KR101899608B1 - 활성 수소 원자를 갖는 화학 물질의 연속적인 고온 단시간 알콕시화(에톡시화, 또는 프로폭시화)를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

활성 수소 원자를 갖는 화학 물질의 연속적인 고온 단시간 알콕시화(에톡시화, 또는 프로폭시화)를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응기 내에서 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물과 촉매를 포함하는 액체 물질과 액체 알킬렌 옥사이드를 연속적으로 반응시키기 위한 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 바람직한 장치에 관한 것으로, 여기에서 (1) 알킬렌 옥사이드는 반응 공간으로 들어가기 전에 제1 및 제2 부분, 및 임의로 추가의 부분으로 분열되고, (2) 상기 제1 부분의 알킬렌 옥사이드는 제1 위치에서 상기 반응기의 반응 공간으로 들어가며, (3) 액체 유기 물질은 상기 제1 위치의 하류의 제2 위치에서 상기 반응기의 내부에 공급되고, (4) 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 상기 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역 상으로 반응기에 들어가며, (5) 상기 제2 및 임의로 추가의 부분의 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 분열되며, 각각 상기 제1 위치로부터 반응기 공간의 상기 제3 또는 상기 추가의 위치까지 연장하는 반응 공간 내로 삽입된 각 부분의 알킬렌 옥사이드를 위한 개별적인 관을 통해, 상기 제1 위치로부터 제3의 위치까지, 추가의 부분의 알킬렌 옥사이드가 분열되는 경우, 반응 공간 또는 간극 내 추가의 위치까지 전달되고, (6) 상기 제3 위치 및 임의의 추가의 위치는 상기 제2 위치의 하류에 위치하며 상기 제2 위치로부터 및 반응기 투입의 흐름 방향으로 서로 간에 거리를 갖고, (7) 상기 제2 및 임의의 추가의 부분의 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제3 위치 및 상기 임의의 추가의 위치에서 반응 공간으로 들어가고 액체 반응 혼합물과 섞인 후 반응기의 말단을 향해 하류로 가면서 이와 반응한다.

Description

활성 수소 원자를 갖는 화학 물질의 연속적인 고온 단시간 알콕시화(에톡시화, 또는 프로폭시화)를 위한 방법 및 장치{Process and apparatus for continuous high temperature short-time alkoxylation(ethoxylation, propoxylation) of chemical substances with active hydrogen atoms}
본 발명은
(a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및
(b) 반응 간극(gap)의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관
을 포함하는 환형-간극 반응기로부터 선택되는 반응기 내에서, 이하 "액체 촉매화된 원료"로서 또한 언급되는, 하나 이상의 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물, 및 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 금속 알코올레이트로부터 선택되는 촉매를 포함하는 액체 물질을 액체 알킬렌 옥사이드와 연속적으로 반응시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
독일특허문헌 DE 735 418은 하나의 반응 관(reaction tube)을 포함하는 관 반응기가 상기 반응 관을 따라 하나 또는 그보다 많은 위치 등지에서 유기 히드록실 화합물, 특히 알킬 페놀, 및 수산화 나트륨과 상기 유기 히드록실 화합물의 혼합물의 연속적인 알콕시화를 위하여 사용되는 방법을 개시한다. 다른 위치로부터 액체 알킬렌 옥사이드를 첨가하는 위치의 거리, 및 단일 위치에서 공급되는 알킬렌 옥사이드의 양을 반응 온도가 충분히 낮게 유지될 수 있도록 선택하여, 관 내의 반응 온도가 200℃ 위로 현저하게 상승하지 않게 하고 원하지 않는 부반응을 방지할 수 있다. 예를 들어, 알킬렌 옥사이드에 대한 2개의 공급(feeding) 위치를 갖는 방법을 수행하는 경우, 유기 히드록실 화합물을 액체 알킬렌 옥사이드의 전체 필요한 양의 약 절반과 혼합하고, 상기 혼합물을 반응을 위한 관의 제1 구획(section)으로 고압 펌프로 공급한다. 상기 제1 구획을 통과시킨 후, 반응 생성물을 상기 스트리밍 관으로부터 제거하고, 중간 냉각 이후, 필요한 액체 알킬렌 옥사이드의 잔여량과 혼합시킨 후 이러한 혼합물을 추가의 고압 펌프로 상기 스트리밍 관의 제2 구획으로 공급하고 상기 구획 내에서 최종 생성물로 추가로 반응시킨 다음 제거한다. 그러나, 개시된 방법은 특히, 200 미터 길이의 반응기 관이 필요한 점, 공급된 알킬렌 옥사이드의 중간 증발을 피하기 위하여 반응 관 내에서 100 bar 이상의 고압을 유지해야 하는 점, 각각의 공급 위치에서 공급되는 알킬렌 옥사이드의 양을 개별적인 질량 흐름 제어기(mass flow controller)를 통해 제어해야 하는 점을 포함하는 많은 단점을 갖는다. 또한, 이러한 반응기는 단일의 반응 관을 사용하는 것이 충분한 시험 공장 규모에서만 사용될 수 있고, 반면 생산 목적을 위하여 필요한 바와 같은, 한 다발(bundle)의 반응 관의 사용은 각각의 질량 흐름 제어기와 함께, 상기 다발의 각각의 반응 관 내의 무수한 알킬렌 옥사이드 주입구(inlet)를 필요로 한다. 알콕시화를 제어하기 위한 이들 기술적 노력은 이러한 방법이 결코 산업적인 실시를 수용할 수 없도록 너무 비싸다.
DE 10054462는 유사한 연속적인 알콕시화 방법을 개시하며, 이때 비교적 소량의 액체 에틸렌 옥사이드가 반응 관을 따라 다수의 다른 위치에서(이러한 문헌의 실시예에서, 예를 들어 15개의 위치에서) 관형 반응기 또는 관 다발 반응기 내로 주입된다. 반응물의 느린 혼합 속도, 및 각각의 구획 내 온도의 특정한 제어를 허용하지 않는 반응 관을 따라 모든 구획의 공동 냉각으로 인하여, 공급 지점에서의 에틸렌 옥사이드의 제어되지 않는 반응에 의해 야기되는 반응기의 폭주(runaway)를 피하기 위하여 다수의 소량의 알킬렌 옥사이드를 공급하는 것이 필요하다. 또한, 이러한 방법 설계는 알킬렌 옥사이드 흐름이 각각의 공급 위치에 대해 개별적으로 측정되는 단점을 또한 갖는다.
DE102005060816의 우선권을 주장하는 US 2008/0306295는 기체 및 액체 반응물 간의 빠른 고도의 발열 반응을 수행하기 위하여, 특히 SO3/대기 혼합물과, 몇몇의 다른 화합물들 중에서, 알킬 페놀과 이들의 알킬렌 옥사이드 유도체를 포함하는 액체 유기 화합물을 반응시키기 위하여 특별히 설계된 연속적인 다단계 방법을 개시한다. 상기 반응은 (a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및 (b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형-간극 반응기로부터 선택되는 반응기 내에서 수행되고, 반응기 (a) 또는 (b)는 박층 전도 필름 반응기(thin layer falling-film reactor)이고 기체 SO3/대기 혼합물의 공급원과 연결되며, 여기에서
(1) 상기 기체 SO3/대기 혼합물은 단일의 주입구 소켓을 통해 상기 반응기에 공급되고 SO3/대기 혼합물은 반응 공간 또는 간극에 들어가기 전에 제1 및 제2의 부분으로 분열되며,
(2) 상기 제1 부분의 SO3/대기 혼합물은 제1 위치에서 상기 반응기 (a) 또는 (b)의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고,
(3) 상기 액체 유기 화합물은 상기 제1 위치의 하류(downstream)에 위치하는 반응기의 제2 위치에서, 관형 반응기 (a)의 적어도 하나의 반응 관의 내부 표면 상으로, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 외부 관의 내부 표면 상 및/또는 내부 관의 외부 표면 상으로 필름으로서 공급되고, 기체 SO3/대기 혼합물과 접촉하여, 반응기의 말단부를 향해 상기 표면 상에서 하류로 이동하는 상기 반응물의 반응 혼합물의 액체 필름을 형성하고,
(4) SO3/대기 혼합물은 상기 제1 위치에서 상기 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역(area)에 걸쳐서 반응기에 들어가고,
(5) 상기 제2 부분의 SO3/대기 혼합물은 상기 제1 위치에서 분열되고 상기 제1 위치로부터 상기 반응 공간 또는 간극 내의 제3 위치까지 관 반응기 (a)의 경우 관을 통해 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 이중 관 각각을 통해 전달되고(channeled), 이때 관 또는 이중 관은 반응 공간 또는 간극 내로 삽입되고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극의 상기 제3 위치까지 각각 연장하며, 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 상기 관 또는 이중 관 각각의 외부 표면과 타측으로는 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각의 사이에 반응 공간을 형성하고,
(6) 상기 제3 위치는 상기 제2 위치의 하류에 위치하고,
(7) 상기 제2 부분의 SO3/대기 혼합물은 상기 제3 위치에서 반응기의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고, 상기 제3 위치에서 반응기의 말단부를 향해 상기 표면 상에서 하류로 이동하는 상기 반응 혼합물의 액체 필름과 접촉하고 이와 함께 반응기의 배출구(outlet)로 가면서 반응하여 최종 반응 생성물을 형성한다.
상기 개시된 관 반응기는 약 10 m의 길이(관 직경 1 인치)를 가지며 상기 개시된 고리 간극 반응기는 약 2 m의 길이(6.5 mm 환형 간극 너비)를 갖는다. 이러한 길이의 반응기는 유기 히드록실 화합물과 극히 반응성인 SO3 기체를 반응시키는데 유용한 반면, 일반적으로 SO3 기체보다 훨씬 덜 반응성인 액체 알킬렌 옥사이드와 이러한 화합물의 반응에 대하여는 훨씬 너무 짧은 것으로 여겨졌다.
그러나, 이제 놀랍게도 전술한 설계 및 길이의 반응기도, 일부 변형이 가해지는 경우, 반응성의 수소 원자를 갖는 액체 유기 물질의 알콕시화에 또한 사용될 수 있으며, 이들 변형된 반응기의 사용으로 종래 알콕시화 방법의 개시된 단점, 예를 들어, 고온 피크, 예컨대 디옥산, 어두운 색의 말단 생성물과 같은 원하지 않은 부산물 형성의 위험, 반응기 내 100 bar 이상의 압력에서의 작업의 요건, 액체 유기 원료 화합물의 몰 당 단지 4-6 몰의 알킬렌 옥사이드의 알콕시화 등급(grade)까지의 많은 방법의 한계를 회피한다는 점을 발견하였다. 이들 변형은 특히 예를 들어, 반응성 수소 원자를 갖는 액체 유기 물질의 공급을 위한 링 슬릿 노즐의 사용을 통해, 반응기 내로 들어가는 유기 화합물과 액체 알킬렌 옥사이드의 매우 격렬한 혼합을 거의 즉시 제공하는 방식으로 반응기 내로 반응성 수소 원자를 갖는 액체 유기 물질을 공급하는 것을 포함한다. 또한 상기 변형은 반응물이 반응기 내로 공급되는 위치, 및 혼합 과정의 효율을 추가적으로 향상시키는 이의 하류에서의 하나 이상의 스테틱(static) 믹서 부재의 사용, 액체 냉각 또는 가열 매체를 사용하여 반응기 내의 반응 온도의 효과적인 제어를 허용하는 2개 이상의 개별적인 탬퍼링 자켓(jacket)의 사용, 및 바람직하기로 반응 공간 대비 증가된 내부 너비의 후 반응 구역(zone)의 사용을 포함한다. 약 200 m의 길이를 갖는 종래 반응기와 비교하여 더욱 짧아진 반응기의 길이는 반응기 내 반응 혼합물의 매우 짧은 체류 시간(종래 반응기에서의 최고 1 시간과 비교하여 수분)으로 이어지고 이는 결국 원하지 않는 부산물의 생성을 상당히 감소시키고 이에 따라 최종 생성물의 품질을 상당히 향상시킨다.
따라서, 첫 번째 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 하나 이상의 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물, 및 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 금속 알코올레이트로부터 선택되는 촉매를 포함하는 액체 물질을 액체 알킬렌 옥사이드와 연속적으로 반응시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
(a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및
(b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형-간극 반응기로부터 선택되는 반응기 내에서 수행되고,
여기에서,
(1) 반응기에 대한 액체 알킬렌 옥사이드의 공급은 단일의 질량 흐름 제어기에 의해 제어되고, 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 질량 흐름 제어기를 통해 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원과 연결된 단일의 주입구 소켓을 통해 상기 반응기 (a) 또는 (b)에 공급되고, 상기 알킬렌 옥사이드는 반응 공간 또는 간극으로 들어가기 전에 제1 및 제2 부분으로, 선택적으로 추가의 부분으로 분열되고,
(2) 상기 제1 부분의 알킬렌 옥사이드는 제1 위치에서 상기 반응기 (a) 또는 (b)의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고,
(3) 상기 액체 유기 물질은, 상기 제1 위치에 또는 그 하류에 위치하는, 반응기의 제2 위치에서 상기 관형 반응기 (a)의 반응 공간의 내부, 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부로 공급되고, 액체 알킬렌 옥사이드와 섞여 반응기의 말단부를 향해 하류로 이동하는 액체 반응 혼합물을 형성하고,
(4) 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 상기 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐 및 상기 제1위치에서 반응기에 들어가고,
(5) 상기 제2 부분, 및 선택적으로 추가의 부분의 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치 또는 이의 상류(upstream)에서 분열하고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극 내 제3 위치까지, 추가의 부분의 알킬렌 옥사이드가 분열하는 경우, 추가의 위치까지, 관 반응기 (a)의 경우 알킬렌 옥사이드의 각각의 부분을 위한 개별적인 관을 통해 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 개별적인 이중 관 각각을 통해 전달되고, 이때 관 또는 이중 관은 반응 공간 또는 간극 내로 삽입되고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극의 상기 제3 또는 상기 추가의 위치까지 각각 연장하며, 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 상기 관 또는 이중 관 각각의 외부 표면과 타측으로는 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각의 사이에 반응 공간을 형성하고,
(6) 상기 제3 위치 및 임의의 추가의 위치는 상기 제2 위치의 하류에 위치하며, 상기 제2 위치로부터, 및 반응기 투입(charge)의 흐름 방향으로 서로 간으로부터 거리를 가지며,
(7) 상기 제2 및 임의의 추가 부분의 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제3 위치 및 상기 임의의 추가 위치에서 반응기의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고 상기 액체 반응 혼합물과 섞인 후 반응기의 말단부를 향해 하류로 가면서 이와 반응하고,
(8) 반응기의 내부 압력은 반응기에 들어가는 알킬렌 옥사이드가 증발하지 않는 압력 수준으로 유지된다.
또한, 본 발명은, 하나 이상의 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물, 및 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 금속 알코올레이트로부터 선택되는 촉매를 포함하는 액체 물질을 액체 알킬렌 옥사이드와 연속적으로 반응시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는
(a) 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및 (b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형-간극 반응기로부터 선택되는 반응기; 및
알킬렌 옥사이드를 위한 라인(line)을 사용하여 알킬렌 옥사이드를 위한 상기 관형 반응기 (a) 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 단일의 주입구 소켓에 단일의 질량 흐름 제어기를 통해 연결되는 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원을 포함하고,
여기에서, 상기 반응기는
(1) 반응기 헤드부의, 상기 반응 공간 또는 간극의 제1 위치에서 상기 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐 연장하는, 적어도 하나의 반응 관의 반응 공간 또는 환형 간극 반응기의 반응 간극으로의 알킬렌 옥사이드의 주입구,
(2) 반응 공간의 상기 제1 위치의, 또는 그 하류의 제2 위치에서 상기 반응 관 내에 위치한, 관형 반응기 (a)의 적어도 하나의 반응 관의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 링 슬릿 노즐, 또는
하나의 링 슬릿 노즐은 상기 외부 관에 위치하고 다른 하나는 상기 내부 관에 위치하며, 반응 간극의 상기 제1 위치의, 또는 그 하류의 제2 위치에서, 반응 간극의 경계를 형성하는, 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 2개의 링 슬릿 노즐,
(3) 반응 생성물을 위한 상기 반응기의 배출구 방향으로 상기 제1 위치 또는 상기 제1 위치의 상류 위치로부터, 상기 제1 및 제2 위치로부터 거리를 갖는 반응 공간 또는 간극 내 제3 위치까지 연장하는, 관형 반응기 (a)의 경우 각각의 적어도 하나의 반응 관 내로 삽입된 제1 관, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 반응 간극 내로 삽입된 이중 관; 및 선택적으로, 반응 생성물을 위한 상기 반응기의 배출구 방향으로 상기 제1 위치 또는 상기 제1 위치의 상류 위치로부터, 반응기 투입의 흐름 방향으로 상기 제3 위치 및 또 다른 위치로부터 거리를 갖는 반응 공간 또는 간극 내 다른 위치까지 연장하는, 관형 반응기 (a)의 경우 각각의 적어도 하나의 반응 관 내로 삽입된 추가적인 관, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 반응 간극 내로 삽입된 추가적인 이중 관; 이때 제1 및 임의의 추가적인 관은 액체 알킬렌 옥사이드를 상기 제1 위치로부터 상기 제3 및 다른 위치까지 전달하여 상기 위치에서 이를 반응 공간 또는 간극에 분배하며, 여기에서 상기 제1 및 임의의 추가적인 관(들) 또는 이중 관(들)은 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더욱 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 각각의 관 또는 이중 관의 외부 표면 각각과, 타측으로는, 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각 사이에 반응 공간을 형성함,
(4) 바람직하기로, 상기 액체 물질과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합을 지원(support)하기 위한, 상기 제2 위치에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 스테틱 혼합 부재(들), 및 선택적으로, 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치 사이에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 추가적인 스테틱 혼합 부재(들), 및/또는 반응기의 상기 제2 및 제3 위치 사이에서 형성된 상기 액체 반응 혼합물과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합을 지원하기 위한 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제3 위치 및/또는 상기 제3 위치의 하류에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 스테틱 혼합 부재(들),
(5) 반응기의 길이 방향으로 상기 관형 반응기 (a)의 반응 관(들) 또는 환형-간극 반응기 (b)의 외부 및 내부 관에 연속적으로 부속된(fitted), 바람직하기로, 2개 이상, 더욱 바람직하기로 3개의, 개별적인 템퍼링, 즉 냉각 또는 가열 자켓, 이때 상기 템퍼링 자켓 중 제1 자켓은 바람직하기로 상기 제2 및 제3 위치 사이의 지대(position)에 부분적으로 또는 완전히 위치하며, 제2 자켓은 바람직하기로 상기 제1 템퍼링 자켓 직후단 및 상기 제3 위치 후단에 부분적으로 또는 완전히 위치하고, 임의의 제3 및 추가적인 템퍼링 자켓이 상기 제2 템퍼링 자켓 후단에 연속적으로 뒤따름, 및
(6) 모든 상기 다른 위치로부터 하류에 있는 반응 공간 또는 간극 내 위치의 반응 생성물을 위한 배출구.
비록 일반적으로 다른 위치에서 반응기에 공급되는 알킬렌 옥사이드 반응물의 전체 양을 다수의 부분으로 분리하는 것이 가능할지라도, 보통 총 필요한 알킬렌 옥사이드의 약 95 퍼센트까지 제1 위치에서 반응 공간 또는 간극으로 공급될 수 있고 그 다음 잔여량이 제2 위치에서 용이하게 공급될 수 있기 때문에, 보통 두 부분 이상으로의 분리가 필요하지 않다. 예를 들어, 10 - 90%의 알킬렌 옥사이드가 제1 위치에서 반응 공간 또는 간극으로 들어가고 상기 제3 위치에서 100%까지 채우도록 액체 물질과 반응하는 액체 알킬렌 옥사이드의 총량을 분할하는 것이 가능하다. 사실상, 취할 수 있고 이하에 기술되는 하나 이상의 수단으로 인하여, 비록 전체 필요한 알킬렌 옥사이드가 반응기 공간 또는 간극의 단지 2개의 다른 위치에서 공급될지라도, 고온 피크, 디옥산, 어두운 색의 말단 생성물과 같은 원하지 않는 부산물의 형성의 위험, 반응기 내 100 bar 이상의 압력 사용의 요건 및/또는 액체 유기 원료 화합물의 몰 당 단지 4 - 6 몰의 알킬렌-옥사이드의 알콕시화 등급의 한계를 회피할 수 있는 방식으로 반응을 제어하는 것이 가능하기 때문에, 총 필요한 양의 알킬렌 옥사이드를 단지 두 부분으로 분할하는 것으로 충분하다는 점은 본 발명에 따른 방법의 특별한 장점이다. 알킬렌 옥사이드를 위한 2개의 위치로의 제한과 이에 따른 단지 하나의 삽입 관 또는 이중 관은 또한 반응기 설계를 단순화하고 이로 인하여 반응기 설계 및 제작(construction)의 관점에서도 바람직하다. 다른 한편으로, 하나 또는 그보다 많은 삽입 관 또는 이중 관의 사용은 추가적으로 반응기의 길이를 감소시킬 수 있다.
반응기에 대한 알킬렌 옥사이드의 2 단계 첨가에 관한 상기 언급된 선호와 관련하여, 본 발명에 따른 방법 및 장치의 많은 특징들이 이러한 2 단계 방법 및 2 단계 반응기의 실시예를 사용하여 이하에서 설명된다. 그러나, 기술된 바람직한 수단은 대부분의 경우에 반응기 공간 또는 간극에 알킬렌 옥사이드를 공급하기 위한 3개 또는 그 이상의 다른 위치를 사용하고 이에 따라 2개 이상의 삽입 관 또는 이중 관을 필요로 하는 방법 또는 장치에 또한 용이하게 적용될 수 있다는 점이 주지되어야 한다.
도 1A는 혼합 부재를 갖는 2 단계 환형-간극 반응기에 대한 본 발명의 원리를 나타내는 것이다.
도 1B는, 환형 간극이 반응기의 주 반응 간극보다 더욱 큰 내부 너비를 갖는, 후 반응 구역을 갖는 2-단계 환형 간극 반응기를 나타내는 것이다.
도 2는 2 단계 환형-간극 반응기에 대한 본 발명의 원리를 나타내는 평면도이다.
도 3은 혼합 부재를 갖는 2-단계 다중-관 반응기에 대한 본 발명의 원리를 나타내는 것이다.
도 4는 2 단계 (다중) 관 반응기에 대한 본 발명의 원리를 나타내는 평면도이다.
도 5는 반응 혼합물 내 온도 추이(progress) 및 실시예 1의 2 단계 환형 간극 반응기 내 냉각/가열 온도를 보여준다.
도 6은 실시예 1의 2 단계 환형 간극 반응기 내 부분 압력 추이를 보여준다.
가장 일반적인 형태로서, 본 발명에 따른 장치는, 알킬렌 옥사이드를 위한 라인과 연결되고, 단일의 질량 흐름 제어기를 거쳐 반응기 헤드부 근처에 위치하는 반응기에 대한 알킬렌 옥사이드의 단일 주입구 소켓까지 연결된, 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원을 포함한다. 상기 주입구 소켓까지 연결되고 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐 연장하는, 반응기 공간 또는 간극에 대한 액체 알킬렌 옥사이드의 주입구(알킬렌 옥사이드의 주요 주입구)는, 알킬렌 옥사이드와 반응하는 액체 촉매화된 원료를 위한 반응기 공간 또는 간극의 주입구에, 또는 이의 상류에 위치한다. 상기 알킬렌 옥사이드를 위한 주요 주입구와, 액체 화합물을 위한 주입구 사이의 거리는 중요하지 않으나, 바람직하기로 다소 작거나 0과 같아서, 알킬렌 옥사이드와 상기 원료의 반응 구역이 가능한 한 반응기의 길이 만큼에 걸쳐서 연장한다. 반응기에 대한 추가적인 알킬렌 옥사이드의 공급은, 관형 반응기의 반응 관 또는 관들 내에 삽입되고 상기 반응 관(들)보다 직경이 더욱 작은, 하나, 또는 선택적으로 그 이상의 관, 또는 환형 간극 반응기의 경우, 환형 간극 내에 삽입된 하나, 또는 선택적으로 그 이상의 이중 관에 걸쳐 수행된다. 하나 또는 그보다 많은 삽입 관 또는 이중 관이 사용되는 경우, 이들 관 또는 이중 관은 바람직하기로 동심원적이며, 다른 관 또는 이중 관의 외부 직경이 각각의 관의 길이가 증가함에 따라 감소한다. 이들 삽입된 관(들) 또는 이중 관(들)은, 이들 관 또는 이중 관에 대한 액체 알킬렌 옥사이드의 입구가 반응기의 반응 공간 또는 간극에 대한 액체 촉매화된 원료의 주입구에, 또는 바람직하기로, 그 상류에 또한 위치하고, 바람직하기로 알킬렌 옥사이드의 주요 주입구와 일치하는 반면, 이들의 배출구는 촉매화된 원료의 주입구의 하류에 위치하여서, 새로운 알킬렌 옥사이드가, 촉매화된 원료, 및 알킬렌 옥사이드를 위한 주요 주입구에서 반응 공간 또는 간극 상류에 이미 공급된 알킬렌 옥사이드의 적어도 부분적으로 반응한 혼합물에 대한 상기 관의 배출구에서, 그리고 임의의 이전에 끝나는 선택적으로 존재하는 삽입 관 또는 이중 관의 배출구에서 공급된다. 반응 공간 또는 간극 내 다른 공급 지점에서 반응 질량체(reaction mass)에 공급되는 알킬렌 옥사이드의 양의 분배가, 관형 반응기의 경우에, 가장 작은 직경의 삽입 관의 횡단면과, 각각의 삽입 관 및 이의 인접하는 더욱 큰 삽입 관 사이의 환형 횡단면, 또는 결국 반응 관 자체 사이의 비율에 의하여, 또는 삽입된 이중 관의 환형 횡단면과, 삽입된 이중 관 사이의 모든 환형 횡단면, 환형 간극의 내부 경계와 가장 작은 내부 직경의 삽입 이중 관 사이의 환형 횡단면 및 가장 큰 직경의 삽입 이중 관과 반응기의 환형 간극의 외부 경계 사이의 환형 횡단면의 합(sum)에 상응하는 영역 사이의 비율에 의하여 정의되기 때문에, 이러한 반응기 설계는 알킬렌 옥사이드 첨가가 자기-비례되도록(self-portioned) 허용한다. 그러므로, 반응기에 대한 알킬렌 옥사이드 첨가를 제어하기 위하여 적합하게 선택된 크기의 삽입 관 또는 이중 관을 선택하는 것으로 충분해서, 각각의 진입(entry) 지점에서 알킬렌 옥사이드를 위한 값비싼 질량 흐름 제어기가 필요하지 않고 단지 하나만이 반응기에 공급되는 알킬렌 옥사이드의 전체적인 양의 제어를 위하여 요구된다. 본 발명에 따른 삽입 관(들) 또는 이중 관(들)으로 반응 공간 또는 간극 내 추가적인 위치에 알킬렌 옥사이드를 분배하는 것은, 알킬렌 옥사이드의 공급이 반응기 헤드부 내 알킬렌 옥사이드를 위한 주요 주입구로 액체 알킬렌 옥사이드를 전달하는 단일의 펌프를 사용하여 수행될 수 있도록 허용한다.
촉매화된 원료, 및 선택적으로, 알킬렌 옥사이드는 반응기에 들어가기 전에 열교환기 내에서 예비가열될 수 있어서, 전체적인 반응기 용적(volume)이 단지 반응을 위하여 사용된다(예비가열을 위하여 사용되지 않음). 촉매화된 원료를 위한 적합한 예비가열 온도는 예를 들어, 100 내지 180℃의 범위이고, 알킬렌 옥사이드의 경우, 예를 들어, 20 내지 60℃의 범위이다.
다른 한편으로, 삽입 관 또는 이중 관을 통해 흐르는 액체 알킬렌 옥사이드는 반응 구역 내에 위치하는 이들 관 또는 이중 관을 통해 가면서 여하간에 예비가열되어서, 이미 부분적으로 알콕시화되어 덜 반응성인 물질과 알킬렌 옥사이드의 추가적인 반응이 간단한 방식으로 향상된다. 동시에, 삽입 관 내 더욱 차가운 알킬렌 옥사이드는 반응 혼합물로부터 반응열을 제거하는 것을 돕는다.
반응 공간 또는 간극 내 다소 거친 스트림(turbulent stream)으로 인하여, 액체 형태로 본 발명에 따라 공급되는 경우, 알킬렌 옥사이드는 일반적으로 촉매화된 원료와 접촉 하에 즉시 혼합된다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구현예에서, 링 슬릿 노즐이 상기 관형 반응기 (a)의 반응 공간의 내부로 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부로 액체 유기 물질을 공급하기 위하여 사용된다. 이러한 기술은 반응 공간 또는 간극 내로 주입된 액체 촉매화된 원료와 알킬렌 옥사이드의 혼합의 효율 및 속도를 추가적으로 상당히 향상시킨다.
추가적으로, 고정된(또는 스테틱, 본 명세서에서 동의어로 사용됨) 혼합 부재는 바람직하기로 반응 공간 또는 간극에 대한 알킬렌 옥사이드의 주입구에서, 또는 반응기의 배출구를 향한 반응 질량체의 길(way)을 따라, 알킬렌 옥사이드와, 원료 또는 부분적으로 반응한 질량체의 혼합을 지원하고 개선시키며 추가적으로 가속화하기 위하여 사용된다. 스테틱 믹서는 공지되어 있고 약 50년 전부터 사용되고 있으며 2개의 유체 물질, 가장 일반적으로는, 액체를 혼합하기 위한 기기이다. 상기 기기는 하우징, 예를 들어 관 내에 들어 있는 혼합 부재로 이루어져 있다. 이들은 약 6 mm로부터 수 센티미터 직경까지 크기가 다양할 수 있다. 스테틱 믹서 부재는 예를 들어, 금속으로 제조된 일련의 배플(baffle)로 이루어져 있다. 스테틱 믹서 구성요소(component)의 제작을 위한 전형적인 재료는 예를 들어, 스테인리스 스틸을 포함한다. 예를 들어, 2개의 스트림의 액체가 스테틱 믹서 시스템 내로 전달된다. 이들 스트림이 믹서를 통해 움직임에 따라 움직이지 않는 고정된 혼합 부재는 지속적으로 물질을 블렌딩한다. 혼합은 유체 특성, 관 내부 직경, 성분의 수, 및 혼합 부재의 디자인과 같은 변수에 의존한다. 스테틱 믹서 시스템은 또한 예를 들어, 로빈스 앤 마이어스, 아이엔씨(Robbins & Myers, Inc) 또는 슐처 켐테크 엘티디(Sulzer Chemtech Ltd)(예를 들어, 슐처 SMX 믹서, Sulzer Technical Review 2+3/2009, 23-25 참조)로부터 상업적으로 입수 가능하다. 스테틱 혼합 부재는, 본 발명에 따라, 바람직하기로 촉매화된 원료가 반응 공간 또는 간극 내로 주입되는, 상기 제2 위치에 위치한다. 선택적으로, 하나 또는 그보다 많은 추가적인 스테틱 혼합 부재(들)가, 액체 알킬렌 옥사이드와 액체 촉매화된 원료의 혼합 및 반응을 지원하기 위하여, 상기 제2 위치와, 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드가 반응기 내로 공급되는, 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 언급된 제3 위치 사이에 위치한다. 또한, 하나 또는 그보다 많은 스테틱 혼합 부재(들)가 상기 제2 및 제3 위치 사이에서 형성된 액체 반응 혼합물과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합을 지원하기 위하여 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제3 위치 및/또는 상기 제3 위치의 하류에 위치할 수 있으며, 및/또는 추가적인 액체 알킬렌 옥사이드가 반응 혼합물에 첨가되는, 반응기 내 임의의 추가적인 위치 또는 그 하류에 위치할 수 있다.
삽입 관 또는 이중 관의 길이는 단일의 반응 구역 도중에 달성되는 반응 정도를 정의한다. 즉, 삽입 관 또는 이중 관이 짧아질수록, 일반적으로, 각각의 관 또는 이중 관이 횡단하는 반응기의 반응 공간 또는 간극의 구역 내에서 수행하는 반응 정도가 더욱 작아지며, 상기 관 또는 이중 관 이후의 잔여 전환이 더욱 커진다. 반응 공간 또는 간극의 전체 길이에 대한 바람직한 참고 값은 약 2 내지 약 25 미터, 바람직하기로 약 5 내지 10 미터의 범위이나, 물론, 특정한 경우에는 다를 수 있다. 삽입 관 또는 이중 관의 길이에 대한 바람직한 참고 값은 반응 공간 또는 간극의 전체 길이의 약 4 내지 90 퍼센트의 범위이다.
바람직하기로, 반응기는, 반응기의 길이 방향으로 상기 관형 반응기 (a)의 반응 관(들) 또는 환형-간극 반응기 (b)의 외부 및 내부 관에 연속적으로 부속된, 2개 이상, 더욱 바람직하기로 3개의 개별적인 템퍼링, 즉 냉각 또는 가열 자켓을 추가로 구비하며, 이때 상기 템퍼링 자켓 중 제1 자켓은 예를 들어, 상기 제2 및 제3 위치 사이의 지대에 부분적으로 또는 완전히 위치하며, 제2 자켓은 상기 제1 템퍼링 자켓 직후단 및 상기 제3 위치 후단에 부분적으로 또는 완전히 위치하고, 임의의 제3 및 추가적인 템퍼링 자켓이 상기 제2 템퍼링 자켓 후단에 연속적으로 뒤따른다. 이러한 방식으로, 반응 혼합물의 임의의 국부적인 과열을 피하면서, 다른 한편으로 가능한 한 완전한 알킬렌 옥사이드의 반응을 달성하는 방식으로 상기 2개, 또는 선택적으로 3개 이상의 개별적인 템퍼링 자켓 내에 존재하는 적합한 온도의 액체 냉각 또는 가열 매체에 의해 독립적으로 반응 혼합물의 온도를 제어하는 것이 가능하다. 바람직하기로, 다른 구획 내 냉각/가열 매체의 온도는 이러한 반응을 위한 바람직한 수준으로, 즉 140 - 250℃, 더욱 바람직하기로 170 - 220℃로 반응기 내 반응 혼합물의 온도를 유지하도록 적합하게 조정된다. 기재된 바와 같이, 다른 템퍼링 구역 내에서 반응 혼합물을 가열하거나 또는 이를 냉각하는 것 중 어느 하나가 필요할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 더욱 바람직한 구현예에서, 반응 혼합물은 반응기를 나가기 전에 추가적인 후반응 구역 또는 공간을 통과하며, 이는 주반응 구역을 뒤따르는 반응기 구역 내에서, 관형 반응기의 경우 반응 관 이후에 위치하거나, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 상기 환형 반응 간극 이후에 위치하고, 이때 환형 간극은 바람직하기로 상기 주반응 간극보다 더욱 큰 내부 너비를 갖는다. 후반응 구역의 존재는 알킬렌 옥사이드의 최종 전환율을 현저하게 개선시킬 수 있어, 예를 들어, 5 ppm 이하 또는 더욱 아래의 1 ppm 이하의 미반응 알킬렌 옥사이드의 잔여 함량을 갖는 말단 생성물을 용이하게 얻을 수 있다. 후반응 공간은 바람직하기로 반응기 투입의 총 부피(알킬렌 옥사이드 + 유기 원료)의 0.5-5%의 부피를 갖는다. 관형 반응기의 경우, 반응 공간에 대한 액체 촉매화된 원료를 위한 주입구의 위치와, 반응 관 말단부 사이의 거리에 상응하도록 주반응 구역의 길이를 고려할 수 있다. 환형 간극 반응기의 경우, 주반응 구역의 길이는, 후반응 구역이 증가된 내부 너비를 가지는 경우, 반응 간극에 대한 액체 촉매화된 원료를 위한 주입구의 위치와, 환형 간극의 증가된 내부 너비 구역의 시작부 사이의 거리에 상응하도록 고려될 수 있다. 환형 간극의 내부 너비가 후반응 구역에서 증가하지 않아서, 주반응 구역이 후반응 구역으로 눈에 보이지 않게 전환하는 경우, 주반응 구역의 길이는, 본 발명의 목적을 위하여, 반응 간극에 대한 액체 촉매화된 원료를 위한 주입구의 위치와, 반응기에 탑재된 전술한 템퍼링 자켓 종단(last)의 - 반응기의 배출구 방향으로 - 말단부 사이의 거리에 상응하도록 고려될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구현예는
(a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및
(b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형-간극 반응기로부터 선택되는 반응기 내에서 수행되고,
(1) 반응기에 대한 액체 알킬렌 옥사이드의 공급은 단일의 질량 흐름 제어기에 의해 제어되고, 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 질량 흐름 제어기를 통해 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원과 연결된 단일의 주입구 소켓을 통해 상기 반응기 (a) 또는 (b)에 공급되고, 상기 알킬렌 옥사이드는 반응 공간 또는 간극으로 들어가기 전에 제1 및 제2 부분으로 분열되고,
(2) 상기 제1 부분의 알킬렌 옥사이드는 제1 위치에서 상기 반응기 (a) 또는 (b)의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고,
(3) 상기 액체 유기 물질은, 상기 반응 공간의 상기 제1 위치에서의, 또는 그 하류에서의 제2 위치에서, 각각의 상기 반응 관 내에 위치하는, 관형 반응기 (a)의 적어도 하나의 반응 관의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 링 슬릿 노즐을 통해, 또는 반응 간극의 상기 제1 위치에서의, 또는 그 하류에서의 제2 위치에서, 반응 간극의 경계를 형성하는, 하나의 링 슬릿 노즐은 상기 외부 관에 위치하고 다른 링 슬릿 노즐은 상기 내부 관에 위치하는, 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 2개의 링 슬릿 노즐을 통해, 상기 관형 반응기 (a)의 반응 공간의 내부에 공급되고, 액체 알킬렌 옥사이드와 섞여 반응기의 말단부를 향해 하류로 이동하는 액체 반응 혼합물을 형성하고,
(4) 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 상기 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐서 반응기에 들어가고,
(5) 상기 제2 부분의 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치 또는 그 상류에서 분열하고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극 내 제3 위치까지, 관 반응기 (a)의 경우 관을 통해, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 이중 관 각각을 통해 전달되고, 이때 관 또는 이중 관은 반응 공간 또는 간극 내로 삽입되고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극의 상기 제3 위치까지 각각 연장하며, 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 상기 관 또는 이중 관 각각의 외부 표면과 타측으로는 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각의 사이에 반응 공간을 형성하고,
(6) 상기 제3 위치는 반응기 투입의 흐름 방향으로 상기 제2 위치의 하류에 위치하며,
(7) 상기 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제3 위치에서 반응기의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고 상기 액체 반응 혼합물과 섞인 후 반응기의 말단부를 향해 하류로 가면서 이와 반응하고, 반응기의 말단에서 반응 생성물을 위한 배출구를 통해 반응기를 나가며,
(8) 반응기의 내부 압력은 반응기에 들어가는 알킬렌 옥사이드가 증발하지 않는 압력 수준으로, 특히 약 20 내지 70 bar로 유지된다.
전술한 방법에 더하여, 하기를 특징으로 한다:
(9) 반응 혼합물의 온도는, 템퍼링 자켓 중 제1 자켓은 상기 제2 및 제3 위치 사이의 지대에 부분적으로 또는 완전히 위치하며, 제2 자켓은 상기 제1 템퍼링 자켓 직후단 및 상기 제3 위치 후단에 부분적으로 또는 완전히 위치하고, 임의의 제3 템퍼링 자켓이 상기 제2 템퍼링 자켓 후단에 연속적으로 뒤따르는, 반응기의 길이 방향으로 상기 관형 반응기 (a)의 반응 관(들) 또는 환형-간극 반응기 (b)의 외부 및 내부 관에 연속적으로 부속된, 2개 또는 3개의 개별적인 템퍼링 자켓을 통해, 적합한 온도의 액체 템퍼링 매체를 수송(conveying)함으로써 본 발명에 따른 방법의 상기 특히 바람직한 구현예에서 제어되고,
(10) 상기 액체 물질과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합은 상기 제2 위치에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 스테틱 혼합 부재(들), 및 선택적으로, 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치 사이에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 추가적인 스테틱 혼합 부재(들)에 의하여 추가적으로 지원되고, 및/또는 반응기의 상기 제2 및 제3 위치 사이에서 형성된 상기 액체 반응 혼합물과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합은 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제3 위치 및/또는 상기 제3 위치의 하류에 위치하는 하나 또는 그보다 많은 스테틱 혼합 부재(들)에 의하여 더욱 지원되며,
(11) 반응기 내 반응 혼합물의 온도는 140 내지 250℃ 사이, 바람직하기로 170 - 220℃로 유지되고,
(12) 반응 혼합물은, 환형 간극이 주반응 간극보다 더 큰 내부 너비를 갖는, 주반응 간극을 뒤따르는 반응기의 구역 내, 관형 반응기의 경우 반응 관 이후에, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 환형 반응 간극 이후에 위치하는, 추가적인 후반응 공간을 반응기를 나가기 전에 통과하며,
(13) 반응기를 나가는 물질 중의 잔여 알킬렌 옥사이드 함량은 바람직하기로 1 ppm 이하이다.
본 발명의 바람직한 구현예는 단일의 삽입 관 또는 이중 관을 사용하고 상기 단일의 관 또는 이중 관의 횡단면 영역은 상기 횡단면 영역과 제1 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 횡단면 영역의 합의 50 내지 5%이다.
다양한 유기 물질이 본 발명의 방법에 따라 알킬렌 옥사이드와 유리하게 반응할 수 있다. 특히, 1차 직쇄 또는 분지쇄 지방족 알코올, 예를 들어, 예컨대 Lorol 명칭 하에 시판되는 지방족 알코올(예를 들어, Lorol C12-14)과 같은 천연 오일 또는 지방으로부터 제조된 직쇄 천연 알코올(native alcohol), 뿐만 아니라 합성의 지글러(Ziegler) 알코올, 특히, Condea Alfol 12-16과 같은 시판되는 C12-16 지방족 알코올처럼 에틸렌으로부터 제조된 직쇄 알코올, 및 옥소-알코올(올레핀에 일산화탄소(CO), 및 일반적으로 합성 가스로서 함께 조합되는, 수소를 첨가하여 히드로포밀화 반응을 사용하여 알데히드를 얻은 다음, 상기 알데히드를 수소화하여 알코올, 예를 들어 n-부탄올, 2-에틸헥산올 또는 이소노닐알코올을 얻음으로써 제조되는 알코올)은 알콕시화될 수 있다. 또한, 불포화 지방족 알코올이, 탈로우(tallow) 지방족 알코올과 같이, 알콕시화될 수 있다. 더욱 드물게는 2차 알코올이 사용된다. 또한, 옥틸 페놀, 노닐 페놀, 트리부틸 페놀과 같은 n-알킬 페놀 또는 분지된 알킬 사슬을 갖는 알킬 페놀, 지방산, 지방산 알칸올 아미드, 지방족 아민, 피마자(ricinus) 오일과 같은 히드록시 지방산 함유 천연 오일, 및 폴리 히드록시 화합물 유래의 지방산 에스테르가 출발 물질로서 사용될 수 있다.
촉매화된 원료의 제조는 바람직하기로는 연속적으로 수행된다. 알콕시화를 위한 일 부분의 액체 화합물은, 바람직하기로는 박막 증발기 내에서, 알칼리 금속 수산화물 수용액 또는 알칼리 금속 알코올레이트의 알코올 용액과 예비혼합된다. 알칼리 금속 수산화물 용액과 반응수(reaction water) 유래의 물은 진공 하에 높은 온도에서 제거된다. 유사하게, 알칼리 알코올레이트 용액 유래의 알코올, 및 알코올레이트 형성 도중에 발생된 추가적인 알코올은 진공 하에 더욱 높은 온도에서 0.05 중량% 이하까지 제거된다. 그러므로 폴리 글리콜 또는 알킬 폴리 글리콜의 형성이 최소화된다. 그 다음 이러한 예비혼합물은, 촉매화된 원료가 약 0.1 내지 1 몰%의 촉매를 함유하도록 잔여의 액체 화합물과 혼합된다. 촉매화된 원료는 상기 물질의 온도 손실을 피하기 위하여 반응기 내로 즉시 공급된 후 알킬렌 옥사이드와 반응할 수 있다.
본 발명을 위한 바람직한 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 이의 혼합물이다.
본 발명의 특별한 구현예에서, 9 몰까지의 에틸렌 옥사이드(E0) 및 그 이상, 예를 들어 3 내지 9 몰과 알킬 페놀의 반응, 예를 들어 약 7 몰의 에틸렌 옥사이드와 트리부틸 페놀의 반응, 및 예를 들어 2-3 몰 에틸렌 옥사이드와 1차 천연(native) 및 합성 지방족 알코올의 반응이 일어나며, 생성물은 추가적인 설폰화를 위하여 산업적인 실시에서 자주 사용된다. 후자의 생성물이 전세계적으로 에톡시화된 물질의 주요한 양을 나타내고 SO3와의 이후의 설폰화에 의해 2-3 몰 EO를 사용한 에테르 설페이트(라우릴 에테르 설페이트), LES C12-14, 2-3 몰 EO를 사용한 알코올 에테르 설페이트, AES C12-14/15로 생성된다. 이들 에테르 설페이트는 예를 들어 가정용 제품, 개인 위생용 제품, 화장품, 액체 주방용 세제, 샴푸 및 거품 목욕제에 사용된다. 이러한 설폰화된 음이온성 계면활성제의 전체 연간 전세계적 생산량은 약 4,000,000 톤이다.
또한, 예를 들어 디메틸 지방족 알킬 아민 히드로클로라이드가 예를 들어 0.9 몰 에틸렌 옥사이드로 알콕시화될 수 있다. 이러한 경우에, 알콕시화에 사용되는 에틸렌 옥사이드의 몰량이 더욱 낮을수록, 반응열이 더욱 낮기 때문에, 본 발명의 방법에 따른 알콕시화를 수행하는 것이 특히 용이하다. 물론, 원료의 클로라이드 이온에 저항성이 있는 제작의 적합한 재료가 반응기를 위하여 선택될 필요가 있다는 점이 분명하다.
본 발명에 따른 알콕시화 방법은 일반적으로 훨씬 더 넓은 분자량 분포 범위를 갖는 생성물을 초래하는 반회분식 반응기가 사용되는 방법과 달리 특히 좁은 분자량 분포를 갖는 알콕시화 생성물을 초래한다.
본 발명의 목적을 위하여 관형 반응기를 사용하는 것이, 이러한 설계가 일반적으로 기계적으로 더욱 안정하기 때문에, 특히 바람직하다.
본 발명의 추가적인 중요한 구현예는 단일의 삽입된 이중 관을 갖는 환형 간극 반응기 내에서의 상기 기술된 바와 같은 촉매화된 원료의 연속적인 알콕시화이다. 이러한 반응기 설계는 3개의 스트림으로 액체 알킬렌 옥사이드의 분할을 야기하여, 하나는, 상기 삽입된 이중 관의 외부 표면으로부터 반응 간극의 외부 경계로 연장하는, 환형 횡단면 I를 통해 제1 위치에서 반응 간극으로 들어가고, 두 번째는, 반응 간극의 내부 경계로부터 삽입된 이중 관의 내부 표면으로 연장하는, 환형 횡단면 II를 통해 또한 상기 제1 위치에서 반응 간극으로 들어가며, 세 번째 스트림은 삽입 이중 관을 통해 전달되어 상기 이중 관의 배출구 말단(ending)에서 반응 간극에 들어간다.
본 발명의 목적을 위하여, 이러한 2-단계 환형 간극 반응기는 바람직하기로 알킬렌 옥사이드의 10 내지 90 퍼센트가 횡단면 I 및 II를 통해 반응 간극으로 들어가고 100 퍼센트까지의 잔여량이 삽입 이중 관을 통해 들어가도록 치수화(dimensioned) 된다.
더욱 바람직하기로 전술한 간극 반응기의 삽입 이중 관은 반응기의 전체 반응 간극의 길이의 4-70 퍼센트의 길이를 갖는다.
본 장치의 설계를 도 1a, 1b 및 2(평면도)에 개략적으로 도시된다. 환형 간극 반응기는 바람직하기로 5 내지 20 m 길이, 더욱 바람직하기로 약 5 내지 15 m이고, 반응 간극의 총 내부 너비는 바람직하기로 5 내지 15 mm 사이이다. 환형 간극 반응기는 2개의 동심의(concentric) 자켓을 씌운 관인, 내부 반응기 관(14, 18) 및 외부 반응기 관(8)과 함께 반응 간극(반응 챔버)(15, 17) 내 삽입 이중 관(16)으로 이루어진다. 자켓은 각각 3개의 구획으로 나뉜 냉각/가열 영역으로 설계된다. 액체 촉매화된 원료는 내부(4) 및 외부 관(11) 내 링-형태의 분배(distribution) 슬릿(링 슬릿 노즐)(3 및 13)을 통해 반응 간극의 내부로 균일하게 공급된다. 미리 가열된 액체 알킬렌 옥사이드는 반응기 헤드부(1) 상으로 가해져서, 일 부분의 알킬렌 옥사이드가, 삽입된 이중 관의 외부 벽과 외부 반응 관의 내부 벽, 및 내부 반응 관의 외부 벽과 삽입된 이중 관의 내부 벽으로 정의되는 제1 합류 지점에서, 반응 간극의 2개의 환형 횡단면(cross section, 15I 및 15Ⅱ)을 통해 직접 공급된다. 상기 이중 관은 바람직하기로 내부-고정화된(22) 것이다. 잔여량의 알킬렌 옥사이드는, 상기 이중 관(16)의 입구(entrance)를 형성하는 제3 환형 횡단면(cross section) 상으로 삽입된 이중 관에 들어가고, 반응 간극 내 이중 관의 삽입 거리에 따른 반응 간극의 하부 지점(7)으로 상기 이중 관을 통해 전달된다.
바람직하기로, 상기 제1 위치에서 삽입된 이중 관의 환형 횡단면 영역은, 상기 횡단-면의 영역, 상기 삽입된 이중 관의 외부 표면으로부터 반응 간극의 외부 경계까지 연장하는 환형 횡단면 영역(I), 및 반응 간극의 내부 경계로부터 삽입된 이중 관의 내부 표면까지 연장하는 환형 횡단면(Ⅱ)의 합의 90 내지 10%이다.
알킬렌 옥사이드 분배 시스템(2)은 제1 합류 지점에서 알킬렌 옥사이드가 반응 간극으로 들어가는 2개의 이전에 언급된 환형 횡단면, 및 삽입 이중 관의 입구-측의 환형 횡단면에 대응하는 자기 비례형(self proportioning)이다. 반응 간극으로의 알킬렌 옥사이드의 제2 공급 지점은 삽입된 이중 관(16)의 길이에 의해 정의된다. 삽입된 이중 관의 환형 간극으로의 입구는 액체 촉매화된 원료를 위한 분배 슬릿(링 슬릿 노즐)의 상단에 위치한다(3 및 13).
알킬렌 옥사이드 주입구 지점의 난류는 내부(13) 및 외부(11) 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 투입되는 액체 원료가 하류로 가면서 알킬렌 옥사이드와 즉시 균질하게 혼합되도록 야기한다. 혼합의 효율은 바람직하기로 반응 구역 내에 고정된 혼합 부재(12)에 의해 향상된다.
반응 간극을 형성하는 내부 및 외부 관의 열교환 자켓(6)의 3개의 구획은 필요한대로 공정(process)의 온도의 제어를 허용한다. 템퍼링(냉각 또는 가열) 매체는 주입구 (5) 및 (21)을 통해 가해진다. 매체의 배출은 매니폴드(10, 19)를 통해 발생한다. 반응 혼합물(mix, 20)은 반응 영역(17)을 출발하여, 중간에 후반응이 이어지는 체류 챔버(9)(후반응 공간)에 놓인다. 이러한 생성물 혼합물은 체류 챔버를 출발하여 원료의 기체 불순물(탄화수소, 알데히드, CO2), 및 최종 생성물을 오염시키는 다른 물질(알킬렌 옥사이드, 디옥솔란, 디옥산)의 제거를 위한 사이클론 내로 인도된다. 그 후, 최종 생성물이 냉각되고, 필요한 경우 예를 들어 락트산으로 중화된다. 이러한 중화된 생성물의 최종 여과가 뒤따를 수 있다.
도 1B는 도 1A에 도시된 환형 간극 반응기로서, 여기에서 반응기의 후반응 구역 내 반응 간극의 내부 경계가 주반응 간극의 내부 경계를 형성하는 관보다 더욱 작은 직경을 갖는 내부 관에 의해 형성되어 후반응 공간(9)이 상기 주반응 간극보다 더욱 큰 내부 너비를 갖게 되는, 환형 간극 반응기를 도시한다. 반응기의 후반응 구역의 증가된 부피가 반응기 내 반응 혼합물의 총 체류 시간을 감소시키지 않고 반응기 길이를 감소시키는데 기여하며, 이에 따라 반응 생성물의 잔류 알킬렌 옥사이드 함량을 증가시킨다.
본 발명의 다른 구현예는 특수한 다중 관 반응기 내에서의 상기 기술된 바와 같은 촉매화된 원료의 연속적인 알콕시화이다. 이러한 다중 관 반응기는 다수의 반응 관의 각각 내에 하나의(one) 더욱 작은 삽입 관을 포함한다. 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 삽입 관을 통해 2개의 스트림(stream)으로 나뉜다. 바람직하기로, 다중 관 반응기의 삽입 관은 상기 반응 관의 길이의 약 10 내지 50 퍼센트의 길이를 갖는다.
이러한 장치의 예시적인 설계가 도 3 및 4에 더욱 상세하게 도시되어 있다.
알콕시화를 수행하기 위한 다중 관 반응기는, 관형 열 교환기와 유사하게, 다수의 반응 관(8), 및 각각의 반응 관의 상부의 내부 공간 내 삽입 관(13)으로 이루어진다. 각각의 삽입 관은 바람직하기로 반응 관 내부의 중심에 있다. 반응기는 바람직하기로 5 내지 20 m 길이, 더욱 바람직하기로 약 5 내지 15 m, 특히 5 내지 10 m이고, 반응 관은 바람직하기로 10 내지 25 mm의 직경을 갖는다. 예를 들어, 3개의 다른 구획(6)을 가진 열 교환-자켓 또는 쉘(5)은 공정에 의해 요구되는 대로 온도를 제어할 수 있다. 액체 촉매화된 원료(4)는 특수한 원료 분배부(3)를 통해, 특히 반응 관 내에 위치한 링 슬릿 노즐을 통해 균일하게 공급된다. 알킬렌 옥사이드는 반응기 헤드부(1)에 공급되어 일 부분은 분배 챔버에 걸쳐 반응 관 주입구(11)의 제1 알킬렌 옥사이드 합류 지점으로 곧바로 가서 반응 관의 제1 반응 구역(12)까지 가고, 잔여량은 삽입된 더욱 작은 관(13)에 걸쳐 하부의 제2 알킬렌 옥사이드 합류 지점(7) 및 반응기의 하부에 위치하는 제2 반응 구역(14)까지 간다. 전체 공급된 알킬렌 옥사이드의 자기 비례는, 반응기 관의 횡단면에서 삽입된 관의 횡단면을 뺀 것을 나타내는 환형 영역과 관련하여 삽입된 관(13)의 횡단면에 대응하는 위치(2)에서 일어난다.
알킬렌 에틸렌 옥사이드의 흐름 속도, 및 관과 삽입 관에 의해 형성되는 환형 간극 내 -바람직하게 존재하는- 고정된 혼합 부재(17)는 원료 분배 장치(device)(3)로부터 공급되는 원료와 즉각적인 균질한 혼합을 야기한다. 3개의 열교환 구획은 온도의 개별적인 제어를 허용한다. 냉각 또는 가열 매체는 각각 매니폴드(10)를 통해 공급된다. 매체 배출은 라인(16)을 통해 일어난다. 반응 공간의 제2 구역(14)으로부터의 반응 혼합물(15)은 후반응을 위하여 최종 반응 챔버(9)를 통해 흐른다. 사이클론 내에서, 예를 들어, 아세트알데히드 또는 CO2와 같은 원료의 잔여 불활성 기체, 및 예를 들어, 디옥산 또는 디옥솔란과 같이 반응 중에 최종 생성물 중에 형성된 물질의 최종 탈기가 뒤따른다. 그 다음, 최종 생성물이 냉각되고 필요한 경우 락트산으로 중화된다. 원하는 경우, 중화된 생성물을 여과시킬 수 있다.
이러한 방법으로, 캐스케이드 내에서와 같이, 2 단계의 반응이 달성된다. 최종 생성물에 필요한 것보다 더욱 적은 양의 알킬렌 옥사이드(예를 들어, 70 퍼센트, 2 공정 단계 간에 70:30의 알킬렌 옥사이드 양의 분배에 대응함)로 반응을 개시한 경우, 단지 일부의 반응이 일어나기 때문에, 제1 단계에서, 반응하는 물질의 양, 및 이에 따른 반응열과 반응기 내 결과적인 온도를 제한하기 위하여, 단지 일 부분의 화학량론적으로 원하는 액체 알킬렌 옥사이드가 공급된다. 그러므로, 반응열의 발달(development)이 상당히 더욱 작아서, 반응기의 제1 구획 내의 강한 온도 증가가 방지되며, 반응열이 냉각 자켓에 의하여 더욱 잘 제거될 수 있다. 이러한 종류의 처리로 인하여, 알콕시화의 발열 반응 및 온도 거동이 제어하기 훨씬 더 쉽다.
유기 원료가 슬릿(링 슬릿 노즐)을 통해 외부 관의 내부 벽과 내부 관의 외부 벽 사이의 간극 내로 공급되는, 환형 간극 반응기의 경우, 이중 관은 환형 간극 내로 삽입되고(삽입 이중 관) 이를 통해 일 부분의 알킬렌 옥사이드가 반응 간극 하류 멀리까지 공급되고 반응기 내 상류에서 이미 부분적으로 알콕시화된 혼합물에 첨가된다. 이러한 방식으로, 촉매화된 원료와 반응하도록 의도되는 알킬렌 옥사이드의 전체 양의 두 부분으로의 자기-제어된 비례가, 반응 간극의 부분적인 환형 횡단면 15I 및 15Ⅱ(도 2 참조)의 합과 삽입 이중 관의 환형 횡단면 간의 관계와 대응하여, 달성된다.
삽입된 이중 관의 길이에 따라, 반응기의 제1 부분의 전환 정도(degree)와 제2 구역의 잔여 전환이 조정될 수 있다.
상당히 유사한 자기-제어된 알킬렌 옥사이드 비례가 본 발명에 따라 다중 관 반응기에서 일어난다. 다중 관 반응기의 각각의 반응 관 내에, 더욱 작은 삽입 관이 삽입된다. 반응하도록 의도되는 알킬렌 옥사이드의 전체 양의 제1 부분은 반응 및 삽입 관 사이의 환형 공간을 통해 각각의 반응 관의 상부에 공급되고, 반응 관의 촉매화된 원료와 곧바로 접촉하게 된다. 알킬렌 옥사이드의 제2 부분은 각각의 반응 관 내 삽입 관의 말단부 이후 하류에서 이미 부분적으로 알콕시화된 반응 생성물과 반응한다. 각각의 반응 관 내 알킬렌 옥사이드를 위한 제1 공급 위치, 및 각각의 삽입 관의 말단부에서 첨가되는 알킬렌 옥사이드의 양은 삽입 관의 횡단면과, 삽입 관의 외부 직경 및 연관된 반응 관의 내부 직경 사이의 환형 횡단면에 의해 결정된다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 알콕시화 단계 간의 반응 정도가 정의된다. 또, 반응기의 제1 부분의 전환 정도 및 제2 구역 내 잔여 전환은 삽입 관의 길이의 변경으로 조정될 수 있다.
(다중) 관 반응기 내 삽입 관(들) 또는 환형 간극 반응기 내 삽입 이중 관의 길이는 예를 들어, 반응 공간 또는 간극의 길이의 20 내지 70 퍼센트의 범위일 수 있다.
삽입 관 및 삽입 이중 관은 설계가 단순하며, 반응기에 용이하게 부착될 수 있고 스페이서에 의해 반응 공간 또는 간극 내에 중심에 있다. 이들 스페이서는 또한 반응 물질 내 난류 및 혼합 효과를 발생시킨다.
또한, 작은 반응 부피 및 반응 챔버 내 알킬렌 옥사이드의 최소화된 비율(portion)로 인하여, 안전상의 이유로 질소를 사용하여 예비적인 불활성화를 하는 것이 필요하지 않다.
이하 실시예는 본 발명의 추가적인 설명을 위하여 제공되며 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 특히, 다른 용량을 위한 장치의 설계 및 치수(sizing)는 당업자에게 용이하게 가능하다. 반응 공정은 도 5에 도시되어 있다(용량, 반응 혼합물 내 온도 발달, 냉각/가열 온도). 에틸렌 옥사이드 부분 압력 발달은 도 6에 도시되어 있다.
실시예
실시예 1 - 2008 톤/년에 상응하는 250.8 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 1.750 m의 길이(전체 반응기 길이의 35%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입된 이중 관을 갖는, 5 m 길이의 5 인치 환형 간극 반응기 내에서의 n-노닐 페놀과 7몰의 에틸렌 옥사이드의 반응.
환형 간극 반응기는, 도 1 및 2에 따른 외형을 가지고, 외부 관의 내부 직경이 5 인치 = 127.0 mm이고 내부 관의 외부 직경이 114.0 mm이며 반응기 길이가 5.000 m이고, 6.5 mm의 환형 간극 너비(11.31 리터의 환형 공간 부피), 및 외부 관의 내부 벽 내 링 슬릿 노즐과 내부 관의 외부 벽 내 또 다른 하나의 링 슬릿 노즐을 통한 액체 촉매화된 원료를 위한 공급부를 갖는다. 두 동심의 관은 3개의 냉각 또는 가열 구획을 갖는 자켓이 씌워진 관이며(도 1A/B 참조), 이에 의하여 상부 자켓 구획은 전체 자켓 길이의 35%를 차지하고, 중간 자켓은 또한 35%를 차지하며 하부 자켓은 30%를 차지한다. 환형 간극(환형 공간)은 얇은-벽의 삽입 이중 관을 포함한다. 반응기의 벽 두께는 10 mm이고(도 2 참조), 냉각/가열 구역의 간극은 6 mm에 달하고 후반응기의 부피는 0.02 ㎥에 달한다. 삽입 이중 관의 벽 두께(내부 및 외부 관 쉘)는 0.5 mm에 달하고, 외부 직경 = 122.67 mm이며, 내부 직경 = 118.33 mm이고, 자켓이 씌워진 외부 및 내부 관으로부터 삽입 이중 관의 벽까지의 거리는 각각 (127-122.67)/2 = 2.17 mm 및 (118.33-114)/2 = 2.17 mm이며(도 1 참조), 삽입 이중 관의 길이는 1.75 m(= 전체 반응기 길이의 35%)이다. 이러한 경우에 일체화된 이중 관 직경이 에틸렌 옥사이드가 외부 및 내부 반응기 관 사이의 2개의 횡단면을 통해 약 82.25% 공급되고 결국 일체화된 이중 관 횡단면을 통해 17.75%가 공급되도록 치수화된다.
촉매를 제조하기 위하여, 7.15 kg/h = 0.0325 kmol/h의 전체 원료 n-노닐 페놀(MW = 220)의 일 부분, 및 상기 n-노닐 페놀 부분에 적합한 0.19 kg/h 100% 가성 소다 = 0.0048 kmol/h = 14.64 몰%에 해당하는 0.38 kg/h의 50% 가성 소다 용액을 0.125 ㎡의 증발기 표면을 갖는 박막 증발기(TFE) 내로 대략 50℃의 온도에서 예비 혼합 후 공급한다. 자켓 온도는 감압 스팀으로 150℃ = 대략 4 bar(제어된 압력)로 조정된다. 증류 제거되는, 가성 소다 용액 및 반응수(reaction water) 유래의 물의 양(총 대략 0.28 kg/h)은 대략 30 mbar 절대압력으로 진공 펌프 시스템에 의해 방출된다. < 0.05%의 잔류 물 함량을 갖는 형성된 나트륨- n-노닐 페놀레이트를 특수한 펌프로 배출되는 TFE로부터 회수하고 불순물 제거를 위하여 셀프 클리닝 슬릿 필터를 통해 공급한다. 이러한 과정 이후, 97.36 kg/h = 0.4425 kmol/h의 새로운 n-노닐 페놀과 스테틱 믹서 내에서 혼합된다(그 이후에 이러한 혼합물은 촉매로서 1 몰% 나트륨-n-노닐 페놀레이트를 함유함).
본 발명에 따라 삽입된 이중 관을 갖는 환형 간극 반응기에서, 상부 자켓 내 가압된 냉각수/열수 예비 운행 온도는 35℃로 조정되고 물 순환량(water loop quantity)은 5 ㎥/h로 세팅된다. 주입구 온도는, 예비가열의 경우 압력 스팀, 그리고 냉각의 경우 물을 압력 루프 내로 공급하는 것을 모니터링함으로써 "분할 구간(split range)" 자동 제어기를 통해 일정하게 유지한다. 중간 자켓 구획에서, 물 순환량은 5 ㎥/h 및 55℃로 조정되고 하부 자켓에서도 동일하다.
새로운 n-노닐 페놀 및 촉매화된 n-노닐 페놀의 혼합물(이때 혼합물은 0.6 몰%의 촉매를 포함함)이, 자켓이 씌워진 내부 및 외부 동심 관 사이 공간 내로 질량 유량계(mass flow meter)에 의해 제어된, 촉매로서 형성된 알코올레이트를 포함하는, 104.62 kg/h n-노닐 페놀의 간극에 비례하는 양으로, 특수한 TFE 방출 펌프에 의하여 165℃의 설정 온도를 갖는 열교환기 상으로 그리고 양쪽 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 펌핑된다. 반응기 헤드부 상의 공급 파이프로, 146.32 kg/h = 3.3257 kmol/h 에틸렌 옥사이드(n-노닐 페놀 대비 에틸렌 옥사이드 = 1 대 7.0)가 고압 펌프로 공급된다. 삽입된 이중 관(1.750 m = 상부로부터 전체 반응기 길이의 35%)을 통해, 25.37 kg/h(= 17.75%)의 에틸렌 옥사이드의 양이 흐르고 약 120.35 kg/h(= 82.25%)의 에틸렌 옥사이드의 잔여량이 환형 간극의 횡단면(I + Ⅱ)(도 2 참조)을 통해 흐른다. 반응기의 제1 구획(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 25%이어야 하고, 제2 구획(반응기 길이의 35%)은 35%이어야 하며, 제3 구획(반응기 길이의 30%)은 40%이어야 한다.
대략 236℃의 온도의 반응 혼합물이 링 챔버(대략 0.02 ㎥)로부터 탈기(에틸렌 옥사이드 유래의 불활성 기체, 형성된 부산물, 예를 들어 디옥산)를 위한 사이클론 내로 압력 제어 밸브(50 bar)에 의해 빠져나간다. 그 다음 기체가 수봉식 진공 펌프(water ring vacuum pump)로 방출되고 연소되거나 스크러버로 이어진다. 사이클론 내에서, 적은 진공이 대략 700 mbar 절대압력으로 유지된다. 필요한 경우, 스트립핑 스팀이 또한 사이클론 내로 도입될 수 있다. 이에 따라 더욱 우수한 탈기가 달성된다. 그 후, 말단 생성물이, 사이클론으로의 재순환 루프를 갖는 열교환기 내에서 대략 60℃로 냉각된다.
동적 믹서에 의해 락트산(0.54 kg/h)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물이 대략 5 ㎥/h로 루프 내 열 교환기에 펌핑된다. 최종 생성물이 루프로부터 여과기 또는 저장 탱크로 방출된다.
알콕시화 반응기의 운전 개시 동안, 상기 과정은 하기와 같이 진행된다: 먼저 환형 간극 반응기가 스테틱 믹서 내에서 혼합되는 새로운 n-노닐 페놀, 및 박막 증발기 유래의 농축, 여과된 촉매 혼합물로 충진된다. 0.6 몰% 촉매를 함유하는 상기 혼합물은 165℃로 예비가열한 이후 반응기로 시간 당 미리 설정된 양으로 공급된다. 사이클론 내에서 낮은 액체 수준(제어된 수준)을 달성한 직후, 에틸렌 옥사이드는, 또한 시간 당 미리 설정된 양으로, 예비 가열기를 거쳐 반응기 내에 펌핑된다. 반응기 출력 라인(output line)의 압력 제어 밸브는 50 bar(165℃에서의 에틸렌 옥사이드의 증기압은 대략 50 bar임)로 조정된다. 반응기의 3개의 가열/냉각 루프의 각각의 구획을 위한 온도 제어기는 요구되는 온도로 조정된다.
생성물 상세 내역
히드록실 값(mg KOH/g) : 106 계산된 MW = 528
= 7.0 몰 EO
색(시각적) : 밝은 황색
색(APHA) : 20 max.
밀도 50℃ : 약 1.04 g/㎤
유동점(pour point) : 7℃
동적 점도 50℃ : 대략 65 mPas
디옥산 함량(헤드 공간 GC) : 최대 1 ppm
에틸렌 옥사이드 : 최대 1 ppm
폴리글리콜 : 1%
수분(칼 피셔) : 0.05 중량%
실시예 2 - 2008 톤/년에 상응하는 260 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 1.750 m의 길이(전체 반응기 길이의 35%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입된 이중 관을 갖는, 5 m 길이의 5 인치 환형 간극 반응기 내에서의 n-노닐 페놀과 15몰의 에틸렌 옥사이드의 반응.
실시예 1(7몰 에틸렌 옥사이드)과 비교하여, 용량이 동일한 반응기 크기에 대해 유지된다. 더욱 많은 에틸렌 옥사이드 양(15 몰)로 인하여 반응열이 증가하기 때문에, 반응 온도는 약간 더 높다. 실시예 2에 대하여 도 1 및 2에 따른 동일한 환형 간극 반응기(실시예 1에서와 같은 크기) 및 실시예 1에서와 같은 동일한 박막 증발기 장비(equipment)가 사용된다.
촉매를 제조하기 위하여, 4.45 kg/h = 0.0202 kmol/h를 의미하는 전체 원료 (65 kg/h) n-노닐 페놀의 일 부분, 및 n-노닐 페놀과 관련하여 0.12 kg/h 100% NaOH(가성 소다) = 0.0030 kmol/h = 14.64 몰%에 해당하는 0.24 kg/h 50% NaOH 용액을 둘 다 예비 혼합 후 박막 증발기(0.125 ㎡) 내로 50℃에서 공급한다. 박막 증발기(TFE)는 대략 150℃에서 4 bar 스팀으로 가열된다(압력 제어됨). 증류 제거되는, 가성 소다 용액 및 반응수(reaction water) 유래의 물의 양(총 0.17 kg/h)은 워터 제트(30 mbar 절대압력)에 의해 배출된다. 0.05% 이하의 잔류 물 함량을 갖는 나트륨-n-노닐 페놀레이트를 기어(gear) 펌프로 배출되는 박막 증발기로부터 회수하고 슬릿 필터를 통해 불순물을 분리한다. 이어서, 0.2752 kmol/h에 해당하는 60.55 kg/h의 새로운 n-노닐 페놀과 스테틱 믹서 내에서 혼합된다(그 다음, 상기 혼합물은 촉매로서 0.6 몰% 나트륨-n-노닐 페놀레이트를 함유함).
상부 반응기 자켓 구획 내 냉각/가열의 가압된 예비 운행 물 온도는 136℃로 고정되고, 워터 루프(water loop)는 대략 5 ㎥/h로 고정된다. 입구 온도는, 루프 내로 스팀 또는 냉각수를 주입함으로써 온도를 유지하는 "분할 구간(split range)" 제어에 의해 제어된다. 중간 자켓은 5 ㎥/h 및 23℃로 워터 루프에 연결되고 하부 자켓은 5 ㎥/h 및 35℃로 워터 루프에 연결된다.
방출 기어 펌프는 박막 증발기로부터 촉매화된(0.6 몰%) n-노닐 페놀(65.07 kg/h, 질량 유량계)을 165℃의 설정 온도를 갖는 열교환기 상으로 내부- 및 외부 분배 슬릿(링 슬릿 노즐)을 통해 균등하게 상응하는 반응 공간으로 펌핑한다. 반응기 헤드부 상으로, 195.00 kg/h 액체 에틸렌 옥사이드(= 2.0683 kmol/h)가 압력 펌프에 의해 투입된다(n-노닐 페놀 대 에틸렌 옥사이드의 비율은 1:15임). 삽입 이중 관의 크기: 3.500 m를 의미하는, 전체 반응기 길이의 70% 길이. 자켓을 씌운 동심의 내부 및 외부 관(직경 di = 114 mm, dout = 127 mm)의 환형 횡단면을 통해, 82.25% = 160.39 kg/h가 투입된다. 삽입 이중 관의 횡단면을 통해(실시예 1), 43.61 kg/h = 17.75%를 의미하는, 잔여량의 에틸렌 옥사이드가 투입된다(3.5 m). 반응기의 제1 구획(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 15%이어야 하고, 제2 구획(반응기 길이의 35%)은 35%이어야 하며, 제3 구획(반응기 길이의 30%)은 50%이어야 한다.
반응 혼합물은, 에틸렌 옥사이드 유래의 불활성 기체 및 디옥산과 같은 형성된 부산물이 탈기되도록 압력 저항 밸브에 의해 제어되는 링 챔버(0.02 ㎥)를 나간다. 그 이후, 사이클론으로의 열 교환기 및 재순환 루프 내에서 60℃로의 냉각이 뒤따른다.
락트산(0.34 kg/h)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물이 루프 내 동적 믹서 및 이후의 냉각기(5 ㎥/h)에 펌핑된다. 중화제 루프로부터의 최종 생성물이 필터를 통과하고 저장 탱크로 방출된다.
생성물 상세 내역
히드록실 값(mg KOH/g) : 63 계산된 MW = 880
= 15.0 몰 EO
색(시각적) : 밝은 황색
색(APHA) : 20 max.
밀도 50℃ : 약 1.07 g/㎤
유동점(pour point) : 25℃
동적 점도 50℃ : 대략 80 mPas
디옥산 함량(헤드 공간 GC) : 최대 1 ppm
에틸렌 옥사이드 : 최대 1 ppm
폴리글리콜 : 1%
수분(칼 피셔) : 0.05 중량%
실시예 3 - 5653 톤/년에 상응하는 704 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 1.750 m의 길이(전체 반응기 길이의 35%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입 이중 관을 갖는, 5 m 길이의 5 인치 환형 간극 반응기 내에서의 3 몰의 에틸렌 옥사이드를 사용한 n-노닐 페놀 에톡실레이트의 제조.
실시예 1과 비교하여, 반응열이 더욱 작기 때문에, 동일한 반응기 크기에서 더욱 낮은 에틸렌 옥사이드 부분(3 몰)으로 인한 비율 이상으로 처리량(throughput)이 증가된다.
실시예 3에 대하여, 도 1 및 2에 따른 동일한 환형 간극 반응기(실시예 1에서와 같은 크기 및 실시예 1에서와 같은 동일한 박막 증발기 장비)가 사용된다.
실시예 3에서 촉매 제조를 위하여, 0.1368 kmol/h에 해당하는 30.10 kg/h를 의미하는 전체 원료 (440 kg/h) n-노닐 페놀의 일 부분, 및 n-노닐 페놀과 관련하여 0.480 kg/h 100% NaOH(가성 소다) = 0.0120 kmol/h = 8.78 몰%와 등가인 0.96 kg/h 50% NaOH 용액을 둘다 (예비 혼합 후) 0.125 ㎡의 교환기 표면을 갖는 박막 증발기 내로 50℃에서 공급한다. 박막 증발기는 6 bar 스팀으로 가열된다(압력 제어됨). 증류 제거되는, 가성 소다 용액 및 반응 유래의 물의 양(0.7 kg/h)은 워터 제트(30 mbar 절대압력)에 의해 배출된다. 0.05% 이하의 잔류 물 함량을 갖는 구성된 나트륨-n-노닐 페놀레이트를 기어 펌프로 배출되는 박막 증발기로부터 제거하고 회전 슬릿 필터 상에서 오염물을 여과한다. 이후, 상기 촉매는 409.90 kg/h = 1.8632 kmol/h의 새로운 n-노닐 페놀과 스테틱 믹서 내에서 혼합된다(그 다음, 상기 혼합물은 0.6 몰% 나트륨-n-노닐 페놀레이트를 함유함).
상부 반응기 자켓 내 냉각수/열수 공급 온도는 75℃로 고정되고, 워터 루프는 대략 5 ㎥/h로 고정된다. 일정한 입구 온도가 "분할 구간(split range)" 제어에 의해 제어된다. 중간 자켓은 5 ㎥/h의 루프 물량(loop water quantity) 및 75℃를 허용하고 하부 자켓은 5 ㎥/h 및 75℃로 작동한다.
방출 기어 펌프는 박막 증발기로부터 촉매화된(0.6 몰%) 및 새로운 n-노닐 페놀(440.26 kg/h, 질량 유량계에 의함)을 165℃의 설정 온도를 갖는 열교환기에 내부 및 외부 분배 슬릿(링 슬릿 노즐)을 통해 균등하게 반응기 벽 사이로 펌핑한다. 264 kg/h 액체 에틸렌 옥사이드 = 6.000 kmol/h가 압력 펌프에 의해 반응기 헤드부 상으로 투입된다(n-노닐 페놀 대 에틸렌 옥사이드의 비율은 1:3임). 삽입 이중 관의 크기: 1.750 m를 의미하는, 전체 반응기 길이의 35% 길이. 자켓을 씌운 동심의 내부 및 외부 관(직경 di = 114 mm, dout = 127 mm)의 환형 횡단면을 통해, 82.25% = 217.14 kg/h 에틸렌 옥사이드가 투입된다. 삽입 이중 관의 횡단면을 통해, 46.86 kg/h = 17.75%를 의미하는, 잔여량의 에틸렌 옥사이드가 투입된다(제1 공급 위치로부터 1.75 m). 반응기의 제1 구획(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 20%이어야 하고, 제2 구획(반응기 길이의 35%)은 40%이어야 하며, 제3 구획(반응기 길이의 30%)은 40%이어야 한다.
반응 혼합물은 압력 저항 밸브에 의해 제어되는(조정된 압력은 50 bar임) 링 챔버(0.02 ㎥)를 나간 뒤, 에틸렌 옥사이드 유래의 불활성 기체 및 디옥산과 같은 형성된 부산물이 탈기된다. 이들 기체는 워터 펌프의 보조 하에 연소기 또는 스크러버로 방출된다. 그 이후, 사이클론으로의 열 교환기 및 부분적인 재순환 내에서 60℃로의 냉각이 뒤따른다.
락트산(1.54 kg/h, 70 중량%, 분자량 90 g/mol)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물이 루프 내 동적 믹서 및 이후의 냉각기(5 ㎥/h)에 펌핑된다. 중화제 루프로부터의 최종 생성물이 필터를 통과한 후 저장된다.
생성물 상세 내역
히드록실 값(mg KOH/g) : 159.4 계산된 MW = 352
= 3.0 몰 EO
색(시각적) : 밝은 황색
색(APHA) : 20 max.
디옥산 함량(헤드 공간 GC) : 최대 1 ppm
에틸렌 옥사이드 : 최대 1 ppm
폴리글리콜 : 1%
수분(칼 피셔) : 0.05 중량%
실시예 4 - 5653 톤/년에 상응하는 704 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 6 m의 길이(전체 반응기 길이의 60%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입 이중 관을 갖는, 10 m 길이의 5 인치 환형 간극 반응기 내에서의 3 몰의 에틸렌 옥사이드 및 촉매로서 0.6 몰% NaOH를 사용한 n-노닐 페놀 에톡실레이트의 제조.
동일한 용량을 갖는 실시예 3과 비교하여, 반응기 길이가 10 m까지 증가된다. 이에 반응이 더욱 긴 길이에 걸쳐 확산되어, 최대 온도가 그 이후에 209℃로 감소한다.
실시예 4를 위하여 도 1 및 2에 따른 동일한 환형 간극 반응기(실시예 1에서와 같은 크기)가 사용된다.
실시예 4를 위한 촉매 제조는 실시예 3과 유사하게 수행되었다.
기어 펌프의 보조 하에, 0.6 몰% 가성 소다를 포함하는 촉매화된 n-노닐 페놀을 165℃의 설정 온도를 갖는 열 교환기에 펌핑하고 내부 및 외부 반응 관 사이의 양쪽 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 균등하게 공급한다. 반응기 헤드부 상으로, 264.00 kg/h = 6.000 kmol/h 에틸렌 옥사이드가 펌프에 의해 투입된다(n-노닐 페놀 대 에틸렌 옥사이드는 1:3임). 삽입 이중 관 횡단면(전체 반응기 길이의 60% = 6.000 m)을 통해 46.86 kg/h = 17.75% 및 217.14 kg/h = 82.25%의 에틸렌 옥사이드가 내부 및 외부 반응 관에 의해 형성된 환형 횡단면 상으로 투입된다. 반응기의 제1 구획(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 40%이어야 하고, 제2 구획(반응기 길이의 35%)은 40%이어야 하며, 제3 구획(반응기 길이의 30%)은 20%이어야 한다.
209℃의 반응 혼합물은 사이클론 내로 탈기(에틸렌 옥사이드 유래의 불활성 기체, 및 형성된 부산물, 예를 들어 디옥산)를 위하여 압력 제어 밸브를 통해 확산한다. 탈기 후, 열 교환기(사이클론으로의 재순환 루프) 내에서 60℃로의 냉각이 뒤따른다.
상부 자켓 내 가압된(5 ㎥/h) 냉각수/열수 루프의 공급 온도는 73℃로 조정된다. 3개의 자켓(반응 구획)을 위한 주입구 온도 유지는 스팀 및 냉각수 공급을 담당하는 "분할 구간" 제어기에 의해 수행된다. 중간 자켓 워터 루프는 5 ㎥/h 및 116℃로 작동한다. 하부 자켓 워터 루프는 5 ㎥/h 및 141℃로 작동한다.
반응 혼합물은 동적 믹서 및 5 ㎥/h 냉각기 상으로 락트산(0.23 kg/h)으로 중화시키기 위한 루프 내에 펌핑된다. 루프를 나간 후, 최종 생성물이 여과 후 저장된다.
생성물 상세 내역
히드록실 값(mg KOH/g) : 159.4 계산된 MW = 352
= 3.0 몰 EO
색(APHA) : 20 max.
디옥산 함량(헤드 공간 GC) : 최대 1 ppm
에틸렌 옥사이드 : 최대 1 ppm
폴리글리콜 : 1%
실시예 5 - 6816 톤/년에 상응하는 852 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 6 m의 길이(전체 반응기 길이의 60%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입 이중 관을 갖는, 10 m 길이의 5 인치 환형 간극 반응기 내에서의 2 몰의 에틸렌 옥사이드를 사용한 지방족 알코올 C12 -14 에톡실레이트의 제조.
실시예 5에서, 지방족 알코올 C12 -14는 2 몰의 에틸렌 옥사이드와 반응한다. 더욱 적은 에틸렌 옥사이드 첨가로 인하여 더욱 적은 반응열이 방출되기 때문에 실시예 4와 관련한 생산량은 동일한 반응기 크기를 사용하여 증가된다. 그 이후에 최대 온도는 208℃에 이른다. 반응기 내 평균 체류 시간은 55초에 달하며 후반응기 내에서는 283초에 달한다(대략 총 5분).
실시예 5를 위하여 도 1 및 2에 따른 동일한 환형 간극 반응기(실시예 1에서와 같은 크기)가 사용된다.
촉매의 제조를 위하여, 40.22 kg/h = 0.2052 kmol/h를 의미하는 전체 원료 (104.51 kg/h) 지방족 알코올 C12 -14(C12 = 65-71%, C14 = 22-28%, C16 = 4-8%, 분자량 = 196(히드록실 값으로부터))의 일 부분, 및 상기 지방족 알코올 C12 -14 부분과 관련하여 8.77 몰%와 등가인 1.44 kg/h 50% 가성 소다 용액 = 0.72 kg/h 100% NaOH = 0.0180 kmol/h를 0.125 ㎡의 교환기 표면을 갖는 박막 증발기(TFE) 내로 대략 50℃의 온도에서 예비 혼합 후 공급한다. TFE의 자켓 온도는 압력 스팀으로 150℃ = 대약 4 bar로 조정된다(압력 제어). 증류 제거되는, 가성 소다 용액 유래 물 및 반응수(총합 대략 1.04 kg/h)는 워터 링 펌프(대략 30 mbar 진공)에 의해 배출된다. < 0.05%의 잔류 물 함량을 갖는 형성된 나트륨 C12 -14-지방족 알코올레이트를 특수한 펌프로 상기 진공으로부터 배출시킨 후 슬릿 필터를 통과시켜 불순물을 분리한다. 그 다음, 여과액을 스테틱 믹서 내에서 새로운 지방족 알코올 C12 -14 547.78 kg/h = 2.705 kmol/h와 혼합한다(그 다음, 상기 혼합물은 촉매로서 0.6 몰% 나트륨 C12 -14 알코올레이트를 함유함).
기어 펌프의 보조 하에, 촉매화된 지방족 알코올 C12 -14를 165℃의 설정 온도를 갖는 열 교환기에 넣고 2개의 동심의 반응 관의 벽 사이의 간극 내로 2개의 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 고르게 넣는다. 반응기 헤드부에서, 공급 파이프를 통해, 264.00 kg/h 에틸렌 옥사이드(= 6.000 kmol/h)(지방족 알코올 C12 -14 대 에틸렌 옥사이드의 관계 = 1 대 2임)가 고압 펌프에 의해 공급된다. 삽입된 이중 관(전체 반응기 길이의 60% = 6.000 m)을 통해 상기 언급된 환형 간극의 2개의 횡단면 및 삽입된 이중 관 상으로 82.25% = 217.14 kg/h의 에틸렌 옥사이드가 삽입된 이중 관의 내부 및 외부의 환형 간극 사이에 공급된다. 삽입된 이중 관 상으로 에틸렌 옥사이드의 잔여량 46.86 kg/h = 17.75%가 반응기 상부로부터 6.000 m 이후에 공급된다. 반응기의 제1 부분(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 40%를 달성하고, 제2 부분(반응기 길이의 35%)은 40%를 달성하며, 제3 부분(반응기 길이의 30%)은 20%를 달성한다. 반응 혼합물은 208℃에서 반응기 말단부를 나간 다음 탈기(EO 유래의 불활성 기체, 형성된 부산물, 예를 들어 디옥산)를 위하여 사이클론 내로 압력 제어 밸브를 통해 링 챔버(대략 0.02 ㎥)로부터 방출된다. 이후에 대략 60℃로의 냉각이 사이클론으로의 재순환 루프에 의해 열 교환기 내에서 수행된다.
상부 자켓 내 가압된 열수/냉각수 공급 온도는 5 ㎥/h의 루프 양에 의해 85℃로 조정된다. 각각의 구획을 위한 주입구 온도는 압력 워터 루프 내로의 스팀 또는 냉각수 공급의 "분할 구간" 자동 제어된 공급에 의해 일정하게 유지된다. 중간 자켓 구획에서 루프 양은 129℃에서 5 ㎥/h의 물로 조정되고, 하부 자켓에서 워터 루프 양은 5 ㎥/h 및 153℃로 조정된다.
락트산(2.31 kg/h)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물은 동적 믹서 및 이후의 냉각기(루프 양 대략 5 ㎥/h) 상으로 루프 내에 펌핑된다. 중화 루프로부터, 최종 생성물이 여과 후 저장된다.
반응 혼합물이 황산화 플랜트로 직접 공급되는 경우, 락트산을 사용한 중화는 필요하지 않다. 비중화된 생성물은 질소 블랭킷 하에 완충 용기(buffer vessel) 내에서 임시로 저장될 수 있다.
실시예 6 - 39360 톤/년에 상응하는 4920 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 6 m의 길이(전체 반응기 길이의 60%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입 이중 관을 갖는, 10 m 길이의 36 인치 환형 간극 반응기 내에서의 3 몰의 에틸렌 옥사이드, 및 1 몰% 촉매를 사용한 지방족 알코올 C12 -14 에톡실레이트의 제조.
실시예 3과 비교하여, 에톡시화는 10 m의 길이 및 1 몰%의 촉매 농도 및 6 m 길이(전체 길이의 60%)의 삽입된 이중 관의 길이를 갖는 36 인치 환형 간극 반응기 내에서 수행된다. 이때 반응기는 에틸렌 옥사이드 및 지방족 알코올의 예비-가열을 위해 사용된다. 에틸렌 옥사이드의 공급 온도는 20℃이고 지방족 알코올의 온도는 40℃이다.
도 1 및 도 2에 따른 환형 간극 반응기는 36 인치 = 914.4 mm의 내부 직경을 갖는 외부 관 및 895.2 mm의 외부 직경을 갖는 내부 관으로 이루어지며, 10 m의 반응기 길이와 9.6 mm의 환형 너비(환형 공간 부피는 0.272 ㎥임)를 갖고, 3개의 냉각/가열 구획을 갖는 자켓이 씌워진 내부 및 외부 반응 관 내에 원료 분배 슬릿(링 슬릿 노즐)을 갖는다(도 1 참조). 상부 및 중간 자켓은 전체 반응기 길이의 각각 35%씩을 커버하고 하부 자켓은 30%를 커버한다. 환형 간극(환형 공간) 내에, 얇은-벽의 이중 관이 포함된다. 반응기의 벽 두께는 19 mm이고, 냉각/가열 자켓의 간격은 8 mm이며, 후반응기의 부피는 0.08 ㎥이다. 삽입 이중 관의 벽 두께는 0.5 mm이며, 외부 직경은 908.0 mm이고, 내부 직경은 901.6 mm이며, 슬릿 너비는 (908.0-901.60)/2=3.20 mm이다. 삽입 이중 관의 길이는 6 m = 전체 반응기 길이의 60%이다.
삽입 이중 관의 직경은 77.08%의 에틸렌 옥사이드가 내부 및 외부 환형 간극 상으로 투입되고 잔여의 22.92%가 삽입 이중 관 상으로 투입되도록 치수화된다.
실시예 6의 촉매의 제조를 위하여, 전체 원료 (2940.00 kg/h) 지방족 알코올 C12-14(C12 = 65-71%, C14 = 22-28%, C16 = 4-8%, 분자량 = 196(히드록실 값으로부터))의 일 부분, 즉 201.11 kg/h = 1.0261 kmol/h, 및 지방족 알코올 C12 -14와 관련하여 0.15 kmol/h = 14.62 몰%와 등가인 12.00 kg/h 50% 가성 소다 용액 = 6.00 kg/h 100% NaOH를 사용하였다. 이를 모두 함께 1.0 ㎡의 증발기 표면을 갖는 박막 증발기(TFE) 내로 대략 50℃의 온도에서 예비 혼합 후 공급한다. TFE의 자켓 온도는 스팀으로 150℃ = 대략 4 bar로 조정된다(제어된 압력). 증류 제거되는, 가성 소다 용액 유래 물 및 반응수(총합 대략 8.70 kg/h)는 대략 30 mbar의 진공 하에 워터 제트 펌프에 의해 배출된다. < 0.05%의 잔류 물 함량을 갖는 형성된 나트륨 - 지방족 알코올레이트 C12 -14를 배출되는 TFE로부터 펌핑하여 슬릿 필터 상으로 넣어 오염물을 제거한다. 그 다음, 이를 스테틱 믹서 내에서 2738.89 kg/h = 13.9739 kmol/h 새로운 지방족 알코올 C12 -14와 혼합한다(그 다음, 이러한 혼합물은 1.0 몰% 나트륨 지방족 알코올레이트 C12 -14을 함유함).
10 ㎥/h의 가압된 냉각/가열 워터 루프의 공급 온도는 상부 자켓 구획 내에서 112℃로 설정된다. 입구 온도는 압력 워터 루프 내로의 일정 압력의 스팀(특히 예비가열용) 또는 냉각수의 공급을 위한 "분할 구간" 제어의 보조 하에 조정된다. 중간 자켓에 대하여, 10 ㎥/h 및 150℃의 가압된 워터 루프로 조정되고 또한 하부 구획에 대하여 150℃의 10 ㎥/h 워터 루프로 조정된다.
기어 펌프를 사용하여, 1.0 몰%로 촉매화된 지방족 알코올레이트 C12 -14를 165℃의 온도로 열 교환기에서 예비 가열하고, 내부 및 외부 반응 관 벽 사이에 고르게 2943.30 kg/h(질량 유량계) 지방족 알코올레이트 C12 -14(촉매인, 형성된 알코올레이트 포함)의 양으로 2개의 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 투입한다. 반응기 상부 상의 매니폴드 상으로, 1980 kg/h = 45.00 kmol/h 에틸렌 옥사이드(지방족 알코올레이트 C12 -14 대 에틸렌 옥사이드의 관계 = 1 대 3임)가 압력 펌프에 의해 투입된다. 삽입 이중 관(전체 반응기 길이의 60% = 6.000 m)을 통해 삽입된 이중 관의 내부 및 외부의 상기 언급된 환형 간극 횡단면 상으로, 에틸렌 옥사이드가 환형 간극 상으로 투입된다(77.08% = 1526.18 kg/h). 에틸렌 옥사이드의 잔여량 453.826 kg/h = 22.92%가 대략 6.000 m 아래에서 삽입 이중 관을 통해 흐른다. 반응기의 제1 부분(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 57%이어야 하고, 제2 부분(반응기 길이의 35%)은 28%이어야 하며, 제3 부분(반응기 길이의 30%)은 15%이어야 한다. 그 다음, 반응 혼합물은 탈기(EO 유래의 불활성 기체, 형성된 부산물, 예를 들어 디옥산)를 위하여 사이클론 내로 압력 제어 밸브(50 bar로 조정됨)를 통해 후반응기(링 챔버 대략 0.08 ㎥)를 나간다. 워터 링 진공 펌프에 의해 배출되는 폐기 기체는 연소되거나 스크러버에 도입될 수 있다. 이후에 대략 60℃로의 냉각이 사이클론으로의 재순환 루프로 열 교환기 내에서 수행된다.
19.29 kg/h 70 중량%의 락트산(분자량 = 90)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물은 동적 믹서 상으로 펌핑되고 루프 내 냉각기(대략 10 ㎥/h)를 통과한다. 중화제 루프를 나온 최종 생성물은 여과 후 저장 탱크 내로 흘러들어간다.
실시예 7 - 45656 톤/년에 상응하는 5707 kg/h의 용량을 갖는, 본 발명에 따라, 5.500 m의 길이(전체 반응기 길이의 55%)를 갖고 원료 투입부의 하류 및 제2 에틸렌 옥사이드 투입부에 스테틱 혼합 부재를 갖는 삽입 이중 관을 갖는, 10 m 길이의 36 인치 환형 간극 반응기 내에서의 3 몰의 에틸렌 옥사이드, 및 1 몰% 촉매를 사용한 n-노닐 페놀 에톡실레이트의 제조.
실시예 6과 비교하여, 에톡시화는 10 m의 길이 및 1 몰%의 촉매 농도 및 5.5 m 길이(전체 길이의 55%)의 삽입된 이중 관의 길이를 갖는 36 인치 환형 간극 반응기 내에서 수행된다. 이 경우에, 반응기는 에틸렌 옥사이드 및 지방족 알코올의 예비 가열을 위해서도 동시에 사용된다. 에틸렌 옥사이드의 공급 온도는 20℃이고 1 몰%의 촉매와 함께 지방족 알코올의 온도는 40℃이다.
도 1 및 도 2에 따른 환형 간극 반응기는 36 인치 = 914.4 mm의 내부 직경을 갖는 외부 관 및 895.2 mm의 외부 직경을 갖는 내부 관으로 이루어지며, 10 m의 반응기 길이와 9.6 mm의 환형 너비(환형 공간 부피는 0.272 ㎥임)를 갖고, 자켓이 씌워진 내부 및 외부 반응 관 내의 원료 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 및 3개의 냉각/가열 구획을 갖는다(도 1 참조). 상부 및 중간 자켓은 전체 반응기 길이의 각각 35%씩을 커버하고 하부 자켓은 30%를 커버한다. 환형 간극(환형 공간) 내에, 얇은-벽의 이중 관이 포함된다. 반응기의 내부 및 외부 벽 두께는 19 mm이고, 냉각/가열 자켓의 간격은 8 mm이며, 후반응기의 부피는 0.08 ㎥이다. 삽입 이중 관의 내부 및 외부 벽 두께는 0.5 mm이며, 외부 직경은 908.0 mm이고, 내부 직경은 901.6 mm이어서, 간극 너비는 (908.0-901.60)/2=3.20 mm이 된다. 삽입 이중 관의 길이는 5.500 m = 전체 반응기 길이의 55%이다. 삽입 이중 관의 직경은 77.08%의 에틸렌 옥사이드가 내부 및 외부 환형 간극 상으로 투입되고 잔여의 22.92%가 삽입 이중 관 횡단면 상으로 투입되도록 치수화된다.
실시예 7의 촉매의 제조를 위하여, 전체 원료 = 3410.00 kg/h 지방족 알코올 C12-14(C12 = 65-71%, C14 = 22-28%, C16 = 4-8%, 분자량 = 196(히드록실 값으로부터))의 일 부분, 즉 233.26 kg/h = 1.1901 kmol/h, 및 지방족 알코올 C12 -14와 관련하여 0.1740 kmol/h = 14.62 몰%에 상응하는 13.92 kg/h 50% 가성 소다 용액 = 6.96 kg/h 100% NaOH를 사용하였다. 이를 모두를 미리 혼합하여 1.0 ㎡의 표면을 갖는 박막 증발기(TFE) 내로 대략 50℃의 온도에서 공급한다. TFE의 자켓 온도는 스팀으로 150℃ = 대략 4 bar로 설정된다(제어된 압력). 증류 제거되는, 가성 소다 용액 유래 물 및 반응수(총합 대략 10.09 kg/h)는 대략 30 mbar의 진공 하에 워터 제트 펌프에 의해 배출된다. < 0.05%의 잔류 물 함량을 갖는 형성된 나트륨 - 지방족 알코올레이트 C12 -14를 배출되는 TFE로부터 펌핑하여 슬릿 필터 상으로 넣어 오염물을 여과한다. 그 다음, 이를 스테틱 믹서 내에서 3176.74 kg/h = 16.2078 kmol/h 새로운 지방족 알코올 C12 -14와 혼합한다. 그 다음, 이러한 혼합물은 촉매로서 1.0 몰% 나트륨 - 지방족 알코올레이트 C12 -14를 함유한다. 혼합물의 온도는 48℃이다.
가압된 냉각/가열 워터 루프의 공급 온도는 상부 자켓 구획 내에서 179℃로 설정된다. 물의 루프 양은 10 ㎥/h이다. 입구 온도는 압력 워터 루프 내로의 "분할 구간" 제어된 스팀 압력(특히 예비가열용) 또는 냉각수 공급의 보조로 조정된다. 중간 자켓에 대하여, 10 ㎥/h 및 113℃의 워터 루프로 조정되고 또한 하부 자켓 구획에 대하여 167℃의 워터 루프가 사용된다.
기어 펌프에 의하여, 1.0 몰%로 촉매화된 지방족 알코올레이트 C12 -14를 내부 및 외부 반응 관 벽 사이에 고르게 48℃의 혼합 온도로 5710.83 kg/h(질량 유량계)의 양으로 자켓이 씌워진 내부 및 외부 동심의 반응기 관 내 2개의 분배 슬릿(링 슬릿 노즐) 상으로 투입한다. 반응기 상부 상의 헤드부 매니폴드 상으로, 2297 kg/h 에틸렌 옥사이드(= 52.2045 kmol/h)(지방족 알코올레이트 C12 -14 대 에틸렌 옥사이드의 관계 = 1 대 3임)가 압력 펌프에 의해 투입된다. 삽입 이중 관(전체 반응기 길이의 55% 5.500 m)을 통해 삽입된 이중 관의 내부 및 외부의 상기 언급된 환형 간극 횡단면 상으로, 에틸렌 옥사이드가 투입된다(77.08% = 1770.53 kg/h). 에틸렌 옥사이드의 잔여량 526.47 kg/h = 22.92%가 상부의 대략 5.500 m 아래에서 삽입 이중 관을 통해 투입된다. 반응기의 제1 부분(반응기 길이의 35%)의 비례적인 에틸렌 옥사이드 전환은 20%이어야 하고, 제2 부분(반응기 길이의 35%)은 55%이어야 하며, 제3 부분(반응기 길이의 30%)은 25%이어야 한다. 그 다음, 반응 혼합물은 탈기(에틸렌 옥사이드 유래의 불활성 기체, 형성된 부산물, 예를 들어 디옥산)를 위하여 사이클론 내로 압력 제어 밸브(50 bar로 조정된 압력)를 통해 후반응기(링 챔버 대략 0.08 ㎥)를 나간다. 워터 링 진공 펌프에 의해 배출되는 폐기 기체는 연소되거나 스크러버에 도입될 수 있다. 이후에 대략 60℃로의 냉각이 사이클론으로의 재순환 루프 내에서 열 교환기에 의해 수행된다.
22.37 kg/h 70%의 락트산(분자량 = 90)으로 중화시키기 위하여, 반응 혼합물은 동적 믹서 상으로 펌핑되고 루프 내 냉각기(대략 10 ㎥/h)를 통과한다. 최종 생성물이 중화제 루프를 나온 뒤 여과 후 저장 탱크 내로 흘러들어간다.

Claims (30)

  1. (a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및
    (b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형 간극 반응기로부터 선택되는 반응기 내에서,
    하나 이상의 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물, 및 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 금속 알코올레이트로부터 선택되는 촉매를 포함하는 액체 물질을 액체 알킬렌 옥사이드와 연속적으로 반응시키기 위한 방법으로서,
    여기에서,
    (1) 반응기에 대한 액체 알킬렌 옥사이드의 공급은 단일의 질량 흐름 제어기에 의해 제어되고, 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 질량 흐름 제어기를 통해 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원과 연결된 단일의 주입구 소켓을 통해 상기 반응기 (a) 또는 (b)에 공급되고, 상기 알킬렌 옥사이드는 반응 공간 또는 간극으로 들어가기 전에 제1 및 제2 부분으로 나뉘어지고,
    (2) 상기 제1 부분의 알킬렌 옥사이드는 제1 위치에서 상기 반응기 (a) 또는 (b)의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고,
    (3) 상기 액체 물질은, 상기 제1 위치에 또는 그 하류(downstream)에 위치하는, 반응기의 제2 위치에서 상기 관형 반응기 (a)의 반응 공간의 내부, 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부로 공급되고, 액체 알킬렌 옥사이드와 섞여 반응기의 말단부를 향해 하류로 이동하는 액체 반응 혼합물을 형성하고,
    (4) 상기 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 및 상기 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐 상기 반응기에 들어가고,
    (5) 상기 제2 부분의 알킬렌 옥사이드는 상기 제1 위치에서 나뉘어지고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극 내 제3 위치까지, 관형 반응기 (a)의 경우 개별적인 관을 통해 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 개별적인 이중 관 각각을 통해 전달되고, 이때 관 또는 이중 관은 반응 공간 또는 간극 내로 삽입되고, 상기 제1 위치로부터 반응 공간 또는 간극의 상기 제3의 위치까지 각각 연장하며, 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 상기 관 또는 이중 관 각각의 외부 표면과 타측으로는 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각의 사이에 반응 공간을 형성하고,
    (6) 상기 제3 위치는 상기 제2 위치의 하류에 위치하며, 상기 제2 위치로부터 반응기 투입(charge)의 흐름 방향으로 떨어져 있으며,
    (7) 상기 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드는 상기 제3 위치에서 반응기의 반응 공간 또는 간극으로 들어가고 상기 액체 반응 혼합물과 섞인 후 반응기의 말단부를 향해 하류로 가면서 이와 반응하고,
    (8) 반응기의 내부 압력은 반응기에 들어가는 알킬렌 옥사이드가 증발하지 않는 압력 수준으로 유지되며,
    (9) 링 슬릿 노즐이, 상기 관형 반응기 (a)의 반응 공간의 내부 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부에 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위하여 사용되고,
    (10) 상기 액체 물질과 상기 제1 부분의 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합은 상기 제2 위치에 위치하는 하나 이상의 스테틱 혼합 부재(들), 및 선택적으로, 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 추가적인 스테틱 혼합 부재(들)에 의하여 추가적으로 지원되고, 및/또는 반응기의 상기 제2 및 제3 위치 사이에서 형성된 액체 반응 혼합물과 상기 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합은 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제3 위치 및/또는 상기 제3 위치의 하류에 위치하는 하나 이상의 스테틱 혼합 부재(들)에 의하여 더욱 지원되며,
    (11) 반응 혼합물의 온도는, 템퍼링 자켓 중 제1 자켓은 상기 제2 및 제3 위치 사이의 지대에 부분적으로 또는 완전히 위치하며, 제2 자켓은 상기 제1 템퍼링 자켓 다음에 바로 및 상기 제3 위치 다음에 부분적으로 또는 완전히 위치하고, 임의의 추가 템퍼링 자켓이 상기 제2 템퍼링 자켓 다음에 연속적으로 뒤따르는, 반응기의 길이 방향으로 상기 관형 반응기 (a)의 반응 관(들) 또는 환형 간극 반응기 (b)의 외부 및 내부 관에 연속적으로 부속된, 2개 이상의 개별적인 템퍼링 자켓을 통해, 적합한 온도의 액체 템퍼링 매체를 수송함으로써 제어되고,
    (12) 상기 삽입 관 또는 이중 관의 길이는 반응 공간 또는 간극의 전체 길이의 4 내지 90 퍼센트의 범위이며,
    (13) 상기 반응기는 5 내지 20 m의 길이를 가지고,
    (14) 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극 내로 삽입된 이중 관은, 상기 이중 관을 통해 전달되는, 알킬렌 옥사이드를 위한 상기 이중 관의 입구를 형성하는, 환형 횡단면을 가지며, 이때 상기 제1 위치에서 삽입된 이중 관의 환형 횡단면 영역은, (A) 상기 제1 위치에서 삽입된 이중 관의 환형 횡단면 영역, (B) 상기 삽입된 이중 관의 외부 표면으로부터 반응 간극의 외부 경계까지 연장하는 환형 횡단면 영역(I), 및 (C) 반응 간극의 내부 경계로부터 삽입된 이중 관의 내부 표면까지 연장하는 환형 횡단면(Ⅱ)의 합의 90 내지 10%인, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응기 내 반응 혼합물의 온도는 140 - 250℃로 유지되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반응 혼합물은 반응기를 나가기 전에 추가적인 후반응 구역을 통과하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 물질과 반응하는 액체 알킬렌 옥사이드의 총량은, 액체 알킬렌 옥사이드의 총량의 50 - 95%가 상기 제1 위치에서 반응 공간 또는 간극으로 들어가며, 100%까지의 잔여량이 상기 제3 위치로 전달되고 상기 제3 위치에서 반응 공간 또는 간극으로 들어간 후 상기 제3 위치의 상류에서 형성된 반응 혼합물과 반응하도록, 상기 제1 위치에서 나뉘어지는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반응기는 관형 반응기 (a)인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 관형 반응기는 다수의 반응 관을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응기는 환형 간극 반응기 (b)인, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 반응 간극 내로 삽입된 이중 관은 반응 간극의 길이의 4 - 70%의 길이를 갖는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반응기는 관형 반응기 (a)이고 상기 반응기의 반응 관(들) 내로 삽입된 관(들)은 상기 반응 관(들)의 길이의 10 - 50%의 길이를 갖는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 반응기의 내부 압력은 20 내지 70 bar인, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 액체 알킬렌 옥사이드는 반응기 내로 공급되기 전에 20 내지 60℃의 온도로 예비 가열되는, 방법.
  12. 제1항, 제5항 내지 제7항, 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기 내 반응 혼합물의 온도는 140 - 250℃로 유지되며, 반응 혼합물은 반응기를 나가기 전에 추가적인 후반응 구역을 통과하는, 방법.
  13. 하나 이상의 활성 수소 원자를 갖는 유기 화합물, 및 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리 금속 알코올레이트로부터 선택되는 촉매를 포함하는 액체 물질을 액체 알킬렌 옥사이드와 연속적으로 반응시키기 위한 장치로서, 상기 장치는
    (a) 반응 관 내부에 반응 공간을 제공하는 적어도 하나의 반응 관을 포함하는 관형 반응기, 및 (b) 반응 간극의 외부 경계를 형성하는 외부 관의 내부 표면과, 반응 간극의 내부 경계를 형성하는 내부 관의 외부 표면 사이에서 연장하는 환형 반응 간극을 형성하는, 외부 관 및 상기 외부 관 내부에 길이 방향으로 삽입된 내부 관을 포함하는 환형 간극 반응기로부터 선택되는 반응기; 및
    알킬렌 옥사이드를 위한 상기 관형 반응기 (a) 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)의 단일의 주입구 소켓에 단일의 질량 흐름 제어기를 통해 상기 알킬렌 옥사이드를 위한 라인과 연결되는 액체 알킬렌 옥사이드의 공급원을 포함하고,
    여기에서, 상기 반응기는
    (1) 반응기 헤드부의, 상기 반응 공간 또는 간극의 제1 위치에서 상기 반응 공간 또는 간극의 전체 횡단면 영역에 걸쳐 연장하고, 상기 주입구 소켓에 연결되는, 상기 관형 반응기 (a)의 적어도 하나의 반응 관의 반응 공간, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극으로의 제1 부분의 알킬렌 옥사이드의 주입구,
    (2) 반응 공간의 상기 제1 위치의, 또는 그 하류의 제2 위치에서 상기 반응 관 내에 위치한, 관형 반응기 (a)의 적어도 하나의 반응 관의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 링 슬릿 노즐, 또는
    하나의 링 슬릿 노즐은 상기 외부 관에 위치하고 다른 하나는 상기 내부 관에 위치하며, 반응 간극의 상기 제1 위치의, 또는 그 하류의 제2 위치에서, 반응 간극의 경계를 형성하는, 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극의 내부에 상기 액체 물질을 공급하고 이를 알킬렌 옥사이드와 혼합하기 위한 2개의 링 슬릿 노즐,
    (3) 반응 생성물을 위한 상기 반응기의 배출구 방향으로 상기 제1 위치로부터, 상기 제1 및 제2 위치로부터 떨어져 있는 반응 공간 또는 간극 내 제3 위치까지 연장하는, 관형 반응기 (a)의 경우 각각의 적어도 하나의 반응 관 내로 삽입된 관, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우 반응 간극 내로 삽입된 이중 관 (이때 관 또는 이중 관은 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드를 나누어 상기 제1 위치로부터 상기 제3 위치까지 전달하여 상기 제3 위치에서 이를 반응 공간 또는 간극에 분배하며, 여기에서 상기 관 또는 이중 관은 상기 반응 관의 내부 직경 또는 상기 반응 간극의 외부 경계보다 더욱 작은 직경을 가지고, 이에 따라 일측으로는 각각의 관 또는 이중 관의 외부 표면 각각과, 타측으로는, 반응 관의 내부 표면 또는 반응 간극의 외부 경계 각각 사이에 반응 공간을 형성한다),
    (4) 상기 액체 물질과 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합을 지원하기 위한, 상기 제2 위치에 위치하는 하나 이상의 스테틱 혼합 부재(들), 및 선택적으로, 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 추가적인 스테틱 혼합 부재(들), 및/또는 반응기의 상기 제2 및 제3 위치 사이에서 형성된 액체 반응 혼합물과 상기 제2 부분의 액체 알킬렌 옥사이드의 혼합을 지원하기 위한 반응 공간 또는 반응 간극 내 상기 제3 위치 및/또는 상기 제3 위치의 하류에 위치하는 하나 이상의 스테틱 혼합 부재(들),
    (5) 반응기의 길이 방향으로 상기 관형 반응기 (a)의 반응 관(들) 또는 환형 간극 반응기 (b)의 외부 및 내부 관에 연속적으로 부속된, 2개 이상의 개별적인 템퍼링 자켓 (이때 상기 템퍼링 자켓 중 제1 자켓은 상기 제2 및 제3 위치 사이의 지대에 부분적으로 또는 완전히 위치하며, 제2 자켓은 상기 제1 템퍼링 자켓 다음에 바로 및 상기 제3 위치 다음에 부분적으로 또는 완전히 위치하고, 추가적인 템퍼링 자켓이 상기 제2 템퍼링 자켓 다음에 연속적으로 뒤따른다), 및
    (6) 상기 제1 위치, 상기 제2 위치 및 상기 제3 위치로부터 하류에 있는 반응 공간 또는 간극 내 위치의 반응 생성물을 위한 배출구를 포함하고, 상기 배출구는 상기 제2 및 추가적인 템퍼링 자켓의 하류에 위치하고, 상기 제3 위치의 하류에 위치하는 상기 스테틱 혼합 부재의 하류에 위치하며,
    (7) 상기 삽입 관 또는 이중 관의 길이는 반응 공간 또는 간극의 전체 길이의 4 내지 90 퍼센트의 범위이며,
    (8) 상기 반응기는 5 내지 20 m의 길이를 가지고,
    (9) 상기 환형 간극 반응기 (b)의 반응 간극 내로 삽입된 이중 관은, 상기 이중 관을 통해 전달되는, 알킬렌 옥사이드를 위한 상기 이중 관의 입구를 형성하는, 환형 횡단면을 가지며, 이때 상기 제1 위치에서의 환형 횡단면 영역은, (A) 상기 제1 위치에서 삽입된 이중 관의 환형 횡단면 영역, (B) 상기 삽입된 이중 관의 외부 표면으로부터 반응 간극의 외부 경계까지 연장하는 환형 횡단면 영역(I), 및 (C) 반응 간극의 내부 경계로부터 삽입된 이중 관의 내부 표면까지 연장하는 환형 횡단면(Ⅱ)의 합의 90 내지 10%인, 장치.
  14. 제13항에 있어서, 3개의 개별적인 템퍼링 자켓을 포함하는, 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 관형 반응기 (a) 또는 상기 환형 간극 반응기 (b)는, 관형 반응기의 경우에 반응 관과 반응 생성물을 위한 배출구 사이에 위치하고, 또는 환형 간극 반응기 (b)의 경우에 액체 촉매화된 원료를 위한 주입구와, 반응기에 탑재된 상기 템퍼링 자켓 종단의 - 반응기의 배출구 방향으로 - 말단부 사이의 주반응 간극을 뒤따르는 반응기의 구역 내에 위치하는, 추가적인 후-반응 공간을 포함하는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 환형 간극의 내부 너비가 주반응 간극의 내부 너비보다 더 큰 추가적인 후-반응 공간을 포함하는 환형 간극 반응기 (b)를 포함하는, 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 단일의 관 또는 이중 관의 횡단면 영역이 상기 횡단면 영역과 제1 위치에서의 반응 공간 또는 간극의 횡단면 영역의 합의 50 내지 5%인, 장치.
  18. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 간극 내로 삽입된 이중 관은 반응 간극의 길이의 4 - 70%의 길이를 갖는, 장치.
  19. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기는 관형 반응기 (a)인, 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반응기의 반응 관(들) 내로 삽입된 관(들)은 상기 반응 관(들)의 길이의 10 - 50%의 길이를 갖는, 장치.
  21. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 5 내지 15 미터의 총 길이를 갖는 반응기를 포함하는, 장치.
  22. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 관형 반응기 (a) 또는 환형 간극 반응기 (b)의 알킬렌 옥사이드를 위한 상기 단일의 주입구 소켓은, 액체 에틸렌 옥사이드의 공급원, 액체 프로필렌 옥사이드의 공급원, 또는 액체 에틸렌 및 프로필렌 옥사이드의 혼합물의 공급원에 연결된, 장치.
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