KR910002881B1 - 산화에틸렌 반응기 - Google Patents

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제이 오지로우 브라이언
디이 베커 스탠리
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사이언티픽 디자인 캄파니 인코포레이팃드
케니스 다불류 훠거슨
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Abstract

내용 없음.

Description

산화에틸렌 반응기
제1a도는 본 발명에 따라 제작되고 조작되는 다관식 반응기를 나타낸다.
제1b도는 제1a도의 반응기 일부를 확대한 것이다.
제2도는 본 발명에 따른 전형적인 반응기의 성능을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반응기 12a : 불활성 고채로 충전된 관
12b : 촉매함유관 12c : 불활성 고체로 충전된 관
12d : 비어있는 관 14 : 관시트(tube sheet)
16, 18 : 배플(baffle) 20 : 보일러급수(Bfw)
본 발명은 화화적발열반응을 수행하는데 사용되는 관형 반응기 설계에 관한 것이다. 바람직하게는 본 발명은 에틸렌을 산화에틸렌으로 촉매산화하는 방법 및 거기에 사용되는 반응기에 관한 것이다.
일반적으로, 에틸렌산화반응은 촉매가 관내에 배치되고, 발열되는 반응열이 관 외부를 순환하는 액체에 의해 제거되는 다관식 반응기에서 수행된다. 촉매관에 공급되는 기체는 에틸렌과 산소 및 그외 질소, 산화탄소, 아르곤같은 다른 기체들을 함유한다. 반응이 수행되는 조건이 장치의 세부 설계에 영향을 미치긴 하나 이들이 본 발명의 유효도에 결정적인 영향을 미치지는 않는다.
통상적으로 사용되는 반응기에서 기체는 셸(shel1) 측면상에 있는 냉각액보다 더 높은 온도애서 반응관을 떠난다. 각 관으로부터의 기체의 온도는 산화가 일어나는 동안 방출되는 일과 냉각액에 의해 제거되는 열의 양에 의존 할것이다. 조작조건은 최상의 결과가 얻어지도록 조절될 것이다. 촉매활성이 감소됨에 따라 배출구 온도가 상승된다.
선행기술은 유출기체가 반응후에 냉각되는 방법과 관련되어 왔다. 촉매배드의 배출구에서의 기체온도는 각종 인자에 따라 달라지나 약 230-300℃이다. 이런 온도에서 산화에틸렌이 아세트알데히드로 이성질화되어 손실되는 것을 최소로 하고 특히 온도가 증가됨에 따라 탄화수소가 산화탄소 및 물로 연소되는 것을 막기 위해선 즉시 기체를 냉각시키는 겻이 중요하다.
연소가 급속히 국부적으로 일어나 과도한 압력과 온도를 야기할 수 있으며 따라서 산화에틸렌 생성에 손실을 야기하여 보정작업을 해야하며 심한 경우엔 장치를 위태롭게 하기도 한다. 따라서 유출기체온도를 신속히 저하시킬 수 있는 경우, 가장 효율적인 상태에서 디 안전하고 더 안정하게 조작이 이루어진다.
다수의 관을 균일하게 냉각시키는 것은 어려운 것으로 알려져 왔다. 또한 제거된 열은 가장 효율적인 조작이 이루어질 수 있으려면 유용하게 사용되어야 한다.
영국 특허 제1,449,091호 및 제1,449,092호에 유출기체와 유입되는 공급기체사이의 열은 일반적으로 외부일 교환기에서 교환되는 것으로 나타났다. 그런 장치의 단점은 배출기체가 밀폐된 열교환 루우프를 경유해 공급기체에 열을 전달해 주는 그런 특허권자의 공지된 장치와 관련하여 논의된다. 공급기체는 열전달을 용이하게 해주는 불활성 충진물을 함유하고 있는 반응관의 한 연속구간에서 가열된다. 유출기체는 외부 열교환기, 바람직하게는 고체충진물를 함유하고 있지 않은 외부 열교환기로 보내질 수 있거나 충진되어 있거나 있지 않을수 있는 관의 제2연속구간에서 열을 그대로 방출하고 150℃이하로 냉각될 수 있다. 실제로 이런구간에서 충진물의 사용은 알게될 것처럼 빈관에서 열전달이 비효율적이기 때문에 고려될 것이다.
미합중국 특허 제4,061,659호에 지적되어 있는 바와 같이 냉각대역내 충진물의 사용은 그것이 고온에서의 체류시간을 감소시켜 그 결과 산화에틸렌의 손실을 감소시켜 주기 때문에 바람직하다. 특허권자는 산화에틸렌의 손실을 제한하기 위해선 불활성 충진물의 표면적을 최소로 하는 것이 중요하다고 서술했다. 이것은 알루미나 및 실리카같은 고 표면적 고체를 알킬렌산화물을 이성질화하는데 사용할 것을 제안한 종래의 특허와 일치하는 것으로 나타난다.(미합중국 특허 제2,660,609호 참조) 이들 관내에 불활성 충진물을 사용하는 또 다른 이유는 열제거를 효율적으로 하는데 필요한 높은 속도와 난류를 유지하기 위해서이다. 충진물이 없는경우, 유출기체는 속도가 저하되고 관 측벽의 열전달계수가 약 80-90%로 낮아져 그 결과 반응기체냉각이 크게 감소되게 된다. 이것은 필요한 냉각을 얻기위해 부가의 관 길이와 바람직하지 않은 체류시간을 필요로 하게된다.
연속된 냉각구간내 충진물의 사용은 또한 일본 특허 공보 제32408/79호 및 제19206/80호에 나타나 있다.
각 관의 실질적으로 동일한 온도로 냉각되려면 균일한 분포를 가진 냉각액체를 얻는 것이 중요하다. 유출기체의 내부온도가 적절히 저하될 수 있더라도, 나머지 관들이 아주 높은 온도로 남아있는 반면 몇몇 관들이 내부온도이하로 냉각되는 것은 바람직하지 못하다. 각 관들이 동일온도를 가진 냉각액체흐름에 의해 동둥하게 냉각되는 것이 이상적이다. 이것이 본 발명의 목직이다.
분자산소를 사용하여 지지 은 촉매상에서 에틸렌을 산화에틸렌으로 산화시키는 공정은 발열반응열을 제거하기 위해 순환 액체와 접촉하는 촉매를 함유하고 있는 다수의 관을 가진 반응기내에서 통상적으로 수행된다. 산화에틸렌의 손실을 감소시키고 반응기 배출구에서 조절되지 않고 국한된 연소의 위험성을 줄이는 것은 불활성 입자가 충진되어 있으며 하류촉매가 배치되어 있는 관 구간내에서 유출기체를 조절냉각함으로써이루어질 수 있다. 유출기체의 균일냉각은 냉각을 최소로 하고 온도상승을 최소로 하면서 관 주위의 냉각액을 균일하게 분포시키는 저난류(즉, 거의 층상)상태로 기체들이 있는 별도의 분배대역내로 관을 연장시킴으로써 본 발명에 따라 얻어진다. 바람직하게 냉각대역내에서 보통 사용되는 불활성 충진물은 생략될 것이다. 대안적으로, 분배대역은 저-난류흐름이 유지되기만 한다면 몇몇 지지물질을 함유할 수 있다. 관내부의 열전달계수는 약 200㎉/hr-m2-℃ 이하, 바람직하게는 150㎉/hr-m2-℃ 이하, 가장 바람직하게는 80㎉/hr-m2-℃ 이하여야 한다.
바람직한 적용에서, 유출기체는 냉각대역내에저 약 20-35℃ 냉각될 것이나 분배대역내에서는 약 6℃이하 냉각되어 유출기체의 균일한 냉각을 얻고 많은 관들사이에 온도차를 최소로 해주게 된다. 충진된 냉각대역내 유출기체의 열전달계수는 바람직하게 약 485-560㎉/hr-m2-℃ 일것이며 냉각액의 열전달계수는 약300-450㎉/hr-m2-℃로서 총 열전달계수가 약 185-250㎉/hr-m2-℃ 일것이다. 분배대역내에서 저난류를 가진다면, 상응하는 열전달계수는 관내부에서 약 50-70㎉/hr-m2-℃이며 냉각액에 대해서300-450㎉/hr-m2-℃로서 총 열전달계수는 40-60㎉/hr-m2-℃가 된다. 관사이의 온도차이는 약 2℃정도로 적게 유지될 수 있다.
바람직한 구체예에서, 냉각액은 물로서, 이들은 기체배출구 근처로 도입되어 방사상으로 안쪽으로 그리고 분배대역내 관에 대해 평행으로 흐른다. 이어 물은 분배대역과 냉각대역을 분리하는 배플내 환상개구부(開口部)를 통해 흐르며 그후 유출기체를 냉각하는데 사용된다. 냉각대역을 떠나서, 가열된 물은 반응구간내로 들어가 재순환하는 보일러급수와 혼합하여 비등에 의해 발열반응일을 제거한다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 한셋트의 촉매함유관이 관시트사이에 배치되 있으며 셸에 의해 둘러싸여 반응열을 제거하는 열교환기로서 작용하는 증기상 발열반응을 위한 관형반응기를 포함한다. 반응으로부터 나온 유출기체는 분배대역을 형성하는 관의 연속구간내로 보내지며 여기서 기체류가 저난류를 만들어내어 여기서 최소냉각이 이루어진다. 유출기체 온도차가 최소가 된다. 일전달 액체는 단지 약간만 가열되며 분배대역내 균일하게 분포되어 반응기 냉각대역내 유출기체가 균일하게 냉각되게 해준다.
에틸렌을 산화메틸렌으로 산화시키는 것은 잘알려진 공업적 공정이다. 보통은 에틸렌이 반응기내로 재순환되는 기체흐름내로 공급되고 거기서 에틸렌이 일부 전환된 후 냉각 및 스크루빙장치를 거치면 거기서 산화에틸렌이 물에 흡수되어 제거된다. 산화에틸렌 생성물이 제거된 후 기체류는 압축되어 반응기내로 재순환된다. 산화부산물인 산화탄소는 퍼어징 또는 스크루빙에 의해 재순환 기체흐름으로부터 제거된다. 에틸렌 공급원료의 약 10-20%만인 선택적으로 약 70-80%의 산화에틸렌으로 전환되며 나머지는 연소되어 산화탄소와 물로된다. 따라서 재순환 기체흐름은 상당량의 에틸렌을 함유하며 전환되는 양을 보충하기 위해 충분한 양이 첨가된다. 이 분야에 잘알려진 각종 불활성 물질이 반응의 밸러스트 기체로 사용될 수 있다. 예컨대 질소, 메탄 및 에틸렌을 산화에틸렌으로 산화시키는데 나쁜 작용을 갖고있지 않은 기타물질들이 사용된다. 염소화 탄화수소같은 조절제가 산화에틸렌에 대한 선택성을 증진시키기 의해 소량 사용된다.
산화반응기의 구조는 도면 1을 참조로 하여 볼수 있으며 비록 이것이 본 발명에 따라 설계된 반응기를 나타내고자 했으나 물론 통상적인 구조를 설명하는 데도 사용될 수 있다. 신선한 에틸렌공급재료(24)가 재순환 기체흐름(26)과 합류되어 반응기(10)내로 도입된다. 혼합기체는 수직으로 배향되어 있으며 셸로 둘러싸여 있으며, 투관형 열교환기와 비슷한 관(12)로 표시된 많은 촉매함유 관내로 도입된다. 이들 관들은 내부직경이 보통 약 20-40㎜이다. 그들은 유입관시트(14a)와 배출관시트(14b)사이에 밀폐되어 있다. 반응기(10)의 셸측벽은 반응열을 제거하는 순환액체를 가지고 있다. 물, 모빌썸(Mobiltherm), 다우썸(Dowtherm) 및 케로신같은 각종 액체가 사용되고 있으나 본 발명은 특히 비등수를 사용하는 것이 적합하다. 셸내에 있는 비등수에 의해 생성된 증기는 반응기 상부근처에서 연속제거되어 재순환기체의 예열과 같은 각종 목적에 사용된다. 본 도면에서 증기는 열전달을 용이하게 하기위해 블활성 고체로 충진된 각 관의(12a) 구간내에 있는 유입되는 공급재료기체를 예열한다. 이 기체는 반응온도 근처 보통 200-240℃로 된다. 예열구간은 본 발명에 필요한 것은 아니며 그 기능은 외부 열교환기에 의해 제공될 수도 있다.
기체는 각 관의(12b) 구간을 통해 아래로 지나가며 이 구간은 촉매, 보통 이 분야에 잘알려진 지지 은촉매를 함유한다. 이런 촉매들은 보통 에틸렌을 약 70-80% 선택적으로 산화에틸렌으로 전환시키나 에틸렌의 전환율은 오직 10-20%로 낮다. 원하는 반응에 의해 방출된 열에 더해 동시에 생긴 실제적인 연소열은 관벽을 통해 지나가 셸측벽상에 있는 물을 비등시킨다. 예컨대, 길이 6-10m되는 촉매구간(12b)를 통과한 후 뜨거운 유출기체는 냉각단계로 들어갈 준비가 되며 산화에틸렌은 보통 앞서 논의된 선행기술로부터 익숙한 불활성 고체로 충진된 각 관의 연속구간(12c)내에서 회수된다.
앞서 설명한 바와 같이, 생성된 산화에틸렌의 일부는 아세트알데히드로 이성질화되고/거나 산화탄소와 물로 산화되어 손실될수 있다. 일단 기체가 촉매를 떠나면 이들을 속히 냉각시켜 산화에틸렌의 손실을 피하는 것이 아주 바람직하다. 또한 조절되지 않는 연소가 대량의 뜨거운 반응기체가 존재하는 곳에서 일어나, 이것이 반응기 조작의 조정을 불가피하게 만들어 산화에틸렌 생성의 손실을 가져올 수 있으며 장치에 손상을야기할 수 있다.
도면에서, 관을 냉각하기 위해 보일러급수(20)이 사용된다. 통상의 열교환기에서는 액체의 내부온도가 장치를 결정하는데 충분하지만, 산화에틸렌 반응기에서는 관과 관사이의 온도차를 최소화하는 것이 중요하다. 통상의 대형 반응기가 12,000개 까지의 관을 가질수 있으며 직경 5m이상안 점을 생각하면 실질적인 어려움을 감지할 수 있을 것이다. 본 발명에 따라 배플(l6)을 통해 통과하는 각 관둘레에 환상의 개구부를 제공해 줌으로써 균일하고 신속한 냉각이 이루어진다. 물은(기술될) 아래 공간으로부터 위쪽으로 흐르며 각 관과 반대방향으로 접촉하게 되며 물은 층상흐름으로 있게된다. 냉각시킨 후 물의 흐름은 이미 설명된 대로 배플(18)을 통해 비들이 일어나는 반응영역으로 가게된다. 각 관내에 있는 유출기체에 공급되는 냉각정도가 다른 관의 그것과 같도록 하기 위해선 배플(16)을 통과할때 각 물의 흐름의 온도가 같은 것이 이상적이다. 물유입구가 각 관마다 편리하게 설쳐될수 없다. 따라서 냉각대역 주변에 배치된 다수의 유입구가 위치해 있다해도, 대량의 물이 외부관에 의해 가열되게 되며 그 결과 너무 뜨거워 내부관에 필요한 냉각을 제공할 수 없게 된다. 각 관에 거의 동일온도하에 있는 냉각수 흐름을 제공하는 것이 본 발명의 특징이다. 이것은 최소냉각이 행해지는 물 분배대역을 형성함으로써 이루어진다.
이것을 이루기위해선 충진냉각구간(12c)의 각 관의 하류의 연속관 구간(12d)가 비어있어야 한다. 유출기체는 비충진구간(12d)내에서 속도가 극도로 저하되어 관측벽상 열전달이 충전대역(12c)의 전달값의 약10%로 감소된다. 그 결과 생긴 저-난류는 관측벽상 열전달계수를 감소시킨다. 여기서 "저-난류"란 당업자들에 의해 난류체재 하부의 유속을 말하는 것으로, 거의 층상류와 근사한 흐름으로 이해될 것이다. 여기서 열전달계수는 높은 난류에 의해 생긴것으로부터 크계 감소되며, 난류는 보통 우수한 열전달을 원할 경우 사용된다. 본 발명에 따라서, 관-측벽 열전달계수는 약 200-㎉/hr-m2-℃ 이하, 바람직하게는 150㎉/hr-m2-℃ 이하 가장 바람직하게는 80㎉/hr-m2-℃ 이하 일것이다. 바람직한 구체예에서 열전달계수는 약 50-70㎉/hr-m2-℃이다. 물이 셸측벽상에 층상류로 분포되게 되어 그 결과 열전달율이 크게 제한되게 된다. 냉각액인 물의 열전달계수는 보통 약 300-450㎉/hr-m2-℃ 일것이다. 보일러급수(20)은 셸외측벽 근처 여러지점으로부터 분배대역으로 도입되어 오직 약간만 기체를 냉각시키면서 반응기 중앙내부로 급진적으로 통과하게 될 것이다. 배플(16)에 있는 통로를 통해 각 관둘레로 흐르는 물은 개구부의 크기에 의해 조절될 수 있다. 종래의 냉각대역이 제공할 수 있었던 온도차이가 약 15-20℃인데 비해 적당한 크기를 갖는 분배대역은 각 관사이의 온도차이를 약 2℃정도로 적게 제한할 수 있다. 이렇게 온도차를 최소로 하는 것은 조절되지 않은 연소와 그와 연관된 영향들을 피하면서 고온에서 반응기를 조작하고자 원할 경우 중요한 잇점이 될 것이다.
반응기 하부를 제1b도에 확대해서 나타냈다. 보일러급수(bfw)는 관을 횡단하는 균일한 흐름이 얻어질수 있도록 반응기 원주주위에 배치된 여러 도입노즐을 통해 도입된다. 물은 다수 관들의 중앙으로 흐르며 여기선 관을 명백히 볼수 있도록 단지 3개만 나타냈다. 일부 물은 각 관(12)와 배플(16)사이에 있는 환상개구부를 통해 위로 보내진다. 관의 셸측벽상에 열전달계수를 낮게 하기위해 물의 속도를 낮게 유지시키며 그것은 보통장치의 냉각구간에서와는 반대로 관 내측벽상 저속과 협력하여 반응기체로부터 물로 열이 전달되는 것을 제한한다. 물은 냉각구간내 관을 따라 위로 흘러 관과 배플(18)사이의 환상의 공간으로 배출되어 반응구간으로 도입되며, 거기서 비동이 일어나 발생된 열이 제거되게 된다. 구간(12b)는 촉매로 충진되어 있으며, 반면 구간(12c)는 바라는 냉각이 용이하도록 고체입자로 충진되어 있다. 구간(12d)는 비어있거나 또는 열전달을 크게 증가시키지 않는 그런 고체만을 함유한다.
본 발명의 실제적 용을 하기 실시예에 나타냈다.
[실시예 1]
제1a도의 반응기(10)은 개략적으로 나타낸 것이나 전형적인 통상의 모양은 31.3㎜의 내부직경을 가진 관을 5160개 함유하는 내부직경이 4m인 그런 반응기이다. 반응기 셸은 횡단면적중에 거의 균일하게 분포된 관들(12)와 함께 수직으로 배향되어 있다. 각 관은 유입관시트(14a)와 배출관시트(14b)내에 밀폐되어 있다. 내부배플(16)과 (18)은 셸측벽의 하부를 분재대역과 냉각대역으로 나눈다. 배플(16)과 배플(81)은 냉각대역을 정의하는 반면, 배플(16)과 배출관시트(14b)는 분배대역을 정의한다. 온도 168℃의 보일러급수(20)는 분배대역에 공급되며 거기서 그것은 최소로 가열되면서 분배되며 물 흐름은 각 관이 그것을 통과하는 배플(l6)에 있는 환상의 개구부를 통해 흐르게 된다. 바라는 보일러급수의 거의 균일한 분배가 얻어지기에 충분한 개구부를 남기면서, 관의 외부직경은 38.1㎜이며 개구부의 직경은 약 38.9㎜이다. 물은 그것과 제휴하고 있는 관에 인접한 층상류로 위로 통과하며 열을 받아 온도가 거의 비점까지 올라가게 된다. 재순환급수의 대부분은 배플(18)의에 있는 도입관시트(14a)와 배플(18)에 의해 정의되는 주 열제거가 구간으로 공급되며 거기서 물이 비등하여 관(22)를 통해 증기로 제거된다. 각 관의 길이는 10.6㎜이며 그중 8m가 우수한 접촉력을 제공할 수 있으나 관을 통한 기체흐름을 지나치게 제한하지 않는 그런 크기인 6-8m 지지체상 지지 은 촉매로 채워진다. 예열 대역은 길이가 약 0.6m이며 이것은 셸측벽상에 이행된 물의 수위에따라 달라질 수 있다. 예열은 촉매지지체로 사용되는 것과 유사한 불활성 물질로 충진된 영역내에 있는 공급기체에 공급된다.
배플(16)과 (18)사이의 냉각대역은 길이가 1.5m이며 관은 바로 언급했던 예열에 사용했던 것과 유사한 불활성인자로 채워친다. 양 대역에 불활성 물질을 포함시키는 목적은 셸측벽상을 흐르는 유체에 또는 유체로부터 열전달을 용이하게 하기 위해서이다. 즉 예열대역내 증기로부터 열을 받고, 냉각대역내 보일러급수에 얄을 넘겨주기 위해서이다. 본 발명에 따라서, 분재대역내로 뻗어나간 각 관의 구간은 열전달을 보조하는 불활성 물질이 없는 것이 바람직하다. 바라는 저난류를 얻기위해선 관(12d)내에 있는 어떤 고체물질도 기체흐름을 중대하게 방해해선 안된다. 관내부에 있는 기체는 냉각대역내 불활성 입자사이의 공간을 통해 속도가 약 3m/sec로부터 빈 분배대역내에서는 1.0m/sec로 감속된다. 따라서 열전달역량이 90%로 감소된다. 분배대역의 셀측벽상에 있는 보일러급수의 속도 또한 셸측벽상에 열전달을 최소로 하기위해선 낮게 유지시켜야 한다.(즉, 아-난류상태로) 따라서, 분배대역은 보일러급수를 여러개의 물흐름, 각 관에 대해 하나로 나누는 역할을 하며, 그것은 냉각대역내로 수직으로 흘러들어가 유출기체를 냉각시킨다.
에틸렌산화에 전형적인 반응기 조작예를 하기와 같이 나타낼 수 있다. 에틸렌과 산소를 함유하는 신선한 공급재료를 라인(24)를 통해 흘러보내면 라인(26)내에 있는 재순환기체와 합류되게 되며, 에틸렌 15-30%, 산소 7-9%, CO25-15%, 아르곤 5-15% 및 나머지가 질소 및 메탄인 조성을 갖는다. 혼합공급재료 흐름의 온도와 압력은 약 180℃ 및 22㎏/㎠ 게이지이다. 기체는 유입관시트(14a)위의 열린부분으로 들어가서 반응기 관(12)내로 통과하게 되며, 기체는 이 관(12a)에서 약 240℃로 예열되게 된다. 반응은 반응대역(12b) 상부에서 시작된다. 반응열은 약 240℃온도, 34.5㎏/㎠ 게이지로 유지된 비등수에 의해 제거되며 압력은 표시되어 있지 않으나 압력조절기에 의해 보통 조절된다. 냉각대역 유입구(즉 배플(18))의 유출기체의 온도는 245℃이다. 기체는 각 관(12c)에서 아래쪽으로 흐르고 반대로 보일러급수는 분배대역으로부터 위로 흘러 그로인해 기체가 약 235℃로 냉각되면서 보일러급수는 240℃로 가열되게 된다. 유출기체의 온도는 물흐름이 기체흐름으로 일정 비율로 분배되고 물온도가 비점까지 밖에 올라갈 수 없어 열전달을 제한하게 되기 때문에 관 간의 차이가 거의 없다. 기체가 분배대역내로 도입되면, 의도적으로 만든 열등한 열전달때문에 (12d)에서 약 0.3-3.5℃ 더 냉각되게 된다. 보일러급수는 관과 수평배플(l6)사이의 환상개구부를 통해 지나감으로써 기체흐름에 일정비율로 분배되게 된다. 유입구에서 168℃인 온도가 셸 근처에선 171℃로 올라가며 반응기 중앙에선 약 189℃로 올라가게 된다. 이 기체는 앞서 언급한 바와 같이 거의 동일하게 냉각된다. 기체는 각 관을 통해 반응기 배출구부분으로 배출되며 거기서 그들이 혼합되며 산화에틸렌의 치수를 위해(표시되어 있지 않음) 라인(28)을 통해 제거된다.
[실시예 2]
제2도는 본 발명에 따라 얻어진 반응기성능을 단지 분배구간내의 관이 비어있는 대신 불활성 물질로 충진되어 있는 점만이 다르고 나머지는 동일한 반응기장치와 비교해 놓은 것이다. 관이 비어있는 경우 셸에 있는 기체의 온도와 중심선에 있는 기체사이의 온도차가 단지 3.8℃인데 비해 충진되어 있는 경우는 약 14.3℃였다. 만일 유출기체가 실시예 1에서와 같이 235℃에서 분배대역내로 도입된다면, 셸 근처의 관내 기체는 약 215℃로 냉각되는데 반해 중앙선 근처 관내에서의 온도는 약 230℃이다.
단지 분배구간내 관을 충전시킴으로써 온도에 있어서 큰차가 생겨 열전달계수가 증가되어 크게 바람직하지 못하게 된다. 만일 특정 최대 온도 즉, 본 실시예에서 230℃를 초과되지 않은 경우, 반응기내 조작온도는 본 발명보다 약 10℃ 더 낮은 값으로 제한될 것이다. 실지 촉매가 노화되는데 따른 촉매활성의 손실을 보충하기에 바람직할 정도로 온도가 증가될 수 없기 때문에 촉매수명이 단축된다. 좀더 중요하기로는, 반응기는 과도하게 높은 배출구온도와 관련된 위험성을 많이 받게되며, 즉, 생성물이 손실되고 장치가 손상을 받게된다.
비륵 상기 실시예들은 신선한 촉매를 가지고 시작한 조건의 초기상태의 온도를 나타낸 것이나, 촉매가 노화된 경우 상당한 온도차가 발견됨을 이해해야 한다. 사실 온도는 그때에 평균해서 더 높아지기 때문에, 위험성은 더 커지며 본 발명에 따라 제작된 반응기는 더 큰 잇점을 갖게된다.

Claims (8)

  1. 발열반응열을 제거해주는 액체에 의해 둘러싸인 다수의 관들 내부에 지지 은 촉매가 배치되어 있으며 상기 관들이 상기 촉매의 하류위치에 불활성 입자를 함유하는 인접한 유출기체 냉각대역을 가지고 있는 고정 배드(bed) 반응기내에서 분자산소를 사용하여 에틸렌을 산화에틸렌으로 촉매산화하는 방법에 있어서, 유출기체가 저난류상태로 있으며 관내부의 열전달계수가 약 200㎉/hr-m2-℃이하인 상기 냉각대역의 하류위치에 인접한 냉각액 분배대역을 제공하는 것을 특정으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서 분배대역내 관내부의 열전달계수가 약150㎉/hr-m2-이하인 방법.
  3. 제1항에 있어서 분배대역내 관내부의 열전달계수가 약 80㎉/hr-m2-인 방법.
  4. 제3항에 있어서 분배대역내 관 외부의 열전달계수가 약 300-450㎉/hr-m2-범위인 방법.
  5. 제1항에 있어서 상기한 냉각액이 물인 방법.
  6. 제5항에 있어서 상기 반응열이 비등수로서 제거되는 방법.
  7. 일정간격으로 떨어져 평행으로 있는 한 셋트의 관들이 유입관시트와 배출관시트사이에 배치되어 있으며, 이들은 상기 관들 바깥쪽, 관시트들과 셸에 인접되는 공간을 한정짓는 둘러싼 셸(shell)내에 놓여있고 발열반응열을 제거해주는 냉각액체에 의해 점유되어 있으며, 상기 관들 각각이 상기 반응에 필요한 촉매와 상기 촉매하류에 배치된 불활성 입자를 함유하는 인접한 냉각대역을 포함하는 증기-상 발열화학반응 관형반응기에서, 상기 반응의 유출기체를 냉각시켜 주는 상기 냉각대역에 인접하여 있으며 상기 냉각액체를 분배시켜 주며 상기 촉매와 상기 냉각대역의 하류 및 상기 배출관시트에 평행인 내부배플과 배출관시트사이의 상기 관들의 한부분으로 구성되며, 상기 유출기체가 저난류상태로 있으며 상기 냉각액체의 도입부위가 상기 배출관시트 근처이며 상기 액체배출부위가 상기 관들과 상기 재부배플사이의 상기 내부배플내에 있는 환상공간이어서 그로인해 상기 액체가 상기 관에 대해 평행으로 흐를 수 있게 되는 분배대역을 포함하는 것을 특징으로 하는 관형반응기.
  8. 제7항에 있어서 상기 분배대역내 상기 관들의 부분이 비어있는 반응기.
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