KR20240084396A - 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치 및 이를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치 및 이를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 분말, 입자, 또는 스크랩형태의 PTFE를 저장할 수 있는 PTFE 1차 저장조; 상기 PTFE 1차 저장조와 연결되어 상기 PTFE 1차 저장조로부터 공급받은 PTFE를 보관하고, 하부에 배치된 매스 플로우 장치로, 공급받은 PTFE를 하부에 연결되는 열분해 반응 장치로 정량 공급하는 PTFE 2차 저장조; 반응 장치 내 공급되는 수증기를 보관하는 수증기 저장조; 반응기에 공급되는 수증기를 가열하는 수증기 가열수단; 및 상기 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급받아 1atm 내지 1.5atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 수직형 열분해 반응기;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치 및 이를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치 및 이를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법에 관한 것이다.
TFE(tetrafluoroethylene)를 제조하기 위한 방법은 크게 CFC-22의 열분해 방법과 사불화에틸렌 수지(PTFE)의 진공 열분해 방법의 2가지로 나눌 수 있으며, CFC-22의 열분해 공정은 연간 3,000 MT 이상의 대량생산을 요하는 공장에서 생산 중에 있다. CFC-22 열분해 공정은 전환율이 약 70% 정도로 낮아, 경제성을 확보하기 위해서 후속 증류공정이 매우 복잡하며 다량의 염산이 발생하여 특수재질의 반응기를 사용해야하는 단점이 있다. 예로 ① TFE 보다 낮은 비점을 갖는 저비점 화합물(예를 들어, CF4 등)의 제거, ② TFE 증류정제, ③ TFE와 육불화프로필렌(HFP) 사이의 부생성물 제거, ④ HFP 분리정제, ⑤ HFP와 CFC-22의 추줄증류 등 최소 6개 이상의 증류공정이 필요하여 많은 에너지가 소모되고, 연속공정으로 운용되어야 하는 증류정제 공정이 필수이다. 따라서 폭발위험성이 매우 크다고 알려져 있는 TFE를 얻기 위해 복잡한 공정을 거치므로 공정의 안전한 운용 및 경제성을 확보하기 위해서는 많은 경험과 엄격한 관리가 필요하다.
반면에 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 친환경 자원 재활용 기술인 사불화에틸렌 수지(PTFE) 열분해 공정을 통한 TFE 제조공정은 회분식 및 연속식으로 운용이 가능하나, 높은 전환율 및 90% 이상의 고순도의 TFE를 얻기 위해서는 통상 고진공하에서 실시하여야 한다. 원료로서 사용되는 PTFE는 C-F(507KJ/mol)의 강한 결합력으로 물리적, 화학적, 열적 안정성을 가지고 있는 물질이다. 이러한 특징을 가진 PTFE는 260 ℃ 부근에서 열분해가 서서히 시작되지만 실제적으로 분해가 될 수 있는 온도는 500 ℃ 이상이며 분해 메카니즘은 ① 탄소수 8개 정도의 고분자 사슬의 절단, ② 추가 절단에 의한 TFE 단량체 및 :CF2 라디칼 생성, ③ :CF2 라디칼의 2차반응에 의해서 고탄소화합물인 HFP 및 Octa Fluoro Cyclo Batane(OFCB)등의 생성 반응으로 나누어 질 수 있다.
이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 등록특허 제10-0376273호 및 제10-0177870호에서는 진공하에서 PTFE의 열분해를 통해 TFE를 제조하는 반응 장치 및 공정이 개시된 바 있다. 보다 구체적으로, ① 전체 시스템을 10-2 torr 이하의 진공을 유지하는 단계, ② 분말, 입자형 혹은 scrap 상태의 PTFE를 반응기내에 투입하는 단계, ③ 5 torr 이하의 압력 및 500 ℃ 이상의 고온에서 PTFE의 열분해에 의해 TFE를 생성하는 단계, ④ 생성된 TFE를 -142 ℃ 이하의 온도에서 응축, 고체화하여 회수하는 단계, ⑤ 얻어진 TFE를 가열하며 가스상으로 변환하고 중합방지제가 투입된 흡수탑을 통과하여 가스로 저장하는 단계로 구성되어 있으며, ①과 ②의 순서에 따라 연속식 (continuous, ①→②→③→④→⑤) 혹은 회분식 (batch, ②→①→③→④→⑤) 공정으로 나누어진다. 상기 단계에서 상업적으로 활용 가능한 공정인 연속식 공정을 이루기 위해서는 시스템 전체가 진공이 유지되는 상태에서 연속적인 PTFE 공급 및 열분해, 그리고 응축 및 가스상 변환이 동시에 진행되어야 한다.
이러한 종래의 PTFE의 진공열분해를 통한 TFE의 제조방법은 기술적으로 해결하기 매우 어려운 문제점이 있다. 즉, ① PTFE 저장조, 반응기, 응축조 등 전 시스템에서 고진공을 유지해야 하기 때문에 장치의 확장성이 제약되는 점, ② 고진공 유지 영역의 온도가 상온, 500 ℃ 이상, -142 ℃ 이하 등 다양하여 진공 문제가 빈번히 발생하는 점, ③ 폭발성이 강한 TFE를 응축시키고 다시 증발시키는 등 TFE 취급이 어려운 점등의 다양한 문제를 갖고 있다. 따라서 이러한 수많은 문제점으로 인해 종래의 방법으로 연속적으로 PTFE를 투입 및 열분해하여 TFE를 상업생산하는 데 실제적으로 정상 운용이 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 연속적인 PTFE 열분해에 의해서 TFE의 상업적 생산이 가능한 공정을 개발하기 위한 PTFE 열분해 공정 및 반응기를 개발할 목적으로 PTFE의 열분해에 관한 연구를 수년간 집중적으로 수행한 결과, 상압 상태 하에서 분말, 입자, 혹은 스크랩형의 PTFE 입자를 PTFE 열분해 반응기에서 대량으로 열분해 가능한 장치 및 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다. 또한, 분말, 입자, 혹은 스크랩형의 PTFE 입자를 반응기에 도입하는 과정에 상태 변화에 따라 원료 공급 부위가 막혀 연속 공정이 불가하게 되는 문제점을 해결하기 위하여 연구하여 본 발명을 완성하였다.
일 측면에서의 목적은 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 제공하는 데 있다.
다른 일 측면에서의 목적은 사불화에틸렌의 제조장치를 제공하는 데 있다.
또 다른 일 측면에서의 목적은 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법을 제공하는 데 있다.
또 다른 일 측면에서의 목적은 사불화에틸렌의 제조방법을 제공하는 데 있다.
일 측면에서는,
분말, 입자, 또는 스크랩형태의 PTFE를 저장할 수 있는 PTFE 1차 저장조;
상기 PTFE 1차 저장조와 연결되어 상기 PTFE 1차 저장조로부터 공급받은 PTFE를 보관하고, 하부에 배치된 매스 플로우 장치로, 공급받은 PTFE를 하부에 연결되는 열분해 반응 장치로 정량 공급하는 PTFE 2차 저장조;
반응 장치 내 공급되는 수증기를 보관하는 수증기 저장조;
반응기에 공급되는 수증기를 가열하는 수증기 가열수단; 및
상기 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급받고, 상기 PTFE 2차 저장조로부터 PTFE를 정량 공급받아 1atm 내지 1.5atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 수직형 열분해 반응기;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치가 제공된다.
상기 반응 장치는 상기 열분해 반응기 상단에 배치되며 내부에 냉매가 순환하는 냉각 자켓;을 더 포함한다.
또한, 상기 수직형 열분해 반응기는 내경이 50mm 내지 200mm이며, 길이가 500mm 내지 1500mm인 원통형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 수직형 열분해 반응기는
상기 수직형 열분해 반응기는
PTFE가 투입되는 PTFE 투입부;
수증기가 투입되는 수증기 투입부;
PTFE의 열분해 반응이 일어나는 내부공간;
상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되어 PTFE를 가열하는 가열로; 및
반응혼합물이 배출되는 반응혼합물 배출부;를 포함한다.
상기 수직형 열분해 반응기는
상기 내부공간 하단에 배치되는 다공성 플레이트가 다층으로 구성된 정자형 방열판; 및 상기 플레이트상에 배치된 복수의 볼;을 더 포함한다.
상기 수직형 열분해 반응기는
상기 내부 공간에 생성되는 PTFE 누적층을 제거하는 누적층 분쇄장치;를 더 포함한다.
다른 일 측면에서는,
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치;를 포함하는, 사불화에틸렌(TFE)의 제조장치가 제공된다.
상기 제조장치는
상기 수직형 열분해 반응기로부터 배출되는 사불화에틸렌 혼합가스 및 수증기를 응축 냉각시키는 급속 냉각기;를 더 포함한다.
또한, 상기 제조장치는
상기 급속 냉각기와 연결되어, 수분을 추가 제거하는 수분흡착부;를 더 포함한다.
다른 일 측면에서는,
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지 상압 열분해 방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계; 및
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지 상압 열분해 방법이 제공된다.
또 다른 일 측면에서는
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계;
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여, 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법이 제공된다.
상기 제조방법은 상기 열분해의 사불화에틸렌 혼합가스 및 수증기를 응축 냉각시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 PTFE 열분해 반응 장치를 이용하여 산업적으로 활용도가 매우 높은 고순도의 TFE를 연속적으로 제조할 수 있다.
특히 본 발명은 진공이 아닌 상압에서 PTFE를 열분해하여 TFE를 제조할 수 있어, 원하는 사용장소에서 손쉬운 방법으로 TFE를 대량 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, PTFE 2차 저장조의 하부에 매스 플로우 장치가 형성되어, 공정 중 PTFE의 상태가 변하여 PTFE를 공급하는 과정에 배관이 막혀, 연속 공정을 수행하지 못했던 기존 장치 및 공정의 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 PTFE 상압 열분해 반응 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 열분해 반응기를 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 열분해 반응기를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 특정 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 이에 본 발명이 한정되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로서 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않으며, 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 본 발명에서 사불화에틸렌 수지는 PTFE로 사불화에틸렌은 TFE로 사용될 수 있으며, 이들은 각각 동의어로 사용된다.
일 측면에서는,
분말, 입자, 또는 스크랩형태의 PTFE를 저장할 수 있는 PTFE 1차 저장조;
상기 PTFE 1차 저장조와 연결되어 상기 PTFE 1차 저장조로부터 공급받은 PTFE를 보관하고, 하부에 배치된 매스 플로우 장치로, 공급받은 PTFE를 하부에 연결되는 열분해 반응 장치로 정량 공급하는 PTFE 2차 저장조;
반응 장치 내 공급되는 수증기를 보관하는 수증기 저장조;
반응기에 공급되는 수증기를 가열하는 수증기 가열수단; 및
상기 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급받고, 상기 PTFE 2차 저장조로부터 PTFE를 정량 공급받아 1atm 내지 1.5atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 수직형 열분해 반응기;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치가 제공된다.
이하, 일 측면에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 도면을 참조하여 각 구성별로 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 나타낸 개략도이다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 PTFE를 저장하는 PTFE 1차 저장조(10)를 포함하며, 바람직하게는 상기 PTFE 1차 저장조를 적어도 2개조를 구비하여 PTFE의 연속 열분해에 따라 적어도 2개조 중 어느 하나의 저장조가 소진되면 다른 한쪽을 교대로 가동할 수 있다.
PTFE 1차 저장조는 육면체형, 원통형 등 여러가지가 있으나, 자연스러운 흐름을 유지하기 위하여 하부 경사각을 유지하는 것이 바람직하고, 수직선을 기준으로 10 내지 80 °범위의 각도를 갖는 것이 바람직하고, 30 내지 60 ° 범위의 각도를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 사용되는 사불화에틸렌 수지의 종류에 따라 1차 저장조의 높이가 정해질 수 있고, 사불화에틸렌 수지는 경도가 낮으므로, 분말, 입자, 스크랩에 따라 원활한 흐름을 유지할 수 있는 높이로 제작될 필요가 있다. 통상적으로는 200 내지 1000 mm 높이로 제작될 수 있고, 분말 및 입자의 경우 200 내지 500 mm, 단단한 스크랩의 경우 좀 더 넓은 범위로 제작될 수 있다. 실내 온도의 상승에 따른 사불화에틸렌 수지의 뭉침을 방지하기 위하여 1차 저장조 및/또는 2차 저장조에는 냉각 자켓이 설치될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 상부에서 하부로 순차적으로 배치된 PTFE 1차 저장조(10), PTFE 2차 저장조(20), 2차 저장조 하부에 배치되는 예를 들어 모터 및 마그네틱 드라이브로 구동될 수 있는 매스 플로우 장치(30) 및 수직형 열분해 반응기(40)를 포함하며, 이를 통해 1차 저장조(10)에 저장된 PTFE를 연속적으로 정량으로 수직형 열분해 반응기(40)로 공급할 수 있다. 이때, 2차 저장조로부터 열분해 반응기로 공급되는 PTFE는 예를 들어 수직 관찰창(110) 등을 통하여 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 PTFE 1차 저장조(10) 및 PTFE 2차 저장조(20)는 분말, 입자, 또는 스크랩형태의 PTFE를 저장하는 장치로서, 상기 PTFE 2차 저장조(20)가 상기 PTFE 1차 저장조(10)보다 아래 위치하여 상기 PTFE 1차 저장조(10)에 저장된 PTFE는 중력에 의해 2차 저장조(20)에 공급할 수 있고, 이때 상기 PTFE 1차 저장조(10) 및 PTFE 2차 저장조(20) 사이에 볼 밸브가 배치되어 상기 볼 밸브를 통해 PTFE의 공급통로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
본 발명에서 PTFE 2차 저장조는 1차 저장조와 유사한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 하부에 매스 플로우 장치가 배치되어, 2차 저장조로부터 PTFE를 수직형 열분해 반응기로 연속적으로 정량 공급할 수 있다.
상기 매스 플로우 장치(30)는 상기 PTFE 2차 저장조(20)에 저장된 PTFE를 수직형 열분해 반응기(40)로 이송하기 위한 수단으로, PTFE 2차 저장조로부터 공급받은 PTFE를 반응기 내에 정량 투입할 수 있다. 본 발명에서 “매스 플로우”는 저장조 내의 분체층이 정체역이 생기는 일 없이 중력 흐름을 하는 것으로, 주벽 부근에 정체역이 생겨서 중앙부가 먼저 유출하는 패널 플로우의 대립되는 개념이고, “매스 플로우 장치”는 PTFE 2차 저장조 내의 PTFE가 '매스 플로우'로 2차 저장조로부터 배출될 수 있도록 하는 장치로서, PTFE 2차 저장조 내부의 하부에 배치된다. 본 발명에서는 저장조 내의 PTFE를 매스 플로우 장치를 통하여 배출시킴에 의하여, 기존의 기술로 PTFE를 저장조에서 배출하는 경우 발생하는 공정 중 PTFE의 상태 변화를 억제할 수 있고, 결과적으로는 배관이 막혀 연속 공정 상 발생하게 되는 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 수직형 열분해 반응기(40)를 포함한다.
이때, 상기 열분해 반응기(40)는 판형 반응기, Tube형 반응기, 원통형 반응기 등 다양한 형태의 반응기가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 PTFE의 열분해에 적합하고 대량생산 및 취급이 용이한 원통형 반응기를 사용할 수 있다.
상기 열분해 반응기(40)의 재질로는 SUS, Inconnely, Hastally C 등 여러 재질을 사용할 수 있으나 열분해 반응시 반응온도가 600℃ 내지 1000 ℃까지 상승하고 반응기 표면온도가 800℃ 내지 1000 ℃ 까지 상승하므로 열변형이 적은 재질을 사용하는 것이 유리하다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 상압, 보다 구체적으로는 1atm 내지 1.5atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 상기 반응 장치는 수증기를 보관하는 수증기 저장조(50)를 포함하며, 반응 장치 전체를 진공으로 형성한 후 상기 수증기 저장조(50)로부터 시스템 전체에 수증기를 공급함으로써, 반응 장치를 상압으로 형성할 수 있고, 열분해 반응 시 열분해 반응기(40)의 압력을 1atm 내지 1.5atm, 보다 바람직하게는 1.2atm 내지 1.5atm으로 형성하여 PTFE에 대한 열분해 반응을 수행할 수 있다.
반응기 내에서 사불화에틸렌 수지의 접촉시간이 길면 열분해 전환율 상승에는 유리하나 그 시간이 너무 길면 2차 반응이 일어나 육불화프로필렌 및 OFCB 등 높은 비점의 부생성물이 형성되므로, 적당한 체류 시간을 갖도록 길이를 조절하는 것이 바람직하고, 체류시간은 0.001 내지 30 초가 바람직하고, 0.01 내지 10 초가 더욱 바람직하다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 상기 수증기 조장조로부터 반응 장치 또는 열분해 반응기 내에 공급되는 수증기의 공급량을 조절하는 수증기 공급 조절부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 열분해 반응기(40)에 공급되는 수증기를 가열하는 수증기 가열수단(60);을 더 포함한다.
상기 수증기 가열수단을 열분해 반응기에 공급되는 수증기를 PTFE의 열분해 온도, 즉 600℃ 내지 1000 ℃까지 가열하기 위한 것으로, PTFE의 열분해를 위해, 단순히 외부 가열기를 이용하여 상기 열분해 반응기(40)에 열을 공급할 경우 반응기(40) 표면의 온도와 반응기 중심부의 온도차가 커 PTFE의 열분해가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이에 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 원할한 PTFE의 열분해를 위해 PTFE를 열분해하기에 충분한 온도로 가열된 고온의 수증기 즉, 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 열분해 반응기(40)에 공급하여 PTFE의 열분해 반응에 필요한 열을 전달함으로써, PTFE의 열분해 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 반응 장치는 수증기 투입으로 상기 열분해 반응기(40) 내에 1atm 내지 1.5atm의 압력을 형성함으로써, 상기 수증기 투입에 의해 생성되는 TFE 및 :CF2 라디칼의 결합에 의한 추가반응에 의한 고비점 불순물 생성을 방지할 수 있고, 반응시 상압유지를 가능하게 한다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 고진공 형성 후 수증기를 이용하여 상압을 형성함으로써, 장치 내 외부 산소 유입에 의한 TFE의 산화반응 및 폭발을 방지할 수 있고, 고온의 수증기를 이용함으로써 TFE가 액상 및 고상으로 상변화되는 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 종래의 진공운전에 따른 열효율의 부족에 따른 PTFE 누적층 형성에 의해 열분해 반응이 중단되는 문제, 및 잦은 장치의 해체 및 보수에 따른 생산성 저하를 극복하여 편리하고 경제적으로 TFE의 상업적 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.
한편, 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 상기 열분해 반응기 상단에 배치되며 내부에 냉매가 순환하는 냉각 자켓(70);을 더 포함하며, 이를 통해 PTFE의 열분해 반응시 상기 열분해 반응기(40)에서 상기 PTFE 1차 저장조(10), 및 PTFE 2차 저장조(20) 로 전달되는 열을 차단 및 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 열분해 반응기(40)는 원통형으로서 길이가 300mm 내지 2000mm인 것이 바람직하고, 500mm 내지 1500mm인 것이 보다 바람직하다.
만약, 열분해 반응기(40)의 길이가 300mm 미만인 경우 PTFE의 접촉시간이 너무 짧아 열분해가 제대로 이루어지지 않아 TFE의 수율이 낮은 문제가 발생될 수 있고, 1500mm를 초과하는 경우, PTFE의 접촉시간이 길어 열분해 전환율은 상승하나 2차 반응이 일어나 HFP 및 OFCB 등 고비점의 부생성물이 생성되는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 상기 열분해 반응기(40)는 원통형으로서 반응기 중심부까지 열이 균일하게 전달되도록 반응기의 내경은 50mm 내지 200mm인 것이 바람직하다.
도 2는 일 실시 예에 따른 열분해 반응기(40)를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면 상기 열분해 반응기(40)는
PTFE가 투입되는 PTFE 투입부(41);
수증기가 투입되는 수증기 투입부(42);
PTFE의 열분해 반응이 일어나는 내부공간(43);
상기 내부 공간(43)을 둘러싸도록 형성되어 PTFE를 가열하는 가열로(44); 및
반응혼합물이 배출되는 반응혼합물 배출부(45);를 포함한다.
일 실시 예에 따른 열분해 반응기(40)에는 상기 수증기 투입부(42)로부터 수증기가 투입되어 상압을 형성하고 이후 고온의 수증기를 투입되고, 상기 가열로(44)를 통해 가열함으로써, 상기 내부공간(43)에 균일한 온도로 가열되고, PTFE 투입부를 통해 PTFE가 투입되어 열분해 반응이 진행되며 상기 반응으로 생성된 TFE 및 반응을 위한 온도 및 압력 형성을 위해 투입된 수증기를 포함하는 반응혼합물이 상기 반응혼합물 배출부(45)를 통해 배출될 수 있다.
상기 반응혼합물 배출부(45)는 반응기의 하단부에 연결하여 반응기 내부의 열손실을 줄일 수 있으며, 2차 반응을 방지하여 고순도의 TFE 가스를 얻을 수 있다.
상기 열분해 반응기(40)는 상기 내부공간(43) 하단에 배치되는 다공성 플레이트가 다층으로 구성된 정자형 방열판(46); 및 상기 정자형 방열판(46)상에 배치된 복수의 볼(47);를 더 포함할 수 있다.
상기 정자형 방열판(46)은 균일한 열전달 및 전열면적의 증가를 위한 것으로, 반응기 내부에 수개 다층으로 삽입될 수 있다.
상기 복수의 볼(47)은 PTFE미립자가 TFE응축조로 이송되는 것을 방지함과 동시에 열전달 효과를 증진하기 위한 것이다. 이에, 충진되는 볼이 너무 많으면 분해된 TFE 가스가 빠져 나가지 못하고 라디칼과 반응하여 부산물 생성 및 PTFE가 누적되며, 너무 많으면 PTFE 미립자가 TFE 응축조로 이송되는 문제가 발생하므로, 적당한 양을 충진하는 것이 바람직하다.
상기 볼의 재질은 SUS로 제작하는 것이 바람직하며, 크기는 1mm 내지 20mm가 바람직하고 5mm 내지 15mm가 보다 더 바람직하다.
상기 열분해 반응기(40)는 상기 내부 공간(43)에 생성되는 PTFE 누적층을 제거하는 누적층 분쇄장치(48);를 더 포함할 수 있다.
상기 누적층 분쇄장치(48)는 타원형일 수 있다.
또한, 상기 열분해 반응기(40)는 내부 공간에 설치되는 온도계(49)를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도계(49)를 통해 열분해 반응기(40) 내부의 온도를 확인할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치는 TFE를 회수하기 위한 구성으로서, 수증기600 내지 10000 °C에서 열분해된 사불화에틸렌 혼합가스와 수증기의 급속 냉각에 사용되는 급속 냉각기(80);를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 급속 냉각기는 바람직하게는 반응혼합물이 배출되는 반응혼합물 배출부(45)와 연결되어 상기 반응혼합물에 포함된 사불화에틸렌 혼합가스와 수증기를 응축할 수 있다.
상기 반응혼합물은 TFE 및 수증기를 포함하며, 바람직하게는 TFE 및 수증기로 이루어질 수 있다.
급속 냉각기의 재질로는 탄소나 열에 강한 하스텔로이 금속제 등을 사용할 수 있다. 반응기를 통과한 사불화에틸렌 반응물의 추가반응을 순간적으로 정지시키고, 추가반응을 통제하기 위하여 급속 냉각기 상부에는 순수 분사장치를 설치할 수 있으며, 또한 장치에 냉각 자켓을 설치할 수도 있다.
또한, 상기 급속 냉각기와 연결되어, 수분을 제거하는 수분흡착부(90);를 더 포함할 수 있고, 상기 수분흡착부(예를 들어, 분자 체 3A(molecular sieve 3A))를 통해 상기 반응혼합물에 존재하는 잔여 수분을 제거함으로써, 건조된 TFE 가스를 형성할 수 있다.
본 발명의 장치는 건조된 TFE 가스의 중합 폭발성을 감소시키기 위하여, 수분 흡착부의 배출부에 연결되는 중합 방지제 투입조(100)를 더 포함할 수 있다. 중합방지제 투입조는 스프레이 또는 버블링 방법을 이용하여 폭발성이 강한 사불화에틸렌의 중합 폭발성을 감소시킬 수 있다. 이때 사용할 수 있는 화합물로는 터펜, 리모넨 등이 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 건조된 TFE를 저장하는 TFE 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 PTFE의 열분해 반응으로 상기 수직형 열분해 반응기(40)에서 생성된 TFE 가스는 TFE 저장탱크에 저장될 수 있다.
다른 일 측면에서는,
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치;를 포함하는, 사불화에틸렌의 제조장치가 제공된다.
다른 일 측면에 따른 사불화에틸렌의 제조장치는 전술한 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치의 구성 일부 또는 전부를 포함한다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌의 제조장치는 상압조건에서 고순도의 TFE를 연속적으로 제조할 수 있다.
또 다른 일 측면에서는,
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지 상압 열분해 방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계; 및
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법이 제공된다.
이하, 다른 일 측면에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;를 수행한다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 상압에서 사불화에틸렌 수지를 연속적으로 열분해할 수 있는 방법으로, 상기 PTFE 1차 저장조는 적어도 2개조를 구비하여 PTFE 투입에 따라 한쪽이 소진되면 다른 한쪽을 교대로 가동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 PTFE 1차 저장조 및 PTFE 2차 저장조는 볼밸브로 연결될 수 있고, 상기 볼 밸브를 통해 공급통로를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
상기 단계에서는 상기 볼 밸브를 통해 상기 PTFE 1차 저장조 및 PTFE 2차 저장조의 통로를 잠근 후 PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채울 수 있다.
다음, PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;를 수행한다.
상기 단계는 반응 장치 내의 산소를 제거하기 위한 것으로, PTFE의 열분해로 생성되는 TFE는 산소와 반응시 폭발성이 매우 크기 때문에 PTFE의 열분해 전 반응 장치 내의 산소를 제거하는 것이 바람직하다.
이를 위해, PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 것이 바람직하며, 일례로 진공펌프를 가동시켜 반응 장치 전체의 압력을 10-3 torr이하로 형성할 수 있다.
다음, 수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계;를 수행한다.
상기 단계는 PTFE의 상압 열분해를 위해 반응 장치 내의 압력을 상압 즉, 약 1atm으로 형성하기 위한 것이며, 본 발명은 수증기를 이용하여 반응기 내의 압력을 상압으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
다음, 상기 열분해 반응기 상단에 배치되며 내부에 냉매가 순환하는 냉각 자켓을 가동시켜, 냉매가 순환되도록 함으로써, 이후 PTFE의 열분해에 의해 발생되는 열이 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로 전달되는 것을 방지한다.
다음, 열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 수행한다.
상기 단계는 PTFE를 열분해하는 단계이다.
이때, 상기 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE는 중력에 의해 PTFE 1차 저장조에서 PTFE 2차 저장조로 이송될 수 있고, PTFE 2차 저장조 하부에 배치된 매스 플로우 장치를 이용하여 PTFE의 상태가 변화하지 않으면서도 연속적으로 정량으로 PTFE를 열분해 반응기 내에 투입할 수 있어, 효과적인 연속 공정을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 PTFE의 열분해에 필요한 열을 제공하기 위해 가열로를 통해 상기 열분해 반응기를 500℃ 내지 1000℃의 온도로 가열함과 동시에 열분해 반응기 내에 고온의 수증기, 바람직하게는 PTFE를 열분해하기에 충분한 온도로 가열된, 즉 500℃ 내지 1000℃의 온도로 가열된 수증기를 공급하는 것을 특징으로 한다.
만약, PTFE의 열분해시 고온의 수증기 공급없이 외부 가열기 즉 가열로만을 이용하여 열분해 반응기에 열을 공급할 경우, 반응기 표면의 온도와 반응기 중심부의 온도차가 커 PTFE의 열분해가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
상기 수증기는 수증기 저장조로부터 공급되며, 수증기 가열수단을 통해 가열될 수 있다. 또한, 수증기 공급 조절부를 통해 상기 수증기 저장조로부터 열분해 반응기로 공급되는 수증기의 양을 조절하여 열분해 반응기의 압력을 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 열분해시 수증기에 의해 1atm 내지 1.5 atm의 압력을 형성하는 것이 바람직하고, 1.2atm 내지 1.5atam의 압력을 형성하는 것이 보다 바람직하다.
반응기 내에서 사불화에틸렌 수지의 접촉시간이 길면 열분해 전환율 상승에는 유리하나 그 시간이 너무 길면 2차 반응이 일어나 육불화프로필렌 및 OFCB 등 높은 비점의 부생성물이 형성되므로, 적당한 체류 시간을 갖도록 길이를 조절하는 것이 바람직하고, 체류시간은 0.001 내지 30 초가 바람직하고, 0.01 내지 10 초가 더욱 바람직하다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 PTFE의 열분해를 통해 TFE를 얻을 수 있다.
이를 위해 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 상기 수직형 열분해 반응기로부터 배출되는 사불화에틸렌 혼합가스 및 수증기를 응축 냉각시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 단계는 수직형 열분해 반응기의 반응혼합물 배출구와 연결된 급속 냉각기에서 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 상기 단계를 통해 600 내지 1000 °C에서 열분해된 사불화에틸렌 혼합가스와 수증기를 급속냉각시켜 추가반응을 통제할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법은 상기 급속 냉각기와 연결된 수분흡착부를 통해 반응혼합물에 포함된 수분을 추가로 제거할 수 있다.
이후, 상기 반응혼합물의 TFE를 -142℃ 이하로 유지되는 TFE 응축조에서 응축 및 고형화할 수 있고, TFE 저장탱크 내에 저장할 수 있다.
또 다른 일 측면에서는,
상기 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계; 및
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여, 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법이 제공된다.
또 다른 일 측면에 따른 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법은 전술한 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지 상압 열분해 방법의 구성을 모두 포함할 수 있다.
이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시 예 및 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시 예 1>
도 1의 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용하여 사불화에틸렌을 이하의 방법으로 제조하였다.
도의 PTFE 1차 저장조(10)에 PTFE(M-292, Daikin, Japan) 50 kg을 채우고 전체 시스템을 10-3 torr로 배기한 후 밀폐하였다. 이후 상압의 수증기를 이용해 1차 PTFE 저장조(10)를 상압으로 유지하였다. 동시에 수직형 관형 반응기(40)내에 약 650 ℃의 고온의 수증기를 투입하고 외부 가열기로 가열하여 650 ℃로 승온하고, 냉각자켓(70)을 통해 -5 ℃ 내지 -10℃의 순환냉매를 가동하여 PTFE 1차 저장조(20), PTFE 2차 저장조(20) 를 냉각하였고, 급속 냉각기(80)를 상온의 냉각수를 사용하여 냉각하였다. PTFE 1차 저장조(10) 및 PTFE 2차 저장조(20) 사이의 밸브를 열어 PTFE 1차 저장조(10)의 PTFE를 PTFE 2차 저장조(20)로 투입하고, 2치 저장조 하부의 매스 플로우 장치(30)를 운전하여 2 kg/h의 속도로 PTFE를 열분해 반응기(40)에 투입하였다. 이때 반응기에 투입되는 PTFE 및 수증기의 양의 몰분율은 [PTFE 2,000g/100]/[H2O]=1/5하였으며, 반응기의 압력은 0.2 atmG(즉, 1atm)였다. 열분해된 TFE를 포함하는 반응혼합물은 연속적으로 급속 냉각기로 이송되어 수증기를 응축제거되고 TFE는 저장탱크에 저장되었다. PTFE 1차 저장조(10)의 PTFE 소진 및 TFE 저장에 따라 교대로 PTFE 충진/배기조작을 반복하며 60시간 운전하였다. 얻어진 가스를 분석한 결과 사불화에틸렌 80.0 %, 육불화 프로필렌 15.0 %였고, 기타 저비점물 및 OFCB가 이하 표 1과 같이 생성되었다.
<실시 예 2-4>
상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 수행하되 반응기에 투입되는 PTFE 및 수증기의 양의 몰분율 [PTFE 2,000g/100]/[H2O], 반응기 압력, 및 연속 반응시간 등을 다음의 표 1과 같이 달리하여 수행하였다.
<비교 예 1,2>
상기 실시예 1과 동일한 장치이되, 2차 저장조 하부에 매스 플로우 장치가 설치되어 있지 않고, 2차 저장조와 수직형 열분해 반응기 사이에 수직형 스크류 피더(비교예 1), 또는 수평형 및 수직형 스크류 피더(비교예 2)가 설치되어, 2차 저장조로부터 PTFE를 수직형 열분해 반응기로 공급하는 장치를 사용하여 열분해 반응을 다음 표 1의 조건으로 수행하였다. 비교예 1 및 비교예 2의 경우, 공정 시작 후 1시간 이내에 스크류 피더 내 사불화에틸렌 수지의 걸림 및 막힘 현상이 발생하여 추가 반응 진행이 어려웠다.
| 사불화 에틸렌 수지 투입량 (Kg/hr) |
사불화 에틸렌 수지 2000g/100 H2O |
반응기 온도 (°C) |
반응기 압력 (atmG) |
생성물 조성(%) |
연속 반응 시간 (h) |
||||
| 사불화 에틸렌 |
육불화 프로필렌 |
OFCB | 저비점물 | ||||||
| 실시예1 | 2 | 1/5 | 650 | 0.2 | 80.0 | 15.0 | 4.0 | 1.0 | 60 |
| 실시예2 | 2 | 1/5 | 650 | 0.2 | 83.0 | 12.0 | 3.0 | 2.0 | 100 |
| 실시예3 | 2 | 1/4 | 650 | 0.15 | 85.0 | 13.0 | 1.5 | 0.5 | 150 |
| 실시예4 | 2 | 1/3 | 650 | 0.17 | 80.0 | 15.0 | 4.0 | 1.0 | 200 |
| 비교예1 | 2 | 1/4 | 650 | -0.99 | 87.0 | 8.0 | 4.0 | 1.0 | < 1 |
| 비교예2 | 2 | 1/4 | 650 | 0.1 | 83.0 | 11.0 | 4.0 | 2.0 | < 1 |
<실시예 및 비교예 결과 검토>
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시 예 1 내지 4의 경우 수증기를 이용하여 0.2atmG 내지 0.17atmG의 압력에서 80%이상의 TFE를 함유하는 가스를 60 시간 이상 연속적으로 회수할 수 있음을 확인하였다.
일 실시 예에 따른 PTFE 열분해 반응 장치는 진공이 아닌 상압에서 PTFE 열분해를 통해 TFE를 고순도로 제조할 수 있어, 진공을 유지해야하는 데 발생되는 비용 및 문제를 해결할 수 있으며, 또한 원하는 사용장소에서 손쉬운 방법으로 TFE를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다. 또한, 공정 중간 없이, 연속적으로 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
10: PTFE 1차 저장조
20: PTFE 2차 저장조
30: 매스 플로우 장치
40: 수직형 열분해 반응기
41: PTFE 투입부
42: 수증기 투입부
43: 열분해 반응기 내부공간
44: 가열로
45: 반응혼합물 배출부
46: 정자형 방열판
47: 볼
48: 누적층 분쇄장치
50: 수증기 저장조
60: 수증기 가열수단
70: 냉각자켓
80: 급속 냉각기
90: 수분 흡착부
100: 중합 방지제 투입조
110: 이송 관찰창
20: PTFE 2차 저장조
30: 매스 플로우 장치
40: 수직형 열분해 반응기
41: PTFE 투입부
42: 수증기 투입부
43: 열분해 반응기 내부공간
44: 가열로
45: 반응혼합물 배출부
46: 정자형 방열판
47: 볼
48: 누적층 분쇄장치
50: 수증기 저장조
60: 수증기 가열수단
70: 냉각자켓
80: 급속 냉각기
90: 수분 흡착부
100: 중합 방지제 투입조
110: 이송 관찰창
Claims (12)
- 분말, 입자, 또는 스크랩형태의 PTFE를 저장할 수 있는 PTFE 1차 저장조;
상기 PTFE 1차 저장조와 연결되어 상기 PTFE 1차 저장조로부터 공급받은 PTFE를 보관하고, 하부에 배치된 매스 플로우 장치로, 공급받은 PTFE를 하부에 연결되는 열분해 반응 장치로 정량 공급하는 PTFE 2차 저장조;
반응 장치 내 공급되는 수증기를 보관하는 수증기 저장조;
반응기에 공급되는 수증기를 가열하는 수증기 가열수단; 및
상기 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급받고, 상기 PTFE 2차 저장조로부터 PTFE를 정량 공급받아 1atm 내지 1.5atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 수직형 열분해 반응기;를 포함하는 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 열분해 반응기 상단에 배치되며 내부에 냉매가 순환하는 냉각 자켓;을 더 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수직형 열분해 반응기는 내경이 50mm 내지 200mm이며, 길이가 500mm 내지 1500mm인 원통형인, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수직형 열분해 반응기는
PTFE가 투입되는 PTFE 투입부;
수증기가 투입되는 수증기 투입부;
PTFE의 열분해 반응이 일어나는 내부공간;
상기 내부 공간을 둘러싸도록 형성되어 PTFE를 가열하는 가열로; 및
반응혼합물이 배출되는 반응혼합물 배출부;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 수직형 열분해 반응기는
상기 내부공간 하단에 배치되는 다공성 플레이트가 다층으로 구성된 정자형 방열판; 및 상기 플레이트상에 배치된 복수의 볼;을 더 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 수직형 열분해 반응기는
상기 내부 공간에 생성되는 PTFE 누적층을 제거하는 누적층 분쇄장치;를 더 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치.
- 제1항의 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치;를 포함하는, 사불화에틸렌의 제조장치.
- 제7항에 있어서,
상기 수직형 열분해 반응기로부터 배출되는 사불화에틸렌 혼합가스 및 수증기를 응축 냉각시키는 급속 냉각기;를 더 포함하는, 사불화에틸렌의 제조장치.
- 제8항에 있어서,
상기 급속 냉각기와 연결되어, 수분을 추가 제거하는 수분흡착부;를 더 포함하는 사불화에틸렌의 제조장치.
- 제1항의 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지 상압 열분해 방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계; 및
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 방법.
- 제1항의 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법으로서,
PTFE 1차 저장조에 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 채우는 단계;
PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부를 10-3 torr이하의 진공으로 형성하는 단계;
수증기 저장조로부터 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 및 열분해 반응기 내부에 수증기를 투입하여 상압을 형성하는 단계; 및
열분해 반응기에 상기 PTFE 1차 저장조, PTFE 2차 저장조, 로부터 분말, 입자 또는 스크랩형 PTFE를 공급하고, 수증기 가열수단에 의해 500℃ 내지 1000℃온도로 가열된 수증기를 공급하여, 1atm 내지 1.5 atm의 압력 분위기에서 PTFE에 대한 열분해를 수행하는 단계;를 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 열분해의 사불화에틸렌 혼합가스 및 수증기를 응축 냉각시키는 단계;를 더 포함하는, 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020220169207A KR20240084396A (ko) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 사불화에틸렌 수지의 상압 열분해 반응 장치 및 이를 이용한 사불화에틸렌의 제조방법 |
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| KR0177870B1 (ko) | 1995-09-11 | 1999-05-15 | 이종학 | 폴리테트라플루오르에틸렌으로부터 테트라플루오르에틸렌을 제조하기 위한 연속공정 |
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| CN1323993C (zh) * | 2002-03-01 | 2007-07-04 | 大金工业株式会社 | 含氟单体的制造方法 |
| JP2004346000A (ja) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Taiyo Kogyo Corp | ケミカルリサイクル方法 |
-
2022
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-
2023
- 2023-11-22 WO PCT/KR2023/018883 patent/WO2024122941A1/ko unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0177870B1 (ko) | 1995-09-11 | 1999-05-15 | 이종학 | 폴리테트라플루오르에틸렌으로부터 테트라플루오르에틸렌을 제조하기 위한 연속공정 |
| KR100376273B1 (ko) | 2000-07-12 | 2003-03-15 | 니카코리아 (주) | 연속 폴리테트라플루오르에틸렌 열분해 반응장치 및 이것을 이용한 테트라플루오르에틸렌 제조방법 |
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|---|---|
| WO2024122941A1 (ko) | 2024-06-13 |
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