과 촉매의 혼합이 가능한 한 조기에 일어날 수 있는 넓은 크기의 혼합영역(25 내지 300㎜의 혼합 영역은 제외)을 형성하는 옥시염소화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 장치는 바람직하게는 튜브(6)의 수와 동일한 수의 튜브(8)가 반대측에 배치되고, 반응기(1)의 단면에 걸쳐서 균일하게 분배되도록 설계된다. 각 튜브(8, 6)의 배열은 특히 튜브(8, 6)로부터 서로 반응하는 가스 양의 대응을 부여한다.
본 발명의 장치의 다른 실시예에 있어서, 동일 수의 튜브(8, 6)는 서로 반대방향으로 어긋나게 위치된다. 이러한 기하학적 배치는 튜브(8)로부터 상승하는 가스 흐름으로 인한 튜브(6)의 부식을 가능한 한 최저로 한다. 더욱이, 이러한 배치는 튜브(8, 6)로부터 촉매 유체 베드(3)로 들어가는 반응물이 촉매와 친밀한 접촉으로 즉시 노출되는 것을 가능하게 한다. 이러한 수단에 의해, EDC의 형성 방향으로 소망의 반응이 촉진되고, 부가적인 반응, 예를 들면 에틸렌과 산소와의 연소가 억제된다.
이러한 장치의 다른 실시예는 그 설계 및 구성을 보다 자유롭게 행할 수 있다. 이 경우에, 튜브(6)의 수는 튜브(8)의 수와 상이하다. 그러나, 이러한 경우에도, 반응기(1)의 단면에 걸친 이들 튜브의 가능한 최대 균일한 분배는 중요하다. 이러한 형태는 고비용을 의미하는 튜브(8)를 동시에 적용하지 않고, 현존하는 반응기에 있어서 튜브(6)의 수를 변경시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 다음의 실시예에서 보다 상세히 설명될 것이다.
실시예
도 1 에 따른 장치가 사용된다. 160℃로 예열된 반응물이 기체 상태로 직경 2.8m, 높이 26m의 반응기(1)내로 도입된다. 5974kg/h의 염화수소와 1417kg/h의 산소의 혼합물이 가스 도입구(4)를 통하여 노즐(5)과 튜브(6)를 거쳐서 촉매 유체 베드(3)로 흐른다. 노즐(5)은 상이한 직경을 가지므로, 가능한 한 균일한 가스 분배가 모든 노즐(5)에서 달성되고, 반응기(1)의 단면에 걸쳐서 달성된다, 노즐(5)의 직경은 가스 도입구에 따라서 개개의 노즐(5)까지 다양한 압력 저하를 보상하기 위하여 가스 도입구(4)의 하류방향에서 8.6㎜에서 9.3㎜로, 또한 10㎜로 증가한다. 40㎜의 내경의 튜브(6)는 300㎜의 길이를 가진다. 2380kg/h의 에틸렌은 하부 분계(2)를 통하여 가스 도입구(7)와 노즐(9)을 포함하는 튜브(8)를 거쳐서 흐른다. 반응기(1)내에는 촉매 염화 구리(II)가 촉매 유체 베드(3) 형태로 알루미나 지지체상에 위치된다. 상기 반응물은 이러한 유체 베드에 도입된다. 유체 베드를 유동시키기 위하여, 8780kg/h의 순환 가스 흐름은 하부 분계(2)를 통하여 가스 도입구(7)와 튜브(8)를 거쳐서 반응기(1)로 추가로 흐른다. 튜브(8)의 상단부는 하부 분계(2)와 동일 평면에 있다. 상기 하부 분계와 튜브(6)의 하단부 사이의 거리는 400㎜이다. 이러한 영역에서, 반응물은 반응기 단면에 걸쳐서 분배되고, 각 반응물과 촉매사이의 혼합영역을 형성한다. 에틸렌과 순환가스는 반응기내에서 저부로부터 상부로 흐른다. 이러한 흐름에 있어서, 이들은 염화수소 및 산소와 만나며, 현존하는 촉매와 상호 작용하고 반응하여 EDC와 물을 형성한다. 이 경우에 생기는 238.5kJ/㏖의 반응열은 촉매 유체 베드(3)를 통해서 물이 183℃에서 증발하는 냉각 코일(12)에서 제거된다. 반응온도는 반응기내의 3.2bar의 게이지 압력에서 225℃이다. 반응생성물과 순환 가스를 포함하는 반응기 상부에서의 가스 흐름은 3개의 집진 장치를 거쳐서 다음 처리(도면에 도시되지 않음)를 위해 반응기를 벗어난다. 직렬로 연결된 3개의 집진 장치는 촉매 유체 베드상의 반응기 상부에서 가스 흐름으로부터 동반된 촉매 먼지를 분리하기 위해 작용한다.
Claims (8)
- 옥시염소화 장치에 있어서,반응기(1)와,촉매 유체 베드(3)용 하부 분계(2)와,상기 분계(2) 위 및 촉매 유체 베드(3)내에 있고, 반응기(1)의 전체 단면에 걸쳐서 분배되는 노즐(5)을 포함하는 가스 도입구(4 ; 분배 튜브)와,촉매를 유동시키는 가스 흐름과는 실질적으로 반대 방향으로 유출 가스 흐름을 안내하는 튜브(6)내로 개방되는 노즐(5)과,상기 분계(2) 아래의 가스 유입구(7), 및상기 분계(2)를 통과하는 튜브(8)를 포함하며,상기 분계(2)를 통과하는 튜브(8)의 상단부와 노즐(5)이 개방되는 튜브(6)의 하단부 사이의 간격이 상기 튜브로부터 빠져 나오는 반응물과 촉매의 혼합이 가능한 한 조기에 일어날 수 있는 넓은 크기의 혼합영역(25 내지 300㎜의 혼합 영역은 제외)을 형성하는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하부 분계(2)를 통과하는 튜브(8)를 포함하고, 상기 튜브에서 노즐들(9)은 분계(2) 아래에, 또한 튜브(8)의 하단부 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 노즐들(9)은 노즐들(9)로부터 가스 제트의 상향 유속이 튜브(8)의 상단부까지 각각의 튜브(8)의 단면에 걸쳐서 균일하게 되도록 튜브(8)의 상단부로부터 거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 노즐들(9)은 튜브(8)의 하단부로부터 튜브(8)의 약 하나의 직경의 거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 옥시염소화장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 튜브(6)의 길이는 노즐(5)로부터의 가스제트의 하향 유속이 튜브(6)의 하단부까지 각각의 튜브(6)의 단면에 걸쳐서 균일하게 되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 가스 유입구(4)를 통해서 도입되는 가스가 반응기(1)의 단면에 걸쳐서 균일하게 분배되도록 노즐(5)은 상이한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(8)의 상단부와 튜브(6)의 하단부 사이의 간격은 튜브(4, 6, 8)와 하부 분계(2)의 높은 상호 침식 응력(erosive stress)이 발생하지 않도록 하는 치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 옥시염소화 장치.
- 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 장치를, 1,2-디클로로에탄을 제조하기 위해 에틸렌과 염화 수소 및 산소 또는 산소 함유 가스의 반응에 사용하는 방법.
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