KR100349476B1 - 연속 3상 슬러리 가수소화 반응용 2단계 반응기 및 작업 방법 - Google Patents

연속 3상 슬러리 가수소화 반응용 2단계 반응기 및 작업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속 교반 탱크 반응기와 버블 칼럼 반응기가 쌍을 이루어 연속 공정, 예컨대 가수소화 공정(이때, 기체 반응물은 액체와 혼합됨)의 전환율을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 연속 교반 반응기에는 특수 임펠러 시스템이 장착되어 액체를 순환시키므로, 버블 칼럼으로부터 이어지는 반응물 기체와 액체의 접촉을 더 향상시킨다.

Description

연속 3상 슬러리 가수소화 반응용 2단계 반응기 및 작업 방법{TWO STAGE REACTOR FOR CONTINUOUS THREE PHASE SLURRY HYDROGENATION AND METHOD OF OPERATION}
본 발명은 연속 반응기 공정에 관한 것으로, 구체적으로는 상기 공정을 수행하기 위하여 연속 교반 탱크 반응기 및/또는 버블 칼럼을 사용하는 것에 관한 것이다.
세가지 다른 상, 즉 가수소화시키고자 하는 물질, 수소 기체 및 촉매가 연속 교반 탱크 반응기(CSTR) 또는 버블 칼럼중 하나에 공존하는 가수소화 공정은 산업계에 잘 알려져 있다.
대부분의 가수소화 공정이 고압에서 수행된다는 점을 고려하면, 연속 교반 탱크 반응기보다 버블 칼럼 반응기가 일반적으로 비용이 더 저렴하다. 버블 칼럼은 CSTR 반응기보다 더 길고 폭이 좁게 형성될 수 있기 때문에, 반응기 벽이 더 얇아질 수 있는 바, 그에 따라서 구조 물질의 사용량 및 그에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또한, 버블 칼럼은 기계적 교반을 요하지 않기 때문에, 초기 비용을 더욱 절감할 수 있고, 또 이러한 반응기에 대한 유지 비용도 절감할 수 있다. 버블 칼럼에서, 수소 기체는 칼럼의 저부로 도입되고, 물질 전달을 위해 기체-액체 접촉 면적을 크게하고 적당한 반응 및 열 전달을 위해 칼럼내에 액체 혼합을 제공하기 위해 수소 기체를 분산시켜야 한다. 수소 기체의 유속을 조절하여 혼합하기 위해서는, 특정 반응을 위한 화학양론적 조건에 의해 규정된 양보다 더 많은 양의 수소 기체를 사용한다. 따라서, 과량의 수소가 상기 공정에 사용되어야만 하거나 또는 일반적으로 칼럼에서 배출되는 수소를 재순환시키는 압축기를 이용하는 수소 회수 및 재순환 장치가 사용된다.
연속 공정의 처리량에 따라서, 단일 반응기로는 적당한 체류 시간으로 높은 전환율을 발생시키기에 충분치 못한 경우가 흔하므로, 연속되는 두개 이상의 반응기가 필요하다. 두개 이상의 칼럼에서 기체-액체 반응을 수행하는 것이 매우 일반적이지만, 고체 촉매를 사용하는 3상 슬러리 가수소화 반응이 요망되는 경우에, 단일 반응기를 사용하게 되면 쉽게 해결되지 않는 문제점에 직면하게 된다. 일반적으로 가수소화 촉매는 충분한 활성 및 수명을 지니므로, 단지 수분 또는 수시간을 요할 수 있는 공정 중 액체 체류 시간에 비해 수일 동안 공정중에 체류할 수 있다. 이와 같은 큰 체류 시간의 차이는 다수개의 반응기를 사용하는 경우에 촉매가 균일하게 분포되어야함을 의미한다. 각 반응기는 촉매 분리 장치와 촉매를 재순환시킬 수 있는 능력을 필요로 할 수 있다.
따라서, 단일의 연속 교반 탱크 반응기 또는 버블 칼럼을 사용하여서는, 충분한 체류 시간을 제공하지 못하게 되므로 높은 전환율을 유지하기 위해서는 동일한 종류의 반응기 두개를 연속해서 연결하여 사용할 필요가 있다.
연속 교반 탱크 반응기 내 슬러리 촉매는 분리되어 각각 개개의 반응기로 반송되어야 한다. 따라서, 연속되어 있는 다수개의 반응기 각각은 교차류(cross flow) 필터와 같은 개별 촉매 분리 장치를 필요로 한다.
연속의 다수개 버블 칼럼을 사용하여 총 전환율을 증가시킬 수 있으나, 반응기에서 충분한 혼합과 고 전환율 둘다를 달성하기 위해서는 화학양론적 요구량 이상으로 수소 유속을 크게 요구한다.
또한, 단일의 연속 교반 탱크 반응기는 동일한 총 전환율을 얻기 위해서는 연속으로 연결된 두개의 소형 연속 교반 탱크 반응기 보다 상당히 더 커야하고, 일반적으로 더 고가라고 알려져 있다.
따라서, 종래의 기술을 이용하는 다단계 슬러리 가수소화 공정은 문제가 있고, 경제적으로 불리하므로, 이러한 문제점을 해결할 필요성이 대두되어 왔다.
발명의 개요
본 발명은 전환율을 향상시키기 위하여 두개의 가수소화 반응기를 연속하여 사용하는 것을 필요로 하는 연속 3상 슬러리 가수소화 공정에 특히 적합하다. 본 발명에 따르면, 특수 임펠러 시스템을 구비한 연속 교반 탱크 반응기를 종래의 버블 반응기와 결합시켜서, 버블 칼럼과 관련된 일반적인 문제를 해결한다. 예를 들면, 본 발명은 글루코스를 소르비톨로 연속 가수소화반응시키는데 이상적으로 적합한 반응기 시스템에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은, 슬러리 가수소화 시스템으로부터 가수소화 생성물을 배출시키기 위한 수단과 함께, 가수소화시키고자 하는 액체와 촉매를 수용하고 수소 기체용 헤드 스페이스를 구비한 연속 교반 탱크 반응기와, 이 반응기와 차례로 배치된 버블 칼럼을 병용하는 슬러리 가수소화 반응 시스템을 제공하는 것으로, 상기 연속 교반 탱크 반응기는 헤드 스페이스의 수소 기체를 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과 상기 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 펌핑하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고, 상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 기체 수소를 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 상기 반응기와 연결되어 상기 기체를 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 상기 반응기 내 헤드 스페이스로 유동시키고, 상기 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 상기 반응기의 저부로 그리고 상기 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착되어 있다.
본 발명의 제2 목적은, 시스템으로부터 처리된 생성물을 배출시키기 위한 수단과 함께, 반응물 기체로 처리하고자 하는 액체를 수용하고 반응물 기체용 헤드 스페이스를 구비하는 연속 교반 탱크 반응기와, 교반 탱크 반응기와 차례로 배치되는 버블 칼럼을 병용하는 2단계 연속 반응기를 제공하는 것으로, 상기 교반 탱크 반응기는 헤드 스페이스의 반응물 기체를 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과 교반 탱크 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 펌핑하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고, 상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 기체 반응물을 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 교반 탱크 반응기와 연결되어 기체를 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 교반 탱크 반응기 내 헤드 스페이스로 유동시키고, 또 상기 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 교반 탱크 반응기의 저부로 그리고 교반 탱크 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착되어 있다.
본 발명의 시스템은 연속 교반 탱크 반응기에 축상(axial) 펌핑 장치를 임의로 구비한다.
본 발명 시스템의 또다른 특징은 이중 반응기 시스템에서 촉매를 유지하기 위하여 단지 하나의 촉매 여과 시스템만을 필요로 한다는 점이다.
또한, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 액체의 가수소화 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 연속 교반 탱크 반응기 및 이와 차례로 배치된 버블 칼럼을 병용하는 2단계 반응기 시스템 안으로 가수소화시키고자 하는 액체를 도입하는 단계, 반응물 기체로서 수소를 2단계 반응기에 도입하는 단계, 및 2단계 반응기 시스템으로부터 가수소화된 생성물을 배출시키는 단계를 포함하는데, 상기 교반 탱크 반응기는 반응물 기체로 처리하고자 하는 액체를 수용하고 반응물 기체용 헤드 스페이스를 구비하며, 상기 교반 탱크 반응기는 헤드 스페이스의 반응물 기체를 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과 교반 탱크 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 제거(배출)하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고, 상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 반응물 기체를 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 교반 탱크 반응기와 연결되어 반응물 기체를 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 교반 탱크 반응기 내 헤드 스페이스로 유동시키고, 또 상기 버블 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 교반 탱크 반응기의 저부로 그리고 교반 탱크 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 대표적인 개략도이다.
도 1에 있어서, 시스템(10)은 교반 탱크 반응기(12)와 버블 칼럼(14)을 포함한다. 상기 교반 탱크 반응기(12)는 반응기의 윗부분에 이 반응기(12)에 도입되는 것을 화살표(17)로 나타낸 촉매용 유입구(16) 및 반응기(12)에 화살표(19)로 나타낸 액체를 공급하기 위한 유입 도관(18)을 구비한다. 도시한 바와 같이, 이 반응기(12)의 정상부 또는 헤드 스페이스(28)는 도관(20)을 통해 도시한 바와 같이 버블 칼럼(14)의 정상부 또는 헤드 스페이스(42)와 연결된다. 반응기(12)의 저부에 있는 도관(24)은 반응기(12) 안으로 유체를 유입시키는 작용을 하는데, 이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하고자 한다. 도면에 도시한 바와같이, 반응기(12)에서 가수소화시킬 액체의 수위는 액체(30) 상부에 있는 기체 반응물용 헤드 스페이스(28)와 함께 반응기에서 유지시킨다.
반응기(12) 내부에는 모터(34)에 의해 반응기(12)의 장축주위로 회전되도록 한 교반 샤프트(32)가 배치되어 있다. 이 샤프트에는 상부 교반기(36)가 장착되는데, 이 교반기는 반응기(12)의 헤드 스페이스(28) 내 수용된 헤드 스페이스 기체를 액상(30) 안으로 유도하거나 유인하여 기체와 액체 사이에 화학 반응이 일어나기에 충분한 기체-액체 접촉을 일으키는 작용을 한다. 도시한 바와 같이, 교반기(36)는 교반 샤프트(32) 둘레에 배치된 중공 샤프트(33)를 구비하는데, 이 교반기는 중공 샤프트(33)와 교반 샤프트(32) 사이에 있는 헤드 스페이스 기체를 하방으로 유인하고 상부 교반기(36)의 날개 바깥쪽으로 유인하기 위해 사용한다. 이러한 장치는 미국 뉴저지주 람세이 소재의 EKATO 코포레이숀에서 제작되고 시판된다.
교반 샤프트(32)의 저부에는 상부 디스크(37)와 저부 디스크(39)가 설치되어 있는 플랫 날개형 터빈(38)이 부착되어 있고, 상부 디스크는 연속 교반 탱크 반응기(12) 내부로부터 액체가 펌핑되는 것을 방지하며, 중앙에 구멍이 있는 저부 디스크(39)는 연속 교반 탱크 반응기(12)의 저부로 들어가는 라인(24)을 통해 유입되는 액체의 펌핑을 허용한다. 이러한 플랫 날개형 터빈은 미국 뉴욕주 로케스터 소재의 Lightnin 코포레이션에서 시판하고 있다. 상부 임펠러(36) 및 저부 임펠러(38)를 특별히 제작한 단일 임펠러로 교체하는 것도 본 발명의 범위에 속하는데, 이러한 단일 임펠러는 헤드 스페이스 기체를 액체(30) 안으로 유인하고 액체(30)를 반응기(12) 안으로 펌핑하는 역할을 한다.
별법으로, 도시한 바와 같이 축상 펌핑 임펠러(40)를 교반기(36)과 교반기(38) 사이에 배치할 수도 있다. 그러나, 축상 펌핑 교반기(40)의 사용은 임의적이며, 어떤 가수소화 반응에서는 필요하지 않을 것이다.
도관(26)은 연속 교반 반응기(12)와 버블 칼럼(14) 사이에 연장되는데, 연장되는 위치는 연속 교반 반응기(12)와 버블 칼럼(14) 둘다에서 액체의 계면 바로 아래이다.
종래의 버블 칼럼(14)에는 화살표(45)로 표시된 수소 기체를 버블 칼럼(14)에 도입하기 위한 기체 전달 도관(44)에 부착된 살포 링(46)을 구비하여 칼럼(14)내에서 수소와 액체(31)의 반응을 일으킨다. 또한, 칼럼(14)에는 액체 도관(48)이 구비되어 있는데, 이 도관(48)은 도관(56)에 연결되고, 도관(56)은 조절 밸브(50)를 통해 교차류 필터(52)에 연결되고, 차례로 교차류필터(52)는 도관(24)에 연결되어 버블 칼럼(14)으로부터 연속 교반 반응기(12)로 액체(31)를 순환 이동시킨다. 도관(54)은 화살표(55)로 표시된 여과 생성물을 시스템으로부터 배출시킨다. 화살표(57)는 사용된 촉매 또는 불필요한 촉매의 시스템을 제거할 필요가 있을때 시스템으로부터 배출시킬수 있는 촉매를 함유한 생성물을 나타낸다.
조절 밸브(50)를 사용하여 연속 교반 반응기(12)와 버블 칼럼(14) 사이의 재순환 흐름을 조절한다. 또한, 교차류 필터(52)는 재순환 라인내에 있으므로 촉매를 반응기 시스템(10)에 체류하도록 하면서 생성물(55)을 제거한다. 이러한 유형의 필터는 잘 알려져 있으며, 선택된 필터의 종류에 따라 필터는 수직으로 설치되거나 또는 수평으로 설치될 수 있다.
작업중에, 공급물, 예컨대 글루코오스(19)는 도관(18)을 통해 연속 교반 반응기(12)에 도입된다. 이와 동시에 촉매, 예컨대 지지된 니켈 촉매(17)는 도관(16)을 통해 연속 교반 반응기(12)에 도입된다. 액체 수위는 살포 링(46)를 통해 수소(45)가 칼럼 내 수용된 액체로 도입될때 연속 교반 반응기(12)와 칼럼(14) 둘다에서 확립된다. 모터(34)에 에너지를 공급하면, 교반기(32)를 회전시켜 액체 및 촉매가 버블 칼럼으로부터 연속 교반 반응기(12)를 통해 다시 버블 칼럼으로 재순환하기 시작한다. 도면에서 버블로 표시된 수소 기체는 살포 링(46)를 통해 화학양론적 과량으로 버블 칼럼(14)으로 도입되고, 칼럼(14) 내 액체(31)를 통해 위로 투과된다. 칼럼(14)의 헤드 스페이스(42)에 있는 수소는 도관(20)을 통해 반응기(12)의 헤드 스페이스(28)으로 인도되는데, 이 때 교반기(36)의 작용에 의해 수소는 액체(30)속으로 유인된다. 이와 동시에, 연속 교반 반응기(12)로부터 액체는 도관(26)을 통해 칼럼(12)으로 유동하는데, 그 이유는 교반기(38)의 작용에 의해 도관(48) 및 도관(24)을 통해 칼럼(14)의 저부로부터 연속 교반 반응기(12)로 액체가 유인되기 때문이다. 재순환 속도는 밸브(50)를 사용함으로써 조절되고, 생성물은 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 교차류 필터(52)를 거쳐 도관(54)으로 배출된다.
공급물은 연속 교반 반응기(12)에 도입되어 부분적으로 생성물로 전환된다. 연속 교반 반응기(12)로부터 버블 칼럼(14)으로 도관(26)을 통해 액체를 재순환시킴으로써 버블 칼럼(14)에서 반응을 완결시킨다. 본 발명 시스템의 작업에서 중요한 사항은 수소와 액체간의 반응 중 약 50% 이상이 연속 교반 반응기(12)에서 일어나는 필수 단계를 갖는다는 것이다. 이로인해, 버블 칼럼(14)에서 반응을 완결시키는 화학양론적 요구량보다 과량으로 버블 칼럼(14)을 통한 수소 흐름이 허용된다. 통상, 대부분의 가수소화 반응기에서와 같이 수소 공급 속도는 자동적으로 조절되므로 반응기를 고정 압력으로 유지시키고, 수소 공급 속도는 압력이 동일한 두개의 반응기에서 반응을 통해 소비되는 총 수소량과 같다. 이어서, 버블 칼럼의 상부에 존재하는 과량의 수소는 도관(20)을 통해 연속 교반 반응기(12)로 도입된다.
버블 칼럼(14)에서 반응을 완결시키는데 필요한 화학양론치의 과량으로 수소 유량을 사용하는 것이 버블 칼럼(14)에서 혼합하는데 필수적이다. 촉매는, 연속 교반 탱크 반응기(12)에서는 기계적 교반을 통해서, 버블 칼럼(14)에서는 과량의 수소 흐름을 통해서 균일하게 현탁된다.
주기적으로 촉매는 도관(56)을 통한 제거 기류에서 제거될 수 있고, 새로운 촉매가 도관(16)을 통해 연속 교반 반응기(12)에 도입될 수 있다. 이로인해, 반응기(12)와 버블 칼럼(14) 둘다에서 촉매의 농도는 균일하게 조절된다. 열을 제거하는 것은 당업계에 잘 알려진 기술을 이용하여 각 반응기에서 수행될 수 있다.
글루코오스를 소르비톨로 가수소화시키는 반응의 예를 통해 본 발명을 사용함으로써 얻어지는 잇점을 더 설명하고자 한다. 직경이 1.2 m인 연속 교반 탱크 반응기, CSTR에는 반응기의 길이 방향으로 뻣어있는 폭이 0.1 m인 배플 4개가 설치되어 있다. 각종 작업의 반응기 체적을 하기 표 1에 나타내었다. 반응기 내 나선형 열 교환기를 사용하여 열을 제거하고, 반응기를 140℃로 유지시킨다. CSTR에는 직경이 0.4 m인 3개의 임펠러로 이루어진 교반 시스템이 설치되어 있고, 교반 샤프트의 윗부분은 기체가 기체 도입 임펠러 안으로 유입되고 통과되도록 반응기의 기체 헤드 스페이스 쪽으로의 개구부를 갖는 중공체이다. 교반 샤프트에 수직으로 연장된 직경이 0.03 m인 4개의 튜브로 이루어진 기체 도입 임펠러는 액체 계면으로부터 0.4 m 아래에 위치하고, 이 튜브들은 교반 샤프트의 중공부를 통해 연결되어 있다. 중간 임펠러는 45°피치(pitch)로 4개의 플랫 날개로 이루어진다. 저부 임펠러는 날개가 6개인 플랫 날개형 터빈이고, 그 상부는 솔리드 디스크로 싸여있으며, 저부 디스크는 중앙에 0.1 m 구멍이 있다. 직경이 0.025 m인 배관은 저부 재순환 라인으로부터 CSTR의 저부를 통해 저부 임펠러의 유입구까지 연장되어 있다. 교반기는 300 rpm에서 작동된다.
작업 2 및 5에서 버블 칼럼은 길이가 6 m인 쉘로 구성되고, 직경은 0.5 m이다. 새롭게 제조된 수소는 구멍이 100 미크론인 다공성 금속 디스크로부터 버블 칼럼의 저부에서 분산된다. 버블 칼럼은 직경이 0.025 m인 두개의 배관을 구비한 CSTR에 연결되는데, 그중 하나는 저부 재순환 라인이고, 다른 하나는 배수 라인용이다. CSTR과 버블 칼럼의 헤드 스페이스는 0.1 m 직경의 배관으로 연결되어 있다. 필터 앞에 있는 버블 칼럼의 배출은 유속 2.0 m3/시로 작동된다.
버블 칼럼의 저부에 위치한 필터는 총 필터 면적이 0.4 m2인 복수개의 다공성 금속 필터 튜브로 구성된다. 여과 작용은 다공성 금속 튜브의 내부에서 일어난다. 생성물은 연속적으로 여과 튜브 주변의 매니폴드로 배출되어 제거된다.
평균 입도가 20 미크론인 라니(등록상표) 니켈 촉매를 30 kg/m3의 농도로 반응기에 충전시킨다. 글루코오스의 50% 수용액으로 구성된 공급물을 CSTR에 연속적으로 공급하면서, 반응기를 140℃에서 작동시킨다. 여과된 소르비톨 생성물은 다공성 필터를 통해 연속적으로 제거함으로써 CSTR의 액체 수위를 일정하게 유지시킨다. 작업 2 및 5에서, 수소 기체는 버블 칼럼에 연속적으로 공급되고, 작업 1, 3,4 및 6에서는 CSTR의 헤드 스페이스로 공급되어 총 압력을 30 바아로 유지시킨다.
다른 공정 배치에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
작업 공급 속도m3/시 CSTR 체적m3 버블 칼럼 체적m3 글루코오스에서 소르비톨로의 전환율
1 1.00 2.0 95.7%
2 1.00 2.0 1.0 99.1%
3 1.00 10.0 99.1%
4 2.00 2.0 91.7%
5 2.00 2.0 1.0 98.0%
6 2.00 8.0 98.0%
작업 1 및 4에서는 버블 칼럼을 사용하지 않고 2 m3의 CSTR 만을 사용하여 공급 속도 각각 1 m3/시 및 2 m3/시로 글루코오스를 전환시켰다. 작업 1, 3, 4 및 6에서는, 버블 칼럼을 직경이 0.025 m인 배관으로 대체하고, 수소를 CSTR의 헤드 스페이스로 공급하였다. 버블 칼럼이 사용되는 작업 2 및 5에서는, 충분한 혼합 및 반응이 일어나므로 CSTR만을 사용하는 경우에 비해 전환율이 증가하였다. 작업 3 및 6에서 나타낸 바와 같이, 2 m3의 CSTR과 1 m3의 버블 칼럼을 병용하는 경우에 얻어지는 전환율과 동일한 전환율을 얻기 위해서는 단일 CSTR의 체적이 과도하게 커진다는 사실을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 시스템 내에서 가수소화되는 액체에 대하여 높은 전환율을 유지하기에 충분한 체류 시간을 제공한다. 본 발명에 따른 시스템을 사용함에 있어서 교차류 필터와 같은 단일 촉매 분리 시스템만이 필요하다.
복수개의 버블 칼럼을 생략함으로써 소모되는 과잉의 총 수소량을 크게 감소시킨다.
끝으로, 조합 반응기에서는 소형의 연속 교반 탱크 반응기를 사용하여도 크기가 매우 크고 일반적으로 고가인 단일의 연속 탱크 반응기에서 얻을 수 있는 것과 동일한 총 전환율을 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 실시예에 의해 본 발명의 범위는 국한되지 않는다.

Claims (18)

  1. 가수소화시키고자 하는 액체와 촉매를 수용하고 수소 기체용 헤드 스페이스를 구비하는 연속 교반 탱크 반응기와, 이 반응기와 차례로 배치된 버블 칼럼과, 슬러리 가수소화 시스템으로부터 가수소화 생성물을 배출시키기 위한 수단을 병용하는 슬러리 가수소화 시스템으로서,
    상기 연속 교반 탱크 반응기는 상기 헤드 스페이스의 수소 기체를 상기 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과, 상기 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 제거(purge)하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고,
    상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 기체 수소를 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 상기 반응기와 연결되어 상기 수소 기체를 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 상기 반응기 내 헤드 스페이스로 유동시키고, 상기 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 상기 반응기의 저부로 그리고 상기 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착된 것이 특징인 슬러리 가수소화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템으로부터 촉매를 제거하기 위한 수단을 구비하는 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가수소화 생성물을 배출시키는 수단은 촉매 여과 시스템을 구비하는 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응기는 헤드 스페이스의 수소 기체를 상기 액체 안으로 유인하기 위한 상기 제1 수단과 상기 칼럼의 저부로부터 액체를 배출하기 위한 제2 수단 사이에, 촉매 및 수소 기체와 함께 상기 액체의 축상 펌핑을 유도하기 위한 제3 수단을 구비한 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 헤드 스페이스의 수소 기체를 유인하기 위한 제1 수단은 상기 촉매를 함유하는 액체 안으로 상기 수소를 유인하는 타입의 임펠러인 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 버블 칼럼으로부터 상기 액체를 제거하기 위한 제2 수단은 상기 반응기 내부로부터 액체가 펌핑되는 것을 억제하는 상부 디스크와, 상기 버블 칼럼으로부터 상기 반응기로 액체를 펌핑하기 위하여 중앙에 개공을 갖는 저부 디스크를 구비한 실질적으로 플랫 날개형 터빈인 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 버블 칼럼 안으로 수소를 도입하기 위한 상기 수단은 상기 칼럼의 저부에 배치된 살포 링을 구비하고, 상기 살포 링은 수소 기체의 공급원에 연결되는 것인 슬러리 가수소화 시스템.
  8. 반응물 기체로 처리하고자 하는 액체를 수용하고 반응물 기체용 헤드 스페이스를 구비하는 연속 교반 탱크 반응기와, 교반 탱크 반응기와 차례로 배치된 버블 칼럼과, 시스템으로부터 처리된 생성물을 배출시키기 위한 수단을 병용하는 2단계 연속 반응기로서,
    상기 교반 탱크 반응기는 헤드 스페이스의 반응물 기체를 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과, 교반 탱크 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 제거하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고,
    상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 기체 반응물을 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 교반 탱크 반응기와 연결되어 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 교반 탱크 반응기 내 헤드 스페이스로 기체를 유동시키고, 또 상기 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 교반 탱크 반응기의 저부로 그리고 교반 탱크 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착된 것이 특징인 2단계 연속 반응기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 시스템으로부터 반응의 일부로서 사용된 촉매를 제거하기 위한 수단을 구비하는 것인 2단계 연속 반응기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 생성물을 배출시키는 수단은 촉매 여과 시스템을 구비하는 것인 2단계 연속 반응기.
  11. 제9항에 있어서, 상기 교반 탱크 반응기는 헤드 스페이스 반응물 기체를 상기 액체 안으로 유인하기 위한 상기 제1 수단과 상기 칼럼의 저부로부터 액체를 배출하기 위한 제2 수단 사이에, 상기 반응물 기체와 함께 상기 액체의 축상 펌핑을 유도하는 제3 수단이 구비한 것인 2단계 연속 반응기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 헤드 스페이스의 반응물 기체를 유인하기 위한 제1 수단은 상기 촉매를 함유하는 액체 안으로 상기 반응물 기체를 유인하는 타입의 임펠러인 것인 2단계 연속 반응기.
  13. 제9항에 있어서, 상기 버블 칼럼으로부터 상기 액체를 제거하기 위한 제2 수단은 상기 교반 탱크 반응기 내부로부터 액체가 펌핑되는 것을 억제하는 상부 디스크와, 상기 버블 칼럼으로부터 상기 교반 탱크 반응기로 액체를 펌핑하기 위하여 중앙에 개공을 갖는 저부 디스크를 구비한 실질적으로 플랫 날개형 터빈인 것인 2단계 연속 반응기.
  14. 제9항에 있어서, 상기 버블 칼럼 안으로 반응물 기체를 도입하기 위한 상기 수단은 상기 칼럼의 저부에 배치된 살포 링을 구비하고, 상기 살포 링은 반응물 기체의 공급원에 연결되는 것인 2단계 연속 반응기.
  15. 연속 교반 탱크 반응기와, 이 연속 탱크 반응기와 차례로 배치되는 버블 칼럼을 병용하는 2단계 반응기 시스템 안으로 가수소화시키고자 하는 액체를 도입하는 단계,
    상기 반응물 기체로서 수소를 2단계 반응기에 도입하는 단계, 및
    2단계 반응기 시스템으로부터 가수소화 생성물을 배출시키는 단계를 포함하는 액체의 가수소화 방법으로서,
    상기 연속 교반 탱크 반응기는 반응물 기체로 처리하고자 하는 액체와 상기 반응물 기체용 헤드 스페이스를 수용하고, 헤드 스페이스의 반응물 기체를 액체 안으로 유인하기 위한 제1 수단과 교반 탱크 반응기와 유체 교류하는 버블 칼럼의 저부로부터 액체를 제거하기 위한 제2 수단을 갖는 단일 교반 시스템을 구비하고,
    상기 버블 칼럼은 버블 칼럼의 저부 영역에 인접하여 기체 반응물을 도입하기 위한 수단을 갖으며, 상기 버블 칼럼은 기체 전달 수단에 의해 교반 탱크 반응기와 연결되어 기체를 버블 칼럼 내 헤드 스페이스로부터 교반 탱크 반응기 내 헤드 스페이스로 유동시키고, 또 상기 칼럼에는 버블 칼럼의 저부로부터 교반 탱크 반응기의 저부로 그리고 교반 탱크 반응기의 상부로부터 버블 칼럼의 상부로 유체를 유동시키는 유체 전달 수단이 장착된 것이 특징인 가수소화 방법.
  16. 제15항에 있어서, 가수소화시키고자 하는 액체와 함께 가수소화 촉매를 상기 반응기 안으로 도입하는 단계를 포함하는 것인 가수소화 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 시스템으로부터 상기 촉매와 함께 가수소화 생성물의 흐름을 주기적으로 배출시키고, 새로운 촉매를 상기 시스템에 첨가하는 단계를 포함하는 것인 가수소화 방법.
  18. 제16항에 있어서, 지지된 니켈 촉매를 상기 2단계 반응기에 도입시키는 것인 가수소화 방법.
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