KR790000900B1 - 화학 반응 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

화학 반응 방법

제1도는 본 발명 방법을 수행하기 위한 반응장치의 하나의 실시예의 설명도.

제2도는 제1도의 일부 확대도.

제3도는 실시예의 설명도.

제4도는 다른 실시예의 설명도임.

본 발명은 반응 물질들을 혼합할 때에 노(爐)에 해로운 부식적 환경을 형성하는 화학반응 방법에 있어서, 노를 그러한 부식으로부터 방지하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법의 전형적인 응용은, 예를들면 프로필렌 및 H₂SO₄로부터 이소프로필알코올을 제조하거나 HCI 또는 물로부터 염산을 제조하거나 요소합성의 방법들이 있다.

종래에는 암모니아와 이산화탄소를 오오토클레이브 내에서 가압하에 반응시켜 요소를 합성하는 경우, 가장 중대한 결점은, 예를들면 오오토클레이브가 국부적으로 심한 부식을 당한다는 점이다.

이와같은 결점을 해결하기 위한 다수의 제안이 있었는데, 예를들면 특이한 내부식성 장치재료의 선택, 반응혼합물 중에 산소를 존재시킴으로써 금속재료의 부동태화 등을 일으킨 것이 있으나, 특히 암모니아와 이산화탄소의 반응에 의해 암모늄카르바메이트가 생성될때 환기로서는 충분하고 만족할만한 결과가 얻어지지 못했다.

본 발명의 목적은 장치의 부식을 방지하여 열교환이 행해지는 화학적 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가목적은 요소합성법 및 그의 장치를 제공하므로서 장치가 부식되는 것으로부터 예방하고, 공정중에 발생하는 반응열을 회수하는 것이다.

간단히 말하자면, 본 발명은 적어도 하나의 원료가 비부식성인 복수의 원료를 반응대역에서 간접열교환을 행하면서 반응시켜 부식성 반응혼합물을 얻음에 있어서, 상기반응 대역의 부식에 노출되는 표면에 대하여 작은 간극을 가진 결판을 설치하고, 그 표면과 격판에 의하여 구성되는 공간에 상기 비부식성 원료를 유입시켜 그 표면의 부식을 방지하도록 개량한 것이다.

본 발명 방법을 수행하기 위하 장치는 일측에 반응물원료 입구, 타측에 반응생성물 출구, 비부식성 유체 입구개구를 가지며, 또한 다관(多管) 열교환기를 내장시킨 반응장치에 있어서, 상기 열교환기의 1개의 관판(管板)과 반응장치 헤더에 의해서 구분되는 공간내에 그 반응장치 헤더와 작은 공간을 갖고, 또한 이 공간과 거의 상사형(狀似形)으로 형성시킨 원료 유체 혼합용 내용기(內容器)를 내장시키고, 이 내용기에 연통되는 세관(細管)이 상기 헤더에 설치되어 있는 복수개의 관통공에 각각 내접시킨 관과 작은 공간을 개재시킴으로써 개량된 것이다.

본 발명 방법에 의한 장치는 종래의 형태, 즉 수직, 수평 또는 경사형으로 할 수 있다.

본 발명은 암모니아와 이산화탄소로부터의 요소합성 방법을 예로 들어 이하에 상세히 설명될 것이나, 전술한 바와같은 화학방법에 널리 적용 가능한 것으로서, 본 발명은 단지 요소 합성법에만 한정되는 것이 아니다. 예를들면, 본 발명은 프로필렌과 황산의 반응에 의한 이소프로필알코올의 합성에 있어서, 요소합성에 사용한 것과 동일한 장치를 사용하여 프로필렌을 열교환기의 헤더와 내용기의 간극에 유입시키켜 장치의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 염화수소 및 물의 반응에 의하여 염산을 제조함에 있어서도 동일한 장치에 의하여 물을 헤더와 내용기의 간극에 유입시킴으로써 장치의 부식을 방지할 수 있는 것이다.

예컨대, 수직용 반응장치를 사용하여 요소를 합성할 때에는, 암모니아와 이산화탄소 및 필요에 따라서는 암모늄카르바메이트 함유용액을 열교환기 상부에 마련한 인렛트대역(inlet zone)으로부터 내용기 상방의 믹싱대역(mixing zone)에 도입되고, 더우기 내용기 저부에 형성되어 있는 복수개의 세관을 경유하여 유화되는 것이다. 이 경우, 암모니아, 이산화탄소 및 미반응 회수액은 상기 인레트 대역에서 미리 혼합시킨 다음 믹싱대역에 도입시켜도 무방하다.

한편, 열교환기의 헤더 내벽과 상기 관판에 의해 구획된 내부공간 내에서 상기 헤터 내벽과 내용기와의 사이에 있는 간극에는 열교환기 상부에 외부로부터 방식용으로서 암모니아를 유압시키고, 더우기 상기 관판에 천설한 복수개의 관통공에 내접설치한 관과, 상기 관내에 삽입되어 있는 상기 내용기 저부에 연통시킨 세관과의 간극에 유입시키고, 상기 세관의 하단이 상기 내접설치관내에 개구되어 있기 때문에, 이로부터 유출하는 암모니아, 이산화탄소 및 미반응 혼합액과 혼합된다. 이와같이, 열교환기 내벽 및 관판면은 방식용 액체 암모니아의 유동체와 접촉되기 때문에 부식되지 않는다.

이하 본 발명은 그의 실시예로서 첨부도면에 따라 설명하겠다.

제1도는 본 발명의 일예인 암모니아와 이산화탄소로부터 요소 합성에 따른 암모늄카르바메이트 합성관의 상부의 단면도를 나타낸다. 즉, 요소합성 압력하에 액체 암모니아, 이산화탄소 및 순환되는 미반응 암모늄카르바메이트 함유요소 합성관에 송입시키기에 앞서, 다관식 열교환기의 관내에 통과시키고, 이산화탄소와 암모니아를 생성하는 암모늄카르바메이트 생성시의 발열은 셀측(shell side)에서 증기를 발생시킴으로써 발열을 회수하는 장치로서의 요소합성시의 암모늄카르바메이트 합성관을 나타낸다

제1도에 있어서, 액체 암모니아 라인(1), 이산화탄소 타인(2) 및 순환되는 미반응 암모늄카르바메이트 함유 회수액 라인(3)은 믹싱 블럭(4)에서 합류하는 암모늄카르바메이트 합성관 헤더(5)에 도입된다. 합류후의 상태는 통상의 요소합성 압력하에서는 이산화탄소는 전부가 액상의 카르바메이트로 변화되는 것은 아니다, 과잉의 암모니아와 함께 상당한 부분이 가스로 되어 있다. 그의 기액 혼합류 가 부식을 일으키는 원인이 되나, 일반적으로 관판과 관의 용접부분이나 관판의 열처리의 영향이 남아 있는 부분등이 부식되기 쉽다는 것을 알 수 있다.

액체 암모니아 라인(6)에서 분기된 액체 암모니아는 라인(6)에 의해 열교환기의 상부에서 열교환기 헤더내에 방식용으로서 도입된다. 암모늄카르바메이트 합성관 헤더(5)에는 수평관판(7)이 설치되어 있으서, 그의 횡단관판과 암모늄카르바메이트 합성관 헤더 내벽에 구횡형성된 공간내에 부식성의 금속재로, 예컨대 18-8니켈크롬강 등으로 된 내용기(8)이 암모늄카르바메이트 합성관 헤더 내벽에 고정내장되어 있으며 그의 고정수단으로서는 보울트 등이 사용된다. 상기 내용기(8)은 상부가 개구되어 있어서 여기에서 암모니아, 이산화탄소, 미반응 회수액이 내용기내에 도입된다. 내용기와 반응장치 내벽과의 사이에 있는 간극은 서포오트(support)등의 격리수단으로 격리시키고, 그 간극에는 중단되지 않을 정도의 양으로 방식용 액체 암모니아를 유하시킨다. 이 암모니아는 수평관판(7)상에 고이고, 이어서 관판에 천설한 다수의 관통공(10)에 접합수하(接合垂下)시킨 관(9, 9…)의 내측과 상기 용기(8)의 저부에 형성된 세관(11, 11…)의 외측과의 간극에 유하된다.

한편, 전술한 바와같이, 내용기내에 도입된 암모니아, 이산화탄소, 미반응 암모늄카르바메이트 함유 회수액의 혼합기액 본류는 내용기 저부에 연통하여 형성시킨 세관(11, 11…)의 하부 개구에서 유출되는데, 전술한 관판으로부터 관통공관(9)와 세관(11)과의 간극에 유하되어 나온 방식용 액체 암모니아와 혼합된다. 상기 내용기 저부 세관(11, 11…)의 관(9, 9…)내로의 삽입깊이는 부식이 일어나지 않는 깊이로 하고, 그의 선단부는 혼합 유체본류와 방식용 암모니아액의 극간류(隙間流)와 합류시킨다. 경우에 따라서는 세관(11, 11…)은 그의 하단이 관(9, 9…)의 상단과 거의 같은 높이가 되도록 하여도 좋다. 이와같이 함으로써 전열효과(傳熱效果)가 저하되는 것이 방지하도록 되어 있다. 본류와 극간류와의 혼합에 따른 발생열은 증기발생에 이용된다.

제2도는 제1도의 실시예에 의한 수평관판(7)과 관통공판(9), 내용기 저부 세관(11)의 관계를 도시한 부분 확대도이다. 수평관판(7)에는 관통공에 용접부(12)에 있어서 관(9)가 접합수하되고 있고, 관(9) 중에 내용기(8)의 저부세관(11)이 삽입되고 또한 세관(11)의 하단이 개구된다. 혼합기액 본류는 실설 화살표로 나타낸 방향으로 흐르고, 또 방식용 액체 암모니아는 점선화살표로 나타낸 방향으로 흐르는데, 양자는 내용기 저부세관(11)의 하단을 지난 곳에서 합류 혼합된다.

제3도는 제2도와 다른 형식의 관판, 관통공관 내용기 저부 세관의 구조에 대한 실시예를 나타낸다. 관판(7)에 관통공관(9)를 용접부(12)에서 접합시킬 때 접합관(9)의 상부를 제2도의 경우보다도 약간 높게 돌출시켜서 그의 정부(頂部)(13)에 나타낸 세관을 감삽시키고, 그 세관(13)의 외경부는 내용기(8)의 저부에 천공시킨 통공주연부에 당접시키도록 되어 있다. 관통공관(9)에는 유통공(14)가 천설되어 있어서 점선 화살표로 나타낸 액체 암모니아의 유동은 그 유통공을 통하여 세관(13)과 관통공관(9)과의 간극을 흘러내린다. 이 구조에서는 세관을 내용기와 별도로 설치할 수 있으므로 제작이 용이하다는 이점이 있다.

본 발명의 또다른 실시예가 제4도에 도시되어 있는데, 여기에서는 세관(11, 11…)이 내용이(8)의 저부에 연결되어 있어서 관판(7)과 접합된 관(9, 9…)의 개구상부에 임하여 위치하고, 또한 세관(11, 11…)과 관(9, 9…)의 사이에는 공극이 형성되어 있다. 이 간극을 통하여 액체 암모니아가 관(9, 9…)중에 유입된다.

또한, 본 발명에 있어서는 암모니아, 이산화탄소 및 미반응 암모늄카르바메이트 함유 회수액의 혼합 기액 분류를 열교환기 상방으로부터 도입하여 유입시키고 또한 방식용 액체 암모니아도 상방으로부터 유하시키는데, 이와 반대로 혼합기액 본류를 열교환기 하방으로부터 도입하여 내용기내를 상승시키고 또한 방식용 액체 암모니아도 하방에서부터의 상승류로 하고, 상기 실시예를 완전히 반대로 구성하여도 무방하며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상의 열교환기에 있어서는, 발생하는 열을 제거하는 경우의 실시예로서 설명하였으나, 열교환기로서 열을 가하는 경우에도 사용할 수 있고, 더우기 스트리핑(stripping)을 행하는 경우에도 사용할 수 있다. 예컨대, 이산화탄소로 스트리핑을 행하는 경우에는 상기 실시예에 있어서 암모니아 대신에 소량의 이산화탄소를 사용하여도 된다.

이와같이, 본 발명의 방법에 의하면, 열교환기를 장비한 반응장치의 내벽의 부식을 완전히 방지할 수 있을 뿐만아니라, 예컨대 내용기가 부식되더라도 교체가 용이하고, 열교환기를 갖춘 반응장치의 부식구조로서도 최적이다.

Claims (1)

1. 적어도 1종류의 비부식성 유체를 함유한 복수의 유체원료가 열교환기의 헤더중에서 반응되며, 이 헤더의 내면은 부식성 환경에 노출되어 있고, 상기 열교환기에서는 부식성 반응생성물이 형성됨과 동시에 반응열이 간접적으로 교환되는 화학 반응방법에 있어서, 상기 헤더의 내면과 근소한 간극을 갖는 격판을 설치하고, 비부식성 원료는 이 헤더 내면과 격판의 일측과의 사이에 유입시키고, 한편 상기 복수의 원료는 상기 격판의 타측에 유입시킴으로써 상기 헤더 내면이 부식성 환경과 접촉되지 않도록 보호시킨 다음, 상기 복수의 원료와 비부식성 원료가 혼합되어 상기 반응생성물을 형성하는 것을 특징으로 하는 화학반응방법.

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