KR100241085B1 - Oxychlorination of ethylene in two stage fixed-bed reactor - Google Patents
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Abstract
고정베드 산염소화 반응기에서 촉매의 존재하에 에틸렌과 염소원 및 산소원을 반응시켜 1,2-디클로로에탄(EDC)을 생산하는 에틸렌의 산염소화방법에 있어서, 쌍반응기 시스템을 사용하고, 상기촉매는 염화 제이구리 촉매이며, 그 활성프로파일은 반응물 흐름이 처음에는 첫번째의 고활성 촉매층과 접촉하고 그 다음에는 두번째의 저활성 촉매층과 접촉한 후, 최종적으로 세번째의 고활성 촉매층과 접촉하도록 배열된다.In the method of chlorination of ethylene which produces 1,2-dichloroethane (EDC) by reacting ethylene with a chlorine source and an oxygen source in the presence of a catalyst in a fixed bed acidification reactor, a double reactor system is used, and the catalyst is It is a cupric chloride catalyst whose active profile is arranged such that the reactant stream is first contacted with the first high active catalyst layer and then with the second low active catalyst layer and finally with the third high active catalyst layer.
Description
본 발명은 단일 반응기로 이루어진 고정베드 반응시스템에서 염화 탄화수소, 특히 1,2-디클로로에탄(EDC)를 생산하기 위한 에틸렌의 산염소화(oxychlorination)에 관한 것이다.The present invention relates to oxychlorination of ethylene to produce chlorinated hydrocarbons, in particular 1,2-dichloroethane (EDC), in a fixed bed reaction system consisting of a single reactor.
높은 온도와 압력하에서 촉매를 사용하여 에틸렌과 같은 탄화수소를 염화수소와 원소 산소를 함유하고 있는 기체, 특히 공기 또는 산소를 강화한 공기와 반응시켜 EDC같은 염화 탄화수소를 만드는 방법은 잘 알려져 있다. 이 반응은 두개의 다른 반응기술로 수행될 수가 있다. 하나는 반응물의 기체 혼합물이 유동성의 촉매 분말과 접촉하는 유동베드 반응기 기술이다. 다른 하나는 기체 반응물이 반응기의 안쪽에 고정되어 있는 촉매를 따라 흐르는 고정베드 반응기 기술이다.Under high temperature and pressure, catalysts are known to react hydrocarbons such as ethylene with gases containing hydrogen chloride and elemental oxygen, in particular air or oxygen enriched air, to produce chlorinated hydrocarbons such as EDC. This reaction can be carried out with two different reaction techniques. One is a fluidized bed reactor technique in which a gaseous mixture of reactants is in contact with a flowable catalyst powder. The other is a fixed bed reactor technology in which gaseous reactants flow along a catalyst fixed inside the reactor.
유동베드 반응기는 촉매 파우다의 점착성, 작동의 불안정함, 반응기에서 기체와 촉매의 솔리드 백 믹싱(solid back mixing)으로 기인한 낮은 선택성, 냉각기 번들(bundle)의 불결함에서 기인하는 열전달의 손실과 반응기로 부터 세정해 분리해 낼때 촉매의 손실을 줄이기 위한 반응속도의 제한과 같은 많은 결점을 가지고 있다.Fluid bed reactors are characterized by poor adhesion of the catalyst powder, instability of operation, low selectivity due to solid back mixing of gas and catalyst in the reactor, and loss of heat transfer due to the impurity of the cooler bundle. Has many shortcomings, such as limiting the reaction rate to reduce the loss of catalyst when washing off.
이러한 문제점을 해소시키기 위해 고정베드 반응기 기술이 개발되어 왔다. (참조. 미국특허 제3,892,816호와 미국특허 제4,123,467호)Fixed bed reactor technology has been developed to solve this problem. (See US Pat. No. 3,892,816 and US Pat. No. 4,123,467)
고정베드 반응기는 유동베드 반응기에 수반되는 많은 문제점을 극복했으나 새로운 많은 문제점에 직면해왔다. 고정베드 반응기에서 중요한 문제점은 산염소화 발열반응으로 발생되는 열을 반응기로부터 멀리 전달시켜 과열을 막는 것이 어렵다는 것이다. 이러한 이유 때문에 모든 필수 반응물을 정확한 화학량론비로 투입할 수가 없다. 무엇보다도 혼합물에서 산소의 농도가 8% 이상이 되도록 반응기에 투입하는 것은 인화성때문에 안정하지 못하므로 반응은 두가지 이상의 연속하는 단계(통상적으로 세단계임)로 이루어진다. 즉, 염산과 산소가 반응기들로 분할 공급되는 동안 에틸렌이 첫번째 반응기로 투입된다. 반응하지 않은 에틸렌과 일부의 불활성 기체들은 첫번째 반응기로 순환한다.Fixed bed reactors have overcome many of the problems associated with fluid bed reactors, but have encountered many new problems. An important problem in fixed bed reactors is that it is difficult to transfer the heat generated by the oxidative exothermic reaction away from the reactor to prevent overheating. For this reason, it is not possible to add all the necessary reactants in the correct stoichiometric ratio. First of all, it is not stable because of the flammability that the concentration of oxygen in the mixture is above 8%, so the reaction consists of two or more successive stages (usually three stages). That is, ethylene is introduced into the first reactor while hydrochloric acid and oxygen are split feed into the reactors. Unreacted ethylene and some inert gases circulate to the first reactor.
과열점의 발생과 같은 것을 줄이고자 하는 많은 시도에서, 고정베드 반응기내에서 유동방향으로 활성이 증가하도록 촉매의 활성 프로파일(profile)을 변경시키는 것이 알려졌다. 유럽특허 제0146925호에서 그 예를 볼 수가 있다. 어쨌든, 종래의 기술에선 프로파일된 촉매를 이용하더라도 다중 반응기 시스템의 사용이 필수적인 것으로 알려져왔다.In many attempts to reduce such things as the occurrence of hot spots, it has been known to alter the activity profile of a catalyst to increase its activity in the flow direction in a fixed bed reactor. An example can be found in EP 0146925. In any case, the use of a multi-reactor system has been known in the prior art to use a profiled catalyst.
종래 기술의 세개의 반응기 시스템은 많은 불이익을 가지고 있다. 예를들면, 첫번째에서 세번째 단계까지의 접촉시간이 줄기 때문에 반응물의 부분압 또한 줄어든다. 이것은 세개의 반응기가 다른 온도에서 조작되어야 하므로, 개개의 냉각재킷을 필요로 함을 의미한다. 무엇보다, 이런 주의에도 불구하고 각 반응기의 생산성이 다르다. 이것은 특히 세번째 반응기에서 두드러지는데, 여기서 생산성은 첫번째 반응기의 약 50%이다.The three reactor systems of the prior art have many disadvantages. For example, the partial pressure of the reactants also decreases because the contact time from the first to third stages decreases. This means that the three reactors have to be operated at different temperatures, thus requiring individual cooling jackets. First of all, despite this precaution, the productivity of each reactor is different. This is especially noticeable in the third reactor, where the productivity is about 50% of the first reactor.
더우기, 세개의 반응기내의 전체 촉매베드 시스템에 걸쳐 생기는 압력의 급강하로 인한 결과는 배출기체를 재순환하는데 상당량의 에너지소모를 필요로 하게 한다.Moreover, the result of the pressure drop across the entire catalyst bed system in the three reactors requires considerable energy consumption to recycle the off-gas.
무엇보다 세개의 반응기 시스템을 설정하고 유지하는 것은 하나 또는 두개의 반응기를 가지는 시스템보다 많은 비용이 든다는 것은 자명하다.Above all, it is obvious that setting up and maintaining three reactor systems is more expensive than systems having one or two reactors.
이에 본 발명자들은 쌍반응기 시스템(twin reactor system)을 사용해서 에틸렌의 촉매적 산염소화를 위한 새로운 공정을 개발했다. 특별한 촉매 로딩 설계(loading schem)로 세개의 반응기 시스템과 동일한 EDC생산성을 유지할 수 있다. 이는, 사용한 촉매의 부피와 관련하여, 전체 생산성이 세개의 반응기 시스템에서 얻어지는 것보다 50% 더 커짐을 의미한다.The inventors have therefore developed a new process for the catalytic oxidation of ethylene using a twin reactor system. A special catalyst loading schem can maintain the same EDC productivity as three reactor systems. This means that in terms of the volume of catalyst used, the overall productivity is 50% greater than that obtained in three reactor systems.
본 발명의 첫번째 양상에 따라, 본 발명자들은 고정베드 산염소화 반응기에서 촉매의 존재하에 에틸렌, 염소원(chlorine source)과 산소원(oxygen source)을 반응시키는 것을 포함하는 1,2-디클로로에탄(EDC)을 생산하는 에틸렌의 산염소화 방법을 제공하며, 이 방법에서는 쌍반응기 시스템을 사용하고, 상기 촉매는 염화 제이구리 촉매로서, 그 활성프로파일은 반응물 흐름이 처음에는 첫번째의 고활성 촉매층과 접촉하고 연속하여 두번째의 저활성 촉매층과 접촉한 후 최종적으로 세번째의 고활성 촉매층과 접촉하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.In accordance with a first aspect of the present invention, the present inventors have described 1,2-dichloroethane (EDC) comprising reacting an ethylene, chlorine source and oxygen source in the presence of a catalyst in a fixed bed chlorination reactor. A method of oxychlorination of ethylene is produced, in which a bireactor system is used, wherein the catalyst is a cupric chloride catalyst whose active profile is in contact with the first highly active catalyst bed and is continuously And then contact with the second low active catalyst layer and finally contact with the third high active catalyst layer.
세번째의 촉매층은 프로파일된 촉매이며 활성이 증가하는 순으로 배열된 다중 촉매층들을 포함한다.The third catalyst layer is a profiled catalyst and includes multiple catalyst layers arranged in order of increasing activity.
본 발명에 따르는 촉매의 로딩방식은 두개의 반응기 시스템에서 양쪽 반응기 모두에 적용되는 것이 바람직하다.The loading of the catalyst according to the invention is preferably applied to both reactors in two reactor systems.
본 발명에 따르는 촉매의 로딩방식은 반응물이 첫번째의 고활성 촉매층과 접촉하자마자 즉시 반응을 시작할 수 있게 만든다. 반응물의 온도가 270℃ 내지 285℃를 초과하기 전에 반응물은 흘러가 저활성 촉매층과 접촉하게 되어서 속도가 줄어들고 그 결과 반응의 온도도 낮아지게 된다. 그러므로, 첫번째의 고활성 촉매층이 짧은 것이 이롭다. 어떤 경우에도, 촉매층의 이상적인 길이는 반응이 285℃를 초과하지 않게 하면서 사용될 수 있는 촉매층의 최대길이를 정함으로써 경험적으로 정해진다.The loading of the catalyst according to the invention makes it possible to start the reaction as soon as the reactants are in contact with the first highly active catalyst bed. Before the temperature of the reactants exceeds 270 ° C. to 285 ° C., the reactants flow and come into contact with the low active catalyst layer, reducing the speed and consequently lowering the temperature of the reaction. Therefore, it is advantageous that the first high active catalyst layer is short. In any case, the ideal length of the catalyst bed is empirically determined by determining the maximum length of catalyst bed that can be used while the reaction does not exceed 285 ° C.
두번째의 저활성 촉매층은 첫번째 촉매층에 의해 고속으로 시작된 반응이 285℃의 과열점을 초과하지 않도록 배열된다.The second low activity catalyst layer is arranged such that the reaction started at high speed by the first catalyst layer does not exceed the hot point of 285 ° C.
세번째의 고활성 촉매층은 285℃를 초과하지 않고 반응물의 전환이 최대로 이루어지도록 배열된다. 세번째 촉매층은 반응물의 유동방향으로 활성이 증가하도록 프로파일된 촉매층인 것이 좋다.The third high active catalyst layer is arranged to maximize the conversion of reactants without exceeding 285 ° C. The third catalyst layer is preferably a catalyst layer profiled to increase the activity in the flow direction of the reactants.
적당한 특이적인 촉매의 로딩방식은 반응물들의 처리량 뿐만 아니라 과열점의 최대 예상온도와 사용하는 반응기의 길이와 내직경에 따라 선택된다.Suitable specific catalyst loading methods are selected depending on the throughput of the reactants as well as the maximum expected temperature of the hot spot and the length and internal diameter of the reactor used.
본 발명의 방법에 사용하기 위한 활성이 밝혀진 다양한 촉매들이 당분야에 알려져 있다. 바람직한 촉매는 염화 제이구리를 활성성분으로 가지며 알루미나, 실리카겔 혹은 알루미노실리게이트를 담지체로 가지는 담지촉매이다. 담지물의 형태는 구형, 입방체, 원추형, 중공의 원통형(hollow cylinder), 원통형 펠렛(cylinderical pellet)과 다중 열편형 펠렛(multilobate pellet) 등이 될 수 있다.Various catalysts are known in the art for which activity has been found for use in the process of the invention. Preferred catalysts are supported catalysts having cupric chloride as an active ingredient and carrying alumina, silica gel or aluminosilicate as a support. The support may be spherical, cuboid, conical, hollow cylinder, cylindrical pellet, multilobate pellet, or the like.
촉매의 구리 함량은 요구되는 활성에 따라 다른 것이 바람직하다. 즉, 첫번째의 활성 촉매층은 높은 구리함량을 가지며, 두번째의 저활성 촉매층은 낮은 구리함량을 가지며, 세번째의 고활성 촉매층은 높은 구리 함량을 가지는 것이 바람직하다. 세번째 촉매가 프로파일된 촉매인 경우에는 촉매의 구리 함량도 유사하게 프로파일되어 있을 수 있다.The copper content of the catalyst is preferably different depending on the activity required. That is, it is preferable that the first active catalyst layer has a high copper content, the second low active catalyst layer has a low copper content, and the third high active catalyst layer has a high copper content. If the third catalyst is a profiled catalyst, the copper content of the catalyst may be similarly profiled.
염화 제이구리 활성성분에 추가하여, 촉매는 EDC의 선택성을 증가시키기위해 칼륨, 마그네슘, 세슘, 리튬, 나트륨, 칼슘과 세륨의 염화물과 같은 것을 촉진제로 또한 함유할 수 있다.In addition to the cupric chloride active ingredient, the catalyst may also contain such accelerators as chlorides of potassium, magnesium, cesium, lithium, sodium, calcium and cerium to increase the selectivity of the EDC.
본 발명의 방법에 적용되는 반응기 형태는 관형 반응기이다. 이것은 하나의 냉각재킷내에 일제히 쌓여진 다수의 관으로 이루어져 있다. 각 관의 내직경은 15~40㎜인 것이 적당하다. 직경이 15㎜보다 작은 것은 충분한 작업처리량을 얻기 위해서 산업적 반응기내에 상당히 많은 수의 관을 사용해야 함으로 좋지 못하다. 한편, 직경이 40㎜보다 큰 것은 촉매베드의 내부에 지나치게 높은 과열점을 유발함으로 온도를 낮게 유지하기 위해서 낮은 특이적 작업처리량을 요구하게 되므로 좋지 못하다. 바람직한 직경은 20~30㎜이다.The reactor type applied to the process of the invention is a tubular reactor. It consists of a number of tubes stacked together in one cooling jacket. The inner diameter of each tube is suitably 15-40 mm. Smaller diameters of less than 15 mm are not good because a large number of tubes must be used in an industrial reactor to obtain sufficient throughput. On the other hand, a diameter larger than 40 mm is not good because it requires a low specific throughput in order to keep the temperature low by causing an excessively high hot spot inside the catalyst bed. Preferable diameter is 20-30 mm.
반응기의 적당한 길이는 3~9m이다. 길이가 3m보다 짧을 경우에는 체류시간이 지나치게 짧아져 반응물의 전환이 낮아지거나 특이적인 작업처리량이 낮아지는 결과를 가져온다. 염산과 산소의 높은 전환과 큰 특이적 작업처리량을 얻기 위해서 9m 이상의 길이는 필요하지 않다. 바람직한 길이는 3.5~7m이다.The suitable length of the reactor is 3-9 m. If the length is shorter than 3 m, the residence time will be too short resulting in lower conversion of the reactants or lower specific throughput. To achieve high conversion of hydrochloric acid and oxygen and high specific throughput, lengths of more than 9 m are not required. Preferable length is 3.5-7 m.
에틸렌 전체량을 염소원 40~100%와 함께 첫번째 반응기로 투입하는 것이 바람직하다. 바람직한 염소원은 염산이다.It is preferable to add the entire amount of ethylene to the first reactor with 40 to 100% chlorine source. Preferred chlorine source is hydrochloric acid.
산소원은 순수한 산소가 바람직하며, 첫번째 반응기로 투입되는 순수한 산소의 부피는 첫번째 반응기에 투입된 생성물 전체부피의 2~6%가 바람직한데 이것은 반응에 투입되는 전체 산소의 40~60%에 상응한다.The oxygen source is preferably pure oxygen, and the volume of pure oxygen introduced into the first reactor is preferably 2-6% of the total volume of the product introduced into the first reactor, which corresponds to 40-60% of the total oxygen introduced into the reaction.
두번째 반응기에서, 더 높은 인화점을 가지고 있는 다른 반응 혼합물이 사용될 때에는 산소농도는 위험성 없이 7~10%로 증가될 수 있다. 염소원과 관련하여 화학양론적인 필요에 의한 산소의 과량은 0~15%범위일 것이다.In the second reactor, the oxygen concentration can be increased to 7-10% without risk when other reaction mixtures with higher flash points are used. With respect to the chlorine source, the excess of oxygen due to stoichiometric needs will range from 0 to 15%.
미반응 기체는 두번째 반응기에서 첫번째 반응기로 다시 재순환되는 것이 바람직하다. 표준 냉각과 응축과정후에 회수된 미반응 에틸렌의 일부 또는 전부를 함유하는 회수된 기체 조성은 평형에 도달하는데, 이 평형은 연소속도, 원료중의 불활성 기체의 양과 제거속도에 의존한다. 그러므로 에틸렌의 농도는 10%에서 거의 90%까지 다양하게 될 수 있다. 결과적으로, 반응기에서 에틸렌의 과잉은 재순환되는 배출기체중의 에틸렌농도와 재순환 유동속도에 달려있다.The unreacted gas is preferably recycled back from the second reactor to the first reactor. The recovered gas composition, which contains some or all of the unreacted ethylene recovered after standard cooling and condensation, reaches equilibrium, which depends on the rate of combustion, the amount of inert gas in the feed and the rate of removal. Therefore, the concentration of ethylene can vary from 10% to almost 90%. As a result, the excess of ethylene in the reactor depends on the ethylene concentration in the off-gas to be recycled and the recycle flow rate.
배출된 에틸렌의 적어도 일부 또는 다른 기체가 재순환되지 않을 경우에는 이들의 직접 염소화와 같은 다른 공정에 사용될 수 있다.If at least some of the released ethylene or other gases are not recycled, they can be used in other processes such as direct chlorination of them.
재순환 유동속도는 첫번째 반응기의 유입구에서 산소농도를 조절해서 과열점을 통제하도록 조절될 수 있다.The recycle flow rate can be adjusted to control the hot spot by adjusting the oxygen concentration at the inlet of the first reactor.
과열점 온도 자체는 몇개의 매개변수에 의존한다. 일반적으로, 내직경 27㎜인 관형 반응기에는 230~260℃의 과열점이 바람직하며, 내직경 32㎜인 관형 반응기에는 250~275℃의 과열점이 바람직하다.The hot spot temperature itself depends on several parameters. Generally, the hot spot of 230-260 degreeC is preferable for the tubular reactor with an inner diameter of 27 mm, and the hot point of 250-275 degreeC is preferable for the tubular reactor with an inner diameter of 32 mm.
반응물을 100~200℃사이로 예열하는 것이 바람직하다. 반응의 압력은 20 barg까지 올릴 수 있는데, 바람직한 압력은 4~7barg이다.It is preferred to preheat the reaction to between 100 and 200 ° C. The pressure of the reaction can be raised to 20 barg, with a preferred pressure of 4-7 barg.
2단계 공정의 수행은 탁월하다. 염산의 전환은 일반적으로 매우 작은 산소의 과량으로도 98%이상이 되며, 두번째 단계에서 10%의 산소 과량으로는 99% 이상의 전환을 쉽게 얻을 수 있다. 또한, 반응의 선택성이 높다. 연소속도는 낮아서, 일산화탄소와 이산화탄소로 전환되는 에틸렌은 1%이하이다. 염화메틸렌과 같은 부산물은 생성된 EDC 중에 약 1500~3000ppm이다.The performance of the two stage process is excellent. The conversion of hydrochloric acid is generally above 98% even with a very small amount of oxygen, and more than 99% conversion with a 10% oxygen excess can easily be obtained in the second stage. In addition, the selectivity of the reaction is high. The combustion rate is low, with less than 1% ethylene being converted to carbon monoxide and carbon dioxide. By-products such as methylene chloride are about 1500-3000 ppm in the resulting EDC.
본 발명을 다음의 실시예를 통하여, 단지 예시의 목적으로 상세히 설명한다. 제1도는 본 발명의 두개의 반응기 시스템의 개략도이다.The invention is described in detail by way of the following examples, for purposes of illustration only. 1 is a schematic representation of two reactor systems of the present invention.
[비교실시예 1]Comparative Example 1
반응기들은 313㎜(1.25인치) o.d. 니켈관, 14 BWG, 14피트 길이로 된 세개의 유니트(unit)였다 ; 각 관의 안쪽, 내부축에는 반응기의 온도 프로파일을 기록할 수 있는 네개의 슬라이딩 열전기쌍(thermocouple)을 가지고 있는 6㎜ o.d.의 서모웰(thermowell)이 있었다. 반응기는 외부 재킷으로 감싸여 있는데 여기서는 210℃, 18barg의 증기를 사용하여 반응의 온도를 조절한다. 반응압력은 유출라인에 있는 공기밸브로 조절되었다.The reactors were 313 mm (1.25 inches) o.d. Three units of nickel tubes, 14 BWG, 14 feet long; On the inner and inner axes of each tube were 6 mm o.d. thermowells with four sliding thermocouples capable of recording the temperature profile of the reactor. The reactor is wrapped in an outer jacket where the temperature of the reaction is controlled using 210 ° C., 18 barg steam. The reaction pressure was controlled by an air valve in the outlet line.
반응물은 18barg 증기로 가온된 교환기에서 예열되었다. 기체의 속도가 에틸렌 불꽃 전파 속도보다 더 큰 특별 혼합기에 에틸렌과 염소 및 질소를 함께 혼합하고, 이 혼합물에 산소를 첨가하였다.The reaction was preheated in an exchanger warmed with 18 barg steam. Ethylene, chlorine and nitrogen were mixed together in a special mixer with a gas velocity greater than the ethylene flame propagation rate and oxygen was added to the mixture.
촉매로는 하기와 같이 구성된 구리와 염화칼륨을 함유하는 중공의 원통들로 구성되는 3단계 고정베드 공정을 위한 표준 산업용 촉매가 사용되었다.As a catalyst, a standard industrial catalyst for a three-stage fixed bed process consisting of hollow cylinders containing copper and potassium chloride composed as follows was used.
첫번째 반응기에, 부피의 60%를 Cu 3.2%w/w, K 1.3%w/w와 Cs 1.4%w/w를 함유하는 촉매베드로 채웠다. 나머지 40%는 Cu 5.5%w/w, K 1.8%w/w와 Cs 2.0%w/w를 함유하는 촉매베드로 채웠다. 두번째 반응기에, 부피의 60%는 Cu 3.7%w/w, K 1.4%w/w를 함유하는 촉매로 채우고, 부피의 20%는 Cu 6%w/w, K 1%w/w를 함유하는 촉매로 채우고, 나머지 20%는 Cu 7%w/w, K 1%w/w를 함유하는 촉매로 채웠다. 세번째 반응기는 Cu 7%w/w, K 1%w/w를 함유하는 한가지 형태의 촉매로 채웠다.In the first reactor, 60% of the volume was charged with a catalyst bed containing 3.2% w / w Cu, 1.3% w / w K and 1.4% w / w Cs. The remaining 40% was filled with a catalyst bed containing 5.5% w / w Cu, 1.8% w / w K and 2.0% w / w Cs. In the second reactor, 60% of the volume is filled with a catalyst containing 3.7% w / w Cu and 1.4% w / w Cu, and 20% of the volume contains 6% w / w Cu and 1% w / w K. The catalyst was filled with the remaining 20% with a catalyst containing Cu 7% w / w, K 1% w / w. The third reactor was filled with one type of catalyst containing Cu 7% w / w, K 1% w / w.
첫번째 반응기에는 에틸렌 212몰/h, 염산 85.7몰/h, 산소 17.5몰/h와 질소 31몰/h의 혼합물을 넣었다. 두번째 반응기에는 염산 85.7몰/h와 산소 17.5몰/h를 넣었다. 세번째 반응기에는 산소 8.75몰/h를 넣었다. 첫번째 반응기의 유입구에서 산소의 농도는 5%(화학양론적으로는 -18%)였다 ; 두번째 반응기의 유입구에서 산소의 농도는 4.6%(화학양론적으로는 -30%) 였다 ; 세번째 반응기의 유입구에서 산소의 농도는 3%(화학양론적으로는 +9.6%) 였다 ; 전체적인 산소의 과잉은 2.1%였다. 첫번째 반응기의 유입압력은 6.3bar였고, 세번째 반응기의 배출압력은 4.25bar였다. 냉각재킷의 온도는 210℃를 유지하였다.The first reactor was charged with a mixture of 212 mol / h ethylene, 85.7 mol / h hydrochloric acid, 17.5 mol / h oxygen and 31 mol / h nitrogen. In the second reactor, 85.7 mol / h hydrochloric acid and 17.5 mol / h oxygen were added. In the third reactor, 8.75 mol / h of oxygen was added. The concentration of oxygen at the inlet of the first reactor was 5% (stoichiometric -18%); The concentration of oxygen at the inlet of the second reactor was 4.6% (stoichiometric -30%); The concentration of oxygen at the inlet of the third reactor was 3% (stoichiometrically + 9.6%); Overall oxygen excess was 2.1%. The inlet pressure of the first reactor was 6.3 bar and the outlet pressure of the third reactor was 4.25 bar. The temperature of the cooling jacket was maintained at 210 ° C.
에틸렌, 산소, 염산, EDC, 물, COx와 부산물들의 혼합물인 배출증기를 분석했다. 전체적 결과는 다음과 같다 :Emission vapors, a mixture of ethylene, oxygen, hydrochloric acid, EDC, water, COx and by-products, were analyzed. The overall result is as follows:
[비교실시예 2]Comparative Example 2
이 예는 단지 두개의 반응기와 비교실시예 1의 반응기 1, 2와 같은 촉매로딩설계로 이루어진다. 에틸렌(212몰/h), 염산(85.7몰/h), 산소(20.5몰/h)와 질소 31몰의 혼합물을 첫번째 반응단계에 넣었다. 두번째 반응단계에서 염산 85.7몰/h와 산소 23.25몰/h를 넣었다. 첫번째 반응기의 유입구에서 산소의 농도는 5.9%(화학양론적으로는 -4.5%) ; 두번째 반응기의 유입구에서 산소의 농도는 6.05%(화학양론적으로는 +4.22%) 이었다.This example consists of only two reactors and the same catalyst loading design as reactors 1 and 2 of Comparative Example 1. A mixture of ethylene (212 mol / h), hydrochloric acid (85.7 mol / h), oxygen (20.5 mol / h) and 31 mol of nitrogen was added to the first reaction stage. In the second reaction step, 85.7 mol / h hydrochloric acid and 23.25 mol / h oxygen were added. The concentration of oxygen at the inlet of the first reactor was 5.9% (stoichiometrically -4.5%); The concentration of oxygen at the inlet of the second reactor was 6.05% (stoichiometric + 4.22%).
결과는 다음과 같다 :The result is as follows:
과열점의 온도가 지나치게 높다는 것을 알 수 있다.It can be seen that the temperature of the hot spot is too high.
[비교실시예 3]Comparative Example 3
이 예는 로딩방식을 과열점을 270℃까지 낮추도록 배열하는 것을 제외하고는 비교실시예 2에서와 동일한 조건으로 실시하였다. 이 경우 반응물의 유동 방향에서 촉매의 활성은 상부에서 하부로 증가하도록 프로파일되었다. 로딩방식은 다음과 같았다 :This example was carried out under the same conditions as in Comparative Example 2 except that the loading method was arranged to lower the hot point to 270 ° C. In this case the activity of the catalyst in the flow direction of the reactants was profiled to increase from top to bottom. The loading method was as follows:
첫번째 반응기 : 흑연 7% ; Cu 2.7%w/w, K 0.8%w/w, Cs 1%w/w를 함유하는 촉매 48% ; Cu 3.3%w/w, K 1.1%w/w를 함유하는 촉매 23% ; 그리고 Cu 7.8%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 22%.First reactor: graphite 7%; 48% catalyst containing Cu 2.7% w / w, K 0.8% w / w, Cs 1% w / w; 23% catalyst containing Cu 3.3% w / w, K 1.1% w / w; And 22% catalyst containing Cu 7.8% w / w, K 0.8% w / w.
두번째 반응기 : 흑연 7% ; Cu 2.7%w/w, K 0.9%w/w를 함유하는 촉매 42% ; Cu 5.5%w/w, K 0.6%w/w를 함유하는 촉매 30% ; 그리고 Cu 7.8%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 21%.Second reactor: graphite 7%; 42% of a catalyst containing Cu 2.7% w / w, K 0.9% w / w; 30% of a catalyst containing Cu 5.5% w / w, K 0.6% w / w; And 21% catalyst containing 7.8% w / w Cu, 0.8% w / w K.
반응기 유입구에서 산소의 농도는 비교실시예 2에서와 같았다. 결과는 다음과 같다 :The concentration of oxygen at the reactor inlet was the same as in Comparative Example 2. The result is as follows:
이 경우 과열점의 온도는 허용할 만하였으나 산소와 염산의 전환은 지나치게 낮았다.In this case, the temperature of the hot spot was acceptable, but the conversion of oxygen and hydrochloric acid was too low.
이 실시예는 다음의 촉매 설계를 제외하고는 비교실시예 2와 동일한 반응기와 반응물의 양으로 실시하였다.This example was carried out in the same reactor and reactant amounts as in Comparative Example 2 except for the following catalyst design.
첫번째 반응기 : 로딩방식 : 흑연 7% ; Cu 6.5%w/w, K 2.2%w/w를 함유하는 촉매 3% ; Cu 2.7%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 40% ; Cu 3.75%w/w, K 1.2%w/w를 함유하는 촉매 22% ; 그리고 Cu 7.8%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 28%.First reactor: loading mode: graphite 7%; 3% catalyst containing Cu 6.5% w / w, K 2.2% w / w; 40% of a catalyst containing Cu 2.7% w / w, K 0.8% w / w; 22% catalyst containing Cu 3.75% w / w, K 1.2% w / w; And 28% catalyst containing 7.8% w / w Cu, 0.8% w / w K.
두번째 반응기 : 로딩방식 : Cu 6.5%w/w, K 2.2%w/w를 함유하는 촉매 3% ; Cu 2.9%w/w, K 1.2%w/w를 함유하는 촉매 31% ; Cu 3.9%w/w, K 1.3%w/w를 함유하는 촉매 18% ; 그리고 Cu 7.8%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 48%.Second reactor: loading: 3% catalyst containing Cu 6.5% w / w, K 2.2% w / w; 31% of a catalyst containing Cu 2.9% w / w, K 1.2% w / w; 18% catalyst containing Cu 3.9% w / w, K 1.3% w / w; And 48% catalyst containing Cu 7.8% w / w, K 0.8% w / w.
결과는 다음과 같다 :The result is as follows:
전환과 과열점이 양호하였다.The conversion and hot point were good.
[실시예 5]Example 5
이 실시예는 다음의 촉매 설계를 제외하고는 비교실시예 3과 동일한 장치와 작업처리량으로 실시하였다.This example was run with the same equipment and throughput as Comparative Example 3 except for the following catalyst design.
첫번째 반응기 : 흑연 7% ; Cu 6.5%w/w, K 2.2%w/w를 함유하는 촉매 3% ; Cu 2.7%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 45% ; Cu 3.75%w/w, K 1.2%w/w를 함유하는 촉매 28% ; 그리고 Cu 7.8%w/w, K 0.8%w/w를 함유하는 촉매 22%.First reactor: graphite 7%; 3% catalyst containing Cu 6.5% w / w, K 2.2% w / w; 45% of a catalyst containing Cu 2.7% w / w, K 0.8% w / w; 28% catalyst containing Cu 3.75% w / w, K 1.2% w / w; And 22% catalyst containing Cu 7.8% w / w, K 0.8% w / w.
두번째 반응기 : Cu 6.5%w/w, K 2.2%w/w를 함유하는 촉매 3% ; Cu 2.9%w/w, K 1.2%w/w를 함유하는 촉매 31% ; Cu 3.9%w/w, K 1.3%w/w를 함유하는 촉매 20% ; 그리고 Cu 7.8%w/w를 함유하는 촉매 46%.Second reactor: 3% catalyst containing Cu 6.5% w / w, K 2.2% w / w; 31% of a catalyst containing Cu 2.9% w / w, K 1.2% w / w; 20% of a catalyst containing Cu 3.9% w / w, K 1.3% w / w; And 46% catalyst containing 7.8% w / w Cu.
결과는 다음과 같다 :The result is as follows:
전환과 과열점이 양호하였다. 2단계 시스템을 사용하여 압력강하를 낮추는 것에 주목하라.The conversion and hot point were good. Note the lower pressure drop using a two-stage system.
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