KR20100123719A - 톨루엔과 메탄으로 에틸벤젠을 제조하는 방법 - Google Patents

톨루엔과 메탄으로 에틸벤젠을 제조하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100123719A
KR20100123719A KR1020107020429A KR20107020429A KR20100123719A KR 20100123719 A KR20100123719 A KR 20100123719A KR 1020107020429 A KR1020107020429 A KR 1020107020429A KR 20107020429 A KR20107020429 A KR 20107020429A KR 20100123719 A KR20100123719 A KR 20100123719A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
styrene
ethylbenzene
methane
product stream
toluene
Prior art date
Application number
KR1020107020429A
Other languages
English (en)
Inventor
제임스 알. 버틀러
조셉 이. 펠라티
Original Assignee
피나 테크놀러지, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피나 테크놀러지, 인코포레이티드 filed Critical 피나 테크놀러지, 인코포레이티드
Publication of KR20100123719A publication Critical patent/KR20100123719A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C15/00—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts
    • C07C15/40—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals
    • C07C15/42—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals monocyclic
    • C07C15/44—Cyclic hydrocarbons containing only six-membered aromatic rings as cyclic parts substituted by unsaturated carbon radicals monocyclic the hydrocarbon substituent containing a carbon-to-carbon double bond
    • C07C15/46—Styrene; Ring-alkylated styrenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/64—Addition to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C2/66—Catalytic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/82—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • C07C2/84—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling catalytic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
    • C07C5/42—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with a hydrogen acceptor
    • C07C5/48—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with a hydrogen acceptor with oxygen as an acceptor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S585/00—Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/919—Apparatus considerations
    • Y10S585/921—Apparatus considerations using recited apparatus structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S585/00—Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/929—Special chemical considerations
    • Y10S585/943—Synthesis from methane or inorganic carbon source, e.g. coal

Abstract

본 발명은, 톨루엔과 메탄을 반응시켜 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 제조하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 방법은, 에틸벤젠을 포함하는 생성물 흐름을 형성하기 위해 톨루엔을 메탄과 반응시키는 단계와, 기존 스티렌 생산 설비에서 스티렌을 형성하기 위해 에틸벤젠을 추가 가공하는 단계를 포함한다.

Description

톨루엔과 메탄으로 에틸벤젠을 제조하는 방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF ETHYLBENZENE FROM TOLUENE AND METHANE}
본 발명은, 에틸벤젠과 스티렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.
스티렌은 현재 많은 플라스틱을 제조하는데 사용되는 중요한 단량체이다. 스티렌은 에틸벤젠을 제조하고, 에틸벤젠을 탈수소화하여 스티렌을 제조함으로써 일반적으로 제조된다. 에틸벤젠은 일반적으로 벤젠의 알킬화를 포함하는 하나 이상의 방향족 변환 공정에 의해 형성된다.
방향족 변환 공정(Aromatic conversion processes)은 일반적으로 분자체(molecular sieve) 타입 촉매를 이용하여 실행되는 것으로, 화학 공정 산업에서는 잘 알려져 있다. 이와 같은 방향족 변환 공정에는, 알킬 방향족, 에틸벤젠을 형성하기 위해 벤젠과 같은 방향족 화합물을 에틸렌으로 알킬화시키는 것이 포함된다. 전형적으로 알킬화 반응기는 모노 알킬과 폴리알킬 벤젠 혼합물을 생산하는데, 이 반응기는 폴리알킬벤젠을 모노알킬 벤젠으로 변환하기 위한 트랜스알킬화 반응기와 연결된 것이다. 트랜스알킬화 공정은 폴리알킬화된 방향족 분류(fraction)의 불균형을 초래하는 조건에서 작동되어, 에틸벤젠 함량이 보강되고, 폴리알킬화된 함량이 감소된 생성물을 생산할 수 있다. 알킬화와 트랜스알킬화 공정이 모두 사용되는 경우, 각각 그 고유의 촉매를 갖는 두 개의 개별 반응기가 각 공정에 대해 사용될 수 있다. 알킬화와 트랜스알킬화 변환 공정은 액상, 증기상(vapor phase) 또는 액상과 증기상 모두가 존재하는 조건과 그 조합 조건에서 수행될 수 있다.
에틸렌 및 벤젠의 알킬화 반응으로부터 에틸벤젠의 형성시, 필요한 에틸벤젠에 추가하여, 불순물 및 바람직하지 않은 부생성물이 형성될 수도 있다. 이러한 바람직하지 않는 부생성물에는, 쟈일렌(xylene), 쿠멘(cumene), n-프로필벤젠 및 부틸벤젠뿐만 아니라, 폴리에틸벤젠과 같은 화합물이 포함되고, 때로 "무거운 성분"으로 불리고 185℃ 이상의 끓는점을 갖는 높은 끓는점(boiling point)의 알킬 방향족 성분이 포함될 수 있다. 예상할 수 있는 바와 같이, 이와 같은 불순물과 부생성물을 감소시키는 것이 중요하다. 특히, 쟈일렌, 특히 에틸벤젠의 끓는점에 매우 근접한 끓는점을 갖는 메타 쟈일렌과 파라 쟈일렌의 경우, 생성물의 분리와 정제를 어렵게 할 수 있으므로, 불순물과 부생성물을 감소시키는 것이 중요하다.
에틸렌은 에탄, 프로판, 부탄, 또는 나프타와 같은 탄화수소의 열 분해로부터 주로 수득된다. 에틸렌은 또한 다양한 정제 공정에서 제조되거나 회수될 수도 있다. 이러한 소스로부터 얻어지는 에틸렌에는 디올레핀, 아세틸린을 포함하는 다양한 불순물이 포함될 수 있는데, 이들은 알킬화 촉매의 효과를 감소시키도록 작용할 수 있으며, 에틸렌으로부터 분리하는데 상당한 비용이 소요된다. 분리 방법에는 추출 증류 및 아세틸렌에 선택적인 수소화로 에틸렌으로 되돌리는 것이 포함될 수 있다. 상대적으로 순수한 에틸렌 생산을 위한 열 분해(thermal cracking) 및 분리 기술은 전체 에틸벤젠 생산 단가에 중요한 부분이 된다.
벤젠은 톨루엔의 수소화알킬제거반응(hydrodealkylation)으로부터 수득될 수 있는데, 이 반응은 과량의 수소를 포함하는 톨루엔 혼합물을 촉매 존재하에 높은 온도(예를 들면, 500~600℃)로 가열하는 것이다. 이 조건하에, 톨루엔은 다음 화학식에 따라 알킬제거반응을 거친다: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4. 이 반응은 에너지 유입을 요구하고, 상기 식에서 볼 수 있는 것과 같이, 메탄이 부생성물로 생성되는데, 이는 전형적으로 분리되어, 공정의 가열 연료로 이용될 수 있다.
상기에서 볼 수 있는 것과 같이, 에틸렌 소스로써 열 분해 및 고가의 분리 기술에 의존하지 않는 에틸벤젠 및 스티렌을 생산하는 공정을 갖는 것이 바람직하다. 효과를 낮추고, 알킬화 촉매를 오염시킬 수 있는 불순물이 포함된 정제 흐름으로부터 에틸렌 공정을 의존하지 않는 것도 바람직할 것이다. 원래 비용으로 톨루엔이 벤젠으로 변환하는 공정을 피하고, 메탄을 형성하는데 탄소원자를 상실하는 것을 피하는 것도 바람직할 것이다.
본 발명의 일 실시예는 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 포함하는 제 1 생성물 흐름(product stream)을 형성하기 위해, 하나 이상의 반응기에서 톨루엔과 메탄을 반응시키고, 기존의 스티렌 생산 설비의 적어도 일부에서 제 1 생산 기류의 성분 중 적어도 일부분을 프로세싱시키는 것과 연관된 에틸벤젠을 제조하는 공정이다. 제 1 생성물 흐름에는 하나 이상의 벤젠, 톨루엔, 또는 메탄이 포함될 수 있다. 이 공정은 제 1 생성물 흐름으로부터 성분의 부분 분리를 위해 적어도 하나의 분리 장비를 포함할 수 있다. 반응기는 에틸벤젠 및/또는 스티렌 형성을 위해, 톨루엔과 메탄 반응이 반응되는 반응 영역이 원하는 온도 범위 내에서 유지되도록 열을 분산시킬 수 있는 반응 영역을 포함한다.
감소된 메탄 함량을 갖는 제 2 생성물 흐름을 형성하기 위해, 제 1 생성물 흐름으로부터 메탄이 분리될 수 있다. 메탄은 반응기로 다시 재순환되거나 또는 공정 내 가열 연료로 이용될 수도 있다. 톨루엔은 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되어, 반응기로 재순환될 수 있다. 제 1 생성물 흐름의 성분 중 적어도 일부는 스티렌 생산 공정 내에서 추가 프로세싱될 수 있다. 스티렌 생산 공정은 벤젠 및 에틸렌의 반응에 의해 에틸벤젠이 형성되는 알킬화 반응기와 에틸벤젠의 탈수소화에 의해 스티렌을 제조하는 탈수소화 반응기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 제조하는 공정인데, 이 공정은 하나 이상의 반응기에서 톨루엔과 메탄을 반응시켜, 하나 이상의 에틸벤젠, 스티렌, 벤젠, 톨루엔, 그리고 메탄을 포함하는 제 1 생성물 흐름을 형성하고; 제 1 생성물 흐름으로부터 적어도 일부분의 임의의 메탄을 제거하여 감소된 메탄 함량을 갖는 제 2 생성물 흐름을 형성하고; 제 1 또는 제 2 생성물 흐름으로부터 적어도 일부분의 벤젠을 분리하며; 알킬화 반응기에서 분리된 적어도 일부분의 벤젠을 반응시켜 에틸벤젠을 형성하고; 하나 이상의 탈수소화 반응기에서 에틸벤젠에서 탈수소화하여 스티렌을 형성하는 것을 포함한다. 하나 이상의 분리, 알킬화, 그리고 탈수소화 공정의 적어도 일부는 기존의 스티렌 생산 설비를 이용하여 실행된다. 하나 이상의 반응기는 하나 이상의 반응 영역을 가질 수 있고, 하나 이상의 반응 영역을 바람직한 온도 범위(들) 내에서 유지하도록 열을 분산시킬 수 있어서, 톨루엔과 메탄의 반응을 촉진하여 에틸벤젠을 형성한다.
본 발명의 추가 실시예는 에틸벤젠 및 스티렌을 포함하는 새로운 생성물 흐름을 형성하기 위해, 톨루엔과 메탄을 반응시키는 공정을 추가함으로써 기존 스티렌 생산 설비를 개선하는 방법이다. 추가 스티렌을 형성하기 위한 추가 공정을 위해, 에틸벤젠 및 스티렌을 포함하는 새로운 생성물 흐름은 기존 스티렌 생산 설비로 보내질 수 있다. 기존 스티렌 생산 설비는 새로운 생성물 흐름으로부터 임의의 벤젠 및 톨루엔의 적어도 일부를 제거하는 분리 장치, 벤젠 및 에틸렌의 반응에 의해 에틸벤젠을 제조하는 알킬화 반응기, 그리고 에틸벤젠의 탈수소화에 의해 스티렌이 형성되는 탈수소화 반응기를 포함할 수 있다.
본 발명은, 에틸벤젠과 스티렌을 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은, 에틸벤젠과 스티렌을 형성하기 위한 공정을 설명하는 개략적인 블록도.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 에틸벤젠과 스티렌을 제조하는 공정을 설명하는 개략적인 블록도.
도 1을 우선 참고 하면, 선행 기술에 따라 실행되는 알킬화/트랜스알킬화 공정의 일 실시예의 개략적인 블록도가 설명되고 있다. 톨루엔의 공급 흐름은 라인(10)을 통해 반응 영역(100)으로 공급되며, 반응 영역에서 라인(12)를 통해 메탄 흐름이 생산되고, 그리고 라인(14)를 통해 벤젠 흐름이 생산된다. 라인(14)를 통한 벤젠은 라인(16)을 경유하는 에틸렌과 함께 알킬화 반응 영역(120)으로 공급되어, 에틸벤젠 및 다른 생성물이 생산되고, 이는 라인(18)을 통해 분리 영역(140)으로 보내진다. 분리 영역(140)은 라인(20)을 통해 벤젠을 제거하여, 이를 트랜스알킬화 반응 영역(160)으로 보낸다. 벤젠은 라인(22)를 통해 알킬화 반응 영역(120)으로 부분적으로 재순환된다. 분리 영역(140)은 라인(26)을 통해 폴리에틸벤젠을 제거하여, 이를 트랜스알킬화 반응 영역(160)으로 보내어, 에틸벤젠 함량이 증가된 생성물을 형성하고, 이 생성물은 라인(30)을 통해 분리 영역(140)으로 보내진다. 다른 부생성물은 라인(32)에서 볼 수 있는 것과 같이 분리 영역(140)으로부터 제거되며, 여기에는 공정 내에서 재순환되거나, 연료 가스로 이용되거나 타오르거나 또는 그렇지 않으면 처분될 수 있는 메탄 및 기타 탄화수소를 포함할 수 있다. 에틸벤젠은 라인(34)를 통해 분리 영역(140)에서 제거되어 탈수소화 영역(180)으로 보내져 스티렌 생성물을 생산하는데, 이는 라인(36)을 통해 제거된다.
공정의 전단부(300)(점선 표시)에는 벤젠 반응 영역(110)과 알킬화 반응 영역(120)으로 갈 초기 톨루엔이 포함된다. 전단부(300)로 유입되는 유입 흐름에는 라인(10)을 통한 톨루엔과 라인(16)을 통한 에틸렌 그리고 라인(15)를 통한 산소가 포함되어 있음을 볼 수 있다. 또한 반응 영역(100)에서 볼 수 있는 것과 같이, 톨루엔 반응과 다른 대안적인 소스로부터 유입되는 벤젠 유입 흐름도 있지만, 이 실시예에서는 나타내지 않는다. 유출 흐름에는 반응 영역(110) 내에 톨루엔이 벤젠으로 변환하는 동안 생성되는 라인(12)를 통한 메탄과 라인(18)을 통한 에틸벤젠을 포함하는 생성물 흐름이 포함되는데, 라인(18)을 통해 이 에틸벤젠은 공정의 후단부(400)로 보내진다. 후단부(400)에는 분리 영역(140), 트랜스 알킬화 반응 영역(160) 그리고 탈수소화 영역(180)이 포함된다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예의 개략적인 블록 선도가 설명된다. 라인(210)을 통해 공급되는 톨루엔과, 라인(216)을 통해 공급되는 메탄의 공급 흐름이 반응 영역(200)으로 공급되며, 여기에서 스티렌을 포함하는 다른 생성물과 함께 에틸벤젠이 생산된다. 일부 실시예에서, 산소의 유입 흐름(215)은 반응 영역( 200)으로 공급될 수 있다. 반응 영역(200)으로부터의 유출 흐름에는 에틸벤젠을 포함하는 생성물이 포함되는데, 이 생성물은 라인(218)을 통해 분리 영역(240)으로 공급된다. 분리 영역(240)은 라인(220)을 통해 존재하는 벤젠을 분리하여, 알킬화 반응 영역(260)으로 보낸다. 알킬화 반응 영역(260)에는 트랜스알킬화 영역이 포함된다. 분리 영역(240)은 라인(226)을 통해 존재하는 중(heavy) 분자를 제거할 수 있다. 알킬화 반응 영역(260)은 에틸벤젠 함량이 증가된 생성물을 생산할 수 있는데, 이는 라인(230)을 통해 분리 영역(240)으로 보내진다. 기타 부생성물은 라인(232)에서 볼 수 있는 것과 같이, 분리 영역(240)으로부터 제거될 수 있는데, 이 부생성물에는 메탄 및 기타 탄화수소가 포함되는데, 공정 내에서 재순환되거나, 연료 가스로 이용되거나 연소되거나 또는 그렇지 않으면 처리된다. 에틸벤젠은 라인(234)를 통해 분리 영역(240)으로부터 제거되어, 탈수소화 영역(280)으로 보내져서 스티렌 생성물이 생산되고, 이는 라인(236)을 통해 제거된다. 반응 영역 (200)에서 생산된 임의 스티렌은 분리 영역(240)에서 분리되어, 에틸벤젠 생성물 흐름과 함께 라인(234)을 통해 탈수소화 영역(280)으로 보내지거나 또는 자체 생성물 흐름으로 분리되거나(나타내지 않음), 탈수소화 영역(280)을 우회하여 라인(236)의 스티렌 생성물에 부가된다.
공정의 전단부(500)에는 초기 톨루엔과 메탄 반응 영역(200)이 포함된다. 전단부(500)로 유입되는 유입 흐름은 라인(210)을 통한 톨루엔 및 라인(216)을 통한 메탄 그리고 라인(215)를 통한 선택적 산소를 포함한다. 유출 흐름은 라인(218)을 통한 에틸벤젠을 포함하는 생성물로써, 공정의 후단부(600)로 보내진다. 후단부(600)는 분리 영역 (240), 알킬화 반응 영역(260) 그리고 탈수소화 영역(280)을 포함한다.
도 1에 나타낸 선행기술의 전단부(300)와 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예의 전단부(500)를 비교함으로써, 본 발명의 몇 가지 특징을 설명한다. 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예의 전단부(500)는 도 1에 도시된 전단부(300) 내에 포함된 두 개의 반응 영역, 반응 영역(100) 및 알킬화 반응 영역(120)이 아닌, 단일 반응 영역(200)을 갖는다. 한 개 반응 영역이 감소되어, 잠재적 비용이 절감되며, 공정의 작업 사항을 단순화시킬 수 있다.
양 전단부는 라인(10)과 (210)에서 볼 수 있는 것과 같이, 톨루엔 유입 흐름을 갖는다. 도 1의 선행 기술은 에틸렌 유입 흐름(16)과 메탄(12)의 부생성물 흐름(12)을 갖는다. 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예는 메탄 유입 흐름(216)을 갖는다. 에틸렌의 공급 흐름(16)이 메탄의 공급 흐름(216)으로 대체되어, 낮은 단가 제품이므로, 비용이 절감된다. 분리하고, 취급하고, 처리해야만 하는 부생성물(12)로 메탄을 생산하는 대신, 본 발명은 메탄을 반응 영역(200)에 공급원료(216)로 이용한다.
도 1에 나타낸 선행기술의 후단부(400)를 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예의 후단부(600)와 비교하여, 본 발명의 특징을 더 설명할 수 있다. 도 1에 나타낸 선행기술의 후단부(400)는 도 2에 나타낸 본 발명의 실시예의 후단부(600)와 기본적으로 동일하다는 것을 볼 수 있다. 여기에는 분리 영역, 알킬화 반응 영역, 탈수소화 영역이 각각 포함되고, 이들은 동일하거나 기본적으로 동일한 방법으로 연결되어있다. 본 발명의 이와 같은 특징은 후단부는 기본적으로 변화되지 않으면서 본 발명과 일관된 방식으로 설비의 전단부를 변형할 수 있다. 기존 에틸벤젠 또는 스티렌 생산 설비의 개조는 본 발명과 일관된 방법으로 기존 전단부를 변형하거나 새로운 전단부를 설치하고, 이전과 기본적으로 동일한 방식으로 공정을 완료하기 위해 설비의 기존 후단부에 변형된 전단부의 생성물을 전달하여 실행된다. 기존 후단부를 유지하면서, 설비의 전단부를 변형하여, 기존 설비를 개조하고, 톨루엔/에틸렌 공급원료를 톨루엔/메탄 공급원료로 변환하는 능력은 상당한 경제적 장점을 갖는다.
본 발명의 반응 영역(200)은 하나 이상의 단일 또는 다단계 반응기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 반응 영역(200)은 연속적으로 연결된 다수 반응기를 가질 수 있다. 추가로, 그리고 대안적으로, 반응 영역은 나란한 방식으로 배열될 수 있다. 나란한 방식으로 배열된 연속 연결된 다중 반응기를 갖는 실시예도 있을 수 있다. 반응 영역(200)은 에틸벤젠을 형성하기 위해 메탄과 톨루엔이 반응되도록 하는 온도 및 압력 조건에서, 그리고 쟈일렌 또는 기타 바람직하지 않은 생성물의 제조를 지체시키면서 에틸벤젠 생산을 향상시키는 공간 속도를 제공하는 공급 속도에서 작동될 수 있다. 반응 영역(200)은 증기상에서 작동될 수 있다. 일 실시예는 대기압 내지 1000psig의 압력 범위 내 증기상에서 작동될 수 있다. 또 다른 실시예는 대기압 내지 500psig의 압력 범위 내 증기상에서 작동될 수 있다. 또 다른 실시예는 대기압 내지 300psig의 압력 범위 내 증기상에서 작동될 수 있다. 또 다른 실시예는 대기압 내지 150psig의 압력 범위 내 증기상에서 작동될 수 있다.
메탄과 톨루엔의 공급 흐름은 반응 영역(200)에 메탄: 톨루엔의 몰비가 2:1 내지 50:1의 몰비로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 메탄:톨루엔의 비율은 5:1 몰비 내지 30:1의 몰비 범위가 될 수 있다. 반응물, 톨루엔과 메탄은 바람직하지 않은 생성물의 제조는 지연하면서 에틸벤젠 생산을 향상시키는 방식으로, 직렬 연결된 복수의 반응기에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 톨루엔 및/또는 메탄은 에틸벤젠 생산을 향상시키는데 요구되는, 직렬 연결된 복수의 반응기 중 임의의 것에 첨가될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 산소는 톨루엔과 메탄이 에틸벤젠과 스티렌으로 변환을 실시할 수 있는 양으로 반응 영역(200)에 첨가된다. 산소 함량은 메탄 함량에 비하여 1% 내지 50% 중량비 범위가 될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 바람직한 산소 함량은 메탄 함량에 비하여 2% 내지 30% 중량비 범위가 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 본 발명의 반응기는 다중 반응기를 포함할 수 있고, 바람직하지 않은 생성물의 생산은 지연하면서 에틸벤젠 및/또는 스티렌 생산을 향상시키는 방식으로, 직렬 연결된 복수의 반응기에 산소가 첨가될 수 있다. 상기 복수의 직렬 연결된 반응기 각각에 필요에 따라 산소가 점점 더 첨가되어, 각 반응기로부터 발열을 제한하고, 복수의 반응기를 통해 산소 함량을 특정 범위 내로 유지하거나, 복수의 반응기를 통해 산소 함량을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 반응이 진행됨에 따라 에틸벤젠 및/또는 스티렌 분류는 증가되고, 톨루엔과 메탄 분류는 감소되도록 산소 함량을 증감시키는 능력이 있다. 나란한 방식으로 배열된 일련의-연결된 다중 반응기가 있을 수 있어, 이는 전반적인 생산 능력은 증가되고, 유지 및/또는 재생 작용을 실시하는 보조 반응기를 제공하다.
산소는 메탄 일부와 반응하여 발열반응을 일으킨다. 발열 반응에 의해 생성된 열은 다양한 방식으로 분산될 수 있는데, 예를 들면, 외부 냉각 재킷, 내부 냉각 코일, 열 교환기를 이용하거나, Lurgi 용융 염 타입 반응기와 같은 반응기를 이용할 수 있다. 톨루엔과 메탄이 에틸벤젠 및/또는 스티렌으로 변환되는 것을 용이하게 하기 위해 원하는 온도 범위 내에서 반응을 유지하도록 열 제거가 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 원하는 온도 범위는 550℃ 내지 1000℃이다. 또 다른 실시예에서, 원하는 온도 범위는 600℃ 내지 800℃이다. 발열 반응에 의해 생성된 열은 제거되거나 공정 내에 이용되도록 회수될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 반응 영역(200)은 촉매를 포함하는 하나 이상의 단일 또는 다단계 촉매 층을 포함한다. 반응 영역(200)에 이용될 수 있는 촉매는 톨루엔과 메탄을 결합시켜, 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 제조하는 임의 촉매가 포함되며, 임의 특정 타입으로 제한되지는 않는다. 톨루엔과 메탄의 산화 반응은 염기 촉매 작용에 의해 가속될 것으로 믿는다. 비제한적인 예에서, 촉매는 하나 이상의 금속 산화물을 포함한다. 비제한적인 일 실시예에서, 촉매는 적절한 기질에 의해 지지되는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물 촉매와 함께 산소/산화물 부위는 활성 반응 중심으로 작용하여, 메탄으로부터 수소 원자를 제거하여 메틸 라디칼을 형성하고, 톨루엔으로부터 수소 원자를 제거하여 벤질 라디칼을 형성할 수 있다. 생성된 메틸 및 벤질 라디칼 사이에 교차-결합의 결과로 C8 탄화수소가 형성될 수 있다. 촉매에는 알칼리, 알칼리토금속, 희토류 및/또는 전이 금속 산화물의 상이한 조합이 포함될 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, 촉매는 변형된 염기성 제올라이트를 포함할 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, 촉매는 염기성 제올라이트, 가령, X, Y, 모르덴나이트(mordenite), ZSM, 실리카라이트(silicalite) 또는 AIPO4-5으로 이들은 몰리브데늄, 나트륨, 또는 다른 염기성 이온으로 변형될 수 있다. 제올라이트 촉매에는 많은 금속 산화물중 하나를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예에 대한 상기 설명은 설명을 위한 목적으로 제공되었다. 본 발명을 여기에 설명된 정확한 형태로 제한시키려는 의도는 없으며, 기타 또는 추가 실시예가 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 만들어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 동일 범위로 한정된다.

Claims (20)

  1. 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 제조하는 방법으로서,
    에틸벤젠 및/또는 스티렌을 포함하는 제 1 생성물 흐름을 형성하기 위해 하나 이상의 반응기에서 톨루엔과 메탄을 반응시키는 단계와,
    기존 스티렌 생산 설비의 적어도 일부에서 상기 제 1 생성물 흐름의 성분 중 적어도 일부를 추가 가공하는 단계를
    포함하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 생성물 흐름은 벤젠, 톨루엔, 또는 메탄 중 하나 이상을 더 포함하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 생성물 흐름을 하나 이상의 생성물 흐름으로 적어도 부분적으로 분리하는 단계를 더 포함되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 메탄은 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되어, 감소된 메탄 함량을 갖는 제 2 생성물 흐름을 형성하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 메탄은 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 메탄은 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 상기 방법을 위한 가열을 제공하기 위한 연료로 사용되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 톨루엔은 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 생성물 흐름의 성분 중 적어도 일부는 다음의 새로운 스티렌 생산 공정 설비에서 추가 가공되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 기존의 스티렌 생산 공정은, 에틸벤젠을 형성하기 위해 하나 이상의 알킬화 반응기에서 벤젠과 에틸렌을 적어도 일부 반응시킨 다음, 스티렌을 형성하기 위해 하나 이상의 탈수소화 반응기에서 에틸벤젠을 탈수소화하는 단계를 포함하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응기는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 형성하기 위해 톨루엔과 메탄을 반응시키기 위한 바람직한 온도 범위 내에 반응 영역을 유지하도록 열을 분산시킬 수 있는 반응 영역을 포함하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  11. 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 제조하는 방법으로서,
    에틸벤젠, 스티렌, 벤젠, 톨루엔, 및 메탄 중 하나 이상을 포함하는 제 1 생성물 흐름을 형성하기 위해 하나 이상의 반응기에서 톨루엔과 메탄을 반응시키는 단계와,
    상기 흐름을 적어도 벤젠으로 분리하는 제 1 분리 장치에 상기 제 1 생성물 흐름을 보내는 단계와,
    상기 제 1 분리 장치로부터 벤젠의 적어도 일부분을 제거하는 단계와,
    에틸벤젠을 형성하기 위해 알킬화 반응기에서 벤젠과 에틸렌을 반응시키는 단계와,
    상기 에틸벤젠을 탈수소화시켜 스티렌을 형성하는 단계를
    포함하고,
    상기 분리, 알킬화, 및 탈수소화 공정 중 하나 이상의 적어도 일부는 기존 스티렌 생산 설비를 이용하여 수행되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응기는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 형성하기 위해 톨루엔과 메탄을 반응시키기 위한 바람직한 온도 범위 내에 상기 반응 영역을 유지하도록 열을 분산시킬 수 있는 반응 영역을 포함하는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 메탄의 적어도 일부는 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 상기 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 메탄의 적어도 일부는 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 상기 방법 내에서 연료로 사용되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 톨루엔의 적어도 일부는 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 상기 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 에틸벤젠 및/또는 스티렌의 제조 방법.
  16. 기존 스티렌 생산 설비를 개조하는 방법으로서,
    기존 생산 설비를 제공하는 단계와,
    상기 설비에 하나 이상의 반응기를 추가하는 단계를
    포함하고,
    상기 하나 이상의 반응기는 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 포함하는 제 1 생성물 흐름을 생성하기 위해 톨루엔과 메탄을 반응시킬 수 있는, 스티렌 생산 설비의 개조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 에틸벤젠 및/또는 스티렌을 포함하는 상기 제 1 생성물 흐름을 스티렌을 형성하기 위해 추가 가공을 위한 기존 스티렌 생산 설비로 보내는 단계를 더 포함하는, 스티렌 생산 설비의 개조 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 기존 스티렌 생산 설비는, 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 임의의 벤젠의 적어도 일부를 제거하는 분리 장치와, 벤젠과 폴리에틸벤젠을 반응시켜 에틸벤젠을 형성하기 위한 알킬화 반응기와, 에틸벤젠을 탈수소화시켜 스티렌을 형성하기 위한 탈수소화 반응기를 포함하는, 스티렌 생산 설비의 개조 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 생성물 흐름은 벤젠, 톨루엔 또는 메탄 중 하나 이상을 포함하고, 상기 톨루엔의 적어도 일부는 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 스티렌 생산 설비의 개조 방법.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 생성물 흐름은 벤젠, 톨루엔 또는 메탄 중 하나 이상을 포함하고, 상기 메탄의 적어도 일부는 상기 제 1 생성물 흐름으로부터 분리되고, 상기 하나 이상의 반응기로 재순환되는, 스티렌 생산 설비의 개조 방법.
KR1020107020429A 2008-03-13 2009-02-24 톨루엔과 메탄으로 에틸벤젠을 제조하는 방법 KR20100123719A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/047,953 2008-03-13
US12/047,953 US8076527B2 (en) 2008-03-13 2008-03-13 Process for production of ethylbenzene from toluene and methane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100123719A true KR20100123719A (ko) 2010-11-24

Family

ID=41063777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107020429A KR20100123719A (ko) 2008-03-13 2009-02-24 톨루엔과 메탄으로 에틸벤젠을 제조하는 방법

Country Status (7)

Country Link
US (3) US8076527B2 (ko)
EP (1) EP2252565A4 (ko)
JP (1) JP2011513487A (ko)
KR (1) KR20100123719A (ko)
CN (1) CN101970384A (ko)
CA (1) CA2718250A1 (ko)
WO (1) WO2009114263A2 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120215045A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Fina Technology, Inc. Staged Injection of Oxygen for Oxidative Coupling or Dehydrogenation Reactions
EP2691496A2 (en) 2011-03-29 2014-02-05 Fuelina, Inc. Hybrid fuel and method of making the same
US20120296131A1 (en) * 2011-05-22 2012-11-22 Fina Technology, Inc. Method for alkylation of toluene in a pre-existing dehydrogenation plant
US10308885B2 (en) 2014-12-03 2019-06-04 Drexel University Direct incorporation of natural gas into hydrocarbon liquid fuels

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1238602A (ko) 1968-11-21 1971-07-07
SU358928A1 (ko) * 1970-04-27 1974-08-25
US3904484A (en) * 1972-09-07 1975-09-09 Badger Co Ethylbenzene-styrene separation
US4113787A (en) * 1977-01-10 1978-09-12 Uop Inc. Aromatic hydrocarbon dehydrogenation process
US4982038A (en) 1985-03-19 1991-01-01 Phillips Petroleum Company Oxidative methylation of organic compounds
US4950836A (en) 1985-06-07 1990-08-21 Phillips Petroleum Company Oxidative methylation of organic compounds
GB8802731D0 (en) * 1988-02-06 1988-03-09 British Petroleum Co Plc Chemical process
US4956327A (en) * 1989-05-31 1990-09-11 Institute Of Gas Technology Mixed basic metal oxide/sulfide catalyst
EP0335130A1 (en) * 1988-03-28 1989-10-04 Institute of Gas Technology Mixed basic metal oxide catalyst
US4950827A (en) 1988-03-28 1990-08-21 Institute Of Gas Technology Oxidative coupling of aliphatic and alicyclic hydrocarbons with aliphatic and alicyclic substituted aromatic hydrocarbons
JPH0822825B2 (ja) * 1989-01-26 1996-03-06 日本鋼管株式会社 エチルベンゼンとスチレンの製造方法
US5026937A (en) * 1989-12-29 1991-06-25 Uop Aromatization of methane using zeolite incorporated in a phosphorus-containing alumina
CN1050071C (zh) * 1995-08-16 2000-03-08 南开大学 一种用于制备苯乙烯和乙苯的催化剂
JPH1025257A (ja) * 1996-07-12 1998-01-27 Toyota Motor Corp メチル基をビニル基に転化する方法
US5936135A (en) * 1997-05-02 1999-08-10 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the preparation of hydrocarbons
US5880320A (en) * 1997-08-05 1999-03-09 Netzer; David Combination process for manufacturing ethylene ethylbenzene and styrene
ATE266614T1 (de) * 2000-02-02 2004-05-15 Dow Global Technologies Inc Integriertes verfahren zur herstellung einer alkenyl-substituierten aromatischen verbindung
US6388155B1 (en) * 2000-08-01 2002-05-14 Abb Lummus Global Inc. Styrene dehydrogenation reactor effluent treatment
GB0129611D0 (en) * 2001-12-11 2002-01-30 Bp Chem Int Ltd Process for production of styrene
US7402719B2 (en) * 2002-06-13 2008-07-22 Velocys Catalytic oxidative dehydrogenation, and microchannel reactors for catalytic oxidative dehydrogenation
WO2004000767A1 (en) * 2002-06-19 2003-12-31 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Manufacture of xylenes from reformate
US20040138511A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-15 James Butler Aromatic alkylation process with direct recycle
US7220390B2 (en) * 2003-05-16 2007-05-22 Velocys, Inc. Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium
TWI438187B (zh) * 2005-02-28 2014-05-21 Evonik Degussa Gmbh 丙烯酸和基於可再生原料之吸水聚合物結構及二者之製備方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA2718250A1 (en) 2009-09-17
WO2009114263A3 (en) 2010-01-07
US8734737B2 (en) 2014-05-27
US20090234168A1 (en) 2009-09-17
JP2011513487A (ja) 2011-04-28
US20120328482A1 (en) 2012-12-27
US20120059206A1 (en) 2012-03-08
EP2252565A4 (en) 2011-03-16
EP2252565A2 (en) 2010-11-24
WO2009114263A2 (en) 2009-09-17
CN101970384A (zh) 2011-02-09
US8076527B2 (en) 2011-12-13
US8314282B2 (en) 2012-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5149894A (en) Alkylation using zeolite SSZ-25
US9272962B2 (en) Method for production of styrene from toluene and methanol
JP4360909B2 (ja) トルエンの選択的不均化方法、トルエンとｃ９、ｃ９＋芳香族炭化水素との不均化およびアルキル交換反応方法
CN106488897B (zh) 制备二甲苯的方法
EP1401795B1 (en) Selective production of meta-diisopropylbenzene
CN106458794B (zh) 制备二甲苯的方法
CN111448178B (zh) 二甲苯生产方法和系统
US8734737B2 (en) Production of EB from toluene and methane
US8609916B2 (en) Processes for preparing alkylated aromatic compounds
US8609915B2 (en) Processes for preparing alkylated aromatic compounds
CN102428058A (zh) 减低副产物形成的芳族化合物烷基化反应工艺方法
CN110678436B (zh) 集成的芳族烃形成和甲基化
US10065904B2 (en) Process for producing alkylated aromatic hydrocarbons from a mixed hydrocarbon feedstream
KR102429204B1 (ko) 방향족 컴플렉스에서의 방향족의 메틸화를 위한 방법 및 장치
KR102402736B1 (ko) 1,3-부타디엔의 제조방법
KR20220110550A (ko) 방향족 알킬화 방법
CN112979405A (zh) 通过采用乙烯的苯烷基化转化芳族化合物的装置和方法
KR20200086736A (ko) 방향족 컴플렉스에서의 방향족의 메틸화를 위한 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid