KR100284635B1 - 혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

서로 다른 비등 온도(boiling temperature)를 가지며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 둘 이상의 성분으로 이루어진 혼합액은 공급 입구(1a)와 송출 출구(1b)를 가진 박막 증발기(1)를 구비한 장치를 사용하여 혼합액의 조성과 유사한 조성을 갖는 혼합 증기 내로 증발되고, 증발기의 송출측 단부로부터 미증발 상태의 혼합액 부분을 회수시키고 순환 라인(3)을 통해 증발기의 공급측 단부 내로 혼합액 부분을 복귀시킴으로써 혼합 다성분 액체의 미증발 부분을 강제로 순환시켜, 그 결과로 생긴 혼합 다성분 증기가 예를 들어, 방향족 디히드록시 화합물(aromatic dihydroxy compound)의 모노-알킬에테르(mono-alkyl ether) 또는 디-알킬에테르(di-alkylether)를 발생시키는 기상 촉매(gas phase catalytic) 반응을 위해 혼합 물질 증기로서 사용될 수 있다.

Description

혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법
본 발명은 혼합 다성분 증기를 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 박막 증발기(thin film evaporator)와 그 증발기에 접속된 강제 액체 순환 라인을 사용하여, 서로 다른 비등 온도를 가지며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 액체 성분을 포함하는 혼합 다성분 액체(mixed multi- component liquid)로부터 혼합 다성분 증기를 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것으로, 결과로서 생긴 혼합 다성분 증기는 혼합 다성분 액체와 매우 유사한 조성을 가지며, 그 성분의 열 저하는 매우 낮다.
본 발명은 혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법을 각각 이용하여 기상 촉매 반응물을 제조하는 장치 및 방법을 포함한다.
비등 온도가 서로 다른 복수의 혼합물로 이루어진 혼합 증기가 서로로부터 혼합물의 증기를 각각 발생시켜 혼합 용기에서 유도된 혼합비로 결과 증기를 혼합함으로써 준비될 수 있다는 것은 공지되어 있다.
이러한 종래의 혼합 증기 준비 방법은 하나 이상의 혼합물이 높은 비등 온도를 가질 때 혼합물의 높은 비등 온도보다 높은 온도에서 증발되어야만 하고, 성분에 적용된 고온 증발은 혼합물의 열저하를 야기하므로 불리하다.
또한, 혼합 다성분 증기가 액체 상태인 성분의 혼합물을 준비하고, 종래의 증발기 내의 혼합 다성분 액체에 대한 증발 과정을 적용함으로써 준비될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 성분의 비등 온도가 서로 다를 때, 결과로서 생긴 혼합 다성분 증기의 조성은 개시 혼합 다성분 액체의 조성과 다르다. 성분들 사이의 비등 온도차가 커질수록, 개시 혼합 다성분 액체와 결과 혼합 다성분 증기 사이의 조성의 차이는 더욱 커진다. 일반적으로, 결과 혼합 다성분 증기에서 낮은 비등 온도를 갖는 성분 함유량은 개시 혼합 다성분 액체에서의 함유량보다 높다.
종래의 혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법은 바람직한 조성을 갖는 혼합 다성분 증기가 혼합 다성분 액체로부터 실조건 하에서 높은 재생도를 갖는 높은 안정도에서 획득될 수 없다는 단점을 갖는다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제 3-115,244호, 제 4-74,149호 및 제 4-341,345호에서 기술된 것과 같이, 인함유 촉매의 면전에서 기상인 저급 알킬 알콜(lower alkyl alcohol)을 갖는 카테콜(catechol) 등의 디히드릭 석탄산 혼합물(dihydric phenolic compound)의 촉매 반응에 의한 디히드릭 석탄산 혼합물의 모노알킬에테르 제조 방법에서, 카테콜의 혼합 증기와 저급 알킬 알콜은 저급 알킬 알콜을 갖는 카테콜에 반응하는 촉매로 채워진 반응기 내로 공급된다. 상기 방법에서, 카테콜은 혼합 증기의 혼합 및 반응 과정 동안 임의의 크기로 열적으로 저하되므로, 바람직하지 않은 부산물을 함유한 반응물 특히, 혼합물은 높은 비등 온도를 갖는다. 그러므로, 종래 장치 및 방법의 상기 단점을 극복하고자 하는 강한 필요가 있어 왔다.
예를 들어, 카테콜만을 증발시켜 혼합 증기를 준비하고 저급 알킬 알콜의 증기로 결과 카테콜 증기를 혼합하는 방법이 시도되고 있다. 이러한 시도에서, 카테콜은 그 비등 온도보다 확실히 높은 온도에서 증발되어야 하므로 임의의 크기로 열적으로 저하된다. 그러므로, 이러한 방법은 실제로는 부적절하다. 시도된 다른 방법에서, 카테콜과 저급 알킬 알콜의 혼합액이 준비된 후 혼합 증기를 제공하기 위해 증발기 내에서 증발된다. 그러나, 이러한 방법의 경우에, 카테콜과 저급 알킬 알콜 사이의 비등 온도의 차이가 크기 때문에, 결과 혼합 증기에서 저급 알킬 알콜의 함유량은 개시 혼합액에서의 함유량보다 명백히 높다는 것이 발견되었다. 그러므로, 상기 방법의 경우에, 단일 증발 과정에 의해 대응 혼합액로부터 바람직한 조성을 갖는 혼합 증기를 획득하는 것은 매우 곤란하다. 즉, 상기 방법은 실제로는 실패했다.
본 발명의 목적은 성분의 바람직하지 않은 열저하를 방지 또는 제한하는 반면 높은 재생도와 안정도를 갖는 혼합 다성분 증기와 매우 유사한 조성을 갖는 혼합 다성분 액체를 증발시킴으로써 바람직한 조성을 가지는 혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 혼합 다성분 증기가 다성분 서로간에 기체 상태로 직접적으로 반응하기 쉬운 혼합 증기와 매우 유사한 조성을 갖는 혼합 다성분 액체로부터 바람직한 조성을 갖는 혼합 다성분 증기를 발생시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 장치 및 방법에 의해 획득될 수 있다.
혼합 다성분 증기를 발생시키는 본 발명의 장치는, 혼합 다성분 액체가 서로 다른 비등 온도를 가지며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 액체 성분을 포함하며 증발기 내로 공급되는 공급 입구와 결과 다성분 증기가 증발기로부터 송출되는 송출 출구를 구비한 박막 증발기와; 증발기의 공급 입구에 접속되며 혼합 다성분 액체를 공급하는 공급 라인과; 증발기의 송출 출구에 접속되며 결과 혼합 다성분 증기를 송출하는 송출 라인과; 증발기의 송출측 단부에 접속된 순환 입구, 증발기의 공급측 단부에 접속된 순환 출구 및 순환 라인의 순환 입구 단부와 순환 출구 단부 사이에 배열된 액체 운송 수단을 구비하며, 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 순환 라인의 순환 입구 단부, 액체 운송 수단 및 순환 출구 단부를 통해 강제로 순환되는 강제 액체 순환 라인을 포함한다.
혼합 다성분 증기를 발생시키는 본 발명의 방법은, 서로 다른 비등 온도를 가지며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 액체 성분을 포함하는 혼합 다성분 액체를 박막 증발기의 공급측 단부 내로 공급하는 공급 단계와; 증발기 내의 혼합 다성분 액체를 증발시키는 증발 단계와; 증발기의 송출측 단부로부터 결과 혼합 다성분 증기를 송출하는 송출 단계를 포함하고, 상기 증발기 내에 존재하는 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은, 순환 입구 단부를 통해 증발기의 송출측 단부로부터 혼합 다성분 액체의 미증발 부분을 회수시키고 순환 라인의 순환 출구 단부와 강제 액체 운송 수단을 통해 증발기의 공급측 단부 내로 혼합 다성분 액체의 회수된 미증발 부분을 복귀시킴으로써, 증발기의 송출측 단부에 접속된 순환 입구 단부, 증발기의 공급측 단부에 접속된 순환 출구 단부 및 순환 라인의 순환 입구 단부와 순환 출구 단부 사이에 위치된 강제 액체 운송 수단을 구비한 순환 라인을 통해 강제로 순환되어, 두 개 이상의 액체 성분의 동시 증발과 두 개 이상의 성분이 혼합 다성분 액체와 실질적으로 동일한 조성으로 존재하는 혼합 다성분 증기의 발생을 촉진한다.
본 발명의 장치를 이용함으로써, 기상 촉매 반응물은, 본 발명의 혼합 다성분 증기 발생 장치와; 혼합 다성분 송출 라인을 통해 혼합 다성분 증기 발생 장치에 접속되며 반응기로부터 결과 반응물 함유 가스 미소분을 송출하는 송출 라인을 구비한 기상 촉매 반응기를 포함하는 장치에 의해 제조된다.
또한, 본 발명의 방법을 이용함으로써, 기상 촉매 반응물은, 본 발명의 방법에 따른 혼합 다성분 증기를 발생시키는 발생 단계와; 혼합 다성분 증기를 기상 촉매 반응 과정을 거치도록 하는 단계와; 결과 반응물 함유 가스 미소분을 수집하는 수집 단계를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 혼합 다성분 증기 발생 장치의 실시예의 구성을 도시한 설명도.
도 2는 혼합 다성분 증기 발생 장치에 포함된 박막 증발기의 실시예를 설명하는 정단면도.
도 3은 도 2에 도시된 선 A-A를 따라 취해진 도 2의 증발기를 설명하는 측단면도.
도 4는 본 발명의 혼합 다성분 증기 발생 장치를 포함하는 기상 촉매 반응 생성물을 제조하는 장치의 실시예의 구성을 도시한 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 박막 증발기 1a : 공급 입구
1b : 송출 출구 2 : 공급 라인
3 : 액체 순환 라인 3a : 순환 입구 단부
3b : 순환 출구 단부 4, 10 : 액체 펌프
5, 14 : 송출 라인 9 : 혼합액 조제 용기
11 : 예열기 13 : 기상 촉매 반응기
23 : 가열 자켓
본 발명의 혼합 다성분 증기 발생 장치의 실시예의 구성을 도시한 도 1을 참조하면, 혼합 다성분 액체는 공급원에 접속된 공급 라인(2)과 증발기(1)의 공급측 단부에 위치된 공급 입구(1a)를 통해 박막 증발기(1) 내로 공급되어 그 안에서 가열되고, 결과 혼합 다성분 증기는 증발기(1)의 송출측 단부에 위치된 송출 출구(1b)와 증발기(1) 외측의 송출 라인(5)을 통해 증발기(1)로부터 송출된다.
증발기(1) 내로 공급된 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 강제 액체 순환 라인(3)을 통해 순환된다. 이러한 순환에서, 상기 액체 부분은 액체 펌프(4)와 같은 액체 운송 수단에 의해 증발기(1)의 혼합 증기 송출측 단부에 위치된 순환 입구 단부(3a)를 통해 액체 순환 라인(3) 내로 회수되고, 증발기(1)의 혼합액 공급측 단부에 위치된 순환 출구 단부(3b)를 통해 증발기(1) 내로 복귀된다.
액체 운송 수단(4)이 바람직하게 높은 온도에서 혼합액을 운송할 수 있는 형태에만 제한되지는 않는다. 통상적으로, 액체 운송 수단(4)은 플런저형 펌프(plunger type pump), 다이어프램 펌프(diaphragm pump), 논실 펌프(nonseal pump), 및 메커니컬 실 펌프(mechanical seal pump)로 선택된다.
도 2 및 도 3에서, 박막 증발기(1)의 구조가 도시된다. 도 2 및 도 3에서, 가열 보디(heating body)는 주위벽(22), 공급측 단부 커버 플레이트(26) 및 송출측 단부 커버 플레이트(26a)에 의해 한정된다. 주위벽(22)은 도 2에 도시된 것처럼, 테이퍼진 실린더 또는 직선 실린더의 형태일 수 있다. 증발기(1)의 주위벽(22)은 증발기(1) 내로 혼합 다성분 액체를 공급하는 공급 입구(1a)와 증발기(1)로부터 결과 혼합 다성분 증기를 송출하는 송출 출구(1b)를 가진다. 입구(1a)는 증발기(1)의 공급측 단부 커버 플레이트(26)에 인접한 공급측 단부에 배열되고, 송출 출구(1b)는 증발기(1)의 송출측 단부 커버 플레이트(26a)에 인접한 송출측 단부에 배열된다. 또한, 주위벽(22)은 순환 라인(3)의 순환 입구(3a)와 순환 출구(3b)를 가진다. 순환 입구(3a)는 송출측 단부에 배열되고 순환 출구(3b)는 증발기(1)의 공급측 단부에 배열된다. 증발기(1)의 주위벽(22)은 가열 자켓(23) 내로 가열 매체를 도입시키는 입구(30)와 가열 자켓(23)으로부터 가열 매체를 송출하는 출구(28)를 가진 가열 자켓(23)으로 둘러싸인다. 또한, 송출측 단부 커버 플레이트(26a)는 가열 매체가 통과해서 증발기(1)의 송출측 단부를 가열하는 통로(26b)를 가진다.
회전축(20)은 증발기(1)의 축선을 따라 공급측 단부 커버 플레이트(26), 주위벽(22)의 내부 공간 및 송출측 단부 커버 플레이트(26a)를 통해 연장된다. 공급측 단부 커버 플레이트(26)의 외측으로 연장되는 축(20)의 단부는 베어링(24)과 축밀봉 챔버(25)에 의해 지지되고, 축(20)은 모터(29)에 의해 회전된다. 송출측 단부 커버 플레이트(26a)의 외측으로 연장되는 축(20)의 대향 단부는 베어링(24a)에 의해 지지된다.
회전축(20)은 증발기(1) 내로 혼합 다성분 액체를 교반하는 복수의 교반 날개(21)를 갖는다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 서로 다른 비등 온도를 가지며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 성분 액체를 포함하는 혼합 다성분 액체는 공급 라인(2)과 공급 입구(1a)를 통해 증발기(1)의 내부 공간 내로 공급되고, 회전 교반 날개에 의해 교반되고, 가열 자켓(23)을 통해 흐르는 가열 매체와 혼합액 내의 성분이 증발되는 온도에 대한 유동 통로(26b)에 의해 가열된다. 이러한 증발 과정에서, 증발기(1) 내의 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 순환 라인(3)을 통해 순환된다. 즉, 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 액체 펌프(4)와 같은 액체 운송 수단에 의해 순환 입구 단부(3a)를 통해 순환 라인(3) 내로 도입되고, 순환 출구 단부(3b)를 통해 증발기(1) 내로 복귀된다.
증발기(1)에서, 혼합 다성분 액체는 회전하는 날개(21)에 의해 교반되고, 혼합액의 박막은 주위벽(22)의 내부 주위면 상에 형성되며 혼합 다성분 액체의 미증발 부분의 증발을 진행시키기 위해 가열 자켓(23)에 의해 가열된다. 혼합액의 순환은 결과 혼합 다성분 증기가 혼합 다성분 액체와 유사한 조성을 가질수 있도록 한다. 혼합 다성분 액체가 그 박막의 형성으로 증발될 수 있는 한, 증발기의 형태, 모양 및 크기는 제한되지 않는다.
본 발명의 장치에서, 박막 증발기는 가로형 테이퍼 실린더형 및 가로형 직선 실린더형 박막 증발기와 세로형 유하식 테이퍼 실린더형 및 세로형 유하식 직선 실린더형 박막 증발기와 세로형 상승식 박막 증발기로부터 양호하게 선택되고, 그 모두는 그 내부 주위면상의 액체의 박막을 전개할 수 있는 열교환기이다. 테이퍼 실린더형 증발기에서, 실린더의 주위면은 그 공급 단부로부터 송출 단부까지 수렴한다.
혼합 다성분 증기를 발생시키는 본 발명의 장치에서, 순환 라인(3)은 순환하는 혼합액의 일부를 저장하는 용기(6)를 선택적으로 가진다. 저장 용기(6)는 순환 입구 단부(3a)와 펌프(4) 사이에 설치되고, 순환 혼합액의 양을 순환 출구 단부(3b)를 통해 증발기(1) 내로 일정하게 복귀될 수 있게 분배한다. 저장 용기(6)는 용기(6)의 저부에 접속된 복귀 라인(6a)을 가질 수 있다. 복귀 라인(6a)을 통해, 송출된 혼합 증기로부터 분리된 응축 혼합액 미소분은 저장 용기로 복귀된다. 순환 라인(3)은 저장 용기(6)와 펌프(4) 사이에 위치된 필터(7)를 선택적으로 구비한다. 필터(7)는 순환 혼합액로부터 고체 물질을 제거할 수 있다.
순환 라인(3)은 그 외부로 순환 혼합액의 일부를 방출하기 위해 펌프(4)와 순환 출구 단부(3b) 사이에 위치된 방출 라인(8)에 선택적으로 접속된다.
증발기(1)에서 발생된 결과 혼합 다성분 증기는 송출 출구(1b)와 송출 라인(5)을 통해 장치의 외부로 송출된다. 송출 라인(5)은 그곳을 통과하는 혼합 증기의 국부 응축을 방지하기 위해 가열절연 수단 또는 가열 수단을 양호하게 구비한다.
도 4를 참조하면, 공급 라인(2)은 혼합 다성분 액체의 공급윈에 접속되고, 공급원과 공급 입구(1a) 사이에 설치된 액체 펌프(10)와 같은 액체 운송 수단, 공급원과 펌프(10) 사이에 설치된 혼합액 조제 용기 및 펌프(10)와 공급 입구(1a) 사이에 설치된 예열기(11)를 선택적으로 구비한다. 증기가 혼합액 조제 용기(9)에 저장된 혼합액에서 발생될 때, 증기는 증기를 응축하기 위해 냉각기(9a) 내로 선택적으로 도입되고, 그 응축된 액체는 혼합액 조제 용기(9) 내로 복귀된다. 용기(9)는 공급원에서 공급된 복수의 성분 액체로부터 혼합 다성분 액체를 준비하는데 사용된다. 혼합액을 준비하기 위해, 용기(9)에는 혼합액을 불균일하게 혼합하는 교반 수단(도시되지 않음)과 성분 액체를 서로 용해시키는 가열 수단(도시되지 않음)이 선택적으로 장착된다.
예열기(11)는 가열 매체를 사용하는 열교환기형일 수 있다.
도 4에 도시된 장치에서, 증발기(1)의 송출 출구(1b)에 접속된 송출 라인(5)은 증발기(1)로부터 송출된 혼합 증기가 응축 혼합액 미소분과 비응축 혼합 증기 미소분으로 분리되는 가스/액체 분리 용기(15)에 접속된다. 가스/액체 분리 용기(15)는 그곳으로부터 송출된 비응축 혼합 증기 미소분이 바람직한 온도로 가열 또는 과열되는 히터(12)에 접속된다. 히터(12)는 그곳으로부터 송출된 가열된 혼합 증기가 응축 혼합액 미소분과 비응축 혼합 증기 미소분으로 분리되는 가스/액체 분리 용기(16)에 접속된다. 가스/액체 분리 용기(16)는 그곳으로부터 송출된 비응축 증기 미소분 내의 다성분 증기가 서로 또는 혼합 증기 수용기(도 4에 도시되지 않음)에 대해 반응되는 반응기(reactor: 13)에 접속된다.
반응기(13)는 증기 성분이 서로 촉매식으로 반응하는 기상 촉매 반응기일 수 있다.
반응기(13)는 그로부터의 결과 반응물을 송출하는 송출 라인(14)을 갖는다.
가스/액체 분리 용기(15, 16)는 그 안에서 분리되는 응축 혼합액 미소분이 저장 용기(6) 내로 복귀되는 복귀 라인(6a)을 통해 순환 혼합액 저장 용기(6)에 접속된다.
반응기(13)는 반응물이 반응기(13)로부터 송출되는 송출 라인(14)을 통해 냉각기(17)에 접속된다. 냉각기(17)에서, 송출된 반응물은 바람직한 온도로 냉각된다. 냉각된 반응물은 냉각기(17)로부터 송출되고 송출 라인(17a)을 통해 수집된다.
혼합 다성분 증기를 발생시키는 본 발명의 방법에서, 혼합 다성분 액체는 서로 비등 온도가 다르며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 성분 액체를 포함한다.
혼합 다성분 액체는 특히, 높은 비등 온도를 가지는 성분의 열저하를 방지 또는 제한하기 위해 양호하게는 약 50 내지 300℃의 공급 온도로, 더욱 양호하게는 80 내지 250℃의 온도로 증발기 내로 공급된다.
고비등점 성분 액체는 대기압 하에서 100 내지 350℃, 양호하게는 120 내지 300℃, 더욱 양호하게는 150 내지 290℃의 비등 온도를 가지는 유기 화합물로 구성되고, 낮은 비등 온도를 가지며 50 내지 300℃의 온도 범위 내의 낮은 비등 온도 성분에 용해되거나 그 성분과 양립할 수 있는 다른 성분에 대해서는 실질적으로 반응하지 않는다.
본 발명의 방법을 사용하는 높은 비등 온도의 유기 화합물은 낮은 열 감도와 열 저하에 대한 높은 저항을 가지는 화합물로부터 양호하게 선택되며, 특히, 양호하게 1 내지 6 탄소 원자 및 할로겐 원자를 가지는 저급 알킬 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 치환 원자로 치환될 수 있는 모노히드릭 및 디히드릭 히드록시 방향족 화합물(석탄산 화합물)로부터 선택된다.
특히, 본 발명의 방법을 사용하는 높은 비등 온도의 유기 화합물은 페놀 및 과이어콜(guaiacol) 등의 모노히드록시 방향족 화합물; 카테콜, 히드로퀴논(hydroquinone), 및 레조르시놀(resorcinol) 등의 폴리히드록시 방향족 화합물; 및 2-메틸 카테콜, 4-메틸 카테콜, 2-메틸히드로퀴논, 2-클로로카테콜 및 4-클로로카테콜 등의 치환된 히드록시 방향족 화합물로부터 선택된다.
혼합 다성분 액체에서, 저비등점 성분 액체는 주변 대기압 하에서 고비등점 유기 화합물의 비등 온도보다 낮은 50 내지 250℃, 양호하게는 50 내지 220℃, 더욱 양호하게는 60 내지 200℃의 비등 온도를 갖는다. 보다 높고 저비등점 유기 화합물은 서로에 용해되거나 양립할 수 있으며, 양호하게는 50 내지 300℃의 온도에서 서로에 반응하지 않는다.
저비등점 유기 화합물은 고비등점 유기 화합물을 용해시킬 수 있거나 고비등점 유기 화합물의 용해물과 균질적으로 혼합될 수 있다.
저비등점 유기 화합물은 지방족 알콜, 시클로지방족 알콜, 지방족 에테르, 지방족 케톤, 지방족 글리콜, 및 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 탄화수소, 시클로지방족 탄화수소, 및 방향족 탄화수소로부터 양호하게 선택되고, 각각 양호하게는 50 내지 200℃, 더욱 양호하게는 60 내지 150℃의 비등 온도를 가진다. 저비등점 화합물은 물일 수 있다.
저비등점 지방족 알콜은 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, 부틸 알콜, 아밀 알콜, 및 헥실 알콜 등의 1 내지 6 탄소 원자를 가지는 모노히드릭 저급 지방족 알콜과; 에틸렌 글리콜 등의 디히드릭 지방족 알콜을 포함한다.
시클로지방족 알콜은 시클로헥실 알콜을 포함하고, 에테르는 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 메틸레틸 에테르, 메틸이소프로필에테르, 및 메틸이소부틸에테르를 포함하고, 케톤은 디메틸 케톤과 디에틸 케톤을 포함하고, 지방족 카르복실산 에스테르는 포름산 에스테르, 아세틱산 에스테르, 프로피온산 에스테르, 및 옥살산 에스테르를 포함한다.
본 발명의 방법에서, 고비등점 성분과 저비등점 성분은 양호하게는 0.5 : 99.5 내지 90 : 10의 혼합 중량비로 혼합되고, 더욱 양호하게는 1 : 99 내지 80 : 20의 혼합 중량비로 혼합된다. 특히 양호하게는, 고비등점 성분과 저비등점 성분은 20 : 80 내지 80 : 20의 혼합 중량비로, 더욱 양호하게는 30 :70 내지 70 : 30의 혼합 중량비로 혼합된다.
본 발명의 공정에서, 예를 들어, 고비등점 페놀 화합물의 100 중량부가 주변 대기압 하에서 150 내지 300℃, 양호하게는 180 내지 290℃의 비등 온도를 가지고, 저비등점 지방족 알콜의 80 내지 120 중량부가 고비등점 페놀 화합물의 비등 온도보다 낮은 50 내지 200℃, 특히 60 내지 150℃ 및 100 내지 200℃, 특히 120 내지 180℃의 비등 온도를 가지고 서로 혼합되는 고비등점 페놀 화합물과 양립할 때, 결과 혼합 2-성분 액체는 높은 효율로 바람직한 조성을 갖는 혼합 2-성분 증기를 발생시키는데 유용하다.
본 발명의 방법에서, 상술된 혼합 다성분 액체는 박막 증발기(1)의 공급측 단부 내로 공급되며, 증발기 내에서 증발되고, 증발기에 존재하는 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 증발기의 송출측 단부에 접속된 순환 입구 단부(3a), 증발기의 공급측 단부에 접속된 순환 출구 단부(3b), 및 순환 라인의 순환 입구 단부와 순환 출구 단부 사이에 위치된 액체 펌프(4) 등의 강제 액체 운송 수단을 구비한 순환 라인을 통해, 증발기의 송출즉 단부로부터 혼합 다성분 액체의 미증발 부분을 순환 입구 단부를 통해 회수시키고, 증발기의 공급측 단부 내로 절연 라인의 강제 순환 운송 수단과 순환 출구 단부를 통해 회수된 혼합액을 복귀시킴으로써 강제로 순환되고, 증발기의 숭출측 단부로부터 혼합 다성분 증기를 송출한다. 상술된 방법으로 인해, 둘 이상의 성분은 그것이 혼합 다성분 액체와 실질적으로 동일한 조성으로 존재하는 혼합 다성분 증기를 발생시키기 위해 동시에 증발된다.
박막 증발기에서, 새롭게 공급된 혼합 다성분 액체는 회전 날개에 의해 순환하는 혼합액과 혼합되고, 혼합 다성분 액체는 증발기 주위벽의 내부 주위면상에 박막의 형태로 전개되어 증발된다.
회전 날개는 날개의 직경(회전축의 축선과 날개의 주위 단부 사이의 길이)과 혼합액의 점도를 고려하여 결정된 특정 회전율로 회전되므로, 회전 날개는 증발기의 내부 주위면상의 혼합액의 박막을 형성하기 충분한 주위 속도로 회전한다. 테이퍼 실린더형 증발기에서, 날개의 직경은 증발기의 공급 단부로부터 송출 단부까지 감소된다.
예를 들어, 회전 날개가 200 내지 600mm의 반경을 가지면, 날개의 회전율은 양호하게는 50 내지 500 r.p.m.이 되고, 특히 양호하게는 100 내지 300 r.p.m.이 된다.
본 발명의 방법에서, 순환하는 혼합액은 고체 물질(예를 들어, 침전물)을 제거하기 위해 필터(7)에 의해 선택적으로 여과되고, 순환 혼합액의 일부는 장시간에 걸쳐 혼합 순환 액체의 순환을 안정화시키기 위해 순환 라인(3)으로부터 방출 라인(8)을 통해 선택적으로 연속으로 또는 단속적으로 방출된다. 본 발명의 방법에서, 혼합액의 공급 유량[(B)]과 혼합액의 순환 유량[(A)]은 양호하게는 (B)/(A)의 비가 0.1/1 내지 20/1이고, 더욱 양호하게는 0.5/1 내지 15/1이고, 대단히 양호하게는 1/1 내지 10/1이다.
유량비 (B)/(A)가 매우 높을 때, 혼합액의 존재 시간은 증가되므로, 고비등점 성분의 열 저하는 증가될 수 있고, 열 에너지의 소비는 매우 높을 수 있다. 또한, (B)/(A) 비가 매우 낮을 때, 결과 혼합 증기는 목표 조성과 다른 조성을 가질 수 있고 결과 혼합 증기의 조성은 시간 착오로 변할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 혼합 다성분 액체는 박막 증발기의 내부 주위면상의 박막(층)의 형성으로 전개되고 가열 및 증발되는 상태에서 증발기의 공급측 단부로부터 송출측 단부까지 흐른다. 이러한 과정에서, 박막 형성부 내의 혼합액의 증발 온도는 혼합액의 조성 즉, 고비등점 성분(또는 성분들)과 저비등점 성분(또는 성분들)의 비와 각각의 성분의 비등 온도에 반응하여 결정된다. 통상적으로, 증발 온도는 고비등점 성분의 열저하를 방지 또는 제한하기 위해 양호하게는 약 80 내지 320℃, 더욱 양호하게는 100 내지 300℃, 대단히 양호하게는 120 내지 280℃이다.
본 발명의 방법에서, 혼합 다성분 액체는 상술된 것과 같은 박막 증발기 내에서 증발되고, 결과 혼합 다성분 증기는 증발기의 송출 출구(1b)로부터 송출 라인(5)을 통해 송출되는 혼합액과 유사한 조성을 갖고, 결과 혼합 증기는 높은 공급 안정도로 하류 단계로 연속적으로 공급될 수 있는 바람직한 조성을 갖는다. 하류 단계에서, 혼합 증기는 바람직한 기상 반응을 위해 물질 가스로서 이용된다.
도 4를 참조하면, 혼합 다성분 증기는 증발기(1)로부터 송출 라인(5)을 통해 송출되고, 기상 반응기(13) 내로 가스/액체 분리 수단(15), 가열 수단(12), 및 가스/액체 분리 수단(16)을 통해 선택적으로 공급된다. 양호하게는, 송출 라인은 그곳을 통해 가열 매체를 통과시키는 환형 통로를 가진 이중관으로부터 형성되거나 혼합 증기의 부분적인 응축을 방지하기 위해 가열 절연 수단이 제공된다. 또한, 송출된 혼합 증기는 양호하게는 열교환기형일 수 있는 가열 수단(12)에 의해 예열 또는 과열된다. 혼합 증기의 일부가 증발기로부터 송출될 때, 또는 가열 수단(12)에 의해 가열된 혼합 증기의 일부가 응축될 때, 응축된 액체 미소분은 혼합 증기와 가열된 혼합 증기로부터 가스/액체 분리 용기(15, 16)에 의해 제거된다.
가스/액체 분리 용기(15, 16)는 순환 라인(3) 내에 설치된 혼합액 저장 용기(6)에 접속된다. 분리된 화합물 액체 미소분은 혼합액 저장 용기(6)에 수용된다.
본 발명의 장치 및 방법은 서로 다른 비등 온도로 되며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 성분의 서로에 대한 기상 촉매 반응에 사용 가능한 물질 증기를 준비하는데 유리하게 이용된다.
기상 촉매 반응은 방향족 디히드록시 화합물의 알킬 에테르 특히, 알킬 알콜로부터의 디히드릭 석탄산 화합물의 알킬 에테르 및 디히드릭 석탄산 화합물의 제조에 사용 가능하다.
기상 촉매 반응물 제조 장치는, 상술된 것과 같은 본 발명의 혼합 다성분 증기 발생 장치와; 혼합 다성분 송출 라인을 통해 혼합 다성분 증기 발생 장치에 접속되며 결과 반응물 함유 가스 미소분을 반응기로부터 송출하는 송출 라인을 구비한 기상 촉매 반응기를 포함한다.
기상 촉매 반응물 제조 방법은, 상술된 것과 같은 본 발명의 방법에 따라 혼합 다성분 증기를 발생시키는 발생 단계와; 혼합 다성분 증기를 기상 촉매 반응 과정을 거치도록 하는 단계와; 결과 반응물 함유 가스 미소분을 수집하는 수집 단계를 포함한다.
상술된 것과 같은 기상 촉매 반응물 제조 방법에서, 혼합 다성분 증기는 카테콜 및 저급 알킬 알콜로부터 발생되고, 반응 단계에서, 카테콜 및 저급 알킬 알콜은 서로 촉매에 의해 가스 상태로 반응되고, 카테콜 알킬 에테르를 함유하는 결과 가스 미소분이 수집된다.
카테콜-저급 알킬 알콜 혼합액에서, 양호하게는 카테콜과 저급 알킬 알콜은 1 : 99 내지 90 : 10 의 혼합 중량비로, 더욱 양호하게는 10 : 90 내지 80 : 20의 혼합 중량비로 혼합된다. 대단히 양호하게는 카테콜과 저급 알킬 알콜의 혼합 중량비는 30 : 70 내지 70 : 30이고, 특히, 40 : 60 내지 60 : 40이다.
저급 알킬 알콜은 예를 들어, 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, 및 이소부틸 알콜의 1 내지 4 탄소 원자를 갖는 지방족 알킬 알콜 특히, 메틸 알콜 및 에틸 알콜로부터 양호하게 선택된다.
카테콜-저급 알킬 알콜 혼합액은 카테콜의 열 저하를 제한하기 위해 혼합액의 기화 온도보다는 높지 않은 혼합액의 용해 온도 혹은 그 이상의 온도인 약 100 내지 250℃, 양호하게는 120 내지 220℃이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 장치 및 방법을 이용한 카테콜의 알킬 에테르 제조에서, 저급 알킬 알콜과 카테콜의 혼합물은 혼합액 조제 용기(9) 내로 공급된다. 증기가 용기(9) 내에서 발생될 때, 증기는 냉각기(응축기; 9a) 내로 공급되어 그 안에서 응축된다. 결과 응축액은 용기(9) 내로 복귀된다. 혼합액은 펌프(10)를 통해 예열기(11) 내로 공급되고, 바람직한 온도 즉, 100 내지 250℃로 가열된다. 예열된 혼합액은 공급 라인(2)과 공급 입구(1a)를 통해 증발기의 공급측 단부 내로 공급된다.
혼합액은 혼합 다성분 액체의 미증발 부분이 상술된 방식으로 순환 라인(3)을 통해 순환되는 상태에서 증발기(1) 내에서 증발된다.
증발기에서, 혼합액의 증발 온도는 저급 알킬 알콜과 카테콜의 비에 따라 결정된다. 통상적으로 증발 온도는 카테콜의 열저하를 방지 또는 제한하기 위해 양호하게는 180 내지 280℃, 더욱 양호하게는 200 내지 260℃, 특히 양호하게는 210 내지 240℃가 된다.
결과 혼합 증기는 송출 출구(1b)와 송출 라인(5)을 통해 증발기(1)로부터 송출되는 혼합액의 조성과 유사한 조성을 갖는다.
송출된 혼합 가스의 일부가 응축될 때, 응축액 미소분은 비응축 혼합 증기로부터 가스/액체 분리 용기(15)에 의해 분리되고, 복귀 라인(6a)을 통해 저장 용기(6)로 복귀되어 순환 혼합액과 혼합된다. 비응축 혼합 증기는 예를 들어, 180℃ 혹은 그 이상의 바람직한 온도로 온도로 가열하기 위해 가열 수단(12) 내로 공급되고, 가열된 혼합 증기는 기상 반응기(13) 내로 공급된다. 가열된 혼합 가스의 일부가 응축될 때, 응축액 미소분은 가스/액체 분리 용기(16)에 의해 가열된 혼합 증기로부터 제거되고, 복귀 라인(6a)을 통해 순환 라인(3) 내의 저장 용기(6) 내로 복귀된다. 복귀된 액체 미소분은 순환 라인(3) 내의 순환 혼합액에 더해진다.
반응기(13)에서, 가열된 혼합 증기 내의 저급 알킬 알콜과 카테콜은 카테콜의 모노 또는 디(2가)-저급 알킬 에테르를 제조하기 위해 촉매에 의해 서로 선택적으로 반응한다.
카테콜의 저급 알킬 에테르를 함유하는 결과 기상 미소분은 송출 라인(14)을 통해 반응기(13)로부터 송출된다. 그후, 선택적으로, 카테콜의 목표 알킬 에테르를 함유하는 송출된 반응물 가스는 알킬 알콜의 비등 온도보다 낮은 온도로, 양호하게는 20℃로, 또는 알킬 알콜의 비등 온도보다 높은 온도로, 더욱 양호하게는 30 내지 60℃로 반응물 가스를 냉각시키기 위해 열교환기형 냉각기와 같은 냉각기(17) 내로 공급된다. 결과 응축 반응물은 수집 라인(17a)을 통해 냉각기로부터 수집된다.
수집된 반응물은 카테콜 알킬 에테르를 반응물로부터 분리시키기 위해 증류 과정을 거친다. 증류 과정 전에, 수집된 반응물은 열교환기형 히터에 의해 예열될 수 있다. 그후 예열된 반응물은 증류 칼럼 내로 도입된다.
카테콜의 알킬 에테르의 제조에서, 카테콜-저급 알킬 알콜 혼합액이 박막 증발기 내로 공급 유량 (B)로 공급되고, 순환 라인을 통해 순환 유량 (A)로 순환되고, 순환 유량 (A)에 대한 공급 유량 (B)의 비인 (B)/(A)는 양호하게는 0.5/1 내지 20/1, 더욱 양호하게는 1/1 내지 15/1, 특히 양호하게는 2/1 내지 10/1이다. 비 (B)/(A)가 너무 높은면, 혼합 증기 발생 장치 내의 혼합액의 존재 시간이 매우 길어질 수 있으므로 카테콜의 열저하가 증가될 수 있다. 또한, 비 (B)/(A)가 너무 낮을 경우, 결과 혼합 증기는 목표 조성과 다른 조성을 가질 수 있거나, 바람직한 혼합 증기는 장시간에 걸쳐 높은 안정도로 획득될 수 없다.
카테콜의 알킬 에테르 제조에서, 반응기(13)에 사용하는 촉매는 그 촉매가 탈수 반응 촉매로서 저급 알킬 알콜과 카테콜의 기상 반응을 가속시키킬 수 있는 특정 형태의 초매로 제한되지는 않는다.
촉매는 양호하게는 예를 들어, 알카리 금속의 히드록사이드, 카보네이트, 2가 카보네이트 등의 알카리 금속 함유 촉매; p-톨루엔술폰산 또는 알루미늄 인산염 촉매; Al-B-P 촉매; Al-B-P 알카리토금속 촉매; Al-B-P-Si 촉매; Al-P-Ti-Si 촉매; 및 붕산 및 인산으로부터 획득되며 불활성 알루미나를 포함하는 캐리어상에서 수행되는 활성 성분을 포함하는 촉매로부터 선택된다.
카테콜의 알킬 에테르 제조를 위해, Al-P 촉매가 양호하게 사용된다. Al-P 촉매는 일본특허공개 제 4-341,345호에 공지된 것과 같은 AlaPbTicSidOe(여기서, a,b,c,d, 및 e는 각각 Al, P, Ti, Si, 및 O 원자의 수를 나타내고, 이때, a = 1, b = 1.0 내지 1.9, c = 0.05 내지 0.5, d = 0.05 내지 0.2 및 e = 4.1 내지 7.0)으로 표시된 Al-P-Ti-Si 탈수 반응 촉매를 포함한다. 카테콜의 알킬 에테르의 제조에서, 상기 Al-P-Ti-Si 촉매에는 합성 촉매를 제공하기 위해 알루미늄 원자 당 0.004 내지 0.015 황 원자를 함유하는 촉매가 부가될 수 있다.
카테콜과 저급 알킬 알콜의 기상 반응은 주변 대기압 또는 증가된 압력 예를 들어, 1 내지 50 kg/cm2G, 양호하게는 1.5 내지 30 kg/cm2G 하에서, 200 내지 400℃, 양호하게는 220 내지 350℃, 특히 양호하게는 230 내지 300℃의 온도로 반응기 내에서 양호하게 수행된다.
반응기(13)로부터 송출된 반응물은, 목표물로서 카테콜 모노알킬 에테르와 카테콜 디알킬 에테르를 함유하고, 불순물로서 비반응 알킬 알콜, 비반응 카테콜, 및 부산물을 함유한다. 증류 과정에서, 비반응 알킬 알콜은 증류 칼럼의 상부를 통해 가스 미소분으로서 제거되고, 카테콜 알킬 에테르 함유액은 증류 칼럼으로부터 액체 미소분으로서 송출된다. 액체 미소분은 정제 증류를 거치게 되고 정제된 카테콜 알킬 에테르는 증류 칼럼의 상부를 통해 가스 미소분으로서 수집된다. 상기 카테콜 알킬 에테르 제조 방법은 카테콜의 모노에틸에테르 및 과이어콜 등의 방향족 디히드록시 화합물의 모노 알킬 에테르의 제조에 유용하다.
예
본 발명은 비교예와 비교해 볼 때, 하기예로 부가로 설명된다.
예 1
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 장치는 메틸 알콜과 카테콜의 혼합 증기를 방생하는데 사용되었다.
카테콜-메틸 알콜 혼합 증기의 발생에서, 카테콜 54 중량%와 메틸 알콜 46 중량%인 혼합액은 160℃의 온도로 예열기에 의해 예열되고, 4 m2의 열전달 면적(테이퍼진 주위벽의 내부 주위면 면적)을 갖는 가로형 박막 증발기 내로 1,000 kg/hr의 공급율로 공급된다. 테이퍼진 실린더를 구비한 증발기는 860 내지 750 mm의 내경과 회전축에 부착된 회전 날개를 갖는다. 회전축은 160 r.p.m.으로 회전된다. 증발기에서, 혼합액은 테이퍼진 실린더를 둘러싸는 가열 자켓을 통해 가열 매체를 통과함으로써 가열되고, 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 도 1에 도시된 것처럼 순환 라인(3)을 통해 200 kg/hr의 순환율로 순환된다.
증발기 내의 혼합액은 회전 날개의 회전에 의해 테이퍼진 실린더의 내부 주위면상에 박막의 형태로 전개되고, 가열 자켓에 의해 가열된다.
순환 라인 내로 회수된 혼합액의 온도가 225℃로 설정되고 저장 용기 내에 수용된 혼합액의 수준이 일정하게 유지된 후에, 목표 조성을 갖는 결과 혼합 증기는 증발기로부터 연속적으로 송출된다.
순환 혼합액의 일부는 순환 라인의 복귀 출구 단부와 액체 펌프 사이에 배열된 방출 라인을 통해 순환 라인으로부터 하루 한 번 25 kg의 양으로 단속적으로 방출된다.
예 1에서, 혼합 증기 발생 과정은 210일간 혹은 그 이상동안 연속적으로 수행될 수 있고 혼합 증기 발생 동안 카테콜의 저하는 공급된 카테콜 전체 양을 기초로 약 0.1 중량%이다.
표 1에서, 공급 라인(2), 순환 라인(3) 및 순환 라인으로부터의 방출 라인(8) 내의 혼합액의 조성과 송출 라인(5) 내의 혼합 증기의 조성이 도시된다.
표 1
혼합액 및 혼합 증기의 위치 (도1 참조) 온도(℃) 유량(kg/hr) 조성(중량%)
카테콜 메틸 알콜 과이어콜 저하된 부산물
공급 라인(2) 내의 혼합액 160 1,000 53.9 45.9 0.25 -
송출 라인(5) 내의 혼합 증기 215 999 53.8 45.9 0.25 -
순환 라인(3)을 통해 순환하는 혼합액 225 200 50 내지 60 0.11 내지 0.38 0.25 내지 0.26 40 내지 50
방출 라인(8)을 통해 방출된 혼합액 225 25 kg /하루 한번 상동 상동 상동 상동
표 1은 공급 라인(2)을 통해 공급된 혼합액의 조성이 송출 라인(5)을 통한 혼합 증기의 조성과 매우 유사하다는 것을 명백하게 도시하고, 이러한 유리한 결과는 매우 긴 주기에 걸쳐 연속적으로 획득될 수 있다.
비교예 1
카테콜-메틸 알콜 혼합 증기는 다음을 제외하고는 예 1에서와 동일한 과정에 의해 발생된다.
카테콜-메틸 알콜 혼합액은 증발기 내로 1,000 kg/hr의 공급율로 공급된 예 1에서와 동일한 조성을 가지고, 혼합 다성분 액체의 미증발 부분의 순환은 수행되지 않고, 가열 자켓에 공급된 가열 매체의 양과 순환 라인(3)으로부터의 혼합액의 방출률은 하루 한 번 59 kg/hr로 변화되고, 증발은 7일간 연속된다.
표 2는 7일 과정에서의 공급 라인(2), 순환 라인(3) 및 방출 라인(8) 내의 혼합액의 평균 조성과 송출 라인(5) 내의 혼합 증기의 조성을 도시한다.
표 2
혼합액 및 혼합 증기의 위치 (도1 참조) 온도(℃) 유량(kg/hr) 조성(중량%)
카테콜 메틸 알콜 과이어콜 저하된 부산물
공급 라인(2) 내의 혼합액 160 1,000 53.9 45.9 0.25 -
송출 라인(5) 내의 혼합 증기 225 941 51.0 48.8 0.25 -
순환 라인(3)을 통해 순환하는 혼합액 - - - - - -
방출 라인(8)을 통해 방출된 혼합액 240 59 kg /하루 한번 9.1 - 극소량 90.9
비교예 1에서, 가열 매체의 공급율의 증가는 카테콜로부터 저하된 부산물의 양을 증가시키고, 혼합 증기 발생 과정 동안 카테콜의 손실은 11 중량%에 이른다.
또한, 비교예에서, 혼합 증기 발생 과정의 개시의 약 7일 후 혼합액의 흐름은 불안정해지고, 스케일이 증발기 내에 침전되므로, 혼합 증기 발생 과정은 박막 증발기로부터 스케일을 제거하기 위해 정지되어야만 했다.
예 2
도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같은 장치는 카테콜과 메틸 알콜의 혼합 증기를 발생시키고 혼합 가스로부터 과이어콜을 제조하는데 사용되었다.
카테콜-메틸 알콜 혼합 증기의 발생에서, 카테콜 54 중량%와 메틸 알콜 46 중량%인 혼합액은 160℃의 온도로 예열기에 의해 예열되고, 4 m2의 열전달 면적(테이퍼진 주위벽의 내부 주위면 면적)을 갖는 가로형 박막 증발기 내로 1,000 kg/hr의 공급율로 공급된다. 테이퍼진 실린더를 구비한 증발기는 860 내지 750 mm의 내경과 회전축에 부착된 회전 날개를 갖는다. 회전축은 160 r.p.m.으로 회전된다. 증발기에서, 혼합액은 테이퍼진 실린더를 둘러싸는 가열 자켓을 통해 가열 매체를 통과함으로써 가열되고, 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 도 1에 도시된 것처럼 순환 라인(3)을 통해 200 kg/hr의 순환율로 순환된다.
증발기 내의 혼합액은 회전 날개의 회전에 의해 테이퍼진 실린더의 내부 주위면상에 박막의 형태로 전개되고, 가열 자켓에 의해 가열된다.
순환 라인 내로 회수된 혼합액의 온도가 225℃ 수준으로 설정되고 저장 용기 내에 수용된 혼합액의 수준이 일정하게 유지된 후에, 목표 조성을 갖는 결과 혼합 증기는 증발기로부터 연속적으로 송출된다.
순환 혼합액의 일부는 순환 라인의 복귀 출구 단부와 액체 펌프 사이에 배열된 방출 라인을 통해 순환 라인으로부터 하루 한 번 25 kg의 양으로 단속적으로 방출된다.
증발기로부터 송출된 카테콜-메틸 알콜 혼합 증기는 에테르화(탈수 반응) 촉매와 메틸 알콜의 성분으로서 붕소 화합물로부터 개별적으로 조제된 혼합 가스로 혼합된 가열 매체를 사용하는 열교환기에 의해 230℃의 온도로 과열된 후, 인함유 에테르화 촉매(예 1의 일본특허공개 제 4-341,345호에 공지된 것과 같은)로 채워진 기상 반응기 내로 물질 증기로서 공급된다. 반응기에서, 카테콜은 과이어콜을 제조하기 위해 0.35 kg/cm2G의 반응 압력 하에서 270℃의 반응 온도로 메틸 알콜과 촉매식으로 반응된다. 결과 과이어콜 함유 가스는 반응기로부터 송출되어 냉각기에 의해 냉각 및 응축된다. 응축액은 냉각기로부터 수집되어 저장 탱크에 저장된다.
예 2의 과이어콜 제조는 210일간 혹은 그 이상 연속될 수 있었고 혼합 증기 발생 동안의 카테콜의 저하는 공급된 카테콜의 전체양을 기초로 약 0.1 중량%였다.
표 3에서, 공급 라인(2), 순환 라인(3), 및 순환 라인으로부터의 방출 라인(8) 내의 혼합 액체의 조성, 송출 라인(5) 내의 혼합 증기의 조성 및 반응기(13)로부터의 송출 라인(14) 내의 반응물 증기의 조성이 도시된다.
표 3에 도시된 조성은 100 일 과정 동안의 평균값이다.
표 3
혼합액 및 혼합 증기의 위치 (도1 참조) 온도(℃) 유량(kg/hr) 조성(중량%)
카테콜 메틸 알콜 과이어콜 저하된 부산물 나머지
공급 라인(2) 내의 혼합액 160 1,000 53.9 45.9 0.25 - -
송출 라인(5) 내의 혼합 증기 215 999 53.8 45.9 0.25 - -
순환 라인(3)을 통해 순환하는 혼합액 225 200 50 내지 60 0.11 내지 0.38 0.25 내지 0.26 40 내지 50 -
방출 라인(8)을 통해 방출된 혼합액 225 25 kg /하루 한번 상동 상동 상동 상동 -
송출 라인(14)을 통해 송출된 반응물 증기 270 999 26.9 35.7 28.6 0.7 8.1
비교예 2
카테콜-메틸 알콜 혼합 증기가 발생되어 과이어콜이 다음을 제외하고는 예 2에서와 동일한 과정에 의해 혼합 증기로부터 제조되었다.
예 1에서와 동일한 조성을 갖는 카테콜-메틸 알콜 혼합액은 혼합 다성분 액체의 미증발 부분의 순환이 수행되지 않는 상태에서 증발기 내로 1,000 kg/hr의 공급율로 공급되고, 가열 자켓에 공급된 가열 매체의 양은 순환 라인(3)으로부터의 혼합액의 방출율은 하루 한 번 59 kg/hr로 변화되었고, 과이어콜 제조는 7일동안 계속되었다.
표 4는 7일 과정 동안의 공급 라인(2), 순환 라인(3) 및 방출 라인(8) 내의 혼합액의 평균 조성, 송출 라인(5) 내의 혼합 증기의 평균 조성, 및 반응기(13)로부터의 송출 라인(14) 내의 반응물 증기의 평균 조성을 도시한다.
표 4
혼합액 및 혼합 증기의 위치 (도1 참조) 온도(℃) 유량(kg/hr) 조성(중량%)
카테콜 메틸 알콜 과이어콜 저하된 부산물 나머지
공급 라인(2) 내의 혼합액 160 1,000 53.9 45.9 0.25 - -
송출 라인(5) 내의 혼합 증기 225 941 51.0 48.8 0.25 - -
순환 라인(3)을 통해 순환하는 혼합액 - - - - - - -
방출 라인(8)을 통해 방출된 혼합액 240 59 kg /하루 한번 9.1 - 극소량 90.9 -
송출 라인(14)을 통해 송출된 반응물 증기 270 941 23.7 38.5 29.0 0.8 8.0
비교예 2에서, 가열 매체의 공급율의 증가는 카테콜로부터 저하된 부산물의 양을 증가시키고, 혼합 증기 발생 과정동안 카테콜의 손실은 11 중량%에 이른다.
또한, 비교예에서, 혼합 증기 발생 과정의 개시 후 약 7일동안 혼합액의 흐름은 불안정화되고, 스케일이 증발기 내에 침전되므로, 혼합 증기 발생 과정은 박막 증발기로부터 스케일을 제거하기 위해 정지되어야만 했다.
본 발명의 장치 및 방법을 이용한 디히드릭 석탄산 화합물의 알킬 에테르의 제조에서, 알킬 에테르와 디히드릭 석탄산 화합물의 혼합액과 유사한 조성을 갖는 그 혼합 증기는 디히드릭 석탄산 화합물의 열저하를 방지 및 제한하는 상태에서 높은 안정도로 획득될 수 있으므로, 목표 알킬 에테르는 오랜 주기에 걸쳐 높은 효율과 안정도로 제조될 수 있다.
본 발명은 성분의 바람직하지 않은 열저하를 방지 또는 제한하는 반면 높은 재생도와 안정도를 갖는 혼합 다성분 증기와 매우 유사한 조성을 갖는 혼합 다성분 액체를 증발시킴으로써 바람직한 조성을 가지는 혼합 다성분 증기 발생 장치 및 방법을 제공하고, 혼합 다성분 증기가 다성분 서로간에 기체 상태로 직접적으로 반응하기 쉬운 혼합 증기와 매우 유사한 조성을 갖는 혼합 다성분 액체로부터 바람직한 조성을 갖는 혼합 다성분 증기를 발생시키는 장치 및 방법을 제공한다.

Claims (23)

  1. 혼합 다성분 증기를 발생시키는 장치에 있어서,
    비등 온도가 서로 다르며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 액체 성분을 포함하는 혼합 다성분 액체가 증발기 내로 공급되는 공급 입구(1a)와 결과 혼합 다성분 증기가 증발기로부터 송출되는 송출 출구(1b)를 구비한 박막 증발기(1)와;
    증발기의 공급 입구에 접속되며, 혼합 다성분 액체를 공급하는 공급 라인(2)과;
    증발기의 송출 출구에 접속되며, 결과 혼합 다성분 증기를 송출하는 송출 라인(5)과;
    증발기의 송출측 단부에 접속된 순환 입구 단부(3a), 증발기의 공급측 단부에 접속된 순환 출구 단부(3b) 및 순환 라인의 순환 입구 단부와 순환 출구 단부 사이에 설치된 액체 운송 수단(4)을 구비한 강제 액체 순환 라인(3)을 포함하고,
    혼합 다성분 액체의 미증발 부분은 순환 라인의 순환 입구 단부, 액체 운송 수단 및 순환 출구 단부를 통해 강제로 순환되는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 박막 증발기에는 증발기의 주위를 둘러싸는 가열 수단(23)이 부가로 장착되는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 공급 라인은 혼합 다성분 액체를 조제하는 용기(9)와, 증발기의 공급 입구 및 용기 사이에 위치된 액체 운송 수단(10)을 부가로 포함하는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 공급 라인은 증발기의 공급 입구와 액체 운송 수단 사이에 위치된 예열기(11)를 부가로 포함하는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 박막 증발기는 가로형 테이퍼 및 직선 실린더형 박막 증발기, 세로형 유하식 테이퍼 및 직선 실린더형 박막 증발기, 및 세로형 상승식 박막 증발기로부터 선택되는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 혼합 다성분 증기를 송출하는 송출 라인은, 증기 성분을 서로 촉매식으로 반응시키며 반응기로부터 결과 반응물을 송출하는 송출 라인(14)을 구비한 기상 촉매 반응기(13)에 접속되는 혼합 다성분 증기 발생 장치.
  7. 혼합 다성분 증기를 발생시키는 방법에 있어서,
    비등 온도가 서로 다르며 서로에 용해되거나 양립할 수 있는 두 개 이상의 액체 성분을 포함하는 혼합 다성분 액체를 박막 증발기의 공급측 단부 내로 공급하는 공급 단계와;
    증발기 내의 혼합 다성분 액체를 증발시키는 증발 단계와;
    증발기의 송출측 단부로부터 결과 혼합 다성분 증기를 송출시키는 송출 단계를 포함하고,
    증발기 내에 존재하는 혼합 다성분 액체의 미증발 부분은, 순환 입구 단부를 통해 증발기의 송출측 단부로부터 혼합 다성분 액체의 미증발 부분을 회수하여, 순환 라인의 강제 액체 운송 수단과 순환 출구 단부를 통해 증발기의 공급측 단부 내로 혼합 다성분 액체의 회수된 미증발 부분을 복귀시킴으로써, 증발기의 송출측 단부에 접속된 순환 입구 단부, 증발기의 공급측 단부에 접속된 순환 출구 단부, 및 순환 라인의 순환 입구 단부와 순환 출구 단부 사이에 위치된 강제 액체 운송 수단을 구비한 순환 라인을 통해 강제로 순환되므로, 두 개 이상의 액체 성분의 동시 증발과 두 개 이상의 성분이 혼합 다성분 액체와 실질적으로 동일한 조성으로 존재하는 혼합 다성분 증기의 발생을 촉진시키는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 박막 증발기에 존재하는 혼합 다성분 액체는 혼합 다성분 액체를 증발시키기 위해 가열되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 혼합 다성분 액체의 공급 유량 (B)와 혼합 다성분 액체의 순환 유량 (A)는 그 비 (B)/(A)가 0.1/1 내지 20/1 인 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 혼합 다성분 액체는 100 내지 350℃의 비등 온도를 갖는 고비등점의 유기 화합물과, 고비등점의 유기 화합물의 비등 온도보다 낮은 비등 온도인 50 내지 250℃의 온도를 갖는 저비등점의 유기 화합물을 포함하고, 고비등점의 유기 화합물과 저비등점의 유기 화합물은 서로에 용해되거나 양립할 수 있고 50 내지 300℃의 온도에서 서로에 반응하지 않는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 고비등점의 유기 화합물은 하나 이상의 히드록실 그룹을 갖는 방향족 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 하나 이상의 히드록실 그룹을 갖는 방향족 화합물은 페놀, 과이어콜, 카테콜, 히드로퀴논, 레조르시놀, 2-메틸 카테콜, 4-메틸 카테콜, 2-메틸 히드로퀴논, 2-클로로카테콜, 및 4-클로로카테콜로 구성된 그룹으로부터 선택되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  13. 제 10항에 있어서, 저비등점의 유기 화합물은 각각 50 내지 200℃의 비등 온도와 물을 갖는 지방족 알콜, 시클로지방족 알콜, 지방족 에테르, 지방족 케톤, 지방족 글리콜, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 탄화수소, 시클로지방족 탄화수소, 및 방향족 탄화수소로 구성된 그룹으로부터 선택되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  14. 제 7항에 있어서, 결과 혼합 다성분 증기는 두 개 이상의 증기 성분이 서로에 촉매식으로 반응되는 촉매 기상 반응을 거치고, 결과 반응물 함유 가스 미소분이 수집되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  15. 제 7항에 있어서, 혼합 다성분 액체는 1 내지 4 탄소 원자를 갖는 저급 알킬 알콜과 카테콜을 포함하고 카테콜-저급 알킬 알콜 혼합 증기를 형성하기 위해 증발되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 혼합 다성분 액체, 카테콜 및 저급 알킬 아콜은 1 : 99 내지 90 : 10 의 혼합 중량비로 혼합되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 카테콜-저급 알킬 알콜 혼합액은 100 내지 250℃의 온도에서 증발되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  18. 제 15항에 있어서, 카테콜-저급 알킬 알콜 혼합액은 증발기 내로 유량 (B)로 공급되어 순환 라인을 통해 유량 (A)로 순환되고, 순환 유량 (A)에 대한 공급 유량(B)의 비 (B)/(A)는 0.5/1 내지 20/1 인 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 결과 카테콜-저급 알킬 알콜 혼합 증기는 기상 촉매 반응을 거쳐, 결과 카테콜 알킬 에테르 함유 가스 미소분이 수집되는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 수집된 카테콜 알킬 에테르 함유 가스 미소분은 카테콜 알킬 에테르를 분리시키기 위해 증류 과정을 거치는 혼합 다성분 증기 발생 방법.
  21. 기상 촉매 반응물 제조 장치에 있어서,
    제 1항에 기재된 혼합 다성분 증기 발생 장치와;
    혼합 다성분 증기 송출 라인(5)을 통해 혼합 다성분 증기 발생 장치에 접속되며, 결과 반응물 함유 가스 미소분을 반응기로부터 송출하는 송출 라인(14)을 구비한 기상 촉매 반응기(13)를 포함하는 기상 촉매 반응물 제조 장치.
  22. 기상 촉매 반응물 제조 방법에 있어서,
    제 7항에 기재된 방법에 따른 혼합 다성분 증기를 발생시키는 발생 단계와;
    혼합 다성분 증기가 기상 촉매 반응 과정을 거치도록 하는 단계와;
    결과 반응물 함유 가스 미소분을 수집하는 수집 단계를 포함하는 기상 촉매 반응물 제조 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 혼합 다성분 증기는 카테콜 및 저급 알킬 알콜로부터 발생되고, 반응 단계에서, 카테콜과 저급 알킬 알콜은 촉매에 의해 가스 상태로 서로 반응되고, 카테콜 알킬 에테르를 함유하는 결과 가스 미소분이 수집되는 기상 촉매 반응물 제조 방법.
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