KR20140038445A - 시클로헥사논 옥심 생성을 위한 암옥심화 반응기 - Google Patents

시클로헥사논 옥심 생성을 위한 암옥심화 반응기 Download PDF

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Abstract

시클로헥사논 옥심 생성을 위한 암옥심화 반응기는, (a) 교반기를 구비한 반응기 용기; (b) 내부 여과 시스템; (c) 내부 액체 암모니아 증발 코일; (d) 내부 기체 암모니아 환형 분배기; (e) 외부 시클로헥사논 환형 분배기; (f) 내부 과산화수소 환형 분배기; (g) 내부 원통형 흡출관 (draft tube); 및 (h) 외부 냉각 재킷을 포함한다. 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 암옥심화 반응의 성분들의 더 양호한 혼합을 얻을 수 있고, 열전달 계수 및 물질전달 계수 쌍방을 최대화할 수 있다. 게다가, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 질소로 역세 (backwashings) 를 행할 필요성을 피하도록, 여과 시스템에서의 암옥심화 반응에서 사용되는 촉매의 패킹 시간 (packing time) (즉, 플러깅 현상) 을 증가시킬 수 있다. 그리고, 상기 암옥심화 반응기는 암옥심화 반응으로부터 획득되는 반응 혼합물로부터 촉매를 분리하기 위한 외부 하류 분리 유닛을 필요로 하지 않는다.

Description

시클로헥사논 옥심 생성을 위한 암옥심화 반응기{AMMOXIMATION REACTOR FOR CYCLOHEXANONE OXIME PRODUCTION}
본 발명은 암옥심화 반응기에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 (a) 교반기를 구비한 반응기 용기; (b) 내부 여과 시스템; (c) 내부 액체 암모니아 증발 코일; (d) 내부 기체 암모니아 환형 분배기; (e) 외부 시클로헥사논 환형 분배기; (f) 내부 과산화수소 환형 분배기; (g) 내부 원통형 흡출관 (draft tube); 및 (h) 외부 냉각 재킷을 포함하는 시클로헥사논 옥심 생성을 위한 암옥심화 반응기에 관한 것이다.
상기 암옥심화 반응기에 의하면, 암옥심화 반응의 성분들의 더 양호한 혼합을 얻을 수 있다. 더욱이, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 열전달 계수 및 물질전달 계수 쌍방을 최대화할 수 있다. 게다가, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 질소로 역세 (backwashings) 를 행할 필요성을 피하도록, 여과 시스템에서 암옥심화 반응에 사용되는 촉매의 패킹 시간 (packing time) (즉, 플러깅 현상) 을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 암옥심화 반응기는 외부 개입 (예컨대, 기계적 세척) 을 행하기 위해 시클로헥사논 생성을 중지할 필요없이 장시간 연속적으로 사용될 수도 있다. 그리고, 상기 암옥심화 반응기는 암옥심화 반응으로부터 획득되는 반응 혼합물로부터 촉매를 분리하기 위한 외부 하류 분리 유닛을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상기한 특징들 덕분에, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 제조 비용을 크게 줄일 수 있고 또한 높은 생산성 레벨을 유지할 수 있다.
알려진 바와 같이, 시클로헥사논 옥심은 나일론 6 의 제조에 사용되는 단량체인 ε-카프로락탐의 제조에 있어 중요한 중간물질 (intermediate) 이다.
방향족 및 비방향족 공급원료 쌍방으로부터 시작하여 ε-카프로락탐을 제조하기 위한 여러 방법이 알려져 있다. 최근 수년간, 연구는 부산물 형성, 특히 암모니아-황산염을 감소시키거나 심지어 배제할 수 있는 ε-카프로락탐 제조 방법의 개발에 주로 집중하고 있다.
ε-카프로락탐 제조를 위한 종래 방법은 4 개의 개별 단계: 시클로헥사논을 제조하는 단계, 히드록실아민을 제조하는 단계, 상기 중간물질들 (즉, 시클로헥사논 및 히드록실아민) 로부터 시클로헥사논 옥심을 제조하는 단계, 및 황산을 이용하여, 획득된 시클로헥사논 옥심을 최종 전위 (소위, 베크만 전위) 시켜, ε-카프로락탐을 얻는 단계를 일반적으로 포함한다.
시클로헥사논은 시클로헥산으로부터 시작하여 (촉매 산화를 통해) 또는 페놀로부터 시작하여 (촉매 수소화를 통해) 제조될 수도 있다.
히드록실아민은 예컨대 히드록실아민 황산염법 (HSO 법 또는 라시히법 (Raschig method)), 산화질소 환원법 (nitric oxide reduction method) (NO 법), 히드록실아민 인산염법 (HPO 법)과 같은 다른 방법으로 제조될 수도 있다. 그렇지만, 상기 방법들은 예컨대 HSO 법의 경우, 저가 부산물인 암모니아 황산염의 생성; NO 법의 경우, 해로울 뿐만 아니라 예컨대 온실 효과와 같은 환경 문제의 주된 원인인 질소 산화물 (NOx) 의 생성; HPO 법의 경우 기술적 그리고 작동적 곤란한 점과 같은 몇몇의 단점을 나타낼 수도 있다.
상기 보고된 단점들을 극복하기 위해, 히드록실아민 제조의 중간 단계를 우회하고 염화 니트로실 및 과산화수소와의 반응에 의해 시클로헥산으로부터 직접 시클로헥사논 옥심을 획득할 수 있는 광화학적 니트로소화 방법을 사용하는 것이 알려져 있다. 상기 방법은, 프로세스 유닛의 제거 (즉, 히드록실아민의 제조에 관한 유닛의 제거) 로 인한 비용 절감에도 불구하고, 높은 생산성 레벨을 유지하기 위해 종종 필요한 제조 장비, 특히 반응기의 유지 개입으로 인해 높은 전력 소비 및 부가적인 비용을 필요로 한다.
상기 보고된 단점을 극복하기 위한 노력은 이미 이루어졌다.
예컨대, 촉매로서 티타늄 실리칼라이트의 존재 하에서 시클로헥사논의 과산화수소 및 암모니아와의 암옥심화 반응을 포함하는 시클로헥사논 옥심의 제조 방법이 미국특허 US 4,745,221, US 4,794,198, US 5,227,525, US 5,312,987, 또는 유럽특허출원 EP 1674449 에 개시되었다. 상기 방법은 위에서 언급된 종래 히드록실아민 황산염 산화물법 (HSO 법 또는 라시히법) 에서 보통 요구되는 암모니아를 사용한 황산의 중화를 필요로 하지 않고, 고체 촉매 반응 프로세스이기 때문에 암옥심화 반응으로부터 획득되는 반응 혼합물로부터의 촉매의 분리가 용이하다는 이점을 또한 갖는다.
더욱이, 히드록실아민 형성 단계의 제거로 인한 프로세스 비용 감소 외에도, 상기 방법은 다른 상업적 기술 대부분과 달리 암모늄 황산염 생성을 포함하지 않는다.
최근, Sumitomo 는 ε-카프로락탐의 제조에서 올레움 (황산) 의 사용을 필요로 하지 않아서 암모늄 황산염의 생성을 피하는 유동층 베크만 전위 반응기를 상업화하였다. 위에서 개시된 시클로헥사논의 암옥심화 반응을 포함하는 시클로헥사논 옥심의 제조 방법을 Sumitomo 의 유동층 베크만 전위와 조합하면, 전체 ε-카프로락탐 제조 프로세스에서 암모늄 황산염 형성을 배제할 수 있다.
위에서 개시된 암옥심화 반응은, 암옥심화 반응기에 시클로헥사논, 과산화수소 및 암모니아를 공급하고, 얻어지는 반응 혼합물을 교반 유지하고, 50 ℃ ~ 120 ℃, 바람직하게는 70 ℃ ~ 100 ℃ 의 온도 범위 및 2 barg ~ 4 barg 의 압력 범위에서 작동시키고, 용매로서 tert-부틸 알코올 (TBA) 을 그리고 촉매로서 티타늄 실리칼라이트를 사용함으로써 일반적으로 행해진다. 암옥심화 반응은 강한 발열성이고, 암옥심화 반응기 설계에서 가장 중요한 특징들 중 하나가 반응 온도를 제어 하에 유지하는 기능을 갖는 냉각 시스템이다.
더욱이, 암옥심화 반응의 다른 중요한 점은 암옥심화 반응으로부터 획득되는 반응 혼합물로부터 촉매를 제거하는 것인데, 이는 중국특허출원 CN 101747228 에 개시된 것처럼, 획득된 반응 혼합물을 운반함으로써 외부 설비에서 보통 행해진다.
상기 보고된 단점을 극복하기 위해, 종래 기술에서 이미 노력하였다.
예컨대, 중국 실용신안 CN 201596496 은, 교반기를 구비한 반응기 보디, 반응기 보디 내부에 설치된 멤브레인 필터, 저부의 액체 암모니아 증발 코일, 및 코일의 출구에 연결된 분배기를 포함하는, 시클로헥사논 옥심의 제조를 위한 암옥심화 반응기에 관한 것이다. 상기 보고된 반응기는, 외부 멤브레인 필터 및 역세 시스템 쌍방의 사용을 회피하고, 프로세스를 단축시키고, 냉각 매체를 통해 반응 열을 냉각시키는 것을 회피하고, 에너지 및 비용을 절감하기 위한 것이다.
그렇지만, 향상된 암옥심화 반응기를 위한 연구는 여전히 흥미롭다.
본 출원인은, 종래 기술에 알려진 암옥심화 반응기의 단점을 모두 극복하는 것 외에도, 제조 비용을 많이 줄일 수 있고 또한 높은 생산성 레벨을 유지할 수 있는, 향상된 암옥심화 반응기를 찾는 문제에 직면하였다.
본 출원인은 특정 내부 설계를 갖는, 특히 반응기 용기 내부에 원통형 흡출관을 갖는 암옥심화 반응기에 의해 상기한 이점 모두를 얻을 수 있다는 것을 밝혀내었다. 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 암옥심화 반응의 성분들을 더 양호하게 혼합할 수 있다. 또한, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 열전달 계수 및 물질전달 계수 쌍방을 최대화할 수 있다. 게다가, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 질소로 역세를 행할 필요성을 피하도록, 여과 시스템에서 암옥심화 반응에 사용되는 촉매의 패킹 시간 (즉, 플러깅 현상) 을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 암옥심화 반응기는 외부 개입 (예컨대, 기계적 세척) 을 행하기 위해 시클로헥사논 생성을 중지할 필요없이 장시간 연속적으로 사용될 수도 있다. 그리고, 상기 암옥심화 반응기는 암옥심화 반응으로부터 획득되는 반응 혼합물로부터 촉매를 분리하기 위한 외부 하류 분리 유닛을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상기한 특징들 덕분에, 상기 암옥심화 반응기에 의하면, 제조 비용을 크게 줄일 수 있고 또한 높은 생산성 레벨을 유지할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 하나의 대상은,
(a) 교반기를 구비한 반응기 용기;
(b) 내부 여과 시스템;
(c) 상기 반응기 용기의 저부에 설치된 내부 액체 암모니아 증발 코일;
(d) 상기 증발 코일의 출구 단부에 연결된 내부 기체 암모니아 환형 분배기;
(e) 외부 시클로헥사논 환형 분배기;
(f) 내부 과산화수소 환형 분배기;
(g) 내부 원통형 흡출관; 및
(h) 외부 냉각 재킷을 포함하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기에 관한 것이다.
본 발명 및 다음의 청구항들에 있어서, 수치 범위의 규정은 달리 언급되지 않는 한 극단을 항상 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 교반기는 고성능 교반기일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 내부 여과 시스템은 2 개의 동심 원형 크라운으로 배치된 한 세트의 튜브형 필터 (캔들) 를 포함하고, 각 튜브형 필터 (캔들) 의 저부들이 함께 연결되어 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브를 형성한다. 바람직하게는, 상기 튜브형 필터는 다음의 타입: AISI 316L, AISI 316, AISI 304 로부터 선택되는 스테인리스강으로 이루어질 수도 있다. 바람직하게는, 각 연속적인 환형 연결 튜브에서의 상기 튜브형 필터의 총 개수가 30 ~ 80 개, 더 바람직하게는 40 ~ 70 개일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 튜브형 필터가 1 ㎛ ~ 10 ㎛ 의 여과율 (filtration rate) 을 가질 수도 있다. 암옥심화 반응으로부터 획득되는 여과된 액체 반응 혼합물은 상기 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브의 출구 단부로부터 수집 및 회수된다. 튜브형 필터는 지지부를 통해 반응기 용기에 그리고 원통형 흡출관에 각각 연결된다.
상기 내부 여과 시스템에 의하면, 획득되는 여과된 액체 반응 혼합물을 반응기에서 내보낼 수 있고 암옥심화 반응에서 사용된 촉매를 내부에 남게 할 수 있으므로, 외부 하류 분리 유닛의 필요성을 배제할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 여과 시스템은 0.7 (㎡×hour)/㎥ ~ 3 (㎡×hour)/㎥, 바람직하게는 1.5 (㎡×hour)/㎥ ~ 2.5 (㎡×hour)/㎥ 인 여과 영역 (획득되는 여과된 액체 반응 혼합물의 시간당 각 입방 미터당 튜브형 필터의 여과 표면의 제곱 미터) 을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 액체 암모니아 증발 코일은 루프-형상 또는 나선-형상일 수도 있다. 대안적으로, 상기 액체 암모니아 증발 코일은 다른 형상을 가질 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 기체 암모니아 환형 분배기는 증발 코일의 출구 단부에 직접 연결될 수도 있다. 바람직하게는, 출구 구멍들은 상기 기체 암모니아 환형 분배기의 저부에 균등하게 배치될 수도 있다. 상기 기체 암모니아 환형 분배기는 지지부를 통해 반응기 용기에 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 외부 시클로헥사논 환형 분배기는 원형 배치된 배향 공급 노즐을 구비할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 과산화수소 환형 분배기는 그의 저부와 상부 쌍방에 균등하게 배치된 구멍들을 구비할 수도 있다. 상기 과산화수소 환형 분배기는 지지부를 통해 반응기 용기에 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 원통형 흡출관은 반응기 용기의 중심에서 지지부를 통해 현수될 수도 있다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 반응기 용기의 내부 직경 (DR) 과 상기 원통형 흡출관의 내부 직경 (DC) 사이의 비가 0.25 ~ 0.8, 바람직하게는 0.5 ~ 0.7 일 수도 있다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 반응기 용기의 저부 (T.L.) 와 상기 원통형 흡출관의 저부 사이의 거리 (HDT) 가 10 ㎜ ~ 800 ㎜, 바람직하게는 25 ㎜ ~ 300 ㎜ 일 수도 있다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 원통형 흡출관은 0.5 m/sec ~ 5 m/sec, 바람직하게는 1 m/sec ~ 2.5 m/sec 일 수도 있는 반응 혼합물의 외측 상승 속도를 달성할 수 있게 한다.
상기 외측 상승 속도에 의하면, 열전달 계수 및 물질전달 계수 쌍방을 최대화할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 더욱이, 상기 외측 상승 속도 및 상기 특정 여과 영역 쌍방에 의하면, 질소로 역세를 행할 필요성을 피하도록, 여과 시스템에서 암옥심화 반응에 사용되는 촉매의 패킹 시간 (즉, 플러깅 현상) 을 증가시킬 수 있다는 점에 주목해야 한다. 더욱이, 상기 외측 상승 속도 및 상기 특정 여과 영역 쌍방의 존재 덕분에, 상기 암옥심화 반응기는 외부 개입 (예컨대, 기계적 세척) 을 행함이 없이 1 년보다 더 긴 시간 동안 연속적으로 사용될 수도 있고, 그 결과, 상기 암옥심화 반응기의 작동률 (on-stream factor) 이 매우 증가한다는 점에 주목해야 한다.
반응열의 일부를 제거하기 위해, 상기 원통형 흡출관은 냉각수로 플럭스 (flux) 될 수도 있다.
상기 외부 냉각 재킷에 의하면, 반응열을 완전히 제거할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 대상인 암옥심화 반응기는 시클로헥사논 옥심 제조에 특히 유용하다.
상기 시클로헥사논 옥심 제조는, 용매로서 tert-부틸 알코올 (TBA) 및 촉매로서 티타늄 실리칼라이트의 존재 하에서 시클로헥사논 옥심 및 물을 형성하는 시클로헥사논, 암모니아 (NH3), 과산화수소 (H2O2) 의 반응을 포함하는 암옥심화 프로세스를 수반한다. 암옥심화 반응의 다른 성분들의 양뿐만 아니라 작동 조건 (예컨대, 온도, 압력 등) 은 본 기술분야에서 알려져 있다. 추가 상세는 예컨대, 위에서 인용된 유럽특허출원 EP 1674449 를 참조할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 기체 암모니아 환형 분배기에 들어가기 전에, 액체 암모니아 (NH3) 는 반응기 용기의 저부에 설치된 액체 암모니아 증발 코일에 파이프를 통해 공급되고, 상기 증발 코일에서 액체 암모니아는 암옥심화 반응에 의해 생성되는 열의 일부를 이용하여 증발된다. 상기 증발 코일의 출구 단부는 상기 기체 암모니아 환형 분배기에 직접 연결되고, 균등하게 배치된 구멍들을 통해 전달되는 기체 암모니아는 반응 혼합물에 주입된다.
시클로헥사논은, 반응 혼합물에의 시클로헥사논의 양호한 혼합을 보장하는 원형 배치된 배향 공급 노즐을 갖는 외부 시클로헥사논 환형 분배기에 의해 반응기 용기에 접선방향으로 공급된다. 바람직하게는, 상기 공급 노즐은 4 ~ 30 개, 더 바람직하게는 8 ~ 20 개의 개수로 상기 시클로헥사논 환형 분배기에 존재할 수도 있다.
과산화수소 (H2O2) 는 과산화수소 환형 분배기에 의해 반응기 용기에 파이프를 통해 공급된다.
또한, 반응기 용기에 촉매 (즉, 티타늄 실리칼라이트) 및 tert-부틸 알코올 (TBA) 이 공급된다. 암옥심화 반응의 개시 전에 반응기 용기는 신선한 촉매로 충전되고, 전용 촉매 공급 유닛으로부터 신선한 촉매의 불연속적인 보충이 이루어진다. 보충에 해당하는 상당량의 촉매가 반응 혼합물의 특정 체적 (definite volume) 에서 반응기 용기의 저부로부터 제거되고, 전용 촉매 여과 외부 유닛에 공급된다.
촉매가 상기 튜브형 필터에 의해 반응기 용기 내에 유지되므로, 암옥심화 반응으로부터 획득되는 여과된 액체 반응 혼합물은 상기 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브의 출구 단부로부터 수집 및 회수된다.
본 발명의 대상인 반응기의 더 양호한 이해를 위해, 설명을 위한 비제한적인 실시형태를 보여주는 첨부된 도 1 을 참조한다.
특히, 도 1 은 본 발명에 따른 암옥심화 반응기의 일 실시형태의 길이방향 단면을 개략적으로 보여준다.
도 1 에 따르면, 암옥심화 반응기 (A) 는
― 교반기 (F) 를 구비한 반응기 용기 (B);
― 2 개의 동심 원형 크라운으로 배치된 한 세트의 튜브형 필터 (캔들) 를 포함하는 내부 여과 시스템 (E) 으로서, 각 튜브형 필터 (캔들) 의 저부들이 함께 연결되어 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브를 형성하고, 암옥심화 반응으로부터 획득되는 여과된 액체 반응 혼합물 (I) 이 상기 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브의 출구 단부로부터 수집 및 회수되는, 내부 여과 시스템 (E);
― 상기 반응기 용기 (B) 의 저부에 설치된 내부 액체 암모니아 증발 코일 (C);
― 증발 코일 (C) 의 출구 단부에 직접 연결된 내부 기체 암모니아 환형 분배기 (D1);
― 원형 배치된 배향 공급 노즐들 [D2 는 하나의 공급 노즐을 나타냄] 을 갖는 외부 시클로헥사논 환형 분배기 (도 1 에 도시 안 됨) 로서, 상기 분배 노즐들을 통해 시클로헥사논이 반응기 용기 (B) 에 공급되는, 외부 시클로헥사논 환형 분배기;
― 내부 과산화수소 환형 분배기 (D3);
― 내부 원통형 흡출관 (G); 및
― 외부 냉각 재킷 (L) 을 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 1 에서,
― DR 은 반응기 용기 (B) 의 내부 직경을 나타내고;
― DC 는 원통형 흡출관 (G) 의 내부 직경을 나타내고;
― HDT 는 반응기 용기 (B) 의 저부 (T.L.) 와 원통형 흡출관 (G) 의 저부 사이의 거리를 나타낸다.
이하에서, 본 발명의 어떠한 제한 없이 오로지 설명 목적으로 주어진 실용적인 예에 의해 본 발명을 더 설명한다.
가스 크로마토그래피를 이용하여, 시클로헥사논 및 시클로헥사논 옥심을 분석하였고, 분석 결과에 기초하여, 시클로헥사논의 전환, 시클로헥사논 옥심의 선택도 (selectivity) 및 과산화수소의 수율 (yield) 을 산출하였다.
예 1
예에서 사용된 암옥심화 반응기를 도 1 에 개략적으로 나타내었다.
반응기 용기 (B) 에, 다음의 성분들이 연속적으로 공급되었다:
― 액체 암모니아 증발 코일 (C) 및 기체 암모니아 환형 분배기 (D1) 를 통해 액체 암모니아 (NH3) (405 ㎏/hour);
― 원형 배치된 배향 공급 노즐 [D2 는 하나의 공급 노즐을 나타냄] 을 통해 외부 시클로헥사논 환형 분배기 (도 1 에 도시 안 됨) 에 의해 시클로헥사논 (1300 ㎏/hour);
― 과산화수소 환형 분배기 (D3) 에 의해 50% w/w 의 과산화수소 (H2O2) 수용액 (993 ㎏/hour).
암옥심화 반응으로부터 획득되는 여과된 액체 반응 혼합물 (I) 을 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브의 출구 단부로부터 연속적으로 배출하면서, 격렬한 교반 하에서 85 ℃ 의 온도, 2.5 barg 의 압력, 및 1.2 ~ 1.3 시간의 체류 시간 범위에서 연속적인 암옥심화 반응이 행해졌다.
tert-부틸 알코올 (TBA) 은 반응 혼합물에서 55 중량% 의 농도를 유지하기 위해, 반응기 용기 (B) 에 연속적으로 공급되었다. 암옥심화 반응 동안, 촉매 (즉, Polimeri Europa 로부터의 티타늄 실리칼라이트 TS-1) 가 반응 혼합물에서 2 중량% ~ 6 중량% 의 농도로 반응기 용기 (B) 내에 존재하였다.
획득되는 여과된 액체 반응 혼합물 (I) (반응 용기 (B) 로부터 연속적으로 배출됨) 을 분석하여, 다음의 데이터를 얻었다:
― 시클로헥사논의 전환율: 98.5 %;
― 시클로헥사논 옥심의 선택도: 99.4 %;
― 시클로헥사논 옥심에 기초한 과산화수소의 수율: 88.8 %;
― 암모니아의 농도: 2 %.
획득된 데이터는 본 발명에 따른 암옥심화 반응기가 높은 생산성 레벨을 갖는다는 것을 보여준다.
생산 비용의 큰 감소를 뒷받침하기 위해, 이하의 테스트를 행하였다.
종래의 암옥심화 반응기는 매달 질소 역세를 필요로 하고, 상대적 생산성 손실은 10 hours/month 에 해당한다.
그리고, 시간에 따라 증가하는 내부 여과 시스템에서의 촉매의 패킹 (즉, 플러깅 현상) 으로 인해, 내부 여과 시스템에 있어 1 년에 2 번의 기계적 세척 (6 개월마다 1 번) 이 보통 요구되고, 각 세척을 위해 10 일의 셧다운 기간을 수반하고, 이때 상대적 생산성 손실은 480 hours/year 에 해당한다. 결과적으로, 종래의 반응기의 경우, 전체 생산성 손실은 600 hours/year 에 해당한다.
도 1 에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 암옥심화 반응기에서 행해진 실험은, 역세 작업이 완전히 제거되고 암옥심화 반응기가 정지 없이 1 년 동안 연속적으로 작동되었음을 보여주었다. 결과적으로, 총 생산성 손실은 240 hours/year 으로 감소되었다.
종래의 암옥심화 반응기를 사용한 생산성과 본 발명에 따른 암옥심화 반응기를 사용한 생산성 사이의 차 (Δ) 는 360 hours/year 이었다. 상기 차 (Δ) 는, ε-카프로락탐의 12.5 Mton/hours 의 시간당 공칭 생산능력을 갖는 ε-카프로락탐 제조를 위한 종래의 공장에서, 4500 Mton/year 와 동일한 ε-카프로락탐 제조의 차 (Δ) 를 의미한다. ε-카프로락탐에 대해 600 $/Mton 의 가변 비용 마진을 가정하는 경우, 본 발명에 따른 암옥심화 반응기에 의하면, 종래 암옥심화 반응기 기술에 비해 1년당 2.7 백만 달러의 수익 증가를 얻을 수도 있다.

Claims (19)

  1. (a) 교반기를 구비한 반응기 용기;
    (b) 내부 여과 시스템;
    (c) 상기 반응기 용기의 저부에 설치된 내부 액체 암모니아 증발 코일;
    (d) 상기 증발 코일의 출구 단부에 연결된 내부 기체 암모니아 환형 분배기;
    (e) 외부 시클로헥사논 환형 분배기;
    (f) 내부 과산화수소 환형 분배기;
    (g) 내부 원통형 흡출관 (draft tube); 및
    (h) 외부 냉각 재킷을 포함하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반기는 고성능 교반기인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 여과 시스템은 2 개의 동심 원형 크라운으로 배치된 한 세트의 튜브형 필터 (캔들) 를 포함하고,
    각 튜브형 필터 (캔들) 의 저부들이 함께 연결되어 2 개의 연속적인 환형 연결 튜브를 형성하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 튜브형 필터는 다음의 타입: AISI 316L, AISI 316, AISI 304 로부터 선택되는 스테인리스강으로 이루어지는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    각 연속적인 환형 연결 튜브에서의 상기 튜브형 필터의 총 개수가 30 ~ 80 개인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 필터가 1 ㎛ ~ 10 ㎛ 의 여과율 (filtration rate) 을 갖는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과 시스템은 0.7 (㎡×hour)/㎥ ~ 3 (㎡×hour)/㎥ 인 여과 영역 (획득되는 여과된 액체 반응 혼합물의 시간당 각 입방 미터당 튜브형 필터의 여과 표면의 제곱 미터) 을 갖는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 여과 시스템은 1.5 (㎡×hour)/㎥ ~ 2.5 (㎡×hour)/㎥ 인 여과 영역 (획득되는 여과된 액체 반응 혼합물의 시간당 각 입방 미터당 튜브형 필터의 여과 표면의 제곱 미터) 을 갖는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 암모니아 증발 코일은 루프-형상 또는 나선-형상인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 암모니아 환형 분배기는 상기 증발 코일의 상기 출구 단부에 직접 연결되는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 시클로헥사논 환형 분배기는 원형 배치된 배향 공급 노즐을 구비하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과산화수소 환형 분배기는 그의 저부와 상부 쌍방에 균등하게 (evenly) 배치된 구멍들을 구비하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 흡출관은 상기 반응기 용기의 중심에서 지지부를 통해 현수되는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 용기의 내부 직경 (DR) 과 상기 원통형 흡출관의 내부 직경 (DC) 사이의 비가 0.25 ~ 0.8 인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 반응기 용기의 내부 직경 (DR) 과 상기 원통형 흡출관의 내부 직경 (DC) 사이의 비가 0.5 ~ 0.7 인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 용기의 저부 (T.L.) 와 상기 원통형 흡출관의 저부 사이의 거리 (HDT) 가 10 ㎜ ~ 800 ㎜ 인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 반응기 용기의 저부 (T.L.) 와 상기 원통형 흡출관의 저부 사이의 거리 (HDT) 가 25 ㎜ ~ 300 ㎜ 인, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통형 흡출관은 0.5 m/sec ~ 5 m/sec 의 반응 혼합물의 외측 상승 속도를 달성할 수 있게 하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 원통형 흡출관은 1 m/sec ~ 2.5 m/sec 의 반응 혼합물의 외측 상승 속도를 달성할 수 있게 하는, 시클로헥사논 옥심 제조를 위한 암옥심화 반응기.
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