KR100822229B1 - 슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100822229B1
KR100822229B1 KR1020037002911A KR20037002911A KR100822229B1 KR 100822229 B1 KR100822229 B1 KR 100822229B1 KR 1020037002911 A KR1020037002911 A KR 1020037002911A KR 20037002911 A KR20037002911 A KR 20037002911A KR 100822229 B1 KR100822229 B1 KR 100822229B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall member
reaction space
reactants
reaction
channels
Prior art date
Application number
KR1020037002911A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030065470A (ko
Inventor
뤼디거 쉿테
토르스텐 발두프
카트린 벡커
이나 헴메
비르짓 베르치-프란크
베르너 빌트너
위르겐 롤만
게오르크 마르코브츠
Original Assignee
에보니크 데구사 게엠베하
우데 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에보니크 데구사 게엠베하, 우데 게엠베하 filed Critical 에보니크 데구사 게엠베하
Publication of KR20030065470A publication Critical patent/KR20030065470A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100822229B1 publication Critical patent/KR100822229B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/56—General build-up of the mixers
    • B01F35/561—General build-up of the mixers the mixer being built-up from a plurality of modules or stacked plates comprising complete or partial elements of the mixer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B15/00—Peroxides; Peroxyhydrates; Peroxyacids or salts thereof; Superoxides; Ozonides
    • C01B15/01—Hydrogen peroxide
    • C01B15/029—Preparation from hydrogen and oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/32—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
    • C07C45/33—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties
    • C07C45/34—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
    • C07C45/35—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds in propene or isobutene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/25—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring
    • C07C51/252—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00—Preparation of oxiranes
    • C07D301/02—Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/12—Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with hydrogen peroxide or inorganic peroxides or peracids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0081—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by a single plate-like element ; the conduits for one heat-exchange medium being integrated in one single plate-like element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/2204—Mixing chemical components in generals in order to improve chemical treatment or reactions, independently from the specific application
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • B01J2208/021—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles comprising a plurality of beds with flow of reactants in parallel
    • B01J2208/022—Plate-type reactors filled with granular catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00259—Preventing runaway of the chemical reaction
    • B01J2219/00265—Preventing flame propagation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00835—Comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00858—Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086—Dimensions of the flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00889—Mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2467—Additional heat exchange means, e.g. electric resistance heaters, coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2481—Catalysts in granular from between plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2487—Ceramics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2492—Assembling means
    • B01J2219/2493—Means for assembling plates together, e.g. sealing means, screws, bolts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2492—Assembling means
    • B01J2219/2493—Means for assembling plates together, e.g. sealing means, screws, bolts
    • B01J2219/2495—Means for assembling plates together, e.g. sealing means, screws, bolts the plates being assembled interchangeably or in a disposable way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2497—Size aspects, i.e. concrete sizes are being mentioned in the classified document
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2498—Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

두 가지 이상의 유체 반응물 사이의 반응이 벽 부재(1), 슬롯형 반응 공간(3) 및 유체 열-전달체를 전도하기 위한 캐비티(5)를 포함하는 반응기 내에서 수행된다. 공정 및 처리량에 따라, 임의의 갯수의 벽 부재(1)가 직각 평행 육면체 블록(24)으로 조립되어 있고, 반응 공간(3)이 직각 평행 육면체 벽 부재(1)의 측면(2) 사이에 형성되어 있으며, 반응물이 블록(24)의 한쪽 면의 모서리 영역으로부터 반응 공간(3)으로 도입되어 평행한 유동으로 반응 공간(3)을 통해 전도되며, 유체 열-전달체가 벽 부재(1)의 내부로 연장되는 관형 캐비티(5)를 통해 전도되는 모듈식 구조 디자인이 선택된다.
슬롯형 반응 공간, 열-전달체, 슬롯 폭, 분배 매질.

Description

슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치{Process and device for carrying out reactions in a reactor with slot-shaped reaction spaces}
본 발명은 벽 부재, 슬롯형(slot-shaped) 반응 공간 및 유체 열-전달체(fluid heat-carrier) 전도용 캐비티(cavity)가 배치되어 있는 반응기를 이용하여 2개 이상의 유체 반응물 사이의 반응을 수행하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
독일 공개특허공보 제33 42 749 A1호에 의해, 고압하에서의 화학 합성용 판형 반응기가 공지되었는데, 본 반응기에서 판은 시트-금속 벽에 의해 결합되어 있으며, 각각 촉매로 충전된 챔버를 형성하는 납작한 직각 평행 육면체 형태이며, 2개의 가장 큰 벽은 기체 불투과성이다. 과립형 촉매를 통한 반응 기체의 유동은 서로 마주하여 위치하는 직각 평행 육면체의 2개의 개방되거나 천공된 좁은 측면을 통해 수평으로 또는 수직으로 발생한다. 가열 또는 냉각(반응에 따라, 발열성 또는 흡열성) 관점에서, 냉각 채널이 액체 열-전달체의 순환용 챔버 내에 제공된다. 이러한 냉각 채널은 크로스피스(crosspiece) 형태인 시트-금속 구조, 주름진 시트-금속 또는 예를 들면, 용접에 의해 부드러운 벽에 단단하게 결합된 것에 의해 형성될 수 있다. 챔버 전체는 원통형 반응기의 모양이므로, 챔버는 부분적으로 다양한 크기를 가지며, 반응 기체가 예를 들면, 그룹으로 연속적으로 관류한다. 구조 디자인은 상당히 복잡하며, 그 자체로 이미 낮은 제조량은 몇몇 반응기를 축방향으로 연결함으로써 및/또는 평행하게 결합함으로써 겨우 증가될 수 있을 뿐이다.
유럽 공개특허공보 제0 691 701 A1호에는, 층상의 개질 발생기(stacked reforming generator)가 공지되었는데, 여기서, 흡열 반응을 수행한다는 관점에서, 하부스트림에 연결된 열-회수 매질을 갖는 개질 챔버를 각각의 경우 2개의 연소 챔버 사이에 장착한다. 이 경우, 개질 챔버 및 연소 챔버 내의 기체의 유동 방향은 서로 반대이며, 반투과성 벽이 각각의 경우 하부스트림에 연결되어 있는 열-회수 챔버의 상부에 배열되어 있다. 열-회수 매질은 예를 들면, 산화알루미늄의 구체(spheres)로 이루어져 있다. 개별적인 챔버 사이의 열 교환을 향상시키기 위해서, 가열 영역내의 연료 통과용 개구가 제공되어 있는 열 전도성 시트가 수평으로 배열되어 있다. 반대로, 각각의 이러한 3개의 그룹 사이에는, 열-분산성 챔버가 위치한다. 당해 장치는 이상스러울 만큼 복잡한 구조이며, 냉각 채널을 가지고 있지 않으므로, 발열성 공정을 제공하지 않으며, 발열성 공정에 적합하지도 않는데, 이는 공지된 해결책의 관점 및 목적에 반대되는 것이다. 고압하에 작동하기에 적합하지 않은 당해 구조 디자인은 특정한 가열 영역의 생략에 의해 전체 길이를 단축시킨다는 목적을 제공한다.
독일 특허원 제44 44 364 C2호에 의한 직사각형 케이싱(casing) 단면을 갖는 수직의 고정층 반응기는, 기체 사이의 발열성 반응용으로 공지되어 있는데, 여기서, 촉매로 이루어진 고정층은 분리된 유동 채널 및 판형 열 교환기를 형성하기 위해 수직 격막에 의해 세부분리되어 있다. 유동 채널의 위 아래에는, 촉매가 없는 중간 공간이 각각의 경우 교호적인 배열로 위치한다. 기체는 일부 유동 채널로부터 고정층의 상부 말단에서 나타나며, 다시 측방향 오버플로우(overflow) 채널을 통해 고정층 하부로 전달되는데, 여기로부터 이들은 각각의 다른 유동 채널을 통해 기체 배출구 노즐로 공급된다. 본 장치는 흡열 공정을 제공하지 않으며, 흡열 공정에 적합하지도 않은데, 그 이유는 당해 장치는 어떠한 열 공급용 수단도 갖고 있지 않기 때문이다. 또한, 케이싱의 직사각형 단면으로 인하여 구조 디자인은 고압에서의 작동에 적합하지 않다.
유럽 공개특허공보 제0 754 492 A2호에는, 열을 교환하는 정적 혼합기 형태로 구성된 유체 매질의 반응용 판형 반응기가 공지되었다. 이를 위해서, 다수의 판이 서로의 상부 위에 적층되어 있으며, 가장 아래에 있는 판은 외부 방향으로 밀폐되어 있으며, 가장 위에 있는 판은 단지 반응시키려는 또는 반응된 매질 및 열 전달 매질의 주입 및 배출용 외부 방향의 구멍을 갖는다. 또한, 하부 및 상부로부터의 각각의 제2 판은, 물결 모양의 적층을 통해 반응물의 재방향에 대하여 한쪽 면위에서 개방되어 있는 리세스(recess)를 갖는다. 서로 인접하여 위치한 판에는, 적층 방향으로 서로 연결되어 있는 X형 또는 클로버잎 형태의 혼합 챔버 및 반응 챔버가 위치한다. 열 교환기 채널도 물결 모양의 판의 적층을 통해 유도된다. 당해 판은 열 전도성이 우수한 물질, 바람직하게는 금속 및 합금으로 이루어지며, 0.25 내지 25mm의 두께를 가지며, 미세가공(micromachining), 에칭(etching), 스탬핑(stamping), 석판인쇄 방법 등에 의해 제조될 수 있다. 이들은 클램프, 볼트, 리벳(rivet), 용접, 접착제 결합 등에 의해 이들의 천공의 외부 표면, 즉 가장자리 위에 서로 단단하고 견고하게 연결되어 있으며, 이에 의해 적층체가 형성된다. 복잡한 유동 경로는 유체 유동에 대하여 큰 저항을 일으키며, 촉매를 충전시킬 수 없다. 요구되는 가공으로 인하여, 제조방법은 극도로 복잡한데, 그 이유는 모든 접촉 표면을 미세하게 연마시켜야만 하기 때문이다.
독일 특허원 제197 54 185 C1호에는, 유체 반응 매질의 촉매적 전환용 반응기가 공지되어 있는데, 여기서, 시브 판(sieve plate) 위에 지지되어 있는 촉매 물질로 이루어져 있는 고정층은, 각각 쿠션 형태로 반복되어 변형되어 있으며 서로 용접되어 있는 2개의 금속 판으로 이루어진 수직 열판에 의해 세부분리되어 있으며, 격자 형태로 분배되어 있는 지점을 통해 냉각 또는 가열 매질을 전달하기 위한 공간을 포함한다. 상기 특허의 반응 매질 및 열 전달 매질은 한편으로는 열판 사이에 고정층의 컬럼을 통해, 다른 한편으로는 열판내의 캐비티를 통해 항류로 전달된다. 반응기의 용기는 수직 실린더 형태로 구성되어 있으며, 열판이 실린더에 맞도록 적응되는데, 즉, 이들은 다양한 크기를 갖는다. 또한, 본 경우에도 제조량은 몇개의 반응기의 축방향 확장 및/또는 평행한 연결에 의해서만 겨우 증가될 수 있다.
동일한 출원인으로부터의 독일 공개특허공보 제198 16 296 A1호에 따르면, 미립자 촉매로 이루어진 고정층 패킹 및 채널이 제공되어 있고 열 교환기의 형태를 취하며 촉매 물질의 피복물이 제공되어 있는 평평한 일체식(planar monolithic) 전달체 둘 다를 함유할 수 있는 반응기 내에서 물, 수소 및 산소로부터 과산화수소 수용액을 생성하는 것에 대해 공지되어 있다. 촉매로는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt 및 Au와 같은 주기율표의 8족 및/또는 1족의 원소가 기재되어 있으며, Pd 및 Pt이 특히 바람직하다. 활성탄, 알칼리 토금속, Al, Si, Sn 및 주기율표의 3족 내지 6족에 속하는 금속의 수불용성 옥사이드, 혼합 옥사이드, 설페이트, 포스페이트 및 실리케이트가 전달체 물질로 명시되어 있다. 황산바륨 뿐만 아니라, 규소, 알루미늄, 주석, 티탄, 지르코늄, 니오브 및 탄탈의 산화물도 바람직한 것으로 기재되어 있다. 판형 열교환기와 유사한 교환기 기능을 하는 금속성 또는 세라믹 벽이 일체식 전달체용 물질로 기재되어 있다. 명시된 실험 반응기는 내경이 18mm이고 길이가 400mm이다. 온도는 0 내지 90℃, 바람직하게는 20 내지 70℃ 범위이며, 압력은 대기압 내지 약 10MPa, 바람직하게는 약 0.5 내지 5MPa이다. 이러한 현재의 기술 수준에 있어서, 제조량은 몇몇 반응기를 축방향으로 연장하며/하거나 평행하게 연결함으로써 증가될 수 있을 뿐이다.
독일 공개특허공보 제197 53 720 A1호 뿐만 아니라 독일 특허원 제195 44 985 C1호의 반응기는 판형 열 교환기를 포함하는데, 여기서, 유체 열-전달체는 2개의 판 사이에 형성된 슬롯을 통해 전도된다. 그러나, 폭 슬롯 형태의 반응 공간의 기능에 대하여 어떠한 언급도 없다.
독일 공개특허공보 제197 41 645 A1호의 장치는 반응 채널 및 냉각 채널을 갖는 마이크로반응기를 포함하는데, 반응 채널의 깊이는 1000㎛ 미만이며, 반응 채널과 냉각 채널 사이의 가장 얇은 벽 두께(b)는 1000㎛ 미만이다. 상기 특허 문헌에는 당해 채널 이외에 반응 공간을 사용한다는 언급이 없다. 반응 공간으로서 많은 평행 홈(groove)을 포함하는 마이크로반응기는 독일 특허원 제197 48 481호에 교시되어 있다. 대규모 처리량을 위한 반응기의 제조는 고가이다.
또한, 유동 채널의 치수가 수백㎛(일반적으로는 100㎛ 미만) 범위인 이른바 마이크로반응기가 공지되어 있다. 이에 의해 높은 전송값(열 전달 및 물질 전달 파라메터)이 생성된다. 미세 채널은 화염 차단체로서 작용하므로, 어떠한 폭발도 확산될 수 없다. 독성 반응물의 경우, 작은 저장 용적[홀딩-업 용적(hold-up volume)]에 의해 고유하게 안전한 반응기가 생성된다. 그러나, 채널을 촉매로 충전시키는 것은 작은 치수로 인하여 불가능하다. 추가의 결정적인 단점은 복잡한 제조 공정이다. 미세 채널의 막힘(clogging)을 방지하기 위해서는, 반응기의 상부스트림의 미세 채널 위에 여과기로 적합하게 보호해야만 한다. 높은 제조량은 이러한 다수의 반응기들의 평행한 연결에 의해서만 성취될 수 있다. 또한, 냉각 매질이 동일한 압력 수준에 있는 경우 반응기들은 보다 높은 압력에서만 작동시킬 수 있을 뿐이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 기본적인 목적은 몇몇 유체 반응물을 촉매의 존재 또는 부재하에 다른 반응물과 반응시키며, 반응기의 반응 영역이 모듈식(modular) 디자인으로 설계되어 있어 생산량을 요구조건에 맞출 수 있는, 발열성 및 흡열성 공정을 임의로 수행할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 목적은 도입부에 아래와 같이 명시한 방법의 경우에 성취된다.
(a) 슬롯형 반응 공간을 각각의 경우 고체 판으로 이루어진 2개의 사실상 크기가 동일하며 사실상 직각 평행 육면체형 벽 부재의 측면 사이에 형성시키고, 벽 부재를 사실상 직각 평행 육면체 블록 내에 교대할 수 있게 배치시키며,
(b) 반응물을 블록의 동일한 면에 위치한 모서리 영역으로부터 슬롯형 반응 공간으로 도입시키고, 반응 혼합물로서 동일한 방향으로 평행 유동으로 반응 공간을 통하여 전도시키며,
(c) 유체 열-전달체를 벽 부재의 내부로 연장되는 캐비티를 통해 전도시킨다.
도면의 간단한 설명
도 1은 2개의 벽 부재로 이루어진 그룹의 분해 투시도이다.
도 2는 도 1에 따르는 다수의 벽 부재의 연속적인 배열을 나타내는 투시도이다.
도 3은 내압(pressure-resistant) 반응기의 바닥 위의 도 2에 따르는 연속적인 배열의 수직 단면도이다.
도 4는 도 3의 동그라미 A를 확대하여 투시도에 보충하여 상세히 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 물체를 약 90°회전시킨 후의 부분 수직 단면도이다.
도 6은 추출물(들) 및 생성물용 분배 공간 및 수집 공간을 도식적으로 추가한 도 2의 물체를 나타낸 것이다.
도 7은 판과 반응물 및/또는 열-전달체용 유동 채널을 갖는 분배 바디(distributing body)의 단면도이다.
도 8은 압력 용기를 갖는 반응기의 제1의 예시적인 양태의 부분 수직 단면도이다.
도 9는 도 8에 따르는 압력 용기의 덮개의 바닥을 나타낸 것이다.
도 10은 압력 용기를 갖는 반응기의 제2의 예시적인 양태의 부분 수직 단면도이다.
본 발명에 따라, 제시된 목적은 완전한 방법으로 성취되었는데, 특히 몇몇 유체 반응물(기체 및/또는 액체)이 촉매의 존재 또는 부재하에 서로 반응하며, 반응기의 반응 영역이 생산량을 요구조건에 맞출 수 있도록 모듈식 디자인으로 설계되어 있어서 발열성 및 흡열성 공정을 임의로 수행할 수 있다. 반응 공간의 폭을 예를 들면, 5mm 내지 0.05mm로 축소시킴으로써, 반응 공간의 면적에 대한 표면의 비가 증가한다. 그 결과, 기체 내의 한정된 열 전달에 의해 야기되는 문제들이 줄어들어서, 고도로 발열성이거나 흡열성인 반응을 안전하게 수행할 수 있다.
그러나, 이외에 또 다른 이점들이 있다:
⇒마이크로반응 기술과 고전적인 워크숍 기술에 따르는 단순한 제조의 이점과의 조합,
⇒개별적인 벽 부재의 용이한 상호교환(용어 "사실상 동일한 크기 및 사실상 직각 평행 육면체"는 우발적인 이유로 인해 야기되는 약간의 편차는 허용될 수 있다는 것을 의미한다),
⇒기능의 손상이 없는, 벽 부재의 사실상 임의적인 두께,
⇒프로파일링(profiling)/조화(roughening)에 의한 비표면적의 증대,
⇒함침, 분무, 인쇄 등에 의해 다양한 촉매 물질을 다양한 두께로 측면에 직접 전체 피복 또는 부분 피복함,
⇒다양한 크기의 촉매 입자로 반응 공간을 충전함,
⇒기체/기체 반응, 액체/기체 반응, 액체/액체 반응의 가능성,
⇒예를 들면, 배출 및 액체 반응 생성물의 유출을 위한 유동 패턴 및 유동 채널의 효과, 단순 분리,
⇒슬롯 폭을 변화시킬 수 있다는 가능성,
⇒반응 공간내에서만 반응물을 혼합한다는 점, 우수한 반응 조절성,
⇒반응 공간으로부터의 역류의 방지,
⇒높은 열 전달 계수 및 넓은 표면적에 의한 우수한 조절가능성, 즉 부하 및/또는 바람직한 온도 값 및 균일한 온도 프로파일의 변화에 대한 신속한 응답 및 이에 의한 핫 스팟(hot spot)의 방지에 의한 촉매의 보다 긴 수명,
⇒폭발성 반응 혼합물을 반응시키는 과정에서의 고유한 안전성,
⇒작은 사 용적(dead volume)("홀딩-업 용적"),
⇒고압하에서의 작동 가능성, 반응 공간내의 압력의 낮은 손실,
⇒액체 용매에서의 침지성 및 외부로부터 온도 조절(가열/냉각)할 수 있으며, "급냉" 및/또는 세척에 의한 반응의 부드러운 정지를 가능케 하는 구멍(sump)에 의한 작동성,
⇒2차 반응을 방지하기 위한 억제제의 첨가 가능성, 구멍 내의 생성물 출구의 다른 편에 있는 압력 용기 내의 충전 물질 및/또는 배출물에 의한 기체/액체의 용적의 감소 가능성,
⇒결합부(connection) 수의 저하 및 누출에 대한 보다 용이한 밀봉성(독성 성분의 경우에 중요함),
⇒확산에 대한 낮은 저항, 높은 공간-시간 수율, 특히 공지된 마이크로반응기의 경우에 비해 보다 높은 처리량, 배가(multiplication)["넘버-업(number-up)"]에 의한 실험실 규모에서 생산 규모로의 보다 단순한 "스케일-업(scale-up)",
⇒단순하고 콤팩트한 구조 디자인, 투자 비용 및 운전 비용(에너지의 유지 및 소비)의 절감,
⇒소규모 공장의 설계 가능성.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 추가의 구성의 범위 내에서 다음 사항을 개별적으로 또는 조합하여 사용하는 경우에 특히 유리하다.
◈하나 이상의 반응물을 벽 부재를 통해 공급하고, 벽 부재의 하나 이상의 측면을 통해 당해 반응 공간으로 도입시키고,
◈반응 공간에 반응물을 공급하는 분배 매질을 블록의 하나 이상의 면 위에 배열하고,
◈분배 매질로서, 채널의 단면이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 채널의 그룹을 갖는 고체 바디를 사용하고,
◈분배 매질로서, 입자 크기와 간극이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 충전 물질을 사용하고,
◈반응 공간의 슬롯 폭이 바람직하게는 0.05 내지 5mm, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.2mm로 선택되고,
◈폭발성 반응 혼합물의 경우, 슬롯 폭을 화염의 확산이 불가능하도록 작게 선택하고,
◈반응 공간을 과립형 촉매로 충전시키고,
◈반응 공간과 마주하는 벽 부재의 측면을 적어도 적소에서 촉매 물질로 피복하고,
◈반응 공간과 마주하는 벽 부재의 측면에, 표면적을 확대시키기 위해 프로파일된 구조(profiled structure)를 제공하고,
◈벽 부재를 수성 용매 또는 유기 용매 또는 이의 혼합물에 적어도 부분적으로 침지시키고,
◈용매로서, 임의로 반응 생성물의 분해 및/또는 붕괴를 방지하는 억제제가 적어도 첨가되어 있는 물을 사용하고/하거나,
◈본 방법을 물(수증기), 수소 및 공기, 임의로 산소가 풍부한 공기 또는 산소로부터 과산화수소를 제조하는 데 사용한다.
또한, 본 발명은 벽 부재, 슬롯형 반응 공간 및 유체 열-전달체를 통해 전도시키기 위한 캐비티가 배치되어 있는 반응기를 사용하여, 두 가지 이상의 유체 반응물 사이의 반응을 수행하기 위한 장치에 관한 것이기도 하다.
이러한 목적을 성취하기 위해서, 본 발명에 따르는 장치는
(a) 슬롯형 반응 공간이 각각의 경우 고체 판으로 이루어진 2개의 사실상 크기가 동일하며 사실상 직각 평행 육면체형 벽 부재의 측면 사이에 배열되어 있으며, 벽 부재가 사실상 직각 평행 육면체 내의 블록에 교대할 수 있게 배치되어 있고,
(b) 슬롯형 반응 공간 내로의 반응물의 공급이 반응 혼합물을 동일한 방향 및 평행한 유동으로 반응 공간을 통해 유도할 수 있는 블록의 동일한 면으로부터 수행될 수 있으며,
(c) 벽 부재가 이를 통해 유체 열-전달체를 전도시키기 위한 각각의 관형 캐비티를 가짐을 특징으로 한다.
본 방법 및 장치는, 예를 들어 다음 공정에 적합하다:
⇒선택적인 수소화 및 산화,
⇒예를 들면, Mo 함유 촉매의 존재하에 350 내지 500℃ 범위의 온도 및 0.1 내지 5MPa 범위의 압력에서, 선택도의 증가가 수반되는, 물과 비교하여 산소 농도가 높은 O2 함유 기체를 사용하는 프로펜의 촉매적 산화에 의한 프로펜알의 제조,
⇒예를 들면, Mo 함유 촉매 및 촉진제의 존재하에 250 내지 350℃ 및 0.1 내지 0.5MPa에서 프로펜의 촉매적 산화에 의한 아크릴산의 제조,
⇒산화성 또는 규산질 촉매, 예를 들면, 티탄 실리케이트의 존재하에 60 내지 200℃ 범위의 온도 및 0.1 내지 0.5MPa 범위 내의 압력에서 각각 에틸렌 또는 프로필렌 및 기상 과산화수소로부터의 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드의 제조 및
⇒예를 들면, 독일 공개특허공보 제198 16 296호에 기재된 방법 및 당해 특허에 인용된 추가의 문헌에 기재된 방법에 따른, 귀금속 촉매 및 물 또는 수증기의 존재하에 H2 및 O2 또는 O2 함유 기체로부터의 과산화수소의 직접 합성.
이와 관련하여, 촉매로서는 Ru, Rh, Pd, Ir, Pt 및 Au와 같은 주기율표의 8족 및/또는 1족의 원소를 이용할 수 있는데, Pd 및 Pt이 특히 바람직하다. 촉매를 예를 들면, 현탁액 촉매로서 또는 슬롯형 반응 공간내에 충전에 의해 지지된 촉매 형태로 사용하거나, 이들을 직접 또는 층 형성 지지 물질의 사용에 의해 벽 부재에 고정시킨다. 지지체 물질로서는, 활성탄, 알칼리 토금속, Al, Si, Sn 및 3족 내지 6족에 속하는 금속의 수불용성 옥사이드, 혼합된 옥사이드, 설페이트, 포스페이트 및 실리케이트를 사용할 수 있다. 황산바륨 뿐만 아니라 규소, 알루미늄, 주석, 티탄, 지르코늄, 니오브 및 탄탈의 산화물도 바람직하다. 과산화수소의 직접 합성의 경우, 반응 온도는 예를 들면, 0 내지 90℃, 바람직하게는 20 내지 70℃이며, 압력은 대기압 내지 약 10MPa, 바람직하게는 약 0.5 내지 5MPa이다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 추가의 구성의 범위 내에서 다음 사항을 개별적으로 또는 조합하여 사용하는 경우에 특히 유리하다.
◈벽 부재 내에, 각각의 경우, 벽 부재의 하나 이상의 측면을 통해 당해 반응 공간으로 도입되는 하나 이상의 공급 채널을 배치하고,
◈블록의 하나 이상의 면 위에, 반응물을 반응 공간에 공급할 수 있는 분배 매질을 배치하고,
◈분배 매질은 채널의 단면이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 채널의 그룹을 갖는 고체 바디이고,
◈분배 매질은 과립 크기와 간극이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 충전 물질이고,
◈반응 공간의 슬롯 폭이 바람직하게는 0.05 내지 5mm이며, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.2mm이고,
◈반응 공간을 과립형 촉매로 충전시키고,
◈반응 공간과 마주하는 벽 부재의 측면을 적어도 적소에서 촉매 물질로 피복시키고,
◈반응 공간과 마주하는 벽 부재의 측면에, 이의 표면적을 확대시키기 위하여 프로파일된 구조를 제공하고,
◈벽 부재를 용기에 평행하게 또는 완전히 배치하고,
◈반응물의 유동 방향과 평행하게 연장되는 벽 부재의 좁은 면 위의 반응 공간이 열-전달체의 벽 부재 내로의 공급 및 벽 부재로부터의 배출을 위한 개구가 배치되어 있는 판에 의해 밀폐되고,
◈판 내에, 하나 이상의 반응물을 벽 부재로 공급하기 위한 개구가 추가로 배치되어 있으며, 벽 부재에 각각의 경우 배출 개구를 통해 반응 공간 중의 하나로 연결되는 하나 이상의 공급 채널을 제공하고,
◈벽 부재가 벽 부재의 측면에 평행하게 확장되는 캐비티를 구비하고, 벽 부재의 좁은 면 위에 장착되고 내부에 캐비티와 일렬로 정렬된 열-전달체용 개구가 배치되어 있는 판에 의해 이들의 말단에서 밀폐되며,
◈판이 이의 외부면 및 개구의 전방에 하나 이상의 반응물 및/또는 열-전달체용 벽 부재와 직각으로 확장되는 유동 채널을 구비하고,
◈판을, 벽 부재와 떨어져 마주하는 이의 외부면에서, 판내의 개구로 통하는 유동 채널이 배치되어 있는 분배 바디에 의해 피복시키고,
◈반원통형 또는 달리 성형된 리세스를 갖는 2개의 하부부재(subelement)에 의해 벽 부재가 형성되는데, 이에 의해 관형 캐비티가 2개의 별개의 하부부재를 함께 압축하여 형성되고,
◈벽 부재를 압력 용기내에 블록으로 장착하고,
◈압력 용기를 적어도 부분적으로 용매로 충전시킬 수 있으며,
◈압력 용기가 격막 및 2개의 반응물을 공급하기 위한 2개의 연결 소켓을 갖는 덮개를 가지며, 당해 격막이 분배 매질 위에 장착되어 있을 수 있으며,
◈반응 공간의 슬롯 폭이 스페이서의 두께를 변화시킴으로써 변화될 수 있다.
본 발명의 주제의 예시적인 양태를 도 1 내지 도 10에 기초하여 아래에 보다 상세히 설명할 것이다.
도 1에는 측면(2)를 갖는 2개의 벽 부재(1)가 확대되어 도시되어 있으며, 당해 벽 부재는 그 사이에 반응 공간을 포함하는데, 이를 통해 반응물이 화살표(4) 방향으로 유동한다. 각각의 벽 부재에는 측면(2)와 평행하게 확장되며 벽 부재(1)의 좁은 면(6)에서 종결되어 있는 관통 구멍 형태(form of through bores)의 캐비티(5)가 배열되어 있다. 또 다른 설명을 하기에 추가로 기재한다.
벽 부재(1)는 평평한 직각 평행 육면체 형태이며, 가장 큰 표면은 측면(2)이다. 이러한 측면(2)은, 도시된 바와 같이, 프로파일 구조, 즉 예를 들면, 유효한 표면적을 확대하기 위하여, 이들을 조화시킬 수 있다. 또한, 측면(2)에 촉매 물질로 이루어진 표면 적층물을 전부 또는 부분적으로 제공할 수 있지만, 여기서 이를 따로 나타내지는 않았다. 추가 특징은 도 4로부터 알 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 크기가 슬롯 폭 "s"(도 4)에 맞는 미립자 촉매를 반응 공간(3) 내에 배치할 수도 있다.
도 2는 직각 평행 육면체 블록(24)을 형성하도록 동일한 크기의 벽 부재(1) 13개의 조합을 나타낸 것이지만, 이러한 숫자는 변할 수 있으며, 본 발명의 본질적인 목적 중의 하나는 다양한 생산량 및 공정에 적합하도록 할 수 있다는 것이다. 일방향(unidirectional) 평행 유동으로의 물질 전달을 화살표에 의해서만 나타내었다(여기서는 위에서 아래 방향이다).
도 3은 내압 반응기의 바닥(7) 위의 도 2에 따르는 연속적인 배열을 통한 수직 단면을 나타낸 것인데, 여기서, 하부 플랜지 결합부(8)가 도시되어 있다. 액체 용매는 파이프(9)를 통해 공급되고, 잔류 기체는 파이프(10)를 통해 제거되며, 최종 생성물은 파이프(11)릍 통해 제거되고, 임의로 세척 측면에서 밑바닥 물질은 파이프(12)를 통해 제거된다.
도 4는 도 3의 동그라미 A를 확대하여, 투시적으로, 즉 반응 공간(3)의 양쪽 면의 주변을 보충적으로 상세하게 나타낸 것이다. 반응 공간(3)의 슬롯 폭 "s"는 스페이서(13)에 의해 소정의 치수로 유지되며, 예를 들면, 0.05 내지 5mm로 선택된다. 그러나, 이러한 범위는 보다 낮게 또는 초과할 수도 있다. 고도로 발열성인 반응 및 흡열성인 반응인 경우, 특히 폭발성 기체 혼합물을 포함하는 경우, 슬롯 폭을 모든 화염 확산이 방지될 때까지 낮춘다. 최적의 슬롯 폭은 매질 및 반응 형태에 좌우되며, 실험에 의해 결정된다. 도 4 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 장치의 슬롯 폭 "s"는 벽 부재의 두께에 비하여 상당히 작다. 관형 벽 부재 내에 상술한 캐비티(5)가 위치하는데, 이는 유체 열-전달체를 전도하기 위한 것이다. 이의 열 조절에 따라, 발열 공정의 경우에는 열을 분산시킬 수 있으며, 또는 흡열 공정인 경우에는 열을 공급할 수 있다. 열-전달체로 물, 오일, 기체 및 임의로 이의 생성물을 사용할 수 있다.
벽 부재(1) 내에는 제1 반응물용의 사실상 원통형인 공급 채널(15)을 형성하도록 서로 상보적인 반원통형 리세스(14)가 추가로 위치한다. 또한, 벽 부재에는 하나 이상의 추가의 반응물용 공급 채널(16)이 추가로 위치한다. 공급 채널(16)은 배출 개구(17)에 의해 각각의 반응 공간(3)에 연결되어 있는데, 이에 의해 배출 개구(17)는 반응물이 반응 공간(3)에서 혼합될 수 있도록 벽 부재의 측면(2)으로 통한다. 캐비티(5), 공급 채널(15 및 16) 및 배출 개구(17)의 열(들)은 서로 평행하며, 벽 부재(1)의 측면(2)과 평행하고, 이의 전체 길이에 걸쳐 확장되어 있다(수평 방향으로).
냉각 채널[= 관형 캐비티(5)]은, 도 4에 따르는 공급 채널(15)의 형성과 유사한 방식으로, 각각의 벽 부재(1)가 측면과 평행하게 2개의 하부부재로 분할되거나 반원통형 또는 달리 성형된 리세스가 슬롯 표면내에 배열되도록 하는 방식으로 배치될 수도 있다. 각각의 2개의 상응하는 하부부재를 함께 압축하면, 캐비티(5)가 형성되며, 이를 통해 유체 열-전달체가 유동할 수 있게 된다. 용어 "관형"은 둥글거나 또는 사각형 채널 또는 파이프를 의미한다.
슬롯 폭 "s"는 폭발 반응 혼합물의 경우 반응 공간(3)으로 어떠한 화염도 확산될 수 없도록 선택된다. 특별한 경우, 반응 공간내의 국부적인 폭발의 형성이 허용될 수는 있는데, 이 경우에도 폭발에 의해 인접한 반응 공간에 화염이 일어나지 않도록 구조적으로 고려해야 한다.
이와 관련하여, 공급 채널(15 및 16)이 벽 부재(1)의 (상부) 모서리 영역 또는 반응 공간(3)의 (상부) 모서리 영역으로 확장되어, 사실상 반응 공간(3)의 전체 (수직) 길이가 반응에 이용될 수 있다는 점이 중요하다. 반응물 및 열-전달체의 공급 및 제거에 관한 추가의 특징 및 대안을 다음 도면을 기초로 보다 상세히 설명한다.
도 5는 도 3의 물체를 수직축을 중심으로 90도 회전시킨 후의 부분적인 단면도를 나타낸 것이다. 2개의 반응물은 공급 파이프(18 및 19)를 통해 시스템에 공급되며, 과산화수소를 제조하는 경우, 공급 파이프(18)를 통해 공기가 주입되고, 공급 파이프(19)를 통해 수소가 공급된다. 캐비티(5)를 통한 유체 열-전달체의 전달을 도 5를 기준으로 보다 상세히 설명한다. 벽 부재(1)의 좁은 면(6)은 각각의 경우 2개의 캐비티(5)의 연결용 U자형 채널이 배치되어 있는 장착된 판(20)에 의해 밀폐된다. 그러나, 이것은 블록의 왼쪽 면 위에만 나타내었다. 열-전달체는 공급 파이프(22)를 통해 공급되며, 배출구(23)를 통해 제거된다.
벽 부재로는, 충분히 열 전도성인, 바람직하게는 금속성인, 사실상 직각 평행 육면체 판이 사용될 수 있다. 바람직하게는 금속(예: 스테인레스 강)으로 제조된 벽 부재(1)는 적합한 구멍[캐비티(5) 및 공급 채널(16)]을 갖는 고체 판 및 리세스(14)로 이루어질 수 있다. 또한, 캐비티(5)는 임의로 그룹으로 조합될 수 있으며, 이 경우 열-전달체를 유도하기 위한, 예를 들면, 립(rib)과 같은 전도성 장치가 보다 큰 캐비티내에 배열된다. 벽 부재(1)는, 예를 들면, 함께 나사로 고정되어 밀봉된 방식으로 서로 연결되어 있는 2개의 판형 하부부재로도 이루어질 수 있다. 한 가지 중요한 점은 일부 경우, 이들이 열-전달체와 반응물 사이의 상당한 압력 차이(10MPa 또는 100bar 이하)를 견딘다는 사실이다.
도 6은 도 2의 물체를 추출물용 중심 공급 파이프(49)를 갖는 (상부) 분배 공간(48) 및 생성물용 배출구(51)을 갖는 (하부) 수집 공간(50)을 굵은 선으로 도식적으로 보충하여 나타낸 것이다. 반응물 중 하나 또는 반응물의 혼합물(R1 및 R2)을 분배 공간(48)을 통하여 공급할 수 있다. 혼합물의 경우, 스페이서(13)가 삽입된다면, 공급 파이프(15 및 16)(도 4)는 필요치 않을 수 있다. 폭발성 반응 혼합물의 경우, 도 2의 배열에 따르는 절차 이외에, 도 8 내지 10의 배열에 따르는 절차도 적용될 수 있다.
벽 부재(1)의 개방된 좁은 면(6)을 판(41) 및 분배 바디(47)로 이루어진 판 조합물로 피복시킬 수 있는데, 이는 모든 벽 부재(1)의 폭 및 높이를 방해하지 않도록 설계되는데, 이것을 도 7에 크게 확대하여 나타내었다. 도 7은 반응물중의 하나를 위한 유동 채널(45) 및 열-전달체를 위한 유동 채널(46)을 갖는 판 조합(41/47)의 상부 모서리 영역을 통한 수직 단면도이다. 이의 흡수 및/또는 배출을 위해, 분배 바디(47) 내의 유동 채널(45 및 46)에 연결되어 있는 개구(42 및 43)가 판(41)에 배치되어 있다.
도면의 평면에 대하여 수직으로 확장하는 유동 채널(45 및 46)은 예를 들면, 분배 바디(47) 내의 홈에 의해 형성된다. 홈은 금속-절단, 주조 및 단조(forging)에 의해 제조될 수 있다. 이에 의해 요구되고 있는 압력 차이에 견딜 수 있는 매우 안정한 형태가 생성된다. 벽 부재(1) 내에 관련된 채널과 일렬로 정렬된 개구(42 및 43)를 갖는 이러한 판의 조합물(41/47)은 블록(24)의 벽 부재(1)의 모든 좁은 면(6) 위의 개스킷(54)에 의해 밀봉 방식으로 나사로 고정된다. 많은 나사 연결부(52)의 단지 일부만을 나타내었다. 이에 의해, 벽 부재(1)의 설비가 도 6의 화살표(53)에 상응하게 수행된다. 점선(55)은 몇개의 유동 채널(46)을 결합하여 통상적인 유동 채널 또는 분배 공간을 형성시킬 수도 있음을 나타낸 것이다.
또한, 판 조합(41/47)을 재설계하여 도 4에 따르는 벽 부재(1)의 설비에 적합하게 작동하도록 하게 할 수도 있다.
도 8은 부분적인 수직 단면을 기초로, 예를 들면, 과산화수소의 제조를 위한 완전한 반응기를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2에 따르는 몇개의 벽 부재(1)로 이루어진 직각 평행 육면체 블록(24)을 용매(27), 예를 들면, 물이 수준(26)까지 충전되어 있는 압력 용기(25) 내에서 위로부터 현탁시킨다. 슬롯형 반응 공간(3)은 도면의 평면에 평행하게 연장된다.
압력 용기(25)는 이의 상부에 격막(29)에 의해 2개의 챔버(30 및 31)로 세분되어 있는 덮개(28)를 갖는데, 여기서, 격막(29)은 좁은 채널(39 및 40)의 2개의 분리된 그룹을 갖는 고체 바디(바람직하게는 금속으로 이루어짐)로 이루어진 분배 매질(37) 위에 밀봉 방식으로 장착되어 있다. 채널(39)은 챔버(30)로부터 반응 공간(3)의 상부 말단으로 고체 바디 내에서 연장되며, 채널(40)은 챔버(31)로부터 반응 공간(3)의 상부 말단으로 연장된다. 이러한 채널(39 및 40)에서, 반응물은 서로 혼합될 수 없지만, 혼합된다 하더라도, 어떠한 화염도 채널(39 및 40)내에서 확산될 수 없다. 반응물의 혼합은 반응 공간(3) 내에서만 발생하며, 마찬가지로, 당해 반응 혼합물이 그 자체로 폭발성인 경우에도 어떠한 화염도 확산될 수 없다. 반응 혼합물의 폭발성은 물질 의존적이고 반응 의존적인데, 주어진 경우에 따라 결정되어야 한다.
연결 소켓(34)를 통해 제1 반응물("R1")이 챔버(30)로 공급되며, 추가의 연결 소켓(35)을 통해 제2 반응물("R2")이 챔버(31)로 공급된다. 필요없는 폐 기체는 화살표(32)를 따라 배출되고, 생성물은 화살표(33)을 따라 회수하며, 밑바닥을 파이프(12)를 통해 비울 수 있다. 또한, 도 8에 제3 반응물("R3") 및/또는 용매(예: 물)를 위한 또 다른 연결 소켓(36)을 나타내었다. 양쪽 말단에 적용된 판(41)은 단지 도식적으로만 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 따르는 압력 용기(25)의 덮개(28)의 바닥면을 나타낸 것이다. 구멍(28a)은 나사 연결기용이다.
도 10은 벽 부재(1)의 블록(24) 위에, 분배 매질(38)로서, 열 전도성 입자[예: 모래, 그릿(grit), 금속 쉐이빙(shaving), 금속성 섬유 등]로 이루어진 충전 물질이 배열되어 있다는 점에서 도 8과 다르다(여기서, 시브 판 상의 나머지는 나타내지 않았다). 이러한 분배 매질(38)에서, 반응물(R1 및 R2)은 이들이 반응 공간(3)에 유입되기 전에 랜덤한 분배에 따라 미리 혼합된다. 그러나, 마찬가지로, 분배 매질은 폭발을 일으키는 어떠한 화염도 확산될 수 없을 정도로 좁은 간극을 형성한다.
벽 부재(1)의 공간 위치는 실제적으로 임의적이며, 도면에 따르면, 이들은 수평으로 연속 배열될 수 있지만, 수직으로 적층되어 배열될 수도 있다. 또한, 평행 유동의 방향은 실제적인 필요성에 맞도록 적용할 수 있으며, 도시한 바와 같이, 평행 유동을 상부에서 하부방향으로 수직으로 유도할 수 있지만, 이들을 다르게 바닥에서 상부방향으로 유도할 수도 있다. 또한, 평행 유동은 수평으로 수행될 수도 있다. 그 결과, 판(41)과 연결부를 갖는 블록(24)을 다양한 공간 방향으로 "회전"시킬 수 있다.
도면 부호 목록
1 벽 부재
2 측면
3 반응 공간
4 화살표
5 캐비티
6 좁은 면
7 바닥
8 플랜지 연결부
9 파이프
10 파이프
11 파이프
12 파이프
13 스페이서
14 리세스
15 공급 채널
16 공급 채널
17 배출 개구
18 공급 파이프
19 공급 파이프
20 판
21 채널
22 공급 파이프
23 배출구
24 블록
25 압력 용기
26 레벨
27 용매
28 덮개
28a 구멍
29 격막
30 챔버
31 챔버
32 화살표
33 화살표
34 연결 소켓
35 연결 소켓
36 연결 소켓
37 분배 매질
38 분배 매질
39 채널
40 채널
41 판
42 개구
43 개구
44 외부
45 유동 채널
46 유동 채널
47 분배 바디
48 분배 공간
49 공급 파이프
50 수집 공간
51 배출구
52 스크류 연결부
53 화살표
54 개스킷
55 선
R1 반응물
R2 반응물
R3 반응물
s 슬롯 폭
A 상세부분(도 3에 있어서).

Claims (33)

  1. (a) 반응 공간(3)이 슬롯형(slot-shaped)이며, 각각의 경우, 고체 판으로 이루어진 2개의 크기가 동일하며 직각 평행 육면체형 벽 부재(1)의 측면(2) 사이에 형성시키고, 벽 부재(1)를 직각 평행 육면체 내의 블록(24)에 교대할 수 있게 배치시키며,
    (b) 반응물(R1, R2)을 블록(24)의 동일한 면에 위치한 모서리 영역으로부터 슬롯형 반응 공간(3)으로 도입시키고, 반응 혼합물로서 동일한 방향으로 평행 유동으로 반응 공간(3)을 통하여 전도시키며,
    (c) 유체 열-전달체를 벽 부재(1)의 내부로 연장되는 관형 캐비티(5)를 통해 전도시키고, 반응 공간(3)의 슬롯 폭("s")이 0.05 내지 5mm이며, 폭발성 반응 혼합물의 경우, 반응 공간의 슬롯 폭 "s"가 화염의 확산을 방지하도록 작게 선택됨을 특징으로 하는, 벽 부재(1), 슬롯형 반응 공간(3) 및 유체 열-전달체를 전도하기 위한 캐비티(5)가 배치되어 있는 반응기를 사용하여 두 가지 이상의 반응물(R1, R2) 사이의 반응을 수행하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 반응물이 벽 부재(1)를 통해 공급되며, 벽 부재(1)의 하나 이상의 측면(2)을 통해 당해 반응 공간(3)으로 도입됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반응 공간(3)에 반응물(R1, R2)을 공급하는 분배 매질(37, 38)이 블록(24)의 하나 이상의 면 위에 배치되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 분배 매질(37)로서, 채널(39, 40) 그룹을 갖는 고체 바디(body)를 사용하며, 채널의 단면이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물(R1, R2)의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 분배 매질(38)로서, 입자 크기와 간극(interspace)이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물(R1, R2)의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 충전 물질을 사용함을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 반응 공간(3)에 과립형 촉매가 충전됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 반응 공간(3)과 마주하는 벽 부재(1)의 측면(2)이 적어도 적소에서 촉매 물질로 피복되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 반응 공간(3)과 마주하는 벽 부재(1)의 측면(2)에, 표면적을 확대시키기 위해 프로파일된 구조(profiled structure)가 제공되어 있음을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 벽 부재(1)가 적어도 부분적으로 용매(27)에 침지됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 용매(27)로서, 물이 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 반응 생성물의 분해 또는 붕괴를 억제하기 위한 하나 이상의 안정화 첨가제를 용매(27)에 첨가함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 주기율표의 8족, 주기율표의 1족 또는 이들 둘 다로부터의 원소를 하나 이상 함유하는 촉매와 물 또는 수증기의 존재하에 수소 및 산소 또는 O2 함유 기체로부터 과산화수소를 직접 합성하기 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 촉매의 존재하에 프로펜 및 O2 함유 기체로부터 프로펜알을 제조하기 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 촉매와 촉진제의 존재하에 프로펜 및 O2 함유 기체로부터의 아크릴산을 제조하기 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 산화성 촉매 또는 규소 함유 촉매의 존재하에 각각 에틸렌 또는 프로필렌 및 기상 과산화수소로부터 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드를 제조하기 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
  17. (a) 반응 공간(3)이 슬롯형이며, 각각의 경우, 고체 판으로 이루어진 2개의 크기가 동일하며 직각 2개의 평행 육면체형 벽 부재(1)의 측면(2) 사이에 배열되고, 벽 부재(1)가 직각 평행 육면체 내의 블록(24)에 교대할 수 있게 배치되며,
    (b) 슬롯형 반응 공간(3)으로의 반응물의 공급이 반응 혼합물을 동일한 방향 및 평행한 유동으로 반응 공간을 통해 유도할 수 있는 블록(24)의 동일한 면으로부터 수행될 수 있으며,
    (c) 벽 부재(1)가 벽 부재(1)를 통해 유체 열-전달체를 전도시키기 위한 관형 캐비티(5)를 갖고, 반응 공간(3)의 슬롯 폭("s")이 0.05 내지 5mm이며, 폭발성 반응 혼합물의 경우, 반응 공간의 슬롯 폭 "s"가 화염의 확산을 방지하도록 작게 선택됨을 특징으로 하는, 벽 부재(1), 슬롯형 반응 공간(3) 및 유체 열-전달체를 전도하기 위한 캐비티(5)가 배치되어 있는 반응기를 사용하여 두 가지 이상의 유체 반응물(R1, R2) 사이의 반응을 수행하기 위한 장치.
  18. 제17항에 있어서, 벽 부재(1) 내에, 각각의 경우, 하나 이상의 반응물을 위한 하나 이상의 공급 채널(16)이 배열되어 있고, 공급 채널이 벽 부재(1)의 하나 이상의 측면(2)을 통해 당해 반응 공간(3) 내로 도입됨을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항에 있어서, 블록(24)의 하나 이상의 면에 분배 매질(37, 38)이 배열되어 있고, 이를 통해 반응 공간(3)에 반응물(R1, R2)이 제공될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 분배 매질(37)이 채널(39, 40) 그룹을 갖는 고체 바디이며, 채널의 단면이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물(R1, R2)의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택됨을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서, 분배 매질(38)이 입자 크기와 간극이 폭발성 혼합물을 형성하는 반응물(R1, R2)의 공급 과정에서 반응물에 화염이 확산되지 않도록 작게 선택되는 충전 물질임을 특징으로 하는 장치.
  22. 삭제
  23. 제17항에 있어서, 반응 공간(3)이 과립형 촉매로 충전되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  24. 제17항에 있어서, 반응 공간(3)과 마주하는 벽 부재(1)의 측면(2)이 적어도 적소에서 촉매 물질로 피복되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  25. 제17항에 있어서, 반응 공간(3)과 마주하는 벽 부재(1)의 측면(2)에, 표면적을 확대하기 위한 프로파일된 구조가 제공되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  26. 제17항에 있어서, 반응 공간(3)의, 반응물(R1, R2)의 유동 방향과 평행하게 확장되어 있는 벽 부재(1)의 좁은 면(6)이 열-전달체의 벽 부재(1) 내로의 공급 및 벽 부재(1)로부터의 배출을 위한 개구(43)가 배치되어 있는 판(41)에 의해 피복되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  27. 제26항에 있어서, 판(41) 내에 벽 부재(1)로 반응물(R1, R2)의 하나 이상을 공급하기 위한 추가의 개구(42)가 배치되어 있으며, 벽 부재(1) 내에 각각의 경우 배출 개구(17)를 통해 반응 공간(3) 중의 하나로 이어져 있는 하나 이상의 공급 채널(16)이 각각 제공되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  28. 제26항에 있어서, 벽 부재(1)가 벽 부재(1)의 측면(2)에 평행하게 확장되는 캐비티(5) 그룹을 구비하고, 벽 부재(1)의 좁은 면(6) 위에 장착되고 내부에 캐비티(5)와 일렬로 정렬된 열-전달체용 개구(43)가 배치되어 있는 판(41)에 의해 이들의 말단에서 밀폐됨을 특징으로 하는 장치.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서, 판(41)이 이의 외부면(44) 및 개구(42, 43)의 전방에 하나 이상의 반응물(R1, R2), 열-전달체 또는 이들 둘 다를 위한 벽 부재(1)와 직각으로 확장되는 유동 채널(45, 46)을 구비함을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 판(41)이, 벽 부재(1)와 떨어져 마주하는 이들의 외부면(44)에서, 판(41)내의 개구(42, 43)가 이어지는 유동 채널(45, 46)이 배치되어 있는 분배 바디(47)에 의해 피복되어 있음을 특징으로 하는 장치.
  31. 제17항에 있어서, 벽 부재(1)가 압력 용기(25) 내에 블록(24)으로서 제공됨을 특징으로 하는 장치.
  32. 제31항에 있어서, 압력 용기(25)가 격막(partition)(29) 및 두 가지 반응물(R1, R2)을 제공하기 위한 2개의 연결 소켓(connecting socket)(34, 35)을 갖는 덮개(28)[여기서, 격막(29)은 분배 매질(37, 38) 위에 장착될 수 있다]를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  33. 제17항에 있어서, 반응 공간(3)의 슬롯 폭("s")이 스페이서(spacer)(13)의 두께를 변화시킴으로써 변할 수 있음을 특징으로 하는 장치.
KR1020037002911A 2000-08-31 2001-08-02 슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치 KR100822229B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10042746A DE10042746A1 (de) 2000-08-31 2000-08-31 Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in einem Reaktor mit spaltförmigen Reaktionsräumen
DE10042746.4 2000-08-31
PCT/EP2001/008937 WO2002018042A1 (en) 2000-08-31 2001-08-02 Process and device for carrying out reactions in a reactor with slot-shaped reaction spaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030065470A KR20030065470A (ko) 2003-08-06
KR100822229B1 true KR100822229B1 (ko) 2008-04-16

Family

ID=7654406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037002911A KR100822229B1 (ko) 2000-08-31 2001-08-02 슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치

Country Status (29)

Country Link
US (1) US7332139B2 (ko)
EP (1) EP1313554B1 (ko)
JP (1) JP2004507346A (ko)
KR (1) KR100822229B1 (ko)
CN (1) CN1214858C (ko)
AT (1) ATE261770T1 (ko)
AU (2) AU2001279798B2 (ko)
BR (1) BR0113545B1 (ko)
CA (1) CA2420622C (ko)
CZ (1) CZ2003499A3 (ko)
DE (2) DE10042746A1 (ko)
DK (1) DK1313554T3 (ko)
EA (1) EA004758B1 (ko)
EG (1) EG23059A (ko)
ES (1) ES2213709T3 (ko)
GC (1) GC0000236A (ko)
HK (1) HK1059593A1 (ko)
HU (1) HUP0300858A3 (ko)
IL (2) IL154362A0 (ko)
MX (1) MXPA03001683A (ko)
NO (1) NO20030907L (ko)
NZ (1) NZ524911A (ko)
PL (1) PL209104B1 (ko)
PT (1) PT1313554E (ko)
SK (1) SK287336B6 (ko)
TR (1) TR200400906T4 (ko)
TW (1) TWI229014B (ko)
WO (1) WO2002018042A1 (ko)
ZA (1) ZA200301646B (ko)

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2399516B (en) * 2001-12-05 2005-03-16 Gtl Microsystems Ag Process and apparatus for steam-methane reforming
US7967878B2 (en) * 2002-01-04 2011-06-28 Meggitt (Uk) Limited Reformer apparatus and method
GB0210809D0 (en) * 2002-05-11 2002-06-19 Univ Durham Reactor
US7402719B2 (en) * 2002-06-13 2008-07-22 Velocys Catalytic oxidative dehydrogenation, and microchannel reactors for catalytic oxidative dehydrogenation
EP1400280A1 (en) * 2002-09-18 2004-03-24 Corning Incorporated Apparatus and method for operating a microreactor at high pressure
DE10248599A1 (de) 2002-10-17 2004-04-29 Degussa Ag Verfahren zur Gewinnung einer gasförmigen Phase aus einem flüssigen Medium und Vorrichtung zu seiner Durchführung
US7067103B2 (en) * 2003-03-28 2006-06-27 Headwaters Nanokinetix, Inc. Direct hydrogen peroxide production using staged hydrogen addition
DE10317451A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-18 Degussa Ag Reaktor für heterogen katalysierte Reaktionen
US7294734B2 (en) * 2003-05-02 2007-11-13 Velocys, Inc. Process for converting a hydrocarbon to an oxygenate or a nitrile
US7144565B2 (en) * 2003-07-29 2006-12-05 Headwaters Nanokinetix, Inc. Process for direct catalytic hydrogen peroxide production
US7168775B2 (en) * 2003-09-03 2007-01-30 Canon Kabushiki Kaisha Recording apparatus
US7029647B2 (en) * 2004-01-27 2006-04-18 Velocys, Inc. Process for producing hydrogen peroxide using microchannel technology
US20050175519A1 (en) 2004-02-06 2005-08-11 Rogers William A.Jr. Microchannel compression reactor
CA2562543C (en) 2004-04-27 2011-04-19 Velocys, Inc. Hydrogen peroxide production in microchannel reactors
US7304198B2 (en) * 2004-05-14 2007-12-04 Battelle Memorial Institute Staged alkylation in microchannels
EP1786797B1 (en) * 2004-08-12 2014-11-26 Velocys, Inc. Process for converting ethylene to ethylene oxide using microchannel process technology
JPWO2006030952A1 (ja) * 2004-09-17 2008-05-15 株式会社荏原製作所 流体混合器
CA2582378C (en) * 2004-10-01 2013-12-10 Velocys, Inc. Multiphase mixing process using microchannel process technology
DE102004050506A1 (de) * 2004-10-15 2006-04-20 Degussa Ag Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden und Peroxiden, Reaktor und dessen Verwendung
DE102004050585A1 (de) * 2004-10-15 2006-04-20 Degussa Ag Mikroreaktor und Verfahren zur Synthese von Vinylacetat-Monomer (VAM) in der Gasphase
DE102004054334B4 (de) * 2004-11-10 2007-06-21 Man Dwe Gmbh Mikrostrukturreaktor
US9150494B2 (en) * 2004-11-12 2015-10-06 Velocys, Inc. Process using microchannel technology for conducting alkylation or acylation reaction
CN101132854B (zh) 2004-11-16 2011-07-06 万罗赛斯公司 使用微通道技术的多相反应方法
CA2587412C (en) * 2004-11-17 2013-03-26 Velocys Inc. Emulsion process using microchannel process technology
US7604783B2 (en) * 2004-12-22 2009-10-20 Placer Dome Technical Services Limited Reduction of lime consumption when treating refractor gold ores or concentrates
WO2006094190A2 (en) * 2005-03-02 2006-09-08 Velocys Inc. Separation process using microchannel technology
US8008359B2 (en) * 2005-03-17 2011-08-30 Sasol Technology (Proprietary) Limited Method of operating a fluid bed reactor
DE102005019000A1 (de) 2005-04-22 2006-10-26 Degussa Ag Katalytisch beschichteter Träger, Verfahren zu dessen Herstellung und damit ausgestatteter Reaktor sowie dessen Verwendung
DE102005022958B3 (de) * 2005-05-19 2006-07-20 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Mikrostrukturreaktor und Verwendung desselben
US9101890B2 (en) * 2005-05-25 2015-08-11 Velocys, Inc. Support for use in microchannel processing
GB0512120D0 (en) * 2005-06-15 2005-07-20 Johnson Matthey Plc Multi-phase reactions
US20070004810A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-04 Yong Wang Novel catalyst and fischer-tropsch synthesis process using same
US7935734B2 (en) * 2005-07-08 2011-05-03 Anna Lee Tonkovich Catalytic reaction process using microchannel technology
JP2009521499A (ja) * 2005-12-22 2009-06-04 シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー オレフィンオキシドまたはオレフィンオキシドから誘導できる化学物質の調製方法
US7750170B2 (en) 2005-12-22 2010-07-06 Shell Oil Company Process for mixing an oxidant having explosive potential with a hydrocarbon
EP1813347A1 (de) 2006-01-25 2007-08-01 Sulzer Chemtech AG Verteiler zur paarweisen Abgabe zweier Flüssigkeiten auf eine Vielzahl von Einspeisestellen in einem Reaktor oder einer Kolonne
US8061888B2 (en) * 2006-03-17 2011-11-22 Barrick Gold Corporation Autoclave with underflow dividers
TW200738328A (en) 2006-03-31 2007-10-16 Lonza Ag Micro-reactor system assembly
DE102006015268A1 (de) * 2006-04-01 2007-10-25 Cognis Ip Management Gmbh Verfahren zur Herstellung von Alkylenoxiden
EP1852418A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-07 Arkema France Process for synthesizing selected organic peroxides
EP1849804A1 (en) * 2006-04-27 2007-10-31 Arkema France Process of free-radical polymerization or crosslinking in the presence of an organic peroxide by an ex situ process
US8252254B2 (en) * 2006-06-15 2012-08-28 Barrick Gold Corporation Process for reduced alkali consumption in the recovery of silver
DE102006045807A1 (de) * 2006-09-26 2008-04-03 Grenzebach Bsh Gmbh Wärmetauscher
JP5050241B2 (ja) * 2007-01-29 2012-10-17 株式会社Ｋｅｌｋ 流体温調装置
JP6009732B2 (ja) 2007-07-05 2016-10-19 サウディ ベーシック インダストリーズ コーポレイション 吸熱反応を行うプロセス
ES2435446T3 (es) * 2007-07-05 2013-12-19 Saudi Basic Industries Corporation Panel de reactor para procesos catalíticos
JP5500775B2 (ja) * 2008-02-06 2014-05-21 三菱レイヨン株式会社 固定床反応器
DE102008011767B4 (de) 2008-02-28 2012-07-26 Basf Se Verfahren zur Herstellung von olefinisch ungesättigten Carbonylverbindungen durch oxidative Dehydrierung von Alkoholen
DE102008014910A1 (de) 2008-03-19 2009-09-24 Basf Se Verwendung eines geträgerten edelmetallhaltigen Katalysators zur oxidativen Dehydrierung
CN102056657A (zh) * 2008-04-09 2011-05-11 万罗赛斯公司 使用微通道工艺技术将碳质材料转化为甲烷、甲醇和/或二甲醚的方法
US8100996B2 (en) * 2008-04-09 2012-01-24 Velocys, Inc. Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology
US8933254B2 (en) 2008-07-14 2015-01-13 Basf Se Process for making ethylene oxide
CA2730550A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-21 Velocys Inc. Process for making ethylene oxide using microchannel process technology
CA2739325C (en) 2008-10-10 2018-11-27 Velocys Inc. Process and apparatus employing microchannel process technology
KR101008402B1 (ko) * 2008-12-19 2011-01-14 삼성에스디아이 주식회사 개질장치
EP2206551B1 (en) * 2008-12-23 2019-08-07 Corning Incorporated Microchannel reactors
EP2223741A1 (en) * 2009-02-13 2010-09-01 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Micro fluidic system, including a stack of process modules and heat exchange modules
DE202009017416U1 (de) 2009-05-12 2010-04-15 Lonza Ag Reaktor und Satz aus Reaktoren
DE202010000262U1 (de) 2009-05-12 2010-05-20 Lonza Ag Strömungsreaktor mit Mikrokanalsystem
US8524927B2 (en) 2009-07-13 2013-09-03 Velocys, Inc. Process for making ethylene oxide using microchannel process technology
CA2777183A1 (en) * 2009-10-09 2011-04-14 Velocys Inc. Process for treating heavy oil
US20130005958A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 General Electric Company Devices and methods for reducing radiolysis of radioisotopes
US20130004414A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 General Electric Company Devices and methods for reducing radiolysis of radioisotopes
WO2014072169A1 (en) * 2012-11-06 2014-05-15 Solvay Sa Direct synthesis of hydrogene peroxide
US9676623B2 (en) 2013-03-14 2017-06-13 Velocys, Inc. Process and apparatus for conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
AU2013397905B2 (en) 2013-08-15 2017-11-23 Hatch Ltd. Multi-compartment reactor and method for controlling retention time in a multi-compartment reactor
DE102018007737A1 (de) * 2018-10-01 2020-04-02 Hitachi Zosen Inova Etogas Gmbh Festbettanordnung
CN112500373A (zh) * 2019-09-14 2021-03-16 南京延长反应技术研究院有限公司 一种乙烯制备环氧乙烷的微界面强化系统及工艺
CN111156850B (zh) * 2020-01-17 2021-07-20 陕西秦科世博航空科技有限公司 一种换热器及其换热方法
CN114471378A (zh) * 2020-10-28 2022-05-13 中国石油化工股份有限公司 一种烯烃水合反应器及烯烃水合方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998033587A1 (en) * 1997-02-01 1998-08-06 Bg Plc A method of providing heat
DE19748481A1 (de) * 1997-11-03 1999-05-12 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Statischer Mikrovermischer, und Mikroreaktor sowie dessen Verwendung
US5961932A (en) 1997-06-20 1999-10-05 Eastman Kodak Company Reaction chamber for an integrated micro-ceramic chemical plant

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1662870A (en) * 1924-10-09 1928-03-20 Stancliffe Engineering Corp Grooved-plate heat interchanger
GB1116345A (en) * 1964-06-16 1968-06-06 Marston Excelsior Ltd Improvements in or relating to chemical catalytic reactors and like process vessels in which fluids are contacted with solid materials
DE2606612A1 (de) * 1976-02-19 1977-08-25 Basf Ag Verfahren und vorrichtung zur entfernung von verdampfbaren anteilen aus hochviskosen loesungen oder schmelzen thermoplastischer kunststoffe
FR2536676B1 (fr) * 1982-11-26 1993-01-22 Inst Francais Du Petrole Reacteurs a plaques pour syntheses chimiques effectuees sous haute pression en phase gazeuse et en catalyse heterogene
US4973777A (en) * 1985-11-08 1990-11-27 Institut Francais Du Petrole Process for thermally converting methane into hydrocarbons with higher molecular weights, reactor for implementing the process and process for realizing the reactor
FR2592320B1 (fr) * 1985-12-30 1988-04-08 Inst Francais Du Petrole Nouveau procede d'oxydation d'une charge oxydable en phase gazeuse et reacteur pour la mise en oeuvre de ce procede.
JPH0422827Y2 (ko) * 1987-09-25 1992-05-26
JP3149453B2 (ja) * 1991-04-08 2001-03-26 石川島播磨重工業株式会社 プレート形改質装置
JPH06111838A (ja) * 1992-09-30 1994-04-22 Toshiba Corp 改質器、改質システム、及び燃料電池システム
US5316747A (en) * 1992-10-09 1994-05-31 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for the selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture
KR100327521B1 (ko) * 1993-03-19 2002-07-03 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니 일체형화학가공장치및그제조방법
DE4416343C2 (de) * 1994-05-09 1996-10-17 Karlsruhe Forschzent Statischer Mikro-Vermischer
JPH0812303A (ja) 1994-07-05 1996-01-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd プレートリフォーマ
DE4444364C2 (de) 1994-12-14 1998-03-26 Chemtec Leuna Ges Fuer Chemie Festbettreaktor zur kontinuierlichen Durchführung exothermer Reaktionen
US5638900A (en) * 1995-01-27 1997-06-17 Ail Research, Inc. Heat exchange assembly
US5658537A (en) 1995-07-18 1997-08-19 Basf Corporation Plate-type chemical reactor
DE19544895C1 (de) * 1995-12-01 1997-02-27 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid
DE19753720C2 (de) * 1997-12-04 1999-11-25 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Vorrichtung zur selektiven katalytischen Oxidation von Kohlenmonoxid
DE19754185C1 (de) 1997-12-06 1999-02-04 Deg Engineering Gmbh Reaktor für die katalytische Umsetzung von Reaktionsmedien, insbesondere von gasförmigen Reaktionsmedien
DE19816296A1 (de) 1998-04-11 1999-10-14 Degussa Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffperoxid durch Direktsynthese
US6238815B1 (en) * 1998-07-29 2001-05-29 General Motors Corporation Thermally integrated staged methanol reformer and method
DE19841302C2 (de) * 1998-09-10 2002-12-19 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Reaktor sowie Verfahren zur Durchführung elektrochemischer Umsetzungen
NZ509764A (en) * 1998-09-12 2003-04-29 Degussa Continuous flow reactor having at least three slit shaped reaction chambers arragned in parallel to one another
US6132689A (en) * 1998-09-22 2000-10-17 General Motors Corporation Multi-stage, isothermal CO preferential oxidation reactor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998033587A1 (en) * 1997-02-01 1998-08-06 Bg Plc A method of providing heat
US5961932A (en) 1997-06-20 1999-10-05 Eastman Kodak Company Reaction chamber for an integrated micro-ceramic chemical plant
DE19748481A1 (de) * 1997-11-03 1999-05-12 Inst Mikrotechnik Mainz Gmbh Statischer Mikrovermischer, und Mikroreaktor sowie dessen Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
IL154362A0 (en) 2003-09-17
NZ524911A (en) 2004-02-27
DE60102391D1 (de) 2004-04-22
CA2420622C (en) 2009-10-20
JP2004507346A (ja) 2004-03-11
SK287336B6 (sk) 2010-07-07
EP1313554A1 (en) 2003-05-28
PL360086A1 (en) 2004-09-06
HUP0300858A3 (en) 2010-01-28
SK2232003A3 (en) 2003-10-07
MX232741B (ko) 2005-12-08
ATE261770T1 (de) 2004-04-15
EA200300225A1 (ru) 2003-10-30
US7332139B2 (en) 2008-02-19
BR0113545B1 (pt) 2011-02-22
CA2420622A1 (en) 2002-03-07
ES2213709T3 (es) 2004-09-01
NO20030907D0 (no) 2003-02-26
EG23059A (en) 2004-02-29
AU7979801A (en) 2002-03-13
PT1313554E (pt) 2004-08-31
CN1449304A (zh) 2003-10-15
KR20030065470A (ko) 2003-08-06
TWI229014B (en) 2005-03-11
CN1214858C (zh) 2005-08-17
US20020028164A1 (en) 2002-03-07
MXPA03001683A (es) 2004-11-01
EA004758B1 (ru) 2004-08-26
DK1313554T3 (da) 2004-06-28
CZ2003499A3 (cs) 2003-10-15
GC0000236A (en) 2006-03-29
IL154362A (en) 2006-07-05
HUP0300858A2 (hu) 2003-09-29
EP1313554B1 (en) 2004-03-17
ZA200301646B (en) 2004-02-03
HK1059593A1 (en) 2004-07-09
DE60102391T2 (de) 2005-02-24
BR0113545A (pt) 2003-07-15
AU2001279798B2 (en) 2005-07-28
PL209104B1 (pl) 2011-07-29
DE10042746A1 (de) 2002-03-28
TR200400906T4 (tr) 2004-07-21
NO20030907L (no) 2003-04-15
WO2002018042A1 (en) 2002-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100822229B1 (ko) 슬롯형 반응 공간을 갖는 반응기 내에서 반응을 수행하기 위한 방법 및 장치
AU2001279798A1 (en) Process and device for carrying out reactions in a reactor with slot-shaped reaction spaces
EP0991465B1 (en) Active microchannel heat exchanger
Schubert et al. Microstructure devices for applications in thermal and chemical process engineering
US7201883B2 (en) Catalytic reactor
EP1444475B1 (en) Monolithic system, method for mass and/or heat transfer and plant therefor
CA2960556C (en) Annular catalyst carrier container for use in a tubular reactor
RU2290257C2 (ru) Интегральный реактор (варианты), способ его изготовления, способ одновременного проведения экзотермических и эндотермических реакций (варианты)
EP1511561B1 (en) Reactor having varying cross-section and method of conducting reactions with varying local contact time
US5672629A (en) Two-stage reforming of methanol
US20070009426A1 (en) Thermally coupled monolith reactor
JP2001017853A (ja) ラジアル・フロー・リアクタの改良型スカラップ状導管
CN112387218B (zh) 一种自热型列管式重整制氢反应器
US20010024629A1 (en) Reformer of layered structure
Losey et al. A micro packed-bed reactor for chemical synthesis
EP1729877B1 (en) Modular reformer with enhanced heat recuperation
US7718146B2 (en) Enhanced bed separation in a styrene monomer reactor using milled plates
WO2014119442A1 (ja) リアクタ
US12011703B2 (en) Reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee