KR20220098225A - 유동층 반응기, 열 제거 배수관 및 이의 아크릴로니트릴 생산에의 적용 - Google Patents

유동층 반응기, 열 제거 배수관 및 이의 아크릴로니트릴 생산에의 적용 Download PDF

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러 자오
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차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션
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Abstract

유동층 반응기와 열 제거 배수관 및 그의 아크릴로니트릴 생산에서의 응용이 개시된다. 유동층 반응기는 적어도 반응 냉각부 및 반응 냉각부에 제공된 수직 내부 컴포넌트를 포함한다. 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 수직 내부 컴포넌트의 단면의 외곽 둘레가 L1(m의 단위로 표시)으로 지정될 때, L1/S1 = 2.0-4.3 m-1이다. 유동층 반응기는 가능한 빠르게 기포의 파괴를 촉진하고 기포의 성장을 효과적으로 제한할 수 있다.

Description

유동층 반응기, 열 제거 배수관 및 이의 아크릴로니트릴 생산에의 적용
본 발명은 유동층 반응기(fluidized bed reactor) 및 유동층 반응기에 배치되기에 특히 적합한 열 제거 배수관에 관한 것이다. 본 발명은 또한 아크릴로니트릴(acrylonitrile)의 생산에서 유동층 반응기 및 열 제거 배수관의 용도에 관한 것이다.
아크릴로니트릴은 석유화학 산업에서 중요한 화학 원료이다. 프로필렌 가암모니아 산화(propylene ammoxidation)에 의해 아크릴로니트릴을 제조하는 1단계 방법은 전 세계적으로 일반적으로 사용되며, 유동층 가암모니아 산화 촉매의 작용 및 특정 반응 온도 및 압력 하에서 프로필렌을 가암모니아 산화시켜 아세토니트릴, 시안화수소산 등과 같은 부산물뿐만 아니라 CO, CO2 심층 산화 생성물과 함께 아크릴로니트릴을 생성한다. 반응은 매우 발열성이며 많은 양의 열 발생을 동반한다.
전형적인 아크릴로니트릴 유동층 반응기 내부는 프로필렌-암모니아 분배기, 공기 분배 플레이트, 열 제거 배수관(냉각 코일로도 알려짐) 및 사이클론 분리기를 포함하며, 이때 열 제거 배수관 및 사이클론 분리기의 하강관은 유동층의 수직 컴포넌트(vertical component)로서 촉매층(catalyst bed)에 배치된다. 열 제거 배수관은 반응 동안 발생되는 다량의 열을 반응계 외부로 적시에 제거하고 반응 온도를 안정한 상태로 유지할 수 있으며, 사이클론 분리기는 위로 이동하는 기체에 의해 운반된 촉매를 포획하여 하강관을 통해 촉매층에 촉매를 회수함으로써 촉매의 손실을 줄인다.
기존의 유동층 반응기의 수직 컴포넌트가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 수직 컴포넌트의 축 방향도이고, 도 2는 수직 컴포넌트의 단면 배치도이다. 수직 컴포넌트는 열 제거 배수관 및 사이클론 분리기의 하강관을 포함한다. 열 제거 배수관은 냉각 배수관 및 과열 배수관을 포함하며, 과열 배수관에 의해 생성되는 고압증기는 주로 공기압축기 및 냉장고의 터빈에 사용된다. 대안적으로, 장치의 실제 조건에 따라 열 제거 배수관은 냉각 배수관만 구비할 수도 있다. 이때, 열 제거 배수관은 전형적으로 주입구, 직관부 및 배출구를 가지며, 인접한 2개의 직관부는 U자형관을 통해 유체 연통된다.
중국 특허 출원 CN104941532A 및 CN104941529A는 가암모니아 산화 반응기를 위한 냉각 코일 설계를 개시한다. 냉각 코일은 선형 배열보다는 횡단 배열로 냉각 코일을 정의하는 개별 라인을 제공함으로써 더 밀접하게 패킹될 수 있다.
중국 특허 출원 CN104624401A는 사이클론 분리기의 개선된 구성을 개시한다. 사이클론 분리기의 각각의 다단계 세트는 반응기의 유동화된 촉매층으로부터 상향으로 흐르는 반응기 스트림을 수용하고 반응기 스트림으로부터 촉매의 적어도 일부를 분리하도록 구성된 1단계 주입구를 갖는 1단계 사이클론 분리기를 포함한다. 반응기의 이용가능한 단면적의 제곱미터당 1단계 주입구 면적의 제곱미터 비율은 약 0.03 내지 약 0.05이다.
유동층 반응기를 프로필렌 가암모니아 산화 반응에 사용하여 아크릴로니트릴을 생성하는 경우, 프로필렌 가암모니아 산화 반응은 기체-고체 불균일 촉매 반응이며, 반응기 내 기체의 유동 조건은 자유 기포층(bubbling bed)의 유동 조건과 다르며 분배 플레이트를 통과하는 기체에 의해 생성되는 기포는 층(bed)의 상승과 함께 더 커질 것이다. 본 발명의 발명자들은 수직 내부의 존재가 기포를 파괴하는데 도움이 되며, 작은 기포가 큰 기포보다 물질 전달에 더 도움이 되므로 유용한 제품의 생산을 개선하는데 유리함을 발견하였다. 또한, 본 발명의 발명자들은 수직 컴포넌트로서 열 제거 배수관 및 사이클론 분리기가 그 기본적인 기능 외에 기포를 파괴하는 기능도 갖고 있으며, 또한 기체와 고체상의 역혼합을 감소시키고 심층 산화 생성물의 생성을 감소시키는데 기여할 수 있음을 발견하였다. 반응기의 단면에 걸쳐 이러한 수직 컴포넌트의 분포는 기포 성장에 대한 효과적인 제한 또는 기포의 효과적인 파괴가 달성될 수 있는지 여부에 직접적인 영향을 미치며, 즉 반응 결과에 직접적인 영향을 미친다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 완성되었다.
구체적으로, 본 발명은 하기 양태에 관한 것이다:
1. 적어도 반응 냉각부 및 상기 반응 냉각부에 제공된 수직 내부 컴포넌트를 포함하는 유동층 반응기로서, 상기 유동층 반응기의 중심축을 따른 방향으로의 상기 반응 냉각부의 길이가 L(m의 단위로 표시)로 지정되고, 상기 반응 냉각부의 전체 길이 L의 영역 내의 임의의 위치에서 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 49% L 내지 아래 49% L 영역 내에서(보다 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 45% L 내지 아래 38% L 영역 내에서, 및 보다 더 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 40% L 내지 아래 8% L의 영역 내에서), 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면의 외곽 둘레(단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L1(m의 단위로 표시)으로 지정되고, L1/S1 = 2.0-4.3 m-1, 바람직하게는 L1/S1 = 2.2-4.1 m-1, 보다 바람직하게는 L1/S1 = 2.4-3.9 m-1인, 유동층 반응기.
2. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관 또는 열 제거 배수관과 기체-고체 분리기(바람직하게는 사이클론 분리기)의 조합인, 유동층 반응기.
3. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관이고, 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 상기 열 제거 배수관의 단면의 외곽 둘레(직관부를 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L2(m의 단위로 표시)로 지정되고, L2/S1 = 1.7-3.6 m-1, 바람직하게는 L2/S1 = 1.9-3.5 m-1, 보다 바람직하게는 L2/S1 = 2.1-3.3 m-1이고, 상기 수직 내부 컴포넌트가 선택적으로 기체-고체 분리기(바람직하게는 사이클론 분리기)를 추가로 포함하고, 이때 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)로 지정되고, 상기 기체-고체 분리기의 단면의 외곽 둘레(하강관을 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L3(m의 단위로 표시)으로 지정되고, L3/S1 = 0.25-0.85 m-1, 바람직하게는 L3/S1 = 0.30-0.75 m-1, 보다 바람직하게는 L3/S1 = 0.35-0.65 m-1인, 유동층 반응기.
4. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 열 제거 배수관의 개수(직관부를 기준으로 계산)가 220-5000, 바람직하게는 300-2400이고/이거나, 상기 기체-고체 분리기의 개수(하강관을 기준으로 계산)가 16-516, 바람직하게는 16-210이고/이거나, 상기 하강관의 개수에 대한 상기 직관부의 개수의 비율이 8.5-24.0, 바람직하게는 10.0-23.0, 보다 바람직하게는 11.5-21.0인, 유동층 반응기.
5. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 직관부의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80 내지 180mm, 바람직하게는 90 내지 170mm이고/이거나, 상기 직관부의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60 내지 150mm, 바람직하게는 70 내지 140mm이고/이거나, 상기 직관부의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0 내지 13m, 바람직하게는 5.5 내지 12.0m이고/이거나, 상기 하강관의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 150 내지 410mm, 바람직하게는 200 내지 360mm이고/이거나, 상기 하강관의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 130 내지 400mm, 바람직하게는 180 내지 350mm이고/이거나, 상기 하강관의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 6 내지 14m, 바람직하게는 10 내지 13m이고/이거나, 상기 반응 냉각부가 5 내지 29m, 바람직하게는 7 내지 20m의 직경, 19.6 내지 660m2, 바람직하게는 38.5 내지 314m2의 면적 S1, 및/또는 4-12.5m, 바람직하게는 5.5-11.5m의 길이 L을 갖는, 유동층 반응기.
6. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 헤드, 희석상 구역, 상기 반응 냉각부, 전-반응부(pre-reaction section) 및 콘(cone)을 상부에서 하부로 차례로 포함하고, 기체 분배 플레이트 및 선택적으로 상기 전-반응부에 제공된 유체 분배기를 추가로 포함하는 유동층 반응기.
7. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 반응 냉각부가 실질적으로 원형인 단면을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면이 실질적으로 원형인 내곽 및 실질적으로 원형인 외곽을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면이 실질적으로 원형인 내곽 및 돌출부(들)를 갖는 실질적으로 원형인 외곽을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관을 포함하고, 상기 열 제거 배수관이 열 제거 매체 주입구, n개의 직관(바람직하게는 원형 직관)부 및 열 제거 매체 배출구를 포함하고, 이때 제1 직관부의 선단부가 상기 열 제거 매체 주입구와 연통하고, 제n 직관부의 후단부가 상기 열 제거 매체 배출구와 연통하고, 제i 직관부의 후단부가 U자형 관을 통해 제(i+1) 직관부의 선단부와 연통하고, 이때 n은 2 내지 100의 정수(바람직하게는 2 내지 20의 정수)이고, i는 1 내지 n-1 사이의 임의의 정수이고, 상기 직관부의 일부 또는 전체(예를 들어, 1-100%, 5-80% 또는 10-40%)의 외벽에 돌출부(들)가 있는, 유동층 반응기.
8. 열 제거 매체 주입구, n개의 직관(바람직하게는 원형 직관)부 및 열 제거 매체 배출구를 갖는 열 제거 배수관으로서, 제1 직관부의 선단부가 상기 열 제거 매체 주입구와 연통하고, 제n 직관부의 후단부가 상기 열 제거 매체 배출구와 연통하고, 제i 직관부의 후단부가 U자형 관을 통해 제(i+1) 직관부의 선단부와 연통하고, n은 2 내지 100의 정수(바람직하게는 2 내지 20의 정수)이고, i는 1 내지 n-1 사이의 임의의 정수이고, 상기 직관부의 일부 또는 전체(예를 들어, 1-100%, 5-80% 또는 10-40%)의 외벽에 돌출부(들)가 있는, 열 제거 배수관.
9. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 직관부의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80-180mm, 바람직하게는 90-170mm이고/이거나, 상기 직관부의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60-150mm, 바람직하게는 70-140mm이고/이거나, 상기 직관부의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0-13.0m, 바람직하게는 5.5-12.0m이고/이거나, 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선이 서로 평행하고 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선 사이의 거리가 서로 동일하거나 상이하고(바람직하게는 서로 동일함), 각각 독립적으로 160-540mm, 바람직하게는 180-430mm인, 열 제거 배수관.
10. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선을 따르는 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되고/되거나, 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로(예컨대 링 또는 나선 형태로) 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는, 열 제거 배수관.
11. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선을 따르는 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 돌출부(들)의 연장 길이 Lt가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고/않거나(바람직하게는 Lt/Lz가 0.05 내지 0.95, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.6임), 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 링 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 링의 높이 Hh가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않거나(바람직하게는 Hh/Lz가 0 내지 0.5, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.3임), 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 나선 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 나선의 높이 Ht가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고/않거나(바람직하게는 Ht/Lz가 0.1 내지 0.95, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.6임), 상기 돌출부(들)의 높이가 상기 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배(바람직하게는 0.008 내지 0.1배)이고/이거나, 상기 돌출부(들)의 폭이 상기 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배(바람직하게는 0.008 내지 0.2배)인, 열 제거 배수관.
12. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되고, 상기 돌출부(들)의 중심선과 상기 직관부의 중심선 사이에 0° 초과 90° 이하(바람직하게는 5° 이상 75° 이하, 보다 바람직하게는 10° 이상 60° 이하)의 각도를 갖는, 열 제거 배수관.
13. 헤드, 희석상(dilute phase) 구역, 농축상(dense phase) 구역 및 콘을 상부에서 하부로 차례로 포함하고, 상기 농축상 구역에는 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 따른 열 제거 배수관이 적어도 하나 제공되는, 유동층 반응기.
14. 올레핀(예컨대 프로필렌) 산화 공정 또는 가암모니아 산화 공정에 의한 에폭시 화합물(예컨대 프로필렌 옥사이드) 또는 불포화 니트릴(unsaturated nitrile)(예컨대 아크릴로니트릴)의 제조에서 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 따른 유동층 반응기의 용도.
15. 선행 또는 후속 양태 중 어느 하나에 따른 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아 산화 반응시켜 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 제조하는 단계를 포함하는, 불포화 니트릴의 제조방법.
본 발명의 유동층 반응기를 사용함으로써, 유동층 내의 유동 패턴의 변화를 가능한 한 빨리 촉진시킬 수 있고, 기포의 파괴를 촉진할 수 있다.
본 발명의 유동층 반응기를 사용함으로써, 기포의 성장을 효과적으로 제한할 수 있어, 공급 기체의 전환율(conversion rate)을 향상시키고 목표 반응 생성물의 수율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 유동층 반응기를 사용함으로써, 기체상 및 고체상의 역혼합 및 심층 산화 생성물의 생성을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 유동층 반응기를 사용함으로써, 열 및 물질 전달 효율을 향상시킬 수 있고, 디바이스의 작동 기간을 연장할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 유동층 반응기의 개략적인 정면도이다.
도 2는 종래 기술 유동층의 반응 냉각부의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 유동층의 반응 냉각부의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 유동층 반응기의 개략적인 정면도이다.
도 5는 본 발명의 열 제거 배수관의 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 6은 비교예 1의 압력 맥동 강도 그래프를 나타낸다.
도 7은 비교예 2의 압력 맥동 강도 그래프를 나타낸다.
도 8은 실시예 1의 압력 맥동 강도 그래프를 나타낸다.
도 9는 실시예 2의 압력 맥동 강도 그래프를 나타낸다.
도 10은 실시예 3의 압력 맥동 강도 그래프를 나타낸다.
이하에서 본 출원을 그의 구현예를 참조하여 상세히 설명하지만, 본 출원의 범위는 이러한 구현예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 정의된다는 것에 유의해야 한다.
본원에서 인용된 모든 간행물, 특허 출원, 특허 및 기타 참고 문헌은 그 전체가 참고로 포함된다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 상충하는 경우, 정의를 포함하여 본원에 설명된 내용이 우선한다.
본원에 기재된 재료, 방법, 구성요소, 장치, 또는 디바이스가 "당업자에게 공지된", "당업계에 일반적으로 공지된" 등의 표현으로 수정될 때, 상기 재료, 방법, 구성요소, 장치 또는 디바이스는 본 출원의 출원 당시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것 뿐만 아니라 현재 일반적으로 사용되지 않지만 유사한 목적에 적합하다고 당업계에 일반적으로 공지될 것들을 포함한다.
본 출원의 맥락에서, 용어 "실질적으로"는 당업자에게 허용되거나 합리적인 것으로 간주되는 편차, 예컨대 10% 이내, ±5% 이내, ±1% 이내, ±0.5% 이내 또는 ±0.1% 이내의 편차가 존재할 수 있음을 의미한다.
본 출원의 맥락에서, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 모든 백분율, 부, 비율 등은 중량으로 표시되고 주어진 모든 압력은 게이지 압력이다.
본 출원의 맥락에서, 본 출원의 임의의 둘 이상의 구현예는 임의로 조합될 수 있고, 결과적인 기술 솔루션은 본 출원의 초기 개시의 일부를 형성하고 본 출원의 범위에 속한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이는 유동층 반응기, 특히 아크릴로니트릴 제조용 유동층 반응기에 관한 것이다. 이때, 유동층 반응기는 적어도 반응 냉각부 및 반응 냉각부에 배치된 수직 내부 컴포넌트를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기의 중심축을 따른 방향으로의 반응 냉각부의 길이가 L(m의 단위로 표시)로 지정된 경우, 반응 냉각부의 단면 및 수직 내부 컴포넌트의 단면은 반응 냉각부의 전체 길이 L의 영역 내의 임의의 위치에서 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면 평면에서 얻을 수 있다. 또한, 수직 내부 컴포넌트가 복수 개 존재하는 경우, 복수 개의 수직 내부 컴포넌트의 단면을 얻을 수 있다. 이러한 단면은 도 3에서 4, 8 및 9로 표시된 원과 같이 면적과 원주(외곽 둘레라고 함)가 있는 외곽을 갖는다. 이때, 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2dml 단위로 표시)으로 지정되고, 수직 내부 컴포넌트의 단면의 외곽 둘레(단면이 복수 개 있는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L1(m의 단위로 표시)으로 지정된 경우, L1/S1 = 2.0-4.3 m-1이다. 이때, 바람직하게는 반응 냉각부의 중심점 위 49% L 내지 아래 49% L 영역 내에서, 보다 바람직하게는 반응 냉각부의 중심점 위 45% L 내지 아래 38% L 영역 내에서, 및 보다 더 바람직하게는 반응 냉각부의 중심점 위 40% L 내지 아래 8% L의 영역 내에서, L1/S1 = 2.0-4.3 m-1이다. 바람직하게는, L1/S1 = 2.2-4.1 m-1, 보다 바람직하게는 L1/S1 = 2.4-3.9 m-1이다. L1/S1이 2.0m-1 미만인 경우, 장치의 불안정한 작동이 발생할 수 있으며, L1/S1이 4.3m-1 초과인 경우, 반응기의 너무 많은 서비스 공간이 점유될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트의 구체적인 예는 열 제거 배수관 및 기체-고체 분리기, 특히 열 제거 배수관과 기체-고체 분리기의 조합을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 반응 냉각부의 단면적 S1은 일반적으로 19.6 내지 660m2, 바람직하게는 38.5 내지 314m2이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 외곽이 실질적으로 원형인 경우, 외곽 둘레=3.14ХD이고, 이때 D는 외곽의 직경(m의 단위로 표시)을 나타내며, 관련 수직 내부 컴포넌트의 외부 직경(m의 단위로 표시)(예를 들어, 열 제거 튜브의 직관부(straight pipe section) 또는 사이클론 분리기의 하강관(dipleg))에 대응된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기의 중심축 방향으로의 반응 냉각부의 길이 L은 일반적으로 4 내지 12.5m, 바람직하게는 5.5 내지 11.5m이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관은 배관 내의 냉각수의 잠열(latent heat)을 이용하여 반응에 의해 발생한 열을 반응계로부터 빼앗아가는 냉각 배수관, 및 배관 내의 냉각수의 현열을 이용하여 반응에 의해 발생한 열을 반응계로부터 빼앗아가는 과열 배수관을 포함한다. 이때, 냉각 배수관 및 과열 배수관의 직경은 동일하거나 상이할 수 있으며, 특별한 제한 없이 당업계에서 통상적으로 사용하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부는 실질적으로 유동층 반응기의 농축상 구역에 배치되어 시스템의 반응열을 적시에 제거하고 시스템의 안정적인 작동을 유지하기 위해 사용된다. 이를 위하여, 본 명세서의 맥락에서, "반응 냉각부"라는 용어는 유동층 반응기에서 열 제거 배수관이 제공된 영역, 보다 특히 유동층 반응기에서 열 제거 배수관의 직관부가 배치된 영역, 보다 더 특히 유동층 반응기의 농축상 구역에서 열 제거 배수관의 직관부가 배치된 영역을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열제거 배수관은 주입구, 직관부 및 배출구를 가지며, 인접한 두 개의 직관부는 일반적으로 U자형 관을 통해 연결되고 서로 유체 연통된다. 열 제거 배수관은 하나의 직관부만을 포함할 수 있고, 하나의 U자형 관만을 포함할 수 있으며, 또한 복수의 U자형 관을 직렬로 연결하여 형성될 수 있다. U자형 관의 수가 많을수록 외곽 둘레 L1이 커진다. 또한, 열 제거 배수관은 일반적으로 유동층 반응기 내에 균일하게 분포되어 있다. 구체적인 예를 들면, 유동층 반응기를 ABCD의 4사분면으로 나눈다면, 각 사분면에서 열 제거 배수관의 외곽 둘레는 실질적으로 동일하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기체-고체 분리기로는 사이클론 분리기를 언급할 수 있다. 이때, 사이클론 분리기는 기체 주입구, 콘, 애쉬 버킷(ash bucket), 하강관, 및 기체 배출구를 가지며, 이때 하강관은 촉매층, 즉, 유동층 반응기의 농축상 구역에서 수직 컴포넌트로서 배치되고, 기타 구성요소들은 유동층 반응기 상부의 희석상 구역에 배치된다. 이때, 사이클론 분리기는 1단계 사이클론 분리기일 수도 있고, 2개 이상의 사이클론 분리기가 직렬로 연결된 것일 수 있으며, 하나의 사이클론 분리기는 하나의 대응하는 하강관을 포함한다. 일반적으로, 1단계 사이클론 분리기의 하강관은 촉매층의 하부(농축상 구역의 하부에 대응)의 특정 위치까지 확장되고, 2단계(3단계) 사이클론 분리기의 하강관은 촉매층의 하부, 중부 또는 상부(농축상 구역의 하부, 중부 또는 상부에 대응)의 특정 위치까지 연장된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 사이클론 분리기는 일반적으로 2개 이상이 직렬로 연결된 방식으로 배열된다. 유동층 반응기의 작동 동안, 미립자 촉매의 일부는 반응 기체에 의해 촉매층으로부터 멀리 운반되고, 기체에 의해 운반된 촉매는 1단계 사이클론 분리기의 주입구를 통해 사이클론 분리기로 들어가고, 1단계 사이클론 분리기를 통과한 후, 대부분의 촉매는 1단계 사이클론 분리기의 하강관을 따라 촉매층으로 다시 떨어지고, 촉매의 나머지 작은 부분은 추가 기체-고체 분리를 위해 기체를 따라 2단계 사이클론 분리기로 들어가고, 분리된 촉매는 2단계 사이클론 분리기의 하강관을 따라 촉매층으로 회수되고, 2단계 사이클론 분리기의 하강관의 후단부에는 날개 밸브가 제공되고, 2단계 사이클론 분리기는 추가로 기체-고체 분리를 수행하기 위해 3단계 사이클론 분리기와 직렬로 더 연결될 수 있고, 분리된 촉매는 하강관을 따라 촉매층으로 회수되고,기체는 기체 수집 챔버를 통해 위쪽으로 흐른 다음 반응기를 떠난다. 각 사이클론 분리기는 분리된 촉매를 촉매층으로 되돌리기 위한 하강관을 갖는다. 다단계 사이클론 분리기 세트는 복수 개의 하강관을 갖는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트는 열 제거 배수관이고, 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 열 제거 배수관의 단면의 외곽 둘레(직관부를 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L2(m의 단위로 표시)로 지정되는 경우, L2/S1 = 1.7-3.6 m-1, 바람직하게는 L2/S1 = 1.9-3.5 m-1, 보다 바람직하게는 L2/S1 = 2.1-3.3 m-1이다. 비율이 1.7m-1 미만인 경우, 반응기의 장기간 안정 작동에 문제가 발생할 수 있고, 예를 들어, 몰리브덴 시트가 열 제거 배수관의 벽에 부착되어 열전달 계수가 감소하고 온도 조절이 실패할 수 있으며, 비율이 3.6m-1보다 큰 경우, 열 제거 배수관의 개수가 증가함을 의미하고, 이는 기포를 파괴하는데 유리할 수 있지만 장치의 유지 보수 동안 기술자에게 불편을 초래할 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기에서 열 제거 배수관의 개수(직관부를 기준으로 계산)는 일반적으로 220-5000, 바람직하게는 300-2400이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80-180mm, 바람직하게는 90-170mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 내경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60-150mm, 바람직하게는 70-140mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 길이는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0-13m, 바람직하게는 5.5-12.0m이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트는 기체-고체 분리기, 특히 사이클론 분리기이다. 이를 위해, 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)로 지정되고, 기체-고체 분리기의 단면의 외곽 둘레(하강관을 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L3(m의 단위로 표시)으로 지정되는 경우, L3/S1 = 0.25-0.85 m-1, 바람직하게는 L3/S1 = 0.30-0.75 m-1, 보다 바람직하게는 L3/S1 = 0.35-0.65 m-1이다. 비율이 0.25m-1 미만인 경우, 불충분한 촉매 분리 또는 하강관 차단의 위험이 있을 수 있다. 대신, 비율이 0.85 m-1보다 크면, 한편으로는 장비 비용이 증가할 것이고, 다른 한편으로는 반응기 내 더 효과적인 공간이 점유될 것이고, 동일한 반응 조건 하에서 반응 작동의 선속도가 증가할 것이며 이는 촉매 기포화의 추가적인 증가를 유발할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기에서 기체-고체 분리기의 개수(하강관을 기준으로 계산)는 16 내지 516, 바람직하게는 16 내지 210이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기에서 하강관의 개수에 대한 직관부의 개수의 비율은 8.5 내지 24.0, 바람직하게는 10.0 내지 23.0, 보다 바람직하게는 11.5 내지 21.0이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기체-고체 분리기의 하강관의 외경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 150-410mm, 바람직하게는 200-360mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기체-고체 분리기의 하강관의 내경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 130-400mm, 바람직하게는 180-350mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기체-고체 분리기의 하강관의 길이는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 6 내지 14m, 바람직하게는 10 내지 13m이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기는 헤드, 희석상 구역, 반응 냉각부, 전-반응부 및 콘을 상부에서 하부로 차례로 포함하고, 기체 분배 플레이트 및 선택적으로 전-반응부에 제공된 유체 분배기를 추가로 포함한다. 이때, 유동층 반응기로는 아크릴로니트릴 제조용 유동층 반응기를 바람직하게 언급할 수 있다. 이 경우, 상기 다른 분배 플레이트는 공기 분배 플레이트고 유체 분배기는 프로필렌-암모니아 분배기이다. 유동층 반응기, 특히 아크릴로니트릴 등의 제조용 유동층 반응기의 구조 및 작동에 대해서는, 당업계에 공지된 관련 기술 정보가 당업자에 의해 직접 적용될 수 있으므로 본원에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 반응 냉각부의 단면은 형상이 실질적으로 원형이다. 또한, 반응 냉각부의 직경은 일반적으로 5 내지 29m, 바람직하게는 7 내지 20m이지만, 경우에 따라 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트의 단면의 내곽 및 외곽은 형상이 실질적으로 원형이다. 이를 위해, 수직 내부 컴포넌트는 실질적으로 원형 튜브, 특히 직선 원형 튜브의 형상이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트는 실질적으로 원형인 내곽 및 돌출부(들)가 있는 실질적으로 원형인 외곽을 갖는다. 이를 위해, 수직 내부 컴포넌트의 외관은 돌출부(들)가 있는 실질적으로 원형 튜브이고, 수직 내부 컴포넌트의 내부는 실질적으로 원형 튜브 형상이다. 이러한 구조의 수직 내부 컴포넌트로서, 특히 후술하는 본 발명의 열 제거 배수관을 언급할 수 있는데, 이는 직관부의 일부 또는 전부의 외벽에 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 수직 내부 컴포넌트는 후술하는 본 발명의 열 제거 배수관을 포함한다. 이러한 특정 구조를 갖는 수직 내부 컴포넌트의 경우, 단면의 외곽은 더 이상 형상이 실질적으로 원형이 아니지만, 돌출부(들)가 있는 실질적으로 원형 형상(즉, 프로파일된 형상)을 갖는다. 이러한 이유로, 외곽 둘레는 프로파일된 형상의 실제 상황에 따라 계산되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 프로파일된 형상이 무엇이든, 당업자는 공지된 수학적 기하학 방법을 사용하여 상기 형상의 외곽의 둘레를 계산할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 여기에서 생략된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이는 열 제거 매체 주입구, n개의 직관부 및 열 제거 매체 배출구를 갖는 열 제거 배수관에 관한 것이다. 이때, 직관으로서 원형의 직관을 바람직하게 언급할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 제1 직관부의 선단부는 열 제거 매체 주입구와 연통하고, 제n 직관부의 후단부는 열 제거 매체 배출구와 연통하고, 제i 직관부의 후단부는 U자형 관을 통해 제(i+1) 직관부의 선단부와 연통하며, 직관부의 일부 또는 전체의 외벽에 돌출부가 제공된다. 이때, n은 2 내지 100, 바람직하게는 2 내지 20의 정수이고, i는 1 내지 n-1 사이의 임의의 정수를 의미한다. 또한, "일부 또는 전부"라는 용어는, 예를 들어, 전체 양의 1 내지 100%, 5 내지 80%, 또는 10 내지 40%를 포함하나, 경우에 따라 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 돌출부(들)는 직관부의 외벽에 연결된다. 이때, 연결 방식은 특별히 제한되지 않으며, 스폿 용접, 연속 용접, 통합 몰딩 또는 다른 방식이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80-180mm, 바람직하게는 90-170mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 내경은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60-150mm, 바람직하게는 70-140mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관의 직관부의 길이는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0 내지 13.0m, 바람직하게는 5.5 내지 12.0m이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선이 서로 평행하고 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선 사이의 거리가 서로 동일하거나 상이하고(바람직하게는 서로 동일함), 각각 독립적으로 160-540mm, 바람직하게는 180-430mm이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)가 직관부의 중심선을 따르는 (평행한) 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장 이때, 돌출부(들)의 개수는 1 내지 10, 1 내지 4, 1 또는 2일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)가 직관부의 중심선 주위로, 예컨대 링 또는 나선 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장된다. 이때, 돌출부(들)의 개수는 1 내지 20, 1 내지 10, 1 내지 4, 1 또는 2일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)가 직관부의 중심선을 따르는 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 돌출부의 연장 길이 Lt가 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고, 바람직하게는 Lt/Lz가 0.05-0.95, 보다 바람직하게는 0.1-0.6이다. 복수 개의 돌출부가 존재하는 경우, 상이한 돌출부는 서로 평행하거나 서로에 대해 비스듬할 수 있고, 바람직하게는 서로 평행하고, 보다 바람직하게는 상기 직관부의 반경 방향으로 균일하게 배열될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)가 직관부의 중심선 주위로 링 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 링의 높이 Hh가 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고, 바람직하게는 Hh/Lz가 0 내지 0.9, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.6이다. 이때, 높이 Hh는 돌출부(들)를 갖는 직관부의 상응하는 부분의 길이를 의미한다. 복수 개의 돌출부(들)가 존재하는 경우, 상이한 돌출부 사이의 수직 간격 l1은 직관부의 길이 Lz보다 크지 않으며, 바람직하게는 l1/Lz는 0.01-0.5, 보다 바람직하게는 0.03-0.4이다. 바람직하게는, 돌출부(들)의 중심선과 직관부의 중심선 사이의 각도 α1은 0° 초과 90° 이하, 바람직하게는 5° 이상 75° 이하, 보다 바람직하게는 10° 이상 60° 이하이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 나선 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 나선의 높이 Ht는 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고, 바람직하게는 Ht/Lz가 0.1 -0.95, 보다 바람직하게는 0.2-0.6이다. 이때, 높이 Hh는 돌출부(들)를 갖는 직관부의 상응하는 부분의 길이를 의미한다. 또한, 나선의 나사 피치(pitch) l1는 직관부의 길이 Lz보다 크지 않으며, 바람직하게는 l1/Lz가 0.01-0.5, 보다 바람직하게는 0.03-0.4이다. 바람직하게는, 돌출부(들)의 중심선과 직관부의 중심선 사이의 각도 α1은 0° 초과 90° 이하, 바람직하게는 5° 이상 75° 이하, 보다 바람직하게는 10° 이상 60° 이하이다. 또한, 직관부를 따른 돌출부(들)의 접선과 직관부의 중심선 사이의 각도 α2는 0° 이상 90°이하, 바람직하게는 5° 이상 75° 이하, 보다 바람직하게는 10° 이상 60° 이하이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)의 높이가 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배, 바람직하게는 0.008 내지 0.1배이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열 제거 배수관에서, 돌출부(들)의 폭이 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배, 바람직하게는 0.008 내지 0.2배이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 또한 헤드, 희석상 구역, 농축상 구역 및 콘을 상부에서 하부로 차례로 포함하는 유동층 반응기에 관한 것이다. 이때, 본 발명의 전술한 양태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 열 제거 배수관이 농축상 구역에 제공된다. 바람직하게는, 열 제거 배수관이 유동층 반응기에 균일하게 분포된다. 구체적인 예를 들면, 유동층 반응기를 ABCD의 4사분면으로 나눈다면, 각 사분면에서 열 제거 배수관의 외곽 둘레는 실질적으로 동일하다. 또한, 유동층 반응기로서 아크릴로니트릴 제조용 유동층 반응기를 바람직하게 언급할 수 있다. 유동층 반응기, 특히 아크릴로니트릴 등의 제조용 유동층 반응기의 구조 및 작동에 대해서는, 당업계에 공지된 관련 기술 정보가 당업자에 의해 직접 적용될 수 있으므로 본원에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 유동층 반응기에서, 본 발명의 특정 구조를 갖는 열 제거 배수관에 더하여 당업계에 통상적으로 공지된 구조를 갖는 열 제거 배수관이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 특정 구조를 갖는 열 제거 배수관의 개수는,
예를 들어, 직관부를 기준으로 계산된, 모든 열 제거 배수관의 총 개수의 1-100%, 5-80% 또는 10-40%이다. 바람직하게는, 열 제거 배수관은 유동층 반응기에 균일하게 분포된다. 예를 들어, 유동층 반응기를 ABCD의 4사분면으로 나눈다면, 각 사분면에서 열 제거 배수관의 외곽 둘레는 실질적으로 동일하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이는 또한 올레핀 산화 공정 또는 가암모니아 산화 공정에 의한 에폭시 화합물 또는 불포화 니트릴의 제조에서 본 발명의 상기 양태 중 어느 하나에 따른 유동층 반응기의 용도에 관한 것이다. 이때, 올레핀으로서 프로필렌을 특히 언급할 수 있고; 에폭사이드로서 프로필렌 옥사이드를 특히 언급할 수 있고; 불포화 니트릴로서 아크릴로니트릴을 특히 언급할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 이는 특히 본 발명의 상기 양태 중 어느 하나에 따른 유동층 반응기에서 프로필렌을 가암모니아 산화 반응시켜 아크릴로니트릴을 제조하는 단계를 포함하는 아크릴로니트릴의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 올레핀 산화 또는 가암모니아 산화 공정은 당업계에서 통상적으로 공지된 임의의 방식 및 방법에 의해 수행될 수 있으며, 이러한 정보는 당업자에게 공지되어 있으므로 본원에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 가암모니아 산화 반응을 위한 조건의 구체적인 예는 다음을 포함한다: 일반적으로 1:1.1-1.3:1.8-2.0의 프로필렌 대 암모니아 대 공기의 몰 비율(분자 산소를 기준으로 계산됨), 일반적으로 420- 440℃의 반응 온도, 일반적으로 0.03-0.14MPa의 반응 압력(게이지 압력), 일반적으로 0.04-0.10h-1의 중량 시간당 공간 속도.
실시예
이하에서 실시예 및 비교예를 참고하여 본 출원을 더욱 상세하게 설명하나, 본 출원이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예에서 아크릴로니트릴 수율 및 프로필렌 전환율은 다음 식에 따라 계산할 수 있다.
아크릴로니트릴 수율: AN% = CAN/ΣC*100
프로필렌 전환율: Cc3% = (1-Cc3in/Cc3out)*100
이때:
CAN: 반응기의 배출구에서 기체 중 AN에 함유된 탄소의 몰량(mol)
ΣC: 반응기의 배출구에서 기체 중 탄소의 총 몰량(mol)
Cc3out: 반응기의 배출구에서 기체 중 C3에 함유된 탄소의 몰량(mol)
Cc3in: 반응기의 주입구에서 기체 중 C3에 함유된 탄소의 몰량(mol)
이하의 실시예 및 비교예에서, 유동층의 유동화 조건은 또한 압력 맥동 강도 그래프 또는 데이터에 의해 특성화될 수 있다.
비교예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 1.5m의 직경, 16m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 3.8톤으로 채워졌고, 내부에 13개의 U자형 열 제거 배수관(각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 30mm, 직관부의 길이는 10m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 2세트의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 50mm 및 50mm, 1단계 하강관의 길이는 15.5미터, 및 2단계 하강관의 길이는 14.7미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 1.5m의 직경, 및 8.5m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=1.74m-1, L2/S1=1.39m-1, 및 L3/S1 = 0.36m-1였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 3200NM3/h의 공기 공급 속도, 상온의 온도, 및 상압의 압력.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 도 6에 도시되어 있다.
비교예 2
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 1.5m의 직경, 16m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 3.8톤으로 채워졌고, 내부에 39개의 U자형 열 제거 배수관(각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 30mm, 직관부의 길이는 10m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 2세트의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 50mm 및 50mm, 1단계 하강관의 길이는 15.5미터, 및 2단계 하강관의 길이는 14.7미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 1.5m의 직경, 및 8.5m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=4.52m-1, L2/S1=4.16m-1, 및 L3/S1=0.36m-1였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 3200NM3/h의 공기 공급 속도, 상온의 온도, 및 상압의 압력.
압력 맥동(pulsation) 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 도 7에 도시되어 있다.
장치의 작동 동안, 장치의 배출구에서 기체상의 미립자 촉매 농도가 증가하여 촉매의 비교적 심각한 마모를 나타내는 것이 발견되었다.
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 1.5m의 직경, 16m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 3.8톤으로 채워졌고, 내부에 30개의 U자형 열 제거 배수관(각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 30mm, 직관부의 길이는 10m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 2세트의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 50mm 및 50mm, 1단계 하강관의 길이는 15.5미터, 및 2단계 하강관의 길이는 14.7미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 1.5m의 직경, 및 8.5m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.56 m-1, L2/S1=3.20 m-1, 및 L3/S1=0.36 m-1였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 3200NM3/h의 공기 공급 속도, 상온의 온도, 및 상압의 압력.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 도 8에 도시되어 있다.
실시예 2
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 1.5m의 직경, 16m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 3.8톤으로 채워졌고, 내부에 18개의 U자형 열 제거 배수관(각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 30mm, 직관부의 길이는 10m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 2세트의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 50mm 및 50mm, 1단계 하강관의 길이는 15.5미터, 및 2단계 하강관의 길이는 14.7미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 1.5m의 직경, 및 8.5m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=2.28m-1, L2/S1=1.92m-1, 및 L3/S1=0.36m-1였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 3200NM3/h의 공기 공급 속도, 상온의 온도, 및 상압의 압력.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 도 9에 도시되어 있다.
실시예 3
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 1.5m의 직경, 16m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 3.8톤으로 채워졌고, 내부에 36개의 U자형 열 제거 배수관(각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 30mm, 직관부의 길이는 10m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 2세트의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 50mm 및 50mm, 1단계 하강관의 길이는 15.5미터, 및 2단계 하강관의 길이는 14.7미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 1.5m의 직경, 및 8.5m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=4.20m-1, L2/S1=3.84m-1, 및 L3/S1=0.36m-1였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 3200NM3/h의 공기 공급 속도, 상온의 온도, 및 상압의 압력.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 도 10에 도시되어 있다.
장치의 작동 동안, 장치의 배출구에서 기체상의 미립자 촉매 농도는 허용 가능한 범위 내에 있었다.
비교예 3
도 1에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 18그룹으로 분할된 100개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 8m였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 9세트로 분할된 18개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 사이클론 하강관 개수에 대한 냉각 배수관 개수의 비율은 11.11이었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 6.9m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=1.73m-1, L2/S1=1.43m-1, 및 L3/S1=0.31 m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미타의 H0에서 측정되었으며 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 비교예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.055MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치 작동의 결과는 다음과 같았다: 78.3%의 AN 수율 및 95.4%의 프로필렌 전환율.
실시예 4
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 40그룹으로 분할된 225개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 10m, 배관 간격은 220mm였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 11세트로 분할된 20개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 사이클론 하강관 개수에 대한 냉각 배수관 개수의 비율은 20.45였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.58m-1, L2/S1=3.21m-1, 및 L3/S1=0.37m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0 에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기의 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.5%의 AN 수율 및 98.5%의 프로필렌 전환율.
실시예 5
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 20그룹으로 분할된 110개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 10m, 배관 간격은 220mm였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 14세트로 분할된 28개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 사이클론 하강관 개수에 대한 냉각 배수관 개수의 비율은 7.85였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=2.04m-1, L2/S1=1.57m-1, 및 L3/S1=0.48m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 2와 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 79.3%의 AN 수율 및 96.8%의 프로필렌 전환율.
실시예 6
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 48그룹으로 분할된 226개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 10m, 배관 간격은 215mm였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 9세트로 분할된 18개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 사이클론 하강관 개수에 대한 냉각 배수관 개수의 비율은 29.55였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=4.10m-1, L2/S1=3.79m-1, 및 L3/S1=0.31m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 3과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.5%의 AN 수율 및 98.6%의 프로필렌 전환율.
실시예 7
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 40그룹으로 분할된 225개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 10m, 배관 간격은 220mm였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 3단계 사이클론 분리기를 포함하는 4세트로 분할된 12개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계, 2단계 및 3단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 및 3단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.40m-1, L2/S1=3.21m-1, 및 L3/S1=0.19m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 79.5%의 AN 수율 및 97.6%의 프로필렌 전환율.
실시예 8
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 40그룹으로 분할된 225개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었고, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 10m, 배관 간격은 220mm였으며; 내부에 각각 직렬로 연결된 3단계 사이클론 분리기를 포함하는 8세트로 분할된 24개의 사이클론 분리기가 제공되었고, 이때 1단계, 2단계 및 3단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 및 3단계 하강관의 길이는 10.1미터였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.23m-1, L2/S1=2.85m-1, 및 L3/S1=0.38m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.2%의 AN 수율 및 98.1%의 프로필렌 전환율.
실시예 9
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 26그룹으로 분할된 140개의 U자형 열 제거 배수관(각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 8m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 9세트로 분할된 18개의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=2.28m-1, L2/S1=2.00m-1, 및 L3/S1=0.29m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 2와 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 79.6%의 AN 수율 및 97.3%의 프로필렌 전환율.
실시예 10
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 34그룹으로 분할된 190개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었으며, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이(Lz)는 8m였고, 도 5f에 도시된 바와 같이, 95개의 직관부의 배관 벽 외부에 핀이 제공되었으며, 4개의 핀이 외부 배관벽에 균일하게 분포되었고, 핀의 길이(Lt)는 3000mm, 높이는 10mm, 폭은 20mm였다. 유동층 반응기는 내부에 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 각각 포함하는 11세트로 분할된 22개의 사이클론 분리기가 추가로 제공되었으며, 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0m, 2단계 하강관의 길이는 10.1m였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.12m-1, L2/S1=2.75m-1, 및 L3/S1=0.37m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2 미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.7%의 AN 수율 및 98.8%의 프로필렌 전환율.
실시예 11
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 34그룹으로 분할된 190개의 U자형 열 제거 배수관이 제공되었으며, 이때 각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이(Lz)는 8m였고, 도 5a에 도시된 바와 같이, 95개의 직관부의 배관 벽 외부에 핀이 제공되었으며, 8개의 핀이 외부 배관벽에 분포되었고, 핀 사이의 수직 간격은 500mm 및 각도 α1은 50°였다. 핀은 길이(Lt)가 3500mm, 높이가 10mm, 폭이 20mm였다. 유동층 반응기는 내부에 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 각각 포함하는 10세트로 분할된 20개의 사이클론 분리기가 추가로 제공되었으며, 1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 326mm 및 219mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0m, 2단계 하강관의 길이는 10.1m였다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.4m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=3.15m-1, L2/S1=2.78m-1, 및 L3/S1=0.37m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.6%의 AN 수율 및 98.7%의 프로필렌 전환율.
실시예 12
도 4에 도시된 바와 같이, 유동층 반응기는 8m의 직경, 18m의 접선 높이(즉, 도면에 도시된 농축상 구역 및 희석상 구역의 전체 높이)를 가졌고, Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology SINOPEC으로부터 입수할 수 있는 SANC 계열의 아크릴로니트릴 촉매 160톤으로 채워졌고, 내부에 40그룹으로 분할된 225개의 U자형 열 제거 배수관(각 그룹은 2개의 U, 5개의 U 및 6개의 U를 직렬로 연결하여 형성되고, 각 열 제거 배수관의 직관부의 외경은 114mm, 직관부의 길이는 8m임); 및 내부에 각각 직렬로 연결된 2단계 사이클론 분리기를 포함하는 21세트로 분할된 42개의 사이클론 분리기(1단계 및 2단계 하강관의 외경은 각각 400mm 및 325mm, 1단계 하강관의 길이는 12.0미터, 및 2단계 하강관의 길이는 10.1미터임)가 제공되었다.
유동층 반응기의 반응 냉각부는 8m의 직경, 및 7.2m의 길이 L을 가졌다. 반응 냉각부의 중심점에서 L1/S1=4.16m-1, L2/S1=3.21m-1, 및 L3/S1=0.95m-1였다.
압력 맥동 강도 데이터는 2미터의 H0에서 측정되었으며, 압력 맥동 강도 데이터 그래프는 실시예 1과 유사하였다.
장치의 작동 조건은 다음과 같았다: 5900NM3/h의 프로필렌 공급 속도, 430℃의 반응 온도, 0.04MPa의 반응 압력, 및 1:1.2:9.6의 프로필렌:암모니아:공기 비율.
장치의 작동 결과는 다음과 같았다: 80.1%의 AN 수율 및 98.7%의 프로필렌 전환율.
1: 유동층 반응기
2: 혼합 공급 기체의 공급 라인
3: 사이클론 분리기의 주입구
4: 열 제거 배수관
5: 사이클론 분리기의 실린더
6: 사이클론 분리기의 콘
7: 사이클론 분리기의 애쉬 버킷
8: 사이클론 분리기의 2단계(3단계) 하강관
9: 사이클론 분리기의 1단계 하강관

Claims (15)

  1. 유동층 반응기로서,
    적어도 반응 냉각부 및 상기 반응 냉각부에 제공된 수직 내부 컴포넌트를 포함하고,
    상기 유동층 반응기의 중심축을 따른 방향으로의 상기 반응 냉각부의 길이가 L(m의 단위로 표시)로 지정되고, 상기 반응 냉각부의 전체 길이 L의 영역 내의 임의의 위치에서 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 49% L 내지 아래 49% L 영역 내에서(보다 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 45% L 내지 아래 38% L 영역 내에서, 및 보다 더 바람직하게는 상기 반응 냉각부의 중심점 위 40% L 내지 아래 8% L의 영역 내에서), 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면의 외곽 둘레(단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L1(m의 단위로 표시)으로 지정되는 경우, L1/S1 = 2.0-4.3 m-1, 바람직하게는 L1/S1 = 2.2-4.1 m-1, 보다 바람직하게는 L1/S1 = 2.4-3.9 m-1인, 유동층 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관 또는 열 제거 배수관과 기체-고체 분리기(바람직하게는 사이클론 분리기)의 조합인, 유동층 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관이고, 이때 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)으로 지정되고, 상기 열 제거 배수관의 단면의 외곽 둘레(직관부를 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L2(m의 단위로 표시)로 지정되고, L2/S1 = 1.7-3.6 m-1, 바람직하게는 L2/S1 = 1.9-3.5 m-1, 보다 바람직하게는 L2/S1 = 2.1-3.3 m-1이고, 상기 수직 내부 컴포넌트가 선택적으로 기체-고체 분리기(바람직하게는 사이클론 분리기)를 추가로 포함하고, 이때 상기 유동층 반응기의 중심축에 대해 횡단 및 수직인 단면에서, 상기 반응 냉각부의 단면적이 S1(m2의 단위로 표시)로 지정되고, 상기 기체-고체 분리기의 단면의 외곽 둘레(하강관을 기준으로 계산) (단면이 복수 개 존재하는 경우, 모든 단면의 외곽 둘레의 합을 나타냄)가 L3(m의 단위로 표시)으로 지정되고, L3/S1 = 0.25-0.85 m-1, 바람직하게는 L3/S1 = 0.30-0.75 m-1, 보다 바람직하게는 L3/S1 = 0.35-0.65 m-1인, 유동층 반응기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열 제거 배수관의 개수(직관부를 기준으로 계산)가 220-5000, 바람직하게는 300-2400이고/이거나, 상기 기체-고체 분리기의 개수(하강관을 기준으로 계산)가 16-516, 바람직하게는 16-210이고/이거나, 상기 하강관의 개수에 대한 상기 직관부의 개수의 비율이 8.5-24.0, 바람직하게는 10.0-23.0, 보다 바람직하게는 11.5-21.0인, 유동층 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직관부의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80 내지 180mm, 바람직하게는 90 내지 170mm이고/이거나, 상기 직관부의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60 내지 150mm, 바람직하게는 70 내지 140mm이고/이거나, 상기 직관부의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0 내지 13m, 바람직하게는 5.5 내지 12.0m이고/이거나, 상기 하강관의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 150 내지 410mm, 바람직하게는 200 내지 360mm이고/이거나, 상기 하강관의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 130 내지 400mm, 바람직하게는 180 내지 350mm이고/이거나, 상기 하강관의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 6 내지 14m, 바람직하게는 10 내지 13m이고/이거나, 상기 반응 냉각부가 5 내지 29m, 바람직하게는 7 내지 20m의 직경, 19.6 내지 660m2, 바람직하게는 38.5 내지 314m2의 면적 S1, 및/또는 4-12.5m, 바람직하게는 5.5-11.5m의 길이 L을 갖는, 유동층 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    헤드, 희석상 구역, 상기 반응 냉각부, 전-반응부 및 콘을 상부에서 하부로 차례로 포함하고, 기체 분배 플레이트 및 선택적으로 상기 전-반응부에 제공된 유체 분배기를 추가로 포함하는 유동층 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 냉각부가 실질적으로 원형인 단면을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면이 실질적으로 원형인 내곽 및 실질적으로 원형인 외곽을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트의 단면이 실질적으로 원형인 내곽 및 돌출부(들)를 갖는 실질적으로 원형인 외곽을 갖고/갖거나, 상기 수직 내부 컴포넌트가 열 제거 배수관을 포함하고, 상기 열 제거 배수관이 열 제거 매체 주입구, n개의 직관(바람직하게는 원형 직관)부 및 열 제거 매체 배출구를 포함하고, 이때 제1 직관부의 선단부가 상기 열 제거 매체 주입구와 연통하고, 제n 직관부의 후단부가 상기 열 제거 매체 배출구와 연통하고, 제i 직관부의 후단부가 U자형 관을 통해 제(i+1) 직관부의 선단부와 연통하고, 이때 n은 2 내지 100의 정수(바람직하게는 2 내지 20의 정수)이고, i는 1 내지 n-1 사이의 임의의 정수이고, 상기 직관부의 일부 또는 전체(예를 들어, 1-100%, 5-80% 또는 10-40%)의 외벽에 돌출부(들)가 있는, 유동층 반응기.
  8. 열 제거 매체 주입구, n개의 직관(바람직하게는 원형 직관)부 및 열 제거 매체 배출구를 갖는 열 제거 배수관으로서,
    제1 직관부의 선단부가 상기 열 제거 매체 주입구와 연통하고, 제n 직관부의 후단부가 상기 열 제거 매체 배출구와 연통하고, 제i 직관부의 후단부가 U자형 관을 통해 제(i+1) 직관부의 선단부와 연통하고, n은 2 내지 100의 정수(바람직하게는 2 내지 20의 정수)이고, i는 1 내지 n-1 사이의 임의의 정수이고, 상기 직관부의 일부 또는 전체(예를 들어, 1-100%, 5-80% 또는 10-40%)의 외벽에 돌출부(들)가 있는, 열 제거 배수관.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 직관부의 외경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 80-180mm, 바람직하게는 90-170mm이고/이거나, 상기 직관부의 내경이 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 60-150mm, 바람직하게는 70-140mm이고/이거나, 상기 직관부의 길이가 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 4.0-13.0m, 바람직하게는 5.5-12.0m이고/이거나, 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선이 서로 평행하고 임의의 2개의 인접한 직관부의 중심선 사이의 거리가 서로 동일하거나 상이하고(바람직하게는 서로 동일함), 각각 독립적으로 160-540mm, 바람직하게는 180-430mm인, 열 제거 배수관.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선을 따르는 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되고/되거나, 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로(예컨대 링 또는 나선 형태로) 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는, 열 제거 배수관.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선을 따르는 방향으로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 돌출부(들)의 연장 길이 Lt가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고/않거나(바람직하게는 Lt/Lz가 0.05 내지 0.95, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.6임), 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 링 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 링의 높이 Hh가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않거나(바람직하게는 Hh/Lz가 0 내지 0.5, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.3임), 상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 나선 형태로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되는 경우, 상기 나선의 높이 Ht가 상기 직관부의 길이 Lz보다 크지 않고/않거나(바람직하게는 Ht/Lz가 0.1 내지 0.95, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.6임), 상기 돌출부(들)의 높이가 상기 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배(바람직하게는 0.008 내지 0.1배)이고/이거나, 상기 돌출부(들)의 폭이 상기 직관부의 외경의 0.005 내지 0.3배(바람직하게는 0.008 내지 0.2배)인, 열 제거 배수관.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부(들)가 상기 직관부의 중심선 주위로 연속적으로 또는 불연속적으로 연장되고, 상기 돌출부(들)의 중심선과 상기 직관부의 중심선 사이에 0° 초과 90° 이하(바람직하게는 5° 이상 75° 이하, 보다 바람직하게는 10° 이상 60° 이하)의 각도를 갖는, 열 제거 배수관.
  13. 헤드, 희석상 구역, 농축상 구역 및 콘을 상부에서 하부로 차례로 포함하고, 상기 농축상 구역에는 제8항에 따른 열 제거 배수관이 적어도 하나 제공되는, 유동층 반응기.
  14. 올레핀(예컨대 프로필렌) 산화 공정 또는 가암모니아 산화 공정에 의한 에폭시 화합물(예컨대 프로필렌 옥사이드) 또는 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)의 제조에서 제1항 또는 제13항에 따른 유동층 반응기의 용도.
  15. 제1항 또는 제13항에 따른 유동층 반응기에서 올레핀(예컨대 프로필렌)을 가암모니아 산화 반응시켜 불포화 니트릴(예컨대 아크릴로니트릴)을 제조하는 단계를 포함하는 불포화 니트릴의 제조방법.
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