KR20090077961A - 이소시아네이트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 반응 구역에서 기체상에서 포스겐과 아민을 반응시킴으로써 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, 하나 이상의 액체가 분무되어 반응을 중단시키는 하나 이상의 구역을 반응 혼합물이 통과하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 급랭 구역의 횡단면을 완전히 채우는 연속 급랭 액 커튼을 반응 혼합물이 통과하는 특징을 갖는다.

Description

이소시아네이트의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ISOCYANATES}

본 발명은 기체상(gas phase)에서 이소시아네이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리이소시아네이트는 대량으로 생산되고, 주로 폴리우레탄 제조용 출발 물질로 사용된다. 이는 일반적으로 상응하는 아민을 포스겐과 반응시켜 제조된다.

이소시아네이트를 제조하는 한가지 가능한 방법은 기체상 반응이다. 이러한 양식의 공정의 이점은 포스겐 정체의 감소, 포스겐화하기 어려운 중간체의 회피 및 반응 수율의 증가이다. 공급스트림의 효과적인 혼합과는 별도로, 좁은 체류 시간 스펙트럼의 달성 및 좁은 체류 시간 윈도우의 유지는 이러한 공정이 산업적으로 수행될 수 있도록 하는데 중요한 필수 조건이다. 이러한 요건은 예를 들어, 난류(turbulent flow)로 작동되는 튜브 반응기의 사용에 의해 또는 내부(internal)를 갖는 유동 튜브에 의해 충족될 수 있다.

기체상에서 포스겐과 아민을 반응시켜 이소시아네이트를 제조하는 다양한 방법이 선행 기술로부터 공지되었다. EP-A-593　334는 기체상에서 방향족 디이소시아네이트의 제조 방법을 기술하는데, 여기서 디아민과 포스겐의 반응은 이동 부분이 없고 튜브 반응기의 세로축을 따라 벽의 수축부(constriction)를 갖는 튜브 반응기 에서 일어난다. 그러나, 상기 방법은, 순수하게 튜브 벽의 수축부 만에 의한 공급스트림의 혼합이 활성 혼합 장치를 사용하는 경우에 비해 불충분하게 기능하기 때문에 문제가 있다. 이러한 불충분한 혼합은 일반적으로 바람직하지 않은 높은 고체 형성을 초래한다.

EP-A-699　657은 기체상에서 방향족 디이소시아네이트의 제조 방법을 기술하는데, 여기서 관련 디아민과 포스겐의 반응은 2-구역 반응기에서 일어나고, 총 반응기 부피의 20% 내지 80%를 차지하는 제1 구역에서는 이상적으로 혼합이 일어나고, 총 반응기 부피의 80% 내지 20%를 차지하는 제2 구역에서는 플러그 유동(plug flow)이 일어나는 특징이 있다. 그러나, 20% 이상의 반응 부피가 이상적으로 역혼합(backmix)되기 때문에, 바람직하지 않은 증가된 고체 형성을 초래할 수 있는 불균일한 체류 시간 분포가 존재한다.

EP-A-289　840는 기체상 포스겐화에 의한 디이소시아네이트의 제조를 기술하며, 여기서 제조는 발명에 따라 이동 부분이 없는 원통형 공간 내에서 200℃ 내지 600℃의 온도에서 난류 스트림에서 일어난다. 이동 부분의 생략은 포스겐 손실의 위험을 감소시킨다. 벽 근처의 액체 성분을 무시한다면, 원통형 공간(튜브) 내의 난류는 튜브 내의 양호한 균등한 유동을 나타내어, EP-A-570　799에 기술된 바와 같이 고체 형성의 감소를 가져올 수 있는 좁은 체류 시간 분포를 나타내게 된다.

EP-A-570　799는 기체상에서 방향족 디이소시아네이트의 제조 방법에 관한 것이고, 여기서 관련 디아민과 포스겐의 반응은 0.5초 내지 5초의 평균 접촉 시간 내에서 디아민의 끓는점 이상에서 튜브 반응기 내에서 수행된다. 문헌에 기술된 바와 같이, 너무 긴 반응 시간과 너무 짧은 반응 시간 둘 모두는 바람직하지 않은 고체 형성을 초래한다. 따라서 평균 접촉 시간의 평균 편차가 6% 미만인 방법이 개시된다. 이러한 접촉 시간의 유지는 4000 이상의 레이놀드 수(Reynolds number) 또는 100 이상의 보덴슈타인 수(Bodenstein number)를 특징으로 하는 튜브 내의 스트림에서 반응을 수행함으로써 달성된다.

EP-A-749　958는 3개의 1차 아미노기를 갖는 (시클로)지방족 트리아민의 기체상 포스겐화에 의한 트리이소시아네이트의 제조 방법을 기술하며, 여기서 트리아민 및 포스겐은 200℃ 내지 600℃로 가열된 원통형 반응 공간 내에서 3　m/s 이상의 유동 속도에서 서로 연속적으로 반응된다.

명백히 개시되는 실시예에서, 반응 혼합물은 반응 생성물의 비특이성 분리만을 가능하게 하는 용매를 통과해, 넓은 급랭(quenching) 시간 분포를 나타낸다.

EP-A-928　785는 기체상에서 아민의 포스겐화를 위한 미세구조 혼합기의 사용을 기술한다. 미세혼합기를 사용하는 것의 단점은, 이소시아네이트의 합성시 형성을 완전히 방지할 수 없는 매우 적은 양의 고체가 혼합기를 막히게 하여, 포스겐화 설비의 사용가능한 시간을 단축시킬 수 있다는 것이다.

그러나, 모든 경우에, 이소시아네이트의 이어지는 반응의 결과로 고체가 형성되는 것을 방지하기 위해, 최적 반응 시간 후에 반응을 효과적으로 중단하는 것이 필요하다.

EP　1403248　A1은 원통형 급랭 구역(quench zone)에서 이소시아네이트, 포스겐 및 염화수소를 포함하는 반응 혼합물의 빠른 냉각을 기술한다. 급랭 구역은 하 나 이상의 개별 노즐을 차례로 포함하는 2 이상의 노즐 헤드를 포함한다. 노즐은 외부 원주를 둘러싸도록 분배된다. 급랭 구역에서, 반응 기체는 분무 액적과 혼합된다. 액체의 기화의 결과로, 기체 혼합물의 온도는 빠르게 감소되고, 높은 온도로 인한 목적하는 이소시아네이트 생성물의 손실이 감소하게 된다. 또한, 노즐 배열은 뜨거운 반응 기체와 급랭 구역의 벽과의 조기 접촉을 감소시켜, 표면에 침적물이 형성되는 것이 감소된다.

그러나, 도면에 개시한 구체예에서, 유입되는 반응 혼합물에 의해 급랭 액(quenching liquid)이 포함되어 있는 것을 고려하여, 반응 혼합물이 급랭 매질과의 친밀한 접촉 없이 이송되는 채널이 특히 급랭 공간의 벽에서 열려진 채 있다는 것을 알 수 있다. 이는 급랭되지 않은 반응 혼합물의 비율을 가져와, 급랭 시간 분포를 넓게 한다.

기술된 방법의 단점은 상당한 이소시아네이트의 피할 수 없는 손실을 가져오는 0.2초 내지 3.0초의 급랭 시간이다.

국제 특허 출원 WO 2005/123665는 반응 구역 및 급랭 사이의 수축부를 갖는 이소시아네이트의 제조 방법을 기술한다. 이에 명백히 개시된 실시예는 특히 사우터(Sauter) 평균 지름 및 특히 0.01초의 급랭 시간을 가져오는 내분무(spraying-in) 속도를 갖는다.

그러나, 이에 개시된 방법으로는 최적 급랭 효과가 달성되지 않는다.

기체상에서 이소시아네이트의 제조 방법으로서, 반응이 최적 체류 시간 후에 충분히 짧은 시간 안에 중단되고, 반응 혼합물의 다른 성분으로부터 이소시아네이 트의 단순 분리가 달성될 수 있는 방법을 개발하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 반응 구역 내에서 98% 이상이 전환되는 반응을 수행하고, 상기 반응 혼합물이 액체가 분무되는 구역을 통과하도록 하여 반응을 중단함으로써 달성할 수 있다. 이하에서 이러한 구역을 급랭 구역이라 부른다. 반응 구역 및 반응이 중단되는 구역 사이에, 급랭 구역 및 반응 구역과 비교하여 다른 횡단면(cross section)을 가질 수 있는 지역이 존재한다. 이러한 지역의 횡단면적은 반응 구역의 횡단면적보다 작거나 더 클 수 있다. 본 발명에 따르면, 기체 반응 혼합물은 급랭 구역의 전체 횡단면적을 채우는 급랭 액의 커튼을 통과한다.

반응 구역으로, 튜브 반응기, 내부를 갖거나 갖지 않은 유동 튜브 또는 플레이트 반응기를 사용하는 것이 가능하다.

기체상에서 아민과 포스겐의 반응은 공지된 조건 하에서 수행될 수 있다.

반응 성분인 아민과 포스겐의 혼합은 반응기 내에서 또는 그 전에 수행될 수 있다. 따라서, 포스겐 및 아민을 포함하는 혼합된 기체 스트림이 반응기에 들어가는 결과, 반응기가 혼합 유닛, 예를 들어, 노즐보다 선행되는 것이 가능하다.

본 발명의 방법의 구체예에서, 포스겐 스트림이 먼저 분배기 구성요소에 의해 반응기의 전체 폭에 걸쳐 매우 균질하게 분배된다. 혼합 노즐 또는 구멍을 갖는 분배기 채널이 반응 채널 내에 도입된 반응기의 시작부분에 아민 스트림이 공급되며, 이러한 분배기 채널은 바람직하게는 반응기의 전체 폭에 걸쳐 퍼져있다. 필요한 경우, 불활성 매질과 혼합될 수 있는 아민이 이러한 구멍 또는 혼합 노즐을 통해 포스겐 스트림 내로 공급된다.

불활성 매질은 반응 온도에서 기체성이고 출발 물질과 반응하지 않는 매질이다. 예를 들어, 질소, 희유 기체, 예를 들어, 헬륨 또는 아르곤 또는 방향족 물질, 예를 들어, 클로로벤젠, 디클로로벤젠 또는 자일렌을 사용할 수 있다. 질소를 불활성 매질로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법은 바람직하게는 분해 없이 기체상으로 전환될 수 있는 1차 아민, 바람직하게는 디아민 또는 트리아민 그리고 특히 바람직하게는 디아민을 사용하여 수행될 수 있다. 특히 적절한 아민은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 지방족 또는 시클로지방족 탄화수소계 아민, 특히 디아민이다. 예는 1,6-디아미노헥산, 1-아미노-3,3,5-트리메틸-5-아미노메틸시클로헥산(IPDA), 4,4'-디아미노디시클로헥실메탄, 1,3- 또는 1,4-(이소시아나토메틸)시클로헥산(BIC) 및 3 (또는 4), 8 (또는 9)-비스(아미노메틸)트리시클로[5.2.1.0^2.6]데칸 이성질체 혼합물이다. 1,6-디아미노헥산(HDA)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법은 또한 바람직하게는 분해없이 기체상으로 전환될 수 있는 방향족 아민을 사용하여 수행될 수 있다. 바람직한 방향족 아민의 예는 톨루엔디아민(TDA), 바람직하게는 2,4 또는 2,6 이성질체 또는 이의 혼합물, 디아미노벤젠, 나프탈렌디아민(NDA) 및 2,4'- 또는 4,4'-메틸렌(디페닐아민)(MDA) 또는 이의 이성질체 혼합물이다.

본 발명의 방법에서, 아미노기에 대해 과량의 포스겐을 사용하는 것이 유리하다. 포스겐:아미노기의 몰비는 일반적으로 1.1:1 내지 20:1, 바람직하게는 1.2:1 내지 5:1이다.

본 발명의 방법을 수행하기 위하여, 반응물의 스트림을 혼합 전에 일반적으로 100 내지 600℃, 바람직하게는 200 내지 500℃의 온도로 예비가열하는 것이 유리할 수 있다. 반응 채널 내의 반응은 150 내지 600℃, 바람직하게는 250 내지 500℃의 온도에서 일반적으로 일어난다. 본 발명의 방법은 바람직하게는 연속적으로 수행된다.

반응 공간에서 포스겐과 아민의 반응은 > 0.1 bar 내지 < 20 bar, 바람직하게는 0.5 bar 내지 15 bar, 및 특히 바람직하게는 0.7 bar 내지 10 bar의 절대압에서 일어난다. (시클로)지방족 아민의 반응의 경우, 절대압은 매우 특히 바람직하게는 0.7　bar 내지 5　bar, 특히 0.8 bar 내지 3　bar, 특별히 1 bar 내지 2　bar 그리고 매우 특별히 1.1 bar 내지 1.5　bar의 범위이다.

바람직한 구체에에서, 반응기의 치수 및 유동 속도는 난류, 즉 레이놀드 수가 2300 이상, 바람직하게는 2700 이상, 특히 바람직하게는 10000 이상인 유동이 발생하도록 선택하는데, 레이놀드 수는 반응기의 수력학 지름을 사용하여 형성된다. 레이놀드 수는 반응 튜브 내에서 유동형 및 이에 따른 체류 시간 분포를 결정한다(H. Schlichting: Grenzschichttheorie, Verlag G. Braun, 1982; M. Baerns: Chemische Reaktionstechnik, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1992). 기체성 반응물은 2 내지 220 미터/초, 바람직하게는 20 내지 150 미터/초, 특히 바람직하게는 30 내지 100 미터/초의 유동 속도로 반응기를 통해 바람직하게 움직인다.

본 발명의 방법에서, 평균 접촉 시간은 일반적으로 0.05 내지 5 초, 바람직하게는 0.06 내지 1초, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.45초이다. 본 발명의 목적에서, 평균 접촉 시간은 출발 물질의 혼합 개시로부터 급랭에 의해 반응을 종료하기까지의 기간이다. 바람직한 구체에에서, 본 발명의 방법에서 유동은 10 이상, 바람직하게는 100 이상, 그리고 특히 바람직하게는 500 이상의 보덴슈타인 수를 갖는 특징이 있다. 보덴슈타인 수는 유동 장치 내의 역혼합 정도의 척도이다. 역혼합은 보덴슈타인 수의 증가에 따라 감소한다(M. Baerns: Chemische Reaktionstechnik, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1992).

상기한 바와 같이, 급랭 구역은 반응기의 말단에 배열되고, 반응기는 난류로 작동되는 튜브 반응기, 내부를 갖는 유동 튜브 또는 플레이트 반응기일 수 있다.

용어 반응 공간은 사용된 아민의 98% 이상, 바람직하게는 99% 이상, 특히 바람직하게는 99.5%, 매우 특히 바람직하게는 99.7%, 특히 99.9% 및 특별히 99.99%의 전환, 즉, 소비가 일어나는 부피를 나타낸다.

따라서, 본 발명은 하나 이상의 반응 구역에서 기체상에서 아민과 포스겐을 반응시킴으로써 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, 하나 이상의 액체가 분무되어 반응을 중단시키는 하나 이상의 구역을 반응 혼합물이 통과하며, 급랭 구역의 횡단면을 완전히 채우는 급랭 액의 폐쇄 커튼을 반응 혼합물이 통과하는 것인 방법을 제공한다.

반응 구역 및 급랭 구역 사이의 유동 횡단면의 변화는 다른 공정 공학 변수 및 장치의 절대 크기의 함수로 설정된다. 따라서, 작은 장치 치수 및/또는 침적물을 형성하는 경향이 강한 이소시아네이트의 경우, 예를 들어, 횡단면의 차단을 피하기 위해 반응 구역 및 급랭 구역 사이의 횡단면이 넓어지는 것이 유리할 수 있다. 횡단면을 넓히는 경우 유동이 분리되지 않는 것이 보장되어야 하는데, 그렇지 않으면 침적물의 형성이 또한 일어날 수 있기 때문이다. 분리가 없는 유동을 달성하기 위해 필요한 방법, 특히 성분 내 또는 성분 간의 전이에 필요한 각은 당업자에게 공지되었다.

한편, 충분히 큰 장치 치수 또는 침적물을 형성하는 경향이 작은 이소시아네이트의 경우, 반응 구역과 급랭 구역 사이의 유동 횡단면이 일정하거나 바람직하게는 좁아지는 것이 바람직하다.

침적물을 형성하는 경향이 강한 이소시아네이트는 특히, 모노이소시아네이트 및 (시클로)지방족 이소시아네이트, 특히 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트이다.

반대로, 침적물을 형성하는 경향이 낮은 이소시아네이트는 예를 들어, 방향족 이소시아네이트, 특히 톨릴렌 디이소시아네이트이다.

일반적 규칙으로, 이소시아네이트가 침적물을 형성하는 경향은 작용가의 증가, 반응성의 증가 및/또는 분자량의 증가에 따라 증가된다.

유동 횡단면을 좁히는 것은, 수축부를 떠나는 반응 기체가 첫째로는, 적절히 냉각되고, 둘째로는, 충분히 높은 유동 속도를 가져서 효과적으로 급랭 액의 제2 미립화(atomization)가 수행되도록 바람직하게 선택된다. 본 발명의 목적에서, 제2 미립화는 예를 들어, 미립화기 노즐에 의해 생성된 액적이 기체 스트림 내의 힘, 특히 공기역학적 힘에 의해 더욱 부서져서, 더 큰 열 전도 및 질량 전도 면적이 얻어지는 것을 의미한다.

두가지 요구 모두 횡단면의 경계 조건에 따라 반응 혼합물 스트림의 속도를 설정함으로써 달성될 수 있다.

반응 혼합물의 유동 방향에서 유동 횡단면을 넓히는 경우, 급랭 구역으로의 입구에서 반응 혼합물 스트림의 마하 수는 일반적으로 0.05 내지 <　1.0, 바람직하게는 0.1 내지 <　1.0, 특히 바람직하게는 0.2 내지 <　1.0 및 매우 특히 바람직하게는 0.3 내지 <　1.0이다.

반응 혼합물의 유동 방향에서 유동 횡단면을 좁히는 경우, 횡단면에서 수축부의 다운스트림 마하 수가 추가적으로 1.0 이상, 예를 들어 5.0 이하, 바람직하게는 3.5 이하, 특히 바람직하게는 2.5 이하 그리고 매우 특히 바람직하게는 1.5 이하 일 수 있다. 반응 구역을 떠난 후 급랭 액을 만나기 전에 반응 혼합물의 단열 후팽창이 있을 수 있다. 이는 예비냉각된 반응 혼합물이 급랭 매질을 만나기 바로 전에 압축 펄스로 들어가고 이에 의한 온도 증가가 급랭 공정에 의해 줄어드는 결과를 낳는다.

마하 수는 반응 혼합물 내에서 국소 유동 속도 대 국소 음속의 비이다. 마하 수 요건은 주어진 스트림의 질량 균형, 압력 및 온도에 기초하여 급랭 구역 내로의 입구 횡단면의 크기를 직접 결정한다.

충분히 큰 장치 치수 또는 침적물을 형성하는 경향이 낮게 나타내는 이소시아네이트의 경우에, 반응 구역 내의 가장 좁은 유동 횡단면 대 급랭 구역의 비는 1/1 내지 10/1, 바람직하게는 1.2/1 내지 10/1, 특히 바람직하게는 2/1 내지 10/1 및 매우 특히 바람직하게는 3/1 내지 10/1이다. 차단되기 쉬운 작은 장치 치수 또는 침적물을 형성하는 경향이 강한 이소시아네이트의 경우에, 반응 튜브의 유동 횡단면적에 대하여 1/1 내지 1/10, 바람직하게는 1/1.2 내지 1/10, 특히 바람직하게는 1/2 내지 1/10 및 특히 바람직하게는 1/3 내지 1/10인 반응 구역과 급랭 구역 사이의 유동 횡단면을 넓히는 것이 유리하다.

본 발명의 목적에서, 차단되기 쉬운 치수는 각 경우에 침적물이 형성될 수 있는 가장 작은 지름 또는 슬릿 치수이다.

반응 구역과 급랭 구역 사이의 전이는 바람직하게는 원뿔 형태로 형성된다. 그러나, 난형 또는 타원형 횡단면을 갖는 끝이 가늘어지는 형태 또는 오목 또는 볼록 전이, 즉, 예를 들어, 반구형 공간도 있을 수 있다.

급랭 구역에서, 이소시아네이트, 포스겐 및 염화수소로 본질적으로 구성된 반응 혼합물은 내부로 분무되는 액체와 강하게 혼합된다.

본 발명에 따라, 반응 혼합물과 액체의 혼합은 반응 혼합물이 급랭 액을 부분적으로 우회하지 못하도록 일어나야만 한다. 이는 전체 반응 혼합물이 매우 짧은 시간 내에 냉각되는 것을 보장해 준다. 또한, 이러한 냉각이 균일하게, 즉 평균 냉각 시간으로부터 작은 편차를 가지고 일어나는 것이 보장된다.

이는 선행 기술에 의해서는 보장될 수 없었는데, 선행 기술에 개시되는 노즐은, 반응 혼합물이 급랭 매질을 통과하여 유동할 수 있는 어떤 채널도 열려있지 않은 것이나 또는 급랭 구역 내로의 유입과 급랭 매질과의 접촉 사이의 시간이 충분히 짧고 매우 균일한 것을 보장하지 못하기 때문이다.

혼합은, 반응 혼합물의 온도가 초기 150 내지 600℃, 바람직하게는 250 내지 500℃에서 50-300℃, 바람직하게는 100 내지 250℃만큼 감소되어 100-200℃, 바람직하게는 140-180℃로 감소되고, 반응 혼합물 내에 포함된 이소시아네이트의 일부 또는 전부는 응축의 결과로 내분무된 액적을 통과하는 반면에, 포스겐 및 염화수소는 본질적으로 완전히 기체상에 남아있도록 수행된다.

급랭 구역 내의 액상 내로 들어간 기체상 반응 혼합물 내에 포함된 이소시아네이트의 비는 반응 혼합물 내에 포함된 이소시아네이트에 대해 바람직하게는 20 내지 100 중량%, 특히 바람직하게는 50 내지 99.5 중량% 및 특히 70 내지 99 중량%이다.

급랭 구역 내의 액적 내로 들어간 기체 반응 혼합물 내에 포함된 염화수소의 비는 바람직하게는 20 중량% 미만, 특히 바람직하게는 15 중량% 미만, 매우 특히 바람직하게는 10 중량% 미만 및 특히 5 중량% 미만이다.

급랭 구역 내의 액적 내로 들어간 기체 반응 혼합물 내에 포함된 포스겐의 비는 바람직하게는 20 중량% 미만, 특히 바람직하게는 15 중량% 미만, 매우 특히 바람직하게는 10 중량% 미만 및 특히 5 중량% 미만이다.

반응 혼합물은 바람직하게는 위에서 아래로 급랭 구역을 통해 유동한다. 급랭 구역으로부터의 출구에 수집 용기가 존재하는데, 이 안에서 액상이 침전되고, 수집되고, 그리고 출구를 통해 제거되며 이어서 워크업된다. 남은 기체상은 제2 출구를 통해 제거되고, 또한 워크업된다.

급랭 매질의 액적은 적절한 노즐, 예를 들어, 단일- 또는 2-유체 미립화 노즐, 바람직하게는 단일-유체 미립화 노즐에 의해 생성되고, 바람직하게는 5 내지 5000　㎛, 특히 바람직하게는 5 내지 500　㎛ 및 특히 5 내지 250　㎛의 사우터 평균 지름 D₃₂를 갖는다.

사우터 평균 지름 D₃₂ (SMD)는 상수 인자를 제외한 평균 액적 부피 대 평균 액적 표면적의 비를 나타내고(K. Schwister: Taschenbuch der Verfahrenstechnik, Fachbuchverlag Leipzig, Carl Hanser Verlag 2003 참조), 따라서 급랭 공정에서 생성되는 액적 크기 분포의 중요한 파라미터이다. 이는 고려되는 앙상블 내의 모든 액적의 합에 대한 것과 동일한 부피/표면적 비를 갖는 액적 지름이고, 반응 표면적과 관련하여 미립화의 정교함의 정도를 나타낸다.

너무 큰 액적은 대략 빠른 온도 감소를 가져올 수 없고, 너무 작은 액적은 이어서 기체 스트림으로부터 분리되어 어려움만을 증가시키기 때문에, 액적 크기 분포의 폭은 매우 좁아야 한다.

미립화 노즐은 구체예에 따라 10° 내지 140°, 바람직하게는 10° 내지 120°, 특히 바람직하게는 10° 내지 100°의 분무 원뿔각을 생성한다. 도 7은 분무 원뿔각 α(알파)의 의미를 보여준다.

본 발명의 목적에서, 분무 형상은 분무축에 대해 수직인 면적의 부분(회전 대칭 노즐의 경우) 또는 액적이 지나가는 거울면에 대해 수직인 면적의 부분(거울 대칭 노즐의 경우)이다. 분무 형상의 외부 윤곽은 일반적으로 원형(고체 원뿔 노즐의 경우) 또는 환상(중공(hollow) 원뿔 노즐의 경우)이다. 그러나, 난형 또는 타원형 내지 직사각형(예를 들어, 플랫 제트 노즐의 경우)일 수도 있다.

분무된 액적의 외피(envelope)는 일반적으로 원뿔형이고, 노즐 근처에서 이상적으로 원뿔을 형성한다. 중공 원뿔도 있을 수 있다. 그러나, 급랭 구역의 형태에 따라서, 비원뿔형 외피를 생성하는 분무 노즐을 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 또한, 팬형 외피, 예를 들어, 슬릿 노즐 또는 플랫 제트 노즐에 의해 생성되는 것과 같은 외피가 있을 수 있다.

필요한 액적 크기를 설정하기 위해, 단일-유체 미립화기 노즐이 1 bar 이상, 바람직하게는 4 bar 이상, 특히 바람직하게는 10 bar 이상, 매우 특히 바람직하게는 20 bar 이상 그리고 특히 50 bar 이상의 급랭 구역 압력에 비해 높은 압력에서 일반적으로 작동된다.

단일-유체 미립화기 노즐의 경우, 일반적으로 1000 bar 이하, 바람직하게는 500　bar 이하, 특히 바람직하게는 200　bar 이하, 매우 특히 바람직하게는 100　bar 이하 그리고 특히 80　bar 이하의 과압을 사용하는 것으로 충분하다.

2-유체 미립화기 노즐의 경우, 노즐은 액체면에서 압력 노즐 또는 흡인 노즐로 작동될 수 있는데, 즉, 급랭 구역 압력에 비해 액체의 허용 압력(admission pressure)이 플러스이거나 마이너스일 수 있다. 미립화기 기체는 일반적으로 급랭 구역 압력에 대한 허용 압력의 비가 충분히 높아 임계 압력비 보다 큰, 바람직하게는 임계 압력비보다 2배 큰, 특히 바람직하게는 임계 압력비보다 4배 큰 허용 압력을 갖는다. 임계 압력비는 미립화 기체 채널의 가장 좁은 횡단면 내의 압력이 노즐의 다운스트림 압력과 무관한 때 또는 그 이상일 때의 압력비를 나타낸다.

액적이 노즐을 떠나는 속도는 미립화 형태에 따라 다르고, 일반적으로 15　m/s 이상, 바람직하게는 40　m/s 이상 및 특히 바람직하게는 100　m/s 이상이다. 속도의 상한은 중요하지 않다. 흔히 350　m/s 이하의 속도로 충분하다.

반응 구역 및 급랭 구역 사이에, 바람직하게는 반응물의 농도 감소와 함께 탈압력화 그리고 반응 기체 온도의 제1 감소가 달성되는 횡단면 내의 수축부가 존재할 수 있다. 또한, 증가된 속도로 횡단면 내의 수축부를 떠나는 반응 기체 스트림은 급랭 액 분무와 만나서 급랭 액의 추가적인 제2 미립화가 일어나게 된다.

액적의 큰 비표면적 및 반응 기체와 급랭 액 간의 높은 상대 속도는 반응 기체 및 급랭 액 사이의 질량 전도 및 열 전도를 증대시킨다. 그 결과, 반응 혼합물의 우회 유동이 방지될 뿐만 아니라, 반응 혼합물의 냉각에 필요한 접촉 시간이 크게 감소되고, 부생성물을 형성하는 추가 반응이 최소화됨으로 인해 목적하는 이소시아네이트 생성물의 손실이 최소화된다.

가장 좁은 횡단면에서의 반응 기체 스트림의 속도는 바람직하게는 20　m/s 이상, 특히 바람직하게는 50　m/s 이상, 특히 100　m/s 이상이고, 이에 대한 상한은 개별 조건 하의 반응 기체 혼합물의 음속에 의해 결정된다. 가장 좁은 횡단면을 통한 임계 유동의 경우, 반응 기체 혼합물의 후팽창 및 추가 가속이 가장 좁은 횡단면의 다운스트림에서 일어난다.

급랭 구역 내의 자유 유동 횡단면은 반응 구역 내의 자유 유동 횡단면에 대하여 일반적으로 25/1 내지 1/2, 바람직하게는 10/1 내지 1/1이다.

급랭 구역 내의 미립화 노즐의 배열은 급랭 액을 지나 반응 혼합물이 우회 유동하는 것을 대부분 피할 수 있도록 선택된다. 이는 급랭 구역으로의 하나 이상의 반응 혼합물의 입구 지역과 급랭 구역으로부터의 출구 지역을 완전히 분리하는 폐쇄 커튼을 형성하는 급랭 구역 내의 급랭 액적에 의해 달성된다. 그 결과, 전체 반응 혼합물은 급랭 액에 의해 형성된 커튼, 즉, 급랭 노즐로부터의 액적이 통과하는 시간 평균 부피의 전체를 통과하여야 하고, 이에 따라 효과적으로 냉각된다.

액체 커튼은 사용되는 미립화 장치에 따라 서로 다른 형태를 가질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 원형 분무 형상(예를 들어 원뿔형 외피)을 갖는 미립화 장치 또는 타원형 분무 형상을 갖는 미립화 장치가 사용될 수 있다. 또한, 대략 난형 또는 타원형 내지 직사각형 분무 형상(팬형 외피)을 갖는 슬릿형 노즐을 사용하는 것도 가능하다. 원뿔형 또는 타원형 원뿔형 외피의 경우, 원뿔은 중공 원뿔 또는 고체 원뿔일 수 있다.

미립화기 노즐은 개별 노즐의 외피와 함께 급랭 구역 벽 및 반응 기체 입구를 정의하는 급랭 액 부피 분획의 이소표면(isosurface)이 폐쇄 부피를 둘러싸도록 급랭 구역 내에 배열된다. 원뿔형 노즐의 경우에 분무 원뿔의 중앙축에 의해 정의되는 미립화기 노즐의 내분무 방향과 급랭 구역 내의 기체의 주 유동 방향은 0°내지 180°, 바람직하게는 0°내지 90°, 특히 바람직하게는 0°내지 60°의 각을 형성할 수 있다. 여기서, 0°의 각은 미립화기 노즐 축이 주 유동 방향과 정확히 평행하고 노즐이 주 유동 방향으로 분무하는 것을 의미하고, 90°의 각은 미립화기 노즐 축이 급랭 구역 내의 주 유동 방향에 대해 정확히 수직인 것을 의미한다. 180°의 각은 미립화기 노즐이 주 유동 방향에 대해 정확히 반대 방향으로 급랭 액을 분무하는 것을 의미한다.

급랭 액 커튼은 급랭 액의 미립화를 위한 하나 이상의 장치에 의해 생성될 수 있다. 미립화 장치의 수 대 급랭 구역으로의 반응 혼합물 입구의 수의 비는 10/1 내지 1/10, 바람직하게는 4/1 내지 1/4, 특히 바람직하게는 4/1 내지 1/1, 매우 특히 바람직하게는 3/1 내지 1/1 및 특히 2/1 내지 1/1이다.

하나의 노즐을 갖는 바람직한 구체예(도 1)에서, 급랭 노즐(2)은 원통형 또는 원뿔형 급랭 구역(5)의 중앙에 동축으로(coaxially) 위치한다. 도 1은 포개진 원뿔을 갖는 원통으로 이루어진 급랭 구역을 나타낸다. 반응 혼합물(3)은 급랭 노즐(2)과 동축으로 환상 갭(4)을 통해 급랭 구역(5) 내로 도입된다. 급랭 구역 벽(7) 및 분무 원뿔(6)은 좁아지는 공간(8)을 형성하는데, 이 안으로 반응 혼합물이 유동한다. 이러한 구조적 특성의 결과로, 그 후 반응 혼합물은 분무 원뿔에 의해 형성된 커튼을 통과하여 유동해야만 한다. 이러한 바람직한 구체예에서, 분무 원뿔각은 급랭 구역 벽의 원뿔각보다 더 커야한다.

하나의 노즐을 갖는 제2의 바람직한 구체예(도 2)에서, 노즐(2)은 마찬가지로 원통형 또는 원뿔형 급랭 구역(5)의 중앙에 동축으로 위치한다. 여기서, 반응 혼합물은 분무 노즐 축에 대해 각 β(베타)로 입구(3)를 통해 급랭 구역 내로 도입되고, 각 β는 0°내지 90°, 바람직하게는 45°내지 90°, 특히 바람직하게는 70°내지 90°이다. 여기서 0°의 각 β는 분무 노즐 축에 대해 평행한 것을 의미하고, 90°의 각 β는 분무 노즐 축에 대해 수직인 것을 의미한다. 특히 바람직한 장치에서, 반응 혼합물 스트림은 급랭 구역에 접선으로 들어간다. 이는 반응 혼합물 스트림이 분무 노즐 축에서 일직선 방향이 아니라 이의 방향이 분무 노즐 축을 갖는 반응 혼합물 입구(3)의 연결 축과 5°내지 45°, 바람직하게는 10°내지 45°, 특히 바람직하게는 20°내지 45°및 매우 특히 바람직하게는 30°내지 45°의 각을 형성하는 것을 의미한다. 반응 혼합물은 그 후 다시 분무 원뿔(6) 및 급랭 구역 벽(7)에 의해 형성된 좁아지는 공간(8)을 통해 유동하고, 최종적으로 급랭 액 커튼을 통과한다. 이러한 바람직한 구체예에서, 분무 원뿔각은 급랭 구역 벽의 원뿔각보다 더 커야한다.

예를 들어, 2 내지 10개의 다수의 미립화 장치(2)를 갖는 다른 바람직한 장치에서, 미립화 노즐(2)은 반응 혼합물의 입구(3)를 원형으로 둘러싸도록 배열된다(도 3a 및 도 3b). 도 3a에서, 6개의 미립화 노즐을 예로 나타내었다. 분무 노즐은 개별 분무 형상의 중첩 때문에 타원형 또는 원형 분무 형상(6)을 생성한다. 반응 혼합물 입구(3)는 환의 내부에 위치한다. 분무 원뿔의 축은 반응 혼합물의 유입 방향에 대해 각 γ(감마)로 기울어진다. 감마 γ는 급랭 액이 반응 혼합물과 평행하게 분무되는 0°에서부터 급랭 액이 반응 혼합물에 대해 수직으로 분무되는 90°까지이고, 바람직하게는 0°내지 60°, 특히 바람직하게는 0°내지 45°이다. 다수의 노즐의 장점은, 일반적으로 더 작은 액적을 형성하여 액체의 더욱 빠른 급랭이 가능한 더 작은 노즐이 사용될 수 있다는 점이다. 또한, 급랭 구역 형상 및 미립화 장치 배열의 적절한 조합이 폐쇄 분무 커튼의 형성을 보장할 수 있다.

도 4는 반응 구역과 급랭 구역 사이의 횡단면 내에 수축부(11)를 갖는 도 3의 장치의 변형예를 나타낸다.

이러한 횡단면 내의 수축부는 반응 혼합물의 가속을 초래하고, 이에 따라 압력이 감소되어, 반응 혼합물을 냉각시킨다. 가속의 결과로, 반응 혼합물은 가장 좁은 횡단면 내에서 마하 1.0 까지의 속도에 도달할 수 있다. 가장 좁은 횡단면의 다운스트림에서는, 마하 1.0 이상의 속도가 얻어질 수 있다.

이러한 냉각의 결과로, 반응 혼합물은 급랭 공정까지 낮은 열 응력을 받게된다. 또한, 반응 혼합물의 증가된 속도는 급랭 액적의 제2 미립화를 가져와 이에 따라 반응 기체 혼합물과 급랭 액 사이의 열 및 질량 전도를 증가시킨다. 반응 혼합물 및 급랭 액적의 서로 간의 부딪침이 온도 증가를 짧게 가져오기는 하지만, 이는 급랭 공정 내의 급랭 액에 의해 줄어들어, 더 이상의 반응 혼합물의 열 응력이 없게 된다.

다른 바람직한 장치에서, 반응 기체 혼합물은 말단면에서 슬릿을 통해 급랭 구역으로 들어간다. 슬릿은 원형 또는 타원형일 수 있고 또는 임의의 다른 커브를 형성할 수 있다. 슬릿 폭은 다양할 수 있으나, 일정한 것이 바람직하다. 슬릿의 양쪽면에, 슬릿의 원주에 따라, 급랭 액을 반응 기체 혼합물의 주 유동 방향과 평행하게 또는 각 γ로 분무하는 하나 이상의 미립화기 노즐이 존재한다. 각 γ는 0°내지 90°, 바람직하게는 0°내지 60°, 특히 바람직하게는 0°내지 30°이다. 슬릿의 양쪽면 위의 분무 노즐은 반응 기체 혼합물을 위한 유동 채널을 좁히고, 이는 미립화기 노즐의 분무 형상을 만나 폐쇄된다. 결과는 이를 통해 반응 혼합물이 지나가고 이에 따라 빠르게 냉각되는 또 한번의 폐쇄 커튼이다. 슬릿은 바람직하게는 환상 슬릿으로, 이를 통해 반응 혼합물이 운반되고, 급랭 액을 위한 하나 이상의 분무 노즐이 내면에 위치하며, 환상 슬릿의 원주에 따라 다수의 분무 노즐, 예를 들어, 2 내지 10개, 바람직하게는 2 내지 8개 및 특히 바람직하게는 3 내지 6개의 급랭 액을 위한 노즐이 외면에 위치한다.

다수의 반응 기체 입구(3) 및 다수의 미립화 장치(2)를 갖는 다른 바람직한 구체예에서, 다수의 미립화 노즐(2) 및 반응 기체 입구(3)는 급랭 구역의 말단면(10)에 위치한다. 미립화 장치(2) 및 반응 혼합물 입구(3)는 바람직하게는 균일하게 분배된다(도 5). 미립화 장치는 또 한번 도 3a의 것과 유사한 폐쇄 커튼을 형성한다. 도 5에 나타낸 것과 같은 미립화 장치(2)의 배열이 바람직하고, 여기서 미립화 장치는 바깥쪽 환을 형성하게 되어, 즉, 급랭 구역의 벽(7) 및 반응 혼합물 입구(3) 사이에 위치하게 되어, 반응 혼합물이 벽과 접촉하지 않고, 급랭 매질에 부딪치게 해준다.

다른 바람직한 구체예를 도 6에 나타낸다. 여기서, 반응 기체(3)는 급랭 구역의 세로 축을 따라 운반되고, 여기서 다수(도 6에서는 4개)의 겹쳐진 팬형 외피로 이루어진 커튼이 반응 기체의 유동 방향과 수직으로 존재한다. 이러한 겹쳐진 팬형 외피는 급랭 노즐의 전체 횡단면을 채워, 반응 기체가 급랭 액과 접촉된다.

예를 들어, 도 6에서는 급랭 구역에 측면으로 설치된 급랭 노즐의 분무 노즐 축은 특히 바람직하게는 급랭 구역의 세로 축과 90°의 각을 형성하며, 즉, 급랭 구역의 세로 축에 대해 수직이다. 그러나, 세로 축과 약 -45°내지 +135°의 각을 형성하는 분무 노즐 축, 즉, 반응 기체의 유동 방향과 반대 방향으로 배향되거나 또는 바람직하게는 동일한 방향인 분무 노즐 축도 가능하다.

일 반응 구역으로부터의 산출물을 급랭 구역 내로 도입하는 것이 바람직하나, 다수의 반응 구역로부터의 산출물을 하나 이상의 입구를 통해 급랭 구역 내로 공급하는 것도 가능하다.

반응 구역으로부터의 산출물을 나누어 이를 다수의 입구를 통해 하나 이상의 급랭 구역 내로 공급하는 것도 가능하다.

미립화기 노즐을 통해 내분무되는 액체는 이소시아네이트에 대한 우수한 용매능을 가지고, 염화수소 및/또는 포스겐에 대해서는 낮은 용매능을 가져야 한다. 유기 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 할로겐 원자로 치환될 수 있는 방향족 용매가 사용된다. 이러한 액체의 예는 톨루엔, 벤젠, 니트로벤젠, 아니졸, 클로로벤젠, 디클로로벤젠(오르쏘, 파라), 트리클로로벤젠, 자일렌, 헥산, 디에틸 이소프탈레이트(DEIP) 및 또한 테트라히드로퓨란(THF), 디메틸포름아미드(DMF) 및 이의 혼합물이다.

본 발명의 방법의 특별한 구체예에서, 내분무되는 액체는 이소시아네이트의 혼합물, 이소시아네이트와 용매의 혼합물 또는 하나의 이소시아네이트이다(사용되는 급랭 액은 각 경우에 20 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하, 특히 바람직하게는 5 중량% 이하 및 매우 특히 바람직하게는 2 중량% 이하의 HCl 및/또는 포스겐과 같은 저 비등물을 포함할 수 있다). 개별 공정에서 제조된 이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 급랭 구역 내의 온도 감소에 의해 반응이 중단되기 때문에, 제거되지 않을 경우 내분무되는 이소시아네이트와의 제2 반응이 감소될 수 있다. 이러한 구체예의 장점은 특히, 용매의 분리 제거가 필요하지 않다는 점이다.

내부문 액체의 온도는 이소시아네이트의 목적하는 냉각 및 응축이 내분무되는 액체의 양으로 달성될 수 있도록, 바람직하게는 0 내지 300℃, 특히 바람직하게는 50 내지 250℃ 및 특히 70 내지 200℃이다. 이는 대개 반응을 중단시킨다.

급랭 구역 내의 반응 기체의 속도는 바람직하게는 1　m/s 이상, 특히 바람직하게는 10　m/s 이상 및 특히 20　m/s 이상이다.

급랭 구역 내의 반응 기체의 속도는 바람직하게는 1　m/s 이상, 특히 바람직하게는 10　m/s 이상 및 특히 20　m/s 이상이다. 반응 구역과 급랭 구역 사이의 횡단면적 내의 수축부의 경우, 개별 시스템 내에서 가장 좁은 횡단면적 내에서 음속의 속도까지 도달할 수 있다. 가장 좁은 횡단면적과 급랭 구역 사이의 스트림의 추가 팽창은 그 후 음속을 넘는 유동 속도를 가져올 수 있고, 이는 기체의 상당한 냉각을 야기한다. 이러한 경우, 그 후 급랭 구역의 지역 내에서 압축 펄스가 일어나고, 이는 기체의 급제동과 압력 상승을 초래한다.

급랭 구역 내의 기체 반응 혼합물의 급속한 냉각 및 이소시아네이트의 액상으로의 급속한 이송을 달성하기 위해, 내분무 액적은 반응 기체의 전체 유동 횡단면에 걸쳐 매우 빠르게 정교하게 분배되어야만 한다. 목적하는 온도 감소 및 목적하는 이소시아네이트의 액적으로의 이송은 바람직하게는 10 초 이하, 특히 바람직하게는 1초 이하 및 특히 0.2초 이하로 수행된다. 주어진 수치는 평균 급랭 시간이다. 급랭 구역의 특정 형상의 결과로, 이러한 평균으로부터 최소 및 최대 급랭 시간의 편차는 작게 유지된다. 표준 편차는 평균에 기초한다. 급랭 시간 분포의 평균에 기초한 상대 표준 편차는 1 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 특히 바람직하게는 0.25 미만 및 특히 0.1 이다. 상기 시간(급랭 시간)은 반응 기체가 급랭 구역으로 들어가는 때부터 반응 기체가 급랭 구역으로의 유입 온도에서 단열 최종 온도로 90%의 온도 변화를 겪는 시점까지의 기간으로 정의된다. 단열 최종 온도는 반응 혼합물 및 급랭 액이 개별 유동에서 혼합되고 단열 조건 하의 온도로 들어가서 열역학적 평형에 이르는 온도이다. 선택된 기간은 제2 반응 및 추가 반응으로 인한 이소시아네이트의 손실을 실질적으로 완전히 피할 수 있게 해 준다.

내분무 액체의 양 대 기체 반응 혼합물의 양의 질량비는 바람직하게는 100:1 내지 1:10, 특히 바람직하게는 50:1 내지 1:5 및 특히 10:1 내지 1:2이다.

급랭 구역으로부터 얻은 액상 및 기체상은 워크업된다. 용매가 미립화된 액체로 사용되는 경우, 이소시아네이트 및 용매의 분리가 일반적으로 증류에 의해 수행된다. 아직 분리되지 않은 포스겐, 염화수소 및 가능하면 이소시아네이트를 본질적으로 포함하는 기체상이 바람직하게는 증류 또는 흡착에 의해 이의 성분으로 분리될 수도 있고, 포스겐은 반응에 재순환될 수 있으며, 염화수소는 추가 화학 반응에 사용되거나 더욱 공정되어 염산을 생성하거나 염소와 수소로 다시 분리될 수 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 방법의 구체예를 나타낸다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 설명된다.

실시예 1:

8　mm의 지름을 갖고 업스트림 혼합 장치가 구비된 튜브 반응기에서, 톨릴렌 디이소시아네이트, 포스겐 및 염화수소를 포함하는 20　kg/h의 반응 기체를 제조하였다.

그 후 반응 기체를 17　mm의 내지름(D_O,I) 및 19　mm의 외지름(D₁)을 갖는 환상 슬릿을 통해 급랭 구역 내로 공급하였다. 급랭 구역에, 환상 슬릿의 내부에 동축으로 배열되는 단일-유체 노즐이 존재한다(도 1). 노즐의 분무 원뿔 오프닝 각은 70°였다. 노즐은 약 60 ㎛의 사우터 평균 지름을 갖는 액적을 생성하였다. 급랭 구역은 19　mm의 지름(D₁)을 갖는 10　mm (L₁)의 긴 원통형 부분, 이어지는 19　mm에서 70　mm로 폭이 넓어지는 40　mm 길이(L₂ - L₁)의 원뿔 부분, 이어지는 70　mm의 지름(D₂)을 갖는 70　mm 길이(L₃)의 원통형 부분 및 마지막으로 60°의 가늘어지는 각 및 12 mm의 최종 지름을 갖는 추가 원뿔 부분(도 1에 나타내지 않음)을 포함하였다. 내분무 액체의 양은 17.4　kg/h였다. 내분무되는 급랭 액은 모노클로로벤젠이었다. 급랭 구역으로 유입되는 반응 기체의 온도는 363℃였고, 기체의 압력은 1.35　bar였다. 급랭 액의 유입 온도는 100℃였고, 분무 노즐로부터 액적의 출구 속도는 약 60　m/s였다. 급랭 구역의 앞쪽 원뿔 지역에서 반응 기체의 체류 시간은 약 0.029초였다. 여기서, 급랭 기체의 떨어진 온도는 약 156℃였다. 목적하는 온도 감소는 약 8　ms에서 일어났다. 반응 기체 혼합물에서 톨릴렌 디이소시아네이트의 양은 급랭 구역으로 유입될 때의 농도에 비해 80%까지 감소하였다.

도면 목록

도 1: 급랭 구역과 동축인 급랭 노즐, 환상 슬릿을 통한 반응 혼합물의 도입

도 2: 급랭 구역과 동축인 급랭 노즐, 각 β(베타)로 반응 혼합물이 도입

도 3a: 다수의 미립화 노즐을 사용한 도입

도 3b: 도 3a의 1-1 단면

도 4: 반응 구역과 급랭 구역 사이의 횡단면 내의 수축부

도 5: 다수의 반응 혼합물 입구 및 미립화 노즐을 사용한 도입

도 6: 반응 기체의 유동 방향에 대해 수직으로 급랭 매질을 도입. 왼쪽: 측면도, 오른쪽: 단면 A-A에 대한 수직도

도 7: 분무 원뿔각 α(알파)의 정의

도면의 도면 부호 목록

1 급랭 액 입구

2 미립화 장치

3 반응 혼합물 입구

4 환상 슬릿

5 급랭 구역

6 분무 원뿔

7 벽

8 폐쇄 공간

9 액체 및 기체 출구

10 급랭 구역의 말단면

11 횡단면 내 수축부

Claims (15)

1. 하나 이상의 반응 구역에서 기체상에서 포스겐과 아민을 반응시킴으로써 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, 하나 이상의 액체가 분무되어 반응을 중단시키는 하나 이상의 구역을 반응 혼합물이 통과하며, 급랭 구역(quench zone)의 횡단면(cross section)을 완전히 채우는 급랭 액(quenching liquid)의 폐쇄 커튼을 반응 혼합물이 통과하는 것인 방법.
2. 하나 이상의 반응 구역에서 기체상에서 포스겐과 아민을 반응시킴으로써 이소시아네이트를 제조하는 방법으로서, 하나 이상의 액체(급랭 액)가 분무되어 반응을 중단시키는 하나 이상의 구역(급랭 구역)을 반응 혼합물이 통과하며, 급랭 구역이 원통형 또는 원뿔형을 가지고, 급랭 액의 분무 형상이 급랭 구역의 벽과 폐쇄 공간을 형성하며 반응 혼합물이 이 공간 내로 공급되는 방식으로 급랭 액이 내분무(spray in)되는 것인 방법.
3. 제2항에 있어서, 급랭 액이 동축으로(coaxially) 분무되는 것인 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 반응 혼합물이 분무 노즐 축에 대해 45°내지 90°의 각 β(베타)로 급랭 구역 내로 도입되는 것인 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물이 급랭 구역 내로 접선으로 도입되는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 시간이 0.001초 내지 0.2초인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 시간의 상대 표준 편차가 1 미만인 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 구역으로의 입구에서 반응 혼합물의 스트림이 마하 0.05 내지 마하 1.0의 속도를 갖는 것인 방법.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 구역으로의 입구에서 반응 혼합물의 스트림이 마하 1.0 내지 마하 5.0의 속도를 갖는 것인 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 구역 및 급랭 구역 간의 가장 좁은 유동 횡단면의 유동 횡단면 비가 10/1 내지 1/10인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 구역 내의 유동 횡단면 대 반응 구역 내의 자유 유동 횡단면의 비가 25/1 내지 1/2인 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물이 급랭 구역 내로 들어갈 때 반응 혼합물이 150℃ 내지 600℃의 온도를 갖는 것인 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 매질의 액적이 5 내지 5000 ㎛의 사우터(Sauter) 평균 지름 D₃₂를 갖는 것인 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 급랭 매질의 액적이 15　m/s 이상의 속도로 노즐을 떠나는 것인 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 미립화 장치(atomization device)의 수 대 급랭 구역으로의 반응 혼합물 입구의 수의 비가 10/1 내지 1/10인 방법.

Images