KR20180135004A - 유동층 공정에서의 오가노클로로실란의 생성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물을 포함하는 반응 가스를, 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 유가노클로로실란을 생성하는 공정(방법)으로서,
유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행되고,
유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는,
Ar이 Re에 대하여 플롯팅되어 있는 카테시안 좌표계에서, 하기 방정식 1 및 2, 하한 Ar = 0.5, 및 상한 Ar = 3000에 의해 한정된 표면 상에 점들이 형성되도록, 선택되는 것인 공정에 관한 것이다:
식 중에서, Ar 및 Re는 제1항에 기술된 바와 같이 결정된다.
또한, 본 발명은 오가노클로로실란을 생성하기 위한 반응 파라미터를 선택하는 방법에 관한 것이다.
유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행되고,
유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는,
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식 중에서, Ar 및 Re는 제1항에 기술된 바와 같이 결정된다.
또한, 본 발명은 오가노클로로실란을 생성하기 위한 반응 파라미터를 선택하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 클로로메탄을 포함하는 반응 가스를 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 오가노클로로실란을 생성하는 공정(방법)으로서, 유동층 반응기의 수력학적 직경(hydraulic diameter) d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도(superficial gas velocity) u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경(particle Sauter diameter) d 32 가 구체적으로 선택되는 것인 공정에 관한 것이다.
뮐러-록하우(Moeller-Rochow) 직접 합성에서는, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물이 구리 촉매 및 적합한 조촉매의 존재 하에 규소와 반응되어 오가노클로로실란, 특히 메틸클로로실란(MCS)을 생성하게 되는데, 여기서는 최고 가능한 생산성(단위 시간 및 반응 부피당 생성된 실란의 양), 최고 가능한 선택성 - 가장 중요한 표적 생성물 (CH3)2SiCl2 를 기초로 한 것 - 뿐만 아니라 최고 가능한 규소 이용이 요구된다. 오가노클로로실란은 공업적으로 유동층 반응에 의해 생성된다. MCS 유동층 반응은 매우 복잡한 공정이며, 이 공정에는 매우 많은 상이한 영향 인자 및 전문기술 분야가 집중되어 있다. MCS 합성의 내용에 있어서, DE 2704975A에서는 일정 반응 온도를 달성하기 위해 발열 반응의 반응열을 소산시킬 목적으로 열 교환 내부장치가 기술되어 있다.
본 발명은, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물을 포함하는 반응 가스를, 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 유가노클로로실란을 생성하는 공정으로서,
유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행되고,
유동층 반응기의 수력학적 직경(hydraulic diameter) d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도(superficial gas velocity) u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경(particle Sauter diameter) d 32 는,
Ar이 Re에 대하여 플롯팅되어 있는 카테시안 좌표계(Cartesian coordination system)에서, 하기 방정식 1 및 2, 하한 Ar = 0.5, 및 상한 Ar = 3000에 의해 한정된 표면 상에 점들이 형성되도록, 선택되는 것인 공정에 관한 것이다:
식 중에서,
Ar은 무차원 아르키메데스 수이고, 하기 방정식 3에 의해 결정되며,
식 중에서,
g는 중력 가속도[m/s2]이고,
d 32 는 입자 사우터 직경[m]이며,
ρ P 는 입자 고체 밀도[kg/m3]이고,
ρ F 는 유체 밀도[kg/m3]이며,
υ F 는 유체의 동점도(kinematic viscosity)[m2/s]이고,
Re는 무차원 레이놀즈 수이며, 하기 방정식 4에 의해 결정되고,
식 중에서,
u L 는 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도[m/s]이고,
d hyd 는 유동층 반응기에서의 수력학적 플랜트 직경[m]이며, 하기 방정식 5에 의해 결정되고,
식 중에서,
A q , free 는 유동층 반응기에서 자유 유동 단면(free cross-sectional flow)[m2]이고,
U ges , wet 는 유동층 반응기내 모든 내부장치의 각 경우에서의 웨트 원주(wet circumference)[m]에 상응한다.
도 1은 Ar이 Re에 대하여 플롯팅되어 있는 카테시안 좌표계를 도시한 것이다.
본 발명은 유동층 반응기에서 구성적 특색(내부장치), 사용된 촉매 조성물의 구성성분의 입자 크기 및 작동 조건 간의 상관관계를 생성하며, 이로써 유기염소(organochlorine) 합성을 위한 최적합 범위가 결정될 수 있다. 이는 오가노클로로실란을 생성하기 위한 유동층 반응을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
유동층 반응기(1)가 도 2에 예시되어 있다. 반응 가스(2)는 아래로부터 촉매 조성물 내로 송풍되는 것이 바람직하며, 이로써 촉매 조성물의 입자가 유동화되고 오가노클로로실을 생성하기 위한 화학 반응이 유동층(3)의 범위에서 촉매 조성물과 가스 상 사이에서 일어난다. 입자의 일부가 가스 스트림에 의해 유동층(3)에서 프리보드(freeboard)(4) 내로 수송된다. 그 프리보드(4)는 매우 낮은 고체 밀도를 특징으로 하며, 이는 반응기 출구의 방향으로 감소한다. 가스 스트림과 함께 반응기로부터 배출되는 입자의 비율은 입자 배출(particle discharge)(5)이라고 칭한다.
열 교환 내부장치를 구비한 유동층 반응기에서 유체 역학의 상세한 연구에 있어서, 이러한 내부장치는 구성적 특색에 따라 좌우되어 유체층의 유체 역학에도 영향을 미치므로 유동층 반응기의 생산성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
이러한 경우에 발견된 상관관계는 첫째로 유동층 반응기에서 탄소에 결합된 염소를 갖는 반응성 유기 화합물, 특히 클로로메탄의 체류 시간(1)에 영향을 미치고 둘째로 유동층 반응기로부터 규소 입자의 배출(2)에 영향을 미친다.
(1) 유동층 반응기에서 체류 시간이 높으면 높을수록 반응 가스의 분포가 균일하면 균일할수록, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물이 더 많이 전환되며, 즉 유동층 반응기의 생산성이 더욱 더 커진다. 내부장치 표면이 증가함에 따라, 상승하는 가스 버블이 지연되므로 가스 체류 시간이 증가한다. (2) 가스 스트림에 의한 규소 입자의 "비말동반"에 의해 일어나는, 유동층 반응기로부터의 Si 입자 배출은 입자 크기, 유동층 반응기내 충전 수준, 연속적으로 공급된 반응 가스의 양(가스 유량), 계 압력 및 반응기 내부장치에 따라 좌우된다.
유동층 반응기의 생산성은 원칙적으로 촉매 조성물의 충전 수준이 증가함에 따라, 가스 유량이 증가함에 따라, 그리고 촉매 조성물의 보다 작은 입자 크기(보다 큰 반응 표면)가 사용됨에 따라 증가한다. 유동층 반응기에서 가스 체류 시간에 미치는 내부장치의 영향 이외에도, 시이트형 내부장치와 규소 입자의 배출 간의 상관관계가 또한 존재한다. 여기서 배출은 2가지 메카니즘에 의해 영향을 받는다. 첫째로, 가스 버블은 내부장치 표면적이 증가함에 따라 지연되므로, 보다 적은 실리카 입자는 유동층 표면으로 분사된다. 둘째로, 특히 보다 조잡한 실리카 입자가 보다 큰 내부장치 표면적에 의해 프리보드에서 지연되므로, 유동층에서 보유된다. 내부장치의 특수한 변형에 의해, 유동층 반응기의 생산성은 가스 유량 및/또는 촉매 조성물 충전 수준을 증가시킴으로써, 또는 촉매 조성물 입자의 입자 크기를 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 서로 연관되어 있고 서로에게 영향을 미치는 그러한 정량들의 관련성은 무차원 파리미터에 의해 이해될 수 있다. 이러한 토대에 근거하여, 오가노클로로실란이 유동층 반응기에서 효과적으로 그리고 경제적으로 생성될 수 있는 작동 범위가 한정된다.
유동층 반응기의 수력학적 플랜트 직경으로 표시된 내부장치 기하구조와, 2가지 작동 파라미터, 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경과의 관련성은 2가지 무차원 파라미터, 아르키메데스 수 및 레이놀즈 수에 의해 도 1에 따른 디아그램으로 도시되어 있다. 방정식 3을 이용하는 결정된 아르키메데스 수는 유동층 반응기에서 유체 역학에 미치는 촉매 조성물의 관련된 입자 사우터 직경의 영향을 설명한다.
방정식 4를 이용하여 결정된 레이놀즈 수는 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 및 이에 따른 반응 가스의 양을 나타내며, 특징적인 기준 길이로서 유동층 반응기에서의 수력학적 플랜트 직경에 의한 유동층 반응기 내부장치에 관련성을 부여한다. 이로써, 일정 레이놀즈 수는, 수력학적 플랜트 직경이 보다 큰 내부장치 표면적을 통해 감소한다면, 가스 유량 및 이로 인한 반응 가스의 스트림 부피가 일정한 개방 반응기 단면에서 증가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다. 실험적으로 확인된 관련성에 근거하여, 작동 범위는 이러한 2가지 무차원 파라미터, 아르키메데스 수 및 레이놀즈 수에 의해 정의될 수 있으며, 이로써 오가노클로로실란이 효과적으로 그리고 생산적으로 생성될 수 있다. 이러한 범위는 한편으로는 0.5 내지 3000의 아르키메데스 수에 의해, 그리고 다른 한편으로는 하한이 방정식 1로 한정되고 상한이 방정식 2로 한정되는 레이놀즈 수에 의해, 특성화되고 한정된다.
이러한 작동 범위는 Ar가 Re에 대하여 플롯팅되어 있는 카테시안 좌표계에서 도시될 수 있다. 이를 위해, 방정식 1 및 2, 그리고 Ar의 상한 및 하한은 표면을 구획하는 곡선을 형성한다. 표면 상의 점들은, 유동층 반응기의 수력학적 플랜트 직경을 특징으로 하는 내부장치 기하구조, 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 및 촉매 조성물의 상응하는 입자 사우터 직경의 각 조합을 이용하면, 오가노클로로실란이 효과적으로 그리고 경제적으로 생성될 수 있는 작동 범위를 형성한다.
입자 크기의 특성화를 위해서는, 사우터 직경, 즉 관심 대상 입자에 대한 동일 체적의 평균 입자 직경이 사용된다.
무차원
파라미터:
무차원 아르키메데스 수는 부력과 마찰력 간의 비율로서 해석될 수 있으며, 유동층에서 상이한 입자들의 거동을 특성화하는 역할을 한다. 이러한 경우에서, g는 중력 가속도[m/s2]에 상응하고, d 32 는 입자 사우터 직경[m]에 상응하며, ρ P 는 입자 고체 밀도[kg/m3]에 상응하고, ρ F 는 유체 밀도[kg/m3]에 상응하며,υ F 는 유체의 동점도[m2/s]에 상응한다.
무차원 레이놀즈 수를 사용하면, 유체의 유동 상태가 기술될 수 있다. 레이놀즈 수는 점성력에 대하여 관성력으로서 해석될 수 있다. 레이놀즈 수의 정의에 요구되는 특징적인 길이로서, 수력학적 반응기 또는 플랜트 직경이 사용되고, 이로써 반응기 내부장치의 영향이라는 것이 생성된다. 이러한 경우에서, u L 는 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도[m/s]에 상응하고, d hyd 는 유동층 반응기에서의 수력학적 반응기 또는 플랜트 직경(반응식 5)[m]에 상응하며, υ F 는 유체의 동점도[m2/s]에 상응한다.
유동층 반응기에서의 수력학적 플랜트 직경[m]은 유체 기계적 마찰 및 내부장치, 채널 또는 상이한 기하구조의 표면적 효과를 기술할 수 있는 공학 용어이며, 그 효과는 등가 튜브 직경의 결과이다(도 3 참조), 수력학적 직경은 방정식 5에 따라 계산되며, 식 중에서 A q , free 는 유동층 반응기에서 자유 유동 단면[m2]에 상응하고, U ges , wet 는 유동층 반응기내 모든 내부장치 각 경우에서 웨트 원주[m]에 상응한다.
본 발명은 또한, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물을, 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 오가노클로로실란을 생성하기 위한 반응 파라미터를 선택하는 방법으로서, 유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행하고, 유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L , 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는 상기 기술된 바와 같이 선택되는 것인 방법에 관한 것이다.
유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd 은 0.1 m 내지 약 1.5 m인 것이 바람직하고, 0.15 m 내지 1.3 m, 특히 0.2 m 내지 1.1 m인 것이 매우 바람직하다.
유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 는 0.02 m/s 내지 0.4 m/s인 것이 바람직하고, 0.05 m/s 내지 0.36 m/s, 특히 0.08 m/s 내지 0.32 m/s인 것이 매우 바람직하다.
촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 은 5 ㎛ 내지 300 ㎛인 것이 바람직하고, 10 ㎛ 내지 280 ㎛, 특히 15 ㎛ 내지 250 ㎛인 것이 매우 바람직하다.
촉매 조성물은 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 고체 입자들의 혼합물이다.
공정에 사용된 규소는 바람직하게는 최대 5 중량%, 특히 바람직하게는 최대 2 중량%, 특히 최대 1 중량%의 다른 원소를 불순물로서 포함한다. 0.01 중량% 이상을 구성하는 불순물은 Fe, Al, Ca, Ni, Mn, Cu, Zn, Sn, C, V, Ti, Cr, B, P, O로부터 선택된 원소인 것이 바람직하다.
촉매를 위한 구리는 금속 구리, 구리 합금 또는 구리 화합물로부터 선택될 수 있다. 구리 화합물은 구리 산화물 및 구리 염화물, 특히 CuO, Cu2O 및 CuCl, 및 구리-인 화합물(CuP 합금)으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 구리 산화물은, 예를 들어 구리 산화물 혼합물의 형태 및 구리(II) 산화물의 형태인 구리일 수 있다. 구리 염화물은 CuCl의 형태로 또는 CuCl2의 형태로 사용될 수 있으며, 여기서 적당한 혼합물이 또한 가능하다. 바람직한 실시양태에서, 구리는 CuCl로서 사용된다. 100 중량부의 규소를 기준으로, 바람직하게는 0.1 중량부 이상, 특히 바람직하게는 1 중량부 이상의 구리 촉매, 및 바람직하게는 최대 10 중량부, 특히 최대 8 중량부의 구리 촉매가 사용되며, 각 경우는 금속 구리를 기준으로 한 것이다.
촉매 조성물은 하나 이상의 아연 조촉매, 바람직하게는 아연 및 염화아연으로부터 선택된 아연 조촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 100 중량부의 규소를 기준으로, 바람직하게는 0.01 중량부 이상의 아연 조촉매, 특히 바람직하게는 약 0.05 중량부 이상의 아연 조촉매, 및 바람직하게는 최대 1 중량부의 아연 조촉매, 특히 최대 0.5 중량부의 아연 조촉매가 사용되며, 각 경우는 금속 아연을 기준으로 한 것이다.
촉매 조성물은 하나 이상의 주석 조촉매, 바람직하게는 주석 및 염화주석으로부터 선택된 주석 조촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 100 중량부의 규소를 기준으로, 바람직하게는 0.001 중량부 이상의 주석 조촉매, 특히 바람직하게는 0.002 중량부 이상의 주석 조촉매, 및 바람직하게는 최대 0.2 중량부, 특히 최대 0.1 중량부의 주석 조촉매가 사용되며, 각 경우는 금속 주석을 기준으로 한 것이다.
촉매 조성물은 아연 조촉매 및 주석 조촉매, 그리고 특히 추가로 인 조촉매의 조합을 포함하는 것이 바람직하다.
아연 및/또는 주석 조촉매 이외에도, 원소 인, 세슘, 바륨, 망간, 철 및 안티몬 및 이들의 화합물로부터 선택되는 것이 바람직한 추가 조촉매가 또한 사용될 수 있다. P 조촉매는 CuP 합금으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
유동층 반응기에서의 압력은 바람직하게는 1 bar 이상, 특히 1.5 bar 이상, 및 바람직하게는 최대 5 bar, 특히 최대 3 bar이고, 각 경우는 절대 압력으로서 특정되어 있다.
탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물은 클로로-C1-C6-알칸, 특히 클로로메탄인 것이 바람직하다. 생성된 오가노클로로실란은 C1-C6-알킬클로로실란, 특히 메틸클로로실란인 것이 바람직하다. 생성된 메틸클로로실란은 디메틸디클로로실란, 메틸트리클로로실란, 트리메틸클로로실란, 디메틸클로로실란 및 메틸디클로로실란으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 디메틸디클로로실란이다.
유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는, 유동층 반응에서, 생성된 오가노클로로실란에 대한 고 생산성 및/또는 선택성이 달성되도록 선택되는 것이 바람직하다. 이들은 디메틸디클로로실란에 대한 고 생산성 및/또는 선택성이 달성되도록, 선택되는 것이 바람직하다.
클로로메탄 이외에도, 반응 가스는 N2 및 희귀 가스, 예컨대 Ar로부터 선택된 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 반응 가스는 50 부피% 이상, 특히 바람직하게는 70 부피% 이상, 특히 90 부피% 이상의 클로로메탄을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 방정식의 상기 모든 기호는 각각 서로에 대하여 독립적으로 정의된다. 후술하는 실시예에서, 각 경우에서 달리 언급되어 있지 않은 한, 모든 양 및 백분율은 중량을 언급한 것이고, 모든 압력은 0.10 MPa(절대)를 언급한 것이며, 모든 온도는 20℃를 언급한 것이다.
실시예
:
내부장치, 입자 크기 및 입자 배출 간의 상기 기술된 관련성은 파일럿 유동층에서 화학 반응 없이 초기에 확인하였다. 여기서 이는 수력학적 반응기 또는 플랜트 직경과 입자 배출 간의 지수적 관련성이 존재한다는 것을 보여주었다. 이 관련성은 상이한 내부장치 및 입자 크기 분포에 대하여 측정 및 확인하였다.
일반적인
실시예
:
현행 반응기에 있어서 일정한 촉매 조성물 입자 크기에서 유동층 반응기 생산성의 증가: (추가의 시이트형 내부장치 또는 열 교환 튜브에 의해) 수력학적 플랜트 직경을 감소시킴으로써, 반응기로부터의 입자 배출은 초기에 감소하였다. 입자 배출에서의 추가적인 위도가 가스 유량을 증가시킴으로써 이용될 수 있으며, 그 때문에 확인된 범위에서의 생산성이 증가한다.
현행 반응기에 있어서 촉매 조성물 입자 크기의 감소에 의한 반응기 생산성의 증가: 보다 낮은 입자 크기는 반응기로부터의 보다 높은 입자 배출을 유도한다. 바꾸어 말하면, 이는 보다 큰 표면적을 지닌 보다 생산성인 입자 크기가 사용되어 규소 손실을 감소시킬 수 있도록 수력학적 플랜트 직경을 감소시킴으로써 감소될 수 있다.
신규한 유동층 반응기의 디자인: 상기 언급된 전문지식을 고려하여, 신규한 합성 반응기는 치수, 내부장치 및 조작 설정, (최적) 촉매 조성물 입자 크기에 관하여, 최적합하게 변경될 수 있다. 이들 조합은 도 1에서 지시된 면적에 상응한다.
실험: MCS 합성의 생산성에 전문지식 및 수득된 관련성을 적용하기 위해서 그리고 영향 인자의 상기 언급된 한계를 정하기 위해서, 다양한 연속적 조작 유동층 반응기 및 반응기 크기에 대한 상세한 연구를 수행하였다. 수력학적 플랜트 직경 dhyd 0.1 m 내지 1.0 m, 공탑 가스 속도 0.03 m/s 내지 0.3 m/s, 및 입자 사우터 직경 15 μm 내지 250 μm를 다양하게 함으로써, 표 1에 제시된 실험 결과를 상응하는 레이놀즈 수 및 아르키메데스 수에 대하여 수득하였다. 선택된 레이놀즈 수 및 아르키메데스 수의 조합의 한계에 대한 생산성의 측정은 촉매 조성물 반응기 함량[kg]에 상대적인, 시간당 생성된 디클로로디메틸실란의 양[kg/h], 즉 [kg/(kg*h)]을 기초로 한 것이고, 그 생산성은 0.15 kg/(kg*h) 초과하였다. 도 4에 요약된 이들 연구의 결과는 측정 결과들의 그래픽 분류를 보여준다. 여기서 첫째로 정의된 범위 내의 측정(정사각형, V4-V10 & V12)이 도시되어 있으며, 그의 생산성이 0.15 kg/(kg*h) 초과이고, 이에 반하여 다이아몬드형으로서 기술된 측정 결과들(V1-3, V11 & V13)은 보다 낮은 생산성, 즉 0.15 kg/(kg*h) 미만을 갖는다.
[표 1]
낮은 레이놀즈 수(방정식 1)에 대한 범위 한계는 낮은 가스 유량 및/또는 매우 낮은 수력학적 반응기 직경의 조합이 생성량의 감소를 유도한다는 점을 특징으로 한다. 이러한 효과는, 곡선의 형상(방정식 1, 도 1)으로부터 볼 수 있는, 보다 거친 입자의 경우 비교적 보다 높은 가스 유량이 유동화에 요구되기 때문에, 입자 크기(아르키메데스 수)가 증가함에 따라 증가한다. 고 레이놀즈 수(방정식 2)에 대한 범위 한계는, 예를 들어 입자 배출이 수력학적 반응기 직경을 조정함으로써 더 이상 보상될 수 없도록, 매우 높은 가스 유량을 특징으로 한다. 여기서 또한 보다 거친 입자(보다 높은 아르키메데스 수)의 경우 비교적 보다 넓은 범위는, 예를 들어 입자 배출이 비교적 높은 가스 유량 및 수력학적 플랜트 직경의 조합에서만 생산성에 부정적으로 영향을 미치기 때문에, 특정될 수 있다는 것도 알 수 있다. 아르키메데스 수 ＜ 0.5에 대하여, 즉 매우 미세한 입자에 대하여, 정의된 범위(도 4)의 경계는 한편으로는 입자 배출이 수력학적 플랜트 직경을 감소시킴으로써 적절히 더 이상 보상될 수 없으므로, 결과적으로 비경제적인 플랜트 조작을 초래한다는 사실, 및 또다른 한편으로는 이러한 범위에서 촉매 조성물의 효과적인 유동화 성능의 한계가 도달되어, 감소된 가스/고체 접촉에 기인하여 생산성이 감소되도록 한다는 사실을 결과적으로 유도한다. 아르키메데스 수(> 3000)의 범위의 상한에서, 첫째로 비교적 고 유동화 속도를 필요로 하고 둘째로 보다 낮은 특정 입자 표면적 때문에 고 생산성의 경제적 범위를 벗어나는 보다 거친 입자가 존재한다.
Claims (8)
- 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물을 포함하는 반응 가스를, 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 오가노클로로실란을 생성하는 방법으로서,
유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행되고,
유동층 반응기의 수력학적 직경(hydraulic diameter) d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도(superficial gas velocity) u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경(particle Sauter diameter) d 32 는,
Ar이 Re에 대하여 플롯팅되어 있는 카테시안 좌표계(Cartesian coordination system)에서, 하기 방정식 1 및 2, 하한 Ar = 0.5, 및 상한 Ar = 3000에 의해 한정된 표면 상에 점들이 형성되도록, 선택되는 것인 방법:
식 중에서,
Ar은 무차원 아르키메데스 수이고, 하기 방정식 3에 의해 결정되며,
식 중에서,
g는 중력 가속도[m/s2]이고,
d 32 는 입자 사우터 직경[m]이며,
ρ P 는 입자 고체 밀도[kg/m3]이고,
ρ F 는 유체 밀도[kg/m3]이며,
υ F 는 유체의 동점도(kinematic viscosity)[m2/s]이고,
Re는 무차원 레이놀즈 수이며, 하기 방정식 4에 의해 결정되고,
식 중에서,
u L 는 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도[m/s]이고,
d hyd 는 유동층 반응기에서의 수력학적 플랜트 직경[m]이며, 하기 방정식 5에 의해 결정되고,
식 중에서,
A q , free 는 유동층 반응기에서의 자유 유동 단면[m2]이고,
U ges , wet 는 유동층 반응기내 모든 내부장치의 각 경우에서의 웨트 원주(wet circumference)[m]에 상응한다. - 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물을, 규소, 구리 촉매 및 조촉매를 포함하는 촉매 조성물과 반응시킴으로써 유동층 반응에서 오가노클로로실란을 생성하기 위한 반응 파라미터를 선택하는 방법으로서,
유동층 반응은 유동층 반응기에서 수행되고,
유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd , 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 및 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는 제1항에서와 같이 선택되는 것인 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 유동층 반응기의 수력학적 직경 d hyd 은 0.1 m 내지 1.5 m인 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유동층 반응기에서의 공탑 가스 속도 u L 은 0.02 m/s 내지 0.4 m/s인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 조성물의 입자 사우터 직경 d 32 는 5 ㎛ 내지 300 ㎛인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 규소 입자 크기는 0.5 마이크로미터 내지 650 마이크로미터인 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 가스는 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물 50 부피% 이상을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소에 결합된 염소를 갖는 유기 화합물은 클로로메탄이고, 생성된 오가노클로로실란은 메틸클로로실란인 방법.
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