KR101126005B1 - 열-전달 플레이트 모듈을 갖는 반응기에서 불균질 촉매에의해 ｃ3 및(또는) ｃ4 전구체 화합물을 부분 산화시켜(메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는방법 - Google Patents

열-전달 플레이트 모듈을 갖는 반응기에서 불균질 촉매에의해 ｃ3 및(또는) ｃ4 전구체 화합물을 부분 산화시켜(메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은,
- 서로 평행하게 배열된 2개 이상의 직사각형 써모플레이트 (2)로부터 각각 형성되며, 각 경우에서 불균질 미립자 촉매로 충전될 수 있으며 유체 반응 혼합물이 그를 통해 유동하는 갭 (3)을 두고 있고, 반응열이 써모플레이트 (2)를 통해 유동하는 열 매체(heat carrier)에 의해 흡수됨으로써 적어도 부분적으로 증발되는 것인, 1개 이상의 입방형 써모플레이트 모듈 (1),
- 써모플레이트 모듈 (1)에서 압력을 방출시키고, 상기 모듈을 완전히 둘러싸며, 실린더 자켓 (4)와, 이 자켓을 양쪽 단부에서 밀봉하고 세로 축이 써모플레이트 (2)의 평면에 평행하게 배열된 후드 (15, 16)을 포함하는, 주로 실린더형인 쉘 (4, 15, 16), 및
- 유체 반응 혼합물이, 후드 (15, 16)에 의해 한정된 반응기 내부 공간을 통해 유동하는 것과는 별도로, 갭 (3)만을 통해 유동하는 방식으로 배열된 1개 이상의 밀봉 소자 (7, 23)
을 갖는 반응기에서 불균질 미립자 촉매의 존재하에 기체상 중에서 C3 및(또는) C4 전구체 화합물을 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산으로 부분 산화시키는 방법을 제공한다.
써모플레이트, 입방형 써모플레이트 모듈, 불균질 미립자 촉매, 실린더 자켓.

Description

열-전달 플레이트 모듈을 갖는 반응기에서 불균질 촉매에 의해 Ｃ3 및(또는) Ｃ4 전구체 화합물을 부분 산화시켜 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는 방법 {METHOD FOR THE PRODUCTION OF (METH)ACROLEIN AND/OR (METH)ACRYLIC ACID BY HETEROGENEOUSLY-CATALYSED PARTIAL OXIDATION OF C3 AND/OR C4 PRECURSOR COMPOUNDS IN A REACTOR WITH HEAT-TRANSFER PLATE MODULES}
본 발명은 써모플레이트 모듈을 갖는 반응기에서 1개, 2개 또는 3개의 반응 단계들로 불균질 미립자 촉매의 존재하에 기체상 중에서 C3 및(또는) C4 전구체 화합물을 부분 산화시켜 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 약어 표현 (메트)아크롤레인은 아크롤레인 및(또는) 메트아크롤레인을 나타낸다. 유사한 방식으로, 약어 표현 (메트)아크릴산은 아크릴산 및(또는) 메트아크릴산에 대해 사용된다.
잘 알려진 바와 같이, 기체상 중에서 C3 및(또는) C4 전구체 화합물, 예를 들어 프로필렌, 프로판, 이소부텐, 이소부탄, 이소부탄올, i-부탄올, 아크롤레인 또는 메트아크롤레인의 메틸 에테르 (즉, 특히 3개 또는 4개의 탄소 원자를 함유하는 탄화수소의 메틸 에테르)의 부분 산화는 불균질 미립자 촉매의 존재하에 수행된다. 이러한 반응은 강한 발열성 반응이고, 지금까지는 산업 규모로 주로 촉매 튜 브를 갖는 관 다발 반응기에서 수행되어 왔는데, 상기 튜브내에는 불균질 미립자 촉매를 도입하고, 유체 반응 혼합물이 그를 통해 유동하며, 방출되는 반응열은 촉매 튜브들 사이의 중간 공간을 순환하는 열 매체(heat carrier)를 통해 직접 제거된다. 사용되는 열 매체는 흔히 염 용융물이다.
이러한 공정들은 예를 들어 DE-A 1962431, DE-A 2943707 또는 DE-A 19952964에 기재되어 있다.
반응은 알칸으로부터 출발해서 하나의 반응 단계에서 산으로 전환되거나, 또는 제1 단계에서 알데히드로 전환되고 제2 단계에서 산으로 전환되는 방식으로 수행될 수 있다. 다른 방법은 3 단계로 이루어진 제1 단계에서 알칸을 올레핀으로 전환시키고, 제2 단계에서 올레핀을 알데히드로 전환시키고, 제3 단계에서 알데히드를 산으로 전환시키는 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 산화는 올레핀으로부터 출발해서 먼저 알데히드로 전환된 다음 산으로 전환되는 두 단계로 수행되거나 또는 올레핀으로부터 산으로 전환되는 한 단계로 수행될 수 있다. 산은 특정 알데히드로부터 출발해서 한 단계로 제조될 수도 있다. 이 경우, 알데히드는 (메트)아크롤레인이고, 산은 (메트)아크릴산이다.
대안으로, 플레이트형 열 전달기를 통과하는 열 매체를 통해 반응열을 제거할 수도 있다. 열 교환 플레이트, 열 전달기 플레이트 및 써모플레이트라는 용어들은 플레이트형 열 교환기에 있어서 사실상 동의어로 사용된다.
열 전달기 플레이트는 주로, 유입구 및 배출구 라인이 제공되며 표면적에 비해 얇은 두께를 갖는 내부를 갖는 시이트형 구조로서 정의된다. 이러한 플레이트 는 일반적으로 금속 시이트, 흔히 강철 시이트로부터 제조된다. 그러나, 적용 케이스, 특히 반응 매질 및 열 매체의 특성에 따라, 특히 내부식성 또는 코팅된 물질이 사용될 수 있다. 열 매체에 대한 유입구 및 배출구 장치는 일반적으로 열 교환 플레이트의 반대쪽 단부에 배열된다. 사용되는 열 매체는 흔히 물 또는 디필(Diphyl; 등록상표)(디페닐 에테르 70 내지 75 중량％와 디페닐 25 내지 30 중량％의 혼합물)인데, 때로는 비등 과정 동안 증발되기도 하며, 낮은 증기 압력을 갖는 다른 유기 열 매체 및 또한 이온성 액체를 사용할 수도 있다.
열 매체로서 이온성 액체의 용도는 본 출원의 우선일에 공개되지 않은 독일 특허 출원 제103 16 418.9호에 기재되어 있다. 술페이트, 포스페이트, 보레이트 또는 실리케이트 음이온을 함유하는 이온성 액체가 바람직하다. 또한, 1가 금속 양이온, 특히 알칼리 금속 양이온, 및 추가의 양이온, 특히 이미다졸륨 양이온을 함유하는 이온성 액체가 특히 적합하다. 또한, 양이온으로서 이미다졸륨, 피리디늄 또는 포스포늄 양이온을 함유하는 이온성 액체가 유리하다.
써모플레이트라는 용어는 특히, 1개, 일반적으로 2개의 금속 플레이트가 점 및(또는) 롤 용접에 의해 함께 연결되어 있으며, 흔히 수압을 유연하게 사용하여 성형함으로써 포켓을 형성시킨 열 전달기 플레이트에 대해 사용된다.
본원의 경우, 써모플레이트라는 용어는 상기 정의된 의미로 사용된다.
써모플레이트를 사용하여 부분 산화를 수행하기 위한 반응기는 예를 들어 DE-A 199 52 964에 공지되어 있다. 이러한 배열은 반응기에서 열 전달기 플레이트 주변의 베드에서 부분 산화를 수행하는 촉매에 대하여 기재되어 있다. 반응 혼합 물은 한쪽 반응기 단부에서 열 전달기 플레이트 사이의 반응기 내부로 공급되며, 반대쪽 단부에서 제거되며, 따라서 열 전달기 플레이트들 사이의 내부를 통해 유동한다. 결과적으로, 반응 혼합물이 일정하게 횡단 혼합되고, 그 결과로 반응 혼합물이 높은 균일성을 가지며, 소정의 전환율에서 관 다발 반응기에서 반응을 수행하는 것에 비해 실질적으로 더 우수한 선택도가 달성된다.
DE-C 197 54 185는 열 전달기 플레이트를 통해 유동하는 냉각 매질을 통해 열을 간접적으로 제거하는 다른 반응기를 기재하는데, 상기 열 전달기 플레이트는 소정의 지점에서 함께 연결되어 흐름 채널을 형성하는 2개 이상의 강철 플레이트로 구성된 열 플레이트로서 설계되었다.
유리하게 개발된 플레이트가 DE-A 198 48 208에 기재되어 있는데, 이 문헌에 따르면 냉각 매질이 그를 통해 유동하는 열 플레이트로서 배치된 열 전달기 플레이트들을, 예를 들어 직사각형 또는 사각형 절단면을 갖는 플레이트 어셈블리 및 케이싱을 갖는 플레이트 어셈블리로 조립한다. 케이스에 넣은 플레이트 어셈블리는 원주 측면 상부를 변형시킬 필요가 없으며, 따라서 실린더형 반응기 용기의 내부 벽에 대해 소정의 공간을 두고 이격시킨 채로 사용한다. 플레이트 열 전달기 또는 그의 케이싱과 용기 내부 벽 사이의 자유 표면은, 반응 매질이 촉매로 충전된 챔버를 우회하지 않도록 하기 위해, 케이싱의 상부 및 하부 구역이 가이드 플레이트로 덮어져 있다.
플레이트 열 전달기 형태인 반응열 제거 장치를 갖는 다른 반응기가 WO-A 01/85331에 기재되어 있다. 주로 실린더형인 형태의 반응기는 플레이트 열 전달기 가 매입된 연속 촉매 베드를 함유한다.
(메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산은 적합한 불균질 미립자 촉매의 존재하에 C3 및(또는) C4 전구체 화합물의 부분 산화에 의해 산업 규모로 제조된다. 촉매 베드를 통한 공정 기체의 흐름을 초래하기 위해, 기체 유입구와 배출구 사이에서 압력 감소가 필요하다. 이러한 압력 감소는, 예를 들어 유입구에서의 압력 상승 또는 배출구에서의 압력 감소, 또는 이들 두 수단의 조합에 의해 행해진다. 생성물을 경제적으로 제조하게끔 하는 산업적으로 사용되는 촉매의 경우, 촉매 베드에 대한 전형적인 압력 감소는 0.2 내지 0.6 bar이며, 환경에 대해 상대적인 압력 차이는 사실상 가능하게는 1 bar일 수 있으며, 어떤 경우는 그보다 클 수 있다.
관형 반응기에서, 환경에 상대적인 이러한 압력 차이는 압력이 가해진 벽의 실린더형 배치에 의해 생성된다. 써모플레이트를 갖는 반응기에 대한 오랜 연구 결과, 특히 반응 혼합물과 외부 환경 사이의 압력 차이가 너무 높으면 써모플레이트의 한 측면에 높은 응력이 가해진 결과로서 변형 문제가 발생하며, 또한 높은 열 응력 하에 변형된 결과로서 기계적 안정성 문제가 발생한다. 이러한 문제는 반응 혼합물이 증가된 압력 하에 있는 경우에 일어날 수 있지만, 반응이 감소된 압력에서 조작되는 경우에도 일어날 수 있다.
본 발명의 목적은 써모플레이트를 통해 유동하는 열 매체를 통해 반응열을 제거하며, 불균질 미립자 촉매의 존재하에 C3/C4 전구체 화합물의 부분 산화에 의해 경제적이고 편리한 방식으로 산업적인 규모로 (메트)아크롤레인 및(또는) (메 트)아크릴산을 제조하도록 작동될 수 있어서, 상기 설명한 문제들을 갖지않는 반응기를 제공하는 것이다. 본 발명은, 특히 반응을 수행하여 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는 경우, 써모플레이트 모듈, 특히 촉매를 수용하도록 고안된 갭의 기하학적 안정성을 보장한다.
본 발명자들은 이러한 목적이,
- 서로 평행하게 배열된 2개 이상의 직사각형 써모플레이트로부터 각각 형성되며, 각 경우에서 불균질 미립자 촉매로 충전될 수 있으며 유체 반응 혼합물이 그를 통해 유동하는 갭을 두고 있고, 반응열이 써모플레이트를 통해 유동하는 열 매체에 의해 흡수됨으로써 적어도 부분적으로 증발되는 것인, 1개 이상의 입방형 써모플레이트 모듈,
- 써모플레이트 모듈에서 압력을 방출시키고, 상기 모듈을 완전히 둘러싸며, 실린더 자켓과, 이 자켓을 양쪽 단부에서 밀봉하고 세로 축이 써모플레이트의 평면에 평행하게 배열된 후드를 포함하는, 주로 실린더형인 쉘, 및
- 유체 반응 혼합물이, 후드에 의해 한정된 반응기 내부 공간을 통해 유동하는 것과는 별도로, 갭만을 통해 유동하는 방식으로 배열된 1개 이상의 밀봉 소자
를 갖는 반응기에서 불균질 미립자 촉매의 존재하에 기체상 중에서 C3 및(또는) C4 전구체 화합물을 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산으로 부분 산화시키는 방법에 의해 달성됨을 밝혀냈다.
따라서, 본 발명에 있어서, C3 및(또는) C4 전구체 화합물의 (메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산으로의 부분 산화는, 열 매체가 그를 통해 유동하여 반 응열을 흡수하며 이에 따라 반응열이 적어도 부분적으로 증발되는 장소인 써모플레이트로부터 형성되는 써모플레이트 모듈을 포함하는 반응기에서 수행된다. 써모플레이트 모듈은 입방형 형태를 갖도록 배치되며, 이 모듈을 완전히 둘러싸는 주로 실린더형인 쉘에서 압력을 방출하도록 설치된다.
써모플레이트 모듈은 각 경우에서, 서로 평행하게 배열되어 있으며 각 경우에서 갭이 존재하는 2개 이상의 직사각형 써모플레이트로부터 형성된다.
써모플레이트는 부식-방지 재료, 바람직하게는 스테인리스강 (예를 들어, 재료 번호가 1.4541 또는 1.4404, 1.4571 또는 1.4406, 1.4539 또는 1.4547임), 또는 다른 합금강으로부터 제작된다.
이러한 목적을 위해 사용되는 금속 시이트의 재료 두께는 1 내지 4 mm, 1.5 내지 3 mm, 또는 2 내지 2.5 mm 사이에서 또는 2.5 mm로서 선택될 수 있다.
일반적으로, 2개의 직사각형 금속 시이트가 세로 및 단부 측면에서 연결되어 써모플레이트를 제공할 수 있으며, 이 경우에는 롤 이음새 또는 측부 용접 조인트 또는 이들 둘 다의 조합에 의해 열 매체가 추후에 배치되는 공간이 모든 측면 상에서 밀봉되도록 할 수 있다. 써모플레이트의 연부는 유리하게는 세로 연부의 측부 롤 이음새에서 또는 이 이음새 내에서까지도 제거되어, 일반적으로 촉매가 설치된 연부 구역은 조금이라도 불충분하게 냉각되는 경우 매우 낮은 기하학적 팽창을 나타낸다.
금속 시이트는 직사각형 표면 상에 분포된 점 용접에 의해 함께 연결된다. 직선형 또는 곡선형 및 원형 롤 이음새에 의해 적어도 부분적으로 접속되는 것이 또한 가능하다. 또한, 열 매체가 그를 통해 유동하는 용적은 추가의 롤 이음새에 의해 복수개의 별도의 구역들로 나누어질 수도 있다.
써모플레이트 상에 용접 점들을 배열하는 한가지 가능한 방법은 30 내지 80 mm, 또는 35 내지 70 mm의 동등한 거리의 점들로 분리하여 여러 열(row)로 배열하는 방법이지만, 40 내지 60 mm로 분리할 수도 있고, 추가의 실시양태에서는 45 내지 50 mm로 분리할 수도 있으며, 또한 46 내지 48 mm로 분리할 수도 있다. 전형적으로는, 제작 결과, 점 분리는 최대 ± 1 mm 까지 달라지며, 플레이트의 세로 방향에서 봤을 때, 밀착하여 인접한 열들의 용접 점들은 각각 용접 점 분리의 절반만큼 오프셋(offset) 배열된다. 플레이트의 세로 방향에서 점 용접의 열은 5 내지 50 mm, 또는 8 내지 25 mm의 동등한 거리로 분리될 수 있지만, 10 내지 20 mm, 및 12 내지 14 mm의 분리를 이용할 수도 있다. 게다가, 적용 케이스에 맞추어 변경되는 언급된 용접 점 분리 및 열 분리의 쌍들이 또한 가능하다. 열 분리는 점 분리, 전형적으로는 1/4의 점 분리 또는 약간 더 작은 점 분리에 대해 정의된 기하학적 관계에 있을 수 있어서, 제조 과정 동안 써모플레이트가 정해진 만큼 균일하게 팽창한다. 미리 정해진 용접 점 및 열 분리의 경우, 플레이트 표면적 m2 당 상응하는 수의 용접 점이 지정된다.
써모플레이트의 폭은 실질적으로 제작 기술을 고려하여 한정되며, 100 내지 2,500 mm, 또는 500 내지 1,500 mm일 수 있다. 써모플레이트의 길이는 반응, 특히 반응 온도 프로필에 따라 달라지며, 500 내지 7,000 mm, 또는 3,000 내지 4,000 mm 일 수 있다.
각 경우에서, 2개 이상의 써모플레이트가 평행으로 배열되며, 서로 분리되어 써모플레이트 모듈을 형성한다. 이로써, 가장 좁은 플레이트 분리 점들에서 예를 들어 8 내지 150 mm, 또는 10 내지 100 mm의 폭을 갖는 밀착하여 인접한 플레이트들 사이에서 샤프트형(shaftlike) 갭이 형성된다. 또한, 한가지 가능한 실시양태는 폭이 12 내지 50 mm, 또는 14 내지 25 mm이지만, 16 내지 20 mm를 선택할 수도 있다. 또한, 17 mm의 갭 분리를 시험할 수도 있다.
예를 들어, 큰 표면적 플레이트의 경우 써모플레이트 모듈의 각 써모플레이트들 사이에서, 플레이트 분리 또는 위치를 변경할 수 있는 변형을 방지하기 위해 스페이서를 추가로 설치할 수 있다. 이 스페이서를 설치하기 위해, 금속 플레이트의 섹션을 열 매체의 흐름 구역으로부터, 예를 들어 원형 롤 이음새에 의해 제거함으로써, 예를 들어 홀을 플레이트에 도입하여 스페이서의 스크류를 고정할 수 있다.
갭은 동일하게 분리될 수 있지만, 필요하다면, 반응에서 허용되거나 목적하는 반응에서 필요하거나 또는 장치 또는 냉각 기술 이점이 달성될 수 있는 경우 상이한 폭을 가질 수도 있다.
촉매 입자로 충전된 써모플레이트 모듈의 갭들은 서로 밀봉시킬 수 있는데, 예를 들어 용접에 의해 밀봉시키거나 또는 공정 측면에서 함께 연결할 수 있다.
각각의 써모플레이트들을 함께 연결하여 모듈을 형성시키는 경우에 원하는 갭 분리를 조정하기 위해, 플레이트들을 이들의 위치에서 분리시켜 고정한다.
밀착하여 인접한 써모플레이트의 용접 점들은 서로 반대쪽에 있거나 또는 서로에서부터 오프셋일 수 있다.
일반적으로, 제작상의 이유로 인해, 각 경우에서 동일한 치수를 갖는 2개 이상의 입방형 써모플레이트 모듈을 갖는 배열을 배치하는 것이 바람직하다. 10개 또는 14개의 써모플레이트 모듈을 배열하는 경우, 전체 장치의 소형화를 위해 상이한 연부 길이 또는 상이한 연부 길이 비율을 갖는 2개의 모듈 유형을 선택하는 것이 유리할 수 있다.
각 경우에서 동일한 치수를 갖는 4개, 7개, 10개 또는 14개의 써모플레이트 모듈을 배열하는 것이 바람직하다. 흐름 방향에서 보이는 모듈의 돌출 표면은 1.1 또는 1.2의 측면 비율을 갖는 사각형이거나 직사각형일 수 있다. 직사각형 모듈 돌출부를 갖는 7개, 10개 또는 14개의 모듈을 조합하면 외부 실린더형 쉘의 직경이 최소화되므로 유리하다. 상기 상술한 바와 같이 4개, 7개 또는 14개의 다수의 써모플레이트 모듈을 선택하는 경우, 특히 유리한 기하학적 배열이 달성될 수 있다.
유리하게는, 이러한 접속에서, 예를 들어 써모플레이트의 누출, 변형의 경우 또는 촉매에 영향을 주는 문제의 경우, 써모플레이트 모듈을 개별적으로 교환하는 것이 가능해야 한다.
유리하게는, 써모플레이트 모듈은 각각 압력에 안정한 직사각형 안정화 프레임내에 배열된다.
각 써모플레이트 모듈은 유리하게는 적합한 가이드, 예를 들어 측면 관통 벽을 갖는 직사각형 안정화 프레임에 의해 또는 예를 들어 앵글(angle) 구조에 의해 위치를 유지한다.
한 실시양태에서, 인접한 써모플레이트 모듈의 직사각형 안정화 프레임들은 서로에 대해 밀봉된다. 이는 각 써모플레이트 모듈들 사이에서 반응 혼합물의 우회적 흐름을 방지한다.
입방형 써모플레이트 모듈을 주로 실린더형인 압력-부여된 쉘에 설치하면, 쉘의 실린더형 자켓 벽 방향으로 연부에 존재하는 비교적 큰 자유 중간 공간이 형성되며, 여기서 물질 생성물의 축적, 부반응 또는 분해가 일어날 수 있다. 예를 들어, 어셈블리 조작이 필요한 경우에는 생성물의 세정 또는 오염 제거가 가능할 뿐이며, 큰 어려움이 따른다. 따라서, 이러한 중간 공간을 반응 챔버로부터, 즉 각 경우에서 밀착하여 인접한 써모플레이트들 사이의 갭으로부터 분리하는 것이 유리하다.
이를 위해, 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간은 써모플레이트 모듈의 하단부에서 보유 기재로 밀봉된다. 반응 혼합물의 우회적 흐름을 방지하기 위해, 베어링(bearing) 또는 보유 기재는 중간 공간을 기체로 빈틈없이 밀봉해야 한다.
유리하게는, 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간은 써모플레이트 모듈의 상단부에서 금속 시이트 덮개에 의해 밀봉될 수도 있다. 그러나, 기체로 빈틈없이 밀봉하는 것은 이러한 목적에는 필요하지 않으며, 한 실시양태에서 오리피스를 갖는 금속 시이트 덮개를 배치하는 것이 가능하다.
써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간의 상단부에 있는 금속 시이트 덮개는 유리하게는 밸브 트레이로 유사하게 배치될 수도 있다.
압력을 가하는데 사용되는 기체의 배출은, 천공된 플레이트로서 배치된 오버플로우 장치, 밸브 또는 힘이 가해진 (예를 들어, 스프링 또는 기체 압력에 의함) 자가 조절 장치에 의해 수행될 수도 있으며, 또한 블로우백 세이프가드(blowback safeguard)가 병용되기도 한다. 이러한 오버플로우 장치들은 실린더형 외부 쉘의 바깥쪽에 배치될 수도 있다.
상부 금속 시이트 덮개는 써모플레이트 모듈이 설치되는 직사각형 안정화 프레임을 추가로 안정화하는 지지대에 의존할 수 있다.
써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간은 유리하게는, 그곳의 자유 기체 부피를 감소시키고, 예를 들어 조절되지 않은 열 방출을 초래할 수 있는 기체 전달을 방지하기 위해, 불활성 물질로 충전될 수 있다.
실린더형 쉘에서, 중력하에서 폐색(blockage) 없는 충전 및 공동화(emptying)가 가능한 방식으로 적합한 크기로 배치되고 적합한 앵글로 마운팅되는 불활성 베드 물질의 유입구 및 배출구에 노즐을 제공하는 것이 유리하다. 노즐의 가능한 실시양태는 80, 100, 150 또는 200 mm의 공칭(nominal) 폭을 갖는다.
사용된 불활성 물질 베드는 원칙적으로는 화학적으로 불활성이며 기계적 및 열적으로 충분히 안정한 임의의 물질, 예를 들어 팽창된 진주암(pearlite) 및(또는) 팽창된 질석(vermiculite)일 수 있다.
불활성 물질로 충전될 수 있는 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간은 기체 압력으로 채우는 것이 가능하다.
압력 적용은 실질적으로 일정할 수 있으며, 유리하게는 질소를 압력-조절에 의해 주입 및 배출하여 실시할 수 있다. 선택된 조절 신호는 예를 들어, 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간의 압력과, 써모플레이트 모듈의 갭에서 촉매 베드의 하단부 또는 그의 상단부의 압력 사이의 압력 차이일 수 있다. 유리하게는, 차별적인 압력 신호는 오프셋 값에 의해 보정될 수 있으며, 촉매 베드의 높이에 대한 압력의 평균 값, 특히 산술 평균 값은 바람직하게는 조절 신호로서 선택될 수 있다.
압력을 가하기 위해, 적절한 노즐 및(또는) 바람직하게는 아래쪽으로 향한 작은 드릴구멍을 갖는 내부 링 라인이 주로 실린더형인 쉘에 제공될 수 있다.
또는, 불활성 또는 공정 고유의 기체, 특히 질소 또는 순환 기체가 중간 공간을 통해 연속하여 유동하도록 압력을 가할 수도 있다.
압력을 가하기 위해 사용되는 기체는 유리하게는, 일반적으로 반응기의 주로 실린더형인 쉘 내에서 써모플레이트 모듈로부터의 배출구에서 유체 반응 혼합물과 합해진다. 압력을 채우기 위해 사용되는 기체의 배출 지점은 유리하게는 유체 반응 혼합물의 흐름 사멸(dead) 대역에 위치하여 이를 퍼징한다.
압력을 가하는데 사용되는 기체의 유속은 일반적으로 유체 반응 기체 혼합물의 유속보다 상당히 더 적으며, 유리하게는 공정 기술 조건에서 반응에 대해 유해하지 않은 방식으로 선택된다.
써모플레이트 모듈은 유리하게는, 상기에서 이미 설명한 바와 같이, 예를 들어 써모플레이트의 누출, 변형의 문제 또는 촉매에 대한 문제를 목적하는 방식으로 해결할 수 있도록, 각각 개별적으로 교환할 수 있어야 한다. 이러한 목적을 위해, 직사각형 안정화 프레임의 벽에 대해 어떤 작용을 하는 써모플레이트 모듈을 배치하는 것이 유리하다.
이러한 유리한 실시양태의 써모플레이트 모듈은 밀봉되지 않은 직사각형 안정화 프레임내에 존재하기 때문에, 반응 매질의 우회적 흐름이 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위해, 써모플레이트 모듈과 직사각형 안정화 프레임 (밀봉부가 밀봉되지 않음) 사이의 부위는 적합한 방식으로, 예를 들어 써모플레이트 모듈의 외부에 마운팅되고 그곳에 삽입되는 경우 직사각형 안정화 프레임의 벽 위에 압착되는 금속 시이트 스트립으로 밀봉된다. 또는, 기체로 빈틈이 없어진 금속 시이트 덮개 및 접속부는 예를 들어 용접 립(lip) 밀봉 형태일 수 있다.
써모플레이트 모듈이 직사각형 안정화 프레임내에 삽입되면, 이 모듈은 써모플레이트 모듈의 하단부에서 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간을 밀봉하는 보유 기재에 대해 밀봉될 수 있다. 원칙적으로, 이러한 목적을 위해 임의의 공지된 밀봉 수단을 사용할 수 있다. 예를 들어, 이들 수단은 추가로 스크류로 고정되는 통상의 밀봉 수단일 수 있다.
또한, 용접 립, 예를 들어 변형물에 의해 밀봉을 행할 수도 있는데, 용접 립은 보유 기재에 고정되며, 제2 용접 립은 써모플레이트 모듈의 외부 연부 또는 직사각형 안정화 프레임의 외부 연부에 고정된다. 이들 두 용접 립은 이들이 함께 기하학적으로 들어맞아 함께 용접될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다. 써모플레이트 모듈을 교환하기 위해, 용접 이음새가 분리되고, 필요하다면 재생된다.
써모플레이트 모듈은 어떤 장치에 의해 직사각형 안정화 프레임을 갖는 상기 대상으로부터 신장될 수 있다. 상기 대상으로부터의 충분한 신장 압력은 밀봉부에서 적합한 표면 압력 및 써모플레이트 모듈의 유리한 고정을 보장한다.
갭을 지나는 허용될 수 없는 우회적 흐름이 방지된다면, 직사각형 안정화 프레임을 반드시 서로 밀봉할 필요는 없다. 또한, 직사각형 안정화 프레임들을 작은 드릴구멍으로 함께 접속시키는 것이 가능하며, 상기 드릴구멍을 통해 불활성 기체가 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간을 통해 유동할 수 있어서, 써모플레이트 모듈과 직사각형 안정화 프레임 사이의 공간에서의 반응이 방지된다.
써모플레이트 모듈은 외부 상에 유도 및 지향 소자를 추가로 가질 수 있다. 예를 들어, 이들 소자의 코너에 임의의 형태의 코너 브래킷 및 이들 소자의 측면에 원뿔형 금속 시이트 스트립을 제공할 수 있다. 또한, 호이스트(hoist) 또는 예를 들어 크레인(crane)에 의해 간단히 삽입할 수 있도록, 모듈 상에 부착 장치 또는 부착 보조물, 예를 들어 아이(eye), 루프 또는 실모양 무늬로 장식된(threaded) 드릴구멍을 마운팅하는 것이 유리하다. 크레인에 의해 써모플레이트 모듈을 삽입하기 위해, 상기 모듈을, 처음에 비어있는 갭을 통해 플레이트의 하부 연부로 수직으로 도달하며 거기서 하중을 떠받치는 횡단(transverse) 지지부에 접속되는 타이 바(tie bar) 상에 유지될 수 있다.
특정 실시양태에서, 써모플레이트 모듈의 최외부 써모플레이트는 그의 외부에서, 써모플레이트를 제조하는데 사용되는 다른 금속 시이트보다 더 두껍고, 따라 서 더 안정한 금속 시이트로부터 형성된다.
열팽창을 보정하기 위해, 환상 보정기(compensator)가 특히 유리하게는 써모플레이트 모듈의 하단부에서 써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간을 밀봉하는 보유 기재내 또는 이 기재 상에 제공된다. 금속 시이트 기재의 표면에 대해 직각 방향에서 봤을 때 대략 z-형 프로필을 갖는 환상 보정물이 특히 적합하다. 그러나, 기타 통상의 웨이브형 보정기도 마찬가지로 적합하다.
써모플레이트 모듈과 주로 실린더형인 쉘 사이의 중간 공간의 상단부에서 금속 시이트 덮개 내부 또는 상기 덮개 상에서 축 및(또는) 방사형 팽창에 대한 보정기를 제공하는 것이 또한 바람직하다.
각 써모플레이트 모듈에는 1개 이상의 분배 장치에 의해 열 매체가 제공된다. 각 써모플레이트에서 내부를 통해 유동한 다음, 열 매체는 1개 이상의 수집 장치를 통해 써모플레이트 모듈의 다른 단부에서 제거된다. 본 발명에 따라, 방출됨으로써 부분적으로 증발되는 반응열을 흡수하는 열 매체가 사용되기 때문에, 유속을 조정하기 위해 각 경우에서 써모플레이트 모듈마다 1개의 분배 장치와 2개의 수집 장치를 제공하는 것이 특히 유리하다.
분배 및 수집 장치는 바람직하게는 이들 장치가 각각 둘러싸는 주로 실린더형인 쉘에 대해 써모플레이트 모듈의 열팽창의 수용을 보정하는 방식으로 배치된다. 여기서, 예를 들어 곡선형 파이프라인을 설계하여 보정하는 것이 가능하다.
둘러싸는 주로 실린더형인 쉘에 대한 써모플레이트 모듈의 열팽창을 수용하기 위해, 써모플레이트를 통해 유동하는 열 매체에 대한 분배 및 수집 장치의 튜빙 (tubing)의 적합한 곡선형 Z- 또는 오메가-형 기하학적 배치를 보장하는 것이 가능하다. 추가의 실시양태에서, 이러한 보정은 축 또는 측부 보정기에 의해 수행될 수 있으며, 이 경우에 필요한 임의의 파이프 지지물은 내부 지지 구조 상에서 수행될 수 있다.
다음과 같이 홈이 있는(slotted) 트레이에 용접함으로써 열 매체의 공급 및 분배, 및 수집 및 제거를 위해 써모플레이트 내부에 수집 튜브를 배치하는 것이 특히 바람직하다: 모듈의 각 써모플레이트는 우선, 써모플레이트의 내부 방향으로 곡선형이고 대략 반원형 절단면을 가지며 열 교환 배출을 위한 오리피스 또는 슬릿을 갖는 채널-형태의 금속 시이트로 연결된다. 이 제작 단계에서, 홈이 파인 트레이에 용접하면 대표적인 표본 또는 전체 구역에서까지도 제작 상의 결함이 없다는 사실은 X-선에 의해 확인할 수 있다. 이후에, 대략 채널-형태인 이러한 제1 금속 시이트는, 특히 세로 이음새 용접에 의해 사실상 원형 절단면을 갖는 관형 구성요소를 형성시키는 반대쪽 굴곡부를 가지며 오리피스나 슬롯을 갖지 않는 것을 제외하면, 양쪽 세로 측면 상에서 유사하게 형성된 제2 금속 시이트에 연결된다. 이러한 관형 구성성분의 두 말단은, 임의로는 내부 타이 로드(tie rod)에 의해 강화될 수 있는 덮개에 의해 밀봉된다.
추가의 실시양태에서, 예를 들어 4 내지 30 mm의 비교적 작은 공칭 폭을 갖는 튜브 부재를 써모플레이트, 흔히 금속 시이트 연부에 직접 용접하여 열 매체를 공급 및 제거할 수도 있다.
각 써모플레이트 모듈의 개별 써모플레이트들 사이의 갭은 불균질 미립자 촉 매를 수용하는 작용을 한다. 촉매 베드의 상부 측면에서 또는 써모플레이트 모듈의 상단부에서, 높은 유속으로 아래쪽으로부터 베드 상으로 부수적으로 흐르는 경우에, 촉매의 유리, 유동화 또는 배출을 방지하는 덮개, 예를 들어 천공된 플레이트를 마운팅할 수 있다.
중력의 영향하에 갭으로부터의 촉매 입자의 흐름을 배제하기 위해, 촉매 격자(grate)는 그의 하단부에 제공되어야 한다. 이는 예를 들어 천공된 또는 메쉬 플레이트로 수행될 수 있으며, 이러한 목적을 위해 연부 갭 체(sieve)를 사용하는 것이 특히 유리하며, 이는 촉매의 양호한 보유와 함께 동시에 그를 통해 유동하는 반응 매질에 대한 높은 치수적 안정성 및 낮은 압력 감소를 보장한다.
촉매 보유 격자는, 예를 들어 회전될 수 있는 방식으로 설치될 수 있다.
분배 장치로부터 써모플레이트 어셈블리의 연부로의 측부 분리가 동일하여, 단일 유형의 촉매-보유 격자 만이 필요한 방식으로, 열 매체에 대한 분배 장치를 써모플레이트에 설치하는 것이 특히 유리하다. 각 경우에서, 써모플레이트 모듈마다, 즉 열 매체에 대한 분배 장치의 양 측면 상에 2개의 촉매-보유 격자가 제공된다.
촉매-보유 격자들은 유리하게는 이들이 주로 실린더형인 쉘에서 맨홀을 통해 설치 및 제거될 수 있는 방식으로 치수를 갖는다. 맨홀은 흔히 700 mm의 내부 직경을 갖는다. 상응하게는, 촉매 인레이(inlay) 격자에 대하여 650 mm의 연부 길이가 바람직하다.
추가의 실시양태에서, 이들 보유 격자를 더 작은 장치로 더 분리할 수 있지 만, 각각 공동화될 수 있도록 각각의 갭 또는 각 갭의 절반을 개별적으로 밀봉할 수도 있다.
또는, 써모플레이트 모듈을 촉매로 충전한 다음, 이 모듈을 반응기, 즉 반응기 외부에 설치할 수 있다.
써모플레이트 모듈을 둘러싸는 쉘은 상기에서 주로 실린더형인 것으로 기술되었다. 이 경우, 이는 쉘이 각 경우에서 양쪽 단부에서 후드에 의해 밀봉된 원형 절단면을 갖는 실린더형 자켓을 가짐을 의미한다.
주로 실린더형인 쉘은 일반적으로 수직으로 설치된다.
유체 반응 매질은 하나의 후드, 흔히 하부 후드를 통해 반응기 내부를 통해 유동해서, 불균질 미립자 촉매로 충전되어 있으며 각 써모플레이트 사이에 있는 갭을 통해 유동하며, 반응기의 다른 단부에서 다른 후드, 흔히 상부 후드를 통해 제거된다.
후드는 바람직하게는 스테인리스강으로부터 제작되거나 또는 스테인리스강으로 플레이팅된다.
후드는 고정 용접에 의해 또는 별도로는 예를 들어 플랜지가 붙은(flanged) 접속부를 통해 쉘의 실린더 자켓에 접속될 수 있다. 이러한 플랜지 접속부는 수압식 시스템에 의해 하강될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다.
유리하게는, 일반적으로 700 mm의 직경을 갖는 1개 이상의 맨홀을 통해 풋(foot)에서 후드의 원주에 도달할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 후드와 유사하게 예를 들어 스테인리스강으로부터 제작되거나 또는 스테인리스강으로 플레이팅된 광 폭 실린더형 섹션이 유리하다.
후드의 맨홀을 통해 모듈의 상부 측면에 접근할 수 있어서, 촉매가 써모플레이트 사이의 갭 및 모듈의 하부 측면으로 도입될 수 있으며, 보유 격자가 쉽게 설치 및 제거될 수 있다.
촉매를 제거하기 위해, 장치를 하부 후드에 추가로 설치하여 보조물을 보유하고, 조작 과정에서 이미 설치되었을 수 있는 촉매를 수집하고, 촉매를 배출하는 하나 이상의 노즐을 설치할 수 있다.
써모플레이트 모듈과, 보유 기재를 밀봉하는 주로 실린더형인 쉘의 내부 벽 사이의 중간 공간에 사용되는 물질 및 써모플레이트 모듈에 대한 직사각형 안정화 프레임에 대해 사용된 물질은 마찬가지로 탄소강일 수 있다. 또는, 이러한 목적을 위해 스테인리스강을 사용할 수 있다.
한쪽 또는 양쪽 후드에서, 노즐을 설치하는 것이 유리한데, 이를 통해 다중열소자(multithermoelement)를 각 써모플레이트 모듈에 도입할 수 있다. 또한, 추가의 필드 기기 및 공정 분석 장치에 있어서 모듈에 노즐을 마운팅할 수 있다.
주로 실린더형인 쉘의 실린더형 자켓에다가 바람직하게는 축 열팽창을 수용하는 1개 이상의 보정기를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 유체 반응 혼합물의 부분 산화를 수행하는 반응기의 용도를 제공하는데, 여기서 반응열은 써모플레이트를 통해 유동함에 따라 적어도 부분적으로 증발되는 열 매체에 의해 제거된다.
강한 발열성 반응들에서의 반응기는 예를 들어 유체 반응 혼합물이 하부 후 드를 통해 공급되며 상부 후드를 통해 반응기로부터 제거되는 방식으로 작동된다.
반응열을 특히 증발 냉각에 의해 제거하는 열 매체 매질이 아래쪽으로부터 써모플레이트로 통해 유동하기 때문에, 반응 혼합물이 아래쪽으로부터 공급되는 경우, 즉 반응 혼합물과 열 매체가 동일한 방향으로 흐르는 경우, 항상 충분한 열 매체를 이용할 수 있다.
또한, 구성과, 반응 매질의 흐름 조절 및 조작의 둘 다의 측면에서, 반응 매질이 활성 촉매 대역에 도달하기 전에 과냉각된 열 매체에 의해 과도하게 냉각되지 않으며 열 매체가 허용될 수 없는 높은 정도로 미리 증발되지 않도록 보장되어야 한다.
사용된 열 매체는 전형적으로 스팀 발생을 위한 파워 스테이션에서 이용되며 선행 기술에 상응하는 공급수(feed water)이다 [Technische Regeln for Dampfkessel [Technical rules for vapor vessels] (TRD) 611 of October 15, 1996 in BArbBl. 12/1996 p. 84. last altered on June 25, 2001 in BArbBl. 8/2001 p. 108]. 공급수의 전형적인 파라미터는 다음과 같다: 0.4 또는 0.2 microsiemens/cm 미만의 전도성, 리터 당 0.005 밀리몰 미만 또는 검출 한계 미만의 칼슘 및 마그네슘 경도, 리터 당 5 마이크로그램 미만의 나트륨, 리터 당 20 마이크로그램 미만의 이산화규소, 리터 당 50 마이크로그램 미만의 철, 및 리터 당 20 마이크로그램 미만의 산소, 및 리터 당 0.2 밀리그램 미만의 용해된 탄소의 총 함량. 또한, 공급수는 할로겐, 특히 클로라이드가 적거나 없어야 한다. 또한, 공급수를 원하는 방식으로, 예를 들어 히드라진, 암모니아와 같은 보조물을 가하여 조정할 수도 있고, 특히 공급수를 알칼리성으로 만들 수 있으며, 또한 공급수에 부식 억제제를 첨가할 수 있다.
상부 후드는 이를 통해 반응 매질이 상기 기술된 바람직한 공정 조절로 반응기를 이탈하며, 탄소강으로 구성될 수 있다.
복구 또는 교환 목적으로 열 플레이트 모듈에 대한 접근을 보장하기 위해, 유사하게 상부 후드를 제거하는 것이 가능해야 한다. 플랜지 접속부가 존재하지 않는 경우, 상부 후드는 제거되어 모듈 어셈블리 뒤쪽에 다시 용접될 수 있다.
써모플레이트로부터 제거된 증기를 여러 증기 레일로 통합시킬 수 있다.
반응기는 임의로는 2개의 증기 레일에 부착될 수 있는데, 이중 하나는 더 높은 압력을 가지며, 반응기를 조작 온도로 가열하는데 이용된다.
단지 하나의 증기 레일 상에서 조작하는 것이 유리하다.
반응기는 냉각 매질, 물의 자연 순환 및 일반적으로 3 대 12, 바람직하게는 5 대 10의 공급수 대 증기의 비율로 작동될 수 있다.
강제 순환으로 작동시키는 것이 가능한데, 이 경우 냉각에서 더 넓은 하중 변화가 가능하다. 이를 위해, 공급수는 예를 들어 펌프에 의해 냉각 시스템에 존재하는 것보다 더 높은 압력으로 공급된다.
분배 장치에서의 공급수 순환 속도는 0.5 내지 3.0 m/s, 또는 1.0 내지 2.0 m/s 사이에서 설정될 수 있으며, 물 순환 회수는 3 내지 12회이다. 수집 장치에서 2상 흐름 (증기/물)의 유속은 0.5 내지 15 m/s, 또는 2.0 내지 6.0 m/s일 수 있다.
써모플레이트 모듈을 가열하여, 반응 수행 동안 적어도 부분적으로 증발된 열 매체 매질에 의해 열이 내부로 제거되는 동일한 열 매체 네트워크로부터 반응기를 작동시키는 것이 특히 바람직하다.
냉각 시스템에서 증기 압력을 조절하면 냉각 온도를 정밀하게 조정할 수 있다. 경험에 따르면, 써모플레이트는 냉각제 중 약 80 bar의 압력 이하에서 작동될 수 있다. 본 발명에 따른 반응기는 80 bar 이하의 압력 수준에서 직접적으로 증기를 발생시킬 수 있다.
반응기를 사용하여 본 발명에 따른 부분 산화를 산업 규모로 수행할 수 있다.
다수개, 흔히 다섯 자리 수의 촉매 튜브를 충전하는 것에 비해, 촉매를 제공하는 것, 및 써모플레이트 사이에 있는 동등한 생성물 용량의 두 자리 또는 세 자리 수의 갭을 촉매로 충전하는 것은 뚜렷하게 감소된 비용 및 불편함과 관련이 있다.
모듈을 배치하여 반응기를 필요한 용량으로 유연하게 변경시킬 수 있다. 써모플레이트 모듈 및 쉘의 상대적인 기하구조에 의해 제한된 가능한 최대수에 비해 비교적 적은수의 써모플레이트 모듈을 설치하거나 또는 조작할 수 있다. 이는 또한, 각 모듈을 공정 기체 흐름으로부터 단리하고, 동일한 외부 조건하에 감소된 용량으로 반응을 조작하는 것이 필요한 경우에도 가능하다.
반응기를 각 부재에 전달하고 이를 사용 위치에서 조립하는 것이 가능하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 예시한다.
구체적으로, 도 1은 바람직한 실시양태를 통해 도 1A의 횡단면도 C-C를 갖는 본 발명에 따른 반응기의 종단면도를 나타내고, 또한 도 1B 내지 1F의 횡단면도에서는 써모플레이트 모듈의 다른 바람직한 배열들을 나타낸다.
도 2는 써모플레이트 모듈의 세부 예시도를 써모플레이트에 대해 횡단면으로 나타내며, 도 2A 및 도 2B에서는 각각 평면 A-A 및 B-B의 종단면도를 예시한다.
도 3은 보유 기재와 안정화 케이스 사이의 밀봉부의 두 가지 가능한 실시양태를 나타낸다.
도 4는 직사각형 안정화 프레임 내에서 드릴구멍과 더불어 세부 예시도를 나타낸다.
도 5A, 5B, 및 5D 내지 5I는 써모플레이트 모듈의 외부에서 추가의 유도 및 지향 소자와 더불어 세부 예시도를 나타낸다.
도 6은 직사각형 안정화 프레임 내에서 써모플레이트 모듈을 고정하기 위한 장력 장치의 세부 예시도를 나타낸다.
도 1의 종단면 예시도는 바람직한 실시양태를 통해 주로 실린더형인 쉘 (4)에 의해 둘러싸인 써모플레이트 모듈 (1)을 갖는 반응기를 나타낸다. 써모플레이트 모듈 (1)과 주로 실린더형인 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)은 써모플레이트 모듈 (1)의 하단부 구역, 및 상기 도에 예시된 바람직한 실시양태에서 오리피스 (9)를 갖는 시이트 금속 커버 (8)에 의해 써모플레이트 모듈 (1)의 상단부 구역에서 기체에 의해 빈틈없이 밀봉되어 있다.
써모플레이트 모듈 (1)의 하단부에는 열 매체, 흔히 공급수에 대한 분배 장치 (11)가, 써모플레이트 모듈 (1)의 상단부의 구역에는 이 구역에서 흔히 증기 또 는 물/증기 혼합물로서 존재하는 열 매체에 대한 수집 장치 (12)가 제공된다. 주로 실린더형인 쉘 (4)는 열팽창에 대한 보정기 (13)을 갖는다.
도 1에 예시된 바람직한 실시양태에서, 유체 반응 매질은 하부 후드 (15)를 통해 공급되며, 상부 후드 (16)을 통해 제거된다. 하부 후드 (15)의 구역 및 상부 후드 (16)의 구역에는, 각 경우에서 2개의 맨홀 (17)을 갖는 추가의 실린더형 섹션이 배치된다. 주로 실린더형인 쉘 (4)에는, 써모플레이트 모듈 (1)과 주로 실린더형인 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)으로부터 불활성 물질을 공동화하는 노즐 (18) 및 질소를 중간 공간 (6)으로 공급하는 노즐 (19)가 제공된다. 촉매는 예를 들어 연부 갭 체로서 배치된 촉매 격자 (24)에 의해 보유된다.
도 1A의 평면 C-C의 절단면 예시도는, 써모플레이트 모듈 (1)과 쉘 (4) 사이의, 바람직하게는 불활성 물질로 충전된 중간 공간 (6)을 갖는, 유리하게는 7개의 써모플레이트 모듈 (1)의 바람직한 배열을 나타낸다.
도 1B는 쉘 (4)에서 배열된 사각형 절단면을 갖는 하나의 써모플레이트 모듈을 갖는 절단면 예시도를 나타낸다.
도 1C는 쉘 (4)에서 사각형 절단면을 갖는 4개의 써모플레이트 모듈 (1)을 갖는 실시양태를 나타낸다.
도 1D는 직사각형 절단면을 가지며 각 경우에서 1:1.2의 측면 비율을 갖는 7개의 써모플레이트 모듈을 갖는 실시양태를 나타낸다.
도 1E는 직사각형 절단면을 가지며 각 경우에서 1:1.1의 측면 비율을 갖는 11개의 써모플레이트 모듈을 갖는 실시양태를 나타낸다.
도 1F는 각 경우에서 직사각형 절단면을 가지며 1:1.1의 측면 비율을 갖는 10개의 써모플레이트 모듈 (1)을 갖는 실시양태를 나타낸다.
도 2는 써모플레이트 (2), 및 불균질 미립자 촉매를 수용하는 써모플레이트 사이의 갭 (3)을 갖는 써모플레이트 모듈 (1)의 절단면을 예시한다. 이 도면은 각 써모플레이트 (2)를 형성하는 금속 시이트들 사이의 용접 점을 예시하며, 또한 측부 경계 (20)의 측부 연부에서 써모플레이트 (2)의 고정을 예시한다. 써모플레이트 모듈은 직사각형 안정화 프레임 (5)내에 삽입된다.
도 2A의 평면 A-A에서의 절단면 예시도는 각 써모플레이트를 밀봉하는 측부 롤 이음새 용접 (22) 및 또한 써모플레이트 모듈 (1)의 써모플레이트 (2)와 직사각형 안정화 프레임 (5)의 벽 사이의 밀봉 스트립 (23)을 예시한다. 또한, 이 도면은 써모플레이트 (2) 상에서 용접 점의 바람직한 배열을 나타낸다.
도 2B에 나타낸 절단면 B-B는 미립자 촉매로 충전된 갭 (3)을 통한 평면내에 위치한다. 써모플레이트 모듈 (1)의 측부 경계 (20)과 직사각형 안정화 프레임 (5)의 벽 사이에는 밀봉 스트립 (23)이 제공된다.
도 3은 보유 기재에 대해 써모플레이트 모듈을 밀봉하는 두 가지 상이한 변형물을 나타낸다. 도면의 좌측 측면은 보유 기재 (7)과, 써모플레이트 모듈의 측부 경계 (20) 사이의 밀봉부 (25)를 나타내며, 접속부는 스크류 (26)에 의해 고정된다. 또한, 세부적으로는 촉매 격자로서 사용되는 연부 갭 체 (24)의 절단면, 및 또한 써모플레이트 모듈의 측부 경계 (20)과 직사각형 안정화 프레임 (5) 사이의 밀봉 스트립 (23)을 나타낸다.
도 3의 도면의 우측 측면은 구체적으로 2개의 용접 립 (27), 즉 보유 기재 (7)에 용접된 하나 및 써모플레이트 모듈의 측부 경계 (20)에 용접된 다른 하나에 의해 보유 기재 (7)과 써모플레이트 모듈 사이의 밀봉부의 다른 변형물을 나타낸다. 2개의 용접 립은 용접 이음새와 함께 연속적으로 연결된다.
도 4는 압력을 적용하는데 사용된 기체가 써모플레이트 모듈과 쉘 사이의 중간 공간으로부터 써모플레이트 모듈 (1)과 직사각형 안정화 프레임 (5) 사이의 공간으로 흐르도록 허용하는, 직사각형 안정화 프레임 (5)내의 드릴구멍 (28)을 갖는 실시양태를 나타낸다.
도 5A는 직사각형 안정화 프레임 (5)에 대한 전도 및 지향을 위한 써모플레이트 모듈 (1)의 측부 경계 (20)의 외부에서의 코너 브래킷 (29)의 세부 예시도를 나타낸다.
도 5B의 세부 예시도는 코너 브래킷 (29)에 더하여 유도 및 지향 소자로서 써모플레이트 모듈 (1)의 측면 상의 원뿔형 금속 시이트 스트립 (30)을 나타낸다.
또한, 도 5B는 써모플레이트 모듈 (1)에서 최외부 써모플레이트 (2)에 대한 가능한 실시양태를 나타내며, 특히 써모플레이트 모듈 (1)의 최외부 써모플레이트 (2)의 외부 금속 시이트는 더 두껍고, 따라서 써모플레이트 (2)를 형성하는 나머지 금속 시이트에 비해 더 안정하다.
도 5D 내지 5I는 써모플레이트 (2)를 측부 경계 (20)에 고정하는 상이한 변형물의 개요도를 나타낸다:
도 5D의 실시양태에서, 써모플레이트 (2)는 위쪽에 용접되고;
도 5E에서, 측부 경계 (20) 상에 용접된 2개의 앵글이 제공되어 써모플레이트를 고정시키고;
도 5F의 실시양태는 사각형 튜브를 나타내고;
도 5G의 실시양태는 튜브 절반을 나타내고;
도 5H의 실시양태는 U-프로필을 나타내며, 도 5I는 앵글화된 프로필을 나타내고;
도 6는 써모플레이트 모듈과 직사각형 안정화 프레임 (5) 사이의 신장을 위한 신장 장치 (32)의 개요도를 나타낸다.

Claims (29)

  1. - 서로 평행하게 배열된 2개 이상의 직사각형 써모플레이트 (2)로부터 각각 형성되며, 각 경우에서 불균질 미립자 촉매로 충전될 수 있으며 유체 반응 혼합물이 그를 통해 유동하는 갭 (3)을 두고 있고, 반응열이 써모플레이트 (2)를 통해 유동하는 열 매체(heat carrier)에 의해 흡수됨으로써 증발되는 것인, 1개 이상의 입방형 써모플레이트 모듈 (1),
    - 써모플레이트 모듈 (1)에서 압력을 방출시키고, 상기 모듈을 완전히 둘러싸며, 실린더 자켓 (4)와, 이 자켓을 양쪽 단부에서 밀봉하고 세로 축이 써모플레이트 (2)의 평면에 평행하게 배열된 후드 (15, 16)을 포함하는, 주로 실린더형인 쉘 (4, 15, 16), 및
    - 유체 반응 혼합물이, 후드 (15, 16)에 의해 한정된 반응기 내부 공간을 통해 유동하는 것과는 별도로, 갭 (3)만을 통해 유동하는 방식으로 배열된 1개 이상의 밀봉 소자 (7, 23)
    을 갖는 반응기에서 불균질 미립자 촉매의 존재하에 기체상 중에서 C3 또는 C4 전구체 화합물을 (메트)아크롤레인 또는 (메트)아크릴산으로 부분 산화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응기가 각각 동일한 치수를 갖는 2개 이상의 입방형 써모플레이트 모듈 (1)을 갖는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 반응기가 4개, 7개, 10개 또는 14개의 써모플레이트 모듈 (1)을 포함하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 (2)를 각 경우에서 롤 이음새 용접에 의해 세로 및 단부 측면에서 연결되는 2개의 직사각형 금속 시이트로부터 형성하고, 롤 이음새 상의 외부로 돌출된 금속 시이트의 연부를 롤 이음새의 외부 연부에서 또는 롤 이음새 자체내에서 제거하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 모듈 (1)을 각 경우에서 압력에 안정한 직사각형 안정화 프레임 (5)내에 배열하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 인접한 써모플레이트 모듈 (1)의 직사각형 안정화 프레임 (5)를 용접하여 함께 밀봉시키는 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제공된 밀봉 소자가 써모플레이트 모듈 (1)의 하단부에서 써모플레이트 모듈 (1)과 주로 실린더형인 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)을 밀봉하는 보유 기재 (7)인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 금속 시이트 덮개 (8)이 써모플레이트 모듈 (1)의 상단부에 서 써모플레이트 모듈 (1)과 주로 실린더형인 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)을 밀봉하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 금속 시이트 덮개 (8)이 오리피스 (9)를 갖는 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 모듈 (1)과 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)을 불활성 물질로 충전하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 불활성 물질이 팽창된 진주암(pearlite) 또는 팽창된 질석(vermiculite) 또는 이들 둘 다인 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 모듈 (1)과 주로 실린더형인 쉘 (4) 사이의 중간 공간 (6)에 기체로 압력을 가하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 가해진 압력이 일정한 압력인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 압력-조절된 질소 공급 및 제거에 의해 일정한 압력을 가하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 중간 공간 (6)을 통해 불활성 또는 공정 고유의 기체를 연속으로 공급하여 압력을 가하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 압력을 가하는데 사용된 기체를 배출구에서 써모플레이트 모듈 (1)로부터의 유체 반응 혼합물과 합하는 방법.
  17. 제7항에 있어서, 방사형 팽창에 대한 보정기(compensator) (10)을 보유 기재 (7)내 또는 이 기재 상에 제공하는 방법.
  18. 제8항에 있어서, 축 또는 방사형 팽창에 대한 보정기 (10)을 금속 시이트 덮개 (8)내 또는 이 덮개 상에 제공하는 방법.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 모듈마다 열 매체에 대한 1개 이상의 분배 장치 (11) 및 1개 이상의 수집 장치 (12)를 사용하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 써모플레이트 모듈마다 열 매체에 대한 1개의 분배 장치 (11) 및 2개의 수집 장치 (12)를 사용하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 열 매체에 대한 분배 및 수집 장치가 균일한 치수를 갖는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 열 매체에 대한 분배 장치 (11) 및 수집 장치 (12)를 홈이 있는(slotted) 기재에 용접하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 써모플레이트 (2)를 통해 유동하는 열 매체에 대한 분배 장치 (11) 및 수집 장치 (12)를 각각 제공하여, 둘러싸는 주로 실린더형인 쉘 (4)에 대한 써모플레이트 모듈 (1)의 열팽창의 수용을 보정하는 방법.
  24. 제19항에 있어서, 써모플레이트 (2)를 통해 유동하는 열 매체에 대한 분배 장치 (11) 및 수집 장치 (12)의 튜빙(tubing)을 적합한 곡선형으로 기하학적으로 설계하여, 둘러싸는 주로 실린더형인 쉘 (4)에 대한 써모플레이트 모듈 (1)의 열팽창을 수용하는 방법.
  25. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 모듈마다 2개의 촉매 보유 격자(grate)를 사용하는 방법.
  26. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기에 존재하는 맨홀을 통해 촉매 보유 격자를 반응기 자켓내에 도입하는 방법.
  27. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주로 실린더형인 쉘 (4, 15, 16)의 실린더 자켓 (4)에 축 열팽창을 수용하는 1개 이상의 보정기 (13)을 제공하는 방법.
  28. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 써모플레이트 (2)를 통해 유동하는 열 매체에 의해 반응열을 제거함으로써 반응열을 증발시키는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 반응기를 작동시키는 써모플레이트 모듈 (1)을, 반응 수행 과정에서 증발된 열 매체 매질에 의해 열이 내부로 제거되는 동일한 열 매체 네트워크에 의해 가열하는 방법.
KR1020067001552A 2003-07-24 2004-07-23 열-전달 플레이트 모듈을 갖는 반응기에서 불균질 촉매에의해 ｃ3 및(또는) ｃ4 전구체 화합물을 부분 산화시켜(메트)아크롤레인 및(또는) (메트)아크릴산을 제조하는방법 KR101126005B1 (ko)

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