KR20010079901A - 기포 컬럼 및 이의 용도 - Google Patents

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펠드만 마르틴 및 봅 후베르트
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Abstract

본 발명은 천공 하부를 갖는 기포 컬럼에 관한 것이다. 당해 기포 컬럼은 향류로 작동될 수 있다. 기체-액체 반응의 시공간 수율은, 천공 하부(5)가 실질적으로 동일한 분포의 홀을 갖고, 각 홀의 단면적이 0.003 내지 3㎟, 특히 0.01 내지 0.5㎟이고, 하부의 개방 표면이 3 내지 2%, 특히 3 내지 10%에 달하고, 기포 컬럼에 인접한 액체 영역 사이에 액체용 유동 통로(6)가 제공되는 경우 실질적으로 증가될 수 있다. 기포 컬럼은 공기를 사용하는 산화 반응과 같은 기체-액체 반응을 수행하기 위해 사용될 수 있고, 이에 의해 바람직하게는 기체 및 액체가 당해 기포 컬럼을 통해 병류로 수행된다.

Description

기포 컬럼 및 이의 용도{Bubble column and use thereof}
본 발명은 중간부에 수평으로 배치된 천공 트레이(perforated tray)를 포함하는, 향류(向流; counter-current flow)로 작동될 수 있는 기포 컬럼 및 기체-액체 반응을 수행하기 위한 이의 용도에 관한 것이다. 하나의 특정 용도는 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계에 관한 것이다.
기포 컬럼은 기포 형태의 기체를 액체와 접촉시키는 컬럼형 용기이고, 여기서 물질이 하나의 상에서 다른 상으로 거의 전환된다. 따라서, 기포 컬럼은 또한 액체상의 성분들과 기체상의 성분들 사이의 화학 반응을 위해 사용된다. 상들 사이에서 질량 전달을 강화시키고 배-혼합(back-mixing) 효과를 감소시키기 위해, 차례로 포개져 배치된 다수의 천공 트레이가 또한 기포 컬럼에서 사용될 수 있다[참고 문헌: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. (1992), vol. 24, 276-278].
산업적 대규모의 기포 컬럼의 천공 트레이 즉, 직경이 1m 이상인 천공 트레이는 일반적으로 홀(hole) 직경이 2 내지 5mm인 시브 판(sieve plate)이거나 홀 직경이 20mm 이하인 2중 유동 트레이이다. 상부에 위치한 통상의 박층 충전 물질을 갖는 그리드(grid)는 또한 시브 판 대신 사용한다. 기체-액체 반응의 시공간 수율(space-time yield)은 컬럼을 통해 유동하는 기체-액체 혼합물 중의 기체 함량에 따라 상당히 좌우된다. 상기한 시브 판을 갖는 기포 컬럼을 사용하는 경우, 기체 함량을 특정 제한 값 이상으로 증가시킬 수 있고 이에 의해 시공간 수율이 제한된다는 것은 증명된 바 없다. 그러므로, 다른 내장(built-in) 부품 및/또는 기체용 특정 사출 수단에 의한 시공간 수율의 증가를 목적으로 하는 연구는 부족하지 않았다. 그러나, 버블 컬럼의 제작은 상업적 규모로는 상기 언급한 다른 내장 부품, 예를 들면 정적 혼합기(static mixer)의 사용에 의해 값이 상당히 더 비싸진다.
EP 제0 659 474 B1호의 번역문인 DE 제694 03 618 T2호에는 기체 스트림을 액체 상과 접촉시키는 방법 및 이를 위한 장치가 교시되어 있다. 이 장치는 천공의 전체 표면적이 천공으로 이용가능한 단면의 1/40 내지 1/300의 사이인 천공 시브 트레이를 갖는 컬럼을 포함한다. 시브 트레이에 보유되고 예를 들면 언(堰; weir)에 의해 조정된 액체 층의 높이는 바람직하게는 200 내지 600mm의 범위내이다. 각 천공의 단면적은 0.5 내지 3.5㎟의 범위내이다.
AT-PS 제236 346호에는 특히, 증발법 및 흡착법에서 사용되는 것과 같은 컬럼용 천공 트레이가 교시되어 있다. 수직 개구(aperture) 이외에, 트레이는 주면에 대해 사면으로 경사진 벽을 갖는 소수의 개구를 추가로 함유한다. 개구의 단면적은 0.155 내지 31.7㎟이고, 표면적은 예를 들면 0.363㎟이다. 작동시, 액체는 트레이 전반에 대해 유동한다. 이러한 문헌에는 컬럼이 기포 컬럼으로서 작동한다고 교시된 바 없다.
DE-AS 제10 28 096호에는 미세하게 분포된 고체와 액체 및/또는 기체의 연속반응법이 교시되어 있다. 사용된 컬럼은 병류(竝流; co-current flow)로 작동되고 액체로 완전히 충전되고 홀의 직경이 1mm 미만인 시브 트레이를 포함한다. 기체 완충부는 액체의 통과를 억제한다. 컬럼은 향류로 작동하는 장치를 포함하지 않는다.
DE-OS 제21 57 737호에 따르는 기포 컬럼 캐스케이드 반응기(cascade reactor)는 실질적으로 상기 공지된 반응기와 동일하다. 전체 자유 홀 면적이 바람직하게는 반응기 단면의 5% 미만이고, 실시예에서 언급된 홀 직경은 2 내지 4mm(≒0.78 내지 12.56㎟)이다. 이 문헌은 향류 및 이를 위한 장치에 대해 언급한 바 없다.
기체-액체 반응을 기초로 하는 산업적 대규모 공정은 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정(AO 공정)의 산화 단계이다. 공지된 바와 같이, 이러한 방법은 수소화 단계, 산화 단계 및 추출 단계를 포함한다(참고 문헌: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. (1989), Vol. A13, 447-457). 수소화 단계에서, 하나 이상의 2-알칼안트라퀴논 및/또는 이의 테트라하이드로 유도체를 기본으로 하고, 용매 시스템에 용해되는 반응 매질은 부분 수소화되어 상응하는 하이드로퀴논을 형성하고, 산화 단계에서, 수소화 처리 용액에 함유된 하이드로퀴논은 O2함유 기체, 일반적으로 공기에 의해 과산화수소를 형성하면서 퀴논으로 재산화된다. 산화 단계에서의 반응은 처리 용액 중의 성분의 분해 반응을 피하면서 가능한 한 정량적이어야 한다. 또한, 가능한 한 적은 에너지가 소모되어야 하고 높은 시공간 수율로 수행되어야 한다.
AO 방법에서, 산화는 먼저, 일렬로 배치된 기화 타워에서 각각의 경우에 새로운 공기를 사용하여 수행된다. 이는 산업적 규모로는 고가이면서 비교적 비경제적이다. 미국 특허 명세서 제3,073,680호에는 따라서, 규정된 기포 크기를 유지함으로써 산화 속도가 실제로 증가되고, 이는 프릿(frit)과 같은 세공 기체 분배기 부재에 의해, 그리고 단면 부하의 규정된 조건을 유지함으로써 수득할 수 있다. 그러나, 수득한 발포체의 분리 및 기체 액체 상 분리의 문제가 발생한다.
독일 특허 명세서 제20 03 268호에 따라서, AO 방법과 관련된 상기한 문제는 2 내지 6 부분으로 세분된 산화 컬럼에 의해 해결될 수 있다. 이러한 컬럼의 각 부분에서, 처리 용액 및 산화 기체는 병류로 하부에서 상부로 통과하나, 컬럼에서 모든 기체 및 액체는 서로에 대해 향류로 이동한다. 조밀한 혼합을 달성하기 위해, 각각의 부분은 적합한 내장 부품, 예를 들면 시브 판 또는 메쉬를 함유하거나 충전 부재로 충전된다.
상기한 캐스케이드 유형의 컬럼 배열에서 압력 강하를 감소시키기 위한 시도로서, 유럽 특허 명세서 제0 221 931호에는 산화가 특정 기체 분재기 부재와는 별도로 내장 부품을 전혀 함유하지 않는 관형 병류 반응기에서 수행된다고 제안되어 있다. 이러한 기체 분배기 부재는 처리 용액과 산화 기체로부터, 기포가 융합으로부터 억제되고 많은 기체 함량을 갖는 시스템의 형성을 초래한다. 기체 함량이 너무 많고/많거나 기체 기포가 특히 적은 경우, 기체 액체 분리의 문제가 발생한다.기화될 비 반응기 용적(H2O2톤 당 ㎥)이 매우 크면 감소된 시공간 수율을 초래하고 고가 처리 용액의 높은 보유율을 초래한다고 실제로 나타났다.
본 발명의 목적은 향류로 작동될 수 있고 기체-액체 반응이 통상의 시브 판을 포함하는 컬럼을 사용하는 경우 보다 더 높은 시공간 수율로 수행될 수 있는, 천공 트레이를 포함하는 기포 컬럼을 제공하는 것이다. 기포 컬럼은 단순한 구조이어야 한다. 추가의 목적은 전환율이 공지된 방법과 비교하여 개선되고 반응기 용적과 처리 용액의 용적에 대한 시공간 수율이 개선되고 분리하기 어려운 기체-액체 혼합물의 형성이 피해지는, 과산화수소를 제조하기 위한 AO 방법의 산화 단계에서의 기포 컬럼의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 하부(2), 중간부(3) 및 상부(4)를 갖는 컬럼형 용기(1), 중간부에 수평으로 배치된 하나 이상의 천공 트레이(5), 및 기포 컬럼을 병류 또는 향류로 작동시키기 위한 액체 상(9 및 10) 및 기체 상(11 및 12)의 공급용 및 배출용 장치를 포함하는 기포 컬럼으로서, 천공 트레이(5)가 컬럼의 단면 위에 실질적으로 균일하게 분포된 홀을 갖고 각각의 홀의 단면적이 0.003 내지 3㎟이며 트레이의 개방 영역이 2 내지 20%임을 특징으로 하는 기포 컬럼에 의해 달성된다. 종속 청구항은 기포 컬럼의 바람직한 양태에 관한 것이다.
통상의 시브 판을 포함하는 기포 컬럼과 비교하여, 본 발명에 따르는 기포 컬럼은 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 갖는 트레이에 의해 특징화된다. 트레이는 바람직하게는 단면적이 0.01 내지 1㎟, 특히 0.05 내지 0.5㎟인 홀을 함유하고 개방 영역이 바람직하게는 3 내지 15%, 특히 2 내지 10%, 가장 바람직하게는 3 내지 7%의 범위내이다. 홀의 형태는 다양하지만, 홀은 일반적으로 원형, 삼각형 내지 세미 타원형 또는 슬릿형 구조이다. 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하는 트레이는 완벽한 컬럼 트레이로서 제작될 수 있으나, 일반적으로 보조 그리드 및 이에 고정되고, 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하고, 목적하는 판 두께와 천공도로 갖는 판으로 이루어진다. 미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 이러한 유형의 판은 실제로 시빙 및 여과 기술에서 사용되고, 유동상 기술에서 유동 기재로서 사용된다. 그러나, 기포 컬럼에서 트레이로서 이들의 용도는 이전에 고려된 바 없었다.
제조자의 결정에 따라서, 판의 홀은 바람직하게는 기체의 통과 방향으로 끝이 테이퍼화된(tapered) 구조이고/이거나 홀은 또한 기체의 통과 도중에 직류(directed flow)를 성취하기 위해 경사진다. 직류는 또한, 홀의 제조로 인해 판의 표면에서 형성된 규모로 수행될 수 있다.
기포 컬럼은 미세한 천공 트레이에 의해 다수의 영역으로 분화되고, 이들 영역은 얇은 기체 완충부를 제외한 기포 컬럼의 중간부의 작동 상태에서, 액체 또는 액체 기체 혼합물로 완전히 충전된다. 따라서, 향류를 사용하고, 기포 컬럼이 각각의 트레이에 하나 이상의 관형 또는 웰형(well-shaped) 액체 통로(6), 인접한 영역들 사이에 일명 다운커머(downcomer)를 포함하는 경우, 문제 없이 확실히 작동될 수 있다. 유리하게는 트레이 위에서 직접 시작하여 언이 필요치 않는 이러한 통로는 각각의 트레이의 하부 영역에서 액체에 침지되거나 여기에 연결된다. 기체는 작동 상태에서 이러한 통로를 통해 전혀 유동되지 않도록 고안된다. 예를 들면 천공 트레이에 배치된 원형 파이프 또는 세그멘트형(segment-shaped) 웰의 형태로 존재하는 다운커머와, 침지 포켓으로 유도하는 상응하는 이의 자유 단면을 배열함으로써 달성된다. 또는, 두개의 인접 영역을 각각 연결하는 외부 파이프 또한 사용될 수 있다.
기포 컬럼은 일반적으로 액체가 상부로 공급되고 기체가 하부로 공급되는 향류로 작동될 수 있도록 제작된다. 액체의 통과를 위한 장치(6)의 존재하에, 기포 컬럼은 또한 액체 기체 혼합물이 하부에서 상부로 유동하는 병류로 작동될 수 있다.
본 발명에 따르는 기포 컬럼 중의 트레이 공간은 특정 용도 및 기포 컬럼의 직경-대-높이 비에 따라 좌우된다. 일반적으로, 트레이 공간은 트레이 직경의 0.1 내지 10배, 특히 0.5 내지 5배의 범위내이다. 과산화수소를 제조하기 위한 본 발명에 따른 용도에서 사용되는 것과 같은 산업적 대규모의 기포 컬럼에서, 예를 들면 미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 트레이들의 트레이 공간은 유리하게는 트레이 직경의 0.5배 내지 2배의 범위내이다.
컬럼에는 향류로 작동하기 위해 유리하게는 하나 이상의 관형 또는 웰형 액체 통로가 각각 장착된 상기 트레이와는 별도로, 컬럼의 중간부에 내장 부품이 존재하지 않을 수 있다. 그러나, 하나의 바람직한 양태에 따라서, 열 교환기가 각각의 트레이 사이에 위치할 수 있다. 이들은 유리하게는 수직으로 배치된 판을 포함하는 판형 열 교환기이다. 미세한 홀을 포함하는 트레이 및 열 교환기가 장착된 이러한 유형의 기포 컬럼은 특히 유리하게는 반응의 엔탈피가 높은 기체-액체 반응을 수행하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 기포 컬럼은 병류 또는 향류, 바람직하게는 향류로 작동시키기 위해 당해 분야의 숙련가에게 공지된 방식으로 장착될 수 있다. 캐스케이드형 배열이 또한 가능하다.
본 발명에 따르는 실시예 및 비교예로부터 알 수 있듯이, 특히 예상치 않은 하기의 잇점이 기포 컬럼에 천공 드레이를 포함하는 본 발명에 따른 디자인으로 인해 달성된다:
·미세한 홀 또는 슬릿을 포함하는 판 상부에 위치하는 액체의 기화가 매우 균일하고,
·직경의 범위가 좁은 작은 기포가 기포 컬럼의 전체 단면 위에 균일하게 형성되고,
·트레이로 인한 강한 질량 전달 효율이 비 기화 용적(= 효과적인 반응기 용적)을 시브 판을 포함하는 기포 컬럼과 비교하여 감소될 수 있게 하고,
·실제로 수득할 수 있는 기체-액체 혼합물의 기체 함량이 다른 기화 기술에서 기체 액체 상 분리에서 문제를 초래하지 않으면서 통상의 시브 판을 사용하는 경우 수득할 수 있는 기체 함량 보다 상당히 더 크고,
·질량 전달 면적 및 이와 함께 달성되는 질량 전달의 정도가 매우 크고,
·통상의 컬럼과 비교하여, 액체 상의 보유율이 상당히 감소되고, 특히 이는 액체 상이 고가의 다 성분 혼합물, 예를 들면 AO 방법의 처리 용액인 경우, 상당히 유리하고,
·경쟁 방법과 비교하여 반응기 용적의 ㎥ 당 더 높은 반응 전환율을 달성하고,
·액체 상(예: AO 방법에서의 처리 용액)의 ㎥ 당 더 높은 반응 전환율이 달성되고,
·트레이에 대한 압력 강하는 트레이 당 약 300 내지 500Pa(3 내지 5mbar)이므로, 컬럼 중의 정수압(hydrostatic pressure) 강하와 비교하여 낮고, 깊이가 단지 1 내지 5㎝인 기체 완충 트레이 하에 형성되어 실제로 완전한 장치 용적(= 컬럼의 중간부)이 반응에서 사용될 수 있다.
도 1은 중간부(2)에 미세한 홀(5)을 포함하는 6개의 트레이(6) 이외에 3개의 열 교환기(16)를 함유하는, 향류 작동에 특히 적합한 본 발명에 따르는 바람직한 기포 컬럼 1의 다이어그램이다. 기화 중간부(2)와는 별도로, 컬럼은 캡형 기체 분배 장치(8)를 갖는 하부(3)와, 액체 상을 분배시키는 장치(7) 및 (14)에 연결된 기체 액체 분리 장치를 갖는 상부(4)를 포함한다. 액체의 통과를 위한 세그멘트 형태의 웰형 부재(6)는 트레이의 하부 영역에 각각 미세하게 천공된 트레이에 위치한다. 액체 상은 컬럼의 상부에서 라인(9)를 통해 공급하고 하부에서 라인(10)을 통해 배출된다. 기체는 라인(11)을 통해 기체 분배 장치(8)로 공급되고, 이로부터 미세한 기체 기포가 발생한다. 컬럼을 통해 공과한 후, 기체는 도면에서는 원심형 분리기로서 예시한 기체 분리 장치에서 액체 상과 분리되고, 라인(12)를 통해 배출 기체로서 배출된다. 발포체가 가시창(sight glass)(15)에 의해 컬럼 상부의 영역에서 형성되는지를 체크할 수 있다. 각각의 열 교환기의 유동 및 회수 라인(17 및 18)은 열 교환기에 열 전달 매질을 공급한다.
기포 컬럼의 하부 및 상부는 임의의 목적하는 방식으로 디자인될 수 있다. 특히, 통상의 단위가 기체 및 액체의 공급 및 상 분리를 위해 도입될 수 있다.
본 발명에 따르는 기포 컬럼은 기체 상의 성분과 액체 상의 성분 사이에서 반응을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 기체-액체 반응은 산화, 환원, 부가 또는 중화 반응을 포함할 수 있다. 예를 들면 액체 상은 수성 상 또는 유기 상일 수 있다. 반응 중에, 2개의 상을 병류 또는 향류로, 바람직하게는 향류로 기포 컬럼에서 서로 접촉시킬 수 있다. 동시에, 다수의 기포 컬럼이 캐스케이드 형태로 일렬로 연결될 수 있다. 하나 이상의 반응 성분과는 별도로, 액체 상은 또한 촉매를 용해되거나 현탁된 형태로 함유할 수 있다. 물질이 액체 상에 현탁되는 경우, 이들의 입자 직경은 미세한 홀 또는 미세한 슬릿을 포함하는 트레이 중의 홀의 직경 보다 상당히 더 작아야 한다.
하나의 바람직한 용도에 따라서, 본 발명에 따르는 기포 컬럼은 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계에서 사용된다. 본원에서 액체 상은 2-알킬안트라하이드로퀴논 및 2-알킬테트라하이드로안트라하이드로퀴논 부류로부터의 하나 이상의 반응 매질을 함유하는 수소화 처리 용액이고, 기체 상은 산소 함유 기체(예: 공기), 산소 또는 산소-공기 혼합물이다. 2개의 상은 바람직하게는 산화를 위해 향류로 접촉시키고, 여기서 기체 상은 기포 컬럼의 하부, 예를 들면 천공 캡에 배치된 통상의 기체 분배 장치에 의해 공급되고, 액체 상은 통상의 액체 분배 장치에 의해 상부에 공급된다. 액체의 분포는 바람직하게는 컬럼 단면의 상당부를 관개함으로써 수행된다. 이러한 방법은 기포 컬럼의 상부에서 발포되는 문제, 예를 들면 다른 유형의 기포 컬럼, 특히 선행 기술에 기술된 캐스케이드로 배치된 컬럼을 사용하는 경우 발생하는 문제 및 산화 배출 기체의 배출로 인한 처리 용액의 손실을 초래할 수 있는 문제를 확실히 제거할 수 있다.
또한, 집적 열 교환기 판을 포함하는 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용함으로써, 거의 등온적으로 산화 단계를 수행할 수 있다. 이는 반응 전환율에 대한 바람직한 효과를 갖는다. 또한, 외부 냉각을 목적으로 하는 산화 단계로부터의 처리 용액을 제거할 필요가 없다. 하기 실시예 및 비교예에서 나타낸 바와 같이, 상당히 높은 시공간 수율이 산화 단계에서 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용함으로써 과산화수소의 제조방법에서 달성된다. 이러한 증가는 방법이 저온 및 감압하에서 작동되는 경우일지라도 가능하다고 나타난다. 온도 및 압력의 조건을 일정하게 유지함으로써, 또한 시공간 수율(STY)에서 추가의 증가를 수득할 수 있다. 시공간 수율을 증가시키기 위한 대안으로서 또는 이외에, 산화 기체를 압축시키는 비용은 최소화될 수 있고, 따라서 에너지 절감이 달성될 수 있다.
반응 컬럼으로서 이의 용도와는 별도로, 본 발명에 따르는 트레이를 분리함을 포함하는 기포 컬럼은 또한 정유, 흡착 및 탈착 공정에서 사용될 수 있다. 균일한 기체 분배, 작은 기포 및, 경우에 따라, 미세한 홀로부터의 직류 기체로 인해, 매우 우수한 질량 전달 속도 및 고도의 부하가 가능하다.
실시예 1 내지 3
과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계는 도 1에 나타낸바와 같이 본 발명에 따르는 기포 컬럼을 사용하고, 산화 기체로서 공기를 사용하는 산업적 대규모의 기포 컬럼에서 수행된다. 후처리 용액(WS)은 반응 매질로서 본질적으로 방향족 석유 화합물 및 테트라부틸우레아를 기본으로 하는 용매 혼합물 중의 2 에틸- 및 2-아밀안트라퀴논 및 이들의 테트라하이드로안트라퀴논계의, 다년간의 작동으로부터 유래되는 혼합물을 함유한다.
기포 컬럼은 단면적이 약 0.05㎟/홀이고 개방 영역이 약 5%인 미세한 홀을 포함하는 6개의 트레이, 3개의 판형 열 교환기, 캡형 천공 기체 분배 장치, 컬럼 상부의 관개 장치 및 컬럼 상부에서 상 분리용 원심형 분리 장치로 이루어진다.
본질적 작동 데이타 및 실시예 1 및 2의 결과는 표 1에 나타낸다. 실시예 3의 데이타는 비교 평가 시도로부터 수득되고 비교예로부터의 상응하는 데이타와 비교하여 표 2에 나타낸다.
실시예 1 실시예 2
산화 단계로 공급한 WS의 유동 용적(WS ㎥/시간/기화 반응기 용적 ㎥) 1.64 1.63
공급한 산화 공기의 유동 용적(mN 3/시간/기화 반응기 용적 ㎥) 72.6 75.4
컬럼 중의 WS의 온도(℃)유입구중간배출구 51.251.251.2 52.552.552.5
공급한 산화 공기의 과압력(bar 기준)배출 기체 중의 O2(용적%)산화 전 WS 중의 H2O2등가물(g/ℓ)산화 후 WS 중의 H2O2등가물(g/ℓ) 2.725.611.4511.34 2.266.311.5411.30
비교예 1
수소화 처리 용액의 산화는 EP-B 제0 221 931호에 따르는 설비에서 수행된다, 즉, 산화 기체 및 처리 용액은 혼합기 부재에 의해 직접 혼합되고 내장 부품이 없고 기포 융합이 억제되는 시스템으로 이루어진 컬럼의 하부로 도입된다. 이러한 작업에 사용된 처리 용액은 실시예 1에서 사용된 동일한 기재를 갖는 용매 혼합물 중의 2-에틸안트라퀴논 및 2-에틸테트라하이드로안트라퀴논계 반응 매질을 함유한다. 처리 용액 1㎥에 대한 본질적 작업 데이타 및 시공간 수율은 표 2에 나타낸다. 기체 함량 및 기체-액체 혼합물의 시공간 수율은 본 발명에 따르는 실시예 보다 낮다.
비교예 2
비교예 1과 유사한 처리 용액을 DE 제20 03 268호에 따르는 3단계 캐스케이드에서 공기를 사용하여 산화시킨다. 3개의 기포 컬럼은 각각 컬럼의 중간부에 홀 직경이 3mm인 시브 판을 함유한다. 본질적 작업 데이타 및 시공간 수율은 표 2에 나타낸다. 기체 함량 및 STY는 본 발명에 따르는 실시예 보다 낮다.
본 발명에 따르는 산화(실시예 3), 비교예 1에 따르는 기포 컬럼을 사용하는 산화 및 비교예 2에 따르는 3 단계 캐스케이드를 포함하는 비교 평가 시도로부터의 비교 데이타
실시예 3 비교예 1 비교예 2
비 기화 용적(1)/H2O2용량 6.5 9.1 7.5
하부 압력(기체 유입구)(바) 과압력 2.7 2.8 2.9
배출구에서 WS의 온도(℃) 51 59 56
기체/액체 혼합물 중의 기체 함량(%) 50 45 41
잔류 O2(용적 %) 5.6 6.5 내지 7 6.5 내지 7
시공간 수율(H2O2kg/h/반응기 ㎥) 18.2 13.0 15.9
H2O2kg/h·WS ㎥ 36.0 23.9 27.0

Claims (10)

  1. 하부(3), 중간부(2) 및 상부(4)를 갖는 컬럼형 용기(1), 중간부에 수평으로 배치되고 컬럼의 단면 위에 실질적으로 균일한 홀 분포를 갖는 하나 이상의 천공 트레이(5), 및 기포 컬럼을 향류(向流)로 작동시키기 위한, 액체 상(9 및 10) 및 기체 상(11 및 12)의 공급용 및 배출용 장치를 포함하는 기포 컬럼으로서, 각각의 홀의 단면적이 0.003 내지 3㎟이고 트레이의 개방 영역이 3 내지 20%이며 작동 상태에서 트레이의 상부와 하부에서 형성되는 액체 영역이 각각 액체 통과용 장치(6)를 통해 서로 연결되어 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  2. 제1항에 있어서, 홀의 단면적이 0.01 내지 5㎟이고 트레이의 개방 영역이 3 내지 7%임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레이가 각각 하부에 위치하는 영역으로의 하나 이상의 관형 또는 웰형(well-shaped) 액체 통로, 특히 침치 포켓(immersion pocket)으로 유도되는 파이프 또는 세그멘트형 웰(segment-shaped well)이 장착되어 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 홀이 통과 방향으로 테이퍼화된 구조이고/이거나 직류(directed flow)를 성취할 목적으로 경사져 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 홀이 원형, 삼각형 내지 반타원형 또는 슬릿형 구조임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 기화 컬럼 중간부의 트레이 공간이 트레이 직경의 0.1 내지 10배, 특히 0.5 내지 5배의 범위내임을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 열 교환기, 특히수직으로 위치하는 판을 포함하는 판형 열 교환기가 컬럼의 중간부에 배치되어 있음을 특징으로 하는 기포 컬럼.
  8. 기체 및 액체가 컬럼을 통해 향류로 통과하는 기체-액체 반응을 수행하기 위한, 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 기포 컬럼의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 기체-액체 반응이 과산화수소를 제조하기 위한 안트라퀴논 공정의 산화 단계이고, 여기서 액체 상이 수소화 처리 용액이고 기체 상이 산소 함유 기체, 특히 공기임을 특징으로 하는 용도.
  10. 제9항에 있어서, O2함유 기체가 하부에 배치된 기체 분배 장치, 특히 천공 캡에 의해 공급되고, 처리 용액이 액체 분배 장치에 의해 기포 컬럼의 상부에 공급됨을 특징으로 하는 용도.
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