KR20010041372A - 과산화수소를 제조하기 위해 특수 반응기에서 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법 - Google Patents

과산화수소를 제조하기 위해 특수 반응기에서 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법 Download PDF

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브뢰커프란쯔요세프
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요헨 카르크, 안드레아스 비베르바흐
바스프 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 촉매가 현탁되어 있는 작업 용액이 존재하고, 또한 수소 함유 기체상도 존재하는 반응기에서 안트라퀴논 화합물 또는 이 화합물의 2종 이상으로 이루어진 혼합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법으로서,
작업 용액 및 기체상은 반응기에서 수압 직경이 0.5∼20 mm, 바람직하게는 1∼10 mm, 특히 바람직하게는 1∼3 mm인 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품을 적어도 부분적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

Description

과산화수소를 제조하기 위해 특수 반응기에서 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법{METHOD FOR SUSPENSION HYDROGENATION OF AN ANTHRAQUINONE COMPOUND IN A SPECIAL REACTOR IN ORDER TO PRODUCE HYDROGEN PEROXIDE}
실질적으로, 광범위하게 생산되는 모든 과산화수소(200만 이상 메트릭 톤/a)는 안트라퀴논 공정에 의해 생산된다.
이 안트라퀴논 공정은 안트라퀴논 화합물을 접촉 수소 첨가하여 상응하는 안트라히드로퀴논 화합물을 형성시킨 다음, 이 안트라히드로퀴논 화합물을 산소와 반응시켜 과산화소를 형성시키고, 형성된 과산화수소를 추출에 의해 후속 분리시키는 것을 기본으로 한다. 촉매 작용 주기는 산화 단계에서 재형성되는 안트라퀴논 화합물을 다시 수소 첨가시킴으로써 종결된다.
주요 반응의 개요는 하기 반응식 1과 같다.
이 반응에서, 안트라퀴논 화합물은 일반적으로 다수의 유기 용매로 이루어진 혼합물에 용해된다. 형성된 용액은 작업 용액(working solution)이라고 칭한다. 안트라퀴논 공정에서, 그러한 작업 용액은 일반적으로 상기 언급한 공정의 단계를 통하여 연속적으로 이동된다.
안트라퀴논 공정의 개요는 문헌[Ullmanns Encyclopedia of Industial Chemistry, 제5판, Vol. A13, pp.447∼456]에 기재되어 있다.
안트라퀴논 공정에서 특히 중요한 단계는 작업 용액 중에 존재하는 안트라퀴논 화합물이 촉매의 존재 하에서 수소 첨가되어 상응하는 안트라히드로퀴논 화합물을 형성하는 수소 첨가 단계이다.
본 발명은 안트라퀴논 공정으로 과산화수소를 제조하기 위해 특수 반응기에서 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 수소 첨가 방법에서는, DE-A 196 11 976호에 포괄적으로 설명하고 있는 바와 같이, 특수 반응기에서 안트라퀴논 화합물 또는 이 화합물의 2종 이상으로 이루어진 혼합물을 현탁액 촉매 및 수소 함유 가스상과 접촉시킨다. 이 특수 반응기는 특정한 수압 직경을 갖고 있는 개구부 및 채널을 갖고 있는 부품을 갖추고 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 특수 버블 컬럼에서 배치 방식으로 안트라퀴논 화합물을 수소 첨가시키는 실험 장치이다.
도 2는 특수 버블 반응기에서 연속 방식으로 안트라퀴논 화합물을 수소 첨가시키는 실험 장치이다.
도 3은 특수 멀티튜브 반응기에서 연속 방식으로 안트라퀴논 화합물을 수소 첨가시키는 실험 장치이다.
도 1은 한 예로서 불연속적으로 작동되는 버블 컬럼 반응기(1)를 포함하고 있는 실험 장치를 도시한 것으로, 상기 반응기에는 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이 기하 구조가 증류 층전재 Sulzer BX에 필적하는 것인 메쉬 충전재(2)가 배치되어 있다. 반응을 수행하기 위해서는, 먼저 현탁된 촉매를 함유하고 있는 작업 용액을 충전 라인(3)을 통해 도입시킨다. 수소 함유 기체상은 접속 라인(4)을 통해 공급하고, 현탁액을 회로 주위로 펌핑하면서 혼합용 노즐(5)에서 혼합시킨 다음, 이 혼합물을 하부 말단에서 반응기(1) 내로 도입시킨다. 현탁액을 기체와 함께 반응기로부터 라인(6)을 통해 배출시키고, 분리 용기(7)에 이동시킨다. 여기에서 기체를 폐기 기체 냉각기(8)를 통해 통과시키고, 압력 유지 장치(9)를 통해 폐기 기체 라인(10) 내로 이동시킨다. 현탁액을 분리 용기(7)로부터 라인(11)을 통해 펌프(12), 열교환기(13), 혼합 노즐(5) 및 반응기(1)로 이동시킨다. 반응을 종결한 후, 현탁액을 배출 라인(14)을 통해 배출시킨다.
도 2는 충전재(2)를 구비하고 연속 방식으로 조작되는 버블 컬럼을 도시한 것으로, 또한 상기 컬럼에는 새로운 수소 함유 기체(4)와 함께 혼합 노즐(5)에 의해 혼합되어 순환 중인 현탁액(11) 내로 유입되는 순환 기체가 라인(15, 16)을 통해 제공된다. 반응기로부터 산출량은 라인(6)을 통해 분리 용기(7)로 이동시키고 기체상을 분리하여 라인(15)을 통해 배출시킨다. 기체 불순물의 축적을 제한하기 위해, 상기 기체의 서브스트림은 라인(10)을 통해 배출시키고, 나머지 기체는 라인(16)을 통해 반응기로 복귀시킨다. 오직 액상 작업 용액만이 라인(3)을 통해 도입된다. 현탁된 촉매는 직교류 여과기(17)에 의해 다시 유지되고 촉매 없는 액상(14)만 방출되는 결과로서 반응기 시스템에 잔류하게 된다.
도 3은 높은 반응열을 갖고 있는 가장 빠른 반응의 경우에 사용되는 것이 바람직한 실시양태를 도시한 것으로, 이러한 실시양태에서 반응기(1)는 셀 및 튜브 열 교환기의 배치를 갖고 있으며, 와이어 메쉬 충전재(2)가 배치되어 있는 튜브 다발(18)을 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 열 교환기(8)를 본 실시양태에서는 생락할 수 있다. 상기 열교환기는 반응기에 냉각제만을 공급하는 경우, 반응의 초기에 예비 가열기의 기능을 수행하는 임무를 갖고 있을 수 있다. 부품(4, 5, 6, 7, 10, 12, 14, 16 및 17)의 기능은 도 2의 것에 따른다.
반응기, 공정 절차, 실험 장치, 사용된 촉매 및 충전 부재에 관하여 DE-A 196 11 976호에 기재된 보다 상세한 내용은 본 발명의 방법에 관한 내용과 유사하게 적용된다.
본 발명은 이하의 실시예에 의해 예시된다.
본 발명은 그러한 안트라퀴논 공정의 수소 첨가 단계에 관한 것이다.
이러한 접촉 수소 첨가는 다양한 유형의 반응기 내의 현탁액 중에서 또는 고정층에서 수행할 수 있다. 선행 기술은, 예를 들면 EP 0 672 617호에 상세하게 기재되어 있다.
고정층 공정에서는 수소 함유 기체상 및 작업 용액을 귀금속으로 피복된 담지형 촉매로 충전되어 있는 반응기를 정류 또는 역류 방식으로 통과시킨다. 사용된 촉매는 경시적으로 활성을 잃어가므로, 재생시키거나 교체해야 한다. 이러한 목적을 위해서는 먼저 고정층을 반응기로부터 제거하야 하고, 새롭거나 재생된 촉매를 장착해야 한다. 이것은 매우 시간 소모적이고 비용이 비싸다.
그러므로, 공업 분야에서는 촉매 활성의 강하가 촉매의 연속 도입 및 유출 배체(bleeding-off)에 의해 역전될 수 있기 때문에, 수소 첨가 단계를 주로 현탁 방식으로 수행한다.
가장 일반적인 형태로서, 현탁 수소 첨가는 하나 이상의 촉매가 현탁되어 있는 작업 용액이 존재하고, 또한 수소 함유 기체상이 존재하는 반응기에서 수행한다.
일반적으로, 현탁 반응기의 기술은 문헌[Ullmanns Enzyklopadie der Techischen Chemie, 제4판, Vol.3, pp. 494∼518]에 포괄적으로 기재되어 있다.
안트라퀴논 화합물의 현탁 수소 첨가에 사용되는 일부 반응기는 문헌[Ullmanns Enzyklopadie der Techischen Chemie, 제4판, Vol.3, pp. 494∼518]에 기재되어 있다. 이들 반응기는 교반형 용기, 버블 컬럼 및 이동층 반응기를 포함한다.
안트라퀴논 화합물의 현탁 수소 첨가용 촉매로는 현탁액 촉매 또는 담지형 현탁액 촉매를 사용한다. 담지형 현탁액 촉매는 지지체 입자 상에 금속층을 포함한다. 담지형 현탁액 촉매는 비담지형 현탁액 촉매와 비교하여 직경 0.06∼0.15 mm의 입자가 반응기에 대한 촉매의 재순환성을 단순하게 하는 이점을 갖는다. 또한, 이들 촉매는 일반적으로 순수한 촉매보다 그 활성 측면에서 열 응력 및 독성에 보다 덜 민감하다.
촉매로서 팔라듐 블랙을 함유하는 루프 반응기를 사용한 안트라퀴논 화합물의 현탁 수소 첨가는 US 4 428 923호에 기재되어 있다.
DE-C 938 252호에서, 안트라퀴논 화합물의 수소 첨가는 각 튜브의 하부 내로 수소의 도입이 튜브에서 작업 용액을 상방향 흐름으로 유도하는 관상 내부 부품을 함유하는 버블 컬럼에서 수행한다.
현탁 반응에서 기본 문제점은 반응물과 액상으로 현탁되어 있는 촉매 입자와의 충분한 접촉을 보장할 수 있는지의 여부에 있다.
현탁 반응기는 고체 입자를 현탁시키는 데 기계 에너지, 예를 들면 교반기, 노즐 또는 상승하는 기체 버블에 의해 유입되는 기계 에너지의 도입을 필요로 한다. 그러나, 현탁에 요구되는 그러한 기계 에너지를 증가시키는 것은, 달성 가능한 상대 속도가 침전 속도만을 무의미하게 초과하기 때문에, 액체와 현탁된 고체 입자 사이의 질량 전이에서의 상당한 향상을 전혀 유도하지 못한다.
안트라퀴논 공정의 경제적 조작에 있어 결정적 인자는 수소 첨가 단계에서 공간-시간상 높은 생성량이다.
공간-시간상 높은 생성량은 단위 촉매 부피 당, 그리고 단위 시간 당 형성되는 생성물의 양이다.
과산화수소를 제조하기 위해 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 선행 기술에 따라 현재까지 사용되고 있는 반응기를 사용한다고 해도, 항상 공간-시간상 높은 생성량을 충분히 얻을 수 있는 것이 아니다.
본 발명의 목적은 현재까지 그러한 수소 첨가에 이용하지 않은 반응기를 사용하여 안트라퀴논 화합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 그러한 목적이 특허 청구 범위에 기재된 방법에 의해 달성된다는 사실을 밝혀냈다. 하나 이상의 촉매가 현탁되어 있는 작업 용액이 존재하고, 또한 수소 함유 기체가 존재하는 반응기에서 안트라퀴논 화합물 또는 이 화합물의 2종 이상으로 이루어진 혼합물을 현탁 수소 첨가시키는 본 발명의 방법에서, 작업 용액 및 기체상은 반응기에서 수압 직경이 0.5∼20 mm, 바람직하게는 1∼10 mm, 특히 바람직하게는 1∼3 mm인 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품을 통하여 적어도 부분적으로, 즉 경로 부분에 대한 부피 부분으로 통과한다. 수압 직경은 개구부 및 이것의 둘레의 횡단면을 4 배로 한 비율로서 정의된다.
각 경우에 이상적인 채널 폭의 선택은 주로 통과하는 액체의 점도, 현탁된 입자의 크기 및 기체상의 유형에 따라 좌우된다. 액체의 점도가 높으면 높을수록, 채널의 폭은 커져야 한다. 동적 점도가 10 ×10-5 표준 s/m2내지 200 ×10-5표준 s/m2인 액체의 경우 , 수압 직경은 1∼4.5 mm 범위가 가장 바람직하다.
이러한 방식에 의하면, 공간-시간상 높은 생성량은 안트라퀴논 화합물의 현탁 수소 첨가의 경우 통상의 반응기에서 보다 더 많이 얻어진다.
본 발명의 목적을 위해, 수소 첨가 단계는 일반적으로 약 20∼120℃, 바람직하게는 약 30∼80℃에서 수행한다. 사용된 압력은 일반적으로 약 1∼20 바, 바람직하게는 2∼10 바이다.
수소 첨가는 순수한 수소 또는 수소 함유 기체를 사용하여 수행할 수 있다.
일반적으로, 수소 첨가는 보통 ＞ 90%, 바람직하게는 ＞95%의 보다 높은 선택율을 달성하기 위해 약 50∼70%의 전환율을 수행한다.
"안트라퀴논 화합물"이라는 용어는, 원칙상 과산화수소를 제조하는 안트라퀴논 공정에 사용할 수 있는 모든 안트라퀴논 화합물 및 상응하는 테트라히드로안트라퀴논 화합물을 포함한다. 본 발명의 방법에 바람직하게 사용되는 안트라퀴논 화합물은 2-에틸안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 2-아밀안트라퀴논, 2-메틸안트라퀴논, 2-부틸안트라퀴논, 2-이소프로필안트라퀴논, 2급-부틸안트라퀴논 또는 2급-아밀안트라퀴논과 같은 2-알킬안트라퀴논과, 1,3-디에틸안트라퀴논, 2,3-디메틸안트라퀴논, 1,4-디메틸안트라퀴논 또는 2,7-디메틸안트라퀴논과 같은 폴리알킬안트라퀴논, 및 상응하는 테트라히드로안트라퀴논 화합물 뿐만 아니라 이들 화합물의 2종 이상으로 이루어진 혼합물이다.
사용될 수 있는 용매는 안트라퀴논 화합물 또는 안트라히드로퀴논 화합물에 대하여 선행 기술 분야에서 공지된 모든 용매이다. 2 이상의 용매 성분으로 이루어진 혼합물은, 이러한 용매 혼합물이 안트라퀴논 화합물 및 안트라히드로퀴논 화합물의 상이한 용해도 특성을 가장 잘 설명할 수 있기 때문에, 바람직하다. 그러한 용매 혼합물의 예로는 메틸나프탈렌과 노닐 알콜의 혼합물, 메틸나프탈렌과 테트라부틸우레아의 혼합물, 폴리알킬화된 벤젠과 알킬 포스페이트 또는 메틸나프탈렌의 혼합물, 테트라부틸우레아와 알킬 포스페이트의 혼합물을 들 수 있다.
촉매로서, 선행 기술로부터 공지되어 있고 현탁 공정에 적합한 모든 촉매 시스템, 예를 들면 라니(Raney) 니켈 또는 Pd 블랙을 사용할 수 있다. 담지형 촉매와 비담지형 촉매 사이에는 명백한 차이가 있다. 사용된 촉매는 금속, 바람직하게는 귀금속이다. 본 발명의 방법의 목적에 사용할 수 있는 비담지형 촉매는 주기율표 VIII 족의 모든 전이 금속이다. 백금, 로듐, 팔라듐, 코발트, 니켈 또는 루테늄, 또는 이들의 2 이상으로 이루어진 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 촉매로서 루테늄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 마찬가지로 비담지형 촉매로서 사용할 수 있는 주기율표 I 족 및 VII 족의 전이 금속 중, 모두를 원칙상 마찬가지로 사용할 수 있는데, 구리 및/또는 레늄을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 방법의 목적에 적합한 촉매로서 루테늄 황화물, 구리 크롬화물, 아연 크롬화물, 니켈 산화물, 몰리브덴 산화물, 알루미늄 산화물, 레늄 산화물 및 아연 산화물과 같은 금속 염 또는 금속 산화물을 사용할 수 있다.
담지형 현탁액 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 이 촉매는 금속, 바람직하게는 귀금속으로 피복된 지지체 입자로 구성되어 있다. 이러한 촉매에 사용할 수 있는 활성 금속은 원칙상 주기율표 VIII 족의 모든 전이 금속이다. 활성 금속으로서, 백금, 로듐, 팔라듐, 코발트, 니켈 또는 루테늄, 또는 이들의 2 이상으로 이루어진 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 활성 금속으로서 루테늄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 모두 원칙상 마찬가지로 사용할 수 있는 주기율표 I 족과 VII 족의 전이 금속 중, 구리 및/또는 레늄을 사용하는 것이 바람직하다.
원칙상 촉매 제조에 공지된 모든 지지체 물질을 사용할 수 있지만, 탄소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화규소, 이산화규소, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 산화마그네슘, 산화아연, 탄산칼슘, 황산바륨 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 산화알루미늄 및 이산화지르코늄을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
사용되는 담지형 현탁액 촉매의 활성 금속 함유량은 각 경우 사용되는 촉매의 총중량을 기준으로 하여 일반적으로 약 0.01 중량% 내지 약 30 중량%, 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 특히 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%이다.
본 발명의 방법에서, 촉매 입자는 주위의 작업 용액에 비하여 좁은 개구부와 채널에서 브레이킹을 경험하기 때문에 액상과 반대로 증가된 상대적 이동을 갖는다. 이러한 브레이킹은 입자가 체널 벽과 충돌하고 입자가 거치른 벽의 표면 상에 잠시 체류함으로써 발생할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 평균 입자 크기가 0.0001∼2 mm, 특히 바람직하게는 0.001∼0.1 mm, 보다 바람직하게는 0.005∼0.05 mm인 현탁된 촉매 입자를 사용할 수 있다. 이들 입자는 단위 부피 당 높은 표면적을 갖고 있으면서 좁은 내부 부품을 통과하여 지나감으로써 작업 용액과 반대로 상대적인 이동을 하기 때문에, 우수한 결과들을 부여할 수 있다. 따라서, 공간-시간상 보다 높은 생성량을 유의적으로 달성할 수 있다. 본 발명자들은 실험적으로 촉매 입자의 상대적 이동이 낮거나, 또는 오직 촉매 입자의 소량의 부분만이 브레이킹하더라도 반응의 가속화를 유도할 수 있다는 점을 밝혀냈다.
출발 물질상을 수행하기 위해 반응기에서 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품은 층, 편직(knitted) 물품, 연속 기포형 포움, 바람직하게는 플라스틱(예를 들면, 폴리우레탄 또는 말라민 수지) 또는 세라믹, 또는 충전 부재의 형태로 존재할 수 있으며, 이 충전 부재는 이미 공지되어 있는 바와 같이 원칙적으로, 즉 증류 또는 추출 기술에 의해 기하 구조 형태로 존재한다. 이러한 충전 부재는 압력 강하가 낮다는 이점을 제공하며, 그 예로는 Montz A3과 Sulzer BX, DX 및 EX가 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 수행하기 위해, 충전재는 유의적으로 보통 2 내지 10의 인자로서 증류 또는 추출 기술 분야에서 비교 가능한 내부 부품의 것보다 더 작은 수압 직경을 갖고 있다. 와이어 메쉬 충전재가 특히 유리하다. 이것은 현탁액의 일부가 형성된 채널을 따라 이동하는 것이 아나라 메쉬 내로 침투해 들어가기 때문인 것으로 추정된다. 그러나, 또한 본 발명의 방법의 목적을 위해, 메쉬 충전재 대신에 다른 직포형, 편직형 또는 펠트형 액체 투과성 재료로 만들어진 충전재를 사용할 수도 있다. 또한, 사용되는 적합한 충전재는 평평한 금속 시이트이며, 천공 또는 다른 큰 개구부가 없는 것, 예를 들면 유형 Montz B1 및 Sulzer Mellapak에 해당하는 것이 바람직하다. 또한, 팽창된 금속 충전재, 예를 들면 Montz BSH 유형의 충전재도 유리하다. 이들 충전재에서, 또한 천공과 같은 개구부는 적은 수로 적절하게 유지해야 한다, 본 발명의 목적을 위한 충전재의 안전성에 결정적인 측면은 그 충전재의 기하 구조에 있는 것이 아니라 충전재의 유동에 이용할 수 있는 개구부의 크기 또는 체널의 폭에 있다.
본 발명의 방법에서, 작업 용액 및 기체상은 벽의 재료의 표면 거칠기가 현탁된 촉매 입자의 평균 입자 크기의 0.1 배 내지 10 배, 바람직하게는 0.5 배 내지 5 배 범위에 존재하는 개구부 또는 채널을 통해 통과하는 것이 바람직하다. 개구부 또는 채널 벽의 거칠기는 특히 우수한 브레이킹 및 이로 인한 현탁된 촉매 입자의 상대적 이동에 영향을 미친다. 이들 촉매 입자는 액상 유체로 복귀하기 전에 지연을 경험하도록 벽의 표면 상에 잠시 동안 유지하는 것으로 추정된다. 사용되는 재료의 바람직한 거칠기는 각각의 경우 현탁된 촉매 입자의 크기에 띠리 좌우된다.
또한, 본 발명의 방법에서, 작업 용액 및 수소 함유 기체상은 DIN 4768/1에 따른 표면의 평균 거칠기(Ra)가 0.001∼0.01 mm인 금속성 벽의 재료을 갖고 있는 개구부 또는 채널을 통해 통과하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 표면은, 예를 들면 강, 예를 들면 Kanthal(Material No.: 4767)을 산소 대기 하에서 처리함으로써 제조할 수 있다. 따라서, 거시적인 거칠기뿐만 아니라 미시적인 거칠기도 본 발명의 목적에 효과적이다.
본 발명의 방법은 약 50∼300 m3/m2h, 바람직하게는 150∼200 m3/m2h의 공관(空官) 속도로 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품을 통해 액상을 통과시킴으로써 수행하는 것이 바람직하다. 기체상의 공관 속도는 0.15∼8.5 cm/s인 것이 바람직하고, 2.5∼5.5 cm/s인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 방법은 연속 방식 또는 배치 방식으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따라 안트라퀴논 화합물의 수소 첨가가 일어나는 반응기는 선행 기술에서 현탁 반응에 공지되어 있는 모든 유형의 반응기, 예를 들면 젯 노즐 반응기, 버블 컬럼, 이동층 반응기, 튜브 반응기, 멀티튜브 반응기 또는 교반형 용기일 수 있다. 교반형 용기의 경우, 또한 상기 언급한 내부 부품은 교반기 축에 직접 고정할 수 있고, 교반기 기능의 적어도 일부를 책임질 수 있다. 또한, 내부 부품은 배플로서의 역할도 한다. 상기 언급한 내부 부품은, 교반형 용기를 사용하는 경우를 제외하고는, 전체 반응기에 채워 넣은 것이 바람직하긴 하지만, 반드시 그럴 필요가 없다. 반응기는 반응물이 바닥에서 상방향 정류 방식으로 유동하는 것이 유리한 직립 버블 컬럼인 것이 바람직하다. 또다른 바람직한 반응기의 유형은 내부 부품이 각 튜브에 수용되어 있는 가열성 또는 냉각성 멀티튜브 반응기이다. 반응물은 바닥에서 상방향 정류식으로 반응기를 통과하여 유동하는 것이 바람직하다. 또다른 적합한 유형의 반응기는 내부 부품이 배플 및/또는 교반기와 일체화되어 있는 교반형 용기이다.
반응기는 작업 용액 및 기체상을 도입시키고 배출시키는 것을 용이하게 한다.
현탁된 촉매 물질은 통상의 기법(침전법, 원심 분리법, 편상 층 여과법, 직교류 여과법)에 의해 도입시키거나 또는 다시 분리할 수 있다.
현탁된 고체는 통상의 분리 방법, 예를 들면 판상 층 여과법 또는 캔들 여과법에 의해 분리한다. 연속 반응의 경우, 직교류 여과법이 특히 유용하다는 것을 밝혀냈다.
3 개의 블레이드가 분포된 반응기(1000 rpm)를 부착한 통상의 1 L 들이 교반형 용기와 메쉬 충전재를 구비한 버블 컬럼(높이 400 mm, 직경 40 mm)에서 2-에틸안트라퀴논[셀로솔/테트라부틸우레아(70:30) 중의 13% 세기 용액]의 수소 첨가를 배치 방식으로 30℃ 및 대기압 하에서 수행하였다. 현탁액 촉매로서, 산화알루미늄 상의 Pd 1.5 g(Pd: 함유량 5%)으로 만들어진 촉매를 사용하였다. 사용된 작업 용액의 양은 양쪽에 각각 650 ml이었다.
(a) 교반형 용기: 수소 첨가를 총 3 시간 동안 수행하였다. 3 시간 후, 사용된 2-에틸안트라퀴논의 50%를 2-에틸안트라히드로퀴논으로 전환시켰다(기체 크로마토그래피에 의해 측정함).
(b) 충전된 버블 컬럼: 수소 첨가를 총 3 시간 동안 수행하였다. 3 시간 후, 사용된 2-에틸안트라퀴논의 65%를 2-에틸안트라히드로퀴논으로 전환시켰다(기체 크로마토그래피에 의해 측정함).

Claims (11)

  1. 하나 이상의 촉매가 현탁되어 있는 작업 용액이 존재하고, 또한 수소 함유 기체상도 존재하는 반응기에서 안트라퀴논 화합물 또는 이 화합물의 2종 이상으로 이루어진 혼합물을 현탁 수소 첨가시키는 방법으로서,
    작업 용액 및 기체상은 반응기에서 수압 직경이 0.5∼20 mm인 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품을 적어도 부분적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 평균 입자 크기가 0.0001∼2 mm인 현탁된 촉매 입자를 사용하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용되는 개구부 또는 체널을 갖고 있는 부품이 베드, 편직 물품, 연속 기포형 포움 또는 충전 부재인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 작업 용액 및 기체상은 벽의 재료가 현탁된 촉매 입자의 평균 입자 크기의 0.1 배 내지 10 배 범위의 표면 거칠기를 갖고 있는 개구부 또는 채널을 적어도 부분적으로 통과하는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 작업 용액 및 기체상은 DIN4768/1에 따른 표면의 평균 거칠기(Ra)가 0.001∼0.01 mm인 금속성 벽의 재료를 각고 있는 개구부 또는 채널을 통과하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 작업 용액은 50∼300 m3/m2h, 바람직하게는 150∼200 m3/m2h의 공관(空官) 속도로 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품을 통과하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 반응기가 바람직하게는 직립 버블 컬럼인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 반응기는 가열성 또는 냉각성 멀티튜브 반응기이고, 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품은 각각의 튜브 내에 설치되어 있는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 반응기는 교반형 용기이고, 개구부 또는 채널을 갖고 있는 부품은 배플 및/또는 교반기와 일체화되어 있는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 사용되는 촉매가 담지형 현탁액 촉매인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 담지형 현탁액 촉매는 주기율표 VIII 족의 전이 금속으로 피복되어 있는 것인 방법.
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