KR20000070421A - 촉매 전환기 및 고발열반응 방법 - Google Patents

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Abstract

고체 접촉 촉매를 이용하는 프로필렌과 같은 올레핀 및 유기 히드로 과산화물의 반응에 의한 옥시란 화합물의 제조방법 및 반응기 (5,15,301)에 있어서, (1) 상기 반응기는 일련의 분리된 구역 (8, 10, 16, 19, 304, 311)으로 분할되어 있고, 상기 각 구역 (8, 10, 16, 19, 304, 311)은 고체 에폭시화 촉매의 베드를 포함하며; (2) 반응열의 약 25-75%는 반응기로부터의 가열된 재순환 흐름과의 직접적 접촉에 의한 냉각 반응 피드의 전열처리에 의해 제거되고; 그리고 (3) 반응열의 약 25-75%는 반응 혼합물 온도의 20-100℉ 상승 및 최종 반응생성물의 15-40%의 기화를 초래하는 것을 특징으로 하는 제조방법 및 반응기.

Description

촉매 전환기 및 고발열반응 방법{Catalytic converter and method for highly exothermic reactions}
반응물 및/또는 생성물이 온도에 대해 민감한 고발열반응을 수행하는 데에는 여러 실질적인 어려움이 있다. 예를 들어, 프로필렌 산화물을 제조하는 프로필렌 및 유기 히드로 과산화물의 촉매 액상 반응은 고발열반응이며, 생성물에 대한 선택성은 온도에 매우 민감하다. 과도한 온도의 상승 없이 발열반응을 제거하는 것은 심각한 문제를 야기한다.
종래 발열반응용 반응기는 다음과 같이 두가지 형태이다:
(1) 베드 사이에 주입된 냉각된 피드 퀀치를 갖는 다수의 고정베드로 구성된 퀀치타입,
(2) 수직 쉘의 튜브 및 튜브 열교환기내에 촉매가 있는 튜브타입.
반응열이 높으면 상기 첫 번째 타입은 충분한 열 제거를 제공하지 못한다. 이는 냉각된 반응기 유출물을 재순환시킴으로써 극복될 수 있으나, 역-혼합 반응기에 따른 문제점이 야기된다.
상기 튜브타입 반응기는 낮은 열 교환상수로 작동할 때 높은 반응열이 열교환기 표면으로부터 제거되는 경우 많은 비용이 드는 문제점이 있다. 또한, 튜브의 중앙으로부터 온도구배가 발생하여 등온조건이 요구되는 공정에 악영향을 미친다.
유럽 특허 제 0 323 663호는 실질적 등온조건에서 유기 히드로 과산화물에 의한 오레핀의 에폭시화를 수행하는 고정베드 촉매 반응기 및 공정을 개시하고 있다. 상기 유럽 특허에 개시된 바에 따르면, 발열반응에 의해 발생되는 모든 열은 반응 혼합물중 낮은 끓는점의 성분의 기화에 의해 제거되며, 프로필렌/유기 히드로 과산화물 시스템의 경우에는 프로필렌이 그 역할을 한다. 모든 발열반응열을 제거하기 위하여 반응기에 충분한 프로필렌이 주입되고 반응기는 액체 및 기체상의 동시 하류를 제공하기 위하여 반응 혼합물의 비등압에서 작동된다. 상기 과정은 단계간 냉각을 갖는 다-반응기를 포함하는 방법에 있어서 개선점이다.
한편, 상기 유럽 특허 제 0 323 663호에 개시되어 있는 공정 및 장치는 여러 가지 문제점을 갖고 있다. 발열반응열이 프로필렌의 기화에 의해 제거되는 경우, 프로필렌의 과도한 양이 시스템으로 액체로 공급되어야 한다. 사실, 상기 유럽 특허는 에틸 벤젠 히드로 과산화물 1몰당 프로필렌 16.67몰이 반응기로 공급되어야 함을 보여주고 있고, 상기 반응기는 필연적으로 큰 비용으로 대량의 프로필렌의 회수 및 재순환을 포함한다.
더불어, 상기 유럽 특허 제 0 323 663호는 26 bar (약 377 psi)의 반응기 출구 압력을 개시하고 있으나, 이는 액체 반응 혼합물의 기화 압력과 일치되고 있지 않다. 상기 실제 출구 압력은 150 psi 또는 그 이하이고, 이는 대량의 프로필렌 재순환 기류의 냉각 및/또는 재압축을 요구하는 추가적이고 매우 중요한 문제점을 야기한다.
상기 유럽 특허 제 0 323 663호의 시스템의 다른 문제점은 열악한 반응 선택성인 바, 이는 반응기의 저부에서 액상내 낮은 프로필렌 농도를 초래한다.
본 발명은 촉매 전환기 또는 반응기 시스템, 및 고발열반응, 예컨대 옥시란 화합물을 형성하는 올레핀 및 유기 히드로 과산화물의 반응을 수행하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 도면,
도 2는 냉각 피드 전열처리 방법을 나타내는 도면,
도 2a는 냉각 피드 전열처리 방법을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 택일적 실시예를 나타내는 도면.
본 발명의 실시는 특히, 프로필렌과 같은 올레핀 및 에틸벤젠 히드로 과산화물과 같은 유기 히드로 과산화물 사이의 반응과 같은 고발열반응에 적합하다. 본 발명에 관련된 몇가지 중요한 고려 사항은 다음을 포함한다:
(1) 다수의 분리된 반응 구역를 갖는 반응 시스템의 이용;
(2) 상기 반응 시스템에로의 냉각 피드의 제공 및 시스템의 발열반응열의 25-75%는 반응 시스템로부터의 흐름과의 직접 접촉에 의한 냉각 피드의 전열처리에로의 이용; 그리고
(3) 반응 시스템의 경유과정동안 반응 혼합물의 20-100℉ 온도상승으로부터 야기되는 배출 흐름내 감지열 그리고 반응 시스템으로부터 증기로서 최종 반응 생성물중 15-40 중량%의 제거에 의한 잔여 반응열 25-75%의 제거. 본 발명은 도 1에 도시된 구현예를 참조하여 설명될 수 있다. 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물과의 반응에 의한 프로필렌 산화물의 제조와 관련하여, 에틸벤젠 1-페닐 에탄올 및 에틸벤젠 과산화물과 같은 에틸벤젠 산화물의 비교적 냉각된 액체 피드 (예, 100℉)를 라인 2를 통하여 공급하고 프로필렌은 라인 3을 통하여 접촉구역 1로 공급한다. 냉각 피드는 반응 온도 50-150℉의 피드를 의미한다. 또한, 라인 4 및 12를 통하여 구역 1로 공급되는 재순환 프로필렌 증기는 반응기 5에서 기화되어 이로부터 재순환되는 것으로서 반응기 5, 구역 8 및 10에서 에폭시화 반응으로부터 발생되는 발열반응열을 포함한다.
본 발명 구현예에서는 두개의 반응기, 반응기 5 및 15가 이용되며, 상기 반응기 각각은 고체 에폭시화 촉매가 패킹된 두개의 반응구역를 갖는다.
접촉구역 1은 다수의 시브 트레이를 갖는 종래의 증기 액체 접촉구역로서 이에 의해 증기 및 액체 흐름이 혼합된다. 상기 접촉 및 혼합에 의해 반응기 5에서 프로플렌의 기화를 야기하는 발열반응열이 비교적 냉각된 피드 성분을 반응온도까지 승온시키게 된다. 상기 과정에서 반응기 5로부터의 프로필렌 증기의 대부분은 압축된다. 상기 열교환의 결과, 시스템의 전체 발열반응열의 25-75%가 효과적으로 제거되고, 냉각 피드 흐름을 전열처리하는 데 이용된다.
도 2a 및 도 2b는 구역 1에 대한 선택적 형상을 나타낸 것이다. 도 2a에서 접촉은 냉각 액체 피드를 프로필렌 증기를 받는 용기에 스프레이함으로써 달성된다. 상기 액체의 일부분은 압축 액체의 압력을 증가시키기 위하여 제트로 공급된다. 도 2b에서 접촉은 주로 "정적 교반기"에 의해 달성된다. 추가 접촉은 증기 액체 혼합물을 상기 액체 아래로 공급함으로써 달성된다. 특정예에서 경제성이 최적이 되도록 한다.
가열된 액체 혼합물은 접촉구역 1로부터 라인 6을 통하여 반응기 5의 상부 7로 펌핑된다. 프로필렌 증기 흐름으로부터의 열이 상기 액체 혼합물을 반응 온도까지 가열하는 데 충분하지 않으면 가열기 24에 의한 추가열이 공급될 수 있고, 상기 가열기는 시동하는 동안 언제든지 유용하다.
상부 7로부터 액체 반응 혼합물은 반응 조건에서 패킹된 실리카상의 이산화티탄 촉매 베드를 포함하는 구역 8을 통과하며, 상기 베드는 미합중국 특허 제 3,923,843호의 실시예 VII에 개시되어 있다. 구역 8의 촉매 베드를 통과하는 동안 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌의 발열반응열이 프로필렌 산화물의 형성과 함께 발생된다.
구역 8에의 발열반응열의 결과, 반응 혼합물의 온도가 적당하게, 예컨대 10-40℉가 증가한다. 또한, 잔존 발열반응열은 반응혼합물의 프로필렌 성분의 기화에 소모된다.
반응 혼합물은 구역 8내 고체 촉매를 거쳐 분리구역 9를 통과하고, 상기 불리 구역에서 액체 및 기체 성분이 분리된다. 프로필렌 증기는 라인 4를 통하여 제거되어 접촉기 1로 보내어지고, 상술한 바와 같이, 상기 증기는 냉각 반응 피드의 전열처리에 이용된다.
액체 반응 혼합물은 분리구역 9로부터 구역 8에서 이용된 실리카 촉매상의 이산화 티탄으로 패킹된 구역 10을 통과한다. 구역 10에서 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌의 발열반응열이 프로피렌 산화물을 형성하면서 추가적으로 발생한다.
다시 한번 더 발열반응열은 구역 10에서의 반응 혼합물 온도의 적당한 상승 및 프로필렌의 기화를 초래한다. 반응 혼합물은 구역 10으로부터 분리구역 11을 통과하고, 액체 및 기체 성분이 분리된다. 프로필렌 증기는 상술한 바와 같이, 라인 12를 거쳐 냉각 반응기 피드를 전열처리하는 데 이용된다.
상기 작동 방법의 중요한 장점은 반응기 5로부터 발생되는 프로필렌 증기 대부분이 접촉기 1에서 압축되고 반응기 5로 재순환되는 것이다. 따라서, 반응 피드에서 프로필렌 대 히드로 과산화물의 매우 높은 비율은 피해야 한다.
액체 반응 혼합물은 반응기 5로부터 라인 13을 거쳐 통과한다. 레벨 조절수단 52는 적합한 액체 레벨이 유지되도록 한다. 원하는 반응물 비율을 유지하기 위하여 보충 액체 프로필렌이 라인 50을 거쳐 공급되고, 반응기 5로부터의 반응 액체 혼합물 및 새롭게 추가된 프로필렌은 라인 51을 거쳐 반응기 15의 구역 14로 공급되고, 이어 구역 14로부터 반응기 5에서 이용되는 실리카상의 이산화티탄 촉매의 패킹된 베드를 포함하는 반응 구역 16을 통과한다.
구역 16에서 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 추가적 발열반응열이 프로필렌 산화물을 형성하면서 발생한다. 구역 16에서의 발열반응열은 반응 혼합물의 온도를 약 10-50℉정도 증가시키고, 프로필렌의 기화를 야기시킨다.
혼합물은 구역 16으로부터 증기 및 액체가 분리되는 분리구역 17을 통과한다. 프로필렌 증기는 라인 18을 통해 제거되고, 반응 액체는 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 최종 반응을 위하여 패킹 촉매 반응 구역 19를 통과한다. 구역 19는 상기 반응 구역에서 이용된 실리카상의 이산화티탄 촉매를 포함하고 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 반응이 그 곳에서 발생한다. 구역 19에서의 발열반응열은 상기한 바와 같이, 미소한 온도 증가 및 프로필렌의 기화를 초래한다.
반응기 5로 들어가는 반응 혼합물의 온도보다 20-150℉가 높은 반응 혼합물이 분리구역 20을 통과하고, 이 곳에서 증기 및 액체가 분리된다. 프로필렌 증기는 라인 21을 통해 제거되고 액제 반응 생성물 혼합물은 라인 22를 통해 제거된다.
라인 23, 18 및 21을 통해 제거된 증기 흐름 그리고 라인 22를 통해 제거된 액체 흐름은 증류 장치 또는 프로판 제거장치로 보내어 지고, 이 곳에서 공지된 공정에 따라 증류에 의해 가벼운 성분이 무거운 성분으로부터 분리된다. 프로필렌과 같은 가벼운 성분은 회수 및 재순환된다. 본 발명에 따르면 라인 23, 18 및 21을 통해 제거된 증기 흐름은 제거된 총반응 혼합물, 즉 23, 18, 21 및 22 흐름의 총합의 15-40 중량%를 포함한다.
무거운 성분은 재순환을 위한 흐름 및 공지방법에 따라 분리된다.
본 발명의 구현예는 각각 두 개의 반응 구역를 갖는 두 개의 반응기 시스템으로 개시된다. 상기 두 개의 반응기는 단독의 장치로 통합될 수도 있고 또는 선택적으로 경제성을 고려하여 두 개 이상의 반응기가 사용될 수가 있다.
두 개의 반응기 사용은 첫 번째 반응기가 프로필렌 증기가 피드 접촉구역 1로 회귀될 수 있을 정도의 높은 압력에서 작동되도록 한다. 두 번째 반응기는 최종 반응상에 필요로 하는 최적 온도 및 프로필렌 농도에 일치하도록 낮은 압력하에서 작동될 수 있다.
상기한 바와 같이, 도 2a 및 도 2b는 재순환 프로필렌 증기와의 접촉에 의한 냉각 피드의 전열처리를 위한 선택적 접촉 수단을 나타낸다.
도 2a에서는, 냉각 피드가 라인 102 및 103을 통하여 접촉구역 101로 공급된다. 라인 102을 통해 공급되는 액체는 스프레이 노즐 104를 통해 구역 101로 스프레이되고, 라인 103을 통해 공급되는 액체는 제트 105를 통해 구역 101로 들어간다. 프로필렌 증기는 라인 106을 통해 공급되고 구역 101에서 프로필렌 증기가 액체 피드와 접촉하여 전열시킨다. 비압축 증기는 라인 107을 통해 배출되고 가열된 피드는 라인 108을 통해 배출된다.
도 2b에서, 냉각 피드는 라인 201을 통해 공급되고 프로필렌 증기는 라인 202를 통해 정적 교반 구역 203으로 공급된다. 구역 203은 배플을 갖으며 이는 격렬한 증기/액체 교반을 가능케 한다. 구역 203으로부터 혼합물은 라인 204을 거쳐 용기 205을 통과하고, 바람직하게는 액체 표면 아래로 공급하는 것이다. 전열 처리된 액체는 라인 206을 거쳐 반응기를 통과하고 미압축 프로필렌은 라인 207을 통하여 제거된다.
명백하건대, 다른 접촉방법이 본 발명 실시의 경제성에 따라 이용될 수 있다.
다양한 반응 구역에서 발생되는 발열반응의 정도는 용이하게 조절할 수 있다. 반응물 조성, 유속, 온도, 압력 및 반응 구역에서의 촉매 접촉시간의 적합한 조절에 의하여 반응 구역에서 발생되는 반응 즉 생성되는 발열반응열을 적당하게 조절할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상술한 바와 같이 전체 발열반응열의 약 25-75%는 반응구역 8 및 10에서 프로필렌의 기화에 이용되고, 발열반응열은 접촉구역 1에서 냉각 피드를 전열 처리하는 데 이용되며, 소량의 증기는 압축되지 않고 라인 23을 통해 제거된다.
전체 발열반응열 가운데 잔여 25-75%는 구역 8, 10, 16 및 19의 경유시 반응 혼합물의 약 20-100℉의 적당한 온도 증가의 결과로서 나타나는 네트 시스템 배출 흐름에서의 감지열, 그리고 라인 23, 18, 21 및 22를 통하여 반응기 15로부터 제거되는 전체 흐름의 약 15-40 중량%를 포함하는 라인 23, 18 및 21을 통하여 제거되는 프로필렌 증기를 형성시키는 구역 16 및 19에서의 프로필렌 기화에 의한 기화열로서 설명되어질 수 있다.
보다 단순한 장치를 이용하는 본 발명의 다른 실시예는 도 3에 도시되어 있다.
도 3에는 고체 에폭시화 촉매로 패킹된 두 개의 구획을 갖는 반응기 301이 있다. 상술한 바와 같은 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌을 포함하는 냉각 피드는 라인 302를 거쳐 구역 303으로 공급되고, 상기 구역에서 반응기 구역 304로부터의 액체 반응 혼합물 부분과 교반된다. 상기 접촉 및 구역 304에서 발생되는 발열반응열의 일부분과의 교반은 냉각 피드를 반응 온도까지 전열 처리하는 데 이용된다. 열 처리된 피드 및 재순환된 반응액은 구역 303으로부터 구역 304로 이동하고, 이들은 고체 에폭시화 촉매와 접촉하며 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌은 반응하여 프로필렌 산화물을 형성한다. 반응 혼합물은 분리구역 305를 통과하고, 발열반응열에 의해 기화된 프로필렌은 라인 306을 통하여 제거된다. 액체 반응생성물 혼합물은 라인 307 및 펌프 308을 통하여 구역 305로부터 제거되고, 두 부분으로 나누어지며 이 중 한 부분은 라인 309를 거쳐 구역 303으로 재순환되고, 이는 상술한 바와 같이 냉각 피드과 혼합되어 전열 처리하게 하며, 다른 한 부분은 라인 310을 거쳐 반응 구역 311을 통과한다.
반응 구역 311은 고체 에폭시화 촉매로 패킹되어 있고, 이 구역에서 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌의 추가적인 반응이 발생되어 프로필렌 산화물을 형성한다. 반응 혼합물은 분리구역 312를 통과하고, 구역 311내 발열반응열에 의해 기화된 프로필렌은 라인 313을 거쳐 제거된다. 액체 반응생성물 혼합물은 라인 314를 통하여 제거된다.
반응기 301의 작동은 구역 304 및 311에서 발생되는 전체 반응열의 25-75%가 라인 309를 통한 재순환 흐름에서의 감지열로서 포함되도록 하고 냉각 피드의 전열처리에 이용되도록 조절한다.
발열반응열의 잔여 25-75%는 라인 306 및 313에서 기류내 기화열 및 구역 304 및 311내에서 20-100℉의 온도상승을 초래하는 라인 314를 통해 제거되는 액체 혼합물내 감지열로서 제거된다.
라인 306 및 313을 통해 제거되는 증기는 라인 306, 313 및 314내 총흐름의 15-40 중량%를 포함한다.
생성물의 조사는 공지된 방법에 따라 수행한다.
본 발명의 에폭시화 반응은 공지된 방법에 따라 수행한다. 예컨대, 미합중국 특허 제 3,351,635호에 개시된 내용이 본원에 포함되어 있다.
일반적인 반응 온도는 150℉ 내지 250℉이고, 종종 180℉ 내지 225℉이며, 압력은 반응기 1에서 액상을 유지할 수 있는 충분한 압력, 예를 들어 500 내지 800 psia이다.
공지된 불균질 촉매가 이용된다. 이와 관련하여서는 유럽 특허공개 제 0 323 663호, 영국 특허 제 1,249,079호, 미합중국 특허 제 4,367,342호, 3,829,392호, 3,923,843호 및 4,021,454호에 개시되어 있다.
본 발명은 특히 탄소수 3-5을 갖는 알파 올레핀 및 아랄킬 히드로 과산화물의 에폭시화 반응에 유용하다.
다음의 실시예는 도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시를 설명한다.
본 발명에 따르면, 반응 시스템 및 공정은 고체 접촉 촉매를 사용하는 프로필렌과 같은 올레핀 및 유기 히드로 과산화물의 반응에 의한 옥시란 화합물의 제조에 특히 유용하며, 다음과 같은 특징을 갖는다:
(1) 상기 반응은 다수의 분리된 반응 구역내에서 수행되며;
(2) 전체 반응열 (발열반응열)의 약 25-75%는 냉각 피드 및 반응 구역로부터의 하나 이상의 공정 흐름과의 직접적 접촉에 의한 냉각 반응기 피드의 전열처리에 의해 제거되고;
(3) 전체 반응열 (발열반응열)의 약 25-75%는 반응 시스템의 반응온도의 20-100℉ 상승에 의한 배출 액체내 감지열 그리고 반응 시스템으로부터 생성되는 최종 반응생성물의 15-40 중량%의 기화에 의해 효과적으로 제거된다.
도 1에서, 약 100℉ 및 700 psia의 프로필렌 피드를 약 662 lbs/hr의 속도로 라인 3을 통하여 구역 1로 공급한다. 에틸벤젠 산화물 또한, 100℉ 및 700 psia 조건에서 약 560 lbs/hr의 속도로 라인 2를 통하여 공급한다.
또한, 반응기 5, 구역 8 및 10에서의 에폭시화 반응으로부터 발생되는 발열반응열에 의해 기화되고, 상기 반응열을 포함하는 반응기 5에서 발생하는 재순환 프로필렌 증기도 라인 4를 통하여 512 lbs/hr의 속도로 라인 12를 통하여 263 lbs/hr의 속도로 구역 1로 공급된다.
접촉구역 1은 종래의 증기 액체 접촉구역로서 다수의 시브 트레이를 갖으며 이에 의해 증기 및 액체의 흐름이 혼합된다. 상기 접촉 및 교반에 의하여 반응기 5에서 발생된 프로필렌 증기의 발열반응열은 냉각 피드를 가열하여 반응온도까지 승온시킨다. 상기 과정에서 반응기 5로부터의 프로필렌 증기 대부분은 압축되고; 비압축 증기를 포함하는 증기 흐름은 125 lbs/hr의 속도로 라인 23을 통하여 제거되고, 회수를 위하여 보내어진다.
접촉구역 1로부터 201℉의 가열된 액체 혼합물은 1871 lbs/hr의 속도로 라인 6을 통하여 반응기 5의 상부 7로 펌핑된다.
상기 상부 7로부터 액체 혼합물은 반응조건에서 실리카상 이산화티탄 촉매의 패킹된 베드를 포함하는 구역 8을 통과하고, 상기 촉매의 제조는 미합중국 특허 제 3,923,843호의 실시예 VII에 개시되어 있다.구역 8내 촉매 베드를 통해 경유하는 동안 에틸벤젠 히드로 과산화물 및 프로필렌의 발열반응이 프로필렌 산화물 형성과 함께 발생한다. 구역 8로 들어가는 압력은 730 psia이다.
구역 8에서의 발열반응열의 결과, 반응 혼합물의 온도가 35℉ 증가한다. 또한, 잔여 발열반응열은 반응 혼합물의 프로필렌 성분의 기화에 의해 소모된다.
반응 혼합물은 구역 8내 고체 촉매을 거쳐 분리구역 9를 통과하고, 이 구역에서 액체 증기 성분이 분리된다. 236℉의 프로필렌 증기는 라인 4를 통해 제거되고, 접촉기 1로 보내어지고, 상술한 바와 같이, 상기 증기는 냉각 반응 피드를 전열처리하는 데 이용된다.
액체 반응 혼합물은 분리구역 9로부터 구역 10을 통과하고, 상기 구역 10에는 구역 8에서 사용된 실리카상 이산화티탄 촉매가 또한 패킹되어 있다. 구역 10에서, 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 추가 발열반응이 프로필렌 산화물을 형성하면서 발생한다.
발열반응열은 구역 10에서 반응 혼합물의 온도를 249℉로 승온시키고 프로필렌의 기화를 야기시킨다. 반응 혼합물은 700 psia에서 구역 10으로부터 분리구역 11을 통과하며, 액체 및 증기 성분은 분리된다. 249℉의 프로필렌 증기는 라인 12를 거쳐 접촉기 1로 보내어지고, 상기 증기는 상술한 바와 같이, 냉각 반응 피드를 전열처리하는 데 이용된다.
상기 작동의 주요 장점은 반응기 5로부터 발생되는 프로필렌 증기의 대부분이 접촉기 1에서 압축되고 반응기 5로 재순환된다는 것이다. 따라서, 매우 높은 프로필렌 대 히드로 과산화물의 비율은 피해야 한다.
반응기 5에 있는 249℉ 및 700 psia의 액체 반응 혼합물은 1097 lbs/hr의 속도로 라인 13을 거쳐 액체 레벨 조절수단 52를 경유하고, 132 lbs/hr로 추가되는 냉각 프로필렌 피드와 혼합된다. 혼합물은 라인 51을 거쳐 1229 lbs/hr의 속도로 반응기 15의 구역 14를 통과하고, 구역 14로부터 반응기 5에서 사용된 실리카상 이산화티탄 촉매의 패킹된 베드를 포함하는 반응구역 16으로 들어간다. 구역 14에서, 압력은 600 psia로 감압되고, 이는 프로필렌의 기화 및 온도를 225℉로 감소시킨다.
구역 16에서 프로필렌 산화물 형성 과정에서 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 발열반응이 추가로 발생한다. 구역 16에서의 반응으로부터 발생되는 발열반응열은 반응혼합물의 온도를 약 241℉로 증가시키고 프로필렌의 기화를 야기한다.
혼합물은 구역 16으로부터 분리구역 17을 통과하고 증기 및 액체로 분리된다. 241℉의 프로필렌 증기는 238 lbs/hr의 속도로 라인 18을 거쳐 제거되고, 반응액은 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 최종 반응을 위해 패킹된 촉매 반응구역 19로 공급된다. 구역 19는 상기 반응구역에서 이용되는 실리카상 이산화티탄 촉매를 포함하고 이 곳에서 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물의 반응이 발생한다. 구역 19에서의 발열반응열은 상술한 바와 같이, 온도의 상승 및 프로필렌의 기화를 초래한다.
243℉의 온도 및 575 psia의 압력을 갖는 반응 혼합물은 분리구역 20을 통과하고, 증기 및 액체가 분리된다. 프로필렌 증기는 56 lbs/hr의 속도, 243℉ 및 575 psia의 상태에서 라인 21을 거쳐 제거되며 액체 반응 생성혼합물은 935 lbs/hr의 속도로 243℉에서 라인 22를 통하여 제거된다.
라인 23, 18 및 21를 통하여 제거된 증기 흐름과 라인 22를 통해 제거된 액체 흐름은 증류장치 또는 프로판 제거장치로 보내어지고, 이 곳에서 공지된 방법에 따라 증류에 의해 가벼운 성분이 무거운 성분으로부터 분리된다. 본 발명에 따르면, 라인 23, 18 및 21을 통해 제거된 증기 흐름은 최종 생성물 중량의 약 31를 포함한다. 프로필렌과 같은 적합한 가벼운 성분은 회수 및 재순환된다.
무거운 성분은 공지된 방법에 의해 생성물로 분리 및 재순환을 위한 흐름으로 분리된다.
하기 표는 여러 공정 흐름에 대한 중량% 조성이다. 흐름 번호는 도 1에 도시된 라인 및 구역에 있는 공정 흐름을 나타낸다.
상기 실시예에서, 히드로 과산화물을 기준으로 한 전환율은 98%이고, 프로필렌 대 프로필렌 산화물의 몰 선택성은 99%인 바, 이는 본 발명의 효율 및 효과를 나타낸다. 본 발명 시스템의 건조 및 작동에 관련된 비용은 실질적으로 최소화된다.
상기 실시예에서, 발열반응열의 50%는 접촉구역 1에서 냉각 피드를 전열처리하는 데 이용된다. 발열반응열의 약 18%는 반응기 5 및 15에서 온도의 상승을 초래한다. 잔여 발열반응열 32%는 프로필렌 기화 그리고 라인 23, 18 및 21을 통하여 제거되는 프로필렌 증기를 야기한다.

Claims (7)

  1. 승온 및 승압의 반응조건에서 올레핀 및 히드로 과산화물을 포함하는 혼합물을 고체 에폭시화 촉매로 각각 패킹된 일련의 분리된 반응 구역를 경유시키는 과정을 포함하는 C3-C5올레핀 및 아랄킬 히드로 과산화물의 촉매 액상 발열반응 방법에 있어서,
    (1) 반응 시스템은 다수의 분리된 반응 구역를 갖고,
    (2) 냉각 올레핀 및 히드로 과산화물 피드는 상기 반응 시스템에 제공되며 그리고 상기 반응 시스템에서 발생되는 발열반응열의 25-75%는 상기 반응 시스템의 재순환흐름에 의해 상기 냉각 피드와 직접 접촉하여 전열처리하는 데 이용되며, 그리고
    (3) 상기 반응 시스템내 발열반응열의 25-75%는 상기 반응 시스템을 통한 경유 과정동안 반응 혼합물의 20-100℉ 온도상승에 의한 감지열 및 반응 시스템으로부터 증기로 제거되는 최종 반응 혼합물의 15-40%의 제거에 의한 기화열로 제거되는 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로필렌 및 에틸벤젠 히드로 과산화물은 반응하여 프로필렌 산화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 촉매는 실리카상의 이산화티탄 촉매인 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (2)의 재순환 흐름은 프로필렌 증기류인 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (2)의 재순환 흐름은 액체 반응혼합물 흐름인 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응 방법.
  6. 승온 및 승압의 반응조건에서 올레핀 및 히드로 과산화물을 포함하는 혼합물을 고체 에폭시화 촉매로 각각 패킹된 일련의 분리된 반응 구역를 경유시키는 과정을 포함하는 C3-C5올레핀 및 아랄킬 히드로 과산화물의 촉매 액상 발열반응용 반응 시스템에 있어서,
    (1) 상기 반응 시스템은 다수의 분리된 반응 구역을 사용하고,
    (2) 상기 반응 시스템의 재순환 흐름에 의한 직접적 접촉에 의해발열반응열의 25-75%로 냉각 올레핀 및 히드로 과산화물 피드를 전열 처리하는 수단이 제공되고, 그리고
    (3) 상기 반응 시스템을 통한 경유 과정동안 반응 혼합물의 20-100℉ 온도상승 및 반응 시스템으로부터 최종 반응 혼합물의 15-40%의 기화에 의한 상기 반응 혼합물의 발열반응열의 25-75%가 소비되게 하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응용 반응 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 고체 에폭시화 촉매는 실리카상의 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 촉매 액상 발열반응용 반응 시스템.
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