KR20030022116A - 연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용장치 및 사용방법 - Google Patents

연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용장치 및 사용방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030022116A
KR20030022116A KR1020027014849A KR20027014849A KR20030022116A KR 20030022116 A KR20030022116 A KR 20030022116A KR 1020027014849 A KR1020027014849 A KR 1020027014849A KR 20027014849 A KR20027014849 A KR 20027014849A KR 20030022116 A KR20030022116 A KR 20030022116A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction zone
fluid
tubular
reaction
reactant
Prior art date
Application number
KR1020027014849A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100742842B1 (ko
Inventor
아드리스알라엘딘모스타파
알제르히파하드에이.
솔리만무스타파에이.
하켐타리크
카렘무딘시크흐
알-누타이피압둘라에이.
사우다가르무나와르
아잠샤히드엠.
Original Assignee
사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션 filed Critical 사우디 베이식 인더스트리즈 코포레이션
Publication of KR20030022116A publication Critical patent/KR20030022116A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100742842B1 publication Critical patent/KR100742842B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/002—Avoiding undesirable reactions or side-effects, e.g. avoiding explosions, or improving the yield by suppressing side-reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/2425—Tubular reactors in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/244—Concentric tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/065—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1818—Feeding of the fluidising gas
    • B01J8/1827—Feeding of the fluidising gas the fluidising gas being a reactant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/26—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with two or more fluidised beds, e.g. reactor and regeneration installations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B01J2208/0023—Plates; Jackets; Cylinders with some catalyst tubes being empty, e.g. dummy tubes or flow-adjusting rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00256—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles in a heat exchanger for the heat exchange medium separate from the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00539—Pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00548—Flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00027—Process aspects
    • B01J2219/00033—Continuous processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00259—Preventing runaway of the chemical reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00259—Preventing runaway of the chemical reaction
    • B01J2219/00263—Preventing explosion of the chemical mixture

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

산화, 산화성 탈수소 및 부분 산화와 같은 연속적인 유동 화학 반응을 실행하기 위한 장치는 (ⅰ)반응물 혼합물(예를 들어 탄화수소/강산화성 혼합물)의 폭발 관리체제를 피하기 위해, (ⅱ)필요로 하는 산물의 반응 선택도를 최대로 하기 위하여, (ⅲ)반응기 온도를 점진적으로 제한하고 이에 따라 반응 이탈조짐을 제한하고, (ⅳ)반응지역의 작동 온도를 제어하여 전체 지역에 바람직한 온도 범위가 유지되도록, 제어된/최적화된 반응물 첨가를 특징으로 하는 반응기를 포함한다.

Description

연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용 장치 및 사용방법{AN APPARATUS FOR THE CONTROLLED OPTIMIZED ADDITION OF REACTANTS IN CONTINUOUS FLOW REACTION SYSTEMS AND METHODS OF USING THE SAME}
다수의 공보가 본 출원에 참조된다. 상기 참조는 본 발명이 속하는 기술분야의 상태를 기술하며, 참조에 의해 본원에 인용된다.
산화 탈수소, 또는 부분 산화공정은 빛 탄화수소의 올레핀 및 카르복실산으로의 원스텝 변환이다. 상기 공정은 극도로 자본 집약적이며 에너지 집약적인 분해증류(cracking) 및 순수 탈수소에 대해 잠재적으로 많은 이점을 제공한다. 저온 촉매에 대한 포화된 탄화수소의 올레핀 및 카르복실산으로의 변환은저널 오브 커탤리시스(Journal of Catalysis), 52권, 116-132 페이지(1978)에 간행된 보고서에서 톨스티언슨(Thorstienson) 등에 의해 개시되었다.
미국 특허 No. 4,250,346은 상이한 저온 촉매 시스템을 제안하는 에탄의 에틸렌으로의 산화 탈수소에 대한 공정을 개시한다. 유럽 특허 No. EP 0 518 548 A2는 반응물이 바나듐 및 인 산화물(VPO 시스템)을 포함하는 고형 촉매와 접촉하는 동안 적어도 100psig 압력으로 반응지역에서 분자 산소로 에탄을 산화하는 단계를 포함하는 아세트산 제조 공정을 개시한다.
그러나 산화 탈수소 반응은 (a)반응의 발열하는 열의 제거, (b)가능한 관련 온도 탈피, (c)원하는 산물로의 선택성의 제어, 및 (d)원하는 산소 처리된 부산물 및 탄소 산화물 형성의 제한과 같은 문제점을 발생시킨다.
산화 공정 뿐 아니라 산화탈수소 공정과 관련된 또 다른 문제점은 폭발성 혼합물 형성 제약에 의해 부과되는 탄화수소 공급율(feed ratio)로의 옥시던트상의 제한이다. 이 문제는 반응의 화학양론적인 요구 및 운동 요구를 충족시키지만 자동점화, 연소 및 폭발로 이를 수 있는 혼합물을 회피하는 공급 조성물의 최적을 얻기 위한 공정 능력을 상호 양보한다.
이러한 문제는 수많은 특허에서 언급되어 왔다. 각 특허는 수정된 반응기 시스템 또는 상이한 반응기 정렬을 제안함으로써 상기 언급된 하나 이상의 어려움을 극복하기 위하여 시도했다.
유니온 카바이드(Union Carbide)에 등록된 미국 특허 No. 4,899,003은 에탄 및 산소를 포함하는 공급가스가 산화탈수소 촉매에 대하여 에틸렌, 아세트산, 물, 에탄 및 탄소 산화물을 포함하는 산물가스(product gas)로 변환되는 반응기 시스템을 다단화하는 것에 관련된다. (최종 단계라기보다는) 각 단계로부터의 산물가스는 냉각되며 아세트산 및 물의 일부분은 분리되며 다음 반응 단계로 산물가스 스트림을 통과시키기 전에 산소가 부가된다. 반응기 중 어느 하나로의 공급 스트림내의 총 산소 내용물은 그 단계에서 총 입력 가스의 스트림에 관하여 6몰 퍼센트 이하로 유지되어 있다.
SRI에 등록된 미국 특허 No. 5,583,240은 반응기를 따라 하나의 반응물 모두의 연속적인 부가 및 국부적 고 농도 경사도 및 열점을 최소화하거나 감소시키기 위하여 반응기의 전체 부피로 혼합하는 것을 제공하도록 다공성 박막을 구비한 반응기와 관련된다. 다른 반응물은 침투튜브의 내부를 통하여 유동되며, 이는 혼합하는 요소를 포함한다. 그러한 혼합하는 요소는 열 및 질량 전달율을 증가시킴으로써 원하는 산물의 산출을 증가시키기 위하여 청구항에 기재되어 있다.
유럽 특허 No. EP 546 667 A1은 아세트산에 에탄 산화를 위한 유체화된 층과 관련된다. 개시된 공정은 세 가지의 주된 공정: (1)반응지역으로부터의 가스의 유출물을 냉각시키는 공정; (2) 탄소 산화물의 거의 모두를 포함하는 가스 스트림을 유출물에 포함된 채로, 유출물 가스로부터 액체 형태에 있는 아세트산의 대부분을 분리하는 공정; (3)상기 가스의 스트림의 소부분을 정화하며 반응지역으로의 공급의 부분으로써 가스의 스트림의 대부분을 순환시키는 공정을 포함하고 있다. 정화는 재순환이 반응지역 가스에서 탄소 산화물의 높은 비율을 유지하도록 기여하는 반면, 반응지역에서 탄소 산화물의 강화를 방지하도록 의도되며, 그러므로 심하게 방열하는 산화 반응의 온도 상승 효과를 완화하는 것에 도움을 준다.
미국 특허 No. 5,723,094는 향상된 미세 혼합 조건(micro-mixing condition) 및 원하는 산물로 반응 선택성을 증가시키기 위하여 감소된 농도 국부화 영역을 제공하는 화학적 반응기 디자인과 관련된다. 상기 디자인은 쉘 반응기에 위치된 유동 튜브의 길이 내에서 및 이를 따라 위치된 작은 모세관 튜브와 유동 튜브내의 제1반응물 및 모세관 튜브내의 제2반응물을 분포시키기 위한 하나 이상의 분배기를 포함한다.
유럽특허 공개공보 No. 0 532 325는 에틸렌 산화물의 생산을 위한 방법 및 장치와 관련된다. 유럽특허 공개공보 No. 0 383 224는 쉘-및-튜브 반응기와 그 사용방법과 관련된다.
반응지역의 실질적인 부분을 따라서 공급 조성물의 최적을 제공하며 반응의 화학양론적인 요구 및 운동 요구를 충족시키는 반면 반응 혼합물을 폭발성 혼합물 형성 제약 내에 유지함으로써, 자동점화, 연소 및 폭발로 이를 수 있는 반응물 혼합물을 회피하는 연속 유동 화학 반응 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 반응지역으로 발송된 적어도 하나의 반응물의 도입이 최적화되는 것을 특징으로 하는 향상된 연속 유동 화학 반응기와 관련된다. 본 발명은 또한 연속 유동 화학 반응기를 사용하여 얻어지는 향상된 화학 반응과 관련된다.
예로써 주어지며, 본 발명을 기재된 특정한 실시예로 유일하게 제한하려는 의도가 아닌 이하의 상세한 설명은 첨부된 도면과 결합하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도1은 본 발명의 한 실시예에 따른 향상된 반응지역의 개략도.
도2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 향상된 반응지역의 개략도.
도3은 본 발명의 한 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도5는 본 발명의 아직 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도6은 도5에 도시된 압력저하 제어 수단의 확대된 개략도.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도8은 본 발명의 아직 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
도10은 수직 축은 산소 유동(SLPH)를 나타내고 수평축은 반응지역의 길이(m)를 따라 반응 튜브 좌표축을 나타내는, 본 발명의 한 실시예에 따른 연속 유동 화학 반응지역에 대한 산소 분포 패턴의 도식적 표현.
도11은 수직 축은 반응 온도(℃)를 나타내고 수평축은 반응지역의 길이(m)에 따라 반응 튜브 좌표축을 나타내는, 본 발명의 한 실시예에 따르고 두 개의 상대적인 연속 흐름 화학 반응지역에 따른 연속 유동 화학 반응지역에 대한 반응 온도 개요의 도식적 표현.
도12는 수직 축은 산소 농도(몰 %)를 나타내고 수평축은 반응지역의 길이(m)에 따라 반응 튜브 좌표축을 나타내는, 본 발명의 한 실시예에 따르고 두 개의 상대적인 연속 흐름 화학 반응지역에 따른 연속 유동 화학 반응지역에 대한산소 농도 개요의 도식적 표현.
도13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응 시스템의 개략도.
상기 확인된 결함을 극복하는 것이 본 발명의 목적이다.
향상된 연속 유동 화학 반응 장치 및 그 사용방법을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
적어도 하나의 유체 반응물의 제어된 양이 하나 이상의 위치에서 반응지역으로 도입되는 향상된 연속 유동 화학 반응 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
적어도 하나의 유체 반응물의 제어된, 최적화된 양이 하나 이상의 위치에서 반응지역으로 도입되는 향상된 연속 유동 화학 반응을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
적어도 하나의 유체 반응물이 하나 이상의 위치에서 반응지역으로 도입되는 촉매 반응을 수행하기 위한 향상된 연속 유동 화학 반응 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이다.
하나 이상의 반응물이 일정한 안정 및 수행 요구조건을 만족시키기 위하여 최적화된 분포 방식으로 공급되는 장치를 제공하는 것이 본 발명의 또 하나의 추가적인 목적이다.
원하는 작동 온도 범위가 반응기 튜브의 전체 길이를 따라서 얻어지도록 비균일 반응물 분포에 의하여 제어되는 촉매 층 온도 프로필을 성취하는 반응기를 제공하는 것이 본 발명의 아직 또 다른 목적이다.
반응지역의 실질적인 부분을 따라서 반응하는 혼합 조성물의 최적을 제공하며 반응의 화학양론적 요구조건 및 운동 요구조건을 만족시키는 향상된 연속 유동 화학 반응 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 여전히 추가적인 목적이다.
반응하는 혼합물의 전체의 종합적인 목록은 불안전한/폭발적인 조성물 영역 내에 있는 반면, 반응물내의 어떤 주어진 점 또는 영역에서는 조합 혼합물이 안전한/비폭발 조성물의 범위 내에 있는 반응기 및 반응 공정을 제공하는 것이 본 발명의 여전히 추가적인 목적이다.
전술한 목적 및 다른 목적과 본 발명의 이점은 하기의 기재에서 설명되거나 이로부터 명백할 것이다.
본 발명은 연속 유동 화학 반응, 바람직하게는 산화 탈수소, 부분 산화, 또는 산화 반응에서 반응물의 제어된/최적화된 부가용 공정 및 장치와 관련된다. 보다 구체적으로 발명은 반응지역의 길이를 따라 주입 부재(튜브)를 수단으로 하여 얻어지는 반응물의 제어된 부가에 의해 이러한 매우 잠재적인 공정의 단점을 다루는 것이다. 주입 부재(튜브)는 분사기 위치에서 반응지역으로 반응물의 제어된 양을 도입할 수 있는 분사기와 함께 제공된다. 바람직하게, 주입 부재(튜브)는 두가지 기능: (1) 압력 저하 제어 및 (2) 유동 제어를 수행할 수 있는 장벽 침투부, 구멍, 관통부, 살포기와 함께 제공된다.
하나의 바람직한 실시예에 따르면, 분사기는 어떤 반응물이 반응지역으로부터 분사기 부재(튜브)내로 유동하는 것을 허용함이 없이 반응지역으로 제어된 양의 반응물의 도입을 허용한다. 본 디자인은 주입 점들 간의 거리를 조정함으로써 반응물 주입의 양 및 주입점의 위치에 대한 고도의 가제어성을 제공한다. 그러므로, 주입은 충분하고 동적으로 요구되는 양의 반응물만이 각 점에서 공급되는 방법으로 최적화될 수 있으며, 이는 반응 조건의 공간적 변화(즉, 온도, 압력 및 반응 혼합물 조성)에 반응하도록 제어된다.
또 다른 실시예에 따르면, 촉매 성능을 강화시키거나 일정한 정위 효과(positioning effect)를 억제하는 매개체 또는 공동-공급(co-feed)이 주입될 수 있다. 그러나 이는 본 발명의 또 다른 유용성을 제공한다.
본 발명을 이용하여 성취될 수 있는 이점은 반응물 부가의 분량 제어 및 위치 제어를 경유하여 반응 범위 및 열 방출을 제어함으로써 촉매 층을 따른 온도 개요의 정확한 제어를 포함한다.
본 발명은 또한 폭발 상황 제한(explosion regime limitation) 및 반응 탈피제한에 기인하여 통상의 반응기에서 불가능한 비율로 반응물을 도입함으로써 촉매 생산성을 강화시킨다.
본 발명은 또한 원하는 산물의 산출이 최적화되는 방법으로 반응을 고안하기 위한 도구를 제공한다.
본 발명은 또한 반응기 입구뿐만 아니라 반응기 내부의 모든 점에서도 반응물 혼합 조성의 조정을 허용하여 폭발상황 내에 있는 반응물 혼합이 회피될 수 있다.
게다가, 본 발명은 감소/산화 상태를 복귀하는 요소 또는 촉매 정위 상황을 제거하는 요소의 지연된 부가에 의해 촉매 성능을 향상시킨다.
본 발명의 한 특징은 향상된 연속 유동 반응 시스템과 관련된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예는 도1에 도시된 것처럼 비균일 분배 부재의 신규한 특징을 가진 다중 튜브 고정 층 촉매 반응기와 관련된다. 제1반응물 공급은 반응지역의 일 단부에서 주입구를 경유하여 반응지역으로 공급되며, 반면 제2반응물 공급은 중앙 튜브 또는 분배 부재를 경유하여 반응지역의 길이를 따라 다수의 점에서 반응지역으로 도입된다. 분포 부재는 바람직하게는 촉매 층의 길이를 따라 각 점에서 두 가지 중요한 범주를 만족한다: (1)압력 저하 제어; 및 (2) 유동제어.
본 발명의 또 다른 실시예는 반응지역(11)을 포함하는 연속 유동 화학 반응 장치(10), 바람직하게는 선택적으로 촉매(12)를 포함하는 튜브 반응을 보여주는 도 2에 도시되어 있다. 길이를 또한 가지며 제1유체 반응물을 가지는 반응지역(11)은 제1단부(17)에서 튜브 반응지역(11)으로 제1유체 반응물 공급부(14)를 도입하기 위한 주입부(13) 및 제2단부(18)에서 산물 스트림(16)를 위한 산물 배출구에 공급한다. 제1유체 반응물 공급부(14)는 제1유체 반응물을 포함하며, 바람직하게는, 제2 유체 반응물의 일부를 포함한다. 튜브 반응지역(11)은 또한 튜브 반응지역(10)내에서 세로로 연장하는 내부 도관(20)을 포함한다. 제2유체 반응물을 도입하기 위한 제2공급 주입부(21)를 구비하는 도관(20)은 튜브 반응지역(11)으로 (예를 들면, 제2유체 반응물을 포함하여) 공급하며, 선택적으로, 제2유체 반응물에 대한 제2유체 공급 배출구(23)는 스트림(25)를 배출한다. 도관(20)은 도관(20)의 길이를 따라 분리되어 이격된 다수의 분사기(30)를 또한 구비하며, 제어된 양의 제2유체를 도입할 수 있는 각각의 분사기(30)는 튜브 반응지역(11)으로 공급한다. 도2에 도시된 것 처럼, 도관(20)은 튜브 반응지역(11)의 전체 길이를 통과하여 지나갈 수 있다. 선택적으로, 도관(20)은 튜브 반응지역(11)내에서 끝날 수 있다(이하에 기재된 도3을 보라).
한 실시예에 따라서, 제2유체 반응물은 유리하게도 제1유체 공급부(14)에서제1유체 반응물과 혼합되어서 분사기(30)는 반응지역(11)의 제1세그먼트에서 요구되지 않는다. 제1유체 공급부에서 공급되는 제2반응물을 포함하는 조성물은 제2 공급부에 의해 제공되는 제2반응물을 포함하는 조성물과 같거나 다를 수 있다. 예를 들면, 제1공급부는 제2반응물로써 (산소를 포함하는 조성물인)순수한 산소를 포함할 수 있으며 제2공급부는 또한 제2반응물로써 (산소를 포함하는 조성물인)공기를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제1 및 제2공급부는 가령 각각이 공기 또는 순수한 산소를 포함하는 동일한 제2반응물 조성을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제2유체 반응물 공급부(14)는 (어떤 제2반응물 없이) 제1반응물을 포함하며 제2유체 반응물 공급부(22)는 제2반응물을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 장치는 바람직하게는 반응지역의 전단부에서 제2반응물을 공급하기 위하여 반응지역(11)의 제1단부(17)에 가까운 분사기(30)를 포함한다.
도3에 도시된, 본 발명의 아직 또 다른 실시예는 적어도 하나의 열 전달 영역(42)을 포함하는 열 전달 용기(41)내에서, 복수의 튜브 반응지역(11)을 포함하고, 선택적으로 촉매(12)를 포함하며, 각각의 열 전달 영역(42)는 열 전달 유체 주입부(43) 및 열 전달 유체 배출구(44)을 구비한다. 제1반응물을 또한 구비하는 반응기 장치(40)는 제1반응물 공급부(14)에 대한 주입부(47)에 공급한다. 제2반응물을 또한 구비하는 반응기 장치(40)는 제2반응 공급부(22)에 대한 주입부(47) 및 산물 스트림(16)에 대한 반응기 산물 배출구(46)에 공급한다. 한 실시예에 따르면, 제1반응 공급부(14)는 제1반응물(예를 들면, 에탄, 에틸렌) 및 바람직하게는 제2반응물의 일부(예를 들면, 공기, 산소)를 포함한다. 길이, 제1유체 반응물을 구비하는 튜브 반응지역(11)의 각각은 제1단부에서 주입부(13)에 공급하며, 제2단부에 있는 산물 배출구(15) 및 내부 도관(20)은 튜브 반응지역(11)내에서 세로로 연장한다. 도관(20)의 길이를 따라서 및 튜브 반응지역(11)의 길이를 따라서 분리되어 이격된 다수의 분사기(30)를 구비하는 내부 도관(20) 및 제2유체 반응의 제어된 양을 도입하기 위하여 적합화된 분사기 각각은 튜브 반응지역(11)으로 공급한다.
바람직하게는, 도4에 도시된 것처럼, 열 전달 용기(41)는 복수의 열 전달 영역(42)을 포함한다. 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 열 전달 용기(41)는 원통형의 용기이다.
도5에 도시된, 또 다른 바람직한 실시예에서, 도3의 연속 유동 화학 반응 장치(40)는 튜브 반응기 영역(11)에 죽은 단부(dead end)를 행하지 않는 내부 도관(20)을 가지나, 제2반응물 공급부 배출구(49)를 통하여 반응 장치(40)을 배출하기 위하 배출구 헤더(48)로 튜브 반응지역(11)을 통하여 연장한다.
본 발명의 이러한 실시예에서는, 제2공급부 출구 스트림(25)(초과 비반응된 제2반응물 함유)이 반응장치(40)를 관통하여, 반응 열을 제거하는 작용을 도와 준다. 양호하게, 제2공급부 출구 스트림(25)은 입구(47)를 경유하여 반응지역(11)으로 재순환 된다.
양호하게, 장치는 부가로 관형 반응지역(11) 내에서 촉매(12)를 포함한다. 유익하게, 장치는 부가로 관형 반응지역 내에서 내측 도관을 둘러싸고 있는 촉매층을 포함한다.
양호한 일 실시예에 의거, 내측 도관(20)은 관형 반응지역(11)과 동심(同心)이다. 양호하게, 관형 반응구역(11)은 대략 원형의 단면으로 이루어지고, 내측 도관(20)은 관형 반응지역(11)과 동심이며, 관형 반응지역(11)은 내측 도관(20)을 둘러싸고 있는 촉매층(12)을 포함한다.
본 발명의 장치는 복수의 분사기(30), 양호하게는 2개와 40개 사이의 분사기, 보다 양호하게는 4개와 25개 사이의 분사기, 그리고 가장 양호하게는 6개와 15개 사이의 분사기를 포함한다. 유익하게, 분사기(30)는 벽 관통구, 구멍, 천공, 살포 또는 그 조합체로 구성된 그룹에서 선택된다.
또한 도5에 도시된 바와 같은 다른 양호한 실시예에서는 장치가 부가로 적어도 각각의 일 분사기(30)에 근접하여 있는 도관(20)에 압력강하 제어수단(50)을 포함한다. 압력강하 제어수단(50)은 패킹, 펠렛 또는 다른 흐름 제약기(flow restricting devices)가 될 수 있다. 도6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 압력강하 제어수단(50)(펠렛)을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 실시예는 도7에 도시된 바와 같이 연속흐름 화학반응 유동층 장치(60)에 관한 것이다. 장치(60)는 상단부에 산출물 스트림(16)용 산출물 출구(15)와 제1유체 반응공급물(14)용 하단부에 제1유체 반응 공급부 입구(13)를 가지고 일정 높이로 이루어진 유동층 반응지역(55)을 포함한다. 제1유체 반응 공급부(14)는 제1반응물과 양호하게 일부 제2유체 반응물을 함유한다. 또한, 유동층 반응지역(55)은 유동층 반응지역(55)내에서 수직적으로 연장된 내측 도관(20)과, 도관의 길이를 따라서 이격공간진 다수 분사기(30)를 가진 도관(20)을 구비하며, 각각의 분사기(30)는 유동층 반응지역(55)내로 조절된 량의 제2유체 반응공급부(22)에 도입시킬 수 있다. 양호하게, 도관(20)은 분사기(30)에 인접하여 있는 압력강하 제어수단(50)도 구비한다. 양호하게, 제2유체 반응 공급부(22)는 제2반응물을 함유한다.
도8에 도시된 본 발명의 다른 실시예는, 적어도 일 열전달 지역(42)을 가진 열전달 용기(41)내에 복수의 유동층 반응지역(55)을 포함하는 연속성 흐름 화학반응장치(70)에 관한 것이고, 각각의 열전달 지역(42)은 열전달 유체 유입구(43)와 열전달 유체 배출구(44)를 가지며 그리고 각각의 관형 반응지역(55)은 일정 높이를 가진다. 또한, 관형 반응지역(55)은 하단부에서 제1유체 공급부(14)용 제1유체 공급부 입구(45)와, 상단부에 산물 공급부(16)용 산물 공급부 배출구(46)와, 각각의 유동층 반응지역(55) 내에서 수직적으로 연장된 내측 도관(20)도 구비한다. 도관(20)은 유동층 반응지역(55)의 길이를 따라서 이격공간진 다수 분사기(30)를 구비하며, 각각의 분사기(30)는 유동층 반응지역(55)내로 제어된 량의 일부 제2유체 공급 반응물(22)을 도입시키는데 채택된다.
도9는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위해 장치의 일 부분을 개략적으로 나타낸 도면이며, 제2반응물 공급부(22)는 도관(82)을 경유하여 유동층 반응지역(81)으로 도입되고, 도관(82)은 제1반응물 공급부(14)의 흐름에 대해 수직으로 있으며, 각각의 도관(82)은 반응지역(81)을 따라서 각각의 지점에서 동일한 량의 또는 다른 량의 제2반응물 공급부(22)을 도입한다.
양호하게, 유동층 장치는 버블링 관리체제로 동작할 수 있다. 일 실시예에 따라서, 반응지역은 순환하는 유동층 이다.
본 발명의 다른 특징은 개선된 화학 반응에 관한 것이다. 본 발명을 사용하여, 화학 반응은 개선된 수율 및 선택도를 달성할 수 있다. 분배 부재를 통하여 흐르는 유체는 단일의 반응물 성분과, 반응물 성분의 혼합물 또는 반응물 성분 및 불활성 성분의 혼합물이 될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 반응 산물을 형성하기 위하여 적어도 하나의 제1유체반응물과 적어도 하나의 제2유체반응물 사이에서 연속적인 화학 반응을 실행하는 방법에 관한 것으로서, 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a)제1 및 제2유체반응물이 관형 반응지역의 제2단부를 향하여 연속적으로 흐르도록, 제1반응물 및 제2유체반응물을 함유하는 제1유체반응 공급부를 길이부를 갖는 관형 반응지역의 제1단부에 연속적으로 도입시키는 단계.
(b)제2유체상 반응물을 함유하는 제2유체반응 공급부를, 관형 반응지역내에서 길이방향으로 연장되며 도관을 따라 길이방향으로 이격된 다수의 분사기를 포함하는 내측 도관내로 연속적으로 도입시키는 단계.
(c)제2반응물이 함유된 제어된 양의 제2반응공급부를 다수의 분사기를 통해 관형 반응지역내로 통과시키므로써, 관형 반응지역의 길이를 따라 여러 지점에서 상기 제2유체반응공급부를 관형 반응지역내로 도입시키는 단계.
(d)상기 화학 반응이 진행되어 반응 산물이 형성되도록, 상기 관형 반응지역에 화학 반응에 도움이 되는 조건을 제공하는 단계.
본 발명의 다른 실시예는 촉매층에서 반응 산물을 형성하기 위하여 제1유체반응물을 제2유체반응물과 반응시키는 단계를 포함하는 촉매 화학 반응을 실행하는방법을 제공하며, 이러한 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a)상기 제1유체반응공급부는 길이부를 가지며 촉매층을 포함하는 관형 반응지역의 제1단부에 도입되며, 제1 및 제2유체반응물을 함유한 제1유체반응공급부는 관형 반응지역의 제2단부를 향하여 흐른다.
(b)제2반응물을 함유한 제2유체반응공급부는 관형 반응지역에 집중되며 그 안에 도관으로 도입되며, 상기 도관은 그를 따라서 길이방향으로 이격분리된 다수 분사기를 가지며 그리고 각각의 분사기는 관형 반응지역으로 제어된 량의 제2반응물을 도입시키고, 그리고
(c)화학반응이 처리되어 반응산물이 형성되도록, 관형 반응지역 내에 화학반응에 도전성 조건을 제공한다.
양호하게, 관형 반응지역은 촉매를 함유하며, 제1유체 반응제는 제2유체 반응물과 함께 따라서 촉매를 통하여 흐른다.
일 양호한 실시예에 따라서, 화학반응은 선택된 반응온도를 가지며, 관형 반응지대에 온도는 관형 반응지대의 길이의 적어도 50%를 통하여 15℃의 선택된 반응온도 내에서 유지된다. 양호하게, 반응온도는 관형 반응지대의 길이의 적어도 50%를 통하여 10℃내에서, 유익하게는 6℃의 선택된 반응온도 내에서 유지된다.
다른 양호한 실시예에 따라서, 화학반응은 관형 반응지대에 제2유체 반응물의 농도가 폭발 농도이면 폭발성이며, 본 발명은 부가로 제2유체 반응물의 농도가 관형 반응지대의 길이의 적어도 50%를 통해서 폭발성 농도의 적어도 70%, 양호하게는 적어도 80%, 보다 양호하게는 적어도 90%이고 관형 반응지대의 길이 전체에 걸쳐서 임의 지점에서 폭발성 농도를 초과하지 않도록 관형 반응지대에 유입되는 제2유체 반응물의 량를 제어하는 단계를 포함한다.
양호한 일 실시예에 따라서, 반응 혼합물의 총 전체 품목이 불안전/폭발성 합성영역 내에 있는 반면에, 반응물 내에 임의적인 주어진 지점 또는 영역에서는 합성 혼합물이 안전/비폭발 합성물 내에 있다.
일 실시예에 따라서, 화학반응은 에틸렌과 아세트산에 대한 에탄의 부분 산화이고, 그리고 제1유체 반응물은 에탄을 함유하고 그리고 제2유체 반응물은 산소를 함유한다(예를 들면, 순수 O2, 공기 등).
다른 실시예에 따라서, 화학반응은 에틸렌과 아세트산에 대한 에탄의 부분 산화이고, 여기서 제1유체 반응물은 에탄을 함유하고 제2유체 반응물은 산소를 함유하고, 그리고 제1유체 반응물에 적어도 10%의 에탄은 관형 반응지대를 통하는 단일 통과에 대하여 아세트산을 형성하도록 반응한다.
본 발명의 다른 실시예는 적어도 일 제1유체 반응물과 적어도 일 제2유체 반응물 사이에 유동층에 연속적 화학반응을 이행하여 다음의 (a) 내지 (d)를 포함하는 반응 산물을 형성하는 방법에 관한 것이다.
(a)반응물이 유동층 반응지역의 상단부를 향하는 방향으로 연속적으로 흐르도록 일정 높이를 가진 유동층 반응지역의 하단부 방향으로 제1유체 반응물과 일부분의 제2유체 반응물을 연속적으로 도입하는 단계;
(b)내측 도관이 도관을 따라서 길이방향으로 이격분리된 다수의 분사기를 가지고, 유동층 반응지역 내에서 수직적으로 연장하는 내측 도관 안으로 제2유체상 반응물을 연속적으로 도입하는 단계;
(c)유동층 반응지역 내로 다수의 분사기를 통하여 제어된 량의 제2반응물을 통과 시키어 유동층 반응지역의 높이를 따라서 다수 지점에서 제1유체상 반응물 내로 제2유체상 반응물을 도입하는 단계; 및
(d)화학반응을 진행하여 반응 산물이 형성되도록 유동층 반응지역에 화학반응에 도움을 주는 조건을 제공하는 단계.
다른 실시예는 촉매층에서 반응 산물을 형성하도록 제2유체 반응물과 제1유체 반응물이 반응하는 단계를 포함하는 촉매 화학반응을 이행하는 방법에 관한 것이며, 여기서,
(a)제2유체 반응물과 함께 따르는 제1유체 반응물은 일정 높이를 가지고 촉매층을 함유한 유동층 반응지역의 하단부 내로 도입되며, 제1 및 제2유체 반응물은 유동층 반응지역의 상단부를 향하는 방향으로 흐르며;
(b)제2유체 반응물은 유동층 반응지역 내에 도관 내로 도입되고, 도관은 그를 따라서 길이방향으로 이격분리된 다수의 분사기를 가지고 각각의 분사기는 유동층 반응지역 내로 제어된 량의 제2반응물을 도입하고; 그리고
(c)화학반응이 실행되어 반응 산물이 형성되도록 유동층 반응지역 내에 화학반응에 도움을 주는 조건을 제공한다.
전체 범위의 산업적으로 주요한 반응은 본원의 발명으로부터 이득을 얻게 되며, 특정적으로는 에틸렌 옥사이드, 약성 무수물, 펠릭 무수물 등과 같은 온도 앙등 제한치와 폭발성 혼합 합성물 제한치로부터 받게되는 것으로부터 이득을 얻게 된다. 본 발명을 사용하여 이행되는 부가적인 반응은 아래에 표I에 나타내었다.
표I
예
본 발명은 다음의 예에 부가적으로 기재된다. 예는 본 발명의 범위 내에 포함되는 동일물을 만드는 방법과 산물의 일부를 설명하는 것이다. 이들은 물론 본 발명을 임의적인 방식으로 제한하는 것으로 판단되어서는 안된다. 본 발명은, 본 발명에 대한 수많은 변경 및 개조가 이루어질 수 있는 것이다.
예1:
에틸렌과 아세트산에 대한 에탄의 부분적 산화가 여기서는 본 발명의 이득을 입증하기 위하여 표준 반응으로서 활용한다. 토르스티엔손 등의 저널 오브 카타리시스트(Thorstienson et al., Journal of Catalysis)의 vol.52, pp.116-132(1978)에서 전개된 운동(kinetics)은 이러한 부분 산화과정에 포함된 반응율을 기술하는데 사용되며, 그 반응은:
표준 방정식은 반응의 비-등온성 행위를 예시하도록 수식적으로 해결되는 비-선형 서수 차등 방정식의 시스템에서 초래되는 촉매 튜브용으로 전개되어진 것이다. 이것은 반응물 튜브의 길이를 따라서 각 지점에서의 반응 혼합 합성물, 압력 및 온도를 연산한다.
다음, 상기 표준식은 각각의 타겟이 에탄-산소 혼합물의 폭발 하한치의 것보다 높은 산소농도(대략, 선택된 작동상태 하에 에탄에 8%산소)를 가지지 않은 아세트산과 에틸렌의 생성물을 최대로하는 곳에서의 동작 시나리오를 나타내는데 사용된다.
표준식에 사용하여 연구되는 3개 경우(경우1,경우2,경우3)용의 조작 가변성과 설계 매개변수를 표2에 나타내었다. 예상 성능도 표II에 나타내었다.
표II
경우1에서, 반응물은 종래 고착식 층 타입의 것이며, 그리고 공급 합성물은 혼합물에 O2의 폭발 제한치로 제약된다.
제2시나리오(경우2)는 주 공급물에서 허용되는 것보다 많은 산소의 배분이 다공성 중앙튜브에 의해 촉매층을 연속적으로 따라서 이행되는 Chem.Eng.Science(vol.51)에서 톤코비치 등(Tonkovich et al.:1996)에 의해 제안된 타입의 반응물을 이용한다. 중앙 튜브를 통해 흐르는 산소의 량은 촉매층에 중간지점에서의 산소 농도로 제한된다.
제3시나리오(경우3)는 도10에 도시된 바와 같이 특정한 산소 흐름 분포 패턴을 가진다. 동일한 제약의 8%산소 농도가 이러한 경우에 사용된다. 그런데, 비-균일/제어 배분 패턴이 반응 시스템에 훨씬 더 많은 산소의 공급을 허용하여 상당히 우수한 반응물 성능에 상승을 제공하여, 에탄 변환과 촉매 튜브 생산성의 증가가 이루어진다. 본 발명의 양호한 실시예(경우3)는 균일한 산소배분 옵션을 능가하는 32%(경우2)와 종래 반응물을 능가하는 78%의 성능향상을 제공한다.
또한, 본 발명은 양호한 운영온도범위에서 촉매와 반응 혼합물을 유지하면서, 도11에 도시된 바와 같이, 촉매층 온도를 오버하는 양호한 제어를 위해 제공되며, 반면에 이러한 이점은 균일한 배분 옵션에 의한 것도 아니고 종래 반응물에 의한 것도 아니어서 달성될 수 없는 것이다.
명백히 나타나는 우수한 성능의 다른 이유는 도12에서 볼 수 있는 바와 같이 반응지대의 길이를 따라서 우호적인 범위 내에서 산소농도를 유지하도록 신규 반응물의 역량에 있다.
예2:
산화 에탄의 반응은 도13에 나타낸 바와 같은 파일로트 스케일 테스팅 유닛을 사용하여 이행된다. 시험장비에 대한 설명은 다음과 같다.
A.공급섹션
공급섹션은 매니폴드를 가진 압축 가스 실린더와 질량 흐름 제어기의 클러스터로 주로 구성된다. 공급섹션은 다음의 반응물: 에탄, 공기, 산소, 이산화탄소 및 질소를 반응기에 공급하는 구조이다. 각 가스 공급라인에 있는 질량 흐름 제어기는 원격진 구역에서 조작된다. 각 가스 공급라인에 전진방향 압력 조절기는 반응물의 소망 압력을 유지한다.
B.반응기 섹션
표준 복합-분사기 반응기는 12.5m의 길이를 가진 316스테인리스 강으로 구조 된다. 적당한 높이 내에서 상기 구조가 지켜지도록 U형태로 굽어진다.
반응기는 내측(분배측) 튜브와, 열벽(thermowell)과, 외측 튜브 및 셀로 구성되어 있다. 상기 내측 튜브와 열벽은 외측 튜브내에 위치되며; 미국특허 제6.030.920호와 6.013.597호 및 5.907.056호에 개시되어 있는 형태의 촉매로 충진되어 있다. 상기 셀은 외측 튜브로 둘러싸인다. 튜브와 셀의 칫수는 다음과 같다.
외경(mm)두께(mm)
내측 튜브 121.5
열벽 8105
외측 튜브 44.52.6
셀 88.94.0
내측 튜브는 주문생산된 분사기가 장착된 그 길이부를 따라 분배점을 갖는다. 분사기 구멍의 크기와 갯수는 다음과 같은 유동 패턴을 제공하도록 설계된다.
튜브 내경으로부터의 2000 4000 6000 8000 10500
위치(mm)
내측 튜브로의 전체 8 11 30 28 23
유동비율
스팀은 필요로 하는 열을 제거하기 위하여 반응기 카운터의 셀내에서 순환된다. 반응기 촉매층을 따라 압력강하를 관찰하기 위하여 차동압력변환기(DPT)가 설치되었다. 촉매층을 따른 4개의 지점에서 반응 혼합물의 샘플링이 실행되었다.
C. 산물 취급
반응기로부터의 산물 가스는 셀 및 튜브 열교환기로 전송되고, 셀측에서 순환되는 차가운 워터에 의해 산물의 응축이 실행된다. 교환기를 빠져나가는 2상 흐름은 가스 액체 분리기로 이송되어, 이에 의해 가스가 통기되고, 액체는 수용 탱크에 수집된다. 산물의 분리와 응축은 응축분리기에 남아있는 통기가스라인상에 설치되어 있는 배압 제어기에 의해 시스템 압력하에서 실행된다.
D. 열전달 시스템
열전달 시스템은 스팀 드럼과 공기 취입기를 포함한다. 상기 스팀 드럼은 반응기 위에 위치되며, 반응기의 셀측에 연결된다. 상기 공기 취입기는 스팀을 냉각하기 위해 드럼의 재킷에 연결된다. 상기 시스템에는 드럼내의 수위를 표시하기 위한 레벨 송신기가 설치되어 있으며, 또한 온도 송신기, 압력 송신기 및 안전밸브도 설치되어 있다.
E. 결과
2가지 실험 과정에 대한 비교가 표Ⅲ에 도시되어 있으며, 제1과정에서 미리 설정된 분배계획에 따라 산소가 공급된다. 제2과정에서는 내측 튜브는 더미 튜브로 대체되며; 반응기 입구(예를 들어, 탄화수소 공급부를 구비한 단일의 산소 입구)에서, 폭발 제한으로 인해 단지 허용가능한 산소에 탄화수소가 도입된다. 다른모든 조건(냉각수 온도, 반응 정점온도, 탄화수소 흐름, 시스템 압력 등등)은 동일하게 유지되었다.
표Ⅲ
제1과정제2과정
전체 흐름(㎥/h) 33.2833.3
에탄비율44.9545.05
분사된 산소3.30.0
압력(barg)26.026.0
냉각수 온도(℃)251.0251.0
정점 온도(℃)278.0278.0
에탄 변환(%)13.028.69
산소 출구(%)5.510.52
아세트산 선택도(%)59.2448.12
에틸렌 선택도(%)16.3825.38
CO2선택도(%)23.3425.74
아세트산 생산성1171.7636.9
(kg 산/kg 촉매/년)
상기 표Ⅲ에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1과정은 대응의 제2과정에 의해 제공된 생산성 보다 아세트산에 대해 적어도 80% 이상의 생산성을 제공한다. 또한, 에탄 변환 및 아세트산 선택도는 본 발명을 사용하므로써 개선되었다.
아드리스 등에 허여되고 본 발명과 함께 출원되었으며 발명이 명칭이 "가스상 촉매 반응을 위한 가스 분사기를 구비한 관형 반응기"인 미국 특허출원(대리인 번호 0080577-0090)이 본 발명에 참조인용되었다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (44)

  1. 제1단부에 제1유체공급입구를 가지며 제2단부에 산물 출구를 구비하며 일정한 길이부를 갖는 관형 반응지역을 포함하며,
    상기 관형 반응지역은 관형 반응지역내에서 길이방향으로 연장되는 내측 도관을 포함하며; 상기 도관은 제2유체공급입구와, 상기 도관의 길이를 따라 이격된 다수의 분사기를 포함하며; 상기 각각의 분사기는 관형 반응지역에 제어된 양의 제2유체반응물을 도입할 수 있는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관형 반응지역내에 촉매를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  3. 적어도 하나의 열전달 지역이 구비된 열전달 용기내에 다수의 관형 반응지역을 포함하며,
    상기 각각의 열전달 지역은 열전달 유체입구와 열전달 유체출구를 포함하며; 상기 각각의 관형 반응지역은 길이부와, 제1단부에 제1유체공급입구와 제2단부에 산물 출구와, 상기 관형 반응지역내에서 길이방향으로 연장되는 내측 도관을 포함하며; 상기 내측 도관은 제2유체공급입구와, 상기 관형 반응지역을 따라 이격된 다수의 분사기를 포함하며; 상기 각각의 분사기는 제어된 양의 제2유체반응물을 상기 관형 반응지역내에 도입하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열전달 용기는 다수의 열전달 지역을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 관형 반응지역의 내부에 촉매를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내측 도관은 관형 반응지역과 동심인 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 내측 도관은 관형 반응지역과 동심인 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분사기에 인접한 도관에 압력강하 제어수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분사기에 인접한 도관에 압력강하 제어수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 열전달 용기는 원통형 용기인 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 내측 도관을 둘러싸며 관형 반응지역내에 촉매층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  12. 제3항에 있어서, 상기 내측 도관을 둘러싸며 관형 반응지역내에 촉매층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다수의 분사기는 2개 내지 40개의 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 관형 반응지역은 거의 원형의 단면을 포함하며, 상기 내측 도관은 관형 반응지역과 동심이며, 상기 관형 반응지역은 내측 도관을 둘러싸는 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  15. 제3항에 있어서, 상기 각각의 관형 반응지역은 거의 원형의 단면을 포함하며, 상기 내측 도관은 관형 반응지역과 동심이며, 상기 각각의 관형 반응지역은 내측 도관을 둘러싸는 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  16. 높이와, 하단부에 제1유체공급입구를, 상단부에 산물 출구를 갖는 유동층 반응지역을 포함하며,
    상기 유동층 반응지역은 유동층 반응지역내에서 적어도 2개의 상이한 높이를 배치되는 다수의 분사기를 포함하며; 상기 각각의 분사기는 제어된 양의 유체 반응물을 상기 유동층 반응지역내로 도입시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유동층 반응지역은 버블링 관리체제(regime)에서 작동되는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 분사기는 상기 유동층 반응지역내에서 수직으로 연장되는 내측 도관과 유체연결되는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  19. 적어도 하나의 열전달 지역을 구비한 열전달 용기내에 다수의 유동층 반응지역을 포함하며,
    상기 각각의 열전달 지역은 열전달 유체입구와 열전달 유체출구를 포함하며; 상기 각각의 유동층 반응지역은 높이와, 하단부에 제공되는 제1유체공급입구와, 상단부에 제공되는 산물 출구와, 상기 유동층 반응지역내에서 적어도 2개의 상이한 높이로 배치되는 다수의 분사기를 포함하며; 상기 각각의 분사기는 제어된 양의 제2유체반응물을 상기 유동층 반응지역내로 도입시키는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 분사기는 유동층 반응지역내에서 수직으로 연장되는 내측 도관과 유체연결되는 것을 특징으로 하는 화학 반응장치.
  21. 반응 산물(reaction product)을 형성하기 위하여 적어도 하나의 제1유체반응물과 적어도 하나의 제2유체반응물 사이에서 연속적인 화학 반응을 실시하는 방법에 있어서,
    제1유체반응물 및 제2유체반응물이 상기 관형 반응지역의 제2단부를 향하여 연속적으로 흐를 수 있도록, 상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물이 함유된 제1유체공급부를 일정한 길이를 갖는 관형 반응지역의 제1단부내로 연속적으로 도입시키는 단계와,
    제어된 양의 제2반응물을 상기 관형 반응지역을 따라 길이방향으로 이격된 다수의 분사기를 통과시키므로써, 제2유체상반응물을 함유한 제2유체공급부를 상기 관형 반응지역의 길이를 따른 여러 위치에서 관형 반응지역에 연속적으로 도입시키는 단계와,
    상기 화학 반응이 진행되어 반응 산물이 형성되도록, 상기 관형 반응지역에 화학 반응에 도움이 되는 조건을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  22. 촉매층에서 반응 산물을 형성하기 위하여 제1유체반응물과 제2유체반응물을반응시키는 단계를 포함하는 촉매 화학 반응 방법에 있어서,
    상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물은 길이부를 가지며 촉매층을 포함하는 관형 반응지역의 제1단부에 도입되며,
    상기 제2유체반응물은 제어된 양의 제2반응물을 상기 관형 반응지역에 도입하는, 관형 반응지역을 따라 길이방향으로 이격된 분사기에 도입되며,
    화학 반응이 진행되어 반응 산물이 형성되도록 화학 반응에 도움이 되는 조건이 상기 관형 반응지역내에 제공되며,
    상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물은 관형 반응지역의 제2단부를 향하여 흐르는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 관형 반응지역은 촉매를 함유하고 있으며, 상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물은 촉매를 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 관형 반응지역은 거의 원형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 관형 반응지역은 거의 원형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 15℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 15℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 10℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  29. 제22항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 10℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 6℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  31. 제22항에 있어서, 상기 화학 반응은 설정된 반응 온도를 가지며, 관형 반응지역내의 온도는 관형 반응지역 길이의 적어도 50%에서 상기 설정된 반응 온도의 6℃내로 유지되는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  32. 제21항에 있어서, 상기 반응 콤퍼넌트(component)는 관형 반응지역의 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제(regime)를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 70%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  33. 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2유체반응물과 반응 산물은 관형 반응지역에서의 제2유체반응물 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 70%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  34. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2유체반응물과 반응 산물은 관형 반응지역에서의 제2유체반응물 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 80%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  35. 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2유체반응물과 반응 산물은 관형 반응지역에서의 제2유체반응물 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 80%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  36. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2유체반응물과 반응 산물은 관형 반응지역에서의 제2유체반응물 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 90%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  37. 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2유체반응물과 반응 산물은 관형 반응지역에서의 제2유체반응물 농도가 폭발 농도일 때 폭발 관리체제를 가지며; 상기 방법은 관형 반응지역 길이부의 적어도 50%에서 제2유체반응물의 농도가 폭발 농도의 적어도 90%가 되도록 그리고 관형 반응지역 길이부 전체의 어떠한 지점에서도 폭발 농도를 초과하지 않도록, 상기 관형 반응지역에 도입되는 제2유체반응물의 양을 제어하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  38. 제22항에 있어서, 상기 화학 반응은 에틸렌 및 아세트산의 부분적인 산화이며, 상기 제1유체반응물은 에탄을 포함하고, 상기 제2유체반응물은 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  39. 제22항에 있어서, 상기 화학 반응은 에틸렌 및 아세트산의 부분적인 산화이며, 상기 제1유체반응물은 에탄을 포함하고, 상기 제2유체반응물은 산소를 포함하며, 상기 제1유체반응물에서 에탄의 적어도 10%가 반응하여 상기 관형 반응지역을 한번 통과할 때 아세트산을 형성하는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  40. 반응 산물을 형성하기 위하여 적어도 하나의 제1유체반응물과 적어도 하나의 제2유체반응물 사이에서 연속적인 화학 반응을 실시하는 방법에 있어서,
    상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물이 상기 유동층 반응지역을 향해 연속적으로 흐르도록, 높이를 갖는 유동층 반응지역의 하단부에 상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물을 연속적으로 도입시키는 단계와,
    제어된 양의 제2유체상반응물을 상기 관형 반응지역을 따라 길이방향으로 이격된 다수의 분사기를 통해 상기 유동층 반응지역내로 통과시키므로써, 유동층 반응지역의 높이를 따른 여러 지점에서 상기 제2유체상반응물을 유동층 반응지역내로 연속적으로 도입시키는 단계를 포함하며,
    상기 화학 반응이 진행되어 반응 산물이 형성되도록, 상기 유동층 반응지역에 화학 반응에 도움이 되는 조건을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  41. 촉매층에서 반응 산물을 형성하기 위해 제1유체반응물과 제2유체반응물을 반응시키는 단계를 포함하는 촉매 화학 반응 방법에 있어서,
    제1유체반응물과 제2유체반응물은 유동층 반응지역의 하단부에 도입되며,
    상기 제2유체반응물은 유동층 반응지역을 따라 길이방향으로 이격된 다수의 분사기를 통해 도입되며,
    상기 화학 반응이 진행되어 반응 산물이 형성되도록, 상기 유체화된 반응지역에 화학 반응에 도움이 되는 조건이 제공되며,
    상기 유동층 반응지역은 높이와 촉매층을 포함하며, 상기 제1유체반응물 및 제2유체반응물은 유동층 반응지역의 상단부를 향해 흐르며; 상기 각각의 분사기는 제어된 양의 제2유체반응물을 상기 유체화된 촉매층 반응지역에 도입시키는 것을특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 화학 반응은 버블링 관리체제에서 진행되는 것을 특징으로 하는 연속적인 화학 반응 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 화학 반응은 버블링 관리체제에서 진행되는 것을 특징으로 하는 촉매 화학 반응 방법.
  44. 하단부에 제1유체공급입구를 가지며 상단부에 산물 출구를 갖는 일정 높이의 유동층 반응지역과, 상기 유동층 반응지역의 높이를 따라 다수의 도관을 포함하며,
    상기 각각의 도관은 유동층 반응지역내에서 유체 흐름에 수직하며, 이들 각각의 도관은 제어된 양의 제2유체반응물 공급부를 유동층 반응지역에 도입시키는 것을 특징으로 하는 화학 반응 장치.
KR1020027014849A 2000-05-05 2001-05-04 연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용장치 및 사용방법 KR100742842B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/565,779 US6977064B1 (en) 2000-05-05 2000-05-05 Apparatus for the controlled optimized addition of reactants in continuous flow reaction systems
US09/565,779 2000-05-05
PCT/CA2001/000613 WO2001085333A2 (en) 2000-05-05 2001-05-04 An apparatus for the controlled optimized addition of reactants in continuous flow reaction systems and methods of using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030022116A true KR20030022116A (ko) 2003-03-15
KR100742842B1 KR100742842B1 (ko) 2007-07-25

Family

ID=24260051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020027014849A KR100742842B1 (ko) 2000-05-05 2001-05-04 연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용장치 및 사용방법

Country Status (9)

Country Link
US (2) US6977064B1 (ko)
EP (2) EP1541226A3 (ko)
KR (1) KR100742842B1 (ko)
AT (1) ATE468914T1 (ko)
AU (1) AU2001258079A1 (ko)
DE (1) DE60142229D1 (ko)
ES (1) ES2345535T3 (ko)
GC (2) GC0000413A (ko)
WO (1) WO2001085333A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100838970B1 (ko) * 2005-04-29 2008-06-16 주식회사 엘지화학 유량 배분 균일성이 향상된 환상도관

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004033060A2 (en) * 2002-06-21 2004-04-22 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Controlling solids circulation in a gas-solids reaction system
GB2432797B (en) * 2003-04-10 2008-01-30 Kcc Group Ltd Filtration apparatus
DE102004040472A1 (de) * 2004-08-20 2006-03-02 Man Dwe Gmbh Verfahren und Rohrbündelreaktor zur Durchführung endothermer oder exothermer Gasphasenreaktionen
US7416571B2 (en) * 2005-03-09 2008-08-26 Conocophillips Company Compact mixer for the mixing of gaseous hydrocarbon and gaseous oxidants
US7641860B2 (en) 2006-06-01 2010-01-05 Nanotek, Llc Modular and reconfigurable multi-stage microreactor cartridge apparatus
US7998418B1 (en) 2006-06-01 2011-08-16 Nanotek, Llc Evaporator and concentrator in reactor and loading system
US7854902B2 (en) * 2006-08-23 2010-12-21 Nanotek, Llc Modular and reconfigurable multi-stage high temperature microreactor cartridge apparatus and system for using same
US7931921B2 (en) * 2007-02-16 2011-04-26 Maier Frederick P Method of substantially preventing or inhibiting summer bentgrass decline
BRPI0721390B1 (pt) * 2007-03-15 2018-05-08 Dow Global Technologies Inc misturador para reator de fluxo contínuo
US8603407B2 (en) 2007-03-21 2013-12-10 Precision Combustion, Inc. Catalytic isobutane alkylation
US7797988B2 (en) 2007-03-23 2010-09-21 Advion Biosystems, Inc. Liquid chromatography-mass spectrometry
DK2240269T3 (da) 2007-12-27 2019-07-01 Elcon Recycling Center 2003 Ltd Sikker processering af et fluid via monitorering og reduktion af sprængbarhed af damp-gas-species dannet derfra eller indeholdt deri
GB201000156D0 (en) 2010-01-07 2010-02-24 Gas2 Ltd Isothermal reactor for partial oxidisation of methane
DE102010040757A1 (de) * 2010-09-14 2012-03-15 Man Diesel & Turbo Se Rohrbündelreaktor
CN103228349B (zh) 2010-10-13 2016-03-02 布斯化工技术股份公司 用于具有活性氢原子的化学物质的连续高温短时间烷氧基化（乙氧基化、丙氧基化）的方法和装置
CN103209760B (zh) * 2011-10-12 2015-11-25 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司 实施催化气相反应的管束式反应器
KR101424610B1 (ko) 2013-06-14 2014-08-04 (주) 라미나 코어-쉘 입자 제조장치 및 이를 이용한 코어-쉘 입자 제조방법
WO2015119767A1 (en) * 2014-02-10 2015-08-13 Archer Daniels Midland Company Improved multiphase low mixing processes
US10076739B1 (en) 2014-07-22 2018-09-18 Precision Combustion, Inc. Chemical reactor for use with overly reactive chemicals
US9958211B2 (en) 2015-03-12 2018-05-01 Bayotech, Inc. Nested-flow heat exchangers and chemical reactors
EP3336946B1 (en) * 2015-08-10 2020-12-09 Nissan Motor Co., Ltd. Solid oxide fuel cell system
DE112016006341T5 (de) 2016-02-01 2018-10-18 Sabic Global Technologies B.V. Verfahren zur direkten Epoxidation von Propylen mit Sauerstoff
US11401220B2 (en) * 2016-02-26 2022-08-02 Shell Usa, Inc. Alkane oxidative dehydrogenation (ODH)
AU2017304582B2 (en) * 2016-07-26 2019-08-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Oxidative dehydrogenation (ODH) of ethane
MX2019000807A (es) * 2016-07-26 2019-10-07 Shell Int Research Deshidrogenacion oxidativa (odh) de etano.
FR3063562B1 (fr) * 2017-03-02 2021-05-21 Ingenico Group Dispositif de support pour terminal de paiement
CN108786671B (zh) 2017-04-27 2021-04-23 中国科学院大连化学物理研究所 甲醇和/或二甲醚与苯制对二甲苯联产低碳烯烃的流化床装置及方法
CN108794291B (zh) 2017-04-27 2020-11-27 中国科学院大连化学物理研究所 甲醇和/或二甲醚与甲苯制对二甲苯联产低碳烯烃的流化床装置及方法
WO2019050702A1 (en) * 2017-09-08 2019-03-14 Battelle Energy Alliance, Llc SYSTEMS AND METHODS FOR OXIDATION OF FLUIDS
US10569896B2 (en) * 2017-12-20 2020-02-25 Hamilton Sundstrand Corporation Catalytic fuel tank inerting system
US10994860B2 (en) 2017-12-20 2021-05-04 Hamilton Sunstrand Corporation Catalytic fuel tank inerting system
US11040928B1 (en) 2018-04-23 2021-06-22 Precision Combustion, Inc. Process for converting alkanes to olefins
US11052347B2 (en) * 2018-12-21 2021-07-06 Entegris, Inc. Bulk process gas purification systems
US10434484B1 (en) * 2019-03-29 2019-10-08 Emerging Fuels Technology, Inc. Stacked zone vertical tubular reactor
GB201911815D0 (en) * 2019-08-16 2019-10-02 Univ Nottingham Reaction Apparatus
WO2022241561A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-24 Nuionic Technologies (Canada) Inc. Systems, apparatuses, utilization of microwave energy within a microwave reactor
CN113617295B (zh) * 2021-08-18 2022-08-09 中国科学院广州地球化学研究所 一种反应炉和物料生产工艺

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2596299A (en) * 1952-05-13 Sheetsxsheet i
US2453740A (en) * 1945-02-16 1948-11-16 Standard Oil Co Oxidation of organic compounds and manufacture of phthalic anhydride
US2518583A (en) 1945-06-27 1950-08-15 Universal Oil Prod Co Catalytic reactor
US2539415A (en) * 1947-03-14 1951-01-30 Hydrocarbon Research Inc Process and apparatus for the synthesis of hydrocarbons
US2584391A (en) * 1947-03-29 1952-02-05 Universal Oil Prod Co Apparatus for effecting fluidized contact between solid particles and fluid mediums
US2786801A (en) * 1952-04-04 1957-03-26 Gulf Research Development Co Fluid contacting process involving fluidized particles
US2809981A (en) * 1953-02-27 1957-10-15 Exxon Research Engineering Co Method of carrying out homogeneous vapor phase reactions
GB754507A (en) * 1953-11-12 1956-08-08 Exxon Research Engineering Co Improvements in or relating to fluid coking process and feed apparatus therefor
US2954281A (en) * 1954-09-27 1960-09-27 Stone & Webster Eng Corp Method and apparatus for the fluidized catalytic treatment of fluid reactants
US3162683A (en) 1959-06-23 1964-12-22 Exxon Research Engineering Co Liquid phase oxidation of alkyl-substituted aromatics
US3161683A (en) * 1960-02-09 1964-12-15 Acidos Grasos Limitada Process for partial oxidation of acetylene
NL298678A (ko) 1962-10-02
US3513145A (en) 1966-02-25 1970-05-19 Crawford & Russell Inc Continuous mass polymerization processes
US3679651A (en) 1968-08-29 1972-07-25 Mitsui Toatsu Chemicals Method of polymerizing styrene
US3844936A (en) 1970-08-04 1974-10-29 Haldor Topsoe As Desulfurization process
US3838139A (en) 1971-08-16 1974-09-24 Monsanto Co Continuous mass styrene-type monomer polymerization process
BE830308A (nl) 1974-06-25 1975-12-17 Werkwijze ter bereiding van een slagvast polymeer van een vinylaromatische verbinding
US4056602A (en) 1975-08-20 1977-11-01 Thagard Technology Company High temperature chemical reaction processes utilizing fluid-wall reactors
DE2559661B2 (de) 1975-10-01 1978-10-26 Deggendorfer Werft Und Eisenbau Gmbh, 8360 Deggendorf Reaktionsapparat
NL7610318A (nl) * 1976-06-01 1977-12-05 Sun Ventures Inc Werkwijze voor het ammoxyderen van organische verbindingen tot nitrilen.
US4196170A (en) 1978-05-26 1980-04-01 Caterpillar Tractor Co. Multistage catalytic reactor having a pressure responsive gas flow control valve therein
US4250346A (en) 1980-04-14 1981-02-10 Union Carbide Corporation Low temperature oxydehydrogenation of ethane to ethylene
US4370470A (en) 1981-04-16 1983-01-25 Phillips Petroleum Company Multistage, agitated contactor and its use in continuous production of arylene sulfide polymer
US4818495A (en) 1982-11-05 1989-04-04 Union Carbide Corporation Reactor for fluidized bed silane decomposition
US4899003A (en) 1985-07-11 1990-02-06 Union Carbide Chemicals And Plastics Company Inc. Process for oxydehydrogenation of ethane to ethylene
JPH0638911B2 (ja) 1986-03-08 1994-05-25 日本セメント株式会社 非酸化物粉末の製造方法
US4692306A (en) 1986-03-24 1987-09-08 Kinetics Technology International Corporation Catalytic reaction apparatus
DE3806408A1 (de) 1988-02-29 1989-09-07 Uhde Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) und co-enthaltenden synthesegases
DE3820947A1 (de) * 1988-06-21 1989-12-28 Deggendorfer Werft Eisenbau Wirbelschichtreaktor
IT1226303B (it) 1988-07-26 1990-12-27 Montedipe Spa Processo ed apparato per la devolatilizzazione di soluzioni di polimeri.
EP0383224B1 (en) 1989-02-17 1992-09-16 Jgc Corporation Shell-and-tube apparatus having an intermediate tube plate
US5202517A (en) 1989-10-27 1993-04-13 Medalert Incorporated Process for production of ethylene from ethane
US4981676A (en) 1989-11-13 1991-01-01 Minet Ronald G Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer
US5229102A (en) 1989-11-13 1993-07-20 Medalert, Inc. Catalytic ceramic membrane steam-hydrocarbon reformer
US5300682A (en) 1991-06-10 1994-04-05 The Standard Oil Co. Catalytic oxidation of ethane to acetic acid
JP2778878B2 (ja) 1991-09-12 1998-07-23 株式会社日本触媒 エチレンオキシドの製造方法
US5622677A (en) * 1991-10-28 1997-04-22 Shell Oil Company Venturi riser reactor and process for catalytic cracking
US5300684A (en) 1991-12-09 1994-04-05 The Standard Oil Company Process for the fluidized bed oxidation of ethane to acetic acid
DE4207905A1 (de) * 1992-03-12 1993-09-16 Bayer Ag Festbettreaktoren mit kurzem katalysatorbett in stroemungsrichtung
US5384051A (en) * 1993-02-05 1995-01-24 Mcginness; Thomas G. Supercritical oxidation reactor
WO1994020207A1 (en) 1993-03-02 1994-09-15 Sri International Exothermic process with porous means to control reaction rate and exothermic heat
US5723094A (en) 1996-10-29 1998-03-03 Arco Chemical Technology, L.P. Reactor for chemical reactions
DE19723322A1 (de) * 1997-06-04 1998-12-10 Bayer Ag Reaktor zur Durchführung rascher stark exothermer Reaktionen und dessen Verwendung
US6013597A (en) 1997-09-17 2000-01-11 Saudi Basic Industries Corporation Catalysts for the oxidation of ethane to acetic acid processes of making same and, processes of using same
US6030920A (en) 1997-12-24 2000-02-29 Saudi Basic Industries Corporation Catalysts for producing acetic acid from ethane oxidation, processes of making same and method of using same
US20050086383A1 (en) * 2003-10-17 2005-04-21 Nokia Corporation Optimizing the compression efficiency in a packet data communication

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100838970B1 (ko) * 2005-04-29 2008-06-16 주식회사 엘지화학 유량 배분 균일성이 향상된 환상도관
US7566427B2 (en) 2005-04-29 2009-07-28 Lg Chem, Ltd. Annular-type distributor with improved flow uniformity

Also Published As

Publication number Publication date
ES2345535T3 (es) 2010-09-27
US7445758B2 (en) 2008-11-04
WO2001085333A2 (en) 2001-11-15
ATE468914T1 (de) 2010-06-15
DE60142229D1 (de) 2010-07-08
EP1284815A2 (en) 2003-02-26
WO2001085333A3 (en) 2002-09-06
KR100742842B1 (ko) 2007-07-25
EP1284815B1 (en) 2010-05-26
EP1541226A2 (en) 2005-06-15
AU2001258079A1 (en) 2001-11-20
GC0000413A (en) 2007-03-31
GC0000225A (en) 2006-03-29
US20060003402A1 (en) 2006-01-05
EP1541226A3 (en) 2006-05-17
US6977064B1 (en) 2005-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100742842B1 (ko) 연속 유동 반응 시스템에서 반응물의 제어된 최적 부가용장치 및 사용방법
EP1292382B1 (en) Tubular reactor with gas injector for gas phase catalytic reactions
RU2730518C2 (ru) Окислительное дегидрирование алканов (од)
US6057475A (en) Process for the production of acetic acid
EP3490962B1 (en) Oxidative dehydrogenation (odh) of ethane
AU2017304582B2 (en) Oxidative dehydrogenation (ODH) of ethane
KR100729325B1 (ko) 말레산 무수물의 제조방법
US8937190B2 (en) Process for the production of anhydrides
CN113105414A (zh) 一种制备1,2-环氧戊烷的方法
SK285692B6 (sk) Zariadenie tvaru dvoch súosových stojatých valcovpre podmienky chemických technológií a spôsob jeho využitia

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130620

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140716

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150618

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160616

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170616

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee