KR0143243B1

KR0143243B1 - 에틸렌공장의 부생 c5 유분으로부터 고순도 사이클로펜탄의 제조방법

Info

Publication number: KR0143243B1
Application number: KR1019940018988A
Authority: KR
Inventors: 이권수
Original assignee: 이정호; 엘지석유화학주식회사
Priority date: 1994-07-30
Filing date: 1994-07-30
Publication date: 1998-07-15
Also published as: KR960004305A

Abstract

본 발명은 나프타 열분해 공정에서 나온 가솔린 정제과정에서 부생되는 C5유분을 수소첨가반응, 분리공정을 이용하여 고순도 사이클로펜탄을 분리, 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 사이클로펜탄 제조방법은 부생된 C5 유분을 금속 담지 촉매를 이용하여 유분내에 포함된 불포화 화합물을 포화 화합물로 수소첨가반응시킨 후 증류탑을 이용하여 노르말-펜탄, 이소-펜탄 등을 제거하고 사이클로펜탄만을 분리, 제조하는 것으로 이루어졌다.

Description

에틸렌공장부생 C5 유분으로 부터 고순도 사이클로펜탄의 제조방법

제1도는 간단한 사이클로펜탄 제조 공정도

본 발명은 나프타를 열분해시켜 기초유분(에틸렌, 프로필렌등)을 생산하는 과정에서 부산물로 부생되는 근접비점 유분들이 혼재된 가솔린유분(C5유분)을 수소첨가반응(Hydrogenation)에 의하여 사이클로펜탄(CYCLOPENTANE: C.P)의 양을 증대시킨 다음 증류에 의한 분리공정으로 95 wt% 이상의 고순도 사이클로펜탄을 분리·제조하는 개량된 제조방법에 관한 것이다.

기존에는 상기 과정에서 부생되는 C5유분을 정유공장의 가솔린 제조에 혼합용으로 사용하거나, 나프타와 재혼합하여 다시 에틸렌공장의 원료로서 이용하는 외에는 용도가 제한되어 있어 이를 고부가가치화 하려는 연구노력이 계속되고 있다. 또한, 최근에 특정 프레온으로 지칭되는 씨에프씨(CFC)가 오존층 파괴물질로 알려져 몬트리올 의정서에 의해 1996년부터 생산 및 사용이 제한될 예정이다. 따라서 발포제로 사용되는 씨 에프 씨의 사용제한으로 기존 씨에프의 발포제를 대체해야 할 새로운 대체발포제 개발이 시급하게 되었다. 이로 인해 고순도 사이클로펜탄과 같은 탄화수소류가 최근 씨에프씨 대체발포체로 사용되기 시작하고 있다.

기존 사이클로펜탄 생산공정으로는 일반 정유공장에서 생산되는 경질나프타 유분에서 노르말-펜탄, 이소-펜탄 등과 함께 사이클로펜탄을 분리하는 방법이 있으나 비점이 근접한 성분이 다량 혼재하는 까닭으로 고순도의 사이클로펜탄 제조가 사실상 어렵고, 가능하더라도 높은 제조원가 부담으로 경제적이지 못하다. 또한, 이와는 별도로 에틸렌공장에서 부생되는 가솔린 유분에서 이소프렌등을 분리, 정제하는 공정에서 사이클로펜탄을 병행생산할 수도 있으나 생산량이 적고, 생산시설에는 막대한 시설투자비가 소요된다.

예로서 일본제온사의 제조방법을 들 수 있는데, C₅유분내에 사이클로펜탄 함량이 1∼5%로 적어서 결국 이의 생산량이 적고, 생산시설 투자비가 과대하다는 문제점이 있고(일본 공개 특허 공보 평 3-153636 호 발명의 명칭:포화탄화수소의 제법, 일본 공개 특허공보 特開平 5-279269 호 발명의 명칭:불포화 탄화수소 화합물의 수소첨가 반응 방법), 또 미국 EXXON사의 제조방법에 의하면, 나프타에 함유된 C₅유분에서 사이클로펜탄을 직접 분리하여 제조하는 방법이 있으나 비점이 근접한 성분이 다량 혼재하여 고순도 사이클로펜탄 생산이 어려운 결점이 있다.

기타 사이클로펜탄디엔(CYCLOPENTADIENE)을 수첨하는 예를 들 수 있으나 원료 확보명에서 어려움이 있고, 이를 위한 독자적인 원료확보시설 투자가 크게드는 결점이 따르게 된다.

이에 본 발명자는 이러한 기존의 문제점을 해결하고자 예의 연구한 결과, 펜탄 유분을 자체 설비와 기술(촉매고정층 반응기를 사용하여 수소첨가반응용 수소의 주입을 반응기 상단과 하단으로 분리하여 주입시키고 수소주입 비율은 총주입량의 90∼98%는 상단, 2∼10%는 하단으로 주입시킨다)로 수소첨가반응시켜 포화된 사이클로펜탄 량을 증대시킨 다음, 수소첨가되어 생성된 펜탄 유분중의 사이클로펜탄만을 분리하는 새로운 제조공정을 연구·개발하여 고순도 사이클로펜탄을 위에 서술한 종래의 기술에 비하여 단위공정당 생산량이 증대되고 이에 따라 원가절감을 기할 수 있음을 물론 이 고순도 탄화수소를 발포제로 대체 사용함에 따라 씨에프씨에 의한 지구 오존층 파괴 등의 환경문제해결에도 크게 기여할 수 있게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 기존의 에틸렌 공장 부생 가솔린 유분*C5유분(으로부터 수소첨가 반응설비와 증류공정을 이용하여 고순도 사이클로펜탄 수득율을 크게 높혀 경제성을 높인 회수방법을 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 사이클로펜탄 함량이 적어 경제적 생산량을 얻을 수 없거나, 사이클로펜탄과 비점이 근접한 C₅유분들이 혼재되어 있어 고순도 사이클로펜탄 다량을 일시에 분리하여 제조하기가 어려운 경질 나프타 대신 에틸렌 공장의 부생물인 가솔린유분(펜탄류)을 원료로 하여 불포화 화합물을 수소첨가반응(Hydrogenation) 및 증류공정을 거쳐 고순도의 사이클로펜탄의 수득율을 크게 높혀 단위당 다량 생산할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

즉, 에틸렌 공장에서 부생되는 가솔린유분(C5유분)에 포함되어 있는 불포화 화합물을 수소와 금속담지 촉매를 이용하여 포화 화합물로 수소첨가반응시키는 단계와 상기에서 수소첨가된 펜탄유분을 일차, 이차 증류탑에 공급하여 끓는점 등의 물성차를 이용하여 노르말-펜탄, 이소-펜탄 등의 성분을 제거한 후 고순도 사이클로 펜탄 다량을 분리하는 단계를 포함하는 개량된 제조방법을 제공코저 하는데 그 특징이 있는 것이다.

본 발명의 방법을 더욱 상세히 나타내고자 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하고자 한다. 도면을 살펴보면, 수소첨가반응기(1)에서 펜텐 등의 불포화화합물을 함유한 펜탄유분: 수소를 3:1∼20:1 비율로 공급시켜 촉매하에서 불포화 화합물을 포화 화합물로 수소첨가반응시킨다.

이 때 사용된 촉매는 금속으로서 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh) 등을 사용하고 담지체로는 알루미나, 실리카, 카본 등으 f사용하여 일정량(0.05∼5wt%)의 금속이 담지된 촉매이며, 수소첨가반응시 반응온도는 50∼200℃ 범위내, 반응압력은 1∼40kg/㎠ 범위내이다.

(1)에서 수소첨가 반응된 펜탄유분을 적정압력(실시예: 30∼40kg/㎠)과 적정온도(실시예: 140∼150℃)로 유지하면서 온도가 0∼150℃, 압력조건이 0∼10㎏/㎠(또는 0.1bar-1bar까지 감압상태하)범위인 증류탑(2)에서 끓는점 차이를 이용하여 C5 유분중의 노르말-펜탄과 이소-펜탄 등의 화합물 각각을 탑 상부로 먼저 제거하고, 탑 하부로 고순도의 사이클로펜탄을 분리한다.

이하, 본 발명을 실시예와 같이 더욱 구체적으로 설명하면, 다음과 같다(이하 본 발명이 이 실시예만에 의해 한정되는 것은 아니다).

[실시예]

가솔린 정제공정에서 부생되는 불포화 화합물을 포함한 펜탄 유분을 3∼4톤/시간, 수소첨가반응을 위한 수소를 300∼400 킬로그램/시간끼 금속담지촉매가 충진된 수소첨가반응기에 공급하여 수소첨가반응을 진행시켜 원료 불포화 화합물을 포화 화합물로 전환시킨다. 이때 반응기의 반응조건은 온도가 140∼150℃, 압력이 25∼30㎏/㎠으로 유지되어진다.

수소첨가반응이 완료된 펜탄유분을 30∼40㎏/㎠의 압력과 140∼150℃의 온도로 유지하면서 3∼4톤/시간씩 증류탑에 공급하여 탑상부로 노르말-펜탄, 이소-펜탄 등의 화합물을 먼저 제거하고 탑 하부로 95wt%의 고순도 사이클로펜탄을 분리 제조한다.

증류탑의 운전조건은 압력이 1∼5㎏/㎠, 온도는 60∼100℃이다.

표1은 펜탄 유분을 수소첨가반응, 분리공정을 거쳐 고순도 사이클로펜탄을 제조하는 과정에서 단계별 성분, 조성변화 표이다.

표2는 표1에서 사용했던 가솔린유분(C5유분)과는 조성이 다른 C5유분을 수소첨가반응, 분리공정을 거쳐 고순도 사이클로펜탄을 제조하는 과정에서 단계별 성분 조성 변화 표이다.

Claims

에틸렌 공장의 부생 C5 유분으로부터 사이클로펜탄을 제조하는 방법에 있어서, 금속담지촉매가 충진된 수소첨가반응기 내에서 50 내지 200℃의 온도 및 1 내지 40㎏/㎠의 압력 하에서 불포화 화합물을 함유하는 C5 유분을 수소첨가반응시키는 제1공정; 및 0 내지 150℃의 온도 및 0 내지 10㎏/㎠(또는 0.1 bar 내지 1 bar의 감압상태하)의 압력하에 증류탑에서 상기 수소첨가반응생성물을 증류시켜 증류탑 상부로 노르말-펜탄과 이소-펜탄을 먼저 제거하고 난 다음, 증류탑 하부로 사이클로펜탄을 95% 이상의 고순도로 분리·수득하는 제2공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가솔린유분(C5유분)으로부터 95% 이상의 고순도 사이클로펜탄을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 촉매고정층 수소첨가반응기를 사용하며 상기 반응기의 상단과 하단에 위치한 수서첨가용 주입구를 통하여 소소를 주입할 때 수소의 총주입량의 90 내지 98%는 상단으로, 2 내지 10%는 하단으로 주입하는 것을 특징으로 하는 방법.