KR100717983B1 - 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물의 열적 후처리 방법 및 이를 위한 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물을 열적 후처리하는 방법에 관한 것이고, 여기서 열처리될 분해 생성물은 가열된다. 본 발명의 방법에서, 분해 생성물은 분해 생성물 내에서 발생하는 발열 반응에 의해 가열된다. 분해 생성물에서 진행되는 발열 반응은 바람직하게는 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 분해이다. 가열을 위해 증기 또는 다른 열 전달 매질을 사용하는 통상의 방법과 비교하여, 본 발명의 방법은 증기를 적게 사용하거나 거의 사용하지 않기 때문에 상당히 적은 에너지를 소모하고, 또한 열 교환기에서 발생할 수 있는 문제가 대부분 예방된다.

산 촉매 분해, 열적 후처리, 열 교환기, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 페놀 및 아세톤.

Description

쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물의 열적 후처리 방법 및 이를 위한 반응기{A process and a reactor for the thermal after-treatment of cleavage product from the acid-catalyzed cleavage of cumene hydroperoxide}

도 1은 본 발명에 따르는 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHP)의 분해공정을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따르는 또 다른 CHP의 분해공정을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따르는 또 다른 CHP의 분해공정을 도식적으로 나타낸 것이다.

본 발명은 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHP)의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 반응 생성물을 열적 후처리하는 선택적, 에너지 절감식의 개선된 방법에 관한 것이다.

쿠멘 하이드로퍼옥사이드에서 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해법은 오랫동안 특히 산업상 중요시되어왔다. 호크 방법(Hock process)에 의한 쿠멘으로부터 페놀의 제조시, 쿠멘은 산화로서 공지된 제1 반응 단계에서 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHP)로 산화되고, 후속적으로 CHP는 농축단계로서 공지된 진공 증류시 65 내지 90중량%로 농축된다. 분해단계로 공지된 제2 반응 단계에서, CHP는 산, 일반적으로 황산의 존재하에 페놀 및 아세톤으로 분해된다. 여기서, 산화시에 형성된 디메틸 페닐 카비놀(DMPC)은 평형 상태에서 부분적으로 α-메틸스티렌(AMS) 및 물로 분해되고, 추가의 DMPC의 부분은 CHP와 반응하여 디쿠밀 퍼옥사이드(DCP)를 형성하는 반면, 나머지는 분해 생성물로 남겨진다. 분해 생성물을 중화시킨 후, 이 생성물의 혼합물은 증류에 의해 처리된다.

분해 도중에, 일부 AMS는 증류시 잔여물로서 방출되는 고비등물(이량체 및 쿠밀 페놀)을 형성한다. 중화시킨 후에 여전히 존재하는 AMS는 증류 도중에 쿠멘으로 수소화되고 재순환되어 산화된다. 분해시 반응하지 않은 DMPC는 고비등물로서 잔여물로 이동하고, 이중 일부는 고온 페놀 컬럼에서 추가로 반응하여 AMS를 형성하고, 이로부터 고비등 제2 성분이 차례로 형성된다. DCP는 통상의 분해 온도(50 내지 70℃)에서 안정하다. 고온 페놀 컬럼에서, DCP는 열 분해되어 경험적으로 주로 o-크레졸을 형성한다. 한편, 산의 존재하에, DCP는 80℃ 초과의 온도에서 페놀, 아세톤 및 AMS로 분해될 수 있다. 그러므로, 분해시 촉매로서 사용된 산의 존재하에 온도를 목표 온도로 상승시킴으로써 분해후 즉시 잔류의 DMPC 및 분해시 형성된 DCP가 완전히 반응하는 것은 명백하다.

이러한 방법에서, DMPC는 실제로 완전히 AMS로 전환되고 DCP는 완전히 페놀, 아세톤 및 유사 AMS로 전환된다.

분해 생성물의 이러한 열적 후처리는 미국 특허 제2 757 209호에 기술되어 있고, 여기서는 100℃ 초과, 특히 110 내지 120℃의 온도를 사용하였다. 이러한 열적 후처리의 목적은 DMPC에서 AMS로의 완전한 탈수이다. 이와 대조적으로, 미국 특허 제4 358 618호에는 120 내지 150℃의 온도를 사용하여 분해시 형성된 DCP에서 페놀, 아세톤 및 AMS로의 완전한 전환을 목적으로 하는 열적 후처리가 기술되어 있다. 미국 특허 제5 254 751호에는 미국 특허 제4 358 618호와 동일한 목적으로 80 내지 110℃의 온도를 사용하는 열적 후처리가 기술되어 있다. 최종적으로, 독일 공개특허공보 제192 55 026 A1호에서는 후처리가 150℃ 초과의 온도 범위에서 수행된다. 따라서, 페놀 생성물로부터 분해 생성물의 열적 후처리를 위해 특정화된 최적 온도 범위는 종래 기술과 상당히 상이하다.

상기 기술한 방법에서, 분해 생성물은 먼저 열적 후처리용 열 교환기에서 증기에 의해 가열되고, 충분한 반응 시간 후, 열 교환기에서 물에 의해 다시 냉각된다. 열적 후처리를 위해 선택된 온도에 따라, 페놀 1미터톤(metric ton) 당 증기 0.2미터톤의 특정 증기 소비를 제공한다. 본 발명자들은 열적 후처리의 열 교환기(부착)에서 고비등 부산물의 증가된 부착이 일반적으로 100℃ 초과, 특히 120℃ 초과의 온도에서 발생하고, 이는 열 전달의 현저한 감소와 관련이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 증기를 이용하여 생성물을 가열하는 장치에서, 생성물 쪽의 고온 열 교환 표면에 유기 부착물이 형성되므로 이러한 장치는 몇주의 상당히 짧은 간격으로 세정해야 한다. 이러한 부착(fouling)은 온도가 증가함에 따라 더욱 증가한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 높은 선택성, 낮은 에너지 비용, 및 부착의 회피로 인한 높은 유용성을 나타내는 쿠멘 하이드로퍼옥사이드 분해로부터의 분해 생성물의 열적 후처리 방법을 제공하는 것이다.

놀랍게도, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물을 열적 후처리하는 방법에서, 열처리될 분해 생성물이 반응기에서 가열되고 당해 반응기에서 발생하는 하나 이상의 발열 반응의 반응열이 반응기에서 열처리될 분해 생성물을 가열하는데 사용되는 방법으로 에너지 비용을 감소시키고 부착의 회피로 인한 열 교환기의 작동 주기를 더 높힘과 동시에 높은 후처리 선택성을 달성한다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 특허청구범위의 제1항에서 청구된 바와 같이, 열처리될 분해 생성물을 반응기 속에서 가열하고, 당해 반응기에서 발생하는 하나 이상의 발열 반응의 반응열을 이용하여 반응기 속에서 열처리될 분해 생성물을 가열하는, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물을 열적 후처리하는 방법을 제공한다.

마찬가지로, 본 발명은 특허청구범위의 제14항에서 청구된 바와 같이, 하나 이상의 영역은 열 제거 장치가 장착되어 있고 하나 이상의 추가의 영역은 플러그 유동 특성을 갖는 2개 이상의 영역을 갖는, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해에 의해 페놀 및 아세톤을 제조하는 반응기를 제공한다.

본 발명의 장치는 실제 CHP 분해 및 열적 후처리가 하나의 반응기에서 함께 진행된다는 잇점을 갖는다.

본 발명의 방법은 통상의 방법과 비교하여, 열적 후처리될 분해 생성물을 가열하는데 상당히 적은 양의 증기가 요구된다는 잇점을 갖는다. 분해 생성물의 열적 후처리에서 발생하는 반응열이 충분한 경우, 분해 생성물을 가열하기 위한 증기의 사용은 완전히 생략될 수 있다. 증기 또는 다른 적합한 열 전달 매질이 분해 생성물을 가열하기 위해 연속적으로 사용되는 방법 또는 다른 장치와 대조적으로, 부착은 분해 생성물을 처리하기 위한 본 발명의 방법을 사용하는 경우 상당히 적은 정도로 발생하거나 거의 발생하지 않는다.

본 발명의 방법은 CHP의 분해시 생성된 분해 생성물을 페놀 및 아세톤으로 후처리하는 실시예에 의해 하기 기술되나, 이러한 양태에 제한되지 않는다.

쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해시 수득한 분해 생성물을 열적 후처리하는 본 발명의 방법은 분해 생성물 내의 디메틸 페닐 카비놀(DMPC) 및 디쿠밀 퍼옥사이드(DCP)의 비율을 감소시키려는 목적을 갖는데, 그 이유는 이러한 화합물이 분해 생성물의 연속 후처리 중에 다른 화합물 또는 동일 화합물들과 추가로 반응하여 고비등 타르형 화합물을 형성(이때에는 물질의 분리를 위한 다수의 증류 단계가 수행된다)하기 때문이다. 이러한 고비등 화합물은 분해 생성물을 후처리하는 추가의 공정 단계에서 방해될 수 있다. 고비등물의 형성은 또한, 호크 페놀 합성(Hock phenol synthesis)의 전체 공정에서 수율을 감소시킨다.

분해 생성물의 본 발명에 따르는 열처리 또는 후처리에서는 존재하는 DMPC를 α-메틸스티렌(AMS) 및 물로 분해시키고 마찬가지로 존재하는 DCP를 페놀, AMS 및 아세톤으로 분해시킨다. 이러한 반응에서 형성된 AMS는 추가의 후처리 도중에 분해 생성물로부터 분리되고, 전체 페놀 제조 공정에 대한 출발 물질로서 재순환될 수 있는 쿠멘으로 수소화될 수 있다. 이러한 방법에서, 부산물의 형성에 의해 유발되는 수율 손실은 감소된다.

상기한 반응을 수행하기 위해, 분해 생성물은 특정 온도로 가열되어야 한다. DMPC에서 AMS 및 물로의 전환은 DCP가 아직 완전히 전환되지 않는 경우라도 110℃ 초과의 온도에서 종료된다고 밝혀졌다. 이러한 이유로, 잔류하는 DCP 함량만은 110℃ 초과의 온도에서 작동하기 위한 최적 조건을 설정하기 위해 열적 후처리 후에 점검하여야 한다. 본 발명에 따르는 열적 후처리된 분해 생성물 중에 잔류하는 DCP 함량은 바람직하게는 0.01 내지 0.05중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.02중량%이다. 더욱 많은 함량으로 인해, 순수한 페놀 중에 더 많은 o-크레졸 함량을 추가로 유발할 수 있는 이러한 DCP 손실에 비해 전체 공정의 선택성이 열화되는 반면, 이 함량이 0.01중량% 미만인 경우, 열적 후처리 도중에 AMS로부터의 고비등물의 부산물의 형성이 과량으로 유발된다. 잔류하는 DCP 함량은 일반적으로 분석으로 측정한다.

상기한 이유로, 열적 후처리될 분해 생성물은 100℃ 초과, 바람직하게는 115℃ 초과의 온도로 가열된다. 이러한 열적 후처리는 또한 열처리로서 공지되어 있다.

분해 생성물의 후처리를 위해, 생성물은 반응기, 바람직하게는 튜브형 반응기로 전달되어 가열된다. 본 발명에 따라서, 분해 생성물의 혼합물의 가열은 분해 생성물에서 하나 이상의 발열 반응 중에 형성된 반응열을 사용함으로써 달성된다. 본 발명에 따라서, 발열 반응 중의 하나는 CHP의 산 촉매 분해이다. 발열 반응의 반응열을 사용함으로써 분해 생성물은 직접 가열되기 때문에, 분해 생성물을 가열하는 열 교환기에 의한 간접 열 전달은 완전히 생략될 수 있다.

DMPC에서 AMS 및 물로의 분해, 및 특히 DCP의 페놀, 아세톤 및 AMS로의 분해는 또한 마찬가지로 발열 반응이기 때문에, 분해 생성물의 온도의 제한된 증가에 상응하는 반응열을 발생시킨다. 이러한 온도 차이는 초기 DMPC 및 DCP의 함량에 따라 다르나, 일반적으로 10 내지 20℃이다. 통상의 DMP 농도는 0.5 내지 2중량%이다. 통상의 DCP 농도는 2 내지 6중량%의 범위이다. 그러나, 본 발명의 방법은 DCP 또는 DMPC에 대해 나타낸 농도에 제한되지 않는다.

상기한 발열 반응에서 발생된 열 함량은 목적하는 온도로 분해 생성물을 가열하는데 필요한 열적 후처리 전에, 분해 생성물 중의 CHP의 초기 농도의 계산을 고려해야 한다.

초기 CHP 농도의 계산이 필요하다는 초기 관점에 따라, 1중량% 농도의 CHP 용액을 분해하면 용액의 온도를 6.8에서 7.0℃로 증가시키는데 필요한 대략적인 열량을 발생시킨다는 제1 원칙을 사용할 수 있다. 따라서, 6중량% 농도의 CHP 용액은 CHP를 모두 분해함으로써 40.8 에서 42℃로 가열된다. 제1 원칙은 CHP 분해에서 일반적으로 사용된 용액에 적용된다. 이들은 일반적으로 쿠멘, 페놀 및 아세톤 과 소량(0 내지 15중량%)의 물만을 포함한다. 물의 더 높은 열 용량으로 인해, 물 99중량%와 CHP 1중량%를 함유하는 용액 또는 분산액에서 CHP의 분해로 이 용액의 온도를 단지 약 3.5℃ 증가시킨다. 이러한 이유로, 가열 인자는 보통 보다 더 많은 물 함량을 갖는 분해 혼합물에 대해 바로 측정해야 한다. 이러한 측정은 단순한 예시 시험을 사용하는 당해 분야의 숙련가에게 공지된 방식으로 수행된다.

본 발명에 따라서, 열 형성에 필요한 추가의 CHP는 충분한 CHP가 분해 생성물의 혼합물에 존재하지 않는 경우, 이후에 분해 생성물에 첨가된다.

황산은 바람직하게는 CHP 분해용 촉매로서 사용된다. 분해 생성물의 혼합물의 황산 농도는 바람직하게는 50 내지 1000wppm이다. 열처리 전에 분해 생성물의 산성 활성, 즉 산성 강도를 변화시키는 것이 유리할 수 있다. 산성 강도는 분해 혼합물 중의 산의 농도와 물의 농도에 따라 좌우된다. 분해 혼합물 중의 물의 함량이 많을수록, 산성 강도가 물의 농도 제곱에 비례하므로, 동일한 산성 활성을 수득하기 위해 더 많은 산을 분해 혼합물에 첨가하여야 한다. 또한, 예를 들면 황산 200wppm 및 물 2중량%를 함유하는 분해 혼합물 용액의 산성 강도는 단지 황산 200wppm 및 물 0.5중량%를 함유하는 분해 혼합물 용액의 산성 강도의 1/16이다.

이상적인 산성 강도 및 이와 같은 산 농도와 물 농도에 대해 분해 혼합물의 이상적인 조성은 단순한 예비 시험에 의해 측정될 수 있다. 물 농도가 6중량% 이하인 분해 혼합물의 경우에, 분해 혼합물의 100 내지 500wppm의 황산 농도가 특히 유리하다고 밝혀졌다. 산성 강도를 증가시키기 위해, 추가의 황산을 첨가하는 것이 일반적이다. 산성 강도를 감소시키기 위해, 펜옥사이드 용액, 암모니아 또는 수성 수산화나트륨과 같은 염기 또는 물이 분해 생성물에 첨가될 수 있다. 분해 생성물에 물을 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특히 바람직한 양태에서, 열처리될 분해 생성물은 발열적으로 반응하는 추가의 화합물의 농도와 함께 배합되어, 열적 후처리를 위해 분해 생성물의 혼합물을 목적하는 온도로 가열하는 열량을 분해 반응 도중에 정확하게 방출하는 CHP 농도를 갖는다.

본 발명의 방법의 이러한 양태에서, 분해 생성물의 혼합물의 가열 또는 열처리에 필요한 농도 보다 더 큰 CHP 농도를 초래하는 CHP의 양으로 분해하기 전에 분해 혼합물에 첨가된다. 이러한 분해 혼합물은 일반적 방식으로 분해되고, 반응 혼합물은 냉각에 의해 40 내지 85℃, 바람직하게는 45 내지 75℃의 온도 범위에서 유지된다. 분해 생성물이 목적하는 CHP 농도를 갖고 분해 생성물의 혼합물이 발열 반응(들)에 의해 목적하는 온도로 가열될 수 있는 때에 한하여, 냉각이 배치식으로 작동하는 경우에 정지되거나, 분해 생성물의 혼합물이 연속 작동되는 경우에 냉각이 전혀 발생하지 않는 열적 후처리를 위한 반응기 또는 반응기 영역으로 이송된다. 요구되는 체류 시간 및 이러한 CHP 농도는 단순한 예비 시험에 의해 측정될 수 있다.

본 발명의 방법은 하기한 바와 같이, 특히 이러한 방법에 특히 적합한 반응기에서 수행하는 것이 유리할 수 있다. 하나의 반응기에서 CHP의 분해와 분해 생성물의 열적 후처리를 수행하는 것이 특히 유리할 수 있다. 그러나 마찬가지로 분해 및 열적 후처리를 수행하기 위한 선행 기술에 기술된 장치에서 본 발명의 방법 을 수행하는 것도 가능하다.

본 발명의 방법의 추가의 특히 바람직한 양태에서, 추가의 CHP는 열적 후처리를 위해 충분한 분해 생성물을 가열하기에 불충분한 CHP 농도를 갖는 분해 생성물에 첨가한다.

CHP는 CHP를 65 내지 90중량% 함유하는 농도로서 첨가하는 것이 바람직하다. 첨가는 도입된 CHP가 분해 생성물과 충분히 잘 혼합되는 방식으로 수행된다. 이는 당해 기술 분야의 숙련가에게 공지된 방식으로, 예를 들면 완전한 혼합을 가능케하는 내부 수단(예: 정적 혼합기)에 의해 보장될 수 있다. CHP는 바람직하게는 처리될 분해 생성물을 튜브형 반응기로 펌핑하는 펌프의 흡인 면으로 도입된다. 이러한 방법으로 또한, 분해 생성물과 도입된 CHP와의 완전한 혼합이 보장된다. CHP와 열처리될 분해 생성물의 충분한 혼합은 열처리 중에 분해 생성물의 부분 과열을 피하기 위해 필수적이다.

본 발명의 방법의 제2 양태에서 필요한 분해 생성물 중의 CHP 농도는 분해 생성물의 초기 온도 및 초기 DCP 농도에 따라 좌우되나, 5 내지 10중량%이다. 필요한 CHP 농도를 계산하기 위해, 상기한 중요한 원칙이 사용될 수 있다. 또한, 예를 들면 분해 생성물의 초기 온도가 40℃이고 DCP 함량이 4중량%인 경우에, 분해 생성물을 최종 온도 115℃로 만드는데 필요한 열적 후처리로 도입하기 전에 CHP 농도는 약 8.5중량%이다. 100℃까지의 가열 시간은 일반적으로 30초 미만이다. 후속적 실제 열처리에서, 혼합기의 온도는 체류 시간 반응기의 온도를 약 115℃로 상승시킨다. 체류 시간 반응기 중의 분해 생성물의 혼합물의 체류 시간은 산성 강도에 따라 좌우된다. 산성 강도에 따라, 체류 시간은 일반적으로 30 내지 300초이다.

반응기에서 분해 생성물의 열처리 후에, 처리된 분해 생성물은 냉각기에 의해 일반적으로 40 내지 70℃의 최종 온도로 만들 수 있다. 본 발명에 따라서 처리된 분해 생성물을 통과시켜 추가로 처리 또는 후처리한다. 열처리된 분해 생성물은 일반적으로 아세톤과 페놀을 서로 분리하고 열처리된 분해 생성물에 존재하는 추가의 화합물들을 증류에 의해 분리함으로써 후처리한다. 이러한 분해 생성물의 증기의 후처리는 당해 기술분야에서 공지되어 있다.

본 발명의 방법의 모든 양태에서, 열처리 전에 물을 분해 생성물에 처리하는 것이 유리할 수 있다. 열처리 전에 분해 생성물에 첨가된 물의 양은, 분해 생성물 중의 물의 농도가 0.5 내지 3.0중량%, 바람직하게는 1.5 내지 2중량%, 특히 바람직하게는 1.8중량%이도록 하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따라 열처리된 분해 생성물의 DCP 농도는 0.01 내지 0.05중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.02중량%이고, DMPC 농도는 0.05 내지 0.2중량%이다. CHP는 열처리된 분해 생성물에서 더 이상 검출될 수 없다.

본 발명의 방법은 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드가 분해되는 모든 방법에서 사용될 수 있다. 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드는, 예를 들면 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2급-부틸벤젠 하이드로퍼옥사이드 및, 또한 치환된 알킬벤젠 하이드로퍼옥사이드 또는 다른 방향족 화합물의 알킬 하이드로퍼옥사이드, 예를 들면 나프탈렌일 수 있다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 발열 반응인 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해로부터의 분해 생성물의 후처리에서 사용된다. 그러나, 하나 이상의 알킬아릴 하이드로퍼옥사이드의 분해에 의해 수득한 분해 생성물의 후처리를 위해 본 발명의 방법을 사용할 수도 있다. 이러한 경우에, 하나 이상의 분해 반응이 발열 반응이어야 한다. 본 발명의 방법은 CHP의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해에서 형성된 분해 생성물의 후처리 또는 분해 생성물의 열적 후처리와 함께 CHP의 분해에 매우 특히 바람직하게 사용된다.

본 발명의 방법은 연속식 또는 배치식으로 수행될 수 있다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 연속식으로 수행된다.

본 발명의 방법은 분해시 비균질상으로서 수득하는 분해 생성물의 후처리 및 분해시 균질상으로 수득하는 분해 생성물의 후처리 둘 다에 사용될 수 있다.

본 발명에 특히 적합한 반응기에서 본 발명의 방법을 수행하는 것이 유리할 수 있다. 여기서, CHP의 산 촉매 분해 및 분해 생성물의 열적 후처리는 하나의 반응기에서 수행된다. 그러나, 예를 들면 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 분해 반응기와 분해 생성물의 열적 후처리를 위한 하나 이상의 추가의 반응기를 갖는, 종래의 CHP 분해용 플랜트에서 본 발명의 방법을 사용하는 것도 가능하다.

쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해에 의한 페놀 및 아세톤을 제조하기 위해, 하나 이상의 영역에 열 제거용 장치가 장착되어 있고 하나 이상의 추가의 영역이 플러그 유동 특성을 갖는 2개 이상의 영역을 갖는 본 발명에 따르는 반응기를 사용하는 것이 바람직하다.

당해 신규한 반응기는 분해 반응기 및 열적 후처리에 필요한 반응기가 조합되어 있다. 이는 온도 프로파일이 설정될 수 있는 반응기를 사용함으로써 달성된다. 본 발명에 따르는 이러한 반응기는 바람직하게는 CHP의 분해에 사용된 온도, 예를 들면 40 내지 85℃의 온도가, 분해가 발생하는 조합 반응기의 영역에서, 설정될 수 있도록 하는 온도 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들면 열 전달 설비(예: 열 교환기)에 의해 달성될 수 있고, 분해될 혼합물이 바람직하게는 반응기의 하나 이상의 영역에 존재하는 반응열을 제거함으로써 목적하는 온도에서 유지될 수 있다. 하나의 가능한 양태는, 예를 들면 일련의 다수의 열 교환기의 연결이다. CHP의 분해는 바람직하게는 이러한 영역에서 발생한다. 또한, 바람직하게는 플러그 유동 특성을 갖고, 열적 후처리가 발생하는 하나 이상의 영역이 본 발명의 반응기에 존재한다. 조합 반응기의 이러한 영역은 바람직하게는 처리될 분해 생성물의 혼합물을 가열하기 위한 설비를 전혀 갖지 않는다. 처리될 분해 생성물의 혼합물을 냉각시키기 위한 설비를 갖는 반응기의 이러한 영역이 유리할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법이 충분히 조심스럽게 작동되는 경우, 이러한 냉각은 생략될 수도 있다.

본 발명의 방법의 양태에 따라서, CHP의 분해 및 분해시 형성된 분해 생성물의 열적 후처리를 위한 본 발명의 반응기에, 물 및/또는 CHP 또는 CHP 함유 혼합물을 분해 생성물의 열적 후처리가 수행되는 본 발명의 반응기의 영역에 도입시키도록 할 수 있는 하나 이상, 바람직하게는 2개 이상의 계량 설비가 장착되는 것이 유리할 수 있다. 본 발명에 따르는 이러한 반응기의 가능한 양태는 도 3에 예로서 나타낸다.

조합 반응기에서 열적 후처리용 영역은 바람직하게는 본 발명의 방법에서 언급한 인자, 예를 들면 온도, 가열 시간 및 체류 시간이 유지되도록 배치된다.

분해 생성물의 일부 이상 및/또는 후처리 분해 생성물의 일부 이상을 반응기로 재순환시키기 위한 하나 이상의 설비가 장착된 본 발명의 조합 반응기가 유리할 수 있다. 재순환은 분해 생성물 부분이, 후처리가 수행되고 공급물을 반응기로 재순환시킬 수 있는 반응기의 영역으로 도입되기 전에 분기될 수 있도록 고안될 수 있다. 그러나, 재순환은 열적 후처리된 분해 생성물의 혼합물 부분이 공급물을, 분해 생성물의 열적 후처리가 개시되는 반응기 또는 반응기의 영역으로 재순환될 수 있도록 고안되는 것도 가능하다. 마찬가지로, 언급한 재순환이 함께 수행되는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 방법 및 본 발명의 장치는 도 1 내지 도 3에서 예로서 예시되고, 당해 방법 또는 장치가 이러한 양태에 제한되지는 않는다.

도 1은 CHP의 분해공정을 도식적으로 나타낸다. 분해될 CHP를 포함하는 혼합기는 라인(a)을 통해 제1 반응기, 즉 분해 반응기로 공급된다. 분해 반응기(R1)는 예를 들면 재순환에 사용하는 튜브형 반응기로서 또는 후혼합 장치로서 배치될 수 있는 단 하나의 반응기를 갖지 않고, 분해 반응기로서 나타내는 일렬로 연결된 다수의 반응기 또한 가능하다. 튜브형 반응기의 경우에, 분해 반응기로부터 제거된 분해 생성물은 적어도 부분적으로 라인(c)를 통해 분해 반응기로 재순환된다. 라인(b)를 통해, 분해 생성물의 혼합물의 부분은 열적 후처리가 수행되는 제2 반응기로 공급된다. 반응기(R2)의 상부 스트림, 추가의 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHP) 및/또는 물(H₂O)은 두 라인을 통해 분해 생성물의 혼합물로 도입될 수 있다. 열적 후처리가 수행된 분해 생성물의 혼합물은 라인(d)를 통해 반응기(R2)로부터 제거되고 통과하여 후처리할 수 있다.

도 2는 마찬가지로 CHP의 분해의 도식적인 다이어그램을 나타낸다. 분해될 CHP를 포함하는 혼합물은 라인(a1)을 통해 후혼합 반응기일 수 있는 제1 반응기, 즉 분해 반응기(RR)로 공급한다. 산 촉매 분해에 필요한 촉매, 예를 들면 황산은 라인(e1)을 통해 분해 반응기로 계량될 수 있다. 분해 반응기로부터 제거된 분해 생성물은 라인(b)를 통해 열적 후처리가 수행되는 제2 반응기(R2)로 공급한다. 반응기(R2)의 상부 스트림, 추가의 쿠멘 하이드로퍼옥사이드(CHP) 및/또는 물(H₂O)는 두 라인을 통해 분해 생성물의 혼합기로 공급될 수 있다. 후처리 분해 생성물의 혼합물은 반응기(R2)로부터 제거되어 라인(d)를 통해 후처리 분해 생성물의 혼합물을 냉각시킬 수 있는 열 교환기(W)로 공급되고, 분해 생성물이 통과하여 후처리될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따르는 반응기에서 CHP의 분해를 도식적으로 나타낸다. 분해될 CHP를 포함하는 혼합물은 라인(a)를 통해 반응기(R1+2), 즉 조합된 분해 및 후처리 반응기로 공급된다. 이 반응기(R1+2)는 바람직하게는 튜브형 반응기이다. 반응기(R1+2)의 부분은 냉각에 의해 목적하는 온도로 유지시킬 수 있고, 냉각을 목적으로 냉각제, 예를 들면 물이 (ke)를 통해, 예를 들면 냉각 자켓으로 공급된다. 냉각제는 (ka)를 통해 반응기로부터 제거된다.

냉각이 제공된 반응기의 부분의 끝 또는 냉각이 제공되지 않는 반응기의 부분의 선단이 물 H₂O의 공급점 및/또는 쿠멘 하이드로퍼옥사이드 농도 CHP의 공급점으로 제공될 수 있다. 냉각하지 않는 반응기의 부분에서, 분해 생성물의 열적 후처리는 CHP의 분해에서 유발되는 열에 의해 목적하는 온도로 된 분해 생성물에 의해 수행된다. 반응기로부터 제거되는 열적 후처리된 분해 생성물의 혼합물은 열 교환기에서 냉각될 수 있고 라인(d)를 통해 통과하여 후처리된다.

본 발명의 반응기는 일부 이상의 후처리된 분해 생성물 및/또는 일부 이상의 분해 생성물을 순환시키기 위해 하나 이상의 설비가 제공될 수 있다. 이러한 설비는 도 3에서 점선으로 나타낸다. 또한, 일부 이상의 분해 생성물은 라인(c)를 통해 반응기로 또는 라인(a)를 통해 반응기로 재순환될 수 있다. 열 교환기(W)에서 냉각된 후처리 분해 생성물은 마찬가지로 라인(f)를 통해 반응기로 또는 공급 라인(a)를 통해 반응기로 재순환될 수 있다.

실시예 1

페놀 40중량%, DCP 4.0중량%, CHP 7.8중량% 및 DMPC 0.8중량%를 포함하고 초기 온도가 50℃이고 황산 농도가 200wppm인 분해 생성물은 CHP 및 DCP의 분해에 의해 30초 동안 105℃의 온도로 가열했다. 반응기에서 120초의 체류 시간 동안, DCP 및 DMPC의 분해는 105℃ 내지 120℃의 온도에서 완전히 진행됐다. 이러한 방법으로 후처리된 분해 생성물의 혼합물을 신속하게 열 교환기에서 다시 45℃의 온도로 냉각했다. 열처리된 분해 생성물의 잔류하는 DCP 함량은 0.02중량%이었다.

실시예 2

67% 농도의 CHP 용액 및 물을 페놀 40중량%, DCP 3.0중량%, DMPC 0.8중량% 및 CHP 2중량%를 포함하고 온도가 60℃인 분해 생성물의 혼합물에 분해 생성물의 혼합물이 CHP 5.8중량% 및 물 1.8중량%를 함유하도록 하는 양으로 계량했다. 산 농도는 500wppm이었다. CHP 용액 및 물의 첨가는 처리될 분해 생성물을 반응기를 통해 펌핑하는 펌프의 흡인 면에서 수행됐다. CHP를 첨가한 결과, CHP의 발열 분해로 분해 생성물의 혼합물의 온도를 100℃로 상승시켰다. 이 온도에서 DCP 및 DMPC의 분해가 개시되고, 분해 생성물의 혼합물은 230초의 체류 시간 동안 112℃ 이하의 온도로 설정됐다. 이러한 방법으로 후처리된 분해 생성물의 혼합물은 열 교환기에서 신속하게 45℃의 온도로 다시 냉각됐다. 열처리된 분해 생성물의 잔류 DCP의 함량은 0.01중량%이었다.

본 발명에 의해, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물을 페놀 및 아세톤으로 열적 후처리하는 방법을 제공한다.

Claims (18)

1. 열처리할 분해 생성물을 반응기 속에서 가열하고, 당해 반응기에서 발생하는 하나 이상의 발열 반응으로부터의 반응열을 이용하여 반응기 속에서 열처리할 분해 생성물을 가열하는, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물의 열적 후처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 반응기에서 발생하는 발열 반응 중의 하나가 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 분해 반응인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열적 후처리 전에, 처리할 분해 생성물 중의 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 농도가 5 내지 10중량%인 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드가 처리할 분해 생성물에 첨가되는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물이 처리할 분해 생성물에 첨가되는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열처리할 분해 생성물이 100℃ 초과의 온도로 가열되는 방법.
7. 제6항에 있어서, 열처리할 분해 생성물이 115℃ 초과의 온도로 가열되는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열처리된 분해 생성물 내에 잔류하는 디쿠밀 퍼옥사이드의 함량이 0.01 내지 0.05중량%인 방법.
9. 제8항에 있어서, 열처리된 분해 생성물 내에 잔류하는 디쿠밀 퍼옥사이드의 함량이 0.01 내지 0.02중량%인 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해와 분해 생성물의 열처리가 하나의 반응기 내에서 수행되는 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 산 촉매 분해와 분해 생성물의 열처리가 조합된 방식으로 수행되는 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용된 반응기가 튜브형 반응기인 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 페놀을 제조하기 위한, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 페놀 및 아세톤으로의 산 촉매 분해로부터의 분해 생성물의 열적 후처리 방법.
14. 제1항에 있어서, 반응기가, 하나 이상의 영역에 열 제거용 장치가 장착되어 있고 하나 이상의 추가의 영역이 플러그 유동 특성(plug flow characteristics)을 갖는 2개 이상의 영역을 갖는 방법.
15. 제14항에 있어서, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드의 분해가 반응기의 하나의 영역에서 수행되고 분해 생성물의 후처리가 반응기의 또 다른 영역에서 수행되는 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 반응기가, 생성물의 일부 이상을 열 에너지 제거용 장치를 갖는 영역으로부터 반응기의 유입구로 재순환시킬 수 있는 재순환 수단을 갖는 방법.
17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 반응기가, 생성물의 일부 이상을 플러그 유동 특성을 갖는 영역으로부터 반응기의 유입구로 재순환시키고/시키거나 플러그 유동 특성을 갖는 영역 내로 재순환시킬 수 있는 하나 이상의 순환 수단을 갖는 방법.
18. 제14항 또는 제15항에 있어서, 반응기가, 열 에너지 제거용 장치를 갖는 반응기의 영역과 플러그 유동 특성을 갖는 반응기의 영역 사이에 하나 이상의 계량 설비를 갖는 방법.

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