KR20170062272A - Integrated reactors for preparing acrylic acid from glycerin - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글리세린 탈수 반응을 통해 최종 아크릴산을 제조하는 일체형 반응기에 관한 것으로, 특히, 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 높이는 아크릴산 제조용 일체형 반응기가 제공된다.The present invention relates to an integrated reactor for producing a final acrylic acid through a glycerin dehydration reaction, and more particularly, to a method for effectively controlling the temperature of a partial oxidation reactor by supplying heat generated in acrolein partial oxidation reaction to a glycerin dehydration reaction, There is provided an integral reactor for producing acrylic acid which enhances energy efficiency.
Description
본 발명은 글리세린을 출발물질로 하여 아크릴산을 효과적으로 제조하는 일체형 반응기에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 높일 수 있는 아크릴산 제조용 일체형 반응기에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated reactor for effectively producing acrylic acid using glycerin as a starting material, and more particularly, to a method for effectively controlling the temperature of a partial oxidation reactor by supplying heat generated by acrolein partial oxidation to a glycerin dehydration reaction And at the same time to increase the energy efficiency of the whole process.
글리세린을 출발물질로 하여 아크릴산을 생산하는 촉매반응공정은 1단계인 글리세린 탈수반응과 2단계인 아크롤레인 부분산화반응으로 이루어진다. The catalytic reaction process for producing acrylic acid with glycerin as a starting material consists of a glycerin dehydration reaction at the first stage and a partial oxidation reaction of acrolein at the second stage.
글리세린 탈수 반응은 흡열반응으로서 일반적으로 280도 이상의 반응온도에서 실시되며 아크롤레인 부분산화반응은 발열반응으로서 반응기의 온도가 과도하게 올라가지 않도록 발생하는 열을 효과적으로 제거하는 것이 중요하다. The glycerin dehydration reaction is an endothermic reaction, generally carried out at a reaction temperature of 280 ° C or higher, and it is important to effectively remove the heat generated by the acrolein partial oxidation reaction so that the temperature of the reactor is not excessively increased as an exothermic reaction.
흡열반응과 발열반응의 조합인 글리세린 기반 아크릴산 생산 공정은 발열반응만으로 이루어진 프로필렌 기반의 그것과 비교하여 에너지 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 고체 촉매층의 경우 열전도도가 낮아 반응기의 외부에서만 열을 공급할 경우 반응기내 촉매층의 온도 불균형을 야기할 수 있으며 이는 촉매층내 열점(hot spot) 형성으로 공정의 효율을 크게 감소시킨다.The production process of glycerine-based acrylic acid, which is a combination of endothermic reaction and exothermic reaction, is disadvantageous in that it is inferior in energy efficiency to propylene-based ones which are exothermic only. In addition, since the solid catalyst layer has a low thermal conductivity, heat may be supplied only to the outside of the reactor, which may cause a temperature imbalance within the reactor. This may significantly reduce the efficiency of the process due to hot spot formation in the catalyst layer.
따라서, 글리세린 기반 공정의 효율을 높이기 위하여 반응 중 발생하는 열을 효과적으로 이용하는 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method that effectively utilizes the heat generated during the reaction to increase the efficiency of the glycerine-based process.
본 발명은 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 향상시켜 아크릴산을 효과적으로 제조하는 아크릴산 제조용 일체형 반응기를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an integrated reactor for the production of acrylic acid by effectively controlling the temperature of the partial oxidation reactor and improving the energy efficiency of the entire process by supplying heat generated in the acrolein partial oxidation reaction to the glycerin dehydration reaction .
발명의 일 구현예에 따르면, 글리세린의 탈수 반응을 수행하는 제1 반응기, 상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제2 반응기, 상기 부분산화반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제3 반응기를 포함하고, 상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것인 아크릴산의 제조용 일체형 반응기가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a process for producing acrolein, comprising: a first reactor for performing a dehydration reaction of glycerin; a second reactor for performing a partial oxidation reaction of acrolein by reacting oxygen or air with a product obtained from the dehydration reaction; And a third reactor for performing partial oxidation of acrolein by reacting the product with oxygen or air, wherein the first reactor, the second reactor, and the third reactor are concentrically formed, and the third reactor is an all- Wherein the second reactor is disposed at an outer periphery of the entire concentric concentric reactor, the first reactor is disposed between the second reactor and the third reactor, and the heat source supply portion is disposed on the outer surface of the second reactor An integral reactor for the production of acrylic acid is provided.
또한, 상기 일체형 반응기의 동심원 중심으로부터 제3 반응기 외각원까지 반지름(x), 제1 반응기 외각원까지의 반지름(y), 제2 반응기 외각원까지의 반지름(z)는 하기 계산식 1을 만족시킨다. In addition, the radius (x) from the concentric center of the integrated reactor to the third reactor outermost circle, the radius (y) from the first reactor outermost circle, and the radius (z) from the second reactor outermost circle satisfy the following equation .
[계산식 1][Equation 1]
x < y < zx < y < z
본 발명은 또한, a) 글리세린을 제1 반응기에 공급하여 글리세린의 탈수 반응을 수행하는 단계; b) 상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 제2 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계; 및 c) 상기 제2 반응기로부터 얻어진 아크릴산 및 미전환 아크롤레인과 산소 또는 공기를 제3 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계;를 포함하고, The present invention also relates to a process for the preparation of glycerin, comprising the steps of: a) feeding glycerin to a first reactor to effect a dehydration reaction of glycerin; b) supplying the product obtained from the dehydration and oxygen or air to a second reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein; And c) supplying acrylic acid and unconverted acrolein and oxygen or air obtained from said second reactor to a third reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein,
상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것인 아크릴산의 제조방법을 제공한다. Wherein the first reactor, the second reactor and the third reactor are concentrically arranged, the third reactor is disposed at the center of the entire concentric concentric reactor, the second reactor is disposed at the outer periphery of the entire concentric concentric reactor, Wherein the second reactor is disposed between the second reactor and the third reactor, and a heat source supply unit is disposed on the outer surface of the second reactor.
또한, 상기 아크릴산의 제조 반응 초기에 상기 열원 공급부로부터 열공급을 통해 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 글리세린을 반응물로 하여 제1 반응기의 탈수반응을 수행할 수 있다. In the initial stage of the production of acrylic acid, glycerin is reacted as a reactant under the conditions of a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure) 1 < / RTI > reactor.
상기 제2 반응기에서는 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)에서 산소 또는 공기의 존재 하에서 제1 반응기에서의 생성물을 반응물로 하여 아크롤레인 부분 산화반응을 수행할 수 있다. 상기 제2 반응기에서의 부분 산화반응은 제1 반응기에서 생성된 아크롤레인이 아크릴산으로 완전히 전환되지 않도록 인위적으로 촉매량을 조절하여 수행되며, 산소 또는 공기를 포함한 제2 반응기에서의 생성물은 제3 반응기로 공급된다. In the second reactor, the product in the first reactor is reacted in the presence of oxygen or air at a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure) Reaction can be carried out. The partial oxidation reaction in the second reactor is performed by artificially controlling the amount of catalyst so that the acrolein produced in the first reactor is not completely converted into acrylic acid, and the product in the second reactor containing oxygen or air is supplied to the third reactor do.
상기 제3 반응기에서는 제2 반응기에서의 생성물을 반응물로 하여 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행할 수 있다. In the third reactor, the partial oxidation reaction of acrolein is carried out under the conditions of a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure) using the product of the second reactor as a reactant can do.
또한, 상기 제2 반응기와 제3 반응기에서의 부분 산화반응이 시작되면 상기 외부 열원 공급부로부터 열 공급을 감소 또는 차단시킬 수 있다.Further, when the partial oxidation reaction in the second reactor and the third reactor is started, the heat supply from the external heat source supply unit can be reduced or blocked.
본 발명의 아크릴산 제조용 일체형 반응기는, 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 현저히 향상시키며, 글리세린으로부터 아크릴산을 효과적으로 제조할 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY The integrated reactor for the production of acrylic acid of the present invention effectively controls the temperature of the partial oxidation reactor and significantly improves the energy efficiency of the entire process by supplying the heat generated in the acrolein partial oxidation reaction to the glycerin dehydration reaction, Can be manufactured.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 아크릴산의 제조용 일체형 반응기의 종단면에서 제1, 제2, 제3 반응기 구조와 촉매층 구성, 및 반응물과 생성물의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 아크릴산의 제조용 일체형 반응기의 외측면에서 제1, 제2, 제3 반응기 구조 및 반응물과 생성물의 흐름을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 아크릴산의 제조용 일체형 반응기의 상단면에서 제1, 제2, 제3 반응기의 동심원 구조를 나타낸 모식도이다.FIG. 1 is a schematic view showing the first, second, and third reactor structures, the structure of a catalyst layer, and flows of reactants and products in a longitudinal section of an integrated reactor for producing acrylic acid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing flows of first, second, and third reactor structures and reactants and products on the outer surface of an integrated reactor for producing acrylic acid according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing the concentric structure of the first, second, and third reactors on the upper surface of the integrated reactor for producing acrylic acid according to an embodiment of the present invention.
이하에서 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 아크릴산의 제조 방법에 관하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, a method for producing acrylic acid according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.Also, " comprising "as used herein should be interpreted as specifying the presence of particular features, integers, steps, operations, elements and / or components, It does not exclude the presence or addition of an ingredient.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 글리세린의 탈수 반응을 수행하는 제1 반응기, 상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제2 반응기, 상기 부분 산화반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제3 반응기를 포함하고, According to an embodiment of the present invention, there is provided a process for producing acrolein, comprising: a first reactor for performing a dehydration reaction of glycerin; a second reactor for performing a partial oxidation reaction of acrolein by reacting oxygen or air with the product obtained from the dehydration reaction; And a third reactor for carrying out a partial oxidation reaction of acrolein by reacting the obtained product with oxygen or air,
상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것인 아크릴산 제조용 일체형 반응기가 제공된다. Wherein the first reactor, the second reactor and the third reactor are concentrically arranged, the third reactor is disposed at the center of the entire concentric concentric reactor, the second reactor is disposed at the outer periphery of the entire concentric concentric reactor, Wherein the second reactor is disposed between the second reactor and the third reactor, and the heat source supply portion is disposed on the outer surface of the second reactor.
특히, 본 발명은 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다. In particular, the present invention is characterized in that the heat generated in the acrolein partial oxidation reaction is supplied to the glycerin dehydration reaction, thereby effectively controlling the temperature of the partial oxidation reactor and improving the energy efficiency of the whole process.
도 1은 본 발명에 따른 동심원 형태의 반응기를 도식화한 모식도이다. 동심원의 중앙부에는 반응기를 관통하는 독립된 반응기가 존재한다. 반응 초기에는 외부의 열원(heating zone)을 이용하여 열을 공급하고 먼저 제1 반응기에 글리세린을 공급하여 탈수반응을 시작한다. 이후 탈수반응 촉매층을 지난 아크롤레인 포함 흐름은 외측 동심원에 존재하는 제2 반응기의 부분산화반응 촉매층을 지나면서 외부에서 공급되는 산소 또는 공기와 접촉하여 발열반응인 아크롤레인 부분산화반응을 통해 아크릴산으로 전환되며 이때 미전환된 아크롤레인이 일부 존재한다. 이때 탈수반응과 부분산화반응 촉매층은 반응기 하단에 존재하는 메쉬(mesh) 형태의 구조물로 분리되며, 상기 구조물을 통해 제1 반응기에서의 생성물이 제2 반응기로 공급된다. 제2 반응기를 통과한 아크릴산 및 미반응 아크롤레인 포함 흐름은 중앙 독립 반응기인 제3 반응기에 공급되어 아크롤레인 부분산화반응을 통해 모두 아크릴산으로 최종 전환된다. 1 is a schematic diagram illustrating a concentric reactor in accordance with the present invention. At the center of the concentric circle, there is an independent reactor through the reactor. At the beginning of the reaction, heat is supplied using an external heating zone, and glycerin is first fed to the first reactor to start the dehydration reaction. The acrolein-containing stream passing through the dehydration reaction catalyst layer is converted into acrylic acid through the partial oxidation reaction of acrolein which is exothermic in contact with oxygen or air supplied from the outside through the partial oxidation reaction catalyst layer of the second reactor existing in the outer concentric circle, Some unconverted acrolein is present. At this time, the dehydration reaction and the partial oxidation catalyst layer are separated into a mesh-like structure existing at the bottom of the reactor, and the product in the first reactor is supplied to the second reactor through the structure. Acrylic acid and unreacted acrolein-containing stream passing through the second reactor are fed to a third reactor, which is a central independent reactor, and are finally converted to acrylic acid through acrolein partial oxidation.
반응기의 외부와 중앙부의 부분산화반응에서 발생하는 열로 인해 반응기의 온도가 상승하면 부분산화반응에서 발생하는 열을 이용하여 탈수 반응이 일어나므로 외부의 열원(heating zone)으로부터의 열공급을 중단하거나 감소시킬 수 있다. 이때 외부의 열원(heating zone)은 냉각원(cooling zone)으로서의 역할을 수행하여 반응기의 과열을 방지할 수 있다. When the temperature of the reactor is raised due to the heat generated in the partial oxidation reaction of the outer and central portions of the reactor, the dehydration reaction occurs using the heat generated in the partial oxidation reaction, thereby stopping or reducing the heat supply from the external heating zone . At this time, the external heating zone serves as a cooling zone, thereby preventing overheating of the reactor.
좀더 구체적인 일례에 있어서, 본 발명에서는 가장 먼저 제1 반응기에서 글리세린을 원료로 하는 탈수 반응이 시작되고 이어지는 제2 반응기에서 아크롤레인 부분 산화반응이 일어난다. 제2 반응기에서는 반응물 중 일부의 아크롤레인만 아크릴산을 전환되도록 반응을 수행하고, 제2 반응기에서의 생성물은 모두 제3 반응기로 공급되어 다시 아크롤레인 부분 산화반응을 통해 미전환되었던 아크롤레인을 아크릴산으로 최종 전환할 수 있다. 이때, 제2 및 제3 반응기 모두에서 발열반응인 부분산화반응이 일어나기 시작하면 반응기의 온도가 올라가게 되고, 제2 반응기와 제3 반응기 사이 가운데에 있는 제1 반응기의 온도 또한 상승하게 되어 외부에서의 열 공급을 감소시킬 수 있다. 또한, 제3 반응기의 경우, 가장 안쪽에 위치하지만 제2 반응기에서 공급되는 반응물이 이미 고온이므로 가장 안쪽에 있어도 반응에 필요한 열 공급이 원활히 이뤄질 수 있는 장점이 있다. In a more specific example, in the present invention, first, a dehydration reaction using glycerin as a raw material is started in the first reactor, and a partial oxidation reaction of acrolein occurs in the subsequent second reactor. In the second reactor, only acrolein of a part of the reactants is converted so as to convert acrylic acid. The products in the second reactor are all supplied to the third reactor, and acrolein, which has not been converted through partial oxidation of acrolein, . At this time, when the partial oxidation reaction, which is an exothermic reaction, starts to occur in both the second and third reactors, the temperature of the reactor is raised, and the temperature of the first reactor in the middle between the second and third reactors also rises. It is possible to reduce the heat supply of the heat exchanger. In addition, in the case of the third reactor, since the reactant supplied from the second reactor is located at the innermost position, it is advantageous that the heat supply required for the reaction can be smoothly performed even if it is at the innermost position.
또한, 도 1과 도 2의 글리세린과 산소의 공급위치와 공급라인의 개수, 도 3의 동심원 반응기의 반지름 x, y, z는 사용자의 필요에 따라 조절할 수 있다. 다만, 상기 일체형 반응기의 동심원 중심으로부터 제3 반응기 외각원까지 반지름(x), 제1 반응기 외각원까지의 반지름(y), 제2 반응기 외각원까지의 반지름(z)는 하기 계산식 1과 같이 구성되어야 한다. In addition, the supply positions of the glycerin and oxygen and the number of supply lines in FIGS. 1 and 2 and the radii x, y and z of the concentric circulators in FIG. 3 can be adjusted according to the needs of the user. However, the radius (x) from the concentric center of the integrated reactor to the outer circumference of the third reactor, the radius (y) from the outer circumference of the first reactor to the outer circumference of the first reactor, and the radius (z) .
[계산식 1][Equation 1]
x < y < zx < y < z
한편, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 바와 같은 동심원 형태의 일체형 반응기를 사용하여 아크릴산을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 아크릴산의 제조 방법은 a) 글리세린을 제1 반응기에 공급하여 글리세린의 탈수 반응을 수행하는 단계; b) 상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 제2 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계; 및 c) 상기 제2 반응기로부터 얻어진 아크릴산 및 미전환 아크롤레인과 산소 또는 공기를 제3 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것이다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of producing acrylic acid by using the concentric integrated reactor as described above. The method of producing acrylic acid comprises the steps of: a) supplying glycerin to a first reactor to perform a dehydration reaction of glycerin; b) supplying the product obtained from the dehydration and oxygen or air to a second reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein; And c) supplying acrylic acid and unconverted acrolein obtained from the second reactor and oxygen or air to a third reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein, wherein the first reactor, the second reactor, the third reactor The reactor is in concentric form, the third reactor is arranged in the center of the entire concentric concentric reactor, the second reactor is arranged in the outer periphery of the entire concentric concentric reactor, the first reactor is arranged between the second and third reactors And a heat source supply unit is disposed on the outer surface of the second reactor.
상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기, 및 열원 공급부의 구성 및 배치 등은 상술한 바와 같다. The construction and arrangement of the first reactor, the second reactor, the third reactor, and the heat source supply unit are as described above.
상기 글리세린을 제1 반응기에 공급하여 수행하는 초기의 글리세린의 탈수반응은 반응 초기에 상기 열원 공급부로부터 열공급을 통해 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 수행할 수 있다.The initial dehydration reaction of glycerin, which is performed by supplying the glycerin to the first reactor, is carried out at a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar Absolute pressure). ≪ / RTI >
상기 아크릴산 제조 방법에서 글리세린 탈수 반응의 촉매와 아크롤레인 부분산화반응 촉매는 기 공지된 어떠한 종류의 촉매를 사용하여도 무방하다. 또한, 촉매는 필요에 따라 반응기 내 과열점(핫스팟) 생성의 방지를 위해 기공지된 방법으로 희석제와 적절한 비율로 희석되어 충진될 수 있다. The catalyst for the dehydration of glycerol and the acrolein partial oxidation catalyst may be any of the known catalysts. In addition, the catalyst can be diluted in an appropriate ratio with the diluent in a known manner to prevent the formation of hot spots in the reactor, if necessary, and filled.
이렇게 제1 반응기의 글리세린의 탈수반응을 진행한 후에, 탈수반응 촉매 층을 지난 아크롤레인 포함 흐름은 외측 동심원인 제2 반응기에 존재하는 부분산화반응 촉매층을 지나면서 외부에서 공급되는 산소 또는 공기와 접촉하여 아크릴산으로 전환된다. 이때, 제2 반응기의 아크롤레인 부분산화반응은 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 수행할 수 있다.After the dehydration reaction of glycerin in the first reactor proceeds, the acrolein-containing stream passing through the dehydration catalyst layer passes through the partial oxidation catalyst layer existing in the outer concentric second reactor and is contacted with oxygen or air supplied from the outside Acrylic acid. At this time, the acrolein partial oxidation reaction of the second reactor can be carried out at a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure).
상기 제2 반응기의 생성물에는 미전환된 아크롤레인이 포함되어 있으며, 상기 생성물은 중심의 제3 반응기로 공급되어 상기 생성물 중의 미전환된 아크롤레인을 부분산화반응을 통해 아크릴산으로 최종 전환된다. 이때, 제3 반응기의 아크롤레인 부분 산화반응은 반응 온도 200 내지 400 ℃, 바람직하게는 250 내지 370 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 수행할 수 있다.The product of the second reactor contains unconverted acrolein and the product is fed to a third reactor in the center so that unconverted acrolein in the product is finally converted into acrylic acid through partial oxidation. At this time, the acrolein partial oxidation reaction of the third reactor can be carried out at a reaction temperature of 200 to 400 ° C, preferably 250 to 370 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure).
또한, 상기 제2 반응기의 외측면에서 배치된 열원 공급부는, 열원으로서 염 용융물을 사용할 수 있으나 기존에 공지된 다른 방법을 사용하여도 무방하다. 상기 외부 열 공급부는 반응의 시작에 필요한 열을 공급(heating zone)하는 역할을 수행할 수 있으며, 반응이 시작된 후에는 부분산화반응에서 발생하는 열을 이용하여 탈수 반응이 일어나므로 외부에서의 열공급을 중단하거나 감소시킴으로써 반응기의 과도한 온도 상승을 억제(cooling zone)하는 역할을 수행할 수 있다.In addition, the heat source supply unit disposed on the outer surface of the second reactor may use a salt melt as a heat source, but other methods known in the art may be used. Since the dehydration reaction occurs using the heat generated in the partial oxidation reaction after the start of the reaction, the external heat supply unit can perform heat supply from the outside, The cooling zone can be suppressed by stopping or reducing the temperature of the reactor.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 아크롤레인 부분 산화 반응에서 발생하는 열을 글리세린 탈수 반응에 공급함으로써 부분 산화반응기의 온도를 효과적으로 제어함과 동시에 전체 공정의 에너지 효율을 현저히 향상시키며, 글리세린으로부터 아크릴산을 효과적으로 제조할 수 있다. As described above, according to the present invention, by supplying the heat generated in the acrolein partial oxidation reaction to the glycerin dehydration reaction, the temperature of the partial oxidation reactor can be controlled effectively, the energy efficiency of the whole process can be remarkably improved, can do.
Claims (8)
상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제2 반응기,
상기 부분 산화반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 반응시켜 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 제3 반응기,
를 포함하고,
상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것인 아크릴산 제조용 일체형 반응기.
A first reactor for performing a dehydration reaction of glycerin,
A second reactor for performing partial oxidation reaction of acrolein by reacting the product obtained from the dehydration with oxygen or air,
A third reactor for performing a partial oxidation reaction of acrolein by reacting the product obtained from the partial oxidation reaction with oxygen or air,
Lt; / RTI >
Wherein the first reactor, the second reactor and the third reactor are concentrically arranged, the third reactor is disposed at the center of the entire concentric concentric reactor, the second reactor is disposed at the outer periphery of the entire concentric concentric reactor, Wherein the second reactor is disposed between the second reactor and the third reactor, and the heat source supply portion is disposed on the outer surface of the second reactor.
상기 일체형 반응기의 동심원 중심으로부터 제3 반응기 외각원까지 반지름(x), 제1 반응기 외각원까지의 반지름(y), 제2 반응기 외각원까지의 반지름(z)는 하기 계산식 1을 만족시키는 것인 아크릴산 제조용 일체형 반응기.
[계산식 1]
x < y < z
The method according to claim 1,
The radius (x) from the concentric center of the integrated reactor to the third reactor outer circle, the radius (y) from the first reactor outer circle to the outer reactor circle of the second reactor satisfies the following formula 1 Integrated reactor for the production of acrylic acid.
[Equation 1]
x < y < z
b) 상기 탈수 반응으로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 제2 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계; 및
c) 상기 제2 반응기로부터 얻어진 생성물과 산소 또는 공기를 제3 반응기에 공급하여 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 반응기, 제2 반응기, 제3 반응기는 동심원 형태로 이뤄진 것이며, 상기 제3 반응기가 전체 동심원 반응기의 중심에 배치되고, 제2 반응기는 전체 동심원 반응기의 외각에 배치되고, 제1 반응기는 제2 반응기와 제3 반응기 사이에 배치되고, 상기 제2 반응기의 외측면에는 열원 공급부가 배치된 것이며,
상기 제1 반응기의 탈수반응 촉매층과 제2 반응기의 부분산화반응 촉매층이 반응기 하단에 존재하는 메쉬(mesh) 형태의 구조물로 분리되며, 상기 구조물을 통해 제1 반응기에서의 생성물이 제2 반응기로 공급되는 아크릴산의 제조방법.
a) feeding glycerin to a first reactor to effect a dehydration reaction of glycerin;
b) supplying the product obtained from the dehydration and oxygen or air to a second reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein; And
c) supplying a product obtained from the second reactor and oxygen or air to a third reactor to perform a partial oxidation reaction of acrolein;
Lt; / RTI >
Wherein the first reactor, the second reactor and the third reactor are concentrically arranged, the third reactor is disposed at the center of the entire concentric concentric reactor, the second reactor is disposed at the outer periphery of the entire concentric concentric reactor, The second reactor is disposed between the second reactor and the third reactor, and the heat source supply unit is disposed on the outer surface of the second reactor,
The dehydration reaction catalyst layer of the first reactor and the partial oxidation reaction catalyst layer of the second reactor are separated into a mesh-like structure existing at the lower end of the reactor. The product in the first reactor is supplied to the second reactor through the structure Of acrylic acid.
상기 아크릴산 제조 공정의 반응 초기에 상기 열원 공급부로부터 열공급을 통해 반응 온도 200 내지 400 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar(절대압력)의 조건 하에서 제1 반응기의 탈수반응을 수행하는 아크릴산의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the dehydration reaction of the first reactor is performed under the conditions of a reaction temperature of 200 to 400 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar (absolute pressure) through heat supply from the heat source supply unit at the initial stage of the reaction of the acrylic acid production process.
상기 제2 반응기에서는 반응 온도 200 내지 400 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar으로 산소 또는 공기의 존재 하에서 제1 반응기의 생성물을 반응물로 하여 아크롤레인의 부분 산화 반응을 수행하는 아크릴산의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the partial oxidation reaction of acrolein is carried out using the product of the first reactor as a reactant in the presence of oxygen or air at a reaction temperature of 200 to 400 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar in the second reactor.
상기 제3 반응기에서는 반응 온도 200 내지 400 ℃ 및 반응 압력 1 내지 5 bar으로 산소 또는 공기의 존재 하에서 제2 반응기의 생성물을 반응물로 하여 아크롤레인의 부분 산화 반응을 수행하는 아크릴산의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the partial oxidation reaction of acrolein is carried out in the third reactor using the product of the second reactor as a reactant in the presence of oxygen or air at a reaction temperature of 200 to 400 ° C and a reaction pressure of 1 to 5 bar.
상기 제2 반응기 및 제3 반응기에서 아크롤레인의 부분 산화반응을 수행하면서, 상기 열원 공급부로부터 열공급을 감소 또는 차단시키는 아크릴산의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the partial oxidation reaction of acrolein in the second reactor and the third reactor is performed while reducing or blocking the supply of heat from the heat source supply unit.
상기 제2 반응기에서 제1 반응기에서의 생성물이 아크릴산으로 완전히 전환되지 않도록 인위적으로 부분산화반응 촉매량을 조절하는 아크릴산의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the amount of the partial oxidation catalyst is artificially controlled so that the product in the first reactor in the second reactor is not completely converted into acrylic acid.
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| KR20120038479A (en) * | 2009-07-22 | 2012-04-23 | 아르끄마 프랑스 | Method for producing bioresourced acrylic acid from glycerol |
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