KR20150119068A

KR20150119068A - 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기에서 단일체들의 장착 방법

Info

Publication number: KR20150119068A
Application number: KR1020157024584A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 올베르트; 요헨 가우르; 아르놀트 퀼링; 카를로스 텔라헤 헤란츠
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2013-02-14
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-10-23
Also published as: WO2014125024A1; EA201591496A1; CN104994942A; CN104994942B; EP2956236A1; DE202014011409U1; JP2016513006A

Abstract

본 발명은 불균질 촉매 가스상 반응의 반응 가스 혼합물이 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기(1) 내로 흐를 수 있게 하는 다수의 서로 평행한 채널을 갖는 세라믹 블록으로 각각 형성된 단일체(2)들을 설치하는 방법으로서, 상기 단일체(2)들이 반응기 내부에 나란히 및 서로 상하로 스택화되는 것인 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 단일체들이 매트(3)에 의해 서로로부터 및 상기 반응기(1)의 내벽에 대하여 밀폐되고, 매트는 각각 상기 반응기(1)에의 설치 전 플라스틱 필름에 의해 완전히 봉지되어 있는 팽창성 매트를 포함하며, 상기 매트(3)를 함유하며 플라스틱 필름에 의해 봉입된 내부를 진공 상태로 만드는 것을 특징으로 한다. 상기 반응기(1) 내에 단일체가 설치된 후에는 매트(3)를 함유하며 플라스틱 필름에 의해 봉입된 내부에서 진공 상태가 해제된다.

Description

불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기에서 단일체들의 장착 방법 {METHOD FOR MOUNTING MONOLITHS IN A REACTOR FOR CARRYING OUT HETEROGENEOUSLY CATALYZED GAS-PHASE REACTIONS}

본 발명은 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기 중에 단일체들을 설치하는 방법에 관한 것이다.

불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기는 빈번하게 세라믹 재료로 된 다수의 단일체를 함유한다. 단일체는 그를 관통하는 채널 방향의 측면 가장자리에서 취약한 세라믹 재료를 보호하기 위하여 금속 하우징으로 둘러싸여지는 것이 빈번하다. 단일체가 항상 완벽하게 편평한 것은 아니므로, 개개의 단일체를 그들 사이에 실링(sealing) 요소를 사용하지 않고 직접 조립하는 것은 문제가 있다. 또한, 세라믹 단일체는 금속성 하우징 보다 현저하게 낮은 열팽창 계수를 가지므로, 고온의 반응기, 즉, 반응 온도가 400℃ 또는 500℃를 초과하는 반응기에서는 세라믹 단일체와 금속성 하우징 사이의 간격의 변화가 일어날 것이다.

선행 기술의 방법으로 단일체와 실링 요소 (팽창성 매트)로부터 바이패스(bypass)가 없는 단일체 시스템을 수득하기 위해서는 매우 큰 버팀력이 필요하다.

본 발명의 목적은 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기 중에 다수의 단일체를 설치하기 위한 것으로서, 상기한 단점들이 없는 방법을 제공한다.

본 발명의 이와 같은 목적은, 불균질 촉매 가스상 반응의 반응 가스 혼합물이 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기 내로 흐를 수 있게 하는 다수의 서로 평행한 채널을 갖는 세라믹 블록으로 각각 형성된 단일체들을 설치하는 방법으로서, 여기서 상기 단일체들은 반응기 내부에 나란히 및 서로 상하로 스택화되고, 여기서 단일체들은 매트에 의해 서로로부터 및 상기 반응기의 내벽으로부터 밀폐되고, 매트는 각각 상기 반응기에의 설치 전에 중합체성 필름에 의해 완전히 봉지되어 있는 팽창성 매트를 포함하며, 여기서 상기 매트를 함유하며 중합체성 필름에 의해 봉입된 내부를 탈기시키고, 상기 반응기에의 설치 후에는 상기 매트(3)를 함유하며 중합체성 필름에 의해 봉입된 내부를 통기시키는 것인 방법에 의해 달성되는 것으로 밝혀졌다. 매트를 함유하는 내부는 특히 중합체성 필름의 천공 및/또는 소각에 의해 통기될 수 있다.

불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기에 사용되는 단일체는 공지되어 있으며, 예를 들어, WO-A 2012/084609에 기재되어 있다. 단일체는 촉매 활성 물질로 코팅된 세라믹 재료로 형성된다.

첫번째 바람직한 실시양태에서, 상기 단일체는 상기 반응기 내에서 채널이 수직으로 배치되도록 나란히 하나 이상의 수평층으로 설치되어, 각 층이 반응기 단면을 완전히 채우고, 스페이서가 연속되는 층들 사이에 공극을 남기도록 제공되며, 공극 내로는 측정 요소, 특히 온도 측정용 요소가 삽입될 수 있다. 불균질 촉매 가스상 반응의 반응 혼합물은 단일체의 수직으로 배치된 채널을 통하여 수직 방향으로 흐른다. 제공되는 스페이서의 예는 특히 폭이 10 내지 30 mm인 금속 스트립이며, 연속되는 두 개의 단일체 수평층 사이에 설치되어, 단일체 수평층들은 금속 스트립의 폭 만큼 이격된다. 금속 스트립은 바람직하게는 각진 형태일 수 있으며, 이는 그들의 강도를 증가시키며, 보다 높은 중량을 지지할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시양태에서, 단일체는 반응기 내에서 내부의 서로 평행한 채널들이 수평이 되도록 설치된다. 이를 위해, 2개 이상의 단일체가 채널이 서로 평행한 배열로 정렬되도록 나란히 또한 서로 상하로 포개어져 배열되어, 그의 외측 가장자리에서 채널의 종축 방향으로 금속 인클로져(enclosure)로 봉입되어 단일체 모듈을 형성한다. 상기 단일체 모듈은 상기 반응기 내에 채널이 수평으로 배치되도록 설치된다.

흐름과 접촉하는 면적을 확장시키기 위하여, 유리하게는 2개 이상의 단일체 모듈을 서로 상하로 스택화하여 단일체 모듈 스택을 형성한다.

또 다른 가능한 실시양태에서, 2개 이상의 단일체 모듈 스택을 상기 반응기 내에 전후로 설치하여 용량을 증가시키거나 바람직한 전환율을 달성한다.

바람직하게는, 단일체를 둘러싸고 있는 금속 인클로져는 그의 양측 말단에서 단일체를 약간 벗어나서, 특히 약 5 내지 10 mm 정도 튀어나온다. 그 결과, 금속 인클로져는 상하로 스택화된 단일체 층들 사이에서 스페이서로 기능한다. 결과적으로 비워진 공극은 온도 측정용 멀티-써모커플을 홀 및/또는 드릴-홀을 통하여 금속 인클로져의 돌출 말단 내로 간단히 도입할 수 있어 유리하다.

바람직하게는, 단일체의 전후 양측에서 금속 인클로져의 서로 대향하고 있는 측면은 금속성 버팀대(strut)를 사용하여 서로 용접되어, 금속 인클로져 내의 단일체에 대한 기계적 안정성이 보장된다. 따라서, 금속 인클로져는 더 얇게 만들어 질 수 있다.

모듈식 구조는 단일체를 반응기 내에 설치하고 또한 그로부터 제거하는 것을 더욱 간편하게 한다. 촉매 교환을 위한 교체용 시스템이 반응기 외부에서 준비될 수 있으므로, 온-스트림 가동 시간이 연장될 수 있다.

금속 인클로져로 인해, 단일체 모듈을 반응기 안으로 가이드 레일을 통해 밀어넣고 끌어내는 것이 간편하다.

본 발명에 사용되는 매트는 두 개의 서로 마주하는 주표면과 그에 수직하게 배치된 두 개의 전면 말단 표면을 갖는 시트(sheet) 체이다.

매트는 팽창성 매트, 즉, 고온에서 팽창하는 (부풀어 오르는) 섬유상 매트를 포함한다. 팽창성 매트는 일반적으로 알루미늄 실리케이트와 같은 실리케이트, 버미큘라이트(vermiculite)와 같은 팽창성 운모, 및 유기 결합제로 이루어진다. 예를 들어, 인터램(INTERAM)^® 팽창성 매트를 3M으로부터 구입할 수 있다.

그러나, 유기 결합제는 여러 가지 불리한 특성을 나타내며, 보다 구체적으로는, 휘발성 물질의 배출로 인한 악취의 문제와 촉매 독성화의 문제를 일으킨다. 따라서, 팽창성 매트가 감소된 수준의 유기 결합제를 함유할 것이 점차적으로 요구되고 있으며, 이전에는 팽창성 매트의 총 중량을 기준으로 하여 약 12 내지 14 중량%에서 현재 약 2 내지 5 중량%, 특히 3 내지 4 중량%의 유기 결합제 수준이 요구되고 있다. 그러나, 감소된 수준의 유기 결합제는 팽창성 매트가 보다 뭉그러지기 쉽고, 보다 덜 유연하게 변형되도록 하며, 취급하는 것을 보다 어렵게 만든다.

그러나, 이러한 단점들은 본 발명의 방법에 따라 팽창성 매트를 중합체성 필름 내에 완전히 봉지함으로써 극복되며, 따라서, 요구되는 감소된 결합제 함량의 매트는 또한 취급하고, 틈 내로 삽입하여 그를 완전히 채우기가 간편하다.

하나의 실시양태에서, 매트는 전적으로 팽창성 매트 만으로 이루어진다.

또 다른 실시양태에서, 팽창성 매트는 팽창성 매트 이외에 산화물 섬유, 특히 알루미나의 섬유상 매트를 포함하는 복합 매트이며, 이는 팽창성 매트에 비하여 가볍고, 보다 높은 압축 강도 및 보다 낮은 열 전도도를 가지며, 약 1,200℃까지는 열에 안정하다.

함께 합하여 복합 매트를 형성하는 팽창성 매트 및 산화물-섬유 섬유상 매트는 각각 시트체이며, 그들의 인접하는 주된 표면이 함께 접합된다.

각각 하나의 팽창성 매트와 하나의 산화물 섬유의 섬유상 매트로 이루어진 다수의 연속하는 층들을 포함하는 복합 매트를 사용하는 것이 또한 유리하다.

또 다른 바람직한 실시양태는 그의 말단 표면에 강화재를 갖는 매트를 이용한다.

유리하게는, 폴리아미드 또는 폴리아미드와 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌의 혼합물이 팽창성 매트를 둘러싸는 중합체성 필름용 플라스틱으로 사용된다.

설치 후, 중합체성 필름은 천공되고/거나 소각된다. 이는 단일체를 서로로부터 및 반응기의 내벽으로부터 밀폐시키는 것을 보장한다.

매트는 바람직하게는 한 쪽 표면이 텍스쳐링된, 즉, 완전히 매끄럽지 않은 중합체성 필름으로 덮이며; 매트는 중합체성 필름의 텍스쳐링된 표면이 매트와 마주하도록 중합체성 필름으로 덮인다. 이는 탈기를 촉진시키는데, 중합체성 필름의 서로 마주하고 있는 텍스쳐링된 내측 표면 상에 서로 인접한 미세 표면 구조가 함께 공극을 형성시킴으로써, 그를 통해 공기가 흡인제거될 수 있기 때문이다. 이와는 대조적으로, 완전하게 편평한 표면은 서로 들러붙어서 내부를 탈기시키는 것을 어렵게 만든다.

본 발명은 또한 상기한 방법에 따라 조립된 반응기를 제공한다.

본 발명의 반응기는 특히 부탄 또는 프로판의 탈수소화 또는 부분적 산화를 수행하는데 매우 유용하다.

<부호의 설명>
1: 반응기
2: 단일체
3: 매트
4: 단일체 모듈
5: 금속 인클로져
6: 단일체 모듈 스택
본 발명은 하기 도면을 참조하여 보다 구체적으로 기재될 것이다:
도 1은 첫번째 실시양태에서 본 발명의 방법에 따라 조립된 반응기의 단면을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따라 사용되는 팽창성 매트의 개략도이다.
도 3은 두번째 실시양태에 따라 반응기 내에 설치하기 위한 단일체 모듈의 상세도이다.
도 4는 서로 상하로 스택화된, 예를 들어, 4개의 단일체 모듈을 갖는 단일체 모듈 스택의 개략도이다.

도 1의 개략도는 실린더형 반응기(1)의 단면을 보여주며, 반응기 내부에는 다수의 단일체(2)가 배치되어 있으며, 각각 팽창성 매트를 포함하며 도시되지 않은 중합체성 필름에 의해 완전히 봉지되어 있는 매트(3)들에 의해 서로로부터 및 반응기의 내벽으로부터 밀폐되어 있다. 단일체(2)의 채널은 반응기 내부에서 수직의 평행한 배열을 형성하며, 따라서 가스상 반응의 반응 혼합물은 그를 통해 상향으로 또는 하향으로 흐른다.

도 2는 바람직한 기하 구조로서, 본 발명에 따라 사용되는 매트(3)의 단부가 직각의 내려가는 계단형인 구조를 도시하고 있으며, 매트(3)는 각각 도시되지 않은 중합체성 필름 안에 완전히 밀봉되어 있다.

도 3은 서로 나란히 및 서로 상하로 배열되어, 금속 인클로져(5)에 의해 덮여있는 다수의 단일체(2)로 형성된 단일체 모듈(4)을 상세히 도시하고 있으며, 여기서, 단일체(2)는 매트(3)에 의해 서로로부터 및 상기 금속 인클로져(5)로부터 밀폐되어 있다. 단일체(2)들의 서로 평행한 채널들은 수평하다.

도 4는 서로 상하로 포개어져 배열된, 예를 들어, 4개의 단일체 모듈(4)로 형성된 단일체 모듈 스택(6)을 도시하고 있으며, 단일체 모듈 각각은 단일체(2), 외곽 금속 인클로져(5), 및 단일체(2)를 서로로부터 및 상기 금속 인클로져(5)로부터 밀폐시키는 매트(3)로 형성된다.

Claims

불균질 촉매 가스상 반응의 반응 가스 혼합물이 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기(1) 내로 흐를 수 있게 하는 다수의 서로 평행한 채널을 갖는 세라믹 블록으로 각각 형성된 단일체(2)들을 설치하는 방법으로서,
여기서 상기 단일체(2)들은 반응기 내부에 나란히 및 서로 상하로 스택화되고, 여기서 단일체들은 매트(3)에 의해 서로로부터 및 상기 반응기(1)의 내벽으로부터 밀폐되고, 매트는 각각 상기 반응기(1)에의 설치 전에 중합체성 필름에 의해 완전히 봉지되어 있는 팽창성 매트를 포함하며, 여기서 상기 매트(3)를 함유하며 중합체성 필름에 의해 봉입된 내부를 탈기시키고, 상기 반응기에의 설치 후에는 상기 매트(3)를 함유하며 중합체성 필름에 의해 봉입된 내부를 통기시키는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 단일체(2)들이 상기 반응기(1) 내에서 채널이 수직으로 배치되도록 나란히 하나 이상의 수평층으로 설치되어, 각 층이 반응기 단면을 완전히 채우고, 스페이서가 연속되는 층들 사이에 공극을 남기도록 제공되며, 공극 내로 측정 요소, 특히 온도 측정용 요소가 삽입될 수 있는 것인 방법.
제1항에 있어서, 2개 이상의 단일체(2)가 채널이 서로 평행한 배열로 정렬되도록 나란히 또한 서로 상하로 포개어져 배열되어, 그의 외측 가장자리에서 채널의 종축 방향으로 금속 인클로져(5)에 의해 봉입된 단일체 모듈(4)을 형성하며, 상기 단일체(2)들은 매트(3)에 의해 서로로부터 및 상기 금속 인클로져(5)로부터 밀폐되고, 상기 단일체 모듈(4)이 상기 반응기(1) 내에 채널이 수평이 되도록 배치되는 것인 방법.
제3항에 있어서, 2개 이상의 단일체 모듈(4)이 서로 상하로 스택화되어 단일체 모듈 스택(6)을 형성하는 것인 방법.
제4항에 있어서, 2개 이상의 단일체 모듈 스택(6)이 상기 반응기(1) 내에 전후로 설치되는 것인 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트(3)가 팽창성 매트로 이루어진 것인 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트(3)가 복합 매트이고, 상기 복합 매트가 팽창성 매트 이외에 산화물 섬유의 섬유상 매트를 포함하며, 상기 팽창성 매트와 섬유상 매트가 각각 시트체로서 그들의 주된 표면에서 결합되어 있는 것인 방법.
제7항에 있어서, 복합 매트가 각각 하나의 팽창성 매트와 하나의 섬유상 매트로 이루어진 복수의 연속되는 층을 포함하는 것인 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 필름에 사용되는 플라스틱이 1종 이상의 폴리아미드 또는 1종 이상의 폴리아미드와 폴리에텔렌 및/또는 폴리프로필렌의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트(3)를 포함하는 내부가 중합체성 필름의 천공 및/또는 소각에 의해 통기되는 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된, 불균질 촉매 가스상 반응을 수행하는 반응기(1).
제11항에 따른 반응기(1)의, 특히 부탄 또는 프로판의 탈수소화, 또는 부분적 산화를 수행하기 위한 용도.