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KR19980063918A - 기포 칼럼 반응기에 산소를 직접 주입시키는 방법 - Google Patents

기포 칼럼 반응기에 산소를 직접 주입시키는 방법 Download PDF

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KR19980063918A
KR19980063918A KR1019970066875A KR19970066875A KR19980063918A KR 19980063918 A KR19980063918 A KR 19980063918A KR 1019970066875 A KR1019970066875 A KR 1019970066875A KR 19970066875 A KR19970066875 A KR 19970066875A KR 19980063918 A KR19980063918 A KR 19980063918A
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KR
South Korea
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oxygen
containing gas
reactor
reaction
air
Prior art date
Application number
KR1019970066875A
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English (en)
Inventor
제프리 폴 킹스레이
로저 윌리암 데이
로렌스 마빈 리츠
Original Assignee
조안엠.젤사
프랙스에어테크놀로지,인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 조안엠.젤사, 프랙스에어테크놀로지,인코포레이티드 filed Critical 조안엠.젤사
Publication of KR19980063918A publication Critical patent/KR19980063918A/ko

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Abstract

본 발명은 액체상 산화 공정에 관한 것으로, 제 1 산소 함유 기체가 산화성 유기 액체를 함유하는 기포 칼럼 반응기의 저부에 주입된다. 제 2 산소 함유 기체는 추가로 상기 주입전에 액체가 용해 산소로 실질적으로 고갈되는 지점 또는 지점들에서 반응기로 주입된다. 제 1 및 제 2 산소 함유 기체로부터 산소는 유기 액체를 산화시키는 데 사용된다.

Description

기포 칼럼 반응기에 산소를 직접 주입시키는 방법
본 발명은 기포 칼럼 반응기에서 발생하는 공기를 기재로하는 산화 반응에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 산소를 상기 반응기에 직접 주입시키므로써 이러한 반응에서 생성물 품질, 및 생성물 수율, 산소 이용도 및 생산성을 포함하는 반응기 성능 특성을 개선시키는 방법에 관한 것이다.
기포 칼럼 반응기(BCR)는 특히 유기 화학품의 액체상 산화반응에서 기체를 액체와 혼합하여 반응시키는, 보수율이 낮으며, 비용이 저렴한 수단으로서 화학 공업에서 널리 사용된다. 이러한 액체 산화반응에서 산화는 전부는 아니지만 대부분이 기체 기포중의 산소보다는 액체에 용해된 산소와 더 잘 반응한다. 따라서, 산소 용해율은 일반적으로 반응에서 주요 인자가 된다.
가장 간단한 형태로, 액체상 산화반응에 대해 사용되는 기포 칼럼 반응기는 액체 칼럼으로 이루어지며, 칼럼의 네부분중 저부에 공기 또는 산소 부유 공기(예를 들어, 산소가 40부피% 이하인 공기)와 같은 반응 기체가 주입된다. 주입된 기체의 부력은 기포가 상향으로 유동하도록 한다. 이러한 기체 기포의 상향 유동은 주변 액체를 상향으로 밀어올린다. 기포 부력으로 상향으로 유동하는 액체의 양은 칼럼을 통과하는 실제 액체 유량을 초과한다. 따라서, 많거나 거대한 기포가 존재하는 영역에서의 액체의 상향 유동은 이러한 기포가 적은 영역에서의 액체의 하향 유동과 대항하게 된다. 이러한 방법으로, 액체 순환 패턴이 생기게 되며, 이러한 형태는 기포 칼럼 반응기의 특정 형태에 특징이 된다. 기포 칼럼 반응기는 기계적인 교반이 없기 때문에 주입되는 반응 기체는 액체를 교반하므로써 작용한다.
유기 화학품의 대부분의 액체상 산화반응은 유리 라디칼 연쇄 메카니즘을 거쳐 일어난다. 일반적으로, 이 메카니즘은 개시, 전파, 분기, 종료의 4 단계로 진행한다. 라디칼 사슬의 종료는 유리 라디칼의 결합과 관련된다. 두개의 라디칼이 산소와 반응하기전에 서로 반응하기 때문에 고분자량의 부산물이 반응 종료시에 생성된다. 정상적인 종료 반응물은 하기와 같다:
1) ROO*+ ROO*→ R=O + ROH + O2
2) R*+ R*→ R-R
상기 반응에서 ROO*는 과산화물 라디칼이고 R*는 탄화수소 라디칼이다. 충분한 산소의 존재하에서, ROO*라디칼의 농도는 상당히 높으며, 반응(1)에서 두개의 ROO*라디칼 반응이 지배적이다. 그러나, 반응기중 산소 결핍 영역에서와 같이 산소가 불충분한 경우, 반응(2)에서 두개의 라디칼 반응이 현저하게 진행되고, 이에 따라 바람직하지 않은 고분자량 부산물이 생성될 것이다. 이러한 부산물의 생성 이외에, 재결합이 전파 속도에 비해 종료 속도를 증대시킬 것이며, 이에 따라 전반적인 반응 속도를 저하시킬 것이다.
고분자량 부산물은 일반적으로 착색되어 있으며, 최종 생성물로부터 제거하기 어렵다. 이와 같이, 고분자량 부산물은 매우 낮은 농도라고 할지라도 생성물의 가치를 저하시킬 것이다. 따라서, 반응(2)의 라디칼 경로를 제거하는 것은 실질적으로 생성물의 가치를 증가시킬 수 있으며, 어느 경우에서는 또한 반응 선택성을 상당히 증가시킬 수 있다.
이러한 형태의 반응기에서는 산소가 40% 이하로 부유한 공기가 생성율을 증가시키는 데 사용되어 왔다. 그러나, 산소 부유 공기의 사용은 반응속도가 바람직하지 않게 높고, 흔히 온도가 바람직하지 않게 높은 반응기 영역을 형성시킬 수 있다. 사실상, 이것은 공기 공급 반응기에서 일반적으로 있는 흔한 문제이다. 불행하게도, 이러한 높은 온도는 상기 영역에서 탄소 산화물과 같은 부산물의 형성을 촉진시켜, 목적하는 생성물의 수율 및/또는 반응기의 생산성을 감소시킬 수 있다.
기포 칼럼 반응기가 갖는 또 다른 문제점은 형성된 유동 패턴으로 인해 기체가 액체에 균일하게 분배되지 않는다는 점이다. 또한, 유기 화학품의 공기를 기재로 하는 산화반응에서, 산소 고갈된 공기 기포가 반응기의 대부분에서 지배적이다. 이러한 기포 및 공급 공기 및/또는 부유 공기 기포의 합착은 크기로 인해 산소를 전달하기에 매우 비효과적인 큰 기포의 플럼(plume)을 형성하게 한다. 따라서, 산소가 폐기체 스트림중에 나타날 수 있다고 하더라도, 반응은 사실상 산소가 결핍인 상태일 것이다. 실제로, 비효과적인 질량 이동(mass transfer)으로 인해, 공기 또는 산소 부유 공기중에 제공된 약 80%의 산소만이 일반적으로 산화반응에 사용된다. 불행하게도, 잔류하는 산소는 반응기의 헤드 스페이스에 수집되며, 이는 폭발 위험성을 유발시킬 수 있다.
몇몇 기포 칼럼 반응에서, 공급 공기 또는 부유 공기가 반응하는 영역은 공급 기포가 합착되기 전에 반응을 보장하기 위해 의도적으로 과도한 온도로 유지된다. 이러한 작업의 이유는 산화반응을 촉진하고 폐기체 스트림중 산소 농도를 폭발 한계선 미만으로 유지시키기 위함이다. 그러나, 이러한 온도에서의 작업은 또한 이들 영역에서의 탄소 산화물과 같은 바람직하지 않은 부산물의 형성을 촉진할 수 있으며, 목적하는 생성물의 수율 및/또는 반응기의 생산성을 감소시킬 수 있다. 용어 폭발 한계선은 기체 스트림이 폭발될 수 있는 산소 농도를 의미하는 것으로 인지해야 한다. 이러한 한계선은 반응물 및 공정 조전에 의존하는 것과는 다르지만, 당업자들에게는 공지되어 있다.
기타 당업자들은 산소 질량 이동을 위한 표면 영역을 증가시키도록 합착된 기포를 분해시키므로써 반응기에서 수개의 단계로 기체 공급물을 재분배시키려고 시도하였다. 재분배를 위한 방법으로는 천공된 트레이의 사용 및/또는 재료 패킹(packing)이 포함된다. 이들은 각각 어느 정도의 단점을 가진다. 예를 들어, 반응기에 복합성을 추가하는 것 이외에, 상기 방법은 또한 금속 표면 영역을 추가시킨다. 대부분의 라디칼 반응에서, 이는 바람직하지 않은 라디칼 재결합이 금속 표면에서 촉진되기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 반응기에서 하드웨어의 존재는 실질적으로 순환 패턴을 변경시킬 것이며, 실질적으로 반응기 생산성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이 분야에는 기포 칼럼 반응기내 부산물 생성을 억제하기 위해 단순화되고, 보다 효과적인 방법이 제공될 필요성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기포 칼럼 반응기내에 액체상 산화반응을 위한 공정을 제공하여 부산물의 형성을 감소시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기포 칼럼 반응기내에 액체상 산화반응을 위한 공정을 제공하여 부산물의 형성을 감소시키면서 반응기 생산성을 유지시키거나 증가시키는 데 있다.
도 1은 모델화에 의해 유도된 바와 같이 공기 및 산소 기포로부터 산소를 액체에 질량 이동(또는 용해)한 비교 속도를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 입면도이다.
도 2b는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 입면도이다.
도 3b는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 입면도이다.
도 4b는 본 발명의 일구체예에 대한 단면 평면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 반응용기 2: 인젝터
5: 중심코어 6: 관형링
7: 주입노즐
본 발명에 의해 달성되는 상기 목적 및 기타 목적은 본 명세서를 읽으면서 당업자에게 자명하게 되며, 본 발명의 일면은 다음과 같다:
액체상 산화반응 공정은
a) 산화반응이 진행될 수 있는 유기 액체를 함유하는 반응 용기를 제공하는 단계,
b) 제 1 산소 함유 기체를 상기 용기의 저부에 주입하여 기체를 함유하는 제 1 산소의 기포가 상기 용기를 통해 상향으로 흘러 상기 유기 액체를 상향으로 흐르도록 하는 단계, 및
c) 제 2 산소 함유 기체를 반응기의 용해 산소가 결핍된 유기 액체내 적어도 어느 한 지점에 주입시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일면은
a) 산화될 수 있는 유기 액체를 포함하는 반응 용기,
b) 반응 용기를 통과하기 위해 제 1 산소 함유 기체를 반응 용기에 주입시키기 위한 반응 용기의 내부와 통하는 제 1 인젝터, 및
c) 제 2 산소 함유 기체가 반응기의 용해 산소가 결핍된 유기 액체중 적어도 어느 한 지점에 도입되도록 배치된 하나 이상의 추가 인젝터를 포함하여, 액체상 산화반응을 수행하는 장치에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 용어 저부는 반응 용기의 네부분중 보다 낮은 부분을 의미한다.
본 발명의 모델화는 산소 기포로부터 산소의 액체로의 질량 이동이 공기 기포 또는 산소 부유 공기 기포로부터 보다 상당히 신속한 것으로 나타났다. 이것은 도 1 에 도시되며, 기포에서 유기액체로의 산소 질량 이동의 모델에 대한 예상도를 나타낸다.
이 모델에서는 동일한 산소의 총량이 순수한 산소 기포, 산소 부유(25부피%) 공기 기포, 또는 공기(산소 21 부피%)중 어느 하나에 의해 액체에 첨가된다. 산소 기포로부터의 산소 질량 이동율은 공기 기포 또는 산소 25% 부유 공기 기포로부터의 산소 질량 이동율과 비교된다. 불활성 질소의 존재로 인해, 공기 기포 및 산소 부유 공기 기포에서 산소 농도는 산소가 기포외로 전달되면서 감소한다.
대조적으로, 산소 기포내 산소의 농도는 일정하게 존재하며, 산소 이동율의 감소는 오로지 기포 수축으로 인한 이용가능한 영역의 감소로 인한 것이다. 이 모델은 산소, 공기 및 산소 부유 공기 기포가 모두 동일 크기로 시작하며, 기포의 합착이 없으며, 기포내로 용매의 증발이 없는 것으로 가정한다.
사실상, 질량 이동에 대한 용매 증발의 효과가 중요할 수 있다. 또한, 공기 및 산소 부유 공기 기포가 질소의 상당한 농도의 존재로 인해, 액체의 상층 표면을 빠져나가, 수압의 감소로 인해 액체를 통과하여 상승함에 따라 부피가 팽창할 때까지는 주입 지점에 머물기 때문에 합착이 현저하게 일어나기 쉽다. 예를 들어, 적합한 인젝터 디자인을 통해 얻은, 주입되는 산소 기포의 전형적인 크기는 1㎜이다. 이러한 기포중 산소가 신속하게 용해하므로써 합착이 거의 없거나 전혀 없다는 사실이 본 출원에서 중요하다. 대조적으로, 공기 기포는 합착하며 5㎝ 이상으로 까지 커질 수 있다. 본원의 모델화는 산소 질량 이동율의 범위는 순수한 산소에 비해 공기 또는 산소 부유 공기 기포의 경우에서 보다 작은 완전한 두개의 크기인 것으로 나타났다. 산소의 질량 이동율에 의해 제한된 이러한 반응에 대해, 이러한 작은 산소 기포와 관련된 질량 이동율의 증가는 화학 반응 속도를 보다 증가시킬 수 있다.
본 발명은 도 2a 내지 4b를 참조로 상세히 설명될 것이다. 이들 도면에서, 인용부호는 공통 성분에 대해 동일하다. 컴퓨터 유체 역학(CFD) 모델화는 반응 기체가 반응기의 저부에 주입되는 일반적인 기포 칼럼 반응기에 대해 두개의 가능한 흐름 형태가 있는 것으로 나타낸다. 그 첫번째가 도 2a에 도시되어 있다.
도 2a는 산화될 수 있는 유기 액체를 함유하는 반응 용기(1)fmf 도시한 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 반응 용기(1)는 일반적으로 가로 세로비(직경에 대한 높이)가 6 내지 8이다. 그러나, 상기비가 2 내지 10인 반응 용기가 또한 고려될 수 있다.
유기 액체에는 산화하여 쿠멘히드로퍼옥사이드를 형성하는 쿠멘, 산화하여 시클로헥사논 및 시클로헥사놀의 혼합물을 형성하는 시클로헥산, 디메틸테레프탈레이트 또는 테레프탈산을 생성하기 위한 공정에서 산화하는 p-크실렌, 산화하여 과산화수소에 대한 전구체로서 퍼옥시안트라퀴논을 형성하는 안트라퀴논, 및 산화하여 아세트산을 형성하는 아세트알데히드를 포함되지만, 이들로 제한되지는 않는다.
일반적인 기포 칼럼 반응기에서, 공기 또는 산소 부유 공기(산소 함량이 40 부피% 이하)중 어느 하나인 제 1 산소 함유 기체가 인젝터(2)를 통해 반응기 직경의 중심에 인접하는 반응기 용기(1)의 저부에 주입되는 경우, 제 1 산소 함유 기체는 하나 또는 두개의 반응기 직경내에서 직경이 5㎝ 이상까지인 기포(3)로 합착할 것이다. 반응기의 중심부는 실제 상향 흐름을 갖는 기체로 상당히 하중될 것이다. 이 흐름은 상향으로 표시되는 화살표로 도시된 바와 같이, 유기 액체 반응물이 용기(1)내에서 상승하도록 한다. 샹향으로 흐르는 반응물이 용기(1)의 상부에 접근함에 따라, 하향으로 표시되는 화살표로 도시된 바와 같이, 코스를 변경하여 재순환 패턴으로 용기(1)의 하부로 흐른다. 기포내 함유된 기체가 반응기 상부의 헤드 스페이스에 방출되기 때문에, 용기(1)의 벽에 인접하는 영역(4)은 실질적으로는 기체가 거의 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않는 액체의 하향흐름을 가질 것이며, 반응이 용해된 산소 및 유기 액체사이에서 계속됨에 따라, 액체는 산소로 실질적으로 고갈될 것이다. 용해 산소가 불충분한 상기 영역(4)에서는 산소 함량이 70부피% 이상, 보다 바람직하게는 90부피% 이상인 제 2의 산소 함유 기체가 하나 이상의 주입 노즐(7)을 통해 반응기에 주입될 것이다. 70부피% 미만인 낮은 한계선 미만인 경우, 지나치게 많은 질소가 공정에 도입될 수 있으며, 이에 따라 반응기의 흐름 형태를 변경시킬 것이다. 또 다른 구체예에서 도 2b에 도시된 바와 같이, 산소 인젝터는 반응기(1)의 원주내에서 그 안에 수개의 구멍 또는 노즐을 갖는 관형 링(6)일 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 산소 함유 기체가 인젝터(2)를 통해 벽에 인접하는 용기(1)의 저부에 주입되는 경우, 벽에 접근하여 큰 슬럭(slug)의 기체(3)로 합착할 것이다. 벽에 인접하는 유기 액체는 화살표로 도시된 바와 같이 상향으로 흐르려 할 것이만, 반응기 중앙의 액체는 화살표로 도시된 바와 같이 실질적으로 하향으로 흐를 것이다. 또한, 기포내 기체가 반응기의 헤드 스페이스로 방출될 것이며, 결과적으로 용기(1)의 중심 코어(5)는 기체의 거의 함유하지 않거나 전혀 함유하지 않아, 실질적으로 산소가 고갈될 것이다. 이 영역으로, 제 2 산소 함유 기체는 하나 이상의 주입 노즐(6)을 통해 용기에 주입될 것이다. 또 다른 구체예에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 산소 인젝터는 반응기(1)의 원주내에서 그 안에 수개의 구멍 또는 노즐을 갖는 관형 링(6)일 수 있다.
상기에서 제안된 바와 같이, 실질적으로 용해 산소가 고갈된 영역은 일반적으로 실질적으로 액체의 하향흐름이 있는 반응기의 부분에서 발견된다. 불충분한 용해 산소를 갖는 영역의 존재는 산소의 부재하에 형성되는 바람직하지 않은 고분자량 부산물의 존재로부터 측정될 수 있다. 흐름 모델(실험적 및 컴퓨터에 근거한 것 모두)이 산소 주입에 적합한 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 하향흐름 영역의 정확한 위치는 반응기 기하학적 구조, 내부 배플과 열전달 표면의 존재, 및 인젝터의 기하학적 구조에 민감하지만 당업자들은 알 수 있을 것이다.
논의된 바와 같이, 이들 영역은 전형적인 반응기 시스템에서는 상당한 산소 질량 이동이 없을 것이며, 실질적으로 산소가 고갈되는 것이 일반적이다. 이와 같이, 이러한 위치에 주입되는 제 2 산소 함유 기체로부터의 산소 기포는 신속하게 용해될 것이다. 이러한 산소 기포는 제 1 산소 함유 기체의 기포와 비교하여 직경이 매우 작으며(1mm 등급에 대해), 따라서 부력이 거의 없다. 상기 기포는 빠르게 소모되기 때문에 산소 기포가 합착하여 부유하게 되는 기회가 거의 없을 것이다. 따라서, 상기 기포는 일반적인 반응기 유체역학에 영향을 미치지 않을 것이다.
당업자들은 공기 또는 산소 부유 공기 공급시에 첨가되는 산소의 양과 관련하여 특정 산화반응에 사용된 산소의 양이 관련된 특정 액체, 산화반응에 포함되는 작업 조건등과 같은 산화반응의 특정 특성에 따라 다양할 수 있음을 인지할 것이다. 따라서, 제 2 산소 함유 기체를 통해 첨가되는 산소의 양은 제 1 산소 함유 기체로부터 첨가되는 산소의 양보다 많거나 적을 수 있다.
공기를 전부 산소로 교체시키는 것은 부분적으로 반응기 헤드 스페이스에서의 높은 산소 농도와 관련된 폭발 위험성으로 인해 기포 칼럼 반응기에서는 용이하게 달성될 수 없다. 공기를 산소로 교체시키지 않는 또 다른 이유는 공기중 불활성 질소가 용기내 액체를 혼합시키기 위한 교반으로 유도된 부력을 제공하기 때문이다.
본 발명의 또 다른 구체예에서는 다수의 산소 주입 지점을 포함할 것이다. 기포 칼럼 반응기는 길이 대 직경비가 크기 때문에, 하향흐름을 따라서 수개의 위치가 존재할 수 있으며, 여기서 액체는 산소로 고갈될 수 있다. 이와 같은 구체예에서, 인젝터(9)는 도 4a에 도시된 바와 같이 사용되어 제 2 산소 함유 기체를 주입시킬 수 있다. 또 다른 구체에에서, 산소 인젝터는 반응기(1)의 원주내에서 그 안에 수개의 구멍 또는 노즐을 갖는 관형 링(9)으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 여러 이점을 제공한다. 예를 들어, 제 2 산소 함유 기체의 주입과 관련된 개선된 질량 이동으로 인해, 도입되는 상기 기체를 100% 까지 사용할 수 있다는 점이다. 상기 논의된 바와 같이, 본 발명의 방법은 산소 이용도가 일반적으로 약 80%인 종래의 산소 부유 방법에 비해 개선된 효율 및 비용 이점을 제공한다. 또한, 첨가되는 산소를 100% 까지 사용할 수 있기 때문에, 반응기 헤드 스페이스에서의 과량의 산소로 인한 폭발 위험은 주로 액체 표면외에서 일어나는 공기 또는 산소 부유 공기중 잔류하는 산소에 의해 결정된다.
상기 설명으로부터 추론될 수 있는 바와 같이, 상기 확인된 영역에서 라디칼 반응을 촉진시키므로써, 결합되는 바람직하지 않은 부산물의 형성이 억제된다. 결론적으로, 산소의 부재하에서 반응하여 바람직하지 않은 부산물을 형성하는 반응물이 산화되기 때문에, 개선된 생성물 수율 및 보다 높은 순수도의 생성물이 얻어진다.
또한, 추가 불활성 기체가 거의 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않기 때문에, 반응기의 전반적인 순환 패턴은 추가되는 불활성 기체 기포의 존재에 의해 실질적으로 붕괴되지 않는다. 대조적으로, 이러한 하향 흐름 영역으로의 공기의 단계적 주입은 공기중 높은 질소 함량이 상기흐름에 대향하여 기포를 상향으로 유도시킬 수 있기 때문에 순환 패턴을 변경시킬 것이다. 이는 반응기내 불량한 액체 순환 패턴과 같은 바람직하지 않은 결과로, 결국 비효과적인 열전달을 유도할 것이다.
본 방법의 또 다른 이점은 반응기의 생산성과 관련되어 있다. 이미 사용된 반응기 영역(왜냐하면 이 영역은 반응을 지속하기 위해 불충분한 산소를 함유하기 때문에)은 본 발명의 방법으로 인해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 공기 또는 산소 부유 공기가 공급되는 온도가 높은 영역의 존재로 인해 과도한 일산화탄소 부산물이 형성되는 반응기에 적용할 수 있다. 이러한 상황에서는 상기 영역내 액체 온도를 감소시키도록 공기 또는 산소 부유 공기의 초기 투입을 감소시키므로써 바람직한 생성물의 수율 및/또는 반응기의 생산성을 향상시키는 것이 바람직할 수 있다. 이들 영역에서 생산성(예를 들어, 목적하는 반응 생성물의 양)의 손실은 본 발명에 따라 제 2 산소 함유 기체가 첨가되는 영역에서의 생성물 수율 및 반응기 생산성이 증가하므로써 보상되거나 초과될 수 있다.
본 발명은 또한, 공기/산소 부유 공기 반응 영역의 온도를 폐기체 스트림중의 산소를 폭발 한계선 아래로 유지시키도록 의도적으로 높게 유지되는 반응기에 적용할 수 있다. 이러한 높은 온도는 흔히 수율을 감소시킬 수 있는 탄소 산화물과 같은 바람직하지 않은 부산물을 형성시킬 수 있다. 본 발명의 방법을 통해서, 공기/산소 부유 공기의 흐름은 폐스트림중의 산소 농도가 보다 낮은 바람직한 온도에서 폭발선 또는 한계선 아래에 있을 지점으로 감소될 수 있다. 이들 영역에서의 생산성(예를 들어, 목적하는 반응 생성물의 양) 손실은 본 발명에 따라 제 2 산소 함유 기체가 첨가되는 영역에서의 생성물 수율 및 반응기 생산성이 증가하므로써 보상되거나 초과될 수 있다.
끝으로, 이러한 기법은 생성물 단위당 요구되는 공기 압축 에너지량을 감소시키는 추가의 경제적인 이점을 제공한다. 이는 본 발명이 압축되는 공급 공기의 양을 증가시키지 않고 반응기의 생산성을 증가시키기 때문이다. 상기 추론의 외삽에 의해, 반응기 생산량을 유지할 수 있으며, 공급 공기양을 감소시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. a) 산화반응이 진행될 수 있는 유기 액체를 함유하는 반응 용기를 제공하는 단계,
    b) 제 1 산소 함유 기체를 상기 용기의 저부에 주입하여 기체를 함유하는 제 1 산소의 기포가 상기 용기를 통해 상향으로 흘러 상기 유기 액체를 상향으로 흐르도록 하는 단계, 및
    c) 제 2 산소 함유 기체를 반응기의 용해 산소가 결핍된 유기 액체내 적어도 어느 한 지점에 주입시키는 단계를 포함하여, 액체 상을 산화시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 산소 함유 기체가 공기임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 2 산소 함유 기체가 70부피 % 이상의 순도를 갖는 산소임을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 산화 공정에서의 수율이 제 2 산소 함유 기체가 반응기에 첨가되지 않은 공정과 비교하여 증가함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 반응기내 산소 이용율이 제 2 산소 함유 기체가 반응기에 첨가되지 않은 공정과 비교하여 증가함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 2 산소 함유 기체가 제 1 산소 함유기체의 양을 감소시키기에 효과적인 양으로 첨가되므로써, 산화 공정에서 생성된 산화 생성물의 양이 제 2 산소 함유 기체가 반응기에 첨가되지 않은 공정과 비교하여 많음을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 일산화탄소 부산물의 생성이 액체상 산화 공정에서 상당히 감소함을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 6항에 있어서, 반응 용기가 유기 액체위에 반응되지 않은 기체 및 반응 부산물 기체가 산화 공정 동안에 축적되는 헤드 스페이스를 포함하며, 이 헤드 스페이스에서의 산소량이 폭발 한계선 미만의 농도로 존재함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 유기 액체가 쿠멘, 시클로헥산, p-크실렌, 안트라히드로퀴논 및 아세트알데히드로 이루어진 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 1 산소 함유 기체의 주입이 반응기내에 순환 패턴을 형성하며, 이 패턴이 유기 액체의 혼합을 촉진시키고, 제 2 산소 함유 기체가 순환 패턴에 실질적으로 영향을 받지 않도록 주입됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 반응 용기가 기계 교반 수단을 갖지 않음을 특징으로 하는 방법.
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