KR20130138645A - 반응기 - Google Patents

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KR20130138645A
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Abstract

(a) 벌크 촉매층 및 새 공급물을 공급하고, 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로 재순환시키는 수단;
(b) 상기 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로부터 포집하고, 그것의 적어도 일부를 단계(a)로 재순환시키는 수단;
(c) 상기 벌크 촉매층을 통해 실질적으로 수직으로 연장되는 마이너 촉매층 및 적어도 부분적으로 변환된 생성물 스트림만을 상기 마이너 촉매층으로 재순환시켜 공급하는 수단; 및
(d) 상기 벌크 촉매층과 상기 마이너 촉매층 사이의 분리벽
을 포함하는 액체/기체 반응기.

Description

반응기{REACTOR}
본 발명은 액체/기체 반응기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반응기 내의 온도 제어가 용이한 액체/기체 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 반응기에서 수행되는 공정에 관한 것이다.
액체와 기체 사이의 화학적 반응은 종종 고체 촉매층 위에서 수행된다. 그 반응은 발열성, 즉 열을 발생시키거나, 흡열성, 즉 열이 이용되어 냉각이 나타날 수 있다. 몇몇 반응에서는, 반응의 열 효과가 온건하지만, 그러한 경우에도, 온도가 제어되지 않으면 선택성을 상실하는 결과가 초래될 수 있다. 그러나, 보다 발열성이거나 흡열성인 반응에 있어서는, 열 효과를 더욱 정밀하게 제어할 필요가 있다. 극단적인 경우에, 고도로 발열성인 반응에 의해 발생된 열은 열 폭주(thermal runaway)를 초래할 수 있다. 마찬가지로, 고도로 흡열성인 반응의 냉각 효과는 반응의 급랭(quenching)을 초래할 수 있다.
발열 반응 또는 흡열 반응이 일어나는 액체/기체 반응기에서 온도를 제어하기 위해 통상적으로 사용되는 방법은 가열되거나 냉각된 생성물의 재순환에 의한 방법이다. 재순환은 온도 상승을 제한하는 효과를 가진다. 이러한 소위 "액체 재순환" 반응기는, 예를 들면 벤젠의 수소첨가, 알킨 및/또는 디엔을 제거하기 위한 올레핀의 선택적 수소첨가, 및 알데히드를 알코올로 변환시키기 위한 수소첨가 등의 용도에 상업적으로 널리 사용되고 있다.
C2 및 C3 스트림에서 알킨 및 디엔의 선택적 수소첨가를 위한 전형적인 스킴이 도 1에 예시되어 있다. 이 구성은 AIChE 15차 Ethylene Producers Conference 2003, Session 64a에 발표된 " Overview on C 2 and C 3 Selective Hydrogenation" page 560, Fig 7에 예시된 것과 유사하다. 수소첨가 유닛은 주반응기(1)와 마감처리 반응기(finishing reactor)(2)를 포함한다. C3 공급원료는 라인(3)을 통해 주반응기(1)에 공급되어, 라인(4)을 통해 공급된 수소와 촉매 위에서 반응한다. 생성물은 라인(5)을 통해 추출되고, 냉각기(6)에서 냉각된 다음 라인(7)을 통해 액체/기체 세퍼레이터(8)로 이송된다. 소정 비율의 액체는 라인(9)을 통해 제거되어 주반응기(1)로 재순환된다. 예시된 구성에 있어서, 재순환 스트림(9)은 공급원료 스트림(3)과 합쳐진 다음, 주반응기(1)에 공급된다.
세퍼레이터로부터 과량의 기체는 라인(10)을 통해 제거된다.
기체/액체 반응기로부터의 잔류 액체는 라인(11)을 통해 제거되어, 마감처리 반응기(2)에 공급된다. 이 반응기는 플러그 흐름(plug flow) 반응기이다. 생성물은 라인(12)을 통해 제거된다. 공급물이 재순환된 생성물 스트림에 의해 희석되기 때문에 상기 액체 재순환 반응기는 부분적으로 역혼합형(back-mixed)인 것을 이해할 것이다.
100% 알켄을 알칸으로 또는 알데히드를 알코올로 변환시키는 수소첨가 공정의 경우에, 반응기에서의 온도 상승이 20℃를 초과하는 것을 피하기 위해서는 전형적으로 공급 속도의 10∼20배의 재순환 속도가 필요하다. 이러한 재순환 생성물은 반응제를 현저히 희석시키며, 그 결과 액체 재순환 반응기에서 얻어지는 변환율이 감소된다.
폴리싱(polishing) 반응기로도 알려져 있는 마감처리 반응기(2)는 저수준의 미반응 공급물 성분을 가지는 고품질 생성물을 제조하기 위해 필요하다. 분배(distribution)가 양호하게 이루어지도록 하기에 적합한 액체 속도를 갖기 위해서는, 마감처리 단계의 단면적이 액체 재순환 반응기보다 훨씬 작아야 하고, 따라서 적합한 촉매 체적을 얻기 위해 길다란 마감처리 반응기가 사용되어야 한다.
종래 기술의 액체 재순환 반응기의 또 다른예를 개략적으로 나타내는 도면이 도 2에 예시되어 있다. 여기서, 기체 공급물은 라인(21)을 통해 반응기(22)에 첨가된다. 새 공급물은 라인(23)을 통해 첨가되어, 라인(24)로부터의 재순환 생성물과 혼합된 다음, 라인(25)을 통해 반응기(22)의 헤드스페이스에 공급된다. 혼합된 액체와 기체는 이어서 촉매층(26)을 통해 하방으로 흐르면서 반응이 일어난다. 미반응 기체는 라인(27)을 통해 제거되고, 소정 비율의 생성물은 라인(28)을 통해 인출된다. 생성물 스트림의 나머지는 펌프(30)에 의해 라인(29)을 통해 인출된 다음, 가열기/냉각기(31)에서 목표로 하는 온도로 가열 또는 냉각되어 라인(24)을 통해 반응기(22)로 재순환된다.
특허문헌 US 6693225에는 1개보다 많은 촉매층을 구비한 액체 재순환 반응기로서, 제1 촉매층 및 촉매층들의 사이에 수소가 첨가되는 반응기가 기재되어 있다. 선택적으로, 변환을 완결시키기 위해 제2의 외부의 플러그 흐름 반응기가 추가된다.
대안적 구성으로서, 특허문헌 US 4707792에 기재되어 있는 것은 크루드 부타디엔 중 아세틸렌계 불순물의 선택적 수소첨가에 관한 것이고, 특허문헌 US 4937051에 기재되어 있는 것은 탄화수소유의 수소첨가에 관한 것이다. 이러한 문헌예의 경우에, 최종 생성물로부터 제1 층으로 유입되는 액체 재순환 및 층 출구로부터 층 입구로 다른 재순환이 이루어지는 연속적 촉매층이 기재되어 있다. 수소는 선택성을 향상시키기 위해 촉매층들 사이에 첨가된다. 높은 효율성 및/또는 고품질 생성물을 얻기 위해서 제2의 외부의 마감처리/폴리싱 스테이지가 종종 필요하다. 제1 재순환 반응기는 반응 조건의 균일성 및 양호한 기체/액체 혼합을 제공하기 위해 사용된다. 그러나, 촉매가 본질적으로 부분적으로 역혼합되기 때문에 촉매의 이용도가 비효율적이라는 단점이 있다.
특허문헌 US 7663006에 설명되어 있는 바와 같이, 이러한 충전층(packed bed) 반응기에서 양호한 기체/액체 접촉을 달성하기 위해서 높은 액체 속도가 필요하다. 특허문헌 GB 1315217에는, 양호한 촉매 이용을 달성하기 위해 높은 액체 유량을 이용하는 알데히드의 수소첨가 방법이 기재되어 있다. 대안적 구성이 특허문헌 US 4681674에 기재되어 있다. 여기서는, 균일한 촉매 습윤을 유지하기 위해 재순환이 권장된다. 그러나, 이 방법은 생성물을 공급물에 재순환하는 것이 반응물을 희석시키고 반응 속도를 감소시키는 단점을 가진다.
특허문헌 US 5573736에는, 반응 열을 제거하기 위해 모두 액체 재순환이 이루어지는 일련의 분리된 구역들로 구성된 반응기가 기재되어 있다. 상기 반응기에서 최종적 층은 액체가 재순환되지 않는 플러그 흐름이다. 이러한 형태의 설계에 있어서, 최종 플러그 흐름 섹션에서의 속도는 액체의 유량이 비교적 낮기 때문에 매우 낮을 것이고, 따라서 기체/액체 분배도 불량하다.
수소첨가가 2개의 스테이지에서 수행되는데, 하나의 반응기에서 또는 직렬로 배열된 2개의 반응기에서 수행되는 방법이 특허문헌 US 4960960에 기재되어 있다. 제2 스테이지는 액체가 재순환되거나 또는 재순환되지 않는 별개의 반응기로서, 또는 주된 층 하부에 설치되고 주된 층과 동일한 직경을 가진 층으로서 기재되어 있다. 이러한 설계는 제2 용기를 필요로 하거나, 또는 액체 속도가 감소된 섹션에서 반응기 높이의 증가를 필요로 하고; 액체 속도의 감소는 비효율적인 촉매 이용을 초래하는 문제점을 가진다.
이제 본 발명자들은 충전층 반응기의 변형에 의해, 촉매의 효율성을 약 2배로 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 방법은 보다 높은 품질의 생성물의 제공에 이용될 수 있고, 마감처리 반응기를 생략하는 것을 가능하게 할 것이다. 마감처리 반응기가 존속되더라도, 플랜트와 촉매의 비용이 감소될 것이며, 그에 따라 공정의 경제성이 향상될 것이다.
본 발명에 따르면,
(a) 벌크 촉매층(bulk catalyst bed) 및 새 공급물을 공급하고, 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로 재순환시키는 수단;
(b) 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로부터 포집하고, 그것의 적어도 일부를 단계(a)로 재순환시키는 수단;
(c) 상기 벌크 촉매층을 통해 실질적으로 수직으로 연장되는 마이너(minor) 촉매층 및 적어도 부분적으로 변환된 생성물 스트림만을 상기 마이너 촉매층으로 재순환시켜 공급하는 수단; 및
(d) 상기 벌크 촉매층과 상기 마이너 촉매층 사이의 분리벽
을 포함하는 액체/기체 반응기가 제공된다.
기체 상태의 반응물과 새 액체 공급물이 일반적으로 단계(a)에서 벌크 촉매층에 공급된다.
본 발명의 반응기는 일반적으로 발열성 또는 흡열성 반응을 가지는 용도에 적합할 것이다.
본 발명의 구성에 의하면, 마이너 촉매층에는 이미 반응이 수행되고 따라서 적어도 부분적으로 변환되어 있을 공급물만이 공급된다. 따라서, 마이너 촉매층에서 유출되는 스트림은 마이너 촉매층이 없는 반응기의 경우보다 더 완전히 변환된 생성물을 제공할 것이다.
마이너 촉매층은 벌크 촉매층에서 임의의 적합한 위치에 있을 수 있지만, 하나의 구성에 있어서, 그 주위에 환형(annulus)을 형성하는 상기 벌크 촉매층에 대해 중심이 되도록 위치할 수 있다.
마이너 촉매층과 벌크 촉매층의 촉매 면적의 비로서는 임의의 적합한 비가 사용될 수 있다. 일반적으로 상기 비는 요구되는 기체/액체 혼합을 제공하고 촉매의 요구되는 습윤을 달성하도록 선택될 것이다. 바람직하게는, 벌크 촉매층에 대한 마이너 촉매층의 비는 벌크층으로의 공급물 플러스 재순환 유량에 대한 마이너층으로의 재순환 유량의 비의 약 1/2 내지 약 2배가 될 것이다. 하나의 구성에 있어서, 상기 비는 실질적으로 1:1일 것이다. 이것은, 마이너 촉매층이 양호한 기체/액체 혼합 및 양호한 습윤을 제공하는 액체 속도를 가진다는 것을 의미한다. 일반적으로, 이것은 벌크 촉매층에서 달성되는 것과 동일한 수준이 될 것이다.
하나의 구성에 있어서, 벌크 촉매층으로부터 반응기 저부 생성물(bottom)은 일부가 벌크 촉매층으로 재순환되고, 일부가 마이너 촉매층으로 이송되는 상태로 전부 재순환될 것이다.
마이너 촉매층으로의 유량은 바람직하게는 최종적 생성물 유량과 동일하지만, 제어의 용이성을 위해 100% 이하의 초과량이 사용되고, 그 초과량은 벌크 촉매층으로부터의 재순환량과 합쳐진다.
반응기는 바람직하게는 재순환 스트림의 온도를 조절하기 위해 가열기 또는 냉각기를 포함한다.
본 발명의 구성에 의하면, 향상된 변환율이 얻어질 수 있다. 몇몇 구성에 있어서, 별도의 폴리싱 반응기의 필요성이 배제된다. 이것은 투자비와 가동비를 감소시킨다.
임의의 적합한 촉매가 사용될 수 있다. 일반적으로, 촉매의 선택은 수행할 반응에 의존한다. 촉매는 임의의 적합한 형태로 되어 있을 수 있다. 그 예로는 펠릿, 압출물, 수지 또는 함침된 패킹이 포함된다. 사용되는 촉매의 예는 니켈, 구리/크롬 또는 팔라듐을 포함한다. 적합한 담체는 알루미나를 포함한다. 동일하거나 또는 상이한 촉매가 벌크 및 마이너 촉매 비즈(beads)에 사용될 수 있다. 마이너 촉매층에 위치하는 촉매와 벌크 촉매층에 위치하는 촉매는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
상기 반응기는 임의의 적합한 재질로 만들어질 수 있다. 촉매층들이 가동되는 온도는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 상기 온도가 상이한 경우에, 반응기는 가열 수단 또는 냉각 수단을 포함한다. 촉매층들이 상이한 온도에서 가동될 경우, 두 층들 사이의 분리벽은 단열 물질로 제조된다.
분리벽은 임의의 적합한 구조로 되어 있을 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 분리벽은 단순히 마이너 촉매층이 위치하게 되는 내부 파이프일 수 있다. 상기 파이프는 임의의 적합한 단면을 가질 수 있지만, 원형 단면일 수 있다. 대안적인 구성에 있어서, 분리벽은 예를 들면 반응기의 벽에 고정된 하프 파이프(half pipe)로 형성된다.
본 발명의 특별한 이점은, 수직형 마이너 촉매층을 설치하기 위해 기존의 단일 또는 다중 촉매층 반응기를 변형할 수 있다는 점이다. 반응기가 새로 제작된 것이든, 기존 반응기를 변형한 것이든, 다중 촉매층이 있는 경우에, 마이너 촉매층은 상기 촉매층들 중 하나, 여러 개 또는 전부에 제공될 수 있다.
본 발명의 장치는 고체 촉매층 위의 임의의 발열성 또는 흡열성 액체/기체 반응용으로 사용될 수 있다. 발열 반응의 예는 알데히드, 케톤, 알킨, 디엔 또는 아릴 화합물의 수소첨가 반응 및 산화 반응을 포함한다. 흡열 반응의 예는 탈수소(dehydrogenation) 반응을 포함한다. 특히, 본 발명은 부타디엔을 부텐으로 변환시키는 선택적 수소첨가, 벤젠으로부터 시클로헥산의 제조, 또는 2-에틸-헥스-2-엔알로부터 2-에틸 헥산올의 제조에 적합하다.
그러므로, 본 발명의 제2 측면에 따르면,
(a) 새 공급물과 재순환 생성물 스트림을 포함하는 공급물을 전술한 제1 측면의 장치의 벌크 촉매층에 공급하는 단계;
(b) 전술한 제1 측면의 반응기에 가스를 공급하는 단계;
(c) 상기 벌크 촉매층에서 반응이 이루어지도록 하는 단계;
(d) 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 포집하는 단계;
(e) 상기 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림의 일부를 상기 벌크 촉매층으로 재순환시키는 단계;
(f) 상기 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림의 적어도 일부를 본 발명의 전술한 제1 측면의 마이너 촉매층에 공급하는 단계;
(g) 상기 마이너 촉매층에서 반응이 이루어지도록 하는 단계;
(h) 상기 마이너 촉매층으로부터 생성물 스트림을 포집하는 단계
를 포함하는, 기체/액체 반응을 위한 방법이 제공된다.
벌크 촉매층으로부터의 부분적으로 반응된 스트림이 모두 벌크 촉매층으로의 재순환물로서, 또는 마이너 촉매층으로의 공급물로서 반응기에 반송될 수 있지만, 부분적으로 반응된 스트림의 일부는 포집되고 회수될 수 있음을 이해할 것이다.
반응기에 반송된 부분적으로 반응된 스트림은 재순환되기 전에 필요에 따라 가열되거나 냉각될 수 있다.
바람직한 흐름 체제는 일반적으로, 포지티브 압력 강하를 제공하는 것이다. 그러나, 낮은 액체 유량 또는 트리클 흐름층(trickle-flow bed)가 사용될 수도 있다. 액체/기체 분배기를 사용해야 하는 경우에, 분배기는 임의의 적합한 디자인으로 되어 있을 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 일반적으로 하강 흐름(downflow) 시스템에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 장치와 방법은 상승 흐름(upflow) 시스템 및 많은 초과량의 기체가 사용되는 시스템에도 적용될 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 기체 및 액체 스트림은 병류(co-current) 하강 흐름을 이룰 수 있다. 본 발명의 장치와 방법은 발열 및 흡열 반응에 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 임의의 적합한 반응일 수 있다. 하나의 구성에 있어서, 상기 반응은 부타디엔과 같은 디엔, 또는 알킨을 올레핀으로 변환시키는 선택적 수소첨가 반응일 수 있다. 또 다른 구성에 있어서, 상기 반응은 방향족 화합물 중의 방향환의 수소첨가 반응일 수 있다.
선택되는 촉매 및 반응 조건은 수행되는 공정에 의존한다. 예를 들면, 상기 반응이 알데히드의 수소첨가 반응인 경우, 구리/크롬 촉매가 사용될 수 있고, 반응은 약 140℃ 내지 약 200℃의 온도 및 10barg보다 높은 압력에서 수행될 수 있다. 디엔의 선택적 수소첨가 반응을 위해서는, 팔라듐이나 알루미나 촉매가 사용될 수 있고, 반응은 약 20℃ 내지 약 130℃의 온도 및 약 5barg 내지 약 20barg의 압력에서 수행될 수 있다.
본 발명에 의하면, 반응기 내의 온도 제어가 용이한 액체/기체 반응기, 및 상기 반응기에서 수행되는 액체/기체 반응을 위한 방법이 제공된다.
도 1은 종래 기술의 반응기 시스템에 대한 개략적 공정도이다.
도 2는 종래 기술의 액체/기체 반응기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 장치의 개략도이다.
본 발명의 장치가 도 3에 예시되어 있다. 반응 용기(31)는 벌크 촉매층(32)과 마이너 촉매층(33)을 포함한다. 기체는 라인(34)을 통해 공급된다. 새 공급물은 라인(35)을 통해 공급되고, 라인(41)을 통해 재순환된 부분적으로 반응된 스트림과 혼합된다. 새 공급물과 부분적으로 반응된 스트림의 이 혼합물은 벌크 촉매층(32)으로 공급되어, 기체와의 반응이 이루어진다. 폐가스(offgas)는 라인(37)을 통해 제거되고, 부분적으로 반응된 생성물 스트림은 펌프(39)를 이용하여 라인(38)을 통해 회수된 다음 가열기 또는 냉각기(40)에 의해 온도 조절된다. 이 온도 조절된 스트림(36)은 분할되어, 스트림(41)은 새 공급물(35)과 혼합되어 벌크 촉매층(32)에 공급된다. 나머지는 라인(42)을 통해, 분리벽(43)에 의해 벌크 촉매층(32)으로부터 분리되어 있는 마이너 촉매층(33)으로 이송된다. 이 스트림은 라인(34)을 통해 공급되는 기체와 추가로 반응한다. 마이너 촉매층으로부터의 생성물은 라인(44)을 통해 포집된다. 이러한 공정은 종래의 액체 재순환 반응기에서 얻어지는 것에 비해 향상된 변환율을 가진다.
본 발명의 반응기는, CuCr 촉매 위에서 지방족 C2-C20 알데히드를 대응하는 알코올로 변환시키는 수소첨가 반응에 사용될 수 있다. 동일한 촉매가 일반적으로 두 가지 촉매층에 사용된다. 이 반응에 있어서, 체류 시간은 공급물 기준으로 약 0.1 내지 약 10시간이다. 촉매층의 온도는, 약 5bar 내지 약 50bar의 압력에서 약 100℃ 내지 약 200℃의 범위이다. 대안적으로, 상기 반응은 니켈 촉매 위에서 수행될 수 있는데, 그 경우에 체류 시간은 공급물 기준으로 약 0.1∼약 10시간일 것이다. 상기 반응은 약 5bar 내지 약 50bar의 압력에서 약 70℃ 내지 약 150℃의 온도에서 수행될 것이다.
재순환 유량은 일반적으로 종래의 공정에서 사용된 것과 유사하거나 동일하게 선택될 것이다. 어떠한 이론에 얽매이고 싶지 않지만, 온도 상승을 억제하기 위해 재순환이 필요하다고 생각된다. 온도 상승을 제한함으로써, 출구 온도를 제한할 수 있다. 이것은 부산물 형성을 제한하거나 방지하는 이점을 가지며, 선택성을 향상시킬 수 있다. 또한, 낮은 입구 온도를 피할 수도 있다. 이러한 점은, 입구 온도가 낮은 경우에 반응이 시작되려면 반응기 입구에 커다란 유도 구역(induction zone)을 필요로 하기 때문에, 유익하다. 그러나, 재순환 유량은 필요 이상으로 크지 않아야 하는데, 왜냐하면 생성물에 의해 반응제가 과도하게 희석되고, 촉매의 유효성을 감소시키기 때문이다.
어떠한 촉매 시스템이 사용되건 간에, 재순환 유량은 공급물 유량의 약 5배 내지 약 50배가 된다. 촉매층은 액체 겉보기 속도가 약 0.2cm/s 내지 약 4cm/s의 범위가 되도록 하는 크기를 가진다. 수소는 일반적으로 화학양론적 요구량과 거의 동일하거나 약 2배인 양으로 공급된다. 이 반응은 발열성 반응이기 때문에, 반응열을 제거하기 위해 냉각기(40)가 사용된다.
비교예 1 및 2
n-노난알데히드를 2% 초과량의 수소와 함께 50barg에서 니켈 촉매층 위로 이송했다. 식 Cout/Cin = e-κ/ LHSV을 이용하여, 1차(first order) 카이네틱 계수(kinetic coefficient) κ를 계산할 수 있다. 두 비교예에 대해 실질적으로 동일한 값이 얻어지기 때문에, 이와 같은 1차 모델은 변환율의 양호한 예측인 것을 알 수 있다. 조건과 결과를 표 1에 제시한다.
비교예 1 비교예 2
공급물, l/h 0.4 0.4
재순환물, l/h 6 4.8
재순환물:공급물 15.00 12.00
혼합 공급물+재순환 노난알데히드, 중량% 6.5 7.8
촉매 체적, 리터 0.40 0.40
LHSV(공급물 재순환물 기준), h-1 16.00 13.00
반응기 온도, ℃ 120 120
잔류 노난알데히드, 중량% 0.27 0.14
Cout/Cin 0.04
계산된 1차 카이네틱 계수, hr-1 51 52
비교예 3 및 실시예 4
본 발명의 분리된 반응기를 사용함으로써 얻어지는 개선점을 예시하기 위해, 체류 시간 및 그에 따라 변환율 Cout/Cin이 비교예에서와 동일하도록 촉매층을 주된 층과 제2 플러그 흐름층으로 분할한다. 변환율은 식 Cout/Cin = e-κ/LHSV에 의해 계산된다. 상세한 내용 및 결과를 표 2에 제시한다.
비교예 3 실시예 4
동일한 체적의 분리된
반응기의계산된 성능		 동일한 성능의
분리된 반응기에
대한 단일층 반응기
단일층 주된 층 플러그 흐름층 단일층
공급물, l/h 0.4 0.4 0.4 0.4
재순환물, l/h 6 5.6 5.44
혼합 공급물 + 재순환
노난알데히드, 중량%		 6.5 6.9 0.3 6.9
촉매 체적, 리터 0.4 0.375 0.025 0.73
LHSV(공급물 재순환물
기준), h-1 		16.00 16.00 16.00 8.1
입구 온도, ℃ 120 120 120 120
잔류 미반응
노난알데히드, 중량%		 0.27 0.3 0.012 0.012
Cout/Cin 0.04 0.04 0.04 0.002
본 발명의 칸막이층 반응기는, 잔류 미반응 노난알데히드가 통상적 액체 재순환 반응기에서 동일한 체적으로 0.27중량%인 것에 비해 단지 0.012중량%인 것으로 나타났다. 따라서, 향상된 변환율이 얻어진 것으로 이해된다.
단일의 통상적 액체 재순환층을 이용하여 동일한 성능 향상을 얻기 위해서는, 85%의 층 체적의 증가, 즉 0.4리터로부터 0.73리터로 증가시키는 것이 필요하다.

Claims (15)

  1. (a) 벌크 촉매층(bulk catalyst bed) 및 새 공급물을 공급하고, 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로 재순환시키는 수단;
    (b) 상기 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 상기 벌크 촉매층으로부터 포집하고, 그것의 적어도 일부를 단계(a)로 재순환시키는 수단;
    (c) 상기 벌크 촉매층을 통해 실질적으로 수직으로 연장되는 마이너(minor) 촉매층 및 적어도 부분적으로 변환된 생성물 스트림만을 상기 마이너 촉매층으로 재순환시켜 공급하는 수단; 및
    (d) 상기 벌크 촉매층과 상기 마이너 촉매층 사이의 분리벽
    을 포함하는 액체/기체 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이너 촉매층은, 그 주위에 환형(annulus)을 형성하는 상기 벌크 촉매층에 대해 중심이 되도록 위치하는, 액체/기체 반응기.
  3. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 부분적으로 변환된 생성물 스트림은, 일부는 상기 벌크 촉매층으로 재순환되고, 일부는 상기 마이너 촉매층으로 이송됨으로써 전부 재순환되는, 액체/기체 반응기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기는, 상기 재순환된, 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림에 대한 가열기 또는 냉각기를 추가로 포함하는, 액체/기체 반응기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매층들이 상이한 온도에서 가동되는, 액체/기체 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분리벽이 단열 물질로 제조된, 액체/기체 반응기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벌크 촉매층에 대한 상기 마이너 촉매층의 비는, 상기 벌크층으로의 공급물 플러스 재순환 유량에 대한 상기 마이너층으로의 재순환 유량의 비의 약 1/2 내지 약 2배가 되는, 액체/기체 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비가 실질적으로 1:1인, 액체/기체 반응기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이너 촉매층에 있는 촉매는 주된 촉매층에 있는 촉매와 상이한, 액체/기체 반응기.
  10. (a) 새 공급물과 재순환 생성물 스트림을 포함하는 공급물을 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 벌크 촉매층에 공급하는 단계;
    (b) 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 반응기에 가스를 공급하는 단계;
    (c) 상기 벌크 촉매층에서 반응이 이루어지도록 하는 단계;
    (d) 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림을 포집하는 단계;
    (e) 상기 적어도 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림의 일부를 상기 벌크 촉매층으로 재순환시키는 단계;
    (f) 상기 부분적으로 변환된 액체 생성물 스트림의 적어도 일부를 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 마이너 촉매층에 공급하는 단계;
    (g) 상기 마이너 촉매층에서 반응이 이루어지도록 하는 단계;
    (h) 상기 마이너 촉매층으로부터 생성물 스트림을 포집하는 단계
    를 포함하는, 기체/액체 반응을 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    반응기로 반송되는 상기 부분적으로 반응된 스트림은 재순환되기 전에 가열되거나 냉각되는, 기체/액체 반응을 위한 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    알데히드를 알코올로 변환시키는 수소첨가 반응에 이용되는, 기체/액체 반응을 위한 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    디엔 또는 알킨을 올레핀으로 변환시키는 선택적 수소첨가 반응에 이용되는, 기체/액체 반응을 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디엔이 부타디엔인, 기체/액체 반응을 위한 방법.
  15. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    방향족 화합물에서의 방향환의 수소첨가 반응에 이용되는, 기체/액체 반응을 위한 방법.
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