KR102047139B1 - Method and apparatus for producing paraffin - Google Patents
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Abstract
기상 상태에 있는 올레핀 및 수소로부터 환원 촉매의 존재 하에 진행되는 환원 반응에 의해 파라핀을 제조하는 방법이 개시된다. 해당 방법에서는, 각각이 상기 환원 촉매를 충전한 복수의 촉매조(3), (4)가, 수소가 흐르는 주류 라인(21), (24), (26)을 따라서 직렬로 설치되어 있고, 각 촉매조(3), (4)에의 도입 가스(G1), (G3)에 있어서의 수소의 몰량이 올레핀의 몰량보다도 많아지도록 주류 라인(21), (24)에 대해서 상기 올레핀이 분할되어 첨가된다A method for producing paraffins is disclosed by a reduction reaction which proceeds in the presence of a reducing catalyst from olefins and hydrogen in a gaseous state. In this method, a plurality of catalyst tanks 3 and 4 each filled with the reduction catalyst are provided in series along the mainstream lines 21, 24, and 26 through which hydrogen flows. The olefin is divided and added to the mainstream lines 21 and 24 so that the molar amount of hydrogen in the introduction gas G1 and G3 into the catalyst tanks 3 and 4 becomes larger than the molar amount of the olefin.
Description
본 발명은, 에틸렌이나 프로필렌 등의 올레핀으로부터 에탄 및 프로판 등의 파라핀을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for producing paraffins such as ethane and propane from olefins such as ethylene and propylene.
파라핀(포화 사슬식 탄화수소) 중 에탄이나 프로판은 석유를 분류(分溜)함으로써 얻어진다. 에탄은 에틸렌이나 클로로에틸렌의 원료로서 이용되는 이외에, 극저온의 냉각 재료로서도 사용되고 있다. 한편, 프로판은 LPG로서 가스 연료로서의 수요가 많지만, 최근에는 반도체 등의 전자재료분야에서도 사용되게 되고, 이러한 용도에 대해서는, 특히 고순도의 프로판이 요구되게 되고 있다. 예를 들어, 고순도 프로판 중의 각 불순물의 농도에 대해서는, 1ppm 미만인 것이 요구된다.Ethane and propane in paraffins (saturated chain hydrocarbons) are obtained by fractionating petroleum. Ethane is used not only as a raw material of ethylene and chloroethylene, but also as a cryogenic cooling material. On the other hand, propane is often used as an LPG as a gas fuel, but recently, it is used in the field of electronic materials such as semiconductors, and for this purpose, propane of high purity is particularly required. For example, the concentration of each impurity in high purity propane is required to be less than 1 ppm.
고순도의 에탄이나 프로판 등의 파라핀을 제조하는 것은 원유를 크래킹(cracking)하고, 분류를 행하는 단계에서 정밀한 증류를 행하면 가능하지만, 정밀한 증류 조건의 설정이 필요하여, 비용의 앙등화를 초래한다. 한편, 에탄은 에틸렌이나 클로로에틸렌 등의 석유 제품 원료로서, 프로판은 가스 연료로서 주로 사용되고 있고, 이러한 용도에서는 고순도의 에탄이나 프로판은 필요로 되지 않는다. 따라서, 수요량이 적은 고순도 파라핀 때문에, 공업제품으로서 정유소에서 정밀한 증류 등의 채산성이 없는 정제는 행해지지 않고 있다.It is possible to produce paraffin such as ethane or propane of high purity by precise distillation at the stage of cracking crude oil and performing fractionation. However, precise distillation conditions need to be set, resulting in an increase in cost. On the other hand, ethane is a raw material for petroleum products, such as ethylene and chloroethylene, and propane is mainly used as a gas fuel, and high purity ethane and propane are not needed for such use. Therefore, due to high-purity paraffin with little demand, purification without profitability such as precise distillation at refineries as an industrial product is not performed.
고순도화의 원료로서 이용하는 프로판을 주성분으로 하는 원료 가스에는, 불순물로서 예를 들면 메탄, 에탄, 프로필렌, 아이소뷰탄이나 노말뷰탄(n-뷰탄) 등이 포함되지만, 이들 불순물을 제거함으로써 고순도화를 도모하는 방법은 이미 공지이다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).The raw material gas containing propane used as a high purity raw material as a main component includes methane, ethane, propylene, isobutane and normal butane (n-butane), for example, but the high purity is achieved by removing these impurities. The method of making is already known (for example, refer
특허문헌 1에는 분자체나 활성탄을 흡착제로 해서, 에탄, 프로필렌, 아이소뷰탄이나 노말뷰탄 등을 프로판보다 우선해서 흡착 제거시켜 저순도 프로판으로부터 고순도 프로판을 회수하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 2에서는 탄소수 2로부터 6의 파라핀(프로판을 포함함) 및 탄소수 2로부터 6의 올레핀(프로필렌을 포함함)을 포함하는 원료로부터 파라핀(프로판을 포함함)을 정제하기 위한 방법이 제안되어, 은 이온을 함유하는 흡수액에 올레핀을 우선적으로 흡수시키면서, 해당 흡수액에 흡수되지 않은 파라핀을 회수해서 정제하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 1, 2의 방법에서는, 모두 흡착 조작이나 흡수 조작을 행함으로써 프로판 이외의 불순물을 제거하고 있어, 불순물과 함께 프로판의 일부가 소실되므로, 프로판을 높은 회수율로 회수하는 것은 가능하지 않다.
한편, 특허문헌 3에서는 액상의 프로필렌에 수소를 첨가해서 반응 조작으로 프로판을 제조하는 기술이 제안되어 있고 회수율의 저하는 일어나지 않는다. 그러나, 발열 반응에 의해 온도가 상승하므로, 고농도의 프로필렌에서는 반응 조작을 할 수 없어 25% 농도가 한계로 되어 있다. 또한, 니켈 촉매를 충전한 촉매조가 2조(槽) 이용되고 있지만, 그 중 1조는 촉매교환용이거나, 혹은 재생용의 예비용기이며, 프로필렌의 프로판화 반응은 실질적으로 촉매조 1조로 실시되어 있다.On the other hand, in
본 발명은, 이러한 사정 하에 안출된 것으로, 고농도의 올레핀을 수소로 환원시켜 파라핀을 제조할 때, 실질적으로 완전히 파라핀화하는 것이 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus capable of substantially completely paraffinizing when paraffin is prepared by reducing high concentrations of olefins with hydrogen.
본 발명의 제1의 측면에 따르면, 기상 상태에 있는 올레핀 및 수소로부터 환원 촉매의 존재 하에 진행되는 환원 반응에 의해 파라핀을 제조하는 방법으로서, 각각이 상기 환원 촉매를 충전한 복수의 촉매조가, 수소가 흐르는 주류 라인을 따라서 직렬로 설치되어 있고, 상기 각 촉매조에 가스 상태로 도입되는 수소의 몰량이 상기 각 촉매조에 가스 상태로 도입되는 올레핀의 몰량보다도 많아지도록 상기 주류 라인에 대해서 상기 올레핀을 분할해서 첨가하는 것을 특징으로 하는, 파라핀의 제조방법이 제공된다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing paraffin from a olefin and hydrogen in a gaseous state by a reduction reaction proceeding in the presence of a reducing catalyst, wherein a plurality of catalyst tanks each filled with the reducing catalyst are hydrogen. The olefin is divided with respect to the liquor line so that the molar amount of hydrogen introduced into each of the catalyst tanks in the gaseous state is greater than the molar amount of olefins introduced into each of the catalyst baths in the gaseous state. There is provided a method for producing paraffin, which is added.
올레핀을 수소로 환원 반응을 행하면 발열 반응이기 때문에 온도상승이 일어난다. 예를 들어, 에틸렌의 경우와 프로필렌의 경우, 그 반응은 발열 반응으로 다음과 같아진다(하기 식에 있어서 ΔH는 엔탈피의 변화를 나타내고, 마이너스 부호는 반응의 결과, 엔탈피가 저하해서 발열하는 것을 나타낸다).When the olefin is reduced with hydrogen, the temperature rises because it is an exothermic reaction. For example, in the case of ethylene and in the case of propylene, the reaction is exothermic reaction as follows (in the formula below, ΔH represents a change in enthalpy, and a minus sign indicates that the enthalpy decreases and generates heat as a result of the reaction. ).
따라서, 액상의 순 올레핀으로 이 반응을 행한다고 하면 올레핀의 분자끼리 접근하고 있기 때문에, 올레핀의 단위체적당의 발열량이 커지고, 발열 반응이 큰 속도로 일어나 냉각 속도가 따라 붙지 않게 된다. 그 결과, 종래 기술에서는 특허문헌 3과 같이 원료인 액상 올레핀으로서는 25% 농도가 한계였다. 이 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 기상에서 반응시킴으로써 분자간 거리를 벌려서, 올레핀의 단위체적당의 반응량을 감소시켜서, 발열량을 감소시켰다. 예를 들어, 프로필렌 1몰당의 질량은 분자량으로부터 42.08g이며, 분자수는 아보가드로수(Avogadro's number)로 6×1023개가 된다. 액체의 비중은 0.6139g/㎤이므로 액상에서의 분자 1개가 차지하는 공간은 11.42×10-23㎤로 된다. 이것에 대해서 기상의 경우 1기압, 0℃에서 1몰이 차지하는 체적은 22.4dm3이기 때문에 분자 1개가 차지하는 공간은 3.733×10-20㎤이다. 따라서 액상에서부터 기상으로 되면 분자간 거리는 분자 1개가 차지하는 공간이 약 330배의 크기로 되어 있으므로 분자간 거리는 6.9배 길어져 있다고 말할 수 있다. 따라서, 프로필렌의 환원 반응은 발열 반응이며, 분자간 거리가 긴 쪽이 열의 방산이나 전열에 의한 제열(除熱)이 용이해지므로, 해당 환원 반응은 기상에서 행하는 편이 낫다.Therefore, if this reaction is performed with the liquid pure olefin, since the molecules of the olefin are approaching each other, the calorific value per unit volume of the olefin increases, and the exothermic reaction occurs at a large rate so that the cooling rate does not stick. As a result, in the prior art, 25% of the concentration was limited as the liquid olefin as the raw material as in
또한, 본 방법에서는, 촉매조를 적어도 2조 이상 직렬로 분할 설치하고, 수소를 주류로 해서 각각의 촉매조에 올레핀을 분할해서 첨가하고 있다. 올레핀의 수소에 의한 환원 반응은, 수소를 이론 당량보다 많이 첨가함으로써 보다 진행되기 쉬워진다. 따라서, 촉매조를 직렬로 2조 이상으로 분할하고, 수소를 주류로 해서 올레핀(에틸렌이나 프로필렌)을 분할해서 첨가해감으로써 각 촉매조에 있어서의 수소량/올레핀량(몰비)을 보다 크게 할 수 있어, 환원 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 올레핀(에틸렌이나 프로필렌)을 2분할 이상으로 해서 첨가하므로, 각 촉매조당의 반응 온도의 상승을 작게 할 수 있다. 여기서 주류의 수소 순도는 99 내지 99.99999몰%이며, 바람직하게는 99.999몰% 이상이다.In addition, in this method, a catalyst tank is divided into at least two tanks or more in series, and olefin is divided and added to each catalyst tank using hydrogen as a mainstream. Reduction of olefins with hydrogen is more likely to proceed by adding more hydrogen than the theoretical equivalent. Therefore, by dividing the catalyst tank into two or more tanks in series and dividingly adding olefin (ethylene or propylene) with hydrogen as the mainstream, the amount of hydrogen / olefin amount (molar ratio) in each catalyst tank can be made larger. , The reduction reaction can be promoted. In addition, since olefin (ethylene or propylene) is added in two or more divisions, the increase in reaction temperature per catalyst tank can be reduced. The hydrogen purity of the liquor here is 99-99.99999 mol%, Preferably it is 99.999 mol% or more.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 각 촉매조에 도입되는 수소의 몰량과 올레핀의 몰량은, 수소/올레핀(몰비)이 1.1 이상으로 되도록 조정된다.In a preferred embodiment, the molar amount of hydrogen and the molar amount of olefins introduced into the respective catalyst tanks are adjusted so that the hydrogen / olefin (molar ratio) is 1.1 or more.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 복수의 촉매조 각각에 도입되는 올레핀의 몰량은 균등하다.In a preferred embodiment, the molar amount of olefins introduced into each of the plurality of catalyst tanks is equal.
주류인 수소에 대해서 첨가되는 올레핀의 양을 몰비로 해서 수소량/올레핀량이 1.1 이상으로 되도록 하고, 촉매조의 분할수를 증가시켜 가면, 각 촉매조에서의 수소/올레핀의 몰비를 보다 높게 할 수 있고, 총 혼합 몰비를 한없이 1.0에 가깝게 할 수 있다. 예를 들어, 최하류에 위치하는 촉매조에 도입되는 수소의 몰량과 올레핀의 몰량은, 수소/올레핀(몰비)이 1.1 이상으로 되도록 조정되어, 당해 최하류의 촉매조보다도 상류에 위치하는 촉매조에 도입되는 수소의 몰량과 올레핀의 몰량은, 수소/올레핀(몰비)이 n+1.1 이상(n은, 당해 상류의 촉매조가 상기 최하류의 촉매조로부터 어느 단계 상류에 있는지를 나타내는 정수)으로 되도록 조정된다. 수소/올레핀의 몰비가 작아지면 올레핀의 환원 반응이 진행되기 어려워지므로, 수소/올레핀의 몰비가 어느 쪽의 포인트에서도 1.1 이상으로 되도록 하면서, 환원 반응이 진행되기 쉽도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 환원 반응이 종료되어 제조된 파라핀 중의 잔류 수소량을 어떻게 적게 할 수 있을지는, 촉매조의 설치수를 어느 정도 많게 할지에 의해 결정된다.When the amount of olefins added to the mainstream hydrogen is made into a molar ratio so that the amount of hydrogen / olefin is 1.1 or more and the number of divisions of the catalyst tank is increased, the mole ratio of hydrogen / olefin in each catalyst tank can be made higher. The total mixing molar ratio can be as close to 1.0 as possible. For example, the molar amount of hydrogen and the molar amount of olefins introduced into the lowermost catalyst tank are adjusted so that the hydrogen / olefin (molar ratio) is 1.1 or more, and introduced into the catalyst tank located upstream than the lowermost catalyst tank. The molar amount of hydrogen to be used and the molar amount of olefin are adjusted such that the hydrogen / olefin (molar ratio) is n + 1.1 or more (n is an integer indicating which stage upstream the catalyst tank in the upstream from the lowermost catalyst tank is). . When the mole ratio of hydrogen / olefin decreases, the reduction reaction of olefin becomes less likely to proceed. Therefore, it is preferable that the reduction reaction easily proceeds while the molar ratio of hydrogen / olefin becomes 1.1 or more at either point. The amount of hydrogen remaining in the paraffin produced after completion of the reduction reaction can be determined by how much the number of installations of the catalyst tank is increased.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 환원 반응은, 내부온도가 100℃ 이하에서 행한다.In a preferred embodiment, the reduction reaction is performed at an internal temperature of 100 ° C or lower.
환원 반응을 행할 때에 반응 온도가 지나치게 높거나, 첨가하는 수소량이 적다면, 올레핀의 분해가 일어나 메탄이나 에탄이 불순물로서 생성되므로 반응 온도는 100℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이하에서 행한다. 이 때문에, 예를 들어, 촉매조를 외부에서부터 냉각액 등을 이용해서 강제적으로 냉각시킨다. 온도가 지나치게 낮으면, 올레핀이 액화되어 환원 반응이 진행되기 어려워지므로, 조작 압력이 0.3㎫G일 때에서는 에틸렌에서는 -76.3℃ 이상, 프로필렌에서는 -12.0℃ 이상으로 할 필요가 있다. 환원 반응 시의 압력은 통상 0.0 내지 0.5㎫G이며, 압력을 높게 하면 환원 반응은 촉진되는 방향으로는 되지만, 반응열에 의해 반응 온도가 상승한다. 또한, 환원 반응 시 압력을 높게 하는 것은, 올레핀이 액화되어 액상 반응으로 되므로, 바람직하지 못하다.If the reaction temperature is too high or the amount of hydrogen to be added when the reduction reaction is performed, the olefin is decomposed to generate methane and ethane as impurities, so the reaction temperature is performed at 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower. For this reason, for example, the catalyst tank is forcibly cooled from the outside using a cooling liquid or the like. If the temperature is too low, the olefin is liquefied and the reduction reaction is less likely to proceed. Therefore, when the operating pressure is 0.3 MPaG, it is necessary to set it to -76.3 ° C or more in ethylene and -12.0 ° C or more in propylene. The pressure at the time of the reduction reaction is usually 0.0 to 0.5 MPaG, and when the pressure is increased, the reduction reaction is in a direction in which the reaction is promoted, but the reaction temperature is increased by the heat of reaction. It is also not preferable to increase the pressure during the reduction reaction because the olefin is liquefied and becomes a liquid phase reaction.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매조 내에 충전된 상기 환원 촉매는, 촉매 활성을 지니지 않는 희석 매체에 의해서 희석되어 있고, 상기 희석 매체의 혼합 비율은, 상기 촉매조의 상류측에서부터 하류측을 향해서 단계적으로 저하되도록 되어 있다.In a preferred embodiment, the reduction catalyst charged in the catalyst tank is diluted with a dilution medium having no catalytic activity, and the mixing ratio of the dilution medium is gradually moved from the upstream side to the downstream side of the catalyst tank. It is supposed to be lowered.
이러한 구성에 따르면, 환원 반응에서 발생한 열이 희석 매체에 전달되고, 분산되어서 외부에서부터 제열되기 쉽다. 그 한편, 희석 매체의 혼합 비율이 촉매조의 상류측에서부터 하류측을 향해서 저하되도록 되어 있기 때문에, 촉매의 활성점의 수가 하류측을 향해서 증가하고 있다. 이 때문에, 촉매조 내를 통류(通流)하는 올레핀이 미반응인 채로 빠져나가는 것은 방지되어, 순도가 높은 파라핀이 얻어진다.According to this configuration, heat generated in the reduction reaction is transferred to the dilution medium, is easily dispersed and de-heated from the outside. On the other hand, since the mixing ratio of the dilution medium is to be lowered from the upstream side to the downstream side of the catalyst tank, the number of active sites of the catalyst is increasing toward the downstream side. For this reason, the olefin which flows through a catalyst tank is prevented from escaping unreacted, and the high purity paraffin is obtained.
또, 환원 반응을 행하게 할 때, 단위 단면적당의 처리 가스량이 많을수록 발열량이 증가하고, 불순물인 메탄이나 에탄으로의 분해 반응이 진행되기 쉬워져, 불순물의 농도가 높아지게 된다. 이 때문에, 가스 유속이나 공간 속도는, 작아질수록 바람직한 결과가 얻어진다. 예를 들면, 표준상태 기준에서의 공간속도 SV는 희석 매체를 포함시켜서 1000/h 이하이며, 바람직하게는 500/h 이하이다. 한편, 공간속도가 지나치게 크면 올레핀이 충분히 파라핀으로 반응 변화하지 않게 되어 미반응의 올레핀이 남게 된다.When the reduction reaction is carried out, the larger the amount of the processing gas per unit cross-sectional area, the higher the amount of heat generated, and the decomposition reaction to methane or ethane, which is an impurity, is more likely to proceed, and the concentration of impurities is increased. For this reason, the smaller the gas flow velocity and the space velocity, the more preferable results are obtained. For example, the space velocity SV in the standard condition standard is 1000 / h or less, preferably 500 / h or less, including the dilution medium. On the other hand, if the space velocity is too large, the olefin does not sufficiently change the reaction into paraffins, leaving unreacted olefins.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 희석 매체는, 상기 촉매 활성 물질을 담지하는 담체를 포함한다.In a preferred embodiment, the dilution medium includes a carrier supporting the catalytically active substance.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매 활성 물질은, 팔라듐, 로듐, 백금, 루테늄 및 니켈로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속으로 이루어진다.In a preferred embodiment, the catalytically active material consists of a metal containing at least one selected from palladium, rhodium, platinum, ruthenium and nickel.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 희석 매체는, 무기물 충전재를 포함한다.In a preferred embodiment, the dilution medium contains an inorganic filler.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 올레핀의 탄소수가 2 내지 4이며, 상기 파라핀의 탄소수가 2 내지 4이다.In a preferred embodiment, the olefin has 2 to 4 carbon atoms, and the paraffin has 2 to 4 carbon atoms.
본 발명의 제2측면에 의해 제공되는 파라핀의 제조장치는, 기상 상태에 있는 올레핀 및 수소로부터 환원 촉매의 존재 하에 진행되는 환원 반응에 의해 파라핀을 제조하기 위한 장치로서, 수소를 흐르게 하기 위한 주류 라인과, 상기 주류 라인을 따라서 직렬로 설치되고, 각각이 가스 도입부 및 가스 도출부를 가지고, 또한 상기 환원 촉매를 수용한 복수의 촉매조와, 상기 주류 라인에 수소를 공급하기 위한 수소 공급 수단과, 상기 각 촉매조의 상기 가스 도입부의 상류측에서 상기 주류 라인에 접속하는 복수의 분기 라인을 지니고, 해당 복수의 분기 라인을 개재해서 상기 올레핀을 첨가하기 위한 올레핀 첨가 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.The apparatus for producing paraffins provided by the second aspect of the present invention is an apparatus for producing paraffins by a reduction reaction proceeding in the presence of a reducing catalyst from olefins and hydrogen in a gaseous state, and a mainstream line for flowing hydrogen. And a plurality of catalyst tanks installed in series along the mainstream line, each having a gas introduction unit and a gas derivation unit, and containing the reduction catalyst, hydrogen supply means for supplying hydrogen to the mainstream line, It has a plurality of branching lines connected to the said mainstream line in the upstream of the said gas introduction part of a catalyst tank, It is characterized by including the olefin addition means for adding the said olefin via the said several branching line.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매조의 설치수는 2 내지 5의 범위이다.In a preferred embodiment, the number of installations of the catalyst tank is in the range of 2 to 5.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매조의 내부온도를 조정하는 온도 조정 수단을 구비한다.In a preferred embodiment, temperature adjusting means for adjusting the internal temperature of the catalyst tank is provided.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매조 내에 충전된 상기 환원 촉매는, 촉매 활성을 지니지 않는 희석 매체에 의해서 희석되어, 상기 희석 매체의 혼합 비율이 서로 다른 복수의 촉매 영역을 포함해서 구성되고 있으며, 상기 복수의 촉매 영역에 있어서의 상기 희석 매체의 혼합 비율은, 상기 촉매조에 있어서의 상류측에서부터 하류측을 향해서 단계적으로 저하되도록 되어 있다.In a preferred embodiment, the reduction catalyst packed in the catalyst tank is diluted with a diluent medium having no catalytic activity, and comprises a plurality of catalyst regions having different mixing ratios of the dilution medium. The mixing ratio of the dilution medium in the plurality of catalyst zones is to be gradually decreased from the upstream side to the downstream side in the catalyst tank.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매 영역의 배치수는 2 내지 5의 범위이다.In a preferred embodiment, the number of batches of the catalyst zone is in the range of 2 to 5.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 희석 매체는 상기 촉매 활성 물질을 담지하는 담체를 포함한다.In a preferred embodiment, the dilution medium comprises a carrier carrying the catalytically active material.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 촉매 활성 물질은 팔라듐, 로듐, 백금, 루테늄 및 니켈로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속으로 이루어진다.In a preferred embodiment, the catalytically active material consists of a metal comprising at least one selected from palladium, rhodium, platinum, ruthenium and nickel.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 희석 매체는 무기물 충전재를 포함한다.In a preferred embodiment, the dilution medium comprises an inorganic filler.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 주류 라인에 있어서의 상기 복수의 촉매조의 하류측에는 수소를 제거하기 위해서 수소 제거 수단이 설치되어 있다.In a preferred embodiment, hydrogen removal means is provided on the downstream side of the plurality of catalyst tanks in the mainstream line in order to remove hydrogen.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 수소 제거 수단은 압력 변동 흡착식 가스 분리 장치를 포함해서 구성된다.In a preferred embodiment, the hydrogen removing means includes a pressure swing adsorption gas separation device.
바람직한 실시형태에 있어서는, 상기 수소 제거 수단은 분축장치를 포함해서 구성된다.In a preferred embodiment, the hydrogen removing means includes a condenser.
이러한 구성의 파라핀의 제조장치에 의하면, 본 발명의 제1측면의 파라핀의 제조방법을 적절하게 행할 수 있다.According to the apparatus for producing paraffins having such a configuration, the method for producing paraffins according to the first aspect of the present invention can be appropriately performed.
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조해서 이하에 행하는 상세한 설명에 의해, 보다 명확해질 것이다.Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 파라핀의 제조장치를 나타낸 개략 구성도;
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 파라핀의 제조장치를 나타낸 개략 구성도;
도 3은 촉매조의 설치수를 다르게 했을 경우의 프로판의 제조예를 나타낸 표.1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for producing paraffin according to a first embodiment of the present invention;
2 is a schematic block diagram showing an apparatus for producing paraffin according to a second embodiment of the present invention;
3 is a table showing a production example of propane when the number of installations of the catalyst tank is changed.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태로서, 올레핀 및 수소로부터 환원 반응에 의해 파라핀을 제조하는 방법에 대해서, 도면을 참조해서 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, as a preferable embodiment of this invention, the method of manufacturing paraffin by reduction reaction from olefin and hydrogen is demonstrated concretely with reference to drawings.
[제1실시형태: 촉매조가 2조인 경우][First Embodiment: When Two Catalyst Tanks]
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 파라핀의 제조장치를 나타내는 개략 구성도이다. 본 실시형태의 파라핀 제조장치(X1)는, 기상 상태에 있는 올레핀 및 수소로부터 본 발명에 따른 파라핀의 제조방법에 의해 파라핀을 제조하는 것이다. 파라핀 제조장치(X1)는, 수소 실린더(1)와, 올레핀 실린더(2)와, 주류 라인(21), (24), (26)과, 복수의 촉매조(3), (4)와, 올레핀 라인(22)과, 분기 라인(23), (25)을 구비하고 있다. 또, 이하의 설명(후술하는 제2실시형태의 설명도 포함함)에서는, 올레핀이 프로필렌이며, 제조되는 파라핀이 프로판일 경우를 예시하지만, 본 실시형태는 올레핀이 에틸렌 또는 뷰텐이며, 파라핀이 에탄 또는 뷰테인일 경우에도 마찬가지로 적용가능하다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram which shows the manufacturing apparatus of paraffin which concerns on 1st Embodiment of this invention. The paraffin manufacturing apparatus X1 of this embodiment manufactures paraffin by the manufacturing method of paraffin which concerns on this invention from olefin and hydrogen in a gaseous state. The paraffin manufacturing apparatus X1 includes the
수소 실린더(1)는, 주류 라인(21)에 수소를 공급하기 위한 것으로, 고압조건에서 고순도 수소 가스가 봉입되어 있다.The
주류 라인(21), (24), (26)은, 수소 실린더(1)로부터 공급되는 수소, 후술하는 분기 라인(23), (25)을 개재해서 첨가되는 프로필렌 및 후술하는 촉매조(3), (4)에 있어서 환원 반응에 의해 생성되는 프로판을 흐르게 하기 위한 라인이며, 직렬로 연결되어 있다. 주류 라인(21)에는, 감압 밸브(11), 유량계(12) 및 밸브(13)가 설치되어 있다.The liquor lines 21, 24, and 26 are hydrogen supplied from the
촉매조(3), (4)는, 올레핀(프로필렌) 및 수소로부터 환원 촉매의 존재 하에 진행되는 환원 반응에 의해 파라핀(프로판)을 생성하기 위한 것이고, 주류 라인(21), (24), (26)을 따라서 직렬로 설치되어 있다.The
촉매조(3), (4)는, 밀폐 관상 구조로 되어 있고, 일단부에는 가스 도입구(3a), (4a)가 설치되고, 타단부에는 가스 도출구(3b), (4b)가 설치되어 있다. 촉매조(3), (4)의 내부에는, 환원 촉매가 충전되어 있다. 이 환원 촉매는, 올레핀의 수소에 의한 환원 반응을 촉진하기 위한 것이다.The
환원 촉매는, 촉매 활성을 지니는 촉매 활성 물질이 희석 매체에 의해서 희석된 것을 포함해서 구성되어 있다. 해당 촉매 활성 물질은, 팔라듐, 로듐, 백금, 루테늄 및 니켈로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속으로 이루어지고, 예를 들면 팔라듐으로 이루어진다. 본 실시형태에 있어서, 촉매 활성 물질은, 담체에 의해서 담지되어서 입자 형태(촉매 입자)로 되어 있고, 이 촉매 입자가, 예를 들면 산화알루미늄 볼 등의 무기물 충전재에 의해서 희석되어 있다. 상기 촉매 입자에 있어서의 팔라듐(촉매 활성 물질)의 함유 비율은, 예를 들면 0.1 내지 1.0중량%이다. 여기에서, 촉매 활성 물질을 담지하는 담체 및 무기물 충전재는 희석 매체로서의 역할도 한다.The reduction catalyst is configured to include a catalytically active substance having catalytic activity diluted with a dilution medium. The catalytically active substance consists of a metal containing at least one selected from palladium, rhodium, platinum, ruthenium and nickel, for example, palladium. In the present embodiment, the catalytically active substance is supported by a carrier to form a particle (catalyst particles), and the catalyst particles are diluted with an inorganic filler such as aluminum oxide balls, for example. The content rate of palladium (catalyst active material) in the said catalyst particle is 0.1 to 1.0 weight%, for example. Here, the carrier and the inorganic filler supporting the catalytically active substance also serve as a dilution medium.
촉매조(3)는, 복수(본 실시형태에서는 2개)의 촉매 영역(301), (302)을 포함하고 있다. 본 실시형태에서는, 촉매 영역(301), (302)에 있어서의 희석 매체(무기물 충전재)의 혼합 비율은 서로 달라, 촉매조(3)에 있어서의 가스의 흐름의 상류측에서부터 하류측을 향해서 단계적으로 저하시킬 수 있다. 예를 들면, 상류측에 위치하는 촉매 영역(301)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 90 내지 99체적%(촉매 입자 1 내지 10 체적%)로 되어 있고, 하류측에 위치하는 촉매 영역(302)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율을 80 내지 90체적%(촉매 입자 10 내지 20체적%)로 하고 있다.The
촉매조(4)는, 복수(본 실시형태에서는 3개)의 촉매 영역(401), (402), (403)을 포함하고 있다. 촉매 영역(401), (402), (403)에 있어서의 무기물 충전재의 혼합 비율은, 서로 달라, 촉매조(4)에 있어서의 상류측에서부터 하류측을 향해서 단계적으로 저하시킬 수 있다. 예를 들면, 가장 상류측에 위치하는 촉매 영역(401)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 90 내지 99체적%(촉매 입자 1 내지 10체적%)로 되어 있고, 중간에 위치하는 촉매 영역(402)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 80 내지 90체적%(촉매 입자 10 내지 20체적%)로 되어 있으며, 가장 하류측에 위치하는 촉매 영역(403)에 대해서는, 무기물 충전재를 함유하고 있지 않아(즉, 무기물 충전재의 혼합 비율이 0체적%), 상기 촉매 입자만으로 이루어진다.The
촉매조(3), (4)의 외부에는, 재킷(32), (42)이 설치되어 있다. 재킷(32), (42)은, 촉매조(3), (4)의 내부온도를 조정하기 위한 것이고, 촉매조(3), (4)의 외주를 둘러싸도록 구성되어 있다. 재킷(32), (42)에는, 라인(33), (43)을 통해서 온도 조정 매체(냉각 매체)로서의 냉각액이 공급된다.
올레핀 실린더(2)는, 올레핀 라인(22)에 원료 올레핀 가스를 공급하기 위한 것으로, 고압조건에서 원료 올레핀 가스가 봉입되어 있다. 올레핀 라인(22)에는 감압 밸브(14)가 설치되어 있다.The
분기 라인(23), (25)은, 원료 올레핀 가스를 주류 라인(21), (24)에 첨가하기 위한 것으로, 각각의 일단부가 올레핀 라인(22)에 연통하고 있다. 분기 라인(23)의 타단부는 주류 라인(21)에 접속되어 있고, 분기 라인(25)의 타단부는 주류 라인(24)에 접속되어 있다. 분기 라인(23)에는 유량계(15) 및 밸브(16)가 설치되어 있다. 분기 라인(25)에는 유량계(17) 및 밸브(18)가 설치되어 있다.The
주류 라인(26)에는, 촉매조(3), (4)의 하류측에 있어서 압력 변동 흡착식 가스 분리 장치(PSA 가스 분리 장치)(Y1)가 설치되어 있다. PSA 가스 분리 장치(Y1)는 파라핀(프로판)을 우선적으로 흡착하는 흡착제(60)가 충전된 흡착조(6A), (6B)와, 흡착조(6A), (6B)에 연결되는 라인(61a) 내지 (61f)과, 이들 라인에 설치된 전환 밸브(62a) 내지 (62f)를 구비하고 있고, 전환 밸브(62a) 내지 (62f)를 이용해서 가스 흐름을 적절하게 전환함으로써, 압력 변동 흡착식 가스 분리법(PSA법)에 의한 가스 분리 조작을 실행한다. 흡착조(6A), (6B)에 충전되는 흡착제(60)에 대해서는, 예를 들어, 제올라이트나 활성탄을 채용할 수 있다.The
PSA 가스 분리 장치(Y1)에 있어서의 가스 분리에서는, 각 흡착조(6A) (6B)에 있어서, 예를 들어, 흡착 공정 및 탈착 공정을 포함하는 1사이클이 반복된다. 흡착 공정은, 촉매조(4)를 경유한 가스를 라인(61a) (6lb)을 개재해서 흡착조(6A) (6B)에 도입해서 해당 가스 중의 프로판을 흡착제(60)에 흡착시켜, 해당 흡착조로부터 수소가 농축된 비흡착 가스를 도출하기 위한 공정이다. 탈착 공정은, 흡착조 내부를 감압하여 흡착제(60)로부터 프로판을 탈착시켜, 프로판이 농축된 탈착 가스를 탑 밖으로 도출하기 위한 공정이다.In the gas separation in the PSA gas separation device Y1, one cycle including, for example, an adsorption step and a desorption step is repeated in each of the
라인(61e), (61f)에는, 비흡착 가스를 흐르게 하기 위한 라인(30)이 접속되어 있다. 라인(30)에는 압축기(8), 냉각기(9) 및 버퍼 탱크(10)가 설치되어 있다. 또한, 라인(30)에는 밸브(31)가 설치되고, 라인(30)의 단부는 올레핀 라인(22)에 접속되어 있다. 라인(61c), (61d)에는 탈착 가스를 흐르게 하기 위한 라인(29)이 접속되어 있고, 해당 라인(29)의 단부에는 제품 탱크(7)가 설치되어 있다.A
[제1실시형태에 있어서의 프로판의 제조예][Production Example of Propane in First Embodiment]
다음에, 상기 구성의 파라핀 제조장치(X1)를 이용해서, 올레핀(프로필렌) 및 수소로부터 파라핀(프로판)을 제조하는 방법의 구체예에 대해서 설명한다.Next, the specific example of the method of manufacturing paraffin (propane) from an olefin (propylene) and hydrogen using the paraffin manufacturing apparatus (X1) of the said structure is demonstrated.
우선, 수소 실린더(1) 내의 수소 가스(스미토모세이카(주) 제품, EG 등급)가, 예를 들어, 표준상태량으로 104.3 Ndm3/h(N은 표준상태를 나타내는 부호임)의 유량으로 주류 라인(21)에 공급된다. 주류 라인(21) 중의 수소 가스는, 감압 밸브(11)에서 0.3㎫G(G는 게이지 압력을 나타내는 부호임)까지 감압 조정된 후 유량계(12)로 감시되면서 밸브(13)를 통과하여, 가스 도입구(3a)를 개재해서 촉매조(3)에 도입된다.First, the hydrogen gas (Sumitomo Seika Co., Ltd. grade, EG grade) in the
한편, 올레핀 실린더(2)로부터 원료 올레핀 가스로서의 프로필렌 가스(미츠이카가쿠(주) 제품)가 올레핀 라인(22)에 공급된다. 해당 프로필렌 가스는, 프로필렌이 99.5몰%로 불순물로서의 프로판을 0.5몰% 함유하고 있고, 표준상태에서 99.4Ndm3/h의 유량으로 공급된다. 올레핀 라인(22) 중의 프로필렌 가스는, 감압 밸브(14)에서 0.3㎫G까지 감압 조정된 뒤, 전체 유량 99.4Ndm3/h 중 1/2에 상당하는 49.7 Ndm3/h가 분기 라인(23)에 들어가, 유량계(15)로 감시되면서 밸브(16)를 통과하여, 주류 라인(21)에 첨가된다. 주류 라인(21)에 있어서 합류된 프로필렌 가스는 가스 도입구(3a)를 개재해서 촉매조(3)에 도입된다.On the other hand, propylene gas (made by Mitsui Chemical Co., Ltd.) as a raw material olefin gas is supplied from the
촉매조(3)는, 내경이 30.7㎜이고, 촉매 영역(301), (302)의 전체 충전 높이가 800㎜이다. 촉매 영역(301)에 있어서는, 0.5중량%의 팔라듐이 담체인 산화알루미늄(Al2O3)에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(닛키쇼쿠바이카세이(日揮觸媒化成)(주) 제품, N1182AZ) 0.003dm3와 입자 직경 3㎜인 산화알루미늄 볼(스미토모카가쿠(주) 제품, HD-2) 0.293dm3(99.0체적%)가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 또한, 촉매 영역(302)에 있어서는, 촉매 영역(301)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와 산화알루미늄 볼 0.266dm3(89.9 체적%)가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다.The
촉매조(3)에 도입되는 가스(G1)(수소 가스 및 프로필렌 가스)에 대해서, 수소와 프로필렌의 혼합 비율(몰비)은, 수소 가스/프로필렌 가스가 104.3/49.7=2.1이며, 프로필렌에 대해서 수소가 과잉으로 되어 있다. 촉매조(3)에의 도입 가스(G1)는 촉매 영역(301), (302)을 통과해서 가스 도출구(3b)에 유도된다. 여기에서, 촉매 영역(301), (302)을 통과하는 수소 가스 및 프로필렌 가스의 공간속도(SV)(Space Velocity)는, 표준상태기준으로 (104.3+49.7)/(0.296×2)=260/h로 된다.With respect to the gas G1 (hydrogen gas and propylene gas) introduced into the
촉매 영역(301), (302)에 있어서는, 환원 촉매의 작용에 의해, 발열 반응인 환원 반응이 진행된다. 즉, 프로필렌의 수소에 의한 환원 반응(수소 첨가 반응)에 의해, 프로판이 생성된다. 해당 환원 반응에 있어서는, 단락 [0011]에 기재된 화학식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 소비되는 프로필렌의 몰수, 소비되는 수소의 몰수 및 생성되는 프로판의 몰수는 동등하다. 여기에서, 재킷(32)에는, 라인(33)을 통해서 10℃의 냉각액이 공급되어서, 촉매조(3)를 외부에서부터 냉각시키고 있어, 촉매 영역(301), (302)에 있어서의 반응 온도가 100℃ 이하의 소정 온도(약 20℃)로 되도록 조정되고 있다.In the
촉매 영역(301), (302)에서의 프로필렌(올레핀)의 수소에 의한 환원 반응에 있어서, 촉매 활성 물질이 희석 매체에 의해서 희석되어 있기 때문에, 환원 반응에 따르는 발열에 의한 국부적인 과도한 온도상승은 방지된다. 또한, 재킷(32)에의 냉각 매체의 통류에 의해, 촉매조(3)의 내부온도의 조정을 보다 정확하게 행할 수 있다. 이것은, 고온상태에서 일어나는 올레핀의 분해에 의한 불순물의 생성을 방지하고, 환원 반응을 촉진하는데 이바지한다. 그리고, 촉매 영역(301), (302)에서는 도입 가스(G1) 중의 프로필렌의 모두가 환원 반응에 의해 프로판이 된다.In the reduction reaction of propylene (olefin) with hydrogen in the
촉매 영역(301), (302)에 있어서의 환원 반응의 결과, 가스 도출구(3b)로부터 도출되는 가스(G2)는, 수소 가스량이 54.6 Ndm3/h(104.3-49.7=54.6), 프로판 가스량이 49.7 Ndm3/h로, 합계해서 104.3 Ndm3/h가 된다. 해당 가스(G2)는, 주류 라인(24)을 통해서 다음 촉매조(4)를 향해서 흐르고, 가스 도입구(4a)를 개재해서 촉매조(4)에 도입된다.As a result of the reduction reactions in the
한편, 올레핀 라인(22) 중의 프로필렌 가스(전체 유량 99.4 Ndm3/h) 중 1/2에 상당하는 49.7 Ndm3/h가 분기 라인(25)에 들어가, 유량계(17)에 의해 감시되면서 밸브(18)를 통과하여, 주류 라인(24)에 첨가된다. 주류 라인(24)에 있어서 합류된 프로필렌 가스는, 가스 도입구(4a)를 개재해서 촉매조(4)에 도입된다.On the other hand, 49.7 Ndm 3 / h corresponding to one-half of the propylene gas (total flow rate 99.4 Ndm 3 / h) in the olefin line 22 enters the
촉매조(4)는, 촉매조(3)와 마찬가지로 내경이 30.7㎜인 한편, 촉매 영역(401), (402), (403)의 전체 충전 높이가 900㎜이다. 촉매 영역(401)에 있어서는, 0.5중량%의 팔라듐이 담체인 산화알루미늄에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.003dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.293dm3(99.0체적%)가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 촉매 영역(402)에 있어서는, 촉매 영역(401)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼 0.266dm3(89.9체적%)가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 촉매 영역(403)에 있어서는, 촉매 영역(401)과 같은 촉매 입자만이 0.074dm3 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 100㎜이다.Similarly to the
촉매조(4)에 도입되는 가스(G3)에 대해서, 수소와 프로필렌의 혼합 비율(몰비)은, 수소 가스/프로필렌 가스가 54.6/49.7=1.1이며, 프로필렌에 대해서 수소가 과잉으로 되어 있다. 촉매조(4)에의 도입 가스(G3)는, 촉매 영역(401), (402), (403)을 통과해서 가스 도출구(4b)에 유도된다. 여기에서, 촉매 영역(401), (402), (403)을 통과하는 수소 가스 및 프로필렌 가스의 공간속도(SV)는, 표준상태기준으로 (54.6+49.7)/(0.296×2+0.074)=157/h로 된다.As for the gas G3 introduced into the
촉매 영역(401), (402), (403)에 있어서는, 환원 촉매의 작용에 의해, 발열 반응인 환원 반응이 진행한다. 즉, 프로필렌의 수소에 의한 환원 반응에 의해, 프로판이 생성된다. 여기에서, 재킷(42)에는, 라인(43)을 통해서 10℃의 냉각액이 공급되고, 촉매조(4)를 외부에서부터 냉각시키고 있으며, 촉매 영역(401), (402), (403)에 있어서의 반응 온도가 소정 온도(약 20℃)로 되도록 조정되고 있다. 그리고, 촉매 영역(401), (402), (403)에서는 도입 가스(G3) 중의 프로필렌의 모두가 환원 반응에 의해 프로판이 된다.In the
촉매 영역(401), (402), (403)에 있어서의 환원 반응의 결과, 가스 도출구(4b)로부터 도출되는 가스(G4)는, 수소 가스량이 4.9 Ndm3/h (54.6-49.7=4.9), 프로판 가스량이 99.4 Ndm3/h (49.7+49.7=99.4)로, 합계해서 104.3 Ndm3/h가 된다. 해당 가스(G4)는, 주류 라인(26)을 통해서 PSA 가스 분리 장치(Y1)를 향해서 흐른다.As a result of the reduction reaction in the
주류 라인(26)을 흐르는 가스(G4)(이하, 적절하게 「제조 가스」라 칭함)에 있어서의 잔류 프로필렌 농도에 대해서, 가스 크로마토그래피에 의해 분석한 바 1ppm 미만으로, 검출 한계 미만이었다. 그리고, 촉매조(3), (4)의 2조 전체에서의 환원 반응에 있어서, 수소/프로필렌의 총 혼합 몰비는 104.3/99.4=1.05로 되어, 수소는 제조 가스 중에 4.7몰% 남아있다.The residual propylene concentration in the gas G4 (hereinafter, referred to as "manufacturing gas" appropriately) flowing through the
그리고, 주류 라인(26) 중의 제조 가스는, PSA 가스 분리 장치(Y1)에 송출되어, 전술한 가스 분리 조작을 행함으로써, 비흡착 가스로서의 수소가 흡착조(6A), (6B)로부터 도출되어, 라인(30)에 유입된다. 라인(30)에 유입된 수소는, 압축기(8)에서 압축된 뒤 냉각기(9)로 냉각되고, 버퍼 탱크(10)에 회수된다. 회수된 수소는, 버퍼 탱크(10)로부터 밸브(31)를 통과해서 올레핀 라인(22)에 유입되어, 원료계로 리사이클된다. 한편, PSA 가스 분리 장치(Y1)에 있어서의 가스 분리 조작에서는, 수소가 제거된 프로판이 흡착조(6A), (6B)로부터 탈착 가스로 되어서 도출되어, 라인(29)을 통과한 후, 제품 탱크(7)에 고순도 프로판(제품 가스)으로서 축적된다.Then, the production gas in the
본 실시형태의 파라핀(프로판)의 제조에 있어서는, 기상 상태에 있는 올레핀 및 수소로부터 환원 반응을 행함으로써, 올레핀(프로필렌)의 단위체적당의 반응량을 감소시키고, 환원 반응에 따른 발열량을 감소시킬 수 있다. 올레핀(프로필렌)의 환원 반응을 행할 때 반응 온도가 지나치게 높으면, 올레핀의 분해가 일어나 메탄이나 에탄 등의 불순물이 생성된다. 그러나, 본 실시형태에 있어서는, 원료로서 올레핀 가스를 이용함으로써, 고농도의 원료 올레핀 가스를 반응시켜도, 극단적인 온도상승이 회피되어, 해당 원료 올레핀 가스를 실질적으로 완전히 파라핀화하는 것이 가능해진다.In the production of paraffin (propane) of the present embodiment, by reducing reaction from olefin and hydrogen in a gaseous state, the reaction amount per unit volume of olefin (propylene) can be reduced, and the calorific value according to the reduction reaction can be reduced. have. When the reaction temperature is too high when the reduction reaction of olefin (propylene) is carried out, olefin is decomposed to generate impurities such as methane and ethane. In the present embodiment, however, by using the olefin gas as the raw material, even if a high concentration of the raw olefin gas is reacted, an extreme temperature rise is avoided, and the raw olefin gas can be substantially completely paraffinized.
상기 제조예에서는, 복수의 촉매조(3), (4)를 직렬로 분리해서 설치하고, 수소를 주류로 해서 각각의 촉매조(3), (4)에 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가하고 있다. 올레핀(프로필렌)의 수소에 의한 환원 반응은, 수소를 이론 당량보다 많이 첨가함으로써 보다 진행되기 쉬워진다. 따라서, 2조의 촉매조(3), (4)를 직렬로 분할하고, 수소를 주류로 해서 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가해감으로써 각 촉매조(3), (4)에 있어서의 수소량/올레핀량(몰비)을 보다 크게 할 수 있고, 환원 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가하므로 각 촉매조(3), (4) 부근의 반응 온도의 상승을 억제할 수 있다.In the above production example, a plurality of
촉매조(3), (4)는, 외부에 설치된 재킷(32), (42)에 통류되는 냉각액에 의해 내부온도가 100℃ 이하의 소정 온도로 되도록 조정되고 있다. 이것에 의해, 촉매조(3), (4) 내에서의 환원 반응에 의해 발생한 열을 외부로 효율적으로 내보낼 수 있어, 적절한 반응 온도에서 환원 반응을 행하게 할 수 있다.The
촉매조(3), (4)에 충전된 환원 촉매(촉매 영역(301), (302) 및 촉매 영역(401), (402), (403))는, 촉매 활성 물질(촉매 입자)이 희석 매체(무기물 충전재)에 의해서 희석된 것을 포함하고 있고, 무기물 충전재의 혼합 비율은, 촉매조(3), (4)의 상류측에서부터 하류측을 향해서 단계적으로 저하되도록 되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 환원 반응에서 발생한 열이 무기물 충전재에 전달되고, 분산되어서 외부에서부터 제열되기 쉽다. 그 한편, 무기물 충전재의 혼합 비율이 촉매조의 상류측에서부터 하류측을 향해서 저하되고 있기 때문에, 촉매 활성 물질의 활성점의 수가 하류측을 향해서 증가하고 있다. 이 때문에, 촉매조(3), (4) 속을 통류하는 올레핀이 미반응인 채로 방출되는 것은 방지되어, 순도가 높은 파라핀이 얻어진다.Catalytically active substances (catalyst particles) are diluted in the reduction catalysts (
[제1실시형태에 있어서의 에탄의 제조예][Production Example of Ethane in First Embodiment]
다음에, 올레핀이 에틸렌인 경우에 있어서, 예를 들어, 도 1에 나타낸 파라핀 제조장치(X1)를 이용해서, 에틸렌 및 수소로부터 에탄을 제조하는 방법에 대해서 설명한다.Next, when olefin is ethylene, the method of manufacturing ethane from ethylene and hydrogen using the paraffin manufacturing apparatus X1 shown in FIG. 1 is demonstrated, for example.
올레핀 실린더(2)로부터, 에틸렌이 99.4몰%이고 불순물로서 에탄이 0.6몰%인 조질의 에틸렌 가스(닛뽄화인가스(日本ファインガス)(주) 제품)를 표준상태에서 99.4 Ndm3/h의 유량으로 올레핀 라인(22)에 공급하고, 촉매조(3), (4)에 49.7 Ndm3/h씩 2등분으로 분할해서 흐르게 하였다. 1조째의 촉매조(3)의 크기는 내경이 30.7㎜이며, 상류측의 촉매 영역(301)에 0.5중량%의 로듐이 산화알루미늄(Al2O3)에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(알드리치사 제품)를 0.003ℓ, 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼을 0.293dm3 혼합 충전하고, 그 충전 높이는 400㎜였다. 하류측의 촉매 영역(302)에는 촉매 영역(301)과 같은 촉매 입자 0.03 dm3, 산화알루미늄 볼 0.266 dm3가 혼합되어, 합계 0.296 dm3가 충전되어서, 그 충전 높이는 400㎜였다. 2조째의 촉매조(4)는 내경이 30.7㎜이며, 가장 상류측의 촉매 영역(401)에는 0.5중량%의 로듐이 산화알루미늄(Al2O3)에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자 0.003dm3와, 3㎜의 산화알루미늄 볼 0.293dm3가 혼합 충전되어, 중간의 촉매 영역(402)에는 촉매 영역(401)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와, 촉매 영역(401)과 같은 산화알루미늄 볼 0.266dm3가 혼합되어 충전되었다. 가장 하류측의 촉매 영역(403)에는 촉매 영역(401)과 같은 촉매 입자만 0.074dm3 충전되었다. 촉매 영역(401), (402), (403)의 충전 높이는, 촉매 영역(401)이 400㎜, 촉매 영역(402)이 400㎜, 촉매 영역(403)이 100㎜로 되어, 합계 900㎜로 하였다. 이것들 2조의 촉매조(3), (4)에 직렬로 104.3 Ndm3/h의 수소를 주류로 해서 흐르게 하면서, 각각의 촉매조(3), (4)에 에틸렌을 첨가하였다. 촉매조(3), (4)(촉매 영역(301), (302), (401), (402), (403))에 있어서 에틸렌의 수소에 의한 환원 반응이 진행되고, 외부에서 재킷(32), (42)에 10℃의 냉각액을 흐르게 하면서 촉매조(3), (4) 속이 약 20℃로 되도록 냉각 제어하였다. 그 결과, 2조째의 촉매조(4)의 가스 도출구(4b)로부터 도출된 제조 가스에 있어서의 잔류 에틸렌 농도를 가스 크로마토그래피(FID)에 의해 분석한 바, 검출 한계 미만인 1ppm 미만으로 되어, 실질적으로 모두 에탄으로 환원되어 있었다.From the
[제2실시형태: 촉매조가 2조인 경우]Second Embodiment: When Two Catalyst Tanks
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 파라핀의 제조장치를 나타낸 개략 구성도이다. 본 실시형태의 파라핀 제조장치(X2)는, 기본적 구성에 대해서는 도 1에 나타낸 파라핀 제조장치(X1)와 같지만, 촉매조의 수가 3조로 되어 있는 점, 및 촉매조의 하류측에 수소를 제거하기 위한 분축장치가 설치되어 있는 점에 있어서, 상기 제1실시형태의 파라핀 제조장치(X1)와 상이하다. 또, 도 2에 있어서, 제1실시형태와 동일 또는 유사한 요소에는 상기 실시형태와 동일한 부호를 부여하고 있어, 적절하게 설명을 생략한다.2 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for producing paraffin according to a second embodiment of the present invention. Paraffin manufacturing apparatus X2 of this embodiment is the same as paraffin manufacturing apparatus X1 shown in FIG. 1 about a basic structure, but the number of catalyst tanks is three tanks, and the fractionation for removing hydrogen in the downstream of a catalyst tank is carried out. It differs from the paraffin manufacturing apparatus X1 of the said 1st Embodiment in that the apparatus is provided. 2, the same code | symbol as the said embodiment is attached | subjected to the element similar or similar to 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
제2실시형태의 파라핀 제조장치(X2)는, 수소 실린더(1)와, 올레핀 실린더(2)와, 주류 라인(21), (24), (26), (28)과, 복수의 촉매조(3), (4), (5)와, 올레핀 라인(22)과, 분기 라인(23), (25), (27)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에 대해서도, 올레핀이 프로필렌이며, 제조되는 파라핀이 프로판일 경우를 예시해서 설명한다.The paraffin manufacturing apparatus X2 of 2nd Embodiment includes the
제2실시형태에서는, 제1실시형태에 비해서 촉매조(5)가 추가되어 있고, 이 촉매조(5)의 추가에 따라서, 분기 라인(27), 유량계(19), 밸브(20) 및 주류 라인(28)이 추가되어 있다.In 2nd Embodiment, the
제2실시형태에서는, 촉매조(4)는, 촉매조(3)와 마찬가지로 2개의 촉매 영역(401), (402)을 포함하고 있다. 상류측에 위치하는 촉매 영역(401)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 90 내지 99체적%로 되어 있고, 하류측에 위치하는 촉매 영역(402)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 80 내지 90체적%로 되어 있다.In the second embodiment, the
한편, 촉매조(5)는, 제1실시형태에 있어서의 촉매조(4)와 마찬가지의 구성으로, 3개의 촉매 영역(501), (502), (503)을 포함하고 있고, 외부에는 냉각액을 흐르게 하기 위한 재킷(52)이 설치되어 있다. 가장 상류측에 위치하는 촉매 영역(501)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 90 내지 99체적%로 되어 있고, 중간에 위치하는 촉매 영역(502)에 대해서는, 무기물 충전재의 혼합 비율이 80 내지 90체적%로 되어 있으며, 가장 하류측에 위치하는 촉매 영역(503)에 대해서는, 무기물 충전재를 함유하고 있지 않아(즉, 무기물 충전재의 혼합 비율이 0체적%), 상기 촉매 입자만으로 이루어진다.On the other hand, the
주류 라인(28)에는, 촉매조(3), (4), (5)의 하류측에 있어서 분축장치(Y2)가 설치되어 있다. 분축장치(Y2)는, 주류 라인(28)으로부터의 가스를 통하는 컨덴서(601)와, 컨덴서(601)의 외부에 있어서 냉각용의 냉각액을 흐르게 하기 위한 라인(602)과, 컨덴서(601)에 있어서 액화한 프로판을 흐르게 하기 위한 U자 관(603)을 구비하고 있다. 컨덴서(601)에는, 잔류 가스를 회수하기 위한 라인(30)이 접속되어 있다. 라인(30)에는 압축기(8), 냉각기(9) 및 버퍼 탱크(10)가 설치되어 있다. 또한, 라인(30)에는 밸브(31)가 설치되고, 라인(30)의 단부는 올레핀 라인(22)에 접속되어 있다. U자 관(603)에는 밸브(604)가 설치되어 있고, U자 관(603)의 단부는 제품 탱크(7) 내에 있어서 개방하고 있다. 제품 탱크(7)의 상단에는, 기화된 프로판 가스를 주류 라인(28)으로 되돌리기 위한 라인(605)이 설치되어 있고, 라인(605)에는 밸브(606)가 설치되어 있다. 라인(602)에는, 라인(607)이 분기 형상으로 접속되어 있고, 해당 라인(607)에는 밸브(608)가 설치되어 있다. 제품 탱크(7)의 외부에는, 해당 제품 탱크(7)의 외주를 둘러싸도록 재킷(72)이 설치되어 있다. 라인(607)의 단부는 재킷(72)에 접속되어 있고, 재킷(72)에는 라인(607)을 개재해서 냉각용의 냉각액이 공급된다.The
[제2실시형태에 있어서의 프로판의 제조예][Production Example of Propane in Second Embodiment]
다음에, 상기 구성의 파라핀 제조장치(X2)를 이용해서, 올레핀(프로필렌) 및 수소로부터 파라핀(프로판)을 제조하는 방법의 구체예에 대해서 설명한다.Next, the specific example of the method of manufacturing paraffin (propane) from an olefin (propylene) and hydrogen using the paraffin manufacturing apparatus (X2) of the said structure is demonstrated.
우선, 수소 실린더(1) 내의 수소 가스(상기 제1실시형태와 같음)가, 예를 들어, 표준상태량으로 104.3 Ndm3/h의 유량으로 주류 라인(21)에 공급된다. 주류 라인(21) 중의 수소 가스는, 감압 밸브(11)에서 0.3㎫G까지 감압 조정된 뒤 유량계(12)로 감시되면서 밸브(13)를 통과하고, 가스 도입구(3a)를 개재해서 촉매조(3)에 도입된다.First, hydrogen gas (same as the first embodiment) in the
한편, 올레핀 실린더(2)로부터 원료 올레핀 가스로서의 프로필렌 가스(미츠이카가쿠(주) 제품)가 올레핀 라인(22)에 공급된다. 해당 프로필렌 가스는, 프로필렌이 99.99몰%로 불순물로서의 프로판을 0.01몰% 함유하고 있으며, 표준상태에서 100.3 Ndm3/h의 유량으로 공급된다. 올레핀 라인(22) 중의 프로필렌 가스는, 감압 밸브(14)에서 0.3㎫G까지 감압 조정된 뒤, 전체 유량 100.3 Ndm3/h 중 1/3에 상당하는 33.4 Ndm3/h가 분기 라인(23)에 들어가, 유량계(15)로 감시되면서 밸브(16)를 통과하여, 주류 라인(21)에 첨가된다. 주류 라인(21)에 있어서 합류된 프로필렌 가스는, 가스 도입구(3a)를 개재해서 촉매조(3)에 도입된다.On the other hand, propylene gas (made by Mitsui Chemical Co., Ltd.) as a raw material olefin gas is supplied from the
촉매조(3)는, 내경이 30.7㎜이며, 촉매 영역(301), (302)의 전체 충전 높이가 800㎜이다. 촉매 영역(301)에 있어서는, 0.5중량%의 팔라듐이 담체인 산화알루미늄에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(상기 제1실시형태와 같음) 0.003dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼(상기 제1실시형태와 같음) 0.293dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 또한, 촉매 영역(302)에 있어서는, 촉매 영역(301)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼 0.266dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다.The
촉매조(3)에 도입되는 가스(G1)(수소 가스 및 프로필렌 가스)에 대해서, 수소와 프로필렌의 혼합 비율(몰비)은, 수소 가스/프로필렌 가스가 104.3/33.4=3.1이며, 프로필렌에 대해서 수소가 과잉으로 되어 있다. 촉매조(3)에의 도입 가스(G1)는, 촉매 영역(301), (302)을 통과해서 가스 도출구(3b)에 유도된다. 여기에서, 촉매 영역(301), (302)을 통과하는 수소 가스 및 프로필렌 가스의 공간속도(SV)는, 표준상태기준으로 (104.3+33.4)/(0.296×2)=233/h가 된다.As for the gas G1 (hydrogen gas and propylene gas) introduced into the
촉매 영역(301), (302)에 있어서는, 환원 촉매의 작용에 의해, 발열 반응인 환원 반응이 진행한다. 즉, 프로필렌의 수소에 의한 환원 반응에 의해, 프로판이 생성된다. 여기에서, 촉매조(3)에 흐르는 가스의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비가 3.1로 되고 있어, 도 1에 나타낸 촉매조(3)에 흐르는 가스의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비(2.1)보다도 수소 과잉이므로, 도 1의 촉매조(3)의 경우에 비해서 환원 반응은 진행되기 쉬워진다. 재킷(32)에는, 라인(33)을 통해서 10℃의 냉각액이 공급되어서, 촉매조(3)를 외부에서부터 냉각하고 있어, 촉매 영역(301), (302)에 있어서의 반응 온도가 100℃ 이하의 소정 온도(약 20℃)로 되도록 조정되고 있다. 그리고, 촉매 영역(301), (302)에서는 도입 가스(G1) 중의 프로필렌의 모두가 환원 반응에 의해 프로판이 된다.In the
촉매 영역(301), (302)에 있어서의 환원 반응의 결과, 가스 도출구(3b)로부터 도출되는 가스(G2)는, 수소 가스량이 70.9Ndm3/h, 프로판 가스량이 33.4Ndm3/h로, 합계해서 104.3 Ndm3/h가 된다. 해당 가스(G2)는, 주류 라인(24)을 통해서 다음 촉매조(4)를 향해서 흘러, 가스 도입구(4a)를 개재해서 촉매조(4)에 도입된다.As a result of the reduction reactions in the
한편, 올레핀 라인(22) 중의 프로필렌 가스(전체 유량 100.3 Ndm3/h) 중, 1/3에 상당하는 33.4NL/h가 분기 라인(25)에 들어가, 유량계(17)로 감시되면서 밸브(18)를 통과하여, 주류 라인(24)에 첨가된다. 주류 라인(24)에 있어서 합류된 프로필렌 가스는, 가스 도입구(4a)를 개재해서 촉매조(4)에 도입된다.On the other hand, 33.4 NL / h corresponding to one third of the propylene gas (total flow rate 100.3 Ndm 3 / h) in the olefin line 22 enters the
촉매조(4)는, 촉매조(3)와 마찬가지로 내경이 30.7㎜이며, 촉매 영역(401), (402)의 전체 충전 높이가 800㎜이다. 촉매 영역(401)에 있어서는, 0.5중량%의 팔라듐이 담체인 산화알루미늄에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.003dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.293dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 촉매 영역(402)에 있어서는, 촉매 영역(401)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼 0.263dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다.Similarly to the
촉매조(4)에 도입되는 가스(G3)에 대해서, 수소와 프로필렌의 혼합 비율(몰비)은, 수소 가스/프로필렌 가스가 70.9/33.4=2.1이며, 프로필렌에 대해서 수소가 과잉으로 되어 있다. 촉매조(4)에의 도입 가스(G3)는, 촉매 영역(401), (402)을 통과해서 가스 도출구(4b)에 유도된다. 여기에서, 촉매 영역(401), (402)을 통과하는 수소 가스 및 프로필렌 가스의 공간속도(SV)는, 표준상태기준으로 (70.9+33.4)/(0.296×2)=176/h가 된다.As for the gas G3 introduced into the
촉매 영역(401), (402)에 있어서는, 환원 촉매의 작용에 의해, 발열 반응인 환원 반응이 진행한다. 즉, 프로필렌의 수소에 의한 환원 반응에 의해, 프로판이 생성된다. 여기에서, 재킷(42)에는, 라인(43)을 통해서 10℃의 냉각액이 공급되어, 촉매조(4)를 외부에서부터 냉각하고 있어, 촉매 영역(401), (402)에 있어서의 반응 온도가 소정 온도(약 20℃)로 되도록 조정되고 있다. 그리고, 촉매 영역(401), (402)에서는 도입 가스(G3) 중의 프로필렌의 모두가 환원 반응에 의해 프로판이 된다.In the
촉매 영역(401), (402)에 있어서의 환원 반응의 결과, 가스 도출구(4b)로부터 도출되는 가스(G4)는, 수소 가스량이 37.4 Ndm3/h, 프로판 가스량이 66.9 Ndm3/h로, 합계해서 104.3 Ndm3/h가 된다. 해당 가스(G4)는, 주류 라인(26)을 통해서 다음 촉매조(5)를 향해서 흘러, 가스 도입구(5a)를 개재해서 촉매조(5)에 도입된다.As a result of the reduction reactions in the
한편, 올레핀 라인(22) 중의 프로필렌 가스(전체 유량 100.3 Ndm3/h) 중, 1/3에 상당하는 33.4 Ndm3/h가 분기 라인(27)에 들어가, 유량계(19)로 감시되면서 밸브(20)를 통과하여, 주류 라인(26)에 첨가된다. 주류 라인(26)에 있어서 합류된 프로필렌 가스는, 가스 도입구(5a)를 개재해서 촉매조(5)에 도입된다.On the other hand, 33.4 Ndm 3 / h corresponding to one third of the propylene gas (total flow rate 100.3 Ndm 3 / h) in the olefin line 22 enters the
촉매조(5)는, 촉매조(3), (4)와 마찬가지로 내경이 30.7㎜인 한편, 촉매 영역(501), (502), (503)의 전체 충전 높이가 900㎜이다. 촉매 영역(501)에 있어서는, 0.5중량%의 팔라듐이 담체인 산화알루미늄에 담지된 입자 직경 3㎜의 촉매 입자(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.003dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼(촉매조(3)의 촉매 영역(301)과 같음) 0.293dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 촉매 영역(502)에 있어서는, 촉매 영역(501)과 같은 촉매 입자 0.030dm3와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼 0.263dm3가 혼합되어, 합계 0.296dm3가 충전되어 있으며, 그 충전 높이는 400㎜이다. 촉매 영역(503)에 있어서는, 촉매 영역(501)과 같은 촉매 입자만이 0.074dm3 충전되고 있으며, 그 충전 높이는 100㎜이다.Similarly to the
촉매조(5)에 도입되는 가스(G5)에 대해서, 수소와 프로필렌의 혼합 비율(몰비)은, 수소 가스/프로필렌 가스가 37.4/33.4=1.1로, 프로필렌에 대해서 수소가 과잉으로 되어 있다. 촉매조(5)에의 도입 가스(G5)는, 촉매 영역(501), (502), (503)을 통과해서 가스 도출구(5b)에 유도된다. 여기에서, 촉매 영역(501), (502), (503)을 통과하는 수소 가스 및 프로필렌 가스의 공간속도(SV)는, 표준상태기준으로 (37.4+33.4)/(0.296×2+0.074)=106/h가 된다.As for the gas G5 introduced into the
촉매 영역(501), (502), (503)에 있어서는, 환원 촉매의 작용에 의해, 발열 반응인 환원 반응이 진행된다. 즉, 프로필렌의 수소에 의한 환원 반응에 의해, 프로판이 생성된다. 여기에서, 재킷(52)에는, 라인(53)을 통해서 10℃의 냉각액이 공급되어서, 촉매조(5)를 외부에서부터 냉각하고 있어, 촉매 영역(501), (502), (503)에 있어서의 반응 온도가 소정 온도(약 20℃)로 되도록 조정되고 있다. 그리고, 촉매 영역(501), (502), (503)에서는 도입 가스(G5) 중의 프로필렌의 모두가 환원 반응에 의해 프로판이 된다.In the
촉매 영역(501), (502), (503)에 있어서의 환원 반응의 결과, 가스 도출구(5b)로부터 도출되는 가스(G6)는, 수소 가스량이 4.0 Ndm3/h, 프로판 가스량이 100.3 Ndm3/h로, 합계해서 104.3 Ndm3/h가 된다. 해당 가스(G6)는, 주류 라인(28)을 통해서 분축장치(Y2)의 컨덴서(601)에 도입된다.As a result of the reduction reaction in the
주류 라인(28)을 흐르는 가스(G6)(제조 가스)에 있어서의 잔류 프로필렌 농도에 대해서, 가스 크로마토그래피에 의해 분석한 바 1ppm 미만으로, 검출 한계 미만이었다. 그리고, 촉매조(3), (4), (5)의 3조 전체에서의 환원 반응에 있어서, 수소/프로필렌의 총 혼합 몰비는 104.3/100.3=1.04로 되어, 수소는 제조 가스 중에 3.8몰% 남아있다.The residual propylene concentration in the gas G6 (manufacturing gas) flowing through the
그리고, 주류 라인(28) 중의 제조 가스는, 분축장치(Y2)의 컨덴서(601)에 도입된다. 컨덴서(601)는 외부에서부터 라인(602)을 통해서 -20 내지 -10℃의 냉각액이 공급되고 있어, 약 0.3㎫G 하에서 프로판이 냉각 응축된다. 응축되지 않은 잔류 수소는 라인(30)을 통해서 압축기(8)에서 압축된 뒤 냉각기(9)로 냉각되어, 버퍼 탱크(10)에 회수된다. 회수된 수소는, 버퍼 탱크(10)로부터 밸브(31)를 통과해서 올레핀 라인(22)에 유입하고, 원료계로 리사이클된다. 한편, 수소가 제거되고, 또한 액화된 프로판은, U자 관(603)을 통해서 제품 탱크(7)에 고순도 프로판으로서 축적된다.The production gas in the
제2실시형태의 제조예에서는, 복수의 촉매조(3), (4), (5)를 직렬로 분리해서 설치하고, 수소를 주류로 해서 각각의 촉매조(3), (4), (5)에 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가하고 있다. 올레핀(프로필렌)의 수소에 의한 환원 반응은, 수소를 이론 당량보다 많게 첨가함으로써 보다 진행되기 쉬워진다. 따라서, 3조의 촉매조(3), (4), (5)를 직렬로 분할하고, 수소를 주류로서 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가해감으로써 각 촉매조(3), (4), (5)에 있어서의 수소량/올레핀량(몰비)을 보다 크게 할 수 있어, 환원 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 올레핀(프로필렌)을 분할해서 첨가하므로 각 촉매조(3), (4), (5) 부근의 반응 온도의 상승을 억제할 수 있다.In the production example of the second embodiment, the plurality of
또, 촉매조(3), (4), (5)에의 도입 가스(G1), (G3), (G5)에 있어서의 수소량과 올레핀량의 비율은, 수소량/올레핀량(몰비)이 1.1 이상이며, 촉매조(3), (4), (5) 각각에의 도입 가스(G1), (G3), (G5)에 있어서의 올레핀량은 균등하다. 주류 수소는, 촉매조(3), (4), (5)를 순차 통과해서 올레핀과의 환원 반응에 소비되어서 감소되므로, 가장 하류측의 촉매조(5)에 있어서 수소/올레핀이 1.1 이상이 되도록 올레핀량이 설정된다. 이것에 의해, 촉매조(4)(촉매조(5)의 1개 상류측)에의 도입 가스(G3)에 있어서, 수소량에 대해서는 촉매조(5)에서의 환원 반응으로 소비되는 분을 더한 양이 되고 있어, 수소량/올레핀량이 2.1 이상이 된다. 마찬가지로 하고, 촉매조(3)(촉매조(4)의 1개 상류측)에의 도입 가스(G1)에 있어서, 수소량에 대해서는 촉매조(4), (5)에서의 환원 반응으로 소비되는 분량을 더한 양으로 되어 있어, 수소량/올레핀량이 3.1 이상이 된다.In addition, the ratio of the amount of hydrogen and the amount of olefins in the introduction gas (G1), (G3), or (G5) to the catalyst tanks (3), (4), (5) is the amount of hydrogen / olefin (molar ratio) It is 1.1 or more, and the amount of olefins in the introduction gas (G1), (G3), (G5) to each of the
그리고, 촉매조를 3조 직렬로 했을 경우에는, 전술한 바와 같이 수소/프로필렌의 총 혼합 몰비는 1.04로 되고, 제조 가스(104.3 Ndm3/h) 중의 프로판 가스량이 100.3 Ndm3/h, 수소 가스량이 4.0 Ndm3/h이며, 잔류 수소농도가 3.8몰%이다. 촉매조를 2조 직렬로 한 도 1의 경우(제조 가스 중의 프로판 가스량이 99.4NL/h, 수소 가스량이 4.9 Ndm3/h, 잔류 수소농도가 4.7몰%)와 비교하면, 같은 수소량(104.3 Ndm3/h)을 이용해도, 프로판의 제조량이 1% 증가하고 잔류 수소농도가 0.9몰% 감소되고 있으므로, 촉매조를 1조 추가해서 설치한 효과가 나오고 있다. 또한, 각 촉매조의 반응열에 의한 발열량이 30% 이상 감소되므로, 외부에서의 냉각이나 온도제어를 행하기 쉬워진다.In the case of three tanks in series, the total mixing molar ratio of hydrogen / propylene becomes 1.04 as described above, and the amount of propane gas in the production gas (104.3 Ndm 3 / h) is 100.3 Ndm 3 / h, and the amount of hydrogen gas This is 4.0 Ndm 3 / h and the residual hydrogen concentration is 3.8 mol%. In the case of FIG. 1 in which two tanks are used in series (the amount of propane gas in the production gas is 99.4 NL / h, the amount of hydrogen gas is 4.9 Ndm 3 / h, and the residual hydrogen concentration is 4.7 mol%). Even when Ndm 3 / h) is used, the production amount of propane is increased by 1% and the residual hydrogen concentration is reduced by 0.9 mol%. Thus, an effect of adding one tank of catalyst is provided. In addition, since the amount of heat generated by the reaction heat of each catalyst tank is reduced by 30% or more, it is easy to perform external cooling and temperature control.
촉매조를 직렬로 분할하고, 그 설치수를 2 내지 5조로 순차 증가시켰을 경우의 프로판의 제조예를 1조만으로 했을 경우와 비교해서 도 3의 표에 나타낸다.It is shown in the table | surface of FIG. 3 compared with the case where the production example of propane when only one pair is produced when a catalyst tank is divided in series and the number of installations is sequentially increased to 2-5 tanks.
최종 촉매조를 제외한 각 촉매조에 있어서는, 상류측에 0.5중량%의 팔라듐을 산화알루미늄(Al2O3)에 담지시킨 입자 직경 3㎜의 촉매 입자와 입자 직경 3㎜의 산화알루미늄 볼을 1:99의 용량으로 혼합 충전한 촉매 영역과 10:90으로 혼합 충전한 촉매 영역을 각각 400㎜의 충전 높이로 적층하였다. 그리고, 최종 촉매조(1조의 경우에는, 그 촉매조가 최종의 촉매조가 됨)에만 더욱 촉매 입자만을 100㎜의 충전 높이로 충전했다. 각 촉매조는 냉각액으로 냉각하면서 반응 온도를 20℃로 제어해서 조작하였다.In each of the catalyst tanks except the final catalyst tank, the catalyst particles having a particle size of 3 mm and aluminum oxide balls having a particle diameter of 3 mm with 0.5 wt% of palladium supported on aluminum oxide (Al 2 O 3 ) on the upstream side were 1:99. The catalyst regions mixed and filled at a capacity of and the catalyst regions mixed and filled at 10:90 were respectively laminated at a packing height of 400 mm. Then, only the catalyst particles were filled to the filling height of 100 mm only in the final catalyst tank (in the case of one tank, the catalyst tank became the final catalyst tank). Each catalyst tank was operated by controlling reaction temperature to 20 degreeC, cooling with a cooling liquid.
원료 가스로서의 주류 수소량을 104.3 Ndm3/h로 하고, 촉매조를 2조로 했을 경우, 각 촉매조에의 도입 가스의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비를 1.1 이상으로 하면 원료 가스로서의 프로필렌 가스량은 99.4Ndm3/h가 되고, 수소/프로필렌의 총 혼합 몰비는 1.05로 되었다. 이 결과, 제조 가스 중의 미반응의 잔류 프로필렌 농도나 불순물인 메탄 농도나 에탄 농도를 가스 크로마토그래피(FID)로 측정하면 각각 1ppm 미만의 검출 한계 미만으로 되어, 프로필렌은 실질적으로 완전히 프로판으로 환원되었다. 그러나 잔류하는 과잉의 수소량은 4.9 Ndm3/h가 되어 제조 가스 중에 4.7몰% 남았다.When the amount of mainstream hydrogen as source gas is 104.3 Ndm 3 / h and the catalyst tank is 2 tanks, when the molar ratio of hydrogen gas / propylene gas of the introduction gas to each catalyst tank is 1.1 or more, the amount of propylene gas as source gas is 99.4 Ndm. 3 / h, and the total mixed molar ratio of hydrogen / propylene was 1.05. As a result, when the unreacted residual propylene concentration, the methane concentration, or the ethane concentration, which is an impurity in the production gas, were measured by gas chromatography (FID), the detection limit was less than 1 ppm, respectively, and the propylene was substantially completely reduced to propane. However, the remaining excess hydrogen amounted to 4.9 Ndm 3 / h, leaving 4.7 mol% in the production gas.
다음에, 각 촉매조에의 도입 가스의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비를 1.1 이상으로 하면서 촉매조의 설치수를 3조, 4조, 5조로 증가시키면, 수소/프로필렌의 총 혼합 몰비가 작아져, 잔류 수소량이 감소되고, 제조 프로판 가스량이 증가하여, 각 촉매조의 발열량이 감소되어 갔다. 그러나, 촉매조에의 도입 가스에 있어서의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비를 1.0까지로 내리면, 제조 가스로서의 프로판 가스량은 증가했지만, 잔류 수소량이 0으로 되어, 환원 반응은 완전하게는 진행되지 않고, 가스 크로마토그래피(FID)로 측정하면, 제조 가스 중에 잔류 프로필렌 농도가 5ppm, 불순물로서의 메탄 농도가 2ppm, 에탄 농도가 1ppm 검출되었다. 이 결과로부터, 각 촉매조 내에서의 환원 반응을 100% 확실히 행하게 하기 위해서는, 각 촉매조의 도입 가스에 있어서의 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비는 1.1 이상인 것이 필요하다.Next, when the number of installations of the catalyst tank is increased to 3, 4, or 5 tanks while the molar ratio of hydrogen gas / propylene gas of the introduction gas to each catalyst tank is 1.1 or more, the total mixing mole ratio of hydrogen / propylene becomes small and remains. The amount of hydrogen decreased, the amount of produced propane gas increased, and the calorific value of each catalyst tank decreased. However, when the molar ratio of hydrogen gas / propylene gas in the introduction gas to the catalyst tank was lowered to 1.0, the amount of propane gas as the production gas increased, but the residual hydrogen amount became 0, and the reduction reaction did not proceed completely. When measured by gas chromatography (FID), 5 ppm of residual propylene concentration, 2 ppm of methane as an impurity, and 1 ppm of ethane were detected in manufacturing gas. From this result, in order to ensure 100% reduction in each catalyst tank, the molar ratio of hydrogen gas / propylene gas in the introduction gas of each catalyst tank needs to be 1.1 or more.
촉매조를 1조만으로 했을 경우, 원료 가스로서의 주류 수소량을 104.3 Ndm3/h 흐르게 하고, 수소 가스/프로필렌 가스의 몰비가 1.1 이상으로 되도록 원료 가스로서의 프로필렌 가스량을 94.8 Ndm3/h 흐르게 하여, 촉매조에 도입하였다. 이 결과, 제조 가스 중의 미반응의 잔류 프로필렌 농도는 검출 한계 미만으로 되었지만, 불순물인 메탄 농도는 4ppm, 에탄 농도는 3ppm 검출되었다. 프로필렌은 완전히 프로판으로 환원되지만, 잔류하는 과잉의 수소량은 9.5 Ndm3/h로 가장 많아졌다. 여기에서, 메탄이나 에탄이 검출되는 원인으로서, 촉매조가 2조 이상인 경우에는 반응열이 촉매조마다 분산되어서 반응 온도의 상승이 억제되는 것에 비해서, 촉매조를 1조만으로 했을 경우에는 그러한 반응열의 분산에 의한 온도억제 효과가 얻어지지 않는 것으로 여겨진다. 또한, 촉매조가 1조뿐이고 원료 가스의 수소/프로필렌의 몰비를 1.1로 하면, 촉매조가 2조 이상인 경우의 촉매조에 있어서의 수소/프로필렌비보다도 상대적으로 작아진다(예를 들어 촉매조가 2조인 경우에서는 1조째의 수소/프로필렌비가 2.1이며, 촉매조가 3조인 경우에서는 1조째의 수소/프로필렌비가 3.1, 2조째의 수소/프로필렌비가 2.1이다). 이 때문에, 촉매조가 1조에는, 반응 과정에서 프로필렌의 분해가 일어나기 쉬워져, 메탄 및 에탄이 생성되는 것으로 여겨진다.When only one tank is used, the amount of mainstream hydrogen as source gas flows 104.3 Ndm 3 / h, and the amount of propylene gas as source gas flows 94.8 Ndm 3 / h so that the molar ratio of hydrogen gas / propylene gas is 1.1 or more. Introduced to the catalyst tank. As a result, the unreacted residual propylene concentration in the production gas was below the detection limit, but the concentration of methane as an impurity was 4 ppm and the ethane concentration was 3 ppm. Propylene was completely reduced to propane, but the excess amount of hydrogen remaining was the highest at 9.5 Ndm 3 / h. Here, methane or ethane is detected as a cause of detection of two or more tanks, and the heat of reaction is dispersed per catalyst tank, and the increase in reaction temperature is suppressed. It is considered that the temperature suppression effect by the above is not obtained. In addition, if there is only one tank and the molar ratio of hydrogen / propylene of the source gas is 1.1, it becomes relatively smaller than the hydrogen / propylene ratio of the catalyst tank in the case where the catalyst tank is two or more tanks (for example, in the case of two tanks) The first set of hydrogen / propylene ratios is 2.1, and in the case of three sets of catalyst tanks, the first set of hydrogen / propylene ratios is 3.1 and the second set of hydrogen / propylene ratios is 2.1). For this reason, it is considered that decomposition of propylene tends to occur in one tank of a reaction tank, and methane and ethane are produced | generated.
[변형의 가능성][Possibility of deformation]
이상, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명했지만, 본 발명의 범위는 상기 밑 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 파라핀의 제조장치 및 본 발명에 따른 파라핀의 제조방법의 구체적인 구성은, 발명의 사상으로부터 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능하다.As mentioned above, although specific embodiment of this invention was described, the scope of the present invention is not limited to the said embodiment below. The specific configuration of the apparatus for producing paraffins according to the present invention and the method for producing paraffins according to the present invention can be variously changed without departing from the spirit of the invention.
상기 2가지 실시형태에서는, 촉매 활성 물질을 희석 매체에 의해서 희석하는 양상으로서, 촉매 활성 물질(팔라듐이나 로듐)을 담체에 의해 담지시킨 촉매 입자를, 무기물 충전재(산화알루미늄 볼)에 의해서 희석시키고, 해당 무기물 충전재의 혼합 비율을 단계적으로 다르게 할 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 촉매 활성 물질의 희석 방법으로서는, 무기물 충전재를 이용하지 않고, 담체에 담지되는 촉매 활성 물질의 비율을 0.1중량%, 0.2중량%, 0.5중량% 등과 단계적으로 증가시켜도 되고, 이 방법으로도 무기물 충전재를 이용해서 희석하는 방법과 마찬가지 효과가 얻어진다. 또, 촉매 활성 물질로서는, 팔라듐이나 로듐 대신에, 백금, 루테늄 및 니켈로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속을 이용해도 된다. 촉매 활성 물질은, 담체(Al2O3)에 의해 담지된 양상으로 한정되지 않고, 단독으로 이용해도 된다. 무기물 충전재로서는, 산화알루미늄 볼 등의 세라믹스 재료로 한정되지 않고, 철이나 스테인레스 등으로 이루어진 금속 볼을 이용해도 된다.In the above two embodiments, the catalytically active substance is diluted with a dilution medium, and the catalyst particles having the catalytically active substance (palladium or rhodium) supported by a carrier are diluted with an inorganic filler (aluminum oxide ball), Although the case where the mixing ratio of the said inorganic filler is made to differ step by step was demonstrated as an example, this invention is not limited to this. For example, as a dilution method of the catalytically active substance, the proportion of the catalytically active substance supported on the carrier may be increased in steps of 0.1% by weight, 0.2% by weight, 0.5% by weight and the like without using an inorganic filler. In addition, the same effect as the method of dilution using an inorganic filler is obtained. As the catalytically active substance, a metal containing at least one selected from platinum, ruthenium and nickel may be used instead of palladium or rhodium. The catalytically active substance is not limited to the aspect supported by the carrier (Al 2 O 3 ), and may be used alone. As an inorganic filler, it is not limited to ceramic materials, such as an aluminum oxide ball, You may use the metal ball which consists of iron, stainless steel, etc.
또한, 원료 가스로서의 올레핀은, 전술한 프로필렌이나 에틸렌으로 한정되지 않고, 예를 들어, 상온(20℃ 전후)에서 기상 상태에 있는 뷰텐을 이용해도 된다.In addition, the olefin as source gas is not limited to propylene and ethylene mentioned above, For example, butene which is in a gaseous state at normal temperature (about 20 degreeC) may be used.
X1, X2: 파라핀 제조장치 Y1: PSA 가스 분리 장치
Y2: 분축장치 1: 수소 실린더
2: 프로필렌 실린더 3, 4, 5: 촉매조
6A, 6B: 흡착조 7: 제품 탱크
8: 압축기 9: 냉각기
10: 버퍼 탱크 11, 14: 감압 밸브
12, 15, 17, 19: 유량계 13, 16, 18, 20, 31: 밸브
21, 24, 26, 28: 주류 라인 22: 올레핀 라인
23, 25, 27: 분기 라인 29, 30: 라인
32, 42, 52, 72: 재킷 33, 43, 53: 라인
60: 흡착제
61a, 6lb, 61c, 61d, 61e, 61f: 라인
62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f: 전환 밸브
301, 302, 401, 402, 403, 501, 502, 503: 촉매 영역
601: 컨덴서 602, 605, 607: 라인
603: U자 관 604, 606, 608: 밸브X1, X2: paraffin manufacturing unit Y1: PSA gas separation unit
Y2: Decliner 1: Hydrogen Cylinder
2:
6A, 6B: adsorption tank 7: product tank
8: compressor 9: cooler
10: buffer tank 11, 14: pressure reducing valve
12, 15, 17, 19: flow
21, 24, 26, 28: liquor line 22: olefin line
23, 25, 27:
32, 42, 52, 72:
60: adsorbent
61a, 6lb, 61c, 61d, 61e, 61f: line
62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f: switching valve
301, 302, 401, 402, 403, 501, 502, 503: catalyst zone
601:
603:
Claims (20)
각각이 상기 환원 촉매를 충전한 복수의 촉매조가, 수소가 흐르는 주류 라인을 따라서 직렬로 설치되어 있고,
상기 각 촉매조는 올레핀에 수소를 첨가하여 파라핀으로 변환하는 동일한 종류의 환원 촉매가 촉매 활성을 지니지 않는 희석 매체에 의해서 희석된 상태로 충전된 복수의 촉매 영역을 지니고 있고,
상기 희석 매체의 혼합 비율은 상기 각 촉매조의 상류측의 촉매 영역으로부터 하류측의 촉매 영역을 향해서 단계적으로 저하되도록 되어 있고,
상기 각 촉매조에 가스 상태로 도입되는 수소의 몰량이 상기 각 촉매조에 가스 상태로 도입되는 올레핀의 몰량보다도 많게 되도록 상기 주류 라인에 대해서 상기 올레핀을 분할해서 첨가하는 것을 특징으로 하는, 파라핀의 제조방법.A process for producing paraffins by reduction reactions proceeding in the presence of a reducing catalyst from olefins and hydrogen in a gaseous state,
A plurality of catalyst tanks each filled with the reduction catalyst are provided in series along a mainstream line through which hydrogen flows.
Each of the catalyst tanks has a plurality of catalyst zones filled with dilution media having no catalytic activity of the same type of reduction catalyst for adding hydrogen to olefins and converting them into paraffins.
The mixing ratio of the dilution medium is to be lowered in stages from the upstream side catalyst zone to the downstream side catalyst zone,
The method for producing paraffin, characterized in that the olefin is dividedly added to the mainstream line such that the molar amount of hydrogen introduced into each of the catalyst tanks is greater than the molar amount of olefins introduced into each of the catalyst tanks in the gas state.
수소를 흐르게 하기 위한 주류 라인;
상기 주류 라인을 따라서 직렬로 설치되고, 각각이 가스 도입부 및 가스 도출부를 지니며, 또한 상기 환원 촉매를 충전한 복수의 촉매조;
상기 주류 라인에 수소를 공급하기 위한 수소 공급 수단; 및
상기 각 촉매조의 상기 가스 도입부의 상류측에서 상기 주류 라인에 접속하는 분기 라인을 지니고, 해당 분기 라인을 개재해서 상기 올레핀을 첨가하기 위한 올레핀 첨가 수단을 포함하고,
상기 촉매조는 올레핀에 수소를 첨가하여 파라핀으로 변환하는 동일한 종류의 환원 촉매가 촉매 활성을 지니지 않는 희석 매체에 의해서 희석된 상태로 충전된 복수의 촉매 영역을 지니고 있고,
상기 복수의 촉매 영역에 있어서의 상기 희석 매체의 혼합 비율은 상기 촉매조에 있어서의 상류측의 촉매 영역에서부터 하류측의 촉매 영역을 향해서 단계적으로 저하되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 파라핀의 제조장치.An apparatus for producing paraffin using the method of claim 1,
A liquor line for flowing hydrogen;
A plurality of catalyst tanks installed in series along the mainstream line, each of which has a gas introduction unit and a gas derivation unit, and which is filled with the reduction catalyst;
Hydrogen supply means for supplying hydrogen to the liquor line; And
An olefin addition means for adding said olefin via said branch line, having a branch line connected to said mainstream line at an upstream side of said gas introduction section of each catalyst tank;
The catalyst tank has a plurality of catalyst zones filled with a dilution medium in which the same type of reduction catalyst that adds hydrogen to olefins and converts it into paraffins is diluted with a dilution medium having no catalytic activity,
The mixing ratio of the dilution medium in the plurality of catalyst zones is to be gradually decreased from the upstream catalyst zone in the catalyst tank toward the downstream catalyst zone.
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