KR100223039B1 - 부틴디올의 합성방법 및 장치 - Google Patents

부틴디올의 합성방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일련의 계단식 반응조내에서 현탁액 촉매의 존재하에 포름알데히드와 아세틸렌을 부틴디올롤 변환시키는 방법에 관한 것이다. 촉매는, 일련의 계단식 반응조의 마지막 반응조를 거친다음, 생성된 용액으로 부터 분리시켜서 최초의 반응조에 피드-백시킬 수 있다. 이때, 현탁액의 농도에 따라서, 상당한 비율의 생성된 부틴디올을 일련의 계단식 반응조의 최초 반응조에 공급해주어야 한다. 이것은 부틴디올로 변환되는 반응을 현저하게 방해한다. 또한, 특히 생성 용액으로 부터 촉매를 분리시키는 라인이나 장치에 있어서는 아세틸렌의 결여에 의해 촉매에 손상을 주게될 위험이 있다. 본 발명에 따르면, 각각의 개별 반응조에서 분리를 수행할 수 있다. 이 공정은 반응조내에 설치된 필터 또는 반응조 외부의 적당한 필터장치에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 방법에 있어서는, 반응조내에 존재하는 촉매의 일부를 배출시키고 재생촉매 및/또는 새로운 촉매로 교체할 수 있다. 반응조에서 배출시킨 촉매는 재생시키는 것이 바람직하다. 반응조내의 촉매교환은 간헐적으로 할 수도 있고 연속적으로 할 수도 있다. 촉매는 반응조내에서 반응용액 1

Description

부탄디올의 합성방법 및 장치
본 발명은 현탁액 촉매의 존재하에서 적어도 포름알데히드를 포함하는 수용액과 아세틸레놀 반응시킴으로써 부탄디올을 합성하는 방법에 관한 것으로, 일련의 계단식 반응조의 제1반응조로부터 끝에서 두 번째 반응조까지 배출된 용액을 일련의 계단식 반응조에서 후속하는 반응조내로 공급하는 용액을 일련의 계단식 반응조에서 다수의 개별 반응조를 통해 안내시키고, 반응조들내로 아세틸렌을 유입시키며, 일련의 계단식 반응조의 마지막 반응조로부터 부티디올 부화용액을 배출시켜 상기 용액으로부터 촉매를 분리시킴으로써 부틴디올 함유 생성물을 얻는 부틴디올의 합성방법에 관한 것이다.
독일 특허 제28 14 447호에는 미세하게 분할된 현탁액 촉매를 이용해서 포름알데히드 및 아세틸렌으로 부틴디올을 제조하기 위한 저압-에틴일화 방법이 공지되어 있다. 포름알데히드 및 아세틸린은 현탁액 촉매에 의해 지지되어, 일련의 계단식 반응조에서 부틴디올로 변환된다.
잔류 포름알데히드, 용해된 아세틸렌, 이미 제조된 부탄디올, 물 및 현탁액 촉매를 반응조 및 라인을 통해 분리장치로 안내시키며, 거기서 촉매 함유 흐름을 생성물 용액으로부터 분리시킨 다음, 다시 일련의 계단식 반응조내로 피드-백 시킨다. 촉매 함유 흐름을 생성물용액으로부터 분리시키는 것은 상기 특허에 따른 공지된 방법에서는 압력 엽상 필터에 의해 이루어진다.
전술한 방법에서는, 다른 분리장치를 사용할때도 하기 단점이 생긴다 :
지금까지 공지된 촉매는 아세틸렌 결여시 활성이 감소된다. 따라서, 반응 혼합물내에 아세틸렌이 과잉된다. 그럼에도 또한 촉매가 가라앉음으로써 점형태의 촉매 응축물이 생기기 때문에 특히, 라인 및 분리장치에서 촉매의 손상위험이 있다.
공지된 방법이 결정적인 단점은 현탁액 촉매가 유동적이어야 하기 때문에 촉매 함유 용액중에 생성된 부탄디올의 많은 양이 항상 분리장치로부터 일련의 계단식 반응조로 피드-백 된다는 사실에 기인한다. 그러나, 피드-백된 부탄디올은 반응을 방해한다.
따라서, 프로세스에서 전체적으로 얻어지는 출발성분의 부틴디올의 변환율이 줄어든다. 또한, 생성물 용액중에 잔류 포름알데히드의 함량이 증가한다. 그러나, 상기 증가된 잔류 포름알데히드 함량은 생성물 흐름을 더욱 처리할 때, 예컨대 생성물 흐름으로부터 부틴디올을 수소화시킬 때, 부가의 문제를 야기시킨다.
이세틸렌 결여에 의한 촉매손상의 위험은 온도강하에 따라 줄어든다. 즉, 온도가 떨어지면 촉매가 농축될 수 있다. 그러나, 온도 강하에 따라 용액의 유동성이 줄어들기 때문에 용액의 여과율이 저하된다.
예컨대, 온도가 약 80에서 약 20로 강하하고 그밖의 여과조건이 동일하면, 여과액이 원래 여과액의 약 1/4로 줄어든다.
따라서, 낮은 온도로 프로세스를 수행하면 장치비용이 증가된다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 간단히 피할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 일련의 계단식 반응조의 각 개별 반응조에서 용액으로부터 촉매의 분리를 수행함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 일련의 계단식 반응조의 각 단에 촉매를 잔류시킨다. 이 경우, 본 발명에 따라 반응조의 외부에서 용액으로부터 촉매의 분리를 수행할수 있다.
촉매를 용액과 함께 각각의 반응조로부터 배출시킨 다음, 촉매를 용액으로부터 분리시켜 동일한 반응조에 다시 공급한다. 촉매없는 용액을 일련의 계단식 반응조의 후속하는 반응조내로 유입시키거나 또는 생성물 흐름으로서 마지막 반응조로부터 배출시킨다.
반응조내로 촉매를 피드-백시킴으로써, 상기 반응조로부터 배출된 용액중 일부가 상기 반응조내로 피드-백 되기는 하지만 상기 용액이 반응조내에 있는 것과 동일한 부틴디올 농도를 가지기 때문에, 선행기술에 따른 방법에서와 같이 피드-백에 의해 각 반응조에서 변환반응을 저지하는 부탄디올 부화가 일어나지 않는다.
반응조 외부에서 촉매의 체류시간은 선행기술에 따른 방법에 비해 짧다.
반응조내에서 아세틸렌 과잉은 쉽게 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에서는 아세틸렌 결여에 의한 촉매의 손상이 발생하지 않는다.
그러나, 본 발명에 따르면 내부에서도 특히 유리하게 용액으로부터 촉매를 분리할 수 있다. 반응조에서의 아세틸렌 과잉에 의해 촉매의 손상이 배제된다.
이 경우에는, 반응조내로 용액의 피드-백이 일어나지 않는다.
본 발명에 따른 방법에서는 반응조내에서 반응성분과 촉매의 양호한 분배를 가능하게 하는 모든 반응조를 반응조로 사용할 수 있다. 이것에는 특히 교반 반응조가 적합하다. 필터에 의해 또는 예컨대, 반응조 외부에서 분리장치로서 하이드로 사이클론과 같은 다른 분리장치에 의해 용액으로부터 촉매의 분리 및 그에 따라 일련의 계단식 반응조의 단으로부터 촉매없는 용액의 배출을 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 용액으로부터 촉매의 분리를 반응온도에서 수행한다. 상기 반응 온도는 약 60 내지 100, 특히 80 내지 90이다. 상기 온도에서 현탁액은 유동적이며, 이것은 분리를 훨씬 용이하게 한다. 주변압력 또는 약간 높은 압력에서 반응을 수행한다.
반응조내에서 촉매의 양이 반응용액 1당 50-200g, 바람직하게는 75-125g이면, 출발성분이 부틴디올이 변환하는데 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에서는 일련의 계단식 반응조의 개별 반응조내에 있는 현탁액 촉매의 일부를 촉매없는 용액에 부가해서 반응조로부터 배출시키고 상응하는 양의 촉매로 교체시킨다. 따라서, 연속적인 작동중에 촉매의 정상적인 에이징이 부틴디올로의 변환율을 감소시키지 않을 수 있다.
촉매의 교체는 간헐적으로 할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 촉매를 연속적으로 반응조로부터 배출시키고 상기 반응조에 공급한다.
본 발명에 따른 방법의 개선예에서는 반응조로부터 배출시킨 촉매를 적어도 부분적으로 재생장치에 공급한다. 따라서, 배출된 촉매중 적어도 일부를 다시 프로세스에서 유용하게 사용할수 있다는 장점이 있다.
바람직하게는 재생된 및/또는 새로운 현탁액 촉매를 반응조내로 유입시킬수 있다. 이러한 본 발명의 실시예에서는 부틴디올로의 출발성분의 높은 변환율을 얻을수 있다.
이 경우 현탁액 촉매를 반응조내로 직접 또는 용액과 함께 유입시킬 수 있다. 후술한 경우에는 반응조 외부에서 이미 촉매를 용액과 혼합한다.
본 발명에 따른 방법에서는 부틴디올 생성물에 공지된 모든 현탁액 촉매가 촉매로 적합하다. 산화 알루미늄담체 상의 또는 규산염 마그네슘담체 상의 구리 화합물로된 촉매가 특히 양호한 결과를 나타냈다.
본 발명은 또한 일련의 계단식 반응조에서 연결라인을 통해 연결된 다수의 반응조, 용액 및 아세틸렌의 공급라인, 및 용액의 배출라인을 포함하며 가스가 반응조내로 방출되도록 구성된, 전술한 방법은 실시하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 각각의 개별 반응조내에 또는 옆에 촉매없는 용액을 분리하기 위한 분리장치를 설치한다.
상기 분리장치는 필터링관 또는 필터링 표면을 가진 필터로 이루어질수 있다.
그러나, 반응조의 외부에서 예컨대 사이클론과 같은 분리장치를 사용할 수도 있다.
반응조의 외부에서 있는 분리장치의 경우에는 촉매 및 용액을 분리장치로 안내하는 라인이 반응조로부터 분리장치로 뻗으며, 촉매를 반응조로 피드-백시키는 라인은 분리장치로부터 반응조로 뻗고, 촉매없는 용액을 일련의 계단식 반응조의 단으로부터 배출시키는 라인은 분리장치로부터 뻗는다.
본 발명에 따른 장치의 특별한 실시예에서는 촉매를 공급하는 또다른 라인을 부가로 반응조 또는 용액의 공급라인에 설치한다. 또한, 촉매를 배출하는 라인이 각 반응조로부터 뻗는다.
본 발명의 개선예에서는 바람직하게는 연결라인에 펌프를 설치한다. 연결라인을 통해 촉매없는 용액만을 반응조로부터 반응조로 안내시키기 때문에, 간단한 펌프를 연결라인에 사용할 수 있는데, 그 이유는 펌프에서 촉매손상의 위험이 없기 때문이다.
본 발명을 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 일련의 계단식 반응조를 나타낸다.
제1도에는 3개의 교반 반응조를 가진 본 발명에 따른 일련의 계단식 반응조가 도시되어 있다. 라인(1a)을 통해 적어도 포름알데히드 함유 용액을 제1교반 반응조(2a)내로 유입시킨다. 현탁액 촉매를 라인(3) 및 라인(3a)을 통해 마찬가지로 교반 반응조(2a)내로 유입시킨다.
교반 반응조(2a)에는 교반기(4a)가 설치되어 있다. 상기 교반기(4a)는 반응용액의 양호한 혼합을 보장한다. 라인(5a)을 통해 아세틸렌을 반응조내로 유입시킨다. 교반 반응조내에서 포름알데히드 및 아세틸렌이 부틴디올로 부분적으로 변환된다. 과잉 가스, 주로 아세틸렌은 라인(6a)을 통해 교반 반응조(2a)로부터 배출시킨다.
교반 반응조(2a)의 하부영역에는 교반 반응조(2a)내에 현탁액 촉매를 잔류시키는 필터(7a)를 배치한다. 교반 반응조(2a)내의 흐름상태에 의해 필터(7a)가 막히지 않도록 교반 반응조(2a)내에 상기 필터(7a)를 배치한다. 필터(7a)에 의해 부탄디올 함유 반응용액을 라인(8a)을 통해 교반 반응조(2a)로부터 배출시킨다. 펌프(10)에 의해 반응 혼합물을 일련의 계단식 반응조의 제2단에 공급한다. 교반 반응조(2a)의 바닥으로부터 라인(9a)을 통해 현탁액 촉매를 배출시킨다.
라인(1b)을 통해 반응 혼합물을 일련의 계단식 반응조의 제1단으로부터 제2단으로 안내시킨다. 교반 반응조(2b)는 일련의 계단식 반응조의 제2단의 중심부를 형성한다. 교반 반응조(2b)는 교반 반응조(2a)에 상응하게 작동하므로 동일한 내장물, 공급라인 및 배출라인을 가진다.
제1도에는, 또한 동일한 내장물, 공급라인 및 배출라인을 가진 교반 반응조(2c)를 가진 일련의 계단식 반응조의 제3단이 도시되어 있다. 제1도에서 동일한 것을 일련의 계단식 반응조의 제1, 제2 또는 제3단의 구별을 위한 문자(a), (b) 또는 (c)를 가진 동일한 도면부호로 표시하였다.
일련의 계단식 반응조의 제2단으로부터 라인(8b)을 통해 배출시킨 용액을 펌프(11) 및 라인(1c)을 통해 도시된 일련의 계단식 반응조의 제3단으로 이송시킨다. 일련의 계단식 반응조의 각 단에서는 부탄디올의 변환이 일어나며, 사용하는 일련의 계단식 반응조의 단 수는 본 발명에 의해 미리 정해지는 것이 아니라 설비의 특정한 경계 조건에 의존한다.
일련의 계단식 반응조의 마지막 단으로부터 촉매없는 부탄디올 부화생성물 흐름을 얻으며, 상기 생성물 흐름을 임의로 사용하거나 처리할 수 있다. 실시예에서는 라인(8c)을 통해 부탄디올 부화생성물 흐름을 교반 반응조(2a)로부터 배출시킨다.
교반 반응조(2a), (2b) 또는 (2c)로부터 나온 촉매 흐름(9a), (9b) 또는 (9c)을 라인(9)을 통해 제1도에 도시되지 않은 재생장치에 공급할 수 있다. 바람직하게는, 재생장치에서 얻어진 촉매 현탁액을 라인(3)을 통해 프로세스내로 피드-백 시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 장점은 다음과 같다 : 동일한 부틴디올의 변환시 반응조, 특히 교반 반응조를 현저히 작게 구성할 수 있다. 따라서, 교반기 및 가스흡수 시스템이 현저히 작아진다. 간단한 분리장치, 예컨대 간단한 통상의 필터에 의해 촉매 현탁액을 용액으로부터 분리한다. 높은 온도 및 흐름 상태로 인해 필터링 조건이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 다른 장치는 현탁액 촉매에서의 바가역 손상을 방지한다. 본 발명에 의해 부탄디올 생성물에 대한 설비의 고장 안정성이 훨씬 증가한다.

Claims (10)

  1. 일련의 계단식 반응조의 제1 반응조로부터 끝에서 두 번째 반응조까지 배출된 용액을 일련의 계단식 반응조에서 후속하는 반응조내로 공급하는 방식으로, 일련의 계단식 반응조에서 용액을 다수의 개별반응조로 안내시키며, 반응조내로 아세틸렌을 유입시키고, 일련의 계단식 반응조에서 마지막 반응조로부터 부탄디올 부화용액을 배출시키며, 용액으로부터 촉매를 분리시킴으로써 부탄디올 함유 생성물 흐름을 얻는 것으로 구성되는, 현탁액 촉매의 존재하에 적어도 포름알데히드를 포함하는 수용액을 아세틸렌과 반응시켜 부탄디올을 합성하는 방법에 있어서, 각각의 개별 반응조에서 용액으로부터 촉매의 분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응조에서 용액 1당 50-200g의 촉매량을 사용하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 일련의 계단식 반응조의 개별 반응조내에 있는 촉매의 일부를 반응조로부터 배출시키고 상응하는 양의 촉매를 반응조에 공급하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  4. 제3항에 있어서, 연속적으로 촉매를 배출시키고 공급하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  5. 제1항, 2항 또는 4항에 있어서, 반응조로부터 배출시킨 촉매를 적어도 부분적으로 재생장치에 공급하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  6. 제5항에 있어서, 재생촉매 및/또는 새로운 촉매를 반응조내로 유입시키는 촉매로 사용하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법.
  7. 제1항, 2항, 4항 또는 6항에 있어서, 촉매가 산화알루미늄 담체상의 또는 규산염마그네슘담체상의 구리 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성방법,
  8. 일련의 계단식 반응조에서 연결라인(8a/1b, 8b/1c)를 통해 연결되는 다수의 반응조(2a, 2b, 2c), 용액의 공급라인(1a, 1b, 1c), 아세틸렌의 공급라인(5a, 5b, 5c), 및 용액의 배출라인(8a, 8b, 8c)을 포함하며, 가스(6a, 6b, 6c)가 반응조내로 방출되는 방식으로 구성된 제1항 내지 7항중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 각각의 반응조(2a, 2b, 2c)내에 또는 각각의 반응조(2a, 2b, 2c)옆에 촉매없는 용액을 분리시키기 위한 분리장치(7a, 7b, 7c)를 설치하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성장치.
  9. 제8항에 있어서, 반응조(2a, 2b, 2c)가 부가로 촉매를 배출하는 라인(9a, 9b, 9c)을 가지며, 반응조(2a, 2b, 2c)내로 또는 상기 반응조내의 용액공급라인(1a, 1b, 1c)내로 현탁액 촉매의 유입을 위한 라인(3a, 3b, 3c)이 뻗는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 연결라인(8a/1b, 8b/1c)에 펌프(10, 11)를 설치하는 것을 특징으로 하는 부탄디올의 합성장치.
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