KR100188322B1 - 촉매증류 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

동일한 올레핀 공급량 및 방향족 화합물 대 올레핀 비를 유지하는 한편 올레핀의 증기압을 증가시킬 수 있는, 알킬화된 방향족 화합물의 촉매 증류 생성 방법이 제공된다.

한가지 구체예에 있어서, 촉매 및 올레핀 공급부 아래의 두 번째 컬럼으로 부터의 증기로부터 나온 측 스트림은 응축되어 환류 드럼으로부터의 방향족 화합물 구성 스트림으로 재통과 된다. 그래서 촉매층내 첫 번째 컬럼 하단의 올레핀 증기압은 증가되어 액체 상에서 올레핀의 평형 농도를 증가시킨다. 본 발명의 또 다른 구체예에서 반응을 위한 효과적인 구동력은 촉매층 내에 상이한 높이에서 올레핀을 주입하므로써 증가된다. 부가적인 올레핀이 주입되면, 보다 더한 촉매층 높이가 요구될 것이나, 부가적 촉매는 동일한 총 올레핀 전환률에서 증가된 산출량에 의해 오프셋 이상이다. 상이한 높이에서 올레핀 공급물을 주입하는 실행은 동일한 올레핀 공급량이 사용되나, 보다 적은 촉매가 요구되기 때문에 여러 스트림으로 갈라질 때 특히 유용하다.

Description

촉매 증류 방법 및 이를 위한 시스템

제1도는 반응이 본래대로 실행되는, 도식적 형태의 단순화된 흐름도이다.

제2도는 본 발명의 한가지 구체예를 나타내는 도식적 형태의 단순화된 흐름도이다.

제3도는 본 발명의 두 번째 구체예를 나타내는 도식적 형태의 단순화된 흐름도이다.

제4도는 본 발명의 세 번째 구체예를 나타내는 도식적 형태의 단순화된 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17 : 플로우 라인 10, 14 : 컬럼

12 : 증류 반응구역 18 : 환류 드럼

19 : 슬립 스트림 20 : 응축기

본 발명은 산성 촉매 증류 구조물 상에서 올레핀으로 유기 방향족 화합물을 알킬화하는 촉매 증류 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 일정한 올레핀 고급량 및 벤젠 대 올레핀 비를 유지시키는 한편, 증기 상에서 올레핀 분압을 증가시킴으로써 액체 상에서 올레핀 농도가 증가 됨에 의한 방법개선에 관한 것이다.

촉매증류를 사용하는 유기 방향족 화합물의 알킬화는 로오렌스 A.스미드, 쥬니어에 특허된 미합중국 특허 제 4,849,569호에 기술되었다. 응용될 때, 상기 명세서에 기술된 방법은 액체 및 증기 플로우 라인에 의해 연결된 두 개의 분리 컬럼에 의해 구체화되는데, 한 개의 컬럼은 촉매 증류 구조물 층으로 채워지고, 두 번째는 표준 증류 구조물을 함유한다. 올레핀은 촉매층 아래로, 일반적으로, 두 번째 컬럼 상부로 공급된다. 방향족 화합물은 촉매층위의 첫 번째 컬럼의 상부로 환류로 공급된다.

이론적으로, 두 개의 컬럼은 하나의 연속컬럼으로 작용한다. 증기에서 올레핀 농도가 증가하면 액체상에서 평형 올레핀 농도가 증가하여 반응을 위한 구동력을 증가시키므로 보다 경제적인 방법을 초래할 것이다. 그러나, 투입된 촉매 수명에 미치는 효과는, 촉매 숙성에 있어 변하기 쉬운 주요점은 촉매와 접촉하는 액체상에서의 올레핀의 농도임이 밝혀졌기 때문에 해로울 수 있다. 또 다른 연관된 효과는 임계적인 벤젠 대 올레핀 비에 있어서의 감소로 인한 반응역학 및 선택성에 해로운 영향을 미치는 시스템을 통한 액체 벤젠 적하의 감소이다.

간단히, 본 발명은 촉매 증류를 이용하는, 유기 방향족 화합물을 알킬화하는 개선된 공정에 관한 것이며, 이때, 개선점은 올레핀 공급량 및 올레핀 대 방향족 화합물의 비를 유지시키는 한편 촉매층내 올레핀 증기압을 증가시키는 능력으로 구성된다. 한가지 구체예에 있어서, 촉매 및 올레핀 공급부 아래의 두 번째 컬럼으로 부터의 증기로부터 나온 측 스트림은 응축되어 환류 드럼으로부터 방향족 화합물구성 스트림으로 재통과 된다. 그래서 촉매층내 첫 번째 컬럼 하단의 올레핀 증기압은 증가되어 액체상에서 올레핀의 평형 농도를 증가시킨다. 유사한 구체예에서 환류된 풍부 섹션은 두 번째 컬럼에 첫 번째 컬럼으로 부터의 액체 공급부 위로 첨가된다.

본 발명의 또다른 구체예에서 반응을 위한 효과적인 구동력은 촉매층 내에 상이한 높이에서 올레핀을 주입하므로써 증가된다. 부가적인 올레핀이 주입되면, 보다 더한 촉매층 높이가 요구 될 것이나, 부가적 촉매는 동일한 총 올레핀 전환률에서 증가된 산출량에 의해 오프셋 이상이다. 그러나, 상이한 높이에서 올레핀 공급물을 주입하는 실행은 동일한 올레핀 공급량이 사용되나, 촉매가 적기 때문에 여러 스트림으로 갈라질 때 특히 유용하므로 보다 작은 반응기가 동일한 알킬화 산출량을 위해 요구된다.

본 발명의 이해를 위해서, 독자는 우선 이전에 고안된 응용물 및 조작을 잘 알아야 한다. 촉매 증류 방법을 이용하는 유기 방향족 화합물의 알킬화와 연관된 일반적인 규칙에 대한 상세한 설명을 위해서, 독자는 상기 언급된 미합중국 특허 4,849,569를 참고로 한다.

제1도는 벤젠과 에틸렌의 반응으로부터 에틸벤젠의 생산에서 구체화된 유기 방향족 알킬화를 위한 매우 단순화된 형태의 이전에 고안된 응용을 나타낸다. 다른 유기 방향족 화합물 및 올레핀을 공급물로서 사용하여 상이한 생산물 또는 생산 혼합물을 산출할 수 있다. 이외에, 폴리치환 방향족 화합물이 생산되고 알킬교환을 위해 분리될 수 있다.

이전 조작은 촉매 증류 구조물 형태의 미립 산성 촉매(12)를 함유하는 상층 컬럼(10)을 갖고 증류 컬럼 반응기를 이용한다. 이 상층컬럼은 증류 반응 구역이라 보통 일컫는다. 하층 컬럼(14)은 표준 증류 구조물을 함유하며, 벤젠 스트리퍼라 불리며, 보다 높은 비점 반응 생산물 -- 에틸벤젠 및 폴라치환 방향족 화합물로부터 미반응 벤젠의 분리를 완수한다. 상기 조작에서 올레핀을 플로우 라인(1)을 경유하여 벤젠 스트리퍼(14) 상부에 공급하고, 구성 벤젠을 플로우 라인(9)을 경유하여 환류 드럼(18)에 공급한다. 근본적으로, 모든 올레핀이 증류 반응 구역(12)에서 전환되므로, 벤젠 만, 및 임의의 불활성 경질물이 플로우 라인(3)을 경유하여 상부 위로 취해지고, 부분 응축기(16)에서 응축되고, 환류 드럼(18)에서 분리된다. 미 응축된 경질 불활성물이 플로우 라인(7)을 경유하여 제거된다.

높은 비점의 반응생성물 및 일부의 미반응 벤젠을 함유하는 상층 컬럼(12)의 바닥물이, 라인(13)을 경유하여, 반응 생성물, 주로 에틸벤젠이, 원할 경우 추가 가공을 위해 라인(17)을 경유하여 바닥물로서 제거되는 벤젠 스트리퍼(14)의 상단에 공급된다.

이전 고안에 있어, 증류 반응 구역을 함유하는 상층 컬럼(10)은 충전된 흡수체 컬럼으로서 작용한다. 촉매의 고정 부피를 위해서, 액체상으로의 올레핀 흡수량을 증류 반응 구역(12)을 통해 상향 이동하는 증기상 내 올레핀 평균 분압에 의해 제한된다. 숙성으로 인한 촉매의 효과적 부피의 감소 때문에, 보다 높은 평균 분압이 최소의 올레핀 전환을 유지하기 위해 요구된다.

본 발명에서 구체화된 방법은 상기 구동력을 상승시키는 능력을 제공하고, 촉매의 수명동안 구동력의 변화를 허용한다.

제2도에 나타낸 바와 같은 첫 번째 구체예에서 응축기(20)는 벤젠 스트리퍼(14)로 부터의 증기인 슬립 스트립(19)을 응축시키기 위해 제공된다. 올레핀 공급라인(1)은 상층 컬럼(10)의 바닥으로 이동하여 임의 올레핀이 슬립 스트립으로 제거되는 것을 방지한다. 올레핀 공급 라인(1)은 슬립 스트립을 빼낸 증기 반송 라인(15) 업스트림으로 주입될 수 있다. 슬립 스트림(19)은 증기에서 벤젠의 농도를 저하시키므로 증류 반응 구역(12)의 하단에서 올레핀 농도가 증가한다. 응축기(20)로 부터의 응축된 액체는 라인(11)내 환류물과 합하여서 증류 반응 구역(12)의 상부에 라인(21)을 경유하여 송달된다. 그래서 증류 반응 구역(12)내 임계적인 벤젠 대 올레핀 비는 유지된다. 대안적으로, 응축기(20)은 녹크 백 응축기로서 사용될 수 있으며, 응축된 액체는 벤젠 스트리퍼의 상부에 반송되거나 방법내 어디에서든 사용되며, 감소된 증기는 플로우 라인(15)을 경유하여 상층 컬럼상으로 흐른다.

두 번째 구체예는 제3도에 나타낸다. 쇼트 풍부 섹션(14A)은 스트리퍼(14)내에 보다 효율적인 분리를 제공하기 위해 벤젠 스트리퍼에 액체 주입구 위로 첨가된다. 원할 경우, 풍부 섹션(14A)은 나타낸 바와 같이 라인(23)을 경유하는 환류물을 포함할 수 있다. 두 경우에서 벤젠 내 풍부한 감소된 증기는 증기 반응 구역의 바닥에 제공된다.

제4도에 나타낸 세 번째 구체예에 있어서, 올레핀 분압은, 올레핀 공급을 여러 스트림으로 나누고, 증류 반응 구역(12)내 상이한 높이에서 공급하므로써 효과적으로 증가된다. 올레핀에 어떤 실질적인 증가도 없지만, 이 개선은 사이클 시간을 연장하며, 결과물은 액체 상에서 올레핀을 증가시킨다.

제1도에 기술한 바와 같은 방법에서, 증기상에서 올레핀의 분압은 반응 구역 층(12)을 위로 통한 점진적인 반응으로 인해 바닥에서 최고이며, 상부에서 최저이다. 액체 상에서 평형 농도는 같은 프로파일을 따른다. 증류 반응 구역내 29 feet의 촉매 높이를 갖는 시험 단위 설명 공장에서, 층의 바닥 위로 6 feet 및 12 feet에서 올레핀의 총 전환율은 각각 약 40％및 63％이다. 이들 전환율은 6 feet 당 약 40％의 구동력 감소를 나타낸다.

부가적인 올레핀이 동일한 공급 스트림을 단순히 나누는 대신 공급된다면, 부가적인 층 높이는, 합한 올레핀 공급물의 총 전환율이 적당한 수준에서 남아 있는 것을 보증하는데 필요하다는 것을 알아야 한다. 그렇지만, 예기치 않은 결과는 동일한 총 전환율에서 얻을 수 있는 올레핀의 초과산출량이 촉매 높이 및 올레핀의 단순한 첨가에 의해 예측되는 것 이하인 것이다. 일정한 올레핀 공급량에서, 이는 전환 수준 및 촉매의 동일한 높이를 위해 요구되는 보다 적은 촉매 플로우 면적으로 전환된다. 단순성을 위해 하기 사례들이 이중 올레핀 공급점을 위해 제공되나, 실질적 고려에 의해서만 제한된 임의 수의 공급점에 적응될 수 있다.

[사례 1]

부가적인 6 feet 촉매층의 원래의 5개 층 반응 증류구역 (30 feet 원래 층 높이)의 상부 층위로 설치되었다. 구역의 바닥에서 공급된 원래 양의 약 40％인 부가적인 올레핀을 최고바닥층 및 그 다음 높이 층 사이에 공급했다. 모든 올레핀은 적어도 30 feet의 촉매와 접촉하고 합한 올레핀 공급물의 총 전환율이 유지이상이다. 알게된 잇점은 올레핀 산출량의 40％증가는 부가적 층 높이의 20％증가만으로 성취될 수 있다는 것이다. 동일한 산출량에서, 이는 약 30％의 증류 반응 구역의 단면적 감소 및 약 20％의 요구된 촉매 부피의 순 감소를 나타낸다.

[사례2]

2개의 부가적 6 feet 층을 총 층 높이 42 feet를 위한 표준 5개 총 배열에 첨가했다. 원래의 양 63％의 부가적 올레핀을 바닥으로부터 두 번째 및 세 번째 층 사이에 공급했다. 다시 모든 올레핀을 적어도 30 feet의 촉매와 접촉시켜 동일한 총 전환량을 성취한다. 결과 얻어진 잇점은 산출량의 63％ 증가가 층 높이 40％증가 만으로 성취된다는 것이다. 동일한 산출량에서, 이는 40％의 단면적 감소 및 촉매부피 요구의 20％ 감소를 나타낸다.

Claims (3)

1. 미립 산성 촉매 증류 구조물 상에서 올레핀으로 유기 방향족 화합물을 알킬화하는 촉매 증류 방법에 있어서, 일정한 올레핀 공급량을 유지시키는 한편 촉매층을 통한 올레핀 분압을 상승시키는 것으로 구성되며, 이때 상기 올레핀 분압이, 촉매 층 아래 및 올레핀 공급부 아래의 상승하는 증기의 부분을 제거하고, 상기 부분을 응축시키고, 상기 촉매층의 상부 부분을 제거하고, 상기 부분을 응축시키고, 상기 촉매층의 상부 근처에 상기 응축된 부분을 공급하므로써 증가되거나 효과적인 올레핀 분압이, 올레핀 공급을 2개 이상의 분리 스트림으로 나누고 상기 분리 스트림을 상기 촉매 층을 따라 상이한 위치에서 공급하므로써 증가됨을 특징으로하는 촉매 증류 방법.
2. 하기 (a) -(e) 단계로 구성됨을 특징으로하는, 올레핀으로 유기 방향족 화합물을 알킬화하는 방법 : (a) 올레핀을 함유하는 첫 번째 스트림을 증류 컬럼 반응기에 증류 반응 구역의 바닥 근처 또는 아래에 공급하고, 유기 방향족 화합물을 함유하는 두 번째 스트림을 상기 증류 컬럼 반응기에 상기 증류 반응기의 상부 근처에 공급하는 단계 ; (b) 상기 증류 반응 구역내에서, 상기 유기 올레핀 및 상기 방향족 화합물을 함께 미립 산성 촉매 증류 구조물과 접촉시킴으로써 실질적으로 모든 상기 올레핀과 상기 유기 방향족 화합물의 부분을 반응시켜 알킬화된 방향족 생성물 및 미반응 유기 방향족 생성물을 함유하는 반응 혼합물을 형성하고, 상기 미반응 유기 방향족 화합물의 부분을 상기 증류 컬럼 반응기의 상부위로 증류시키고, 상기 알킬화된 방향족 생성물 및 나머지 상기 미반응 유기 방향족 화합물을 상기 증류 반응 구역의 하부 아래로 증류시키는 단계 ; (c) 분리 증류 구역내 분별 증류에 의해 상기 나머지 미반응 유기 방향족 화합물로부터 상기 알킬화 생성물을 분리시키고, 이때 나머지 미반응 유기 방향족 화합물은 상기 증류 구역으로부터 상부물로서 회수되고, 상기 알킬화 생성물은 상기 증류 구역으로부터 바닥물로서 회수하는 단계 ; (d) 상기 증류 구역으로 부터의 상기 상부물의 부분을 응축시키고, 상기 응축된 부분을 상기 증류 컬럼의 반응기에 공급되는 상기 두 번째 스트림과 합하는 단계 ; (e) 상기 증류 구역으로 부터의 상기 상부물의 미응축 부분을 상기 증류 반응 구역의 바닥 근처의 지점으로 반송시키는 단계.
3. 하기 (a) -(d)로 구성됨을 특징으로하는, 올레핀으로 유기 방향족 화합물을 알킬화하는 촉매 증류 방법을 실시하기 위한 시스템 : (a) 상기 유기 방향족 화합물과 상기 올레핀을 동시에 반응시키고 미반응 반응물의 부분으로부터 반응 생성물을 분별 증류에의해 분리 하기에 적당한 촉매 증류물 구조물을 함유하는 첫 번째 반응 용기 ; (b) 나머지 미반응 반응물로부터 반응 생성물의 최종 분리를 실시하기 위한 증류 구조물을 함유하는 두 번째 용기, 이때 그 두 번째 용기는 상기 첫 번째 용기의 바닥으로부터 두 번째 용기로 액체를 운반시키기 위한 첫 번째 플루우 라인 및 두 번째 용기의 상부로부터 상기 첫 번째 용기의 바닥에 증기를 운반시키기 위한 두 번째 플루우 라인에 의해 첫 번째 용기의 하단에 연결된다 ; (c) 상기 두 번째 용기의 상부로부터 증기의 부분을 응축시키기 위해 세 번째 플로우 라인에 의해 상기 두 번째 플로우라인에 연결된 응축기 ; (d) 상기 응축기로부터 상기 첫 번째 용기의 상부에 응축된 액체를 운반시키기 위한 네 번째 플로우라인.