KR20130025371A

KR20130025371A - 기상에서 이소시아네이트를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20130025371A
Application number: KR1020127024904A
Authority: KR
Inventors: 토르스텐 마트케; 랄프 붸링; 카르스텐 크눼쉐; 바네사 시모네 레르
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2013-03-11
Also published as: EP2539314B1; CN102933546B; HUE026304T2; EP2539314A1; WO2011104264A1; CN102933546A; JP5827248B2; JP2013520465A

Abstract

본 발명은 불활성 매질의 존재 또는 부재하에 아민을 포스겐과 기상으로 반응시켜 상응하는 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, (a) 증발기에서 아민을 증발시키는 단계, (b) 아민을 과열시키는 단계, (c) 기상 아민을 포스겐과 혼합하고 이를 반응 구역에 도입하는 단계, (d) 반응 구역에서 아민과 포스겐을 반응시켜 이소시아네이트를 얻고, 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계, (e) 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함하고, 증발기는 가열 매체가 유동하는 튜브가 구비된 용기를 포함하고, 튜브의 개수 및 직경은 아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 튜브의 열전달 비면적이 300 ㎡/㎥ 이상이도록 설계되는 것인 방법에 관한 것이다.

Description

기상에서 이소시아네이트를 제조하는 방법{PROCESS FOR PREPARING ISOCYANATES IN THE GAS PHASE}

본 발명은 불활성 매질의 존재 또는 부재하에 아민을 포스겐과 기상으로 반응시켜 상응하는 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서,

(a) 증발기에서 아민을 증발시키는 단계,

(b) 아민을 과열시키는 단계,

(c) 기상 아민을 포스겐과 혼합하고 이를 반응 구역에 도입하는 단계,

(d) 반응 구역에서 아민과 포스겐을 반응시켜 이소시아네이트를 얻고, 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계,

(e) 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함한다.

아민의 포스겐화(phosgenation)에 의한 상응하는 이소시아네이트의 제조는 대체로 액상 포스겐화 또는 기상 포스겐화에 의해 수행될 수 있다. 기상 포스겐화는 보다 높은 선택성을 가능하게 하고 보다 낮은 수준의 독성 포스겐과 감소된 에너지 투입을 요구한다.

기상 포스겐화에서는, 아민-포함 공급물 스트림과 포스겐-포함 공급물 스트림을 가스 상태로 혼합한다. 아민과 포스겐은 반응하여 염화수소(HCl)를 방출하면서 상응하는 이소시아네이트를 형성한다. 아민-포함 공급물 스트림은 일반적으로 액상으로 존재하며, 포스겐-포함 스트림과의 혼합 이전에 증발되고 경우에 따라 과열되어야 한다.

기상에서 이소시아네이트를 제조하기 위한 해당 공정들이 예를 들어 EP-A 1 319 655 또는 EP-A 1 555 258에 기재되어 있다.

후속 반응을 피하기 위해, 반응이 완료된 후 반응 혼합물은 빠르게 냉각되어진다. 이는 예를 들어 액체 급냉을 사용하여 수행된다.

아민을 증발시키고 이를 300℃ 이상의 반응 온도로 과열시키기 위해, 실질적으로 전기적 가열, 연소 가스 또는 고압 스팀이 현재 사용된다. 적절하다면, 염 용융물(salt melt)이 또한 열전달 매체로서 사용된다. 고온에서 아민의 증발 및 과열 동안, 분해 및 올리고머화 반응이 일어날 수 있다. 이는 우선적으로 전체 공정의 수율을 감소시키고, 부차적으로는 형성된 고급 올리고머가 미증발 상태로 남아 증발기 및 증발기에 후속하는 플랜트 구성요소에서 침착물(deposits)을 야기할 수 있다. 수율 손실과 막힘 위험을 최소화하기 위해, 아민에 대한 증발 및 과열 시간의 단축에 충실할 필요가 있다. 이는 실질적으로 높은 부피기준 열전달 면적에 의해 달성된다. 이러한 목적을 위한 부피기준 열전달 면적은 증발될 아민이 유동하는 부피에 대한 열전달 표면적의 비이다. 아민이 채널을 통해 이송되고 열전달 비면적이 1000 ㎡/㎥인 증발기가 EP-A 1 754 698에 공지되어 있다. 그러나, 기재된 증발기는 개개 채널에서 유동 경로의 물리적 분리가 이루어진다는 점에서 단점을 가진다. 채널 내에 침착물이 형성되면, 이를 통한 흐름이 감소하고 그 결과 채널 내 체류 시간이 증가하여 침착물의 추가 형성과 함께 아민 분해가 증가한다. 이는 채널의 막힘을 초래한다. 따라서 이러한 채널의 열전달 면적은 증발을 위해서는 더 이상 유효하지 않다. 일정한 부피 유동에서는, 나머지 채널들을 통해 동시에 보다 큰 유동이 발생하며, 그 결과 압력 하강이 증가하고 체류 시간이 짧아지며, 이에 아민이 완전히 증발되지 않을 수 있다. 이에 아민이 유동하는 평행 채널 구조물의 사용은 개개 채널에서의 침착물에 매우 민감하다. 아민이 개개 채널을 통해 유동할 때 발생하는 추가 문제점은 모든 채널에 걸쳐 아민의 균일한 분포이다.

따라서 본 발명의 목적은 아민을 포스겐과 기상으로 반응시켜 상응하는 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, 아민이 높은 열전달 비면적을 가진 증발기에서 증발되고 이에 증발 및 과열 시간이 단축되며, 당업계에 공지된 증발기의 단점을 가지지 않는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 불활성 매질의 존재 또는 부재하에 아민을 포스겐과 기상으로 반응시켜 상응하는 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서,

(a) 증발기에서 아민을 증발시키는 단계,

(b) 아민을 과열시키는 단계,

(e) 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함하고,

증발기는 가열 매체가 유동하는 튜브가 구비된 용기를 포함하고, 튜브의 개수 및 직경은 아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 튜브의 열전달 비면적이 300 ㎡/㎥ 이상이도록 설계되는 것인 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 목적을 위해, 열전달 비면적(specific heat transfer area)은 아민이 유동하는 부피를 기준으로 가열 매체가 유동하여 통과하는, 증발기에 구비된 모든 튜브의 (주위를 아민이 유동하는) 표면적이다.

가열 매체가 증발기의 튜브를 통해 유동하고 아민이 튜브 주위를 유동하는 이점은 아민의 유동 경로가 개개 채널로 나눠질 필요가 없다는 점이다. 또한, 아민이 유동하여 통과하는 비교적 큰 인접 영역은 아민 분해와 이에 따른 추가 침착물의 형성을 촉진하는 침착물의 가능한 형성을 피한다. 낮은 수준의 침착물의 형성은 압력 하강에 있어 단지 최소한의 증가를 일으키며 이에 체류 시간의 우선적으로 의미없는 단축을 유도한다. 이에 증발기는 초기에 침착물의 형성에 대한 제약없이 여전히 사용될 수 있다. 또한, 아민의 변치않은 높은 유동 속도는, 비록 낮은 수준의 침착물이 형성되는 경우에서 조차, 침착물이 적어도 부분적으로 아민 스트림내에 동반되도록 하고 이에 침착물 형성 위험이 더욱 감소된다.

아민의 빠른 증발, 및 적절하다면 아민의 과열을 달성하기 위해, 큰 열전달 비면적이 선택된다. 본 발명에 따르면, 열전달 면적은 300 ㎡/㎥ 이상이다. 아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 열전달 비면적은 바람직하게는 400 ㎡/㎥ 이상, 특히 500 ㎡/㎥ 이상이다.

아민의 빠른 증발을 달성하고 열전달 표면상에서 침착물의 형성을 피하기 위해, 튜브를 용기 내 아민의 유동 방향에 평행하게 배열하는 것이 바람직하다. 여기서, 가열 매체는 아민과 병류식(cocurrent) 또는 향류식(countercurrent)으로 튜브를 통해 유동할 수 있다. 가열 매체는 튜브를 통해 향류식으로 유동하는 것이 바람직하다.

튜브의 표면상에서 침착물의 형성을 추가로 감소시키기 위해, 본 발명의 일 실시양태에서는 평탄한 표면을 가진 튜브가 바람직하다. 여기서, 평탄한 표면은 특히 리브(ribs) 또는 다른 돌출부 및 그루브가 없는 표면이다. 또한, 튜브의 표면의 낮은 거칠기가 또한 유리하다. 표면의 거칠기가 낮을수록, 표면상에 존재하는 침착물이 부착될 수 있는 핵이 적어진다.

튜브 주위에서 아민의 균일한 유동을 달성하기 위해, 튜브는 원형 단면을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 원형 단면 이외의 임의의 단면이 또한 가능하다. 원형 단면의 이점은 튜브에 침착물이 형성될 수 있는 모서리가 없다는 점이다. 또한, 원형 단면을 가진 튜브는 다수의 튜브를 사용할 수 있고 이에 큰 열전달 비면적을 달성할 수 있다.

아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 열전달 비면적이 300 ㎡/㎥ 이상이 되도록 하기 위해서는, 외경이 10 mm 이하, 바람직하게는 8 mm 이하인 튜브를 증발기에서 사용하는 것이 바람직하다. 두 개의 인접 튜브 간의 최소 거리는 바람직하게는 3 mm 이하이다. 튜브 직경이 10 mm 이하이고 두 튜브간의 간격이 3 mm 이하이면 아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 높은 열전달 비면적이 달성된다.

아민의 증발, 및 적절하다면 아민의 과열에 필요한 체류 시간은 증발기의 상응하는 길이와 튜브의 상응하는 길이 및 증발기를 통과하는 부피 유량에 의해 설정된다. 아민이 유동하는 일정 영역에서 부피 유량이 클수록 증발기에서 아민의 속도가 높아지고 아민의 체류시간이 단축된다. 아민이 유동하여 통과하는 소정의 단면적 및 소정의 부피 유량에서 체류 시간을 증가시키기 위해서는, 튜브 및 증발기를 길게 제작할 필요가 있다. 아민의 증발, 및 적절하다면 아민의 과열에 사용된 증발기에서, 튜브의 길이는 바람직하게는 0.1 내지 5 m 범위이고, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 m 범위이며, 특히 0.3 내지 2 m 범위이다.

증발기에서 아민을 증발시키는 것 이외에, 증발 온도 이하의 온도에서 아민을 증발기로 공급하고 우선적으로 이를 증발기에서 증발 온도로 예열시킬 수도 있다. 증발 온도에 도달한 후 아민은 증발기에서 증발된다. 아민과 포스겐의 반응에 의해 상응하는 이소시아네이트를 형성하는 반응 온도가 일반적으로 300 내지 400℃ 범위인 아민의 증발 온도 이상이기 때문에, 증발 후 아민을 과열시킬 필요가 있다. 아민의 과열은 바람직하게는 증발기에서 또한 수행된다.

아민이 증발기에서 증발되는 압력은 바람직하게는 0.05 내지 10 bar(절대값) 범위이다. 압력은 0.8 내지 5 bar(절대값) 범위인 것이 특히 바람직하다.

과열 후, 아민은 포스겐과 혼합된다. 여기서, 포스겐의 온도는 바람직하게는 250 내지 450℃ 범위이다. 포스겐의 가열은 당업계의 숙련인에게 공지된 임의의 적당한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 포스겐의 가열을 위해 아민이 증발되고 과열되는 열교환기와 동일한 구조를 가진 열교환기를 사용할 수 있다. 그러나, 포스겐을 가열하기 위해 임의의 다른 열교환기가 사용될 수도 있다. 이는 특히 포스겐이 가열되는 온도에서 분해되지 않고 침착물을 형성하기 때문에 가능하다. 따라서 포스겐을 특히 빠르게 가열할 필요는 없다.

혼합 후, 포스겐과 아민을 반응 구역에 공급한다. 혼합은 일반적으로 혼합 구역에서 수행된다. 혼합 구역 및 반응 구역은 아민의 기상 포스겐화에 의해 이소시아네이트를 제조하기 위해 사용된 반응기의 연속 부분일 수 있다. 일반적으로, 튜브형 반응기가 반응기로서 사용된다. 반응기에서, 아민은 포스겐과 반응하여 상응하는 이소시아네이트 및 염화수소를 형성한다. 포스겐은 반응기를 떠나는 반응 가스가 형성된 이소시아네이트 및 염화수소 뿐만 아니라 포스겐을 포함하도록 일반적으로 과량으로 도입된다.

이소시아네이트를 제조하는데 사용될 수 있는 아민은 모노아민, 디아민, 트리아민 또는 더 고가의 아민이다. 모노아민 또는 디아민을 사용하는 것이 바람직하다. 사용된 아민에 상응하여, 상응하는 모노이소시아네이트, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 또는 더 고가의 이소시아네이트가 얻어진다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 모노이소시아네이트 또는 디이소시아네이트를 제조하는데 사용된다.

디아민과 디이소시아네이트는 지방족, 지환족 또는 방향족일 수 있다.

지환족 이소시아네이트는 하나 이상의 지환족 고리 시스템을 포함하는 이소시아네이트이다.

지방족 이소시아네이트는 직쇄 또는 분지쇄에 결합된 이소시아네이트기만을 가진 이소시아네이트이다.

방향족 이소시아네이트는 하나 이상의 방향족 고리 시스템에 결합된 하나 이상의 이소시아네이트기를 가진 이소시아네이트이다.

명칭 "(시클로)지방족 이소시아네이트"는 이하에서 지환족 및/또는 지방족 이소시아네이트를 위해 사용될 것이다.

방향족 모노이소시아네이트 및 디이소시아네이트의 예는 바람직하게는 6 내지 20개의 탄소 원자를 가진 이소시아네이트, 예를 들면 페닐 이소시아네이트, 단량체 2,4'- 및/또는 4,4'-메틸렌디(페닐 이소시아네이트) (MOl), 2,4- 및/또는 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트 (TOI) 및 1,5- 또는 1,8-나프틸 디이소시아네이트 (NOI)이다.

(시클로)지방족 디이소시아네이트의 예는 지방족 디이소시아네이트, 예컨대 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (1,6-디이소시아나토헥산), 1,8-옥타메틸렌 디이소시아네이트, 1,1O-데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,14-테트라데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,5-디이소시아나토펜탄, 네오펜탄 디이소시아네이트, 라이신 디이소시아네이트의 유도체, 테트라메틸크실릴렌 디이소시아네이트 (TMXOI), 트리메틸헥산 디이소시아네이트 또는 테트라메틸헥산 디이소시아네이트, 및 또한 3(또는 4),8(또는 9)-비스(이소시아나토메틸)트리시클로[5.2.1.0^2.6]데칸 이성체 혼합물, 및 또한 지환족 디이소시아네이트, 예컨대 1,4-, 1,3- 또는 1,2-디이소시아나토시클로헥산, 4,4'- 또는 2,4'-디(이소시아나토시클로헥실)메탄, 1-이소시아나토-3,3,5-트리메틸-5-(이소시아나토메틸)시클로헥산 (이소포론 디이소시아네이트), 1,3- 또는 1,4-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산, 2,4- 또는 2,6-디이소시아나토-1-메틸시클로헥산이다.

바람직한 (시클로)지방족 디이소시아네이트는 1,6-디이소시아나토헥산, 1-이소시아나토-3,3,5-트리메틸-5-(이소시아나토메틸)시클로헥산, 4,4'-디(이소시아나토시클로헥실)메탄 및 톨릴렌 디이소시아네이트 이성체 혼합물이다. 1,6-디이소시아나토헥산, 1-이소시아나토-3,3,5-트리메틸-5-(이소시아나토메틸)시클로헥산 및 4,4'-디(이소시아나토시클로헥실)메탄이 특히 바람직하다.

상응하는 이소시아네이트를 형성하는 반응을 위한 본 발명의 방법에서 사용된 아민은 아민, 상응하는 중간체 및 상응하는 이소시아네이트가 선택된 반응 조건하에 기상 형태로 존재하기 위한 것들이다. 반응 조건하에 반응 기간 동안 2 몰% 이하, 특히 바람직하게는 1 몰% 이하, 매우 특히 바람직하게는 0.5 몰% 이하로 분해되는 아민이 바람직하다. 특히 적합한 아민은 2-18개의 탄소 원자를 가진 지방족 또는 지환족 탄화수소에 기초한 아민, 특히 디아민이다. 예를 들면 1,6-디아미노헥산, 1,5-디아미노펜탄, 1,3-비스(아미노메틸)시클로헥산, 1-아미노-3,3,5-트리메틸-5-아미노메틸시클로헥산(IPDA) 및 4,4-디아미노디시클로헥실메탄이 있다. 1,6-디아미노헥산(HDA)을 사용하는 것이 바람직하다.

상당한 분해없이 기상에 이를 수 있는 방향족 아민이 또한 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 바람직한 방향족 아민의 예로는 톨루엔디아민(TDA)을 2,4- 또는 2,6-이성체로서 또는 이의 혼합물로서, 예를 들면 80:20 내지 65:35 (mol/mol) 혼합물로서, 디아미노벤젠, 2,6-크실리딘, 나프탈렌디아민(NDA) 및 2,4'- 또는 4,4'-메틸렌디(페닐아민) (MDA) 또는 이의 이성체 혼합물이 있다. 2,4- 및/또는 2,6-TDA 또는 2,4'- 및/또는 4,4'-MDA가 바람직하다.

모노이소시아네이트를 제조하기 위해, 지방족, 지환족 또는 방향족 아민, 일반적으로 모노아민을 사용할 수 있다. 특히 바람직한 방향족 모노아민은 아닐린이다.

기상 포스겐화에서, 반응 도중 존재하는 화합물들, 즉 출발 물질(아민 및 포스겐), 중간체(특히 중간체로서 형성된 모노카바모일 및 디카바모일 클로라이드), 최종 생성물(이소시아네이트) 및 또한 도입된 임의의 불활성 화합물이 반응 조건하에 기상으로 존재하도록 해야 한다. 이들 또는 다른 성분들이 기상으로부터 예를 들어 반응기 벽 또는 장치의 다른 구성요소 상에 침착된다면, 관련 구성요소의 열전달 또는 이를 통한 흐름이 이러한 침착물에 의해 원치않은 방향으로 변경될 수 있다. 이는 특히 유리 아민기와 염화수소로부터 형성된 아민 히드로클로라이드에 적용된다. 생성된 아민 히드로클로라이드는 쉽게 침전되며, 다시 증발되거나 분해되기가 어려울 수 있다.

튜브형 반응기의 사용 이외에, 실질적으로 입방형 반응 스페이스, 예를 들면 플레이트형 반응기가 사용될 수도 있다. 반응기의 임의의 다른 원하는 단면이 또한 가능하다.

부산물의 형성을 피하기 위해, 포스겐은 바람직하게는 과량으로 사용된다. 아민을 반응에 필요한 비율만으로 도입하기 위해서는, 아민을 불활성 가스와 혼합할 수 있다. 첨가될 수 있는 불활성 매질은 반응 스페이스에서 기상 형태로 존재하고 반응 도중 존재하는 화합물들과 반응하지 않는 것들이다. 사용될 수 있는 불활성 매질은 예를 들면 질소, 희가스 예컨대 헬륨 또는 아르곤, 방향족 화합물 예컨대 클로로벤젠, o-디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 톨루엔, 크실렌, 클로로나프탈렌, 데카히드로나프탈렌, 이산화탄소 또는 일산화탄소이다. 불활성 매질로서 질소 및/또는 클로로벤젠을 사용하는 것이 바람직하다.

대안으로서, 예를 들어 과량의 포스겐을 피하기 위해 불활성 매질을 포스겐중으로 혼합시킬 수 있다.

일반적으로, 불활성 매질은 불활성 매질 : 아민 또는 포스겐의 가스 부피의 비가 < 0.0001 내지 30, 바람직하게는 < 0.01 내지 15, 특히 바람직하게는 < 0.1 내지 5 인 양으로 첨가된다.

원치않은 부산물의 형성을 감소시키거나 피하고 형성된 이소시아네이트의 분해를 방지하기 위해, 반응 혼합물을 반응 직후 냉각한다. 반응 혼합물을 냉각하기 위해 바람직하게는 켄치(quench)가 사용된다. 여기서, 액체 급냉 매체를 첨가하는 것이 바람직하다. 급냉 매체의 증발은 열을 흡수하고 반응 혼합물의 빠른 냉각을 유도한다.

켄치 이후에 추가 냉각 디바이스가 배치될 수 있다. 이에, 예를 들어, 추가의 켄치들이 제공될 수 있다. 켄치에서의 직접 냉각 이후에 열교환기에서 간접적인 냉각을 제공할 수도 있다.

아민이 증발되고 과열되는 증발기에서 비휘발성 잔사의 축적을 피하기 위해, 바람직하게는 비휘발성 잔사를 포함하는 퍼지 스트림과 기상 아민이 증발기로부터 제거된다. 이러한 방식으로, 비휘발성 잔사가 배출될 수 있다. 비휘발성 잔사는 증발기에서 아민의 분해 또는 올리고머화에 의해 형성되거나 증발기에 이미 도입된 것일 수 있다. 퍼지 스트림은 비휘발성 잔사를 증발기로부터 제거하여 공정으로부터 배출시킬 수 있다. 비휘발성 잔사를 배출시키면서 동시에 아민을 회수하기 위해, 퍼지 스트림은 바람직하게는 증발기의 상류에 위치한 아민 단리용 컬럼으로 재순환된다. 컬럼에서, 아민은 바람직하게는 증류에 의해 다른 물질로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 기상 포스겐화를 위해 충분히 정제된 아민이 입수가능해진다.

퍼지 스트림이 재순환되는 컬럼은 예를 들면 이소시아네이트 제조에 사용된 아민을 제조하기 위한 플랜드의 일부분이다.

아민을 증발시키고 이를 200 내지 400℃의 요구 반응 온도로 과열시키기 위해, 바람직하게는 염 용융물, 연료 가스 또는 스팀이 튜브를 통해 유동하는 가열 매체로서 사용된다. 스팀이 사용되면, 이는 스팀의 온도가 과열된 아민에 대한 소정 온도 이상인 압력으로 압축된다. 포화된 증기의 사용 이외에, 가열 매체로서 과열된 스팀을 사용할 수도 있다. 필요한 열전달 비면적을 얻기 위해 요구되는 작은 튜브 직경으로 인해, 가스에 의한 증발기의 가열이 가능하다. 과열된 스팀 이외에, 예를 들어 연소에 의한 배기가스를 사용할 수도 있다.

연소에 의한 배기가스, 염 용융물 또는 스팀의 사용 이외에, 튜브 내 연료의 촉매적 연소에 의한 가열을 달성할 수도 있다. 이 경우, 연료는 증발기의 튜브에 도입되며 예를 들어 산소, 예컨대 공기 또는 산소-농축 공기 형태의 산소의 첨가에 의해 튜브에서 연소된다. 연소시 방출된 열은 이후 튜브 벽을 통해 아민에 전달되고, 그 결과 아민이 증발되고 과열된다. 연료의 촉매적 연소를 위해, 예를 들어 튜브의 내벽에 촉매적으로 활성인 코팅을 제공할 수 있다. 촉매적으로 활성인 코팅으로서, 당업계의 숙련인에게 공지된 임의의 원하는 촉매적으로 활성인 코팅이 사용될 수 있다. 촉매로서, 귀금속, 특히 백금족 귀금속, 예를 들어 백금 또는 팔라듐을 사용하는 것이 일반적이다. 이후, 촉매로서 사용된 금속은 예를 들어, 적합한 코팅 공정, 예를 들어 증착 공정, 예컨대 화학증착(CVD) 또는 물리적 증착(PVD)에 의해 튜브의 내벽 상에 침착될 수 있다. 대안으로, 촉매적으로 활성인 금속을 예를 들어 튜브의 표면에 코팅된 세라믹에 부가할 수도 있다. 그러나, 촉매적으로 활성인 금속은 바람직하게는 튜브의 내벽에 직접 적용된다.

촉매적으로 활성인 물질로 내벽을 코팅하는 것 이외에, 대안으로서 튜브에서 예를 들어 층(bed)의 형태로 촉매를 배치할 수도 있다. 이 경우, 촉매는 바람직하게는 미세 과립 또는 분말로서 존재한다.

아민의 증발 및 과열이 연료 가스에 의해, 바람직하게는 튜브 내 촉매적 연소에 의해 수행되면, 연료 가스로서 천연 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

아민의 증발이 스팀을 사용하여 수행되면, 아민을 요구된 반응 온도에 도달시키기 위해 증발기의 하류에 과열기(superheater)를 설치할 필요가 있을 수 있다. 이는 특히 스팀의 온도가 아민을 반응 온도로 과열시키기에 충분히 높지 않은 경우에 해당한다. 이후, 증발기의 하류에 위치한 과열기를 스팀 이외의 가열 매체, 예를 들어 연료 가스 또는 염 용융물에 의해 가열한다. 과열기는 바람직하게는 증발기와 동일한 구조를 가지며, 증발기와 과열기의 튜브 개수 및 튜브 길이는 상이할 수 있다. 대안으로서, 전기적으로 가열된 과열기를 사용할 수도 있다.

대안으로서, 우선적으로 스팀이 유동하는 튜브와, 스팀이 유동하는 튜브 바로 다음에 연료 가스가 연소되거나 스팀이 유동하는 튜브의 영역에서 증발된 아민 스트림을 과열시키기 위해 염 용융물이 유동하는 튜브를 사용하여 증발기를 두 파트로 구성할 수 있으며, 후속 증발기 부분은 염 용융물이 유동하는 튜브 또는 촉매적 연소가 수행되는 튜브를 포함한다.

요구된 반응 온도로 포스겐의 가열은 가열 매체, 예를 들면 스팀, 염 용융물에 의해 또는 연료의 연소에 의해 또는 가열 매체로서 연소시 배출된 배기 가스의 사용에 의해 간접적으로 또는 전기적 가열에 의해 수행된다.

아민 증발기의 외벽상에 침착물을 피하기 위해, 증발기의 외벽이 임의의 모서리를 가지지 않는 것이 바람직하다. 특히, 원형 또는 타원형 단면을 가진 증발기 외벽이 바람직하다. 증발기의 외벽의 직경은 임의의 원하는 직경일 수 있다. 크기는 사용된 아민의 양과 아민이 유동하여 통과하는 단면적에 좌우된다. 특히 차가운 외벽 표면으로 인한 외벽 상에 침착물 형성을 피하기 위해, 증발기의 외벽을 가열 매체가 유동할 수 있는 이중 벽으로 구성할 수도 있다. 가열 매체는 바람직하게는 증발기의 튜브를 통해 유동하는 가열 매체와 동일하다.

Claims

불활성 매질의 존재 또는 부재하에 아민을 포스겐과 기상으로 반응시켜 상응하는 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서,
(a) 증발기에서 아민을 증발시키는 단계,
(b) 아민을 과열시키는 단계,
(c) 기상 아민을 포스겐과 혼합하고 이를 반응 구역에 도입하는 단계,
(d) 반응 구역에서 아민과 포스겐을 반응시켜 이소시아네이트를 얻고, 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 단계,
(e) 이소시아네이트 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물을 냉각하는 단계를 포함하고,
증발기는 가열 매체가 유동하는 튜브가 구비된 용기를 포함하고, 튜브의 개수 및 직경은 아민이 유동하는 부피를 기준으로 한 튜브의 열전달 비면적(specific heat transfer area)이 300 ㎡/㎥ 이상이도록 설계되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 튜브는 용기 내 아민의 유동 방향에 대해 평행하게 배열되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 튜브는 평탄한 표면을 가지는 것인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브는 원형 단면을 가지는 것인 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브는 외경이 10 mm 이하, 바람직하게는 8 mm 이하인 것인 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브는 길이가 0.1 내지 5 m 범위인 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 증발기에서 아민을 증발시키고 반응 온도로 과열시키며, 경우에 따라 예열하는 것인 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기상 아민과 비휘발성 잔사를 포함하는 퍼지 스트림을 증발기로부터 제거하는 것인 방법.
제8항에 있어서, 퍼지 스트림 중 적어도 일부분을 증발기의 상류에 위치하는 아민 단리용 컬럼으로 재순환시키는 것인 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브를 통해 유동하는 가열 매체는 염 용융물, 연료 가스 또는 스팀인 것인 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 가열은 튜브에서 연료의 촉매적 연소에 의해 실시하는 것인 방법.
제11항에 있어서, 튜브의 내벽상에 촉매적으로 활성인 코팅이 제공되는 것인 방법.