KR20110099709A - 촉매 기상 반응을 위한 디바이스 및 방법 및 그 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함하는 반응 가스의 유동 방향에서 볼 때 입구 구역(1), 적어도 하나의 촉매(4)를 포함하는 반응 구역(2) 및 생성물 가스를 위한 출구 구역(3)을 갖는 촉매 발열 기상 반응을 위한 개량된 반응기에 관한 것이다. 반응기는 적어도 입구 구역(1)의 영역에서 절연 자켓(6) 및/또는 냉각제를 운반하기 위한 디바이스와 같은 수단을 갖고, 상기 냉각제는 입구 구역(1) 내로의 반응 구역(2) 내에서 발생된 열의 운반을 감소시키고 따라서 입구 구역(1) 내의 바람직하지 않은 2차 반응의 발생 또는 사용된 반응 가스 혼합물의 진행된 점화의 위험을 감소시키고, 그리고/또는 반응기의 내부벽은 적어도 입구 구역(1)의 영역에서 불활성 재료로부터 설계되고, 반응 가스는 하나 이상의 공급 라인(30)을 경유하여 그 재료 조성에 대해 균질한 가스 혼합물로서 입구 구역(1)에 진입한다. 반응기는 바람직하게는 작은 단면을 갖는 벌집형 전이 금속 촉매가 통상적으로 이용되는 플래티늄 네트로서 사용되는 질산 시스템에서와 같은 암모니아 산화를 위해 특히 사용될 수 있다.

Description

촉매 기상 반응을 위한 디바이스 및 방법 및 그 사용 방법{DEVICE AND METHOD FOR CATALYTIC GAS PHASE REACTIONS AND USE THEREOF}
본 발명은 촉매 기상 반응용 개량된 반응기 및 그와 함께 수행되는 프로세스에 관한 것으로서, 특히 예를 들어 카프로락탐(caprolactam) 또는 특히 질산의 준비시의 성분으로서 사용될 수 있는 암모니아 산화를 위한 프로세스와 같은 개량된 산화 프로세스에 관한 것이다.
촉매 기상 반응을 수행할 때, 다수의 경우에 반응열이 배출된다. 이는 예를 들어 가열된 반응기 벽을 통한 열 전도에 의해, 역류 방향으로 이동하는 반응 가스의 와류에 의해 중개되는 대류에 의해 또는 열 복사에 의해 반응 구역 앞에 위치된 반응기의 섹션에 도달할 수 있다. 이 열 운반의 결과로서, 공급 가스는 반응 구역에 도달하기 전에도 강하게 가열되어 이 구역에 도달하기 전에 제어되지 않는 방식으로 진행하는 바람직하지 않은 부반응(side reaction) 또는 예비 반응이 발생하게 될 수 있다.
대규모로 산업적으로 수행되는 발열 기상 반응의 예는 질산("HNO3")의 준비이다. 이는 일반적으로 플래티늄/로듐 촉매 상의 암모니아의 촉매 산화에 의한 오스트발트 프로세스(Ostwald process)에 따라 산업 스케일로 수행된다. 여기서, 암모니아("NH3")는 일산화질소("NO")로 매우 선택적으로 산화되고, 이는 이어서 추가의 프로세스 도중에 이산화질소("NO2")로 산화되고 마지막으로 흡수 타워에서 물과 반응하여 HNO3를 제공한다. Pt/Rh 촉매는 얇은 거즈(gauze)로서 설계되고 연소기 내의 넓은 영역에서 확산된다. 이들 거즈를 위한 통상의 치수는 0.5 내지 5 m 직경의 범위이다. 거즈 패킹의 두께는 이용된 거즈의 수에 따라 통상적으로 수 밀리미터 내지 최대 2 센티미터이다.
거즈는 산소 및 암모니아 함유 혼합물에 의해 통과 유동된다. 이 혼합물의 조성물은 희석에 의해 제어되어 폭발 하한이 폭발 또는 촉발의 위험-장비 내에서 그리고 거즈의 앞의 라인에서-을 회피하기 위해 안전한 간격에 의해 항상 짧게 떨어지게 한다. 질산의 준비시에 그리고 카프로락탐의 준비를 위한 몇몇 프로세스에서, 희석제는 공기의 불활성 성분, 특히 질소인데, 즉 분위기 공기 및 암모니아가 혼합되어 통상적으로 대략 8 내지 12%의 암모니아를 함유하는 혼합물이 발생하게 된다. 거즈 상의 반응의 발열성에 기인하여, 대략 800℃ 내지 950℃의 범위의 온도가 거기에 설정된다. 카프로락탐의 준비시에 중간물로서 이산화질소 및 하이드록실아민 설페이트의 준비를 위한 프로세스가 또한 공지되어 있지만, 여기서 암모니아가 산소를 사용하여 촉매 산화되고 암모니아/산소 혼합물은 증기로 처리되어 따라서 희석된다(예를 들어, GB-A-1,139,849호 및 RU-A-2,127,222호 참조).
고온 반응 가스는 이후에 열 교환기 내에서 냉각되고, 여기서 증기가 생성되거나 프로세스 가스가 가열된다.
매우 낮은 거즈의 높이를 갖는 큰 직경의 선택된 촉매 기하학적 형상의 이유는 한편으로는 NO의 가능한 후속 반응에 기인하여 그리고 다른 한편으로는 거즈의 관류에 의해 생성되는 압력 손실 및 거즈의 기계적 응력이 가능한 한 낮게 유지되어야 하기 때문에 NH3 산화가 매우 낮은 체류 시간을 갖고 발생되어야 하기 때문이다. 따라서, 산업 HNO3 준비에서의 거즈의 관류는 분위기 조건 하에서 대략 0.4 내지 1.0 m/s, 3 내지 7 bar abs의 범위의 중간 압력 산화 하에서 대략 1 내지 3 m/s 및 8 내지 12 bar abs의 범위의 고압 산화 하에서 대략 2 내지 4 m/s의 범위의 압력 범위에 따라 비교적 낮은 선형 속도를 갖고 발생하고, 여기서 속도 데이터는 반응열에 의해 가열된 가스를 위한 빈 공간 속도로서 이해되어야 한다. 너무 급속한 유입 유동의 경우에, Pt/Rh 거즈 상의 반응은 진입 가스 유동의 냉각 효과에 기인하여 더욱이 소멸될 수 있다("블로우 아웃(blow out)" 현상).
암모니아/산소 불활성 혼합물을 위한 유입 유량의 하한은 가능한 열적 암모니아 연소의 화염 속도에 의해 마킹되어, 촉매상(catalyst bed)의 전방의 자유 가스 공간 내로의 촉매에 점화된 반응의 역류(strikeback)가 각각의 경우에 배제된다.
전형적인 거즈 촉매에 추가하여, 암모니아 산화를 위한 전이 금속 산화물에 기초하여 염기 금속 촉매의 사용은 또한 과학 및 특허 문헌에 설명되어 있다. 이들은 단독으로 또는 대안적으로 Pt/Ru 거즈와 조합하여 이용될 수 있다.
이와 관련하는 조사가 예를 들어 사디코프(Sadykov) 등의 Appl. Catal. General A: 204(2000년) 58-87에서 발견된다. 염기 금속 촉매의 사용을 위한 구동력은 귀금속, 특히 플래티늄을 절약한다. 귀금속 촉매는 실제로 암모니아 산화 중에 소비되고 대략 3개월 내지 최대 1년의 간격으로 거즈의 부하에 따라 교체되어야 하는데, 이는 상당한 비용을 유발한다.
통상적으로, 전이 금속 산화물에 기초하는 촉매는 또한 Pt/Ru 거즈 촉매와 같이, 마찬가지로 비교적 낮은 유입 유량에서 통과 유동된다. 이는 특히 일단 촉매 상에서 점화되면 암모니아 산화를 재차 소멸시키지 않기 위해 여기서 필요하다. 전이 금속 산화물에 기초하는 촉매는 실제로 일반적으로 귀금속 촉매보다 덜 활성이고 이들에 비교하여 현저하게 더 높은 시작 온도 및 더 높은 소멸 온도를 갖는다.
WO-A-99/25,650호에는, "블로우 아웃" 온도가 어떠한 방식으로 압력 손실이 여기서 너무 많이 증가하게 하지 않고 "카트리지" 내에 수용된 매우 미세한 입자 촉매 펠릿의 사용에 의해 낮아질 수 있는지에 대한 수단이 설명되어 있다.
암모니아의 촉매 산화의 경우에, 더욱이 암모니아가 예를 들어 고온 파이프벽 상에서 실제 산화 촉매와 접촉하기 전에 점화하고, 여기서 비선택적으로 점화하여 N2 및 H2O 또는 대안적으로 N2O를 제공하는 문제점이 항상 존재한다.
EP-A-1,028,089호에는 NH3/공기 혼합물의 공급을 위한 분배기 피팅 상의 암모니아 연소의 반사에 의해, 이들 피팅의 가열이 발생할 수 있고, 이에 의해 진입 NH3의 부분이 이들 피팅의 표면 상에서 N2O로 산화되는 것이 설명되어 있다.
US-A-5,266,291호는 입구 구역-이 문헌에서는 혼합 구역이라 칭함- 내의 불활성 재료의 패킹을 갖는 반응기를 설명하고 있다. 혼합 구역에서, 냉각 매체, 예를 들어 물은 혼합 구역의 온도를 낮추기 위해 스프레이될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 혼합 구역 내의 반응기 자켓(jacket)이 물로 냉각될 수 있다. 이 문헌은 반응 구역이 또한 냉각 자켓으로 둘러싸일 수 있고 물이 또한 그 내부의 온도를 낮추기 위해 반응 구역 내로 주입되어 이 방식으로 미제어된 반응의 위험을 감소시킬 수 있는 가능성을 또한 설명하고 있다. 반응기에서, 가스의 상이한 스트림이 혼합 구역 내로 공급되고, 이는 거기에 존재하는 패킹 내에서 혼합되고 이어서 반응 구역에 공급된다. 혼합기로서의 기능에 추가하여, 패킹은 추가로 또한 폭발의 발생을 방지한다.
EP-A-334,710호는 강철 벽으로 구성된 반응기를 설명한다. 이는 내화 콘크리트의 코팅을 반응기의 내부에 구비하고 이어서 멀라이트(mullite)의 외장에 의해 내부에서 덮여진다. 이들 조치들은 높은 압력 하에서 기상 반응을 수행할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이 문헌에 개시된 반응기는 마찬가지로 패킹 및 입구 구역-이 문헌에서는 분산 구역이라 칭함- 내의 상이한 공급 가스의 도입을 위한 2개의 공급 라인을 갖는다. 이 반응기에서, 가스의 상이한 스트림이 또한 분산 구역 내에 도입되고, 이는 거기에 존재하는 패킹 내에서 혼합되고 이어서 반응 구역으로 공급된다. 혼합기로서의 기능에 추가하여, 여기서 패킹은 또한 폭발의 발생을 방지한다.
NH3 사전 점화의 문제점은 특히 기술적으로 관련된 8 내지 12 체적 %의 높은 NH3 농도에서 중요한데, 이는 여기서 연소 자체가 유지되고 심지어 반응의 발열성에 의해 증가될 수 있기 때문이다.
실제 점화 온도, 즉 그를 상회하여 NH3 분해가 발생할 수 있는 임계 표면 온도에 추가하여, NH3 분해에 의해 방출된 열의 제거는 따라서 또한 상당히 중요하다.
이 제거는 암모니아를 적재한 가스 스트림이 더 급속하게 표면 상에 유동하고(냉각 작용) 더 저온일수록 더 양호하다. 더욱이, 촉매와 접촉하기 전의 공급 가스 스트림의 체류 시간 및 따라서 가능한 비선택적 예비 반응의 반응 시간이 감소된다.
Pt/Rh 상의 암모니아의 산화에 의한 HNO3의 산업적 준비에서, 고도로 활성인 Pt/Rh 촉매의 낮은 반응 온도는 약 200℃의 비교적 낮은 입구 온도를 가능하게 한다. 이 방식으로, 암모니아 사전 점화는 낮은 유입 속도에도 불구하고, 프로세스의 산업적인 실현에 어떠한 장애물도 아니다.
그러나, 낮은 촉매 활성도를 갖는 촉매를 사용할 때, 공급 가스 혼합물의 더 높은 온도(예열) 또는 더 낮은 유입 속도 또는 바람직하게는 양 측정치의 조합으로 작동할 필요가 있다. 이들 조건 하에서, 암모니아 사전 점화의 위험이 증가한다.
플래티늄 거즈와 비교하여 촉매상의 더 낮은 단면 및 더 큰 깊이를 갖는 벌집형 촉매에 의한 실험은 이제 공급 가스 혼합물의 낮은 유입 속도에서 원하는 NOx의 형성의 선택도가 단지 매우 작은 것을 나타낸다. 따라서, 이러한 프로세스의 경제성이 문제가 된다. 이 효과는 이론적으로는 공급 가스 혼합물의 유입 속도를 증가시킴으로써 보상될 수 있다. 그러나, 실제로, 유입 속도의 증가는 제한되고, 압력 손실의 불균형한 증가가 발생함에 따라 더욱이 특정 상황 하에서 단지 암모니아의 불완전한 반응이 성취된다.
예를 들어 암모니아 산화, 에폭시화(epoxidation) 또는 자유 래디칼 할로겐화 이외의 산화 반응과 같은 다른 산업적으로 작동되는 발열 기상 반응에서, 동일한 문제점이 원리적으로 존재한다.
본 발명의 목적은 이용된 공급 가스 또는 공급 가스 혼합물의 사전 점화의 위험 또는 바람직하지 않은 부반응의 발생의 위험이 낮아지는 촉매 발열 기상 반응을 수행하기 위한 반응기 및 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명은 공급 가스의 유동 방향에서 볼 때, 입구 구역(1), 적어도 하나의 촉매(4)를 포함하는 반응 구역(2) 및 생성물 가스를 위한 출구 구역(3)을 갖는 상기 생성물 가스를 제공하기 위해, 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함하는 상기 공급 가스의 변환에 의한 촉매 발열 기상 반응들을 위한 반응기에 관한 것으로서, 그 물질 조성에 대한 균질한 가스 혼합물이 하나 이상의 공급 라인들(3)에 의해 상기 입구 구역(1)으로 공급 가스로서 공급되고, 적어도 상기 입구 구역(1)의 영역에서 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서 상기 반응 구역(2) 내에 형성된 반응 열의 상기 입구 구역(1) 내로의 운반을 낮추고 그리고/또는 적어도 상기 입구 구역(1)의 영역에서 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서 상기 반응기의 내부벽들이 불활성 재료로부터 정교하게 제작되는 수단이 제공된다.
공급 가스 및 공급 라인(30)
"공급 가스" 또는 "공급 가스 혼합물"은 본 명세서의 문맥에서 그 중 적어도 하나가 하나 이상의 원하는 생성물의 형성에 의해 본 발명에 따른 반응기의 반응 구역(2)에서 원하는 방식으로 반응하는 다수의 화학 물질로 이루어진 가스 혼합물을 의미하는 것으로서 이해되어야 하고, 여기서 바람직하지 않은 부산물의 추가의 형성이 배제되지 않고 이는 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함한다. 공급 가스는 반응 구역(2)에서 원하는 방식으로 서로 반응하는 다수의 화학 물질, 즉 암모니아와 같은 산화될 적어도 하나의 화합물 및 산소와 같은 적어도 하나의 산화 화합물을 포함하고, 바람직하게는 서로 반응하는 물질을 위한 하나 이상의 물질이 마찬가지로 공급 가스 내에 포함된다. 불활성 성분으로서 특히 바람직한 것은 산소, 특히 질소 이외의 공기의 성분이다. 불활성 성분 또는 불활성 성분들은 화학적으로 활성 물질의 희석에 의해, 임의의 가능한 폭발 하한의 부족을 안전하게 낮추고 따라서 공급 라인(30), 입구 구역(1) 또는 반응 구역(2)에서의 폭발 위험을 배제하는 기능을 한다. 요구되는 경우에 불활성 성분(들)에 의해 충족되는 다른 목적은 국부적인 과열에 의한 촉매 손상을 회피하기 위해 반응 구역에서 발생하는 반응의 속도를 변경하고, 또는 반응의 발열성에 기인하여 허용 불가능한 온도 증가를 방지하기 위해 불활성 성분의 추가의 열 용량에 의한 반응 구역(2) 내의 온도 증가를 감소시키는 것이고, 이는 다르게는 반응기 부분 또는 촉매 내의 유해한 고온을 유도할 수 있다.
반응 구역(2)에서 원하는 반응 또는 반응들을 성공적으로 수행하기 위해 필요한 바와 같이, 입구 구역(1) 내로의 진입 전에 또는 적어도 최근에 미리 균질화되는데, 즉 재료적으로 혼합되는 것이 공급 가스 또는 공급 가스 혼합물의 특징이다.
이는 공급 라인(들)(30) 전방에 유동 방향에서 배열된 장치 내에서 발생한다. 이에 대안적으로, 물질의 혼합은 입구 구역(1) 내로의 도입 직전에 발생할 수 있다. 대부분의 경우에, 필요한 혼합은 반응 구역 내에서 서로 반응하는 물질의 공급 가스 내의 국부적인 농도가 0.1 이하, 바람직하게는 0.05 미만, 특히 바람직하게는 0.03 미만의 변동 계수를 가지면 성취된다. 이 수단 및 적절한 수단을 위해 필요한 장치의 혼합을 수행하는 것은 당 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 혼합을 위한 이러한 장치는 예를 들어 정적 혼합기이다. 이들 장치에서, 혼합될 가스는 견고하게 내장된 금속 시트, 파이프 또는 다른 형상이 설치되는 채널 내로 안내되고, 이 채널은 가스의 통과 유동의 경우에 가스의 양호한 혼합에 생성된 난류를 통해 안내된다. 혼합을 위한 장치의 다른 예는 동적 혼합기이다. 이러한 장치는 하나 이상의 가동 요소를 포함한다. 이동은 전기 에너지에 의해 발생된 관례이다. 이동은 난류를 유도하고, 이는 진입 가스의 양호한 혼합을 유도한다.
물질의 국부적인 농도의 변동 계수는 국부적인 물질 농도의 평균값에 대한 국부적인 물질 농도의 표준 편차의 비를 의미한다. 물질 농도는 예를 들어, mol/m3, kg/liter, ppm 또는 다른 농도 단위로 지시될 수 있다. 변동 계수는 농도의 비를 포함하기 때문에, 이는 무차원이고 선택된 농도 단위와 무관하다. 변동 계수는 혼합물의 품질 또는 혼합 장치의 효율의 통상의 척도이다. 채널 또는 파이프에 성취된 국부적인 농도의 가중된 변동 계수는 예를 들어 채널 또는 파이프의 단면 상에 양호하게 분배된 적절한 수의 측정점의 샘플링 또는 피토관(pitot tube) 측정에 의해 결정된 국부적인 농도 및 가스 속도에 의해 결정될 수 있다. 예측될 국부적인 물질 농도의 변동 계수는 또한 산술적으로 예측될 수 있다. 혼합 장치의 공급자는 통상적으로 이들의 장치에 의해 예측될 물질 농도의 변동 계수를 지시하고, 이는 이들이 산술적으로 또는 실험에 의해 결정된다.
입구 구역(1)
입구 구역(1)은 본 명세서의 문맥에서 재료적으로 혼합된 공급 가스 또는 공급 가스 혼합물의 도입을 위한 적어도 하나의 공급 라인(30)과 반응 구역(2) 사이에 위치된 반응기의 내부 공간을 의미하는 것으로서 이해된다. 이는 일반적으로 빈 공간이다. 그러나, 이는 혼합을 위해 기능하지 않는, 즉 추가의 2차 효과로서만 가능한 혼합을 발생시키는 유동 수행 디바이스와 같은 기능적 피팅을 또한 포함할 수 있다. 기능적 피팅의 예가 예를 들어 배플 플레이트(baffle plate) 또는 회전 베인, 천공 플레이트, 와이어 메시, 라멜라(lamellae) 또는 유동 정류기와 같은 입구 구역의 단면 상의 가스 유동의 평형화를 위한 피팅이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 예를 들어 압력의 측정 또는 압력 분배를 위한 샘플링 프로브 또는 도구와 같은 측정 디바이스이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 파이프 또는 다른 채널을 통한 유동이 입구 구역 내에 형성되는 다른 매체와의 열 교환에 의해 가스 혼합물을 냉각하거나 가열하기 위한 피팅이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 가스 혼합물이 가열되는 전기 가열 요소이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 촉매 반응을 시작하기 위한 점화 디바이스이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 가스 혼합물의 압력을 증가하기 위한 송풍기이다. 다른 가능한 기능적 피팅은 가스 혼합물로부터 에너지의 회수를 위한 터빈이다. 이들 기능적 피팅의 2개 이상의 조합이 또한 이용될 수 있다. 적합한 점화 디바이스는 압전식으로 또는 유도식으로 스파크를 생성할 수 있고 또는 이들은 열전기식으로 높은 온도를 생성한다. 이에 의해 충분한 에너지가 촉매 반응을 개시하기 위해 진입 가스 혼합물 내에 발생된다. 에너지는 또한 단지 산화제 및 선택적으로 불활성 물질을 반응기에 먼저 공급하고 예를 들어 개별 공급 라인을 통해 점화 디바이스 내로 수소와 같은 즉시 점화 가능한 가스(여기서, "점화 가스"라 칭함)를 안내하고 이를 점화함으로써 가스 혼합물에 간접적으로 전달될 수 있다. 점화 디바이스로부터의 연소 점화 가스의 화염은 필요한 반응 온도로 촉매를 가열한다. 이후에, 산화될 가스 혼합물의 성분(들)은 추가로 반응기에 공급된다. 원하는 촉매 반응이 시작되면, 점화 가스의 공급이 종료된다.
공급 가스가 입구 구역(1) 내로의 진입 전에 또는 진입시에 미리 양호하게 혼합되기 때문에, 혼합을 위한 피팅은 입구 구역(1) 내에서 생략될 수 있다. 특히, 혼합 또는 분산을 위한 어떠한 불활성 패킹도 필요하지 않다.
용어 "공급 라인(30)" 또는 "공급 라인들(30)"과의 차별화를 위한 입구 구역(1)의 특징은 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1) 내로 반응 구역(2)에 형성된 열의 운반을 감소시키기 위해 여기에 설명된 수단의 하나 이상의 사용 없이 입구 영역 내에 바람직하지 않은 부반응 또는 사전 점화를 유도할 수 있는 조건이 발생할 수 있다는 것이다. 공급 라인(30) 또는 공급 라인들이 반응 구역(2)으로부터 제거되는 한 이것이 공급 라인 상에 어떠한 또는 무시될만한 악영향을 미치는 것으로 고려되어야 한다.
반응 구역(2)
반응 구역(2)은 본 명세서의 문맥에서 입구 구역(1)을 따르고 발열 기상 반응을 위한 하나 이상의 촉매를 포함하는 반응기의 내부 공간을 의미하는 것으로서 이해되어야 한다. 반응 구역(2)에서, 공급 가스 혼합물의 성분들 사이의 반응의 대부분이 발생한다. 촉매를 위치시키는 유형은 공지의 기준에 따라 당 기술 분야의 숙련자에 의해 수행된다. 통상적으로, 촉매는 패킹, 푸어링(pouring), 거즈 또는 벌집의 형태로 배열될 것이다.
입구 구역(1)은 반응 구역(2)에 의해 출구 구역(3)으로부터 공간적으로 배제적으로 분리되는 것은 필수적이지는 않다. 오히려, 입구 구역(1) 및 출구 구역(3)은 추가로 반응 구역(2) 내의 촉매 및 다른 피팅에 대한 벽 또는 지지부에 의해 분리될 수 있다. 반응 구역(2)의 벽 또는 지지부는 반응 구역(2)의 회피에 의해 공급 가스가 입구 구역(1)으로부터 출구 구역(3) 내로 직접 유동하는 것을 단지 신뢰적으로 방지해야 한다. 입구 구역(1)에 대면하는 반응 구역(2)의 벽 또는 지지부의 측면은 입구 구역(1) 내에 포함되고, 이 출구 구역(3)의 측면은 출구 구역(3)에 대면한다.
따라서, 반응 구역(2)은 본 발명에 따른 반응기의 전체 단면 또는 대안적으로 단지 그 일부분을 충전할 수 있다. 후자의 경우에, 입구 구역(1)은 반응 구역(2)에 의해 충전되지 않는 반응기 단면의 부분에서 출구 구역(3)으로 직접 변경된다.
출구 구역(3)
출구 구역(3)은 본 명세서의 문맥에서 반응 구역(2)을 따르고 생성물 함유 가스 혼합물이 반응기로부터 안내되는 반응기의 내부 공간을 의미하는 것으로서 이해되어야 한다. 이는 일반적으로 마찬가지로 빈 공간이다. 그러나, 이는 또한 촉매를 유지하기 위한 디바이스 또는 열 회수를 위한 디바이스와 같은 기능적 피팅을 포함할 수 있다. 다른 반응기 또는 후-반응기가 출구 구역에 이어질 수 있다.
열의 후방 운반을 방해하기 위한 수단
공급 가스는 생성물 가스의 형성에 의해 발열 반응에서 완전히 또는 부분적으로 반응 구역(2)에서 반응하는데, 이 생성물 가스는 이어서 출구 구역(3)을 통해 반응기를 떠난다. 반응 구역(2) 내에 생성된 열은 전도, 대류 및/또는 복사에 의해 공급 가스에 대해 적어도 부분적으로 역류하여 입구 구역(1) 내로 운반되고, 입구 구역(1) 내의 반응기 벽의 표면 또는 공급 가스는 부적당한 방식으로 거기서 가열된다.
이를 방지하거나 적어도 이를 방해하기 위해, 본 발명에 따르면, 본 발명의 제 1 실시예에서 적어도 입구 구역(1) 또는 반응 구역(2)의 영역에서 입구 구역(1) 내로 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키는 수단이 제공된다.
입구 구역(1)의 영역에서 또는 반응 구역(2)의 영역에서 또는 입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 영역에서 또는 입구 구역(1) 및 출구 구역(3)의 영역에서 또는 입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)의 영역에서, 본 발명에 따른 반응기는 바람직하게는 입구 구역(1) 내로 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키는 수단을 갖는다.
입구 구역(1) 내로 반응 구역(2) 내에 형성된 열의 운반을 감소시키기 위한 수단으로서, 상이한 해결책 접근법이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 입구 구역(1)의 영역에서 또는 입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 영역에서 또는 입구 구역(1) 및 출구 구역(3)의 영역에서, 반응기 자켓팅(jacketing)(5)에 대해 반응기의 내부 공간을 절연하는 절연 자켓(6)이 제공된다. 이 절연 자켓(6)은 본질적으로 2개의 방식으로 작용한다. 반응 구역(2)으로부터 또는 출구 구역(3)으로부터 입구 구역(1) 내로 열적으로 즉시 전도성 반응기 자켓팅(5)을 따라 통과하는 열은 단지 열악한 열 전도성 절연 자켓(6)을 통해 공급 가스에 대면하는 표면으로 어려움을 갖고 운반될 수 있다. 더욱이, 반응 구역(2) 또는 출구 구역(3)으로부터 입구 구역(1) 내로 절연 자켓(6)을 따른 직접적인 열 전도는 절연 자켓(6)의 낮은 열전도도의 결과로서 감소된다.
제 2 실시예에서, 냉각 매체를 통해 통과하기 위한 디바이스가 입구 구역(1)의 영역 또는 입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 영역 또는 입구 구역(1) 및 출구 구역(3)의 영역에 제공된다. 이 디바이스는 반응 구역(2) 내에 생성된 열을 부분적으로 흡수하여 이 열이 더 이상 입구 구역(1) 내로의 열 운반을 위해 이용 가능하게 되지 않고 그리고/또는 이 열이 입구 구역(1)의 위치에 공급 가스를 안내하게 되고, 여기서 이는 여전히 저온이어서 냉각 매체의 도입에 의해 생성된 온도 증가가 비임계적이게 되고, 또는 냉각 매체는 반응 구역(2)에 또는 출구 구역(3)에 인접하여 입구 구역(1)을 매우 강력하게 냉각하여 입구 구역(1)의 온도가 반응 구역(2)으로부터 안내된 열에 불구하고 비임계 범위에 유지되게 한다. 양 수단의 조합을 갖는 반응기가 특히 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 반응기에서, 적어도 입구 구역(1)의 영역에서 또는 반응 구역(2)의 영역에서 반응기의 내부벽과 입구 구역(1) 내로의 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키는 수단이 적어도 입구 구역(1)의 영역 또는 반응 구역(2)의 영역에 제공된다.
불활성 재료
본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 입구 구역(1)의 영역 또는 반응 구역(2)의 영역에서의 반응기의 내부벽은 불활성 재료로 정교하게 제작된다. 이 실시예는 반응기 내부벽 상의 공급 가스의 촉매 반응을 방지하거나 방해한다. 불활성 재료의 반응기 내부벽의 정교한 제작은 예를 들어 코팅에 의해 수행될 수 있고, 또는 불활성 재료는 외장의 형태로 반응기 내에 존재한다. 반응기 벽 자체는 또한 불활성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 반응기는 바람직하게는 입구 영역(1)의 영역에서 또는 반응 구역(2)의 영역에서 또는 입구 구역(1) 또는 반응 구역(2)의 영역에서 또는 입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)의 영역에서 불활성 재료로부터 정교하게 제작된다.
용어 "불활성 재료"는 본 명세서의 문맥에서, 입구 구역(1) 내의 공급 가스 내에 만연하는 온도 또는 반응기 내부벽, 바람직하게는 입구 구역(1)의 내부벽의 표면 상의 온도에서 임의의 바람직하지 않은 부반응을 촉진하지 않는 모든 재료를 의미하는 것으로서 이해되어야 한다. 이들 재료는 반응 구역(2) 또는 출구 구역(3)으로부터 입구 구역(1) 내로 열 운반을 추가로 감소시킬 수 있다. 불활성 및 열적 절연 재료가 바람직한 실시예이다.
불활성 재료의 예는 세라믹, 특히 기밀하게 소결된 세라믹 및 더욱이 석영 글래스, 샤모트(chamotte), 에나멜 및 부동태화된 및/또는 연마된 표면을 갖는 재료, 예를 들어 부동태화된 및/또는 연마된 표면을 갖는 금속이다. 부동태화는 예를 들어 산, 알칼리 또는 염 용액으로의 처리에 의해 유도될 수 있다.
본 발명은 또한 전술된 반응기를 사용하여 촉매 발열 기상 반응을 수행하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
프로세스는 이하의 수단, 즉
i) 적어도 하나의 공급 라인(30)을 통해 반응기의 입구 구역(1) 내로의 공급 가스로서 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함하는 그 물질 조성에 대한 적어도 하나의 균질한 가스 혼합물의 도입,
ii) 공급 가스가 반응 구역(4) 내에서 발열 반응에서 완전히 또는 부분적으로 반응하여 생성물 가스를 제공하는 조건 하에서 입구 구역(1)으로부터 촉매(4)를 포함하는 반응 구역(2) 내로의 공급 가스의 공급,
iii) 반응기로부터 출구 구역(3)을 통한 생성물 가스의 안내, 및
iv) 입구 구역(1) 내로의 반응 구역(2) 내에 형성된 반응 열의 운반을 감소시키고 그리고/또는 불활성 재료로부터 적어도 입구 구역(1)의 영역 내에서 또는 반응 구역(2)의 영역 내에서 반응기의 내부벽의 정교한 제작을 위한 수단의 제공을 갖는다.
본 발명에 따른 반응기에서 또는 본 발명에 따른 프로세스를 사용하여 수행될 수 있는 화학 반응의 예는 할로겐화 반응과 같은 발열 자유 래디칼 기상 반응을 포함하는 모든 유형의 산화 반응이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 반응기 또는 본 발명에 따른 프로세스는 암모니아의 산화를 위해, 특히 카프로락탐 및 질산의 준비를 위해 이용된다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 반응기 또는 본 발명에 따른 프로세스는 바람직하게는 특히 암모니아, 산소 및 탄화수소, 바람직하게는 메탄으로부터 시안화수소의 준비를 위한 앤드류소(Andrussow) 반응을 수행하기 위해 이용된다.
이하의 설명에서, 질산 준비를 위한 암모니아의 산화가 모델 반응으로서 예로서 더 상세히 개시된다. 그러나, 원리적으로, 본 발명에 따른 반응기 및 프로세스는 -전술된 바와 같이- 또한 다른 반응에도 적합하다.
이용될 수 있는 촉매는 관련된 타겟 반응 또는 타겟 반응들에 적합한 모든 촉매이다. 이들은 예를 들어 풀 또는 지지형 촉매로서 순수한 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어 모노리식 벌집형 본체의 형태와 같은 푸어링, 패킹, 거즈 또는 다른 형태의 펠릿, 과립, 압출물 또는 분말과 같은 모든 통상의 촉매 기하학적 형상이 또한 사용될 수 있다.
바람직하게 이용된 촉매는 예를 들어 산화물, 바람직하게는 금속 산화물, 특히 전이 금속 산화물의 적어도 30 중량 %의 상당한 양을 포함한다.
본 발명에 따르면, 예를 들어 Appl. Catal. General A: 204(2000년) 59-87, US-A-5,690,900호 또는 EP-A-946,290호에 설명된 바와 같은 전이 금속 산화물 함유 촉매가 특히 여기에 이용될 수 있다.
코발트 함유 촉매가 특히 적합하다. 구조 유형으로서, 페로브스카이트(perovskite)가 특히 유리하다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 촉매는 암모니아 산화를 위해 벌집 형태로 이용된다. 이들은 예를 들어 벌집형 풀 촉매로서 존재하거나 촉매 활성 물질이 위에 및/또는 안에 합체되는 벌집형 캐리어의 형태로 지지될 수 있다.
예를 들어 유동 방향에서 볼 때 적어도 3 cm, 바람직하게는 적어도 5 cm, 특히 적어도 10 cm, 매우 특히 바람직하게는 10 내지 200 cm의 깊이를 갖는 푸어링, 패킹 또는 벌집의 형태의 촉매가 특히 바람직하게 이용된다.
이하의 예 및 도면은 이에 의해 본 발명을 한정하지 않고 본 발명을 예시한다.
도 1은 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 디바이스의 도면.
도 2는 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도 3은 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도 4는 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도 5는 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도 6은 길이방향 섹션에서 본 발명에 따라 수정된 암모니아 산화 반응기의 도면.
도 7은 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도 8은 길이방향 섹션에서 본 발명에 따른 다른 디바이스의 도면.
도면은 이하의 예에서 상세히 설명된다.
예 1
본 발명의 원리적인 특징이 본 발명에 따른 암모니아 산화 디바이스에 의해 도 1에 도시된다.
암모니아 산화 디바이스는 3개의 구역, 즉 입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)으로 분할될 수 있다.
양호하게 혼합된 암모니아/산소/불활성 함유 가스 혼합물(이하, "공급 가스 혼합물")이 공급 라인(30)을 경유하여 입구 구역(1) 내로 도입되고, 그에 이어서 반응 구역(2)에서 암모니아 산화 촉매(4)를 만난다. 이후에, 산화 반응의 생성물 가스 혼합물은 출구 구역(3)을 통해 반응 구역(2)을 떠난다. 입구 구역(1)은 본 실시예에서 빈 공간이고 불활성 재료의 어떠한 패킹도 포함하지 않는다.
도 1에 도시된 실시예에서, 본 발명에 따른 디바이스의 모든 3개의 구역(1, 2, 3)은 추가로 촉매(4) 및 절연 자켓(6)을 위한 캐리어인 자켓팅(5)에 의해 둘러싸인다. 자켓팅(5)은 자체로 고압 용기의 벽일 수 있고, 또는 대안적으로 자켓팅은 도 1에는 도시되지 않은 압력 자켓에 의해 이어서 자체로 둘러싸이는 공간 내에 수용될 수 있다.
열적 절연 및 기밀 재료로 이루어진 절연 자켓(6)은 입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 열적 분리를 위한 기능을 한다. 절연 자켓(6)은 입구 구역(1)에 도달하는 열이 자켓팅(5)을 통한 열 전도의 결과로서 반응 구역(2)으로부터 공급 가스 혼합물로 전달되는 것을 방지하거나 방해한다. 입구 구역 내에 위치된 자켓팅(5)의 부분은 반응 구역(2)으로부터의 반응 열의 열 전도의 결과로서 더 고온이 되지만, 공급 가스 혼합물로의 열의 전달은 열적 절연 자켓(6)에 의해 강하게 억제된다. 절연 자켓(6)은 단지 약간 열 전도성이기 때문에, 절연 자켓(6)은 또한 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)으로 절연 자켓(6)을 따른 직접적인 열 운반을 방지하거나 방해한다. 절연 자켓(6)의 재료 및 두께의 적합한 선택에 의해, 공급 가스 혼합물에 대면하는 절연 자켓(6)의 벽의 온도는 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만으로 유지되고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
예 2
본 발명의 다른 가능한 실시예가 도 2에 도시된다. 입구 구역(1)과 반응 구역(2) 사이의 열적 분리의 실현을 제외하고는, 본 실시예는 예 1의 디바이스와 유사하다.
입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)은 또한 암모니아 산화 디바이스 내에 존재한다. 입구 구역(1)은 또한 이 실시예에서 빈 공간이고, 불활성 재료의 어떠한 패킹도 포함하지 않는다.
양호하게 혼합된 암모니아/산소/불활성 함유 가스 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 입구 구역(1) 내로 도입된다. 혼합물은 이어서 반응 구역(2) 내에서 암모니아 산화 촉매(4)를 만난다. 이후에, 산화 반응의 생성물 혼합물은 출구 구역(3)을 통해 반응 구역(2)을 떠난다.
모든 3개의 구역의 자켓팅(5)은 촉매(4)를 유지한다. 자켓팅(5)은 자체로 압력 용기의 벽일 수 있고, 또는 대안적으로 압력 자켓(여기에는 도시되지 않음)에 의해 이후에 자체로 둘러싸이는 공간 내에 수용될 수 있다.
입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 레벨에서, 자켓팅(5)은 이중벽 디자인을 갖는다. 반응 구역(2)의 레벨에서 이중벽의 단부에는 공급 가스 혼합물과 적합성이 있는 냉각 매체를 위한 입구(7)가 부착되고, 반응이 반응기, 촉매(4) 및 생성물 가스 혼합물에 요구된다. 질산 설비에서의 사용을 위해, 공기가 예를 들어 적합한 냉각 매체로서 이용될 수 있다.
냉각 매체는 이중벽의 공간(9)을 통해 유동하고, 이에 의해 자켓팅(5)의 내부벽을 냉각한다. 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 열적 분리가 이에 의해 실현되는데, 이는 자켓팅(5)을 통한 열 전도의 결과로서 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)에 도달하는 열이 냉각 매체에 전달되기 때문이다.
입구 구역(1)의 레벨에서 이중벽의 단부에서의 다수의 소형 개구(10)에 의해, 냉각 매체는 입구 구역(1)에 진입하고 공급 가스 혼합물과 혼합된다.
입구(7) 및 개구(10)의 적합한 선택에 의해 그리고 냉각 매체의 유형, 양, 유속 및 입구 온도의 적합한 선택에 의해, 공급 가스 혼합물 내의 그리고 자켓팅(5)의 내부면 상의 온도는 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만이 되도록 조정될 수 있고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
예 3
도 3에서, 입구 및 반응 구역 사이의 특히 효율적인 열적 분리를 허용하는 본 발명에 따른 디바이스가 도시된다.
입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)은 또한 이 암모니아 산화 디바이스 내에 존재한다. 이 실시예에서, 입구 구역(1)은 빈 공간이고 불활성 재료의 어떠한 패킹도 포함하지 않는다.
양호하게 혼합된 암모니아/산소/불활성 함유 가스 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 입구 구역(1) 내로 도입된다. 혼합물은 이어서 반응 구역(2) 내에서 암모니아 산화 촉매(4)를 만난다. 이후에, 산화 반응의 생성물 혼합물은 출구 구역(3)을 통해 반응 구역(2)을 떠난다.
모든 3개의 구역의 자켓팅(5)은 촉매(4) 및 절연 자켓(6)을 유지한다. 자켓팅(5)은 자체로 압력 용기의 벽일 수 있고, 또는 대안적으로 자켓팅(5)은 압력 자켓(여기에는 도시되지 않음)에 의해 이후에 자체로 둘러싸이는 공간 내에 수용될 수 있다.
입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 레벨에서, 자켓팅(5)은 이중벽 디자인을 갖는다. 냉각 매체를 위한 연결부(7a, 7b)가 또한 거기에 부착된다. 적합한 냉각 매체는 예를 들어 물 또는 공기이다. 냉각 매체는 공급 가스 혼합물의 유동 방향에서 또는 유동 방향에 반대로 유동할 수 있다. 절연 자켓(6) 및 자켓팅(5)의 이중벽 사이의 공간(9) 상의 냉각 매체의 영향의 모두는 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 열적 분리를 위한 기능을 한다.
열적 절연 재료로 이루어지고 반응 구역(2) 및 입구 구역(1)의 레벨에서 자켓팅(5)을 덮는 절연 자켓(6)은 공급 가스 혼합물에 전달되는 반응 구역(2)의 자켓팅(5)을 통한 열 전도에 의해 입구 구역(1)에 열이 도달하는 것을 방지한다. 절연 자켓(6)은 단지 약간 열 전도성이기 때문에, 절연 자켓(6)은 또한 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1) 내로 절연 자켓(6)을 따른 직접적인 열 운반을 방지하거나 방해한다.
냉각 매체는 자켓팅(5)의 이중벽의 공간(9)을 통해 유동하고, 이에 의해 자켓팅(5)의 내부벽을 냉각한다. 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 추가의 열적 분리가 이에 의해 실현되는데, 이는 반응 구역(2)으로부터의 열 전도에 의해 자켓팅(5)을 통해 입구 구역(1)에 도달하는 열이 냉각 매체에 전달되기 때문이다. 이중벽을 통해 유동한 후에, 냉각 매체는 연결부(7a, 7b) 중 하나를 통해 이중벽 사이의 공간(9)으로부터 재차 나오게 된다.
절연 자켓(6)의 작용은 이에 의해 냉각 매체에 의한 냉각에 의해 지원된다. 절연 재료 및 이들의 두께 및 냉각 매체의 적합한 선택에 의해, 공급 가스 혼합물에 대면하는 절연 자켓(6)의 벽의 온도가 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만으로 유지되고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
예 4
도 2에서와 유사한 디바이스가 도 4에 도시된다. 여기서, 입구 구역(1)과 반응 구역(2) 사이의 열적 분리는 입구 구역의 냉각에 의해 발생한다.
입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)은 또한 암모니아 산화 디바이스 내에 존재한다. 입구 구역(1)은 이 실시예에서 빈 공간이고, 불활성 재료의 어떠한 패킹도 포함하지 않는다.
양호하게 혼합된 암모니아/산소/불활성 함유 가스 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 입구 구역(1) 내로 도입된다. 혼합물은 이어서 반응 구역(2) 내에서 암모니아 산화 촉매(4)를 만난다. 이후에, 산화 반응의 생성물 혼합물은 출구 구역(3)을 통해 반응 구역(2)을 떠난다.
모든 3개의 구역의 자켓팅(5)은 촉매(4)를 유지한다. 자켓팅(5)은 자체로 압력 용기의 벽일 수 있고, 또는 대안적으로 압력 자켓(여기에는 도시되지 않음)에 의해 이후에 자체로 둘러싸이는 공간 내에 수용될 수 있다.
입구 구역(1)의 레벨에서, 자켓팅(5)은 이중벽 디자인을 갖는다. 반응 구역(2)의 부근에서 이중벽의 단부에는 공급 가스 혼합물과 적합성이 있는 냉각 매체를 위한 입구(7)가 부착되고, 반응이 반응기, 촉매(4) 및 생성물 가스 혼합물에 요구된다. 질산 설비에서의 사용을 위해, 공기가 예를 들어 적합한 냉각 매체로서 이용될 수 있다.
냉각 매체는 이중벽의 공간(9)을 통해 유동하고, 이에 의해 입구 구역(1)의 레벨에서 자켓팅(5)의 내부벽을 냉각한다. 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 열적 분리가 이에 의해 실현되는데, 이는 자켓팅(5)을 통한 열 전도의 결과로서 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)에 도달하는 열이 냉각 매체에 전달되기 때문이다.
공급 가스의 유동 방향에 반대로 위치된 이중벽의 단부에서 다수의 소형 개구(10)에 의해, 냉각 매체는 입구 구역(1)에 진입하고 공급 가스 혼합물과 혼합된다.
입구(7) 및 개구(10) 간격의 적합한 선택에 의해 그리고 냉각 매체의 유형, 양, 유속 및 입구 온도의 적합한 선택에 의해, 공급 가스 혼합물 내의 그리고 자켓팅(5)의 내부면 상의 온도는 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만이 되도록 조정될 수 있고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
예 5
도 3에서와 유사한 디바이스가 도 5에 도시된다. 그러나, 여기서, 절연 자켓(6)은 입구 구역(1)의 레벨에서만 연장한다.
입구 구역(1), 반응 구역(2) 및 출구 구역(3)은 또한 이 암모니아 산화 디바이스 내에 존재한다. 입구 구역(1)은 이 실시예에서 빈 공간이고, 불활성 재료의 어떠한 패킹도 포함하지 않는다.
양호하게 혼합된 암모니아/산소/불활성 함유 가스 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 입구 구역(1) 내로 도입된다. 혼합물은 이어서 반응 구역(2) 내에서 암모니아 산화 촉매(4)를 만난다. 이후에, 산화 반응의 생성물 혼합물은 출구 구역(3)을 통해 반응 구역(2)을 떠난다.
모든 3개의 구역의 자켓팅(5)은 촉매(4) 및 절연 자켓(6)을 유지한다. 자켓팅(5)은 자체로 압력 용기의 벽일 수 있고, 또는 대안적으로 압력 자켓(여기에는 도시되지 않음)에 의해 이후에 자체로 둘러싸이는 공간 내에 수용될 수 있다.
입구 구역(1) 및 반응 구역(2)의 레벨에서, 자켓팅(5)은 이중벽 디자인을 갖는다. 냉각 매체를 위한 연결부(7a, 7b)가 또한 거기에 부착된다. 냉각 매체는 공급 가스 혼합물의 유동 방향에서 또는 유동 방향에 반대로 유동할 수 있다. 절연 자켓(6) 및 자켓팅(5)의 이중벽의 공간(9) 상의 냉각 매체의 영향의 모두는 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 열적 분리를 위한 기능을 한다.
열적 절연 재료로 이루어지고 입구 구역(1)의 레벨에서 자켓팅(5)을 덮는 절연 자켓(6)은 공급 가스 혼합물에 전달되는 자켓팅(5)을 통한 열 전도의 결과로서 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)에 열이 도달하는 것을 방지한다. 절연 자켓(6)은 단지 약간 열 전도성이기 때문에, 절연 자켓(6)은 또한 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)으로 절연 자켓(6)을 따른 직접적인 열 운반을 방지하거나 방해한다.
냉각 매체는 자켓팅(5)의 이중벽의 공간(9)을 통해 유동하고, 이에 의해 자켓팅(5)의 내부벽을 냉각한다. 반응 구역(2)으로부터 입구 구역(1)의 추가의 열적 분리가 이에 의해 실현되는데, 이는 반응 구역(2)으로부터의 열 전도에 의해 자켓팅(5)을 통해 입구 구역(1)에 도달하는 열이 냉각 매체에 전달되기 때문이다. 이중벽을 통해 유동한 후에, 냉각 매체는 연결부(7a, 7b) 중 하나를 통해 이중벽의 공간(9)으로부터 재차 나오게 된다.
절연 자켓(6)의 작용은 이에 의해 냉각 매체에 의한 냉각에 의해 지원된다. 절연 재료 및 이들의 두께 및 냉각 매체의 적합한 선택에 의해, 공급 가스 혼합물에 대면하는 절연 자켓(6)의 벽의 온도가 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만으로 유지되고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
예 6
이 실시예는 주로 통상의 암모니아 산화 반응기의 현존하는 후드를 대체하는데 적합하다. 본 발명에 따른 암모니아 산화 반응기가 도 6에 도시된다.
양호하게 혼합된 산소/암모니아 불활성 함유 공급 가스 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 디바이스에 진입한다. 혼합물은 암모니아 산화 촉매(4) 상으로 유도되고, 이 암모니아 산화 촉매는 여기서 벌집형 디자인을 갖고 또는 벌집형 캐리어 상에 및/또는 벌집형 캐리어 내에 위치된다. 암모니아는 공급 가스 혼합물 내의 산호의 부분과의 반응에 의해 일산화질소로 거기서 변환된다. 발열 반응의 결과로서, 반응 구역(2) 내에 위치되는 암모니아 산화 촉매(4)의 온도 증가가 발생한다. 고온 생성물 혼합물은 출구 구역인 공간(3) 내로 암모니아 산화 촉매(4) 후방의 개구(13)를 통해 진입한다. 이 공간(3)에 이어서, 고온 생성물 가스가 에너지의 회수를 위해 또는 다른 방식으로 프로세스 열의 사용을 위해 가스 터빈(여기에 도시되지 않음) 또는 하나 이상의 열 교환기(여기에 도시되지 않음) 내로 유도된다.
반응 구역(2)으로부터 시작 재료 공급측의 열적 분리를 실현하기 위해, 암모니아 산화 촉매(4)는 온도 저항성 열적 절연 재료로부터, 예를 들어 세라믹 또는 석영 글래스로부터 제조된 외장(14) 내에 이용된다. 공급 가스 혼합물의 가능한 사전 점화가 이에 의해 억제된다. 암모니아 산화 촉매(4)는 여기서 외장(14) 내에 느슨하게 놓이고, 지지 링(15) 및 - 다중미립자 촉매(4)의 경우에 - 온도 저항성 재료, 예를 들어 세라믹 또는 석영 글래스의 다수의 지지 보(beam)(미도시) 상에 위치된다. 지지 링(15)은 가능한 가스 바이패스를 방지한다. 지지 보는 설치되면 이들이 유동 단면의 적은 부분만을 방해하도록 설계된다.
외장(14)의 보호 및 지지를 위해, 이는 고온 저항성 재료의 금속 외장(16)으로 포위된다. 금속 외장(16)의 하단부는 립(17)을 구비하고, 이 립은 지지 보 또는 지지 링(15)을 지지하고 따라서 또한 촉매(4)를 간접적으로 지지한다. 금속 외장(16)의 하단부에는 그리드(18)가 부착되고, 이 그리드를 통해 생성물 가스가 암모니아 산화 촉매(4)로부터 공간(3) 내로 유동한다. 그리드(18)는 금속 외장(16)의 기계적 안정화 및 임의의 가능한 지지 보의 지지를 위한 기능을 한다. 암모니아 산화 촉매(4)가 단지 1개의 부분으로 이루어지지 않고 다수의 부분으로 구성되는 경우에, 그리드(18)는 지지 보에 의해 개별 부분을 지지하는 기능을 한다. 외장(14)이 예를 들어 열 응력에 기인하여 예측되지 않은 방식으로 파괴될 수 있으면, 금속 외장(16), 립(17) 및 그리드(18)는 더욱이 공간(3) 내로의 외장(14) 및 암모니아 산화 촉매(4)의 낙하를 방지한다.
외장(14) 및 금속 외장(16)은 너트 및 볼트(19)를 사용하여 암모니아 산화 반응기의 압력 자켓(20)에 연결된다. 압력 공간은 용기에 부착된 압력 플랜지(23)에 의해 외향으로 밀봉된다.
촉매 교환을 위해, 연결편(12)은 나사 연결을 해제함으로써 제거된다. 이후에, 너트 및 볼트(19)가 제거되고, 금속 및 세라믹 또는 석영 글래스 외장(16, 14)은 암모니아 산화 촉매(4)와 함께 반응기로부터 제거된다. 설비 휴지 시간을 최소화하기 위해(또한 통상의 암모니아 산화 반응기와 비교하여), 금속 및 세라믹 또는 석영 글래스 외장(16, 14) 및 휴지 시간 전에 준비된 새로운 암모니아 산화 촉매(4)로 이루어진 제 2 유닛이 반응기에 즉시 설치될 수 있다.
필요하다면 작업을 수행하는 중에 암모니아 산화 반응을 지원하기 위해, 암모니아 산화 촉매(4)는 점화 랜스(lance)(25)에 의해 예열되거나 활성화될 수 있다. 점화 랜스(25)는 수소가 암모니아 산화 반응기 내로 유도되는 얇은 파이프와, 점화 랜스의 개방 단부에서 수소 유동을 점화할 수 있는 디바이스로 이루어진다.
암모니아 산화 반응기의 매니폴드 내에 장착된 검사 윈도우(26)는 점화 프로세스의 제어 및 작동 중에 암모니아 산화 촉매(4)의 상태의 모니터링을 위한 기능을 한다. 제어는 시각적 검사에 의해 또는 광도계와 같은 적절한 측정 디바이스의 지원에 의해 수동으로 수행될 수 있다.
암모니아 산화 촉매(4) 후의 공간(3) 내의 압력 용기의 벽의 재료 상의 온도 응력을 완화하기 위해, 벽은 내부에 부착된 부유 튜브 냉각부(27)를 구비한다. 물 또는 다른 냉각 매체가 부유벽의 튜브를 통해 유동한다.
예 7
도 7에 도시된 본 발명에 따른 암모니아 산화 반응기의 이 실시예는 예를 들어 증기 보일러와 같은 이미 존재하는 열 회수 장치의 직경의 조정의 필요성이 더 이상 제공되지 않기 때문에 NO의 준비를 위한 새로운 설비를 설치하기 위해 특히 잘 적합된다.
예 6의 반응기와의 주요한 차이점은, 부유벽(27)이 금속 외장(16)을 에워싸고, 따라서 일반적으로 더 큰 직경의 후접속 장치의 조정이 필요하지 않다는 것이다. 이 실시예에서, 후접속 장치는 암모니아 산화 반응기에 적응될 수 있다. 금속 외장(16)의 현수의 대안으로서, 촉매(4)의 지지를 위해 제공된 금속 립(17)은 금속 외장(16) 대신에 부유벽(27)에 직접 부착될 수 있다. 이는 구성의 기계적 안정성에 긍정적인 영향을 갖는다.
도 7에 도시된 다른 요소는 도 6의 요소에 대응한다. 이들은 개구(13), 지지 링(15), 그리드(18), 너트 및 볼트(19), 압력 자켓(20), 점화 랜스(25) 및 검사 윈도우(26)이다.
예 8
본 발명에 따른 암모니아 산화 반응기가 도 8에 도시된다. 이 실시예는 주로 Pt/Rh 거즈의 제거 후에 새로운 촉매를 현존하는 통상의 암모니아 산화 반응기에 설치하는데 적합하다.
산소/암모니아/불활성 함유 혼합물이 공급 라인(30)을 경유하여 본 발명에 따른 디바이스에 진입한다. 혼합물은 암모니아 산화 촉매(4) 상으로 유도되고, 이 암모니아 산화 촉매는 여기서 벌집형 디자인으로 정교하게 형성되고 또는 벌집형 캐리어 상에 및/또는 벌집형 캐리어 내에 위치된다. 암모니아는 공급 혼합물 내의 산호의 부분과의 반응에 의해 일산화질소로 거기서 변환된다. 반응 구역(2) 내에 위치되는 암모니아 산화 촉매(4)의 온도 증가가 발열 반응의 결과로서 발생한다. 고온 생성물 혼합물은 출구 구역(3)인 공간 내로 암모니아 산화 촉매(4) 후방의 개구(13)를 통해 진입한다. 이 공간에 이어서, 고온 생성물 가스가 에너지의 회수를 위해 또는 다른 프로세스 열의 사용을 위해 가스 터빈(여기에 도시되지 않음) 또는 하나 이상의 열 교환기(여기에 도시되지 않음) 내로 유도된다.
촉매는 고온 저항성 지지부(29) 내에 수용된다. 이 지지부(29)는 이어서 용기 벽에 연결된 지지 링(28) 상에 기밀하게 놓인다.
반응 구역(2)으로부터 그리고 이 경우에 또한 출구 구역(3)으로부터 시작 재료 공급측의 필요한 열적 분리를 실현하기 위해, 암모니아 산화 촉매(4)가 수용되는 고온 저항성 지지부(29)는 하나 이상의 중공 공간(9)을 구비하고, 이 중공 공간을 통해 입구(7) 내로 공급된 냉각 매체가 유동한다. 여기서, 사용된 냉각 매체는 공급 가스 혼합물과 적합성이 있고, 반응은 반응기, 촉매(4) 및 생성물 가스 혼합물에서 요구된다. 질산 설비에서 사용을 위해, 공기가 예를 들어 적합한 냉각 매체로서 이용될 수 있다. 냉각 매체는 지지부(29) 내의 공간(들)(9)을 통해 유동하고, 이에 의해 양 측에서 그 벽을 냉각한다. 반응 구역(2)으로부터 그리고 출구 구역(3)으로부터 입구 구역(1)의 열적 분리는 이에 의해 실현되는데, 이는 반응 구역(2)으로부터 지지부(29)를 따라 입구 구역(1) 내로의 열 전도가 지지부(29)의 냉각에 의해 억제되기 때문이다. 냉각은 또한 출구 구역(3)으로부터 입구 구역(1) 내로 지지부(29)를 통한 열 유동을 억제한다.
냉각 매체는 지지부의 상부측에서 다수의 소형 개구(10)를 통해 입구 구역(1) 내로 진입하고 공급 가스 혼합물과 혼합된다.
입구(7)와 개구(10) 사이의 거리의 적합한 선택에 의해 그리고 냉각 매체의 유형, 양, 유량 및 입구 온도의 적합한 선택에 의해, 입구 구역(1)에 대면하는 지지부(29)의 측면의 온도는 공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만이 되도록 조정될 수 있고, 바람직하지 않은 조기 반응이 억제된다.
공급 가스 혼합물의 점화 또는 반응 온도 미만이 되도록 입구 구역(1) 내의 후드의 내부벽의 온도를 조정하기 위해, 벽은 내부에 부착된 부유 튜브 냉각부(27)를 구비한다. 물 또는 다른 냉각 매체가 부유벽의 튜브를 통해 유동하고, 냉각 매체는 입구(31)를 경유하여 벽 냉각부 내로 진입하고 출구(32)를 경유하여 벽 냉각부를 떠난다.
본 발명에 따른 비교예 9a 내지 9c 및 예 9d
다른 통상의 촉매 치수 설정과는 상이하게 촉매상(5 cm)의 비교적 큰 깊이를 갖는 낮은 유입 영역 상의 유입에 초점을 맞추려고 시도하는 NH3 산화를 위한 전이 금속 산화물 벌집형 촉매를 사용하는 테스트에서, 단지 NOx 형성에 대한 낮은 선택도만이 1.0 m/s의 선형 속도에서 분위기 조건 하에서 실험 반응기 내에서 발견되었다.
2.0 m/s로의 선형 속도의 증가는 또한 NOx 선택도의 부적절한 향상만을 유도한다. 결과는 이하의 표 1에 나타낸다.
예 번호 선형 속도 공간 속도 NH3 턴오버 NH3 초기
농도		 NOx 선택도 반응기
재료
9a 1.0 m/s 10,000 h-1 ~100% 10% 47% 스테인레스강
9b 2.0 m/s 20,000 h-1 ~100% 10% 59% 스테인레스강
9c 1.0 m/s 10,000 h-1 ~100% 1% 38% 스테인레스강
9d 1.0 m/s 10,000 h-1 ~100% 1% 100% 석영 글래스
실험의 수행
스테인레스강 또는 석영 글래스의 관형 반응기에 이용된 LaCoO3 페로브스카이트로 이루어진 풀 벌집형 촉매(200 csi, 길이 5 cm, 직경 1.8 cm)가 공기 중에서 10% 또는 1% 암모니아의 혼합물에 의해 통과 유동되었다. 반응기 튜브는 관형 오븐 내에 위치되었고, 이 지원하에 가능한 열 손실이 보상되는 것이 가능하였다. 온도 조정은 촉매 벌집(출구측) 아래에 약 0.5 cm에 배열된 열 요소에 의해 수행되었다. 출구 온도는 균일하게 900℃였다.
진입 및 진출 가스 스트림의 조성물이 가스 큐벳을 갖는 FTIR 분석기(니콜렛으로부터의 아바타 모델)의 지원에 의해 조사되었다.
실험 9a 내지 9c에서 표 1에 나타낸 결과는 공급된 NH3의 상당한 비율이 비어 있는 반응기 튜브 내에서의 대응 실험에 의해 확인되는 바와 같이, 촉매 구역 내로 진입 전에 N2 및 H2O로 분해되었다는 점에서 설명될 수 있다. N2 및 H2O의 형성을 본질적으로 유도하는 NH3의 완전한 변환이 벌집형 촉매의 존재 없이도 외부로부터 가열된 반응 튜브 내에서 1.0 m/s의 선형 속도에서 여기에 기록되었다.
예 9c에 따른 실험이 열적 절연체인 동시에 불활성인 석영 글래스로 제조된 반응기 내에서 수행되면, NOx 선택성이 극적으로 증가되는 것이 놀랍게도 관찰된다(본 발명에 따른 예 9d 참조).
1: 입구 구역 2: 반응 구역
3: 출구 구역 4: 촉매
5: 반응기 자켓팅 6: 절연 자켓
7: 입구 9: 공간
10: 개구 14: 외장
15: 지지 링 16: 금속 외장
17: 립 18: 그리드
25: 점화 랜스 26: 검사 윈도우

Claims (26)

  1. 공급 가스의 유동 방향에서 볼 때 입구 구역(1), 적어도 하나의 촉매(4)를 포함하는 반응 구역(2) 및 생성물 가스를 위한 출구 구역(3)을 갖는 상기 생성물 가스로 상기 공급 가스의 변환에 의한 촉매 발열 기상 반응들을 위한 반응기로서, 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함하는 그 물질 조성에 대한 균질한 가스 혼합물이 하나 이상의 공급 라인들(3)에 의해 상기 입구 구역(1)으로 공급 가스로서 공급되고, 적어도 상기 입구 구역(1) 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서 상기 입구 구역(1) 내로의 상기 반응 구역(2) 내에 형성된 반응 열의 운반을 감소시키고 그리고/또는 적어도 상기 입구 구역(1)의 영역에서 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서 상기 반응기의 내부벽들이 불활성 재료로부터 정교하게 제작되는 수단이 제공되는 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 구역(1)은 혼합을 위해 기능하지 않는 기능적 피팅들을 선택적으로 포함하는 빈 공간인 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입구 구역(1)은 상기 균질한 가스 혼합물을 혼합하기 위한 피팅들, 특히 상기 균질한 가스 혼합물의 혼합 또는 분산을 위한 불활성 패킹들을 포함하지 않는 반응기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 라인들(3)은 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분의 혼합을 위한 하나 이상의 혼합 유닛들에 연결되는 반응기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 구역(2)으로부터 상기 입구 구역(1) 내로 열의 운반을 감소시키기 위한 수단들이 상기 입구 구역(1) 및 상기 반응 구역(2)의 영역에 제공되는 반응기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 입구 구역(1)의 영역에서 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서, 상기 입구 구역(1) 내로의 상기 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키는 수단들이 제공되고, 상기 입구 구역(1)의 영역 또는 상기 반응 구역(2)의 영역에서 상기 반응기의 내부벽들은 불활성 재료로부터 정교하게 제작되는 반응기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 구역(1) 내로의 상기 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키기 위한 수단으로서, 상기 입구 구역(1)의 레벨에서 또는 상기 입구 구역(1) 및 상기 반응 구역(2)의 레벨에서 또는 상기 입구 구역(1) 및 상기 출구 구역(3)의 영역에서 또는 상기 입구 구역(1), 상기 반응 구역(2) 및 상기 출구 구역(3)의 영역에서 반응기 자켓팅(5)에 대해 상기 반응기의 내부 공간을 절연하는 적어도 하나의 절연 자켓(6)이 제공되는 반응기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 구역(1) 내로의 상기 반응 구역(2) 내에 생성된 열의 운반을 감소시키기 위한 수단으로서, 냉각 매체를 통해 안내되기 위한 적어도 하나의 디바이스가 상기 입구 구역(1)의 영역 또는 상기 입구 구역(1) 및 상기 반응 구역(2)의 영역 또는 상기 입구 구역(1) 및 상기 출구 구역(3)의 영역 또는 상기 입구 구역(1), 상기 반응 구역(2) 및 상기 출구 구역(3)의 영역에 제공되는 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 냉각 매체의 운반을 위한 디바이스는 반응기 자켓팅(9) 내에 또는 상기 반응기 자켓팅(9)의 내부벽 상에 위치되는 반응기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 구역(1), 상기 반응 구역(2) 및 상기 출구 구역(3)은 반응기 자켓팅(5)에 의해 둘러싸이고, 상기 반응기 자켓팅은 추가로 촉매(4)를 위한 그리고 상기 입구 구역(1)의 적어도 일부의 영역 또는 상기 반응 구역(2) 및 상기 입구 구역(1)의 적어도 일부의 영역에서 상기 반응기 자켓팅(5)으로부터 상기 반응기의 내부 공간을 절연하고 따라서 상기 반응 구역(2)으로부터 상기 입구 구역(1) 내의 공급 가스로 열의 전달을 억제하는 절연 자켓(6)을 위한 캐리어인 반응기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 입구 구역(1), 상기 반응 구역(2) 및 상기 출구 구역(3)은 상기 입구 구역(1)의 레벨에서 또는 상기 입구 구역(1) 및 상기 반응 구역(2)의 레벨에서 이중벽으로 설계된 반응기 자켓팅(5)에 의해 둘러싸이고, 상기 이중벽 반응기 자켓팅의 적어도 하나의 단부에는 상기 반응기 자켓팅(5)의 내부벽을 냉각하기 위해 상기 이중벽 반응기 자켓팅에 의해 형성된 공간(9) 내로 도입하기 위한 냉각 매체를 위한 연결부(7)가 제공되는 반응기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 이중벽 반응기 자켓팅(5)의 내부벽에는, 상기 냉각 매체가 통과하여 상기 입구 구역(1) 내로 진입하여 상기 공급 가스와 혼합되는 적어도 하나의 개구(10)가 제공되는 반응기.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응기 자켓팅(5)은 압력 용기의 벽으로서 정교하게 제작되고 또는 압력 자켓에 의해 둘러싸이는 공간 내에 수용되는 반응기.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절연 자켓(6)에 추가하여, 이중벽이 되도록 설계된 적어도 하나의 반응기 자켓팅(5)이 제공되고, 이 반응기 자켓팅은 추가로 상기 촉매(4)를 위한 캐리어이고, 상기 냉각 매체를 위한 적어도 하나의 연결부(7)를 갖는 반응기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 촉매(4)가 삽입되는 온도 저항성 및 열적 절연 재료로부터 제조된 외장(14)을 갖는 반응기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매(4)는 벌집 형태로 설계되고 또는 벌집 형태로 정교하게 제작된 캐리어 재료에 및/또는 캐리어 재료 상에 적용되는 반응기.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매(4)는 적어도 30 중량 %의 산화물들, 바람직하게는 금속 산화물들, 특히 전이 금속 산화물들을 포함하는 반응기.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매는 유동 방향에서 볼 때 적어도 3 cm의 깊이를 갖는 푸어링(pouring) 또는 패킹의 형태로 존재하는 반응기.
  19. 제 1 항에 따른 반응기를 사용하여 촉매 발열 기상 반응들을 수행하기 위한 프로세스로서,
    i) 적어도 하나의 공급 라인(30)을 통해 상기 반응기의 입구 구역(1) 내로의 공급 가스로서 적어도 하나의 산화제 및 적어도 하나의 산화될 성분을 포함하는 그 물질 조성에 대한 적어도 하나의 균질한 가스 혼합물의 도입,
    ii) 상기 공급 가스가 반응 구역(2) 내에서 발열 반응에서 완전히 또는 부분적으로 반응하여 생성물 가스를 제공하는 조건들 하에서 상기 입구 구역(1)으로부터 촉매(4)를 포함하는 상기 반응 구역(2) 내로의 공급 가스의 공급,
    iii) 상기 반응기로부터 출구 구역(3)을 통한 생성물 가스의 안내, 및
    iv) 상기 입구 구역(1) 내로의 상기 반응 구역(2) 내에 형성된 반응 열의 운반을 감소시키고 그리고/또는 불활성 재료로부터 적어도 상기 입구 구역(1)의 영역 내에서 또는 상기 반응 구역(2)의 영역 내에서 상기 반응기의 내부벽들의 정교한 제작을 위한 수단의 제공을 갖는 프로세스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 공급 가스 내의 성분들의 국부적인 농도들은 0.1 이하, 바람직하게는 0.05 미만, 특히 바람직하게는 0.03 미만의 변동 계수들을 갖고, 물질의 국부적인 농도들의 변동 계수는 상기 국부적인 물질 농도들의 평균값에 대한 국부적인 물질 농도들의 표준 편차의 비를 표현하는 프로세스.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 사용된 상기 공급 가스는 암모니아- 및 산소-함유 가스 혼합물인 프로세스.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 벌집 형태로 정교하게 제작된 촉매가 이용되는 프로세스.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 30 중량 %의 산화물들, 바람직하게는 금속 산화물들, 특히 전이 금속 산화물들을 포함하는 촉매가 이용되는 프로세스.
  24. 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 방향에서 볼 때 적어도 3 cm의 깊이를 갖는 촉매 푸어링 또는 촉매 패킹의 형태의 촉매가 이용되는 프로세스.
  25. 암모니아의 산화를 위한 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 반응기의 사용 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 반응기는 카프로락탐 또는 질산의 준비를 위한 설비 내에 일체화되는 사용 방법.
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