KR20010102538A - 말레산 무수물을 제조하기 위한 촉매작용 기상 산화 방법 - Google Patents

말레산 무수물을 제조하기 위한 촉매작용 기상 산화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반응기의 한 쪽 말단에 반응 혼합물의 공급부 및 반응기의 반대쪽 말단에 생성물 혼합물의 배출부를 갖고, 반응기 내부에 배열되고 열-교환 매체가 흐르게 되어 있고 열-교환판으로서 설계된 반응열 방산 장치를 갖는 반응기에서, 불균일 촉매작용 기상 산화에 의해 말레산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

말레산 무수물을 제조하기 위한 촉매작용 기상 산화 방법 {Method of Gas Phase Catalytic Oxidation to Give Maleic Acid Anhydride}
본 발명은 불균일 촉매작용 기상 산화에 의해 말레산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
말레산 무수물은 산업적으로 매우 중요하다. 예를 들면 말레산 무수물은 축합 중합과 첨가 중합에 사용될 수 있으며, 폴리에스테르 수지 및 알키드 수지는 가장 중요한 산업적 2차 생성물이다. 또한 말레산 무수물은 숙신산 무수물, 감마-부티로락톤, 1,4-부탄디올 및 테트라하이드로푸란과 같은 상업적으로 중요한 화학물질을 위한 출발 물질이다.
말레산 무수물을 제조하기 위한, 공지된 상업적 기상 산화 공정에서는, 320 내지 480℃에서, 개별적인 입자로 이루어진 촉매층(catalyst bed)에서, n-부탄, 산소 및 추가 성분, 예를 들면 질소 및 증기를 포함하는 반응 혼합물이, 주성분인 말레산 무수물외에도, 추가로 증기, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응 부탄, 불활성 기체, 예를 들면 질소 및 추가의 미량의 유기성분을 포함하는 반응 혼합물로 전환된다. 상기 공정 동안에 방출된 반응엔탈피에 의해 반응 혼합물이 가열된다. 반응 혼합물이 강하게 가온됨으로 인해 비선택적인 초과산화가 일어나서 목적 생성물인 말레산 무수물의 수율이 감소하고, 매우 강한 가온으로 인해 반응이 기상내 연소 반응으로 전환될 위험이 생기고, 온도 및 압력이 매우 증가할 수 있다.
온도 증가를 제한하기 위해서는, 반응엔탈피 일부가 촉매를 둘러싸는 반응기 벽을 통해 반응기내에 방산되어야 한다. 이를 위해서, 반응기 공간은 내부 직경이 20 내지 45㎜인 관 형태의 다수의 병렬의 개별적인 반응 공간으로 나누어진다. 반응 혼합물은 촉매층으로 채워진 개별적인 수직 관을 통해 상부에서 저부로 흘러서, 반응엔탈피의 60% 이상이 관벽을 통해 관 주위를 흐르는 열-교환 매체로 방출된다. 이 때 사용되는 열-교환 매체는 일반적으로 무기염 용융물이지만, 유기 열-교환 매체, 금속 용융물 또는 기체, 예를 들면 헬륨도 사용될 수 있다. 반응기내의 열-교환 매체의 가온을 20℃ 미만으로 제한하려면, 높은 순환능 및 그에 상응하는 펌프 용량이 필요하다. 열-교환 유체는 통상적으로 열-교환 매체가 흐르는 관에서 생성된 증기에 의해 재냉각된다.
반응의 높은 선택성을 위해서는, 반응관내의 축방향(axial) 및 반경방향(radial) 온도 구배가 30℃ 미만으로 제한될 필요가 있다. 축방향 온도 구배의 경우, 반응 혼합물이 반응 온도로 가열되는 공간이자, 실제 반응기의 열 교환기 업스트림(upstream)에 존재할 수 있는, 반응관내의 내부 예열 대역(internal preheating zone)은 고려되지 않는다. 최대 허용가능한 반경방향 온도 구배에 의해 최대 관 직경이 결정되는 반면, 촉매층으로 채워진 관에서 적당한 대류열전달에 필요한 최소 기체 속도와 반응속도상수에 의해 최소 관 길이가 결정된다. 이러한 요건을 충족시키기 위해서, 한 해 약 30,000 톤의 말레산 무수물을 제조하는 상업적 반응기는 병렬 연결된 12,000 내지 40,000개의 반응관을 갖는다. 이러한 최소관 길이 및 최소 기체 속도에 의해 반응기상에서의 유압 손실량은 0.4 bar 이상이 된다. 반응관으로의 불균일한 흐름을 회피하여 상응하는 선택성 손실을 줄이고 국소적인 과열로 인해 기상내 균일 연소 반응으로 전환되는 것을 막기 위해서는, 통상적으로는 수많은 각각의 반응관내에서의 압력 손실은 복잡한 방식으로 균등화된다. 따라서 반응기에 촉매를 채우고 이를 제거하는 일은 시간이 매우 많이 소요되고 비용이 많이 드는 작업이다.
따라서 이러한 유형의 반응기는 우선 개별적 반응관이 매우 많이 필요하기 때문에 그 설계가 복잡하고 비용이 많이 든다는 단점을 갖는다. 또한, 열-교환 매체를 함유하는 중간 회로가 필요한데, 이로 인해 높은 펌프 용량이 필요하고 열-교환 매체를 재냉각시키는데에 추가로 비용이 든다는 점에서, 이 또한 불리하다. 또한, 에너지도 손실된다. 또다른 단점은 개별적 반응관내에서 높은 압력 손실이 일어나고 균등화가 필요하기 때문에 촉매의 취급이 매우 복잡하다는 점이다.
DE-C-197 54 185는, 예를 들면 원통형 반응 탱크와, 반응기의 천공된 바닥에 수직 방향으로 위치된 반응 탱크내에서 서로 예정된 간격으로 떨어져서 나란히 배열된 열판(thermal plate) 형태의 열-교환판(heat-exchanger plate)을 갖는 반응기를 기술하고 있다. 탱크 뚜껑 부분에서 적당한 장치를 통해 열-교환판에 공급되고 탱크 바닥 부분에서 적당한 장치를 통해 열-교환판으로부터 배출되는 냉매는 상기 열-교환판을 관통해 흐른다. 기체 반응 매체는 냉매와 반대방향으로 열-교환판 사이를 관통하고 탱크 바닥 부분에서 공급되고 탱크 뚜껑 부분에서 배출된다. 이 명세서에는 이러한 유형의 반응기를 말레산 무수물을 제조하기 위한 불균일 촉매작용기상 산화 공정에 사용할 수 있다는 어떠한 언급도 되어 있지 않다.
DE-A-197 19 375는 촉매가 열-교환판 사이의 반응 대역내에 배열되고 기체 반응 혼합물이 촉매를 통해 흐르는, 반응기내에서 산소를 사용하여 에틸렌을 촉매작용 기상 산화시킴으로써 에틸렌 옥사이드를 제조하는 방법에 대해서 기술한다. 에틸렌 옥사이드를 제조하기 위한 이러한 촉매작용 기상 산화에서는, 촉매 단위 부피당 비교적 소량의 열이 발생한다.
본 발명의 목적은 대규모 공장에서 매우 높은 전환률을 갖고, 특히 열-교환 매체의 소비에 있어서, 경제적 효율이 증가된, 말레산 무수물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 발명자들은, 열-교환판들 사이의 반응 공간에서, 즉 반응기 횡단면을 지나 연장되는 2차원 촉매층에서 불균일 촉매작용 기상 산화를 수행하여 말레산 무수물을 얻음으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하였다. 놀랍게도, 말레산 무수물의 제조에 대한 선택성이 뜻하지 않게 증가함을 발견하였다.
따라서 본 발명은, 반응기의 한 쪽 말단에 반응 혼합물의 공급부 및 반응기의 반대쪽 말단에 생성물 혼합물의 배출부를 갖고, 반응기 내부에 배열되고 열-교환 매체가 흐르게 되어 있고 열-교환판으로서 설계된 반응열 방산 장치를 갖는 반응기에서, 불균일 촉매작용 기상 산화에 의해 말레산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시양태는 다음의 상세한 설명, 도면 및 첨부된 청구의 범위에서 설명된다.
원칙적으로는 사용되는 출발 화합물은 말레산 무수물의 제조에 사용되는 것으로 알려진 임의의 출발 물질, 특히 n-부탄, n-부텐 또는 이들의 혼합물, 및 벤젠 또는 부타디엔일 수 있다. 가장 바람직한 것은 n-부탄으로부터 제조하는 것이다. 산소 분자 또는 이를 함유하는 기체, 예를 들면 공기를 사용하는 촉매작용 기상 산화가 유리하며, 특히 공기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 혼합물은 추가의 성분, 예를 들면 질소, 증기 또는 기타 불활성 희석 기체, 예를 들면 이산화탄소, 일산화탄소, 이소부탄 및/또는 메탄을 포함한다.
기상 산화를, 320 내지 480℃, 특히 380 내지 450℃의 온도에서, 경우에 따라서는 초대기압(superatmospheric pressure), 바람직하게는 1 내지 6 bar의 절대 압력에서 수행하는 것이 바람직하다.
종래 기술에서 말레산 무수물의 제조에 사용되는 것으로 알려진 임의의 불균일 촉매가 사용될 수 있다. 바람직한 불균일 촉매는 바나듐 및 인의 산화물을 기재로 하는 산화물 다성분 촉매(소위 V-P-O 촉매), 예를 들면 (VO)2P2O7이다. 이러한 촉매는 촉진제(promoter), 예를 들면 아연, 지르코늄, 비스무스, 안티몬, 주석, 니켈, 코발트, 철, 크롬, 망간 및/또는 몰리브덴과 혼합될 수 있다. 벤젠을 출발 화합물로 사용할 경우, 바다듐 및 몰리브덴의 산화물을 기재로 하는 촉매를 사용할 수도 있다. 촉매의 형태는 어떤 특정한 형태로 제한되지 않는다. 개별적인 입자를 포함하고 공극이 있는 임의의 입체기하학적 형태가 사용될 수 있다. 촉매 입자는 예를 들면 원통형, 입방형, 원뿔형, 각기둥형, 피라미드형 또는삼엽형(trilobal)일 수 있다. 촉매는 바람직하게는 유체역학지름(hydraulic diameter)이 3 내지 8㎜인 개별적 입자로 이루어진다. 촉매는 예를 들면 DE-A-2 351 151에 기술된 바와 같은, 촉매 활성 물질이 불활성 지지체에 적용된 지지촉매(supported catalyst)의 형태일 수도 있다. 촉매의 성질을 보다 잘 조절하기 위해, 활성 및/또는 형태가 상이한 촉매들을 동시에 사용할 수도 있는데, 이 경우에는 소량의 인 화합물, 특히는 유기인 화합물을 반응 혼합물에 첨가할 수 있다. 촉매의 성질은, 크기가 상이한 촉매 입자를 사용하거나, 추가로 희석제로서 불활성 고체 물질을 사용함으로써 조절될 수 있다.
적합한 반응 혼합물은, 반응 혼합물을 100 부피%로 할 때, 0.5 내지 10 부피%의 전술된 출발 화합물, 6 내지 30 부피%의 산소 및 나머지량의 추가 성분, 예를 들면 질소, 증기 및/또는 기타 불활성 희석 기체, 특히 전술된 바와 같은 기체를 포함한다.
C4출발 화합물의 촉매작용 기상 산화에 의해서는 순수한 말레산 무수물이 아닌, 말레산 무수물외에도 예를 들면 아세트산, 아크릴산, 크로톤산, 일산화탄소, 이산화탄소, 미반응 출발 화합물 등을 2차 성분으로서 포함하는 생성물 혼합물이 얻어진다. 생성물 혼합물은 통상적으로는, 전체 생성물 혼합물을 기준으로, 0.2 내지 4 부피%의 말레산 무수물, 0.01 내지 0.09 부피%의 아세트산 및/또는 아크릴산 및 나머지량의 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 증기 및/또는 추가의 불활성 희석 기체를 포함한다. 벤젠의 산화의 경우, 소량의 벤조퀴논, 포름알데히드 및 포름산이 부산물로서 생성된다.
반응기 형태는 원칙적으로는 어떤 특정한 형태로 제한되지는 않는다. 통상적인 원통형 반응기 뿐만 아니라 입방형 반응기도 사용될 수 있다. 마찬가지로 반응기 배향에도 어떤 제한이 없어서, 반응기는 원칙적으로는 어떤 방향으로도 배향될 수 있지만, 원통형 반응기의 경우에는 수직 배향이 일반적으로는 바람직하다.
본 발명에 따르면, 열-교환판으로서 설계된 반응열 방산 장치를 갖는 반응기가 말레산 무수물을 제조하기 위한 기상 산화 공정에 사용된다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 반응기내에 방출되는 반응엔탈피의 60% 이상이 열-교환판을 통해 방산된다. 반응엔탈피 일부는 반응 기체와 함께 방산될 수도 있고, 또는 열-교환 표면적 일부가 통상적인 방식으로 반응기내에 제공될 수 있다. 이 경우, 열-교환 표면적 일부는 기체 공간에 의해 둘러싸이거나(중간 응축기) 불활성 물질로 둘러싸일 수 있다(예열 대역, 보조 응축기).
열-교환판은 주로 2차원 구조로서, 공급 라인 및 배출 라인에 제공된 표면적보다 작은 두께를 갖는 내부 공간을 갖는다. 이들은 일반적으로는 금속 시이트, 흔하게는 강철 시이트로부터 제조된다. 그러나, 용도, 특히 반응 매체의 성질 및 열-교환 매체의 성질에 따라서, 특수한 물질, 특히 내식성 물질이 사용될 수 있다. 열-교환 매체를 위한 공급 및 배출 장치는 일반적으로 열-교환판의 서로 반대쪽 말단에 배열된다. 열-교환판은 바람직하게는 2개 이상의 금속 시이트로 이루어져 있는데, 이 금속 시이트는 펑티폼(punctiform) 결합, 바람직하게는 점용접(spot welding)에 의해 15 내지 80㎜의 격자망내에서, 둘레가 압력이 새지 않게 연결되어있고 서로 지지되고, 내압에 의해 팽창되어 있으며, 열-교환 매체는 이러한 방식으로 형성된 내부 공간을 통해 흐른다. 특히 바람직한 실시양태에서, 열-교환판은 0.5 내지 3m의 너비 및 8m의 최대 길이 및 5 내지 100㎜의 총 두께를 갖는다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 열-교환판은 4개 이상의 개별적인 시이트로부터, 열-교환 매체가 흐르는 중앙 포켓(pocket)을 둘러싸는, 기체로 채워진 2개의 절연 포켓을 형성하는 방식으로 제조된다.
반응기내의 열-교환판의 배열에 있어서는 원칙적으로는 제한이 없고, 열-교환판은 예를 들면 반응기내에 나선형으로, 동심으로 또는 방사상으로 배열될 수 있다. 이들은 또한 반응기의 케이싱튜브(casing tube)내에 매달릴 수도 있다. 이들은 바람직하게는 판들 사이에 4㎜ 이상 60㎜ 이하의 중간 공간이 생기도록, 바람직하게는 층상으로 쌓아올려져 평행평면 패키지(plane-parallel package)를 제공하거나, 구부러져서 고리 또는 고리 단편을 제공한 후 동심으로 배열되거나, 나선형으로 구부러진다. 판 패키지는 경사지게 배치될 수도 있는데, 이 방법에서는 반응기의 중심축에 대해 0 내지 20°의 각을 이루는 유동 채널이 형성되도록 1개 이상의 시이트 패키지가 배열된다. 열-교환판의 표면에는 또한 촉매층으로부터 가능한 한 멀리 이격자(spacer)가 제공될 수 있는데, 이는 바람직하게는 인장철판망 또는 불활성 물질의 사용에 의해 수행된다. 또한, 각각의 판 패키지는 반응기 축을 따라 변하는 상이한 열-교환 매체 온도에서 작용할 수 있다. 이러한 온도 대역-설정은 상이한 열 유동 밀도에 따른 맞춤을 가능하게 한다. 또한 반응이 진행됨에 따라 감소되는 성능(performance density)에 맞춰 각 판 패키지의 판들을 흐름 방향으로점점 더 많이 분리시킴으로써, 전술된 온도-대역 설정을 보충 및/또는 대신한다.
쐐기(wedge) 형태를 갖는 열-교환판, 즉 열-교환 매체가 관통해 흐르는 내부 공간이 바람직하게는 반응 혼합물 스트림 방향으로 계속 감소하는 형태의 열-교환판을 사용하는 것이 유리하다. 이러한 쐐기 형태의 열-교환판을, 예를 들면 2개의 시이트를 겹치고 이들을 점점 더 많이 분리시키면서 용접함으로써 제조할 수 있다. 이어서 판을 쉽게 기울어지는(easily tilted) 블로우-업(blow-up) 장치에 클램프로 고정시키고 예정된 분리 수준으로 블로우-업시킨다. 반응 온도 프로필에 따른 맞춤은 쐐기 형태로 형성된 열-교환판에 의해 최적화될 수 있다. 추가의 유리한 실시양태에서, 열-교환판은 전부 또는 일부의 길이를 따라 용접될 수 있다. 이를 위해서, 각 경우에서 2개의 시이트중 하나는 다른 하나의 위에 놓이게 되며, 종방향으로 롤 시임 용접(roll seam welding)에 의해 용접되고, 적합한 블로우-업 장치에 의해 블로우-업된다.
추가의 실시양태에 따르면, 서로 평행하게 배향된 평면 직사각형 시이트가 반응기 내부에 도입되어 반응기 내부를 본질적으로 채우게 되는데, 이 경우 각 시이트의 반대되는 두 면의 모서리들은 동일한 방향으로 직각으로 기울어지고, 후속되는 각 시이트에서, 반대되는 두 면의 모서리들은 동일한 간격으로 동일한 방향으로 기울어져서 각각 입방형 공간을 형성하고 반응 혼합물 또는 열-교환 매체는 각각의 인접한 공간을 서로 교차하여 흐른다.
추가의 실시양태에 따르면, 열-교환판은 반응기의 종방향으로 서로 평행하게 배열되어 있다.
추가의 실시양태에서는, 2개 이상의 연속된 판 패키지들간에서 판 횡방향 축이 0 내지 90°의 차이가 나도록 판 패키지를 축에서 떼어놓을 수 있다.
본 발명에 따른 공정에서 사용되는 열-교환 매체에 대해서, 원칙적으로는 아무런 제한이 없다. 촉매작용 기상 산화의 반응 온도에서 물리적 액체 상태를 유지하거나 부분적으로 또는 완전히 증발하는 무기 및 유기 액체 열-교환 매체를 사용할 수 있다. 예를 들면 염 용융물이 특히 적합하다. 또한, 기체 열-교환 매체, 바람직하게는 헬륨을 사용할 수도 있다. 촉매작용 기상 산화의 반응 온도에서 완전히 또는 적어도 부분적으로 증발하는 열-교환 매체를 사용하는 것이 특히 유리하다. 이 목적을 위해서는 물이 특히 바람직하다. 이 경우는, 증발냉각(evaporative cooling)을 이용함으로써, 효율적인 열-방산이 보장되고, 물리적 상태가 변하지 않는 다른 열-교환 매체를 사용했을 때와 비교해 동일한 양의 열을 방산시키는데 있어 훨씬 적은 양의 열-교환 매체가 필요하다. 바람직한 실시양태에서는, 비등점을 높이기 위해 고-비등점 물질, 바람직하게는 다가알콜을 열-교환 매체에 첨가하거나, 이 알콜을 순수한 형태로 사용한다.
증발냉각은 동일방향 또는 반대방향으로 일어날 수 있다. 아래로부터의 유입 방향과 동일방향으로 일어나는 경우, 낮은 수준의 열-방산이 반응기의 말단을 향해 일어나도록 비등하는 액체의 수준을 추가로 조절할 수 있으며, 이렇게 높아진 온도 때문에 총수율이 증가된다. 증발냉각의 경우, 특정 증기압(물의 경우 약 20 내지 160 bar)이 온도에 상응하여 냉매 부위상에서 달성되기 때문에, 장치의 냉매 부위를 압력이 새지 않게 설계할 필요가 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 기포, 액적 및/또는 연무 형태의 증기 및 액체의 열-교환 매체 혼합물이 열-교환판을 통해 흐른다. 실질적으로 기상을 통해 열 전달이 이루어지고 이것이 의도적으로 감소되도록, 충분한 열-교환 매체가 특수하게 분산 투입되어야 한다.
본 발명에 따라, 반응 혼합물은 반응기 한 쪽 말단에서 열-교환판들 사이의 반응기 내부 공간에 공급되고 반응기의 반대쪽 말단에서 배출된다. 따라서 반응 혼합물은 열-교환판들 사이의 틈을 통해 반응기를 통과한다. 반응 혼합물은 부단히 교차-혼합됨으로써 높은 균질성을 갖게 된다.
열-교환 매체와 반응 혼합물은 반응기를 동일방향, 반대방향 또는 교차방향으로 흐를 수 있다. 동일방향이 특히 바람직한데 왜냐하면 반응 온도 프로필에 따른 맞춤이 더 우수하기 때문이다.
추가의 바람직한 실시양태에 따르면, 별도의 열-교환 매체 회로를 갖는 둘 이상의 반응 대역이 반응 혼합물 흐름 방향으로 배열될 수 있다.
촉매는 예를 들면 정돈되지 않은(unordered) 층 형태로, 열-교환판들 사이의 틈으로 도입될 수 있다. 본 발명의 공정에서 촉매층의 도입 및 교체는 공지된 공정에서 반응관으로의 도입 과정과 비교해볼 때 더 간단하고 더 균일하다. 보다 큰 밀착성 반응 공간이 형성되고, 촉매층이 막힐 위험이 더 적다. 촉매를 열-교환판 주위에 층 형태로 배열하는 경우, 국소적 변위의 경우에, 반응 기체는 제한 범위를 넘어 흘러서, 2개의 열-교환판들 사이의 촉매 횡단면 전체에 걸쳐 다시 스스로 재분포될 수 있고, 전체 반응 횡단면이 전환에 기여할 수 있게 된다는 점이 잇점이다. 열-교환판의 추가의 잇점은, 촉매 교체에 있어서, 관-다발(tube-bundle) 반응기보다 촉매를 비우기가 더 쉽다는 것이다.
그러나, 촉매층에 대해 추가적으로 또는 그 대안으로서, 반응 혼합물이 흐르는 열-교환판 외부면에 촉매 피막을 도포하는 것도 가능하다. 이 경우, 촉매를 0.1 내지 1.5㎜의 층 두께로 열-교환판에 직접 도포한다. 피복된 판을 바람직하게는 기계적 방법, 예를 들면 샌드 블라스팅(sand blasting), 볼(ball) 블라스팅 또는 화학적 방법, 예를 들면 에칭(etching) 또는 프리코팅(precoating)으로 전처리한다. 열-교환판은 본질적으로 평면 형태를 가지므로, 반응관에 피복시키는 것보다 열-교환판에 피복시키는 것이 더 간단하다.
따라서 본 발명에 따른 공정은 다음 특징 및 잇점을 갖는다.
- 교체가능한 열-교환판을 사용하여 단순하게 설계할 수 있고, 열-교환판에 표준화된 시이트를 사용하는 경우, 추가로 비용을 아낄 수 있다.
- 높은 압력저항으로 인해 직접 증기가 생성되면서 선택적인 냉각이 가능하며, 중간 회로가 필요하지 않고, 그 결과 열-교환 매체의 단위 사용량이 줄어들고 펌프 용량 및 에너지 손실이 감소된다.
- 촉매는 가장 넓은 의미로서는 반응기내에서 "균질상"이어서(연속층), 압력, 온도 및 조성을 교차-균등화시킬 수 있고, 그 결과 "고온 유동 채널"의 생성을 감소시킬 수 있고, 반응기내에서 온도가 최고로 높아지는 것(소위 열점(hot spot))을 막을 수 있고, 반응기내에서의 압력 손실을 낮출 수 있고, 공지된 반응에서 사용되는 개별적인 반응관의 균등화를 필요없게 한다.
- 촉매의 취급이 상당히 간단하고, 단순히 반응기의 최상부 판 패키지위에 촉매를 채움으로써 예비 대역 또는 방호층(guard bed)을 형성할 수 있다.
본 발명을, 본 발명의 바람직한 실시양태를 제시하는 도면을 참조로 보다 상세하게 설명할 것이다.
도면에서, 동일하거나 상응하는 그림은 동일한 도면부호로 표시되었다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하는데 특히 적합한 반응기의 특히 바람직한 실시양태의 종단면도이다.
도 1a는 도 1의 반응기의 횡단면도이다.
도 1b는 도 1의 반응기내의 열-교환판의 종단면도이다.
도 1c는 도 1b의 열-교환판상의 용접점의 바람직한 배열을 보여준다.
도 2는 반응 혼합물과 열-교환 매체가 동일방향으로 흐르는, 본 발명의 방법을 수행하기에 특히 적합한 반응기의 종단면도이다.
도 3은 반응 혼합물과 열-교환 매체가 반대방향으로 흐르는, 본 발명의 방법을 수행하기에 특히 적합한 반응기의 추가의 바람직한 실시양태의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 방법을 수행하기에 적합한 입방형 반응기의 종단면도이다.
도 4a는 반응기 판의 구조를 보여주기 위한 도 4의 반응기의 확대 단면도이다.
도 4b는 도 4의 반응기의 횡단면도이다.
도 5는 예로서 3개의 반응 대역을 갖는, 본 발명의 방법을 수행하기에 적합한 반응기의 종단면도이다.
도 1의 종단면도에 도시된 반응기는 상부 영역에 반응 혼합물(1)의 공급부 및 하부 영역에 생성물 혼합물(2)의 배출부를 갖는 원통형이다. 반응 혼합물(1)은 촉매층(5)을 관통한다. 쐐기 형태의 열-교환판(8)은 반응기의 종방향으로 반응기 내부 공간에 배열되어 있다. 공급부(3) 및 분배 라인(6)을 통해 도입되고 회수 라인(7) 및 배출 라인(4)을 통해 배출되는 열-교환 매체는 반응기 판을 통해 흐른다. 도 1a의 횡단면도는 열-교환판(8)들의 본질적으로 평행한 배열을 보여준다.
도 1b 및 1c는 열-교환판(8)의 쐐기-형태 설계 및 시이트가 서로 점용접되어 형성된 그의 구조를 보여준다.
도 2는 반응 혼합물과 열-교환 매체가 동일방향으로 흐르는 반응기의 종단면도이다. 도 2는 열-교환판(8)내의 열-교환 매체의 액체 수준이 특정 높이에만 이른다는 것, 즉 열-교환 매체가 그 이상의 수준에서는 증발한다는 것을 명확하게 보여준다. 따라서 증발냉각에 의해 열이 방산된다.
도 3은 반응 혼합물과 열-교환 매체가 반대방향으로 흐르는 것을 예시한다.
도 4는 입방형 반응기의 종단면도로서, 열-교환판(8)의 구조는 도 4a의 확대 단면도에 더 명확하게 나타나 있다. 도 4b는 도 4의 입방형 반응기의 횡단면도이다.
도 5의 종단면도에 나타난 반응기는 예로서 3개의 반응 대역을 가지며, 각 대역은 별도의 열-교환 매체 회로를 갖는다.

Claims (9)

  1. 반응기의 한 쪽 말단에 반응 혼합물의 공급부(1)를 갖고, 반응기의 반대쪽 말단에 배출부(2)를 갖고, 반응기 내부에 배열되고 열-교환 매체가 흐르게 되어 있고 열-교환판(heat-exchanger plate)으로서 설계된 반응열 방산 장치(8)를 갖는 반응기에서, 불균일 촉매작용 기상 산화에 의해 말레산 무수물을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 열-교환판(8)을 통해 흐르는 동안에 적어도 부분적으로 증발하는 액체 열-교환 매체가 사용되는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열-교환판이 2개 이상의 금속 시이트로 형성되고, 이 금속 시이트가 펑티폼(punctiform) 결합, 바람직하게는 점용접(spot welding)에 의해 15 내지 80㎜의 격자망내에서, 둘레가 압력이 새지 않게 연결되어 있고 서로 지지되고, 내압에 의해 팽창되어 있으며, 열-교환 매체는 이러한 방식으로 형성된 내부 공간을 통해 흐르는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 열-교환판이 층상으로 쌓아올려져 평행평면 패키지(plane-parallel package)를 이루거나, 구부러져서 고리 또는 고리 단편을 제공한 후 동심으로 배열되거나, 나선형으로 구부러지는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 각 판 패키지의 판 분리가 반응이 진행됨에 따라 감소되는 성능에 맞춰 유동 방향으로 증가하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 액체 무기 또는 유기 열-교환 매체 또는 기체 열-교환 매체가 사용되는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 열-교환판(8)이 서로 평행하게 배열된 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물과 접하는 열-교환판의 표면이 촉매로 완전히 또는 부분적으로 피복되는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물이 n-부탄, 산소 및 경우에 따라서는 추가의 성분을 포함하는 방법.
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