KR100640673B1 - 기포 컬럼 및 이를 사용하여 기액 반응을 수행하는 방법 - Google Patents

기포 컬럼 및 이를 사용하여 기액 반응을 수행하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천공 하부를 갖는 기포 컬럼에 관한 것이다. 당해 기포 컬럼은 역류로 작동될 수 있다. 기액 반응의 공시 수율은, 천공 하부(5)가 실질적으로 동일한 분포의 홀을 갖고, 각 홀의 횡단면적이 0.003 내지 3㎟, 특히 0.01 내지 0.5㎟이고, 하부의 개방 면적이 3 내지 20%, 특히 3 내지 10%에 달하고, 기포 컬럼에 인접한 액체 영역 사이에 액체 유동 통로(6)가 제공되는 경우 실질적으로 증가될 수 있다. 기포 컬럼은 공기를 사용하는 산화 반응과 같은 기액 반응을 수행하기 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 바람직하게는 기체 및 액체가 당해 기포 컬럼을 통해 병류로 수행된다.
기포 컬럼, 천공 트레이, 역류, 병류, 기액 반응.

Description

기포 컬럼 및 이를 사용하여 기액 반응을 수행하는 방법{A bubble column and a process for carrying out gas-liquid reactions using the same}
본 발명은, 중간부에 수평으로 배치된 천공 트레이(perforated tray)를 포함하는, 역류로 작동될 수 있는 기포 컬럼 및 기액 반응을 수행하기 위한 이의 용도에 관한 것이다. 한 가지 특정 용도는 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계에 관한 것이다.
기포 컬럼은 기체를 기포 형태로 액체와 접촉시키는 컬럼형 용기이고, 여기서 물질은 하나의 상에서 다른 상으로 대부분 전환된다. 따라서, 기포 컬럼은 또한 액상의 성분들과 기상의 성분들 사이의 화학 반응을 위해 사용된다. 상들 사이에서 물질 전달을 강화시키고 역-혼합 효과를 감소시키기 위해, 수평으로 중첩하여 배치된 다수의 천공 트레이가 또한 기포 컬럼에서 사용될 수 있다[참고 문헌: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. (1992), vol. 24, 276-278].
대규모의 산업적 기포 컬럼의 천공 트레이, 즉 직경이 1m 이상인 천공 트레이는 일반적으로 홀(hole) 직경이 2 내지 5mm인 시브 판(sieve plate)이거나 홀 직경이 20mm 이하인 2중 유동 트레이이다. 시브 판 대신에, 통상의 박층 충전 물질이 상부에 위치한 그리드(grid)도 또한 사용된다. 기액 반응의 공시 수율은 컬럼을 통해 유동하는 기액 혼합물 중의 기체 함량에 상당히 좌우된다. 상기한 시브 판을 갖는 기포 컬럼을 사용하는 경우, 기체 함량을 특정한 한계치 이상으로 증가시킬 수 없기 때문에 공시 수율이 제한되었다. 그러므로, 다른 내장(built-in) 부품 및/또는 기체의 특수한 주입 수단에 의해 공시 수율을 증가시키는 연구는 실현되었다. 그러나, 버블 컬럼의 제작은 산업적 규모로는 상기 언급한 다른 내장 부품, 예를 들면, 정적 혼합기의 사용에 의해 값이 상당히 더 비싸진다.
유럽 특허 제0 659 474 B1호의 번역문인 독일 특허 제694 03 618 T2호에는 기체 스트림을 액상과 접촉시키는 방법 및 이를 위한 장치가 교시되어 있다. 이 장치는, 천공의 전체 표면적이 천공에 이용가능한 단면적의 1/40 내지 1/300의 사이인 천공 시브 트레이를 갖는 컬럼을 포함한다. 시브 트레이에 보유되고, 예를 들면, 위어(weir)에 의해 조정된 액체 층의 높이는 바람직하게는 200 내지 600mm의 범위내이다. 각 천공의 횡단면적은 0.5 내지 3.5㎟의 범위내이다.
오스트리아 특허 제236 346호에는 특히, 증발법 및 흡착법에서 사용되는 것과 같은 컬럼용 천공 트레이가 교시되어 있다. 트레이는, 수직 개구(aperture) 이외에, 주면에 대해 경사되어 있는 벽을 갖는 소수의 개구를 추가로 함유한다. 개구의 횡단면적은 0.155 내지 31.7㎟이고, 표면적은, 예를 들면, 0.363㎟이다. 작동시, 액체는 트레이 위를 유동한다. 당해 문헌에는 컬럼이 기포 컬럼으로서 작동한다는 것에 대해서는 교시된 바 없다.
독일 특허공보 제10 28 096호에는 미세하게 분포된 고체와 액체 및/또는 기체의 연속 반응법이 교시되어 있다. 사용된 컬럼은 병류(竝流; co-current flow)로 작동되고 액체로 완전히 충전되고 홀의 직경이 1mm 미만인 시브 트레이를 포함한다. 기체 완충부는 액체의 통과를 억제한다. 컬럼은 역류로 작동하는 장치를 포함하지 않는다.
독일 공개특허공보 제21 57 737호에 따르는 기포 컬럼 계단식 반응기는 실질적으로 상기 공지된 반응기와 동일하다. 전체 자유 홀 면적이 바람직하게는 반응기 단면의 5% 미만이고, 실시예에서 언급된 홀 직경은 2 또는 4mm(= 0.78 내지 12.56㎟)이다. 당해 문헌은 역류 및 이를 위한 장치에 대해서는 언급한 바 없다.
기액 반응을 기초로 하는 대규모 산업적 공정은 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정(AO 공정)의 산화 단계이다. 공지된 바와 같이, 이러한 방법은 수소화 단계, 산화 단계 및 추출 단계를 포함한다(참고 문헌: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. (1989), Vol. A13, 447-457). 수소화 단계에서, 하나 이상의 2-알칼안트라퀴논 및/또는 이의 테트라하이드로 유도체를 기본으로 하고, 용매 시스템에 용해되는 반응 매질은 부분 수소화되어 상응하는 하이드로퀴논을 형성하고, 수소화 처리 용액에 함유된 하이드로퀴논은 산화 단계에서 O2 함유 기체, 일반적으로 공기에 의해 과산화수소를 형성하면서 퀴논으로 재산화된다. 산화 단계에서의 반응은 처리 용액 중의 성분의 분해 반응을 피하면서 가능한 한 정량적이어야 한다. 또한, 반응은 가능한 한 적은 에너지가 소모되어야 하고 높은 공시 수율로 수행되어야 한다.
AO 방법에서, 산화는 먼저, 직렬로 배치된 기화 타워에서 각각의 경우에 신선한 공기를 사용하여 수행된다. 이는 산업적 규모로는 고가이면서 비교적 비경제적이다. 미국 특허 제3,073,680호 명세서에 따르면, 규정된 기포 크기를 유지함으로써 산화 속도는 프릿(frit)과 같은 세공 기체 분배기 부재에 의해, 및 횡단면 부하의 규정된 조건을 유지함으로써 수득할 수 있다. 그러나, 수득한 기포의 분리 및 기액상 분리의 문제가 발생한다.
독일 특허 제20 03 268호 명세서에 따르면, AO 방법과 관련된 상기한 문제는 2 내지 6개의 부분으로 세분된 산화 컬럼에 의해 해결될 수 있다. 이러한 컬럼의 각 부분에서는 처리 용액 및 산화 기체가 하부에서 상부로 병류로 통과하지만, 컬럼에서 모든 기체 및 액체는 서로에 대해 역류로 이동한다. 조밀한 혼합을 달성하기 위해, 각각의 부분은 적합한 내장 부품, 예를 들면, 시브 판 또는 메쉬를 함유하거나 충전 부재로 충전된다.
상기한 계단식 유형의 컬럼 배열에서 압력 강하를 감소시키기 위한 시도로서, 유럽 특허 제0 221 931호 명세서에는 산화가 특정한 기체 분배기 부재와는 별도로 내장 부품을 전혀 함유하지 않는 관형 병류 반응기에서 수행된다고 제안되어 있다. 이러한 기체 분배기 부재는 처리 용액과 산화 기체로부터, 기포가 융합으로부터 억제되고 많은 기체 함량을 갖는 시스템의 형성을 초래한다. 기체 함량이 너무 높고/높거나 기체 기포가 특히 적은 경우에는 기액 분리할 때에 문제가 발생한다. 기화되는 비반응기 용적(H2O2 톤당 ㎥)이 매우 크면 공시 수율이 감소되고 또한 고가 처리 용액의 보유율이 높아지는 것으로 실제 나타났다.
본 발명의 목적은, 역류로 작동될 수 있고 기액 반응이 통상의 시브 판을 포함하는 컬럼을 사용하는 경우보다 더 높은 공시 수율로 수행될 수 있는, 천공 트레이를 포함하는 기포 컬럼을 제공하는 것이다. 기포 컬럼은 단순한 구조이어야 한다. 추가의 목적은, 전환율이 공지된 방법과 비교하여 개선되고 반응기 용적과 처리 용액 용적에 대한 공시 수율이 개선되고 분리하기 어려운 기액 혼합물의 형성을 회피할 수 있는, 과산화수소를 제조하기 위한 AO 방법의 산화 단계에서의 기포 컬럼의 용도에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 목적은, 하부(3), 중간부(2) 및 상부(4)를 갖는 컬럼형 용기(1), 중간부에 수평으로 배치된 하나 이상의 천공 트레이(5), 및 액상(9 및 10) 및 기상(11 및 12)을 공급 및 배출하여 기포 컬럼을 병류 또는 역류로 작동시키기 위한 장치를 포함하는 기포 컬럼으로서, 천공 트레이(5)가 컬럼의 횡단면 위에 실질적으로 균일한 홀 분포를 갖고 각각의 홀의 횡단면적이 0.003 내지 3㎟이며 트레이의 개방 면적이 2 내지 20%임을 특징으로 하는 기포 컬럼에 의해 달성된다. 종속 청구항은 기포 컬럼의 바람직한 양태에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 기포 컬럼은, 통상의 시브 판을 포함하는 기포 컬럼과 비교하여, 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 갖는 트레이에 의해 특징화된다. 트레이는 바람직하게는 횡단면적이 0.01 내지 1㎟, 특히 0.05 내지 0.5㎟인 홀을 함유하고 개방 면적이 바람직하게는 3 내지 15%, 특히 2 내지 10%, 가장 바람직하게는 3 내지 7%의 범위내이다. 홀의 형태는 임의적이지만, 홀은 일반적으로 원형, 삼각형 내지 반타원형 또는 슬릿형 구조이다. 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하는 트레이는 완벽한 컬럼 트레이로서 제작될 수 있으나, 일반적으로 지지 그리드 및 그 위에 고정되고, 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하고, 목적하는 판 두께와 천공도를 갖는 판으로 이루어진다. 미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 이러한 유형의 판은 실제로 시빙 및 여과 기술에서 사용되고, 유동상 기술에서 유동화용 기재로서 사용된다. 그러나, 기포 컬럼에서 트레이로서 사용하는 것은 종래 고려된 바 없었다.
제조자가 측정한 바와 같이, 판의 홀은 바람직하게는 기체의 통로 방향으로 원추상으로 형성되고/되거나 홀은 또한 기체의 통과 동안에 배향된 유동을 성취하기 위해 경사져 있다. 또한, 배향 유동은 이의 제조로 인해 판의 표면에서 형성된 규모로 수행될 수 있다.
기포 컬럼은 미세한 천공 트레이에 의해 다수의 영역으로 구분되고, 이들 영역은 작동 상태에서 기포 컬럼의 중간부에, 얇은 기체 완충부를 제외하고는, 액체 또는 기액 혼합물로 완전히 충전된다. 따라서, 역류를 사용하고, 기포 컬럼이 각각의 트레이에 하나 이상의 관형 또는 웰형(well-shaped) 액체 통로(6), 인접한 영역들 사이에 일명 하강유로(downcomer)를 포함하는 경우, 문제 없이 확실히 작동될 수 있다. 유리하게는 트레이 위에서 직접 시작하여 위어가 필요치 않는 이러한 통로는 각각의 트레이의 하부 영역에서 액체에 침지되거나 이들 구역에 연결된다. 기체는 작동 상태에서 이러한 통로를 통해 전혀 유동되지 않도록 고안된다. 예를 들면, 천공 트레이에 배치된 원형 파이프 또는 세그멘트형(segment-shaped) 웰의 형태로 존재하는 하강유로와, 침지 포켓으로 유도하는 상응하는 이의 자유 횡단면을 배열함으로써 달성된다. 또는, 두 개의 인접 영역을 각각 연결하는 외부 파이프를 또한 사용될 수 있다.
기포 컬럼은 일반적으로 액체가 상부로 공급되고 기체가 하부로 공급되는 역류로 작동될 수 있도록 제작된다. 액체의 통과를 위한 장치(6)의 존재하에, 기포 컬럼은 또한 액체-기체 혼합물이 하부에서 상부로 유동하는 병류로 작동될 수 있다.
본 발명에 따르는 기포 컬럼 중의 트레이 간격은 특정 용도 및 기포 컬럼의 직경-대-높이 비에 따라 좌우된다. 일반적으로, 트레이 간격은 트레이 직경의 0.1 내지 10배, 특히 0.5 내지 5배의 범위내이다. 과산화수소를 제조하기 위한 본 발명에 따른 용도에서 사용되는 것과 같은 산업적 대규모의 기포 컬럼에서, 예를 들면, 미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 트레이들의 트레이 간격은 유리하게는 트레이 직경의 0.5배 내지 2배의 범위내이다.
컬럼에는, 역류로 작동하기 위해 유리하게는 하나 이상의 관형 또는 웰형 액체 통로가 각각 장착된 상기 트레이와는 별도로, 컬럼의 중간부에 내장 부품이 존재하지 않을 수 있다. 그러나, 하나의 바람직한 양태에 따라서, 열 교환기가 각각의 트레이 사이에 위치할 수 있다. 이들은 유리하게는 수직으로 배치된 판을 포함하는 판형 열 교환기이다. 미세한 홀을 포함하는 트레이 및 열 교환기가 장착된 이러한 유형의 기포 컬럼은 특히 유리하게는 반응의 엔탈피가 높은 기액 반응을 수행하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 기포 컬럼은 병류 또는 역류, 바람직하게는 역류로 작동시키기 위해 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 방식으로 장착될 수 있다. 계단식 배열이 또한 가능하다.
본 발명에 따르는 실시예 및 비교예로부터 알 수 있듯이, 특히 예상치 않은 하기의 이점이 기포 컬럼에 천공 트레이를 포함하는 본 발명에 따른 디자인으로 인해 달성된다:
·미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 판 상부에 위치하는 액체의 기화가 매우 균일하고,
·직경의 범위가 좁은 작은 기포가 기포 컬럼의 전체 단면 위에 균일하게 형성되고,
·트레이로 인한 강한 물질 전달 효율이 비 기화 용적(= 효과적인 반응기 용적)을 시브 판을 포함하는 기포 컬럼과 비교하여 감소시킬 수 있게 하고,
·실제로 수득할 수 있는 기액 혼합물의 기체 함량이 다른 기화 기술에서 기체 액상 분리에서 문제를 초래하지 않으면서 통상의 시브 판을 사용하는 경우 수득할 수 있는 기체 함량 보다 상당히 더 크고,
·물질 전달 면적 및 이와 함께 달성되는 물질 전달의 정도가 매우 크고,
·통상의 컬럼과 비교하여, 액상의 보유율이 상당히 감소되고, 특히 이는 액상이 고가의 다성분 혼합물, 예를 들면, AO 방법의 처리 용액인 경우, 상당히 유리하고,
·경쟁 방법과 비교하여 반응기 용적 1㎥당 더 높은 반응 전환율을 달성하고,
·액상(예: AO 방법에서의 처리 용액) 1㎥당 더 높은 반응 전환율이 달성되고,
·트레이에 대한 압력 강하는 트레이당 약 300 내지 500Pa(3 내지 5mbar)이므로, 컬럼 중의 정수압(hydrostatic pressure) 강하와 비교하여 작고, 깊이가 단지 1 내지 5㎝인 기체 완충 트레이하에 형성되어 실제로 완전한 장치 용적(= 컬럼의 중간부)이 반응에서 사용될 수 있다.
도 1은, 중간부(2)에 미세한 홀(5)을 포함하는 6개의 트레이(6) 이외에 3개의 열 교환기(16)를 함유하는, 역류 작동에 특히 적합한 본 발명에 따르는 바람직한 기포 컬럼(1)의 다이어그램이다. 기화 중간부(2)와는 별도로, 컬럼은 캡형 기체 분배 장치(8)를 갖는 하부(3)와, 액상을 분배시키는 장치(7) 및 (14)에 연결된 기액 분리 장치를 갖는 상부(4)를 포함한다. 액체의 통과를 위한 세그멘트 형태의 웰형 부재(6)는 트레이의 하부 영역에 각각 미세하게 천공된 트레이에 위치한다. 액상은 컬럼의 상부에서 라인(9)를 통해 공급되고 하부에서 라인(10)을 통해 배출된다. 기체는 라인(11)을 통해 기체 분배 장치(8)로 공급되고, 이로부터 미세한 기체 기포가 발생한다. 컬럼을 통해 통과한 후, 기체는 도면에서는 원심형 분리기로서 예시한 기체 분리 장치에서 액상과 분리되고, 라인(12)를 통해 폐가스로서 배출된다. 발포체가 컬럼 상부의 영역에서 형성되는지의 여부는 가시창(sight glass)(15)에 의해 체크할 수 있다. 각각의 열 교환기의 유동 라인 및 회수 라인(17 및 18)은 열 교환기에 열 전달 매질을 공급한다.
기포 컬럼의 하부 및 상부는 임의의 목적하는 방식으로 디자인될 수 있다. 특히, 기체 및 액체의 공급 및 상 분리를 위해 통상의 단위가 도입될 수 있다.
본 발명에 따르는 기포 컬럼은 기상 성분과 액상 성분 사이의 반응을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 기액 반응은 산화, 환원, 부가 또는 중화 반응을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 액상은 수성 상 또는 유기 상일 수 있다. 반응 동안, 2개의 상을 병류 또는 역류로, 바람직하게는 역류로 기포 컬럼에서 서로 접촉시킬 수 있다. 동시에, 다수의 기포 컬럼이 계단 형태로 직렬로 연결될 수 있다. 하나 이상의 반응 성분과는 별도로, 액상은 또한 촉매를 용해되거나 현탁된 형태로 함유할 수 있다. 물질이 액상에 현탁되는 경우, 이들의 입자 직경은 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하는 트레이 중의 홀의 직경 보다 상당히 더 작아야 한다.
하나의 바람직한 용도에 따르면, 본 발명에 따르는 기포 컬럼은 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계에서 사용된다. 본원에서 액상은 2-알킬안트라하이드로퀴논 및 2-알킬테트라하이드로안트라하이드로퀴논 부류로부터의 하나 이상의 반응 매질을 함유하는 수소화 처리 용액이고, 기상은 산소 함유 기체(예: 공기), 산소 또는 산소-공기 혼합물이다. 2개의 상은 바람직하게는 산화를 위해 역류로 접촉시키고, 이때 기상은 기포 컬럼의 하부, 예를 들면, 천공 캡에 배치된 통상의 기체 분배 장치에 의해 공급되고, 액상은 통상의 액체 분배 장치에 의해 상부에 공급된다. 액체의 분배는 바람직하게는 컬럼 횡단면의 상당부를 관개함으로써 수행된다. 이러한 공정은 기포 컬럼의 상부에서 발포되는 문제, 예를 들면, 다른 유형의 기포 컬럼, 특히 선행 기술에 기술된 계단식으로 배치된 컬럼을 사용하는 경우에 발생하는 문제 및 산화 폐가스의 배출로 인한 처리 용액의 손실을 초래할 수 있는 문제를 확실히 제거할 수 있다.
또한, 집적 열 교환기 판을 포함하는 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용함으로써, 산화 단계를 거의 등온적으로 수행할 수 있다. 이는 반응 전환율에 대해 바람직한 영향을 미친다. 또한, 외부 냉각을 목적으로 하는 산화 단계로부터의 처리 용액을 제거할 필요가 없다. 하기 실시예 및 비교예에서 나타낸 바와 같이, 산화 단계에서 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용함으로써 과산화수소의 제조방법에서 상당히 높은 공시 수율이 달성된다. 이러한 증가는 당해 방법이 저온 및 감압하에서 작동되는 경우에도 가능하다고 나타난다. 온도 및 압력 조건을 일정하게 유지함으로써, 또한 공시 수율(STY)에서 추가의 증가를 수득할 수 있다. 공시 수율을 증가시키기 위한 대안으로서 또는 이외에, 산화 기체를 압축시키는 비용을 최소화할 수 있고, 따라서 에너지를 절약할 수 있다.
본 발명에 따르는 트레이를 포함하는 기포 컬럼은, 반응 컬럼으로서의 이의 용도와는 별도로, 정유, 흡착 및 탈착 공정에서 사용될 수 있다. 균일한 기체 분배, 작은 기포 및, 경우에 따라, 미세한 홀로부터의 배향 기류로 인해, 매우 우수한 물질 변화 및 고도의 부하 범위가 가능하다.
실시예 1 내지 3
과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계는 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용하고, 산화 기체로서 공기를 사용하는 대규모의 산업적 기포 컬럼에서 수행된다. 후처리 용액(WS)은 반응 매질로서, 본질적으로 방향족 석유 화합물 및 테트라부틸우레아를 기제로 하는 용매 혼합물 에 다년간의 작동으로부터 유래되는 2 에틸- 및 2-아밀안트라퀴논 및 이들의 테트라하이드로안트라퀴논계의 혼합물을 함유한다.
기포 컬럼은 횡단면적이 약 0.05㎟/홀이고 개방 면적이 약 5%인 미세한 홀을 포함하는 6개의 트레이, 3개의 판형 열 교환기, 캡형 천공 기체 분배 장치, 컬럼 상부의 관개 장치 및 컬럼 상부에서의 상 분리를 위한 원심분리 장치로 이루어진다.
실시예 1 및 2의 중요한 작동 데이타 및 결과는 표 1에 나타낸다. 실시예 3의 데이타는 비교 평가 시험으로부터 수득되고, 비교예로부터의 상응하는 데이타와 비교하여 표 2에 나타낸다.
실시예 1 실시예 2
산화 단계로 공급한 WS의 유동 용적 (WS ㎥/시간/기화 반응기 용적 ㎥) 1.64 1.63
공급한 산화 공기의 유동 용적 (mN 3/시간/기화 반응기 용적 ㎥) 72.6 75.4
컬럼 중의 WS의 온도(℃) 유입구 중간 배출구 51.2 51.2 51.2 52.5 52.5 52.5
공급한 산화 공기의 초과압(bar 기준) 폐가스 중의 O2(용적%) 산화 전 WS 중의 H2O2 당량(g/ℓ) 산화 후 WS 중의 H2O2 당량(g/ℓ) 2.72 5.6 11.45 11.34 2.26 6.3 11.54 11.30
비교예 1
수소화 처리 용액의 산화는 유럽 특허공보 제0 221 931호에 따르는 설비에서 수행되는데, 즉, 산화 기체 및 처리 용액은 혼합기 부재에 의해 직접 혼합되고 내장 부품이 없고 기포 융합이 억제되는 시스템으로 이루어진 컬럼의 하부로 도입된다. 이러한 작업에 사용된 처리 용액은 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 기제를 갖는 용매 혼합물 중의 2-에틸안트라퀴논 및 2-에틸테트라하이드로안트라퀴논계 반응 매질을 함유한다.
중요한 작업 데이타 및 처리 용액 1㎥에 대한 공시 수율은 표 2에 나타낸다. 기액 혼합물의 기체 함량 및 공시 수율은 본 발명에 따르는 실시예의 경우보다 낮다.
비교예 2
비교예 1과 유사한 처리 용액을 독일 특허공보 제20 03 268호에 따르는 3단계 캐스케이드에서 공기를 사용하여 산화시킨다. 3개의 기포 컬럼은 각각 컬럼의 중간부에 홀 직경이 3mm인 1개의 시브 판을 함유한다. 중요한 작업 데이타 및 공시 수율은 표 2에 나타낸다. 기체 함량 및 STY는 본 발명에 따르는 실시예의 경우보다 낮다.
본 발명에 따르는 산화(실시예 3), 비교예 1에 따르는 기포 컬럼을 사용하는 산화 및 비교예 2에 따르는 3단계 캐스케이드를 포함하는 비교 평가 시험으로부터의 비교 데이타
실시예 3 비교예 1 비교예 2
비 기화 용적(1)/ton/H2O2 용량 6.5 9.1 7.5
하부(기체 유입구)에서 압력(바) 초과압 2.7 2.8 2.9
배출구에서 WS의 온도(℃) 51 59 56
기체/액체 혼합물 중의 기체 함량(%) 50 45 41
잔류 O2(용적 %) 5.6 6.5 내지 7 6.5 내지 7
공시 수율(H2O2 kg/h/반응기 ㎥) 18.2 13.0 15.9
H2O2 kg/h·㎥ WS 36.0 23.9 27.0

Claims (14)

  1. 하부(3), 중간부(2) 및 상부(4), 중간부에 수평으로 배치되고 개방 면적이 3 내지 20%인 하나 이상의 천공 트레이(5), 및 액상(9 및 10) 및 기상(11 및 12)을 공급 및 배출하여 기포 컬럼을 역류로 작동시키기 위한 장치를 갖는 컬럼형 용기(1)를 포함하는 기포 컬럼으로서,
    천공 트레이가 컬럼의 횡단면 위에 실질적으로 균일한 홀 분포를 갖고 각각의 홀의 횡단면적이 0.003 내지 3㎟이며 트레이의 상부와 하부에 각각 위치하는 영역이 액체 통과용의 하나 이상의 하강유로(6)를 통해 서로 연결되어 있고, 하강유로가 트레이에 배치된 원형 파이프 또는 세그멘트형 웰(segment-shaped well)로서 구성되거나 두 개의 인접 영역을 연결하는 외부 파이프로서 구성됨을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  2. 제1항에 있어서, 홀의 횡단면적이 0.01 내지 5㎟이고 트레이의 개방 면적이 3 내지 7%임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  3. 제1항에 있어서, 트레이가 각각 하부에 위치하는 영역으로의 하나 이상의 관형 또는 웰형(well-shaped) 액체 통로를 구비하고 있고, 당해 통로가 트레이에서 직접 시작하여 침지 포켓(immersion pocket) 속으로 유도됨을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  4. 제1항에 있어서, 홀이 통로 방향으로 원추상으로 형성되어 있거나 배향된 유동(directed flow)을 성취할 목적으로 경사져 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  5. 제1항에 있어서, 홀이 원형, 삼각형 내지 반타원형 또는 슬릿형으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  6. 제1항에 있어서, 기화 컬럼 중간부의 트레이 간격이 트레이 직경의 0.1 내지 10배 범위임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 열 교환기가 컬럼의 중간부에 배치되어 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  8. 기체와 액체를 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 기포 컬럼을 통해 역류로 통과시킴을 포함하여, 기액 반응을 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 기액 반응이 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계이고, 액상이 수소화 처리 용액이고 기상이 산소 함유 기체임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, O2 함유 기체가 하부에 배치된 기체 분배 장치에 의해 공급되고, 처리 용액이 액체 분배 장치에 의해 기포 컬럼의 상부에 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제6항에 있어서, 트레이 간격이 트레이 직경의 0.5 내지 5배임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  12. 제7항에 있어서, 열 교환기가 수직으로 위치하는 판을 포함하는 판형 열 교환기임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  13. 제9항에 있어서, 기상이 공기임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 기체 분배 장치가 천공 캡임을 특징으로 하는 방법.
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