KR101206662B1

KR101206662B1 - Reactor and method for producing chlorine from hcl

Info

Publication number: KR101206662B1
Application number: KR1020067018220A
Authority: KR
Inventors: 로타르 자이데만; 올가 슈베르트; 마르틴 제싱; 에크하르트 스트뢰퍼; 마르틴 피네; 크리스티안 발스도르프; 클라우스 하르트
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2012-11-29
Also published as: KR20070022657A

Abstract

본 발명은 기체 투과성 플레이트를 유동상에 위치시키면서, 유동상에서 비균질 촉매의 존재 하에 산소를 이용하여 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하기 위한 반응기 및 방법에 관한 것이다. 기체 투과성 플레이트는 유동상에 위치한 열 교환기에 열 전도 방식으로 연결되어 있다.The present invention relates to a reactor and method for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation using oxygen in the presence of a heterogeneous catalyst in a fluidized bed while placing a gas permeable plate in the fluidized bed. The gas permeable plate is thermally connected to a heat exchanger located in the fluidized bed.

Description

ＨＣｌ로부터 염소를 제조하기 위한 반응기 및 방법{REACTOR AND METHOD FOR PRODUCING CHLORINE FROM HCL}Reactor and method for producing chlorine from HCｌ {REACTOR AND METHOD FOR PRODUCING CHLORINE FROM HCL}

본 발명은 유동상에서 비균질 촉매의 존재 하에 산소를 이용하여 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하기 위한 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 반응기를 이용하여 염소를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation with oxygen in the presence of a heterogeneous catalyst in a fluidized bed. The invention also relates to a process for producing chlorine using the reactor.

발열 평형 반응으로 산소를 이용하여 염화수소의 촉매 산화를 행하는, 1868년 디콘(Deacon)에 의해 개발된 공정은 산업적인 염소 화학의 시발점이다. 클로르알칼리 전기 분해는 디콘 공정을 과거의 기술로 만들었으며, 실질적으로 제조된 모든 염소는 수성 염화나트륨 용액의 전기 분해에 의해 얻어진다.The process developed by Deacon in 1868, which catalytically oxidizes hydrogen chloride with oxygen in an exothermic equilibrium reaction, is the starting point of industrial chlorine chemistry. Chloralkali electrolysis has made the deacon process a technology of the past, and virtually all the chlorine produced is obtained by electrolysis of aqueous sodium chloride solution.

그러나, 염소에 대한 세계적인 수요가 수산화나트륨에 대한 수요보다 더욱 증가하고 있기 때문에, 최근 디콘 공정에 대한 관심이 재차 더욱 증가하고 있다. 이러한 발전은 수산화나트륨 생성물로부터 탈커플링되는, 염화수소의 산화에 의한 염소의 제조 방법에 관심을 집중하게 한다. 또한, 염화수소는 예컨대 포스겐화 반응, 예컨대 이소시아네이트 제조에서의 포스겐화 반응에서 공생성물로서 대량으로 얻어진다. 이소시아네이트 제조에서 형성된 염화수소는, 처리하여 염화비닐을 얻는 1,2-디클로로에탄과 추가로 PVC로의 에틸렌의 옥시염소화에 주로 사용된다. 염화수 소가 얻어지는 추가의 공정의 예로는 염화비닐 제조, 폴리카르보네이트 제조 및 PVC의 재활용을 들 수 있다.However, since the global demand for chlorine is increasing more than the demand for sodium hydroxide, the interest in the deacon process has recently increased further. This development draws attention to the process for producing chlorine by oxidation of hydrogen chloride, which is decoupled from sodium hydroxide product. Hydrogen chloride is also obtained in large quantities as a coproduct, for example in phosgenation reactions, such as phosgenation reactions in isocyanate production. Hydrogen chloride formed in the isocyanate production is mainly used for the oxychlorination of 1,2-dichloroethane to obtain vinyl chloride and further ethylene to PVC. Examples of further processes for obtaining hydrogen chloride include vinyl chloride production, polycarbonate production and recycling of PVC.

염화수소의 염소로의 산화는 평형 반응이다. 온도가 증가하면서, 평형의 위치가 소정의 최종 생성물로부터 멀리 이동한다. 따라서, 매우 높은 활성을 가져서, 비교적 낮은 온도에서 반응을 진행시킬 수 있게 하는 촉매를 사용하는 것이 유리하다. 이러한 촉매는 특히 구리계 촉매 또는 루테늄계 촉매, 예컨대 산화루테늄 함량이 0.1 내지 20 중량%이고, 산화루테늄의 평균 입경이 0.1 내지 10.0 nm인 루테늄 혼합된 옥시드 또는 산화루테늄 활성 조성물을 포함하는, DE-A 197 48 299에 기재된 바의 지지된 촉매이다. 추가의 루테늄계의 지지된 촉매는 DE-A 197 34 412로부터 공지되어 있는데, 이는 산화티탄 및 산화지르코늄 화합물 중 1 이상, 루테늄-카르보닐 착체, 무기산의 루테늄 염, 루테늄-니트로실 착체, 루테늄-아민 착체, 유기 아민의 루테늄 착체 또는 루테늄-아세틸아세토네이트 착체를 포함하는 염화루테늄 촉매이다. 루테늄 이외에, 금도 촉매의 활성 조성물에 존재할 수 있다.Oxidation of hydrogen chloride to chlorine is an equilibrium reaction. As the temperature increases, the position of equilibrium moves away from the desired end product. Therefore, it is advantageous to use catalysts which have very high activity, allowing the reaction to proceed at relatively low temperatures. Such catalysts in particular comprise a copper-based or ruthenium-based catalyst, such as a ruthenium mixed oxide or ruthenium oxide active composition having a ruthenium oxide content of 0.1 to 20% by weight and an average particle diameter of ruthenium oxide of 0.1 to 10.0 nm. -A 197 48 299 as supported catalyst. Additional ruthenium-based supported catalysts are known from DE-A 197 34 412, which is one or more of titanium oxide and zirconium oxide compounds, ruthenium-carbonyl complexes, ruthenium salts of inorganic acids, ruthenium-nitrosyl complexes, ruthenium- Ruthenium chloride catalysts including amine complexes, ruthenium complexes of organic amines or ruthenium-acetylacetonate complexes. In addition to ruthenium, gold may also be present in the active composition of the catalyst.

고상 촉매의 존재 하에 수행되는 기상 반응에서, 기체 및 고체의 양호한 혼합 및 이에 따른 균일한 분산은 유동상 반응기를 이용하여 달성할 수 있다. 기체 기포의 응집 및 이에 따른 기체 및 고체의 혼합 불량을 피하기 위해, EP-A 0 331 465는 천공 플레이트를 유동상에서 등간격으로 설치한 유동상 반응기를 개시한다. 응집된 기체 기포가 천공 플레이트를 통해 흐르면서 분해된다. 이는 기체의 고체와의 혼합을 개선시킨다.In the gas phase reaction carried out in the presence of a solid catalyst, good mixing and thus uniform dispersion of gas and solid can be achieved using a fluidized bed reactor. In order to avoid agglomeration of gas bubbles and thus poor mixing of gas and solids, EP-A 0 331 465 discloses a fluidized bed reactor with perforated plates installed at equal intervals in the fluidized bed. Condensed gas bubbles are broken down as they flow through the perforated plate. This improves the mixing of the gas with the solid.

EP-A 0 331 465에서, 산화크롬을 촉매로서 사용한다. 이와 대조적으로, 루테 늄계 촉매는 온도 민감성이다. 400℃ 이상의 온도에서, 휘발성 루테늄 화합물이 형성된다. 활성 조성물의 손실을 피하기 위해, 따라서 400℃ 이하의 온도에서 가능한 한 등온으로, 루테륨계 촉매의 존재 하에 염화수소로부터 염소를 제조하는 공정을 수행할 필요가 있다.In EP-A 0 331 465, chromium oxide is used as catalyst. In contrast, ruthenium-based catalysts are temperature sensitive. At temperatures above 400 ° C., volatile ruthenium compounds are formed. In order to avoid loss of the active composition, it is therefore necessary to carry out a process for producing chlorine from hydrogen chloride in the presence of a ruthelium-based catalyst, as isothermally as possible at temperatures below 400 ° C.

따라서, 본 발명의 목적은 산소를 이용하여 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하기 위한 반응기로서, 기상과 고상의 양호한 혼합을 가능하게 하고, 주로 등온으로 수행되는 반응기를 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a reactor for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation using oxygen, which enables good mixing of the gas phase and solid phase, and is mainly carried out isothermally.

상기 목적은 열 교환기 및 기체 투과성 플레이트를 유동상에 설치하면서, 유동상에서 비균질 촉매의 존재 하에 산소를 이용하여 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하기 위한 반응기에 의해 달성된다. 기체 투과성 플레이트는 열 전도 방식으로 열 교환기에 연결한다.This object is achieved by a reactor for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation with oxygen in the presence of a heterogeneous catalyst in the fluidized bed, installing a heat exchanger and a gas permeable plate in the fluidized bed. The gas permeable plate is connected to the heat exchanger in a heat conducting manner.

기체 투과성 플레이트가 열을 흡수하여 이를 열 교환기에 전도하는 리브(rib)로서 작용하기 때문에, 기체 투과성 플레이트와 열 교환기 사이의 열 전도 연결은 유동상 내의 열 전달 영역을 증가시킨다. 이를 달성하기 위해, 기체 투과성 플레이트의 열 전도성을 유동상 내의 열 전도성보다 크게 할 필요가 있다. Since the gas permeable plate acts as a rib that absorbs heat and conducts it to the heat exchanger, the heat conduction connection between the gas permeable plate and the heat exchanger increases the heat transfer area in the fluidized bed. To achieve this, it is necessary to make the thermal conductivity of the gas permeable plate larger than the thermal conductivity in the fluidized bed.

기체 투과성 플레이트와 열 교환기 사이의 열 전도 연결은 포지티브형(positive), 마찰형 또는 통합형(integral)일 수 있다. 포지티브형 연결은 예컨대 볼트, 핀 또는 리벳(rivet)을 수반하는 연결이다. 마찰형 연결은 예컨대 나사 연결, 클램프 맞추기 또는 용수철 링크를 포함하는 연결이다. 통합형 연결은 용접, 백랍 및 접착제 결합을 포함한다.The heat conduction connection between the gas permeable plate and the heat exchanger can be positive, frictional or integral. Positive connections are, for example, connections involving bolts, pins or rivets. A frictional connection is, for example, a connection comprising a screw connection, a clamp fit or a spring link. Integrated connections include welding, pewter and adhesive bonding.

기체 투과성 플레이트로부터 열 교환기로 열을 가장 잘 전달하기 때문에, 통합형 연결이 바람직하다.An integrated connection is preferred because it best transfers heat from the gas permeable plate to the heat exchanger.

등온 유동상은 바람직하게는 매우 큰 열 전달 영역을 제공함으로써 얻어진다. 적절한 열 교환기는, 예를 들어, 유동상에서 수직으로 배치되어 있고, 열 전달 매질이 이를 통해 흐르는 플레이트 또는 유동상에 수평으로 또는 수직으로 배치된 관을 구비하는 원통 다관식(shell-and-tube) 열 교환기이다. 열 교환기 관 또는 열 교환기 플레이트는, 유동상의 유동화가 열 교환기의 설치에 의해 악영향을 받지 않도록 유동상 내에 배치되는 것이 바람직하다.Isothermal fluid beds are preferably obtained by providing very large heat transfer zones. Suitable heat exchangers are, for example, cylindrical shell-and-tubes arranged vertically in a fluidized bed and having a plate in which the heat transfer medium flows therethrough or tubes arranged horizontally or vertically in the fluidized bed. It is a heat exchanger. The heat exchanger tube or heat exchanger plate is preferably arranged in the fluidized bed such that fluidization of the fluidized bed is not adversely affected by the installation of the heat exchanger.

열 전달 매질이 이를 통해 흐르는 플레이트를 이용하는 경우, 기체 투과성 플레이트를 바람직하게는 열 교환기 플레이트에 대해 수직으로 배치하면서, 상기 플레이트는 기체 투과성 플레이트에 의해 서로 연결하는 것이 바람직하다.If the heat transfer medium utilizes a plate flowing therethrough, it is preferred that the plates are connected to each other by means of a gas permeable plate, while placing the gas permeable plates, preferably perpendicular to the heat exchanger plates.

원통 다관식 열 교환기를 이용하는 바람직한 구체예에 있어서, 유동상 내에 수직으로 배치된 개개의 열 교환기 관을 수평 관에 의해 서로 연결한다. 그 후, 기체 투과성 플레이트를 바람직하게는 수평 관 위에 배치한다. 추가의 구체예에 있어서, 수평 관은 또한 기체 투과성 플레이트 내로 통합시킬 수 있다. 여기서, 수평 관에 의해 경계지어진 영역은 기체 투과성 플레이트에 의해 차단된다.In a preferred embodiment using a cylindrical shell and tube heat exchanger, the individual heat exchanger tubes arranged vertically in the fluidized bed are connected to each other by horizontal tubes. The gas permeable plate is then preferably placed over the horizontal tube. In a further embodiment, the horizontal tube can also be integrated into the gas permeable plate. Here, the area bounded by the horizontal tube is blocked by the gas permeable plate.

열 전달 매질은 열 교환기에서 발생하는 온도에서 화학적 및 열적으로 안정하도록 선택해야 한다. 따라서, 적절한 열 전달 매질은 예컨대 염 용융물 또는 바람직하게는 400℃ 이하 범위의 반응 온도에서 기화하는 액체이다. 10 내지 60 바의 압력에서 특히 바람직한 열 전달 매질은 물이다. 열 전달 매질로서의 기화 액체의 장점은 이 액체의 온도가 열 전달 매질의 기화 중에 변경되지 않는다는 것이다. 이러한 방식으로 열 교환기 내에서 등온 조건을 달성할 수 있다.The heat transfer medium should be chosen to be chemically and thermally stable at the temperatures occurring in the heat exchanger. Thus, suitable heat transfer media are, for example, salt melts or liquids which vaporize at reaction temperatures preferably in the range of up to 400 ° C. Particularly preferred heat transfer medium at pressures of 10 to 60 bar is water. The advantage of the vaporizing liquid as the heat transfer medium is that the temperature of this liquid does not change during the vaporization of the heat transfer medium. In this way it is possible to achieve isothermal conditions in the heat exchanger.

열 교환기로 사용되는 건조물의 물질은 바람직하게는 강철 또는 니켈 합금이다. 염산의 응축을 제어할 수 없는 경우, 니켈 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 예컨대 25 바의 압력에서 물은 약 224℃의 온도에서 응축한다. 액체 상태의 물이 생성되는 경우, 염화수소는 물에 용해되어 염산을 형성한다.The material of the dry matter used as the heat exchanger is preferably steel or nickel alloy. If the condensation of hydrochloric acid cannot be controlled, it is preferable to use a nickel alloy. Thus, water condenses at a temperature of about 224 ° C., for example at a pressure of 25 bar. When liquid water is produced, hydrogen chloride is dissolved in water to form hydrochloric acid.

유동상 내 기체 투과성 플레이트의 설치는 목적하는 방식으로 기포 및 고체의 이동에 영향을 주어, 이에 따라 반응기 내 기체의 체류 시간을 최적화한다. 기체 투과성 플레이트는 특히 응집된 기체 기포를 분산시키는 역할을 하여, 이에 따라 비교적 작은 기체 기포가 유동상 내에서 균일하게 분산되도록 한다. 기체 투과성 플레이트로서, 천공 플레이트 또는 메쉬형 구조체를 사용하는 것이 바람직하다. 기체 투과성 플레이트 내 개개의 개구부의 크기는 바람직하게는 1 내지 100,000 mm², 더욱 바람직하게는 5 내지 10,000 mm², 특히 10 내지 1,000 mm²이다.The installation of a gas permeable plate in the fluidized bed affects the movement of bubbles and solids in the desired manner, thus optimizing the residence time of the gas in the reactor. The gas permeable plate serves in particular to disperse the agglomerated gas bubbles, thus allowing relatively small gas bubbles to be uniformly dispersed in the fluidized bed. As the gas permeable plate, it is preferable to use a perforated plate or a mesh-like structure. The size of the individual openings in the gas permeable plate is preferably 1 to 100,000 mm ² , more preferably 5 to 10,000 mm ² , in particular 10 to 1,000 mm ² .

추가의 구체예에 있어서, 기체 투과성 플레이트를 정렬형(ordered) 또는 비정렬형(unordered) 메쉬 구조체로서 배치한다. 정렬형 메쉬 구조체는 예컨대 스크린 또는 격자 구조체이고, 비정렬형 메쉬 구조체는 예컨대 편물 또는 끈(braid)이다.In a further embodiment, the gas permeable plate is disposed as an ordered or unordered mesh structure. The ordered mesh structure is, for example, a screen or grid structure, and the unaligned mesh structure is a knit or braid, for example.

기체 투과성 플레이트의 구조체 또는 개구부의 크기는 기포의 유착을 피하도록 선택한다. 내부 물질에 의해 발생하는 고체의 이동의 방해는 유동상 내의 열 전달 효율의 악화를 초래한다는, 당업자에게 일반적으로 공지된 관계와는 대조적으로, 유동상 내에서 더 작은 기체 기포를 형성시키는 기포 유착을 피하면, 내부 물질로 인한 악화보다 큰 정도로 유동상 내에서의 열 전달을 개선하여, 유동상 내의 열 전달이 전체적으로 개선된다. 더 작은 기체 기포로 인해, 유동상은 더욱 효율적으로 혼합되며, 이는 균일한 온도 분산을 초래한다. 또한, 유동상 내에서의 열 전달은 절연 효과를 갖는 크기가 큰 기체 기포에 의해 방해받지 않는다. 이는 또한 열 교환기로의 열 전달을 개선시켜, 유동상으로부터의 열 제거를 더욱 양호하게 한다. 이러한 이유로, 열 교환기를 더 작게 제조할 수 있으며, 이는 재료 절감을 가져와 경비 절감을 초래한다.The size of the structure or opening of the gas permeable plate is chosen to avoid bubble coalescence. In contrast to the relationships generally known to those skilled in the art, that disturbing the movement of solids caused by internal materials leads to deterioration of the heat transfer efficiency in the fluidized bed, bubble coalescence is formed in the fluidized bed to form smaller gas bubbles. Avoidance improves heat transfer in the fluidized bed to a greater extent than deterioration due to internal materials, thereby improving overall heat transfer in the fluidized bed. Due to the smaller gas bubbles, the fluidized bed mixes more efficiently, which results in uniform temperature dispersion. In addition, heat transfer in the fluidized bed is not hindered by large gas bubbles having an insulating effect. This also improves heat transfer to the heat exchanger, making better heat removal from the fluidized bed. For this reason, heat exchangers can be made smaller, which leads to material savings and cost savings.

기체 투과성 플레이트는 바람직하게는 5 내지 200 cm, 더욱 바람직하게는 10 cm 내지 100 cm, 특히 바람직하게는 20 내지 50 cm의 간격을 갖는다.The gas permeable plate preferably has an interval of 5 to 200 cm, more preferably 10 cm to 100 cm, particularly preferably 20 to 50 cm.

열 교환기와 같이, 기체 투과성 플레이트는 바람직하게는 강철 또는 니켈 합금으로 제조한다. 여기서 또한 염산의 응축을 제어할 수 없는 경우, 니켈 합금을 사용한다.Like heat exchangers, gas permeable plates are preferably made of steel or nickel alloys. Here too, nickel alloys are used when it is not possible to control the condensation of hydrochloric acid.

유동상은 바람직하게는 반응기 벽에 의해 주위로부터 분리시킨다. 반응기 벽은 바람직하게는 기체가 통하지 않으며, 주위에 대해 열적으로 절연된다. 이러한 방식으로, 예컨대 반응에 참가하는 기체가 반응기 벽을 통해 주위로 새는 것을 방지한다. 반응기 벽의 열 절연은, 반응 온도가 유동상의 가장자리 구역에서 강하되는 것을 방지한다. 이러한 방식으로, 유동상의 전체 구역에 걸쳐 반응이 균일하게 일어나게 된다. 접촉시 화상을 초래할 수 있는 반응기 외부 상의 고온 표면이 없기 때문에, 반응기 벽의 절연은 또한 필요한 안전성 위험을 감소시킨다.The fluidized bed is preferably separated from the surroundings by a reactor wall. The reactor wall is preferably gas free and thermally insulated with respect to the surroundings. In this way, for example, gas participating in the reaction is prevented from leaking through the reactor walls to the surroundings. Thermal insulation of the reactor wall prevents the reaction temperature from dropping in the edge region of the fluidized bed. In this way, the reaction occurs uniformly over the entire zone of the fluidized bed. Since there is no hot surface on the outside of the reactor that can cause burns upon contact, insulation of the reactor wall also reduces the necessary safety risks.

반응기 벽은 바람직하게는 원주형이지만, 또한 임의의 다른 횡단면을 가질 수 있다. 반응기 벽의 두께는 반응기 벽의 원주 및 높이에 대한 열 응력이 회피되는 두께인 것이 바람직하다. 동시에, 반응기 벽의 기계적 안정성도 보장되어야 한다.The reactor wall is preferably cylindrical, but can also have any other cross section. The thickness of the reactor wall is preferably the thickness at which thermal stresses on the circumference and height of the reactor wall are avoided. At the same time, the mechanical stability of the reactor walls must be ensured.

반응기 벽으로 적절한 물질은, 반응기 내의 부산물 형성이 제어될 수 있고, 기계적 안정성을 보장하는 임의의 금속 물질이다. 반응기 벽은 바람직하게는 강철 또는 니켈 합금으로 제조한다. 또한, 반응기 벽은 니켈 또는 니켈 합금으로 채워질 수 있다. 반응기 내의 염산의 응축을 제어할 수 없는 경우, 특히 니켈 합금을 사용한다.Suitable materials for the reactor wall are any metal materials whose byproduct formation in the reactor can be controlled and which ensure mechanical stability. The reactor wall is preferably made of steel or nickel alloy. In addition, the reactor walls may be filled with nickel or nickel alloys. If it is not possible to control the condensation of hydrochloric acid in the reactor, in particular nickel alloys are used.

공급물 기체인 염화수소 및 산소는 바람직하게는 유동상 아래 쪽에 위치한 윈드박스(windbox)를 통해 공급한다. 염화수소 및 산소 함유 기체 스트림을 포함하는 기체 스트림을 윈드박스 내로 개별적으로 공급하여, 윈드박스에서 혼합하는 것이 가능하다. 그러나, 염화수소 및 산소를 포함하는 기체 스트림이 공급되도록, 혼합은 바람직하게는 윈드박스의 상류에서 일어난다.The feed gases hydrogen chloride and oxygen are preferably fed through a windbox located below the fluidized bed. It is possible to feed gas streams comprising hydrogen chloride and oxygen containing gas streams separately into the windbox and mix in the windbox. However, mixing preferably takes place upstream of the windbox so that a gas stream comprising hydrogen chloride and oxygen is fed.

기체는 측면에서 또는 접선 방향으로, 윈드박스의 하부에서 윈드박스 내로 공급될 수 있다. 기체를 접선 방향으로 도입하는 경우, 선회 이동(whirling motion)이 윈드박스 내에서 발생한다. 기체가 바닥으로부터 공급되는 경우, 중앙으로 도입하는 것이 바람직하다. 윈드박스는 당업자에게 공지된 임의의 형상의 윈드박스일 수 있다. 원형 횡단면을 갖는 유동상 반응기가 사용되는 경우, 윈드박스는 바람직하게는 원형 돔형, 원뿔형 또는 원주형이다.The gas may be supplied into the windbox at the bottom of the windbox, either laterally or in a tangential direction. When introducing the gas in a tangential direction, whirling motion occurs in the windbox. If gas is supplied from the bottom, it is preferred to introduce it centrally. The windbox may be a windbox of any shape known to those skilled in the art. If a fluidized bed reactor having a circular cross section is used, the windbox is preferably circular domed, conical or cylindrical.

윈드박스로 적절한 물질은 부산물 형성이 제어될 수 있고, 기계적 안정성이 보장되는 모든 금속 물질이다. 그러나, 금속 물질 이외에, 세라믹 물질로 윈드박스를 제조할 수도 있다.Suitable materials for the windbox are all metallic materials in which by-product formation can be controlled and mechanical stability is ensured. However, in addition to the metallic material, the windbox may also be made of ceramic material.

바람직한 구체예에 있어서, 공급물 기체 스트림을 아래 쪽으로부터 중앙으로 윈드박스 내로 도입한다. 이 경우 윈드박스는 원형 돔형이고, 갑작스러운 횡단면 확장을 피할 수 있도록 구성된다. 윈드박스 내의 에지(edge)를 피하면, 윈드박스의 내벽 상에 침식을 초래할 수 있는 난류가 억제된다.In a preferred embodiment, a feed gas stream is introduced into the windbox from below to the center. In this case the windbox is of circular dome shape and is configured to avoid sudden cross-sectional expansion. Avoiding edges in the windbox suppresses turbulence that can cause erosion on the inner wall of the windbox.

윈드박스 내의 기체 스트림의 균일한 분산을 개선하고, 유동상으로 기체가 균일하게 흐르도록 하기 위해, 바람직한 구체예에 있어서, 유입 기체가 흐르는 것에 대항하는 충돌 장치(impingement device)를 윈드박스 내에 위치시킨다. 충돌 장치에 의해 강제화된 기체 스트림의 편향은 유입 공급물 기체의 운동량의 소실을 초래한다. 충돌 장치는 바람직하게는 깔때기 형태 또는 원형 돔 형태의 단순 플레이트이다. 반응 기체와 접촉할 수 있는 모든 다른 표면과 마찬가지로, 충돌 플레이트는 바람직하게는 강철 또는 니켈 합금으로 이루어진다. 염산의 응축을 배제할 수 없는 경우, 니켈 합금을 사용한다.In order to improve the uniform dispersion of the gas stream in the windbox and to allow the gas to flow uniformly in the fluidized bed, in a preferred embodiment an impingement device against the flow of the inlet gas is placed in the windbox. . Deflection of the gas stream forced by the impingement device results in the loss of momentum of the inlet feed gas. The impact device is preferably a simple plate in the form of a funnel or of a circular dome. Like all other surfaces that may be in contact with the reaction gas, the impingement plate is preferably made of steel or nickel alloy. If condensation of hydrochloric acid cannot be ruled out, nickel alloys are used.

기체 스트림이 이를 통해 유동상으로 도입되는 기체 분배기에 의해 윈드박스를 결합시킨다. 기체 분배기는 바람직하게는 횡단면에 걸쳐 기체 분산이 균일해지도록 설계한다.The windbox is joined by a gas distributor through which a gas stream is introduced into the fluidized bed. The gas distributor is preferably designed so that the gas dispersion is uniform across the cross section.

적절한 기체 분배기는 예컨대 천공 플레이트 또는 플레이트에 걸쳐 분산된 기체 분배기 노즐이다.Suitable gas distributors are, for example, perforated plates or gas distributor nozzles dispersed across the plate.

윈드박스가 유동상으로의 기체의 도입에 사용되는 경우, 기체 분배기는 바람직하게는 윈드박스와 유동상 사이의 경계선이다.If the windbox is used for the introduction of gas into the fluidized bed, the gas distributor is preferably the boundary between the windbox and the fluidized bed.

윈드박스를 통한 기체의 도입과는 별도로, 윈드박스를 사용하지 않고 기체를 유동상으로 직접 공급할 수도 있다. 이러한 목적으로, 기체 분배기는 바람직하게는 기체가 이를 통해 유동상으로 흐르는 파이프 시스템으로서 배치된다.Apart from the introduction of gas through the windbox, it is also possible to feed gas directly into the fluidized bed without the use of a windbox. For this purpose, the gas distributor is preferably arranged as a pipe system in which gas flows through it.

염화수소의 촉매 산화는 바람직하게는 180 내지 500℃, 바람직하게는 200 내지 450℃, 특히 바람직하게는 300 내지 400℃의 반응기 온도에서, 그리고 1 내지 25 바, 바람직하게는 1.2 내지 20 바, 특히 바람직하게는 1.5 내지 17 바, 특히 2.0 내지 15 바의 압력에서, 유동상에서 등온적으로 또는 거의 등온적으로 수행한다. Catalytic oxidation of hydrogen chloride is preferably at a reactor temperature of 180 to 500 ° C., preferably 200 to 450 ° C., particularly preferably 300 to 400 ° C., and 1 to 25 bar, preferably 1.2 to 20 bar, particularly preferred. Preferably isothermally or nearly isothermally in the fluidized bed at a pressure of 1.5 to 17 bar, in particular 2.0 to 15 bar.

본 발명의 방법에 사용할 수 있는 촉매는 원칙적으로 염화수소의 염소로의 산화에 대해 공지된 모든 촉매, 예컨대 DE-A 197 48 299 또는 DE-A 197 34 412로부터 공지된 상기 기재한 루테늄계 촉매이다. 각각의 경우 촉매의 총중량을 기준으로 하여, 0.001 내지 30 중량%의 금, 0 내지 3 중량%의 1 이상의 알칼리 토금속, 0 내지 3 중량%의 1 이상의 알칼리 금속, 0 내지 10 중량%의 1 이상의 희토류 금속, 및 지지체 상의 루테늄, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 은, 구리 및 레늄으로 구성되는 군에서 선택되는 0 내지 10 중량%의 1 이상의 추가의 금속을 포함하는, DE-A 102 44 996에 기재된 금계 촉매도 적절하다.The catalysts usable in the process of the invention are in principle all catalysts known for the oxidation of hydrogen chloride to chlorine, such as the ruthenium based catalysts described above known from DE-A 197 48 299 or DE-A 197 34 412. In each case from 0.001 to 30% by weight of gold, from 0 to 3% by weight of at least one alkaline earth metal, from 0 to 3% by weight of at least one alkali metal, from 0 to 10% by weight of at least one rare earth, based on the total weight of the catalyst The gold-based catalyst described in DE-A 102 44 996 comprising a metal and 0 to 10% by weight of one or more additional metals selected from the group consisting of ruthenium, palladium, osmium, iridium, silver, copper and rhenium on a support Is also appropriate.

특히 바람직한 구체예에 있어서, 유동상의 형성에 사용되는 과립 물질은 비균질 촉매를 포함한다. 여기서, 유동상의 과립 물질의 각각의 입자는 활성 조성물로 함침되는 촉매 지지체를 형성한다. 적절한 지지체 물질은 예컨대 이산화규소, 흑연, 금홍석 또는 예추석 구조를 갖는 이산화티탄, 이산화지르코늄, 산화알루미늄 또는 이의 혼합물, 바람직하게는 이산화티탄, 이산화지르코늄, 산화알루미늄 또는 이의 혼합물, 특히 바람직하게는 γ- 또는 δ-산화알루미늄 또는 이의 혼합물이다.In a particularly preferred embodiment, the granular material used to form the fluidized bed comprises a heterogeneous catalyst. Here, each particle of the granular material in the fluid phase forms a catalyst support that is impregnated with the active composition. Suitable support materials are for example titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, preferably titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, particularly preferably γ- Or δ-aluminum oxide or mixtures thereof.

지지된 구리 또는 루테늄 촉매는 예컨대 지지체 물질을 CuCl₂ 또는 RuCl₃의 수용액, 및 필요에 따라 바람직하게는 염화물 형태의 도핑용 촉진제로 함침시켜 얻을 수 있다. 촉매의 성형은 지지체 물질의 함침 후 또는 바람직하게는 함침 전에 수행할 수 있다. Supported copper or ruthenium catalysts can be obtained, for example, by impregnating the support material with an aqueous solution of CuCl ₂ or RuCl ₃ and, if desired, an accelerator for doping, preferably in the form of chlorides. Molding of the catalyst may be carried out after the impregnation of the support material or preferably before impregnation.

도핑에 적절한 촉진제는 알칼리 금속, 예컨대 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐 및 세슘, 바람직하게는 리튬, 나트륨 및 칼륨, 특히 바람직하게는 칼륨, 알칼리 토금속, 예컨대 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨, 바람직하게는 마그네슘 및 칼륨, 특히 바람직하게는 마그네슘, 희토류 금속, 예컨대 스칸듐, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴 및 네오디뮴, 바람직하게는 스칸듐, 이트륨, 란탄 및 세륨, 특히 바람직하게는 란탄 및 세륨, 또는 이의 혼합물이다.Suitable accelerators for doping are alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, preferably lithium, sodium and potassium, particularly preferably potassium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium, preferably magnesium And potassium, particularly preferably magnesium, rare earth metals such as scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, preferably scandium, yttrium, lanthanum and cerium, particularly preferably lanthanum and cerium, or mixtures thereof.

과립 물질의 입자는 후속하여 건조시키고, 필요에 따라 예컨대 질소, 아르곤 또는 공기 분위기 하에서, 100 내지 400℃, 바람직하게는 100 내지 300℃의 온도에서 하소시킬 수 있다. 과립 물질의 입자는 바람직하게는 우선 100 내지 150℃에서 건조시키고, 후속하여 200 내지 400℃에서 하소시킨다.The particles of granular material can subsequently be dried and, if necessary, calcined at a temperature of 100 to 400 ° C., preferably 100 to 300 ° C., for example under a nitrogen, argon or air atmosphere. The particles of granular material are preferably first dried at 100 to 150 ° C. and subsequently calcined at 200 to 400 ° C.

유동상에서 활성 조성물로 함침된 과립 물질과는 별도로, 불활성 과립 물질의 입자가 또한 유동상에 추가로 존재할 수 있다. 사용 가능한 불활성 물질은 예컨대 이산화티탄, 이산화지르코늄 또는 이의 혼합물, 산화알루미늄, 동석, 세라믹, 유리, 흑연 및 스테인레스강이다. 불활성 과립 물질의 입자는 바람직하게는 활성 조성물로 함침된 과립 물질의 입자와 유사한 외경을 갖는다.Apart from the granular material impregnated with the active composition in the fluidized bed, particles of inert granular material may also be further present in the fluidized bed. Inert materials that can be used are, for example, titanium dioxide, zirconium dioxide or mixtures thereof, aluminum oxide, steatite, ceramics, glass, graphite and stainless steel. The particles of inert granular material preferably have an outer diameter similar to the particles of granular material impregnated with the active composition.

유동상 위쪽에, 유동상의 유동화 과립 물질이 기체상으로부터 분리되는 이탈(disengagement) 구역이 존재한다. 바람직한 구체예에 있어서, 가능한 한 적은 양의 고체로 유동상 반응기로부터 기체를 배출시키기 위해, 고체의 침전도를 증가시키는 고체 침전기를 이탈 구역에서 사용한다.Above the fluidized bed there is a disengagement zone where the fluidized granulated material of the fluidized bed is separated from the gas phase. In a preferred embodiment, a solid settler is used in the leaving zone which increases the settling degree of the solid in order to withdraw gas from the fluidized bed reactor with as little solids as possible.

고체 침전기는 바람직하게는 기체 기포가 배출되면서 유동상으로부터 떨어져 나가는 과립 물질의 입자에 대한 배출 높이 이상의 높이에 배치된다. 이에 따라 이러한 고체 침전기의 소정의 침전 성능이, 유동상과 고체 침전기 사이의 적절한 거리를 이용하여 최소화된다.The solid precipitator is preferably arranged at a height above the discharge height for the particles of granular material which exit the fluidized bed while the gas bubbles are discharged. Thus, the desired sedimentation performance of this solid settler is minimized by using the proper distance between the fluidized bed and the solid settler.

적절한 고체 침전기는 예컨대 사이클론 및 캔들 필터(candle filter)이다.Suitable solid precipitators are, for example, cyclones and candle filters.

이탈 구역에서 표면 기체 속도를 감소시키기 위해, 이 영역은 원뿔형으로 확장된다. 이러한 방식으로, 고체 침전기의 소정의 침전 성능을 더 감소시킬 수 있다.In order to reduce the surface gas velocity in the exit zone, this region expands conically. In this way, the desired precipitation performance of the solid settler can be further reduced.

이탈 구역 및 1 이상의 고체 침전기(들)에 대한 물질로서, 부산물 생성을 제어할 수 있고, 필요한 기계적 안정성을 보장하는 금속 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 고체 침전기 및 이탈 구역에 대한 특히 바람직한 물질은 강철 및 니켈 합금이다. 적절한 니켈 합금은 예컨대 하스텔로이(Hasteloy) 물질 또는 인코넬(Inconell)이다. 이들은 염산의 응축이 제어될 수 없는 경우 사용한다.As materials for the exit zone and the one or more solid precipitator (s), it is desirable to use metal materials that can control by-product formation and ensure the required mechanical stability. Particularly preferred materials for solid precipitators and exit zones are steel and nickel alloys. Suitable nickel alloys are, for example, Hastelloy materials or Inconell. These are used when the condensation of hydrochloric acid cannot be controlled.

캔들 필터가 고체의 침전화에 사용되는 경우, 적절한 금속 물질 뿐 아니라 세라믹 물질을 사용하는 것도 가능하다.When candle filters are used for the precipitation of solids, it is also possible to use ceramic materials as well as suitable metal materials.

본 발명을 도면을 참조하여 하기에 더욱 상세히 설명한다.The invention is described in more detail below with reference to the drawings.

도면에서,In the drawings,

도 1은 본 발명에 따라 배치된 유동상 반응기의 단면을 도시하고,1 shows a cross section of a fluidized bed reactor arranged in accordance with the present invention,

도 2는 도 1에서 AA선에 따른 단면을 도시하며,FIG. 2 shows a section along the line AA in FIG. 1,

도 3은 도 1에서 BB선에 따른 단면을 도시하고,3 shows a cross section taken along line BB in FIG. 1,

도 4는 도 1로부터의 상세 부분 C를 도시하며, 4 shows detail C from FIG. 1,

도 5는 도 1에서 DD선에 따른 단면을 도시한다.FIG. 5 shows a cross section taken along line DD in FIG. 1.

도 1은 본 발명에 따라 배치된 유동상 반응기의 단면을 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a cross section of a fluidized bed reactor arranged in accordance with the present invention.

반응기(1)는 유동상(2), 윈드박스(3), 기체 분배기(4), 이탈 구역(5) 및 1 이상의 고체 침전기(6)를 포함한다. 공급물 기체는 윈드박스(3) 내로 공급한다. 기체의 도입을 본원에서는 화살표(7)로 표시한다. 윈드박스(3) 내로의 기체의 도입은 본원에서 도시한 바와 같이 아래쪽으로부터 또는 측면으로부터 수행할 수 있다. 염화수소 및 산소 함유 기체 스트림을 포함하는 기체 스트림을 윈드박스(3)의 상류에서 혼합할 수 있거나, 또는 윈드박스(3) 내로 개별적으로 공급할 수 있다. 이를 개별적으로 공급하는 경우, 그 다음 혼합은 윈드박스(3) 내에서 일어난다. 윈드박스(3)로부터, 기체 분배기(4)를 통해 유동상(2)으로 기체가 흐른다. 기체 분배기(4)의 역할은 기체가 유동상(2)으로 균일하게 흐르고, 이에 따라 유동상(2) 내에서 기체와 고체의 양호한 혼합이 달성되도록 하는 것이다. 기체 분배기(4)는 천공 플레이트 또는 그 위에 분산된 기체 분배기 노즐을 갖는 플레이트일 수 있다. The reactor 1 comprises a fluidized bed 2, a windbox 3, a gas distributor 4, a leaving zone 5 and at least one solid settler 6. The feed gas is fed into the windbox 3. The introduction of the gas is indicated by arrow 7 here. The introduction of gas into the windbox 3 can be performed from below or from the side as shown herein. The gas stream comprising the hydrogen chloride and oxygen containing gas stream can be mixed upstream of the windbox 3 or can be fed separately into the windbox 3. If it is fed separately, then mixing takes place in the windbox 3. From the windbox 3, gas flows through the gas distributor 4 into the fluidized bed 2. The role of the gas distributor 4 is to ensure that the gas flows uniformly into the fluidized bed 2 so that good mixing of the gas and solid in the fluidized bed 2 is achieved. The gas distributor 4 may be a perforated plate or a plate having gas distributor nozzles dispersed thereon.

유동상(2)에서, 염화수소 및 산소는 반응하여 염소 및 물을 형성한다. 이 반응은 열을 방출하는데, 이는 열 교환기(9)를 통해 제거된다. 이는 등온적인 또는 거의 등온적인 조건 하에서 반응이 일어나도록 한다.In the fluidized bed 2, hydrogen chloride and oxygen react to form chlorine and water. This reaction releases heat, which is removed through the heat exchanger 9. This allows the reaction to occur under isothermal or near isothermal conditions.

열 전달 매질을 1 이상의 열 전달 매질 유입구(10)를 통해 열 교환기(9)에 공급한다. 열 전달 매질은 1 이상의 열 전달 매질 공급 파이프(18)를 통해 1 이상의 열 전달 매질 분배기(11)로 흐른다. 본원에서 도시된 열 교환기(9)의 경우, 열 전달 매질 유입구(10)는 유동상(2)의 상부 영역에 위치시킨다. 그러나, 열 전달 매질 유입구(10)는 유동상(2)의 임의의 다른 높이에 위치시킬 수도 있다.The heat transfer medium is supplied to the heat exchanger 9 through at least one heat transfer medium inlet 10. The heat transfer medium flows through the one or more heat transfer medium supply pipes 18 to the one or more heat transfer medium distributors 11. In the case of the heat exchanger 9 shown here, the heat transfer medium inlet 10 is located in the upper region of the fluidized bed 2. However, the heat transfer medium inlet 10 may be located at any other height of the fluidized bed 2.

유동상에서 수직으로 위치한 열 교환기 관(15)은 열 전달 매질 분배기(들)(11)로부터 분지되어 있다. 열 전달 영역을 증가시키기 위해, 열 교환기 관(15)은 횡관(transverse tube)(16)에 의해 연결되어 있다. 열 전달 매질도 횡관(16)을 통해 흐른다. 반응에서 방출된 열의 흡수로 인해 기화하는 열 전달 매질이 사용되는 경우, 횡관(16)을 차단하는 증기 플러그가 횡관(16) 내에서 형성될 수 없도록, 횡관(16)은 수평으로부터 약간 경사지는 것이 바람직하다. 횡관(16)이 수평으로부터 경사져 있는 각도는 바람직하게는 < 10°, 더욱 바람직하게는 < 5°, 특히 바람직하게는 < 2°이다.The heat exchanger tube 15 located vertically in the fluidized bed is branched from the heat transfer medium distributor (s) 11. In order to increase the heat transfer area, the heat exchanger tube 15 is connected by a transverse tube 16. Heat transfer medium also flows through the transverse tube 16. When a heat transfer medium which vaporizes due to the absorption of heat released in the reaction is used, it is preferred that the diaphragm 16 is slightly inclined from horizontal so that a steam plug blocking the diaphragm 16 cannot be formed in the diaphragm 16. desirable. The angle at which the transverse tube 16 is inclined from the horizontal is preferably <10 °, more preferably <5 °, particularly preferably <2 °.

열 전달 매질 유입구(10)의 수가 열 전달 매질 분배기(11)의 수와 동일하지 않은 열 교환기(9)가 사용되는 경우, 열 전달 매질 분배기(11), 열 전달 매질이 이를 통해 열 전달 매질 분배기(11) 내로 분산되는 액체 수집기(12)에 의해 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다.If a heat exchanger 9 is used in which the number of heat transfer medium inlets 10 is not equal to the number of heat transfer medium distributors 11, the heat transfer medium distributor 11, the heat transfer medium through which the heat transfer medium distributor It is preferable that they are connected to each other by the liquid collector 12 dispersed in 11.

열 전달 매질 분배기(11)에 대향하는 말단에서, 열 교환기 관(15)은 1 이상의 증기 수집기(13)로 개구한다. 열 교환기(9)가 다수의 증기 수집기(13)를 구비하는 경우, 이들은 증기 유통관(offtake)(14)에 연결되는 것이 바람직하다. 증기 유통관(14)을 통해 기화된 열 전달 매질이 열 교환기(9)로부터 배출된다. 열 전달 매질은 그 다음 재차 응축하여, 액체 형태로 열 교환기(9)로 재공급될 수 있는 추가의 열 교환기를 통과하는 것이 바람직하다. 밀폐된 열 전달 매질 회로를 이러한 방식으로 달성할 수 있다.At the end opposite the heat transfer medium distributor 11, the heat exchanger tube 15 opens to one or more vapor collectors 13. If the heat exchanger 9 has a plurality of steam collectors 13, they are preferably connected to a steam offtake 14. The vaporized heat transfer medium is withdrawn from the heat exchanger (9) through the steam distribution pipe (14). The heat transfer medium is then preferably condensed again and passed through an additional heat exchanger which can be fed back to the heat exchanger 9 in liquid form. Closed heat transfer medium circuits can be achieved in this way.

열 전달 영역을 더 증가시키고, 유동상 내의 기체 기포의 균일한 분산을 달성하기 위해, 기체 투과성 플레이트(17)를 기체의 흐름 방향에 대해 수직으로 유동상에 설치한다. 기체 투과성 플레이트(17)를 열 전도 방식으로 열 교환기 관(15)에 연결한다. 연결은 바람직하게는 통합형 용접 연결이다. 바람직한 구체예에 있어서, 기체 투과성 플레이트(17)를 예컨대 용접에 의해 횡관(16)에 대해 통합형으로 연결한다. 기체 투과성 플레이트(17)는 바람직하게는 천공 플레이트로서 또는 정렬형 또는 비정렬형 메쉬 구조체로서 배치한다.In order to further increase the heat transfer area and to achieve uniform dispersion of gas bubbles in the fluidized bed, a gas permeable plate 17 is installed in the fluidized bed perpendicular to the flow direction of the gas. The gas permeable plate 17 is connected to the heat exchanger tube 15 in a heat conducting manner. The connection is preferably an integrated weld connection. In a preferred embodiment, the gas permeable plate 17 is integrally connected to the transverse tube 16, for example by welding. The gas permeable plate 17 is preferably arranged as a perforated plate or as an ordered or unaligned mesh structure.

유동상(2)을 이탈 구역(5)에 의해 연결한다. 바람직한 구체예에 있어서, 이탈 구역(5)의 횡단면은 기체의 흐름 방향으로 증가한다. 이탈 구역(5)은 유동상의 과립 물질이 기체로부터 분리되는 영역을 지칭한다. 기체 스트림에 의해 유입되는 과립 물질의 입자를 분리하기 위해, 1 이상의 고체 침전기(6)를 이탈 구역(5)의 상부 영역에 위치시키는 것이 바람직하다. 고체 침전기(들)(6)를 반응기 내에 위치시킨 도 1에 도시한 구체예 이외에, 고체 침전기(들)(6)는 또한 반응기(1) 외부에 위치시킬 수 있다. 화살표(8)는 고체 침전기(들)(6)에 따른 생성물 배출을 나타낸다.The fluidized bed 2 is connected by a departure zone 5. In a preferred embodiment, the cross section of the leaving zone 5 increases in the flow direction of the gas. The leaving zone 5 refers to the area where the granular material in the fluid phase separates from the gas. In order to separate the particles of granular material introduced by the gas stream, it is preferred to place at least one solid precipitator 6 in the upper region of the leaving zone 5. In addition to the embodiment shown in FIG. 1 where the solid precipitator (s) 6 are located in the reactor, the solid precipitator (s) 6 may also be located outside the reactor 1. Arrow 8 shows product discharge along the solid precipitator (s) 6.

도 2는 도 1에서 AA선에 따른 단면의 평면도이다. 본원에 도시한 구체예에 있어서, 반응기(1)는 원형 횡단면을 갖는 반응기 벽(21)에 의해 경계가 지어진다. 반응기 벽(21)을 통한 열 흐름이 적어지도록, 반응기 벽(21)은 절연되는 것이 바람직하다. 반응기 벽(21)의 외측이 너무 뜨거워져서 이에 따라 접촉시 화상을 초래할 수 있는 것을 방지하기 때문에, 이는 동시에 작동 안전성을 증가시킨다. 반응에서 방출되는 열은 열 교환기(9)를 통해 제거된다. 열 전달 매질은 열 전달 매질 유입구(10)를 통해 화살표(19)의 방향으로 도입된다. 열 전달 매질은 도 3에 도시된 열 전달 매질 공급 파이프(18)를 통해, 열 전달 매질 분배기(11)로 흐른다. 도 3에 또한 도시된 열 교환기 관(15)에서, 열 전달 매질은 도 2에 도시된 증기 수집기(13)의 방향으로 흐른다. 열 흡수의 결과로서, 열 전달 매질은 열 교환기 관(15)에서 기화한다. 기화된 열 전달 매질은 증기 수집기(13)에 수집되어, 증기 유통관(14)으로 공급된다. 증기 유통관(14)으로부터, 기체성 열 전달 매질이 열 교환기(9)로부터 배출된다. 이는 22번 화살표로 표시된다.2 is a plan view of a cross section taken along the line AA in FIG. 1. In the embodiment shown here, the reactor 1 is bounded by a reactor wall 21 having a circular cross section. The reactor wall 21 is preferably insulated so that the heat flow through the reactor wall 21 is less. This at the same time increases operating safety, since it prevents the outside of the reactor wall 21 from becoming too hot and thus causing burns upon contact. The heat released from the reaction is removed via the heat exchanger 9. The heat transfer medium is introduced in the direction of arrow 19 through the heat transfer medium inlet 10. The heat transfer medium flows through the heat transfer medium supply pipe 18 shown in FIG. 3 to the heat transfer medium distributor 11. In the heat exchanger tube 15, also shown in FIG. 3, the heat transfer medium flows in the direction of the steam collector 13 shown in FIG. 2. As a result of the heat absorption, the heat transfer medium vaporizes in the heat exchanger tube 15. The vaporized heat transfer medium is collected in the steam collector 13 and supplied to the steam distribution pipe 14. From the vapor distribution pipe 14, the gaseous heat transfer medium is withdrawn from the heat exchanger 9. This is indicated by arrow 22.

유동상(2) 내에서 기체 기포가 응집되는 것을 방지하고, 유동상(2)의 균일한 혼합을 달성하기 위해, 스크린으로서 배치된 기체 투과성 플레이트(17)를 도 2 및 3에 도시한다.In order to prevent agglomeration of gas bubbles in the fluidized bed 2 and to achieve uniform mixing of the fluidized bed 2, gas permeable plates 17 arranged as screens are shown in FIGS. 2 and 3.

도 4는 도 1에서 라벨링된 C 부분을 상세히 도시한다. 수직 열 교환기 관(15)은 바람직하게는 횡관(16)에 의해 규칙적인 간격으로 서로 연결한다. 본원에서, 간격은 바람직하게는 기체 투과성 플레이트(17) 사이의 간격에 상당한다. 횡관(16)은 바람직하게는 통합 방식으로 열 교환기 관(15)에 연결한다. 그러나, 연결은 또한 예컨대 당업자에게 공지된 임의의 다른 파이프 연결 또는 파이프 클립을 이용하는 마찰형의 것일 수도 있다. 기체 투과성 플레이트(17)는 바람직하게는 열 전도 방식으로 횡관(16)에 연결한다. 이러한 목적으로, 본원에서 도시한 바와 같이 기체 투과성 플레이트(17)는 횡관(16) 위쪽에 위치시킬 수 있지만, 기체 투과성 플레이트(17)를 횡관(16) 아래 쪽에 위치시키거나, 횡관(16)을 기체 투과성 플레이트(17)의 평면에 위치시키는 배열도 고려할 수 있다. 4 details the C portion labeled in FIG. 1. The vertical heat exchanger tubes 15 are preferably connected to one another at regular intervals by a transverse tube 16. In this application, the spacing preferably corresponds to the spacing between the gas permeable plates 17. The transverse tube 16 preferably connects to the heat exchanger tube 15 in an integrated manner. However, the connection may also be of friction type, for example using any other pipe connection or pipe clip known to those skilled in the art. The gas permeable plate 17 is preferably connected to the transverse tube 16 in a thermally conductive manner. For this purpose, the gas permeable plate 17 may be positioned above the cross tube 16 as shown herein, but the gas permeable plate 17 may be positioned below the cross tube 16 or the cross tube 16 may be positioned. An arrangement in which the gas permeable plate 17 is positioned in the plane may also be considered.

열 전달 매질은 바람직하게는 수직 열 교환기 관(15)으로부터 횡관(16)으로 흐른다. 열 전달 매질이 기화하여 횡관(16)을 차단시 증기 플러그가 횡관(16)에서 형성되는 것을 방지하기 위해, 횡관(16)은 약간 경사지는 바람직하다.The heat transfer medium preferably flows from the vertical heat exchanger tube 15 to the transverse tube 16. The transverse tube 16 is preferably slightly inclined to prevent vapor plugs from forming in the diaphragm 16 when the heat transfer medium vaporizes to block the diaphragm 16.

도 5로부터 열 전달 매질 공급 파이프(18)는 횡관(16)을 통해 열 교환기 관(15)에 연결되어 있지 않음을 알 수 있다. 이는 기화된 열 전달 매질이 열 전달 매질 공급 파이프(18)로 흐를 수 없도록 한다. 또한, 이는 모든 열 전달 매질이 열 전달 매질 분배기(11)를 통해 열 교환기 관(15)으로 흐르도록 한다. 이러한 방식으로, 균일한 온도 분산 및 열 전달 매질 분산이 열 교환기(9)에서 달성된다. 본원에서 나타낸 구체예에 있어서, 모든 열 교환기 관(15)은 횡관(16)에 의해 서로 연결되어 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 5 that the heat transfer medium supply pipe 18 is not connected to the heat exchanger tube 15 via a transverse tube 16. This prevents the vaporized heat transfer medium from flowing into the heat transfer medium supply pipe 18. This also allows all heat transfer medium to flow through the heat transfer medium distributor 11 to the heat exchanger tube 15. In this way, uniform temperature dispersion and heat transfer medium dispersion are achieved in the heat exchanger 9. In the embodiment shown herein, it can be seen that all the heat exchanger tubes 15 are connected to each other by transverse tubes 16.

도 2 및 3에 도시된 횡단면에 상응하여, 스크린으로서 배치된 기체 투과성 플레이트(17)를 본원에 나타낸 구체예에서 또한 확인할 수 있다.Corresponding to the cross sections shown in FIGS. 2 and 3, gas permeable plates 17 arranged as screens can also be found in the embodiments shown herein.

참조 번호 목록Reference Number List

1 반응기1 reactor

2 유동상2 fluidized bed

3 윈드박스3 windbox

4 기체 분배기4 gas distributor

5 이탈 구역5 exit zones

6 고체 침전기6 solid precipitator

7 기체의 도입Introduction of 7 gas

8 생성물 배출8 Product discharge

9 열 교환기9 heat exchanger

10 열 전달 매질 유입구10 heat transfer medium inlet

11 열 전달 매질 분배기11 heat transfer medium distributor

12 열 전달 매질 수집기12 heat transfer medium collector

13 증기 수집기13 steam collector

14 증기 유통관14 steam distribution pipe

15 열 교환기 관15 heat exchanger tube

16 횡관16 crosspipe

17 기체 투과성 플레이트17 Gas Permeable Plate

18 열 전달 매질 공급 파이프18 heat transfer medium supply pipe

19 열 전달 매질의 유입 방향19 Direction of influx of heat transfer medium

20 열 전달 매질의 흐름 방향20 Flow direction of heat transfer medium

21 반응기 벽21 reactor wall

22 열 전달 매질의 배출 방향22 Discharge direction of heat transfer medium

Claims

기체 투과성 플레이트(17)가 설치되어 있는 유동상(2)에서 비균질 촉매의 존재 하에 산소를 이용한 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하기 위한 반응기로서, 기체 투과성 플레이트(17)는 유동상(2) 내에 설치된 열 교환기(9)에 열 전도 방식으로 연결되어 있고, 기체 투과성 플레이트(17)의 열 전도성은 유동상(2)의 열 전도성보다 크며, 염화수소 및 산소가 윈드박스(3) 및 기체 분배기(4)를 통해 유동상으로 도입되는 것인 반응기.A reactor for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation with oxygen in the presence of a heterogeneous catalyst in a fluidized bed 2 in which a gas permeable plate 17 is installed, the gas permeable plate 17 being a fluidized bed 2. Connected to the heat exchanger 9 installed therein in a thermally conductive manner, the thermal conductivity of the gas permeable plate 17 is greater than the thermal conductivity of the fluidized bed 2, with hydrogen chloride and oxygen being the windbox 3 and the gas distributor ( A reactor introduced into the fluidized bed via 4).

제1항에 있어서, 열 교환기(9)는, 유동상 내에서 수평으로 연장되고 기체 투과성 플레이트(17)에 연결되는 관(16)을 구비하는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the heat exchanger (9) comprises a tube (16) extending horizontally in the fluidized bed and connected to the gas permeable plate (17).

제2항에 있어서, 수평 관(16)은 원통 다관식(shell-and-tube) 열 교환기(9)의 수직 열 교환기 관(15)을 연결하는 것인 반응기.The reactor according to claim 2, wherein the horizontal tube (16) connects the vertical heat exchanger tube (15) of the cylindrical shell-and-tube heat exchanger (9).

제1항에 있어서, 기체 투과성 플레이트(17)는 플레이트 열 교환기의 수직 플레이트를 서로 연결하는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the gas permeable plate (17) connects the vertical plates of the plate heat exchanger to each other.

제1항에 있어서, 열 전달 매질이 통과하여 흐르는 채널 또는 관이 기체 투과성 플레이트(17)를 통과하여 연장되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the channel or tube through which the heat transfer medium flows extends through the gas permeable plate (17).

제1항에 있어서, 천공 플레이트가 기체 투과성 플레이트(17)로서 이용되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the perforated plate is used as gas permeable plate (17).

제1항에 있어서, 정렬형(ordered) 또는 비정렬형(unordered) 메쉬 구조체가 기체 투과성 플레이트로서 이용되는 것인 반응기. The reactor of claim 1, wherein an ordered or unordered mesh structure is used as the gas permeable plate.

제1항에 있어서, 하나 이상의 천공 플레이트가 기체 분배기(4)로서 이용되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein at least one perforated plate is used as gas distributor.

제1항에 있어서, 기체 분배기 노즐을 구비한 하나 이상의 플레이트가 기체 분배기(4)로서 이용되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein at least one plate with a gas distributor nozzle is used as the gas distributor.

제1항에 있어서, 충돌 장치(impingement device)가 윈드박스(3) 내에 기체 유입구 위쪽에 위치하는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein an impingement device is located above the gas inlet in the windbox (3).

제10항에 있어서, 충돌 장치는 유입 방향을 가로질러 배치된 평평한, 둥근 돔형 또는 깔때기형의 금속 시트인 반응기.The reactor of claim 10, wherein the impingement device is a flat, round domed or funnel metal sheet disposed across the inflow direction.

제1항에 있어서, 비균질 촉매를 포함하는 과립형 유동상 물질이 유동상(2)을 형성하는 데 이용되는 것인 반응기.A reactor according to claim 1, wherein a granular fluidized bed material comprising a heterogeneous catalyst is used to form the fluidized bed (2).

제1항에 있어서, 반응기(21)의 내벽, 기체 투과성 플레이트(17), 열 교환기 표면, 윈드박스(3)의 내벽 및 기체 분배기(4)는 강철 또는 니켈 합금으로 제조되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the inner wall of the reactor (21), the gas permeable plate (17), the heat exchanger surface, the inner wall of the windbox (3) and the gas distributor (4) are made of steel or nickel alloy.

제1항에 있어서, 기체 분배기(4)는 세라믹 물질로 제조되는 것인 반응기.The reactor according to claim 1, wherein the gas distributor is made of ceramic material.

제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 반응기를 이용하여, 산소를 이용한 기상 산화에 의해 염화수소로부터 염소를 제조하는 방법.Process for producing chlorine from hydrogen chloride by gas phase oxidation with oxygen using the reactor according to any one of claims 1 to 14.

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