KR20180081573A - 포름알데히드의 제조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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요한 비요른 마티아스 홀름베르크
안드레아스 에릭 요한 마그누손
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존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

포름알데히드의 제조를 위한 장치가 개시되어 있다. 장치는 제1 유입구, 제1 유출구, 및 제1 유입구와 유체 연통되는 제1 단부 및 제1 유출구와 유체 연통되는 제2 단부를 각각 갖는 복수의 관을 갖는 냉각 관형 반응기 섹션(8, 108, 208, 308, 408, 508)을 포함한다. 복수의 관은 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제1 촉매를 함유한다. 장치는 장치가 예비-반응기 섹션(7, 107, 207, 307, 407, 507)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 예비-반응기 섹션(7, 107, 207, 307, 407, 507)은 유입구를 갖는다. 예비-반응기 섹션(7, 107, 207, 307, 407, 507)은 냉각 관형 반응기 섹션(8, 108, 208, 308, 408, 508)의 제1 유입구와 유체 연통되는 유출구를 갖는다. 예비-반응기 섹션(7, 107, 207, 307, 407, 507)은, 사용 중에, 단열 촉매층을 함유하도록 구성된다. 단열 촉매층은 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제2 촉매를 포함한다.

Description

포름알데히드의 제조를 위한 장치 및 방법
본 발명은 포름알데히드의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 혼합 산화물 촉매 예컨대 FeMo 촉매를 사용하는 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 그러나 비제한적으로, 본 발명은 혼합 산화물 촉매 예컨대 FeMo 촉매를 사용하는 메탄올의 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
포름알데히드는 메탄올의 촉매적 산화성 탈수소화에 의해 제조될 수 있다. 이러한 제조를 수행하는 방법은, 예를 들어 WO9632189 또는 US2504402로부터 공지되어 있다. 촉매는 전형적으로 몰리브데넘 및 철 산화물을 포함한다. 포름알데히드는 또한 은 또는 구리 촉매를 사용하는 메탄올의 촉매적 산화성 탈수소화 및 촉매적 탈수소화의 혼합에 의해 제조될 수 있다. 본 발명은 혼합 산화물 촉매를 사용하는 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조에 관한 것이다. 혼합 산화물 촉매 상에서 메탄올로부터 포름알데히드를 형성하는 반응은 발열성이다. 반응은 반응의 열이 열 전달 유체에 의해 제거되는 등온 반응기, 전형적으로 관형 반응기에서 수행될 수 있다. 소위 "등온" 반응기는 전형적으로 반응의 열을 제거하기 위해 제공되는 냉각에도 불구하고 반응기의 길이를 따라 온도가 달라진다는 점에서 유사(pseudo) 등온인 것으로 이해될 것이다. 이러한 반응기는 또한 "냉각" 반응기라고도 칭해질 수 있다. 반응은 또한 열이 제거되지 않으며, 반응기 내용물이 반응기를 통과함에 따라 이들의 온도가 증가하는 단열 반응기에서도 수행될 수 있다. 어떤 반응기 유형이 사용되든지, 시간 경과에 따라 촉매는 노화되고, 덜 효과적이게 되며, 교체를 필요로 한다. 관형 반응기에서 촉매를 교체하는 것은 4-5일이 걸릴 수 있으며, 그 시간 동안 반응기는 셧다운되고 수익에 손실이 있다.
현재, 혼합 산화물 촉매 상에서 포름알데히드를 제조하는 대부분의 상업적 플랜트는 등온 관형 반응기를 기반으로 한다. 등온 관형 반응기는 전형적으로 메탄올이 최대 11 부피%까지 공급될 것이다. 상기 수준을 초과하면 산소의 부족으로 촉매의 조기 노화가 유도될 수 있다. 관형 반응기는 직렬로 배열될 수 있으며, 이는 단일 반응기보다 더 많은 메탄올 공급물이 사용되도록 할 수 있다.
단열 '후속-반응기'가 또한 등온 관형 반응기의 하류에 추가될 수 있다. 이러한 단열 반응기는 등온 관형 반응기에서의 촉매의 비효율을 보상함으로써 메탄올의 전환을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시양태는 종래 기술의 상기 단점 중 하나 이상을 극복하고자 한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시양태는 포름알데히드의 제조를 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 제1 유입구, 제1 유출구, 및 제1 유입구와 유체 연통되는 제1 단부 및 제1 유출구와 유체 연통되는 제2 단부를 각각 갖는 복수의 관을 가지며, 상기 복수의 관은 사용 중에 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제1 촉매를 함유하도록 구성된 것인 냉각 관형 반응기 섹션을 포함하는, 포름알데히드의 제조를 위한 장치이며, 유입구를 가지고 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입구와 유체 연통되는 유출구를 가지며, 사용 중에 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제2 촉매를 포함하는 단열 촉매층을 함유하도록 구성된 예비-반응기 섹션을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
따라서, 본 발명은 냉각 관형 반응기 섹션의 상류에 배열된 단열 예비-반응기 섹션을 제공한다. 단열 예비-반응기 섹션의 제공은 예비-반응기 섹션 내의 촉매를 교체하는 것이 유의하게 더 신속할 수 있다는 점에서 유리하다. 예비-반응기 섹션 내의 촉매층은 바람직하게는 수시간 내에 제거되고 교체될 수 있는 패킹된 촉매층이다. 이는 관형 반응기의 관 내의 촉매의 4-5일의 교체 시간보다 훨씬 더 빠르다. 상류 촉매는 보다 빨리 노화된다. 이전의 관형 반응기에서는, 관의 시작점 근처에서의 촉매의 노화가 촉매 교체 주기 요건을 지배하였다. 본 발명에서, 예비-반응기 섹션 내의 촉매는 짧은 교체 시간으로 보다 자주 교환될 수 있고, 관형 반응기 섹션 내의 촉매는 보다 긴 간격으로 교체될 수 있다. 그 결과로, 관 내의 촉매를 교체하기 위한 장기 셧다운 기간이 단지 훨씬 더 넓어진 시간 간격으로 필요하다. 예비-반응기 섹션의 존재는 또한 냉각 관형 반응기 섹션에 대한 열 부하 (즉, 냉각 관형 반응기 섹션의 쉘 측에서 제거될 필요가 있는, 냉각 관형 반응기 섹션에서의 반응에 의해 발생된 열)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 유리하게는 짧은 관을 갖는 냉각 관형 반응기 섹션을 갖춘 기존의 플랜트가 개선되어 용량을 증가시키도록 한다. 본 발명은 또한 유리하게는 냉각 관형 반응기 섹션에서의 보다 우수한 온도 제어를 가능하게 한다. 종래 기술의 반응기에서, 열 전달 유체 온도가 관의 초입 부분에서의 높은 반응 속도에 기인한 높은 수준의 열을 처리할 필요가 있었다. 그러나, 예비-반응기 섹션이 존재함으로 인해, 냉각 관형 반응기 섹션에서의 초기 반응 속도가 낮춰질 수 있고, 열 전달 유체는 관의 전체 길이를 따라 열 발생에 대해 보다 잘 조정될 수 있다. 본 발명은 또한 유리하게는 예비-반응기 섹션 내의 촉매를 보다 빈번하게 교체하는 능력으로 인해, 연장된 시간 기간에 걸쳐, 예를 들어 연간 기준으로 평균 수율을 증가시킨다. 과거에는, 촉매 로딩을 위해 요구되는 시간 길이가 감소하는 수율과 셧다운 비용 사이에 균형을 이루도록 할 수 있었다. 본 발명에서, 냉각 관형 반응기 섹션 내의 촉매는 보다 장시간 동안 지속되고, 예비-반응기 섹션 내의 촉매는 보다 신속히 달성되는 보다 빈번한 교환에 의해 계속해서 재생될 수 있다. 그 결과, 촉매의 전반적인 노화가 감소되고, 연장된 시간 기간에 걸쳐서 평균 수율이 증가된다. 바람직하게는, 본 발명은 종래 기술의 시스템에 비해 최대 0.5%의 평균 수율 증가 및 단열 예비-반응기 섹션 내의 촉매의 재-로딩 직후에는, 그 시점에서의 재-로딩이 없는 종래 기술의 시스템과 비교하여 최대 2%의 평균 수율 증가를 가능하게 한다.
냉각 관형 반응기 섹션은 바람직하게는 열 전달 유체 냉각되는 관형 반응기 섹션이다. 바람직하게는, 냉각 관형 반응기 섹션은, 복수의 관을 둘러싸고 있으며, 사용 중에 쉘을 통해 열 전달 유체를 통과시키기 위한 적어도 1개의 제2 유입구 및 적어도 1개의 제2 유출구를 갖는 쉘을 추가로 포함한다. 따라서, 냉각 관형 반응기 섹션은 제1 유입구, 제1 유출구, 및 제1 유입구와 유체 연통되는 제1 단부 및 제1 유출구와 유체 연통되는 제2 단부를 각각 갖는 복수의 관을 가지며, 상기 복수의 관은 사용 중에 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제1 촉매를 함유하도록 구성된 것인 관형 반응기 섹션일 수 있으며, 상기 냉각 관형 반응기 섹션은 관을 둘러싸고 있으며, 열 전달 매체, 예를 들어 열 전달 유체를 함유하도록 구성된 쉘을 추가로 포함한다. 냉각 관형 반응기 섹션은, 사용 중에, 열 전달 매체가 관에서 발생된 열을 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 쉘은 사용 중에 쉘을 통해 열 전달 유체를 통과시키기 위한 적어도 1개의 제2 유입구 및 적어도 1개의 제2 유출구를 가질 수 있다. 바람직하게는, 관은 제1 촉매를 함유한다.
예비-반응기 섹션은, 사용 중에, 단열 촉매층을 함유하도록 구성된다. 바람직하게는, 예비-반응기 섹션은 단열 촉매층을 포함한다. 바람직하게는, 촉매층은 제2 촉매를 포함하는 패킹된 층이다. 바람직하게는, 촉매층은 단일 층이다. 즉, 촉매층은 관형 배열이 아니라, 그 대신에 유동 경로에 걸쳐 연장되는 패킹된 촉매층이다. 일부 실시양태에서, 이러한 촉매층은 적은 개수, 예를 들어 2 또는 3 또는 4개의 층을 병렬로 포함할 수 있다. 그러나, 촉매층은 관형 층이 아니며, 촉매층 내부로부터의 열 제거를 위해 제공되는 것이 없다. 따라서, 촉매층은 단열 촉매층이라 할 수 있다. 관형 층과 비교하여 촉매층의 교체 속도가 중요하다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 촉매층은 단지 4, 바람직하게는 3, 보다 바람직하게는 2시간 내에 교체될 수 있도록 배열될 수 있다. 이는 단일 패킹된 층 또는 적은 개수, 예를 들어 2 또는 3 또는 4개의 층을 병렬로 가짐으로써 달성될 수 있다.
제2 촉매는 제1 촉매와 동일할 수 있거나 또는 제1 촉매와 상이할 수 있다. 제1 또는 제2 촉매 중 어느 하나 또는 둘 다는 1종 이상의 촉매의 혼합물 또는 구조화된 배열, 예컨대 층을 포함할 수 있다. 이는 성능을 최적화하도록 반응기의 상이한 부분에 상이한 촉매를 제공하는데 있어서 유리할 수 있다. 따라서, 제1 촉매는 단일 촉매일 수 있거나 또는 촉매의 혼합물일 수 있다. 제2 촉매는 단일 촉매 또는 촉매의 혼합물일 수 있다. 제1 또는 제2 촉매는 비-활성 구성요소 예컨대 세라믹 링과 혼합될 수 있다. 제1 및 제2 촉매는 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 촉매이다. 바람직하게는, 촉매 중 어느 하나 또는 둘 다는 메탄올의 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 촉매이다. 바람직하게는, 촉매는 혼합 산화물 촉매, 예를 들어 FeMo 촉매이다.
바람직하게는, 예비-반응기 섹션의 촉매층의 단면적 (즉, 대체적인 유동 방향과 수직인 면적)은 냉각 관형 반응기 섹션의 관형 단면적 (즉, 관의 단면적의 합계)과 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 예비-반응기 섹션의 촉매층의 단면적은 냉각 관형 반응기 섹션의 관형 단면적의 50% 내지 150%, 바람직하게는 70% 내지 130%의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 장치는 예비-반응기 섹션의 유출구가 각각의 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입구와 연통되는, 병렬로 배열된 복수의 냉각 관형 반응기 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 냉각 관형 반응기 섹션의 관형 단면적은 각각의 냉각 관형 반응기 섹션의 단면적의 합계 (즉, 모든 병렬 관형 반응기 섹션 내의 관의 단면적의 합계)인 것으로서 이해될 것이다.
일부 실시양태에서, 예비-반응기 섹션 및 냉각 관형 반응기 섹션은 단일 용기에 직렬로 수용될 수 있다. 냉각 장치, 예컨대 냉각 코일이 섹션 사이에 배열될 수 있다. 바람직하게는, 예비-반응기 섹션은 냉각 관형 반응기 섹션과 별개의 용기에 존재한다. 따라서, 장치는 예비-반응기 섹션을 함유하는 예비-반응기 및 냉각 관형 반응기 섹션을 함유하는 냉각 관형 반응기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 장치는 예비-반응기를 가로지르는 우회로를 포함한다. 이러한 방식으로 장치는 예비-반응기 내의 촉매가 보충되는 동안, 예비-반응기가 격리되어 작동될 수 있으며, 따라서 장치의 생산성을 추가로 증가시킨다.
바람직하게는, 장치는, 사용 중에 예비-반응기에서 나오는 가스가 예비-반응기로의 공급물을 가열하는데 사용되도록, 예비-반응기의 유입구 및 유출구에 연결된 열 교환기를 포함한다. 유리하게는, 이는 가스가 냉각 관형 반응기로 통과하기 전에 가스를 냉각시키고, 예비-반응기의 유입구에서 공급물을 목적하는 온도로 가열한다. 바람직하게는, 장치는 예비-반응기에서 배출되는 스트림의 일부 또는 모두가 열 교환기를 우회하여 방향전환될 수 있도록, 열 교환기의 유입물과 유출물 사이에서 연결된 우회 밸브를 추가로 포함한다. 이러한 우회 밸브는 유리하게는 예비-반응기의 유입구로 통과되는 스트림의 온도 제어를 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 장치는 유리하게는 예비-반응기의 온도가 그 반응기로의 유입구 온도를 조정함으로써 제어되도록 한다. 따라서, 예비-반응기에서의 온도는 관형 반응기에서의 온도와 상이할 수 있으며, 이는 공정의 최적화를 위한 추가의 옵션을 가능하게 한다. 유입구에서 온도를 조정함으로써 예비-반응기의 온도를 제어하고, 예비-반응기의 유출구와 냉각 관형 반응기의 유입구 사이에서 가스의 온도를 감소시키는 능력은, 예를 들어 촉매가 노화됨에 따라 조건을 조정함으로써 공정이 보다 효율적으로 실행되도록 한다.
바람직하게는, 장치는 스팀을 발생시키고 예비-반응기 섹션에서 나오는 가스를 냉각시키기 위한, 예비-반응기 섹션의 유출구에 연결된 스팀 발생기를 포함한다. 이는 유리하게는 냉각 관형 반응기 섹션에 공급하기 위한 보다 냉각된 가스를 제공하며, 그렇게 하면서 유용한 스팀을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 스팀 발생기는 열 교환기의 유출물에 연결될 수 있어, 예비-반응기 섹션에서 배출되는 스트림이 사용 중에 열 교환기를 통해 스팀 발생기로 유동하도록 한다. 일부 실시양태에서, 스팀 발생기는 예비-반응기 섹션의 유출물에 직접적으로 (즉, 개재 유닛 작동 없이) 연결될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 스팀 발생기의 유출물은 열 교환기에 연결될 수 있어, 예비-반응기에서 배출되는 스트림이 사용 중에 스팀 발생기를 통해 열 교환기로 유동하도록 한다. 대안적으로 이러한 실시양태에서, 스팀 발생기의 유출물은 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입구에 직접적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 장치는 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입구에 연결된 추가의 공급물 유입구를 포함한다. 예를 들어, 추가의 공급물 유입구는 예비-반응기 섹션으로부터의 스트림을 냉각 관형 반응기 섹션으로 운반하는 파이프 내로의 밸브 형태를 취할 수 있다. 추가의 공급물 유입구는 예비-반응기 섹션에서 배출되는 가스의 스트림이 냉각 관형 반응기 섹션에 공급되기 전에, 그에 추가의 메탄올을 첨가하는데 사용될 수 있다. 이는 여분의 메탄올이 공정에 첨가되도록 하여, 따라서 냉각 관형 반응기 섹션에서 나오는 포름알데히드 생성물 유동을 증가시키는데 있어서 유리할 수 있다.
일부 실시양태에서, 장치는 냉각 관형 반응기 섹션으로 유동하는 스트림과 그로부터 유동하는 스트림 사이에 열이 교환될 수 있도록, 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입물 및 제1 유출물에 연결된 열 교환기가 제공될 수 있다. 이러한 배열은 냉각 관형 반응기 섹션에서 나오는 스트림의 열을 유리하게 사용할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 추가의 공급물 유입구는 열 교환기로의 추가의 공급물 유입구일 수 있다. 이는 냉각 관형 반응기 섹션에서 나오는 스트림으로부터 열이 추가의 공급물 유입구를 통해 첨가된 메탄올의 기화를 보조하는데 사용될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
유리하게는, 장치는 장치에 들어가는 가스에 가압하기 위한 터보차저가 제공된다. 가스는 예비-반응기 섹션에 공급되기 전에 가압된다. 따라서, 터보차저는 예비-반응기 섹션의 상류에 존재한다. 바람직하게는, 터보차저는 포름알데히드의 제조에서의 폐가스로부터의 에너지에 의해 구동된다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 제조로부터의 폐가스는, 예를 들어 배출물 제어 시스템에서 연소될 수 있고, 그 에너지가 터보차저를 구동하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 포름알데히드 제조의 발열 성질 및/또는 폐가스 연소에 의해 증가되는, 장치를 통과하는 부피 유동은 터보차저를 구동하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치는 냉각 관형 반응기 섹션의 하류, 및 임의적인 열 교환기 또는 스팀 발생기의 하류에 있는 흡수기 또는 다른 포름알데히드 회수 유닛, 및 흡수기의 하류에 있는 배출물 제어 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 관형 반응기 섹션에서 배출되는 가스는 흡수기로 통과하여 포름알데히드를 회수할 수 있고, 흡수기에서 배출되는 잔류하는 가스 (예를 들어, 폐가스)는 배출물 제어 시스템으로 통과할 수 있다. 배출물 제어 시스템에서, 폐가스는 바람직하게는 위험한 구성요소를 제거하기 위해, 예를 들어 촉매적 소각에 의해 연소된다. 배출물 제어 시스템에서 배출되는 고온 가스는 터보차저의 컴프레서 측에서 장치에 들어가는 가스의 압축을 구동하기 위해 터보차저의 터빈 측으로 통과될 수 있다. 터빈은 직접적으로, 예를 들어 액슬을 통해 컴프레서를 구동할 수 있거나 또는 간접적으로, 예를 들어 차후에 전력을 컴프레서에 제공하는 발전기를 구동함으로써 컴프레서를 구동할 수 있다. 터빈 속도는 스로틀 밸브 및/또는 우회 스트림에 의해 조절될 수 있다. 적합한 터보차저 시스템은 WO2007111553에 기재된 바와 같을 수 있다. 이러한 터보차저 시스템의 사용은 예비-반응기 섹션이 과도한 압축 비용을 발생시키지 않으면서 고압에서 실행되도록 하기 때문에 예비-반응기 섹션에서 특히 유리하다. 이는 예비-반응기 섹션이 존재하는 본 발명에 따른 시스템에서 특정한 이익을 제공하는데, 그 이유는 증가된 압력이 처리량 및 그에 따라 포름알데히드의 제조를 증가시키기 때문이다. 이전의 시스템에서는 이러한 이점이 감소된 촉매 수명 및 그에 따라 촉매 교환을 위한 셧다운 빈도의 증가에 비추어 고려될 필요가 있었을 것이다. 그러나, 본 발명에서는, 촉매의 최대 열화가 예비-반응기 섹션에서 발생하며, 여기서 촉매는 보다 간단히 교환될 수 있다. 따라서, 고압 작동의 이점이 이전에 동반된 단점 없이 실현될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 포름알데히드를 제조하는 방법으로서, 메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 단열적으로 작동되는 예비-반응기 섹션에 공급하고, 예비-반응기 섹션에서 공급물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시켜 포름알데히드를 포함하는 제1 생성물 스트림을 제조하고, 제1 생성물 스트림을 냉각 관형 반응기 섹션에 공급하고, 냉각 관형 반응기 섹션에서 제1 생성물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시켜 포름알데히드를 포함하는 제2 생성물 스트림을 제조하는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 임의로, 제1 생성물 스트림을 냉각 관형 반응기 섹션에 공급하기 전에, 추가의 메탄올이, 예를 들어 제1 생성물 스트림을 추가의 메탄올을 함유하는 스트림과 합침으로써 제1 생성물 스트림에 첨가될 수 있다.
예비-반응기 섹션은 그 섹션으로부터의 열 제거를 위해 제공되는 것이 없다는 점에서 단열적으로 작동될 수 있다.
공급물 스트림 중의 메탄올의, 바람직하게는 10% 이상 내지 100% 이하, 일부 실시양태에서는 95% 이하가 예비-반응기 섹션에서 포름알데히드로 전환된다. 제1 생성물 스트림이 냉각 관형 반응기 섹션에 공급되기 전에 그에 여분의 메탄올이 첨가되지 않는다면, 바람직하게는 공급물 스트림 중의 메탄올의 40% 이하가 예비-반응기 섹션에서 포름알데히드로 전환된다. 이러한 전환 범위는 유리하게는 열 제거의 이익을 유지하면서, 촉매가 보다 용이하게 교환될 수 있는 예비-반응기 섹션에서 초기 반응을 수행하는 것의 이익, 및 촉매 노화에 반응하여 열 제거를 제어하는 냉각 관형 반응기 섹션의 능력을 제공한다.
방법은 제1 생성물 스트림을 냉각 관형 반응기에 공급하기 전에 그에 메탄올을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 이는 공정의 포름알데히드 생산성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 종래 기술의 시스템에서 단일 공급물로 가능했던 것보다 최대 30% 더 많은 메탄올이 2개의 공급 위치에 걸쳐 공정에 공급될 수 있다.
일부 실시양태에서, 메탄올은 모두 공급물 스트림으로 첨가될 수 있다. 즉, 이러한 실시양태에서, 메탄올은 제1 생성물 스트림에 첨가되지 않는다. 이러한 실시양태는 촉매의 피독을 유도할 수 있는, 메탄올 중의 오염물의 위험이 존재하는 경우에 특히 유리할 수 있다. 독은 전형적으로 이들이 도달하는 제1 촉매에 영향을 미칠 것이다. 종래 기술의 시스템에서, 이러한 촉매는 관에 존재하였고, 따라서 교체하기가 어렵고 비용이 많이 들었다. 본 발명에서, 피독될 가능성이 가장 큰 촉매는 예비-반응기 섹션 내의 촉매이며, 이는 교체하기가 보다 간단하다.
바람직하게는, 냉각 관형 반응기 섹션은 메탄올의 포름알데히드로의 산화성 탈수소화를 위한 제1 촉매를 함유하는 복수의 관을 포함하고, 방법은 제1 생성물 스트림을 관을 통해 통과시켜 제1 생성물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 냉각 관형 반응기 섹션은 복수의 관을 둘러싸고 있는 쉘을 추가로 포함하고, 방법은 쉘 내의 열 전달 매체, 예를 들어 열 전달 유체를 사용하여 관으로부터 열을 제거하는 것을 포함한다. 예를 들어, 방법은 바람직하게는 쉘을 통해 열 전달 유체를 통과시켜 관으로부터 열을 제거하는 것을 포함한다. 따라서, 냉각 관형 반응기 섹션은 메탄올의 포름알데히드로의 산화성 탈수소화를 위한 제1 촉매를 함유하는 복수의 관을 갖는 관형 반응기 섹션일 수 있으며, 상기 관형 반응기 섹션은 관을 둘러싸고 있으며, 열 전달 매체, 예를 들어 열 전달 유체를 함유하는 쉘을 추가로 포함한다.
바람직하게는, 예비-반응기 섹션은 촉매층을 포함하고, 방법은 공급물 스트림을 촉매층을 통해 통과시켜 공급물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 촉매층은 메탄올의 포름알데히드로의 산화성 탈수소화를 위한 제2 촉매를 함유한다. 바람직하게는, 촉매층은 제2 촉매를 포함하는 패킹된 층이다.
제2 촉매는 제1 촉매와 동일할 수 있거나 또는 제1 촉매와 상이할 수 있다. 제1 또는 제2 촉매 중 어느 하나 또는 둘 다는 1종 이상의 촉매의 혼합물 또는 구조화된 배열, 예컨대 층을 포함할 수 있다. 이는 성능을 최적화하도록 반응기의 상이한 부분에 상이한 촉매를 제공하는데 있어서 유리할 수 있다. 따라서, 제1 촉매는 단일 촉매일 수 있거나 또는 촉매의 혼합물일 수 있다. 제2 촉매는 단일 촉매 또는 촉매의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2 촉매는 혼합 산화물 촉매, 예를 들어 FeMo 촉매이다.
바람직하게는, 예비-반응기 섹션 내의 촉매는 냉각 관형 반응기 섹션 내의 촉매보다 더 자주 교환된다. 예를 들어, 예비-반응기 섹션 내의 촉매는 냉각 관형 반응기 섹션 내의 촉매의 교환 1회당 1 내지 5회, 바람직하게는 2 내지 5회, 보다 더 바람직하게는 2 내지 3회 교환될 수 있다. 바람직하게는, 방법은 소정의 시간 기간 동안 공정을 작동시키고, 상기 시간 기간 동안 예비-반응기 섹션 내의 촉매를 새로운 촉매층으로 1회 이상 교체하는 것을 포함하며, 여기서 냉각 관형 반응기 섹션 내의 촉매는 상기 시간 기간 동안 교체되지 않는다. 바람직하게는, 방법은 공정을 작동시키고, 예비-반응기 섹션이 공정으로부터 격리되고 공급물 스트림이 냉각 관형 반응기 섹션에 공급되도록 우회로를 작동시키고, 예비-반응기 섹션 내의 촉매를 교체하고, 공급물 스트림이 다시 예비-반응기 섹션에 공급되도록 우회로의 작동을 역전시키는 것을 포함한다. 따라서, 예비-반응기 섹션은 촉매를 교체하기 위해 공정으로부터 제거되고, 이어서 촉매가 교체된 후에 공정으로 복귀된다. 시간 기간은 예를 들어 1개월 또는 3개월 또는 바람직하게는 6개월일 수 있다.
바람직하게는, 방법은 공정으로부터의 폐가스를 터보차저에 공급하고, 터보차저를 통해 폐가스의 에너지를 사용하여 공정으로의 공급물 가스를 압축시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 공급물 가스는 신선한 공기이다. 메탄올을 포함하는 공급물 스트림은 바람직하게는 공급물 가스가 공정에서 나오는 재순환된 산소 희박 가스와 혼합된 후에, 메탄올을 압축된 공급물 가스와 혼합함으로써 생성된다. 따라서, 공급물 가스의 가압이 그에 따라 메탄올을 포함하는 공급물 스트림의 압력을 상승시키기 때문에, 터보차저는 메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 가압하도록 작동한다. 터보차저는 또한 신선한 공기의 도입에 의해 공정에 산소를 도입하도록 작동한다. 터보차저는 바람직하게는 공급물 스트림의 산소 수준 및 압력을 제어하도록 작동된다. 바람직하게는, 폐가스는 배출물 제어 시스템에 공급되며, 여기서 위험 물질은 터보차저로 통과되기 전에, 연소에 의해 제거된다.
본 발명의 한 측면과 관련하여 기재된 특색은 본 발명의 또 다른 측면에서 동등하게 적용가능할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 장치와 관련하여 기재된 특색은 본 발명의 방법에 동등하게 적용가능할 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 일부 특색은 본 발명의 특정한 측면에 적용가능하지 않을 수 있으며 그로부터 제외될 수 있다.
본 발명의 실시양태는 이제부터 첨부 도면을 참조하여, 어떤 제한적인 의미가 아니라 예로서 기재될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 한 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 2는 본 발명의 또 다른 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시양태의 개략적 다이어그램이고;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시양태의 부분의 개략적 다이어그램이고;
도 8은 도 7의 실시양태의 또 다른 부분의 개략적 다이어그램이다.
도 1에서, 예비-기화기(1)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(3) 및 재순환 스트림(20)이 공급된다. 공급물 스트림(3) 및 재순환 스트림(20)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(1) 및 기화기(2)를 통과한다. 기화된 스트림은 예열기(6), 이어서 예비-반응기(7)로 통과된다. 예비-반응기(7)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(7)에서 나오는 스트림은 예열기(6)를 통해 냉각 관형 반응기(8)로 통과한다. 예열기(6)에서 예비-반응기(7)의 유출 및 유입 스트림 사이에 열이 교환되어, 유출물을 냉각시키고 유입물을 가열한다. 우회 밸브(9)는 예비-반응기(7)에 들어가는 스트림의 온도 제어를 가능하게 한다. 여분의 메탄올(5)이 냉각 관형 반응기(8)에 들어가는 스트림에 첨가될 수 있다. 냉각 관형 반응기(8)에서, 예비-반응기(7)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(5)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 관형 반응기(8)로부터의 생성물 스트림은 기화기(2)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 공급물 스트림(3) 및 재순환 스트림(20)의 혼합물을 기화시키고 가열하는데 사용되고, 이어서 흡수기(4)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(20)을 형성한다. 재순환은 수율을 개선시키고, 산소 농도를 감소시켜, 폭발 위험을 감소시킨다.
도 2에서, 예비-기화기(101)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(103) 및 재순환 스트림(120)이 공급된다. 공급물 스트림(103) 및 재순환 스트림(120)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(101) 및 기화기(102)를 통과한다. 기화된 스트림은 예열기(106), 이어서 예비-반응기(107)로 통과된다. 예비-반응기(107)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 패킹된 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(107)에서 나오는 스트림은 스팀 발생기(112)를 통과하며, 여기서 스트림으로부터의 열은 보일러 급수(111)와 교환되어 스팀(110)을 생성한다. 우회 밸브(121)가 스팀 발생기(112)를 가로질러 제공된다. 이어서 스트림은 예열기(106)를 통해 냉각 관형 반응기(108)로 통과한다. 예열기(106)에서 예비-반응기(107)의 유출 및 유입 스트림 사이에 열이 교환되어, 유출물을 냉각시키고 유입물을 가열한다. 우회 밸브(109)는 예비-반응기(107)에 들어가는 스트림의 온도 제어를 가능하게 한다. 여분의 메탄올(105)이 냉각 관형 반응기(108)에 들어가는 스트림에 첨가될 수 있다. 관형 반응기(108)에서, 예비-반응기(107)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(105)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 냉각 관형 반응기(108)로부터의 생성물 스트림은 기화기(102)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 공급물 스트림(103) 및 재순환 스트림(120)의 혼합물을 기화시키고 가열하는데 사용되고, 이어서 흡수기(104)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(120)을 형성한다.
도 3에서, 예비-기화기(201)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(203) 및 재순환 스트림(220)이 공급된다. 공급물 스트림(203) 및 재순환 스트림(220)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(201) 및 기화기(202)를 통과한다. 기화된 스트림은 예열기(206), 이어서 예비-반응기(207)로 통과된다. 예비-반응기(207)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(207)에서 나오는 스트림은 예열기(206)를 통과하며, 여기서 예비-반응기(207)의 유출 및 유입 스트림 사이에 열이 교환되어, 유출물을 냉각시키고 유입물을 가열한다. 우회 밸브(209)는 예비-반응기(207)에 들어가는 스트림의 온도 제어를 가능하게 한다. 예열기(206)에서 배출되는 스트림은 스팀 발생기(215)로 통과하며, 여기서 스트림으로부터의 열은 보일러 급수(213)와 교환되어 스팀(214)을 생성한다. 우회 밸브(222 및 223)가 스팀 발생기(215), 및 예열기(206) 및 스팀 발생기(215)를 가로질러 제공된다. 이어서 스트림은 냉각 관형 반응기(208)로 통과한다. 여분의 메탄올(205)이 냉각 관형 반응기(208)에 들어가는 스트림에 첨가될 수 있다. 냉각 관형 반응기(208)에서, 예비-반응기(207)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(205)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 냉각 관형 반응기(208)로부터의 생성물 스트림은 기화기(202)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 공급물 스트림(203) 및 재순환 스트림(220)의 혼합물을 기화시키고 가열하는데 사용되고, 이어서 흡수기(204)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(220)을 형성한다.
도 4에서, 예비-기화기(301)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(303) 및 재순환 스트림(320)이 공급된다. 공급물 스트림(303) 및 재순환 스트림(320)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(301) 및 기화기(302)를 통과한다. 기화된 스트림은 예비-반응기(307)로 통과된다. 예비-반응기(307)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(307)에서 나오는 스트림은 스팀 발생기(315)로 통과하며, 여기서 스트림으로부터의 열은 보일러 급수(313)와 교환되어 스팀(314)을 생성한다. 스팀 발생기(315)를 가로질러 우회 밸브(323)가 존재한다. 이어서 스트림은 냉각 관형 반응기(308)로 통과한다. 여분의 메탄올(305)이 냉각 관형 반응기(308)에 들어가는 스트림에 첨가될 수 있다. 냉각 관형 반응기(308)에서, 예비-반응기(307)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(305)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 냉각 관형 반응기(308)로부터의 생성물 스트림은 기화기(302)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 공급물 스트림(303) 및 재순환 스트림(320)의 혼합물을 기화시키고 가열하는데 사용되고, 이어서 흡수기(304)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(320)을 형성한다.
도 5에서, 예비-기화기(401)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(403) 및 재순환 스트림(420)이 공급된다. 공급물 스트림(403) 및 재순환 스트림(420)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(401) 및 기화기(402)를 통과한다. 기화된 스트림은 예비-반응기(407)로 통과된다. 예비-반응기(407)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(407)에서 나오는 스트림은 스팀 발생기(412)를 통과하며, 여기서 스트림으로부터의 열은 보일러 급수(411)와 교환되어 스팀(410)을 생성한다. 이어서 스트림은 예열기(402)를 통과하며, 여기서 열은 공급물 스트림(403)과 교환되고, 기화기 및 가스 냉각기(416)로 통과된다. 스팀 발생기(412)를 가로질러 우회 밸브(421)가 존재하고, 예열기(402)를 가로질러 우회 밸브(424)가 존재한다. 여분의 메탄올(405)이 기화기 및 가스 냉각기(416) 내의 스트림에 첨가될 수 있고, 합쳐진 스트림은 냉각 관형 반응기(408)에 공급된다. 냉각 관형 반응기(408)에서, 예비-반응기(407)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(405)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 냉각 관형 반응기(408)로부터의 생성물 스트림은 기화기 및 가스 냉각기(416)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 냉각 관형 반응기(408)로 유동하는 스트림과 교환되고, 이어서 흡수기(404)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(420)을 형성한다.
도 6에서, 예비-기화기(501)에 메탄올을 포함하는 공급물 스트림(503) 및 재순환 스트림(520)이 공급된다. 공급물 스트림(503) 및 재순환 스트림(520)은 혼합되어, 함께 혼합물을 기화시키고 가열하는 예비-기화기(501) 및 기화기(502)를 통과한다. 기화된 스트림은 예비-반응기(507)로 통과된다. 예비-반응기(507)에서 메탄올의 적어도 일부는 단열적으로 작동되는 단일 촉매층에서 포름알데히드로 전환된다. 예비-반응기(507)에서 나오는 스트림은 냉각 관형 반응기(508)로 통과한다. 여분의 메탄올(505)이 냉각 관형 반응기(508)에 들어가는 스트림에 첨가될 수 있다. 냉각 관형 반응기(508)에서, 예비-반응기(507)로부터 잔류하거나 또는 메탄올 첨가(505)에 의해 첨가된 메탄올이 포름알데히드로 전환된다. 관형 반응기(508)로부터의 생성물 스트림은 기화기(502)를 통과하며, 여기서 생성물 스트림으로부터의 열은 공급물 스트림(503) 및 재순환 스트림(520)의 혼합물을 기화시키고 가열하는데 사용되고, 이어서 흡수기(504)로 통과되어 생성물 스트림으로부터 포름알데히드를 회수한다. 흡수기로부터의 재순환된 가스는 신선한 공기와 혼합되어 재순환 스트림(520)을 형성한다. 이러한 실시양태에서, 우회로(524)는 예비-반응기(507)가 공정으로부터 격리되도록 하여, 공급물이 냉각 관형 반응기(508)로 향하면서 공정이 계속해서 작동하는 동안에, 예비-반응기(507) 내의 촉매가 교환될 수 있도록 한다. 이러한 우회로(524)는 또한 다른 도면에 예시된 실시양태에도 포함될 수 있다.
도 7 및 8에서, 장치에 들어가는 신선한 공기(625)는 터보차저(626)의 압축 측으로 공급된다. 공기는 압축되고, 흡수기(204)에서 나오는 재순환된 산소 희박 가스(233)와 혼합되어, 재순환 송풍기(632)를 통해 재순환 스트림(220)으로서 예비-기화기(201)의 유입구에 공급된다. 도 8의 장치는 도 3의 장치이며, 같은 부분은 같은 숫자에 의해 식별된다. 도 3의 장치의 사용은 단지 예를 들기 위한 것이며, 도 1, 2, 3, 4, 5 또는 6의 장치 중 임의의 것이 도 7의 장치와 함께 사용될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 도 8에는, 흡수기(204)로부터의 유출물(233)이 포인트 B에서 도 7의 장치로 다시 공급되는, 흡수기(204)가 명백하게 도시되어 있다. 흡수기(204)로부터의 유출물(233)의 부분은 배출물 제어 시스템 (ECS)(630)에 공급된다. 그 나머지는 재순환되며, 터보차저(626)로부터 유래하는 압축 공기와 혼합된다. ECS에서 촉매적 소각이 사용되어 가스 중의 위험 폐기물을 제거한다. 제시된 예 ECS(630)에서, 가스는 터보차저(626)의 하류에 잔류하는 폐열을 사용하여 먼저 예열된 다음, 촉매층 상에서 소각된다. 그러나, 임의의 적합한 ECS가 사용될 수 있으며, ECS에서의 예열은 다른 수단을 사용하여 달성될 수 있다. 이제 ECS(630)에서 배출되는 고온 가스는 터보차저(626)의 터빈 측(627)으로 공급되며, 여기서 이들은 유입되는 신선한 공기(625)를 압축시키기 위한 에너지를 제공한다. 이러한 방식으로의 에너지의 재-사용은 신선한 공기(625)가 경제적으로 실현가능한 방식으로 가압되도록 하여, 그로 인한 보다 많은 처리량의 이점이 가압을 달성하는 비용에 의해 상쇄되지 않도록 한다. 터빈(627)의 하류에서, 가스는 임의로 추가의 에너지 회수 유닛(631)을 통과한 다음, ECS(630)의 예열기를 통과하고 대기로 배기된다(629). 상기 언급된 바와 같은, 터빈의 하류에서의 열 회수는 대안적 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 에너지 회수 유닛(631)은 완전히 생략될 수 있으며, 모든 에너지 회수가 ECS(630)의 예열기에서 일어난다. 터보차저(626)의 제공은 과도한 비용을 발생시키지 않으면서 보다 고압이 획득되도록 한다. 예비-반응기(207)는 촉매 교체를 위한 셧다운 시간을 과도하게 증가시키지 않으면서 이러한 고압이 사용되도록 한다. 터보차저(626)를 예비-반응기(207)와 합치면 특히 유리한 고압 공정이 창출된다.
관련 기술분야의 통상의 기술자라면 상기 실시양태가 어떤 제한적인 의미가 아니라, 단지 예로서 기재되었으며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 여기서 도시된 실시양태가 별개의 예비-반응기 및 냉각 관형 반응기를 제시하지만, 예비-반응기 섹션 및 냉각 관형 반응기 섹션은 단일 반응기 용기에서 상이한 섹션으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 예비-반응기 섹션 및 관형 냉각 반응기 섹션은 칼럼에서 하나가 다른 하나 위에 배열될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급물 스트림은 메탄올 대신에 메틸알 (디메톡시메탄)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 메탄올 및 메틸알은 둘 다 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 예비-기화기는 존재하지 않을 수 있으며, 공급물 스트림의 기화 및 가열이 단일 기화기에서 수행될 수 있고, 이는 또한 기재된 실시양태에서처럼 가스 냉각기로서, 또는 상이한 방식으로 작용할 수 있다.

Claims (28)

  1. 제1 유입구, 제1 유출구, 및 제1 유입구와 유체 연통되는 제1 단부 및 제1 유출구와 유체 연통되는 제2 단부를 각각 갖는 복수의 관을 가지며, 상기 복수의 관은 사용 중에 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제1 촉매를 함유하도록 구성된 것인 냉각 관형 반응기 섹션을 포함하는, 포름알데히드의 제조를 위한 장치이며, 유입구를 가지고 냉각 관형 반응기 섹션의 제1 유입구와 유체 연통되는 유출구를 가지며, 사용 중에 촉매적 산화성 탈수소화에 의한 포름알데히드의 제조를 위한 제2 촉매를 포함하는 단열 촉매층을 함유하도록 구성된 예비-반응기 섹션을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 냉각 관형 반응기 섹션이, 복수의 관을 둘러싸고 있으며, 사용 중에 쉘을 통해 열 전달 유체를 통과시키기 위한 적어도 1개의 제2 유입구 및 적어도 1개의 제2 유출구를 갖는 쉘을 추가로 포함하는 것인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단열 촉매층이 패킹된 촉매층인 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 예비-반응기 섹션의 촉매층의 단면적이 냉각 관형 반응기 섹션의 관형 단면적의 50% 내지 150%의 범위에 있는 것인 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 예비-반응기 섹션을 함유하는 예비-반응기 및 냉각 관형 반응기 섹션을 함유하는 냉각 관형 반응기를 포함하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 사용 중에 예비-반응기에서 나오는 가스가 예비-반응기에 공급되는 가스를 가열하는데 사용되도록, 예비-반응기의 유입구 및 유출구에 연결된 열 교환기를 포함하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 예비-반응기에서 나오는 가스의 일부 또는 모두가 열 교환기를 우회하여 방향전환될 수 있도록, 열 교환기의 유입물과 유출물 사이에서 연결된 우회 밸브를 추가로 포함하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀을 발생시키고 예비-반응기 섹션에서 나오는 가스를 냉각시키기 위한, 예비-반응기 섹션의 유출구에 연결된 스팀 발생기를 포함하는 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 종속되는 제8항에 있어서, 스팀 발생기가 열 교환기의 유출물에 연결되어, 예비-반응기에서 배출되는 스트림이 사용 중에 열 교환기를 통해 스팀 발생기로 유동하도록 하는 것인 장치.
  10. 제8항에 있어서, 스팀 발생기가 예비-반응기 섹션의 유출물에 직접적으로 연결되는 것인 장치.
  11. 제10항, 또는 제6항 또는 제7항에 종속될 때 제8항에 있어서, 스팀 발생기의 유출물이 열 교환기에 연결되어, 예비-반응기에서 배출되는 스트림이 사용 중에 스팀 발생기를 통해 열 교환기로 유동하도록 하는 것인 장치.
  12. 제10항에 있어서, 스팀 발생기의 유출물이 냉각 관형 반응기에 직접적으로 연결되는 것인 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중에 메탄올이 예비-반응기의 유출구와 냉각 관형 반응기의 제1 유입구 사이에서 첨가될 수 있도록, 냉각 반응기의 제1 유입구에 연결된 추가의 공급물 유입구를 포함하는 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 사용 중에 냉각 관형 반응기로 유동하는 스트림과 그로부터 유동하는 스트림 사이에 열이 교환될 수 있도록, 냉각 관형 반응기의 제1 유입물 및 제1 유출물에 연결된 열 교환기가 제공되는 장치.
  15. 제13항에 종속되는 제14항에 있어서, 추가의 공급물 유입구가 열 교환기로의 추가의 공급물 유입구인 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 장치에 들어가는 가스를 가압하기 위한 터보차저를 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 장치가 포름알데히드의 제조로부터의 폐가스의 연소를 위한 배출물 제어 시스템을 포함하고, 터보차저가 배출물 제어 시스템에서 나오는 폐가스의 에너지에 의해 구동될 수 있도록, 터보차저가 배출물 제어 시스템에 연결되는 것인 장치.
  18. 포름알데히드를 제조하는 방법으로서, 메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 단열적으로 작동되는 예비-반응기 섹션에 공급하고, 예비-반응기 섹션에서 공급물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시켜 포름알데히드를 포함하는 제1 생성물 스트림을 제조하고, 제1 생성물 스트림을, 임의로 추가의 메탄올을 첨가하여, 냉각 관형 반응기 섹션에 공급하고, 냉각 관형 반응기 섹션에서 제1 생성물 스트림 중의 메탄올을 적어도 부분적으로 포름알데히드로 전환시켜 포름알데히드를 포함하는 제2 생성물 스트림을 제조하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 예비-반응기 섹션이 촉매층을 포함하고, 냉각 관형 반응기 섹션이 촉매를 함유하는 관을 포함하고, 방법이 소정의 시간 기간 동안 공정을 작동시키고, 상기 시간 기간 동안 촉매층을 새로운 촉매층으로 1회 이상 교체하는 것을 포함하며, 여기서 관 내의 촉매는 상기 시간 기간 동안 교체되지 않는 것인 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 공정을 작동시키고, 예비-반응기 섹션이 공정으로부터 격리되고 공급물 스트림이 냉각 관형 반응기 섹션에 공급되도록 우회로를 작동시키고, 예비-반응기 섹션 내의 촉매를 교체하고, 공급물 스트림이 다시 예비-반응기 섹션에 공급되도록 우회로의 작동을 역전시키는 것을 포함하는 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 예비-반응기 섹션 내의 촉매가 냉각 관형 반응기 섹션 내의 촉매보다 더 자주 교체되는 것인 방법.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 생성물 스트림을 냉각 관형 반응기에 공급하기 전에 그에 메탄올을 첨가하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 공정으로부터의 폐가스가 터보차저에 공급되며, 여기서 폐가스의 에너지가 공정으로의 공급물 가스를 압축시키는데 사용되는 것인 방법.
  24. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위한 장치.
  25. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에서의 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  26. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 장치에서 수행되는 방법.
  27. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재된 바와 같은 장치.
  28. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 본원에 기재된 바와 같은, 포름알데히드를 제조하는 방법.
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