KR101049588B1 - Device of preparing 1,2-dichloroethane using dual fluidized bed reactor and method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1,2-디클로로에탄의 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소와 염화수소를 이용한 옥시데이션 반응과 에틸렌의 클로리네이션 반응이 독립적으로 진행되면서 촉매가 연속적으로 순환되는 구조를 가진 2단 옥시클로리네이션 반응기에 의하여 1,2-디클로로에탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing 1,2-dichloroethane and a method for producing the same. More specifically, the catalyst is continuously circulated while the oxidation reaction using oxygen and hydrogen chloride and the cloning reaction of ethylene proceed independently. It relates to a method for producing 1,2-dichloroethane by a two-stage oxcyclolination reactor having a structure.
본 발명에 따라 1,2-디클로로에탄을 제조할 경우, 별도의 정제를 위한 단위 공정이 필요하지 않으며, 이로 인한 운전상의 간소화, 투자비 절감 및 에너지 소비량 절감이 가능한 효과를 가진다. When producing 1,2-dichloroethane in accordance with the present invention, a separate unit process for purification is not required, thereby simplifying the operation, reducing the investment cost and reducing the energy consumption.
1,2-디클로로에탄, 이단 반응기, 옥시클로리네이션 반응, 유동층 반응기 1,2-dichloroethane, two stage reactor, oxcyclolination reaction, fluidized bed reactor
Description
본 발명은 1,2-디클로로에탄의 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소와 염화수소를 이용한 옥시데이션 반응과 에틸렌의 클로리네이션 반응이 독립적으로 진행되면서 촉매가 연속적으로 순환되는 구조를 가진 2단 옥시클로리네이션 반응기에 의하여 1,2-디클로로에탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing 1,2-dichloroethane and a method for producing the same. More specifically, the catalyst is continuously circulated while the oxidation reaction using oxygen and hydrogen chloride and the cloning reaction of ethylene proceed independently. It relates to a method for producing 1,2-dichloroethane by a two-stage oxcyclolination reactor having a structure.
종래에 알려져 있는 에틸렌의 옥시클로리네이션 방법은 에틸렌을 고체 촉매를 사용하여 산소와 염화수소의 존재 하에서 1,2-디클로로에탄으로 전환하는 공정이 고정층과 유동층의 두 방법으로 상용화되어 사용되고 있다. 상기 두 방법에서 에틸렌, 염화수소 및 산소의 혼합 기체가 반응기로 주입되며 하기 식(1)에서 보는 바와 같은 반응이 진행된다. In the conventionally known oxcyclorelation process of ethylene, a process of converting ethylene into 1,2-dichloroethane in the presence of oxygen and hydrogen chloride using a solid catalyst is commercialized by two methods, a fixed bed and a fluidized bed. In these two methods, a mixed gas of ethylene, hydrogen chloride and oxygen is injected into the reactor and the reaction proceeds as shown in the following equation (1).
C2H4 + 2HCl + 1/2O2 → CH2Cl-CH2Cl + H2O △ H o 298 = -295 kJ/mol (1)C 2 H 4 + 2HCl + 1 / 2O 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl + H 2 O Δ H o 298 = -295 kJ / mol (1)
옥시클로리네이션 공정에서 사용되는 촉매로서 주로 알루미나에 담지된 구리 촉매가 사용되는데, 이에 대한 촉매 반응은 하기 식(2)와 같다.As the catalyst used in the oxcyclorelation process, a copper catalyst supported mainly on alumina is used, and the catalytic reaction thereof is shown in the following formula (2).
C2H4 + 2CuCl2(촉매) → CH2Cl-CH2Cl + Cu2Cl2(촉매) (2) C 2 H 4 + 2CuCl 2 (catalyst) → CH 2 Cl-CH 2 Cl + Cu 2 Cl 2 (catalyst) (2)
Cu2Cl2(촉매) + 1/2O2 → Cu2OCl2(촉매)Cu 2 Cl 2 (catalyst) + 1 / 2O 2 → Cu 2 OCl 2 (catalyst)
Cu2OCl2(촉매) + 2HCl → 2CuCl2(촉매) + H2OCu 2 OCl 2 (catalyst) + 2HCl → 2CuCl 2 (catalyst) + H 2 O
종래 옥시클로리네이션 방법은 하기와 같은 제한 사항 및 문제점들을 가진다.The conventional oxcyclolination method has the following limitations and problems.
첫째, 안전한 반응을 수행하기 위해서 에틸렌과 산소의 혼합 비가 폭발 위험 범위에서 벗어나 있어야 한다. 따라서 과량의 에틸렌 기체를 주입하는 것에 의해 폭발 위험 범위에서 벗어나게 유지할 수 있다. 이 경우 과량의 에틸렌은 반응 후 분리되어 다시 반응물로서 반응기로 재 주입되어야 한다. First, in order to perform a safe reaction, the mixing ratio of ethylene and oxygen must be out of the explosion risk range. Thus, by injecting excess ethylene gas, it can be kept out of the explosion risk range. In this case excess ethylene must be separated after the reaction and re-injected back into the reactor as a reactant.
둘째, 에틸렌의 옥시클로리네이션을 통한 생성물은 물과 1,2-디클로로에탄을 포함한 염화물이며 미반응된 염화수소 등이 함께 배출된다. 특히 반응 중에 생성되는 물과 염화 수소는 반응기 부식을 초래하며 반응기의 수명을 단축시킨다. Second, the product through oxcyclorelation of ethylene is chloride containing water and 1,2-dichloroethane and unreacted hydrogen chloride is discharged together. In particular, water and hydrogen chloride produced during the reaction lead to reactor corrosion and shorten reactor life.
셋째, 에틸렌, 산소 및 염화 수소의 혼합 기체가 주입되기 때문에 에틸렌과 산소의 연소 반응으로 인한 CO 또는 CO2가 발생한다. 연소 반응은 주입 기체 중 산소를 소비하는 반응으로 옥시클로리네이션 반응을 저해하고 CO와 CO2의 발생은 1,2-디클로로에탄의 선택도를 감소시킨다. Third, CO or CO 2 is generated due to the combustion reaction of ethylene and oxygen because a mixed gas of ethylene, oxygen and hydrogen chloride is injected. The combustion reaction consumes oxygen in the injection gas, which inhibits the oxcyclorelation reaction and the generation of CO and CO2 reduces the selectivity of 1,2-dichloroethane.
상기 언급한 바와 같이, 종래의 에틸렌, 염화수소 및 산소의 혼합기체를 주 입하는 옥시클로리네이션 방법은 산소 이용 문제, 폭발 위험 문제, 반응기 부식 문제, CO 또는 CO2 발생 문제를 가지며, 에틸렌과 산소의 폭발 가능 혼합 비율을 피하기 위해 혼합기체에서 에틸렌이 과량으로 사용되기 때문에 미반응 에틸렌이 생성물에 과량으로 섞여있게 되며 이는 낮은 에틸렌 전환율을 초래한다.As mentioned above, the conventional oxcyclorelation method of injecting a mixture of ethylene, hydrogen chloride and oxygen has problems of oxygen utilization, explosion risk, reactor corrosion, CO or CO 2 generation, and ethylene and oxygen Because of the excessive use of ethylene in the mixed gas to avoid the explosive mixing ratio of, unreacted ethylene will be excessively mixed into the product, resulting in low ethylene conversion.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 클로리네이션 반응과 옥시데이션 반응이 독립적 및 연속적으로 수행되는 2단 옥시클로리네이션 반응기를 이용한 1,2-디클로로에탄의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides an apparatus for producing 1,2-dichloroethane using a two-stage oxcyclolination reactor in which the cloning reaction and the oxidation reaction are independently and continuously performed. For the purpose of
또한, 본 발명에 따른 2단 옥시클로리네이션 반응기를 이용하여 1,2-디클로로에탄을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide a method for producing 1,2-dichloroethane using a two-stage oxcyclolination reactor according to the present invention.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.These and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
상기의 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,
옥시데이션 반응기 주입구(1)를 통해 공급되는 염화수소 및 산소의 존재하에 수행되는 CuCl촉매의 옥시데이션 반응에 의해 CuCl2촉매와 물이 생성되는 옥시데이션 반응기(2);An oxidation reactor (2) in which a CuCl 2 catalyst and water are produced by an oxidation reaction of a CuCl catalyst carried out in the presence of hydrogen chloride and oxygen supplied through an oxidation reactor inlet (1);
상기 옥시데이션 반응기(2)에서 생성된 CuCl2촉매를 이송하기 위한 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3);A chlorination reactor catalyst injection tube (3) for transferring the CuCl 2 catalyst produced in the oxidation reactor (2);
상기 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3)을 거쳐 이송된 CuCl2촉매와 클로리네이션 반응기 주입구(4)를 통해 공급되는 에틸렌과의 클로리네이션 반응에 의해 1,2-디클로로에탄과 CuCl촉매가 생성되는 클로리네이션 반응기(5);1,2-dichloroethane and CuCl catalyst are formed by a cloning reaction between the CuCl 2 catalyst transferred through the clolation reactor
상기 클로리네이션 반응기(5)에서 생성된 CuCl촉매를 이송하기 위한 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6); 및Oxidation reactor catalyst injection pipe (6) for transferring the CuCl catalyst produced in the cloning reactor (5); And
상기 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6)을 거친 CuCl촉매가 상기 옥시데이션 반응기(2)로 재투입되기 위해 이송되는 촉매 이송관(7)을 포함하며,CuCl catalyst passing through the oxidation reactor catalyst injection tube (6) comprises a catalyst transfer tube (7) which is conveyed to be re-introduced into the oxidation reactor (2),
상기 옥시데이션 반응기(2), 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3), 클로리네이션 반응기(5), 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6), 및 촉매 이송관(7)은 순차적으로 서로 연결된 순환형 구조인 것을 특징으로 하며, 상기 옥시데이션 반응기(2)는 상기 클로리네이션 반응기(5)보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 1,2-디클로로에탄의 제조 장치를 제공한다.The oxidation reactor (2), the chlorination reactor catalyst injection pipe (3), the chlorination reactor (5), the oxidation reactor catalyst injection pipe (6), and the catalyst transfer pipe (7) are sequentially connected to each other It is characterized in that the structure, wherein the oxidation reactor (2) provides an apparatus for producing 1,2-dichloroethane, characterized in that located higher than the chloride reactor (5).
또한, Also,
옥시데이션 반응기 주입구(1)를 통해 염화수소 및 산소를 옥시데이션 반응기(2)로 공급하는 단계;Supplying hydrogen chloride and oxygen to the
상기 옥시데이션 반응기(2)에서 상기 공급된 염화수소 및 산소의 존재하에 CuCl 촉매의 옥시데이션 반응이 수행되어 CuCl2촉매와 물이 생성된는 단계;Oxidizing the CuCl catalyst in the presence of the supplied hydrogen chloride and oxygen in the oxidation reactor (2) to produce a CuCl 2 catalyst and water;
상기 생성된 CuCl2촉매를 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3)을 거쳐 클로리네이션 반응기(5)로 이송시키는 단계;Transferring the generated CuCl 2 catalyst to a cloning reactor (5) via a cloning reactor catalyst injection tube (3);
상기 클로리네이션 반응기(5)에서 상기 이송된 CuCl2촉매와 클로리네이션 반응기 주입구(4)를 통해 공급된 에틸렌의 클로리네이션 반응이 수행되어 1,2-디클로로에탄과 CuCl촉매를 생성하는 단계; 및A step of producing a 1,2-dichloroethane and a CuCl catalyst by performing a clolation reaction of the transferred CuCl 2 catalyst and the ethylene supplied through the
상기 생성된 CuCl촉매를 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6) 및 촉매 이송관(7)을 거쳐 상기 클로리네이션 반응기(5)보다 높게 위치한 상기 옥시데이션 반응기(2)로 재투입시키는 단계를 포함하며, Re-injecting the generated CuCl catalyst into the oxidation reactor (2) located higher than the clolation reactor (5) via an oxidation reactor catalyst injection tube (6) and a catalyst transfer tube (7); ,
상기 각 단계는 순차적으로 순환되는 것을 특징으로 하는 1,2-디클로로에탄의 제조 방법을 제공한다. Each step provides a method for producing 1,2-dichloroethane, which is circulated sequentially.
본 발명에 따라 제조된 1,2-디클로로에탄을 정제하는 공정을 생략할 수 있으며, 이에 따라 운전상의 간소화, 투자비 절감 및 에너지 소비량 절감이 가능한 효과가 있다. The process of purifying 1,2-dichloroethane prepared according to the present invention may be omitted, thereby simplifying the operation, reducing the investment cost and reducing the energy consumption.
또한, 본 발명에 따르면 에틸렌의 전환율, 1,2-디클로로에탄의 수율 및 순도가 높으며, 미반응 염화수소를 줄일 수 있어 반응기의 수명이 연장되는 효과가 있다.Further, according to the present invention, the conversion rate of ethylene, the yield and purity of 1,2-dichloroethane are high, and unreacted hydrogen chloride can be reduced, thereby extending the life of the reactor.
또한, 산소와 에틸렌이 분리됨에 따라 폭발 위험이 없으며, CO 또는 CO2를 분리하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않다. In addition, there is no risk of explosion as oxygen and ethylene are separated, and no separate device for separating CO or CO 2 is required.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 옥시클로리네이션 반응을 두 단계로 나누어 즉, 산소와 염화 수소를 이용한 촉매의 옥시데이션 반응과 에틸렌을 주입하는 클로리네이션 반응을 분리하여 순차적으로 반응을 수행한다.The present invention divides the oxcyclolination reaction into two stages, that is, the oxidation reaction of the catalyst using oxygen and hydrogen chloride and the chlorination reaction injecting ethylene are sequentially performed.
에틸렌의 옥시클로리네이션 반응은 하기 식(3) 및 (4)에서 보는 바와 같이 두단계의 반응으로 나뉘어 질 수 있다. The oxcyclolination reaction of ethylene can be divided into two stage reactions as shown in the following formulas (3) and (4).
옥시데이션 반응 : 2CuCl + 1/2O2 + 2HCl → 2CuCl2 + H2O (3)Oxidation reaction: 2CuCl + 1 / 2O 2 + 2HCl → 2CuCl 2 + H 2 O (3)
클로리네이션 반응 : C2H4 + 2CuCl2 → CH2Cl-CH2Cl + 2CuCl (4)Chloride reaction: C 2 H 4 + 2CuCl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl + 2CuCl (4)
본 발명자들은 1,2-디클로로에탄의 제조에 있어 높은 전환율 및 선택도를 달성하고 원할한 촉매 순환을 위한 방법으로 유동화 기술 또는 유동층 기술을 적용함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다는 사실을 발견하였다. 상기 유동화 기술 또는 유동층 기술이란 기체 또는 액체와 같은 매체를 고체 입자에 흐르도록 하여 고체입자를 유체와 같은 성질로 변화시키는 기술로서 고체입자를 다루는 공정분야에서 많이 활용되고 있는 기술이다. The inventors have found that this object can be achieved by achieving high conversion and selectivity in the preparation of 1,2-dichloroethane and by applying fluidization or fluidized bed techniques as a method for smooth catalyst circulation. The fluidization technique or the fluidized bed technique is a technique that changes the solid particles to a fluid-like property by flowing a medium such as a gas or a liquid to the solid particles, which is widely used in the process of processing solid particles.
도 1은 본 발명에 따른 1,2-디클로로에탄의 제조 장치의 대략적인 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing 1,2-dichloroethane according to the present invention.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 1,2-디클로로에탄의 제조 장치는 클로리네이션 반응과 옥시데이션 반응이 독립적 및 연속적으로 수행되는 2단 옥시클로리네이션 반응기의 구조를 가진다.As shown in FIG. 1, the apparatus for preparing 1,2-dichloroethane according to the present invention has a structure of a two-stage oxcyclolination reactor in which a chlorination reaction and an oxidation reaction are independently and continuously performed.
또한, 유동층을 이용한 옥시염소화 반응의 경우 충분한 반응시간 및 입자체류시간을 확보하기 위하여 두 반응이 모두 기포유동층 영역에서 이루어지는 2단의 유동층 반응기를 이용하여야 하며, 상기 2단 유동층 반응기 형태가 도 1에 나타나 있다. In addition, in the case of the oxychlorination reaction using a fluidized bed, in order to secure sufficient reaction time and particle retention time, a two-stage fluidized bed reactor in which both reactions are performed in a bubble fluidized bed region should be used. Is shown.
즉, 옥시데이션 반응기 주입구(1)를 통해 공급되는 염화수소 및 산소의 존재하에 수행되는 CuCl촉매의 옥시데이션 반응에 의해 CuCl2촉매와 물이 생성되는 옥시데이션 반응기(2);That is, an oxidation reactor (2) in which a CuCl 2 catalyst and water are produced by an oxidation reaction of a CuCl catalyst carried out in the presence of hydrogen chloride and oxygen supplied through the oxidation reactor inlet (1);
상기 옥시데이션 반응기(2)에서 생성된 CuCl2촉매를 이송하기 위한 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3);A chlorination reactor catalyst injection tube (3) for transferring the CuCl 2 catalyst produced in the oxidation reactor (2);
상기 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3)을 거쳐 이송된 CuCl2촉매와 클로리네이션 반응기 주입구(4)를 통해 공급되는 에틸렌과의 클로리네이션 반응에 의해 1,2-디클로로에탄과 CuCl촉매가 생성되는 클로리네이션 반응기(5);1,2-dichloroethane and CuCl catalyst are formed by a cloning reaction between the CuCl 2 catalyst transferred through the clolation reactor
상기 클로리네이션 반응기(5)에서 생성된 CuCl촉매를 이송하기 위한 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6); 및Oxidation reactor catalyst injection pipe (6) for transferring the CuCl catalyst produced in the cloning reactor (5); And
상기 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6)을 거친 CuCl촉매가 상기 옥시데이션 반응기(2)로 재투입되기 위해 이송되는 촉매 이송관(7)을 포함하며,CuCl catalyst passing through the oxidation reactor catalyst injection tube (6) comprises a catalyst transfer tube (7) which is conveyed to be re-introduced into the oxidation reactor (2),
상기 옥시데이션 반응기(2), 클로리네이션 반응기 촉매 주입관(3), 클로리네이션 반응기(5), 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6), 및 촉매 이송관(7)은 순차적으로 서로 연결된 순환형 구조인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 옥시데이션 반응기(2)는 상기 클로리네이션 반응기(5)보다 높게 위치하는 것을 특징으로 한다.The oxidation reactor (2), the chlorination reactor catalyst injection pipe (3), the chlorination reactor (5), the oxidation reactor catalyst injection pipe (6), and the catalyst transfer pipe (7) are sequentially connected to each other It is characterized by a mold structure. In addition, the oxidation reactor (2) is characterized in that it is located higher than the chloride reactor (5).
도 1에 나타난 바와 같은 2단 유동층 반응기는 각 반응이 이루어지는 유동층 반응기, 즉 옥시데이션 반응기(2)와 클로리네이션 반응기(5)를 연속적으로 설치한 다음, 입자 수송을 담당하는 상승관인 촉매 이송관(7)을 통해 입자의 이동이 이루 어지게 한다. 반응기의 배치는 입자가 중력에 의해 자연스럽게 수송될 수 있도록 한 개의 반응기를 다른 반응기보다 높은 위치에 설정하였고, 아래쪽에 위치한 반응기에서 배출된 입자를 촉매 이송관(7)으로 전달하는 형태이다. 촉매 이송관(7)에서 고체 수송을 담당하는 기체는 반응에 참여하지 않는 N2와 같은 불활성 물질을 이용하는 것이 효율적이고, 고체수송 외에 두 반응기의 반응가스와 생성가스를 차단하는 역할을 포함한다. 촉매 이송관(7)으로 공급된 기체의 경우 높은 곳에 위치하고 있는 반응기로 바로 유입되므로 두 개의 반응 생성물을 비교하였을 때, 그 분리 및 처리가 용이한 H2O가 발생되는 산화 반응기를 위쪽의 반응기로 설정하는 것이 바람직하다. 특히 이와 같은 반응기의 경우 산화 반응기에서 발생된 반응열을 반응에 의해 생성된 CuCl2입자가 그대로 지니고 염소화 반응기로 진입할 수 있어, 보다 고온에서 진행되는 염소화 반응에서 요구되는 흡열량에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되며, 염소화 반응기에서 빠져 나온 입자들이 촉매 이송관(7)을 지나면서 겪게 될 열손실이 보다 낮은 온도에서 진행되는 산화 반응의 반응 온도까지 감소되는 효과를 볼 수도 있다. In the two-stage fluidized bed reactor as shown in FIG. Through (7) the movement of the particles is achieved. The arrangement of the reactor is such that one reactor is set at a higher position than the other reactor so that particles can be naturally transported by gravity, and the particles discharged from the reactor located below are transferred to the
상기 옥시데이션 반응기(2) 및 클로리네이션 반응기(5)는 파이프 형태의 관형 반응기(tubular reactor)인 것이 바람직하며, 반응기의 단면은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형등 둔각으로 이루어진 임의의 형태일 수 있다. The oxidation reactor (2) and the cloning reactor (5) is preferably a tubular reactor in the form of a pipe, the cross section of the reactor any shape consisting of obtuse angle, such as circular, triangular, square, pentagonal, hexagonal. Can be.
본 발명에 따른 2단 옥시클로리네이션 반응기를 통해 1,2-디클로로에탄을 제조하는 방법은 다음과 같다. Method for preparing 1,2-dichloroethane through a two-stage oxcyclorelation reactor according to the present invention is as follows.
즉, 염화수소 및 산소가 옥시데이션 반응기 주입구(1)를 통해 옥시데이션 반응기(2)로 공급되고, 상기 염화수소 및 산소의 존재하에 CuCl촉매의 옥시데이션 반응이 일어나 CuCl2촉매와 물이 생성된다. That is, hydrogen chloride and oxygen are supplied to the oxidation reactor (2) through the oxidation reactor inlet (1), the oxidation reaction of the CuCl catalyst occurs in the presence of the hydrogen chloride and oxygen to produce a CuCl 2 catalyst and water.
상기 옥시데이션 반응은 반응기 내부의 반응 온도 100 ℃내지 400 ℃ 및 반응 압력 1기압 내지 20기압에서 진행되며, 바람직하게는 반응 온도 200 ℃ 내지 300 ℃ 및 반응 압력 1기압 내지 10기압에서 진행될 수 있다. The oxidation reaction proceeds at a reaction temperature of 100 ° C. to 400 ° C. and a reaction pressure of 1 to 20 atm in the reactor, and preferably at a reaction temperature of 200 to 300 ° C. and a reaction pressure of 1 to 10 atm.
또한, 반응기체들의 체류시간은 1내지 100초의 범위에서 수행이 가능하며, 바람직하게는 1 내지 30초의 범위에서 수행이 가능하다. In addition, the residence time of the reactants can be carried out in the range of 1 to 100 seconds, preferably in the range of 1 to 30 seconds.
한편, 2단계 옥시염소화 반응은 최종적으로 연속공정에서 조업될 때 1,2-디클로로에탄의 최대 생산수율을 기대할 수 있으므로, 본 발명의 반응 시스템의 경우 촉매의 원활한 유동성이 확보되어야 하며, 이러한 유동성은 입자간 점착성이 없어야 한다. 그러나, 알루미나를 지지체를 사용하는 CuCl2 촉매는 에틸렌에 대한 HCl의 몰비에 따라 촉매의 점착성이 증가하여 극단의 경우에 촉매 베드의 붕괴 및 데드 존(dead zone)이 발생하여 원활한 촉매의 순환과 반응이 일어나지 않게 된다. 따라서 반응물인 산소와 염화수소 가스의 몰 비는 0.1 내지 5가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2에서 반응을 수행하는 것이 좋다. 상기 몰비가 0.1 미만인 경우에는 과량의 염화수소에 의해 촉매 응집현상이 발생하여 촉매 이송에 문제가 발생하며, 5이상인 경우는 과량의 공기를 사용해야 하므로 바람직하지 않다. On the other hand, the two-stage oxychlorination reaction can expect the maximum production yield of 1,2-dichloroethane when finally operated in a continuous process, in the case of the reaction system of the present invention should ensure a smooth fluidity of the catalyst, this fluidity There should be no interparticle adhesion. However, CuCl 2 catalyst using alumina support increases the adhesion of the catalyst with the molar ratio of HCl to ethylene, resulting in the collapse of the catalyst bed and the dead zone in extreme cases, resulting in smooth catalyst circulation and reaction. This will not happen. Therefore, the molar ratio of the reactant oxygen and hydrogen chloride gas is preferably from 0.1 to 5, more preferably from 0.2 to 2. When the molar ratio is less than 0.1, the catalyst agglomeration occurs due to excess hydrogen chloride, causing problems in the catalyst transfer, and when it is 5 or more, it is not preferable because an excessive amount of air must be used.
상기 옥시데이션 반응기(2)에서 생성된 CuCl2촉매는 클로리네이션 반응기 촉 매 주입관(3)을 거쳐 클로리네이션 반응기(5)로 이송되고, 클로리네이션 반응기 주입구(4)를 통해 공급되는 에틸렌과의 클로리네이션 반응에 의해 1,2-디클로로에탄과 CuCl촉매가 생성된다. The CuCl 2 catalyst produced in the oxidation reactor (2) is transferred to the chloride reactor (5) via the chloride reactor catalyst inlet tube (3), and is supplied through the clone reactor (4) The 1,2-dichloroethane and CuCl catalyst are produced by the cloning reaction with ethylene.
상기 클로리네이션 반응은 반응기 내부의 반응 온도100 ℃ 내지 500 ℃ 및 반응 압력 1기압 내지 20 기압에서 진행되며, 바람직하게는 반응 온도 200 ℃ 내지 350 ℃ 및 반응 압력 1기압 내지 10 기압에서 진행될 수 있다. The cloning reaction proceeds at a reaction temperature of 100 ° C. to 500 ° C. and a reaction pressure of 1 atm to 20 atm in the reactor, and preferably at a reaction temperature of 200 ° C. to 350 ° C. and a reaction pressure of 1 atm to 10 atm. .
또한, 반응기체들의 체류시간은 0.1 내지 100초의 영역에서 수행이 가능하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 30초의 범위에서 수행이 가능하다. In addition, the residence time of the reactants can be carried out in the range of 0.1 to 100 seconds, more preferably in the range of 1 to 30 seconds.
이와 함께 반응물인 에틸렌은 질소 가스로 희석하여 주입할 수 있으며 질소 없이 에틸렌만을 주입하는 것도 가능하다. In addition, the reactant ethylene can be injected by diluting with nitrogen gas, and it is also possible to inject only ethylene without nitrogen.
상기 생성된 CuCl촉매를 옥시데이션 반응기 촉매 주입관(6) 및 촉매 이송관(7)을 거쳐 상기 클로리네이션 반응기(5)보다 높게 위치한 상기 옥시데이션 반응기(2)로 재투입된다.The resulting CuCl catalyst is reintroduced into the
상기 CuCl촉매는 옥시데이션 반응에 재참여함으로써 순환되는 것을 특징으로 한다. The CuCl catalyst is circulated by rejoining the oxidation reaction.
본 발명에 따라 제조된 1,2-디클로로에탄의 수율은 97% 이상이며, 99.0% 이상의 순도를 얻을 수 있다. The yield of 1,2-dichloroethane prepared according to the present invention is at least 97%, purity of at least 99.0% can be obtained.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 장점을 기대할 수 있다.According to the present invention, the following advantages can be expected.
첫째, 촉매의 옥시데이션이 충분히 이루어진 후에 에틸렌의 클로리네이션이 진행되므로 에틸렌의 전환율이 높아진다. 실제로 99.5% 이상의 전환율을 얻을 수 있다. First, since chlorination of ethylene proceeds after sufficient oxidation of the catalyst, conversion of ethylene is increased. In fact, you can get a conversion rate of 99.5% or more.
둘째, 산소와 에틸렌이 분리되어 각각 다른 단계에서 촉매와 반응하기 때문에 폭발 위험을 고려할 필요가 없다. Second, there is no need to consider the explosion hazard, because oxygen and ethylene separate and react with the catalyst at different stages.
셋째, 옥시데이션 반응시 산소와 염화수소의 혼합기체를 주입시 양론비를 고려하여 주입함으로써 미반응 염화수소를 줄일 수 있다.Third, unreacted hydrogen chloride can be reduced by injecting a mixed gas of oxygen and hydrogen chloride during the oxidation reaction in consideration of the stoichiometric ratio.
넷째, 에틸렌의 반응 조건에서 산소가 존재하지 않기 때문에 연소 반응에 의한 CO 또는 CO2가 발생되지 않는다. 따라서 배출 가스 중 COX를 분리하기 위한 장치를 필요로 하지 않는다. Fourth, since no oxygen is present in the reaction conditions of ethylene, CO or CO 2 due to the combustion reaction is not generated. Therefore, no device for separating CO X in the off-gas is required.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예 에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
[실시예][Example]
실시예Example 1 One
에틸렌의 클로리네이션 반응을 위하여 클로리네이션 반응기(5) 온도를 250 ℃로 올려주면서 에틸렌의 체류시간이 5초가 되도록 조정하여 공급하고 옥시데이션 반응기(2)로부터 주입되는 촉매 입자와 혼합하여 반응을 수행하였다. 촉매로는 알루미나에 10wt%의 Cu가 담지된 촉매를 사용하였다. 클로리네이션 반응기(5) 상부로 생성된 1,2-디클로로에탄과 미분의 촉매 입자를 촉매 입자 분리장치(8)를 통해 분 리하였으며, 상기 과정에서 분리된 상기 반응 생성물 및 미반응물들은 외부로 배출시켜 냉각 및 분리공정을 거쳐 순수한 1,2-디클로로에탄을 수득하였다. 클로리네이션 반응에 의해 CuCl상태로 된 촉매입자는 촉매이송장치(7)를 거쳐 옥시데이션 반응기(2)로 재주입하였다. 이때 클로리네이션 반응기(5)에서 생성된 생성기체가 옥시데이션 반응기(2)로 들어오지 않도록 촉매이송장치(7) 내에 질소를 주입하면서 이송시켰다. 클로리네이션 반응기(5)에서 옥시데이션 반응기(2)로 이송된 촉매는 온도를 250 ℃로 유지하며 유동층에서 옥시데이션 반응을 수행하였다. 옥시데이션 반응은 250 ℃에서 O2:HCl 몰 비를 0.5로 고정하여 혼합된 기체의 체류시간을 15초로 되도록 조정하여 옥시데이션 반응을 수행하였다. 옥시데이션 반응에 의해 CuCl2 상태로 재생된 촉매입자는 촉매 주입관(3) 내에 질소를 주입하면서 클로리네이션 반응기(5)로 재주입시키고 상기의 과정을 반복하였다.For the chlorination reaction of ethylene, the residence time of ethylene was adjusted to 5 seconds while raising the temperature of the chlorination reactor (5) to 250 ° C. The reaction was carried out by mixing with the catalyst particles injected from the oxidation reactor (2). Was performed. As a catalyst, a catalyst in which 10 wt% of Cu was supported on alumina was used. The catalyst particles of 1,2-dichloroethane and fine powder generated in the upper part of the chlorination reactor (5) were separated through the catalyst particle separator (8), and the reaction products and unreacted substances separated in the process were transferred to the outside. The product was discharged to obtain pure 1,2-dichloroethane through cooling and separation. The catalyst particles in the CuCl state by the chlorination reaction were reinjected into the
실시예Example 2 2
상기 실시예 1에서 옥시데이션 반응 중 O2:HCl 몰 비를 0.25가 되도록 조정한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 조건으로 실시하였다. Except for adjusting the O 2 : HCl molar ratio of 0.25 in the oxidation reaction in Example 1 was carried out under the same conditions as in Example 1.
비교예Comparative example 1 One
에틸렌의 옥시클로리네이션 반응을 기존에 알려져 있는 방법에 따라 단일 유동층 반응기에서 수행하였다. 즉, 단일 유동층 반응기에서 고체 촉매를 사용하여 산소와 염화수소의 존재 하에서 에틸렌을 1,2-디클로로에탄으로 전환하는 반응을 수행하였다. 길이 1m, 내경 1 인치의 수직의 관형 INCOLLOY 반응기에 촉매 180g을 넣고 유동층에서 촉매 반응을 수행하였다. 촉매로는 알루미나에 10wt%의 Cu가 담지된 상기 실시예 1과 동일한 촉매를 사용하였다. 옥시클로리네이션 반응은 250 ℃에서 C2H4:HCl:O2 몰 비가 1:2:0.5로 되도록 고정하고 혼합된 기체의 체류시간이 20초가 되도록 고정하여 반응을 수행하였다. The oxcyclolination reaction of ethylene was carried out in a single fluid bed reactor according to known methods. In other words, a solid catalyst was used to convert ethylene into 1,2-dichloroethane in the presence of oxygen and hydrogen chloride in a single fluidized bed reactor. 180 g of the catalyst was put in a vertical tubular INCOLLOY reactor having a length of 1 m and an inner diameter of 1 inch, and the catalytic reaction was performed in a fluidized bed. As the catalyst, the same catalyst as in Example 1 in which 10 wt% of Cu was supported on alumina was used. The oxcyclorelation reaction was carried out by fixing the C 2 H 4 : HCl: O 2 molar ratio of 1: 2: 0.5 at 250 ° C. and fixing the residence time of the mixed gas to 20 seconds.
상기 실시예 1~2 및 비교예1의 결과를 표 1에 나타내었다. Table 1 shows the results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
[표 1]TABLE 1
클로리네이션 반응기내 기체 체류시간(초)
옥시데이션 반응기 온도 (oC)
옥시데이션 반응기내 기체 체류시간(초)
O2/HCl 몰 비Chloride reactor temperature ( o C)
Gas residence time (seconds) in the chloride reactor
Oxidation Reactor Temperature ( o C)
Gas residence time in oxidation reactor (seconds)
O 2 / HCl molar ratio
5
250
15
0.5250
5
250
15
0.5
5
250
15
0.25250
5
250
15
0.25
20
0.25250
20
0.25
COx [%]
1,2-디클로로에탄 순도 [%]
수율 [%]Ethylene conversion [%]
COx [%]
1,2-dichloroethane purity [%]
Yield [%]
0
99.2
99.099.8
0
99.2
99.0
0
99.3
98.899.5
0
99.3
98.8
2.2
98.9
96.399.4
2.2
98.9
96.3
상기 표 1을 통하여, 본 발명에 따른 2단 유동층 반응기를 통해 제조한 실시예 1 및 2는 종래의 단일 유동층 반응기를 통해 제조한 비교예 1과 비교하여 에틸렌의 전환율, 1,2-디클로로에탄의 순도 및 수율이 보다 높음을 확인할 수 있었다.Through Table 1, Examples 1 and 2 prepared through a two-stage fluidized bed reactor according to the present invention is a conversion rate of ethylene, 1,2-dichloroethane compared to Comparative Example 1 prepared through a conventional single fluidized bed reactor It was confirmed that the purity and yield are higher.
이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Although described in detail above with reference to the specific embodiments of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. It is also natural.
도 1은 본 발명에 따른 1,2-디클로로에탄의 제조 장치의 대략적인 구성도이다. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for producing 1,2-dichloroethane according to the present invention.
* 주요 부호 설명 ** Major Code Explanation *
1: 옥시데이션 반응기 주입구1: Oxidation reactor inlet
2: 옥시데이션 반응기2: oxidation reactor
3: 클로리네이션 반응기 촉매 주입관3: Chloride reactor catalyst injection tube
4: 클로리네이션 반응기 주입구4: Cloning reactor inlet
5: 클로리네이션 반응기5: cloning reactor
6: 옥시데이션 반응기 촉매 주입관6: oxidation reactor catalyst injection tube
7: 촉매 이송관7: catalyst transfer pipe
8: 촉매입자 분리장치8: catalyst particle separation device
9: 호퍼9: hopper
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Citations (2)
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JP2007137806A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Tokuyama Corp | Method for producing 1,2-dichloroethane |
KR20080054037A (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-17 | 주식회사 엘지화학 | Novel method for the production of vinyl chloride monomer |
-
2007
- 2007-10-05 KR KR1020070100137A patent/KR101049588B1/en active IP Right Grant
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