KR102498891B1 - 산소 함유 가스의 분산된 버블을 사용하는 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 제조 - Google Patents

산소 함유 가스의 분산된 버블을 사용하는 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 제조 Download PDF

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Abstract

C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물로 산화시키기 위한 장치로서, 반응기는 유동 반응기를 포함할 수있고, 상기 유동 반응기는 반응물 입구, 산화 생성물 출구로서, 상기 반응기는 상기 반응물 입구로부터 상기 생성물 출구로의 액체 흐름을 제공하도록 구성되는 산화 생성물 출구, 반응기 내로 산소-함유 가스를 도입하도록 구성된 가스 입구, 및 액체 흐름 내의 산소-함유 가스를 포함한 가스 버블을 유동시키도록 구성된 입구 스파저를 포함하고, 상기 입구 스파저가 1.0 내지 5.0mm의 직경을 가진 가스 버블을 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 유동시키도록 구성되고, 및/또는 상기 입구 스파저가 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 상기 가스 버블을 유동시키도록 구성되는 장치.

Description

산소 함유 가스의 분산된 버블을 사용하는 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 제조 {ALKYLBENZENE HYDROPEROXIDE PRODUCTION USING DISPERSED BUBBLES OF OXYGEN CONTAINING GAS}
본 발명은 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
벤질 알코올 및 케톤을 제조하는 2단계 방법은 산소로 알킬 벤젠을 연속적으로 산화시켜 중간체인 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 형성하는 단계를 수반할 수 있다. 예를 들어, 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 큐멘 하이드로퍼옥사이드(CHP)을 생산하기 위한, 이소프로필벤젠으로도 지칭되는 알킬 벤젠 큐멘의 산화를 반응 (Ⅰ)에 나타내었다.
Figure 112017012347896-pct00001
반응 (Ⅱ)에서 볼 수 있는 바와 같이, 중간체 CHP는 양성자성 산으로 산 분해되어 페놀 및 아세톤을 형성할 수 있다. 공정에서 형성되는 페놀 및 아세톤의 혼합물은 이후 컬럼상에서 정류와 같은 방법으로 분리되고 정제될 수 있다.
Figure 112017012347896-pct00002
알킬 벤젠의 산화 방법에 의한 페놀 및 아세톤의 합성의 경제적 효율성은 알킬 벤젠 산화 공정 및 2단계 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 분해(절단 단계라고도 지칭한다.)에서 가능한 최고 수율을 달성하는 것에 의존할 수 있다. 산화 공정 중에 수득한 알킬벤젠 하이드로퍼옥사이드의 수율은 반응 용기에서 유지되는 정상 상태 농도의 함수일 수 있다. 다양한 경쟁적 부반응은 원하지 않는 부산물을 형성할 수 있고, 산화 공정의 제품의 생산 수율을 감소시킬 수 있다. 알킬 벤젠 액상과 산화제 기체상 사이의 물질 전달 영역이 불충분하면 생성물 수율을 더 감소시키고, 공정 장치의 자본 비용을 증가시키고, 공정 장치의 크기를 증가시키고, 공정 장치의 복잡성을 증가시킬 뿐만 아니라, 공정 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 공정 장치의 자본 비용을 감소시키거나, 공정 장치의 크기를 감소시키거나, 생성물의 수율을 증가시키거나 공정 비용을 감소시키거나, 부산물의 형성을 감소시키거나, 또는 상기 개선점 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 달성할 수 있는 개선된 알킬 벤젠 산화 공정이 당 업계에 요구되고 있다.
일 구현예에서,
C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 C8-C12 알킬벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물로 산화시키기 위한 장치는 유동 반응기(flow reactor)를 포함할 수 있고, 상기 유동 반응기는,
반응물 입구; 산화 생성물 출구로서, 상기 반응기는 반응물 입구로부터 생성물 출구로의 액체 흐름을 제공하도록 구성되는, 산화 생성물 출구; 산소-함유 가스를 상기 반응기 내로 도입할 수 있도록 구성된 가스 입구; 액체 흐름 내에서, 산소-함유 가스를 포함하는 가스 버블을 유동시키도록 구성된 입구 스파저; 및, 반응 채널;을 포함하고,
사용시 상기 반응물 입구로부터 상기 산화 생성물 출구로의 액체 유동이 반응 채널을 통해 이루어지고, 상기 입구 스파저는 1 내지 200초의 가스 버블 체류시간 동안 1.0 내지 5.0mm의 직경을 갖는 가스 버블을 유동시키도록 구성되고, 및/또는 상기 입구 스파저는 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 가스 버블을 유동시키도록 구성된다.
다른 구현예에서, C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 산화시켜 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물을 제조하기 위한 장치는 유동 반응기를 포함할 수 있고, 상기 유동 반응기는,
반응물 입구; 산화 생성물 출구로서, 상기 반응기는 반응물 입구로부터 생성물 출구로의 액체 흐름을 제공하도록 구성되는, 산화 생성물 출구; 상기 반응기 내로 산소-함유 기체를 도입하도록 구성된 기체 입구; 산소-함유 가스를 포함하는 가스 버블을, 액체 흐름 내에서, 유동시키도록 구성된 입구 스파저; 및, 반응 채널;을 포함하고,
사용시 상기 반응물 입구로부터 상기 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 상기 반응 채널을 통해 이루어지고, 상기 입구 스파저는 연속적으로 한번에 하나씩 가스 버블을 상기 반응 채널로 유동시키도록 구성된 단일 구멍을 갖는다.
일 구현예에서, C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 연속적인 제조 방법은, C8-C12 알킬 벤젠을 포함하는 액체 흐름을 반응물 입구를 통하여 유동 반응기 내의 반응 채널로 도입하는 단계; 반응 채널로 가스 버블을 도입하는 단계로서, 상기 가스 버블은 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 1.0mm 내지 5.0mm의 직경을 가지고, 및/또는 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않는, 단계; 및 C8-C12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 포함하는 액체 산화 생성물을 제조하는 단계;를 포함한다.
다른 구현예에서, C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 연속적인 제조 방법은, C8-C12 알킬 벤젠을 포함하는 액체 흐름을 반응물 입구를 통하여 유동 반응기 내의 반응 채널로 도입하는 단계; 순차적으로 한번에 하나씩 가스 버블을 입구 스파저 내의 단일 구멍을 통해 반응 채널로 도입하는 단계; 및 C8-C12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 포함하는 액체 산화 생성물을 제조하는 단계;를 포함한다.
상술한 것 및 다른 특징들은 다음의 도면들 및 상세한 설명에 의해 예시된다.
예시적인 실시예인 도면을 참조한다.
도 1 은 공류(co-flow) 알킬 벤젠 산화 방법의 예시이다.
페놀 및 케톤의 제조는 2단계 공정일 수 있다. 제1단계는 알킬 벤젠을 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드로 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 산화 단계는 상기 공정의 전반적인 생성물 수율에 큰 영향을 미칠 수 있다. 상기 산화 단계는 산소-함유 가스를 반응 용기 내의 액체 알킬 벤젠 상에 도입시켜 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물 상을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 액체 알킬 벤젠 상 및 산소-함유 가스 상 사이의 물질 전달 표면적 또는 계면 면적, 산소-함유 가스의 산소 함량, 액체 알킬 벤젠 상의 알킬 벤젠 함량, 반응물(예를 들어, 알킬 벤젠, 산소-함유 가스)의 체류 시간, 반응 혼합물의 온도, 반응 혼합물의 압력, 산화 촉매의 존재, 산화 촉매 농도, 산화 촉매 표면적 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하는 다양한 변수가 생성물 수율에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명은 개선된 알킬 벤젠 산화 장치 및 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물을 형성하기 위한 알킬 벤젠 반응물의 산화 장치는 액체 알킬 벤젠 반응물 입구, 산소-함유 가스 반응물 입구, 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물 출구 및 산소-함유 가스 출구를 포함하는 유동 반응기를 포함할 수 있다. 상기 산소-함유 가스 입구는 상기 반응기 내로 산소-함유 가스를 도입하도록 구성될 수 있다. 상기 산소-함유 가스는 액체 알킬 벤젠 상을 통해 이를 버블링 함으로써 알킬 벤젠 상에 도입될 수 있다. 상기 산소-함유 가스 반응물 입구는 산소-함유 가스의 가스 버블을 알킬 벤젠 액체 반응물 상으로 공급하도록 구성될 수 있는 스파저를 포함할 수 있다.
상기 스파저는 유입구(flow inlet) 및 유출구(flow outlet)를 포함하는 장치일 수 있다. 상기 유출구는 개별적인 산소-함유 가스 버블의 단일 스트림이 스파저로부터 연속적으로(예를 들어, 한번에 하나씩) 흘러나오도록 하는 단일 구멍을 포함할 수 있다. 상기 유출구는 산소-함유 가스의 복수의 분산된 버블이 스파저로부터 흘러나오도록 하는(예를 들어, 동시에) 다수의 구멍을 포함할 수 있다. 스파저의 구멍은 0.01mm 내지 10mm, 예를 들어 0.01mm 내지 2mm의 직경을 가질 수 있다. 스파저의 구멍은 2 내지 100mm, 예를 들어 2mm 내지 50mm, 또는 5mm 내지 25mm의 길이를 가질 수 있다. 상기 스파저는 임의의 단면 형상, 예를 들어 원형, 타원형, 직선형 또는 곡선형 모서리를 갖는 다각형을 가질 수 있다. 상기 스파저는 패턴으로 배열될 수 있고, 패턴은 임의의 형상, 예를 들어, 나선형, 구불구불한 모양, 고리형, 격자형, 방사상 등을 가질 수 있다. 상기 패턴은 단일 평면 또는 다중 평면(예를 들어, 계단식(terraced))으로 형성될 수 있다.
상기 스파저는 5℃ 내지 150℃의 온도, 예를 들어 5℃ 내지 130℃, 또는, 5℃ 내지 110℃의 온도, 0킬로파스칼(gauge) (kPa(g)) 내지 1,400kPa(g)의 압력, 예를 들어, 0kPa(g) 내지 1,000kPa(g), 또는 0kPa(g) 내지 600kPa(g), 및 4 내지 10의 pH 레벨, 예를 들어 4.5 내지 10, 또는 6.5 내지 7.5에 대한 노출에 적합하고, 큐멘, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 물/탄산나트륨 용액에 대한 저항력이 있는 재료로 제조될 수 있다. 상기 스파저는 금속, 세라믹, 플라스틱 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 스파저는 복수의 유동 채널을 포함하는 다공성 세라믹 가스 분배 헤드에 결합된 금속 도관으로 구성된다. 다른 구현예에서, 상기 스파저는 복수의 유동 채널을 포함하는 다공성 금속 개방-셀 폼 가스 분배 헤드에 결합된 금속 도관으로 구성된다. 상기 복수의 유동 채널은 스파저의 표면에 균일하게 분포될 수 있다. 상기 복수의 유동 채널은 스파저의 표면에 불균일하게 분포될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 스파저는 단일의 일련의 버블을 제공할 수 있는 단일 출구 구멍을 포함할 수 있다. 상기 스파저는 단일 출구 구멍을 포함할 수 있으며, 가스 분배 헤드가 없을 수 있다.
상기 스파저는 평균 직경이 1.0mm 내지 5.0mm, 예를 들어 2.0mm 내지 4.0mm 또는 2.0mm 내지 3.0mm인 산소-함유 가스 버블을 유동시키도록 구성될 수 있고, 이는 스파저로부터 0.5m 이하의 거리 내에서 측정된 값이다. 상기 스파저는 반응기에 산소-함유 가스 버블의 흐름을 제공하도록 구성되되, 가스 버블이 액상 내에서 흐를 때 합쳐질 가능성이 감소되거나 제거되도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 상기 스파저는 상기 가스 버블의 80% 이상이 1 내지 200초, 예를 들어 1 내지 150초, 또는 1 내지 100초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 버블을 흐르게 유동시키도록 구성될 수 있다. 상기 스파저는 버블 크기 분포(예를 들어, 버블 직경 분포, 가스 부피, 단면적 및/또는 모양의 분포), 공간 분포(예를 들어, 단면 영역 및/또는 액상 체적 내에서의 분포), 유속 분포(예를 들어, 액상 체적을 통과하는 것, 스파저의 단면을 통과하는 것 등), 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 가스 버블 분포를 제공할 수 있다.
상기 스파저는 버블 크기 분포를 제공하도록 구성될 수 있는데, 스파저로부터 흘러나오는 버블들의 가스 버블 직경의 표준편차는 0.1mm 이하일 수 있고, 예를 들어, 0.05mm일 수 있고, 이는 스파저 표면으로부터 0.25m 이하의 거리 내에서 측정된 값이다. 상기 스파저가 복수의 구멍으로 구성될 경우, 버블의 공간 분포를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 임의의 2개의(반응기에 수직인 단면 내에서) 인접한 버블의 기하학적 중심 사이의 거리의 표준 편차는 10mm 이하, 예를 들어 5mm, 또는 2.5mm이고, 이는 스파저 표면으로부터 0.5m 이하의 거리 내에서 측정된 값이다. 상기 스파저는 가스의 유속 분포를 제공하도록 구성될 수 있는데, 예를 들어, 가스 버블의 속도의 표준 편차가 0.02m/s 이하, 예를 들어, 0.01m/s, 또는 0.005m/s이고, 이는 스파저 표면으로부터 0.5m 이하의 거리 내에서 측정된 값이다.
가스 버블의 기술한 가스 버블 분포 및 가스 버블의 크기(예를 들어, 직경)는 버블이 액상을 통해 유동함에 따라(예를 들어, 산소가 기체상에서 액상으로 이동함에 따라) 변화할 수 있다. 결과적으로 버블 및/또는 버블 분포의 전술한 특성은 스파저로부터의 거리의 함수로서 변화할 수 있다. 따라서 이러한 각각의 특성은 스파저 표면으로부터 0.25m 이하의 거리 내에서 측정될 수 있다.
출원인은 본 발명의 작동 이론에 대한 설명을 제공할 필요가 없고, 청구범위는 그러한 이론에 관한 출원인의 진술에 의해 제한되어서는 안되나, 산화 반응기 효율은 다음과 같은 방식으로 가스 버블의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다고 여겨진다. 산소-함유 가스 버블은 표면 장력이 체적(II 참조)에 대한 표면적(I 참조)의 비율을 최소화 하는 경향이 있으므로, 직경 d를 갖는 구에 의해 근사될 수 있다.
Figure 112017012347896-pct00003
(I)
Figure 112017012347896-pct00004
(II)
소규모 실험실 테스트에서 산소-함유 가스 버블이 액상을 통해 이동함에 따라 다른 버블과 접촉할 수 있고 2개의 버블이 하나의 더 큰 버블로 합쳐질 수 있다는 것이 관찰되었다. (I) 및 (II)으로부터, (구로 근사된)버블의 직경이 증가함에 따라 버블 내의 가스의 체적이 표면적보다 빠르게 증가할 수 있음이 결정될 수 있다(예를 들어, 표면적은 직경의 제곱에 비례하는 반면, 체적은 직경의 세제곱에 비례한다). 예를 들어, 표면적 대 체적 비율 (III 참조)은 버블 직경이 증가함에 따라 감소할 수 있다.
Figure 112017012347896-pct00005
(III)
액상으로의 산소 이동량은 버블의 표면적에 비례하기 때문에, 기포 체적이 더 커지고 표면적 대 부피 비가 감소하고, 액상으로 이동하는 산소량 대 버블 부피의 비율도 역시 감소한다. 따라서, 더 큰 기포는, 버블 체적 대비 액상으로의 산소 물질 전달의 더 낮은 비율을 가질 수 있다. 따라서, 더 큰 기포를 갖는 산화 반응기는 작은 기포를 갖는 반응기에 비하여 더 낮은 산소 소비 효율(예를 들어, 소비된 산소의 양을 반응기에 공급되는 산소의 양으로 나눈 비율)을 가질 수 있다. 결과적으로, 산소-함유 가스 버블이 큰 경우 원하는 전환(예를 들어, 산소의)을 달성하기 위해서 더 큰 반응기가 필요할 수 있다.
전술한 현상 외에도, a) 더 큰 버블들은 더 큰 부력으로 인해 더 빨리 움직일 수 있고, 그에 따라, 더 큰 버블들이 더 작은 버블들 사이로 밀고 지나가게 됨으로써, 더 많은 합체를 유도할 수 있고; b)가스 버블이 액상을 통해 위로 흐를 때, 압력이 감소할 수 있으므로(감소하는 압력 헤드로 인해) 가스 버블이 팽창하여 더 커지도록 하여, (a)현상을 더 강화시키기 때문에; 더 큰 버블은 반응기 효율을 감소 시킬 수 있다.
이러한 현상은 복수의 버블이 스파저로부터 액체 컬럼으로 동시에 흘러들어갈 때(예를 들어, 버블들이 다양한 힘 및 합체에 의해 반응기의 단면 평면 내에서 방사상으로 진로를 바꿀 수 있을 때) 더 자주 발생할 수 있다. 반대로, 스파저가 액체 컬럼 내로 순차적으로(serially) 버블을 방출 할 때, 각 버블이 후속 버블의 형성 및/또는 이동에 앞서 형성되고 스파저로부터 거리를 이동하도록 허용되면, 일련의 버블들이 서로 상호작용 할 수 있는 가능성이 감소된다. 동시에 형성된 복수의 버블과 달리, 직렬 버블은 다른 버블과 만나지 않고 방사상으로(반응기의 단면 평면에서) 이동할 수 있어서, 2개 또는 그 이상의 버블이 합쳐질 가능성을 감소시킨다.
이를 염두에 두고, 상기 스파저는 산소-함유 가스 버블들의 직렬 스트림을 반응기에 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 반응기는 단일 반응 채널을 포함할 수 있다. 상기 반응기는, 재킷형 튜브의 일부의 주위에 배치된 열 전달 유체를 갖는 재킷형 튜브와 같은 열 전달 기능과 열적으로 통하는 단일 반응 채널을 포함할 수 있다. 상기 반응기는 열 전달 매체와 열적으로 통하도록 배치된 복수의 개별 채널을 포함할 수 있다. 이 경우, 스파저는 복수의 채널 각각을 통해 산소-함유 가스 버블의 단일 스트림을 연쇄적으로 유동시키도록 구성될 수 있다. 복수의 채널을 통한 산소-함유 가스의 흐름은 동시에 일어날 수 있다(예를 들어, 동시에 각각의 채널을 통한 연쇄 흐름). 상기 스파저는 단일 산소-함유 가스 입구 및 각각의 채널에 산소-함유 가스의 단일 스트림을 공급하도록 구성된 복수의 가스 출구를 포함할 수 있다. 스파저는 단일 입구 및 단일 출구를 가질 수 있고, 각각의 채널과 유체 연결되도록 배치될 수 있고, 그에 따라, 상기 복수의 채널 중 각각의 채널은 대응하는 스파저 장치를 가진다. 일 구현예에서, 유동 반응기는 쉘 및 튜브 열 교환기를 포함할 수 있으며, 산화는 튜브 내에서 수행되고 열 전달 냉각 유체는 상기 열 교환기의 쉘 측에 배치될 수 있다.
도 1은 단면으로 도시된 유동 반응기(100)내에서 수행되는 알킬 벤젠 산화 공정(500)의 예시이다. 유동 반응기(100)는 반응물 입구(10), 가스 입구(14), 입구 스파저(6) 및 산화 생성물 출구(12)를 포함할 수 있다. 산화 반응은 유동 반응기(100) 내에서 수행될 수 있다. 상기 유동 반응기(100)는 길이, L를 가질 수 있다.
상기 산화 반응은 산화 촉매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 상기 산화 반응은 반응 채널(4) 내에서 수행될 수 있다. 상기 반응 채널(4)은 채널 직경, 또는 등가 직경(예를 들어, 단면 형상이 원형이 아닌 경우), D채널 및 채널 길이, L채널을 가질 수 있다. 반응 채널(4)의 길이, L채널은 산소-함유 가스가 액체 반응물과 접촉하는 채널의 가장 긴 치수에 따른 거리로 정의할 수 있다. 상기 반응 채널은 임의의 단면 형상(예를 들어, 원형, 타원형, 직선형 또는 곡선 모서리를 갖는 임의의 폐쇄 다각형)을 가질 수 있다. 유동 반응기(100)는 복수의 반응 채널(4)을 포함할 수 있다. 복수의 반응 채널(4)은 병렬 배열을 가질 수 있다. 복수의 반응 채널(4)은 균일하게 이격될 수 있다(예를 들어, 각각의 튜브는 인접한 튜브로부터 동일한 거리를 가진다). 상기 유동 반응기(100)는 산소-함유 가스의 가스 버블(8)을 유동 반응기(100) 내로 유동시키도록 구성된 입구 스파저(6)를 포함할 수 있다.
상기 입구 스파저(6)는 단일 시리즈(single series)의 가스 버블(8)을 반응기 채널(4)을 따라서 유동시켜, 가스 버블들(8) 사이의 합체의 가능성이 감소되도록 구성될 수 있다. 입구 스파저(6)는 단일 시리즈의 가스 버블(8)을 반응기 채널(4)에 제공하도록 배치된 단일 입구 및 단일 출구로 구성될 수 있다. 상기 입구 스파저(6)는 복수의 반응 채널(4) 각각에 단일 시리즈의 가스 버블(8)로서 산소-함유 가스의 유동을 제공하도록 배치된 단일 입구 및 복수의 출구로 구성 될 수 있다. 상기 반응 채널(4)은 산소-함유 가스의 가스 버블(8)이 액체 반응물과 병류로 흐를 수 있게 배향될 수 있다(예를 들어, 공류(co-flow) 배열). 상기 반응물 입구(10) 및 산화 생성물 출구(12)는 액체 반응물의 유동 방향이 산소-함유 가스 흐름의 방향과 역류일 수 있도록 위치할 수 있다(예를 들어, 액체 반응물 흐름이 가스 버블(8)의 흐름과 반대인 향류 배열).
상기 유동 반응기(100)는 복수의 가스 입구(14)를 포함할 수 있다. 복수의 가스 입구(14) 중 각각은 단일 반응 채널(4)과 유체 연결될 수 있다(예를 들어, 가스 입구(14)와 반응기 튜브(4)의 일대일 비율). 가스 입구(14)는 반응 채널(4)과 동축으로 정렬되어, 산소-함유 가스가 반응 채널(4)의 중심 축을 따라 지향될 수 있다. 산소-함유 가스의 산소 함량은 유동 반응기(100)를 따라 이동함에 따라 감소할 수 있고, 이는 액체 반응물과 반응한 결과일 수 있다. 산소-함유 가스 공급(44)의 산소 함량은 건조 기준(부피%-건조) 20% 이상, 예를 들어, 20부피%-건조 내지 50부피%-건조, 또는 20부피%-건조 내지 30부피%-건조일 수 있다. 가스 출구(16)에서 유동 반응기(100)를 나가는 가스의 산소 함량은 산화 반응이 일어나지 않을 때 가스 입구(14)에서 반응기로 들어가는 산소 함량과 동일 할 수 있다. 산화 반응이 시작되면, 가스 출구(16)를 통해 흐르는 산소-함유 가스의 산소 함량은 20부피%-건조 이하, 예를 들어 2부피%-건조 내지 18부피%-건조, 또는 3부피%-건조 내지 8부피%-건조, 또는 4부피%-건조 내지 6부피%-건조일 수 있다. 상기 유동 반응기(100)는 복수의 가스 출구(16)를 포함할 수 있다. 복수의 가스 출구(16) 중 각각은 단일 반응 채널(4)과 유체 연결될 수 있다(예를 들어, 가스 출구(16) 대 반응 채널(4)의 일대일 비율). 가스 출구(16)는 반응 채널(4)과 동축으로 정렬될 수 있다. 복수의 가스 출구(16)는 단일 출구(46)와 결합될 수 있다. 하나 이상의 유동 반응기(100)로부터의 복수의 가스 출구(16)는 단일 출구(46)와 결합될 수 있다.
상기 산화 반응은 발열 반응이다. 반응에 의해서 생성된 열은 열 전달 장치와의 상호 작용에 의해 유동 반응기(100)로부터 제거될 수 있다. 상기 열 전달 장치는 상기 산화 반응에 의해 생성되는 열을 제거할 수 있는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 상기 열 전달 장치는 상기 유동 반응기(100)를 통해 유동할 수 있는 열 전달 유체를 포함할 수 있다. 상기 열 전달 장치는 열 전달 유체 입구(13) 및 열 전달 유체 출구(15)를 포함할 수 있다. 상기 열 전달 유체 입구(13) 및 열 전달 유체 출구(15)는 열 전달 유체가 교차 흐름 패턴으로 반응 채널(4)을 가로질러 유동하도록 배향될 수 있다. 교차 흐름 패턴은 유동 배플(flow baffle)(17)에 의해 유도된 것과 같이, 구불구불한 패턴을 포함할 수 있다. 상기 열 전달 유체 입구(13) 및 열 전달 유체 출구(15)는 상기 유동 반응기(100)상의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 상기 열 전달 유체 입구(13), 열 전달 유체 출구(15) 및 유동 배플(17)은 공류, 향류, 교차 흐름 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 임의의 원하는 유동 구성을 제공하도록 위치되고 배향될 수 있다.
알킬 벤젠 산화 공정(500)은 하나 이상의 유동 반응기(100)를 포함할 수 있다. 알킬 벤젠 산화 공정(500)의 2개 이상의 유동 반응기(100)는 임의의 유동 배열로 배열될 수 있다. 2개 이상의 유동 반응기(100)의 액체 반응물 스트림은 액체 반응물 유동이 직렬 유동 배열, 병렬 유동 배열 또는 직렬 유동 배열 및 병렬 유동 배열의 조합을 포함하도록 유체 연결될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 유동 반응기(100)의 액체 반응물 유동은, 첫번째 유동 반응기(100)의 산화 생성물 출구(12)이 두번째 유동 반응기(100)의 반응물 입구로 공급되고, 이 관계가 n번째 유동 반응기(100)로 계속될 수 있도록 직렬 흐름 배열로 배열될 수 있다. 액체 반응물 유동의 직렬 흐름 배열은 액체 반응물이 각각의 반응기를 통과할 때마다 산화 생성물의 농도를 증가시킬 수 있다. 보다 높은 산화 생성물 농도는 반응기 생산성(예를 들어, 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 절단)을 증가시킬 수 있기 때문에 바람직할 수 있다.
2개 이상의 유동 반응기(100)의 기체 입구(14)는 임의의 유동 배열로 배열될 수 있다. 예를 들어, 단일 산소-함유 가스 공급(44)은, 산소-함유 가스 공급(44)으로부터의 유동이 2개 이상의 유동 반응기(100)사이에서 분할 될 수 있도록, 병렬 유동 배열로 2개 이상의 유동 반응기(100)를 공급할 수 있다. 산소-함유 가스의 병렬 유동 배열은 각 유동 반응기(100)의 가스 입구(14)가 산소-함유 가스 공급(44)의 산소 농도를 갖는 산소-함유 가스를 수용하게 할 수 있고, 이는 반응기 전환율을 증가시키거나, 원하는 전환을 달성하기 위한 반응기 채널(4)의 수를 감소시키거나, 유동 반응기(100)의 크기를 감소시키거나, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 가능하게 할 수 있다. 산소-함유 가스의 산소 농도를 증가시키기 위한 농축기가 공급될 수 있다. 상기 농축기는 산소-함유 가스 공급(44), 상기 유동 반응기(100)에 연결되는 가스 입구(14), 입구 스파저(6) 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 유체 연결될 수 있다.
상기 유동 반응기(100)의 길이, 유동 반응기(100)의 높이, 유동 반응기(100)의 폭, 반응 채널(4)의 수, 반응 채널(4)의 직경, 반응 채널(4)의 길이, 유동 배열, 액상 유동 속도, 산소-함유 가스 유동 속도, 입구 스파저(6)의 형태, 유동 반응기(100) 내 입구 스파저(6)의 위치, 입구 스파저(6)의 크기, 산소-함유 가스 압력, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합은 반응기 내의 가스 버블(8)의 체류 시간을 1 내지 200초, 예를 들어 1 내지 150초, 또는 1 내지 100초로 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 반응기는 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 구성될 수 있다. 상기 반응기는 80% 이상의 가스 버블이 5초 이상, 또는 10초 이상, 또는 심지어 15초 이상의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 구성될 수 있다.
상기 유동 반응기(100)의 반응 채널(4)은 5 내지 200, 예를 들어 5 내지 100, 또는 5 내지 20의 길이 대 내부 직경 비(L/ID)를 포함할 수 있다. 상기 유동 반응기(100)의 반응 채널(4)은 6mm 이상, 예를 들어 6mm 내지 100mm, 또는 6mm 내지 50mm, 또는 6mm 내지 25mm의 내부 직경을 가질 수 있다. 반응 채널(4)의 직경에 대한 가스 버블(8)의 평균 직경 비(D버블/ID채널)은 0.9 이하, 예를 들어 0.01 내지 0.8, 또는 0.01 내지 0.5일 수 있다.
유동 반응기(100)를 통해 유동할 때, 산소-함유 가스 버블(8)의 크기, 체류 시간, 또는 크기 및 체류 시간 둘다를 제어함으로써, 반응 채널의 길이가 30m 이하, 예를 들어 0.3m 내지 30m, 또는 1m 내지 10m, 또는 1m 내지 5m, 또는 1m 내지2m이더라도, 알킬 벤젠의 원하는 전환율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 가스 입구(14)에서 유동 반응기(100)로 들어가는 산소-함유 가스의 산소 함유량이 20.9부피%-건조인 경우, 알킬 벤젠의 원하는 전환율은 가스 출구(16)를 통해 흐르는 산소-함유 가스의 산소 함량에 상응할 수 있다. 이는 가스 출구(16)에 위치한 산소 센서를 통해 측정하였을 때, 3 습윤 부피% 내지 8 습윤 부피%, 또는 3.5 습윤 부피% 내지 4 습윤 부피%일 수 있다. 습윤 기준은 75℃ 내지 115℃, 또는 85℃ 내지 110℃의 온도에 해당할 수 있다. 따라서, 가스 버블의 크기를 제어하는 것은 더 작은 반응기가 가스 버블이 합쳐지도록 하는 큰 반응기와 동일한 반응 전환율을 달성하게 할 수 있다. 결과적으로, 산소 함유 가스 공급 시스템의 에너지 요구량(예를 들어, 송풍기 전력, 공급 압력 등)이 그에 따라 감소할 수 있다.
유동 반응기(100)는 반응물 입구(10)로부터 산화 생성물 출구(12)로의 액체 유동을 제공하도록 구성될 수 있다. 유동 반응기(100)는 반응물 스트림들 사이의 임의의 유동 배향을 갖도록 구성될 수 있다. 유동 반응기(100)는 지구 중력장에 대해 임의의 유동 배향(예를 들어, 지구 중력에 수직인 수평인 유동, 지구 중력에 평행한 수직 유동 및 지구 중력에 대해 소정 각도로 유동)을 갖도록 구성될 수 있다. 유동 반응기(100)의 유동 배향은 반응물 스트림들이 반응기를 통해 동일한 방향으로 유동하는 공류(co-flow)일 수 있다(입구 섹션은 제외되는데, 거기에서는 반응물의 유동 배향이 서로 교차하는 등 임의의 배향일 수 있다). 유동 반응기(100)의 유동 배향은 향류일 수 있으며, 이때 상기 반응물 스트림들이 유동 반응기(100)를 통해 서로 반대 방향으로 유동한다(입구 섹션은 제외되는데, 거기에서는 반응물의 유동 배향이 서로 교차하지 않는 등 임의의 배향일 수 있다). 유동 반응기(100)의 유동 배향은 교차 흐름일 수 있는데, 하나의 반응물 스트림은 다른 반응물 스트림의 유동 방향에 대해 임의의 각도(예를 들어, 수직)로 흐른다(입구 섹션은 제외되는데, 거기에서는 반응물의 유동 배향이 서로 교차하지 않는 등 임의의 방향일 수 있다). 두 반응물 스트림 사이의 유동 배향은 유동 반응기(100)의 길이를 따라 변할 수 있다.
일 구현예에서, 유동 반응기(100)는 산소-함유 가스 버블이 액체 반응물 상과 함께 공류 배열로 하향 유동(예를 들어, 중력에 반대되게)할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가스 버블은 액체 헤드의 증가하는 압력에 의해 반응기의 바닥에 접근함에 따라 압축될 수 있고, 기포가 합체될 가능성이 감소할 수 있다.
알킬 벤젠은 C8-C12 알킬 벤젠(예를 들어,큐멘)을 포함할 수 있다. 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드는 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드(예를 들어, 큐멘 하이드로퍼옥사이드(CHP))를 포함할 수 있다. 산소-함유 가스는 대기와 같은 공기를 포함할 수 있다. 산소-함유 가스 공급원은 수증기 농도가 5질량%이하, 예를 들어 0 내지 1질량%, 또는 0 내지 0.25질량%, 또는 0 내지 0.001질량%인 건조 공기를 포함할 수 있다. 산소-함유 가스는 건조 기준 20부피%(부피%-건조) 이상, 예를 들어, 20 내지 50 부피%-건조, 또는 20 내지 30부피%-건조의 산소 농도를 갖는 산소 농후 공기를 포함할 수 있다. 산화시 형성된 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 분해 생성물은 페놀을 포함할 수 있다. C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 분해시 형성된 케톤은 C3-C6 케톤(예를 들어, 아세톤)을 포함할 수 있다.
산화 반응은 촉매의 존재 하에 또는 촉매 없이 수행될 수 있다. 산화에 사용하기 위한 촉매는 알칼리성 물질(즉, 7.0보다 큰 pH를 갖는 염기일 수 있다)일 수 있다. 알칼리성 물질의 예는 리튬, 나트륨 및 칼륨과 같은 알칼리 금속, 칼슘 및 마그네슘과 같은 알칼리 토금속의 탄산염 및 수산화물 화합물, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 알칼리성 물질은 수용액을 포함한 다양한 형태로 제공될 수 있다. 촉매(금속 기준)의 양은 일반적으로 10그램(g) 당량 이하, 예를 들어, 1톤(907kg)의 알킬 벤젠 당 0.1g 내지 6g 당량이다.
액체 반응물 상은 새로운 알킬 벤젠, 재순환된 미반응 알킬 벤젠, 촉매, pH 조절제, 미반응 산소-함유 가스 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 산소-함유 가스 공급물 중 산소의 질량 유속과 비교하여, 액체 반응물의 보다 큰 질량 유속이 반응기에 공급될 수 있다. 유동 반응기에 공급되는 산소의 총 정상 상태 질량 유속은 액체 반응물의 총 질량 유속의 50%이하, 예를 들어 5% 내지 50%, 또는 10% 내지 20%, 또는 10% 내지15%일 수 있다.
유동 반응기 내의 반응 혼합물의 pH는 4 내지 10, 예를 들어 4.5 내지 10, 또는 6.5 내지 7.5로 조절될 수 있다. pH를 조절하기 위한 하나의 전략은 산 억제제(acid suppressing agent)의 첨가일 수 있다. 산 억제제는 알칼리 시약, 예를 들어, 암모니아, 탄산염 등을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 알킬 벤젠 액체 반응물은 큐멘을 포함할 수 있고, 산소-함유 가스는 공기를 포함할 수 있고, 산화 반응 생성물은 큐멘 하이드로퍼옥사이드(CHP)를 포함할 수 있다. 이 경우, 보다 높은 반응기 온도(예를 들어, 85℃ 내지 130℃)가 산화 반응을 시작하는 것을 도울 수 있다. 그러나, 더 낮은 온도(예를 들어 45℃ 내지 115℃)는 다른 부산물(예를 들어, 디메틸벤질 알코올(DMBA), 아세토페논(AP))로 전환되는 큐멘의 양과 비교하여 더 많은 양의 큐멘을 CHP로 전환하는 것과 같은 바람직한 반응 선택도를 제공할 수 있다. 온도 이외에, 산소-함유 기체 상 및 액체 알킬 벤젠 상 사이의 계면 면적은 생성물 수율에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 반응 계면 면적(예를 들어, 가스 표면적)을 증가시키면서 반응 온도를 감소시키는 것은 생성물 수율을 증가시키고 부산물 수율을 감소시킬 수 있다. 산소-함유 버블 크기를 최적화 함으로써 산화 공정 효율의 증가, 운전 비용 절감, 자본 비용 절감, 반응기 크기 감소, 공장 크기 감소, 또는 전술한 것 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조합이 가능할 수 있다.
구현예 1: C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물로 산화시키는 장치로서, 반응기는 반응물 입구; 산화 생성물 출구로서, 상기 반응기는 반응물 입구로부터 생성물 출구로의 액체 유동을 제공하도록 구성된, 산화 생성물 출구; 산소-함유 가스를 반응기 내로 도입하도록 구성된 가스 입구; 액체 흐름 내에서, 산소-함유 가스를 포함하는 가스 버블을 유동시키도록 구성된 입구 스파저; 및 반응 채널;을 포함하는 유동 반응기를 포함하고, 사용 시 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 상기 반응 채널을 통해 이루어지고, 상기 입구 스파저는 1.0mm 내지 5.0mm의 직경을 갖는 가스 버블을 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 유동시키도록 구성되고, 및/또는 상기 입구 스파저는 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 가스 버블을 유동시키도록 구성된다.
구현예 2: C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물로 산화시키는 장치로서, 반응기는 반응물 입구; 산화 생성물 출구로서, 상기 반응기는 반응물 입구로부터 생성물 출구로의 액체 흐름을 제공하도록 구성되는, 산화 생성물 출구; 산소-함유 가스를 반응기 내로 도입하도록 구성된 가스 입구; 액체 흐름 내에서, 산소-함유 가스를 포함하는 가스 버블을 유동시키도록 구성된 입구 스파저; 및 반응 채널;을 포함하는 유동 반응기를 포함하고, 사용시 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 상기 반응 채널을 통해 이루어지고, 입구 스파저는 가스 버블을 반응 채널 내로 순차적으로 한번에 하나씩 유동시키도록 구성된 단일 구멍을 갖는다.
구현예 3: 구현예 1 내지 2의 장치에 있어서, 상기 입구 스파저는 1 내지 5.0mm의 직경을 갖는 상기 가스 버블을 1 내지 150초의 가스 버블 체류 시간 동안 유동시키도록 구성된 장치.
구현예 4: 구현예 1 내지 3 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 입구 스파저는 80% 이상의 가스 버블이 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 가스 버블을 분배하도록 구성된 장치.
구현예 5: 구현예 1 내지 4 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 입구 스파저는 100%의 가스 버블이 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 가스 버블을 분배하도록 구성된 장치.
구현예 6: 구현예 1 내지 5 중 어느 한 장치에 있어서, 산소-함유 가스의 산소 레벨을 건조 기준 30부피% 이상으로 증가시키도록 구성된 농축기를 더 포함한 장치.
구현예 7: 구현예 1 내지 6 중 어느 한 장치에 있어서, 반응물 입구와 유체 연결되는 pH 조절 매질 공급부를 더 포함하는 장치.
구현예 8: 구현예 7의 장치에 있어서, 상기 pH 조절 매질 공급부는 탄산나트륨, 암모니아 및 암모늄 카보네이트 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
구현예 9: 구현예 1 내지 8 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 가스 입구는 액체 흐름과 병류인 가스 버블의 유동을 제공하도록 위치한 장치.
구현예 10: 구현예 1 내지 8 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 가스 입구는 액체 흐름과 향류인 가스 버블의 유동을 제공하도록 위치한 장치.
구현예 11: 구현예 1 내지 8 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 가스 입구가 가스 버블의 흐름을 유동 반응기에 제공하도록 위치되고, 상기 가스 버블이 액체 흐름 방향을 가로지르는 방향으로 유동 반응기로 도입되고, 상기 가스 버블이 액체 흐름의 방향으로 반응기를 통해 유동하는 장치.
구현예 12: 구현예 1 내지 11 중 어느 한 장치에 있어서, 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 수평이 되도록 구성된 장치.
구현예 13: 구현예 1 내지 11 중 어느 한 장치에 있어서, 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 수직이 되도록 구성된 장치.
구현예 14: 구현예 1 내지 11 중 어느 한 장치에 있어서, 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 1 내지 89도 사이, 또는 5 내지 85도 사이의 각도가 되도록 구성된 장치.
구현예 15: 구현예 1 내지 14 중 어느 한 장치에 있어서, 반응물 입구로부터 산화 생성물 출구로의 액체 흐름이 6mm 이상의 직경을 갖는 반응 채널을 통한 것인 장치.
구현예 16: 구현예 15 의 장치에 있어서, 상기 반응 채널의 직경이 100mm 이하인 장치.
구현예 17: 구현예 16의 장치에 있어서, 상기 반응 채널의 직경이 6mm 내지 50mm인 장치.
구현예 18: 구현예 15 내지 17 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 반응 채널의 길이가 0.3m 내지 30m인 장치.
구현예 19: 구현예 18의 장치에 있어서, 상기 반응 채널의 길이가 1m 내지 5m인 장치.
구현예 20: 구현예 15 내지 19중 어느 한 장치에 있어서, 상기 반응 채널이 열 교환기 번들(heat exchanger bundle)로부터의 튜브인 장치.
구현예 21: 구현예 20의 장치에 있어서, 반응 채널의 쉘 측 상의 유체를 더 포함하는 장치.
구현예 22: 구현예 1 내지 21 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 입구 스파저가 스파저 채널들의 배열을 포함하고, 각 스파저 채널이 0.01 내지 0.9mm의 직경을 갖는 장치.
구현예 23: 구현예 1 내지 22 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 입구 스파저가 다수의 스파저 채널을 포함하고, 각 스파저 채널의 길이가 2mm 내지 100mm인 장치.
구현예 24: 구현예 23의 장치에 있어서, 각 스파저 채널의 길이가 5mm 내지 25mm인 장치.
구현예 25: 구현예 1 내지 24 중 어느 한 장치에 있어서, 상기 유동 반응기가 산소 센서 및/또는 온도 센서를 포함하는 가스 출구를 더 포함하는 장치.
구현예 26: 구현예 25의 장치에 있어서, 상기 유동 반응기가 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제어 시스템으로의 입력 신호가 산소 센서 및 온도 센서를 포함하고, 상기 제어 시스템이 공기 압축기를 제어하도록 구성된 장치.
구현예 27: 구현예 1 내지 26 중 어느 하나의 반응기를 포함하는 큐멘 하이드로퍼옥사이드의 연속 제조 시스템.
구현예 28: C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 연속 제조 방법으로서, 유동 반응기 내의 반응 채널에 반응물 입구를 통해 C8-C12 알킬 벤젠을 포함하는 액체 흐름을 도입하는 단계; 상기 반응 채널에 가스 버블을 도입하는 단계로서, 상기 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 1.0mm내지 5.0mm의 직경을 갖거나, 및/또는, 80% 이상의 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체하지 않는, 단계; 및 C8-C12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 포함하는 액체 산화 생성물을 제조하는 단계;를 포함하는 제조 방법.
구현예 29: C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 연속 제조 방법으로서, 유동 반응기 내의 반응 채널에 반응물 입구를 통해 C8-C12 알킬 벤젠을 포함하는 액체 흐름을 도입하는 단계; 입구 스파저 내의 단일 주멍을 통해 반응 채널로 한번에 하나씩 가스 버블을 순차적으로 도입하는 단계; 및 C8-C12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 포함하는 액체 산화 생성물을 제조하는 단계;를 포함하는 제조 방법.
구현예 30: 구현예 28 내지 29중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 상기 C8-C12 알킬 벤젠이 큐멘이고 상기 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드가 큐멘 하이드로퍼옥사이드인 제조 방법.
구현예 31: 구현예 28 내지 30중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 탄산나트륨, 암모니아, 또는 암모늄 카보네이트 중 적어도 하나를 첨가하여 반응 혼합물의 pH를 4 내지 10으로 조절하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
구현예 32: 구현예 28 내지 31중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 산화가 0kPa(g) 내지 1,400kPa(g)의 반응기 압력에서 이루어지는 제조 방법.
구현예 33: 구현예 28 내지 32중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 산화가 70℃ 내지 130℃의 온도에서 이루어지는 제조 방법.
구현예 34: 구현예 28 내지 33 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 산화가 90℃ 내지 110℃의 온도에서 이루어지는 제조 방법.
구현예 35: 구현예 28 내지 34 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 산화중에 물을 첨가하지 않고 산화가 110℃ 내지 125℃의 온도에서 이루어지는 제조 방법.
구현예 36: 구현예 28 내지 35 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 상기 C8-12 알킬 벤젠이 sec-부틸 벤젠이고 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드가 sec-부틸 벤젠 하이드로퍼옥사이드인 제조 방법.
구현예 37: 구현예 28 내지 36 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 2 습윤 부피% 이상의 가스 출구 산소 농도를 유지하는 것을 포함하는 제조 방법.
구현예 38: 구현예 37의 제조 방법에 있어서, 상기 가스 출구 산소 농도가 3 습윤 부피% 이상인 제조 방법.
구현예 39: 구현예 37의 제조 방법에 있어서, 상기 가스 출구 산소 농도가 4 습윤 부피% 이상인 제조 방법.
구현예 40: 구현예 28 내지 39 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 유동 반응기의 온도를 175 ℃ 내지 225 ℃로 유지하는 단계를 포함하고, 상기 온도가 유동 반응기의 가스 출구 온도, 유동 반응기의 산화 생성물 출구 온도, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하는 제조 방법.
구현예 41: 구현예 28 내지 40 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 통과하는 단계가 고정된 속도로 유동하는 것을 포함하는 제조 방법.
구현예 42: 구현예 28 내지 41 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 기체 출구 산소 농도에 반응하여 상기 유동 반응기의 온도를 조절하는 단계로서, 상기 온도가 유동 반응기의 기체 출구 온도, 유동 반응기의 산화 생성물 출구 온도, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하는 제조 방법.
구현예 43: 구현예 42의 제조 방법에 있어서, 상기 조절 단계가 가스 출구 산소 농도가 3.5 습윤 부피% 이하인 경우 온도를 감소시키는 단계, 가스 출구 산소 농도가 3.5 습윤 부피% 이상인 경우 온도를 증가시키는 단계, 또는 전술한 것 중 적어도 하나의 조합을 포함하는 단계인 제조 방법.
구현예 44: 페놀 및 아세톤의 제조 방법으로써, 산소-함유 가스의 존재 하에서 구현예 28 내지 43 중 어느 하나의 C8-12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 제조하는 단계, 및 산촉매의 존재 하에서 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 분해하여 페놀 및 아세트알데히드, C2-6 케톤, 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 제조하는 단계를 포함하는 제조 방법.
구현예 45: 구현예 44의 제조 방법에 있어서, 상기 분해가 암모니아가 없는 것인 제조 방법.
구현예 46: 구현예 44 내지 45 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 상기 방법이 암모니아가 없는 것인 제조 방법.
구현예 47: 구현예 44 내지 46 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 0중량%의 암모니아를 첨가하는 것을 포함하는 제조 방법.
구현예 48: 비스페놀 A를 제조하기 위한 구현예 44 내지 47중 어느 하나의 페놀의 용도.
구현예 49: 폴리카보네이트를 제조하기 위한 구현예 48의 비스페놀 A의 용도.
구현예 50: 비스페놀 A의 제조 방법으로써, 구현예 44 내지 47 중 어느 하나의 페놀 및/또는 아세톤을 촉매의 존재 하에서 반응시켜 비스페놀 A를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
구현예 51: 폴리카보네이트의 제조 방법으로써, 구현예 50의 비스페놀 A를 촉매의 존재 하에 폴리카보네이트 형성 환경에서 카보닐 소스와 접촉시켜 폴리카보네이트를 제조하는 제조 방법.
구현예 52: 구현예 51의 방법으로 제조된 폴리카보네이트.
구현예 53: 구현예 1 내지 27 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 가스 입구가 가스 버블의 유동을 유동 반응기로 제공하도록 위치되고, 상기 가스 버블이 액체 흐름과 직각인 방향으로 유동 반응기 내로 도입되고, 상기 가스 버블이 액체 흐름과 실질적으로 평행인 방향으로 반응기를 통해 유동하는 장치.
구현예 54: 구현예 1 내지 27 및 53중 어느 하나의 장치에 있어서, 80% 이상의 가스 버블이 5초 이상의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않는 장치.
구현예 55: 구현예 54의 장치에 있어서, 80% 이상의 가스 버블이 10초 이상의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않는 장치.
구현예 56: 구현예 55의 장치에 있어서, 80% 이상의 가스 버블이 15초 이상의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않는 장치.
구현예 57: 구현예 56의 장치에 있어서, 90% 이상의 가스 버블이 합체되지 않는 장치.
구현예 58: 구현예 1 내지 27 및 53 내지 57 중 어느 하나의 장치에 있어서, 상기 산소-함유 가스가 공기인 장치.
구현예 59: 구현예 1 내지 27 및 53 내지 58 중 어느 하나의 장치에 있어서, 단지 하나의 입구 스파저가 반응 채널에 위치되는 장치.
구현예 60: 구현예 28 내지 43 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 가스 버블이 최초 크기 및 체류 시간 후 최종 크기를 가지고, 상기 최초 크기가 최종 크기와 같거나 그보다 작은 제조 방법.
구현예 61: 구현예 28 내지 43 및 60 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 반응 시간 동안 버블이 합체되지 않도록 반응 채널 내에 버블을 분배하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
구현예 62: 구현예 28 내지 43, 60 및 61 중 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 액체 산화 생성물이 디메틸벤질 알코올 및 아세토페논을 더 포함하는 제조 방법.
일반적으로, 본 발명은 본원에 개시된 임의의 적절한 성분을 교대로 포함할 수 있고, 이것으로 구성될 수 있고, 또는 필수적으로 구성될 수 있다. 본 발명은 추가적으로, 또는 대안적으로, 종래 기술의 조성물에 사용되거나, 본 발명의 기능 및/또는 목적의 달성에 필수적인 것이 아닌 임의의 성분, 원료, 재료, 보조제 또는 종을 결여하거나 실질적으로 포함하지 않도록 만들어질 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점을 포함하고, 종점은 서로 독립적으로 조합될 수 있다(예를 들어, "25 중량% 이하 또는, 보다 구체적으로, 5 중량% 내지 20중량%"의 범위는 종점 및 "5중량% 내지 25 중량%"의 범위의 모든 중간 값 등을 포함한다). "배합"은 배합물, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서, 양, 또는 중요성을 나타내지 않고, 오히려 하나의 요소를 다른 것과 식별하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 단수 형태의 용어는 양의 제한을 나타내지 않고, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 접미사 "(들)"은 하나 또는 그 이상의 용어(예를 들어, 필름(들)은 하나 또는 그 이상의 힐름을 포함함)를 포함하는, 단수 및 복수의 용어를 모두 포함하는 것으로 의도된다. 명세서 전체에 걸쳐 "일 구현예", "다른 구현예", "실시예" 등은 실시예와 관련하여 기술된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조 및/또는 특성)가 본 명세서에서 설명된 하나의 실시예 중 적어도 하나에 포함되는 것을 의미하고, 다른 실시예에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 또한, 기술된 요소들은 다양한 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있음을 이해해야한다.
특정한 실시예가 기술되었지만, 현재 예상하지 못하거나 예상할 수 없는 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물이 출원인 또는 당업자에게 발생할 수 있다. 따라서, 출원시 첨부된 청구범위 및 보정될 수 있는 청구범위는 그러한 모든 대안, 수정, 변형, 개선 및 실질적인 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. C8-C12 알킬 벤젠 반응물을 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드 생성물로 산화시키기 위한 장치로서, 상기 장치는 유동 반응기를 포함하고, 상기 유동 반응기는,
    반응물 입구;
    산화 생성물 출구로서, 상기 유동 반응기는 상기 반응물 입구로부터 상기 산화 생성물 출구로의 액체 흐름을 제공하도록 구성되는, 산화 생성물 출구;
    상기 유동 반응기 내로 산소-함유 가스를 도입하도록 구성된 가스 입구;
    상기 액체 흐름 내에서, 상기 산소-함유 가스를 포함한 가스 버블을 유동시키도록 구성된 입구 스파저; 및
    반응 채널로서, 사용시 상기 반응물 입구로부터 상기 산화 생성물 출구로의 상기 액체 흐름이 상기 반응 채널을 통해 이루어지는, 반응 채널;을 포함하고,
    상기 입구 스파저는 순차적으로 한번에 하나씩 상기 가스 버블을 상기 반응 채널로 유동시키도록 구성된 단일 구멍을 갖는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입구 스파저가 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 1.0 내지 5.0 mm의 직경을 가진 상기 가스 버블을 유동시키도록 구성되거나, 또는
    상기 입구 스파저가 80% 이상의 상기 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 상기 가스 버블을 유동시키도록 구성되거나, 또는
    이들 둘 다에 해당되는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입구 스파저가 1 내지 5.0 mm의 직경을 갖는 상기 가스 버블을 1 내지 150초의 가스 버블 체류 시간 동안 유동시키도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입구 스파저가, 90% 이상의 상기 가스 버블이 상기 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않도록 상기 가스 버블을 분포시키도록 구성되는, 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산소-함유 가스의 산소 레벨을, 건조 기준으로 30부피% 이상으로 증가시키도록 구성된 농축기를 더 포함하는 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응물 입구와 유체 연결되는 pH 조절 매질 공급부를 더 포함하고, 상기 pH 조절 매질 공급부가 탄산나트륨, 암모니아 및 암모늄 카보네이트 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 입구가 상기 가스 버블의 흐름을 상기 유동 반응기에 제공하도록 위치하고, 상기 가스 버블이 상기 액체 흐름 방향을 가로지르는 방향으로 상기 유동 반응기 내로 도입되고, 상기 가스 버블이 상기 액체 흐름과 동축인 방향으로 상기 유동 반응기를 통해 흐르는, 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응 채널이 6 mm 이상의 직경을 갖는, 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반응 채널이 열 교환기 번들로부터의 튜브인, 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입구 스파저가 스파저 채널들의 배열을 포함하고, 각 스파저 채널이 0.01 내지 0.9 mm의 직경을 갖는, 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유동 반응기가 산소 센서, 온도 센서 또는 이들의 조합을 포함하는 가스 출구를 더 포함하고, 상기 유동 반응기가 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제어 시스템으로의 입력 신호는 상기 산소 센서 및 상기 온도 센서로부터 오는 신호를 포함하고, 상기 제어 시스템이 공기 압축기를 제어하도록 구성된, 장치.
  12. 제1항 또는 제2항의 장치를 포함하는, 큐멘 하이드로퍼옥사이드의 연속적인 제조 시스템.
  13. C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드의 연속적인 제조 방법으로서,
    C8-C12 알킬 벤젠을 포함하는 액체 흐름을 반응물 입구를 통해 유동 반응기 내의 반응 채널로 도입하는 단계;
    순차적으로 한번에 하나씩 입구 스파저의 단일 구멍을 통해 가스 버블을 상기 반응 채널로 도입하는 단계; 및
    상기 C8-C12 알킬 벤젠을 산화시켜 상기 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 포함하는 액체 산화 생성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 1.0 mm 내지 5.0 mm의 직경을 가지거나, 또는
    80% 이상의 상기 가스 버블이 1 내지 200초의 가스 버블 체류 시간 동안 더 큰 버블로 합체되지 않거나, 또는
    이들 둘 다에 해당되는, 제조 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 C8-C12 알킬 벤젠이 큐멘이고 상기 C8-C12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드가 큐멘 하이드로퍼옥사이드이거나, 또는
    상기 액체 산화 생성물이 디메틸벤질 알코올 및 아세토페논을 더 포함하거나, 또는
    이들 둘 다에 해당되는, 제조 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    탄산나트륨, 암모니아 및 암모늄 카보네이트 중 적어도 어느 하나를 첨가하여 반응 혼합물의 pH값을 4 내지 10으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 산화를 0kPa(g) 내지 1,400kPa(g)의 반응기 압력에서 수행하거나, 또는
    상기 산화를 70℃ 내지 130℃의 온도에서 수행하거나, 또는
    이들 둘 다에 해당하는, 제조 방법.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 C8-12 알킬 벤젠이 sec-부틸 벤젠이고, 상기 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드가 sec-부틸 벤젠 하이드로퍼옥사이드인, 제조 방법.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    가스 출구 산소 농도를 2 습윤 부피%(vol.% wet) 이상으로 유지하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 유동 반응기의 온도를 175℃ 내지 225℃로 유지하는 단계를 포함하고,
    상기 온도는 상기 유동 반응기의 가스 출구 온도, 상기 유동 반응기의 산화 생성물 출구 온도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 제조 방법.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    가스 출구 산소 농도에 반응하여 상기 유동 반응기의 온도를 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 온도는 상기 유동 반응기의 가스 출구 온도, 상기 유동 반응기의 산화 생성물 출구 온도, 또는 이들의 조합을 포함하는, 제조 방법.
  22. 페놀 및 아세톤의 제조 방법으로서,
    산소-함유 가스의 존재 하에서 제13항 또는 제14항의 C8-12 알킬 벤젠을 산화시켜 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 제조하는 단계; 및
    산촉매의 존재하에서 상기 C8-12 알킬 벤젠 하이드로퍼옥사이드를 분해시켜 페놀 및 아세트알데히드, C2-6 케톤, 또는 이들의 조합을 제조하는 단계;를 포함하는 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 분해는 암모니아가 없는 것인 제조 방법.
  24. 삭제
  25. 삭제
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