JP7510011B2

JP7510011B2 - 反応器

Info

Publication number: JP7510011B2
Application number: JP2023532608A
Authority: JP
Inventors: ジュン・ファン・キム; ヒュン・チョル・リュ; キド・ハン
Original assignee: Hanwha Solutions Corp
Current assignee: Hanwha Solutions Corp
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2024-07-02
Anticipated expiration: 2041-11-26
Also published as: KR20220074330A; WO2022114851A1; CN116635142A; JP2023552168A; EP4252901A1; EP4252901A4; US20240001330A1

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年１１月２７日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１６２７０２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、反応器に関し、より詳しくは、冷ホスゲン化（ｃｏｌｄｐｈｏｓｇｅｎａｔｉｏｎ）反応に使用される反応器に関する。

トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ；Ｔｏｌｕｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）合成反応は、冷ホスゲン化（ｃｏｌｄｐｈｏｓｇｅｎａｔｉｏｎ）反応と熱ホスゲン化（ｈｏｔｐｈｏｓｇｅｎａｔｉｏｎ）反応に分けられる。

冷ホスゲン化反応は、トルエンジアミン（ＴＤＡ；Ｔｏｌｕｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）とカーボンジクロリドオキシド（ＣＤＣ；ｃａｒｂｏｎｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅｏｘｉｄｅ、ｐｈｏｓｇｅｎｅ）を反応させてモノカルバモイルクロリド塩（ＭＣＣＳ；Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）を生成する。生産性の向上のためにはＴＤＡとＣＤＣの投入量を増加させなければならない。

しかし、現在冷ホスゲン化反応に用いられる反応器は、構造上ＴＤＡとＣＤＣが投入され混合チャンバー内で互いに干渉しながらＴＤＡ流入部とＣＤＣ流入部の差圧を増加させるため、ＴＤＡとＣＤＣの投入に限界を有する。

本発明は、第１混合液（ＴＤＡと溶媒）と第２混合液（ＣＤＣと溶媒）の投入時、混合チャンバー内で相互重なることを防止して第１、第２混合液流入部の差圧を下げる反応器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る反応器は、円形の管からなる混合チャンバーと、前記混合チャンバーにおいて円周方向に沿って設定された間隔を維持して連結されて第１混合液を投入する第１投入ノズルと、前記混合チャンバーの外側に離隔配置される環状チャンバーと、前記環状チャンバーと前記混合チャンバーとを連結して前記環状チャンバーに供給される第２混合液を前記第１混合液の投入に交差する方向に投入する第２投入ノズルと、前記混合チャンバーに連結され、前記混合チャンバーで第１混合液と第２混合液とを混合して生成した反応物を排出する排出管と、を含み、前記第２投入ノズルは、前記第１投入ノズルにおいて円周方向に設定された角度θに離隔している。

前記第１投入ノズルは前記混合チャンバーの軸方向に連結され、前記第１混合液を軸方向に投入し、前記第２投入ノズルは前記混合チャンバーに直径方向に連結され、前記第２混合液を直径方向に投入することができる。

前記第１投入ノズルは、前記混合チャンバーの軸方向の一側に１個または前記混合チャンバーにおいて円周方向に沿って複数個設けられ、前記第２投入ノズルは前記第１投入ノズルと同じ個数の１個または複数個設けられ、複数の場合、隣り合う第１投入ノズルの間に設けられる。

前記第１投入ノズルは４個設けられ、前記第２投入ノズルは４個設けられ、前記第２投入ノズルは、隣り合う前記第１投入ノズルにおいて円周方向に沿って４５度の角度θに離隔した位置に設けられる。

前記第１投入ノズルおよび前記第２投入ノズルが複数個設けられる場合、前記第２投入ノズルは、隣り合う２個の前記第１投入ノズルから１～３６０度／ｎ（第１投入ノズルの個数）の角度θ２に離隔した位置に設けられる。

前記第１投入ノズルは４個設けられ、前記第２投入ノズルは４個設けられ、前記第２投入ノズルは、隣り合う２個の前記第１投入ノズルと１～９０度の角度θ２に離隔した位置に設けられる。

前記第１混合液は、ＴＤＡ（ｔｏｌｕｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）と溶媒との混合液であり、前記第２混合液は、ＣＤＣ（ｃａｒｂｏｎｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅｏｘｉｄｅ）と溶媒との混合液であり、前記反応物はＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）であり得る。

本発明の一実施形態は、混合チャンバーにおいて第２投入ノズルと第１投入ノズルを円周方向に設定された角度θに離隔して、第１、第２混合液流入部の差圧を下げるので、第１混合液（ＴＤＡと溶媒）と第２混合液（ＣＤＣと溶媒）を第１、第２混合液流入部から混合チャンバーに円滑に投入することができる。つまり、より多くの量の第１、第２混合液を第１、第２混合液流入部から混合チャンバーに投入することができる。

本発明の一実施形態による反応器の斜視図である。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した断面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。比較例による反応器の断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似した構成要素には、同じ参照符号を付ける。

図１は、本発明の一実施形態による反応器の斜視図である。図１を参照すると、一実施形態の反応器１００は管型反応器からなり、混合チャンバー３０と、第１投入ノズル１０と、環状チャンバー４０と、第２投入ノズル２０と、排出管５０と、を含む。

混合チャンバー３０は円形管からなり、第１混合液と第２混合液とを混合して反応物を生成する。一例として、第１混合液はＴＤＡ（ｔｏｌｕｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）と溶媒との混合液であり、第２混合液はＣＤＣ（ｃａｒｂｏｎｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅｏｘｉｄｅ）と溶媒との混合液であり、混合して生成した反応物はＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）である。

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切断した断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。

図１～図３を参照すると、第１投入ノズル１０の一側は第１混合液流入部１１に連結され、他側は混合チャンバー３０において円周方向に沿って設定された間隔を維持して連結され、第１混合液流入部１１に流入する第１混合液を混合チャンバー３０内に投入する。

第１投入ノズル１０は、混合チャンバー３０の軸方向に連結され、第１混合液を軸方向に投入する。したがって、第１投入ノズル１０は、混合チャンバー３０内部に軸方向に第１混合液を投入する。

第１投入ノズル１０は、混合チャンバー３０の軸方向の一側に混合チャンバー３０において円周方向に沿って１個または複数個設けられる。例えば、第１投入ノズル１０は、１～１０個を使用することができる。したがって、第１混合液は、第１投入ノズル１０の位置によって混合チャンバー３０内部に円周方向に沿って集中的に投入する部分および分散して投入する部分が発生する。

環状チャンバー４０は、混合チャンバー３０の外側に離隔配置され、外側は第２混合液流入部４１に連結され、内側は第２投入ノズル２０に連結される。つまり、環状チャンバー４０は混合チャンバー３０の外側に配置され、第２投入ノズル２０を通じて混合チャンバー３０の直径方向に第２混合液を投入することができ、円周方向に沿って様々な位置から第２混合液を投入することができる。

第２投入ノズル２０は、環状チャンバー４０と混合チャンバー３０とを連結して環状チャンバー４０に供給される第２混合液を混合チャンバー３０内に投入する。環状チャンバー４０は、第２投入ノズル２０を通じて混合チャンバー３０の円周方向に沿って第２混合液を投入することができる。

第２投入ノズル２０は、混合チャンバー３０に直径方向に連結される。したがって、第２投入ノズル２０は、混合チャンバー３０内部に直径方向に第２混合液を投入する。

第２投入ノズル２０は、第１投入ノズル１０と同じ個数の１個または複数個設けられ、第１投入ノズル１０と円周方向に設定された角度θに離隔する。

第１投入ノズル１０および第２投入ノズル２０が複数個設けられる場合、第２投入ノズル２０は隣り合う第１投入ノズル１０の間に設けられる。第２投入ノズル２０は、隣り合う２個の第１投入ノズル１０から１～３６０度／ｎ（第１投入ノズルの個数）の角度θ２に離隔した位置に設けられる。

例えば、第２投入ノズル２０は１～１０個を使用することができる。したがって、第２混合液は、混合チャンバー３０の内部に円周方向に沿って第１混合液を分散して投入する部分に集中的に投入する。

第１、第２投入ノズル１０、２０の円周方向に沿った角度θおよび第１、第２、第１投入ノズル１０、２０、１０の角度θ２は軸方向に投入される第１混合液と直径方向に投入される第２混合液の相互干渉を防止して第１、第２混合液流入部１１、４１の差圧が減少する。

したがって、第１、第２混合液流入部１１、４１から混合チャンバー３０に第１、第２混合液の円滑な投入が可能になる。つまり、より多くの量の第１、第２混合液を混合チャンバー３０に投入することができる。

便宜上、実施形態においては第１投入ノズル１０は４個、第２投入ノズル２０は４個設けられ、隣り合う第１投入ノズル１０において円周方向に沿って４５度の角度θに離隔した位置に設ける。また、第２投入ノズル２０は隣り合う２個の第１投入ノズル１０から１～９０度の角度θ２に離隔した位置に設けられる。

排出管５０は混合チャンバー３０に連結され、混合チャンバー３０で第１混合液と第２混合液とを混合して生成した反応物を排出する。排出管５０は混合チャンバー３０から離れながら延びる管からなり、反応物であるＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）の迅速な排出を可能にする。

以下、本発明の比較例に対して説明する。一実施形態と同じ構成に対する説明を省略し、互いに異なる構成について説明する。

図４は、比較例による反応器の断面図である。図４を参照すると、比較例の反応器２００において、第２投入ノズル２２０は第１投入ノズル１０と同じ個数の１個または複数個設けられ、第１投入ノズル１０と円周方向に重なるように設けられる。４個の第２投入ノズル２２０は、４個の第１投入ノズル１０において円周方向に沿って重なった位置に設けられる。

重なった位置の第１、第２投入ノズル１０、２２０で軸方向に投入される第１混合液と直径方向に投入される第２混合液は混合チャンバー３０内で互いに干渉し、第１、第２混合液流入部１１、４１の差圧を増加させる。したがって、第１、第２混合液流入部１１、４１から混合チャンバー３０に第１、第２混合液を円滑に投入することは難しくなる。つまり、さらに少量の第１、第２混合液が混合チャンバー３０に投入される。

実施例および比較例に対する第１、第２混合液流入部１１、４１の差圧を表１に示す。

実施例
図１の反応器１００の第１投入ノズル１０に第１混合液（ＴＤＡ＋溶媒）を混合チャンバー３０に投入し、第２投入ノズル２０に第２混合液（ＣＤＣ＋溶媒）を混合チャンバー３０に投入して混合チャンバー３０で第１混合液と第２混合液とを混合してＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）の反応物を生成した。この時、第１混合液流入部１１の第１混合液投入容量を２４，１６８ｋｇ／ｈｒとし、第２混合液流入部４１の第２混合液投入容量を３６，４９６ｋｇ／ｈｒとした。

比較例
図４の反応器２００の第１投入ノズル１０に第１混合液（ＴＤＡ＋溶媒）を混合チャンバー３０に投入し、第２投入ノズル２２０に第２混合液（ＣＤＣ＋溶媒）を混合チャンバー３０に投入して混合チャンバー３０で第１混合液と第２混合液とを混合してＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）の反応物を生成した。この時、第１混合液流入部１１の第１混合液投入容量を２４，１６８ｋｇ／ｈｒとし、第２混合液流入部４１の第１混合液投入容量を３６，４９６ｋｇ／ｈｒとした。

実験例１
実施例および比較例に対する第１混合液流入部１１の差圧と第２混合液流入部４１の差圧を測定した。実施例においては第１混合液流入部１１の差圧が４７１，３７０Ｐａであり、第２混合液流入部４１の差圧が１，１８２，６００Ｐａであるのに対して、比較例においては第１混合液流入部１１の差圧が１，０２５，８００Ｐａであり、第２混合液流入部４１の差圧が１，７４２，３００Ｐａとさらに高く現れた。

このように、一実施形態においては第２投入ノズル２０が隣り合う第１投入ノズル１０において円周方向に沿って４５度の角度θに離隔した位置に設けられるか、第２投入ノズル２０が隣り合う２個の第１投入ノズル１０から１～９０度の角度θ２に離隔した位置に設けられて第１、第２混合液流入部１１、４１の差圧を下げるので、第１混合液（ＴＤＡと溶媒）および第２混合液（ＣＤＣと溶媒）を混合チャンバー３０により円滑に投入することができる。つまり、実施例においては第１混合液（ＴＤＡと溶媒）および第２混合液（ＣＤＣと溶媒）を混合チャンバー３０にさらに多く投入することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の説明および添付の図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、本発明の範囲に属することは当然である。

１０第１投入ノズル
１１第１混合液流入部
２０第２投入ノズル
３０混合チャンバー
４０環状チャンバー
４１第２混合液流入部
５０排出管
１００反応器
θ 角度

Claims

円形の管からなる混合チャンバーと、
前記混合チャンバーにおいて円周方向に沿って設定された間隔を維持して連結されて第１混合液を投入する第１投入ノズルと、
前記混合チャンバーの外側に離隔配置される環状チャンバーと、
前記環状チャンバーと前記混合チャンバーとを連結して前記環状チャンバーに供給される第２混合液を前記第１混合液の投入に交差する方向に投入する第２投入ノズルと、
前記混合チャンバーに連結され、前記混合チャンバーで第１混合液と第２混合液とを混合して生成した反応物を排出する排出管と、を含み、
前記第２投入ノズルは、前記第１投入ノズルにおいて円周方向に設定された角度θに離隔する、反応器。
前記第１投入ノズルは前記混合チャンバーの軸方向に連結され、前記第１混合液を軸方向に投入し、
前記第２投入ノズルは前記混合チャンバーに直径方向に連結され、前記第２混合液を直径方向に投入する、請求項１に記載の反応器。
前記第１投入ノズルは、前記混合チャンバーの軸方向の一側に１個または前記混合チャンバーにおいて円周方向に沿って複数個設けられ、
前記第２投入ノズルは、前記第１投入ノズルと同じ個数の１個または複数個設けられ、複数の場合、隣り合う第１投入ノズルの間に設けられる、請求項１に記載の反応器。
前記第１投入ノズルは４個設けられ、
前記第２投入ノズルは４個設けられ、
前記第２投入ノズルは、隣り合う前記第１投入ノズルにおいて円周方向に沿って４５度の角度θに離隔した位置に設けられる、請求項３に記載の反応器。
前記第１投入ノズルおよび前記第２投入ノズルが複数個設けられる場合、
前記第２投入ノズルは、隣り合う２個の前記第１投入ノズルから１～３６０度／ｎ（第１投入ノズルの個数）の角度θ２に離隔した位置に設けられる、請求項１に記載の反応器。
前記第１投入ノズルは４個設けられ、
前記第２投入ノズルは４個設けられ、
前記第２投入ノズルは、隣り合う２個の前記第１投入ノズルから１～９０度の角度θ２に離隔した位置に設けられる、請求項５に記載の反応器。
前記第１混合液はＴＤＡ（ｔｏｌｕｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）と溶媒との混合液であり、
前記第２混合液はＣＤＣ（ｃａｒｂｏｎｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅｏｘｉｄｅ）と溶媒との混合液であり、
前記反応物はＭＣＣＳ（Ｍｏｎｏｃａｒｂａｍｏｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅｓａｌｔ）である、請求項１に記載の反応器。