순환유동층 반응기에서 1,2- dichloroethane 생산을 위한 2단계 oxychlorination 특성

Abstract

폴리염화비닐(PVC)은 5대 열가소성 플라스틱의 하나로 그 수요가 날로 증가할 것으로 예상되는 소재 중 하나이다. PVC 생산의 공급 원료 중 하나인 1,2-디클로로에탄(EDC)은 직접 염소화법과 에틸렌의 옥시염소화법에 의해 주로 제조된다. 그러나, 일반적인 과정은 촉매 소실, 부산물 그리고 폭발의 위험성과 같은 몇몇 문제를 가지고 있으므로 염화수소와 산소에 의한 염화제이구리의 환원과 염화제일구리의 산화(촉매 재생공정)에 의한 2단계 옥시염소화 공정의 개발이 대두되었다. 본 연구에서는 2단계 옥시염소화 공정의 구현을 위한 순환유동층 반응기(bed: 0.076 m-ID × 1.5 m-high ; riser: 0.025 m-ID × 3.0 m-high)에서의 수력학적 특성을 연구하여 반응 실험에서의 기초자료를 획득한 뒤 반응실험을 수행하였다. 촉매로는 γ-alumina 를 지지체로 사용하는 cupper 계열의 촉매(MEDC/B, SUD-CHEMIE Inc.)를 사용하였으며 실험변수로는 상승관에서의 기상유속, 고체순환속도, 반응기체인 에틸렌의 농도, 반응 온도를 설정하였다. 그 결과 순환유동층 반응기에서는 200 ℃ 이상의 반응 온도와 양론비 보다 20 % 이하의 에틸렌 농도 공급, 20 kg/ m2s의 고체순환속도, 2.5초 이상의 기체 체류시간을 만족할 때 90 % 이상의 에틸렌 전환율과60 % 이상의 EDC 선택도를 가짐을 알 수 있었다. 또한 기포유동층과 난류유동층에서의 반응실험을 비교해 본 결과 기체 체류시간이 10초 이상이 될 때 EDC 선택도가 90% 이상이 되는 것을 알 수 있었다. 따라서 보다 높은 EDC 선택도를 위해서는 순환유동층 조업 시 상승관의 높이를 증가시키는 것이 바람직 할 것으로 예상된다.