KR101621796B1 - 부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조장치에 관한 것으로, 상세하게는 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환하는 공정(공정1); 상기 공정 1로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 2); 상기 공정 2로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 3); 상기 공정 3에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정(공정 4); 및 상기 고비점 부산물을 크랭킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정(공정 5)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 부타디엔의 수율을 현저히 향상시킬 수 있으며, 특히, 부타디엔 제조 반응기로 재순환이 어려운 부산물에 대해 크래킹하는 공정을 적용함으로써 부타디엔의 합성수율 뿐만 아니라, 석유화학 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 에틸렌 등과 같은 고부가 가치의 화합물의 수율을 향상시킴으로써 공정의 효율을 현저히 향상시키는 효과가 있다.
나아가, 반응기의 재생주기를 늘리거나 연속적으로 촉매를 재생할 수 있는 반응기의 구성을 갖춤으로써 촉매 반응의 빠른 비활성화에 의한 성능 감소와 공정 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조장치{A process preparing butadiene and apparatus for preparing the same}
본 발명은 부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조 장치에 관한 것이다.
최근 들어 고유가 및 석유자원의 고갈이 심화됨에 따라 바이오매스를 이용한 재생 가능한 에너지 자원을 개발하려는 많은 연구들이 이루어지고 있는데, 바이오매스는 그 라이프사이클 중에 온실가스인 이산화탄소를 자체 소모하기 때문에 지구 온난화에 영향을 미치는 이산화탄소의 총 발생량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 특히, 석유대체자원으로부터 대량으로 손쉽게 얻을 수 있는 에탄올을 기반으로 한 고부가 기초화학제품을 제조기술은 석유일변도의 시대에서 원료다원화의 시대로 전환할 수 있는 석유화학 산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 혁신적인 기술의 개발로 주목받고 있는데, 그 대표적인 한 예로 주목받고 있는 물질이 1,3-부타디엔이다.
1,3-부타디엔은 합성고무의 주된 원료로서 1, 2차 세계대전 때 급격한 수요의 증가를 보여 왔으며, 그 이후로도 현재까지 꾸준한 수요 증가를 보여 왔다. 통상 1,3-부타디엔은 납사열분해 공정에서 에틸렌과 프로필렌을 제조하는 과정에서 부산물로 값싸게 얻어지고 있다(비특허문헌). 그런데, 최근 고유가 상황으로 인해서 1,3-부타디엔의 주원료인 납사의 가격이 상승하고 있으며, 이에 따라 1,3-부타디엔의 가격이 동반하여 급격히 상승되고 있는데, 이는 합성고무 생산에 있어 가장 큰 부담이 되고 있다.
특히, 최근 중국의 급속한 경제 성장에 따라 합성고무에 대한 수요가 동반적으로 급격히 증가하면서 아시아 시장의 경우 1,3-부타디엔 공급이 매우 부족한 상황이다. 따라서 아시아 지역에서의 1,3-부타디엔의 가격 상승은 다른 지역보다 높으며, 이에 따른 합성고무의 원가 상승에 대한 부담이 더욱 가중되고 있는 상황이므로 1,3-부타디엔의 공급을 높이기 위한 1,3-부타디엔 생산 공장의 증설과 1,3-부타디엔 생산원가 절감을 위한 생산 공정 개발이 크게 요구되고 있다.
1,3-부타디엔의 합성은 다양한 방법으로 가능하며, 최초의 합성은 1910년 러시아의 Lebedev에 의해서 에탄올로부터 이루어졌으며, 이후 에탄올 가격의 상승으로 부텐, 부탄 그리고 납사 등으로부터 생산되어 왔다. 1944년 기준 1,3-부타디엔의 원료로는 부텐이 38%, 에탄올이 35%, 부탄이 11.4%, 납사가 15.1%를 차지하였으나, 현재는 에탄올로부터는 생산되지 않으며, 95% 이상이 납사의 분해 공정으로부터 생산되고 있으며, 부탄과 부텐의 탈수소화 공정을 통하여 일부가 생산되고 있다. 그러나 최근의 고유가 상황에 따른 납사 가격의 급격한 상승으로 기존의 납사 분해 공정보다는 유사 석유부분인 부탄이나 부텐의 탈수소화 공정을 통한 1,3-부타디엔 생산 공정의 증가가 예상된다.
종래, 특허문헌에는 부탄이나 부텐 혹은 이들의 혼합물인 C4 혼합물로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 또한 납사크래킹에서 얻어지는 석유유분을 사용해야 하기 때문에 수급상 어려움은 유사한 실정으로 석유대체 원료인 에탄올로부터 직접 부타디엔을 합성할 수 있는 기술은 이러한 문제를 해결할 수 있는 대안이 될 수 있어 주목받고 있는 기술임에 틀림없다.
에탄올로부터의 1,3-부타디엔을 생산하는 공정의 경우 석탄이나 바이오매스 등과 같은 석유대체 원료로부터 경제적으로 에탄올을 합성하는 다양한 방법이 연구됨으로서 관심이 지속적으로 커지고 있다. 특히 바이오 에탄올의 경우 기존 에탄올 합성공정 대비 가격이 매우 낮아 바이오 에탄올을 이용한 1,3-부타디엔 제조 공정이 앞으로 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 예상된다. 또한 석탄의 매장량이 풍부한 중국 등에서 석탄을 이용하여 합성가스를 생산하고 화학적인 전환과정을 거침으로써 경쟁력 있는 에탄올로 생산하기 위한 생산 공정에 대한 많은 연구가 진행 중에 있다. 상기 경쟁력 있는 에탄올의 합성 공정에 의해 이로부터 1,3-부타디엔을 제조 공정 역시 경쟁력이 강화될 것으로 예상되므로 에탄올로부터 1,3-부타디엔을 제조 공정에 대한 연구는 매우 중요할 것으로 판단된다.
에탄올로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 기술은 크게, 에탄올로부터 부타디엔을 직접 제조하는 공정 (One-step process, Lebedev process)과 에탄올에 아세트알데히드를 적절히 혼합한 형태로 축합반응를 실시하는 공정 (Two-step process, American process)으로 구분된다. 전체적인 반응식은 아래 식 (1)과 식(2)에서 알수 있듯이 탈수소 반응과 탈수반응의 공정를 거치는 반응인데, 전자는 탈수소 및 탈수반응을 한 반응기에서 동시에 실시하는 방식으로 부타디엔을 제조하는 방법이며, 아세트알데하이드를 별도로 제조하여 에탄올과 적절항 비율로 혼합된 원료를 사용한 공정으로 구성되어 있다.
C2H6OH → CH3CHO + H2 (1)
CH3CH2OH + CH3CHO → CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O (2)
즉, 전자의 에탄올로부터 부타디엔을 직접제조하는 방법은 공정측면에서는 간단하나 수율이 매우 낮으며 주로 촉매로 MgO-SiO2와 ZnO-Al2O3 계를 사용하고 있다. 반면에 후자는 우선 아세트알데히드를 Cu-CrO3계등 탈수소에 적합한 촉매를 사용하여 제조해야 하기 때문에 공정은 복잡하나 1,3-부타디엔의 수율이 높은 장점이 있다.
에탄올 및 아세트알데히드로부터 1,3-부타디엔을 제조하는 대표적인 촉매인 탄탈륨산화물, 지르코늄산화물 등의 전이금속산화물이 담지된 실리카계 촉매로, 특히 탄탈륨산화물가 담지된 실리카계 촉매는 과거 1940년대 개발되어 상업적으로 적용되었으나 1,3-부타디엔 선택도가 64% 정도로 제한된 1,3-부타디엔 선택성을 극복하지 못하고, 촉매의 재생주기가 4 ~ 5일 정도로 활성의 저하가 매우 빨라 공정의 효율성을 크게 떨어뜨린다는 문제점이 있었으며, 결국 1950년대 이후 상업적 경쟁력을 잃어 상업 공정이 사라지게 되었다.
또한, 에탄올 또는 아세트알데히드로부터 부타디엔을 제조하는 촉매 반응공정은 코킹에 의한 빠른 비활성화가 일어남으로 인해서 촉매 재생주기가 매우 짧고, 반응 전환율이 낮아 공정 효율이 매우 낮은 단점이 있다.
또한, 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 공정은 생성물 외에 미반응물과 다수의 부산물이 발생하므로 이를 활용하기 위한 반응공정 개발이 크게 중요하다.
이에 본 발명자들은 부타디엔의 합성수율을 향상시키고 미반응물과 다수의 부산물을 활용하는 방법에 대해 관심을 가지고 연구를 진행하던 중, 종래의 에탄올로부터 부타디엔을 직접 제조하는 촉매공정 및 아세트알데히드를 거쳐 부타디엔을 제조하는 촉매공정을 개량하였고, 특히 부타디엔 제조 반응기로 재순환이 어려운 부산물들을 크래킹하는 공정을 적용함으로써, 부타디엔 합성수율 뿐만 아니라 에틸렌 등의 고부가 화합물의 수율을 향상시킴으로써 공정의 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 제조방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
대한민국 특허 공개 제2012-0009687호 대한민국 특허 공개 제2011-0130130호 대한민국 특허 공개 제2011-0106181호 대한민국 특허 공개 제2010-0042935호 대한민국 특허 공개 제2009-0103424호
Chemico-Biological Interaction 166 (2007)
본 발명의 목적은 부타디엔과 경질탄화수소의 제조방법 및 이를 위한 제조장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환하는 공정(공정1);
상기 공정 1로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 2);
상기 공정 2로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 3);
상기 공정 3에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정(공정 4); 및
상기 분리공정에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 아세트알데하이드 및 일부 부산물을 공정 2로 재순환하여 추가로 부타디엔 수율을 높이는 공정과 하단으로 분리되는 고비점 부산물을 크랭킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정(공정 5)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 1);
상기 공정 1로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔과 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 2);
상기 공정 2에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정(공정 3); 및
상기 분리공정에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 아세트알데하이드 및 일부 부산물을 공정 2로 재순환하여 추가로 부타디엔 수율을 높이는 공정과 하단으로 분리되는 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정(공정 4)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시키는 제 1반응기;
상기 제 1반응기로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물이 유입되어, 상기 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 제 2반응기;
상기 제 2반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터 (separator);
상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물, 저비점 부산물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터; 및
상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 크래킹 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키는 제 3반응기;
상기 제 3반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터;
상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물, 저비점 부산물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터; 및
상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 크래킹 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조장치에 있어서, 에탄올 등의 함산소화합물로부터 부타디엔을 직접 제조하기 위한 공정의 촉매 반응 또는 아세트알데히드를 거쳐 부타디엔을 제조하기 위한 공정에서의 촉매 반응과, 재순환공정 및 고비점 반응 부산물들의 크래킹하는 공정을 연속적으로 조합함으로써, 부타디엔의 수율을 현저히 향상시킬 수 있다.
특히, 부타디엔 제조 반응기로 재순환이 어려운 부산물에 대해 크래킹하는 공정을 적용함으로써 부타디엔의 합성수율 뿐만 아니라, 석유화학 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 에틸렌 등과 같은 고부가 가치의 화합물의 수율을 향상시킴으로써 공정의 효율을 현저히 향상시키는 효과가 있다.
나아가, 반응기의 재생주기를 늘리거나 연속적으로 촉매를 재생할 수 있는 반응기의 구성을 갖춤으로써 촉매 반응의 빠른 비활성화에 의한 성능 감소와 공정 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 부타디엔 제조장치의 일례들을 개략적으로 도시한 공정도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은,
에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환하는 공정(공정1);
상기 공정 1로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 2);
상기 공정 2로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 3);
상기 공정 3에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정(공정 4); 및
상기 분리공정에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 아세트알데하이드 및 일부 부산물을 공정 2로 재순환하여 추가로 부타디엔 수율을 높이는 공정과 하단으로 분리되는 고비점 부산물을 크랭킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정(공정 5)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 대하여 각 공정별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 1은 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시키는 공정이다.
구체적으로, 탈수소화 촉매하에서 에탄올을 아세트알데히드로 부분적 전환하는 공정이다. 촉매는 탈수소화 촉매로 잘 알려진 CuFe2O4 등의 Cu계 또는 CuCr2O4 와 CuCr/Al2O3 등의 CuCr계와 이에 알칼리금속과 알칼리토금속산화물이 조촉매로 첨가된 촉매 또는 V2O5 등의 바나디아계 촉매 등 산화적 탈수소화 촉매를 사용할 수 있다.
또한 상기 아세트알데히드로 전환되는 탈수소화 촉매반응은 200 에서 400℃ 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 250 에서 350℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 만일 상기 반응이 200℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우에는 반응 활성이 매우 낮은 문제가 있으며, 400℃초과에서는 반응선택도가 낮아질 뿐만 아니라 코킹에 의한 촉매의 활성저하가 매우 빨라 원활한 운전이 어려운 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 2는 상기 공정 1로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 공정이다.
구체적으로, 상기 공정 1에서는 에탄올을 포함하는 원료물질로부터 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물이 발생되며, 공정 2에서는 이러한 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 부타디엔으로 전환시킨다. 이때, 상기 공정 2에서의 부타디엔 전환은 일례로써 탈수화촉매반응을 통해 수행될수있다. 이때 탈수화 촉매로는 전이금속 산화물이 일종이상 담지된 실리카계, 알루미나계 촉매, 또한 상기의 주 촉매에 알칼리금속 또는 알칼리토금속 산화물이 조촉매로 첨가된 촉매인 것을 특징으로 한다.
전이금속 산화물의 종류는 제한되지는 않으나, 바람직하게는 하프니아(HfO2), 지르코니아(ZrO2), 탄탈라(Ta2O5) 및 니오비아(Nb2O3)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 전이금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 상기 부타디엔으로 전환시키는 탈수화 촉매반응은 250 에서 500℃ 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300에서 400℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 만일 상기 반응이 250℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 반응 활성이 매우 낮은 문제가 있으며, 500℃초과에서는 반응선택도가 낮아질 뿐만 아니라 코킹에 의한 촉매의 활성저하가 매우 빨라 원활한 운전이 어려운 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 3은 상기 공정 2로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 공정이다.
구체적으로, 분리공정을 통해 부타디엔 및 경질탄화수소가 분리되고, 그 외의 잔여물은 아세트산(acetic acid), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에톡시 에탄(ethoxy ethane), 부타날(butanal), 크로톤알데하이드(crotonaldehyde) 및 기타로 이루어진다.
또한, 상기 분리공정은 미반응물 및 부산물을 분리할 수 있는 것이면 분리공정 방법이나 공정 개수 등의 특별한 제한이 없다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 4는 상기 공정 3에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서, 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정이다.
상기 공정 3에서는 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물, 예를 들어 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에톡시 에탄(ethoxy ethane), 부타날(butanal), 크로톤알데하이드(crotonaldehyde) 등이 존재할 수 있으며, 그외 부타디엔으로의 반응이 완료되지 않은 미반응물들이 존재할 수 있다.
이에, 상기 공정 4에서는 이러한 잔여물들로부터 유용한 경질탄화수소를 제조하고자, 이들 잔여물로부터 고비점 부산물들을 더욱 분리해낸다.
이때, 예를 들어 상기 고비점 부산물로는 물보다 높은 비점 물질들로 아세트산(acetic acid) 등이 있으며, 이들을 촉매반응 등의 제조공정을 통해 에틸렌, 프로필렌과 같은 경질탄화수소를 제조해낼 수 있다.
한편, 상기 공정 4에서의 분리는 고비점 부산물을 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 그 분리공정의 방법이나 공정 개수 등이 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 5는 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정이다.
구체적으로, 크래킹은 제올라이트계, SAPO계 및 실리카 - 알루미나계로 촉매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산촉매를 통해서 수행될 수 있다.
또한, 크래킹 반응은 300 에서 650℃ 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 400에서 550℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 만일 상기 반응이 300℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 반응 활성이 매우 낮은 문제가 있으며, 650℃초과에서는 반응선택도가 낮아질 뿐만 아니라 코킹에 의한 촉매의 활성저하가 매우 빨라 원활한 운전이 어려운 문제가 있다.
또한, 크래킹은 일례로써 열분해법 또는 접촉분해법 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 고비점 부산물을 촉매 존재하에서 분해하는 접촉분해법과 같은 크래킹 공정을 통해 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 고부가 가치의 경질탄화수소를 제조할 수 있다.
또한, 상기 공정 4에서 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물은 상기 공정 2에 투입되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 공정 4의 고비점 분산물이 분리되고 남은 미반응 에탄올, 아세트알데히드 및 일부 부산물을 상기 공정 2로 재순환시키는 것으로서, 이를 통해 부타디엔으로 추가로 전환할 수 있어, 궁극적으로는 부타디엔의 수율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명은 에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 1);
상기 공정 1로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔과 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 2);
상기 공정 2에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정(공정 3); 및
상기 분리공정에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 아세트알데하이드 및 일부 부산물을 공정 2로 재순환하여 추가로 부타디엔 수율을 높이는 공정과 하단으로 분리되는 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정(공정 4)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 대하여 각 공정별로 상세히 설명한다.
본 발명의 부타디엔의 제조방법에 있어서, 공정 1은 에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키는 공정이다.
구체적으로, 상기 공정 1에서는 에탄올을 촉매하에서 부타디엔으로 직접 전환시킨다. 이때 촉매로는 에탄올을 부타디엔으로 직접 전환시키는 MgO-SiO2계 ZnO2-Al2O3계를 비롯하여 이에 알칼리 또는 알칼리토 금속 산화물이 결합된 촉매들이거나 Cu, Zn, Zr, Co, Mn 등의 IB족부터 VIIIB까지의 일종 이상의 전이금속 산화물 또는 이들이 알루미나나 실리카와 함께 촉매를 사용할 수 있다.
또한 상기 부타디엔으로을 전환시키는 촉매반응은 250℃ 에서 600℃ 의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300℃ 에서 550℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 만일 상기 반응이 250℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 반응 활성이 매우 낮은 문제가 있으며, 600℃초과에서는 반응선택도가 낮아질 뿐만 아니라 코킹에 의한 활성저하가 매우 빨라 원활한 운전이 어려운 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 2는 상기 공정 1로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔과 경질탄화수소를 분리하는 공정이다.
구체적으로, 분리공정을 통해 부타디엔 및 경질탄화수소가 분리되고, 그 외의 부산물은 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에톡시 에탄(ethoxy ethane), 부타날(butanal), 크로톤알데하이드(crotonaldehyde) 및 기타로 이루어진다.
또한, 상기 분리공정은 미반응물 및 부산물을 분리할 수 있는 것이면 분리공정 방법이나 공정 개수 등의 특별한 제한이 없다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 3는 상기 공정 2에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서, 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 공정이다.
상기 공정 2에서는 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물, 예를 들어 에틸아세테이트(ethyl acetate), 에톡시 에탄(ethoxy ethane), 부타날(butanal), 크로톤알데하이드(crotonaldehyde) 등이 존재할 수 있으며, 그외 부타디엔으로의 반응이 완료되지 않은 미반응물들이 존재할 수 있다.
이에, 상기 공정 3에서는 이러한 잔여물들로부터 유용한 경질탄화수소를 제조하고자, 이들 잔여물로부터 고비점 부산물들을 더욱 분리해낸다.
이때, 예를 들어 상기 고비점 부산물로는 물보다 높은 비점 물질들로 아세트산(acetic acid) 등이 있으며, 이들을 촉매반응 등의 제조공정을 통해 에틸렌, 프로필렌과 같은 경질탄화수소를 제조해낼 수 있다.
또한, 상기 분리공정은 고비점 부산물을 분리할 수 있는 것이면 분리공정 방법이나 공정 개수 등의 특별한 제한이 없다.
다음으로, 본 발명에 따른 부타디엔 제조방법에 있어서, 공정 4는 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 공정이다.
구체적으로, 크래킹은 제올라이트계, SAPO계 및 실리카 - 알루미나계로 촉매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산촉매를 통해서 수행될 수 있다.
또한, 크래킹 반응은 300 에서 650℃ 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 400에서 550℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 만일 상기 반응이 300℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 반응 활성이 매우 낮은 문제가 있으며, 650℃초과에서는 반응선택도가 낮아질 뿐만 아니라 코킹에 의한 촉매의 활성저하가 매우 빨라 원활한 운전이 어려운 문제가 있다.
또한, 크래킹은 일례로써 열분해법 또는 접촉분해법 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 고비점 부산물을 촉매 존재하에서 분해하는 접촉분해법에 의해 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 고부가 가치의 경질탄화수소를 제조할 수 있다.
또한, 상기 공정 4에서 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물은 상기 공정 1에 투입되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 공정 3의 고비점 분산물이 분리되고 남은 미반응 에탄올, 아세트알데히드 및 일부 부산물을 상기 공정 1로 재순환시키는 것으로서, 이를 통해 부타디엔으로 추가로 전환할 수 있어, 궁극적으로는 부타디엔의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은
에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시키는 제 1반응기;
상기 제 1반응기로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물이 유입되어, 상기 혼합물을 부타디엔으로 전환시키는 제 2반응기;
상기 제 2반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터 (separator);
상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터; 및
상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 크래킹 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 부타디엔 제조장치에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 상기 부타디엔 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로서 이에 따르면, 에탄올을 포함하는 원료물질이 제 1반응기(R1)로 유입되며, 상기 제 1반응기(R1)는 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시킨다. 이때, 상기 제 1 반응기는 아세트알데히드로 전환시키기 위한 촉매, 예를 들면 탈수소화 촉매로 잘 알려진 CuFe2O4 등의 Cu계 또는 CuCr2O4 와 CuCr/Al2O3 등의 CuCr계와 이에 알칼리금속과 알칼리토금속산화물이 조촉매로 첨가된 촉매 또는 V2O5 등의 바나디아계 촉매 등 산화적 탈수소화 촉매가 충진될 수 있다.
또한, 제 1반응기(R1)는 한 개 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 주기적 교체가 가능한 두 개 이상의 고정층반응기 이거나 유동층반응기를 사용하는 것을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는 유동층 반응기일 수 있다.
한편, 제 2반응기(R2)는 상기 제 1반응기(R1)로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물이 유입되어, 상기 혼합물을 부타디엔으로 전환시킨다. 이때, 상기 제 2반응기는 부타디엔을 제조하기 위한 촉매, 예를 들면 탈수화 촉매인 전이금속 산화물이 일종이상 담지된 실리카계, 알루미나계 촉매, 또한 상기의 주 촉매에 알칼리금속 또는 알칼리토금속 산화물이 조촉매로 첨가된 촉매가 충진될 수 있다. 전이금속 산화물의 종류는 제한되지는 않으나, 바람직하게는 하프니아(HfO2), 지르코니아(ZrO2), 탄탈라(Ta2O5) 및 니오비아(Nb2O3)로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 전이금속 산화물을 사용하는 것이 좋다.
또한, 제 2반응기는 한 개 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 주기적 교체가 가능한 두 개 이상의 고정층이거나 유동층 반응기 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 유동층 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기일 수 있다.
제 1세퍼레이터(S1)는 상기 제 2반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리한다. 상기 세퍼레이터는 일례로써 증류, 추출, 추출증류 등의 분리공정을 통해 상기의 부산물들과 부타디엔을 분리할 수 있다. 한편, 상기 분리공정은 미반응물 및 부산물을 분리할 수 있는 것이면 분리공정 방법이나 공정 개수 등의 특별한 제한이 없다.
제 2세퍼레이터(S2)는 상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리한다. 상기 제 2세퍼레이터는 분리공정을 통해 상기 고비점 부산물을 분리할 수 있다. 한편, 상기 분리공정은 고비점 부산물을 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 그 분리공정의 조건 등이 제한되는 것은 아니다.
한편, 크래킹 반응기(C)는 제 2세퍼레이터(S2)에서 하단으로 분리되는 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시킬 수 있다.
구체적으로, 크래킹 반응기(C)는 제올라이트계, SAPO계 및 실리카 - 알루미나계로 촉매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산촉매가 충진될 수 있다.
또한, 크래킹 반응기는 한 개 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 주기적 교체가 가능한 두 개 이상의 고정층이거나 유동층 반응기 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 유동층 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기일 수 있다.
또한, 크래킹은 열분해법 또는 접촉분해법 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일례로, 고비점 부산물을 촉매 존재하에서 분해하는 접촉분해법에 의해 경질탄화수소를 제조할 수 있다.
또한, 상기와 같이 제조되는 경질탄화수소는 에틸렌 또는 프로필렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 에틸렌은 석유화학의 가장 중요한 원료로써 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸알콜, 에틸렌 글리콜 등의 원료로 사용될 수 있고, 또한 프로필렌은 폴리프로필렌(PP), 아세톤, 이소프로필알콜, 프로필렌글리콜 등의 원료로 사용될 수 있는바, 이와 같이 석유화학 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 고부가 가치의 경질탄화수소를 부산물로부터 전환시켰다.
한편, 재순환부는 상기 제 2세퍼레이터(S2)로부터 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물을 제 2반응기로 재순환시킬 수 있다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 재순환부는 제 2세퍼레이터(S2)에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 미반응 아세트알데히드 및 일부 부산물을 제 2반응기로 재순환시킴으로써 이로부터 부타디엔을 추가 제조하여 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은
에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키는 제 3반응기;
상기 제 3반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터;
상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터; 및
상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키는 크래킹 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 부타디엔 제조장치에 대하여 도 2을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 상기 부타디엔 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로서 이에 따르면, 에탄올을 포함하는 원료물질이 제 3반응기(R3)으로 유입되며, 상기 제 3반응기(R3)에서는 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시킨다.
상기 제 3반응기에서는 부타디엔으로 전환시키기 위한 촉매, 예를들면 에탄올을 부타디엔으로 직접 전환시키는 MgO-SiO2계 ZnO2-Al2O3계를 비롯하여 이에 알칼리 또는 알칼리토 금속 산화물이 결합된 촉매들이거나 Cu, Zn, Zr, Co, Mn 등의 IB족부터 VIIIB까지의 일종 이상의 전이금속 산화물 또는 이들이 알루미나나 실리카와 함께 이루어진 촉매가 충진될 수 있다.
또한, 제 3반응기(R3)는 한 개 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 주기적 교체가 가능한 두 개 이상의 고정층이거나 유동층 반응기 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 유동층 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기일 수 있다.
제 1세퍼레이터(S1)는 상기 제 3반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리한다. 상기 제 1세퍼레이터는 일례로써 증류, 추출, 추출증류 등의 분리공정을 통해 상기의 부산물들과 부타디엔을 분리할 수 있다. 한편, 상기 분리공정은 미반응물 및 부산물을 분리할 수 있는 것이면 분리공정 방법이나 공정 개수 등의 특별한 제한이 없다.
제 2세퍼레이터(S2)는 상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리한다. 상기 제 2세퍼레이터는 분리공정을 통해 상기 고비점 부산물을 분리할 수 있다. 한편, 상기 분리공정은 고비점 부산물을 용이하게 분리할 수 있는 것이면 특별히 그 분리공정의 조건 등이 제한되는 것은 아니다.
한편, 크래킹 반응기(C)는 제 2세퍼레이터(S2)에서 하단으로 분리되는 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시킬 수 있다.
구체적으로, 크래킹 반응기(C)는 제올라이트계, SAPO계 및 실리카 - 알루미나계로 촉매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산촉매가 충진될 수 있다.
또한, 크래킹 반응기는 한 개 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 주기적 교체가 가능한 두 개 이상의 고정층이거나 유동층 반응기 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기를 사용하는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 유동층 또는 촉매를 연속적으로 재생할 수 있는 순환유동층 반응기일 수 있다.
또한, 크래킹은 열분해법 또는 접촉분해법 중 어느 하나에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일례로, 고비점 부산물을 촉매 존재하에서 분해하는 접촉분해법에 의해 경질탄화수소를 제조할 수 있다.
또한, 상기와 같이 제조되는 경질탄화수소는 에틸렌 또는 프로필렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 에틸렌은 석유화학의 가장 중요한 원료로써 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸알콜, 에틸렌 글리콜 등의 원료로 사용될 수 있고, 또한 프로필렌은 폴리프로필렌(PP), 아세톤, 이소프로필알콜, 프로필렌글리콜 등의 원료로 사용될 수 있는바, 이와 같이 석유화학 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 고부가 가치의 경질탄화수소를 부산물로부터 전환시켰다.
한편, 재순환부는 상기 제 2세퍼레이터(S2)로부터 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물을 제 3반응기로 재순환시킬 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 재순환부는 제 2세퍼레이터(S2)에서 상단으로 분리되는 미반응 에탄올, 미반응 아세트알데히드 및 일부 부산물을 제 3반응기로 재순환시킴으로써 이로부터 부타디엔을 추가 제조하여 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 제조방법을 통해 고수율의 부타디엔을 제조할 수 있는고, 고비점 부산물의 크래킹반응으로 석유화학 산업에 있어서 널리 사용되고 있는 에틸렌, 프로필렌 등과 같은 고부가 가치의 경질탄화수소를 얻는 경제적인 이점이 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시할 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예1> 부타디엔의 제조1
도 1에 도시한 바와 같이 제조장치를 구성하여, 에탄올을 포함하는 원료물질로부터 부타디엔과 고부가 가치의 경질탄화수소를 제조하였으며, 이때 상기 부타디엔 및 고부가 가치의 경질탄화수소의 제조는 하기의 공정을 통해 수행하였다.
상기 에탄올을 포함하는 원료물질을 제 1반응기(R1)로 주입하여 촉매하에서 탈수소화 반응을 통해 아세트알데히드로 부분전환시켰다. 제 1반응기(R1)로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 흐름 2를 통하여 제 2반응기(R2)에 주입하여 부타디엔을 합성하였다. 상기 제 2반응기로부터 얻어지는 생성물을 흐름 3을 통해 제 1세퍼레이터(S1)로 주입하였다. 이를 분리공정후, 흐름 4를 통해 부타디엔과 경질탄화수소를 제조하였다.
분리공정에서 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물이 포함되는 잔여물을 흐름 5를 통해 제 2세퍼레이터(S2)로 주입하였다.
분리공정을 통해 고비점 부산물 외의 물질은 흐름 6을 통하여 제 2반응기(R2)로 재순환 시켜 부타디엔을 추가로 제조하였고, 뿐만 아니라 상기 분리된 고비점 부산물은 흐름 7을 통해여 크래킹 반응기(C)로 주입시키고, 촉매하에서 크래킹하여 고부가 가치의 경질탄화수소로 전환시켰다.
<실시예2> 부타디엔의 제조2
도 2에 도시한 바와 같이 제조장치를 구성하여, 에탄올을 포함하는 원료물질로부터 부타디엔과 고부가 가치의 경질탄화수소를 제조하였으며, 이때 상기 부타디엔 및 고부가 가치의 경질탄화수소의 제조는 하기의 공정을 통해 수행하였다.
상기 에탄올을 포함하는 원료물질을 제 3반응기(R3)로 주입하여 촉매하에서 직접 부타디엔을 합성하였다. 상기 제 3반응기로부터 얻어지는 생성물을 흐름 2을 통해 제 1세퍼레이터(S1)로 주입하였다. 이를 분리공정후, 흐름 3를 통해 부타디엔과 경질탄화수소를 제조하였다.
분리공정에서 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물이 포함되는 잔여물을 흐름 4를 통해 제 2세퍼레이터(S2)로 주입하였다.
분리공정을 통해 고비점 부산물 외의 물질은 흐름 5을 통하여 제 3반응기(R3)로 재순환 시켜 부타디엔을 추가로 제조하였고, 뿐만 아니라 상기 분리된 고비점 부산물은 흐름 6을 통해여 크래킹 반응기(C)로 주입시키고, 촉매하에서 크래킹하여 고부가 가치의 경질탄화수소로 전환시켰다.
R1: 제 1반응기
R2: 제 2반응기
R3: 제 3반응기
S1: 제 1세퍼레이터
S2 : 제 2세퍼레이터
C: 크래킹 반응기

Claims (10)

  1. 에탄올을 포함하는 원료물질을 아세트알데히드로 전환시키며, 유동층 반응기인 것을 특징으로 하는 제 1반응기;
    상기 제 1반응기로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물이 유입되어, 상기 혼합물을 부타디엔으로 전환시키며, 순환 유동층 반응기인 것을 특징으로 하는 제 2반응기;
    상기 제 2반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터 (separator);
    상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터;
    상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키고, 제 1세퍼레이터로 재순환시키며, 순환 유동층 반응기인 것을 특징으로 하는 크래킹 반응기; 및
    상기 제 2세퍼레이터로부터 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물을 제 2반응기로 재순환시키는 재순환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 이용하여,
    에탄올을 포함하는 원료물질을 CuFe2O4, CuCr2O4, CuCr/Al2O3 및 V2O5 중 1 종의 탈수소화 촉매 하 250에서 350 ℃ 사이의 온도에서 아세트알데히드로 전환하는 공정(공정1);
    상기 공정 1로부터 얻어지는 에탄올과 아세트알데히드의 혼합물을 하프니아(HfO2), 지르코니아(ZrO2), 탄탈라(Ta2O5) 및 니오비아(Nb2O3) 중 1 종 이상이 담지된 실리카계 촉매 또는 알루미나계 촉매인 탈수화 촉매 하 300에서 400 ℃ 사이의 온도에서 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 2);
    상기 공정 2로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 3);
    상기 공정 3에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하며, 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물은 상기 공정 2로 투입하여 재순환시키는 공정(공정 4); 및
    상기 고비점 부산물을 제올라이트계, SAPO계 및 실리카-알루미나계 촉매 중 1 종의 산촉매 하 400에서 550 ℃ 사이의 온도에서 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키고, 상기 공정 3으로 투입하여 재순환시키는 공정(공정 5)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 에탄올을 포함하는 원료물질을 부타디엔으로 전환시키며, 순환 유동층 반응기인 것을 특징으로 하는 제 3반응기;
    상기 제 3반응기로부터 얻어지는 생성물이 유입되어, 부타디엔 및 경질탄화수소를 분리하는 제 1세퍼레이터;
    상기 제 1세퍼레이터에서 부타디엔이 분리되고 남은 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 잔여물이 유입되어, 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하는 제 2세퍼레이터;
    상기 고비점 부산물이 유입되어, 상기 고비점 부산물을 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키고, 상기 제 1세퍼레이터로 재순환시키며, 순환 유동층 반응기인 것을 특징으로 하는 크래킹 반응기; 및
    상기 제 2세퍼레이터로부터 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물을 제 3반응기로 재순환시키는 재순환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 장치를 이용하여,
    에탄올을 포함하는 원료물질을 MgO-SiO2계 또는 ZnO2-Al2O3계 촉매 하 300에서 550 ℃ 사이의 온도에서 부타디엔으로 전환시키는 공정(공정 1);
    상기 공정 1로부터 얻어지는 생성물로부터 부타디엔과 경질탄화수소를 분리하는 공정(공정 2);
    상기 공정 2에서 부타디엔이 분리되고 남은 잔여물로서 미반응물 및 고비점 부산물을 포함하는 상기 잔여물로부터 고비점 부산물을 분리하며, 고비점 부산물이 분리되고 남은 잔여물은 상기 공정 2로 투입하여 재순환시키는 공정(공정 3); 및
    상기 고비점 부산물을 제올라이트계, SAPO계 및 실리카-알루미나계로 촉매 중 1 종의 산촉매 하 400에서 550 ℃ 사이의 온도에서 크래킹하여 경질탄화수소로 전환시키고, 상기 공정 2로 투입하여 재순환시키는 공정(공정 4)을 포함하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    경질탄화수소는 에틸렌 또는 프로필렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에탄올로부터 부타디엔을 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020140042872A 2014-04-10 2014-04-10 부타디엔의 제조공정 및 이를 위한 제조장치 KR101621796B1 (ko)

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