[go: up one dir, main page]

KR102283565B1 - Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same - Google Patents

Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102283565B1
KR102283565B1 KR1020190153015A KR20190153015A KR102283565B1 KR 102283565 B1 KR102283565 B1 KR 102283565B1 KR 1020190153015 A KR1020190153015 A KR 1020190153015A KR 20190153015 A KR20190153015 A KR 20190153015A KR 102283565 B1 KR102283565 B1 KR 102283565B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
butene
reactor
butyl alcohol
secondary butyl
continuously stirred
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020190153015A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200081232A (en
Inventor
이진석
최선
윤장호
조계성
Original Assignee
한화토탈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화토탈 주식회사 filed Critical 한화토탈 주식회사
Publication of KR20200081232A publication Critical patent/KR20200081232A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102283565B1 publication Critical patent/KR102283565B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/03Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by addition of hydroxy groups to unsaturated carbon-to-carbon bonds, e.g. with the aid of H2O2
    • C07C29/04Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by addition of hydroxy groups to unsaturated carbon-to-carbon bonds, e.g. with the aid of H2O2 by hydration of carbon-to-carbon double bonds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18Stationary reactors having moving elements inside
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/12Monohydroxylic acyclic alcohols containing four carbon atoms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00027Process aspects
    • B01J2219/00029Batch processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00027Process aspects
    • B01J2219/00033Continuous processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00279Features relating to reactor vessels
    • B01J2219/00331Details of the reactor vessels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00479Means for mixing reactants or products in the reaction vessels
    • B01J2219/00481Means for mixing reactants or products in the reaction vessels by the use of moving stirrers within the reaction vessels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277Apparatus
    • B01J2219/00479Means for mixing reactants or products in the reaction vessels
    • B01J2219/00493Means for mixing reactants or products in the reaction vessels by sparging or bubbling with gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 헤테로폴리산 수용액을 촉매로 이용하여 노말 부텐을 수화시켜 2차 부틸 알코올 제조시 사용하는 반응 기구에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 반응기 내부에 구역을 나누어 각각의 구역에서 회분식 반응기와 같이 교반 및 체류시간을 최대화하여 전환율을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a reaction mechanism used for preparing secondary butyl alcohol by hydrating normal butene using an aqueous heteropoly acid solution as a catalyst. More specifically, it relates to a method of improving the conversion rate by dividing zones inside the reactor and maximizing the stirring and residence times in each zone as in a batch reactor.

Description

다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기 및 이를 이용한 2차 부틸 알코올 제조방법{Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same}Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alcohol using the same

본 발명은 헤테로폴리산 수용액을 촉매로 이용하여 노말 부텐을 수화시켜 2차 부틸 알코올을 제조하는 것으로서, 보다 상세하게는, 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기에서 반응시킴으로써 보다 향상된 전환율로 2차 부틸 알코올을 얻을 수 있는 장치 및 2차 부틸알코올 제조방법에 관한 것이다.The present invention prepares secondary butyl alcohol by hydrating normal butene using an aqueous heteropoly acid solution as a catalyst, and more specifically, by reacting in a continuously stirred hydration reactor having multiple zones, secondary butyl alcohol with improved conversion rate It relates to an obtainable apparatus and a method for producing secondary butyl alcohol.

노말 부텐 수화반응은 부텐으로서 1-부텐(1-butene), 시스-2-부텐(cis-2-butene) 또는 트랜스-2-부텐(trans-2-butene)인 단일 노말 부텐 또는 노말 부텐 혼합물을 사용하여 2차 부틸 알코올을 생산하는 반응으로서, 상기 2차 부틸 알코올은 다시 탈수소화를 거쳐서 메틸-에틸-케톤(Methyl-ethyl-ketone, MEK)을 생산하는데 사용된다.The normal butene hydration reaction is a single normal butene or a mixture of normal butenes, which is 1-butene, cis-2-butene, or trans-2-butene as butene. As a reaction for producing secondary butyl alcohol using the secondary butyl alcohol, the secondary butyl alcohol is again subjected to dehydrogenation and is used to produce methyl-ethyl-ketone (MEK).

노말 부텐의 수화에는 전통적으로 황산이 사용되는데, 반응 온도 및 압력이 높지 않지만, 황산 사용에 의한 환경 문제, 장비의 부식 문제, 처리 비용 문제 등이 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 이온교환 수지, 헤테로폴리산 등 황산을 대체하는 산촉매를 적용한 공정이 개발되었다.Sulfuric acid is traditionally used for hydration of normal butene, but the reaction temperature and pressure are not high, but there are disadvantages in that there are environmental problems caused by the use of sulfuric acid, corrosion problems of equipment, and processing cost problems. In order to solve these shortcomings, a process using an acid catalyst that replaces sulfuric acid such as ion exchange resin and heteropoly acid has been developed.

그 중 헤테로폴리산 촉매를 사용한 공정은 헤테로폴리산 수용액과 노말 부텐이 반응하여 직접 수화되는 방식을 적용한다. 반응 조건은 노말 부텐을 초임계로 만드는 조건을 사용하며, 초임계 영역에서 노말 부텐의 물에 대한 용해도가 증가하여 노말 부텐 수화반응에 유리하다고 알려져 있다. 또한 황산을 사용하는 공정이나 이온교환수지를 촉매로 사용하는 공정과는 달리 물이 생성물과 함께 반응기를 빠져 나오지 않아서 공비 혼합물을 형성하지 않기 때문에 분리에 있어서도 더 유리하다. Among them, a process using a heteropolyacid catalyst applies a method in which an aqueous solution of heteropolyacid and normal butene react and hydrate directly. The reaction conditions use conditions that make normal butene supercritical, and the solubility of normal butene in water increases in the supercritical region, which is known to be advantageous for normal butene hydration. In addition, unlike a process using sulfuric acid or a process using an ion exchange resin as a catalyst, since water does not exit the reactor with the product and does not form an azeotrope, it is more advantageous in separation.

본 발명자들은 여기에 추가로 반응기 내에서 노말 부텐이 수용액 층을 통과하는 시간을 더 길게 확보하고 교반에 의해 물질 전달을 최대화하여 노말 부텐 수화반응의 전환율을 더 향상시킬 수 있는 반응기구를 발명하였다.The present inventors have also invented a reaction mechanism that can further improve the conversion rate of normal butene hydration by securing a longer time for normal butene to pass through the aqueous layer in the reactor and maximizing mass transfer by stirring.

대한민국 등록특허공보 제10-1341814호(2013.12.10.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1341814 (2013.12.10.) 대한민국 등록특허공보 제10-1828123호(2018.02.05.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1828123 (2018.02.05.)

본 발명의 목적은 헤테로폴리산 수용액을 촉매로 이용하여 여러 개의 회분식 반응기를 연결한 형태의 연속 교반식 반응기에서 노말 부텐을 수화반응시켜 2차 부틸 알코올을 제조하는 장치를 제공하고, 보다 향상된 전환율 및 효율성을 가지는 상기 장치를 통해 2차 부틸 알코올을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an apparatus for producing secondary butyl alcohol by hydrating normal butene in a continuous stirred reactor in the form of connecting several batch reactors using an aqueous heteropolyacid solution as a catalyst, and more improved conversion and efficiency The aim is to provide a method for preparing secondary butyl alcohol through the above apparatus.

본 발명은, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 연속식 반응기 내부에 회분식 반응기처럼 구역을 분리하여 각 구역 내의 원료를 교반하여 수화반응시키는 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기에서 부텐으로서 1-부텐, 시스-2-부텐 또는 트랜스-2-부텐 중에서 선택된 어느 하나의 단일 노말 부텐 또는 그 혼합물을 상기 반응기 내부에 채워져 있는 촉매로서의 헤테로폴리산 수용액과 수화반응시켜 2차 부틸 알코올을 제조하는 것을 특징으로 하는 연속 교반식 수화반응기 및 상기 연속 교반식 수화반응기를 이용한 2차 부틸 알코올 제조방법을 제공한다.The present invention provides 1-butene as butene in a continuous stirred hydration reactor having multiple zones in which the raw materials in each zone are stirred and hydrated by separating zones inside the continuous reactor like a batch reactor in order to solve the above technical problem , cis-2-butene or trans-2-butene, characterized in that for preparing secondary butyl alcohol by hydration reaction of a single normal butene or a mixture thereof with an aqueous solution of heteropolyacid as a catalyst filled in the reactor A stirred hydration reactor and a method for producing secondary butyl alcohol using the continuously stirred hydration reactor are provided.

본 발명은 노말 부텐으로부터 2차 부틸 알코올을 제조하기 위한, 연속적으로 이어진 다중의 회분식 반응 구역을 가지는 연속 교반식 수화반응기(100)로서, 상기 회분식 반응 구역을 나누는 구획판(150)에 유체이동통로(151) 및 교반기 샤프트 구멍(152)을 통과하는 샤프트(130)와 상기 구획판(150) 사이의 틈을 포함하는 것이고, 상기 연속 교반식 수화반응기(100)에서 고체 물질을 포함하지 않는 원료 흐름에 포함되어 사용되는 부텐은 1-부텐(1-Butene), 시스-2-부텐(cis-2-Butene), 트랜스-2-부텐(trans-2-Butene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 상기 부텐을 헤테로폴리산 수용액(103)을 촉매로 사용하여 2차 부틸 알코올로 전환시키며, 이때 이소-부텐(iso-butene)의 함량은 최소화되는 것이 적합하다.The present invention is a continuously stirred hydration reactor (100) having multiple batch reaction zones connected in series for the production of secondary butyl alcohol from normal butene, and a fluid passageway in a partition plate (150) dividing the batch reaction zones. Raw material flow comprising a gap between the shaft 130 and the partition plate 150 passing through 151 and the agitator shaft hole 152, and containing no solid material in the continuously stirred hydration reactor 100 The butene used may include any one or more selected from 1-butene, cis-2-butene, and trans-2-butene. There is, the butene is converted to secondary butyl alcohol using the heteropolyacid aqueous solution 103 as a catalyst, in which case the content of iso-butene is preferably minimized.

상기 연속 교반식 수화반응기(100)에서 일어나는 수화반응은 회분식 또는 연속식 반응기 모두에서 가능하지만, 일반적으로는 연속식 반응기를 사용하여 반응시키며, 보다 바람직하게는 반응기 내부에 회분식 반응기 구역을 5개 이상 설치하고, 상기 회분식 반응기 구역 내부에 각각의 교반기(140) 및 상기 반응 구역을 나누는 구획판(150, Plate for compartment)이 교반기와 인접 교반기 사이에 설치되어 구역을 나눔으로써 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기에서 반응시킨다.The hydration reaction that takes place in the continuously stirred hydration reactor 100 is possible in both a batch type or a continuous type reactor, but generally the reaction is performed using a continuous type reactor, and more preferably, there are 5 or more batch reactor zones inside the reactor. In the batch reactor zone, each agitator 140 and a plate for compartment dividing the reaction zone 150 are installed between the stirrer and adjacent stirrers to divide the zones by dividing the continuous stirring type with multiple zones. react in a hydration reactor.

상기 회분식 반응 구역은 각 반응 구역 사이에 위치한 구획판(150)에 있는 유체이동통로(151)를 통해 상기 구역의 부텐 및 생성물을 이동시키고, 상기 반응기(100)의 교반기 샤프트 구멍(152)을 통과하는 샤프트(130)와 상기 교반기 샤프트 구멍을 포함하는 구획판(150) 사이의 틈(clearance)을 통해, 상기 반응 구역 내의 유체를 인접한 반응 구역으로 소량 이동시켜 반응 시간을 충분히 확보함과 동시에 2차 부틸 알코올을 포함한 생성물이 인접한 다음 반응 구역으로 넘어갈 수 있도록 한다.The batch reaction zone moves the butenes and products of the zone through a fluid passageway 151 in a partition plate 150 located between each reaction zone, and passes through the stirrer shaft hole 152 of the reactor 100. Through the clearance between the shaft 130 and the partition plate 150 including the agitator shaft hole, a small amount of fluid in the reaction zone is moved to the adjacent reaction zone to ensure sufficient reaction time and the secondary Allow products containing butyl alcohol to pass to the next adjacent reaction zone.

좀 더 구체적으로, 상기 구획판(150)의 유체이동통로(151)의 지름은 1~5mm로 하는 것이 바람직하며, 상기 샤프트(130)와 구획판(150) 사이의 틈은 3mm이하로 하는 것이 바람직한 것으로서, 매우 작은 유체이동통로의 지름 및 샤프트(130)와 구획판(150) 간의 틈을 통해 역혼합 및 반응 압력의 손실을 억제할 수 있으며, 상기 유체이동통로의 지름이 1mm보다 작으면 유체의 이동에 있어 용이하지 않다.More specifically, the diameter of the fluid passage 151 of the partition plate 150 is preferably 1 to 5 mm, and the gap between the shaft 130 and the partition plate 150 is 3 mm or less. Preferably, the back mixing and loss of reaction pressure can be suppressed through the very small diameter of the fluid passage and the gap between the shaft 130 and the partition plate 150. If the diameter of the fluid passage is less than 1 mm, the fluid It is not easy to move

본 발명의 2차 부틸 알코올 제조방법은, 헤테로폴리산 수용액(103)을 반응기(100) 내부에 채우고, 상기 반응기(100) 내부에 노말 부텐을 포함하는 원료(101)를 공급하고, 상기 헤테로 폴리산 수용액(103)을 촉매로 이용하여, 상기 노말 부텐을 포함하는 원료(101)를 2차 부틸 알코올로 전환시키고, 상기 반응기(100)내에서 초임계 상태의 기상을 형성하고 있는 노말 부텐이 액상에 포함된 생성물을 기상으로 추출하여 반응기를 빠져 나오게 하고, 이후 상기 초임계 상태의 노말 부텐과 상기 2차 부틸 알코올을 분리한다.In the secondary butyl alcohol manufacturing method of the present invention, a heteropolyacid aqueous solution 103 is filled in the reactor 100, a raw material 101 containing normal butene is supplied into the reactor 100, and the heteropolyacid aqueous solution (103) is used as a catalyst to convert the raw material 101 containing normal butene into secondary butyl alcohol, and normal butene, which forms a supercritical gas phase in the reactor 100, is included in the liquid phase The obtained product is extracted into the gas phase to exit the reactor, and thereafter, normal butene in the supercritical state and the secondary butyl alcohol are separated.

이때, 상기 수화반응의 반응온도는 150 ~ 250℃이고, 반응 압력은 60~300 bar 이고, 좀 더 바람직하게는 100~200 bar인 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the reaction temperature of the hydration reaction is 150 ~ 250 ℃, the reaction pressure is 60 ~ 300 bar, more preferably 100 ~ 200 bar.

또한, 반응기(100) 하부의 n-부텐 공급구(110)로 공급되는 노말 부텐을 포함하는 원료(101)는 흐름 내 함량이 최소 50wt% 이상인 것이 바람직하며, 70wt%이상인 것이 더욱 바람직하고, 공급되는 부텐의 유속은 LHSV 0.2 ~ 5hr-1이 바람직하며, LHSV 1~2hr-1 이 더욱 바람직하다. In addition, the raw material 101 containing normal butene supplied to the n-butene supply port 110 at the lower portion of the reactor 100 preferably has a content in the flow of at least 50 wt%, more preferably 70 wt% or more, The flow rate of butene to be used is preferably LHSV 0.2 to 5 hr -1 , more preferably LHSV 1 to 2 hr -1.

상기 부텐과 생성된 2차 부틸 알코올을 분리하는 단계는, 반응기(100) 하부로 노말 부텐을 포함하는 원료(101)를 주입하고, 주입되는 부텐은 반응기 하부에 있는 분산판(120)을 통과함으로써 미세 기포를 형성하게 되고, 반응기 내부로 주입되게 된다. 상기 분산판을 통과해 주입되는 부텐은 미세기포를 형성하게 되며, 헤테로폴리산 수용액 내에서 분산이 효율적으로 일어나게 하는 효과를 지닌다. 상기 분산판은 천공 디스크(Perforated disk) 형태로서 상기 분산판에 뚫려있는 구멍의 지름은 1~5mm로 하는 것이 바람직하다.In the step of separating the butene and the generated secondary butyl alcohol, the raw material 101 containing normal butene is injected into the lower part of the reactor 100, and the injected butene passes through the dispersion plate 120 located at the lower part of the reactor. It forms microbubbles and is injected into the reactor. The butene injected through the dispersion plate forms microbubbles, and has the effect of efficiently dispersing in the heteropolyacid aqueous solution. The dispersion plate is in the form of a perforated disk, and the diameter of the hole drilled in the dispersion plate is preferably 1 to 5 mm.

상기 반응기(100)로부터 초임계 상태의 노말 부텐(140℃, 40bar 이상)을 이용해 상기 반응기로부터 제조된 액상의 반응 생성물로부터 2차 부틸 알코올을 추출시켜 상기 노말 부텐과 함께 기상으로 반응기에서 빠져나오게 한 뒤, 상기 2차 부틸 알코올을 포함하는 상기 반응 생성물(105)을 분리탑에서 상기 노말 부텐과 분리함으로써 2차 부틸 알코올을 정제 및 분리하여 회수한다. Secondary butyl alcohol was extracted from the liquid reaction product prepared from the reactor using normal butene in a supercritical state (140° C., 40 bar or more) from the reactor 100, and exited from the reactor in a gas phase together with the normal butene. Then, the secondary butyl alcohol is purified, separated and recovered by separating the reaction product 105 including the secondary butyl alcohol from the normal butene in a separation column.

본 발명의 연속 교반식 수화반응기는, 헤테로폴리산 수용액을 촉매로 사용하여 노말부텐을 직접 수화하는 2차 부틸 알코올의 제조용 반응기로서 반응기 내에 구획이 나눠져 있지 않고, 교반기가 없는 기존의 연속식 버블 칼럼 반응기를 사용할 때의 전환율보다 크게 향상될 수 있다. 동시에 초임계 부텐 수화반응의 장점인 분리 공정의 간편성을 잃어버리지 않으므로 효율적인 2차 부틸 알코올의 제조가 가능하다. The continuously stirred hydration reactor of the present invention is a reactor for producing secondary butyl alcohol that directly hydrates normal butene using an aqueous heteropoly acid solution as a catalyst. The conversion rate when used can be greatly improved. At the same time, since the simplicity of the separation process, which is an advantage of the supercritical butene hydration reaction, is not lost, it is possible to efficiently prepare secondary butyl alcohol.

특히, 교반기를 통해 부텐과 촉매수용액의 물질전달 저항을 최소화함으로써 본원발명의 촉매 수화반응 활성을 증진시키고, 본 발명의 반응기 내 구역을 나눔으로써 부텐이 반응기 내에 머무는 시간을 증가시켜 부텐이 2차 부틸 알코올로 전환되는 효율을 극대화 시켰다.In particular, by minimizing the mass transfer resistance between butene and the aqueous catalyst solution through the stirrer, the catalyst hydration reaction activity of the present invention is enhanced, and by dividing the zones in the reactor of the present invention, the residence time of butene in the reactor is increased, so that butene is converted to secondary butyl The efficiency of conversion to alcohol is maximized.

도1은 본 발명의 반응기(100)에 대한 바람직한 실시양태로서의 개략도이다.
도2는 구획판(150)의 개략도이다.
도3은 분산판(120)의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of a preferred embodiment of a reactor 100 of the present invention.
2 is a schematic diagram of a partition plate 150 .
3 is a schematic diagram of the dispersion plate 120 .

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하지만, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.

본 발명에 따르면, 연속 교반식 수화반응기(100) 내부에 회분식 반응기처럼 구역을 분리하여 각 구역 내의 원료를 교반하여 수화반응시키는 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기(100) 및 이 반응기를 이용해 1-부텐, 시스-2-부텐 또는 트랜스-2-부텐 중에서 선택된 어느 하나의 단일 노말 부텐 또는 그 혼합물을 포함하는 원료(101)를 상기 반응기 내부에 체워져 있는 촉매로서의 헤테로폴리산 수용액(103)과 수화반응시켜 2차 부틸 알코올을 더 높은 전환율로 제조하는 2차 부틸 알코올 제조방법을 제공한다.According to the present invention, the continuously stirred hydration reactor 100 having multiple zones for hydration reaction by stirring the raw materials in each zone by separating zones like a batch reactor inside the continuously stirred hydration reactor 100 and using this reactor 1 -Butene, cis-2-butene, or trans-2-butene, the raw material 101 comprising any one selected from the group consisting of normal butene or a mixture thereof is hydrated with an aqueous solution of heteropolyacid 103 as a catalyst stored in the reactor. to provide a method for preparing secondary butyl alcohol for producing secondary butyl alcohol at a higher conversion rate.

상기 반응기(100)의 내부는 헤테로폴리산 수용액(103)으로 최상위의 회분식 반응 구역을 덮을 만큼 채운다. 하부의 n-부텐 공급구(110)를 통해 노말 부텐이 포함된 원료(101)를 주입시키고, 반응기(100) 하부 바닥에 위치한 분산판(120)을 통과한 노말 부텐은 미세기포를 형성하면서 반응기 내부로 주입된다. 상기 주입된 노말 부텐은 각 반응기 내부 구역에 체워져 있는 촉매로서의 헤테로폴리산 수용액(103)과 수화반응을 일으키고, 생성된 물질들은 헤테로폴리산 수용액(103) 층을 통과하여 각 반응 구역을 나누는 구획판(150)에 위치한 이동통로인 유체이동통로(151) 및 샤프트(130)와 교반기 샤프트 구멍(152)간의 틈새를 통해 인접한 반응 구역으로 이동하게 된다. 이때 반응기의 샤프트(130)에 있는 각 반응 구역에서의 교반기(140)에 의한 반응물 교반으로 물질전달을 최대화 하게 되고, 구획판(150)에 있는 유체이동통로(151) 및 샤프트(130)와 구획판(150) 사이의 틈새를 통해 부텐 및 생성물을 포함하는 유체가 소량 이동하게 된다. 상기 유체이동통로(151)의 경우, 그 구멍 크기가 작아 각 구역에서의 반응 혼합물이 구역 내 체류 시간을 최대화함으로써 반응 시간을 충분히 확보할 수 있도록 하고, 동시에 2차 부틸 알코올을 포함한 생성물이 인접한 다음 구역으로 넘어갈 수 있도록 한다. 이를 통해 노말 부텐의 2차 부틸 알코올로의 전환율을 향상시킬 수 있다.The interior of the reactor 100 is filled with an aqueous solution of heteropolyacid 103 to cover the uppermost batch reaction zone. The raw material 101 containing normal butene is injected through the n-butene supply port 110 at the bottom, and the normal butene passing through the dispersion plate 120 located at the bottom of the reactor 100 forms microbubbles in the reactor. injected inside. The injected normal butene causes a hydration reaction with an aqueous heteropoly acid solution 103 as a catalyst stored in each reactor inner zone, and the produced materials pass through the heteropoly acid aqueous solution 103 layer to divide each reaction zone partition plate 150 It moves to the adjacent reaction zone through a gap between the fluid passage 151 and the shaft 130 and the agitator shaft hole 152, which is a movement passage located in the . At this time, mass transfer is maximized by agitating the reactants by the stirrer 140 in each reaction zone in the shaft 130 of the reactor, and the fluid passage 151 and the shaft 130 and the partition plate 150 are partitioned. A small amount of fluid including butene and product moves through the gap between the plates 150 . In the case of the fluid passage 151, the pore size is small so that the reaction mixture in each zone maximizes the residence time in the zone so that the reaction time can be sufficiently secured, and at the same time, the product containing secondary butyl alcohol is adjacent to the next Allow it to pass through the area. Through this, the conversion rate of normal butene to secondary butyl alcohol may be improved.

상기 수화반응 중 소모되는 물은 각 구역에 위치한 보충수 라인(make-up water line, 160)을 통해 보충 할 수 있다. The water consumed during the hydration reaction may be replenished through a make-up water line 160 located in each zone.

본 발명의 수화반응기 내부의 여러 반응 구역을 상기와 같은 방식으로 통과한 후 미반응 노말 부텐과 추출된 생성 물질들은 반응기 상부의 라인인 생성물 취출구(170)를 통해 반응기(100) 밖으로 빠져나오게 된다. 상기 반응의 온도는 150~250℃, 압력은 60bar 이상 300bar 이하이고, 좀 더 바람직하게는 100~200bar로 한다. 반응을 하는 동안 소모되는 보충수(Make-up water, 102)는 각각의 구역에 보충수 라인이 있어서 이를 이용해 보충을 할 수 있다. After passing through the various reaction zones inside the hydration reactor of the present invention in the same manner as described above, unreacted normal butene and the extracted product materials come out of the reactor 100 through the product outlet 170, which is a line at the top of the reactor. The temperature of the reaction is 150 ~ 250 ℃, the pressure is 60 bar or more and 300 bar or less, more preferably 100 ~ 200 bar. Make-up water (102) consumed during the reaction can be replenished using make-up water lines in each zone.

본 발명은 연속식 또는 회분식 반응기를 모두 이용가능 하나, 일반적으로는 연속식 반응기를 사용한다.The present invention can use either a continuous or batch reactor, but generally a continuous reactor is used.

[실시예] [Example]

도1과 같은 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기를 이용한 노말 부텐 수화반응Normal butene hydration reaction using a continuously stirred hydration reactor having multiple zones as shown in FIG. 1

연속 교반식 수화반응기에 헤테로폴리산 수용액을 주입하고, 부텐을 펌프를 이용하여 연속주입하며 반응온도 200℃, 반응압력 200bar에서 연속 반응을 진행하였다. 반응기를 빠져나온 생성물을 GC분석함으로써 부텐의 전환율을 확인하였다. 그 결과, 부텐의 전환율이 15%이고, 2차 부틸 알코올의 선택도는 99.5%였다. Heteropolyacid aqueous solution was injected into a continuously stirred hydration reactor, butene was continuously injected using a pump, and a continuous reaction was carried out at a reaction temperature of 200 °C and a reaction pressure of 200 bar. The conversion of butene was confirmed by GC analysis of the product exiting the reactor. As a result, the conversion of butene was 15% and the selectivity of secondary butyl alcohol was 99.5%.

[비교예] [Comparative example]

교반장치가 없는 연속식 버블 칼럼 반응기를 이용한 노말 부텐 수화반응 Normal butene hydration reaction using continuous bubble column reactor without stirring device

반응 구역이 나눠져 있지 않고, 교반장치가 없는 기존의 연속식 버블 칼럼 반응기에 헤테로폴리산 수용액을 촉매로 사용하여 부텐을 온도 200℃, 압력 200bar에서 수화반응 시켰다. 상기 반응 생성물을 GC분석함으로써 부텐의 전환율을 확인하였다. 그 결과, 부텐의 전환율이 5.7%이고, 2차 부틸 알코올의 선택도는 96.8%였다.In a conventional continuous bubble column reactor without a divided reaction zone and no stirring device, an aqueous solution of heteropolyacid was used as a catalyst to hydrate butene at a temperature of 200° C. and a pressure of 200 bar. The conversion of butene was confirmed by GC analysis of the reaction product. As a result, the conversion of butene was 5.7%, and the selectivity of secondary butyl alcohol was 96.8%.

[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]

실시예의 다중 구역을 갖는 연속 교반식 수화반응기에서 수화반응을 한 경우, 반응기 내부에서 교반에 의한 물질 전달력 향상으로 인해 2차 부틸 알코올을 생성하는 전환율이 15%로 크게 개선되었다.When the hydration reaction was carried out in the continuously stirred hydration reactor having multiple zones of Example, the conversion rate to produce secondary butyl alcohol was greatly improved to 15% due to the improvement of mass transfer power by stirring inside the reactor.

100: 연속 교반식 수화 반응기
101: 원료
102: 보충수(Make-up water)
103: 헤테로폴리산 수용액
104: 헤테로폴리산 수용액-부텐 계면
105: 생성물
110: n-부텐 공급구
120: 분산판
130: 샤프트(Shaft)
140: 교반기
150: 구획판
151: 유체이동통로
152: 교반기 샤프트 구멍
160: 보충수 라인(Make-up water line)
170: 생성물 취출구
100: continuously stirred hydration reactor
101: raw material
102: Make-up water
103: Heteropolyacid aqueous solution
104: heteropolyacid aqueous solution-butene interface
105: product
110: n-butene supply port
120: dispersion plate
130: shaft (Shaft)
140: agitator
150: partition plate
151: fluid passage
152: agitator shaft hole
160: make-up water line (Make-up water line)
170: product outlet

Claims (7)

노말 부텐으로부터 2차 부틸알코올을 제조하기 위한 다중의 회분식 반응 구역을 가지는 연속 교반식 반응기로서, 상기 회분식 반응 구역을 나누는 구획판(150) 상에 1개의 유체이동통로(151) 및 교반기 샤프트 구멍(152)을 통과하는 샤프트(130)와 상기 구획판(150) 사이의 틈을 포함하고,
각 구획판(150) 상의 상기 유체이동통로(151)는 인접하는 다른 구획판(150) 상의 유체이동통로(151)와 상기 샤프트(130)를 기준으로 반대편 측에 위치하고,
상기 유체이동통로(151) 및 교반기 샤프트 구멍(152)을 통과하는 샤프트(130)와 상기 구획판(150) 사이의 틈을 통해 생성물로서 2차 부틸 알코올을 포함하는 상기 회분식 반응 구역 내의 유체가 인접한 회분식 반응 구역으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 연속 교반식 수화반응기.
A continuous stirred reactor having multiple batch reaction zones for the production of secondary butyl alcohol from normal butene, one fluid passageway 151 on a partition plate 150 dividing the batch reaction zone and a stirrer shaft hole ( and a gap between the shaft 130 passing through 152 and the partition plate 150,
The fluid passage 151 on each partition plate 150 is located on the opposite side with respect to the fluid passage 151 and the shaft 130 on the other adjacent partition plate 150,
Through the gap between the partition plate 150 and the shaft 130 passing through the fluid passage 151 and the agitator shaft hole 152, the fluid in the batch reaction zone containing secondary butyl alcohol as a product is adjacent to each other. A continuously stirred hydration reactor, characterized in that it can be moved to a batch reaction zone.
제1항에 있어서, 상기 노말 부텐은 1-부텐, 시스-2-부텐 또는 트랜스-2-부텐 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고, 헤테로폴리산 수용액(103)을 촉매로 사용하여 2차 부틸 알코올로 전환하는 것을 특징으로 하는 연속 교반식 수화반응기.The method according to claim 1, wherein the normal butene includes at least one selected from 1-butene, cis-2-butene, and trans-2-butene, and is converted to secondary butyl alcohol using an aqueous heteropoly acid solution 103 as a catalyst. A continuously stirred hydration reactor, characterized in that 제1항에 있어서, 상기 회분식 반응 구역이 5개 이상 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 교반식 수화반응기.The continuously stirred hydration reactor according to claim 1, wherein five or more batch reaction zones are provided. 제3항에 있어서, 상기 회분식 반응 구역은 상기 연속 교반식 수화반응기(100)의 샤프트(130)에 결합된 교반기(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 교반식 수화반응기.4. A continuously stirred hydration reactor according to claim 3, wherein said batch reaction zone comprises a stirrer (140) coupled to a shaft (130) of said continuously stirred hydration reactor (100). 삭제delete 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 기재의 연속 교반식 수화반응기를 이용하여, 헤테로폴리산 수용액(103)을 반응기(100) 내부에 채우고, 이어서 상기 노말 부텐을 포함하는 원료(101)를 공급하고, 상기 헤테로 폴리산 수용액(103)을 촉매로 이용하여, 상기 원료(101)에 포함된 노말 부텐을 생성물로서의 2차 부틸 알코올로 전환시키고, 상기 연속 교반식 수화반응기(100)내에서 초임계 상태의 기상을 형성하고 있는 노말 부텐이 액상에 포함된 생성물을 기상으로 추출하여 반응기를 빠져 나오게 하고, 이후 상기 초임계 상태의 노말 부텐과 생성물로서의 상기 2차 부틸 알코올을 분리하는 것을 특징으로 하는 2차 부틸 알코올의 제조방법.Using the continuously stirred hydration reactor according to any one of claims 1 to 4, the heteropoly acid aqueous solution 103 is filled in the reactor 100, and then the raw material 101 containing the normal butene is supplied. , using the heteropolyacid aqueous solution 103 as a catalyst, converting normal butene contained in the raw material 101 into secondary butyl alcohol as a product, and supercritical state in the continuously stirred hydration reactor 100 Secondary characterized in that the normal butene forming the gas phase of the liquid phase extracts the product contained in the liquid phase into the gas phase, exits the reactor, and then separates the normal butene in the supercritical state and the secondary butyl alcohol as a product A method for producing butyl alcohol. 제6항에 있어서, 상기 원료(101)는 상기 연속 교반식 수화반응기(100) 하부의 노말 부텐 공급구(110)로 공급하는 것이며, 공급되는 상기 원료(101)는 흐름 내 노말부텐의 함량이 50wt% 이상이고, 상기 원료(101)의 유속이 LHSV 0.20 ~ 5.00 hr-1 인 것을 특징으로 하는 2차 부틸 알코올의 제조방법.The method of claim 6, wherein the raw material 101 is supplied to the normal butene supply port 110 at the bottom of the continuously stirred hydration reactor 100, and the supplied raw material 101 has a content of normal butene in the flow. 50wt% or more, the flow rate of the raw material 101 is LHSV 0.20 ~ 5.00 hr-One A method for producing secondary butyl alcohol, characterized in that
KR1020190153015A 2018-12-27 2019-11-26 Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same Active KR102283565B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180170224 2018-12-27
KR20180170224 2018-12-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200081232A KR20200081232A (en) 2020-07-07
KR102283565B1 true KR102283565B1 (en) 2021-07-29

Family

ID=71603058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190153015A Active KR102283565B1 (en) 2018-12-27 2019-11-26 Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102283565B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102551320B1 (en) * 2020-11-02 2023-07-04 한화토탈에너지스 주식회사 Method for improving production yield of 2-butanol using solubilizer in butene hydration reaction

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4886324B2 (en) * 2006-03-02 2012-02-29 出光興産株式会社 Secondary reactor for butanol production
KR100928463B1 (en) * 2007-12-17 2009-11-25 한국에너지기술연구원 Method and apparatus for manufacturing single stage continuous biodiesel using pseudo multistage CRT reactor and continuous methanol recovery system
US8999013B2 (en) 2011-11-01 2015-04-07 Saudi Arabian Oil Company Method for contemporaneously dimerizing and hydrating a feed having butene

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200081232A (en) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1616848B1 (en) Process for the preparation of tert.-butanol from isobutene containing hydrocarbon mixtures
US4579984A (en) Process for the production of alcohols
JPH01213248A (en) How to make ether
US11084765B2 (en) Device and method for preparing para-xylene and co-producing light olefins from methanol and/or dimethyl ether and benzene
PL136974B1 (en) Method of manufacture of isobutene of high purity by dehydration of tertiary butanol
KR102283565B1 (en) Multi-compartment continuous stirring hydration reactor and method for preparating 2-Butyl alchol using the same
CN106554275A (en) A kind of method comprehensively utilized by C-4-fraction after ether
EP2516050B1 (en) Reactor
CN110172013B (en) Process for synthesizing tertiary amyl alcohol based on catalytic distillation solvent method
US7273941B2 (en) Process of preparing an olefin oxide from olefin and organic hydroperoxide
CN109956845A (en) A kind of propylene polymerization prepares the process of nonene
SU388527A1 (en) The method of obtaining p-tert-butyl alkyl benzenes
JPH0342250B2 (en)
US4760203A (en) Process for the production of isopropyl alcohol
KR20190040619A (en) method for preparing isobutene oligomer
EP3512827B1 (en) Process for the production of methyl isobutyl ketone from acetone
JPS6034938B2 (en) Method for producing ethylene glycol monotertiary butyl ether
CN105294606B (en) The reaction method of hydrogen peroxide ethylbenzene and propylene expoxy propane
KR102551320B1 (en) Method for improving production yield of 2-butanol using solubilizer in butene hydration reaction
US20220371978A1 (en) Systems and methods for mtbe production
RU2422424C1 (en) Method of producing isobutylene
US4242283A (en) Process for continuously producing oxygen-containing compounds
RU2076860C1 (en) Method of producing methyl-tert-butyl ether
CA1063622A (en) PROCESS FOR THE PREPARATION OF.alpha.,.alpha.,.alpha.',.alpha.',-TETRAMETHYL-PHENYLENE-BISCARBINOLS
CN103785330B (en) A kind of application of olefin hydration reactor

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20191126

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210203

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210715

PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210723

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210723

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240624

Start annual number: 4

End annual number: 4