KR20070045312A - 알킬렌 옥시드의 선택적 수화를 위한 촉매계 방법 및 장치 - Google Patents

알킬렌 옥시드의 선택적 수화를 위한 촉매계 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알킬렌 옥시드를 알킬렌 글리콜로 수화시키기 위한 촉매가 열 교환 엘리먼트의 외부면에 코팅된, 내부에 1 이상의 열 교환 엘리먼트가 혼입된 반응기를 포함하는, 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜의 촉매계 제조를 위한 장치 및 이러한 장치를 사용한 방법에 관한 것이다.

Description

알킬렌 옥시드의 선택적 수화를 위한 촉매계 방법 및 장치{CATALYTIC PROCESS AND APPARATUS FOR SELECTIVE HYDRATION OF ALKYLENE OXIDE}
설명
본 발명은 알킬렌 옥시드의 선택적 수화를 위한 촉매계 방법 및 장치에 관한 것이다.
각각의 알킬렌 옥시드의 열 또는 접촉 수화에 의한 알킬렌 글리콜, 예를 들면 에틸렌 글리콜의 제조는 주지된 반응이다. 온도, 압력, 체류 시간, 반응기 디자인 및 반응물의 비율을 조절하여 열 공정을 최적화한다. 촉매계 방법은 전술한 공정 변수에 촉매의 성질을 부가한다. 음이온성 또는 양이온성 이온 교환 수지를 포함하는 대다수의 촉매를 사용하여 왔었다. 미국 특허 제4,937,393호에는 수화 촉매로서 포름산나트륨 또는 트리메틸아민 아세테이트 및 아세트산의 사용이 개시되어 있다. 일본 61-271229에는 글루탐산나트륨의 사용이 개시되어 있다. 일본 61-271230에는 촉매로서 안트라닐산의 사용이 개시되어 있다. 미국 특허 제4,620,044호에는 촉매로서 제올라이트 ZSM-5, H-형태의 상의 사용이 개시되어 있다. 미국 특허 제4,277,632호에는 촉매로서 Mo 또는 W 금속 또는 염의 사용이 개시되어 있다. 일본 54-128507호에는 텅스텐산나트륨의 사용이 개시되어 있는 반면, 미국 특허 제5,488,184호에는 촉매로서 중탄산염으로 교환된 4차 암모늄 유형의 강염기성 이온 교환 수지의 사용이 개시되어 있다. 추가로, 미국 특허 제4,165,440호에는 촉매로서 실리카 지지체상에 부착된 불소화 산 교환 수지의 사용이 개시되어 있다. 미국 특허 제4,393,254호에는 부분적으로 아민 중화된 설폰산 수지로 촉매화된 수화가 언급되어 있다. 미국 특허 제5,260,495호에는 촉매로서 Ni 및 Al, 커다란 유기 음이온, 예컨대 테레프탈레이트 및 금속산염, 예컨대 니오븀산염 또는 바나듐산염을 포함하는 히드로탈시트 촉매의 사용이 개시되어 있다. 마지막으로, 미국 특허 제5,064,804호 및 미국 특허 제4,967,018호에는 유사한 히드로탈시트 촉매가 개시되어 있다.
상기에서 개시한 종래 기술의 방법의 일부는 낮은 선택율 및 전환율을 나타내며, 때때로 열 공정에 대하여 보고된 값보다 훨씬 더 낮다. 또한, 기타의 종래 기술 문헌에는 매우 긴 접촉 시간, 즉 낮은 액체 시간당 공간 속도값(LHSV)이 개시되어 있는데, 이는 다량의 촉매의 사용을 필요로 한다. 또한, 어떠한 문헌에서도 이와 같은 다량의 촉매에 의하여 유도되는 압력 강하가 개시되어 있지는 않다. 종래 기술의 방법에서는, 반응 열 및, 함축적으로는 반응 구역에 대한 우수한 온도 조절의 효과적인 소실이 곤란하게 된다.
알킬렌 옥시드(예를 들면 에틸렌 옥시드 (EO))의 수화는 발열이 큰 반응이다. 1차 반응은 통상의 수화인 반면, 그 이후의 반응은 모노에틸렌 글리콜의 산소와 에틸렌 옥시드의 알킬화의 반응이며; 수화 반응에 대한 활성화 에너지(Ea)는 연속의 반응에 대한 것보다 더 낮으며, 그리하여 반응 매체 온도의 감소는 연속의 반 응에 대한 기회를 감소시키게 된다.
연속의 알콕실화 반응을 배제시키기 위하여, 알킬렌 옥시드의 거의 완전한 전환을 유지하면서 매우 짧은 체류 시간으로 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 요건을 충족시키기 위하여, 활성이 매우 큰 촉매를 필요로 한다. 활성이 높거나 또는 과활성인 촉매의 사용으로 인하여 저온에서의 공정의 실시가 가능하게 되며, 그리하여 더 높은 활성화 에너지를 갖는 연속의 반응을 방해하며, 그리하여 부산물을 생성하며, 공정의 선택율을 저하시키게 된다. 한편, 상기와 같이 활성이 높거나 또는 과활성인 촉매를 사용함으로써 상당히 짧은 접촉(체류) 시간에서 거의 완전한 전환을 달성할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복한 알킬렌 글리콜의 촉매계 제조를 위한 장치를 제공하고자 하는 것으로, 특히 더 낮은 온도에서의 높은 활성, 매우 높은 액체 속도 및 짧은 접촉 시간, 낮은 압력 강하 및 높은 유속, 생성물 1 단위당 필요한 소량의 촉매를 나타내는 장치를 사용하는 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적은 알킬렌 옥시드를 알킬렌 글리콜로 수화시키기 위한 촉매가 열 교환 엘리먼트의 외부면에 코팅된, 내부에 1 이상의 열 교환 엘리먼트가 혼입된 반응기를 포함하는, 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜의 촉매계 제조를 위한 장치에 의하여 달성된다.
촉매는 약 20 nm 내지 약 300 ㎛, 바람직하게는 약 50 nm 내지 약 100 ㎛의 두께로 열 교환 엘리먼트의 표면에 코팅되는 것이 바람직하다.
반응기는 튜브형 반응기인 것이 가장 바람직하다.
바람직한 구체예에서, 열 교환 엘리먼트는 중공 튜브의 형태이며, 다수의 열 교환 엘리먼트는 중공 튜브의 번들 형태로, 바람직하게는 나선형 코일의 형태이다.
또한, 열 교환 엘리먼트는 샌드위치형 형상의 파형 2중 시트의 형태인 것이 바람직하다.
상기 열 전달 유체는 열 교환 엘리먼트내에서 순환될 수 있는 것이 가장 바람직하다.
열 전달 유체는 물인 것이 바람직하다.
촉매는 고형 과산 또는 고형 과염기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구체예는 촉매가 Hammet H0 산도가 약 -12인 임의의 이오노머 또는 플루오로알킬 설폰산 수지, 헤테로폴리산, 제올라이트 또는 이의 혼합물을 포함하는 것이다.
바람직한 구체예는 산 강도가 약 0.4 내지 약 0.9 meq.H+g-1, 바람직하게는 0.5 내지 0.7 meq.H+g-1인 측쇄 설폰산 기를 갖는 과불소화 이온 교환 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
촉매는 알칼리 수산화물 및 원소 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 금속으로 도핑된 실리케이트, 제올라이트 또는 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.
촉매는 결합 물질이 열 교환 엘리먼트의 표면에 코팅된 것이 가장 바람직하다.
결합 물질은 중합체, 거대다공성 중합체, 콜로이드성 실리카 등의 군으로부터 선택되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 가장 바람직한 구체예에서, 열 교환 엘리먼트는 혼합기, 바람직하게는 정적 혼합기로서 작동한다.
추가의 구체예에서, 상기 반응기는 열 전달 유체를 열 교환 엘리먼트에 공급하기 위한 1 이상의 장치 및, 열 전달 유체를 열 교환 엘리먼트로부터 유도시키기 위한 1 이상의 장치에 연결된다.
반응기는 알킬렌 옥시드를 포함하는 공급물을 공급하기 위한 1 이상의 장치 및, 알킬렌 글리콜을 포함하는 생성물을 반응기로부터 유도시키기 위한 1 이상의 장치에 연결되는 것이 바람직하다.
상기 반응기는 1 초과의 모듈을 포함하며, 각각의 모듈은 1 이상의 열 교환 엘리먼트를 포함하는 것이 바람직하다.
하나의 바람직한 구체예에서, 각각의 모듈은 특정 높이를 지니며, 특정 온도에서 유지되며, 특정의 촉매 장입량을 지닌다.
본 발명의 또다른 목적은 알킬렌 옥시드 및 물의 용액을 포함하는 공급물을 열 교환 엘리먼트의 외부면에 코팅된 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는, 본 발명에 의한 장치를 사용하여 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜을 제조하는 방법에 의하여 달성된다.
공급물중의 물:알킬렌 옥시드의 중량비는 약 1:1 내지 100:1, 바람직하게는 약 1.5:1 내지 약 20:1, 가장 바람직하게는 약 2:1 내지 약 15:1이다.
공급물을 촉매와 접촉시키는 온도는 약 20℃ 내지 약 115℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 110℃, 더욱 바람직하게는 약 75℃ 내지 약 110℃이다.
촉매와 공급물 사이의 접촉 시간은 약 0.01 초 내지 1 분, 바람직하게는 0.05 초 내지 30 초인 것이다.
마지막으로, 알킬렌 옥시드는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
놀랍게도, 본 발명의 장치를 사용하는 본 발명에 의한 방법은 종래 기술의 단점을 극복한다. 상세하게는, 본 발명의 장치 및 방법은 저온에서의 높은 활성, 매우 높은 액체 속도, 그에 따른 매우 짧은 접촉 시간, 높은 유속에서의 매우 낮은 압력 강하, 생성물 1 단위당 필요한 촉매의 매우 작은 함량, 매우 높은 처리량과 같은 다수의 현저한 특징을 제공하며, 이에 따라 작은 반응 부피가 요구된다. 마지막으로, 이러한 모든 특징들은 높은 공정 선택율 및 낮은 작동 및 투자 비용을 산출하게 된다.
본 발명의 장치 및 방법은 높은 반응 속도로 인한 높은 반응 열 방출이 장치로부터 효과적으로 소실될 수 있어서 반응 구역내에서의 온도를 정확하게 조절하며, 임의의 비선택적인 열 반응을 배제시킬 수 있다. 높은 반응 속도는 반응 시스템에 대하여 해로운, 높은 방사상 및 축상 농도 및 온도 구배를 결정하게 되어, 매우 효과적인 무동작 혼합은 혼합기, 바람직하게는 정적 혼합기로서 열 교환 엘리먼트를 사용하여 제공된다. 그리하여, 열 교환기는 우수한 혼합 효과 및 매우 효과적인 반응 열 제거를 제공한다.
튜브형 반응기를 본 발명의 방법에 사용하여 우수한 선택율에 대한 필수적인 조건인, 스트림에 대한 임의의 역혼합 효과 없이 최선의 플러스-흐름 패턴을 제공하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 사용된 촉매는 적절한 다공성 및 소수성 성질을 갖는 것이 필수적이다. 촉매는 반응 환경에 대하여 화학적으로 불활성이며 내성인 결합 물질을 사용하거나 또는 열 전달 엘리먼트 그 자체의 외부면에 코팅될 수 있다. 촉매는 당업계에서 공지된 임의의 방법, 예컨대 지지체상에서의 현장내 결정화, 용액 또는 용융된 중합체중의 활성 성분의 적절한 용액 또는 현탁액중에서의 침지 코팅, 무수 겔 전환, 중합체 예비코팅된 면상에서의 시드 필름 방법에 의하여 접합될 수 있다.
열 교환 엘리먼트는 복수개의 나선형 코일인 것이 바람직하다. 그러나, 열 교환기는, 순환될 수 있는 열 전달 유체를 통한 샌드위치형 형상의 파형 2중 시트로 생성될 수 있다. 또한, 이들 원소는 반응 구역을 따른 플러그 흐름 패턴을 가능케 하는 혼합 엘리먼트로서 작동할 수 있다.
촉매 층은 임의의 물리적 또는 화학적 증착법, 예컨대 침지 코팅, 스퍼터링, 금속-유기 화학 증착 등에 의하여 금속면상에 장입할 수 있다. 그러나, 모든 경우에서, 증착 이전에 지지체면을 세정하는 기법이 요구된다.
본 발명의 청구 대상의 추가의 특징 및 잇점은 첨부한 도면과 함께, 본 발명의 장치를 사용하여 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜의 제조 방법을 수행하기 위한 예인 하기의 상세한 설명을 숙독함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 3 개의 모듈을 포함하는, 본 발명에 한 구체예에 의한 장치에 사용하기 위한 반응기를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 하나의 모듈을 통한 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1에 의한 반응기의 높이를 따른 온도 프로파일을 예시하는 그래프를 도시한다.
본 발명에 의한 알킬렌 옥시드(alkylene oxide)로부터 알킬렌 글리콜(alkylene glycol)의 촉매계 제조를 위한 장치에 사용하기 위한 반응기는 도 1에 도시한 바와 같이 직렬로 연결한 3 개의 모듈로 이루어질 수 있는 것이 바람직하다. 도 1은 조정된 온도, 체류 시간 및 촉매 장입 프로파일을 갖는 플러그-흐름 반응기를 도시한다. 각각의 모듈은 도 1에 도시한 바와 같은 냉각/가열 엘리먼트에 장입된 촉매, 온도 및 높이를 갖는다. 알킬렌 옥시드를 포함하는 출발 물질의 스트림은 하향으로 흐르며, 즉 출발 스트림은 모듈 I로 우선 흐르고, 모듈 II로 유입되고, 마지막으로 모듈 III로 유입되어 생성물 스트림중의 알킬렌 글리콜을 산출한다. 도 1에 도시한 바와 같은 각각의 모듈은 1 이상의 냉각/가열 유닛을 포함할 수 있다.
반응기중의 가열/냉각 유닛의 예는 도 2에 도시되어 있으며, 여기서 도 2는 하나의 모듈내의 2 개의 유닛을 도시한다. 열 전달 매체(HTM)는 각각의 엘리먼트로 유입될 수 있으며, 그리고 방출될 수 있다.
반응기 높이에 비례하는 체류 시간은 각각의 모듈을 따른 상이한 분포, 예를 들면 30%(모듈 I) - 60%(모듈 II) - 10%(모듈 III)의 총 체류 시간의 비율인 것이 바람직하다.
또한, 촉매 장입은 촉매 성질, 온도 및 체류 시간 프로파일에 의하여 가해지는 특정의 프로파일에 이어서 분포될 수 있다. 제1의 모듈중에 촉매의 양이 적을수록, 제1의 모듈보다 더 많은 양의 촉매가 제2의 모듈에 존재하며, 제2의 모듈에 비하여 더 적거나 이와 동일한 함량의 촉매의 함량이 제3의 모듈에 존재한다. 예를 들면, 전체 촉매 장입량 비율은 20%(모듈 I) - 40%(모듈 II) - 40%(모듈 III) 또는 30%(모듈 I) - 40%(모듈 II) - 30%(모듈 III)이다.
추가로, 반응기 높이가 3 개의 모듈 I-III에 의하여 증가되는, 반응기 높이에 따른 온도 프로파일은 도 3에 도시한 바와 같이 최소 온도와 최대 온도 사이에서 변경될 수 있다.
높이, 온도 및 촉매 장입량이 상이한 반응기에서의 상이한 모듈을 사용하면 본 발명 방법의 미세한 조정으로 목적하는 전환율 및 선택율로 알킬렌 글리콜을 얻을 수 있다.
실시예
하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여서만 제시하고자 한다. 물론, 하기의 실시예는 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주하여서는 아니된다. 다수의 변경 및 수정예가 본 발명에 대하여 이루어질 수 있다.
실시예 1
예시의 방법은 에틸렌 옥시드 및 물의 용액을, 튜브형 반응기에 배치된 열 교환기 엘리먼트의 금속 외부면에 코팅된 촉매, 바람직하게는 과산과 접촉시키는 것을 포함한다. 에틸렌 옥시드/물 용액이 촉매와 접촉하는 온도는 20℃ 내지 약 115℃, 바람직하게는 약 5O℃ 내지 약 110℃, 더욱 바람직하게는 약 75℃ 내지 약 105℃이다. 촉매를 접촉시키는 용액중의 물:에틸렌 옥시드의 중량비는 약 1:1 내지 100:1, 바람직하게는 1.5:1 내지 20:1, 가장 바람직하게는 약 3:1 내지 약 15:1이다.
열 교환 엘리먼트는 복수개의 나선형 코일인 것이 바람직하며, 상기 코일은 표면 세정후, 측쇄 설폰산기를 갖는 테플론과 유사한 주쇄 구조를 갖는 과불소화 이온 교환 중합체의 박막(약 100 nm)으로 코팅하여 약 0.4 내지 약 0.9 meq.H+g-1, 바람직하게는 0.5 내지 0.7 meq.H+g-1인 산 강도를 산출한다. 저급 지방족 알콜 및 물의 혼합물중의 3-5% 중합체의 용액을 사용하였다.
촉매와 수용액 사이의 접촉 시간은 수용액중의 에틸렌 옥시드 농도 및, 촉매 주쇄상의 CF2SO3H 기의 밀도에 따라 달라진다. 접촉 시간은 0.01 초 내지 1 분, 바람직하게는 0.5 초 내지 30 초이다. 반응 온도는 0.2℃ 이내에서 조절된다.
99.9%의 에틸렌 옥시드의 전환율 및 99.5%의 에틸렌 글리콜의 선택율이 달성되었다.
실시예 2
스위스 체하-8404 윈터투르 피.오. 박스 65에 소재하는 슐쳐 켐테크 리미티드가 시판하는 SMR과 같은 무작동 혼합기-열 교환기의 스테인레스 스틸 금속 코일을 하기의 통상의 절차에 의하여 세정하였다. 수중유 에멀젼으로 분무한 후, 60℃의 붕사의 알칼리 용액으로 침지시키고, 탈이온(DI)수로 깨끗하게 세정하였다. 기 재면과 졸-겔 코팅 사이의 단단한 접합 및 우수한 접착력을 확인하기 위하여, 문헌[T.P. Chou, C. Chandrasekaran, S. Limmer, C. Nguyen, G.Z. Cao, Journal of Materials Science Letters, 21, 251, 2002]에 기재된 기법을 실시하였다. 기재를 30:70 부피비의 30% 과산화수소(H2O2) 및 진한 황산의 용액 혼합물에 9O℃에서 30 분간 침지시켜 고온에서의 표면 히드록실화에 노출시켰다. 탈이온수 세정을 사용하여 잔존하는 과잉의 용액을 세정하고, 기재를 탈이온수에 보관하여 표면상의 히드록실기를 보존하였다.
미국 캘리포니아주 91324 노쓰릿지 위네카 애비뉴 9036에 소재하는 케맷 테크놀로지 인코포레이티드에서 모델 201로 시판하는 것과 같은 침지-코팅기를 사용하여 SMR의 코일을 140 ㎜/분의 일정한 속도로 졸에 침지시키고, 1.5 분간 졸에 침지시킨 후, 동일한 속도로 빼내었다. 코팅된 코일을 1 분간 공기 건조시키고, 300℃에서 약 30 분간 5℃/분의 가열/냉각 속도로 퍼니스에 넣었다. 두께가 0.2 ㎛인 층을 얻었다.
헤테로폴리산(HPA), 화학식 Cs2.5H0.5PW12O40의 도데카텅스토인산의 산성 세슘염의 졸 및 실리카계 유기-무기 하이브리드 졸을 고형 성분 중량의 60:40의 비율로 혼합하여 졸을 생성하였다.
입도가 100 ㎚ 미만인 실리카 졸은 산-촉매화된, 2 단계 가수분해-축합 공정으로 생성하였다. 유기 단량체, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란을 실리카 전구체 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)(플루카, 시약 등급)에 첨가하여 졸-겔 네 트워크의 가요성 및 밀도를 조절하였다. 제조는 문헌[S. Ono, H. Tsuge, Y. Nishi, and S. Hirano, J. Sol-Gel Science & Technology, 29 (3) 147, (2004)]의 방법을 실시하였다.
HPA 졸은 문헌[T. Okuhava, H. Watanabe, T. Nishimura, K. Inumaru, and M. Misono, Chem. Mater. 12, 2230 (2000)]에 기재된 적정 방법을 사용하여 생성하였다. 숙성후, HPA의 콜로이드 현탁액을 격렬히 교반하면서 실리카 졸에 첨가하였다.
촉매가 코팅된 SMR 유닛을 에틸렌 옥시드 수화를 위한 실험 장치에 연결하였다. 에틸렌 옥시드 용액(H2O:EO = 2.5:1 중량비)을 실온에서 밀폐된 용기내에서 순수한 질소 블랭킷하에서 보관하였다. 용액을 예열기(80℃)를 통한 계측 펌프를 사용하여 반응기에 공급하였다. 유속은 1 ℓ/초이며, 온도는 110±0.5℃에서 유지하였으며, 압력은 10 bar이었다.
반응 구역에 대한 압력 강하는 0.03 bar이었다. 전환율은 99.9%이며, 선택율은 97.5%의 모노에틸렌 글리콜이다 촉매계는 280 시간 동안 테스트하였으며, 성능에는 변형이 없는 것으로 나타났다.
실시예 3
실시예 2에서와 같이 제조한 화학식 Cs2.1H0.9PW12O40을 갖는 헤테로폴리산을 실시예 2와 동일한 조건하에서 사용하였다. 전환율은 96%이고, 선택율은 99%이다.
실시예 4
실시예 2에서와 같이 제조하였으며, 입도가 약 100 ㎚인 콜로이드 용액으로 부터 분리한 화학식 Cs2.5H0.5PW12O40을 갖는 헤테로폴리산(CsHPA)을 폴리페닐렌 옥시드(PPO)[폴리-2,6-디메틸-l,4-페닐렌 옥시드](알드리치 케미칼 컴파니, 시약 등급)의 클로로포름 용액에 80:20의 CsHPA:PPO의 중량비로 혼합하였다. SMR 코일을 생성된 슬러리로 침지-코팅시키고, 60℃에서 건조시켰다.
촉매계는 100℃에서, 압력 9 bar, H2O:EO = 5:1 중량비로 유속 0.08 ℓ/초 EO의 수용액으로 사용하였다.
전환율은 99.6%이고, 선택율은 99%이다. 200 시간의 온-스트림후 활성 및 선택율의 감소가 나타나지 않았다.
상기의 설명 또는 청구의 범위에 개시된 특징은 별도로 그리고 임의의 조합으로 다양한 형태로 본 발명을 실시하기 위한 자료가 될 수 있다.

Claims (23)

  1. 알킬렌 옥시드를 알킬렌 글리콜로 수화시키기 위한 촉매가 열 교환 엘리먼트의 외부면에 코팅된, 내부에 1 이상의 열 교환 엘리먼트가 혼입된 반응기를 포함하는, 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜의 촉매계 제조를 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매는 약 20 nm 내지 약 300 ㎛, 바람직하게는 약 50 nm 내지 약 100 ㎛의 두께로 열 교환 엘리먼트의 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응기는 튜브형 반응기인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열 교환 엘리먼트는 중공 튜브의 형태이며, 다수의 열 교환 엘리먼트는 중공 튜브의 번들 형태로, 바람직하게는 나선형 코일 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 교환 엘리먼트는 샌드위치형 형상의 파형 2중 시트의 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 전달 유체는 열 교환 엘리먼트내에서 순환될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열 전달 유체는 물인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 고형 과산 또는 고형 과염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 촉매는 Hammet H0 산도가 약 -12인 임의의 이오노머 또는 플루오로알킬 설폰산 수지, 헤테로폴리산, 제올라이트 또는 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 촉매는 산 강도가 약 0.4 내지 약 0.9 meq.H+g-1, 바람직하게는 0.5 내지 0.7 meq.H+g-1인 측쇄 설폰산 기를 갖는 과불소화 이온 교환 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 촉매는 알칼리 수산화물 및 원소 주기율표의 I족 또는 II족에 속하는 금속으로 도핑된 실리케이트, 제올라이트 또는 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 촉매는 결합 물질이 열 교환 엘리먼트의 표면에 코팅된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 결합 물질은 중합체, 거대다공성 중합체, 콜로이드성 실리카 등의 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환 엘리먼트는 혼합기, 바람직하게는 정적 혼합기로서 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 열 전달 유체를 열 교환 엘리먼트에 공급하기 위한 1 이상의 장치 및, 열 전달 유체를 열 교환 엘리먼트로부터 유도시키기 위한 1 이상의 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 알킬렌 옥시드를 포함하는 공급물을 공급하기 위한 1 이상의 장치 및, 알킬렌 글리콜을 포함하는 생성물을 반응기로부터 유도시키기 위한 1 이상의 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기는 1 초과의 모듈을 포함하며, 각각의 모듈은 1 이상의 열 교환 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 각각의 모듈은 특정 높이를 지니며, 특정 온도에서 유지되며, 특정의 촉매 장입량을 지니는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 알킬렌 옥시드 및 물의 용액을 포함하는 공급물을 열 교환 엘리먼트의 외부면에 코팅된 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 의한 장치를 사용하여 알킬렌 옥시드로부터 알킬렌 글리콜을 제조하는 방법.
  20. 제10항에 있어서, 공급물중의 물:알킬렌 옥시드의 중량비는 약 1:1 내지 100:1, 바람직하게는 약 1.5:1 내지 약 20:1, 가장 바람직하게는 약 2:1 내지 약 15:1인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 공급물을 촉매와 접촉시키는 온도는 약 20℃ 내지 약 115℃, 바람직하게는 약 50℃ 내지 약 110℃, 더욱 바람직하게는 약 75℃ 내지 약 110℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매와 공급물 사이의 접촉 시간은 약 0.01 초 내지 1 분, 바람직하게는 0.05 초 내지 30 초인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알킬렌 옥시드는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
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