통합된 열교환기를 구비한 복수개의 고정상 구역 또는유동상 구역을 갖는 반응기 document_id A220517010080

본 발명은, 열 효과가 큰 하나 이상의 접촉 반응, 일반적으로 열의 방출(발열 반응) 또는 때때로 열의 흡수(흡열 반응)가 일어나는 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 올레핀 공급물의 소중합 방법 (즉, 주로 2∼6 개의 단량체 또는 기본 분자에 한정되는 중합 또는 첨가)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공급물 중에 존재하는 또다른 화합물, 예컨대 올레핀, 황-함유 화합물, 질소-함유 화합물, 방향족 분자에 상기 화합물의 분자량을 증가시킬 목적으로 올레핀을 첨가하는 반응에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2∼12 개의 탄소 원자, 바람직하게는 3∼7 개의 탄소 원자, 특히 4∼6 개의 탄소 원자를 함유하는 올레핀 탄화수소 유분으로부터의 소중합 반응, 가솔린, 디젤 또는 윤활유 유분, 특히 디젤 유분의 탄화수소를 생성시킬 수 있는 올리고머화 반응에 관한 것이다. 본 발명은, 수직으로 적층된 복수개의 반응 구역을 갖는 반응기에 관한 것인데, 상기 반응 구역은 이들 사이의 촉매 통로에 있는 병목부(contraction)에서 하나 이상의 열교환기에 의하여 분리되어 있다. 선행 기술에는, 특히 과립 상을 사용하는 접촉 반응기에서 오일 또는 탄화수소 분획을 정련하는 화학 반응을 실시하는 것이 공지되어 있다. 일반적으로, 0.5∼5 mm 범위의 특정 치수를 갖는 촉매 과립을 사용한다. 상기 촉매 과립은 흐름이 용이하도록 실질적으로 구 형상인 경우가 많다. 그러나, 예컨대 압출에 의하여 제조되는 경우와 같이 상이한 형상일 수 있다. 본 발명 반응기에서 사용되는 촉매는 직경이 0.5∼5 mm 범위, 바람직하게는 1∼4 mm 범위의 특정 치수(예컨대 직경)를 갖는 모든 촉매이다. 일반적으로, 촉매의 불활성화, 예컨대 소중합 반응에 의하여 디젤 유분을 제조하는 데 사용되는 제올라이트를 포함하는 촉매의 불활성화는 빨리 진행된다. 따라서, 촉매를 규칙적으로 재배치하여 선택성 및 수율면에서 반응기 성능을 유지하여야 한다. 이러한 이유에서 2 가지의 기술이 통상 사용된다: "고정상" 기술에서는, 촉매가 사용되었다고 생각될 때, 사이클의 말기에 반응기에 들어있는 촉매를 전부 교체한다. 일반적으로, 이 때, 작동을 중단하고 반응기를 비운 다음 여기에 새로운 촉매 및/또는 재생 촉매를 다시 채운다. 촉매가 (연속적 또는 반연속적으로) 순환하고 (연속적 또는 반연속적으로) 재생되는 접촉 반응에는 또다른 기술이 사용되는데, 이러한 "유동상" 기술은 고정상에서와 같이 반응기에 들어있는 촉매 과립 더미로 구성되나, 상기 과립은 중력하에 반응기의 상부에서 저부로 (연속적 또는 비연속적으로 매우 느린 평균 속도로) 변위된다. 소량의 사용된 촉매를 반응기의 저부로부터 연속적 또는 비연속적으로 배출시키고 동일한 양의 새로운 촉매 및/또는 재생 촉매를 반응기 헤드에 도입한다. 예컨대, 4∼8 시간마다 적당한 양의 촉매를 배출시키고 재도입하여 촉매의 전체 활성을 일정하게 유지할 수 있다. 배출시킨 사용 촉매는 일반적으로 재생 후 재순환시키지만, 예외적으로 임의로 소량의 촉매는 제거하고 새로운 촉매로 대체한다. 본 발명 반응기는 고정상 방식 및 유동상 방식에 사용할 수 있으나, 유동상 방식이 바람직한 방식이다. 또한, 고도의 흡열 또는 발열 반응의 경우, 반응기 내부 또는 외부에 반응 유체와 열을 교환하는 수단 (노 또는 열교환기)을 가끔 사용하여 반응기 입구 및 출구 사이의 온도차를 소정 범위내로 유지하고 및/또는 2 이상의 직렬 반응기 사이에서 반응 유체의 온도를 재설정한다. 미국 특허 제US-A1-2002/0011428호에는 수소화처리 반응의 실시를 목적으로 하는 다단계 유동상 반응기가 개시되어 있다. 다른 특허 (제US-A 5 076 908호) 의 주제를 형성하는 계는 반응기 각 단계로부터 연속적 또는 반연속적으로 촉매 첨가 및 배출이 가능하다. 공급물은 한 단계에서 또다른 단계로 유동한다. 대조적으로, 한 단계로부터 나온 촉매는 다음 단계로 유동하지 않는다. 이러한 계는 소중합 반응을 실시하는 데도 사용할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 상기 개시된 계는 각 반응 구간내에서 온도 프로파일을 효과적으로 제어할 수 없다. 국제 특허 제WO-A 02/04575호에는 제올라이트 및 고정상 튜브형 반응기 또는 소중합 반응을 실시하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 반응기를 사용하는 소중합 방법이 개시되어 있다. 상기 특허에는 연속적 또는 반연속적으로 반응기로부터의 촉매를 배출 및 첨가할 수 있는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 반응의 발열성 제어에 관한 문제는 다루고 있지 않다. 유럽 특허 제EP-A1-0 1 236 506호에는 주로 장쇄 파라핀 탈수소화에 사용되는 내부 열교환기를 포함하는 박층 다단계 반응기가 개시되어 있다. 이 계는 각 반응 구간에서 온도를 정확하게 제어할 수 있다. 그러나, 이것은 박층에 적용되므로 다량의 촉매의 경우에는 적당하지 않다. 이 경우 반응기 촉매 공급 속도는 매우 느리다. 따라서, 중첩 반응기 또는 다단계 반응기를 개시하고 있는 상기 특허 출원들에는 다량의 촉매 및 통합된 열적 수단을 모두 사용할 수 있는 수단이 개시되어 있지 않다. 본 발명은 고도의 발열 또는 흡열 반응, 특히 소중합 반응의 사용과 관련된 문제를 해결할 수 있는 반응기 및 상기 반응기를 사용하는 탄화수소의 화학적 전환 방법을 개시한다. 다량의 촉매가 존재하도록 대용량이면서 열교환기가 통합될 수 있도록 내부 부피가 큰 콤팩트 반응기를 사용할 수 있다.